(57)【要約】【課題】非接触型の測定装置であって、取り付けが容易で、電源設備を必要としない電力測定装置を提供する。【解決手段】電力線の外周を取り囲むように配設された磁気コアと、該磁気コアに巻かれた電流検出コイルと、前記磁気コアの内周に取り付けられた電圧検出のための電極とを備えたクランプ型検出器により、前記電力線の電流および電圧を検出し、電力を算出する電力測定装置において、単相２線式の電圧線と接地線のそれぞれに取り付けられる２つのクランプ型検出器と、電圧線のクランプ型検出器により検出された電圧と接地線のクランプ型検出器により検出された電圧との差分電圧に、電圧線のクランプ型検出器により検出された電流を乗算して、電力を算出する電力測定回路とを備えた。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力線の外周を取り囲むように配設された磁気コアと、該磁気コアに巻かれた電流検出コイルと、前記磁気コアの内周に取り付けられた電圧検出のための電極とを備えたクランプ型検出器により、前記電力線の電流および電圧を検出し、電力を算出する電力測定装置において、
単相２線式の電圧線と接地線のそれぞれに取り付けられる２つのクランプ型検出器と、
電圧線のクランプ型検出器により検出された電圧と接地線のクランプ型検出器により検出された電圧との差分電圧に、電圧線のクランプ型検出器により検出された電流を乗算して、電力を算出する電力測定回路と
を備えたことを特徴とする電力測定装置。
【請求項２】
前記電力測定回路は、電圧線のクランプ型検出器により検出された電流と接地線のクランプ型検出器により検出された電流との差分から漏れ電流を算出することを特徴とする請求項１に記載の電力測定装置。
【請求項３】
電圧線のクランプ型検出器の電流検出コイルから電力を取り出す電源回路をさらに備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の電力測定装置。
【請求項４】
電力線の外周を取り囲むように配設された磁気コアと、該磁気コアに巻かれた電流検出コイルと、前記磁気コアの内周に取り付けられた電圧検出のための電極とを備えたクランプ型検出器により、前記電力線の電流および電圧を検出し、電力を算出する電力測定装置において、
単相３線式の第１相線、第２相線および中性線のそれぞれに取り付けられる３つのクランプ型検出器と、
第１相線のクランプ型検出器により検出された電圧と中性線のクランプ型検出器により検出された電圧との差分電圧に、第１相線のクランプ型検出器により検出された電流を乗算して第１の電力を算出し、中性線のクランプ型検出器により検出された電圧と第２相線のクランプ型検出器により検出された電圧との差分電圧に、第２相線のクランプ型検出器により検出された電流を乗算して第２の電力を算出し、前記第１および第２の電力を合算して電力を算出する電力測定回路と
を備えたことを特徴とする電力測定装置。
【請求項５】
前記電力測定回路は、第１相線のクランプ型検出器により検出された電流と第２相線のクランプ型検出器により検出された電流との差分に、中性線のクランプ型検出器により検出された電流を加算して漏れ電流を算出することを特徴とする請求項４に記載の電力測定装置。
【請求項６】
第１相線のクランプ型検出器および／または第２相線のクランプ型検出器の電流検出コイルから電力を取り出す電源回路をさらに備えたことを特徴とする請求項４または５に記載の電力測定装置。
【請求項７】
電力線の外周を取り囲むように配設された磁気コアと、該磁気コアに巻かれた電流検出コイルと、前記磁気コアの内周に取り付けられた電圧検出のための電極とを備えたクランプ型検出器により、前記電力線の電流および電圧を検出し、電力を算出する電力測定装置において、
３相３線式または３相４線式の第１相線、第２および第３相線のそれぞれに取り付けられる３つのクランプ型検出器と、
各々のクランプ型検出器により検出された電圧に、各々のクランプ型検出器により検出された電流を乗算して電力を算出する電力測定回路と
を備えたことを特徴とする電力測定装置。
【請求項８】
前記電力測定回路は、各々のクランプ型検出器により検出された電流と、中性線のクランプ型検出器により検出された電流との差分から漏れ電流を算出することを特徴とする請求項７に記載の電力測定装置。
【請求項９】
少なくとも１つのクランプ型検出器の電流検出コイルから電力を取り出す電源回路をさらに備えたことを特徴とする請求項７または８に記載の電力測定装置。
【請求項１０】
前記電力測定回路は、
検出された電流および検出された電圧をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、
デジタル信号に変換された電流および電圧から電力を算出する処理回路と、
測定した電圧、電流、電力を記憶してするメモリと、
前記測定した電圧、電流、電力の値を送信する通信回路と
を含むことを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の電力測定装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の複数の電力測定装置と、
各々の電力測定装置から前記測定した電圧、電流、電力の値を受信するサーバと
を備えたことを特徴とする電力測定システム。
【請求項１２】
前記サーバは、電気機器が稼働中に消費する電力の時系列的な変化を電圧、電流、電力の波形として格納し、前記測定した電圧、電流、電力から得られる波形を、格納された波形と比較することにより、電気機器を特定することを特徴とする請求項１１に記載の電力測定システム。
【請求項１３】
前記複数の電力測定装置は、マルチホップ無線通信が可能な通信回路を備えることを特徴とする請求項１１または１２に記載の電力測定システム。
【請求項１４】
電力線の外周を取り囲むように配設された磁気コアと、該磁気コアに巻かれた電流検出コイルとを備えたクランプ型検出器により、前記電力線の電流を算出する電力測定装置において、
前記電流検出コイルの一端に一方の端子が接続された可変容量素子と、
前記可変容量素子の他方の端子に接続された制御回路とを含み、
前記可変容量素子を流れる電流が０となるように調整することにより、前記可変容量素子の他方の端子の接地電圧が、前記電力線の接地電圧と等しくなるようにして、前記電流検出コイルにより検出された電流に前記接地電圧を乗算して、電力を算出する電力測定回路と
を備えたことを特徴とする電力測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力測定装置および電力測定システムに関し、より詳細には、商用電源の交流電圧、電流、電力を、測定対象に対して非接触で測定することができる電力測定装置と、複数の電力測定装置からの電力値を取得して処理する電力測定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、スマートグリッドの実用化に向けた様々な研究開発が行われている。系統電力網における需給バランスを最適化するための監視制御システム、一般家庭における受電、発電の制御、省電力のためのＨＥＭＳ（Home Energy Management System）等の開発が進められている。このようなシステムにおいては、需要家の電力消費を正確に把握することが必要であり、スマートメータと呼ばれる電力測定装置が知られている。スマートメータは、従来のアナログ式電力量計とは異なり、デジタル式の計測機能、監視制御システムへ計測値を送信したり、監視制御システムからの制御信号を受信するための通信機能を備えていることが特徴である。
【０００３】
電力測定装置における電圧、電流の測定方法には、接触型と非接触型とがある。接触型の測定装置は、測定対象となる電力線に測定装置を挿入して（従来のアナログ式電力量計）、電流、電力量を測定したり、電力線から分岐して（例えば、コンセントなどから）測定装置に接続して、電圧を測定する。電力線の被覆の外から測定することができる非接触型の測定装置は、電力線に対する工事が不要であり、活線状態のまま測定が可能であることから、既設の配電設備に後付け設置するＨＥＭＳ機器などに広く利用されている。非接触型の電流測定装置としては、電力線の外周を取り囲むように配設された磁気コアと、磁気コアに巻かれた電流検出コイルとを備えたクランプ式の電流検出装置がよく知られている。また、事例は少ないものの非接触型の電圧測定装置として、可変容量方式（例えば、特許文献１参照）、抵抗式（例えば、特許文献２参照）の電圧測定装置等が知られている。
【０００４】
一方、電力測定装置を構成する上で、上述した非接触型の電流測定装置と非接触型の電圧測定装置とを別々に備える必要があり、測定装置が大型化するとともに、測定作業が煩雑であるという問題があった。そこで、特許文献３に記載されているような一体型の電圧・電流測定装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５１０６８１６号公報
【特許文献２】特開２０１２−１７７５７１号公報
【特許文献３】特許第４９９５６６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献３に記載されたクランプ式センサは、単相２線式の電圧線と接地との間の電圧を測定することを前提としており、測定に際してはクランプ式センサの接地が必要である。電力の使用状況を把握するための電力測定装置は、商業施設、工場などの大規模な需要家のみならず、一般家庭にも設置される。従って、従来の電力量計、スマートメータのように、取り付けに際して、電力線に対する工事および接地工事を要することは好ましくない。特に、既設の配電設備に電力測定装置を後付け設置する場合には、電力線に対する工事および接地工事を行うことなく、電気工事の資格のない者でも取り付けられることが望ましい。
【０００７】
また、据え置き型のスマートメータは、系統電力網から電源供給を受けることから、電源線の接続のために電気工事を必要とする。一方、特許文献３に記載されたクランプ式センサなどの携帯型の測定装置には、電源として電池が内蔵されている。しかし、スマートメータのように通信機能を備えた測定装置は、消費電力が大きいことから、電源として電池を採用すると、電池交換の作業が頻発してしまう。
【０００８】
本発明の目的は、既設の配電設備に取り付けが容易で、系統電力網から電源供給を受ける電源設備を必要とせず、接地工事を必要としない非接触型の電力測定装置を提供することにある。また、複数の電力測定装置からの電力値を取得して処理する電力測定システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、このような目的を達成するために、第１の実施態様は、電力線の外周を取り囲むように配設された磁気コアと、該磁気コアに巻かれた電流検出コイルと、前記磁気コアの内周に取り付けられた電圧検出のための電極とを備えたクランプ型検出器により、前記電力線の電流および電圧を検出し、電力を算出する電力測定装置において、単相２線式の電圧線と接地線のそれぞれに取り付けられる２つのクランプ型検出器と、電圧線のクランプ型検出器により検出された電圧と接地線のクランプ型検出器により検出された電圧との差分電圧に、電圧線のクランプ型検出器により検出された電流を乗算して、電力を算出する電力測定回路とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
第２の実施態様の電力測定装置は、単相３線式の第１相線、第２相線および中性線のそれぞれに取り付けられる３つのクランプ型検出器と、第１相線のクランプ型検出器により検出された電圧と中性線のクランプ型検出器により検出された電圧との差分電圧に、第１相線のクランプ型検出器により検出された電流を乗算して第１の電力を算出し、中性線のクランプ型検出器により検出された電圧と第２相線のクランプ型検出器により検出された電圧との差分電圧に、第２相線のクランプ型検出器により検出された電流を乗算して第２の電力を算出し、前記第１および第２の電力を合算して電力を算出する電力測定回路とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
第３の実施態様の電力測定装置は、電力線の外周を取り囲むように配設された磁気コアと、該磁気コアに巻かれた電流検出コイルと、前記磁気コアの内周に取り付けられた電圧検出のための電極とを備えたクランプ型検出器により、前記電力線の電流および電圧を検出し、電力を算出する電力測定装置において、３相３線式または３相４線式の第１相線、第２および第３相線のそれぞれに取り付けられる３つのクランプ型検出器と、各々のクランプ型検出器により検出された電圧に、各々のクランプ型検出器により検出された電流を乗算して電力を算出する電力測定回路とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように、本発明によれば、電力測定回路が中性線に静電容量を介して接地されるため、測定に際して電力測定装置の接地の必要がない。また、電圧、電流の測定にはクランプ型検出器を用いているので、既設の配電設備に取り付ける場合にも、接地工事を行う必要がなくなる。さらに、クランプ型検出器を介して、電力線から電源の供給を受けるため、電源設備を必要とせず、電源線の接続のための電気工事も必要としない。
【００１３】
また、電力測定装置は、外部への通信手段を有しているので、電力測定システムにおけるリモートセンシングのための１つのセンサとして機能することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかる電力測定装置における単相２線式の測定原理を説明するための図である。
【図２】本発明の第１の実施形態にかかる電力測定装置における単相３線式の測定原理を説明するための図である。
【図３】電圧を測定する原理を説明するための図である。
【図４】本発明の第１の実施形態にかかる電力測定装置の構成を示す図である。
【図５】電力測定装置における単相２線式の測定方法を説明するための図である。
【図６】電力測定装置における単相３線式の測定方法を説明するための図である。
【図７】電力測定装置におけるタイムスケジュールを示す図である。
【図８】本発明の第１の実施形態にかかる電力測定システムの構成を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施形態にかかる電力測定装置における３相３線式（星型結線）の測定原理を説明するための図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態にかかる電力測定装置における３相４線式の測定原理を説明するための図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態にかかる電力測定装置における３相３線式（デルタ結線）の測定原理を説明するための図である。
【図１２】本発明の第５の実施形態にかかる電力測定装置の構成を示す図である。
【図１３】第５の実施形態の電力測定装置における電圧測定方法を説明するための図である。
【図１４】第６の実施形態における電力指紋の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００１６】
（第１の実施形態）
図１を参照して、本発明の第１の実施形態にかかる電力測定装置における単相２線式の測定原理を説明する。電源ＰＳから単相２線式の配電設備を介して負荷Ｚ０に電力が供給されている。配電設備の電圧線側と接地線側のそれぞれに、電圧、電流を検出するためのクランプ型検出器ＤＥＴ１，ＤＥＴ２が配設されている。クランプ型検出器は、電圧を検出するための電極と、電流を検出するためのコイルとを含み、それぞれ電力測定回路ＭＥＳに接続されている。
【００１７】
電力測定回路ＭＥＳは、検出器ＤＥＴ１から電圧ｖ１，Ｉ１を取得し、検出器ＤＥＴ２から電圧ｖ２，Ｉ２を取得する。測定する電力Ｐ＝Ｖ０・Ｉ１は、
Ｐ＝Ｖ０・Ｉ１＝（ｖ１−ｖ２）Ｉ１ 
として求められる。このとき、漏れ電流ＩＬ＝Ｉ１−Ｉ２も同時に求めることができる。
【００１８】
図２を参照して、本発明の第１の実施形態にかかる電力測定装置における単相３線式の測定原理を説明する。電源ＰＳから単相３線式の配電設備を介して負荷Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３に電力が供給されている。配電設備の第１相線、第２相線、中性線のそれぞれに、電圧、電流を検出するためのクランプ型検出器ＤＥＴ１，ＤＥＴ２，ＤＥＴ３が配設されている。電力測定回路ＭＥＳは、検出器ＤＥＴ１から電圧ｖ１，Ｉ１を取得し、検出器ＤＥＴ２から電圧ｖ２，Ｉ２を取得し、検出器ＤＥＴ３から電圧ｖｎ，Ｉｎを取得する。測定する電力Ｐ＝Ｖ１・Ｉ１＋Ｖ２・Ｉ２は、
Ｐ＝Ｖ１・Ｉ１＋Ｖ２・Ｉ２＝（ｖ１−ｖｎ）Ｉ１＋（ｖｎ−ｖ２）Ｉ２ 
として求められる。このとき、漏れ電流ＩＬ＝Ｉ１−Ｉ２＋Ｉｎも同時に求めることができる。
【００１９】
ここで、特許文献１に記載された可変容量方式の非接触型の電圧測定装置を適用した場合を考える。図３を参照して、電力測定回路ＭＥＳにおける電圧を測定する原理を説明する。可変容量回路Ｃｖ１がクランプ型検出器ＤＥＴ１の電極に接続され、制御回路ＣＮＴ１によって制御されている。制御回路ＣＮＴ１は、可変容量回路Ｃｖ１の容量を周期的に変化させて、第１相線の電圧Ｖｍ１と参照電圧Ｖｒｅｆとが等しくなるように、すなわち電流ｉｍ１が０となるように制御する（制御回路ＣＮＴ２も同じ）。このとき、
ｉｍ１＝Ｃ（Ｖ１−（Ｖｍ１−Ｖｍ０））
ｉｍ２＝Ｃ（Ｖ２−（Ｖｍ２−Ｖｍ０））
ｉｍ１＋ｉｍ２＝ｉｍ０
であり、制御回路ＣＮＴ１，ＣＮＴ２は、ｉｍ１＝ｉｍ２＝０となるように制御すると、
Ｖ１−（Ｖｍ１−Ｖｍ０）＝０，Ｖ２−（Ｖｍ２−Ｖｍ０）＝０
ｉｍ１＋ｉｍ２＝ｉｍ０＝０
となるので、Ｖｍ０＝Ｖｒｅｆ＝０であるから、
Ｖ１＝Ｖｍ１，Ｖ２＝Ｖｍ２
を得ることができる。図３に示したように、中性線は系統電力網において接地されているので、電力測定回路ＭＥＳを中性線に接続することにより、静電容量を介して接地することになり、第１相線および第２相線の電圧を測定することができる。従って、測定に際して電力測定装置の接地の必要がなく、既設の配電設備に後付け設置する場合にも、新たに接地工事を行う必要がなくなる。
【００２０】
なお、中性線が系統電力網において接地されていない場合でも、クランプ型検出器ＤＥＴ３に制御回路ＣＮＴ３（図示しない）を接続して、ｉｍ１＝ｉｍ２＝ｉｍ０＝０となるように制御すれば、
Ｖ１＝Ｖｍ１−Ｖｍ０，Ｖ２＝Ｖｍ０−Ｖｍ２
を得ることができる。
【００２１】
図４に、本発明の第１の実施形態にかかる電力測定装置の構成を示す。図４（ａ）は、装置全体の外観図である。電力測定装置は、３線式の電力線に取り付けることができる３つのクランプ型検出器１ａ−１ｃと、これらに接続された電力測定回路２とから構成されている。
【００２２】
図４（ｂ）に、電力測定装置のクランプ型検出器の構成を示す。クランプ型検出器１は、電力線を円周に沿って挟持できるように、２つの筐体１Ｘ，１Ｙに分かれている。それぞれの筐体は、電力線の外周を取り囲むように配設された磁気コア１１ａ，１１ｂを備え、磁気コアに巻かれた電流検出コイルが端子１３ａ，１３ｂに接続されている。磁気コア１１ａ，１１ｂの内周には、電圧検出のための電極１２ａ，１２ｂが取り付けられ、端子１４に接続されている。なお、磁気コア１１ａ，１１ｂが導体の場合には、電圧検出のための電極の代わりに、磁気コア１１ａ，１１ｂのいずれかまたは双方に端子１４を接続してもよい。
【００２３】
図４（ｃ）に、電力測定装置の電力測定回路の構成を示す。電力測定回路２は、３つのクランプ型検出器１ａ−１ｃの各々の端子１３ａ，１３ｂ，１４に接続された電圧・電流検出回路２１と、電圧・電流検出回路２１の検出結果から電力を算出する処理回路２２とを備えている。処理回路２２は、マイコン、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＡＳＩＣ（Application Specific IC）等により構成される。処理回路２２には、測定した電圧、電流、電力を記憶しておくメモリ２３と、電力測定システムのサーバと通信を行うための通信回路２４とが接続されている。
【００２４】
通信回路２４は、アンテナ２５を介した無線通信、またはコネクタ２６を介した有線通信のいずれか、または双方を適用することができる。後述するように、サーバと通信を行うために、電力測定装置ごとにユーザＩＤ、センサＩＤ、アドレス等を付与して、利用者、設置場所と関連付けておく。
【００２５】
電力線の第１相線と第２相線のいずれか、または双方に取り付けられるクランプ型検出器の端子１３ａ，１３ｂには、電源回路３１が接続される。電源回路３１は、クランプ型検出器の電流検出コイルから電力を取り出す。電源制御回路３２は、電源回路３１からの電力または外部端子３４からの電力を蓄電池３３に充電したり、蓄電池３３に蓄電された電力を電力測定回路２内部の各回路に供給する。なお、電源回路３１は、クランプ型検出器の端子１４、すなわち電圧検出のための電極から電力を生成することもできるが、効率の面から端子１３ａ，１３ｂの方が望ましい。
【００２６】
このようにして、電力測定装置の電源を、電力線から非接触の形態で取り出すことができるので、電力測定装置の取り付けに際して、電源線の接続のために電気工事を必要としない。
【００２７】
また、蓄電池３３を内蔵することにより、後述するように、タイムスケジュールに従って、測定モードと充電モードとを繰り返すことにより、外部からの電源供給を必要とせずに、自律的に動作することができる。測定モードの間隔を短くすることにより、電力線の断検出、漏れ電流検出を行って、外部へ通報することもできる。
【００２８】
図４（ｄ）に、電力測定回路の電圧・電流検出回路の構成を示す。３つのクランプ型検出器１ａ−１ｃの各々の端子１３ａ，１３ｂには、電流検出回路４１ａ−４１ｃが接続され、端子１４には、電圧検出回路４２ａ−４２ｃが接続される。電流検出回路４１ａ−４１ｃの出力は、それぞれＡ／Ｄ変換器４４ａ−４４ｃにより、デジタル信号に変換されて、処理回路２２に出力される。第１相線のクランプ型検出器１ａと中性線のクランプ型検出器１ｂとの差分電圧を差動増幅器４３ａで算出し、Ａ／Ｄ変換器４４ｄにより、デジタル信号に変換して、処理回路２２に出力する。第２相線クランプ型検出器１ｃと中性線のクランプ型検出器１ｂとの差分電圧を差動増幅器４３ｂで算出し、Ａ／Ｄ変換器４４ｅにより、デジタル信号に変換して、処理回路２２に出力する。
【００２９】
図５を参照して、電力測定装置における単相２線式の測定方法を説明する。処理回路２２は、（１）Ａ／Ｄ変換器４４ａからの電圧線側の電流Ｉ１と、（２）Ａ／Ｄ変換器４４ｂからの接地線側の電流Ｉ２と、（３）Ａ／Ｄ変換器４４ｄからの電圧線側の電圧ｖ１と接地線側の電圧ｖ２との差分電圧（ｖ１−ｖ２）を取得する。
【００３０】
処理回路２２は、（１）と（３）とを乗算して、電力Ｐ＝Ｖ０・Ｉ１＝（ｖ１−ｖ２）Ｉ１を算出し、（１）と（２）とを引算して、漏れ電流ＩＬ＝Ｉ１−Ｉ２を算出する。処理回路２２は、測定した電圧、電流、電力をメモリ２３に記憶しておく。
【００３１】
図６を参照して、電力測定装置における単相３線式の測定方法を説明する。処理回路２２は、（１）Ａ／Ｄ変換器４４ａからの第１相線側の電流Ｉ１と、（２）Ａ／Ｄ変換器４４ｄからの第１相線側の電圧ｖ１と中性線側の電圧ｖｎとの差分電圧（ｖ１−ｖｎ）を取得し、（３）両者を積算して（ｖ１−ｖｎ）Ｉ１を求める。次に、処理回路２２は、（４）Ａ／Ｄ変換器４４ｃからの第２相線側の電流Ｉ２と、（５）Ａ／Ｄ変換器４４ｅからの第２相線側の電圧ｖ２と中性線側の電圧ｖｎとの差分電圧（ｖｎ−ｖ２）を取得し、（６）両者を積算して（ｖｎ−ｖ２）Ｉ２を求める。（３）と（６）とを合算して、電力Ｐ＝Ｖ１・Ｉ１＋Ｖ２・Ｉ２＝（ｖ１−ｖｎ）Ｉ１＋（ｖｎ−ｖ２）Ｉ２を算出する。
【００３２】
さらに、（１）と（４）と、（７）Ａ／Ｄ変換器４４ｂからの中性線側の電流Ｉｎとから、漏れ電流ＩＬ＝Ｉ１−Ｉ２＋Ｉｎを算出する。処理回路２２は、測定した電圧、電流、電力をメモリ２３に記憶しておく。
【００３３】
図７に、電力測定装置におけるタイムスケジュールの一例を示す。例えば、図７（ａ）に示すように、電力測定装置は、１０分ごとに電力線の電力等を測定し、処理回路２２がメモリ２３に格納しておく（ＤＥＴ）。測定をしていない間は、電源制御回路３２が、電力線からの電力を蓄電池３３に充電する（ＰＯＷ）。また、図７（ｂ）に示すように、電力測定装置は、深夜零時と正午に格納しておいた測定結果を、通信回路２４を介して、電力測定システムのサーバに送信する。
【００３４】
このようなタイムスケジュールは、処理回路２２のプログラムの一部として予め規定しておくことができる。また、電源制御回路３２に予めプログラムしておき、タイムスケジュールに従って、処理回路２２を起動してもよい。
【００３５】
他の例として、電力測定装置は、１分ごとに電力線の電力等を測定し、処理回路２２は積算電力をメモリ２３に格納しておくこともできる。電源制御回路３２は、並行して電力線からの電力を蓄電池３３に充電し、電力測定装置は、定時に、測定結果を電力測定システムのサーバに送信するようにしてもよい。
【００３６】
図８に、本発明の第１の実施形態にかかる電力測定システムの構成を示す。図４Ａに示した電力測定装置５１が、各家庭に設置されている。図４Ａに示した電力測定装置に、マルチホップ無線通信の中継局の機能を備えた中継電力測定装置５２が、所定のエリアごとに着位置され、さらにこれら中継電力測定装置の親局となる統括中継電力測定装置５３が、所定のエリアごとに着位置される。マルチホップ無線通信は、例えば、９２０ＭＨｚ帯特定小電力無線、無線ＬＡＮ（Ｗｉ−Ｆｉ）等を適用することができる。
【００３７】
統括中継電力測定装置５３は、無線通信ネットワーク５４または有線通信ネットワーク５７を介して、インターネット網５５に接続され、電力測定システムのサーバ５６と通信を行うことができる。
【００３８】
電力測定システムのサーバ５６は、定時に、各家庭に設置された電力測定装置の測定結果を収集する。サーバ５６は、例えば、
１）測定結果を集計して、特定の範囲（柱上変圧器、変電所、地域等）ごとに、電力消費の傾向を把握して、需要予測に利用する。
２）過電流、漏電の検出に応じて、保守運用部門への通報を行う。
３）積算電力に応じて、料金請求のためのデータを作成する。
などの機能を実装することができる。
【００３９】
第１の実施形態によれば、電力測定回路が中性線に静電容量を介して接地されるため、測定に際して電力測定装置の接地の必要がない。また、電圧、電流の測定にはクランプ型検出器を用いているので、既設の配電設備に取り付ける場合にも、接地工事を行う必要がなくなる。さらに、クランプ型検出器を介して、電力線から電源を供給するため、電源線の接続のための電気工事も必要としない。
【００４０】
電力測定装置は、外部への通信手段を有しているので、電力測定システムにおけるリモートセンシングのための１つのセンサとして機能することができる。また、電力測定装置により常時測定することにより、過電流、漏電を検出して、遮断器を制御することも可能となる。さらに、処理回路２２に、気温、湿度、気圧、照度などを計測するセンサを、接続できるようにして、電力等の測定結果と合わせてサーバ５６に送信するようにしてもよい。これらセンサの情報は、上述した需要予測の精度を向上させるためのパラメータとして、有用である。
【００４１】
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、日本における住宅用の配電設備として単相２線式または単相３線式を例にした。日本における工業用の配電設備である３相３線式（星型結線）のみならず、３相３線式（デルタ型結線）、３相４線式にも適用することができる。以下、順に説明する。
【００４２】
図９を参照して、本発明の第２の実施形態にかかる電力測定装置における３相３線式（星型結線）の測定原理を説明する。３相３線式（星型結線）の場合には、第１、第２および第３相線のそれぞれにクランプ型検出器と制御回路とを接続し、３つの制御回路の基準電位を共通とする。可変容量回路Ｃｖ１−Ｃｖ３がクランプ型検出器ＤＥＴ１−ＤＥＴ３の電極にそれぞれ接続され、制御回路ＣＮＴ１−ＣＮＴ３によって制御されている。制御回路ＣＮＴ１は、可変容量回路Ｃｖ１の容量を周期的に変化させて、第１相線の電圧Ｖｍ１と参照電圧ＶＮとが等しくなるように、すなわち電流ｉｍ１が０となるように制御する（制御回路ＣＮＴ２，ＣＮＴ３も同じ）。このとき、
ｉｍ１＝Ｃ（ＶＧ１−（Ｖｍ１−ＶＮ））
ｉｍ２＝Ｃ（ＶＧ２−（Ｖｍ２−ＶＮ））
ｉｍ３＝Ｃ（ＶＧ３−（Ｖｍ３−ＶＮ））
であり、ＶＧ１＝ＶＧ＊ｅｘｐ（ｊθ）：θ＝０とすると、
ＶＧ２＝ＶＧ＊ｅｘｐ（ｊ２／３π）
ＶＧ３＝ＶＧ＊ｅｘｐ（−ｊ２／３π）
となる。従って、ＶＧ１＋ＶＧ２＋ＶＧ３＝０である。
【００４３】
同様に、Ｖｍ１＝Ｖｍ＊ｅｘｐ（ｊθ）：θ＝０とすると、
Ｖｍ２＝Ｖｍ＊ｅｘｐ（ｊ２／３π）
Ｖｍ３＝Ｖｍ＊ｅｘｐ（−ｊ２／３π）
となる。これらの電位は浮動電位であるので、共通の基準電位ＶＮを加えた上記の式において、ＶＮは各式に共通の１つの電圧値である。このような場合に、ＶＮが０になることを以下に示す。
【００４４】
制御回路ＣＮＴ１−ＣＮＴ３が、ｉｍ１＝ｉｍ２＝ｉｍ３＝０となるように制御すると、
ＶＧ１−（Ｖｍ１−ＶＮ）＝０
ＶＧ２−（Ｖｍ２−ＶＮ）＝０
ＶＧ３−（Ｖｍ３−ＶＮ）＝０
が得られる。ｉｍ１＋ｉｍ２＋ｉｍ３＝０となるので、
ＶＧ１＋ＶＧ２＋ＶＧ３−（Ｖｍ１＋Ｖｍ２＋Ｖｍ３）＋３ＶＮ＝０
が得られ、Ｖｍ１＋Ｖｍ２＋Ｖｍ３＝３ＶＮとなる。
【００４５】
従って、
Ｖｍ＊ｅｘｐ（ｊ０）＋Ｖｍ＊ｅｘｐ（ｊ２／３π）＋Ｖｍ＊ｅｘｐ（−ｊ２／３π）＝０＝ＶＮ
となり、ＶＮ＝０となることがわかる。以上により、制御回路ＣＮＴ１−ＣＮＴ３では、第１相線、第２および第３相線のそれぞれの相電圧を取得することができる。電力線のいずれかが接地されていなくとも、電力測定装置が接地されていなくとも、電力線の瞬時電圧を常に正確に測定できる。
【００４６】
日本における工業用の配電設備である３相３線式（星型結線）においても、図４に示した第１の実施形態にかかる電力測定装置を用いて、クランプ型検出器を３線式の電力線に取り付けるだけで、電力等の測定結果を得ることができる。
【００４７】
（第３の実施形態）
図１０を参照して、本発明の第３の実施形態にかかる電力測定装置における３相４線式の測定原理を説明する。３相４線式は、３相３線式（星型結線）に接地された中性線が追加された構成であり、第２の実施形態と同様に、第１、第２および第３相線のそれぞれにクランプ型検出器と制御回路とを接続し、３つの制御回路の基準電位を共通とする。
【００４８】
可変容量回路Ｃｖ１−Ｃｖ３がクランプ型検出器ＤＥＴ１−ＤＥＴ３の電極にそれぞれ接続され、制御回路ＣＮＴ１−ＣＮＴ３によって制御されている。制御回路ＣＮＴ１は、可変容量回路Ｃｖ１の容量を周期的に変化させて、第１相線の電圧Ｖｍ１と参照電圧ＶＮとが等しくなるように、すなわち電流ｉｍ１が０となるように制御する（制御回路ＣＮＴ２，ＣＮＴ３も同じ）。第１−３相線の中性点および３つの制御回路の基準電位がＶＧＮ＝ＶＮ＝０に固定されるから、第２の実施形態と同様に、制御回路ＣＮＴ１−ＣＮＴ３は、第１−３相線のそれぞれの相電圧を取得することができる。
【００４９】
この結果、測定された相電圧と、電流検出回路により検出された相電流とから、電力を算出することができる。なお、第１の実施形態の単相３線式の場合と同様に、中性線にもクランプ型検出器を取り付け、電流検出回路、電圧検出回路と接続すれば、漏れ電流を測定することもできる。
【００５０】
（第４の実施形態）
図１１を参照して、本発明の第４の実施形態にかかる電力測定装置における３相３線式（デルタ結線）の測定原理を説明する。デルタ結線の場合も、第１、第２および第３相線のそれぞれにクランプ型検出器と制御回路とを接続し、３つの制御回路の基準電位を共通とする。可変容量回路Ｃｖ１−Ｃｖ３がクランプ型検出器ＤＥＴ１−ＤＥＴ３の電極にそれぞれ接続され、制御回路ＣＮＴ１−ＣＮＴ３によって制御されている。制御回路ＣＮＴ１は、可変容量回路Ｃｖ１の容量を周期的に変化させて、第１相線の電圧Ｖｍ１と参照電圧ＶＮとが等しくなるように、すなわち電流ｉｍ１が０となるように制御する（制御回路ＣＮＴ２，ＣＮＴ３も同じ）。
【００５１】
デルタ結線の場合は、星型結線の中性点に相当する点がないため、第１−３相線のいずれかを接地する（図１１では第２相線を接地）。この構成によれば、制御回路ＣＮＴ１では、第１相線−第２相線（中性線）の線間電圧、すなわち第１相線の相電圧を取得することができ、制御回路ＣＮＴ３では、第３相線−第２相線（中性線）の線間電圧、すなわち第３相線の相電圧を取得することができる。これは、第１の実施形態の単相３線式の場合（図３を参照）と同様である。
【００５２】
第１−４の実施形態によれば、日本、海外を問わず、また住宅用、工業用等を問わず、あらゆる結線方式に対して、図４に示した電力測定装置を用いることにより、電力等の測定結果を得ることができる。
【００５３】
（第５の実施形態）
図１２に、本発明の第５の実施形態にかかる電力測定装置の構成を示す。図５（ａ）は、装置全体の外観図である。電力測定装置は、３線式の電力線に取り付けることができる３つのクランプ型検出器１０１ａ−１０１ｃと、これらに接続された電力測定回路１０２とから構成されている。
【００５４】
図１２（ｂ）に、電力測定装置のクランプ型検出器の構成を示す。クランプ型検出器１０１は、電力線を円周に沿って挟持できるように、２つの筐体１０１Ｘ，１０１Ｙに分かれている。それぞれの筐体は、電力線の外周を取り囲むように配設された磁気コア１１１ａ，１１１ｂを備え、磁気コアに巻かれた電流検出コイルが端子１１３ａ，１１３ｂに接続されている。第１の実施形態の電力測定装置のように、電圧検出のための電極は備えていない。
【００５５】
図１２（ｃ）に、電力測定装置の電力測定回路の構成を示す。電力測定回路１０２は、３つのクランプ型検出器１０１ａ−１０１ｃの各々の端子１１３ａ，１１３ｂに接続された電圧・電流検出回路１２１と、電圧・電流検出回路１２１の検出結果から電力を算出する処理回路１２２とを備えている。処理回路１２２には、測定した電圧、電流、電力を記憶しておくメモリ１２３と、電力測定システムのサーバと通信を行うための通信回路１２４とが接続されている。
【００５６】
通信回路１２４は、アンテナ１２５を介した無線通信、またはコネクタ１２６を介した有線通信のいずれか、または双方を適用することができる。電力線の第１相線と第２相線のいずれか、または双方に取り付けられるクランプ型検出器の端子１１３ａ，１１３ｂには、電源回路１３１が接続される。電源回路１３１は、クランプ型検出器の電流検出コイルから電力を取り出す。電源制御回路１３２は、電源回路１３１からの電力または外部端子１３４からの電力を蓄電池１３３に充電したり、蓄電池１３３に蓄電された電力を電力測定回路１０２内部の各回路に供給する。
【００５７】
図１２（ｄ）に、電力測定回路の電圧・電流検出回路の構成を示す。３つのクランプ型検出器１０１ａ−１０１ｃの各々の端子１１３ａ，１１３ｂには、電流検出回路１４１ａ−１４１ｃおよび電圧検出回路１４２ａ−１４２ｃが接続される。電流検出回路１４１ａ−１４１ｃの出力は、それぞれＡ／Ｄ変換器１４４ａ−１４４ｃにより、デジタル信号に変換されて、処理回路１２２に出力される。第１相線のクランプ型検出器１０１ａと中性線のクランプ型検出器１０１ｂとの差分電圧を差動増幅器１４３ａで算出し、Ａ／Ｄ変換器１４４ｄにより、デジタル信号に変換して、処理回路１２２に出力する。第２相線クランプ型検出器１０１ｃと中性線のクランプ型検出器１０１ｂとの差分電圧を差動増幅器１４３ｂで算出し、Ａ／Ｄ変換器１４４ｅにより、デジタル信号に変換して、処理回路１２２に出力する。
【００５８】
図１３を参照して、第５の実施形態の電力測定装置における電圧測定方法を説明する。電流を検出するためのコイルＤＥＴの両端ａ−ｃには、電線Ｗに流れる電流Ｉ１に比例した電圧ｅ１が発生する。電圧検出回路は、コイルＤＥＴの端子ａに、一方の端子が接続された可変容量素子Ｃ１と、可変容量素子Ｃ１の他方の端子に接続された制御回路ＣＮＴとを含む。
【００５９】
コイルＤＥＴの端子ａに接続した電圧検出回路には、電線Ｗ−コイルＤＥＴ間の静電容量Ｃ０と、可変容量素子Ｃ１とを介して電流ｉｍ１が流れる。
【００６０】
【数１】
2015135319.tif 000003
【００６１】
ここで、制御回路ＣＮＴは、可変容量回路Ｃ１の容量を周期的に変化させて、電線Ｗの電圧、すなわちコイルＤＥＴの端子ａの電圧Ｖｍ１と端子ｂの電圧とが等しくなるように、すなわち電流ｉｍ１が０となるように制御する。すなわち、Ｖ０を制御回路ＣＮＴの基準電位とし、制御回路ＣＮＴから端子ｂに印加する電圧Ｖｒｅｆを、電流ｉｍ１が０になるように調整する。このとき、電圧計ＶＭが示す接地電位は、Ｖ１に等しくなる。
【００６２】
ｉｍ１＝０，Ｖ１−（Ｖｒｅｆ＋Ｖ０）＝０
すなわち、Ｖ１＝Ｖｍ１＝Ｖｒｅｆ＋Ｖ０となる。
【００６３】
単相２線式の電圧測定方法は、図５に示したのと同様に、電圧線側の電圧Ｖ１と接地線側の電圧Ｖ２との差分電圧（ｖ１−ｖ２）を算出すればよい。すなわち、電圧検出回路は、電流ｉｍ１，ｉｍ２が０になるように、電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２を調整する。
【００６４】
Ｖｒｅｆ１＝Ｖ１−Ｖ０，Ｖｒｅｆ２＝Ｖ２−Ｖ０
接地線の電圧はＶ２＝０なので、
Ｖｒｅｆ１−Ｖｒｅｆ２＝（Ｖ１−Ｖ０）−（Ｖ２−Ｖ０）＝Ｖ１
を得ることができる。単相３線式の第１相線−中性線および第２相線−中性線の間の電圧も同様にして取得することができる。
【００６５】
また、単相３線式の第１相線−第２相線の間の電圧、３相３線式の線間電圧も、
Ｖｒｅｆ１−Ｖｒｅｆ２＝（Ｖ１−Ｖ０）−（Ｖ２−Ｖ０）＝Ｖ１−Ｖ２
として取得することができる。
【００６６】
電流検出回路における電流検出方法としてシャント抵抗を用いる場合がある。この場合、コイルＤＥＴの端子ａ−ｃ間にシャント抵抗が接続されることになる。このとき、誘導電流は、コイルＤＥＴとシャント抵抗との間を還流するので、電圧検出のための電流Ｉ１には影響を与えない。
【００６７】
第５の実施形態によれば、クランプ型検出器は、磁気コアと電流検出コイルとを備えるだけで、電圧検出のための電極、端子、電力測定回路との間の接続線を省略することができる。第５の実施形態の電力測定装置の構成を、第１−４の実施形態の電力測定装置に適用できることは言うまでもない。
【００６８】
（第６の実施形態）
電力測定システムが、第１ないし第５の実施形態にかかる電力測定装置を用いて、電力指紋認証を行う方法について説明する。電力指紋とは、電力機器を特定するための識別情報であり、電気機器が稼働中に消費する電力、電圧または電流の時系列的な変化から、電気機器特有の電力消費の特徴的な波形を抽出したものである。需要家において配電設備に接続される電気機器は様々であり、消費する電力の態様も様々である。例えば、マクロ的には、白熱灯、電熱線など抵抗負荷と見なせる機器、電動機、インバータを含む機器、周期的な動作を行う機器など、負荷に応じて電力消費の波形が異なる。また、ミクロ的には、系統電力網からの交流一周期ごとの電圧波形、電流波形、およびこれらの位相関係が、負荷によって異なっている。
【００６９】
そこで、個々の電気機器について、予めマクロ的な電力消費の波形、ミクロ的な電圧波形および電流波形を測定しておき、電力指紋として、図８に示した電力測定システムのサーバ５６に格納しておく。サーバ５６は、各家庭に設置された電力測定装置の測定結果を収集し、電力指紋と比較することにより、各家庭ごとの電力消費の傾向を、より詳細に把握することができる。
【００７０】
ある一般家庭から、電力測定装置が所定の時間間隔（例えば、１秒〜１分程度）で所定時間（例えば、６０分）の間、測定した電力線の電力等の測定結果を、サーバ５６が収集する。例えば、図１４（ａ）に示すように、一定の時間間隔で消費する電力量が変わり、同じバターンを繰り返している場合には、サーバ５６は、予め格納されているマクロ的な電力消費の波形と比較して、使用されている電気機器を特定する。複数の電気機器が同時に使用されている場合は、想定される複数の電気機器の電力指紋を重畳して比較することにより、複数の電気機器を特定する。
【００７１】
また、電力測定装置の処理回路２２は、所定の時間間隔（例えば、０．０１ｍｓ）で所定時間（例えば、５０Ｈｚ交流半周期分の１０ｍｓ）の間、電力線の電力等を測定し、メモリ２３に格納しておく。例えば、図１４（ｂ）に示すように、交流一周期分の電圧波形および電流波形を作成する。処理回路２２は、所定の時間（例えば、１秒）ごとに作成された電圧波形および電流波形をサーバ５６に送信し、サーバ５６は、予め格納されている電力指紋と比較して、使用されている電気機器を特定する。
【００７２】
第１ないし第５の実施形態にかかる電力測定装置によれば、マクロ的な電力消費の波形、ミクロ的な電圧波形および電流波形を容易に測定することができるので、電力測定システムにおいて、需要家の電力消費の傾向をより詳細に把握することができる。
【符号の説明】
【００７３】
１，１００  クランプ型検出器
２，２００  電力測定回路
１１，２１１  磁気コア
１２  電極
１３，１４，２１３，２１４  端子
【図１】
2015135319.tif 000004
【図２】
2015135319.tif 000005
【図３】
2015135319.tif 000006
【図４】
2015135319.tif 000007
【図５】
2015135319.tif 000008
【図６】
2015135319.tif 000009
【図７】
2015135319.tif 000010
【図８】
2015135319.tif 000011
【図９】
2015135319.tif 000012
【図１０】
2015135319.tif 000013
【図１１】
2015135319.tif 000014
【図１２】
2015135319.tif 000015
【図１３】
2015135319.tif 000016
【図１４】
2015135319.tif 000017