JP2010060329A - 電路及び電気機器の漏洩電流測定装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ２００Ｖ級の３相３線式の配電系統における各相の合計漏れ電流Ｉｇｒを測定し、対地静電容量を通じて流れる各相別の漏洩電流Ｉｇｃを把握し、Ｉｇｒ測定値に含まれる対地静電容量のアンバランスに起因する誤差の量を知る。
【解決手段】 基準電圧としてＲ，Ｓ，Ｔの各相の各線間電圧のうちの１つを基本波処理部３に入力し、基準電圧Ｅに対して、零相電流Ｉ_０を同相の有効成分Ａとこれと直角の位相差を有する無効成分Ｂに分離して計測値を得て、これらの値と各成分を表す計算式とからＲ相、Ｔ相の合計の漏洩電流Ｉｇｒ及び各相のＩｇｃを測定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電路及び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漏洩電流の測定装置及び測定方法に関する。

従来、電路及び電気機器の絶縁状態を調べる方法として、被測定部分を停電させ、絶縁抵抗計で測定する方法が広く用いられている。このような方法は、停電が許されない配電線や連続操業の工場等に適用することができない。

そこで、被測定電路や電気機器を停電させることなく、活線のまま電路及び電気機器の絶縁状態を調べる技術が提案され、用いられている。この種の技術として、零相変流器によって検出する電路及び電気機器の電圧印加部分から接地部分へ流れる電流である零相電流（以下Ｉ_０という。）を検知するようにしたものがある。この零相電流Ｉ_０は、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介して流れる漏洩電流（以下Iｇｒという。）と、この電圧印加部分と接地部分間に通常存在する対地静電容量を介して流れる漏洩電流（以下Iｇｃという。）とのベクトル和で構成されている。

ところで、現在一般に実用されている２００Vの３相３線のうちの１線が接地されている配電方式で実用化されている漏洩電流を測定する技術においては、他の非接地相の対地静電容量の値が等しいとき、すなわちバランス状態のときには漏洩電流Iｇｒの値を誤差なく測定可能であるが、これら他の非接地相の対地静電容量の値が等しくないときには、その値の差の度合いに応じた測定誤差を含む。近年の配電系統の大容量化、複雑化、単相負荷の混在等により、各相の対地静電容量の値が不一致状態にある系統が増大しており、この対地静電容量の不一致に基づく測定誤差は、漏洩電流Ｉｇｒを正確に測定するためには無視できないものとなっている。また、近年増加したインバータ、サーボモータ等のスイッチング負荷は、その高調波電流のため、漏洩電流Iｇｃの増大を引き起こし、漏電検出装置の誤動作を招いている。

以上のような問題点を解決する手段として、特開２００２−１２５３１３号公報（特許文献１）及び特開平３−１７９２７１号公報（特許文献２）において開示される技術がある。特許文献１に記載される技術にあっては、ここで述べたような問題点を解決するには至ってなく、従前の方法の単なる変更に過ぎない。また、特許文献２の技術は、構成が複雑であって、しかも測定プログラムも大容量であるので、簡便に漏洩電流Ｉｇｒを測定することが困難となっている。また、その他の方法として、配電線に低周波の低電圧を供給して漏洩電流Ｉｇｒを測定する方法があり、この方法は、全ての回路に適用可能ではあるが、設備が複雑であり、安価に提供することが困難である。
特開平３−１７９２７１ 特開２００２−１２５３１３

ところで、３つの単相電源をデルタ（Δ）結線した３相３線式の配電方式は、電源部を構成する変圧器の低圧側のΔ結線された３つの巻線の各接続端子のうちのある１つの相に接続される端子が直接接地されているので、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ（以下商用周波数という。）の商用電源が電源部に供給されたとき、各接続端子に接続されたＲ，Ｓ，Ｔの３相の配電線には、接地点の０電位に対し、種々の大きさで且つ位相差を異にする電圧が印加される。

そして、Δ結線された３つの巻線の各接続端子には、配電線が接続されて、この配電線を介して電気機器などの負荷設備が接続される。このような配電方式を採用した配電系統において、接地されていない相の対地静電容量が同じ値のときつまりバランス状態のときは、各相を流れる電流Ｉｇｃの合成値つまりベクトル加算値は、各相に流れる電流Ｉｇｃの値つまり絶対値の加算値とは異なる。従って、ベクトル加算値の絶対値を、３線の配電線に流れる電流のベクトル和である零相電流Ｉ_０の値として検出する方法では、各相別に流れる電流Ｉｇｃの検出は不可能である。

本発明は、３線のうち１線を直接接地した３相３線式の配電方式を採用した配電回路の対地静電容量に起因する接地相以外の各相及び合計の漏洩電流Ｉｇｃの測定も同時に行い、各相の対地静電容量のアンバランスに起因する誤差を求めより正確な漏洩電流Ｉｇｒを測定し、さらに、漏洩電流Ｉｇｒの検出を可能し、さらに、各相及び合計の漏洩電流Ｉｇｃの値から高調波電流の影響の程度を推定可能とする漏洩電流の測定装置及び測定方法を提供することを技術課題とする。

上述したような技術課題を解決するために提案される本発明は、３相３線式配電系統における変圧器の２次側巻線のＲ，Ｓ，Ｔの３端子のうちのＳ端子側が接地された配電方式の電路及び電気機器の対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Ｉｇｒ及び対地静電容量に起因する漏洩電流Ｉｇｃの少なくとも一方を測定する漏洩電流の測定装置であって、上記２次側巻線の各端子Ｒ，Ｓ，Ｔ間に発生する電圧Ｅ_ＳＲ，Ｅ_ＳＴ，Ｅ_ＴＲのいずれかを測定する電圧検出手段と、３相の各配電線に流れる電流のベクトル和である零相電流Ｉ_０を検出する零相電流検出手段と、上記電圧検出手段によって検出された上記いずれかの電圧Ｅ_ＳＲ，Ｅ_ＳＴ，Ｅ_ＴＲが入力され、この入力された電圧を基準電圧Ｅとし、当該基準電圧Ｅと上記零相電流Ｉ_０との位相を比較する位相比較手段と、上記基準電圧Ｅに対して、上記零相電流Ｉ_０を同相の有効成分Ａとこれと直角の位相差を有する無効成分Ｂに分離した計測値を求め、上記端子Ｒ，Ｓ，Ｔ間に発生する電圧Ｅ_ＳＲ，Ｅ_ＳＴ，Ｅ_ＴＲを基準電圧としたときに得られる上記零相電流Ｉ_０の有効成分Ａとこれと直角の位相差を有する無効成分Ｂとに基づいて、Ｒ相、Ｔ相に発生する上記漏洩電流Ｉｇｒの合計値と、Ｒ相、Ｔ相に存在する対地静電容量に起因する漏洩電流Ｉｇｃ_Ｒ、Ｉｇｃ_Ｔ及び漏洩電流Ｉｇｃ_ＲとＩｇｃ_Ｔとの合計値を演算する演算手段とを備える。

ここで、演算手段は、より具体的には、端子Ｒ，Ｓ，Ｔ間に発生する電圧Ｅ_ＳＲ，Ｅ_ＳＴ，Ｅ_ＴＲのうちの電圧Ｅ_ＴＲを基準電圧Ｅとしたとき、式（２Ｂ／√３）の値を、上記電圧Ｅ_ＳＲを基準電圧Ｅとしたとき、式（Ａ＋Ｂ／√３）の値を、上記電圧Ｅ_ＳＴを基準電圧としたとき、式（Ａ−Ｂ／√３）の値を、上記Ｒ，Ｔの各端子に接続される電路及び電気機器全体の対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Ｉｇｒとして演算する。

さらに、上記演算手段は、上記電圧Ｅ_ＴＲを基準電圧Ｅとしたとき、式（Ｂ−Ａ√３）の値を、上記電圧Ｅ_ＳＲを基準電圧Ｅとしたとき、式（Ｂ＋Ａ√３）の値を、上記電圧Ｅ_ＳＴを基準電圧としたとき、式（２Ａ／√３）の値を、上記Ｒ端子に接続される電路及び電気機器の対地静電容量に起因する漏洩電流Ｉｇｃ_Ｒとして演算し、上記電圧Ｅ_ＴＲを基準電圧としたとき、式（−Ｂ−Ａ／√３）の値を、上記電圧Ｅ_ＳＲを基準電圧Ｅとしたとき、式（−２Ａ／√３）の値を、上記電圧Ｅ_ＳＴを基準電圧としたとき、式（Ｂ−Ａ／√３）の値を、上記Ｔ端子に接続される電路及び電気機器の対地静電容量に起因する漏洩電流Ｉｇｃ_Ｔとして演算し、上記電圧Ｅ_ＴＲを基準電圧としたとき、式（−２Ａ／√３）の値を、上記電圧Ｅ_ＳＲを基準電圧Ｅとしたとき、式（Ｂ−Ａ／√３）の値を、上記電圧Ｅ_ＳＴを基準電圧としたとき、式（Ｂ＋Ａ／√３）の値を、Ｒ端子及びＴ端子に接続される電路及び電気機器の対地静電容量に起因する漏洩電流Ｉｇｃ_Ｒと漏洩電流Ｉｇｃ_Ｔの合計の値として演算する。

さらに、本発明は、３相３線式配電系統における変圧器の２次側巻線のＲ，Ｓ，Ｔの３端子のうちのＳ端子側が接地された配電方式の電路及び電気機器の対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Ｉｇｒ及び対地静電容量に起因する漏洩電流Ｉｇｃの少なくとも一方を測定する漏洩電流の測定方法であって、上記２次側巻線の各端子Ｒ，Ｓ，Ｔ間に発生する電圧Ｅ_ＳＲ，Ｅ_ＳＴ，Ｅ_ＴＲのいずれかを測定する電圧検出工程と、３相の各配電線に流れる電流のベクトル和である零相電流Ｉ_０を検出する零相電流検出工程と、上記電圧検出手段によって検出された上記いずれかの電圧Ｅ_ＳＲ，Ｅ_ＳＴ，Ｅ_ＴＲが入力され、この入力された電圧を基準電圧Ｅとし、当該基準電圧Ｅと上記零相電流Ｉ_０との位相を比較する位相比較工程と、上記基準電圧Ｅに対して、上記零相電流Ｉ_０を同相の有効成分Ａとこれと直角の位相差を有する無効成分Ｂに分離した計測値を求め、上記端子Ｒ，Ｓ，Ｔ間に発生する電圧Ｅ_ＳＲ，Ｅ_ＳＴ，Ｅ_ＴＲを基準電圧としたときに得られる上記零相電流Ｉ_０の有効成分Ａとこれと直角の位相差を有する無効成分Ｂとに基づいて、Ｒ相、Ｔ相に発生する上記漏洩電流Ｉｇｒの合計値と、Ｒ相、Ｔ相に存在する対地静電容量に起因する漏洩電流Ｉｇｃ_Ｒ、Ｉｇｃ_Ｔ及び漏洩電流Ｉｇｃ_ＲとＩｇｃ_Ｔとの合計値を演算する演算工程とを備える。

ここで、演算工程は、より具体的には、端子Ｒ，Ｓ，Ｔ間に発生する電圧Ｅ_ＳＲ，Ｅ_ＳＴ，Ｅ_ＴＲのうちの電圧Ｅ_ＴＲを基準電圧Ｅとしたとき、式（２Ｂ／√３）の値を、上記電圧Ｅ_ＳＲを基準電圧Ｅとしたとき、式（Ａ＋Ｂ／√３）の値を、上記電圧Ｅ_ＳＴを基準電圧としたとき、式（Ａ−Ｂ／√３）の値を、上記Ｒ，Ｔの各端子に接続される電路及び電気機器全体の対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Ｉｇｒとして演算する。

さらに、上記演算工程は、上記電圧Ｅ_ＴＲを基準電圧Ｅとしたとき、式（Ｂ−Ａ√３）の値を、上記電圧Ｅ_ＳＲを基準電圧Ｅとしたとき、式（Ｂ＋Ａ√３）の値を、上記電圧Ｅ_ＳＴを基準電圧としたとき、式（２Ａ／√３）の値を、上記Ｒ端子に接続される電路及び電気機器の対地静電容量に起因する漏洩電流Ｉｇｃ_Ｒとして演算し、上記電圧Ｅ_ＴＲを基準電圧としたとき、式（−Ｂ−Ａ／√３）の値を、上記電圧Ｅ_ＳＲを基準電圧Ｅとしたとき、式（−２Ａ／√３）の値を、上記電圧Ｅ_ＳＴを基準電圧としたとき、式（Ｂ−Ａ／√３）の値を、上記Ｔ端子に接続される電路及び電気機器の対地静電容量に起因する漏洩電流Ｉｇｃ_Ｔとして演算し、上記電圧Ｅ_ＴＲを基準電圧としたとき、式（−２Ａ／√３）の値を、上記電圧Ｅ_ＳＲを基準電圧Ｅとしたとき、式（Ｂ−Ａ／√３）の値を、上記電圧Ｅ_ＳＴを基準電圧としたとき、式（Ｂ＋Ａ／√３）の値を、Ｒ端子及びＴ端子に接続される電路及び電気機器の対地静電容量に起因する漏洩電流Ｉｇｃ_Ｒと漏洩電流Ｉｇｃ_Ｔの合計の値として演算する。

近年、配電系統は大容量化多様化が進み、その絶縁測定では、対地静電容量のアンバランス状態に起因する測定誤差が存在し、信頼性がきわめて低かった対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Ｉｇｒの測定で、これらの誤差値となる従来測定不能とされてきた各相毎の対地静電容量の概略の計測を可能にし、配電設備及び機器の絶縁状態を通電状態のまま連続的により正確に漏洩電流Ｉｇｒの把握が可能となり、予防保全を通じて停電事故を防止し、保守管理費用を低減し、配電系統、設備全体の信頼性を著しく向上させることができる。

以下、本発明を適用した漏洩電流測定装置及びその測定方法の実施の形態を図面を参照して説明する。

図１は、３相３線の配電方式の配電系統に本発明に係る漏洩電流測定装置を適用した一例を示す概略系統図である。３相３線の配電方式は、変圧器の低圧側の３相巻線を三角形を構成するように結線した電源から給電される２００Ｖ級の３相３線式の電路及び電気機器の絶縁状態を知るために用いられる。

本発明に係る漏洩電流測定装置は、この３相３線の配電方式を用いた配電系統の電路又は電気機器の対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Ｉｇｒ及び対地静電容量に起因する漏洩電流Ｉｇｃを測定する。

本発明に係る漏洩電流の測定装置が適用される３相３線の配電方式を用いた配電系統は、図１に示すように、配電用の３相変圧器の低圧側の三角(Δ）結線されたΔ形巻線１を備える。このΔ形巻線1は、３相の接続線である配電線４により負荷設備５に接続されている。

Δ形巻線１は、三角形を構成するように結線された３つの巻線を有し、これら巻線の接続端である３相端子Ｒ，Ｓ，Ｔをそれぞれ３相の配電線４（４_Ｒ，４_Ｓ，４_Ｔ）に接続している。また、Δ形巻線１は、Ｒ，Ｓ，Ｔの３相のうちＳ相の端子Ｓが接地線８を介して接地点Ｇに接続されている。

そして、Δ形巻線１を構成する３つの巻線の接続点である３相の端子Ｒ，Ｓ，Ｔ間に、図２に示すように、３相の線間電圧Ｅ_ＳＲ，Ｅ_ＳＴ，Ｅ_ＴＲが発生している。３相の各端子Ｒ，Ｓ，Ｔ間に発生する電圧Ｅ_ＳＲ，Ｅ_ＳＴ，Ｅ_ＴＲは、各配電線４_Ｒ，４_Ｓ，４_Ｔを介して負荷設備５に印加される。

また、３相の配電線４_Ｒ，４_Ｓ，４_Ｔのうち、接地点Ｇに接続されていない端子Ｒ，Ｔに接続された配電線４_Ｒ，４_Ｔ及びそれらに接続された負荷設備５には、対地静電容量Ｃ_Ｒ，Ｃ_Ｔが存在する。具体的には、３相のうち端子Ｒと負荷設備５とを接続する配電線４_Ｒ及び負荷設備５のＲ相には、対地静電容量Ｃ_Ｒが生ずる。端子Ｔと負荷設備５とを接続する配電線４_Ｔ及び負荷設備５のＴ相には対地静電容量Ｃ_Ｔが生ずる。これらの対地静電容量Ｃ_Ｒ，Ｃ_Ｔには、常時、対地電流Ｉｇｃ_Ｒ，Ｉｇｃ_Ｔが流れている。また、端子Ｒ，Ｔと負荷設備５を接続する配電線４及び負荷設備５には、漏洩抵抗ｒ_Ｒ，ｒ_Ｔが生ずることがある。さらに、漏洩抵抗ｒ_Ｒ，ｒ_Ｔには、漏洩電流Ｉｇｒ_Ｒ，Ｉｇｒ_Ｔが流れる。また、接地相であるＳ相にも対地静電容量は存在するが、対地電圧がほぼ０であるため、対地漏洩電流は省略する。

そして、本発明に係る漏洩電流測定装置は、図１に示すように、３線の各配電線４_Ｒ，４_Ｓ，４_Ｔに流れる電流のベクトル和である零相電流Ｉ_０を検出する零相変流器９と、３相の各端子Ｒ，Ｓ，Ｔ間に発生する電圧Ｅ_ＳＲ，Ｅ_ＳＴ，Ｅ_ＴＲのうちのいずれかを基準電圧Ｅとして処理演算部１６を構成する基本波処理部３に入力する。

そして、配電線４_Ｒ及び負荷設備５に生じた対地静電容量Ｃ_Ｒを流れる対地電流Ｉｇｃ_Ｒ、配電線路４_Ｔ及び負荷設備５に生じた対地静電容量Ｃ_Ｔを流れる対地電流Ｉｇｃ_Ｔ及び配電線４_Ｒ及び負荷設備５に生じた漏洩抵抗ｒ_Ｒを流れる対地電流Ｉｇｒ_Ｒ、配電線４_Ｔ及び負荷設備５に生じた漏洩抵抗ｒ_Ｔを流れる対地電流Ｉｇｒ_Ｔのベクトル和である零相電流Ｉ_０が接地線８を経由してＳ相の端子Ｓに帰還されるとともに零相変流器９を介して基本波処理部３に入力される。

ここで、Δ結線された３相３線の配電方式を用いた配電系統に発生する対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Ｉｇｒ及び対地静電容量に起因する漏洩電流Ｉｇｃを測定する測定方法及びその原理を説明する。

図１に示すΔ結線された３相３線の配電方式を用いた配電系統図において、接地線８を介して接地点Ｇに端子Ｓを接続した接地相であるＳ相に対する各端子Ｒ，Ｓ，Ｔ間に発生する電圧Ｅ_ＳＲ，Ｅ_ＳＴ，Ｅ_ＴＲをベクトルによって図２のように示すことができる。

ここで、漏洩電流Ｉｇｒ及びＩｇｃの測定の際、計測器に入力される測定の基準になる基準電圧を横軸である実数軸上の基準ベクトルEで表す。

まず、端子Ｔと端子Ｒとの間に発生する電圧Ｅ_ＴＲを基準電圧Ｅとするときには、対地電圧Ｅ_ＳＲ，Ｅ_ＳＴは、下記の式（１）、式（２）のようにベクトル記号法により示すことができる。

Ｅ_ＳＲ＝０．５E＋ｊ０．５√３Ｅ ・・・（１）
Ｅ_ＳＴ＝−０．５Ｅ＋ｊ０．５√３Ｅ ・・・（２）
Ｒ相の配電線４_Ｒ及び負荷設備５、Ｔ相の配電線４_Ｔ及び負荷設備５にそれぞれ対地静電容量Ｃ_Ｒ、Ｃ_Ｔが存在するとき、それらに流れる対地電流Ｉｇｃ_Ｒ，Ｉｇｃ_Ｔは、２π×商用周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）を角周波数ωとすると、下記の式（３）、（４）で示すことができる。

Ｉｇｃ_Ｒ＝−０．５√３ωＣ_ＲＥ＋ｊ０．５ωＣ_ＲＥ ・・・（３）
Ｉｇｃ_Ｔ＝−０．５√３ωＣ_ＴＥ−ｊ０．５ωＣ_ＴＥ ・・・（４）
そして、端子Ｒに接続されたＲ相の配電線４_Ｒ及び負荷設備５、Ｔ相の配電線４_Ｔ及び負荷設備５にぞれぞれに対地漏洩抵抗ｒ_Ｒ，ｒ_Ｔが存在するとき、対地漏洩抵抗ｒ_Ｒ，ｒ_Ｔ中を流れる漏洩電流Ｉｇｒ_Ｒ，Ｉｇｒ_Ｔは、下記の式（５）、（６）で示される。

Ｉｇｒ_Ｒ＝−０．５Ｅ／ｒ_Ｒ＋ｊ０．５√３Ｅ／ｒ_Ｒ ・・・（５）
Ｉｇｒ_Ｔ＝−０．５Ｅ／ｒ_Ｔ＋ｊ０．５√３Ｅ／ｒ_Ｔ ・・・（６）
端子Ｓと接地点Ｇとの間を接続する接地線８に流れる電流である零相電流Ｉ_０は、Ｒ，Ｓ，Ｔの各相の配電線４_Ｒ，４_Ｓ，４_Ｔに流れる電流のベクトル和、つまり前記式（３）、（４）、（５）、（６）を加えたものであり、下記の式（７）で表すことができる。

Ｉ_０＝｛−０．５√３（ωＣ_Ｒ＋ωＣ_Ｔ）＋０．５（１／ｒ_Ｒ−１／ｒ_Ｔ）｝Ｅ
＋ｊ｛０．５（ωＣ_Ｒ−ωＣ_Ｔ）＋０．５（１／ｒ_Ｒ＋１／ｒ_Ｔ）｝Ｅ ・・・（７）
ここで、ＥωＣ_ＲはＲ相の対地静電容量Ｃ_Ｒの中を流れる漏洩電流Ｉｇｃ_Ｒであり、EωＣ_Ｔ はT相の対地静電容量Ｃ_Ｔの中を流れる漏洩電流Ｉｇｃ_Ｔであり、Ｅ／ｒ_Ｒ及びＥ／ｒ_Ｔは対地漏洩抵抗ｒ_Ｒ及びｒ_Ｔ中を流れる漏洩電流Ｉｇｒ_Ｒ及びＩｇｒ_Ｒとなるので、基準電圧Eと同位相の有効成分Ａは、下記の式（８）により示すことができる。

Ａ＝−０．５√３（Ｉｇｃ_Ｒ＋Ｉｇｃ_Ｔ）＋０．５（Ｉｇｒ_Ｒ−Ｉｇｒ_Ｔ） ・・・（８）
上記基準電圧Ｅより９０度位相が進んだ零相電流Ｉ_０の無効成分Ｂは、下記の式（９）により示すことができる。

Ｂ＝０．５（Ｉｇｃ_Ｒ−Ｉｇｃ_Ｔ）＋０．５√３（Ｉｇｒ_Ｒ＋Ｉｇｒ_Ｔ） ・・・（９）
そして、漏洩電流Ｉｇｒ_ＲとＩｇｒ_Ｔとの合計である漏洩電流Ｉｇｒの測定の際、後述するように、基本処理部３の電圧検出器２１に入力される測定の基準になる基準電圧Ｅ、零相電流Ｉ_０、基準電圧Eと同位相の零相電流Ｉ_０の有効成分Ａ、基準電圧Ｅより９０度位相が進んだ零相電流Ｉ_０の無効成分Ｂの関係は、図３のベクトル図のように表される。

ここで、上記有効成分ＡはＩ_０ｃｏｓθで表され、無効成分ＢはＩ_０ｓｉｎθで表される。

ところで、零相電流Ｉ_０の有効成分Ａ、無効成分Ｂの値を実際に測定して求めるにあっては、処理演算部１６の基本波処理部３へ入力される基準電圧Ｅと零相電流Ｉ_０の波形から、図５に示すように、基準電圧Ｅと零相電流Ｉ_０との間の位相の遅れを測定し、演算部１４で零相電流Ｉ_０を基準電圧Eと同位相の有効成分Ａと基準電圧Ｅより９０度位相が進んだ無効成分Ｂとに分解して出力する。すなわち、演算部１４は、基準電圧Ｅと零相電流Ｉ_０との位相角θに基づいて、上記有効成分Ａと無効成分Ｂとを検出する。

次に、
ＩＧ＝２Ｂ／√３ ・・・（１０）
ＩＲ＝Ｂ−Ａ√３ ・・・（１１）
ＩＴ＝−Ｂ−Ａ√３ ・・・（１２）
ＩＣ＝−２Ａ／√３ ・・・（１３）
とおき、上記氏（１０）〜（１３）を前記式（８）、（９）のＡ，Ｂを代入すると次式が得られる。

ＩＧ＝Ｉｇｒ_Ｒ＋Ｉｇｒ_Ｔ＋（Ｉｇｃ_Ｒ−Ｉｇｃ_Ｔ）／√３ ・・・（１４）
ＩＲ＝Ｉｇｃ_Ｒ＋（Ｉｇｒ_Ｒ＋２Ｉｇｒ_Ｔ）／√３ ・・・（１５）
ＩＴ＝Ｉｇｃ_Ｔ−（２Ｉｇｒ_Ｒ＋Ｉｇｒ_Ｔ）／√３ ・・・（１６）
ＩＣ＝Ｉｇｃ_Ｒ＋Ｉｇｃ_Ｔ＋（Ｉｇｒ_Ｔ−Ｉｇｒ_Ｒ）／√３ ・・・（１７）
前記式（１４）から、Ｉｇｃ_Ｒ＝Ｉｇｃ_Ｔのとき、すなわち、Ｒ相とＴ相の対地静電容量が等しいバランス状態では、ＩＧの値はＲ相及びＴ相の対地漏洩電流Ｉｇｒ_ＲとＩｇｒ_Ｔとの合計値とあるので、ＩＧの値を漏洩電流Ｉｇｒの値とする。この値は、従来提案されている漏電計測器の指示値と同様に、前記対地漏洩電流Ｉｇｃ_ＲとＩｇｃ_Ｔの差であるアンバランス量に比例した誤差を含む。

また、通常、漏電故障なく運転している系統では、前記式（１５）、（１６）のＩｇｒ_Ｒ、Ｉｇｒ_Ｔの値が小さいので、式（１５）のＩＲの値がＩｇｃ_Ｒの概略値を、式（１６）のＩＴの値がＩｇｃ_Ｔの概略値を示し、式（１７）のＩＣの値がＩｇｒ_Ｒ、Ｉｇｒ_Ｔの影響を軽減したＩｇｃ_ＲとＩｇｃ_Ｔの合計値を示す。このように、配電系統のアンバランスの程度を示すＩｇｃ_ＲとＩｇｃ_Ｔの差を知ることができるので、故障発生時の実際の故障電流の概略の値を式（１４）のＩＧ指示値から知ることができる。

このように、基本的な測定によって得られた上記有効成分Ａと無効成分Ｂの値をデータ処理することにより、測定の精度を向上し、配電系統の信頼性を著しく高めることができる。

ここで、入力電圧相と、適用される計算式との関係を整理して図４に示す。

次に、図１に示す基本波処理部３の具体的な構成を図６を参照して説明する。この基本波処理部３は、電圧検出器２１と、第１の増幅器２２と、第１のローパスフィルタ（ＬＰＦ）２３と、第１の実効値変換器２８と、零相電流（Ｉ_０ ）検出器２４と、第２の増幅器２５と、第２のローパスフィルタ（ＬＰＦ）２６と、第２の実効値変換器２９と、位相差計測器２７とを備える。

図６において、電圧検出器２１には、Ｒ，Ｓ，Ｔの各相の各端子Ｒ，Ｓ，Ｔ間に発生する電圧Ｅ_ＳＲ，Ｅ_ＳＴ，Ｅ_ＴＲのいずれかが基準電圧Ｅとして入力される。なお、図１に示す系統図においては、電圧Ｅ_ＴＲが入力されている。そして、第１の増幅器２２は、電圧検出器２１の検出感度に応じて、電圧検出器２１から出力される基準電圧Ｅを適切な値になるまで増幅する。第１のローパスフィルタ２３は、基準電圧Ｅとして入力される電圧の基本周波数を超える周波数成分を減衰させて基本周波数波形を取り出す。

そして、零相電流検出器２４には、Ｒ，Ｓ，Ｔの各相の配電線４_Ｒ，４_Ｓ，４_Ｔに流れる電流のベクトル和である零相電流Ｉ_０が入力される。第２の増幅器２５は、零相電流検出器２４の検出感度に応じて、零相電流検出器２４から出力される零相電流Ｉ_０を適切な値になるまで増幅する。第２のローパスフィルタ２６は、零相電流Ｉ_０の基本周波数を超える周波数成分を減衰させて基本周波数波形を取り出す。

そして、位相差計測器２７は、基準電圧Ｅとして入力される各端子Ｒ，Ｓ，Ｔ間に発生する電圧Ｅ_ＳＲ，Ｅ_ＳＴ，Ｅ_ＴＲと零相電流Ｉ_０との位相差を計測する。ここで、基準電圧Ｅとして入力される各端子Ｒ，Ｓ，Ｔ間に発生する電圧Ｅ_ＳＲ，Ｅ_ＳＴ，Ｅ_ＴＲと零相電流Ｉ_０の位相差を図５に示す。基本波処理部３において、第１のローパスフィルタ２３は出力されたいずれかの相間に発生した基準電圧Ｅの波形と、第２のローパスフィルタ２６から出力された零相電流Ｉ_０の波形を、例えばオペアンプゼロクロッシング回路に入力すると、それらの出力波形は、図５に示すように、基準電圧Ｅに対してはＥｚ、零相電流Ｉ_０に対してはＩｚとなる。基準電圧Ｅ及び零相電流Ｉ_０の出力波形の波高値を一致させてＥｚとＩｚの差を求める。その差の絶対波形は、図５中に示す｜Ｅｚ−Ｉｚ｜波形になる。図５に示すように、｜Ｅｚ−Ｉｚ｜波形及びＩｚ波形の突出部分の面積をそれぞれＳ_１、Ｓ_２とすれば、Ｓ_１、は基準電圧Ｅと零相電流Ｉ_０との位相差角θに比例し、Ｓ_２は位相差１８０度に比例する。このＳ_１、Ｓ_２に比例した電圧は、演算部１４に出力される。

そして、第１の実効値変換器２８は、基準電圧Ｅの基本周波数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１４に入力する。第２の実効値変換器２９は、零相電流Ｉ_０の基本周波数波形を両波整流して実効値に変換したアナログ値に変換して演算部１４に入力する。

そして、演算部１４は、位相差計測器２７が計測した基準電圧Ｅと零相電流Ｉ_０との位相差角θを用いて、零相電流Ｉ_０を基準電圧Eと同位相の有効成分Ａと基準電圧Ｅより９０度位相が進んだ無効成分Ｂとに分解して出力する。

なお、位相差計測器２７が検出する基準電圧Ｅと零相電流Ｉ_０との位相差角θは、次の式（１８）から算出される。

θ＝１８０Ｓ_１ ÷Ｓ_２ ・・・（１８）
ここで、演算部１４は、Ｉ_０ｃｏｓθの値を零相電流Ｉ_０の有効成分Ａの値として、Ｉ_０ｓｉｎθの値を零相電流Ｉ_０の無効成分Ｂの値として演算し出力する。これら零相電流Ｉ_０と、零相電流Ｉ_０の有効成分Ａ及び無効成分Ｂの関係は、前述したように、図３のベクトル図に示すように表される。

そして、演算部１４において、上述したような演算処理が行われ測定されたＲ相の対地静電容量Ｃ_Ｒの中を流れる漏洩電流Ｉｇｃ_Ｒ、T相の対地静電容量Ｃ_Ｔの中を流れる漏洩電流Ｉｇｃ_Ｔの値を測定してこの値を表示部１５に表示し、又は上記Ｉｇｃ_Ｒ、Ｉｇｃ_Ｔの値に変えてこれらの合計値である漏洩電流Ｉｇｃの値を表示部１５に表示する。さらに、演算部１４において、Ｒ相及びＴ相の対地漏洩抵抗ｒ_Ｒ，ｒ_Ｔ中を流れる漏洩電流Ｉｇｒ_Ｒ，Ｉｇｒ_Ｔの合計値であるＩｇｒの値を測定し、この値を表示部１５で表示する。

本発明においては、前述の零相電流Ｉ_０の有効成分Ａと無効成分Ｂを前記式（１０）〜（１３）に代入する演算処理を行うことにより、Ｒ相の対地静電容量Ｃ_Ｒの中を流れる漏洩電流Ｉｇｃ_Ｒ、T相の対地静電容量Ｃ_Ｔの中を流れる漏洩電流Ｉｇｃ_Ｔ、又は上記Ｉｇｃ_Ｒ、Ｉｇｃ_Ｔの合計値であるＩｇｃ、さらに、Ｒ相及びＴ相の対地漏洩抵抗ｒ_Ｒ、ｒ_Ｔ中を流れる漏洩電流Ｉｇｒ_Ｒ，Ｉｇｒ_Ｔの合計値であるＩｇｒの値の測定が実現される。

また、本発明に係る漏洩電流測定装置は、配電線４の途中に遮断器を設け、演算部１４の演算の結果により、遮断器の遮断を制御する構成としてもよい。

つまり、本発明に係る漏洩電流測定装置は、演算部１４を用いた制御により、対地静電容量の中を流れる漏洩電流Ｉｇｃ_Ｒ、Ｉｇｃ_Ｔ、又は両者の合計値であるＩｇｃ、対地漏洩抵抗中を流れる漏洩電流Ｉｇｒの測定結果によって配電線及び負荷設備５を遮断器により遮断する。これにより、３相３線配電回路及び負荷設備を絶縁不良に伴う重大事故から守ることができる。

さらに、本発明に係る漏洩電流測定装置では、演算部１４の演算の結果により、対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Ｉｇｒや対地静電容量に起因する漏洩電流Ｉｇｃ_Ｒ、Ｉｇｃ_Ｔ、又は両者の合計値であるＩｇｃの値が所定の値より大きくなったことが判定された場合には、音や発光等の警報手段を用いて警報を発するようにしてもよい。このような警報手段を設けることにより、漏電起因する事故を確実に防止することができる。

さらにまた、本発明に係る漏洩電流測定装置は、配電線４の途中に遮断器を設け、演算部１４の演算の結果により、遮断器の遮断を制御する構成としてもよい。すなわち、漏洩電流測定装置は、演算部１４を用いた制御により、対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Ｉｇｒや対地静電容量に起因する漏洩電流Ｉｇｃ_Ｒ、Ｉｇｃ_Ｔの測定結果で配電線４及び負荷設備５を遮断器により遮断する。これにより、漏洩電流測定装置は、３相３線配電回路及び負荷設備を絶縁不良に伴う重大事故から守ることができる。

電気災害予防の目的から、配電系統や電気機器の絶縁測定が法律により要請されている。従来、絶縁測定は、配電系統への電力の供給を停止した停電の状態で絶縁測定を行っていたが、近年は停電が制限されている。本発明に係る漏洩電流測定装置及び測定方法はこの要求に適合しており、広く配電系統や電気機器における絶縁測定において利用が期待される。

３相３線の配電方式に本発明の漏洩電流測定装置を適用した構成を示す概略系統図である。 ３相の各相間の電圧相互の関係を表すベクトル図である。 基準電圧と零相電流Ｉ_０の有効成分および無効成分の関係を表すベクトル図である。 入力電圧相と、適用される計算式との関係を示す図である。 電圧と電流の位相差の関係を示す図である。 基本処理部の具体的構成を示す図である。

符号の説明

１ 配電用３相変圧器の低圧側の巻線、３ 基本波処理部、４ 配電線、５ 負荷設備、８ 接地線、９ 零相変流器、１４ 演算部、１５ 表示部、２１ 電圧検出器、２４ 零相電流検出器、２２，２５ 増幅器、２３，２６ ローパスフィルタ、２７ 位相差計測器、 ２８，２９ 実効値変換器

Claims (9)

1. ３相３線式配電系統における変圧器の２次側巻線のＲ，Ｓ，Ｔの３端子のうちのＳ端子側が接地された配電方式の電路及び電気機器の対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流
   Ｉｇｒ及び対地静電容量に起因する漏洩電流Ｉｇｃの少なくとも一方を測定する漏洩電流の測定装置において、
   上記２次側巻線の各端子Ｒ，Ｓ，Ｔ間に発生する電圧Ｅ_ＳＲ，Ｅ_ＳＴ，Ｅ_ＴＲのいずれかを測定する電圧検出手段と、
   ３相の各配電線に流れる電流のベクトル和である零相電流Ｉ_０を検出する零相電流検出手段と、
   上記電圧検出手段によって検出された上記いずれかの電圧Ｅ_ＳＲ，Ｅ_ＳＴ，Ｅ_ＴＲが入力され、この入力された電圧を基準電圧Ｅとし、当該基準電圧Ｅと上記零相電流Ｉ_０との位相を比較する位相比較手段と、
   上記基準電圧Ｅに対して、上記零相電流Ｉ_０を同相の有効成分Ａとこれと直角の位相差を有する無効成分Ｂに分離した計測値を求め、上記端子Ｒ，Ｓ，Ｔ間に発生する電圧Ｅ_ＳＲ，Ｅ_ＳＴ，Ｅ_ＴＲを基準電圧としたときに得られる上記零相電流Ｉ_０の有効成分Ａとこれと直角の位相差を有する無効成分Ｂとに基づいて、Ｒ相、Ｔ相に発生する上記漏洩電流Ｉｇｒの合計値と、Ｒ相、Ｔ相に存在する対地静電容量に起因する漏洩電流Ｉｇｃ_Ｒ、Ｉｇｃ_Ｔ及び漏洩電流Ｉｇｃ_ＲとＩｇｃ_Ｔとの合計値を演算する演算手段と
   を備えることを特徴とする漏洩電流の測定装置。
2. 上記演算手段は、上記端子Ｒ，Ｓ，Ｔ間に発生する電圧Ｅ_ＳＲ，Ｅ_ＳＴ，Ｅ_ＴＲのうちの電圧Ｅ_ＴＲを基準電圧Ｅとしたとき、式（２Ｂ／√３）の値を、上記電圧Ｅ_ＳＲを基準電圧Ｅとしたとき、式（Ａ＋Ｂ／√３）の値を、上記電圧Ｅ_ＳＴを基準電圧としたとき、式（Ａ−Ｂ／√３）の値を、上記Ｒ，Ｔの各端子に接続される電路及び電気機器全体の対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Ｉｇｒとして演算することを特徴とする請求項１記載の漏洩電流の測定装置。
3. 上記演算手段は、上記電圧Ｅ_ＴＲを基準電圧Ｅとしたとき、式（Ｂ−Ａ√３）の値を、上記電圧Ｅ_ＳＲを基準電圧Ｅとしたとき、式（Ｂ＋Ａ√３）の値を、上記電圧Ｅ_ＳＴを基準電圧としたとき、式（２Ａ／√３）の値を、上記Ｒ端子に接続される電路及び電気機器の対地静電容量に起因する漏洩電流Ｉｇｃ_Ｒとして演算し、上記電圧Ｅ_ＴＲを基準電圧としたとき、式（−Ｂ−Ａ／√３）の値を、上記電圧Ｅ_ＳＲを基準電圧Ｅとしたとき、式（−２Ａ／√３）の値を、上記電圧Ｅ_ＳＴを基準電圧としたとき、式（Ｂ−Ａ／√３）の値を、上記Ｔ端子に接続される電路及び電気機器の対地静電容量に起因する漏洩電流Ｉｇｃ_Ｔとして演算し、上記電圧Ｅ_ＴＲを基準電圧としたとき、式（−２Ａ／√３）の値を、上記電圧Ｅ_ＳＲを基準電圧Ｅとしたとき、式（Ｂ−Ａ／√３）の値を、上記電圧Ｅ_ＳＴを基準電圧としたとき、式（Ｂ＋Ａ／√３）の値を、Ｒ端子及びＴ端子に接続される電路及び電気機器の対地静電容量に起因する漏洩電流Ｉｇｃ_Ｒと漏洩電流Ｉｇｃ_Ｔの合計の値として演算することを特徴とする請求項１記載の漏洩電流の測定装置。
4. 当該漏洩電流の測定装置は、さらに、表示手段を備え、当該表示手段には、前記演算手段によって演算された結果が表示されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載の漏洩電流測定装置。
5. 当該漏洩電流の測定装置は、さらに、前記演算手段において求められる値のいずれかが所定の値を超えたときに警報を発する警報手段を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載の漏洩電流測定装置。
6. 当該漏洩電流の測定装置は、さらに、前記演算手段において求められる値のいずれかが所定の値を超えたときに電路を遮断する遮断手段を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１に記載の漏洩電流測定装置。
7. ３相３線式配電系統における変圧器の２次側巻線のＲ，Ｓ，Ｔの３端子のうちのＳ端子側が接地された配電方式の電路及び電気機器の対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流
   Ｉｇｒ及び対地静電容量に起因する漏洩電流Ｉｇｃの少なくとも一方を測定する漏洩電流の測定方法において、
   上記２次側巻線の各端子Ｒ，Ｓ，Ｔ間に発生する電圧Ｅ_ＳＲ，Ｅ_ＳＴ，Ｅ_ＴＲのいずれかを入力する工程と
   上記入力工程で入力された上記いずれかの電圧Ｅ_ＳＲ，Ｅ_ＳＴ，Ｅ_ＴＲを測定する電圧検工程と、
   ３相の各配電線に流れる電流のベクトル和である零相電流Ｉ_０を検出する零相電流検出工程と、
   上記電圧検出工程において検出された上記いずれかの電圧Ｅ_ＳＲ，Ｅ_ＳＴ，Ｅ_ＴＲを基準電圧Ｅとし、当該基準電圧Ｅと上記零相電流Ｉ_０との位相を比較する位相比較工程と、
   上記基準電圧Ｅに対して、上記零相電流Ｉ_０を同相の有効成分Ａとこれと直角の位相差を有する無効成分Ｂに分離した計測値を求め、上記端子Ｒ，Ｓ，Ｔ間に発生する電圧Ｅ_ＳＲ，Ｅ_ＳＴ，Ｅ_ＴＲを基準電圧としたときに得られる上記零相電流Ｉ_０の有効成分Ａとこれと直角の位相差を有する無効成分Ｂとに基づいて、Ｒ相、Ｔ相に発生する上記漏洩電流Ｉｇｒの合計値と、Ｒ相、Ｔ相に存在する対地静電容量に起因する漏洩電流Ｉｇｃ_Ｒ、Ｉｇｃ_Ｔ及び漏洩電流Ｉｇｃ_ＲとＩｇｃ_Ｔとの合計値を演算する演算工程と
   を備えることを特徴とする漏洩電流の測定方法。
8. 上記演算工程は、上記端子Ｒ，Ｓ，Ｔ間に発生する電圧Ｅ_ＳＲ，Ｅ_ＳＴ，Ｅ_ＴＲのうちの電圧Ｅ_ＴＲを基準電圧Ｅとしたとき、式（２Ｂ／√３）の値を、上記電圧Ｅ_ＳＲを基準電圧Ｅとしたとき、式（Ａ＋Ｂ／√３）の値を、上記電圧Ｅ_ＳＴを基準電圧としたとき、式（Ａ−Ｂ／√３）の値を、上記Ｒ，Ｔの各端子に接続される電路及び電気機器全体の対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Ｉｇｒとして演算することを特徴とする請求項６記載の漏洩電流の測定方法。
9. 上記演算工程は、上記電圧Ｅ_ＴＲを基準電圧Ｅとしたとき、式（Ｂ−Ａ√３）の値を、上記電圧Ｅ_ＳＲを基準電圧Ｅとしたとき、式（Ｂ＋Ａ√３）の値を、上記電圧Ｅ_ＳＴを基準電圧としたとき、式（２Ａ／√３）の値を、上記Ｒ端子に接続される電路及び電気機器の対地静電容量に起因する漏洩電流Ｉｇｃ_Ｒとして演算し、上記電圧Ｅ_ＴＲを基準電圧としたとき、式（−Ｂ−Ａ／√３）の値を、上記電圧Ｅ_ＳＲを基準電圧Ｅとしたとき、式（−２Ａ／√３）の値を、上記電圧Ｅ_ＳＴを基準電圧としたとき、式（Ｂ−Ａ／√３）の値を、上記Ｔ端子に接続される電路及び電気機器の対地静電容量に起因する漏洩電流Ｉｇｃ_Ｔとして演算し、上記電圧Ｅ_ＴＲを基準電圧としたとき、式（−２Ａ／√３）の値を、上記電圧Ｅ_ＳＲを基準電圧Ｅとしたとき、式（Ｂ−Ａ／√３）の値を、上記電圧Ｅ_ＳＴを基準電圧としたとき、式（Ｂ＋Ａ／√３）の値を、Ｒ端子及びＴ端子に接続される電路及び電気機器の対地静電容量に起因する漏洩電流Ｉｇｃ_Ｒと漏洩電流Ｉｇｃ_Ｔの合計の値として演算することを特徴とする請求項６記載の漏洩電流の測定方法。