(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数の異なる複数の交流電流の電流値を測定できる電流測定装置であって、
定期的に得られた複数の瞬間電流値から、数波単位の短い第１の時間間隔毎に交流電流の実効値を算出する手段と、
複数の前記実効値の平均値を、前記第１の時間間隔より長い第２の時間間隔毎に求めて記録する第１の記録手段と、
複数の前記実効値の最大値を、前記第１の時間間隔より長く前記第２の時間間隔と同じまたは短い第３の時間間隔毎に求めて記録する第２の記録手段とを有し、
前記第１の時間間隔は測定対象の前記周波数の異なる複数の交流電流の周期の整数倍である、電流測定装置。
【請求項２】
請求項１において、５０Ｈｚの交流電流と、６０Ｈｚの交流電流とを測定可能であり、前記第１の時間間隔は１００ｍｓｅｃであることを特徴とする電流測定装置。
【請求項３】
請求項１または２において、前記第１の記録手段は前記第２の時間間隔毎に求められた平均値を順番に記録し、前記第２の記録手段は、前記第３の時間間隔毎に求められた最大値が所定の検出レベル以上のときに、その最大値および時刻を記録することを特徴とする電流測定装置。
【請求項４】
周波数の異なる複数の交流電流の電流値を測定できる電流測定方法であって、
定期的に得られた複数の瞬間電流値から、数波単位の短い第１の時間間隔毎に交流電流の実効値を算出する工程と、
複数の前記実効値の平均値を、前記第１の時間間隔より長い第２の時間間隔毎に求めて記録する第１の記録工程と、
複数の前記実効値の最大値を、前記第１の時間間隔より長く前記第２の時間間隔と同じまたは短い第３の時間間隔毎に求めて記録する第２の記録工程とを有し、
前記第１の時間間隔は測定対象の前記周波数の異なる複数の交流電流の周期の整数倍である電流測定方法。
【請求項５】
請求項４において、５０Ｈｚの交流電流と、６０Ｈｚの交流電流とを測定可能であり、前記第１の時間間隔は１００ｍｓｅｃであることを特徴とする電流測定方法。
【請求項６】
請求項４または５において、前記第１の記録工程では前記第２の時間間隔毎に求められた平均値を順番に記録し、前記第２の記録工程では、前記第３の時間間隔毎に求められた最大値が所定の検出レベル以上のときに、その最大値および時刻を記録することを特徴とする電流測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流電流の測定に適した装置および方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電源ケーブルをクランプ式ＣＴセンサではさみ、電源ケーブルに発生する磁場を介して電流を測定する非接触型の電流測定装置が知られている。この非接触型の電流測定装置は、配線工事が不要であり、さらに、電池で動くハンディな測定装置が実現できる。このため、工場、オフィス、家庭などにおいて個々の電源線の消費電力を測定したり、監視するなど多種多様な目的で使用されている。さらに、近年のクランプタイプの電流測定装置は、電流自体だけではなく、演算処理により電力値に換算して積算電力あるいは瞬時電力なども表示できるようにしているものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような電流測定装置を用いて消費電力を測定することは節電対策を施し、またその結果を確認するために重要である。一方、電力消費を削減し、また、電源線に接続された電気機器を安全に動作させるためには、漏電監視も非常に重要である。継続的に発生している漏電は、各々の機器の消費電力と電源線毎の消費電力を比較検討などの方法により確かめることができる。しかしながら、瞬間的な電流の変動は電力に積算される過程で表れなくなるので、様々な原因で発生する瞬間的な漏電を検出することができない。漏電ブレーカのチェックなどのために瞬時電流を記録できる特殊な装置が求められているが、手軽に利用できるものは開発されていない。
【０００４】
そこで、本発明においては、負荷電流をモニタあるいは記録できると共に、瞬間的な漏電もモニタあるいは記録することができる電流測定装置を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明の電流測定装置は、周波数の異なる複数の交流電流の電流値を測定できる電流測定装置であって、定期的に得られた複数の瞬間電流値から、数波単位の短い第１の時間間隔毎に交流電流の実効値を算出する手段と、それらの実効値の平均値を、第１の時間間隔より長い第２の時間間隔毎に求めて記録する第１の記録手段と、それらの実効値の最大値を、第１の時間間隔より長く第２の時間間隔と同じまたは短い第３の時間間隔毎に求めて記録する第２の記録手段とを有し、第１の時間間隔は測定対象の周波数の異なる複数の交流電流の周期の整数倍である。また、本発明の電流測定方法は、周波数の異なる複数の交流電流の電流値を測定できる電流測定方法であって、定期的に得られた複数の瞬間電流値から、数波単位の短い第１の時間間隔毎に交流電流の実効値を算出する工程と、それらの実効値の平均値を、第１の時間間隔より長い第２の時間間隔毎に求めて記録する第１の記録工程と、それらの実効値の最大値を、第１の時間間隔より長く第２の時間間隔と同じまたは短い第３の時間間隔毎に求めて記録する第２の記録工程とを有し、第１の時間間隔は測定対象の周波数の異なる複数の交流電流の周期の整数倍である。
【０００６】
本発明の電流測定装置および測定方法においては、数１０あるいは数１００ｍｓｅｃ単位の短かな第１の時間間隔毎に、定期的に測定した交流電流の瞬間電流値から実効値を算出し、それらの測定値を第１の時間間隔よりもある程度長い第２の時間間隔毎に平均することにより負荷電流を求めることができる。したがって、電力消費を監視あるいは記録することができる。一方、第１の時間間隔より長く、第２の時間間隔と同じまたはそれよりは短い第３の時間間隔を設定し、その間の実効値の最大値を求めることにより瞬間的な電流値の増減を記録することができる。したがって、瞬間的な漏電も監視あるいは記録することができる。このため、本発明の電流測定装置および測定方法により、負荷電流と共に漏れ電流も記録あるいは監視することができる。
【０００７】
本発明の電流測定装置および電流測定方法においては、短時間に交流電流の実効値を求めることが重要である。第１の時間間隔を測定対象の交流電流の周期の正数倍にすると、その間に定期的に測定された瞬間電流値を二乗平均するだけで実効値を得ることができる。したがって、簡単なディジタル回路で瞬間的な電流の実効値を算出することができる。第１の時間間隔は１周期、例えば５０Ｈｚの交流電流であれば２０ｍｓｅｃでも良いが、測定周期あるいは交流周波数の公差を考慮すると３波分程度の間隔で測定することが望ましい。
【０００８】
このため、交流電流の周波数によって第１の時間間隔が設定できるようにする必要があるが、交流電源を測定対象とする場合は、第１の時間間隔を１００ｍｓｅｃに設定することにより、５０Ｈｚ領域および６０Ｈｚ領域で第１の時間間隔を変更しなくて済む。したがって、測定ミスを防止できる。
【０００９】
平均値および最大値はそれらが求められた時刻と共に記録することにより時間的な変動が判る。しかしながら、測定時間が長くなるとデータを記録するためのメモリ容量が大きくなる。そこで、第１の記録手段および記録工程では、第２の時間間隔毎に求められた平均値を順番に記録することによりメモリ容量をセーブする。時刻を記録しなくても、平均値を順番に記録すれば第２の時間間隔に基づき平均値が得られた時刻を後で求めることができる。
【００１０】
一方、漏電監視を目的とすると、第２の記録手段および記録工程では、変動の小さなデータは不要である。したがって、第３の時間間隔毎に求められた最大値が所定の検出レベル以上のときに、その最大値および時刻を記録する。これにより、最大値の記録回数が削減できるのでメモリ容量をセーブできる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明をさらに説明する。図１に本発明にかかる電流測定装置、およびこの電流測定装置を用いて電流を測定するシステムを示してある。本例の電流測定装置１はクランプ式ＣＴセンサ２を接続し、そのクランプ式ＣＴセンサ２で電源ケーブル９などの被測定線を挟んで被測定線を流れる電流を測定する測定装置であり、被接触状態で電流を測定することができるものである。そして、測定された電流値はいったん測定装置に記憶され、適当なタイミングで通信ケーブル３を介してパーソナルコンピュータ４に送信され解析できるようになっている。このように、本例の測定装置１を用いることにより、測定された電流データをパーソナルコンピュータ上で表示および解析などの処理を行う電流用のデータロガーシステムを構築できる。
【００１２】
本例の測定装置１は、クランプ式ＣＴセンサを接続できるコネクタ１１が２つ用意されており、後述する測定および記録機能においても、それぞれのクランプ式ＣＴセンサから得られたデータを独自に処理できるようになっている。したがって、１台で２チャンネル分の測定および記録が可能であり、測定装置１は１台で異なった被測定線の電流を測定し、監視することができる。しかしながら、以下では簡単のために、１チャンネル分の機能を説明することにする。
【００１３】
本例の測定装置１は、測定データ、測定状況などをモニターできるＬＣＤパネル１２が中央に設けられている。また、バッテリーを内蔵しており、装置全体がハンディーなサイズに纏められている。このため、ユーザが巡回点検などに携帯して適当な個所の電流値をモニタすることも可能である。そして、測定したデータを通信ケーブルなどによりパーソナルコンピュータに纏めて転送し、データ解析可能である。一方、所定の電源ケーブル９にクランプ式ＣＴセンサ２をセットして長期間にわたり電流値を監視することも可能であり、そのような長期間にわたり測定する場合は、ＡＣアダプタ５を用いて家庭用電源などで稼動することが望ましい。また、通信ケーブルに代わり、電話回線あるいは無線などの他の伝送手段により測定データを送信することももちろん可能である。
【００１４】
図２に、本例の電流測定装置１の概略機能をブロック図により示してある。本例の測定装置１は、クランプ式ＣＴセンサ２により瞬時の電流値を取得するデータ取得部１４と、その瞬時データから実効値を算出する実効値算出部１６と、実効値から平均電流値を求めて記録する平均値記録部１８と、実効値から最大値を求めて記憶するピーク値記録部１９とを備えている。
【００１５】
データ取得部１４は、クランプ式ＣＴセンサ２の検出した電流値を所定の測定間隔Ｔｏ毎にデジタル変換し瞬時データφ１として一時的に瞬時データ用のメモリ１５に記憶する。また、実効値算出部１６は、測定間隔Ｔｏより長い交流電流の周期に合わせた適当なサンプリング間隔（第１の時間間隔）Ｔｓ毎に、その間に得られた瞬時データφ１から実効値φ２を算出し実効値用のメモリ１７に記憶する。さらに、平均値記録部１８は、サンプリング間隔より長い記録間隔（第２の時間間隔）Ｔｒ毎に、その間に算出された実効値φ２を平均して平均電流値φ３を算出しＲＡＭ２０の平均値記憶領域２１に記録する。そして、ピーク値記録部１９は、記録間隔とは異なる特定時間（第３の時間間隔）Ｔｐ毎に、その間に算出された実効値φ２の最大値φ４を求めてＲＡＭ２０のピーク値記憶領域２２に記憶する。
【００１６】
さらに、測定装置１は、これらの各処理部１４、１６、１８および１９で処理を行うタイミングを指示し全体的な制御を行う制御部２５と、パーソナルコンピュータなどのホスト機との通信を行い、ＲＡＭ２０に蓄積されたデータを送信可能な通信部２６と、モニタ１２にＲＡＭ２０に得られたデータを表示可能な表示部２７とを備えている。
【００１７】
図３に本例の測定装置１における処理手順をフローチャートにより示してある。以下では、このフローチャートを参照しながら、各処理部の機能についてさらに説明する。本例の測定装置１は、まず、ステップ３１において測定間隔Ｔｏのタイミングであると、ステップ３２においてデータ取得部１４により瞬時データ（瞬時電流値）φ１を取得する。測定間隔Ｔｏは、データの精度を向上するためには十分に短い間隔であることが望ましい。本例の測定装置では、たとえば、１ｍｓｅｃ毎にクランプ式ＣＴセンサ２の出力をアナログ−デジタル変換することにより瞬時データφ１を取得しメモリ１５に出力する。
【００１８】
また、ステップ３３においてサンプリング間隔Ｔｓのタイミングであると、ステップ３４において実効値算出部１６により実効値φ２を算出する。交流電流の実効値をデジタル的に簡単に算出するためには、その交流電流の周期の整数倍の時間をサンプリング時間Ｔｓとして設定することが望ましい。さらに、周期の公差およびサンプリング時間Ｔｓなどの公差を考慮し、精度の高い実効値を算出するためには数波分の瞬時データを用いることが望ましい。たとえば、ブレーカなどの応答性、起動電流の初期電流などを考慮すると３波分程度が望ましい。したがって、５０Ｈｚの交流電流を測定するのであれば３波分の瞬時データを用いるとして６０ｍｓｅｃのサンプリング間隔（第１の時間間隔）Ｔｓが適当であり、また、６０Ｈｚの交流電流を測定するのであれば５０ｍｓｅｃのサンプリング間隔Ｔｓが適当である。交流電流の周期Ｔｃの整数倍のサンプリング時間Ｔｓを設定すると、その間の瞬時データφ１は図４に示したように変化する。したがって、各瞬時データφ１の値を二乗して加算し、その平均値の平方根を得る、すなわち、二乗平均をとることによりサンプリング間隔Ｔｓの電流の実効値φ２を算出することができる。
【００１９】
サンプリング間隔Ｔｓは、上記の値に限定されることはないが、瞬間的な漏電を監視することを考慮すると短い方が望ましい。また、本例では、サンプリング間隔Ｔｓを交流周波数に合わせて選択することが重要であり、交流の周期Ｔｃの整数倍からずれると実効値の精度が劣化することになる。商用電源を用いた電源系統の電流値を測定することを考えると、日本では地域により５０および６０Ｈｚが使用されているので、地域毎に設定を変える必要がある。
【００２０】
これに対し、５０および６０Ｈｚの周期の最小公倍数である１００ｍｓｅｃをサンプリング間隔Ｔｓとして設定すると、サンプリング時間は上記より多少延びるが、地域毎に設定を変える必要がなく常に精度の良い実効値を得ることができる。したがって、ユーザがサンプリング間隔Ｔｓを５０、６０および１００ｍｓｅｃのいずれかにセットできるようにしておくことが望ましい。
【００２１】
このように本例の電流測定装置１においては、交流電流の周期にタイミングを合わせて瞬時データの平均を取ることにより数１０ｍｓｅｃ程度の短いサンプリング間隔で実効値を得ることができる。したがって、この実効値に基づき平均電流値を算出できると共に、これらの実効値をベースとしてピーク電流も監視することができる。なお、本例の測定装置１は、クランプ式ＣＴセンサ２からの信号を増幅する入力アンプとして直流アンプを用いているので、交流に限らず、直流あるいは直流に交流成分が乗ったケースであっても実効値を同様の手順で算出することができる。
【００２２】
さらに、本例の測定装置１においては、ステップ３５において記録間隔Ｔｒのタイミングであると、ステップ３６において、平均値記録部１８により記録間隔Ｔｒの間の実効値φ２を平均して平均電流φ３を求める。そして、ＲＡＭ２０の記録領域２１に求められた平均電流φ３を順番に記録する。したがって、図５に示したように、記録間隔Ｔｒの間に実効値が変動する場合であっても、その間の平均電流値φ３を記録することができ、その値を用いて消費電力を簡単に求めることができる。もちろん、電圧および力率を入力して消費電力に換算して記録することも可能である。しかしながら、多くの場合、このような処理は、パーソナルコンピュータでデータ解析する際に行われる。
【００２３】
本例の測定装置１では、記録間隔Ｔｒは１分から６０分の間でユーザが適当な時間を設定できるようになっている。そして、平均値φ３を記憶するためのメモリ領域２１としては８０００個のデータが記録できるようになっている。さらに、記録間隔Ｔｒ毎に得られた平均電流値φ３を順番に記録することにより、それぞれの平均電流値φ３の得られた時刻を記録しなくても、記録された順番から平均電流値φ３の得られた時刻を求めることができる。このため、平均値記憶領域であるメモリ領域２１を平均電流値φ３を記録するためにフルに利用することができ、最短でも１３３時間、最長では３３３日分の平均電流値をメモリに記録することができる。
【００２４】
本例の測定装置１では、また、ステップ３７において特定時間Ｔｐのタイミングであると、ステップ３８において特定時間Ｔｐの間に得られた実効値φ２の最大値φ４と、その時の時刻をＲＡＭ２０の記録領域２２に記録する。本例の測定装置１においては、図６に示すように、最大値φ４が検出レベルＤＬ以上であるときにのみ、その値φ４および時刻を記録するようにしている。実効値φ２は常に変動するので、特定時間Ｔｐの間に最大値は必ずある。しかしながら、このステップで得られる最大値φ４は、瞬間的な漏電を検出することを主な目的としているので、通常の電流値の変動する範囲の最大値は記録する必要がない。したがって、検出レベルＤＬを設定することによりピーク値がより判別しやすくなると共に、ピーク値φ４を記録するために要求されるメモリ容量を少なくすることができる。
【００２５】
本例の測定装置１においては、検出レベルＤＬは、ユーザが最適な値を選択できるようになっている。一方、特定時間Ｔｐは１分間に予め設定されており、分単位でピーク電流の変動を監視および記録できる。ピーク値φ４と共に記録される時刻は、ピーク値φ４の得られた時刻であっても良いが、特定時間Ｔｐ毎に最大値を記録する時刻でも良い。本例であれば、１分の時間分解能が得られるので、後者の場合でも漏電の原因などを特定する情報として十分な精度を備えている。
【００２６】
また、本例の測定装置では、ピーク値用のメモリ２２に２０００個分のピーク値φ４を時刻データと共に記録できる。
【００２７】
このようにして本例の測定装置１は、平均電流およびピーク電流の値をＲＡＭ２０に記録し、予め設定されたタイミング、あるいはホスト側からの要求により、ＲＡＭ２０のデータを通信ケーブル３を介してホストであるパーソナルコンピュータ４に送信する。本例の測定装置１は、上述したように、通常の測定には十分なメモリ容量を持っているが、測定状況によってはメモリ容量が不足する場合がある。このため、測定装置１は２つのワンタイムおよびエンドレスの２つの測定モードを持っている。ワンタイムモードでは、メモリ容量がいっぱいになるとそのときに平均電流およびピーク電流の記録を停止する。一方、エンドレスモードでは、メモリ容量がいっぱいになると、メモリアドレスの最初に戻って平均電流およびピーク電流を上書きしながら記録する。いずれのモードで測定するかは、ユーザが選択できるようになっている。
【００２８】
なお、上記では、電流をクランプ式ＣＴセンサにより検出する電流検出装置に基づき本発明を説明しているが、クランプ式ＣＴセンサのような非接触型のセンサを用いた測定装置にかぎらず、ＣＴなどを用いて電流を直接検出するシステムにも適用できることはもちろんである。しかしながら、電源回路などに影響を与えずに測定でき、さらに、センサの着脱なども容易なクランプ型の電流検出装置が図１に示したような電流測定用のデータロガーシステムを構成するのに適している。
【００２９】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の電流測定装置においては、実効値の演算を電源周波数の３波分程度で行えるようになっているので、応答性が非常に良い。一方、従来のクランプメータなどは電力を求めることが主な目的とされているので、測定データを実効値に変換するために専用ＩＣを用いており、アナログ的に処理されので交流の周波数に対応し実効値が得られる時定数が長い。これに対し、本例の測定装置１においては、平均電流と共に漏電監視を行えるようにピーク値を求めることを目的としており、このため、サンプリング時間を交流電流の周期に基づき数波分に設定し、瞬時データをデジタル的に処理することにより短い間隔で交流電流の実効値が求めるようになっている。そして、短い間隔で実効値が得られるので、平均値と共に瞬間的な電流変動も捉えることが可能であり、これら平均電流およびピーク電流の両方を記録することにより漏れ電流から負荷電流までを一括して測定し、監視、記録およびデータ解析することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる電流測定装置およびそれを用いて電流を測定するシステムの一例を示す図である。
【図２】図１に示す電流測定装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３】図１に示す電流測定装置において平均電流およびピーク電流を測定するプロセスを示すフローチャートである。
【図４】瞬時データから実効値を求める様子を示す図である。
【図５】実効値から平均電流を求める様子を示す図である。
【図６】実効値からピーク電流（最大値）を求める様子を示す図である。
【符号の説明】
１    電流測定装置
２    クランプ式ＣＴセンサ
３    通信ケーブル
４    パーソナルコンピュータ
９    電源ケーブル
１２    表示部（ＬＣＤパネル）
１４    データ取得部
１６    実効値算出部
１８    平均値記録部
１９    ピーク値記録部
２０    ＲＡＭ
２５    制御部
２６    通信部
【図１】
0004384281.tif 000002
【図２】
0004384281.tif 000003
【図３】
0004384281.tif 000004
【図４】
0004384281.tif 000005
【図５】
0004384281.tif 000006
【図６】
0004384281.tif 000007