JP7480445B1

JP7480445B1 - 絶縁監視装置

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Publication number: JP7480445B1
Application number: JP2022204538A
Authority: JP
Inventors: 英知内田; 賢司小野; 正美鈴木; 孝幸佐藤; 潤山北
Original assignee: 一般財団法人関東電気保安協会
Priority date: 2022-12-21
Filing date: 2022-12-21
Publication date: 2024-05-10
Anticipated expiration: 2042-12-21
Also published as: JP2024089272A

Abstract

【課題】多数の監視対象電路と接続しても全体のシステムを簡易に構成可能な絶縁監視装置を提供すること。【解決手段】絶縁監視装置は、変圧器のＢ種接地線に設けられ電流抑制部と、Ｂ種接地線に流れる漏洩電流を検出する電流検出部と、Ｂ種接地線を流れる漏洩電流の非抑制状態又は抑制状態を切り替える制御部と、非抑制状態において地絡相の対地絶縁抵抗に起因する抵抗成分漏洩電流を算出する第一計算機能、抑制状態において地絡相の対地絶縁抵抗に起因する抵抗成分漏洩電流及び対地静電容量に起因する容量成分漏洩電流を算出する第二計算機能、及び、抑制状態において非抑制状態に切り替えた場合の地絡相の対地絶縁抵抗に起因する想定抵抗成分漏洩電流を算出する第三計算機能を有する算出部と、を備える。【選択図】図１０

Description

本開示は、絶縁監視装置に関する。

変圧器の低圧電路の地絡を監視する絶縁監視装置は、高圧自家用設備の低圧電路を常時絶縁監視することにより、漏電による感電や火災事故、停電故障などを未然に防止する等、電気保安レベルの向上に寄与している。このような絶縁監視技術として、例えば、特許文献１に、変圧器二次側の一端と大地との間に設けられ変圧器二次側の低圧電路の漏電を防止する漏電防止装置と、漏電防止装置に流れる電流が所定値以上となったとき警報を出力する監視装置とを備える漏電防止監視システムが開示されている。この漏電防止監視システムは、電流制限素子と電圧制限素子との並列回路に常時は閉じている直接接地用接点を並列接続し、監視装置が変圧器の二次側に地絡事故が発生したことを検出したときは、直接接地用接点を開くように制御している。

特許第５４５５４３０号

特許文献１のシステムでは、変圧器に対応して設置されている漏電防止装置と、監視装置の各機能が異なる装置に配置されている。このような絶縁監視システムにおいて、配置スペースの削減、設置コストの抑制又は複数の電路を監視する機能を持たせる等の機能性の向上が望まれている。

本開示は、多数の監視対象電路と接続しても全体のシステムを簡易に構成可能な絶縁監視装置を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、本開示に係る絶縁監視装置は、変圧器のＢ種接地線に設けられ、電流抑制抵抗を有する電流抑制部と、前記Ｂ種接地線に流れる漏洩電流を検出する電流検出部と、前記Ｂ種接地線の抵抗値を変化させて漏洩電流の非抑制状態又は抑制状態を切り替える制御部と、前記非抑制状態において前記電流検出部により検出される漏洩電流から地絡相の対地絶縁抵抗に起因する抵抗成分漏洩電流を算出する第一計算機能、前記抑制状態において前記電流検出部により検出される漏洩電流から地絡相の対地絶縁抵抗に起因する抵抗成分漏洩電流及び対地静電容量に起因する容量成分漏洩電流を算出する第二計算機能、及び、前記抑制状態において前記電流検出部により検出される漏洩電流から前記非抑制状態に切り替えた場合の地絡相の対地絶縁抵抗に起因する想定抵抗成分漏洩電流を算出する第三計算機能を有する算出部と、を備え、前記制御部は、前記第一計算機能により算出された抵抗成分漏洩電流が予め定めされた第一閾値よりも大きいことにより切り替えられた前記抑制状態において、前記第二計算機能又は前記第三計算機能による算出結果が予め定めた閾値を満たす場合に前記非抑制状態に切り替える。

本開示によれば、多数の監視対象電路と接続しても全体のシステムを簡易に構成可能な絶縁監視装置を提供することができる。

実施形態１における絶縁監視システムの構成図である。絶縁監視システムの変電装置側の回路構成図である。絶縁監視装置の構成図である。地絡電流抑制装置が電流の非抑制状態に計算する第一計算機能を説明する図である。地絡電流抑制装置が電流の抑制状態に計算する第二計算機能を説明する図である。地絡電流抑制装置が電流の抑制状態に計算する第三計算機能を説明する図である。絶縁監視システムの地絡電流と絶縁監視装置による電流の抑制状態及び非抑制状態との関係を示すタイミングチャートである。実施形態２における絶縁監視システムの構成図である。実施形態３における絶縁監視装置の構成図である。変形例１における絶縁監視装置の構成図である。変形例２における絶縁監視装置の構成図である。変形例３における絶縁監視装置を含む絶縁監視システムの変電装置側の回路構成図である。変形例４における絶縁監視装置を含む絶縁監視システムの変電装置側の回路構成図である。

［実施形態１］
以下、本開示の一実施形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、絶縁監視システム１の構成図である。絶縁監視システム１は、変電装置２（キュービクル等）及び出力装置３を備える。変電装置２は、変圧器１３と、変圧器１３の低圧側の二次電路１２（監視対象電路）に接続される地絡電流抑制装置４と、二次電路１２により電力が供給される負荷である電気機器（不図示）の対地絶縁を常時監視する絶縁監視装置５と、を備える。変圧器１３は、高圧側の一次電路１１及び低圧側の二次電路１２に接続される。絶縁監視装置５と出力装置３は、ネットワークを通じて有線又は無線により通信可能に接続される。

図２は、絶縁監視システム１の変電装置２側の回路構成図である。絶縁監視装置５は、監視対象である二次電路１２の漏洩電流Ｉ_０を計測して異常漏電等の監視情報を検出し、計測結果や検出した監視情報又は異常判定結果を外部の出力装置３に通知する機能を有する。絶縁監視装置５は、漏洩電流Ｉ_０の計測を、二次電路１２を一時停電させることなく活線状態で行うことができる。漏洩電流Ｉ_０は、絶縁抵抗に直接関与している対地絶縁抵抗Ｒ２に起因する抵抗成分漏洩電流Ｉｒと、対地静電容量に起因する容量成分漏洩電流Ｉｃとを含む。本実施形態の絶縁監視システム１は、絶縁監視装置５により漏洩電流Ｉ_０を測定して、二次電路１２の結線方式に応じて抵抗成分漏洩電流Ｉｒ及び容量成分漏洩電流Ｉｃを計測できるＩ_０ｒ測定方式を採用している。図２では、一次電路１１は第一相１１ａ及び第二相１１ｂを含む単相２線式の交流回路として図示される。また、二次電路１２は第一相１２ａ及び第二相１２ｂを含む単相２線式の交流回路として図示される。二次電路１２の第一相１２ａは接地相である。

地絡電流抑制装置４は、変圧器１３のＢ種接地線１２１に設けられる。具体的に、Ｂ種接地線１２１は、図２に示す二次電路１２の第一相１２ａに接続される。また、地絡電流抑制装置４は、電流抑制部として機能する。地絡電流抑制装置４は、各々並列に接続された切替スイッチＳＷ、電流抑制抵抗Ｒ１、及びガス入り放電管ＧＤＴ（ＧａｓＤｉｓｃｈａｒｇｅＴｕｂｅｓ）を有する。切替スイッチＳＷと電流抑制抵抗Ｒ１は、電流制御部４１として機能する。

切替スイッチＳＷは、電流制御部４１の電流の抑制状態又は非抑制状態を切り替える機能を有する。切替スイッチＳＷは、絶縁監視装置５により制御される。電流抑制抵抗Ｒ１は、地絡事故等が発生した際にＢ種接地線１２１を流れる地絡電流（漏洩電流Ｉ_０）を抑制する機能を有する。電流抑制抵抗Ｒ１は、例えば、数ｋΩの抵抗値に設定された固定抵抗である。ガス入り放電管ＧＤＴは、高抵抗接地時に、変圧器１３に混触事故などが発生した場合に、二次電路１２の第一相１２ａと接地点との間の電圧上昇を抑制する機能を有する。ガス入り放電管ＧＤＴの直流放電開始電圧は、例えば、数百Ｖの閾値に設定される。

次に絶縁監視装置５について説明する。絶縁監視装置５は、図３に示すように、制御部５１，基準電圧取得部５２、電流検出部５３、算出部５４、計時部５５、通信部５６、及び記憶部５７を備える。制御部５１は、切替スイッチＳＷを切り替えて、Ｂ種接地線１２１を流れる漏洩電流Ｉ_０が切替スイッチＳＷを介して流れる非抑制状態又は電流抑制抵抗Ｒ１を介して流れる抑制状態に切り替える機能を有する。

基準電圧取得部５２は、二次電路１２の基準電圧Ｖ_ｒｅｆを測定する機能を有する。本実施形態は、第一相１２ａ及び第二相１２ｂ間の電圧（線間電圧）を基準電圧Ｖ_ｒｅｆとして検出する。基準電圧Ｖ_ｒｅｆを測定するための測定端子及び配線の構成は、図示を省略する。また、基準電圧取得部５２は、基準電圧Ｖ_ｒｅｆの実効値ＲＭＳ（Ｖ_ｒｅｆ）、周波数Ｆ（Ｖ_ｒｅｆ）、及び基準電圧Ｖ_ｒｅｆに対する漏洩電流Ｉ_０の位相差θ（Ｖ_ｒｅｆ）を算出してもよい。漏洩電流Ｉ_０の位相差θは、例えば、ゼロクロス法により求められる。基準電圧Ｖ_ｒｅｆの周波数Ｆ（Ｖ_ｒｅｆ）は、基準周波数ともいう。電流検出部５３は、零相変流器５８（いわゆるＺＣＴ）と接続され、Ｂ種接地線１２１に流れる漏洩電流Ｉ_０を検出する。

算出部５４は、第一計算機能、第二計算機能及び第三計算機能を有する。第一計算機能は、非抑制状態において電流検出部５３により検出される漏洩電流Ｉ_０から地絡相（図４の第二相１２ｂ）の対地絶縁抵抗Ｒ２に起因する抵抗成分漏洩電流Ｉｒを算出する機能である。第二計算機能は、抑制状態において電流検出部５３により検出される漏洩電流Ｉ_０から地絡相の対地絶縁抵抗Ｒ２に起因する抵抗成分漏洩電流Ｉｒ及び対地静電容量Ｃ２に起因する容量成分漏洩電流Ｉｃ（Ｉｃ２）を算出する機能である。また、第三計算機能は、抑制状態において電流検出部５３により検出される漏洩電流Ｉ_０から非抑制状態に切り替えた場合の地絡相の対地絶縁抵抗Ｒ２に起因する想定抵抗成分漏洩電流Ｉｒ’を算出する機能である。第一計算機能、第二計算機能及び第三計算機能の詳細は、後述する。

計時部５５は、経過時間を計時する機能を有する。本実施形態の計時部５５は、例えば、地絡電流抑制装置４が漏洩電流Ｉ_０の抑制状態に切り替わってから経過した時間を計時する第四計算機能を有する。通信部５６は、絶縁監視装置５が外部装置と情報の送信及び受信を行う機能を有する。絶縁監視装置５は、通信部５６を介して、図１に示した出力装置３等と有線又は無線により通信を行う。

記憶部５７は、絶縁監視装置５の制御プログラム、基準電圧取得部５２及び電流検出部５３が取得又は算出した測定値、算出部５４が算出した各種の計算結果、第一計算機能乃至第四計算機能による計算結果の判定に必要な閾値（第一閾値乃至第四閾値、及び、後述する実施形態２では遮断閾値を含む）等の判定条件、並びに、その他の制御プログラムの動作に必要な各種のデータ等を記憶してもよい。記憶部５７は、地絡電流抑制装置４が電流の抑制状態又は非抑制状態のいずれの状態であるのかをフラグ情報として記憶する。制御部５１は、例えば、このフラグ情報を参照することにより、抑制状態又は非抑制状態であるのかの情報を判定することができる。

図２に示される絶縁監視システム１は、切替スイッチＳＷが閉状態である場合について示している。つまり、地絡電流抑制装置４は、Ｂ種接地線１２１を流れる漏洩電流Ｉ_０が切替スイッチＳＷを流れる非抑制状態である。図２の絶縁監視システム１では、二次電路１２に地絡が発生していないため、活線である第二相１２ｂの対地絶縁抵抗Ｒ２による抵抗成分漏洩電流Ｉｒは流れず、対地静電容量Ｃ２による容量成分漏洩電流Ｉｃが流れる。また、切替スイッチＳＷが閉状態であるため、第一相１２ａは接地されており、第一相１２ａの対地静電容量Ｃ１は無視できる。従って、図２のＢ種接地線１２１を流れる漏洩電流Ｉ_０は、容量成分漏洩電流Ｉｃと等しいといえる。なお、本実施形態において、二次電路１２の各相の対地静電容量は、略同じ既知の値である。対地静電容量Ｃ１及び対地静電容量Ｃ２は、設計値等により予め与えられた値であってもよいし、算出部５４が電流の非抑制状態において、例えば、Ｃ２＝Ｉｃ／ｊωＶ_ｒｅｆ（ωは基準電圧Ｖ_ｒｅｆの角周波数である）により求めた値であってもよい。また、算出部５４は、対地静電容量Ｃ１を、Ｃ１＝Ｃ２により算出することができる。

次に、第一計算機能、第二計算機能及び第三計算機能の詳細についてそれぞれ説明する。まず、第一計算機能は、図４に示すように地絡電流抑制装置４が電流の非抑制状態である場合に、地絡が発生したか又は地絡の予兆となる事象が発生したか否かの被判定値を計算する機能である。具体的に、制御部５１は、零相変流器５８によって電流検出部５３が検出した漏洩電流Ｉ_０の測定値を取得する。地絡電流抑制装置４が電流の非抑制状態である場合、二次電路１２に地絡が発生していない状態であることから、Ｉ_０（漏洩電流）＝Ｉｃ（容量成分漏洩電流）＝Ｉｃ２（対地静電容量Ｃ２を流れる容量成分漏洩電流）である。算出部５４は、第二相１２ｂの抵抗成分漏洩電流Ｉｒを、
Ｉｒ＝Ｉ_０・ｃｏｓθ ・・・（１）
［θは、基準電圧Ｖ_ｒｅｆに対する漏洩電流Ｉ_０の位相差である。］
により算出する。
第一計算機能では、抵抗成分漏洩電流Ｉｒが地絡電流Ｉｍとして求められる。制御部５１は、第一計算機能として求めた計算結果である抵抗成分漏洩電流Ｉｒ（地絡電流Ｉｍ）を、予め定めた第一閾値と比較して、電流の非抑制状態から抑制状態に切り替えるか否かを判定する。

第二計算機能は、図５に示すように、地絡電流抑制装置４が電流の抑制状態である場合に、地絡又はその予兆となる事象が解消されたか否かの被判定値を計算する機能である。具体的に、制御部５１は、零相変流器５８によって電流検出部５３が検出した漏洩電流Ｉ_０の測定値を取得する。制御部５１は、地絡電流抑制装置４が電流の抑制状態である場合、二次電路１２に地絡が発生していることから、第一相１２ａ及び第二相１２ｂにそれぞれ対地静電容量Ｃ１及び対地静電容量Ｃ２が発生しているものとして、算出部５４に、抵抗成分漏洩電流Ｉｒ、地絡相（第二相１２ｂ）の容量成分漏洩電流Ｉｃ２、及び接地相（第一相１２ａ）の容量成分漏洩電流Ｉｃ１の算出を行わせる。

まず、算出部５４は、電流検出部５３が検出した漏洩電流Ｉ_０及び既知の電流抑制抵抗Ｒ１の値から、式（２）により第一相１２ａの対地電圧Ｖ１を求める。
Ｖ１＝Ｉ_０・Ｒ１・・・（２）
また、算出部５４は、対地静電容量Ｃ１の容量成分漏洩電流Ｉｃ１を、式（３）により求める。
Ｉｃ１＝Ｖ１・ｊ・ω・Ｃ１
＝Ｉ_０・Ｒ１・ｊ・ω・Ｃ１・・・（３）
算出部５４は、第一相１２ａに対する第二相１２ｂの線間電圧である基準電圧Ｖ_ｒｅｆが既知であることから、対地静電容量Ｃ２の容量成分漏洩電流Ｉｃ２を、式（４）により求める。
Ｉｃ２＝（Ｖ_ｒｅｆ－Ｉ_０・Ｒ１）・ｊ・ω・Ｃ２・・・（４）
従って、対地絶縁抵抗Ｒ２を流れる抵抗成分漏洩電流Ｉｒは、式（３）及び（４）で求めたＩｃ１及びＩｃ２を用いて、式（５）で求められる。
Ｉｒ＝（Ｉ_０＋Ｉｃ１）－Ｉｃ２・・・（５）
なお算出部５４は、式（５）で求めた抵抗成分漏洩電流Ｉｒを用いて、
Ｒ２＝（Ｖ_ｒｅｆ－Ｒ１・Ｉ_０）／Ｉｒ・・・（６）
により、地絡電流抑制装置４の抑制状態における現在の対地絶縁抵抗Ｒ２を求めることができる。

第二計算機能では、漏洩電流Ｉ_０と容量成分漏洩電流Ｉｃ１の合成電流が、抵抗成分漏洩電流Ｉｒと容量成分漏洩電流Ｉｃ２の合成電流と等しいため、漏洩電流Ｉ_０と容量成分漏洩電流Ｉｃ１の合成電流を、第二相１２ｂに対する地絡電流Ｉｍと等しいものとして求められる。従って、上記の式（４）～（６）の計算は、第二計算機能の処理内容から省略することもできる。制御部５１は、第二計算機能として求めた計算結果である抵抗成分漏洩電流Ｉｒと容量成分漏洩電流Ｉｃ２の合成電流を、予め定めた第二閾値と比較して、電流の非抑制状態に切り替えるか否かを判定する。

第三計算機能は、図６に示すように、地絡電流抑制装置４が電流の抑制状態である場合に、地絡又はその予兆となる事象が解消されたか否かの被判定値を計算する機能である。具体的に、制御部５１は、地絡電流抑制装置４が電流の抑制状態である場合、算出部５４に、地絡電流抑制装置４を電流の抑制状態から非抑制状態に切り替えた場合（切替スイッチＳＷを破線に示すように閉状態に切り替えた場合）に想定される対地絶縁抵抗Ｒ２を流れる想定抵抗成分漏洩電流Ｉｒ’の算出を行わせる。

まず、算出部５４は、第二計算機能で説明した式（２）から式（６）までの計算等を行い、現在の対地絶縁抵抗Ｒ２を算出する。算出部５４は、切替スイッチＳＷを破線に示すように閉状態に切り替えた場合の対地絶縁抵抗を流れる想定抵抗成分漏洩電流Ｉｒ’を、現在の対地絶縁抵抗Ｒ２及び基準電圧Ｖ_ｒｅｆを用いて
Ｉｒ’＝Ｖ_ｒｅｆ／Ｒ２・・・（７）
により算出する。

第三計算機能では、式（７）により求めた対地絶縁抵抗Ｒ２の想定抵抗成分漏洩電流Ｉｒ’が、地絡電流Ｉｍとして求められる。制御部５１は、第三計算機能として求めた計算結果である想定抵抗成分漏洩電流Ｉｒ’を、予め定めた第三閾値と比較して、電流の抑制状態又は非抑制状態に切り替えるか否かを判定する。

なお、算出部５４は、第一計算機能、第二計算機能及び第三計算機能による地絡電流Ｉｍの計算を、予め定めた周期（又はサンプリング周波数）で、実行することができる。地絡電流Ｉｍの計算周期は、例えば、数分又は数時間に設定される。また、地絡電流Ｉｍの計算周期は、第一計算機能、第二計算機能及び第三計算機能の一部又は全部において異なる設定であってもよい。

次に、絶縁監視システム１の動作について説明する。図７は、絶縁監視システム１の地絡電流と絶縁監視装置５による電流の抑制状態及び非抑制状態との関係を示すタイミングチャートである。本タイミングチャートでは、横軸に時間を示し、縦軸に地絡電流Ｉｍを示している。以下、制御部５１が、地絡電流抑制装置４を電流の抑制状態又は非抑制状態の何れに切り替えるかの判定方法として、判定例１乃至判定例８について説明するが、各判定例は任意の複数を組み合わせてもよい。

（判定例１）
まず、判定例１について説明する。

図７において、タイミングｔ０からタイミングｔ１までの地絡電流Ｉｍが０［ｍＡ］である期間において、地絡電流抑制装置４は初期状態として切替スイッチＳＷを閉状態に制御しており、非抑制状態に設定されている。また、制御部５１は、タイミングｔ０からタイミングｔ１までにおいて、算出部５４に第一計算機能により地絡電流Ｉｍの計算を行わせる。タイミングｔ１は、例えば、地絡事故が発生したタイミングである。制御部５１は、第一計算機能による計算の結果、地絡電流Ｉｍが第一閾値（例えば、５０［ｍＡ］以上の電流値を６０［秒］間継続）を満たすことを検出すると、タイミングｔ２で切替スイッチＳＷを開状態に切り替えて、地絡電流抑制装置４を電流の抑制状態に切り替える。図７のタイミングｔ０からタイミングｔ２までの期間Ｄ１は初期状態から切替スイッチＳＷを開状態に切り替えるまでの期間を示している。また、タイミングｔ１からタイミングｔ２までの期間Ｄ３は、地絡事故が発生したタイミングｔ１から切替スイッチＳＷを開状態に切り替えるまでの期間を示している。

タイミングｔ２からタイミングｔ３の期間Ｄ２は、地絡電流抑制装置４が切替スイッチＳＷを開状態に切り替えた電流の抑制状態の期間を示している。期間Ｄ２において、制御部５１は、算出部５４に第二計算機能、第三計算機能若しくは第四計算機能又はその他の処理によって非抑制状態に切り替えるか否かの判定を行う。例えば、制御部５１は、第二計算機能による計算結果として求めた地絡電流Ｉｍが予め定めた第二閾値を満たすことを検出すると、タイミングｔ３で切替スイッチＳＷを閉状態に切り替えて、地絡電流抑制装置４を電流の非抑制状態に切り替える。予め定めた第二閾値を満たすか否かは、例えば、地絡電流Ｉｍが５０［ｍＡ］以下又は未満の電流値であるか否かで判定される。

なお、期間Ｄ２において、電流の非抑制状態に切り替える際の判定条件は、地絡電流抑制装置４が電流の抑制状態に切り替わってから非抑制状態に復帰するまでの間に遅延時間（又は、待ち時間）が設けられるように設定されるとよい。具体的には、電流の非抑制状態に切り替える際の判定条件は、電流の抑制状態に切り替える際の判定条件よりも厳しく設定される。例えば、第二計算機能により算出された地絡電流Ｉｍには容量成分漏洩電流Ｉｃと抵抗成分漏洩電流Ｉｒが含まれる一方で、第一計算機能により算出された地絡電流Ｉｍには抵抗成分漏洩電流Ｉｒが含まれ、容量成分漏洩電流Ｉｃが含まれない。従って、この場合は、第一計算機能により算出した地絡電流Ｉｍと、第二計算機能により算出した地絡電流Ｉｍの閾値が同じであっても、電流の非抑制状態に切り替える際の判定条件のほうが、電流の抑制状態に切り替える際の判定条件よりも、抵抗成分漏洩電流Ｉｒを評価する閾値としては厳しく設定されることとなる。

タイミングｔ３以降の期間Ｄ１では、地絡電流抑制装置４は電流の非抑制状態であり、制御部５１はタイミングｔ０からタイミングｔ２と同様に第一計算機能により漏洩電流Ｉ_０（地絡電流Ｉｍ）を監視する。

なお、制御部５１は、期間Ｄ２において、地絡電流Ｉｍが予め定めた閾値を満たす場合に、警告等の出力処理を行わせてもよい。警告等の出力処理を行わせるか否かを判定する閾値は、例えば、第一閾値よりも大きい値以上に設定される。出力処理は、例えば、制御部５１が警告の指示を、通信部５６を介して外部の出力装置３（図１参照）に送信する。出力処理は、人が知覚可能な処理とすることができ、例えば、出力装置３に設けられた表示装置による表示、発光装置による発光、スピーカによる放音、出力装置３と通信接続される端末等への報知、等任意の手段を用いることができる。

例えば、絶縁監視装置５は、期間Ｄ１の第一計算機能の計算により地絡電流Ｉｍが５０ｍＡ以上であった場合に切替スイッチＳＷを開状態に切り替える。このとき、出力装置３は切替スイッチＳＷを開状態に切り替わった旨を出力処理により出力する。また、出力装置３は、期間Ｄ２において、地絡電流Ｉｍが５０ｍＡ未満の状態から５０ｍＡ以上に遷移した場合に第一アラートを出力する出力処理を行う。また、出力装置３は、期間Ｄ２において、地絡電流Ｉｍが５０ｍＡ以上且つ２００ｍＡ未満の状態から、２００ｍＡ以上に遷移した場合に第二アラートを出力する出力処理を行う。第二アラートは、第一アラートよりも強い警報レベルに設定される。

（判定例２）
次に、期間Ｄ２の電流の抑制状態における他の判定例について説明する。判定例２では、制御部５１は、期間Ｄ２の電流の抑制状態において、第三計算機能による算出結果である地絡電流Ｉｍが予め定めた第三閾値（例えば、５０［ｍＡ］）未満又は以下であった場合に非抑制状態に切り替える。

（判定例３）
また、期間Ｄ２の電流の抑制状態における判定例３では、制御部５１は、抑制状態において、第二計算機能及び第三計算機能による算出結果である地絡電流Ｉｍが各々予め定めた第二閾値（例えば、５０［ｍＡ］）以下及び第三閾値（例えば、５０［ｍＡ］）以下であった場合に非抑制状態に切り替える。

（判定例４）
また、期間Ｄ２の電流の抑制状態における判定例４では、制御部５１は、抑制状態において、第四計算機能により取得した経過時間が予め定めた第四閾値（例えば、１時間）以上であった場合に非抑制状態に切り替える。

（判定例５）
また、期間Ｄ２の電流の抑制状態における判定例５では、制御部５１は、抑制状態において、第四計算機能により取得した経過時間が予め定めた第四閾値（例えば、１時間）以上、且つ、第二計算機能による算出結果が予め定めた第二閾値（例えば、５０［ｍＡ］）未満又は以下であった場合に非抑制状態に切り替える。

なお、判定例５において、制御部５１は、第四計算機能により取得した経過時間が第四閾値未満である場合に、第二計算機能、又は、第二計算機能及び第三計算機能を予め定めたサンプリング周期で実行する。

（判定例６）
期間Ｄ２の電流の抑制状態における判定例６では、制御部５１は、抑制状態において、第四計算機能により取得した経過時間が予め定めた閾値以上（例えば、１時間以上）、且つ、第三計算機能による算出結果が予め定めた閾値（例えば、５０［ｍＡ］）以下であった場合に非抑制状態に切り替える。

なお、判定例６において、制御部５１は、第四計算機能により取得した経過時間が第四閾値未満である場合に、第三計算機能、又は、第二計算機能及び第三計算機能を予め定めたサンプリング周期で実行する。すなわち、制御部５１は、判定例５又は判定例６において、第四計算機能により取得した経過時間が第四閾値未満で取得した場合に、第二計算機能及び第三計算機能の一方又は両方を予め定めたサンプリング周期で実行する構成とすることができる。

（判定例７）
期間Ｄ２の電流の抑制状態における判定例７では、制御部５１は、抑制状態において、第四計算機能により取得した経過時間が予め定めた閾値以上、且つ、第二計算機能及び第三計算機能による算出結果が各々予め定めた第二閾値以下及び第三閾値以下であった場合に非抑制状態に切り替える。

以上、実施形態１では、絶縁監視システム１は、変圧器１３のＢ種接地線１２１に設けられ、並列に配置された切替スイッチＳＷ及び電流抑制抵抗Ｒ１を有する電流抑制部（地絡電流抑制装置４等）と、Ｂ種接地線１２１に流れる漏洩電流Ｉ_０を検出する電流検出部５３と、切替スイッチＳＷを切り替えてＢ種接地線１２１を流れる漏洩電流Ｉ_０が切替スイッチＳＷを流れる非抑制状態又は電流抑制抵抗Ｒ１を流れる抑制状態に切り替える制御部５１と、第一計算機能乃至第四計算機能を有する算出部５４又は計時部５５と、を備える構成について説明した。ここで、第一計算機能は、非抑制状態において電流検出部５３により検出される漏洩電流Ｉ_０から地絡相の対地絶縁抵抗Ｒ２に起因する抵抗成分漏洩電流Ｉｒを算出する機能である。第二計算機能は、抑制状態において電流検出部５３により検出される漏洩電流Ｉ_０から地絡相の対地絶縁抵抗Ｒ２に起因する抵抗成分漏洩電流Ｉｒ及び対地静電容量Ｃ２に起因する容量成分漏洩電流Ｉｃを算出する機能である。第三計算機能は、抑制状態において電流検出部５３により検出される漏洩電流Ｉ_０から非抑制状態に切り替えた場合の地絡相の対地絶縁抵抗Ｒ２に起因する想定抵抗成分漏洩電流Ｉｒ’を算出する機能である。そして、第四計算機能は、抑制状態に切り替わってからの時間を計時する機能である。

また、地絡電流抑制装置４の抑制状態において行われる計算として、制御部５１は、第一計算機能により算出された抵抗成分漏洩電流Ｉｒが予め定めされた第一閾値よりも大きいことにより切り替えられた抑制状態において、第二計算機能、第三計算機能又は第四計算機能による算出結果が予め定めた閾値（第二閾値、第三閾値又は第四閾値）を満たす場合に非抑制状態に切り替える構成についても説明した。

地絡電流抑制装置４は、電流の抑制状態に切り替える際の判定条件を第一計算機能の計算結果を用いて実行し、電流の非抑制状態に切り替える際の判定条件を第一計算機能とは異なる計算機能（第二計算機能乃至第四計算機能）により実行している。電流の抑制状態に切り替える際の判定条件よりも、電流の非抑制状態に切り替える際の判定条件のほうを厳しくしたり（例えば、判定例１～３、判定例５～７）、第四計算機能の計算結果である経過時間を非抑制状態に切り替えるための条件に利用することにより（例えば、判定例４～７）、地絡電流抑制装置４が電流の抑制状態に切り替わってから非抑制状態に復帰するまでの間に遅延時間（又は、待ち時間）を設けることが可能である。このため、地絡の解消された状態が安定していないのにも関わらず地絡電流抑制装置４が電流の非抑制状態に復帰すること又は抑制状態と非抑制状態が短期間に繰り返される現象の発生を防止できる。したがって、地絡電流抑制部に流れる地絡電流を安定して制御する絶縁監視システム及び絶縁監視装置を構成することができる。

［実施形態２］
次に、実施形態２の絶縁監視システム１Ａについて説明する。図８は、絶縁監視システム１Ａの構成図である。絶縁監視システム１Ａは、変電装置２の代わりに監視対象システムである変電装置２Ａを有し、出力装置３の代わりに監視対象システムとネットワークを通じて通信可能に接続される監視システムである出力装置３Ａを有する。また、変電装置２Ａは、実施形態１の絶縁監視装置５の代わりに絶縁監視装置５Ａを有する。なお、絶縁監視システム１Ａの説明において、実施形態１の絶縁監視システム１と異なる構成について説明し、その他の構成は絶縁監視システム１と同様であるので同一の符号を付す等して説明を省略又は簡略化する。

出力装置３Ａは、制御部３１、算出部３２、計時部３３、通信部３４、記憶部３５及び出力部３６を備える。制御部３１、算出部３２及び計時部３３は、それぞれ図３の絶縁監視装置５の制御部５１、算出部５４及び計時部５５と同様の機能を有する。算出部３２は、算出部５４は、第一計算機能、第二計算機能及び第三計算機能を有する。また、計時部３３は、第四計算機能を有する。

制御部３１は、実施形態１で説明した判定例１～７等に応じた第一計算機能、第二計算機能、第三計算機能及び第四計算機能のいずれかの計算結果を用い、それぞれ予め定めた第一閾値と比較して、電流の抑制状態又は非抑制状態に切り替えるか否かを判定する。制御部３１は、通信部３４と、絶縁監視装置５Ａが備える通信部５６とにより、ネットワークを介して、地絡電流抑制装置４の非抑制状態又は抑制状態に切り替える制御機能を有する。

なお、絶縁監視装置５Ａは、算出部５４及び計時部５５（図３参照）を設けない構成としてもよい。

実施形態２の絶縁監視システム１Ａでは、監視対象システムと監視システム（図８では、変電装置２Ａと出力装置３Ａ）を遠隔地に設けることもできるため、監視対象システムである変電装置２Ａを簡易に構成することができる。

［実施形態３］
次に、実施形態３について説明する。図９は、絶縁監視システム１に適用可能な絶縁監視装置６の構成図である。絶縁監視装置６は、電流抑制部として機能する地絡電流抑制部４Ｂと、絶縁監視部５Ｂとを備える。地絡電流抑制部４Ｂは、地絡電流抑制装置４と同様の構成を有する。また、絶縁監視部５Ｂは、図３に示した絶縁監視装置５と同様の構成を有する。

このように、絶縁監視装置６は、それぞれ絶縁監視部５Ｂ及び地絡電流抑制部４Ｂを一体の装置に設けたため、実施形態１（判定例１～７を含む）における地絡電流抑制装置４の機能と絶縁監視装置５の機能を備えながら、全体を小型に構成することができる。

（変形例１）
次に、実施形態３の変形例１について説明する。図１０は、絶縁監視システム１に適用可能な絶縁監視装置６Ｂの構成図である。地絡電流抑制部４Ｂ（電流抑制部）は、電流抑制抵抗Ｒ１、電流抑制抵抗Ｒ１に対して並列に配置された切替スイッチＳＷ、及びガス入り放電管ＧＤＴを有する。また、絶縁監視装置６Ｂは、電流抑制抵抗Ｒ１及び切替スイッチＳＷに対して直列に配置され、電流抑制抵抗Ｒ１よりも低抵抗の電流抑制抵抗Ｒ３（第二電流抑制抵抗）を接地点側にさらに備える。図１０では、電流抑制抵抗Ｒ３は、地絡電流抑制部４Ｂと接地点との間に直列に配置される。電流抑制抵抗Ｒ３は、数Ω～数十Ωに設定される。従って、絶縁監視装置６Ｂは、切替スイッチＳＷを閉じた電流の非抑制状態においても、電流抑制抵抗Ｒ３により接地抵抗を設定することができる。絶縁監視装置６Ｂは、Ｂ種接地線１２１の抵抗値が低い場合であっても、漏洩電流Ｉ_０が過大に流れることを抑制することができる。従って、絶縁監視装置６や地絡電流抑制部４Ｂを過電流から保護することができる。

なお、電流抑制抵抗Ｒ３は、地絡電流抑制部４Ｂの内部に設けてもよいし、絶縁監視装置６Ｄの外部に設けてもよい。

（変形例２）
次に、実施形態３の変形例２について説明する。図１１は、絶縁監視システム１に適用可能な絶縁監視装置６Ｃの構成図である。なお、絶縁監視装置６Ｃの説明において、絶縁監視装置６と同様の構成については、同一の符号を付す等してその説明を省略又は簡略化する。絶縁監視装置６Ｃに設けられた地絡電流抑制部４Ｃは、電流抑制抵抗Ｒ４及びガス入り放電管ＧＤＴを有する。電流抑制抵抗Ｒ４は、可変式の電流制限素子により構成される。電流抑制抵抗Ｒ４の抵抗値は、例えば、絶縁監視部５Ｂによる制御により０Ωから数ｋΩの幅で変更可能である。

絶縁監視装置６Ｃは、切替スイッチＳＷを省略することができるため、全体を小型に構成することができる。

（変形例３）
次に、実施形態３の変形例３について説明する。図１２は、変形例３の絶縁監視装置６Ｄを用いた絶縁監視システム１Ｄを示す図である。なお、絶縁監視システム１Ｄの説明において、絶縁監視システム１等の前述した構成と同様の構成については、同一の符号を付す等してその説明を省略又は簡略化する。

変電装置２Ｄは、地絡電流抑制部４Ｂ、絶縁監視部５Ｄ、及び二次電路１２側に設けられた遮断器７，８を備える。本図の例では、遮断器７は主遮断器として配置され、遮断器７は一つ又は複数設けられた配線用遮断器として配置される。絶縁監視部５Ｄは、図９に示した絶縁監視部５Ｂと同様の構成を有するが、電流検出部５３は二次電路１２に接続される遮断器７の漏洩電流Ｉ_０を零相変流器５８により検出する機能を備える。すなわち、電流検出部５３は、変圧器１３の低圧電路である二次電路１２に配置される各遮断器８の二次側電路の地絡電流を検出する。

絶縁監視部５Ｄの制御部５１は、電流の抑制状態において、実施形態１で説明した第二計算機能、第三計算機能又は第四計算機能による算出結果が予め定めた遮断閾値を満たす場合に、遮断器７及び遮断器８の一方又は両方の電路を遮断する機能を有する。遮断閾値を満たすか否かは、例えば、地絡電流抑制部４Ｂが電流の抑制状態（図７の期間Ｄ２における状態）であるにも関わらず、地絡電流Ｉｍが予め定めた閾値以上である場合と設定することができる。

絶縁監視システム１Ｄは、地絡電流抑制部４Ｂにより地絡電流を抑制する機能と、遮断器８により二次電路１２を切断する機能とを備えるため（又は、遮断器７により二次電路１２を切断する機能とを備えるため）、二次電路１２及び負荷側における電気機器を含む系統全体の安全性を向上させることができる。

（変形例４）
次に、実施形態３の変形例４について説明する。図１３は、変形例４の絶縁監視装置６Ｅを用いた絶縁監視システム１Ｅを示す図である。なお、絶縁監視システム１Ｅの説明において、絶縁監視システム１等の前述した構成と同様の構成については、同一の符号を付す等してその説明を省略又は簡略化する。

絶縁監視システム１Ｅは、複数の変圧器１３ａ～１３ｄ（１３）の二次電路１２に対して接続される。絶縁監視システム１Ｅは、例えば、実施形態１の絶縁監視システム１と同様の単相２線式の二次電路１２に適用される。各変圧器１３の接地相である第一相１２ａ（図１３では不図示）は、接地点に対して、共通のＢ種接地線１２１を介して接続される。絶縁監視装置６Ｅは、この共通のＢ種接地線１２１に設けられる。なお、Ｂ種接地線１２１は、４つの変圧器１３の二次電路１２に対して接続される構成に限らず、２つ以上の複数の変圧器１３の二次電路１２に対して接続される構成としてもよい。

このように構成された絶縁監視システム１Ｅは、複数の二次電路１２の何れかの系統に起因する地絡電流を抑制することができる。また、絶縁監視装置６Ｅは複数の二次電路１２と接続可能であるため、システム構成の全体を小型化することができる。

以上、変圧器のＢ種接地線に設けられ、電流抑制抵抗を有する電流抑制部と、前記Ｂ種接地線に流れる漏洩電流を検出する電流検出部と、前記Ｂ種接地線の抵抗値を変化させて漏洩電流の非抑制状態又は抑制状態を切り替える制御部と、前記非抑制状態において前記電流検出部により検出される漏洩電流から地絡相の対地絶縁抵抗に起因する抵抗成分漏洩電流を算出する第一計算機能、前記抑制状態において前記電流検出部により検出される漏洩電流から地絡相の対地絶縁抵抗に起因する抵抗成分漏洩電流及び対地静電容量に起因する容量成分漏洩電流を算出する第二計算機能、及び、前記抑制状態において前記電流検出部により検出される漏洩電流から前記非抑制状態に切り替えた場合の地絡相の対地絶縁抵抗に起因する想定抵抗成分漏洩電流を算出する第三計算機能を有する算出部と、を備える絶縁監視装置について説明した。また、制御部は、前記第一計算機能により算出された抵抗成分漏洩電流が予め定めされた第一閾値よりも大きいことにより切り替えられた前記抑制状態において、前記第二計算機能又は前記第三計算機能による算出結果が予め定めた閾値を満たす場合に前記非抑制状態に切り替える構成についても説明した。

このような構成により、絶縁監視装置６，６Ｂ～６Ｅは、地絡電流抑制機能と絶縁監視機能とを有しながら、全体を小型に構成することができる。また、絶縁監視装置６Ｄ，６Ｅは、複数の電路の測定点を同時に監視することができる。従って、多数の監視対象電路と接続しても全体のシステムを簡易に構成可能な絶縁監視装置６，６Ｂ～６Ｅを構成することができる。

以上、本開示の実施形態１，２を説明したが、各実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものとする。

例えば、実施形態１～３では、一次電路１１及び二次電路１２は単相２線式である地絡電流監視システムについて説明したが、単相３線式、三相３線式、又は、三相４線式であっても構わない。

また、絶縁監視装置５及び絶縁監視部５Ｂ，５Ｄは、内部に通信部５６を備える構成について説明したが、通信装置（例えば、ゲートウェイ）の一部の機能として設けられてもよい。

また、実施形態１において、二次電路１２の各相の対地静電容量は、略同じ（Ｃ１＝Ｃ２）既知の値であるものとして説明したが、各相の対地静電容量Ｃ１，Ｃ２は不平衡（Ｃ１≠Ｃ２）の値であってもよい。

以上説明した本開示の技術を例示すると以下のとおりである。
［１］
変圧器のＢ種接地線に設けられ、電流抑制抵抗を有する電流抑制部と、
前記Ｂ種接地線に流れる漏洩電流を検出する電流検出部と、
前記Ｂ種接地線の抵抗値を変化させて漏洩電流の非抑制状態又は抑制状態を切り替える制御部と、
前記非抑制状態において前記電流検出部により検出される漏洩電流から地絡相の対地絶縁抵抗に起因する抵抗成分漏洩電流を算出する第一計算機能、前記抑制状態において前記電流検出部により検出される漏洩電流から地絡相の対地絶縁抵抗に起因する抵抗成分漏洩電流及び対地静電容量に起因する容量成分漏洩電流を算出する第二計算機能、及び、前記抑制状態において前記電流検出部により検出される漏洩電流から前記非抑制状態に切り替えた場合の地絡相の対地絶縁抵抗に起因する想定抵抗成分漏洩電流を算出する第三計算機能を有する算出部と、
を備え、
前記制御部は、前記第一計算機能により算出された抵抗成分漏洩電流が予め定めされた第一閾値よりも大きいことにより切り替えられた前記抑制状態において、前記第二計算機能又は前記第三計算機能による算出結果が予め定めた閾値を満たす場合に前記非抑制状態に切り替える、
絶縁監視装置。
［２］
前記電流抑制部は、前記電流抑制抵抗と、前記電流抑制抵抗に対して並列に配置された切替スイッチとを有し、
前記電流抑制抵抗及び前記切替スイッチに対して直列に配置され、前記電流抑制抵抗よりも低抵抗の第二電流抑制抵抗を接地点側にさらに備える、
［１］に記載の絶縁監視装置。
［３］
前記電流抑制抵抗は、可変式である［１］に記載の絶縁監視装置。
［４］
前記電流検出部は、前記変圧器の低圧電路に配置される各遮断器の二次側電路の地絡電流を検出する［１］に記載の絶縁監視装置。
［５］
前記制御部は、前記抑制状態において、前記第二計算機能又は前記第三計算機能による算出結果が予め定めた遮断閾値を満たす場合に、前記遮断器の電路を遮断する、［４］に記載の絶縁監視装置。
［６］
前記Ｂ種接地線は、４つ以上の複数の前記変圧器に対して接続される［１］に記載の絶縁監視装置。

１，１Ａ，１Ｄ，１Ｅ絶縁監視システム
２，２Ａ，２Ｄ，２Ｆ変電装置
３，３Ａ出力装置
４地絡電流抑制装置
４Ｂ，４Ｃ地絡電流抑制部
５，５Ａ絶縁監視装置
５Ｂ，５Ｄ絶縁監視部
６，６Ｂ～６Ｅ絶縁監視装置
７遮断器
８遮断器
１１一次電路
１１ａ第一相
１１ｂ第二相
１２二次電路
１２ａ第一相
１２ｂ第二相
１３，１３ａ～１３ｄ変圧器
３１制御部
３２算出部
３３計時部
３４通信部
３５記憶部
３６出力部
４１電流制御部
５１制御部
５２基準電圧取得部
５３電流検出部
５４算出部
５５計時部
５６通信部
５７記憶部
５８零相変流器
１２１Ｂ種接地線
Ｃ１対地静電容量
Ｃ２対地静電容量
Ｄ１～Ｄ３期間
Ｆ周波数
ＧＤＴガス入り放電管
Ｉ_０漏洩電流
Ｉｃ，Ｉｃ１，Ｉｃ２容量成分漏洩電流
Ｉｍ地絡電流
Ｉｒ抵抗成分漏洩電流
Ｉｒ' 想定抵抗成分漏洩電流
Ｒ１電流抑制抵抗
Ｒ２対地絶縁抵抗
Ｒ３電流抑制抵抗
Ｒ４電流抑制抵抗
ＳＷ切替スイッチ
Ｖ１対地電圧
Ｖ_ｒｅｆ基準電圧
ｔ０タイミング
ｔ１タイミング
ｔ２タイミング
ｔ３タイミング
θ 位相差

Claims

変圧器のＢ種接地線に設けられ、電流抑制抵抗を有する電流抑制部と、
前記Ｂ種接地線に流れる漏洩電流を検出する電流検出部と、
前記Ｂ種接地線の抵抗値を変化させて漏洩電流の非抑制状態又は抑制状態を切り替える制御部と、
前記非抑制状態において前記電流検出部により検出される漏洩電流から地絡相の対地絶縁抵抗に起因する抵抗成分漏洩電流を算出する第一計算機能、前記抑制状態において前記電流検出部により検出される漏洩電流から地絡相の対地絶縁抵抗に起因する抵抗成分漏洩電流及び対地静電容量に起因する容量成分漏洩電流を算出する第二計算機能、及び、前記抑制状態において前記電流検出部により検出される漏洩電流から前記非抑制状態に切り替えた場合の地絡相の対地絶縁抵抗に起因する想定抵抗成分漏洩電流を算出する第三計算機能を有する算出部と、
を備え、
前記制御部は、前記第一計算機能により算出された抵抗成分漏洩電流が予め定めされた第一閾値よりも大きいことにより切り替えられた前記抑制状態において、前記第二計算機能又は前記第三計算機能による算出結果が予め定めた閾値を満たす場合に前記非抑制状態に切り替える、
絶縁監視装置。
前記電流抑制部は、前記電流抑制抵抗と、前記電流抑制抵抗に対して並列に配置された切替スイッチとを有し、
前記電流抑制抵抗及び前記切替スイッチに対して直列に配置され、前記電流抑制抵抗よりも低抵抗の第二電流抑制抵抗を接地点側にさらに備える、
請求項１に記載の絶縁監視装置。
前記電流抑制抵抗は、可変式である請求項１に記載の絶縁監視装置。
前記電流検出部は、前記変圧器の低圧電路に配置される各遮断器の二次側電路の地絡電流を検出する請求項１に記載の絶縁監視装置。
前記制御部は、前記抑制状態において、前記第二計算機能又は前記第三計算機能による算出結果が予め定めた遮断閾値を満たす場合に、前記遮断器の電路を遮断する、請求項４に記載の絶縁監視装置。
前記Ｂ種接地線は、４つ以上の複数の前記変圧器に対して接続される請求項１に記載の絶縁監視装置。