JP6771179B2 - 電力計測システム - Google Patents

Description

本発明は、一般に電力計測システムに関し、より詳細には、電流センサの検出結果に基づいて電力等を計測する電力計測システムに関する。

従来、電流トランス（ＣＴ）を使用して負荷の消費電力等を計測する計測装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。特許文献１に記載の計測装置は、ＣＴと、電流信号測定部と、試験電流源と、ＣＴ設置状態判定部とを備えている。

ＣＴは、検出コイルとコアとを備える分割型ＣＴである。検出コイルは、直列接続された第１検出コイルと第２検出コイルとを備える。コアは、フェライトなどの磁性材料で形成された第１コアと第２コアとを備えている。電流信号測定部は、電源線を流れる電流によりＣＴの検出コイルに誘起された誘導電流を測定する。試験電流源は、ＣＴの設置状態を判定する際に使用される交流の定電流源である。ＣＴ設置状態判定部は、ＣＴ設置状態判定モードスイッチのＯＮ／ＯＦＦに基づいて、通常測定モードとＣＴ設置状態判定モードとを切り替える。

ＣＴ設置状態判定部は、ＣＴ設置状態判定モードスイッチがＯＦＦであれば、電流信号測定部を通常測定モードの接続構成とし、試験電流源をＯＦＦにする。また、ＣＴ設置状態判定部は、ＣＴ設置状態判定モードスイッチがＯＮであれば、電流信号測定部をＣＴ設置状態判定モードの接続構成とし、試験電流源をＯＮにする。そして、ＣＴ設置状態判定部は、試験電流源から第１検出コイルに出力される試験用電流信号によって第２検出コイルに誘起される誘導電流に基づいて、ＣＴの設置状態が良好か否かを判定する。

特開２０１５−０８３９４７号公報

ところで、特許文献１に記載の計測装置では、通常測定モードで使用される検出コイルと、ＣＴ設置状態判定モードで使用される検出コイルとがコアに巻かれた、専用のＣＴ（電流センサ）が必要であった。

本発明は上記課題に鑑みてなされており、専用の電流センサを用いることなく、判定対象回路の状態を判定することができる電力計測システムを提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る電力計測システムは、電流センサと、電流計測部と、絶縁部と、信号出力部と、状態判定部とを備えている。前記電流センサは、貫通孔を有するコア及び前記コアに装着されたコイルを有し、前記コアを貫通する電力線に流れる電流によって前記コイルに誘導電流が誘起される。前記電流計測部は、前記電流センサに電気的に接続されており、前記コイルに誘起された前記誘導電流に基づいて前記電力線に流れる電流を計測する。前記絶縁部は、前記電流センサ及び前記電流計測部を含む判定対象回路に対して電気的に絶縁されている。前記信号出力部は、前記絶縁部を介して前記判定対象回路に判定用信号を出力する。前記状態判定部は、前記判定用信号によって前記判定対象回路に流れる判定用電流の大きさに基づいて前記判定対象回路の状態を判定する。前記電力計測システムでは、前記誘導電流の周波数と前記判定用電流の周波数とが異なっている。前記状態判定部は、前記判定対象回路の状態として前記電流センサの定格電流を判定するように構成されている。

本発明は、専用の電流センサを用いることなく、判定対象回路の状態を判定することができる、という効果がある。

図１Ａは、本発明の実施形態１に係る電力計測システムにおいてコアの結合状態が正常である状況を示すブロック図である。図１Ｂは、同上の電力計測システムにおいてコアの結合状態が異常である状況を示すブロック図である。 図２は、同上の電力計測システムの構成を示すブロック図である。 図３は、同上の電力計測システムの動作を説明するためのグラフである。 図４Ａは、同上の電力計測システムの動作を説明するための別のグラフである。図４Ｂは、図４ＡにおけるＸ１部を拡大したグラフである。 図５は、本発明の実施形態２に係る電力計測システムにおいてコアの結合状態が異常である状況を示すブロック図である。

以下、本発明の実施形態に係る電力計測システムについて、図面を参照して具体的に説明する。ただし、以下に説明する構成は、本発明の一例に過ぎず、本発明は下記の実施形態１，２に限定されない。したがって、これらの実施形態１，２以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。

（実施形態１）
本実施形態の電力計測システムは、電流センサの検出結果に基づいて、需要家施設における消費電力と消費電力量との少なくとも一方を計測するために用いられる。ここでいう「需要家施設」は、電力の需要家の施設を意味しており、電力会社等の電気事業者から電力の供給を受ける施設だけでなく、太陽光発電設備等の自家発電設備から電力の供給を受ける施設も含む。本実施形態では、店舗や事務所などの非住宅施設を需要家施設の一例として説明する。ただし、この例に限らず、需要家施設は集合住宅や戸建住宅、集合住宅の各住戸などであってもよい。

まず、本実施形態の電力計測システムが適用される分電盤１の基本構成について、図２を参照して説明する。本実施形態では、交流１００〔Ｖ〕／２００〔Ｖ〕を取り出し可能な単相三線式配線の分電盤１を例に説明する。

分電盤１は、主幹ブレーカ１０と、複数（図２の例では６個）の分岐ブレーカ（回路遮断器）２０Ａ〜２０Ｆとを備えている。以下の説明において分岐ブレーカ２０Ａ〜２０Ｆをとくに区別しない場合には、分岐ブレーカ２０Ａ〜２０Ｆの各々を「分岐ブレーカ２０」ともいう。

主幹ブレーカ１０の一次側端子は、３線式の電力線（幹線）４１を介して交流電源１００に電気的に接続されている。主幹ブレーカ１０の二次側端子には、Ｌ１相、Ｌ２相、Ｎ相の３本の接続導体４２が電気的に接続されている。これら３本の接続導体４２は、Ｌ１相、Ｌ２相、Ｎ相の電力線４１と一対一に電気的に接続される。これら３本の接続導体４２の各々は、例えば銅などの導電性材料で形成される。

複数の分岐ブレーカ２０は、接続導体４２に接続されることにより、主幹ブレーカ１０の二次側端子に電気的に接続される。各分岐ブレーカ２０は、電源端子と負荷端子とを有している。電源端子には、接続導体４２が電気的に接続される。また、負荷端子には、分岐回路の一部を構成する電力線４３が電気的に接続される。複数の分岐ブレーカ２０Ａ〜２０Ｆのうち３つの分岐ブレーカ２０Ａ〜２０Ｃは、Ｌ１相及びＮ相に接続される１００〔Ｖ〕用の分岐ブレーカである。また、複数の分岐ブレーカ２０Ａ〜２０Ｆのうち残りの３つの分岐ブレーカ２０Ｄ〜２０Ｆは、Ｌ２相及びＮ相に接続される１００〔Ｖ〕用の分岐ブレーカである。

次に、本実施形態の電力計測システムの構成について、図１Ａ、図１Ｂ及び図２を参照して説明する。

本実施形態の電力計測システムは、図２に示すように、複数（図２の例では８個）の電流センサ３０Ａ〜３０Ｈと、計測装置２とを備えている。以下の説明において電流センサ３０Ａ〜３０Ｈをとくに区別しない場合には、電流センサ３０Ａ〜３０Ｈの各々を「電流センサ３０」ともいう。

電流センサ３０は、例えば分割型コアを有する電流センサであり、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、分割型コアとしてのコア３０１と、コイル３０２とを有している。コア３０１は、例えばフェライトなどの磁性材料で形成されており、図１Ｂの正面から見た形状がＵ字状である２つの第１コア３０１Ａと第２コア３０１Ｂとを有している。コア３０１は、第１コア３０１Ａと第２コア３０１Ｂとを結合させることで環状に形成されており、第１コア３０１Ａと第２コア３０１Ｂとの間には矩形の貫通孔３０３が設けられている。コイル３０２は、例えば銅線などをコア３０１に巻くことで形成される。

この電流センサ３０は、コア３０１の貫通孔３０３に電力線４１（又は電力線４３）を貫通させた状態で設置される。そして、コア３０１に貫通させた電力線４１（又は電力線４３）に電流が流れると、この電流によってコア３０１に磁束φ１が発生し、磁束φ１によってコイル３０２に誘導電流が誘起される。したがって、コイル３０２に誘起される誘導電流を検出することによって、電力線４１（又は電力線４３）に流れる電流を計測することができる。

電流センサ３０Ａは、図２に示すように、３本の電力線４１のうちＬ１相の電力線４１をコア３０１の貫通孔３０３に貫通させた状態で設置される。また、電流センサ３０Ｂは、３本の電力線４１のうちＬ２相の電力線４１をコア３０１の貫通孔３０３に貫通させた状態で設置される。つまり、電流センサ３０Ａでは、分岐ブレーカ２０Ａ〜２０Ｃに流れる電流が測定可能となる。また、電流センサ３０Ｂでは、分岐ブレーカ２０Ｄ〜２０Ｆに流れる電流が測定可能となる。

電流センサ３０Ｃは、図２に示すように、分岐ブレーカ２０Ａの負荷端子に電気的に接続されたＬ１相の電力線４３をコア３０１の貫通孔３０３に貫通させた状態で設置される。つまり、電流センサ３０Ｃでは、分岐ブレーカ２０Ａに流れる電流が測定可能となる。また、電流センサ３０Ｄ，３０Ｅは、電流センサ３０Ｃと同様に、それぞれ分岐ブレーカ２０Ｂ，２０Ｃの負荷端子に電気的に接続されたＬ１相の電力線４３をコア３０１の貫通孔３０３に貫通させた状態で設置される。つまり、電流センサ３０Ｄ，３０Ｅでは、それぞれ分岐ブレーカ２０Ｂ，２０Ｃに流れる電流が測定可能となる。

電流センサ３０Ｆは、図２に示すように、分岐ブレーカ２０Ｄの負荷端子に電気的に接続されたＬ２相の電力線４３をコア３０１の貫通孔３０３に貫通させた状態で設置される。つまり、電流センサ３０Ｆでは、分岐ブレーカ２０Ｄに流れる電流が測定可能となる。また、電流センサ３０Ｇ，３０Ｈは、電流センサ３０Ｆと同様に、それぞれ分岐ブレーカ２０Ｅ，２０Ｆの負荷端子に電気的に接続されたＬ２相の電力線４３をコア３０１の貫通孔３０３に貫通させた状態で設置される。つまり、電流センサ３０Ｇ，３０Ｈでは、それぞれ分岐ブレーカ２０Ｅ，２０Ｆに流れる電流が測定可能となる。

計測装置２には、電流センサ３０Ａ〜３０Ｆの各々が電気的に接続されている。これにより、計測装置２では、電流センサ３０Ａ，３０Ｂの出力に基づいて、Ｌ１相の電力線４１に流れる電流、及びＬ２相の電力線４１に流れる電流が測定可能となる。また、計測装置２では、電流センサ３０Ｃ〜３０Ｈの出力に基づいて、Ｌ１相の電力線４３に流れる電流、及びＬ２相の電力線４３に流れる電流が測定可能となる。ここに、本実施形態では、計測装置２が分電盤１の外部に設置されているが、この例に限らず、分電盤１の内部に設置されていてもよい。

計測装置２は、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、制御回路２１と、絶縁部２２と、信号出力部２３と、計測用抵抗２４とを備えている。

制御回路２１は、例えばマイクロコンピュータを主構成とし、マイクロコンピュータのメモリに記録されたプログラムをＣＰＵ（Cnetral Processing Unit）で実行することにより、種々の機能を実現する。プログラムは、予めマイクロコンピュータのメモリに記録されていてもよいし、メモリカードのような記録媒体に記録されて提供されたり、電気通信回線を通して提供されたりしてもよい。

制御回路２１は、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、電流計測部２１１と、状態判定部２１２とを有している。つまり、本実施形態では、制御回路２１は、上記のプログラムをＣＰＵで実行することにより、電流計測部２１１及び状態判定部２１２として機能する。また、制御回路２１には、２本の信号線６１が電気的に接続されている。これら２本の信号線６１は、２本の接続線５１を介して電流センサ３０のコイル３０２に電気的に接続される。したがって、制御回路２１は、２本の接続線５１及び２本の信号線６１を介して電流センサ３０のコイル３０２に電気的に接続されている。また、２本の信号線６１間には、計測用抵抗２４が電気的に接続されており、これによりコイル３０２と計測用抵抗２４とが直列回路（閉回路）を構成する。

電流計測部２１１は、コイル３０２に対して直列に電気的に接続された計測用抵抗２４の両端間に生じる両端間電圧Ｖ１に基づいて、コイル３０２に誘起される誘導電流を計測する。ここで、制御回路２１は、電力線４１の線間電圧を監視しており、この線間電圧と電流計測部２１１の計測結果とを用いて演算することにより、消費電力と消費電力量との少なくとも一方を計測値として求めることができる。

状態判定部２１２は、電流センサ３０のコイル３０２を含む判定対象回路３に誘起される判定用電流Ｉ１の大きさに基づいて、判定対象回路３の状態を判定するように構成されている。本実施形態では、判定対象回路３は、電流センサ３０のコイル３０２、接続線５１、信号線６１及び計測用抵抗２４で構成される閉回路である。なお、状態判定部２１２の判定動作については後述する。

絶縁部２２は、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、円環状のコア２２１と、コイル２２２とを有している。コア２２１は、例えばフェライトなどの磁性材料で形成される。コイル２２２は、例えば銅線をコア２２１に巻くことにより形成されており、両端が信号出力部２３に電気的に接続される。この絶縁部２２は、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、判定対象回路３の一部を構成する２本の信号線６１のうちの一方をコア２２１の中心孔に貫通させた状態で設置される。つまり、絶縁部２２のコイル２２２は、信号線６１に対して電気的に絶縁されている。

信号出力部２３は、例えば振幅が一定の矩形波信号からなる判定用信号Ｓ１を出力する発振回路である。本実施形態では、信号出力部２３は、例えば周波数が１００〔Ｈｚ〕〜１０００〔Ｈｚ〕の判定用信号Ｓ１を出力する。信号出力部２３から絶縁部２２のコイル２２２に出力された判定用信号Ｓ１は、絶縁部２２を介して判定対象回路３に出力される。そして、判定対象回路３では、判定用信号Ｓ１によって判定用電流Ｉ１が誘起される。

ところで、電流センサ３０が分割型コアを有する電流センサである場合、第１コア３０１Ａと第２コア３０１Ｂとが正常に結合していない状態では、電力線４１（又は電力線４３）に流れる電流を正確に測定することができない。例えば、第１コア３０１Ａと第２コア３０１Ｂとの結合が正常であると、図１Ａに示すように、電力線４１（又は電力線４３）に流れる電流によってコア３０１に磁束φ１（＝φ１１）が発生する。これに対して、第１コア３０１Ａと第２コア３０１Ｂとの結合状態が異常であると、図１Ｂに示すように、第１コア３０１Ａと第２コア３０１Ｂとの間にギャップＧ１が生じ、コア３０１に発生する磁束φ１（＝φ１２＜φ１１）が減少する。これにより、コイル３０２に誘起される誘導電流も減少するため、電力線４１（又は電力線４３）に流れる電流を正確に測定することができなくなる可能性がある。つまり、第１コア３０１Ａと第２コア３０１Ｂとが正常に結合していない状態を放置していると、正確な電力計測を行うことができないことがある。そこで、本実施形態の電力計測システムでは、第１コア３０１Ａと第２コア３０１Ｂとの結合状態が正常か否かを判定できるように、以下のように構成されている。

制御回路２１が信号出力部２３を制御して、信号出力部２３から判定用信号Ｓ１が出力されると、この判定用信号Ｓ１は、絶縁部２２を介して判定対象回路３に出力される。判定対象回路３では、判定用信号Ｓ１によってコイル３０２に判定用電流Ｉ１が流れる。ここで、第１コア３０１Ａと第２コア３０１Ｂとが正常に結合しておらず、第１コア３０１Ａと第２コア３０１Ｂとの間にギャップＧ１が生じている状態では、コア３０１の透磁率が低下する。コア３０１の透磁率とコイル３０２のインダクタンスとは比例関係にあり、コア３０１の透磁率が低下するとコイル３０２のインダクタンスも低下する。上述の判定用電流Ｉ１は、コイル３０２のインダクタンスによって変化し、第１コア３０１Ａと第２コア３０１Ｂとの結合状態が正常である場合に比べて、第１コア３０１Ａと第２コア３０１Ｂとの結合状態が異常である場合のほうが大きくなる。つまり、判定用信号Ｓ１によってコイル３０２に流れる判定用電流Ｉ１の大きさによって、第１コア３０１Ａと第２コア３０１Ｂとの結合状態が正常か否かを判定することができる。

ここで、本実施形態の状態判定部２１２は、判定用電流Ｉ１そのものではなく、判定用電流Ｉ１によって計測用抵抗２４の両端間に生じる両端間電圧Ｖ１に基づいて、第１コア３０１Ａと第２コア３０１Ｂとの結合状態が正常か否かを判定するように構成されている。つまり、本実施形態では、電力線４１（又は電力線４３）に流れる電流を計測するための計測用抵抗２４を、判定用電流Ｉ１を計測するための抵抗として兼用している。両端間電圧Ｖ１と判定用電流Ｉ１とは比例関係にあり、判定用電流Ｉ１が大きくなると両端間電圧Ｖ１も大きくなる。第１コア３０１Ａと第２コア３０１Ｂとの結合状態が正常である場合、図１Ａに示すように、コイル３０２に流れる判定用電流Ｉ１はＩ１１となる。このとき、計測用抵抗２４の両端間電圧Ｖ１１は、計測用抵抗２４の抵抗値をＲ１とすると、Ｒ１とＩ１１との積で表される（Ｖ１＝Ｖ１１＝Ｉ１１×Ｒ１）。一方、第１コア３０１Ａと第２コア３０１Ｂとの結合状態が異常である場合、図１Ｂに示すように、コイル３０２に流れる判定用電流Ｉ１はＩ１２（＞Ｉ１１）となる。このとき、計測用抵抗２４の両端間電圧Ｖ１は、Ｒ１とＩ１２との積で表される（Ｖ１＝Ｖ１２＝Ｉ１２×Ｒ１）。両者の両端間電圧Ｖ１を比較すると、Ｉ１２がＩ１１よりも大きいことから、Ｖ１２はＶ１１よりも大きくなる。つまり、状態判定部２１２は、計測用抵抗２４の両端間電圧Ｖ１の大きさによって、第１コア３０１Ａ及び第２コア３０１Ｂとの結合状態が正常か否かを判定することができる。

図３は、信号出力部２３から出力される判定用信号Ｓ１の周波数ｆ１と、計測用抵抗２４の両端間に生じる両端間電圧Ｖ１との関係を示すグラフである。第１コア３０１Ａと第２コア３０１Ｂとの結合状態が正常である場合には、実線で示す曲線ａ１のように、周波数ｆ１が増加するに従って両端間電圧Ｖ１は減少するように変化する。また、第１コア３０１Ａと第２コア３０１Ｂとの結合状態が異常である場合には、破線で示す曲線ａ２のように、周波数ｆ１が増加するに従って両端間電圧Ｖ１は減少するように変化する。そして、第１コア３０１Ａと第２コア３０１Ｂとの結合状態が異常である場合には、すべての周波数ｆ１において、第１コア３０１Ａと第２コア３０１Ｂとの結合状態が正常である場合よりも両端間電圧Ｖ１が大きくなる。そのため、曲線ａ１と曲線ａ２との間に閾値を設けることで、第１コア３０１Ａと第２コア３０１Ｂとの結合状態が正常か否かを判定することができる。

以下、判定用信号Ｓ１の周波数ｆ１が図３におけるｆ１１である場合を例に説明する。判定用信号Ｓ１の周波数ｆ１がｆ１１のときの閾値をＶｔｈとすると、第１コア３０１Ａと第２コア３０１Ｂとの結合状態が異常である場合の両端間電圧Ｖ１２は閾値Ｖｔｈよりも大きくなる（曲線ａ２参照）。一方、第１コア３０１Ａと第２コア３０１Ｂとの結合状態が正常である場合の両端間電圧Ｖ１２は閾値Ｖｔｈよりも小さくなる（曲線ａ１参照）。したがって、状態判定部２１２は、両端間電圧Ｖ１が閾値Ｖｔｈよりも大きいときは、第１コア３０１Ａと第２コア３０１Ｂとの結合状態が異常と判定する。また、状態判定部２１２は、両端間電圧Ｖ１が閾値Ｖｔｈよりも小さいときは、第１コア３０１Ａと第２コア３０１Ｂとの結合状態が正常と判定する。

ところで、本実施形態の電力計測システムでは、計測用抵抗２４の両端間電圧Ｖ１を計測することによって、第１コア３０１Ａと第２コア３０１Ｂとの結合状態だけでなく、電流センサ３０の接続の有無や判定対象回路３の断線の有無などを判定することもできる。例えば、電流センサ３０が接続されていない場合には、絶縁部２２を介して信号出力部２３から判定対象回路３に判定用信号Ｓ１を出力しても、計測用抵抗２４の両端間電圧Ｖ１は０〔Ｖ〕である。また、電流センサ３０は接続されているが、判定対象回路３の一部で断線している場合には、計測用抵抗２４の両端間電圧Ｖ１は、予め決められた基準値よりも小さくなる。以上のことから、状態判定部２１２は、計測用抵抗２４の両端間電圧Ｖ１が基準値よりも小さい（０〔Ｖ〕を含む）場合には、電流センサ３０が接続されていないか、判定対象回路３において断線が生じていると判定することができる。言い換えると、状態判定部２１２は、計測用抵抗２４の両端間電圧Ｖ１が基準値以上である場合、電流センサ３０が接続されていると判定する。すなわち、本実施形態の電力計測システムによれば、判定対象回路３の状態として、第１コア３０１Ａと第２コア３０１Ｂとの結合状態だけでなく、電流センサ３０の接続の有無や、判定対象回路３の断線の有無などを判定することもできる。

ところで、信号出力部２３から出力される判定用信号Ｓ１の周波数ｆ１は、電力線４１（又は電力線４３）に電流が流れることによってコイル３０２に誘起される誘導電流の周波数ｆ２とは異なっていることが好ましい。例えば、交流電源１００の周波数が５０〔Ｈｚ〕である場合には、誘導電流の周波数ｆ２も５０〔Ｈｚ〕である。したがって、この場合には、判定用信号Ｓ１の周波数ｆ１は５０〔Ｈｚ〕以外の周波数であることが好ましい。これにより、制御回路２１は、判定用信号Ｓ１によってコイル３０２に誘起される判定用電流Ｉ１と、電力線４１（又は電力線４３）に電流が流れることによってコイル３０２に誘起される誘導電流とを区別することができる。その結果、電力計測を行いながらも判定対象回路３の状態を判定することができる。

さらに、コイル３０２に誘起される誘導電流の周波数ｆ２が、上述のように、系統電源（交流電源１００）の周波数である場合には、判定用電流Ｉ１の周波数ｆ１は、この周波数を基本周波数とした高調波の周波数とは異なっていることがより好ましい。例えば、誘導電流の周波数ｆ２が５０〔Ｈｚ〕である場合、高調波は、１５０〔Ｈｚ〕、２５０〔Ｈｚ〕、３５０〔Ｈｚ〕、…となる。したがって、この場合には、判定用信号Ｓ１の周波数ｆ１を２００〔Ｈｚ〕又は４００〔Ｈｚ〕にすることが好ましい。これにより、制御回路２１は、判定用信号Ｓ１によってコイル３０２に誘起される判定用電流Ｉ１と、電力線４１（又は電力線４３）に電流が流れることによってコイル３０２に誘起される誘導電流とを区別することができる。その結果、電力計測を行いながらも判定対象回路３の状態を判定することができる。

図４Ａは、信号出力部２３から出力される判定用信号Ｓ１の周波数ｆ１と、計測用抵抗２４の両端間電圧Ｖ１との関係を示す別のグラフである。また、図４Ｂは、図４ＡにおけるＸ１部を拡大したグラフである。図４Ａ及び図４Ｂにおける曲線ｂ１〜ｂ４は、それぞれ定格電流が５０Ａ、１００Ａ、２５０Ａ及び４００Ａの電流センサ３０において第１コア３０１Ａと第２コア３０１Ｂとの結合状態が正常である場合を示している。一方、図４Ａ及び図４Ｂにおける曲線ｂ５〜ｂ８は、それぞれ定格電流が５０Ａ、１００Ａ、２５０Ａ及び４００Ａの電流センサ３０において第１コア３０１Ａと第２コア３０１Ｂとの結合状態が異常である場合を示している。

図４Ａを参照すると、定格電流がいずれの場合でも第１コア３０１Ａと第２コア３０１Ｂとの結合状態が正常であるときと異常であるときとで、同一の周波数ｆ１に対する両端間電圧Ｖ１に差が生じている。とくに、周波数ｆ１を１００〔Ｈｚ〕〜１０００〔Ｈｚ〕の間で設定することにより、両者を明確に判別することができる。例えば、周波数ｆ１がｆ１２（１００〔Ｈｚ〕＜ｆ１２＜１０００〔Ｈｚ〕）のときの閾値をＶｔｈとすると、第１コア３０１Ａと第２コア３０１Ｂとの結合状態が異常であるとき、定格電流がいずれの場合でも両端間電圧Ｖ１は閾値Ｖｔｈよりも大きくなる。これに対して、第１コア３０１Ａと第２コア３０１Ｂとの結合状態が正常であるとき、定格電流がいずれの場合でも両端間電圧Ｖ１は閾値Ｖｔｈよりも小さくなる。したがって、状態判定部２１２は、計測用抵抗２４の両端間電圧Ｖ１と閾値Ｖｔｈとの大小によって、第１コア３０１Ａと第２コア３０１Ｂとの結合状態が正常か否かを判定することができる。

また、第１コア３０１Ａと第２コア３０１Ｂとの結合状態が正常か否かをより正確に判定するためには、例えば１００〔Ｈｚ〕〜１０００〔Ｈｚ〕の間で周波数ｆ１を変動させることが好ましい。この場合、周波数ｆ１を変動させることによって得られる電圧特性に基づいて、第１コア３０１Ａと第２コア３０１Ｂとの結合状態が正常か否かを判定することになる。

図４Ｂに示すように、第１コア３０１Ａと第２コア３０１Ｂとの結合状態が正常である場合でも、定格電流の違いによって両端間電圧Ｖ１に差が生じる（曲線ｂ１〜ｂ４参照）。この場合も同様に、１００〔Ｈｚ〕〜１０００〔Ｈｚ〕の間で周波数ｆ１を変動させて、その結果得られる電圧特性に基づいて電流センサ３０の定格電流を判定することになる。

以上説明したように、本実施形態の電力計測システムは、電流センサ３０と、電流計測部２１１と、絶縁部２２と、信号出力部２３と、状態判定部２１２とを備えている。電流センサ３０は、貫通孔３０３を有するコア３０１及びコア３０１に装着されたコイル３０２を有する。コイル３０２には、コア３０１の貫通孔３０３を貫通する電力線４１（又は電力線４３）に流れる電流によってコイル３０２に誘導電流が誘起される。電流計測部２１１は、コイル３０２に電気的に接続されており、コイル３０２に誘起された誘導電流に基づいて電力線４１（又は電力線４３）に流れる電流を計測する。信号出力部２３は、コイル３０２を含む判定対象回路３に対して判定用信号Ｓ１を出力する。絶縁部２２は、判定対象回路３と信号出力部２３とを電気的に絶縁する。状態判定部２１２は、判定用信号Ｓ１によって判定対象回路３に流れる判定用電流Ｉ１の大きさに基づいて判定対象回路３の状態を判定する。この構成によれば、例えばコア３０１（３０１Ａ，３０１Ｂ）の結合状態に応じてインダクタンスが変化するような場合には、判定用電流Ｉ１の大きさの違いからコア３０１（３０１Ａ，３０１Ｂ）の結合状態を判定することができる。また、電流センサ３０に判定用電流Ｉ１を流すための絶縁部２２及び信号出力部２３を追加するだけでよく、専用の電流センサを用いなくてもよい。すなわち、上述の実施形態の電力計測システムによれば、専用の電流センサを用いることなく、判定対象回路３の状態を判定することができる。

また、本実施形態の電力計測システムのように、電流計測部２１１は、コイル３０２と直列に電気的に接続された計測用抵抗２４の両端間に生じる両端間電圧Ｖ１に基づいて誘導電流を計測するように構成されていることが好ましい。この場合、状態判定部２１２は、判定用信号Ｓ１によって計測用抵抗２４の両端間に生じる両端間電圧Ｖ１（Ｖ１１，Ｖ１２）に基づいて判定対象回路３の状態を判定するように構成されていることが好ましい。この構成によれば、判定用電流Ｉ１を計測するための抵抗を、電力を計測するための計測用抵抗２４で兼用しているので、判定用電流Ｉ１を計測するための抵抗を削減することができる。ただし、この構成は電力計測システムの必須の構成ではなく、判定用電流Ｉ１を計測するための抵抗が別途設けられていてもよい。

また、本実施形態の電力計測システムのように、コア３０１は、互いに結合可能な第１コア３０１Ａと第２コア３０１Ｂとを有し、第１コア３０１Ａと第２コア３０１Ｂとの間に貫通孔３０３が形成されていることが好ましい。この場合、状態判定部２１２は、判定対象回路３の状態として第１コア３０１Ａと第２コア３０１Ｂとの結合状態が正常か否かを判定するように構成されていることが好ましい。この構成によれば、判定対象回路３に流れる判定用電流Ｉ１を計測するだけで、第１コア３０１Ａと第２コア３０１Ｂとの結合状態が正常か否かを判定することができる。ただし、この構成は電力計測システムの必須の構成ではなく、例えばコア３０１は非分割のコアであってもよい。

また、本実施形態の電力計測システムのように、状態判定部２１２は、判定対象回路３の状態として電流センサ３０の定格電流を判定するように構成されていることが好ましい。この構成によれば、判定対象回路３に流れる判定用電流Ｉ１を計測するだけで、電流センサ３０の定格電流を判定することができる。ただし、この構成は電力計測システムの必須の構成ではなく、判定対象回路３の状態として電流センサ３０の定格電流を判定するように構成されていなくてもよい。

また、本実施形態の電力計測システムのように、状態判定部２１２は、判定対象回路３の状態として電流センサ３０と電流計測部２１１とが電気的に接続されているか否かを判定するように構成されていることが好ましい。この構成によれば、判定対象回路３に流れる判定用電流Ｉ１を計測するだけで、電流センサ３０と電流計測部２１１とが電気的に接続されているか否かを判定することができる。ただし、この構成は電力計測システムの必須の構成ではなく、判定対象回路３の状態として電流センサ３０と電流計測部２１１とが電気的に接続されているか否かを判定するように構成されていなくてもよい。

また、本実施形態の電力計測システムのように、誘導電流の周波数ｆ２と判定用電流Ｉ１の周波数ｆ１とが異なっていることが好ましい。この構成によれば、電力線４１（又は電力線４３）に電流が流れることによってコイル３０２に誘起される誘導電流と、判定用信号Ｓ１によって判定対象回路３に流れる判定用電流Ｉ１とを区別することができる。ただし、この構成は電力計測システムの必須の構成ではなく、誘導電流の周波数ｆ２と判定用電流Ｉ１の周波数ｆ１とが同じであってもよい。

また、本実施形態の電力計測システムのように、誘導電流の周波数ｆ２は、系統電源（交流電源１００）の周波数であることが好ましい。この場合、判定用電流Ｉ１の周波数ｆ１は、系統電源の周波数を基本周波数とした高調波の周波数とは異なる周波数であることが好ましい。この構成によれば、判定用電流Ｉ１の周波数ｆ１を誘導電流に含まれない周波数とすることにより、誘導電流と判定用電流Ｉ１とを区別することができる。ただし、この構成は電力計測システムの必須の構成ではなく、判定用電流Ｉ１の周波数ｆ１が、系統電源の周波数を基本周波数とした高調波の周波数と同じであってもよい。

以下、本実施形態の変形例について説明する。

上述の実施形態では、信号出力部２３から出力される判定用信号Ｓ１が１つの場合について例示したが、信号出力部２３から出力される判定用信号Ｓ１の数は２つ以上であってもよい。この場合、例えば周波数が異なる２つの判定用信号Ｓ１を信号出力部２３から出力してもよいし、位相が異なる２つの判定用信号Ｓ１を信号出力部２３から出力してもよい。言い換えると、信号出力部２３は、周波数及び位相のうち少なくとも一方が異なる２つ以上の判定用信号Ｓ１を絶縁部２２を介して判定対象回路３に出力するように構成されていることが好ましい。そして、この場合には、状態判定部２１２は、２つ以上の判定用信号Ｓ１に対応する２つ以上の判定用電流Ｉ１の大きさに基づいて判定対象回路３の状態を判定するように構成されていることが好ましい。状態判定部２１２は、いずれの場合でも、２つの判定用信号Ｓ１によって判定対象回路３に流れる２つの判定用電流Ｉ１の大きさに基づいて、判定対象回路３の状態を判定することになる。そのため、上述の実施形態のように、１つの判定用電流Ｉ１に基づいて判定対象回路３の状態を判定する場合に比べて判定精度を向上させることができる。ただし、この構成は電力計測システムの必須の構成ではなく、信号出力部２３から判定対象回路３に出力される信号の数は１つであってもよい。

また、上述の実施形態では、分割型のコア３０１（３０１Ａ，３０１Ｂ）を有する電流センサ３０を例に説明したが、非分割のコアを有する電流センサであってもよい。さらに、上述の実施形態では、信号出力部２３から出力される判定用信号Ｓ１が矩形波信号である場合を例示したが、この例に限らず、例えば正弦波信号であってもよいし、三角波信号であってもよい。

また、上述の実施形態では、分岐ブレーカ２０の負荷端子に電気的に接続された電力線４３に流れる電流を電流センサ３０により測定しているが、分岐ブレーカ２０の電源端子側を流れる電流を電流センサ３０により測定するように構成されていてもよい。さらに、主幹ブレーカ１０の二次側端子に電気的に接続された接続導体４２に流れる電流を電流センサにより測定するように構成されていてもよい。この場合、電流センサを取り付ける位置によって分岐ブレーカ２０に流れる電流をグループ単位で測定することができる。例えば、図２において、分岐ブレーカ２０Ｂと分岐ブレーカ２０Ｃとの間のＬ１相の接続導体４２に電流センサ３０を取り付けた場合には、分岐ブレーカ２０Ｂと分岐ブレーカ２０Ｃとに流れる電流を一括で測定することができる。

また、上述の実施形態では、信号出力部２３と制御回路２１とが別体であるが、信号出力部２３と制御回路２１とが一体に設けられていてもよい。さらに、上述の実施形態では、非住宅施設の分電盤１を例に説明したが、集合住宅や戸建住宅などに用いられる住宅用の分電盤に上述の電力計測システムを適用してもよい。

（実施形態２）
本発明の実施形態２に係る電力計測システムについて、図５を参照して説明する。上述の実施形態１では、コア２２１と、コア２２１に装着されたコイル２２２とで絶縁部２２が構成されているが、実施形態２では、一対のコンデンサＣ１，Ｃ２により絶縁部２２Ａが構成されている。なお、電流センサ３０については実施形態１と同様であり、ここでは電流センサ３０についての説明を省略する。

本実施形態の計測装置２は、制御回路２１と、絶縁部２２Ａと、信号出力部２３と、計測用抵抗２４と、電流制限部２５と、計測用抵抗２６とを備えている。なお、制御回路２１、信号出力部２３及び計測用抵抗２４は実施形態１と同様であり、ここでは制御回路２１、信号出力部２３及び計測用抵抗２４についての説明を省略する。

絶縁部２２Ａは、図５に示すように、一対のコンデンサＣ１，Ｃ２を有している。コンデンサＣ１の一端は、信号出力部２３に電気的に接続されており、コンデンサＣ１の他端は、計測用抵抗２６の一端に電気的に接続されている。計測用抵抗２６の他端は、一方の信号線６１に電気的に接続されている。コンデンサＣ２の一端は、信号出力部２３に電気的に接続されており、コンデンサＣ２の他端は、他方の信号線６１に電気的に接続されている。つまり、本実施形態では、信号出力部２３、絶縁部２２Ａ、コイル３０２及び計測用抵抗２６で閉回路を構成している。

電流制限部２５は、一対のインダクタＬ１，Ｌ２を有している。インダクタＬ１は、計測用抵抗２４の一端とコンデンサＣ２の他端との間に電気的に接続されている。インダクタＬ２は、計測用抵抗２４の他端と計測用抵抗２６の他端との間に電気的に接続されている。ここで、上述の計測用抵抗２４の抵抗値は低く、例えば２，３〔Ω〕程度である。したがって、電流制限部２５が設けられていない場合には、信号出力部２３から出力される判定用信号Ｓ１によってコイル３０２に流れる判定用電流Ｉ２が、抵抗値の低い計測用抵抗２４へと流れ、計測用抵抗２６に流れなくなる。そのため、本実施形態では、判定用電流Ｉ２が計測用抵抗２４に流れないように、計測用抵抗２４の入力部分に電流制限部２５を設けている。つまり、本実施形態では、判定用電流Ｉ２によって計測用抵抗２６の両端間に生じる両端間電圧Ｖ２に基づいて、判定対象回路３の状態を判定するように構成されている。

次に、本実施形態の状態判定部２１２の判定動作について説明する。制御回路２１が信号出力部２３を制御して、例えば周波数が１０〔ｋＨｚ〕の判定用信号Ｓ１を出力すると、この判定用信号Ｓ１は、絶縁部２２Ａを介して判定対象回路３へと出力される。その結果、判定対象回路３には判定用電流Ｉ２が流れ、計測用抵抗２６の両端間には、判定用電流Ｉ２によって両端間電圧Ｖ２が生じる。したがって、状態判定部２１２は、上述の実施形態１と同様に、計測用抵抗２６の両端間電圧Ｖ２の大きさによって、第１コア３０１Ａと第２コア３０１Ｂとの結合状態が正常か否かを判定することができる。また、状態判定部２１２は、計測用抵抗２６の両端間電圧Ｖ２の大きさによって、電流センサ３０の接続の有無や判定対象回路３の断線の有無を判定したり、電流センサ３０の定格電流を判定したりすることができる。

なお、実施形態２の電力計測システムにおいて、実施形態１（変形例を含む）の構成を適用することは可能である。

３ 判定対象回路
２２，２２Ａ 絶縁部
２３ 信号出力部
２４ 計測用抵抗
３０，３０Ａ〜３０Ｈ 電流センサ
４１，４３ 電力線
１００ 交流電源（系統電源）
２１１ 電流計測部
２１２ 状態判定部
３０１ コア
３０１Ａ 第１コア
３０１Ｂ 第２コア
３０２ コイル
３０３ 貫通孔
ｆ１，ｆ２ 周波数
Ｉ１，Ｉ１１，Ｉ１２ 判定用電流
Ｓ１ 判定用信号
Ｖ１，Ｖ１１，Ｖ１２，Ｖ２ 両端間電圧

Claims (6)

1. 貫通孔を有するコア及び前記コアに装着されたコイルを有し、前記コアの前記貫通孔を貫通する電力線に流れる電流によって前記コイルに誘導電流が誘起される電流センサと、
   前記コイルに電気的に接続されており、前記コイルに誘起された前記誘導電流に基づいて前記電力線に流れる電流を計測する電流計測部と、
   前記コイルを含む判定対象回路に対して判定用信号を出力する信号出力部と、
   前記判定対象回路と前記信号出力部とを電気的に絶縁する絶縁部と、
   前記判定用信号によって前記判定対象回路に流れる判定用電流の大きさに基づいて前記判定対象回路の状態を判定する状態判定部とを備え、
   前記誘導電流の周波数と前記判定用電流の周波数とが異なっており、
   前記状態判定部は、前記判定対象回路の状態として前記電流センサの定格電流を判定するように構成されている
   ことを特徴とする電力計測システム。
2. 前記電流計測部は、前記コイルと直列に電気的に接続された計測用抵抗の両端間に生じる両端間電圧に基づいて前記誘導電流を計測するように構成されており、
   前記状態判定部は、前記判定用信号によって前記計測用抵抗の両端間に生じる前記両端間電圧に基づいて前記判定対象回路の状態を判定するように構成されている
   ことを特徴とする請求項１記載の電力計測システム。
3. 前記コアは、互いに結合可能な第１コアと第２コアとを有し、前記第１コアと前記第２コアとの間に前記貫通孔が形成されており、
   前記状態判定部は、前記判定対象回路の状態として前記第１コアと前記第２コアとの結合状態が正常か否かを判定するように構成されている
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の電力計測システム。
4. 前記状態判定部は、前記判定対象回路の状態として前記電流センサと前記電流計測部とが電気的に接続されているか否かを判定するように構成されている
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力計測システム。
5. 前記誘導電流の周波数は、系統電源の周波数であり、
   前記判定用電流の周波数は、前記系統電源の周波数を基本周波数とした高調波の周波数とは異なる周波数である
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電力計測システム。
6. 前記信号出力部は、周波数及び位相のうち少なくとも一方が異なる２つ以上の前記判定用信号を前記絶縁部を介して前記判定対象回路に出力するように構成されており、
   前記状態判定部は、前記２つ以上の判定用信号に対応する２つ以上の前記判定用電流の大きさに基づいて前記判定対象回路の状態を判定するように構成されている
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電力計測システム。

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