WO2020209242A1 - 装置及びプログラム - Google Patents

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龍三 野田
和田　功
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古屋　一彦
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Abstract

電力回路の地絡電流を検出又は監視する装置であって、零相電流測定部と位相差特定部と初期値保持部と相特定部とを備え、前記零相電流測定部は、前記電力回路の零相電流の大きさを測定可能であり、前記位相差特定部は、前記電力回路の所定部分の電圧に基づいて該電圧と前記零相電流測定部が測定した零相電流との位相差を特定可能であり、前記初期値保持部は、前記電力回路の初期状態における零相電流を複素数で表現した値を初期零相電流値として記憶保持し、前記相特定部は、前記零相電流測定部が測定した零相電流の大きさと前記位相差特定部が特定した位相差とに基づいて前記電力回路の零相電流を複素数で表現した値と前記初期値保持部が記憶保持する初期零相電流値との差を算出し、該算出した差の偏角が前記電力回路の種別に応じて定めた複数の範囲のいずれに属するかの判定に基づいて前記電力回路の零相電流の発生相とその原因を特定可能に構成される、装置。

Description

装置及びプログラム
　本発明は、装置及びプログラムに関する。
　電力回路は、適切に管理を行い、事故等の防止に務める必要がある。このため、電力回路における地絡を検出、監視する装置が多々提案されており、例えば、特許文献１に記載されているような技術もある。
特開２００６－１１４４３７号公報
　特許文献１に記載されている技術は、全漏洩電流の大きさと位相角とを測定し、前回に測定した値との差から、抵抗分漏洩電流増加量を算出し、その抵抗分漏洩電流増加量の位相角から漏洩の発生した相を特定するものである。
　しかしながら、特許文献１に記載の技術は、前回に測定した値との差から抵抗分漏洩電流増加量を算出しているため、絶縁抵抗が徐々に劣化した場合など、抵抗分漏洩電流の絶対値が大きい場合でも増加量が小さければ、検出を行うことができない。例えば、前回検出値と今回検出値の差が１ｍＡ程度あっても、異常検出値が５０ｍＡの場合、検出ができない。また、抵抗分漏洩電流増加量の位相角が漏洩の発生した相の電圧と同相とならない場合、例えば、静電容量分漏洩電流が大きく変化した場合等には、漏洩の発生した相を特定することができないものである（段落［００２４］等に記載されている）。
　また、特許文献１に記載の技術は、漏電箇所を探査することを目的とするものであるから、地絡が発生する前の回路の状態、つまり、絶縁が正常な状態や劣化した状態を把握することは困難なものである。
　本発明は、かかる事情を鑑みてなされたものであり、電力回路が正常な状態、絶縁が劣化した状態、地絡が発生した状態、対地静電容量が変化した状態のいずれであっても、その状態を監視することのできる装置及びプログラムを提供することを目的とする。
　本発明によれば、電力回路の地絡電流を検出又は監視する装置であって、零相電流測定部と位相差特定部と初期値保持部と相特定部とを備え、前記零相電流測定部は、前記電力回路の零相電流の大きさを測定可能に構成され、前記位相差特定部は、前記電力回路の所定部分の電圧に基づいて該電圧と前記零相電流測定部が測定した零相電流との位相差を特定可能に構成され、前記初期値保持部は、前記電力回路の初期状態における零相電流を複素数で表現した値を初期零相電流値として記憶保持し、前記相特定部は、前記零相電流測定部が測定した零相電流の大きさと前記位相差特定部が特定した位相差とに基づいて前記電力回路の零相電流を複素数で表現した値と前記初期値保持部が記憶保持する初期零相電流値との差を算出し、該算出した差の偏角が前記電力回路の種別に応じて定めた複数の範囲のいずれに属するかを判定し、該判定の結果に基づいて前記電力回路の零相電流の発生相とその原因を特定可能に構成される、装置が提供される。
本発明の実施形態に係る監視装置１０の構成を示した図である。 電力回路の例を示した図である。 三相４線回路の等価回路を示した図である。 初期零相電流値を複素平面上に表した図である。 零相電流を複素平面上に表した例を示した図である。 零相電流と初期零相電流値ＩＲＢ０の差を複素平面上で表したものである。 図６に示した電流ＩＲ１～電流ＩＲ５を１２０度回転した複素平面を示した図である。 図６に示した電流ＩＲ１～電流ＩＲ５を２４０度回転した複素平面を示した図である。 偏角の範囲を説明するための図である。 三相３線回路の等価回路を示した図である。 回転処理部１５による回転処理後の位相を示した図である。 初期零相電流と零相電流を複素平面上に示した図である。 偏角の領域を示した図である。 電流分離の例を示した図である。 電流分離の例を示した図である。 電流分離の例を示した図である。 電流分離の例を示した図である。 監視装置１０の運用の流れを示すフローチャートである。 監視装置１０の動作の流れを示すフローチャートである。 監視装置１０の動作の流れを示すフローチャートである。
　以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。以下に示す実施形態中で示した各種特徴事項は、互いに組み合わせ可能である。
１．装置構成
　まず、本発明の実施形態に係る装置について説明する。なお、ここでは、地絡電流を監視する監視装置を例として説明するが、監視装置の一部を省略することで、地絡電流を検出する検出装置とすることもできる。図１は、本発明の実施形態に係る監視装置１０の構成を示した図である。
　同図に示すように、監視装置１０は、零相電流測定部１１、位相差特定部１２、初期値保持部１３、相特定部１４、回転処理部１５、電流解析部１６及び入出力部１７を有している。
　零相電流測定部１１は、電力回路の零相電流の大きさを測定可能に構成される。零相電流の測定は、例えば、電力回路の変圧器の中性点、または端子の一端のＢ種接地の接地線や、幹線ケーブルの送電部等の零相電流を測定可能な位置に零相変流器を設置し、この零相変流器を介して零相電流を測定する。
　位相差特定部１２は、電力回路の所定部分の電圧に基づいて該電圧と零相電流測定部１１が測定した零相電流との位相差を特定可能に構成される。例えば、位相差特定部１２は、電力回路の電圧として、変圧器の中性点と一端子の間の電圧、または端子間の電圧、または変圧器の一端子とＤ種接地、またはＣ種接地の間の電圧等のいずれかの電圧を取得する。
　初期値保持部１３は、電力回路の初期状態における零相電流を特定可能な値を初期値として記憶保持する。初期値は、例えば、電力回路、つまり、電気設備の竣工時等の設備が健全な状態で、対地静電容量を測定し、測定した対地静電容量に基づいて零相電流を算出することで得られる。また、電気設備が健全な状態において零相電流測定部１１が測定した零相電流と位相差特定部１２が特定した位相差とに基づいて算出された値を初期値として初期値保持部１３に記憶保持させるようにしてもよい。電気設備が健全な状態の値を記憶保持させることで、対地絶縁の劣化や対地静電容量の変化が徐々に進行した場合でも、漏洩電流の検出等を行うことができる。
　初期値保持部１３に記憶保持させる初期値は、電力回路の初期状態における零相電流を複素数で表現した値であってもよい。複素数で表現した値とは、複素数表示やフェーザ表示とも称される表示方法であり、極形式（複素数を絶対値と偏角を用いて表わした形）を用いてもよい。
　また、電力回路が高圧と、特別高圧と、超高圧とのいずれかに対応し、ケーブル又はバスダクトを含む場合には、初期値保持部１３は、ケーブル又はバスダクトの対地静電容量値または対地静電容量値に基づいて算出される零相電流を複素数で表現した値を初期値として記憶保持するようにしてもよい。
　同様に、電力回路が低圧であり、地中に埋設されたケーブル又は屋内に敷設されたバスダクトを含む場合には、初期値保持部１３は、ケーブル又はバスダクトの対地静電容量値または対地静電容量値に基づいて算出される零相電流を複素数で表現した値を初期値として記憶保持するようにしてもよい。
　ケーブル又はバスダクトの対地静電容量値は、例えば、ケーブル又はバスダクトの仕様から単位長さあたりの対地静電容量を特定し、これに線路長を乗じることで算出することができる。そして、電力回路が健全な状態では、当該回路の絶縁も良好であるため、絶縁抵抗を無限大であると想定して、零相電流を算出することができる。なお、対地静電容量値の算出に際しては、絶縁抵抗を十分大きな値、例えば、１００（ＭΩ）～１０００（ＭΩ）であるものとして取り扱う。
　相特定部１４は、零相電流測定部１１が測定した零相電流の大きさと位相差特定部１２が特定した位相差とに基づいて電力回路の零相電流を複素数で表現した値と初期値保持部１３が記憶保持する初期値から特定される零相電流を複素数で表現した値との差を算出し、算出した差の偏角が電力回路の種別に応じて定めた複数の範囲のいずれに属するかを判定し、判定の結果に基づいて電力回路の零相電流の発生原因となる相を特定可能に構成される。なお、相特定部１４の具体的な動作については後述する。
　回転処理部１５は、相特定部１４の一部であり、相特定部１４が算出した差の偏角を電力回路の種別に応じた角度だけ回転可能に構成される。例えば、低圧と、特別高圧と、超高圧とのいずれかの中性点接地の三相3線回路と、低圧の中性点接地の三相4線回路と、低圧又は高圧の非接地の三相3線回路とのいずれかである場合には、回転処理部１５は、差の偏角を１２０度回転させる処理と差の偏角を２４０度回転させる処理とを行う。また、電力回路が変圧器の低圧側が三角巻線で１相接地の三相３線回路であるとともに、変圧器の高圧側がスター型巻線である場合には、回転処理部１５は、差の偏角を－３０度または－６０度回転させる処理を行い、電力回路が変圧器の低圧側が三角巻線で１相接地の三相３線回路であるとともに、変圧器の高圧側が三角巻線である場合には、回転処理部１５は、差の偏角を－６０度または－１２０度回転させる処理を行う。これにより、相特定部１４は、回転処理部１５で回転された差の偏角に基づいて電力回路の零相電流の発生原因となる相を特定することとなる。
　ところで、三相変圧器の星型巻線と三角巻線の電圧には３０度の位相差がある。その結果、同一相の地絡電流や、低圧側三角巻線の１相接地回路の対地静電容量による常時の地絡電流にも３０度の位相差が生じる。従って、回転処理部１５は、電力回路全体の変圧器構成による位相関係に基づく処理を行っている。
　電流解析部１６は、相特定部１４が算出した差を、相特定部１４が特定した相の抵抗分電流値と静電容量電流値とに分離可能に構成される。なお、電流解析部１６具体的な動作については後述する。
　入出力部１７は、監視装置１０のユーザインタフェイスとなるもので、操作指示の受付や、監視結果の表示等を行う。また、入出力部１７は、監視結果として相特定部１４が特定した相の全てを表示可能に構成されるとともに、相特定部１４が特定した相に別の電力回路から、その回路の対地静電容量を介して、電流が流入したことを表示可能に構成される。別の電力回路から電流が流入した場合、複数の相に逆向き（逆相）の電流が流れることから、その可能性を表示することが可能となる。
２．電力回路の概要
　次に、監視装置１０を設置する電力回路の例について、その概要を説明する。図２は、電力回路の例を示した図である。
　同図に示した例では、商用電源２０に、変圧器２１と変圧器２２と変圧器２３とが接続されている。商用電源２０は、厳密には、変圧器であり、この変圧器と、変圧器２１、変圧器２２、変圧器２３の間は、高圧、例えば、６．６ｋＶの電力回路であり、変圧器２１、変圧器２２、変圧器２３のそれぞれを介して、低圧、例えば、２１０Ｖの電力回路と接続されている。
　高圧の電力回路は、一般に、非接地であるが、接地形計器用変圧器（ＥＶＴ）やコンデンサー形地絡検出装置（ＺＰＤ）を介して中性点が接地されているともいえるものである。監視装置１０は、中性点接地、非接地のいずれにも対応可能である。
　また、変圧器２１には、負荷２４と負荷２５が接続されており、この変圧器２１と負荷２４及び負荷２５の間の回路が低圧の電力回路となる。また、変圧器２２には、負荷２６と負荷２７が接続されており、この変圧器２２と負荷２６及び負荷２７の間の回路が低圧の電力回路となる。同様に、変圧器２３には、負荷２８と負荷２９が接続されており、この変圧器２３と負荷２８及び負荷２９の間の回路が低圧の電力回路となる。監視装置１０は、これらの低圧の電力回路にも対応可能である。なお、変圧器２１は、Ｙ（星型）－△（三角）巻線の変圧器であり、変圧器２２は、△－△巻線の変圧器、変圧器２３は、△－Ｙ巻線の変圧器であるものとする。
３．三相４線回路等
　次に、電力回路が低圧、特別高圧、超高圧のいずれかの中性点接地の三相3線回路、低圧の中性点接地の三相4線回路、低圧又は高圧の非接地の三相3線回路の場合の監視装置１０の動作について説明する。なお、ここでは、三相４線回路を例として説明する。図３は、三相４線回路の等価回路を示した図である。なお、同図に示した等価回路は、図２に示した変圧器２３の二次側回路に相当する。
　同図に示した等価回路では、ＥＲ、ＥＳ、ＥＴは、それぞれ、Ｒ相の電源、Ｓ相の電源、Ｔ相の電源を表し、ＲＲ、ＲＳ、ＲＴ、ＲＮは、それぞれ、Ｒ相の絶縁抵抗、Ｓ相の絶縁抵抗、Ｔ相の絶縁抵抗、Ｎ相（中性相）の絶縁抵抗を表し、ＣＲ、ＣＳ、ＣＴ、ＣＮは、それぞれ、Ｒ相の対地静電容量、Ｓ相の対地静電容量、Ｔ相の対地静電容量、Ｎ相の対地静電容量を表している。また、ＲＢは、Ｂ種接地抵抗、ＲＣは、Ｃ種接地抵抗を表している。なお、電力回路は、配線の距離が長く、分布定数回路として扱うことが適切であるが、ここでは、説明の簡易化のために、集中定数回路としている。
　図３に示した等価回路に監視装置１０を設置する場合、零相電流測定部１１は、Ｂ種接地抵抗ＲＢを流れる電流を測定する。位相差特定部１２は、Ｒ相の電圧ＥＲを取得する。電圧ＥＲは、変圧器の中性点と一端子間の電圧、または端子間の電圧、または変圧器の一端子とＤ種接地、またはＣ種接地間の電圧等のいずれかで測定可能である。
　初期値保持部１３に記憶保持する初期零相電流値は、電力回路が健全な状態、つまり、図３に示した等価回路では、各相の絶縁抵抗、ＲＲ、ＲＳ、ＲＴ、ＲＮの値が十分に大きい場合の値である。なお、図３に示した等価回路が理想的なものであれば、各相の対地静電容量、ＣＲ、ＣＳ、ＣＴ、ＣＮの値が等しく、零相電流は流れないが、実際には、ＣＲ、ＣＳ、ＣＴ、ＣＮの値は等しくないため、零相電流が流れることになる。
　初期値保持部１３に記憶保持する初期零相電流値は、例えば、図４にＩＲＢ０で示すようになる。図４は、初期零相電流値を複素平面上に表した図である。初期零相電流値ＩＲＢ０は、その偏角がθである。なお、図４は、Ｒ相の電圧を基準としているため、Ｒ相の電圧の偏角は、０度となる。
　続いて、電力回路で絶縁の劣化や地絡の発生、対地静電容量の変化等によって、零相電流が変化した場合を説明する。零相電流は、零相電流測定部１１と位相差特定部１２により、複素数による表現が可能となるが、これを複素平面上に表すと、図５に示すようになる。図５は、零相電流を複素平面上に表した例を示した図である。
　例えば、電力回路のＲ相の絶縁が劣化した場合やＲ相に地絡が発生した場合には、図５に示す零相電流ＩＲＢ１が流れることになる。Ｔ相の絶縁が劣化した場合やＴ相に地絡が発生した場合には、図５に示す零相電流ＩＲＢ２が流れることになる。Ｓ相の絶縁が劣化した場合やＳ相に地絡が発生した場合には、図５に示す零相電流ＩＲＢ３が流れることになる。また、Ｒ相の対地静電容量が大きくなった場合には、図５に示す零相電流ＩＲＢ４が流れ、Ｓ相の絶縁の劣化と対地静電容量の増大が同時に生じた場合には、図５に示す零相電流ＩＲＢ５が流れることになる。なお、当然のことであるが、零相電流ＩＲＢ１、零相電流ＩＲＢ２、零相電流ＩＲＢ３、零相電流ＩＲＢ４及び零相電流ＩＲＢ５は、同時に流れることはない。
　この図５に示した零相電流ＩＲＢ１、零相電流ＩＲＢ２、零相電流ＩＲＢ３、零相電流ＩＲＢ４及び零相電流ＩＲＢ５は、初期零相電流値ＩＲＢ０を含むものである。したがって、零相電流と初期零相電流値ＩＲＢ０の差が電力回路で絶縁の劣化や地絡の発生、対地静電容量の変化等によって生じた電流となる。
　そこで、相特定部１４は、まず、零相電流と初期零相電流値ＩＲＢ０の差を算出する。この算出結果を複素平面上に表すと、図６に示すようになる。図６は、零相電流と初期零相電流値ＩＲＢ０の差を複素平面上で表したものである。
　零相電流ＩＲＢ１と初期零相電流値ＩＲＢ０の差、つまり、ＩＲＢ１－ＩＲＢ０は、電流ＩＲ１となる。同様に、零相電流ＩＲＢ２と初期零相電流値ＩＲＢ０の差（ＩＲＢ２－ＩＲＢ０）は、電流ＩＲ２、零相電流ＩＲＢ３と初期零相電流値ＩＲＢ０の差（ＩＲＢ３－ＩＲＢ０）は、電流ＩＲ３、零相電流ＩＲＢ４と初期零相電流値ＩＲＢ０の差（ＩＲＢ４－ＩＲＢ０）は、電流ＩＲ４、零相電流ＩＲＢ５と初期零相電流値ＩＲＢ０の差（ＩＲＢ５－ＩＲＢ０）は、電流ＩＲ５となる。
　続いて、相特定部１４は、算出した零相電流と初期零相電流値ＩＲＢ０の差を１２０度及び２４０度回転する。図７は、図６に示した電流ＩＲ１～電流ＩＲ５を１２０度回転した複素平面を示した図である。また、図８は、図６に示した電流ＩＲ１～電流ＩＲ５を２４０度回転した複素平面を示した図である。
　図６に示した電流ＩＲ１、電流ＩＲ２、電流ＩＲ３、電流ＩＲ４、電流ＩＲ５を１２０度回転すると、図７に示すようになる。この場合には、複素平面の実軸は、Ｓ相の電圧と一致する。
　また、図６に示した電流ＩＲ１、電流ＩＲ２、電流ＩＲ３、電流ＩＲ４、電流ＩＲ５を２４０度回転すると、図８に示すようになる。この場合には、複素平面の実軸は、Ｔ相の電圧と一致する。
　次に、相特定部１４が、零相電流が変化した原因となる相を特定する。相の特定は、回転処理を施していない電流と、１２０度の回転処理を施した電流と、２４０度の回転処理を施した電流のうち、偏角が－３０度よりも大きく９０度以下である電流に基づいて行う。
　ここで、－３０度よりも大きく９０度以下となる範囲について説明する。図９は、偏角の範囲を説明するための図である。
　同図に示すように、電流に対して回転処理を施していない場合、基準となる偏角が０度の軸は、Ｒ相の実軸に相当する軸となる。また、偏角が９０度となる軸は、Ｒ相の虚軸に相当し、偏角が－３０度となる軸は、Ｓ相の虚軸に相当する。したがって、電流の偏角が－３０度よりも大きく９０度よりも小さい場合は、この電流に少なくともＲ相の抵抗分電流が含まれていることとなり、電流の偏角が９０度の場合は、この電流はＲ相の静電容量分電流であることとなる。つまり、電流に回転処理を施していない場合に、当該電流の偏角が－３０度よりも大きく９０度以下であれば、少なくともＲ相に変化が生じてことが判明する。
　また、電流に対して１２０度の回転処理を施している場合、基準となる偏角が０度の軸は、Ｓ相の実軸に相当する軸となる。また、偏角が９０度となる軸は、Ｓ相の虚軸に相当し、偏角が－３０度となる軸は、Ｔ相の虚軸に相当する。したがって、電流の偏角が－３０度よりも大きく９０度よりも小さい場合は、この電流に少なくともＳ相の抵抗分電流が含まれていることとなり、電流の偏角が９０度の場合は、この電流はＳ相の静電容量分電流であることとなる。つまり、電流に１２０度の回転処理を施した場合に、当該電流の偏角が－３０度よりも大きく９０度以下であれば、少なくともＳ相に変化が生じてことが判明する。
　同様に、電流に対して２４０度の回転処理を施している場合、基準となる偏角が０度の軸は、Ｔ相の実軸に相当する軸となる。また、偏角が９０度となる軸は、Ｔ相の虚軸に相当し、偏角が－３０度となる軸は、Ｒ相の虚軸に相当する。したがって、電流の偏角が－３０度よりも大きく９０度よりも小さい場合は、この電流に少なくともＴ相の抵抗分電流が含まれていることとなり、電流の偏角が９０度の場合は、この電流はＴ相の静電容量分電流であることとなる。つまり、電流に２４０度の回転処理を施した場合に、当該電流の偏角が－３０度よりも大きく９０度以下であれば、少なくともＴ相に変化が生じてことが判明する。
　したがって、前述の電流ＩＲ１は、回転処理を施していない状態で偏角が０度なので、Ｒ相の電流と判断される。同様に、電流ＩＲ２は、２４０度の回転処理を施した状態で偏角が０度なのでＴ相の電流と判断され、電流ＩＲ３は、１２０度の回転処理を施した状態で偏角が０度なのでＳの相の電流と判断される。また、電流ＩＲ４は、回転処理を施していない状態で偏角が９０度なので、Ｒ相の電流と判断され、電流ＩＲ５は、１２０度の回転処理を施した状態で偏角が３０度なのでＳの相の電流と判断される。
　次に、電流解析部１６が零相電流と初期零相電流値ＩＲＢ０の差の解析を行う。この解析では、差の電流の偏角が０度の場合は、Ｒ相の抵抗分電流（回転処理なしの場合）、Ｓ相の抵抗分電流（１２０度回転の場合）、Ｔ相の抵抗分電流（２４０度回転の場合）と判断する。また、差の電流の偏角が９０度の場合は、Ｒ相の静電容量分電流（回転処理なしの場合）、Ｓ相の静電容量分電流（１２０度回転の場合）、Ｔ相の静電容量分電流（２４０度回転の場合）と判断する。
　差の電流の偏角が０度よりも大きく９０度よりも小さい場合には、Ｒ相の抵抗分電流と静電容量分電流の合成（回転処理なしの場合）、Ｓ相の抵抗分電流と静電容量分電流の合成（１２０度回転の場合）、Ｔ相の抵抗分電流と静電容量分電流の合成（２４０度回転の場合）と判断し、これらを分離する。
　また、差の電流の偏角が－３０度よりも大きく０度よりも小さい場合には、Ｒ相の抵抗分電流とＳ相の静電容量分電流の合成（回転処理なしの場合）、Ｓ相の抵抗分電流とＴ相の静電容量分電流の合成（１２０度回転の場合）、Ｔ相の抵抗分電流とＲ相の静電容量分電流の合成（２４０度回転の場合）と判断し、これらを分離する。
　抵抗分電流と静電容量分電流の分離は、複素数の演算により行う。なお、複素数の演算に代えて複素ベクトルを用いたベクトル演算により抵抗分電流と静電容量分電流の分離を行うようにしてもよい。
　ところで、図６乃至図８に示した電流の複素平面での表示は説明のために用いたものであるが、これらを入出力部１７に画面表示するようにしてもよい。電力回路等の電気設備の管理は、通常、電気主任技術者等の技術者が行うため、複素平面での表示は、これら技術者が直感的に電力回路の状態を把握する一助となる。
４．三相３線回路
　次に、電力回路が変圧器の低圧側が三角巻線で１相接地の三相３線回路の場合の監視装置１０の動作について説明する。図１０は、三相３線回路の等価回路を示した図である。なお、同図に示した等価回路は、図２に示した変圧器２１の二次側回路または変圧器２２の二次側回路に相当する。
　同図に示した等価回路では、ＥＲＳ、ＥＳＴ、ＥＴＲは、それぞれ、Ｒ相－Ｓ相間の電源、Ｓ相－Ｔ相間の電源、Ｔ相－Ｒ相間の電源を表し、ＲＲ、ＲＳ、ＲＴは、それぞれ、Ｒ相の絶縁抵抗、Ｓ相の絶縁抵抗、Ｔ相の絶縁抵抗の絶縁抵抗を表し、ＣＲ、ＣＳ、ＣＴは、それぞれ、Ｒ相の対地静電容量、Ｓ相の対地静電容量、Ｔ相の対地静電容量を表している。また、ＲＢは、Ｂ種接地抵抗、ＲＤは、Ｄ種接地抵抗を表している。なお、電力回路は、配線の距離が長く、分布定数回路として扱うことが適切であるが、ここでは、説明の簡易化のために、集中定数回路としている。
　図１０に示した等価回路に監視装置１０を設置する場合、零相電流測定部１１は、Ｂ種接地抵抗ＲＢを流れる電流を測定する。なお、零相電流測定部１１は、幹線ケーブルの送電部から零相電流を取得してもよいが、その場合は、図１０中のＴとＲＴの間のケーブルと、ＲとＲＲの間のケーブルと、ＳとＲＳの間のケーブルとのそれぞれを流れる電流の合計の電流を取得する。また、位相差特定部１２は、前述したのと同様に、変圧器２３の二次側回路のＲ相の電圧ＥＲを取得する。
　図２に示した等価回路の商用電源２０、及びＥＢ（Ｂ種接地）は変圧器２１、変圧器２２、変圧器２３に対して共通なので、商用電源２０の星型巻線（変圧器２１の一次側巻線と同じ）のＲ相電圧位相（変圧器２３の二次側巻線のＲ相電圧位相と同じ）を基準とする。　その結果、変圧器２１の二次回路のＳ相－Ｒ相間の電圧位相は基準より３０度進んでおり、変圧器２２の二次回路のＳ相－Ｒ相間の電圧位相は基準より６０度進んでいる。
　したがって、監視装置１０は、まず、回転処理部１５が各電流の回転処理を行う。回転処理部１５は、対象となる回路が変圧器２２の二次側回路であれば、－３０度の回転処理を行い、対象となる変圧器２３の二次側回路であれば、－６０度の回転処理を行う。
　図１１は、回転処理部１５による回転処理後の位相を示した図である。回転処理部１５による回転処理の結果、Ｓ相－Ｒ相間の電圧の位相、つまり、Ｒ相の抵抗成分電流に対応するＲ相実軸が０度となる。したがって、Ｒ相の静電容量分に対応するＲ相虚軸が９０度となり、Ｔ相の抵抗成分電流に対応するＴ相実軸が６０度となり、Ｔ相の静電容量分に対応するＴ相虚軸が１５０度となる。
　続いて、初期零相電流と零相電流について説明する。図１２は、初期零相電流と零相電流を複素平面上に示した図である。
　初期値保持部１３に記憶保持する初期零相電流値は、電力回路が健全な状態、つまり、図１０に示した等価回路では、各相の絶縁抵抗、ＲＲ、ＲＳ、ＲＴの値が十分に大きい場合の値であり、Ｓ相をＢ種接地しているため、Ｒ相の対地静電容量ＣＲとＴ相の対地静電容量ＣＴを合成した対地静電容量に起因して流れる電流となる。このため、初期値保持部１３に記憶保持している初期零相電流値ＩＲＢ０の偏角は、Ｒ相虚軸とＴ相虚軸の間、つまり、９０度以上１５０度以下となる。
　零相電流が変化した場合、例えば、図１２に示すような零相電流ＩＲＢ１１が測定された場合、相特定部１４は、零相電流ＩＲＢ１１と初期零相電流値ＩＲＢ０の差である電流ＩＲ１１を算出する。
　次に、相特定部１４による回路に変化が生じた相の特定について説明する。相特定部１４は、零相電流ＩＲＢ１１と初期零相電流値ＩＲＢ０の差の電流である電流ＩＲ１１の偏角が、予め定めたいずれの領域に含まれるかによって、回路に変化が生じた相の特定を行う。図１３は、偏角の領域を示した図である。
　図１３に示すように、偏角の領域は、領域Ａから領域Ｆまでの６領域がある。領域Ａは、偏角が－９０度（２７０度）よりも大きく０度以下の領域である。領域Ａのうち、偏角が０度の部分は、Ｒ相実軸と一致する。
　また、領域Ｂは、偏角が０度よりも大きく６０度以下の領域である。領域Ｂのうち、偏角が６０度の部分は、Ｔ相実軸と一致する。
　領域Ｃは、偏角が６０度よりも大きく９０度以下の領域である。領域Ｃのうち、偏角が９０度の部分は、Ｒ相虚軸と一致する。
　領域Ｄは、偏角が９０度よりも大きく、初期値保持部１３に保持している初期零相電流値ＩＲＢ０の偏角以下の領域である。
　領域Ｅは、偏角が初期値保持部１３に保持している初期零相電流値ＩＲＢ０の偏角よりも大きく、１５０度以下の領域である。領域Ｅのうち、偏角が１５０度の部分は、Ｔ相虚軸と一致する。
　領域Ｆは、偏角が１５０度よりも大きく、２７０度（－９０度）以下の領域である。
　零相電流ＩＲＢ１１と初期零相電流値ＩＲＢ０の差の電流ＩＲ１１の偏角が領域Ａに含まれる場合には、電流解析部１６は、差の電流ＩＲ１１をＲ相の抵抗分電流と、初期零相電流値ＩＲＢ０の偏角と同じ偏角の直線を軸としたＲ相及びＴ相の静電容量分電流とに分離する。
　また、相特定部１４は、電流解析部１６が分離した電流のうちＲ相の抵抗分電流が大きい場合には、Ｒ相の絶縁の劣化またはＲ相における地絡の発生と判定し、Ｒ相及びＴ相の静電容量分電流が大きい場合には、初期零相電流値ＩＲＢ０が流れる原因であったＲ相とＴ相の静電容量の減少と判定する。なお、入出力部１７には、相特定部１４が特定した零相電流ＩＲＢ１１の増加の原因、例えば、Ｒ相の絶縁の劣化またはＲ相における地絡の発生のみでなく、相特定部１４が特定しなかった原因、例えば、Ｒ相とＴ相の静電容量の減少についても画面表示するようにしてもよい。つまり、零相電流ＩＲＢ１１の増加の原因となる可能性を全て列記して表示するようにしてもよい。
　零相電流ＩＲＢ１１と初期零相電流値ＩＲＢ０の差の電流ＩＲ１１の偏角が領域Ｂに含まれる場合には、電流解析部１６は、次の４通りに電流ＩＲ１１を分離する。
　電流解析部１６は、まず、電流ＩＲ１１を、図１４に示すように、電流ＩＲ１１Ａと電流ＩＲ１１Ｂとに分離する。電流ＩＲ１１Ａは、Ｒ相の抵抗分電流であり、電流ＩＲ１１Ｂは、Ｒ相の静電容量分電流である。
　また、電流解析部１６は、電流ＩＲ１１を、図１５に示すように、電流ＩＲ１１Ｃと電流ＩＲ１１Ｄとに分離する。電流ＩＲ１１Ｃは、Ｔ相の抵抗分電流であり、電流ＩＲ１１Ｄは、Ｔ相の静電容量分電流である。
　また、電流解析部１６は、電流ＩＲ１１を、図１６に示すように、電流ＩＲ１１Ｅと電流ＩＲ１１Ｆとに分離する。電流ＩＲ１１Ｅは、Ｔ相の抵抗分電流であり、電流ＩＲ１１Ｆは、初期零相電流値ＩＲＢ０の偏角と同じ偏角の直線軸としたＲ相とＴ相の静電容量分電流である。
　さらに、電流解析部１６は、電流ＩＲ１１を、図１７に示すように、電流ＩＲ１１Ｇと電流ＩＲ１１Ｈとに分離する。電流ＩＲ１１Ｇは、Ｒ相の抵抗分電流であり、電流ＩＲ１１Ｈは、Ｔ相の抵抗分電流である。
　相特定部１４は、電流解析部１６が分離した電流の値の大きさに基づいて、零相電流ＩＲＢ１１の増加の原因を特定する。具体的には、Ｒ相の抵抗分電流が大きい場合には、Ｒ相の絶縁の劣化またはＲ相における地絡の発生と判定し、Ｒ相の静電容量分電流が大きい場合には、Ｒ相の静電容量の増大と判定し、Ｔ相の抵抗分電流が大きい場合には、Ｔ相の絶縁の劣化またはＴ相における地絡の発生と判定し、Ｔ相の静電容量分電流が大きい場合には、Ｔ相の静電容量の増大と判定し、Ｒ相及びＴ相の静電容量分電流が大きい場合には、初期零相電流値ＩＲＢ０が流れる原因であったＲ相とＴ相の静電容量の減少と判定する。また、Ｒ相の抵抗分電流とＴ相の抵抗分電流がともに大きい場合には、Ｒ相とＴ相の２相地絡と判定する。なお、入出力部１７には、零相電流ＩＲＢ１１の増加の原因となる可能性を全て列記して表示するようにしてもよい。
　零相電流ＩＲＢ１１と初期零相電流値ＩＲＢ０の差の電流ＩＲ１１の偏角が領域Ｃに含まれる場合には、電流解析部１６は、差の電流ＩＲ１１をＴ相の抵抗分電流とＲ相の静電容量分電流、Ｔ相の抵抗分電流とＴ相の静電容量分電流、Ｔ相の静電容量分電流とＴ相の静電容量分電流の３通りに分離する。相特定部１４は、電流解析部１６が分離した電流の値の大きさに基づいて、零相電流ＩＲＢ１１の増加の原因を特定する。
　零相電流ＩＲＢ１１と初期零相電流値ＩＲＢ０の差の電流ＩＲ１１の偏角が領域Ｄに含まれる場合には、電流解析部１６は、差の電流ＩＲ１１をＲ相の静電容量分電流とＲ相及びＴ相の静電容量分電流、
Ｒ相及びＴ相の静電容量分電流とＴ相の静電容量分電流、Ｒ相の静電容量分電流とＴ相の静電容量分電流の３通りに分離する。相特定部１４は、電流解析部１６が分離した電流の値の大きさに基づいて、零相電流ＩＲＢ１１の増加の原因を特定する。
　零相電流ＩＲＢ１１と初期零相電流値ＩＲＢ０の差の電流ＩＲ１１の偏角が領域Ｅに含まれる場合には、電流解析部１６は、差の電流ＩＲ１１をＲ相の静電容量分電流とＲ相及びＴ相の静電容量分電流、
Ｒ相及びＴ相の静電容量分電流とＴ相の静電容量分電流、Ｒ相の静電容量分電流とＴ相の静電容量分電流の３通りに分離する。相特定部１４は、電流解析部１６が分離した電流の値の大きさに基づいて、零相電流ＩＲＢ１１の増加の原因を特定する。
　零相電流ＩＲＢ１１と初期零相電流値ＩＲＢ０の差の電流ＩＲ１１の偏角が領域Ｆに含まれる場合には、電流解析部１６は、差の電流ＩＲ１１をＴ相の静電容量分電流とＲ相及びＴ相の静電容量分電流とに分離する。相特定部１４は、電流解析部１６が分離した電流の値の大きさに基づいて、零相電流ＩＲＢ１１の増加の原因を特定する。
　なお、三相３線回路の場合も、監視装置１０は、複素平面上に電流を表すような表示を入出力部１７に行わせてもよい。
５．他回路による地絡の発生
　ところで、実際には、対地静電容量が大きい場合、各相の対地静電容量が変化しなくとも、静電容量分電流が大きく変化し、零相電流ＩＲＢの増加の原因として特定される場合がある。これは、他の電力回路で地絡が発生した場合、例えば、監視装置１０が変圧器２１の二次側回路の一方を監視している際に変圧器２１の他方の二次側回路に地絡が発生した場合に生じる現象である。
　監視装置１０が監視している電力回路とは他の電力回路に地絡が生じた場合、大地と監視装置１０が監視している電力回路の対地静電容量を含む回路が形成されることがあり、この場合には、監視装置１０は、静電容量分電流の変化を検出することとなる。
　このとき、監視装置１０が監視している電力回路の対地静電容量が大きい場合、それ自体は変化しなくても、検出される電流は、初期零相電流値ＩＲＢ０の偏角の軸に沿ったもの（初期零相電流値ＩＲＢ０の偏角と同じ偏角またはその偏角と１８０度異なる偏角であらわされる電流）となる。
　したがって、監視装置１０は、入出力部１７に零相電流の増加の原因となる可能性を全て列記して画面表示する際に、他の電力回路での地絡発生の可能性も列記し、零相電流の増加の原因の特定を容易に把握できるようにしてもよい。
６．監視装置１０の運用の流れ
　次に、監視装置１０の運用の流れについて説明する。図１８は、監視装置１０の運用の流れを示すフローチャートである。
（Ｓ１０１）
　監視装置１０の運用に際しては、まず、対象となる配線路の健全化試験を行う。この健全化試験では、配線路の絶縁が十分であることを確認する。
（Ｓ１０２でＮＯ、Ｓ１０３）
　健全化試験に合格しなかった場合は、配線路の工事等を含む健全化処理を行う。
（Ｓ１０２でＹＥＳ、Ｓ１０４）
　健全化試験に合格した場合は、続いて初期値の測定を行う。測定する値は、配線路の各相の対地静電容量と、所定の部分の電圧である。なお、対地静電容量の測定に代えて、監視装置１０を動作させて初期零相電流値ＩＲＢ０を測定するようにしてもよい。
（Ｓ１０５）
　初期値の測定が終了すると、測定した値に基づいて、初期零相電流値ＩＲＢ０を算出し、算出した値を監視装置１０に入力する。なお、監視装置１０を動作させて初期零相電流値ＩＲＢ０を測定した場合には、この処理を省略することができる。
（Ｓ１０６）
　初期値の入力が終了すると、監視装置１０を動作させ、運用を開始する。
７．監視装置１０の動作の流れ
　次に、監視装置１０の動作の流れを説明する。図１９及び図２０は、監視装置１０の動作の流れを示すフローチャートである。
（Ｓ２０１）
　監視装置１０は、動作を開始すると、零相電流測定部１１が測定した零相電流を取得する。
（Ｓ２０２）
　続いて、監視装置１０は、前述した方法による計算を行う。
（Ｓ２０３）
　そして、その計算結果を保存する。
（Ｓ２０４でＮＯ）
　零相電流を取得と、計算処理、計算結果の保存は、計算結果のうち所定の電流値が監視レベルを超過しない限り、定期的または連続して行う。
（Ｓ２０４でＹＥＳ）
　一方、計算結果のうち所定の電流値、例えば、各相の抵抗分電流値が監視レベルを超過した場合には、地絡が発生したと判定する。
（Ｓ２０５）
　監視装置１０は、地絡が発生したと判定した場合に、遮断器を動作させるための遮断信号を出力する。
（Ｓ２０６）
　続いて、警報信号を出力する。
（Ｓ２０７）
　そして、Ｓ２０３で保存した計算結果等を入出力部１７に表示し、動作を終了する。
（Ｓ３０１でＹＥＳ、Ｓ３０２）
　また、地絡が発生していない状態で、管理者等により情報表示の要求があった場合には、Ｓ２０３で保存した計算結果を取得する。
（Ｓ３０３）
　そして、取得した計算結果等を入出力部１７に表示する。
（Ｓ３０４でＹＥＳ、Ｓ３０５）
　入出力部１７に表示した画面等は、所定時間の経過に伴って消去する。もちろん、管理者等の操作により、画面を消去しても良い。
　以上説明した構成と処理により、電力回路に絶縁の劣化や対地静電容量の変化が生じた場合や地絡が発生した場合に、これらの発生した相とその原因を容易に特定することが可能となる。
　また、電力の送電部に設置する零相変流器（ＺＣＴ）が検出する地絡電流の大きさと地絡点の地絡電流の大きさに２倍以上の差を生じることがあるため、 零相電流そのままを検出する現行の地絡電流検出技術では地絡点の電流を正確に検出できないが、監視装置１０では、地絡点の電流を正確に検出することができる。
　なお、以上説明した監視装置１０は、計測器、漏電遮断器（ＥＬＣＢ）、配線用遮断器（ＭＣＣＢ）、絶縁監視装置、地絡継電器等に組み込む形で、利用することも可能である。
＜その他＞
　本発明は、以下の態様でも実施可能である。
　コンピュータを、電力回路の地絡電流を検出又は監視する装置として機能させるプログラムであって、前記監視装置は、零相電流取得部と位相差特定部と初期値保持部と相特定部とを備え、前記零相電流取得部は、前記電力回路の零相電流の大きさを取得可能に構成され、前記位相差特定部は、前記電力回路の所定部分の電圧に基づいて該電圧と前記零相電流取得部が取得した零相電流との位相差を特定可能に構成され、前記初期値保持部は、前記電力回路の初期状態における零相電流を複素数で表現した値を初期零相電流値として記憶保持し、前記相特定部は、前記零相電流取得部が取得した零相電流の大きさと前記位相差特定部が特定した位相差とに基づいて前記電力回路の零相電流を複素数で表現した値と前記初期値保持部が記憶保持する初期零相電流値との差を算出し、該算出した差の偏角が前記電力回路の種別に応じて定めた複数の範囲のいずれに属するかを判定し、該判定の結果に基づいて前記電力回路の零相電流の発生相とその原因を特定可能に構成される、プログラム。
１０　　　　：監視装置
１１　　　　：零相電流測定部
１２　　　　：位相差特定部
１３　　　　：初期値保持部
１４　　　　：相特定部
１５　　　　：回転処理部
１６　　　　：電流解析部
１７　　　　：入出力部
２０　　　　：商用電源
２１　　　　：変圧器
２２　　　　：変圧器
２３　　　　：変圧器
２４　　　　：負荷
２５　　　　：負荷
２６　　　　：負荷
２７　　　　：負荷
２８　　　　：負荷
２９　　　　：負荷
ＩＲ１　　　：電流
ＩＲ２　　　：電流
ＩＲ３　　　：電流
ＩＲ４　　　：電流
ＩＲ５　　　：電流
ＩＲ１０　　　：電流
ＩＲＢ０　　：初期零相電流値
ＩＲＢ１　　：零相電流
ＩＲＢ２　　：零相電流
ＩＲＢ３　　：零相電流
ＩＲＢ４　　：零相電流
ＩＲＢ５　　：零相電流
ＩＲＢ１１　：零相電流

Claims (12)

  1. 　電力回路の地絡電流を検出又は監視する装置であって、
    　零相電流測定部と位相差特定部と初期値保持部と相特定部とを備え、
    　前記零相電流測定部は、前記電力回路の零相電流の大きさを測定可能に構成され、
    　前記位相差特定部は、前記電力回路の所定部分の電圧に基づいて該電圧と前記零相電流測定部が測定した零相電流との位相差を特定可能に構成され、
    　前記初期値保持部は、前記電力回路の初期状態における零相電流を特定可能な値を初期値として記憶保持し、
    　前記相特定部は、前記零相電流測定部が測定した零相電流の大きさと前記位相差特定部が特定した位相差とに基づいて前記電力回路の零相電流を複素数で表現した値と、前記初期値保持部が記憶保持する初期値から特定される零相電流を複素数で表現した値との差を算出し、該算出した差の偏角が前記電力回路の種別に応じて定めた複数の範囲のいずれに属するかを判定し、該判定の結果に基づいて前記電力回路の零相電流の発生相とその原因を特定可能に構成される、
    　装置。
  2. 　前記初期値保持部は、前記電力回路の絶縁性能が健全時の初期状態において前記零相電流測定部が測定した零相電流の大きさと前記位相差特定部が特定した位相差とを複素数で表現した値を初期値として記憶保持する請求項１に記載の装置。
  3. 　前記電力回路は、高圧と、特別高圧と、超高圧とのいずれかに対応し、ケーブル又はバスダクトを含み、
    　前記初期値保持部は、前記ケーブル又は前記バスダクトの対地静電容量値または該対地静電容量値に基づいて算出される零相電流を複素数で表現した値を初期値として記憶保持する請求項１に記載の装置。
  4. 　前記電力回路は、低圧であり、地中に埋設されたケーブル又は屋内に敷設されたバスダクトを含み、
    　前記初期値保持部は、前記ケーブル又は前記バスダクトの対地静電容量値または該対地静電容量値に基づいて算出される零相電流を複素数で表現した値を初期値として記憶保持する請求項１に記載の装置。
  5. 　電流解析部を更に備え、
    　前記電流解析部は、前記相特定部が算出した差を、前記相特定部が特定した相の抵抗分電流値と静電容量電流値とに分離可能に構成される
    　請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の装置。
  6. 　前記相特定部は、回転処理部を備え、
    　前記回転処理部は、前記差の偏角を前記電力回路の種別に応じた角度だけ回転可能に構成され、
    　前記相特定部は、前記回転処理部で回転された差の偏角に基づいて前記電力回路の零相電流の発生原因となる相を特定する
    　請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の装置。
  7. 　前記電力回路は、低圧と、特別高圧と、超高圧とのいずれかの中性点接地の三相3線回路と、低圧の中性点接地の三相4線回路と、低圧又は高圧の非接地の三相3線回路とのいずれかであり、
    　前記回転処理部は、前記差の偏角を１２０度回転させる処理と前記差の偏角を２４０度回転させる処理とを行う
    　請求項６に記載の装置。
  8. 　前記電力回路は、変圧器の低圧側が三角巻線で１相接地の三相３線回路であるとともに、前記変圧器の高圧側がスター型巻線であり、
    　前記回転処理部は、前記差の偏角を－３０度または－６０度回転させる処理を行う
    　請求項６に記載の装置。
  9. 　前記電力回路は、変圧器の低圧側が三角巻線で１相接地の三相３線回路であるとともに、前記変圧器の高圧側が三角巻線であり、
    　前記回転処理部は、前記差の偏角を－６０度または－１２０度回転させる処理を行う
    　請求項６に記載の装置。
  10. 　入出力部をさらに備え、
    　前記入出力部は、前記相特定部が特定した相とその原因を１又は複数表示可能に構成される請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の装置。
  11. 　前記入出力部は、前記相特定部が特定した相に前記電力回路以外の電力回路から電流が流入した可能性を表示可能に構成される請求項１０に記載の装置。
  12. 　コンピュータを、電力回路の地絡電流を検出又は監視する装置として機能させるプログラムであって、
    　前記装置は、零相電流取得部と位相差特定部と初期値保持部と相特定部とを備え、
    　　前記零相電流取得部は、前記電力回路の零相電流の大きさを取得可能に構成され、
    　　前記位相差特定部は、前記電力回路の所定部分の電圧に基づいて該電圧と前記零相電流取得部が取得した零相電流との位相差を特定可能に構成され、
    　　前記初期値保持部は、前記電力回路の初期状態における零相電流を特定可能な値を初期値として記憶保持し、
    　　前記相特定部は、前記零相電流測定部が測定した零相電流の大きさと前記位相差特定部が特定した位相差とに基づいて前記電力回路の零相電流を複素数で表現した値と、前記初期値保持部が記憶保持する初期値から特定される零相電流を複素数で表現した値との差を算出し、該算出した差の偏角が前記電力回路の種別に応じて定めた複数の範囲のいずれに属するかを判定し、該判定の結果に基づいて前記電力回路の零相電流の発生相とその原因を特定可能に構成される、
    　プログラム。
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