(57)【要約】      （修正有）【課題】対地絶縁抵抗に起因する漏れ電流及び対地静電容量に起因する漏れ電流を測定し、漏れ電流値が増大している相を判別する。【解決手段】３相３線式又は３相４線式の配電系統の３相電源に接続される測定コンデンサ１０の静電容量と前記測定コンデンサ１０の接地線を流れる３次高調波電流Ｉc3とから、３次高調波相電圧E3を算出する。また、零相電流Ｉ0に含まれる３次高調波電流Ｉ03と３次高調波相電圧E3とから算出される対地静電容量と３相相電圧とから、対地静電容量によるＲ，Ｓ，Ｔの３相の合計漏洩電流値を計測する高周波処理部１３と、商用周波数零相電流Ｉ0の有効成分、無効成分及び零相電流Ｉ０を出力する基本波処理部３の両処理部の出力値から対地静電容量による各相別の漏洩電流と、対地絶縁抵抗よる漏れ電流Ｉｇｒの誤差を最小にした値と、漏れ電流Ｉｇｒが増大している相を判別する演算部１４を備える。【選択図】図１
2009058234.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源が星形に結線された３相３線式又は３相４線式の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れ電流Ｉｇｒ及び対地静電容量に起因する漏れ電流Ｉｇｃを測定する漏れ電流の測定装置において、
３組のコンデンサを星形に結線し、その中性点を、接地線を経由して接地する測定用の回路と、
前記３相３線式又は３相４線式の配電系統の３相電源の３相相電圧に含まれる電源商用周波数の３倍の周波数である３次高調波相電圧E3に起因し、前記接地線を流れる３次高調波電流の値Ｉc3と前記３組のコンデンサの静電容量の値とから、前記３次高調波相電圧E3の値を算出し、前記３線又は４線に流れる電流のベクトル和である零相電流Ｉ0に含まれる３次高調波電流の値と前記３次高調波相電圧E3の値とから算出される３相合計の対地静電容量の値と前記３相相電圧の値とから、前記電源商用周波数における対地静電容量に起因するＲ相、Ｓ相及びＴ相の３相の合計漏洩電流（ＩｇｃR＋ＩｇｃS＋ＩｇｃT）の値を計測する高調波処理手段と、
前記電源商用周波数の３相相電圧が入力され、前記零相電流Ｉ0を、３相のうちのいずれか１相の入力電圧と同位相方向の成分Ｉ0Aと、入力電圧と直角方向の成分Ｉ0Bとに分解して得られる電流値と、前記零相電流Ｉ0と、前記合計漏洩電流（ＩｇｃR＋ＩｇｃS＋ＩｇｃT）の値とに基づいて、対地静電容量に起因する各相別の漏洩電流ＩｇｃR、ＩｇｃS、ＩｇｃTの値と、対地絶縁抵抗に起因する漏れ電流Ｉｇｒの誤差を最小にした値と、前記漏れ電流Ｉｇｒの値が最大になっている相を演算する演算手段と
を備えることを特徴とする漏れ電流の測定装置。
【請求項２】
前記演算手段は、前記３相電源の３相相電圧のうちの２相分の入力電圧と同位相方向の成分と、３相相電圧のうちの２相分の入力電圧と直角方向の成分の値が零又はほぼ零のときに、前記零相電流Ｉ0に含まれる電源商用周波数成分の値を対地絶縁抵抗に起因する漏れ電流Ｉｇｒとして出力することを特徴とする請求項１記載の漏れ電流の測定装置。
【請求項３】
前記演算手段は、３相のうちのいずれか１相の入力電圧と同位相方向の成分Ｉ0Aの実測値をＡとし、前記実測値Ａを測定した相の入力電圧と直角方向の成分Ｉ0Bの実測値をＢとし、対地静電容量に起因する３相の合計漏洩電流（ＩｇｃR＋ＩｇｃS＋ＩｇｃT）の実測値をＦとしたとき、下記の式（１）から式（３）にそれぞれ実測値を代入して各式により値を求め、
Ｆ／３＋２Ｂ／３          ・・・（１）
Ｆ／３−Ｂ／３＋Ａ／√３  ・・・（２）
Ｆ／３−Ｂ／３−Ａ／√３  ・・・（３）
前記零相電流Ｉ0の実測値と前記実測値Ｆとから、前記漏れ電流Ｉｇｒの暫定値Ｉｇｒ’を算出し、前記暫定値Ｉｇｒ’を√３で除した値を値ｘとし、
前記式（１）から式（３）より得られた値のうち、前記式（１）の値が最大であるとき、前記式（１）の値から値ｘを減じた値をＤ１１、前記式（２）の値に値ｘを加えた値をＤ２２、式（３）の値をＤ３とし、前記Ｄ１１の値が前記Ｄ２２の値より大きいときには、Ｔ相の漏れ電流Ｉｇｒが最大であるとの判定をし、前記Ｄ１１、Ｄ２２、Ｄ３の値をそれぞれＲ相、Ｓ相、Ｔ相の対地静電容量に起因する漏洩電流ＩｇｃR、ＩｇｃS、ＩｇｃTの近似値となし、
前記Ｄ１１の値が前記Ｄ２２の値より小さいときには、Ｒ相の漏れ電流Ｉｇｒが最大であるとの判定をし、前記式（１）の値をＤ１とし、前記式（２）の値から値ｘを減じた値をＤ２１、前記式（３）の値に値ｘを加えた値をＤ３２とし、前記Ｄ１、Ｄ２１、Ｄ３２の値をそれぞれＲ相、Ｓ相、Ｔ相の対地静電容量に起因する漏洩電流ＩｇｃR、ＩｇｃS、ＩｇｃTの近似値となし、
前記式（１）から式（３）より得られた値のうち、前記式(２)の値が最大のとき、前記Ｄ２１の値が前記Ｄ３２の値より大きいときには、Ｒ相の漏れ電流Ｉｇｒが最大であるとの判定をし、前記Ｄ１、Ｄ２１、Ｄ３２の値をそれぞれＲ相、Ｓ相、Ｔ相の対地静電容量に起因する漏洩電流ＩｇｃR、ＩｇｃS、ＩｇｃTの近似値となし、
前記Ｄ２１の値が前記Ｄ３２の値より小さいときには、Ｓ相の漏れ電流Ｉｇｒが最大であるとの判定をし、前記式（３）の値から値ｘを減じた値をＤ３１、前記式（２）の値をＤ２とし、前記式（１）の値に値ｘを加えた値をＤ１２とし、前記Ｄ１２、Ｄ２、Ｄ３１の値をそれぞれＲ相、Ｓ相、Ｔ相の対地静電容量に起因する漏洩電流ＩｇｃR、ＩｇｃS、ＩｇｃTの近似値となし、
前記式（１）から式（３）より得られた値のうち、前記式（３）の値が最大であるとき、前記Ｄ３１の値が前記Ｄ１２の値より大きいときは、Ｓ相の漏れ電流Ｉｇｒが最大であるとの判定をし、前記Ｄ１２、Ｄ２、Ｄ３１の値をそれぞれＲ相、Ｓ相、Ｔ相の対地静電容量に起因する漏洩電流ＩｇｃR、ＩｇｃS、ＩｇｃTの近似値となし、
前記Ｄ３１の値が前記Ｄ１２の値より小さいときには、Ｔ相の漏れ電流Ｉｇｒが最大であるとの判定をし、前記の前記Ｄ１１、Ｄ２２、Ｄ３の値をそれぞれＲ相、Ｓ相、Ｔ相の対地静電容量に起因する漏洩電流ＩｇｃR、ＩｇｃS、ＩｇｃTの近似値となすことを特徴とする請求項１記載の漏れ電流の測定装置。
【請求項４】
前記演算手段は、
対地絶縁抵抗に起因する漏れ電流Ｉｇｒの値が最大になっている相がR相と判定されたときは、誤差を最小にした漏れ電流Ｉｇｒを、
Ｉｇｒ＝Ｉ0−０．５√３（Ｓ相の漏洩電流ＩｇｃSの近似値−Ｔ相の漏洩電流ＩｇｃTの近似値）とし、
対地絶縁抵抗に起因する漏れ電流Ｉｇｒの値が最大になっている相がＳ相と判定されたときは、誤差を最小にした漏れ電流Ｉｇｒを、
Ｉｇｒ＝Ｉ0−０．５√３（Ｔ相の漏洩電流ＩｇｃTの近似値−Ｒ相の漏洩電流ＩｇｃRの近似値）とし、
対地絶縁抵抗に起因する漏れ電流Ｉｇｒの値が最大になっている相がＴ相と判定されたときは、誤差を最小にした漏れ電流Ｉｇｒを、
Ｉｇｒ＝Ｉ0−０．５√３（Ｒ相の漏洩電流ＩｇｃRの近似値−Ｓ相の漏洩電流ＩｇｃSの近似値）として出力することを特徴とする請求項３記載の漏れ電流の測定装置。
【請求項５】
当該漏れ電流の測定装置は、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乃至４のいずれか１に記載の漏れ電流測定装置。
【請求項６】
前記表示手段は、前記演算手段から出力される対地絶縁抵抗に起因する漏れ電流Ｉｇｒが最大となる相を表示することを特徴とする請求項５記載の漏れ電流測定装置。
【請求項７】
当該漏れ電流の測定装置は、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乃至６のいずれか１に記載の漏れ電流測定装置。
【請求項８】
当該漏れ電流の測定装置は、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乃至７のいずれか１に記載の漏れ電流測定装置。
【請求項９】
電源が星形に結線された３相３線式又は３相４線式の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れ電流Ｉｇｒ及び対地静電容量に起因する漏れ電流Ｉｇｃを測定する漏れ電流の測定方法であって、
３組のコンデンサを星形に結線し、その中性点を、接地線を経由して接地する測定用の回路を有し、
前記３相３線式又は３相４線式の配電系統の３相電源の３相相電圧に含まれる電源商用周波数の３倍の周波数である３次高調波相電圧E3に起因し、前記接地線を流れる３次高調波電流の値Ｉc3と前記３組のコンデンサの静電容量の値とから、前記３次高調波相電圧E3の値を算出し、前記３線又は４線に流れる電流のベクトル和である零相電流Ｉ0に含まれる３次高調波電流の値と前記３次高調波相電圧E3の値とから算出される３相合計の対地静電容量の値と前記３相相電圧の値とから、前記電源商用周波数における対地静電容量に起因するＲ相、Ｓ相及びＴ相の３相の合計漏洩電流（ＩｇｃR＋ＩｇｃS＋ＩｇｃT）の値を計測する高調波処理工程と、
前記電源商用周波数の３相相電圧が入力され、前記零相電流Ｉ0を、３相のうちのいずれか１相の入力電圧と同位相方向の成分Ｉ0Aと、入力電圧と直角方向の成分Ｉ0Bとに分解して得られる電流値と、前記零相電流Ｉ0と、前記合計漏洩電流（ＩｇｃR＋ＩｇｃS＋ＩｇｃT）の値とに基づいて、対地静電容量に起因する各相別の漏洩電流ＩｇｃR、ＩｇｃS、ＩｇｃTの値と、対地絶縁抵抗に起因する漏れ電流Ｉｇｒの誤差を最小にした値と、前記漏れ電流Ｉｇｒの値が最大になっている相を演算する演算工程と
を備えることを特徴とする漏れ電流の測定方法。
【請求項１０】
前記演算工程は、前記３相電源の３相相電圧のうちの２相分の入力電圧と同位相方向の成分と、３相相電圧のうちの２相分の入力電圧と直角方向の成分の値が零又はほぼ零のときに、前記零相電流Ｉ0に含まれる電源商用周波数成分の値を対地絶縁抵抗に起因する漏れ電流Ｉｇｒとして出力することを特徴とする請求項１記載の漏れ電流の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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の漏れ電流を測定する漏れ電流の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、被測定電路や電気機器を停電させて、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】
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Ｉ0という。）を検知するようにしたものがある。この零相電流（漏れ電流）Ｉ0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通じて流れる漏れ電流（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通じて流れる漏れ電流（以下、Iｇｃという。）とのベクトル和で構成されている。
【０００４】
近年、電力用半導体素子を応用したインバーター等高い周波数を発生させる機器が広く用いられ、４００Ｖ級配電線では、線路の敷設長、設備容量の増大が影響して、静電容量を通じて流れる漏れ電流Ｉｇｃの増加が著しい。
【０００５】
したがって、零相電流Ｉ0のみの検出だけでは、本来検出が目的の漏電の尺度である対地絶縁抵抗を通じて流れる漏れ電流Iｇｒとの区別が不可能となり、零相電流Ｉ0の増大を検出して動作する漏電遮断器の誤動作を招いている。
【０００６】
近年、電力の大口需要家で採用が増加し、かつ、海外の配電方式の標準となっている、変圧器の低圧側の３相巻線を星形に結線した電源から給電される４００V級３相４線式配電方式（以下３相４線配電という。）の電路及び電気機器の絶縁の絶縁状態の測定方法として、電圧印加部分から接地部分へ流れる零相電流Ｉ0を測定し、この値を絶縁抵抗を通じて流れる漏れ電流Ｉｇｒの値として絶縁を監視する方法が行われている。
【０００７】
この方法は、３相各相の対地静電容量の値が等しい（以下この状態を、バランス状態という。）ときは、漏れ電流Iｇｒの値と零相電流Ｉ0の値とは一致するが、等しくないとき（以下この状態を、アンバランス状態という。）は、アンバランス状態に起因する値が零相電流Ｉ0の値に加わって出力されるため、零相電流Ｉ0の値を漏れ電流Iｇｒの値とすると大きな誤差を含むことになる。何よりも、各相の対地静電容量がバランスしているかどうかは、この時点では計測不能なため、測定そのものの信頼性が失われている。
【０００８】
他の方法である、変圧器の低圧側３相巻線を正三角形に結線した電源から給電される２００V３相３線のうちの１線を接地する配電方式の測定方法は、アンバランス状態に起因する誤差を含む漏れ電流Ｉｇｒの計測は可能であるが、３相４線配電方式には適用できない。さらに他の方法として、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。これら公報において開示される技術は、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、３相４線式配電方式の電路における漏れ電流Ｉｇｒの測定には不向きである。低周波の低電圧を配電線に送り込む方法は、特許文献２に記載されるように、全ての回路にも適用可能であるが、設備が複雑であり、安価に提供することが困難である。
【０００９】
近年、３相４線配電方式の系統規模が広範囲複雑化し、漏電遮断器の誤作動の原因となる対地静電容量を通じて流れる漏れ電流Ｉｇｃの値も増大し、これらの減少対策が必要になっている。また、３相４線配電方式は、大容量動力等の３相負荷と照明や大容量溶接器等の単相負荷が混在しアンバランス状態の系統が増加している。このため、各相別のＩｇｃを測定して配電系統状態を把握し、アンバランス状態に起因する誤差を少なくした故障に関係する漏れ電流Ｉｇｒを測定し、さらに、漏れ電流Ｉｇｒが増大している相を検出して、絶縁劣化個所と劣化程度の把握等の要求が増大しているが、従来の方法ではこれらの測定検出は不可能である。
【特許文献１】特開２００２−１２５３１３
【特許文献２】特開平３−１７９２７１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上述したような問題点を解消することを技術課題として提案されたものであって、３相３線式又は３相４線の配電方式の配電回路の対地静電容量を通じて流れる各相別の電流Ｉｇｃ値を把握し、さらに、アンバランス状態に起因する誤差を少なくした漏れ電流Ｉｇｒ値を把握し、さらにまた、漏れ電流Ｉｇｒ値が増大している相の判定を行うことを可能とする漏れ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。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述したような技術課題を解決するため、本発明に係る漏れ電流の測定装置は、電源が星形に結線された３相３線式又は３相４線式の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れ電流Ｉｇｒ及び対地静電容量に起因する漏れ電流Ｉｇｃを測定する漏れ電流の測定装置である。この漏れ電流測定装置は、３組のコンデンサを星形に結線し、その中性点を、接地線を経由して接地する測定用の回路と、３相３線式又は３相４線式の配電系統の３相電源の３相相電圧に含まれる電源商用周波数の３倍の周波数である３次高調波相電圧E3に起因し、接地線を流れる３次高調波電流の値Ｉc3と３組のコンデンサの静電容量の値とから、３次高調波相電圧E3の値を算出し、３線又は４線に流れる電流のベクトル和である零相電流Ｉ0に含まれる３次高調波電流の値と前記３次高調波相電圧E3の値とから算出される３相合計の対地静電容量の値と３相相電圧の値とから、電源商用周波数における対地静電容量に起因するＲ相、Ｓ相及びＴ相の３相の合計漏洩電流（ＩｇｃR＋ＩｇｃS＋ＩｇｃT）の値を計測する高調波処理手段と、電源商用周波数の３相相電圧が入力され、零相電流Ｉ0を、３相のうちのいずれか１相の入力電圧と同位相方向の成分Ｉ0Aと、入力電圧と直角方向の成分Ｉ0Bとに分解して得られる電流値と、零相電流Ｉ0と、合計漏洩電流（ＩｇｃR＋ＩｇｃS＋ＩｇｃT）の値とに基づいて、対地静電容量に起因する各相別の漏洩電流ＩｇｃR、ＩｇｃS、ＩｇｃTの値と、対地絶縁抵抗に起因する漏れ電流Ｉｇｒの誤差を最小にした値と、前記漏れ電流Ｉｇｒの値が最大になっている相を演算する演算手段とを備える。
【００１２】
ここで用いる演算手段は、３相電源の３相相電圧のうちの２相分の入力電圧と同位相方向の成分と、３相相電圧のうちの２相分の入力電圧と直角方向の成分の値が零又はほぼ零のときに、零相電流Ｉ0に含まれる電源商用周波数成分の値を対地絶縁抵抗に起因する漏れ電流Ｉｇｒとして出力する。
【００１３】
本発明に係る漏れ電流測定装置は、さらに、表示手段を備え、この表示手段には、演算手段によって演算された結果が表示される。
【００１４】
本発明に係る漏れ電流の測定装置は、さらに、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。
【００１５】
また、本発明は、星形に結線された３相３線式又は３相４線式の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れ電流Ｉｇｒ及び対地静電容量に起因する漏れ電流Ｉｇｃを測定する漏れ電流の測定方法であって、３組のコンデンサを星形に結線し、その中性点を、接地線を経由して接地する測定用の回路を有し、３相３線式又は３相４線式の配電系統の３相電源の３相相電圧に含まれる電源商用周波数の３倍の周波数である３次高調波相電圧E3に起因し、接地線を流れる３次高調波電流の値Ｉc3と３組のコンデンサの静電容量の値とから、前記３次高調波相電圧E3の値を算出し、３線又は４線に流れる電流のベクトル和である零相電流Ｉ0に含まれる３次高調波電流の値と３次高調波相電圧E3の値とから算出される３相合計の対地静電容量の値と３相相電圧の値とから、電源商用周波数における対地静電容量に起因するＲ相、Ｓ相及びＴ相の３相の合計漏洩電流（ＩｇｃR＋ＩｇｃS＋ＩｇｃT）の値を計測する高調波処理工程と、電源商用周波数の３相相電圧が入力され、零相電流Ｉ0を、３相のうちのいずれか１相の入力電圧と同位相方向の成分Ｉ0Aと、入力電圧と直角方向の成分Ｉ0Bとに分解して得られる電流値と、零相電流Ｉ0と、合計漏洩電流（ＩｇｃR＋ＩｇｃS＋ＩｇｃT）の値とに基づいて、対地静電容量に起因する各相別の漏洩電流ＩｇｃR、ＩｇｃS、ＩｇｃTの値と、対地絶縁抵抗に起因する漏れ電流Ｉｇｒの誤差を最小にした値と、漏れ電流Ｉｇｒの値が最大になっている相を演算する演算工程とを有する。
【００１６】
本発明に係る漏れ電流の測定方法において、演算工程は、３相電源の３相相電圧のうちの２相分の入力電圧と同位相方向の成分Ｉ0Aと、３相相電圧のうちの２相分の入力電圧と直角方向の成分Ｉ0Bの値が零又はほぼ零のときに、零相電流Ｉ0に含まれる電源商用周波数成分の値を対地絶縁抵抗に起因する漏れ電流Ｉｇｒとして出力する。
【００１７】
ここで、本発明に係る漏れ電流測定装置及び測定方法が適用される星形に結線された３相４線式配電回路の電源である星形巻線の中心点は、直接接地されているので、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ（以下基本周波数という。）の商用電源では接地点０電位に対し、大きさが等しく位相が１２０度ずつ異なる３相電圧が巻線の他端である３相端子から配電線に供給される。
【００１８】
ところで、３相端子には電路や電気機器が接続され、それらの電圧印加部分と接地部分との間に対地静電容量が存在する。各相対地静電容量が同じ値のときは、各相に対地静電容量を通じて流れる漏れ電流であるＩｇｃは大きさが等しく位相が１２０度ずつ異なるので、各相のＩｇｃをベクトル的に合算した値は０になり、この値を含む３線に流れる電流のベクトル和である零相電流Ｉ0の測定において、各相のＩｇｃの値は不明である。また、アンバランス状態でも各相のＩｇｃの値の合計はこれらをベクトル的に合算した値とは異なり、これらベクトル的に合算した値を含む零相電流Ｉ0を検出する方法では、各相別のＩｇｃの値の検出は不可能である。
【００１９】
本発明に係る漏れ電流測定装置及び測定方法においては、３相各相の対地静電容量の値が等しいか否かのバランス状態の判定のため、通常の基本周波数による計測を行う。まず、３相３線式又は３相４線式の配電系統の接地点を共有する星形巻線の３相相電圧を順次入力し、各入力電圧ごとに、零相電流Ｉ0を入力電圧と同相の成分Ｉ0Aとこれと９０度の位相差を有する成分Ｉ0Bとに分解し、これらの成分Ｉ0Aと成分Ｉ0Bの値の相互の傾向によって、バランス状態を判定し、アンバランス状態に起因する誤差を少なくした漏れ電流Ｉｇｒの値を算出し、漏れ電流Ｉｇｒの値が増大している相の判定も行う。
【００２０】
以上のような基本周波数では、各相に流れる電流の位相角は１２０度異なるので、各相に対地静電容量を通じて流れる漏れ電流Ｉｇｃの値が等しければ３相分のベクトル合算値は０になり、漏れ電流Ｉｇｃの計測はできない。そこで、本発明においては、電源電圧に少量含まれる３次高調波電圧を用いて、各相合計の漏れ電流Ｉｇｃの値を計測し、この計測された値と、零相電流Ｉ0と、この零相電流Ｉ0を分解して得られる入力電圧と同相の成分Ｉ0Aと、この成分Ｉ0Aと９０度の位相差を有する成分Ｉ0Bの値とともに各相別の漏れ電流Ｉｇｃを算出し、この算出された値によって対地絶縁抵抗に起因する漏れ電流Ｉｇｒの値を修正し、誤差の少ない漏れ電流Ｉｇｒの算出を行い、さらには、これらの値の関係に基づいて故障相の判定を行う。
【００２１】
ところで、３相相電圧間の位相角は基本周波数では１２０度であるが、３次高調波相電圧では３倍の周波数であり、位相角は１２０度の３倍の３６０度の同位相になり、星形に結線された３相４線式配電回路の星形巻線の中心点である接地点に対して、各端子には同じ位相の３次高調波電圧が存在し、各相に接続される配電線や電気機器等の負荷の対地静電容量を通じて流れる３次高調波電流も同じ位相になり、基本周波数のように打ち消されることなくそれらの値は合計される。この３次高調波電圧を用いて各相合計の３次高調波電流の値を測定する。
【００２２】
本発明においては、以上の方式を異にする２種類の計測によって得た値から、各相ごとの対地静電容量を通じて流れる漏れ電流Ｉｇｃの値及びアンバランス状態に起因する誤差の状態を計算し、この誤差を最小にした対地絶縁抵抗に起因する漏れ電流Ｉｇｒの値を算出し、漏れ電流Ｉｇｒの値が増大した相の判定を行う。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る漏れ電流測定装置及び測定方法は、例えば、星形に結線された３相４線式の配電系統で、その絶縁状態を表す対地絶縁抵抗に起因する漏れ電流Ｉｇｒの値として零相電流Ｉ0の値を測定することにより判定したことによる問題点を解決したものである。従来の  零相電流Ｉ0の値の値に基づいて漏れ電流Ｉｇｒの測定を行う技術では、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、アンバランス状態の判定そのものが不可能であるため、測定値の信頼性が極めて低く信頼性に欠けるものであった。本発明は、これらの誤差の状態を解明するために、従来測定不能とされてきた各相毎の対地静電容量を求め、この対地静電容量を用いて絶縁状態を表す漏れ電流Ｉｇｒの値を精度よく測定し、且つ絶縁が劣化した相を判別し、漏電リレーが誤動作を起こす原因解明に必要な各相別の対地静電容量を測定可能としたものである。その結果、本発明を採用することにより、配電設備及び電気機器の故障に起因する絶縁状態を通電状態のまま連続的に測定可能とし、予防保全の精度を大きく向上し、停電事故の発生を防止し、しかも保守管理費用の低減を図り、設備全体の信頼性の著しい向上を実現したものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明を適用した漏れ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。
【００２５】
図１は、３相４線の配電方式の配電系統に本発明に係る漏れ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４線の配電方式は、変圧器の低圧側の３相巻線を星形に結線した電源から給電される４００Ｖ級の３相４線式の電路及び電気機器に用いられる。
【００２６】
本発明に係る漏れ電流測定装置は、この３相４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れ電流Ｉｇｒ及び対地静電容量に起因する漏れ電流Ｉｇｃを測定する。
【００２７】
本発明に係る漏れ電流の測定装置が適用される３相４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星形に巻線した星形巻線１と負荷設備５とを、３相Ｒ，Ｓ，Ｔの接続線４Ｒ，４Ｓ，４Ｔと接地線４Ｇとからなる配電線４により接続している。
【００２８】
配電用の３相変圧器の低圧側の星形巻線１は、３つのコイルを中性点Ｎで接続し、かつ３相端子Ｒ，Ｓ，Ｔをそれぞれ３相の線路に接続している。また、星形巻線１は、中性点ＮをＧ点で接地するとともに負荷設備５にも接続しているが、３相３線方式では、この負荷設備５への接続を省略する。３相端子Ｒ，Ｓ，Ｔには、３相の相電圧ＥR，ＥS，ＥTが発生している。３相の相電圧ＥR，ＥS，ＥTは、接地電位である中性点Ｎ及び接地点Ｇに対して大きさが等しく、基本周波数では位相が１２０度ずつ異なる。
【００２９】
そして、変圧器の中性点Ｎと接地点Ｇとは、接地線８を介して接続されている。接続線８には、中性点Ｎから接地点Ｇに向かってＲ，Ｓ，Ｔ各相の漏れ電流のベクトル合算電流Ｉ0が流れる。この漏れ電流の合算電流Ｉ0は、後述するように、零相変流器９により零相電流Ｉ0として検出される。
【００３０】
また、配電線４（４R，４S，４T）のそれぞれの相には、対地静電容量ＣR，ＣS，ＣT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路４Rには、対地静電容量ＣRが生ずる。端子Ｓと負荷設備５とを接続する配電線路４Sにも対地静電容量ＣSが生じ、端子Ｔと負荷設備５とを接続する配電線路４Tにも対地静電容量ＣTが生ずる。これらの対地静電容量ＣR，ＣS，ＣTには、常時、対地電流ＩｇｃR，ＩｇｃS，ＩｇｃTが流れている。また、いずれかの端子と負荷設備５を接続する配電線４又は負荷設備５には、漏洩抵抗ｒが生ずることがある。漏洩抵抗ｒには、漏洩電流Ｉｇｒが流れる。
【００３１】
なお、配電線４中の接地線４Ｇは、対地電圧が殆ど零であるため、対地漏洩電流は流れないものとする。
【００３２】
そして、本発明に係る漏れ電流測定装置は、Ｒ，Ｓ，Ｔ各相の漏れ電流の合算電流である零相電流Ｉ0を検出する零相変流器９と、３相端子Ｒ，Ｓ，Ｔに発生した３相の各相電圧ＥR，ＥS，ＥTを切り換えて後述する処理演算部１６に供給する切換開閉器２を備える。この漏れ電流測定装置は、さらに、測定コンデンサ１０を備える。また、漏れ電流測定装置は、測定コンデンサ１０により測定された測定コンデンサ電流Ｉｃ3と零相電流Ｉ0中に含まれる３次高調波電流Ｉ03の処理演算部１６への入力を制御する測定開閉器１１と、測定コンデンサ電流Ｉｃ3を電圧量に変換して処理演算部１６に供給する抵抗により構成された分流器１２と、上記零相電流Ｉ0、上記測定コンデンサ電流Ｉｃ3、上記３次高調波電流ＩO3を処理し、対地絶縁抵抗に起因する漏れ電流Ｉｇｒの値及び対地静電容量に起因する各相毎の漏れ電流Ｉｇｃの値と、漏れ電流Ｉｇｒが発生している相の判定を行い、その判定の結果及び各値を表示部１５に表示させる処理演算部１６を備える。
【００３３】
処理演算部１６は、切換開閉器２によって切り換えられた３相の各相電圧ＥR，ＥS，ＥTのいずれかの電圧と零相変流器９からの零相電流Ｉ0との位相差を測定する基本波処理部３と、零相電流Ｉ0に含まれる３次高調波電流Ｉ03及び上記測定コンデンサ電流Ｉｃ3を処理する高調波処理部１３と、３次高調波電流を用いて各相合計の漏れ電流Ｉｇｃの値と、各相毎の漏れ電流Ｉｇｃの値と、対地絶縁抵抗に起因する漏れ電流Ｉｇｒの値とを測定算出し、漏れ電流Ｉｇｒが増大している相を判定する演算部１４と、誤差を少なくした漏れ電流Ｉｇｒの値と各相毎の漏れ電流Ｉｇｃと、その判定結果等を表示する表示部１５とを備えている。
【００３４】
ここで、図１に示す配電系統に適用された漏れ電流測定装置の基本処理部３で行われる基本波に対する動作を説明する。
【００３５】
図１において、切換開閉器２は、３相端子Ｒ，Ｓ，Ｔにそれぞれ発生した３相の相電圧ＥR，ＥS，ＥTを切り換えて基本波処理部３に入力する。
【００３６】
図２は、３相の相電圧ＥR，ＥS，ＥTのベクトルをベクトル記号法で図示したものである。例えば、Ｒ相の相電圧ＥRを切換開閉器２で切り換えて基本波処理部３に入力させるときは、入力される相電圧ＥRを横軸である有効成分方向の実数軸上の基準ベクトルＥで表す。他の相電圧ＥS，ＥTは、図２に示すように、有効成分と、縦軸方向の無効成分を表す記号ｊを付した部分とに分解すると、各相Ｒ，Ｓ，Ｔの各相電圧ＥR，ＥS，ＥTは、次の式（１）〜式（３）で表される。
【００３７】
ＥR＝Ｅ                          ・・・（１）
ＥS＝−０．５Ｅ−ｊ０．５√３Ｅ  ・・・（２）
ＥT＝−０．５Ｅ＋ｊ０．５√３Ｅ  ・・・（３）
図３は、零相電流Ｉ0を基準電圧Ｅと同方向成分の有効成分Ｉ0Aと、基準電圧と直角方向成分の無効電圧Ｉ0Bとに分解した図である。このとき、零相電流Ｉ0は、下記の式（４）で表される。
【００３８】
Ｉ0＝Ｉ0A＋ｊＩ0B    ・・・（４）
なお、基準電圧Ｅと零相電流Ｉ0との角を位相角θとする。
【００３９】
図４は、基準電圧Ｅが入力電圧である対地電圧のとき、実際の配電系統の漏れ電流(零相電流）Ｉ0を対地絶縁抵抗に起因する漏れ電流Ｉｇｒと対地静電容量に起因する漏れ電流Ｉｇｃとに分解した図である。
【００４０】
ところで、配電線４及び負荷設備５には、前述したように、それぞれの相に対地静電容量ＣR，ＣS，ＣTが存在し、これら対地静電容量には、常時対地漏洩電流ＩｇｃR，ＩｇｃS，ＩｇｃTが流れている。
【００４１】
なお、星形巻線１の３つの巻線の中性点Ｎ及びこれに接続された配電線４Ｇの対地電圧は殆ど０なので、対地漏れ電流は無視できる。
【００４２】
ここで、基本周波数をｆＨｚ、角周波数をω＝２πｆ（ｒａｄ／ｓ）とし、各相Ｒ，Ｓ，Ｔの相電圧ＥR，ＥS，ＥTを基本波処理部３に入力させるときの基準ベクトルをＥとし、入力電圧を基準ベクトルとして各電流を計算する。
【００４３】
このときの各相Ｒ，Ｓ，Ｔの対地静電容量に起因する漏洩電流ＩｇｃR、ＩｇｃS、ＩｇｃTは、以下の式（５）、（６）及び（７）となる。
【００４４】
ＩｇｃR＝ｊωＣRＥR＝ｊωＣRＥ                          ・・・（５）
ＩｇｃS＝ｊωＣSＥS＝０．５√３ωＣSＥ−ｊ０．５ωＣSＥ  ・・・（６）
ＩｇｃT＝ｊωＣTＥT＝−０．５√３ωＣTＥ−ｊ０．５ωＣTＥ  ・・・（７）
ここで、Ｒ相における漏れ電流Ｉｇｒは、電気抵抗ｒの対地抵抗７を介して接地したときの電流である。この漏れ電流Ｉｇｒは、１／ｒをｇとするとき、次の式(８)となる。
【００４５】
Ｉｇｒ＝ｇＥR＝ｇＥ      ・・・（８）
そして、接地点Gからと配電用３相変圧器の低圧側の星形巻線１の中性点Ｎへは、前述したように、接地線８を介してR、S、Tの各相の漏れ電流のベクトル合算電流である零相電流Ｉ0が流れ、この零相電流Ｉ0は、零相変流器９によって検出され、基本波処理部３に出力される。
【００４６】
ところで、基本波処理部３は、R、S、Tの各相の漏れ電流のベクトル合算電流である零相電流Ｉ0を入力される各相の電圧毎に対比して図３に示すように分解する。上記零相電流Ｉ0を式で表すと式（９）に示すようになる。
【００４７】
Ｉ0＝ＩｇｃR＋ＩｇｃS＋ＩｇｃT
＝ｊωＣRＥ＋０．５√３ωＣSＥ−ｊ０．５ωＣSＥ＋（−０．５√３ωＣTＥ−
ｊ０．５ωＣTＥ）＋ｇＥ
＝（０．５√３ω（ＣS−ＣT）＋ｇ）Ｅ＋ｊω（ＣR−０．５ＣS−０．５ＣT）Ｅ
・・・（９）
入力基準電圧Ｅと同相である零相電流Ｉ0の有効成分をＩ0Aとすると、Ｉ0Aは次の式（１０）により表すことができる。
【００４８】
Ｉ0A＝（０．５√３ω（ＣS−ＣT）＋ｇ）Ｅ
＝０．５√３（ＩｇｃS−ＩｇｃT）＋Ｉｇｒ    ・・・（１０）
また、入力される基準電圧Ｅより９０度進んだ記号ｊの係数部であるＩ0の無効成分をＩOBとすると、ＩOBは次の式（１１）により表すことができる。
【００４９】
ＩOB＝ω（ＣR―０．５ＣS―０．５ＣT）Ｅ
＝ＩｇｃR―０．５ＩｇｃS―０．５ＩｇｃT    ・・・（１１）
以上の計算結果から、星形巻線１から入力される基準電圧Ｅと、各相の漏れ電流のベクトル合算電流である零相電流Ｉ0と、その有効成分Ｉ0Aと、その無効成分Ｉ0Bとの関係は、図３のようなベクトル図で表される。なお、零相電流Ｉ0の有効成分Ｉ0Aとその無効成分Ｉ0Bのベクトル和が漏れ電流の合計電流Ｉ0となっている。なお、上記基準電圧Ｅは、合計電流Ｉ0の有効成分Ｉ0Aと同じ基準軸上に示される。
【００５０】
実際の測定に際しては、図３の漏れ電流測定値ベクトル図に示すように、基本波処理部３に入力される基準電圧Ｅと零相電流Ｉ0の波形から、基準電圧Ｅと零相電流Ｉ0との間の位相角θを算出し、演算部１４で零相電流Ｉ0を基準電圧Ｅと同相の成分としての有効成分Ｉ0Aと、基準電圧Ｅより９０度進んだ成分としての無効成分Ｉ0Bとに分解して出力する。
【００５１】
次に、切換開閉器２で、Ｒ相からＳ相、又はＲ相からＴ相へ切り換え、Ｓ相に入力される相電圧ES、Ｔ相に入力される相電圧ETをそれぞれ基本波処理部３へ入力し、上述したＲ相の場合と同様の測定を行うと、Ｓ相、Ｒ相の有効成分Ｉ0Aと無効成分ＩOBの値が得られる。
【００５２】
上述したようなＲ相以外のＳ相、Ｔ相の状態を測定する場合においても、Ｒ相の場合と同様に、上述した式１０及び式１１により求められる零相電流Ｉ0の有効成分Ｉ0Aと、零相電流Ｉ0の無効成分ＩOBの値が得られる。
【００５３】
上述したように式１０及び式１１により求められるＲ，Ｓ，Ｔの各相における零相電流Ｉ0の有効成分Ｉ0Aと零相電流Ｉ0の無効成分ＩOBを表す式を図５に示す。
【００５４】
そして、切換開閉器２を切り換え操作し、基本波処理部３に入力される相電圧ＥR、ES、ETを切り換え、Ｒ，Ｓ，Ｔの３相のうちの２相、又は３相の状態を測定したとき、式１０及び式１１により求められる零相電流Ｉ0の有効成分Ｉ0Aと無効成分ＩOBの式から判断して、実際に測定された値が０若しくは０に近い値のとき、各相はバランス状態にあって、対地絶縁抵抗に起因する漏れ電流Ｉｇｒはほど０である。一般に広く用いられている小規模の配電系統ではこの状態がほとんどであり、この状態では零相電流Ｉ0の値を漏れ電流Ｉｇｒの値として、取り扱うことができる。
【００５５】
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、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。
【００５６】
基本波処理部３において、電圧検出器２１には、切換開閉器２によって切り換え入力されるＲ，Ｓ，Ｔの各相に印加される各相電圧ＥR，ＥS，ＥTが入力される。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から出力される各相電圧ＥR，ＥS，ＥT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、各相電圧ＥR，ＥS，ＥT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。
【００５７】
次に、Ｉ0検出器２４は、接地線８を流れる漏れ電流である零相電流Ｉ0を零相変流器９を介して取り込む。第２の増幅器２５は、Ｉ0検出器２４で検出された零相電流Ｉ0を適量まで増幅する。第２のローパスフィルタ２６は、第２の増幅器２５で増幅された零相電流Ｉ0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。
【００５８】
そして、位相差計測器２７は、各相から入力される基準電圧Ｅと零相電流Ｉ0との位相差を計測する。ここで、各相から入力される基準電圧Ｅと、零相電流Ｉ0の位相差を図７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は入力された基準電圧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７に示すように、基準電圧Ｅに対してはＥｚ、零相電流Ｉ0に対してはＩｚとなる。基準電圧Ｅ及び零相電流Ｉ0の出力波形ＥｚとＩｚの波高値を一致させてその差を求める。その差の絶対値の波形は、図７中に示す｜Ｅｚ−Ｉｚ｜波形になる。図７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。
【００５９】
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Ｉ0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。
【００６０】
なお、基本波処理部３に入力される相電圧ＥR、ES、ETは、切換開閉器２が切り換え操作されて順次に入力され、計測が行われる。
【００６１】
ところで、各相から入力される基準電圧Ｅと零相電流Ｉ0の基本周波数波形は、図７において、零相電流Ｉ0の位相が基準電圧Ｅの位相より遅れたように示されているが、同じ零相電流Ｉ0に対して、入力する基準電圧ＥはＲ，Ｓ，Ｔの各相に順次入力されるので、その位相差は０度から３６０度まで変化する。両者の波形が大きさ零点を通過した、いわゆるゼロクロッシングした時点からの位相差θが０〜１８０度の場合を図７において示し、その位相差θが１８０〜３６０度の場合を図８に示す。図７に示す基準電圧Ｅと零相電流Ｉ0の基本周波数の位相差θが０〜１８０度の範囲にあるときには、位相差θは、零相電流Ｉ0の基本周波数がゼロクロッシングした直後のゼロクロッシング出力ＩｚとＥｚの値が「負負」又は「正正」のいずれかであるかによって判定し、位相差パルスの面積Ｓ1又は時限ｔ1、半波パルスの面積Ｓ2又は時限ｔ2を演算部１４へ入力し、下記に示す式（１２）、又は式（１３）から算出する。
【００６２】
θ＝１８０Ｓ1／Ｓ2      ・・・（１２）
θ＝１８０ｔ1／ｔ2      ・・・（１３）
そして、図８に示す基準電圧Ｅと零相電流Ｉ0の基本周波数の位相差θが１８０〜３６０度の範囲にあるときには、位相差θは、零相電流Ｉ0の基本周波数がゼロクロッシングした直後のゼロクロッシング出力ＩｚとＥｚの値が「正負」又は「負正」のいずれかにあるによって判定し、位相差パルスの面積Ｓ3又は時限ｔ3、半波パルスの面積Ｓ2又は時限ｔ2を演算部１４へ入力し下記に示す式（１４）、又は式（１５）から算出する。
【００６３】
θ＝３６０−１８０Ｓ3／Ｓ2  ・・・（１４）
θ＝３６０−１８０ｔ3／ｔ2  ・・・（１５）
また、演算部１４は、入力された基本周波数の零相電流Ｉ0を用いて下記に示す式（１６）、式（１７）の演算を行う。
【００６４】
Ｉ0A＝Ｉ0ｃｏｓθ      ・・・（１６）
Ｉ0B＝Ｉ0ｓｉｎθ      ・・・（１７）
すなわち、ある相の入力基準電圧Ｅに対する零相電流Ｉ0の有効成分Ｉ0Aと無効成分Ｉ0Bとを求める。そして、Ｒ，Ｓ，Ｔの各相から入力された電圧の実測値から、各相入力電圧に対する零相電流Ｉ0の有効成分Ｉ0Aと無効成分ＩOBの値を求める。これを図５に示すＲ，Ｓ，Ｔの入力相の各相における有効成分Ｉ0Aの測定値Ｉ0RA〜Ｉ0TAとし、さらに、無効成分Ｉ0Bの測定値Ｉ0RB〜Ｉ0TBとする。これら測定値Ｉ0RA〜Ｉ0TA、測定値Ｉ0RB〜Ｉ0TBとは、図５に示す計算式の右辺より求められる値に相当する値である。
【００６５】
そして、本発明に係る漏れ電流の測定装置及び測定方法では、３相４線又は３相３線の配電方式を採用した配電系統の配電線４（４R，４S，４T）のそれぞれの相に存在する対地静電容量ＣR，ＣS，ＣTに流れる漏れ電流ＩｇｃR、ＩｇｃS、ＩｇｃTの合計を、３相電源の３相相電圧に含まれる電源商用周波数の３倍の周波数である３次高調波相電圧E3を利用して測定する。
【００６６】
図１において、測定コンデンサ１０は、３つのコンデンサＣ1〜Ｃ3を星形に結線したもので、その中性点Ｍは測定開閉器１１、分流器１２を介して接地されている。そして、各コンデンサＣ1〜Ｃ3の他の端子は、３相の各端子Ｒ、Ｓ、Ｔに接続される。この測定コンデンサ１０の３つのコンデンサＣ1〜Ｃ3に５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの基本周波数の３相電圧を印加すれば、これらコンデンサＣ1〜Ｃ3が同じ静電容量の場合、それらの電流のベクトル和は０になり、測定コンデンサ１０の中性点Ｍから接地点に流れる基本周波数の電流は０である。
【００６７】
測定コンデンサ１０の３相の各端子Ｒ，Ｓ，Ｔに加わる電圧は、基本周波数に対しては１２０度の位相差があるが、３次高調波ではこの位相差が１２０度の３倍の３６０度で同位相になり、この同じ位相の電圧が各端子Ｒ，Ｓ，Ｔに加わる。このため、３つのコンデンサＣ1〜Ｃ3には同じ方向の３次高調波電流が流れ、中性点Ｍから測定開閉器１１、分流器１２を経由して接地される間は、３つのコンデンサＣ1〜Ｃ3の電流の値を合計した３次高調波電流ＩC3が流れる。
【００６８】
したがって、３つのコンデンサＣ1〜Ｃ3の静電容量は、３次高調波電流に限れば異なった値でもよい。Ｒ，Ｓ，Ｔの各相の３次高調波電圧Ｅ3は同じ値とし、測定コンデンサ１０の静電容量の合計値をＣ0とすると、３次高調波電流の合計値はＩC3であることから、下記の式（１８）に示すようになる。
【００６９】
Ｅ3＝ＩC3／（２π３ｆＣ0）  ・・・（１８）
そして、抵抗により構成された分流器１２は、３次高調波電流ＩC3を電圧量に変換し、且つ各相の電源電圧ＥR，ＥS，ＥTに含まれる３次高調波電圧E3に比例した量に変換して高調波処理部１３に入力する。分流器１２を構成する抵抗の抵抗値は、測定コンデンサ１０のリアクタンス値より十分に小さい値であるので、３次高調波電流ＩC3の測定に殆ど影響しない。
【００７０】
ここで、３次高調波電圧E3を測定するため、測定開閉器１１を閉路すると、各相の電源電圧ＥR，ＥS，ＥTに含まれる３次高調波電圧E3に比例した３次高調波電流ＩC3が測定コンデンサ１０から分流器１２に流れる。
【００７１】
測定開閉器１１が開路状態では、零相電流Ｉ0が零相変流器９を介して処理演算部１６に入力されるが、零相電流Ｉ0中に各相に供給される電源電圧ＥR、ＥS、ＥTに含まれる３次高調波電圧E3に起因する対地静電容量６へ流入する合計電流Ｉ03が含まれており、この電流成分も高調波処理部１３に入力される。基本波処理部３は、零相電流Ｉ0に含まれる商用周波数である基本波を処理する。
【００７２】
次に、図１における高調波処理部１３の詳細について図６を参照して説明する。高調波処理部１３は、零相電流Ｉ0中に含まれる各相の３次高調波電流の合計電流Ｉ03を検出するＩ03検出器３１と、第１の増幅器３２と、第１のバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）３３と、第１の実効値変換部３４と、３次高調波電流Ｉｃ3を検出するＩｃ3検出器３５と、第２の増幅器３６と、第２のバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）３７と、第２の実効値変換器３８とを備える。
【００７３】
Ｉ03検出器３１は、接地線８を流れる基本周波数及び３次高調波を含む漏れ電流Ｉ03を零相変流器９を通じて取り込む。第１の増幅器３２は、上記Ｉ03検出器３１が取り込んだ漏れ電流Ｉ03を適量まで増幅する。第１のバンドパスフィルタ３３は、第１の増幅器３２が増幅した漏れ電流Ｉ03の基本周波数及び３次高調波を超える周波数を減衰させる。第１の実効値変換器３４は、第１のバンドパスフィルタ３３でフィルタリングされた漏れ電流Ｉ0に含まれる３次高調波電流Ｉ03の電流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。
【００７４】
Ｉ03検出器３５は、測定コンデンサ１０から分流器１２を経由して接地点へ流れる３次高調波を含む電流Ｉｃ3を分流器１２によって取り込む。第２の増幅器３６は、上記Ｉｃ３検出器３５が取り込んだ３次高調波を含む電流Ｉｃ3を適量まで増幅する。第２のバンドパスフィルタ３７は、第２の増幅器３６が増幅した３次高調波を含む電流Ｉｃ3の基本波及び３次高調波を超える周波数を減衰させる。第２の実効値変換器３８は、第２のバンドパスフィルタ３７でフィルタリングされた３次高調波を含む電流Ｉｃ3の電流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。また、このアナログ値は、３次高調波電圧Ｅ3に比例するので、３次高調波電圧Ｅ3を算出するためのデータとして演算部１４に取り込まれる。
【００７５】
上述したような構成を備えた高調波処理部１３において得られた３次高調波電圧Ｅ3及び３次高調波電圧Ｅ3に起因する対地静電容量６へ流入する合計電流Ｉ03及び測定コンデンサ合計電流Ｉｃ3がデータとして演算部１４へ入力される。
【００７６】
ここで、基本周波数の対地相電圧をＥとすれば、このとき各相の対地静電容量中に流れる電流の合計ＩｇｃR＋ＩｇｃS＋ＩｇｃTは基本周波数であることを考慮して、以下に示す式（１９）に基づいて演算部１４で算出される。
【００７７】
ＩｇｃR＋ＩｇｃS＋ＩｇｃT＝Ｉ03Ｅ／（３Ｅ3）    ・・・（１９）
前記式（１８）を前記式（１９）に代入して下記の式(２０)となる。
【００７８】
ＩｇｃR＋ＩｇｃS＋ＩｇｃT＝Ｉ03・２πｆＣ0Ｅ／Ｉｃ3  ・・・（２０）
零対地静電容量６へ流入する合計電流Ｉ03と測定コンデンサ合計電流Ｉｃ3の値から、各相の対地静電容量に起因する漏れ電流ＩｇｃR、ＩｇｃS、ＩｇｃTの合計値を求めることができる。
【００７９】
星形巻線１に入力される商用周波数である基準電圧Ｅと同相である零相電流Ｉ0の有効成分Ｉ0Aと、基準電圧Ｅと９０度位相を異にした無効成分Ｉ0Bとは図５中に示すような式で表される。
【００８０】
例えば、Ｒ相に相電圧ＥRが印加され、Ｒ相に漏電等の故障が発生しているとき、零相電流Ｉ0の有効成分Ｉ0Aの測定値Ａは下記の式（２１）の右辺より求められた値に該当し、無効成分Ｉ0Bの測定値Ｂは下記の式（２２）の右辺より求められた値に該当する。
【００８１】
測定値Ａ＝０．５√３（ＩｇｃS−ＩｇｃT）＋Ｉｇｒ  ・・・（２１）
測定値Ｂ＝ＩｇｃR−０．５（ＩｇｃS−ＩｇｃT）    ・・・（２２）
各相の対地静電容量中に流れる漏洩電流の合計値をＦで表すと、これは式（１９）、式（２０）で求められた測定値と同じで下記の式（２３）で表される。
【００８２】
測定値Ｆ＝ＩｇｃR＋ＩｇｃS＋ＩｇｃT    ・・・（２３）
ここで、Ｒ相に発生している対地絶縁抵抗に起因する漏れ電流Ｉｇｒをある値に仮定し、各相の対地静電容量中に流れる電流ＩｇｃR、ＩｇｃS、ＩｇｃTについて上記式（２１）、式（２２）、式(２３）より下記の式（２４）、式（２５）、式（２６）が得られる。
【００８３】
ＩｇｃR＝Ｆ／３＋２Ｂ／３                          ・・・（２４）
ＩｇｃS＝Ｆ／３−Ｂ／３＋Ａ／√３−Ｉｇｒ／√３    ・・・（２５）
ＩｇｃT＝Ｆ／３−Ｂ／３−Ａ／√３＋Ｉｇｒ／√３    ・・・（２６）
なお、対地絶縁抵抗に起因する漏れ電流Ｉｇｒの取り扱いは後述するが、このようにして各相別の対地静電容量中に流れる電流ＩｇｃR、ＩｇｃS、ＩｇｃTを求めることができる。
【００８４】
同様に、Ｓ相、Ｔ相に漏電等の故障が発生している場合における各相別の対地静電容量中に流れる電流ＩｇｃR、ＩｇｃS、ＩｇｃTは図５の関係も勘案し求めることができる。これらを求める式を図９に示す。
【００８５】
そして、図９に示す式から漏電等の故障が発生している故障相の判定を行う。ここで、未知である漏れ電流Ｉｇｒを除外して判別式とし、各相別の対地静電容量中に流れる電流ＩｇｃR、ＩｇｃS、ＩｇｃTの順に並べると、Ｆ／３＋２Ｂ／３  、Ｆ／３−Ｂ／３＋Ａ／√３、  Ｆ／３−Ｂ／３―Ａ／√３になる。これに実測値を代入して計算し、上記判別式の順に羅列する。３個のうちの最大値の位置が図９の式で、例えば入力相Ｒの式を上の行から下の行方向へ見て−Ｉｇｒ／√３を含む式の位置にほぼ合致するので、図９の式から入力相に関係なく、中央位置ならＲ相、右端ならＳ相、左端ならＴ相のＩｇｒ値が大きいことがわかる。合致しないときは以後の計算で不自然な数値が発生するので、この場合には最大値の次の値の位置が−Ｉｇｒ／√３を含む式の位置に合致する。
【００８６】
次に、Ｒ，Ｓ，Ｔの各相別の対地静電容量に起因する漏れ電流Ｉｇｃを求める。ここで、ＩｇｃR＝Ｒ、ＩｇｃS＝Ｓ、ＩｇｃT＝Ｔとおくと、R相に故障が発生している場合は図５の表及び下記の式（２７）の関係から、下記の式（２８）が得られる。
【００８７】
Ｉ0A2＋ＩOB2＝Ｉ02    ・・・・（２７）
Ｉ02 ＝Ｒ（Ｒ−Ｓ）＋Ｓ（Ｓ−Ｔ）＋Ｔ（Ｔ−Ｒ）
＋√３（Ｓ―Ｔ）Ｉｇｒ＋Ｉｇｒ2      ・・・（２８）
式（２８）は、Ｉｇｒに関する２次方程式となっているので、これをＩｇｒについて解くと下記の式（２９）が得られる。
【００８８】
Ｉｇｒ＝｛Ｉ02−（（Ｓ−Ｔ）（Ｓ＋３Ｔ）／４＋Ｒ（Ｒ―Ｓ）
＋Ｔ（Ｔ―Ｒ））｝1/2−０．５√３（Ｓ―Ｔ）    ・・・（２９）
通常の配電系統においては、各相の対地静電容量に起因する漏れ電流Ｉｇｃの値のアンバランスの程度は最大値が最小値の2倍以内であることが経験的に知られている。この条件の下では、上記式(２９)中の（（Ｓ−Ｔ）（Ｓ＋３Ｔ）／４＋Ｒ（Ｒ―Ｓ）＋Ｔ（Ｔ―Ｒ））｝1/2の値は、各相の対地静電容量中に流れる電流の合計（ＩｇｃR＋ＩｇｃS＋ＩｇｃT）の値の１／５以内となり、零相電流Ｉ0に対してはさらに小さな値となるので、この値は無視することができる。そこで、Ｒ相故障のときのＩｇｒは、下記の式（３０）のようになる。
【００８９】
Ｉｇｒ＝Ｉ0−０．５√３（ＩｇｃS―  ＩｇｃT）  ・・・（３０）
ここで、ＩｇｃS―  ＩｇｃTの値は、前記アンバランスの程度で前記測定値Fの０．２倍以内であり、これは各相とも同じであることから、例えば、Ｉｇｒ暫定値＝Ｉ0−０．１７Ｆとし、前記判別式で計算羅列した−Ｉｇｒ／√３を含む式の位置の値からＩｇｒ暫定値／√３を減じた値をその位置のＩｇｃ近似値に、＋Ｉｇｒ／√３を含む式の位置の値にＩｇｒ暫定値／√３を加えた値をその位置のＩｇｃ近似値に、加減なしの値はそのままその位置のＩｇｃ近似値とすることができる。
【００９０】
次に、誤差を最小にしたＩｇｒを求める。
【００９１】
上述したようにＲ相故障のとき、Ｉｇｒ＝Ｉ0−０．５√３（ＩｇｃS―  ＩｇｃT）となるが、この式の各相のＩｇｃ値に前述したように求めたＩｇｃ近似値を代入する。
【００９２】
すなわち、漏れ電流Ｉｇｒの値が最大になっている相がR相と判定されたときは、下記の式（３１）より誤差を最小にしたＩｇｒを求める。
【００９３】
Ｉｇｒ＝Ｉ0−０．５√３（ＩｇｃS近似値―ＩｇｃT近似値）  ・・・（３１）
そして、漏れ電流Ｉｇｒの値が最大になっている相がＳ相と判定されたときは、下記の式（３２）より誤差を最小にしたＩｇｒを求める。
【００９４】
Ｉｇｒ＝Ｉ0−０．５√３（ＩｇｃT近似値―ＩｇｃR近似値）  ・・・（３２）
また、漏れ電流Ｉｇｒの値が最大になっている相がＴ相と判定されたときは、下記の式（３３）より誤差を最小にしたＩｇｒを求める。
【００９５】
Ｉｇｒ＝Ｉ0−０．５√３（ＩｇｃR近似値―ＩｇｃS近似値）  ・・・（３３）
上述したように、本発明においては、星形に結線された３相４線式の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れ電流Ｉｇｒ及び対地静電容量に起因する漏れ電流Ｉｇｃを測定するに当たり、各相の基本的な測定データを、図５及び図９に示す数式を用いて解析、計算することにより、３相４線又は３相３線配電系統の各相及び合計のＩｇｃの値、アンバランス状態及び対地静電容量に起因する誤差を少なくしたＩｇｒの値を把握し、Ｉｇｒの値が大きい故障相をも知ることを可能としたものである。
【００９６】
また、本発明に係る漏れ電流測定装置は、図１０に示すように、配電線４の途中に４線用遮断器１７（ＣＢ）を設け、演算部１４の演算の結果により、遮断器１７（ＣＢ）の遮断を制御する構成としてもよい。図１０は、３相４線配電方式に本発明の漏れ電流測定装置を適用した構成を示す概略系統図であり、特に配電線４に遮断器を設け、漏洩電流測定装置が遮断器を制御する構成を示す図である。３相３線式の場合には、３線用遮断器を用いる。
【００９７】
つまり、図１０に示す構成の漏れ電流測定装置は、演算部１４を用いた制御により、Ｉｇｒ、Ｉｇｃの測定結果、遮断が必要と判断した場合、遮断器１７（ＣＢ）により配電線４及び負荷設備５を遮断する。これにより、図８に示した漏洩電流測定装置は、３相４線配電回路の各相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。
【００９８】
さらに、本発明に係る漏れ電流測定装置では、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れ電流Ｉｇｒや対地静電容量に起因する漏れ電流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。
【００９９】
本発明に係る漏れ電流測定装置及び測定方法は、上述した３相４線又は３相３線配電系統だけでなく、接地電位に対して３相電圧がほぼ等しい配電系統であれば適用が可能である。また、電気機器の電圧印加部分から接地部分へ流れる漏れ電流の測定装置及び方法にも適用できる。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
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、特に星形結線３相４線又は３相３線方式配電系統は、４００V系でもあり、重要、広範囲の負荷が多く、詳細かつ正確なデータが要求される。本発明に係る漏れ電流測定装置及び測定方法はこれらの要求に適合しており、特に、３相４線又は３相３線方式を採用した大容量動力設備の工場、照明電力、空調設備が多い大きな事業所、ビルデイングにおいて利用が期待される。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】３相４線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。
【図２】商用周波数３相相電圧ベクトル図である。
【図３】漏れ電流計算値のベクトル図である。
【図４】漏れ電流測定値のベクトル図である。
【図５】各相における零相電流Ｉ0の有効成分Ｉ0Aと無効成分ＩOBの値を求める計算式を示す一覧表である。
【図６】基本処理部の具体的構成を示す図である。
【図７】電圧と電流の位相差が０〜１８０度に範囲あるときの状態を説明する図である。
【図８】電圧と電流の位相差が１８０〜３６０度に範囲あるときの状態を説明する図である。
【図９】各相におけるＩｇｃ、Ｉｇｒを求める式を示す一覧表である。
【図１０】３相４線配電方式に本発明の漏れ電流測定装置を適用した構成を示す概略系統図であり、特に配電線に遮断器を設け、漏れ電流測定装置が遮断器を制御する構成を示す図である。
【符号の説明】
【０１０２】
１  配電用３相変圧器の低圧側の星型巻線、２  切換開閉器、３  基本波処理部、４  配電線、５  負荷設備、６  対地静電容量、７  漏洩抵抗、８  接地線、９  零相変流器、１０  測定コンデンサ、１１  測定開閉器、１２  分流器、１３  高調波処理部、１４  演算部、１５  表示部、１６  処理演算部、１７  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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