JPH09154228A - 電源ライン監視装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型で手軽に使用でき、しかも確実に動作す
る電源ライン監視装置を提供することを目的とする。 【構成】 商用電源の基準となる信号の発生回路１６
と、基準信号波形と商用電源波形とを比較し、許容範囲
外のとき異常内容と、その時の時間データとを出力する
演算制御回路１３と、これらのデータを記憶する記憶回
路１８とを具備してなるものである。このような構成に
おいて、商用電源電圧が１００Ｖ系か２００Ｖ系かなど
を検出するとともに、５０Ｈｚか６０Ｈｚかなどを検出
して適合する基準電圧波形を切換え指示する信号を出力
し、適合した基準信号を演算制御回路１３へ送る。監視
時において、異常状態が発生すると、その異常内容と、
異常発生月日、時間が記憶回路１８に記憶される。表示
装置３１も対応する表示をする。情報処理機器３８とオ
ンライン接続し、定常波形の確認や解析が常時リアルタ
イムでできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、商用電源ラインの電圧
異常・周波数異常・瞬時電圧ドロップ・瞬時電圧上昇・
瞬時停電などを検出して、電源波形の観測・解析のでき
る電源ライン監視装置に関するものである。さらに詳し
くは、電子機器の誤動作か、商用電源ラインの問題かを
分離し、安定した商用電源の確保と、電子機器の対策に
応用することのできる装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の電源ライン監視装置は、電圧・電
流・電力・周波数・高調波電流などを検出する大型で多
くの機能を持っている。この装置は、電流や電力の検出
をするために、商用電源ライン１０と電子機器との間に
配置する通過型である。そのため、装置が大型となり、
設置場所として大きなエリアを必要とし、しかも高価に
なる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】昨今、入力電源の整流
平滑回路にコンデンサ入力型を用いた電子機器が多数用
いられるようになってきた。しかるに、このコンデンサ
入力型による高調波電流が原因となって、発電・変電設
備の誤動作、力率改善用インダクタンスやコンデンサの
破損、電子機器の誤動作などが報告されている。

【０００４】商用電源ラインの高調波電流の発生は、直
接、商用電源ラインの電圧歪みとして表れ、商用電源ラ
インの電圧波形を監視することで観測できる。図４は、
商用電源ラインの正弦波に、異常波形が発生した例を示
している。また、図５は、近年の商用電源ラインの異常
発生（瞬間電圧低下の発生）件数を示している。この図
５によれば、商用電源ラインの異常発生件数が１年間合
計で１２回／年であり、そのうち、電圧低下度が２０％
を越える回数が５回／年であることが判る。なお、ここ
でいう回／年とは、６．６ｋＶ高圧配電線１回線につ
き、１年当りの回数である。ただし、これらの回数は、
実際に電子機器などが悪影響をうける回数とは異なるも
のである。

【０００５】以上のような商用電源ラインの電圧異常・
周波数異常・瞬時電圧ドロップ・瞬時停電などは、電子
機器の電源回路を破損したり、バックアップ機能を有し
ないメモリ回路や、商用周波数に同期して機能する電子
機器に対して多大な影響を与えることは明らかである。

【０００６】本発明は、小型で手軽に使用でき、しかも
確実に動作する電源ライン監視装置を提供することを目
的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、商用電源の基
準波形信号を出力する基準信号発生回路１６と、この基
準信号発生回路１６の基準波形信号と商用電源ライン１
０から取り込んだ商用電源波形とを比較し、許容範囲か
どうかを比較判断し、許容範囲外のとき異常内容とその
発生した時間データとを出力する演算制御回路１３と、
これらのデータを記憶する記憶回路１８とを具備してな
ることを特徴とする電源ライン監視装置である。

【０００８】

【作用】商用電源ライン１０の正弦波電圧波形が整流回
路１２で整流される。電圧自動切換え回路１４は、１０
０Ｖ系か２００Ｖ系かなどを検出し、また周波数自動切
換え回路１５は、５０Ｈｚか６０Ｈｚかなどを検出して
適合する基準電圧波形を切換え指示する信号を出力し、
基準信号発生回路１６から適合した基準信号が演算制御
回路１３へ送られる。

【０００９】内部の記憶装置１８で異常データを蓄積
し、後で情報処理機器３８で観測・解析するモードで
は、商用電源ライン１０から取り込まれ整流されたデー
タと前記基準信号とを常時比較して監視に入る。監視時
において、異常がなければ表示装置３１のアラーム表示
灯４１、エラー表示灯４３、モード表示灯４２ａ、４２
ｂは、それぞれ対応する状態で点灯または消灯する。い
ずれかの異常状態になると、その時の異常内容と、時計
回路１９からの異常発生時における時間データに基づく
月日と時間とが記憶回路１８に記憶される。また、表示
装置３１も対応する表示をする。つぎに、情報処理機器
３８とオンライン接続し、常時観測・解析するリモート
モードでは、内蔵している記憶回路１８を使用せずに、
通信インターフェイス３３を介してパソコン３８に定常
波形の確認や解析が常時リアルタイムででき、またメモ
リ３９に連続してデータを記憶しておくことができる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づき説明
する。図１は、本発明の電源ライン監視装置３４を示す
原理的なブロック図であり、商用電源ライン１０に接続
するための電源入力端子１１、整流回路１２、演算制御
回路１３、電圧自動切換え回路１４、周波数自動切換え
回路１５、基準信号発生回路１６、バックアップ回路１
７、記憶回路１８、時計回路１９、インターフェイス回
路２０により構成されている。

【００１１】図２に基づきさらに詳しく説明する。前記
商用電源ライン１０には、ＡＣコンセントに差し込むた
めのＡＣコネクタプラグからなる電源入力端子１１を介
して商用電源ライン１０の正弦波の電圧波形を取り込む
信号系の整流回路１２と電源系のノイズフィルタ４４が
接続されている。前記整流回路１２は、出力した電圧波
形を圧縮し、その信号を電気的に絶縁するフォトカプラ
などからなる絶縁伝達手段２４に接続されている。この
絶縁伝達手段２４は、５０Ｈｚのとき３．２ｋＨｚで、
６０Ｈｚのとき３．８４ｋＨｚのサンプリングクロック
でサンプリングするＡ／Ｄ変換回路２５を介して比較演
算回路、制御回路として作用する８ビットＣＰＵからな
る演算制御回路１３に接続されている。

【００１２】前記絶縁伝達手段２４には、また電圧自動
切換え回路１４と周波数自動切換え回路１５が接続され
ている。前記電圧自動切換え回路１４は、商用電源ライ
ン１０の電圧が１００Ｖ系か２００Ｖ系かなどの電圧を
検出して適合する電圧波形に切換えるための指示信号を
出力するものである。前記周波数自動切換え回路１５
は、商用電源ライン１０の周波数が５０Ｈｚか６０Ｈｚ
かなどの周波数を検出して適合する基準電圧波形を切換
えるための指示信号を出力するものである。これらの電
圧自動切換え回路１４と周波数自動切換え回路１５は、
前記演算制御回路１３に接続され、この演算制御回路１
３には、正弦波データを内蔵したＲＯＭからなり、後述
する各種の基準電圧信号を出力する基準信号発生回路１
６が接続されている。

【００１３】前記ノイズフィルタ４４には、絶縁手段を
内蔵した電源回路２６が接続され、この電源回路２６
は、各部へ電源を供給するとともに、充電器２７に接続
されている。この充電器２７は、ニッケル・カドミウム
電池などからなるバックアップ回路１７に接続されてト
リクル充電を行い、停電になっても約４日間のデータバ
ックアップが可能になっている。このバックアップ回路
１７には、異常発生の月日、時間、内容などを記憶する
記憶回路１８と時間データを出力する時計回路１９とが
接続され、さらにこれら記憶回路１８と時計回路１９
は、前記演算制御回路１３に接続されている。

【００１４】前記演算制御回路１３には、入力ポート２
９を介して本発明装置単体でのリセットや通信を開始す
るためのスイッチ回路２８と、入力端子２１に順次接続
されている。また、演算制御回路１３には、出力ポート
３０、表示出力端子２２を介して本発明装置単体での異
常表示部であるＬＥＤからなる簡易表示部としての表示
装置３１に接続されている。さらに、演算制御回路１３
には、通信出力ポート３２、通信出力端子２３、通信イ
ンターフェイス３３を介して外部の情報処理機器に接続
して観測、解析、記録などを行う。具体的には、図３
（ａ）に示すように、通信専用ケーブル３６の一端をコ
ネクタ３５にて本発明の電源ライン監視装置３４に接続
し、通信専用ケーブル３６の他端の通信コネクタ３７に
て外部の情報処理機器としてのパソコン３８に接続す
る。メモリ３９は、ハードディスクなどの外部メモリで
ある。

【００１５】前記本発明の電源ライン監視装置３４は、
図３（ｂ）に示すように、ハウジング４０の内部には、
図２に示した各回路を収納し、背面には商用電源ライン
１０の電源コンセントに直接嵌合される電源プラグから
なる電源入力端子１１が設けられ、正面にはアラーム表
示灯４１、エラー表示灯４３、モード表示灯４２ａ、４
２ｂからなる表示装置３１が設けられ、側面には、入力
端子２１、表示出力端子２２、通信出力端子２３を結合
するコネクタ３５が設けられている。前記アラーム表示
灯４１は、異なる色のＬＥＤを２個内蔵し、一方点灯時
に「緑」、他方点灯時に「赤」、両方点灯時に「橙」の
３色で発光するＬＥＤからなり、緑の静止点灯で「良
好」、橙の静止点灯で「注意（低レベル異常）」、赤の
静止点灯で「異常（高レベル異常）」、緑の点滅で「通
信中」を表示する。

【００１６】前記エラー表示灯４３は、単色ＬＥＤから
なり、静止点灯で「初期化不能エラー」（例えば、回路
の駆動開始時に電源電圧の大幅な異常があって、入力条
件が悪すぎる場合とか、本発明装置が故障したような場
合）、点滅で「通信エラー」（例えば、パソコン３８か
ら通信エラー信号が帰還してきたような場合）を表示す
る。また、前記モード表示灯４２ａ、４２ｂがともに消
灯のとき「良好・停電」、モード表示灯４２ａが消灯、
モード表示灯４２ｂが点灯のとき「スパイクなどの波形
異常」、モード表示灯４２ａが点灯、モード表示灯４２
ｂが消灯のとき「瞬間的な電圧異常」、モード表示灯４
２ａ、モード表示灯４２ｂがともに点灯のとき「長時間
の電圧変動」を表示する。

【００１７】以上のような構成による作用を説明する。
商用電源ライン１０の電源電圧が電源入力端子１１から
入力して整流回路１２で原波形がそのまま全波整流され
出力する。この整流回路１２の出力波形は、絶縁伝達手
段２４でそのまま圧縮し、電気的に絶縁して出力する。
この絶縁伝達手段２４の出力信号に基づき商用電源ライ
ン１０の入力電源電圧を電圧自動切換え回路１４で検出
する。具体的には、日本国内のＡＣ１００Ｖと、アメリ
カで使用される１１５Ｖと、ヨーロッパで使用されるＡ
Ｃ２３０Ｖとを検出し、適合した基準電圧波形を選択し
て切換え指示するための信号を演算制御回路１３に送
る。

【００１８】また、周波数自動切換え回路１５では、絶
縁伝達手段２４の出力信号に基づき商用電源ライン１０
の入力電源周波数を検出する。具体的には、日本におい
ては、関東以北の５０Ｈｚと、関西以南の６０Ｈｚ、日
本以外の国の場合も同様に５０Ｈｚと、６０Ｈｚを検出
し、適合した周波数の基準電圧波形を選択して切換え指
示するための信号を演算制御回路１３に送る。

【００１９】この絶縁伝達手段２４の出力は、Ａ／Ｄ変
換回路２５にも送られる。演算制御回路１３を構成する
８ビットマイコンのクロックとして入力周波数が異なっ
ても同一のクロックを使用するため、入力波形のサンプ
リングレートは、入力周波数で異なり、５０Ｈｚでは
３．２ｋＨｚの、また６０Ｈｚでは３．８４ｋＨｚのク
ロックとする。

【００２０】電源入力端子１１から供給された電源電圧
は、ノイズフィルタ４４でノイズが除去され、電源回路
２６で所定電圧の直流電源に変換され、内部の絶縁手段
を介して回路各部へ供給する。同時に、充電器２７によ
りバックアップ回路１７を充電する。バックアップ回路
１７は、ニッケル・カドミウム電池などを用いて消費し
た分だけ充電する、いわゆるトリクル充電がなされる。
このバックアップ回路１７により、電源ライン監視装置
３４が停電状態になっても、記憶回路１８と時計回路１
９の約４日間のデータバックアップが可能となる。

【００２１】本発明の電源ライン監視装置３４は、内部
の記憶回路１８で異常データを蓄積し、後で情報処理機
器としてのパソコン３８で観測・解析するモードと、パ
ソコン３８とオンライン接続し、常時観測・解析するリ
モートモードとがある。また、基準信号発生回路１６に
記憶されている電圧は、例えばつぎのように定義して条
件設定される。 長時間の電圧変動：１分間の実効電圧が基準電圧波形
の９０〜１１０％以外 短時間の電圧変動：１サイクルの実効電圧が基準電圧
波形の９０〜１１０％以外 スパイクなどの電圧異常：１サンプルの実効電圧が基
準電圧波形の８５〜１１５％以外 電力供給の切断：１秒間の実効電圧が基準電圧波形の
６０％以下

【００２２】内部の記憶回路１８で異常データを蓄積
し、後でパソコン３８で観測・解析するモードについて
説明する。電源入力端子１１を介して商用電源ライン１
０の正弦波の電圧波形が整流回路１２に取り込まれる
と、絶縁伝達手段２４を介して電圧自動切換え回路１４
と周波数自動切換え回路１５へ送られる。電圧自動切換
え回路１４は、商用電源ライン１０の電圧が１００Ｖ系
か２００Ｖ系かなどを検出し、また周波数自動切換え回
路１５は、商用電源ライン１０の周波数が５０Ｈｚか６
０Ｈｚかなどを検出して適合する基準電圧波形を切換え
指示する信号を演算制御回路１３へ送ると、基準信号発
生回路１６から適合した基準信号が演算制御回路１３へ
送られる。

【００２３】この状態で電源入力端子１１を介して商用
電源ライン１０の正弦波の電圧波形が整流回路１２に取
り込まれると、絶縁伝達手段２４を介してＡ／Ｄ変換回
路２５へ送られ、このＡ／Ｄ変換回路２５により、５０
Ｈｚのとき３．２ｋＨｚで、６０Ｈｚのとき３．８４ｋ
ＨｚのサンプリングクロックでデータをＡ−Ｄ変換して
それを演算制御回路１３へ出力し、演算制御回路１３
で、Ａ／Ｄ変換回路２５からのデータと基準信号発生回
路１６からの基準信号とを常時比較して監視に入る。

【００２４】演算制御回路１３での監視時において、前
記のいずれにも該当しないときには、表示装置
３１のアラーム表示灯４１は緑の静止点灯し、エラー表
示灯４３は消灯し、モード表示灯４２ａ、４２ｂも消灯
している。前記のいずれかに該当すると、その
時の異常内容と、時計回路１９からの異常発生時におけ
る時間データに基づく月日と時間とが記憶回路１８に記
憶される。また、低レベルの異常ではアラーム表示灯４
１が橙の静止点灯し、高レベルの異常ではアラーム表示
灯４１が赤の静止点灯し、エラー表示灯４３は消灯して
いる。さらに、モード表示灯４２ａ、４２ｂは、異常の
内容によって、点灯と消灯の組み合わせが決まる。

【００２５】具体的には、次表のようになる。 （１）アラーム表示灯４１によるアラーム表示 緑点灯：良好 橙点灯：注意（低レベル異常） 赤点灯：異常（高レベル異常） 緑点滅：通信中 （２）エラー表示 点灯：初期化不能エラー 点滅：通信エラー （３）モード表示 モード表示灯４２ａ ４２ｂ 長時間の電圧変動： 点灯 点灯 短時間の電圧変動： 点灯 消灯 スパイクなどの電圧異常： 消灯 点灯 電力供給の切断（または良好）： 消灯 消灯

【００２６】記憶回路１８に記憶された異常内容は、通
信出力ポート３２、通信インターフェイス３３を介して
パソコン３８へ送られ、波形の確認や解析が行われる。
なお、周波数の変動は、周波数自動切換え回路１５で５
０Ｈｚ／６０Ｈｚを自動切換した後、短時間の電圧変
動（１サイクルの実効電圧）が正常であっても、瞬時
電圧異常（毎サンプル時の実効電圧が基準電圧波形の９
０〜１１０％以外）であるような場合に周波数異常と判
定する。

【００２７】つぎに、パソコン３８とオンライン接続
し、常時観測・解析するリモートモードについて説明す
る。このモードでは、内蔵している記憶回路１８を使用
せずに、通信出力ポート３２、通信インターフェイス３
３、通信専用ケーブル３６を介してパソコン３８に定常
波形の確認や解析が常時リアルタイムででき、またメモ
リ３９に連続してデータを記憶しておくことができる。

【００２８】図６は、パソコン３８のモニタ４５に異常
波形などのデータを表示した例を示している。この図６
において、上部の基準信号波形表示部４６には、基準と
なる理想的波形が表示されている。この基準信号波形表
示部４６の真下の入力電圧波形表示部４７には、予め記
憶されたメモリ３９から読み出した実際の異常波形が発
生時間とともに表示される。下部の最新異常表示部４８
には、最新のデータ、例えば１分以内に発生した前述の
長時間の電圧変動Ｖｍｉｎ、短時間の電圧変動Ｖｃ
ｙｃ、スパイクなどの電圧異常Ｖｐｅａｋ、電力供
給の切断Ｐｏｗｅｒが表示され、また、過去の異常表示
部４９には、１分を経過し、６０分以内に発生した過去
のデータが横スクロールして順次表示される。このとき
の横スクロールする時間単位は、もっと短くてもよい
し、十分長くしてもよい。右側の操作データ表示部５０
には、現在の時間、スタート時間、モードその他の操作
データが表示される。

【００２９】メモリ可能なデータ数、メモリ波形数、サ
ンプリングレート、バックアップ時間などは、前述の実
施例に限られるものではなく、演算制御回路１３を構成
するマイコンのビット数やクロック周波数を高くした
り、記憶回路１８や基準信号発生回路１６を構成するＲ
ＡＭ／ＲＯＭの記憶容量を増加したり、バックアップ回
路１７のバッテリー容量を増加するなどにより、さらに
改善することができるものである。

【００３０】

【発明の効果】本発明による電源ライン監視装置は、一
般商用電源ライン１０の電圧異常・周波数異常・瞬時電
圧ドロップ（瞬時電圧上昇も含む）・瞬時停電などを検
出して、波形の観測・解析ができ、電子機器の誤動作
か、商用電源ライン１０の問題かを分離し、安定した商
用電源の確保と電子機器の対策を行うために利用でき
る。

【００３１】また、ＡＣアダプタ的な形状であるため、
コンセントに差し込むだけで設置場所をほとんど必要と
せず、簡単な操作で商用電源ライン１０の品質を管理す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電源ライン監視装置３４の一実施
例を示す原理的なブロック図である。

【図２】本発明による電源ライン監視装置３４の一実施
例を示す詳細なブロック図である。

【図３】本発明による電源ライン監視装置３４をパソコ
ン３８に結合した状態の斜視図である。

【図４】商用電源ライン１０の異常波形例を示す図であ
る。

【図５】商用電源ライン１０の異常発生件数を示す図で
ある。

【図６】パソコンモニタ４５による商用電源ライン１０
の異常発生データの表示波形例を示す図である。

【符号の説明】

１０…商用電源ライン、１１…電源入力端子、１２…整
流回路、１３…演算制御回路、１４…電圧自動切換え回
路、１５…周波数自動切換え回路、１６…基準信号発生
回路、１７…バックアップ回路、１８…記憶回路、１９
…時計回路、２０…インターフェイス回路、２１…入力
端子、２２…表示出力端子、２３…通信出力端子、２４
…絶縁伝達手段、２５…Ａ／Ｄ変換回路、２６…電源回
路、２７…充電器、２８…スイッチ回路、２９…入力ポ
ート、３０…出力ポート、３１…表示装置、３２…通信
出力ポート、３３…通信インターフェイス、３４…電源
ライン監視装置、３５…コネクタ、３６…通信専用ケー
ブル、３７…通信コネクタ、３８…パソコン、３９…メ
モリ、４０…ハウジング、４１…アラーム表示灯、４２
ａ、４２ｂ…モード表示灯、４３…エラー表示灯、４４
…ノイズフィルタ、４５…パソコンモニタ、４６…基準
信号波形表示部、４７…入力電圧波形表示部、４８…最
新異常データ表示部、４９…過去の異常データ表示部、
５０…操作データ表示部。

───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｇ０１Ｒ 31/08 Ｇ０１Ｒ 31/08 Ｈ０２Ｈ 3/52 Ｈ０２Ｈ 3/52

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 商用電源の基準波形信号を出力する基準
   信号発生回路１６と、この基準信号発生回路１６の基準
   波形信号と商用電源ライン１０から取り込んだ商用電源
   波形とを比較し、許容範囲かどうかを比較判断し、許容
   範囲外のとき異常内容とその発生した時間データとを出
   力する演算制御回路１３と、これらのデータを記憶する
   記憶回路１８とを具備してなることを特徴とする電源ラ
   イン監視装置。
2. 【請求項２】 商用電源の基準波形信号を出力する基準
   信号発生回路１６と、この基準信号発生回路１６の基準
   波形信号と商用電源ライン１０から取り込んだ商用電源
   波形とを比較し、許容範囲かどうかを比較判断し、許容
   範囲外のとき異常内容とその発生した時間データとを出
   力する演算制御回路１３と、これらのデータを記憶する
   記憶回路１８とをハウジング４０に収納し、このハウジ
   ング４０に、商用電源ライン１０のコネクタソケットと
   接続できる電源入力端子１１を設けたＡＣアダプタ型と
   したことを特徴とする電源ライン監視装置。
3. 【請求項３】 商用電源の基準波形信号を出力する基準
   信号発生回路１６と、この基準信号発生回路１６の基準
   波形信号と商用電源ライン１０から取り込んだ商用電源
   波形とを比較し、許容範囲かどうかを比較判断し、許容
   範囲外のとき異常内容とその発生した時間データとを出
   力する演算制御回路１３と、これらのデータを記憶する
   記憶回路１８とを具備し、前記基準信号発生回路１６の
   前段に、商用電源ライン１０の入力周波数を検出し、こ
   の周波数に応じた基準波形信号を得るための周波数自動
   切換え回路１５を結合してなることを特徴とする電源ラ
   イン監視装置。
4. 【請求項４】 商用電源の基準波形信号を出力する基準
   信号発生回路１６と、この基準信号発生回路１６の基準
   波形信号と商用電源ライン１０から取り込んだ商用電源
   波形とを比較し、許容範囲かどうかを比較判断し、許容
   範囲外のとき異常内容とその発生した時間データとを出
   力する演算制御回路１３と、これらのデータを記憶する
   記憶回路１８とを具備し、前記基準信号発生回路１６の
   前段に、商用電源ライン１０の入力電圧を検出し、この
   電圧に応じた基準波形信号を得るための電圧自動切換え
   回路１４を結合してなることを特徴とする電源ライン監
   視装置。
5. 【請求項５】 商用電源の基準波形信号を出力する基準
   信号発生回路１６と、この基準信号発生回路１６の基準
   波形信号と商用電源ライン１０から取り込んだ商用電源
   波形とを比較し、許容範囲かどうかを比較判断し、許容
   範囲外のとき異常内容とその発生した時間データとを出
   力する演算制御回路１３と、これらのデータを記憶する
   記憶回路１８とを具備し、前記演算制御回路１３に通信
   インターフェイス３３を介してパソコン３８を連結し、
   前記記憶回路１８の記憶データを随時呼び出して観測・
   解析をするか、前記演算制御回路１３のデータを直接オ
   ンラインにより観測・解析をすることを可能としたこと
   を特徴とする電源ライン監視装置。