(57)【要約】      （修正有）【課題】バンドパスフィルタ・同期整流回路の調整方法において、ゲイン調整を自動で行う。【解決手段】校正モードにおいては，モード切替手段８，９，７２を校正モードに切替え、校正用矩形波発生回路１からバンドパスフィルタ３に校正用矩形波ａを入力し、同期整流回路４、ＡＤ変換機７０にて値Ｘを得る。校正用矩形波ａに対する出力の期待値Ｗから、バンドパスフィルタ３の増幅度（ゲイン）を表す定数Ｗ／Ｘを演算部７１により演算する。測定モードにおいては、モード切替手段８，９，７２を測定モードに切替え、測定入力ｂが入力し、同期整流回路４、ＡＤ変換機７０にて値Ｙを得る。該値Ｙと前記Ｗ／Ｘを用いて、測定結果の値Ａ＝ＴｘＷ／Ｘを演算部７１により演算することにより、測定結果の値を得る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
校正モードと測定モードを有するバンドパスフィルタ・同期整流回路において，
校正モードにおいては，校正用矩形波発生回路から前記バンドパスフィルタに校正用矩形波ａを入力され，該バンドパスフィルタを通過して得られる正弦波ａ１は，同期整流回路と波形成形回路とに入力され，該波形成形回路を通過して得られる矩形波ａ２によって同期整流回路は同期整流を行い，同期整流した出力をＡＤ変換部にてＡＤ変換して値Ｘを得，該値Ｘと，校正用矩形波ａに対する出力の期待値Ｗからバンドパスフィルタの増幅度（ゲイン）を表す定数Ｗ／Ｘを演算部により演算し，
測定モードにおいては，前記バンドパスフィルタに測定入力端子から測定入力ｂが入力され，該バンドパスフィルタを通過して得られる正弦波ｂ１は前記同期整流回路に入力されるとともに，同期整流回路は，同期整流基準矩形波発生回路から発生される基準矩形波ｃによって同期整流を行い，同期整流した出力をＡＤ変換部にてＡＤ変換して値Ｙを得，
該値Ｙと前記定数Ｗ／Ｘを用いて，
測定結果の値Ａ＝Ｙ×Ｗ／Ｘを演算部により演算することにより，測定結果の値を得ることを特徴とするバンドパスフィルタ・同期整流回路のゲイン調整方法。
【請求項２】
校正モードと測定モードを有するバンドパスフィルタ・同期整流回路を設けた直流電路地絡検出装置において，
常には校正モードで動作され，電路に接続された直流地絡過電圧継電器６４Ｄからの起動信号を起動信号受信部にて受信した場合には，モード切替手段により測定モードに切替り，該測定モードにて動作することを特徴とした請求項１記載のゲイン調整方法を用いた直流電路地絡検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
変電所，発電所や大規模プラントにおいては機器の制御のために直流回路が用いられる。通常直流回路にはＪＥＭ１０９０（日本電機工業会規格１０９０）で定められた直流地絡過電圧継電器６４Ｄ（直流地絡継電器６４Ｄという）が接続されている。本発明のバンドパスフィルタ・同期整流回路の調整方法は，直流地絡が発生したときに，直流地絡継電器６４Ｄに代わって直流回路に接続され，直流回路のN極とアース間に交流信号を生成させ，その交流信号から地絡抵抗に流れる漏れ電流を，変流器ＺＣＴによって検出する直流電路地絡検出装置に内蔵するバンドパスフィルタ・同期整流回路のゲイン調整技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
バンドパスフィルタ部や同期整流回路部には抵抗やコンデンサが使用されているが，これらの部品は誤差範囲を含んでいる。コスト面と特性面の兼ね合いで，実際に使用する部品は抵抗で±1％程度，コンデンサで±10％程度の誤差を有している。回路を構成するこれら部品の誤差が累積するため，測定には必ず増幅度（ゲインという）の調整が必要である（非特許文献１参照）。
【０００３】
従来はバンドパスフィルタ部や同期整流回路部にそれぞれ半固定抵抗を設けておき，測定入力に基準値を入力したときの出力を測定器で測定したとき調整値になるよう，人手により半固定抵抗を調整する必要があった。
図３は従来，バンドパスフィルタ部や同期整流回路部に設けていたゲイン調整回路の例である。予め定められた校正用の信号入力により，入力された信号に対する出力を測定器で測定し，出力が該予め定められた校正用の信号入力に相応する期待値になるよう，半固定抵抗ＶＲ１を手動で回しながらゲイン調整を行っていた。
【０００４】
【非特許文献１】岡村廸夫著「定本ＯＰアンプ回路の設計」ＣＱ出版，１９９０年９月３０日，ｐ．１７８−１８０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら，従来の方法では半固定回路の調整を人手で行っていたため作業の得手不得手による調整のばらつきが生じたり，調整に時間がかかり，生産コストが上昇するという問題があった。時間の内訳は，試験条件の設定時間，測定器の準備・接続時間，半固定抵抗を回して調整する時間などである。人手による工程上の調整に要する時間は，半日〜一日程かかっていた。また調整回路における半固定抵抗は高価であるため装置のコストアップになるという課題があった。また，コンデンサや抵抗などの部品は経年変化により，その容量や抵抗値が変化するため，工場出荷時に合わせたゲイン調整値から徐々にずれる。そのため長期的にメンテナンス作業が必要になり，技術者が設置場所へ赴き，先に述べたようなゲイン調整を行う必要性が生じ，後々のメンテナンス費用が発生するなどコストがアップするという問題があった。
【０００６】
そこで本件の発明の目的とするところは，ゲイン調整を自動で行うことにより，人手によるゲイン調整時間を不要とし，製造工程及びメンテナンス時のゲイン調整におけるコストを削減できるとともに，高価な半固定抵抗を削除してコストの上昇を抑えることが可能なバンドパスフィルタ・同期整流回路の調整方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の目的を達成するために，本発明では，校正モードと測定モードを有するバンドパスフィルタ・同期整流回路において，
校正モードにおいては，校正用矩形波発生回路から前記バンドパスフィルタに校正用矩形波ａを入力され，該バンドパスフィルタを通過して得られる正弦波ａ１は，同期整流回路と波形成形回路とに入力され，該波形成形回路を通過して得られる矩形波ａ２によって同期整流回路は同期整流を行い，同期整流した出力をＡＤ変換部にてＡＤ変換して値Ｘを得，該値Ｘと，校正用矩形波ａに対する出力の期待値Ｗからバンドパスフィルタの増幅度（ゲイン）を表す定数Ｗ／Ｘを演算部により演算し，
測定モードにおいては，前記バンドパスフィルタに測定入力端子から測定入力ｂが入力され，該バンドパスフィルタを通過して得られる正弦波ｂ１は前記同期整流回路に入力されるとともに，同期整流回路は，同期整流基準矩形波発生回路から発生される基準矩形波ｃによって同期整流を行い，同期整流した出力をＡＤ変換部にてＡＤ変換して値Ｙを得，
該値Ｙと前記定数Ｗ／Ｘを用いて，
測定結果の値Ａ＝Ｙ×Ｗ／Ｘを演算部により演算することにより，測定結果の値を得ることを特徴としてバンドパスフィルタ・同期整流回路のゲイン調整方法を提供したものである。
【０００８】
また，校正モードと測定モードを有するバンドパスフィルタ・同期整流回路を設けた直流電路地絡検出装置において，
常には校正モードで動作され，電路に接続された直流地絡過電圧継電器６４Ｄからの起動信号を起動信号受信部にて受信した場合には，モード切替手段により測定モードに切替り，該測定モードにて動作することを特徴として請求項１記載のゲイン調整方法を用いた直流電路地絡検出装置を提供したものである。
【発明の効果】
【０００９】
以上のように本件の発明によれば，ゲイン調整を自動で行うことにより，人手によるゲイン調整時間を不要とし，製造工程及びメンテナンス時のゲイン調整におけるコストを削減できるとともに，高価な半固定抵抗を削除してコストの上昇を抑えることが可能なバンドパスフィルタ・同期整流回路のゲイン調整方法及び該ゲイン調整方法を用いた直流電路地絡検出装置を提供することができる。
【実施例１】
【００１０】
以下，本発明の実施の形態について，図面を用いて詳細に説明する。
【００１１】
図１は本件発明のバンドパスフィルタ・同期整流回路の自動ゲイン調整回路の実施例を示したものである。
【００１２】
１は校正用矩形波を発生させる校正用矩形波発生回路，２は測定時において測定入力を入力される測定入力端子，３はバンドパスフィルタ，４は同期整流回路である。３と４でバンドパスフィルタ・同期整流回路を構成する。
【００１３】
同期整流回路は，同期整流用矩形波の論理にに基づき（特開平８−１８２１７９号を参照願いたい），直流電路において全漏れ電流から抵抗成分（Ｒ分）の漏れ電流を分離するときに用いられるものである。電路に低周波の電圧を生成させ，地絡電流のうち，対地静電容量成分（Ｃ分という）と抵抗成分（Ｒ分という）とで位相が９０度ずれていることを利用して，同期整流用矩形波の変化点に基づき，Ｃ分の漏れ電流をキャンセルしＲ分の電流を分離する。
【００１４】
５は波形成形回路であり，バンドパスフィルタから出力される正弦波が通過することにより，該正弦波のゼロクロス点でＨｉｇｈ−Ｌｏｗ状態が順次切り変わる矩形波を出力する。
【００１５】
６は同期整流基準矩形波の発生回路であり，先に述べた，電路に生成される低周波の電圧を，同期整流の基準となるよう，測定電路を介さない場所に設けられた変流器にて検知し，出力された信号を用いて，同期整流を行う際に用いられる基準矩形波を発生させる。
【００１６】
７０はＡＤ変換部（ＡＤＣという）でありアナログデータをディジタルデータに変換する。７１は演算部でありＡＤＣ７０から出力された信号を元に演算を行うものである。これら７０，７１は，同期整流回路に接続されているマイコン７の内部に設けられている。
【００１７】
また，本バンドパスフィルタ・同期整流回路の自動ゲイン調整回路には，校正モードと測定モードを切替えるためのモード切替え手段が３個設けられている。第一には，校正モードにおいては校正用矩形波発生回路１を，測定モードにおいては測定入力端子２をバンドパスフィルタに接続するための第一のモード切替え手段８が設けられており，これはメカニカルな切替えスイッチで構成されている。また半導体スイッチで構成してもよい。
【００１８】
第二には，マイコン７の内部でソフトウエアの分岐処理として設けられた，第二のモード切替え手段７２で，校正モードにおいては校正モードの処理ルーチンに導き，測定モードにおいては測定モードの処理ルーチンに導くようプログラムされている。
【００１９】
第三には，校正モードにおいては波形成形回路５を，測定モードにおいては同期整流基準矩形波発生回路６を同期整流回路４に接続するもので，論理回路を用いて構成されている。なお，メカニカルまたは半導体のスイッチを用いて構成してもよいし，マイコン内部で実現しても良い。
【００２０】
このようにバンドパスフィルタ・同期整流回路を構成している。
【００２１】
次に，校正モードにおける動作について説明する。校正モードのときには，３つの切替え手段８，７２，９が校正モードに切替わり，まず校正用矩形波発生回路１から校正用矩形波ａがバンドパスフィルタ３に入力される。校正用矩形波は，装置を校正するときに用いるもので，定められた入力に対する演算後の出力値（期待値）を決めるためのものである。本発明においては，予め定められた校正用矩形波ａに対して期待される演算後の出力値（期待値）Ｗを用いて校正を行う。
【００２２】
バンドパスフィルタ３は校正用矩形波ａの基本波だけを増幅して正弦波ａ１を出力する。したがって校正用矩形波ａの電圧レベル（例えば５Ｖ）から，測定結果になって欲しい値すなわち期待値Ｗが予め計算できる。つまり，校正用矩形波ａの電圧レベルから，基本波となる正弦波ａ１の電圧が計算でき，その基本波となる正弦波ａ１の電圧を入力したときの期待値Ｗが予め定まる。この期待値Ｗが，回路に用いる部品に誤差があるにもかかわらず出力させたい理想的な値となる。バンドパスフィルタ３を通過した入力正弦波ａ１は，同期整流回路４と，波形成形回路５とに入力される。波形成形回路５を通過した正弦波ａ１から矩形波ａ２が得られ，入力正弦波ａ１と該矩形波ａ２によって同期整流回路４は同期整流を行う。
【００２３】
校正することにより，経時的な部品の容量値や抵抗値などの変化や，温度変化による部品の容量値や抵抗値などの変化が原因となる測定誤差を防ぐことができる。
【００２４】
同期整流回路４の出力は，バンドパスフィルタ３の出力波形をゼロクロス点で折り返した全波整流波形の積分値となる。この出力値をマイコン７のＡＤＣ７０でＡＤ変換し，変換後の値（ＡＤＣ値という）Ｘが得られる。この値Ｘが，回路に用いられる部品の誤差を含んだ測定値となる。その後，ソフトウエア的に校正モードに切替えられた第二のモード切替え手段７２を経て，演算部７１にてＡＤＣ値Ｘと期待値Ｗとから増幅度（ゲイン）を表す定数Ｗ／Ｘが演算される。測定モードではこの定数Ｗ／Ｘを用いて測定を行う。
【００２５】
次に測定モードにおける操作について説明する。測定モードのときには，３つの切替え手段８，７２，９が測定モードに切替わり，まず測定入力端子２から測定入力ｂがバンドパスフィルタ３に入力される。バンドパスフィルタ３を通過して得られる正弦波ｂ１は同期整流回路４に入力される。また，第三のモード切替え手段９が測定モードに切替わることにより，同期整流基準矩形波発生回路６が同期整流回路４に接続される。同期整流基準矩形波発生回路６により同期整流回路４に入力される基準矩形波は予め抵抗分（Ｒ分）の出力が出るよう位相調整したものである。この基準矩形波の変化点を元に同期整流を行うため，回路条件における位相のずれを吸収して測定が行える。
【００２６】
測定入力端子１からの入力ｂが抵抗成分（Ｒ分）の漏れ電流である場合，同期整流回路４の出力は，バンドパスフィルタ３の出力波形をゼロクロス点で折り返した全波整流波形の積分値となる。この出力値をマイコン７のＡＤＣ７０でＡＤ変換し，変換後の値（ＡＤＣ値という）Ｙが得られる。この値Ｙが，測定電路における測定値となる。その後，ソフトウエア的に測定モードに切替えられた第二のモード切替え手段７２を経て，演算部７１にて，ＡＤＣ値Ｙと校正モードで得たゲインを表す定数Ｗ／Ｘを用いて演算を行う。
【００２７】
先に校正モードから得たゲインを表す定数をＧとすると，Ｇ＝Ｗ／Ｘにより，真の測定値をＡとした場合，Ａ＝Ｙ×Ｇ，すなわちＡ＝Ｙ×（Ｗ／Ｘ）で演算できる。このように校正によって得られたゲインＧ＝Ｗ／Ｘを用いることで，測定値は常に回路条件に左右されず正しいＲ分の漏れ電流を得ることができる。
【００２８】
このように本発明の方法によれば，従来必要であった半固定抵抗を調整する必要はなく自動的にゲイン調整が行なわれる。したがって調整のための時間それに伴うコストが不要になり，図３のようなゲイン調整回路が不要になるのでコストの上昇を抑えることができる。また経年変化における部品の容量値や抵抗値のずれに伴うメンテナンス作業作業が不要になりコストの上昇を抑えることができる。
【００２９】
なお，完全に調整を無くすための要件として，バンドパスフィルタ・同期整流回路の波形を飽和させないことが必要である。このためには，例えば入力電圧の最大値を，手作業により半固定抵抗で調整していたときの半分にしておけば良い。測定信号の大きさが半分になるが，ＡＤＣの精度を上げたり，ＡＤＣ読み取り回数を増やしてみかけ上精度が同じになるようにすれば，ほぼ測定精度を保って測定値を得ることができる。ＡＤＣの精度を上げるのは，専用のＡＤＣ素子を用いるか，マイコンのカウンタを用いた積分型にするか，レンジ切り替えするか，高精度のＡＤＣ内蔵のマイコンを使うかなどで実現する事ができる。
【００３０】
次に，校正用矩形波発生回路１について説明する。図４は校正用矩形波の発生回路の例である。マイコンの出力をＣＭＯＳのＩＣ４２で強化して出力している。マイコンの電源に用いるスイッチング電源は±５％のものが得られるので，この回路ではほぼ±５％の精度で調整可能となる。
【００３１】
図５には校正用矩形波発生回路１の他の例を示している。基準電圧ＩＣ５３によりの安定した電圧を供給できる。基準電圧ＩＣ５３の精度は±０．５％のものが容易に入手できる。したがって±０．５％程度の精度の調整が容易に実現可能となる。
【００３２】
図６には校正用矩形波発生回路１のその他の例として，バンドパスフィルタ部の入力が電流入力の場合の回路例を示している。ＣＭＯＳインバータＩＣ６５の出力電圧が０Ｖまたは５Ｖであるので，抵抗Ｒ６２をＲ６１の２倍，即ちＲ６２＝２×Ｒ６１にすると，校正用矩形波の電流のＤＣ成分を０にでき，バンドパスフィルタ部の入力をモード切替により切り替えた際の波形の乱れを少なくする事ができる。精度は上の例と比べると±１０％と下がるが，切替えスピードを早くできる。
【００３３】
図２は本発明の方法を適用した直流電路地絡検出装置の例を示している。複数の電路のうち，電路１に地絡ＲＥが発生した場合を示している。電路には零相変流器であるＺＣＴ（１）〜ＺＣＴ（ｎ）が設けられており，該ＺＣＴは直流電路地絡検出装置に接続されている。また，本直流電路地絡検出装置には先に説明したバンドパスフィルタ・同期整流回路が設けられている。
【００３４】
地絡ＲＥの無い通常時は，直流回路のＰ極，アース極，Ｎ極は直流地絡継電器６４Ｄ（図示しない）に接続されている。通常時には，直流電路地絡検出装置１２はマイコンに記憶されたプログラムにより，校正モードで動作するようにセットされている。１１は直流電源であり，電路に電源を供給している。
【００３５】
地絡ＲＥが発生すると，電路に接続されている直流地絡継電器６４Ｄは起動信号を出力する。該起動信号を起動信号受信部（図示しない）にて受信した直流電路地絡検出装置１２は直流地絡継電器６４Ｄに代わって電路のＰ極，アース極，Ｎ極が接続され，直流電路地絡検出装置１２は測定モードに切り変わる。交流信号の生成回路により，電路に低周波の正弦波電圧が生成され，該生成された正弦波電圧はアースから地絡ＲＥを経てＺＣＴ１を流れるため，ＺＣＴ１からの出力をバンドパスフィルタ・同期整流回路で受けて抵抗成分の漏れ電流を検出することが可能である。
【００３６】
地絡の発生時期は予測しがたく，装置の設置後，相当な期間を経ている場合もままある。しかしながら，直流電路地絡検出装置は，通常時には校正モードで動作を行っているため，直流継電器６４Ｄから起動信号を受信する直前まで常に回路の校正を行い，その時々の最新のゲインＧを得ている。このため，部品の容量値や抵抗値の経年変化に左右されることなく，地絡が発生した場合には最新のゲインＧを用いて測定値から真の測定値を演算することが出来，抵抗成分の地絡電流の値を正確に検出することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明はバンドパスフィルタ・同期整流回路に適用できる方法であるため、バンドパスフィルタ・同期整流回路を用いる電流や電圧のベクトル測定の分野に適用できる。また，自動でゲイン調整を行うため回路の小型化により，操作が簡単な携帯型の地絡検出装置への適用も考えられる。また同期整流用の矩形波をＣ成分に合せることにより，Ｃの測定装置へも適用できる。なお，本発明における抵抗成分漏れ電流の出力を得るために同期整流の出力を用いているが，該同期整流の出力として，折り返した波形を生成信号の周期の整数倍時間積分した値を用いて測定を行い，出力値を増大させることでより正確な測定が行えるようになるという可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明のバンドパスフィルタ・同期整流回路の自動ゲイン調整回路の実施例の図である。
【図２】本発明を適用する直流電路地絡検出装置の例を示した図である。
【図３】従来のゲイン調整の例を示した図である。
【図４】校正用矩形波の発生回路の例を示した図である。
【図５】校正用矩形波の発生回路の例を示した図である。
【図６】校正用矩形波の発生回路の例を示した図である。
【符号の説明】
【００３９】
１      校正用矩形波発生回路
２      測定入力端子
３      バンドパスフィルタ
４      同期整流回路
５      波形成形回路
６      同期整流基準矩形波発生回路
７      マイコン
７０    ＡＤ変換部
７１    演算部
１１    直流電源
１２    直流電路地絡検出装置
３１    オペアンプ
４２    ＣＭＯＳインバータ
５３    基準電圧ＩＣ
５４    オペアンプ
６５    ＣＭＯＳインバータ
【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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