JP2017194465A - 監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電路の電気的状態を監視する監視装置を提供する。【解決手段】監視装置１は、高圧側が３相電路に接続された３相変圧器２又は単相変圧器３の低圧側の電路のＢ種接地線電流を検出する第１電流検出部５５と、３相電路のいずれかの電路の高圧ケーブル接地線に流れる第２接地線電流を検出する第２電流検出部５６と、監視部５７とを備える。監視部５７は、第２接地線電流の位相によりＢ種接地線電流を同期検波することで、３相変圧器２又は単相変圧器３の低圧側の抵抗分漏れ電流Ｉorを測定し、抵抗分漏れ電流Ｉorの測定結果に応じて３相変圧器２又は単相変圧器３の低圧側の電路の電気的状態を監視する。監視結果は、表示部５８に表示される。【選択図】図１６

Description

この発明は、電路の電気的状態を監視する監視装置に関する。監視対象となる電路を、以下、「被監視電路」という。なお電気的状態は、例えば被監視電路の絶縁状態、電力、潮流、漏電方向、漏れ電流等である。

被監視電路の交流電圧の電圧位相及び電流を測定することで、被監視電路の絶縁状態、電力、潮流、漏電方向等の電気的状態を監視する監視装置がある。被監視電路の電流の測定は、電流センサを用いて非接触で行うことができる。被監視電路の電圧位相の測定は、充電部に接触して行う。充電部に接触して電圧位相を測定する方法には、被覆電線の上方に開口を設けて直接接触して測定する方法、被覆電線の上から静電容量を利用して測定する方法等がある。特許文献１は、測定プローブを電線に正確に当接した状態で電圧測定を行うことができる被接触電圧測定器を開示する。高圧の電圧位相を測定する場合、変圧器、コンデンサ等で絶縁して変換する方法がある。

特開２０１４−１６３６７０号公報

充電部に直接接触して電圧位相を測定する場合、安全のために停電する必要がある。また、被覆電線に開口を設けて直接接触して測定する場合、電線の種類や大きさによって電線の静電容量が異なり、測定結果にその影響が大きく作用する。この場合、静電容量の相違を補正する必要があるが、そのための補正装置が非常に複雑であり、コストも高くなる。また、高圧の電圧位相の測定には、高圧側との絶縁のために変圧器やコンデンサが必要になり、構成が複雑になりやすい。

本発明は、上記の問題に鑑み、被監視電路の電気的状態を監視する監視装置を提供することを主たる課題とする。

上記課題を解決するための本発明の監視装置は、高圧側が３相電路に接続された変圧器の低圧側の電路の第１接地線電流を検出する第１検出手段と、前記３相電路のいずれかの電路の高圧ケーブル接地線に流れる第２接地線電流を検出する第２検出手段と、前記第２接地線電流の位相により前記第１接地線電流を同期検波することで、前記変圧器の前記低圧側の電気的状態を監視する監視手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、被監視線路から交流電圧を取り込むことなく、被監視線路の電気的状態を監視することが可能となる。

監視システムの構成図。 ３相変圧器及び単相変圧器の説明図。 単相変圧器の結線と３相変圧器の結線との関係を示す図。 単相変圧器の高圧側と低圧側との電圧位相の関係の説明図。 スター／デルタ結線の３相変圧器の高圧側と低圧側との電圧位相の説明図。 スター／スター結線の３相変圧器の高圧側と低圧側との電圧位相の説明図。 絶縁監視装置の外観図。 絶縁監視装置のハードウェア構成図。 絶縁監視装置の機能ブロック図。 電力測定器の外観図。 電力測定器の機能ブロック図。 潮流方向測定器の外観図。 潮流方向測定器の機能ブロック図。 漏電方向測定器の外観図。 漏電方向測定器の機能ブロック図。 （ａ）、（ｂ）は、被監視線路の交流電流と、３相電路の接地線を流れる接地線電流とにより、被監視線路の電気的状態を監視する監視システムの構成図。 位相の説明図。 位相の説明図。

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて詳細に説明する。

（監視システム）
図１は、被監視電路の絶縁状態、電力、潮流、漏電方向等の電気的状態を監視する監視システムの構成図である。監視装置１は、３相変圧器２及び制御電源となる単相変圧器３が接続される。３相変圧器２は、高圧側が３相電路に接続され、低圧側が監視装置１に接続される動力回路である。本実施形態では、３相変圧器２の低圧側を監視装置１の監視対象となる被監視電路として説明するが、３相変圧器２の高圧側を被監視電路としてもよい。単相変圧器３は、高圧側が３相電路のいずれか２相に接続され、低圧側が監視装置１に交流電圧を供給する電灯回路である。

従来のこの種の監視システムでは、監視装置１が、被監視電路の交流電圧の電圧位相と電流とに基づいて電気的状態を監視することになる。そのために監視装置１には、被監視電路から交流電圧及び電流が入力される。
これに対して本実施形態の監視システムでは、監視装置１に被監視電路から電流が入力されるが、交流電圧は入力されない。本実施形態の監視装置１は、単相変圧器３の高圧側の２相と、３相変圧器２の結線の種類とに基づいて、被監視電路の交流電圧の電圧位相を測定する。そのために監視装置１は、被監視電路の交流電圧の入力を必要としない。単相変圧器３の高圧側の２相と、３相変圧器２の結線の種類とに基づいて、被監視電路の交流電圧の電圧位相を測定する方法について説明する。

（電圧位相）
図２は、３相変圧器２及び単相変圧器３の説明図である。３相変圧器２及び単相変圧器３は、高圧側が３相電路（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に接続される。３相電路には、例えば６．６［ｋＶ］の高圧が印加されており、３相変圧器２及び単相変圧器３の高圧側に、６．６［ｋＶ］の交流電圧が印加される。３相変圧器２及び単相変圧器３は、高圧側の交流電圧を低圧、例えば２００［Ｖ］や１００［Ｖ］の交流電圧に変換して出力する。

３相変圧器２の高圧側の結線と低圧側の結線とは、スター／デルタ結線やスター／スター結線のように規格化されている。単相変圧器３は、高圧側の３相のうちの２相を接続相として電圧変換を行う。２相の組み合わせは、Ｕ−Ｖ相、Ｖ−Ｗ相、Ｗ−Ｕ相の３通りである。図３は、単相変圧器３の結線と３相変圧器２の結線との関係を示す図である。図３に示すように、単相変圧器３の接続相と、３相変圧器２の結線との組み合わせは６種類になる。

図４は、単相変圧器３の高圧側と低圧側との電圧位相の関係の説明図である。単相変圧器３では、高圧側と低圧側とで、同じ接続相（Ｕ−Ｖ線間とｕ−ｖ線間、Ｖ−Ｗ線間とｖ−ｗ線間、Ｗ−Ｕ線間とｗ−ｕ線間）の電圧位相が同相になる。つまり単相変圧器３の高圧側と低圧側との位相差は、接続相にかかわらず０度である。

図５は、スター／デルタ結線の３相変圧器２の高圧側と低圧側との電圧位相の説明図である。図５に示すように、例えば高圧側のＵ相からＶ相を見た交流電圧（Ｕ−Ｖ線間の電圧）に対して、低圧側のｕ相からｖ相を見た交流電圧（ｕ−ｖ線間の電圧）の位相が３０度遅れる。高圧側のＵ相からＶ相を見た交流電圧（Ｕ−Ｖ線間の電圧）に対して、低圧側のｖ相からｗ相を見た交流電圧（ｖ−ｗ線間の電圧）の位相が１５０度遅れる。高圧側のＵ相からＶ相を見た交流電圧（Ｕ−Ｖ線間の電圧）に対して、低圧側のｗ相からｕ相を見た交流電圧（ｗ−ｕ線間の電圧）の位相が２７０度遅れる。
高圧側の接続相が他の場合（Ｖ相からＷ相を見た交流電圧（Ｖ−Ｗ線間の電圧）、Ｗ相からＵ相を見た交流電圧（Ｗ−Ｕ線間の電圧））についても、位相差は同様である。
このように３相変圧器２がスター／デルタ結線である場合、３相変圧器２の高圧側と低圧側との位相差は、３０度、１５０度、２７０度のいずれかになる。

図６は、スター／スター結線の３相変圧器２の高圧側と低圧側との電圧位相の説明図である。図６に示すように、例えば高圧側のＵ相からＶ相を見た交流電圧（Ｕ−Ｖ線間の電圧）の位相は、低圧側のｕ相からｖ相を見た交流電圧（ｕ−ｖ線間の電圧）と同じ位相であり、位相差は０度である。高圧側のＵ相からＶ相を見た交流電圧（Ｕ−Ｖ線間の電圧）に対して、低圧側のｖ相からｗ相を見た交流電圧（ｖ−ｗ線間の電圧）の位相が１２０度遅れる。高圧側のＵ相からＶ相を見た交流電圧（Ｕ−Ｖ線間の電圧）に対して、低圧側のｗ相からｕ相を見た交流電圧（ｗ−ｕ線間の電圧）の位相が２４０度遅れる。
高圧側の接続相が他の場合（Ｖ相からＷ相を見た交流電圧（Ｖ−Ｗ線間の電圧）、Ｗ相からＵ相を見た交流電圧（Ｗ−Ｕ線間の電圧））についても、位相差は同様である。
このように３相変圧器２がスター／スター結線である場合、３相変圧器２の高圧側と低圧側との位相差は、０度、１２０度、２４０度のいずれかになる。

単相変圧器３の高圧側と低圧側とが同相であり、かつ単相変圧器３と３相変圧器２の高圧側が同じ３相電路に接続される。そのために、３相変圧器２の高圧側と低圧側との交流電圧の位相差は、単相変圧器３の低圧側の交流電圧の電圧位相と被監視電路の交流電圧の位相差と同じになる。監視装置１は、単相変圧器３の低圧側から入力される交流電圧を、３相変圧器２の結線の種類と単相変圧器３の高圧側の接続相とにより得らる３相変圧器２の高圧側と低圧側との交流電圧の位相差により位相変換する。監視装置１は、この位相変換した交流電圧により、被監視電路の交流電流の電圧位相を測定することが可能になる。単相変圧器３の高圧側の接続相は、変電室やキュービクルで実際に単相変圧器３の高圧側の接続を確認することで判明する。

（監視処理）
監視装置１は、３相変圧器２がスター／デルタ結線である場合に、単相変圧器３の高圧側が接続される２相に応じて、制御電源から入力される交流電圧の位相を３０度、１５０度、２７０度のいずれかに変換することになる。また監視装置１は、３相変圧器２がスター／スター結線である場合に、単相変圧器３の高圧側が接続される２相に応じて、制御電源から入力される交流電圧の位相を０度、１２０度、２４０度のいずれかに変換することになる。監視装置１は、制御電源から入力される交流電圧の電圧位相を位相変換し、位相変換後の交流電圧の電圧位相と被監視電路を流れる電流とにより、被監視電路の電気的状態を監視する。そのために監視装置１は、被監視電路からの交流電圧の入力を必要としない。以下に、監視装置１の具体例を説明する。

（絶縁監視装置）
図７は、上記のような監視システムを応用した、被監視電路の絶縁状態を抵抗分漏れ電流Ｉorにより監視する絶縁監視装置の外観図である。絶縁監視装置１０は、表示部１１、電流入力部１２、出力部１３、制御電源入力部１４、及び設定部１５を備える。この絶縁監視装置１０は、被監視電路である３相変圧器２の低圧側の抵抗分漏れ電流Ｉorを測定し、測定結果に応じて被監視電路の絶縁状態を監視する。表示部１１は、電圧位相の位相変換量設定時の設定画面や、絶縁状態の監視結果の表示を行う。電流入力部１２は、被監視電路に流れる電流が入力される。出力部１３は、外部装置に監視結果を出力する。制御電源入力部１４は、制御電源から交流電圧が入力される。制御電源は、高圧側が３相電路のいずれか２相に接続される単相変圧器３であり、低圧側から、例えばＡＣ１００［Ｖ］の交流電圧を制御電源入力部１４に入力する。設定部１５は、制御電源から入力される交流電圧の位相を変換するための位相変換量を入力する入力装置である。

図８は、絶縁監視装置１０のハードウェア構成図である。絶縁監視装置１０は、単相変圧器３の低圧側である単相３線式の電灯回路（制御電源）から、コンセント１２２を介して制御電源入力部１４に１００［Ｖ］の交流電圧が入力される。また、絶縁監視装置１０は、電流入力部１２が２チャネル設けられ、第１チャネル１２ａが電灯回路に設けられる漏電センサ１２１に接続され、第２チャネル１２ｂが３相変圧器２の低圧側に設けられる漏電センサ１２０に接続される。３相変圧器２の低圧側は３相３線の動力回路である。動力回路は、漏電センサ１２０を介してＢ種接地線で接地されており、第２チャネル１２ｂを介して漏れ電流を絶縁監視装置１０に入力する。絶縁監視装置１０は、動力回路の接地線を被監視電路として、接地線の抵抗分漏れ電流Ｉorを測定することで絶縁状態を監視する。

制御電源入力部１４から入力される交流電圧は、電源トランス１０１及び位相トランス１０４に入力される。電源トランス１０１は、入力される１００［Ｖ］の交流電圧を所定の電圧値の交流電圧に変換して、ＡＣ／ＤＣ部１０２に入力する。ＡＣ／ＤＣ部１０２は、電源トランス１０１で変換された交流電圧を直流電圧に変換して、レギュレータ１０３に入力する。レギュレータ１０３は、入力される直流電圧に応じて生成する直流の電源電圧ＶＣＣ、ＶＥＥを他の装置に供給する。

位相トランス１０４は、入力される１００［Ｖ］の交流電圧の位相を位相変換量に応じて変換して増幅器１０５に入力する。増幅器１０５は、位相変換後の交流電圧を増幅して、波形整形部１０６及びマルチプレクサ１１１に入力する。波形整形部１０６は、入力される交流電圧を波形整形して位相信号を生成し、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１１２に入力する。位相信号は、制御電源から入力されて位相が変換された交流電圧の電圧位相を表す。

電流入力部１２の第１チャネル１２ａは、シャント抵抗１０７に接続される。シャント抵抗１０７は、漏電センサ１２１の漏れ電流の電流検出用の抵抗である。シャント抵抗１０７で検出される漏れ電流に応じた電圧は、増幅器１０８で増幅された後に、マルチプレクサ１１１に入力される。電流入力部１２の第２チャネル１２ｂは、シャント抵抗１０９に接続される。シャント抵抗１０９は、漏電センサ１２０の漏れ電流の電流検出用の抵抗である。シャント抵抗１０９で検出される漏れ電流に応じた電圧は、増幅器１０８で増幅された後に、マルチプレクサ１１１に入力される。

マルチプレクサ１１１は、位相変換された交流電圧、及び漏電センサ１２０、１２１の漏れ電流に応じた電圧を入力とし、いずれかをＣＰＵ１１２に入力する。ＣＰＵ１１２は、波形整形部１０６から入力される位相信号及びマルチプレクサ１１１から入力され漏電センサ１２０の漏れ電流に応じた電圧から、被監視電路の漏れ電流の電流値Ｉorを算出する。ＣＰＵ１１２は、算出した漏れ電流の電流値Ｉorと所定値とを比較して、漏れ電流が所定値を超えた場合に被監視電路に絶縁不良が発生したと判定する。ＣＰＵ１１２は、設定部１５、表示部１１、警報ランプ１１５、メモリ１１６、及び通信インタフェース（ＩＦ）１１７が接続される。設定部１５は、キースイッチにより構成され、位相変換量の設定や絶縁状態を判定するための所定値の設定に用いられる。表示部１１は、例えばＬＣＤ（Liquid Crystal Display）である。警報ランプ１１５は、絶縁不良の発生を光や音によりユーザに報知する。メモリ１１６は、ＣＰＵ１１２で算出された漏れ電流の電流値Ｉorの保存、絶縁状態判定のための所定値の保存、位相変換量の保存に用いられる。通信ＩＦ１１７は、外部装置との通信を行い、外部装置に漏れ電流の電流値Ｉorや絶縁状態の判定結果を送信する。

位相変換量は、例えば設定部１５により直接入力される。この他に位相変換量は、例えばメモリ１１６に単相変圧器３の接続相及び３相変圧器２の結線の種類に応じた位相変換量を表すテーブルを格納しておき、設定部１５から単相変圧器３の接続相及び３相変圧器２の結線の種類が入力されることで設定されてもよい。図８は第１チャネル１２ａに電灯回路が接続され、第２チャネル１２ｂに動力回路が接続された構成であるが、位相変換量を変更することで、動力回路と電灯回路とを入れ替えることも可能である。

図９は、動力回路を被監視電路として、漏れ電流により被監視電路の絶縁状態を監視する絶縁監視装置１０の機能ブロック図である。絶縁監視装置１０は、例えばＣＰＵ１１２が所定のコンピュータプログラムを実行することで、上記のハードウェア構成により、電流検出部１６、位相変換部１７、Ｉor算出部１８、及び制御部１９として機能する。電流検出部１６は、シャント抵抗１０９及び増幅器１１０により形成され、漏電センサ１２０から入力される漏れ電流を検出する。位相変換部１７は、位相トランス１０４により形成され、設定部１５により設定された位相変換量に応じて、制御電源から入力された交流電圧の位相を変換する。位相変換部１７は、被監視電路の交流電圧の位相と同位相になるように、制御電源から入力された交流電圧の位相を変換する。

Ｉor算出部１８及び制御部１９は、ＣＰＵ１１２により形成される。Ｉor算出部１８は、電流検出部１６で検出された電流と、位相が変換された交流電圧の電圧位相とから被監視電路の抵抗分漏れ電流の電流値Ｉorを算出する。
制御部１９は、Ｉor算出部１８で算出した漏れ電流の電流値Ｉorと所定値とを比較し、その結果により被監視電路の絶縁状態を判断する。例えば制御部１９は、Ｉor算出部１８で算出した漏れ電流の電流値Ｉorが所定値を超える場合、被監視電路が絶縁状態にないと判断し、所定値以下の場合、被監視電路が絶縁状態にあると判断する。制御部１９は、絶縁状態の判断結果を表示部１１に表示する。制御部１９は、被監視電路が絶縁状態にない場合に出力部１３に接続された装置へその旨を通知する。出力部１３に接続された装置は、警報ランプ１１５や警報音の出力装置であり、被監視電路が絶縁状態にない場合に、光や音によりユーザに警報を発することで被監視装置が絶縁状態にないことを報知する。

従来のこの種の絶縁監視装置は、被監視電路の交流電圧及び漏れ電流が入力されて、この交流電圧の電圧位相と漏れ電流とにより抵抗分漏れ電流Ｉorを算出するように構成されている。これに対して本実施形態の絶縁監視装置１０は、設定部１５により設定された位相変換量に応じて制御電源から入力される交流電圧の位相を変換し、位相変換後の交流電圧の電圧位相と漏れ電流とにより抵抗分漏れ電流Ｉorを算出する。そのために絶縁監視装置１０は、被監視電路の交流電圧の入力を必要としない。

例えば高圧側がＵ−Ｖ相に接続された単相変圧器３を制御電源に用い、被監視電路がスター／デルタ結線の３相変圧器２の低圧側である場合、上記の通り、制御電源から供給される交流電圧の位相が被監視電路のｕ−ｖ線間の電圧位相よりも３０度進む。そのために、設定部１５は、制御電源から入力される交流電圧の位相を３０度遅らせるように位相変換量を設定する。これにより制御電源から入力される交流電圧と、被監視電路の交流電圧とが同位相になる。この電圧位相は、被監視電路の抵抗分漏れ電流Ｉorを算出するための同期検波用基準位相と同位相である。Ｉor算出部１８は、このような電圧位相で被監視電路の漏れ電流を同期検波することでＩor値を算出する。制御部１９は、算出したＩor値により３相電路の絶縁状態を監視する。

（電力測定器）
図１０は、上記のような監視システムを応用した、被監視電路の電力を測定する電力測定器の外観図である。電力測定器２０は、表示部２１、電流入力部２２、設定部２３、及び制御電源入力部２４を備える。この電力測定器２０は、被監視電路である３相変圧器２の低圧側の電力を測定する。表示部２１は、電圧位相の位相変換量設定時の設定画面や、電力の測定結果の表示を行う。電流入力部２２は、被監視電路に流れる電流が入力される。設定部２３は、制御電源から入力される交流電圧の位相を変換するための位相変換量を入力する入力装置である。制御電源入力部２４は、制御電源から交流電圧が入力される。制御電源は、高圧側が３相電路のいずれか２相に接続される単相変圧器３であり、低圧側から、例えばＡＣ１００［Ｖ］の交流電圧を制御電源入力部２４に入力する。

図１１は、電力測定器２０の機能ブロック図である。電力測定器２０は、電流検出部２５、位相変換部２６、電力算出部２７、及び制御部２８として機能する。電流検出部２５は、電流入力部２２から入力される被監視電路のうちの２相の電流を検出する。位相変換部２６は、設定部２３により設定された位相変換量に応じて、制御電源から入力された交流電圧の位相を変換する。位相変換部２６は、被監視電路の交流電圧の位相と同位相になるように、制御電源から入力された交流電圧の位相を変換する。電力算出部２７は、電流検出部２５で検出した電流と、位相変換部２６で位相が変換された交流電圧の電圧位相とから被監視電路の電力を算出する。制御部２８は、電力算出部２７で算出された電力の算出結果を表示部２１に出力し、所定のメモリに記録し、かつ出力部２９から外部装置に出力する。

従来のこの種の電力測定器は、被監視電路から交流電圧及び電流が入力されて、この交流電圧の電圧位相及び電流により電力を算出するように構成されている。これに対して本実施形態の電力測定器２０は、設定部２３により設定された位相変換量に応じて制御電源から入力される交流電圧の位相を変換し、位相変換後の交流電圧の電圧位相と被監視電路の電流とにより電力を算出する。そのために電力測定器２０は、被監視電路の交流電圧の入力を必要としない。

例えば高圧側がＵ−Ｖ相に接続された単相変圧器３を制御電源に用い、被監視電路がスター／デルタ結線の３相変圧器２の低圧側である場合、上記の通り、制御電源から供給される交流電圧の位相が被監視電路のｕ−ｖ線間の電圧位相よりも３０度進む。そのために、設定部２３は、制御電源から入力される交流電圧の位相を３０度遅らせるように位相変換量を設定する。これにより制御電源から入力される交流電圧と、被監視電路の交流電圧とが同位相になる。電力測定器２０は、このように位相変換した交流電圧の電圧位相及び電流により被監視電路の電力値を算出する。

（潮流方向測定器）
図１２は、上記のような監視システムを応用した、被監視電路の潮流方向を測定する潮流方向測定器の外観図である。潮流方向測定器３０は、表示部３１、電流入力部３２、設定部３３、及び制御電源入力部３４を備える。この潮流方向測定器３０は、被監視電路である３相変圧器２の低圧側の潮流方向を測定する。表示部３１は、電圧位相の位相変換量設定時の設定画面や、潮流方向の測定結果の表示を行う。電流入力部３２は、被監視電路に流れる電流が入力される。設定部３３は、制御電源から入力される交流電圧の位相を変換するための位相変換量を入力する入力装置である。制御電源入力部３４は、制御電源から交流電圧が入力される。制御電源は、高圧側が３相電路のいずれか２相に接続される単相変圧器３であり、低圧側から、例えばＡＣ１００［Ｖ］の交流電圧を制御電源入力部３４に入力する。

図１３は、潮流方向測定器３０の機能ブロック図である。潮流方向測定器３０は、電流検出部３５、位相変換部３６、位相算出部３７、及び制御部３８として機能する。電流検出部３５は、電流入力部３２から入力される被監視電路のうちの１相の電流を検出する。位相変換部３６は、設定部３３により設定された位相変換量に応じて、制御電源から入力された交流電圧の位相を変換する。位相変換部３６は、被監視電路の交流電圧の位相と同位相になるように、制御電源から入力された交流電圧の位相を変換する。位相算出部３７は、電流検出部３５で検出した電流と、位相変換部３６で位相が変換された交流電圧の電圧位相とから被監視電路の位相を算出する。制御部３８は、位相算出部３７で算出された位相から潮流方向を測定し、測定結果を表示部３１に出力し、所定のメモリに記録し、かつ出力部３９から外部装置に出力する。

従来のこの種の潮流方向測定器は、被監視電路から交流電圧及び電流が入力されて、この交流電圧から電圧位相を算出して潮流方向を測定するように構成されている。これに対して本実施形態の潮流方向測定器３０は、設定部３３により設定された位相変換量に応じて制御電源から入力された交流電圧の位相を変換し、位相変換後の交流電圧の電圧位相と被監視電路の電流とにより潮流方向を測定する。そのために潮流方向測定器３０は、被監視電路の交流電圧の入力を必要としない。

例えば高圧側がＵ−Ｖ相に接続された単相変圧器３を制御電源に用い、被監視電路がスター／デルタ結線の３相変圧器２の低圧側である場合、上記の通り、制御電源から供給される交流電圧の位相が被監視電路のｕ−ｖ線間の電圧位相よりも３０度進む。そのために、設定部３３は、制御電源から入力される交流電圧の位相を３０度遅らせるように位相変換量を設定する。これにより制御電源から入力される交流電圧と、被監視電路の交流電圧とが同位相になる。潮流方向測定器３０は、このように位相変換した交流電圧の電圧位相及び電流により被監視電路の潮流方向を測定する。

（漏電方向測定器）
図１４は、上記のような監視システムを応用した、被監視電路の漏電方向を測定する漏電方向測定器の外観図である。漏電方向測定器４０は、表示部４１、電流入力部４２、設定部４３、及び制御電源入力部４４を備える。この漏電方向測定器４０は、被監視電路である３相変圧器２の低圧側の漏電方向を測定する。表示部４１は、電圧位相の位相変換量設定時の設定画面や、漏電方向の測定結果の表示を行う。電流入力部４２は、被監視電路に流れる電流が入力される。設定部４３は、制御電源から入力される交流電圧の位相を変換するための位相変換量を入力する入力装置である。制御電源入力部４４は、制御電源から交流電圧が入力される。制御電源は、高圧側が３相電路のいずれか２相に接続される単相変圧器３であり、低圧側から、例えばＡＣ１００［Ｖ］の交流電圧を制御電源入力部４４に入力する。

図１５は、漏電方向測定器４０の機能ブロック図である。漏電方向測定器４０は、電流検出部４５、位相変換部４６、位相算出部４７、及び制御部４８として機能する。電流検出部４５は、電流入力部４２から入力される３相の被監視電路の零相電流を検出する。位相変換部４６は、設定部４３により設定された位相変換量に応じて、制御電源から入力された交流電圧の位相を変換する。位相変換部４６は、被監視電路の交流電圧の位相と同位相になるように、制御電源から入力された交流電圧の位相を変換する。位相算出部４７は、電流検出部４５で検出した電流と、位相変換部４６で位相が変換された交流電圧の電圧位相とから被監視電路の位相を算出する。制御部４８は、位相算出部４７で算出された位相から漏電方向を測定し、測定結果を表示部４１に出力し、所定のメモリに記録し、かつ出力部４９から外部装置に出力する。

従来のこの種の漏電方向測定器は、被監視電路から高圧の交流電圧を絶縁して入力し、被監視電路の漏れ電流値及び漏電方向を算出するように構成されている。これに対して本実施形態の漏電方向測定器４０は、設定部４３により設定された位相に、制御電源から入力される交流電圧の位相を変換し、位相変換後の交流電圧の電圧位相と被監視電路の電流とにより漏れ電流値及び漏電方向を算出する。そのために漏電方向測定器４０は、被監視電路の交流電圧の入力を必要としない。

例えば高圧側がＵ−Ｖ相に接続された単相変圧器３を制御電源に用い、被監視電路が３相変圧器２のスター／デルタ結線の低圧側である場合、上記の通り、制御電源から供給される交流電圧の位相が被監視電路のｕ−ｖ線間の電圧位相よりも３０度進む。そのために、設定部４３は、制御電源から入力される交流電圧の位相を３０度遅らせるように位相変換量を設定する。これにより制御電源から入力される交流電圧と、被監視電路の交流電圧とが同位相になる。漏電方向測定器４０は、このように位相変換した交流電圧の電圧位相及び電流により被監視電路の漏電方向を測定する。

以上のように本実施形態の監視装置１では、制御電源から入力される交流電圧の位相変換量を、制御電源である単相変圧器３の高圧側の接続相と、低圧側が被監視電路となる３相変圧器２の結線の種類との組み合わせにより設定することができる。監視装置１は、制御電源から入力される交流電圧を位相変換量に応じて位相変換し、位相変換後の交流電圧の電圧位相と被監視電路の電流とにより、被監視電路の監視が可能となる。そのために監視装置１は、充電部に接触することなく、安全に、低コストで被監視電路の電圧位相を取得することが可能となり、被監視電路の電気的状態を監視することができる。

（漏れ電流計測器）
以上の説明では、監視装置１が被監視電路の交流電流と制御電源の交流電圧とを入力として、被監視線路の電気的状態を監視している。監視装置１は、制御電源の交流電圧を用いずに、被監視電路の電気的状態を監視することも可能である。図１６は、被監視線路の交流電流と、３相電路のいずれかの相の高圧ケーブル接地線に流れる接地線電流（充電電流）とにより、被監視線路の電気的状態を監視する監視システムの構成図である。高圧ケーブルは、例えば高圧ＣＶＴケーブルである。

図１６（ａ）は、３相変圧器２の低圧側である動力電路の抵抗分漏れ電流Ｉorを測定する監視システムの構成図である。図１６（ｂ）は、単相変圧器３の低圧側である電灯電路の抵抗分漏れ電流Ｉorを測定する監視システムの構成図である。監視装置１は、測定した抵抗分漏れ電流Ｉorにより被監視電路（動力電路、電灯電路）の絶縁状態を監視することができる。

そのために監視装置１は、動力電路や電灯電路の接地線電流を検出する第１電流検出部５５と、３相電路のいずれかの電路の高圧ケーブル接地線に流れる接地線電流を検出する第２電流検出部５６と、動力電路や電灯電路の電気的状態を監視する監視部５７と、表示部５８とを備える。監視部５７は、動力電路や電灯電路の接地線電流と、３相電路のいずれかの電路の高圧ケーブル接地線に流れる接地線電流とにより、動力電路や電灯電路の抵抗分漏れ電流Ｉorを測定する。監視部５７は、抵抗分漏れ電流Ｉorの測定結果に応じて、被監視電路の絶縁状態を判断する。監視装置１は、抵抗分漏れ電流Ｉorの測定結果や、被監視電路の絶縁状態の判断結果を表示部５８に表示することで、ユーザに監視結果を報知する。

図１６（ａ）に示す構成の場合、第１電流検出部５５は、３相変圧器２の接地線（Ｂ種接地線）にクランプされる変流器（ＣＴ：Current Transformer）５１から、動力電路の接地線電流Ｉo（Ｂ種接地線電流Ｉo）を検出する。第２電流検出部５６は、３相変圧器２の高圧側の３相電路のいずれか１相の高圧ケーブル接地線にクランプされる補助変流器５２から、接地線電流を検出する。図１６（ａ）では補助変流器５２がＵ相の高圧ケーブル接地線にクランプされている。第２電流検出部５６は、Ｕ相の高圧ケーブル接地線に流れる接地線電流を検出する。ここで、例えばＵ相の高圧ケーブル接地線に流れる接地線電流は、Ｕ相の交流電圧よりも位相が９０度進んでいる。監視部５７は、このＵ相の高圧ケーブル接地線に流れる接地線電流の位相でＢ種接地線電流Ｉoを同期検波することで、動力電路の抵抗分漏れ電流Ｉorを測定する。

図１７は、位相の説明図である。３相変圧器２がスター／デルタ結線の場合、高圧側のＶUN（中点ＮからＵ相を見た電圧）と、低圧側のＶuw（ｗ相からｕ相を見た電圧）とは、同相である。中点Ｎは接地である。３相変圧器２の低圧側のｖ相からｗ−ｕ相の中点の位相を見た電圧Ｖｐが、動力電路の抵抗分漏れ電流Ｉorの位相方向になる。そのために監視部５７は、電圧Ｖｐの位相でＢ種接地線電流Ｉoを同期検波することで、動力電路の抵抗分漏れ電流Ｉorを測定することができる。監視部５７は、動力電路のｖ相のＢ種接地線電流Ｉoを検出する場合、高圧側のＵ相の高圧ケーブル接地線に流れる接地線電流の位相によりＢ種接地線電流Ｉoを同期検波することで、動力電路の抵抗分漏れ電流Ｉorを測定することができる。動力電路の他の相（ｕ相、ｗ相）についても同様に、Ｂ種接地線電流Ｉoが高圧側の高圧ケーブル接地線に流れる接地線電流の位相により同期検波されて測定可能である。

図１６（ｂ）に示す構成の場合、第１電流検出部５５は、単相変圧器３の接地線（Ｂ種接地線）にクランプされる変流器６１から、電灯電路のＢ種接地線電流Ｉoを検出する。第２電流検出部５６は、単相変圧器３の高圧側の３相電路のうちの２相の接地線にクランプされる補助変流器６２から２相の接地線電流（充電電流）の和を検出する。充電電流を検出する高圧側の３相電路のうちの２相は、単相変圧器３に入力される２相である。単相変圧器３は、高圧側の３相電路において接続相がＵ−Ｖ相、Ｖ−Ｗ相、Ｗ−Ｕ相の３種類である。単相変圧器３の接続相がＵ−Ｖ相の場合、補助変流器６２は、３相電路のＵ相及びＶ相の２相の接地線をクランプする。単相変圧器３の接続相がＶ−Ｗ相の場合、補助変流器６２は、３相電路のＶ相及びＷ相の２相の接地線をクランプする。単相変圧器３の接続相がＷ−Ｕ相の場合、補助変流器６２は、３相電路のＷ相及びＵ相の２相の接地線をクランプする。

例えば単相変圧器３の接続相がＷ−Ｕ相の場合、補助変流器６２は３相電路のＷ相及びＵ相の２相の接地線をクランプする。Ｗ相及びＵ相の充電電流の位相は、Ｗ相及びＵ相の線間電圧の位相と同位相である。図４に示すように、単相変圧器３の高圧側と低圧側とは電圧位相が同相である。そのために、Ｗ相及びＵ相の充電電流の位相は、単相変圧器３の低圧側のｗ相及びｕ相の線間電圧と同位相となる。従って、監視部５７は、Ｗ相及びＵ相の加算電流の位相でＢ種接地線電流Ｉoを同期検波することで、電灯電路の抵抗分漏れ電流Ｉorを測定することができる。

図１８は、位相の説明図である。例えば単相変圧器３の高圧側の接続相がＵ−Ｖ相である場合、３相電路のＵ相及びＶ相の充電電流のベクトル和ＩCUV（Ｕ相とＶ相の充電電流の和）が、単相変圧器３の低圧側の線間電圧の位相と同位相になる。従って、ベクトル和ＩCUVで電灯電路のＢ種接地線のＢ種接地線電流Ｉoを同期検波することで、電灯電路の抵抗分漏れ電流Ｉorが測定される。同様に、単相変圧器３の高圧側の接続相がＶ−Ｗ相である場合、３相電路のＶ相及びＷ相の充電電流のベクトル和ＩCVWが、単相変圧器３の低圧側の線間電圧の位相と同位相になる。単相変圧器３の高圧側の接続相がＷ−Ｕ相である場合、３相電路のＷ相及びＵ相の充電電流のベクトル和ＩCWUが、単相変圧器３の低圧側の線間電圧の位相と同位相になる。単相変圧器３の高圧側の接続相と３相電路の充電電流の位相とを合わせるために、容易に目視確認ができる。

以上の説明では、各変圧器（３相変圧器２及び単相変圧器３）の高圧側の３相電路の相電圧が、Ｕ、Ｖ、Ｗを正三角形の頂点とし、接地（大地）を正三角形の中点Ｎとして表されている。高電圧側の３相電路の各相の対地間静電容量が同じ場合、接地の位置が正三角形の中点になるが、通常、３相電路の各相の対地間静電容量は同じではなくバラツキがある。正三角形の中点と、対地間静電容量のバラツキにより生じる接地との差Ｖoは、監視対象の電路の電気的状態（抵抗分漏れ電流Ｉor）の誤差となる。

差Ｖoは、通常１〜２％である。低圧側のＢ種接地線電流Ｉoが１００［ｍＡ］の場合、差Ｖoが２［％］であれば、位相角が最大１．１４６度ずれる。Ｂ種接地線電流Ｉoがすべて充電電流である場合、差Ｖoによる抵抗分漏れ電流Ｉorの誤差は、最大２［ｍＡ］である。抵抗分漏れ電流Ｉorの誤差の規格（監視装置１を取り付けた場合の計測器として隔月点検時における誤差）は１０［％］であり、基準値が５０［ｍＡ］であるため、３相電路の各相の対地間静電容量が同じではない場合の誤差は、問題になることはない。

従来の漏れ電流計測器は、例えば動力電路に設けられるＭＣＣＢ（Molded Case Circuit Breaker）により動力電路の電圧成分を検出し、Ｂ種接地線に設けられるＺＣＴ（Zero-phase Current Transformer）によりＢ種接地線の電流成分を検出して、動力電路の抵抗分漏れ電流Ｉorを測定する。或いは漏れ電流計測器は、１００［Ｖ］や２００［Ｖ］の交流電圧を電源から取り込み、位相をずらして動力電路の抵抗分漏れ電流Ｉorを測定する。

このように従来の漏れ電流計測器は１００［Ｖ］や２００［Ｖ］の交流電圧を取得する必要があり、動力電路の抵抗分漏れ電流Ｉorの測定に危険が伴う。これに対して本実施形態の監視装置１は、２個の変流器を３相電路、動力電路、電灯電路にクランプすることで交流電流を取得し、これらの交流電流に応じて抵抗分漏れ電流Ｉorを測定する。そのために交流電圧を取得する必要がなく、安全に抵抗分漏れ電流Ｉorを測定することができる。

１…監視装置、２…３相変圧器、３…単相変圧器、１０…絶縁監視装置、２０…電力測定器、３０…潮流方向測定器、４０…漏電方向測定器、１１，２１，３１，４１，５８…表示部、１２，２２，３２，４２…電流入力部、１３，２９，３９，４９…出力部、１４，２４，３４，４４…制御電源入力部、１５，２３，３３，４３…設定部、１６，２５，３５，４５…電流検出部、１７，２６，３６，４６…位相変換部、１８…Ｉor算出部、１９，２８，３８，４８…制御部、２７…電力算出部、３７，４７…位相算出部、５１，６１…変流器、５２，６２…補助変流器、５５…第１電流検出部、５６…第２電流検出部、５７…監視部

Claims (8)

1. 高圧側が３相電路に接続された変圧器の低圧側の電路の第１接地線電流を検出する第１検出手段と、
   前記３相電路のいずれかの電路の高圧ケーブル接地線に流れる第２接地線電流を検出する第２検出手段と、
   前記第２接地線電流の位相により前記第１接地線電流を同期検波することで、前記変圧器の前記低圧側の電気的状態を監視する監視手段と、を備えることを特徴とする、
   監視装置。
2. 前記第１検出手段は、前記第１接地線電流として、Ｂ種接地された前記変圧器の前記低圧側の前記電路からＢ種接地線電流を検出し、
   前記監視手段は、前記第２接地線電流の位相により前記Ｂ種接地線電流を同期検波することで、前記変圧器の前記低圧側の抵抗分漏れ電流を測定することを特徴とする、
   請求項１記載の監視装置。
3. 前記監視手段は、測定した抵抗分漏れ電流に応じて、前記変圧器の前記低圧側の前記電路の絶縁状態を監視することを特徴とする、
   請求項２記載の監視装置。
4. 前記電路の絶縁状態の監視結果を表示する表示手段を更に備えることを特徴とする、
   請求項３記載の監視装置。
5. 前記第１検出手段は、３相変圧器の低圧側の動力電路の前記第１接地線電流を検出し、
   前記第２検出手段は、前記３相電路のいずれか１相の高圧ケーブル接地線から前記第２接地線電流を検出し、
   前記監視手段は、前記動力電路の抵抗分漏れ電流を測定することを特徴とする、
   請求項１〜４のいずれか１項記載の監視装置。
6. 前記第１検出手段は、前記動力電路の接地線にクランプされた変流器から前記第１接地線電流を検出し、
   前記第２検出手段は、前記３相電路のいずれか１相の高圧ケーブル接地線にクランプされた変流器から前記第２接地線電流を検出することを特徴とする、
   請求項５記載の監視装置。
7. 前記第１検出手段は、単相変圧器の低圧側の電灯電路の前記第１接地線電流を検出し、
   前記第２検出手段は、前記３相電路のいずれか２相の接地線から前記第２接地線電流を検出し、
   前記監視手段は、前記電灯電路の抵抗分漏れ電流を測定することを特徴とする、
   請求項１〜４のいずれか１項記載の監視装置。
8. 前記第１検出手段は、前記電灯電路の接地線にクランプされた変流器から前記第１接地線電流を検出し、
   前記第２検出手段は、前記３相電路のいずれか２相の接地線にクランプされた変流器から前記第２接地線電流を検出することを特徴とする、
   請求項７記載の監視装置。

Images