JP6494448B2 - 配電線異常監視システム - Google Patents

Description

本発明は、商用系統からの電力の供給を受ける配電線の異常を監視する配電線異常監視システムに関する。

通常、商用系統から一般家屋への電力の供給は、柱上トランスから家屋の外壁等に設けられる電力量メータに引き込まれる引き込み線と、電力量メータから分電盤等に配線される主幹配線とを介して行われている。家屋等の分電盤には、回路における過負荷や短絡によって過電流が流れた場合に自動的に回路を遮断する主幹ブレーカや分岐ブレーカが設けられている。また、分電盤には、回路の漏電を監視する漏電ブレーカが設けられ、漏電が発生した場合に回路を自動的に遮断する等の安全監視機能が備えられている。

特開２０１３−２２５９６７号公報

従来の漏電ブレーカを備えた分電盤の安全監視システムでは、分電盤の上流側、すなわち家屋内へ電源の引き込み箇所から分電盤までの配電線（主幹配線）の異常を監視する機能を有していなかった。特に外壁から家屋内部につながる配電線の損傷は、壁を壊さない限り目視検査をすることができない。そのため、たとえば経年劣化やねずみ等の小動物に齧られたりする等の損傷が放置されがちであった。
そのような壁内部の配電線の異常が放置されると、漏電個所からの出火により火災等の事故につながるおそれがある。また、近年、ある家屋における単相三線電圧のアンバランスや中性線欠相等の原因が、当該家屋と同一の柱上トランスから電力の供給を受けていた他の家屋の配電線の異常によるものである事例も報告されている。

そこで、本発明は、家屋内への電源の引き込み箇所から分電盤までの配電線の異常を監視することができる、配電線異常監視システムを提供することを目的としている。

上記課題を解決するため、本発明は、柱上トランスから引き込み線を介して供給される電力量を計測するスマートメータと、該スマートメータに配電線を介して接続する主幹ブレーカを有する分電盤と、前記主幹ブレーカを流れる電流または電圧を計測するセンサと、前記スマートメータが計測する計測値および前記センサが計測する計測値の差分に基づいて前記配電線の異常を判定する異常判定手段と、を備えた配電線異常監視システムである。

上記構成において、前記異常判定手段は、前記差分を時間積分した積分値が所定値以上となったときに前記配電線が異常であると判定することが好ましい。

また、前記異常判定手段は、前記スマートメータが計測する一次電流値および前記センサが計測する二次電流値の差分に基づいて、前記配電線の異常を判定するものでもよい。

また、前記異常判定手段は、前記スマートメータが計測する一次電圧値および前記センサが計測する二次電圧値の差分に基づいて、前記配電線の異常を判定するものでもよい。

また、前記異常判定手段は、前記スマートメータが計測する一次電力量値および前記センサの計測値から得られる二次電力量値の差分に基づいて、前記配電線の異常を判定するものでもよい。

本発明によれば、家屋内への電源の引き込み箇所から分電盤までの配電線の状態を監視し、異常を迅速かつ確実に判定することができる。

第１の実施形態による配電線異常監視システムのブロック図である。 スマートメータの実施形態を示すブロック図である。 センサの実施形態を示す回路図である。 第２の実施形態による配電線異常監視システムのブロック図である。 第３の実施形態による配電線異常監視システムのブロック図である。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態による配電線異常監視システムの構成を模式的に示すブロック図である。なお、ここでは、一般家屋向けの配電線異常監視システムの実施形態を説明する。ただし、たとえば、より大電力を消費する生産工場等の設備装置に電力を分配する配電盤や分電盤を備えるシステムに本発明を適用することもできる。

配電線異常監視システム１０は、柱上トランスＴＲから家屋内に引き込まれる引き込み線Ｌに接続するスマートメータ２０と、スマートメータ２０に配電線（主幹配線）１１を介して接続する分電盤３０とを備えている。

スマートメータ２０は、図２に示すように、電力計ユニット２１と、負荷開閉ユニット２２と、通信ユニット２３とが、それぞれの機能ごとに、たとえば三段に組み込まれた構造を有している。電力計ユニット２１は、柱上トランスＴＲ（図１参照）から供給される商用系統の電力量（買電電力量）を計測するユニットである。なお、電力計ユニット２１により検出された１日分または複数日分の電力量等の推移データ（モニタリング情報）が、スマートメータ２０に内蔵されるメモリに記録される構成であってもよい。

負荷開閉ユニット２２は、分電盤３０の主幹ブレーカ３１に接続する電力ラインの開閉機能を有している。通信ユニット２３は、インターネット等の広域情報ネットワークに接続されており、使用電力量の推移等のモニタリング情報を、電気事業者や利用者の情報端末装置等に送信することができる。

また、たとえば１日分のモニタリング情報をスマートメータ２０内のメモリに記録しておき、たとえば１日１回など定期的に外部に送信するようにしてもよい。また、スマートメータ２０は、通信ユニット２３を介して、電気事業者からの電力需要予測情報や外部の情報サービスプロバイダからの有益な情報をタイムリーに受信することもできる。このように、スマートメータ２０から広域情報ネットワークを介して外部のサーバや装置等に情報データを伝送するルートは、一般に「Ａルート」と称されている。

スマートメータ２０がＡルートから受信したこれらの情報は、たとえば後述するＨＥＭＳ（Home Energy Management System）コントローラ２５に送信され、負荷機器の需要電力制御等に利用される。

また、本実施形態による配電線異常監視システムにおいては、スマートメータ２０の電力計ユニット２１が監視する一次電流値Ｉｂ、一次電圧値Ｖｂおよびこれらの値から演算される一次電力量値Ｐｂ等のモニタリング情報が、通信ユニット２３により、随時、異常判定部３５に送信されている。このように、スマートメータ２０から家屋内のコントローラ、機器、情報端末装置等に情報データを伝送するルートは、一般に「Ｂルート」と称されている。ここで、Ｂルートは、有線・無線ＬＡＮまたはＵＳＢ等を採用できるが、その情報伝送形式に限定されるものではない。

家屋内に配置される分電盤３０は、主幹ブレーカ３１および複数の分岐ブレーカ３３等の機器・装置を含み、これらがケース内の基盤に実装されている。主幹ブレーカ３１および分岐ブレーカ３３は、負荷装置（下流）側回路の過負荷や短絡によって過電流が流れた場合に自動的に回路を遮断する装置である。また、主幹ブレーカ３１は、負荷装置（下流）側回路の漏電を監視し、漏電が発生した場合に回路を自動的に遮断する、漏電ブレーカとしての機能も有する。

また、本実施形態による分電盤３０は、異常判定部３５を備えている。主幹ブレーカ３１の出力である二次電流値Ｉｏおよび二次電圧値Ｖｏは、変流器等を備えるセンサ３６により計測され、それぞれの計測値が異常判定部３５に入力される。ここで、図３には、センサ３６の回路例が示される。

また、異常判定部３５は、センサ３６が計測した二次電流値Ｉｏおよび二次電圧値Ｖｏから、分電盤３０を経由する電力量（二次電力量値Ｐｏ）を演算することができる。つまり、本実施形態による配電線異常監視システムにおいては、柱上トランスＴＲからの配電線の引き込み部（具体例としてはスマートメータ２０）において計測される一次計測値と、分電盤３０（具体例としては主幹ブレーカ３１）において計測される二次計測値とが、異常判定部３５にそれぞれ入力するよう構成されている。

異常判定部３５は、引き込み部に設けたスマートメータ２０によるモニタリング情報である一次計測値と、センサ３６が計測した分電盤３０の出力情報である二次計測値との差分に基づいて、従来監視することが困難であった、壁内部の配電線（主幹配線）１１の状態を監視して、その異常を早期に判定することができる。

具体的には、たとえば異常判定部３５は、スマートメータ２０が計測する一次電流値Ｉｂと、センサ３６が計測する二次電流値Ｉｏとの差分が所定値以上となったときに、これらの間の配電線１１が異常であると判定することができる。

また、異常判定部３５は、スマートメータ２０が計測する一次電圧値Ｖｂと、センサ３６が計測する二次電圧値Ｖｏとの差分が所定値以上となったときに、これらの間の配電線１１が異常であると判定することができる。

また、異常判定部３５は、スマートメータ２０が計測する一次電力量値Ｐｂと、センサ３６の計測値から演算した二次電力量値Ｐｏとの差分が所定値以上となったときに、これらの間の配電線１１が異常であると判定することができる。

なお、電源系統を構成する配電線１１や主幹ブレーカ３１等は、僅かではあるがインダクタンスや浮遊容量等といった虚数部を含むインピーダンスを本来有している。５０〜６０Ｈｚ程度の商用周波数の交流が回路を流れる限りにおいては、これら配電線１１のインピーダンスの影響は殆ど無視することができる。しかし、回路に負荷集中による瞬時的な電圧降下や電圧変動が発生すると、配電線１１に損傷や漏電等の異常がなくても、その配電線１１の両端部で電圧や電流に差分（誤差）が生じる場合もあり得る。また、本システムでは、Ｂルートの伝送レートの遅延とセンサ３６が二次計測値の検出時間の差によっても、配電線１１の両端部で誤差が生じる場合も想定される。

そのような瞬時的な電圧変動等による誤判定を防ぐために、異常判定部３５は、スマートメータ２０による一次計測値と、センサ３６による二次計測値との間の差分を一定時間積分し、その積分値が所定値以上となったときに配電線１１が異常であると判定するようにしてもよい。また、そのような誤判定を防ぐ変形例として、異常判定部３５は、センサ３６が計測した二次計測値を一定時間積分し、その積分値と一次計測値との差分が所定値以上となったときに配電線１１が異常であると判定するようにしてもよい。

また、異常判定部３５は、一次計測値と二次計測値との差分を一定時間サンプリングし、その時間平均とばらつき等の分布を求める統計処理を行ってもよい。たとえば、異常判定部３５は、一次計測値と二次計測値との差分が、一定期間過去において所定数サンプリングした差分に基づく標準偏差（たとえばσ、σ２、・・・）を超えるときに、配電線１１が異常であると判定するようにしてもよい。

これらの対策の他に、センサ３６の出力側にローパスフィルタを設け、Ｂルートを介して得たモニタリング情報の一次計測値と、ローパスフィルタを経て得た二次計測値との差分に基づいて、配電線１１の異常を監視するようにしてもよい。

（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態による配電線異常監視システムの構成を示すブロック図である。この実施形態では、スマートメータ２０が計測するモニタリング情報が、Ｂルートを介してＨＥＭＳコントローラ２５に入力される。異常判定部３５は、コントローラ２５から得た一次計測値と、センサ３６が計測した二次計測値との差分に基づいて、配電線１１の異常を判定するようにしてもよい。

（第３の実施形態）
図５は、本発明の第３の実施形態による配電線異常監視システムの構成を示すブロック図である。この実施形態では、スマートメータ２０が計測するモニタリング情報が、Ｂルートを介してＨＥＭＳコントローラ２５に入力される。コントローラ２５に設けられる異常判定部３５が、スマートメータ２０から得た一次計測値とセンサ３６が計測した二次計測値との差分に基づいて配電線１１の状態を監視し、その異常を判定するようにしてもよい。

１０ 配電線異常監視システム
１１ 配電線（主幹配線）
２０ スマートメータ
２１ 電力計ユニット
２２ 負荷開閉ユニット
２３ 通信ユニット
２５ ＨＥＭＳコントローラ
３０ 分電盤
３１ 主幹ブレーカ
３３ 分岐ブレーカ
３５ 異常判定部
Ｌ 引き込み線
ＴＲ 柱上トランス

Claims (5)

1. 柱上トランスから引き込み線を介して供給される電力量を計測するスマートメータと、
   該スマートメータに配電線を介して接続する主幹ブレーカを有する分電盤と、
   前記主幹ブレーカを流れる電流または電圧を計測するセンサと、
   前記スマートメータが計測する計測値および前記センサが計測する計測値の差分に基づいて前記配電線の異常を判定する異常判定手段と、
   を備えた配電線異常監視システム。
2. 前記異常判定手段は、前記差分を時間積分した積分値が所定値以上となったときに前記配電線が異常であると判定する、請求項１に記載の配電線異常監視システム。
3. 前記異常判定手段は、前記スマートメータが計測する一次電流値および前記センサが計測する二次電流値の差分に基づいて、前記配電線の異常を判定する請求項１または２に記載の配電線異常監視システム。
4. 前記異常判定手段は、前記スマートメータが計測する一次電圧値および前記センサが計測する二次電圧値の差分に基づいて、前記配電線の異常を判定する請求項１または２に記載の配電線異常監視システム。
5. 前記異常判定手段は、前記スマートメータが計測する一次電力量値および前記センサの計測値から得られる二次電力量値の差分に基づいて、前記配電線の異常を判定する請求項１または２に記載の配電線異常監視システム。