JPH08226940A - 電力量センサおよび電力量、電圧、電流信号処理システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 配線母線の電流、電圧および電力量の変動を
オンライン、リアルタイムで計測可能にする。 【構成】 配線母線Ｌ，ＮにＣＴ１およびＰＴ２を接続
し、検出した電流および電圧をアナログ増幅回路３によ
り増幅し、さらにＡ／Ｄ変換器１１，１２により、増幅
された電流および電圧をそれらの値に比例したディジタ
ル値に変換する。次に、ディジタル演算回路９により、
両者を乗算しさらに積分して電力量に比例した周波数の
パルス列に変換する。次いで、ＣＰＵ２１により、この
電力量パルスをさらに積分して、積分値が所定値を越え
たらその値を電力量として通信インターフェース回路２
２を介して通信回線２４に送出する。同時に、電流値、
電圧値のパルスも平均化して電圧および電流の実効値と
して、通信回線２４に送出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、配電線の分岐回路のロ
ードサーベイ、空調設備のピークカット運転、分散形電
源の発電効率積算システム等に用いられる電力量センサ
および電力量、電圧、電流信号処理システムに係り、詳
しくは計測対象の配線母線の電圧、電流を測定し、ディ
ジタル信号として通信回線に送出する電力量センサおよ
びこれを用いた電力量、電圧、電流信号処理システムに
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、配電線の分岐回路におけるロード
サーベイ等に用いられる電力量センサは、時分割による
アナログ式のものであった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】そのため、電力量、電
圧、電流、力率、無効電力量等の多数の変量を計測しよ
うとする場合は、それぞれの変量ごとに独立した回路が
必要であり、しかも、得られた計測値はそのままでは通
信回線に送出することができない。そのため個々の分岐
回路の電力量等をリアルタイムで集計することができな
いという問題があった。本発明は上記問題点を解決する
ためになされたもので、その目的とするところは、簡単
な構成で各変量を同時に計測することのできる電力量セ
ンサと、その電力量センサにより得られた計測値を通信
回線を介してリアルタイムで集計することのできる電力
量、電圧、電流信号処理システムを提供することにあ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１の発明の電力量センサは、計測対象の配線母線
の１本に取り付けられるＣＴ（ｃｕｒｒｅｎｔ ｔｒａ
ｎｓｆｏｒｍｅｒ）と、計測対象の２本の配線母線の間
に接続されるＰＴ（ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｔｒａｎｓｆ
ｏｒｍｅｒ）と、ＣＴが検出した電流を増幅する電流差
動増幅回路と、ＰＴが検出した電圧を増幅する電圧差動
増幅回路と、増幅された検出電流をその値に比例したデ
ィジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器と、増幅された検出
電圧をその値に比例したディジタル値に変換するＡ／Ｄ
変換器と、変換されたディジタル電流値とディジタル電
圧値とを乗算および積分して電力量に比例した周波数の
パルス列に変換する演算回路と、この演算回路から出力
された電力量パルスを積分し、積分値が所定値を越えた
らその値を電力量として出力する電力量演算部と、Ａ／
Ｄ変換器から出力された電流値、電圧値のディジタル値
を平均化して電圧および電流の実効値を算出し、電力量
の出力タイミングに合わせて出力する実効値演算部と、
各演算部から出力された電力量、電圧実効値および電流
実効値を通信回線に送出する通信インターフェース回路
とを備えたことを特徴とする。

【０００５】第２の発明の電力量、電圧、電流信号処理
システムは、１以上からなる第１の発明の電力量センサ
と、これら電力量センサに接続された通信回線と、この
通信回線に接続されて各電力量センサから送られた電
圧、電流の実効値および電力量の値を順に記憶する記憶
手段と、記憶手段に格納された各値から合成した電力量
を算出する手段とを備えたことを特徴とする。

【０００６】

【作用】第１の発明の電力量センサにおいては、計測対
象の配線母線の１本にＣＴが取り付けられるとともに、
計測対象の２本の配線母線の間にＰＴが接続される。Ｃ
Ｔに検出された電流は電流差動増幅回路により増幅さ
れ、ＰＴに検出された電圧は電圧差動増幅回路により増
幅され、次いで、Ａ／Ｄ変換器によりそれらの値に比例
したディジタル値に変換される。変換されたディジタル
電流値とディジタル電圧値とが演算回路により乗算さ
れ、さらに積分されて電力量に比例した周波数のパルス
列に変換される。

【０００７】次いで、電力量パルスが電力量演算部によ
り積分され、積分値が所定値を越えたらその値が電力量
として出力される。また、増幅回路から出力された電流
値、電圧値のディジタル値が実効値演算部により平均化
されて電圧および電流の実効値が算出され、電力量の出
力タイミングに合わせて出力される。各演算部から出力
された電力量、電圧実効値および電流実効値が通信イン
ターフェース回路により通信回線に送出される。

【０００８】第２の発明の電力量、電圧、電流信号処理
システムにおいては、第１の発明の電力量センサにより
計測された電圧、電流の実効値および電力量の値が、通
信回線を介して収集され順に記憶手段に記憶される。さ
らに、記憶手段に格納された各値から電力量、電圧、電
流の実効値が算出される。

【０００９】

【実施例】以下、図に沿って本発明の実施例を説明す
る。図１は本発明に係る電力量センサの電気的構成を示
す回路図である。図において、１は配線母線Ｌに取付け
られた二分割構造のＣＴであり、一方に巻回されている
二次巻線がアナログ増幅回路３に接続されている。ま
た、配線母線Ｌと配線母線Ｎとの間にＰＴ２が接続さ
れ、このＰＴ２に巻回されている二次巻線はそれぞれア
ナログ増幅回路３、定電圧電源６に接続されている。

【００１０】アナログ増幅回路３は、オペアンプＯＰ１
〜ＯＰ３、抵抗Ｒ１〜Ｒ８からなる電流差動増幅回路４
と、オペアンプＯＰ４〜ＯＰ６、抵抗Ｒ９〜Ｒ１３から
なる電圧差動増幅回路５とから構成されている。ＣＴ１
により検出された電流は、電流差動増幅回路４により増
幅されてからフィルタ７へ送られる。フィルタ７はＡ／
Ｄ変換器において折返し雑音による誤差が発生しないよ
う、サンプリング周波数の１／２以上の周波数を充分抑
圧してＡ／Ｄ変換器１１へ送る。ＰＴ２により検出され
た電圧は、電圧差動増幅回路５により増幅されてからフ
ィルタ８へ送られる。フィルタ８はＡ／Ｄ変換器におい
て折返し雑音による誤差が発生しないよう、サンプリン
グ周波数の１／２以上の周波数を充分抑圧してＡ／Ｄ変
換器１２へ送る。

【００１１】Ａ／Ｄ変換器１１，１２は、入力された電
圧、電流のアナログ信号の瞬時値を２５０ｋＨｚの周期
でサンプリングしてその値に比例したディジタル値に変
換し、ディジタル演算回路９内の乗算回路１３、および
分周回路１６または分周回路１７へ送る。乗算回路１３
は、入力された電圧、電流のディジタル値を乗算し、瞬
時値電力信号として積分回路１４へ送る。積分回路１４
は入力された瞬時値電力信号を時間積分してパルス変換
回路２５へ送る。パルス変換回路２５は、入力された積
分結果を電力量に比例した周波数のパルス列に変換し
て、潜動防止回路１５へ送る。

【００１２】潜動防止回路１５は、入力されたパルス列
が予め設定されていた周波数値よりも小さい場合に信号
の送出を停止し、設定値よりも大きい場合に電力信号を
分周回路１８へ送る。この潜動防止回路１５により、後
述するＣＰＵ２１における電力信号の処理が容易にな
る。次に、分周回路１６〜１８は、それぞれ入力された
電圧、電流、電力の各パルス信号を分周してＣＰＵ２１
へ送る。また、クロック回路１９のクロックおよびＣＰ
Ｕ２１の指令に基づいて作動する制御回路２０からの作
動指令により、Ａ／Ｄ変換器１１，１２および回路１３
〜１８は作動する。

【００１３】これらＡ／Ｄ変換器１１，１２、回路１３
〜２０，２５により、ディジタル演算回路９が構成され
る。ＣＰＵ２１は電力量演算部および実効値演算部とし
て機能し、分周回路１６〜１８より入力された電圧、電
流、電力の各パルス信号を計数するとともに、その計数
値を記憶し、一定時間ごとにその値を平均化して通信イ
ンターフェース回路２２へ送る。

【００１４】また、ＣＰＵ２１には動作プログラムとし
て、上述した処理に関する電力量積算プログラム、電流
パルス平均化プログラム、電圧パルス平均化プログラ
ム、電圧、電流、電力量の記憶プログラム以外に、制御
回路２０を制御するためのシーケンスプログラム、通信
インターフェース回路２２の通信手順制御プログラム、
定格調整データ、位相調整データ等が内蔵されている。
さらに、ＣＰＵ２１に発光ダイオード２３が抵抗Ｒ１４
を介して接続されており、ＣＰＵ２１の動作中は発光ダ
イオード２３が点灯して動作中であることが目視確認で
きる。

【００１５】通信インターフェース回路２２は、ＣＰＵ
２１からの制御に基づき、ＣＰＵ２１から出力された電
圧、電流、電力量の値を通信回線２４へ送出する。な
お、通信インターフェース回路２２にはフォトカプラが
接続されて、通信回線２４とＣＰＵ２１との間を電気的
に絶縁している。この通信回線２４の他端には、図示し
ないが、中央データ集計装置が接続されており、図１の
電力量センサと通信回線２４と合わせて電力量、電圧、
電流信号処理システムが構成される。

【００１６】中央データ集計装置は送られた各値を内部
のメモリに順に記憶し、その値から電力量、最大電力、
電力使用トレンド、電圧および電流の変化、無効電力、
力率、周波数の変化等の各計量項目を算出する。算出さ
れた各値は再度、メモリの所定番地に記憶され、必要に
応じて外部へ出力され所望の制御手段に用いられる。こ
れらのメモリの番地指定はシーケンスプログラムにより
行われる。なお、中央データ集計装置は、複数の通信イ
ンターフェース回路を備えて、複数の電力量センサから
の計測データを並行して受信し処理することが可能であ
る。

【００１７】図２は図１の電力量センサの構造を示す外
形図であり、図３は図２のＡ−Ａ線断面図である。図２
に示されるように電力量センサの外形はＬ字形に形成さ
れ、また図３に示されるように、本体３１と台３２とが
二分割構造に形成されている。本体３１と台３２の当接
面には断面四分円形状をした２本の溝３３，３４が平行
に形成され、配線母線Ｌ，Ｎをその中に挟んだ状態で、
本体３１と台３２を当接して本体３１に形成された透孔
に蝶ボルト３５，３６を挿入して台３２側に埋設されて
いる袋ナットにねじ込むことにより本体３１と台３２と
が固定されて一体となる。

【００１８】溝３３，３４に対応する本体３１の位置
に、当接面と垂直にそれぞれ孔３７，３８が形成され、
その内部に内面にめねじが形成された金属端子４１，４
２が挿着されている。この金属端子４１，４２に、切刃
付きボルト４３，４４がねじ込まれることにより、その
先端が配線母線Ｌ，Ｎの絶縁被覆を貫通して芯線と接触
し電気的に接続される。金属端子４１，４２の中間位置
の本体３１内にＰＴ２が埋設されて、図示しないがその
二次巻線が金属端子４１，４２に接続されている。

【００１９】このＰＴ２は、配線母線Ｌ，Ｎが挾着さ
れ、切刃付きボルト４３，４４がねじ込まれてＰＴ２の
一次巻線が通電されると、定電圧電源６が作動し、アナ
ログ増幅回路３、ディジタル演算回路９、ＣＰＵ２１に
電流が供給されて、動作状態となる。さらに、溝３３を
中心として本体３１と台３２とには、二分割構造のＣＴ
１がそれぞれ埋設され、本体３１側にその二次巻線が位
置する。このＣＴ１の二次巻線およびＰＴ２の二次巻線
は、本体３１内に埋設されている回路部４５に接続され
ている。

【００２０】この回路部４５は、図１のアナログ増幅回
路３、ディジタル演算回路９、ＣＰＵ２１が導電性のシ
ールド板３９により覆われ、そこに接地端子Ｅが接続さ
れている。また、本体３１の回路部４５の上面には、Ｃ
ＰＵ２１の動作を示す発光ダイオード２３を見るための
のぞき穴４６が形成されている。本体３１の端面であっ
て挾持された配線母線Ｌの左側の位置に、通信インター
フェース回路２２が埋設され、コネクタ４７を介して通
信回線２４が接続されている。また、本体３１の両端部
の厚み方向に、本体３１と台３２を貫通して、取付け用
孔４８，４９が形成されている。この取付け用孔４８，
４９にボルト等を挿通して壁等に固定することで、電力
量センサが支持される。

【００２１】図４は図２の電力量センサを２個用いて、
３線からなる配線母線Ｌ，Ｎ，Ｒに取り付けた例を示
す。図２のように電力量センサ５０を配線母線Ｌ，Ｎに
取り付けてから、さらに、他の電力量センサ６０を１８
０度回転させて電力量センサ５０と向き合わせ、配線母
線Ｎ，Ｒに取り付けた例を示す。ここでは、電力量セン
サ５０が配線母線Ｌ，Ｎ間の電圧および配線母線Ｌの電
流を、電力量センサ６０が配線母線Ｎ，Ｒ間の電圧およ
び配線母線Ｒの電流をそれぞれ計測する。

【００２２】この場合、電力量センサ５０，６０の幅の
狭い部分が他の幅の広い部分のほぼ半分の寸法であるた
め互いに向き合わせて幅の狭い部分を重ねることで、２
個の電力量センサ５０，６０を狭い空間に効率的に収納
して配設することができる。その結果、単相３線や３相
３線等その他の多相多線配線母線について、上述した電
力量センサを用い、それぞれが計測した値を集計するこ
とで、簡単にしかも効率良く電力量等の測定データを収
集することが可能になる。

【００２３】

【発明の効果】以上述べたように第１の発明の電力量セ
ンサによれば、計測対象の配線母線にＣＴおよびＰＴを
接続し、検出した電流および電圧を増幅するとともに、
増幅された電流および電圧をそれらの値に比例したディ
ジタル値に変換し、次に両者を乗算しさらに積分して電
力量に比例した周波数のパルス列に変換し、この電力量
パルスを再び積分して、積分値が所定値を越えたらその
値を電力量として通信インターフェース回路を介して通
信回線に送出する。同時に、電流値、電圧値のパルスも
平均化して電圧および電流の実効値として、通信回線に
送出する。その結果、比較的簡単な構成で計測対象の配
線母線の電力量の変動をオンライン・リアルタイムで計
測することができる。

【００２４】また、第２の発明の電力量、電圧、電流信
号処理システムによれば、第１の発明の電力量センサに
より計測された電圧、電流の実効値および電力量の値を
通信回線を介して収集し、順に記憶手段に記憶してから
その値を用いて電力量の各検針値項目を算出する。その
結果、分散された複数の分岐についての電力量、電圧、
電流信号処理の自動化が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電力量センサの実施例の電気的構
成を示す回路図である。

【図２】図１の電力量センサの構造を示す外形図であ
る。

【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。

【図４】電力量センサの他の取り付け例を示す説明図で
ある。

【符号の説明】

１ ＣＴ ２ ＰＴ ３ アナログ増幅回路 ４ 電流差動増幅回路 ５ 電圧差動増幅回路 ６ 定電圧電源 ７，８ フィルタ ９ ディジタル演算回路 １１，１２ Ａ／Ｄ変換器 １３ 乗算回路 １４ 積分回路 １５ 潜動防止回路 １６〜１８ 分周回路 １９ クロック回路 ２０ 制御回路 ２１ ＣＰＵ ２２ 通信インターフェース回路 ２３ 発光ダイオード ２４ 通信回線 ２５ パルス変換回路 ３１ 本体 ３２ 台 ３３，３４ 溝 ３５，３６ 蝶ボルト ３７，３８ 孔 ３９ シールド板 ４１，４２ 金属端子 ４３，４４ 切刃付きボルト ４５ 回路部 ４６ のぞき穴 ４７ コネクタ ４８，４９ 取付用孔 ５０，６０ 電力量センサ Ｅ 接地端子 Ｌ，Ｎ，Ｒ 配線母線 ＯＰ１〜ＯＰ６ オペアンプ Ｒ１〜Ｒ１４ 抵抗

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０８Ｃ 15/00 Ｇ０８Ｃ 15/00 Ｂ (72)発明者 中村 秀岳 東京都港区芝５丁目７番１号 日本電気株 式会社内 (72)発明者 小山 一親 東京都千代田区有楽町一丁目７番１号 東 光電気株式会社内 (72)発明者 井上 勝雄 東京都千代田区有楽町一丁目７番１号 東 光電気株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 計測対象の配線母線の１本に取り付けら
   れるＣＴと、 計測対象の２本の配線母線の間に接続されるＰＴと、 ＣＴが検出した電流を増幅する電流差動増幅回路と、 ＰＴが検出した電圧を増幅する電圧差動増幅回路と、 増幅された検出電流をその値に比例したディジタル値に
   変換するＡ／Ｄ変換器と、 増幅された検出電圧をその値に比例したディジタル値に
   変換するＡ／Ｄ変換器と、 変換されたディジタル電流値とディジタル電圧値とを乗
   算し、得られた積を積分して電力量に比例した周波数の
   パルス列に変換する演算回路と、 この演算回路から出力された電力量パルスを積分し、積
   分値が所定値を越えたらその値を電力量として出力する
   電力量演算部と、 Ａ／Ｄ変換器から出力された電流値、電圧値のディジタ
   ル値を平均化して電圧および電流の実効値を算出し、電
   力量の出力タイミングに合わせて出力する実効値演算部
   と、 各演算部から出力された電力量、電圧実効値および電流
   実効値を通信回線に送出する通信インターフェース回路
   と、 を備えたことを特徴とする電力量センサ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載された１以上の電力量セ
   ンサと、 これら電力量センサに接続された通信回線と、 この通信回線に接続されて各電力量センサから送られた
   電圧、電流の実効値および電力量の値を順に記憶する記
   憶手段と、 記憶手段に格納された各値から電力量および電圧、電流
   の実効値を算出する手段と、 を備えたことを特徴とする電力量、電圧、電流信号処理
   システム。