(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力線に設置されたＣＴにより前記電力線を流れる電流を計測する電流計測装置において、
前記ＣＴの二次側に設けられた電流計測演算・監視手段の電源部が、
前記ＣＴの二次側に接続された可変抵抗手段と、
この可変抵抗手段に入力側が接続された整流回路と、
この整流回路の出力側に接続され、かつスイッチング素子のオンオフ制御によりほぼ一定の直流電圧を出力する定電圧ＤＣ出力回路と、
この定電圧ＤＣ出力回路に接続されてその出力電流によりバックアップ電源用のコンデンサが充電されるバックアップ電源回路と、
前記定電圧ＤＣ出力回路またはバックアップ電源回路の出力電圧を所定レベルに変換して前記電流計測演算・監視手段に対する電源を供給するレベル変換回路と、を備え、
前記定電圧ＤＣ出力回路の出力電圧の低下時に前記バックアップ電源回路により電源を供給するとともに、
前記電流計測演算・監視手段が、前記ＣＴの二次側の電流計測値に応じ前記可変抵抗手段の抵抗値を可変として前記ＣＴの飽和により前記整流回路への過電流の入力を抑制し、前記電源部を保護することを特徴とする電流計測装置。
【請求項２】
電力線に設置されたＣＴにより前記電力線を流れる電流を計測する電流計測装置において、
前記ＣＴの二次側に設けられた電流計測演算・監視手段の電源部が、
前記ＣＴの二次側に接続された可変抵抗手段と、
この可変抵抗手段に入力側が接続された整流回路と、
この整流回路の出力側に接続され、かつスイッチング素子のオンオフ制御によりほぼ一定の直流電圧を出力する定電圧ＤＣ出力回路と、
この定電圧ＤＣ出力回路に接続されてその出力電流によりスイッチまたはリレーを介してバックアップ電源用のコンデンサが充電されるバックアップ電源回路と、
このバックアップ電源回路の出力電圧をスイッチまたはリレーを介し所定レベルに変換して前記電流計測演算・監視手段に対する電源を供給するレベル変換回路と、を備え、
前記電流計測演算・監視手段が、前記ＣＴの二次側の電流計測値に応じ前記可変抵抗手段の抵抗値を可変として前記ＣＴの飽和により前記整流回路への過電流の入力を抑制し、前記電源部を保護するとともに、
前記電流計測演算・監視手段が、
前記ＣＴの二次側の計測電流の大きさが所定範囲外である時にアラームを出力する監視手段と、
前記各スイッチまたはリレーの動作を制御して前記コンデンサの充電及び放電を制御する電源供給切替手段と、を備えたことを特徴とする電流計測装置。
【請求項３】
電力線に設置されたＣＴにより前記電力線を流れる電流を計測する電流計測装置において、
前記ＣＴの二次側に設けられた電流計測演算・監視手段の電源部が、
前記ＣＴの二次側に接続されたスイッチまたはリレーと、
このスイッチまたはリレーに入力側が接続された整流回路と、
この整流回路の出力側に接続され、かつスイッチング素子のオンオフ制御によりほぼ一定の直流電圧を出力する定電圧ＤＣ出力回路と、
この定電圧ＤＣ出力回路に接続されてその出力電流によりバックアップ電源用のコンデンサが充電されるバックアップ電源回路と、
前記定電圧ＤＣ出力回路またはバックアップ電源回路の出力電圧を所定レベルに変換して前記電流計測演算・監視手段に対する電源を供給するレベル変換回路と、を備え、
前記定電圧ＤＣ出力回路の出力電圧の低下時に前記バックアップ電源回路により電源を供給すると共に、
前記電流計測演算・監視手段が、
計測電流の大きさが所定範囲外である時にアラームを出力する監視手段と、
計測電流の大きさが所定範囲外である時に前記スイッチまたはリレーを動作させて前記整流回路への入力電流を遮断して前記バックアップ電源回路による電源供給に切り替える電源供給切替手段と、を備えたことを特徴とする電流計測装置。
【請求項４】
電力線に設置されたＣＴにより前記電力線を流れる電流を計測する電流計測装置において、
前記ＣＴの二次側に設けられた電流計測演算・監視手段の電源部が、
前記ＣＴの二次側に接続された整流回路と、
この整流回路の出力側に接続され、かつスイッチング素子のオンオフ制御によりほぼ一定の直流電圧を出力する定電圧ＤＣ出力回路と、
この定電圧ＤＣ出力回路に接続されてその出力電流によりスイッチまたはリレーを介してバックアップ電源用のコンデンサが充電されるバックアップ電源回路と、
このバックアップ電源回路の出力電圧をスイッチまたはリレーを介し所定レベルに変換して前記電流計測演算・監視手段に対する電源を供給するレベル変換回路と、を備え、
前記電流計測演算・監視手段が、
計測電流の大きさが所定範囲外である時にアラームを出力する監視手段と、
前記各スイッチまたはリレーの動作を制御して前記コンデンサの充電及び放電を制御する電源供給切替手段と、を備えたことを特徴とする電流計測装置。
【請求項５】
請求項２，３または４記載の電流計測装置において、
バックアップ電源回路のコンデンサの充電電圧を監視してその大きさが所定範囲外である時にアラームを出力するとともに前記電源供給切替手段に電源切替のための信号を送るバックアップ電源監視手段を備えたことを特徴とする電流計測装置。
【請求項６】
請求項１，２，３，４または５記載の電流計測装置において、
前記電流計測演算・監視手段が、
計測電流の大きさに応じて、入力レンジを切り替える入力レンジ制御手段を備えたことを特徴とする電流計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、送電線・配電線・機器の電源線等の電力線を流れる電流の計測手段及びその電源供給手段に特徴を有する電流計測装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に計測装置の電源は、入力レベルが比較的安定している変圧器や二次電池など電圧入力によって供給されており、計測用の入力とは別になっているのがほとんどである。
計測用入力や制御用入力を電源と共用するシステムも皆無ではないが、電源回路としては非常に微小電流で小型のユニットが多く、消費電流が比較的大きくて数アンペア以上というような装置の電源を供給し、しかも広範囲の入力電流を計測可能としたシステムは現状では見あたらない。
【０００３】
なお、電力系統の電力線から電源を供給するシステムとしては、Ｕ−ＲＤ社の電流センサ応用機器カタログのｐ．７５に記載された電流源からの電源供給回路例である直流電圧変換回路、単電源直流出力増幅回路や、「電気協同研究」第４６巻第４号のｐ．３５に記載された米国ナイテック社のパワードーナツ（送電線にドーナツ状のセンサを直接取り付け、送電線の電圧、電流等を計測するとともに電磁誘導により電源をとるようにしたもの）や、同じく「電気協同研究」第５３巻第２号のｐ．１１２〜１１４に記載された光ファイバジャイロへのＣＴによる電源供給回路等がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
送配電線の電流計測については、系統事故現象や系統負荷の状況による負荷潮流の変動、あるいは停電状態など広範囲の電流値の計測が可能でなければならない。送配電線の電流情報を多地点で計測しようとした場合、その計測情報の伝達手段や計測装置への電源供給方法などが問題となる。
送配電線から電圧入力によって電源を供給する場合、系統の電圧階級やサージ電圧を考慮した絶縁対策の問題などがあるため、装置のコンパクト化が困難となる。
【０００５】
このような観点から、送配電線に設置したＣＴによる電流源から装置の電源を供給し、装置自体も電力線に直接設置することで、装置の絶縁の問題がなくなり、装置のコンパクト化も可能となる。更に、電流計測用のＣＴと電源供給用のＣＴとを同一のもので共用すれば、それだけコストも下がり、システム全体の構成も簡素化できると共に小型化も可能になる。
【０００６】
しかし、計測情報の伝達方法として無線を利用したり、計測に際してＧＰＳ（Global Positioning System）による同期計測を行ったり、あるいは、計測データの記録用メモリ、高性能演算用ＣＰＵなどが必要となると、装置全体に求められる消費電流も大きくなってしまう。つまり、それだけ電源ＣＴの二次側の負担が大きくなり、ＣＴを飽和させたりして安定出力が得られない原因となり、ＣＴの選定も困難となる。その一方で、広範囲の電流入力に対しても安定した電源を供給でき、しかも過電流入力時（ＣＴ定格の４０倍程度）でも電源回路及び計測回路が壊れずに正常に計測できることが要求されるが、現状では、これらの要求を満足するような電流計測装置は未だ提供されていない。
【０００７】
そこで本発明は、単一のＣＴにより電流計測と電源供給とを兼用して装置の小型化、低コスト化を図り、広範囲の電流入力に対する計測及び安定した電源供給を可能にするとともに、回路の保護機能も兼ね備えた電流計測装置を提供しようとするものである。
【０００８】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、電力線に設置されたＣＴにより前記電力線を流れる電流を計測する電流計測装置において、
前記ＣＴの二次側に設けられた電流計測演算・監視手段の電源部が、
前記ＣＴの二次側に接続された可変抵抗手段と、
この可変抵抗手段に入力側が接続された整流回路と、
この整流回路の出力側に接続され、かつスイッチング素子のオンオフ制御によりほぼ一定の直流電圧を出力する定電圧ＤＣ出力回路と、
この定電圧ＤＣ出力回路に接続されてその出力電流によりバックアップ電源用のコンデンサが充電されるバックアップ電源回路と、
前記定電圧ＤＣ出力回路またはバックアップ電源回路の出力電圧を所定レベルに変換して前記電流計測演算・監視手段に対する電源を供給するレベル変換回路と、を備え、
前記定電圧ＤＣ出力回路の出力電圧の低下時に前記バックアップ電源回路により電源を供給するとともに、
前記電流計測演算・監視手段が、前記ＣＴの二次側の電流計測値に応じ前記可変抵抗手段の抵抗値を可変として前記ＣＴの飽和により前記整流回路への過電流の入力を抑制し、前記電源部を保護するものである。
【０００９】
請求項２記載の発明は、電力線に設置されたＣＴにより前記電力線を流れる電流を計測する電流計測装置において、
前記ＣＴの二次側に設けられた電流計測演算・監視手段の電源部が、
前記ＣＴの二次側に接続された可変抵抗手段と、
この可変抵抗手段に入力側が接続された整流回路と、
この整流回路の出力側に接続され、かつスイッチング素子のオンオフ制御によりほぼ一定の直流電圧を出力する定電圧ＤＣ出力回路と、
この定電圧ＤＣ出力回路に接続されてその出力電流によりスイッチまたはリレーを介してバックアップ電源用のコンデンサが充電されるバックアップ電源回路と、
このバックアップ電源回路の出力電圧をスイッチまたはリレーを介し所定レベルに変換して前記電流計測演算・監視手段に対する電源を供給するレベル変換回路と、を備え、
前記電流計測演算・監視手段が、前記ＣＴの二次側の電流計測値に応じ前記可変抵抗手段の抵抗値を可変として前記ＣＴの飽和により前記整流回路への過電流の入力を抑制し、前記電源部を保護するとともに、
前記電流計測演算・監視手段が、
前記ＣＴの二次側の計測電流の大きさが所定範囲外である時にアラームを出力する監視手段と、
前記各スイッチまたはリレーの動作を制御して前記コンデンサの充電及び放電を制御する電源供給切替手段と、を備えたものである。
【００１０】
請求項３記載の発明は、電力線に設置されたＣＴにより前記電力線を流れる電流を計測する電流計測装置において、
前記ＣＴの二次側に設けられた電流計測演算・監視手段の電源部が、
前記ＣＴの二次側に接続されたスイッチまたはリレーと、このスイッチまたはリレーに入力側が接続された整流回路と、この整流回路の出力側に接続され、かつスイッチング素子のオンオフ制御によりほぼ一定の直流電圧を出力する定電圧ＤＣ出力回路と、この定電圧ＤＣ出力回路に接続されてその出力電流によりバックアップ電源用のコンデンサが充電されるバックアップ電源回路と、前記定電圧ＤＣ出力回路またはバックアップ電源回路の出力電圧を所定レベルに変換して前記電流計測演算・監視手段に対する電源を供給するレベル変換回路と、を備え、
前記定電圧ＤＣ出力回路の出力電圧の低下時に前記バックアップ電源回路により電源を供給すると共に、
前記電流計測演算・監視手段が、
計測電流の大きさが所定範囲外である時にアラームを出力する監視手段と、計測電流の大きさが所定範囲外である時に前記スイッチまたはリレーを動作させて前記整流回路への入力電流を遮断して前記バックアップ電源回路による電源供給に切り替える電源供給切替手段と、を備えたものである。
【００１１】
請求項４記載の発明は、電力線に設置されたＣＴにより前記電力線を流れる電流を計測する電流計測装置において、
前記ＣＴの二次側に設けられた電流計測演算・監視手段の電源部が、
前記ＣＴの二次側に接続された整流回路と、この整流回路の出力側に接続され、かつスイッチング素子のオンオフ制御によりほぼ一定の直流電圧を出力する定電圧ＤＣ出力回路と、この定電圧ＤＣ出力回路に接続されてその出力電流によりスイッチまたはリレーを介してバックアップ電源用のコンデンサが充電されるバックアップ電源回路と、このバックアップ電源回路の出力電圧をスイッチまたはリレーを介し所定レベルに変換して前記電流計測演算・監視手段に対する電源を供給するレベル変換回路と、を備え、
前記電流計測演算・監視手段が、
計測電流の大きさが所定範囲外である時にアラームを出力する監視手段と、前記各スイッチまたはリレーの動作を制御して前記コンデンサの充電及び放電を制御する電源供給切替手段と、を備えたものである。
【００１２】
請求項５記載の発明は、請求項２，３または４記載の電流計測装置において、
バックアップ電源回路のコンデンサの充電電圧を監視してその大きさが所定範囲外である時にアラームを出力するとともに前記電源供給切替手段に電源切替のための信号を送るバックアップ電源監視手段を備えたものである。
【００１３】
請求項６記載の発明は、請求項１，２，３，４または５記載の電流計測装置において、
前記電流計測演算・監視手段が、計測電流の大きさに応じて、入力レンジを切り替える入力レンジ制御手段を備えたものである。
【００１４】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。まず、図１は本発明の参考形態を示す機能ブロック図である。この電流計測装置は、電力線１０に取り付けられた計測・電源用ＣＴ２０と、その二次側に接続された電源部３０と、ＣＴ２０からの計測入力及び電源部３０からの直流電源が加えられる電流計測演算・監視部４０と、電源部３０からの直流電源及び電流計測演算・監視部４０の出力信号が加えられる無線伝送部５０と、この無線伝送部５０に接続された無線アンテナ５１と、必要に応じて設置されるＧＰＳアンテナ４２及び計測用ＣＴ４５とから構成されている。
【００１５】
この参考形態は、電力線１０に接続された計測・電源用ＣＴ２０から装置の電源を供給し、かつ、このＣＴ２０により検出した電力線１０の電流を計測するものであり、これによって系統の電流情報（大きさ、位相、周波数など）の計測と電源供給とを同時に行うものである。但し、計測条件によっては別途、計測用ＣＴ４５を設置してもよい。
【００１６】
電源部３０は、ＣＴ２０の二次側に接続された整流回路３１と、自励チョッパ制御による定電圧ＤＣ出力回路３２と、その出力側に接続されたバックアップ電源回路３３と、定電圧ＤＣ出力回路３２及びバックアップ電源回路３３の出力側に接続された一対のダイオードからなるダイオード回路３４と、そのカソード側に接続されて所定レベルの直流電源電圧を得るレベル変換回路３５とから構成されている。また、バックアップ電源回路３３の出力は電流計測演算・監視部４０に入力されており、バックアップ電源の状態（電圧）を監視可能となっている。
【００１７】
計測・電源用ＣＴ２０の二次側に接続された電流計測演算・監視部４０は、必要に応じて設けられるＧＰＳ同期部４１と、Ａ／Ｄ変換器を有する計測入力回路４３と、計測入力回路４３の出力信号が加えられて系統電流を演算し、かつ入力電流のレベルやバックアップ電源の状態を監視するとともに、計測電流値や監視結果を遠隔の中央装置に無線伝送するための伝送制御を行うＣＰＵ４４とを備えている。
【００１８】
系統の電流計測は、ＧＰＳを用いた多地点同期計測を可能とし、その計測演算データは無線伝送部５０及び無線アンテナ５１を介して中継無線局（図示せず）に送られ、更に中央装置へ伝送される。この中央装置では、計測情報や電源を含めた装置状態の表示確認が可能である。
なお、本装置は、例えば系統の電流計測情報から送配電線の故障点を標定するシステム（特願２０００−１７９４００「故障点標定方法」）にも適用可能である。
【００１９】
図２は図１における電源部３０の回路構成図であり、図３はその動作説明図である。
電源部３０では、一次側を系統電流Ｉ１が流れるＣＴ２０の二次電流Ｉ２ａが整流回路３１によって整流され、その出力電流Ｉ２ｂがコンパレータ３２ａとスイッチング素子としてのＦＥＴ３２ｂとを備えた自励チョッパ制御回路からなる定電圧ＤＣ出力回路３２に入力されて一定の直流電圧Ｖａに変換される。
【００２０】
定電圧ＤＣ出力回路３２は、ＣＴ２０からの入力電流を抑制し、過電流入力時にはコンパレータ３２ａの出力信号でＦＥＴ３２ｂをオンすることにより出力側への電流供給を過渡的に停止し、これによって直流電圧Ｖａを低下させるように動作する。
すなわち、ＦＥＴ３２ｂのオンオフ制御を繰り返すことによって一定の出力電圧Ｖａを維持するものであり、通常は、ダイオード回路３４の上側のダイオード３４ａを流れる電流Ｉ２ｃにより電流計測演算・監視部４０や無線伝送部５０に対する電源を供給することになる。
【００２１】
また、バックアップ電源回路３３には、定電圧ＤＣ出力回路３２の出力電流の分流電流が抵抗及びダイオードを介して流れ込む大容量のバックアップコンデンサ３３ａが設けられており、このコンデンサ３３ａが常時、充電されている。
上記コンデンサ３３ａが十分に充電されている状態において、系統の停電によってＣＴ２０からの供給電圧が低下したり不安定になった場合、ダイオード３４ｂのアノード−カソード間に電位差が生じるとダイオード３４ｂがオンして電流Ｉ２ｄが流れ、バックアップ電源回路３３による電源供給へ自動的に切り替わる。
つまり、電流Ｉ２ｃによる電源供給から電流Ｉ２ｄによる電源供給へと切り替わる。この電源回路３３によるバックアップ状態は、図１の計測入力回路４３に伝達される。
【００２２】
更に、バックアップ電源回路３３は、単にＣＴ２０からの電源供給が不可能な場合のバックアップ機能だけでなく、前記定電圧ＤＣ出力回路３２の出力電圧が何らかの理由により不安定になった場合の補償機能も兼ね備えており、総じて電源部３０により各部へ安定した直流電源電圧を供給することに寄与している。
【００２３】
図３は電源部３０の動作を示すもので、ＣＴ２０の二次側電流Ｉ２ａ、整流回路３１の出力電流Ｉ２ｂ、ＦＥＴ３２ｂのオンオフ動作、定電圧ＤＣ出力回路３２の出力電圧Ｖａ、ダイオード回路３４の出力電圧Ｖｂ及び電源部３０の出力電圧Ｖｏを表してある。
前述のごとく、ＦＥＴ３２ｂのオンオフ動作により定電圧ＤＣ出力回路３２の出力電圧Ｖａは定電圧の定格値付近を上下するが、そのオンオフ動作が休止している期間や系統の停電により電流Ｉ２ａがほぼゼロになったような場合には、図示するようにバックアップ電源回路３３の電流Ｉ２ｄによる電源供給動作へと移行する。
【００２４】
なお、この装置を送配電線へ適用した場合、そのバックアップ電源回路の仕様としては、系統事故時再閉路時間（特に配電系）を考慮して、数分程度のバックアップが可能であれば充分と考える。
再閉路失敗時などの停電継続の場合を考えても、事故発生時の計測データをバックアップ電源回路が生きている間に無線伝送により中央装置へ伝送できればよい。つまり、数分のバックアップ時間で計測データの収集は充分可能であるから、停電継続時にも特に支障はないものである。
【００２５】
ところで、図２における定電圧ＤＣ出力回路３２のＦＥＴ３２ｂがオンしていないときは、ＣＴ２０の二次側負担は装置への供給電源容量によって決まるが、ＦＥＴ３２ｂがオンしているときは、ＦＥＴ３２ｂのオン時の内部抵抗及びＣＴ２０の巻線抵抗などのＣＴ固有抵抗によって決まる。ＣＴ２０が飽和する条件はこれらの負担にもよるので、ＣＴの選定（特に定格負担、過電流定数）については注意を要する。
【００２６】
一般的に、送配電線の事故電流は定格の４０倍を見込めばよい。つまり、図２の電源部３０においては、ＣＴ２０の二次側定格電流値の４０倍相当の電流が送配電線に流れた場合にも回路が正常動作しなければならない。
一方において、電力系統の定格以下での運用（定格の数十％）時にも装置の電源を安定して供給するためには、比較的大きな二次側定格を有するＣＴを選定しなければならない。仮にＣＴ２０の二次側定格を５Ａとすると、電源部３０の最大定格は２００Ａまで考慮する必要がある。
【００２７】
例えば、送配電線の潮流については定格の２０％でも正常に動作する必要があるとすると、ＣＴ２０の二次側電流値が１Ａの時にも装置の電源が正常に機能しなければならないことになる（ＣＴ二次側定格を１Ａとすると、電源部３０の最大定格は４０Ａでよいが、０．２Ａで装置の電源が正常に動作しなければならないことになり、電源供給条件が厳しくなる）。
このような条件のもとで電源部や電子回路素子の小型化・低コスト化を図ろうとすると、ある程度の二次定格電流値は必要となるが、汎用の回路素子では最大定格２００Ａというのは困難であり、最大定格値としてはせいぜい数十Ａ程度である。また、定格値の増加につれて大電流による回路の発熱も問題となってくる。
【００２８】
ところで、ＣＴの飽和現象に着目すると、過電流入力に対して相当の電流が二次側に流れてこない。つまり、ＣＴの飽和点によっては、二次側定格値５ＡのＣＴについて、系統事故時の過電流入力に対しても２００Ａのような大電流は出力されないことになる。
【００２９】
一般的なＣＴの電流出力特性は図４のようになり、定格負担時の過電流定数ｎでおおよその特性を把握することができる。本特性は、前述の通り、二次側の回路負担によっても変わり、回路負担がＣＴの定格負担よりも小さければそれだけ飽和しにくくなり、一次入力に応じて二次出力電流が発生することになる。
一方、前述のＦＥＴがオンしている状態では回路の負担が小さいことから、その継続時間によっては過電流が発生する可能性があり、十分注意が必要となる。
【００３０】
本発明の第１実施形態は、以上のようなＣＴの飽和現象を利用して電源部を保護しようとするものである。
図５はこの第１実施形態を示しており、請求項１，２に記載した発明の実施形態に相当する。図示するごとく、スイッチＳＷ０をＣＰＵ４４からの信号により切替制御してＣＴ２０の二次側負担抵抗を抵抗Ｒ０〜Ｒｎによって可変にすることで、ＣＴ２０の飽和特性を制御しようとするものである。これらの抵抗Ｒ０〜Ｒｎは、ＣＴ２０の二次側に接続した補助ＣＴ２１により入力電流を計測し、その計測値に応じて電流計測演算・監視部４０のＣＰＵ４４がスイッチＳＷ０に信号を送って切り替えられる。
本実施形態によれば、ＦＥＴ３２ｂがオン状態を継続しても抵抗値の選択によりＣＴ２０を飽和させ、電源部３０Ａへの入力電流を抑制することができる。
【００３１】
また、抵抗Ｒ０〜Ｒｎからなる可変抵抗により、ＣＴ２０の飽和特性のばらつきを補正することが可能である。更に、ＣＰＵ４４により入力電流値を計測しながらＣＴ２０を飽和させることで電源部３０Ａを確実に保護し、最適な電流値による運用によって回路の発熱も抑制することができる。
入力電流がＣＴ２０の飽和により不安定になった場合は、前述のようにバックアップ電源回路３３を使用して安定した電源供給を行えばよい。
【００３２】
ＣＴ２０の飽和によって抑制された電源入力値は、電流計測演算・監視部４０が有する電流計測機能で状態監視が可能であり、異常時には後述のようにアラームを発生させるものとする。抵抗Ｒ０〜Ｒｎによって構成される負担調整（可変抵抗）回路は、仕様が異なるＣＴを用いた場合でも最適な飽和特性を検出して制御できるという利点もある。
【００３３】
次に、図６は本発明の第２実施形態を示すものである。この実施形態は請求項３，５，６記載の発明の実施形態に相当する。
本実施形態では、ＣＴ２０の二次電流による電源供給とバックアップ電源回路３３による電源供給とをソフトウェア的に切替可能としている。
図６において、４３Ａは補助ＣＴ２１に接続された計測入力回路であり、この回路４３Ａは、スイッチング素子４３ａと抵抗Ｒｋ０〜Ｒｋｎとをそれぞれ直列接続した回路の並列回路と、それらに並列接続されるツェナーダイオード直列接続回路４３ｂと、その両端に接続されるフィルタ回路４３ｃと、Ａ／Ｄ変換器４３ｄ，４３ｅとを備えている。
【００３４】
フィルタ回路４３ｃの出力は、Ａ／Ｄ変換器４３ｄを介してＣＰＵ４４内の入力計測・監視手段４４ｂに入力され、また、電源部３０Ｂ内のバックアップコンデンサ３３ａの電圧は、Ａ／Ｄ変換器４３ｅを介してＣＰＵ４４内のバックアップ電源監視手段４４ｃに入力されている。
入力計測・監視手段４４ｂ及びバックアップ電源監視手段４４ｃからは、入力電流の異常やバックアップ電源の異常を示す異常アラーム及び状態表示信号が出力されるとともに、これらの各手段４４ｃ，４４ｄの監視出力は電源供給切替手段４４ｄにも入力されている。また、入力計測・監視手段４４ｂの出力は入力レンジ（フルスケール）制御手段４４ａにも入力されている。
【００３５】
入力レンジ制御手段４４ａの出力信号は計測入力回路４３Ａの各スイッチング素子４３ａに加えられており、電源供給切替手段４４ｄの出力信号は整流回路３１の入力側に設けられたスイッチＳＷ１に加えられている。なお、スイッチＳＷ１は一対の連動スイッチにより構成され、平常時は図６のような接続状態（スイッチ入りの状態とする）にあり、ＣＴ２０の二次側が整流回路３１に接続されている。
【００３６】
次に、この実施形態の動作を図７のフローチャートを参照しつつ説明する。図７は、ＣＰＵ４４による計測・電源監視処理及び電源供給の切替制御処理を示すものである。
図７において、まずスイッチＳＷ１の入切を判断し（Ｓ１）、入りの場合には過電流レベル（定格入力電流のｎ倍）未満の電流入力値を計測し（Ｓ３）、切りの場合には過電流レベル以上の電流を計測する（Ｓ２）ものとする。ここで、電流計測処理は、図７の右上に示すごとく計測入力回路４３Ａの抵抗Ｒｋ０〜Ｒｋｎを順次変化させて入力レンジを制御しながら実行する。
【００３７】
ここで、計測入力回路４３ＡのＡ／Ｄ変換器４３ｄの入力フルスケールを系統事故時の入力レベルに合わせると、通常定格電流以下の低い入力レベルに対しては小さいビット数での計測となって量子化誤差が大きくなり、高精度での計測が不可能となる。そこで、入力計測・監視手段４４ｂが検出した計測値の大きさに応じて、ソフトウェア処理により入力レンジ制御手段４４ａが入力計測回路４３Ａの抵抗Ｒｋ０〜Ｒｋｎを選択可変としてＡ／Ｄ変換器４３ｄの入力フルスケールを可変にし、最適な計測分解能で高精度に計測を行うようにしている。
【００３８】
図６のＡ／Ｄ変換器４３ｄを介して計測される入力電流が過電流レベルを超えていることが入力計測・監視手段４４ｂにより検出されると（Ｓ４）、電源入力異常のアラームを出力するとともに電源供給切替手段４４ｄを介してスイッチＳＷ１を切り、終了する（Ｓ９，Ｓ１０）。なお、スイッチＳＷ１を切ることで前記ステップＳ２に移行することになる。
また、入力電流レベルが不足していて電源供給が不可能である場合には（Ｓ５）、電源入力異常のアラームを出力して（Ｓ１１）ステップＳ７に移行する。
【００３９】
入力電流レベルが過電流レベルを超えておらず、かつ、不足していない場合には（Ｓ５）、入力計測・監視手段４４ｂによりＣＴ２０が飽和しているか否かを判断し（Ｓ６）、飽和している場合にはバックアップ電源監視手段４４ｃがコンデンサ３３ａの電圧からバックアップ可能かどうかを判断する（Ｓ７）。なお、前記ステップＳ２の処理後もこのステップＳ７に移行する。
【００４０】
コンデンサ３３ａによるバックアップが可能であれば、スイッチＳＷ１を切った状態を維持して（Ｓ８）終了する。また、バックアップが不可であれば、バックアップ電源の準備が未完であって正常計測が不能である旨のアラームをバックアップ電源監視手段４４ｃが出力する（Ｓ１２）とともに、電源供給切替手段４４ｄを介しスイッチＳＷ１を入れて終了する（Ｓ１３）。
【００４１】
すなわちこの実施形態では、入力電流が過電流レベルを超えたところでスイッチＳＷ１を切ることによりＣＴ２０からの電源供給が不可能となり、自動的にコンデンサ３３ａによるバックアップ電源に切り替わる。このように入力電流値を計測・監視しながら運用するので、過電流などの電源入力異常を検出した場合には、装置のアラーム情報として無線伝送を通じて中央装置へ知らせるとともに、電源部３０Ｂを保護しつつ装置を正常動作させることができる。前述のように、装置の電源は数分のバックアップが可能であれば、系統の事故現象の計測・解析をするのに充分である。
【００４２】
ここで、図６が入力電流レベルをソフトウェアで監視して過電流入力時にスイッチＳＷ１を切り替えるのに対し、図８に示す第３実施形態はハードウェアで入力レベルを監視してスイッチＳＷ１を制御するものである。
図８の電源部３０Ｅ内の入力監視回路３６は、制御電源Ｖccから過電流入力判定基準電圧Ｖref1を生成する回路と、入力電流の整流回路３１の出力を電圧Ｖi1に変換する回路と、Ｖref1とＶi1とのレベルを比較するコンパレータ３６ｂと、コンパレータ３６ｂの出力信号を一定時間保持させるオフディレイタイマ３６ａとから構成されている。
前述のソフトウェアによる監視制御よりも、図８のごとくハードウェアによって過電流を検出した方がスイッチＳＷ１の切替が高速となり、スイッチＳＷ１の後段の電源回路や素子の過電流保護効果が高くなる。
【００４３】
図９は図８の実施形態の動作状態を示したものである。入力電流が大きくなるとＶi1が大きくなり、このＶi1がＶref1より大きくなったときにコンパレータ３６ｂからHighレベルの信号が出力される。このコンパレータ３６ｂの出力信号はオフディレイタイマ３６ａにより一定時間Ｔoffだけ出力を維持する。
これにより、ある電流レベルを超えた過電流入力に対しスイッチＳＷ１を切り替えて入力電流が電源回路へ供給されるのを遮断することとし、前述のようにバックアップコンデンサ３３ａから電源を供給して運用するものである。
【００４４】
ところで、前述のＣＴ飽和現象による回路保護方式を適用した場合、系統事故時などの過電流領域の計測が不可能となるため、例えば計測用のＣＴと電源用のＣＴとを分けて個別に設置するなどの対応が必要となる。しかし、図６や図８の回路構成において、例えば系統事故のような過電流入力を検出した場合には、スイッチＳＷ１により電源部を直ちにバックアップ側に切り替えて、ＣＴ２０の二次側から電源部を切り離し、ＣＴ２０からの電流は計測にだけ使うものとする。計測入力回路４３Ａは電源部に比べてその回路負担が非常に小さいため、前述のＣＴと同一定格のものでも飽和しにくくなる。これにより、系統事故時の過電流についてもＣＴを飽和させることなく、計測可能とするものである。
【００４５】
図６、図８の実施形態では、バックアップ電源監視手段４４ｃがコンデンサ３３ａの充電状態（電圧レベル）を常時監視できる構成となっており、コンデンサ電圧が低下して電源供給が不可能になった場合は、スイッチＳＷ１の制御によりバックアップ電源からＣＴ２０の二次電流による電源へと電源供給回路を切り替えて運用する（Ｓ７，Ｓ１２，Ｓ１３）。このとき、ＣＴ２０の二次電流が過電流となっていた場合には、ＣＴ２０の飽和現象により系統電流の正常な計測値が得られないので、再度バックアップ電源が充電されるまで系統電流値の正確な計測不可能となり、機能停止となる。
【００４６】
図１０は、本発明の第４実施形態を示すもので、請求項４，５，６に記載した発明の実施形態に相当する。
前述のように、装置電源の消費電流値が比較的大きいと、電源部及びＣＴの選定が難しくなる。しかし、図１０に示すように装置電源をＣＴ２０から直接供給せずに、ＣＴ２０を系統電流の計測及びバックアップ電源回路のコンデンサ３３ａの充電にのみ使用し、電源供給をもっぱらバックアップ電源回路から行うようにすれば、ＣＴ２０の二次側定格電流を小さくでき、ＣＴ２０の定格負担も抑えることができる。
【００４７】
図１０において、図６、図８の実施形態と異なる部分は電源部３０Ｃの構成である。
バックアップ電源回路のコンデンサ３３ａの一端にはスイッチＳＷ２が接続されており、平常時は図１０のような接続状態（オン状態）でコンデンサ３３ａが定電圧ＤＣ出力回路３２に接続されて充電されている。
このスイッチＳＷ２は、ＣＰＵ４４によるソフトウェア監視制御によってオンオフ制御される。なお、図１０ではＣＰＵ４４の電源供給切替手段４４ｄの出力によりスイッチＳＷ２をオンオフ制御する。
【００４８】
図１１はこの実施形態の動作説明図であり、スイッチＳＷ２がオフの状態ではコンデンサ３３ａが放電してその放電電流により電源が供給される。このとき、ＣＰＵ４４は通常動作モードにあって電流計測及び計測データの無線伝送を行っている。
コンデンサ３３ａの電圧ＶｃはＡ／Ｄ変換器４３ｅを介してＣＰＵ４４のバックアップ電源監視手段４４ｃに入力されており、この電圧Ｖｃが一定値以下になったことが検出されると、電源供給切替手段４４ｄの出力によりスイッチＳＷ２がオンとなる。これによりコンデンサ３３ａは充電状態となり、ＣＰＵ４４は電流計測動作や無線伝送を中断して低消費電力動作のスタンバイモードとなり、コンデンサ電圧Ｖｃの監視のみを実行する。
【００４９】
図１０の実施形態では、スイッチＳＷ２がオン状態（コンデンサ３３ａの充電中）において、最低限、ＣＰＵ４４によりバックアップ電源の電圧監視を働かせる必要があるので、その分消費電流も増え、充電に時間かかる。
このため、図１２に示した第５実施形態は、ハードウェアにてバックアップコンデンサ３３ａの充電電圧を監視し、ＣＰＵ４４を働かせることなく、バックアップコンデンサ３３ａの充放電を制御するものである。
【００５０】
図１２の実施形態が図１０と異なるところは、電源部３０Ｆ内のバックアップコンデンサ３３ａの一端に、連動する一対のスイッチＳＷ２ａ，ＳＷ２ｂからなるスイッチＳＷ２が接続されており、平常時は図１２のような接続状態（ＳＷ２ａがオフ、ＳＷ２ｂがオンの状態）である。
また、ハードウェアでバックアップコンデンサ３３ａの満充電を検出し、かつ充放電を切り替えるスイッチＳＷ２を制御する充放電制御回路を備えている。この充放電制御回路は、制御電源Ｖccからバックアップコンデンサ３３ａの満充電判定基準電圧Ｖref2を生成する回路と、バックアップ電圧Ｖcを電圧Ｖi2にレベル変換する回路と、Ｖref2とＶi2とのレベル比較を行うコンパレータ３７と、コンパレータ３７の出力信号をバックアップ電源がなくなるまで保持させる出力保持回路３８により構成されている。
【００５１】
図１３は本実施形態の動作を示したものである。前述のごとく、通常はスイッチＳＷ２ａがオフ、ＳＷ２ｂがオンであり、コンデンサ３３ａが充電される状態となっている。コンデンサ３３ａの充電により電圧Ｖcが上昇すると、それに合わせてＶi2も上昇し、Ｖi2が満充電判定基準電圧Ｖref2よりも大きくなったところでコンパレータ３７の出力信号がHighレベルとなる。この出力信号は出力保持回路３８により保持される。
これにより、スイッチＳＷ２ａがオン、ＳＷ２ｂがオフとなり、バックアップコンデンサ３３ａは放電状態となる。従って計測入力回路４３ＡやＣＰＵ４４への電源供給が有効となり、各種計測・監視機能や伝送機能が働く。放電によりバックアップコンデンサ３３ａの電圧が低下していき、ある値以下になるとＣＰＵ４４が停止するとともに、前述の出力保持回路３８が復帰状態となり、スイッチＳＷ２が通常の状態に戻ってコンデンサ３３ａの充電が再度行われるものである。
【００５２】
なお、コンデンサ３３ａの充電時間は定電圧ＤＣ出力回路３２との間に接続された抵抗３３ｄの抵抗値により決まるが、この抵抗３３ｄにより充電電流を小さく抑制することができるので、充電時におけるＣＴ２０の二次側負担を小さく抑えることができる。
【００５３】
図１０や図１２の実施形態では、コンデンサ３３ａを充電するスタンバイモードで電流計測や伝送などを中断する必要がある。
そこで、図１４に示す第６実施形態のようにバックアップ電源回路に２個のコンデンサ３３ｂ，３３ｃを設け、これらの電圧レベルをＡ／Ｄ変換器４３ｅ，４３ｆを介しＣＰＵ４４Ａ内のバックアップ電源監視手段４４ｃ，４４ｅにより監視しながら電源供給切替手段４４ｄ及びスイッチＳＷ３，ＳＷ４により供給電源を切り替えて不使用のコンデンサを充電することで、ＣＰＵ４４Ａによる電流計測や伝送を停止させる時間をなるべく少なくする。
【００５４】
図１４において、スイッチＳＷ３，ＳＷ４はそれぞれ一対の連動するスイッチから構成されており、図１４はスイッチＳＷ３が切りの状態、スイッチＳＷ４が入りの状態とする。また、３３ｅ，３３ｄは各コンデンサ３３ｂ，３３ｃの一端と定電圧ＤＣ出力回路３２との間に接続された抵抗である。
【００５５】
図１４の実施形態におけるＣＰＵ４４Ａの処理フローを図１５に示す。
前記同様に入力レンジを制御しながら電流入力値の計測処理を行い（Ｓ２１）、入力電流が過電流レベルを超えると電源入力異常を示すアラームを出力する（Ｓ２２，Ｓ２７）。なお、必要に応じて図５に示した負担抵抗制御及び図６のスイッチＳＷ１による電源の切替制御を追加する。
また、入力電流のレベルが不足する場合にも電源入力異常を示すアラームを出力する（Ｓ２３，Ｓ２８）。
【００５６】
次に、バックアップ電源監視手段４４ｃにより監視しているコンデンサ３３ｂの電圧が十分であれば、電源供給切替手段４４ｄによりスイッチＳＷ３を入りに切り替えてコンデンサ３３ｂを放電させ、その放電電流により電源を供給する（Ｓ２４，Ｓ２５）。一方、入りの状態にあるスイッチＳＷ４を切ってコンデンサ３３ｃを充電し（Ｓ２６）終了する。
ステップＳ２４においてコンデンサ３３ｂの電圧が不足する場合には、バックアップ電源監視手段４４ｅにより監視している他方のコンデンサ３３ｃの電圧を確認し（Ｓ２９）、この電圧が十分であればスイッチＳＷ４を入りにしてコンデンサ３３ｃを放電させ、電源を供給する（Ｓ３０）。一方、入りの状態にあるスイッチＳＷ３を切ってコンデンサ３３ｂを充電し（Ｓ３１）終了する。
【００５７】
ステップＳ２９においてコンデンサ３３ｃの電圧も不足する場合には、バックアップ電源回路のコンデンサ３３ｂ，３３ｃが何れも準備できておらず、電源供給が不能であるとしてアラームを出力する（Ｓ３２）。これにより、ＣＰＵ４４Ａはスタンバイモードへ移行する。
【００５８】
なお、上述した各実施形態において使用されているスイッチＳＷ１〜ＳＷ４は、リレー（リレー接点）により構成してもよい。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、送配電線の広範囲かつ不安定な電流入力から安定した電源を供給し、信頼性の高い電源を提供することができる。特に、商用電源などの制御電源の供給が困難な場所でも、送配電線のような潮流のある電力線があれば、そこから比較的安定した電源を供給することが可能となり、装置の設置も可能となる。
【００６０】
また、系統の電流計測用と電源供給用のＣＴを共用化すれば装置も小型化でき、しかもコストの削減が図れるとともに、広範囲の入力電流に対して比較的高精度で計測することができる。
更に、計測・電源用ＣＴの飽和特性を制御できるので、仕様の異なるＣＴを選定しても同一のハードウェアを用いて特性を補正しながら運用できるとともに、小型低容量のＣＴを選定して運用することも可能となるので、計測・電源用ＣＴについては比較的低コストのものを選定しやすくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の参考形態を示す機能ブロック図である。
【図２】  図１における電源部の回路構成図である。
【図３】  図２の動作説明図である。
【図４】  一般的なＣＴの電流出力特性を示す図である。
【図５】  本発明の第１実施形態を示す回路構成図である。
【図６】  本発明の第２実施形態を示す回路構成図である。
【図７】  図６におけるＣＰＵの処理を示すフローチャートである。
【図８】  本発明の第３実施形態を示す回路構成図である。
【図９】  図８の動作説明図である。
【図１０】  本発明の第４実施形態を示す回路構成図である。
【図１１】  図１０の動作説明図である。
【図１２】  本発明の第５実施形態を示す回路構成図である。
【図１３】  図１２の動作説明図である。
【図１４】  本発明の第６実施形態を示す回路構成図である。
【図１５】  図１４におけるＣＰＵの処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０ 電力線
２０ 計測・電源用ＣＴ
２１ 補助ＣＴ
３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ，３０Ｅ，３０Ｆ 電源部
３１ 整流回路
３２ 定電圧ＤＣ出力回路
３２ａ コンパレータ
３２ｂ ＦＥＴ（スイッチング素子）
３３ バックアップ電源回路
３３ａ，３３ｂ，３３ｃ バックアップコンデンサ
３３ｄ，３３ｅ 抵抗
３４ ダイオード回路
３５ レベル変換回路
３５ａ ＤＣ／ＤＣ変換回路
３５ｂ 平滑コンデンサ
３６ 入力監視回路
３６ａ オフディレイタイマ
３６ｂ，３７ コンパレータ
３８ 出力保持回路
４０ 電流計測演算・監視部
４１ ＧＰＳ同期部
４２ ＧＰＳアンテナ
４３，４３Ａ 計測入力回路
４３ａ スイッチング素子
４３ｂ ツェナーダイオード直列接続回路
４３ｃ フィルタ回路
４３ｄ，４３ｅ，４３ｆ Ａ／Ｄ変換器
４４，４４Ａ ＣＰＵ
４４ａ 入力レンジ制御手段
４４ｂ 入力計測・監視手段
４４ｃ，４４ｅ バックアップ電源監視手段
４４ｄ 電源供給切替手段
４５ 計測用ＣＴ
５０ 無線伝送部
５１ 無線アンテナ
ＳＷ０，ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４ スイッチ
Ｒ０〜Ｒｎ，Ｒｋ０〜Ｒｋｎ 抵抗
【図１】
0004258119.tif 000002
【図２】
0004258119.tif 000003
【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】
0004258119.tif 000010
【図１０】
0004258119.tif 000011
【図１１】
0004258119.tif 000012
【図１２】
0004258119.tif 000013
【図１３】
0004258119.tif 000014
【図１４】
0004258119.tif 000015
【図１５】
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