特許 6334457 電流測定システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6334457

(24)【登録日】2018年5月11日

(45)【発行日】2018年5月30日

(54)【発明の名称】電流測定システム

(51)【国際特許分類】

   G01R 21/06 20060101AFI20180521BHJP

   G08C 25/00 20060101ALI20180521BHJP

   G08C 17/02 20060101ALI20180521BHJP

【ＦＩ】

   G01R21/06 F

   G08C25/00 F

   G08C17/02

【請求項の数】7

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2015-99436(P2015-99436)

(22)【出願日】2015年5月14日

(65)【公開番号】特開2016-217747(P2016-217747A)

(43)【公開日】2016年12月22日

【審査請求日】2016年8月1日

(73)【特許権者】

【識別番号】391009372

【氏名又は名称】ミドリ安全株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100101236

【弁理士】

【氏名又は名称】栗原 浩之

(74)【代理人】

【識別番号】100166914

【弁理士】

【氏名又は名称】山▲崎▼ 雄一郎

(72)【発明者】

【氏名】柏崎 俊二

(72)【発明者】

【氏名】花岡 治

(72)【発明者】

【氏名】等々力 英夫

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 清治

【審査官】 山崎 仁之

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−０５５３５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０５５８３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−０３１５８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０２−１５０５７５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 米国特許第０５４２８３４２（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｒ ２１／０６

Ｇ０８Ｃ １７／０２

Ｇ０８Ｃ ２５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電力線に設置される変流器と、
前記変流器から得られるエネルギーを電源用エネルギーに変換する変換部と、
キャパシタに前記電源用エネルギーを蓄積する蓄積部と、
前記変流器で測定された電流及び電流波形のデータ処理を行う計測・変換部と、
前記蓄積部に蓄積された電源用エネルギーを使って、前記計測・変換部の出力を無線で発信する発信部と、
を具備するセンサー装置と、
前記センサー装置からの無線通信を受信する受信部を具備する受信装置とから構成される電流測定システムであって、
前記計測・変換部は、前記変流器からの二次電流を電圧に変換する負荷抵抗と、この負荷抵抗からの電流を実効値に変換してアナログ値とする実効値変換回路と、前記実効値変換回路をバイパスするバイパス回路とを具備し、前記負荷抵抗からの電流を前記バイパス回路を介して電流波形データとして前記発信部へ出力する波形出力状態と、前記負荷抵抗からの電流を前記実効値変換回路で実効値に変換して電流データとして前記発信部へ出力する電流出力状態とを切り替えるスイッチを具備することを特徴とする電流測定システム。

【請求項2】

前記計測・変換部は、前記波形出力状態と、前記電流出力状態とが交互に切り替えられるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の電流測定システム。

【請求項3】

前記受信装置は、前記受信部が受信したデータを蓄積するメモリを具備することを特徴とする請求項１又は２記載の電流測定システム。

【請求項4】

前記計測・変換部は、前記負荷抵抗が可変抵抗であることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項記載の電流測定システム。

【請求項5】

前記計測・変換部は、基準時間発生手段を具備し、前記基準時間発生手段からの基準時間信号を前記発信部に出力することを特徴とする請求項１〜４の何れか一項記載の電流測定システム。

【請求項6】

前記蓄積部がキャパシタに前記電源用エネルギーを蓄積する蓄積状態と、前記キャパシタに蓄積された電源用エネルギーを使って、前記発信部が前記計測・変換部の出力を無線で発信する発信状態とを切り替える切替手段を具備し、前記切替手段は、前記キャパシタに蓄積される電源用エネルギーが所定量蓄積された際に前記蓄積状態から前記発信状態に切り替えられることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項記載の電流測定システム。

【請求項7】

前記計測・変換部は、前記蓄積状態の期間の前記計測・変換部の出力を格納する不揮発性メモリを具備し、前記発信部は、前記発信状態の期間に前記不揮発性メモリに格納されたデータを発信することを特徴とする請求項６記載の電流測定システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は電流測定システムに関し、特に一戸建てやマンションなどの電気設備の異常をできるだけ早い段階で検出する場合に適用して有用なものである。

【背景技術】

【0002】

従来より、一戸建てやマンションの各家庭における電気設備の消費エネルギーやビル全体で消費されるエネルギーを正確に把握するために、例えば、電力線に設置された変流器（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ、以下ＣＴという）により、電流計測、電源供給を可能としたものが提案されている（特許文献１参照）。

【0003】

特許文献１のものは、スタンバイ状態においては測定・電源部出力をエネルギー蓄積部のキャパシタの充電に利用し、発信実施時はエネルギー蓄積部に蓄積されたキャパシタから給電を受けることによって、測定部の出力を発信するようにしたので、外部からの電源供給を必要とせず動作する自己電源型のセンサーを実現するものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１０―５５３５６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上述したセンサーを用いると、測定箇所で消費されるエネルギーは正確に把握することができるが、電気設備の異常を検出するには不十分なものであった。

【0006】

本発明は、上記従来技術に鑑み、電気設備の異常をできるだけ早い段階で検出することができる電流測定システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成する本発明の第１の態様は、電力線に設置される変流器と、前記変流器から得られるエネルギーを電源用エネルギーに変換する変換部と、キャパシタに前記電源用エネルギーを蓄積する蓄積部と、前記変流器で測定された電流及び電流波形のデータ処理を行う計測・変換部と、前記蓄積部に蓄積された電源用エネルギーを使って、前記計測・変換部の出力を無線で発信する発信部と、を具備するセンサー装置と、前記センサー装置からの無線通信を受信する受信部を具備する受信装置とから構成される電流測定システムであって、前記計測・変換部は、前記変流器からの二次電流を電圧に変換する負荷抵抗と、この負荷抵抗からの電流を実効値に変換してアナログ値とする実効値変換回路と、前記実効値変換回路をバイパスするバイパス回路とを具備し、前記負荷抵抗からの電流を前記バイパス回路を介して電流波形データとして前記発信部へ出力する波形出力状態と、前記負荷抵抗からの電流を前記実効値変換回路で実効値に変換して電流データとして前記発信部へ出力する電流出力状態とを切り替えるスイッチを具備することを特徴とする電流測定システムにある。

【0008】

かかる態様の電流測定システムによれば、ＣＴの設置箇所の電流波形データが発信部から受信部へ送信されるので、受信装置の受信部から電流波形のデータを得ることができるので、電流波形の歪みなどから電気設備の異常、例えば、冷蔵庫の初期漏電や、漏電につながる配線の接触不良等を把握することができる。なお、電流データは、電流波形データを解析することにより得ることができる。

【0011】

本発明の第２の態様は、前記計測・変換部は、前記波形出力状態と、前記電流出力状態とが交互に切り替えられるように構成されていることを特徴とする第１の態様記載の電流測定システムにある。

【0012】

かかる態様では、電流波形データと電流データとが交互に発信部へ送信され、電流波形データと電流データとの両者を容易に把握することができる。

【0015】

本発明の第３の態様は、前記受信装置は、前記受信部が受信したデータを蓄積するメモリを具備することを特徴とする第１又は２の態様記載の電流測定システムにある。

【0016】

かかる態様では、受信部が受信したデータがメモリに蓄積されるようになっているので適宜なタイミングで受信装置からデータを取り出すことができる。

【0019】

本発明の第４の態様は、前記計測・変換部は、前記負荷抵抗が可変抵抗であることを特徴とする第１〜３の何れかの態様記載の電流測定システムにある。

【0020】

かかる態様では、負荷抵抗を変化させることにより、ＣＴの飽和特性のばらつきを制御することができる。

【0023】

本発明の第５の態様は、前記計測・変換部は、基準時間発生手段を具備し、前記基準時間発生手段からの基準時間信号を前記発信部に出力することを特徴とする第１〜４の何れかの態様記載の電流測定システムにある。

【0024】

かかる態様では、基準時間信号を出力することにより、基準時間信号と共に電流波形データ等を受信できるので、データ解析を比較的容易に行うことができる。

【0025】

本発明の第６の態様は、前記蓄積部がキャパシタに前記電源用エネルギーを蓄積する蓄積状態と、前記キャパシタに蓄積された電源用エネルギーを使って、前記発信部が前記計測・変換部の出力を無線で発信する発信状態とを切り替える切替手段を具備し、前記切替手段は、前記キャパシタに蓄積される電源用エネルギーが所定量蓄積された際に前記蓄積状態から前記発信状態に切り替えられることを特徴とする第１〜５の何れかの態様記載の電流測定システムにある。

【0026】

かかる態様では、キャパシタに電源用エネルギーが蓄積された際に、発信部が発信状態に切り替わり、電流波形データ等を送信する。

【0027】

本発明の第７の態様は、前記計測・変換部は、前記蓄積状態の期間の前記計測・変換部の出力を格納する不揮発性メモリを具備し、前記発信部は、前記発信状態の期間に前記不揮発性メモリに格納されたデータを発信することを特徴とする第６の態様記載の電流測定システムにある。

【0028】

かかる態様では、キャパシタに電源用エネルギーを蓄積している期間の電流波形データ等が不揮発性メモリに格納され、発信状態になった際に送信されるようになる。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【図1】本発明の実施形態１に係る電流測定システムのブロック図である。

【図2】本発明の実施形態１の受信装置のブロック図である。

【図3】本発明の実施形態２に係る電流測定システムのブロック図である。

【図4】本発明の実施形態３に係る電流測定システムのブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0030】

以下、本発明の実施形態を図面に基づき詳細に説明する。なお、各図において、同一部分には、同一番号を付し、重複する説明は省略する。

【0031】

（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１に係る電流測定システムを示すブロック図、図２は、受信装置のブロック図である。
図１に示すように、本実施形態の電流測定システムは、例えば、配電盤に設置されるセンサー装置１と、適宜の場所に設置される受信装置２とを具備する。

【0032】

センサー装置１は、センサー本体１０と、配電盤内の電力線を挿通するように配置されるＣＴ（変流器）１１とからなり、センサー本体１０は、ＣＴ１１から得られるエネルギーを電源用エネルギーに変換する変換部１２、変換部１２が変換した電源用エネルギーを蓄積する蓄積部１３と、ＣＴ１１の二次側に接続され、ＣＴ１１を介して電流波形データの検出等を行う計測・変換部１４と、計測・変換部１４に接続される発信部１５とを具備する。ここで、変換部１２及び蓄積部１３と、計測・変換部１４及び発信部１５とは、切り換え回路１６に接続され、相互に切り換えられるようになっている。

【0033】

蓄積部１３には電源監視回路１７が接続され、蓄積部１３が所定の電源エネルギーを蓄積した際に、切り換え回路１６を制御し、変換部１２及び蓄積部１３から、計測・変換部１４へ切り換えるように制御する。また、電源監視回路１７にはレギュレータ１８が接続され、蓄積部１３で蓄積した電源エネルギーをレギュレータ１８を介して計測・変換部１４及び発信部１５に供給するようになっている。

【0034】

ここで、変換部１２、蓄積部１３、計測・変換部１４の具体的構成の一例を説明するが、これに限定されるものではないことはいうまでもない。
変換部１２は、ＣＴ１１からの交流を全波整流するダイオードブリッジ１２Ａと、ダイオードブリッジ１２Ａが全波整流した全波整流波を平滑して直流とする平滑回路２１Ｂとを具備する。また、蓄積部１３は、電気を蓄積するスーパーキャパシタ１３Ａと、スーパーキャパシタ１３Ａの電気チャージをコントロールするスーパーキャパシタコントローラ１３Ｂとを具備する。また、計測・変換部１４は、ＣＴ１１からの二次電流を電圧に変換する負荷抵抗１４Ａを具備し、負荷抵抗１４Ａは、スイッチ１４Ｂを介して実効値変換回路１４Ｃに接続されている。実効値変換回路１４Ｃは、負荷抵抗１４Ａからの電流を実効値に変換してアナログ値とする回路であり、出力を発信部１５に出力する。なお、実効値変換回路１４Ｃは、サンプリング周波数が高くとれれば、Ａ／Ｄ変換回路などでもよい。

【0035】

スイッチ１４Ｂは、実効値変換回路１４Ｃをバイパスして負荷抵抗１４Ａと発信部１５とを直接接続する回路と、実効値変換回路１４Ｃを経由して負荷抵抗１４Ａと発信部１５とを接続する回路とを切り換えるものである。ここで、実効値変換回路１４Ｃをバイパスして負荷抵抗１４Ａと発信部１５とを直接接続する回路に切り換えられた場合には、発信部１５には、電流波形データが出力され、実効値変換回路１４Ｃを経由して負荷抵抗１４Ａと発信部１５とを接続する回路に切り換えられた場合には、発信部１５には、電流データが出力される。なお、このスイッチ１４Ｂの切換は、外部からの指令信号などにより切り換え制御できるようにしてもよいが、本実施形態では、センサー本体１０に設けられた物理的な図示しない切換スイッチを介して切り換えられるようになっている。

【0036】

一方、受信装置２は、図２に示すように、発信部１５から発信されたデータを受信する受信部２１と、受信部２１で受信したデータを受けるＣＰＵ２２と、ＣＰＵ２２に接続されるメモリ２３と、無線モジュール２４と、ＬＡＮモジュール２５とを具備する。受信装置２は、センサー装置１の発信部１５から送信されたデータを受信部２１を介して受信し、受信したデータを、無線モジュール２４かＬＡＮモジュール２５を介してパソコン３等に出力するための中継器である。

【0037】

このような電流測定システムでは、以下の手順で電流波形データや電流データの計測を行うことができる。

【0038】

配電盤などの電力線にＣＴ１１を介して取り付けられたセンサー装置１は、まず、ＣＴ１１から得られるエネルギーを電源エネルギーとして蓄積する蓄積状態となり、変換部１２により変換された電源用エネルギーは蓄積部１３のスーパーキャパシタ１３Ａに蓄積される。電源監視回路１７は、スーパーキャパシタ１３Ａへの蓄積状態を監視し、所定の閾値以上蓄積された際にトリガー信号を出力し、切り換え回路１６を変換部１２から計測・変換部１４へ切り換え、発信状態となる。

【0039】

発信状態では、レギュレータ１８を介して発信部１５に電源エネルギーを供給し、発信部１５をウェイクアップさせる。また、レギュレータ１８からの電源エネルギーを計測・変換部１４に供給し、ＣＴ１１の二次電流から得られるデータを発信部１５に出力し、発信部１５は入力されたデータを発信する。

【0040】

発信部１５から発信されたデータは、受信装置２の受信部２１で受信され、ＣＰＵ２２を介してメモリ２３に格納される。また、ＬＡＮモジュール２５を介してパソコン３が接続されている場合には、受信部２１で受信したデータをパソコン３にも出力する。

【0041】

本実施形態では、発信部１５から送信されるデータは、計測・変換部１４のスイッチ１４Ｂの切り換え状態によって、電流波形データか電流データかの何れかとなる。実効値変換回路１４Ｃを介してデータが送信される場合には、電流データであり、実効値変換回路１４Ｃをバイパスしてデータが送信される場合には、電流波形データである。

【0042】

電流データが送信されている場合には、消費電力の他、完全に漏電している場合などが検出される。一方、電流波形データが送信されている場合には、電流波形が正常な波形か、歪みなどが生じた波形かなどが判断でき、例えば、冷蔵庫などに将来の漏電につながるような異常が発生した場合には、波形の歪みとして検出できることになり、従来では不可能であった、漏電の予防などの措置が可能となる。

【0043】

使用方法としては、通常は、電流データを出力するようにし、例えば、地震発生の後、電流波形データを出力するように切り換え、電流波形データに歪み等がないかを検出するようにする。

【0044】

また、電流波形データは、パソコン３に取り込めば、電流データに容易に変換できるので、常に電流波形データを出力するようにしてもよい。

【0045】

なお、スイッチ１４Ｂの切り換えは、本実施形態では物理的なスイッチにより切り換えるようにしたが、パソコン３からの制御により切り換えられるようにしてもよいし、ＣＰＵなどを設けて一定期間毎に切り換えが行われるようにしてもよい。

【0046】

また、受信装置２がメモリ２３を具備しているので、受信部２１が受信したデータはメモリ２３に格納されるので、必要に応じてパソコン３を接続してデータを取り出せばよいが、常にパソコン３が接続されるような環境の場合には、メモリ２３は必ずしも設ける必要はない。

【0047】

なお、発信部１５と受信部２１とを無線接続するための規格は特に限定されず、小電力無線、無線ＬＡＮ、ＷｉＦｉ、ブルートゥースなど、特に限定されず、環境や接続距離などにより選定すれば良い。

【0048】

また、受信装置２の無線モジュール２４の規格も特に限定されず、無線ＬＡＮ、ＷｉＦｉ、ブルートゥースなどであればよい。

【0049】

（実施形態２）
図３は本発明の実施形態２に係る電流測定システムを示すブロック図である。
図３に示す電流測定システムは、計測・変換部１４がＣＰＵ１４Ｄを具備し、また、ＣＰＵ１４Ｄに基準時間信号を出力するＧＰＳモジュール１９をセンサー本体１０に設けた以外は、実施形態１と同様であるので、同一の構成には同一符号を付して重複する説明は省略する。

【0050】

本実施形態では、実効値変換回路１４Ｃをバイパスして負荷抵抗１４Ａと発信部１５とを直接接続する回路と、実効値変換回路１４Ｃを経由して負荷抵抗１４Ａと発信部１５とを接続する回路とを切り換える切換手段であるスイッチ１４Ｂを、ＣＰＵ１４Ｄを介して制御できるようにし、所定期間毎に定期的にスイッチ１４Ｂを切り換えたり、発信部１５を介して受信した制御信号に基づいてスイッチ１４Ｂを切り換えるようにすることができる。

【0051】

また、本実施形態では、ＧＰＳモジュール１９が受信した基準時間信号を電流波形データや電流データと共に発信部１５から送信するものである。これにより、受信装置２やパソコン３（図２参照）では基準時間信号と共に電流波形データや電流データを受信できるので、より正確な解析を行うことができる。
なお、基準時間信号を取得する手段はＧＰＳモジュール１９に限定されず、例えば、標準電波を受信するモジュールであってもよいし、内蔵時計であってもよい。

【0052】

（実施形態３）
図４は本発明の実施形態３に係る電流測定システムを示すブロック図である。
図４に示す電流測定システムは、計測・変換部１４が不揮発性のメモリ１４Ｅを具備する以外は、実施形態２と同様であるので、同一の構成には同一符号を付して重複する説明は省略する。

【0053】

本実施形態では、蓄積状態の際にも計測・変換部１４が動作するようにし、計測したデータをメモリ１４Ｅに格納しておき、発信状態に切り替わった後、メモリ１４Ｅに格納されていたデータを発信部１５から送信するようにしたものである。上述した実施形態１、２では、蓄積状態の期間の電流波形データや電流データは取得できなかったが、本実施形態では、蓄積状態の期間のデータも取得することができるものである。

【0054】

（その他の実施形態）
上記実施形態において電流センサは変流器で形成したが、必ずしもこれに限定する必要はない。また、電源手段も変流器に限定する必要はなく、電源手段としては、他に、電磁誘導方式、環境磁界発電方式、太陽光エネルギー方式による電源を備えていてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0055】

本発明は低電圧送電を行う電力業界や、この種の低電圧送電線の保守・点検等を行う産業分野において有効に利用することができる。

【符号の説明】

【0056】

１ センサー装置
２ 受信装置
１０ センサー本体
１１ ＣＴ
１２ 変換部
１３ 蓄積部
１４ 計測・変換部
１５ 発信部
１６ 切り換え回路
１７ 電源監視回路
１８ レギュレータ
１９ ＧＰＳモジュール
２１ 受信部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】