JP6612868B2 - ユーティリティメータ用負荷側電圧検出 - Google Patents

Description

本開示は、ユーティリティメータの分野に関し、特に、三相サービススイッチを有する電気メータに関する。

ユーティリティメータは、特に、住宅、工場、または商業施設などの施設による電力、ガス、水道などのユーティリティ事業者の商品の消費を測定する装置である。ユーティリティサービスプロバイダ（公共資源サービス提供会社）は、請求や商品の需要予測などの理由から消費者によるユーティリティ事業者の商品の使用量を追跡するため、ユーティリティメータを採用している。

電気メータは、ユーティリティメータの一タイプであり、施設またはその他の電気機器による電気エネルギーの消費に関する量を測定するよう構成される。通常、電力会社は、電気機器が電気エネルギーへ連続してアクセスができるようにする。しかしながら、顧客が支払滞納している場合など、場合によっては、電力会社は顧客の電気機器が電気エネルギーにアクセスすることを防止する必要があると判断することがある。このため、電気メータには、閉状態では電気機器に電力を供給し、開状態では電力へのアクセスを遮断するよう、ユーティリティメータを介して設定可能なサービススイッチを備えるものがある。モデルによってはサービススイッチを遠隔制御することができ、現場で電気メータを設定することなく電気メータを介して技術者が電気エネルギーを供給または遮断することができる。

電気メータのサービススイッチに遠隔信号を送信した後、通常、ユーティリティサービスプロバイダは、サービススイッチがうまく所望の動作状態に入ったかどうかを判断することができない。サービススイッチが所望の動作状態に入らなかった場合には、電気メータは、（ｉ）支払顧客が電気エネルギーにアクセスできないように、または（ｉｉ）それが望ましくない場合には顧客が電気エネルギーにアクセスできるようにすることができる。

よって、ユーティリティサービスプロバイダが電気メータおよびサービススイッチを備えるその他のタイプのユーティリティメータのサービススイッチの動作状態を正確かつ確実に判断できるように、ユーティリティメータの性能を向上させる必要性が依然として存在する。

本開示の例示的実施形態によれば、ユーティリティメータにおいて用いられる装置は、少なくとも１の回線経路と、サービススイッチと、監視部とを備える。上記少なくとも１の回線経路は、電気エネルギーを負荷に使用可能につなげる。上記サービススイッチは、上記少なくとも１の回線経路に動作可能に接続され、（ｉ）上記少なくとも１の回線経路に開回路が形成される開状態と、（ｉｉ）上記少なくとも１の回線経路に閉回路が形成される閉状態とに設定可能である。上記監視部は、上記負荷および上記サービススイッチの間で上記少なくとも１の回線経路に動作可能に接続され、上記負荷における線間電圧の有無を検出するよう構成される。上記監視部は、さらに、（ｉ）上記負荷における線間電圧の不在の検出に応答して開回路信号を生成し、（ｉｉ）上記負荷における線間電圧の存在の検出に応答して閉回路信号を生成するよう構成される。

本開示の別の例示的実施形態によれば、ユーティリティメータの動作方法は、サービススイッチで電気エネルギーを負荷に使用可能につなげる少なくとも１の回線経路に開回路を形成することにより、上記負荷を上記電気エネルギーから切断し、上記サービススイッチで上記少なくとも１の回線経路に閉回路を形成することにより、上記負荷を上記電気エネルギーに接続する。上記方法は、さらに、上記負荷における線間電圧の有無を検出し、上記負荷における線間電圧の不在の検出に応答して開回路信号を生成し、上記負荷における線間電圧の存在の検出に応答して閉回路信号を生成する。

上記ならびにその他の特徴および利点は、以下の詳細な説明および添付の図面を参照することによって、当業者にはより容易に明らかとなるであろう。

図１は、サービススイッチを備えるユーティリティメータと、サービススイッチの動作状態を判断するよう構成された監視部とを含むメータリングシステムの一例のブロック図である。

図２は、図１のユーティリティメータの監視部の一例の構造を示すブロック図である。

図３は、図１のユーティリティメータの監視部の一例の構造をさらに詳細に示す模式図である。

図４は、図１のメータリングシステムに関連付けられた信号の信号タイミング図であり、サービススイッチが閉状態および開状態にあるときの信号タイミング図である。

図５は、図１のメータリングシステムの動作方法の一例を示すフローチャートである。

本開示の原理への理解を促すため、図面および以下の明細書により説明する実施形態について述べる。言うまでも無く、これによって本開示の範囲の制限を意図するものではない。また、本開示には、本開示に関連する分野の当業者には通常想到し得るであろう、図示の実施形態に対するあらゆる変形例および変更例、ならびに本開示の原則のさらなる適用を含むものであることも言うまでもない。

図１に示すように、メータリングシステム１００は、電力線１０８および電気負荷線１１６を介して電力ソース１０４および電気負荷１１２に電気的に接続されている。電力線１０８は、ソース１０４（本明細書では、ユーティリティサービスプロバイダ、電力会社、または公益事業者ともされる）により生成された電力をメータリングシステム１００に分配する。電気負荷線１１６は、メータリングシステム１００を通過した電力を負荷１１２に分配する。メータリングシステム１００は、負荷１１２による電力の消費を測定するよう構成される。

本明細書で説明する例示的実施形態では、当技術分野で周知のような、三相４線式の電気サービスが用いられている。そのため、電力線１０８は、Ａ相電力線１０８ａ、Ｂ相電力線１０８ｂ、Ｃ相電力線１０８ｃ、および中性線１０８ｄを含む。同様に、負荷線１１６は、Ａ相負荷線１１６ａ、Ｂ相負荷線１１６ｂ、Ｃ相負荷線１１６ｃ、および中性線１１６ｄを含む。後で詳細に説明するように、負荷線１１６ａ，１１６ｂ，１１６ｃ，１１６ｄは、それぞれ対応する電力線１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃ，１０８ｄに接続されている。

メータリングシステム１００は、実装装置１２０と、実装装置１２０に実装されるユーティリティメータ１２４とを含む。図１の例示的な構成では、実装装置１２０は、電力線１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃを介してソース１０４に電気的に接続される３つのライン側ソケット１２８と、負荷線１１６ａ，１１６ｂ，１１６ｃを介して負荷１１２に電気的に接続される３つの負荷側ソケット１３２とを含む。また、実装装置１２０は、中性線１０８ｄ，１１６ｄに接続された中性線ソケット１３４を含む。したがって、負荷１１２は、メータ１２４を介してソース１０４からの三相電力を受け取るよう構成される。ソケット１２８，１３２，１３４は、金属で形成され、高電流・高電圧に耐えるよう構成される。他の実施形態においては、実装装置１２０は、負荷１１２の電力需要によって決まることになる任意の適切な材料で形成された任意の適切な数のソケット１２８，１３２，１３４を含む。

ユーティリティメータ１２４は、ハウジング１３６、少なくとも１の電流コイル１４０、電圧センサ１４２、電流センサ１４４、サービススイッチ１７２、監視部１９２、および計測部１５２を含む。本実施形態では、電流コイル１４０は、電気ソース１０４のＡ相、Ｂ相、Ｃ相に対応する３つの電流コイル１４０ａ，１４０ｂ，１４０ｃからなる。電流コイル１４０ａ，１４０ｂ，１４０ｃは、少なくとも部分的にハウジング１３６内に配置されており、電力線１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃおよび負荷線１１６ａ，１１６ｂ，１１６ｃへの電気的接続ができるよう構成された導電体（例：銅伝導体）である。各電流コイル１４０ａ，１４０ｂ，１４０ｃは、サービススイッチ１７２を介して、対応する電力線１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃをそれぞれの負荷線１１６ａ，１１６ｂ，１１６ｃに連結する。電流コイル１４０の各々は、部分的にハウジング１３６から延びるよう構成される２つのブレード１５６を含む。ブレード１５６は、電流コイル１４０とソケット１２８，１３２との間に、確実な機械的および電気的接続がもたらされるよう構成される。また、電流コイル１４０およびブレード１５６も、メータ１２４を実装装置１２０上の実装位置（図１に示す）に機械的に支持してもよい。以上説明したように、各電流コイル１４０は、Ａ相、Ｂ相、およびＣ相線間電圧のうちいずれか１つを伝達するよう構成される。電流コイル１４０と電力線１０８，１１６は、ソース１０４と負荷１１２の間で電力を伝達する３つの回線経路１４６ａ，１４６ｂ，１４６ｃを規定するよう構成される。

電圧センサ１４２は、電流コイル１４０ａ，１４０ｂ，１４０ｃの電圧をそれぞれ表す電圧測定信号を生成することができる、またはそのように構成される回路を含む。各電圧センサ１４２は、各電流コイル１４０ａ，１４０ｂ，１４０ｃに連結される分圧器（不図示）を適宜含んでもよい。このような電圧センサ１４２は、従来から知られている。電圧センサ１４２は、計測部１５２に電圧測定信号を提供するために、計測部１５２のアナログ・デジタル変換器１４８に動作可能に連結される。

電流センサ１４４は、電流コイル１４０ａ，１４０ｂ，１４０ｃに対して電流を検知する関係に配置される。電流センサ１４４は、変流器を含む任意の従来型の電流センサであってよい。電流センサ１４４は、電流コイル１４０ａ，１４０ｂ，１４０ｃを通過する電流をスケールダウンしたものを生成するよう構成される。スケールダウンした電流は、それぞれ、電流測定信号を構成する。したがって、本実施形態において、電流コイル１４０ａ，１４０ｂ，１４０ｃは、電流センサ１４４と合わせて形成されるトランスの一次巻線を形成する。電流センサ１４４は、電流測定信号を計測部１５２につなぐために、アナログ・デジタル変換器１４８に電気的に接続される。

計測部１５２は、ソケット１２８，１３２，１３４の間を流れる電気エネルギーに基づいて１つまたは複数の電気および／または電気エネルギー消費値を検出し、測定し、決定することにより、計測データまたは消費データを生成するよう構成される任意の適切な（１つまたは複数の）回路である。計測部１５２は、アナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器１４８と処理回路１５０とを含む。Ａ／Ｄ変換器１４８は、電圧センサ１４２から電圧測定信号を受信し、電流センサ１４４から電流測定信号を受信するよう動作可能に連結される。アナログ・デジタル変換器１４８は、処理回路１５０によって計測データを生成するために処理される、対応するデジタル測定信号を生成する、よう構成される。

続けて図１を参照すると、ユーティリティメータ１２４は、電源１７０、メモリ１８０、送受信器１８４、およびディスプレイ１８８をさらに含む。電源１７０は、少なくともアナログ・デジタル変換器１４８と処理回路１５０、好ましくは送受信器１８４、ディスプレイ１８８、およびメモリ１８０への電力供給に適した電気出力を生成する。電源１７０は、少なくとも１の電力線（図１では１０８ａ）に動作可能に連結されて、そこから電力を生成する。

サービススイッチ１７２は、図示された実施形態では三相サービススイッチとして示されており、回線経路１４６と計測部１５２とに動作可能に連結され、閉状態（第１動作状態）および開状態（第２動作状態）に設定可能である。閉状態では、サービススイッチ１７２は、回線経路１４６ａ，１４６ｂ，１４６ｃのそれぞれに閉回路を形成するよう構成される。各閉回路は、電力線１０８，１１６、および電流コイル１４０を介してソース１０４から負荷１１２への電力伝達を可能とする。三相システムにおいて、三相サービススイッチ１７２が閉状態のとき、３つの線間電圧は全て負荷１１２に印加される。開状態では、サービススイッチ１７２は、回線経路１４６ａ，１４６ｂ，１４６ｃのそれぞれに開回路を形成するよう構成される。各開回路は、電力線１０８，１１６、および電流コイル１４０を介したソース１０４から負荷１１２への電力伝達を妨げる。三相システムにおいて、三相サービススイッチ１７２が開状態のとき、３つの線間電圧は負荷１１２から絶縁される。

サービススイッチ１７２は、負荷１１２への電力を制御可能に切断または再接続するよう構成されるリレーまたはその他任意の適切な装置を含む。図示された実施形態では、サービススイッチ１７２は、負荷１１２への三相電力を接続および切断するよう構成されるものとして示されている。また、場合によっては、サービススイッチ１７２は、開状態と閉状態の間の電子機械スイッチの接点を操作するモータまたはソレノイドを含む。図１の三相システムの一例において、サービススイッチ１７２は、３つの独立したリレーまたはその他の適切な装置を含んでもよい。特に、計測部１５２は、負荷１０４に関連付けられた顧客の支払い状況および負荷の消費レベルに基づいてサービススイッチ１７２の状態を制御するよう、適切に構成することができる。サービススイッチ１７２は、モータ等の三相負荷（負荷１１２）へのダメージを防ぐため、三相全てを同時に開状態または閉状態にするよう構成される。したがって、サービススイッチは、個々の線間電圧制御または個々の位相制御を行うようには構成されていない。

メモリ１８０は、計測部１５２に作動可能に連結され、計測部によって生成された計測データを保存するよう構成される。加えて、メモリ１８０は、後述する方法５００（図５）に従ってユーティリティメータ１２４を操作するためのプログラムデータ、および計測部１５２によって用いられるまたは生成されるその他任意の電子データを保存するよう構成される。本明細書では、メモリ１８０は、非一時的な機械読取可能な記録媒体ともされる。

送受信器１８４は、計測部１５２に動作可能に連結されており、電気データをソース１０４および／または外部ユニット（不図示）に送信し、電気データをソースおよび／または外部ユニットから受信するよう構成される。一実施形態では、送受信器１８４は、ＲＦ信号を送受信する無線周波（「ＲＦ」）送受信器である。別の実施形態では、送受信器１８４は、ＡＭＲネットワークおよび／またはその他の適切な装置へデータを送信するよう構成される自動メータ読み取り（ＡＭＲ）通信モジュールを含む。また、送受信器１８４は、インターネットを介した有線または無線接続でのデータ通信ができるよう構成することができる。別の実施形態では、送受信器１８４は、電力線通信、電話回線通信、またはその他の通信手段等、当技術分野で用いられる様々な手段のいずれかにより外部装置またはソース１０４と通信するよう構成される。

ディスプレイ１８８は、計測部１５２に動作可能に連結され、ユーティリティメータ１２４に関連付けられたデータを視覚的にわかりやすい形で表示するよう構成される。例えば、ディスプレイ１８８は、計測部１５２によって生成された計測データや、監視部１９２によって判断されたサービススイッチ１７２の状態を表示するよう構成されてもよい。ディスプレイ１８８は、例えば液晶ディスプレイユニット等、任意の望ましいディスプレイ装置である。

三相監視部として示される監視部１９２は、計測部１５２、および各回線経路１４６ａ，１４６ｂ，１４６ｃに動作可能に連結されている。監視部１９２は、負荷１１２における線間電圧の有無を検出し、負荷１１２における線間電圧の不在の検出に応答して開回路信号（第１出力信号）を生成し、負荷１１２における線間電圧の存在の検出に応答して閉回路信号（第２出力信号）を生成するよう構成される。負荷１１２における線間電圧の有無の検出を容易にするために、監視部１９２は、サービススイッチ１７２が開状態にあるときでも監視部１９２が負荷１１２の各相と電気的に接続されるように、サービススイッチ１７２の負荷側（サービススイッチ１７２と負荷１１２の間）に接続される。監視部１９２は、三相サービススイッチ１７２の三相全てが開状態にあるときにのみ、開回路信号を生成するよう構成される。また、監視部１９２は、三相サービススイッチ１７２の三相全てが閉状態にあるときにのみ、閉回路信号を生成するよう構成される。

図示された実施形態では、監視部１９２は、２つの独立したデジタル電気出力部２４４，２４８を含み、このデジタル電気出力部はそれぞれ計測部１５２の対応するデジタル入力部に接続されるよう構成される。出力部２４４，２４８は、それぞれ閉回路信号および開回路信号をデジタル信号（論理信号）として伝達する。特に、監視部１９２は、出力部２４４で閉回路信号をデジタル高（論理「１」）として生成するよう構成される。監視部１９２が閉回路信号を生成しないとき、出力部２４４はデジタル低（論理「０」）を伝達する。また、監視部１９２は、出力部２４８で開回路信号をデジタル低（論理「０」）として生成するよう構成される。開回路信号が生成されないとき、出力部２４８はデジタル高（論理「１」）を伝達する。したがって、計測部１５２は、監視部１９２のデジタル出力２４４，２４８を監視することにより、最終的にサービススイッチ１７２の動作状態を判断するよう構成される。

図示された実施形態では、監視部１９２は、負荷側ＡＣ電圧を表す３つのアナログ信号を検知し、後にさらに詳細に説明するように「成功裏に開状態」、「成功裏に閉状態」、「不成功の開状態」、「不成功の閉状態」を表すデジタル制御信号を生成する。したがって、監視部１９２は、アナログ信号をサンプリングして三相サービススイッチ１７２の状態を判断するという負荷から、処理部１５０を解放する。

図２に示すように、監視部１９２の例示的実施形態は、３つの分圧器２１８ａ，２１８ｂ，２１８ｃと、３つの交差検出回路２２０ａ，２２０ｂ，２２０ｃと、３つのピーク検出器２２４ａ，２２４ｂ，２２４ｃと、論理ＡＮＤ回路２２８と、論理ＯＲ回路２３２とを含む。

分圧器２１８ａは、Ａ相線間電圧回線経路１４６ａに動作可能に連結され、分圧電圧信号Ａｖを伝達する電圧出力部２１９ａを含む。分圧器２１８ｂは、Ｂ相線間電圧回線経路１４６ｂに動作可能に連結され、分圧電圧信号Ｂｖを伝達する電圧出力部２１９ｂを含む。同様に、分圧器２１８ｃは、Ｃ相線間電圧回線経路１４６ｃに動作可能に連結され、分圧電圧信号Ｃｖを伝達する電圧出力部２１９ｃを含む。分圧器２１８ａ，２１８ｂ，２１８ｃは、それぞれ、線間電圧レベル（または線間電圧の電圧表示）を低電圧または低減したライン信号に変換するよう構成される。各低減ライン信号は、以下にさらに詳細に説明するように、所定の大きさのＤＣ電圧（ＤＣバイアス電圧）に重畳されて分圧電圧信号Ａｖ，Ｂｖ，Ｃｖを形成する。分圧器２１８ａは、交差検出回路２２０ａに分圧電圧信号Ａｖを供給するよう動作可能に接続され、分圧器２１８ｂは、交差検出回路２２０ｂに分圧電圧信号Ｂｖを供給するように動作可能に接続され、分圧器２１８ｃは、交差検出回路２２０ｃに分圧電圧信号Ｃｖを供給するように動作可能に接続される。言うまでも無く、実施形態によっては、分圧器２１８ａ，２１８ｂ，２１８ｃは、図１の電圧センサ１４２として用いてもよい。

図２を再度参照すると、交差検出回路２２０ａは、パルス信号Ａｐ（矩形波形ともいう）を伝達するパルス出力部２３６ａを含む。交差検出回路２２０ａは、分圧電圧信号Ａｖを表すものを基準電圧信号と比較し、分圧電圧Ａｖを表す信号が基準電圧信号未満であることに応答してパルス出力２３６ａのパルスを生成する。一実施形態では、基準電圧信号は、ＤＣバイアス電圧未満となるよう選択される。実際には、基準電圧は負荷側電圧閾値であり、例示的実施形態においてその大きさは等価の４０Ｖｒｍｓの負荷側電圧閾値に相関する。よって、交差検出回路２２０ａは、基準電圧未満である対応する負荷側電圧を「論理０」と解釈し基準電圧を超える負荷側電圧を「論理１」と解釈する。監視システム１００に電圧閾値を導入することにより、電気ノイズおよびライン側電圧帰還経路が存在する場合の開スイッチ（開回路）検出の信頼性が向上する。

交差検出回路２２０ｂはパルス出力部２３６ｂを含み、基準電圧信号に対して分圧器２１８ｂによって生成された分圧電圧信号Ｂｖに基づいて、対応するパルス信号Ｂｐを生成するよう構成される。交差検出回路２２０ｃはパルス出力部２３６ｃを含み、基準電圧信号に対して分圧器２１８ｃによって生成された分圧電圧信号Ｃｖに基づいて、対応するパルス信号Ｃｐを生成するよう構成される。

ピーク検出器２２４ａは、ピーク出力部２４０ａを含み、交差検出回路２２０ａにより生成されたパルス信号Ａｐに応答して、ピーク出力部２４０ａでピーク信号Ａｋを生成するよう構成される。ピーク信号Ａｋは、パルス信号Ａｐのピーク値に基づいている。同様に、ピーク検出器２２４ｂはピーク出力部２４０ｂを含み、交差検出回路２２０ｂにより生成されたパルス信号Ｂｐに応答して、ピーク出力部２４０ｂでピーク信号Ｂｋを生成するよう構成される。ピーク検出器２２４ｃも、ピーク出力部２４０ｃを含み、交差検出回路２２０ｃにより生成されたパルス信号Ｃｐに応答して、ピーク出力部２４０ｃでピーク信号Ｃｋを生成するよう構成される。

論理ＡＮＤ回路２２８は、各ピーク出力部２４０ａ，２４０ｂ，２４０ｃに動作可能に連結され、ピーク検出器２２４ａ，２２４ｂ，２２４ｃによって生成されたピーク信号Ａｋ，Ｂｋ，Ｃｋに論理ＡＮＤ演算を行うよう構成される。論理ＡＮＤ回路２２８は、閉回路信号を伝達するＡＮＤ出力部２４４を含む。

論理ＯＲ回路２３２は、各ピーク出力部２４０ａ，２４０ｂ，２４０ｃに動作可能に連結され、ピーク検出器２２４ａ，２２４ｂ，２２４ｃによって生成されたピーク信号Ａｋ，Ｂｋ，Ｃｋに論理ＯＲ演算を行うよう構成される。論理ＯＲ回路２３２は、開回路信号を伝達するＯＲ出力部２４８を含む。

図３に、監視部１９２のＡ相分岐の例示的実施形態のさらに詳細を示す。図３を参照すると、分圧器２１８ａは、低減ライン信号を生成するよう構成された抵抗器Ｒ１およびＲ２を含む。Ｒ１およびＲ２の公称値の例は、それぞれ、１ＭΩおよび２ｋΩである。低減ライン信号は、回線経路１４６ａが伝達する線間電圧の約０．２％のＡＣ信号である。低減ライン信号は、電圧ソースＶＤＤにより生成されたＤＣ電圧に重畳されて、分圧電圧信号Ａｖとなる。本例示的実施形態における電圧ソースＶＤＤは約３．３Ｖであり、これは抵抗器Ｒ２と公称値が１０３３ｐＦである並列接続されたキャパシタＣ１とに印加される。よって、分圧電圧信号Ａｖは、電圧ソースＶＤＤの大きさによって直流バイアスされたＡＣ信号である。分圧器２１８ａは、高電圧スパイクから監視部１９２を保護するよう構成されるクランプダイオードであるダイオードＤ１をさらに含む。

分圧電圧信号Ａｖは、交差検出回路２２０ａにＡＣ連結されている。特に、公称値が０．１μＦのキャパシタＣ２が、分圧電圧信号Ａｖを交差検出回路２２０ａにＡＣ連結するために設けられる。分圧電圧信号ＡｖのＡＣ成分のみが、連結信号ＡｃｏｕｐとしてキャパシタＣ２を通過する。抵抗器Ｒ３およびＲ４は、連結信号ＡｃｏｕｐをＤＣバイアス電圧に重畳して、分圧電圧信号Ａｖに類似の、ただしＤＣバイアス電圧によってＤＣバイアスされたＤＣバイアスＡｂｉａｓ信号を形成する別の分圧器を形成する。抵抗器Ｒ３およびＲ４は、ＤＣバイアス電圧の大きさを定める。一実施形態において、抵抗器Ｒ３およびＲ４は、ＤＣバイアス電圧が約０．８５Ｖとなるように、それぞれ公称値が２８７ｋΩおよび１００ｋΩとなっている。したがって、Ａｂｉａｓ信号は、ＤＣバイアス電圧を交互に超えたり下回ったりする正弦波信号である。（図４参照）。

交差検出回路２２０ａは比較器Ｕ１を含む。この比較器Ｕ１は、反転入力（負の入力）、非反転入力（正の入力）、および交差検出回路２２０ａの出力である出力を含む。反転入力は、公称値が１０ｋΩの直列接続された抵抗器Ｒ５を通過した後のＡｂｉａｓ信号を受信するよう構成される。公称値が３３ｐＦであるキャパシタＣ３は、抵抗器Ｒ５と比較器Ｕ１の非反転入力との間に接続され、直流接地される。

比較器Ｕ１の非反転入力は、抵抗器Ｒ６、Ｒ７、およびＲ８に連結される。抵抗器Ｒ６は、公称値が３１８ｋΩであり、さらに電圧ソースＶＤＤに連結される。抵抗器Ｒ７は、公称電圧が１００ｋΩであり、直流接地に連結されている。キャパシタＣ４は、公称値が３３０ｐＦであり、抵抗器Ｒ７に並列に連結されている。抵抗器Ｒ８は、この例での公称値が１ＭΩである帰還抵抗器であり、さらに比較器Ｕ１の出力に連結されている。

抵抗器Ｒ６およびＲ７は、比較器Ｕ１の非反転入力に印加されてＡｂｉａｓ信号と比較されるＤＣ基準電圧信号を定める。したがって、本例示的実施形態では、基準電圧信号は約０．７９Ｖであり、これはＤＣバイアス電圧の０．８５Ｖよりも小さい。

比較器Ｕ１は、電圧ソースＶＤＤに接続されるポジティブレールと、直流接地に接続されるネガティブレールとを含む。公称値が１μＦのキャパシタＣ５は、ポジティブレールおよび直流接地に接続されている。

交差検出回路２２０ａは、さらに、本例では公称値が１ｋΩであって電圧ソースＶＤＤと比較器Ｕ１の出力との間に連結された抵抗器Ｒ９と、公称値が１０００ｐＦであって比較器Ｕ１の出力と直流接地との間に連結されたキャパシタＣ６とを含む。

比較器Ｕ１の出力（すなわちパルス信号Ａｐ）は、（反転入力に印加された）Ａｂｉａｓ信号が（非反転入力に印加された）基準電圧信号よりも大きいことに応答して、およそゼロ（論理「０」）となる。また、Ａｂｉａｓ信号が基準電圧信号よりも小さいことに応答して、比較器Ｕ１の出力は電圧ソースＶＤＤ（論理「１」）にほぼ等しい大きさのパルスとなる。パルス信号Ａｐはピーク検出器２２４ａに入力される。

ピーク検出器２２４ａは、ダイオードＤ２と、抵抗器Ｒ１０と、キャパシタＣ７とを含む。ダイオードＤ２は、キャパシタＣ６と抵抗器Ｒ１０との間に接続され、パルス信号Ａｐを受信するよう構成されるダイオードＤ２のアノードに方向が合わせられている。抵抗器Ｒ１０とキャパシタＣ７は、ダイオードＤ２のカソードと直流接地との間に並列に接続されている。キャパシタＣ７を通した電圧はピーク検出器２２４ａの出力であり、キャパシタＣ７が充電される電圧レベルがピーク信号Ａｋを表す。

約６０ミリ秒を超える期間のパルス出力２３６ａでのパルスの受信に応答して、キャパシタＣ７が約３．３ボルト（電圧ソースＶＤＤの大きさ）に充電され、ピーク信号Ａｋが論理「１」値を表す電圧となる。抵抗器Ｒ１０とキャパシタＣ７の値は、パルス信号Ａｐが不在であるときは所定の期間キャパシタＣ７を放電する放電時定数を与えるよう選択される。所定の期間の一例が約４７マイクロ秒であり、抵抗器Ｒ１０およびキャパシタＣ７の値の一例が、それぞれ４７．５ｋΩおよび１μＦである。よって、パルス信号Ａｐがおおよその所定の期間より長くパルスを伝達しない場合、キャパシタＣ７は徐々に放電し、ピーク信号Ａｋはほぼゼロボルトの（論理「０」）値となる。ピーク検出器２２４ａの出力はピーク信号Ａｋであり、これが論理ＡＮＤ回路２２８および論理ＯＲ回路２３２に与えられる。

監視部１９２のＢ相分岐およびＣ相分岐は、上述したＡ相分岐と略同一の構成となる。

論理ＡＮＤ回路２２８は、各ピーク信号Ａｋ，Ｂｋ，Ｃｋを受信するよう構成される３入力ＡＮＤゲートを含む。ＡＮＤゲート２８２は、各ピーク信号Ａｋ，Ｂｋ，Ｃｋが論理「１」値である場合のみ、論理「１」値をとる論理出力信号を生成するよう構成される。ＡＮＤ出力２４４の論理「１」は、閉回路信号であり、サービススイッチ１７２と負荷１１２の間の３つの回線経路１４６全てで線間電圧が検出されたこと、およびサービススイッチ１７２が閉状態であることを示す。

論理ＯＲ回路２３２は、各ピーク信号Ａｋ，Ｂｋ，Ｃｋを受信するよう構成される３入力ＯＲゲートを含む。ＯＲゲート２８６は、各ピーク信号Ａｋ，Ｂｋ，Ｃｋが論理「０」値である場合のみ、論理「０」値をとる論理出力信号を生成するよう構成される。ＯＲ出力２４８の論理「０」は、開回路信号であり、サービススイッチ１７２と負荷１１２の間の３つの回線経路１４６全てに線間電圧がないこと、およびサービススイッチ１７２が開状態であることを示す。

図４を参照すると、三相信号は引き続き監視部１９２を通過する。図４に示すように、ＤＣバイアス信号グラフ４００は、交差検出回路２２０ａ，２２０ｂ，２２０ｃへの入力（Ａｂｉａｓ信号を含む）であるＤＣバイアス信号、および一定の大きさのＤＣ電圧である基準電圧信号を示す。切断ライン２９０の左の電圧は、サービススイッチ１７２が閉構成であるときの交差検出回路２２０ａ，２２０ｂ，２２０ｃへの入力であり、切断ライン２９０の右の電圧は、サービススイッチが開構成であるときの交差検出回路２２０ａ，２２０ｂ，２２０ｃへの入力である。ＤＣバイアス信号は、ＤＣバイアス電圧を交互に超えたり下回ったりする正弦波信号である。

パルス出力グラフ４０２に示すように、パルス信号Ａｐ，Ｂｐ，Ｃｐは、ＤＣバイアス信号が基準電圧信号未満であることに応答して論理「１」をとり、ＤＣバイアス信号が基準電圧信号を超えることに応答して論理「０」をとる。Ａ相信号については、比較器Ｕ１がＡｂｉａｓ信号を基準電圧信号と比較することによりパルス信号Ａｐを形成する。他のパルス信号Ｂｐ，Ｃｐも、略同様に生成される。切断ライン２９０の後の時点で、パルス信号Ａｐ，Ｂｐ，Ｃｐは、ＤＣバイアス電圧が基準電圧信号を超えることに応答して、ゼロボルト（論理「０」）のままである。

次に、ピーク出力グラフ４０６では、パルス出力部２３６ａ，２３６ｂ，２３６ｃが規則的な流れのパルスを伝達する限り、パルス信号Ａｐ，Ｂｐ，Ｃｐの帯電効果がピーク信号Ａｋ，Ｂｋ，Ｃｋを論理「１」に維持することが示される。ピーク信号Ａｋ，Ｂｋ，Ｃｋは、対応するＤＣバイアス信号の「正の半サイクル」では大きさが徐々に減少するが、論理「１」のままである。切断ライン２９０の後は、ピーク信号Ａｋ，Ｂｋ，Ｃｋの大きさが減少し、遷移ライン２９４でピーク信号Ａｋ，Ｂｋ，Ｃｋがそれぞれ論理「１」から論理「０」へと遷移する。

論理ゲート図は、サービススイッチ１７２が開状態および閉状態に設定されるときのＡＮＤ出力２４４およびＯＲ出力２４８を示している。閉回路信号は、遷移ライン２９４の左にＡＮＤ出力２４４が伝達する論理「１」として示されているが、これは３つの回線経路１４６全てで線間電圧が検出された（監視された）ことを表し、サービススイッチ１７２が閉構成であることが確認される。ＡＮＤ出力２４４が伝達する論理「０」から明らかなように、閉回路信号は遷移ライン２９４の右には生成されない。開回路信号は、遷移ライン２９４の右にＯＲ出力２４８が伝達する論理「０」信号として示されているが、これは３つの回線経路１４６全てに線間電圧が無いことを表し、サービススイッチ１７２が開構成であること、またはソース１０４で停電が発生していることが確認される。ＯＲ出力２４８が伝達する論理「１」から明らかなように、開回路信号は遷移ライン２９４の左には生成されない。

図５のフローチャートは、監視部１９２を用いてサービススイッチ１７２の状態を判断する方法５００を説明する。ブロック５０４において、割り込みによって、メモリ１８０に保存された方法５００に対応するサブルーチンを計測部１５２の処理回路１５０に実行させる。

ブロック５０８において、計測部１５２は、負荷１１２をソース１０４から切断するべきかどうかを判断する。このため、計測部１５２は、所望の接続状態を判断するために、メモリ１８０に保存された特定のデータを参照する。一実施形態において、計測部１５２は、メモリ１８０に保存された所望の接続状態を示すフラグを用いる。通常、ソース１０４は、所望の接続状態を示すデータを含む電気信号を計測部１５２に（遠隔でまたは直接に）送信する。

次に、計測部１５２が三相負荷１１２をソース１０４から切断するべきであると判断した場合、計測部１５２は、ブロック５１０において、ＯＲ出力２４８での開回路信号の生成について監視部１９２を監視することによりサービススイッチ１７２が開状態であるかどうかを判断する。計測部１５２が開回路信号を検出した場合、計測部１５２は、三相サービススイッチが開状態にあると判断し、次の割り込み（ブロック５０４）まで方法５００を停止する。しかしながら、計測部１５２が閉回路信号を検出した場合、計測部１５２は、三相サービススイッチ１７２の少なくとも１つの相が不必要に閉状態となっていると判断する。

ブロック５１２において、計測部１５２は、サービススイッチを開状態に遷移させるために、サービススイッチ１７２に切断信号を送信する。通常の動作状態では、サービススイッチ１７２は、切断信号の受信に応答して開状態になり、これにより負荷１１２をソース１０４から電気的に切断する。

ブロック５１６において、計測部１５２は、三相サービススイッチ１７２が成功裏に開状態に入ったかどうかを判断するために、再び開回路信号の生成について三相監視部１９２を監視する。サービススイッチ１７２が適切に動作している場合、計測部１５２は、開回路信号を検出して、サービススイッチが成功裏に開状態に入ったと判断し、このとき、計測部１５２は次の割り込み（ブロック５０４）まで方法５００を停止する。しかしながら、計測部１５２が閉回路信号を検出した場合、計測部１５２はサービススイッチ１７２が成功裏には開状態にならなかったと判断する。

ブロック５２０において、サービススイッチ１７２が開状態にならなかったことの検出に応答して、計測回路１５２は、サービススイッチ１７２に切断信号を再送信する。

ブロック５２４で、計測部１５２は、監視部１９２によって生成される開回路信号を監視することによって、再送信した切断信号がサービススイッチ１７２を開状態にしたかどうかをチェックする。開回路信号が検出されれば、計測部１５２は、再送信した切断信号がサービススイッチ１７２を開状態にしたと判断し、計測部は、次の割り込み（ブロック５０４）まで方法５００を停止する。しかしながら、閉回路信号が検出されれば、計測部１５２は、再送信した切断信号はサービススイッチ１７２を開状態にしなかったと判断し、ブロック５２８に示すように、計測部１５２は、サービススイッチが開状態にならなかったことを示すサービス切断信号を生成する。

一実施形態において、ブロック５２８で生成されたサービス切断信号は、送受信器１８４を介してソース１０４または別の装置に送信される電子信号である。加えて、サービス切断信号は、ディスプレイ１８８の照明部分であってもよく、技術者に潜在的な問題について視覚的に警告する。別の実施形態では、サービス切断信号は、当業者にとって望ましいその他の任意のタイプの信号である。

ブロック５０８を再度参照すると、監視部１５２が負荷１１２をソースから切断するべきではないと判断した場合、計測部は、ブロック５３２に示すように、サービススイッチ１７２が閉状態にあることを確認する。

ブロック５３２において、計測部１５２は、サービススイッチ１７２が閉状態にあることを判断するために、ＡＮＤ出力２４４での閉回路信号の生成を監視する。計測部１５２が閉回路信号を検出した場合、計測部１５２は、次の割り込み（ブロック５０４）まで方法５００を停止する。しかしながら、計測部１５２が開回路信号を検出した場合、計測部１５２は、三相サービススイッチ１７２の少なくとも１つの相が不必要に開状態となっていると判断する。

ブロック５３６において、計測部１５２は、サービススイッチ１７２を閉状態にするために、サービススイッチ１７２に接続信号を送信する。通常の動作状態では、サービススイッチ１７２は、接続信号の受信に応答して閉状態になり、これにより負荷１１２がソース１０４に電気的に接続される。

ブロック５４０において、計測部１５２は、再び監視部１９２を用い、閉回路信号についてＡＮＤ出力２４４をチェックすることによって、サービススイッチ１７２が成功裏に閉状態に入ったかどうかを判断する。計測部１５２が閉回路信号を検出した場合、計測部１５２は、次の割り込み（ブロック５０４）まで方法５００を停止する。しかしながら、計測部１５２が開回路信号を検出した場合、計測部１５２はサービススイッチ１７２が閉状態にならなかったと判断する。

ブロック５４４において、サービススイッチ１７２が閉状態にならなかったことの検出に応答して、計測回路１５２は、サービススイッチ１７２に接続信号を再送信する。

ブロック５４８で、計測部１５２は、再送信した接続信号がサービススイッチ１７２を閉状態にしたかどうかをチェックする。ブロック５４０と同様に、計測部１５２は、ＡＮＤ出力２４４が伝達する閉回路信号をチェックする。閉回路信号が検出された場合、計測部１５２は、再送信した接続信号がサービススイッチ１７２を閉状態にしたと判断し、計測部は、次の割り込み（ブロック５０４）まで方法５００を停止する。しかしながら、開回路信号が検出された場合、計測部１５２は、再送信した接続信号はサービススイッチ１７２を閉状態にしなかったと判断し、ブロック５５２に示すように、サービススイッチ１７２が閉状態にならなかったことを示すサービス接続信号を生成する。

一実施形態において、ブロック５５２で生成されたサービス接続信号は、送受信器１８４を介してソース１０４または別の装置に送信された電子信号である。加えて、サービス接続信号は、ディスプレイ１８８の照明部分の形態であってもよく、技術者に潜在的な問題について視覚的に警告する。別の実施形態では、サービス接続信号は、当業者にとって望ましいその他の任意のタイプの信号である。

ユーティリティメータ１２４は、２つの信号線２４４，２４８のみのデジタル出力を監視部１９２から監視することにより、計測部１５２がサービススイッチ１７２の状態を迅速かつ容易に判断することを可能にする。加えて、ＯＲ出力２４８はサービススイッチが開状態にあるときのみ開回路信号を伝達し、ＡＮＤ出力２４４はサービススイッチが閉状態にあるときのみ閉回路信号を伝達するため、２つの独立した出力線２４４，２４８は、計測部１５２が最終的にサービススイッチ１７２の動作状態を判断することを可能にする。

上記の説明および図面において本開示を詳細に説明したが、これは事例説明とみなされるものであり、限定的な性質のものではない。言うまでも無く、好適な実施形態のみが提示されており、本開示の精神の範囲におけるあらゆる変更、修正、およびさらなる応用が保護されるべきものである。

Claims (13)

1. ユーティリティメータに使用する装置であって、
   電気エネルギーソースを負荷に使用可能につなぐ３つの回線経路と、
   前記３つの回線経路に動作可能に連結され、（ｉ）前記３つの回線経路に開回路が形成される開状態と、（ｉｉ）前記３つの回線経路に閉回路が形成される閉状態とに設定可能なサービススイッチと、
   前記負荷と前記サービススイッチとの間で前記３つの回線経路に動作可能に連結され、前記負荷における電圧の有無を検出するよう構成される監視部であって、さらに（ｉ）前記負荷における電圧の不在の検出に応答して開回路信号を生成し、（ｉｉ）前記負荷における電圧の存在の検出に応答して閉回路信号を生成するよう構成される監視部と、
   前記閉回路信号を受信できるように動作可能に接続され、前記負荷が前記電気エネルギーソースから切断されている状態にあるべきではないとの判断に対応して前記閉回路信号が検出されているか否かを判断するように構成されている計測部と、を備え、
   前記監視部は、前記３つの回線経路が全て開状態である時だけ前記開回路信号を生成し、前記３つの回線経路が全て閉状態である時だけ前記閉回路信号を生成するように構成されている装置。
2. 請求項１に記載の装置であって、
   前記監視部は、前記少なくとも１の回線経路の３つの回線経路のそれぞれに動作可能に連結され、さらに、前記３つの回線経路のそれぞれについて、前記負荷における電圧の有無を検出するよう構成される、装置。
3. 請求項１または２に記載の装置であって、
   前記監視部は、前記開回路信号を伝達するよう構成される第１信号線と、前記閉回路信号を伝達するよう構成される第２信号線とを含む、装置。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の装置であって、前記監視部が、
   前記負荷における第１線間電圧に対応する第１電気信号を受信するよう動作可能に接続された第１交差検出器と、
   前記負荷における第２線間電圧に対応する第２電気信号を受信するよう動作可能に接続された第２交差検出器と、
   前記第１交差検出器に動作可能に接続され、前記第１交差検出器の出力信号に基づいて第１ピーク信号を生成するよう構成される第１ピーク検出回路と、
   前記第２交差検出器に動作可能に接続され、前記第２交差検出器の出力信号に基づいて第２ピーク信号を生成するよう構成される第２ピーク検出回路と、
   前記第１および第２ピーク検出回路に動作可能に接続され、前記第１および第２ピーク信号のそれぞれが所定値未満であることに応答して前記開回路信号を生成するよう構成される第１論理回路とを備える装置。
5. 請求項４に記載の装置であって、
   前記監視部は、さらに、前記負荷における第３線間電圧に対応する第３電気信号を受信するよう動作可能に接続された第３交差検出器と、前記第３交差検出器に動作可能に接続され、前記第３交差検出器の出力信号に基づいて第３ピーク信号を生成するよう構成される第３ピーク検出回路とを備え、
   前記第１論理回路は、前記第３ピーク検出回路に動作可能に接続され、前記第１、第２、および第３ピーク信号のそれぞれが前記所定値未満であることに応答して前記開回路信号を生成するよう構成される装置。
6. 請求項４に記載の装置であって、
   前記第１および第２ピーク検出回路に動作可能に接続され、前記第１および第２ピーク信号のそれぞれが前記所定値以上であることに応答して前記閉回路信号を生成するよう構成される第２論理回路をさらに備え、
   前記第１論理回路は、論理ＯＲ回路を含み、
   前記第２論理回路は、論理ＡＮＤ回路を含む、装置。
7. ユーティリティメータの操作方法であって、
   サービススイッチによって、電気エネルギーソースを負荷に使用可能につなげる３つの回線経路に開回路を形成することにより、前記負荷を前記電気エネルギーソースから切断するステップと、
   前記サービススイッチによって、前記３つの回線経路に閉回路を形成することにより、前記負荷を前記電気エネルギーソースに接続するステップと、
   前記３つの回線経路の各々における電圧の有無を検出するステップと、
   前記３つの回線経路の全てにおける電圧の不在の検出に応答して開回路信号を生成するステップと、
   前記３つの回線経路の全てにおける電圧の存在の検出に応答して閉回路信号を生成するステップと、
   前記負荷が前記電気エネルギーソースから切断されている状態にあるべきではないとの判断に対応して前記閉回路信号が生成されているか否かを判断するステップと、を含む、方法。
8. 請求項７に記載の方法であって、さらに、
   第１信号線に前記開回路信号を供給するステップと、
   前記第１信号線から独立した第２信号線に前記閉回路信号を供給するステップとを含む、方法。
9. 請求項７又は８に記載の方法であって、さらに、
   前記サービススイッチに動作可能に接続された計測部により、切断信号を前記サービススイッチに送信するステップと、
   前記計測部により、接続信号を前記サービススイッチに送信するステップと、
   前記計測部で前記開回路信号を検出することにより、前記切断信号が前記サービススイッチに、前記少なくとも１の回線経路において前記開回路を形成させたと判断するステップと、
   前記計測部で前記閉回路信号を検出することにより、前記接続信号が前記サービススイッチに、前記少なくとも１の回線経路において前記閉回路を形成させたと判断するステップとを含む、方法。
10. 請求項９に記載の方法であって、さらに
    前記切断信号の前記サービススイッチへの送信後に前記計測部が前記閉回路信号を検出した場合、前記切断信号を前記サービススイッチに再送信するステップと、
    前記接続信号の前記サービススイッチへの送信後に前記計測部が前記開回路信号を検出した場合、前記接続信号を前記サービススイッチに再送信するするステップとを含む、方法。
11. 請求項１０に記載の方法であって、さらに
    前記切断信号の再送信後に前記計測部が前記閉回路信号を検出した場合、前記計測部でサービス切断信号を生成するステップと、
    前記接続信号の再送信後に前記計測部が前記開回路信号を検出した場合、前記計測部でサービス接続信号を生成するステップとを含む、方法。
12. 請求項７から１１のいずれかに記載の方法であって、さらに
    第１交差検出器により、前記負荷における第１線間電圧に対応する第１電気信号に電圧交差を検出するステップと、
    第２交差検出器により、前記負荷における第２線間電圧に対応する第２電気信号に電圧交差を検出するステップと、
    前記第１交差検出器に動作可能に接続された第１ピーク検出回路により、前記第１交差検出器の出力信号に基づいて、第１ピーク信号を生成するステップと、
    前記第２交差検出器に動作可能に接続された第２ピーク検出回路により、前記第２交差検出器の出力信号に基づいて、第２ピーク信号を生成するステップと、
    前記第１および第２ピーク信号が所定値未満である場合、前記第１および第２ピーク検出回路に動作可能に接続された第１論理回路によって前記開回路信号を生成するステップと、
    前記第１および第２ピーク信号が前記所定値以上である場合、前記第１および第２ピーク検出回路に動作可能に接続された第２論理回路によって前記閉回路信号を生成するステップとを含む、方法。
13. 請求項１２に記載の方法であって、さらに
    前記第１論理回路の論理ＡＮＤ回路の出力で前記閉回路信号を生成するステップと、
    前記第２論理回路の論理ＯＲ回路の出力で前記開回路信号を生成するステップとを含む、方法。

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