JP5228128B1 - 信号生成装置、測定装置、漏電検出装置及び信号生成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】位相差のベクトル計算をすることなく、入力電流値Ｉ、位相変換を行った電流値Ｉｃｏｓθ及びＩｓｉｎθを同時に容易且つ短時間で安定した漏洩電流を測定し、自動出力させる信号生成装置及び信号生成方法を提供すること。
【解決手段】本発明の実施形態に係る信号生成装置は、被測定電路の電圧波形及び電流波形それぞれを第１及び第２のコンパレータを介して論理信号を生成して、パラメータを設定するとともに、電流波形を全波整流し、全波整流した電流波形を連続型ΔΣＡＤＣにより量子化変換することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、信号生成装置及び信号生成方法に関する。

近年、高度情報化による社会の無停電化の要請から、電路及び機器の絶縁不良管理が停電を伴う絶縁抵抗計による方法から、機器を切ることなく測定できる漏洩電流測定方法に移ってきている。

漏洩電流測定方法により機器の交流電流及び位相差の測定を行う製品としては、例えば、漏洩電流監視装置、漏洩電流測定装置、漏洩電流検知装置（漏電遮断器）等がある。また、機器の交流電流を測定する測定器としては、電力測定器、電流測定器などがある。これらの装置又は測定器は、以下のような検出や測定を行っている。

装置又は測定器を用いて検出や測定を行うものとしては、交流電流値測定があり、この測定によって、入力電流Ｉ［Ａ］、有効電流Ｉｒ＝Ｉｃｏｓθ［Ａ］、無効電流ＩＬ−ＩＣ＝Ｉｓｉｎθ［Ａ］を求めている。他には、交流電力測定があり、上述した交流電流値測定を行なってものに電圧測定値を掛けたもので、皮相電力Ｓ＝ＶＩ［ＶＡ］、有効電力Ｐ＝ＶＩｃｏｓθ［Ｗ］、無効電力Ｑ＝ＶＩｓｉｎθ［Ｖａｒ］がある。また、漏洩電流測定があり、この測定によって、合成漏洩電流Ｉ_０［Ａ］、単相抵抗成分漏洩電流Ｉｇｒ（Ｉ_０ｒ）=Ｉ_０ｃｏｓθ［Ａ］、単相容量成分漏洩電流Ｉｇｃ（Ｉ_０ｃ）=Ｉ_０ｓｉｎθ［Ａ］、三相Δ結線抵抗成分漏洩電流Ｉｇｒ（Ｉ_０ｒ）=Ｉ_０ｓｉｎθ／ｃｏｓ３０°［Ａ］を求めている。

上述した検出や測定した結果から分かるように、測定電流値Ｉ（Ｉ_０）に測定位相差ｓｉｎθもしくは位相差ｃｏｓθを掛けたもの、又はこれに加えて更に電圧測定値や係数を掛けて、漏洩電流を求めている。

また、漏電遮断器では、抵抗成分漏洩電流の測定、監視を行うため、小型な回路で高速で安定したものが必要である。一般的な漏電遮断器の製品は小型なものであり、製品内部に搭載できる回路規模がより小型なものが求められている。

従来、用いられている漏電遮断器の方式として、電流値Ｉ_０と位相角とを測定してマイコンを用いて計算するもの、マイコンを用いずに積分することで結果を得るものがある。電流値Ｉ_０と位相角とを測定してマイコンを用いて計算するものは、主に監視装置や測定器に用いられているが、マイコンで演算することにより結果を得るまでに時間が掛かり、連続的な測定ができていない。また、マイコンは高精度なＡ／Ｄ部を搭載したものを用いて、演算ソフトの開発を行う必要がある。漏洩電流測定器だけでは無く、有効電流等を測定する電力測定器にも同様なことがいえる。検出した電流値を積分することで結果を得るものは、主に漏電遮断器に用いる提案がされている。

ここで、従来の漏電検出方法として、例えば、引用文献１乃至引用文献３に記載されたものがある。引用文献１では、３相３線式の電路から全漏れ電流を検出し、検出した全漏れ電流を所定の位相範囲に渡って積分することにより、漏れ電流容量成分をキャンセルして漏れ電流抵抗成分のみを検出する漏電検出方法及び漏電検出装置が提案されている。引用文献２では、交流電路の流れる抵抗成分漏洩電流を検出するため、２つの半波積分器を用いる漏洩電流検出器が提案されている。引用文献３では、被測定信号の周波数が変わっても漏洩電流を判定する抵抗成分漏電検知回路が提案されている。

特開２０１１−１５５８３号公報 国際公開第２００９／００２１２０号公報 特開平８−１８２１８０号公報

しかし、引用文献１乃至３に記載された漏電検出方法では、電流値及び基準とする電圧波形と電流波形の位相差を測定した後に、ベクトル演算算出を行い、ベクトル演算算出を行った値に係数やその他測定結果を掛けるか、又は、積分を行って閾値との比較を行っていた。検出した電流値を積分することで結果を得るものは、積分を行うための積分回路が必要となり、この積分回路を用いることでバラツキが大きく、バラツキを修正する合わせ込みが必要である。また、複数種類の電流値の同時測定や連続して測定を行うには、複数の積分回路が必要となる。合成漏洩電流値Ｉ_０が測定可能範囲を超えると正しい数値と成らないため、抵抗成分漏洩電流Ｉｇｒとの同時測定が望ましい。

また、従来の装置又は測定器では、電流値Ｉ_０、位相角ｃｏｓθ及び位相角ｓｉｎθそれぞれを測定してマイコンで漏洩電流を算出するという方式が主流であった。この方式では、マイコンで漏洩電流を算出するため、出力値が安定するまでに時間が掛かっていた。出力値が安定するまでに時間が掛かることで、短時間のみに発生する間欠漏洩電流を測定することができず、レスポンスの良い測定ができなかった。そのため、レスポンスの良い測定ができる製品が望まれている。

さらに、マイコン処理によるベクトル演算算出では、電流値及び基準とする電圧波形と電流波形の位相差の測定を行い、結果をベクトル演算、掛け算を行っており、時間が掛かる、半波期間毎の測定結果が得られない、マイコンに対する負担が大きい等の問題があった。検出した電流値を積分する積分回路方式では、位相差を定めて積分を行っているため、３項目の同時出力は不可能であり、また、次の測定を行う場合は、積分結果をクリアさせる必要があり、連続（半波期間毎）の測定を行うためには、積分回路を２つ用意する必要があった。

本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、位相差のベクトル計算をすることなく、入力電流値Ｉ、位相変換を行った電流値Ｉｃｏｓθ及びＩｓｉｎθを同時に容易且つ短時間で安定して検出し、自動出力させる信号生成装置及び信号生成方法を提供することを目的とする。

本発明の一実施形態に係る信号生成装置は、被測定電路において検出された電圧波形が入力され、前記電圧波形の正負の極性に応じた第１の論理信号を生成する第１のコンパレータと、前記被測定電路において検出された電流波形が入力され、前記電流波形の正負の極性に応じた第２の論理信号を生成する第２のコンパレータと、前記第１の論理信号と前記第２の論理信号との排他的論理和に応じた第３の論理信号を出力する第１の演算部と、前記第１の論理信号の変化時にゼロクロス検出部によりゼロクロス点を生成し、生成した前記ゼロクロス点間の時間を記憶し、次のゼロクロス点からの時間が、記憶した時間の半分以下である期間において前記第１の論理信号を反転することで、前記第１の論理信号の位相変換をして位相変換信号を生成する位相変換部と、前記位相変換信号と前記第２の論理信号との排他的論理和に応じた第４の論理信号を出力する第２の演算部と、検出された前記電流波形を全波整流する全波整流部と、前記全波整流部により全波整流された前記電流波形を連続型ΔΣＡＤＣを用いて量子化変換して得られる当該電流波形の所定期間の電流波形の平均値に対応する量子化値を、前記所定期間の基準ＣＬＫパルスのＣＬＫ数に対する、前記連続型ΔΣＡＤＣの出力を前記基準ＣＬＫパルスに基づいて前記所定期間にわたってカウントしたカウント数の比率として出力する変換部と、を備え、前記ゼロクロス検出部により生成される前記次のゼロクロス点からさらに次のゼロクロス点までの半波期間において出力される前記量子化値をカウントして得られる電流Ｉに対応するＩカウント値、前記半波期間において出力される前記量子化値を前記第３の論理信号に基づくカウント方法でカウントして得られる電流Ｉｃｏｓθに対応するＩｃｏｓカウント値、および前記半波期間において出力される前記量子化値を前記第４の論理信号に基づくカウント方法でカウントして得られる電流Ｉｓｉｎθに対応するＩｓｉｎカウント値を出力する測定部に、前記第３の論理信号、前記第４の論理信号および前記量子化値が出力されることを特徴とする。

本発明の一実施形態に係る信号生成方法は、被測定電路において検出された電圧波形の正負の極性に応じた第１の論理信号を生成し、前記被測定電路において検出された電流波形の正負の極性に応じた第２の論理信号を生成し、前記第１の論理信号と前記第２の論理信号との排他的論理和に応じた第３の論理信号を出力し、前記第１の論理信号の変化時にゼロクロス検出部によりゼロクロス点を生成し、生成した前記ゼロクロス点間の時間を記憶し、次のゼロクロス点からの時間が、記憶した時間の半分以下である期間において前記第１の論理信号を反転することで、前記第１の論理信号の位相変換をして位相変換信号を生成し、前記位相変換信号と前記第２の論理信号との排他的論理和に応じた第４の論理信号を出力し、検出された前記電流波形を全波整流し、全波整流された前記電流波形を連続型ΔΣＡＤＣを用いて量子化変換して得られる当該電流波形の所定期間の電流波形の平均値に対応する量子化値を、前記所定期間の基準ＣＬＫパルスのＣＬＫ数に対する、前記連続型ΔΣＡＤＣの出力を前記基準ＣＬＫパルスに基づいて前記所定期間にわたってカウントしたカウント数の比率として出力することを含み、前記ゼロクロス検出部により生成される前記次のゼロクロス点からさらに次のゼロクロス点までの半波期間において出力される前記量子化値をカウントして得られる電流Ｉに対応するＩカウント値、前記半波期間において出力される前記量子化値を前記第３の論理信号に基づくカウント方法でカウントして得られる電流Ｉｃｏｓθに対応するＩｃｏｓカウント値、および前記半波期間において出力される前記量子化値を前記第４の論理信号に基づくカウント方法でカウントして得られる電流Ｉｓｉｎθに対応するＩｓｉｎカウント値を出力する測定部に、前記第３の論理信号、前記第４の論理信号および前記量子化値が出力されることを特徴とする。

本発明によれば、入力電流値Ｉと位相変換を行った電流値Ｉｃｏｓθ及びＩｓｉｎθを同時に短時間で測定、判定することができ、回路規模を小形にできるため、漏電遮断器に用いることができるとともに、電流測定器及び電力測定器として用いることで、高速で入力電流、位相差変換を加えた有効電流、無効電流の測定ができ、高精度な安価なものと信号生成装置及び信号生成方法を提供することができる。

本発明の実施形態に係る漏電検出装置の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る漏電検出装置の信号生成装置の概略構成を示す図である。 （ａ）は、本発明の実施形態に係る信号生成装置に入力される電圧波形及び電圧波形に基づいて変換したパラメータを示す図であり、（ｂ）は、本発明の実施形態に係る信号生成装置に入力される電流波形及び電流波形に基づいて変換したパラメータを示す図である。 本発明の実施形態に係る信号生成方法で生成されたパラメータ設定の一例を示す図である。 本発明の実施形態に係る電圧波形及び電流波形、電圧波形及び電流波形それぞれに基づくパラメータ設定方法の一例を示す図である。 本発明の実施形態に係る電圧波形及び電流波形、電圧波形及び電流波形それぞれに基づくパラメータ設定方法の一例を示す図である。 本発明の実施形態に係る電圧波形及び電流波形、電圧波形及び電流波形それぞれに基づくパラメータ設定方法の一例を示す図である。 本発明の実施形態に係る電圧波形及び電流波形、電圧波形及び電流波形それぞれに基づくパラメータ設定方法の一例を示す図である。 本発明の実施形態に係る信号生成方法で生成されたパラメータ設定の一例を示す図である。 本発明の実施形態に係る電圧波形及び電流波形、電圧波形及び電流波形それぞれに基づくパラメータ設定方法の一例を示す図である。 本発明の実施形態に係る電圧波形及び電流波形、電圧波形及び電流波形それぞれに基づくパラメータ設定方法の一例を示す図である。 本発明の実施形態に係る電圧波形及び電流波形、電圧波形及び電流波形それぞれに基づくパラメータ設定方法の一例を示す図である。 本発明の実施形態に係る電圧波形及び電流波形、電圧波形及び電流波形それぞれに基づくパラメータ設定方法の一例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。

まず、本発明の実施形態に係る漏洩電流検出装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る漏洩電流検出装置の概略構成を示す図である。図２は、本発明の実施形態に係る漏洩電流検出装置の信号生成装置の概略構成を示す図である。

図１に示すように、本発明の実施形態に係る漏洩電流検出装置１は、被測定電路に印加される電圧波形を検出する電圧波形検出部１０と、被測定電路に流れる電流波形を検出する電流波形検出部２０と、電圧波形検出部１０から検出した電圧波形及び電流波形検出部２０から検出した電流波形それぞれを所定の処理を行いパラメータ出力部３３によりｓｉｎ部及びｃｏｓ部の論理信号のパラメータ信号を出力するとともに、電流波形検出部２０から検出した電流波形を量子化出力部３７により全波整流部３００で全波整流を行い、全波整流した電流波形を変換部４００で連続型ΔΣＡＤＣにより量子化変換を行う信号生成装置３０と、信号生成装置３０により生成したｓｉｎ部及びｃｏｓ部の論理信号のパラメータ、連続型ΔΣＡＤＣ処理を行い求めた電流波形の平均値を測定する測定部４０と、測定部４０により所定の処理を行い、基準カウント値、Ｉｃｏｓカウント値、Ｉｃｏｓカウント値、Ｉカウント値が入力され、所定の処理を行い、比較判断を行う判定部５０と、を備える。

電圧波形検出部１０は、被測定電路に印加される電圧を減衰器により減衰させて電圧波形を検出する。なお、電圧波形検出部１０は、被測定電路が単相か三相かは問わずに、電圧波形を検出することができる。

電流波形検出部２０は、被測定電路に流れる漏洩電流成分から生じる磁気を検出し、検出した磁気から電流を生成するＣＴセンサ部（図示せず）を備えてもよく、ＣＴセンサ部から電流波形を検出する。

図２に示すように、本発明の実施形態に係る信号生成装置３０は、電圧波形検出部１０により検出した電圧波形に論理処理を行い、第１の論理信号を生成する第１のコンパレータ１００、電流波形検出部２０により検出した電流波形に論理処理を行い、第２の論理信号を生成する第２のコンパレータ２００、第１の論理信号及び第２の論理信号に演算処理を行い、正負又はＨｉ／Ｌｏの信号を出力する第１の演算部６００と、第１のコンパレータ１００により生成した第１の論理信号の変化時にゼロクロス点を生成するゼロクロス生成部８００と、ゼロクロス生成部８００により生成したゼロクロス点間の時間を記憶し、次のゼロクロス点間からの時間が、記憶した時間の半分以下である期間において、第１の論理信号を反転させて、第１の論理信号の位相変換を行う位相変換部５００と、位相変換部５００により位相変換された電圧波形及び第２の論理信号に演算処理を行い、正負又はＨｉ／Ｌｏの信号を出力する第２の演算部７００と、を含むパラメータ出力部３３と、被測定電路により検出した電流波形を全波整流する全波整流部３００、全波整流部３００により全波整流された電流波形を連続型ΔΣＡＤＣにより量化変換する変換部４００を含む量子化出力部３７と、を備える。

第１のコンパレータ１００は、検出した電圧波形に論理処理を行い、正負又はＨｉ／Ｌｏの波形を生成する。第２のコンパレータ２００は、検出した電流波形に論理処理を行い、正負又はＨｉ／Ｌｏの波形を生成する。ここで、信号生成装置３０には、第１のコンパレータにより生成した論理信号の正負又はＨｉ／Ｌｏの変化時にゼロクロス点を生成するゼロクロス生成部８００を備える。

第１の演算部６００は、第１のコンパレータにより生成された第１の論理信号及び第２のコンパレータにより生成された第２の論理信号に演算処理を行い、正負又はＨｉ／Ｌｏの信号をｃｏｓ部として出力する。

位相変換部５００は、ゼロクロス生成部８００により生成したゼロクロス点間の時間を記憶し、次のゼロクロス点からの時間が、記憶した時間の半分以下である期間において、第１の論理信号を反転させて、第１の論理信号の位相変換を行っている。より詳細には、位相変換部５００は、ゼロクロス点間、すなわち電圧波形の半波期間に基準ＣＬＫパルスの総数をカウントして記憶しておき、次の半波期間の基準ＣＬＫパルスのカウント数が、記憶したカウント数の半分の値以下であるとき、第１の論理信号を反転することで、第１の論理信号の９０度位相変換を行なっている。

第２の演算部７００は、位相変換部５００により電圧波形を位相変換した第１の論理信号及び第２のコンパレータにより生成された第２の論理信号に演算処理を行い、正負又はＨｉ／Ｌｏの信号をｓｉｎ部として出力する。

変換部４００は、検出した電流波形を全波整流部３００により全波整流して、全波整流した電流波形を連続型ΔΣＡＤＣにより量子化変換を行う。連続型ΔΣＡＤＣ変換は、基準カウント値となる半波期間の基準ＣＬＫパルスのＣＬＫ数と連続型ΔΣＡＤＣのカウント数の結果の比率により算出する。なお、連続型ΔΣＡＤＣでは、測定した電流値を量子化変換しており、これを半波期間でカウントすることで電流波形の平均値が得られる。この電流波形の平均値に係数（ＣＴセンサ部の倍率やＲＭＳ化等）をかけることで、各電流値を求めることが可能となる。また別途電圧値を測定し、求めた電流値を掛けることで各電力値を求める事が可能となる。なお、これらの測定は半波期間毎に測定結果を得ることができ、且つ、半波期間内の平均値測定となっているため、高調波ノイズのキャンセル効果が高く、安定した結果を得ることができる。

入力電流値Ｉと位相変換を行った電流値Ｉｃｏｓθ及びＩｓｉｎθのカウント値は、基準カウント値との比率で測定結果を求めるので、入力される交流波形の周波数が異なっても（５０Ｈｚでも６０Ｈｚでも）自動的に正確な結果を得ることができる。よって、周波数による切替や合わせ込みは不要で、周波数変動に強いため、精度が良くレスポンスの良い出力ができるとともに、内部周波数発生器の個体差バラツキ、温度変化、劣化による周波数変動が自動的に補正されるため、精度の高い発生器や比較基準、合わせ込みを必要とせずに、より安価で高精度な製品を作製することができる。

測定部４０は、信号生成装置３０のパラメータ設定部３３により設定したパラメータの指示に従って、量子化出力部３７のカウントを行うことで、所望の種類の電流値の平均値を得ることができる。所望の種類の電流値としては、交流電流値測定があり、入力電流Ｉ［Ａ］、有効電流Ｉｒ＝Ｉｃｏｓθ［Ａ］、無効電流ＩＬ−ＩＣ＝Ｉｓｉｎθ［Ａ］を求めることができ、上述した交流電流値測定を行なったものに電圧測定値を掛けて、交流電力測定として、皮相電力Ｓ＝ＶＩ［ＶＡ］、有効電力Ｐ＝ＶＩｃｏｓθ［Ｗ］、無効電力Ｑ＝ＶＩｓｉｎθ［Ｖａｒ］を求めることができ、漏洩電流測定として、合成漏洩電流Ｉ_０［Ａ］、単相抵抗成分漏洩電流Ｉｇｒ（Ｉ_０ｒ）=Ｉ_０ｃｏｓθ［Ａ］、単相容量成分漏洩電流Ｉｇｃ（Ｉ_０ｃ）=Ｉ_０ｓｉｎθ［Ａ］、三相Δ結線抵抗成分漏洩電流Ｉｇｒ（Ｉ_０ｒ）=Ｉ_０ｓｉｎθ／ｃｏｓ３０°［Ａ］がある。

判定部５０は、測定部４０により求めた値と、基準ＣＬＫパルスのカウント数の比率にて設定した閾値とを比較している。Ｉ値とＩｓｉｎθ値又はＩｃｏｓθ値の２つの値について、設定閾値を超えるか比較判断を行う装置を設けてもよい。比較判断を行う装置は、Ｉｓｉｎθ又はＩｃｏｓθ値による漏電検知を行う機能を想定したものであると共に、Ｉ値が測定可能範囲を超えてしまうとＩｓｉｎθ値又はＩｃｏｓθ値が正しい検出されない。そのため、比較判断の装置は、Ｉ値の閾値判定をＩ値が測定可能範囲判断として用いるものとし、漏電遮断器ではＩｇｒ値判定とは別の異常Ｉ_０値として判定し、この判定した結果をレンジの切り替えで判断する。

検知判断方法としては、測定部により求めたカウント値と、基準ＣＬＫパルスのカウント数の比率にて設定した閾値と比較して判断するが、基準ＣＬＫパルスのカウント数を分割した（１／２や１／４等の）カウント値を閾値とすることにより、内部周波数発生器の個体差バラツキ、温度変化、劣化による周波数変動が自動的に補正されるため、精度の高い発生器や比較基準、合わせ込みを必要とせずに、精度が良い検知判断が可能な、より安価で高精度な製品を作製することができる。

以上説明したように、本発明の実施形態に係る漏電検出装置の信号生成装置３０は、被測定電路の電圧波形及び電流波形それぞれを第１及び第２のコンパレータを介して論理信号を生成して、パラメータを設定するとともに、電流波形を全波整流し、全波整流した電流波形を連続型ΔΣＡＤＣにより量子化変換し、設定したパラメータ及び量子化変換を行った量子化値のカウントを行うことによって所望の測定値を求め、測定値と基準値を比較することで漏電を検知することによって、高速で測定、判定することができ、回路規模を小形にできるため、漏電遮断器に用いることができるとともに、電流測定器及び電力測定器で用いることで、高速で入力電流、位相差変換を加えた有効電流、無効電流の測定ができ、高精度な安価なものを製造することができる。

次に、上述した本発明の実施形態に係る漏洩検出装置１の信号生成装置３０により行う被測定電路から検出した半波期間毎の電圧波形及び半波期間毎の電流波形に基づく、信号生成方法について、図３乃至図８を参照して説明する。

図３（ａ）は、本発明の実施形態に係る信号生成装置に入力される電圧波形及び電圧波形に基づいて変換したパラメータを示す図であり、（ｂ）は、本発明の実施形態に係る信号生成装置に入力される電流波形及び電流波形に基づいて変換したパラメータを示す図である。

図３（ａ）及び（ｂ）に示した「ａ」を０〜９０°、９０°〜１８０°とし、「ｂ」を１８０°〜２７０°、２７０°〜３６０°とする。さらに、前の半波期間の波形−１８０°〜−９０°、−９０°〜０とする。なお、前の半波期間の波形は予め記憶部（図示せず）に記憶させてもよい。

図３（ａ）は、被測定電路から検出した入力電圧波形を示し、入力電圧波形に基づいて、第１のコンパレータ１００により設定されるＶ＿ＰＮ出力及び位相変換部５００により設定されるＶ＿９０出力のＨｉ／Ｌｏのパラメータを設定する。

図３（ａ）においては、電圧波形検出部１０により被測定電路から検出した正弦波の入力電圧波形、入力電圧波形を第１のコンパレータ１００を介してＨｉ／Ｌｏ（＋／−）の論理信号を生成し、生成した論理信号に基づいて半波期間毎に論理信号の変化時におけるゼロクロス点を生成するＶ＿Ｐａｌｓｅ出力、入力電圧波形を第１のコンパレータ１００
を介してＨｉ／Ｌｏの論理信号を生成し、生成した論理信号に基づいて半波期間毎にＨｉ／Ｌｏを出力するＶ＿ＰＮ出力、ゼロクロス生成部８００により生成したゼロクロス点間の時間を記憶し、次のゼロクロス点からの時間が、記憶した時間の半分以下である期間において、第１の論理信号を反転させて、第１の論理信号の位相変換を行い設定するＶ＿９０出力を示す。

図３（ｂ）は、電流波形検出部２０により被測定電路から検出した入力電流波形を示し、入力電流波形に基づいて、Ｉ＿ＰＮ出力のＨｉ／Ｌｏのパラメータを設定する。

図３（ｂ）においては、被測定電路から検出した正弦波の入力電流波形、入力電流波形を第２のコンパレータ２００を介してＨｉ／Ｌｏ（＋／−）の論理信号を生成し、生成した論理信号に基づいて半波期間毎にＨｉ／Ｌｏを出力するＩ＿ＰＮ出力を示す。

図４は、図３（ａ）に示した入力電圧波形に基づいてＶ＿ＰＮ出力及びＶ＿９０出力のＨｉ／Ｌｏのパラメータ及び図３（ｂ）に示した入力電流波形に基づいてＩ＿ＰＮ出力のＨｉ／Ｌｏのパラメータに論理計算を実行し、それぞれの求めたい値のカウント方法を示している。図４に示すように、半波期間毎にＨｉ／Ｌｏのパラメータを設定し、設定したパラメータを用いてカウント方法（ＵＰ又はＤＯＷＮ）を算出することによって容易に入力電流、合成漏洩電流、有効電流、単相抵抗成分漏洩電流、無効電流、単相容量成分漏洩電流、三相Δ結線抵抗成分漏洩電流を任意に求めることができる。

次に、上述した図３（ａ）及び（ｂ）に示した電圧波形、電流波形に基づいてパラメータ設定方法及び図４に示すカウント方法を参照しつつ、入力電圧波形を基準とした入力電流波形の位相角が０°、４５°、６０°、９０°である場合のパラメータ設定方法、及び設定したパラメータに基づいてＩ、Ｉｃｏｓθ及びＩｓｉｎθのカウント値をそれぞれ求めた結果について図５〜図８を参照して説明する。なお、図５〜図８については、図３（ａ）、図３（ｂ）及び図４で説明した内容と重複する説明は省略する。

図５は、本発明の実施形態に係る電圧波形及び電流波形、電圧波形及び電流波形それぞれに基づくパラメータ設定方法の一例を示す図である。図５に示すパラメータ設定方法は、基準となる入力電圧波形、点線が被測定電路から検出した入力電流波形であり、実線が被測定電路から検出し、全波整流を行った入力電流波形である。

図５では、入力電圧波形を基準にした場合の入力電流波形の位相角が０°のときを示す。なお、入力電圧波形及び入力電流波形のパラメータ設定方法について、図３（ａ）及び（ｂ）を参照して説明したため、ここでの説明は省略する。入力電圧波形及び入力電流波形に基づいて設定したパラメータに論理計算を実行し、Ｉ、Ｉｃｏｓθ及びＩｓｉｎθを求めた。

図５に示すように、Ｉは、全波整流を行った電流波形であり、求める面積は１となる。Ｉｃｏｓθは、位相角が０°であったため、求める面積が１となり、Ｉｓｉｎθは、位相角が０°であったため、求める面積が０となる。

図６は、本発明の実施形態に係る電圧波形及び電流波形、電圧波形及び電流波形それぞれに基づくパラメータ設定方法の一例を示す図である。図６に示すパラメータ設定方法は、基準となる入力電圧波形、点線が被測定電路から検出した入力電流波形であり、実線が被測定電路から検出し、全波整流を行った入力電流波形である。

図６では、入力電圧波形を基準にした場合の入力電流波形の位相角が４５°のときを示す。なお、入力電圧波形及び入力電流波形のパラメータ設定方法について、図３（ａ）及び（ｂ）を参照して説明したため、ここでの説明は省略する。入力電圧波形及び入力電流波形に基づいて設定したパラメータに論理計算を実行し、Ｉ、Ｉｃｏｓθ及びＩｓｉｎθを求めた。

図６に示すように、Ｉは、全波整流を行った電流波形であり、求める面積は１となる。Ｉｃｏｓθは、位相角が４５°であったため、求める面積が０．７となり、Ｉｓｉｎθは、位相角が４５°であったため、求める面積が０．７となる。

図７は、本発明の実施形態に係る電圧波形及び電流波形、電圧波形及び電流波形それぞれに基づくパラメータ設定方法の一例を示す図である。図７に示すパラメータ設定方法は、基準となる入力電圧波形、点線が被測定電路から検出した入力電流波形であり、実線が被測定電路から検出し、全波整流を行った入力電流波形である。

図７では、入力電圧波形を基準にした場合の入力電流波形の位相角が６０°のときを示す。なお、入力電圧波形及び入力電流波形のパラメータ設定方法について、図３（ａ）及び（ｂ）を参照して説明したため、ここでの説明は省略する。入力電圧波形及び入力電流波形に基づいて設定したパラメータに論理計算を実行し、Ｉ、Ｉｃｏｓθ及びＩｓｉｎθを求めた。

図７に示すように、Ｉは、全波整流を行った電流波形であり、求める面積は１となる。Ｉｃｏｓθは、位相角が６０°であったため、求める面積が０．５となり、Ｉｓｉｎθは、位相角が６０°であったため、求める面積が０．９となる。

図８は、本発明の実施形態に係る電圧波形及び電流波形、電圧波形及び電流波形それぞれに基づくパラメータ設定方法の一例を示す図である。図８に示すパラメータ設定方法は、基準となる入力電圧波形、点線が被測定電路から検出した入力電流波形であり、実線が被測定電路から検出し、全波整流を行った入力電流波形である。

図８では、入力電圧波形を基準にした場合の入力電流波形の位相角が９０°のときを示す。なお、入力電圧波形及び入力電流波形のパラメータ設定方法について、図３（ａ）及び（ｂ）を参照して説明したため、ここでの説明は省略する。入力電圧波形及び入力電流波形に基づいて設定したパラメータに論理計算を実行し、Ｉ、Ｉｃｏｓθ及びＩｓｉｎθを求めた。

図８に示すように、Ｉは、全波整流を行った電流波形であり、求める面積は１となる。Ｉｃｏｓθは、位相角が９０°であったため、求める面積が０となり、Ｉｓｉｎθは、位相角が９０°であったため、求める面積が１となる。

以上説明したように、本発明の実施形態に係る信号生成方法は、被測定電路の電圧波形及び電流波形それぞれを半波期間毎に第１及び第２のコンパレータを介して論理信号を生成して、パラメータを設定するとともに、電流波形を全波整流し、全波整流した電流波形を連続型ΔΣＡＤＣにより量子化変換し、量子化変換した量子化値のカウントを行うことによって、高速で測定、判定することができ、回路規模を小形にできるため、漏電遮断器に用いることができるとともに、電流測定器及び電力測定器で用いることで、高速で入力電流、位相差変換を加えた有効電流、無効電流の測定ができ、高精度な安価なものを製造することができる。

次に、上述した本発明の実施形態に係る漏洩検出装置１の信号生成装置３０により行う被測定電路から検出した１周期毎の電圧波形及び１周期毎の電流波形に基づく、信号生成方法について、図９乃至図１３を参照して説明する。ここで、１周期毎の信号生成方法は、全波整流変換時の誤差や入力電流波形に加わる直流成分オフセットのキャンセル等の半波期間毎の信号生成方法よりも精度向上を図ったものである。

図９は、図１０〜図１３に示した入力電圧波形に基づいてＶ＿ＰＮ出力及びＶ＿９０出力のＨｉ／Ｌｏのパラメータ、入力電流波形に基づいてＩ＿ＰＮ出力のＨｉ／Ｌｏのパラメータに論理計算を実行し、それぞれの求めたい値のカウント方法を示している。図９に示すように、１周期期間毎にＨｉ／Ｌｏのパラメータを設定し、設定したパラメータを用いてカウント方法（ＵＰ又はＤＯＷＮ）を算出することによって容易に入力電流、合成漏洩電流、有効電流、単相抵抗成分漏洩電流、無効電流、単相容量成分漏洩電流、三相Δ結線抵抗成分漏洩電流を任意に求めることができる。

次に、上述した図３（ａ）及び（ｂ）に示した電圧波形、電流波形に基づいてパラメータ設定方法及び図９に示すカウント方法を参照しつつ、入力電圧波形を基準とした入力電流波形の位相角が０°、４５°、６０°、９０°である場合のパラメータ設定方法、及び設定したパラメータに基づいてＩ、Ｉｃｏｓθ及びＩｓｉｎθのカウント値をそれぞれ求めた結果について図１０〜図１３を参照して説明する。なお、図１０〜図１３については、パラメータを設定する入力電圧波形及び入力電流波形が１周期ごとの場合について説明する。

図１０は、本発明の実施形態に係る電圧波形及び電流波形、電圧波形及び電流波形それぞれに基づくパラメータ設定方法の一例を示す図である。図９に示すパラメータ設定方法は、入力電圧波形及び入力電流波形に基づき設定している。

図１０では、入力電圧波形を基準にした場合の入力電流波形の位相角が０°のときを示す。なお、入力電圧波形及び入力電流波形のパラメータ設定方法について、図３（ａ）及び（ｂ）を参照して説明したため、ここでの説明は省略する。入力電圧波形及び入力電流波形に基づいて設定したパラメータに論理計算を実行し、Ｉ、Ｉｃｏｓθ及びＩｓｉｎθを求めた。

図１０に示すように、Ｉは、１周期の電流波形であり、求める面積は１となる。Ｉｃｏｓθは、位相角が０°であったため、求める面積が１となり、Ｉｓｉｎθは、位相角が０°であったため、求める面積が０となる。

図１１は、本発明の実施形態に係る電圧波形及び電流波形、電圧波形及び電流波形それぞれに基づくパラメータ設定方法の一例を示す図である。

図１１では、入力電圧波形を基準にした場合の入力電流波形の位相角が４５°のときを示す。なお、入力電圧波形及び入力電流波形のパラメータ設定方法について、図３（ａ）及び（ｂ）を参照して説明したため、ここでの説明は省略する。入力電圧波形及び入力電流波形に基づいて設定したパラメータに論理計算を実行し、Ｉ、Ｉｃｏｓθ及びＩｓｉｎθを求めた。

図１１に示すように、Ｉは、１周期の電流波形であり、求める面積は１となる。Ｉｃｏｓθは、位相角が４５°であったため、求める面積が０．７となり、Ｉｓｉｎθは、位相角が４５°であったため、求める面積が０．７となる。

図１２は、本発明の実施形態に係る電圧波形及び電流波形、電圧波形及び電流波形それぞれに基づくパラメータ設定方法の一例を示す図である。

図１２では、入力電圧波形を基準にした場合の入力電流波形の位相角が６０°のときを示す。なお、入力電圧波形及び入力電流波形のパラメータ設定方法について、図３（ａ）及び（ｂ）を参照して説明したため、ここでの説明は省略する。入力電圧波形及び入力電流波形に基づいて設定したパラメータに論理計算を実行し、Ｉ、Ｉｃｏｓθ及びＩｓｉｎθを求めた。

図１２に示すように、Ｉは、１周期の電流波形であり、求める面積は１となる。Ｉｃｏｓθは、位相角が６０°であったため、求める面積が０．５となり、Ｉｓｉｎθは、位相角が６０°であったため、求める面積が０．９となる。

図１３は、本発明の実施形態に係る電圧波形及び電流波形、電圧波形及び電流波形それぞれに基づくパラメータ設定方法の一例を示す図である。

図１３では、入力電圧波形を基準にした場合の入力電流波形の位相角が９０°のときを示す。なお、入力電圧波形及び入力電流波形のパラメータ設定方法について、図３（ａ）及び（ｂ）を参照して説明したため、ここでの説明は省略する。入力電圧波形及び入力電流波形に基づいて設定したパラメータに論理計算を実行し、Ｉ、Ｉｃｏｓθ及びＩｓｉｎθを求めた。

図１３に示すように、Ｉは、１周期の電流波形であり、求める面積は１となる。Ｉｃｏｓθは、位相角が９０°であったため、求める面積が０となり、Ｉｓｉｎθは、位相角が９０°であったため、求める面積が１となる。

以上説明したように、本発明の実施形態に係る信号生成方法は、被測定電路の電圧波形及び電流波形それぞれを１周期ごとに第１及び第２のコンパレータを介して論理信号を生成して、パラメータを設定するとともに、電流波形を連続型ΔΣＡＤＣにより量子化変換し、量子化変換した量子化値のカウントを行うことによって、高速で測定、判定することができ、回路規模を小形にできるため、漏電遮断器に用いることができるとともに、電流測定器及び電力測定器で用いることで、高速で入力電流、位相差変換を加えた有効電流、無効電流の測定ができ、高精度な安価なものを製造することができる。

１…漏電検出装置、１０…電圧波形検出部、２０…電流波形検出部、３０…信号生成装置、３３…パラメータ出力部、３５…信号生成部、３７…量子化出力部、４０…測定部、５０…判定部、１００…第１のコンパレータ、２００…第２のコンパレータ、３００…全波整流部、４００…変換部、５００…位相変換部、６００…第１のカウント値算出部、７００…第２のカウント値算出部、８００…ゼロクロス生成部。

Claims (4)

1. 被測定電路において検出された電圧波形が入力され、前記電圧波形の正負の極性に応じた第１の論理信号を生成する第１のコンパレータと、
   前記被測定電路において検出された電流波形が入力され、前記電流波形の正負の極性に応じた第２の論理信号を生成する第２のコンパレータと、
   前記第１の論理信号と前記第２の論理信号との排他的論理和に応じた第３の論理信号を出力する第１の演算部と、
   前記第１の論理信号の変化時にゼロクロス検出部によりゼロクロス点を生成し、生成した前記ゼロクロス点間の時間を記憶し、次のゼロクロス点からの時間が、記憶した時間の半分以下である期間において前記第１の論理信号を反転することで、前記第１の論理信号の位相変換をして位相変換信号を生成する位相変換部と、
   前記位相変換信号と前記第２の論理信号との排他的論理和に応じた第４の論理信号を出力する第２の演算部と、
   検出された前記電流波形を全波整流する全波整流部と、
   前記全波整流部により全波整流された前記電流波形を連続型ΔΣＡＤＣを用いて量子化変換して得られる当該電流波形の所定期間の電流波形の平均値に対応する量子化値を、前記所定期間の基準ＣＬＫパルスのＣＬＫ数に対する、前記連続型ΔΣＡＤＣの出力を前記基準ＣＬＫパルスに基づいて前記所定期間にわたってカウントしたカウント数の比率として出力する変換部と、
   を備え、
   前記ゼロクロス検出部により生成される前記次のゼロクロス点からさらに次のゼロクロス点までの半波期間において出力される前記量子化値をカウントして得られる電流Ｉに対応するＩカウント値、前記半波期間において出力される前記量子化値を前記第３の論理信号に基づくカウント方法でカウントして得られる電流Ｉｃｏｓθに対応するＩｃｏｓカウント値、および前記半波期間において出力される前記量子化値を前記第４の論理信号に基づくカウント方法でカウントして得られる電流Ｉｓｉｎθに対応するＩｓｉｎカウント値を出力する測定部に、前記第３の論理信号、前記第４の論理信号および前記量子化値が出力されることを特徴とする信号生成装置。
2. 請求項１に記載の信号生成装置と、
   前記測定部と、
   を備えることを特徴とする測定装置。
3. 請求項２に記載の測定装置と、
   前記測定部から出力された値に基づいて、前記被測定電路における漏電を検出する判定部と、
   を備えることを特徴とする漏電検出装置。
4. 被測定電路において検出された電圧波形の正負の極性に応じた第１の論理信号を生成し、
   前記被測定電路において検出された電流波形の正負の極性に応じた第２の論理信号を生成し、
   前記第１の論理信号と前記第２の論理信号との排他的論理和に応じた第３の論理信号を出力し、
   前記第１の論理信号の変化時にゼロクロス検出部によりゼロクロス点を生成し、生成した前記ゼロクロス点間の時間を記憶し、次のゼロクロス点からの時間が、記憶した時間の半分以下である期間において前記第１の論理信号を反転することで、前記第１の論理信号の位相変換をして位相変換信号を生成し、
   前記位相変換信号と前記第２の論理信号との排他的論理和に応じた第４の論理信号を出力し、
   検出された前記電流波形を全波整流し、
   全波整流された前記電流波形を連続型ΔΣＡＤＣを用いて量子化変換して得られる当該電流波形の所定期間の電流波形の平均値に対応する量子化値を、前記所定期間の基準ＣＬＫパルスのＣＬＫ数に対する、前記連続型ΔΣＡＤＣの出力を前記基準ＣＬＫパルスに基づいて前記所定期間にわたってカウントしたカウント数の比率として出力することを含み、
   前記ゼロクロス検出部により生成される前記次のゼロクロス点からさらに次のゼロクロス点までの半波期間において出力される前記量子化値をカウントして得られる電流Ｉに対応するＩカウント値、前記半波期間において出力される前記量子化値を前記第３の論理信号に基づくカウント方法でカウントして得られる電流Ｉｃｏｓθに対応するＩｃｏｓカウント値、および前記半波期間において出力される前記量子化値を前記第４の論理信号に基づくカウント方法でカウントして得られる電流Ｉｓｉｎθに対応するＩｓｉｎカウント値を出力する測定部に、前記第３の論理信号、前記第４の論理信号および前記量子化値が出力されることを特徴とする信号生成方法。

Images