JP6328591B2 - 高圧絶縁監視方法および高圧絶縁監視装置 - Google Patents

Description

本発明は、非接地系電路で発生した地絡事故により非接地系電路に接続された構内高圧電路に発生する零相電流を検出することにより、構内高圧電路の絶縁劣化状態について地絡抵抗を計測することで監視する高圧絶縁監視方法および高圧絶縁監視装置に関する。

非接地系電路に接続している高圧電路には、各種の電気設備（例えば、変圧器、進相コンデンサ、計器用変圧器、変流器など）が接続されており、その高圧電路に設置された零相変流器ＺＣＴにより、地絡事故の発生時に構内高圧電路に流れる零相電流を検出することで、構内高圧電路の絶縁劣化状態を監視するようにしている。高圧電路との接続点である受電点から負荷側を構内と称して保護範囲とし、前述の受電点から系統側を構外と称して保護範囲外としているのが一般的である。

このようにして、地絡事故の発生時に構内高圧電路に流れる零相電流を零相変流器ＺＣＴで検出することにより、その地絡事故が構内地絡であるか否かを判定することで、構内高圧電路の絶縁劣化状態を監視するようにしている。従来、構内高圧電路の絶縁劣化状態を監視する手段として、例えば、特許文献１に開示されたものが提案されている。

この特許文献１は、非接地系電路の線路定数を活線状態で計測すると共に、この線路定数から電路の絶縁状態を的確に把握する線路定数計測装置、およびこれによって計測された線路定数に基づいて算出した零相電流から地絡電流を精度よく求めることができる非接地系電路の地絡監視装置を開示したものである。

つまり、特許文献１に開示された線路定数計測装置は、非接地系電路に流れる零相電流を検出する零相電流検出手段と、その非接地系電路の零相電圧を検出する零相電圧検出手段と、電路の一部の電圧を検出して零相分を除いた基準電圧を作成する基準電圧作成手段と、線路定数計測開始時の零相電流と零相電圧を記憶し、検出している零相電圧がこの記憶値から所定値以上変動したとき、検出している零相電流と零相電圧を記憶する電路変化検出手段と、各相の対地アドミタンスのベクトル和を第１の線路定数とし、各相の対地アドミタンスの不平衡分によって流れる零相電流を基準電圧によって表した式における対地アドミタンスを第２の線路定数とするとき電路変化検出手段によって記憶された零相電圧および零相電流に基づき、二元連立ベクトル方程式を解いて、第１の線路定数および第２の線路定数を算出する線路定数演算手段とを備えたものである。

また、特許文献１に開示された地絡監視装置は、前述の線路定数計測装置を有し、この装置によって算出した第１の線路定数と第２の線路定数を用い、零相電流、零相電圧、基準電圧をベクトル量として入力し、所定の演算式に基づくベクトル演算を行って地絡電流を算出する地絡電流演算手段を備えたものである。

特許第２９９２６１５号公報

ところで、特許文献１では、電路に現出した零相電圧を零相電圧検出手段により検出するようにしている。この零相電圧検出手段は、電路にスター接続された３つのコンデンサの中心接続点とアース間に分圧コンデンサを接続し、その分圧コンデンサの両端電圧を変成器を介して取り出す構成のものである。この場合、変成器自体が高価なものであり、また、地絡電流の計測時、変圧器の取り付けおよび取り外しに手間がかかり、その変圧器の取り付けおよび取り外し時には電路を停電させなければならないという改善すべき点が残されていた。

また、構内高圧電路の絶縁劣化状態を監視する手段として、ＪＩＳＣ４６０１，４６０９で規定されているように一般的に普及している地絡継電器（ＧＲ／ＤＧＲ）や、本出願人が先に提案した高圧絶縁監視装置（特開平１１−２７１３８４号公報）がある。

しかしながら、前者の地絡継電器では、零相電流が１００ｍＡ程度以下である構内高圧電路での地絡事故を検出する機能がない。また、後者の高圧絶縁監視装置では、構内高圧電路の各相電圧（対地電圧）の位相を計測する手段を備えていないので、演算により得られた地絡電流が抵抗性地絡、誘導性地絡あるいは容量性地絡のいずれであるかを特定することができない。さらに、この高圧絶縁監視装置では、零相電流が２０ｍＡ以下である微小地絡を検出する機能がない。

そこで、本発明は前述の改善点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、簡易な手段により活線状態で、構内高圧電路の絶縁劣化状態を安価に監視し得る高圧絶縁監視方法および高圧絶縁監視装置を提供することにある。

本発明は、非接地系電路での地絡事故の発生時、非接地系電路に接続された構内高圧電路に設置された電力ケーブルの各相ケーブルのシールド線に流れる零相電流を変流器で検出し、そのシールド線に流れる零相電流に基づいて構内高圧電路の対地電圧を算出する高圧絶縁監視方法および高圧絶縁監視装置である。

前述した目的を達成するための技術的手段として、本発明の高圧絶縁監視方法は、トリプレックス型電力ケーブルの各相ケーブルのシールド線に流れる零相電流の進み９０°位相差を補正し、零相電流の進み９０°位相差の補正により、構内高圧電路の対地電圧を算出することを特徴とする。また、本発明の高圧絶縁監視装置は、トリプレックス型電力ケーブルの各相ケーブルのシールド線に流れる零相電流の進み９０°位相差を補正し、零相電流の進み９０°位相差の補正により、構内高圧電路の対地電圧を算出する演算部を具備したことを特徴とする。

本発明では、地絡事故の発生時に電力ケーブルの各相ケーブルのシールド線に流れる零相電流を変流器で検出する。これにより、簡易な手段により活線状態で、構内高圧電路の絶縁劣化状態について地絡抵抗を計測することで監視する安価な装置を実現できる。また、本発明では、トリプレックス型電力ケーブルの各相ケーブルのシールド線に流れる零相電流の進み９０°位相差を補正し、零相電流の進み９０°位相差の補正により、構内高圧電路の対地電圧を算出する。この対地電圧の監視により、高圧電路の異常を判定することができる。

本発明によれば、地絡事故の発生時に電力ケーブルの各相ケーブルのシールド線に流れる零相電流を変流器で検出することにより、簡易な手段により活線状態で、構内高圧電路の絶縁劣化状態について地絡抵抗を計測することで監視する安価な装置を実現できる。また、本発明によれば、トリプレックス型電力ケーブルの各相ケーブルのシールド線に流れる零相電流の進み９０°位相差を補正し、零相電流の進み９０°位相差の補正により、構内高圧電路の対地電圧を算出することにより、その対地電圧の監視で高圧電路の異常を判定することができる。その結果、特別高圧の受電設備における非接地系電路の地絡監視を実現することができる。

本発明の実施形態で、一線地絡時の構内高圧電路および高圧絶縁監視方法を説明するための図である。 本発明の他の実施形態で、一線地絡時の構内高圧電路および高圧絶縁監視方法を説明するための図である。 電源投入から計測開始時を経て計測開始後に至る零相電流Ｉ₀，Ｉ_0Sを示す波形図である。 本発明の実施形態で、微小地絡時の構内高圧電路および高圧絶縁監視装置を示す構成図である。 本発明の他の実施形態で、微小地絡時の構内高圧電路および高圧絶縁監視装置を示す構成図である。 一線地絡事故の発生時の等価回路図である。 一線地絡事故の発生時のベクトル図である。 抵抗性地絡Ｒｇにおいて、（Ａ）は地絡電流Ｉｇを位相検波した各相地絡電流Ｉｇａ，Ｉｇｂ，Ｉｇｃを示すベクトル図、（Ｂ）は各相地絡電流Ｉｇａ，Ｉｇｂ，Ｉｇｃの大きさを示すグラフである。 誘導性地絡Ｌｇにおいて、（Ａ）は地絡電流ＩｇＬを位相検波した各相地絡電流Ｉｇａ，Ｉｇｂ，Ｉｇｃを示すベクトル図、（Ｂ）は各相地絡電流Ｉｇａ，Ｉｇｂ，Ｉｇｃの大きさを示すグラフである。 容量性地絡Ｃｇにおいて、（Ａ）は地絡電流ＩｇＣを位相検波した各相地絡電流Ｉｇａ，Ｉｇｂ，Ｉｇｃを示すベクトル図、（Ｂ）は各相地絡電流Ｉｇａ，Ｉｇｂ，Ｉｇｃの大きさを示すグラフである。 各相地絡電流Ｉｇａ，Ｉｇｂ，Ｉｇｃおよびその三乗和ΣＩｇ³を示す位相特性図である。 図１１の波形を極座標で表示した特性図である。 各相地絡電流Ｉｇａ，Ｉｇｂ，Ｉｇｃの三乗和ΣＩｇ³を正規化し、その平方根を複数回演算した結果を示す位相特性図である。 図１３の波形を極座標で表示した特性図である。 各相地絡電流Ｉｇａ，Ｉｇｂ，Ｉｇｃの三乗和ΣＩｇ³をオフセットした結果を示す位相特性図である。 図１５の波形を極座標で表示した特性図である。 Ａ相が地絡した場合における地絡継電器および高圧絶縁監視装置の監視感度を比較した図である。

本発明の実施形態を以下に詳述する。以下の実施形態では、非接地系電路での地絡事故の発生時、その非接地系電路に接続された構内高圧電路に流れる零相電流、および電力ケーブル（例えば、ＪＩＳＣ３６０６に規程される高圧架橋ポリエチレンケーブル）のシールド線に流れる零相電流に基づいて、地絡抵抗を計測する高圧絶縁監視方法を説明する。

図１は本発明の一つの実施形態を示し、図２は本発明の他の実施形態を示す。図１および図２に示す６．６ｋＶの非接地系電路（三相回路）では、変電所１１から延びる構内高圧電路１２に設置された電力ケーブル１３に各種の電気設備（例えば、変圧器、進相コンデンサ、計器用変圧器、変流器など）が接続されている。

地絡事故の発生時、構内高圧電路１２に流れる零相電流Ｉ₀、および電力ケーブル１３のシールド線１４に流れる零相電流Ｉ_0Sを検出することにより、構内高圧電路１２の絶縁劣化状態について地絡抵抗を計測することで監視するようにしている。この絶縁監視では、高圧電路１２と電力ケーブル１３の接続点である受電点から負荷側を構内と称して保護範囲とし、受電点から系統側を構外と称して保護範囲外としている。

なお、図１および図２は電力ケーブル１３に接続された構内電気設備のＡ相に一線地絡事故が発生した場合を例示し、その時の地絡電流をＩｇ、地絡抵抗をＲｇとする。図１および図２における符号Ｃ_A1，Ｃ_B1，Ｃ_C1は高圧電路１２と大地との間に存在する構外の対地静電容量であり、符号Ｃ_A2，Ｃ_B2，Ｃ_C2は電力ケーブル１３および各種電気機器と大地との間に存在する構内の対地静電容量である。また、符号Ｉ_A，Ｉ_B，Ｉ_Cは、各相に流れる電流である〔Ｉ_A＝（Ｅａ−Ｖ₀）・ｊωＣ_A2、Ｉ_B＝（Ｅｂ−Ｖ₀）・ｊωＣ_B2、Ｉ_C＝（Ｅｃ−Ｖ₀）・ｊωＣ_C2〕。

図１に示す実施形態では、高圧電路１２に設置された零相変流器ＺＣＴ１５により、地絡事故の発生時に構内高圧電路１２に流れる零相電流Ｉ₀を検出する構成を採用している。一方、図２に示す実施形態では、地絡保護継電器１６が接続された既設の零相変流器ＺＣＴ１５の二次側にクランプ式変流器１７を接続し、このクランプ式変流器１７により、地絡事故の発生時に構内高圧電路１２に流れる零相電流Ｉ₀を検出する構成を採用している。

図２に示す実施形態の場合、既設の零相変流器ＺＣＴ１５の二次側にクランプ式変流器１７を取り付けるだけで簡易に絶縁監視を行うことができる。しかも、電力ケーブル１３に雷サージ等の過電圧が印加されても、その過電圧が高圧絶縁監視装置１９へ直接印加することがないので過電圧に対する保護も確実となって信頼性の向上が図れる。なお、零相変流器ＺＣＴ１５の二次側に接続する変流器としては、クランプ式以外に、例えば、貫通式変流器であってもよい。

この高圧絶縁監視装置１９では、高圧電路１２に設置された零相変流器ＺＣＴ１５（図１参照）、あるいはその零相変流器ＺＣＴ１５の二次側に接続されたクランプ式変流器１７（図２参照）により、地絡事故の発生時に構内高圧電路１２に流れる零相電流Ｉ₀を検出する。また、構内高圧電路１２に設置された電力ケーブル１３のシールド線１４にクランプ式変流器１８を取り付け、そのクランプ式変流器１８により、地絡事故の発生時に電力ケーブル１３のシールド線１４に流れる零相電流Ｉ_0Sを検出する。

このクランプ式変流器１８も、前述のクランプ式変流器１７と同様、電力ケーブル１３のシールド線１４に取り付けるだけで簡易に絶縁監視を行うことができ、しかも、電力ケーブル１３に雷サージ等の過電圧が印加されても、その過電圧が高圧絶縁監視装置１９へ直接印加することがないので過電圧に対する保護も確実となって信頼性の向上が図れる。なお、電力ケーブル１３のシールド線１４に接続する変流器としては、クランプ式以外に、例えば、貫通式変流器であってもよい。

これらクランプ式変流器１７，１８は、磁気回路を構成して電流を検出するリング状部が本体先端に開閉可能に設けられた構造を具備する。クランプ式変流器１７，１８の零相変流器ＺＣＴ１５の二次側および電力ケーブル１３のシールド線１４への装着は、リング状部を手動操作により開いてその内部に地絡保護継電器１６との接続線および電力ケーブル１３のシールド線１４を取り込んだ後に閉じることで、磁気回路を構成するリング状部に接続線および電力ケーブル１３のシールド線１４を貫通させるようにして行われる。このような簡単な操作でその取り付け作業が容易であるので、現場における作業も効率よく実施できてその実用的価値は大きい。

ここで、地絡事故の発生により、構内高圧電路１２に流れる零相電流Ｉ₀および電力ケーブル１３のシールド線１４に流れる零相電流Ｉ_0Sは、電力ケーブル１３に接続された構内電気設備の投入や遮断により変動する。図３は、高圧絶縁監視装置１９の電源投入から計測開始時を経て計測開始後に至って増加する零相電流Ｉ₀，Ｉ_0Sを示す。

電源投入時（図中のＡ点）から零相電流Ｉ₀，Ｉ_0Sが共に高圧絶縁監視装置１９において演算可能な最低レベルＬ（例えば２ｍＡ）に増加するまでを待機モードとし、零相電流Ｉ₀，Ｉ_0Sが共に演算可能な最低レベルＬに達した時点で地絡抵抗Ｒｇを計測開始する。この計測開始時（図中のＢ点）の零相電流Ｉ₀，Ｉ_0Sを零相電流Ｉ₀₁，Ｉ_0S1とし、計測開始後（図中のＣ点）に計測された零相電流Ｉ₀，Ｉ_0Sを現在値として零相電流Ｉ₀₂，Ｉ_0S2とする。

なお、前述した計測開始時の零相電流Ｉ₀₁，Ｉ_0S1は、地絡抵抗Ｒｇを演算するときの基準値の役目を負うので次のように扱う。つまり、最初に計測した零相電流Ｉ₀₁，Ｉ_0S1を標準として固定値とする。また、演算結果の地絡抵抗Ｒｇが無限大に近く構内高圧電路１２に地絡事故がないと判定できる時には、計測された現在値の零相電流Ｉ₀₂，Ｉ_0S2を零相電流Ｉ₀₁，Ｉ_0S1として自動または手動により更新する。この更新は、外部からの通信指令や、外部からの直接入力手段によって行われる。

高圧絶縁監視装置１９では、零相電流Ｉ₀，Ｉ_0Sが共に演算可能な最低レベルＬに達した時点、つまり、計測開始により、待機モードから暫定モードへ移行する。この暫定モードでは、零相電流Ｉ₀の変動分ΔＩ₀（＝Ｉ₀₂−Ｉ₀₁）が０に近似する区間である（Ｉ₀₂≒Ｉ₀₁）。さらに、その変動分ΔＩ₀（＝Ｉ₀₂−Ｉ₀₁）が０よりも大きくなると、暫定モードから確定モードへ移行する。この待機モードから暫定モードへの移行、および暫定モードから確定モードへの移行は、高圧絶縁監視装置１９の判定部２０で行われる。なお、零相電流Ｉ₀の変動分ΔＩ₀が０に近似する場合と、零相電流Ｉ₀の変動分ΔＩ₀が０よりも大きくなる場合との境界値は、高圧絶縁監視装置１９の計測および演算性能に依存するものである。

ここで、電力ケーブル１３のシールド線１４に流れる零相電流Ｉ_0Sは、地絡事故の発生で高圧電路１２に現出した零相電圧Ｖ₀でもって、電力ケーブル１３の芯線と大地間の対地静電容量Ｃ_0S＝Ｃ_AS＋Ｃ_BS＋Ｃ_CS（図示せず）により流れる電流である〔Ｉ_0S＝ω・Ｃ_0S・Ｖ₀、ただし、ω＝２π・電源周波数（Ｈｚ）〕。この電力ケーブル１３の芯線と大地間の各相の対地静電容量Ｃ_AS，Ｃ_BS，Ｃ_CSは、電力ケーブル１３の太さ、長さおよび製造メーカ等の仕様により異なる。この対地静電容量Ｃ_AS，Ｃ_BS，Ｃ_CSとしては、ＪＩＳＣ３６０６または前述の仕様に示された値を使用し、構内電気設備の敷設記録による情報を基にして電力ケーブル１３の仕様を高圧絶縁監視装置１９に手動または自動で設定する。

手動設定方法としては、外部に設けた設定器（またはパソコン）と高圧絶縁監視装置１９との通信手段により、電力ケーブル１３の対地静電容量Ｃ_AS，Ｃ_BS，Ｃ_CSまたは仕様を各相（Ａ相，Ｂ相，Ｃ相）ごとに入力する方法や、高圧絶縁監視装置１９の内部に設定回路を設けてダイヤルスイッチにより、電力ケーブル１３の対地静電容量Ｃ_AS，Ｃ_BS，Ｃ_CSまたは仕様を各相ごとに入力する方法がある。

この方法を採用した場合、電力ケーブル１３の構内対地間インピーダンスＺ_0Sは、各相の対地静電容量Ｃ_AS，Ｃ_BS，Ｃ_CSと電源周波数の角速度ωを乗算したものの逆数の和になる〔Ｚ_0S＝（１／ωＣ_AS＋１／ωＣ_BS＋１／ωＣ_CS）〕。この構内対地間インピーダンスＺ_0Sの逆数である電力ケーブル１３の構内対地間アドミタンスＹ_0S（以下、単に構内対地間アドミタンスＹ_0Sと称す）は、Ｙ_0S＝１／（１／ωＣ_AS＋１／ωＣ_BS＋１／ωＣ_CS）として、構内高圧電路１２の健全時および地絡時の構内対地間アドミタンスＹ（以下、単に構内対地間アドミタンスＹと称す）を算出するための演算処理に供される。

自動設定方法としては、図３に示す確定モードにおいて、構内対地間アドミタンスＹを演算部２３で算出することにより、その構内対地間アドミタンスＹの虚数部ｊＹｉが求められる。従って、この構内対地間アドミタンスＹの虚数部ｊＹｉのスカラ量｜Ｙｉ｜と構内対地間アドミタンスＹ_0Sのスカラ量｜Ｙ_0S｜は、零相電流Ｉ₀の変動分ΔＩ₀と零相電流Ｉ_0Sの変動分ΔＩ_0Sの比に比例する。つまり、構内対地間アドミタンスＹ_0Sのスカラ量は、｜Ｙ_0S｜＝（ΔＩ_0S／ΔＩ₀）・｜Ｙｉ｜の式で求められ、構内対地間アドミタンスＹを算出するための演算処理に供される。なお、構内対地間アドミタンスＹの虚数部（｜Ｙｉ｜＝｜ωＣ｜）を電源周波数の角速度ω（＝２π×電源周波数）で除算すると構内の対地静電容量Ｃ（三相あたり）となる。

地絡事故の発生時に構内高圧電路１２に流れる零相電流Ｉ₀には、構内対地間アドミタンスＹの不平衡の影響を受けた零相電流Ｉｆが含まれる〔Ｉｆ＝ｊω（Ｃ_A2・Ｅａ＋Ｃ_B2・Ｅｂ＋Ｃ_C2・Ｅｃ）〕。この構内対地間アドミタンスＹの不平衡による零相電流Ｉｆは、零相電圧Ｖ₀の項がないので零相電圧Ｖ₀の変動による影響を受けない。また、送電側の各相電圧（＝Ｅａ，Ｅｂ，Ｅｃ）が平衡三相電圧であるので影響を受けない。この零相電流Ｉｆが変動の影響を受けるのは、構内の対地静電容量Ｃ_A2，Ｃ_B2，Ｃ_C2の不平衡である。従って、構内対地間アドミタンスＹの不平衡による零相電流Ｉｆは、通常１０ｍＡ以下で計測される。

また、電力ケーブル１３のシールド線１４に流れる零相電流Ｉ_0Sには、構内対地間アドミタンスＹ_0Sの不平衡の影響を受けた零相電流Ｉｆ_0Sが含まれる。この零相電流Ｉｆ_0Sが変動の影響を受けるのは、電力ケーブル１３の対地静電容量であるが、その電力ケーブル１３の対地静電容量は各相で等しいので（Ｃ_AS＝Ｃ_BS＝Ｃ_CS）、零相電流Ｉｆ_0Sは、通常、０ｍＡとして計測される。

高圧絶縁監視装置１９では、構内高圧電路１２に設置された零相変流器ＺＣＴ１５あるいはその二次側に接続されたクランプ式変流器１７により検出された零相電流Ｉ₀と、電力ケーブル１３のシールド線１４に取り付けられたクランプ式変流器１８により検出された零相電流Ｉ_0Sと、電力ケーブル１３の芯線と大地間の対地静電容量Ｃ_AS，Ｃ_BS，Ｃ_CSを電力ケーブル１３の太さ、長さおよび製造メーカ等の仕様により手動設定または自動設定することで得られた対地間アドミタンスＹ_0Sと、構内対地間アドミタンスＹの不平衡による零相電流Ｉｆとに基づいて、以下の要領でもって地絡抵抗Ｒｇを計測する。

まず、図１に示す符号Ｉ_A，Ｉ_B，Ｉ_C，Ｉｇは、Ｉ_A＝（Ｅａ−Ｖ₀）・ｊωＣ_A2、Ｉ_B＝（Ｅｂ−Ｖ₀）・ｊωＣ_B2、Ｉ_C＝（Ｅｃ−Ｖ₀）・ｊωＣ_C2、Ｉｇ＝（Ｅａ−Ｖ₀）／Ｒｇで表される。また、構内高圧電路１２に設置された零相変流器ＺＣＴ１５あるいはその二次側に接続されたクランプ式変流器１７により検出される零相電流Ｉ₀は、Ｉ₀＝Ｉ_A＋Ｉ_B＋Ｉ_C＋Ｉｇとなる。

従って、その零相電流Ｉ₀は、Ｉ₀＝Ｉｇ−ｊω（Ｃ_A2＋Ｃ_B2＋Ｃ_C2）・Ｖ₀＋ｊω（Ｅａ・Ｃ_A2＋Ｅｂ・Ｃ_B2＋Ｅｃ・Ｃ_C2）で表される。ここで、Ｙ＝ｊω（Ｃ_A2＋Ｃ_B2＋Ｃ_C2）、Ｉｆ＝ｊω（Ｅａ・Ｃ_A2＋Ｅｂ・Ｃ_B2＋Ｅｃ・Ｃ_C2）であることから、零相電流Ｉ₀は、Ｉ₀＝Ｉｇ−Ｙ・Ｖ₀＋Ｉｆで表される。

地絡電流Ｉｇは、Ｉｇ＝Ｉ₀−（−Ｙ・Ｖ₀＋Ｉｆ）で表される。また、監視当初は構内電気設備の対地間絶縁が良好で地絡電流が流れないので（Ｉｇ＝０）、零相電流Ｉ₀は、Ｉ₀＝−Ｙ・Ｖ₀＋Ｉｆとなる。さらに、構内対地間アドミタンスＹの不平衡による零相電流Ｉｆは、Ｉｆ＝Ｉ₀−（−Ｙ・Ｖ₀）となる。零相電圧Ｖ₀を計測しないので、Ｖ₀＝Ｉ_0S／Ｙ_0Sを用いると、Ｉｆ＝Ｉ₀−｛−Ｙ・（Ｉ_0S／Ｙ_0S）｝＝Ｉ₀−｛−（Ｙ／Ｙ_0S）・Ｉ_0S｝となる。

図３に示す待機モードでは、零相電流Ｉ₀₁，Ｉ_0S1の値が演算可能な最低レベルＬに達していないので絶縁監視はできない。次の暫定モードに移行した時は、零相電流Ｉ₀₁，Ｉ_0S1の値が演算可能な最低レベルＬに達した時点でこれらを基準値とする。ここで、零相電流Ｉ_0S1の値を基準値とするのは、電力ケーブル１３には、絶縁体（架橋ポリエチレン）の特性上、絶縁破壊（電力ケーブル１３の絶縁体である架橋ポリエチレンに起きる水トリー現象等による絶縁体間の橋絡現象）に至る直前まで電力ケーブル１３の内部劣化による地絡電流はほとんど流れないからである。また、電力ケーブル１３における三相の電線は同じサイズの同軸構造となっており同じ長さを有する構造であることから、構内対地間アドミタンスＹの不平衡による零相電流Ｉｆが流れることもない。

なお、電力ケーブル１３が絶縁破壊に至った場合には、その電力ケーブル１３に大電流が流れるが、その電力ケーブル１３の絶縁破壊状態は、絶縁監視の対象外である。また、基準値とする零相電流Ｉ₀₁については、監視当初で電気機器に地絡事故が生じていない状態（地絡電流Ｉｇ＝０）を想定している。これ以後の計測値は、零相電流Ｉ₀₂，Ｉ_0S2の値として、暫定モードでの地絡電流Ｉｇおよび地絡抵抗Ｒｇの算出に供される。以下、基本式に基づく確定モードを暫定モードよりも先に説明する。

高圧絶縁監視装置１９における確定モードでは、零相電流Ｉ₀の変動分ΔＩ₀（＝Ｉ₀₂−Ｉ₀₁）が０よりも大きいことから（Ｉ₀₂≠Ｉ₀₁）、その変動分ΔＩ₀を高圧絶縁監視装置１９で演算することが容易である。そこで、この確定モードにおいて、高圧絶縁監視装置１９では、まず、演算部２３により、零相変流器ＺＣＴ１５あるいはクランプ式変流器１７により検出された零相電流Ｉ₀と、クランプ式変流器１８により検出された零相電流Ｉ_0Sとを基準にして構内対地間アドミタンスＹを以下の関係式でもって算出する。

この確定モードでは、前述の式Ｉ₀＝−Ｙ・Ｖ₀＋Ｉｆを用いると、零相電流Ｉ₀₁は、Ｉ₀₁＝−Ｙ・Ｖ₀₁＋Ｉｆとなり、また、零相電流Ｉ₀₂は、Ｉ₀₂＝−Ｙ・Ｖ₀₂＋Ｉｆとなる。現在値の零相電流Ｉ₀₂と計測開始時の零相電流Ｉ₀₁との差分Ｉ₀₂−Ｉ₀₁＝−Ｙ（Ｖ₀₂−Ｖ₀₁）を算出することで、構内対地間アドミタンスＹを演算部２３で算出する〔−Ｙ＝（Ｉ₀₂−Ｉ₀₁）／（Ｖ₀₂−Ｖ₀₁）〕。

ここで、零相電圧Ｖ₀₁，Ｖ₀₂は計測していないので、その代わりに、クランプ式変流器１８により検出された電力ケーブル１３のシールド線１４の零相電流Ｉ_0S1，Ｉ_0S2を演算処理に供する。つまり、これら零相電流Ｉ_0S1，Ｉ_0S2は、この零相電圧Ｖ₀₁，Ｖ₀₂と構内対地間アドミタンスＹ_0Sを乗算したもの（Ｖ₀₁＝Ｉ_0S1／Ｙ_0S，Ｖ₀₂＝Ｉ_0S2／Ｙ_0S）であることから、−Ｙ＝（Ｉ₀₂−Ｉ₀₁）／（Ｖ₀₂−Ｖ₀₁）は、−Ｙ＝（Ｉ₀₂−Ｉ₀₁）／｛（Ｉ_0S2／Ｙ_0S）−（Ｉ_0S1／Ｙ_0S）｝＝（Ｉ₀₂−Ｉ₀₁）／｛（Ｉ_0S2−Ｉ_0S1）／Ｙ_0S）｝＝｛（Ｉ₀₂−Ｉ₀₁）／（Ｉ_0S2−Ｉ_0S1）｝・Ｙ_0Sとなる。

ここで、零相電流Ｉ₀の変動分（Ｉ₀₂−Ｉ₀₁）をΔＩ₀、零相電流Ｉ_0Sの変動分（Ｉ_0S2−Ｉ_0S1）をΔＩ_0Sとすると、−Ｙ＝（ΔＩ₀／ΔＩ_0S）・Ｙ_0Sとなり、この関係式から構内対地間アドミタンスＹが求まる。このように、電力ケーブル１３のシールド線１４に流れる零相電流Ｉ_0Sを基準値として構内高圧電路１２に流れる零相電流Ｉ₀から構内対地間アドミタンスＹが求められる。つまり、零相電流Ｉ₀の変動分ΔＩ₀と零相電流Ｉ_0Sの変動分ΔＩ_0Sの比（ΔＩ₀／ΔＩ_0S）に構内対地間アドミタンスＹ_0Sを乗算することにより、構内対地間アドミタンスＹが求められる。

この構内対地間アドミタンスＹを複素数計算すると、−Ｙ＝Ｙｒ＋ｊＹｉから、実数部Ｙｒと虚数部Ｙｉが求まる。−Ｙ＝（ΔＩ₀／ΔＩ_0S）・Ｙ_0Sの分子の項に対地間の地絡電流Ｉｇが含まれる時は、構内対地間アドミタンスＹの実数部Ｙｒの逆数１／Ｙｒを演算部２４で算出することにより、地絡抵抗Ｒｇを確定的に計測することができる〔Ｒｇ＝１／Ｙｒ〕。

また、前述した式Ｉ₀＝Ｉｇ−Ｙ・Ｖ₀＋Ｉｆを用いることにより、零相電流Ｉ₀₂から地絡電流Ｉｇを求める。この時は、構内対地間アドミタンスＹの不平衡による零相電流Ｉｆが不明であるので、地絡抵抗Ｒｇが無限大に近い値の時に零相電流Ｉ₀から構内対地間アドミタンスＹと零相電圧Ｖ₀を乗算したものをベクトル減算して求めて確定する（Ｉｆ＝Ｉ₀＋Ｙ・Ｖ₀）。

監視当初は地絡電流Ｉｇが流れないので（Ｉｇ＝０）、現在値の零相電流Ｉ₀₂から、地絡電流Ｉｇは、Ｉｇ＝Ｉ₀₂−（Ｉｆ−Ｙ・Ｖ₀₂）で表され、零相電圧Ｖ₀₂は計測していないことから、Ｖ₀₂＝Ｉ_0S2／Ｙ_0Sを用いると、Ｉｇ＝Ｉ₀₂−｛Iｆ−Ｙ・（Ｉ_0S2／Ｙ_0S）｝＝Ｉ₀₂−｛Iｆ−（Ｙ／Ｙ_0S）・Ｉ_0S2｝となり、地絡電流Ｉｇが得られる。

この地絡検出時に地絡抵抗が大きい時（Ｒｇ＞約１０ｋΩ）は、実数部｜Ｙｒ｜≪虚数部｜Ｙｉ｜となる。従って、相電圧Ｅａ，Ｅｂ，Ｅｃと対地電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃとはほぼ等しい。相電圧＝線間電圧／√３＝６６００Ｖ／√３＝３８１０Ｖであることから、この相電圧Ｅａ，Ｅｂ，Ｅｃとほぼ等しい対地電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃを用いて地絡抵抗Ｒｇが次の式で求められる。つまり、地絡抵抗Ｒｇ＝対地電圧／地絡電流＝３８１０Ｖ／Ｉｇとなる。

本出願人は、模擬電気室（一線地絡電流＝７．８９Ａ）を用いて以下の試験条件で地絡実験（確定モード）を行った。

・電力ケーブル：公称断面積２２ｍｍ²、長さ２０ｍ＝０．０１６２［μＦ］（１相当たり）電源周波数６０Ｈｚ
・地絡抵抗Ｒｇ：１０００［ｋΩ］
・構内の対地静電容量Ｃ：０．２［μＦ］
・残留電圧：約１００［Ｖ］

［計算値］
Ｙ_0S＝１／（１／ωＣ）＝ωＣ＝６．１０７×１０^-6∠９０［Ｓ］
Ｙ＝｛（３５．３×１０^-3∠２９３．２−２４．３×１０^-3∠２９３．２）｝／｛（０．６９６×１０^-3∠２９１．７−０．４６５×１０^-3∠２９１．１）｝×６．１０７×１０^-6∠９０
−Ｙ＝−１．０３１×１０^-6＋ｊ０．２１５５×１０^-3
Ｒｇ＝１／Ｙｒ＝１／１．０３１×１０^-6＝９７０．１［ｋΩ］
Ｃ＝Ｙｉ／３ω＝０．２１５５×１０^-3／１１３０．９７＝０．１９０５［μＦ］

以上のように、確定モードにおける計算結果として得られた地絡抵抗Ｒｇ（９７０．１［ｋΩ］）は、実際の地絡抵抗Ｒｇ（１０００［ｋΩ］）に近似することから、地絡抵抗Ｒｇを精度よく検出できることが判明した。また、構内の対地静電容量についても、計算結果として得られた構内の対地静電容量Ｃ（０．１９０５［μＦ］）は、実際の構内の対地静電容量（０．２［μＦ］）に近似することが判明した。

なお、前述した確定モードにおいて、計測開始時の零相電流Ｉ₀₁と、計測開始後の零相電流Ｉ₀₂とが等しくなった時には、零相電流Ｉ₀の変動分ΔＩ₀（＝Ｉ₀₂−Ｉ₀₁）〔−Ｙ＝（ΔＩ₀／ΔＩ_0S）・Ｙ_0Sの分子〕が０なので、構内対地間アドミタンスＹが０となる。その結果、構内対地間アドミタンスＹの実数部Ｙｒの逆数１／Ｙｒが無限大となることから、地絡抵抗（Ｒｇ＝∞）がなく健全であると判定する。

一方、計測開始時の零相電流Ｉ_0S1と、計測開始後の零相電流Ｉ_0S2とが等しくなった時には、零相電流Ｉ_0Sの変動分ΔＩ_0S〔−Ｙ＝（ΔＩ₀／ΔＩ_0S）・Ｙ_0Sの分母〕が０となるので、構内対地間アドミタンスＹが無限大となる。その結果、構内対地間アドミタンスＹの実数部Ｙｒの逆数１／Ｙｒが０となることから、地絡抵抗（Ｒｇ＝０）がなるので、この場合、地絡抵抗Ｒｇの演算を行わないか、あるいは、暫定モードで地絡抵抗Ｒｇの演算を行う。

次に、高圧絶縁監視装置１９における暫定モードでは、待機モードで計測した零相電流Ｉ₀，Ｉ_0Sの計測値が有効となり、この２つの計測値を基準である零相電流Ｉ₀₁，Ｉ_0S1とし、現在値としての零相電流Ｉ₀₂の計測値と零相電流Ｉ_0S2の計測値が得られた時に暫定モードとなる。暫定モードに入った直後は、零相電流Ｉ₀₁と零相電流Ｉ₀₂、零相電流Ｉ_0S1と零相電流Ｉ_0S2は近似している。従って、−Ｙ＝（ΔＩ₀／ΔＩ_0S）・Ｙ_0Sの変動分ΔＩ₀が０に近似する状態になるので、構内対地間アドミタンスＹが正確に計算できない。

そこで、この暫定モードにおいて、高圧絶縁監視装置１９では、まず、演算部２１により、零相変流器ＺＣＴ１５あるいはクランプ式変流器１７により検出された零相電流Ｉ₀と、クランプ式変流器１８により検出された零相電流Ｉ_0Sとに基づいて構内対地間アドミタンスＹを以下の関係式でもって算出する。

なお、この暫定モードでは、零相電流Ｉ_0Sを基準にした時に、零相電流Ｉ₀が＋９０°≦Ｉ₀≦−９０°（構内地絡相当の位相）になる場合が通常であるが、零相電流Ｉ₀が小さい場合や雷サージによる乱れた波形では、その零相電流Ｉ₀が−９０°≦Ｉ₀≦＋９０°（構外地絡相当の位相）になる場合もある。そのため、暫定モードでは、構内対地間アドミタンスＹの算出を、零相電流Ｉ₀が＋９０°≦Ｉ₀≦−９０°の場合と、零相電流Ｉ₀が−９０°≦Ｉ₀≦＋９０°の場合とに分けて以下に説明する。

［構内地絡相当の位相］
零相電流Ｉ_0S1を基準にした時に、零相電流Ｉ₀₂が＋９０°≦Ｉ₀≦−９０°になる場合、ΔＩ₀≒０、ΔＩ_0S≒０の状態では、−Ｙ＝（Ｉ₀₂−Ｉ₀₁）／（Ｖ₀₂−Ｖ₀₁）の演算により、構内対地間アドミタンスＹを求めることができない。この時は、構内対地間アドミタンスＹの不平衡による零相電流Ｉｆが不明であるので、零相電流Ｉ_0Sの位相を基準として計測された零相電流Ｉ₀（複素数）の虚数部（＝Ｉ₀image）を零相電流Ｉｆの虚数部（＝Ｉｆimage）に代入する。零相電流Ｉｆの実数部（＝Ｉｆreal）は、０[ｍＡ]にして演算処理に使用する。従って、Ｉ₀＝−Ｙ・Ｖ₀＋Ｉｆに現在値として測定された零相電流Ｉ₀₂，Ｉ_0S2を適用する。なお、計測直後なので地絡電流Ｉｇは観測されない。

零相電流Ｉ₀₂は、Ｉ₀₂＝−Ｙ・Ｖ₀₂＋Ｉｆとなり、この式から、構内対地間アドミタンスＹは、−Ｙ＝（Ｉ₀₂−Ｉｆ）／Ｖ₀₂で表される。ここで、零相電圧Ｖ₀₂は計測していないので、Ｖ₀₂＝Ｉ_0S2／Ｙ_0Sを用いると、−Ｙ＝（Ｉ₀₂−Ｉｆ）／（Ｉ_0S2／Ｙ_0S）＝｛（Ｉ₀₂−Ｉｆ）／Ｉ_0S2｝・Ｙ_0Sとなり、この関係式から構内対地間アドミタンスＹが求まる。

この構内対地間アドミタンスＹを複素数計算すると、−Ｙ＝Ｙｒ＋ｊＹｉから、実数部Ｙｒと虚数部Ｙｉが求まる。−Ｙ＝｛（Ｉ₀₂−Ｉｆ）／Ｉ_0S2｝・Ｙ_0Sの分子の項に対地間の地絡電流Ｉｇが含まれる時は、構内対地間アドミタンスＹの実数部Ｙｒの逆数１／Ｙｒを演算部２４で算出することにより、地絡抵抗Ｒｇを暫定的に計測することができる〔Ｒｇ＝１／Ｙｒ〕。

また、前述した式Ｉ₀＝Ｉｇ−Ｙ・Ｖ₀＋Ｉｆを用いることにより、零相電流Ｉ₀₂から地絡電流Ｉｇを求める。つまり、地絡電流Ｉｇは、Ｉｇ＝Ｉ₀₂−（Ｉｆ−Ｙ・Ｖ₀₂）で表され、零相電圧Ｖ₀₂は計測していないので、Ｖ₀₂＝Ｉ_0S2／Ｙ_0Sを用いると、Ｉｇ＝Ｉ₀₂−｛Iｆ−Ｙ・（Ｉ_0S2／Ｙ_0S）｝＝Ｉ₀₂−｛Iｆ−（Ｙ／Ｙ_0S）・Ｉ_0S2｝となり、地絡電流Ｉｇが得られる。

この地絡検出時に地絡抵抗が大きい時（Ｒｇ＞約１０ｋΩ）は、実数部｜Ｙｒ｜≪虚数部｜Ｙｉ｜となる。従って、相電圧Ｅａ，Ｅｂ，Ｅｃと対地電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃとはほぼ等しい。相電圧＝線間電圧／√３＝６６００Ｖ／√３＝３８１０Ｖであることから、この相電圧Ｅａ，Ｅｂ，Ｅｃとほぼ等しい対地電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃを用いて地絡抵抗Ｒｇが次の式で求められる。つまり、地絡抵抗Ｒｇ＝対地電圧／地絡電流＝３８１０Ｖ／Ｉｇとなる。

［構外地絡相当の位相］
零相電流Ｉ_0S1を基準にした時、零相電流Ｉ₀₂が−９０°≦Ｉ₀≦＋９０°になる場合は、零相電流Ｉ₀が小さい場合や雷サージによる乱れた状態である。この時は、構内対地間アドミタンスＹの不平衡による零相電流Ｉｆが不明であるので、零相電流Ｉ_0Sの位相を基準として計測された零相電流Ｉ₀₁を零相電流Ｉｆに相当するものとして用いる〔Ｉｆ＝Ｉ₀₁〕。

零相電流Ｉ₀₂は、Ｉ₀₂＝−Ｙ・Ｖ₀₂＋Ｉ₀₁となり、この式から、構内対地間アドミタンスＹは、−Ｙ＝（Ｉ₀₂−Ｉ₀₁）／Ｖ₀₂で表される。ここで、零相電圧Ｖ₀₂は計測していないので、Ｖ₀₂＝Ｉ_0S2／Ｙ_0Sを用いると、−Ｙ＝（Ｉ₀₂−Ｉ₀₁）／（Ｉ_0S2／Ｙ_0S）＝｛（Ｉ₀₂−Ｉ₀₁）／Ｉ_0S2｝・Ｙ_0Sとなり、この関係式から構内対地間アドミタンスＹが求まる。

この構内対地間アドミタンスＹを複素数計算すると、−Ｙ＝Ｙｒ＋ｊＹｉから、実数部Ｙｒと虚数部Ｙｉが求まる。−Ｙ＝｛（Ｉ₀₂−Ｉ₀₁）／Ｉ_0S2｝・Ｙ_0Sの分子の項に対地間の地絡電流Ｉｇが含まれる時は、構内対地間アドミタンスＹの実数部Ｙｒの逆数１／Ｙｒを演算部２４で算出することにより、地絡抵抗Ｒｇを暫定的に計測することができる〔Ｒｇ＝１／Ｙｒ〕。

また、前述した式Ｉ₀₂＝Ｉｇ−Ｙ・Ｖ₀₂＋Ｉ₀₁を用いることにより、零相電流Ｉ₀₂から地絡電流Ｉｇを求める。つまり、地絡電流Ｉｇは、Ｉｇ＝Ｉ₀₂−（Ｉ₀₁−Ｙ・Ｖ₀₂）で表され、零相電圧Ｖ₀₂は計測していないので、Ｖ₀₂＝Ｉ_0S2／Ｙ_0Sを用いると、Ｉｇ＝Ｉ₀₂−｛I₀₁−Ｙ・（Ｉ_0S2／Ｙ_0S）｝＝Ｉ₀₂−｛I₀₁−（Ｙ／Ｙ_0S）・Ｉ_0S2｝となり、地絡電流Ｉｇが得られる。

この地絡検出時に地絡抵抗が大きい時（Ｒｇ＞約１０ｋΩ）は、実数部｜Ｙｒ｜≪虚数部｜Ｙｉ｜となる。従って、相電圧Ｅａ，Ｅｂ，Ｅｃと対地電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃとはほぼ等しい。相電圧＝線間電圧／√３＝６６００Ｖ／√３＝３８１０Ｖであることから、この相電圧Ｅａ，Ｅｂ，Ｅｃとほぼ等しい対地電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃを用いて地絡抵抗Ｒｇが次の式で求められる。つまり、地絡抵抗Ｒｇ＝対地電圧／地絡電流＝３８１０Ｖ／Ｉｇとなる。

本出願人は、模擬電気室（一線地絡電流＝７．８９Ａ）を用いて以下の試験条件で地絡実験（暫定モード）を行った。

・電力ケーブル：公称断面積２２ｍｍ²、長さ２０ｍ＝０．０１６２［μＦ］（１相当たり）電源周波数６０Ｈｚ
・地絡抵抗Ｒｇ：１０００［ｋΩ］
・構内の対地静電容量Ｃ：０．２［μＦ］
・残留電圧：約１００［Ｖ］

［計算値］
Ｙ_0S＝１／（１／ωＣ）＝ωＣ＝６．１０７×１０^-6∠９０［Ｓ］
Ｙ＝｛（Ｉ₀₂−Ｉｆ）／Ｉ_0S2｝×Ｙ_0S
＝｛（２４．３×１０^-3∠２９３．２−０．４６０×１０^-3∠１８０．０）｝／（０．６９６×１０^-3∠２９１．７）×６．１０７×１０^-6∠９０
−Ｙ＝−６．９１０×１０^-6＋ｊ０．１５８９×１０^-3
Ｒｇ＝１／Ｙｒ＝１／６．９１０×１０^-6＝１４４．７［ｋΩ］
Ｃ＝Ｙｉ／３ω＝０．１５８９×１０^-3／１１３０．９７＝０．１４０［μＦ］

以上のように、暫定モードにおける計算結果として得られた地絡抵抗Ｒｇ（１４４．７［ｋΩ］）は、実際の地絡抵抗Ｒｇ（１０００［ｋΩ］）よりも小さい値となって地絡抵抗Ｒｇの精度が低いが、暫定モードであっても地絡事故の有無を監視できることが判明した。また、構内の対地静電容量については、計算結果として得られた構内の対地静電容量Ｃ（０．１４０［μＦ］）は、実際の構内の対地静電容量（０．２［μＦ］）に近似することが判明した。

以上のようにして、地絡事故の発生時に電力ケーブル１３のシールド線１４に流れる零相電流Ｉ_0Sをクランプ式変流器１８で検出することにより、簡易な手段により活線状態で、構内高圧電路１２の絶縁劣化状態について地絡抵抗Ｒｇを計測することで監視する安価な装置を実現できる。

また、計測開始時に零相電流Ｉ₀の変動分ΔＩ₀が０に近似する場合、構内対地間アドミタンスＹを−Ｙ＝｛（Ｉ₀₂−Ｉｆ）／Ｉ_0S2｝・Ｙ_0Sあるいは−Ｙ＝｛（Ｉ₀₂−Ｉ₀₁）／Ｉ_0S2｝・Ｙ_0Sの関係式でもって算出することにより、構内対地間アドミタンスＹの実数部Ｙｒの逆数１／Ｙｒを暫定モードでの地絡抵抗Ｒｇとして計測することができる。このようにして、暫定モードでの地絡抵抗Ｒｇを計測することで、計測開始時における構内高圧電路１２の絶縁劣化状態を的確に判定することができる。

さらに、計測開始後に零相電流Ｉ₀の変動分ΔＩ₀が０よりも大きくなった場合、構内対地間アドミタンスＹを−Ｙ＝（ΔＩ₀／ΔＩ_0S）・Ｙ_0Sの関係式でもって算出することにより、構内対地間アドミタンスＹの実数部Ｙｒの逆数１／Ｙｒを確定モードでの地絡抵抗Ｒｇとして計測することができる。このようにして、確定モードでの地絡抵抗Ｒｇを計測することで、計測開始後における構内高圧電路１２の絶縁劣化状態を的確に判定することができる。

以上で説明した地絡電流Ｉｇは、電力ケーブル１３に接続された構内電気設備の投入などにより増加することがある。このような地絡電流Ｉｇの増加が発生すると、地絡事故の誤検出となる。一方、抵抗性地絡電流Ｉｇｒは、電力ケーブル１３に接続された構内電気設備の投入などにより増加することがない。そこで、この抵抗性地絡電流Ｉｇｒに基づいて地絡抵抗Ｒｇを計測することにより、地絡事故を正確に検出することができる。また、地絡事故が微小地絡（例えば、２０ｍＡ以下）の場合、抵抗性地絡電流Ｉｇｒに基づいて地絡抵抗Ｒｇを計測する必要があることも判明した。

この抵抗性地絡電流Ｉｇｒは、図４および図５に示す高圧絶縁監視装置２５により、以下の要領でもって算出される。なお、図４および図５において、図１および図２と同一部分には同一参照符号を付して重複説明は省略する。図４は、高圧電路１２に設置された零相変流器ＺＣＴ１５により、地絡事故の発生時に構内高圧電路１２に流れる零相電流Ｉ₀を検出する構成を例示する（図１参照）。図５は、地絡保護継電器１６が接続された既設の零相変流器ＺＣＴ１５の二次側にクランプ式変流器１７を接続し、このクランプ式変流器１７により、地絡事故の発生時に構内高圧電路１２に流れる零相電流Ｉ₀を検出する構成を例示する（図２参照）。

構内高圧電路１２の構内電気設備で発生した地絡電流Ｉｇから抵抗性地絡電流Ｉｇｒを計測する機能を追加するためには、構内高圧電路１２の対地電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃの基準位相を特定する必要がある。構内高圧電路１２の対地電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃの基準位相を特定するために、電力供給側の変電所では接地形計器用変圧器（ＥＶＴ）を使用する。しかしながら、高圧受電設備規程（ＪＥＡＣ８０１１−２００８）では、自家用構内電気設備で接地形計器用変圧器（ＥＶＴ）を使用することが認められていない。

そこで、図４および図５に示す構内高圧電路１２の自家用構内電気設備では、接地用計器用変圧器（ＥＶＴ）を使用せず、対地電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃの基準位相を特定するために、トリプレックス型電力ケーブル（ＣＶＴケーブル）１３のシールド線１４に流れる零相電流Ｉ_0Sを利用する。この電力ケーブル１３は、３本の単相ケーブル１３ａ，１３ｂ，１３ｃが撚り合わさった構造を有する。図４および図５の高圧絶縁監視装置２５では、電力ケーブル１３の各相ケーブル１３ａ，１３ｂ，１３ｃのシールド線１４ａ，１４ｂ，１４ｃに流れる零相電流Ｉ_0SA，Ｉ_0SB，Ｉ_0SCを、クランプ式変流器１８ａ，１８ｂ，１８ｃでもって検出する構成を例示する。

なお、各相ケーブル１３ａ，１３ｂ，１３ｃのシールド線１４ａ，１４ｂ，１４ｃに流れる零相電流Ｉ_0SA，Ｉ_0SB，Ｉ_0SCをベクトル加算することにより、シールド線１４に流れる零相電流Ｉ_0Sが得られる。このような演算処理を実行することにより、シールド線１４に流れる零相電流Ｉ_0Sを計測値として検出するクランプ式変流器１８を省略することができる。また、三相一括シールド構造の電力ケーブル（ＣＶケーブル）のみが敷設されている場合には、そのＣＶケーブルとは別に、短いトリプレックス型電力ケーブル（ＣＶＴケーブル）を付設すればよい。

また、各相ケーブル１３ａ，１３ｂ，１３ｃの長さが短い場合、シールド線１４ａ，１４ｂ，１４ｃに流れる零相電流Ｉ_0SA，Ｉ_0SB，Ｉ_0SCが小さくなるため、クランプ式変流器１８ａ，１８ｂ，１８ｃによる零相電流Ｉ_0SA，Ｉ_0SB，Ｉ_0SCの検出が困難となる。このような場合には、クランプ式変流器１８ａ，１８ｂ，１８ｃにおける巻数（ターン数）をｎ倍することにより、クランプ式変流器１８ａ，１８ｂ，１８ｃの検出感度を高くすることで零相電流Ｉ_0SA，Ｉ_0SB，Ｉ_0SCの検出を容易にすることができる。高圧絶縁監視装置２５では、クランプ式変流器１８ａ，１８ｂ，１８ｃにより検出された零相電流Ｉ_0SA，Ｉ_0SB，Ｉ_0SCの計測値を１／ｎ倍することにより、演算処理時、巻数のｎ倍に対する補正を行う。この補正は、シールド線１４に流れる零相電流Ｉ_0Sをクランプ式変流器１８により検出する場合についても同様である。

高圧絶縁監視装置２５では、前述した−Ｙ＝（Ｉ₀₂−Ｉ₀₁）／（Ｖ₀₂−Ｖ₀₁）の関係式に基づいて、現在値の零相電圧Ｖ₀₂が、Ｖ₀₂＝Ｉ_0S2／ωＣ_0Sであり、計測開始時の零相電圧Ｖ₀₁が、Ｖ₀₁＝Ｉ_0S1／ωＣ_0Sであることから、構内高圧電路１２の健全時の構内対地間アドミタンスＹ₀（以下、単に構内対地間アドミタンスＹ₀と称す）を、−Ｙ₀＝（Ｉ₀₂−Ｉ₀₁）ωＣ_0S／（Ｉ_0S2−Ｉ_0S1）の関係式でもって演算部２６により算出する。ここで、現在値の零相電流Ｉ₀₂と計測開始時の零相電流Ｉ₀₁には、地絡電流Ｉｇが含まれない。

一方、構内対地間アドミタンスＹは、−Ｙ＝Ｙｒ＋ｊＹｉで表される。構内対地間アドミタンスＹ₀は、地絡電流Ｉｇを含まないことから、この構内対地間アドミタンスＹの虚数部Ｙｉに相当する。地絡事故が発生すると、零相変圧器ＺＣＴ１５あるいはクランプ式変流器１７により検出された零相電流Ｉ₀は、地絡電流Ｉｇが含まれた電流（Ｉ₀＝Ｉ₀₁＋ＩｇあるいはＩ₀＝Ｉ₀₂＋Ｉｇ）になる。

そこで、零相電流Ｉ₀₁，Ｉ_0S1を基準とした場合、構内対地間アドミタンスＹを、−Ｙ＝（Ｉ₀−Ｉ₀₁）ωＣ_0S／（Ｉ_0S−Ｉ_0S1）の関係式でもって演算部２７により算出する。また、零相電流Ｉ₀₂，Ｉ_0S2を基準とした場合、構内対地間アドミタンスＹを、−Ｙ＝（Ｉ₀−Ｉ₀₂）ωＣ_0S／（Ｉ_0S−Ｉ_0S2）の関係式でもって演算部２７により算出する。構内対地間アドミタンスＹの実数部Ｙｒを、Ｙｒ＝Ｙ−Ｙ₀の関係式でもって演算部２８により算出する。その結果、この構内対地間アドミタンスＹの実数部Ｙｒは、Ｙｒ＝（Ｉｇ・ωＣ_0S）／（Ｉ_0S2−Ｉ_0S1）となり、地絡電流Ｉｇは、Ｉｇ＝Ｙｒ（Ｉ_0S2−Ｉ_0S1）／ωＣ_0Sとなる。なお、構内対地間アドミタンスＹの虚数部Ｙｉは、Ｙｉ＝１／ω（Ｃ_A2＋Ｃ_B2＋Ｃ_C2）であることから、構内電気設備の構内全体の対地間静電容量を監視することができる。

図６は一線地絡事故が発生した場合の等価回路を示す。この地絡電流Ｉｇは、図７に示すように、対地電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ（Ｖａ＝Ｅａ−Ｖ₀，Ｖｂ＝Ｅｂ−Ｖ₀，Ｖｃ＝Ｅｃ−Ｖ₀）を基準とした各相成分Ｉｇａ，Ｉｇｂ，Ｉｇｃ（以下、各相地絡電流と称す）からなる。そこで、電力ケーブル１３の各相ケーブル１３ａ，１３ｂ，１３ｃのシールド線１４ａ，１４ｂ，１４ｃに流れる零相電流Ｉ_0SA，Ｉ_0SB，Ｉ_0SCをクランプ式変流器１８ａ，１８ｂ，１８ｃでもって検出する。

この電力ケーブル１３の各相ケーブル１３ａ，１３ｂ，１３ｃのシールド線１４ａ，１４ｂ，１４ｃに流れる各相の零相電流Ｉ_0SA，Ｉ_0SB，Ｉ_0SCは、各相の構内対地間アドミタンスＹ_0A，Ｙ_0B，Ｙ_0Cから、Ｉ_0SA＝Ｖａ・Ｙ_0A、Ｉ_0SB＝Ｖｂ・Ｙ_0B、Ｉ_0SC＝Ｖｃ・Ｙ_0Cとなる。この零相電流Ｉ_0SA，Ｉ_0SB，Ｉ_0SCは、対地静電容量に流れる電流なので、対地電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃを基準にして、進み９０°位相差を持っている。

構内高圧電路１２の構内電気設備で発生した地絡電流Ｉｇから抵抗性地絡電流Ｉｇｒを計測する機能を追加するため、構内高圧電路１２の対地電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃの基準位相を特定する。つまり、この高圧絶縁監視装置２５では、クランプ式変流器１８ａ，１８ｂ，１８ｃにより検出された各相シールド線１４ａ，１４ｂ，１４ｃの零相電流Ｉ_0SA，Ｉ_0SB，Ｉ_0SCの進み９０°位相差を演算部３２で補正する。

この補正処理としては、簡易的に遅延回路（５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの１／４サイクル時間遅延）を設ける方法、電源同期したＰＬＬ回路により電源周波数の逓倍の高周波を生成し、ロジックカウンタで遅延する方法、零相電流をＡＤＣ変換してフーリエ変換した複素数に遅れ９０°の単位ベクトルを乗算する方法、シールド線に流れる各相の零相電流を各相の対地間アドミタンスで除算する方法などがある。このように、零相電流Ｉ_0SA，Ｉ_0SB，Ｉ_0SCを演算部３２で位相補正することにより、対地電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃが得られる。

この対地電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃに基づいて、地絡電流Ｉｇを演算部２９で位相検波（フーリエ変換）することにより、各相地絡電流Ｉｇａ，Ｉｇｂ，Ｉｇｃを得る。図７に示すように、対地電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃを基準とした場合、地絡抵抗Ｒｇに流れる各相地絡電流Ｉｇａ，Ｉｇｂ，Ｉｇｃは対地電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃと同位相となる。

ここで、抵抗性地絡Ｒｇ（図１１参照）の場合、図８（Ａ）（Ｂ）に示すように、地絡電流Ｉｇについて、Ａ相地絡電流Ｉｇａを＋１．０ｐｕとした場合、Ｂ相地絡電流Ｉｇｂは、−０．５ｐｕとなり、Ｃ相地絡電流Ｉｇｃは、−０．５ｐｕとなる。また、誘導性地絡Ｌｇ（図１１参照）の場合、図９（Ａ）（Ｂ）に示すように、地絡電流ＩｇＬについて、Ａ相地絡電流Ｉｇａは、０．０ｐｕとなり、Ｂ相地絡電流Ｉｇｂは、＋０．８６６ｐｕとなり、Ｃ相地絡電流Ｉｇｃは、−０．８６６ｐｕとなる。さらに、容量性地絡Ｃｇ（図１１参照）の場合、図１０（Ａ）（Ｂ）に示すように、地絡電流ＩｇＣについて、Ａ相地絡電流Ｉｇａは、０．０ｐｕとなり、Ｂ相地絡電流Ｉｇｂは、−０．８６６ｐｕとなり、Ｃ相地絡電流Ｉｇｃは、＋０．８６６ｐｕとなる。

前述したように、特定の一相（Ａ相）に一線地絡が発生し、他の二相（Ｂ相、Ｃ相）が健全である場合を想定している。この高圧絶縁監視装置２５では、三相の対地電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃを基準にして位相検波することにより、各相地絡電流Ｉｇａ，Ｉｇｂ，Ｉｇｃを得ている。従って、Ａ相が地絡した場合、Ａ相地絡電流Ｉｇａは、地絡監視する上で意味があるが、他のＢ相地絡電流ＩｇｂおよびＣ相地絡電流Ｉｇｃは、地絡監視する上で意味を持たない。

しかしながら、前述したように、抵抗性地絡Ｒｇだけでなく、誘導性地絡Ｌｇや容量性地絡Ｃｇを考慮すると、地絡している相（Ａ相）と、地絡していない他の二相（Ｂ相、Ｃ相）とを検出してしまう。この高圧絶縁監視装置２５では、各相地絡電流Ｉｇａ，Ｉｇｂ，Ｉｇｃを得た段階でＡ相地絡、Ｂ相地絡あるいはＣ相地絡を区別して判定することができない。そのため、各相地絡電流Ｉｇａ，Ｉｇｂ，Ｉｇｃから、構内高圧電路１２の対地間絶縁劣化で生じた抵抗性地絡電流Ｉｇｒを求める必要がある。

そこで、高圧絶縁監視装置２５の演算部３０では、各相地絡電流Ｉｇａ，Ｉｇｂ，Ｉｇｃの三乗和ΣＩｇ³＝Ｉｇａ³＋Ｉｇｂ³＋Ｉｇｃ³を算出する。つまり、基本的に三角関数を二乗すると周波数は二倍になり、同様に、三角関数を三乗すると周波数は三倍になる。このことから、各相地絡電流Ｉｇａ，Ｉｇｂ，Ｉｇｃの三乗和ΣＩｇ³の波形が、三相の対地電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃと同期することにより、抵抗性地絡電流Ｉｇｒを得ることが可能となる。

ここで、三乗和ΣＩｇ³の最大値ｎは、図１１に示すように１．０よりも小さくなる。つまり、この三乗和ΣＩｇ³の最大値ｎは、（１／π∫ｉ³ｄθ）^1/3＝（Ｉmax³／π∫sin³θｄθ）^1/3＝Ｉmax（４／π）^1/3＝０．７５となる（ｉ＝Ｉmax・sinθ、ｉ＝Ｉｇａ，Ｉｇｂ，Ｉｇｃ）。演算部３０では、三乗和ΣＩｇ³の最大値ｎを１．０にするため、三乗和ΣＩｇ³をその最大値ｎの逆数倍（１／ｎ）で補正することにより、三乗和ΣＩｇ³の真値（ΣＩｇ³）／ｎが得られる。この三乗和ΣＩｇ³の真値（ΣＩｇ³）／ｎの立方根｛（ΣＩｇ³）／ｎ｝^1/3を算出することにより、構内高圧電路１２の対地間絶縁劣化で生じた抵抗性地絡電流Ｉｇｒが得られる。

この実施形態では、三乗和について説明したが、奇数乗和を用いることも可能である。この奇数乗和の次数が大きくなると、５乗和では０．９３７５、７乗和では０．９８４４、９乗和では０．９９６１、１１乗和では０．９９９０のように１．０に近づくことになる。このように、奇数乗和を用いる場合には、抵抗性地絡電流Ｉｇｒを得るため、奇数乗和の奇数乗根を算出する必要がある。しかしながら、正規化した値で奇数乗和を用いる場合には、奇数乗根の演算は省略することも可能である。

なお、本出願人が先に提案した高圧絶縁監視装置（特開平１１−２７１３８４号公報参照）から算出される地絡電流Ｉｇ｛＝Ｉ₀−（−ＹＶ₀＋Ｉｆ）｝を用いて、同一の演算により抵抗性地絡電流Ｉｇｒとして算出することができる。また、この実施形態では、基本調波に基づいて抵抗性地絡電流Ｉｇｒを算出しているが、例えば、第３調波あるいは第９調波を含む奇数調波からなる高調波成分を用いて抵抗性地絡電流Ｉｇｒを算出するようにしてもよい。

この地絡検出時に地絡抵抗が大きい時（Ｒｇ＞約１０ｋΩ）は、実数部｜Ｙｒ｜≪虚数部｜Ｙｉ｜となる。従って、相電圧Ｅａ，Ｅｂ，Ｅｃと対地電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃとはほぼ等しい。相電圧＝線間電圧／√３＝６６００Ｖ／√３＝３８１０Ｖであることから、この相電圧Ｅａ，Ｅｂ，Ｅｃとほぼ等しい対地電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃを用いて地絡抵抗Ｒｇが次の式で求められる。つまり、地絡抵抗ＲｇをＲｇ＝対地電圧／Ｉｇｒの関係式でもって演算部３１で算出する。

本出願人は、模擬電気室（一線地絡電流＝７．８９Ａ）を用いて以下の試験条件で抵抗性地絡の人工地絡試験を行った。

・電力ケーブル：公称断面積２２ｍｍ²、長さ２０ｍ＝０．０１６２［μＦ］（１相当たり）電源周波数６０Ｈｚ
・地絡抵抗Ｒｇ：２００［ｋΩ］
・構内の対地静電容量Ｃ：０．５［μＦ］
・残留電圧：約１００［Ｖ］

［抵抗性地絡］（Ａ相で地絡した場合）
構内対地間アドミタンスＹ₀を演算するための各計測値は、以下のとおりである。
Ｉ₀₁：５．５７［ｍＡ］∠１７８．１８［ｄｅｇ］
Ｉ₀₂：２１．５５［ｍＡ］∠２１７．９６［ｄｅｇ］
Ｉ_0S1：０．６９［ｍＡ］∠３６．１２［ｄｅｇ］
Ｉ_0S2：１．７７［ｍＡ］∠４５．００［ｄｅｇ］
ωＣ_0S：２×π×６０×３×０．６０７×１０^-6
＝４．５７４×１０^-3[Ｓ^-1]∠９０．０[ｄｅｇ]（電源周波数：６０Ｈｚ）

前述の各計測値を用いた構内対地間アドミタンスＹ₀の演算は、以下のとおりである。
−Ｙ₀＝（Ｉ₀₂−Ｉ₀₁）ωＣ_0S／（Ｉ_0S2−Ｉ_0S1）
＝（２１．５５［ｍＡ］∠２１７．９６［ｄｅｇ］−５．５７［ｍＡ］∠１７８．１８［ｄｅｇ］）×４．５７４×１０^-3[Ｓ]∠９０．０[ｄｅｇ]／（１．７７［ｍＡ］∠４５．００［ｄｅｇ］−０．６９［ｍＡ］∠３６．１２［ｄｅｇ］）
＝０．７３９×１０^-3[Ｓ^-1]∠２６９．００[ｄｅｇ]

構内対地間アドミタンスＹを演算するための各計測値は、以下のとおりである。
Ｉ₀（＝Ｉ₀₂＋Ｉｇ）：９．６４［ｍＡ］∠７５．８０[ｄｅｇ]（Ｉ₀は、Ｉ₀₂にＩｇが加算された値で計測される。）
Ｉ_0S：１．０６［ｍＡ］∠４１．５２［ｄｅｇ］

前述の各計測値を用いた構内対地間アドミタンスＹの演算は、以下のとおりである。
−Ｙ＝（Ｉ₀−Ｉ₀₁）ωＣ_0S／（Ｉ_0S−Ｉ_0S1）
＝（９．６４［ｍＡ］∠７５．８０[ｄｅｇ]−５．５７［ｍＡ］∠１７８．１８［ｄｅｇ］）×４．５７４×１０^-3[Ｓ^-1]∠９０．０[ｄｅｇ]／（１．０６［ｍＡ］∠４１．５２［ｄｅｇ］−０．６９［ｍＡ］∠３６．１２［ｄｅｇ］）
＝１．８９７×１０^-3[Ｓ^-1]∠２６９．００[ｄｅｇ]

この構内対地間アドミタンスＹの実数部Ｙｒの演算は、以下のとおりである。
Ｙｒ＝Ｙ−Ｙ₀
＝１．８９７×１０^-3[Ｓ^-1]∠２６９．００[ｄｅｇ]−０．７３９×１０^-3[Ｓ^-1]∠２６９．００[ｄｅｇ]
＝１．１５８×１０^-3[Ｓ^-1]∠２６９．４７[ｄｅｇ]

地絡電流Ｉｇの演算は、以下のとおりである。
Ｉｇ＝Ｙｒ（Ｉ_0S2−Ｉ_0S1）／ωＣ_0S
＝１．１５８×１０^-3[Ｓ^-1]∠２６９．４７[ｄｅｇ]×（１．７７［ｍＡ］∠４５．００［ｄｅｇ］−０．６９［ｍＡ］∠３６．１２［ｄｅｇ］）／４．５７４×１０^-3[Ｓ^-1]∠９０．０[ｄｅｇ]
＝１８．１６［ｍＡ］∠４９．６[ｄｅｇ]

ここで、各相ケーブル１３ａ，１３ｂ，１３ｃのシールド線１４ａ，１４ｂ，１４ｃに流れる零相電流Ｉ_0SA，Ｉ_0SB，Ｉ_0SCから得た位相を９０°補正して得られた高圧電路１２の対地電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃの基準位相は、電源電圧ＡＣ１００Ｖの電圧位相から、次の位相差を持っていた。
Ａ相：４９．５[ｄｅｇ]
Ｂ相：２８９．５[ｄｅｇ]
Ｃ相：１６９．５[ｄｅｇ]

前述の各位相を基準にして位相検波した結果、各相地絡電流Ｉｇａ，Ｉｇｂ，Ｉｇｃは、以下のとおりである。
Ｉｇａ＝（１８．１７＋ｊ０．０３）×１０^-3［Ａ］
Ｉｇｂ＝（−９．１１＋ｊ１５．７３）×１０^-3［Ａ］
Ｉｇｃ＝（−９．０５−ｊ１５．７３）×１０^-3［Ａ］

この各相地絡電流Ｉｇａ，Ｉｇｂ，Ｉｇｃの実数部を使用して三乗和ΣＩｇ³の演算は、以下のとおりである。
ΣＩｇ³＝Ｉｇａ³＋Ｉｇｂ³＋Ｉｇｃ³
＝１８．１７³＋（−９．１１）³＋（−９．０５）³
＝４４９７．５

この各相地絡電流Ｉｇａ，Ｉｇｂ，Ｉｇｃの三乗和ΣＩｇ³をその最大値ｎ＝０．７５の逆数倍で補正することにより、三乗和ΣＩｇ³の真値（ΣＩｇ³）／ｎ＝５９９６．７が得られる。この三乗和ΣＩｇ³の真値（ΣＩｇ³）／ｎの立方根｛（ΣＩｇ³）／ｎ｝^1/3を算出することにより、抵抗性地絡電流Ｉｇｒ＝１８．１７［ｍＡ］が得られる。その結果、地絡抵抗Ｒｇ＝Ｅｇ／Ｉｇｒ＝３８１０［Ｖ］／１８．１７［ｍＡ］＝２０９．７［ｋΩ］となる。

上表のように、抵抗性地絡では、Ａ相で地絡した場合、抵抗性地絡電流Ｉｇｒが１８．１７ｍＡで、その時の地絡抵抗Ｒｇが２０９．７ｋΩという結果が得られた。また、Ｂ相で地絡した場合、抵抗性地絡電流Ｉｇｒが１９．６０ｍＡで、その時の地絡抵抗Ｒｇが１９４．２ｋΩという結果が得られた。さらに、Ｃ相で地絡した場合、抵抗性地絡電流Ｉｇｒが１９．８９ｍＡで、その時の地絡抵抗Ｒｇが１９１．２ｋΩという結果が得られた。このようにして、抵抗性地絡の場合には、抵抗性地絡電流Ｉｇｒおよび地絡抵抗Ｒｇを計測することが可能であることが判明した。

以上では、抵抗性地絡の人工地絡試験について説明したが、本出願人は、模擬電気室（一線地絡電流＝７．８９Ａ）を用いて以下の試験条件で誘導性地絡の人工地絡試験も行った。

・電力ケーブル：公称断面積２２ｍｍ²、長さ２０ｍ＝０．０１６２［μＦ］（１相当たり）電源周波数６０Ｈｚ
・地絡抵抗Ｌｇ：６８［ｋΩ］｛空芯コイル２００ｍＨ、２１０Ｖ（Ｔｒ６３００／２１０Ｖタップ）｝
・構内の対地静電容量１Ｃ：０．５［μＦ］／相

［誘導性地絡］（Ａ相で地絡した場合）
構内対地間アドミタンスＹ₀を演算するための各計測値は、以下のとおりである。
Ｉ₀₁：５．５７［ｍＡ］∠１７８．１８［ｄｅｇ］
Ｉ₀₂：２１．５５［ｍＡ］∠２１７．９６［ｄｅｇ］
Ｉ_0S1：０．６９［ｍＡ］∠３６．１２［ｄｅｇ］
Ｉ_0S2：１．７７［ｍＡ］∠４５．００［ｄｅｇ］
ωＣ_0S：２×π×６０×３×０．６０７×１０^-6
＝４．５７４×１０^-3[Ｓ^-1]∠９０．０[ｄｅｇ]（電源周波数：６０Hz）

前述の各計測値を用いた構内対地間アドミタンスＹ₀の演算は、以下のとおりである。
−Ｙ₀＝（Ｉ₀₂−Ｉ₀₁）ωＣ_0S／（Ｉ_0S2−Ｉ_0S1）
＝（２１．５５［ｍＡ］∠２１７．９６［ｄｅｇ］−５．５７［ｍＡ］∠１７８．１８［ｄｅｇ］）×４．５７４×１０^-3[Ｓ]∠９０．０[ｄｅｇ]／（１．７７［ｍＡ］∠４５．００［ｄｅｇ］−０．６９［ｍＡ］∠３６．１２［ｄｅｇ］）
＝０．７３９×１０^-3[Ｓ^-1]∠２６９．００[ｄｅｇ]

構内対地間アドミタンスＹを演算するための各計測値は、以下のとおりである。
Ｉ₀（＝Ｉ₀₂＋Ｉｇ）：３２．０１［ｍＡ］∠３２３．３９[ｄｅｇ]（Ｉ₀は、Ｉ₀₂にＩｇが加算された値で計測される。）
Ｉ_0S：１．４５［ｍＡ］∠３３９．７９［ｄｅｇ］

前述の計測値を用いた構内対地間アドミタンスＹの演算は、以下のとおりである。
−Ｙ＝（Ｉ₀−Ｉ₀₁）ωＣ_0S／（Ｉ_0S−Ｉ_0S1）
＝（３２．０１［ｍＡ］∠３２３．３９[ｄｅｇ]−５．５７［ｍＡ］∠１７８．１８［ｄｅｇ］）×４．５７４×１０^-3[Ｓ^-1]∠９０．０[ｄｅｇ]／（１．４５［ｍＡ］∠３３９．７９［ｄｅｇ］−１．７７［ｍＡ］∠４５．００［ｄｅｇ］）
＝１．１２１×１０^-3[Ｓ^-1]∠１６８．７５[ｄｅｇ]

この構内対地間アドミタンスＹの実数部Ｙｒの演算は、以下のとおりである。
Ｙｒ＝Ｙ−Ｙ₀
＝１．１２１×１０^-3[Ｓ^-1]∠１６８．７５[ｄｅｇ]−０．７３９×１０^-3[Ｓ^-1]∠２６９．００[ｄｅｇ]
＝１．４４８×１０^-3[Ｓ^-1]∠１３８．６２[ｄｅｇ]

地絡電流Ｉｇの演算は、以下のとおりである。
Ｉｇ＝Ｙｒ（Ｉ_0S2−Ｉ_0S1）／ωＣ_0S
＝１．４４８×１０^-3[Ｓ^-1]∠１３８．６２[ｄｅｇ]×（１．７７［ｍＡ］∠４５．００［ｄｅｇ］−０．６９［ｍＡ］∠３６．１２［ｄｅｇ］）／４．５７４×１０^-3[Ｓ^-1]∠９０．０[ｄｅｇ]
＝５５．６４［ｍＡ］∠３２２．０９[ｄｅｇ]

ここで、各相ケーブル１３ａ，１３ｂ，１３ｃのシールド線１４ａ，１４ｂ，１４ｃに流れる零相電流Ｉ_0SA，Ｉ_0SB，Ｉ_0SCから得た位相を９０°補正して得られた高圧電路１２の対地電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃの基準位相は、電源電圧ＡＣ１００Ｖの電圧位相から、次の位相差を持っていた。
Ａ相：４９．５[ｄｅｇ]
Ｂ相：２８９．５[ｄｅｇ]
Ｃ相：１６９．５[ｄｅｇ]

前述の各位相を基準にして位相検波した結果、各相地絡電流Ｉｇａ，Ｉｇｂ，Ｉｇｃは、以下のとおりである。
Ｉｇａ＝（２．５２−ｊ５５．６）×１０^-3［Ａ］
Ｉｇｂ＝（４６．９＋ｊ３０．０）×１０^-3［Ａ］
Ｉｇｃ＝（−４９．６＋ｊ２５．６）×１０^-3［Ａ］

この各相地絡電流Ｉｇａ，Ｉｇｂ，Ｉｇｃの実数部を使用して三乗和ΣＩｇ³の演算は、以下のとおりである。
ΣＩｇ³＝Ｉｇａ³＋Ｉｇｂ³＋Ｉｇｃ³
＝２．５２³＋４６．９³＋（−４９．４）³
＝−１７４８３．８

この各相地絡電流Ｉｇａ，Ｉｇｂ，Ｉｇｃの三乗和ΣＩｇ³をその最大値ｎ＝０．７５の逆数倍で補正することにより、三乗和ΣＩｇ³の真値（ΣＩｇ³）／ｎ＝−２３３１１．８が得られる。この三乗和ΣＩｇ³の真値（ΣＩｇ³）／ｎの立方根｛（ΣＩｇ³）／ｎ｝^1/3を算出することにより、抵抗性地絡電流Ｉｇｒ＝−２８．５６［ｍＡ］が得られる。このように、抵抗性地絡電流Ｉｇｒがマイナス値となることから、地絡抵抗Ｒｇの演算は不能となる。

上表のように、誘導性地絡では、Ａ相で地絡した場合、抵抗性地絡電流Ｉｇｒが−２８．５６ｍＡで、その時の地絡抵抗Ｒｇが計測不能という結果が得られた。また、Ｂ相で地絡した場合、抵抗性地絡電流Ｉｇｒが−４３．８９ｍＡで、その時の地絡抵抗Ｒｇが計測不能という結果が得られた。さらに、Ｃ相で地絡した場合、抵抗性地絡電流Ｉｇｒおよび地絡抵抗Ｒｇの両方が計測不能という結果が得られた。このようにして、誘導性地絡の場合には、抵抗性地絡電流Ｉｇｒがマイナス値あるいは計測不能となるので、地絡抵抗Ｒｇが計測されることはない。

以上では、誘導性地絡の人工地絡試験について説明したが、本出願人は、模擬電気室（一線地絡電流＝７．８９Ａ）を用いて以下の試験条件で容量性地絡の人工地絡試験も行った。

・地絡抵抗Ｃｇ：０．２［μＦ］（構内対地間インピーダンスＺ_0S＝１３２．６[ｋΩ]、定格電圧６６００Ｖ、０．２[μＦ]）
・構内の対地静電容量１Ｃ：０．５［μＦ］／相

［容量性地絡］（Ａ相で地絡した場合）
構内対地間アドミタンスＹ₀を演算するための各計測値は、以下のとおりである。
Ｉ₀₁：５．５７［ｍＡ］∠１７８．１８［ｄｅｇ］
Ｉ₀₂：２１．５５［ｍＡ］∠２１７．９６［ｄｅｇ］
Ｉ_0S1：０．６９［ｍＡ］∠３６．１２［ｄｅｇ］
Ｉ_0S2：１．７７［ｍＡ］∠４５．００［ｄｅｇ］
ωＣ_0S：２×π×６０×３×０．６０７×１０^-6
＝４．５７４×１０^-3[Ｓ^-1]∠９０．０[ｄｅｇ]（電源周波数：６０Hz）

前述の各計測値を用いた構内対地間アドミタンスＹ₀の演算は、以下のとおりである。
−Ｙ₀＝（Ｉ₀₂−Ｉ₀₁）ωＣ_0S／（Ｉ_0S2−Ｉ_0S1）
＝（２１．５５［ｍＡ］∠２１７．９６［ｄｅｇ］−５．５７［ｍＡ］∠１７８．１８［ｄｅｇ］）×４．５７４×１０^-3[Ｓ]∠９０．０[ｄｅｇ]／（１．７７［ｍＡ］∠４５．００［ｄｅｇ］−０．６９［ｍＡ］∠３６．１２［ｄｅｇ］）
＝０．７３９×１０^-3[Ｓ^-1]∠２６９．００[ｄｅｇ]

構内対地間アドミタンスＹを演算するための各計測値は、以下のとおりである。
Ｉ₀（＝Ｉ₀₂＋Ｉｇ）：２３．５３［ｍＡ］∠１４６．８０[ｄｅｇ]（Ｉ₀は、Ｉ₀₂にＩｇが加算された値で計測される。）
Ｉ_0S＝０．７８［ｍＡ］∠８７．７８［ｄｅｇ］

前述の計測値を用いた構内対地間アドミタンスＹの演算は、以下のとおりである。
−Ｙ＝（Ｉ₀−Ｉ₀₁）ωＣ_0S／（Ｉ_0S−Ｉ_0S1）
＝（２３．５３［ｍＡ］∠１４６．８０[ｄｅｇ]−５．５７［ｍＡ］∠１７８．１８［ｄｅｇ］）×４．５７４×１０^-3[Ｓ^-1]∠９０．０[ｄｅｇ]／（０．７８［ｍＡ］∠８７．７８［ｄｅｇ］−１．７７［ｍＡ］∠４５．００［ｄｅｇ］）
＝０．９１７×１０^-3[Ｓ^-1]∠３４４．９[ｄｅｇ]

この構内対地間アドミタンスＹの実数部Ｙｒの演算は、以下のとおりである。
Ｙｒ＝Ｙ−Ｙ₀
＝０．９１７×１０^-3[Ｓ^-1]∠３４４．９[ｄｅｇ]−０．７３９×１０^-3[Ｓ^-1]∠２６９．００[ｄｅｇ]
＝１．０２１×１０^-3[Ｓ^-1]∠２９．０５[ｄｅｇ]

地絡電流Ｉｇの演算は、以下のとおりである。
Ｉｇ＝Ｙｒ（Ｉ_0S2−Ｉ_0S1）／ωＣ_0S
＝１．０２１×１０^-3[Ｓ^-1]∠２９．０５[ｄｅｇ]×（１．７７［ｍＡ］∠４５．００［ｄｅｇ］−０．６９［ｍＡ］∠３６．１２［ｄｅｇ］）／４．５７４×１０^-3[Ｓ^-1]∠９０．０[ｄｅｇ]
＝２９．４５［ｍＡ］∠１４０．１[ｄｅｇ]

ここで、各相ケーブル１３ａ，１３ｂ，１３ｃのシールド線１４ａ，１４ｂ，１４ｃに流れる零相電流Ｉ_0SA，Ｉ_0SB，Ｉ_0SCから得た位相を９０°補正して得られた高圧電路１２の対地電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃの基準位相は、電源電圧ＡＣ１００Ｖの電圧位相から、次の位相差を持っていた。
Ａ相：４９．５[ｄｅｇ]
Ｂ相：２８９．５[ｄｅｇ]
Ｃ相：１６９．５[ｄｅｇ]

前述の各位相を基準にして位相検波した結果、各相地絡電流Ｉｇａ，Ｉｇｂ，Ｉｇｃは、以下のとおりである。
Ｉｇａ＝（−０．２９＋ｊ２９．４４）×１０^-3［Ａ］
Ｉｇｂ＝（−２５．３５−ｊ１４．９８）×１０^-3［Ａ］
Ｉｇｃ＝（２５．６５−ｊ１４．４７）×１０^-3［Ａ］

この各相地絡電流Ｉｇａ，Ｉｇｂ，Ｉｇｃの実数部を使用して三乗和ΣＩｇ³の演算は、以下のとおりである。
ΣＩｇ³＝Ｉｇａ³＋Ｉｇｂ³＋Ｉｇｃ³
＝（−０．２９）³＋（−２５．３５）³＋２５．６５³
＝−５５８０．４６

この各相地絡電流Ｉｇａ，Ｉｇｂ，Ｉｇｃの三乗和ΣＩｇ³をその最大値ｎ＝０．７５の逆数倍で補正することにより、三乗和ΣＩｇ³の真値（ΣＩｇ³）／ｎ＝−７７３．９５が得られる。この三乗和ΣＩｇ³の真値（ΣＩｇ³）／ｎの立方根｛（ΣＩｇ³）／ｎ｝^1/3を算出することにより、抵抗性地絡電流Ｉｇｒ＝−９．１８［ｍＡ］が得られる。このように、抵抗性地絡電流Ｉｇｒがマイナス値となることから、地絡抵抗Ｒｇの演算は不能となる。

上表のように、容量性地絡では、Ａ相で地絡した場合、地絡電流Ｉｇｒが−９．１８ｍＡで、その時の地絡抵抗Ｒｇが計測不能という結果が得られた。また、Ｂ相で地絡した場合、地絡電流Ｉｇｒが−８．８３ｍＡで、その時の地絡抵抗Ｒｇが計測不能という結果が得られた。さらに、Ｃ相で地絡した場合、地絡電流Ｉｇｒが−１５．３ｍＡで、その時の地絡抵抗Ｒｇが計測不能という結果が得られた。このようにして、容量性地絡の場合には、地絡電流Ｉｇｒがマイナス値となるので、地絡抵抗Ｒｇが計測されることはない。

次に、図１２は、各相地絡電流Ｉｇａ，Ｉｇｂ，Ｉｇｃの三乗和ΣＩｇ³の波形（図１１参照）を極座標表示したものである。図１２に示すように、各相地絡電流Ｉｇａ，Ｉｇｂ，Ｉｇｃの三乗和ΣＩｇ³の値は、各相対地電圧Ｖａ，Ｖｂ、Ｖｃの位相から若干でもずれると、急激に減少する傾向にある。つまり、各相地絡電流Ｉｇａ，Ｉｇｂ，Ｉｇｃの三乗和ΣＩｇ³の波形では、各相対地電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃの位相近傍での曲率が大きな曲線をなす。

そこで、この各相地絡電流Ｉｇａ，Ｉｇｂ，Ｉｇｃの三乗和ΣＩｇ³を監視レベル（例えば、２０ｍＡを１とする）で正規化し、その平方根を複数回演算することにより、位相検出角度φを広角度化することができる。このように、各相地絡電流Ｉｇａ，Ｉｇｂ，Ｉｇｃの三乗和ΣＩｇ³を監視レベルで正規化し、その平方根を複数回演算することにより、各相対地電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃからの位相ずれがあっても、その三乗和ΣＩｇ³の値の減少を小さくすることができるので、抵抗性地絡電流Ｉｇｒを正確に算出することができる。なお、位相検出角度φとは、各相での最大値の８０％の値が各相となす角度を意味する。

つまり、各相地絡電流Ｉｇａ，Ｉｇｂ，Ｉｇｃの三乗和ΣＩｇ³の波形では、図１３および図１４に示すように、各相対地電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃの位相近傍での曲率を小さくすることができる。正規化した三乗和ΣＩｇ³の平方根を複数回演算すると、三乗和ΣＩｇ³の波形では、各相対地電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃの位相近傍での曲線を平坦に近づけることができ、位相検出角度φを広角度化することができる。

例えば、各相地絡電流Ｉｇａ，Ｉｇｂ，Ｉｇｃの三乗和ΣＩｇ³を正規化すると、その位相検出角度φ（０．８値）が±１２°となり、その平方根を３回繰り返すと、位相検出角度φは、１回目の平方根（ΣＩｇ³）^1/2で±１６°、２回目の平方根（ΣＩｇ³）^1/4で±２０°、３回目の平方根（ΣＩｇ³）^1/8で±２４°となる。このように、平方根を３回繰り返すと、位相検出角度φを正規化の２倍に広角度化することができる。

なお、演算部３０では、三乗和ΣＩｇ³の最大値ｎを１．０にするため、三乗和ΣＩｇ³にその最大値ｎの逆数倍（１／ｎ）を乗算することにより、抵抗性地絡電流Ｉｇｒを補正するようにしている。また、各相地絡電流Ｉｇａ，Ｉｇｂ，Ｉｇｃの三乗和ΣＩｇ³を正規化することにより、抵抗性地絡電流Ｉｇｒの位相角度を補正するようにしている。なお、健全相と地絡相の境界は、地絡相の対地電圧位相を基準に±９０°位相差で区別している。この位相境界には６°以下程度の位相余裕を設けてもよい。

このような手段以外に、図１５および図１６に示すように、各相地絡電流Ｉｇａ，Ｉｇｂ，Ｉｇｃの三乗和ΣＩｇ³をＤＣバイアスによりオフセットすることにより、抵抗性地絡電流Ｉｇｒの補正および位相角度の補正を実現することが可能である。

図１７は、一般的に普及している地絡継電器（ＧＲ／ＤＧＲ）と、本出願人が先に提案した高圧絶縁監視装置（特開平１１−２７１３８４号公報）と、本発明の実施形態における高圧絶縁監視装置２５について、例えばＡ相が地絡した場合における各装置の監視感度を比較したものである。

同図に示すように、地絡継電器（ＧＲ／ＤＧＲ）では、零相電流が１００ｍＡ程度より大きな領域Ｓ₁で監視可能であり、特開平１１−２７１３８４号公報を開示された高圧絶縁監視装置では、零相電流が２０ｍＡより大きな領域Ｓ₂で監視可能である。これに対して、本発明の実施形態における高圧絶縁監視装置２５では、零相電流が２０ｍＡ以下の領域Ｓ₃で監視可能であることから、微小地絡を検出することができる。

以上で説明した実施形態では、各相地絡電流Ｉｇａ，Ｉｇｂ，Ｉｇｃの三乗和ΣＩｇ³の真値（ΣＩｇ³）／ｎの立方根｛（ΣＩｇ³）／ｎ｝^1/3を算出することにより得られた抵抗性地絡電流Ｉｇｒを用いて地絡抵抗Ｒｇを算出するようにしている。これ以外に、演算部３２で位相補正することにより得られた対地電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃを用いることも可能である。つまり、各相対地電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃを各相地絡電流Ｉｇａ，Ｉｇｂ，Ｉｇｃで除算することにより、各相地絡抵抗Ｒｇａ（＝Ｖａ／Ｉｇａ），Ｒｇｂ（＝Ｖｂ／Ｉｇｂ），Ｒｇｃ（＝Ｖｃ／Ｉｇｃ）を算出し、この各相地絡抵抗Ｒｇａ，Ｒｇｂ，Ｒｇｃの三乗和の立方根を算出することにより、正確な地絡抵抗Ｒｇを得ることもできる。

また、この高圧絶縁監視装置２５では、対地電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃが得られることにより、接地形計器用変圧器（ＥＶＴ）と同様に対地電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃの監視が可能になる。構内電気設備が正常に稼働している時は、対地電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃは平衡している（Ｖａ≒Ｖｂ≒Ｖｃ）。この対地電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃは、高圧電路１２の絶縁劣化やその他の異常要因の発生により不平衡となる。従って、対地電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃを監視することにより、高圧電路１２の異常を判定することができる。

ここで、各相の対地電圧Ｖａ（＝Ｅａ−Ｖ₀），Ｖｂ（＝Ｅｂ−Ｖ₀），Ｖｃ（＝Ｅｃ−Ｖ₀）を演算部３３でベクトル加算することにより零相電圧Ｖ₀を算出することができる（Ｖａ＋Ｖｂ＋Ｖｃ＝Ｅａ＋Ｅｂ＋Ｅｃ−３Ｖ₀、但し、Ｅａ＋Ｅｂ＋Ｅｃ＝０であることから、Ｖａ＋Ｖｂ＋Ｖｃ＝−３Ｖ₀）。この零相電圧Ｖ₀を用いることにより、特別高圧の受電設備における非接地系電路の地絡監視を実現することができる。

また、この高圧絶縁監視装置２５では、零相電圧Ｖ₀および構内対地間アドミタンスＹ_0Sを算出している。一方、電力ケーブル１３のシールド線１４に流れる零相電流Ｉ_0Sをクランプ式変流器１８により検出するようにしている。従って、計測値である零相電流Ｉ_0Sと、演算値である零相電圧Ｖ₀および構内対地間アドミタンスＹ_0Sとが、Ｙ_0S・Ｖ₀＝Ｉ_0Sの条件を満足すれば、電力ケーブル１３のシールド線１４が健全であると判定することができる。また、Ｙ_0S・Ｖ₀＝Ｉ_0Sの条件を満足しない場合、電力ケーブル１３のシールド線１４の絶縁劣化が生じていると判定することができる。

本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

１２ （構内）高圧電路
１３ 電力ケーブル
１４ 電力ケーブルのシールド線
１８ 変流器（クランプ式変流器）
２５ 高圧絶縁監視装置
３２ 演算部

Claims (2)

1. 非接地系電路での地絡事故の発生時、その非接地系電路に接続された構内高圧電路に設置された電力ケーブルの各相ケーブルのシールド線に流れる零相電流を変流器で検出し、前記シールド線に流れる零相電流に基づいて前記構内高圧電路の対地電圧を算出する高圧絶縁監視方法であって、
   前記電力ケーブルはトリプレックス型電力ケーブルであり、前記電力ケーブルの各相ケーブルのシールド線に流れる零相電流の進み９０°位相差を補正し、前記零相電流の進み９０°位相差の補正により、構内高圧電路の対地電圧を算出することを特徴とする高圧絶縁監視方法。
2. 非接地系電路での地絡事故の発生時、その非接地系電路に接続された構内高圧電路に設置された電力ケーブルの各相ケーブルのシールド線に流れる零相電流を変流器で検出し、前記シールド線に流れる零相電流に基づいて前記構内高圧電路の対地電圧を算出する高圧絶縁監視装置であって、
   前記電力ケーブルはトリプレックス型電力ケーブルであり、前記電力ケーブルの各相ケーブルのシールド線に流れる零相電流の進み９０°位相差を補正し、前記零相電流の進み９０°位相差の補正により、構内高圧電路の対地電圧を算出する演算部を具備したことを特徴とする高圧絶縁監視装置。

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