(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
変圧器の二次側巻線を星形に結線し、三相の電圧端子をＲ，Ｓ，Ｔとし、星形結線の接地された中性点をＮとする電源から給電される三相４線式又は三相３線式の配電線又は上記中性点Nと端子Ｒ，Ｓ，Ｔのいずれかから給電される単相２線配電線に接続されるスイッチング電源及び上記スイッチング電源に接続される負荷装置の対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Ｉｇｒを測定する漏洩電流測定装置において、
上記二次側巻線の各端子Ｒ，Ｓ，Ｔ間に発生する線間電圧ＥSR，ＥTS，ＥRT又は中性点Nと各端子Ｒ，Ｓ，Ｔ間に発生する単相電圧ＥR，ＥS，ＥT及び上記スイッチング電源の各出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗ間に発生する線間電圧ＥVU，ＥWV，ＥUWのいずれかを測定する電圧検出手段と、
各配電線及びスイッチング電源と上記スイッチング電源に接続される負荷装置に流れる電流のベクトル和である零相電流Ｉ0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線間電圧ＥSR，ＥTS，ＥRT又は単相電圧ＥR，ＥS，ＥT及び上記スイッチング電源各端子Ｕ，Ｖ，Ｗ間に発生する線間電圧ＥVU，ＥWV，ＥUWのいずれかが入力され、上記入力されたいずれかの線間電圧ＥSR，ＥTS，ＥRT又は単相電圧ＥR，ＥS，ＥT及び上記スイッチング電源の各端子Ｕ，Ｖ，Ｗ間に発生する線間電圧ＥVU，ＥWV，ＥUWのいずれかを基準電圧とし、この基準電圧と上記零相電流Ｉ0との位相を比較する位相比較手段と、
上記基準電圧に対して、上記零相電流Ｉ０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、上記各端子Ｒ，Ｓ，Ｔ間に発生する線間電圧ＥSR，ＥTS，ＥRT又は単相電圧ＥR，ＥS，ＥT及び上記スイッチング電源各端子Ｕ，Ｖ，Ｗ間に発生する線間電圧ＥVU，ＥWV，ＥUWのいずれかを基準電圧としたときに得られる上記零相電流Ｉ0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、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のうちの２相に発生する上記漏洩電流Ｉｇｒの合計値、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のうちの１相に発生する上記漏洩電流Ｉｇｒの値、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のうちの２相間若しくは三相間に接続される負荷装置の内部で発生する上記漏洩電流Ｉｇｒの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測定装置。
【請求項２】
上記演算手段は、上記各端子Ｒ，Ｓ，Ｔ間に発生する線間電圧ＥSR，ＥTS，ＥRT又は上記スイッチング電源各端子U，V，W間に発生する線間電圧ＥVU，ＥWV，ＥUWのいずれかの電圧を基準電圧としたとき、式（Ｂ−√３Ａ）の値、式（Ｂ＋√３Ａ）の値、式（−２Ｂ）の値のうちの最大の値を、上記スイッチング電源及びスイッチング電源の各端子Ｕ，Ｖ，Ｗに接続される負荷装置の対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Ｉｇｒの近似値として演算することを特徴とする請求項１に記載の漏洩電流測定装置。
【請求項３】
上記演算手段は、上記各端子Ｒ，Ｓ，Ｔ間に発生する線間電圧ＥSR，ＥTS，ＥRTのいずれかの電圧を基準電圧としたとき、零相電流Ｉ0の２倍の値を上記スイッチング電源及びスイッチング電源の各端子Ｕ，Ｖ，Ｗに接続される負荷装置の対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Ｉｇｒの近似値として演算することを特徴とする請求項１に記載の漏洩電流測定装置。
【請求項４】
上記演算手段は、上記単相２線配電線線間電圧を基準電圧としたとき、式（Ｂ−√３Ａ）の値、式（Ｂ＋√３Ａ）の値、式（−２Ｂ）の値のうちの最大の値を√３で除した値を、上記スイッチング電源及びスイッチング電源の各端子Ｕ，Ｖ，Ｗに接続される負荷装置の対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Ｉｇｒの近似値として演算することを特徴とする請求項１に記載の漏洩電流測定装置。
【請求項５】
当該漏洩電流測定装置は、さらに表示手段を備え、上記演算手段によって演算された結果が上記表示手段に表示されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１に記載の漏洩電流測定装置。
【請求項６】
当該漏洩電流測定装置は、さらに警報手段を備え、上記演算手段において求められる上記漏洩電流Ｉｇｒの値が所定の値を超えたときに上記警報手段より警報を発す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。
【請求項７】
当該漏洩電流測定装置は、さらに遮断手段を備え、上記演算手段において求められる上記漏洩電流Ｉｇｒの値が所定の値を超えたときに上記遮断手段により電路を遮断することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１に記載の漏洩電流測定装置。
【請求項８】
変圧器の二次側巻線を星形に結線し、三相の電圧端子をＲ，Ｓ，Ｔとし、星形結線の接地された中性点をＮとする電源から給電される三相４線式又は三相３線式の配電線又は上記中性点Nと端子Ｒ，Ｓ，Ｔのいずれかから給電される単相２線配電線に接続されるスイッチング電源及び上記スイッチング電源に接続される負荷装置の対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Ｉｇｒを測定する漏洩電流測定方法において、
上記二次側巻線の各端子Ｒ，Ｓ，Ｔ間に発生する線間電圧ＥSR，ＥTS，ＥRT又は中性点Nと各端子Ｒ，Ｓ，Ｔ間に発生する単相電圧ＥR，ＥS，ＥT及び上記スイッチング電源の各出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗ間に発生する線間電圧ＥVU，ＥWV，ＥUWのいずれかを検出する電圧検出工程と、
各配電線及びスイッチング電源と上記スイッチング電源に接続される負荷装置に流れる電流のベクトル和である零相電流Ｉ0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線間電圧ＥSR，ＥTS，ＥRT又は単相電圧ＥR，ＥS，ＥT及び上記スイッチング電源各端子Ｕ，Ｖ，Ｗ間に発生する線間電圧ＥVU，ＥWV，ＥUWのいずれかが入力され、上記入力されたいずれかの線間電圧ＥSR，ＥTS，ＥRT又は単相電圧ＥR，ＥS，ＥT及び上記スイッチング電源の各端子Ｕ，Ｖ，Ｗ間に発生する線間電圧ＥVU，ＥWV，ＥUWのいずれかを基準電圧とし、この基準電圧と上記零相電流Ｉ0との位相を比較する位相比較工程と、
上記基準電圧に対して、上記零相電流Ｉ０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、上記各端子Ｒ，Ｓ，Ｔ間に発生する線間電圧ＥSR，ＥTS，ＥRT又は単相電圧ＥR，ＥS，ＥT及び上記スイッチング電源各端子Ｕ，Ｖ，Ｗ間に発生する線間電圧ＥVU，ＥWV，ＥUWのいずれかを基準電圧としたときに得られる上記零相電流Ｉ0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、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のうちの２相に発生する上記漏洩電流Ｉｇｒの合計値、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のうちの１相に発生する上記漏洩電流Ｉｇｒの値、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のうちの２相間若しくは三相間に接続される負荷装置の内部で発生する上記漏洩電流Ｉｇｒの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測定方法。
【請求項９】
上記演算工程は、上記各端子Ｒ，Ｓ，Ｔ間に発生する線間電圧ＥSR，ＥTS，ＥRT又は上記スイッチング電源各端子U，V，W間に発生する線間電圧ＥVU，ＥWV，ＥUWのいずれかの電圧を基準電圧としたとき、式（Ｂ−√３Ａ）の値、式（Ｂ＋√３Ａ）の値、式（−２Ｂ）の値のうちの最大の値を、上記スイッチング電源及びスイッチング電源の各端子Ｕ，Ｖ，Ｗに接続される負荷装置の対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Ｉｇｒの近似値として演算することを特徴とする請求項８に記載の漏洩電流測定方法。
【請求項１０】
上記演算工程は、上記各端子Ｒ，Ｓ，Ｔ間に発生する線間電圧ＥSR，ＥTS，ＥRTのいずれかの電圧を基準電圧としたとき、零相電流Ｉ0の２倍の値を上記スイッチング電源及びスイッチング電源の各端子Ｕ，Ｖ，Ｗに接続される負荷装置の対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Ｉｇｒの近似値として演算することを特徴とする請求項８に記載の漏洩電流測定方法。
【請求項１１】
上記演算工程は、上記単相２線配電線線間電圧を基準電圧としたとき、式（Ｂ−√３Ａ）の値、式（Ｂ＋√３Ａ）の値、式（−２Ｂ）の値のうちの最大の値を√３で除した値を、上記スイッチング電源及びスイッチング電源の各端子Ｕ，Ｖ，Ｗに接続される負荷装置の対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Ｉｇｒの近似値として演算することを特徴とする請求項８に記載の漏洩電流測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配電電源に接続されるインバータなどのスイッチング電源及びこのスイッチング電源に接続される負荷装置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測定装置及び測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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て、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。
【０００３】
特に、インバータなどのスイッチング電源で駆動される電動機、蛍光灯等の負荷装置における漏洩電流の測定については、電子素子で構成されるインバータなどのスイッチング電源を絶縁抵抗測定時に印加される高電圧から保護するため負荷装置のみを切り離して測定する必要があり、停電手続きや、その結線の開放、再接続などに多くの手間と時間とを必要としている。これにより、連続操業の工場等ではラインの停止時間が制限されるので、絶縁抵抗計の適用が制限される等の問題点がある。
【０００４】
そこで、電源に接続された負荷装置を停電させることなく、活線のまま電路及び負荷装置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、零相変流器を用いて、電路及び負荷装置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Ｉ0を検知するようにしたものがある。この零相変流器によって検出される零相電流Ｉ0は、電路及び負荷装置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Ｉｇｒ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Ｉｇｃとのベクトル和で構成されている。
【０００５】
これらの技術のうち、現在実用化されている２００Ｖ級三相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Iｇｒを測定する技術は、一般の配電系統の計測は可能であるがスイッチング電源及びその負荷装置内の計測は不可能とされている。また、零相電流Ｉ0のみを検出する方式は、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Ｉｇｃが大きい場合には実際のＩｇｒの値に対して過大な測定値を示す。
【０００６】
これは、インバータなどのスイッチング電源で駆動される負荷装置にあっては、その機器に印加される電圧及びその周波数が変化し、三相配電変圧器の配電電源側の３組の巻線を三角形又は２組の巻き線をＶ形に結線しその巻き線の端又は中点を接地した、各配電線の対地電圧が等しくない三相配電線又は単相配電線に接続されるスイッチング電源が出力する対地電圧は、前記変化周波数の電圧のほか、各配電線の対地電圧が等しくない状態が原因となって発生する配電線の周波数の電圧や高調波成分の電圧を含む複雑な電圧波形となり、この対地電圧に起因する零相電流Ｉ0は複雑な波形になる。また、これらスイッチング電源や負荷装置の対地絶縁抵抗を流れる漏洩電流Ｉｇｒは、例えば生産現場に多数使用されるロボットや専用機の電動機は比較的容量が小さいので、数ｍＡ以下である場合が多く、スイッチング電源やその負荷装置の漏洩電流の計測を困難なものにしている。
【０００７】
また、絶縁状態を測定する他の方法として、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る。この方法も、供給された低周波の低電圧がスイッチング電源の整流部分で吸収されてしまい、スイッチング電源やその負荷装置の計測はできない。
【０００８】
なお、この種の漏洩電流計測の先行技術として、特開平３−１７９２７１号公報（特許文献１）や、特開２００２−１２５３１３号公報（特許文献２）に記載されるものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平３−１７９２７１号公報
【特許文献２】特開２００２−１２５３１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、変圧器の二次側巻線を星形に結線した配電電源に接続されるインバータなどのスイッチング電源及びスイッチング電源から給電される負荷装置の電圧印加部分から接地部分へ対地絶縁抵抗を通じて流れる漏洩電流Ｉｇｒを運転状態のままで検出することができる漏洩電流測定装置及びその測定方法を提供することを目的とする。
【００１１】
ところで、スイッチング電源は、負荷装置を動作させるための、変化する電圧及び周波数（以下運転周波数と称する）を発生する。前記スイッチング電源の端子間の線間電圧は、ほぼ正弦波形であるが、対地電圧は多くの高調波を含み、特にスイッチング電源に電力を供給する配電線の対地電圧が不同である、例えば中性点と三相端子のいずれかから給電される単相２線配電線に接続されるスイッチング電源の対地電圧には運転周波数の電圧に加え配電電源周波数（以下商用周波数と称する）の電圧及び高調波電圧も含んでおり、これらの対地電圧に起因する対地漏洩電流Ｉ0の波形も複雑な形状を示し、従来の方法では、スイッチング電源及び負荷装置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Ｉｇｒの測定は不可能であるとされている。
【００１２】
そこで、本発明の技術課題は、この複雑な種々な電圧及び漏洩電流Ｉ0の挙動を明確にし、その測定装置及び測定方法を具体化させ実用化することにある。
【００１３】
また、本発明の技術課題は、測定のための電圧要素の入力において、スイッチング電源が出力する高調波を多く含む各相の対地電圧を順次開閉器で切替えて入力する煩雑な方式を採用することなく、スイッチング電源の入力側又は出力側の、波形が殆ど正弦波に近い線間電圧のうちの１つの線間電圧のみを入力する方式を採用し、配電電源からスイッチング電源及びその負荷装置、接地線を貫流する漏洩電流を、その貫流するいずれの部分でも計測が可能な漏洩電流測定装置及び測定方法を提供することにある。
【００１４】
さらに具体的に本発明の技術課題を説明すると、三相で対地電圧が等しく、対地静電容量が等しい三相配電線に接続される従来用いられている漏電遮断器等の漏洩電流測定装置では、その負荷装置のある１相のみに、対地絶縁抵抗に流れる漏洩電流Ｉｇｒが存在するとき、漏洩電流Ｉｇｒの値として零相電流Ｉ0の値を用いることができるが、例えば、同じ値の漏洩電流Iｇｒが２つの相に発生したときには、２つの相の漏洩電流の位相が１２０度異なっているため、２倍の値を示さず、ベクトル合成された１相分の漏洩電流Iｇｒの値しか示さない。また、この電気系統に接続される電気機器が、３線間にまたがって接続され、例えば電動機の巻線の２相間の中央点が地絡したとき、この中央点の対地電圧が三相端子Ｕ，Ｖ，Ｗの対地電圧の半分の値となるので、漏洩電流Ｉｇｒの値も同一の対地漏洩抵抗を通じて三相端子で地絡した値の半分になるため、その大きさで故障程度を判断する漏洩電流測定装置にあっては、対地漏洩抵抗に対して、絶縁状態が良いという評価をしたことになる。その結果、絶縁状態の判断を誤ることになり、絶縁に対する対策を怠れば重大故障に発展する可能性がある。
【００１５】
そこで、本発明の技術課題は、負荷装置の２相又は相間に発生した漏洩電流Iｇｒの値を過小に評価している従来用いられている漏電遮断器等の漏洩電流測定装置が有する問題点を解決し、対地漏洩抵抗Ｉｇｒの値を実体の値として正確に測定可能な漏洩電流測定装置及び測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
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、変圧器の二次側巻線を星形に結線し、三相の電圧端子をＲ，Ｓ，Ｔとし、星形結線の接地された中性点をＮとする電源から給電される三相４線式又は三相３線式の配電線又は上記中性点Nと端子Ｒ，Ｓ，Ｔのいずれかから給電される単相２線配電線に接続されるスイッチング電源及び前記スイッチング電源に接続される負荷装置の対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Ｉｇｒを測定する漏洩電流測定装置において、上記二次側巻線の各端子Ｒ，Ｓ，Ｔ間に発生する線間電圧ＥSR，ＥTS，ＥRT又は中性点Nと各端子Ｒ，Ｓ，Ｔ間に発生する単相電圧ＥR，ＥS，ＥT及び上記スイッチング電源の各出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗ間に発生する線間電圧ＥVU，ＥWV，ＥUWのいずれかを測定する電圧検出手段と、各配電線及びスイッチング電源と前記スイッチング電源に接続される負荷装置に流れる電流のベクトル和である零相電流Ｉ0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線間電圧ＥSR，ＥTS，ＥRT又は単相電圧ＥR，ＥS，ＥT及び上記スイッチング電源各端子Ｕ，Ｖ，Ｗ間に発生する線間電圧ＥVU，ＥWV，ＥUWのいずれかが入力され、上記入力されたいずれかの線間電圧ＥSR，ＥTS，ＥRT又は単相電圧ＥR，ＥS，ＥT及び上記スイッチング電源各端子Ｕ，Ｖ，Ｗ間に発生する線間電圧ＥVU，ＥWV，ＥUWのいずれかを基準電圧とし、この基準電圧と上記零相電流Ｉ0との位相を比較する位相比較手段と、上記基準電圧に対して、上記零相電流Ｉ０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、上記各端子Ｒ，Ｓ，Ｔ間に発生する線間電圧ＥSR，ＥTS，ＥRT又は単相電圧ＥR，ＥS，ＥT及び上記スイッチング電源各端子Ｕ，Ｖ，Ｗ間に発生する線間電圧ＥVU，ＥWV，ＥUWのいずれかを基準電圧としたときに得られる上記零相電流Ｉ0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、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のうちの２相に発生する上記漏洩電流Ｉｇｒの合計値、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のうちの１相に発生する上記漏洩電流Ｉｇｒの値、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のうちの２相間若しくは三相間に接続される負荷装置の内部で発生する上記漏洩電流Ｉｇｒの値を演算する演算手段とを備える。
【００１７】
そして、上記スイッチング電源の出力上記各端子Ｕ，Ｖ，Ｗ間に発生する線間電圧ＥVU，ＥWV，ＥUW又は上記配電電源とスイッチング電源とを接続する三相給電線Ｒ、Ｓ、Ｔの線間電圧ＥSR，ＥTS，ＥRTのいずれか又は単相配電線の線間電圧を基準電圧とするときには、この基準電圧と上記零相電流Ｉ0との位相比較が行われ、上記漏洩電流Ｉｇｒの演算が行われる。
【００１８】
ここで、上記演算手段は、より具体的には、上記各端子Ｕ，Ｖ，Ｗ間に発生する線間電圧ＥVU，ＥWV，ＥUW又は上記各給電線Ｒ、Ｓ、Ｔの線間電圧ＥSR，ＥTS，ＥRTのいずれか又は単相配電線の線間電圧を基準電圧としたとき、式（Ｂ−√３Ａ）の値、式（Ｂ＋√３Ａ）の値、式（−２Ｂ）の値のうちの最大の値又は最大の値の倍数を、上記スイッチング電源を含む上記Ｕ，Ｖ，Ｗの各端子に接続される負荷装置の対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Ｉｇｒとして演算する。
【００１９】
本発明に係る漏洩電流測定装置は、表示手段を備え、上記演算手段によって演算された結果を上記表示手段に表示して告知することが望ましい。
【００２０】
さらに、本発明に係る漏洩電流測定装置は、警報手段を備え、上記演算手段において求められる上記漏洩電流Ｉｇｒの値が所定の値を超えたときに上記警報手段より警報を発することにより、漏洩電流Ｉｇｒの値が所定の値を超えたことを告知することができる。
【００２１】
さらにまた、本発明に係る漏洩電流測定装置は、さらに遮断手段を備えることにより、上記演算手段において求められる上記漏洩電流Ｉｇｒの値が所定の値を超えたときに上記遮断手段により電路を遮断することを可能とする。
【００２２】
また、本発明は、変圧器の二次側巻線を星形に結線し、三相の電圧端子をＲ，Ｓ，Ｔとし、星形結線の接地された中性点をＮとする電源から給電される三相４線式又は三相３線式の配電線又は上記中性点Nと端子Ｒ，Ｓ，Ｔのいずれかから給電される単相２線配電線に接続されるスイッチング電源及び前記スイッチング電源に接続される負荷装置の対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Ｉｇｒを測定する漏洩電流測定方法において、上記二次側巻線の各端子Ｒ，Ｓ，Ｔ間に発生する線間電圧ＥSR，ＥTS，ＥRT又は中性点Nと各端子Ｒ，Ｓ，Ｔ間に発生する単相電圧ＥR，ＥS，ＥT及び上記スイッチング電源の各出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗ間に発生する線間電圧ＥVU，ＥWV，ＥUWのいずれかを検出する電圧検出工程と、各配電線及びスイッチング電源と前記スイッチング電源に接続される負荷装置に流れる電流のベクトル和である零相電流Ｉ0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線間電圧ＥSR，ＥTS，ＥRT又は単相電圧ＥR，ＥS，ＥT及び上記スイッチング電源各端子Ｕ，Ｖ，Ｗ間に発生する線間電圧ＥVU，ＥWV，ＥUWのいずれかが入力され、上記入力されたいずれかの線間電圧ＥSR，ＥTS，ＥRT又は単相電圧ＥR，ＥS，ＥT及び上記スイッチング電源各端子Ｕ，Ｖ，Ｗ間に発生する線間電圧ＥVU，ＥWV，ＥUWのいずれかを基準電圧とし、この基準電圧と上記零相電流Ｉ0との位相を比較する位相比較工程と、上記基準電圧に対して、上記零相電流Ｉ０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、上記各端子Ｒ，Ｓ，Ｔ間に発生する線間電圧ＥSR，ＥTS，ＥRT又は単相電圧ＥR，ＥS，ＥT及び上記スイッチング電源各端子Ｕ，Ｖ，Ｗ間に発生する線間電圧ＥVU，ＥWV，ＥUWのいずれかを基準電圧としたときに得られる上記零相電流Ｉ0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、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のうちの２相に発生する上記漏洩電流Ｉｇｒの合計値、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のうちの１相に発生する上記漏洩電流Ｉｇｒの値、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のうちの２相間若しくは三相間に接続される負荷装置の内部で発生する上記漏洩電流Ｉｇｒの値を演算する演算工程とを備える。
【００２３】
そして、上記スイッチング電源の出力上記各端子Ｕ，Ｖ，Ｗ間に発生する線間電圧ＥVU，ＥWV，ＥUW又は上記配電電源とスイッチング電源とを接続する三相給電線Ｒ，Ｓ，Ｔの線間電圧ＥSR，ＥTS，ＥRTのいずれか又は単相配電線の線間電圧を基準電圧とするときには、この基準電圧と上記零相電流Ｉ0との位相比較が行われ、上記漏洩電流Ｉｇｒの演算が行われる。
【００２４】
ここで、上記演算工程は、より具体的には、上記各端子Ｕ，Ｖ，Ｗ間に発生する線間電圧ＥVU，ＥWV，ＥUW又は上記各給電線Ｒ、Ｓ、Ｔの線間電圧ＥSR，ＥTS，ＥRTのいずれか又は単相配電線の線間電圧を基準電圧としたとき、式（Ｂ−√３Ａ）の値、式（Ｂ＋√３Ａ）の値、式（−２Ｂ）の値のうちの最大の値又は最大の値の倍数を、上記スイッチング電源を含む上記Ｕ，Ｖ，Ｗの各端子に接続される負荷装置の対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Ｉｇｒとして演算する。
【発明の効果】
【００２５】
上述したように、本発明は、従来不可能とされたスイッチング電源及びスイッチング電源に接続される負荷装置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Ｉｇｒの測定を可能にし、しかも国際的に標準の配電方式となっている三相４線星形配電方式の三相及び単相配電線に接続されるスイッチング電源及びその負荷装置の絶縁監視を可能とする。
【００２６】
さらに、従来用いられている漏洩電流Ｉｇｒの値を零相電流Ｉ0の値として検出して電路を遮断する遮断装置においては、電路や負荷装置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増加及び不均一化、並びにスイッチング電源の容量の増加による零相電流Ｉ0中に含まれる高調波成分の増大等に起因する漏洩電流Ioの増加を見込んで、零相電流Ｉ0を検知して動作する漏電遮断器の故障動作電流を過大な値、例えば数百ｍＡに設定していたが、本発明においては、上述したような漏洩電流Iｇｒの検出が可能となり、故障動作電流値設定時に、この数値を反映させた、例えば数ｍＡに設定を行うことで、不動作範囲の過大な故障電流のため事故が拡大する前に漏電遮断器を動作させることができるので、より安全に、電源系統や負荷の保護が可能になり、不測の漏電事故を少なくすることができる。
【００２７】
また、本発明は、変圧器の二次側巻線を星形に結線した配電電源又は単相配電電源に接続されるスイッチング電源及びその負荷装置の対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Iｇｒを測定する際、電圧入力のための接地端子を必要としない線間電圧を入力して漏洩電流Ｉｇｒの測定が可能であるので、接地端子が欠如している配電系統の末端部分でも確実な計測が可能である。
【００２８】
さらに、本発明に係る漏洩電流測定装置又は方法を採用することにより、スイッチング電源へ電力を供給する配電線の零相電流及び線間電圧を入力することで、スイッチング電源及びその負荷装置の漏洩電流Iｇｒの計測が可能となり、スイッチング電源へ電力を供給する配電線の零相電流及び線間電圧を入力する場所より末端側に並列に接続される複数台のスイッチング電源及びその負荷装置の一括監視が可能である。
【００２９】
特に、本発明に係る漏洩電流測定装置及び方法は、複数台のサーボモータで駆動されるロボットなど自動装置全体の微弱な漏電の一括監視や、ビル内のインバータ空調機等負荷装置の一括監視、複数個のインバータ点灯の蛍光灯を一括監視する等の用途に適用して好適である。
【００３０】
そして、前述のスイッチング電源の負荷装置のうち、２相間若しくは三相間に接続される負荷の内部の漏電故障の際に発生する地絡電流の測定値は従来過小な値として測定されていたが、これを対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Iｇｒの値に相当した適正な値として測定するので、高い信頼性をもって対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Iｇｒを測定でき、漏電事故をも高い信頼性をもって防止することが可能となる。
【００３１】
さらにまた、本発明は、演算手段によって演算された結果を表示手段に表示するようにしているので、スイッチング電源の負荷の状態を常時監視することができる。
【００３２】
さらにまた、本発明は、警報手段を備えることにより、漏洩電流Ｉｇｒが異常状態になったことを音などの警報により告知することができるので、事故を未然に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】変圧器の二次側巻線を星形に結線した三相星形電源に接続されるスイッチング電源、この電源に接続された負荷装置の漏洩電流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。
【図２】三相４線式星形電源に接続される三相配電線用スイッチング電源、及び単相配電線用スイッチング電源、これらの電源に接続された負荷装置の漏洩電流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。
【図３】三相星形電源源系統の対地電圧ＥR，ＥS，ＥT、線間電圧ＥSR，ＥTS，ＥRTと中性点Ｎ、対地電圧ＥRを単相配電電源として利用したときの電気的中性点Ｎｓ、及びその対地電圧ＥNs、それに接地極Ｇとの関係を示すベクトル図である。
【図４】星形電源系統の単相配電線Ｎ，Ｒ相に接続されたスイッチング電源が発生する運転相電圧ＥU，ＥV、ＥWと電気的中性点Ｎｅ、接地極Ｇ、それに電気的中性点Ｎｅの接地極Ｇと同電位の中性点Ｎからの電位ＥNsの関係を示すベクトル図である。
【図５】スイッチング電源が発生する運転相電圧ＥU，ＥV、ＥW、それらの電気的中性点Ｎｅに対する線間電圧ＥVU，ＥWV，ＥUW、電気的中性点Ｎｅの接地極Ｇに対する電位Ｅｎ及び負荷装置の関係を示す等価回路図である。
【図６】スイッチング電源の電気的中性点Ｎｅに対する各相電圧ＥU，ＥV、ＥW、線間電圧ＥVU，ＥWV，ＥUW、電気的中性点Ｎｅの接地極Ｇに対する電位Ｅｎ、及び負荷中央点Ｍの電気的中性点Ｎｅに対する電圧ＥNMの関係を示すベクトル図である。
【図７】スイッチング電源出力端子の対地電圧波形であって、商用周波数が６０Ｈｚで、運転周波数が２０〜５０Ｈｚの例を示す図である。
【図８】零相電流Ｉ0、基準電圧として入力される線間電圧ＥSR，ＥTS，ＥRT、線間電圧ＥVU，ＥWV，ＥUW、それに単相電圧ＥR，ＥS，ＥT、位相角θ、零相電流Ｉ0の有効成分Ａ、零相電流Ｉ0の無効成分Ｂの関係を示すベクトル図である。
【図９】ある時点で位相差がθの入力電圧Ｅと零相電流Ｉ0の波形と、位相判定のためのゼロクロッシング回路の出力波形の関係を示す図である。
【図１０】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。
【図１１】複数のスイッチング電源及びその負荷装置を1台の本発明に係る漏れ電流測定装置で監視し、遮断器と警報器を制御する構成を備えた本発明に係る漏洩電流測定装置を示す構成図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
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、図面を参照しながら説明する。
【００３５】
図１は、配電用変圧器の低圧側三相巻線1を星形に結線し、星形の中点である中性点Nを接地線８を経由して接地極Ｇで接地した星形配電方式を採用した配電系統に、本発明に係る漏洩電流測定装置を適用した例を示す概略系統図である。
【００３６】
なお、星形配電方式は、図１に示すような４００V級の三相３線方式、若しくは星形巻線の中性点Nに接続され接地された中性線を配電線の1線として加え、中性点Ｎと三相の各端子間とに接続する単相負荷にも配電可能な三相４線方式があり、国際的に標準の配電方式として広く普及している。
【００３７】
本発明に係る漏洩電流測定装置は、この星形三相３線若しくは三相４線配電方式の配電系統を構成する主要素で、三相の対地電圧が等しい三相配電線（以下三相配電線と称する）又は三相４線配電方式の接地された中性点と三相端子のうちのいずれかから導出される１線の対地電圧が０で他線の対地電圧が相電圧である単相２線配電線（以下単相配電線と称する）に接続されるスイッチング電源及びそのスイッチング電源の負荷装置５の対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Iｇｒを測定する。
【００３８】
本発明に係る漏洩電流測定装置は、三相３線若しくは三相４線星形の配電方式を採用した配電系統に適用される。そして、図１に示す三相３線の配電方式において、配電用の三相変圧器の低圧側(二次側)に星形に結線された巻線１を備える。この星形巻線１には、三相配電線４R，４S，4Tを介してスイッチング電源２が接続されている。また、図２に示す三相４線の配電方式では、図１に示す三相配電線４R，４S，4Tのほか中性点Ｎから導出された接地線４Nが併設され、三相配電線４R，４S，4Tのうちの１線、例えば配電線４Rとともに単相配電線４N，４Rを構成し、スイッチング電源２ｓが接続されている。
【００３９】
図１に示す三相３線の配電方式を採用した三相変圧器の低圧側の星形巻線１をさらに具体的に説明すると、星形巻線１は、星形を構成するように結線された３つの巻線１ａ，１ｂ，１ｃを有し、これらの巻線１ａ，１ｂ，１ｃの一方の端子である三相端子Ｒ，Ｓ，Ｔは、三相配電線４R，４S，4Tを介して、スイッチング電源２に接続されている。また、各巻線１ａ，１ｂ，１ｃの他端を共通に結合して中性点Nとしており、巻線１ａには中性点Nに対する端子Ｒの電位である相電圧ＥRが発生し、巻線１ｂには中性点Nに対する端子Ｓの電位である相電圧ＥSが発生し、巻線１ｃには中性点Nに対する端子Ｔの電位である相電圧ＥTが発生し、各端子Ｒ，Ｓ，Ｔ間には線間電圧ＥSR，ＥTS，ＥRTが発生している。
【００４０】
これら電圧の関係は、図３のベクトル図で表され、端子Ｒ，Ｓ，Ｔの電位の中性点である電気的中性点は三角形ＲＳＴの重心であり、星形巻線では各巻線を共通に結合した中性点Nに一致する。この中性点Nは、接地線８を介して、接地極Ｇに接続されている。
【００４１】
さらに、図２に示す単相配電線の線間電圧は、相電圧ＥRであり、その電気的中性点は中性点Ｎと端子Ｒとの中間点Ｎｓであり、この電気的中性点Ｎｓの接地点Ｎに対する電位はベクトルＥNsで表され、その大きさは相電圧ＥRの１／２で商用周波数を持つ。
【００４２】
図２に示す配電系統において、スイッチング電源２又は２ｓに印加される線間電圧ＥSR，ＥTS，ＥRT又は相電圧ＥR，ＥS，ＥTは、スイッチング電源２又は２ｓの内部で一旦直流に変換され、さらにトランジスタ等のスイッチング素子によって、高周期で裁断されたパルス状の波形となり、これが組み合わされて、それに接続される負荷装置の運転に適した運転周波数及び電圧を発生する交流波形に変換される。前記負荷装置が例えば電動機のように磁束を必要とする装置にあっては、運転周波数の低下に従って発生電圧も低下する特性の、いわゆる可変電圧可変周波数特性（以下、ＶＶＶＦ特性という。）のスイッチング電源となる。また、スイッチング電源の発生電圧は、パルス状の波形の組み合わせであり、種々の周波数の高調波を含む。そして、スイッチング電源２又は２ｓの端子Ｕ，Ｖ，Ｗ間に発生した線間電圧ＥVU，ＥVW，ＥUWが負荷装置５に印加される。
【００４３】
次に、スイッチング電源２又は２ｓに発生する電圧の状態を図５に示し、これらの電圧の関係を図６のベクトル図で示す。スイッチング電源２又は２ｓの内部回路は接地されていないので、図５に示す接地極Ｇは配電変圧器端子の接地されたＳ相又は中点Ｎに接続された接地極Ｇとして取り扱う。スイッチング電源２又は２ｓに発生する電圧の関係を示す図６のベクトル図で、端子Ｕ，Ｖ，Ｗにおける電位の電気的中性点Ｎｅは三角形ＵＶＷの重心であり、この重心Ｎｅに対する端子Ｕ，Ｖ，Ｗにおける電位が相電圧ＥU，ＥV，ＥWであり、その大きさは端子Ｕ，Ｖ，Ｗ間の線間電圧ＥVU，ＥWV，ＥUWの√３分の１で、各々が１２０度の位相差を有するＶＶＶＦ特性の対称電源である。
【００４４】
図５及び図６で三相配電線に接続されたスイッチング電源２の端子U、V、Wの電気的中性点をＮｅとすると、図１に示す星形巻線１の中性点Ｎの電位は、端子Ｒ，Ｓ，Ｔの電気的中性点で且つ星形巻線の中性点Nと同一電位となり、前記中性点Nは接地極Gで接地されているので、スイッチング電源２の端子Ｕ，Ｖ，Ｗの電気的中性点Ｎｅも接地極Gと同電位である０電位であり、図５に示す接地極Gに対する電気的中性点Ｎｅの電位Ｅｎも０となる。但し、スイッチング電源２のスイッチング動作に伴う高調波電圧に対して電圧Ｅｎが存在するので、端子Ｕ，Ｖ，Ｗの対地電圧は高調波と運転周波数との合成電圧となり、この複雑な波形の対地電圧を入力すれば測定は困難なものとなるが、端子Ｕ，Ｖ，Ｗの線間電圧ＥVU，ＥWV，ＥUWはＶＶＶＦ特性の正弦波であり、本発明に係る漏電測定装置及び方法はこれらの電圧を入力するので計測が可能となっている。
【００４５】
そして、図２に示す単相配電線の電気的中性点は中性点Ｎと端子Ｒとの中間点Ｎｓで、この電気的中性点Ｎｓの接地点Ｎに対する電位ＥNsが商用周波数を持つ図５及び図６に示す電圧Ｅｎとなり、その大きさは相電圧ＥRの１／２である。したがって、この単相配電線に接続されるスイッチング電源の対地電圧は商用周波数電位ＥNsに運転周波数相電圧ＥU，ＥV，ＥWが重畳された電圧となり、この対地電圧が負荷装置５に印加され対地漏洩電流Ｉ0を発生させる。
【００４６】
ところで、負荷装置５の各相には対地静電容量ＣU，ＣV，ＣWが存在する。三相電源又は単相電源で駆動される通常の負荷装置で対地静電容量が比較的大きな電動機などの三相巻線は、接地部分に対して対称的な構造をしており、非対称設備の対地静電容量は無視できる。そこで、各相の対地静電容量ＣU，ＣV，ＣWはほとんど同じ容量となるのでこれをCとし、これら三相の各静電容量Ｃには、常時、対地電流Ｉｇｃｕ，Ｉｇｃｖ，Ｉｇｃｗが流れている。また、負荷装置５には対地漏洩抵抗ｒｕ，ｒｖ，ｒｗが生ずることがある。これら対地漏洩抵抗ｒｕ，ｒｖ，ｒｗには、漏洩電流Ｉｇｒｕ，Ｉｇｒｖ，Ｉｇｒｗが流れる。
【００４７】
上述したような三相配電線若しくは単相配電線に接続されるスイッチング電源及びそのスイッチング電源に接続される負荷装置の対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Iｇｒを測定する本発明に係る漏洩電流測定装置は、図１に示すように信号処理部３、演算部１４、表示部１５を有する処理演算部１６を備える。そして、負荷装置５の対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Ｉｇｒを測定する場合には、処理演算部１６を構成する信号処理部３に、配電線４に流れる電流のベクトル和である零相電流Ｉ0が、これを検出する変流器９を介して入力される。また、スイッチング電源２の出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗと負荷装置５とを接続する各給電線に流れる電流のベクトル和を零相電流Ｉ0として入力してもよい。
【００４８】
なお、図２に示す配電系統において、負荷装置５ｓの対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Ｉｇｒを測定する場合には、処理演算部１６ｓを構成する信号処理部３に、配電線４に流れる電流のベクトル和である零相電流Ｉ0が、これを検出する零相変流器９ｓを介して入力される。
【００４９】
ここで、負荷装置５又は５ｓに生じた各相の対地静電容量Ｃを流れる対地電流Ｉｇｃｕ，Ｉｇｃｖ，Ｉｇｃｗと負荷装置５又は５ｓに生じた各相の対地漏洩抵抗ｒｕ，ｒｖ，ｒｗに流れる漏洩電流Ｉｇｒｕ，Ｉｇｒｖ，Ｉｇｒｗのベクトル和である零相電流Ｉ0は、大地から配電電源変圧器の接地極Ｇ、接地線８を経由して、配電電源１からスイッチング電源２又は２ｓの経路を還流するので、零相電流Ｉ0はこの還流経路の途中であるスイッチング電源２又は２ｓの電源側、負荷側いずれの点でも測定が可能である。
【００５０】
また、本発明を採用することにより、後述する図１１に示すように、複数のスイッチング電源２ａ，２ｂにそれぞれ負荷装置５ａ，５ｂを接続したシステムの漏洩電流を１台の漏洩電流測定装置によって監視することが可能である。
【００５１】
ここで、以上述べた配電用変圧器の定圧側巻線を星形に結線した三相配電線又は単相配電線に接続されるスイッチング電源及びそのスイッチング電源に接続される負荷装置の対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Iｇｒの測定方法及びその原理について説明する。
【００５２】
まず、図１に示すような配電用変圧器の低圧側巻線（二次側巻線）を星形に結線した三相３線又は三相４線の配電系統の三相端子Ｒ，Ｓ，Ｔ間に発生する線間電圧ＥSR，ＥTS，ＥRTと、各端子Ｒ，Ｓ，Ｔが星形巻線の接地点である中性点Nに対して発生する対地電圧ＥR，ＥS，ＥTの関係は、図３に示すベクトル図のように表すことができる。このとき中性点Nは、Ｒ，Ｓ，Ｔ相の電気的中性点に一致し、三相4線配電系統では、接地極Ｇに結線された中性点Nからの接地線の１線が三相配電線に追加される。
【００５３】
上述の三相配電線４R，４S，４Tに接続されるスイッチング電源２の各出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗ間に発生する線間電圧ＥVU，ＥWV，ＥUW及びＵ，Ｖ，Ｗ相の電気的中性点Ｎｅと各端子Ｕ，Ｖ，Ｗ間に発生する相電圧ＥU，ＥV，ＥWと、接地極Ｇに対して中性点Ｎｅに加わる電圧Ｅｎの関係は、図５に示す等価回路図で表される。但し、各電圧及び電流を、それに含まれる高調波成分を濾波器で取り除き、商用周波数と運転周波数及びそれらの合成周波数を持つものとして取り扱えば、図３で示される前述の三相３線又は三相４線の配電系統の、接地極Ｇに接続された中性点Ｎの電位と、図５及び図６で示されるスイッチング電源2の各端子Ｕ，Ｖ，Ｗの電気的中性点Ｎｅの電位は一致するので、三相配電線に接続されるスイッチング電源２では図５に示す電圧Ｅｎは０となり、電気的中性点Ｎｅの電位は接地電位（０）である。
【００５４】
ここで、三相配電線に接続されるスイッチング電源２及び負荷装置５の漏洩電流Ｉｇｒ等を測定する際、漏洩電流測定装置に入力する測定の基準になる基準電圧Ｅとして、まず、負荷装置５の運転周波数を持つスイッチング電源２の各端子Ｕ，Ｖ，Ｗ間に発生する線間電圧ＥVU，ＥWV，ＥUWのうちのいずれかを入力したときについて説明する。
【００５５】
ここで負荷装置５に生じた零相電流Ｉ0の周波数は運転周波数であり、商用周波数は重畳せず、図８に示すように、横軸である実数軸上の基準ベクトルである入力電圧に対して位相角θのベクトルＩ0として表される。
【００５６】
そこで、図６において、端子Ｕが端子Ｖに対して発生する線間電圧ＥVUを基準電圧とするとき、その値は接地電位である電気的中性点Ｎｅに対する相電圧ＥU，ＥV，ＥWの値Ｅに対し√３Ｅとして示され、各相電圧ＥU，ＥV，ＥWは下記の式（１）〜（３）のようにベクトル記号法により示すことができる。
【００５７】
ＥU＝０．５√３Ｅ−ｊ０．５Ｅ      ・・・（１）
ＥV＝−０．５√３Ｅ−ｊ０．５Ｅ    ・・・（２）
ＥW＝ｊＥ                          ・・・（３）
そして、負荷装置５のＵ，Ｖ，Ｗの各相に存在する大きさがほぼ等しい対地静電容量Ｃには、常時、対地電流Ｉｇｃｕ，Ｉｇｃｖ，Ｉｇｃｗが流れているが、各相電圧ＥU，ＥV，ＥWはバランスした三相電圧のため、上記対地電流Ｉｇｃｕ，Ｉｇｃｖ，Ｉｇｃｗのベクトル和はほぼ０である。
【００５８】
また、負荷装置５に生じた各相の対地漏洩抵抗ｒｕ，ｒｖ，ｒｗにそれぞれ流れる漏洩電流Ｉｇｒｕ，Ｉｇｒｖ，Ｉｇｒｗは、下記のベクトル記号の式（４）〜（６）で示すことができる。
【００５９】
Ｉｇｒｕ＝Ｅｕ／ｒｕ＝０．５√３Ｅ／ｒｕ−ｊ０．５Ｅ／ｒｕ   ・・・（４）
Ｉｇｒｖ＝Ｅｖ／ｒｖ＝−０．５√３Ｅ／ｒｖ−ｊ０．５Ｅ／ｒｖ  ・・・（５）
Ｉｇｒｗ＝Ｅｗ／ｒｗ＝ｊＥ／ｒｗ                           ・・・（６）
以上から、巻線１の中点Nと接地極Ｇとの間を接続する接地線８、配電線４（４R，４S，４T）、スイッチング電源２、負荷装置５を経由して接地極Ｇに還流する電流である零相電流Ｉ0は、上記式（４）〜（６）を加えたものであり、下記のベクトル記号の式（７）で表すことができる。
【００６０】
Ｉ0＝０．５√３（Ｅ／ｒｕ−E／ｒｖ）
＋ｊ（Ｅ／ｒｗ−０．５Ｅ／ｒｕ−０．５Ｅ／ｒｖ）  ・・・（７）
ここで、漏洩電流Ｉｇｒを測定する際、この漏洩電流測定装置に入力される線間電圧ＥVUを基準電圧Ｅとするとき、上記式（７）で表される零相電流Ｉ0と、基準電圧Ｅと同位相の零相電流Ｉ0の有効成分Ａと、基準電圧Ｅより９０度位相が進んだ零相電流Ｉ0の無効成分Ｂの関係は、図８のベクトル図のように表され、上記有効成分Ａは図８に示すベクトル図の零相電流Ｉ0の有効成分Ａ及び上記式（７）の実数部分であるので、下記の式（８）により示すことができる。但し、以下のＩｇｒｕ，Ｉｇｒｖ，Ｉｇｒｗは、それぞれのベクトルの大きさを表し、ＩｇｒｕはＥｖ／ｒｖ、ＩｇｒｗはＥｗ／ｒｗである。
【００６１】
Ａ＝０．５√３（Ｉｇｒｕ−Ｉｇｒｖ）  ・・・（８）
上記基準電圧として入力された線間電圧ＥVUから９０度位相が進んだ零相電流Ｉ0の無効成分Ｂは、図８に示すベクトル図のＩ0の無効成分Ｂ及び式（７）の虚数部分であるので、下記の式（９）により示すことができる。
【００６２】
Ｂ＝Iｇｒｗ−０．５Iｇｒｕ−０．５Iｇｒｖ  ・・・（９）
ここで、零相電流Ｉ0と、基準電圧Ｅとの間の位相角をθとすると、図８から判るように、上記有効成分ＡはＩ0ｃｏｓθで表され、上記無効成分ＢはＩ0ｓｉｎθで表される。
【００６３】
ところで、零相電流Ｉ0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たっては、処理演算部１６の信号処理部３へ入力される基準電圧Ｅと零相電流Ｉ0の波形から、後述する図９に示すように、基準電圧Ｅと零相電流Ｉ0との間の位相の差を測定し、演算部１４で零相電流Ｉ0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Ｉ0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。
【００６４】
次に、Ｘ，Ｙ，Ｚを、下記の式（１０）、（１１）、（１２）に示すようにおく。
【００６５】
Ｘ＝Ｂ−√３Ａ  ・・・（１０）
Ｙ＝Ｂ＋√３Ａ  ・・・（１１）
Ｚ＝−２Ｂ      ・・・（１２）
そして、上記式（１０）〜（１２）に、上記式（８）、（９）のＡ，Ｂを代入すると次の式（１３）〜（１５）が得られる。
【００６６】
Ｘ＝Iｇｒｖ＋Iｇｒｗ−２Iｇｒｕ  ・・・（１３）
Ｙ＝Iｇｒｗ＋Iｇｒｕ−２Iｇｒｖ  ・・・（１４）
Ｚ＝Iｇｒｕ＋Iｇｒｖ−２Iｇｒｗ  ・・・（１５）
ここで、スイッチング電源２及び負荷装置５では、三相の各相に同時に漏洩電流Ｉｇｒは流れないものとし、漏洩電流Iｇｒｕが流れないときには上記式（１３）を、漏洩電流Iｇｒｖが流れないときには上記式（１４）を、漏洩電流Iｇｒｗが流れないときには上記式（１５）を採用するものとすれば、上記Ｘ，Ｙ，Ｚの値のうちの最大の値が、１相に漏洩電流Ｉｇｒが流れた場合の当該漏洩電流Ｉｇｒの測定値を示し、２相に漏洩電流Ｉｇｒが流れた場合は２相分合計の漏洩電流Ｉｇｒの値を示し、さらに後述する線間負荷中に発生した対地漏洩抵抗に相当する対地漏洩電流Ｉｇｒの測定値に近い値として出力される。
【００６７】
以上、式（１）〜（１５）を含んだ部分の説明では、端子Ｖと端子Ｕとの間に発生する線間電圧ＥVUを基準電圧Ｅとしていたが、他の線間電圧ＥWV，ＥUWを基準電圧Ｅとしても上述の式（１３）〜（１５）は全く同様に適用が可能で、式（１３）〜（１５）のＸ，Ｙ，Ｚとその右辺の式との組み合わせが入れ替わるだけであり、それらの最大の値を漏洩電流Ｉｇｒの測定値とする漏洩電流Ｉｇｒの値は同じ値であるので、三相線間電圧のいずれの相の電圧を入力しても同じ測定結果が得られ、測定の際の入力電圧の選定間違いが発生することはない。
【００６８】
前述の式（１３）〜（１５）からは、漏洩電流Ｉｇｒの測定値は、負荷装置５の配線又はその端子で１相又は２相が地絡したときの測定値を表しているが、線間にまたがる負荷例えば電動機の巻線中で対地漏洩電流が発生したときも、この漏洩電流の測定には上述の式（１３）〜（１５）がそのまま適用可能である。以下、これを説明する。
【００６９】
例えば、図１に示す星形配電電源に接続されたスイッチング電源２の端子Ｕ，Ｖ，Ｗの対地電圧は、図６から明らかなように、電気的中性点Ｎｅの電位が接地点電位であるため、電気的中性点Ｎｅに対する相電圧ＥU，ＥV，ＥWが運転電圧の相電圧Ｅであるとき、Ｖ相とＵ相との間に接続された負荷装置５の例えば電動機巻線の中央点である線間負荷中央点Ｍが漏洩抵抗ｒを通じて地絡したとき、この線間負荷中央点Ｍの電気的中性点Ｎｅに対する対地電圧ＥNMの大きさは、星形配電電源では電圧Ｅｎが０であるため、図６に示すベクトル図から明らかなように０．５Ｅであり、対地漏洩電流は０．５Ｅ／ｒとなり、零相電流Ｉ0の値を漏洩電流Ｉｇｒの値とする従来の漏洩電流の計測器ではこの値を計測する。
【００７０】
しかるに、上記地絡が線間負荷中央点Ｍではなく、対地電圧がＥである端子Ｒ又はＳ付近で発生すると、対地漏洩電流はＥ／ｒとなり、同じ漏洩抵抗ｒに対して、線間負荷中央点Ｍでの地絡による対地漏洩電流の測定値はこの値の半分となってしまう。そこで、漏電故障の程度を定格電圧時の対地漏洩電流値で評価するような漏洩電流測定装置にあっては、故障の程度を過小評価することになってしまう。その結果、適確に漏電故障を発見することが困難となり、漏洩電流Ｉ0の測定を行いながら漏電による事故を発見できなくなる虞がある。
【００７１】
本発明は、上述のような過小な値を示す漏洩電流Ｉｇｒの測定値でなく、対地電圧Ｅを対地漏洩抵抗ｒの値で除して得られる漏洩電流Ｉｇｒの測定値が、２相が地絡したときは２倍の測定値を示すことを上述した式（１）〜（１５）を使用し検証する。なお、電動機巻線の端子Ｕと端子Ｖとの間に発生する線間電圧ＥVUの値は、対地電圧の値をＥとしたとき√３Ｅとなり、上記電動機を含む負荷装置５に存在するそれぞれの対地静電容量ＣU，ＣV，ＣWは等しいものとして検証する。
【００７２】
まず、図６に示すベクトル図において、線間負荷中央点Ｍのみに対地漏洩抵抗ｒが存在するとき、線間負荷中央点Ｍの接地電位である電気的中性点Ｎｅに対する対地電圧ＥNMは、大きさ√３Ｅである入力電圧ベクトルＥVUに対して−ｊ０．５Ｅとなるので、電動機巻線中央点Ｍから対地漏洩抵抗ｒを通過する対地漏洩電流ＩNMは、−ｊ０．５Ｅ／ｒ，Ｉｇｒｕ，Ｉｇｒｖ，Ｉｇｒｗの各電流がすべて０である。
【００７３】
これを前述の式（７）〜（９）に代入すると、零相電流Ｉ0の有効成分Ａは０、無効成分Ｂは−０．５Ｅ／ｒとなる。このＡ、Ｂを前述の式（１０）〜（１２）に代入すると、Ｘ，Ｙは共に−０．５Ｅ／ｒとなり、ＺはＥ／ｒとなり、Ｘ，Ｙ，Ｚの値の最大値Ｅ／ｒが漏洩電流Ｉｇｒの測定値、つまり定格電圧時の対地漏洩電流値として表示される。本発明に係る漏洩電流測定装置においては、測定された対地漏洩電流値の表示は、処理演算部１６の表示部１５で行われる。
【００７４】
次に、Ｕ相及びＶ相に対地漏洩抵抗ｒが存在する場合には、上記有効成分Ａは０となり、無効成分Ｂは−Ｅ／ｒとなる。このＡ及びＢを式（１０）〜（１２）に代入すると、Ｘ及びＹは共に−Ｅ／ｒとなり、Ｚは２Ｅ／ｒとなり、Ｘ，Ｙ，Ｚの値の最大値２Ｅ／ｒがＲ相とＳ相の合計漏洩電流Ｉｇｒの測定値として表示される。この表示も、処理演算部１６の表示部１５で行われる。
【００７５】
次に、漏洩電流Iｇｒ等を測定する際、漏洩電流測定装置に入力する測定の基準になる基準電圧Ｅとして、商用周波数である配電系統の端子Ｒ，Ｓ，Ｔ間に発生する線間電圧ＥSR，ＥTS，ＥRTのいずれかを入力する場合について説明する。
【００７６】
商用周波数は、特殊な例外を除き５０Ｈｚ又は６０Ｈｚであるのに対し、運転周波数は６０Ｈｚから２０Ｈｚの帯域で変化されるか、少なくとも経過する場合が殆どである。前述のように三相配電線に接続されたスイッチング電源２及び負荷装置５の零相電流Ｉ0は運転周波数を持ち、基準電圧Ｅの商用周波数と異なるので、基準電圧Ｅに対する零相電流Ｉ0の位相角θは両周波数の差の周波数の周期で０度から３６０度まで変化する。
【００７７】
この場合、前述の式（１０）〜（１２）のＸ，Ｙ，Ｚの変化、ひいてはＸ，Ｙ，Ｚの最大値である漏洩電流Iｇｒの変化を求めるため、図８に示すベクトル図より、Ａ＝Ｉ0×ｃｏｓθ、Ｂ＝Ｉ0×ｓｉｎθを式（１０）〜（１２）に代入すると、下記の式（１６）〜（１８）を得る。
【００７８】
Ｘ＝２Ｉ0×ｓｉｎ（θ−６０度）  ・・・（１６）
Ｙ＝２Ｉ0×ｓｉｎ（θ＋６０度）  ・・・（１７）
Ｚ＝−２Ｉ0×ｓｉｎθ            ・・・（１８）
ここで、位相角θが変化するとき、式（１６）〜（１８）の各々は＋２Ｉ0から−２Ｉ0の間を変化し測定が困難になるが、本発明はＸ，Ｙ，Ｚの最大値を漏洩電流Ｉｇｒの値としているので、θが３０度でＹの値が２Ｉ0、θが１５０度でＸの値が２Ｉ0、θが２７０度でＺの値が２Ｉ0、θが９０度、２１０度、３３０度で、Ｘ，Ｙ，Ｚのうちのいずれか２つがＩ0なり、Ｘ，Ｙ，Ｚのうちの最大値としてはＩ0から２Ｉ0間の値を運転周波数の３倍の周波数の周期で変動する。
【００７９】
ここで、零相電流Ｉ0と漏洩電流Ｉｇｒの関係を検討する。図８からＩ02＝Ａ2＋Ｂ2となり、前記式（８）、式（９）のＡ，Ｂをこの式に代入すると、Ｉ0は下記の式（１９）のように表される。
Ｉ02＝Ｉｇｒｕ2＋Ｉｇｒｖ2＋Ｉｇｒｗ2−Ｉｇｒｕ・Ｉｇｒｖ−Ｉｇｒｖ・Ｉｇｒｗ
−Ｉｇｒｗ・Ｉｇｒｕ  ・・・（１９）
漏洩電流Ｉｇｒｕ，Ｉｇｒｖ，Ｉｇｒｗのうちのいずれか１つが発生したときはＩ0＝Ｉｇｒとなるが、２相で、例えばＩｇｒｕ，Ｉｇｒｖが同時に発生したときは、
Ｉ02＝（Ｉｇｒｕ＋Ｉｇｒｖ）2−３（Ｉｇｒｕ×Ｉｇｒｖ）
となり、Ｉ0の値はＩｇｒｕ，Ｉｇｒｖの合計値より小さくなる。
【００８０】
次に、前記式（１６）〜（１８）の変動の上限値である２Ｉ0では、
４Ｉ02＝（Ｉｇｒｕ＋Ｉｇｒｖ）2＋３（Ｉｇｒｕ−Ｉｇｒｖ）2
となり、２Ｉ0の値はＩｇｒｕ，Ｉｇｒｖの合計値より大きな値を示し、Ｉｇｒｕ，Ｉｇｒｖの値が等しいときは、両者の合計値となる。
【００８１】
したがって、前記式（１６）〜（１８）の最大値の２Ｉ0、ひいては式（１０）〜（１２）のＸ，Ｙ，Ｚのうちの最大値を漏洩電流Ｉｇｒの値とすることができる。
【００８２】
また、零相電流Ｉ0、及び漏洩電流Ｉｇｒの値は、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相の対地電圧ＥU，ＥV，ＥWの値に比例しており、これら対地電圧ＥU，ＥV，ＥWの値は運転周波数が６０Ｈｚ以上ではスイッチング電源の特性で一定であり、このときが最大で、このとき測定した値が定格の漏洩電流Ｉｇｒの値である。運転周波数が６０Ｈｚより低下するにつれて運転電圧も低下し、例えば運転周波数が３０Ｈｚで約半分の電圧値となる。以上の計算は、運転周波数が６０Ｈｚ付近に到達する前提での計算であるので、運転周波数がこれより低いときは到達した最大周波数によって、前述したように測定された漏洩電流Ｉｇｒの値を下記に示す式（１９ａ）によって補正する。但し、運転周波数が３０Ｈｚより低下すると誤差は増加する。
【００８３】
補正Ｉｇｒ＝測定Ｉｇｒ×（６０÷最大運転周波数）  ・・・（１９ａ）
次に、図２に示すように単相配電線４N，４R間にスイッチング電源２ｓが接続されている状態について説明する。
【００８４】
前述したように、単相配電線４N，４Rのうちで０電位である配電線４Nに対する配電線４Rの電位が相電圧ＥRであり、この値が単相配電線の線間電圧であり、この電圧が基準電圧Ｅとして入力される。この基準電圧Ｅとされる線間電圧は、スイッチング電源源２ｓ内で整流され、線間電圧の最大値の直流電圧に変換され、さらにＶＶＶＦ特性の三相運転電圧に変換されるので、運転相電圧ＥU，ＥV，ＥWの大きさは、運転周波数が６０Ｈｚ以上で、約Ｅ／√３で周波数の低下に伴い低くなる。また、単相配電線４N，４Rのの電気的中性点は、端子Ｒ，Ｎ間の中点Ｎｓであり、この中点Ｎｓの０電位点Ｎに対する電位ＥNSは図３に示すベクトル図のように表すことができる。
【００８５】
上述の単相配電線に接続されるスイッチング電源２ｓの各端子Ｕ，Ｖ，Ｗ間に発生する線間電圧ＥVU，ＥWV，ＥUW及びＵ，Ｖ，Ｗの各相の電気的中性点Ｎｅと各端子Ｕ，Ｖ，Ｗ間に発生する相電圧ＥU，ＥV，ＥWと、接地極Ｇに対して電気的中性点Ｎｅに加わる電圧Ｅｎの関係は、図５に示す等価回路のように表すことができ、ベクトル図で表すとき図４、図６にように表すことができる。
【００８６】
但し、単相配電線の、図３に示す電気的中性点Ｎｓと、図６に示すスイッチング電源２ｓの各端子Ｕ，Ｖ，Ｗの電気的中性点Ｎｅの電位は一致するので、この両者の関連を表した図４の電圧Ｅｎは、図３における接地極Ｇで接地されたＮ端子に対する電気的中性点Ｎｅの電位ＥNsと一致する。但し、図４に示す商用周波数ベクトルＥｎを固定とすると運転周波数ベクトルＥU，ＥV，ＥWは１２０度の位相差を保ちながら、中性点Ｎｅの周りを回転し、図４で表示している時点では端子Ｕの対地電圧が最大になった状態を表示している。
【００８７】
単相配電線４N，４Rに接続されたスイッチング電源２ｓの電圧状態を示す図５において、負荷装置５に流入する零相電流Ｉ0を求める。負荷装置５のＵ，Ｖ，Ｗ相に印加される対地電圧は運転周波数の相電圧ＥU，ＥV，ＥWに商用周波数の電圧Ｅｎが重畳されたもので、図３に示される電位ＥNsが商用周波数の電圧Ｅｎであり、この電圧Ｅｎの大きさは基準電圧Ｅである単相配電線線間電圧ＥRの １／２と一定であるのに対し、運転周波数の相電圧ＥU，ＥV，ＥWはＶＶＶＦ特性のため、運転周波数が６０Ｈｚのとき、基準電圧Ｅの約１／√３の値となり、商用周波数の電圧Ｅｎの値のほぼ２／√３倍であるが、周波数の低下につれて電圧は低下する。
【００８８】
商用周波数の電圧Ｅｎに対する相電圧ＥU，ＥV，ＥWの割合をｐとする。但し、ｐは２／√３以下とし、運転周波数及び商用周波数をそれぞれｆ及びｆｎとし、時間をｔとしたとき、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の瞬時対地電圧ｅｏは、下記の式（２０）で表される。
【００８９】
ｅｏ＝√２Ｅｎ（ｓｉｎ２πｆｎｔ＋ｐｓｉｎπｆｔ）  ・・・（２０）
式（２０）を書き直すと、下記の式（２０ａ）のように表すことができる。
【００９０】
ｅｏ＝√２Ｅｎ｛（１＋ｐ）ｓｉｎαｃｏｓβ＋（１−ｐ）ｃｏｓαｓｉｎβ）｝
・・・（２０ａ）
式（２０ａ）で、α＝２π｛（ｆｎ＋ｆ）／２｝ｔ、β＝2π｛（ｆｎ―ｆ）／２｝ｔとする。
【００９１】
上記式（２０）において、運転周波数ｆが商用周波数ｆｎに近い６０Ｈｚ〜４０Ｈｚではｐは１．２〜０．８となるので、式（２０ａ）の（１＋ｐ）の２．２〜１．８に対し、（１−ｐ）は−０．２〜０．２となり、瞬時対地電圧ｅｏの波形を考えるときには（１−ｐ）項は無視できる。したがって、瞬時対地電圧ｅｏの波形の周波数は式（２０ａ）のαより、運転周波数ｆと商用周波数ｆｎとの平均値は、６０Ｈｚ，５５Ｈｚ，５０Ｈｚとなり、この周波数の波形が、式（２０ａ）のβの、運転周波数ｆと商用周波数ｆｎとの差の半分の周波数で変調された波形で、前記の変調周期で、瞬時対地電圧ｅｏは最高値を示し、この最高値の付近を測定して漏洩電流Ｉｇｒの値を算出する。
【００９２】
次に、式（２０）において、運転周波数ｆが４０Ｈｚ〜２０Ｈｚではｐは０．８〜０．４となるので、上記式（２０ａ）の（１＋ｐ）の１．８〜１．４に対し、（１−Ｐ）は０．２〜−０．６となり、同様に（１−ｐ）項は無視し、瞬時対地電圧ｅｏの波形の運転周波数ｆと商用周波数ｆｎとの平均値は５０Ｈｚ，４５Ｈｚ，４０Ｈｚとなり、この周波数の波形が、式（２０ａ）のβの、運転周波数ｆと商用周波数ｆｎとの差の半分の周波数で変調された波形で、この変調周期で瞬時対地電圧ｅｏは最高値を示す。このような特性を持つ式（２０）で、三相４線式２２０Ｖ、５０Ｈｚの単相電源に接続されるスイッチング電源Ｕ，Ｖ，Ｗ相の瞬時対地電圧ｅｏの波形を図７に示すが、この瞬時対地電圧ｅｏと同波形の漏洩電流である零相電流Ｉ0が流れる。この電流Ｉ0の波形の最高値付近の波形は商用周波数の電圧Ｅｎの波形とほぼ一致するので、入力した商用周波数の基準電圧Ｅの波形と対応させながら、図９に示すように位相角θを測定して漏洩電流Ｉｇｒの値を算出する。このように、運転周波数ｆが６０〜２０Ｈｚでも、測定する零相電流Ｉ0の周波数は前述のように６０〜４０Ｈｚとなり、周波数を５０Ｈｚ又は６０Ｈｚとする商用周波数ｆｎとの差は少なく、端子Ｒと接地端子Ｎとの間に発生する商用周波数ｆｎの対地電圧ＥRを基準電圧Ｅとして入力し、前述の瞬時対地電圧ｅｏと同波形の零相電流Ｉ0との位相角θを測定することは、少しの測定誤差を含むが、実用的に可能である。
【００９３】
図２で、商用周波数の端子Ｒと接地電位である中性点Ｎにスイッチング電源２ｓが接続され、この端子Ｒ，Ｎ間に図３に示す電圧ＥRが印加される。図３で電圧ＥRの中点が印加電圧の電気的中性点Ｎｓであり、この電気的中性点Ｎｓの対地電圧は図３のＥNsで表される。商用周波数電源の電気的中性点Ｎｓは、図４、図５で表されるスイッチング電源２ｓの電気的中性点Ｎｅに一致するので、図４、図５の商用周波数電圧Ｅｎは、対地電圧ＥNsとなり、その大きさはＲ相の対地電圧ＥRの半分になる。
【００９４】
また、図４、図６で、運転相電圧ＥU，ＥV，ＥWの位相は、商用周波数電圧Ｅｎの位相に対し、たえず変化しているので、例えばＵ相の対地電圧が最大になった時点ではベクトルＥｕが商用周波数電圧Ｅｎの方向と一致したときであり、図４に示すベクトル図がこの状態を表す。
【００９５】
図４に示す２つのベクトルＥｎとＥｕとは周波数が異なるので本来はベクトルでの表現はできないが、ここでは両周波数が接近しており、両者の位相がほぼ一致した時点の解析を行うので両者の周波数は等しいものとして取り扱う。
【００９６】
図４で運転相電圧ＥU，ＥV，ＥWの値をＥｄとするとき、図３に示される電圧ＥNsと図４に示す電圧Ｅｎが同じであるので、図４に示される基準電圧Ｅの１／２の電圧ＥNsと電圧Ｅｎが同位相のときＵ相の対地電圧が最大になるので、この時点のＵ，Ｖ，Ｗ端子の対地電圧ＥGU，ＥGV，ＥGWは、下記の式（２１）〜（２３）のようにベクトル記号法により示すことができる。
【００９７】
ＥGU＝Ｅｎ＋Ｅｄ                            ・・・（２１）
ＥGV＝Ｅｎ−０．５Ｅｄ−ｊ０．５  √３Ｅｄ  ・・・（２２）
ＥGW＝Ｅｎ−０．５Ｅｄ＋ｊ０．５  √３Ｅｄ  ・・・（２３）
そして、負荷装置５のＵ，Ｖ，Ｗの各相に存在する大きさがほぼ等しい対地静電容量Ｃに流れる対地電流をＩｇｃｕ，Ｉｇｃｖ，Ｉｇｃｗとし、角周波数ω＝２πｆｎとおくと、上記対地電流Ｉｇｃｕ，Ｉｇｃｖ，Ｉｇｃｗは、下記の式（２４）〜（２６）で示すことができる。
【００９８】
Ｉｇｃｕ＝ｊωＣＥGU＝ｊωＣ（Ｅｎ＋Ｅｄ）                  ・・・(２４)
Ｉｇｃｖ＝ｊωＣＥGV＝ｊωＣ（Ｅｎ−０．５Ｅｄ）＋ωＣ・０．５√３Ｅｄ
・・・（２５）
Ｉｇｃｗ＝ｊωＣＥGW＝ｊωＣ（Ｅｎ−０．５Ｅｄ）−ωＣ・０．５√３Ｅｄ
・・・（２６）
また、負荷装置５に生じた各相の対地漏洩抵抗ｒｕ，ｒｖ，ｒｗに流れる漏洩電流をＩｇｒｕ，Ｉｇｒｖ，Ｉｇｒｗとすると、各漏洩電流は下記の式（２７）〜（２９）で示すことができる。
【００９９】
Ｉｇｒｕ＝ＥGU／ｒｕ＝（Ｅｎ＋Ｅｄ）／ｒｕ            ・・・（２７）
Ｉｇｒｖ＝ＥGV／ｒｖ＝（Ｅｎ−０．５Ｅｄ）／ｒｖ−ｊ０．５√３Ｅｄ／ｒｖ
・・・（２８）
Ｉｇｒｗ＝ＥGW／ｒｗ＝（Ｅｎ−０．５Ｅｄ）／ｒｗ＋ｊ０．５√３Ｅｄ／ｒｗ
・・・（２９）
以上から、図２で巻線１ａの中性点Ｎと接地極Ｇとの間を接続する接地線８、配電線４N，４R、スイッチング電源２ｓ、負荷装置５ｓを経由して接地極Ｇに流れる電流である零相電流Ｉ0は、上記式（２４）〜（２９）を加えたものであり、１／ｒｕ＝ｇｕ、1／ｒｖ＝ｇｖ、1／ｒｗ＝ｇｗとおくと、下記の式（３０）で表すことができる。
【０１００】
Ｉ0＝（ｇｕ＋ｇｖ＋ｇｗ）Ｅｎ＋（ｇｕ−０．５ｇｖ−０．５ｇｗ）Ｅｄ
＋ｊ｛３ωＣＥｎ＋０．５√３（ｇｗ−ｇｖ）Ｅｄ｝  ・・・（３０）
ここで、漏洩電流Ｉｇｒを測定する際、この漏洩電流測定装置に入力される対地電圧ＥRを基準電圧Ｅとするとき、上記式（３０）で表される零相電流Ｉ0と、基準電圧Ｅと同位相の零相電流Ｉ0の有効成分Ａと、基準電圧Ｅより９０度位相が進んだ零相電流Ｉ0の無効成分Ｂの関係は、図８のベクトル図のように表され、上記有効成分Ａは図８に示すベクトル図のＩ0及び上記式（３０）の実数部分であるので、下記の式（３１）により示すことができる。
【０１０１】
Ａ＝（ｇｕ＋ｇｖ＋ｇｗ）Ｅｎ＋（ｇｕ−０．５ｇｖ−０５ｇｗ）Ｅｄ・・・（３１）
そして、上記基準電圧として入力された単相配電線の線間電圧Ｅでもある対地電圧ＥRから９０度位相が進んだ零相電流Ｉ0の無効成分Ｂは、図８に示すベクトル図のＩ0及び式（３０）の虚数部分であるので、下記の式（３２）により示すことができる。
【０１０２】
Ｂ＝３ωＣＥｎ＋０．５√３（ｇｗ−ｇｖ）Ｅｄ    ・・・（３２）
次に、前述の式（１０）、（１１）、（１２）に式（３１）、（３２）をそれぞれ代入すると、下記の式（３３）、（３４）、（３５）が得られる。
Ｘ＝Ｂ−√３Ａ
＝｛３ωＣ−√３（ｇｕ＋ｇｖ＋ｇｗ）｝Ｅｎ＋√３（ｇｗ−ｇｕ）Ｅｄ
・・・（３３）
Ｙ＝Ｂ＋√３Ａ
＝｛３ωＣ＋√３（ｇｕ＋ｇｖ＋ｇｗ）｝Ｅｎ＋√３（ｇｕ−ｇｖ）Ｅｄ
・・・（３４）
Ｚ＝−２Ｂ＝−６ωＣＥｎ−√３（ｇｗ−ｇｖ）Ｅｄ              ・・・（３５）
式（３３）〜（３５）のうち、最大の値を示す式は式（３４）である。
【０１０３】
式（３４）で、スイッチング電源の特性から通常運転相電圧Ｅｄは運転周波数ｆが６０Ｈｚのとき最大値で、この値は図３の配電電源の相電圧ＥR、つまり入力電圧である基準電圧の１／√３にほぼ等しく、Ｅｎは入力電圧ＥRの半分、つまりＥｎ＝０．５√３Ｅｄとなるので、この関係を式（３４）に代入すると、下記の式（３４ａ）が得られる。
【０１０４】
Ｙａ＝｛１．５√３ωＣ＋（１．５＋√３）ｇｕ＋（１．５−√３）ｇｖ
＋１．５ｇｗ｝Ｅｄ      ・・・（３４ａ）
上記式（３４ａ）において、対地静電容量Ｃに起因する対地漏洩電流Ｉｇｃは式中ωＣＥｄを含む項で表現されているが、運転周波数、商用周波数帯域では、この値は通常１ｍＡ以下と小さいので省略し、商用周波数の電圧Ｅｎに対し、運転周波数の電圧Ｅｄの位相が回転変化する。そして、式（３４ａ）は、両電圧Ｅｎ，Ｅｄの位相が一致した時点を表現しているので、式中のｇｕ，ｇｖ，ｇｗの添え字ｕ，ｖ，ｗを固定する必要はなく、３相に同時に漏洩電流Ｉｇｒは流れないとしているので、最小項は省略する。
【０１０５】
また、図６に示すベクトル図より、Ｉｇｒｕ＝（Ｅｎ＋Ｅｕ）ｇｕ＝（０．５√３＋１）Ｅｄ・ｇｕとなるので、これらの関係を上記式（３４ａ）に代入すると下記に式（３４ｂ）を得る。
【０１０６】
Ｙａ＝√３｛Ｉｇｒｕ＋√３／（２＋√３）Ｉｇｒｗ｝  ・・・（３４ｂ）
この式（３４ｂ）の括弧内の漏洩電流は、１相接地ならＩｇｒｕ、２相接地なら他の１相分の０．５倍が加わることになり、これらをまとめてＩｇｒとすると、上記式（３３）〜（３４）のうち、最大の測定値をＹｍとすると、漏洩電流Ｉｇｒの値は、下記の式（３６）で与えられる。
【０１０７】
Ｉｇｒ＝Ｙｍ／√３）  ・・・（３６）
最大運転周波数ｆが６０Ｈｚより小さく６０Ｈｚを通過しないときは、電圧Ｅｄの値も低いので、運転周波数により値を補正する。
【０１０８】
確かに運転周波数が低下するにつれて誤差は増大するが、測定結果は漏洩電流Ｉｇｒが０の場合とは明らかに差がある。そして、一般のスイッチング電源は、運転周波数と商用周波数の差が３０Ｈｚ以内で運転されるか、運転周波数が通過するかであり、この誤差のために実用を妨げられる機会はほとんどない。
【０１０９】
次に、図１、図２に示す処理演算部１６を構成する信号処理部３の具体例を、図１０を参照して説明する。この信号処理部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（Ｉ0）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。
【０１１０】
図１０において、電圧検出器２１には、三相配電線Ｒ，Ｓ，Ｔの各相の各端子間に発生する線間電圧ＥSR，ＥTS，ＥRTのいずれか、又はスイッチング電源２の端子Ｕ，Ｖ，Ｗ間に発生した線間電圧ＥVU，ＥWV，ＥUWのいずれか、配電線４Nと配電線４R，４S，４Tのいずれか1相の単相電源にスイッチング電源２ｓが接続されている状態での単相線間電圧が基準電圧Ｅとして入力される。
【０１１１】
なお、図１、図２に示す系統図の三相配電線においては、線間電圧ＥSRが入力され、単相配電線においては線間電圧ＥR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最高周波数である例えば６０Ｈｚを超える周波数成分を減衰させて基準電圧周波数波形を取り出す。
【０１１２】
そして、零相電流検出器２４には、三相配電線にあっては、Ｒ，Ｓ，Ｔの各相の配電線４R，４S，４Tに流れる電流のベクトル和である零相電流Ｉ0が入力される。
【０１１３】
また、三相４線式の配電方式にあっては、Ｒ，Ｓ，Ｔの各相及び接地相であるＮ相の各相の配電線４R，４S，４T及び中性線４Nの４線に流れる電流のベクトル和である零相電流Ｉ0が入力され、中性線４Nと配電線４R，４S，４Tのいずれか1相の単相電源では、単相２線に流れる電流のベクトル和である零相電流Ｉ0が入力される。
【０１１４】
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Ｉ0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Ｉ0の商用周波数及び運転周波数を超える周波数成分を減衰させて商用周波数及び運転周波数、これらの合成周波数波形を取り出す。
【０１１５】
そして、位相差計測器２７は、基準電圧として入力された配電電源各端子Ｒ，Ｓ，Ｔ間に発生する線間電圧ＥSR，ＥTS，ＥRTのいずれか、又はスイッチング電源２の端子Ｕ，Ｖ，Ｗ間に発生した線間電圧ＥVU，ＥWV，ＥUWのいずれか、又は中性線４Nと配電線４R，４S，４Tのいずれか１相の単相電源にスイッチング電源２ｓが接続されている状態での単相線間電圧のいずれかと、零相電流Ｉ0との位相差を計測する。ここで基準電圧Ｅとして入力された端子Ｒ，Ｓ，Ｔ間に発生する線間電圧ＥSR，ＥTS，ＥRTのいずれか、又はスイッチング電源２の端子Ｕ，Ｖ，Ｗ間に発生した線間電圧ＥVU，ＥWV，ＥUWのいずれか、又は中性線４Nと配電線４R，４S，４Tのいずれか１相の単相電源にスイッチング電源２ｓが接続されている状態での単相線間電圧のいずれかと、零相電流Ｉ0との位相角θの関係を図８、図９に示す。なお、位相角θは、時間とともに変化するが、図８、図９ではその代表例を示す。
【０１１６】
そして、信号処理部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Ｉ0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９に示すように、基準電圧Ｅに対してはＥZで示すようになり、零相電流Ｉ0に対してはＩZで示すようになる。基準電圧Ｅ及び零相電流Ｉ0の出力波形の波高値を一致させて、出力波形ＥZとＩZの差を求める。その差の絶対波形は、図９に示す｜ＥZ−ＩZ｜波形になる。図９に示す｜ＥZ−ＩZ｜波形及びＩZ波形の突出部分の面積をそれぞれＳ1，Ｓ2とすれば、Ｓ1は基準電圧Ｅと零相電流Ｉ0との位相差角θに比例し、Ｓ2は位相差１８０度に比例する。このＳ1，Ｓ2に比例した電圧は、演算部１４に出力される。
【０１１７】
そして、第１の実効値変換器２８は、基準電圧Ｅの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Ｉ0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て演算部１４に入力する。
【０１１８】
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Ｉ0との位相差角θを用いて、零相電流Ｉ0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。
【０１１９】
なお、位相差計測器２７が検出する基準電圧Ｅと零相電流Ｉ0との位相差角θは、次の式（３７）から算出される。
【０１２０】
θ＝（１８０Ｓ1）／Ｓ2        ・・・（３７）
ここで、演算部１４は、Ｉ0ｃｏｓθの値を零相電流Ｉ0の有効成分Ａの値として、Ｉ0ｓｉｎθの値を零相電流Ｉ0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Ｉ0と、零相電流Ｉ0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８のベクトル図に示すように表される。
【０１２１】
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、スイッチング電源２の負荷装置５のＵ，Ｖ，Ｗの各相の対地漏洩抵抗ｒｕ，ｒｖ，ｒｗが１相又は２相、あるいは２相間にまたがる負荷の中に存在しているとき、それらの中に流れる電流値又は２相分の合計電流値を漏洩電流Ｉｇｒの値として測定し、その値を必要に応じて表示部１５に表示させる。
【０１２２】
本発明に係る漏洩電流測定装置及びこの測定装置を用いた測定方法においては、前述した零相電流Ｉ0の有効成分Ａと無効成分Ｂを上述した式（１０）〜（１２）又は式（３３）〜（３５）に代入する演算処理を演算部１４により行うことにより、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相の対地漏洩抵抗ｒｕ，ｒｖ，ｒｗが１相又は２相、あるいは２相間にまたがる負荷の中に存在しているとき、それらの中に流れる電流値又は２相分の合計電流値又はその値に近い電流値の測定が実現される。
【０１２３】
また、本発明に係る漏洩電流測定装置は、図１１に示すように、複数のスイッチング電源２ａ，２ｂ及びその負荷装置５ａ，５ｂを1台の漏洩電流測定装置で監視することも可能である。また、配電線４の途中に遮断器１９を設け、演算部１４の演算の結果により、遮断器１９の遮断動作を制御する構成としてもよい。本発明に係る漏洩電流測定装置は、演算部１４により演算されて測定された対地漏洩抵抗ｒｕ，ｒｖ，ｒｗの中を流れる漏洩電流Ｉｇｒの測定結果を制御信号とし、この制御信号に基づいて配電線４の途中に設けた遮断器１９を動作させることにより、スイッチング電源２ａ，２ｂ及び負荷装置５ａ，５ｂを配電電源１から遮断する。
【０１２４】
本発明に係る漏洩電流測定装置においては、上述のようにさらに遮断器を設けることにより、漏洩電流Ｉｇｒの検出と共に、漏洩電流Ｉｇｒが所定の値を超えたときスイッチング電源及び負荷装置を配電電源から遮断するようにすることができるので、配電電源に接続されたスイッチング電源及びその負荷装置を絶縁不良に伴う重大事故から守ることができる。
【０１２５】
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、その判定信号を制御信号として、音や発光等の警報装置を動作させ、音や発光等を用いて警報を発するようにしてもよい。このような警報装置を設けることにより、漏電に起因する事故を確実に防止することができる。なお、この警報装置は、図１１に示すように、演算部１４の判定信号を制御信号として警報器１８を動作させるものであるので、演算部１４からの判定信号が入力されるように、この演算部１４に接続される。
【産業上の利用可能性】
【０１２６】
本発明に係る漏洩電流測定装置及び測定方法は、広く一般で実用されている電源周波数を変化させるインバータ及びインバータで駆動される電動機などの負荷装置や自動機械ロボット等に組み込まれているサーボモータ及びそれらを駆動するスィッチング電源装置における絶縁測定に用いることができる。
【符号の説明】
【０１２７】
１  星形配電電源、２  三相配電線用スイッチング電源、２ｓ  単相配電線用スイッチング電源、３  信号処理部、４  配電線、５  負荷装置、８  接地線  ９  零相変流器、１４  演算部、１５  表示部、１６  処理演算部、１８  警報機、１９  遮断器、
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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