JP7046243B1

JP7046243B1 - 電子ブレーカ

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Publication number: JP7046243B1
Application number: JP2021016786A
Authority: JP
Inventors: 高明森田; 秋宏小柴
Original assignee: Social Area Networks Co Ltd
Current assignee: Social Area Networks Co Ltd
Priority date: 2021-02-04
Filing date: 2021-02-04
Publication date: 2022-04-01
Anticipated expiration: 2041-02-04
Also published as: JP2022119562A

Abstract

【課題】電流量の超過量に応じて負荷機器を制御することで電流の遮断を抑制する電子ブレーカを提供する。【解決手段】本発明の電子ブレーカ１は、定格電流が定められており、電流を遮断することが可能な遮断器５と、負荷機器が使用する電流を測定する電流量測定装置６と、遮断器及び負荷機器の作動を制御する制御装置１０と、を備える。制御装置は、定格電流を超える電流領域において、定格電流に基づいて設定された過電流許容範囲と、過電流許容範囲毎に設定された負荷許容時間及び負荷機器の稼働率を下げる制御指令とを含むテーブルデータを記憶しており、電流値が定格電流を超えた場合、電流値と過電流許容範囲とを比較し、電流値に対する過電流許容範囲に設定された制御指令を送信し、定格電流を超えている時間が、過電流許容範囲に設定された負荷許容時間を超えた場合、遮断器に対して遮断指令を送信する。【選択図】図２Ａ

Description

本発明は、電子ブレーカに係り、特に、定格電流の範囲内となるよう使用電流を調整可能な電子ブレーカに関する。

空調機等の電力の負荷機器に対して過電流を検出して遮断するための装置としてブレーカ（遮断器とも呼ばれる）がある。従来のブレーカは、二種類の金属を張り合わせたバイメタルに電流が流れると、発生した熱によりバイメタルが湾曲して遮断する構造となっている。熱により動作するため、外気温等にも影響され、誤差が大きいという課題があった。

一方、電力会社との電力契約を行う場合、電力を必要とする電気設備の定格容量の総計に応じた設備契約を行う場合と、ブレーカの容量に応じたブレーカ契約を行う場合とがある。例えば、電気設備に定格容量の総計が４０ＫＷの場合は、４０ＫＷの設備契約が行われ、ブレーカの定格電流が１０ＫＷの場合は、１０ＫＷのブレーカ契約が行われる。この契約に基づいて、設備契約又はブレーカ契約で交わされた容量に応じた基本料金と消費電力に応じた従量課金とが課金される。

工場やオフィスビルでは、多種多様の電気設備が備えられているが、全ての電気設備が一斉に稼働することは少なく、同時に稼働する電気設備は全体の一部に過ぎないことが多い。例えば、オフィスビル等には、事務室にエアコン（空調機）、照明、給湯器等が必要に応じて設けられているが、常に稼働しているわけではない。設備契約では、これら全ての電気設備の定格容量に合わせて契約がなされていることから割高に感じる電力需要家もいる。そのため、近年では、実際に使用した電力に即した定格電流のブレーカを設置して、設備契約からブレーカ契約に切り替えて基本料金を抑えようとする場合があった。

しかしながら、従来のブレーカは通電又は遮断のうちいずれか一方しか動作せず、また、上述のように誤差も大きい。そのため、前触れなく突然通電遮断される場合があった。突然の通電遮断は電気設備を使用する上で故障の原因となりかねず、突然通電遮断を避けるために、実際に必要な電力よりも上乗せして定格電流を定めて契約される場合があった。また、近年では、従来のブレーカに代えて電子ブレーカが利用されるようになってきている（例えば、特許文献１参照）。

電子ブレーカは、実際に流れている電流値と流れた時間とをブレーカ内に設けられたＣＰＵで測定し、ＪＩＳ規格の許容範囲の最大値で使用できるようプログラムされているものである。ブレーカの遮断時間はＪＩＳ規格で定められており、ブレーカの定格容量以上の電流が流れても、即時に遮断する必要はなく、規定の時間（遮断時間）以内に遮断すればよい。例えば、定格５０Ａブレーカの場合、定格容量の１５１～１９０％の電流が流れた場合であっても、ＪＩＳ規格で定められた３０分以内にブレーカが作動すればよい。電子ブレーカを用いればＣＰＵにより電流を正確に測定して、遮断時間経過後に遮断させることができる。そのため、一時的に定格電流を超えた場合でも通電遮断は発生しないことから、実際に必要な電流に合わせて電気料金を契約することが可能になっている。

実用新案登録第３１３８２７５号公報

電子ブレーカを用いることにより、正確な電流を測定できブレーカの定格電流以上の電流が流れても、急に電流が遮断されることはなくなるものの、空調機等の負荷機器がそのままの状態で使用され続けていれば、いずれ遮断時間に達して遮断することとなる。そのため、測定した電流（負荷電流）に基づいて負荷機器を制御することで、遮断される前に電流量を下げて電源遮断を避けることが望ましい。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、電流量の超過量に応じて負荷機器を制御することで電源遮断を抑制する電子ブレーカを提供することにある。

前記課題は、本発明の電子ブレーカによれば、定格電流が定められており、空調機を含む負荷機器が使用する電流が前記定格電流を超えた場合、前記電流を遮断することが可能な遮断器と、前記負荷機器が使用する前記電流を測定する電流量測定装置と、前記遮断器及び前記空調機の室外機の作動を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記定格電流を超える電流領域において、前記定格電流に基づいて設定された少なくとも１以上の過電流許容範囲と、該過電流許容範囲毎に設定された負荷許容時間及び前記室外機の駆動能力を下げる制御指令とを含むテーブルデータを記憶しており、前記電流量測定装置が測定した電流値が前記定格電流を超えた場合、超えた前記電流値と前記過電流許容範囲とを比較し、前記電流値に対する前記過電流許容範囲に設定された前記制御指令を前記負荷機器に送信し、前記測定した前記電流値が前記定格電流を超えている時間が、前記過電流許容範囲に設定された負荷許容時間を超えた場合、前記遮断器に対して、前記空調機の前記室外機と他の前記負荷機器とに供給される前記電流を遮断する遮断指令を送信することにより解決される。

上記の構成によれば、測定した電流値が、定格電流を超えた場合、超えた電流値と過電流許容範囲とを比較し、前記電流値に対する過電流許容範囲に設定された、負荷機器に対して稼働率を下げる制御指令を送信する。制御指令により、例えば負荷機器が空調機である場合、室外機の駆動能力を下げて消費電力の低減を図ることができる。定格電流を超えた場合でも、負荷許容時間に達する前に電流値を下げることにより、急な電源遮断を防ぐことができる。また、電力に余裕を持たせて契約する必要がなくなり、基本料金を下げることもできる。

また、本発明の電子ブレーカについて好適な構成を述べると、前記過電流許容範囲は、前記定格電流の倍率に基づいて定められているとよい。
過電流許容範囲が定格電流の倍率に基づいて定められることにより、規格に適合した制御をすることが可能になる。

また、本発明の電子ブレーカについて好適な構成を述べると、前記制御装置は、前記室外機に接続され、前記室外機の稼働を制御する操作装置と、前記操作装置と無線通信可能な無線通信装置とを備え、前記室外機の前記駆動能力を下げる前記制御指令は無線通信により送信されるとよい。
操作装置は、無線通信装置を備えることにより、通信に必要な配線工事が簡素化し、より安価に電子ブレーカを設置することができる。

また、前記課題は、本発明の電子ブレーカによれば、定格電流が定められており、負荷機器が使用する電流が前記定格電流を超えた場合、前記電流を遮断することが可能な遮断器と、前記負荷機器が使用する前記電流を測定する電流量測定装置と、前記遮断器及び前記負荷機器の作動を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記定格電流を超える電流領域において、前記定格電流に基づいて設定された少なくとも１以上の過電流許容範囲と、該過電流許容範囲毎に設定された負荷許容時間及び前記負荷機器の稼働率を下げる制御指令とを含むテーブルデータを記憶しており、前記電流量測定装置が測定した電流値が前記定格電流を超えた場合、超えた前記電流値と前記過電流許容範囲とを比較し、前記電流値に対する前記過電流許容範囲に設定された前記制御指令を送信し、前記測定した前記電流値が前記定格電流を超えている時間が、前記過電流許容範囲に設定された負荷許容時間を超えた場合、前記遮断器に対して前記負荷機器に供給される前記電流を遮断する遮断指令を送信し、前記制御装置は、前記負荷機器に接続され、前記負荷機器の稼働を制御する操作装置と、前記操作装置と無線通信可能な無線通信装置とを備え、前記負荷機器の前記稼働率を下げる前記制御指令は無線通信により送信され、前記操作装置は、制御回路と、該制御回路に電力を供給する電源回路と、を有し、前記制御回路は、前記制御装置の前記無線通信装置から前記制御指令を無線通信により受信する無線通信部と、受信した前記制御指令を記憶するデータ記憶部と、前記制御指令を処理する制御部と、該制御部の指示により前記負荷機器を操作する接点部と、を有し、前記電源回路は、太陽電池パネルと、二次電池と、前記太陽電池パネルの発電電力の一部を前記二次電池に充電する充電部と、を有し、前記電源回路は、前記太陽電池パネルの前記発電電力を前記制御回路に供給し、余剰電力を前記二次電池に充電し、前記太陽電池パネルから前記発電電力を供給できない場合、前記二次電池から前記制御回路に電力を供給することにより解決される
上記構成により、操作装置の稼働に必要な電力を太陽電池又は二次電池から供給することができる。そのため、操作装置に電力を供給するための電気配線工事が簡素化され、容易かつ安価に電子ブレーカを設置することができる。

また、本発明の電子ブレーカについて好適な構成を述べると、前記操作装置は一次電池を備え、前記電源回路は、前記太陽電池パネルから発電電力を供給できず且つ前記二次電池が電池切れした場合に、前記一次電池から前記制御回路に電力を供給するとよい。
上記構成により、例えば雨天が続き太陽電池から供給できずかつ二次電池も電池切れになった場合でも、一次電池に切り替えて制御回路に電力を供給することができ、より長期間操作装置を稼働させることができる。

また、本発明の電子ブレーカについて好適な構成を述べると、前記操作装置は外面に磁石を有し、前記負荷機器に対して前記磁石により取り付けられるとよい。
上記構成により、例えば操作装置を負荷機器にねじ止めする場合よりも、操作装置を負荷機器に対して容易に取り付けることが可能になる。

本発明の電子ブレーカによれば、電流量の超過量に応じて負荷機器を制御することで電源遮断を抑制することが可能になる。

本実施形態の電子ブレーカを示す構成図である。電子ブレーカ（操作装置を除く）のハードウェア構成を示す図である。操作装置のハードウェア構成を示す図である。操作装置を上方からみた上面図である。操作装置を側方から見た側面図である。従来のブレーカを使用した場合の電気料金と、電子ブレーカを使用した場合の電気料金とを示す説明図である。電流量が定格電流を超過した場合に電子ブレーカにより電流量を削減する処理を示すフロー図である。

＜＜電子ブレーカ＞＞
以下、本発明の実施形態について図を用いて説明する。図１は、建物内に設けられた電子ブレーカ１を示す構成図である。図２Ａ及び図２Ｂは電子ブレーカ１のハードウェア構成を示す図である。
建物内には、照明装置２、冷蔵装置４及び２台の空調機３等が設置されており、電力線を介して電力が供給されている。電子ブレーカ１は、空調機３等の負荷機器による建物全体の電力量を測定し、定格電流を超えた場合、所定の条件に応じて空調機３の室外機３ｂを制御して負荷電流を調整すると共に、必要に応じて電流を遮断する装置である。

電子ブレーカ１は、図２Ａに示すように、ブレーカ５（遮断器）と、負荷電流を測定する電流量測定装置６と、ブレーカ５及び空調機３の作動を制御する制御装置１０と、から構成される。また、制御装置１０は、空調機３の室外機３ｂの稼働を制御する操作装置２０と、操作装置２０に対して無線通信可能な無線通信装置１３ａと、を備えている。

＜＜負荷機器＞＞
本実施形態における負荷機器としての空調機３は、室内機３ａと室外機３ｂとから構成される。室内機３ａは、建物の内部に設置され室内の温度や湿度を調整する。室外機３ｂは、室内機３ａと冷媒配管及び電線を通じて接続されており、屋外に設置されている。空調機３は、利用者が室内機３ａを直接操作することにより電源のＯＮ／ＯＦＦ、設定温度又は湿度等を変更することが可能である。また、空調機３は、室外機３ｂにより、電源のＯＮ／ＯＦＦをして使用電力量を調整することができる。また、室外機の駆動能力を制御することによっても使用電力量を調整することができる。例えば、室外機３ｂのコンプレッサ等の出力を絞ることにより、設定温度にまで室内の温度が到達する到達時間を遅らせて、それにより使用電力を減らすことができる。その結果として室内の温度が上下する場合がある。なお、本実形態では制御対象の機器として空調機３を用いているが、これは一例であり、電子ブレーカ１の制御装置１０により制御される負荷機器は照明装置２、冷蔵装置４又は冷凍装置等、他の機器であってもよい。

＜＜ブレーカ＞＞
本実施形態で用いられるブレーカ５（遮断器）は、瞬時における引外し機能、すなわちブレーカ５の開放機構を作動させ負荷電力を遮断するための電極開放動作を行う機能のみを有する装置である。ブレーカ５は図１に示すように、空調機３と電力線で接続され、空調機３に流れる電流を遮断することができる。また、制御装置１０とブレーカ５とは信号線により接続されており、ブレーカ５の引外し機能は、制御装置１０から送られる遮断指令によって実行される。

＜＜電流量測定装置＞＞
電流量測定装置６、電流クランプと呼ばれるものであり、電線を挟み込むことで電線中の負荷電流を測定する。測定された電流値は、制御装置１０のアナログ／デジタル変換回路（Ａ／Ｄ変換回路１５）によりデジタルデータに変換され、制御装置１０の記憶装置（ＲＯＭ・ＲＡＭ１２）に記憶される。

＜＜制御装置＞＞
制御装置１０は、上述したようにブレーカ５と空調機３（負荷機器）の作動を制御する装置である。制御装置１０は、図２Ａに示すように、データの演算・制御処理装置としてＣＰＵ１１と、記憶装置としてＲＯＭ・ＲＡＭ１２、他の装置との情報データの送受信を行う通信装置１３、電流量測定装置６から取得したアナログの電流値をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換回路１５と、時間を計測するタイマ１６とを備えたコンピュータである。また、制御装置１０は、信号をブレーカ５等に送信したり情報を入力したりする入出力装置１４を有する。制御装置１０の記憶装置には、コンピュータとして必要な機能を果たすメインプログラムに加えて、測定された電流量から超過量を算出したり、規定値と比較したりするプログラムが記憶される。また、記憶装置には、定格電流を超える電流範囲において段階的に設定された過電流許容範囲とそれに対応した遮断時間及び制御指令とが記録されたテーブルデータが記憶されている。記憶装置に記憶されたプログラムがＣＰＵによって実行されることにより、制御装置１０の機能が発揮される。

＜＜通信装置＞＞
制御装置１０の通信装置１３は、ネットワーク接続された他の装置と信号を送受信するための装置である。本実施形態において通信装置１３は、主に操作装置２０に信号（制御指令）を送信するために用いられる。

データの送受信に用いられるネットワークは有線でも無線であってもよい。本実施形態において、制御装置１０は、無線通信を行うために無線通信装置１３ａを備えている。無線通信装置１３ａは、ＬＰＷＡ（ＬｏｗＰｏｗｅｒＷｉｄｅＡｒｅａ）方式による無線通信ユニットを備え、ＬＰＷＡ方式の無線通信を可能にしている。ＬＰＷＡ方式は、なるべく消費電力を抑えて遠距離通信を実現する国際的な通信技術であり、１回当たりの伝送容量が１００バイト以下のＵＮＢ（ウルトラナローバンド）通信ネットワークである。ＬＰＷＡ方式として、例えば、セルラＬＰＷＡ、ＳＩＧＦＯＸ、又はＬｏＲａＷＡＮがある。この通信方式を採用することで、数キロメートル程度の無線通信を実現することが可能である。なお、通信装置１３は、制御装置１０のＣＰＵ１１とは別に通信装置１３を制御するＣＰＵを備えてもよい。

また、通信装置１３は、無線通信装置１３ａとして、ＬＰＷＡ方式の無線通信ユニットとは別に、ＷｉＦｉ（登録商標）又はＢｌｕｅＴｏｏｔｈ（登録商標）により無線通信可能な無線通信ユニットを備えてもよい。
ＢｌｕｅＴｏｏｔｈ（登録商標）等の近距離用無線通信電波を用いることにより、無線接続可能な管理者の携帯端末３０と接続して、電子ブレーカ１の設定情報等を携帯端末３０に表示させることができる。携帯端末３０と制御装置１０とを無線通信により接続することで、ケーブル等の接続手段を用意することなく、データの授受を簡単に行うことができる。

＜＜操作装置＞＞
操作装置２０は、空調機３の室外機３ｂと接続し、室外機３ｂを操作することにより、空調機３のＯＮ／ＯＦＦ又は室外機３ｂの駆動能力を変更する装置である。操作装置２０は、無線通信により電子ブレーカ１の制御装置１０と接続されており、制御装置１０から受信した制御指令に従って空調機３を操作する。
制御指令は、空調機３による電力負荷を下げることを操作装置２０に指示する信号であり、空調機３の動作を停止（ＯＦＦ）させる命令も含まれる。また、制御指令は、単に空調機３の動作を停止させるものに限らず、室外機３ｂの駆動能力を下げるものであってもよい。例えば、冷風等を送り出す室外機３ｂのコンプレッサ等の出力を強制的に絞るようにする。出力が絞られることにより、室内の温度が空調機３の設定温度に達する時間（到達時間）が通常よりかかるようになるものの使用電力量は削減されるようになる。
操作装置２０は、制御装置１０から、空調機３を停止する制御指令を受信した場合、例えば空調機３の電源をＯＦＦにすることで、空調機３を停止させる。室外機３ｂの駆動能力を下げる制御指令を受信した場合、室外機３ｂのコンプレッサ等の出力を絞るよう操作する。

操作装置２０は、図２Ｂに示すように、制御回路２１と制御回路２１に電力を供給する電源回路２２とから構成されるコンピュータである。制御回路２１は、データの演算・制御処理装置としてＣＰＵ２１１（制御部）と、記憶装置としてのＲＡＭ・ＲＯＭ２１２（データ記憶部）と、制御装置１０等との情報データの送受信を行う無線通信装置２１３（無線通信部）と、空調機３を操作する接点回路２１４（接点部）とを備える。
操作装置２０の記憶装置には、コンピュータとして必要な機能を果たすメインプログラムに加えて、制御装置１０から受信した制御指令を処理するプログラムが記憶されている。記憶されたプログラムがＣＰＵ２１１によって実行されることにより、操作装置２０の機能が発揮される。

操作装置２０は、無線ネットワークを経由して制御装置１０又は検査員の携帯端末３０と通信する無線通信装置２１３を備えている。無線通信装置２１３として、操作装置２０は、制御装置１０と情報データを送受信するようＬＰＷＡ方式で通信可能な無線通信ユニットを備えている。なお、この無線通信ユニットは、ＷｉＦｉ（登録商標）ユニットであってもよい。

また、操作装置２０は、ＬＰＷＡ方式の無線通信ユニットとは別に、無線通信装置２１３としてＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）ユニットを備えている。システムの管理者は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）規格の電波により、スマートフォン等の携帯端末と操作装置２０とを接続して、操作装置２０の設定情報を確認したり変更したりすることができる。携帯端末と操作装置２０とを無線通信により接続することで、ケーブル等の接続手段を用意することなく、データの授受を簡単に行うことができる。

操作装置２０の接点回路２１４は４つの接点から構成されており、操作装置２０は制御指令に基づきリレー制御することにより、空調機３（より詳しくは室外機３ｂ）を操作することが可能になっている。なお、接点回路の接点数は４つに限定されるものではなく、必要に応じて増減される。

電源回路２２は、上述のように制御回路２１、すなわちＣＰＵ２１１、ＲＡＭ・ＲＯＭ２１２、無線通信装置２１３、接点回路２１４に電力を供給する装置であり、太陽電池パネル２２１と、充電回路２２２（充電部）と、リチウムイオン二次電池２２３（二次電池）と、リチウム一次電池２２４（一次電池）とから構成される。

太陽電池パネル２２１は、太陽光で発電を行うためのパネルである。また、充電回路２２２は、太陽電池パネル２２１による発電電力の一部をリチウムイオン二次電池２２３に充電する装置である。より具体的には、発電電力のうち、制御回路２１も電力を供給した後の余剰電力をリチウムイオン二次電池２２３に充電する。

リチウムイオン二次電池２２３は、蓄電池であり、充電することにより繰り返し使用することができる電池である。使用する二次電池は、リチウムイオン二次電池２２３に限定されず、リチウムイオンポリマー二次電池、ニッケル・水素蓄電池等、他の二次電池であってもよい。

電源回路２２が、太陽電池パネル２２１とリチウムイオン二次電池２２３とにより構成されているため、電源を供給するために電気配線工事をしなくても、操作装置２０を設置することが可能になっている。電気配線工事が簡素化され容易且つ安価に電子ブレーカ１を設定することができる。

また、日中の照度が不足している場合、例えば曇りや雨の日が数日続いた場合、太陽電池パネル２２１が発電できず、且つ、リチウムイオン二次電池２２３からも電力を供給できなくなる可能性がある。そのため、電源回路２２は、リチウム一次電池２２４をバックアップ電源として備えている。電源回路は、リチウムイオン二次電池２２３からの電力が不足する場合、リチウム一次電池２２４から電力を制御回路２１に供給する。
リチウム一次電池２２４は、直流電力の放電のみができる化学電池であり、交換することが可能になっている。一次電池は、マンガン乾電池・アルカリマンガン乾電池等の乾電池であってもよい。
リチウムイオン二次電池２２３からの電力が不足する場合であっても、リチウム一次電池２２４から電力を制御回路２１に供給することができ、より長い期間連続して操作装置２０を稼働させることができる。

図３Ａ及び図３Ｂに操作装置２０の外観を示す。図３Ａは上方から見た操作装置２０の平面図、図３Ｂは、操作装置２０を側方から見た側面図である。操作装置２０は、図３Ｂに示すように四角錐台に形成された筐体２０ａを有し、筐体２０ａの内部に、制御回路２１、充電回路２２２、リチウムイオン二次電池２２３、リチウム一次電池２２４が収容されている。筐体２０ａの側部から、空調機３と接続するためのケーブル２５が延びている。

また、操作装置２０では、筐体２０ａの上面２０ｂに太陽電池パネル２２１が配置されている。また、筐体２０ａの底面２０ｃに板状の磁石２４が設けられていて、磁石２４を用いることにより室外機３ｂの筐体に着脱可能に取り付けることが可能になっている。磁石として、ネオジム磁石等の強力磁石が用いられてもよい。
操作装置２０を室外機３ｂにねじ止めする場合よりも容易に取り付けることができる。位置を変えることも容易であるため、太陽光の受光に適切な場所に操作装置２０を移動させることができる。また、取り外しが容易であることから、操作装置２０の交換やリチウム一次電池２２４の交換も容易である。

ここで、電子ブレーカ１による電力料金の削減効果について、図４を用いて説明する。
従来のブレーカは、上述したように通電又は遮断のうちいずれか一方しか動作しない。そのため、負荷電流が定格電流を超えると、前触れなく突然通電遮断される。この突然の通電遮断を避けるため、ブレーカ契約をする場合、契約容量として、実際に使用する電力の最大値に、余裕を上乗せして契約容量（図では３０ＫＷ）が定められていた。

しかしながら、ブレーカの遮断は、常に負荷電流が定格電流を超えた場合、即座に遮断する必要はなく、ＪＩＳ規格では、ブレーカの定格電流以上の電流が流れても規定の時間内に遮断すればよい。この遮断に必要な規定時間は遮断時間（負荷許容時間）と呼ばれ、例えば、定格５０Ａのブレーカの場合、過電流許容範囲と遮断時間の対応関係は表１に示すように定められている。

表１の上段に示す過電流許容範囲は、百分率で示された定格電流の倍率で定められた範囲であり、ブレーカの動作特性の安全基準（例えば「ＪＩＳＣ８２０１－２－１」）に準拠したものである。また、下段は、その定格電流の倍率に応じた遮断時間を示している。例えば、定格電流が５０Ａの場合、定格５０Ａの１５１～１９０％の電流が流れても、即座に遮断する必要はなく３０分以内にブレーカを作動させ電流を遮断すればよい。換言すれば、３０分以内に負荷電流が１００％以下になれば電流を遮断しなくてもよい。

電子ブレーカ１では、表１に示すように、定格電流に基づいて設定された少なくとも１以上の過電流許容範囲と、過電流許容範囲毎に設定された遮断時間（負荷許容時間）とを対応させたデータがテーブルデータとして記憶装置に記憶されている。また、電流量測定装置６から取得した電流値（負荷電流）も記憶装置に記憶され、ＣＰＵ１１は、常に、負荷電流とこのテーブルデータとを比較している。また、負荷電流が超過した時点から経過時間をタイマ１６により測定している。電子ブレーカ１は、超過した電流量に応じて、タイマ１６により超過した時間を計測し、遮断時間を超えた場合に、ブレーカ５に対して遮断指令を出すよう構成されている。

そのため、電子ブレーカ１を用いることにより、負荷電流が定格電流を超えても即座に遮断されることはなく、遮断時間内に負荷電流が定格電流以下になれば、そのまま継続して空調機３を使用することができる。すなわち、図４に示すように、電子ブレーカを使用した場合、定格電力を１５ｋＷとしても、１５ｋＷを超える時間は短く、遮断時間内に負荷電流が定格電流以下になれば、継続して空調機３を使用することができる。このように、ブレーカの定格電流を下げても問題なく使用を継続することができる。定格電流が下がれば基本料金も下がるため、使用料金を含めた電気料金を下げることができる。

このように、電子ブレーカ１を導入することで、ブレーカにより遮断させる時間を遅らせることができる。しかしながら、空調機３が何らかの原因で継続して作動して、定格電流を超過してから遮断時間以上、稼働する場合がある。その場合、ブレーカ５により電源が遮断されてしまう。このような電源遮断を抑制するために、負荷電流が定格電流を超過していると判定した場合、空調機３の稼働率を下げるとよい。

本実施形態の制御装置１０は、例えば表２に示すように定格電流を超える電流領域において過電流許容範囲毎に制御指令が定められており、電源遮断をする前に、負荷機器の稼働を下げるよう構成されている。電子ブレーカ１では、表２に示すように、定格電流に基づいて設定された少なくとも１以上の過電流許容範囲と、過電流許容範囲毎に設定された制御指令とを対応させたデータがテーブルデータとして記憶装置に記憶されている。

本実施形態の制御装置１０は、電流量測定装置６が測定した電流値（負荷電流）が定格電流を超えた場合、超えた電流値に対する過電流許容範囲に応じて、空調機３に対して、その稼働率を下げる制御指令を送信する。例えば、電流値が定格電流の１７０％であった場合、空調機３（より詳細には室外機３ｂ）に対して稼働率が５０％になるよう制御指令を送信する。また、例えば電流値が定格電流の２００％である場合、空調機３に対して電源をＯＦＦにするよう制御指令を送信する。空調機３の電源をＯＦＦにすることで、建物全体の使用電流量が下がる。空調機３の稼働率を下げたり、空調機３の電源をＯＦＦにしたりするが、他の負荷機器（照明装置２や冷蔵装置４）には電力を供給する状態を維持している。安全に空調機３を停止させることができると共に急な電源遮断を避けることができる。なお、表１及び表２に示す、過電流許容範囲、及び過電流許容範囲に対応する遮断時間、制御指令は一例である。運用では規格で定められた遮断時間よりも若干前の時間を負荷許容時間として定めてもよい。また、稼働率は運用実績に合わせて変更されてよい。

また、図１に示すように、独立した２台の空調機３が設けられ、電子ブレーカ１は、２台の空調機３を監視している場合、稼働率が下がる制御指令として、２台のうちいずれかの一方の空調機３の動作を停止させる信号であってもよい。例えば、人が不在の部屋の空調機３を停止させる。停止させることにより使用電力量を下げることができる。全ての部屋に人がいる場合は、両方の空調機３の室外機の駆動能力を下げるようにする。

このように、制御装置１０の記憶装置（ＲＯＭ・ＲＡＭ１２）には、定格電流の倍率と、季節、外気温、部屋の温度又は湿度、室内の人の有無等の環境情報とによって設定された「制御指令」がテーブルデータとして記憶されている。
そして、制御装置１０のＣＰＵ１１により、条件に応じた制御指令の内容が選択され、通信装置１３（より詳しくは無線通信装置１３ａ）により操作装置２０に送信される。操作装置２０は制御指令を受信した後、その内容に従って空調機３を操作する。
なお、外気温、部屋の温度・湿度等の環境情報は、空調機３に設けられたセンサ等から取得してもよい。また、これらの情報を取得するセンサを部屋毎に設け、制御装置１０に送信するようにしてもよい。
また、制御指令の内容は、管理者によって書き換え可能であり、実績に応じて適切な条件となるよう更新されてもよい。

図５を用いて、電子ブレーカ１の制御装置１０が空調機３及びブレーカ５を制御することにより電流量を下げる処理の一例について説明する。

電子ブレーカ１は、電流量測定装置６により建物全体で使用される電流（負荷電流Ｉ）を測定する（Ｓ１０１）。次に、負荷電流Ｉと、定格電流の６００％（定格電流の倍率）の値とを比較する（Ｓ１０２）。負荷電流Ｉが、定格電流の６００％以上である場合（Ｓ１０２でＮｏ）、負荷電流Ｉが定格電流を超えた時間を測定し、経過時間が３秒（６００％を超える場合の負荷許容時間）以上であるか否か判定する（Ｓ１０３）。経過時間が３秒以上である場合（Ｓ１０３でＹｅｓ）、制御装置１０は、ブレーカ５に電流を遮断するよう、遮断指令を送信する（Ｓ１１６）。ブレーカ５は遮断指令を受信すると即時に電流を遮断する。経過時間が３秒に達していない場合、ステップＳ１０１に戻り、負荷電流Ｉを継続して測定する（Ｓ１０３でＮｏ）。

負荷電流Ｉが、定格電流の６００％よりも小さい場合（Ｓ１０２でＹｅｓ）、負荷電流Ｉと、定格電流の４００％の値とを比較する（Ｓ１０４）。負荷電流Ｉが、定格電流の４００％以上である場合（Ｓ１０４でＮｏ）、負荷電流Ｉが定格電流を超えた時間が、範囲内時間（定格電流の４０１％～６００％の場合の負荷許容時間）である２５秒以上経過しているか否か判定する（Ｓ１０５）。経過時間が２５秒以上である場合（Ｓ１０５でＹｅｓ）、制御装置１０は、ブレーカ５に電流を遮断するよう、遮断指令を送信する（Ｓ１１６）。経過時間が２５秒に達していない場合、ステップＳ１０１に戻り、負荷電流Ｉを継続して測定する（Ｓ１０５でＮｏ）。

負荷電流Ｉが、定格電流の４００％よりも小さい場合（Ｓ１０４でＹｅｓ）、負荷電流Ｉと、定格電流の１９０％の値とを比較する（Ｓ１０６）。負荷電流Ｉが、定格電流の１９０％以上である場合（Ｓ１０６でＮｏ）、制御装置１０は、空調機３の電源をＯＦＦに設定する制御指令を送信する（Ｓ１０７）。より具体的に述べると、制御装置１０は、電源をＯＦＦにする制御指令を操作装置２０に送信し、操作装置２０は空調機３の電源がＯＦＦになるよう操作する。すでに空調機３がＯＦＦになっている場合は、ＯＦＦの状態を維持する。
次に、負荷電流Ｉが定格電流を超えた時間が、範囲内時間（定格電流の１９１％～４００％の場合の負荷許容時間）である３分５０秒以上経過しているか否か判定する（Ｓ１０８）。経過時間が３分５０秒以上である場合（Ｓ１０８でＹｅｓ）、制御装置１０は、ブレーカ５に電流を遮断するよう遮断指令を送信する（Ｓ１１６）。この場合、例えば空調機３の電源をＯＦＦにしても建物全体の負荷電流Ｉが下がらなかったため、最終手段としてブレーカ５により電流が遮断されたことを意味している。経過時間が３分５０秒に達していない場合、ステップＳ１０１に戻り、負荷電流Ｉを継続して測定する（Ｓ１０５でＮｏ）。

負荷電流Ｉが、定格電流の１９０％よりも小さい場合（Ｓ１０６でＹｅｓ）、負荷電流Ｉと、定格電流の１５０％の値とを比較する（Ｓ１０９）。負荷電流Ｉが、定格電流の１５０％以上である場合（Ｓ１０９でＮｏ）、制御装置１０は、空調機３の稼働率を５０％に設定する（Ｓ１１０）。より具体的に述べると、制御装置１０は、空調機３の稼働率が５０％になるよう制御指令を操作装置２０に送信し、操作装置２０は稼働率が５０％になるよう操作する。すでに稼働率が５０％に設定されている場合は、その状態を維持する。
次に、負荷電流Ｉが定格電流を超えた時間が、範囲内時間（定格電流の１５１％～１９０％の場合の負荷許容時間）である３０分以上経過しているか否か判定する（Ｓ１１１）。経過時間が３０分以上である場合（Ｓ１１１でＹｅｓ）、制御装置１０は、ブレーカ５に電流を遮断するよう、遮断指令を送信する（Ｓ１１６）。経過時間が３０分に達していない場合、ステップＳ１０１に戻り、負荷電流Ｉを継続して測定する（Ｓ１１１でＮｏ）。

負荷電流Ｉが、定格電流の１５０％よりも小さい場合（Ｓ１０９でＹｅｓ）、負荷電流Ｉと、定格電流の１００％の値とを比較する（Ｓ１１２）。負荷電流Ｉが、定格電流の１００％以上である場合（Ｓ１１２でＮｏ）、制御装置１０は、空調機３の稼働率を７５％に設定する（Ｓ１１３）。より具体的に述べると、制御装置１０は、空調機３の稼働率が７５％になるよう制御指令を操作装置２０に送信し、操作装置２０は稼働率が７５％になるよう操作する。すでに稼働率が７５％に設定されている場合は、その状態を維持する。
次に、負荷電流Ｉが定格電流を超えた時間が、範囲内時間（表２における定格電流の１０１％～１５０％の場合の負荷許容時間）である５５分以上経過しているか否か判定する（Ｓ１１４）。経過時間が５５分以上である場合（Ｓ１１４でＹｅｓ）、制御装置１０は、ブレーカ５に電流を遮断するよう、遮断指令を送信する（Ｓ１１６）。経過時間が５５分に達していない場合、ステップＳ１０１に戻り、負荷電流Ｉを継続して測定する（Ｓ１１４でＮｏ）。

負荷電流Ｉが、定格電流の１００％より小さい場合（Ｓ１１２でＹｅｓ）、空調機３の稼働率は１００％とし、電流の供給を継続する。電子ブレーカ１は、電流量測定装置６により引き続き負荷電流Ｉを測定する。
このように、制御装置１０は、負荷電流Ｉと定格電流とを比較し、定格電流を超えた負荷電流Ｉが含まれる過電流許容範囲を判定し、空調機３に対して過電流許容範囲に対応した制御指令を送信する。
電子ブレーカ１は、負荷電流Ｉが定格電流を超えた場合、電力の負荷機器である空調機３に対して、稼働率を下げる制御指令を送信することから、負荷電流Ｉは徐々に低下していき、最終的には定格電流より小さくなり、ブレーカ５による電源遮断が抑制される。

以上、図を用いて本実施形態の電子ブレーカ１について説明した。
なお、本実施形態では、制御装置１０と空調機３とが離れて配置されているため、電子ブレーカ１は操作装置２０及び無線通信装置１３ａを備え、それらを無線通信により接続している。これは一例であり、制御装置１０と空調機３とが近接している場合、操作装置２０と無線通信装置１３ａとを省略し、制御装置１０と空調機３とを有線により直接接続して信号を送受信してもよい。
また、遮断時間の例として、定格電流が５０Ａの場合を用いて説明したが、これは一例であり、遮断時間は定格電流の大きさによって変更される。
また、制御装置１０の通信装置１３は、主に操作装置２０と信号を送受信するために使用されているが、この通信装置１３を、外部のネットワーク例えばインターネットに接続するために使用してもよい。外部のネットワークに接続することで、例えば外部サーバからプログラム等のダウンロードし、記憶部に記憶されるファームウェア等を自動的にアップデートできるようにしてもよい。また、遠隔地の管理者用端末から制御装置１０を操作できるようにし、制御装置１０が出力する制御指令の内容、各種パラメータを変更できるようにしてもよい。

１電子ブレーカ
２照明装置
３空調機（負荷機器）
３ａ室内機
３ｂ室外機
４冷蔵装置
５ブレーカ（遮断器）
６電流量測定装置
１０制御装置
１１ＣＰＵ
１２ＲＯＭ・ＲＡＭ
１３通信装置
１３ａ無線通信装置
１４入出力装置
１５Ａ／Ｄ変換回路
１６タイマ
２０操作装置
２０ａ筐体
２０ｂ上面
２０ｃ底面
２１制御回路
２１１ＣＰＵ
２１２ＲＯＭ・ＲＡＭ
２１３無線通信装置
２１４接点回路（接点部）
２２電源回路
２２１太陽電池パネル
２２２充電回路（充電部）
２２３リチウムイオン二次電池（二次電池）
２２４リチウム一次電池（一次電池）
２４磁石
２５ケーブル
３０携帯端末

Claims

定格電流が定められており、空調機を含む負荷機器が使用する電流が前記定格電流を超えた場合、前記電流を遮断することが可能な遮断器と、
前記負荷機器が使用する前記電流を測定する電流量測定装置と、
前記遮断器及び前記空調機の室外機の作動を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記定格電流を超える電流領域において、前記定格電流に基づいて設定された少なくとも１以上の過電流許容範囲と、該過電流許容範囲毎に設定された負荷許容時間及び前記室外機の駆動能力を下げる制御指令とを含むテーブルデータを記憶しており、
前記電流量測定装置が測定した電流値が前記定格電流を超えた場合、超えた前記電流値と前記過電流許容範囲とを比較し、前記電流値に対する前記過電流許容範囲に設定された前記制御指令を送信し、
前記測定した前記電流値が前記定格電流を超えている時間が、前記過電流許容範囲に設定された負荷許容時間を超えた場合、前記遮断器に対して、前記空調機の前記室外機と他の前記負荷機器とに供給される前記電流を遮断する遮断指令を送信することを特徴とする電子ブレーカ。
前記過電流許容範囲は、前記定格電流の倍率に基づいて定められていることを特徴とする請求項１に記載の電子ブレーカ。
前記制御装置は、
前記室外機に接続され、前記室外機の稼働を制御する操作装置と、
前記操作装置と無線通信可能な無線通信装置とを備え、
前記室外機の前記駆動能力を下げる前記制御指令は無線通信により送信されることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子ブレーカ。
定格電流が定められており、負荷機器が使用する電流が前記定格電流を超えた場合、前記電流を遮断することが可能な遮断器と、
前記負荷機器が使用する前記電流を測定する電流量測定装置と、
前記遮断器及び前記負荷機器の作動を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記定格電流を超える電流領域において、前記定格電流に基づいて設定された少なくとも１以上の過電流許容範囲と、該過電流許容範囲毎に設定された負荷許容時間及び前記負荷機器の稼働率を下げる制御指令とを含むテーブルデータを記憶しており、
前記電流量測定装置が測定した電流値が前記定格電流を超えた場合、超えた前記電流値と前記過電流許容範囲とを比較し、前記電流値に対する前記過電流許容範囲に設定された前記制御指令を送信し、
前記測定した前記電流値が前記定格電流を超えている時間が、前記過電流許容範囲に設定された負荷許容時間を超えた場合、前記遮断器に対して前記負荷機器に供給される前記電流を遮断する遮断指令を送信し、
前記制御装置は、
前記負荷機器に接続され、前記負荷機器の稼働を制御する操作装置と、
前記操作装置と無線通信可能な無線通信装置とを備え、
前記負荷機器の前記稼働率を下げる前記制御指令は無線通信により送信され、
前記操作装置は、制御回路と、該制御回路に電力を供給する電源回路と、を有し、
前記制御回路は、
前記制御装置の前記無線通信装置から前記制御指令を無線通信により受信する無線通信部と、
受信した前記制御指令を記憶するデータ記憶部と、
前記制御指令を処理する制御部と、
該制御部の指示により前記負荷機器を操作する接点部と、を有し、
前記電源回路は、
太陽電池パネルと、二次電池と、前記太陽電池パネルの発電電力の一部を前記二次電池に充電する充電部と、を有し、
前記太陽電池パネルの前記発電電力を前記制御回路に供給し、余剰電力を前記二次電池に充電し、
前記太陽電池パネルから前記発電電力を供給できない場合、前記二次電池から前記制御回路に電力を供給することを特徴とする電子ブレーカ。
前記操作装置は一次電池を備え、前記電源回路は、前記太陽電池パネルから発電電力を供給できず且つ前記二次電池が電池切れした場合に、前記一次電池から前記制御回路に電力を供給することを特徴とする請求項４に記載の電子ブレーカ。
前記操作装置は外面に磁石を有し、前記負荷機器に対して前記磁石により取り付けられることを特徴とする請求項３から５のいずれか一項に記載の電子ブレーカ。