特開 2022-186366 変成器付き電力量計

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022186366

(43)【公開日】2022-12-15

(54)【発明の名称】変成器付き電力量計

(51)【国際特許分類】

   G01R 11/02 20060101AFI20221208BHJP

   H01F 38/34 20060101ALI20221208BHJP

【ＦＩ】

G01R11/02 D

H01F38/34

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021094543

(22)【出願日】2021-06-04

(71)【出願人】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100118762

【弁理士】

【氏名又は名称】高村 順

(72)【発明者】

【氏名】牧野 大輔

(72)【発明者】

【氏名】大原 慎也

【テーマコード（参考）】

5E081

【Ｆターム（参考）】

5E081AA20

5E081CC11

(57)【要約】

【課題】通信モジュールの接続の有無に関わらず計器用変成器の使用負担を一定とすることができる変成器付き電力量計を得ること。
【解決手段】変成器付き電力量計２は、電源トランス２２と、計測制御部２７と、第１接続線Ｌ１と接地との間に設けられるダミー抵抗２４と、スイッチング素子２５との直列回路と、を備える。計測制御部２７は、通信モジュール３が第１接続線Ｌ１に接続されているときは、スイッチング素子２５をオフにしてダミー抵抗２４を電気的に切り離し、通信モジュール３が第１接続線Ｌ１に未接続であるときは、スイッチング素子２５をオンにしてダミー抵抗２４を電気的に接続する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

通信モジュールが着脱可能な変成器付き電力量計であって、
前記通信モジュールの駆動に使用される電源の電源出力と接地間に接続されるダミー抵抗と、スイッチング素子との直列回路と、を備え、
前記通信モジュールが前記電力量計に接続された時には前記スイッチング素子をオフとし、前記通信モジュールが前記電力量計に未接続の時には前記スイッチング素子をオンとする
ことを特徴とする変成器付き電力量計。

【請求項2】

前記ダミー抵抗は、前記通信モジュールと使用負担が同じとなるよう抵抗値が調整される
ことを特徴とする請求項１に記載の変成器付き電力量計。

【請求項3】

前記通信モジュールの前記電力量計への接続の有無は、前記電力量計の制御部が検知し前記スイッチング素子を制御する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の変成器付き電力量計。

【請求項4】

前記通信モジュールを前記電力量計へ接続時に、前記通信モジュールが前記スイッチング素子をオフとする
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の変成器付き電力量計。

【請求項5】

計器用変成器の計測信号を降圧し、降圧後の計測信号の絶縁出力である第１出力を第１接続線を介して前記通信モジュールに出力し、降圧後の計測信号の非絶縁出力である第２出力を第２接続線に出力する電源トランス、
をさらに備え、
前記ダミー抵抗と前記スイッチング素子との前記直列回路は、前記第１接続線と前記接地との間に設けられる
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一つに記載の変成器付き電力量計。

【請求項6】

前記第２接続線から得られた前記第２出力に基づいて電力量の計量を行う制御部を備える
ことを特徴とする請求項５に記載の変成器付き電力量計。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、計器用変成器と組み合わせて回路の電力量を計量する変成器付き電力量計に関する。

【背景技術】

【0002】

変成器付き電力量計は、受配電盤、分電盤などにおける回路の電力量を測定するため、計器用変成器の二次側に設置される。変成器付き電力量計は、計器用変成器の一次側に配置される主回路の大電流、高電圧を計器用変成器によって計器にて測定可能な電圧値、電流値に変換し、計量を行う計器である。

【0003】

計器用変成器では、二次側に接続される計器の接続状態によって、計器用変成器の使用負担が変動して検出精度が変化するのを防止することが必要である。このため、特許文献１では、使用負担が小さい領域では、計器用変成器の二次側に調整用負担を接続し、使用負担が大きい領域では、計器用変成器の二次側から調整用負担を切り離し、負担の変動を抑制している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平３－２８３４１６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

近年、通信によって自動検針を行うケースが増えており、電力量計に通信モジュールを組合せることにより、電力量計に通信機能を付与する構成が増えている。このような構成の場合、通信モジュールを後付けで組み合わせることができるため、通信モジュールの有無に応じて使用負担が変動し、結果として計器用変成器の二次側の負担変動が大きくなるという新たな課題が発生している。

【0006】

本開示は、上記に鑑みてなされたものであり、通信モジュールの接続の有無に関わらず計器用変成器の使用負担を一定とすることができる変成器付き電力量計を得ることを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、通信モジュールが着脱可能な変成器付き電力量計は、通信モジュールの駆動に使用される電源の電源出力と接地間に接続されるダミー抵抗と、スイッチング素子との直列回路と、を備え、通信モジュールが電力量計に接続された時にはスイッチング素子をオフとし、通信モジュールが電力量計に未接続の時にはスイッチング素子をオンとすることを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本開示における変成器付き電力量計によれば、通信モジュールの接続の有無に関わらず計器用変成器の使用負担を一定とすることができる変成器付き電力量計を得ることができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施の形態にかかる変成器付き電力量計を含む回路構成を示す全体構成図

【図2】実施の形態にかかる変成器付き電力量計の回路構成図

【図3】実施の形態におけるダミー抵抗およびスイッチング素子の具体的回路構成を示す図

【図4】実施の形態にかかる変成器付き電力量計の動作例を示すフローチャート

【図5】実施の形態にかかる変成器付き電力量計の変形例を示す図

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下に、実施の形態にかかる変成器付き電力量計を図面に基づいて詳細に説明する。

【0011】

実施の形態．
図１は実施の形態にかかる変成器付き電力量計を含む回路構成を示す全体構成図である。図１において、主回路の電源側から負荷側に流れる電源配線１１，１２，１３には、変流器２０、変流器３０および計器用変圧器１が接続されている。例えば、変流器２０は電源配線１１に接続され、変流器３０は電源配線１３に接続されている。変流器２０，３０は、主回路の電源側から負荷側に流れる大電流を変成器付き電力量計２が計測可能な小電流に変換する。変流器２０，３０は、計測された電流値に対応する電圧値を変成器付き電力量計２に入力する。

【0012】

計器用変圧器１は、電源配線１１，１２，１３に接続され、主回路に関係する高電圧を変成器付き電力量計２が計測可能な低電圧に変換する。計器用変圧器１は、計測された電圧値を変成器付き電力量計２に入力する。この計器用変圧器１の出力は、電力量の計測に用いるとともに変成器付き電力量計２の動作電源としても使用される。

【0013】

変成器付き電力量計２は、変流器２０、変流器３０、および計器用変圧器１に接続されている。変成器付き電力量計２は、主回路に接続された変流器２０および変流器３０から取り出した電流に対応する電圧と、計器用変圧器１から取り出した電圧とを取り込むことで、主回路に関する電力量の計量を行う。

【0014】

電源トランス２２は、通信モジュール３に接続されている。通信モジュール３は、変成器付き電力量計２と着脱可能な構造である。通信モジュール３は、例えば、スマートフォン、パーソナルコンピュータなどを用いて、変成器付き電力量計２で計量した計量値を取得する。通信モジュール３は、例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ(登録商標)、特定小電力無線を用いた無線通信、ＣＣ－Ｌｉｎｋ（Control Communication Link、登録商標）、ＰＲＯＦＩＢＵＳ（Process Field Bus、登録商標）などの有線通信が利用可能である。

【0015】

図２は、実施の形態にかかる変成器付き電力量計２の回路構成図である。図２に示した計器用変成器４０は、変流器２０と、変流器３０と、計器用変圧器１とを含んだ回路構成を示している。変成器付き電力量計２は、計器用変圧器１が接続された整流回路２１と、電源トランス２２と、電源制御回路２３と、ダミー抵抗２４と、スイッチング素子２５と、計器内部電源２６と、制御部としての計測制御部２７と、入力回路２８と、表示部２９と、を有している。入力回路２８は、変流器２０、変流器３０、計器用変圧器１が接続され、各入力信号を計測用の電圧信号に変換する。表示部２９は、計測制御部２７で算出された電力量を表示する。

【0016】

整流回路２１は、計器用変圧器１で変換された低電圧の交流電力（例えば、ＡＣ１１０Ｖ）を変成器付き電力量計２の動作電源として利用するため直流電力に変換する。入力回路２８は、変流器２０と、変流器３０と、計器用変圧器１とを含む計器用変成器４０から出力される交流信号を計測制御部２７が読み込める電圧信号に変換する。電源トランス２２は、変換された直流電圧を、変成器付き電力量計２内の回路および通信モジュール３で駆動可能な低電圧に降圧変換する。また、電源トランス２２は、電源トランス２２の一次側回路と通信モジュール３とを電気的に絶縁する。

【0017】

電源制御回路２３は、例えば、電源トランス２２の出力電圧制御のためのフィードバック制御を行うフィードバック回路などを備えている。

【0018】

ダミー抵抗２４は、後述するが、電源トランス２２の絶縁出力の出力電圧を維持するための回路構成である。スイッチング素子２５は、ダミー抵抗２４を回路から電気的に切り離し、かつダミー抵抗２４を回路に電気的に接続する。ダミー抵抗２４とスイッチング素子２５との直列回路は、通信モジュール３の駆動に使用される電源の電源出力と接地間に接続される。

【0019】

計器内部電源２６は、電源トランス２２で生成された非絶縁出力としての電圧出力を、計測制御部２７が駆動可能な低電圧に変換する。

【0020】

計測制御部２７は、変成器付き電力量計２の計測、制御用に用いられるＣＰＵ（Central Processing Unit）である。計測制御部２７は、電源トランス２２から計器内部電源２６を介して取得した変流器２０および変流器３０からの電流出力と、計器用変圧器１から取り出した電圧出力とを用いて、主回路の電力量の計量を行う。また、計測制御部２７は、通信モジュール３の接続監視と、スイッチング素子２５のオン／オフ制御を行う。

【0021】

図２に示す回路構成は、例えば整流回路２１と電源トランス２２の構成をフライバック方式のスイッチング電源とし、出力電圧の安定化を目的とした電圧制御のために電源制御回路２３を用いてフィードバック回路を構成することで、電源トランス２２の二次側の出力電圧を監視し、制御する必要がある。フィードバック回路を構成することにより、計器内部電源２６は非絶縁出力となる。

【0022】

しかし、図２において、計器用変成器４０の二次側に接続される変成器付き電力量計２の電圧・電流入力と、通信モジュール３とは、ノイズ、またはサージの影響を避けるため、一般的に絶縁された構成とする必要がある。

【0023】

そこで、本実施の形態では、変成器付き電力量計２の内部で使用する電源を非絶縁・絶縁の２出力構成とし、非絶縁の出力を計器内部電源２６で使用し、絶縁の出力を通信モジュール３の駆動に使用する。

【0024】

このように、本実施の形態を構成する変成器付き電力量計２の回路構成において、電源トランス２２で降圧された二次側出力は非絶縁出力と絶縁出力の２出力からなり、降圧された二次側出力の絶縁出力である第１出力は、第１接続線Ｌ１を介して通信モジュール３に出力され、降圧された二次側出力の非絶縁出力である第２出力は、第２接続線Ｌ２を介して計器内部電源２６および計測制御部２７に出力される。

【0025】

非絶縁出力である第２出力は電源制御回路２３によって、出力電圧が制御されている。しかし、通信モジュール３に供給される絶縁出力である第１出力は出力電圧制御がなされておらず、通信モジュール３が変成器付き電力量計２に未接続の場合、出力電圧が著しく高くなることが想定される。そのため、実施の形態の変成器付き電力量計２においては、出力電圧維持を目的としてダミー抵抗２４を実装している。

【0026】

ここで、ダミー抵抗２４を実装した状態で通信モジュール３が接続された場合、通信モジュール３での電力消費が変成器付き電力量計２に加算される。つまり、変成器付き電力量計２の電圧回路における使用負担が増加する。

【0027】

例えば、変成器付き電力量計２が検定付計器であった場合、使用される計器用変成器４０と組み合わせる変成器付き電力量計２の合計負担を、計器用変成器４０の使用負担の範囲内に抑える必要がある。

【0028】

前述のように、変成器付き電力量計２に通信モジュール３を着脱することで、変成器付き電力量計２の使用負担が変わると、計器用変成器４０の使用負担の範囲を超えてしまうことが懸念される。

【0029】

そこで、本実施の形態ではスイッチング素子２５を実装し、計測制御部２７でスイッチング素子２５をオン／オフする構成とした。すなわち、ダミー抵抗２４と、スイッチング素子２５との直列回路を、第１接続線Ｌ１と接地との間に設けた。

【0030】

ここで、スイッチング素子２５は例えばトランジスタ、またはサイリスタなどで構成される簡易的なスイッチ回路である。

【0031】

図３は、実施の形態におけるダミー抵抗２４およびスイッチング素子２５の具体的回路構成を示す図である。図３では、スイッチング素子２５をトランジスタ２５ａとしている。

【0032】

図３において、計測制御部２７は通信モジュール３の変成器付き電力量計２に対する接続の有無を監視する。計測制御部２７は、通信モジュール３が未接続状態の場合、トランジスタ２５ａをオンに制御する。これにより、ダミー抵抗２４が電気的に接続され、ダミー抵抗２４が使用負担となる回路が形成される。一方、通信モジュール３が接続状態である場合、計測制御部２７は、トランジスタ２５ａをオフに制御する。これにより、ダミー抵抗２４が切り離され、通信モジュール３が使用負担となる回路が形成される。

【0033】

ダミー抵抗２４は、通信モジュール３と使用負担が同じとなるよう抵抗値が調整される。これにより、通信モジュール３の接続の有無に応じて、トランジスタ２５ａをオン／オフすることで、通信モジュール３の接続の有無にかかわらず、変成器付き電力量計２の使用負担を一定に保つことができる。

【0034】

図４は、実施の形態にかかる変成器付き電力量計２の動作例を示すフローチャートである。図４は、計測制御部２７の動作を示している。

【0035】

まず、計測制御部２７は、通信モジュール３が変成器付き電力量計２に接続されているか否かを判定する（ステップＳ１１）。通信モジュール３が接続されている場合（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）、計測制御部２７は、スイッチング素子２５をオフとする（ステップＳ１４）。これにより、ダミー抵抗２４が回路から切り離される（ステップＳ１５）。この結果、通信モジュール３が変成器付き電力量計２の負荷となる。

【0036】

通信モジュール３が接続されていない場合（ステップＳ１１：Ｎｏ）、計測制御部２７は、スイッチング素子２５をオンとする（ステップＳ１２）。これにより、ダミー抵抗２４が回路に接続され（ステップＳ１３）、ダミー抵抗２４が変成器付き電力量計２の負荷となる。

【0037】

図５は、実施の形態にかかる変成器付き電力量計２の変形例を示す図である。図５に示す変形例では、通信モジュール３が制御信号によってスイッチング素子２５のオン／オフ制御を行う。すなわち、図４に示したように、通信モジュール３が、変成器付き電力量計２に接続されているか否かを判定し、判定結果に応じてスイッチング素子２５のオン／オフ制御を行う。別言すれば、通信モジュール３が変成器付き電力量計２へ接続された時に、通信モジュール３がスイッチング素子２５をオフとする。

【0038】

このように実施の形態によれば、通信モジュール３が接続されている場合、スイッチング素子２５をオフとして、ダミー抵抗２４を回路から切り離し、通信モジュール３が接続されていない場合、スイッチング素子２５をオンとして、ダミー抵抗２４を回路に接続している。したがって、通信モジュール３の接続の有無にかかわらず、計器の使用負担を一定に保つことができ、計測精度を担保することができる。また、計器内部の電源回路の構成要件であるダミー抵抗を使用することで、追加の部品を少なく構成することが可能となる。加えて、本実施の形態における計器の使用負担はＤＣ回路で制御しているため、比較的小サイズかつ安価な部品で実現することができる。

【0039】

以上の実施の形態に示した構成は、本開示の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本開示の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

【符号の説明】

【0040】

１ 計器用変圧器、２ 変成器付き電力量計、３ 通信モジュール、１１，１２，１３ 電源配線、２０，３０ 変流器、２１ 整流回路、２２ 電源トランス、２３ 電源制御回路、２４ ダミー抵抗、２５ スイッチング素子、２５ａ トランジスタ、２６ 計器内部電源、２７ 計測制御部、２８ 入力回路、２９ 表示部、４０ 計器用変成器。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】