JP5888421B2 - 交流電力測定装置及び交流電力測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、交流電力測定装置及び交流電力測定方法に関する。

電気機器等の負荷による実際の消費電力（有効電力）は、皮相電力と力率との積により求められる。

力率を求める際には、電圧と電流との位相差の情報を要する。

このため、有効電力を求める際には、測定器の測定端子を電線の導線に直接接続することにより測定を行うことが一般的である。

背景技術としては以下のようなものがある。

特開２００６−３４３１０９号公報 特許第４４８８８８８号公報 国際公開第２００９／０９９０８２号パンフレット

しかしながら、測定器の測定端子を電線の導線に接続する際に、安全の確保等のため、負荷の電源等をオフ状態にせざるを得ない場合があった。

本発明の目的は、電線の導線に対して非接触で交流電力を正確に測定し得る交流電力測定装置を提供することにある。

実施形態の一観点によれば、負荷に三相交流を供給する一組の３本の絶縁電線の各相の電圧波形を、静電容量結合によって、前記絶縁電線の導線に非接触で測定する電圧検出部と、前記一組の絶縁電線の電流波形を、電磁誘導結合によって、前記絶縁電線の前記導線に非接触で測定する電流検出部と、前記各相の電圧波形を前記三相交流の接地タイプに応じた振幅比となるように正規化し、正規化された前記各相の電圧波形に基づいて前記一組の絶縁電線の線間電圧波形を求め、前記線間電圧波形と前記電流波形と規定電圧値とに基づいて前記負荷に供給される電力を算出する処理部とを有することを特徴とする交流電力測定装置が提供される。

実施形態の他の観点によれば、負荷に三相交流を供給する一組の３本の絶縁電線の各相の電圧波形を、静電容量結合によって、前記絶縁導線の導線に非接触で測定し、前記一組の絶縁電線の電流波形を、電磁誘導結合によって、前記絶縁電線の前記導線に非接触で測定するステップと、前記各相の電圧波形を前記三相交流の接地タイプに応じた振幅比となるように正規化するステップと、正規化された前記各相の電圧波形に基づいて前記一組の絶縁電線の線間電圧波形を求めるステップと、前記線間電圧波形と前記電流波形と規定電圧値とに基づいて前記負荷に供給される電力を算出するステップとを有することを特徴とする交流電力測定方法が提供される。

開示の交流電力測定装置及び交流電力測定方法によれば、取得した各相の電圧波形を三相交流の接地タイプに応じた振幅比となるように正規化するため、電圧検出部と電線の導線との間における静電容量の各相間のばらつきを解消することができる。このため、電線の導線に対して非接触で交流電力を正確に測定することができる。

図１は、一実施形態による交流電力測定装置を示す回路図である。 図２は、一実施形態において用いられるクランプ部の例を示す図である。 図３は、一実施形態による交流電力測定装置の機能ブロック図である。 図４は、各接地タイプを示す図（その１）である。 図５は、各接地タイプを示す図（その２）である。 図６は、各接地タイプにおける電圧ベクトルを示す図である。 図７は、各相の電圧波形を示すグラフである。 図８は、各接地タイプにおける各相の位相差を示す図である。 図９は、各接地タイプにおける振幅比の態様を示す図である。 図１０は、電圧センサにより取得される各相の電圧波形を示すグラフである。 図１１は、正規化された電圧波形を示すグラフである。 図１２は、ａ相とｂ相との間の線間電圧波形を示す図である。 図１３は、Ｙ結線の場合の電圧波形の例を示すグラフである。 図１４は、Δ結線の場合の電圧波形の例を示すグラフである。 図１５は、Ｖ結線の場合の電圧波形の例を示すグラフである。 図１６は、電流波形を示すグラフである。 図１７は、一実施形態による交流電力測定方法を示すフローチャートである。 図１８は、実際の電線における各相の電圧波形の例を示すグラフである。 図１９は、電圧センサにより取得される各相の電圧波形を示すグラフである。 図２０は、ａ相とｂ相との間の線間電圧波形を示す図である。

電流波形と電圧波形とをいずれも絶縁電線の導線に対して非接触で測定し、取得された電流波形と電圧波形とを用いて交流電力を求めることが考えられる。

電流波形を非接触で測定する際には、電流クランプを用い、電磁誘導結合によって、電流波形を正確に測定することが可能である。

一方、電圧波形を非接触で測定する際は、電圧検出用の電極を絶縁電線の絶縁体に近接又は接触させ、静電容量結合によって測定する。

図１８は、実際の電線における各相の電圧波形の例を示すグラフである。なお、図１８においては、説明の簡略化のため、三相交流のうちのａ相とｂ相の電圧波形だけを示している。図１８における横軸は時間であり、図１８における縦軸は電圧である。

図１８は、Ｙ結線の場合の電圧波形であるため、ａ相の電圧波形の振幅とｂ相の電圧波形の振幅とは、等しくなっている。

図１９は、電圧センサにより取得される各相の電圧波形を示すグラフである。図１９における横軸は時間であり、図１９における縦軸は電圧である。

図１９に示すように、電圧センサにより取得されるａ相の電圧波形の振幅と電圧センサにより取得されるｂ相の電圧波形の振幅とは、互いに異なってしまう場合がある。

ａ相の電圧波形の振幅とｂ相の電圧波形の振幅とが相違してしまうのは、電圧センサ側の電極と電線の導線との間の静電容量（結合容量）の相違等によるものである。かかる静電容量の相違は、電圧センサ側の電極と電線の導線との間の距離の相違等によって生じる。

図２０は、ａ相とｂ相との間の線間電圧波形を示す図である。図２０における実線は、実際の電線における線間電圧波形を示している。一方、図２０における破線は、電圧センサにより取得された電圧波形に基づいて算出される線間電圧波形を示している。図２０の横軸は、時間を示している。図２０の左側の縦軸に示す電圧は、図２０において実線で示す波形に対応している。図２０の右側の縦軸に示す電圧は、図２０において破線で示す波形に対応している。

図２０から分かるように、実際の電線における線間電圧波形と電圧センサにより取得される電圧波形に基づく線間電圧波形との間には、位相のずれが生じている。

このように位相がずれた線間電圧波形を用いて電力を算出した場合には、電力の算出結果に大きな誤差が含まれてしまう虞がある。

［一実施形態］
一実施形態による交流電力測定装置及び交流電力測定方法を図１乃至図１７を用いて説明する。図１は、本実施形態による交流電力測定装置を示す回路図である。

本実施形態による交流電力測定装置は、図１に示すように、３つの入力回路１０ａ〜１０ｃを有している。３つの入力回路１０ａ〜１０ｃを設けているのは、三相交流の電力の測定を可能とするためである。本実施形態では、負荷（図示せず）に三相交流の電力を供給する場合を例に説明する。

図２は、本実施形態において用いられるクランプ部の例を示す図である。

クランプ部本体（支持部）は、一対の磁気コア１２ａ、１２ｂを支持している。一対の磁気コア１２ａ、１２ｂのうちの少なくとも一方は、可動自在となっている。例えば、磁気コア１２ａは、図２に示す矢印の方向に可動し得る。各々の磁気コア１２ａ、１２ｂは、例えば半環状に成型されている。

クランプ部１１は、交流電源を供給する電線（絶縁電線）１４をクランプするためのものである。絶縁電線１４は、導線（導体）１６が絶縁体１８により被覆されている電線である。図２は、一対の磁気コア１２ａ、１２ｂにより電線１４をクランプした状態を示している。

クランプ部１１の一対の磁気コア１２ａ、１２ｂにより電線１４をクランプすると、磁気コア１２ａの両端と磁気コア１２ｂの両端とが互いに対向した状態となり、電線１４が環状の磁路により取り囲まれた状態となる。

磁気コア１２ａ、１２ｂの材料としては、高透磁率の磁性材料が用いられている。より具体的には、磁気コア１２ａ、１２ｂの材料としては、フェライト、珪素鋼板、又は、パーマロイ等が用いられている。

磁気コア１２ｂには、電線２０が巻かれており、これによりコイル２２が形成されている。コイル２２は、電線１４に流れる電流（電流波形）を、電磁誘導結合によって、前記電線１４の導線１６に非接触で測定するために用いられる。一対の磁気コア１２ａ、１２ｂにより形成される環状の磁路に流れる磁束をコイル２２により検出することにより、電線１４に流れる電流を検出することが可能である。コイル２２の両端からは、それぞれ引き出し線（配線、信号線）２４、２５が引き出されている。

磁気コア１２ａの内側には、電極（導体）２６が設けられている。電極２６は、電線１４の電圧（電圧波形）を、容量結合（静電容量結合）によって、電線１４の導線１６に非接触で測定するために用いられるものである。クランプ部１１は、電線１４をクランプした際に、電線１４の絶縁体１８に電極２６を押し付ける機構を有している。このため、電極２６は、クランプ部１１により電線１４がクランプされた際に、電線１４の絶縁体１８に近接又は接触する。電極２６の材料としては、例えば銅（Ｃｕ）を用いる。電極２６からは、引き出し線（配線、信号線）２８が引き出されている。

図１に示すように、各々の入力回路１０ａ〜１０ｃには、クランプ部１１ａ〜１１ｃが設けられている。各々のクランプ部１１ａ〜１１ｃには、例えば図２に示すようなクランプ部１１がそれぞれ用いられる。

各々の入力回路１０ａ〜１０ｃには、容量素子（コンデンサ、キャパシタ）３０ａ〜３０ｃがそれぞれ設けられている。クランプ部１１ａ〜１１ｃの電極２６と容量素子３０ａ〜３０ｃの一方の端部とは、配線２８ａ〜２８ｃによりそれぞれ電気的に接続されている。

クランプ部１１ａ〜１１ｃにより電線１４ａ〜１４ｃをクランプすると、容量素子３０ａ〜３０ｃの一方の端部は、電線１４ａ〜１４ｃにそれぞれ静電容量結合される。

容量素子３０ａ〜３０ｃの他方の端部は、それぞれグラウンド（接地電位、接地端子）ＧＮＤに電気的に接続されている。

なお、本実施形態による交流電力測定装置のグラウンドＧＮＤは、配電盤（図示せず）等に設けられたグラウンド（図示せず）に電気的に接続される。

電線１４ａ〜１４ｃの導線１６ａ〜１６ｃとクランプ部１１ａ〜１１ｃの電極２６との間の静電容量Ｃ_０が例えば１０ｐＦ程度の場合、容量素子３０ａ〜３０ｃの静電容量Ｃ_１は例えば１０ｎＦ程度とする。容量素子３０ａ〜３０ｃの静電容量Ｃ_１は、導線１６ａ〜１６ｃと電極２６との間の静電容量Ｃ_０に対して過度に大きくないことが好ましい。容量素子３０ａ〜３０ｃの両端に加わる電圧を、大きく確保するためである。

各々の容量素子３０ａ〜３０ｃには、電圧波形測定部（電圧信号測定部）３２ａ〜３２ｃがそれぞれ接続されている。電圧波形測定部３２ａ〜３２ｃは、容量素子３０ａ〜３０ｃの両端の電圧（電圧波形、電圧信号）Ｘ_ａ（ｔ）〜Ｘ_ｃ（ｔ）をそれぞれ測定するものである。電圧波形測定部３２ａ〜３２ｃと容量素子３０ａ〜３０ｃとクランプ１１ａ〜１１ｃとが相俟って電圧センサ（電圧検出部）がそれぞれ形成されている。電圧波形測定部３２ａ〜３２ｃは、容量素子３０ａ〜３０ｃの両端の電圧の瞬時値Ｘ_ａ（ｔ）〜Ｘ_ｃ（ｔ）を所定の時間間隔で順次測定する。即ち、電圧波形測定部３２ａ〜３２ｃは、容量素子３０ａ〜３０ｃの両端の電圧の瞬時値Ｘ_ａ（ｔ）〜Ｘ_ｃ（ｔ）を所定の時間分解能で順次測定し得る。交流電源の周波数は、例えば５０Ｈｚ又は６０Ｈｚである。電圧波形測定部３２ａ〜３２ｃにより容量素子３０ａ〜３０ｃの両端の電圧Ｘ_ａ（ｔ）〜Ｘ_ｃ（ｔ）を測定する時間間隔は、例えば２００μ秒程度とする。このような時間間隔で容量素子３０ａ〜３０ｃの両端の電圧波形Ｘ_ａ（ｔ）〜Ｘ_ｃ（ｔ）を測定すれば、十分な時間分解能の電圧波形Ｘ_ａ（ｔ）〜Ｘ_ｃ（ｔ）のデータを得ることができる。

電圧波形測定部３２ａ〜３２ｃの入力インピーダンスは、容量素子３０ａ〜３０ｃのインピーダンスに対して十分に大きいことが好ましい。電圧波形測定部３２ａ〜３２ｃの入力インピーダンスを十分に大きく設定するのは、容量素子３０ａ〜３０ｃの両端に加わる電圧に位相ずれが生じるのを防止するとともに、電圧が過度に小さくなるのを防止し、十分な測定精度を確保するためである。例えば、電圧波形測定部３２ａ〜３２ｃの入力インピーダンスは、容量素子３０ａ〜３０ｃのインピーダンスの例えば２倍以上とする。より好ましくは、電圧波形測定部３２ａ〜３２ｃの入力インピーダンスは、容量素子３０ａ〜３０ｃのインピーダンスの例えば５倍以上とする。

電圧波形測定部３２ａ〜３２ｃによる電圧波形Ｘ_ａ（ｔ）〜Ｘ_ｃ（ｔ）の測定は、処理部３６により制御される。処理部３６としては、例えば所定のコンピュータプログラムにより動作するＣＰＵ（Central Processing Unit）が用いられている。電圧波形測定部３２ａ〜３２ｃは、処理部３６からの命令に応じて電圧波形Ｘ_ａ（ｔ）〜Ｘ_ｃ（ｔ）のデータを取得し、取得した電圧波形Ｘ_ａ（ｔ）〜Ｘ_ｃ（ｔ）のデータを処理部３６に出力する。処理部３６は、取得された電圧波形Ｘ_ａ（ｔ）〜Ｘ_ｃ（ｔ）のデータを記憶部（データベース）３９に記憶する。記憶部３９としては、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリやハードディスクドライブ（ＨＤＤ、Hard Disk Drive）等を用いることができる。

図３は、本実施形態による交流電力測定装置の機能ブロック図である。

図３に示す接地タイプ判定部４２、電圧波形正規化部４４、線間電圧計算部４６、電圧計算部４８及び電力計算部５０は、例えば、図１に示す処理部３６により実現される。

電圧計算部４８は、接地タイプ判定部４２、電圧波形正規化部４４及び線間電圧計算部４６により形成されている。

接地タイプ判定部４２は、電圧波形測定部３２ａ〜３２ｃにより取得された各相の電圧波形のデータに基づいて、接地タイプの判定を行うものである。接地タイプの判定は、例えば、各々の電圧波形の位相差に基づいて行うことが可能である。

図４及び図５は、各接地タイプを示す図である。図４（ａ）は、Ｙ結線の場合を示しており、図４（ｂ）は、Δ結線の場合を示しており、図５は、Ｖ結線の場合を示している。

図６は、各接地タイプにおける電圧ベクトルを示す図である。図６（ａ）は、Ｙ結線の場合を示しており、図６（ｂ）は、Δ結線の場合を示しており、図６（ｃ）は、Ｖ結線の場合を示している。

図６におけるベクトルの長さは、電圧波形Ｘ_ａ（ｔ）〜Ｘ_ｃ（ｔ）の振幅に対応している。また、図６におけるベクトルの相対的な角度は、位相差に対応している。なお、図６においては、ａ相を基準として位相差を示している。

図７は、各相の電圧波形を示すグラフである。図７（ａ）はＹ結線の場合を示しており、図７（ｂ）はΔ結線の場合を示しており、図７（ｃ）はＶ結線の場合を示している。なお、図７において、Ｖａはａ相の電圧を示しており、Ｖｂはｂ相の電圧を示しており、Ｖｃはｃ相の電圧を示している。

図７（ａ）に示すように、Ｙ結線では、ａ相とｂ相の電圧波形の位相差は１２０°となっており、ａ相とｃ相の電圧波形の位相差は２４０°となっている。

また、図７（ｂ）に示すように、Δ結線では、ａ相とｃ相の電圧波形の位相差は３００°となっており、ｂ相は接地されているため０Ｖとなっている。

また、図７（ｃ）に示すように、Ｖ結線では、ａ相とｂ相の電圧波形の位相差は１８０°となっており、ａ相とｃ相の電圧波形の位相差は２７０°となっている。

図８は、各接地タイプにおける各相の位相差を示す図である。

このように、Ｙ結線とΔ結線とＶ結線とでは、各相の電圧波形の位相差の態様が互いに異なっている。このため、取得された各相の電圧波形の位相差の態様に基づいて、三相交流電源の接地タイプを判定することが可能である。

なお、各相の電圧波形Ｘ_ａ（ｔ）〜Ｘ_ｃ（ｔ）の位相差は、例えば、電圧波形Ｘ_ａ（ｔ）〜Ｘ_ｃ（ｔ）のゼロクロス点の位置を比較することによって行い得る。電圧波形Ｘ_ａ（ｔ）〜Ｘ_ｃ（ｔ）の平均値をゼロ点として、波形の傾きが正の部分とゼロ点とが交差する点をゼロクロス点とする。ゼロクロス点の位置の差（時間差）を周期で割って位相差に換算すれば、各相の電圧波形Ｘ_ａ（ｔ）〜Ｘ_ｃ（ｔ）の位相差を求めることができる。

また、ある相の電圧波形の振幅が０Ｖの場合があり得るが、その場合には、他の２つの相の電圧波形の位相差が３００°であればΔ結線と判定でき、それ以外ならクランプの不具合と判定できる。

電圧波形正規化４４部は、取得された電圧波形Ｘ_ａ（ｔ）〜Ｘ_ｃ（ｔ）を接地タイプに応じて正規化するものである。

電線１４ａ〜１４ｃの導線１６ａ〜１６ｃとクランプ部１１ａ〜１１ｃの電極２６との間の静電容量は、導線１６ａ〜１６ｃと電極２６との距離等に応じて変化する。このため、取得された電圧波形Ｘ_ａ（ｔ）〜Ｘ_ｃ（ｔ）を単に用いて線間電圧を算出すると、線間電圧を正確に算出し得ない。このため、本実施形態では、電圧波形Ｘ_ａ（ｔ）〜Ｘ_ｃ（ｔ）の正規化を行い、正規化された電圧波形Ｘ_ａ（ｔ）〜Ｘ_ｃ（ｔ）を用いて線間電圧を算出する。

図９は、各接地タイプにおける振幅比の態様を示す図である。

図９に示すように、Ｙ結線では、ａ相とｂ相とｃ相との振幅比は、１：１：１である。

また、Δ結線では、ａ相とｂ相とｃ相との振幅比は、１：０：１である。

また、Ｖ結線では、ａ相とｂ相とｃ相との振幅比は、１：１：√３である。

ここでは、ｂ相の振幅を基準として正規化を行う場合を例に説明する。

取得されたａ相の電圧波形の振幅を｜Ｘ_ａ｜とし、取得されたｂ相の電圧波形の振幅を｜Ｘ_ｂ｜とし、取得されたｃ相の電圧波形の振幅を｜Ｘ_ｃ｜とする。

また、取得されたａ相の電圧波形をＸ_ａ（ｔ）とし、取得されたｂ相の電圧波形をＸ_ｂ（ｔ）とし、取得されたｃ相の電圧波形をＸ_ｃ（ｔ）とする。

ｂ相に対するａ相の振幅比をＶ_{ratio_a}とし、ｂ相に対するｃ相の振幅比をＶ_{ratio_ｃ}とする。

そうすると、正規化されたａ相の電圧波形Ｘ_ａ′（ｔ）は、以下のような式（１）で表される。

Ｘ_ａ′（ｔ）＝Ｖ_{ratio_a}× （｜Ｘ_ｂ｜／｜Ｘ_ａ｜）×Ｘ_ａ（ｔ） ・・・（１）
また、正規化されたｃ相の電圧波形Ｘ_ｃ′（ｔ）は、以下のような式（２）で表される。

Ｘ_ｃ′（ｔ）＝Ｖ_{ratio_ｃ} × （｜Ｘ_ｂ｜／｜Ｘ_ｃ｜）×Ｘ_ｃ（ｔ） ・・・（２）
なお、Ｙ結線の場合には、Ｖ_{ratio_a}の値は１であり、Ｖ_{ratio_ｃ}の値は１である。

また、Ｖ結線の場合には、Ｖ_{ratio_a}の値は１であり、Ｖ_{ratio_ｃ}の値も√３である。

ところで、Δ結線において、ｂ相が接地されている場合には、ｂ相の振幅を基準とし得ない。ｂ相の振幅を基準とし得ない場合には、例えばａ相の振幅を基準とする。ａ相の振幅を基準とする場合には、正規化されたｃ相の電圧波形Ｘ_ｃ′（ｔ）は、以下のような式（３）で表される。

Ｘ_ｃ′（ｔ）＝Ｖ_{ratio_ｃ} × （｜Ｘ_ａ｜／｜Ｘ_ｃ｜）×Ｘ_ｃ（ｔ） ・・・（３）
なお、式（３）におけるＶ_{ratio_ｃ}は、ａ相に対するｃ相の振幅比である。Δ結線の場合、ａ相に対するｃ相の振幅比Ｖ_{ratio_ｃ}の値は１である。

こうして、正規化された電圧波形Ｘ_ａ′（ｔ）、Ｘ_ｃ′（ｔ）のデータが得られる。

線間電圧計算部４６は、各相の電線１４ａ〜１４ｃの線間電圧を算出するものである。

ここでは、ｂ相を基準として線間電圧を算出する場合を例に説明する。

ａ相とｂ相との間の線間電圧Ｚ_ａｂ（ｔ）は、以下のような式（４）により表される。

Ｚ_ａｂ（ｔ） ＝Ｘ_ａ′（ｔ）− Ｘ_ｂ（ｔ） ・・・（４）
また、ｂ相とｃ相との間の線間電圧Ｚ_ｃｂ（ｔ）は、以下のような式（５）により表される。

Ｚ_ｂｃ（ｔ） ＝Ｘ_ｃ′（ｔ）− Ｘ_ｂ（ｔ） ・・・（５）
図１０は、電圧センサにより取得される各相の電圧波形を示すグラフである。図１０における横軸は時間であり、図１０における縦軸は電圧である。説明の簡略化のため、図１０においては、ａ相とｂ相の電圧波形だけを示している。

図１０は、Ｙ結線の場合のものであり、実際の電線においてはａ相の電圧波形の振幅とｂ相の電圧の振幅とは等しい。

しかしながら、電圧センサにより取得されるａ相の電圧波形の振幅と電圧センサにより取得されるｂ相の電圧波形の振幅とは、図１０に示すように、互いに異なってしまう場合がある。

図１１は、正規化された電圧波形を示すグラフである。なお、図１１においては、説明の簡略化のため、ａ相とｂ相の電圧波形だけを示している。図１１における横軸は時間であり、図１１における縦軸は電圧である。

図１１に示すように、正規化されたａ相の電圧波形の振幅とｂ相の電圧波形の振幅とは、互いに等しくなる。

図１２は、ａ相とｂ相との間の線間電圧波形を示す図である。図１２における実線は、実際の電線における線間電圧波形を示している。一方、図１２における破線は、電圧センサにより取得された電圧波形に基づいて算出される線間電圧波形を示している。図１２の横軸は、時間を示している。図１２の左側の縦軸に示す電圧は、図１２において実線で示す波形に対応している。図１２の右側の縦軸に示す電圧は、図１２において破線で示す波形に対応している。

図１２から分かるように、本実施形態によれば、実際の電線における線間電圧波形と電圧センサにより取得される電圧波形に基づく線間電圧波形との間の位相のずれを解消することが可能となる。

図１３は、Ｙ結線の場合の電圧波形の例を示すグラフである。

図１３（ａ）は、実際の電線における電圧波形の例を示している。図１３（ｂ）は、電圧センサにより取得される電圧波形の例を示している。図１３（ｃ）は、正規化された電圧波形の例を示している。

電圧センサにより取得される電圧波形Ｘ_ａ（ｔ）〜Ｘ_ｃ（ｔ）には、図１３（ｂ）に示すように、振幅にばらつきが生じる場合があるが、正規化することにより、図１３（ｃ）に示すように、各相の振幅比は１：１：１となる。

なお、図１３は、ｂ相の電圧波形Ｘ_ｂ（ｔ）の振幅を基準として正規化した場合を示している。

図１４は、Δ結線の場合の電圧波形の例を示すグラフである。

図１４（ａ）は、実際の電線における電圧波形の例を示している。図１４（ｂ）は、電圧センサにより取得される電圧波形の例を示している。図１４（ｃ）は、正規化された電圧波形の例を示している。

電圧センサにより取得される電圧波形Ｘ_ａ（ｔ）〜Ｘ_ｃ（ｔ）には、図１４（ｂ）に示すように、振幅にばらつきが生じる場合があるが、正規化することにより、図１４（ｃ）に示すように、各相の振幅比は１：０：１となる。

なお、図１４は、ａ相の電圧波形Ｘ_ａ（ｔ）の振幅を基準として正規化した場合を示している。

図１５は、Ｖ結線の場合の電圧波形の例を示すグラフである。

図１５（ａ）は、実際の電線における電圧波形の例を示している。図１５（ｂ）は、電圧センサにより取得される電圧波形の例を示している。図１５（ｃ）は、正規化された電圧波形の例を示している。

電圧センサにより取得される電圧波形Ｘ_ａ（ｔ）〜Ｘ_ｃ（ｔ）には、図１５（ｂ）に示すように、振幅にばらつきが生じる場合があるが、正規化することにより、図１５（ｃ）に示すように、各相の振幅比は１：１：√３となる。

なお、図１５は、ｂ相の電圧波形Ｘ_ｂ（ｔ）の振幅を基準として正規化した場合を示している。

各々の入力回路１０ａ〜１０ｃには、電流波形測定部（電流信号測定部）３８ａ〜３８ｃが設けられている。コイル２２の両端に接続された信号線２４ａ〜２４ｃ、２５ａ〜２５ｃは、電流波形測定部３８ａ〜３８ｃにそれぞれ接続されている。電流波形測定部３８ａ〜３８ｃは、コイルにより検出される信号に基づいて、電線１４ａ〜１４ｃに流れる電流を測定するものである。電流波形測定部３８ａ〜３８ｃとクランプ１１ａ〜１１ｃとが相俟って電流センサ（電流検出部）が形成されている。

電流波形測定部３８ａ〜３８ｃは、電線１４ａ〜１４ｃに流れる電流の瞬時値Ｉ_ａ（ｔ）〜Ｉ_ｃ（ｔ）を所定の時間間隔で順次測定する。従って、電流波形測定部３８ａ〜３８ｃは、電線１４ａ〜１４ｃに流れる電流の瞬時値Ｉ_ａ（ｔ）〜Ｉ_ｃ（ｔ）を所定の時間分解能で順次測定し得る。電線１４ａ〜１４ｃに流れる電流Ｉ_ａ（ｔ）〜Ｉ_ｃ（ｔ）を電流波形測定部３８ａ〜３８ｃにより測定する時間間隔は、例えば２００μ秒程度とする。このような時間間隔で電線１４ａ〜１４ｃに流れる電流Ｉ_ａ（ｔ）〜Ｉ_ｃ（ｔ）を測定すれば、十分な時間分解能の電流波形Ｉ_ａ（ｔ）〜Ｉ_ｃ（ｔ）のデータを得ることができる。

図１６は、電流波形を示すグラフである。図１６において、Ｉａはａ相の電流を示しており、Ｉｃはｃ相の電流を示している。

なお、後述するように、三相交流の電力Ｐを算出する際には、例えば、ａ相の電流Ｉａとｃ相の電流Ｉｃとが計算に用いられ、ｂ相の電流Ｉｂは計算に用いられない。このため、ｂ相の電流Ｉｂは測定しなくてもよい。このため、図１６においては、ｂ相の電流波形の図示は省略されている。

Ｙ結線、Δ結線、Ｖ結線のいずれの場合も、電流波形は図１６のようになる。

処理部３６は、取得された電流波形Ｉ_ａ（ｔ）〜Ｉ_ｃ（ｔ）のデータを記憶部３９に記憶する。

電流波形測定部３８ａ〜３８ｃによる電流波形Ｉ_ａ（ｔ）〜Ｉ_ｃ（ｔ）の測定は、処理部３６により制御される。処理部３６は、電圧波形Ｘ_ａ（ｔ）〜Ｘ_ｃ（ｔ）の測定と電流波形Ｉ_ａ（ｔ）〜Ｉ_ｃ（ｔ）の測定とが同期するように、電圧波形測定部３２ａ〜３２ｃと電流波形測定部３８ａ〜３８ｃとを制御する。電流波形測定部３８ａ〜３８ｃは、処理部３６からの命令に応じて電流波形Ｉ_ａ（ｔ）〜Ｉ_ｃ（ｔ）のデータを取得し、取得した電流波形Ｉ_ａ（ｔ）〜Ｉ_ｃ（ｔ）のデータを処理部３６に出力する。

電力計算部４６は、線間電圧Ｚ_ａｂ（ｔ）、Ｚ_ｂｃ（ｔ）のデータと電流波形Ｉ_ａ（ｔ）〜Ｉ_ｃ（ｔ）のデータとに基づいて、負荷に供給される三相交流の電力（有効電力）Ｐを後述するようにして算出するものである。

電力計算部４６により算出された三相交流の電力値のデータは、記憶部３９に記憶される。

処理部３６には、通信部４０が接続されている。通信部４０は、処理部３６により算出された電力値のデータを他の機器（図示せず）との間で送受信し得る。例えば、通信部４０は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ、Local Area Network）やインターネット等のネットワークを介して他の機器との間で送信し得る。

次に、本実施形態による交流電力測定方法について説明する。図１７は、本実施形態による交流電力測定方法を示すフローチャートである。

なお、ここでは、三相交流の電力を測定する場合を例として説明する。

まず、電力の測定を行う場合、操作者は、交流電力測定装置に設けられた測定スイッチ（図示せず）をオン状態にする（ステップＳ１）。これにより、電力の測定を開始することが可能となる。

次に、操作者は、規定電圧値Ｅ_ｅｆｆを入力する（ステップＳ２）。規定電圧Ｅ_ｅｆｆは、例えば実効値とする。三相交流の場合、規定電圧Ｅ_ｅｆｆは例えば２００Ｖである。規定電圧値Ｅ_ｅｆｆは、図示しない入力部から入力される。入力された規定電圧値Ｅ_ｅｆｆは、処理部３６に入力される。入力された規定電圧値Ｅ_ｅｆｆを、図示しない表示部により表示するようにしてもよい。

なお、規定電圧Ｅ_ｅｆｆはこれに限定されるものではない。電線１４ａ〜１４ｃに供給される電力の規定電圧に応じて、規定電圧値Ｅ_ｅｆｆを適宜入力すればよい。

処理部３６は、電圧波形測定部３２〜３２ｃに電圧波形Ｘ_ａ（ｔ）〜Ｘ_ｃ（ｔ）のデータを取得させるとともに、電流波形測定部３８ａ〜３８ｃに電流波形Ｉ_ａ（ｔ）〜Ｉ_ｃ（ｔ）のデータを取得させる（ステップＳ３）。電圧波形測定部３２ａ〜３２ｃにより取得された電圧波形Ｘ_ａ（ｔ）〜Ｘ_ｃ（ｔ）のデータ及び電流波形測定部３８ａ〜３８ｃにより取得された電流波形Ｉ_ａ（ｔ）〜Ｉ_ｃ（ｔ）のデータは、処理部３６に出力される。電圧波形Ｘ_ａ（ｔ）〜Ｘ_ｃ（ｔ）のデータと電流波形Ｉ_ａ（ｔ）〜Ｉ_ｃ（ｔ）のデータを取得する時間は、少なくとも１周期分以上とする。測定精度を向上するため、複数周期分の電圧波形Ｘ_ａ（ｔ）〜Ｘ_ｃ（ｔ）のデータと複数周期分の電流波形Ｉ_ａ（ｔ）〜Ｉ_ｃ（ｔ）のデータとを取得することが好ましい。処理部３６は、こうして取得した電圧波形Ｘ_ａ（ｔ）〜Ｘ_ｃ（ｔ）のデータ及び電流波形Ｉ_ａ（ｔ）〜Ｉ_ｃ（ｔ）のデータを記憶部３９に記憶させる。

なお、電力Ｐを算出する際に、例えば、ａ相の電流Ｉａとｃ相の電流Ｉｃとを計算に用いる一方、ｂ相の電流Ｉｂを計算に用いない場合には、ｂ相の電流Ｉｂを測定しなくてもよい。

次に、各相間の電圧波形Ｘ_ａ（ｔ）〜Ｘ_ｃ（ｔ）の位相差を求める（ステップＳ４）。各相間の電圧波形Ｘ_ａ（ｔ）〜Ｘ_ｃ（ｔ）の位相差は、例えば、電圧波形Ｘ_ａ（ｔ）〜Ｘ_ｃ（ｔ）のゼロクロス点の位置を比較することによって行い得る。電圧波形Ｘ_ａ（ｔ）〜Ｘ_ｃ（ｔ）の平均値をゼロ点として、波形の傾きが正の部分とゼロ点とが交差する点をゼロクロス点とする。そして、ゼロクロス点の位置の差（時間差）を周期で割って位相差に換算すれば、各相の電圧波形Ｘ_ａ（ｔ）〜Ｘ_ｃ（ｔ）の位相差を求めることができる。

次に、接地タイプ判定部４２により、接地タイプの判定を行う（ステップＳ５）。接地タイプの判定は、上述したように、例えば、各々の電圧波形Ｘ_ａ（ｔ）〜Ｘ_ｃ（ｔ）の位相差に基づいて行うことが可能である。例えば、第１の電線１４ａの電圧波形Ｘ_ａ（ｔ）と第２の電線１４ｂの電圧波形Ｘ_ｂ（ｔ）との位相差が１２０°であり、第１の電線１４ａの電圧波形Ｘ_ａ（ｔ）と第３の電線１４ｃの電圧波形Ｘ_ｃ（ｔ）との位相差が２４０°である場合には、Ｙ結線と判断する。また、例えば、第２の電線１４ｂの電圧が０Ｖであり、第１の電線１４ａの電圧波形Ｘ_ａ（ｔ）と第３の電線１４ｃの電圧波形Ｘ_ｃ（ｔ）との位相差が３００°である場合には、Δ結線と判断する。また、例えば、第１の電線１４ａの電圧波形Ｘ_ａ（ｔ）と第２の電線１４ｂの電圧波形Ｘ_ｂ（ｔ）との位相差が１８０°であり、第１の電線１４ａの電圧波形Ｘ_ａ（ｔ）と第３の電線１４ｃの電圧波形Ｘ_ｃ（ｔ）との位相差が２７０°である場合には、Ｖ結線と判断する。

このように、取得された各相の電圧波形Ｘ_ａ（ｔ）〜Ｘ_ｃ（ｔ）の位相差の態様に基づいて、三相交流の接地タイプが判定される（図８参照）。

次に、電圧波形正規化部４４により、電圧波形Ｘ_ａ（ｔ）〜Ｘ_ｃ（ｔ）の正規化を接地タイプに応じて行う（ステップＳ６）。

Ｙ結線、Ｖ結線の場合には、例えばｂ相の振幅を基準として、例えば、以下のような式（６）、（７）により正規化を行うことが可能である。

Ｘ_ａ′（ｔ）＝Ｖ_{ratio_a}× （｜Ｘ_ｂ｜／｜Ｘ_ａ｜）×Ｘ_ａ（ｔ） ・・・（６）
Ｘ_ｃ′（ｔ）＝Ｖ_{ratio_ｃ} × （｜Ｘ_ｂ｜／｜Ｘ_ｃ｜）×Ｘ_ｃ（ｔ） ・・・（７）
ここで、｜Ｘ_ａ｜は、取得されたａ相の電圧波形Ｘ_ａ（ｔ）の振幅である。｜Ｘ_ｂ｜は、取得されたｂ相の電圧波形Ｘ_ｂ（ｔ）の振幅である。｜Ｘ_ｃ｜は、取得されたｃ相の電圧波形Ｘ_ｃ（ｔ）の振幅である。Ｘ_ａ′（ｔ）は、正規化されたａ相の電圧波形である。Ｘ_ｃ′（ｔ）は、正規化されたｃ相の電圧波形である。

また、Ｙ結線の場合には、Ｖ_{ratio_a}の値は１であり、Ｖ_{ratio_ｃ}の値は１である。

また、Ｖ結線の場合には、Ｖ_{ratio_a}の値は１であり、Ｖ_{ratio_ｃ}の値は√３である。

Δ結線において、ｂ相が接地されている場合には、ｂ相の振幅を基準とし得ない。

この場合には、例えばａ相の振幅を基準として正規化を行ってもよい。この場合には、正規化されたｃ相の電圧波形Ｘ_ｃ′（ｔ）は、以下のような式（８）で表される。

Ｘ_ｃ′（ｔ）＝Ｖ_{ratio_ｃ} × （｜Ｘ_ａ｜／｜Ｘ_ｃ｜）×Ｘ_ｃ（ｔ） ・・・（８）
なお、式（８）におけるＶ_{ratio_ｃ}は、ａ相に対するｃ相の振幅比を示す。

こうして、接地タイプに応じた所定の振幅比（図９参照）となるように、電圧波形Ｘ_ａ（ｔ）〜Ｘ_ｃ（ｔ）の正規化が行われる。

本明細書において、接地タイプに応じた振幅比とは、接地タイプ毎に定められた所定の規格の振幅比、即ち、接地タイプ毎に定められた正規の振幅比のことである。具体的には、接地タイプに応じた振幅比は、Ｙ結線の場合には１：１：１であり、Δ結線の場合には１：０：１であり、Ｖ結線の場合には１：１：√３である。

次に、線間電圧計算部４６により、各相の電線１４ａ〜１４ｃの線間電圧波形Ｚ_ａｂ（ｔ）、Ｚ_ｃｂ（ｔ）を算出する（ステップＳ７）。ここでは、ｂ相を基準として線間電圧波形Ｚ_ａｂ（ｔ）、Ｚ_ｃｂ（ｔ）を算出する場合を例に説明する。

ａ相とｂ相との間の線間電圧波形Ｚ_ａｂ（ｔ）は、以下のような式（９）により表される。

Ｚ_ａｂ（ｔ） ＝Ｘ_ａ′（ｔ）− Ｘ_ｂ（ｔ） ・・・（９）
ｂ相とｃ相との間の線間電圧波形Ｚ_ｃｂ（ｔ）は、以下のような式（１０）により表される。

Ｚ_ｃｂ（ｔ） ＝Ｘ_ｃ′（ｔ）− Ｘ_ｂ（ｔ） ・・・（１０）
次に、電力計算部５０により、線間電圧波形Ｚ_ａｂ（ｔ）、Ｚ_ｃｂ（ｔ）のデータを用いて、負荷に供給される三相交流の電力（有効電力）Ｐを以下のようにして算出する（ステップＳ８）。

まず、電力計算部５０は、線間電圧Ｚ_ａｂ（ｔ）のデータを用いて、以下に示すような第１の値Ｐ_ａｂを以下のようにして求める。

即ち、まず、電力計算部５０は、線間電圧Ｚ_ａｂ（ｔ）のデータに基づいて、線間電圧Ｚ_ａｂ（ｔ）の実効値Ｚ_{ａｂ，ｅｆｆ}を算出する。

また、電力計算部５０は、線間電圧Ｚ_ａｂ（ｔ）と電線１４ａに流れる電流Ｉ_ａ（ｔ）との積の平均値Ｐ_０，ａｂを求める。Ｐ_０，ａｂは、以下のような式（１１）で表される。

Ｐ_０，ａｂ＝ （１／Ｎ）Σ（Ｚ_ａｂ（ｔ）×Ｉ_ａ（ｔ）） ・・・（１１）
ここで、Σは、積算することを表す記号（総和記号）である。Ｎは、積算されるデータの個数である。積算は、例えば１周期分のデータについて行う。なお、複数周期分のデータを積算し、平均値を求めてもよい。

なお、電線１４ａに流れる電流Ｉ_ａは、電流波形測定部３８ａにより取得される電流波形データにより示されるものである。

第１の値Ｐ_ａｂは、以下のような式（１２）で表される。

Ｐ_ａｂ＝ Ｐ_０，ａｂ×Ｅ_ｅｆｆ／Ｚ_{ａｂ，ｅｆｆ} ・・・（１２）
なお、Ｅ_ｅｆｆは、上述したように規定電圧値である。

また、電力計算部５０は、線間電圧Ｚ_ｃｂ（ｔ）のデータを用いて、以下に示すような第２の値Ｐ_ｃｂを以下のようにして求める。

まず、電力計算部５０は、線間電圧Ｚ_ｃｂ（ｔ）のデータに基づいて、線間電圧Ｚ_ｃｂ（ｔ）の実効値Ｚ_{ｃｂ，ｅｆｆ}を算出する。

また、電力計算部５０は、線間電圧Ｚ_ｃｂ（ｔ）と電線１４ｃに流れる電流Ｉ_ｃ（ｔ）との積の平均値Ｐ_０，ｃｂを求める。Ｐ_０，ｃｂは、以下のような式（１３）で表される。

Ｐ_０，ｃｂ＝ （１／Ｎ）Σ（Ｚ_ｃｂ（ｔ）×Ｉ_ｃ（ｔ）） ・・・（１３）
ここで、Σは、積算することを表す記号（総和記号）である。Ｎは、積算されるデータの個数である。積算は、例えば１周期分のデータについて行う。なお、複数周期分のデータを積算し、平均値を求めてもよい。

なお、電線１４ｃに流れる電流Ｉ_ｃは、電流波形測定部３８ｃにより取得される電流波形データにより示されるものである。

第２の値Ｐ_ｃｂは、以下のような式（１４）で表される。

Ｐ_ｃｂ＝ Ｐ_０，ｃｂ×Ｅ_ｅｆｆ／Ｚ_{ｃｂ，ｅｆｆ} ・・・（１４）
なお、Ｅ_ｅｆｆは、上述したように規定電圧値である。

次に、電力計算部５０は、三相交流の電力Ｐの値を求める。

三相交流の電力Ｐは、以下のような式（１５）で表される。

Ｐ ＝ Ｐ_ａｂ＋Ｐ_ｃｂ ・・・（１５）
なお、式（１５）において、物理的な意味を持つのは電力Ｐだけである。第１の値Ｐ_ａｂ、第２の値Ｐ_ｃｂは電力Ｐを求める際に便宜上計算される値であり、それぞれ単独では物理的な意味は持たない。

電力計算部５０は、三相交流の電力Ｐを、このようにして算出する。

こうして、一組の３本の電線１４ａ〜１４ｃにより供給される電力Ｐが電力計算部５０により算出される。電力計算部５０により算出された電力値Ｐのデータは、記憶部２８に記憶される（ステップＳ９）。

次に、算出結果を他の機器等に送信する場合（ステップＳ１０）には、通信部４０は、処理部３６により算出された電力値Ｐのデータを他の機器（図示せず）に送信する（ステップＳ１１）。

操作者が測定スイッチをオフ状態にすると、測定が終了する（ステップＳ１２）。処理部３６は、測定結果を図示しない表示部に表示する。

こうして本実施形態による交流電力測定方法が完了する。

このように、本実施形態によれば、取得した各相の電圧波形を三相交流の接地タイプに応じた振幅比となるように正規化するため、クランプ部１１の電極２６と電線１４の導線１６との間の静電容量の各相間のばらつきを解消することができる。このため、本実施形態によれば、電線１４の導線１６に対して非接触で交流電力を正確に測定することができる。

［変形実施形態］
上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。

例えば、上記実施形態では、各相間の電圧波形Ｘ_ａ（ｔ）〜Ｘ_ｃ（ｔ）の位相差に基づいて接地タイプを判定する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。各相の電圧波形Ｘ_ａ（ｔ）〜Ｘ_ｃ（ｔ）の振幅比の態様に基づいて接地タイプを判定するようにしてもよい。図９に示すように、Ｙ結線の場合には、３つの相の電圧波形Ｘ_ａ（ｔ）〜Ｘ_ｃ（ｔ）の振幅比は、１：１：１となる。従って、３つの相の電圧波形Ｘ_ａ（ｔ）〜Ｘ_ｃ（ｔ）の振幅比が１：１：１に近い場合には、接地タイプはＹ結線であると判断することができる。また、図９に示すように、Δ結線の場合には、３つの相の電圧波形Ｘ_ａ（ｔ）〜Ｘ_ｃ（ｔ）の振幅比は、１：０：１となる。従って、３つの相の電圧波形Ｘ_ａ（ｔ）〜Ｘ_ｃ（ｔ）の振幅比が、１：０：１に近い場合には、接地タイプはΔ結線であると判断することができる。また、図９に示すように、Ｖ結線の場合には、３つの相の電圧波形Ｘ_ａ（ｔ）〜Ｘ_ｃ（ｔ）の振幅比は、１：１：√３となる。従って、３つの相の電圧波形Ｘ_ａ（ｔ）〜Ｘ_ｃ（ｔ）の振幅比が、１：１：√３に近い場合には、接地タイプはＶ結線であると判断することができる。

また、上記実施形態では、電圧と電流の両方を検出し得るクランプ１１を用いる場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。電流測定用のクランプと電圧測定用のクランプとを用いて測定を行ってもよい。

１０ａ〜１０ｃ…入力回路
１１，１１ａ〜１１ｃ…クランプ部
１２ａ、１２ｂ…磁気コア
１４，１４ａ〜１４ｃ…電線
１６…導線
１８…絶縁体
２０…電線
２２…コイル
２４、２４ａ〜２４ｃ…信号線
２５、２５ａ〜２５ｃ…信号線
２６…電極
２８…信号線
３０ａ〜３０ｃ…容量素子
３２ａ〜３２ｃ…電圧波形測定部
３６…処理部
３８ａ〜３８ｃ…電流波形測定部
３９…記憶部
４０…通信部
４２…接地タイプ判定部
４４…電圧波形正規化部
４６…線間電圧計算部
４８…電圧計算部
５０…電力計算部

Claims (8)

1. 負荷に三相交流を供給する一組の３本の絶縁電線の各相の電圧波形を、静電容量結合によって、前記絶縁電線の導線に非接触で測定する電圧検出部と、
   前記一組の絶縁電線の電流波形を、電磁誘導結合によって、前記絶縁電線の前記導線に非接触で測定する電流検出部と、
   前記各相の電圧波形を前記三相交流の接地タイプに応じた振幅比となるように正規化し、正規化された前記各相の電圧波形に基づいて前記一組の絶縁電線の線間電圧波形を求め、前記線間電圧波形と前記電流波形と規定電圧値とに基づいて前記負荷に供給される電力を算出する処理部と
   を有することを特徴とする交流電力測定装置。
2. 請求項１記載の交流電力測定装置において、
   前記処理部は、前記各相の電圧波形に基づいて前記三相交流の前記接地タイプを判別し、判別された前記接地タイプに応じて前記各相の電圧波形を正規化する
   ことを特徴とする交流電力測定装置。
3. 請求項２記載の交流電力測定装置において、
   前記処理部は、前記各相の電圧波形の位相差の態様に基づいて、前記接地タイプを判別する
   ことを特徴とする交流電力測定装置。
4. 請求項２記載の交流電力測定装置において、
   前記処理部は、前記各相の電圧波形の振幅比の態様に基づいて、前記接地タイプを判別する
   ことを特徴とする交流電力測定装置。
5. 負荷に三相交流を供給する一組の３本の絶縁電線の各相の電圧波形を、静電容量結合によって、前記絶縁導線の導線に非接触で測定し、前記一組の絶縁電線の電流波形を、電磁誘導結合によって、前記絶縁電線の前記導線に非接触で測定するステップと、
   前記各相の電圧波形を前記三相交流の接地タイプに応じた振幅比となるように正規化するステップと、
   正規化された前記各相の電圧波形に基づいて前記一組の絶縁電線の線間電圧波形を求めるステップと、
   前記線間電圧波形と前記電流波形と規定電圧値とに基づいて前記負荷に供給される電力を算出するステップと
   を有することを特徴とする交流電力測定方法。
6. 請求項５記載の交流電力測定方法において、
   前記各相の電圧波形に基づいて前記三相交流の前記接地タイプを判別するステップを更に有し、
   前記各相の電圧波形を正規化するステップでは、判別された前記接地タイプに応じて前記各相の電圧波形を正規化する
   ことを特徴とする交流電力測定方法。
7. 請求項６記載の交流電力測定方法において、
   前記接地タイプを判別するステップでは、前記各相の電圧波形の位相差の態様に基づいて、前記接地タイプを判別する
   ことを特徴とする交流電力測定方法。
8. 請求項６記載の交流電力測定方法において、
   前記接地タイプを判別するステップでは、前記各相の電圧波形の振幅比の態様に基づいて、前記接地タイプを判別する
   ことを特徴とする交流電力測定方法。

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