JP4751636B2 - 電子式電力量計 - Google Patents

Description

本発明は、異容量Ｖ結線方式により供給された電力量を計量する電子式電力量計に関する。

電力会社管内の低圧電力の分野では、一般家庭のように単相負荷（単相２線負荷、単相３線負荷）のみに電力を供給する場合と、小規模工場のように電灯負荷（単相３線負荷）と動力負荷（三相３線負荷）との両方に電力を供給する場合とがある。

単相３線負荷と三相３線負荷とに並行して電力を供給する後者の場合、容量の異なる２個の変圧器をＶ結線して使用する異容量Ｖ結線方式が用いられる。

図１４は異容量Ｖ結線式電線と従来の計器との接続を示した図である。図１４に示すように、異容量Ｖ結線方式では、容量の小さい単相２線式２００Ｖの変圧器ＴＲ１と容量の大きい単相３線式１００/２００Ｖの変圧器ＴＲ２とがＶ結線されたＶ結線変圧器ＴＲ０を用いる。Ｖ結線変圧器ＴＲ０の端子Ｔ１から対地１７３Ｖの電線１０５を引き出し、端子Ｔ２，Ｔ３から対地１００Ｖの電線１０６，１０７を引き出し、変圧器ＴＲ２の中点の端子Ｔ０から電線１０８を引き出して接地する。

三相３線負荷１０３には、電線１０５，電線１０６及び電線１０７により三相２００Ｖが供給され、単相３線負荷１０４には電線１０６，電線１０７及び電線１０８（中性線）により単相１００／２００Ｖが供給される。従来、このような異容量Ｖ結線方式では、図１４に示すように、三相３線負荷１０３に供給される電力量は三相３線式計器１００により計量し、単相３線負荷１０４に供給される電力量は単相３線式計器１０１により計量し、２台の計量値を合算して合計の電力量を求めていた。

ところで、電力会社等では、高圧需要家において時間帯毎や季節毎に異なる電気料金で電力を供給するサービスが提供されており、多用な料金メニューが提供されている。

また、今後、図１４に示すような低圧需要家にもこのようなサービスが拡大し、低圧需要家においても、時間帯毎や季節毎等の多彩な料金メニューが提供されることが予想される。従って、図１４に示したような異容量Ｖ結線方式により電力が供給される需要家においても、時間帯毎や季節毎等で別々に電力量を計量する必要がある。

しかし、図１４に示すように、従来の電力量計では、２台の計器を用いて単相負荷及び三相負荷に供給される電力量を計量していたので、時間帯毎や季節毎等で別々に電力量を計量することが非常に困難である。このため、図１４に示すような従来の電力量計は、時間帯毎や季節毎等の多彩な料金メニューが提供された場合に対応することができない。

そこで、異容量Ｖ結線方式により単相負荷と三相負荷との両方に供給される電力量を１台の計器で計量できる異容量Ｖ結線方式の電力量計が求められている。

また、従来の電力量計に各電線を接続した場合の接続確認は、リード線の色等を目視により確認することで行われているので、電力量計に電線を誤接続してしまう恐れがある。

電線の誤接続を防止する技術として、三相３線負荷に供給される電力量を計量する電子式電力量計であって、多相電力の相順及び電流方向を検出することにより、接続された電線の接続状態を確認することができる電子式電力量計が開示されている（例えば、特許文献１）。
特開２００４−１３８４９４号公報

異容量Ｖ結線方式により単相負荷と三相負荷との両方に供給される電力量を１台の計器で計量する場合、図１５に示すように、異容量Ｖ結線三相４線式計器１０２を用いる。異容量Ｖ結線三相４線式計器１０２はＶ結線変圧器ＴＲ０から引き出された電線１０５〜１０８に接続される。この異容量Ｖ結線三相４線式計器１０２は、他の三相４線式計器と同様に、電線１０５（Ｒ相）の対地電圧Ｖ１０と電線１０５の電流Ｉ１とに基づいて電力量を計量する図示しない素子Ｉと、電線１０６（Ｓ相）の対地電圧Ｖ２０と電線１０６の電流Ｉ２とに基づいて電力量を計量する図示しない素子IIと、電線１０７（Ｔ相）の対地電圧Ｖ３０と電線１０７の電流Ｉ３とに基づいて電力量を計量する図示しない素子IIIとを有している。異容量Ｖ結線三相４線式計器１０２は、この各素子毎の電力量を計量することで、三相３線負荷１０３及び単相３線負荷１０４の両方に供給される電力量を計量することができる。

しかしながら、変成器付の異容量Ｖ結線三相４線式計器１０２の端子は、電圧端子Ｐ０〜Ｐ３、電源側電流端子１Ｓ〜３Ｓ及び負荷側電流端子１Ｌ〜３Ｌの１０端子からなり、電圧端子と電流端子とが混在して配置されている。例えば、端子１Ｓ，Ｐ１，２Ｓ，Ｐ２，３Ｓ，Ｐ３，Ｐ０，３Ｌ，２Ｌ，１Ｌの順で配列されている。従って、配線作業時に電線を誤接続する恐れがある。

また、異容量Ｖ結線方式では、他の三相４線式計器と異なり、Ｒ相（端子Ｐ１）、Ｓ相（端子Ｐ２）、Ｔ相（端子Ｐ３）の対地電圧Ｖ１０、Ｖ２０、Ｖ３０の大きさが異なる。図１５に示すＶ結線変圧器ＴＲ０の場合、電圧Ｖ１０は１７３Ｖであるのに対して、電圧Ｖ２０及び電圧Ｖ３０は１００Ｖである。即ち、端子Ｐ１に接続されるべき電線１０５が端子Ｐ２またはＰ３に誤接続された場合、１００Ｖが印加されるべき端子に１７３Ｖが印加されてしまい、電力量が誤計量されてしまうとともに計器を焼損させてしまう恐れがある。また、端子Ｐ１が正規に接続（正接続）されても、端子Ｐ２と端子Ｐ３とが逆に接続されてしまった場合、印加される電圧の位相が異常であるため、電力量が誤計量されてしまう。

さらに、従来の異容量Ｖ結線三相４線式計器１台で三相負荷及び単相負荷に供給される電力量を計量する場合、単相負荷に供給される電力量と三相負荷に供給される電力量とを分けて計量することができないため、三相負荷と単相負荷とで別々の料金メニューに基づいて、電気料金を計算することができない。

本発明の課題は、異容量Ｖ結線方式により供給される電力量を１台の計器で計量することができ、配線作業時に誤接続してしまうことを防止でき、さらに単相負荷と三相負荷とに供給される電力量を分けて計量することができる電子式電力量計を提供することにある。

請求項１の発明は、容量の異なる２個の変圧器がＶ結線された異容量Ｖ結線変圧器から引き出された第１電線，第２電線，第３電線及び第４電線により三相負荷及び単相負荷に供給された電力量を計量する電子式電力量計であって、前記第１電線の電圧が入力される第１端子と接地線が接続される第４端子間の第１電圧，前記第２電線の電圧が入力される第２端子と前記第４端子間の第２電圧，前記第３電線の電圧が入力される第３端子と前記第４端子間の第３電圧を検出する電圧検出部と、前記第１電線に流れる第１電流，前記第２電線に流れる第２電流及び前記第３電線に流れる第３電流を検出する電流検出部と、前記第１電圧，前記第２電圧及び前記第３電圧と所定の電圧とを比較して、前記第１端子が正接続された場合の前記第１電圧に相当する電圧を第１正規電圧であると判定する電圧比較部と、前記第１電圧，前記第２電圧及び前記第３電圧の内の前記第１正規電圧以外の２つの電圧の位相と前記第１正規電圧の位相とを比較して、前記第２端子が正接続された場合の第２電圧に相当する一方の電圧を第２正規電圧であると判定し、他方の電圧を第３正規電圧であると判定する位相比較部と、前記第１正規電圧と前記第１電流とを乗算し、前記第２正規電圧と前記第２電流とを乗算し、前記第３正規電圧と前記第３電流とを乗算して、前記三相負荷及び前記単相負荷に供給された電力を演算する電力演算部とを備えることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１記載の電子式電力量計において、前記電圧比較部は、前記第１電圧，前記第２電圧または前記第３電圧の内、前記所定の電圧以上である電圧を前記第１正規電圧であると判定することを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２記載の電子式電力量計において、前記位相比較部は、前記第１電圧，前記第２電圧及び前記第３電圧の内の前記第１正規電圧以外の２つの電圧の内、電圧の位相が前記第１正規電圧の位相に対して所定値だけ遅れている一方の電圧を前記第２正規電圧であると判定し、他方の電圧を前記第３正規電圧であると判定することを特徴とする。

請求項１の発明によれば、電圧比較部は、第１電圧，第２電圧及び第３電圧と所定の電圧とを比較して、第１端子が正接続された場合の第１電圧に相当する電圧を第１正規電圧であると判定し、位相比較部は、第１電圧，第２電圧及び第３電圧の内の第１正規電圧以外の２つの電圧の位相と第１正規電圧の位相とを比較して、第２端子が正接続された場合の第２電圧に相当する一方の電圧を第２正規電圧であると判定し、他方の電圧を第３正規電圧であると判定し、電力演算部は、第１正規電圧と第１電流とを乗算し、第２正規電圧と第２電流とを乗算し、第３正規電圧と第３電流とを乗算して、三相負荷及び単相負荷に供給された電力を演算するので、各端子が誤接続された場合にも、正接続された場合と同様に電力量を計量することができる。

請求項２の発明によれば、電圧比較部は、第１電圧，第２電圧または第３電圧の内、所定の電圧以上である電圧を第１正規電圧であると判定するので、第１正規電圧を容易に判定することができる。

請求項３の発明によれば、位相比較部は、第１電圧，第２電圧及び第３電圧の内の第１正規電圧以外の２つの電圧の内、電圧の位相が第１正規電圧の位相に対して所定値だけ遅れている一方の電圧を第２正規電圧であると判定し、他方の電圧を第３正規電圧であると判定するので、第２正規電圧及び第３正規電圧を容易に判定することができる。

以下、本発明の実施例に係る電子式電力量計を図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下では、背景技術の欄で説明した電子式電力量計の構成部分と同一又は相当部分には、背景技術の欄で使用した符号と同一の符号を用いて説明する。

図１は本発明の実施例１に係る電子式電力量計の構成を示すブロック図である。図１に示すように、実施例１に係る電子式電力量計は、電圧入力部１、電流入力部２、電圧検出部３、電流検出部４、電圧比較部５、移相・積分比較回路６、電力演算部７、中央制御部８、発振回路９、設定操作部１０、記憶部１１、表示駆動部１２、表示部１３、通信部１４及び電源部１５で構成されている。

電圧入力部１には、Ｖ結線変圧器ＴＲ０から引き出されたＲ相の電線１０５の電圧が入力される端子Ｐ１、Ｓ相の電線１０６の電圧が入力される端子Ｐ２、Ｔ相の電線１０７の電圧が入力される端子Ｐ３及び電線１０８（接地線）が接続される端子Ｐ０が設けられ、各端子に入力された電圧は電圧検出部３に送られる。なお、以下の説明において、電圧入力部１の端子Ｐ１〜Ｐ３に上記のような電圧が入力されるように接続された状態を正接続されたという。

電圧検出部３は、電圧入力部１から入力された電圧を、図示しない計器用変圧器で適当な電圧に変圧する。また、変圧された端子Ｐ１−Ｐ０間の電圧Ｖ１０（第１電圧），変圧された端子Ｐ２−Ｐ０間の電圧Ｖ２０（第２電圧）及び変圧された端子Ｐ３−Ｐ０間の電圧Ｖ３０（第３電圧）を検出する。検出された電圧は電圧比較部５及び電力演算部７に送られる。

図２は本発明に係る電子式電力量計の各相の電線が各電圧端子に正接続された場合の電圧Ｖ１０，Ｖ２０，Ｖ３０を示すベクトル図である。図２に示すように、本発明の電子式電力量計は、異容量Ｖ結線方式により供給される電力量を計量するため、他の三相４線式計器と異なり、各端子間の電圧の大きさが異なる。例えば、図１５のように接続した場合、電圧Ｖ１０は１７３Ｖであるのに対して電圧Ｖ２０及びＶ３０は１００Ｖである。また、電圧Ｖ２０は電圧Ｖ１０に対して９０度位相が遅れている。電圧Ｖ３０は電圧Ｖ１０に対して９０度位相が進んでいる。
電圧比較部５は、電圧入力部１の各端子に各電線が正接続された場合に電圧Ｖ１０の定格が、電圧Ｖ２０の定格及び電圧Ｖ３０の定格の√３倍であることを利用して、端子Ｐ１に電線が正接続されたかどうかを判定する。電圧比較部５は、電圧検出部３で検出された電圧Ｖ１０と基準電圧ＶＴＨと比較して、電圧Ｖ１０が基準電圧ＶＴＨ以上であるときは、端子Ｐ１に電線が正接続されたと判定し、その旨を表す信号を移相・積分比較回路６に出力する。電圧Ｖ１０が基準電圧ＶＴＨよりも小さいときに端子Ｐ１に電線が誤接続されたと判定し、中央制御部８に端子Ｐ１が誤接続である旨を表す信号を出力する。

この基準電圧ＶＴＨは、計器が一般的に定格電圧の８０％〜１１０％の範囲で器差を補償していることから、８０％に１０％のマージンを加味して、各電線が正接続されたときの電圧Ｖ１０の定格電圧の７０％に計器用変圧器の変圧比を考慮した値とする。

例えば、端子Ｐ１−Ｐ０間の電圧Ｖ１０の定格電圧を１７３Ｖ，端子Ｐ２−Ｐ０間の電圧Ｖ２０及び端子Ｐ３−Ｐ０間の電圧Ｖ３０の定格電圧を１００Ｖとし、図示しない計器用変圧の変圧比を１００：１とする。この場合、電圧Ｖ１０の定格電圧１７３Ｖの７０パーセントである１２１Ｖに変圧比１／１００をかけた１．２１Ｖを、電圧比較部５に基準電圧ＶＴＨとして設定する。このとき電圧入力部１の端子Ｐ１に電線が誤接続され、端子Ｐ１−Ｐ０間に１００Ｖが印加されると、印加された電圧は電圧検出部３で１Ｖに変圧されて検出される。電圧比較部５は、検出された１Ｖが基準電圧１．２１Ｖよりも小さいので、端子Ｐ１に電線が誤接続されたと判定することができる。

移相・積分比較回路６は、電圧入力部１の各端子に各電線が正接続された場合に電圧Ｖ２０の位相が電圧Ｖ１０の位相に対して９０度遅れていることを利用して、端子Ｐ２及び端子Ｐ３に電線が正接続されたかどうかを判定する。移相・積分比較回路６は、端子Ｐ１に電線が正接続されたときに、電圧Ｖ２０の位相と電圧Ｖ１０の位相とを比較して、電圧Ｖ２０の位相が電圧Ｖ１０の位相に対して９０度遅れているときは端子Ｐ２及び端子Ｐ３が正接続されたと判定して、中央制御部８にその旨を表す信号を出力する。なお、端子Ｐ１及び端子Ｐ２が正接続されていれば、必然的に端子Ｐ３も正接続されているので、電圧Ｖ３０の位相を比較する必要はない。電圧Ｖ２０の位相が電圧Ｖ１０の位相に対して９０度遅れていないときは、端子Ｐ２及び端子Ｐ３に電線が誤接続されたと判定して、中央制御部８に端子Ｐ２及び端子Ｐ３が誤接続である旨を表す信号を出力する。

電圧Ｖ２０の位相が電圧Ｖ１０の位相に対して９０度遅れているかどうかを判定する方法を図３を用いて説明する。図３（ａ）は端子Ｐ１〜Ｐ３の各端子に電線が正接続された場合の電圧Ｖ１０，Ｖ２０，Ｖ３０の電圧波形を示す図である。図３（ａ）に示すように各電線が各端子に正接続された場合、電圧Ｖ２０の電圧波形５２は電圧Ｖ１０の電圧波形５１に対して、位相が９０度遅れ、波高値が１／√３倍である。電圧Ｖ３０の電圧波形５３は電圧Ｖ２０の電圧波形５２に対して１８０度進み、波高値は電圧波形５２と等しい。

このため、電圧Ｖ１０と電圧Ｖ２０とを比較するために、まず、電圧Ｖ１０の電圧波形５１の位相を９０度遅らせる（電圧波形５１ａ）。次に電圧波形５１ａを１／√３倍して積分し、電圧波形５１ａと同じ周期で電圧波形５２を積分する。図３（ｂ）は電圧波形５１ａを１／√３倍して時刻ｔ０からｔ１で積分した積分波形６１ａを示す図であり、図３（ｃ）は電圧波形５２を時刻ｔ０からｔ１で積分した積分波形６２を示す図であり、図３（ｄ）は電圧波形５３を時刻ｔ０からｔ１で積分した積分波形６３を示す図である。

図３（ｂ），（ｃ）に示すように、積分波形６１ａと積分波形６２とは等しく、積分波形６１ａから積分波形６２を減じると差分がゼロとなる。この差分がゼロになったときに、電圧Ｖ２０の位相が電圧Ｖ１０の位相に対して９０度遅れていると判定され、端子Ｐ２及び端子Ｐ３に電線が正接続されたと判定する。

これに対して、端子Ｐ２と端子Ｐ３との接続が逆であった（誤接続であった）場合は、電圧Ｖ２０として、電圧波形５３が検出され、電圧波形５３を積分した積分波形６３が得られる。積分波形６１ａと６３とでは位相が１８０度異なり、積分波形６１ａから積分波形６３を減じても差分がゼロにならないので、移相・積分比較回路６は端子Ｐ２及び端子Ｐ３に電線が誤接続されたと判定することができる。

電流入力部２は、Ｒ相の電線１０５を流れる電流Ｉ１，Ｓ相の電線１０６を流れる電流Ｉ２，Ｔ相の電線１０７を流れる電流Ｉ３を電源側電流端子１Ｓ，２Ｓ，３Ｓから取り込んで電流検出部４に送る。電流検出部４は、入力された電流を図示しない計器用変流器を経由して電流入力部２に戻し、電流入力部２は電流検出部４からの電流を負荷側電流端子１Ｌ，２Ｌ，３Ｌから出力する。

電力演算部７は、電圧検出部３で検出された電圧Ｖ１０と電流検出部４で検出された電流Ｉ１とを乗算し、電圧Ｖ２０と電流Ｉ２とを乗算し、電圧Ｖ３０と電流Ｉ３とを乗算することで三相３線負荷１０３及び単相３線負荷１０４に供給される電力を演算する。電力演算部７は、演算された電力を、該電力に比例した周波数を有したパルスに変換して中央制御部８に送る。

中央制御部８は、マイクロコンピュータで構成され、電子式電力量計の全体を制御する。中央制御部８は、電圧比較部５または移相・積分比較回路６から、各電線が各端子に誤接続されている旨を表す信号が入力されると、表示駆動部１２に誤接続であることを表示部１３に表示させるための信号を出力する。また、移相・積分比較回路６から各端子が正接続された旨を表す信号が入力されると、電力演算部７で演算された電力に基づいて電力量の計量を開始する。求められた電力量は記憶部１１に記憶されるとともに表示駆動部１２に出力される。

発振回路９は、クロック信号を生成して中央制御部８に送る。中央制御部８は、発振回路９からのクロック信号に従って動作する。

設定操作部１０は、電子式電力量計の初期設定や設定変更を行ったり、故障診断を実行させるために使用され、設定操作部１０の操作に応じた信号は中央制御部８に送られる。中央制御部８は、設定操作部１０からの信号によって送られてくる種々のパラメータを記憶部１１に格納する。

記憶部１１は、中央制御部８によってアクセスされる。記憶部１１には、求められた電力量、設定操作部１０からの種々のパラメータ等が記憶される。

表示駆動部１２は、中央制御部８からのデータに基づいて表示部１３を駆動する。表示部１３は、例えば液晶、ＬＥＤ、ＬＣＤ等から構成されており、中央制御部８から表示駆動部１２を介して送られてくる情報を表示する。また、電圧比較部５または移相・積分比較回路６から誤接続を表す信号が中央制御部８を介して送られてきたときに例えば、液晶画面の誤接続箇所を示す部分をフリッカ表示させことにより、誤接続された端子がいずれの端子であるかを知らせる。

通信部１４は、図示しない無線または有線の回線を介してセンタ（図示しない）に接続されている。通信部１４は、センタからの要求に応答して、中央制御部８を介して記憶部１１に格納されている情報を該センタに送信する。

電源部１５は、電子式電力量計の各回路に電源を供給する。電源部１５には、Ｒ相とＳ相，Ｒ相とＴ相、またはＳ相とＴ相のいずれかの相間電圧が入力されている。このため、各電線が各端子に誤接続された場合であっても、常に２００Ｖの電圧が印加され、過電圧等の電圧が印加されることがなく、安定して電源電圧を確保することができる。

次に、このように構成された本発明の実施例１に係る電子式電力量計の動作を図４に示すフローチャートを参照しながら詳細に説明する。

まず、電圧検出部３及び電流検出部４は、各端子に入力された電圧，電流を検出する（ステップＳ１）。電圧比較部５は、検出された電圧Ｖ１０と基準電圧ＶＴＨとを比較し、電圧Ｖ１０が基準電圧ＶＴＨよりも小さいときは、端子Ｐ１が誤接続されたと判定して、表示部１３に誤接続である旨を表示させる（ステップＳ１７）。電圧Ｖ１０が基準電圧ＶＴＨ以上であるときは、端子Ｐ１が正接続されたと判定し、ステップＳ５に進む。

移相・積分比較回路６は、電圧Ｖ１０の位相を９０度遅らせ（ステップＳ５）、１／√３倍する（ステップＳ７）。ステップＳ７で１／√３倍された電圧Ｖ１０´及び電圧Ｖ２０は積分される（ステップＳ９）。電圧Ｖ１０´から電圧Ｖ２０が減じられ、この差分がゼロでないときは、誤接続であると判定し、表示部１３に誤接続である旨を表示させる（ステップＳ１７）。差分がゼロであるときは、各端子が正接続されたと判定し、電力量の計量が開始される。計量された電力量は表示部１３に表示される（ステップ１５）。

このように実施例１に係る電子式電力量計は、電圧比較部５が、電圧Ｖ１０と基準電圧ＶＴＨとを比較して、電圧Ｖ１０が基準電圧ＶＴＨ以上であるときに端子Ｐ１が正接続されたと判定し、端子Ｐ１が正接続されたと判定されたときに、移相・積分比較回路６が、電圧Ｖ１０の位相と電圧Ｖ２０の位相とを比較して、電圧Ｖ２０の位相が電圧Ｖ１０の位相に対して９０度遅れているときに端子Ｐ２及び端子Ｐ３が正接続されたと判定し、電圧比較部５または移相・積分比較回路６により、端子Ｐ１，端子Ｐ２または端子Ｐ３が誤接続されたと判定されたときに、表示部１３が誤接続を表す情報を表示するので、配線作業時に誤接続してしまうことを防止できる。

なお、上記では、図１５に示すように配線した場合の例を示したが、本発明は図１５に示す配線例にのみ適用されるものでないことは勿論である。

図５は本発明の実施例２に係る電子式電力量計の構成を示すブロック図である。実施例２に係る電子式電力量計は、各端子が誤接続された場合にも、正接続されたときと同じ演算をすることができるものである。

実施例２に係る電子式電力量計は、図５に示すように、電圧検出部３が電圧比較部５ａを介して電力演算部７に接続されている。

電圧比較部５ａは、電圧検出部３で検出された電圧Ｖ１０，Ｖ２０及びＶ３０と基準電圧ＶＴＨとを比較して、電圧Ｖ１０，Ｖ２０及びＶ３０の内、基準電圧ＶＴＨ以上の電圧を、端子Ｐ１に電線が正接続された場合のＲ相の正規の電圧Ｖ１０ａと判定する。以下の説明では、各端子に電線が正接続された場合のＲ相，Ｓ相及びＴ相の電圧を正規電圧Ｖ１０ａ，Ｖ２０ａ及びＶ３０ａという。

移相・積分・比較・切替回路６ａは、電圧比較部５ａで判定されたＲ相の正規電圧Ｖ１０ａの位相と、電圧Ｖ１０，Ｖ２０及びＶ３０の内の電圧Ｖ１０ａ以外の電圧の位相とを実施例１と同様の比較方法で比較する。比較の結果、電圧Ｖ１０ａの位相よりも９０度位相が遅れている電圧をＳ相の正規電圧Ｖ２０ａと判定し、９０度位相が遅れていない電圧をＴ相の正規電圧Ｖ３０ａと判定する。電圧検出部３は、電圧比較部５ａ及び移相・積分・比較・切替回路６ａにより、Ｒ相，Ｓ相及びＴ相の正規電圧であると判定された電圧Ｖ１０ａ，Ｖ２０ａ及びＶ３０ａを電圧比較部５ａを介して電力演算部７に送る。

また、電圧入力部１に入力する電圧の補償範囲は、一般的な電圧補償範囲である定格電圧の８０％〜１１０％に１０％のマージンを加味した、７０％〜１２０％とした。即ち、電圧補償範囲をＳ相またはＴ相の定格電圧の７０％（７０Ｖ）〜Ｒ相の定格電圧の１２０％（２０８Ｖ）とすることで、各電線をＲ相，Ｓ相及びＴ相の入力端子Ｐ１，Ｐ２及びＰ３のいずれの端子に入力しても誤接続により、過電圧がかかることがなくなる。

また、電圧入力部１の電圧補償範囲を７０〜２０８Ｖとし、電圧検出部３は電圧入力部１に入力された電圧を１／１００に変圧して検出する場合、電圧検出部３で検出される電圧の下限電圧は０．７Ｖ、上限電圧は２．０８Ｖとなる。この上限電圧を電力演算部７の入力定格電圧とした場合、下限電圧は定格時の約３４％の約１／２．９である。一方、電力演算部７の電流入力側の負荷補償範囲は、定格電流の１／４０まであるので、電力演算部７は、１／２．９×１／４０＝１／１１６程度までの電力演算ができれば電力演算部７としての性能は問題ない。

その他の構成は、図１に示す実施例１の構成と同一であり、同一部分には同一符号を付し、その詳細は省略する。

次に、このように構成された実施例２に係る電子式電力量計の動作を詳細に説明する。なお、ここでは一例として、端子Ｐ２にＲ相の電圧Ｖ１０が入力され、端子Ｐ３にＳ相の電圧Ｖ２０が入力され、端子Ｐ１にＴ相の電圧Ｖ３０が入力された（電線が誤接続された）場合について説明する。

まず、電圧入力部１には、電圧Ｖ１０＝１００Ｖ，電圧Ｖ２０＝１７３Ｖ，電圧Ｖ３０＝１００Ｖが入力される。また、電圧Ｖ３０は電圧Ｖ２０よりも９０度位相が遅れ、電圧Ｖ１０は電圧Ｖ２０よりも９０度位相が進んでいる。電圧検出部３は、例えば電圧入力部１に入力された電圧を１／１００に変圧する。従って、電圧検出部３では、電圧Ｖ１０＝１Ｖ，電圧Ｖ２０＝１．７３Ｖ，電圧Ｖ３０＝１Ｖが検出される。電圧比較部５ａは、電圧Ｖ１０，Ｖ２０，Ｖ３０と基準電圧ＶＴＨ＝１．２１Ｖとを比較し、基準電圧ＶＴＨ以上の電圧である電圧Ｖ２０をＲ相の正規電圧Ｖ１０ａであると判定する。

次に、移相・積分・比較・切替回路６ａは、Ｒ相の正規電圧Ｖ１０ａよりも９０度位相が遅れている電圧Ｖ３０をＳ相の正規電圧Ｖ２０ａであると判定し、電圧Ｖ１０をＴ相の正規電圧Ｖ３０ａであると判定する。電圧検出部３は、電圧比較部５ａ及び移相・積分・比較・切替回路６ａで判定された正規電圧Ｖ１０ａ，Ｖ２０ａ及びＶ３０ａを電圧比較部５ａを介して電力演算部７に送る。その他の動作は、実施例１の動作と同様であるので説明を省略する。

このように実施例２に係る電子式電力量計は、各電線が各端子に誤接続された場合にも、電圧比較部５ａ及び移相・積分・比較・切替回路６ａにより、Ｒ相、Ｓ相及びＴ相の正規電圧を判定し、これら正規電圧が電力演算部７に送られるので、各端子が誤接続された場合にも、正接続された場合と同様に電力量を計量することができる。

図６は本発明の実施例３に係る電子式電力量計の構成を示すブロック図である。図６に示すように、実施例３に係る電子式電力量計は、電圧検出部３及び電流検出部４と中央制御部８との間に三相電力演算部１６が設けられ、全体の計量値と別に三相負荷のみに供給された電力量を計量することができるものである。

三相電力演算部１６は、電力が供給される三相３線負荷が三相平衡負荷である場合に、電圧検出部３で検出された電圧と電流検出部４で検出された電流に基づいて、三相負荷のみに供給された電力を演算する。三相負荷のみに供給された電力を演算する具体的な方法については後述する。

本発明の電子式電力量計は、図１５に示すように、電線１０５〜１０８に接続されており、電線１０５には、三相３線負荷のＲ相の電流Ｉ１＝Ｉ１３が流れ、電線１０６には、三相３線負荷のＳ相の電流Ｉ２３及び単相３線負荷の電流Ｉ２１を加え合わせた電流Ｉ２＝Ｉ２３＋Ｉ２１が流れ、電線１０７には、三相３線負荷のＴ相の電流Ｉ３３及び単相３線負荷の電流Ｉ３１を加え合わせた電流Ｉ３＝Ｉ３３＋Ｉ３１が流れている。

図７は端子Ｐ１−Ｐ０間の電圧Ｖ１０，端子Ｐ２−Ｐ０間の電圧Ｖ２０及び端子Ｐ３−Ｐ０間の電圧Ｖ３０と、負荷の力率が１〜０．５の範囲で変化したときの電流Ｉ１，Ｉ２及び電流Ｉ３との関係を示すベクトル図である。

図８〜図１１はそれぞれ三相平衡負荷時，単相平衡負荷時，位相差のある三相平衡負荷時，三相・単相負荷時の各電圧と各電流の関係を示すベクトル図である。図１２は電線１０６に流れる電流Ｉ２＝Ｉ２３＋Ｉ２１を示すベクトル図である。図７に示すように、電線１０６及び電線１０７を流れる電流Ｉ２及び電流Ｉ３は使用する三相負荷と単相負荷のバランスによって、大きさや位相が変化するので、電流Ｉ２から三相負荷に流れる電流Ｉ２３を取り出して電流Ｉ３から三相負荷に流れる電流Ｉ３３を取り出すことは困難である。このため、三相負荷が三相平衡負荷でない場合は、三相負荷のみに供給される電力量を計量することはできない。

一方、三相負荷が三相平衡負荷である場合、図８に示すように、三相負荷のＲ相，Ｓ相及びＴ相に流れる電流Ｉ１３，Ｉ２３及びＩ３３の大きさは等しい。また、電線１０５に流れる電流Ｉ１は三相負荷のＲ相の電流Ｉ１３のみであるので、三相平衡負荷の場合、Ｉ１＝Ｉ１３＝Ｉ２３＝Ｉ３３であり、電流Ｉ１３の位相角をθ１度とすると、電流Ｉ２３の位相角θ２は、θ２＝θ１＋３０度、電流Ｉ３３の位相角θ３は、θ３＝θ１−３０度となる。従って、各相の三相電力は以下の式（１）、式（２）、式（３）により求められる。

Ｒ相の三相電力Ｐ１３＝Ｖ１０×Ｉ１３×ｃｏｓθ１
＝Ｖ１０×Ｉ１×ｃｏｓθ１ ・・・（１）
Ｓ相の三相電力Ｐ２３＝Ｖ２０×Ｉ２３×ｃｏｓ（θ１＋３０）
＝Ｖ２０×Ｉ１×ｃｏｓ（θ１＋３０） ・・・（２）
Ｔ相の三相電力Ｐ３３＝Ｖ３０×Ｉ３３×ｃｏｓ（θ１−３０）
＝Ｖ３０×Ｉ1×ｃｏｓ（θ１−３０） ・・・（３）
三相電力演算部１６は、電圧検出部３で検出された電圧Ｖ１０，Ｖ２０及びＶ３０と電流検出部４で検出された電流Ｉ１とに基づいて、Ｒ相，Ｓ相及びＴ相の三相電力のみを演算する。

中央制御部８は、三相電力演算部１６で演算された各相の電力を合計し、積算して三相負荷のみに供給された電力量を算出する。

このように実施例３に係る電子式電力量計は、三相電力演算部１６を設けたので、三相負荷が三相平衡負荷である場合、三相負荷のみに供給される電力量を計量することができる。

なお、本実施例の三相電力演算部１６を実施例１または実施例２の電子式電力量計に設けることで実施例１または実施例２の電子式電力量計で、三相負荷のみに供給される電力量を計量することができる。この場合、実施例１においては、電圧検出部３及び電流検出部４と中央制御部８との間に三相電力演算部１６を設け、電圧検出部３及び電流検出部４から電圧及び電流が入力され、演算された三相電力は中央制御部８に出力される。実施例２においては，電圧比較部５ａ及び電流検出部４と中央制御部８との間に三相電力演算部１６を設け、電圧は電圧検出部３から電圧比較部５ａを介して入力され、電流は電流検出部４から入力され、演算された三相電力は中央制御部８に出力される。

本発明の実施例４に係る電子式電力量計は、図６に示す実施例３に係る電子式電力量計において、三相平衡負荷に供給される電力量と単相負荷に供給される電力量とを分けて計量して表示するものである。

三相平衡負荷及び単相負荷に供給される電力、即ち、本発明の電力演算部７で演算される三相負荷及び単相負荷に供給される全体の電力Ｐは、（全体の電力Ｐ）＝（Ｒ相の電力Ｐ１）＋（Ｓ相の電力Ｐ２）＋（Ｔ相の電力Ｐ３）である。また、Ｒ相の電力Ｐ１は、（Ｒ相の電力Ｐ１）＝（Ｒ相の三相電力Ｐ１３）であり、Ｓ相の電力Ｐ２は、（Ｓ相の電力Ｐ２）＝（Ｓ相の三相電力Ｐ２３）＋（Ｓ相の単相電力Ｐ２１）であり、Ｔ相の電力Ｐ３は、（Ｔ相の電力Ｐ３）＝（Ｔ相の三相電力Ｐ３３）＋（Ｔ相の単相電力Ｐ３１）である。また、Ｓ相の三相電力Ｐ２３及びＴ相の三相電力Ｐ３３は前記式（２）及び式（３）により求めることができるので、Ｓ相の単相電力Ｐ２１は、Ｓ相の電力Ｐ２の位相角をφ２とすると、式（４）により求めることができる。

Ｐ２１＝Ｐ２−Ｐ２３
＝（Ｖ２０×Ｉ２×ｃｏｓφ２）
−（Ｖ２０×Ｉ１×ｃｏｓ（θ１＋３０）） ・・・（４）
Ｔ相の単相電力Ｐ３１は、Ｔ相の電力Ｐ３の位相角をφ３とすると、式（５）により求めることができる。

Ｐ３１＝Ｐ３−Ｐ３３
＝（Ｖ３０×Ｉ３×ｃｏｓφ３）
−（Ｖ３０×Ｉ１×ｃｏｓ（θ１−３０）） ・・・（５）
このように実施例４に係る電子式電力量計は、中央制御部８が電力演算部７で演算されたＳ相及びＴ相の電力から三相電力演算部１６で演算されたＳ相及びＴ相の三相電力を減じることで、Ｓ相及びＴ相の単相電力を求め、求められたＳ相及びＴ相の単相電力を合計することで単相負荷にのみ供給される電力を演算することができるので、三相平衡負荷に供給される電力量と単相負荷に供給される電力量とを分けて計量して表示することができる。

本発明の実施例５に係る電子式電力量計は、実施例４に係る電子式電力量計において、三相電力量と単相電力量とに分けて計量された電力量を予め定められた計量パターンに従って、季節別・時間帯別に記憶して表示するものである。

図１３に季節別・時間帯別の計量パターンの一例を示す。図１３に示した例では、季節区分として一般季と夏季とに分けられ、曜日区分として平日と土曜と日曜祝日とに分けられている。また、時間区分として、一般季の平日及び土曜においては昼間時間と夜間時間とに分けられ、夏季の平日及び土曜においては、昼間時間と夜間時間と重負荷時間とに分けられている。日曜祝日は夜間時間区分のみとなっている。

この計量パターンは、通信部１４から中央制御部８を介して記憶部１１に記憶され、中央制御部８により計量された三相及び単相の計量値は、計量パターンに基づいた区分毎に記憶部１１に記憶される。この記憶された計量値は、センタ等の上位端末からの要求に応答して、上位端末に送信される。また、計量値は上位端末からの指示で表示部１３に表示することができる。

このように本発明の実施例５に係る電子式電力量計は、三相電力量と単相電力量とに分けて計量された電力量を、予め設定された計量パターンに基づいた区分毎に記憶するので、本実施例の電子式電力量計１台で三相，単相毎の電力量を計量することができ、三相，単相毎に個別の計量パターンにより電力量を計量することができる。従って、三相負荷と単相負荷とで別々の料金メニューに基づいて、電気料金を計算することができる。

本発明は、異容量Ｖ結線方式により三相負荷及び単相負荷に供給される電力量を計量する電力量計として利用可能である。

本発明の実施例１に係る電子式電力量計の構成を示すブロック図である。 本発明に実施例１に係る電子式電力量計の各電線が各端子に正接続された場合の電圧Ｖ１０，電圧Ｖ２０，電圧Ｖ３０を示すベクトル図である。 本発明の実施例１に係る電子式電力量計に電線が正接続された場合の電圧Ｖ１０，Ｖ２０，Ｖ３０の電圧波形及び各電圧波形を積分した積分波形を示す図である。 本発明の実施例１に係る電子式電力量計の動作を示すタイミングチャートである。 本発明の実施例２に係る電子式電力量計の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例３に係る電子式電力量計の構成を示すブロック図である。 異容量Ｖ結線により力率が１から０．５の負荷に電流を流した場合の各電線に流れる電流の位相範囲を示す図である。 三相平衡負荷時に各電線を流れる電流を示すベクトル図である。 単相平衡負荷時に各電線を流れる電流を示すベクトル図である。 位相差がある負荷の三相平衡負荷時に各電線を流れる電流を示すベクトル図である。 単相・三相時に各電線を流れる電流を示すベクトル図である。 Ｓ相の電線に流れる電流を示した図である。 本発明の実施例５に係る電子式電力量計の計量パターンの一例を示すずである。 異容量Ｖ結線電線と従来の計器との接続を示す図である。 異容量Ｖ結線電線と異容量Ｖ結線三相４線式計器との接続を示す図である。

符号の説明

１ 電圧入力部
２ 電流入力部
３、３ａ 電圧検出部
４ 電流検出部
５、５ａ 電圧比較部
６ 移相・積分・比較回路
６ａ 移相・積分・比較・切替回路
７ 電力演算部
８ 中央制御部
９ 発振回路
１０ 設定操作部
１１ 記憶部
１２ 表示駆動部
１３ 表示部
１４ 通信部
１５ 電源部
１６ 三相電力演算部
５１〜５３ 電圧波形
６１ａ〜６３ 積分波形
１００ 三相３線式計器
１０１ 単相３線式計器
１０２ 異容量Ｖ結線三相４線式計器
１０３ 三相３線負荷
１０４ 単相３線負荷
１０５〜１０８ 電線
１Ｓ〜３Ｓ 電源側電流端子
１Ｌ〜３Ｌ 負荷側電流端子
Ｐ０〜Ｐ３ 電圧端子
Ｔ０〜Ｔ３ 変圧器端子
ＴＲ１、ＴＲ２ 変圧器
ＴＲ０ 異容量Ｖ結線変圧器

Claims (3)

1. 容量の異なる２個の変圧器がＶ結線された異容量Ｖ結線変圧器から引き出された第１電線，第２電線，第３電線及び第４電線により三相負荷及び単相負荷に供給された電力量を計量する電子式電力量計であって、
   前記第１電線の電圧が入力される第１端子と接地線が接続される第４端子間の第１電圧，前記第２電線の電圧が入力される第２端子と前記第４端子間の第２電圧，前記第３電線の電圧が入力される第３端子と前記第４端子間の第３電圧を検出する電圧検出部と、
   前記第１電線に流れる第１電流，前記第２電線に流れる第２電流及び前記第３電線に流れる第３電流を検出する電流検出部と、
   前記第１電圧，前記第２電圧及び前記第３電圧と所定の電圧とを比較して、前記第１端子が正接続された場合の前記第１電圧に相当する電圧を第１正規電圧であると判定する電圧比較部と、
   前記第１電圧，前記第２電圧及び前記第３電圧の内の前記第１正規電圧以外の２つの電圧の位相と前記第１正規電圧の位相とを比較して、前記第２端子が正接続された場合の第２電圧に相当する一方の電圧を第２正規電圧であると判定し、他方の電圧を第３正規電圧であると判定する位相比較部と、
   前記第１正規電圧と前記第１電流とを乗算し、前記第２正規電圧と前記第２電流とを乗算し、前記第３正規電圧と前記第３電流とを乗算して、前記三相負荷及び前記単相負荷に供給された電力を演算する電力演算部と、
   を備えることを特徴とする電子式電力量計。
2. 前記電圧比較部は、
   前記第１電圧，前記第２電圧または前記第３電圧の内、前記所定の電圧以上である電圧を前記第１正規電圧であると判定することを特徴とする請求項１記載の電子式電力量計。
3. 前記位相比較部は、
   前記第１電圧，前記第２電圧及び前記第３電圧の内の前記第１正規電圧以外の２つの電圧の内、電圧の位相が前記第１正規電圧の位相に対して所定値だけ遅れている一方の電圧を前記第２正規電圧であると判定し、他方の電圧を前記第３正規電圧であると判定することを特徴とする請求項１または請求項２記載の電子式電力量計。

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