TWI489116B - 三相四線式電量計 - Google Patents

Description

三相四線式電量計

本發明係關於一種用以測量電量等之三相四線式電量計，特別是關於一種具有篡改(tampering)檢測功能者。

在電量計中，以屬於具有通訊功能與負載之開閉功能之電量計之智慧電表(Smart meter)為例加以說明。智慧電表係由電力公司等電力供給者設置在電力需求場所(家庭或工廠等)，用以測量、計量所使用之電量或電流等電氣量者。由於在設置後對智慧電表實施異常配線，而會有掩飾所使用之電量，使所請求之電費變少之偷電(篡改)行為。針對篡改方法之一的旁通篡改，習知之智慧電表係測量連接在智慧電表之配電線的上游側與下游側之電流，並藉由1次元之差分檢測出篡改(參照例如專利文獻1)。

(先前技術文獻) (專利文獻)

專利文獻1：日本特開2010-203926號公報

在單相電路之情形時，雖藉由配電線之上游側與下 游側之電流的差分而可進行篡改之檢測，但在三相四線式電路之情形時，由於在各相間具有相位差，因此無法進行先前技術之1次元的計算，而需要進行相位檢測。然而，在進行相位檢測時，會有演算軟體之處理複雜的問題點。

本發明係鑑於上述問題點而研創者，其目的在於提供一種在不進行相位檢測之情形下具有旁通篡改之檢測功能的三相四線式電量計。

本發明係在測量使用電量之三相四線式電量計中，具備有：電流檢測部，分別測量流通於R相配電線、S相配電線、T相配電線、中性線之R相電流Ir、S相電流Is、T相電流It、N相電流In；以及旁通篡改檢測手段，將R-S相間、S-T相間、T-R相間之相位差分別視為120°，當將由前述電流檢測部所檢測之R相電流、S相電流與T相電流予以向量合成所得之絕對值與N相電流之絕對值的差之絕對值超過預定臨限值時，判定為產生旁通篡改。

再者，本發明係在測量使用電量之三相四線式電量計中，具備有：電流檢測部，分別測量流通於R相配電線、S相配電線、T相配電線、中性線之R相電流Ir、S相電流Is、T相電流It、N相電流In；記憶部，記憶由前述電流檢測部所測量之旁通篡改判定前的R相電流Ir、S相電流Is、T相電流It、N相電流In；以及旁通篡改檢測手段，在判定由前述電流檢測部所測量之相電流之旁通篡改的時間點前後，當在R相配電線、S相配電線、T相配電線中之任一個相電流有比第1預定臨限值大之變化時， 且在中性線之N相電流變化比第2預定臨限值小的情形下，判定為發生旁通篡改。

再者，本發明係在測量使用電量之三相四線式電量計中，具備有：電流檢測部，分別測量流通於R相配電線、S相配電線、T相配電線、中性線之R相電流Ir、S相電流Is、T相電流It、N相電流In；記憶部，記憶由前述電流檢測部所測量之旁通篡改判定前的R相電流Ir、S相電流Is、T相電流It、N相電流In；以及旁通篡改檢測手段，將R-S相間、S-T相間、T-R相間之相位差分別視為120°，當將由前述電流檢測部所檢測之R相電流、S相電流與T相電流予以向量合成所得之絕對值與N相電流之絕對值的差之絕對值超過預定臨限值時，且在判定由前述電流檢測部所測量之相電流之旁通篡改的時間點前後，當在R相配電線、S相配電線、T相配電線中之任一個相電流有比第2預定臨限值大之變化時，且在中性線之N相電流變化比第3預定臨限值小的情形下，判定為發生旁通篡改。

依據本發明之三相四線式電量計，可提供一種在不進行相位檢測之情形下具有旁通篡改之檢測功能的三相四線式電量計。

本發明之前述以外的目的、特徵、觀點及效果，係可由參照圖式之以下的本發明詳細說明更為明瞭。

1‧‧‧電流檢測部

2‧‧‧開閉部

3‧‧‧電壓檢測部

4‧‧‧通訊部

5‧‧‧演算控制部

6‧‧‧顯示部

7‧‧‧記憶部

10‧‧‧三相四線式智慧電表

第1圖(a)及(b)係說明本發明實施形態1之三相四線式智慧電 表之旁通篡改的檢測原理之圖。

第2圖係顯示本發明實施形態1之三相四線式智慧電表之內部電路構成的方塊圖。

第3圖係顯示本發明實施形態1之三相四線式智慧電表之旁通篡改檢測順序的流程圖。

第4圖係顯示本發明實施形態2之三相四線式智慧電表之旁通篡改檢測順序的流程圖。

第5圖係顯示本發明實施形態3之三相四線式智慧電表之旁通篡改檢測順序的流程圖。

實施形態1

在三相四線式電量計中，以屬於具備通訊功能與負載之開閉功能之電量計的三相四線式智慧電表為例加以說明。第1圖係說明本發明實施形態1之三相四線式智慧電表之旁通篡改的檢測原理之圖，第1圖(a)係顯示無旁通篡改之正常時，第1圖(b)係顯示旁通篡改時。第2圖係顯示實施形態1之三相四線式智慧電表之內部電路構成的方塊圖。在第1圖中，電流Ir、Is、It、In係屬於分別流通於連接電源(Y接線)與智慧電表之R相配電線、S相配電線、T相配電線、中性線(中性配電線)之向量的R相電流、S相電流、T相電流、N相電流。智慧電表之1S、2S、3S、0S係分別連接在電源側配電線、中性線之端子，1L、2L、3L、0L係分別連接在負載側配電線、中性線之端子。在Ir、Is、It、In中，△t係發生電流變化之時間帶。此外，以下，篡改係設為顯現旁通篡改者。

關於篡改時之檢測原理，一面參照第1圖一面進行 說明。在三相四線式電路中，當將第1圖所示之箭頭方向設為電流之正方向時，正常時(a)之各相電流的向量和係如下式所示。

Ir+Is+It=In-----I式

另一方面，以在R相發生篡改時為例加以說明。發生篡改時，流通於R相之電流Ir係在旁通部位流通至三相四線式智慧電表內部，且分流成要測量之電流Ira(向量)及流通至智慧電表外部(旁通部分)之電流Irb(向量)，因此如以下所示。

Ir=Ira+Irb-----II式

依據II式，流通至三相四線式智慧電表內部之電流Ira，與正常時相比較會減少Irb份，因而由三相四線式智慧電表所測量之電量亦會變小，且需要場所(家庭或工廠等)所支付之電費會異常地減少。

關於實施形態1，一面參照第2圖、第3圖，一面進行說明。實施形態1之三相四線式智慧電表係除了本來之作為智慧電表的功能，亦即對於所設置之需要場所(家庭或工廠等)之電力供給或消費電量之計量、測量及負載之開閉、通訊功能等之外，並且具有篡改檢測功能，藉由通訊功能將所檢測之篡改資訊傳送至資料集訊機(data concentrator)，且可從資料集訊機進一步傳送至上位裝置。

第2圖係顯示實施形態1之三相四線式智慧電表之內部電路構成的方塊圖。10為三相四線式智慧電表。電流檢測部1係藉由電流變壓器或分流電阻器等所構成，分別檢測R相電流Ir、S相電流Is、T相電流It、N相電流In，且轉換成與其電流成正比之低位準電氣信號並輸出至電表內部的演算控制部5。在電 流檢測部1中，檢測各相之向量(瞬間值)，並輸出至演算控制部5。電壓檢測部3係藉由電壓變壓器或分壓電阻器等所構成，並分別檢測以N相為基準之R相電壓Vr-n、S相電壓Vs-n、T相電壓Vt-n(亦即R-N間電壓、S-N間電壓、T-N間電壓)，並轉換成與其電壓成正比之低位準的電気信號而輸出至電表內部之演算控制部5。在電壓檢測部3中，檢測出各相之向量(瞬間值)，並輸出至演算控制部5。

在演算控制部5中，進行需要場所之累積使用電量或依各時間帶之時間帶累積使用電量等的演算、篡改之檢測(由旁通篡改檢測手段所進行之檢測)等。需要場所之累積使用電量係以Σ[[[Vr-n]×[Ir]+[Vs-n]×[Is]+[Vt-n]×[It]]×t]求出。其中，[Vr-n]、[Vs-n]、[Vt-n]、[Ir]、[Is]、[It]為其電氣量之瞬間值，t為時間。

智慧電表10係具有藉由來自演算控制部5之信號而進行對於負載之電路之開閉的開閉部2。藉由開閉部2，當入居者入住搬出時，閉鎖開放對於負載之電路。並且，當電力需要場所有異常行為時，開放對於負載之電路。智慧電表10係更具有記憶部7、顯示部6及通訊部4。記憶部7係具有先入先出表列(first in first out table；FIFO table)，藉由來自演算控制部5之信號，將R相電流Ir、S相電流Is、T相電流It、N相電流In記憶在100m Sec之4倍左右的期間。記憶部7亦記憶篡改資訊等各種事件或需要場所之累積使用電量等的測量資訊等。顯示部6係將需要場所之累積使用電量等測量值、篡改資訊等顯示在顯示器。通訊部4係例如因進行電力線搬送通訊而與R相配電線、S相配電線、T相 配電線、N相配電線相連接，與演算控制部5交換訊息，將累積使用電量或篡改資訊與上位裝置連絡，並且接受來自上位裝置之信號(指示)。

如第1圖所記載，若將篡改時(b)流通於智慧電表內部之電流、例如R相旁通時設為Ira，則正常時(a)及篡改時(b)之流通至智慧電表內部的各相電流之關係係以下式表示。

正常時‧‧‧Ir+Is+It-In=0‧‧I’式

篡改時‧‧‧Ira+Is+It-In≠0‧III式

依據I’式與III式之不同，篡改之檢測係可藉由檢測各相電流之相位，並進行向量合成，進行篡改之檢測，但在進行相位檢測時，會有演算軟體之處理變得複雑之問題。因此，在實施形態1之智慧電表係在未進行相位檢測之情形下進行篡改之檢測。

第3圖係顯示本發明實施形態1之三相四線式智慧電表之旁通篡改檢測順序的流程圖。三相四線式電路之各相間(R-S間、S-T間、T-R間)的相位差係通常為120°，因此不進行相位檢測，將前述各相間之相位差視為120°，並判定將R相電流、S相電流及T相電流予以向量合成所得之絕對值與N相電流絕對值之差的絕對值是否比預定臨限值D1大(步驟S11)。此外，預定臨限值D1係例如設定為通常使用時相電流之數%左右。

亦即判定是否為| | Ir+Is+It |-| In | |>D1-----IV式。當IV式不成立時，返回起始點，反覆執行步驟S11並進行判定。反覆週期係例如為100m sec左右。當IV式成立時，判定為發生篡改(步驟S12)。

再者，當判定發生篡改時，顯示部6之篡改顯示器LED或LCD(liquid Crystal Display，液晶顯示器)點亮。並且，藉由通訊部4與上位裝置連絡事件(篡改)之發生(步驟S13)。

再者，依據I式、II式，如下式所示，可算出例如R相旁通時之篡改電流Irb。

| Irb |=| | Ira+Is+It |-| In | |-----V式

其中，Ira為旁通篡改時之由電流檢測部1所檢測之R相配電線的測量電流，| Ira+Is+It |為將Ira、Is及It予以向量合成所得之絕對值，| In |為N相電流之絕對值。

此時，亦不進行相位檢測，將各相間(R-S間、S-T間、T-R間)之相位差視為120°，而由將R相電流、S相電流、T相電流予以向量合成所得之絕對值與N相電流絕對值之差的絕對值來求出。由於可藉由V式來算出篡改電流Irb，因此可藉由Σ[[Vr-n]×[Irb]×t]來算出篡改累積電量(步驟S14)，且可使用作為對電力供給者之需要場所之不足金額請求等的參考值。其中，[Vr-n]為以N相作為基準之R相配電線之電壓Vr-n的瞬間值，[Irb]為Irb之瞬間值，t為篡改之發生時間。

如以上所述，亦可在不進行相位檢測之情形下進行篡改之檢測，且可藉由智慧電表之通訊功能將所檢測之資訊通知至上位。再者，能於上位掌握發生篡改之智慧電表的場所與相位，可減輕現地確認作業時間。再者，可依據來自上位之命令或智慧電表之設定，藉由智慧電表之開閉功能來進行負載之遮斷。

實施形態2

第4圖係顯示本發明實施形態2之三相四線式智慧電表之旁 通篡改檢測順序的流程圖。關於篡改發生時之各相電流的變化，参照第1圖進行說明。依據I式，由於流通至N相之電流In係取決於流通至R相、S相、T相的電流，在正常時(a)，例如若流通至R相之電流Ir變化，In亦會變化。然而，篡改時(b)所造成之分流係僅在篡改部位發生，流通至配電線之電流不會變化，因此In亦不會變化。

因此，在實施形態2中，由電流檢測部1進行測量，且分別將篡改判定前之R相電流Ir、S相電流Is、T相電流It、N相電流In記憶在記憶部7。如第4圖所示，在判定由電流檢測部1所測量之相電流之旁通篡改的時間點之前後，於R相配電線、S相配電線、T相配電線之任一個相電流有比預定臨限值E2大之變化(步驟S21)，且在此時流通至中性線之N相電流的變化比預定臨限值F2小時(步驟S22)，判定為發生旁通篡改。預定之臨限值E2、F2係例如設定為通常使用時相電流之數%左右。

若詳細說明，則在第4圖中，| Ir |-| Ira |>E2，| Is |-| Isa |>E2，or | It |-| Ita |>E2-----VI式

若在R相、S相、T相之任一相中前述式不成立，則返回起始點，反覆進行步驟S21。反覆週期係例如100m sec左右。此外，篡改判定前之R相、S相、T相、N相所流通之屬於向量的相電流Ir、Is、It、In係由電流檢測部1所測定，且經由演算控制部5在100m Sec之4倍左右的期間記憶於記憶部7。篡改判定後(判定時)之R相、S相、T相、N相所流通之屬於向量的相電流，且為流通 至電表內部之相電流Ira、Isa、Ita、Ina，係由電流檢測部1所測定，且輸入至演算控制部5。

若在R相、S相、T相之任一相中前述式成立(步驟S21)，則在步驟S22中判定是否為| | Ina |-| In | |<F2-----VII式，若成立則判定為發生篡改(步驟S23)。

若判定為發生篡改，則顯示部6之篡改顯示器LED或LCD(liquid Crystal Display)點亮。並且，藉由通訊部4與上位裝置連絡事件(篡改)之發生(步驟24)。

此外，在步驟S22中，若| | Ina |-| In | |<F2未成立時，則返回起始點，反覆進行步驟S21。

實施形態3

第5圖係顯示本發明實施形態2之三相四線式智慧電表之旁通篡改檢測順序的流程圖。在實施形態1及實施形態2中，如以下所述，分別有以下之優點及缺點。

實施形態1：

優點：由於將R相、S相、T相之各相電流予以向量合成，因此亦可對應於因於各相產生之負載變動所致之電流變化。

缺點：由於將各相間之相位差設為120°，因此在起因於各相連接之負載而造成相位差不同之情形時，在第3圖之步驟S11中之向量合成值與實際之負載電流的向量合成值會產生差異，即使在正常連接時，也會有篡改之誤檢測的可能性。

實施形態2：

優點：由於監視各相之電流，因此不會依存於各相間之相位 差，可進行篡改之監視。

缺點：由於監視R相、S相、T相之各相的電流變化時之N相電流變化，因此在發生因負載變動所致之電流變化的環境下，R相、S相、T相之各相電流變化與N相之電流變化會同時產生，即使在正常連接時，也會有篡改之誤檢測的可能性。

因此，如第5圖之檢測順序，藉由組合實施形態1與實施形態2來使用，即可弭補實施形態1及實施形態2之缺點，提高篡改之檢測精確度。

在第5圖中，不進行相位檢測，將各相間之相位差視為120°，並判定將R相電流、S相電流、T相電流予以向量合成者之絕對值與N相電流之絕對值之差的絕對值是否比預定臨限值D3大(步驟S31)。預定之臨限值D3係設定為例如通常使用時相電流之數%左右。亦即，判定是否為| | Ir+Is+It |-| In | |>D3-----IV式若IV式不成立時，返回起始點，反覆進行步驟S31並予以判定。反覆週期係例如100m sec左右。

若IV式成立時，在步驟S32中，| Ir |-| Ira |>E3，| Is |-| Isa |>E3，or | It |-| Ita |>E3-----VI式

若在R相、S相、T相之任一相前述式不成立時，返回起始點，並從步驟S31開始反覆進行。反覆週期係例如100m sec左右。此外，篡改判定前之R相、S相、T相、N相所流通之屬於向量的 相電流Ir、Is、It、In係由電流檢測部1所測定，且經由演算控制部5在100m Sec之4倍左右的期間記憶於記憶部7。篡改判定後(判定時)之R相、S相、T相、N相所流通之屬於向量的相電流，且為流通至電表內部之相電流Ira、Isa、Ita、Ina係由電流檢測部1所測定，且輸入至演算控制部5。

若在R相、S相、T相之任一相中前述式成立(步驟S32)，則在步驟S33中判定是否為| | Ina |-| In | |<F3-----VII式，若成立則判定為發生篡改(步驟S34)。

若判定為發生篡改，則顯示部6之篡改顯示器LED或LCD(liquid Crystal Display)點亮。並且，藉由通訊部4而與上位裝置連絡事件(篡改)之發生(步驟35)。

再者，依據V式，如以下所述，可算出例如R相旁通時之篡改電流Irb。

| Irb |=| | Ira+Is+It |-| In | |-----V式此時，亦不進行相位檢測，將各相間(R-S間、S-T間、T-R間)之相位差視為120°，而由N相電流絕對值與將R相電流、S相電流、T相電流予以向量合成所得之絕對值的差來求出。由於藉由V式可算出篡改電流Irb，因此可藉由Σ[[Vr-n]×[Irb]×t]來算出篡改累積電量(步驟S36)，且可使用作為對電力供給者之需要場所之不足金額請求等的參考值。其中，[Vr-n]為以N相作為基準之R相配電線之電壓Vr-n的瞬間值，[Irb]為Irb之瞬間值，t為篡改之發生時間。

此外，在步驟s22中，當| | Ina |-| In | |<F3 未成立時，返回起始點並反覆進行步驟S31。

再者，本發明係可在本發明之範圍內，自由地組合各實施形態，或適當地對各實施形態進行變更、省略等。

(產業上之可利用性)

如以上所述，本發明係適用於電力供給系統，特別是適用在篡改事例較多之環境下的電力供給系統中使用之智慧電表。

1‧‧‧電流檢測部

2‧‧‧開閉部

3‧‧‧電壓檢測部

4‧‧‧通訊部

5‧‧‧演算控制部

6‧‧‧顯示部

7‧‧‧記憶部

10‧‧‧三相四線式智慧電表

Claims (4)

1. 一種三相四線式電量計，係為測量使用電量者，該三相四線式電量計係具備有：電流檢測部，分別測量流通於R相配電線、S相配電線、T相配電線、中性線之R相電流Ir、S相電流Is、T相電流It、N相電流In；旁通篡改檢測手段，將R-S相間、S-T相間、T-R相間之相位差分別視為120°，當將由前述電流檢測部所檢測之R相電流、S相電流與T相電流予以向量合成所得者之絕對值與N相電流之絕對值的差之絕對值超過預定臨限值時，判定為產生旁通篡改，電壓檢測部，測量以N相為基準之各相電壓；以及算出被旁通篡改之累積電量的手段，以R相配電線作為發生旁通篡改之相配電線時，以下式求出旁通篡改電流Irb，| Irb |=| | Ira+Is+It |-| In | |其中，Ira為旁通篡改時之以前述電流檢測部所測量之R相配電線的測量電流、| Ira+Is+It |為將Ira、Is及It予以向量合成所得之絕對值，| In |為N相電流之絕對值，且以[Irb]×[Vr-n]×t算出經旁通篡改之累積電量，其中，[Irb]為Irb之瞬間值，[Vr-n]為以N相作為基準之R相電壓Vr-n之瞬間值，t為旁通篡改之發生時間。
2. 一種三相四線式電量計，係為測量使用電量者，該三相四線式電量計係具備有：電流檢測部，分別測量流通於R相配電線、S相配電線、 T相配電線、中性線之R相電流Ir、S相電流Is、T相電流It、N相電流In；記憶部，分別記憶由前述電流檢測部所測量之旁通篡改判定前的R相電流Ir、S相電流Is、T相電流It、N相電流In；以及旁通篡改檢測手段，在判定由前述電流檢測部所測量之相電流之旁通篡改的時間點前後，當在R相配電線、S相配電線、T相配電線中之任一個相電流有比第1預定臨限值大之變化時，且在中性線之N相電流變化比第2預定臨限值小的情形下，判定為發生旁通篡改。
3. 一種三相四線式電量計，係為測量使用電量者，該三相四線式電量計係具備有：電流檢測部，分別測量流通於R相配電線、S相配電線、T相配電線、中性線之R相電流Ir、S相電流Is、T相電流It、N相電流In；記憶部，分別記憶由前述電流檢測部所測量之旁通篡改判定前的R相電流Ir、S相電流Is、T相電流It、N相電流In；以及旁通篡改檢測手段，將R-S相間、S-T相間、T-R相間之相位差分別視為120°，當將由前述電流檢測部所檢測之R相電流、S相電流與T相電流予以向量合成所得之絕對值與N相電流之絕對值的差之絕對值超過預定臨限值時，且在判定由前述電流檢測部所測量之相電流之旁通篡改的時間點前後，當在R相配電線、S相配電線、T相配電線中 之任一個相電流有比第2預定臨限值大之變化時，且在中性線之N相電流變化比第3預定臨限值小的情形下，判定為發生旁通篡改。
4. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之三相四線式電量計，其中，電量計係具備通訊功能與負載之開閉功能的智慧電表。