JP7049183B2 - 電力量計および電気機器 - Google Patents

Description

本発明は、電路を開閉するための複数の開閉器を備える電力量計および電気機器に関する。

従来、電路を開閉するための複数の開閉器を備え、複数の開閉器を閉状態から開状態にすることで電路を遮断する電気機器において、最初に閉状態から開状態にする開閉器を切り替えることで、開閉器の接点の劣化を抑制する技術が知られている。

例えば、特許文献１には、直流の電路に２つの開閉器が直列に設けられた電気機器において、開閉器を閉状態から開状態にする閉制御の所定回数毎または所定時間毎に、２つの開閉器のうち最初に閉状態から開状態にする開閉器を交互に切り替える技術が提案されている。

特開２０１６－１７１０４３号公報

しかしながら、開閉器を介して流れる電流の変動が大きい場合、開閉器を閉状態から開状態にするタイミングによって開閉器の接点にかかる負荷も大きくばらつく。そのため、上記従来の技術では、開閉器を介して流れる電流の変動が大きい場合、複数の開閉器間における接点の劣化のばらつきが大きくなる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、複数の開閉器間における接点の劣化のばらつきを抑制することができる電力量計を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の電力量計は、電路を開閉する複数の開閉器と、電流検出部と、演算部と、開閉器制御部とを備える。電流検出部は、電路の電流を検出する。演算部は、各開閉器の閉状態から開状態への駆動前または駆動中に電流検出部によって検出される電流に基づいて、各開閉器の接点の劣化度を演算する。開閉器制御部は、各開閉器の接点の劣化度に基づいて、複数の開閉器のうち最初に閉状態から開状態へ駆動する開閉器を決定し、決定結果に基づいて複数の開閉器を駆動する。開閉器制御部は、複数の開閉器のうち劣化度が閾値以上大きい開閉器を最初に閉状態から開状態へ駆動する開閉器として決定し、劣化度が大きくなるほど閾値を小さくする。

本発明によれば、複数の開閉器間における接点の劣化のばらつきを抑制することができる、という効果を奏する。

本発明の実施の形態１にかかる電力量計の構成の一例を示す図 実施の形態１にかかる電力量計の制御部の動作の一例を示すフローチャート 実施の形態１にかかる電力量計の劣化度演算部による劣化度演算処理の一例を示すフローチャート 実施の形態１にかかる電力量計の開閉器制御部による開処理の一例を示すフローチャート 実施の形態１にかかる電力量計の開閉器制御部による遅れ力率の場合の開処理を説明するための図 実施の形態１にかかる電力量計の開閉器制御部による進み力率の場合の開処理を説明するための図 実施の形態１にかかる電力量計の制御部のハードウェア構成の一例を示す図 本発明の実施の形態２にかかる電力量計の構成の一例を示す図 実施の形態２にかかる電力量計の制御部の動作の一例を示すフローチャート 実施の形態２にかかる電力量計の劣化度演算部による劣化度演算処理の一例を示すフローチャート

以下に、本発明の実施の形態にかかる電力量計および電気機器を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。以下においては、電気機器の一例として、電力量計を挙げて説明するが、電気機器は、電力量計に限定されず、電路を開閉するための複数の開閉器を備え、電路を閉状態から開状態にする際に、複数の開閉器を閉状態から開状態にする機器であればよい。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる電力量計の構成の一例を示す図である。図１に示す電力量計１００は、電源と負荷との間に接続され、単相２線式の電路で電源から負荷へ供給される交流電力の電力量を計測する。また、電力量計１００は、電路を閉状態にすることで負荷を電源に接続したり、電路を開状態にすることで負荷から電源を遮断したりすることができる。かかる電力量計１００は、例えば、スマートメーターと呼ばれる電子式電力量計であるが、スマートメーター以外の電力量計であってもよい。

図１に示すように、電力量計１００は、電源側端子１Ｓ，２Ｓと、負荷側端子１Ｌ，２Ｌと、導電線３，４と、第１の開閉器５ａと、第２の開閉器５ｂと、電流検出部６と、電圧検出部７と、第１の駆動回路８ａと、第２の駆動回路８ｂと、制御部２０とを備える。なお、図示しないが、電力量計１００には、制御部２０によって計測された使用電力量を表示する表示部、および外部の装置と無線または有線によって互いに情報を送受信する通信部なども備えている。

電源側端子１Ｓ，２Ｓは、電源に接続される。負荷側端子１Ｌ，２Ｌは、負荷に接続される。導電線３は、電源側端子１Ｓと負荷側端子１Ｌとの間の電路の一部を構成する。導電線４は、電源側端子２Ｓと負荷側端子２Ｌとの間の電路の一部を構成する。

第１の開閉器５ａは、導電線３を構成する導電線３ａ，３ｂ間に設けられ、導電線３ａと導電線３ｂとの電気的な接続および電気的な遮断を行う。また、第２の開閉器５ｂは、導電線４を構成する導電線４ａ，４ｂ間に設けられ、導電線４ａと導電線４ｂとの電気的な接続および電気的な遮断を行う。

第１の開閉器５ａおよび第２の開閉器５ｂは、電磁コイルと接点とを有するリレーであり、例えば、ラッチングリレーである。なお、第１の開閉器５ａおよび第２の開閉器５ｂは、接点を有する構成であればよく、電磁コイルを有するリレーに限定されない。なお、以下において、第１の開閉器５ａおよび第２の開閉器５ｂの各々を区別せずに示す場合、開閉器５と記載する場合がある。

電流検出部６は、導電線３に流れる電流ｉを検出する。電流検出部６は、例えば、導電線３に流れる電流を、導電線３に流れる電流ｉよりも小さな電流の信号である電流信号に変換する変流器と、かかる変流器から出力される電流信号を電圧の信号である電圧信号に変換する変換回路とを備える。

電圧検出部７は、導電線３，４に接続され、導電線３，４間の電圧ｖを検出する。電圧検出部７は、例えば、導電線３，４間の電圧を、導電線３，４間の電圧ｖよりも低い電圧の信号である電圧信号に変換する変圧器を備える。

第１の駆動回路８ａおよび第２の駆動回路８ｂの各々は、導電線３，４に接続される。第１の駆動回路８ａは、制御部２０からの指令に基づき、導電線３，４から供給される電力を用いて第１の開閉器５ａを駆動する。第２の駆動回路８ｂは、制御部２０からの指令に基づき、導電線３，４から供給される電力を用いて第２の開閉器５ｂを駆動する。

例えば、第１の駆動回路８ａは、制御部２０からの第１の開閉器５ａの閉指令に基づき、開状態の第１の開閉器５ａを駆動して第１の開閉器５ａを閉状態にする。また、第１の駆動回路８ａは、制御部２０からの第１の開閉器５ａの開指令に基づき、閉状態の第１の開閉器５ａを駆動して第１の開閉器５ａを開状態にする。

第２の駆動回路８ｂは、制御部２０からの第２の開閉器５ｂの閉指令に基づき、開状態の第２の開閉器５ｂを駆動して第２の開閉器５ｂを閉状態にする。また、第２の駆動回路８ｂは、制御部２０からの第２の開閉器５ｂの開指令に基づき、閉状態の第２の開閉器５ｂを駆動して第２の開閉器５ｂを開状態にする。以下において、第１の駆動回路８ａおよび第２の駆動回路８ｂの各々を区別せずに示す場合、駆動回路８と記載する場合がある。

制御部２０は、第１の駆動回路８ａおよび第２の駆動回路８ｂへ開指令または閉指令を出力することで、第１の開閉器５ａおよび第２の開閉器５ｂを制御する。なお、制御部２０は、電路を開状態から閉状態にする場合、第１の開閉器５ａおよび第２の開閉器５ｂを開状態から閉状態にする。また、制御部２０は、電路を閉状態から開状態にする場合、第１の開閉器５ａおよび第２の開閉器５ｂを閉状態から開状態にする。

制御部２０は、ＡＤ（Analogue-to-Digital）変換器２１，２２と、演算部２３と、開閉器制御部２４とを備える。ＡＤ変換器２１は、電流検出部６から出力される電圧信号をデジタル信号に変換する。ＡＤ変換器２１によって変換されたデジタル信号には、導電線３に流れる電流ｉの瞬時値を示すデータが含まれる。ＡＤ変換器２２は、電圧検出部７から出力される電圧信号をデジタル信号に変換する。ＡＤ変換器２２によって変換されたデジタル信号には、導電線３，４間の電圧ｖの瞬時値を示すデータが含まれる。

演算部２３は、状態値演算部３１と、劣化度演算部３２とを備える。状態値演算部３１は、ＡＤ変換器２１，２２から出力されるデジタル信号に基づいて、電流実効値Ｉ、電圧実効値Ｖ、有効電力値Ｐ、力率λ、および電力量Ｗ_Ｐなどを演算する。

劣化度演算部３２は、状態値演算部３１による演算結果に基づいて、第１の開閉器５ａの接点の劣化度および第２の開閉器５ｂの接点の劣化度を演算する。例えば、劣化度演算部３２は、電流実効値Ｉ、皮相電力値Ｓ、または有効電力値Ｐに基づいて、第１の開閉器５ａの接点の劣化度および第２の開閉器５ｂの接点の劣化度を演算することができる。

以下、劣化度演算部３２によって演算される第１の開閉器５ａの接点の劣化度を第１の劣化度Ｄｅ１と記載し、劣化度演算部３２によって演算される第２の開閉器５ｂの接点の劣化度を第２の劣化度Ｄｅ２と記載する。また、第１の劣化度Ｄｅ１および第２の劣化度Ｄｅ２を各々に区別せずに示す場合、劣化度Ｄｅと記載する場合がある。

開閉器制御部２４は、電路を閉状態から開状態へ変更する場合、第１の開閉器５ａおよび第２の開閉器５ｂのうち一方を閉状態から開状態へ変更した後に、他方を閉状態から開状態へ変更する。

開閉器制御部２４は、第１の開閉器５ａおよび第２の開閉器５ｂのうちいずれの開閉器を最初に閉状態から開状態へ変更するかを、劣化度演算部３２によって演算された第１の劣化度Ｄｅ１と第２の劣化度Ｄｅ２との比較結果に基づいて、決定する。以下において、電路を閉状態から開状態へ変更する場合に、第１の開閉器５ａおよび第２の開閉器５ｂのうち最初に閉状態から開状態へ変更される開閉器を説明の便宜上「先動作開閉器」と記載する。

開閉器制御部２４は、例えば、第１の劣化度Ｄｅ１から第２の劣化度Ｄｅ２を減算した値が予め設定された閾値α以下である場合、第１の開閉器５ａを先動作開閉器に決定し、第２の劣化度Ｄｅ２から第１の劣化度Ｄｅ１を減算した値が閾値α以下である場合に、第２の開閉器５ｂを先動作開閉器に決定することができる。なお、閾値αは、正の値であるがゼロであってもよい。

図２は、実施の形態１にかかる電力量計の制御部の動作の一例を示すフローチャートである。以下において、劣化度演算部３２によって前回演算された第１の劣化度Ｄｅ１を「Ｄｅ１（ｎ－１）」と記載し、劣化度演算部３２によって今回演算される第１の劣化度Ｄｅ１を「Ｄｅ１（ｎ）」と記載する。また、劣化度演算部３２によって前回演算された第２の劣化度Ｄｅ２を「Ｄｅ２（ｎ－１）」と記載し、劣化度演算部３２によって今回演算される第２の劣化度Ｄｅ２を「Ｄｅ２（ｎ）」と記載する。なお、ｎは、２以上の整数である。

図２に示すように、制御部２０の開閉器制御部２４は、前回の先動作開閉器が第１の開閉器５ａであるか否かを判定する（ステップＳ１０）。開閉器制御部２４は、前回の先動作開閉器が第１の開閉器５ａであると判定した場合（ステップＳ１０：Ｙｅｓ）、第１の劣化度Ｄｅ１（ｎ－１）から第２の劣化度Ｄｅ２（ｎ－１）を減算した結果が閾値α以下であるか否かを判定する（ステップＳ１１）。

また、開閉器制御部２４は、ステップＳ１０において、前回の先動作開閉器が第１の開閉器５ａではないと判定した場合（ステップＳ１０：Ｎｏ）、第２の劣化度Ｄｅ２（ｎ－１）から第１の劣化度Ｄｅ１（ｎ－１）を減算した結果が閾値α以下であるか否かを判定する（ステップＳ１２）。

開閉器制御部２４は、第１の劣化度Ｄｅ１（ｎ－１）から第２の劣化度Ｄｅ２（ｎ－１）を減算した結果が閾値α以下であると判定した場合（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）、または、開閉器制御部２４は、第２の劣化度Ｄｅ２（ｎ－１）から第１の劣化度Ｄｅ１（ｎ－１）を減算した結果が閾値α以下でないと判定した場合（ステップＳ１２：Ｎｏ）、処理をステップＳ１３へ移行する。

また、開閉器制御部２４は、第１の劣化度Ｄｅ１（ｎ－１）から第２の劣化度Ｄｅ２（ｎ－１）を減算した結果が閾値α以下でないと判定した場合（ステップＳ１１：Ｎｏ）、または、第２の劣化度Ｄｅ２（ｎ－１）から第１の劣化度Ｄｅ１（ｎ－１）を減算した結果が閾値α以下であると判定した場合（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、処理をステップＳ１８へ移行する。

ステップＳ１３において、制御部２０の状態値演算部３１は、電流検出部６によって検出された電流ｉおよび電圧検出部７によって検出された電圧ｖに基づいて、電流実効値Ｉ、電圧実効値Ｖ、有効電力値Ｐ、および力率λを演算する。

次に、制御部２０の開閉器制御部２４は、第１の開閉器５ａの開処理を行う（ステップＳ１４）。かかる開処理は、導電線３，４間の電圧の位相に基づいて第１の駆動回路８ａに第１の開閉器５ａの開指令を出力する処理であり、後で詳述する。開閉器制御部２４は、ステップＳ１４の処理を終了すると、第１の開閉器５ａの開動作が完了するまで待つウェイト処理を実行する（ステップＳ１５）。かかる処理において、開閉器制御部２４は、例えば、第１の駆動回路８ａに第１の開閉器５ａの開指令を出力してから予め設定された時間が経過するまで待つことでウェイト処理を実行することができる。

開閉器制御部２４は、ステップＳ１５の処理を終了すると、第２の開閉器５ｂの開指令を第２の駆動回路８ｂへ出力する（ステップＳ１６）。そして、制御部２０の劣化度演算部３２は、状態値演算部３１の演算結果に基づいて、第１の劣化度Ｄｅ１（ｎ）を演算する（ステップＳ１７）。かかる処理は、後で詳述する。

ステップＳ１８において、開閉器制御部２４は、ステップＳ１３の処理と同様に、電流検出部６によって検出された電流ｉおよび電圧検出部７によって検出された電圧ｖに基づいて、電流実効値Ｉ、電圧実効値Ｖ、有効電力値Ｐ、および力率λを演算する。

次に、開閉器制御部２４は、第２の開閉器５ｂの開処理を行う（ステップＳ１９）。かかる開処理は、導電線３，４間の電圧の位相に基づいて第２の駆動回路８ｂに第２の開閉器５ｂの開指令を出力する処理であり、後で詳述する。開閉器制御部２４は、ステップＳ１９の処理を終了すると、第２の開閉器５ｂの開動作が完了するまで待つウェイト処理を実行する（ステップＳ２０）。かかる処理において、開閉器制御部２４は、例えば、第２の駆動回路８ｂに第２の開閉器５ｂの開指令を出力してから予め設定された時間が経過するまで待つことでウェイト処理を実行することができる。

開閉器制御部２４は、ステップＳ２０の処理を終了すると、第１の開閉器５ａの開指令を第１の駆動回路８ａへ出力する（ステップＳ２１）。次に、制御部２０の劣化度演算部３２は、状態値演算部３１の演算結果に基づいて、第２の劣化度Ｄｅ２（ｎ）を演算する（ステップＳ２２）。かかる処理は、後で詳述する。

図３は、実施の形態１にかかる電力量計の劣化度演算部による劣化度演算処理の一例を示すフローチャートである。以下において、劣化度演算部３２によって前回演算された開閉器５の接点の劣化度Ｄｅを「Ｄｅ（ｎ－１）」と記載し、今回演算される開閉器５の接点の劣化度Ｄｅを「Ｄｅ（ｎ）」と記載する。

図３に示すように、制御部２０の劣化度演算部３２は、劣化演算モードが第１のモードに設定されているか否かを判定する（ステップＳ３０）。劣化演算モードは、劣化度演算部３２による劣化度の演算方法についてのモードであり、第１モードと第２モードとがある。劣化度演算部３２は、劣化演算モードが第１のモードに設定されていると判定した場合（ステップＳ３０：Ｙｅｓ）、皮相電力値Ｓを演算する（ステップＳ３１）。ステップＳ３１において、劣化度演算部３２は、開閉器５の閉状態から開状態への駆動直前に状態値演算部３１によってステップＳ１３またはステップＳ１８で演算された電流実効値Ｉと電圧実効値Ｖとを乗算することで、皮相電力値Ｓを求める。

次に、劣化度演算部３２は、ステップＳ３１で演算された皮相電力値Ｓを劣化度Ｄｅ（ｎ－１）に加算した値を、劣化度Ｄｅ（ｎ）にする（ステップＳ３２）。このように、劣化度演算部３２は、劣化演算モードが第１のモードに設定されている場合、開閉器５の閉状態から開状態への駆動直前に得られた電圧ｖと電流ｉに基づき得られる皮相電力値Ｓの累積値によって劣化度Ｄｅ（ｎ）を求めることができる。

劣化度演算部３２は、ステップＳ３０において、劣化演算モードが第１のモードに設定されていないと判定した場合（ステップＳ３０：Ｎｏ）、劣化演算モードが第２のモードに設定されているか否かを判定する（ステップＳ３３）。

劣化度演算部３２は、劣化演算モードが第２のモードに設定されていると判定した場合（ステップＳ３３：Ｙｅｓ）、ステップＳ１３またはステップＳ１８で演算された有効電力値Ｐを劣化度Ｄｅ（ｎ－１）に加算した値を、劣化度Ｄｅ（ｎ）にする（ステップＳ３４）。このように、劣化度演算部３２は、劣化演算モードが第２のモードに設定されている場合、開閉器５の閉状態から開状態への駆動直前に得られる有効電力値Ｐの累積値によって劣化度Ｄｅ（ｎ）を求めることができる。

劣化度演算部３２は、劣化演算モードが第２のモードに設定されていないと判定した場合（ステップＳ３３：Ｎｏ）、ステップＳ１３またはステップＳ１８で演算された電流実効値Ｉを劣化度Ｄｅ（ｎ－１）に加算した値を、劣化度Ｄｅ（ｎ）にする（ステップＳ３５）。このように、劣化度演算部３２は、劣化演算モードが第１のモードおよび第２のモードではない第３のモードに設定されている場合、開閉器５の閉状態から開状態への駆動直前に得られる電流実効値Ｉの累積値によって劣化度Ｄｅ（ｎ）を求めることができる。

劣化度演算部３２は、ステップＳ３２の処理、ステップＳ３４の処理、またはステップＳ３５の処理を終了した場合、図３に示す処理を終了する。このように、劣化度演算部３２は、劣化演算モードの種別毎に異なる演算値を用いて劣化度Ｄｅを演算することができる。なお、劣化演算モードは、外部から制御部２０へ設定することができる。また、劣化度演算部３２は、劣化演算モードを複数有しない構成であってもよい。この場合、劣化度演算部３２は、皮相電力値Ｓ、有効電力値Ｐ、および電流実効値Ｉのうち１つを用いて劣化度Ｄｅを判定する。

なお、劣化度演算部３２は、開閉器５の閉状態から開状態への駆動直前の電流ｉの瞬時値の平均値に基づいて、劣化度Ｄｅを演算することもできる。例えば、劣化度演算部３２は、開閉器５の閉状態から開状態への駆動直前の数１０ｍｓの電流ｉの瞬時値の平均値の大きさを累積した値を、劣化度Ｄｅ（ｎ）にすることもできる。

また、劣化度演算部３２は、開動作時間ｔａを考慮して、電流検出部６で検出される電流ｉと電圧検出部７で検出される電圧ｖとに基づいて、閉状態の開閉器５が開状態になるタイミングでの皮相電力値Ｓ、有効電力値Ｐ、およびの予測値を演算することもできる。この場合、劣化度演算部３２は、皮相電力値Ｓ、有効電力値Ｐ、および電流実効値Ｉのいずれかの予測値を累積することで、劣化度Ｄｅ（ｎ）を求めることもできる。

また、ステップＳ１３，１８の処理は、上述したタイミングに限定されない。例えば、演算部２３は、ステップＳ１３の処理を、ステップＳ１４の処理とステップＳ１５の処理との間に行い、ステップＳ１８の処理を、ステップＳ１９の処理とステップＳ２０の処理との間に行うこともできる。このように、演算部２３は、各開閉器５の閉状態から開状態への駆動中に電流検出部６および電圧検出部７によって検出される電流ｉおよび電圧ｖに基づいて、各開閉器５の劣化度を演算することもできる。

図４は、実施の形態１にかかる電力量計の開閉器制御部による開処理の一例を示すフローチャートである。図５は、実施の形態１にかかる電力量計の開閉器制御部による遅れ力率の場合の開処理を説明するための図であり、図６は、実施の形態１にかかる電力量計の開閉器制御部による進み力率の場合の開処理を説明するための図である。

図４に示すように、開閉器制御部２４は、シフト時間ｔｄを演算する（ステップＳ４０）。ステップＳ４０の処理において、開閉器制御部２４は、下記式（１）の演算によって、力率λのアークコサインを算出することで電流ｉと電圧ｖとの位相差φ［rad］を求め、下記式（２）の演算によって、電源の周期ＴＡから位相差φ分ずれた時間であるシフト時間ｔｄを算出する。
φ＝ａｒｃｃｏｓ（λ） ・・・（１）
ｔｄ＝ＴＡ×φ／２π ・・・（２）

次に、開閉器制御部２４は、力率λが遅れ力率か否かを判定する（ステップＳ４１）。開閉器制御部２４は、力率λが遅れ力率であると判定した場合（ステップＳ４１：Ｙｅｓ）、図５に示すように、電圧ｖのゼロクロス点からシフト時間ｔｄだけ遅れたタイミングで駆動回路８へ開閉器５の開指令を出力する（ステップＳ４２）。例えば、開閉器制御部２４は、電圧ｖのゼロクロス点からシフト時間ｔｄ分の計時を行うことで、開閉器５の開指令の出力タイミングを決定することができる。

また、開閉器制御部２４は、力率λが遅れ力率ではないと判定した場合（ステップＳ４１：Ｎｏ）、図６に示すように、電圧ｖのゼロクロス点からシフト時間ｔｄだけ進んだタイミングで駆動回路８へ開閉器５の開指令を出力する（ステップＳ４３）。例えば、開閉器制御部２４は、周期ＴＡからシフト時間ｔｄを減算してシフト時間ｔｄ１を求め、電圧ｖのゼロクロス点からシフト時間ｔｄ１分の計時を行うことで、開閉器５の開指令の出力タイミングを決定することができる。

なお、電圧ｖの位相θが下記式（３）で示される場合、開閉器制御部２４は、ステップＳ４２において、下記式（４）の演算によって得られる電圧ｖ１の位相に基づいて、電圧ｖ１がゼロクロス点になるタイミングで駆動回路８へ開閉器５の開指令を出力することもできる。これによっても、電圧ｖのゼロクロス点からシフト時間ｔｄだけ遅れたタイミングで駆動回路８へ開閉器５の開指令を出力することができる。
ｖ＝ｓｉｎ（θ） ・・・（３）
ｖ１＝ｓｉｎ（θ－２π×ｔｄ／ＴＡ） ・・・（４）

また、開閉器制御部２４は、ステップＳ４３において、下記式（５）の演算によって得られる電圧ｖ２の位相に基づいて、電圧ｖ２がゼロクロス点になるタイミングで駆動回路８へ開閉器５の開指令を出力することもできる。これによっても、電圧ｖのゼロクロス点からシフト時間ｔｄだけ進んだタイミングで駆動回路８へ開閉器５の開指令を出力することができる。
ｖ２＝ｓｉｎ（θ＋２π×ｔｄ／ＴＡ） ・・・（５）

このように、開閉器制御部２４は、力率λに基づいて、電圧ｖのゼロクロス点からシフト時間ｔｄだけ遅れたタイミングまたは進んだタイミングで駆動回路８へ開指令を出力する。そのため、電流ｉがゼロまたは小さいときに、開閉器５を開動作させることができ、開閉器５の開動作時に大きなサージが発生することを抑制でき、開閉器５の劣化を抑制することができる。

なお、開閉器制御部２４は、開閉器５の開指令を駆動回路８へ出力してから開閉器５が開状態になるまでの時間である開閉器５の開動作時間ｔａを考慮して、開閉器５の開指令の出力タイミングを決定することもできる。

例えば、開閉器制御部２４は、力率λが遅れ力率であると判定した場合、電圧ｖのゼロクロス点からｔｄ＋ｔａだけ遅れたタイミングで駆動回路８へ開閉器５の開指令を出力することができる。また、開閉器制御部２４は、力率λが進み力率であると判定した場合、電圧ｖのゼロクロス点からｔｄ－ｔａだけ進んだタイミングで駆動回路８へ開閉器５の開指令を出力することができる。これにより、開動作時間ｔａを考慮しない場合に比べ、開閉器５の劣化をより抑制することができる。

ここで、実施の形態１にかかる電力量計１００の制御部２０のハードウェア構成について説明する。図７は、実施の形態１にかかる電力量計の制御部のハードウェア構成の一例を示す図である。

図７に示すように、電力量計１００の制御部２０は、プロセッサ１０１と、メモリ１０２と、入出力回路１０３とを備える。プロセッサ１０１、メモリ１０２、および入出力回路１０３は、バス１０４によって互いにデータの送受信が可能である。上述したＡＤ変換器２１，２２は、入出力回路１０３によって実現される。メモリ１０２は、コンピュータが読み取り可能なプログラムが記録された記録媒体を含む。

プロセッサ１０１は、メモリ１０２に記憶されたプログラムを読み出して実行することによって、上述した演算部２３および開閉器制御部２４の機能を実行する。プロセッサ１０１は、処理回路の一例であり、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processer）、およびシステムＬＳＩ（Large Scale Integration）のうち１つ以上を含む。メモリ１０２は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）などの、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスクまたはＤＶＤ（Digital Versatile Disc）などである。

なお、上述した演算部２３および開閉器制御部２４を図７に示したプロセッサ１０１およびメモリ１０２と同様の機能を実現する専用のハードウェアで実現してもよい。専用のハードウェアは、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、またはこれらを組み合わせた処理回路である。演算部２３および開閉器制御部２４の一部を専用のハードウェアで実現し、残りを図７に示したプロセッサ１０１およびメモリ１０２で実現するようにしてもよい。

以上のように、実施の形態１にかかる電力量計１００は、電路を開閉する複数の開閉器５と、電路の電流ｉを検出する電流検出部６と、各開閉器５の劣化度を演算する演算部２３と、複数の開閉器５を駆動する開閉器制御部２４とを備える。演算部２３は、各開閉器５の閉状態から開状態への駆動前または駆動中に電流検出部６によって検出される電流ｉに基づいて、各開閉器５の劣化度Ｄｅを演算する。開閉器制御部２４は、各開閉器５の劣化度Ｄｅに基づいて、複数の開閉器５のうち最初に閉状態から開状態へ駆動する開閉器５を決定し、決定結果に基づいて複数の開閉器５を駆動する。これにより、複数の開閉器５間における劣化のばらつきを抑制でき、各開閉器５の寿命を延ばすことができる。また、各開閉器５の寿命が延びるため、電力量計１００の寿命を延ばすことができる。

また、演算部２３は、各開閉器５の閉状態から開状態への駆動前または駆動中に電流検出部６によって検出される電流ｉの実効値である電流実効値Ｉを演算し、電流実効値Ｉを累積することで劣化度Ｄｅを演算する。これにより、開閉器５の閉状態から開状態への駆動直前の電流の大きさが大きいほど劣化度Ｄｅを高くすることができ、劣化度Ｄｅを精度よく求めることができる。

また、電力量計１００は、電路の電圧ｖを検出する電圧検出部７を備える。演算部２３は、各開閉器５の閉状態から開状態への駆動前または駆動中に電流検出部６および電圧検出部７によって検出される電流ｉおよび電圧ｖとに基づいて、各開閉器５の劣化度Ｄｅを演算する。これにより、開閉器５の閉状態から開状態への駆動直前の電圧が変動する場合であっても、劣化度Ｄｅを精度よく求めることができる。

また、演算部２３は、各開閉器５の閉状態から開状態への駆動前または駆動中に電流検出部６および電圧検出部７によって検出される電流ｉおよび電圧ｖに基づいて皮相電力値Ｓを演算し、皮相電力値Ｓを累積することで劣化度Ｄｅを演算する。これにより、開閉器５の閉状態から開状態への駆動直前の皮相電力が大きいほど劣化度Ｄｅを高くすることができ、劣化度Ｄｅを精度よく求めることができる。

また、演算部２３は、各開閉器５の閉状態から開状態への駆動前または駆動中に電流検出部６および電圧検出部７によって検出される電流ｉおよび電圧ｖに基づいて有効電力値Ｐを演算し、有効電力値Ｐを累積することで劣化度Ｄｅを演算する。これにより、開閉器５の閉状態から開状態への駆動直前の有効電力が大きいほど劣化度Ｄｅを高くすることができ、劣化度Ｄｅを精度よく求めることができる。

また、演算部２３は、電流検出部６によって検出される電流ｉと電圧検出部７によって検出される電圧ｖとに基づいて力率λを演算する。開閉器制御部２４は、演算部２３によって演算された力率λに基づくタイミングで開閉器５を駆動する。これにより、開閉器５の開動作に起因する開閉器５の接点の劣化を効果的に抑えることができる。

また、開閉器制御部２４は、各開閉器５の劣化度Ｄｅに基づいて、複数の開閉器５のうち最初に閉状態から開状態へ駆動する開閉器５を決定し、決定結果に基づいて複数の開閉器５を順番に駆動するので、電流検出部６を開閉器５ごとに設けなくても、各開閉器５の劣化度Ｄｅを算出することが可能であり、電力量計の低コスト化を図ることができる。

実施の形態２．
実施の形態２にかかる電力量計は、先動作開閉器の閉状態から開状態への駆動が開始されてから電流検出部によって検出される電流が予め設定された閾値以下になるまでの時間に基づいて、開閉器の劣化度を判定する点で、実施の形態１にかかる電力量計１００と異なる。以下においては、実施の形態１と同様の機能を有する構成要素については同一符号を付して説明を省略し、実施の形態１の電力量計１００と異なる点を中心に説明する。

図８は、本発明の実施の形態２にかかる電力量計の構成の一例を示す図である。図８に示すように、実施の形態２にかかる電力量計１００Ａは、制御部２０に代えて、制御部２０Ａを備える。制御部２０Ａは、演算部２３および開閉器制御部２４に代えて、演算部２３Ａおよび開閉器制御部２４Ａを備える。

演算部２３Ａは、状態値演算部３１と、劣化度演算部３２Ａとを備える。劣化度演算部３２Ａは、先動作開閉器の閉状態から開状態への駆動が開始されてから電流検出部６によって検出される電流ｉの瞬時値の大きさが予め設定された閾値β以下になるまでの時間に基づいて、先動作開閉器の劣化度Ｄｅを演算する。

開閉器制御部２４Ａは、開閉器制御部２４と同様の処理によって、先動作開閉器を決定するが、先動作開閉器の開処理を行った後に、残りの開閉器５の開処理を行うまでのウェイト処理が開閉器制御部２４と異なる。

以下、実施の形態２にかかる電力量計１００Ａの制御部２０Ａの動作を具体的に説明する。図９は、実施の形態２にかかる電力量計の制御部の動作の一例を示すフローチャートである。なお、図９に示すステップＳ５０～５２，Ｓ５４，Ｓ５８，Ｓ６１，Ｓ６５の処理は、図２に示すステップＳ１０～Ｓ１２，Ｓ１４，Ｓ１６，Ｓ１９，Ｓ２１の処理と同じであり、説明を省略する。

図９に示すように、制御部２０Ａの状態値演算部３１は、ステップＳ５３において、電流検出部６によって検出された電流ｉおよび電圧検出部７によって検出された電圧ｖに基づいて、力率λを演算する。

開閉器制御部２４Ａは、ステップＳ５４において第１の開閉器５ａの開処理を終了した後、第１の駆動回路８ａへ開指令を出力したタイミングで計時タイマーによる計時を開始する（ステップＳ５５）。そして、開閉器制御部２４Ａは、電流検出部６によって検出された電流ｉの瞬時値の大きさを示す電流値が予め設定された閾値β以下になったか否かを判定する（ステップＳ５６）。閾値βは、例えば、計時タイマーによって開閉器５の開動作時間ｔａが計時できるように設定される。

開閉器制御部２４Ａは、電流値が閾値β以下になっていないと判定した場合（ステップＳ５６：Ｎｏ）、ステップＳ５６の処理を繰り返す。開閉器制御部２４Ａは、電流値が閾値β以下になったと判定した場合（ステップＳ５６：Ｙｅｓ）、計時タイマーによる計時を終了する（ステップＳ５７）。

劣化度演算部３２Ａは、ステップＳ５８の処理が終了した後、第１の劣化度Ｄｅ１（ｎ）を演算する（ステップＳ５９）。かかる処理は、後で詳述する。

また、状態値演算部３１は、ステップＳ６０において、ステップＳ５３の処理と同様に、力率λを演算する。開閉器制御部２４Ａは、ステップＳ６１において第２の開閉器５ｂの開処理を終了した後、第２の駆動回路８ｂへ開指令を出力したタイミングで計時タイマーによる計時を開始する（ステップＳ６２）。そして、開閉器制御部２４Ａは、ステップＳ５６の処理と同様に、電流検出部６によって検出された電流値が閾値β以下になったか否かを判定する（ステップＳ６３）。

開閉器制御部２４Ａは、電流値が閾値β以下になっていないと判定した場合（ステップＳ６３：Ｎｏ）、ステップＳ６３の処理を繰り返す。開閉器制御部２４Ａは、電流値が閾値β以下になったと判定した場合（ステップＳ６３：Ｙｅｓ）、計時タイマーによる計時を終了する（ステップＳ６４）。

劣化度演算部３２Ａは、ステップＳ６５の処理が終了した後、第２の劣化度Ｄｅ２（ｎ）を演算する（ステップＳ６６）。かかる処理は、後で詳述する。

図１０は、実施の形態２にかかる電力量計の劣化度演算部による劣化度演算処理の一例を示すフローチャートである。なお、以下においては、上述した図９のステップＳ５５～Ｓ５７までの処理による計時タイマーの計時時間およびステップＳ６２～Ｓ６４の処理による計時タイマーの計時時間を「ｔｂ」と記載する。

図１０に示すように、制御部２０Ａの劣化度演算部３２Ａは、劣化演算モードが第１のモードに設定されているか否かを判定する（ステップＳ７０）。劣化度演算部３２Ａは、劣化演算モードが第１のモードに設定されていると判定した場合（ステップＳ７０：Ｙｅｓ）、劣化度Ｄｅ（ｎ－１）に計時タイマーによる計時時間ｔｂを加算した値を、劣化度Ｄｅ（ｎ）にする（ステップＳ７１）。

このように、劣化度演算部３２Ａは、劣化演算モードが第１のモードに設定されている場合、計時時間ｔｂの累積値によって劣化度Ｄｅ（ｎ）を求めることができる。

劣化度演算部３２Ａは、ステップＳ７０において、劣化演算モードが第１のモードに設定されていないと判定した場合（ステップＳ７０：Ｎｏ）、最新の過去のｍ回の計時時間ｔｂの平均値である平均計時時間ｔｂａｖを演算し、演算した平均計時時間ｔｂａｖを、劣化度Ｄｅ（ｎ）にする（ステップＳ７２）。なお、ｍは２以上の整数である。

このように、劣化度演算部３２Ａは、劣化演算モードが第１のモードではない第２のモードに設定されている場合、平均計時時間ｔｂａｖによって劣化度Ｄｅを求めることができる。

劣化度演算部３２Ａは、ステップＳ７１の処理またはステップＳ７２の処理を終了した場合、図１０に示す処理を終了する。このように、劣化度演算部３２Ａは、劣化演算モードの種別毎に異なる値を用いて劣化度Ｄｅを演算することができる。なお、劣化演算モードは、外部から制御部２０Ａへ設定することができる。また、劣化度演算部３２Ａは、劣化演算モードを複数有しない構成であってもよい。この場合、劣化度演算部３２Ａは、計時時間ｔｂの累積値および平均計時時間ｔｂａｖのいずれか１つを用いて劣化度Ｄｅを判定する。

実施の形態２にかかる電力量計１００Ａのハードウェア構成の一例は、図７に示す電力量計１００と同じである。プロセッサ１０１は、メモリ１０２に記憶されたプログラムを読み出して実行することによって、演算部２３Ａおよび開閉器制御部２４Ａの機能を実行することができる。

以上のように、実施の形態２にかかる電力量計１００Ａの制御部２０Ａは、各開閉器５の閉状態から開状態への駆動が開始されてから電流検出部６によって検出される電流ｉが予め設定された閾値β以下になるまでの時間を検出し、かかる検出結果を累積することで劣化度Ｄｅを演算することができる。これにより、開閉器５の開動作時間ｔａが長いほど劣化度Ｄｅを高くすることができ、劣化度Ｄｅを精度よく求めることができる。

なお、上述した実施の形態１，２では、電路に交流電流が流れる例を説明したが、電路に直流電流が流れている電力量計にも上述した構成を適用することができる。この場合、複数の開閉器５は電路に直列に接続され、また、劣化度演算部３２は、ステップＳ３０，Ｓ３１の処理を行わない。

また、上述した実施の形態１，２の電力量計１００，１００Ａは、単相２線式の電路で供給される電力量を計測する電力量計であるが、３相３線式の電路または３相４線式の電路に供給される電力量を計測する電力量計に適用することもできる。この場合、電力量計１００，１００Ａは、３つ以上の開閉器５が並列に電路に設けられ、３つ以上の開閉器５の劣化度に基づいて、先動作開閉器を決定する。なお、上述したように、電力量計１００，１００Ａは電気機器の一例であり、電力量計以外の電気機器に上述した構成を設けることもできる。

また、劣化度演算部３２，３２Ａは、開閉器５の開処理が行われる毎に、開処理が行われた開閉器５の劣化度Ｄｅを演算するが、開閉器５の開処理がｐ回行われる毎に、開処理が行われた開閉器５の劣化度Ｄｅを演算することもできる。ｐは、２以上の整数である。この場合、劣化度演算部３２，３２Ａは、劣化度Ｄｅが大きくなるにつれ、ｐを小さくすることもできる。

また、電力量計１００，１００Ａは、電力量計１００，１００Ａの内部の温度を検出する温度検出部が設けられた構成であってもよく、この場合、劣化度演算部３２，３２Ａは、温度検出部によって検出された温度に基づく係数を用いて、劣化度Ｄｅを演算することができる。

また、開閉器制御部２４Ａは、各開閉器５の劣化度Ｄｅに基づいて、複数の開閉器５のうち最初に閉状態から開状態へ駆動する開閉器５を決定し、決定結果に基づいて複数の開閉器５を順番に駆動するので、電流検出部６を開閉器５ごとに設けなくても、各開閉器５の劣化度Ｄｅを算出することが可能であり、電力量計の低コスト化を図ることができる。

例えば、劣化度演算部３２は、下記式（６）～（８）のいずれかによって、劣化度Ｄｅ（ｎ）を演算することができる。劣化度演算部３２は、温度と計数ｋ１，ｋ２，ｋ３との関係を示す演算式またはテーブルを有しており、温度検出部によって検出された温度から計数ｋ１，ｋ２，ｋ３の値を求めることができる。
Ｄｅ（ｎ）＝Ｄｅ（ｎ－１）＋ｋ１×Ｓ ・・・（６）
Ｄｅ（ｎ）＝Ｄｅ（ｎ－１）＋ｋ２×Ｐ ・・・（７）
Ｄｅ（ｎ）＝Ｄｅ（ｎ－１）＋ｋ３×Ｉ ・・・（８）

また、劣化度演算部３２Ａは、下記式（９），（１０）のいずれかによって、劣化度Ｄｅ（ｎ）を演算することができる。劣化度演算部３２Ａは、温度と計数ｋ４，ｋ５との関係を示す演算式またはテーブルを有しており、温度検出部によって検出された温度から計数ｋ４，ｋ５の値を求めることができる。
Ｄｅ（ｎ）＝Ｄｅ（ｎ－１）＋ｋ４×ｔｂ ・・・（９）
Ｄｅ（ｎ）＝ｋ５×ｔｂａｖ ・・・（１０）

また、実施の形態１，２の開閉器制御部２４，２４Ａは、上述した閾値αを劣化度Ｄｅが大きくなるほど小さい値にすることもできる。

また、実施の形態１，２の電力量計１００，１００Ａの制御部２０，２０Ａは、劣化度演算部３２，３２Ａで演算された劣化度Ｄｅの情報を不図示の表示部に表示したり、劣化度Ｄｅの情報を不図示の通信部から外部の装置へ送信したりすることもできる。これにより、電力量計１００，１００Ａを管理する管理者は、早期に開閉器５の寿命を把握することが可能となり、取り換えるタイミングを適切に判断することが可能になる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１Ｌ，２Ｌ 負荷側端子、１Ｓ，２Ｓ 電源側端子、３，３ａ，３ｂ，４，４ａ，４ｂ 導電線、５ 開閉器、５ａ 第１の開閉器、５ｂ 第２の開閉器、６ 電流検出部、７ 電圧検出部、８ 駆動回路、８ａ 第１の駆動回路、８ｂ 第２の駆動回路、２０，２０Ａ 制御部、２１，２２ ＡＤ変換器、２３，２３Ａ 演算部、２４，２４Ａ 開閉器制御部、３１ 状態値演算部、３２，３２Ａ 劣化度演算部、１００，１００Ａ 電力量計。

Claims (8)

1. 電路を開閉する複数の開閉器と、
   前記電路の電流を検出する電流検出部と、
   各前記開閉器の閉状態から開状態への駆動前または駆動中に前記電流検出部によって検出される前記電流に基づいて、各前記開閉器の接点の劣化度を演算する演算部と、
   各前記開閉器の接点の劣化度に基づいて、前記複数の開閉器のうち最初に閉状態から開状態へ駆動する開閉器を決定し、決定結果に基づいて前記複数の開閉器を駆動する開閉器制御部と、を備え、
   前記開閉器制御部は、
   前記複数の開閉器のうち前記劣化度が閾値以上大きい開閉器を最初に閉状態から開状態へ駆動する開閉器として決定し、前記劣化度が大きくなるほど前記閾値を小さくする
   ことを特徴とする電力量計。
2. 前記電路の電圧を検出する電圧検出部を備え、
   前記演算部は、
   各前記開閉器の閉状態から開状態への駆動前または駆動中に前記電流検出部および前記電圧検出部によって検出される前記電流および前記電圧に基づいて、前記劣化度を演算する
   ことを特徴とする請求項１に記載の電力量計。
3. 前記演算部は、
   各前記開閉器の閉状態から開状態への駆動前または駆動中に前記電流検出部によって検出される前記電流の実効値を演算し、前記実効値を累積することで前記劣化度を演算する
   ことを特徴とする請求項１に記載の電力量計。
4. 前記演算部は、
   各前記開閉器の閉状態から開状態への駆動前または駆動中に前記電流検出部および前記電圧検出部によって検出される前記電流および前記電圧に基づいて皮相電力値を演算し、前記皮相電力値を累積することで前記劣化度を演算する
   ことを特徴とする請求項２に記載の電力量計。
5. 前記演算部は、
   各前記開閉器の閉状態から開状態への駆動前または駆動中に前記電流検出部および前記電圧検出部によって検出される前記電流および前記電圧に基づいて、各前記開閉器が閉状態から開状態になる直前の有効電力値を演算し、前記有効電力値を累積することで前記劣化度を演算する
   ことを特徴とする請求項２に記載の電力量計。
6. 前記演算部は、
   各前記開閉器の閉状態から開状態への駆動が開始されてから前記電流検出部によって検出される前記電流が予め設定された閾値以下になるまでの時間を検出し、検出した時間を累積することで前記劣化度を演算する
   ことを特徴とする請求項１に記載の電力量計。
7. 前記電路の電圧を検出する電圧検出部を備え、
   前記演算部は、
   前記電圧および前記電流に基づいて力率を演算し、
   前記開閉器制御部は、
   前記演算部によって演算された前記力率に基づくタイミングで前記開閉器を駆動する
   ことを特徴とする請求項１に記載の電力量計。
8. 電路を開閉する複数の開閉器と、
   前記電路の電流を検出する電流検出部と、
   各前記開閉器の閉状態から開状態への駆動前または駆動中に前記電流検出部によって検出される前記電流に基づいて、各前記開閉器の接点の劣化度を演算する演算部と、
   各前記開閉器の接点の劣化度に基づいて、前記複数の開閉器のうち最初に閉状態から開状態へ駆動する開閉器を決定し、決定結果に基づいて前記複数の開閉器を駆動する開閉器制御部と、を備え、
   前記開閉器制御部は、
   前記複数の開閉器のうち前記劣化度が閾値以上大きい開閉器を最初に閉状態から開状態へ駆動する開閉器として決定し、前記劣化度が大きくなるほど前記閾値を小さくする
   ことを特徴とする電気機器。

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