JP6819269B2 - 自己給電式電流計測装置 - Google Patents

Description

本発明は、分電盤の分岐配線に流れる電流を計測する電流センサに配線から自己給電することが可能な自己給電式計測装置に関する。

分電盤では、電力系統からの主幹配線が主幹ブレーカに接続され、かかる主幹ブレーカに分岐ブレーカ（サブブレーカとも称される）が接続されている。分岐ブレーカには分岐配線が接続されていて、分岐配線を介して負荷への給電が行われる。分岐配線の電流値を測定する手段としては、例えば本願の出願人による自己給電式電力測定装置（特許文献１）が開示されている。特許文献１の自己給電式電力測定装置は、外部電源が不要であって、分電盤内の限られたスペースにも設置することが可能になっている。

現在、様々な分野において、電力不足を検知した場合に所定の対応を講じたり利用者へ通知したりする技術が普及している。例えば特許文献２の自己給電式無線データ収集システムでは、太陽電池の発電量の増減を監視し、発電量が少ない場合にはセンサのデータ採取周期を長くすることで電力の消費を節約している。

特開２０１５−１５４５０１号公報 特開２００４−２８８０９２号公報

上述した自己給電式電力測定装置などでは、給電不足が起こると、データ欠損が発生する。給電不足によるデータ欠損は、電力によって稼働するという機器の仕様上、機器にとっては正常な反応でもある。給電不足によるデータ欠損は、例えば停電などが原因で起こる場合もあり、その場合は機器側ではなく電力系統側での対応が必要になる。一方、データ欠損は、通信不良や故障など、機器側に原因があって起こる場合もある。通信不良や故障によるデータ欠損は、例えば中継器を追加して電波強度を確保することや、妨害電波の発生を除去すること、さらには部品の修理や交換など、機器側での対応が求められる。

しかしながら、現状では、データ欠損が給電不足によって発生したのか、それとも通信不良や故障によって発生したのか、原因の切り分けがすぐにはできないことがある。原因の特定に時間がかかると、データ欠損からの回復や再発防止などの迅速な対応が妨げられてしまう。

本発明は、このような課題に鑑み、データ欠損の原因を判別可能にし、迅速な対応を促すことが可能な自己給電式電流計測装置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に、本発明にかかる自己給電式電流計測装置の代表的な構成は、分電盤の分岐配線に取り付けられる計測用クランプと、分岐配線に流れる電流の計測を繰り返す電流センサと、任意の周期で電流センサの計測結果を送信する通信部と、分電盤の主幹配線に取り付けられ誘導起電によって生じた電力を得る誘導電源クランプと、誘導電源クランプからの電気を蓄えて電流センサおよび通信部に電力を供給するコンデンサと、コンデンサの残量と現時点から次の周期における計測結果の送信が完了するまでに必要な電流センサおよび通信部の合計消費電力とを比較し、残量が合計消費電力を下回っているか否かを判定する判定部と、を備え、通信部は、計測結果と共に、判定部の判定結果も送信することを特徴とする。

上記構成によれば、計測結果と共にコンデンサの残量に関する情報（給電不足フラグ）も送信されるため、データ欠損が発覚した場合に給電不足に起因するのかそれ以外の原因に起因するのか、データ上から判別することができる。したがって、データ欠損の回復や再発防止など、迅速な対応を促すことが可能になる。また、上記構成であれば、外部電力が不要であって、分電盤内の限られたスペースにも好適に設置することが可能である。

当該自己給電式電流計測装置は、通信部に停止期間があったか否かを検知する検知部をさらに備え、通信部は、計測結果および判定結果と共に、検知部の検知結果も送信するとよい。

上記構成では、データ欠損が発生した後、停止期間が検知されているか否かによって、給電不足が原因だったのか、通信不良等が原因だったのか、データ上から判断することができる。したがって、上記構成によっても、データ欠損の回復や再発防止など、迅速な対応を促すことが可能になる。

当該自己給電式電流計測装置は、誘導電源クランプによって供給される電力と消費電力とからコンデンサの残量を取得する制御部をさらに備えてもよい。この構成によって、コンデンサの残量を好適に取得することができる。

当該自己給電式電流計測装置は、コンデンサの電圧を測定することでコンデンサの残量を取得する制御部をさらに備えることを特徴とする。この構成によっても、コンデンサの残量を好適に取得することができる。

本発明によれば、データ欠損の原因を判別可能にし、迅速な対応を促すことが可能な自己給電式電流計測装置を提供することを目的としている。

本実施形態にかかる自己給電式電流計測装置の概要を示す図である。 電流計測装置が行う一連の処理を示すフローチャートである。 コンデンサの電圧とセンサおよび通信部の動作との関係について示す図である。 図１（ｂ）に示す内部構成の変形例である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は本実施形態にかかる自己給電式電流計測装置（以下、電流計測装置１００）の概要を示す図である。図１（ａ）は、電流計測装置１００の全体構成を示している。電流計測装置１００は、分岐配線１２２ａ、１２２ｂに流れる電流を計測することを目的に、分電盤１００ａの内部に配置される。

分電盤１００ａは、一般的にはスチール製の箱状の筐体で囲われている。分電盤１００ａでは、電力系統（不図示）からの電力を供給する主幹配線１０２ａ〜１０２ｃが主幹ブレーカ１１０に接続されている。主幹ブレーカ１１０には分岐ブレーカ１２０ａ、１２０ｂが接続されていて、この分岐ブレーカ１２０ａ、１２０ｂに接続される分岐配線１２２ａ、１２２ｂを通じて負荷（不図示）への給電が行われる。

分岐配線１２２ａ、１２２ｂには計測用クランプ１３０ａ、１３０ｂが取り付けられている。この計測用クランプ１３０ａ、１３０ｂは当該電流計測装置１００の本体１４０に接続されていて、かかる本体１４０において分岐配線１２２ａ、１２２ｂに流れる電流が計測される。また本実施形態の特徴として、主幹配線１０２ｃには誘導電源クランプ１５０が取り付けられている。

誘導電源クランプ１５０は、本体１４０に接続されている。誘導電源クランプ１５０は、誘導起電によって生じた電力を得て、本体１４０に供給する。この構成によって、当該電流計測装置１００は、後述するセンサ１５２等が稼働するための電力を自己給電することができ、外部電源が不要になっている。これによって、当該電流計測装置１００は、分電盤１００ａ内の限られたスペースに設置することが可能になっていて、装置構成の簡略化によるコストの削減も図られ、電池交換等のメンテナンスも不要になっている。

図１（ｂ）は本体１４０の内部構成を概略的に示している。図１（ｂ）に示すように、本体１４０に設けられた電流センサ（センサ１５２）は、計測用クランプ１３０ａ、１３０ｂを介して、分岐配線１２２ａ、１２２ｂ（図１（ａ）参照）に流れる電流を計測する。センサ１５２は、制御部１５４によって制御されていて、設定された時間や頻度に応じて電流の計測を繰り返す。

電源部１５６は、誘導電源クランプ１５０からの電流を受け、整流して制御部１５４やセンサ１５２、および通信部１５８などに供給する。電源部１５６はコンデンサ１６０を備えていて、これによって誘導電源クランプ１５０からの電気を蓄え、回路内の電圧を安定させ、そしてセンサ１５２や制御部１５４および通信部１５８に安定した電力を供給することが可能になっている。

通信部１５８は、センサ１５２が計測した計測結果を無線によって外部に送信する。通信部１５８も制御部１５４によって制御されていて、例えば設定された任意の周期に沿ってセンサ１５２の計測結果を送信することが可能になっている。

本実施形態の電流計測装置１００では、電流の計測データだけでなく、データ欠損が発覚した場合にその原因が給電不足なのか通信不良や故障に起因するものなのかを判別可能にする情報（フラグ）も送信する。以下、電流計測装置１００のさらなる構成と行う処理とについて説明を行う。

図２は本実施形態にかかる電流計測装置１００が行う一連の処理を示すフローチャートである。図２に示す処理の主な概要は、図１（ｂ）のセンサ１５２および通信部１５８の消費電力に対して給電が追い付かないと予測された判断された場合に（ステップ１７４のＹＥＳ）、目印となるデータ（ステップ１７６の給電不足フラグ１）を送信すること等によって、データ欠損の原因が給電不足であって通信不良や故障ではないことを知らせるというものである。これら処理は、例えばセンサ１５２が計測を行った後であって、通信部１５８がデータを送信（ステップ１８６）するまでの間に行うことができる。

まずステップ１７０では、当該電流計測装置１００は、現時点から次の周期における計測結果の送信が完了するまでに必要なセンサ１５２および通信部１５８の合計消費電力を取得する。合計消費電力は、動作後に測定した実測値ではなく、前もって既定の消費電力とこれから行う計測および送信の回数から導き出した予測値である。

図３を参照して、合計消費電力について説明する。図３はコンデンサ１６０の電圧とセンサ１５２および通信部１５８の動作との関係について示す図である。図３では、縦軸がコンデンサ１６０の電圧、横軸が時間を示している。図３に記された各プロットは、センサ１５２および通信部１５８が稼働することで、コンデンサ１６０の電圧が時間とともに下がっていく様子を表している。送信の消費電力は電圧降下ＶＴ、待機時の消費電力は電圧降下Ｖｗ、計測時の消費電力は電圧降下Ｖｍとして表している。

図３の横軸の下方には、センサ１５２の計測間隔と、通信部１５８の送信間隔が示されている。計測間隔は、センサ１５２が電流の計測を繰り返すときの時間の間隔である。送信間隔は、通信部１５８が計測結果を送信するときの時間の間隔である。送信間隔は、いわば計測と送信を含む一連の処理の周期を表していて、複数回の計測とその計測データの送信とが１つの周期になっている。本実施形態では、３回計測するごとにまとめて１送信する周期となっている。計測間隔や送信間隔は、ユーザによって任意に設定することができる。

予測に使用する合計消費電力（限界電圧ＶＬ）は、今回の送信に必要な消費電力（１ＶＴ）と、次の１周期分の計測および送信に必要な消費電力（３Ｖｗ＋３Ｖｍ＋１ＶＴ）の合計（３Ｖｗ＋３Ｖｍ＋２ＶＴ）である。すなわち、仮に電力供給がない場合には、コンデンサ１６０の残量が合計消費電力（限界電圧ＶＬ）を下回っていると、センサ１５２および通信部１５８の動作は給電不足によって停止し、データ欠損が発生する。

図２では、上記データ欠損の原因が給電不足であるか否かを判別するために、ステップ１７０にて合計消費電力を取得し、続くステップ１７２にてコンデンサ１６０の残量を取得し、ステップ１７４にて判定を行っている。なお、ステップ１７０は、合計消費電力は既定の消費電力から換算して得られる値であるため、一連の処理ごとに毎回行う必要はなく、事前に設定しておくことで省略することもできる。

ステップ１７２におけるコンデンサ１６０の残量は、例えば制御部１５４が誘導電源クランプ１５０によって供給される電力をセンサ１５２で計測し、センサ１５２や通信部１５８等の消費電力を差し引くことによって取得することができる。コンデンサ１６０の残量（電力）と電圧は比例するため、電力換算で比較してもよいし、電圧換算で比較してもよい。

続いて、ステップ１７４において、判定部１６２（図１（ｂ）参照）が、合計消費電力とコンデンサ１６０の残量とを比較し、合計消費電力をコンデンサ１６０の残量が下回っているか否かを判定する。コンデンサ１６０の残量が下回っていた場合（ステップ１７４のＹＥＳ）、ステップ１７６にて給電不足フラグ１が立てられる。仮に電力供給がない場合には、次の周期の送信が電力不足となって欠損するためである。

コンデンサ１６０の残量が上回っていた場合は（ステップ１７４のＮＯ）、ステップ１７８にて給電不足フラグ０が立てられる。仮に電力供給がない場合であっても、次の周期の計測および送信まで、コンデンサ１６０の残量で電力をまかなうことができるからである。

これら給電不足フラグが送信（ステップ１８６）されることで、この後においてデータ欠損が発生したとしても、それが給電不足に起因するのかそれ以外の通信不良や故障に起因するのか、データ上から判別することが可能になる。

上記のステップ１７６またはステップ１７８における給電不足フラグは、これから起こると予想されるデータ欠損に対して、前もって立てられるフラグである。これに加えて、本実施形態では、既にデータ欠損が起こった場合に、その原因が給電不足だったのか通信不良や故障だったのかを判別可能にするフラグも立てる。

ステップ１８０では、検知部１６４（図１（ｂ）参照）が、通信部１５８に停止期間があったか否かを検知する。すなわち、電流計測装置１００が再起動後の周期であるか否かを検知する。検知部１６４による停止期間の判定の例としては、例えば正常に動作したときにはフラグを立てておくことにより、フラグが立っていれば前の周期も動作していたと検知することができ、フラグが立っていなければ停止期間後の周期であると検知することができる。

検知部１６４によって停止期間が検知された場合（ステップ１８０のＹＥＳ）は、ステップ１８２にて給電回復フラグ１が立てられる。停止期間が検知されない場合（ステップ１８０のＮＯ）は、ステップ１８４にて給電回復フラグ０が立てられる。

ステップ１８６にて、通信部１５８は、センサ１５２の計測結果と共に、判定部１６２の判定結果である給電回復フラグ（ステップ１７６またはステップ１７８）、および検知部１６４の検知した給電回復フラグ（ステップ１８２またはステップ１８４）も外部に送信する。これによって、電流計測装置１００一連の処理は終了する。この後、電流計測装置１００は、給電不足の場合は動作を停止し、給電が十分な場合は次の周期における動作に移行する。

当該電流計測装置１００によれば、計測結果と共にコンデンサ１６０の残量に関する情報（給電不足フラグ）、および停止期間の有無に関する情報（給電回復フラグ）も送信されるため、データ欠損が発覚した場合に給電不足に起因するのかそれ以外の原因に起因するのか、データ上から判別することができる。

例えば、データ欠損が発覚した場合、最後に送信されたデータの給電不足フラグを確認することで、給電不足が原因なのか、通信不良や機器の故障なのか判断することができる。また、データ欠損から回復した場合、最初に送信されたデータの給電回復フラグを確認することで、給電不足が原因だったのか、通信不良等が原因だったのか判断することができる。これらによって、当該電流計測装置１００であれば、データ欠損の回復や再発防止など、迅速な対応を促すことが可能になる。

（変形例）
図４は、図１（ｂ）に示す内部構成の変形例である。図４では、電源部１９０に電圧計１９２を備えている点で、図１（ｂ）の内部構成と異なっている。なお、以降の記載において、既に説明した構成要素については、同じ符号を付することによって、その説明を省略する。また、既に説明した構成要素と同じ名称の構成要素は、異なる符号が付されていても、同じ構成および機能を有するものとする。

電圧計１９２は、コンデンサ１６０の電圧を測定するために設けている。本変形例であれば、制御部１５４は、コンデンサ１６０の残量（図２のステップ１７２）が電圧計１９２を介して好適に取得可能になっている。この場合、図１（ｂ）の内部構成で行っていたセンサ１５２による誘導電源クランプ１５０の電流の計測を省略することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、分電盤の分岐配線に流れる電流を測定する電流センサに配線から自己給電することが可能な自己給電式電流計測装置として利用することができる。

１００…電流計測装置、１００ａ…分電盤、１０２ａ〜１０２ｃ…主幹配線、１１０…主幹ブレーカ、１２０ａ、１２０ｂ…分岐ブレーカ、１２２ａ、１２２ｂ…分岐配線、１３０ａ、１３０ｂ…計測用クランプ、１４０…本体、１５０…誘導電源クランプ、１５２…センサ、１５４…制御部、１５６…電源部、１５８…通信部、１６０…コンデンサ、１６２…判定部、１６４…検知部、１９０…変形例の電源部、１９２…電圧計

Claims (3)

1. 分電盤の分岐配線に取り付けられる計測用クランプと、
   前記分岐配線に流れる電流の計測を繰り返す電流センサと、
   任意の周期で前記電流センサの計測結果を送信する通信部と、
   分電盤の主幹配線に取り付けられ誘導起電によって生じた電力を得る誘導電源クランプと、
   前記誘導電源クランプからの電気を蓄えて前記電流センサおよび前記通信部に電力を供給するコンデンサと、
   前記コンデンサの残量と現時点から次の周期における前記計測結果の送信が完了するまでに必要な前記電流センサおよび前記通信部の合計消費電力とを比較し、該残量が該合計消費電力を下回っているか否かを判定する判定部と、
   前記通信部に停止期間があったか否かを検知する検知部と、
   を備え、
   前記通信部は、前記計測結果と、前記判定部の判定結果と、前記検知部の検知結果を送信することを特徴とする自己給電式電流計測装置。
2. 前記誘導電源クランプによって供給される電力と消費電力とから前記コンデンサの残量を取得する制御部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の自己給電式電流計測装置。
3. 前記コンデンサの電圧を測定することで該コンデンサの残量を取得する制御部をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の自己給電式電流計測装置。

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