JP4986931B2 - 電子式電力量計 - Google Patents

Description

本発明は、負荷電力を計量して表示する電子式電力量計に係るものである。

従来の電子式電力量計は、負荷電力に比例した周波数のパルスを発生し、該パルスを計数して、表示器により電力量として表示するように構成され、該電子式電力量計の負荷状態、動作状態、無負荷状態、逆電流状態をパルスから演算する状態演算手段を設け、表示器に、電力量の計量値を表示する計量値表示部と、状態演算手段により演算された状態を表示する状態表示部を一体に形成すると共に、該状態表示部に、負荷状態及び逆電流状態を表示させていた（例えば、特許文献１）。

実公平８−６２９８号公報

従来の電子式電力量計は以上のように構成されているため、計測を行っている全ての相の電力の総和である全相電力が負荷側から電源側に電流が流れる方向（以下、逆方向という）のとき、状態表示部に逆電流マークを点灯する。
しかし、逆電流マークを点灯するのみでは、全相電力が逆方向であることを表示するだけであり、逆方向の度合いが認識できないという問題があった。一方、機械式電力量計では全相電力が逆方向である場合、逆方向の度合いに応じて円板が逆回転し、その逆回転速度を見れば逆方向の度合い（逆電流の大小）が認識できるので、電子式電力量計と比較してより多くの情報を得ることができた。

さらに、全相電力が逆方向となる負荷状態は稀であり、全相電力が逆方向となるのは主に電子式電力量計を設置時の結線ミスにより発生することが多い。ここで、機械式電力量計を用いる場合は円板の逆回転速度を見て回転速度が速い、遅いなどの情報を得られることから、その情報を基に、経験的に結線ミスしている箇所を特定することが可能であった。しかし、従来の電子式電力量計では逆方向であることを表示するのみであるため、機械式電力量計と比較して結線ミスしている箇所を特定するための情報が不足していた。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、全相電力が逆方向であった場合、逆方向の度合いを認識できるような表示を可能とし、電子式電力量計の設置時等における結線ミスの箇所を早期に特定できるような電子式電力量計を得ることを目的とする。

この発明に係わる電子式電力量計は、電路の電圧値と電流値から全相電力を算出し、上記全相電力を積算して全相電力量を算出する全相電力量演算部、上記全相電力の方向を判別する全相電力方向判別部、上記全相電力の方向が逆方向であることを表示する全相逆電流状態表示部、上記全相電力方向判別部の判別結果が逆方向である場合、上記全相電力量の大きさを監視するとともに上記全相電力量の大きさに応じて上記全相逆電流状態表示部の表示状態を制御する逆電流レベル監視部を備えたものである。

この発明の電子式電力量計によれば、全相逆電流状態表示部の表示状態を観察することで、全相電力の逆方向の有無、その度合いを確認することができるという効果がある。

実施の形態１．
本発明の実施の形態１の電子式電力量計を図１〜図５を用いて説明する。
図１は、本発明の実施形態１における電子式電力量計１００の外観斜視図であり、この電子式電力量計１００の正面には表示パネル２０が設けられている。
図２は、図１の表示パネル２０の拡大図であり、電子式電力量計１００の全相電力が逆電流（逆方向）である場合、「逆電流」と表示された全相逆電流状態表示部（全相表示部（逆電流））２１ａを点灯させる。また、全相電力が無負荷または順方向（動作状態）である場合、「無負荷」または「動作」と表示された全相無負荷状態表示部（全相表示部（無負荷））２１ｂまたは全相動作状態表示部（全相表示部（動作））２１ｃを点灯させる。全相表示部２１ａ、２１ｂ、２１ｃより全相電流状態表示部２１が構成される。

また、表示パネル２０内には、各相電流である１側電力または３側電力が逆電流（逆方向）である場合、「１」または「３」と表示された１側逆電流状態表示部２２ａまたは３側逆電流状態表示部２２ｂを点灯させる。各相逆電流状態表示部２２は、これら１側逆電流状態表示部２２ａと３側逆電流状態表示部２２ｂによって構成される。

図３は、電子式電力量計１００の構成を示すブロック図である。図３に示すように、電子式電力量計１００は、電路につながる電子式電力量計ブロック５０と、電子式電力量計ブロック５０につながる状態表示部６０により構成される。電子式電力量計ブロック５０は、電圧検出部１、電流検出部２、各相電力演算部３、全相電力量演算部４、全相電力方向判別部５、逆方向電力量カウンタ部６ａを内蔵した逆電流レベル監視部６、各相電力方向判別部８、各相逆電流表示制御部９を含む構成であり、状態表示部６０は、全相電流状態表示部２１、各相逆電流状態表示部２２を含む構成である。

本実施の形態１は相線式が三相３線式の場合について記載するが、単相３線式でも同様である。
電圧検出部１は電路から１側電圧、３側電圧を入力し、適当な電圧に変圧した後、Ａ／Ｄ変換して得たディジタル値を各相電力演算部３へ送信する。
同じく、電流検出部２は、電路から１側電流、３側電流を入力し、電流電圧変換して、適当な電圧に変圧した後、Ａ／Ｄ変換して得たディジタル値を各相電力演算部３へ送信する。

各相電力演算部３は電圧検出部１の出力である１側電圧、３側電圧のディジタル値及び、電流検出部２の出力である１側電流、３側電流のディジタル値を入力し、１側電圧と１側電流を乗算して１側電力、３側電圧と３側電流を乗算して３側電力を演算する。また、図示しないローパスフィルタを介して電源周波数の２倍の周波数を除去することで、１側電力と３側電力を安定化させる。ここで、電圧と電流を乗算した結果は、各相電力が順方向の場合は正の値となり、逆方向の場合は負の値となる。

全相電力量演算部４は各相電力演算部３により演算された１側電力、３側電力を入力して加算し、合算値を全相電力とし、その値を積算することで全相電力量を算出する。実際には、全相電力を積算していき、事前に設定している閾値を超過すると１カウントするようなカウンタ部を有しており、そのカウント値の増加分により全相電力量を算出する。
全相電力方向判別部５は全相電力量演算部４で演算された全相電力が順方向、無負荷、逆方向のいずれであるかを判別し、判別結果が逆方向のとき、全相電流状態表示部２１中の全相表示部（逆電流）２１ａの点灯を行う。

逆電流レベル監視部６は、全相電力方向判別部５の判別結果が逆方向のとき全相電力量に比例してカウントする逆方向電力量カウンタ部６ａを有し、逆方向電力量カウンタ部６ａが事前に決定している固定値（所定値）分カウント値が増加する毎に全相表示部（逆電流）２１ａを一時的に（所定時間）消灯する。

図４は全相電流状態表示部２１の点灯、消灯状態を表すタイムチャートの一例である。図４では、全相電力方向判別部５が「順方向（動作）」、「無負荷」、「逆方向（逆電流）」のいずれかの１つを判別することを示すとともに、逆方向電力量カウンタ部６ａおよび全相逆電流状態表示部（全相表示部（逆電流））２１ａは、全相電力方向判別部５の判別結果が「逆方向」のときだけ動作することを示している。

全相電力方向判別部５の判別結果が逆方向のとき、逆電流レベル監視部６内の逆方向電力量カウンタ部６ａは全相電力量に比例してカウントを行い、全相電力量の大きさを監視し、カウント数が事前に決定している固定値（図４の例では５００。）となったとき逆電流レベル監視部６にその旨の信号を送信する。同時に、カウント数を０にリセットしカウントを再度開始する。

逆電流レベル監視部６は逆方向電力量カウンタ部６ａから、カウント数が事前に決定している固定値となった旨の信号を入力し、全相表示部（逆電流）２１ａを一時的に消灯する。その後、逆電流レベル監視部６は、事前に決定している固定時間（図４では２５０ｍｓ）の間、全相表示部（逆電流）２１ａの消灯を維持し、固定時間を経過した後、再度点灯するよう制御する。この処理により、全相電力が逆方向の場合、逆方向の度合いに応じたスピードで全相表示部（逆電流）２１ａを点滅させることができ、作業者は目視で逆方向の度合いを認識することができる。

ここで、仮に、全相表示部（逆電流）２１ａを消灯した後、再度、逆方向電力量カウンタ部６ａが事前に決定している固定値分カウント値が増加すると点灯するような処理とすると、全相電力が僅かな逆方向であるような負荷状態に設置された場合、逆方向電力量カウンタ部６ａでのカウント数が非常にゆっくりと増加することになり消灯時間が長くなってしまうため、逆方向であることを識別できないタイミングが多く誤認識を招く恐れがある。これを回避するため、消灯時間は事前に決定している固定時間としている。

全相電力方向判別部５の判別結果が逆方向のとき、本発明の電子式電力量計１００は上述した一連の動作を繰り返し、全相電力方向判別部５の判別結果が順方向または無負荷となったとき、全相表示部（逆電流）２１ａの表示状態を消灯とし、逆方向電力量カウンタ部６ａでの計測及び、事前に決定している固定時間を測定する処理等、逆方向モードの表示に必要な処理を終了する。

上述した例では、逆方向電力量カウンタ部６ａの事前に決定している固定値を５００とし、事前に決定している固定値となったとき０クリアしているが、逆方向電力量カウンタ部６ａのカウント数が事前に決定している固定値増加したことが重要なので、０クリアしなくてもよく、次の固定値を１０００（固定値の整数倍）としてカウントしてもよい。

また、全相表示部（逆電流）２１ａを消灯する固定時間の長さは、作業員の目視で認識できる長さが必要であるため、およそ１００ｍｓ以上が望ましいと考えられ、点灯時間についても同様のことが言える。

なお、この発明の電子式電力量計１００は、電気料金支払いの基準となることから、検定試験を受検する。検定試験用として電力量計から計量パルスを出力しており、その計量パルスを使用して誤差を測定することによって検定試験が行われる。計量パルスは全相電力が定格電力のときに約１０００Ｈｚで出力されるように調整されている。

逆電流電力量カウンタ部６ａは、計量パルスを出力するとカウントアップするもので、全相電力が定格電力のときに約１０００Ｈｚで増加し、例えば、０．５秒で固定値（５００）をカウントするものとし、固定値（５００）のカウント毎に固定時間（２５０ｍｓ）の消灯を行うと、計量パルスが１０００Ｈｚの場合、消灯２５０ｍｓ、点灯２５０ｍｓを繰り返す点滅状態となる。ここで、正確には計量パルスには８２２．７〜１２００Ｈｚの間の幅がある。

仮に、逆電流電力量カウンタ部６ａが０．５秒で固定値（５００）をカウントするのではなく、消灯の固定時間としている２５０ｍｓよりも短い間隔で固定値をカウントするような場合は、消灯時間が連続してしまうために、全相電流が逆方向であっても、全相表示部（逆電流）２１ａの表示を点滅状態とできないことが考えられる。しかし、２５０ｍｓより短い間隔で固定値（５００）をカウントするには計量パルスが２０００Ｈｚ以上と考えられ、上述のように実際の計量パルスが最大でも１２００Ｈｚであることから本例の場合は、固定値（５００）に設定しておけば消灯時間が連続することはないと考えられる。
いずれにしても、予測される最速の点滅状態で、固定時間の消灯と、固定時間相当で目視による確認が可能な長さの点灯を繰り返す状態となるように、カウントする固定値（所定値）や消灯の固定時間を調整して設定するものとする。

また、仮に定格電力で１秒に１回点滅するスピードとなるように設定した場合、点滅回数が少なく（点滅スピードが遅く）表示状態を作業員が観察しにくいため、定格電力で１秒に２回点滅するスピードで表示されるよう設定しておくことが望ましい。この場合、１回の点滅に要する時間を５００ｍｓ、点灯と消灯の時間を１：１とし、消灯の固定時間を２５０ｍｓと設定する。上述したように、実際の計量パルスの数値が８２２．７〜１２００Ｈｚであるため、固定値（５００）をカウントする間隔は４１６ｍｓ〜６０８ｍｓとなり、消灯の固定時間を２５０ｍｓとすると点灯時間は目視に必要な１００ｍｓ以上を確保でき、作業員は、表示部の点滅状態の確認を容易に行うことが可能となる。

次に、各相電力の方向の表示に関して説明する。
各相電力方向判別部８は各相電力演算部３により演算された各相電力の方向が順方向、逆方向のいずれであるかを判別する。
各相逆電流表示制御部９は各相電力方向判別部８の判別結果を入力し、各相電力の状態を表示する各相逆電流状態表示部２２を制御する。

各相逆電流表示制御部９は、全相電力方向判別部５の判別結果が逆方向である場合、各相電力方向判定部８の判別結果に従い、１側電力が逆方向の場合は１側逆電流状態表示部２２ａを点灯し、３側電力が逆方向の場合は３側逆電流状態表示部２２ｂを点灯する。

また、各相逆電流表示制御部９は、全相電力方向判別部５の判別結果が順方向、無負荷である場合、各相電力方向判別部８の判別結果が逆方向であっても各相電力演算部３の演算結果の絶対値が事前に決定した所定値より小さい場合は、各相逆電流状態表示部２２が消灯となるように制御する。例えば各相電力方向判別部８の判別結果が１側電力の方向が順方向、３側電力の方向が逆方向であっても、３側電力が事前に決定した所定値より小さい場合、各相逆電流表示制御部９は３側逆電流状態表示部２２ｂを点灯させない。このように、微小な各相逆電流を表示させないことで、作業者は重要な表示のみを確認できるため、作業効率が向上する。

図５は各相逆電流状態表示部２２の点灯、消灯状態の一覧を示す図である。各相逆電流表示制御部９は、各相電力方向判別部８の判別結果と全相電力方向判別部５を入力して、図５に示すとおり各相逆電流状態表示部２２の点灯、消灯状態を制御する。

次に、三相３線式、平衡負荷、力率１の場合を例として、全相電流状態表示部２１、各相逆電流状態表示部２２の表示を、電路からの１側電流線を電源側と負荷側を逆に結線ミスした場合について説明する。
この場合、各相電力演算部３の演算結果は、１側電力は結線ミスのため逆方向、３側電力は正常な結線のため順方向となる。ここで、平衡負荷、力率１としているので、１側電力は逆方向なので負の値、３側電力は順方向なので正の値となり、その絶対値は等しくなる。

全相電力量演算部４は１側電力、３側電力を入力して加算し、全相電力の値を０として積算する。よって、全相電力量は変化しない。
全相電力方向判別部５は全相電力量演算部４の演算結果を入力し、判別結果を無負荷とする。
全相電流状態表示部２１では全相電力方向判別部５の判別結果が無負荷であるので、全相表示部（逆電流）２１ａを消灯し、全相表示部（無負荷）２１ｂを点灯する。

各相電力方向判別部８は各相電力演算部３の演算結果を入力し、１側電力を逆方向、３側電力を順方向と判別する。
各相逆電流表示制御部９は各相電力方向判別部８の判別結果を入力し、１側電力の絶対値が事前に決定した値より大きい場合、各相電力の状態を表示する各相逆電流状態表示部２２の１側逆電流状態表示部２２ａを点灯し、３側逆電流状態表示部２２ｂを消灯する。
反対に、１側電力の絶対値が事前に決定した値より小さい場合は、１側逆電流状態表示部２２ａを消灯し、３側逆電流状態表示部２２ｂを消灯する。

通常、各相電力の閾値として事前に決定する値は、電子式電力量計１００の定格電圧、定格電流のときの各相定格電力よりも、かなり小さな値とする。
例えば、結線が正常でかつ全相電力方向判別部５の判別結果が無負荷の場合、実際の各相電力は１側電力も３側電力も０に近い値となる。しかし、各相電力のデータは、平均化した後でもデータの揺らぎが残るため、順方向（正の値）、逆方向（負の値）のどちらにもなる可能性がある。このようなとき、図５に示すとおり各相逆電流状態表示部２２の点灯、消灯状態を制御して、上記のようなデータの揺らぎを排除し、無視できるような小さな逆電流では各相逆電流状態表示部２２を点灯しないように制御する。

また、同様に、結線が正常でかつ全相電力方向判別部５の判別結果が順方向の場合、実際の各相電力を加算した全相電力が順方向であるので、各相電力が無視できるような小さな逆方向のときは各相逆電流状態表示部２２を点灯しないように制御する。一方で、各相電力が無視できない大きさの逆方向のときは、結線ミスの可能性があるので各相逆電流状態表示部２２を点灯するように制御する。

なお、図５に、各相電力方向（１側電力：順方向）、（３側電力：順方向）で、全相電力方向判別部５の判別結果が「逆方向」の場合が示されているが、１側と３側がともに順方向であれば全相電力は必ず順方向となり、その絶対値が大きければ「順方向」、０に近ければ「無負荷」判別されるので、「逆方向」と判別されることは実際の動作ではあり得ない。そのため、各相逆電流状態表示部２２の各表示は「消灯」としている。各相電力方向がいずれも逆方向で、全相電力方向判別部５の判別結果が「順方向」の場合も、実際にはない動作であり、各相逆電流状態表示部２２の各表示は「消灯」としている。

なお、全相電力方向判別部５で判別している「無負荷」の状態は、全相電力が０のときだけでなく、０付近の値をとる場合を示している。よって、１側電力と３側電力がともに微小な逆電流で、全相電力が「無負荷」となる場合が有り、各相逆電流状態表示部２２は各表示を「消灯」としている。

また、各相逆電流表示制御部９は、相線式が単相２線式の場合、不要な相となる３側電力（または１側電力）は常に順方向と見なして動作する。これにより、不要な相の３側逆電流状態表示部２２ｂ（または１側逆電流状態表示部２２ａ）を点灯することがなくなり、図５の一覧表に示す動作を変更することなく単相２線式に対応させて用いることができる。

以上のように、この発明の実施の形態１によれば、電子式電力量計１００を設置する作業者は、全相電流状態表示部２１の全相表示部（逆電流）２１ａの表示状態により全相電力の逆方向の有無とその度合いを認識でき、また、各相逆電流状態表示部２２により、逆方向となっている相を認識できるので、結線ミスの箇所を特定する情報を従来の電子式電力量計よりも多く得ることができ、結線ミスの箇所を早期に特定できるという効果がある。

また、上述の例では、全相表示部（逆電流）２１ａの点滅表示が、逆方向電力量カウンタ部６ａが固定値をカウントする毎に固定時間（例えば２５０ｍｓ）だけ消灯するように点滅させることを示したが、定格電力のときに点灯時間と消灯時間が１：１となり、目視可能な点灯あるいは消灯時間を確保できる固定時間に設定することも可能である。この場合においても、全相電力の逆電流の有無とその度合いを、全相表示部（逆電流）２１ａが表示する点滅スピードによって容易に作業員が確認することが可能となる。

さらに、図２に示した全相表示部（逆電流）２１ａの表示例では、一つの四角形の表示スペースに「逆電流」と記され、逆電流の度合いに応じて、「逆電流」の文字が点灯、消灯を繰り返すように点滅表示をさせるものであったが、それ以外に、全相表示部（逆電流）２１ａの表示スペースを数分割してバー表示可能な構成とし、逆電流の度合いが大きくなるにつれて点灯させる表示スペースを増やすように表示状態を制御することによっても、作業員は容易に全相電力の逆電流の有無と度合いを確認することが可能となる。また、全相表示部（逆電流）２１ａの有無や度合いを、点灯させる色によって識別できるように、多色の表示が可能な構成とすること等も可能であり、バー表示や多色表示等に上述した点滅表示を組み合わせて用いることも可能である。

なお、上述の例では、全相表示部（逆電流）２１ａで逆電流の度合いを、点滅スピードが速い場合には度合いが大きく、遅い場合には度合いが小さいくなるように表示することについて示したが、各相逆電流状態表示部２２の１側逆電流状態表示部２２ａまたは３側逆電流状態表示部２２ｂの表示状態についても、単に、逆電流である場合に点灯させるだけでなく、逆電流の度合いを、全相表示部（逆電流）２１ａの場合と同様に、点滅スピードによって示す機能を付加することも可能であり、各相電力の逆電流の度合いを表示することで、より詳細に電子式電力量計１００の状態表示を行うことが可能となることは言うまでもない。

本発明の実施の形態１における電子式電力量計の外観斜視図である。 実施の形態１による電子式電力量計の表示パネルを示す拡大図である。 実施の形態１による電子式電力量計の構成を示すブロック図である。 実施の形態１の電子式電力量計の動作を表すタイムチャートを示す図である。 実施の形態１における電子式電力量計の動作を表す一覧を示す図である。

符号の説明

１ 電圧検出部 ２ 表示パネル、
３ 各相電力演算部 ４ 各相電力演算部、
５ 全相電力方向判別部 ６ 逆電流レベル監視部、
６ａ 逆電流電力量カウンタ部 ８ 各相電力方向判別部、
９ 各相逆電流表示制御部 ２０ 表示パネル、
２１ 全相電流状態表示部 ２２ 各相逆電流状態表示部、
２１ａ 全相逆電流状態表示部（全相表示部（逆電流））、
２１ｂ 全相無負荷状態表示部（全相表示部（無負荷））、
２１ｃ 全相動作状態表示部（全相表示部（動作））、
２２ａ １側逆電流状態表示部 ２２ｂ ３側逆電流状態表示部、
１００ 電子式電力量計。

Claims (8)

1. 電路の電圧値と電流値から全相電力を算出し、上記全相電力を積算して全相電力量を算出する全相電力量演算部、上記全相電力の方向を判別する全相電力方向判別部、上記全相電力の方向が逆方向であることを表示する全相逆電流状態表示部、上記全相電力方向判別部の判別結果が逆方向である場合、上記全相電力量の大きさを監視するとともに上記全相電力量の大きさに応じて上記全相逆電流状態表示部の表示状態を制御する逆電流レベル監視部を備えたことを特徴とする電子式電力量計。
2. 上記逆電流レベル監視部は、上記全相電力量に比例してカウントアップする逆方向電力量カウンタ部を有し、上記全相電力方向判別部の判別結果が逆方向のとき上記全相逆電流状態表示部を点灯させ、上記逆方向電力量カウンタ部が所定値だけカウントする毎に、上記全相逆電流状態表示部を一時的に消灯させて点滅状態とすることを特徴とする請求項１記載の電子式電力量計。
3. 上記全相逆電流状態表示部の点滅状態の消灯時間を所定時間とし、上記所定時間経過後には点灯状態となるように、上記逆方向電力量カウンタ部の所定値が調整されることを特徴とする請求項２記載の電子式電力量計。
4. 上記電路の電圧値と電流値に基づいて、各相電力を算出する各相電力演算部、上記各相電力演算部により算出した各相電力の方向を判別する各相電力方向判別部、上記各相電力の状態を表示する各相逆電流状態表示部、上記各相電力方向判別部の判別結果を入力し、上記各相逆電流状態表示部の表示状態を制御する各相逆電流表示制御部を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の電子式電力量計。
5. 上記各相逆電流表示制御部は、上記全相電力方向判別部の判別結果が順方向または無負荷である場合、上記各相電力方向判別部の判別結果が逆方向であっても上記各相電力演算部の演算結果の絶対値が所定値より小さい場合は、上記各相逆電流状態表示部における表示をしないように制御することを特徴とする請求項４記載の電子式電力量計。
6. 上記各相逆電流状態表示部は、１側電力の方向を表す１側逆電流状態表示部、３側電力の方向を表す３側逆電流状態表示部により構成されることを特徴とする請求項４記載の電子式電力量計。
7. 上記各相逆電流表示制御部は、上記電路の相線式が三相３線式あるいは単相３線式の場合、上記１側電力または上記３側電力が逆方向であるときに、上記１側逆電流状態表示部または上記３側逆電流状態表示部を点灯させるように制御することを特徴とする請求項６記載の電子式電力量計。
8. 上記各相逆電流表示制御部は、上記電路の相線式が単相２線式の場合、上記１側逆電流状態表示部または上記３側逆電流状態表示部を用いて上記各相電力の方向を表示し、上記３側逆電流状態表示部または上記１側逆電流状態表示部は常に消灯して用いるように制御することを特徴とする請求項６記載の電子式電力量計。

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