JP6136481B2 - 電力計測装置及び電力計測システム - Google Patents

Description

本発明は、工場・店舗・ビル・データセンター等の施設内の電源配電システムにおいて、三相交流電力を単相電力に分電・配電するときに、電源の相バランスを制御する技術に関する。

工場・店舗・ビル・データセンター等の施設内の電源配電システムにおいて、受電した三相交流電力を分電・配電して分岐負荷に単相電力を供給する場合、相のバランスを考慮する必要がある。

そこで、例えば、分電盤やバスダクト方式の配電においては分散させて設置されるプラグインユニット（以下、ＰＩＵとする）において計測される電力等の情報を用いて、相のバランスを上位装置で確認する方法が知られている。上位装置が取得する情報は、例えば電源や負荷の拡張工事等の際に活用される。

三相交流回路から単相電源をとる回路構成において三相の相電流のバランスを維持する公知の技術として、例えば、各負荷の負荷電流値からいずれの相にグルーピングすべきかを決定し、各負荷の各相への接続を制御する技術について開示されている（例えば、特許文献１）。これによれば、各相に接続できる負荷の組み合わせを決定する、任意の相と各負荷との間に負荷電流を調整するための可変抵抗器を設けて可変抵抗器の抵抗値を制御する、あるいは相電流の差が所定値以上の相の負荷を切り離す等により、相電流バランスを維持している。

特開平７−３１０５８号公報

従来の上位装置により監視を行う方法によれば、遠隔のサーバ等の実際に負荷を接続して使用する現場からは離れた場所で電力の状態やキャパシティの監視を行っている。ところで、拡張工事等の分電盤内に配線を追加するような場合にも、キャパシティ等の情報が必要となる。しかし、従来の上位装置による監視方法では、拡張工事等の際には停電措置を施す必要がある。このため、上位装置が保持する情報が有効に活用されているとは言い難い。

本発明は、電源供給システムの運用中において、停電措置を取ることを不要としつつ、簡便な構成により、三相の最適な負荷のバランスをとることを可能とする技術を提供することを目的とする。

本発明の態様の一つである電力計測装置によれば、三相交流電力を分電する分電盤に設置される電力計測装置であって、受電点の三相電力及び前記分電盤から分岐される各分岐負荷の単相電力を計測する計測部と、前記計測部において計測した結果に基づき、三相の各相のバランスを監視し、各相間の運用状況に関する情報を出力表示させる表示部と、を備えることを特徴とする。

また、本発明の態様の一つである電力計測システムによれば、バスダクト方式により三相交流電力の配電を行う電源供給システムにおいて、受電点及び負荷分岐点における電力を計測する電力計測装置を有する電力計測システムであって、受電点の三相電力を計測する第１の電力計測装置と、分岐負荷の単相電力を計測する第２の電力計測装置と、有線または無線の通信、あるいは電力線搬送通信を介して、前記第１及び第２の電力計測装置において計測した受電点の三相電力及び分岐負荷の単相電力を取得して、取得した情報に基づき、三相の各相のバランスを監視し、各相間の運用状況に関する情報を出力表示させる表示部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、電源供給システムの運用中において、停電措置をとることを不要としつつ、簡便な構成により、三相の最適な負荷のバランスをとることが可能となる。

第１の実施形態に係る電力計測装置を有する電源供給システムの構成の一部を示す図である。 相切替器の構成例を示す図である。 第２の実施形態に係る電力計測装置を有する電源供給システムの構成の一部を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は、本実施形態に係る電力計測装置を有する電源供給システムの構成の一部を示す図である。図１に示す電源供給システム１０の分電盤３は、配線用遮断器（Molded Case Circuit Breaker、以下ＭＣＣＢとする）４、５、電力計測装置１及び相切替器６を有し、電力系統２から供給される三相交流電力を分電して、各負荷２０に単相交流電力を供給する。図１においては、本実施形態に係る電力計測装置１による、相のバランスを監視する方法に関する構成のみを示している。

分電盤３のうち、ＭＣＣＢ４は、受電点に設けられ、過負荷や短絡等により受電点から過電流が流れた場合には、これを検知して、電力系統２からの電力の供給を停止させる。
ＭＣＣＢ５は、負荷２０側に設けられ、過負荷等により負荷２０側に過電流が流れた場合には、これを検知して、負荷２０への電力の供給を停止させる。

電力計測装置１は、ＭＣＣＢ４のオン／オフ情報や、受電点や各負荷２０の電圧値や電流値等の情報を取り込み、受電点の三相電力及び各負荷２０の単相電力を演算する。そして、電力計測装置１は、演算により求めた受電点の三相電力及び各負荷２０の単相電力に基づき、三相の各相のバランスを監視する。そして、電力計測装置１は、相バランスのとれた状態に対し、相間（ＲＳ間、ＳＴ間及びＴＲ間）のそれぞれの電力使用量や、最大許容レベルに対してどれくらい余裕があるか等の情報を出力表示させる。これらの情報は、実施例では、図１に例示する相キャパシティ表示器１１に表示させる。

図１の相キャパシティ表示器１１は、ＬＥＤ表示部１２やキャパシティ許容レベル１３により、各相間の運用状況に関する情報を出力表示し、相バランスがとれている状態であるかを利用者が一目で判別可能とするものである。

具体的には、相キャパシティ表示器１１には、各相間の実際の電力使用量を棒グラフ等で表示し、最大許容レベル１３に対していずれの相間に余裕があるかを表示する。
各相間の電力レベルが同等で、相間の負荷のバランスがとれて運用されている状態が、理想的である。そこで、電力計測装置１は、相間の電力使用量のうち、最大値と最小値との差ΔＰについても監視する。差ΔＰが所定の閾値未満であるときは、相間の電力レベルのバランスがよく、ＬＥＤ表示部１２の状態が「良好」であることを表すＬＥＤを点灯させる。差ΔＰが所定の閾値以上になると、相のバランスのくずれと判定し、ＬＥＤ表示部１２の「アラーム」状態を表すＬＥＤを点灯させる。

ＬＥＤ表示部１２の「良好」や「アラーム」のＬＥＤを点灯させる方法については、これに限定されない。例えば、負荷回路の電力が所定のレベルを超えたときに、点灯させるアラームを「良好」から「アラーム」へと切り替えてもよい。

図１の相切替器６は、三相の中から所定の相に配電するために設けられる。例えば、電力計測装置１が電源供給システム１０における相のバランスのくずれを検出し、ＬＥＤ表示部１２等にその旨が出力表示された場合に、これに応じて、相切替器６により相の切り替えを行う。これについて図２を参照して説明する。

図２は、相切替器６の構成例を示す図である。図２に示すように、相切替器６は、固定接点６１、可動接点６２及びケーブル配線６３により、入力される三相電力を、ＲＳ相、ＳＴ相またはＴＲ相のいずれかに配電させる。

具体的には、可動接点６２をスライドさせ、可動接点６２が各相の固定接点６１を切り替えることにより、三相のいずれかの相のケーブル配線６３に接続される。
なお、可動接点６２については、自動制御により、例えば相間の電力使用量が最小値をとる相へとスライドさせる構成とすることもできるし、利用者が図１の相キャパシティ表示器１１を参照して、手動で所望の相へと切り替えの操作を行う構成とすることもできる。

このように、図１の分電盤３内に設けられる相キャパシティ表示器１１により、利用者は、キャパシティの状況を確認しながら、図２の相切替器６により相を切り替えて負荷に配電することで、分電盤３内で最適な負荷バランスに調整される。

以上説明したように、本実施形態によれば、分電盤３に設けられる電力計測装置１において、受電点の三相電力及び分電盤３から分岐される各分岐負荷２０の単相電力を計測し、これにより、三相のバランスを監視する。電源供給システム１０の運用中に、停電措置をとることを不要としつつ、簡便な構成で、相のバランスをとることが可能となる。
＜第２の実施形態＞
上記の実施形態においては、分電盤３により分電を行う電源供給システム１０において、分電盤３内に設置される電力計測装置１が、相のバランスの監視や、必要な場合には、相の切り替えを行っている。これに対し、本実施形態においては、バスダクト方式を採用する電源供給システムにおいて、受電点及び分岐負荷のそれぞれに電力計測装置が配置され、各電力計測装置が求めた情報に基づいて、上位の装置が相のバランスの監視等を行う点で異なる。

以下に、本実施形態による相のバランスの監視や相の切り替えを行う方法について、上記の実施形態と異なる点を中心に説明する。なお、以下の説明においては、上記の第１の実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明することとする。

図３は、本実施形態に係る電力計測装置を有する電源供給システムの構成の一部を示す図である。図３に示す電源供給システム３０は、電力系統２から供給される三相交流電力を、バスダクト方式により配電を行い、各負荷に単相交流電力を供給する。

ＭＣＣＢ４は、受電点に設けられる配線用遮断器であり、その作用については上記の実施形態と同様である。
受電点から各負荷２０へは、バスダクト７を通じて配電する。図３中のバスダクトと各負荷２０との間の接合点付近の詳細を示す構成図Ｄのとおり、バスダクト７は、その中にバスバー２１を収納している。バスバー２１は、三相４線（Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相及びアース）用に、４本が配設される。

ＰＩＵ８（８Ａ、８Ｂ）は、バスダクト７にプラグイン方式で活線挿抜が可能であり、ＰＩＵ８の接触子（図３においては不図示）がバスダクト７に刺さり、バスダクト７内のバスバー２１を挟み込む構造をとる。こうして、バスダクト７を通じてＰＩＵ８の負荷配線２２へと電力が供給される。

ＰＩＵ８は、負荷配線２２を通じて負荷２０に給電する。ＰＩＵ８内に設置される負荷側のＭＣＣＢ５の作用については、上記の実施形態と同様である。
本実施形態に係る電力計測システム４０は、電力計測装置（電力計測装置３３及び電力計測装置９）、通信信号線３４、及び中央監視装置８０を有する。電力計測システム４０は、電源供給システム３０を構成するＭＣＣＢ４やＰＩＵ８が保有する情報を利用して、電源供給システム３０における相のバランスの監視や、必要な場合には、相の切り替え等を行う。

受電点側の電力計測装置３３は、ＭＣＣＢ４のオン／オフ情報や、受電点の電圧値や電流値等の情報を取り込み、受電点における三相電力を演算する。
負荷２０側の電力計測装置９（９Ａ、９Ｂ）は、負荷配線２２を通じて接続される負荷２０の電圧値や電流値等の情報を取り込み、各負荷２０における単相電力を演算する。電力計測装置９は、通信信号線３４を介して、演算により求めた電力を、受電側の電力計測装置３３に向けて送信する。

受電点側の電力計測装置３３は、自装置において測定した受電点の三相電力と、負荷側の電力計測装置９から受信した負荷２０の単相電力とを、上位の中央監視装置８０に伝送する。

中央監視装置８０は、電力計測装置３３から伝送された情報、すなわち、受電点の三相電力と各分岐負荷の単相電力とから、電源供給システム３０全体の相バランスを監視する。中央監視装置８０が具体的にどのような監視を行うかについては、上記の実施形態において図１の電力計測装置１が実施する内容と同様である。中央監視装置８０において認識したＰＩＵ８の相間ごとの電力使用量や、最大許容レベルに対してどれくらい余裕があるか等の情報は、ＰＩＵ８に対して伝送される。

ここで、ＰＩＵ８は、内部に相キャパシティ表示器１１及び図２の相切替器６を備えるか否かにより、２通りの構成をとり得る。図３においては、相切替器６を備えるＰＩＵ８を「タイプ１のＰＩＵ８Ａ」とし、相切替器６を有しないＰＩＵ８については、「タイプ２のＰＩＵ８Ｂ」と表している。図３及び以下の説明においては、タイプ１とタイプ２とでそれぞれその作用が異なる構成については、それぞれ符号Ａ及びＢを付して区別する。

タイプ１のＰＩＵ８Ａは、内部に相キャパシティ表示器１１及び相切替器６を有し、電力計測装置９Ａは、ＰＩＵ８Ａ内に設置され、図１の電力計測装置１と同様に、相キャパシティ表示器１１を備えている。相キャパシティ表示器１１の構成及び作用については、それぞれ上記の実施形態と同様である。

電力計測装置９Ａは、中央監視装置８０から伝送される情報にしたがって、相キャパシティ表示器１１に各相間の電力使用量や最大許容レベルに対していずれの相間に余裕があるか、相のバランスが良好であるのかアラーム状態であるのか等を出力表示する。中央監視装置８０から相のバランスのくずれを検出した旨の通知を受けた場合には、上記の実施形態と同様に、相切替器６が、自動制御または利用者の操作にしたがって、相の切り替えを行う。相切替器６の動作については、上記の実施形態において図２を参照して説明したとおりである。

タイプ２のＰＩＵ８Ｂは、相キャパシティ表示器１１及び相切替器６を実装しておらず、負荷配線２２ＢにＬＥＤ表示器５２を備える構成をとる。ＰＩＵ８Ｂでは、相切替器６を実装していないため、接続相が負荷配線２２Ｂごとに固定で決められている。図３に示すように、ＰＩＵ８Ｂで本分電された配電線は、電源ケーブルタップやコンセントで出力されており、複数の出力回路の中からいずれの相を使用するかを利用者が選択できる構成となっている。

負荷配線２２Ｂ部に設けられるＬＥＤ表示器５２については、中央監視装置８０から伝送される情報にしたがって、各相の中から最もキャパシティに余裕のある相に対応するＬＥＤ表示器５２を点灯させる。

このように、本実施形態に係る電力計測システム４０によれば、バスダクト方式により配電を行う電源供給システム３０において、上記の分電盤３内に設置される電力計測装置１と同様の効果を得る。すなわち、電源供給システム３０の運用中に、停電措置をとることを不要としつつ、簡便な構成で、相のバランスをとることが可能となる。

なお、上記の説明においては、電力計測装置３３、９の間の通信は有線通信により行う場合を示しているが、これに限定されるものではなく、無線通信により情報を送受する構成としてもよい。あるいは、電力線搬送通信を利用する構成とすることもできる。

また、上記においては、中央監視装置８０において相のバランスを監視する場合について説明しているが、本実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、受電側の電力計測装置３３に監視機能を持たせる構成とすることもできる。

本発明は上述した実施形態そのままに限定されるものではく、実施段階でのその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成することができる。例えば、実施形態に示される全構成要素を適宜組み合わせても良い。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。このような、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変形や応用が可能であることはもちろんである。

１ 電力計測装置
２ 電力系統
３ 分電盤
４、５ 配線用遮断器（ＭＣＣＢ）
６ 相切替器
７ バスダクト
８ プラグインユニット（ＰＩＵ）
９ 電力計測装置
１１ 相キャパシティ表示器
１２ ＬＥＤ表示部
１３ キャパシティ許容レベル
１０、３０ 電源供給システム
２１ バスバー
３３ 電力計測装置
３４ 通信信号線
８０ 中央監視装置

Claims (5)

1. 三相交流電力を分電する分電盤に設置される電力計測装置であって、
   受電点の三相電力及び前記分電盤から分岐される各分岐負荷の単相電力を計測する計測部と、
   前記計測部において計測した結果に基づき、三相の各相のバランスを監視し、各相間の実際の電力使用量及び各相が最大許容レベルに対してどれだけの余裕があるかを出力表示させる表示部と、
   を備えることを特徴とする電力計測装置。
2. 請求項１記載の電力計測装置を有する分電盤であって、
   三相電力から接続相を選択することにより負荷に分電する相を切り替える切替部を有し、
   前記切替部は、各相間の運用状況に関する情報、または各相間の実際の電力使用量及び各相が最大許容レベルに対してどれだけの余裕があるかに応じて、接続相を切り替える
   ことを特徴とする分電盤。
3. バスダクト方式により三相交流電力の配電を行う電源供給システムにおいて、受電点及び負荷分岐点における電力を計測する電力計測装置を有する電力計測システムであって、
   受電点の三相電力を計測する第１の電力計測装置と、
   分岐負荷の単相電力を計測する第２の電力計測装置と、
   有線または無線の通信、あるいは電力線搬送通信を介して、前記第１及び第２の電力計測装置において計測した受電点の三相電力及び分岐負荷の単相電力を取得して、取得した情報に基づき、三相の各相のバランスを監視し、各相間の運用状況に関する情報を出力表示させる表示部と、
   を備えることを特徴とする電力計測システム。
4. 前記表示部は、各相間の実際の電力使用量及び各相が最大許容レベルに対してどれだけの余裕があるかを出力表示する
   ことを特徴とする請求項３記載の電力計測システム。
5. 請求項３または４記載の電力計測システムを有する前記電源供給システムにおいて、
   バスダクトに活線で着脱可能な分岐負荷引き出し用のプラグインユニットに設けられ、三相電力から接続相を選択することにより負荷に分電する相を切り替える切替部を有し、
   前記切替部は、前記電力計測システムの表示部に表示する情報に応じて、接続相を切り替える
   ことを特徴とする電源供給システム。