(57)【要約】   【課題】  簡単な構成ながら、絶縁劣化の存在と進行を高精度に検出する。  【解決手段】  漏電監視装置１２は、監視対象の主回路のＢ種接地線に還流する零相電流を検出する零相変流器１３と、主回路の負荷に関する基準信号の周波数を検出する周波数検出部２６と、零相変流器１３からの信号をディジタル化して、ディジタル化されたデータについて、周波数検出部２６で検出された周波数を中心周波数とした、帯域通過フィルタ処理を施す帯域通過フィルタ部２８と、帯域通過フィルタ部２８から出力されたデータを受け入れ、当該データに基づいて漏電の有無を判定する判定処理部３０と、を備えている。【選択図】  図３
2006058143.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
監視対象の主回路のＢ種接地線に還流する零相電流を検出する零相変流器と、
主回路の負荷に関する基準信号の周波数を検出する周波数検出手段と、
零相変流器からの信号をディジタル化して、ディジタル化されたデータについて帯域通過フィルタ処理を施すフィルタ手段であって、前記周波数検出手段により検出された周波数を中心周波数としたフィルタ処理を実行するフィルタ手段と、
前記フィルタ手段から出力されたデータを受け入れ、当該データに基づいて漏電の有無を判定する判定手段と、を備えたことを特徴とする漏電監視装置。
【請求項２】
前記周波数検出手段が、前記基準信号を検出し、基準信号の周波数に変化があった場合に、前記フィルタ手段の中心周波数を変更するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の漏電監視装置。
【請求項３】
前記基準信号の周波数が電源周波数であることを特徴とする請求項１または２に記載の漏電監視装置。
【請求項４】
前記基準信号の周波数が、交流回路の基準信号の周波数であることを特徴とする請求項１または２に記載の漏電監視装置。
【請求項５】
監視対象の主回路の負荷に関する基準信号の周波数を検出する周波数検出ステップと、
前記主回路のＢ種接地線に還流する零相電流を検出する零相電流検出ステップと、
検出された零相電流に基づくデータについて帯域通過フィルタ処理を施すフィルタ処理ステップであって、前記周波数検出ステップにおける周波数を中心周波数としたフィルタ処理を実行するフィルタ処理ステップと、
前記フィルタ処理の施されたデータを受け入れ、当該データに基づいて漏電の有無を判定する判定ステップと、を備えたことを特徴とする漏電監視方法。
【請求項６】
前記周波数検出ステップにおいて、基準信号を検出し、基準信号の周波数に変化があった場合に、前記中心周波数を変更するように構成されたことを特徴とする請求項５に記載の漏電監視方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変圧器などのＢ種接地線に還流する漏電電流を検出する漏電監視装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気保安管理の分野において、絶縁や漏電の管理は感電事故や電気火災の防止の観点から、漏電監視装置を備えた絶縁状態監視システムが採用されている。
【０００３】
たとえば、キュービクル等の高圧受変電設備内に配設された変圧器のＢ種接地線に還流する漏電電流を零相変流器で検出し、その主回路および負荷の絶縁状態を検出する漏電監視装置が知られている。従来の漏電監視装置は、負荷に電力を供給する主回路を構成する三相の導体三本を一括の一次導体として零相変流器を有し、漏電発生時には、相間電流のベクトル和不均衡を検出し、検出した不均衡電流の大きさに基づき、漏電の有無を判定するように構成されている。
【０００４】
しかしながら、検出した不均衡電流には、対地静電容量を通じて流れる高調波電流や高周波ノイズが含まれる。したがって、このままの電流を検出し、その絶対値を用いて漏電の有無を判定すると、特に、絶縁抵抗の劣化に起因する抵抗性漏れ電流の値に関して誤った判定を引き起こす可能性がある。
【０００５】
このため、一般的には、必要な周波数成分のみを取り出すことで検出精度を高めるために、低域通過濾波器（ＬＰＦ）が利用される。たとえば、特許文献１には、遮断周波数が異なる複数のＬＰＦを備え、負荷に対応する周波数に応じた漏れ電流を検出する技術が開示されている。
【特許文献１】特開平８−３０６２９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
交流電源と負荷とを接続する主回路に漏電が発生すると、この電路の変圧器の２次側Ｂ種接地線が還流する漏電電流が流れる。さらに、主回路と対地間には、自然状態でも対地静電容量が分布しており、インバータ制御の電気設備等から発生する高調波は、その周波数が商用電源周波数に比較して高いこともあり、容易に、対地静電容量を通過してＢ種接地線に還流する。さらに、高周波ノイズが重畳する場合もある。これら漏電電流は時間に対しては正弦若しくは余弦の規則的な調和のとれた波と異なり、歪み波となっている。
【０００７】
したがって、この波の大きさ（絶対値）だけで漏電を判定すると過誤を生じることがある。前述したように、従来の漏電検出装置には、商用電源周波数に起因する漏電電流を抽出するためにＬＰＦを使用してきたが、ＬＰＦの遮断周波数近傍の高調波周波数成分は、フィルタによる減衰が十分に効果的ではなく、高調波成分の一部が装置に取り込まれてしまうという問題点があった。その結果、抵抗性漏れ電流成分を覆う結果となり、主回路および負荷回路の絶縁劣化の進行状況を、必要な周波数成分のみを取り出して検出精度を高めるには限界があった。
【０００８】
本発明は、簡単な構成ながら、絶縁劣化の存在と進行を高精度に検出することが可能な漏電監視装置、および、漏電監視方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、漏電監視装置は、監視対象の主回路のＢ種接地線に還流する零相電流を検出する零相変流器と、主回路の負荷に関する基準信号の周波数を検出する周波数検出手段と、零相変流器からの信号をディジタル化して、ディジタル化されたデータについて帯域通過フィルタ処理を施すフィルタ手段であって、前記周波数検出手段により検出された周波数を中心周波数としたフィルタ処理を実行するフィルタ手段と、前記フィルタ手段から出力されたデータを受け入れ、当該データに基づいて漏電の有無を判定する判定手段と、を備える。
【００１０】
本発明によれば、主回路の基準信号（電源周波数）に起因する漏電電流に関する周波数成分だけを抽出し、他の周波数成分を減衰させて、より適切に漏電の有無を判定することが可能となる。また、本発明によれば、高周波の成分と低周波の成分の双方に対して常に最適な濾波特性を備えることが可能となる。特に、周波数判定手段により、電源周波数など基準信号の周波数が検出され、検出された周波数を、フィルタ回路の帯域通過フィルタにおける中心周波数に設定することにより、基準信号の周波数が変更された場合にも、自動的に適切な濾波特性を得ることが可能となる。
【００１１】
好ましい実施態様においては、前記周波数検出手段が、前記基準信号を検出し、基準信号の周波数に変化があった場合に、前記フィルタ手段の中心周波数を変更するように構成されている。たとえば、前記基準信号の周波数は、商用電源周波数であっても良いし、インバータ回路のような任意の周波数を使用する交流回路の基準信号の周波数であっても良い。
【００１２】
また、本発明の目的は、監視対象の主回路の負荷に関する基準信号の周波数を検出する周波数検出ステップと、前記主回路のＢ種接地線に還流する零相電流を検出する零相電流検出ステップと、検出された零相電流に基づくデータについて帯域通過フィルタ処理を施すフィルタ処理ステップであって、前記周波数検出ステップにおける周波数を中心周波数としたフィルタ処理を実行するフィルタ処理ステップと、前記フィルタ処理の施されたデータを受け入れ、当該データに基づいて漏電の有無を判定する判定ステップと、を備えたことを特徴とする漏電監視方法によっても達成される。
【００１３】
好ましい実施態様においては、前記周波数検出ステップにおいて、基準信号を検出し、基準信号の周波数に変化があった場合に、前記中心周波数を自動的に変更するように構成されている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、簡単な構成ながら、絶縁劣化の存在と進行を高精度に検出することが可能な漏電監視装置、および、漏電監視方法を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態にかかる漏電監視装置を備えた絶縁状態監視システムの構成を示すブロックダイヤグラムである。図１に示すように、本実施の形態にかかる絶縁状態監視システム１０は、漏電監視装置１２と、温度監視装置１４と、停電監視装置１６と、電力使用量監視装置１７と、これら装置からの信号に基づき所定のデータを、インターネットなどの通信回線（図示せず）を介して発信する制御／通信装置１８と、を備えている。本実施の形態においては、絶縁状態監視システム１０は、外界からの影響を受けにくい金属製筐体に収容され、キュービクル式受変電設備と称される事業所内の変電所に収容された高圧トランス（図示せず）や電力線、負荷温度や絶縁などの異常を検出するために、当該キュービクル式受変電設備に隣接して設置されている。
【００１６】
漏電検出装置１２は、後述するように、Ｂ種接地線に流れる電流量を計測し、電流量（の絶対値）が、所定の大きさを超えた場合に、漏電が発生していると判断して、制御／通信装置１８に出力する。その一方、電流量がもとの大きさに戻ったときには、漏電からの復旧を示す信号を制御／通信装置１８に出力する。
【００１７】
温度監視装置１４は、小型温調計（図示せず）を有し、その温度検知部（熱電対）が高圧トランスと熱的に結合されている。熱電対が設定された温度よりも高い温度を検出した場合に、その程度によって、温度の異常を示す信号を制御／通信装置１８に出力し、その一方、温度が設定された温度よりも低くなった場合にも、その程度によって、所定の正常復旧信号を制御／通信装置１８に出力する。
【００１８】
停電監視装置１６は、内蔵バッテリー（図示せず）を備え、外部から商用電力が供給されない場合であっても作動可能になっている。また、停電監視装置１６は、自分自身に供給される電力が停止した場合（すなわち、停電した場合）に、停電を示す信号を制御／通信装置１８に出力し、その一方、停電から復旧した場合に、復旧を示す信号を制御／通信装置１８に出力する。本実施の形態において、絶縁状態監視システム１０を設置する高圧トランスにおいては、高圧線を、動力線（たとえば２００Ｖ）および電灯線（たとえば１００Ｖ）に変換するため、電灯線に停電監視装置１６を接続すれば、間接的ではあるが高圧トランスの作動停止をも検出することが可能である。
【００１９】
電力使用量監視装置１７は、パルス計数回路を有し、高圧トランスや特定の負荷を持った電路に設置された電力量計（図示せず）もしくは電力量計に接続されたパルス変換器（図示せず）と接続されている。パルス計数回路は、電力量計もしくは電力量計に接続されたパルス変換器が電力量計の計測した電力使用量に応じて出力するパルスを計数し、パルスの量によって知ることのできる単位時間あたりの電力使用量が、所定の大きさを超えた場合に、電力の使用量の計画超過や過負荷が発生しているものと判断して、電力使用量超過を示す信号を、制御／通信装置１８に出力する。その一方、単位時間あたりの電力使用量が所定の大きさを下回った場合には、電力使用量超過からの復旧を示す信号を制御／通信装置１８に出力する。
【００２０】
制御／通信装置１８は、漏電監視装置１２から出力された、漏電を示す信号やその復旧を示す信号、温度監視装置１４から出力された高圧トランスの温度に関する信号、および、停電監視装置１６から出力された停電を示す信号やその復旧を示す信号を受け入れ、これに応答して、必要なデータを作成して、これを、通信回線（図示せず）を介して監視コンピュータ（図示せず）に送信する。また、制御／通信装置１８は、設定条件にしたがって、アンテナを介して、必要な呼出し信号を、技術者が携帯しているページャー（図示せず）に発信することも可能である。
【００２１】
図２は、本実施の形態にかかる漏電監視装置１２の構成およびその監視対象を示すダイヤグラムである。図２に示すように、たとえば、漏電監視装置１２は、単相三線式電路における中性相Ｎ線から接地されるＢ種接地線上に隣接して設置される。図２において、符号２０−１、２０−１、２０−３は、それぞれ単相の負荷を表わす。無論、３角型、或いは、Ｙ型をとる三相交流のＢ種接地線上に設置されても良い。図２に示すように、Ｂ種接地線上に、零相変流器１３が配設され、漏電監視装置１２は、零相変流器１３からの信号を受け入れる。
【００２２】
図３は、漏電監視装置１２の構成をより詳細に示すブロックダイヤグラムである。図３に示すように、漏電監視装置１２は、動力線や電灯線の電圧レベルを変換する変圧器２２と、変圧器２２からの信号を整流する整流回路２４と、整流回路２４からの信号に基づいて、動力線や電灯線の基準信号の周波数を検出する周波数検出部２６と、帯域通過フィルタ部２８と、帯域通過フィルタ部２８を経たデータから漏電を検出する判定処理部３０とを有している。
【００２３】
変圧器２２は、動力線（２００Ｖ）や電灯線（１００Ｖ）の高い電圧レベルを降圧して、たとえばＴＴＬレベルの電圧範囲内で信号処理する電圧レベルを得るために使用される。整流回路２４は、たとえば、変圧器の２次側の正弦波交流電圧をブリッジ整流回路で全波整流して、脈流電圧を取得し、それを振幅制限することで、パルスを取得する。周波数検出部２６は、得られたパルス波形の周期に基づいて、基準信号の周波数を検出する。
【００２４】
帯域通過フィルタ部２８は、本実施の形態においては、２次の帯域通過フィルタとして機能するディジタルフィルタであり、Ｂ種接地線上に配設された零相変流器１３からの信号を、Ａ／Ｄ変換し、Ａ／Ｄ変換により得られたデータに、フィルタ処理を施す。判定処理部３０は、フィルタ処理が施されたデータを参照して、漏電の有無を判定する。
【００２５】
図４を参照して、本実施の形態にかかる漏電監視装置１２の起動時に実行される処理について説明する。電源が投入されると（ステップ４０１）、漏電監視装置１２の周波数検出部２６は、基準信号の周波数を検出する（ステップ４０２）。たとえば、東日本においては、動力線や電灯線の基準信号の周波数は５０Ｈｚと検出され、西日本においては、基準信号の周波数は６０Ｈｚと検出される。周波数検出部２６は、予め記憶しておいた前回の作動時の周波数と比較して、周波数に変化があった場合に（ステップ４０３でイエス(Yes)）、周波数検出部２６は、新たな周波数を、帯域通過フィルタ部２８の中心周波数に設定する（ステップ４０４）。その後、帯域通過フィルタ部４０５が作動する（ステップ４０５）。
【００２６】
たとえば、東日本の電力線や電灯線については、５０Ｈｚを中心周波数として、Ｂ種接地線からの信号に基づくデータに２次の帯域通過濾波が行われるようにフィルタ処理が実行される。
【００２７】
フィルタ処理が施された後のデータは、判定処理部３０に受け入れられる。判定処理部３０は、データ値が所定の範囲を逸脱する場合に、漏電が生じたと判断し、制御／通信装置１８に漏電が生じたことを通知する。制御／通信装置１８は、漏電の通知に応答して、たとえば、警告の内容、漏電発生時刻などを含む所定のデータを作成し、通信回線（図示せず）を介して監視コンピュータ（図示せず）に送信する。また、必要に応じて、呼び出し信号をページャー（図示せず）に送信しても良い。
【００２８】
本実施の形態によれば、漏電監視対象の基準信号の周波数（たとえば、電源周波数）を検出し、この周波数を、帯域通過フィルタの中心周波数に設定する。また、帯域通過フィルタをディジタルフィルタで構成することで鋭い帯域通過特定とすることで、最適な濾波特性が得られ、適切に絶縁劣化の存在と進行を検出することが可能となる。
【００２９】
本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることは言うまでもない。
【００３０】
前記実施の形態においては、高圧トランスのＢ種接地線の漏電を検出するために、商用電力の動力線や電灯線の基準信号の周波数（つまり電源周波数）を検出し、それを帯域通過フィルタの中心周波数に設定するように構成されているが、このような構成に限定されるものではない。たとえば、商用電源以外に、鉄道、航空機、船舶などの個別異業態分野の電気設備に本発明を適用することができる。この場合にも、基準信号の周波数が検出され、帯域通過フィルタの中心周波数を適切に設定することができ、適切に漏電を検出することが可能となる。
【００３１】
同様に、本発明をインバータ回路などにおける漏電の監視にも利用することができる。この場合に、回路の基準信号の周波数を検出して、帯域通過フィルタの中心周波数に設定すればよい。
【００３２】
また、本実施の形態においては、帯域通過フィルタとして２次のディジタルフィルタを利用しているが、フィルタの次数はこれに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１は、本実施の形態にかかる漏電監視装置を備えた絶縁状態監視システムの構成を示すブロックダイヤグラムである。
【図２】図２は、本実施の形態にかかる漏電監視装置の構成およびその監視対象を示すダイヤグラムである。
【図３】図３は、本実施の形態にかかる漏電監視装置の構成をより詳細に示すブロックダイヤグラムである。
【図４】図４は、本実施の形態にかかる漏電監視装置の起動時に実行される処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３４】
１０        絶縁状態監視システム
１２        漏電監視装置
１３        零相変流器
１４        温度監視装置
１６        停電監視装置
１７        電力使用量監視装置
１８        制御／通信装置
２２        変圧器
２４        整流回路
２６        周波数検出部
２８        帯域通過フィルタ部
３０        判定処理部
【図１】
2006058143.tif 000003
【図２】
2006058143.tif 000004
【図３】
2006058143.tif 000005
【図４】
2006058143.tif 000006