JPS617477A - 高調波分折式漏洩電流検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は電力設備やその配線回路において生じる漏洩
電流の測定、監視、あるいは保護装置などにおいて、大
地電流から漏洩電流を分離し正しく検出する装置にかか
わるものである。

低圧回路は電気設備の技術基準によってその電源変圧器
の一端に第２種接地を施すことになつている。したがっ
て低圧回路（以下回路という）から絶縁抵抗を通して大
地に漏洩した電流はこの第２種接地線（以下接地線とい
う）を還流するので、この接地線の電流を測定すること
で容易に漏洩電流を求めることができる。

実際の回路は大地間に静電容量を形成しているのでこの
静電容量による電流も接地線に還流することになる。た
だし単相回路では接地線に流れる電流のうち電圧と同相
分が絶縁抵抗によるもの。

電圧より９０度進む相が静電容量によるものとして分離
できる。

しかし三相回路においては各相分が重量するので分離す
ることは不可能になり、接地線の還流電流で絶縁抵抗を
求めることは困難である。一時活線絶縁抵抗測定装置と
して各相の絶縁抵抗および静電容量が等しいものとして
理論的に分離して絶縁抵抗を求める装置が市販された。

実際の回路は各相それぞれ相違するので誤差が多くあま
り活用されなかった。

最近電気保安の機械化の気運が高まり遣方にて電気回路
の絶縁状態の監視が必要になった。そこで接地線に商用
周波と異なる交流電圧を重畳させこの電圧によって回路
の絶縁抵抗を通して還流する電流を商用周波と分離し、
電圧と同位相分を絶縁抵抗による電流として監視する装
置が利用され始めている。（「生産と電気」昭和５８年
９月号）しかしこの方式では重畳した電圧による還流分
と、商用周波による還流との分離が困難であり、回路の
電圧を高めてはならないことと、精産をうる充分な電圧
を重畳させることは相反する面がる。また電圧を重畳す
るため大きな機構が必要になり、重い重量となって取扱
いが不便で、かつ高価なものとなっている。

この発明はこうした問題の解決を図るものである。次に
この発明の概要を述べる。

一般に変圧機２次側には励磁歴により高調波を含んだ電
圧が発生する。このため還流電流には基本流のほか高調
波による電流が重畳されている。

三相回路の変圧機２次側には第５調波を多く含むので、
この電圧により静電容量による電量は次数倍の大きな電
流が流れ、一般に絶縁抵抗による第５調波分より大きな
電流になっている。そこで第５調波を抽出して調べれば
回路の静電容量の状態が顕著に現われる。この発明はこ
の原理を利用し静電容量による電流を求め分離するもの
である。

次にこの発明の２つの実施例につき説明する。

一方は回路において消去する方法と、地方は電流器２次
側において消去する方法とである。さきに回路で消去す
る方法を第１図によって述べる。

（１）は電源変圧器、（２）は接地線の波流器で、その
２次側に（３）の基本波帯域濾波器を通して（４）の基
本波指示計が接続され、さらに（５）の第５調波帯域盧
波器を通して（６）の第５調波指示計が接続されている
。（７）は各電流計の指示が逆位相の場合点灯する過消
去ランプである。（１０）〜（１３）は発明者が実用５
８−１３１４９５で申請中の漏洩電流抽出装置で、回路
の静電容量による電流を消去するものである。

（９）は固定抵抗器で（１２）で調整し、回路の絶縁抵
抗による電流を消去するものである。

いま（７）を見ながら（１１）、（１２）を調整し（４
）、（６）の値が零となったとすれば、（８）の漏洩電
流計に回路の絶縁抵抗による電流（以下漏洩電流という
）が指示される。これによって回路の絶縁抵抗を求める
ことができる。

次にこの理由を第２図によって述べる。

（１）（２）は電流の相電圧で、（５）（６）の漏洩電
流が生じ、これにより９０度進み相（３）（４）に（７
）（８）の静電容量による電流が生じる。これに対し消
去回路の出力によって５′６′７′８′と各相毎に逆向
の電流を流して消去するもので、次式で示される。

いま回路の絶縁抵抗が１／△Ｒａだけ増加したとすれば
その相の消去回路で１／△Ｒａだけ増加すればよい。

しかし次のようにしても消去される。

また回路の静電容量が△Ｃａだけ増加した場合も、その
相の消去回路で△Ｃａだけ増加した出力があればよいが
次のようにしても消去される。

上式において、Ｉ０は基本波大地電流。

Ｅａ、Ｅｂは回路の電圧と等価な電圧。

Ｒａ、Ｒｂは回路の絶縁抵抗と等価な抵抗。

Ｃａ、Ｃｂは回路の静電容量と等価な静電容量。

上記（２）（３）式から次のことがわかる。

ａ、■化相と別の相でも消去できるので、基本波におい
ては絶縁抵抗相をその相だけで正しく消去することはで
きない。

ｂ、変化相と別の相で消去する場合は必ず他の領域の消
去要素がいる。つまり静電容量変化は抵抗によって、抵
抗変化は静電容量によって消去しなければ完全な消去は
できない。

次に上記（２）（３）式の状態において、第５調波の世
界ではどのようになっているかをみると（１）式では△
Ｒａ増加の（２）式では また△Ｃａ増加に対する（３）式の場合はとなりともに
ω５が５倍の周波数であるため過消去となる。抵抗と静
電容量の両方の領域によって消去する場は、いずれの場
合も周波数の相違により基本波、第５調波とも零になり
得ない。（２）式は（３）式は のように同じ相で消去しなければＩ０５、Ｉ０をともに
消去してしまうことはできない。上式でＩ０５、ω５、
は第５調波の大地電流とその角速度、Ｅａ５、Ｅｂ５、
は回路の第５調波電圧と等価な電圧、つまり基本波、第
５調波ともに零となる場合は回路と同じ値で構成される
ことになるので、漏洩電流計には回路の漏洩電流が指示
される。

次に地方の変流器２次速において消去する実施側を第３
図によって説明する。

（１）は電源変圧器、（２）は接地線の変流器でその２
次側に基本波帯濾波器（１６）、および第５調波帯域濾
波器（１７）を経て次の回路に入力する。（３）は分圧
器で回路電圧を分圧し、（６）の基本波帯域濾波器を通
して入力する。（４）は比較用静電蓄電器で回路電圧に
よってここに流れる電流を（５）によつて変流し直接の
入力と、第５調波帯域濾波器（７）を経て入力する。（
８）から（１３）は消去演算回路で、演算した結果は漏
洩分を（１４）に指示し静電容量分と合せ、接地線変流
器の１次側に逆方向に流し負帰還させる。したがって演
算が正しく行なわれば回路の大地電流と等しくなり、（
１２）には漏洩電流が、（１３）には回路の静電容量分
が出力され（２）の変流器２次側には僅かな制御信号の
みになる。

（１５）の増巾器の増巾率をあげれば精度は高くなる。

次にこの回路の動作概要を述べる。接地線に流れる電流
を目標値とし、（１２）、（１３）からの制御量を目標
値と等しくするよう負帰還させ、（２）の変流器におい
て混合比較を行う、いわゆる負帰還の自動制御系を構成
している。

しかし接地線い流れる電流は第２図のように４つのベク
トルの電流の合成であるから、自動制御系においてもそ
れぞれ４つの系が必要である。そこで（２）の変流器２
次側に現われる制御信号を（１６）（１７）で２つにわ
け、（１０）（１１）でさらに２つにわけ、計４つにわ
けられている。それぞれの系は変流器において混合させ
ているが、動作は独立して行なわれている。いまかりに
他の制御系が混入したとしても、それぞれの系の負帰還
回路によつて修正され制御量には現らわれない。

４つのベクトルは（３）の分圧器から電源電圧各相、お
よび（４）の静電容量の９０度■みの各相電圧で構成さ
れている。また動作信号は基本波帯域濾波器（１６）と
、第５調波帯域濾波器（１７）とによって分離され独立
するようにしている。

したがって、この動作はそれぞれの系について考えれば
よく、まず静電容量による電流系について述べる。

（１７）が第５調波帯域濾波器でこの出力が静電容量に
よる電流系の制御信号となる。（５）の出力を移相回路
（８）でπ／６進ませ、移相回路（９）でπ／６遅らせ
第４図のように各相分と連面座標を形成し、上記（１７
）の出力を除算し分解している。これを式で示すと次の
ようになる。

次のこの制御信号を（５）の出力に乗じ次式のようにな
る。ただしｋは■／２で除し消去する。

ＥａωＣｓ×Ｃａ／Ｃｓ＝ＥａωＣａ ＥｂωＣｓ×Ｃｂ／Ｃｓ＝ＥｂωＣｂ これによって各相の回路の静電容量による電流が求めら
れ、変流器（２）消去の一次側に逆方向に流れて消去す
ることになる。

次に漏洩電流系について述べる。

（１６）は基本波帯域濾波器でこの出力が漏洩電流の制
御信号となる。（３）からの基本波を崩述と同様移相回
路で（８）においてπ／６進め、（９）においてπ／６
遅らせ、各相分に対して直角座標を形成し、除算を行な
って分解している。これを式で示すと次のようになる。

この制御信号を（６）の出力に乗じ次式のようになる。

ただしｋは■／２で除■し消去する。

Ｅａ×１／Ｒａ＝Ｅａ／Ｒａ Ｅｂ×１／Ｒｂ＝Ｅｂ／Ｒｂ これによって各相の漏洩電流が求められるので、２相の
和を（１４）に指示し、変流器（２）の一次側に逆方向
に流して消去する。

ただし演算回路動作説明における式においてＩ０５・・
・・は静電容量による第５調波大地電流Ｅａ５、Ｅ６５
、ω５、は第５調波各相電圧と角速度Ｃａ、Ｃｂ、は各
相の静電容量（対大地）Ｃｓ・・・・は比較用静電蓄電
器の静電容量Ｉｒ・・・・は基本波漏洩電流 Ｅａ、Ｅｂ、ωは基本波各相電圧と角速度Ｒａ、Ｒｂ、
は各相の絶縁抵抗（対大地）以上はこの発明の三相回路
の実証例をあげたが、電灯回路などの単相３線について
も同じである。

ただ２相の位相が大きいため第３図の（１０）（１１）
の出力に負の値をもつことになる。このため（１０）（
１１）には負出力防止回線が付加されている。単相２線
式回路では、電圧接続の１相を休ませ１相だけを取付け
ればよい。

なお、単相３線式において２相の漏洩電流が等しい場合
、１８０度の逆位相のため互に打消し検出がきでないと
の考えがあるが、単相２線式は一般に不平衡な負荷を組
合せ接続され、常時平衡をとことは困難で、負荷開閉に
よって不平衡が出る。

かりに安定した漏洩が出じたとしても、危険に至る事前
に劣化による絶縁の崩れが生じ、不平衡が現われ発見す
ることができる。

以上発明の実施例について述べたが、次にこの発明の効
果について述べる。

１．本発明によれば電圧の注入など行なわないので、交
流電圧発生装置や電圧注入機槽を要さない。このため消
費電力が少く、軽量小形、取扱い容易、かつ安値となる
。したがって広く利用でき漏電による事故を減少するこ
とになる。

２．本発明の方法によれば接地線は電流を検出するだけ
であり、■圧注入機構などによって接地線の機能に障害
を与えることがない。

３．本発明の方法では被測定値に対し、測定値を負帰還
させ、その差を零にすることで測定するので、検出部の
増巾を高めれば精度をあげることができ、精密な測定が
できる。

４．本発明を利用して漏電などの保護を行なえば、回路
の静電容量による電流の影響をうけないので誤動作がな
く低い設定ができる。また地絡時高調波の発生によって
回路の静電容量に、次数倍の電流で誤動作することが多
かったが本発明によればこれを消去するので誤動作がな
く低い設定ができる。したがってそれだけ感度を高める
ことができ、感電事故の防止など安全性を高めることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の大地電流を回路で消去する実施例の結
線図である。 １．は回路の電源変圧器 ２．は接地線の変流器 ３．は基本波帯域濾波器 ４．は基本波電流指示計 ５．は第５調波帯域濾波器 ６．は第５調波電流指示計 ７．は過消去表示ランプ ８．は漏洩電流計 ９．は回路の絶縁抵抗と等価にする抵抗１０．は回路の
静電容量と等価にする静電蓄電器１１．は回路と等価に
する静電容量の電圧調整器１２．は回路と等価にする絶
縁抵抗の電圧調整器１３．は単巻変圧器 第２図は大地電流の分解ベクトル図で、本発明の消去状
況を示す。 １．は回路電源の相電圧 ２．は（１）より６０度遅れの回路電源の相電圧３．は
（７）より９０度進み相 ４．は（２）より９０度進み相 ５．は（１）によって生ずる漏洩電流 ６．は（２）によって生ずる漏洩電流 ７．は（１）によって生ずる静電蓄電器の電流８．は（
２）によって生ずる静電蓄電器の電流５′．は（５）を
消去する電流 ６′．は（６）を消去する電流 ７′．は（７）を消去する電流 ８′．は（８）を消去する電流 第３図は本発明の変流器２次側において消去する実施例
ブロック図である。 １．は回路の電源変圧器 ２．は接地線の変流器 ３．は分圧抵抗器 ４．は比較用静電蓄電器 ５．は（４）の電流検出変流器 ６．は基本波帯域濾波器 ７．は第５調波帯域濾波器 ８．はπ／６進める移相器 ９．はπ／６遅らせる移相器 １０．は漏洩電流を電圧相別に分解する回路１１．は静
電容量電流を電圧相別に分解する回路１２．は漏洩電流
相別発生回路 １３．は静電容量電流相別発生回路 １４．は漏洩電流指示回路 １５．は増巾回路 １６．は基本波帯域濾波器 １７．は第５調波帯域濾波器 第４図は上記第３図の（８）（９）移相器のベクトル図
である。 １．は回路電源の相電圧 ２．は（１）より６０度遅れの回路電源の相電圧３．は
（１）の相電圧より９０度進み相４．は（２）の相電圧
より９０度進み相５．は漏洩電流

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 大地電流を消去するよう逆方向の電流を加え、大地電流
   の基本波および第５調波がともに零になるようにし、漏
   洩電流を分離することを特徴とする高調波分析式漏洩電
   流検出装置。