JP6641707B2 - 故障検出システム - Google Patents

Description

本発明は、故障検出システムに関する。

複数の電気機器を集中管理するシステムが知られている。特許文献１には、管理対象である電気機器と機器集中管理装置（ホストユニット）との間に、被管理機器用端末装置（端末ユニット）を介在させ、端末ユニットを介してその電気機器の電源等を制御する機器集中管理システムが開示されている。

電気機器がシステムに対応していない場合には、電気機器と端末ユニットとの間に、該電気機器へその動作電源である商用電源の供給を直接制御する電源制御ユニットが介在される。端末ユニットがホストユニットからの制御信号を受信すると、対応する制御データが端末ユニットから電源制御ユニットに伝えられる。電源制御ユニットはそのデータに応じてスイッチ部を制御して、電気機器への商用電源の供給を制御する。

特許文献２には、住宅、マンション、ビルディング、商業施設などの需要者が電力を使用する空間において、電力異常を検出するシステムが開示されている。この電力異常検出システムでは、電気機器の電力需要予測量と、分電盤に設置された電力測定部等により測定された電気機器の消費電力量とに基づいて電力異常を検出している。

特開平１１−２２０７８２号公報 特開２０１３−０９３９３４号公報

従来、電灯等の故障検出機能のない比較的単純な電気機器では、人が目視等により球切れ等の故障を検出していた。電気機器の数が多い場合、人が一つ一つの電気機器の点検を行っていたのでは、故障の検出が遅れる場合がある。また、人による点検ではヒューマンエラーによる点検漏れもあり得る。また、電気機器の数が多い場合、管理コストが高くなるという問題がある。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、電気機器の故障の発生を早期に検出することが可能な故障検出システムを提供することである。

本発明の一態様に係る故障検出システムは、分電盤に接続された機器への電源の供給を制御する電源供給スイッチと、電源投入時に、前記機器に対して予め設定された数の電流パルスを入力した後に、当該機器への電源の供給を開始するように、前記電源供給スイッチを制御する制御部と、前記分電盤に設置され、前記機器へ電源が投入された際に、電流パルス数の計測と前記機器の負荷電流の測定を行い、測定結果に基づいて前記機器の故障を検出する電力測定部とを備える。

本発明によれば、電気機器の故障の発生を早期に検出することが可能な故障検出システムを提供することが可能である。

実施の形態１にかかる故障検出システムの構成を示す図である。 一つのエリアのみが存在する場合に、実施の形態１に係る障検出システムで測定される電流の波形を示す図である。 実施の形態に係る故障検出システムによる故障検出手順を示すフローチャートである。 複数のエリアが存在する場合の正常時の状態を示す図である。 図４に示す状態において、実施の形態１にかかる故障検出システムで測定される電流の波形を示す図である。 複数のエリアが存在する場合の異常時の状態を示す図である。 図６に示す状態において、実施の形態１にかかる故障検出システムで測定される電流の波形を示す図である。 実施の形態２にかかる故障検出システムの一部の正常時の状態を示す図である。 図８に示す状態において、実施の形態２に係る故障検出システムで測定される電流の波形を示す図である。 実施の形態２にかかる故障検出システムの一部の異常時の状態を示す図である。 図１０に示す状態において、実施の形態２に係る故障検出システムで測定される電流の波形を示す図である。 複数のエリアが存在する場合の正常時の状態を示す図である。 図１２に示す状態において、実施の形態２にかかる故障検出システムで測定される電流の波形を示す図である。 複数のエリアが存在する場合の異常時の状態を示す図である。 図１４に示す状態において、実施の形態２にかかる故障検出システムで測定される電流の波形を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。なお、各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。

実施の形態に係る故障検出システムは、分電盤・配電盤等に接続される電気機器へ流れる電流を測定することにより当該電気機器の故障を検出する。実施の形態では、電気機器の一例として電灯を用いた例について説明する。

実施の形態１
図１は、実施の形態１にかかる故障検出システムの構成を示す図である。図１に示すように、故障検出システム１は、分電盤１０、電力測定器１１、ＣＴ（カレントトランス）１２、ブレーカー１３、表示器１４、通信ネットワーク１５、ＤＢ（データベース）１６、制御回路２０、スイッチ２１、パルス数設定部２２を有している。

故障検出システム１は、複数のエリアＡ〜Ｃにおける電灯Ｌの故障をそれぞれ検出することが可能である。エリアＡ〜Ｃは、例えば、住宅やマンションの各部屋、商業施設の各テナント、オフィスビルの各事務所などの空間が想定される。なお、図１においては、エリアＢ、Ｃにおける制御回路２０等の図示を省略しているが、エリアＢ、Ｃにおいても、エリアＡと同様の構成とすることができる。

分電盤１０は、商用電力系統や自家発電装置から供給される電力を各電気機器（負荷）へ電圧線を介して振り分ける。図１に示す例では、分電盤１０にはＡＣ（交流）１００Ｖの電力が供給されている。分電盤１０の各電圧線上には、それぞれブレーカー１３が設けられている。ブレーカー１３は、一定以上の電流が流れた場合、電気機器への電源の供給を遮断する。

また、分電盤１０内の各電圧線上には、それぞれＣＴ１２が設けられている。ＣＴ１２は、各電圧線に流れる電流の値を検知する電流センサである。図１に示す例では、１つのＣＴ１２が測定する電圧線の配下に、エリアＡ〜Ｃの電灯Ｌが接続されている。

分電盤１０には、電力測定器１１が設けられている。電力測定器１１は、ＣＴ１２によって検出された電流値に基づき、電灯Ｌで消費される電力量を測定可能である。電力測定器１１には、通信ネットワーク１５を介して通信可能な状態で表示器１４が接続される。通信ネットワーク１５は、例えば、ＬＡＮ（Local Area Network）で構成される。なお、通信ネットワーク１５として、専用回線、公衆回線等を用いることも可能である。

表示器１４には、電力測定器１１から出力される各種情報が表示される。例えば、表示器１４は、電灯Ｌに流れる電灯電流、後述する制御回路２０から電灯Ｌへ供給される制御回路電流、電灯電流と制御回路電流とを合計した合計電流を表示する。また、表示器１４は、検出された故障個所を表示する。表示器１４は、エリアＡ〜Ｃと同一の建物や敷地内などに設置することができる。

各エリアＡ〜Ｃにおける電灯Ｌには、それぞれ制御回路２０、スイッチ２１、パルス数設定部２２が接続されている。スイッチ２１は、分電盤１０に接続された電灯Ｌへの電源の供給を制御する電源供給スイッチである。図１に示す例では、一つのＣＴ１２が測定する電圧線の配下に複数のスイッチ２１が接続されている。各エリアＡ〜Ｃの電灯Ｌは、それぞれスイッチ２１を介して電圧線に接続されている。

スイッチ２１には、それぞれ制御回路２０が接続される。制御回路２０は、電灯Ｌへの電源投入時に、電灯Ｌに対して予め設定された数の電流パルスを入力した後に、当該電灯Ｌへの電源の供給を開始するように、スイッチ２１を制御する。上述の電力測定器１１は、電灯Ｌへ電源が投入された際に、電流パルス数の計測と電灯Ｌの電灯電流（負荷電流）の測定を行い、測定結果に基づいて故障を検出する。

パルス数設定部２２は、制御回路２０から電灯Ｌに供給する電流パルスの数を設定する。図１に示す例では、分電盤１０の一つの電圧線に複数の電灯Ｌが接続されており、複数の電灯Ｌには、それぞれ制御回路２０、スイッチ２１、パルス数設定部２２が設けられている。電流パルスの数は、電灯Ｌ毎にそれぞれ個別に設定される。すなわち、各エリアＡ〜Ｃの電灯Ｌに供給される電流パルスの数はそれぞれ異なる。各エリアＡ〜Ｃの制御回路２０は、エリアＡ〜Ｃの電灯Ｌ対してそれぞれ異なる数の電流パルスを供給する。電力測定器１１は、電流パルス数に応じて故障個所の識別が可能である。

電力測定器１１には、通信ネットワーク１５を介してＤＢ１６が接続されている。ＤＢ１６には、複数の電灯Ｌと電灯Ｌ毎に個別に設定された電流パルスの数とが対応づけて保存される。すなわち、電流パルス数は、電灯Ｌを識別するＩＤとなる。ＤＢ１６には、当該ＩＤと電灯Ｌが存在するエリアとが紐付されて保存される。電力測定器１１は、計測した電流パルス数と、ＤＢ１６に保存された電流パルスの数とを比較することによって、どのエリアの電灯Ｌが故障したかを特定することができる。また、電力測定器１１は、測定された電灯電流に応じて、電灯Ｌ１〜Ｌ３個別の稼働検出を行うことが可能である。

ここで、図２、３を参照して、故障検出システム１における電気機器の故障検出手順について説明する。図２は、一つのエリアＡのみが存在する場合に、故障検出システム１実施の形態１に係る障検出システムで測定される電流の波形を示す図である。図３は、故障検出システム１による故障検出手順を示すフローチャートである。

図２に示すように、エリアＡの電灯Ｌに対して、１つの電流パルスが制御回路電流として供給されるものとする。正常時には、電流パルスが入力された後に、電灯電流が立ち上がる。したがって、正常時には、合計電流Ｉａは、１つの電流パルスと電灯電流を含む。

異常時には、エリアＡの電灯Ｌが球切れ等の故障により、電灯電流が流れないものとする。図２において点線で示すように、異常時には、電灯電流が立ち上がらない。このため、異常時には、合計電流Ｉａには、１つの電流パルスのみ含まれ、電灯電流が含まれない。

図３に示すように、まず、スイッチ２１を入れる（ステップＳ１）ことにより電源の供給が開始されると、制御回路２０が動作する（ステップＳ２）。制御回路２０は、パルス数設定部２２により設定された数の電流パルスを発生させる（ステップＳ３）。ここでは、１つの電流パルスが生成される。その後、制御回路２０は、電灯Ｌに電灯電流を供給する（ステップＳ４）。

電灯電流が供給された後、電力測定器１１が電流パルスと電灯電流とを含む合計電流を測定する（ステップＳ５）。そして、電力測定器１１が合計電流Ｉａに含まれる電流パルス数を計測して、エリアを特定する（ステップＳ６）。図２に示すように、電流パルスが１つ計測されると、エリアＡが特定される。

その後、電力測定器１１は合計電流Ｉａに電灯電流が含まれるか否かを判定する（ステップＳ７）。ステップＳ７において、電灯電流が存在する場合（有）は、正常と判断し、処理が終了する。一方、ステップＳ７において、電灯電流がない場合は（無）、電力測定器１１がエリアＡの電灯Ｌの球切れ（故障）を検出する（ステップＳ８）。そして、故障個所（エリアＡの電灯Ｌの球切れ）が表示器１４に表示される（ステップＳ９）。

次に、複数のエリアが存在する例について、図４〜図７を参照して説明する。図４は、複数のエリアが存在する場合の正常時の状態を示す図である。図５は、図４に示す状態において、実施の形態１にかかる故障検出システムで測定される電流の波形を示す図である。図６は、複数のエリアが存在する場合の異常時の状態を示す図である。図７は、図６に示す状態において、実施の形態１にかかる故障検出システムで測定される電流の波形を示す図である。

図６に示すように、異常時には、エリアＢの電灯Ｌ２が故障しているものとする。なお、複数のエリアが存在する場合であっても、故障検出システム１による故障検出手順は図３に示すものと同様であるため、重複説明は省略する。

図４、６に示すように、ここでは、エリアＡ〜Ｃの３つのエリアが存在するものとする。エリアＡ〜Ｃに配置される電灯を、それぞれ電灯Ｌ１〜Ｌ３とする。図５、７に示すように、エリアＡの電灯Ｌ１には１つの電流パルスが供給され、エリアＢの電灯Ｌ２には２つの電流パルスが供給され、エリアＣの電灯Ｌ３には３つの電流パルスが供給されるものとする。なお、電流パルスの数は、電灯Ｌ１〜Ｌ３でそれぞれ異なればよく、予め任意に設定することが可能である。

図５、７に示すように、電力測定器１１で電流パルスが１つ計測されると、エリアＡが特定される。同様に、電力測定器１１で電流パルスが２つ計測されると、エリアＢが特定される。また、電力測定器１１で電流パルスが３つ計測されると、エリアＣが特定される。電力測定器１１は、ＤＢ１６を参照してエリアを特定する。すなわち、電力測定器１１は、電灯Ｌ１〜Ｌ３の個別の特徴量（電流パルス数）を抽出し、ＤＢ１６に登録された電灯Ｌ１〜Ｌ３毎の特徴量（電流パルス数）と比較することにより、電灯Ｌ１〜Ｌ３を特定することができる。

図５に示すように、正常時には、各エリアＡ〜Ｃの合計電流Ｉａ〜Ｉｃにそれぞれ電灯電流が存在する。図７に示すように、異常時には、エリアＡ、Ｃの合計電流Ｉａ、Ｉｃには電灯電流がそれぞれ存在するものの、エリアＢの合計電流Ｉｂには電灯電流が存在しない。このように、電力測定器１１は、電灯電流に応じて電灯Ｌ１〜Ｌ３個別の稼働検出を行う。これにより、エリアＢの電灯Ｌ２の故障を検出することができる。

このように、故障検出システム１では、電流パルスの数により電気機器の故障が発生しているエリアを特定することができるとともに、当該電気機器に流れる電流により故障の発生の有無を自動的に検知することができる。これにより、故障検出機能のない比較的単純な電灯などの電気機器の故障を検出することが可能となる。故障検出システム１によれば、人による電気機器の点検を必要とすることなく、故障を早期に漏れなく発見することが可能となる。

実施の形態２
次に、図８〜１１を参照して、実施の形態２に係る故障検出システム１Ａについて説明する。図８〜１１に示す例は、１つのエリアが存在する場合に、実施の形態２にかかる故障検出システム１Ａを用いて故障の判定を行う例である。

図８は、実施の形態２にかかる故障検出システムの一部の正常時の状態を示す図である。図９は、図８に示す状態において、実施の形態２に係る故障検出システムで測定される電流の波形を示す図である。図１０は、実施の形態２にかかる故障検出システムの一部の異常時の状態を示す図である。図１１は、図１０に示す状態において、実施の形態２に係る故障検出システムで測定される電流の波形を示す図である。なお、スイッチ２１が接続される分電盤１０等の構成は、図１に示すものと同一とすることができる。

実施の形態２では、一つのスイッチ２１に複数の電灯Ｌが接続されている。図８に示す例では、スイッチ２１には、電灯Ｌ１〜Ｌ３の３つの電灯が接続されている。スイッチ２１と電灯Ｌ３との間には、制御回路２０が接続されている。パルス数設定部２２により、制御回路２０から電灯Ｌ１〜Ｌ３に供給する電流パルスの数が設定される。実施の形態２では、電灯Ｌ１〜Ｌ３に一つの電流パルス数が設定されることとなる。すなわち、電灯Ｌ１〜Ｌ３の電流パルス数（特徴量）は同一となる。

図８のように電灯Ｌ１〜Ｌ３のいずれもが正常に点灯している場合、図９に示すように、当該エリアの合計電流Ｉａ＋ｂ＋ｃは、電流パルスと電灯Ｌ１〜Ｌ３それぞれの電灯電流（電灯１電流、電灯２電流、電灯３電流）が含まれる。各電灯Ｌ１〜Ｌ３に流れる電流が１Ａずつである場合、合計電流に含まれる電灯電流は３Ａとなる。

異常時には、図１０に示すように、電灯Ｌ１、Ｌ２は正常に点灯し、電灯Ｌ３のみが球切れにより点灯していないものとする。このような異常時には、図１１に示すように、合計電流Ｉａ＋ｂ＋ｃは、電流パルスと電灯Ｌ１及びＬ２の電灯電流（電灯１電流、電灯２電流）のみが含まれる。したがって、合計電流Ｉａ＋ｂ＋ｃに含まれる電灯電流は２Ａとなる。このように、実施の形態２では、電力測定器１１は、合計電流に含まれる電灯電流の大きさに基づいて、稼働する電灯の数を特定することができる。

なお、故障検出システム１Ａによる故障検出手順は図３に示すものと略同様であるが、ステップＳ７では合計電流Ｉａ＋ｂ＋ｃに含まれる電灯電流が正常時と比較して不足しているか否かが判定される。電灯電流が正常時よりも不足している場合、ステップＳ８では球切れ（故障）している電灯の数が検出される。

次に、複数のエリアが存在する例について、図１２〜図１５を参照して説明する。図１２は、複数のエリアが存在する場合の正常時の状態を示す図である。図１３は、図１２に示す状態において、実施の形態２にかかる故障検出システムで測定される電流の波形を示す図である。図１４は、複数のエリアが存在する場合の異常時の状態を示す図である。図１５は、図１４に示す状態において、実施の形態２にかかる故障検出システムで測定される電流の波形を示す図である。

図１２、１４に示すように、ここでは、エリアＡ、Ｂの２つのエリアが存在するものとする。エリアＡに配置される電灯を電灯Ｌ１〜Ｌ３とし、エリアＢに配置される電灯を電灯Ｌ４〜Ｌ６とする。図１３、１５に示すように、エリアＡの電灯Ｌ１〜Ｌ３には１つの電流パルスが供給され、エリアＢの電灯Ｌ４〜Ｌ６には２つの電流パルスが供給されるものとする。なお、電流パルスの数は、電灯Ｌ１〜Ｌ３と、電灯Ｌ４〜Ｌ６とでそれぞれ異なればよく、予め任意に設定することが可能である。

図１３、１５に示すように、電力測定器１１で電流パルスが１つ計測されると、エリアＡが特定される。同様に、電力測定器１１で電流パルスが２つ計測されると、エリアＢが特定される。図１３に示すように、正常時には、エリアＡの合計電流Ｉａ＋ｂ＋ｃに電灯Ｌ１〜Ｌ３の電灯電流が含まれる、また、エリアＢの合計電流Ｉｃ＋ｄ＋ｅに電灯Ｌ４〜Ｌ６の電灯電流が含まれる。合計電流Ｉａ＋ｂ＋ｃ、合計電流Ｉｃ＋ｄ＋ｅに含まれる電灯電流は、３Ａずつとなる。

異常時には、図１４に示すように、エリアＢの電灯Ｌ４のみが故障しているものとする。図１５に示すように、異常時には、エリアＡの合計電流Ｉａ＋ｂ＋ｃには、電灯Ｌ１〜Ｌ３の電灯電流が含まれる。しかし、エリアＢの合計電流Ｉｃ＋ｄ＋ｅには、電灯Ｌ５、Ｌ６の電灯電流のみが含まれ、電灯Ｌ４への電灯電流は含まれない。すなわち、エリアＡでは３つの電灯分の電灯電流が含まれるのに対して、エリアＢでは２つの電灯分の電灯電流しか含まれない。各電灯Ｌ１〜Ｌ６に流れる電流が１Ａずつの場合、合計電流Ｉａ＋ｂ＋ｃは３Ａであるのに対し、合計電流Ｉｃ＋ｄ＋ｅは２Ａとなる。電力測定器１１は、電灯電流の大きさに応じて、稼働している電灯の数を検出することができる。

このように、故障検出システム１Ａでは、電流パルスの数により電灯の故障が発生しているエリアを絞り込むことができる。そして、人が目視等により、絞り込んだエリアのみを点検することで、故障の発見を早めることができる。また、絞り込んだエリアにおいて稼働する電灯の数を特定することができるため、人が点検する際に発見すべき故障の数を把握することができる。これにより、点検漏れを抑制することが可能となる。また、点検すべき電気機器の数を減らすことができ、管理コストの低減を図ることが可能となる。

以上説明したように、本発明によれば、故障の発生を早期に検出することが可能な故障検出システムを提供することが可能である。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。図１に示す例では、ＣＴ１２は分電盤１０内の電圧線上に配置されているが、ＣＴ１２の配地位置は、電気機器への給電を行う電路上であれば特に限定されるものではない。また、図１では、分電盤１０にＣＴ１２を設けた例を示しているが、分電盤以外の電気機器に電流センサを設けることも可能である。

また、上述の実施の形態では、電気機器に流れる電流に基づいて、エリアの特定、電気機器の故障の判定を行ったが、これに限定されるものではない。例えば、電力測定器１１において電流波形と電圧波形から演算した電力波形を用いることも可能である。

１ 故障検出システム
１Ａ 故障検出システム
１０ 分電盤
１１ 電力測定器
１２ ＣＴ
１３ ブレーカー
１４ 表示器
１５ 通信ネットワーク
１６ ＤＢ
２０ 制御回路
２１ スイッチ
２２ パルス数設定部
Ｌ、Ｌ１〜Ｌ６ 電灯

Claims (6)

1. 分電盤と、
   前記分電盤からの電圧線に接続された機器と、
   前記機器が設置されるエリアに設けられ、前記機器への電源の供給を制御する電源供給スイッチと、
   前記エリアに設けられ、前記電源供給スイッチを制御することにより前記機器への電源の供給を開始する前に、前記機器に対して予め設定された数の電流パルスを生成して前記電圧線に入力する制御回路と、
   前記分電盤に設置され、前記制御回路による前記機器への電源の供給が開始された際に、前記電圧線に流れる波形に基づいて、電流パルス数の計測と前記機器の負荷電流の測定を行い、前記電流パルス数の計測結果に基づいて前記機器を特定し、前記負荷電流の測定結果に基づいて前記負荷電流が流れない前記機器の故障を検出する電力測定部と、
   を備える、
   故障検出システム。
2. 分電盤と、
   前記分電盤からの電圧線に接続され、複数のエリアにそれぞれ１つずつ設置された複数の機器と、
   複数の前記エリアにそれぞれ設けられ、対応する前記機器への電源の供給を制御する複数の電源供給スイッチと、
   複数の前記エリアにそれぞれ設けられ、対応する前記電源供給スイッチを制御することにより前記機器への電源の供給を開始する前に、前記機器毎に個別に設定された数の電流パルスを生成して前記電圧線に入力する複数の制御回路と、
   前記分電盤に設置され、複数の前記エリア毎に、前記制御回路による前記機器への電源の供給が開始された際に、前記電圧線に流れる波形に基づいて、電流パルス数の計測と前記機器の負荷電流の測定を行い、前記電流パルス数の計測結果に基づいて前記機器を特定し、前記負荷電流の測定結果に基づいて前記負荷電流が流れない前記機器の故障を検出する電力測定部と、
   を備える、
   故障検出システム。
3. 複数の前記機器と前記機器毎に個別に設定された前記電流パルスの数とを対応づけて保存する、前記電力測定部がアクセス可能なデータベースをさらに備え、
   前記電力測定部は、計測した前記電流パルス数と前記データベースに保存された前記電流パルスの数とを比較することによって前記機器を特定する、
   請求項２に記載の故障検出システム。
4. 分電盤と、
   前記分電盤からの電圧線に接続された、略同一の負荷電流が流れる複数の機器と、
   複数の前記機器が設置されるエリアに設けられ、複数の前記機器への電源の供給を制御する電源供給スイッチと、
   前記エリアに設けられ、前記電源供給スイッチを制御することにより複数の前記機器への電源の供給を開始する前に、前記エリアに対して予め設定された電流パルスを生成して前記電圧線に入力する制御回路と、
   前記分電盤に設置され、前記制御回路による前記機器への電源の供給が開始された際に、前記電圧線に流れる波形に基づいて、電流パルス数の計測と前記機器の負荷電流の測定を行い、前記電流パルス数の計測結果に基づいて前記エリアを特定し、前記負荷電流の測定結果に基づいて前記負荷電流が流れない前記機器の数を検出する電力測定部と、
   を備える、
   故障検出システム。
5. 前記分電盤内の前記電圧線上に、前記電流パルス及び前記負荷電流を検知する電流センサが設けられる、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の故障検出システム。
6. 前記分電盤から前記エリアに向かう、前記負荷電流を含む電流が流れる前記電圧線上に、前記電流パルス及び前記負荷電流を検知する電流センサが設けられる、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の故障検出システム。

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