JP6003091B2 - 電圧監視装置および電圧監視方法 - Google Patents

Description

本発明は、瞬時電圧低下および瞬時停電を監視するための電圧監視装置および電圧監視方法に関する。

瞬時電圧低下あるいは瞬時停電は、電源電圧の変動に敏感な設備、装置等の動作に大きな影響を与える。たとえば半導体デバイスの製造では、微細な加工が要求されるため、製造装置が精密に制御される。瞬時電圧低下あるいは瞬時停電は、製造装置の動作に重要な影響を及ぼす可能性がある。このため、瞬時電圧低下あるいは瞬時停電を監視するための技術がこれまでに提案されている。

たとえば特開平１１−５１９８５号公報（特許文献１）は、マイクロコンピュータの駆動電源を供給する交流電源の停電および復電を検出するための演算処理装置を開示する。この装置は、交流電源の瞬時電圧をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器と、そのデジタル値が設定値以下であるかどうかを判定するコンパレータと、デジタル値が設定値以下である期間の長さに基づいて停電を検出する検出処理部とを含む。停電が検出された場合、ＣＰＵの動作クロック周波数が通常の周波数よりも低減される。復電が検出された場合には、ＣＰＵの動作クロック周波数が通常の周波数に戻される。

特開平１１−５１９８５号公報

特許文献１に開示された演算処理装置は、停電および復電という現象を検出することを目的とする。上記のように、工場において、瞬時停電あるいは停電までには至らない瞬間的な電圧低下が発生した場合には、生産工程に大きな影響が発生する。瞬時停電および瞬時電圧低下といった現象の解析および対策の決定のため、その現象の発生前後の電圧の変化に関するできるだけ詳細な情報が得られることが望ましい。しかしながら特許文献１は、そのような情報を得るための具体的な方法については記載していない。

本発明の目的は、瞬時電圧低下を検出できるだけでなく、その瞬時電圧低下の発生前後の電圧変化に関する情報を得ることが可能な電圧監視装置および電圧監視方法を提供することである。

本発明の１つの局面によれば、電圧監視装置は、計測箇所における交流電圧を計測して、計測箇所において生じた瞬時電圧低下を検出する計測部と、記憶部とを備える。計測部は、瞬時電圧低下の検出時点までの第１の期間における、第１の時間間隔での交流電圧の推移に関する第１の履歴データと、瞬時電圧低下の検出時点以後の第２の時間間隔での交流電圧の推移を示す第２の履歴データとを生成して、第１および第２の履歴データを記憶部に記憶させる。第２の時間間隔は、第１の時間間隔よりも短い。

この構成によれば、計測部は、計測箇所における瞬時電圧低下を検出する。計測部は、その瞬時電圧低下の検出時点までの第１の期間の間の交流電圧の推移に関する第１の履歴データを生成する。さらに、計測部は、その瞬時電圧低下の検出時点以後、第２の履歴データを生成する。第２の履歴データでは、小さい時間間隔での交流電圧の推移が示されるので、瞬時電圧低下の検出後の電圧の変動に関する詳細なデータを得ることができる。第１および第２の履歴データは記憶部に記憶される。したがって瞬時電圧低下の検出時点の前後の期間の間の電圧の変動に関する情報を得ることができる。

「瞬時電圧低下」は、瞬時停電、および停電までには至らない瞬間的な電圧低下の両方を含み得る。

第１の履歴データが記憶部に記憶されるタイミングは、瞬時電圧低下の検出前および瞬時電圧低下の検出後のいずれでもよい。瞬時電圧低下の発生は予測できないことが多い。このため、たとえば、第１の履歴データを記憶部に記憶させて、一定の時間間隔でそのデータを更新してもよい。あるいは、計測部は、第１の履歴データを予め保持しておき、瞬時電圧低下が検出されたときに、そのデータを記憶部に書き込んでもよい。

好ましくは、計測部は、さらに、瞬時電圧低下の検出後の交流電圧の波形データを生成して記憶部に記憶させる。

この構成によれば、瞬時電圧低下の検出後の電圧の推移に関する、より詳細な情報を取得することができる。たとえば記憶部に記憶された波形データに基づいて瞬時電圧低下の検出後の電圧波形を再現することができる。

好ましくは、第１の履歴データは、第１の期間に、交流電圧の第１の周期ごとに取得された第１のデータと、瞬時電圧低下の検出時点までの第２の期間に、交流電圧の第２の周期ごとに取得された第２のデータとを含む。第２の履歴データは、第１の期間よりも短い第３の期間に、交流電圧の第３の周期ごとに取得された第３のデータを含む。第１の時間間隔は、第１の周期に対応する。第２の時間間隔は、第３の周期に対応する。第２の周期は、第１の周期よりも短い。

この構成によれば、第２および第３のデータによって、瞬時電圧低下の検出の直前から直後にかけての電圧の詳細な情報を得ることができる。さらに、第１のデータによって、瞬時電圧低下の検出前の電圧の大まかな傾向に関する情報を得ることができる。

好ましくは、計測部が波形データを取得する期間は、第３の期間よりも短い。
この構成によれば、波形データのサイズを抑えることができる。これにより、たとえば記憶部の記憶容量を節約することができる。さらに、記憶部へのデータの書込み時間を短くすることができる。電圧監視装置の電源電圧が瞬時電圧低下の影響を受ける可能性がある。書込み時間が短くなることにより、記憶部に波形データを残すことができる確率を高めることができる。

好ましくは、第１の周期は、交流電圧の複数の周期に対応する。第２および第３の周期は、交流電圧の１周期に対応する。第１のデータは、複数の周期にわたる、電圧瞬時値の二乗和を示す。第２および第３のデータは、交流電圧の１周期の間における、電圧瞬時値の二乗和を示す。

この構成によれば、計測部が電圧実効値に関するデータを生成するために必要な時間を短くすることができる。一般に、実効値を求めるためには、所定の期間（たとえば１周期）の電圧瞬時値の二乗和の平均値を算出して、その平均値の平方根を算出する。しかし平方根の演算に時間を要する可能性がある。上記の構成によれば、平方根の演算が省略されるので、データの生成時間を短くすることができる。

好ましくは、計測部は、交流電圧の半周期の間に電圧瞬時値の二乗和を生成することによって監視データを生成し、監視データの推移と設定されたパターンとを比較して瞬時電圧低下を検出する。

この構成によれば、監視データの生成に要する時間を短くすることができる。これにより、瞬時電圧低下を早く検出することができる。

好ましくは、設定されたパターンは、複数のパターンの中から選択される。電圧監視装置は、瞬時電圧低下の検出時に、複数のパターンにそれぞれ対応する複数の警報のうち、設定されたパターンに対応する警報を出力する警報出力部をさらに備える。

この構成によれば、瞬時電圧低下のパターンに応じて警報を異ならせることができる。
好ましくは、記憶部は、第１および第２の履歴データを不揮発的に記憶する。

この構成によれば、生成された第１および第２の履歴データが消失するのを防ぐことができる。

本発明の他の局面によれば、電圧監視方法は、計測箇所における交流電圧を計測して、計測箇所において生じた瞬時電圧低下を検出するステップと、瞬時電圧低下の検出時点までの第１の期間における、第１の時間間隔での交流電圧の推移に関する第１の履歴データを生成するステップと、瞬時電圧低下の検出時点以後のデータを生成するステップと、生成されたデータを記憶部が記憶するステップとを備える。検出時点以後に生成されたデータは、第２の時間間隔での交流電圧の推移を示す第２の履歴データを含む。第２の時間間隔は、第１の時間間隔よりも短い。記憶するステップにおいて、記憶部は、第１および第２の履歴データを記憶する。

この構成によれば、瞬時電圧低下の検出時点の前後の期間の間の電圧の変動に関する情報を得ることができる。なお、記憶部は、第１および第２の履歴データをともに瞬時電圧低下の検出時点以後に記憶してもよい。あるいは記憶部は、第１の履歴データを瞬時電圧低下の検出時点以前に記憶し、第２の履歴データを瞬時電圧低下の検出時点以後に記憶してもよい。

好ましくは、検出時点以後に生成されたデータは、瞬時電圧低下の検出後の交流電圧の波形データを含む。記憶するステップにおいて、記憶部は、波形データをさらに記憶する。

この構成によれば、瞬時電圧低下の検出後の電圧の推移に関する、より詳細な情報を取得することができる。

好ましくは、第１の履歴データは、第１の期間に、交流電圧の第１の周期ごとに取得された第１のデータと、瞬時電圧低下の検出時点までの第２の期間に、交流電圧の第２の周期ごとに取得された第２のデータとを含む。第２の履歴データは、第１の期間よりも短い第３の期間に、交流電圧の第３の周期ごとに取得された第３のデータを含む。第１の時間間隔は、第１の周期に対応する。第２の時間間隔は、第３の周期に対応する。第２の周期は、第１の周期よりも短い。

この構成によれば、第２および第３のデータによって、瞬時電圧低下の検出の直前から直後にかけての電圧の詳細な情報を得ることができる。さらに、第１のデータによって、瞬時電圧低下の検出前の電圧の大まかな傾向に関する情報を得ることができる。

好ましくは、波形データを生成する期間は、第３の期間よりも短い。
この構成によれば、波形データのサイズを抑えることができる。

好ましくは、第１の周期は、交流電圧の複数の周期に対応する。第２および第３の周期は、交流電圧の１周期に対応する。第１のデータは、複数の周期にわたる、電圧瞬時値の二乗和を示す。第２および第３のデータは、交流電圧の１周期の間における、電圧瞬時値の二乗和を示す。

この構成によれば、計測部が電圧実効値に関するデータを生成するために必要な時間を短くすることができる。

好ましくは、検出するステップにおいて、交流電圧の半周期の間に電圧瞬時値の二乗和を生成することによって監視データを生成し、監視データの推移と設定されたパターンとを比較して瞬時電圧低下を検出する。

この構成によれば、監視データの生成に要する時間を短くすることができる。これにより、瞬時電圧低下を早く検出することができる。

好ましくは、設定されたパターンは、複数のパターンの中から選択される。電圧監視方法は、瞬時電圧低下の検出時に、複数のパターンにそれぞれ対応する複数の警報のうち、設定されたパターンに対応する警報を出力するステップをさらに備える。

この構成によれば、瞬時電圧低下のパターンに応じて警報を異ならせることができる。
好ましくは、記憶部は、第１および第２の履歴データを不揮発的に記憶する。

この構成によれば、生成された第１および第２の履歴データが消失するのを防ぐことができる。

本発明によれば、瞬時電圧低下を検出できるだけでなく、その瞬時電圧低下の発生前後の電圧変化に関する情報を得ることができる。

本発明に従う電圧監視装置の１つの実施形態を示した図である。 本発明の実施の形態に係る電力量センサの主要部の構成を示した機能ブロック図である。 図１および図２に示された電力量センサ１によって実行される電圧監視処理を示したフローチャートである。 検出パターンの一例を説明するための図である。 監視データの生成方法を説明するための図である。 瞬時電圧低下の検出前におけるデータの生成および保持の手順を説明するための図である。 瞬時電圧低下の検出後におけるデータの生成および保持の手順を説明するための図である。

以下、この発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

図１は、本発明に従う電圧監視装置の１つの実施形態を示した図である。図１を参照して、この実施形態では、本発明に従う電圧監視装置は、電力量センサ１として実現される。電力量センサ１は、交流回路５の計測箇所における電圧および電流を計測する。

構内電気設備２は、送電線２ａを介して供給された電力を、交流回路５，９へと出力する。構内電気設備２は、受変電設備、分電盤、配電盤および構内幹線を含む。

交流回路５は、負荷装置６に交流電力を供給する。負荷装置６は、たとえば、工場内の装置あるいは設備である。交流回路５には、補助電源８が接続される。補助電源８は、負荷装置６のバックアップ電源であり、たとえばＵＰＳ（Uninterruptible Power Supply)が適用される。

交流回路５は、電力線５ａ，５ｂ，５ｃを含む。図１は、交流回路５の配電方式の一例として三相３線式を示す。交流回路５の配電方式は三相３線式に限定されず、たとえば単相２線式、単相３線式、あるいは三相４線式であってもよい。

電力量センサ１は、交流回路９を介して電源電圧を受ける。交流回路９には補助電源３が接続される。補助電源３は、電力量センサ１のバックアップ電源であり、たとえばＵＰＳである。ただし補助電源３は必須ではない。

電力量センサ１の計測箇所は、交流回路５と負荷装置６との間で交流電力が伝達される部分に対応する。具体的には、電力量センサ１は、電力線５ａ，５ｂ，５ｃに接続されて、交流回路５の電圧を測定する。さらに変流器１ａ，１ｂが電力量センサ１に接続される。変流器１ａ，１ｂは、電力線５ａ，５ｂに流れる電流をそれぞれ検出する。電力量センサ１は変流器１ａ，１ｂから出力される信号により、計測箇所の電流を計測する。

電力量センサ１は、計測された電圧および計測された電流に基づいて、計測箇所における電力量を演算する。演算によって求められる電力量は負荷装置６の消費電力量に限定されない。たとえば負荷装置６がモータを備え、そのモータが回生動作を行なう場合には、モータの発電電力量が求められてもよい。

たとえば落雷によって、電力供給者（電力会社など）の電力設備に事故が発生した場合には、事故設備が電力系統から切り離される。このような場合に、構内電気設備２および交流回路５，９の電圧が、短期間、低下することが起こりえる。このような電圧低下は、「瞬時電圧低下」と呼ばれる。あるいは、上記のような場合に、瞬間的な停電が発生することが考えられる。このような停電は「瞬時停電」と呼ばれる。この実施の形態において、「瞬時電圧低下」との用語は、瞬時停電および停電までには至らない瞬間的な電圧低下の両方を含む。

電力量センサ１は、計測箇所における交流電圧を監視して、その計測箇所において生じた瞬時電圧低下を検出する。電力量センサ１は、計測された電圧の推移のパターンを、予め設定されたパターンと比較することにより瞬時電圧低下を検出する。この場合、電力量センサ１は、警報を発生させるための信号（警報出力）を警報装置４に出力する。警報装置４は、電力量センサ１からの警報出力に応じて、警報を発する。警報装置４は、たとえばランプ、ブザーなどであるがこれらに限定されるものではない。

電力量センサ１は、さらに、交流回路５の交流電圧の推移に関する履歴データを生成して、その履歴データを保持する。電力量センサ１が瞬時電圧低下を検出すると、その履歴データが電力量センサ１の内部に記憶される。適切なタイミングにおいて、電力量センサ１に記憶された履歴データがデータ処理装置７へと送られる。電力量センサ１は、たとえば図示しない通信装置および通信線を介してデータ処理装置７へとデータを転送する。データ処理装置７は、たとえば所定のプログラムを実行するパーソナルコンピュータによって実現される。

電力量センサ１は電圧の推移に関するデータだけでなく、他のデータ、たとえば電力量に関するデータも記憶してもよい。また、電力量センサ１は、たとえばメモリカードのような記録媒体にデータを記録してもよい。その記録媒体は電力量センサ１から取り出されて、データ処理装置７に挿入される。データ処理装置７は記録媒体に記憶された電力量データを読み出す。このような方法によっても、電力量センサ１からデータ処理装置７へとデータを転送することができる。

図２は、本発明の実施の形態に係る電力量センサの主要部の構成を示した機能ブロック図である。図２を参照して、電力量センサ１は、計測部１０と、通信制御部１３と、接続部１４と、アイソレータ１５ａを含む信号経路１５と、電源回路１６と、記憶部１９と、キャパシタ２０と、半導体リレー２１とを含む。

計測部１０は、電圧計測部１１と、電流計測部１２と、演算回路１８とを含む。電圧計測部１１は、分圧回路１１ａと、Ａ／Ｄ変換回路１１ｂとを含む。電流計測部１２は、変流器１ａ，１ｂと、電流／電圧変換回路１２ａと、Ａ／Ｄ変換回路１２ｂとを含む。Ａ／Ｄ変換回路１１ｂ，１２ｂが１つの回路に統合されていてもよい。あるいはＡ／Ｄ変換回路１１ｂ，１２ｂおよび演算回路１８が、１つの処理装置（たとえばＣＰＵ）に統合されていてもよい。また、通信制御部１３も、たとえばＣＰＵにより実現される。

電圧計測部１１は、電力線５ａ，５ｂ，５ｃのそれぞれの電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃを計測する。分圧回路１１ａは、入力電圧（電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ）を分圧して、計測に適した強度の電圧を生成する。Ａ／Ｄ変換回路１１ｂは、分圧回路１１ａから出力された電圧に対してサンプリングおよびＡ／Ｄ変換を実行する。これにより電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃの各々の値を示すデジタルデータが生成される。

電流計測部１２は、電力線５ａ，５ｂのそれぞれの電流Ｉ１，Ｉ３を計測する。変流器１ａは、電流Ｉ１に比例する電流Ｉ１ａを出力する。変流器１ｂは、電流Ｉ３に比例する電流Ｉ３ａを出力する。電流／電圧変換回路１２ａは、電流Ｉ１ａ，Ｉ３ａを電圧に変換し、さらにその電圧を増幅する。これにより電流／電圧変換回路１２ａは、計測に適した強度の電圧を生成する。Ａ／Ｄ変換回路１２ｂは、電流／電圧変換回路１２ａから出力された電圧に対してサンプリングおよびＡ／Ｄ変換を実行する。これにより電流Ｉ１，Ｉ３の各々の値を示すデジタルデータが生成される。

演算回路１８は、電流計測部１２からの電流Ｉ１，Ｉ３の各々の値を示すデジタルデータに基づいて、電力線５ｃを流れる電流Ｉ２の値を示すデジタルデータを生成する。電流Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３の合計が０であるので、電流Ｉ１，Ｉ３の値に基づいて電流Ｉ２の値を算出することができる。演算回路１８は、電圧計測部１１から出力された電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃのデジタルデータ、および電流Ｉ１〜Ｉ３のデジタルデータを用いて計測箇所における電力量を演算する。演算回路１８は、演算結果としての電力量データを記憶部１９に記憶させる。

さらに、演算回路１８は、電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃの各々の推移に関する履歴データ（第１の履歴データ）を生成し、その履歴データを、記憶部１９に記憶させる。後に詳細に説明するように、演算回路１８は、一定期間の履歴データを記憶部１９に記憶させる。演算回路１８は、電圧に関する最新のデータにより、記憶部１９に記憶された第１の履歴データを更新する。なお、瞬時電圧低下が検出されるまで、第１の履歴データは演算回路１８の内部（たとえばキャッシュ）に保持されていてもよい。

さらに、演算回路１８は、電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃの各々の監視のための監視データを生成する。演算回路１８は、監視データの推移と設定されたパターンとを比較して、瞬時電圧低下を検出する。瞬時電圧低下が検出された場合、演算回路１８は、瞬時電圧低下の検出後の電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃの推移に関する第２の履歴データを生成して記憶部１９に第２の履歴データを記憶させる。

第１の履歴データは、第１の時間間隔での交流電圧の推移を示す。これに対して、第２の履歴データは、第２の時間間隔での交流電圧の推移を示す。第２の時間間隔は第１の時間間隔よりも短い。すなわち瞬時電圧低下の検出後には、交流電圧の細かい推移を示すデータが生成される。演算回路は、第２の履歴データを記憶部１９に記憶させる。

記憶部１９に記憶されたデータは、必要時に演算回路１８によって読み出されて、通信制御部１３へと送られる。通信制御部１３は、そのデータを接続部１４を介して外部へと出力する。

演算回路１８が瞬時電圧低下を検出した場合、演算回路１８は、検出信号を出力する。この信号は、信号経路１５を介して通信制御部１３へと送られる。通信制御部１３は、検出信号に応答して半導体リレー２１を動作させる。この場合、半導体リレー２１は警報を発生させるための信号（警報出力）を警報装置４へと出力する。

信号経路１５は、演算回路１８と通信制御部１３との間に設けられる。信号経路１５の途中にはアイソレータ１５ａが設けられる。アイソレータ１５ａは、演算回路１８と通信制御部１３とを絶縁する。交流回路５の電圧値および電流値が高い場合には、電圧計測部１１および電流計測部１２が高電圧回路となり得る。高電圧部に対する電気的絶縁を確保しつつ、信号の伝送を可能にするために、信号絶縁部としてのアイソレータ１５ａが設けられている。アイソレータ１５ａは、たとえばコンデンサタイプのデジタルアイソレータである。ただし信号絶縁部は、たとえばフォトカプラによって実現されてもよい。

接続部１４は、電力量センサ１と他の装置との間のデータ通信に用いられる。図示しないが、接続部１４は、たとえばバスおよび通信線を接続するためのコネクタによって構成される。たとえば電力量センサ１は、他の電力量センサ（図示せず）によって算出された電力量のデータを接続部を介して受信する。電力量センサ１が、電力量センサ１の演算によって求められた電力量のデータを、接続部１４を介して出力してもよい。

電源回路１６は、外部からの電源電圧（交流電圧）を直流電圧に変換して電力量センサ１の各々のブロックに、その直流電圧を供給する。キャパシタ２０は、電源回路１６からの直流電圧によって充電される。キャパシタ２０は、瞬時電圧低下の発生時にバックアップ電源として用いられる。キャパシタ２０は、たとえば電気二重層キャパシタである。キャパシタに代えて、たとえば二次電池がバックアップ電源として用いられてもよい。

記憶部１９は、データの書き込みが可能であるとともに、書き込まれたデータを不揮発的に記憶する。たとえばＦｅＲＡＭ（Ferroelectric Random Access Memory）が記憶部１９に用いられる。ＦｅＲＡＭは、不揮発性という特徴に加えて、消去時間、書込みの待ち時間が不要という特徴、読出し、書換え回数が多いという特徴、低消費電力という特徴などを有する。ＦｅＲＡＭを記憶部１９に適用することによって、短時間に多くのデータを記憶部１９に書き込むことができる。なお、電力量データを記憶するための記憶部を記憶部１９とは独立に設けてもよい。

図３は、図１および図２に示された電力量センサ１によって実行される電圧監視処理を示したフローチャートである。図２および図３を参照して、ステップＳ１において、演算回路１８は、たとえばユーザの指示により、検出パターンを設定する。設定されるパターンの数は複数でもよく１つでもよい。

検出パターンは、電圧低下を検出するための電圧レベル（基準値）と、その電圧レベルの継続する時間とを含む。たとえば記憶部１９に予め複数の検出パターンが記憶され、演算回路１８は、その複数の検出パターンの少なくとも１つを読み出してもよい。

ステップＳ２において、たとえばユーザの指示によって、補助電源３（図１を参照）の有無に関する情報が演算回路１８に設定される。

ステップＳ３において、演算回路１８は、Ａ／Ｄ変換回路１１ｂによる、サンプリングおよびＡ／Ｄ変換によって得られた電圧瞬時値（Ａ／Ｄ値）を用いて、瞬時電圧に関するデータを生成し、そのデータを記憶部１９に一時的に記憶する。このデータは、第１の履歴データおよび監視データを含む。第１の履歴データは、記憶部１９に記憶される。

第１の履歴データは、第１のデータおよび第２のデータを含む。第１のデータは、第１の期間に、交流電圧の第１の周期ごとに取得されたデータである。第２のデータは、瞬時電圧低下の検出時点までの第２の期間に、交流電圧の第２の周期ごとに取得された第２のデータである。

たとえば、第１のデータは、１０秒間に、交流の１０周期ごとに取得された、電圧瞬時値の二乗和である。この二乗和は、交流の１周期ごとに求められた電圧瞬時値の二乗和の、１０周期での平均値である。したがって、上記の「第１の期間」は、１０秒間であり、「第１の周期」は交流波形の１０周期である。また、「第１の周期」は、第１の履歴データにおける「第１の時間間隔」に対応する。

たとえば、第２のデータは、１秒間に、交流の１周期ごとに取得された、電圧瞬時値の二乗和である。したがって、上記の「第２の期間」は、１秒間であり、「第２の周期」は交流波形の１周期である。

なお、瞬時電圧低下が検出されるまで、第１の期間および第２の期間は、更新される。第１の期間の終点および第２の期間の終点は、最新の第１および第２のデータが取得された時点である。第１の期間の始点は、最新の第１のデータが取得された時点から１０秒前に遡った時点であり、第２の期間の始点は、最新の第２のデータが取得された時点から１秒前に遡った時点である。

ステップＳ４において、演算回路１８は、最新のＡ／Ｄ値が得られた時点までの、交流波形の０．５周期に対応する期間内のＡ／Ｄ値を用いて、二乗和を生成する。この二乗和の値が、瞬時電圧低下の検出のための監視データとして用いられる。演算回路１８は、監視データと設定パターンとを比較する。

ステップＳ５において、演算回路１８は、監視データによって表される電圧の推移のパターンが設定パターンに該当するかどうかを判定する。監視データによって表される電圧の推移のパターンが、設定パターンに該当しない場合、演算回路１８は、瞬時電圧低下が発生していないと判断する。この場合（ステップＳ５においてＮＯ）、処理はステップＳ３に戻る。一方、監視データによって表される電圧の推移のパターンが、設定パターンに該当する場合、演算回路１８は、瞬時電圧低下が発生したと判断する。この場合（ステップＳ５においてＹＥＳ）、処理はステップＳ６に進む。

なお、ステップＳ１で検出パターンが複数設定された場合、ステップＳ４において、監視データは複数の設定パターンの各々と比較される。そしてステップＳ５において、監視データの推移のパターンが複数の設定パターンのうちの少なくとも１つに該当する場合には、処理がステップＳ６に進む。

ステップＳ６において、演算回路１８は、瞬時電圧低下が検出されたことを示す検出信号を出力する。この検出信号は、設定された検出パターンごとに異なる。たとえば検出信号の周波数を検出パターンに応じて異ならせてもよい。検出信号がパルス信号である場合には、信号のデューティを検出パターンに応じて異ならせてもよい。通信制御部１３は、検出信号を受けるとともに、その検出信号に応答して半導体リレー２１を制御する。これにより半導体リレー２１が警報出力を発生させる。検出信号が、設定された検出パターンごとに異なるので、警報出力も設定された検出パターンごとに異なる。

ステップＳ７において、演算回路１８は、補助電源３の有無を判断する。この判断は、ステップＳ２における演算回路１８の設定に基づく。補助電源３が有る場合（ステップＳ７においてＹＥＳ）、処理はステップＳ８に進む。一方、補助電源３が無い場合（ステップＳ７においてＮＯ）、処理はステップＳ１０に進む。

ステップＳ８において、演算回路１８は、第２の履歴データと、交流波形を示す波形データとを生成する。ステップＳ９において、演算回路１８は、その第２の履歴データおよび波形データを記憶部１９に保存する。

第２の履歴データは、第１の期間よりも短い第３の期間に、交流電圧の第３の周期ごとに取得された第３のデータを含む。たとえば「第３の期間」は１秒間であり、「第３の周期」は、交流の１周期である。具体的には、演算回路１８は、交流波形の１周期ごとに電圧瞬時値の二乗和を生成する。第３のデータは、この二乗和の値である。「第３の周期」は、第２の履歴データにおける「第２の時間間隔」に対応する。

さらに、演算回路１８は、電圧瞬時値を用いて、瞬時電圧低下の検出後の波形データを生成する。波形データは、交流の５周期分生成される。演算回路１８は、第３のデータおよび波形データを記憶部１９に記憶させる。

上記の第３の期間の長さは特に限定されるものではない。たとえば第３の期間は、瞬時電圧低下が検出された時点からの一定の期間であってもよい。あるいは、第３の期間は、瞬時電圧低下が検出された時点から電圧が回復するまでの期間であってもよい。あるいは第３の期間は、上記の一定の期間および電圧回復期間のいずれか短いほうに設定される。

補助電源が無い場合（ステップＳ７においてＮＯ）、処理はステップＳ１０に進む。ステップＳ１０において、演算回路１８は省エネモードへと移行する。省エネモードでは、たとえば計測部１０および記憶部１９以外のブロックへ供給される電力をできるだけ少なくする。好ましくは、計測部１０および記憶部１９以外のブロックへの電力の供給が停止される。

次にステップＳ１１において、演算回路１８は、第２の履歴データと、交流波形を示す波形データとを生成する。ステップＳ１２において、演算回路１８は、その第２の履歴データおよび波形データを記憶部１９に保存する。ステップＳ１１，Ｓ１２の処理はステップＳ８，Ｓ９の処理とそれぞれ同様であるので以後の説明は繰り返さない。この場合の第３の期間も、たとえば瞬時電圧低下の検出時点からの一定の期間、あるいは、瞬時電圧低下が検出された時点から電圧が回復するまでの期間、あるいは、両者のいずれか短いほうの期間であってもよい。

図４は、検出パターンの一例を説明するための図である。図４を参照して、各パターンは、電圧レベルと継続時間とを含む。パターン１は、元の電圧レベルのＶＬ１（％）以下の電圧がｔ１（秒）の間継続する場合に対応する。パターン２では、電圧レベルが元の電圧のＶＬ２（％）と規定され、継続時間がｔ２（秒）と規定される。パターン３では、電圧レベルが元の電圧のＶＬ３（％）と規定され、継続時間がｔ３（秒）と規定される。ＶＬ１＞ＶＬ２＞ＶＬ３であり、ｔ１＞ｔ２＞ｔ３である。つまり、電圧が大きく低下するほど、その低下が瞬時電圧低下と検出されるための継続時間が短くなる。

図４に示されたパターンは、特定の規格に準拠して設定されてもよく、任意に設定されてもよい。一例として、ＳＥＭＩ Ｆ４７規格に準拠してパターンを設定することができる。

図５は、監視データの生成方法を説明するための図である。図５を参照して、まず演算回路１８は、１／２周期（Ｔ／２）の間の交流電圧３０のＡ／Ｄ値Ｖ₁，Ｖ₂，Ｖ₃，Ｖ₄，・・・Ｖ_n1を取得して、二乗和（Ｖ₁ ²＋Ｖ₂ ²＋Ｖ₃ ²＋Ｖ₄ ²＋・・・＋Ｖ_n1 ²）を算出する。なお、サンプリング周波数は一定であるので、交流電圧の半周期内のＡ／Ｄ値の個数ｎ１は予め求められる。

演算回路１８は、上記の二乗和と基準値とを用いて、電圧レベルを判定する。この基準値は、電圧が正常である場合の二乗和に、図４に示した電圧レベルを乗じることによって予め求められる。

演算回路１８は、その基準値と二乗和（Ｖ₁ ²＋Ｖ₂ ²＋Ｖ₃ ²＋Ｖ₄ ²＋・・・＋Ｖ_n1 ²）とを比較する。次に演算回路１８は、Ａ／Ｄ変換回路１１ｂからＡ／Ｄ値を取得するごとに基準値と二乗和との比較を行なう。この際に演算回路１８は、元の二乗和のうちのもっとも古い二乗値（＝Ｖ₁ ²）を破棄して、最新の二乗値を加える。したがって、次に求まる二乗和は（Ｖ₂ ²＋Ｖ₃ ²＋Ｖ₄ ²＋・・・＋Ｖ_n1 ²＋Ｖ_n2 ²）となる。演算回路１８は、二乗和（Ｖ₂ ²＋Ｖ₃ ²＋Ｖ₄ ²＋・・・＋Ｖ_n1 ²＋Ｖ_n2 ²）と基準値とを比較する。

以後同様に、演算回路１８は、二乗和（ｘ₃ ²＋ｘ₄ ²＋・・・＋ｘ_n1 ²＋ｘ_n2 ²＋ｘ_n3 ²）と基準値を比較し、次に二乗和（ｘ₄ ²＋・・・＋ｘ_n1 ²＋ｘ_n2 ²＋ｘ_n3 ²＋ｘ_n4 ²）と基準値を比較する。このように、演算回路１８は最新時点までの１／２周期の二乗和と基準値とを常に比較する。瞬時電圧低下の監視の時間間隔は、Ａ／Ｄ値のサンプリング間隔にほぼ等しい。

実効値は、二乗和の平均値の平方根である。しかし平方根の演算に時間を要することが考えられる。したがって演算回路１８が実効値を算出して、その実効値を用いて瞬時電圧低下を検出する場合、瞬時電圧低下の検出が遅れる可能性がある。この実施の形態では、二乗和を基準値と比較することによって、平方根の演算を省略する。これにより、瞬時電圧低下の検出の遅れを防ぐことができる。

さらに、この実施の形態では、交流の１／２周期（Ｔ／２）の間に取得された瞬時値の二乗和に基づいて瞬時電圧低下が算出される。通常は、交流の１周期の間に取得された瞬時値に基づいて実効値が算出される。交流波形の場合、基本的に正側の波形と負側の波形とが同じである。このことを利用して、交流の１／２周期（Ｔ／２）の間に取得された瞬時値の二乗和を監視データに用いる。これにより監視データの演算時間が長くなることを防ぐことができるので、瞬時電圧低下の検出の遅れを防ぐことができる。

図６は、瞬時電圧低下の検出前におけるデータの生成および保持の手順を説明するための図である。図６を参照して、交流電圧３０の１周期Ｔの間のサンプリングおよびＡ／Ｄ変換によって取得された電圧の瞬時値に基づいて、演算回路１８は、１周期ごとに二乗和４１を生成する。１周期の二乗和４１は、記憶部１９のバッファ４０に蓄積される。１０周期分の二乗和４１が生成されると、演算回路１８は、二乗和４１の１０周期の平均値を算出する。

演算回路１８は、その平均値を、たとえば記憶部１９のバッファ４２に格納する。バッファ４２は、ｘ個のバッファＢ₁，Ｂ₂，・・・，Ｂ_x-2，Ｂ_x-1，Ｂ_xによって構成されたリングバッファ構造を有する。バッファＢ₁，Ｂ₂，・・・，Ｂ_x-2，Ｂ_x-1，Ｂ_xはそれぞれ、平均値Ａ₁，Ａ₂，・・・，Ａ_x-2，Ａ_x-1，Ａ_xを格納する。カウント値Ｃ₁，Ｃ₂，・・・，Ｃ_x-2，Ｃ_x-1，Ｃ_xがバッファＢ₁，Ｂ₂，・・・，Ｂ_x-2，Ｂ_x-1，Ｂ_xにそれぞれ割り当てられる。これらのカウント値によって、最新の平均値が格納されたバッファが特定される。たとえばバッファＢ₁に最新の平均値が格納された場合、最も古い平均値Ａ₂から順に平均値が並べられ、Ａ_x-2，Ａ_x-1，Ａ_x，Ａ₁の順に平均値が新しくなる。

以後同様に、演算回路１８は、１周期ごとに二乗和を算出して、その二乗和をバッファ４０に格納する。次の１０周期分の二乗和がバッファ４０に格納されると、演算回路１８は、それら１０周期分の二乗和の平均値を算出して、その平均値を、バッファ４２に格納する。上記の例では、最も古い平均値Ａ₂がバッファＢ₂に格納されている。したがって、演算回路１８は、バッファＢ₂に最新の平均値を格納する。

バッファ４０は、たとえば１周期ごとの二乗和を少なくとも１秒間分（すなわち交流電圧３０の周波数と同じ数）格納するように構成される。これにより、最新時点までの１秒間分、１周期ごとの二乗和がバッファ４０に格納される。

演算回路１８が瞬時電圧低下を検出した場合、演算回路１８は、バッファ４０に記憶されている１周期ごとの二乗和（１秒間）およびバッファ４２に記憶された１０周期の二乗和の平均値（１０秒間）を記憶部１９の別の記憶領域へと記憶させる。

なお、バッファ４０，４２は、記憶部１９に設けられるものと限定されるものではない。たとえばバッファ４０，４２は、演算回路１８の内部のバッファであってもよい。

図７は、瞬時電圧低下の検出後におけるデータの生成および保持の手順を説明するための図である。図７を参照して、演算回路１８は、交流電圧３０の１周期Ｔの間のサンプリングおよびＡ／Ｄ変換によって取得された電圧の瞬時値を波形データとして記憶部１９に記憶させる。さらに演算回路１８は、これらの瞬時値の二乗和を算出して、その二乗和を記憶部１９に記憶させる。

演算回路１８は、瞬時電圧低下の検出から５周期分の波形データを記憶部１９に記憶させる。なお、瞬時電圧低下の検出から５周期が経過するまでは、波形データと、その波形データに対応する二乗和が記憶部１９に記憶される。瞬時電圧低下の検出から６周期目以後は、演算回路１８は、１周期ごとの二乗和をＡ／Ｄ値に基づいて算出して、その二乗和を記憶部１９に記憶させる。たとえば瞬時電圧低下の検出から１秒が経過するまでの間、演算回路１８は、１周期ごとの二乗和が記憶部１９に記憶される。

このように、瞬時電圧低下の検出前の１秒間および検出後の１秒間には、１周期ごとに二乗和が生成されて、その二乗和が記憶部１９に記憶される。さらに、瞬時電圧低下の検出後、交流電圧の５周期分の波形データが記憶部１９に記憶される。これにより、瞬時電圧低下の発生の直前および直後の電圧の細かな推移に関するデータを記憶部１９に保存することができる。さらに、瞬時電圧低下の検出後、１周期ごとの二乗和が１秒間にわたり取得されるのに対し、波形データは５周期分のみ取得される。すなわち波形データが取得される期間は、１周期ごとの二乗和が取得される期間に比べて短い。これにより記憶部１９に記憶されるデータサイズを抑えることができる。

瞬時電圧低下により、電力量センサ１の電源電圧が一時的に低下する可能性がある。これにより記憶部１９へのデータの書込みが途中で終了することが考えられる。したがって記憶部１９への書き込み時間は短いほど好ましい。上記の構成によれば、データサイズを節約することにより記憶部１９へのデータの書込み時間を短くすることができる。これにより記憶部１９に波形データを残すことができる可能性を高めることができる。

さらに、瞬時電圧低下の発生前の１０秒間における二乗和の平均値（１０周期ごと）が記憶部１９に記憶される。これにより、瞬時電圧低下の発生前における電圧の大まかな推移を把握することができる。

なお、上記の実施の形態では、本発明の電圧監視装置の一実施形態として電力量センサを示した。しかしながら、上記の実施の形態で説明された電圧監視機能を有する装置であれば、装置の構成および他の機能は特に限定されるものではない。

また、上記の実施の形態では、省エネモードの一例として、計測部１０の周囲のブロックに供給される電力を低減することを示した。たとえば、省エネモードにおいて、上記の制御に加えて、あるいは上記の制御に代えて、演算回路１８（たとえばＣＰＵ）の動作クロック周波数を低下させてもよい。

また、上記の実施の形態では、実効値に関するデータの演算方法として、二乗和が算出される。しかしながら交流電圧を直流電圧に変換することにより実効値を算出してもよい。

また、上記の実施の形態では、瞬時電圧低下を検出するために交流電圧の１／２周期における二乗和が算出される。この時間の単位が、たとえば交流電圧の１周期あるいは複数の周期であってもよい。ただし、瞬時電圧低下の検出を早くするためには、時間の単位が短いほうが好ましい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 電力量センサ、１ａ，１ｂ 変流器、２ 構内電気設備、２ａ 送電線、３ 補助電源、４ 警報装置、５，９ 交流回路、５ａ〜５ｃ 電力線、６ 負荷装置、７ データ処理装置、１０ 計測部、１１ 電圧計測部、１１ａ 分圧回路、１１ｂ，１２ｂ Ａ／Ｄ変換回路、１２ 電流計測部、１２ａ 電流／電圧変換回路、１３ 通信制御部、１４ 接続部、１５ 信号経路、１５ａ アイソレータ、１６ 電源回路、１８ 演算回路、１９ 記憶部、２０ キャパシタ、２１ 半導体リレー、３０ 交流電圧、４０，４２、Ｂ₁〜Ｂ_x バッファ。

Claims (8)

1. 計測箇所における交流電圧を計測して、前記計測箇所において生じた瞬時電圧低下を検出する計測部と、
   記憶部とを備え、
   前記計測部は、前記瞬時電圧低下の検出時点までの第１の期間における、第１の時間間隔での前記交流電圧の推移、および前記瞬時電圧低下の前記検出時点までの第２の期間における、前記第１の時間間隔よりも短い時間間隔での前記交流電圧の推移に関する第１の履歴データと、前記瞬時電圧低下の検出時点以後の第２の時間間隔での前記交流電圧の推移を示す第２の履歴データとを生成して、前記第１および第２の履歴データを前記記憶部に記憶させ、
   前記第２の時間間隔は、前記第１の時間間隔よりも短く、
   前記計測部は、前記交流電圧の半周期の間に電圧瞬時値の二乗和を生成することによって監視データを生成し、前記監視データの推移と設定されたパターンとを比較して前記瞬時電圧低下を検出し、
   前記設定されたパターンは、電圧低下を検出するための電圧レベルと、その電圧レベルの継続する時間とを各々が含む複数のパターンの中から選択され、
   前記瞬時電圧低下の検出時に、前記複数のパターンにそれぞれ対応する複数の警報のうち、前記設定されたパターンに対応する警報を出力する警報出力部をさらに備え、
   前記計測部は、さらに、前記瞬時電圧低下の検出後の前記交流電圧の波形データを生成して前記記憶部に記憶させ、
   前記第１の履歴データは、
   前記第１の期間に、前記交流電圧の第１の周期ごとに取得された第１のデータと、
   前記第２の期間に、前記交流電圧の第２の周期ごとに取得された第２のデータとを含み、
   前記第２の履歴データは、
   前記第１の期間よりも短い第３の期間に、前記交流電圧の第３の周期ごとに取得された第３のデータを含み、
   前記第１の時間間隔は、前記第１の周期に対応し、
   前記第２の期間における、前記第１の時間間隔よりも短い前記時間間隔は、前記第２の周期に対応し、
   前記第２の時間間隔は、前記第３の周期に対応し、
   前記第２の周期は、前記第１の周期よりも短い、電圧監視装置。
2. 前記計測部が前記波形データを取得する期間は、前記第３の期間よりも短い、請求項１に記載の電圧監視装置。
3. 前記第１の周期は、前記交流電圧の複数の周期に対応し、
   前記第２および第３の周期は、前記交流電圧の１周期に対応し、
   前記第１のデータは、前記複数の周期にわたる、電圧瞬時値の二乗和を示し、
   前記第２および第３のデータは、前記交流電圧の前記１周期の間における、電圧瞬時値の二乗和を示す、請求項１に記載の電圧監視装置。
4. 前記記憶部は、前記第１および第２の履歴データを不揮発的に記憶する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電圧監視装置。
5. 計測箇所における交流電圧を計測して、前記計測箇所において生じた瞬時電圧低下を検出するステップと、
   前記瞬時電圧低下の検出時点までの第１の期間における、第１の時間間隔での前記交流電圧の推移、および前記瞬時電圧低下の前記検出時点までの第２の期間における、前記第１の時間間隔よりも短い時間間隔での前記交流電圧の推移に関する第１の履歴データを生成するステップと、
   前記瞬時電圧低下の検出時点以後のデータを生成するステップと、
   生成されたデータを記憶部が記憶するステップとを備え、
   前記検出時点以後に生成されたデータは、第２の時間間隔での前記交流電圧の推移を示す第２の履歴データを含み、
   前記第２の時間間隔は、前記第１の時間間隔よりも短く、
   前記記憶するステップにおいて、前記記憶部は、前記第１および第２の履歴データを記憶し、
   前記検出するステップにおいて、前記交流電圧の半周期の間に電圧瞬時値の二乗和を生成することによって生成された監視データを生成し、前記監視データの推移と設定されたパターンとを比較して前記瞬時電圧低下を検出し、
   前記設定されたパターンは、電圧低下を検出するための電圧レベルと、その電圧レベルの継続する時間とを各々が含む複数のパターンの中から選択され、
   前記瞬時電圧低下の検出時に、前記複数のパターンにそれぞれ対応する複数の警報のうち、前記設定されたパターンに対応する警報を出力するステップをさらに備え、
   前記検出時点以後に生成されたデータは、前記瞬時電圧低下の検出後の前記交流電圧の波形データを含み、
   前記記憶するステップにおいて、前記記憶部は、前記波形データをさらに記憶し、
   前記第１の履歴データは、
   前記第１の期間に、前記交流電圧の第１の周期ごとに取得された第１のデータと、
   前記第２の期間に、前記交流電圧の第２の周期ごとに取得された第２のデータとを含み、
   前記第２の履歴データは、
   前記第１の期間よりも短い第３の期間に、前記交流電圧の第３の周期ごとに取得された第３のデータを含み、
   前記第１の時間間隔は、前記第１の周期に対応し、
   前記第２の期間における、前記第１の時間間隔よりも短い前記時間間隔は、前記第２の周期に対応し、
   前記第２の時間間隔は、前記第３の周期に対応し、
   前記第２の周期は、前記第１の周期よりも短い、電圧監視方法。
6. 前記波形データを生成する期間は、前記第３の期間よりも短い、請求項５に記載の電圧監視方法。
7. 前記第１の周期は、前記交流電圧の複数の周期に対応し、
   前記第２および第３の周期は、前記交流電圧の１周期に対応し、
   前記第１のデータは、前記複数の周期にわたる、電圧瞬時値の二乗和を示し、
   前記第２および第３のデータは、前記交流電圧の前記１周期の間における、電圧瞬時値の二乗和を示す、請求項５に記載の電圧監視方法。
8. 前記記憶部は、前記第１および第２の履歴データを不揮発的に記憶する、請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の電圧監視方法。

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