(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
能動線の電流を所定の時間に計測するステップ；
前記能動線、中性線および接地線の供給電圧を前記所定の時間に計測するステップ；
前記能動線の電流を切り替え現象の後に計測するステップ；
前記能動線および前記中性線の各々における電流を前記所定の時間に計測するステップ；
前記所定の時間に計測された電流と前記切り替え現象の後に計測された電流との差が所定の基準を超える場合、前記切り替え現象の後に、前記能動線、前記中性線および前記接地線に渡る供給電圧を計測するステップ；および
前記所定の時間に計測された電流および前記切り替え現象の後に計測された電流を用いて消費者の供給敷地におけるループインピーダンスを決定し、該決定されたループインピーダンスの値を用いて給電ラインおよび戻りラインの状態を示すステップ；
を含む消費者の供給敷地において給電ラインおよび戻りラインである線の状態を検査する検査方法。
【請求項２】
前記ループインピーダンスは、前記所定の時間に計測される電圧と前記切り替え現象の後に計測される電圧の比率、および、前記切り替え現象に関連するインピーダンスの値に基づいて決定される請求項１に記載の検査方法。
【請求項３】
前記ループインピーダンスの決定は、前記所定の時間に計測される電圧と前記切り替え現象の後に計測される電圧の差と、前記所定の時間に計測される電流と前記切り替え現象の後に計測される電流の差との比率に関連している請求項１または請求項２に記載の検査方法。
【請求項４】
前記切り替え現象は、未知の負荷の追加または低減である請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の検査方法。
【請求項５】
前記切り替え現象が、消費者の敷地における電気器具の電源のオン／オフである請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の検査方法。
【請求項６】
決定されたループインピーダンスの値を用いて前記能動線および前記中性線の状態を示すステップは、
閾値よりも大きい前記決定されたループインビーダンスの値を用いて劣化に伴う中性線故障を示し、
閾値よりも大きい前記決定されたループインビーダンスの値を用いて劣化に伴う能動線故障を示し、
閾値よりも小さい前記決定されたループインビーダンスの値を用いてシステム正常を示すことを含む請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の検査方法。
【請求項７】
前記所定の時間および前記切り替え現象の後に、中性線電流を計測するステップを含む請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の検査方法。
【請求項８】
電源／メータ電圧、ならびに、能動線電流および中性線電流の履歴データを保存するステップをさらに含む請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の検査方法。
【請求項９】
前記消費者のメータを切断せずに実行される請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の検査方法。
【請求項１０】
リアルタイムで実施される請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、その内容が本明細書において参照により援用される、２００６年１１月２４日に出願の豪州仮特許出願第２００６９０６５９０号明細書に基づく優先権を主張する。
【０００２】
本発明は、ＡＣ電源監視システムに関し、特に、家庭用、商用および産業用単相式電源における障害状態を監視するためのシステムに関する。しかしながら、本発明は三相給電における障害状態を監視するための使用にも適応し得る。しかしながら、本発明の理解を容易とするために単相式給電システムを参照して説明することとする。
【背景技術】
【０００３】
オーストラリアおよび世界の多くの地域にわたる単相式電源システムは、能動線と、中性線とを備えている。中性線は、消費者の配電盤を含む配電システム全体にわたる様々な地点で接地システムに接続されることにより、一般に大地電位に維持されている。
【０００４】
潜在的な障害状況は、時々生じると共に、給電当局および電力のユーザーに対する主な懸念事項で有り得、また、これは逆極性のものである。逆極性は、ユーザーの敷地にある電気メータまたは給電の提供が行われている給電柱における、中性線および能動線接続の逆転を通じて生じ得る。逆極性障害状態では、危険な有効電圧が中性線に存在する可能性があり、ユーザーの接地システムに危険な電圧レベルを生じさせる場合があるために、きわめて危ない状況が生じる。多くの接地システムは水道管等を介して接続されており、これは、逆極性障害が発生した場合にきわめて危ない状態を招くことなる。
【０００５】
電気ユーザーにとって危ない状態を形成する可能性がある他の障害状況は、中性線故障である。例えば、中性線が木等に切断されるなどして、ユーザーの敷地を電源システムに接続する中性線が偶発的に断線された場合、電流フローのすべてが、中性線接続ではなくユーザーの接地システムに強制的に送られる。特に、接地接続が予期されるより高い抵抗を有する場合には、ユーザーの接地における危ない電圧の問題をもたらす可能性がある。
【０００６】
さらに潜在的に危ない障害状況は、故障しているか、または、高抵抗の顧客の接地システムである。
【０００７】
現時点では、このような障害状態は、消費者の敷地において特定の障害テストを実施することによってのみ確認することが可能である。このようなテストは時間がかると共に、高価であり、従って、行われるとしてもきわめて稀にしか実施されない。これらの言及した障害は、標準的な、機械的電気メータ、または、自家残留電流デバイス（ＲＣＤ）によっては検出されない。
【発明の概要】
【０００８】
従って、消費者の敷地に存在する、または生じる所定の障害状態を検出することが可能であるシステムを提供することが望ましい。
【０００９】
消費者の配電盤またはメータ盤に対する物理的な変更が必要とされない、障害状態を検出するための方法およびシステムを提供することもまた望ましい。
【００１０】
定常的に消費者の敷地に対する電源を監視すると共に所定の障害状態を検出するシステムおよび方法を提供することもまた望ましい。所定の障害状態の検出時に消費者の敷地への給電を遮断するよう適応され得る方法およびシステムを提供することもまた望ましい。
【００１１】
実施が比較的単純、容易、かつ、経済的である、消費者の敷地への電源に関連する所定の障害状態を検出するためのシステムおよび方法を提供することもまた望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の参考例によれば、消費者へのＡＣ電力の電源に関連する１種以上の所定の障害状態を検出するためのシステムであって、電源は能動線および中性線を有し、中性線は接地されており：
能動線に関連する第１の電流検出器；
中性線に関連する第２の電流検出器；
能動線と中性線との間の電圧を検出するための電圧検出器；および
能動線における接触器スイッチ
を備えるシステムが提供されている。
【００１３】
このようなシステムでは、逆極性などの状態を単純、かつ、容易に検出することが可能である。能動線における接触器スイッチを開放した状態では、中性線で検出される電流は逆極性を示す。
【００１４】
好ましくは、第２の接触器スイッチが中性線に設けられ、逆極性が検出された場合に、中性線を電源から切断可能とするとよい。能動線および中性線の一方または両方における接触器スイッチは、給電当局により制御されてもよい。これにより、能動接続の開放接触器で中性線接続に電流が検出された場合でも、給電当局が中性線接触器スイッチを開放することが可能となる。
【００１５】
本発明の参考例のシステムはまた、中性線の故障、顧客接地接続の故障、低電圧給電ラインにおける能動線と中性線との間の短絡、および能動線と顧客の接地との間の短絡などの他の障害を検出してもよい。
【００１６】
これにより、中性線の故障については、能動線に入力される電流のすべてが顧客の接地接続を通って顧客の設備を出ることとなる。従って、ゼロ電流は顧客の中性線を通って出ることとなり、その中性線の電流検出器はゼロ電流フローを示すこととなる。
【００１７】
同様に、顧客接地の故障は、能動線および中性線の両方の電流を計測することにより検出されてもよい。正常な極性の間は、５から７０オームの抵抗を持ち得る顧客の接地を通って戻る電流の割合が小さいために、この中性線電流は常に能動線の電流より小さいこととなる。結果的に、能動線電流および中性線電流が同等である場合には、これは、次いでさらなる調査が必要である、接地の故障を示す。
【００１８】
他の障害状態が本発明の参考例のシステムによって検出されてもよい。
【００１９】
本発明の他の参考例によれば、消費者へのＡＣ電力の電源に関連する１種以上の所定の障害状態を検出するための方法であって、電源は能動線および中性線を有し、中性線は接地されており：
能動線に関連する第１の電流検出器を提供するステップ；
中性線に関連する第２の電流検出器を提供するステップ；
能動線と中性線との間の電圧を検出するための電圧検出器を提供するステップ；
中性線電流対能動線電流の電流比を検査するステップであって、電流比が所定の障害状態の指標であるステップ
を含む方法が提供されている。
【００２０】
本発明の他の参考例の方法の使用において、上述のとおり、中性線電流は能動線の電流より常に小さいため、如何なる障害もない正常な接続は、１未満の電流比を示すこととなる。しかしながら、逆極性接続が存在する場合には、中性線の電流は、能動線が中性線よりも小さい電流を有するよう、接地と能動線との間に分割されることとなる。この比は、従って、１より大きくなる。上述したとおり、中性線の故障がシステムに存在する場合、能動線に入力される電流のすべてが接地を通って出ることとなり、従って、ゼロ電流が中性線に現れる。よって、電流比はゼロとなる。
【００２１】
正常な極性であって顧客接地の故障がある場合、能動線に入力される電流のすべてが中性線を通じて出ることとなり、従って、電流比は１に等しくなる。同様に、逆極性であって顧客接地の故障がある場合、中性線に入力される電流のすべてが顧客の能動線を通って出ることとなり、従って、比はまた１に等しくなる。
【００２２】
能動線と中性線との間の電源供給に短絡が存在する場合、電源電流のほとんどが中性線を介して戻り、わずかな部分が顧客の接地を介して戻ることとなる。これが、中性線の電流を、顧客のメータを通って中性線を逆方向に強制的に流れさせることとなる。顧客のメータにおける能動線を通る電流はなく、従って、電流比は負の無限大と等しくなる。
上記テストは、所定の障害状態の存在に関して信頼性のある指針を提供する一方で、さらなる、直接抵抗テストがまた、顧客の接地抵抗およびＬＶ供給中性抵抗の計測に用いられることとしてもよい。
【００２３】
実施されてもよい他のテストは、供給電圧が所定の許容可能な範囲内にあるかの検査であり、これにより、消費者は、電圧が規定の最低値に未満に落ちた場合に切断される。
【００２４】
好ましくは、この方法は、能動線に接触器スイッチを設けて、給電当局による消費者の遠隔的な切断を可能とするステップをさらに含むとよい。第２の接触器スイッチが中性線に設けられてもよい。
【００２５】
本発明の一態様によれば、消費者の供給敷地における給電ラインおよび戻りラインの状態を検査する検査方法であって：
能動線の電流を所定の時間に計測するステップ；
能動線、中性線および接地線の供給電圧を所定の時間に計測するステップ；
能動線の電流を切り替え現象の後に計測するステップ；
能動線および中性線の各々における電流を所定の時間に計測するステップ；
所定の時間に計測された電流と切り替え現象の後に計測された電流との差が所定の基準を超える場合、切り替え現象の後に、能動線、中性線および接地線に渡る供給電圧を計測するステップ；および
所定の時間に計測された電流および切り替え現象の後に計測された電流を用いて消費者の供給敷地におけるループインピーダンスを決定し、決定されたループインピーダンスの値を用いて給電ラインおよび戻りラインの状態を示すステップを含む検査方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】消費者への正常な電源を図示する概略的な回路図である。
【図２】正常な電流フローを示す単純化した回路図である。
【図３】逆極性接続を示す図式による回路図である。
【図４】本発明の実施形態による電気メータの機構を図式で示す。
【図５】図４のメータを利用する逆極性回路を図式で示す。
【図６】記載の実施形態を例示する図式による回路図である。
【図７】簡素化版のＣａｒｓｏｎの式を示す図である。
【図８】Ｃａｒｓｏｎの式の変形版を示す図である。
【図９】電流比対中性抵抗の様々な値についての接地抵抗のプロットである。
【図１０】電流比対中性抵抗の様々な値についての接地抵抗のプロットである。
【図１１】結合中性線および能動線インピーダンスの、中性線および能動線抵抗の様々な値に対する接地抵抗のプロットである。
【図１２】結合中性線および能動線インピーダンスの、中性線および能動線抵抗の様々な値に対する接地抵抗のプロットである。
【図１３】結合中性線および能動線インピーダンスの、中性線および能動線抵抗の様々な値に対する接地抵抗のプロットである。
【図１４】結合中性線および能動線インピーダンスの、中性線および能動線抵抗の様々な値に対する接地抵抗のプロットである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明がより容易に理解されるよう、実施形態は添付の図面を参照してここに記載される。
【００２８】
図面を参照すると、既存の機械的電気メータは、中性線接続、顧客の接地または逆極性の完全性を検出することができない。
【００２９】
しかしながら、電子式電気メータ（ＥＥＭ）の導入で、これが可能となってきている。記載の障害状態を検出することができるよう電気メータおよび配電盤を完全に再設計することも可能であろうが、このような試みのコストは非現実的である。従って、本発明の実施形態は、既存の電気メータおよび配電盤を利用して、いかなる物理的変化もないよう、または最低限とするよう設計されている。
【００３０】
図１は、電源システムへの既存の顧客の電気接続を示す。電気メータ１２が、給電当局配電システムから延びる能動線１４および中性線１６に接続されている。通常は消費者の敷地外の電柱等に位置される電源ヒューズ１７が一次的な供給保護を提供する。
【００３１】
電気メータ１２は、メータ１２を介する電流フローを検出するための低インピーダンス電流コイル１８と、能動線−中性線にかかる電圧を検出するための高インピーダンス電圧コイル１９とを有する。交流電流の供給により、電流は、一般に残留電流デバイス（ＲＣＤ）２０を含む消費者の配電盤２１を通って両方向に流れるが、すべての回路がこのように保護されているわけではない。従って、接地障害が消費者の敷地において生じた場合には、エネルギーの流れは、接地接続２２まで点線２３に従うこととなる。
【００３２】
図２に見られるとおり、正常な極性接続においては、電流フロー（電圧サイクルの正側の半分の間）は、矢印の方向である。中性線１６は、消費者の配電盤２１を介して、ならびに、給電ネットワーク（図示せず）を介して外部的に接地に接続されている。それ故、単純な負荷２４、２４０ボルトの電源供給電圧を仮定すると、中性線１６のインピーダンスをゼロと仮定して、この負荷の両端での電圧の低下は２４０ボルトである。公称的には、顧客の接地を通って電流が流れることはないが、実際には、典型的には５オーム〜７０オームの抵抗を有する接地接続では、微量の電流が接地接続２２を通って流れる可能性がある。
【００３３】
当然ながら、電圧サイクルの負の部分の間では、この電流は逆方向に流れる。
【００３４】
図３を参照すると、能動線１４が顧客の中性線１６ａに接続されている逆極性接続が図式的に示されている。給電当局の中性線１６は点Ｂで接地されているため、全供給電圧（２４０ボルト）が消費者の中性線１６ａに存在することとなる。従って、負荷２４の両端で現れる電圧は、矢印の方向に流れる電流では２４０ボルトとなり、さらに、接地接続２２の両端の電圧もまた２４０ボルトとなり、示されるとおり、接地への電流フローがもたらされる。このような逆極性接続は、従って、２４０ボルトを消費者の接地接続２２に潜在的に導き、きわめて危ない、潜在的に致死的状態をもたらす。
【００３５】
他の潜在的に危ない障害状態は、すべての負荷電流を、中性線接続ではなく顧客の接地を通して強制的に流す、中性線接続１６または１６ａの故障である。このような障害では、消費者は、電源使用においては如何なる差異にも気づかない可能性があり、現在の電気メータは、この障害状況を検出することはない。
【００３６】
新規の電子電気メータには、第２の電流コイル２６（図４）が中性線１６ａに設けられている。この電流コイルの目的は電力の窃盗を検出するためであるが、これは、能動線１４の電流フローが中性線１６の電流の流れよりも大きいことを確認するためにも用いられている。新規のメータはまた、能動線１４に接触器スイッチ２７を含む。この接触器スイッチ２７は給電会社による遠隔操作が可能であり、障害状態が検出された場合、不正行為が検出された場合、または、配電会社が顧客の接続を切断する必要がある場合に、敷地への給電が遠隔的に遮断される。
【００３７】
本発明の好ましい実施形態によれば、電気メータ１２には、第２の接触器スイッチ２８が中性線１６ａに設けられている。第２の接触器スイッチ２８は遠隔操作可能であることが好ましいが、給電側の能動線を消費者の中性線１６ａから遮断する必要がある逆極性状態が検出されたときに操作されることが可能であるスイッチであってもよい。
【００３８】
図４に示されている変更を用いると、消費者が電源に初めて接続される際の最初の「起動」中に、逆極性接続が検出される可能性がある。図５に示されているとおり、このテストは、能動線接触器スイッチ２７を開放するステップ、および第２の電流コイル２６を用いて中性線１６ａ中の電流の存在を検査するステップを含む。電流が検出された場合、これは逆極性接続を示し、第２の接触器スイッチ２８が直ぐに開放されて、顧客の敷地が電源システムから完全に切断される。当然ながら、第２の電流コイル２６を通る電流が存在していない場合には逆極性は存在しない。逆極性状態が存在する場合には、電源能動線からの電力は直接的に消費者の中性線１６ａに流れると共に、消費者の接地コネクタ２２を通って流れることが認識されるであろう。
【００３９】
逆極性障害状態を検出するこの方法は実施が単純、かつ、容易である一方で、これは、中性線１６および１６ａまたは顧客の接地コネクタ２２の完全性を検出することができる能力は有していない。従って、通電されている電力接続で、このような障害状態をリアルタイムで検出するために、第２の方法が考察された。この方法では：
逆極性；
中性線の故障；
顧客接地の故障；
ＬＶ電源（給電当局側の接続）における能動線と中性線との間の短絡；
能動線と接地との間の短絡
の検出が可能となる。
【００４０】
この方法には、能動線１４の電流と中性線１６ａの電流との比の比較が含まれる。図６に示されているとおり、以下の記述においてモデリングされる回路挙動はＡＣ入力電圧をその正のサイクルにおいて実証する（結果は完全なサイクルＡＣ入力について有効であるが）ことを考慮すると、給電電圧源３１は公称２４０ボルトを消費者の敷地に供給する。接触器スイッチ２７および２８の両方が閉じた状態で、電流コイル１８および２６を通る電流フローが計測されると共に比較される。正常な極性の最中には、中性線電流は常に能動線の電流より小さくなる。これは、小さな割合の電流が常に顧客の接地を通って戻ってくるためである。従って、電流比Ｉｎ／Ｉａは１未満である。逆極性障害状態が存在していた場合、中性線１６ａに入力された電流は接地と能動線１４との間に分割されることとなる。従って、中性線１６ａ上の電流は、常に能動線１４の電流より大きくなる。従って、比Ｉｎ／Ｉａは１よりも大きい。
【００４１】
中性線状態の故障がシステムに存在している場合、能動導電ライン１４に入力される電流のすべてが顧客の接地２２通って顧客の設備を出ることとなる。従って、ゼロ電流が顧客の中性線を通って出ることとなり、電流比Ｉｎ／Ｉａはゼロに等しくなる。
【００４２】
顧客接地の故障の障害状態では、正常な極性接続で、能動ライン１４に入力される電流のすべてが中性ライン１６ａを通って出ることとなり、従って、電流比Ｉｎ／Ｉａが１に等しくなる。
【００４３】
逆極性障害状態の最中の顧客接地の故障では、中性ライン１６ａに入力される電流のすべてが顧客の能動線１４を通って出ることとなり、従って、電流比Ｉｎ／Ｉａは再度１に等しくなる。
【００４４】
１の電流比により示される故障した顧客接地障害状態の両方は、即時の調査が必要であり、顧客への給電は、接触器スイッチ２７および２８の一方または両方による遠隔駆動により、点検が障害状態を判定すると共に、これを修正するまで遮断され得る。（視覚的インジケータもまたメータに示されることが可能である）。
【００４５】
能動線１４と中性線１６との間の短絡を含む障害状態の場合には、顧客メータ１２の上流では、供給電流のほとんどが中性線１６ａを通って戻り、一部が顧客の接地を介して戻ることとなる。これが、中性線の電流を、顧客のメータを通って中性線を逆方向に強制的に流れさせることとなる。メータの能動線１４を通って電流は流れないので、従って、電流比は負の無限大となる。
【００４６】
給電当局のＬＶ電源での能動線と接地との間の短絡を含む障害状態の場合には、顧客メータ１２の上流では、供給電流のほとんどが中性ラインを介して戻り、一部が顧客の接地２２を介して戻ることとなる。これは、中性線の電流を、メータを通って中性線を正方向に強制的に流れさせることとなり、メータの能動ライン１４を通って電流が流れることはない。電流比は、従って、無限大に等しくなる。
【００４７】
本発明の他の実施形態によれば、その抵抗が１オーム（最大の許容可能な抵抗）に近づいていると中性完全性を査定することが可能であることを回路の挙動から見ることができる場合に、改良型電流比テストが用いられてもよい。図６を参照すると、中性線１６ａの抵抗が０から無限大に増加するに伴って、電流比は１から０に低減することになることが見られるであろう。従って、この範囲内のどこかで、中性抵抗の値が１オームに等しい場合、特定の比を判定することが可能である。しかしながら、消費者の接地接続２２は固定値ではなく、約５オームから７０オームの間で変化する可能性がある。電力基準の要求を満たすために、顧客接地抵抗は７０オーム未満であるべきであると共に、中性抵抗は１オーム未満であるべきであることに注意されるであろう。土壌状態に基づいて、顧客の接地抵抗は常に５オームより大きいことが推測される。
【００４８】
この問題を数学的に解くために、Ｃａｒｓｏｎの式を用いなければならない。Ｃａｒｓｏｎの式は、地面を通った戻り経路を有する長平衡架空電線の挙動をモデリングする。地面を通って伝わる電流の高いリアクタンスにより、この電流のほとんどが強制的に中性ラインを通って戻される。
【００４９】
Ｃａｒｓｏｎの式は、この状況を数学的にモデリングする。
【００５０】
簡略化したＣａｒｓｏｎの式
図７は、簡略化したＣａｒｓｏｎの式図を示す。
【００５１】
図７を用いて、Ｃａｒｓｏｎの式を用いて導線ｑが接地線であることを仮定して上記の平行なラインを解くことが可能である。
【００５２】
【数１】
0005580389.tif 000002
Ｖｐ＝ＩｐＺｐ＋ＩｑＺｐｑ  （３）
Ｖｑ＝ＩｐＺｐｑ＋ＩｑＺｑ  （４）
【００５３】
導線ｑを接地線とすると、この場合、この導線の両端は地面に接続されているために、Ｖｑ＝０である。
【００５４】
従って、比Ｉｑ／Ｉｐについて、
Ｖｑ＝ＩｐＺｐｑ＋ＩｑＺｑ  （５）
Ｖｑ＝０  （６）
ＩｐＺｐｑ＝−ＩｑＺｑ  （７）
【数２】
0005580389.tif 000003
と解くことが可能である。
【００５５】
式（８）は、システム中に存在する接地抵抗を考慮していないために用いることはできない。上記の例は、純粋に理論的な状況のためである。顧客の接地プローブは地面と接触している有限の表面積を有し、従って、有限抵抗を形成する。
【００５６】
分析用に変形したＣａｒｓｏｎの式
本発明者らのシステムをシミュレートするために、大地抵抗をシステムに導入しなければならない。この式を簡略化するために、顧客抵抗と比較すると重要ではないために、電源での接地抵抗を無視した。これは、電源接地抵抗が複数の接地を有するＣＭＥＮであることに基づいている。
【００５７】
図８を用いてシナリオがモデリングされる。
Ｖａ＝ＩａＺａ＋ＩｎＺａｎ＋ＩａＲＬ＋ＩｅＲｅ  （９）
Ｖｎ＝ＩａＺａｎ＋ＩｎＺｎ＋ＩｅＲｅ  （１０）
Ｉａ＋Ｉｎ＝Ｉｅ  （１１）
Ｖｎ＝０  （１２）
【００５８】
式１１および１２を式１０に代入すると以下が得られる。
０＝ＩａＺａｎ＋ＩｎＺｎ＋ＩａＲｅ＋ＩｎＲｅ  （１３）
Ｉａ（Ｚａｎ＋Ｒｅ）＋Ｉｎ（Ｚｎ＋Ｒｅ）＝０  （１４）
【数３】
0005580389.tif 000004
【００５９】
図６の回路図において、Ｉｎは、逆方向に流れると定義され、従って、負の符号を除去することが可能である。
【数４】
0005580389.tif 000005
【００６０】
【数５】
0005580389.tif 000006
であり、ここで、
Ｄｅ＝換算深度（メートル）
ｆ＝周波数（ヘルツ）
ρ＝大地低効率（オームメートル）
ＧＭＲｃ＝相乗平均半径（メートル）
ｒ＝導線の半径（メートル）
ｒａ＝中性線のＡＣ抵抗
ｒｎ＝中性線のＡＣ抵抗
Ｄａｎ＝導線ａとｎとの間の距離（メートル）
Ｒｅ＝顧客接地抵抗
である。
【００６１】
回路の数学的分析
回路を、様々な値の中性抵抗および接地抵抗について分析した。接地抵抗は、既述のとおり５から７０オームで制限されていた。
【００６２】
【表１】
0005580389.tif 000007
注：用いた導線はＮｅｐｔｕｎｅとも称される１９／３．２５ＡＡＣであった。ＬＶ供給導線はこの分析については無視した。
【００６３】
中性線が規格外である前に表すことができたｒｎの最大値はｒｎ＝３オーム／ｋｍであろう。これは、最長回路長が３３３ｍであることを仮定する。
【００６４】
異なる値のＡＣ抵抗を式に代入した場合、以下の図９に示される結果が得られた。
【００６５】
図９は：
−低中性抵抗については、比は１に近づく
−高中性抵抗については、比は０に近づく
−接地抵抗が高まると共に、比が大きくなる
−最低障害状態はｙ軸と比＝０．９４５で交わる
ことを示す。
【００６６】
設定比を定義して、中性抵抗＞１オームの検出を許容することはできない。これは、接地および中性抵抗の２つの未知の可変要素があるためである。
【００６７】
この方法は、中性線劣化の検出の既述のテストより高い正確性での分析を許容する。上記のグラフから、２つの固定分析点を導くことが可能である。これらは、以下のグラフに示されている：
−［０＜Ｉ比＜０．９４］については、  劣化による中性線故障
−［０．９４＜Ｉ比＜１］については、  不確定。
【００６８】
小さい値の接地抵抗に関して、中性線劣化の検出はきわめて正確である。接地抵抗が大きくなるに伴って、中性線劣化を検出する能力は低下する。
【００６９】
従って、本発明者らの過去の知識を適用することにより、以下の表に示されるとおり検出能を高めることが可能である。
【００７０】
【表２】
0005580389.tif 000008
注：実際の比範囲は実験分析による。この分析は、単なるコンセプトの数学的立証である。
【００７１】
０．９４＜比＜１である不確定な比テストを調べるために、さらなるテストを実施しなければならない。これは、以下に詳細に説明されている。
【００７２】
本発明のさらなる実施形態によれば、電流比テストの潜在的な制限を最低限とするさらに単純な抵抗テストを実施し得る。
【００７３】
改良型電流比テストでの潜在的な困難性は、比の式からの変数としての顧客の接地抵抗を排除することができない場合があることである。この比は顧客の接地抵抗が高まるに伴って意味が薄れ、比プロファイル間の差の検出能が、これらはすべて１に向かう傾向にあるために低下する。
【００７４】
以下のテストの目的は、中性線および能動線の結合インピーダンスを分析することである。これら２つのインピーダンスを分析することにより、ラインの状態を判定することが可能である。このテストは、能動線および中性線のインピーダンスが規格の範囲内にあることを確実にする能力を有する。
【００７５】
説明の簡素化のために、コンセプトを証明するために単純な分析を用いた。このテストは、メータ１２が、メータの両端の「無負荷電圧」を変数として、その内部メモリ内に保存することを必要とする。これは、メータを通って電流が流れていないときに完了させる必要がある。この時点で、メータの両端の電圧は、電源電圧と等しくなるべきである。これをＶｒｅｆと称する。この電圧は、メータの設置時に、または能動線切断スイッチを遮断することにより、計測することが可能である。正確な結果を確実に得るために、メータ電圧（Ｖｍ）を計測する前（または後）に、基準電圧を瞬間的に計測すべきである。
【００７６】
メータで計測された電圧をＶｍと称する。
【００７７】
上述の「分析用に変形したＣａｒｓｏｎの式」セクションにおける式（９）〜（２０）から：
Ｖａ＝ＩａＺａ＋ＩｎＺａｎ＋ＩａＲＬ＋ＩｅＲｅ  （９）
Ｉａ＋Ｉｎ＝Ｉｅ  （１１）
【数６】
0005580389.tif 000009
であることがわかっている。
【００７８】
Ｖａ＝Ｖｒｅｆ  （２１）
Ｖｍ＝ＩａＲＬ  （２２）
であることが公知である。
【００７９】
分析１−係数Ｉａ
従って以下のとおりである：
【数７】
0005580389.tif 000010
【００８０】
図１２に見ることが可能であるとおり、この分析は、小さい接地抵抗については結合インピーダンスの値を過小評価する傾向にある。接地抵抗が大きくなるに伴って、この分析の正確性が高まることとなる。
【００８１】
この方法の主な有益性は中性線電流検出器を必要としないことである。
【００８２】
分析２−係数Ｉｎ
この式は、再構成してＩａではなくＩｎを使って解くことが可能である。
【数８】
0005580389.tif 000011
【００８３】
図１２に見ることが可能であるとおり、この分析は、小さい接地抵抗については結合インピーダンスの値を過大評価する傾向にある。接地抵抗が大きくなるに伴って、この分析の正確性が高まることとなる。
【００８４】
分析３−係数Ｉｎ＆Ｉａの組み合わせ
図１２に見ることが可能であるとおり、この分析１は、小さい接地抵抗についての結果を過小評価する傾向を有し、ならびに、分析２は、小さい接地抵抗についての結果を過大評価する傾向を有する。これらの２つの不足分を補償するために、２つの分析技術を平均して最良の結果を見出した。
【００８５】
これらの結果から、誤差を判定するための上限は、結果が２よりも大きいことである（すなわち、中性線および能動線のインピーダンスの合計は２オームよりも大きいことである）時とする。追加のテスト技術として、この結果の値は、メータ中に保存されるべきである。結果が予め定義した変化を上回る場合には、設備を調べるかまたは切断すべきである。
【数９】
0005580389.tif 000012
【００８６】
上記に示した分析が、能動線と中性線インピーダンスの合計値を算出することとなる。この式の分析が図１１から１４に示されている。
【００８７】
ＺａおよびＺｎの小さな値について、分析からの結果は、実際の値を過小評価する傾向にある。
【００８８】
分析３は、能動線および中性線の状態を分析するために好ましい方法であるが、このテストは切断を必要とする。このテストは、一般に、計画的なテストの一部として夜中に、または、顧客の混乱を最低限とするために、顧客の中断を生じさせる障害の後に完了されるであろう。改良型抵抗テストに関して本明細書中に後述されている方法は、このテストを切断を必要とせずに実施する能力を有する。
【００８９】
改良型抵抗テスト
単純な抵抗テストに関して記載した方法の問題は、顧客の切断が必要であることである。しかしながら、このテストは、いかなる顧客の切断もせずに行われるよう最適化することが可能であり、これは、通電条件下においてリアルタイムで完了されることが可能であることを意味する。
【００９０】
単純な抵抗試験法においては、比較するための基準を設定するために無負荷条件が用いられる。しかしながら、これは、顧客の切断が必要となるために好ましくない。この改良型抵抗テストにおいて、代替は、切り替え現象の直前に、顧客敷地における現在の負荷を基準として用いることである。従って、切り替え現象の直前の状態が基準となり、かつ、直後の値が計測値となる。これらの切り替え現象の例は、以下の器具のオン／オフである。
１．エアコンディショナ（約２０００Ｗ）
２．トースター（約１０００Ｗ）
３．ヤカン（約１０００Ｗ）
４．ヒータ（約１５００Ｗ）
５．電球（約１００Ｗ）
【００９１】
切り替え現象を強制的に生じさせることはメータにはできない（電気給湯がメータによって制御されていない限り）ため、メータは、メータ電圧および電流の履歴データを保存する必要がある。切り替え現象が生じたときに（これは、負荷の増加または低減であることが可能である）、メータは、履歴データを基準として用いることが可能である。変圧器での供給電圧および電流の変動（他の顧客からの）が、このテストの正確性を損なわせる可能性があることに留意すべきである。従って、単一の結果ではなく、一連の結果を分析することが推奨される。
【００９２】
従って、ラインインピーダンスを分析するための式は以下のとおり記載することが可能である。
【数１０】
0005580389.tif 000013
【００９３】
このテスト方法の導入により、能動線１４の接触器スイッチ２７は、能動線および中性線の抵抗を測定する必要性も、逆極性を検出する必要性もない。
【００９４】
加えて、テストの正確性をわずかに低下させることが許容される場合には、中性検出コイル２６は、能動線および中性線の抵抗を検出する必要性がなくなるであろう。しかしながら、このコイル２６を取り外した場合には、逆極性を検出することができなくなる。以下に示す式（４２）は、ＶｍおよびＩａのみを用いて、どのように能動線および中性線の抵抗の概算を算出することが可能であるかを実証する。これは、式（２３）から（２７）に対する変更である。
【数１１】
0005580389.tif 000014
【００９５】
最終テストは、供給電圧が配電コード内にあるかを検査すべきである。電源の両端の電圧がこの範囲外である場合には、その敷地を電源から切断する必要がある可能性がある。
【００９６】
ＳＩＲが顧客の設備における１０％電圧低下を許容するため、これは、顧客を切断する前に最低許容可能電圧をもたらすために用いられるべきである。
【００９７】
Ｖ＝２１６−１０％
＝１９６Ｖ
【００９８】
従って、一旦、電気メータの両端の電圧読みが１９６Ｖ未満となったら、顧客は切断されるべきであり、または、電力会社には可能性のある障害が通知される。
【００９９】
本発明の記載の実施形態は多くの有益性を有し、そのいくつかは以下のとおりである。
・高い安全性：
・逆極性を原因とする致死および電気ショックの回避
・劣化した中性線接続を原因とする致死および電気ショックの回避
・劣化した顧客接地を原因とする致死および電気ショックの回避
・経済性：
・ＮＳＴによるＬＶ供給の全住民の１０年毎のテストの回避
・故障前のＬＶ供給の計画的な交換、従って、交換費用の低減。
・信頼性の向上：
・故障前のＬＶ供給の計画的な交換、従って、障害状態における顧客事故の回避。
・イメージの向上：
・配電会社を積極的であると強調
・監督機関と配電会社との間の関係の向上
・顧客満足の向上。
【０１００】
理論的には、配電コードの要求の範囲内の、中性線接続および顧客の接地の完全性を分析することが可能であることがわかるであろう。追加的に、逆極性状態の存在を検出することが可能である。メータが上記状態のいずれかを検出した場合には、電気メータ中の出力接触器を介して、顧客敷地を電源から安全に切断することが可能である。
【０１０１】
この技術は、これらの現象の検出のために電気メータに依存せず、これは、それ自身の個別のデバイス中に能力を組み込むことが可能であるためである。しかしながら、電気メータは既に多くのコンポーネントを含むため、既存の電子メータを用いることが適切であり、デバイス中で要求される論理に追加して必要な追加のスイッチングまたは他の機能が付加されることが認識される。
【０１０２】
上記の詳細な分析から、分析技術のまとめを以下に示す。
【０１０３】
【表３】
0005580389.tif 000015
【０１０４】
【表４】
0005580389.tif 000016
注１：この結果は、計測器具における感度不足によりもたらされた可能性がある。
注２：１．１の値は、器具誤差からの如何なる誤ったトリッピングも回避するであろう。
【０１０５】
・顧客に、直接的抵抗テストのために瞬間的な中断を何回も経験させることは、理想的ではないことが評価されるであろう。従って、最終テスト日、および抵抗比結果を保存することが必要であり得る。次いで、これは、将来的な分析のために用いることが可能である。
【０１０６】
・電気メータは、一定の場所においては、テストの実施を回避するためにオーバーライドを有する必要があり得る。代替的な選択肢は、検出限界を低減／増加させることが可能であることである。さらに、検出性能を高めると共に不必要な切断を回避するために、行うことが可能である多くの小さな変更がある。また、電流／電圧検出コイルは、このテスト方法の要求のために十分に高感度でなくてもよい。さらに、中性線の接触器スイッチは、完全障害負荷の下で、電源を遮断することができる必要がある。
【図１】
0005580389.tif 000017
【図２】
0005580389.tif 000018
【図３】
0005580389.tif 000019
【図４】
0005580389.tif 000020
【図５】
0005580389.tif 000021
【図６】
0005580389.tif 000022
【図７】
0005580389.tif 000023
【図８】
0005580389.tif 000024
【図９】
0005580389.tif 000025
【図１０】
0005580389.tif 000026
【図１１】
0005580389.tif 000027
【図１２】
0005580389.tif 000028
【図１３】
0005580389.tif 000029
【図１４】
0005580389.tif 000030