JP6883472B2

JP6883472B2 - 分電盤

Info

Publication number: JP6883472B2
Application number: JP2017094915A
Authority: JP
Inventors: 昌幸加藤; 孝一石原; 優樹早瀬; 靖幸三谷
Original assignee: 河村電器産業株式会社
Priority date: 2017-05-11
Filing date: 2017-05-11
Publication date: 2021-06-09
Anticipated expiration: 2037-05-11
Also published as: JP2018191489A

Description

本発明は分電盤に関し、詳しくは電力量計がスマートメータである場合にその二次側に設けられた分電盤に関する。

電力量計をスマートメータとした受電設備の普及が進んでいる。スマートメータは、使用電力を計測する本来の機能に加えて、過電流が通電されたら遮断する機能や外部と通信する機能を備えているため、電力供給業者は電力量計を見て検針する必要が無くなるし、スマートメータの通信機能を居住者が利用すれば、省電力対策を効果的に実施することが可能となるため、両者に取って都合が良い（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１６−１８５０２０号公報

しかしながら、従来のスマートメータと無線通信するための居住者が利用する通信装置は、分電盤とは独立して設置されているため、分電盤において分岐された個々の分岐電路の使用電力情報を絡めて電力の使用状況を把握しようとすると、通信装置と無線通信する機器を分電盤内等に別途設置する必要があった。

そこで、本発明はこのような問題点に鑑み、スマートメータと無線通信する通信装置を組み込んだ分電盤を提供することを目的としている。

上記課題を解決する為に、請求項１の発明は、使用電力を計測する機能に加えて、契約電流値を超える過電流が電路に流れたら電路を遮断する電路遮断機能と、計測した使用電力情報を外部に通知する無線通信機能とを備えたスマートメータの二次側に設置される分電盤であって、スマートメータと無線通信して使用電力情報を入手する無線通信部と、無線通信部が入手した使用電力情報を分電盤外の外部機器に通知するための外部通信部とを有するスマートメータ通信ユニットを備え、外部機器が、停電時においても一定時間動作を継続するためのバックアップ電源と、スマートメータ通信ユニットから受信した使用電力情報を表示するディスプレイとを備えた表示ユニットであると共に、スマートメータ通信ユニットは、停電時においても一定時間動作を継続するためのバックアップ電源と、商用電源の停電によりスマートメータとの通信が停止した後、商用電源の停電が復旧して通信が再開されたら、復電したと判断する復電判定部とを有し、復電判定部が復電したと判断したら、外部通信部から表示ユニットに復電したことを通知してディスプレイに商用電源の復旧を表示させることを特徴とする。
この構成によれば、スマートメータと通信して外部に使用電力情報を通知するスマートメータ通信ユニットを分電盤内に設置するため、スマートメータと通信する機器を別途設ける必要が無く機器構成を簡素化できるし、配線も容易である。
加えて、主幹ブレーカが遮断状態で商用電力が停止して停電となった場合でも、復電したらスマートメータ通信ユニットから表示ユニットに復電の通知が成されるため、主電路が遮断状態にあって電気機器がオフ状態であっても、居住者は商用電源の復旧を速やかに把握でき、必要な処置を講ずることができる。

請求項２の発明は、請求項１に記載の構成において、分電盤内の主電路及び分岐電路には、それぞれの電路の電流を検出する電流センサが設けられており、電流センサの情報を基に全体の使用電力及び分岐電路の使用電力を算出する使用電力演算部、及び算出した使用電力情報を外部機器に送信する送信部を有した通信計測ユニットを備え、通信計測ユニットは、スマートメータ通信ユニットからスマートメータが計測した使用電力情報を入手し、入手したスマートメータの使用電力情報を基に自身が算出した使用電力を補正する算出電力補正部を有し、補正した使用電力情報を外部機器に通知することを特徴とする。
この構成によれば、通信計測ユニットは、電流センサが計測した電路電流情報を基に算出した使用電力情報を、スマートメータから入手した正しいデータで補正して外部に通知するため、使用電力の精度の高い分析が可能となる。

本発明によれば、スマートメータと通信して外部に通知するスマートメータ通信ユニットが分電盤内に設置されるため、分電盤とスマートメータが直接通信する機器を分電盤に別途用意する必要がなく、機器構成を簡素化できる。

本発明に係る分電盤の一例を示す構成図である。感震リレーのブロック図である。通信計測ユニットのブロック図である。感震通信ユニットのブロック図である。表示ユニットのブロック図である。スマートメータ通信ユニットのブロック図である。

以下、本発明を具体化した実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明に係る分電盤の一例を示す構成図であり、外部の接続機器を合わせて示している。分電盤１０は、ケース内に主幹ブレーカ１、複数の分岐ブレーカ２、所定の震度以上の地震を感知したら地震検出信号を出力すると共に主幹ブレーカ１を遮断動作させる感震リレー３、主幹ブレーカ１を介して受電する電力及び各分岐電路の電力を算出して外部に通知する通信計測ユニット４、感震リレー３が出力した地震検出信号を受けて特定の分岐ブレーカ２を遮断操作する感震通信ユニット５、スマートメータ７と通信するスマートメータ通信ユニット８が組み付けられて構成されている。
そして、６は各種情報を表示する表示ユニット、１１はＨＥＭＳ機器であり、分電盤１０の外に設置されて分電盤１０内の機器と通信を実施する。

主幹ブレーカ１は、電力量計であるスマートメータ７を介して引き込まれた単相３線式電路（電圧相Ｘ，Ｙと中性相Ｎ）から成る商用電源が一次側に接続され、二次側には主電路Ｍを構成する３層の銅バーからなる主幹バー９が直線状に配置され、分岐ブレーカ２をはじめ各種機器が接続されている。

尚、スマートメータ７は、商用電力を受電する住戸が電力供給業者と交わした契約電流値情報（契約電力情報）を記憶し、契約電流値を超える過電流が引き込み線を介して住戸に通電されたら、主電路Ｍを遮断する機能、及び瞬時電力や消費電力量情報等の使用電力データ（使用電力情報）を外部に送信する機能を有している。

分岐ブレーカ２は分岐電路毎に設けられて複数設置され、外部信号による制御を受けないブレーカ群（第１のブレーカ２ａの群）と、感震通信ユニット５が出力する操作信号を受けて遮断動作するブレーカ群（第２のブレーカ２ｂの群）との２つの群から構成されている。
そのため、第１のブレーカ２ａは過電流遮断機能を備えた単純な同一構造の分岐ブレーカであるが、第２のブレーカ２ｂは過電流遮断機能に加えて感震通信ユニット５の操作信号を受ける外部制御端子（図示せず）を備えた外部遮断機能付ブレーカとなっている。

分電盤１０内には、主幹ブレーカ１の二次側に配設された主電路Ｍを構成する３層の銅バーからなる主幹バー９が直線状に配置され、この主幹バー９の長手方向に直交する何れかの側部に分岐ブレーカ２が配置されて接続されると共に、感震リレー３、通信計測ユニット４、感震通信ユニット５，スマートメータ通信ユニット８も隣接して配置されて主幹バー９に接続されている。感震リレー３、通信計測ユニット４、感震通信ユニット５，スマートメータ通信ユニット８は、何れも分岐ブレーカ２と同様に背部に主幹バー９との接続部（図示せず）を有し、主電路Ｍから必要な電源が直接供給される。
また表示ユニット６は、居住者が見易い場所に設置され、分電盤１０から配設された分岐電路の先に接続されたコンセントから電源が供給される。

そして、感震リレー３は、伝送線Ｌ１を介して主幹ブレーカ１の１次側（電圧相Ｙ）に接続され、伝送線Ｌ３を介して感震通信ユニット５に接続されている。また、通信計測ユニット４と外部機器であるＨＥＭＳ機器１１とは伝送線Ｌ６を介して接続され、通信計測ユニット４、感震通信ユニット５、表示ユニット６、スマートメータ通信ユニット８は伝送線Ｌ４を介して互いに接続されている。

尚、ＨＥＭＳはHome Energy Management Systemの略であり、住戸内の家電等の電気機器とつないで、電気やガスなどの使用量をモニター画面などで「見える化」したり、電気機器を「自動制御」したりする公知のシステムである。そして、ＨＥＭＳ機器１１とはＨＥＭＳを構成する１つの機器で、例えばタブレット端末等の表示機能を備えた機器である。

図２は感震リレー３のブロック図を示している。感震リレー３は、図２に示すように加速度センサ３１、地震検出信号を出力する震度５，６等の動作震度（震度閾値）を設定する震度設定部３３、地震発生から３分等の一定時間後に擬似漏電を発生させて主幹ブレーカ１を遅延遮断動作させる一定時間（遅延時間）を設定する遮断時間設定部３４、擬似漏電を発生させる擬似漏電出力部３５、警報音を発報するブザー３６ａ、発光通知するＬＥＤ３６ｂ、地震検出動作のテスト／リセットを行うテスト／リセットボタン３７、地震発生と判断したら地震検出信号を出力すると共に、外部からの操作で震度閾値の設定や遅延時間の設定をするための外部通信部３８、加速度センサ３１の出力から地震の震度を判定して各種制御信号を出力すると共に、感震リレー３を制御するＭＣＵ（Micro Controller Unit）３９等を備えている。
そして、擬似漏電出力部３５が伝送線Ｌ１を介して主幹ブレーカ１の一次側の主電路Ｍの一方の電圧相Ｙに接続され、外部通信部３８が伝送線Ｌ３を介して感震通信ユニット５に接続されている。

ＭＣＵ３９は、更に感震通信ユニット５を介して表示ユニット６と通信を実施し、地震検出信号を表示ユニット６へ送信するのに加えて、検出した震度情報を送信する。一方、表示ユニット６から震度閾値や遅延時間の設定を可能としている。尚、ＭＣＵ３９は、ＲＯＭやＲＡＭなどのメモリ３９ａ、Ｉ／Ｏ関連等の周辺機能を内蔵した集積回路であり、メモリ３９ａには設定された震度閾値や遅延時間等が記憶される。

ここで、感震リレー３の擬似漏電出力部３５が出力する擬似漏電信号について説明する。擬似漏電出力部３５が主幹ブレーカ１の一次側に伝送線Ｌ１を介して接続されることで、主幹ブレーカ１の二次側電路と一次側電路との間に主幹ブレーカ１を介さないバイパス電路（擬似漏電回路）が形成される。この擬似漏電回路を感震リレー３がオンさせて通電させることで、主幹ブレーカ１は漏電発生と判断して遮断動作する。このオン操作をここでは擬似漏電信号を出力するという。

図３は通信計測ユニット４のブロック図を示している。通信計測ユニット４は図３に示すように、主幹ブレーカ１に流れる電流である主電路Ｍに流れる電流を検出する主幹電流センサ（電流センサ）１３、及び個々の分岐ブレーカ２に設置されて個々の分岐電流を検出する複数の分岐電流センサ（電流センサ）１４の電流情報が入力される電流情報入力部４１、拡張計測ユニット２１及びパルス計測ユニット２２が接続される内部通信ＩＦ４２、ＨＥＭＳ機器１１と伝送線Ｌ６を介して例えばＬＡＮ接続されて通信するＨＥＭＳ通信ＩＦ４３、感震通信ユニット５、表示ユニット６、及びスマートメータ通信ユニット８と通信する外部通信ＩＦ４４、各電流センサ１３，１４の電流情報及び別途入手する電路電圧情報を基に使用電力を演算すると共に、通信計測ユニット４全体を制御する通信計測ユニットＣＰＵ４５等を備えている。

尚、拡張計測ユニット２１は図示しない太陽光発電等の分散発電機器に対してその発電電力を計測してデータを出力するユニットであり、パルス計測ユニット２２は水道／ガスの使用量を算出するユニットである。これらの計測ユニットも通信計測ユニット４に接続されて、通信計測ユニットＣＰＵ４５により受信した発電電力情報や水道／ガスの使用量データが使用電力情報と共にＨＥＭＳ機器１１に送信される。

このように通信計測ユニット４は、接続された外部のＨＥＭＳ機器１１に対して、使用電力情報や発電電力情報、水道／ガスの使用量情報を送信する。加えて、通信計測ユニットＣＰＵ４５はＨＥＭＳ機器１１と感震通信ユニット５との間の通信を管理し、感震通信ユニット５が受信した感震リレー３の地震検出信号や震度情報等の感震情報を、ＨＥＭＳ機器１１に送信する。また、ＨＥＭＳ機器１１から感震リレー３の地震発生を判定する所定の震度の設定、或いは遅延動作時間の設定等の設定信号が送信されたら、感震通信ユニット５を介して感震リレー３に送信する。

図４は感震通信ユニット５のブロック図を示している。感震通信ユニット５は図４に示すように、伝送線Ｌ３を介して感震リレー３と通信する第１通信ＩＦ５１、伝送線Ｌ４を介して通信計測ユニット４、表示ユニット６、スマートメータ通信ユニット８と通信する第２通信ＩＦ５２、動作状態を表示するＬＥＤ５５、感震通信ユニット５を制御する感震通信ユニットＣＰＵ５６、伝送線Ｌ５を介して特定の分岐ブレーカ（第２のブレーカ２ｂの群）２を遮断する操作信号を出力する出力部５７等を備えている。

感震通信ユニットＣＰＵ５６は、表示ユニット６と感震リレー３との間の通信、及び通信計測ユニット４と感震リレー３との間の通信を管理しており、感震リレー３が出力した地震検出信号を中継して表示ユニット６及び通信計測ユニット４に送信するし、表示ユニット６或いはＨＥＭＳ機器１１から震度閾値や遅延時間が入力されたら、感震リレー３が受信可能な信号形態に変換して感震リレー３に送信する。
こうして感震リレー３は、自身の震度設定部３３や遮断時間設定部３４による設定に加えて、感震通信ユニット５から設定情報を受信したら震度閾値及び遅延時間が設定される。

尚、通信計測ユニット４、感震通信ユニット５、スマートメータ通信ユニット８、表示ユニット６の間は、例えばＲＳ−４８５のシリアルポートを使用したプロトコルで通信が実施され、感震リレー３と感震通信ユニット５とは例えばＲＳ−２３２のシリアルポートで通信が実施される。

図５は表示ユニット６のブロック図を示している。表示ユニット６は図５に示すように、ＬＣＤから成り使用電力情報をはじめ感震リレー３からの情報を受けて地震発生等の各種情報を表示するディスプレイ６１、震度情報等を報音するスピーカ６２、感震リレー３をリセット操作するリセットスイッチ６３、震度閾値の設定や遅延時間の設定を行う操作部６４、通信計測ユニット４、感震通信ユニット５、スマートメータ通信ユニット８と通信する表示ユニットＩＦ６５、電源コンセント（図示せず）から電源の供給を受ける電源部６６、表示ユニット６を制御する表示ユニットＣＰＵ６７等を備えている。
また、電源部４６はバックアップ電源６６ａを備えており、停電時においても一定時間（例えば、６時間）表示ユニット６を使用可能としている。また音声ＩＣ６８を有しており、スピーカ６２からは音声メッセージで震度情報等が報音される。

図６はスマートメータ通信ユニット８のブロック図を示している。スマートメータ通信ユニット８は図６に示すように、スマートメータ７と例えばＷｉＳＵＮ（Wireless Smart Utility Network）に基づく無線通信を行うスマートメータ通信部８１、通信計測ユニット４、感震通信ユニット５、表示ユニット６と伝送線Ｌ４を介して通信する通信ユニットＩＦ８２、停電時においても一定時間（例えば、６時間）動作を継続するためのバックアップ電源８３、スマートメータ７との通信を制御すると共に、スマートメータ通信ユニット８を制御する通信ユニットＣＰＵ８４等を備えている。
そして通信ユニットＣＰＵ８４は、スマートメータ７から入手した使用電力データ等を通信計測ユニット４、及び表示ユニット６に送信する。

ここで、通信計測ユニット４がＨＥＭＳ機器１１等へ送信する使用電力情報に関して説明する。通信計測ユニットＣＰＵ４５は、主幹電流センサ１３の電流情報を基に住戸全体の使用電力データを算出する一方で、スマートメータ通信ユニット８と通信を実施して、スマートメータ通信ユニット８を介してスマートメータ７が出力する使用電力情報を入手する。
このスマートメータ７から入手した使用電力情報は、基準データ（正しいデータ）であるため、通信計測ユニットＣＰＵ４５は主幹電流センサ１３の情報を基に算出したデータをこの基準データで補正（基準データに変更）すると共に、個々の分岐電路の使用電力データも合計値が合致するように補正し、補正したデータを外部に送信する。
この結果、通信計測ユニット４は、電流センサ１３，１４により計測した使用電力情報を、スマートメータ７から入手した正しいデータで補正して外部の表示ユニット６やＨＥＭＳ機器１１に通知するため、使用電力の精度の高い分析が可能となる。

以上の如く構成された分電盤１０における地震発生による遮断動作、主電路Ｍが遮断された状態での復電動作、計測データの外部への通知動作を以下説明する。
商用電力により住戸内の照明や冷蔵庫等の電気機器に電力が通電されている状態で、感震リレー３に設定されている閾値以上の震度（例えば震度５弱以上）の地震が発生したら、感震リレー３は即時に外部通信部３８から地震検出信号を出力し、ブザー３６ａが鳴動して、ＬＥＤ３６ｂが点滅する。

この地震検出信号を受信した感震通信ユニット５では、感震通信ユニットＣＰＵ５６の制御により、出力部５７に接続されている第２のブレーカ２ｂの群に対して操作信号を出力して遮断動作させる。

また感震通信ユニット５は、表示ユニット６に対しても地震検出信号を送信する。この地震検出信号を受信した表示ユニット６では、表示ユニットＣＰＵ６７の制御により、地震発生情報をディスプレイ６１に表示する。また、例えば「地震が発生しました、間もなく電源を遮断します」のメッセージがスピーカ６２から報音される。

そして、地震検出信号を出力してから設定された一定の時間（例えば、３分）が経過したら、感震リレー３は擬似漏電出力部３５から擬似漏電信号を出力する。即ち、主電路Ｍに擬似漏電を発生させる。この結果、主幹ブレーカ１が遅延遮断動作して主電路Ｍが商用電源から遮断され、全ての分岐電路は商用電源から遮断される。
尚、地震発生が報知されてから、擬似漏電信号が出力されるまでの間にリセットスイッチ６３が操作されたら、感震リレー３はリセットされて、擬似漏電信号は出力されない。

但し、スマートメータ７は、商用電源が停電しなければ主幹ブレーカ１が遮断動作しても通信機能が維持されるし、主幹ブレーカ１が遮断動作して主電路Ｍへの電力が遮断されても、スマートメータ通信ユニット８はバックアップ電源８３により動作を継続するため、両者の通信は継続される。
しかしながら、この状態で商用電源が停電したら、スマートメータ７の通信機能が停止し、スマートメータ通信ユニット８との通信が停止する。

一方、スマートメータ通信ユニット８は、主電路Ｍが遮断されてもバックアップ電源８３が電源を供給し続ける限り通信動作が継続され、スマートメータ７からの応答が無くなったら、商用電源が停電したと判断すると共に復電による応答（通信の再開）を待つ。

その後商用電源が復電したら、スマートメータ７の通信機能が復帰するため、応答信号が生成されてスマートメータ通信ユニット８との通信が再開される。このとき、通信ユニットＣＰＵ８４は商用電源が復電したと判断して、表示ユニット６に対して復電通知信号を送信する。
この復電通知信号を受けた表示ユニット６は、ディスプレイ６１に復電した旨を表示すると共に、音声ＩＣ６８に保存されているメッセージ、例えば「電気が復旧しました」のメッセージがスピーカ６２から報音される。

また、通信計測ユニット４は、商用電源が安定して供給される通常動作中は、スマートメータ通信ユニット８からスマートメータ７が出力した使用電力データを入手して、自身が入手した主電路Ｍの電流情報を基に算出した全体の使用電力の数値と比較し、差異があれば補正を実施する。そして、分岐電路毎の使用電力情報、及び補正した使用電力情報（スマートメータ７から受信した使用電力データ情報）を外部に出力する。この情報は、表示ユニット６で見ることができるし、ＨＥＭＳ機器１１に設けられた表示部（図示せず）において見ることができる。

このように、スマートメータ７と通信して外部に使用電力情報を通知するスマートメータ通信ユニット８が分電盤１０内に設置されるため、スマートメータ７と通信する機器を別途設ける必要が無く機器構成を簡素化できるし、配線も分電盤内で済み容易である。
また、主幹ブレーカ１が遮断状態で商用電力が停止して停電となった場合でも、復電したらスマートメータ通信ユニット８から表示ユニット６に復電の通知が成されるため、主電路Ｍが遮断状態にあって電気機器がオフ状態であっても、居住者は商用電源の復旧を速やかに把握でき、必要な処置を講ずることができる。
加えて、感震リレー３、通信計測ユニット４、感震通信ユニット５，スマートメータ通信ユニット８は、主電路Ｍである主幹バー９から直接電源が供給されるため、別途電源の配線を必要としない。

尚、上記実施形態では、表示ユニット６及びＨＥＭＳ機器１１の双方を外部機器として使用電力情報等を表示させているが、何れか一方のみであっても良い。但し、表示ユニット６はバックアップ電源６６ａを備えているため、主幹ブレーカ１が遮断動作しても動作を継続するため、停電時には有効である。

１・・主幹ブレーカ、２・・分岐ブレーカ、２ｂ・・第２のブレーカ（外部遮断機能付ブレーカ）、３・・感震リレー、４・・通信計測ユニット、５・・感震通信ユニット、６・・表示ユニット（外部機器）、７・・スマートメータ、８・・スマートメータ通信ユニット、１０・・分電盤、１１・・ＨＥＭＳ機器（外部機器）、１２・・遮断機能付コンセントユニット、１３・・主幹電流センサ（電流センサ）、１４・・分岐電流センサ（電流センサ）、４３・・ＩＭＥＳ通信ＩＦ、４４・・外部通信ＩＦ（送信部）、４５・・通信計測ユニットＣＰＵ（使用電力演算部、算出電力補正部）、６１・・ディスプレイ、６６ａ・・バックアップ電源、８１・・スマートメータ通信部（無線通信部）、８２・・通信ユニットＩＦ（外部通信部）、８３・・パックアップ電源、８４・・通信ユニットＣＰＵ（復電判定部）、Ｍ・・主電路。

Claims

使用電力を計測する機能に加えて、契約電流値を超える過電流が電路に流れたら電路を遮断する電路遮断機能と、計測した使用電力情報を外部に通知する無線通信機能とを備えたスマートメータの二次側に設置される分電盤であって、
前記スマートメータと無線通信して前記使用電力情報を入手する無線通信部と、前記無線通信部が入手した使用電力情報を分電盤外の外部機器に通知するための外部通信部とを有するスマートメータ通信ユニットを備え、
前記外部機器が、停電時においても一定時間動作を継続するためのバックアップ電源と、前記スマートメータ通信ユニットから受信した使用電力情報を表示するディスプレイとを備えた表示ユニットであると共に、
前記スマートメータ通信ユニットは、停電時においても一定時間動作を継続するためのバックアップ電源と、商用電源の停電により前記スマートメータとの通信が停止した後、商用電源の停電が復旧して通信が再開されたら、復電したと判断する復電判定部とを有し、
前記復電判定部が復電したと判断したら、前記外部通信部から前記表示ユニットに復電したことを通知して前記ディスプレイに商用電源の復旧を表示させることを特徴とする分電盤。
分電盤内の主電路及び分岐電路には、それぞれの電路の電流を検出する電流センサが設けられており、前記電流センサの情報を基に全体の使用電力及び分岐電路の使用電力を算出する使用電力演算部、及び算出した使用電力情報を前記外部機器に送信する送信部を有した通信計測ユニットを備え、
前記通信計測ユニットは、前記スマートメータ通信ユニットから前記スマートメータが計測した使用電力情報を入手し、入手した前記スマートメータの使用電力情報を基に自身が算出した前記使用電力を補正する算出電力補正部を有し、
補正した使用電力情報を前記外部機器に通知することを特徴とする請求項１記載の分電盤。