JP5942506B2

JP5942506B2 - 漏電検出器

Info

Publication number: JP5942506B2
Application number: JP2012059490A
Authority: JP
Inventors: 豪竹内; 鶴川　優治; 優治鶴川; 恭二宮崎
Original assignee: Omron Corp
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2012-03-15
Filing date: 2012-03-15
Publication date: 2016-06-29
Anticipated expiration: 2032-03-15
Also published as: JP2013195093A

Description

この発明は構成の簡単な漏電検出器に関し、特に、精度が高く、構成の簡単な漏電検出器に関する。

従来、構成が簡単で安価な漏電検出器がたとえば、特許第３４０５４０７号公報（特許文献１）に開示されている。特許文献１によれば、一相が接地された３相電路において、零相電流ｉ₀を計測する零相電流センサと、非接地の２相の線間電圧と９０°の位相差を有する位相判定信号ｉ_dを発生する手段とを有し、零相電流センサにより計測された零相電流ｉ₀と位相判定信号ｉ_dをベクトル的に加算及び減算してベクトルｉ_x及びｉ_yを作り、それに基づいて所定の演算を行って、抵抗性地絡電流ｉ_grの値を出力する漏電検出器を開示している。

３４０５４０７号公報（請求項２等）

従来の構成の簡単な漏電検出器は上記のように構成されていた。

しかしながら、従来の漏電検出器装置においては、非接地の２相の線間電圧と９０°の位相差を有する位相判定信号ｉ_dを発生する必要があった。正確に９０°の位相差を作成するのは困難で、誤差が大きくなるという問題があった。また、加算及び減算の２つのベクトル演算が必要であるとともに、その演算のための位相判定信号ｉ_dを個別に作成する必要があり、このときにも誤差が発生するという問題があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、構成が簡単でありながら、精度の高い漏電検出器を提供することを目的とする。

この発明に係る漏電検出器は、一相が接地された３相３線電路において、零相電流センサを用いて抵抗分漏電電流Ｉ０ｒを求める漏電検出器である。漏電検出器は、仮想の漏電を追加する仮想漏電追加手段と、零相電流センサの計測値と、仮想の漏電を追加したときの零相電流センサの計測値と、仮想漏電のそれぞれのベクトル演算によって、抵抗分漏電電流Ｉ０ｒを、所定のベクトル演算で求める。

好ましくは、ベクトル演算はベクトル加算のみを行う。

さらに好ましくは、仮想の漏電を追加する仮想漏追加手段は零相電流センサに見かけ上の仮想の漏電を追加する。

ベクトル演算は、以下のａ，ｂ，ｃパラメータと式（１）を用いて行うのが好ましい。

但し、ａ＝前記零相電流センサの計測値、ｂ＝前記仮想漏電、ｃ＝前記仮想の漏電を追加したときの前記零相電流センサの計測値である。

なお、ｂのパラメータは所定の挿入手段によって挿入され、挿入手段は抵抗接続回路であってもよいし、定電流回路であってもよい。

また、仮想の漏電を追加する仮想漏電追加手段は、別途準備された内部回路上で、見かけ上の仮想の漏電を追加するようにしてもよい。

この場合、漏電検出器は、仮想の漏電を追加する仮想漏電追加手段と、仮想漏電追加手段によって仮想の漏電を追加しなかったときの零相電流センサの計測値と、仮想の漏電を追加したときの零相電流センサの計測値と、仮想漏電を同時に計測してもよい。

さらに、上記のベクトル演算は、以下のａ，ｂ，ｃのパラメータと式（２）を用いて行ってもよい。

但し、ａ＝前記零相電流センサの計測値、ｂ＝前記仮想漏電、ｃ＝前記零相電流センサの計測値と前記仮想漏電とで合成された計測値である。

この発明の他の局面においては、漏電検出器は、一相が接地された３相３線電路において、零相電流センサを用いて抵抗分漏電電流Ｉ０ｒを求める。漏電検出器は、零相電流センサの計測値と、基準電圧のゼロクロス点と、その周波数を計測し、その計測値を元に仮想の漏電を生成する仮想漏電生成手段と、零相電流センサの計測値と仮想漏電生成手段で生成した値を合成した値のそれぞれのベクトル演算によって抵抗分漏電電流Ｉ０ｒを所定のベクトル演算で求める。

好ましくは、ベクトル演算はベクトル加算のみを行う。

上記のベクトル演算は、以下のａ，ｂ，ｃのパラメータと式（３）を用いて行ってもよい。

但し、ａ＝前記零相電流センサの計測値、ｂ＝前記仮想漏電、ｃ＝前記零相電流センサの計測値と前記仮想漏電生成手段で生成した値を合成した値である。

ｂのパラメータは所定の挿入手段によって挿入され、挿入手段はソフトウエアによって準備され、ｃのパラメータはソフトウエアによって合成されてもよい。

この発明においては、漏電検出器は一相が接地された３相３電路において、抵抗分漏電電流Ｉ０ｒを、零相電流センサに見かけ上の仮想の漏電を追加し、仮想の漏電を追加しなかったときの零相電流センサの計測値と、仮想の漏電を追加したときの零相電流センサの計測値と、仮想の漏電を追加したことによるベクトルのシフト量のそれぞれのベクトル演算によって所定のベクトル演算で求めた。

漏電検出において必要な抵抗分漏電電流Ｉ０ｒを各相の位相を用いることなくベクトル演算して求めるようにしたため、従来のように、位相の検出における誤差の発生を防ぐことができる。

その結果、構成が簡単でありながら、精度の高い漏電検出器を提供できる。

３相３線Δ結線でＲ相、Ｔ相が漏電した場合の回路図である。図１をベクトル図で表した図である。Ｖｒｓ基準のベクトル図である。Ｉ０ｒ＿Ｒを基準としたＩ０のベクトル図である。Ｉ０ｃ＿Ｒを基準としたＩ０のベクトル図である。仮想抵抗分漏れ電流注入時の漏電回路図である。仮想抵抗分漏れ電流注入時のベクトル図である。Ｉ０ｒ＿Ｒを基準としたＩ０とＩ０＿Ｒ１のベクトル図である。Ｉ０、Ｉ０＿Ｒ１、Ｉ０ｒ＿Ｒ１の三角形を示す図である。位相角θを求める手順を示す図である。第１実施例のＩ０ｒ注入方式の回路図である。第２実施例のブロック図である。第３実施例のブロック図である。第４実施例を説明するための図である。第４実施例を説明するための図である。第４実施例を説明するための図である。

まず、この発明に係る、３相３線Δ結線での抵抗分漏電電流Ｉ０ｒを求める原理について説明する。ここでは各電路の対地間静電容量は平衡したものとして考える。

Ｓ相が接地された３相３線式Δ結線で、Ｒ相、Ｔ相が漏電した場合の回路１０を図１に示す。図１を参照して、抵抗分漏電電流Ｉ０ｒをＩ０ｒ漏電監視機器１０ａで監視する。図１における、それぞれの電圧、Ｒ相およびＴ相の漏電電流のベクトル図をまとめると図２になる。

ここで、I0r_RはR相抵抗分漏れ電流であり、I0c_RはR相静電容量分漏れ電流であり、I0_RはR相の漏れ電流(I0)であり、I0r_TはT相抵抗分漏れ電流であり、I0c_TはT相静電容量分漏れ電流であり、I0_TはT相の漏れ電流(I0)であり、I0はR相およびT相の合成漏れ電流(I0)である。

次に、Ｉ０ｒの求めかたについて説明する。まずはI0rを算出するための基準となる電圧相を設定する。R相およびT相の合成漏れ電流I0とこの基準電圧相からの位相差θを使ってＩ０ｒを算出する。また、ここではVrsを基準とするが、どの相を基準としても良い。わかりやすいようVrsを基準としたベクトル図へ図２を240°回転すると図３となる。

まず、Ｉ０ｒ＿Ｒを基準としたＩ０ベクトルを求める。ZCT１１で算出するI0は図４、図５のベクトル成分で構成され、I0と位相差θより次の式が成り立つ。

まず、I0r_Rを基準とした場合は図８を参照してＩ０×sinθとして次の式が成り立つ。

なお、I0r_Rの値を変動しても上記の値(I0sinθ)は変化しない。

次に、I0c_Rを基準とした場合について説明する。

図５を参照して、Ｉ０cosθについて次の式が成り立つ。

なお、I0c_Rの値を変動しても上記の値(I0cosθ)は変化しない。また、各電路の対地間静電容量は平衡したものと考えるため、I0c_T=I0c_Rとすると、式(1),式(2)より、

となり、式(3)をI0c_Rについて解くと、

が得られ、式(4)に式(5)を代入すると、

となり、I0r=I0r_R+I0r_Tなので、

が成り立つ。

以上から、I0とI0-Vrsの位相角θがわかれば、I0rを算出可能である。

次に、図１の回路にVrsと同位相となる既知のI0r_R1（仮想抵抗分漏れ電流）を別に設けた機器２１からＺＣＴ１１に注入したときの、仮想抵抗分漏れ電流注入時の漏電回路２０を図６に示す。ここで、機器２１は仮想漏電追加手段、および、挿入手段として作動する。

なお、ここには、図１で示した右矢印と左矢印も示している。

ここで、I0r_R1注入後のI0をI0_R1とおくと、図７に示すように、I0_R1はI0からI0r_R1分並行してベクトル移動する。

図７をわかりやすいよう前項の図５、６のようにベクトル分解図で表すと、図８となる。図８より、I0、I0_R1、I0r_R1で三角形ができ、それぞれの角度をα、β、γとおく。わかりやすいようI0=a、I0r_R1=b、I0_R1=cとおく。すると図９のようになる。

図９において三角形の余弦定理より、3辺がわかっていれば以下式が成り立つ。

よって、以下により、角度も求めることかできる。

なお、ここで、Acosθはアークコサインのことである。

図８の位相角θを求めれば、下記の原理式（１）を使ってI0rを求めることが可能なため、図８より位相角θを算出する。

次に、具体的な算出方法について説明する。図９において、I0からVrsに平行に線を引いた図が図１０となる。ここで、I0=a、I0r_R1=b、I0_R1=cである。

図１０より、θ＝180°−γ…式(12)でθを求めることができる。

次に、Ｉ０ｒを位相角θを求めることなく計測する方法について説明する。

式(11)を原理式(1)に当てはめると、

となる。

三角形の公式（余角と補角の三角関数）より、

のため、式(13)に式(14),(15)を代入すると、

となる。

ここで、三角形の公式（三角関数の相互関係）により、

が成り立つため、

が成り立つ。
式(18)を式(16)へ代入すると、

式(19)に式(8)を代入すると、

但し、I0=a、I0r_R1=b、I0_R1=cである。

以上から、既知のI0r_R1を注入し、I0とI0_R1を計測することで、位相角θを計測することなくI0rを算出することができる。

以上のように、位相角θを計測することなく、I0rを算出できることから、位相角θを計測する回路が不要になる。また、I0r_R1を注入したI0_R1はI0と同一回路で計測することで、計測回路が共用化できる。

次に、仮想抵抗漏れ電流を注入するＩ０ｒの回路の実施例について説明する。

（１）第１実施例
第１実施例は抵抗接続方式である。具体的な回路例を図１１に示す。図１１を参照して、Ｉ０ｒを注入する機器２１は注入するか否かを切り替えるＳＷ１と抵抗Ｒ６とを含む。ＳＷ１はI0計測時はOFFとし、I0r_R1計測時はONとする。

（２）第２実施例
第２実施例は定電流方式である。具体的な回路例を図１２に示す。図１２を参照して、Ｉ０ｒを注入する機器２１は定電流回路２２を含む。定電流回路２２は電圧と同位相の電流を形成し出力する方式である。

（３）第３実施例
第３実施例は内部回路方式である。具体的な回路例を図１３に示す。図１３を参照して、Ｉ０ｒを注入する機器２１はＲ相とＳ相とからの電圧を測定する電圧測定回路２３と電流を測定する電流測定回路２４とを含む。電圧測定回路２３は、入力回路２３ａと、フィルター回路２３ｂと、フィルター回路２３ｂにパラレルに接続された電圧計測回路２３ｃおよびＩ０ｒ生成回路２３ｄと、Ｉ０ｒ生成回路２３ｄに接続された加算／非加算切替制御回路２３ｅとを含む。電圧計測回路２３ｃからの出力はＣＰＵ２５に入力される。ＣＰＵ２５からの信号はと加算／非加算切替制御回路２３ｅに入力される。なお、ここで、加算／非加算切替制御回路２３ｅは無くてもよい。

一方、電流測定回路２４は、入力回路２４ａと、フィルタ回路２４ｂと、増幅回路２４ｃと、増幅回路２４ｃにパラレルに接続された加算回路２４ｄおよびＬレンジ増幅回路２４ｅと、ＣＰＵ２５から出力され加算回路２４ｅに信号を入力するＨ／Ｌレンジ切替回路２４ｆとを含む。加算／非加算切替制御回路２３ｅの出力は加算回路２４ｄに入力される。加算回路２４ｄおよびＬレンジ増幅回路からの出力はＣＰＵ２５に入力される。

なお、この構成によって、上記したａ（増幅回路２４ｃからの信号），ｂ（加算／非加算切替制御回路２３ｅからの信号），ｃ（加算回路２４ｄからの信号）の全ての変数を求めることができる。

（４）第４実施例
第４実施例はソフト演算方式である。具体的な演算方法を図１７〜図１９に示す。図１７を参照して、電圧のゼロクロス点と周波数を計測する。具体的には１波の時間を計測し、周波数を求める。

図１８に示すように、電圧のゼロクロス点と周波数をベースにソフトで任意の値の疑似波形(Ior_R1)を作り、計測したIoと重ね合わせ、加算演算を行うと、Io_R1ができる。

具体的なソフト処理の例としては、ソフトでAD値ベースで瞬時値を加算することで、合成Io_R1を生成することができる。図１９に、瞬時値をベースに加算したときの３つ波形Ｉ０ｒ＿Ｒ１（疑似波形）と、Ｉ０と、Ｉ０＿Ｒ１（加算波形）とを示す。

上記のように、仮想の漏電を追加するのは、具体的な回路（ハード）に限らず、ソフトウエアの処理も可能である。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示された実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

この発明に係る漏電検出器は、構成が簡単でありながら、精度が高いため、漏電検出器として有利に使用される。

１０Ｒ相、Ｔ相が漏電した場合の回路、１１ＺＣＴ（零相電流センサ）、２０仮想抵抗分漏れ電流注入時の漏電回路、２１機器、２５ＣＰＵ。

Claims

一相が接地された３相３線電路において、零相電流センサを用いて抵抗分漏電電流Ｉ０ｒを求める漏電検出器であって、
仮想の漏電を追加する仮想漏電追加手段と、
前記零相電流センサの計測値と、仮想の漏電を追加したときの前記零相電流センサの計測値と、前記仮想漏電のそれぞれのベクトル演算によって、抵抗分漏電電流Ｉ０ｒを、所定のベクトル演算で求め、
前記ベクトル演算をスカラー演算で表したとき、以下のａ，ｂ，ｃパラメータと式（１）を用いて行う、漏電検出器。

但し、ａ＝前記零相電流センサの計測値、ｂ＝前記仮想漏電、ｃ＝前記仮想の漏電を追加したときの前記零相電流センサの計測値である。
前記ｂのパラメータは所定の挿入手段によって挿入され、
前記挿入手段は抵抗接続回路である、請求項１に記載の漏電検出器。
前記ｂのパラメータは所定の挿入手段によって挿入され、
前記挿入手段は定電流回路である、請求項１に記載の漏電検出器。
一相が接地された３相３線電路において、零相電流センサを用いて抵抗分漏電電流Ｉ０ｒを求める漏電検出器であって、
仮想の漏電を追加する仮想漏電追加手段と、
前記零相電流センサの計測値と、仮想の漏電を追加したときの前記零相電流センサの計測値と、前記仮想漏電のそれぞれのベクトル演算によって、抵抗分漏電電流Ｉ０ｒを、所定のベクトル演算で求め、
前記仮想の漏電を追加する仮想漏電追加手段は、別途準備された内部回路上で、見かけ上の仮想の漏電を追加し、
前記ベクトル演算をスカラー演算で表したとき、以下のａ，ｂ，ｃパラメータと式（１）を用いて行う、漏電検出器。

但し、ａ＝前記零相電流センサの計測値、ｂ＝前記仮想漏電、ｃ＝前記仮想の漏電を追加したときの前記零相電流センサの計測値である。
一相が接地された３相３線電路において、零相電流センサを用いて抵抗分漏電電流Ｉ０ｒを求める漏電検出器であって、
前記零相電流センサの計測値と、
基準電圧のゼロクロス点と、その周波数を計測し、その計測値を元に仮想の漏電を生成する仮想漏電生成手段と、
前記零相電流センサの計測値と前記仮想漏電生成手段で生成した値を合成した値のそれぞれのベクトル演算によって抵抗分漏電電流Ｉ０ｒを所定のベクトル演算で求め、
前記ベクトル演算はベクトル加算のみを行い、
前記ベクトル演算は、以下のａ，ｂ，ｃのパラメータと式（３）を用いて行う、漏電検出器。

但し、ａ＝前記零相電流センサの計測値、ｂ＝前記仮想漏電、ｃ＝前記零相電流センサの計測値と前記仮想漏電生成手段で生成した値を合成した値である。
前記ｂのパラメータは所定の挿入手段によって挿入され、
前記挿入手段はソフトウエアによって準備され、前記ｃはソフトウエアによって合成されることを特徴とする、請求項５に記載の漏電検出器。