(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体内に設けられ交流電路の通電主導体に近接して上記通電主導体間の電圧を検出する変圧器と上記通電主導体の電流を検出する電流検出手段と、この電流検出手段及び上記変圧器により検出された電流及び電圧をサンプリング・演算処理して少なくとも電流値、電圧値、電力値、電力量の計測信号出力に変換する演算処理手段と、上記各計測信号出力の中から計測項目を選択できる通電情報計測表示装置において、
電圧値の計測信号出力を一時記憶格納する電圧値記憶手段と、電流値の計測信号出力を所定の閾値と比較して、電流値計測信号出力が上記閾値以上の場合に演算処理に使用する電圧値計測信号を上記電圧値記憶手段に記憶格納された電圧値計測信号に置換える電流値判定手段とを備えたことを特徴とする通電情報計測表示装置。
【請求項２】
電流検出手段及び変圧器により検出された交流電路の電流及び電圧それぞれのゼロクロスを検知するゼロクロス検出手段と、交流電路波形の１／２周期間のサンプリングクロック数Ｎを設定し、計測される電流と電圧のゼロクロス差間のサンプリングクロック数ｍを検知する位相差検知手段と、上記サンプリングクロック数Ｎ及びサンプリングクロック数ｍから力率を算定する力率算定手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載の通電情報計測表示装置。
【請求項３】
交流電路波形の１／２周期間のサンプリングクロック数Ｎは被計測電路の電流または電圧のゼロクロス検出間隔のサンプリングクロックをカウント検出して得ることを特徴とする請求項２記載の通電情報計測表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、交流負荷の電圧、電流、電力等の通電情報を計測する通電情報計測装置に関し、とくに装置内に収容され被計測電路に接続された変圧器が、被計測電路の大電流通電時に発生する磁界の影響を受けた場合に、電圧計測値に誤差影響をさせないものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、例えば特開平１１−００８９３０号公報に示された従来の通電情報計測表示装置を備えた回路遮断器の回路ブロック構成を示す図である。
図において、１は回路遮断器本体、２は回路遮断器本体１内部を貫通する通電主導体、３は図示されない開閉機構により操作され通電主導体２の電流をオン・オフする開閉接点である。４は各通電主導体２に流れる電流を検出する変流器、５は変流器４の出力を整流する整流回路、６は整流回路５からの出力を電圧変換してＡ／Ｄ変換処理等をして通電主導体２に流れる電流の瞬時最大値を検出するピーク値変換回路、７はピーク値変換回路６の出力が所定値を超えたら信号出力する瞬時時限回路、８は瞬時時限回路７の動作出力以下のレベルでピーク値変換回路６の出力の大きさにより反時限動作をして信号出力する短時限回路である。９は整流回路５からの出力を電圧変換、Ａ／Ｄ変換処理等をして通電主導体２に流れる電流の実効値に相当する出力を得る実効値変換回路、１０は長時限回路であり、実効値変換回路９の出力の大きさにより定格電流では回路遮断器の遮断動作をさせず、定格電流以上において反時限動作をして信号出力する。
【０００３】
１１はトリガ回路であり、瞬時時限回路７と短時限回路８及び長時限回路１０いずれからの信号出力を受けて、電磁コイル１２が図示されない開閉機構を介して開閉接点３をオフにして負荷への通電を遮断する。１３は過電流検出の変流器４とは別に各導体２に流れる電流を検出する計測用変流器、１４は導体２間の電圧（相間電圧）を検出する変圧器である。計測用変流器１３及び変圧器１４は回路遮断器本体１の内部に一体に収容されている。
【０００４】
２０は通電情報計測ユニット、２１は計測用変流器１３からの出力をＡ／Ｄ変換処理等をして通電主導体２に流れる電流に対応するデジタル出力を得る電流Ａ／Ｄ変換回路、２２は変圧器１４からの出力をＡ／Ｄ変換処理等をして相間電圧に対応するデジタル出力を得る電圧Ａ／Ｄ変換回路である。これらのＡ／Ｄ変換回路および、これから説明する処理は図示していないマイクロプロセッサーにより実行処理されている。
【０００５】
２３は各通電主導体２の相別の現在の電流値出力（Ｉ）、２４は最大電流値記憶回路であり、ピークホールドにより導体２の中から最新の最大電流値（Ｉｍａｘ）を記憶保持する。２５は各相間電圧出力（Ｖ）、２６は電流Ａ／Ｄ変換回路２１と電圧Ａ／Ｄ変換回路２２の出力を乗算する乗算回路であり、負荷の電力（Ｗ）に対応する出力を得る。２７は乗算回路２６からの出力を積算して電力量（Ｗｈ）にする積算回路である。電力（Ｗ）及び電力量（Ｗｈ）は負荷への配線形態に合わせて総合電力値が得られるようになっている。これらの現在電流値（Ｉ）、最大電流値（Ｉｍａｘ）、相間電圧（Ｖ）、電力（Ｗ）、電力量（Ｗｈ）の計測結果の出力は表示内容選択手段２８を介して選択された項目が表示部２９へ入力され、数値表示される。
【０００６】
上記のような通電情報計測装置は、回路遮断器本体１に内蔵された変圧器１４から電圧に関する情報を得ることができ、電圧情報を用いて負荷の給電通電情報が電流に関するものだけでなく相間電圧（Ｖ）、電力（Ｗ）、電力量（Ｗｈ）、等の情報をも得ることができる。これらのマイクロプロセッサーを含む作動電力は図示していない電源回路から供給されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の通電情報計測表示装置は回路遮断器内の計測用変流器１３及び変圧器１４が計測した値をそのままサンプリングして、Ａ／Ｄ変換して演算、表示に使用している。従って、回路遮断器に定格電流を超えた大電流が流れた場合、通電主導体２の周囲に発生する磁界の影響を受けて、変圧器１４の二次出力電圧は一次電圧に比例しない値となる。このため例えば、回路遮断器の定格電流の２００％の電流が通電主導体２を通ずると、変圧器１４の一次電圧は変化していないのに二次出力が通常の１５０％以上の電圧を生じたりする。このため、大電流による回路遮断器が過電流遮断に至る間の相間電圧（Ｖ）、電力（Ｗ）、電力量（Ｗｈ）は大きな誤差を含んだ値で計測され、表示部２９へ入力され大きな誤差の数値表示される。特に電力量（Ｗｈ）は一時的な瞬時値でなく、累積値として残るのでその影響は大きい。
【０００８】
一般的には通電主導体２と変圧器１４とを離して配置する、または変圧器１４のシールドを十分に実施すれば、磁界の影響を防ぐことが可能であるが、回路遮断器筐体内のように限られた空間では変圧器１４と通電主導体２とを近接して配置しなければならず、変圧器１４に十分なシールド装着は変圧器１４の体積増加のため装置の小形化を阻害するといった課題があった。
【０００９】
この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、筐体内の変圧器１４の配置位置、及び変圧器１４のシールドを簡素にしても通電主導体２の定格電流を超えた大電流が流れた場合の変圧器１４が磁界の影響を受けても、相間電圧（Ｖ）、電力（Ｗ）、電力量（Ｗｈ）、力率等の計測値に大きな誤差がないようにする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明にかかる通電情報計測表示装置は、筐体内に通電主導体に近接して設けられ通電主導体間の電圧を検出する変圧器と、通電主導体の電流を検出する変流器と、変流器及び変圧器により検出された電流及び電圧をサンプリング・演算処理して電流値、電圧値、電力値、電力量の計測信号出力に変換する演算処理手段と、電圧値の計測信号出力を一時記憶格納する電圧値記憶手段と、電流値の計測信号出力が閾値以上の場合に演算処理に使用する電圧値計測信号を電圧値記憶手段内の電圧値計測信号に置換える電流値判定手段とを備えたものである。
【００１１】
また、上記のものに交流電路の電流及び電圧それぞれのゼロクロスを検知するゼロクロス検出手段と、交流電路波形の１／２周期間のサンプリングクロック数Ｎを設定し、電流と電圧のゼロクロス差間のサンプリングクロック数ｍを検知する位相差検知手段と、サンプリングクロック数Ｎ及びサンプリングクロック数ｍから力率を算定する力率算定手段とを備えたものである。
【００１２】
そして、交流電路波形の１／２周期間のサンプリングクロック数Ｎは被計測交流電路のゼロクロス検出間隔のサンプリングクロックをカウント検出して得るようにしたものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１を示す通電情報計測装置の回路構成ブロック図、図２は、この発明の実施の形態１の動作を説明するフローチャートである。図において、１〜１５、２０〜２９は上記従来例の説明のものと同様である。
ここで電流Ａ／Ｄ変換回路２１及び電圧Ａ／Ｄ変換回路２２は実効値に演算した電流値、電圧値を出力する。３０は電流値判定部であり、通電主導体２に流れる電流に対応する電流Ａ／Ｄ変換回路２１からの電流の大きさを判定する。３１は判定信号であり、通電主導体２に流れる電流が所定値以上の場合に電流値判定部３０から例えば「Ｈ」が出力される。通電主導体２の電流が所定値未満では「Ｌ」となる。３２は電圧値記憶回路である。
３３は切換スイッチであり、判定信号３１が「Ｌ」のときは電圧Ａ／Ｄ変換回路２２からの相間電圧に対応する電圧計測信号出力を直接に下流処理である乗算回路２６、積算回路２７、表示内容選択手段２８、表示部２９の処理へ通ずる。判定信号３１が「Ｈ」になると電圧値記憶回路３２に記憶された相間電圧の電圧計測信号出力が下流の処理へ通ずるように切換えられる。
【００１４】
次に、図２のフローチャートを参考に本発明の動作説明をする。
電圧Ａ／Ｄ変換回路２２の電圧出力値を電圧値記憶回路３２に記憶する。そして電流Ａ／Ｄ変換回路２１の電流出力値を読み込み、電流値判定部３０はこの電流出力値と予め定められている閾値と比較する。電流出力値＜閾値の場合は、切換スイッチ３３は電圧Ａ／Ｄ変換回路２２からの電圧出力をそのまま下流処理へ送り、演算処理・表示に使用する。また、電流出力値≧閾値の場合は、切換スイッチ３３はそのとき以前に電圧値記憶回路３２に記憶されている電圧Ａ／Ｄ変換回路２２の電圧出力値を下流処理へ送るように切換える。以降、電流出力値≧閾値の状態が続く間は電圧値記憶回路３２に記憶された電圧出力値を使用して相間電圧（Ｖ）の表示と、電力（Ｗ）、電力量（Ｗｈ）の演算及び表示が実行される。電流出力値＜閾値の状態に復帰すれば、その時点で切換スイッチ３３は電圧Ａ／Ｄ変換回路２２の電圧出力値を直接に下流処理へ送るように切換スイッチ３３が切換え戻される。
【００１５】
上記の閾値としては、通電主導体２に通電される電流による変圧器１４への磁気干渉が変圧器１４の二次出力に影響を及ぼす寸前の値とするのが好ましく、変圧器１４の配置、磁気シールドの程度に左右されるが、定格電流の１５０〜２００％を採用する。
【００１６】
一般の配電回路においては、負荷電流（通電主導体２の電流）の増減は激しいが、電圧は比較的安定している。この発明は、この点を利用して、変圧器１４の二次出力が通電主導体２の電流に影響する直前の電圧値を電圧値記憶回路３２に格納しておき、変圧器１４の二次出力に誤差が発生する範囲では電圧値記憶回路３２に保持した電圧値で演算、表示を実行させる。電圧値は時間経過に対して電圧値記憶回路３２に記憶された電圧値で拘束されるが、電流値は時々刻々の計測がなされているので、演算、表示される相間電圧（Ｖ）、電力（Ｗ）、電力量（Ｗｈ）値は、この間の電圧変化分の微誤差はあるが、実用上に影響のない精度で演算、表示を実行することができる。
【００１７】
実施の形態２．
実施の形態２のものは、実施の形態１の相間電圧（Ｖ）、有効電力（Ｗ）、電力量（Ｗｈ）に加え、無効電力（Ｖａｒ）、力率（Ｐｆ）の計測表示を可能にする。
図３は、この発明の実施の形態２を示す通電情報計測装置の回路構成ブロック図、図４は実施の形態２の動作を説明する図である。図において、２、１３、１４、２１〜３３は上記実施の形態１の説明と同様のものである。
３４は電流ゼロクロス検出回路、３５は電圧ゼロクロス検出回路である。３６は位相差検出回路、３７は力率算定回路である。位相差検出回路３６は電圧ゼロクロス検出回路３５と電流ゼロクロス検出回路３４から電圧と電流の位相差をＡ／Ｄ変換のためのサンプリングクロックを利用して行う。被計測交流電路の１／２周期をサンプリングするクロック数Ｎをカウンタで計数し、また電圧と電流のゼロクロス検出時間差間のクロック数ｍを計数して、その値から被計測交流電路の力率ＰｆはＰｆ＝Ｃｏｓ（π・ｍ／Ｎ）で、そして、無効力率ＰｖはＰｖ＝Ｓｉｎ（π・ｍ／Ｎ）で求められる。この結果を乗算回路２６へ反映させて、有効電力（Ｗ）、無効電力（Ｖａｒ）の演算・表示が可能である。
この方法においてサンプリングクロック周波数が５０キロヘルツ以上であれば力率計測精度は角度で０．５度の分解能が確保できる。
【００１８】
被計測交流電路の周波数とサンプリングクロック周波数が決まれば交流電路の１／２周期間のサンプリングクロック数は算出設定できるが、被計測交流電路の変更等により被計測交流電路の周波数が変化（５０Ｈｚと６０Ｈｚ）すれば再設定が必要である。
しかし、被計測交流電路の１／２周期のクロック数Ｎをカウンタで計数して得る構成のものは、被計測交流電路の周波数の変化（５０Ｈｚ、６０Ｈｚ）、サンプリングクロック周波数の変動に関係なく、そのままの状態で被計測交流電路の力率Ｐｆを得ることができる。
【００１９】
また、被計測交流電路の相線方式（単相、３相）による電流と、電圧の位相差はπ・２／３に相当するサンプリングクロック数を補正することで力率Ｐｆ算定できることは自明である。
【００２０】
なお、上記各実施の形態において、負荷電流（通電主導体２の電流）の閾値判定を電流Ａ／Ｄ変換回路２１でＡ／Ｄ変換処理をされたもので実施しているが、これを計測用変流器１３の出力をオペアンプ等のアナログタイプの判定手段を用いても同等の効果を奏することは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１を示す通電情報計測装置の回路ブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１の動作を説明するフローチャートである。
【図３】この発明の実施の形態２を示す通電情報計測装置の回路ブロック図である。
【図４】この発明の実施の形態２の動作を説明する図である。
【図５】従来の通電情報計測表示装置を備えた回路遮断器の回路ブロック図である。
【符号の説明】
１  回路遮断器本体、    ２  通電主導体、    ３  開閉接点
１３  計測用変流器、    １４  変圧器、    ２０  通電情報計測ユニット
２１  電流Ａ／Ｄ変換回路、    ２２  電圧Ａ／Ｄ変換回路
電流値出力、    ２５  電圧出力、    ２６  乗算回路、    ２７  積算回路
表示内容選択手段、    ２９  表示部、    ３０  電流値判定部
切換信号、    ３２  電圧値記憶回路、    ３３  切換スイッチ
３５  ゼロクロス検出回路、    ３６  位相差検出回路
３７  力率算定回路
【図１】
0003614048.tif 000002
【図２】
0003614048.tif 000003
【図３】
0003614048.tif 000004
【図４】
0003614048.tif 000005
【図５】
0003614048.tif 000006