JPH02222843A - 交流電力測定方法及び装置 - Google Patents
交流電力測定方法及び装置Info
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- JPH02222843A JPH02222843A JP1041705A JP4170589A JPH02222843A JP H02222843 A JPH02222843 A JP H02222843A JP 1041705 A JP1041705 A JP 1041705A JP 4170589 A JP4170589 A JP 4170589A JP H02222843 A JPH02222843 A JP H02222843A
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- Japan
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- current
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R21/00—Arrangements for measuring electric power or power factor
- G01R21/133—Arrangements for measuring electric power or power factor by using digital technique
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
- Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
辛 １
本発明は交流電力測定方法及び装置に関し、とくに交流
電圧ベクトルと交流電流ベクトルとのスカラー積として
有効電力を求め、それら両ベクトルのベクトル積の絶対
値として無効電力を求める交流電力測定方法及び装置に
関する。
電圧ベクトルと交流電流ベクトルとのスカラー積として
有効電力を求め、それら両ベクトルのベクトル積の絶対
値として無効電力を求める交流電力測定方法及び装置に
関する。
ｒ１ムｌ遺
制御の高度化に伴ない、電圧や電流をディジタル量とし
て測定し、電力Ｐをそれらのディジタル量から算出する
手法が広く用いられる。第４図の従来例では、電圧入力
２１及び電流入力２２をＡ／Ｄ変換器２３．２４によっ
てそれぞれディジタル量に変換する、電圧及び電流のデ
ィジタル値の積を乗算器２５によって求め、高調波分を
低域フィルタ２８によって除去して電力端子３２に電力
Ｐの値を出力している。低域フィルタ２８を用いるのは
、次式右辺の第２項に示されるように電圧と電流との積
に第２高調波が含まれるためである。
て測定し、電力Ｐをそれらのディジタル量から算出する
手法が広く用いられる。第４図の従来例では、電圧入力
２１及び電流入力２２をＡ／Ｄ変換器２３．２４によっ
てそれぞれディジタル量に変換する、電圧及び電流のデ
ィジタル値の積を乗算器２５によって求め、高調波分を
低域フィルタ２８によって除去して電力端子３２に電力
Ｐの値を出力している。低域フィルタ２８を用いるのは
、次式右辺の第２項に示されるように電圧と電流との積
に第２高調波が含まれるためである。
／’−Ｖｓｉｍ （ｗ ｔ） ＊ ｆｆ１５１ｍ （ｗ
ｔ−９） ＝ ＶＩｃｏｓ８−Ｖｆｃｏｓ （２ｗｔ
−８）・・・（１） ■＝主電圧実効値 工：電流の実効値 ｍ：角速度 ｅ：位相差 ｔ：時間 上記（１）式の右辺の第１項が電力Ｐを示し、右辺の第
２項がリップル即ち高調波分を示す。
ｔ−９） ＝ ＶＩｃｏｓ８−Ｖｆｃｏｓ （２ｗｔ
−８）・・・（１） ■＝主電圧実効値 工：電流の実効値 ｍ：角速度 ｅ：位相差 ｔ：時間 上記（１）式の右辺の第１項が電力Ｐを示し、右辺の第
２項がリップル即ち高調波分を示す。
上記右辺第２項の高調波分を除くため、低域フィルタ２
８によらずに、基本波周期Ｔの整数倍の積分時間にわた
って（１）式の積分をとれば右辺第２項の値が零となる
ことを利用した方法も使われている。
８によらずに、基本波周期Ｔの整数倍の積分時間にわた
って（１）式の積分をとれば右辺第２項の値が零となる
ことを利用した方法も使われている。
また無効電力Ｑを算出するには、上記の電圧及び電流の
ディジタル値を乗算器２８．２７でそれぞれ自乗し低域
フィルタ２８．３０で高調波分を除去したのち、演算回
路３１により次式の計算をする。こうして求められた無
効電力Ｑの値が無効電力端子３３に出力される。
ディジタル値を乗算器２８．２７でそれぞれ自乗し低域
フィルタ２８．３０で高調波分を除去したのち、演算回
路３１により次式の計算をする。こうして求められた無
効電力Ｑの値が無効電力端子３３に出力される。
Ｑ＝（ＴＷ刀工下７ ・・・（２）
が しよラ る 電気設備の制御及び保護の目的ためには、電力の高速検
出が必要である。しかし、上記低域フィルタ２８により
高調波分を除去する方法では電力測定装置の応答速度が
低域フィルタ２８のそれによって支配され、高調液分除
去率を一定レベルに確保する限り応答速度を十分に速く
することができない、高調液分除去率を犠牲にして応答
速度を高くすることも理論的には可能であるが、用途に
よっては一定レベル以上の高調波成分を許容することは
できない場合もあるので、応答速度の速い電力測定方法
の開発が望まれれている。
が しよラ る 電気設備の制御及び保護の目的ためには、電力の高速検
出が必要である。しかし、上記低域フィルタ２８により
高調波分を除去する方法では電力測定装置の応答速度が
低域フィルタ２８のそれによって支配され、高調液分除
去率を一定レベルに確保する限り応答速度を十分に速く
することができない、高調液分除去率を犠牲にして応答
速度を高くすることも理論的には可能であるが、用途に
よっては一定レベル以上の高調波成分を許容することは
できない場合もあるので、応答速度の速い電力測定方法
の開発が望まれれている。
上記（１）式の積分による方法では、被測定電圧の周波
数が変動した場合に、積分時間をその周波数の変動即ち
周期の変動に合わせて調整しなければならない。このた
め電力測定には本来不要である周期測定の機能を付加す
る必要が生じ不経済である。さらに周期の測定が終って
から電力測定をするので、２周期に１回の測定しかでき
ず、計測速度が遅くなる欠点も避けられない。
数が変動した場合に、積分時間をその周波数の変動即ち
周期の変動に合わせて調整しなければならない。このた
め電力測定には本来不要である周期測定の機能を付加す
る必要が生じ不経済である。さらに周期の測定が終って
から電力測定をするので、２周期に１回の測定しかでき
ず、計測速度が遅くなる欠点も避けられない。
従って本発明の目的は、高調波の影響を受けない電力測
定方法及び装置を提供し、もって従来技術の上記欠点を
解決するにある。
定方法及び装置を提供し、もって従来技術の上記欠点を
解決するにある。
占 るための
第１図の実施例を参照するに１本発明による交流電力測
定方法は、交流電圧のディジタル測定値５１を９０゜位
相差の２電圧成分５２．５３に分け、交流電流のディジ
タル測定値６１を９０°位相差の２電流成分６２．θ３
に分け５前記２電圧成分からなるベクトルと前記２電流
成分からなるベクトルとのスカラー積として電力を算出
してなる構成を用いる。
定方法は、交流電圧のディジタル測定値５１を９０゜位
相差の２電圧成分５２．５３に分け、交流電流のディジ
タル測定値６１を９０°位相差の２電流成分６２．θ３
に分け５前記２電圧成分からなるベクトルと前記２電流
成分からなるベクトルとのスカラー積として電力を算出
してなる構成を用いる。
１月
まず、有効電力Ｐが電圧ベクトルと電流へクトル電圧と
のスカラー積として表わされ、無効電力Ｑが電圧ベクト
ルと電流ベクトル電圧とのベクトル積の絶対値として表
わされことを示す。第１図の電圧入力ｌ及び電流人力２
を指数関数表示のベクトル■、Ｔとして表現すれば両ベ
クトルは次のように書ける。
のスカラー積として表わされ、無効電力Ｑが電圧ベクト
ルと電流ベクトル電圧とのベクトル積の絶対値として表
わされことを示す。第１図の電圧入力ｌ及び電流人力２
を指数関数表示のベクトル■、Ｔとして表現すれば両ベ
クトルは次のように書ける。
ｖ ＝ Ｖｅ”” ”、（
３）Ｔ＝Ｉｅｊ（”ｔ−θ） ・・
・（４）見掛けの電力ｉを電圧■と電流下の共役Ｔとの
積として定義すれば次の関係が成立する。ここに電流の
共役をとったのは遅れ電流に対する無効電力の符号をプ
ラスとするために過ぎず、無効電力の符号を問わない場
合には、電圧の共役をとって以下の計算を行なってもよ
い。
３）Ｔ＝Ｉｅｊ（”ｔ−θ） ・・
・（４）見掛けの電力ｉを電圧■と電流下の共役Ｔとの
積として定義すれば次の関係が成立する。ここに電流の
共役をとったのは遅れ電流に対する無効電力の符号をプ
ラスとするために過ぎず、無効電力の符号を問わない場
合には、電圧の共役をとって以下の計算を行なってもよ
い。
ｓ ＝ ｖ ＊ Ｔ’５ＶＩｅ”’ζｅ−ｊ（−ｔ−ｅ
’ＶＩｅＪ８オイラーの公式ｅｊｅ−溜ｆＤｊ（ｓｉ
ｎθ）により、５＝Ｖ１［ｃｏｓθ＋ｊ（ｓｉｎθ）］
−ＶＩｃｅｓθ＋ｊ（ＶＩｓｉｎθ） −（５）
（５）式右辺の第１項は、（１）式右辺の第１項と一致
し有効電力Ｐを示す、しかも、（５）式右辺の１１項は
、二つのベクトル■、Ｔのスカラー積の定義に一致する
。（５）武名辺の第２項の虚数記号ｊ除いた部分が、（
２）の無効電力Ｑと一致することは上記の有効電力Ｐを
用いて容易に証明することができる。しかも、（５）武
名辺の第２項は、二つのベクトル■、Ｔのベクトル積の
絶対値の定義に一致する。
’ＶＩｅＪ８オイラーの公式ｅｊｅ−溜ｆＤｊ（ｓｉ
ｎθ）により、５＝Ｖ１［ｃｏｓθ＋ｊ（ｓｉｎθ）］
−ＶＩｃｅｓθ＋ｊ（ＶＩｓｉｎθ） −（５）
（５）式右辺の第１項は、（１）式右辺の第１項と一致
し有効電力Ｐを示す、しかも、（５）式右辺の１１項は
、二つのベクトル■、Ｔのスカラー積の定義に一致する
。（５）武名辺の第２項の虚数記号ｊ除いた部分が、（
２）の無効電力Ｑと一致することは上記の有効電力Ｐを
用いて容易に証明することができる。しかも、（５）武
名辺の第２項は、二つのベクトル■、Ｔのベクトル積の
絶対値の定義に一致する。
本発明においては、アナログ電圧入力１をＡ／Ｄ変換装
置３でディジタル量に変換し、これを８０゜位相差分波
器５のディジタル電圧入力５１として使う、またアナロ
グ電流入力２をＡ／Ｄ変換装置４でディジタル量に変換
し、これを９０゜位相差分波器６のディジタル電流人力
６１として使う。
置３でディジタル量に変換し、これを８０゜位相差分波
器５のディジタル電圧入力５１として使う、またアナロ
グ電流入力２をＡ／Ｄ変換装置４でディジタル量に変換
し、これを９０゜位相差分波器６のディジタル電流人力
６１として使う。
第２図の例により８０″位相差分波器５を説明するに、
この分波器５はその入力を相互に９０″の位相差がある
二つの成分に分解する。入力５１と一方の出力５２との
間の伝達関数をＨＩ３とし、入力５１と他方の出力５３
との間の伝達関数をＨＩ３とすれば次の関係がある。
この分波器５はその入力を相互に９０″の位相差がある
二つの成分に分解する。入力５１と一方の出力５２との
間の伝達関数をＨＩ３とし、入力５１と他方の出力５３
との間の伝達関数をＨＩ３とすれば次の関係がある。
ＩＨＩ２１＝１Ｈ１３１＝１ ・・・
（６）９０”位相差分波器５の一例は渡部和著「伝送回
路網の理論と設計」オーム社発行の１２．６節に記載さ
れている。
（６）９０”位相差分波器５の一例は渡部和著「伝送回
路網の理論と設計」オーム社発行の１２．６節に記載さ
れている。
電圧入力５１に接続された３０″位相差分波器５からの
出力である二つの電圧成分５２．５３は次式のベクトル
電圧五の成分として表せる。
出力である二つの電圧成分５２．５３は次式のベクトル
電圧五の成分として表せる。
五＝ｙ、ｊｈｔ−α）−（７）
ここにαは、９０°位相差分波器５の特性によって定ま
る位相角である。
る位相角である。
電流入力６１に接続された９０″位相差分波器６からの
出力である二つの電流成分６２．６３は次式のベクトル
電流■の成分として表せる。
出力である二つの電流成分６２．６３は次式のベクトル
電流■の成分として表せる。
■＝Ｉ、Ｊ（”ｔ−ａ制 ・・・（
８）図示例では、遅れ電流による無効電力の符号をプラ
スとするために上記電流茸の共役電流■を共役回路７で
求めた後、上記電圧ベクトル量及び電流共役ベクトル量
の積斗を乗算器８によって次のように求める。
８）図示例では、遅れ電流による無効電力の符号をプラ
スとするために上記電流茸の共役電流■を共役回路７で
求めた後、上記電圧ベクトル量及び電流共役ベクトル量
の積斗を乗算器８によって次のように求める。
Ｓ’−＝訂、Ｔ？工Ｖ、Ｊ（”ｔ−α）、Ｉ、−Ｊ（匈
ｔ−α−θ）−ＶＩｅ”Ｖｌｃｏｓθ＋ｊ （Ｖｒｓｉ
ｍ ｅ） ＝ （９）（９）式の右辺の第１
項は、（５）武名辺第１項と同様に（り武名辺の第１項
と一致し有効電力Ｐを示す、しかも、（８）武名辺の第
１項は、電圧入力に対応するベクトル鰐及び電流入力に
対応するベクトル五のスカラー積の定義に一致する。
ｔ−α−θ）−ＶＩｅ”Ｖｌｃｏｓθ＋ｊ （Ｖｒｓｉ
ｍ ｅ） ＝ （９）（９）式の右辺の第１
項は、（５）武名辺第１項と同様に（り武名辺の第１項
と一致し有効電力Ｐを示す、しかも、（８）武名辺の第
１項は、電圧入力に対応するベクトル鰐及び電流入力に
対応するベクトル五のスカラー積の定義に一致する。
また（９）武名辺の第２項の虚数記号ｊ除いた部分が、
（２）の無効電力Ｑと一致すること及び上記二つのベク
トルのベクトル積の絶対値の定義に一致することは（５
）式及び（８）式に関する上記説明から明らかである。
（２）の無効電力Ｑと一致すること及び上記二つのベク
トルのベクトル積の絶対値の定義に一致することは（５
）式及び（８）式に関する上記説明から明らかである。
さらに、（８）式は基本波成分のみからなり、高調波成
分特に２−の成分を全く含まない。
分特に２−の成分を全く含まない。
乗算器８からの有効電力Ｐ及び無効電力Ｑがそれぞれ電
力端子１２及び無効電力端子１３に出力される。
力端子１２及び無効電力端子１３に出力される。
こうして、本発明の目的である「高調波の影響を受けな
い電力測定方法及び装置」の提供が達成される。
い電力測定方法及び装置」の提供が達成される。
実」１勿
第３図は電力系統の商用周波数の電力測定に本発明を適
用した実施例である電力測定装置１０を示す、電圧入力
及び電流入力に対するＡ／Ｄ変換器３及び４の後に低域
フィルタ １４ａ及び１４ｂを設けたのは、電力系統に
おける高調波の影響を除くためである。さらにこの実施
例では、高調波の影響除去後の電圧及び電流の実効値を
それぞれ実効値算出回路１５．１６によって算出し、電
圧端子１７及び電流端子１８に出力している。
用した実施例である電力測定装置１０を示す、電圧入力
及び電流入力に対するＡ／Ｄ変換器３及び４の後に低域
フィルタ １４ａ及び１４ｂを設けたのは、電力系統に
おける高調波の影響を除くためである。さらにこの実施
例では、高調波の影響除去後の電圧及び電流の実効値を
それぞれ実効値算出回路１５．１６によって算出し、電
圧端子１７及び電流端子１８に出力している。
以上の説明において便宜上単相の場合のみを取扱ったが
、本発明を三相その他の多相交流電力の計測にも応用で
きることはいうまでもない。また第３図の実施例に示さ
れた実効値の計測のみでなく、電圧と電流との位相差θ
の計測等にも応用することができる。
、本発明を三相その他の多相交流電力の計測にも応用で
きることはいうまでもない。また第３図の実施例に示さ
れた実効値の計測のみでなく、電圧と電流との位相差θ
の計測等にも応用することができる。
及１と蝮釆
以上詳細に説明した如く、本発明による交流電力測定方
法及び装置は、交流電圧のディジタル測定値を９０″位
相差の２電圧成分に分け、交流Ｍｌ流のディジタル測定
値を９０″位相差の２電流成分に分け、前記２電圧成分
からなるベクトルと前記２電流成分からなるベクトルと
のスカラー積とじて電力を算出してなる構成を使用する
ので次の効果を奏する。
法及び装置は、交流電圧のディジタル測定値を９０″位
相差の２電圧成分に分け、交流Ｍｌ流のディジタル測定
値を９０″位相差の２電流成分に分け、前記２電圧成分
からなるベクトルと前記２電流成分からなるベクトルと
のスカラー積とじて電力を算出してなる構成を使用する
ので次の効果を奏する。
（イ）従来必要とされてきた電圧と電流との積から二倍
周波数成分などを除去するための低域濾波器を省略する
ことができる。
周波数成分などを除去するための低域濾波器を省略する
ことができる。
（ロ）電力Ｐ及び無効電力Ｑの測定値におけるリップル
を低く抑えることができる。
を低く抑えることができる。
（ハ）低域フィルタによる遅れを含まないからレスポン
スが速い。
スが速い。
（ニ）−周期にわたる積分を使わないので周期の精密測
定が不要である。
定が不要である。
（ホ）電力Ｐ及び無効電力Ｑを単一の測定装置によって
同時に測定することができる。
同時に測定することができる。
第１図は本発明の測定原理の説明図、第２図は９０°位
相差分波器の説明図、第３図は一実施例の説明図、第４
図は従来技術の説明図である。 ５．６・・・９０°位相差分波器、 ７・・・共役回
路。 ８．２５．２６．２７・・・乗算器、 ！０・・・電力測定装置、１２．３２・・・電力端子、
１３、３３・・・無効電力端子、 １ １４ａ、１４ｂ 、 ２８．２９．３０−・・低域フィ
ルタ。 １５、１８・・・実効値算出回路、 １７・・・電圧端
子。 １８・・・電流端子、 ３１・・・演算回路、 ５１・
・・ディジタル電圧入力、 ５２．５３・・・電圧成分
、 ６１・・・ディジタル電流入力、 θ２，８３・・
・電流成分。 特許出願人 大倉電気株式会社 特許出願代理人 弁理士 市東禮次部１．２１・・
・電圧入力、２．２２・・・電流入力、３、 ４．２３
．２４・・・Ａ／Ｄ変換器、第１図 第２図 一＝ラー ９０’イｉノＩＦＪ！−拳超ノ
相差分波器の説明図、第３図は一実施例の説明図、第４
図は従来技術の説明図である。 ５．６・・・９０°位相差分波器、 ７・・・共役回
路。 ８．２５．２６．２７・・・乗算器、 ！０・・・電力測定装置、１２．３２・・・電力端子、
１３、３３・・・無効電力端子、 １ １４ａ、１４ｂ 、 ２８．２９．３０−・・低域フィ
ルタ。 １５、１８・・・実効値算出回路、 １７・・・電圧端
子。 １８・・・電流端子、 ３１・・・演算回路、 ５１・
・・ディジタル電圧入力、 ５２．５３・・・電圧成分
、 ６１・・・ディジタル電流入力、 θ２，８３・・
・電流成分。 特許出願人 大倉電気株式会社 特許出願代理人 弁理士 市東禮次部１．２１・・
・電圧入力、２．２２・・・電流入力、３、 ４．２３
．２４・・・Ａ／Ｄ変換器、第１図 第２図 一＝ラー ９０’イｉノＩＦＪ！−拳超ノ
Claims (4)
- （１）交流電圧のディジタル測定値を９０゜位相差の２
電圧成分に分け、交流電流のディジタル測定値を９０゜
位相差の２電流成分に分け、前記２電圧成分からなるベ
クトルと前記２電流成分からなるベクトルのとスカラー
積として電力を算出してなる交流電力測定方法。 - （２）請求項１記載の交流電力測定方法において、前記
２電圧成分からなるベクトルと前記２電流成分からなる
ベクトルとのベクトル積の絶対値として無効電力を算出
してなる交流電力測定方法。 - （３）交流電圧のディジタル測定値及び交流電流のディ
ジタル測定値をそれぞれ９０゜位相差の２電圧成分及び
９０゜位相差の２電流成分に分ける９０゜位相差分波器
、並びに前記２電圧成分からなるベクトルと前記２電流
成分からなるベクトルとのスカラー積を算出する乗算器
を備えてなる交流電力測定装置。 - （４）請求項３記載の交流電力測定装置において、前記
乗算器において前記２電圧成分からなるベクトルと前記
２電流成分からなるベクトルとのベクトル積の絶対値と
して無効電力を算出してなる交流電力測定装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1041705A JP2689343B2 (ja) | 1989-02-23 | 1989-02-23 | 交流電力測定装置 |
| US07/479,459 US5081413A (en) | 1989-02-23 | 1990-02-13 | Method and apparatus for measuring AC power |
| CA002010100A CA2010100C (en) | 1989-02-23 | 1990-02-14 | Method and apparatus for measuring ac power |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1041705A JP2689343B2 (ja) | 1989-02-23 | 1989-02-23 | 交流電力測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02222843A true JPH02222843A (ja) | 1990-09-05 |
| JP2689343B2 JP2689343B2 (ja) | 1997-12-10 |
Family
ID=12615843
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1041705A Expired - Lifetime JP2689343B2 (ja) | 1989-02-23 | 1989-02-23 | 交流電力測定装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5081413A (ja) |
| JP (1) | JP2689343B2 (ja) |
| CA (1) | CA2010100C (ja) |
Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| WO1994016334A1 (fr) * | 1993-01-06 | 1994-07-21 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Wattheuremetre electronique |
| JP2006194703A (ja) * | 2005-01-12 | 2006-07-27 | Ohkura Electric Co Ltd | 交流電力測定装置及びプログラム |
Families Citing this family (15)
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|---|---|---|---|---|
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| DE69120880T2 (de) * | 1990-08-23 | 1996-11-28 | Yokogawa Electric Corp | Abtastende Messeinrichtung |
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| US5650936A (en) * | 1994-12-30 | 1997-07-22 | Cd Power Measurement Limited | Power monitor apparatus and method with object oriented structure |
| US6825776B2 (en) | 1999-08-09 | 2004-11-30 | Power Measurement Ltd. | External I/O and communications interface for a revenue meter |
| US6615147B1 (en) | 1999-08-09 | 2003-09-02 | Power Measurement Ltd. | Revenue meter with power quality features |
| US6186842B1 (en) | 1999-08-09 | 2001-02-13 | Power Measurement Ltd. | Revenue meter bayonet assembly and method of attachment |
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| US6397155B1 (en) | 1999-08-09 | 2002-05-28 | Power Measurement Ltd. | Method and apparatus for automatically controlled gain switching of monitors |
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