JP2009058235A - 電路及び電気機器の漏れ電流測定装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ２００Ｖ級の３相３線式の配電系統における各相の対地静電容量のアンバランスに起因する誤差を最小にして漏れ電流Ｉｇｒを測定し、漏れ電流Ｉｇｒの値が増大している相の検出、対地静電容量を通じて流れる各相別の漏れ電流Ｉｇｃを把握する。
【解決手段】 基準電圧としてＲ，Ｓ，Ｔの各相の各線間電圧を基本波処理部３に順次入力し、基準電圧Ｅに対して、零相電流Ｉ₀を同相の有効成分Ｉ_0Aとこれと直角の位相差を有する無効成分Ｉ_0Bに分離して計測値を得て、これらの値と各成分をあらわす計算式とから漏れ電流Ｉｇｒ及び各相のＩｇｃを測定し、漏れ電流Ｉｇｒの値が増大している相の検出する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電路及び電気機器の電圧印加部分から接地部分へ流れる漏れ電流を測定する漏れ電流の測定装置及び測定方法に関する。

従来、電路及び電気機器の絶縁状態を調べる方法として、被測定部分を停電させ、絶縁抵抗計で測定する方法が広く用いられている。このような方法は、停電が許されない配電線や連続操業の工場等に適用することができない。

そこで、被測定電路や電気機器を停電させることなく、活線のまま電路及び電気機器の絶縁状態を調べる技術が提案され、用いられている。この種の技術として、零相変流器によって検出する電路及び電気機器の電圧印加部分から接地部分へ流れる電流である零相電流（以下Ｉ₀という。）を検知するようにしたものがある。この零相電流（漏れ電流）Ｉ₀は、電路及び電気機器の電圧印加部分と接地部分間の絶縁抵抗を介して流れる漏れ電流（以下Iｇｒという。）と、この電圧印加部分と接地部分間に通常存在する対地静電容量を介して流れる漏れ電流（以下Iｇｃという。）とのベクトル和で構成されている。

ところで、現在一般に実用されている２００Vの３相３線のうちの１線が接地されている配電方式で実用化されている漏れ電流を測定する技術においては、他の非接地相の対地静電容量の値が等しいときには漏れ電流Iｇｒの値を誤差なく測定可能であるが、これら他の非接地相の対地静電容量の値が等しくないときには、その値の差の度合いに応じた測定誤差を含む。近年の配電系統の大容量化、複雑化、単相負荷の混在等により、各相の対地静電容量の値が不一致状態にある系統が増大しており、この対地静電容量の不一致に基づく測定誤差は、漏れ電流Ｉｇｒを正確に測定するには無視できないものとなっている。また、この技術においては、３相のうちのいずれの相において漏れ電流が生じているかを特定することが困難である。

以上のような問題点を解決する手段として、特開２００２−１２５３１３号公報（特許文献１）及び特開平３−１７９２７１号公報（特許文献２）において開示される技術がある。特許文献１に記載される技術にあっては、ここで述べたような問題点を解決するには至ってなく、従前の方法の単なる変更に過ぎない。また、特許文献２の技術は、構成が複雑であって、しかも測定プログラムも大容量であるので、簡便に漏れ電流Ｉｇｒを測定することが困難となっている。また、その他の方法として、配電線に低周波の低電圧を供給して漏れ電流Ｉｇｒを測定する方法があり、この方法は、全ての回路に適用可能ではあるが、設備が複雑であり、安価に提供することが困難である。
特開平３−１７９２７１ 特開２００２−１２５３１３

ところで、３つの単相電源をデルタ（Δ）結線した３相３線式の配電方式は、電源部を構成する変圧器の低圧側のΔ結線された３つの巻線の各接続端子のうちのある１つの相に接続される端子が直接接地されているので、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ（以下商用周波数という。）の商用電源が電源部に供給されたとき、各接続端子に接続されたＲ，Ｓ，Ｔの３相の配電線には、接地点の０電位に対し、種々の大きさで且つ位相差を異にする電圧が印加される。

そして、Δ結線された３つの巻線の各接続端子には、配電線が接続されて、この配電線を介して電気機器などの負荷設備が接続される。このような配電方式を採用した配電系統において、接地されていない相の対地静電容量が同じ値のときつまりバランス状態のときは、各相を流れる電流Ｉｇｃの合成値つまりベクトル加算値は、各相に流れる電流Ｉｇｃの値つまり絶対値の加算値とは異なる。従って、ベクトル加算値の絶対値を、３線の配電線に流れる電流のベクトル和である零相電流Ｉ₀の値として検出する方法では、各相別に流れる電流Ｉｇｃの検出は不可能である。

本発明は、３相３線式の配電方式を採用した配電回路の対地静電容量に起因する接地相以外の各相の漏れ電流の測定を行い、各相の対地静電容量のアンバランスに起因する誤差を少なくした漏れ電流Ｉｇｒを測定し、さらに、漏れ電流Ｉｇｒの値が増大している相の検出を可能とする漏れ電流の測定装置及び測定方法を提供することを技術課題とする。

上述したような技術課題を解決するために提案される本発明は、３相３線式配電系統における変圧器の２次側巻線のＲ，Ｓ，Ｔの３端子のうちのＳ端子側が接地された配電方式の電路又は電気機器の対地絶縁抵抗に起因する漏れ電流Ｉｇｒ及び対地静電容量に起因する漏れ電流Ｉｇｃを測定する漏れ電流の測定装置において、上記２次側巻線の各端子Ｒ，Ｓ，Ｔ間に発生する電圧Ｅ_SR，Ｅ_ST，Ｅ_TRのいずれかを切り換え入力させる切換開閉手段と、上記切換開閉手段によって切り換え入力される上記いずれかの電圧Ｅ_SR，Ｅ_ST，Ｅ_TRを測定する電圧検出手段と、３相の各配電線に流れる電流のベクトル和である零相電流Ｉ₀を検出する零相電流検出手段と、上記電圧検出手段によって検出された上記いずれかの電圧Ｅ_SR，Ｅ_ST，Ｅ_TRが入力され、入力された電圧を基準電圧Ｅとし、当該基準電圧Ｅと上記零相電流Ｉ₀との位相を比較する位相比較手段と、上記基準電圧Ｅに対して、上記零相電流Ｉ₀を同相の有効成分Ｉ_0Aとこれと直角の位相差を有する無効成分Ｉ_0Bに分離した計測値を求め、上記無効成分Ｉ_0Bの計測値から対地絶縁抵抗に起因する漏れ電流Ｉｇｒの仮の値を求め、上記切換開閉手段によって切り換え入力される上記いずれかの他の端子Ｒ，Ｓ，Ｔ間の電圧Ｅ_SR，Ｅ_ST，Ｅ_TRを基準電圧Ｅとしたときに得られる上記零相電流Ｉ₀の有効成分Ｉ_0Aとこれと直角の位相差を有する無効成分Ｉ_0Bとに基づいて上記漏れ電流Ｉｇｒの値を修正し、対地絶縁抵抗に起因する漏れ電流Ｉｇｒを演算する演算手段とを備える。

さらに、本発明は、３相３線式配電系統における変圧器の２次側巻線のＲ，Ｓ，Ｔの３端子のうちのＳ端子側が接地された配電方式の電路又は電気機器の対地絶縁抵抗に起因する漏れ電流Ｉｇｒ及び対地静電容量に起因する漏れ電流Ｉｇｃを測定する漏れ電流の測定方法において、上記２次側巻線の各端子Ｒ，Ｓ，Ｔ間に発生する電圧Ｅ_SR，Ｅ_ST，Ｅ_TRのいずれかを切り換え入力する工程と、上記切り換え入力される上記いずれかの電圧Ｅ_SR，Ｅ_ST，Ｅ_TRを測定する電圧検出工程と、３相の各配電線に流れる電流のベクトル和である零相電流Ｉ₀を検出する零相電流検出工程と、上記電圧検出手段によって検出された上記いずれかの電圧Ｅ_SR，Ｅ_ST，Ｅ_TRが入力され、入力された電圧を基準電圧Ｅとし、当該基準電圧Ｅと上記零相電流Ｉ₀との位相を比較する位相比較工程と、上記基準電圧Ｅに対して、上記零相電流Ｉ₀を同相の有効成分Ｉ_0Aとこれと直角の位相差を有する無効成分Ｉ_0Bする漏れ電流Ｉｇｒの仮の値を求め、上記切換開閉手段によって切り換え入力される上記いずれかの他の端子Ｒ，Ｓ，Ｔ間の電圧Ｅ_SR，Ｅ_ST，Ｅ_TRを基準電圧Ｅとしたときに得られる上記零相電流Ｉ₀の有効成分Ｉ_0Aとこれと直角の位相差を有する無効成分Ｉ_0Bとに基づいて上記漏れ電流Ｉｇｒの値を修正し、対地絶縁抵抗に起因する漏れ電流Ｉｇｒを演算する演算工程とを備える。

近年、配電系統は大容量化多様化が進み、その絶縁測定では、対地静電容量のアンバランス状態に起因する測定誤差が存在し、信頼性がきわめて低かった対地絶縁抵抗に対する漏洩電流Ｉｇｒの測定で、これらの誤差値を最小にした測定を可能にし、漏洩電流Ｉｇｃの値が増大した故障相の検出も可能にし、従来測定不能とされてきた各相毎の対地静電容量の概略の計測を可能にし、配電設備及び機器の絶縁状態を通電状態のまま連続的に把握が可能となし、予防保全を通じて停電事故を防止し、保守管理費用を低減し、配電系統、設備全体の信頼性を著しく向上させることができる。

以下、本発明を適用した漏れ電流測定装置及びその測定方法の実施の形態を図面を参照して説明する。

図１は、３相３線の配電方式の配電系統に本発明に係る漏れ電流測定装置を適用した一例を示す概略系統図である。３相３線の配電方式は、変圧器の低圧側の３相巻線を三角形を構成するように結線した電源から給電される２００Ｖ級の３相３線式の電路及び電気機器に用いられる。

本発明に係る漏れ電流測定装置は、この３相３線の配電方式を用いた配電系統の電路又は電気機器の対地絶縁抵抗に起因する漏れ電流Ｉｇｒ及び対地静電容量に起因する漏れ電流Ｉｇｃを測定する。

本発明に係る漏れ電流の測定装置が適用される３相３線の配電方式を用いた配電系統は、図１に示すように、配電用の３相変圧器の低圧側の三角(Δ）結線されたΔ形巻線１を備える。このΔ形巻線1は、３相の接続線と接地線とからなる配電線４により負荷設備５に接続されている。

Δ形巻線１は、三角形を構成するように結線された３つの巻線を有し、これら巻線の接続端である３相端子Ｒ，Ｓ，Ｔをそれぞれ３相の配電線４（４_R，４_S，４_T）（に接続している。また、Δ形巻線１は、Ｒ，Ｓ，Ｔの３相のうちＳ相の端子Ｓが接地線８を介して接地点Ｇに接続されている。

そして、Δ形巻線１を構成する３つの巻線の接続点である３相の各端子Ｒ，Ｓ，Ｔ間に、図２に示すように、３相の電圧Ｅ_SR，Ｅ_ST，Ｅ_TRが発生している。３相の各端子Ｒ，Ｓ，Ｔ間に発生する電圧Ｅ_SR，Ｅ_ST，Ｅ_TRは、各配電線４_R，４_S，４_Tを介して負荷設備５に給電される。

また、３相の配電線４_R，４_S，４_Tのうち、接地点Ｇに接続されていない端子Ｒ，Ｔに接続された配電線４_R，４_T及びそれらに接続された負荷設備５には、対地静電容量Ｃ_R，Ｃ_Tが存在する。具体的には、３相のうち端子Ｒと負荷設備５とを接続する配電線４Ｒ及び負荷設備５のＲ相には、対地静電容量Ｃ_Rが生ずる。端子Ｔと負荷設備５とを接続する配電線４_T及び負荷設備５のＴ相には対地静電容量Ｃ_Tが生ずる。これらの対地静電容量Ｃ_R，Ｃ_Tには、常時、対地電流Ｉｇｃ_R，Ｉｇｃ_Tが流れている。また、いずれかの端子と負荷設備５を接続する配電線４及び負荷設備５には、漏洩抵抗ｒが生ずることがある。さらに、漏洩抵抗ｒには、漏洩電流Ｉｇｒが流れる。また、接地相であるＳ相にも対地静電容量は存在するが、対地電圧がほぼ０であるため、対地漏洩電流は省略する。

そして、本発明に係る漏れ電流測定装置は、図１に示すように、３線の各配電線４_R，４_S，４_Tに流れる電流のベクトル和である零相電流Ｉ₀を検出するする零相変流器９と、３相の各端子Ｒ，Ｓ，Ｔ間に発生する電圧Ｅ_SR，Ｅ_ST，Ｅ_TRを切り換えて後述する処理演算部１６に供給する切換開閉器２を備える。切換開閉器２は、接点２Ｒａ，２Ｓａを閉じることにより、端子Ｓと端子Ｒとの間に発生する電圧ＥＳＲを基準電圧として処理演算部１６を構成する基本波処理部３に入力する。そして、接点２Ｔ１ａ，２Ｓａを閉じることにより、端子Ｓと端子Ｔとの間に発生する電圧Ｅ_STを基準電圧として基本波処理部３に入力し、接点２Ｒａ、２Ｔ２ａを閉じることにより、端子Ｔと端子Ｒとの間に発生する電圧ＥＴＲを基準電圧として基本波処理部３に入力する。

なお、切換開閉器２中の接点２Ｒｂ、２Ｓｂ、２Ｔ１ｂ、２Ｔ２ｂは、線間短絡防止のためのｂ接点である。

そして、配電線４Ｒ及び負荷設備５に生じた対地静電容量Ｃ_Rを流れる対地電流Ｉｇｃ_R、配電線路４_T及び負荷設備５には生じた対地静電容量Ｃ_Tを流れる対地電流Ｉｇｃ_T及びいずれかの端子と負荷設備５を接続する配電線４及び負荷設備５に生ずる対地漏洩抵抗ｒ中を流れる漏洩電流Ｉｇｒのベクトル和である零相電流Ｉ₀が接地線８を経由してＳ相の端子Ｓに帰還されるとともに零相変流器９を介して基本波処理部３に入力される。

ここで、Δ結線された３相３線の配電方式を用いた配電系統に発生する対地絶縁抵抗に起因する漏れ電流Ｉｇｒを測定する測定方法及びその原理を説明する。

図１に示すΔ結線された３相３線の配電方式を用いた配電系統図において、接地線８を介して接地点Ｇに端子Ｓを接続した接地相であるＳ相に対する各端子Ｒ，Ｓ，Ｔ間に発生するＲ，Ｓ，Ｔの各相に入力される電圧Ｅ_SR，Ｅ_ST，Ｅ_TRをベクトルで示すと図２のように示すことができる。

ここで、漏れ電流Ｉｇｒの測定の際、計測器に入力される測定の基準になる基準電圧を横軸である実数軸上の基準ベクトルＥで表す。このとき、各Ｒ，Ｓ，Ｔの各相の電圧Ｅ_SR，Ｅ_ST，Ｅ_TRは、下記に示す式のように表すことができる。

まず、端子Ｔと端子Ｒとの間に発生する電圧Ｅ_TRを基準電圧とするときには、各電圧Ｅ_SR，Ｅ_ST，Ｅ_TRは、式（１）、式（２）、式（３）のように示すことができる。

Ｅ_TR＝Ｅ ・・・（１）
Ｅ_SR＝０．５E＋ｊ０．５√３Ｅ ・・・（２）
Ｅ_ST＝−０．５Ｅ＋ｊ０．５√３Ｅ ・・・（３）
式（１）〜（３）は、横軸上の基準ベクトルＥと同軸の有効成分Ｉ_0Aと、縦軸方向の、実数軸より９０度位相が進んでいることを表す記号ｊの係数部である無効成分Ｉ_0Bとに分解される。

そして、Ｒ相の配電線４Ｒ及び負荷設備５、Ｔ相の配電線４_T及び負荷設備５にそれぞれ対地静電容量Ｃ_R、Ｃ_Tが存在するとき、それらに流れる対地電流Ｉｇｃ_R，Ｉｇｃ_Tは、２π×商用周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）を角周波数ωとすると、下記の式（４）、（５）で示すことができる。

Ｉｇｃ_R＝−０．５√３ωＣ_RＥ＋ｊ０．５ωＣ_RＥ ・・・（４）
Ｉｇｃ_T＝−０．５√３ωＣ_TＥ−ｊ０．５ωＣ_TＥ ・・・（５）
そして、端子Ｒに接続されたＲ相の配電線４_R又は負荷設備５に対地漏洩抵抗ｒが存在するとき、対地漏洩抵抗ｒ中を流れる漏洩電流Ｉｇｒは、下記の式（６）で示される。

Ｉｇｒ＝Ｅ_SR／ｒ＝０．５Ｅ／ｒ＋ｊ０．５√３Ｅ／ｒ ・・・（６）
端子Ｓと接地点Ｇとの間を接続する接地線８に流れる電流である零相電流Ｉ₀は、Ｒ，Ｓ，Ｔの各相の配電線４_R，４_S，４_Tに流れる電流のベクトル和、つまり前記式（４）、式（５）、式（６）を加えたものであり、下記の式（７）で表すことができる。

Ｉ₀＝｛−０．５√３ω（Ｃ_R＋Ｃ_T）＋０．５／ｒ｝Ｅ
＋ｊ｛０．５ω（Ｃ_R−Ｃ_T）＋０．５／ｒ｝Ｅ ・・・（７）
上述したように、端子Ｔと端子Ｒとの間に発生する電圧Ｅ_TRを基準電圧Ｅとするとき、Ｒ，Ｓ，Ｔの各相に流れる電流の総和である零相電流Ｉ₀は、Ｒ相に漏れ電流Ｉｇｒが生じたとき、零相電流Ｉ₀は、次の式（８）により示すことができる。

Ｉ₀＝−０．５√３ω（Ｃ_R＋Ｃ_T）Ｅ＋０．５Ｅ／ｒ
＋ｊ｛０．５ω（Ｃ_R−Ｃ_T）Ｅ＋０．５√３Ｅ／ｒ｝ ・・・（８）
ここで、ＥωＣ_RはR相の対地静電容量Ｃ_Rの中を流れる漏洩電流Ｉｇｃ_Rであり、ＥωＣ_TはＴ相の対地静電容量Ｃ_Tの中を流れる漏洩電流Ｉｇｃ_Tであり、Ｅ／ｒは対地漏洩抵抗ｒ中を流れる漏洩電流Ｉｇｒとなるので、基準電圧Eと同位相の有効成分Ｉ_0Aは、下記の式（９）により示すことができる。

Ｉ_0A＝−０．５√３（Ｉｇｃ_R＋Ｉｇｃ_T）＋０．５Ｉｇｒ ・・・（９）
上記基準電圧Ｅより９０度位相が進んだ無効成分Ｉ_0Bは、下記の式（１０）により示すことができる。

Ｉ_0B＝０．５（Ｉｇｃ_R−Ｉｇｃ_T）＋０．５√３Ｉｇｒ ・・・（１０）
そして、漏れ電流Ｉｇｒの測定の際、後述するように、基本処理部３の電圧検出器２１に入力される測定の基準になる基準電圧Ｅ、零相電流Ｉ₀、基準電圧Eと同位相の有効成分Ｉ_0A、基準電圧Ｅより９０度位相が進んだ無効成分Ｉ_0Bの関係は、図３のベクトル図のように表され、基準電圧Ｅに対する有効成分Ｉ_0A及び無効成分Ｉ_0Bの計算式は図４に示す式によって表すことができる。

なお、ここで、基準電圧Ｅは、各相の各端子Ｒ，Ｓ，Ｔ間に発生する電圧Ｅ_SR，Ｅ_ST，Ｅ_TRのうち、切換開閉器２が切り換え操作されることにより基本処理部３の電圧検出器２１に入力される電圧である。

ここで、端子Ｔと端子Ｒとの間に発生する電圧Ｅ_TRを基準電圧Ｅ、すなわち、Ｒ相に印加される電圧Ｅ_TRに対する有効成分Ｉ_0A及び無効成分Ｉ_0Bの式は、図４ではＩ_0SRA、Ｉ_0SRBの欄に記載されている。そして、他の相の各端子Ｒ，Ｓ，Ｔ間に発生する電圧Ｅ_SR，Ｅ_STに対する有効成分Ｉ_0A及び無効成分Ｉ_0Bの式も図４において示され、これら全式も同様に求められる。

ところで、図４に示す各式の左辺の値を実際に測定して求めるにあっては、処理演算部１６の基本波処理部３へ入力される基準電圧Ｅと零相電流Ｉ₀の波形から、図５に示すように、基準電圧Ｅと零相電流Ｉ₀との間の位相の遅れを測定し、演算部１４で零相電流Ｉ₀を基準電圧Eと同位相の有効成分Ｉ_0Aと基準電圧Ｅより９０度位相が進んだ無効成分Ｉ_0Bとに分解して出力する。すなわち、演算部１４は、基準電圧Ｅと零相電流Ｉ₀との位相角θに基づいて、上記有効成分Ｉ_0Aと無効成分Ｉ_0Bとを検出する。

そして、演算部１４において、これらの値のうち、Ｉ_0SRB＝Ｉ_0STBの値を０．５√３で除した値を仮の漏れ電流Ｉｇｒ’として下記の式（１１）に代入し、実測値Ｉ_0RRAからT相の対地静電容量Ｃ_Tの中を流れる漏洩電流Ｉｇｃ_Tを求める。

Ｉ_0RRA＝−０．５√３Ｉｇｃ_T＋Ｉｇｒ’ ・・・（１１）
同様に、下記の式（１２）に代入し、実測値Ｉ_0TRAからＲ相の対地静電容量Ｃ_R の中を流れる漏洩電流Ｉｇｃ_Rを求める。

Ｉ_0TRA＝０．５√３Ｉｇｃ_R＋０．５Ｉｇｒ’ ・・・（１２）
これらＲ相の対地静電容量Ｃ_Rの中を流れる漏洩電流Ｉｇｃ_R、Ｔ相の対地静電容量Ｃ_Tの中を流れる漏洩電流Ｉｇｃ_Tを、漏れ電流Ｉｇｒを含まない下記の式（１３）の右辺に代入し、左辺の測定値と比較し測定値とほぼ一致するようにＲ相の対地静電容量Ｃ_Rの中を流れる漏洩電流Ｉｇｃ_R、Ｔ相の対地静電容量Ｃ_Tの中を流れる漏洩電流Ｉｇｃ_Tの値を修正し、真の値に近い値として採用し、これらの値を実測値とともに下記の式（１４）に代入して真の値に近い漏れ電流Ｉｇｒを算出し、これを漏れ電流Ｉｇｒの値とする。

Ｉ_0RRB＝Ｉｇｃ_R＋０．５Ｉｇｃ_T ・・・（１３）
Ｉ_0SRB＝０．５（Ｉｇｃ_R−Ｉｇｃ_T）＋０．５√３Ｉｇｒ ・・・（１４）
つまり、漏れ電流Ｉｇｒの仮の値を他の実測値で修正しながら真の値に近ずけるようにした点に本発明の特徴がある。同じ実測値をもとに、他の相、例えばＴ相の計算式で計算して、計算値に矛盾が生じた相が故障していないと判断できる。

次に、図１に示す基本波処理部３の具体的な構成を図６を参照して説明する。この基本波処理部３は、電圧検出器２１と、第１の増幅器２２と、第１のローパスフィルタ（ＬＰＦ）２３と、第１の実効値変換器２８と、零相電流（Ｉ₀）検出器２４と、第２の増幅器２５と、第２のローパスフィルタ（ＬＰＦ）２６と、第２の実効値変換器２９と、位相差計測器２７とを備える。

図６において、電圧検出器２１には、切換開閉器２が切り換え操作されることにより、Ｒ，Ｓ，Ｔの各相の各端子Ｒ，Ｓ，Ｔ間に発生する電圧Ｅ_SR，Ｅ_ST，Ｅ_TRのいずれかが基準電圧Ｅとして入力される。第１の増幅器２２は、電圧検出器２１の検出感度に応じて、電圧検出器２１から出力される基準電圧Ｅを適切な値になるまで増幅する。第１のローパスフィルタ２３は、基準電圧Ｅとして入力される電圧Ｅ_R，Ｅ_S，Ｅ_Tの基本周波数を超える周波数成分を減衰させて基本周波数波形を取り出す。

そして、零相電流検出器２４には、Ｒ，Ｓ，Ｔの各相の配電線４_R，４_S，４_Tに流れる電流のベクトル和である零相電流Ｉ₀が入力される。第２の増幅器２５は、零相電流検出器２１の検出感度に応じて、零相電流検出器２４から出力される零相電流Ｉ₀を適切な値になるまで増幅する。第２のローパスフィルタ２６は、零相電流Ｉ₀の基本周波数を超える周波数成分を減衰させて基本周波数波形を取り出す。

そして、位相差計測器２７は、基準電圧Ｅとして入力される各端子Ｒ，Ｓ，Ｔ間に発生する電圧Ｅ_SR，Ｅ_ST，Ｅ_TRと零相電流Ｉ₀との位相差を計測する。ここで、基準電圧Ｅとして入力される各端子Ｒ，Ｓ，Ｔ間に発生する電圧Ｅ_SR，Ｅ_ST，Ｅ_TRと零相電流Ｉ₀の位相差を図５に示す。基本波処理部３において、第１のローパスフィルタ２３は出力されたいずれかの相間に発生した基準電圧Ｅの波形と、第２のローパスフィルタ２３から出力された零相電流Ｉ₀の波形を、例えばオペアンプゼロクロッシング回路に入力すると、それらの出力波形は、図５に示すように、基準電圧Ｅに対してはＥｚ、零相電流Ｉ₀に対してはＩｚとなる。基準電圧Ｅ及び零相電流Ｉ₀の出力波形の波高値を一致させてＥｚとＩｚの差を求める。その差の絶対波形は、図５中に示す｜Ｅｚ−Ｉｚ｜波形になる。図５に示すように、｜Ｅｚ−Ｉｚ｜波形及びＩｚ波形の突出部分の面積をそれぞれＳ₁、Ｓ₂とすれば、Ｓ₁は基準電圧Ｅと零相電流Ｉ₀との位相差角θに比例し、Ｓ₂は位相差１８０度に比例する。このＳ₁、Ｓ₂に比例した電圧は、演算部１４に出力される。

そして、第１の実効値変換器２８は、基準電圧Ｅの基本周波数波形を両波整流して実効値に比例したアナログ値に変換し、演算部１４に入力する。第２の実効値変換器２９は、零相電流Ｉ₀の基本周波数波形を両波整流して実効値に変換したアナログ値に変換して演算部１４に入力する。

そして、演算部１４は、位相差計測器２７が計測した基準電圧Ｅと零相電流Ｉ₀との位相角θを用いて、零相電流Ｉ₀を基準電圧Eと同位相の有効成分Ｉ_0Aと基準電圧Ｅより９０度位相が進んだ無効成分Ｉ_0Bとに分解して出力する。

なお、位相差計測器２７が検出する基準電圧Ｅと零相電流Ｉ₀との位相角θは、次の式（１５）から算出される。

θ＝１８０Ｓ₁ ÷Ｓ₂ ・・・（１５）
ここで、演算部１４は、Ｉ₀ｃｏｓθの値を零相電流Ｉ₀の有効成分Ｉ_0Aの値として、Ｉ₀ｓｉｎθの値を零相電流Ｉ₀の無効成分Ｉ_0Bの値として演算し出力する。これら零相電流Ｉ₀と、零相電流Ｉ₀の有効成分Ｉ_0A及び無効成分Ｉ_0Bの関係は、前述したように、図３のベクトル図に示すように表される。

そして、演算部１４において、上述したような演算処理が行われ測定されたＲ相の対地静電容量Ｃ_Rの中を流れる漏洩電流Ｉｇｃ_R、T相の対地静電容量Ｃ_Tの中を流れる漏洩電流Ｉｇｃ_T、対地漏洩抵抗ｒ中を流れる漏洩電流Ｉｇｒの値を測定し、この値を表示部１５に表示させ、さらには、漏洩電流Ｉｇｒを発生している故障相を表示部１５で表示させる。

本発明においては、切換開閉器２を切り換え操作し、３相の各端子Ｒ，Ｓ，Ｔ間に発生する電圧Ｅ_SR，Ｅ_ST，Ｅ_TRを順次基準電圧Ｅとしてを順次処理演算部１６に入力し、上述したような演算処理を行うことにより、Ｒ相の対地静電容量Ｃ_Rの中を流れる漏洩電流Ｉｇｃ_R、T相の対地静電容量ＣＴの中を流れる漏洩電流Ｉｇｃ_T、対地漏洩抵抗ｒ中を流れる漏洩電流Ｉｇｒの値を測定し、さらには、漏洩電流Ｉｇｒを発生している故障相の測定が実現される。

また、本発明に係る漏れ電流測定装置は、配電線４の途中に遮断器を設け、演算部１４の演算の結果により、遮断器の遮断を制御する構成としてもよい。

つまり、本発明に係る漏れ電流測定装置は、演算部１４を用いた制御により、対地静電容量の中を流れる漏洩電流Ｉｇｃ、対地漏洩抵抗ｒ中を流れる漏洩電流Ｉｇｒの測定結果によって配電線及び負荷設備５を遮断器により遮断する。これにより、３相３線配電回路及び負荷設備を絶縁不良に伴う重大事故から守ることができる。

さらに、本発明に係る漏れ電流測定装置では、演算部１４の演算の結果により、対地絶縁抵抗に起因する漏れ電流Ｉｇｒや対地静電容量に起因する漏れ電流Ｉｇｃの値が所定の値より大きくなったことが判定された場合には、音や発光等の警報手段を用いて警報を発するようにしてもよい。このような警報手段を設けることにより、漏電起因する事故を確実に防止することができる。

さらにまた、本発明に係る漏れ電流測定装置は、配電線４の途中に遮断器を設け、演算部１４の演算の結果により、遮断器の遮断を制御する構成としてもよい。すなわち、漏れ電流測定装置は、演算部１４を用いた制御により、対地絶縁抵抗に起因する漏れ電流Ｉｇｒや対地静電容量に起因する漏れ電流Ｉｇｃの測定結果で配電線４及び負荷設備５を遮断器により遮断する。これにより、漏れ電流測定装置は、３相３線配電回路及び負荷設備を絶縁不良に伴う重大事故から守ることができる。

電気災害予防の目的から、配電系統や電気機器の絶縁測定が法律により要請されている。従来、絶縁測定は、配電系統への電力の供給を停止した停電の状態で絶縁測定を行っていたが、近年は停電が制限されている。本発明に係る漏れ電流測定装置及び測定方法はこの要求に適合しており、広く配電系統や電気機器における絶縁測定において利用が期待される。

３相３線の配電方式に本発明の漏洩電流測定装置を適用した構成を示す概略系統図である。 ３相の各相間の電圧相互の関係を表すベクトル図である。 基準電圧と零相電流Ｉ₀の有効成分及び無効成分の関係を表すベクトル図である。 各相における零相電流Ｉ₀の有効成分Ｉ_0Aと無効成分Ｉ_0Bの値を求める計算式を示す一覧表である。 電圧と電流の位相差の関係を示す図である。 基本波処理部の具体的構成を示す図である。

符号の説明

１ 配電用３相変圧器の低圧側の巻線、２ 切換開閉器、３ 基本波処理部、４ 配電線、５ 負荷設備、８ 接地線、９ 零相変流器、１４ 演算部、１５ 表示部、２１ 電圧検出器、２４ 零相電流検出器、２２，２５ 増幅器、２３，２６ ローパスフィルタ、２７ 位相差計測器、 ２８，２９ 実効値変換器

Claims (7)

1. ３相３線式配電系統における変圧器の２次側巻線のＲ，Ｓ，Ｔの３端子のうちのＳ端子側が接地された配電方式の電路又は電気機器の対地絶縁抵抗に起因する漏れ電流Ｉｇｒ及び対地静電容量に起因する漏れ電流Ｉｇｃを測定する漏れ電流の測定装置において、
   上記２次側巻線の各端子Ｒ，Ｓ，Ｔ間に発生する電圧Ｅ_SR，Ｅ_ST，Ｅ_TRのいずれかを切り換え入力させる切換開閉手段と、
   上記切換開閉手段によって切り換え入力される上記いずれかの電圧Ｅ_SR，Ｅ_ST，Ｅ_TRを測定する電圧検出手段と、
   ３相の各配電線に流れる電流のベクトル和である零相電流Ｉ₀を検出する零相電流検出手段と、
   上記電圧検出手段によって検出された上記いずれかの電圧Ｅ_SR，Ｅ_ST，Ｅ_TRが入力され、入力された電圧を基準電圧Ｅとし、当該基準電圧Ｅと上記零相電流Ｉ₀との位相を比較する位相比較手段と、
   上記基準電圧Ｅに対して、上記零相電流Ｉ₀を同相の有効成分Ｉ_0Aとこれと直角の位相差を有する無効成分Ｉ_0Bに分離した計測値を求め、上記無効成分Ｉ_0Bの計測値から対地絶縁抵抗に起因する漏れ電流Ｉｇｒの仮の値を求め、上記切換開閉手段によって切り換え入力される上記いずれかの他の端子Ｒ，Ｓ，Ｔ間の電圧Ｅ_SR，Ｅ_ST，Ｅ_TRを基準電圧Ｅとしたときに得られる上記零相電流Ｉ₀の有効成分Ｉ_0Aとこれと直角の位相差を有する無効成分Ｉ_0Bとに基づいて上記漏れ電流Ｉｇｒの値を修正し、対地絶縁抵抗に起因する漏れ電流Ｉｇｒを演算する演算手段と
   を備える漏れ電流の測定装置。
2. 上記演算手段は、上記２次側巻線の各端子Ｒ，Ｓ，Ｔ間のうち端子Ｔと端子Ｒとの間の電圧Ｅ_TRが基準電圧Ｅとして入力されたとき、上記基準電圧Ｅに対して、上記零相電流Ｉ₀を同相の有効成分Ｉ_OSAとこれと直角の位相差を有する無効成分Ｉ_0Bのうち、上記直角方向の無効成分Ｉ_OSBの値を０．５√３で除した値を対地絶縁抵抗に起因する漏れ電流Ｉｇｒの仮の値とし、
   基準電圧Ｅとして端子Ｓと端子Ｒとの間の電圧Ｅ_SR及び端子Ｓと端子Ｔとの間の電圧Ｅ_STを入力して得られる上記零相電流Ｉ₀の有効成分Ｉ_0RRAと有効成分Ｉ_0TRAの値に基づいてＲ，Ｓ，Ｔの３相中のＲ相及びＴ相の対地静電容量に起因する漏れ電流Ｉｇｃ_R及びＩｇｃ_Tの値を算出し、これらの値と上記零相電流Ｉ₀の無効成分Ｉ_0RRBの値と照合し、
   上記漏れ電流Ｉｇｃ_R及びＩｇｃ_Tの値が上記零相電流Ｉ₀の無効成分Ｉ_0RRBの値より大きい場合はT相に対地絶縁抵抗に起因する漏れ電流Ｉｇｒが生じていると判定し、小さい場合はＲ相に対地絶縁抵抗に起因する漏れ電流Ｉｇｒが生じていると判定し、
   上記漏れ電流Ｉｇｃ_R及びＩｇｃ_Tの値と上記零相電流Ｉ₀の無効成分Ｉ_0RRBの値との差を上記Ｒ相の対地静電容量に起因する漏れ電流Ｉｇｃ_R及び上記Ｔ相の対地静電容量に起因する漏れ電流Ｉｇｃ_Tの１／２の値によって按分し修正した上記漏れ電流Ｉｇｃ_R及び漏れ電流Ｉｇｃ_Tの値で演算した上記零相電流Ｉ₀の無効成分Ｉ_0RRBの値が上記無効成分Ｉ_0RRBの値にほぼ一致するように修正し、この修正値を上記Ｒ相の対地静電容量に起因する漏れ電流Ｉｇｃ_R及び上記Ｔ相の対地静電容量に起因する漏れ電流Ｉｇｃ_Tとし、これら修正された漏れ電流Ｉｇｃ_R及び漏れ電流Ｉｇｃ_Tの値と上記無効成分Ｉ_0SBの値から対地絶縁抵抗に起因する漏れ電流Ｉｇｒを演算し、
   Ｔ相に対地絶縁抵抗に起因する漏れ電流Ｉｇｒが生じていると判定されたときには、
   基準電圧Ｅとして端子Ｓと端子Ｒとの間の電圧Ｅ_SR及び端子Ｓと端子Ｔとの間の電圧Ｅ_STを入力して得られる上記零相電流Ｉ₀の有効成分Ｉ_0RTAと有効成分Ｉ_0TTAのの値に基づいてＲ，Ｓ，Ｔの３相中のＲ相及びＴ相の対地静電容量に起因する漏れ電流Ｉｇｃ_R及びＩｇｃ_Tの値を算出し、これらの値と上記零相電流Ｉ₀の無効成分Ｉ_0TTBの値と照合し、
   上記漏れ電流Ｉｇｃ_R及びＩｇｃ_Tの値と上記零相電流Ｉ₀の無効成分Ｉ_0TTBの値との差を上記Ｒ相の対地静電容量に起因する漏れ電流Ｉｇｃ_R及び上記Ｔ相の対地静電容量に起因する漏れ電流Ｉｇｃ_Tの１／２の値によって按分し修正した上記漏れ電流Ｉｇｃ_R及び漏れ電流Ｉｇｃ_Tの値で演算した上記零相電流Ｉ₀の無効成分Ｉ_0TTBの値が上記無効成分Ｉ_0TTBの値にほぼ一致するように修正し、この修正値を上記Ｒ相の対地静電容量に起因する漏れ電流Ｉｇｃ_R及び上記Ｔ相の対地静電容量に起因する漏れ電流Ｉｇｃ_Tとし、これら修正された漏れ電流Ｉｇｃ_R及び漏れ電流Ｉｇｃ_Tの値と上記無効成分Ｉ_0SBの値から対地絶縁抵抗に起因する漏れ電流Ｉｇｒを演算することを特徴とする請求項１記載の漏れ電流の測定装置。
3. 当該漏れ電流の測定装置は、さらに、表示手段を備え、当該表示手段には、前記演算手段によって演算された結果が表示されることを特徴とする請求項１又は２記載の漏れ電流測定装置。
4. 当該漏れ電流の測定装置は、さらに、前記演算手段において求められる値のいずれかが所定の値を超えたときに警報を発する警報手段を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の漏れ電流測定装置。
5. 当該漏れ電流の測定装置は、さらに、前記演算手段において求められる値のいずれかが所定の値を超えたときに電路を遮断する遮断手段を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１に記載の漏れ電流測定装置。
6. ３相３線式配電系統における変圧器の２次側巻線のＲ，Ｓ，Ｔの３端子のうちのＳ端子側が接地された配電方式の電路又は電気機器の対地絶縁抵抗に起因する漏れ電流Ｉｇｒ及び対地静電容量に起因する漏れ電流Ｉｇｃを測定する漏れ電流の測定方法において、
   上記２次側巻線の各端子Ｒ，Ｓ，Ｔ間に発生する電圧Ｅ_SR，Ｅ_ST，Ｅ_TRのいずれかを切り換え入力する工程と、
   上記切り換え入力される上記いずれかの電圧Ｅ_SR，Ｅ_ST，Ｅ_TRを測定する電圧検出工程と、
   ３相の各配電線に流れる電流のベクトル和である零相電流Ｉ₀を検出する零相電流検出工程と、
   上記電圧検出手段によって検出された上記いずれかの電圧Ｅ_SR，Ｅ_ST，Ｅ_TRが入力され、入力された電圧を基準電圧Ｅとし、当該基準電圧Ｅと上記零相電流Ｉ₀との位相を比較する位相比較工程と、
   上記基準電圧Ｅに対して、上記零相電流Ｉ₀を同相の有効成分Ｉ_0Aとこれと直角の位相差を有する無効成分Ｉ_0Bに分離した計測値を求め、上記無効成分Ｉ_0Bの計測値から対地絶縁抵抗に起因する漏れ電流Ｉｇｒの仮の値を求め、上記切換開閉手段によって切り換え入力される上記いずれかの他の端子Ｒ，Ｓ，Ｔ間の電圧Ｅ_SR，Ｅ_ST，Ｅ_TRを基準電圧Ｅとしたときに得られる上記零相電流Ｉ₀の有効成分Ｉ_0Aとこれと直角の位相差を有する無効成分Ｉ_0Bとに基づいて上記漏れ電流Ｉｇｒの値を修正し、対地絶縁抵抗に起因する漏れ電流Ｉｇｒを演算する演算工程と
   を備える漏れ電流の測定方法。
7. 上記演算工程は、上記２次側巻線の各端子Ｒ，Ｓ，Ｔ間のうち端子Ｔと端子Ｒとの間の電圧Ｅ_TRが基準電圧Ｅとして入力されたとき、上記基準電圧Ｅに対して、上記零相電流Ｉ₀を同相の有効成分Ｉ_OSAとこれと直角の位相差を有する無効成分Ｉ_0Bのうち、上記直角方向の無効成分Ｉ_OSBの値を０．５√３で除した値を対地絶縁抵抗に起因する漏れ電流Ｉｇｒの仮の値とし、
   基準電圧Ｅとして端子Ｓと端子Ｒとの間の電圧Ｅ_SR及び端子Ｓと端子Ｔとの間の電圧Ｅ_STを入力して得られる上記零相電流Ｉ₀の有効成分Ｉ_0RRAと有効成分Ｉ_0TRAの値に基づいてＲ，Ｓ，Ｔの３相中のＲ相及びＴ相の対地静電容量に起因する漏れ電流Ｉｇｃ_R及びＩｇｃ_Tの値を算出し、これらの値と上記零相電流Ｉ₀の無効成分Ｉ_0RRBの値と照合し、
   上記漏れ電流Ｉｇｃ_R及びＩｇｃ_Tの値が上記零相電流Ｉ₀の無効成分Ｉ_0RRBの値より大きい場合はT相に対地絶縁抵抗に起因する漏れ電流Ｉｇｒが生じていると判定し、小さい場合はＲ相に対地絶縁抵抗に起因する漏れ電流Ｉｇｒが生じていると判定し、
   上記漏れ電流Ｉｇｃ_R及びＩｇｃ_Tの値と上記零相電流Ｉ₀の無効成分Ｉ_0RRBの値との差を上記Ｒ相の対地静電容量に起因する漏れ電流Ｉｇｃ_R及び上記Ｔ相の対地静電容量に起因する漏れ電流Ｉｇｃ_Tの１／２の値によって按分し修正した上記漏れ電流Ｉｇｃ_R及び漏れ電流Ｉｇｃ_Tの値で演算した上記零相電流Ｉ₀の無効成分Ｉ_0RRBの値が上記無効成分Ｉ_0RRBの値にほぼ一致するように修正し、この修正値を上記Ｒ相の対地静電容量に起因する漏れ電流Ｉｇｃ_R及び上記Ｔ相の対地静電容量に起因する漏れ電流Ｉｇｃ_Tとし、これら修正された漏れ電流Ｉｇｃ_R及び漏れ電流Ｉｇｃ_Tの値と上記無効成分Ｉ_0SBの値から対地絶縁抵抗に起因する漏れ電流Ｉｇｒを演算し、
   Ｔ相に対地絶縁抵抗に起因する漏れ電流Ｉｇｒが生じていると判定されたときには、
   基準電圧Ｅとして端子Ｓと端子Ｒとの間の電圧Ｅ_SR及び端子Ｓと端子Ｔとの間の電圧Ｅ_STを入力して得られる上記零相電流Ｉ₀の有効成分Ｉ_0RTAと有効成分Ｉ_0TTAのの値に基づいてＲ，Ｓ，Ｔの３相中のＲ相及びＴ相の対地静電容量に起因する漏れ電流Ｉｇｃ_R及びＩｇｃ_Tの値を算出し、これらの値と上記零相電流Ｉ₀の無効成分Ｉ_0TTBの値と照合し、
   上記漏れ電流Ｉｇｃ_R及びＩｇｃ_Tの値と上記零相電流Ｉ₀の無効成分Ｉ_0TTBの値との差を上記Ｒ相の対地静電容量に起因する漏れ電流Ｉｇｃ_R及び上記Ｔ相の対地静電容量に起因する漏れ電流Ｉｇｃ_Tの１／２の値によって按分し修正した上記漏れ電流Ｉｇｃ_R及び漏れ電流Ｉｇｃ_Tの値で演算した上記零相電流Ｉ₀の無効成分Ｉ_OTTBの値が上記無効成分Ｉ_0TTBの値にほぼ一致するように修正し、この修正値を上記Ｒ相の対地静電容量に起因する漏れ電流Ｉｇｃ_R及び上記Ｔ相の対地静電容量に起因する漏れ電流Ｉｇｃ_Tとし、これら修正された漏れ電流Ｉｇｃ_R及び漏れ電流Ｉｇｃ_Tの値と上記無効成分Ｉ_0SBの値から対地絶縁抵抗に起因する漏れ電流Ｉｇｒを演算することを特徴とする請求項６記載の漏れ電流の測定方法。

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