(57)【要約】【課題】  導線、例えば電源と負荷との間の電源ライン上の電圧を監視し、検出した電圧変化、特に異常電圧の侵入源を導線の一端側と他端側のいずれであるか判定可能とする事を目的とする。【解決手段】  導線上の電圧を監視可能とする電圧監視装置８において、導線上に介置し侵入する電圧変化の少なくとも一部を濾過可能とするフィルタ手段８３と、前記フィルタ手段８３を境に導線の一端側および他端側の瞬時電圧を入力し比較する事で電圧変化の侵入源を一端側と他端側のいずれであるか判定可能とする電圧監視手段１を備えている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導線上の電圧を監視可能とする電圧監視装置であって、導線上に介置し侵入する電圧変化の少なくとも一部を濾過可能とするフィルタ手段と、前記フィルタ手段を境に導線の一端側および他端側の瞬時電圧を入力し比較する事で電圧変化の侵入源を一端側と他端側のいずれであるか判定可能とする電圧監視手段を備える事を特徴とする電圧監視装置。
【請求項２】
導線上の電圧を監視する電圧監視方法であって、導線上に介置し侵入する電圧変化の少なくとも一部を濾過可能とするフィルタ手段を境に導線の一端側および他端側の瞬時電圧を入力し比較する事で電圧変化の侵入源を一端側と他端側のいずれであるか判定可能とする事を特徴とする電圧監視方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導線、例えば電源と負荷との間の電源ライン、具体的に商用電力の電源ライン上の電圧を監視し異常電圧を検出可能とする電圧監視装置および電圧監視方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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的異常、特に異常電圧には、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おり、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、自身が異常電圧の発生源とならぬ様、備える直流電源ユニットのノイズ対策は向上しているが、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は絶えないなどで、異常電圧の発生源を根絶する事は困難である。
【０００３】
また、屋外より侵入する異常電圧について、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、屋外より侵入する異常電圧に対しては、電力会社に対策の責任があるが、屋内で異常電圧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、検出した異常電圧の侵入源を判定可能な電圧監視手段が組込まれ各電力需要家に備えられた分電盤は知られていない。
【０００４】
異常電圧には、その発生源での対策が重要である。ＰＣの利用者において可能な対策として、ＰＣに侵入する異常電圧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、又は異常電圧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。一般に、異常電圧が検出された場合にその発生源を特定するためには、周辺の電気機器を順に停止して異常電圧が止むか監視する方法が知られているが、この方法は利用者に所定の知識と熟練が要求される上に、異常電圧の情報を詳細には取得できない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、電気機器、特に電子機器が異常電圧の影響を被り易く、一方で、機器自身も異常電圧の発生源となり得る点に着目し、各電気機器が意図せず入出力する異常電圧を入力と出力に分けて監視可能とする事を目的とし、具体的に、電源と負荷との間の電源ラインの電圧を監視し、検出した異常電圧の侵入源が入力側、即ち電源側と、出力側、即ち負荷側のいずれであるかを判定可能とする、簡易に利用可能な電圧監視装置および電圧監視方法を提供する事を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、導線上の電圧を監視可能とする電圧監視装置において、導線上に介置し侵入する電圧変化の少なくとも一部を濾過可能とするフィルタ手段と、前記フィルタ手段を境に導線の一端側および他端側の瞬時電圧を入力し比較する事で電圧変化、特に異常電圧の侵入源を一端側と他端側のいずれであるか判定可能とする電圧監視手段を備えており、フィルタ手段、瞬時電圧を検出する２の電圧検出手段および電圧監視手段を１のボディに組込むか、又は例えばフィルタ手段を単体のフェライトコアとし、２の電圧検出手段をプローブとし、電圧監視手段を備えるボディと分離することも可能である。
【０００７】
また更に前記電圧監視装置において、導線の一端側および他端側の瞬時電圧を検出する、変圧器等で構成される各々第１および第２電圧検出手段と、電圧が１００Ｖ系か２００Ｖ系か等を判定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替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、更にＰＣに一般的に備えられる各部、例えば各部を制御する制御部、データを記憶するメモリ、モデム等の通信部、タイマ、スイッチ等の操作部、ＬＣＤ等の警報部および各部に給電するバッテリ等を適宜備えている。
【０００８】
次に、導線上の電圧を監視する電圧監視方法において、導線上に介置し侵入する電圧変化の少なくとも一部を濾過可能とするフィルタ手段を境に導線の一端側および他端側の瞬時電圧を入力し比較する事で電圧変化、特に異常電圧の侵入源を一端側と他端側のいずれであるか判定可能としている。
【０００９】
なお、本発明の電圧監視手段および電圧監視方法において、例えば、導線の一端側および他端側の瞬時電圧を全波又は半波整流し、両整流の差分を出力し、両整流値および差分値を基準データと比較する事で、電圧変化のうちスパイク等の瞬時的に生じる大きな異常電圧の侵入源を判定可能とする。前記基準データは例えば、フィルタ手段のフィルタリング特性（特性情報）を鑑みて決定された１又は２以上のしきい値であり、フィルタ手段の劣化、交換等に基づき更新可能とされる。
ところで、前記導線には意図する電圧（正常電圧）がかけられ、前記両瞬時電圧には正常電圧および異常電圧が含まれる事が考えられる。そこで、本発明の電圧監視手段および電圧監視方法は、異常電圧をより検出し易くするために、例えば、前記両整流値の代わりに、前記両整流値と正常電圧の差分を出力し、該差分値を用いる。正常電圧とは、例えば商用交流電源の正弦波形、または異常電圧が混入する直前にサンプリングした波形であり、そのために本発明の電圧監視手段および電圧監視方法は、正弦波形を発生しミックスするための回路、または電圧の波形をサンプリングするための回路等を適宜備えている。
【００１０】
また、導線の一端側の瞬時電圧は該一端側から侵入した電圧と他端側から侵入しフィルタ手段によって濾過された電圧を含み、一方で導線の他端側の瞬時電圧は該他端側から侵入した電圧と一端側から侵入しフィルタ手段によって濾過された電圧を含むため、フィルタ手段の特性情報および一端および他端から侵入した両電圧を用いて方程式が成立する。そこで、本発明の電圧監視手段および電圧監視方法において、例えば、導線の一端側および他端側の瞬時電圧を全波整流し、両整流の差分を出力し、両整流および差分の値をスペクトル分析しフィルタ手段の特性情報を用い相対する各スペクトルを比較する事で、異常電圧のうち高調波ノイズ、ＭＨ帯域のノイズ等の波形異常の侵入源を判定可能とする。なお、前記スペクトル分析する手段は例えば高速フーリエ変換回路として実施され、前記特性情報は基準データに含まれるもので、例えばフィルタ手段が異常電圧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、ＲＯＭ、ＲＡＭ等に記録され、フィルタ手段の劣化、交換等に基づき更新可能とされる。
【００１１】
なお、本発明の電圧監視装置および電圧監視方法は、基本的に、備えるフィルタ手段が濾過可能、低減可能な電圧変化、具体的に異常電圧の侵入源を判定可能とする。フィルタ手段が簡易で濾過可能な異常電圧の種類が限られれば、それだけ判定可能な異常電圧の種類も限られるが、一方で安価に提供、利用できる。安価なフィルタ手段は例えば、コイル及びコンデンサが組合せられ、また更にバリスタ、アレスタが組合せられ、一般にＡＣラインフィルタと言われる。前記コイル及びコンデンサは、一部がディファレンシャルモードノイズの、また一部がコモンモードノイズの対策用である。
【００１２】
なお前記導線は通電可能な有線を意味し、例えば導線は通信ケーブルであって電圧は数Ｖの通信信号電圧であり、また導線は電源と負荷との間の電源ラインであって電圧は高電圧又は低電圧の、交流又は直流電圧である。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である。本発明の電圧監視装置は、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。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、次に記載されるような効果を奏する。
導線、例えば電源と負荷との間の電源ラインの電圧を監視し、検出した異常電圧の侵入源が入力側、即ち電源側と、出力側、即ち負荷側のいずれであるかを判定可能とする。
具体的に例えば、本発明の電圧監視装置を、異常電圧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監視し、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監視しこれを繰り返す事で、異常電圧の発生源とされ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の手前に異常電圧を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。
ところで、屋外より侵入する異常電圧に対しては、電力会社に対策の責任があり、各電力需要家に備えられる分電盤に本発明の電圧監視手段を組込む事で、入力側、即ち屋外から侵入した異常電圧を検出可能とし、電力会社に正当に対策を要求可能とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の各実施例について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１５】
まず、各実施例に共通する図について説明する。図１は各実施例に共通する電圧監視装置の要部ブロック図、図２は各実施例に共通する電圧監視装置の前面および背面の斜視図である。
【００１６】
図の電圧監視装置８において、接続プラグ９１を用いて電源等の電圧変化発生源９３に接続可能で、一方、接続ソケット９２を用いて負荷３等の電圧変化発生源９４に接続可能で、電源から負荷への送電を中継可能であり、電源ライン上に介置し侵入する電圧変化の少なくとも一部を濾過可能とするフィルタ手段８３と、前記フィルタ手段８３を境に導線の一端側の瞬時電圧を検出する第１電圧検出手段８１と一端側の瞬時電圧を検出する第２電圧検出手段８２と、両瞬時電圧を入力し比較する事で電圧変化の侵入源を一端側と他端側のいずれであるか判定可能とする電圧監視手段１と、該電圧監視手段１が出力したデータ等を記憶するメモリ８５と、該データ等に基づき警報する発光ダイオード、液晶ディスプレイ、スピーカ等の警報部８６と、各部を設定したり時刻を合せるための操作部８７と、外の機器と有線又は無線で通信可能とする通信部８８と、図示されないタイマと、各部に給電するバッテリ９０と、該バッテリ９０を充電する充電部８９と、各部を制御する制御部８４を備えている。２以上の電圧監視装置８は各々通信部８８を介してネットワークを形成し、ＰＣにより監視、制御可能とされる。図示した電圧監視装置８は例えば８ｃｍの高さを有するが、更に小型化が可能である。
【実施例１】
【００１７】
次に、実施例１について説明する。図３は実施例１における電圧監視手段の要部ブロック図、図４は実施例１において電圧監視手段が備える判定手段の動作を説明する処理流れ図である。
【００１８】
図３の電圧監視手段１において、第１正電圧半波整流手段１１は第１電圧検出手段８１から入力した瞬時電圧のうち正電圧のみを出力し、第１負電圧半波整流手段１２は第１電圧検出手段８１から入力した瞬時電圧のうち負電圧のみを出力し、第２正電圧半波整流手段１３は第２電圧検出手段８２から入力した瞬時電圧のうち正電圧のみを出力し、第２負電圧半波整流手段１４は第２電圧検出手段８２から入力した瞬時電圧のうち負電圧のみを出力し、第１差分出力手段１５は第１正電圧半波整流手段１１および第２正電圧半波整流手段１３から入力した両正電圧の差分を出力し、第２差分出力手段１６は第１負電圧半波整流手段１２および第２負電圧半波整流手段１４から入力した両負電圧の差分を出力し、第１差分比較手段１７および第２差分比較手段１９は各々第１差分出力手段１５および第２差分出力手段１６から差分を入力することで異常電圧を検出可能とし、判定手段２５は前記異常電圧の侵入源を判定可能とする。
【００１９】
具体的に、第１差分比較手段１７は第１差分出力手段１５が出力した差分と第１基準データ１８を比較し、該差分が第１基準データ１８のうち正のしきい値を超えれば第１１ラッチ手段２１の値をＬｏｗ（Ｌ）からＨｉｇｈ（Ｈ）に切替える一方で該差分が第１基準データ１８のうち負のしきい値を超えれば第１２ラッチ手段２２の値をＬｏｗ（Ｌ）からＨｉｇｈ（Ｈ）に切替え、第２差分比較手段１９は第２差分出力手段１６が出力した差分と第２基準データ２０を比較し、該差分が第２基準データ２０のうち正のしきい値を超えれば第２１ラッチ手段２３の値をＬｏｗ（Ｌ）からＨｉｇｈ（Ｈ）に切替える一方で該差分が第２基準データ２０のうち負のしきい値を超えれば第２２ラッチ手段２４の値をＬｏｗ（Ｌ）からＨｉｇｈ（Ｈ）に切替え、判定手段２５は各ラッチ手段の値を取得する事で異常電圧の侵入源を判定可能とする。図の（ａ）から（ｄ）の地点における電圧例を図下部に示しており、更に（ｄ）および（ｅ）に示した点線は各々正のしきい値、負のしきい値である。
【００２０】
図４の処理流れ図において、判定手段２５は、第１１ラッチ手段２１の値がＨであれ（３１）ば異常電圧は正電圧であって侵入源は入力側と判定（３２）し、第１２ラッチ手段２２の値がＨであれ（３３）ば異常電圧は正電圧であって侵入源は出力側と判定（３４）し、第２１ラッチ手段２３の値がＨであれ（３５）ば異常電圧は負電圧であって侵入源は入力側と判定（３６）し、第２２ラッチ手段２４の値がＨであれ（３７）ば異常電圧は負電圧であって侵入源は出力側と判定（３８）し、該判定結果を出力した後に処理を終了（３９）する。判定手段２５は例えば定期的に各ラッチ手段の値を取得するか、また例えば１のラッチ手段の値がＨに切替えられた事が通知される度に処理を行う。
【実施例２】
【００２１】
次に、実施例２について説明する。図５は実施例２における電圧検出手段から整流手段までの要部ブロック図である。なお、実施例２は前記実施例１に追加可能な改良例であって、図示されない箇所については基本的に実施例１に準拠する。
【００２２】
図５において、整流手段４１は第１電圧検出手段８１から入力した瞬時電圧を整流し、同期手段４２は第１電圧検出手段８１が整流した瞬時電圧に基づき同期信号を出力し、ローカル発振手段４３は同期手段４２から入力した同期信号に基づき標準電圧波形を出力し、差分出力手段４４は第１電圧検出手段８１から瞬時電圧を、ローカル発振手段４３から標準電圧波形を各々入力しそれらの差分を第１正電圧半波整流手段１１および第１負電圧半波整流手段１２へ出力する。図の（ｆ）から（ｉ）の地点における電圧例を図下部に示している。なお図示した各手段の組合せと同等の組合せが、第２電圧検出手段８２と第２正電圧半波整流手段１３および第２負電圧半波整流手段１４の間にも備えられる事は勿論である。
【実施例３】
【００２３】
次に、実施例３について説明する。図６は実施例３における電圧監視手段の要部ブロック図、図７は実施例３において電圧監視手段が備える波形比較手段の動作を説明する処理流れ図、図８は実施例３において電圧監視装置が備える基準データを計測し更新する要部のブロック図である。
【００２４】
まず図６において、導線の一端側から侵入する電圧波形をＷＩＮとし他端側から侵入する電圧波形をＷＯＵＴとし、フィルタ手段８３のフィルタリング関数をｆとし、第１電圧検出手段８１が出力する電圧波形をＷＸとしＷＸ＝ＷＩＮ＋ｆ（ＷＯＵＴ）が成立し更にＷＸは複数の波形ｗｘが重ね合されたものとしＷＸ＝Σ（ｗｘ）が同様に成立し、第２電圧検出手段８２が出力する電圧波形をＷＹとしＷＹ＝ＷＯＵＴ＋ｆ（ＷＩＮ）が成立し更にＷＹは複数の波形ｗｙが重ね合されたものとしＷＹ＝Σ（ｗｙ）が同様に成立し、差分出力手段５１が出力するＷＸとＷＹの差分の電圧波形をＷＺとしＷＺ＝ＷＸ−ＷＹが成立し更にＷＺは複数の波形ｗｚが重ね合されたものとしＷＺ＝Σ（ｗｚ）が成立する。フィルタ手段８３の中にフィルタリング関数ｆをグラフを用いて示しており、該グラフにおいて縦軸は減衰率（単位ｄＢ）、横軸は周波数（単位Ｈｚ）を表している。
【００２５】
第１スペクトラムアナライズ手段５２は電圧波形ＷＸを複数のｗｘに分解しＷＸ波形テーブル５５に出力し、第２スペクトラムアナライズ手段５３は電圧波形ＷＹを複数のｗｙに分解しＷＹ波形テーブル５６に出力し、第３スペクトラムアナライズ手段５４は電圧波形ＷＺを複数のｗｙに分解しＷＺ波形テーブル５７に出力し、波形比較手段５８は前記各波形テーブルに記録された各波形を対応付けた後に基準データ５９と比較することで侵入源を判定する。ここで、前記基準データ５９はフィルタリング関数ｆ（特性情報の一部）を含んでおり、前記各スペクトラムアナライズ手段は例えば高速フーリエ変換回路であり各波形の振幅Ｓ、角速度Ｔおよび位相Ｕを得ることが出来、前記各波形テーブルは波形毎の振幅Ｓ、角速度Ｔおよび位相Ｕを記録可能なフォーマットでメモリ上に備えられている。
【００２６】
図７の処理流れ図において、波形比較手段５８は、ＬＯＯＰ１（６１）、ＬＯＯＰ２（６２）およびＬＯＯＰ３（６３）から構成され、まずＬＯＯＰ１（６１）において、全てのｗｘとｗｙを照合し対応付け、具体的に角速度Ｔおよび位相Ｕが一致するｗｘとｗｙを組合せる（６５）。１組のｗｘとｗｙは一方がフィルタ手段８３による濾過前の波形であって他方が濾過後の波形である。しかし、フィルタ手段８３が高性能であれば濾過後の波形がスペクトラムアナライズ手段によって分解不可能な程に減衰される可能性がある。そこでＬＯＯＰ１（６１）において対応付け出来なかった全てのｗｘ又はｗｙについて、ＬＯＯＰ２（６２）において、対応するｗｚを検索（６６）し、対応するｗｚを検出（６７）できた波形については該ｗｚを用いてｗｘとｗｙを組合わせ（６８）、一方で対応するｗｚを検出（６７）できない波形については侵入源を判定不可能（６９）とする。次に、対応付けできた全てのｗｘとｗｙについて、ＬＯＯＰ３（６３）において、ｗｘとｗｙの各振幅Ｓと基準データの中のフィルタリング関数ｆを用いて侵入源を判定する。
【００２７】
図８において、固有の識別情報７１が記録されたフィルタ手段８３は電圧監視装置８のボディから取外し可能であって、例えばフィルタ手段８３が劣化する事で新品と交換可能であって、電圧監視装置８の中に図示する各手段はフィルタ手段８３の特性情報を含む基準データ７３を計測しメモリに記録された基準データ７３（フィルタ手段の識別情報７２および演算可能な形式のフィルタリング関数ｆを含む）を更新可能であって、該フィルタ手段８３の交換時期を警報可能とし、特に図中の基準データ計測手段７４は電圧監視手段１を拡張したものである。
【００２８】
電圧監視装置８において、出力信号の周波数帯域およびレベル（即ち周波数分布）を任意に設定可能で高周波信号を出力する標準信号発生手段７６と、該高周波信号の入力先を導線の一端側または他端側に切替える切替手段と、導線の一端側および他端側において高周波信号を阻止する各々第１高周波信号阻止手段７７および第２高周波信号阻止手段７８と、接続プラグ９１および接続ソケット９２と、接続ソケット９２に電気機器が接続された事を検出可能な接続検出手段７９と、第１電圧検出手段８１および第２電圧検出手段８２から入力した各々瞬時電圧に含まれる高周波信号の振幅Ｓを比較する事でフィルタ手段８３の基準データを演算する基準データ計測手段７４と、出力された基準データに基づきメモリに記録された基準データ７３を更新する基準データ更新手段７３を備えている。
【００２９】
本実施例の基準データを計測し更新する要部は例えば操作部が操作される事で動作し、また例えばフィルタ手段８３が交換された事が通知される事で動作し、その利用形態は３通り可能であり、電圧監視装置８は少なくとも１の利用形態を備えている。
まず、第１の利用形態において、電圧監視装置８は接続プラグ９１を用いて図示されない電源に接続され、接続ソケット９２を用いて図示されない負荷に接続されている。基準データ計測手段７４がフィルタ手段８３の識別情報７１を取得し、標準信号発生装置７６が高周波信号を発生し、第１高周波信号阻止手段７７および第２高周波信号阻止手段７８が各々高周波信号を阻止し、切替手段が入力先を切替える事で該高周波信号を導線の一端側又は他端側に入力し、基準データ計測手段７４が第１電圧検出手段８１および第２電圧検出手段８２から各々瞬時電圧を入力してフィルタ手段８３の基準データを計測し、基準データ更新手段７３が該基準データおよび識別情報７１に基づき基準データ７３を更新する。
次に、第２の利用形態において、電圧監視装置８は接続プラグ９１を用いて図示されない電源に接続され、接続検出手段７９が接続ソケット９２には負荷が未接続である事を検出している。本利用形態は前記第１の利用形態とほぼ同様であるが、負荷が未接続であるため、第２高周波信号阻止手段７８は動作不要である。
次に、第３の利用形態において、電圧監視装置８は電源にも負荷にも未接続であり、バッテリの電力で動作し、接続プラグ９１と接続ソケット９２のいずれからも電圧、特に異常電圧は入力されない。本利用形態は前記第１の利用形態とほぼ同様であるが、電源および負荷が未接続であるため、第１高周波信号阻止手段７７および２高周波信号阻止手段７８は動作不要である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】各実施例に共通する電圧監視装置の要部ブロック図である。
【図２】各実施例に共通する電圧監視装置の前面および背面の斜視図である。
【図３】実施例１における電圧監視手段の要部ブロック図である。
【図４】実施例１における電圧監視手段が備える判定手段の動作を説明する処理流れ図である。
【図５】実施例２における電圧検出手段から整流手段までの要部ブロック図である。
【図６】実施例３における電圧監視手段の要部ブロック図である。
【図７】実施例３における電圧監視手段が備える波形比較手段の動作を説明する処理流れ図である。
【図８】実施例３における電圧監視装置が備える基準データを計測し更新する要部のブロック図である。
【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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【図８】
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