JP4644311B1 - 電圧計測装置と電力監視システム - Google Patents

Abstract

【課題】単相三線式の２系統の電圧を簡単に測定することのできる電圧測定装置と、この電圧測定装置を使用した電力監視システムを提供する。
【解決手段】単相三線の二系統の交流電圧を測定する電圧測定装置４１０であって、前記二系統のうちの一方の系統の主幹に流れる電流を検出する電流検出器４０ａと、他方の系統の主幹に流れる電流を検出する電流検出器４０ｂと、一方の系統の分岐幹の電圧を検出する交流電圧検出回路４４０と、この交流電圧検出回路４４０が検出する電圧と、電流検出器４０ａが検出する電流と、電流検出器４０ｂが検出する電流とに基づいて他方の系統の分岐幹の電圧を求める交流電圧算出回路４５０とを有する。
【選択図】 図４

Description

この発明は、単相三線の交流電圧を測定する電圧測定装置とこの電圧測定装置を用いた電力監視システムとに関する。

現在、一般家庭では、交流の低圧配線として単相三線式が普及している。この単相三線式は、ゼロ電位となる中性相の電線Ｌ１と、所定の電圧が印加される２つの電線Ｌ２,Ｌ３とを有し、電線Ｌ１と電線Ｌ２との間に１００ボルトの電圧が印加され、電線Ｌ１と電線Ｌ３との間に１００ボルトの電圧が印加されている。すなわち、１００ボルトの電圧を供給するために２系統の電線Ｌ２,Ｌ３を有している。

また、電線Ｌ２の交流電圧と電線Ｌ３の交流電圧とが逆相になっており、電線Ｌ２と電線Ｌ３との間では２００ボルトの電圧が得られるようになっている。

ところで、単相三線式の場合、図１１に示すように第２系統での消費電力が大きくなると第２系統の電圧が大きく低下し、逆に第１系統の消費電力が大きくなると第１系統の電圧が大きく低下する。このため、第１,第２系統の電力を正確に求めるには第１,第２系統の電圧をそれぞれ求める必要がある。

単相三線式の２系統でそれぞれ電力を求める場合、各電線間（Ｌ１−Ｌ２,Ｌ１−Ｌ２）に電圧計測回路をそれぞれ接続すれば（特許文献１参照）、各電圧を求めることができ、この電圧と電線Ｌ２,Ｌ３に流れる電流とから電力を求めることができることになる。

特開平１１−１３３０６５号公報

しかしながら、電圧計測回路を各電線間にそれぞれ接続しなければならず、その取り付け工事は煩雑であり、このため２系統の電圧測定は面倒であるという問題がある。

この発明の目的は、単相三線式の２系統の電圧を簡単に測定することのできる電圧測定装置と、この電圧測定装置を使用した電力監視システムを提供することにある。

請求項１の発明は、単相三線の二系統の交流電圧を測定する電圧測定装置であって、
前記二系統のうちの一方の系統の主幹に流れる電流を検出する第１電流検出手段と、
他方の系統の主幹に流れる電流を検出する第２電流検出手段と、
一方の系統の分岐幹の電圧を検出する電圧検出手段と、
この電圧検出手段が検出する電圧と、第１電流検出手段が検出する電流と、第２電流検出手段が検出する電流とから他方の系統の分岐幹の電圧を求める演算手段とを有することを特徴とする。

請求項４の発明は、電力を表示する表示部を有する電力監視部を備えた電力監視システムであって、
請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載の電圧測定装置を有し、
前記電力監視部は、前記電圧測定装置の電圧検出手段が検出した所定時間経過後の一方の系統の分岐幹の電圧と、前記演算手段が求めた他方の系統の分岐幹の電圧と、第１,第２電流検出手段が検出する所定時間経過後の電流とから一方の系統の主幹の電力と他方の系統の主幹の電力とを求めて前記表示部に表示することを特徴とする。

この発明によれば、他方の系統の分岐幹の電圧を演算手段が求めるので、２系統の電圧を簡単に測定することができる。

この発明の電圧測定装置の原理を説明するための説明図である。 この発明に係る電力監視システムとこれを使用した太陽光発電システムの構成等を示したブロック図である。 図２に示す電力監視システムの計測ユニットの外観を示した斜視図である。 計測ユニット内の回路を示したブロック図である。 集計管理装置の構成を示したブロック図である。 図４に示す位相差検出回路の第１系統側の動作を示したタイムチャートである。 図４に示す位相差検出回路の第２系統側の動作を示したタイムチャートである。 第２実施例の計測ユニットの構成を示すブロック図である。 計測ユニットの主要部の動作を示すフロー図である。 第１系統の主幹の電流の変化とその変化率を示したグラフである。 単相三線式の電力と電圧との関係を示したグラフである。

以下、この発明に係る電圧測定装置と電力監視システムの実施の形態である実施例を図面に基づいて説明する。
［原理］
先ず、この発明に係る電圧測定装置の原理について説明する。

図１は、単相三線の回路図と実際の配線網とを概略的に示したものである。図１において、Ｖｎは電力網側の電圧（常時一定で６.６ｋｖ（もしくは３.３ｋｖ）±３％以内に収まっている）、Ｚｔは柱上トランス（変圧器）の等価インピーダンス、Ｚｅは低圧配電線の等価インピーダンス、Ｚｎは低圧配電中性線の等価インピーダンス、Ｚｓは引込線の等価インピーダンス、Ｚａはａ回路（ａ系統）の宅内配線と負荷（家電負荷）の等価インピーダンス、Ｚｂはｂ回路（ｂ系統）の宅内配線と負荷（家電負荷）の等価インピーダンスである。また、Ｚｗを配電線部分のインピーダンスの合算値とする。

ここで、Ｖｎは常時一定であり、変圧器のインピーダンスが一定であるので、変圧器の二次側から見た電力網側が作る単相三線の二系統の各電圧（Ｖ０）が一定で等しい。すなわち、
Ｖａ０＝Ｖｂ０＝Ｖ０ …（１）
となる。

また、Ｚｗは下記の式で表すことができる。

Ｚｗ＝Ｚｔ＋２Ｚｓ＋Ｚｅ＋Ｚｎ …（２）
ａ回路のＲ点の電圧をＶＲとすると、
ＶR＝Ｉａ×Ｚａ＝Ｖ０−Ｉａ×Ｚｗ …（３）
となる。

ｂ回路のＴ点の電圧をＶTとすると、
ＶT＝Ｉｂ×Ｚｂ＝Ｖ０−Ｉｂ×Ｚｗ …（４）
となる。なお、Ｖ０は電力消費がないとき（すなわち負荷側が解放状態のとき）の電圧である。

Ｉｂ＝Ｉａのときの電流、電圧、負荷インピーダンスをそれぞれ
Ｉａ１＝Ｉｂ１、ＶR１＝ＶT１、Ｚａ１＝Ｚｂ１とし、
Ｉｂ≠Ｉａのときの電流、電圧、負荷インピーダンスをそれぞれ
Ｉａ２、Ｉｂ２、ＶR２、ＶT２、Ｚａ２、Ｚｂ２とする。

Ｉａ、ＩｂおよびＶRは常時測定され既知であるとする。

（３）式から次式が成立する。

ＶR１＝Ｉａ１×Ｚａ１＝Ｖ０−Ｉａ１×Ｚｗ …（５）
ＶR２＝Ｉａ２×Ｚａ２＝Ｖ０−Ｉａ２×Ｚｗ …（６）
（５）,（６）式からＺｗについて求めると、
ＶR１−ＶR２＝（Ｉａ２−Ｉａ１）×Ｚｗ となる。

したがって、Ｚｗ＝（ＶR１−ＶR２）/（Ｉａ２−Ｉａ１） …（７）
となる。

（５）,（６）式からＶ０について求めると、
Ｖ０＝ＶR１＋Ｉａ１×Ｚｗ
＝ＶR１＋Ｉａ１×（ＶR１−ＶR２）/（Ｉａ２−Ｉａ１）…（８）
となる。

（７）,（８）式を（４）式に適用し負荷バランスが崩れた場合のｂ回路の電圧ＶT２は、
ＶT２＝Ｖ０−Ｉｂ２×Ｚｗ
＝ＶR１＋Ｉａ１×((ＶR１−ＶR２)/(Ｉａ２−Ｉａ１))−
Ｉｂ２×(ＶR１−ＶR２)/(Ｉａ２−Ｉａ１)
＝ＶR１＋(Ｉａ１−Ｉｂ２)×((ＶR１−ＶR２)/(Ｉａ２−Ｉａ１))
…（９）
となる。

ＶR１、Ｉａ１は予め測定して求めておくものであり、ＶR２、Ｉａ２、Ｉｂ２を測定して求めればＶT２は（９）式から求めることができる。
［第１実施例］
次に、上記原理を利用して単相三線の電圧を測定する電圧測定装置と、この電圧測定装置を用いた電力監視システムの実施例を説明する。

図２は上記の電力監視システム３００を適用した太陽光発電システムＳ１を示すものであり、この太陽光発電システムＳ１は、戸建て住宅などの建物Ｈ毎に配置されて、発電した電力を後述する電力負荷装置に供給するとともに余剰電力を商用電源側に売電したり、太陽光発電だけでは負荷に供給する電力が不足する場合に商用電源側から買電したりするシステムである。

まず、この建物Ｈについて説明すると、この建物Ｈは、電力会社の発電所や地域毎に設置されたコジェネレーション（以下、「コジェネ」という。）設備などの系統電力から電力の供給を受けるための電力網としての系統電力網Ｅに接続されている。

この系統電力網Ｅと建物Ｈに配線された単相三線式の第１系統の主幹２１ａと第２系統の主幹２１ｂと中性相の主幹２１ｃとが電力量メータＥ１,Ｅ２を介して繋がっており、主幹２１ａは分電盤２０の分岐幹（第１系統：一方の系統）２２ａ,２３ａに繋がっている。また、主幹２１ｂは分電盤２０の分岐幹（第２系統：他方の系統）２２ｂ,２３ｂに繋がっている。なお、中性相の分岐幹は省略してある。

そして、この電力量メータＥ１によって系統電力網Ｅから建物Ｈへ流れる電力量が計測され、電力量メータＥ２によって建物Ｈから系統電力網Ｅへ流れる電力量が計測される。すなわち、電力量メータＥ１は買電した電力量を積算し、電力量メータＥ２は売電した電力量を積算していく。

太陽光発電システムＳ１は、分散型の発電装置としての太陽光発電装置５と、パワーコンディショナ５１と、電力を一時的に蓄えておく蓄電装置としての蓄電池６０と、パワーコンディショナ６１とを備えている。

この太陽光発電装置５は、太陽エネルギーとしての太陽光を、太陽電池を利用することによって、直接、電力に変換して発電をおこなう装置である。この太陽光発電装置５は、太陽光を受けることができる時間帯にのみ電力を供給することが可能な装置である。

また、太陽光発電装置５によって発電された直流電力は、パワーコンディショナ５１によって交流電力に変換されて分電盤２０に入力される。さらに、蓄電池６０に充電又は蓄電池６０から放電される際にも、パワーコンディショナ６１によって直流と交流の変換がおこなわれる。

なお、補助配線２０ｃからは、太陽光発電装置５で発電された電力が分電盤２０に入力される。また、蓄電池６０と分電盤２０とは、補助配線２０ｄによって接続され、分電盤２０から蓄電池６０への充電及び蓄電池６０から分電盤２０への放電がおこなわれる。

建物Ｈには、様々なエネルギー負荷装置が設置されている。例えば、エアコンなどの空調装置、照明スタンドやシーリングライトなどの照明装置、並びに冷蔵庫やテレビなどの家電装置などの電力によって稼働する電力負荷装置１０Ａ,１０Ｂがある。電力負荷装置１０Ａ,１０Ｂは、図示しない電源コンセントに接続されて分電盤２０の分岐幹２２ａに接続される。

電力監視システム３００は、集計管理装置（電力監視部）３０３と計測ユニット４００と主幹２１ａ,２１ｂの交流電流を検出する電流検出器（第１,第２電流検出手段）４０ａ,４０ｂと各分岐幹２２ａ,２３ａ,２２ｂ,２３ｂの交流電流を検出する電流検出器３２０ａ,３２１ａ,３２０ｂ,３２１ｂとを備えている。各分岐幹２３ａ,２２ｂ,２３ｂには分岐幹２２ａと同様に電力負荷装置(図示せず)が接続される。

電流検出器４０ａ,４０ｂは、クランプ式に構成されており、分電盤２０から主幹２１ａ,２１ｂを取り外さなくても分電盤２０内の主幹２１ａ,２１ｂに取り付けられるようになっている。

電流検出器３２０ａ,３２１ａ,３２０ｂ,３２１ｂも電流検出器４０ａ,４０ｂと同様な構成となっており、分岐幹２２ａ,２３ａ,２２ｂ,２３ｂを取り外さなくても分電盤２０内の分岐幹２２ａ,２３ａ,２２ｂ,２３ｂに取り付けられるようになっている。

計測ユニット４００は、図３および図４に示すように、筐体４０１内に設けられた電圧測定装置４１０の主要部と位相差検出回路（アナログ回路）１１０とデータ制御部４２０と送信部４３０とを備えている。

また、計測ユニット４００は電源コンセントに差し込む電源プラグ（プラグ）４０４を備えている。プラグ４０４は電源コード４０５を介して位相差検出回路（位相差検出手段）１１０と電圧測定装置４１０とに接続されている。

電圧測定装置４１０は、図４に示すように、分岐幹２２ａ（図２参照）の電圧を検出する交流電圧検出回路（電圧検出手段）４４０と、この交流電圧検出回路４４０が検出した交流電圧と電流検出器４０ａ,４０ｂが検出する交流電流とから分岐幹２２ｂ,２３ｂの電圧を算出する交流電圧算出回路（演算手段）４５０とを有している。

交流電圧算出回路４５０は（９）式に基づいて分岐幹２２ｂ,２３ｂの電圧を算出する。

ここで、（９）式のＶR２は交流電圧検出回路４４０が検出した交流電圧であり、Ｉａ２,Ｉｂ２は電流検出器４０ａ,４０ｂが検出する電流である。

データ制御部４２０は、電流検出器４０ａ,４０ｂが検出する交流電流と、電流検出器３２０ａ,３２１ａ,３２０ｂ,３２１ｂが検出する交流電流と、交流電圧検出回路４４０が検出する交流電圧と、交流電圧算出回路４５０が算出する交流電圧と、論理回路１１５Ａ,１１５Ｂから出力される位相差信号の各データを例えば１秒ごとの周期でメモリ(図示せず)に記憶させていく。

送信部４３０は、データ制御部４２０によってメモリに記憶された３０秒分の各データを集計管理装置３０３へ送信する。この送信は無線通信で行う。

位相差検出回路１１０は、分岐幹２２ａの交流電圧波形を検出する交流電圧波形検出回路１１１と、電流検出器４０ａが検出した交流電流から主幹２１ａの交流電流波形を検出する交流電流波形検出回路１１２Ａと、主幹２１ｂの交流電流波形を検出する交流電流波形検出回路１１２Ｂと、交流電圧波形検出回路１１１が検出した交流電圧波形の電圧が予め設定したゼロ電圧（基準電圧）以上のときＨレベル信号（第１検出信号）を出力する比較器（第１比較器）１１３と、交流電流波形検出回路１１２Ａが検出した交流電流波形の電流が予め設定したゼロ電流（基準電流）以上のときＨレベル信号（第２検出信号）を出力する比較器（第２比較器）１１４Ａと、交流電流波形検出回路１１２Ｂが検出した交流電流波形の電流が予め設定したゼロ電流（基準電流）以上のときＨレベル信号（第３検出信号）を出力する比較器（第３比較器）１１４Ｂと、比較器１１３,１１４Ａの出力信号の排他的論理和をとって交流電圧と交流電流との間に位相差があるか否かを検出する論理回路（排他的論理和回路）１１５Ａと、比較器１１３の出力を否定するノット回路１１６と、このノット回路１１６と比較器１１４Ｂの出力信号の排他的論理和をとって交流電圧と交流電流との間に位相差があるか否かを検出する論理回路（排他的論理和回路路）１１５Ｂとを有している。

交流電流波形検出回路１１２Ａおよび交流電流波形検出回路１１２Ｂはこの実施例では増幅器である。

論理回路１１５Ａ,１１５Ｂは、位相差を検出したときＨレベル信号である位相差検出信号をそれぞれ出力する。

交流電圧波形検出回路１１１は、直列接続した２つの抵抗(図示せず)を分岐幹２２ａの電線間に接続したもので、２つの抵抗でその電線間の交流電圧を分圧した交流電圧を出力するものである。

集計管理装置３０３は、図５に示すように、通信部３２とデータ蓄積部３３とＲＡＭ３７と表示部３８と制御部３３１とを有している。

制御部３３１は、通信部３２が受信した各データに基づいて、主幹２１ａ,２１ｂや分岐幹２２ａ,２３ａ,２２ｂ,２３ｂの電力を求めるとともに売電または買電を判断し、この判断した売電または買電と求めた各電力を表示部３８に表示させる。また、制御部３３１はいままでに売電した積算電力量と買電した積算電力量を集計して表示部３８に表示させる。

この集計管理装置３０３は、図２に示すように、ルータ４１ａ、ゲートウェイ４１ｂを介してインターネットなどの外部の通信網Ｎに繋がっている。そして、同じく通信網Ｎに接続された外部のサーバ４との間で、計測値などのデータの送受信や制御信号の送受信などを行うことができる。

また、建物Ｈ内のルータ４１ａに接続されたコンピュータ４１は、集計管理装置３０３と無線でデータの送受信をおこなうことができる構成となっている。

そして、このコンピュータ４１のモニタ（図示せず）に、集計管理装置３０３のデータ蓄積部３３に記録された計測値、サーバ４に蓄積された計測値、それらの計測値の統計処理結果、電力消費量の評価などを表示させることができる。また、計測された計測値の詳細データを、リアルタイムにモニタに表示させることもできる。

さらに、コンピュータ４１によって集計管理装置３０３の設定値を変更したり、集計管理装置３０３などの制御プログラムの更新を指示したりすることもできる。
［動 作］
次に、上記のように構成される電圧測定装置４１０と電力監視システム３００の動作について説明する。

先ず、図２に示すように電流検出器４０ａ,４０ｂを分電盤２０内の主幹２１ａ,２１ｂに取り付けるとともに、分電盤２０内の分岐幹２２ａ,２３ａ,２２ｂ,２３ｂに電流検出器３２０ａ,３２１ａ,３２０ｂ,３２１ｂに取り付ける。

次に、計測ユニット４００のプラグ４０４を分電盤２０の近くにあるコンセントに差し込む。この場合、コンセントが第１系統の分岐幹２２ａに接続されていることを予め確認しておく。コンセントが分電盤２０の近くにあるのでその確認は可能である。

いま、太陽光発電システムＳ１の太陽光発電装置５によって発電された直流電力がパワーコンディショナ５１によって交流電力に変換されて分電盤２０に入力され、電力負荷装置である空調負荷１０Ａや照明負荷１０Ｂや他の家電負荷に供給されており、この太陽光発電装置５の発電量が不足して、系統電力網Ｅから買電している場合について説明する。

電流検出器４０ａ,４０ｂは主幹２１ａ,２１ｂに流れる交流電流を検出し、この検出した交流電流が計測ユニット４００の電圧測定装置４１０に入力する。また、電流検出器３２０ａ,３２１ａ,３２０ｂ,３２１ｂが分岐幹２２ａ,２３ａ,２２ｂ,２３ｂに流れる交流電流をそれぞれ検出し、これら検出した検出電流が計測ユニット４００のデータ制御部４２０へ入力する。

一方、計測ユニット４００の電圧測定装置４１０の交流電圧検出回路４４０が分岐幹２２ａの交流電圧を検出する。

電圧測定装置４１０の交流電圧算出回路４５０は、交流電圧検出回路４４０が検出した第１系統の分岐幹２２ａの交流電圧（ＶR２）と、電流検出器４０ａ,４０ｂが検出した主幹２１ａ,２１ｂの交流電流(Ｉａ２,Ｉｂ２)とに基づいて、第２系統の分岐幹２２ｂ,２３ｂの交流電圧を（９）式に基づいて算出する。

他方、計測ユニット４００の位相差検出回路１１０の交流電圧波形検出回路１１１が分岐幹２２ａの交流電圧の波形を例えば図６のＡａに示すように検出する。同様に、交流電流波形検出回路１１２Ａが主幹２１ａの交流電流の波形を図６のＢａに示すように検出する。

交流電圧波形検出回路１１１が図６のＡａに示すように交流電圧の波形を検出すると、その波形がゼロボルト以上のとき比較器１１３からＨレベル信号が出力される。すなわち、時点ｔ０〜ｔ１,ｔ２〜ｔ３で比較器１１３がＨレベル信号を出力する。

交流電流波形検出回路１１２Ａが図６のＢａに示すように交流電流の波形を検出すると、その波形がゼロアンペア以上のとき比較器１１４ＡからＨレベル信号が出力される。すなわち、時点ｔ０〜ｔ１,ｔ２〜ｔ３で比較器１１４ＡがＨレベル信号を出力する。

論理回路１１５Ａは、比較器１１３から出力されるＨレベル信号と、比較器１１４Ａから出力されるＨレベル信号との排他的論理和をとる。この論理和の結果は、「Ｌ」であることによりＬレベル信号を図６に示すように出力する。すなわち、位相差検出回路１１０は第１系統の主幹２１ａの交流電圧と交流電流とに位相差が無いとしてＬレベル信号を出力することになる。このＬレベル信号がデータ制御部４２０へ出力される。

同様に、交流電流波形検出回路１１２Ｂが図７のＢａに示すように交流電流の波形を検出すると、その波形がゼロアンペア以上のとき比較器１１４ＢからＨレベル信号が出力される。すなわち、時点ｔ１〜ｔ２,ｔ３〜ｔ４で比較器１１４ＢがＨレベル信号を出力する。

一方、ノット回路１１６は、比較器１１３から出力される信号を反転させるものであるから、時点ｔ１〜ｔ２,ｔ３〜ｔ４でＨレベル信号を出力することになる。

論理回路１１５Ｂは、ノット回路１１６から出力されるＨレベル信号と、比較器１１４Ｂから出力されるＨレベル信号との排他的論理和をとる。この論理和の結果は、「Ｌ」であることによりＬレベル信号を図６に示すように出力する。すなわち、位相差検出回路１１０は第２系統の主幹２１ｂの交流電圧と交流電流とに位相差が無いとしてＬレベル信号（位相差検出信号）を出力することになる。このＬレベル信号がデータ制御部４２０へ出力される。

なお、第１系統の主幹２１ａの電圧と第２系統の主幹２１ｂの電圧とが逆位相となっているので、交流電流波形検出回路１１２Ｂが検出する交流電流の波形は、交流電流波形検出回路１１２Ａが検出する交流電流の波形と逆位相となり、図７のＢａに示す波形となる。

データ制御部４２０は、電圧測定装置４１０の交流電圧検出回路４４０が検出した電圧と、交流電圧算出回路４５０が算出した電圧と、電流検出器３２０ａ,３２１ａ,３２０ｂ,３２１ｂが検出した電流と、論理回路１１５Ａ,１１５ＢからのＬレベルの信号とを１秒周期でメモリ(図示せず)に記憶させていく。

送信部４３０は、データ制御部４２０によって記憶されたメモリのデータ（３０秒分のデータ）を無線通信で集計管理装置３０３へ送信する。

集計管理装置３０３の通信部３２が計測ユニット４００の送信部４３０から送信されてきたデータを受信すると、制御部３３１は、その受信したデータに基づいて主幹２１ａ,２１ｂの電力を求めるとともに各分岐幹２２ａ,２３ａ,２２ｂ,２３ｂの電力を求め、さらに、位相差検出信号のデータ（Ｌレベル信号のデータ）に基づいて買電であることを判断する。制御部３３１は、さらに求めた各電力を表示部３８に表示させるとともに、主幹２１ａ,２１ｂの電力が買電であることを表示部３８に表示させる。

次に、太陽光発電装置５の発電量が十分にあり、系統電力網Ｅへ売電している場合について説明する。

図６のＡｂに示すように交流電圧波形検出回路１１１が検出する交流電圧の波形に対して、交流電流波形検出回路１１２Ａが検出する交流電流の波形は図６のＢｂに示すように位相が１８０度ずれる。このため、比較器１１４ＡからＨレベル信号が出力されるのは時点ｔ４〜ｔ５,ｔ６〜ｔ７のときである。また、比較器１１３からは、時点ｔ４〜ｔ５,ｔ６〜ｔ７のときＨレベル信号が出力されている。

したがって、論理回路１１５Ａは、時点ｔ４以後はＨレベル信号を出力することになる。すなわち、位相差検出回路１１０は第１系統の主幹２１ａの交流電圧と交流電流とに位相差が有るとしてＨレベル信号（位相差検出信号）を出力することになる。このＨレベル信号がデータ制御部４２０へ出力される。

同様に、交流電流波形検出回路１１２Ｂが図７のＢｂに示すように交流電流の波形を検出すると、その波形がゼロアンペア以上のとき比較器１１４ＢからＨレベル信号が出力される。すなわち、時点ｔ４〜ｔ５,ｔ６〜ｔ７で比較器１１４ＢがＨレベル信号を出力する。

一方、ノット回路１１６は、時点ｔ５〜ｔ６,ｔ７〜ｔ８のときＨレベル信号を出力することになる。これは、比較器１１３から時点ｔ４〜ｔ５,ｔ６〜ｔ７でＨレベル信号が出力されていることによる。

論理回路１１５Ｂは、ノット回路１１６から出力されるＨレベル信号と、比較器１１４Ｂから出力されるＨレベル信号との排他的論理和をとる。この論理和の結果は、「Ｈ」であることによりＨレベル信号を図７に示すように出力する。

すなわち、位相差検出回路１１０は、第２系統の主幹２１ｂの交流電圧と交流電流とに位相差が有るとしてＨレベル信号を出力することになる。このＨレベル信号がデータ制御部４２０へ出力される。

データ制御部４２０は、上記と同様に交流電圧検出回路４４０が検出した電圧と、交流電圧算出回路４５０が算出した電圧と、電流検出器３２０ａ,３２１ａ,３２０ｂ,３２１ｂが検出した電流と、論理回路１１５Ａ,１１５ＢからのＨレベルの信号とをそれぞれ送信用のデータに処理する。

送信部４３０は、データ制御部４２０が処理したデータを無線通信で集計管理装置３０３へ送信する。

集計管理装置３０３の通信部３２が計測ユニット４００の送信部４３０から送信されてきたデータを受信すると、制御部３３１は、その受信したデータに基づいて主幹２１ａ,２１ｂの電力を求めるとともに各分岐幹２２ａ,２３ａ,２２ｂ,２３ｂの電力を求め、さらに、位相差検出信号のデータ（Ｈレベル信号のデータ）に基づいて売電であることを判断する。制御部３３１は、さらに求めた各電力を表示部３８に表示させるとともに、主幹２１ａ,２１ｂの電力が売電であることを表示部３８に表示させる。

ところで、計測ユニット４００の電圧測定装置４１０は、プラグ４０４をコンセントに差し込むだけで、第１,第２系統の分岐幹の電圧を測定するので、その測定は至って簡単である。すなわち、単相三線式の２系統の電圧を簡単に測定することができる。

上記実施例では、計測ユニット４００のプラグ４０４を差し込むコンセントが第１系統に接続されていることが判っていることが前提となっているが、判らない場合には、電圧測定装置４１０の交流電圧検出回路４４０で分電盤２０内の分岐幹２２ａまたは分岐幹２３ａの電圧を直接検出するようにしてもよい。この場合、交流電圧検出回路４４０と分電盤２０内の分岐幹２２ａまたは分岐幹２３ａとを電気的に接続するための工事を行う必要があるが、第２系統の分岐幹２２ｂ,２３ｂの両電圧を検出する電圧検出回路を設ける必要がなく、しかもこの電圧検出回路と二つの分岐幹２２ｂ,２３ｂとを電気的に接続する工事を行う必要がない。このため、煩雑な工事を必要とせず、単相三線式の２系統の電圧を簡単に測定することができることになる。
［第２実施例］
図８は第２実施例の計測ユニット５００の構成を示すブロック図である。この計測ユニット５００は、筐体４０１内に設けられた電圧測定装置５１０の主要部と位相差検出回路（アナログ回路）１１０とデータ制御部４２０と送信部４３０とを備えている。

電圧測定装置５１０は、交流電圧検出回路４４０と、この交流電圧検出回路４４０が検出した交流電圧と電流検出器４０ａ,４０ｂが検出する交流電流とから分岐幹２２ｂ,２３ｂの電圧を算出する交流電圧演算部（演算手段）５５０とを有している。

交流電圧演算部５５０は、電流検出器４０ａ,４０ｂが検出する交流電流や交流電圧検出回路４４０が検出した交流電圧を一時保存するメモリ５５１を有している。他の構成は第１実施例と同様なのでその説明は省略する。
［動 作］
次に、計測ユニット５００の交流電圧演算部５５０の動作を図９に示すフロー図に基づいて説明する。なお、図９においてステップをＳで表記する。

ステップ１では、Ｖａ,Ｉａ,Ｉｂを測定する。つまり、交流電圧検出回路４４０が分岐幹２２ａの交流電圧Ｖａすなわち第１系統の主幹２１ａの電圧を検出し、電流検出器４０ａ,４０ｂが第１,第２系統の主幹２１ａ,２１ｂに流れる交流電流Ｉａ,Ｉｂを検出する。

ステップ２では、測定した交流電圧ＶａをＶａ１とし、測定した交流電流Ｉａ,ＩｂをＩａ１,Ｉｂ１として交流電圧演算部５５０がメモリ５５１に保存（記憶）する。

ステップ３では、メモリ５５１に保存してから１分間経過したか否かが判断され、ノーであればステップ３へ戻り、１分（所定時間）経過するまでこのステップ３で待機することになる。そして、１分経過するとイエスと判断されてステップ４へ進む。

ステップ４では、ステップ１と同様にＶａ,Ｉａ,Ｉｂを測定する。

ステップ５では、ステップ４で測定したＶａ,Ｉａ,ＩｂをＶａ２,Ｉａ２,Ｉｂ２としてメモリ５５１に保存する。

ステップ６では、電流検出器４０ａが検出した電流の変化量ｄＩａを次式により計算する。すなわち、１分間の間に変化した主幹２１ａの電流量を計算する。この演算は交流電圧演算部５５０が行う。

ｄＩａ＝Ｉａ１−Ｉａ２
ステップ７では、変化量ｄＩａが予め設定した閾値ｄIthを以上であるかを判断する。ノーであればステップ１０へ進み、イエスであればステップ８へ進む。

ステップ８では、第１系統の引込線インピーダンス（配電線部分のインピーダンス）であるＺｗnewを下記の（１０）式により求める。なお、（１０）式は原理で説明した（７）式と同じ式であり、ＶR１＝Ｖａ１、ＶR２＝Ｖａ２である。

Ｚｗnew＝（Ｖａ１−Ｖａ２）／（Ｉａ２−Ｉａ１） …（１０）
ステップ９では、引込線インピーダンスＺｗを更新する。すなわち、前回求めた引込線インピーダンスＺｗを今回求めた引込線インピーダンスＺｗnewに書き換える。

ステップ１０では、下記の（１１）式により分岐幹２２ｂの交流電圧、すなわち第２系統の主幹２１ｂの交流電圧Ｖｂ２を求めてステップ１へ戻る。

Ｖｂ２＝Ｖａ１＋（Ｉａ１−Ｉｂ２）×Ｚｗ …（１１）
この（１１）式は（９）式から求めたものである。すなわち、Ｖｂ２は（９）式のＶT２であり、Ｖａ１は（９）式のＶR１であり、Ｚｗ＝(ＶR１−ＶR２)/(Ｉａ２−Ｉａ１)である。（１０）式および（１１）式の演算も交流電圧演算部５５０が行う。

なお、Ｖａ１は所定時間経過前の電圧、Ｖａ２は所定時間経過後の電圧、Ｉａ１は所定時間経過前の電流、Ｉｂ２は所定時間経過後の電流、Ｉａ１−Ｉａ２は所定時間経過後の電流の変化量、Ｖａ１−Ｖａ２は所定時間経過後の電圧の変化量である。

このように、第１系統の主幹２１ａの電流Ｉａ１,Ｉａ２と、第１系統の主幹２１ａの電圧Ｖａ１,Ｖａ２とから第１系統の引込線インピーダンスＺｗを求め（ステップ８）、この引込線インピーダンスＺｗと第１系統の主幹２１ａ,２１ｂの電流Ｉａ１,Ｉｂ２と第１系統の主幹２１ａの電圧Ｖａ１とから第２系統の主幹２１ｂの交流電圧Ｖｂ２を求めていく（ステップ１０）。

そして、ステップ１ないしステップ１０の処理動作が繰り返し行われていくと、第１分岐幹２２ａ,２３ａに接続される家電負荷の消費電力が大きくなって主幹２１ａに流れる電流が図１０の（Ａ）に示すように増加した場合（期間Ｔ１）や、ノイズにより主幹２１ａの電流Ｉａが変化した場合（期間Ｔ２）に、電流の変化ｄＩａが図１０の（Ｂ）に示すように求められていくことになる。

電流の変化量ｄＩａは期間Ｔ１では閾値ｄIth以上となり、ステップ８で引込線インピーダンスＺｗnewを求めて更新するが、主幹２１ａの電流Ｉａがノイズにより変化した場合（期間Ｔ２）、このノイズによる電流Ｉａの変化は小さく、この電流Ｉａの変化量ｄＩａは閾値ｄIthより小さく、閾値Ｚｗは更新されない。このため、ノイズなどによる電流Ｉａの変化の影響を受けずに、第２系統の主幹２１ｂの交流電圧Ｖｂ２を求めることができることになる。

第２系統の主幹２１ｂの交流電圧Ｖｂ２が求められると、データ制御部４２０は、交流電圧Ｖｂ２と、交流電圧検出回路４４０が検出した電圧Ｖａ２と、電流検出器３２０ａ,３２１ａ,３２０ｂ,３２１ｂが検出した電流と、論理回路１１５Ａ,１１５ＢからのＨレベルの信号とをそれぞれ送信用のデータに処理する。

送信部４３０は、第１実施例と同様にデータ制御部４２０が処理したデータを無線通信で集計管理装置３０３へ送信する。

この第２実施例によれば、第１実施例と同様な効果の他に、ノイズなどによる電流Ｉａの変化の影響を受けずに、第２系統の主幹２１ｂの電力を求めることができる。

この発明は、上記実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。

２０ 分電盤
２１ａ 主幹
２１ｂ 主幹
２２ａ,２３ａ 分岐幹
２２ｂ,２３ｂ 分岐幹
４０ａ 電流検出器（第１電流検出手段）
４０ｂ 電流検出器（第２電流検出手段）
１１０ 位相差検出回路（位相差検出手段）
４１０ 電圧測定装置
４００ 計測ユニット
４４０ 交流電圧検出回路（電圧検出手段）
４５０ 交流電圧算出回路（演算手段）
５００ 計測ユニット
５１０ 電圧測定装置
５５０ 交流電圧演算部（演算手段）

Claims (5)

1. 単相三線の二系統の交流電圧を測定する電圧測定装置であって、
   前記二系統のうちの一方の系統の主幹に流れる電流を検出する第１電流検出手段と、
   他方の系統の主幹に流れる電流を検出する第２電流検出手段と、
   一方の系統の分岐幹の電圧を検出する電圧検出手段と、
   この電圧検出手段が検出する電圧と、第１電流検出手段が検出する電流と、第２電流検出手段が検出する電流とから他方の系統の分岐幹の電圧を求める演算手段とを有することを特徴とする電圧測定装置。
2. 一方の系統の主幹に分電盤を介して接続された一方の系統の分岐幹のコンセントに接続する計測ユニットを備え、
   この計測ユニットは、前記電圧検出手段および演算手段を有していることを特徴とする請求項１に記載の電圧測定装置。
3. 前記演算手段は、第１電流検出手段が検出する所定時間経過後の電流の変化量と、前記電圧検出手段が検出する所定時間経過後の電圧の変化量とから一方の系統のインピーダンスを求め、このインピーダンスと、前記電圧検出手段が検出した所定時間経過前の電圧と、第１電流検出手段が検出した所定時間経過前の電流と、第２電流検出手段が検出する所定時間経過後の電流とにより、他方の系統の分岐幹の電圧を求めることを特徴とする請求項２に記載の電圧測定装置。
4. 電力を表示する表示部を有する電力監視部を備えた電力監視システムであって、
   請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載の電圧測定装置を有し、
   前記電力監視部は、前記電圧測定装置の電圧検出手段が検出した所定時間経過後の一方の系統の分岐幹の電圧と、前記演算手段が求めた他方の系統の分岐幹の電圧と、第１,第２電流検出手段が検出する所定時間経過後の電流とから一方の系統の主幹の電力と他方の系統の主幹の電力とを求めて前記表示部に表示することを特徴とする電力監視システム。
5. 前記計測ユニットは、前記一方の主幹と他方の主幹の交流電圧とその主幹の交流電流とに位相差があるか否かを検出する位相差検出手段を有し、
   前記電力監視部は、前記位相差検出手段が検出した位相差に基づいて売電または買電を前記表示部に表示することを特徴とする請求項４に記載の電力監視システム。