JP2009229211A - 漏れ電流測定装置及びその測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】４００Ｖ級の星形配電電源から給電される配電線、配電線に接続される負荷設備の対地絶縁抵抗を通じて流れる漏れ電流の合計の値Ｉｇｒを測定する。
【解決手段】星形配電電源１から入力された三相のうちのいずれか一相の対地電圧Ｅ_Ｒ、Ｅ_Ｓ、Ｅ_Ｔと、零相変流器９が配電線４から検出した零相電流Ｉ_０とを信号処理し、いずれか一相の対地電圧Ｅ_Ｒ、Ｅ_Ｓ、Ｅ_Ｔを入力し、入力電圧と零相電流Ｉ_０との位相差を計測して信号処理する信号処理部１４と、信号処理部１４において得られた零相電流Ｉ_０の入力電圧に対する位相角を演算し、零相電流Ｉ_０の値とから、入力電圧に対する有効成分Ａ及び無効成分Ｂを算出し、それらの実効値から、対地漏洩抵抗７を経由して流れる健全な一相を除く各相合計の漏れ電流の値Iｇｒ及びその信頼度を演算する。演算部１５によって演算された漏れ電流Iｇｒの最大値及び最小値、さらに漏れ電流Ｉｇｒの値は表示部１６に表示される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電源から給電が行われる電路やこの電源に接続された電気機器の電圧印加部分から接地部分へ流れる漏洩電流を測定する電路及び電気機器における漏れ電流測定装置及びその測定方法に関する。

電気の利用は、便利な反面、適切な管理や使用を誤れば、大変危険な側面も兼ね備えており、電気火災や感電事故等の重大な事故を引き起こす可能性も少なくない。例えば、その重大事故の原因の一つとして、電路や電気機器の絶縁不良がある。電路及び電気機器の絶縁状態を調べる方法として、被測定電路及び電気機器を停電させて、絶縁抵抗計で測定する方法が従来の標準であった。

近年のように、停電が許されない配電線や連続操業の工場等には適用が制限される等の欠点がある。つまり、現在の社会状況では、コンピュータが社会の各方面に利用され、インテリジェントビルの普及拡大及び工場のＦＡ（ファクトリー・オートメーション）化により、２４時間連続稼動するシステムが構築されており、絶縁状態を調べるために、一時的に停電状態にすることができない状況となっている。

したがって、現在では、このような高度情報化による社会の無停電化の要請から、電路及び電気機器の絶縁不良管理が停電を伴う絶縁抵抗計による方法から、電気を切ることなく測定できる漏れ電流測定方法が用いられるようになっている。そして、漏電遮断器や漏電火災警報機等により漏洩電流を測定して絶縁状態を管理する通電中の予防策は、種々提案されている。

その一例として、２００Ｖ三相３線のうちの１線を接地する配電方式の測定方法がある。この測定方法は、電路及び電気機器の電圧印加部分から接地部分への漏れ電流、すなわち、零相電流Ｉ_０を検知し、この零相電流Ｉ_０と線間電圧との間の位相差とに基づいて、絶縁不良の目安となる電路及び電気機器の電圧印加部分と接地部分間の絶縁抵抗を通じて流れる漏れ電流を算出するようにしたものである。

この方法は、近年大口需要家で採用が増加し、かつ、海外の配電方式の標準となっている変圧器の低圧側三相巻線を星形に結線した電源から給電される４００V級三相４線式又は三相３線式配電方式（以下星形配電方式という)の電線路及び機器の絶縁測定には適用できない。別な方法で、配電系統に低周波低電圧を印加して漏れ電流の測定を行うようにした計測器があるが、この装置は重量が大きくコストも高いものとなっている。

また、星形配電方式では、接地線や４本又は３本の配電線を一括して零相変流器によって零相電流Ｉ_０を測定し、この値を絶縁抵抗を通じて流れる漏れ電流の値として絶縁を監視する方法が行われている。この方法は、電路や電気機器の電圧印加部分と接地部分との間に存在する対地静電容量の値が三相とも同じ（この状態をバランス状態という。）で、ある一相だけ漏れ電流が存在する際には正常な値を示す。しかし、上記対地静電容量の値が三相の各相で異なっているか、あるいは三相のうち一相が異なっている場合（この状態をアンバランス状態という。）や、漏れ電流が二相又は二相間のいわゆる線間に接続される電機機器の巻線や電気回路の内部で発生した場合には正確な測定ができない。

星形配電方式は、線間電圧が約４８０Ｖから３８０Ｖの間で、配電容量及び規模も大きいので、測定現場で電圧のかかった電線の端子を計器に接続する際に感電や誤接続による事故を発生させる危険度も大きい。また、計器には接地線も接続する必要があり、測定現場によっては接地箇所の発見が困難で、測定そのものが不能になる。

なお、この種の漏洩電流計測装置の先行技術文献として以下のものがある。
特開平３−１７９２７１号公報 特開２００２−１２５３１３号公報 特開２００７−３１８８４０号公報

本発明は、星形配電方式を採用した給電線やそれに接続される電気機器等の負荷設備の対地絶縁抵抗を通じて流れる漏れ電流を、通電状態のまま安全に、しかも対地静電容量の値が三相の各相で異なっているか、あるいは三相のうち一相が異なっているアンバランス状態でも、誤差を少なく検出することができる漏れ電流測定装置及びその測定方法の提供を目的とする。

本発明に係る漏れ電流測定装置は、上述の課題を解決するため、電圧測定手段が星形配電方式の電源の各相のうちのある一相の対地電圧を入力して測定し、零相電流測定手段が上記電源から給電線や、この給電線に接続された電気機器等の負荷設備を通じて流れる対地漏洩電流である零相電流Ｉ_０を測定し、信号処理手段が零相電流測定手段により測定した零相電流Ｉ_０から、上記電圧測定手段により測定した星形配電方式の電源が入力された対地電圧と同相方向の成分である有効成分及び有効成分と９０度の位相差の無効成分を算出し、演算手段が信号処理手段により算出された零相電流Ｉ_０の入力電圧に対する有効成分及び無効成分、それに零相電流Ｉ_０の値と電圧測定手段により入力された電圧若しくは設定された電圧の値から給電線やこの給電配電線に接続された電気機器に対地絶縁抵抗を通じて流れる漏れ電流を演算し、演算手段が零相電流Ｉ_０の値及び漏れ電流の値とから、給電線や電気機器等の負荷設備の電圧印加部分と接地部分との間に存在する対地静電容量の値が三相の各相で異なっているか、あるいは三相のうち一相が異なっているようなアンバランス状態に起因する漏れ電流が各相の対地絶縁抵抗に流れる漏れ電流の合計値Ｉｇｒに与える影響の度合いを演算する。

本発明に係る漏れ電流測定方法は、上記課題を解決するために、電圧測定工程において星形配電方式の電源のうちの一相の対地電圧を入力して測定し、零相電流測定工程において上記電源から給電線やこの給電線に接続された電気機器等の負荷設備を通じて流れる対地漏洩電流である零相電流Ｉ_０を測定し、信号処理工程において零相電流測定工程で測定した零相電流Ｉ_０から、上記電圧測定工程で測定した星形配電方式の電源が入力された対地電圧と同相方向の成分である有効成分及び有効成分と９０度の位相差の無効成分を算出し、演算工程において上記信号処理工程で算出された零相電流Ｉ_０の入力電圧に対する有効成分及び無効成分、それに零相電流Ｉ_０の値と上記電圧測定工程で入力された電圧若しくは設定された電圧の値から給電線やこの給電線に接続された電気機器等の負荷設備に対地絶縁抵抗を通じて流れる漏れ電流を演算し、演算工程において零相電流Ｉ_０の値及び漏れ電流の値とから、給電線や電気機器等の負荷設備の電圧印加部分と接地部分との間に存在する対地静電容量の値が三相の各相で異なっているか、あるいは三相のうち一相が異なっているようなアンバランス状態に起因する漏れ電流が各相の対地絶縁抵抗に流れる漏れ電流の合計値Ｉｇｒに与える影響の度合いを演算する。

ところで、本発明が適用される漏れ電流測定装置及び方法が適用される星形配電方式の電源に接続される三相の配電線である給電線及びこれに接続される負荷設備としての電気機器の電源端子の対地電圧は、１２０度の位相差で大きさが等しい三相電圧である。

そして、変圧器の低圧側三相巻線を星形に結線した星形配電電源を用いた４００Ｖ級三相３線式配電系統は、大きな工場やプラント設備の電気機器への電力供給に用いられ、電圧が加わる部分とそれを覆って接地された金属部分又は地面との間に存在する対地静電容量は三相各相に対して通常ほとんど同じ値、つまりバランス状態である。

しかし、星形配電方式の電源に接続される負荷設備としての電気機器に、溶接用変圧器等の単相大容量負荷を含む場合、又は照明負荷等の単相、動力負荷等の三相兼用の４００Ｖ級三相３線式配電系統場合には、電路や電気機器の電圧印加部分と接地部分との間に存在する対地静電容量の値が三相の各相で異なっているか、あるいは三相のうち一相が異なっているようなアンバランス状態に起因する漏れ電流の対地絶縁抵抗を通じて流れる各相の漏れ電流の合計の値に与える影響の度合いを考慮する必要がある。

ところで、星形配電方式の電源から供給される電圧をバランス状態の対地静電容量に印加すると、各相の対地静電容量を流れる電流は大きさが同じで位相差が１２０度ずつ異なり、三相分を合計した電流値は０になるが、上述したようなアンバランス状態では三相分を合成した対地静電容量の電流値はアンバランスの程度が大きければ大きな値を示す。

星形配電方式の電源に接続される給電線である三相配電線及びこれに接続される負荷設備としての電気機器等に絶縁劣化が発生し、対地絶縁抵抗を通じて流れる漏れ電流が発生すると、この電流と前述の対地静電容量を流れる電流との合成値が漏れ電流として測定される。しかし、上述したようなアンバランス状態では、対地静電容量を流れる電流の合成値が存在し、この電流が対地絶縁抵抗を通じて流れる漏れ電流に合流して零相電流Ｉ_０になる。従って、この合成値電流分が各相の合計の漏れ電流Ｉｇｒを測定する際の測定誤差となり、しかも、各相の合計の漏れ電流Ｉｇｒの測定の際に、上記合成値電流分がどの程度漏れ電流Ｉｇｒの測定値に含まれているかを測定する必要がある。

さらに、配電線やこれに接続される負荷設備等の絶縁劣化に起因することなく、アンバランス状態に起因する合成値電流を含む漏れ電流の値を基準に動作電流値を設定するような漏れ電流検出装置にあっては、上述したようなアンバランス状態では、装置の誤動作の原因になってしまう。

また、星形配電方式の電源電圧に含まれる電源周波数の３倍及びその倍数の周波数を持つ高調波電圧に対して、各相の対地静電容量を流れる電流は、大きさが同じで位相差が３６０度若しくはその倍数になり、三相分の合計電流値は各相電流値の和になり、対地絶縁抵抗を通じて流れる漏れ電流の数値に合算される。そこで、本発明に係る漏れ電流測定装置では、電源周波数を超える周波数成分を除去する零相電流測定手段を備え、漏洩電流定方法ではそれを除去する零相電流測定工程を備える。

ところで、星形配電方式を採用した電源においては、配電用三相変圧器の低圧側星形巻線の中性点は接地され、三相端子Ｒ、Ｓ、Ｔには接地電位である中性点に対して、大きさが等しく、位相が１２０度ずつ異なる三相対地電圧Ｅ_Ｒ、Ｅ_Ｓ、Ｅ_Ｔが発生している。

そして、三相対地電圧Ｅ_Ｒ、Ｅ_Ｓ、Ｅ_Ｔ中の一相の対地電圧Ｅ_Ｒを測定するため、配電用三相変圧器の低圧側星形巻線に電圧を入力するとき、この電圧を基準電圧Eとすると、各相の対地電圧Ｅ_Ｒ、Ｅ_Ｓ、Ｅ_Ｔはベクトル記号法で次の式によって示される。

Ｅ_Ｒ＝Ｅ ・・・（１）
Ｅ_Ｓ＝−０．５Ｅ−ｊ０．５／√３Ｅ ・・・（２）
Ｅ_Ｔ＝−０．５Ｅ＋ｊ０．５／√３Ｅ ・・・（３）
そして、星形配電方式におけるＲ相、Ｓ相、Ｔ相の各相と接地部分との間に対地絶縁抵抗ｒ_Ｒ、ｒ_Ｓ、ｒ_Ｔ及び対地静電容量Ｃ_Ｒ、Ｃ_Ｓ、Ｃ_Ｔが存在するとき、対地絶縁抵抗ｒ_Ｒ、ｒ_Ｓ、ｒ_Ｔを流れる漏洩電流をｇ_Ｒ、ｇ_Ｓ、ｇ_Ｔとし、対地静電容量Ｃ_Ｒ、Ｃ_Ｓ、Ｃ_Ｔを流れる漏れ電流をＩＲ，ＩＳ，ＩＴとすると、対地絶縁抵抗ｒ_Ｒ、ｒ_Ｓ、ｒ_Ｔを流れる漏れ電流ｇ_Ｒ、ｇ_Ｓ、ｇ_Ｔは、下記の式（４）〜式（６）により示され、対地静電容量Ｃ_Ｒ、Ｃ_Ｓ、Ｃ_Ｔを流れる漏れ電流ＩＲ，ＩＳ，ＩＴは、下記の式（７）〜式（９）により示される。

ｇ_Ｒ＝Ｅ_Ｒ／ｒ_Ｒ＝E／ｒ_Ｒ ・・・（４）
ｇ_Ｓ＝Ｅ_Ｓ／ｒ_Ｓ＝（−０．５Ｅ−ｊ０．５√３Ｅ）／ｒ_Ｓ ・・・（５）
ｇ_Ｔ＝Ｅ_Ｔ／ｒ_Ｔ＝（−０．５Ｅ−ｊ０．５√３Ｅ）／ｒ_Ｔ ・・・（６）
ＩＲ＝ｊωＣ_ＲＥ_Ｒ＝ｊωＣ_ＲＥ ・・・（７）
ＩＳ＝ｊωＣ_ＳＥ_Ｓ＝ｊωＣ_Ｓ（−０．５Ｅ−ｊ０．５√３Ｅ） ・・・（８）
ＩＴ＝ｊωＣ_ＴＥ_Ｔ＝ｊωＣ_Ｔ（−０．５Ｅ−ｊ０．５√３Ｅ） ・・・（９）
そして、対地漏洩電流である零相電流Ｉ_０の、入力された対地電圧Ｅ_Ｒと同位相方向の成分である有効成分をＡ、対地電圧Ｅ_Ｒから９０度進んだ位相方向の成分である無効成分をBとしたとき、式（４）から式（９）の関係から零相電流Ｉ_０と、上記有効成分Ａと、上記無効成分Ｂは、次の式（１０）〜式（１２）ように表される。

Ｉ_０＝ｇ_Ｒ＋ｇ_Ｓ＋ｇ_Ｔ＋ＩＲ＋ＩＳ＋ＩＴ＝Ａ＋ｊＢ ・・・（１０）
Ａ＝ｇ_Ｒ−０．５ｇ_Ｓ−０．５ｇ_Ｔ＋０．５√３（ＩＳ−ＩＴ） ・・・（１１）
Ｂ＝０．５√３（ｇ_Ｔ−ｇ_Ｓ ）＋ＩＲ−０．５ＩＳ−０．５ＩＴ ・・・（１２）
また、零相電流Ｉ_０と、入力された対地電圧Ｅ_Ｒとの位相角をθとすると、上記有効成分Ａは下記の式（１３）により示され、上記無効成分Ｂは下記の式（１４）により示すことができる。

Ａ＝Ｉ_０ラｃｏｓθ ・・・（１３）
Ｂ＝Ｉ_０ラｓｉｎθ ・・・（１４）
これら有効成分Ａ及び無効成分Ｂの値は、本発明に係る漏れ電流測定装置においては、電圧測定手段により測定した一相又は二相、若しくは三相の対地電圧と、零相電流測定手段により測定した零相電流との間の位相差を算出する信号処理手段から出力され、漏れ電流測定方法においては、信号処理工程において出力される。

上記式（１１）、（１２）から以下の計算を行い、その結果を下記の式（１５）〜（１７）に示すようにＵ，Ｖ，Ｗと置く。

ｇ_Ｒ−ｇ_Ｓ ＋（ＩＲ＋ＩＳ−２ＩＴ）／√３＝A＋B／√３ ＝U ・・・（１５）
ｇ_Ｓ−ｇ_Ｔ ＋（ＩＳ＋ＩＴ−２ＩＲ）／√３＝−２Ｂ／√３ ＝V ・・・（１６）
ｇ_Ｒ−ｇ_Ｔ ＋（２ＩＳ−ＩＴ−ＩＲ）／√３＝Ａ−Ｂ／√３＝W ・・・（１７）
上述の式(１１)、(１２)で、有効成分Ａ及び無効成分Ｂは正負の値となり、式(１５)、(１６)、(１７)からＵ，Ｖ，Ｗも正負の値になり、アンバランスの程度が小さいばあい、式(１５)、(１６)、(１７)の括弧の中のＩＲ，ＩＳ，ＩＴの関係式の値は小さく、この値を無視すれば、Ｕ，Ｖ，Ｗの値が正か負かによって、対地絶縁抵抗ｒ_Ｒ、ｒ_Ｓ、ｒ_Ｔを流れる漏れ電流ｇ_Ｒ、ｇ_Ｓ、ｇ_Ｔの値の大小関係を知ることができる。

星形配電方式の配電系統では絶縁不良の際、一相単独か二相又は線間の負荷設備から故障電流である漏れ電流Ｉｇｒ_０が流れ、他の相は健全な場合がほとんどである。仮に三相全部が絶縁不良を発生させた場合には、短絡事故によるものが殆どで、過電流保護装置が動作する。過電流でなくても三相にそれぞれ発生した漏れ電流Ｉｇｒ_０同士が打ち消しあって正常な測定値が得られない。

このような配電系統の性質から、三相に発生する漏れ電流Ｉｇｒ_０の合計値Ｉｇｒは、漏れ電流Ｉｇｒ_０の最小値を０レベルとして、下記の式（１８）に示すようになる。

合計値Ｉｇｒ＝最大Ｉｇｒ_０値＋中間Ｉｇｒ_０値 ・・・（１８）
この式（１８）より、下記の関係が得られる。

Ｕ，Ｖが共に正又は一方が０のとき、ｇ_Ｔ＝０であり、漏れ電流Ｉｇｒ_０の合計値Ｉｇｒは下記の式（１９）により示される。

合計値Ｉｇｒ＝Ｖ＋Ｗ ・・・（１９）
Ｕ，Ｖが共に負又は一方が０のとき、ｇ_Ｒ＝０であり、合計値Ｉｇｒは下記の式（２０）により示される。

合計値Ｉｇｒ＝−Ｕ−Ｗ ・・・（２０）
Ｕが正でＶが負又はいずれか一方が０のとき、ｇ_Ｓ＝０であり、合計値Ｉｇｒは下記の式（２１）により示される。

合計値Ｉｇｒ＝Ｕ−Ｖ ・・・（２１）
Ｕが負でＶが正又はいずれか一方が０で、Ｗが正又は０のとき、ｇ_Ｔ＝０であり、合計値Ｉｇｒは下記の式（２２）により示される。

合計値Ｉｇｒ＝Ｖ＋Ｗ ・・・（２２）
Ｕが負でＶが正又はいずれか一方が０で、Ｗが負のとき、ｇ_Ｒ＝０であり、合計値Ｉｇｒは下記の式（２３）により示される。

合計値Ｉｇｒ値＝−Ｕ−Ｗ ・・・（２３）
星形配電方式の配電系統に発生する漏れ電流を測定する際、三相の対地電圧のいずれの相を入力するかは不明で、位相角θは０度から３６０度の範囲でばらつく。前述した式（１３）、（１４）に用いられる位相角θの値は、０度から１２０度の範囲とするため、測定された位相角θが０度から１２０度の範囲にあるときはそのままθの値とし、測定された位相角θが１２０度から２４０度の範囲にあるときには、θの値は、下記の式（２４）に示すようになる。

θ＝測定された位相角−１２０度 ・・・（２４）
また、測定された位相角θが２４０度から３６０度の範囲にあるときには、θの値は、下記の式（２５）に示すようになる。

θ＝測定された位相角−２４０度 ・・・（２５）
上記式（２４）、（２５）は、座標変換の式、すなわち、入力相を、Ｒ相からＳ相、Ｒ相からＴ相へ切り換えたものと等価になる。以上のようにして得られたθの値を前述した式（１３）、（１４）に代入して有効成分Ａ及び無効成分Ｂを求める。

上述したようにして得られたθの値及び対地漏洩電流である零相電流Ｉ_０の値を下記の式（２６）に代入することにより、各相に発生する漏れ電流Ｉｇｒ_０の合計値Ｉｇｒを求めることができる。

合計値Ｉｇｒ＝２Ｉ_０ラｃｏｓ（θ−６０度） ・・・（２６）
そして、対地静電容量の値が三相の各相で異なっているか、あるいは三相のうち一相が異なっているアンバランス状態の場合、前述の式(１９)、(２０)、(２１)に、 前述の式(１５)、(１６)、(１７)を代入すると、以下に示す三相に発生する漏れ電流Ｉｇｒ_０の合計値Ｉｇｒの関係式(２７)、(２８)、(２９)が得られる。

ｇ_Ｔ＝０、Ｉｇｒ＝Ｖ＋Ｗ＝ｇ_Ｓ＋ｇ_Ｒ＋√３（ＩＳ−ＩＲ） ・・・（２７）
ｇ_Ｒ＝０、Ｉｇｒ＝−Ｕ−Ｗ＝ｇ_Ｔ＋ｇ_Ｓ＋√３（ＩＴ−ＩＳ） ・・・（２８）
ｇ_Ｓ＝０、Ｉｇｒ＝Ｕ−Ｖ＝ｇ_Ｒ＋ｇ_Ｔ＋√３（ＩＲ−ＩＴ） ・・・（２９）
また、Ｉ_０ ^２＝Ａ^２＋Ｂ^２となる。この式に前述した式(１１)、(１２)を代入し、且つ対地絶縁抵抗ｒ_Ｒ、ｒ_Ｓ、ｒ_Ｔを流れる漏洩電流ｇ_Ｒ、ｇ_Ｓ、ｇ_Ｔ、対地静電容量Ｃ_Ｒ、Ｃ_Ｓ、Ｃ_Ｔを流れる漏洩電流ＩＲ，ＩＳ，ＩＴの組み合わせを考慮すると、下記に示すような零相電流Ｉ_０の関係式(３０)、(３１)、(３２)、（３３）が得られる。

ｇ_Ｔ＝０、Ｉ_０ ^２＝（ｇ_Ｒ〜ｇ_Ｓ）^２＋ｇ_Ｒｇ_Ｓ＋ｄ^２＋√３｛ｇ_Ｒ（ＩＳ−ＩＴ）＋ｇ_Ｓ（ＩＴ−ＩＲ）｝ ・・・（３０）
ｇ_Ｒ＝０、Ｉ_０ ^２＝（ｇ_Ｓ〜ｇ_Ｔ）^２＋ｇ_Ｓｇ_Ｔ＋ｄ^２＋√３｛ｇ_Ｓ（ＩＴ−ＩＲ）＋ｇ_Ｔ（ＩＲ-−ＩＳ）｝ ・・・（３１）
ｇ_Ｓ＝０、Ｉ_０ ^２＝（ｇ_Ｔ〜ｇ_Ｒ）^２＋ｇ_Ｔｇ_Ｒ＋ｄ^２＋√３｛ｇ_Ｔ（ＩＲ−ＩＳ）＋ｇ_Ｒ（ＩＳ−ＩＴ）｝ ・・・（３２）
なお、ここで、ｄは、対地静電容量Ｃ_Ｒ、Ｃ_Ｓ、Ｃ_Ｔを流れる漏洩電流ＩＲ，ＩＳ，ＩＴの最大電流値と最小電流値との差であり、ｄ^２には、下記の式（３３）に示すような関係がある。

ｄ^２＝ＩＲ（ＩＲ−ＩＳ）＋ＩＳ（ＩＳ−ＩＴ）＋ＩＴ（ＩＴ−ＩＲ） ・・・（３３）
本発明に係る漏れ電流測定装置及び測定方法において表示される対地漏洩電流の値は、前述した式(２７)、(２８)、(２９)で示されるように、二相地絡電流の合計値、又は二相のうちの一相の値が０のときは一相地絡電流値を表示するため、零相電流Ｉ_０の電流値より大きな値を示す。

また、上述したようなアンバランス状態で各相の対地静電容量Ｃ_Ｒ、Ｃ_Ｓ、Ｃ_Ｔを流れる漏洩電流ＩＲ，ＩＳ，ＩＴの最大電流値と最小電流値との差をｄとすると、上記式（３３）の右辺の値は、通常の配電系統の場合には、ほぼｄ^２になり、このｄの値がアンバランス状態の大きさを表すアンバランス差電流値である。

よって、上述の対地漏洩電流Ｉｇｒの関係式(２７)、(２８)、(２９)及び零相電流Ｉ_０の関係式(３０)、(３１)、(３２) 、(３３)から、地絡電流が発生した相やその大きさ、アンバランスの大きさと各相毎の地絡電流分布等によって計測される零相電流Ｉ_０及び対地漏洩電流Ｉｇｒの値が大きく変化することがわかる。

上述した漏れ電流Ｉｇｒ_０の合計値Ｉｇｒの関係式(２７)、(２８)、(２９)から配電系統がバランス状態であれば、これら式中の√３以下の値が０になり、Ｉｇｒ測定値は二相の対地漏洩電流Ｉｇｒの合計値を指示するが、アンバランス状態であれば、二相の漏れ電流Ｉｇｒ_０の合計値と、対地静電容量Ｃ_Ｒ、Ｃ_Ｓ、Ｃ_Ｔを流れる漏れ電流IＲ，IＳ，IＴの最大電流値と最小電流値との差ｄの√３倍の値とを加えた値を表示する。ここで、対地絶縁抵抗ｒ_Ｒ、ｒ_Ｓ、ｒ_Ｔを流れる漏れ電流ｇ_Ｒ、ｇ_Ｓ、ｇ_Ｔの値が０のときは、上述した零相電流Ｉ_０の関係式(３１)、(３２)、(３３)、（３４）から、零相電流Ｉ_０の測定値は、対地静電容量Ｃ_Ｒ、Ｃ_Ｓ、Ｃ_Ｔを流れる漏れ電流ＩＲ，ＩＳ，ＩＴの最大電流値と最小電流値との差であるアンバランス差電流値ｄを示し、上述した漏れ電流Ｉｇｒ_０の合計値Ｉｇｒの式(２７)、(２８)、(２９)から、漏れ電流Ｉｇｒ_０の合計値Ｉｇｒの測定値はアンバランス差電流値ｄの√３倍の値を示す。

また、対地絶縁抵抗ｒ_Ｒ、ｒ_Ｓ、ｒ_Ｔを流れる漏れ電流ｇ_Ｒ、ｇ_Ｓ、ｇ_Ｔの値が０で、上述のアンバランス差電流値ｄの値が大きいときは、表示された漏れ電流Ｉｇｒ_０の合計値Ｉｇｒは故障電流である対地絶縁抵抗ｒを流れる漏れ電流Ｉｇｒ_０の値より極端に大きな値となり、表示された漏れ電流Ｉｇｒ_０の合計値Ｉｇｒの値によって作動させる接地継電器の誤動作の大きな原因となる。さらに、接地状態を零相電流Ｉ_０の値で検知するように構成された漏電遮断器でも上述のアンバランス差電流値ｄが大きいときは誤動作の原因となる。

そこで、本発明に係る漏れ電流測定装置及び測定方法は、上述した各式の関係を利用し、対地静電容量の値が三相の各相で異なっているか、あるいは三相のうち一相が異なっているようなアンバランス状態や配電系統の故障の程度など、配電系統の状態を明らかにして、計測値の信頼性を格段に向上させようとするもので、この目的を実現するため、本発明においては、下記の式に示すとおりの判別式及び判別指数Ｍを用いる。

（測定値Ｉｇｒ）/（測定値Ｉ_０）＝Ｍ ・・・（３４）
上記判別式（３４）により得られる判別指数Ｍの値に基づいて配電系統の故障状態、上述したアンバランス状態に起因する測定値Ｉｇｒの偏りの状態の概略を知ることができる。

まず、判別式（３４）の判別指数Ｍが１に近いときは、各相の対地静電容量が同一に近く、三相のうちのいずれか一相の対地絶縁抵抗に漏れ電流Ｉｇｒ_０が流れており、この漏れ電流の合計値Ｉｇｒに、各相の対地静電容量が同一でない場合に発生する漏れ電流Ｉｇｒ_０の値が漏れ電流の合計値Ｉｇｒに与える影響が殆どないと判断して、漏れ電流Ｉｇｒ_０の合計値の値Ｉｇｒを、これに近い値、又は前記漏れ電流の合計値Ｉｇｒに近い値に上限値又は下限値を付した値とする。

また、判別式（３４）の判別指数Ｍの値が２に近いときは、各相の対地静電容量が同一に近く、三相のうちのいずれか二相の対地絶縁抵抗にほぼ同じ値の漏れ電流Ｉｇｒ_０が流れており、この漏れ電流Ｉｇｒ_０の合計値Ｉｇｒに、各相の対地静電容量が同一でない場合に発生する漏れ電流Ｉｇｒ_０の値が漏れ電流の合計値Ｉｇｒに与える影響が殆どないと判断して、漏れ電流の合計値Ｉｇｒの値を、これに近い値、又は漏れ電流の合計値Ｉｇｒに近い値に上限値又は下限値を付した値とする。

さらに、判別式（３４）の判別指数Ｍが√３に近いとき、各相の対地静電容量が同一でなく、且つ各相の対地絶縁抵抗に漏れ電流Ｉｇｒ_０が殆ど流れていなく、漏れ電流の合計値Ｉｇｒは、各相の対地静電容量が同一でない場合に発生する漏れ電流Ｉｇｒ_０の影響値である零相電流Ｉ_０の測定値の√３倍の値でほぼ占有されていると判断して、漏れ電流の合計値Ｉｇｒを、０に近い値、又は０に近い値に上限値又は下限値を付した値とする。このときの零相電流Ｉ_０の値が、上述したアンバランス差電流値ｄの値と一致するので、配電系統のアンバランスの程度も測定でき、計測回数のうち故障回数を除いた殆どの回数がこの状態で、実際よりはるかに大きいＩｇｒ値を表示していた不具合を考えると、測定の信頼性を著しく高めたことになる。

さらにまた、判別式（３４）の判別指数Ｍが２に近い値と√３に近い値との間のとき、√３に近い値と１に近い値との間のときには、各相の対地静電容量は同一でなく、且つ対地絶縁抵抗に漏れ電流Ｉｇｒ_０が流れているので、この漏れ電流の合計値Ｉｇｒには、各相の対地静電容量が同一でない場合に発生する漏れ電流Ｉｇｒ_０の値を含んでいると判断して、漏れ電流の合計値Ｉｇｒを、これに近い値とし、又は上記合計値の値に、判別式（３４）の値または零相電流Ｉ_０の値に応じた上限値又は下限値を付した値とする。

本発明においては、これらの値を各相の対地絶縁抵抗に流れる各相の漏れ電流Ｉｇｒ_０の合計値Ｉｇｒとすることで、全体として測定の信頼性を著しく高めることができる。

ところで、本発明に係る漏れ電流の測定装置及び測定方法が適用される星形配電方式の配電系統が正常に動作しているときには、漏れ電流の合計値Ｉｇｒの値は小さく、且つ通常の４００Ｖ系統の対地静電容量のアンバランスの度合いは小さい。そこで、この状態を判定するため、対地漏洩電流である零相電流Ｉ_０の三相対地電圧に対する無効成分を用いる。すなわち、零相電流測定手段によって測定された対地漏洩電流である零相電流Ｉ_０と、入力されたある相の対地電圧との間の位相角θ_０とによって、前述した式（１４）より算出したＢの値をＢＲ、上記式（１４）のθを（θ_０+１２０度）とおいて算出したＢの値をＢＳ、上記式（１４）のθを（θ_０+１２０度）とおいて算出したＢの値をＢＴとしたとき、前述した式（１２）を参照して、上記ＢＲ，ＢＳ，ＢＴは、下記の式（３５）、（３６）、（３７）で表される。

ＢＲ＝０．５√３（ｇ_Ｔ−ｇ_Ｓ ）＋ＩＲ−０．５ＩＳ−０．５ＩＴ ・・・（３５）
ＢＳ＝０．５√３（ｇ_Ｒ−ｇ_Ｔ ）＋ＩＳ−０．５ＩＴ−０．５ＩＲ ・・・（３６）
ＢＴ＝０．５√３（ｇ_Ｓ−ｇ_Ｒ ）＋ＩＴ−０．５ＩＲ−０．５ＩＳ ・・・（３７）
上記式（３５）、（３６）、（３７）で、各相の対地静電容量がバランスしているときは、これら各式の右辺の＋以降の値はほぼ０で、各式の右辺の＋以前の値もほぼ０であり、合計であるＢＲ，ＢＳ，ＢＴの値もほぼ０になる。また、このバランス状態において、各相の対地絶縁抵抗ｒ_Ｒ、ｒ_Ｓ、ｒ_Ｔに流れる漏れ電流ｇ_Ｒ、ｇ_Ｓ、ｇ_Ｔの一相分又は二相分が存在するとき、漏れ電流ｇ_Ｒ、ｇ_Ｓ、ｇ_Ｔが存在する相のＢの値だけ大きくなる。この結果から、Ｂの値から配電系統のバランス状態を知ることができる。

本発明によれば、星形電源で給電される配電線や電気機器を稼動状態のままで、安全に、手間が少なく、対地静電容量が三相において不揃いな状態にあるアンバランス状態の給電系統でも、一相だけでなく二相分合計の漏洩電流の値を、精度よく測定できるので、絶縁劣化の程度を、誤動作を最小にして常時監視ができ、絶縁劣化が進行して発生する地絡故障を未然に防止することができる。また、設備全体の信頼性を著しく向上させることができる。さらに、法律で要求されている定期点検作業でも、停電させて、結線を開放し、その後再結線等を行う手間と時間を節約し、さらに、費用の大幅な節減も可能になる。

以下、本発明を適用した配電線又はこれに接続される負荷設備としての電気機器における漏洩電流の測定を行う漏れ電流測定装置及び測定方法の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、変圧器の低圧側三相巻線を星形に結線した星形配電電源に接続される三相配電線及びこれに接続される電気機器又はいずれか一方の漏洩電流Ｉｇｒの測定に本発明を適用したときの一実施の形態を示すものであって、商用周波数である配電用三相電源１は、変圧器の低圧側三相巻線を星形に結線し、その中性点は接地線８を経由してG点で接地され、図２の電圧ベクトル図に示すように、中性点である接地相Ｎに対し、大きさが等しく、位相角が１２０度ずつ異なる三相対地電圧Ｅ_Ｒ、Ｅ_Ｓ、Ｅ_Ｔを発生し、これら電圧Ｅ_Ｒ、Ｅ_Ｓ、Ｅ_Ｔを三相端子Ｒ，Ｓ，Ｔに印加している。三相端子Ｒ，Ｓ，Ｔ及び接地相Ｎに接続される配電線４_Ｒ，４_Ｓ，４_Ｔ及び接地線４_Ｎを通じて配電線４_Ｒ，４_Ｓ，４_Ｔに接続される三相負荷及び配電線４_Ｒ，４_Ｓ，４_Ｔの各々と接地線４_Ｎとの間に接続される単相負荷から構成される負荷設備５に電力を供給している。

なお、本発明は、単相負荷を三相の配電線４_Ｒ，４_Ｓ，４_Ｔ間に接続し、接地線４_Ｎを欠く三相３線式の配電方式にも適用でき、三相４線式の配電方式に適用した場合と同様の作用効果が実現される。

そして、図１に示す配電系統において、配電線４及び負荷設備５の電圧が印加されている部分と接地部分との間に対地静電容量６及び対地絶縁抵抗７が存在する。そして、電圧が印加されている部分と接地部分との間に対地静電容量６の値が三相の各相で異なっているか、あるいは三相のうち一相が異なっているアンバランスな状態では、各相の対地静電容量６には漏れ電流ＩＲ、ＩＳ、ＩＴが各相Ｒ，Ｓ，Ｔから接地部分へ流れ、対地絶縁抵抗７には漏れ電流ｇ_Ｒ、 ｇ_Ｓ、 ｇ_Ｔが各相Ｒ，Ｓ，Ｔから接地部分へ流れている。

そして、本発明に係る漏れ電流測定装置は、図１に示すように、いずれか一の配電線４_Ｒ，４_Ｓ，４_Ｔを外側から挟むように構成された電極３を経由して三相のうちの一相の電圧が入力される計測器１７を備える。この漏れ電流測定装置を用いて配電線４_Ｒ，４_Ｓ，４_Ｔ及び負荷設備５の漏れ電流ｇ_Ｒ、 ｇ_Ｓ、 ｇ_Ｔを測定するには、いずれか一の配電線４_Ｒ，４_Ｓ，４_Ｔを外側から挟むように構成された電極３を経由して三相のうちの一相の電圧を計測器１７に入力する。

この計測器１７は、入力された星形配電電源１の対地電圧Ｅ_Ｒと、零相変流器９が配電線４_Ｒ，４_Ｓ，４_Ｔ及び接地線４_Ｎから検出した零相電流Ｉ_０とを信号処理し、対地電圧Ｅ_Ｒと零相電流Ｉ_０との位相差を計測し信号処理する信号処理部１４と、この信号処理部１４で信号処理されて得られた零相電流Ｉ_０の実効値、対地電圧Ｅ_Ｒと零相電流Ｉ_０との位相差に基いて、各相の対地絶縁抵抗ｒ_Ｒ、ｒ_Ｓ、ｒ_Ｔを経由して流れる漏れ電流ｇ_Ｒ、 ｇ_Ｓ、 ｇ_Ｔの合計値Ｉｇｒ及びその信頼範囲を演算する演算部１５を備える。

さらに、本発明に係る漏れ電流測定装置は、演算部１５によって演算された漏れ電流ｇ_Ｒ、 ｇ_Ｓ、 ｇ_Ｔの合計値Ｉｇｒ及びその信頼範囲、さらに零相電流Ｉ_０の値を表示する表示部１６を備えている。

すなわち、本発明に係る漏れ電流測定装置を構成する計測器１７は、信号処理部１４を備え、その信号処理部１４には、星形配電電源１に入力された対地電圧Ｅ_Ｒが入力される。さらに、信号処理部１４には、零相変流器９によって検出された零相電流Ｉ_０が入力する。そして、信号処理部１４は、対地電圧Ｅ_Ｒと零相電流Ｉ_０との位相差を計測する信号処理を行う。また、計測器１７は、演算部１５を備え、この演算部１５は、信号処理部１４からの信号処理によって得られた零相電流Ｉ_０の実効値、対地電圧Ｅ_Ｒと零相電流Ｉ_０との位相差に基いて、前述した対地絶縁抵抗７を経由して各相Ｒ，Ｓ，Ｔに流れる漏れ電流ｇ_Ｒ、 ｇ_Ｓ、 ｇ_Ｔの合計値Ｉｇｒ及びその信頼範囲を演算する。表示部１６は、演算部１５によって演算された上記合計値Iｇｒ及びその信頼範囲を表示する。

次に、本発明に係る漏れ電流測定装置を星形配電電源１を備えた変電室に適用した実施の形態を図３を参照して説明する。

図３に示す実施の形態は、漏れ電流測定装置が固定方式であるため、前述した実施の形態のように、測定用電圧としての対地電圧Ｅ_Ｒを非接触電極３を介して計測器１７に入力することに代え、Ｒ相及び接地線８を計測器１７の信号処理部１４に直接接続して入力する。そして、零相変流器９によって接地線８を流れる零相電流Ｉ_０を検出する。

また、本発明に係る漏れ電流測定装置を、配電方式が図１に示すような三相４線方式、又は三相３線方式であって、配電線４の途中に設けた配電室に据え付けて使用するときには、上述した図１に示す例に用いた３線を一括してクランプする零相変流器９を用いて、接地線８をクランプし、接地線８を流れる零相電流Ｉ_０を検出する。零相変流器９により検出された零相電流Ｉ_０は、計測器１７の信号処理部１４に入力される。このとき、例えば、測定用電圧としての対地電圧Ｅ_Ｒは、計測器１７の信号処理部１４に直接接続されたＲ相から入力される。この例においても、信号処理部１４は、直接接続されたＲ相から入力される対地電圧Ｅ_Ｒと、零相変流器９により検出した零相電流Ｉ_０とを信号処理し、対地電圧Ｅ_Ｒと零相電流Ｉ_０との位相差を計測し信号処理し演算部１５に出力する。この演算部１５は、信号処理部１４で信号処理されて得られた零相電流Ｉ_０の実効値、対地電圧Ｅ_Ｒと零相電流Ｉ_０との位相差に基いて、各相の対地漏洩抵抗ｒ_Ｒ、ｒ_Ｓ、ｒ_Ｔを経由して流れる漏れ電流ｇ_Ｒ、 ｇ_Ｓ、 ｇ_Ｔの合計値Ｉｇｒ及びその信頼範囲を演算することは前述の実施の形態と同様である。

また、図３に示す実施に形態では、配電線４_Ｒ，４_Ｓ，４_Ｔの途中に遮断器１９が設けられ、計測器１７の演算部１５において所定の値より大きな漏れ電流ｇ_Ｒ、 ｇ_Ｓ、 ｇ_Ｔの合計値Ｉｇｒが計測されたときには、演算部１５より遮断器１９を遮断する遮断信号を出力し、この遮断器１９を遮断することによって配電線４を速やかに遮断することができ、過大な漏れ電流による事故を未然に防止できる。さらに、演算部１５に、音又は光などの警報を発する警報器１８を接続し、演算部１５において所定の値より大きな漏れ電流ｇ_Ｒ、 ｇ_Ｓ、 ｇ_Ｔの合計値Ｉｇｒが計測されたときには、演算部１５より警報器１８を動作させる信号を出力し、警報器１８を動作させて異常があることを速やかに告知することができ、過大な漏れ電流による事故を未然に防止できる。

ところで、本発明に係る漏れ電流測定装置において測定される各相の対地漏洩抵抗ｒ_Ｒ、ｒ_Ｓ、ｒ_Ｔを経由して流れる漏れ電流ｇ_Ｒ、 ｇ_Ｓ、 ｇ_Ｔの合計値Ｉｇｒと、測定用電圧として計測器１７の信号処理部１４に入力される対地電圧Ｅ_Ｒとの関係は、図４のベクトル図で表される。計測器１７に入力される対地電圧が３つの相のいずれか一相の対地電圧に該当するため、漏洩電流Ｉ_０の入力電圧に対する位相角θは０度から３６０度間変化する可能性がある。

図４に示すベクトル図から、前述した式（１３）、（１４）に示される零相電流Ｉ_０と、零相電流Ｉ_０の入力された対地電圧Ｅ_Ｒと同位相方向の成分である有効成分Ａ及び対地電圧Ｅ_Ｒから９０度進んだ位相方向の成分である無効成分Bとの関係が分かり、零相電流Ｉ_０の有成分Ａ及び無効成分Ｂの数値は、正の値、０、負の値になる。

次に、本発明に係る漏れ電流測定装置を構成する計測器１７の信号処理部１４の詳細について図５を参照して説明する。

図５は、信号処理部１４の具体的構成を示すブロック回路図である。信号処理部１４は、図５に示すように、零相電流Ｉ_０を検出するＩ_０検出器２０と、第１の増幅器２１と、第１のフィルタ２２と、第１の実効値変換器２３と、位相差計測器２４と、電圧検出器３１と、第２の増幅器３２と、第２のフィルタ３３と、第２の実効値変換器３４とを備える。

Ｉ_０検出器２０は、配電線４及び負荷設備５の漏洩電流の合計である零相電流Ｉ_０を零相変流器９を通じて取り込む。第１の増幅器２１は、Ｉ_０検出器２０が検出した零相電流Ｉ_０を適量まで増幅する。第１のフィルタ２２は、第１の増幅器２１で増幅した零相電流Ｉ_０の電源電圧の周波数を超える周波数を減衰させる。第１の実効値変換器２３は、第１のフィルタ２２でフィルタリングされた零相電流Ｉ_０の交流電流波形を両波整流して実効値に比例したアナログ値に変換し、演算部１５へ出力する。

位相差計測器２４は、上記零相電流Ｉ_０と、星形配電電源１の三相対地電圧のうちの１つである、ここでは入力されたＲ相の電圧Ｅの間の位相角θを計測する。

上記零相電流Ｉ_０は、第１のフイルタ２２を経由することにより、また、入力された電圧Ｅは第２のフイルタ３３を経由することによって電源周波数を超える周波数の減衰処理が施され、零相電流Ｉ_０及び入力電圧Ｅの波形は、図６及び図７に示すような電源周波数の正弦波形となる。

そして、零相電流Ｉ_０及び入力電圧Ｅの波形は、両者の位相差θが１８０度以下のときには、図６に示すように、零相電流Ｉ_０は入力電圧Ｅより遅れたようになっている。しかし、信号処理部１４に対する電圧入力は三相中の任意の相で入力されるため、入力相対地電圧と零相電流Ｉ_０が不明であるため、その位相差θは０度から３６０度まで変化する。零相電流Ｉ_０及び入力電圧Ｅの波形が大きさ零点を通過したいわゆるゼロクロッシングした時点から定量のパルス波形Ｉ_Ｗ及びＥ_Ｗは、両者の位相差θが０〜１８０度の範囲にあるときには、図６に示すように出力され、両者の位相差θが１８０〜３６０度の範囲にある場合には図７に示すように出力する。

そして、零相電流Ｉ_０は入力電圧Ｅの位相差θが０〜１８０度の範囲にある図６に示す場合では、入力電圧Ｅがゼロクロッシングした直後の電圧電流の値が正負又は負正いずれかの関係であるかにより、半波パルスＩ_Ｗの立ち上がり又は立ち下がりを判定し、位相差パルス（Ｅ_Ｗ〜Ｉ_Ｗ）の面積Ｓ_１又はパルス幅を示す時限ｔ_１、半波パルスＩ_Ｗの面積Ｓ_２又は時限ｔ_２を演算部１４へ入力し、下記の式（３５）又は式（３６）に示す演算処理を行う。

位相差θ＝１８０Ｓ_１／Ｓ_２ ・・・（３５）
位相差θ＝１８０ｔ_１／ｔ_２ ・・・（３６）
また、零相電流Ｉ_０は入力電圧Ｅの位相差θが１８０〜３６０度の範囲にある図７に示す場合では、入力電圧Ｅがゼロクロッシングした直後の電圧電流の値が正正又は負負の関係であることによって、半波パルスＩ_Ｗの立ち上がり又は立ち下がりを判定し、位相差パルス（Ｉ_Ｗ〜Ｅ_Ｗ）の面積Ｓ_３又はパルス幅を示す時限ｔ_３、半波パルスＩ_Ｗの面積Ｓ_２又はパルス幅を示す時限ｔ_２を演算部１４へ入力し、下記の式（３７）又は式（３８）に示す演算処理を行う。

位相差θ＝３６０−１８０Ｓ_３／Ｓ_２ ・・・（３７）
位相差θ＝３６０−１８０ｔ_３／ｔ_２ ・・・（３８）
そして、電圧検出器３１は、星形配電電源１の相電圧である対地電圧を取り込む。第２の増幅器３２は、電圧検出器３１が検出した対地電圧である入力電圧を適量まで増幅又は減衰する。第２のフィルタ３３は、第２の増幅器３２で増幅又は減衰された入力電圧の電源電圧周波数を超える周波数を減衰させる。第２の実効値変換器３４は、第２のフィルタ３３でフィルタリングされた上記入力電圧を両波整流して実効値に比例したアナログ値に変換し、演算部１５へ出力する。

演算部１５では、位相差計測器２４から出力された位相差パルス（Ｅ_Ｗ〜Ｉ_Ｗ）の面積Ｓ_１の面積Ｓ_１、半波パルスＩ_Ｗの面積Ｓ_２、位相差パルス（Ｉ_Ｗ〜Ｅ_Ｗ）の面積Ｓ_３又は位相差パルス（Ｅ_Ｗ〜Ｉ_Ｗ）のパルス幅を示す時限ｔ_１、半波パルスＩ_Ｗのパルス幅を示す時限ｔ_２、位相差パルス（Ｉ_Ｗ〜Ｅ_Ｗ）のパルス幅を示す時限ｔ_３の値を前述の位相差θを算定する式（３５）〜（３８）に従って求められた位相差θ、第１及び第２の実効値変換器２３，３４から出力された零相電流Ｉ_０、順次出力された入力電圧の値又は予め設定された電圧の値及びそれら電圧電流間の位相差θ等から、前述した各式にしたがって各相の対地漏洩抵抗ｒ_Ｒ、ｒ_Ｓ、ｒ_Ｔを経由して流れる漏れ電流ｇ_Ｒ、 ｇ_Ｓ、 ｇ_Ｔの合計値Ｉｇｒを演算し、その値を算出する。

このように、星形配電方式で、図１又は図３に示すように構成された漏れ電流測定装置によれば、通電状態のまま配電線及びその負荷設備の絶縁抵抗を通じて流れる健全相一相を除く各相に流れる漏れ電流の合計値Ｉｇｒを測定したり、配電系統のアンバランス状態の程度も把握することができ、これを漏れ電流の合計値Ｉｇｒの最大最小範囲として表示することもできる。

従って、本発明に係る漏れ電流測定装置は、三相３線方式、又は三相４線方式の配電方式において、電路や電気機器の電圧印加部分と接地部分との間に存在する対地静電容量の値が三相の各相で異なっていたり、三相のうち一相が異なっているアンバランス状態や、漏れ電流Ｉｇｒが二相又は二相間のいわゆる線間に接続される電機機器の巻線や電機回路の内部で発生した場合に適用して、各相対地漏洩抵抗ｒ_Ｒ、ｒ_Ｓ、ｒ_Ｔを経由して流れる漏洩電流の正確な測定を行うことができる。

図１及び図３を参照して説明した本発明に係る漏れ電流測定装置は、前述したように、本発明の漏れ電流測定方法を実行している。すなわち、計測器１７は、星形配電方式電源１のある一相の対地電圧を入力して入力電圧の測定工程を実行する。また、零相変流器９は、上記電源１から流出する対地漏洩電流である零相電流Ｉ_０を測定する零相電流測定工程を実行する。そして、計測器１７の信号処理部１４は、入力電圧の測定工程により、入力された電圧と零相変流器９が測定した零相電流Ｉ_０の位相を比較して位相差パルス（Ｅ_Ｗ〜Ｉ_Ｗ）の面積Ｓ_１と位相差パルス（Ｉ_Ｗ〜Ｅ_Ｗ）の面積Ｓ_３と零相電流Ｉ_０の半周期パルスの面積Ｓ_２を算出する。

また、演算部１５は、信号処理部１４が信号処理工程を実行して算出した位相差パルス（Ｅ_Ｗ〜Ｉ_Ｗ）の面積Ｓ_１と位相差パルス（Ｉ_Ｗ〜Ｅ_Ｗ）の面積Ｓ_３と零相電流Ｉ_０の半周期パルスの面積Ｓ_２とから位相角θを算出し、この位相角θと零相電流Ｉ_０と入力されたある一相の対地電圧とから、各相に発生する対地漏洩抵抗ｒ_Ｒ、ｒ_Ｓ、ｒ_Ｔに流れる漏れ電流Ｉｇｒ_０の合計値Ｉｇｒ及びその範囲を演算する演算工程を実行する。

さらに、演算工程では、ここで得られた値を配電線４や負荷設備５としての電気機器の対地絶縁抵抗を通じて流れる漏れ電流の合計の値Ｉｇｒとして表示する。さらにまた、演算工程では、漏れ電流の合計の値Ｉｇｒが所定の値より大きくなったことが測定されたとき、演算部１５に接続した警報器１８により、異常があったことを音や光等により告知する。また、遮断器１９を備える装置においては、配電線４を遮断する。このような異常の告知又は配電線の遮断により過大な漏れ電流による事故を未然に防止している。

配電系統や電気機器においては、電気災害の予防の観点から絶縁測定が要求されている。従来、このような絶縁測定は、電源からの給電を停電して行っていたが、近年は停電が制限され、特に４００Ｖ級星形配電系統で配電している大工場では自動機械その他の機械設備に多数使用され、その停止は生産の停止につながる。本発明は、これまでの装置では行い得なかった配電線や、配電線に接続された電気機器などの負荷設備を停電させることなく、漏れ電流を精度よく測定することを可能とし、連続的な監視による予防保全の実施も可能とする。

この４００Ｖ級星形配電系統は、国際標準の方式であり、国内でも自動車関連産業や大形ビル等、電力使用量が大きな需要家での実用件数は年々増加しており、且つこれらの設備に対する信頼性確保の要求もレベルアップし、これらの分野において広く用いることが可能である。

三相星形電源で配電される配電線、この配電線に接続された負荷設備の漏洩電流Ｉｇｒの測定に本発明に係る漏れ電流測定装置を適用した構成例を示す概略系統図である。 星形電源系統の対地電圧Ｅ_Ｒ、Ｅ_Ｓ、Ｅ_Ｔの関係を示すベクトル図である。 本発明に係る漏れ電流測定装置を変電室等に据え付け固定して使用するときの構成を示す概略系統図である。 零相電流Ｉ_０、入力電圧Ｅ_Ｒ、位相角θ、零相電流Ｉ_０の有効成分Ａ、零相電流Ｉ_０の無効成分Ｂの関係を示すベクトル図である。 本発明に係る漏れ電流測定装置を構成する信号処理部の詳細を示すブロック図である。 入力電圧Ｅと零相電流Ｉ_０の波形の位相関係を表す図で位相差θが０〜１８０度の範囲ある場合を示す。 入力電圧Ｅと零相電流Ｉ_０の波形の位相関係を表す図で位相差θが１８０〜３６０度の範囲にある場合を示す。

符号の説明

１ 星形配電電源、３ 電極、４ 配電線、５ 負荷設備、６ 対地静電容量、７ 対地漏洩抵抗、８ 接地線 ９ 零相変流器、１４ 信号処理部、１５ 演算部、１６ 表示部、１７ 計測器、１８ 警報機 １９ 遮断器

Claims (10)

1. 変圧器の低圧側三相巻線を星形に結線した電源から給電される三相４線式又は三相３線式配電方式の三相のうちの一相又は二相、若しくは三相の対地電圧を測定する電圧測定手段と、
   上記星形電源から給電される給電線及び負荷設備又はそのいずれか一方を通じて流れる対地漏洩電流である零相電流を測定する零相電流測定手段と、
   上記電圧測定手段により測定した一相又は二相、若しくは三相の対地電圧と、上記零相電流測定手段により測定した零相電流との間の位相差を算出する信号処理手段と、
   上記信号処理手段により算出した位相差と、上記電圧測定手段によって測定された電圧と、上記零相電流測定手段によって測定された零相電流との値から、上記給電線及び負荷設備又はそのいずれか一方の対地絶縁抵抗に流れる各相の漏れ電流の合計値を演算する手段と、
   上記給電線及び負荷設備又はそのいずれか一方の各相の対地静電容量が同一でないときに、上記対地絶縁抵抗に流れる各相の漏れ電流の合計値に合算される、上記各相の対地静電容量が同一でないときに発生する漏れ電流の値が上記合計値に与える影響の程度を演算する手段と
   を備えることを特徴とする漏れ電流測定装置。
2. 上記対地漏洩電流である零相電流の、三相対地電圧のうちの一相の入力電圧と同位相方向の成分の正又は負の測定値をＡ、上記三相対地電圧うちの測定値Ａを測定した同じ相の入力電圧と直角方向の成分の正又は負の測定値をＢとしたとき、下記の式（１）〜式（３）にそれぞれ測定値を代入して各式により値Ｕ，Ｖ，Ｗを求め、
   Ｕ＝Ａ＋Ｂ／√３ ・・・（１）
   Ｖ＝−２Ｂ／√３ ・・・（２）
   Ｗ＝Ａ−Ｂ／√３ ・・・（３）
   上記式（１）の値Ｕ及び上記式（２）の値Ｖが共に正又はいずれか一方が正で他方が０のとき、各相の漏れ電流の合計値を、上記式（２）の値Ｖと、上記式（３）の値Ｗとの合計値とし、
   上記式（１）の値Ｕ及び上記式（２）の値Ｖが共に負又はいずれか一方が負で他方が０のとき、各相の漏れ電流の合計値を、上記式（１）の値Ｕの正負を逆にした値Ｕ’と、上記式（３）の値Ｗの正負を逆にした値Ｗ’との合計値とし、
   上記式（１）の値Ｕが正、上記式（２）の値Ｖが負のとき、各相の漏れ電流の合計値を、上記式（１）の値Ｕと、上記式（２）の値Ｖの正負を逆にした値Ｖ’との合計値とし、
   上記式（１）の値Ｕが負、上記式（２）の値Ｖが正で、且つ上記式（３）の値Ｗが正のとき 各相の漏洩電流の合計値を、上記式（２）の値Ｖと、上記式（３）の値Ｗとの合計値とし、
   上記式（１）の値Ｕが負、上記式（２）の値Ｖが正で且つ上記式（３）の値Ｗが負のとき、各相の漏れ電流の合計値を、上記式（１）の値Ｕの正負を逆にした値Ｕ’と上記式（３）の値Ｗの正負を逆にした値Ｗ’との合計値とし、
   上記各合計値を各相の対地絶縁抵抗に流れる漏れ電流の合計値とすることを特徴とする請求項１記載の漏れ電流測定装置。
3. 上記零相電流測定手段によって測定される上記対地漏洩電流である零相電流と、三相対地電圧のうちの一相の入力電圧との間の、測定された位相角が０度以上１２０度未満のときは、上記測定された位相角の値をそのまま位相角θの値とし、上記測定された位相角が１２０度以上２４０度未満のときは上記測定された位相角の値から１２０度を減じた値を位相角θの値とし、上記測定された位相角が２４０度以上３６０度未満のとき上記測定された位相角の値から２４０度を減じた値を位相角θの値とし、対地漏洩電流である零相電流の値をＩ_０としたとき、下記の式（４）に代入して値Ｄを求め、
   Ｄ＝２Ｉ_０×ｃｏｓ（θ−６０度） ・・・（４）
   上記式（４）で得た値Ｄを各相の対地絶縁抵抗に流れる漏れ電流の合計値とすることを特徴とする請求項１記載の漏れ電流測定装置。
4. 上記対地漏洩電流である零相電流と、三相対地電圧のうちの一相の入力電圧との間の、測定された位相角をθ_０とするとき、各相の無効成分ＢＲ，ＢＳ，ＢＴは、下記の式（５）、（６）、（７）によって示され、下記の式（５）、（６）、（７）で算出された上記無効成分ＢＲ，ＢＳ，ＢＴの値が全て０に近いときには、各相の対地静電容量の値がほぼ等しく、対地絶縁抵抗に流れる漏れ電流の値は０に近いと判定し、且つ上記無効成分ＢＲ，ＢＳ，ＢＴの値の絶対値のうちの最大の値を上記対地絶縁抵抗に流れる漏れ電流の値の近似値とすることを特徴とする請求項１記載の漏れ電流測定装置。
   ＢＲ＝Ｉ_０ラｓｉｎθ_０ ・・・（５）
   ＢＳ＝Ｉ_０ラｓｉｎ（θ_０＋１２０度） ・・・（６）
   ＢＴ＝Ｉ_０ラｓｉｎ（θ_０＋２４０度） ・・・（７）
5. 上記対地漏洩電流である零相電流の、三相対地電圧のうちの一相の入力電圧と同位相方向の成分の正又は負の測定値をＡ、上記三相対地電圧うちの測定値Ａを測定した同じ相の入力電圧と直角方向の成分の正又は負の測定値をＢとしたとき、下記の式（８）〜式（１０）にそれぞれ測定値を代入して各式により値Ｕ，Ｖ，Ｗを求め、
   Ｕ＝Ａ＋Ｂ／√３ ・・・（８）
   Ｖ＝−２Ｂ／√３ ・・・（９）
   Ｗ＝Ａ−Ｂ／√３ ・・・（１０）
   上記式（８）の値Ｕ及び上記式（９）の値Ｖが共に正又はいずれか一方が正で他方が０のとき、各相の漏れ電流の合計値を、上記式（９）の値Ｖと、上記式（１０）の値Ｗとの合計値とし、
   上記式（８）の値Ｕ及び上記式（９）の値Ｖが共に負又はいずれか一方が負で他方が０のとき、各相の漏れ電流の合計値を、上記式（８）の値Ｕの正負を逆にした値Ｕ’と、上記式（１０）の値Ｗの正負を逆にした値Ｗ’との合計値とし、
   上記式（８）の値Ｕが正、上記式（９）の値Ｖが負のとき、各相の漏れ電流の合計値を、上記式（８）の値Ｕと、上記式（９）の値Ｖの正負を逆にした値Ｖ’との合計値とし、
   上記式（８）の値Ｕが負、上記式（９）の値Ｖが正で、且つ上記式（１０）の値Ｗが正のとき 各相の漏洩電流の合計値を、上記式（９）の値Ｖのと、上記式（１０）の値Ｗとの合計値とし、
   上記式（８）の値Ｕが負、上記式（９）の値Ｖが正で且つ上記式（１０）の値Ｗが負のとき、各相の漏れ電流の合計値を、上記式（８）の値Ｕの正負を逆にした値Ｕ’と上記式（１０）の値Ｗの正負を逆にした値Ｗ’との合計値とし、
   上記各合計値を各相の対地絶縁抵抗に流れる漏れ電流の合計値をＩｇｒとし、対地漏洩電流である零相電流の測定値をＩ_０としたとき、下記の式（１１）にそれぞれの値を代入して値Ｍを求め
   Ｍ＝Ｉｇｒ／Ｉ_０ ・・・（１１）
   上記式（１１）の値Ｍが１に近いとき、上記漏れ電流の合計値Ｉｇｒに近い値、又は上記漏れ電流の合計値Ｉｇｒに近い値に上限値又は下限値を付した値とし、
   上記式（１１）の値Ｍが２に近いとき、上記漏れ電流の合計値Ｉｇｒに近い値、又は上記漏れ電流の合計値Ｉｇｒに近い値に上限値又は下限値を付した値とし、
   上記式（１１）の値Ｍが√３に近いとき、上記漏れ電流の合計値Ｉｇｒとして０に近い値、又は０に近い値に上限値又は下限値を付した値とし、
   上記式（１１）の値Ｍが２に近い値と√３に近い値との間のとき、√３に近い値と１に近い値との間のとき、上記漏れ電流の合計値Ｉｇｒに近い値、又は上記漏れ電流の合計値Ｉｇｒに、上記式（１１）の値Ｍ、又は上記零相電流の測定値Ｉ_０の値に応じた上限値又は下限値を付した値とし、
   上記各値を各相の対地絶縁抵抗に流れる漏れ電流の合計値Ｉｇｒとすることを特徴とする請求項１記載の漏れ電流測定装置。
6. 上記演算手段によって演算された各相の対地絶縁抵抗に流れる漏れ電流の合計値Ｉｇｒが所定の値を超えたときに警報を発する警報手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか1に記載の漏れ電流測定装置。
7. 上記演算手段によって演算された各相の対地絶縁抵抗に流れる漏れ電流の合計値Ｉｇｒが所定の値を超えたときに電路を遮断する遮断手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか1に記載の漏れ電流測定装置。
8. 上記信号処理手段は、上記位相差を算出するとともに、上記星形電源の対地電圧値及び上記零相電流値を実効値に変換することを特徴とする請求項１記載の漏れ電流測定装置。
9. 上記電圧測定手段は、測定される電圧が印加されている部分の絶縁物の表面に接触させた電極を通じて、上記電圧を測定装置に入力させる電圧測定手段を備えることを特徴とする請求項１記載の漏れ電流測定装置。
10. 変圧器の低圧側三相巻線を星形に結線した電源から給電される三相４線式又は三相３線式配電方式の三相のうちの一相又は二相、若しくは三相の対地電圧を測定する電圧測定工程と、
    上記星形電源から給電される給電線及び負荷設備又はそのいずれか一方を通じて流れる対地漏洩電流である零相電流を測定する零相電流測定工程と、
    上記電圧測定工程により測定した一相又は二相、若しくは三相の対地電圧と、上記零相電流測定手段により測定した零相電流との間の位相差を算出する信号処理工程と、
    上記信号処理工程により算出した位相差と、上記電圧測定手段によって測定された電圧と、上記零相電流測定手段によって測定された零相電流との値から、上記給電線及び負荷設備又はそのいずれか一方の対地絶縁抵抗に流れる各相の漏れ電流の合計値を演算する工程と、
    上記給電線及び負荷設備又はそのいずれか一方の各相の対地静電容量が同一でないときに、上記対地絶縁抵抗に流れる各相の漏れ電流の合計値に合算される、上記各相の対地静電容量が同一でないときに発生する漏れ電流の値が上記合計値に与える影響の程度を演算する演算工程と
    を備えることを特徴とする漏れ電流測定方法。