(57)【要約】【課題】電源と負荷との間の電源ラインの電気を監視し、検出した電気異常の侵入源が電源側と負荷側のいずれからであるかを判定可能とする電気監視回路および電気監視装置を提供する事を目的とする。【解決手段】電源と負荷との間の電源ラインに介置し入出力する電気を監視可能とし、電気異常の少なくとも一部を濾過可能とするフィルタ手段と、前記フィルタ手段の入力側において瞬時電圧を検出可能とする第１電圧検出手段と、前記フィルタ手段の出力側において瞬時電圧を検出可能とする第２電圧検出手段と、前記各瞬時電圧を入力し電気異常を検出可能とする電圧監視手段とを備え、前記電圧監視手段は検出した電気異常の侵入源が入力側、出力側のいずれであるかを判定可能とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源と負荷との間の電源ラインに介置し入出力する電気を監視可能とする電気監視回路であって、電気異常の少なくとも一部を濾過可能とするフィルタ手段と、前記フィルタ手段の入力側において瞬時電圧を検出可能とする第１電圧検出手段と、前記フィルタ手段の出力側において瞬時電圧を検出可能とする第２電圧検出手段と、前記各瞬時電圧を入力し電気異常を検出可能とする電気監視手段とを備え、前記電気監視手段は検出した電気異常の侵入源が入力側、出力側のいずれであるかを判定可能とする事を特徴とする電気監視回路。
【請求項２】
電源と負荷との間の電源ラインに介置し入出力する電気を監視可能とする電気監視装置であって、電気異常の少なくとも一部を濾過可能とするフィルタ手段と、前記フィルタ手段の入力側において瞬時電圧を検出可能とする第１電圧検出手段と、前記フィルタ手段の出力側において瞬時電圧を検出可能とする第２電圧検出手段と、前記各瞬時電圧を入力し電気異常を検出可能とする電気監視手段とを備え、前記電気監視手段は検出した電気異常の侵入源が入力側、出力側のいずれであるかを判定可能とする事を特徴とする電気監視装置。
【請求項３】
電源と負荷との間の電源ラインに電気監視回路を介置し入出力する電気を監視する電気監視方法であって、前記電気監視回路は、電気異常の少なくとも一部を濾過可能とするフィルタ手段と、前記フィルタ手段の入力側において瞬時電圧を検出可能とする第１電圧検出手段と、前記フィルタ手段の出力側において瞬時電圧を検出可能とする第２電圧検出手段と、前記各瞬時電圧を入力し電気異常を検出可能とする電気監視手段とを備え、前記電気監視手段は検出した電気異常の侵入源が入力側、出力側のいずれであるかを判定可能とする事を特徴とする電気監視方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電源と負荷との間の電源ライン、特に商用電力の電源ライン、の電気を監視し、電気異常を検出可能とする電気監視回路および電気監視装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パーソナルコンピュータ（以下「ＰＣ」という）は従来の電気機器に比べ電源に高い品質を要求する。ＰＣの利用は、事業所以外に住居地でも増加している。ＰＣを異常動作させ得る電気異常、特に電圧異常として、停電、瞬停、スパイク、電圧過剰、電圧不足、高調波ノイズ、ＭＨ帯域のノイズ等が知られている。電気異常は、ＰＣを利用する屋内でも発生し、また屋外でも発生し屋内に侵入し得る。屋内での発生源としては、例えば洗濯機、冷蔵庫、蛍光灯、電子レンジ、レーザプリンタがあり、更にＰＣ自身も発生源となり得る。一般に、電気機器は新しくなる程、自身が電気異常の発生源とならぬ様、備える直流電源のノイズ対策は向上するが、一方で一部に６０年代等の古い電気機器を使用し続ける流行が続くなど、電気異常の発生源を根絶する事は不可能に近い。また、屋外より侵入する電気異常について、ある工場内のたった１台のサイリスタ・インバータが、工場内はいうに及ばず、周辺の数千世帯にノイズをまき散らす事もある。基本的に、屋外より侵入する電気異常に対しては、電力会社に対策の責任があるが、屋内で電気異常が検出されたとしても、それが屋外より侵入したと証明する事は困難であり、各電力需要家に備えられる分電盤に電気異常を侵入源を特定可能に監視可能とする電気監視回路が組み込まれる事が望まれる。
【０００３】
ＰＣの利用者において可能な対策として、ＰＣに侵入する電気異常をカットするノイズフィルタ、無停電電源装置等を設置するか、又は電気異常の発生源となる電気機器とＰＣの併用を避ける等がある。しかし、電源の品質が高いにも拘らず前記各装置を備える事は、利用者に余計な経済的負担を強いる。電気異常には、その発生源での対策が重要である。一般に、電気異常が検出された場合にその発生源を特定する為には、工場等においては、周辺の電気機器を順に停止して電気異常が止むかどうか監視する方法が採られるが、この方法は時間がかかるうえに、熟練した技術者以外には電気異常の判定が難しい等の問題があり、一般の利用者にも容易に可能な電気監視方法が望まれる。具体的に望まれるのは、電源と負荷との間の電源ラインに介置し入出力する電気を監視可能で、検出した電気異常の侵入源を特定可能とする安価な電気監視装置の提供である。
【０００４】
ところで、ＰＣ等が交流電力を低電圧直流電源に変換するスイッチング電源等の直流電源と共に用い、交流電圧および直流電圧を共に監視する目的で各々センサを入力側と出力側に備え、検出した電気異常が該直流電源に起因するか否かを判定可能とす技術は既知であるが、該技術は商用電力を消費し動作する外の電気機器を接続し電気異常を監視する本発明の技術とは異なり、本発明の技術の特許性を拒絶するものではないと考えられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、電気機器、特に電子機器は電気異常の影響を被り易く、一方で、機器自身も電気異常の発生源となり得る点に着目し、電源と負荷との間の電源ラインの電気を監視し、検出した電気異常の侵入源が入力側、即ち電源側と、出力側、即ち負荷側のいずれからであるかを判定可能とする電気監視回路および電気監視装置を提供する事を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、電源と負荷との間の電源ラインに介置し入出力する電気を監視可能とする電気監視回路において、電気異常の少なくとも一部を濾過可能とするフィルタ手段と、前記フィルタ手段の入力側において瞬時電圧を検出可能とする第１電圧検出手段と、前記フィルタ手段の出力側において瞬時電圧を検出可能とする第２電圧検出手段と、前記各瞬時電圧を入力し電気異常を検出可能とする電気監視手段とを備え、記電気監視手段は検出した電気異常の侵入源が入力側、出力側のいずれであるかを判定可能とする。
また、本発明の電気監視回路および電気監視装置において、電圧に加えて電流も検出し計測可能とする手段を備え、例えば１秒未満の電圧降下又は電圧過剰を検出した場合に、電流値を用いて負荷側に起因するかを推定可能とする。
【０００７】
次に、電源と負荷との間の電源ラインに介置し入出力する電気を監視可能とする電気監視装置において、電気異常の少なくとも一部を濾過可能とするフィルタ手段と、前記フィルタ手段の入力側において瞬時電圧を検出可能とする第１電圧検出手段と、前記フィルタ手段の出力側において瞬時電圧を検出可能とする第２電圧検出手段と、前記各瞬時電圧を入力し電気異常を検出可能とする電気監視手段とを備え、前記電気監視手段は検出した電気異常の侵入源が入力側、出力側のいずれであるかを判定可能とする。
【０００８】
次に、電源と負荷との間の電源ラインに電気監視回路を介置し入出力する電気を監視する電気監視方法であって、前記電気監視回路は、電気異常の少なくとも一部を濾過可能とするフィルタ手段と、前記フィルタ手段の入力側において瞬時電圧を検出可能とする第１電圧検出手段と、前記フィルタ手段の出力側において瞬時電圧を検出可能とする第２電圧検出手段と、前記各瞬時電圧を入力し電気異常を検出可能とする電気監視手段とを備え、前記電気監視手段は検出した電気異常の侵入源が入力側、出力側のいずれであるかを判定可能とする。
【０００９】
また更に、本発明の電気監視回路および電気監視装置において、バッテリ等の操作用電源、制御部の演算結果を一時記憶するメモリ、計時するタイマ、電源ラインの電圧が１００Ｖ系か２００Ｖ系か等の電圧を検出して適合する電圧波形に切り替えるための指示信号を出力する電圧自動切換手段と、電源ラインの周波数が５０Ｈｚか６０Ｈｚか等の周波数を検出して適合する基準電圧波形に切りかえるための指示信号を出力する周波数自動切替手段を備えている。
【００１０】
なお、前記電源は例えばＡＣ１００Ｖの商用電源であり、前記負荷は例えば電気機器、特に電源に高い品質を要求する電子機器である。本発明の電気監視回路および電気監視装置は、電力ラインが、発電所から各電力需要家へ配電する大規模な送電ネットワークと、屋内に配線された商用電力のラインと、電気機器内の低電圧の直流電力ラインのいずれであっても、また入出力する電気が交流／直流のいずれであっても要部ブロック図に変更無く対応可能である。
【００１１】
本発明の電気監視回路および電気監視装置は、基本的に、備えるフィルタ手段が濾過可能な種類のノイズを検出可能とする。フィルタ手段が簡易で濾過可能なノイズの種類が限られれば、その分検出可能なノイズの種類も限られるが、その分安価にて提供できる。
前記フィルタ手段について、安価な構成として例えば、コイルとコンデンサが組み合わせられる。また更に、バリスタが組み合わせられる。それらは、一部がディファレンシャルモードノイズの対策用であって、また一部がコモンモードノイズの対策用である。また、少なくとも充電回路と、バッテリと、インバータを備えた無停電電源装置（ＵＰＳ）も前記フィルタ手段の一例である。
【００１２】
前記電気監視手段は、例えば、前記第１電圧検出手段から入力される瞬時電圧の絶対値と前記第２電圧検出手段から入力される瞬時電圧の絶対値の少なくとも一方と前記両絶対値の差分値とを各々適当な１又は２以上のしきい値と比較する事で、また更に前記各絶対値の平均値と前記両絶対値の差分値とを各々適当な基準データと比較する事で、前記フィルタ手段が濾過可能な電気異常を、侵入源を特定可能に、検出可能とする。また、フィルタ手段がＵＰＳである場合にはフィルタ手段の入力側と出力側において電圧波形は非同期となり、電気監視手段は基本的に前記各瞬時電圧を独立して監視する。
【００１３】
前記基準データは基本的にフィルタ手段のフィルタ特性に基づいて設定されており、例えば、瞬停、スパイク、電圧過剰、電圧不足を監視する目的であれば１又は２以上のしきい値であり、また高調波ノイズ、ＭＨ帯域のノイズを監視する目的であれば理想電圧波形であり例えばサイン波形が含まれる。前記フィルタ特性とは、例えばフィルタ手段が電気異常を濾過できる度合を示す係数であり一般にシェイプファクタと呼ばれ、また更にフィルタ手段自身が電気異常を発生する場合はその度合のデータが含まれ、具体的にフィルタ手段がＵＰＳの場合は備える充電回路が発信器であるため必然的にノイズの発生源となり得るので監視結果から除外する為の該ノイズのデータが含まれる。また、一部の実施の形態においては、厳密に電気異常を検出するために、例えば検出された電圧と理想の電圧波形との差分値と基準データとを比較し、また例えば前記第１電圧検出手段から入力される瞬時電圧の絶対値と前記第２電圧検出手段から入力される瞬時電圧の差分値と比較する基準データについて、前記絶対値の大きさに応じて可変させる。
【００１４】
ところで、既知のＡＣラインフィルタと、該ＡＣラインフィルタの入力側および出力側において瞬時電圧を検出可能とする各電圧検出手段と、前記各瞬時電圧を入力して電気異常を検出可能とする電気監視手段を組み合わせるだけでは、本発明の電気監視回路および電気監視装置を構成不可能であって、前記電気監視手段は前記ＡＣラインフィルタのフィルタ特性に基づいて設定された基準データ、例えば１又は２以上のしきい値、と入力した瞬時電圧とを比較する必要がある。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１６】
まず、第１の実施の形態について説明する。図１は第１の実施の形態における電気監視回路および電気監視装置の要部ブロック図、図２は第１の実施の形態における電気監視回路の要部ブロック図、図３は第１の実施の形態における電気監視回路内の要部の電圧例、図４は第１の実施の形態における電気監視装置の斜視図である。
【００１７】
図において電気監視装置１は、接続プラグ１９７を用いて電源２に接続可能で、一方、接続ソケット１９８を用いて負荷３に接続可能で、電源２から負荷３への送電を中継可能であり、中継する電気を監視可能とする電気監視回路１１を備えている。電気監視回路１１において、電気異常の少なくとも一部を濾過可能とするフィルタ手段１２と、前記フィルタ手段１２の入力側において瞬時電圧を検出可能とする第１電圧検出手段１３と、前記フィルタ手段１２の出力側において瞬時電圧を検出可能とする第２電圧検出手段１４と、前記各瞬時電圧を入力し電気異常を検出可能とする電気監視手段１５とを備え、前記電気監視手段１５は検出した電気異常の侵入源が入力側、出力側のいずれであるかを判定可能である。フィルタ手段１２は例えば、既知の簡易なＡＣラインフィルタであり、コンデンサとコイルが組み合わせられ、また更にバリスタが追加されている。
【００１８】
図１において電気監視装置１は、電気監視回路１１に加えて、電気監視回路１１の出力結果を、直接表示又は発音可能とする第１警報部１９１と、制御部１９０を経由して表示又は発音可能とする第２警報部１９２と、外の機器と有線又は無線で送受信可能とする通信部１９３と、出力結果を記憶可能とする図示されないメモリ部と、制御部１９０へ指図可能とする操作部１９４と、バッテリ部１９６に各部へ供給する低電圧直流電源を充電する充電部１９５を備えている。２以上の電気監視装置１は各々通信部１９３を介して１台のＰＣとネットワークを形成し、該ＰＣにより監視、制御可能とされる。
【００１９】
図２の電気監視手段１５において、第１絶対値出力手段１５１が第１電圧検出手段１３から瞬時電圧を入力し絶対値を出力し、第２絶対値出力手段１５２が第２電圧検出手段１４から瞬時電圧を入力し絶対値を出力し、差分出力手段１５３が前記両絶対値を入力し差分値を出力し、第１比較手段１５４が前記差分値と第１基準データ１５５とを比較し電気異常を検出し、検出した＋出力の電気異常を第１１ラッチ手段１５６がラッチし、検出した−出力の電気異常を第１２ラッチ手段１５７がラッチし、第２比較手段１５９が前記第１絶対値出力手段１５１が出力した絶対値と第２基準データ１６０とを比較し電気異常を検出し、検出した電気異常を第２ラッチ手段１６１がラッチし、論理演算手段１５８が前記各ラッチ手段の出力に基づいて瞬時の電気異常を判別し、具体的に入力側から侵入したスパイクと判定し出力（１７１）し、また出力側から侵入したスパイクと判定し出力（１７２）し、一方で、平均値出力手段１６２が第１絶対値出力手段１５１から絶対値を入力し平均値を出力し、第３比較手段１６３が、前記平均値と第３基準データ１６４とを比較し、電気異常を検出すれば計時手段１６５を用いて継続時間を計時し、前記継続時間に応じて電気異常を判別し出力し、具体的に短時間または長時間の電圧過剰を検出し出力（１７４）し、また短時間または長時間
の電圧不足を検出し出力（１７５）する。
【００２０】
図３において、電気監視手段１５の内部での電圧例を示し、（ａ）は第１電圧検出手段１３の出力電圧であり、（ｂ）は第１絶対値出力手段１５１の出力電圧であり図中の点線は第２基準データ１６０であり例えば１４１Ｖから１５０Ｖの間で設定されており、（ｃ）は第２電圧検出手段１４の出力電圧であり、（ｄ）は第２絶対値出力手段１５２の出力電圧であり、（ｅ）および（ｆ）は差分出力手段１５３の出力電圧であり両図中の点線は共に第１基準データ１５５でありフィルタ手段１２のフィルタ特性に基づいて設定され、（ｇ）は平均値出力手段１６２の出力電圧であり図中の点線は第３基準データ１６４であり例えば１００Ｖ±１５Ｖに設定されている。
【００２１】
例えば電気監視手段１５の内部において、（ｂ）および（ｅ）に示される電気異常は入力側から侵入したスパイクであり、また（ｂ）および（ｆ）に示される電気異常は出力側から侵入したスパイクである。また（ｇ）において、平均電圧が上段のしきい値を超えれば電圧過剰が検出され、平均電圧が下段のしきい値を短時間下回れば瞬停が検出され、また長時間下回れば電圧不足が検出される。なお、第３基準データ１６４に電圧不足を検出する為のしきい値に加えて例えば更に低い瞬停を検出する為のしきい値を含める事は有効である。
【００２２】
図４において、電気監視装置１は電源ラインに接続するための接続プラグ１９７と、電気機器を接続し配電するための接続ソケット１９８と、電気異常を表示・警告するための発光ダイオード等の第１警報部１９１および液晶ディスプレイ等の第２警報部１９２と、各部を初期化するためのリセットスイッチ、時刻を合せるための時刻合せスイッチ等の操作部１９４を備えている。図示した電気監視装置１の大きさは、例えば８ｃｍの高さを有するが、更に小型化が可能である。
【００２３】
次に、第２の実施の形態について説明する。図５は第２の実施の形態における電気監視回路および電気監視装置の要部ブロック図である。
【００２４】
図５において、電気監視装置４は例えば各電力需要家に備えられる分電盤であり、電流を制限する電流制限器４１と、漏電を遮断する漏電遮断器４２と、各配線の電流を制限する第１配線用遮断器４３および第２配線用遮断器４４と、各配線の電気異常を監視可能とする電気監視回路５と、電気監視回路５の出力結果を直接表示又は発音可能とする警報部４５と、出力結果を記憶可能とする図示されないメモリ部とを備えている。
電気監視回路５において、電気監視装置４の入力側において瞬時電圧を検出可能とする第１電圧検出手段５３と、第１配線用遮断器４３に電源ラインを介して接続した第２１フィルタ手段５１と、第２１フィルタ手段５１の出力側において瞬時電圧を検出可能とする第２１電圧検出手段と、第２配線用遮断器４４に電源ラインを介して接続した第２２フィルタ手段５２と、第２２フィルタ手段５２の出力側において瞬時電圧を検出可能とする第２２電圧検出手段と、前記各電圧検出手段から電圧を入力し電気異常を監視可能とする電気監視手段５６とを備えている。
また本実施の形態の技術は、１つの接続プラグと複数の接続ソケットを備え、複数の電気機器を接続し配電可能なテーブル電源タップに適用可能である
【００２５】
次に、第３の実施の形態について説明する。図６は第３の実施の形態における電気監視回路の要部ブロック図、図７は第３の実施の形態における電気監視回路の追加部ブロック図である。
【００２６】
図６において、電気監視回路６は例えばスペクトラムアナライザであり、電気異常の少なくとも一部を濾過可能とするフィルタ手段６１と、前記フィルタ手段６１の入力側において瞬時電圧を検出可能とする第１電圧検出手段６２と、前記フィルタ手段６１出力側において瞬時電圧を検出可能とする第２電圧検出手段６３と、前記各瞬時電圧を入力し電気異常を検出可能とする電気監視手段６４とを備え、前記電気監視手段６４は検出した電気異常の侵入源が入力側、出力側のいずれであるかを判定可能である。フィルタ手段６１は例えば、高調波ノイズ、ＭＨ帯域のノイズを濾過可能とし、フィルタ特性データ６５０は例えばシェイプファクタである。
【００２７】
電気監視手段６４において、第１絶対値出力手段６４１は第１電圧検出手段６２から瞬時電圧を入力し絶対値を出力し、第１Ａ／Ｄ変換手段６４４が前記絶対値を入力しデジタル値を出力し、第１周波数解析手段６４７が前記デジタル値を入力し周波数解析し、第１補正演算手段６５１が前記周波数解析の成果をフィルタ特性データ６５０を用いて補正し出力し、一方で、第２絶対値出力手段６４２は第２電圧検出手段６３から瞬時電圧を入力し絶対値を出力し、第２Ａ／Ｄ変換手段６４５が前記絶対値を入力しデジタル値を出力し、第２周波数解析手段６４８が前記デジタル値を入力し周波数解析し、第２補正演算手段６５２が前記周波数解析の成果をフィルタ特性データ６５０を用いて補正し出力し、一方で、差分出力手段６４３が前記両絶対値を入力し差分値を出力し、第３Ａ／Ｄ変換手段６４６が前記絶対値を入力しデジタル値を出力し、第３周波数解析手段６４９が前記デジタル値を入力し周波数解析し、第３補正演算手段６５３が前記周波数解析の成果をフィルタ特性データ６５０を用いて補正し出力する。
【００２８】
図７において、第１切替手段６６１は接続ソケットを含み、第２切替手段６６２は接続プラグを含み、前記両切替手段は外のフィルタ装置７を接続可能とし、前記両切替手段は外のフィルタ装置７が接続された事を検出するとフィルタ特性計測手段６６４へ通知し、フィルタ特性計測手段６６４は第１電圧検出手段６２と第２電圧検出手段６３から所定の時間瞬時電圧を入力しフィルタ特性を計測し、フィルタ特性評価手段６６５は前記計測結果を用いてフィルタ特性を評価し、外のフィルタ装置７がカタログ通りの性能を有するか、劣化していないか評価可能である。一方で、前記各切替手段が外のフィルタ装置７の接続を未検出で、負荷検出手段６６３が外の負荷の接続を未検出の場合に、キャリブレーション手段６６６はフィルタ特性計測手段６６４の結果を用いてフィルタ手段６１のフィルタ特性を演算し、データ更新手段６６７が前記演算結果を用いてフィルタ特性データ６５０を更新する。
【００２９】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に記載されるような効果を奏する。
【００３０】
電源と負荷との間の電源ラインの電気を監視し、検出した電気異常の侵入源が入力側、即ち電源側と、出力側、即ち負荷側のいずれからであるかを判定可能とする。
具体的に例えば、本発明の電気監視装置を、電気異常の発生源と推測される電気機器と電源との間に接続し所定の期間観測し、外に発生源と推測される電気機器があれば後に該電気機器と電源との間に接続し観測する事で、電気異常の発生源となっている電気機器を特定可能とし、特定した電気機器の使用を止めるか又は該ＰＣの手前に電気機器を好適に濾過可能とするフィルタ装置又は無停電電源装置（ＵＰＳ）を接続する等の好適な対策を施せる。
また例えば、屋外より侵入する電気異常に対しては、電力会社に対策の責任があるが、各電力需要家に備えられる分電盤に本発明の電気監視回路を組み込む事で、入力側、即ち屋外から侵入した電気異常を検出すれば電力会社に対策を要求できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態における電気監視回路および電気監視装置の要部ブロック図である。
【図２】第１の実施の形態における電気監視回路の要部ブロック図である。
【図３】第１の実施の形態における電気監視回路内の要部の電圧例である。
【図４】第１の実施の形態における電気監視装置の斜視図である。
【図５】第２の実施の形態における電気監視回路および電気監視装置の要部ブロック図である。
【図６】第３の実施の形態における電気監視回路の要部ブロック図である。
【図７】第３の実施の形態における電気監視回路の追加部ブロック図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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