CN107923936B - 漏电流计算装置及漏电流计算方法 - Google Patents

漏电流计算装置及漏电流计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种漏电流计算装置及漏电流计算方法。电阻部分漏电流计算部根据各特定点所描绘的圆的中心点，算出通过三相马达的对地绝缘电阻而在三相马达与大地之间流动的商用电力系统的系统频率部分的对地绝缘电阻部分漏电流，所述各特定点是借由在至少三个不同的时点所提取的漏电流成分及所算出的相位差而指定。由此，当商用电力系统的系统频率与逆变器设备的运转频率相一致时，能以高精度算出系统频率部分的对地绝缘电阻部分漏电流。

Description

漏电流计算装置及漏电流计算方法
技术领域
本发明涉及一种计算漏电流的漏电流计算装置及漏电流计算方法。
背景技术
作为计算三相马达等的负载中的漏电流的技术的一例，在专利文献1中揭示了一种漏电流计算装置，所述漏电流计算装置是通过在基本交流频率波形的零交叉(zerocross)时间所对应的期间，对频带的零相电流成分进行积分，而计算出对地漏电流之中的通过三相马达的除了对地电容成分以外的对地绝缘电阻成分而流动的漏电流值。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本公开专利公报“日本专利特开2014-228519号公报(2014年12月8日公开)”
发明内容
发明所要解决的问题
专利文献1的漏电流计算装置在商用电力系统的频率与逆变器(inverter)设备的运转频率的设定不同时，能够以高精度算出通过对地绝缘电阻成分而流动的漏电流。但是，当商用电力系统的频率与逆变器设备的运转频率的设定相一致时，则有可能在所算出的漏电流中产生误差。
本发明是为了解决所述问题而成的。并且，其目的在于提供一种漏电流计算装置及漏电流计算方法，当商用电力系统的系统频率与逆变器设备的运转频率相一致时，能够以高精度算出系统频率部分的对地绝缘电阻部分漏电流。
解决问题的技术手段
为了解决所述问题，本发明的一个实施例的漏电流计算装置包括：电压测量部，测量在逆变器的输入侧的线间电压之中的至少任一者，所述逆变器是将不同的三相之中任一者为接地的三相交流式的商用电力系统作为电源；对地电压计算部，根据所述电压测量部所测量出的至少任一个所述线间电压，计算出所述商用电力系统的中性点与大地之间的对地电压；漏电流测量部，测量在与所述逆变器的输出侧连接的负载与所述大地之间流动的漏电流；频率成分提取部，从所测量出的所述漏电流中，提取与所述商用电力系统的系统频率同步的漏电流成分；相位差确定部，确定所算出的所述对地电压与所提取的所述漏电流成分的相位差；以及漏电流计算部，根据各特定点所描绘的圆的中心点，计算出在所述负载与所述大地之间通过所述负载的对地绝缘电阻而流动的所述系统频率部分的对地绝缘电阻部分漏电流，所述各特定点是借由在至少三个不同的时点所提取的所述漏电流成分及所确定的所述相位差而指定。
为了解决所述问题，本发明的一个实施例的漏电流计算方法包括：电压测量工序，测量在逆变器的输入侧的线间电压之中的至少任一者，所述逆变器是将不同的三相之中任一者为接地的三相交流式的商用电力系统作为电源；对地电压计算工序，根据所测量出的所述至少任一个线间电压，计算出所述商用电力系统的中性点与大地之间的对地电压；漏电流测量工序，测量在与所述逆变器的输出侧连接的负载与所述大地之间流动的漏电流；频率成分提取工序，从所测量出的所述漏电流中，提取与所述商用电力系统的系统频率同步的漏电流成分；相位差确定工序，确定所算出的所述对地电压与所提取的所述漏电流成分的相位差；以及漏电流计算工序，根据各特定点所描绘的圆的中心点，算出在所述负载与所述大地之间通过所述负载的对地绝缘电阻而流动的所述系统频率部分的所述对地绝缘电阻部分漏电流，所述各特定点是借由在至少三个不同的时点所提取的所述漏电流成分及所确定的所述相位差而指定。
发明的效果
根据本发明，当商用电力系统的系统频率与逆变器设备的运转频率相一致时，能够以高精度算出系统频率部分的对地绝缘电阻部分漏电流。
附图说明
图1是表示本发明的实施例1的漏电流计算装置的主要部分构成的框图。
图2是表示应用有本发明的实施例1的漏电流计算装置的构成例的概略系统图。
图3中的(a)与(b)是说明用于算出本发明的实施例1中的商用电力系统的对地电压的原理的图。
图4A与图4B是说明本发明的实施例1中的在三相马达与大地之间流动的漏电流的图。
图5A与图5B是说明本发明的实施例1中的三相马达与大地之间的对地绝缘电阻的图。
图6A与图6B是说明本发明的实施例1的漏电流计算装置用于算出与商用电力系统的系统频率同步的漏电流的原理的图。
图7A与图7B是说明在本发明的实施例1中，当系统频率与运转频率相一致时，将所提取的漏电流记为向量时的终点旋转的原理的图。
图8是说明本发明的实施例1中的用于计算对地绝缘电阻部分漏电流的第一方法的图。
图9A与图9B是说明本发明的实施例1中的用于计算对地绝缘电阻部分漏电流的第二方法的图。
图10是说明本发明的实施例1中的圆的最小二乘法的图。
图11A与图11B是说明本发明的实施例1中的用于计算对地绝缘电阻部分漏电流的第三方法的图。
图12是表示应用本发明的实施例2的漏电流计算装置的构成例的概略系统图。
图13A与图13B是表示本发明的实施例2中的每个三相马达的对地绝缘电阻部分漏电流或对地绝缘电阻的计算值的随时间的推移的一例的图。
[符号的说明]
1：漏电流计算装置；
2：商用电力系统；
3、3a、3b：逆变器；
4、4a、4b：零相变流器；
5、5a、5b、M：三相马达；
11：电压测量部；
12：漏电流测量部；
13：对地电压计算部；
14：系统频率成分提取部(频率成分提取部)；
15：相位差计算部(相位差确定部)；
16：圆中心计算部；
17：电阻部分漏电流计算部(漏电流计算部)；
18：绝缘电阻计算部；
19：判定部(绝缘劣化负载指定部、绝缘劣化判定部)；
20：输出部；
61、73、82、91：圆；
71：I0_sys的波形；
72：I0_inv的波形；
74、83、92：中心点；
81：三角形；
111：最小值；
112：最大值；
113：中间值；
131、133：乖离度；
132、134：阈值；
Cu、Cv、Cw：对地杂散电容；
Ch1、Ch2：曲线；
E：大地；
Eu、Ev、Ew：对地电压；
I0：零相电流；
I0_inv：与逆变器3的运转频率同步的成分；
I0_mix、I0_sys、I0R_mix、Iu、Iv、Iw：漏电流；
I0C_sys：电容部分漏电流；
I0R_sys：电阻部分漏电流；
P0：终点；
P1、P2、P3、P4：点(特定点)；
Ru、Rv、Rw：对地绝缘电阻；
Vr、Vt、Vu、Vv、Vw：电压；
Vs：对地电压(系统电压)；
Vs∠180°：相位经180°反转的电压；
Zu、Zv、Zw：阻抗；
θ：相位差；
x1～x4，y1～y4：坐标。
具体实施方式
[实施例1]
以下，参照图1～图11B，对本发明的实施例1进行说明。
(构成例)
图2是表示应用了本发明的实施例1的漏电流计算装置1的构成例的概略系统图。在此图所示的示例中，漏电流计算装置1构成为监控由逆变器3驱动的伺服马达等三相马达(M)5(负载)，所述逆变器3是将商用电力系统2作为电源。
商用电力系统2是不同的三相(R相、S相、T相)之中S相与大地E连接的三相交流式的交流电源。所述三相经由R线、S线及T线，而与逆变器3的输入侧分别连接。
逆变器3利用从商用电力系统2供给的三相的电力生成规定的控制电压，并通过输出侧的三相(U相、V相、W相)所对应的三条线(U线、V线、W线)而分别输出到三相马达5。三相马达5与逆变器3的输出侧连接，利用所供给的各控制电压而工作。
在逆变器3与三相马达5之间，设置有包围着U线、V线及W线的零相变流器4。零相变流器4测量在逆变器3与三相马达5之间流动的三相经合成的对地零相电流I0。详细情况将在后文描述，所述零相电流I0与在三相马达5与大地E之间流动的漏电流相等。
(漏电流计算装置1的构成)
图1是表示本发明的实施例1的漏电流计算装置的主要部分构成的框图。如此图所示，漏电流计算装置1包括电压测量部11、漏电流测量部12、对地电压计算部13、系统频率成分提取部14(频率成分提取部)、相位差计算部15(相位差确定部)、圆中心计算部16、电阻部分漏电流计算部17(漏电流计算部)、绝缘电阻计算部18、判定部19(绝缘劣化负载指定部、绝缘劣化判定部)及输出部20。
电压测量部11测量在逆变器3的输入侧的线间电压之中的至少任一者。在本实施例中，是测量在逆变器3的输入侧的R相与S相之间的线间电压。再者，测量对象的线间电压并不限于此，只要是任意的线间电压即可。例如电压测量部11也可以测量R相与T相之间的电压、或T相与S相之间的电压。再者，电压测量部11也可以包括用于从所测量出的电压中去除高频成分或提取系统频率成分的低通滤波器或带通滤波器。
对地电压计算部13根据电压测量部11所测量出的线间电压之中的至少任一者，计算出商用电力系统2的中性点与大地E之间的对地电压。在本实施例中，是根据R-S间的线间电压而算出对地电压。
漏电流测量部12通过零相变流器4来测量在三相马达5与大地E之间流动的漏电流(零相电流)。漏电流测量部12也可以包括用于从所测量出的漏电流中去除高频成分或提取系统频率成分的低通滤波器或带通滤波器。
系统频率成分提取部14从所测量出的漏电流中，提取与商用电力系统2的系统频率同步的漏电流成分(即，与系统频率相同的频率的漏电流成分)。在所述提取处理时，还可以使用例如离散傅里叶变换(Discrete Fourier Transform，DFT)或快速傅里叶变换(FastFourier Transform，FFT)等。
相位差计算部15计算所算出的对地电压与所提取的漏电流成分的相位差。相位差的计算是例如通过运算处理而进行，也可以取而代之，通过利用规定的测量电路测量相位差来确定相位差。
圆中心计算部16计算各点(特定点)所描绘的圆的中心点，所述各点(特定点)是借由在至少三个不同的时点所算出的漏电流成分及所确定的相位差而指定。
电阻部分漏电流计算部17根据所算出的圆的中心点，算出通过三相马达5的对地绝缘电阻而在三相马达5与大地E之间流动的电流(系统频率部分的对地绝缘电阻部分漏电流)。
绝缘电阻计算部18利用所算出的系统频率部分的对地绝缘电阻部分漏电流及所算出的对地电压，算出三相马达5的对地绝缘电阻。
判定部19根据所算出的系统频率部分的对地绝缘电阻部分漏电流或对地绝缘电阻，判定三相马达5的绝缘不良(绝缘劣化)的有无。
输出部20将绝缘不良的判定结果，以所需的形态输出至漏电流计算装置1的外部。所述输出是以例如画面显示、通信输出或接点信号输出的形式而进行。
(对地电压的计算)
图3中的(a)与(b)是说明本发明的实施例1中的用于计算商用电力系统2的对地电压的原理的图。本实施例的漏电流计算装置1为了算出三相马达5的对地绝缘电阻，而算出施加至三相马达5的对地绝缘电阻的电压(对地电压)。以下，参照图3的(a)与(b)，对所述对地电压的计算方法进行说明。
施加至三相马达5的对地绝缘电阻的对地电压与商用电力系统2的中性点(N相)与大地E之间的电压相等。在商用电力系统2中，如图3的(a)所示，S相(S线)为接地。以中性点为基准的S相的电压是N相与S相之间的系统电压Vs，所以N相与大地E之间的电压是与系统电压Vs相位经180°反转的电压Vs∠180°。中性点(N相)与T相之间的电压为电压Vt。
另一方面，如图3的(b)所示，逆变器3的中性点N的电位与商用电力系统2的中性点N的电位相等。因此，逆变器3的中性点N与大地E之间的电压也与商用电力系统2的对地电压Vs∠180°相等。并且，如图3的(b)所示，U相的对地电压Eu是在N相与U相之间的电压Vu上，加上Vs∠180°所得的电压。V相的对地电压Ev是在N相与V相之间的电压Vv上，加上Vs∠180°所得的电压。W相的对地电压Ew是在N相与W相之间的电压Vw上，加上Vs∠180°所得的电压。即，Eu＝Vu+Vs∠180°、Ev＝Vv+Vs∠180°及Ew＝Vw+Vs∠180°。
在这里，U相的电压Vu、V相的电压Vv与W相的电压Vw的相位彼此相差120°，所以具有各相的电压全部相加为零的特性。即，Vu+Vv+Vw＝0。因此，电压Vs∠180°是施加至三相马达5的对地绝缘电阻的商用电力系统2的系统频率部分的对地电压。
如图3的(a)所示，R-S线间电压是中性点(N相)与R相之间的电压Vr与对地电压Vs的向量和。对地电压计算部13可以通过将所测量出的R-S线间电压除以√3，而算出商用电力系统2的系统电压Vs。系统电压Vs与对地电压Vs∠180°是有效值彼此相等，并且相位彼此相差180°的电压。因此，对地电压计算部13可以通过使所算出的系统电压Vs的相位相差180°，而算出对地电压Vs∠180°。
(漏电流)
图4A与图4B是说明本发明的实施例1中的在三相马达5与大地E之间流动的漏电流的图。
三相马达5的对地绝缘电阻及对地杂散电容(stray capacitance)是位于三相马达5的配线或线圈与大地E之间的阻抗(impedance)成分。它们处于相互并联连接的关系。因此，如图4A所示，位于在逆变器3的输出侧的U相与大地E之间的对地绝缘电阻Ru及对地杂散电容Cu都是构成位于U相与大地E之间的阻抗Zu的成分。
同样地，位于V相与大地E之间的对地绝缘电阻Rv及对地杂散电容Cv都是构成位于V相与大地E之间的阻抗Zv的成分。并且，位于W相与大地E之间的对地绝缘电阻Rw及对地杂散电容Cw都是构成位于W相与大地E之间的阻抗Zw的成分。
如图4B所示，在逆变器3的输出侧，漏电流分别通过各相而流动。具体而言，漏电流Iu通过U相而流动，漏电流Iv通过V相而流动，漏电流Iw通过W相而流动。在逆变器3的输出侧流动的零相电流I0与各相的漏电流的总和相等。因此，I0＝Iu+Iv+Iw。
如果着眼于系统频率成分，那么在逆变器3的输出侧的各相(U、V、W)中，对地电压Vs∠180°是施加至相同相位。因此，Iu＝Vs∠180°÷Zu，Iv＝Vs∠180°÷Zv，Iw＝Vs∠180°÷Zw。因此，I0＝Vs∠180°÷(1÷Zu+1÷Zv+1÷Zw)。
如以上所述，通过零相变流器4而测量的零相电流I0与通过三相马达5的合成阻抗而流动的漏电流相等。因此，以下，也存在将漏电流记为漏电流I0的情况。
(对地绝缘电阻)
图5A与图5B是说明本发明的实施例1中的三相马达5与大地E之间的对地绝缘电阻的图。
如果着眼于系统频率成分，那么在逆变器3的输出侧的各相(U，V，W)中，对地电压Vs∠180°是施加至相同相位。此情况可看成等同于在对地电压Vs∠180°所施加的共同的母线上并联连接着Zu、Zv及Zw的情况。因此，当将三相马达5与大地E之间的合成阻抗设为Z0时，1÷Z0＝1÷Zu+1÷Zv+1÷Zw。如果对所述式子进行变形，则变为I0＝Vs∠180°÷Z0，因此，Z0＝Vs∠180°÷I0。
对地合成阻抗Z0分别包含相互并联连接的三相马达5的对地绝缘电阻及对地杂散电容作为成分。因此，如果将零相电流I0与对地电压Vs∠180°的相位差设为θ，那么Z0之中通过对地绝缘电阻而流动的电流I0r为I0×cosθ。另一方面，Z0之中通过对地杂散电容而流动的电流I0c为I0×sinθ。
由此，三相马达5的对地绝缘电阻R0是通过R0＝Vs∠180°÷I0r而算出。另一方面，三相马达5的对地杂散电容C0是通过C0＝Vs∠180°÷I0c而算出。
(漏电流的计算原理)
图6A与图6B是说明本发明的实施例1的漏电流计算装置1用于算出与商用电力系统2的系统频率同步的漏电流的原理的图。
在漏电流测量部12所测量的漏电流I0中，包含与商用电力系统2的系统频率同步的成分(I0_sys)、以及与逆变器3的运转频率同步的成分(I0_inv)。为了计算三相马达5的对地绝缘电阻，必须从漏电流I0中，只提取与系统频率同步的漏电流成分即漏电流I0_sys。
在图6A中，商用电力系统2对逆变器3供给的电压的频率(系统频率)为60Hz，逆变器3对三相马达5进行驱动的电压的频率(运转频率)为50Hz。即，两者的频率设定互不相同。
在此情况下，系统频率成分提取部14通过执行提取漏电流的运算处理，而从所测量的漏电流I0中，只提取系统频率成分的漏电流I0_sys，所述漏电流具有与系统频率相同的频率。由于系统频率与运转频率不同，所以在所述提取处理中，提取与系统频率同步的成分，而不提取与运转频率同步的成分。由此，在所提取的漏电流I0_sys中，不包含与逆变器3的运转频率成分同步的漏电流I0_inv。
在三相马达5与大地E之间的阻抗中，包含对地绝缘电阻及对地杂散电容两者。通过将对地电压Vs∠180°施加至对地绝缘电阻及对地杂散电容两者，而使得所测量的漏电流I0的相位因为对地杂散电容的影响而与对地电压Vs∠180°的相位发生偏离。因此，从漏电流I0中提取的漏电流I0_sys的相位差θ也与对地电压Vs∠180°的相位发生偏离。
如图6A所示，当系统频率与运转频率不同时，在从漏电流I0中提取的漏电流成分中，只包含漏电流I0_sys。因此，对地电压Vs∠180°与漏电流成分(I0_sys自身)的相位差θ与测量的时点无关而始终相等。
因此，如图6A所示，当将平面坐标系中的原点设为起点，相对于所述平面坐标系的横轴设置相位差θ的角度而描绘漏电流I0_sys的向量时，所述向量的终点P0与漏电流I0_sys所提取的时点无关而始终集中于相同的点。由此，将平面坐标系的原点与使终点P0投影至平面坐标系的横轴上的点加以连结的向量，以高精度对应于系统频率成分的电阻部分漏电流I0R_sys。即，所述投影点的值是I0R_sys的有效值。另一方面，将平面坐标系的原点与使终点P0投影至平面坐标系的纵轴的点加以连结的向量，以高精度对应于系统频率成分的电容部分漏电流I0C_sys。即，所述投影点的值为I0C_sys的有效值。
如以上所述，漏电流计算装置1在商用电力系统2的系统频率与逆变器3的运转频率不同的情况下，从所测量出的漏电流I0中提取与系统频率同步的成分，借此能够以高精度算出系统频率部分的漏电流I0_sys。其结果为，可以通过使用对地电压Vs∠180°及漏电流I0R_sys，而以高精度算出三相马达5的对地绝缘电阻。
(频率相一致时)
另一方面，当商用电力系统2的系统频率与逆变器3的运转频率相一致时，将漏电流I0记为向量时的终点并不固定在一点，在每个测量时点，其位置会发生变化。其原因在于，在系统频率成分提取部14所提取的漏电流中，包含系统频率部分的漏电流I0_sys及运转频率部分的漏电流I0_inv两者。
当系统频率与运转频率的设定相一致时，系统频率成分提取部14无法区别漏电流I0中所含的与系统频率同步的成分及与运转频率同步的成分。因此，系统频率成分提取部14执行从漏电流I0中提取与系统频率同步的成分的处理之后，结果提取出将与系统频率同步的漏电流I0_sys和与运转频率同步的漏电流I0_inv加以混合的漏电流I0_mix。
在此情况下，如图6B所示，平面坐标系中所描绘的向量是I0_sys的向量与I0_inv的向量的合成向量(I0_mix的向量)。详细情况将在后文描述，所述合成向量的终点的位置因为I0_inv的影响，而如点P1(特定点)、点P2(特定点)及点P3(特定点)等，在每个测量时点发生变化。具体而言，如图6B所示，所述变化是以使各终点描绘圆61的方式而产生。
因此，当系统频率与运转频率相一致时，与图6A不同，向量的终点并不固定在一点，所以无法根据所述终点以高精度算出系统频率成分的电阻部分漏电流I0R_sys。换言之，即使根据终点算出I0R_sys，其值也会在每个测量时点发生变动，所以无法指定出准确的值。
(描绘圆的理由)
图7A与图7B是说明在本发明的实施例1中，系统频率与运转频率相一致时，将所提取的漏电流成分记为向量时的终点旋转的原理的图。
系统频率与运转频率即使设定为相同的值，严格来说也在彼此间稍有不同。例如，即使在分别设定为60Hz的情况下，也会以系统频率为60.00Hz，另一方面，运转频率为60.01Hz的方式，在彼此间稍有偏差。借由所述频率的偏差，而如图7A所示，I0_sys的波形71与I0_inv的波形72随着测量时点逐渐变为P1、P2、P3，而一点点地不断相互偏离。
如上所述，当系统频率与运转频率相一致时，在从漏电流I0所提取的漏电流I0_mix中，包含系统频率部分的漏电流I0_sys及运转频率部分的漏电流I0_inv。在此情况下，所确定的相位差θ是对地电压Vs∠180°与漏电流I0_mix的相位差，所以会在漏电流I0_inv中所含的I0_sys的波形与I0_inv的波形之间产生偏差，由此相位差θ的值随时间经过而不断偏离。由此，将漏电流I0_mix记为向量时的终点的位置也随时间经过而变化。例如，对应于图7A的P1～P3的波形的偏差，漏电流I0的终点(特定点)P1～P3的位置发生变化。借由所述变化，伴随着相位差θ随时间经过而变化，I0_mix的终点如图7B所示，随时间经过而描绘圆73。即，在原理上将P1～P3标绘在圆73上。
I0_sys的终点与圆73的中心点74相一致。因此，本实施例的漏电流计算装置1通过计算所述中心点74，然后将中心点74分别投影至平面坐标轴的横轴及纵轴，而以高精度算出I0R_sys及I0C_inv。
计算漏电流I0_mix的终点所描绘的圆的中心点的方法有各种各样。以下，分别对其中三个方法进行说明。
(第一方法)
图8是说明本发明的实施例1中的用于计算对地绝缘电阻部分漏电流的第一方法的图。
在图8的示例中，系统频率成分提取部14在三个不同的时点，提取I0_mix。同样地，相位差计算部15在三个不同的时点，算出相位差θ。由此，圆中心计算部16根据在三个时点所确定的漏电流I0_mix及相位差θ，算出将各I0_mix记为向量时的终点即点P1～P3。
圆中心计算部16不直接计算通过所述点P1～P3的圆82，而计算以这些点为顶点的三角形81的外心。所述外心与外接于三角形81的圆82的中心点83相一致。如上所述，在图8的示例中，圆中心计算部16通过算出以P1～P3为顶点的三角形81的外心，可以算出通过这些点的圆82的中心点83。
圆中心计算部16将所算出的中心点83输出至电阻部分漏电流计算部17。如图8所示，将平面坐标系的原点设为起点，将中心点83设为终点的向量正是从漏电流I0中提取的漏电流I0_mix之中的系统频率部分的漏电流I0_sys。因此，电阻部分漏电流计算部17通过将所算出的中心点83投影至横轴，可以算出系统频率部分的漏电流I0_sys之中的对地绝缘电阻部分的漏电流I0R_sys。
电阻部分漏电流计算部17将所算出的I0R_sys输出至绝缘电阻计算部18。绝缘电阻计算部18利用漏电流I0R_sys及对地电压Vs∠180°，算出三相马达5的对地绝缘电阻。
在所述方法中，只利用三个点P1～P3，来计算中心点83。即，为了计算I0R_sys，只要在三个不同时点测量漏电流I0即可，所以能够高速地算出I0R_sys。
(第二方法)
图9A与图9B是说明本发明的实施例1中的用于计算对地绝缘电阻部分漏电流的第二方法的图。
在图9A与图9B的示例中，系统频率成分提取部14在四个以上的不同时点，提取I0_mix。同样地，相位差计算部15在四个以上的不同时点，计算相位差θ。由此，圆中心计算部16根据在四个以上的时点所确定的漏电流I0_mix及相位差θ，计算将各I0_mix记为向量时的终点即各点Pn(n＝1，2，3，4，……)。
圆中心计算部16算出通过所述各点Pn的圆91的方程式。然后，利用所述方程式，算出圆91的中心点92。在图9A与图9B的示例中，圆中心计算部16通过利用所算出的各点Pn的圆的最小二乘法，而算出圆91的方程式。以下，更具体地进行说明。
图10是说明本发明的实施例1中的圆的最小二乘法的图。如此图所示，各点Pn是作为点P1(x1，y1)、点P2(x2，y2)、点P3(x3，y3)、点P4(x4，y4)、……而算出。在本实施例中，将近似于这些点的圆91的方程式设为(x－a)2×(y－b)2＝r2，通过最小二乘法而算出这些点与(x－a)2×(y－b)2＝r2的误差的平方和E为最小的系数a、b及r。
误差E是通过E＝Σ((x－a)2×(y－b)2＝r2)来规定。但是，当想要利用所述式子计算误差E时，由于a、b及r都成为四次函数，所以计算变得非常复杂。因此，首先，获得将a、b及r如下所述置换成中介变量(intervening variable)A、B及C的关系式。
E＝Σ(x2+y2+Ax+By+C)
在这里，A＝-2a，B＝-2b，C＝a2+b2－r2。如果对所述关系式求偏微分，则获得下式。
[数式1]
Figure GDA0002230656210000091
如果通过矩阵运算对这些式子求解，则获得下述矩阵式。
[数式2]
Figure GDA0002230656210000092
如果将所述矩阵式加以展开，则获得下述矩阵式。
[数式3]
Figure GDA0002230656210000101
通过对所述矩阵式求解，而确定中介变量A、B及C。通过将经确定的中介变量A、B及C代入至所述关系式，可以确定系数a、b及r。由此，算出圆91的方程式，所以利用所述方程式算出中心点92。根据中心点92计算对地绝缘电阻部分的漏电流I0_sys、以及根据漏电流I0_sys及对地电压Vs∠180°计算三相马达5的对地绝缘电阻与所述示例同样。
在所述方法中，使用圆的最小二乘法来进行圆91的计算，所以能够以更高精度算出圆91的中心点92。因此，能够以更高精度算出漏电流I0_sys及对地绝缘电阻。
图9B中，表示I0_sys的实际的计算结果的一例。在所述示例中，作为圆91的方程式，而算出(x－0.0044)2+(y－0.0133)2＝0.00392。当将根据所述方程式而确定的中心点92投影至横轴时，值为4.4mA，因此，算出4.4mA作为I0R_sys。用于所述计算的三相马达5中的I0_sys的理论值为4.3mA，所以可知计算结果与理论值非常一致。并且，利用4.4mA的I0_sys而算出的三相马达5的对地绝缘电阻为26.9kΩ，这也与理论值的27kΩ非常一致。
(第三方法)
图11A与图11B是说明本发明的实施例1中的用于计算对地绝缘电阻部分漏电流的第三方法的图。
在图11A与图11B的示例中，系统频率成分提取部14不是直接计算圆的中心点，而是取而代之，算出在固定时间内的I0_mix中的对地绝缘电阻部分的漏电流的最小值、及I0_mix之中对地绝缘电阻部分的漏电流的最大值，并算出它们的中间值，作为I0R_sys。
在所述方法中，系统频率成分提取部14在跨固定时间内(理想的是60秒以上的长时间)的各时点，即，直到算出绕圆一圈以上的点为止，提取I0_mix。同样地，相位差计算部15在各时点算出相位差θ，直到算出绕圆一圈以上的点为止。在所述方法中，圆中心计算部16不计算圆的中心。取而代之，绝缘电阻计算部18利用在各时点所获得的漏电流I0_mix及相位差θ，算出在各时点的漏电流I0_mix之中的对地绝缘电阻部分的漏电流I0R_mix。这是通过将cosθ乘以I0_mix而获得。即，I0R_mix＝I0_mix×cosθ。
绝缘电阻计算部18在跨长时间(60秒以上)的各时点执行I0R_mix的计算。I0R_mix的值与将I0_mix记为向量时的终点投影至横轴的点上的横轴的值相一致。所述终点如上所述描绘圆，所以将终点投影至横轴的点必须位于将整个圆投影至横轴而获得的线中。因此，在所算出的I0R_mix中，线的端部分别所对应的最小值111及最大值112自然而然地确定。
所述最小值111及最大值112分别与I0_mix的终点所描绘的圆中的横轴方向上的各端部相对应，所以最小值111与最大值112的中间值113对应于圆的中心点。如上所述，将圆的中心点投影至横轴的值是与I0R_sys相对应，所以电阻部分漏电流计算部17通过计算中间值113，可以算出I0R_sys。
再者，根据I0R_sys及对地电压Vs∠180°计算三相马达5的对地绝缘电阻，与所述示例同样。
在所述方法中，不需要为了算出I0R_sys，而使用复杂的方程式求出圆的中心，所以能够利用简单的计算而获得I0R_sys。
图11B中，表示利用第三方法的I0R_sys的实际的计算结果的一例。在所述示例中，作为中间值113，即，作为I0R_sys，算出4.3mA。利用4.3mA的I0R_sys而算出的三相马达5的对地绝缘电阻为27.1kΩ，这与理论值的27kΩ非常一致。
[实施例2]
以下参照图12、图13A与图13B，对本发明的实施例2进行说明。对与所述实施例1共同的各构件标注相同的符号，并省略详细的说明。
(概略构成)
图12是表示应用本发明的实施例2的漏电流计算装置1的构成例的概略系统图。在本实施例中，漏电流计算装置1的构成与实施例1基本相同。但是，在本实施例中，如图12所示，一台漏电流计算装置1可以对多个三相马达5a及5b分别进行监控。
三相马达5a及5b分别通过逆变器3a及3b而驱动。逆变器3a及3b的各自的输入侧均与共同的商用电力系统2连接。逆变器3a的输出侧与三相马达5a连接，另一方面，逆变器3b的输出侧与三相马达5b连接。
并且，在逆变器3a与三相马达5a之间配置有零相变流器4a，另一方面，在逆变器3b与三相马达5b之间配置有零相变流器4b。这些零相变流器4a及4b均与漏电流计算装置1的漏电流测量部12连接。
(计算顺序)
在本实施例中，漏电流计算装置1计算三相马达5a及5b分别所对应的对地绝缘电阻部分漏电流及对地绝缘电阻。以下，对其顺序进行说明。
电压测量部11测量在多个逆变器3a及3b之中任一者的输入侧的线间电压之中的至少任一者。各逆变器3a及3b的输入侧与共同的商用电力系统2连接，因此例如逆变器3a的R相与S相之间的电压Rs与逆变器3b的R相与S相之间的电压Rs完全相等。如上所述在本实施例中，只测量一处的电压Rs即可，所以能够进一步简化漏电流计算装置1的构成。
对地电压计算部13根据从逆变器3a的输入侧所测量出的电压Rs，算出对地电压Vs∠180°。电压Rs在逆变器3a及3b中为共同，所以漏电流计算装置1在以下的处理中，使用电压Vs∠180°作为在三相马达5a及三相马达5b中共同的对地电压。
漏电流测量部12通过零相变流器4a测量三相马达5a的漏电流，并且通过零相变流器4b测量三相马达5b的漏电流。即，漏电流计算装置1包括对三相马达5a及5b来说共同的一个漏电流测量部12。
再者，漏电流计算装置1也可以包括各三相马达5a及5b分别所对应的多个漏电流测量部12a及12b。所述构成是，漏电流测量部12a与零相变流器4a连接，另一方面，漏电流测量部12b与零相变流器4b连接。而且，漏电流测量部12a通过零相变流器4a测量三相马达5a的漏电流，另一方面，漏电流测量部12b通过零相变流器4b测量三相马达5b的漏电流。
系统频率成分提取部14从三相马达5a的漏电流，提取三相马达5a所对应的漏电流成分。另一方面，从三相马达5b的漏电流，提取三相马达5b所对应的漏电流成分。
相位差计算部15计算所算出的对地电压与三相马达5a的漏电流成分之间的相位差。然后，计算所算出的对地电压与三相马达5b的漏电流成分之间的相位差。
电阻部分漏电流计算部17根据三相马达5a所对应的圆的中心点，算出三相马达5a的对地绝缘电阻部分漏电流。并且，根据三相马达5b所对应的圆的中心点，算出三相马达5b的对地绝缘电阻部分漏电流。
绝缘电阻计算部18根据对地电压Vs∠180°及三相马达5a的对地绝缘电阻部分漏电流，算出三相马达5a的对地绝缘电阻。并且，根据对地电压Vs∠180°及三相马达5b的对地绝缘电阻部分漏电流，算出三相马达5b的对地绝缘电阻。
图13A与图13B是表示本发明的实施例2中的每个三相马达5的对地绝缘电阻部分漏电流或对地绝缘电阻的计算值的随时间的推移的一例的图。图13A表示三相马达5a及5b的各自的对地绝缘电阻部分漏电流的随时间的推移。图中，Ch1对应于三相马达5a，Ch2对应于三相马达5b。另一方面，图13B表示三相马达5a及5b的各自的对地绝缘电阻的随时间的推移。图中，Ch1对应于三相马达5a，Ch2对应于三相马达5b。在这些图中，对地绝缘电阻部分漏电流或对地绝缘电阻的随时间的变化在三相马达5a与5b中各不相同。漏电流计算装置1通过对相互的值进行比较，或者将各个值与规定的阈值进行比较，可以适当指定出产生有绝缘劣化的三相马达5。
(根据乖离程度的判定)
判定部19可以通过对三相马达5a的系统频率部分的对地绝缘电阻部分漏电流、与三相马达5b的系统频率部分的对地绝缘电阻部分漏电流进行相互比较，来分别判定三相马达5a及5b中的绝缘劣化的程度。例如，在图13A的示例中，在某个时点的三相马达5a的系统频率部分的对地绝缘电阻部分漏电流与在相同时点的三相马达5b的系统频率部分的对地绝缘电阻部分漏电流之间，产生大的乖离度131。判定部19在检测出所述乖离度131时，判定为对地绝缘电阻部分漏电流更大的三相马达5a产生有绝缘劣化。
(根据阈值的判定)
判定部19也可以将三相马达5a及5b之中、相对应的对地绝缘电阻部分漏电流超过规定的阈值的三相马达5a，指定为产生有绝缘劣化的三相马达5a。例如在图13A中，在存在三相马达5a的对地绝缘电阻部分漏电流的时点以后，超过阈值132，所以判定部19可以指定出在所述时点以后，三相马达5a产生有绝缘劣化。
再者，使用所述乖离度或阈值的判定不但可以将对地绝缘电阻部分漏电流作为对象，而且如图13B所示，可以将三相马达5a及5b的对地绝缘电阻作为对象来进行。例如，在图13B中，在某个时点的三相马达5a的对地绝缘电阻与在相同的时点的三相马达5b的对地绝缘电阻之间，产生大的乖离度133。判定部19在检测到所述乖离度133时，判定为对地绝缘电阻更小的三相马达5a产生有绝缘劣化。并且，在图13B中，在存在三相马达5a的对地绝缘电阻的时点以后，低于阈值134，判定部19可以指定出在所述时点以后，三相马达5a产生有绝缘劣化。
(变形例)
在漏电流计算装置1包含多个漏电流测量部12的构成中，不需要用于测量不作为监控对象的三相马达5的漏电流的漏电流测量部12。漏电流计算装置1包含如上所述不需要的漏电流测量部12，会引起漏电流计算装置1的多余的成本上升。
为了防止所述情况，各漏电流测量部12也可以是用于测量漏电流的增设单元。在此情况下，可以将仅必需数量的漏电流测量部12搭载于漏电流计算装置1，或者从漏电流计算装置1中拆除不需要的漏电流测量部12，所以能够抑制漏电流计算装置1的成本。再者，为了实现漏电流测量部12作为这种增设单元，例如只要使用日本公开专利公报“日本专利特开2013-181813号”中所揭示的技术即可。
[总结]
为了解决所述问题，本发明的实施例1的漏电流计算装置包括：电压测量部，测量在逆变器的输入侧的线间电压之中的至少任一者，所述逆变器是将不同的三相之中任一者为接地的三相交流式的商用电力系统作为电源；对地电压计算部，根据所述电压测量部所测量出的至少任一个所述线间电压，算出所述商用电力系统的中性点与大地之间的对地电压；漏电流测量部，测量在与所述逆变器的输出侧连接的负载与所述大地之间流动的漏电流；频率成分提取部，从所测量出的漏电流中，提取与所述商用电力系统的系统频率同步的漏电流成分；相位差确定部，确定所算出的所述对地电压与所提取的所述漏电流成分的相位差；以及漏电流计算部，根据各特定点所描绘的圆的中心点，算出在所述负载与所述大地之间通过所述负载的对地绝缘电阻而流动的所述系统频率部分的对地绝缘电阻部分漏电流，所述各特定点是借由在至少三个不同的时点所提取的所述漏电流成分及所确定的所述相位差而指定。
当商用电力系统的系统频率与逆变器的运转频率相一致时，从漏电流中提取的漏电流成分中，包含与系统频率同步的漏电流及与运转频率同步的漏电流两者。两者的频率严格来说并不一致，彼此间稍有偏差，所以对地电压与漏电流成分的相位差在每个测量时点不断相互偏离。因此，通过漏电流成分及相位差而规定的点在每个测量时点发生变化而描绘圆。
在这里，根据所述构成，漏电流计算装置根据各特定点所描绘的圆的中心点，算出通过负载的对地绝缘电阻而在负载与大地之间流动的系统频率部分的对地绝缘电阻部分漏电流，所述各特定点是借由在至少三个不同的时点所提取的漏电流成分及所算出的相位差而指定。所述圆的中心点对应于表示漏电流成分中所含的系统频率部分的漏电流的向量的终点。因此，漏电流计算装置可以根据所述中心点，从而以高精度算出系统频率部分的漏电流之中的对地绝缘电阻部分的漏电流。
如以上所述，根据本发明的实施例1的漏电流计算装置，当商用电力系统的系统频率与逆变器设备的运转频率相一致时，能够以高精度算出系统频率部分的对地绝缘电阻部分漏电流。
本发明的实施例2的漏电流计算装置根据所述实施例1，进而包括：绝缘电阻计算部，根据所算出的所述对地电压、以及所算出的所述系统频率部分的对地绝缘电阻部分漏电流，计算在所述逆变器的输出侧的所述负载的对地绝缘电阻。
根据所述构成，能够以更高精度算出负载的对地绝缘电阻。
本发明的实施例3的漏电流计算装置根据所述实施例1或2，其中：所述漏电流计算部根据外接于由三个所述特定点规定的三角形的外接圆的方程式，指定出所述圆的中心点。
根据所述构成，可以更高速地算出系统频率部分的对地电阻部分漏电流。
本发明的实施例4的漏电流计算装置根据所述实施例1或2，其中：所述漏电流计算部根据圆的最小二乘法，指定出所述圆的中心点。
根据所述构成，能够以更高精度算出系统频率部分的对地电阻部分漏电流。
本发明的实施例5的漏电流计算装置根据所述实施例1或2，其中：所述漏电流计算部根据在固定时间内的各时点所提取的所述漏电流成分及所确定的所述相位差，分别算出在所述各时点的对地绝缘电阻部分漏电流，然后，计算所算出的各值之中最大值与最小值的中间值，作为所述系统频率部分的对地绝缘电阻部分漏电流。
根据所述构成，可以不使用复杂的运算，而算出系统频率部分的对地电阻部分漏电流。
本发明的实施例6的漏电流计算装置根据所述实施例1～5，其中：多个所述负载分别各别地连接着多个所述逆变器的各自的输出侧，多个所述逆变器的各自的所述输入侧与相同的所述商用电力系统连接，所述电压测量部测量在多个所述逆变器之中任一者的所述输入侧的所述线间电压之中的至少任一者，所述漏电流测量部测量多个所述负载分别所对应的多个所述漏电流，所述频率成分提取部从所测量出的多个所述漏电流中，分别提取多个所述负载分别所对应的多个所述漏电流成分，所述相位差确定部根据所算出的所述对地电压及所提取的多个所述漏电流成分，确定多个相位差，所述漏电流计算部根据所述多个负载分别所对应的多个所述圆的中心点，算出所述负载分别所对应的多个所述系统频率部分的对地绝缘电阻部分漏电流。
根据所述构成，可以利用一台漏电流计算装置计算多个不同的负载的系统频率部分的对地电阻部分漏电流。并且，电压测量部对电压的测量可以在多个逆变器之中任一者的输入侧进行，所以可以设为只在一处进行电压的测量。由此，可以进一步简化漏电流计算装置的构成。
本发明的实施例7的漏电流计算装置根据所述实施例6，进而包括：绝缘劣化负载指定部，将多个所述负载之中、相对应的所述系统频率部分的对地绝缘电阻部分漏电流超过规定的阈值的所述负载，指定为产生有绝缘劣化的所述负载。
根据所述构成，能够以高精度指定出产生有绝缘劣化的负载。
本发明的实施例8的漏电流计算装置根据所述实施例6或7，进而包括：绝缘劣化判定部，通过对多个所述系统频率部分的对地绝缘电阻部分漏电流进行相互比较，来分别判定多个所述负载中的绝缘劣化的程度。
根据所述构成，能够以高精度指定出产生有绝缘劣化的负载。
为了解决所述问题，本发明的实施例9的漏电流计算方法包括：电压测量工序，测量在逆变器的输入侧的线间电压之中的至少任一者，所述逆变器是将不同的三相之中任一者为接地的三相交流式的商用电力系统作为电源；对地电压计算工序，根据所测量出的所述至少任一个线间电压，算出所述商用电力系统的中性点与大地之间的对地电压；漏电流测量工序，测量在与所述逆变器的输出侧连接的负载与所述大地之间流动的漏电流；频率成分提取工序，从所测量出的所述漏电流中，提取与所述商用电力系统的系统频率同步的漏电流成分；相位差确定工序，确定所算出的所述对地电压与所提取的所述漏电流成分的相位差；以及漏电流计算工序，根据各特定点所描绘的圆的中心点，算出在所述负载与所述大地之间通过所述负载的对地绝缘电阻而流动的所述系统频率部分的所述对地绝缘电阻部分漏电流，所述各特定点是借由在至少三个不同的时点所提取的所述漏电流成分及所确定的所述相位差而指定。
根据所述构成，当商用电力系统的系统频率与逆变器设备的运转频率相一致时，能够以高精度算出系统频率部分的对地绝缘电阻部分漏电流。
本发明并不限定于所述各实施例，可以在权利要求所揭示的范围内进行各种变更。将在不同的实施例中分别揭示的技术手段适当加以组合而获得的实施例也包含在本发明的技术范围内。通过将在各实施例中分别揭示的技术手段加以组合，也可以形成新的技术特征。

Claims (9)

1.一种漏电流计算装置，其特征在于包括：
电压测量部，测量在逆变器的输入侧的线间电压之中的至少任一者，所述逆变器是将不同的三相之中任一者为接地的三相交流式的商用电力系统作为电源；
对地电压计算部，根据所述电压测量部所测量出的至少任一者的所述线间电压，算出所述商用电力系统的中性点的对地电压；
漏电流测量部，测量在与所述逆变器的输出侧连接的负载与大地之间流动的漏电流；
频率成分提取部，当所述商用电力系统的系统频率与所述逆变器的运转频率相一致时，执行从所测量出的所述漏电流中提取与所述系统频率同步的漏电流成分的处理，以从所测量出的所述漏电流中，提取将与所述系统频率同步的漏电流成分和与所述运转频率同步的漏电流成分加以混合的漏电流成分；
相位差确定部，确定所算出的所述对地电压与所提取的所述漏电流成分的相位差；以及
漏电流计算部，根据各特定点在将在与所述系统频率同步的漏电流成分中的在所述负载与所述大地之间通过所述负载的对地绝缘电阻而流动的对地绝缘电阻部分漏电流做为横轴，且将在与所述系统频率同步的漏电流成分中的在所述负载与所述大地之间通过所述负载的对地杂散电容而流动的对地杂散电容部分漏电流做为与所述横轴正交的纵轴的平面坐标系中所描绘的圆的中心点，算出所述对地绝缘电阻部分漏电流，各所述特定点是借由在至少三个不同的时点所提取的所述漏电流成分及所确定的所述相位差而指定。
2.根据权利要求1所述的漏电流计算装置，其特征在于进而包括：
绝缘电阻计算部，根据所算出的所述对地电压、以及所算出的所述系统频率部分的所述对地绝缘电阻部分漏电流，算出在所述逆变器的输出侧的所述对地绝缘电阻。
3.根据权利要求1或2所述的漏电流计算装置，其特征在于：所述漏电流计算部根据外接于由三个所述特定点规定的三角形的圆的方程式，指定出所述圆的中心点。
4.根据权利要求1或2所述的漏电流计算装置，其特征在于：所述漏电流计算部根据圆的最小二乘法，指定出所述圆的中心点。
5.根据权利要求1或2所述的漏电流计算装置，其特征在于：所述漏电流计算部根据在固定时间内的各时点所提取的所述漏电流成分及所确定的所述相位差，分别算出在所述各时点的所述对地绝缘电阻部分漏电流，然后，计算所算出的所述各时点的所述对地绝缘电阻部分漏电流之中最大值与最小值的中间值，作为所述系统频率部分的所述对地绝缘电阻部分漏电流。
6.根据权利要求1或2所述的漏电流计算装置，其特征在于：
多个所述负载分别各别地连接着多个所述逆变器的各自的输出侧，
多个所述逆变器的各自的所述输入侧与相同的所述商用电力系统连接，
所述电压测量部测量在多个所述逆变器之中任一者的所述输入侧的所述线间电压之中的至少任一者，
所述漏电流测量部测量多个所述负载分别所对应的多个所述漏电流，
所述频率成分提取部从所测量出的多个所述漏电流，分别提取多个所述负载分别所对应的多个所述漏电流成分，
所述相位差确定部根据所算出的所述对地电压及所提取的多个所述漏电流成分，确定多个所述相位差，
所述漏电流计算部根据多个所述负载分别所对应的多个所述圆的中心点，算出多个所述负载分别所对应的多个所述系统频率部分的所述对地绝缘电阻部分漏电流。
7.根据权利要求6所述的漏电流计算装置，其特征在于进而包括：绝缘劣化负载指定部，将多个所述负载之中、相对应的所述系统频率部分的所述对地绝缘电阻部分漏电流超过规定的阈值的所述负载，指定为产生有绝缘劣化的所述负载。
8.根据权利要求6所述的漏电流计算装置，其特征在于进而包括：绝缘劣化判定部，通过对多个所述系统频率部分的所述对地绝缘电阻部分漏电流进行相互比较，来分别判定多个所述负载中的绝缘劣化的程度。
9.一种漏电流计算方法，其特征在于包括：
电压测量工序，测量在逆变器的输入侧的线间电压之中的至少任一者，所述逆变器是将不同的三相之中任一者为接地的三相交流式的商用电力系统作为电源；
对地电压计算工序，根据所测量出的所述线间电压之中的至少任一者，算出所述商用电力系统的中性点的对地电压；
漏电流测量工序，测量在与所述逆变器的输出侧连接的负载与大地之间流动的漏电流；
频率成分提取工序，当所述商用电力系统的系统频率与所述逆变器的运转频率相一致时，执行从所测量出的所述漏电流中提取与所述系统频率同步的漏电流成分的处理，以从所测量出的所述漏电流中，提取将与所述系统频率同步的漏电流成分和与所述运转频率同步的漏电流成分加以混合的漏电流成分；
相位差确定工序，确定所算出的所述对地电压与所提取的所述漏电流成分的相位差；以及
漏电流计算工序，根据各特定点在将在与所述系统频率同步的漏电流成分中的在所述负载与所述大地之间通过所述负载的对地绝缘电阻而流动的对地绝缘电阻部分漏电流做为横轴，且将在与所述系统频率同步的漏电流成分中的在所述负载与所述大地之间通过所述负载的对地杂散电容而流动的对地杂散电容部分漏电流做为与所述横轴正交的纵轴的平面坐标系中所描绘的圆的中心点，计算出所述对地绝缘电阻部分漏电流，各所述特定点是借由在至少三个不同的时点所提取的所述漏电流成分及所确定的所述相位差而指定。
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