JP2019045321A - 検知装置および検知方法 - Google Patents

Abstract

【課題】零相電流の検出精度を高くする。【解決手段】本発明の検知装置の一態様は、直流電源系統において零相電流を検出する零相電流検出部の検出結果を表す２値信号を所定の第１周期で第１信号列として取得するとともに、前記２値信号を前記第１周期と異なる第２周期で第２信号列として取得する取得部と、前記第１信号列に基づく第１解析と前記第２信号列に基づく第２解析とによって前記零相電流の検出に係る解析を実施する解析部とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、検知装置および検知方法に関する。

従来の漏電検出器は、ＺＣＴ（零相変流器）を使用して零相電流を検出し、零相電流が検出閾値を超過した場合に異常回路の遮断や警報出力する構成が主流であった。しかし、高電圧直流給電システムでは、人体安全のため、給電線と接地間に、数１０ｋΩの高抵抗を接続する中性点接地方式が取られる場合がある。この給電システムでは、地絡発生時の漏れ電流は数ｍＡしか流れないため漏電電流の検知が難しかった（例えば特許文献１参照）。

特開２０１７−２０９９６号公報

上述した数ｍＡの電流を検出しようとして高感度化すると、例えば検出回路のオペアンプによる増幅倍率が高くなるので、検出信号に現れるノイズの影響が相対的に大きくなり、漏電検出器がノイズにより誤動作しやすくなるという課題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、零相電流の検出精度を高くすることができる検知装置および検知方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一態様は、直流電源系統において零相電流を検出する零相電流検出部の検出結果を表す２値信号を所定の第１周期で第１信号列として取得するとともに、前記２値信号を前記第１周期と異なる第２周期で第２信号列として取得する取得部と、前記第１信号列に基づく第１解析と前記第２信号列に基づく第２解析とによって前記零相電流の検出に係る解析を実施する解析部とを備える検知装置である。

また、本発明の一態様は、上記検知装置であって、前記第１解析の結果と前記第２解析の結果を論理的に組み合わせて、前記直流電源系統の検出状態を判定する判定部をさらに備える。

また、本発明の一態様は、上記検知装置であって、前記第１周期が前記第２周期より短く、前記第１解析において前記第１信号列を解析対象とする第１時間窓の時間幅が、前記第２解析において前記第２信号列を解析対象とする第２時間窓の時間幅より短い。

また、本発明の一態様は、上記検知装置であって、前記零相電流検出部を備える。

また、本発明の一態様は、取得部によって、直流電源系統において零相電流を検出する零相電流検出部の検出結果を表す２値信号を所定の第１周期で第１信号列として取得するとともに、前記２値信号を前記第１周期と異なる第２周期で第２信号列として取得し、解析部によって、前記第１信号列に基づく第１解析と前記第２信号列に基づく第２解析とによって前記零相電流の検出に係る解析を実施する検知方法である。

本発明の各態様によれば、直流電源系統において零相電流を検出する零相電流検出部の検出結果を表す２値信号を第１周期で取得した第１信号列に基づく第１解析と、第２周期で取得した第２信号列に基づく第２解析とによって、零相電流の検出に係る解析を実施することができる。したがって、例えば一つの周期で取得した信号列のみに基づき解析を実施する場合と比べて零相電流の検出精度を容易に高くすることができる。

本発明の一実施形態の構成例を示す図である。 図１に示す零相電流センサ２０１の構成例を示す図である。 図１に示す検知装置１００の動作例を説明するための図である。 図１に示す検知装置１００の動作例を説明するためのフローチャートである。 図４に示す地絡電流の判定処理（ステップＳ１０１）の一例を示すフローチャートである。 図１に示す検知装置１００の動作例を説明するためのタイミングチャートである。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。図１に示す検知装置１００は、制御部１と、電流検出部２と、電圧検出部３を備える。本実施形態の検知装置１００は、高電圧直流給電システムにおいて、漏電電流（漏えい電流）を検知するための装置として用いることができる。図１に示す例において、検知装置１００は、電流検出部２より負荷側（自系統）において、＋２００Ｖの正側給電線１１または−２００Ｖの負側給電線１２で発生した地絡（あるいは電流漏えい）を検知する。

なお、正側給電線１１および負側給電線１２と、給電系の接地（０Ｖ）（ＦＧ）との間は、接地部１３によって中性点接地されていてもよいし、接地部１３を備えずに非接地とされていてもよい。すなわち、高電圧直流給電システムは、中性点接地方式の直流給電システムであってもよいし、非接地方式の直流給電システムであってもよい。図１に示す場合、接地部１３は、抵抗１４と抵抗１５を備える。抵抗１４は、一端が正側給電線１１に接続され、他端が給電系の接地（ＦＧ）（以下、接地（ＦＧ）という）に接続されている。抵抗１５は、一端が負側給電線１２に接続され、他端が接地（ＦＧ）に接続されている。

制御部１は、マイコン（マイクロコンピュータ）１０１と、トランジスタ１１２、１２２および１３２と、抵抗１１３、１２３および１３３を備える。トランジスタ１１２、１２２および１３２は、ＮＰＮトランジスタであり、エミッタがグランド（ＧＮＤ）に接続されている。このグランド（ＧＮＤ）は、接地（ＦＧ）とは絶縁されている。また、グランド（ＧＮＤ）は、直流２４Ｖの電源の負側（ＤＣ２４Ｖ（−））と共通である。

トランジスタ１１２のベースは抵抗１１３を介してマイコン１０１の出力端子Ｉ／Ｏ（ｎ）に接続されている。トランジスタ１１２のコレクタは図示していない配線用遮断器（ＭＣＣＢ）を遮断する（トリップさせる）ためのリレーの駆動回路１１１の一端に接続されている。この駆動回路１１１の他端は、直流２４Ｖの電源の正側（ＤＣ２４Ｖ（＋））に接続されている。トランジスタ１１２は、出力端子Ｉ／Ｏ（ｎ）がＨＩ（ハイ）レベルの場合、オンし、直流２４Ｖを電源として駆動回路１１１を駆動する。駆動回路１１１が駆動された場合、図示していない配線用遮断器は、例えば正側給電線１１および負側給電線１２の一方または両方において給電側と負荷側の間の回路を遮断する。また、出力端子Ｉ／Ｏ（ｎ）がＬＯ（ロー）レベルの場合、トランジスタ１１２はオフし、駆動回路１１１は駆動されない。駆動回路１１１は、例えば配線用遮断器が電磁リレーを用いるものである場合、電磁石のコイルと並列ダイオード等から構成されている。なお、以下では、ＨＩレベルを“ＨＩ”、ＬＯレベルを“ＬＯ”とも表記する。

トランジスタ１２２のベースは抵抗１２３を介してマイコン１０１の出力端子Ｉ／Ｏ（ｍ）に接続されている。トランジスタ１２２のコレクタはＦＧ（Ｆｅｅｄｅｒ−Ｇｒｏｕｎｄ）間リレー３０１の駆動回路１２１の一端に接続されている。この駆動回路１２１の他端は、直流２４Ｖの電源の正側に接続されている。トランジスタ１２２は、出力端子Ｉ／Ｏ（ｍ）がＨＩレベルの場合、オンし、駆動回路１２１を直流２４Ｖの電源で駆動する。駆動回路１２１が駆動された場合、電圧検出部３の構成要素として図示したＦＧ間リレー３０１のスイッチ３０２とスイッチ３０３がオンする。また、出力端子Ｉ／Ｏ（ｍ）がＬＯレベルの場合、トランジスタ１２２はオフし、駆動回路１２１は駆動されず、スイッチ３０２とスイッチ３０３がオフする。駆動回路１２１は、例えばＦＧ間リレー３０１が電磁リレーである場合、電磁石のコイルと並列ダイオード等から構成されている。

トランジスタ１３２のベースは抵抗１３３を介してマイコン１０１の出力端子Ｉ／Ｏ（ｌ）に接続されている。トランジスタ１３２のコレクタは図示していない故障表示用リレーの駆動回路１３１の一端に接続されている。この駆動回路１３１の他端は、直流２４Ｖの電源の正側に接続されている。トランジスタ１３２は、出力端子Ｉ／Ｏ（ｌ）がＨＩレベルの場合、オンし、駆動回路１３１を直流２４Ｖの電源で駆動する。駆動回路１３１が駆動された場合、図示していない故障表示用リレー（ＦＤ ＲＹ）がオンし、故障表示用リレーに接続されている図示していない警報用の表示灯等がオンする。また、出力端子Ｉ／Ｏ（ｌ）がＬＯレベルの場合、トランジスタ１３２はオフし、駆動回路１３１は駆動されず、故障表示用リレーがオフして、警報用の表示灯等がオフする。駆動回路１３１は、例えば電磁石のコイルと並列ダイオード等から構成されている。なお、故障表示用リレーは、警報用の表示灯等に接続されていなくてもよい。

マイコン１０１は、例えば、ＣＰＵ（中央処理装置）、主記憶装置、補助記憶装置等の記憶装置、入出力装置、通信装置、カウンタ、クロック等を備え、例えば補助記憶装置に記憶されている所定のプログラムを実行することで所定の動作を行う。マイコン１０１は、正側電源端子を直流５Ｖのマイコン用電源（マイコン５Ｖ）に接続し、負側電源端子をグランド（ＧＮＤ）に接続している。本実施形態においてマイコン１０１は、取得部１０１１と、解析部１０１２と、判定部１０１３の各機能ブロックを有する。各機能ブロックは、マイコン１０１が所定のプログラムを実行することで行う動作を機能毎にまとめた区分である。

取得部１０１１は、直流電源系統において零相電流を検出する電流検出部２（零相電流センサ２０１）の検出結果を表す２値信号を所定の第１周期で第１信号列として取得するとともに、その２値信号を第１周期と異なる第２周期で第２信号列として取得する。ここで、図２を参照して図１に示す電流検出部２の構成例について説明する。

図２は、図１に示す電流検出部２の基本的な構成例を示す図である。図２において図１に示す構成と同一または対応する構成には同一の符号を用いている。図２に示す電流検出部２は、零相電流センサ（零相電流検出部）２０１と、抵抗２１１を備える。零相電流センサ２０１は、零相変流器２０３と、増幅回路２０４と、スイッチ２０２を備える。零相変流器２０３は、正側給電線１１と負側給電線１２における往復電流にアンバランスが生じた場合、生じたアンバランスの大きさに応じた信号（例えばアンバランスの大きさに応じた電流信号）を出力する。増幅回路２０４は、零相変流器２０３が出力した信号を増幅して出力する。スイッチ２０２は、増幅回路２０４の出力信号の大きさが所定の閾値を超えた場合にオンし、所定の閾値を下回った場合にオフする。スイッチ２０２の一端は、マイコン用電源（マイコン５Ｖ）に接続されている。スイッチ２０２の他端は、抵抗２１１の一端とマイコン１０１の入力端子Ｉ／Ｏ（０）に接続されている。抵抗２１１の他端は、ランド（ＧＮＤ）に接続されている。

電流検出部２は、正側給電線１１または負側給電線１２において、所定の零相電流（地絡電流や漏えい電流）を検出した場合にスイッチ２０２をオンし、所定の零相電流を検出していない場合にスイッチ２０２をオフする。したがって、マイコン１０１の入力端子Ｉ／Ｏ（０）は、電流検出部２が所定の零相電流を検出した場合にＨＩレベルとなり、所定の零相電流を検出していない場合にＬＯレベルとなる。なお、スイッチ２０２をオンまたはオフする際の動作には、例えば、ヒステリシスを持たせたり、時限的な制限を持たせたりすることができる。

上述したように、取得部１０１１は、電流検出部２の検出結果を表す２値信号を第１周期で第１信号列として取得するとともに、第２周期で第２信号列として取得する。その際、第１周期と第２周期は、例えば、サンプリング周期の高速モードと低速モードとして設定する。第１周期である高速モードは、例えば、０．１ｍｓのサンプリング周期とすることができる。また、第２周期である低速モードは、例えば、５ｍｓのサンプリング周期とすることができる。

一方、解析部１０１２は、第１信号列に基づく第１解析と第２信号列に基づく第２解析とによって零相電流の検出に係る解析を実施する。解析部１０１２は、第１解析として、高速モード（上記の例でサンプリング周期：０．１ｍｓ）で取得された第１信号例に対して、例えば平均化時間１０ｍｓの平均化処理を行う。ここで、平均化時間とは、平均値を算出した際に対象とした複数のサンプルにおける最初のサンプリング時刻から最後のサンプリング時刻（最新のサンプリング時刻）までの時間である。また、解析部１０１２は、第２解析として、低速モード（上記の例でサンプリング周期：５ｍｓ）で取得された第１信号例に対して、例えば平均化時間５００ｍｓの平均化処理を行う。この例では、高速モードのサンプリング周期である第１周期が低速モードのサンプリング周期である第２周期より短い。また、解析部１０１２が、第１解析において第１信号列を解析対象とする第１時間窓の時間幅（上記の例で平均化時間１０ｍｓ）が、第２解析において第２信号列を解析対象とする第２時間窓の時間幅（上記の例で平均化時間５００ｍｓ）より短い。ここで、第１時間窓の時間幅および第２時間窓の時間幅は、解析の対象とした複数のサンプルにおける最初のサンプリング時刻から最後のサンプリング時刻までの時間に対応する。

なお、第１解析は、平均化処理の後、求めた平均値を、所定の閾値と比較する処理を含んでいてもよい。この場合、解析部１０１２は、平均値と所定の閾値を比較した結果を、第１解析の結果とすることができる。また、同様に、第２解析は、平均化処理の後、求めた平均値を、所定の閾値と比較する処理を含んでいてもよい。この場合も同様に、解析部１０１２は、平均値と所定の閾値を比較した結果を、第２解析の結果とすることができる。なお、所定の閾値は、第１解析と第２解析において同一としてもよいし、異なっていてもよい。また、平均化処理の結果と所定の閾値を比較する処理は、判定部１０１３において行ってもよい。また、第１解析および第２解析における平均化処理は、例えば、単純移動平均、加重移動平均、指数移動平均、自己回帰移動平均等とすることができる。

また、判定部１０１３は、第１解析の結果と第２解析の結果を論理的に組み合わせて、直流電源系統の検出状態を判定する。例えば、判定部１０１３は、第１解析の結果を表す２値情報と、第２解析の結果を表す２値情報とを組み合わせて論理演算を行った結果に基づいて、地絡電流（あるいは漏えい電流）が発生している状態であるか否かを判定することができる。ここで、第１解析の結果を表す２値情報は、例えば平均値と所定の閾値を比較した結果を、その閾値以上であるか否かで表す２値情報である。また、第２解析の結果を表す２値情報は、例えば平均値と所定の閾値を比較した結果を、その閾値以上であるか否かで表す２値情報である。判定部１０１３は、例えば、高速モードと低速モードの両方で平均値が所定の閾値以上である場合に、地絡電流（あるいは漏えい電流）が検出されたと判定する。

一方、電圧検出部３は、ＦＧ間リレー３０１、抵抗３１１、３１５、３１６、３１７、３２１、３２５、３２６および３２７、フォトカプラ３１２および３２２、コンデンサ３１３および３２３、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴ（金属酸化膜電界効果トランジスタ）３１４（以下、トランジスタ３１４という）、ならびにｐチャネルＭＯＳＦＥＴ３２４（以下、トランジスタ３２４という）を備える。なお、抵抗３１７と抵抗３２６は、可変抵抗器あるいは半可変抵抗器を用いて構成されている。フォトカプラ３１２および３２２は、発光素子が発光ダイオードであり、受光素子がｎｐｎ型のフォトトランジスタである。

ＦＧ間リレー３０１のスイッチ３０２は、一端が正側給電線１１に接続され、他端が抵抗３１６の一端に接続されている。抵抗３１６の他端は、トランジスタ３１４のゲートと抵抗３１７の一端に接続されている。抵抗３１７の他端は、接地（ＦＧ）に接続されている。フォトカプラ３１２の発光ダイオードのアノードは抵抗３１１の一端とコンデンサ３１３の一端に接続されている。フォトカプラ３１２の発光ダイオードのカソードはトランジスタ３１４のドレインとコンデンサ３１３の他端に接続されている。抵抗３１１の他端は図示していない絶縁型ＤＣ／ＤＣ（直流／直流）変換回路の＋５Ｖの直流電源出力に接続されている。この絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換回路は、例えば、マイコン５Ｖの直流電源を入力として、マイコン５Ｖの直流電源とは絶縁された＋５Ｖおよび−５Ｖの直流電源を出力する。この場合、＋５Ｖおよび−５Ｖは、接地（ＦＧ）を０Ｖとした場合の電圧である。トランジスタ３１４のソースは接地（ＦＧ）に接続されている。この場合、接地（ＦＧ）の電位が、トランジスタ３１４のソース電位（０Ｖ）となる。フォトカプラ３１２のフォトトランジスタのコレクタはマイコン５Ｖの直流電源に接続されていて、エミッタは抵抗３１５の一端とマイコン１０１の入力端子Ｉ／Ｏ（１）に接続されている。抵抗３１５の他端はグランド（ＧＮＤ）に接続されている。

また、ＦＧ間リレー３０１のスイッチ３０３は、一端が負側給電線１２に接続され、他端が抵抗３２６の一端に接続されている。抵抗３２６の他端は、トランジスタ３２４のゲートと抵抗３２７の一端に接続されている。抵抗３２７の他端は、接地（ＦＧ）に接続されている。フォトカプラ３２２の発光ダイオードのカソードは抵抗３２１の一端とコンデンサ３２３の一端に接続されている。フォトカプラ３２２の発光ダイオードのアノードはトランジスタ３２４のドレインとコンデンサ３２３の他端に接続されている。抵抗３２１の他端は上述した絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換回路の−５Ｖの直流電源出力に接続されている。トランジスタ３２４のソースは接地（ＦＧ）に接続されている。この場合、接地（ＦＧ）の電位が、トランジスタ３２４のソース電位（０Ｖ）となる。フォトカプラ３２２のフォトトランジスタのコレクタはマイコン５Ｖの直流電源に接続されていて、エミッタは抵抗３２５の一端とマイコン１０１の入力端子Ｉ／Ｏ（２）に接続されている。抵抗３２５の他端はグランド（ＧＮＤ）に接続されている。

なお、抵抗１４および抵抗１５は例えば数十ｋΩ程度の抵抗とすることができる。抵抗３１１および抵抗３２１は例えば５００Ω程度の抵抗とすることができる。抵抗３１５および抵抗３２５は例えば１０ｋΩ程度の抵抗とすることができる。抵抗３１６および抵抗３２６は例えば数ＭΩ程度の抵抗とすることができる。抵抗３１７および抵抗３２７は例えば最大抵抗値が数ＭΩ程度の可変抵抗とすることができる。

電圧検出部３は、スイッチ３０２がオンしている場合、正側給電線１１と接地（ＦＧ）間の電圧を抵抗３１６と抵抗３１７で分圧した電圧（接地（ＦＧ）０Ｖとする電圧）が、トランジスタ３１４のゲート閾値電圧以上である場合、トランジスタ３１４がオンする。トランジスタ３１４がオンすると、フォトカプラ３１２のフォトトランジスタがオンするので、入力端子Ｉ／Ｏ（１）の電圧が５Ｖ（ＨＩレベル）になる。一方、トランジスタ３１４のゲート電圧がゲート閾値電圧未満である場合、トランジスタ３１４がオフする。トランジスタ３１４がオフすると、フォトカプラ３１２のフォトトランジスタがオフするので、入力端子Ｉ／Ｏ（１）の電圧がグランド（ＧＮＤ）レベル（ＬＯレベル）になる。すなわち、スイッチ３０２がオンしている場合、正側給電線１１と接地（ＦＧ）間の電圧が所定の電圧以上である場合には入力端子Ｉ／Ｏ（１）の入力がＨＩレベルとなり、正側給電線１１と接地（ＦＧ）間の電圧が所定の電圧未満である場合には入力端子Ｉ／Ｏ（１）の入力がＬＯレベルとなる。

正側給電線１１に地絡が発生した場合（正側給電線１１が地絡抵抗で接地（ＦＧ）に接続された場合）、接地部１３が設置されているときには、接地（ＦＧ）を０Ｖとしたときの正側給電線１１の電圧が、２００Ｖから、抵抗１４と地絡抵抗の並列抵抗と、抵抗１５の合成抵抗に応じた電圧に変化する。したがって、抵抗３１６と抵抗３１７の分圧比を適切に設定することで、所望の範囲の地絡抵抗による地絡が発生した場合に、入力端子Ｉ／Ｏ（１）の入力をＬＯレベルとし、発生していない場合にＨＩレベルとすることができる。一方、接地部１３が設置されていない場合には、正側給電線１１に地絡が発生したとき（正側給電線１１が地絡抵抗で接地（ＦＧ）に接続されたとき）、接地（ＦＧ）を０Ｖとしたときの正側給電線１１の電圧が、２００Ｖから、地絡抵抗と負側給電線１２の絶縁抵抗（負側給電線１２と接地（ＦＧ）間の抵抗）の合成抵抗に応じた電圧に変化する。したがって、抵抗３１６と抵抗３１７の分圧比を適切に設定することで、所望の範囲の地絡抵抗による地絡が発生した場合に、入力端子Ｉ／Ｏ（１）の入力をＬＯレベルとし、発生していない場合にＨＩレベルとすることができる。

なお、スイッチ３０２がオフしている場合、抵抗３１６と抵抗３１７に電流が流れず、ゲート電圧が０Ｖとなり、トランジスタ３１４はオフとなるので、入力端子Ｉ／Ｏ（１）はＬＯレベルとなる。

また、電圧検出部３は、スイッチ３０３がオンしている場合、負側給電線１２と接地（ＦＧ）間の電圧を抵抗３２６と抵抗３２７で分圧した電圧（接地（ＦＧ）０Ｖとする電圧）が、トランジスタ３２４のゲート閾値電圧以上である場合、トランジスタ３２４がオンする。この場合、トランジスタ３２４は、ｐチャネルなので、ソース電圧に対してゲート電圧がゲート閾値電圧以上に低くなった場合にオンする。トランジスタ３２４がオンすると、フォトカプラ３２２のフォトトランジスタがオンするので、入力端子Ｉ／Ｏ（２）の電圧５Ｖ（ＨＩレベル）になる。一方、トランジスタ３２４のゲート電圧がゲート閾値電圧未満である場合、トランジスタ３２４がオフする。トランジスタ３２４がオフすると、フォトカプラ３２２のフォトトランジスタがオフするので、入力端子Ｉ／Ｏ（２）の電圧がグランド（ＧＮＤ）レベル（ＬＯレベル）になる。すなわち、スイッチ３０３がオンしている場合、負側給電線１２と接地（ＦＧ）間の負の電圧の絶対値が所定の値以上である場合には入力端子Ｉ／Ｏ（２）の入力がＨＩレベルとなり、負側給電線１２と接地（ＦＧ）間の負の電圧の絶対値が所定の電圧未満である場合には入力端子Ｉ／Ｏ（２）の入力がＬＯレベルとなる。

負側給電線１２に地絡が発生した場合（負側給電線１２が地絡抵抗で接地（ＦＧ）に接続された場合）、接地部１３が設置されているときには、接地（ＦＧ）を０Ｖとしたときの負側給電線１２の電圧が、−２００Ｖから、抵抗１５と地絡抵抗の並列抵抗と、抵抗１４の合成抵抗に応じた電圧に変化する。したがって、抵抗３２６と抵抗３２７の分圧比を適切に設定することで、所望の範囲の地絡抵抗による地絡が発生した場合に、入力端子Ｉ／Ｏ（２）の入力をＬＯレベルとし、発生していない場合にＨＩレベルとすることができる。一方、接地部１３が設置されていない場合には、負側給電線１２に地絡が発生したとき（負側給電線１２が地絡抵抗で接地（ＦＧ）に接続されたとき）、接地（ＦＧ）を０Ｖとしたときの負側給電線１２の電圧が、−２００Ｖから、地絡抵抗と正側給電線１１の絶縁抵抗の合成抵抗に応じた電圧に変化する。したがって、抵抗３２６と抵抗３２７の分圧比を適切に設定することで、所望の範囲の地絡抵抗による地絡が発生した場合に、入力端子Ｉ／Ｏ（２）の入力をＬＯレベルとし、発生していない場合にＨＩレベルとすることができる。

なお、スイッチ３０３がオフしている場合、抵抗３２６と抵抗３２７に電流が流れず、ゲート電圧が０Ｖとなり、トランジスタ３２４はオフするので、入力端子Ｉ／Ｏ（２）はＬＯレベルとなる。

次に、図３を参照して、入力端子Ｉ／Ｏ（０）、Ｉ／Ｏ（１）およびＩ／Ｏ（２）の論理レベルの組み合わせと、直流電源系統の検出状態との対応関係について説明する。

図３は、図１に示す検知装置１００の動作例を説明するための図である。図３に示す表に、入力端子Ｉ／Ｏ（０）、Ｉ／Ｏ（１）およびＩ／Ｏ（２）の論理レベルと、直流電源系統の検出状態との対応関係を示す。上記の対応関係は、検知装置１００の動作例の一例である。ここで、直流電源系統の検出状態とは、正側給電線１１または負側給電線１２に地絡が発生した状態と、電流検出部２や電圧検出部３に故障等の異常が発生している状態等を含む。

（Ｎｏ．１） Ｉ／Ｏ（０）＝“ＬＯ”、Ｉ／Ｏ（１）＝“ＨＩ”およびＩ／Ｏ（２）＝“ＨＩ”の場合、地絡電流は非検出、正側給電線１１の地絡は非検出、負側給電線１２の地絡は非検出である。この場合、直流電源系統の検出状態は通常状態である。

（Ｎｏ．２） Ｉ／Ｏ（０）＝“ＬＯ”、Ｉ／Ｏ（１）＝“ＨＩ”およびＩ／Ｏ（２）＝“ＬＯ”の場合、地絡電流は非検出、正側給電線１１の地絡は非検出、負側給電線１２の地絡は検出である。この場合、負側給電線１２が地絡の状態で、場所は他系統（図１に示す電流検出部２より給電側）である。

（Ｎｏ．３） Ｉ／Ｏ（０）＝“ＬＯ”、Ｉ／Ｏ（１）＝“ＬＯ”およびＩ／Ｏ（２）＝“ＨＩ”の場合、地絡電流は非検出、正側給電線１１の地絡は検出、負側給電線１２の地絡は非検出である。この場合、正側給電線１１が地絡の状態で、場所は他系統である。

（Ｎｏ．４） Ｉ／Ｏ（０）＝“ＬＯ”、Ｉ／Ｏ（１）＝“ＬＯ”およびＩ／Ｏ（２）＝“ＬＯ”の場合、地絡電流は非検出、正側給電線１１の地絡は検出、負側給電線１２の地絡は検出である。この場合、他系統で地絡が発生しているか、または、電圧検出部３が異常(故障)の状態である。

（Ｎｏ．５） Ｉ／Ｏ（０）＝“ＨＩ”、Ｉ／Ｏ（１）＝“ＨＩ”およびＩ／Ｏ（２）＝“ＨＩ”の場合、地絡電流は検出、正側給電線１１の地絡は非検出、負側給電線１２の地絡は非検出である。この場合、電流検出部２が異常(誤動作故障)の状態である。

（Ｎｏ．６） Ｉ／Ｏ（０）＝“ＨＩ”、Ｉ／Ｏ（１）＝“ＨＩ”およびＩ／Ｏ（２）＝“ＬＯ”の場合、地絡電流は検出、正側給電線１１の地絡は非検出、負側給電線１２の地絡は検出である。この場合、負側給電線１２が地絡の状態で、場所は自系統である。

（Ｎｏ．７） Ｉ／Ｏ（０）＝“ＨＩ”、Ｉ／Ｏ（１）＝“ＬＯ”およびＩ／Ｏ（２）＝“ＨＩ”の場合、地絡電流は検出、正側給電線１１の地絡は検出、負側給電線１２の地絡は非検出である。この場合、正側給電線１１が地絡の状態で、場所は自系統である。

（Ｎｏ．８） Ｉ／Ｏ（０）＝“ＨＩ”、Ｉ／Ｏ（１）＝“ＬＯ”およびＩ／Ｏ（２）＝“ＬＯ”の場合、地絡電流は検出、正側給電線１１の地絡は検出、負側給電線１２の地絡は検出である。この場合、自系統で地絡が発生しているか、または、電圧検出部３が異常(故障)の状態である。

次に、図４および図５を参照して、図１に示す検知装置１００の動作例について説明する。図４は、図１に示す検知装置１００の動作例を説明するためのフローチャートである。図４に示す処理は、図３に示すＩ／Ｏ（０）が“ＨＩ”の場合（Ｎｏ．５〜Ｎｏ．８の場合）に、電圧検出部３の検出結果に基づいて直流電源系統の検出状態を判定する処理である。また、図４に示す処理は、マイコン１０１が起動され、マイコン１０１が所定の初期化処理等を実行した後、マイコン１０１によって実行される。なお、初期状態で、マイコン１０１の出力端子Ｉ／Ｏ（ｎ）、Ｉ／Ｏ（ｍ）、およびＩ／Ｏ（ｌ）はすべて“ＬＯ”に設定される。また、高速モードの移動平均値と低速モードの移動平均値は０に設定されている。

図４に示す処理を開始すると、マイコン１０１は、入力端子Ｉ／Ｏ（０）の入力信号のレベルが“ＬＯ”から“ＨＩ”に変化したか否かを判定する（ステップＳ１０１）。入力信号のレベルが“ＬＯ”から“ＨＩ”に変化していなかった場合（ステップＳ１０１で「ＮＯ」の場合）、マイコン１０１は、例えば高速モードの周期より短い所定の周期でステップＳ１０１の判定処理を再度実行する。

ステップＳ１０１の処理では、まず、取得部１０１１が、現在（のタイミング）が、高速モードのサンプリングタイミングであるか否かを判定する（図５のステップＳ２０１）。

現在が、高速モードのサンプリングタイミングである場合（ステップＳ２０１で「ＹＥＳ」の場合）、取得部１０１１は、入力端子Ｉ／Ｏ（０）の値を取得する（ステップＳ２０２）。次に、解析部１０１２が、ステップＳ２０２で取得部１０１１が取得した入力端子Ｉ／Ｏ（０）の値を用いて、高速モードの移動平均値を更新する（ステップＳ２０３）。

高速モードのサンプリングタイミングでない場合（ステップＳ２０１で「ＮＯ」の場合）、あるいは、ステップＳ２０３で高速モードの移動平均値が更新された場合、取得部１０１１が、現在（のタイミング）が、低速モードのサンプリングタイミングであるか否かを判定する（ステップＳ２０４）。現在が、低速モードのサンプリングタイミングである場合（ステップＳ２０４で「ＹＥＳ」の場合）、取得部１０１１は、入力端子Ｉ／Ｏ（０）の値を取得する（ステップＳ２０５）。次に、解析部１０１２が、ステップＳ２０５で取得部１０１１が取得した入力端子Ｉ／Ｏ（０）の値を用いて、低速モードの移動平均値を更新する（ステップＳ２０６）。

低速モードのサンプリングタイミングでない場合（ステップＳ２０４で「ＮＯ」の場合）、あるいは、ステップＳ２０６で低速モードの移動平均値が更新された場合、判定部１０１３（あるいは解析部１０１２）が、高速モードの移動平均値が高速モードの閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ２０７）。

高速モードの移動平均値が高速モードの閾値以上である場合（ステップＳ２０７で「ＹＥＳ」の場合）、判定部１０１３（あるいは解析部１０１２）が、低速モードの移動平均値が低速モードの閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ２０８）。低速モードの移動平均値が低速モードの閾値以上である場合（ステップＳ２０８で「ＹＥＳ」の場合）、判定部１０１３が、入力端子Ｉ／Ｏ（０）の入力信号のレベルが“ＬＯ”から“ＨＩ”に変化したと判定する（ステップＳ２０９）。

他方、高速モードの移動平均値が高速モードの閾値以上でない場合（ステップＳ２０７で「ＮＯ」の場合）、あるいは、低速モードの移動平均値が低速モードの閾値以上でない場合（ステップＳ２０８で「ＮＯ」の場合）、判定部１０１３が、入力端子Ｉ／Ｏ（０）の入力信号のレベルが“ＬＯ”から“ＨＩ”に変化していないと判定する（ステップＳ２１０）。

一方、図５に示す処理によって判定部１０１３が、入力端子Ｉ／Ｏ（０）の入力信号のレベルが“ＬＯ”から“ＨＩ”に変化したと判定した場合（図４のステップＳ１０１で「ＹＥＳ」の場合）、マイコン１０１は、地絡電流（零相電流）が検出されたと判定し、出力端子Ｉ／Ｏ（ｍ）の出力信号のレベルを“ＬＯ”から“ＨＩ”に変更し、ＦＧ間リレー３０１のスイッチ３０２とスイッチ３０３をオンする（ステップＳ１０２）。なお、マイコン１０１は、後続のステップＳ１０８で、出力端子Ｉ／Ｏ（ｍ）の出力信号のレベルを例えば２秒後に“ＨＩ”から“ＬＯ”に変化させ、ＦＧ間リレー３０１のスイッチ３０２とスイッチ３０３をオフする。

ステップＳ１０２でＦＧ間リレー３０１を接続した後、マイコン１０１は、例えば２秒間より短い所定時間待機する（電圧検出動作が安定する時間だけ待機する）。マイコン１０１は、上記の待機時間が満了した後に、入力端子Ｉ／Ｏ（１）の入力信号と入力端子Ｉ／Ｏ（２）の入力信号を取得し、Ｉ／Ｏ（１）＝“ＨＩ”かつＩ／Ｏ（２）＝“ＨＩ”であるか否かを判定する（ステップＳ１０３）。Ｉ／Ｏ（１）＝“ＨＩ”かつＩ／Ｏ（２）＝“ＨＩ”である場合（ステップＳ１０３で「ＹＥＳ」の場合）、マイコン１０１は、直流電源系統の検出状態がケース（２）（電流検出部２の異常状態）であると判定する（ステップＳ１０４）。ケース（２）の状態は、図３に示すＮｏ．５の検出状態に対応する。

一方、Ｉ／Ｏ（１）＝“ＨＩ”かつＩ／Ｏ（２）＝“ＨＩ”でない場合（ステップＳ１０３で「ＮＯ」の場合）、マイコン１０１は、Ｉ／Ｏ（１）＝“ＬＯ”かつＩ／Ｏ（２）＝“ＬＯ”であるか否かを判定する（ステップＳ１０５）。Ｉ／Ｏ（１）＝“ＬＯ”かつＩ／Ｏ（２）＝“ＬＯ”である場合（ステップＳ１０５で「ＹＥＳ」の場合）、マイコン１０１は、直流電源系統の検出状態がケース（３）（電圧検出部３の異常状態）であると判定する（ステップＳ１０６）。ケース（３）の状態は、図３に示すＮｏ．８の状態に対応する。他方、Ｉ／Ｏ（１）＝“ＬＯ”かつＩ／Ｏ（２）＝“ＬＯ”でない場合（ステップＳ１０５で「ＮＯ」の場合）、マイコン１０１は、直流電源系統の検出状態がケース（１）（地絡が発生している状態）であると判定する（ステップＳ１０８）。ケース（１）の状態は、図３に示すＮｏ．６の状態またはＮｏ．７の状態に対応する。

ステップＳ１０４、Ｓ１０６またはＳ１０７の処理の後、マイコン１０１は、ＦＧ間リレー３０１を遮断するため、出力端子Ｉ／Ｏ（ｍ）の信号レベルを“ＨＩ”から“ＬＯ”に変化させる。ここで、ＦＧ間リレー３０１のスイッチ３０２とスイッチ３０３がオフする。

次に、マイコン１０１は、ステップＳ１０３〜Ｓ１０７の処理で直流電源系統の検出状態がケース（１）と判定されていたか否かを判定する（ステップＳ１０９）。直流電源系統の検出状態がケース（１）と判定されていた場合（ステップＳ１０９で「ＹＥＳ」の場合）、マイコン１０１は、配線用遮断器（ＭＣＣＢ）をトリップさせるため、出力端子Ｉ／Ｏ（ｎ）の信号レベルを“ＬＯ”から“ＨＩ”に変化させ、“ＨＩ”の状態を２秒間継続する。ここで、駆動回路１１１が駆動され、上述した配線用遮断器が遮断される（ステップＳ１１０）。

一方、直流電源系統の検出状態がケース（１）と判定されていなかった場合（ステップＳ１０９で「ＮＯ」の場合）、マイコン１０１は、故障表示を行うため、出力端子Ｉ／Ｏ（ｎｌ）の信号レベルを“ＬＯ”から“ＨＩ”に変化させ、“ＨＩ”の状態を継続する。ここで、駆動回路１３１が駆動され、上述した故障表示用リレーがオンする（ステップＳ１１１）。

ステップＳ１１０またはステップＳ１１１の処理の後、マイコン１０１は、図４に示す処理を終了する。

なお、上述した高速モードの取得と解析に係る設定値については、例えばノイズ成分に対する感度を高めて、電圧検出部３が起動しやすくするように、決定することができる。すなわち、高速モードのサンプリング周期（第１周期）Ｔ１（サンプリング周波数ｆ１）は、例えば、周波数成分が比較的高い成分まで検出できるように決定する。例えば、Ｔ１を０．１ｍｓ（ｆ１を１０ｋＨｚ）とすることができる。この場合、離散信号の周波数成分は０Ｈｚ〜５ｋＨｚとなる。また、平均化時間は例えば１０ｍｓとすることができる。この時間は、ＡＣ周期（商用交流電源の周期（周波数が５０Ｈｚの場合））の２分の１であり、Ｔ１を０．１ｍｓとした場合、１００サンプルのデータの平均を算出することができる。この場合、平均化後の信号の周波数成分は概ね０Ｈｚ〜（１００Ｈｚ）となる。また、ＡＣの位相が０〜１８０°（１８０〜３６０°）の範囲でＡＣに同期するノイズ成分の感度最大となる。また、ＡＣの位相が９０〜２７０°（２７０〜９０°）の範囲でＡＣに同期するノイズ成分の感度最小となる。

一方、上述した低速モードの取得と解析に係る設定値については、例えば（電圧検出部３の起動後に、）ノイズで誤動作しないように決定することができる。すなわち、低速モードのサンプリング周期（第２周期）Ｔ２（サンプリング周波数ｆ２）は、例えば、比較的低い周波数成分の電流が検出できるように条件を決定する。例えば、Ｔ２を５ｍｓ（ｆ２を２００Ｈｚ）とすることができる。この場合、離散信号の周波数成分は０Ｈｚ〜１００Ｈｚとなる。なお、サンプリングにより、２００Ｈｚ、４００Ｈｚなどのノイズ成分（折り返し雑音）が直流成分に変換される。また、平均化時間は例えば５００ｍｓとすることができる。この平均化時間で１００サンプルデータの平均を算出することができる。この場合、平均化後の信号の周波数成分は概ね０Ｈｚ〜（２Ｈｚ）となる。

また、低速モードの取得と解析に係る設定値の他の例については、例えば、Ｔ２を１ｍｓ、ｆ２を１ｋＨｚとすることができる。この場合、離散信号の周波数成分は０Ｈｚ〜５００Ｈｚである。なお、サンプリングにより、１ｋＨｚ、２ｋＨｚなどのノイズ成分（折り返し雑音）が直流成分に変換される。平均化時間は例えば１００ｍｓ（１００サンプルデータの平均）とすることができる。この場合、平均化後の信号の周波数成分は０Ｈｚ〜（１０Ｈｚ）である。あるいは、平均化時間は例えば５００ｍｓ（５００サンプルデータの平均）とすることができる。この場合、平均化後の信号の周波数成分は０Ｈｚ〜（２Ｈｚ）となる。

なお、上記の数値は一例であり、各数値はそれらに限定されない。また、本実施形態では、解析部１０１２が平均化処理によって零相電流の検出に係る解析を実施するので、下記の点で有利である。すなわち、例えば周波数解析等を行う場合に比べ演算処理の負荷が少ない。また、上記の時間範囲で平均化することにより、ランダム性のノイズ成分は、データ数分の１に抑圧される。また、繰り返し性のノイズ成分は、上記の周波数特性に依存して変換される。ただし、解析部１０１２による解析は、平均化処理に代えて、ローパスフィルタで処理してもよい。

次に、図６を参照して、図１〜図５を参照して説明した検知装置１００の動作例について説明する。図６は、図１に示す検知装置１００の動作例を説明するためのタイミングチャートである。図６は、横軸を時間軸として、上から順に、入力端子Ｉ／Ｏ（０）の入力信号のレベル、高速モードサンプリングタイミング、低速モードサンプリングタイミング、高速モード移動平均値、低速モード移動平均値、高速モード閾値判定結果、低速モード閾値判定結果、Ｉ／Ｏ（０）判定結果を示す。この場合、高速モードのサンプリング周期Ｔ１と低速モードのサンプリング周期Ｔ２は１対２．５の関係を有する。また、この場合、高速モードのサンプリングタイミングと低速モードのサンプリングタイミングは一部で互いに異なるタイミングとなる。また、図示をしやすくするため、高速モード移動平均値は５サンプルの移動平均値とし、低速モード移動平均値は４サンプルの移動平均値としている。高速モード閾値判定結果は図５のステップＳ２０７の判定結果に対応する。低速モード閾値判定結果は図５のステップＳ２０８の判定結果に対応する。Ｉ／Ｏ（０）判定結果は、図４のステップＳ１０１の判定結果に対応する。また、高速モード閾値を０．７、低速モード閾値を０．６としている。

図６に示す例では、入力端子Ｉ／Ｏ（０）の入力信号のレベルは時刻ｔ７以降で“ＨＩ”となるが、それ以前の鎖線で囲んだ時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４およびｔ５で間欠的に“ＨＩ”となっている。この場合、高速モード閾値判定結果は、時刻ｔ４で“ＨＩ”となるが時刻ｔ６で“ＬＯ”となり、時刻ｔ８で再び“ＨＩ”となっている。また、低速モード閾値判定結果とＩ／Ｏ（０）判定結果は、時刻ｔ９で“ＬＯ”から“ＨＩ”に変化している。図６に示す例では、鎖線で囲んで示した間欠的なＨＩレベルの信号変化ではＩ／Ｏ（０）の判定結果が“ＬＯ”から“ＨＩ”にならず、時刻ｔ７以降の入力端子Ｉ／Ｏ（０）の入力信号の“ＨＩ”への変化に応じて時刻ｔ９でＩ／Ｏ（０）の判定結果が“ＬＯ”から“ＨＩ”になっている。

以上のように、本実施形態では、取得部１０１１が、直流電源系統において零相電流を検出する電流検出部２の検出結果を表す２値信号を所定の第１周期で第１信号列として取得するとともに、その２値信号を第１周期と異なる第２周期で第２信号列として取得する。また、解析部１０１２が、第１信号列に基づく第１解析と第２信号列に基づく第２解析とによって零相電流の検出に係る解析を実施する。よって、本実施形態によれば、例えば一つの周期で取得した信号列のみに基づき解析を実施する場合と比べて零相電流の検出精度を容易に高くすることができる。

したがって、本実施形態によれば、ノイズがある場合でも、漏電検出が誤動作しにくくなる。また、漏電検出を、漏電電流と、給電線と対地間電圧のアンバランスの両方から判断するため、検出信頼性が高い。電流検出部２、または、絶縁抵抗等の故障による誤動作が発生せず、故障原因はマイコン１０１での演算処理で明確になるため、トラブル発生時の原因究明が容易になる。

また、電流検出部２による検出結果と電圧検出部３による検出結果をマイコン１０１で論理演算して、図３に示す例によるデジタル入力信号のパターンから、状態を判別し、地絡系統の遮断器制御や、地絡発生信号（接点、表示等）を出力することができる。また、本実施形態では、仮にノイズにより電流検出部２が誤動作しても、電圧検出部３が地絡を検出していなければ、漏電として検出されない仕組みとしているため、誤動作しにくい。また、電圧検出部３の絶縁抵抗（抵抗３１６、抵抗３２６等）の検出機構は通常は正側給電線１１および負側給電線１２と切り離されており、電流検出部２の検出結果において高速モードと低速モードの両方で閾値を超える状態が検出された場合のみ、リレー等で電圧検出部３が正側給電線１１および負側給電線１２に接続される構成としている。よって、正常時に、電圧検出部３が、余分な電力消費や、給電系の絶縁性への影響を起こさないようにすることができる。

以上、この発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

１００ 検知装置
１ 制御部
２ 電流検出部
３ 電圧検出部
１１ 正側給電線
１２ 負側給電線
２０１ 零相電流センサ
３０１ ＦＧ間リレー
１０１１ 取得部
１０１２ 解析部
１０１３ 判定部

Claims (5)

1. 直流電源系統において零相電流を検出する零相電流検出部の検出結果を表す２値信号を所定の第１周期で第１信号列として取得するとともに、前記２値信号を前記第１周期と異なる第２周期で第２信号列として取得する取得部と、
   前記第１信号列に基づく第１解析と前記第２信号列に基づく第２解析とによって前記零相電流の検出に係る解析を実施する解析部と
   を備える検知装置。
2. 前記第１解析の結果と前記第２解析の結果を論理的に組み合わせて、前記直流電源系統の検出状態を判定する判定部を
   さらに備える請求項１に記載の検知装置。
3. 前記第１周期が前記第２周期より短く、
   前記第１解析において前記第１信号列を解析対象とする第１時間窓の時間幅が、前記第２解析において前記第２信号列を解析対象とする第２時間窓の時間幅より短い
   請求項１または２に記載の検知装置。
4. 前記零相電流検出部を備える
   請求項１から３のいずれか１項に記載の検知装置。
5. 取得部によって、直流電源系統において零相電流を検出する零相電流検出部の検出結果を表す２値信号を所定の第１周期で第１信号列として取得するとともに、前記２値信号を前記第１周期と異なる第２周期で第２信号列として取得し、
   解析部によって、前記第１信号列に基づく第１解析と前記第２信号列に基づく第２解析とによって前記零相電流の検出に係る解析を実施する
   検知方法。

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