(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
通電するケーブル被覆の表面温度値を計測する被覆表面温度計と、
ケーブル近傍の環境温度値を取得する環境温度計と、
これら被覆表面温度計および環境温度計が通信するように接続される演算処理部と、
入力側の分岐前のケーブルを流れる電流を計測する変流器と、を備え、
前記演算処理部は、
入力側の分岐前のケーブルについては前記変流器による計測値を用いる手段と、
出力側の複数の分岐後のケーブルの表面温度値から環境温度値を差し引いた表面温度上昇値による多項式である予測式を環境温度値別に予め複数登録しておく登録手段と、
表面温度値および環境温度値を取得する取得手段と、
取得した環境温度値に対応する予測式を複数の予測式から選択の上で読み出す読出し手段と、
読み出した予測式に対し表面温度上昇値を代入して予測電流値を算出する算出手段と、
して機能することを特徴とする電流計測装置。
【請求項２】
請求項１記載の電流計測装置において、
出力側の複数の分岐後のケーブルでは、前記被覆表面温度計による温度に基づいて前記変流器により計測した電流値を案分することにより、予測電流値とすることを特徴とする電流計測装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の電流計測装置において、
前記被覆表面温度計は、
表面温度値を計測する温度計測機能部と、
計測した表面温度値を補正する補正値設定機能部と、
通信回線を介して通信を行う通信機能部と、
少なくとも温度計測機能部の設置面とケーブルの被覆表面と、を密着固定する固定手段と、
を備え、
表面温度値を通信回線を介して送信することを特徴とする電流計測装置。
【請求項４】
請求項３記載の電流計測装置において、
前記固定手段は、被覆表面温度計の設置面とケーブルの被覆表面と、を密着固定する熱伝導性物質と、
温度計を覆うシール層と、
シール層を覆う接着部と、
による手段であることを特徴とする電流計測装置。
【請求項５】
請求項３または請求項４記載の電流計測装置において、
温度計測機能部、補正値設定機能部及び通信機能部を、ケースに収納する又はパッケージにすることにより一体化した被覆表面温度計とすることを特徴とする電流計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多数の電線が分岐回路を形成する分電盤などキャビネット・筐体内閉空間内における電流計測装置に関する。
【０００２】
電線や電力ケーブルを流れる電流に対する電流計測方法は、電流が流れることにより発生する磁束の漏れをなくすために閉磁路を形成するようにリング状にしたコアにコイルを巻回した電流センサを配設し、電流センサから変成された電流を取り込み換算する、いわゆる電磁誘導方法が通常用いられている。
【０００３】
一方、電磁誘導方式によらず、測定する回路に流れる電流を光量に変換し、光量を遠隔に出射して受光量を電気量に変換し、温度補正を施して電流値を正確に再現する電流計測装置が特許文献１に開示されている。
【０００４】
また、直接的に電流計測するものではないが、電気部品に対して電気エネルギ損失を熱エネルギに伝達される前の流体の温度と、伝達された後の流体の温度との差に基づいて、熱エネルギから換算する測定装置が特許文献２に開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１９９４１号公報
【特許文献２】特開２００１−２３８３０１号公報（段落番号［００２４］、［００２８］〜［００４４］
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、電磁誘導方法による電流センサ、特に貫通形ＣＴは、電線をリング状コアに貫通させて取り付ける必要があり、又、電流センサ自体の大きさ、形状が嵩み、分岐回路を形成する電線が集中する分電盤等に収納設置するには主にスペース的制約が生じていた。
その結果、設置工事の負担が大きくコスト高となるばかりか、電流センサを分電盤等に収納出来ず、それぞれの分岐回路に対して電流計測不能となる場合もあった。
【０００７】
同様に、光ケーブルと発光ダイオード等回路を形成して電流を光量に変換する計測装置、または、管路を引き回して流体を媒体にして熱エネルギから換算する測定装置は、分岐回路を形成する電線が集中する分電盤などキャビネット・筐体内に設置するには無理があった。
【０００８】
また、きめ細かく省エネルギ、エネルギ管理、空調制御等を行う場合、建屋電気設備の多数箇所から電流データを取得する必要がある。そこで、分電盤など多数分岐する回路において分岐回路まで計測する場合、従来は全てに電流センサ（ＣＴなど）を取り付ける必要があった。
【０００９】
しかしながら、従来の貫通型のＣＴを複数設置して電流管理する場合には、形状により設置の制約を受ける他、計測対象の電線や電力ケーブルがＣＴを貫通する必要があるため、ＣＴを増加させるほど配置スペースの不足、コストの増加、工事負担の増大が顕著になり、好ましくなかった。
【００１０】
そこで、本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、分岐回路を形成する分電盤などキャビネット・筐体内閉空間内において、センサ自体の小型化及び工事簡易化をはかり、それぞれの分岐回路を通電する電流全てを低コストで電流計測可能とする電流計測装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の請求項１に係る電流計測装置は、通電するケーブル被覆の表面温度値を計測する被覆表面温度計と、ケーブル近傍の環境温度値を取得する環境温度計と、これら被覆表面温度計および環境温度計が通信するように接続される演算処理部と、入力側の分岐前のケーブルを流れる電流を計測する変流器と、を備え、前記演算処理部は、入力側の分岐前のケーブルについては前記変流器による計測値を用いる手段と、出力側の複数の分岐後のケーブルの表面温度値から環境温度値を差し引いた表面温度上昇値による多項式である予測式を環境温度値別に予め複数登録しておく登録手段と、表面温度値および環境温度値を取得する取得手段と、取得した環境温度値に対応する予測式を複数の予測式から選択の上で読み出す読出し手段と、読み出した予測式に対し表面温度上昇値を代入して予測電流値を算出する算出手段と、して機能することを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項２に係る電流計測装置は、請求項１記載の電流計測装置において、出力側の複数の分岐後のケーブルでは、前記被覆表面温度計による温度に基づいて前記変流器により計測した電流値を案分することにより、予測電流値とすることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の請求項３に係る電流計測装置は、請求項１または請求項２に記載の電流計測装置において、前記被覆表面温度計は、表面温度値を計測する温度計測機能部と、計測した表面温度値を補正する補正値設定機能部と、通信回線を介して通信を行う通信機能部と、少なくとも温度計測機能部の設置面とケーブルの被覆表面と、を密着固定する固定手段と、を備え、表面温度値を通信回線を介して送信することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の請求項４に係る電流計測装置は、請求項３記載の電流計測装置において、前記固定手段は、被覆表面温度計の設置面とケーブルの被覆表面と、を密着固定する熱伝導性物質と、温度計を覆うシール層と、シール層を覆う接着部と、による手段であることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の請求項５に係る電流計測装置は、請求項３または請求項４記載の電流計測装置において、温度計測機能部、補正値設定機能部及び通信機能部を、ケースに収納する又はパッケージにすることにより一体化した被覆表面温度計とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、電線や電力ケーブルの通電電流と相関関係のある熱を媒体に選択し、大型の電流センサに代えて比較的小型の温度センサを配設したため、分岐回路を形成する分電盤などキャビネット・筐体内閉空間内において、センサ自体の小型化及び工事簡易化をはかり、それぞれの分岐回路を通電する電流全てを低コストで電流計測可能とする電流計測方法及び電流計測装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態の電流計測方法及び電流計測装置について一括して説明する。図１は本実施形態の電流計測装置の構成図、図２は温度計の内部構成図である。
電流計測装置１０は、被覆表面温度計２０、環境温度計３０、バスケーブル４０、演算処理部５０を備える。複数個（図１では２個）の被覆表面温度計２０や一または複数個（図１では１個）の環境温度計３０が接続された一線式バスであるバスケーブル４０に演算処理部５０が接続され、演算処理部５０がこれら被覆表面温度計２０や環境温度計３０と通信を行って温度から電流を算出するというものである。
【００２１】
上記した被覆表面温度計２０や環境温度計３０は、名称は異なっているが、同じ構成であり、バスケーブル４０に接続されて通信を行う機能を有している。続いて被覆表面温度計２０や環境温度計３０の詳細について説明する。
被覆表面温度計２０や環境温度計３０は、図２で示すように温度計測機能部２１（３１）、補正値設定機能部２２（３２）、通信機能部２３（３３）、コネクタ部２４（３４）を備えている。
【００２２】
温度計測機能部２１（３１）は、詳しくは半導体熱電対を備えている。この半導体熱電対は、半導体内の温度勾配によるキャリア移動によって起電力を生じる現象を利用して温度を検出する。このような半導体熱電対を採用することで、被測定対象の微少温度変化を計測できるようにしている。そして、アナログ信号である温度計測値をＡ／Ｄ変換してデジタルデータである温度計測値に変換して出力する。
【００２３】
補正値設定機能部２２（３２）は、計測した温度計測値に予め設定した補正値を加算する機能を有している。このような補正機能は、例えば、温度計測機能部２１（３１）からの表面温度（または環境温度）と、他の装置で計測した表面温度（または環境温度）とを比較して、誤差が生じた場合に誤差を補正するデジタルデータである補正値を補正値設定機能部２２（３２）に予め登録しておき、以後は、温度計測機能部２１（３１）から出力されたデジタルデータである温度計測値にデジタルデータである所定の補正値を加減算して正確な表面温度値（環境温度値）として出力する。
【００２４】
通信機能部２３（３３）は、デジタルデータである表面温度値（環境温度値）を通信用のデータに信号変換して送信する。このデータは、外部とのコネクタ部２４（３４）を介して演算処理部５０へ送信される。
そして、これら温度計測機能部２１（３１）、補正値設定機能部２２（３２）、通信機能部２３（３３）は、外部とのコネクタ部２４（３４）を設けた樹脂等で平板状にパッケージして一体化した、または、樹脂製ケースや金属製ケースに収納して一体化して、被覆表面温度計２０や環境温度計３０を形成したものである。このような一体化により、被覆表面温度計２０や環境温度計３０の取り扱いが容易になる、または、湿気等過酷な環境下でも使用できるようになる、という利点がある。
【００２５】
このような電流計測装置１０では、一線式バスであるバスケーブル４０を用いているが、通信方式は、例えばマイクロＬＡＮによる通信方式である。
マイクロＬＡＮはダラス・セミコンダクタ社が開発した通信方式である。これら被覆表面温度計２０や環境温度計３０は識別のためＩＤデータが通信機能部２３（３３）に登録されている。演算処理部５０が、バスケーブル４０上にＩＤデータを伝送すると、このＩＤデータと一致する被覆表面温度計２０（または環境温度計３０）が通信を開始し、演算処理部５０がデータを受信して、最終的に表面温度値（環境温度値）を取得する。そして、更に通信回線を通じて、複数箇所の表面温度値（環境温度値）集計し、後述するような電流計測を行う、というものである。
【００２６】
続いて、このような電流計測装置による電流計測について説明する。まず、初期校正を行う。この初期校正について図を参照しつつ説明する。図３は電流計測装置による初期校正の説明図、図４は予測式の説明図である。
初期校正として電流値を計測するため予測式を生成する。予測式の変動要因として、電流値と相関関係のある表面温度・環境温度が考えられる。なお、環境温度は外部要因（外気温、風量など）に影響を受け易いため、センサの設置位置により異なるものであり、通常では正確な計測は難しい。しかし、本発明では分電盤など同じキャビネット・筐体内という温度がほとんど変わらない閉空間内に配置することを想定するものであって閉空間内では温度の差異はないと考えられ、一箇所の環境温度を取得すれば良い。
【００２７】
図３で示すように、校正用に準備したケーブル１０００に可変電流電源１と負荷２とを電気的に接続し、このケーブル１０００に被覆表面温度計２０を密着させて取付ける。ケーブルは実際に計測するケーブルと同一種類のケーブルを準備する。具体的にはＶＣＴ（ビニルキャブタイヤ）ケーブルである。ＶＣＴケーブルは、配線用の塩化ビニル電線であり、屋外等の過酷な環境下でも使用できる。さて、この被覆表面温度計２０の密着では、被覆表面温度計２０とケーブル１０００との間に熱伝導性物質（例えばシリコーン樹脂）などを介在させて取付けることが好ましい。これにより、ケーブル１０００の表面温度が温度計１０内の温度計測機能部１１へ効率的に熱伝導されるようにしている。
【００２８】
さらに被覆表面温度計２０の固着には外界からの温度を遮断するシール層を形成することが好ましい。なお、シール層は、例えば、ポリエチレン、架橋ポリエチレン、塩化ビニル、ＥＰゴム、クロロプレンゴム、等一般的ゴム、スポンジ、ビニルその他、安定した物性を有するならば、特に限定されるものではないが、配線されるケーブル１０００の被覆層と同一材質とするのが望ましい。又、断熱性樹脂製インシュロック等の締結バンド、或いは接着剤を用いて配線ケーブルにシール層を固定保持すればよい。またシール層として製作上の作業性がよい熱収縮性の熱絶縁チューブを使い、接続部の熱絶縁性能を保持するようにしてもよい。
このような被覆表面温度計２０をケーブル１０００に設置する。
さらに環境温度計３０の周囲には、閉空間内全体の温度設定可能な空調装置３を設置する。
【００２９】
続いて予測式生成について説明する。
まず空調装置３を操作して環境温度を所定温度に設定する。また、可変電流電源１を操作してケーブル１０００に電流を流す。なお、校正時にはケーブル１０００に電流が流れていない場合におけるケーブル被覆表面の表面温度値が環境温度値と一致するため、この被覆温度値を環境温度値として用いても良い。このような状況下で温度計測を行う。演算処理部５０は、環境温度値を取得する。この環境温度値は電流が流れていないケーブル１０００の表面温度値でもある。演算処理部５０は、被覆表面温度計２０を特定するＩＤデータをバスケーブル４０に送信する。ＩＤデータが合致する被覆表面温度計２０は、表面温度値を含む通信データを出力し、ある通電電流値Ｉiにおける表面温度値を取得する。そして、この表面温度値から環境温度値を差し引いた表面温度上昇値Ｔ［i]を取得する。以下、通電電流値Ｉiを所定ステップ量（例えば交流電流で振幅を１アンペア）ずつ増やして異なる電流Ｉiに対応する表面温度値を取得する作業を繰り返し行ってデータを集め、環境温度を差し引いて表面上昇温度値Ｔiを多数取得する。そして得られた多数のＩi，Ｔiというデータを用いて、最終的に次式のような予測式を生成する。
【００３０】
（数１）
Ｉ＝ａＴ２ ＋ｂＴ＋ｃ
【００３１】
この定数ａ，ｂ，ｃは多数のＩi，Ｔiというデータを用いて最小二乗法により決定される。このような予測式は図４で示すように、表面温度上昇値が上昇するに連れて通電電流値が増えるというものであり、温度上昇と電流増加との相関関係が確認されている。これにより、ある環境温度ＴＡにおける予測式が取得される。続いて環境温度値をＴＡからＴＢへ変化させて同様の予測式を取得する。このようにして多数の環境温度値に対応する複数の予測式を予め登録しておく。
【００３２】
続いてこのような電流計測装置１０を用いる電流計測について説明するが、説明の具体化のため、キャビネット１００内に設置した場合を想定して説明する。図５はキャビネットの説明図、図６は電流計測装置１０の配置説明図である。キャビネット１００内に配置されたモールド母線２００には、電源装置内蔵開閉器３００、３回路開閉器４００、モールドジスコン５００、ＵＧＳ（地中配電用ガス開閉器）６００が接続されている。
【００３３】
電源装置内蔵開閉器３００には手動機構７００が、また、３回路開閉器４００には手動機構７００および自動機構８００がそれぞれ接続されている。これらはキャビネットケース９００内に収容されている。実際は電源装置内蔵開閉器３００、３回路開閉器４００、モールドジスコン５００、ＵＧＳ（地中配電用ガス開閉器）６００の下側では、さらに電力会社側、需要家側にそれぞれケーブル１０００（図６参照）が接続されている。
【００３４】
このケーブル１０００には、図６で示すように、それぞれ被覆表面温度計２０が設置される。校正と同様にケーブル１０００と被覆表面温度計２０との間に熱伝導性物質が介在し、全体がシール層にて覆われる。また、キャビネットケース９００内には環境温度計３０も配置される。このような状態で電流計測が行われる。
【００３５】
演算処理部５０は、まず、環境温度計３０を特定するＩＤデータをバスケーブル４０に送信する。ＩＤデータが合致する環境温度計３０の通信機能部３３は温度計測機能部３１にアクセスする。温度計測機能部３１では検出した温度計測値を出力し、補正値設定機能部３２は、温度計測機能部３１から出力されたデジタルデータである温度計測値にデジタルデータである所定の補正値を加減算して環境温度値として出力する。
演算処理部５０は、校正時に複数登録された予測式からこの環境温度値に基づいて一の予測式を決定する。例えば、ｔ１［℃]〜ｔ２[℃]の間に環境温度値が入るならば関連づけて登録された予測式を決定するというものである。
【００３６】
続いて、演算処理部５０は、被覆表面温度計２０を特定するＩＤデータをバスケーブル４０に送信する。ＩＤデータが合致する被覆表面温度計２０の通信機能部２３は温度計測機能部２１にアクセスする。温度計測機能部２１では検出した温度計測値を出力し、補正値設定機能部２２は、温度計測機能部２１から出力されたデジタルデータである温度計測値にデジタルデータである所定の補正値を加減算して表面温度値として出力する。
演算処理部５０は、表面温度値から環境温度値を引いて表面温度上昇値Ｔ［1］を算出し、先の予測式にこの表面温度上昇値Ｔ［1］を代入して次式のような通電電流値Ｉ［1］を得る。
【００３７】
（数２）
Ｉ［1］＝ａＴ２［1］＋ｂＴ［1］＋ｃ
【００３８】
以下、演算処理部５０は、他の被覆表面温度計２０を特定するＩＤデータを送って同様の処理により、最終的に表面温度上昇値Ｔ［1］，Ｔ［2］，・・・，Ｔ［i］，・・・，Ｔ［n］から、通電電流値Ｉ［1］，Ｉ［2］，・・・，Ｉ［i］，・・・，Ｉ［n］を得る。このようにして電流計測装置１０は、全ケーブル１０００の通電電流値をほぼ正確に推定する。
【００３９】
続いて、他の形態について図を参照しつつ説明する。本形態では、より正確な計測を実現するものである。図７は、他の形態の電流計測装置の構成図、図８は電流計測装置の配置説明図である。
電流計測装置１０’は、被覆表面温度計２０、環境温度計３０、バスケーブル４０、演算処理部５０、変流器６０を備える。本形態では先の形態と比較すると、変流器６０が追加された以外は同じ構成であり、変流器６０を重点的に説明するものとし、他の構成は先の説明と同じであるとして重複する説明を省略する。
【００４０】
本形態における変流器６０は、特に入力側で分岐前のケーブル１０００に取付けられる。これは、入力側で分岐前のケーブル１０００の周囲には比較的スペースがあり、例えば、分割型やクランプ型の変流器６０の貫通リングを取付けることが可能なためである。
演算処理部５０は、変流器６０を特定するＩＤデータをバスケーブル４０に送信する。ＩＤデータが合致する通信機能部（図示せず）は電流計測機能部（図示せず）にアクセスする。電流計測機能部（図示せず）では図示しない貫通リングからの電気信号を加工してデジタルデータの電流値を出力し、補正値設定機能部（図示せず）は、電流計測機能部（図示せず）から出力されたデジタルデータである電流値にデジタルデータである所定の補正値を加減算して電流値として出力する。
演算処理部５０は、この入力された電流値をそのまま通電電流値Ｉ［1］として用いることになる。変流器を用いることで入力側のケーブルに流れる電流値を正確に算出することができる。
なお、電源装置内蔵開閉器３００、３回路開閉器４００、モールドジスコン５００、ＵＧＳ（地中配電用ガス開閉器）６００を経た出力側の複数の分岐後のケーブルでは、先に説明したように温度による予測電流値としている。
このように構成することで、スペースに余裕がない箇所では比較的小さい温度計を取付け、また、スペースに余裕がある箇所では比較的大きい変流器を取付けるようにして正確に計測できるようにすることができる。
【００４１】
更に、このような電流計測装置１０を用いて、例えば、図９（ａ），（ｂ）および図１０に示す分電盤１０２などに対して、主開閉器１０４の一端に接続される幹線１０１の一箇所に変流器（図示せず）を介して正確に通電電流値を計測し、主開閉器１０４の他端から分岐開閉器１０５を介して接続される各分岐配電線１０３に被覆表面温度計（図示せず）を配設して取り込み、幹線１０１の通電電流値を各分岐配電線１０２の表面温度で案分することにより、分電盤１０２内の各分岐配電線１０３にそれぞれ高価な変流器を多数設置することなく、各分岐配電線１０３に対応した電流計測を簡易に低コストで行うことが可能となる。
【００４２】
以上本形態について説明した。本発明による電流計測方法及び電流計測装置は、電線や電力ケーブル等の通電電流を発熱による表面温度上昇値に換算することにより、従来の電流計測に代替する。特に分岐回路を形成する分電盤などキャビネット・筐体内閉空間内における電線や電力ケーブルに温度センサを配設することにより、センサ自体の小型化及び工事簡易化をはかり、低コストでそれぞれの電線や電力ケーブルに対して電流計測可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明を実施するための最良の形態の電流計測装置の構成図である。
【図２】温度計の内部構成図である。
【図３】電流計測装置による初期校正の説明図である。
【図４】予測式の説明図である。
【図５】キャビネットの説明図である。
【図６】電流計測装置の配置説明図である。
【図７】他の形態の電流計測装置の構成図である。
【図８】電流計測装置の配置説明図である。
【図９】分電盤の説明図であり、図９（ａ）は分電盤の外観図、図９（ｂ）は分電盤の扉を開けた状態の本体内部の内観図である。
【図１０】分電盤内部の接続図である。
【符号の説明】
【００４４】
１：可変電流電源
２：負荷
３：空調装置
１０：電流計測装置
２０：被覆表面温度計
２１：温度計測機能部
２２：補正値設定機能部
２３：通信機能部
２４：コネクタ部
３０：環境温度計
３１：温度計測機能部
３２：補正値設定機能部
３３：通信機能部
３４：コネクタ部
４０：バスケーブル
５０：演算処理部
６０：変流器
１００：キャビネット
２００：モールド母線
３００：電源装置内蔵開閉器
４００：３回路開閉器
５００：モールドジスコン
６００：ＵＧＳ
７００：手動開閉器
８００：自動開閉器
９００：キャビネットケース
１０００：ケーブル
１０１：幹線
１０２：分電盤
１０３：分岐配電線
１０４：主開閉器
１０５：分岐開閉器
【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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【図９】
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【図１０】
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