特開 2024-179584 電力計測装置

(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】P2024179584

(43)【公開日】2024-12-26

(54)【発明の名称】電力計測装置

(51)【国際特許分類】

   G01R 11/02 20060101AFI20241219BHJP

   G01R 11/04 20060101ALI20241219BHJP

   H01H 83/02 20060101ALN20241219BHJP

【ＦＩ】

G01R11/02 E

G01R11/04 C

H01H83/02 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023098547

(22)【出願日】2023-06-15

(71)【出願人】

【識別番号】508296738

【氏名又は名称】富士電機機器制御株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】野口 真伍

【テーマコード（参考）】

5G030

【Ｆターム（参考）】

5G030YY12

(57)【要約】

【課題】耐サージ性が高く、小型化が図れられた電力計測装置の提供を目的とする。
【解決手段】回路遮断器にそれぞれ接続される第１給電線及び第２給電線と、前記第１給電線及び前記第２給電線を介して、前記回路遮断器に接続される電力計測回路と、前記第１給電線及び前記第２給電線のそれぞれに接続されるサージ吸収素子と、前記第１給電線において、前記サージ吸収素子より前記回路遮断器側に設けられる第１電流制限素子、及び、前記第２給電線において、前記サージ吸収素子より前記回路遮断器側に設けられる第２電流制限素子、の少なくとも一方の電流制限素子と、を備える、電力計測装置。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

回路遮断器にそれぞれ接続される第１給電線及び第２給電線と、
前記第１給電線及び前記第２給電線を介して、前記回路遮断器に接続される電力計測回路と、
前記第１給電線及び前記第２給電線のそれぞれに接続されるサージ吸収素子と、
前記第１給電線において、前記サージ吸収素子より前記回路遮断器側に設けられる第１電流制限素子、及び、前記第２給電線において、前記サージ吸収素子より前記回路遮断器側に設けられる第２電流制限素子、の少なくとも一方の電流制限素子と、
を備える、電力計測装置。

【請求項2】

第１電流制限素子及び第２電流制限素子の双方を備える、請求項１に記載の電力計測装置。

【請求項3】

前記第１電流制限素子及び前記第２電流制限素子の少なくとも一方は、アキシャルリード抵抗である、請求項１に記載の電力計測装置。

【請求項4】

前記アキシャルリード抵抗は、互いに対向する２つの基板の一方の前記基板に垂直に実装され、かつ、前記一方の前記基板から他方の前記基板に向けて延びる、請求項３に記載の電力計測装置。

【請求項5】

前記サージ吸収素子は、ＴＶＳである、
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電力計測装置。

【請求項6】

前記第１給電線において、前記第１電流制限素子と前記サージ吸収素子との間、及び、前記第２給電線において、前記第２電流制限素子と前記サージ吸収素子の間、の少なくとも一方の位置に配置される温度ヒューズをさらに備える、請求項１に記載の電力計測装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電力計測装置に関する。

【背景技術】

【0002】

電力系統から給電された電力を負荷に送電する配電盤や分電盤には、負荷に過電流が流れた際に、負荷への電力の送電を遮断するブレーカ等の回路遮断器が設けられている。また、回路遮断器を通じて負荷に送電される電力を計測する電力計測装置が、特許文献１に開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１０－２５７５８１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

電力計測装置において、回路遮断器と同様の耐サージ性が必要とされる。しかしながら、サージ吸収素子単独で、電力計測装置の耐サージ性を担保しようとする場合、大きなサイズのサージ吸収素子を設けなければならない。すなわち、電力計測装置の大型化を招く。

【0005】

本開示は、耐サージ性が高く、小型化が図れられた電力計測装置の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

第１態様では、電力計測装置は、回路遮断器にそれぞれ接続される第１給電線及び第２給電線と、前記第１給電線及び前記第２給電線を介して、前記回路遮断器に接続される電力計測回路と、前記第１給電線及び前記第２給電線のそれぞれに接続されるサージ吸収素子と、前記第１給電線において、前記サージ吸収素子より前記回路遮断器側に設けられる第１電流制限素子、及び、前記第２給電線において、前記サージ吸収素子より前記回路遮断器側に設けられる第２電流制限素子、の少なくとも一方の電流制限素子と、を備える。

【発明の効果】

【0007】

本開示の技術によれば、耐サージ性が高く、小型化が図れられた電力計測装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施形態に係る電力計測装置の回路構成の一例を示す回路模式図である。

【図2】実施形態に係る電力計測装置の外部構造の一例を示す斜視図である。

【図3】実施形態に係る電力計測装置の内部構造の一例を示す斜視図である。

【図4】実施形態に係る電力計測装置の電流制限素子の配置の一例を示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照して実施形態に係る電力計測装置について説明する。なお、「接続」とは、物理的な接続に限られず、電気的な接続の意味を含んでよい。例えば、物体Ａが物体Ｂに接続されるとは、物体Ａが物体Ｂに導電的に（例えば、同電位に）接続される場合に限られず、物体Ａが物体Ｃを介して物体Ｂに導電的に接続される場合を含んでよい。

【0010】

＜回路構成＞
図１を参照して、実施形態に係る電力計測装置１０の回路構成の一例を説明する。図１は、電力計測装置１０の回路構成の一例を示す回路模式図である。また、図１は、電力計測装置１０、電源１、回路遮断器２、及び負荷３における相互の電気的な接続関係を示す。

【0011】

電力計測装置１０の回路構成を説明する前提として、はじめに、電源１、回路遮断器２、負荷３の構成の概要及び電気的な接続関係を説明する。電源１から分電盤や配電盤（以下、分電盤や配電盤をまとめて、「分電盤等」という）に送電された電力は、分電盤等に設けられた回路遮断器２を通じて、負荷３に送電される。

【0012】

本実施形態の電源１は、回路遮断器２を備えた分電盤等に電力を送電する商用の電力系統である。電源１から回路遮断器２側には、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の三相の交流電力が送電される。電源１は、図１に示すように、３つの配線１ａ，１ｂ，１ｃを通じて、回路遮断器２に接続される。

【0013】

電源１から配線１ａを通じて、回路遮断器２側にＵ相の交流電力が送電される。電源１から配線１ｂを通じて、回路遮断器２側にＷ相の交流電力が送電される。電源１から配線１ｃを通じて、回路遮断器２側にＶ相の交流電力が送電される。

【0014】

ただし、電源１の種類は、三相の交流電力を送電する電力系統に限られない。電源１は、太陽電池等の直流電力を送電する電源であってもよい。また、電源１から送電される交流電力は、分電盤等によって、単相の交流電力等の他の形態の電力に変換されてもよい。すなわち、分電盤等によって変換された電力が、回路遮断器２及び負荷３に送電されてもよい。

【0015】

回路遮断器２は、例えば、回路遮断器２と負荷３とを接続する配線に過電流が流れた場合や、漏電が生じた場合に、負荷３側への電力の送電を遮断する機器である。回路遮断器２の例として、いわゆるブレーカと称される、配線用遮断器、漏電遮断器が挙げられる。

【0016】

図１に示すように、回路遮断器２は、３つの電源側端子２ａ，２ｂ，２ｃを備える。電源側端子２ａは、配線１ａを通じて、Ｕ相の交流電力を受電する。電源側端子２ｂは、配線１ｂを通じて、Ｗ相の交流電力を受電する。電源側端子２ｃは、配線１ｃを通じて、Ｖ相の交流電力を受電する。

【0017】

回路遮断器２は、３つの負荷側端子２ｄ，２ｅ，２ｆをさらに備える。回路遮断器２は、負荷側端子２ｄから延びる配線４ａ、負荷側端子２ｅから延びる配線４ｂ、負荷側端子２ｆから延びる配線４ｃのそれぞれを通じて、負荷３に接続される。

【0018】

本実施形態の負荷３は、回路遮断器２を通じて電源１から送電された電力を駆動源とするモータ等の電動機である。ただし、負荷３の種類は、これに限定されない。負荷３は、例えば、３つの端子３ａ，３ｂ，３ｃを備える。

【0019】

負荷３の端子３ａは、回路遮断器２の負荷側端子２ｄ及び配線４ａを通じて、Ｕ相の交流電力を受電する。負荷３の端子３ｂは、回路遮断器２の負荷側端子２ｅ及び配線４ｂを通じて、Ｗ相の交流電力を受電する。負荷３の端子３ｃは、回路遮断器２の負荷側端子２ｆ及び配線４ｃを通じて、Ｖ相の交流電力を受電する。

【0020】

以上、電源１、回路遮断器２、負荷３の構成の概要及び電気的な接続関係を説明した。ただし、電源１、回路遮断器２、負荷３の構成の概要、及びこれらの電気的な相互の接続関係は、前述の説明及び図１に示す態様に限定されない。

【0021】

例えば、電源１から回路遮断器２及び負荷３に送電される電力の形態に応じて、回路遮断器２の端子の数、負荷３の端子の数は、適宜変更されてよい。同様に、電源１から回路遮断器２及び負荷３に送電される電力の形態に応じて、電源１、回路遮断器２、及び負荷３のそれぞれを相互に接続する配線の数も、適宜変更されてよい。

【0022】

次に、電力計測装置１０の回路構成を説明する。本実施形態に係る電力計測装置１０は、回路遮断器２を通じて負荷３に送電される電力を計測する。電力計測装置１０は、構造上、回路遮断器２と一体化されて利用される。ただし、電力計測装置１０の利用形態は、回路遮断器２と一体化される形態に限られない。電力計測装置１０は、構造上、回路遮断器２と分離されて利用されてもよい。また、電力計測装置１０は、回路遮断器２を通じて負荷３に送電される電流及び電圧の少なくとも１つを計測するものであってもよい。

【0023】

図１に示すように、電力計測装置１０は、第１端子１１ａと、第２端子１１ｂと、第１給電線１２ａと、第２給電線１２ｂと、電流検出部１３ａ，１３ｂと、電圧検出用接点１４ａ，１４ｂ，１４ｃと、電力計測回路２０と、電源回路３０と、サージ吸収素子４０と、第１電流制限素子５１と、第２電流制限素子５２と、を備える。また、本実施形態の電力計測装置１０は、温度ヒューズ６０をさらに備えることが好ましい。

【0024】

第１端子１１ａは、バスバー等の長尺な導体板である。第１端子１１ａの一端は、回路遮断器２の負荷側端子２ｄに接続される。また、第１端子１１ａの他端は、負荷３側に延びる配線４ａを通じて、負荷３の端子３ａに接続される。さらに、第１端子１１ａは、第１給電線１２ａを通じて、電力計測装置１０内に設けられた電力計測回路２０及び電源回路３０等に接続される。なお、電力計測回路２０及び電源回路３０等の、電力計測装置１０内に設けられた回路を総称して、以下、「電力計測装置１０の内部回路」という。

【0025】

第２端子１１ｂは、第１端子１１ａとは互いに異なる位置に設けられる、バスバー等の長尺な導体板である。第２端子１１ｂの一端は、回路遮断器２の負荷側端子２ｅに接続される。また、第２端子１１ｂの他端は、負荷３側に延びる配線４ｂを通じて、負荷３の端子３ｂに接続される。さらに、第２端子１１ｂは、第２給電線１２ｂを通じて、電力計測装置１０の内部回路に接続される。

【0026】

第１給電線１２ａは、回路遮断器２側から第１端子１１ａを通じて送電された電力を、電力計測装置１０の内部回路に給電するための電路である。具体的には、図１に示すように、第１給電線１２ａは、第１端子１１ａ及び電源回路３０の端子３１ａを相互に接続する配線１２１ａと、電源回路３０の端子３１ｂ及び電力計測回路２０の端子２１ａを相互に接続する配線１２２ａと、を含む。

【0027】

第２給電線１２ｂは、回路遮断器２側から第２端子１１ｂを通じて送電された電力を、電力計測装置１０の内部回路に給電するための電路である。具体的には、図１に示すように、第２給電線１２ｂは、第２端子１１ｂ及び電源回路３０の端子３１ｃを相互に接続する配線１２１ｂと、電源回路３０の端子３１ｄ及び電力計測回路２０の端子２１ｂを相互に接続する配線１２２ｂと、を含む。

【0028】

電流検出部１３ａ，１３ｂは、回路遮断器２から配線４ａ，４ｂを通じて負荷３側に送電される相電流をそれぞれ検出する。具体的には、電流検出部１３ａは、配線４ａに送電されたＵ相の相電流を検出するロゴスキーセンサである。また、電流検出部１３ｂは、配線４ｂに送電されたＷ相の相電流を検出する別のロゴスキーセンサである。電流検出部１３ａ，１３ｂのそれぞれが検出したＵ相、Ｗ相の電流信号（正確には、ロゴスキーセンサのコイルの両端に生じた電圧信号）は、電力計測回路２０に出力される。

【0029】

別途、配線４ｃに送電されたＶ相の相電流を検出する電流検出部を設けてもよい。すなわち、３つの電流検出部を設けて、回路遮断器２を通じて負荷３側に流れるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相の交流電流を検出するようにしてもよい。

【0030】

電流検出部１３ａ，１３ｂは、ロゴスキーセンサとは異なる種類の電流センサであってもよい。他の電流センサの例として、変流器やシャント抵抗等が挙げられる。ただし、電流の検出精度を高め、かつ、電力計測装置１０の小型化を図ることができる観点から、電流検出部１３ａ，１３ｂのそれぞれをロゴスキーセンサとすることが好ましい。

【0031】

電圧検出用接点１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、回路遮断器２から配線４ａ，４ｂ，４ｃを通じて負荷３側に送電される相電圧をそれぞれ検出するための接点である。また、図１に示すように、電圧検出用接点１４ａと電力計測回路２０とを接続する配線５ａ、電圧検出用接点１４ｂと電力計測回路２０とを接続する配線５ｂ、及び電圧検出用接点１４ｃと電力計測回路２０とを接続する配線５ｃが、それぞれ設けられる。配線４ａに送電されたＵ相の相電圧に対応する電圧信号は、電圧検出用接点１４ａ及び配線５ａを通じて、電力計測回路２０側に出力される。配線４ｂに送電されたＷ相の相電圧に対応する電圧信号は、電圧検出用接点１４ｂ及び配線５ｂを通じて、電力計測回路２０側に出力される。配線４ｃに送電されたＶ相の相電圧に対応する電圧信号は、電圧検出用接点１４ｃ及び配線５ｃを通じて、電力計測回路２０側に出力される。

【0032】

電力計測回路２０は、電源１から回路遮断器２を通じて負荷３に送電される電力を計測する回路である。電力計測回路２０は、例えば、電流実効値及び電圧実効値を算出し、算出した電流実効値及び電圧実効値に基づき、有効電力を計測する。また、電力計測回路２０は、負荷３に送電される電力に関するより正確な情報を得るため、皮相電力や無効電力等の他の電力情報を計測するものであってもよい。

【0033】

図１に示すように、本実施形態の電力計測回路２０は、積分回路２２と、増幅回路２３と、相間電圧検出回路２４と、Ａ／Ｄ変換回路２５と、演算処理回路２６と、外部通信Ｉ／Ｆ回路２７と、を備える。また、電力計測回路２０は、必要に応じて、他の回路を備えていてもよい。

【0034】

電流検出部１３ａ，１３ｂのそれぞれが、ロゴスキーセンサである場合、電流検出部１３ａ，１３ｂで検出された信号は、Ｕ相、Ｗ相の相電流の微分値に対応する電圧値からなる。電力計測回路２０の積分回路２２は、電流検出部１３ａ，１３ｂのそれぞれから出力された信号を積分し、Ｕ相、Ｗ相の相電流に対応する電流信号に変換する。

【0035】

増幅回路２３は、積分回路２２によって変換された電流信号を増幅する。また、増幅回路２３は、増幅した電流信号をＡ／Ｄ変換回路２５に出力する。

【0036】

相間電圧検出回路２４は、電圧検出用接点１４ａ，１４ｂ，１４ｃのそれぞれを介して抽出された電圧信号に基づき、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相電圧のうちの２相間の相間電圧を検出する。

【0037】

具体的には、相間電圧検出回路２４は、電圧検出用接点１４ａを介して検出されたＵ相の相電圧と、電圧検出用接点１４ｂを介して検出されたＷ相の相電圧との差から、Ｕ相及びＷ相の間の相間電圧を検出する。また、相間電圧検出回路２４は、電圧検出用接点１４ｂを介して検出されたＷ相の相電圧と、電圧検出用接点１４ｃを介して検出されたＶ相の相電圧との差から、Ｗ相及びＶ相の間の相間電圧を検出する。さらに、相間電圧検出回路２４は、電圧検出用接点１４ｃを介して検出されたＶ相の相電圧と、電圧検出用接点１４ａを介して検出されたＵ相の相電圧との差から、Ｖ相及びＵ相の間の相間電圧を検出する。

【0038】

相間電圧検出回路２４は、入力されたＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相の電圧レベルをそれぞれ調整する分圧回路を備えてもよい。分圧回路は、分圧回路に入力された電圧を分圧するための抵抗素子を含む。相間電圧検出回路２４は、検出した相間電圧のそれぞれに対応する電圧信号を、Ａ／Ｄ変換回路２５に出力する。

【0039】

Ａ／Ｄ変換回路２５は、増幅回路２３から出力された電流信号をデジタル電流信号に変換する。また、Ａ／Ｄ変換回路２５は、相間電圧検出回路２４から出力された電圧信号をデジタル電圧信号に変換する。さらに、Ａ／Ｄ変換回路２５は、変換したデジタル電流信号及びデジタル電圧信号のそれぞれを、演算処理回路２６に出力する。

【0040】

演算処理回路２６は、電力計測回路２０における各種の演算処理を実行する。本実施形態の演算処理回路２６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＣＰＵで実行されるプログラムを記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）等を含む。なお、演算処理回路２６における演算処理機能の一部又は全部を、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等の他の電子回路に担わせるようにしてもよい。

【0041】

具体的には、演算処理回路２６は、Ａ／Ｄ変換回路２５から出力されたデジタル電流信号に基づき、電源１から回路遮断器２を通じて負荷３に送電される電流実効値を算出する。また、演算処理回路２６は、Ａ／Ｄ変換回路２５から出力されたデジタル電圧信号に基づき、電源１から回路遮断器２を通じて負荷３に送電される電圧実効値を算出する。さらに、演算処理回路２６は、電流実効値及び電圧実効値に基づき、電源１から回路遮断器２を通じて負荷３に送電される有効電力を計測する。

【0042】

演算処理回路２６は、電流平均値、電圧平均値を算出してもよい。また、演算処理回路２６は、電流最大値、電圧最大値を算出してもよい。演算処理回路２６は、これら各種の電流情報及び電圧情報に基づき、有効電力等の電力情報を計測してもよい。演算処理回路２６は、演算結果に対応する電流情報、電圧情報、及び電力情報のそれぞれを、外部通信Ｉ／Ｆ回路２７に出力する。

【0043】

外部通信Ｉ／Ｆ回路２７は、電力計測装置１０に接続された他の情報処理装置との通信を行うためのインターフェースである。具体的には、外部通信Ｉ／Ｆ回路２７は、演算処理回路２６から出力された、電流情報、電圧情報、及び電力情報等の計測情報を、他の情報処理装置に送信する。

【0044】

他の情報処理装置の例として、複数の電力計測装置１０のそれぞれから送信された各種計測情報を統括的に管理するためのコンピュータが挙げられる。なお、複数の電力計測装置１０のそれぞれは、互いに異なる複数の回路遮断器２のいずれかと一体化されている。また、複数の電力計測装置１０のそれぞれは、各回路遮断器２から負荷３に送電される電流情報、電圧情報、電力情報等の計測情報を、他の情報処理装置に送信する。他の情報処理装置を介して、複数の負荷３の作動状態を、一括して監視することができる。

【0045】

電源回路３０は、電力計測回路２０を動作させるため、第１給電線１２ａ及び第２給電線１２ｂを通じて回路遮断器２から送電された交流電力を直流電力に変換する。また、電源回路３０は、変換した直流電力の電圧値を、電力計測回路２０が動作可能な電圧値まで降圧するものであってもよい。

【0046】

電源回路３０の例として、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor）等の半導体素子から構成される複数のスイッチング素子を含むインバータ回路やコンバータ回路が挙げられる。また、電源回路３０は、インバータ回路やコンバータ回路等の電子回路に限られず、変圧器等の電圧変換機能を備える電気部品を含むものであってもよい。ただし、電力計測装置１０の小型化を図る観点から、電源回路３０を、インバータ回路やコンバータ回路等を含む電子回路とすることが好ましい。

【0047】

図１に示すように、電源回路３０は、回路遮断器２側に配置される２つの端子３１ａ，３１ｃと、電力計測回路２０側に配置される別の２つの端子３１ｂ，３１ｄを備える。

【0048】

電源回路３０の端子３１ａは、第１給電線１２ａのうちの配線１２１ａを通じて、第１端子１１ａに接続される。電源回路３０の端子３１ｃは、第２給電線１２ｂのうちの配線１２１ｂを通じて、第２端子１１ｂに接続される。電源回路３０の端子３１ｂは、第１給電線１２ａのうちの配線１２２ａを通じて、電力計測回路２０の端子２１ａに接続される。電源回路３０の端子３１ｄは、第２給電線１２ｂのうちの配線１２２ｂを通じて、電力計測回路２０の端子２１ｂに接続される。

【0049】

本実施形態の電源回路３０は、電力計測回路２０とは物理的に離れた位置に設けられる別の回路部材である。ただし、電源回路３０は、電力計測回路２０に組み込まれた、電力計測回路２０と一体の回路部材であってもよい。

【0050】

サージ吸収素子４０は、第１給電線１２ａ及び第２給電線１２ｂを通じて入力され得るサージ電流やサージ電圧から、電力計測装置１０の内部回路を保護する素子である。サージ電流やサージ電圧の発生源の例として、雷サージ、インパルスノイズ、バーストノイズ、方形波ノイズが挙げられる。なお、サージ電流及びサージ電圧をまとめて、以下、「サージ電流等」という。

【0051】

図１に示すように、サージ吸収素子４０の一端は、第１給電線１２ａにおける配線１２１ａに接続される。また、サージ吸収素子４０の他端は、第２給電線１２ｂにおける配線１２１ｂに接続される。さらに、本実施形態のサージ吸収素子４０は、電源回路３０より回路遮断器２側に配置される。サージ吸収素子４０にサージ電流等が入力されると、サージ吸収素子４０は、第１給電線１２ａ及び第２給電線１２ｂの間の電路を短絡する。その結果、電力計測装置１０の内部回路へのサージ電流等を抑制し、電力計測装置１０の内部回路の損傷や誤動作を防ぐことができる。

【0052】

サージ吸収素子４０の種類は、限定されないが、ＴＶＳ（Transient Voltage Suppressor）等の小型のサージ吸収素子であることが好ましい。電力計測装置１０は、サージ吸収素子４０へのサージ電流等を制限する電流制限素子を備える。電流制限素子として、別途説明する第１電流制限素子５１、第２電流制限素子５２が設けられる。これにより、電力計測装置１０に入力されたサージ電流等が、第１電流制限素子５１、第２電流制限素子５２で制限された後に、サージ吸収素子４０に入力される。その結果、サージ吸収素子４０として、ＴＶＳ等の小型の素子を用いても、サージ電流等を十分に抑制することができる。また、小型のサージ吸収素子４０を用いることで、電力計測装置１０の小型化を図ることができる。

【0053】

サージ吸収素子４０としてのＴＶＳは、第１給電線１２ａ側から入力されたサージ電流等を吸収するとともに、第２給電線１２ｂ側から入力されたサージ電流等を吸収する双方向のＴＶＳであることが好ましい。ただし、ＴＶＳは、第１給電線１２ａ側から入力されたサージ電流等又は第２給電線１２ｂ側から入力されたサージ電流等を吸収する単方向のＴＶＳであってもよい。

【0054】

電流制限素子としての第１電流制限素子５１は、第１給電線１２ａにおいて、サージ吸収素子４０より回路遮断器２側に設けられる。具体的には、第１電流制限素子５１は、第１給電線１２ａにおいて、第１端子１１ａとサージ吸収素子４０との間に設けられる。

【0055】

本実施形態の第１電流制限素子５１は、抵抗素子である。第１電流制限素子５１の抵抗値は、特に限定されないが、サージ吸収素子４０へのサージ電流等を効果的に抑制する観点から、１ｋΩ以上２ｋΩ以下であることが好ましい。また、第１電流制限素子５１は、チップ抵抗であってもよいが、単体で、大きな抵抗値を有するアキシャルリード抵抗であることが好ましい。また、アキシャルリード抵抗は、細長形状を有することから、基板の実装面に対して垂直に接合するなど、実装形態を工夫することで、実装面における占有面積を少なくすることができる。これにより、電力計測装置１０の小型化を図ることができる。

【0056】

電流制限素子としての第２電流制限素子５２は、第２給電線１２ｂにおいて、サージ吸収素子４０より回路遮断器２側に設けられる。具体的には、第２電流制限素子５２は、第２給電線１２ｂにおいて、第２端子１１ｂとサージ吸収素子４０との間に設けられる。

【0057】

本実施形態の第２電流制限素子５２は、抵抗素子である。第２電流制限素子５２の抵抗値は、特に限定されないが、サージ吸収素子４０へのサージ電流等を効果的に抑制する観点から、１ｋΩ以上２ｋΩ以下であることが好ましい。また、第２電流制限素子５２も、第１電流制限素子５１と同様、単体で大きな抵抗値を有し、かつ、基板の実装面上の占有面積を少なくすることができるアキシャルリード抵抗であることが好ましい。

【0058】

電力計測装置１０は、サージ吸収素子４０へのサージ電流等をより効果的に制限するために、第１電流制限素子５１及び第２電流制限素子５２のそれぞれを備えることが好ましい。ただし、電力計測装置１０は、第１電流制限素子５１及び第２電流制限素子５２の一方を備えるものであってもよい。また、第１電流制限素子５１及び第２電流制限素子５２は、サージ電流に加えてサージ電圧を抑制可能であることが好ましい。

【0059】

ところで、電力計測装置１０の電力計測回路２０は、低電圧（例えば、実効値３０Ｖの交流電圧）で動作可能であることから、電力計測回路２０より回路遮断器２側に抵抗素子（第１電流制限素子５１及び第２電流制限素子５２の少なくとも一方の抵抗素子）を設けたとしても、抵抗素子での電圧降下によって、電力計測回路２０の動作は阻害されない。すなわち、第１電流制限素子５１及び第２電流制限素子５２の少なくとも一方を設けることで、電力計測回路２０の動作を阻害せず、サージ吸収素子４０に入力されるサージ電流等を効果的に制限することができる。

【0060】

温度ヒューズ６０は、例えば、第１電流制限素子５１、第２電流制限素子５２が過度に発熱した場合に、第１電流制限素子５１、第２電流制限素子５２の異常を検出し、第１給電線１２ａ、第２給電線１２ｂを遮断する。

【0061】

本実施形態の温度ヒューズ６０は、第１給電線１２ａにおいて、第１電流制限素子５１及びサージ吸収素子４０の間に設けられる。また、温度ヒューズ６０は、物理的に第１電流制限素子５１の近傍に配置される。

【0062】

電力計測装置１０は、第２給電線１２ｂにおいて、第２電流制限素子５２とサージ吸収素子４０の間に配置される他の温度ヒューズを備えていてもよい。また、他の温度ヒューズは、物理的に第２電流制限素子５２の近傍に配置されていてもよい。他の温度ヒューズは、第２電流制限素子５２の異常発熱を検出した場合、第２給電線１２ｂを遮断する。

【0063】

第１電流制限素子５１及び第２電流制限素子５２の異常を検出するヒューズとして、電流ヒューズが設けられていてもよい。ただし、第１電流制限素子５１及び第２電流制限素子５２の電流制限量（抵抗値）が大きい場合、サージ吸収素子４０側に流れる電流が微小となる。そのため、電流ヒューズによっては、第１電流制限素子５１及び第２電流制限素子５２の異常状態を検出できない可能性がある。したがって、第１電流制限素子５１及び第２電流制限素子５２の異常を検出するヒューズとして、温度ヒューズを備えることが好ましい。

【0064】

＜構造＞
次に、図２～図４を参照して、実施形態に係る電力計測装置１０の構造の一例を説明する。図２は、電力計測装置１０の外部構造の一例を示す斜視図である。図３は、電力計測装置１０の内部構造の一例を示す斜視図である。図４は、電力計測装置１０が備える第１電流制限素子及び第２電流制限素子の配置の一例を説明するための斜視図である。

【0065】

ここで、図２～図４の各図面において、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸が示される。Ｘ軸に平行な方向をＸ方向という。本実施形態において、Ｘ方向は、電力計測装置１０の幅方向に対応する。Ｘ方向において、矢印が向いている方向を＋Ｘ方向といい、＋Ｘ方向の反対方向を－Ｘ方向という。Ｙ軸に平行な方向をＹ方向という。本実施形態において、Ｙ方向は、電力計測装置１０の前後方向に対応する。Ｙ方向において、矢印が向いている方向を＋Ｙ方向といい、＋Ｙ方向の反対方向を－Ｙ方向という。Ｚ軸に平行な方向をＺ方向という。本実施形態において、Ｚ方向は、電力計測装置１０の高さ方向に対応する。Ｚ方向において、矢印が向いている方向を＋Ｚ方向といい、＋Ｚ方向の反対方向を－Ｚ方向という。

【0066】

図２に示すように、電力計測装置１０は、例えば、回路遮断器２の－Ｚ方向側の外面に面するように配置される。電力計測装置１０のＺ方向に沿う寸法は、回路遮断器２のおおよそ半分程度まで小型化されている。なお、電力計測装置１０及び回路遮断器２の互いの位置関係は、図２に示すものに限定されない。例えば、電力計測装置１０は、回路遮断器２の＋Ｘ方向側の外面又は－Ｘ方向側の外面に面して配置されていてもよいし、回路遮断器２の＋Ｙ方向側の外面に面して配置されていてもよい。

【0067】

電力計測装置１０は、ケース７１と、カバー７２と、をさらに備える。ケース７１は、内部に中空空間を有する。また、例えば、ケース７１の＋Ｙ方向側に、ケース７１の内部空間に連通する開口部が設けられる。カバー７２は、ケース７１の開口部を覆う。

【0068】

ケース７１の中空空間に、図１を参照して説明した、第１端子１１ａ、第２端子１１ｂ、第１給電線１２ａ、第２給電線１２ｂ、電流検出部１３ａ，１３ｂ、電圧検出用接点１４ａ，１４ｂ，１４ｃ、電力計測回路２０、電源回路３０、サージ吸収素子４０、第１電流制限素子５１、第２電流制限素子５２、及び温度ヒューズ６０等の各部材が配置される。

【0069】

図３に示すように、ケース７１の内部空間における最も－Ｙ方向側の位置に、第１端子１１ａとしてのバスバー及び第２端子１１ｂとしてのバスバーが、それぞれ配置されている。また、第１端子１１ａと第２端子１１ｂとの間に、第３端子１１ｃとしてのバスバーが配置されている。第１端子１１ａ、第２端子１１ｂ、及び第３端子１１ｃは、互いに所定の距離を隔てて、Ｘ方向に並ぶ。

【0070】

第１端子１１ａは、電流検出部１３ａとしてのロゴスキーセンサのコイルの内部を通る。第２端子１１ｂは、電流検出部１３ｂとしてのロゴスキーセンサのコイルの内部を通る。なお、第３端子１１ｃの近傍には、電流検出部が設けられていないが、第３端子１１ｃの近傍にも、電流検出部を設けてもよい。

【0071】

第１端子１１ａ、第２端子１１ｂ、及び第３端子１１ｃのそれぞれは、ケース７１に収容された、第１基板８１、第２基板８２、第３基板８３、第４基板８４、第５基板８５、及び第６基板８６のうちのいずれかの基板に接続される。第１端子１１ａ、第２端子１１ｂ、及び第３端子１１ｃのそれぞれが接続される基板は、基板に実装された回路や素子に応じて適宜選択されてよい。

【0072】

第１基板８１、第２基板８２、第３基板８３、第４基板８４、第５基板８５、及び第６基板８６のそれぞれには、電力計測回路２０、電源回路３０、サージ吸収素子４０、第１電流制限素子５１、第２電流制限素子５２、及び温度ヒューズ６０のいずれかが設けられる。以下、各基板に設けられる回路及び素子の例を説明する。

【0073】

第１基板８１には、サージ吸収素子４０としてのＴＶＳ、第１電流制限素子５１としてのアキシャルリード抵抗、第２電流制限素子５２としてのアキシャルリード抵抗、及び温度ヒューズ６０が設けられる（図４参照）。第１基板８１は、第３端子１１ｃより＋Ｙ方向側に配置される。また、第１基板８１の実装面は、ＸＹ平面に平行に延びる。なお、第１電流制限素子５１を「第１アキシャルリード抵抗５１」として以下説明する。また、第２電流制限素子５２を「第２アキシャルリード抵抗５２」として以下説明する。ただし、第１電流制限素子５１及び第２電流制限素子５２は、アキシャルリード抵抗に限定されない。

【0074】

第２基板８２には、電力計測回路２０の相間電圧検出回路２４が設けられる。第２基板８２は、第３端子１１ｃより＋Ｙ方向側で、かつ、第１基板８１より＋Ｚ方向側に配置される。第２基板８２の実装面は、ＸＹ平面に平行に延びる。すなわち、第２基板８２は、第１基板８１に対して、所定の距離を隔ててＺ方向に並ぶ。これにより、第１基板８１と第２基板８２とは、互いの実装面を向き合わせた状態で、対向する。

【0075】

第１アキシャルリード抵抗５１及び第２アキシャルリード抵抗５２は、細長形状を有する。そのため、図４に示すように、第１アキシャルリード抵抗５１及び第２アキシャルリード抵抗５２のそれぞれを、第２基板８２に向けて延びるように、第１基板８１の実装面に対して垂直に実装することができる。

【0076】

すなわち、第１アキシャルリード抵抗５１及び第２アキシャルリード抵抗５２は、第１基板８１及び第２基板８２の間の空間を横切るように配置される。これにより、第１基板８１及び第２基板８２の間に形成された空間を有効活用することができ、省スペース化を図ることができる。その結果、電力計測装置１０の小型化を図ることができる。なお、第１基板８１は、「一方の基板」に対応する。第２基板８２は、「他方の基板」に対応する。

【0077】

第３基板８３には、電力計測回路２０の積分回路２２及び増幅回路２３のそれぞれが、設けられる。すなわち、第３基板８３には、電流検出部１３ａ，１３ｂで検出された電流信号を処理するための回路が設けられる。そのため、第３基板８３は、電流検出部１３ａ，１３ｂの近傍に配置される。これにより、電流検出部１３ａ，１３ｂから第３基板８３に出力される微小な電流信号を即座に処理することができる。その結果、電流信号にノイズが混入する確率が低減され、より正確な電流情報を得ることができる。

【0078】

第４基板８４には、電源回路３０が設けられる。第５基板８５には、Ａ／Ｄ変換回路２５及び演算処理回路２６のそれぞれが設けられる。第６基板８６には、外部通信Ｉ／Ｆ回路２７が設けられる。

【0079】

電力計測回路２０を構成する各回路は、第２基板８２、第３基板８３、第５基板８５、及び第６基板８６の４つの基板に亘って設けられる。このように、電力計測回路２０を構成する各回路を、複数の基板に亘って設けるとともに、複数の基板のそれぞれを適宜の位置に配置することで、電力計測装置１０の省スペース化を図ることができる。

【0080】

図３に示すように、第３基板８３、第４基板８４、第５基板８５、及び第６基板８６は、Ｙ方向に並ぶ。ここで、第３基板８３、第４基板８４、第５基板８５、及び第６基板８６のうち、第３基板８３に実装される回路の動作電圧が最も高い。次に、第４基板８４に実装される回路の動作電圧が高い。次に、第５基板８５に実装される回路の動作電圧が高い。これに対して、第６基板８６に実装される回路の動作電圧が最も低い。

【0081】

本実施形態において、電源１からＡ／Ｄ変換回路２５及び演算処理回路２６に至る電路として、少なくとも２つの電路が形成される。１つ目の電路は、電源１から、第１アキシャルリード抵抗５１（第２アキシャルリード抵抗５２）及び電源回路３０を通じて、Ａ／Ｄ変換回路２５及び演算処理回路２６に至る電路である。２つ目の電路は、電源１から相間電圧検出回路２４を通じて、Ａ／Ｄ変換回路２５及び演算処理回路２６に至る電路である。本実施形態において、１つ目の電路中の基板（第１基板８１、第４基板８４）及び２つ目の電路中の基板（第２基板８２）のそれぞれは、空間的に衝突せず、Ａ／Ｄ変換回路２５及び演算処理回路２６を備える第５基板８５に接続される。これにより、第１基板８１、第２基板８２、第３基板８３、第４基板８４、第５基板８５、及び第６基板８６を、コンパクトに配置することができる。また、第３基板８３、第４基板８４、第５基板８５、及び第６基板８６のそれぞれの幅は、第１基板８１及び第２基板８２の間の距離とほぼ同じである。これにより、第１基板８１、第２基板８２、第３基板８３、第４基板８４、第５基板８５、及び第６基板８６を、よりコンパクトに配置することができる。その結果、電力計測装置１０の小型化を図ることができる。

【0082】

＜作用効果＞
本実施形態によれば、第１電流制限素子５１及び第２電流制限素子５２の少なくとも一方が、サージ吸収素子４０に至る前のサージ電流等を吸収する。これにより、第１電流制限素子５１（第２電流制限素子５２）とサージ吸収素子４０のそれぞれで、電力計測装置１０の内部回路を保護することができる。その結果、耐サージ性を高めることができる。また、第１電流制限素子５１（第２電流制限素子５２）とサージ吸収素子４０のそれぞれで、電力計測装置１０の内部回路を保護することから、小型のサージ吸収素子４０であっても、耐サージ性を担保することができる。したがって、電力計測装置１０の小型化を図り、かつ、耐サージ性を高めることができる。

【0083】

本実施形態によれば、第１電流制限素子５１及び第２電流制限素子５２の双方を備えることで、第１給電線１２ａ側からのサージ電流等、及び第２給電線１２ｂ側からのサージ電流等のそれぞれを、サージ吸収素子４０に至る前に抑制することができる。これにより、耐サージ性をさらに高めることができる。

【0084】

本実施形態によれば、第１電流制限素子５１及び第２電流制限素子５２の少なくとも一方を、単体で大きな抵抗値を有し、かつ、細長形状を有するアキシャルリード抵抗とすることで、電力計測装置１０の省スペース化を図ることができる。それに加えて、サージ吸収素子４０に至る前のサージ電流等をさらに効果的に抑制することができる。

【0085】

本実施形態によれば、アキシャルリード抵抗は、互いに対向する２つの基板の一方の基板（第１基板８１）に垂直に実装され、かつ、一方の基板から他方の基板（第２基板８２）に向けて延びるため、これら２つの基板の間の空間を有効活用できる。すなわち、電力計測装置１０のさらなる省スペース化を図ることができる。

【0086】

本実施形態によれば、サージ吸収素子４０として、小型のＴＶＳを用いるため、電力計測装置１０の小型化を図ることができる。

【0087】

本実施形態によれば、温度ヒューズを、第１電流制限素子５１とサージ吸収素子４０との間、及び、第２電流制限素子５２とサージ吸収素子４０の間、の少なくとも一方の位置に配置することで、第１電流制限素子５１、第２電流制限素子５２で生じる熱から、これらの異常状態を適切に検出することができる。第１電流制限素子５１、第２電流制限素子５２の電流制限量が大きい場合、第１電流制限素子５１とサージ吸収素子４０の間に流れる電流や、第２電流制限素子５２とサージ吸収素子４０の間に流れる電流は、微小となる。そのため、電流ヒューズでは、第１電流制限素子５１及び第２電流制限素子５２の異常を検出できない可能性がある。これに対して、本実施形態では、温度ヒューズを用いるため、第１電流制限素子５１及び第２電流制限素子５２で生じる熱から、これらの異常を適切に検出することができる。

【0088】

以上の通り、実施形態を説明したが、上記実施形態は、例として提示したものであり、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上記実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の組み合わせ、省略、置き換え、変更などを行うことが可能である。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0089】

１０ 電力計測装置
１１ａ 第１端子
１１ｂ 第２端子
１１ｃ 第３端子
１２ａ 第１給電線
１２ｂ 第２給電線
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ 電流検出部
２０ 電力計測回路
２２ 積分回路
２３ 増幅回路
２４ 相間電圧検出回路
２５ Ａ／Ｄ変換回路
２６ 演算処理回路
２７ 外部通信Ｉ／Ｆ回路
３０ 電源回路
４０ サージ吸収素子
５１ 第１電流制限素子
５２ 第２電流制限素子
６０ 温度ヒューズ
７１ ケース
７２ カバー
８１ 第１基板
８２ 第２基板
８３ 第３基板
８４ 第４基板
８５ 第５基板
８６ 第６基板
１ 電源
２ 回路遮断器
３ 負荷

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】