(57)【要約】【課題】  配電線路に流れる電流の測定誤差を小さくする。【解決手段】  クランプ式電流計１０のインピーダンスと、クランプ式電流計１０の出力端に並列に接続される抵抗１５とにより生じる位相誤差Δφと、同一の時刻に取り込むべき電圧及び電流のデータの取り込み時間差により生じる位相誤差２πΔｔと、クランプ式電流計１０ａ、１０ｂの鉄心１１ａ、１１ｂ内の磁束密度が、鉄心１１ａ、１１ｂへの印加磁界に対して比例しないことによる位相誤差αとを、予め記憶しておく。そして、鉄心１１ａ、１１ｂ略全周に分布するようにコイル１２が鉄心１１ａ、１１ｂに対して巻き回されたクランプ式電流計１０により測定した電流ＩU、ＩWの位相を、これらの位相誤差Δφ、２πΔｔ、αを加算した位相誤差ηに基づいて補正する。【選択図】  図１
2011013032.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
分離することが可能な一対の鉄心と、前記鉄心に対して巻き回されたコイルとを有し、前記一対の鉄心が組み合わさったときに当該一対の鉄心に閉磁路が形成され、当該閉磁路の内側の空間を貫通する配電線路を流れる電流を測定するクランプ式電流計と、
前記クランプ式電流計により測定された電流を用いて前記配電線路に流れる電流を計算する電流計算装置と、を備える電流測定装置であって、
前記電流計算装置は、前記配電線路に実際に通電される電流の位相と、前記クランプ式電流計での測定に基づいて得られる電流の位相との差である位相誤差を予め記憶する記憶手段と、
前記配電線路の電力の計算のために、前記クランプ式電流計での測定に基づく電流のデータを入力すると、その電流の位相を、前記記憶手段に記憶された位相誤差に基づいて補正する補正手段と、を有することを特徴とする電流測定装置。
【請求項２】
前記記憶手段は、前記位相誤差として、
前記クランプ式電流計のインピーダンスと、前記クランプ式電流計の出力端に並列に接続される抵抗により生じる第１の位相誤差と、
前記電流計算装置に同一の時刻に取り込むべき電圧及び電流のデータの取り込み時間差により生じる第２の位相誤差と、
前記クランプ式電流計が備える前記鉄心内の磁束密度が、前記鉄心への印加磁界に対して比例しないことによる第３の位相誤差と、の少なくとも何れか１つを個別に記憶することを特徴とする請求項１に記載の電流測定装置。
【請求項３】
前記第１の位相誤差は、前記クランプ式電流計のインピーダンスと、前記クランプ式電流計の出力端に並列に接続される抵抗とから事前に計算された値であり、
前記第２の位相誤差は、模擬配電線路における電圧及び電流の取り込み時間差から事前に計算された値であり、
前記第３の位相誤差は、前記模擬配電線路に配置されたシャント抵抗に流れる電流の位相の事前の測定結果と、前記クランプ式電流計で測定された前記模擬配電線路の電流の位相の事前の測定結果と、前記事前に計算された第１の位相誤差及び第２の位相誤差の値と、から事前に計算された値であることを特徴とする請求項２に記載の電流測定装置。
【請求項４】
前記第１の位相誤差と前記第２の位相誤差は、一定値であり、
前記第３の位相誤差は、電流に応じて変化する値であることを特徴とする請求項３に記載の電流測定装置。
【請求項５】
前記一対の鉄心の略全周に前記コイルが分布していることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の電流測定装置。
【請求項６】
前記コイルは、複数のコイルを直列に接続することにより構成され、
前記一対の鉄心のそれぞれに対して、複数のコイルが巻き回されていることを特徴とする請求項５に記載の電流測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流測定装置に関し、特に、配電線路に流れる電流を非接触で測定するために用いて好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
配電線路の電力を測定する理想的な方法は、配電線路内で生じる電圧降下と配電線路を流れる電流を直接測定し、測定した電圧降下と電流に基づいて電力を測定する方法である（この方法を電圧降下法という）。しかしながら、配電線路は長距離であり、しかも複雑に張り巡らされているため、配電線路の電圧降下を直接測定することは困難である。また、施設内の変電室は常に運転状態であるため、変電室の運転を停止して、多数の電流計や電流モニタ用のシャント抵抗を、配電線路に結線するのは実際的ではない。
そこで、配電線路の電力を測定する方法として、配電線路の電圧については直接測定し、配電線路に流れる電流についてはクランプ式の電流計を用いて非接触で測定する方法がある（特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−１０１２３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、クランプ式の電流計を用いた場合には、配電線路に流れる電流を直接測定していない。それにも関わらず、特許文献１に記載の技術では、クランプ式の電流計の構成に起因する測定誤差を考慮していなかった。このため、配電線路に流れる電流の測定誤差が大きくなり、電力の測定誤差が大きくなる虞があった。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、配電線路に流れる電流の測定誤差を小さくすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の電流測定装置は、分離することが可能な一対の鉄心と、前記鉄心に対して巻き回されたコイルとを有し、前記一対の鉄心が組み合わさったときに当該一対の鉄心に閉磁路が形成され、当該閉磁路の内側の空間を貫通する配電線路を流れる電流を測定するクランプ式電流計と、前記クランプ式電流計により測定された電流を用いて前記配電線路に流れる電流を計算する電流計算装置と、を備える電流測定装置であって、前記電流計算装置は、前記配電線路に実際に通電される電流の位相と、前記クランプ式電流計での測定に基づいて得られる電流の位相との差である位相誤差を予め記憶する記憶手段と、前記配電線路の電力の計算のために、前記クランプ式電流計での測定に基づく電流のデータを入力すると、その電流の位相を、前記記憶手段に記憶された位相誤差に基づいて補正する補正手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、配電線路に実際に通電される電流の位相と、クランプ式電流計での測定に基づいて得られる電流の位相との差である位相誤差を予め測定して記憶しておき、その位相誤差を用いて、クランプ式電流計での測定に基づく電流の位相を補正し、位相を補正した電流を用いて配電線路の電力を計算するようにした。したがって、配電線路に流れる電流の測定誤差を小さくすることができ、配電線路の電力の測定誤差を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本実施形態の電力測定装置により電力を測定する対象となる配電線路と、配電線路を挟んだ状態のクランプ式電流計と、配電線路の電圧を直接測定する電圧測定装置の構成の一例を示す図である。
【図２】電力を測定して表示する電力計算装置の構成の一例を示す図である。
【図３】本実施形態のクランプ式電流計の巻線構造の概略の一例を示す図である。
【図４】本実施形態のクランプ式電流計により配電線路に流れる電流を測定する原理を説明する図である。
【図５】シャント抵抗に流れる電流を測定する方法の一例を説明する図である。
【図６】模擬信号の周波数に対する時間差の測定結果の一例を示す図である。
【図７】クランプ式電流計の鉄心内の磁束密度が、鉄心への印加磁界に対して比例しないことによる位相誤差と通電電流との関係の一例を示す図である。
【図８】鉄心により形成される閉磁路の直線部分の１箇所のみにコイルが巻き回されている様子と、このようにしてコイルが巻き回された鉄心をケーシングしたクランプ式電流計が、Ｕ相の配電線路を挟んでいる様子とを示す図である。
【図９】配電線路に実際に通電される電流の位相から、従来のクランプ式電流計での測定に基づいて得られる電流の位相を減算した位相誤差と、従来のクランプ式電流計の回転角度との関係の一例を示す図である。
【図１０】配電線路に実際に通電される電流の位相から、本実施形態のクランプ式電流計での測定に基づいて得られる電流の位相を減算した位相誤差と、本実施形態のクランプ式電流計の回転角度との関係の一例を示す図である。
【図１１】本実施形態の電力測定装置で得られた電流振幅確度と、通電電流との関係の一例を示す図である。
【図１２】配電線路の送電端の電力（送電端電力）と、受電端の電力（受電端電力）との測定結果を示す図である。
【図１３】電圧降下法による線路損失の算出と、本実施形態の方法による線路損失の算出を、同一の条件で６０回行った結果の一例を示す図である。
【図１４】電圧降下法による線路損失の算出と、本実施形態の方法による線路損失の算出を、通電電流を変えて行った結果の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に、本発明の一実施形態を説明する。
＜電力測定装置の概略構成＞
図１は、本実施形態の電力測定装置により電力を測定する対象となる配電線路（図１（ａ））と、配電線路を挟んだ状態のクランプ式電流計（図１（ｂ））と、配電線路の電圧を直接測定する電圧測定装置（図１（ｃ））の一例を示す図である。また、図２は、電力を測定して表示する電力計算装置の構成の一例を示す図である。
本実施形態では、図１（ａ）に示すように、三相交流電源１（対称三相交流）を電源として用い、三相負荷２（対称三相負荷）を負荷として用いた配電線路の送電端３の電力Ｐs（Ｗ）から、受電端４の電力Ｐr（Ｗ）を減算して、配電線路の電力損失Ｐlossを算出する場合を例に挙げて説明する。
尚、図１（ｂ）に示すクランプ式電流計１０ａ、１０ｂは同じものであるので、以下の説明では、クランプ式電流計１０ａ、１０ｂを、必要に応じて、クランプ式電流計１０と総称する。同様に、図１（ｃ）に示す電圧測定装置２０ａ、２０ｂも同じものであるので、以下の説明では、電圧測定装置２０ａ、２０ｂを、必要に応じて、電圧測定装置２０と総称する。
【０００９】
＜クランプ式電流計＞
図３は、クランプ式電流計１０の巻線構造の概略の一例を示す図である。具体的に図３（ａ）は、クランプ式電流計１０が閉じた状態での鉄心とコイル（の一部）を示す正面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ´方向から見た断面図であり、図３（ｃ）は、図３（ａ）のＢ−Ｂ´方向から見た断面図である。
図３において、クランプ式電流計１０は、図３に向かって下側に位置する第１のクランプ部と、上側に位置する第２のクランプ部とを有する。第１のクランプ部は、鉄心１１ａと、コイル１２ａ〜１２ｄと、絶縁テープ１３ａ〜１３ｄと、絶縁テープ１４ａ〜１４ｄとを有している。第２のクランプ部は、鉄心１１ｂと、コイル１２ｅ〜１２ｈと、絶縁テープ１３ｅ〜１３ｈと、絶縁テープ１４ｅ〜１４ｈとを有している。ここで、同一の符号（数字）で表されているものは同じものである。
【００１０】
鉄心１１ａ、１１ｂは、クランプ式電流計１０が閉じたとき（鉄心１１ａ、１１ｂが組み合わさったとき）に形成される周方向の閉磁路の半周分を構成するものである。このようにクランプ式電流計１０は、分離することが可能な一対の分割型の鉄心１１ａ、１１ｂを使用している。
コイル１２ａ〜１２ｈは、それぞれ同じ巻き方向で同じ回数だけ鉄心１１ａ、１１ｂに巻き回されている。
第１のクランプ部におけるコイル１２ａ〜１２ｄは直列に接続されている。例えば、コイル１２ａの巻き始めの部分と、コイル１２ｄの巻き終わりの部分とを除いて、各コイル１２ａ〜１２ｄは、その巻き始めの部分が、その巻き始めの部分と隣接しているコイルの巻き終わりの部分と相互に電気的に接続されている。
【００１１】
同様に、第２のクランプ部におけるコイル１２ｅ〜１２ｈも直列に接続されている。例えば、コイル１２ｅの巻き始めの部分と、コイル１２ｈの巻き終わりの部分とを除いて、各コイル１２ｅ〜１２ｈは、その巻き始めの部分が、その巻き始めの部分と隣接しているコイルの巻き終わりの部分と相互に電気的に接続されている。
そして、コイル１２ａ〜１２ｈは、クランプ式電流計１０が閉じたときに直列に接続されるように構成されている。前述した例では、例えば、クランプ式電流計１０が閉じたときに、コイル１２ｄの巻き終わりの部分と、コイル１２ｅの巻き始めの部分とが相互に電気的に接続されるように構成されている。
【００１２】
本実施形態では、各コイル１２ａ〜１２ｈは、直径が８０μｍの銅線を１００回巻き回すことにより構成され、コイル１２ａ〜１２ｈが直列に接続されると全体の巻数は８００回になる。また、本実施形態では、直列に接続されたコイル１２ａ〜１２ｈを構成する銅線の全体の抵抗（尚、本明細書において「抵抗」は「直流抵抗」を意味する）は７８．３Ωであり、インダクタンスは４．３Ｈである。
尚、本実施形態では、コイル１２ａ〜１２ｈの巻数が同じになるようにしたが、コイル１２ａ〜１２ｈの巻数は異なっていてもよい。また、本実施形態では、クランプ式電流計１０が閉じたときに形成される閉磁路の一直線部分に、それぞれ２つのコイルが配置されるようにしたが、鉄心に配置するコイルの数は、鉄心の形状等に応じて適宜決定することができる。例えば、クランプ式電流計１０が閉じたときに形成される閉磁路の一直線部分の少なくとも１つに複数のコイルが配置されるようにし、複数のコイルが配置されていない他の一直線部分には１つのコイルが配置されるようにしてもよい。
【００１３】
絶縁テープ１３ａ〜１３ｈは、例えば、絶縁性の両面テープであり、鉄心１１ａ、１１ｂとコイル１２ａ〜１２ｈとを絶縁することに加えて、ここでは鉄心１１ａ、１１ｂにコイル１２ａ〜１２ｈを固定する役割を果たす。
絶縁テープ１３ａ〜１３ｈは、例えば、カプトンテープであり、コイル１２ａ〜１２ｈを固定すると共に、第１のクランプ部（第２のクランプ部）が、絶縁性の成形品である第１のケース（第２のケース）にケーシングされた際に、コイル１２ａ〜１２ｈを保護する役割を果たす。これら第１のケース及び第２のケースは、公知の技術で実現することができるので、ここでは、その詳細な説明を省略する。
尚、以下の説明では、クランプ式電流計１０ａ、１０ｂが閉じたときに直列に接続されるコイル１２ａ〜１２ｈ全体を、必要に応じてコイル１２と称する。
【００１４】
図４は、配電線路に流れる電流をクランプ式電流計１０により測定する原理を説明する図である。尚、図３に示したように、コイル１２は、鉄心１１ａ、１１ｂの略全周に（好ましくは一様に）分布しているが、図４では、表記の都合上、鉄心１１ａ、１１ｂにより形成される閉磁路の方向の一部分のみにコイル１２が巻き回されているとして表記している。
図４に示すように、クランプ式電流計１０の出力端（前述した例ではコイル１２ａの巻き始めの部分とコイル１２ｈの巻き終わりの部分）には、抵抗１５が並列に接続されている。
クランプ式電流計１０ａ、１０ｂでは、鉄心１１ａ、１１ｂにより形成される閉磁路の内側の空間を貫通する配電線路（Ｕ相、Ｗ相）に流れる電流ＩU、ＩWを表す物理量として、クランプ式電流計１０ａ、１０ｂの出力端に誘起される誘起電圧を出力する。
【００１５】
この誘起電圧をＥ0（Ｖ）、抵抗１５をＲ（Ω）、コイル１２の巻数をＮ（回）とすると、クランプ式電流計１０により得られる電流ＩCTは、以下の（１）式により表される。
ＩCT＝（Ｎ×Ｅ0）／（Ｒ×Ｋave）  ・・・（１）
ここで、Ｋaveは、以下の（２）式により表される結合係数Ｋの平均値であり、本実施形態では定数としている。このＫaveは、後述する校正実験を行って、予め求めておく。
Ｋ＝（Ｎ×Ｅ0）／（Ｒ×Ｉshunt）  ・・・（２）
（２）式において、Ｉshuntは、実験室レベルの校正実験で負荷に直列に配置（挿入）したシャント抵抗の両端にかかる電圧とシャント抵抗の抵抗値とから求められる電流である。
図５は、Ｋaveを求めるために予め行う校正実験の時に、シャント抵抗に流れる電流Ｉshuntを測定する方法の一例を説明する図である。この校正実験では、実際の配電線路にシャント抵抗を入れて実験を行わず、実験室レベルで模擬的に作製した配電線を使用する。
図５に示すように、模擬配電線路の途中に配置したシャント抵抗４１の両端にかかる電圧を、絶縁アンプ４２を介して入力し、その電圧をシャント抵抗４１の抵抗値で除算することにより、シャント抵抗４１に流れる電流Ｉshuntを求めることができる。尚、ここでは、Ｕ相に配置されたシャント抵抗４１の両端にかかる電圧を測定するようにしたが、Ｖ相又はＷ相にシャント抵抗４１を配置してシャント抵抗４１の両端にかかる電圧を測定するようにしてもよい。また、シャント抵抗４１の代わりに電流計を配置し、この電流計の指示値を電流Ｉshuntの値としてもよい。
【００１６】
＜電圧測定装置＞
図１の説明に戻り、図１（ｃ）において、電圧測定装置２０ａ、２０ｂは、抵抗分圧器２１ａ、２１ｂと、絶縁アンプ２２ａ、２２ｂとを有する。抵抗分圧器２１ａ、２１ｂは、電圧ＶUV、ＶWVを電力計算装置３０に取り込める電圧に降圧するためのものである。絶縁アンプ２２ａ、２２ｂは、配電線路側と電力計算装置３０とを電気的に絶縁するためのものである。本実施形態では、このような構成の電圧測定装置２０ａ、２０ｂにより、電圧ＶUV、ＶWVを直接測定するようにしている。
＜電力計算装置＞
図２において、電力計算装置３０は、入力端子３１ａ、３１ｂと、Ａ／Ｄ変換器３２ａ、３２ｂと、処理装置３３ａ、３３ｂと、損失計算装置３４と、表示装置３５とを有する。尚、入力端子３１ａ、３１ｂ、Ａ／Ｄ変換器３２ａ、３２ｂ、処理装置３３ａ、３３ｂの構成は、それぞれ同じであるので、以下の説明では、必要に応じて、これらを、入力端子３１、Ａ／Ｄ変換器３２、処理装置３３と総称する。
本実施形態では、測定対象の配電線路が平衡三相回路であるので、入力端子３１は、４ｃｈの端子を有する。尚、測定対象の配電線路が不平衡三相回路の場合には、入力端子３１を６ｃｈの端子とする。入力端子３１の１ｃｈ、２ｃｈの端子には、それぞれ、Ｕ相、Ｗ相の配電線路に流れる電流ＩU、ＩWを測定するためのクランプ式電流計１０ａ、１０ｂから出力された誘起電圧Ｅ0が入力される。ここでは、送電端３に取り付けられたクランプ式電流計１０ａ、１０ｂから出力された誘起電圧Ｅ0が、それぞれ入力端子３１ａの１ｃｈ、２ｃｈの端子に入力され、受電端４に取り付けられたクランプ式電流計１０ａ、１０ｂから出力された誘起電圧Ｅ0が、それぞれ入力端子３１ｂの１ｃｈ、２ｃｈの端子に入力されるものとする。
また、入力端子３１の３ｃｈ、４ｃｈの端子には、それぞれ、電圧測定装置２０ａ、２０ｂから出力された電圧ＶUV、ＶWVが入力される。ここでは、送電端３に取り付けられた電圧測定装置２０ａ、２０ｂから出力された電圧ＶUV、ＶWVが、それぞれ入力端子３１ａの３ｃｈ、４ｃｈの端子に入力され、受電端４に取り付けられた電圧測定装置２０ａ、２０ｂから出力された電圧ＶUV、ＶWVが、それぞれ入力端子３１ｂの３ｃｈ、４ｃｈの端子に入力されるものとする。
本実施形態では、入力端子３１は、チャンネル切り替えスイッチを有し、このチャンネル切り替えスイッチにより、Ａ／Ｄ変換器３２に出力されるチャンネルを順次切り替えるようにしている。
【００１７】
Ａ／Ｄ変換器３２ａ、３２ｂは、それぞれ入力端子３１ａ、３１ｂから出力された誘起電圧Ｅ0、電圧ＶUV、ＶWVをデジタル信号に変換するものである。
処理装置３３ａ、３３ｂは、それぞれＡ／Ｄ変換器３２ａ、３２ｂから、クランプ式電流計１０ａ、１０ｂの誘起電圧Ｅ0、電圧ＶUV、ＶWVのデジタル信号を入力して、配電線路の送電端３の電力Ｐsと受電端４の電力Ｐrと算出する。
損失計算装置３４は、送電端３の電力Ｐsから、受電端４の電力Ｐrを減算して、配電線路の電力損失Ｐlossを算出して表示装置３５に表示させる。処理装置３３及び損失計算装置３４は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ（例えばマスクＲＯＭ及びＥＥＰＲＯＭ）、ＲＡＭ、及びＶＲＡＭを備えたマイクロコンピュータを用いることにより実現できる。ただし、処理装置３３及び損失計算装置３４のハードウェアの構成はこのようなものに限定されない。
【００１８】
処理装置３３ａ、３３ｂは、その機能として、電流取込部３６ａ、３６ｂと、記憶部３７ａ、３７ｂと、電流補正部３８ａ、３８ｂと、電圧取込部３９ａ、３９ｂと、電力計算部４０ａ、４０ｂとを有している。尚、電流取込部３６ａ、３６ｂと、記憶部３７ａ、３７ｂ、電流補正部３８ａ、３８ｂ、電圧取込部３９ａ、３９ｂ、電力計算部４０ａ、４０ｂの構成は、それぞれ同じであるので、以下の説明では、必要に応じて、これらを、電流取込部３６、記憶部３７、電流補正部３８、電圧取込部３９、電力計算部４０と総称する。
処理装置３３における処理は、測定開始前にユーザが、電力計算装置３０が備えるユーザインタフェースを操作して、所定の入力を行った後に開始される。例えば、ユーザが、所定の情報の入力操作を行った後に、測定の開始の指示を行うことにより、処理装置３３における処理が開始する。
電流取込部３６は、クランプ式電流計１０ａ、１０ｂの誘起電圧Ｅ0のデジタル信号を処理装置３３内に取り込む。
記憶部３７は、配電線路に実際に通電される電流の位相から、クランプ式電流計１０ａ、１０ｂでの測定に基づいて得られる電流の位相を減算した位相誤差η（ｒａｄ）を予め（測定開始前に）記憶する。この位相誤差ηは、例えば、電力計算装置３０が備えるユーザインタフェースのユーザによる操作に基づいて、記憶部３７に記憶される。
ここで、位相誤差ηは、次の（３）式により表される。
η＝Δφ＋２×π×ｆ×Δｔ＋α  ・・・（３）
【００１９】
（３）式において、Δφは、クランプ式電流計１０のインピーダンスと、クランプ式電流計１０の出力端に並列に接続される抵抗１５とにより生じる位相誤差（ｒａｄ）であり、以下の（４）式で表される。
Δφ＝ｔａｎ-1（（２×π×ｆ×Ｌa）／（Ｒa＋Ｒ））  ・・・（４）
ｆは周波数（Ｈｚ）であり、Ｌaは、クランプ式電流計１０のインダクタンス（Ｈ）であり、Ｒaは、クランプ式電流計１０のコイル１２の抵抗値（Ω）であり、Ｒは、抵抗１５の抵抗値（Ω）である。本実施形態では、この位相誤差Δφを定数（一定値）とし、この位相誤差Δφがユーザによる操作に基づいて記憶部３７に事前に記憶されるようにしている。尚、ここでは、位相誤差Δφ自体をユーザが入力するようにしたが、必ずしもこのようにする必要はない。例えば、Ｒa、Ｌaの値は、クランプ式電流計１０に固有の値であるので、処理装置３３は、これらの値のみを記憶しておき、配電線路における周波数（Ｈｚ）と抵抗１５の抵抗値Ｒ（Ω）とをユーザの操作により入力してもよい。
【００２０】
（３）式において、Δｔは、同一の時刻に取り込むべきデータの取り込み時間差（本実施形態では、入力端子３１におけるチャンネルの切り替え時間を含む、実際にデータが処理装置３３に取り込まれるまでに生じる時間差（ｓｅｃ））である。
時間差Δｔは、一つの信号源から出力された模擬信号（電圧）を、入力端子３１の２つのチャンネルに同時に入力し、入力端子３１のチャンネルを順次切り替えてそれら２つのチャンネルから模擬信号のデータを処理装置３３に取り込むことにより得られる。すなわち、この模擬信号のデータを処理装置３３が取り込んだ時間の差が時間差Δｔである。図６は、模擬信号の周波数ｆに対する時間差Δｔの測定結果の一例を示す図である。図６に示す結果では、時間差Δｔは、模擬信号の周波数ｆによらず３０±０．０４μｓｅｃであり、略３０μｓｅｃである。そこで、本実施形態では、時間差Δｔを定数（一定値）とし、この時間差Δｔがユーザによる操作に基づいて記憶部３７に事前に記憶されるようにしている。本実施形態では、模擬配電線路の電流のデータを電流取込部３６が取り込んだ時刻から、当該電流に対応する電圧のデータを電圧取込部３９が取り込んだ時刻を減算した値を時間差Δｔとしている。
【００２１】
（３）式において、αは、クランプ式電流計１０ａ、１０ｂの鉄心１１ａ、１１ｂ内の磁束密度が、鉄心１１ａ、１１ｂへの印加磁界に対して比例しないことによる位相誤差（ｒａｄ）である。この位相誤差αを理論的に求めることは困難であるため、本実施形態では、位相誤差αを実験的に求めるようにする。求められた位相誤差αは、ユーザによる操作に基づいて記憶部３７に事前に記憶される。
【００２２】
ここで、位相誤差αを求める方法の一例について説明する。
図５に示したシャント抵抗４１及び絶縁アンプ４２を、模擬配電線路のＵ相だけでなくＷ相に対しても配置し、Ｕ相、Ｗ相に配置したシャント抵抗４１の両端にかかる電圧を、入力端子３１の１ｃｈ、２ｃｈに入力し、それらの電圧のデータをシャント抵抗４１の抵抗値で除算することにより、Ｕ相、Ｗ相の模擬配電線路に流れる電流ＩU、ＩWを求める（以下の説明では、この電流ＩU、ＩWを、必要に応じて、シャント抵抗により測定した電流ＩU、ＩWと称する）。
一方、Ｕ相の模擬配電線路、Ｗ相の模擬配電線路を挟んだ状態のクランプ式電流計１０ａ、１０ｂから出力された誘起電圧Ｅ0を、入力端子３１の１ｃｈ、２ｃｈに入力し、それらの誘起電圧Ｅ0のデータを（１）式に代入することにより、Ｕ相、Ｗ相の模擬配電線路に流れる電流ＩU、ＩWを求める（以下の説明では、この電流ＩU、ＩWを、必要に応じて、クランプ式電流計により測定した電流ＩU、ＩWと称する）。
また、位相誤差Δφ及び時間差Δｔを前述したようにして予め求めておく。
【００２３】
そして、シャント抵抗により測定した電流ＩU、ＩWの位相からクランプ式電流計により測定した電流ＩU、ＩWの位相を減算する。このようにして得られた減算値は、位相誤差ηに等しい。したがって、これら位相誤差η（減算値）、位相誤差Δφ、及び時間差Δｔを（３）式に代入することにより、位相誤差αを求めることができる。
以上のような位相誤差αの算出を、模擬配電線路に流れる電流の値を変えて行う。位相誤差αは、配電線路に流れる電流によって変化するからである。図７は、このようにして得られた位相誤差αと通電電流（模擬配電線路に流れる電流）との関係の一例を示す図である。
本実施形態では、図７に示す直線６１を表す式が、ユーザによる操作に基づいて記憶部３７に記憶される。ただし、位相誤差αと通電電流との関係が記憶部３７に記憶されるようにしていれば、必ずしも直線６１を表す式を記憶部３７に記憶する必要はない。例えば、位相誤差αと通電電流とを相互に対応付けて記憶するテーブルを記憶部３７に記憶してもよい。尚、このようなテーブルを記憶部３７に記憶した場合、テーブルに記憶されていない通電電流に対応する位相誤差αについては、補間処理を行うことにより求めることができる。
以上のように本実施形態では、位相誤差Δφ、２πｆΔｔ、αを個別に記憶しておき、（３）式により位相誤差ηを求めるようにしている。尚、位相誤差Δφ、２πｆΔｔ、α、ηの単位はｒａｄではなく、度であってもよい。
【００２４】
図２の説明に戻り、電流補正部３８は、電流取込部３６により取り込まれた、クランプ式電流計１０ａ、１０ｂの誘起電圧Ｅ0と、記憶部３７に予め記憶されている、結合係数Ｋの平均値aveと、コイル１２の巻数Ｎと、抵抗１５の抵抗値Ｒとを（１）式に代入して、クランプ式電流計により測定した電流ＩU、ＩWを算出する。
そして、電流補正部３８は、位相誤差ηを記憶部３７から読み出し、クランプ式電流計により測定した電流ＩU、ＩWの位相から位相誤差ηを減算する（クランプ式電流計により測定した電流ＩU、ＩWの位相から位相誤差ηだけ遅らせる）。尚、本実施形態では、クランプ式電流計により測定した電流ＩU、ＩWの取り込み時刻を補正することにより、クランプ式電流計により測定した電流ＩU、ＩWの位相を補正するようにしている。
【００２５】
電圧取込部３９は、電圧ＶUV、ＶWVのデジタル信号を処理装置３３内に取り込む。
電力計算部４０は、電圧取込部３９で取り込まれた電圧ＶUV、ＶWVのデータと、電流補正部３８で位相が補正された電流ＩU、ＩWのデータとを用いて、配電線路の送電端３の電力Ｐsと、受電端４の電力Ｐrとを算出する。
ここで、ｓを、データの取り込み順を示す番号とし、ｉを、相を識別する記号とし、Ｍを、取り込んだデータの数とすると、有効電力Ｐiは、以下の（５）式で表される。
【００２６】
【数１】
2011013032.tif 000003
【００２７】
電力計算部４０は、（５）式の計算を送電端３及び受電端４のそれぞれに対して行い、配電線路の送電端３の電力Ｐsと、受電端４の電力Ｐrとを算出する。
前述したように、損失計算装置３４は、電力計算部４０ａから、配電線路の送電端３の電力Ｐsを入力すると共に、電力計算部４０ｂから、配電線路の受電端４の電力Ｐrを入力し、送電端３の電力Ｐsから、受電端４の電力Ｐrを減算して、配電線路の電力損失Ｐlossを算出する。
表示装置３５は、損失計算装置３４から、配電線路の送電端３の電力Ｐsと、受電端４の電力Ｐrとを入力すると共に、配電線路の電力損失Ｐlossを入力し、それらを表示する。表示装置３５は、例えば、液晶ディスプレイである。
尚、ここでは、損失計算装置３４により、配電線路の電力損失Ｐlossを算出するようにする場合を例に挙げて説明したが、配電線路の送電端３の電力Ｐsと、受電端４の電力Ｐrを算出して表示していれば、配電線路の電力損失Ｐlossについては必ずしも算出する必要はない。配電線路の電力損失Ｐlossの算出は、ユーザによって容易に行うことができるからである。
以上のように本実施形態では、例えば、入力端子３１と、Ａ／Ｄ変換器３２と、処理装置３３における、電流取込部３６、記憶部３７、及び電流補正部３８とを用いることにより電流計算装置の一例が実現され、また、クランプ式電流計１０と、この電流計算装置とを用いることにより電流測定装置の一例が実現される。
【００２８】
＜クランプ式電流計の巻線構成＞
前述したように本実施形態では、鉄心１１ａ、１１ｂの略全周にコイル１２が分布するようにしている（図３を参照）。以下に、このようにした経緯について説明する。
図８は、鉄心１１ａ、１１ｂにより形成される閉磁路の直線部分の１箇所のみにコイル７１が巻き回されている様子（図８（ａ））と、このようにしてコイル７１が巻き回された鉄心１１ａ、１１ｂをケーシングしたクランプ式電流計７２が、図１に示したＵ相の配電線路を挟んでいる様子（図８（ｂ））とを示す図である。尚、コイル７１の巻数、コイル７１に使用する銅線は、図３に示したコイル１２と同じものである。
【００２９】
本発明者らは、三相電流が通電されている状態で、図８（ｂ）に示す状態からクランプ式電流計７２を回転（回転角度θ）させたときの位相誤差ψ（位相誤差ηを除く位相誤差）の変化を、クランプ式電流計７２の回転角度以外の条件を同一にした状態で求めた。
図９は、位相誤差ψと、クランプ式電流計７２の回転角度θとの関係の一例を示す図である。
図９に示すように、回転角度θによって位相誤差ψが大きく変化し、クランプ式電流計７２（すなわちコイル７１）の位置によって位相誤差ψが大きく変わる。
図９に示す結果から、本発明者らは、鉄心１１ａ、１１ｂにより形成される閉磁路の一部にしかコイル７１が巻き回されていないと、クランプ式電流計７２（すなわちコイル７１）の位置に応じて、測定対象の配電線路に隣接する配電線路から発生する磁界の影響をクランプ式電流計７２が受けてしまい、その結果、位相誤差ψが変わってしまうという知見を得た。この現象を具体的に説明すると、まず、測定対象の配電線路に隣接する配電線路から発生する磁界は、鉄心１１ａ、１１ｂに侵入した後、鉄心１１ａ、１１ｂから出て行く。ここで、鉄心１１ａ、１１ｂにより形成される閉磁路の一部の領域にしかコイル７１が巻き回されていないと、鉄心１１ａ、１１ｂに侵入した磁界、又は鉄心１１ａ、１１ｂから出て行く磁界しかコイル７１で検出できないことがある。そうすると、クランプ式電流計１０ａ、１０ｂの誘起電圧Ｅ0が変化し、これにより、位相誤差ψが変わる。
【００３０】
本発明者らは、このような知見の下、図３に示したように、鉄心１１ａ、１１ｂの略全周にコイル１２を分布させるようにすれば、クランプ式電流計１０の位置によらず、鉄心１１ａ、１１ｂに侵入した磁界と、鉄心１１ａ、１１ｂから出て行く磁界との双方を可及的に確実にコイル１２で検出することができることを見出した。すなわち、鉄心１１ａ、１１ｂに侵入した磁界による誘起電圧Ｅ0と、鉄心１１ａ、１１ｂから出て行く磁界による誘起電圧Ｅ0の極性は逆であるため、それらの磁界の双方をコイル１２で検出すれば、それらの磁界による誘起電圧Ｅ0をキャンセルでき、これにより、測定対象の配電線路に隣接する配電線路から発生する磁界が位相誤差ψに与える影響を低減できることになる。
【００３１】
図１０は、位相誤差ψと、本実施形態のクランプ式電流計１０の回転角度θとの関係の一例を示す図である。
図１０に示すように、鉄心１１ａ、１１ｂの略全周にコイル１２を分布させることによって、回転角度θによって位相誤差ψが変化することを可及的に防止できることが分かる。
以上のことから、本実施形態では、鉄心１１ａ、１１ｂの略全周に（好ましくは一様に）コイル１２を分布させるようにしている。ここで、鉄心１１ａ、１１ｂの略全周とは、図３に示した鉄心１１ａ、１１ｂのコーナ部のように、鉄心の構造により巻線が困難（又は不可能）になる箇所や、コイルが施された鉄心を収容するケースの構造により巻線が困難（又は不可能）になる箇所等、巻線が困難（又は不可能）になる箇所を除く鉄心の全周をいう。
【００３２】
＜電流の測定精度＞
本発明者らは、図３に示した本実施形態の電力測定装置で得られる電流振幅確度を、配電線路に流れる電流（通電電流）を変えて求めた。
ここで、電流振幅確度（％）は、以下の（６）式により算出される（ただし、ＩCT、Ｉshuntは振幅を示す）。
電流振幅確度＝[（ＩCTの振幅−Ｉshuntの振幅）／Ｉshuntの振幅]×１００  ・・・（６）
図１１は、本実施形態の電力測定装置で得られた電流振幅確度と、通電電流との関係の一例を示す図である。
図１１に示すように、本実施形態の電力測定装置を用いることによって、電流振幅確度を±０．２％の範囲内に収めることができる。現在市販されているクランプ式電流計の電流振幅確度（カタログ値）は、±０．３％〜±１％程度であるので、本実施形態の電力測定装置では電流振幅確度を大幅に低減することができることが分かる。尚、図１１において、通電電流が１Ａのときの電流振幅確度の下限値が−０．２％を下回っているが、これは通電電流の値が小さいために、クランプ式電流計１０から出力された誘起電圧Ｅ0が小さく、Ｓ／Ｎ比が悪くなっているためであると考えられる。しかしながら、クランプ式電流計１０のパラメータ（コイル１２の巻数や抵抗１５の抵抗値等）を調整することにより、通電電流が１Ａのときの電流振幅確度を向上させることができる。
また、図１０に示したように、位相誤差ηを±０．０５度の範囲に収めることができ、電流位相確度（度）を±０．０５度の範囲内に収めることができる。現在市販されているクランプ式電流計の電流位相確度（カタログ値）は、±０．５度〜±１度程度であるので、本実施形態の電力測定装置では電流位相確度も大幅に低減することができることが分かる。
【００３３】
＜電力の測定精度＞
本発明者らは、クランプ式電流計１０ａ、１０ｂ、及び電圧測定装置２０ａ、２０ｂを、配電線路の送電端３と、受電端４のそれぞれに配置し、配電線路の送電端３の電力Ｐsと、受電端４の電力Ｐrとを同時に測定した。
図１２は、配電線路の送電端３の電力Ｐs（送電端電力）と、受電端４の電力Ｐr（受電端電力）との測定結果を示す図である。図１２に示すように、本実施形態の電力測定装置で算出される電力のばらつきは±０．３％程度であり、ばらつきの小さい測定が可能であることが分かる。
【００３４】
また、本発明者らは、シャント抵抗を用いた電圧降下法による配電線路の電力損失Ｐlossと、本実施形態の方法による配電線路の電力損失Ｐlossを、同一の条件で複数回求めた。
図１３は、電圧降下法による線路損失（配電線路の電力損失Ｐloss）の算出と、本実施形態の方法による線路損失の算出を、同一の条件で６０回行った結果の一例を示す図である。
図１３において、本実施形態の方法による配電線路の電力損失Ｐlossの平均値は１７．３Ｗであり、そのばらつきは±２Ｗ（±１２％）であった。また、以下の（７）式に示す電力計確度（％）は±０．２％程度であり、電力計確度（％）を±０．３％以内に収めることができた。このように電力計確度（％）は±０．２％程度であるので、電力損失Ｐlossのばらつき（±２Ｗ（±１２％））は許容範囲内である。また、現在市販されている電力測定装置の電力計確度は、数％であることから、本実施形態の電力測定装置を用いれば、従来よりも高精度に電力の損失を測定することができることが分かる。具体的に、本実施形態の電力測定装置を用いれば、送電端３の電力の１．６％の損失を高精度に測定することができることが分かる。
電力計確度＝[（本実施形態の方法による線路損失−電圧降下法による線路損失）／電圧降下法による線路損失]×１００  ・・・（７）
図１４は、電圧降下法による線路損失の算出と、本実施形態の方法による線路損失の算出を、通電電流を変えて行った結果の一例を示す図である。
図１４に示すように、本実施形態の方法では、通電電流を変えても、線路損失を高精度に求めることができることが分かる。
【００３５】
以上のように本実施形態では、クランプ式電流計１０のインピーダンスと、クランプ式電流計１０の出力端に並列に接続される抵抗１５とにより生じる位相誤差Δφと、同一の時刻に取り込むべき電圧及び電流のデータの取り込み時間差により生じる位相誤差２πΔｔと、クランプ式電流計１０ａ、１０ｂの鉄心１１ａ、１１ｂ内の磁束密度が、鉄心１１ａ、１１ｂへの印加磁界に対して比例しないことによる位相誤差αとを、予め記憶しておく。そして、鉄心１１ａ、１１ｂの略全周に分布するようにコイル１２が鉄心１１ａ、１１ｂに対して巻き回されたクランプ式電流計１０により測定した電流ＩU、ＩWの位相を、これらの位相誤差Δφ、２πΔｔ、αを加算した位相誤差ηに基づいて補正する。
このようにすることにより、位相誤差による電力測定確度への影響を±０．１％以内（負荷力率０．７のとき、電流位相確度を±０．０５度以内）、電流振幅確度を±０．２％以内、電力計確度を±０．３％以内にすることができた。したがって、送電端３の電力の１％程度の線路損失の測定を従来よりも高精度に行うことができる。これにより、本実施形態の電力測定装置を、施設内の配電線路の省エネルギー化を図るための敷設設計等に役立てたり、電力機器等の効率を高精度に評価したりすることが可能になる。
【００３６】
尚、本実施形態では、クランプ式電流計により測定した電流ＩU、ＩWの位相を、位相誤差Δφ、２πΔｔ、αを加算した位相誤差ηに基づいて補正するようにした。しかしながら、必ずしもこのようにする必要はない。例えば、位相誤差Δφと、２πΔｔ、αの少なくとも何れか１つ（例えば、位相誤差αのみ）を用いて、クランプ式電流計１０により測定した電流ＩU、ＩWの位相を補正することができる。
また、本実施形態のように、位相誤差Δφ、２πΔｔ、αを個別に記憶するようにすれば、電力測定装置の構成や、測定対象の配電線路の状況に応じて、位相誤差Δφと、２πΔｔ、αの中からユーザにより選択された位相誤差のみを用いて、クランプ式電流計１０により測定した電流ＩU、ＩWの位相を補正することができる。ただし、位相誤差Δφ、２πΔｔ、αを個別に記憶せずに、それらを加算した位相誤差（例えば位相誤差η）を記憶するようにしてもよい。
【００３７】
また、本実施形態では、同一の時刻に取り込むべきデータの取り込み時間差Δｔを実験の結果から求めるようにしたが、これを装置の仕様等から求めるようにしてもよい。また、ユーザの入力操作の負担を低減させたり、デフォルトの値をユーザに使用させたりするために、位相誤差Δφ、２πΔｔ、αや、これらを求めるための情報の何れか又は全部を、電力測定装置による測定前（例えば電力測定装置の出荷前）に記憶部３７に記憶するようにしてもよい。
また、本実施形態では、鉄心１１ａ、１１ｂがＵ字状のコアである場合を例に挙げて説明したが、鉄心１１ａ、１１ｂの形状は、このようなものに限定されない。例えば、半円状でも半楕円状の鉄心を用いてもよい。
【００３８】
以上説明した本発明の実施形態のうち、処理装置３３が行う処理は、コンピュータがプログラムを実行することによって実現することができる。また、プログラムをコンピュータに供給するための手段、例えばかかるプログラムを記録したＣＤ−ＲＯＭ等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体、又はかかるプログラムを伝送する伝送媒体も本発明の実施の形態として適用することができる。また、前記プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体などのプログラムプロダクトも本発明の実施の形態として適用することができる。前記のプログラム、コンピュータ読み取り可能な記録媒体、伝送媒体及びプログラムプロダクトは、本発明の範疇に含まれる。
また、前述した各実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１    三相交流電源
２    三相負荷
３    送電端
４    受電端
１０    クランプ式電流計
１１    鉄心
１２    コイル
１５    抵抗
２０    電圧測定装置
３０    電力計算装置
３１    入力端子
３２    Ａ／Ｄ変換器
３３    処理装置
３４    損失計算装置
３５    表示装置
【図１】
2011013032.tif 000004
【図２】
2011013032.tif 000005
【図３】
2011013032.tif 000006
【図４】
2011013032.tif 000007
【図５】
2011013032.tif 000008
【図６】
2011013032.tif 000009
【図７】
2011013032.tif 000010
【図８】
2011013032.tif 000011
【図９】
2011013032.tif 000012
【図１０】
2011013032.tif 000013
【図１１】
2011013032.tif 000014
【図１２】
2011013032.tif 000015
【図１３】
2011013032.tif 000016
【図１４】
2011013032.tif 000017