TWI485950B - 消耗電力管理系統 - Google Patents

Description

消耗電力管理系統

本發明係關於一種應用於配電盤之消耗電力管理系統。

既往以來，已知有如圖5或圖6所示之配電盤，附有具備測定電流與電力之功能的感測器。圖5或圖6所示之配電盤，具有：主幹斷路器MB；複數主桿(或主板，以下省略)L1、L2、N；複數分支桿(或分支板，以下省略)2；複數分支斷路器B；複數貫通型或夾持型之電流感測器CT；複數信號傳送線路P；複數輸入信號埠PT；以及信號處理．測定電路(以下以感測器單元稱之)3。複數主桿L1、L2、N，與主幹斷路器MB之負載側端子相連接。複數分支桿2，自主桿L1、L2、N起延伸出。複數分支斷路器B，與複數分支桿2相連接。分支桿2，連繫分支斷路器B與主桿L1、L2、N。電流感測器CT，係對自分支桿2、或主幹斷路器MB之負載側端子起與負載相連接的電線而設置。複數信號傳送線路P，傳送自電流感測器CT輸出之檢測信號。輸入信號埠PT，將由電流感測器CT輸出並在信號傳送線路P傳送之檢測信號導入。感測器單元3，施行以輸入信號埠PT導入之檢測信號的處理及測定。

[習知技術文獻]

[專利文獻]

專利文獻1 日本特開2010-130735號公報

上述配電盤，對於複數電流感測器CT與哪一分支斷路器B連接、與哪一輸入信號埠PT連接並無法自動指定。因此，對感測器單元3，必須以人工或預先介由人工製成之對應定義資料等，將任意分支斷路器B與電流感測器CT與輸入信號埠PT之對應關係，進行初期設定。進一步，必須有將作為感測器單元3之測定結果的各個測定資料賦予意涵或令其對應。其結果，產生要求伴隨巨大人力之作業的問題。此外，在進行施行電流感測器之增設或替換之維修作業的情況中，亦同樣產生要求伴隨巨大人力之作業等問題。

進一步，依與斷路器(主幹斷路器MB、分支斷路器B)連接之負載其消費電流與消耗電力，將來自電流感測器CT之電流檢測信號輸入至感測器單元3，其輸入範圍(敏感度、動態範圍)，因連接之負載而產生差異。是故，具有無法正確地測定電流等問題。

鑑於上述情況，本發明之目的的一例係為提供一種消耗電力管理系統，感測器單元本身可不依賴人工地自動辨識任意分支斷路器與電流感測器與輸入信號埠的對應關係，並可將作為測定結果之各個測定資料進行賦予意涵或令其對應。此外，本發明之目的的另一例係為提供一種消耗電力管理系統，在依與斷路器(主幹斷路器MB、分支斷路器B)連接之負載其消費電流與消耗電力，將來自電流感測器之電流檢測信號輸入至感測器單元3時，其輸入範圍(敏感度、動態範圍)，雖因連接之負載而產生差異，但可監視並判斷其等之值，自動調整輸入範圍(敏感度、動態範圍)以施行正確的電流測定。

本發明之一實施態樣的消耗電力管理系統具備具有以下構件之配電盤：複數主桿、複數分支桿、複數分支斷路器、電線、複數電流感測器、複數信號傳送線路、輸入信號埠、及感測器單元。複數主桿，與主幹斷路器之負載側端子相連接。複數分支桿，自 主桿延伸出，與分支斷路器和主桿連繋。複數分支斷路器，與複數分支桿相連接。電線，自負載側端子起與負載相連接。複數電流感測器為貫通型或夾持型，對分支桿、或電線而設置。複數信號傳送線路，傳送自電流感測器輸出之檢測信號。複數輸入信號埠，導入檢測信號。感測器單元，處理檢測信號。配電盤，具有將連結電流感測器與斷路器之物理位置的感測器．位置對應信號輸出，並於感測器單元辨識此信號之機構。藉由此一構成，感測器單元本身可不依賴人工地自動地辨識任意分支斷路器與電流感測器與輸入信號埠的對應關係，並將作為測定結果之各個測定資料進行賦予意涵或令其對應。此外，依與斷路器(主幹斷路器、分支斷路器)連接之負載其消費電流或消耗電力，將來自電流感測器之電流檢測信號輸入至感測器單元時，其輸入範圍(敏感度、動態範圍)，因連接之負載而產生差異。消耗電力管理系統，具有可監視並判斷電流檢測信號之值一定時間(與包含最大值、最小值之運作週期對應的周期)，且調整輸入範圍(敏感度、動態範圍)，使其成為具有最大解析度之輸出位準的機構。藉由此一構成，可自動調整而施行正確的電流測定。

依本發明之實施形態，感測器單元本身可不依賴人工地自動地辨識任意分支斷路器與電流感測器與輸入信號埠的對應關係，並可將作為測定結果之各個測定資料進行賦予意涵或附加對應。例如，於任意斷路器之位置設置短路接腳，此一短路接腳將獨自顯示作為電流感測器之電流檢測信號的接收口之接收連接器其所安裝位置之信號加以驅動。編碼器選擇由感測器單元輸出之任意接收連接器的短路接腳，自編碼器所輸出的選擇線路，非選擇時：開路狀態，選擇時：以導通狀態成為接地狀態。藉由此一構成，任意電流感測器其電流偵測信號之發送連接器，在插入任意接收連接器之狀態下使短路接腳間成為導通狀態，藉由以感測器單元 所包含之導通狀態偵測電路偵測此一導通狀態，可辨識電流感測器是否插入任一任意位置。

依與斷路器(主幹斷路器、分支斷路器)連接之負載其消費電流或消耗電力，將來自電流感測器之電流檢測信號輸入至感測器單元時，其輸入範圍(敏感度、動態範圍)，因連接之負載而產生差異。依本發明之實施形態，藉由具有可監視並判斷電流檢測信號之值一定時間(與包含最大值、最小值之運作週期對應的周期)，且調整輸入範圍(敏感度、動態範圍)，使其成為具有最大解析度之輸出位準的機構，變得可自動調整而施行正確的電流測定。

例如，感測器單元，具有互相並聯之相異電阻值的複數電阻器，且該電阻器具備與電流感測器串聯之電阻電路。藉由選擇該電阻電路的電阻器之任一，可將電流檢測信號之輸入範圍調整至最佳值。

[實施本發明之最佳形態]

參考附圖對本發明之實施形態的消耗電力管理系統加以說明。

首先，參考圖5及圖6，對與本實施形態共通之附有感測器的配電盤之一般構造加以說明。圖5及6顯示一般附有具備測定電流與電力之功能的感測器之配電盤。圖5所示之配電盤，係由主桿與分支桿構成。圖6所示之配電盤，係由主板與分支板所構成。圖5及6中，作為一例，顯示單相3線配電盤之連接。以下，將主桿與主板總稱為主要部。此外，將分支桿與分支板總稱為分支部。進一步，有時亦將主要部與分支部總稱為主要部。由板狀的銅板構成之主要部L1、L2、N、及分支部2，係以L1極、N極、及L2極之3個充電部所構成。藉由將3個主要部L1、L2、N之內的 2個(主要部L1與N、主要部L2與N、或主要部L1與L2)相連接，可接收單相100V、或單相200V之電源的供給。

此等主要部L1、L2、N之端部，以複數分支部2突出的方式形成為多足狀。此等分支部2，與分支斷路器B具有之複數凹部b1、b2、b3分別噛合。圖1示意與此一連接狀態等價的電路。

分支斷路器B，分別與3個主要部L1、L2、N內之2個主要部的分支部2嵌合而電性連接。2個主要部係為，例如主要部L1及N、或主要部L2及N。分支斷路器B，將對係與電源連接之電器的負載所供給之電流，限制為既定的設定值。

於主要部L1、L2、N之突出部，即分支部2，設置電流感測器(線圈部)CT。電流感測器CT，由芯部10與2次線圈11構成。芯部10為環狀之形狀。芯部10，藉由供給予主要部L1、L2、N之電流產生感應電流。2次線圈11，具有線狀之形狀，捲繞於芯部10。2次線圈11，檢測於芯部10產生之感應電流。

此一電流感測器CT，構成後述之感測器單元21的一部分。電流感測器CT，將位於主要部L1、L2、N其端部之分支桿2，插入環狀的芯部10，藉以安裝於此分支桿2。此時，以鄰接之芯部10彼此不接觸的方式，將相對於芯部10之分支桿2的安裝位置在分支桿2之長度方向錯開，藉以將芯部10配置為對於鄰接之其他芯部10互為不同亦可。

如圖2所示，由線狀體構成之2次線圈11其各末端部，與連接器C之2個端子相連接。該連接器C之2端子，通過基板20上之配線與感測器單元21相連接。此外，此一基板20，與感測器單元21、選擇線路驅動電路22及識別電路23相連接。

連接器C係以4端子構成。在此等4端子中之2端子與電流感測器CT其2次線圈11之配線相連接的情況，透過該2端子將電流感測器CT之電流檢測信號供給予感測器單元21。此外，在4 端子中之2端子與電流感測器CT相連接的情況，於剩下的2端子設置短路配線S以使該2端子間為導通狀態。

連接器C，由發送連接器、及接收連接器構成。藉由結合此等發送連接器與接收連接器，將電流感測器CT於基板20上的線結合。然則，附圖中為方便起見僅顯示1個連接器。

在連接器C之4端子，設置有電流感測器(線圈部)CT及短路配線S的情況，識別電路23，將表示電流感測器CT之存在的「具有電流感測器CT(High：H)」信號輸出。此外，感測器單元21，導入來自電流感測器CT之電流檢測信號。進一步，選擇線路驅動電路22，從被識別電路23識別為「具有電流感測器CT(High)」的線L中，選擇可使用於負載(電器)之線L，可供給經由該線L之斷路器B的電力。

在連接器C之4端子，未設置電流感測器CT及短路配線S的情況，識別電路23，輸出不表示電流感測器CT之存在的「不具電流感測器CT(Low：L)」。此外，感測器單元21，無法導入來自電流感測器CT之電流檢測信號。進一步，選擇線路驅動電路22，對於被識別電路23識別為「不具電流感測器CT(Low)」的線L，不將其選擇為可使用於負載(電器)之線L。

其次，參考圖2及圖3對感測器單元21之構成加以說明。

如圖2之基本構造圖所示，感測器單元21，藉由測定依據透過2次線圈11供給之二次電流(Is)的值所決定之感測電壓(Vs)，運算於主桿1之分支桿2流通的負載電流(I_L )。亦即，如圖3所示，感測電壓(Vs)，係以二次電流(Is)與感測負載電阻值(Rs)的積表示。感測電壓(Vs)與二次電流(Is)與感測負載電阻值(Rs)與負載電流(I_L )的關係，以下式1表示。下式1中，「K」表示耦合係數，「N」表示2次線圈卷數。

[數1]Vs：感測電壓=Is：二次電流×Rs：感測負載電阻

如上式1所示，藉由測定感測電壓(Vs)，可運算於主要部L1、L2、N之分支部2流通的負載電流(I_L )。

接著，參考圖3，對供將上式1所示之感測電壓(Vs)調整至最佳值所用的感測器單元21內之具體電路構成加以說明。

圖3所示之感測器單元21，設置信號處理部，信號處理部係由以下構件構成：切換電阻器Rn(Rn1~Rn3)之電阻切換部(電阻電路)30、AD轉換器31、Vs最大值儲存電路(以下，單以儲存電路稱之)32、最佳感測負載電阻運算電路(電阻電路，以下單以運算電路稱之)33。

電阻器Rn1之電阻值Rs1為10 Ω。電阻器Rn2之電阻值Rs2為100 Ω。電阻器Rn3之電阻值Rs3為1000 Ω。電阻器Rn1~Rn3之電阻值Rs1~Rs3為一例，可適當變更設定。進一步，亦可因應狀況適當增加電阻器(電阻值)的種類。

此一感測器單元21，在作為初期階段之電阻切換部30中，例如，將感測負載電阻值(Rs)設定為「電阻值Rs1(=10 Ω)」。

成為電流測定值之感測電壓(Vs)，首先，於AD轉換器31將其轉換為數位值，並以感測器單元21之未圖示的電壓量測部量測。自AD轉換器31輸出之感測電壓(Vs)，被輸出至儲存電路32。此一儲存電路32，在預先設定的一定期間(例如，1日、1小時)之間儲存自AD轉換器31輸入之感測電壓(Vs)的值。另，於儲存電路32及運算電路33，將設定一定時間(規定時間)之信號T輸入。進一步，儲存電路32，儲存有一定期間之間的感測電壓(Vs)之最大值M(規定時間中的最大值)。

儲存於此一儲存電路32的感測電壓(Vs)之最大值M，被輸出至運算電路33。運算電路33，依據此一最大值M，選擇最佳的感測負載電阻值(Rs)。

具體而言，運算電路33，依據儲存電路32所儲存的感測電壓(Vs)之最大值M，以該感測電壓(Vs)成為預先設定之最佳值或接近最佳值的值的方式，切換電阻切換部30之類比開關(SW)，變更感測負載電阻值(Rs)。

藉由此一運算電路33產生之電阻切換部30的切換操作，可將感測負載電阻值(Rs)，動態地切換為輸入範圍(敏感度、動態範圍)的最佳值。

亦可採用使用可變電阻調整輸入範圍的方式，替代擇一連接複數固定感測負載而切換輸入範圍的方式。

如同以上之消耗電力管理系統，在連接器C之4端子，設置有電流感測器CT及短路配線S的情況，自識別電路23將表示電流感測器CT之存在的「具有電流感測器CT(High)」信號輸出。此外，感測器單元21導入來自電流感測器CT之電流檢測信號。進一步，選擇線路驅動電路22，從被識別電路23識別為「具有電流感測器CT(High)」的線L中，選擇可使用於負載(電器)之線L，可供給經由該線L之斷路器B的電力。

此外，感測器單元21，依據導入之二次電流(Is)、與電阻切換部30預先設定之感測負載電阻值(Rs)，量測感測電壓(Vs)。之後，該感測電壓(Vs)，於儲存電路32，儲存預先設定之一定期間(例如，1日、1小時)，並儲存其間的最大值M。而後，將儲存電路32儲存之感測電壓(Vs)的最大值M，輸出至運算電路33。此一運算電路33，依據該感測電壓(Vs)的最大值M，以使感測電壓(Vs)成為預先設定之最佳值的方式，切換電阻切換部 30，變更感測負載電阻值(Rs1~Rs3)。藉此將感測負載電阻值(Rs)，調整為輸入範圍(敏感度、動態範圍)的最佳值。

如同以上詳細地說明，本實施形態的消耗電力管理系統，具備感測器單元21，此一感測器單元21具有電流感測器(線圈部)CT及信號處理部(電阻切換部30、AD轉換器31、儲存電路32、運算電路33)。電流感測器CT，測定自主要部L1、L2、N供給至斷路器B之電流，依據測定之電流輸出電流檢測信號。信號處理部，將電流感測器CT檢測出之電流檢測信號持續一段既定時間地接收，自接收之電流檢測信號判別信號位準的範圍，並因應此一判別結果調整該電流檢測信號的輸入範圍。信號處理部中，無關供檢測於斷路器B流通之電流值所用的線圈狀電流感測器CT之形態，可將其輸入範圍(敏感度、動態範圍)調整至最佳值。因此，能夠以電流感測器CT施行正確的電流測定。

例如，信號處理部，具備電阻電路(電阻切換部30、運算電路33)。電阻電路，具有互相並聯之相異電阻值的複數電阻器Rn。該電阻器Rn與2次線圈11串聯。電阻電路，藉由選擇電阻器Rn之任一，將電流檢測信號之輸入範圍調整至最佳值。依此一構成，藉由在電阻電路選擇複數電阻器Rn(Rn1~Rn3)之任一，可將電流檢測信號之輸入範圍調整至最佳值。

此外，將電流感測器CT，安裝於裝有分支斷路器B之主要部L1、L2、N2其分支部2。藉由此一構成，使電流感測器CT之安裝變得簡單。其結果，可提高安裝之操作性。此時，將分支部2通過電流感測器CT之芯部10的孔穴後，使分支部前端與分支斷路器B之凹部噛合，則在進行由本線分支之作業(使分支部2嵌入分支斷路器B之操作)時，僅將分支部2通過線圈，可簡單地安裝消耗電力測定用之檢測子。

上述實施形態中，使用4端子之連接器C，並於該連接器C之2端子設置短路配線S，藉而以識別電路23檢測電流感測器CT 的存在。然則並不限為此一構成。亦可如圖4所示使用2端子之連接器C，為該連接器C之2端子未設置短路配線S之構造，省略識別電路23之電流感測器CT的檢測。

圖4中，於感測器單元21，依據由電流感測器CT輸出之電流檢測信號，測定自主桿1供給至斷路器B之電力。此外，選擇線路驅動電路22，對於具有自電流感測器CT供給至感測器單元21之電流檢測信號的線路，經由電阻負載40(電器)使一定的直流負載電流流通。由於與電流感測器CT連接的情況和未連接的情況下，往感測器單元22輸入之電壓相異，故可測定該線路之電流。

以上，雖參考附圖對本發明之實施形態加以詳述，但具體構成並不限為此一實施形態，未逸脫本發明要旨之範圍的設計變更等亦包含在內。

例如，亦可使用霍爾元件取帶電流變壓器作為電流感測器。

本發明，係主張2011年3月31日提出之日本出願特願2011-077732號為基礎之優先權，並將其揭示之內容全部導入於此。

[產業上利用性]

本發明之消耗電力管理系統，可應用於配電盤。

L1、L2、N‧‧‧主要部(主桿、或主板)

2‧‧‧分支部(分支桿、或分支板)

3‧‧‧信號處理．測定電路(感測器單元)

10‧‧‧芯部

11‧‧‧2次線圈

20‧‧‧基板

21‧‧‧感測器單元

22‧‧‧選擇線路驅動電路

23‧‧‧識別電路

30‧‧‧電阻切換部(電阻電路)

31‧‧‧AD轉換器

32‧‧‧Vs最大值儲存電路

33‧‧‧最佳感測負載電阻運算電路(電阻電路)

40‧‧‧電阻負載

B‧‧‧分支斷路器

b1、b2、b3‧‧‧凹部

C‧‧‧連接器

CT‧‧‧電流感測器(線圈部)

Is‧‧‧二次電流

MB‧‧‧主幹斷路器

P‧‧‧信號傳送線路

PT‧‧‧輸入信號埠

Rn、Rn1~Rn3‧‧‧電阻器

S‧‧‧短路配線

T‧‧‧信號

Vs‧‧‧感測電壓

圖1 顯示主要部與斷路器之配置的電路圖。

圖2 供說明以感測器單元檢測之感測電壓(Vs)所用的電路圖。

圖3 將圖2具體地顯示之電路圖。

圖4 顯示圖1所示之電路圖的其他形態之圖。

圖5 顯示一般附有具備測定電流與電力之功能的感測器之配電盤的一例之構造圖。

圖6顯示一般附有具備測定電流與電力之功能的感測器之配電盤的其他例之構造圖。

10‧‧‧芯部

11‧‧‧2次線圈

20‧‧‧基板

21‧‧‧感測器單元

22‧‧‧選擇線路驅動電路

40‧‧‧電阻負載

C‧‧‧連接器

CT‧‧‧電流感測器(線圈部)

Claims (5)

1. 一種消耗電力管理系統，具備：主要部，與電源線連接；斷路器，與該主要部電性連接，並將供給予負載之電流限制為既定的設定值；以及感測器單元，具有導通狀態偵測電路、電流感測器及信號處理部；該導通狀態偵測電路藉由偵測導通狀態，辨識電流感測器所插入之位置，該電流感測器設有短路配線以使該導通狀態偵測電路成為導通狀態，測定自該主要部供給予該斷路器之電流，依據測定之電流輸出電流檢測信號；該信號處理部，持續一段既定時間地接收該電流檢測信號，自接收之電流檢測信號判別信號位準的範圍，並因應此一判別結果調整該電流檢測信號之輸入範圍。
2. 如申請專利範圍第1項之消耗電力管理系統，其中，該電流感測器具備：芯部，以自該主要部供給予該斷路器之電流產生感應電流；以及2次線圈，檢測該感應電流；該信號處理部具有電阻電路，而該電阻電路具備互相並聯且相異電阻值的複數電阻器，該電阻器與該2次線圈串聯，藉由擇該電阻器中之任一，而將該電流檢測信號之輸入範圍調整至最佳值。
3. 如申請專利範圍第1項之消耗電力管理系統，其中，該電流感測器具備：芯部，以自該主要部供給予該斷路器之電流產生感應電流；以及2次線圈，檢測該感應電流；該信號處理部，具備與該2次線圈串聯之可變電阻電路，藉由變更該可變電阻電路之電阻值，將該電流檢測信號之輸入範圍調整至最佳值。
4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之消耗電力管理系統，其中 該主要部，互相平行地配置複數個；該斷路器，具有複數與該主要部嵌合並與任一相之電源連接的凹部。
5. 如申請專利範圍第2或3項之消耗電力管理系統，其中該電流感測器，安裝在設置有該斷路器的該主要部之分支部。