JP5937174B2 - 電力量計 - Google Patents

Description

本発明は、例えば一般家庭などの電力需要家が使用する電力量を計測して表示する電力量計に関する。

例えば、一般家庭、ビルや工場などの電力需要家が使用する電力量を計測して表示する電力量計として、電子式電力量計が知られている（例えば、特許文献１参照）。この種の電力量計は、電力量を計測する計測部を筐体に収容し、その筐体の前面に表示部を設けると共に、前述の計測部および表示部を囲撓するように透明カバーを筐体に取り付けた構造を備えている。

また、この電力量計では、前述の透明カバーの下方で筐体の下部に端子部が取り付けられている。この端子部は、電力供給設備からの配電線がねじ止めにより接続される電源側端子と、電力需要家内の負荷への配電線がねじ止めにより接続される負荷側端子とが並設された構造を具備する。

前述した構造を具備した電力量計は、単相用と三相用との共用を図るため、端子部に配設された三組の電源側端子および負荷側端子のうち、二組の電源側端子および負荷側端子間にリレーをそれぞれ接続している（例えば、特許文献１，２参照）。

特開２００６−１７０７８７号公報 特開２００８−２０３１３９号公報

ところで、特許文献１，２に開示された電力量計を三相用として使用する場合、商用電源から負荷への電力供給を停止したり、あるいは商用電源から負荷への電力供給を再開したりすることが容易なように、電力量計の端子部の電源側端子と負荷側端子との間を断接する開閉器を設ける必要がある。

しかしながら、この電力量計において、三組の電源側端子と負荷側端子との間の各相ごとにリレーを接続することにより開閉器を構成すると、その開閉器を三つのリレーからなる三回路で構成しなければならず、その結果、開閉器自体が大型化するという問題があった。

そこで、本発明は前述の問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、簡便な手段により開閉器の小型化を容易に実現し得る電力量計を提供することにある。

前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明は、商用電源に接続される電源側端子および負荷に接続される負荷側端子を有する端子部を備え、三組の電源側端子および負荷側端子のうち、二組の電源側端子および負荷側端子に、電源側端子と負荷側端子との間を断接する第一の開閉器が接続された内部回路を有し、残り一組の電源側端子と負荷側端子が端子部内で短絡接続された電力量計において、端子部の残り一組の負荷側端子と負荷への配電線との間を断接する第二の開閉器を第一の開閉器と別体で設け、第二の開閉器は、第二の開閉器が接続された電源側端子と第一の開閉器が接続された電源側端子との間に印加される商用電源の電圧ゼロクロスを検出し、電圧ゼロクロスの検出時点でコイルを駆動開始するリレーとしたことを特徴とする。

本発明では、電力量計を三相用として使用する場合、端子部の残り一組の負荷側端子と負荷への配電線との間を断接する第二の開閉器を第一の開閉器と別体で設けることにより、三相の商用電源と負荷との間を断接する開閉器を第一の開閉器と第二の開閉器とに分離する。つまり、第一の開閉器が二組の電源側端子と負荷側端子との間を断接し、第一の開閉器と別体で設けられた第二の開閉器が残り一組の負荷側端子と負荷への配電線との間を断接する。このようにして、第一の開閉器が二回路で構成されていることから、第二の開閉器を一回路で構成するだけで済む。

本発明における第二の開閉器は、二つのリレーが直列に接続された回路構成とすることが望ましい。

このように第二の開閉器を二つのリレーの直列回路で構成すれば、リレーの接点距離を二倍にすることができ、その結果、開閉動作の速度も二倍にすることができる。これにより、リレーの接点の開動作時、その接点に電流が流れ続けようとするアーク放電が発生し難くなってアーク量を抑制でき、接点の消耗を抑制することができる。

ここで、リレーにおける接点での接触抵抗を低減して発熱を抑制する必要がある場合には、第二の開閉器を、二つのリレーが並列に接続された回路で構成することが有効である。このように、第二の開閉器を二つのリレーの並列回路で構成すれば、アーク量を分散させることができる。

本発明における第二の開閉器は、第二の開閉器が接続された電源側端子２Ｓと第一の開閉器が接続された電源側端子３Ｓとの間に印加される商用電源の電圧ゼロクロスを検出し、その電圧ゼロクロスの検出時点でコイルを駆動開始するリレーとしたことにより、第二の開閉器が接続された残り一組の負荷側端子と負荷への配電線との間に流れる電流において、リレーの接点の開閉動作開始から次のゼロクロスまでの時間が最も長くなる。このように、リレーの接点の開閉動作開始から次のゼロクロスまでの時間が最も長い相、つまり、アーク量が最も多い相の残り一組の負荷側端子と負荷への配電線間に第二の開閉器を接続することになる。この第二の開閉器を二つのリレーの直列回路で構成すれば、リレーの接点の開動作時に発生するアーク量を抑制することが容易となり、第二の開閉器の長寿命化および信頼性の向上が図れる。

本発明における第一の開閉器および第二の開閉器は、その開閉状態が同一でない時に動作指令前の開閉状態に戻すように制御されていることが望ましい。開閉状態が同一でない状態は、第一の開閉器と第二の開閉器のいずれか一方が動作し、他方が不動作となることにより発生する。第一の開閉器と第二の開閉器は個別に開閉動作するため、開閉状態が同一でない状態が発生するおそれがある。動作指令前の開閉状態に戻すことにより、第一の開閉器と第二の開閉器のうち、動作可能な開閉器を不動作の開閉器の開閉状態と同じ状態に合わせることができる。

このようにすれば、個別に開閉動作する第一の開閉器と第二の開閉器とのいずれか一方の不動作により発生した欠相状態を速やかに回避することができるので、負荷側端子に接続された負荷を迅速かつ確実に保護することができ、欠相防止の安全機能を具備した電力量計を提供できる。

本発明によれば、電力量計を三相用として使用する場合、端子部の残り一組の負荷側端子と負荷への配電線との間を断接する第二の開閉器を第一の開閉器と別体で設けることにより、三相の商用電源と負荷との間を断接する開閉器を第一の開閉器と第二の開閉器とに分離する。つまり、第一の開閉器が二組の電源側端子と負荷側端子との間を断接し、第一の開閉器と別体で設けられた第二の開閉器が残り一組の負荷側端子と負荷への配電線との間を断接する。このようにして、第一の開閉器が二回路で構成されていることから、第二の開閉器を一回路により構成するだけで済むので、開閉器の小型化が図れ、電力量計の小型化が容易に実現できる。その結果、一回路で構成された小型の開閉器を別体で取り付けることになることから、結線などの取り付け作業性も向上する。

本発明に係る電力量計の実施形態を示す概略構成図である。 第二の開閉器のリレーを示す回路構成図である。 商用電源と負荷とに接続された第一の開閉器および第二の開閉器を示す回路構成図である。 三相交流の電圧波形および電流波形を示す図である。 本発明に係る電力量計の他の実施形態を示す概略構成図である。

本発明に係る電力量計の実施形態を以下に詳述する。この電力量計は、電力量を計測する計測部を筐体に収容し、その筐体の前面に表示部を設けると共に、前述の計測部および表示部を囲撓するように透明カバーを筐体に取り付けた構造を備えている。

この実施形態における電力量計は、図１に示すように、前述の透明カバー１１の下方で筐体１２の下部に端子部１３（端子ブロック）が取り付けられている。この端子部１３は、電力供給設備からの配電線がネジ止めにより接続される電源側端子１Ｓ，２Ｓ，３Ｓと、電力需要家内の負荷への配電線がネジ止めにより接続される負荷側端子１Ｌ，２Ｌ，３Ｌとが並設された構造を具備する。

前述した構造を具備した電力量計は、単相用と三相用との共用を図るため、端子部１３に配設された三組の電源側端子１Ｓ〜３Ｓおよび負荷側端子１Ｌ〜３Ｌのうち、二組の電源側端子１Ｓ，３Ｓおよび負荷側端子１Ｌ，３Ｌ、つまり、電源側端子１Ｓと負荷側端子１Ｌとの間、および電源側端子３Ｓと負荷側端子３Ｌとの間にリレー１４，１５をそれぞれ接続している。これら二つのリレー１４，１５からなる二回路を構成した一つの開閉器が第一の開閉器１６として一つの筐体で構成されている。なお、残り一組の電源側端子２Ｓと負荷側端子２Ｌとは端子部１３内で短絡接続されている。

ここで、電力量計を三相用として使用する場合、商用電源から負荷への電力供給を停止したり、あるいは商用電源から負荷への電力供給を再開したりすることが容易なように、商用電源と負荷との間を断接する開閉器を設ける必要がある。

そこで、この実施形態の電力量計では、端子部１３内で短絡接続された残り一組の負荷側端子２Ｌと負荷への配電線との間を断接する第二の開閉器１７を第一の開閉器１６と別体で設ける。つまり、第二の開閉器１７は、第一の開閉器１６とは別に一つの筐体で構成されている。なお、第一の開閉器１６の筐体と第二の開閉器１７の筐体は構造的に合体させることが可能である。第二の開閉器１７の一端は端子部１３の負荷側端子２Ｌに接続され、第二の開閉器１７の他端は負荷への配電線が接続される。

電力量計を三相用として使用する場合、端子部１３の残り一組の負荷側端子２Ｌと負荷への配電線との間を断接する第二の開閉器１７を第一の開閉器１６と別体で設けることにより、三相の商用電源と負荷との間を断接する開閉器を、第一の開閉器１６と第二の開閉器１７とに回路的に分離する。

つまり、第一の開閉器１６が二組の電源側端子１Ｓ，３Ｓと負荷側端子１Ｌ，３Ｌとの間を断接し、第一の開閉器１６と別体で設けられた第二の開閉器１７が残り一組の負荷側端子２Ｌと負荷への配電線との間を断接する。このようにして、第一の開閉器１６が二回路で構成されていることから、第二の開閉器１７を一回路により構成するだけで済むので、開閉器の小型化が図れ、電力量計の小型化が容易に実現できる。その結果、一回路で構成された小型の開閉器を別体で取り付けることになることから、結線などの取り付け作業が容易となって作業性も向上する。

以上で説明した第二の開閉器１７は、図１および図２に示すように、二つのリレー１８を直列に接続した回路構成としている。なお、図２に示す回路構成は、図１に示すように二つのリレー１８からなる直列回路と同等のものである。このように第二の開閉器１７を二つのリレー１８の直列回路で構成することにより、第二の開閉器１７における二つのリレー１８の接点距離を、一つのリレー１８の二倍にすることができる。一般的に、開閉器では、リレーの接点距離が大きいほど、その開閉動作が迅速かつ確実に行われる。なお、二つのリレー１８は同一のものを使用すればよい。

例えば、一つのリレー１８の接点距離ｔを３ｍｍとすれば、第二の開閉器１７における二つのリレー１８の接点距離が６ｍｍとなり、開閉動作開始から開閉動作完了までの動作時間が一つのリレー１８と二つのリレー１８とで同一であることから、開閉動作の速度も二倍となる。このように接点距離および開閉速度を大きくしたことにより、リレー１８の接点の開動作時、その接点に電流が流れ続けようとするアーク放電が発生し難くなってアーク量を抑制でき、接点の消耗を抑制することができる。

以上のようにして、電力量計の端子部１３の二組の電源側端子１Ｓ，３Ｓと負荷側端子１Ｌ，３Ｌとの間に接続された第一の開閉器１６と、残り一組の負荷側端子２Ｌと負荷への配電線との間に設けられた第二の開閉器１７とは、図３に示すように、商用電源と負荷との間に介在することになる。

ここで、三組の電源側端子１Ｓ〜３Ｓと負荷側端子１Ｌ〜３Ｌとの間に印加される相電圧をＶ１，Ｖ２，Ｖ３、相間電圧をＶ１２，Ｖ２３，Ｖ３１とし、三組の電源側端子１Ｓ〜３Ｓと負荷側端子１Ｌ〜３Ｌとの間に流れる相電流をＩ１，Ｉ２，Ｉ３とする。これら相間電圧と相電流との関係を図４に示す。図４に示すように、相間電圧Ｖ１２，Ｖ２３，Ｖ３１の位相差は１２０°であり、相電流Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３の位相差も１２０°である。この実施形態では、相電流Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３は相間電圧Ｖ１２，Ｖ２３，Ｖ３１に対する力率を０．６５とした場合を例示する。この場合、相電流Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３と相間電圧Ｖ１２，Ｖ２３，Ｖ３１との位相差は８０°となる。

そこで、第二の開閉器１７において、その第二の開閉器１７が接続された電源側端子２Ｓと第一の開閉器１６が接続された電源側端子３Ｓとの間に印加される相間電圧Ｖ２３のゼロクロスをソリッドステートリレー等により検出し、その電圧ゼロクロスの検出時点でリレー１８のコイルを駆動開始する。

このようにしてリレー１８のコイルを駆動開始すると、そのコイルが動作して接点が開動作するまでの動作時間ｓが経過した時点で接点の開動作が開始し（図中の白抜き矢印参照）、アーク放電が開始する。このアーク放電は、相電流が次のゼロクロスに到達するまで継続するが、三相回路の場合は、２回路が開放した時点、つまり、相電流Ｉ３がゼロクロスに達した時点で終了する。この時、第二の開閉器１７が接続された電源側端子２Ｓと負荷側端子２Ｌとの間に流れる相電流Ｉ２において、リレー１８の接点の開閉動作開始から次のゼロクロスまでの時間が最も長くなり、アーク量が最も多くなる（アーク大）（図４の相電流Ｉ２の斜線部分参照）。

このようなタイミングで第二の開閉器１７のリレー１８を駆動することにより、残り一組の電源側端子２Ｓと負荷側端子２Ｌとの間に流れる相電流Ｉ２において、リレー１８の接点の開閉動作開始から次のゼロクロスまでの時間が最も長い相、つまり、アーク量が最も多い相を、第二の開閉器１７が接続された残り一組の電源側端子２Ｓと負荷側端子２Ｌとの間とすることができる。

その結果、この第二の開閉器１７を二つのリレー１８の直列回路で構成していることにより、リレー１８の接点の開動作時に発生するアーク量を抑制することが容易となり、リレー１８の接点を迅速かつ確実に開動作させることができ、第二の開閉器１７の長寿命化および信頼性の向上が図れる。

なお、二組の電源側端子１Ｓ，３Ｓと負荷側端子１Ｌ，３Ｌとの間に設けれられた第一の開閉器１６において、電源側端子１Ｓと負荷側端子１Ｌとの間に接続されたリレー１４についてはアーク量が最も少なく（アーク小）（図４の相電流Ｉ１の斜線部分参照）、電源側端子３Ｓと負荷側端子３Ｌとの間に接続されたリレー１５についてはアーク量が中間程度となる（アーク中）（図４の相電流Ｉ３の斜線部分参照）。

以上では、第二の開閉器１７を、二つのリレー１８が直列に接続された回路で構成した場合について説明したが、リレー１８における接点での接触抵抗を低減して発熱を抑制する必要がある場合には、図５に示すように、第二の開閉器１７を、二つのリレー１８が並列に接続された回路で構成することが有効である。このように、第二の開閉器１７を二つのリレー１８の並列回路で構成することにより、アーク量を分散させることができる。

第一の開閉器１６および第二の開閉器１７は、その開閉状態が同一でない時に動作指令前の開閉状態に戻すようにマイコン等により制御されている。開閉状態が同一でない状態は、第一の開閉器１６と第二の開閉器１７のいずれか一方が動作し、他方が不動作となることにより発生する。第一の開閉器１６と第二の開閉器１７は個別に開閉動作するため、開閉状態が同一でない状態が発生するおそれがある。

そこで、補助接点などにより第一の開閉器１６および第二の開閉器１７の開閉状態を監視し、動作指令前の開閉状態に戻すことにより、第一の開閉器１６と第二の開閉器１７のうち、動作可能な開閉器を不動作の開閉器の開閉状態と同じ状態に合わせることができる。例えば、動作指令がリレーＯＮの時、第一の開閉器が不動作によりＯＦＦのままで、第二の開閉器１７がＯＮしておれば、動作可能な第二の開閉器１７をＯＦＦとする。つまり、全ての開閉器をＯＦＦとする。逆に、動作指令がリレーＯＦＦの時、第一の開閉器が不動作によりＯＮのままで、第二の開閉器１７がＯＦＦしておれば、動作可能な第二の開閉器１７をＯＮとする。つまり、全ての開閉器をＯＮとする。

これにより、個別に開閉動作する第一の開閉器１６と第二の開閉器１７とのいずれか一方の不動作により発生した欠相状態を速やかに回避することができるので、負荷側端子１Ｌ〜３Ｌに接続された負荷を迅速かつ確実に保護することができ、欠相防止の安全機能を具備した電力量計を提供できる。

本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

１３ 端子部
１６ 第一の開閉器
１７ 第二の開閉器
１８ リレー
１Ｓ〜３Ｓ 電源側端子
１Ｌ〜３Ｌ 負荷側端子

Claims (4)

1. 商用電源に接続される電源側端子および負荷に接続される負荷側端子を有する端子部を備え、三組の前記電源側端子および負荷側端子のうち、二組の電源側端子および負荷側端子に、電源側端子と負荷側端子との間を断接する第一の開閉器が接続された内部回路を有し、残り一組の電源側端子と負荷側端子が端子部内で短絡接続された電力量計において、前記端子部の残り一組の負荷側端子と負荷への配電線との間を断接する第二の開閉器を前記第一の開閉器と別体で設け、前記第二の開閉器は、第二の開閉器が接続された電源側端子と第一の開閉器が接続された電源側端子との間に印加される商用電源の電圧ゼロクロスを検出し、前記電圧ゼロクロスの検出時点でコイルを駆動開始するリレーとしたことを特徴とする電力量計。
2. 前記第二の開閉器は、二つのリレーが直列に接続された回路構成とした請求項１に記載の電力量計。
3. 前記第二の開閉器は、二つのリレーが並列に接続された回路構成とした請求項１に記載の電力量計。
4. 前記第一の開閉器および第二の開閉器は、その開閉状態が同一でない時に動作指令前の開閉状態に戻すように制御されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の電力量計。

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