JP2010190645A - 漏れ電流検出方法、漏れ電流検出装置及び系統監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複雑な演算処理やフィルタリングを不要とし、各種の系統構成や負荷条件に適用可能であって、既存の系統監視装置の機能の有効利用を可能にする。
【解決手段】電力系統の電圧及び漏れ電流を一定周期にてサンプリングし、アナログ／ディジタル変換するＡ／Ｄ変換手段３０Ｖ，３０Ｉと、所定の時間窓の電圧データ及び電流データを対象としてそれぞれフーリエ変換し、電圧基本波成分の絶対位相及び漏れ電流基本波成分の絶対位相を検出するフーリエ変換手段５０Ｖ，５０Ｉと、電圧基本波成分の絶対位相及び漏れ電流基本波成分の絶対位相から、漏れ電流基本波成分の相対位相を求める演算手段６１と、漏れ電流基本波成分の振幅を求める演算手段６２と、漏れ電流基本波成分の振幅と相対位相の余弦とを乗算して抵抗分漏れ電流を求める演算手段６４と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば配電系統の漏電を検出するための漏れ電流検出方法及び漏れ電流検出装置、並びにこの漏れ電流検出装置を備えた系統監視装置に関するものである。

配電系統において、漏れ電流の検出方法は従来から種々提供されている。特に、現在では、配電系統にインバータ等の周波数変換を伴う電機機器や設備が多く用いられており、漏れ電流検出に当たっても、これらの電機機器等が発生する高調波による影響を無視できなくなっている。
更に、近年では、三相Δ結線等の三相三線式回路において、漏れ電流には対地静電容量によるものが多く含まれるため、この容量分による影響を除去した本来の抵抗分漏れ電流を正確に検出することが必要とされている。

このような背景のもとで、高調波や静電容量の影響を除去して抵抗分漏れ電流を正確に検出可能とした従来技術が数多く存在している。
例えば、図１５は、後述する特許文献１に記載された漏れ電流測定システムのブロック図である。図１５において、１００は計測機器・監視装置、１０１は被測定回路の漏れ電流（抵抗分漏れ電流及び容量分漏れ電流のベクトル和からなる）を検出する零相変流器等の電流検出器、１０２は被測定回路の電圧と電流検出器１０１による検出電流とが入力される入力部、１０３はアナログ入力信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部、１０４は抵抗分漏れ電流及び抵抗値を演算する演算処理部、１０５は演算結果を表示、伝送するための出力部、１０６はメモリからなる記憶部である。

この従来技術は、被測定回路の有効電力の算出式であるＷ＝ＶＩｃｏｓΦ（Ｖは被測定回路の電圧、Ｉは電流、Φは両者の相対位相）において、電流Ｉを漏れ電流Ｉ_ｚに置き換えるとＷ＝ＶＩ_ｚｃｏｓΦとなり、この場合のＩ_ｚｃｏｓΦが抵抗分漏れ電流（有効分漏れ電流）Ｉ_ｇｒとなることに着目したものであり、演算処理部１０４は、基準となる電圧及び漏れ電流の瞬時値を乗算してＷ＝ＶＩ_ｇｒを求め、Ｉ_ｇｒ＝Ｗ／Ｖの演算を行うことにより、容量分漏れ電流を除去した抵抗分漏れ電流Ｉ_ｇｒのみを検出している。
更に、この従来技術には、電圧及び漏れ電流を高次高調波成分に展開し、これらの高調波成分のアドミタンスから漏れ電流による抵抗分を求めることも開示されている。

また、特許文献２には、被測定回路の電圧及び漏れ電流をローパスフィルタに通して高調波成分を除去し、電圧及び漏れ電流の基本波成分から両者の相対位相Φを演算して上述したＩ_ｚｃｏｓΦを演算することにより抵抗分漏れ電流Ｉ_ｇｒを検出する方法が開示されている。

更に、特許文献３に開示された漏れ電流測定装置も、上記特許文献１，２と同様の原理に基づくものであるが、この従来技術では、電圧波形と同期した実効値１の正弦波波形データを用いることで電圧の測定を不要としている。なお、この特許文献３にも、漏れ電流に含まれる高調波を除去するためにローパスフィルタを用いることが示唆されている（同文献の段落［００２３］を参照）。

特許第４１６７８７２号公報（段落［００１０］〜［００５６］、図４等） 特許第４１５９５９０号公報（段落［００１９］〜［００３５］、図１等） 特許第３９９６１１９号公報（段落［０００９］〜［００１４］，［００２３］、図１〜図４等）

特許文献１に係る従来技術では、抵抗分漏れ電流の演算に電圧、電流の瞬時値の乗算や平均化処理を行わなくてはならず、また、電圧と漏れ電流との相対位相を求めるために複雑な演算が必要である。更に、特許文献２，３に係る従来技術では、高調波成分を除去するためにローパスフィルタが必要である。
上記のように、各従来技術では、高調波成分を除去し、かつ、容量分を除去して抵抗分漏れ電流のみを検出するために複雑な演算処理やローパスフィルタ等によるフィルタリング処理が必要不可欠であり、これらに起因して演算負荷が多く、ソフトウェア、ハードウェアの両面でコスト高になるという問題があった。

更に、監視・測定対象となる配電系統の構成や負荷に応じて、抵抗分漏れ電流だけでなく、高調波成分を除去した基本波漏れ電流や容量分漏れ電流の大きさも同時に検出し、監視したい場合もあるため、単一の装置によって多種多様な被監視対象及び用途に適用可能な漏れ電流検出装置の実現が要請されていた。
一方、電圧、電流、有効・無効電力、高調波、力率等を総合的に検出、監視する系統監視装置では、これらと共に漏電監視機能を備えていれば電力品質の総合的な監視が可能になるため、装置の構成を簡略化する観点からは、既存の系統監視装置が有する機能を漏れ電流検出による漏電監視にも利用できることが望ましい。

そこで、本発明の解決課題は、複雑な演算処理やフィルタリングを不要とし、しかも各種の系統構成や負荷条件、用途に適用可能であると共に、既存の系統監視装置が有する機能の有効利用を可能にした漏れ電流検出方法、漏れ電流検出装置及び系統監視装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、請求項１に係る漏れ電流検出方法は、電力系統の漏れ電流に含まれる抵抗分漏れ電流を容量分漏れ電流と分離して検出する漏れ電流検出方法において、
電力系統の電圧及び漏れ電流を一定周期にてサンプリングし、ディジタル信号に変換した電圧データ及び電流データをそれぞれフーリエ変換し、電圧基本波成分の絶対位相と漏れ電流基本波成分の絶対位相から電圧基本波成分を基準とした漏れ電流基本波成分の相対位相を求め、漏れ電流基本波成分の振幅と前記相対位相の余弦とを乗算して抵抗分漏れ電流を演算するものである。

請求項２に係る漏れ電流検出方法は、電力系統の漏れ電流に含まれる抵抗分漏れ電流を容量分漏れ電流と分離して検出する漏れ電流検出方法において、
電力系統の電圧のゼロクロス点を検出すると共に、
電力系統の漏れ電流を一定周期にてサンプリングし、ディジタル信号に変換した電流データのうち、前記ゼロクロス点のタイミングにて開始する時間窓の電流データを対象としてフーリエ変換し、
漏れ電流基本波成分の絶対位相を、電圧基本波成分を基準とした漏れ電流基本波成分の相対位相として用い、漏れ電流基本波成分の振幅と前記相対位相の余弦とを乗算して抵抗分漏れ電流を演算するものである。

請求項３に係る漏れ電流検出方法は、請求項１または２に記載した漏れ電流検出方法において、更に、前記漏れ電流基本波成分の振幅と前記相対位相の正弦とを乗算して容量分漏れ電流を演算するものである。

請求項４に係る漏れ電流検出方法は、電力系統の漏れ電流に含まれる抵抗分漏れ電流を容量分漏れ電流と分離して検出する漏れ電流検出方法において、
電力系統の電圧のゼロクロス点を検出すると共に、
電力系統の漏れ電流を一定周期にてサンプリングし、ディジタル信号に変換した電流データのうち、前記ゼロクロス点のタイミングにて開始する時間窓の電流データを対象としてフーリエ変換し、
このフーリエ変換の過程で得られる漏れ電流基本波成分の複素関数の実数部を抵抗分漏れ電流として同定するものである。

請求項５に係る漏れ電流検出方法は、請求項４に記載した漏れ電流検出方法において、更に、前記複素関数の虚数部を容量分漏れ電流として同定するものである。

請求項６に係る漏れ電流検出装置は、電力系統の漏れ電流に含まれる抵抗分漏れ電流を容量分漏れ電流と分離して検出する漏れ電流検出装置において、
電力系統の電圧及び漏れ電流を一定周期にてサンプリングし、アナログ／ディジタル変換する手段と、
ディジタル信号に変換された電圧データ及び電流データのうち所定の時間窓の電圧データ及び電流データを対象としてそれぞれフーリエ変換し、電圧基本波成分の絶対位相及び漏れ電流基本波成分の絶対位相を検出する手段と、
前記電圧基本波成分の絶対位相及び漏れ電流基本波成分の絶対位相から、電圧基本波成分を基準とした漏れ電流基本波成分の相対位相を求める手段と、
漏れ電流基本波成分の振幅を求める手段と、
漏れ電流基本波成分の振幅と前記相対位相の余弦とを乗算して抵抗分漏れ電流を演算する手段と、を備えたものである。

請求項７に係る漏れ電流検出装置は、電力系統の漏れ電流に含まれる抵抗分漏れ電流を容量分漏れ電流と分離して検出する漏れ電流検出装置において、
電力系統の電圧のゼロクロス点を検出する手段と、
電力系統の漏れ電流を一定周期にてサンプリングし、アナログ／ディジタル変換する手段と、
ディジタル信号に変換された電流データのうち、前記ゼロクロス点のタイミングにて開始する時間窓の電流データを対象としてフーリエ変換し、漏れ電流基本波成分の絶対位相を、電圧基本波成分を基準とした漏れ電流基本波成分の相対位相として同定する手段と、
漏れ電流基本波成分の振幅を求める手段と、
漏れ電流基本波成分の振幅と前記相対位相の余弦とを乗算して抵抗分漏れ電流を演算する手段と、を備えたものである。

請求項８に係る漏れ電流検出装置は、請求項６または７に記載した漏れ電流検出装置において、更に、漏れ電流基本波成分の振幅と前記相対位相の正弦とを乗算して容量分漏れ電流を演算する手段を備えたものである。

請求項９に係る漏れ電流検出装置は、電力系統の漏れ電流に含まれる抵抗分漏れ電流を容量分漏れ電流と分離して検出する漏れ電流検出装置において、
電力系統の電圧のゼロクロス点を検出する手段と、
電力系統の漏れ電流を一定周期にてサンプリングし、アナログ／ディジタル変換する手段と、
ディジタル信号に変換された電流データのうち、前記ゼロクロス点のタイミングにて開始する時間窓の電流データを対象としてフーリエ変換する手段と、
このフーリエ変換の過程で得られる漏れ電流基本波成分の複素関数の実数部を抵抗分漏れ電流として同定する手段と、を備えたものである。

請求項１０に係る漏れ電流検出装置は、請求項９に記載した漏れ電流検出装置において、更に、前記複素関数の虚数部を容量分漏れ電流として同定する手段を備えたものである。

請求項１１に係る系統監視装置は、請求項６〜１０の何れか１項に記載した漏れ電流検出装置を備え、更に、少なくとも電力系統の電圧及び電力の品質監視機能を備えたものである。

本発明によれば、複雑な演算処理やフィルタリング処理を用いることなく、しかも単一の装置によって各種の系統構成や負荷条件、用途に適用可能な漏れ電流検出装置を実現することができる。これにより、高性能かつ高速な演算処理装置や、アナログフィルタ、ディジタルフィルタ等を不要にして、ソフトウェア、ハードウェア両面におけるコストの低減に寄与することができる。
また、電圧、電流、電力等の品質を監視する既存の系統監視装置が有する機能、例えば電圧、電流の高調波を解析するためのフーリエ変換機能を有効に利用して、抵抗分漏れ電流を簡単に検出することが可能であり、必要に応じて容量分漏れ電流等も検出することができる。

本発明の第１実施形態に係る漏れ電流検出装置を示す構成図である。 本発明の実施例における系統電圧及び漏れ電流のモデル波形を示す図である。 図２においてフーリエ変換に用いた系統電圧及び漏れ電流のサンプリングデータを示す図である。 図２における時間窓Ｗ_１を拡大した波形図である。 図２の時間窓Ｗ_１のデータを用いたフーリエ変換の結果を示す図である。 第１実施形態による漏れ電流の検出手順を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る漏れ電流検出装置を示す構成図である。 図２における時間窓Ｗ_２を拡大した波形図である。 図２の時間窓Ｗ_２のデータを用いたフーリエ変換の結果を示す図である。 第２実施形態による漏れ電流の検出手順を示すフローチャートである。 本発明の第３実施形態に係る漏れ電流検出装置を示す構成図である。 第３実施形態における漏れ電流の基本波成分の振幅及び位相を示すベクトル図である。 第３実施形態によるフーリエ変換過程における複素関数の実部、虚部の一例を示した図である。 第３実施形態による漏れ電流の検出手順を示すフローチャートである。 従来技術の構成を示すブロック図である。

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
まず、図１は、本発明の第１実施形態に係る漏れ電流検出装置１Ａの構成図である。図１において、２は三相Δ結線の電源３を有する配電系統であり、その線間電圧が漏れ電流検出装置１Ａの電圧検出手段１０Ｖに入力され、零相変流器４の二次電流が電流検出手段１０Ｉに入力されている。ここで、電圧検出手段１０Ｖは配電系統２の線間電圧を基本電圧として検出し、電流検出手段１０Ｉは配電系統２を流れる漏れ電流（零相電流）を検出するためのものであり、線間電圧及び漏れ電流は何れも高調波成分を含んでいるものとする。

レベル変換手段２０Ｖは、系統電圧を後続の電子回路により処理可能な電圧レベルに変換するためのものであり、増幅手段２０Ｉは、同じく零相変流器４の二次電流を電子回路により処理可能な電圧レベルに変換するためのものである。これらのレベル変換手段２０Ｖ及び増幅手段２０Ｉの各アナログ出力電圧は、Ａ／Ｄ変換手段３０Ｖ，３０Ｉにおいてそれぞれ一定周期でサンプリングされ、ディジタルデータに変換される。
Ａ／Ｄ変換手段３０Ｖ，３０Ｉから出力された電圧データ、電流データは、ＲＡＭ等のメモリ４０Ｖ，４０Ｉにそれぞれ記憶される。ここで、メモリ４０Ｖ，４０Ｉに記憶されるデータの数としては、後続するフーリエ変換処理に十分な数、例えば系統電圧の１周期について３２個，６４個等が考えられる。

次に、９０Ａは演算処理手段としてのＣＰＵであり、前記メモリ４０Ｖ，４０Ｉにそれぞれ記憶された電圧データ、電流データを用いて、各手段が所定のプログラムにより以下の演算処理を実行するものである。
まず、フーリエ変換手段５０Ｖは、メモリ４０Ｖ内の所定の時間窓の電圧データを用いてフーリエ変換を行い、系統電圧の基本波成分の振幅Ｖ_１及び絶対位相θ_Ｖを演算する（便宜上、系統電圧Ｖの基本波成分ベクトル及びその振幅を、何れもＶ_１と表記する）。なお、本実施形態では、フーリエ変換により得た絶対位相θ_Ｖのみを使用することとする。
一般に、周期関数をフーリエ変換する過程において、周期関数の各周波数成分は複素関数によって表すことができる。この複素関数に基づいて、例えば系統電圧の基本波成分の振幅Ｖ_１は、Ｖ_１＝√（Ｖ_１ｒｅ ^２＋Ｖ_１ｉｍ ^２）により求めることができ、また、絶対位相θ_Ｖは、θ_Ｖ＝ｔａｎ^−１（Ｖ_１ｒｅ／Ｖ_１ｉｍ）により求めることができるから、振幅Ｖ_１及び絶対位相θ_Ｖの演算は容易である。ここで、Ｖ_１ｒｅは系統電圧の基本波成分を示す複素関数の実部、Ｖ_１ｉｍは同じく虚部を示す。
フーリエ変換手段５０Ｉは、メモリ４０Ｉ内の所定の時間窓の電流データを用いてフーリエ変換を行い、上記と同様の原理に従って、漏れ電流Ｉ_０の基本波成分の振幅Ｉ_０１及び絶対位相θ_Ｉを演算する。

上記フーリエ変換には、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）または高速フーリエ変換（ＦＦＴ）の何れを用いても良い。
このようにフーリエ変換によって電圧や電流の基本波成分の振幅、絶対位相を求めることは、例えば特開２００４−１９８２７３号公報や特許第３５９９１５７号に記載されている如く周知技術であるため、ここでは詳述を省略する。

次に、相対位相演算手段６１は、電圧、電流の絶対位相θ_Ｖ，θ_Ｉを用いて、θ＝θ_Ｉ−θ_Ｖの演算により、系統電圧を基準とした零相電流の基本波成分の相対位相θを求める。
また、基本波振幅演算手段６２は、フーリエ変換手段５０Ｉの出力から、漏れ電流Ｉ_０の基本波成分の振幅Ｉ_０１を演算する（以下では、便宜上、漏れ電流ベクトルとその振幅、漏れ電流基本波成分ベクトルとその振幅、抵抗分漏れ電流ベクトルとその振幅、容量分漏れ電流ベクトルとその振幅を、それぞれＩ_０，Ｉ_０１，Ｉ_０ｒ，Ｉ_０ｃと表記するものとする）。
そして、抵抗分漏れ電流演算手段６４は、漏れ電流が抵抗分漏れ電流及び容量分漏れ電流のベクトル和であることに基づいて、Ｉ_０ｒ＝Ｉ_０１ｃｏｓθの演算により抵抗分漏れ電流Ｉ_０ｒを求める。図示されていないが、Ｉ_０ｃ＝Ｉ_０１ｓｉｎθの演算により容量分漏れ電流Ｉ_０ｃを求めても良いのは勿論である。なお、Ｉ_０ｒ，Ｉ_０ｃは何れも基本波成分であるが、以下ではその都度、明記しないこととする。

一方、漏れ電流演算手段６３は、前記メモリ４０Ｉに記憶された電流データから漏れ電流Ｉ_０を演算し、前記抵抗分漏れ電流Ｉ_０ｒと共に出力手段６５に送る。
出力手段６５は、これらの抵抗分漏れ電流Ｉ_０ｒ及び漏れ電流Ｉ_０の各演算値を処理し、表示出力や警報出力、上位装置への伝送出力等を行うものである。

上記のように、本実施形態では、系統電圧及び漏れ電流の絶対位相から電圧を基準とした漏れ電流の相対位相θを算出し、この相対位相θと漏れ電流の基本波成分の振幅Ｉ_０１とを用いて抵抗分漏れ電流Ｉ_０ｒを求めることができる。
この場合、図１の構成によれば、従来のように高調波成分を除去するためのローパスフィルタやバンドパスフィルタ等によるフィルタリング処理が不要であると共に、系統監視装置として電圧、電流の高調波成分を解析するために設けられたフーリエ変換手段５０Ｖ，５０Ｉをそのまま利用して、抵抗分漏れ電流Ｉ_０ｒを検出することが可能である。

次に、この実施形態の作用効果を確認するための実施例について説明する。
図２は、振幅が２００［Ｖ］相当の系統電圧Ｖのモデル波形、振幅が１００［ｍＡ］相当の漏れ電流Ｉ_０のモデル波形である。ここで、漏れ電流Ｉ_０は、基本波成分の抵抗分漏れ電流の振幅を１０［ｍＡ］、基本波成分の容量分漏れ電流の振幅を８０［ｍＡ］とし、第３調波成分の容量分漏れ電流の振幅を２０［ｍＡ］としてこれらを合成したものである。
系統電圧Ｖ及び漏れ電流Ｉ_０のサンプリング数は系統電圧Ｖの基本波成分１周期について６４個とし、これらのサンプリングデータをメモリに記憶して高速フーリエ変換を行った。
図３は、図２における時間窓Ｗ_１に相当する系統電圧Ｖ及び漏れ電流Ｉ_０のサンプリングデータであり、上記時間窓Ｗ_１を拡大したものが図４の波形図である。ここで、フーリエ変換に用いるサンプリングデータの数や時間窓の長さは、任意に設定可能である。

以上のような条件のもとで、図１のフーリエ変換手段５０Ｖ，５０Ｉにより高速フーリエ変換を行って系統電圧Ｖ及び漏れ電流Ｉ_０の絶対位相θ_Ｖ，θ_Ｉを求め、相対位相演算手段６１により漏れ電流Ｉ_０の相対位相θを求めると、θ＝θ_Ｉ−θ_Ｖ＝１７２．８７−９０＝８２．８７［度］となる。また、基本波振幅演算手段６２により漏れ電流Ｉ_０の基本波成分の振幅Ｉ_０１を求めると、Ｉ_０１＝８０．６２［ｍＡ］となる。
なお、図５は、フーリエ変換の結果を示した図である。

抵抗分漏れ電流演算手段６４により、上記振幅Ｉ_０１及び相対位相θから抵抗分漏れ電流Ｉ_０ｒを演算すると、Ｉ_０ｒ＝Ｉ_０１ｃｏｓθ＝８０．６２×ｃｏｓ（８２．８７）≒１０．００６［ｍＡ］となる。すなわち、漏れ電流Ｉ_０のモデル波形に含まれる抵抗分漏れ電流Ｉ_０ｒ（＝１０［ｍＡ］）とほぼ一致することが確認された。
同様にして容量分漏れ電流Ｉ_０ｃを求めると、Ｉ_０ｃ＝Ｉ_０１ｓｉｎθ＝８０．６２×ｓｉｎ（８２．８７）≒７９．９９６［ｍＡ］となり、漏れ電流Ｉ_０のモデル波形に含まれる容量分漏れ電流Ｉ_０ｒ（＝８０［ｍＡ］）とほぼ一致している。

図６は、この第１実施形態による漏れ電流の検出手順を示すフローチャートである。
前述したように、図１におけるフーリエ変換手段５０Ｖ，５０Ｉが振幅Ｖ_１，Ｉ_０１及び絶対位相θ_Ｖ，θ_Ｉを演算し（ステップＳ１，Ｓ２）、相対位相演算手段６１が相対位相θを演算する（ステップＳ３）。更に、抵抗分漏れ電流演算手段６４が、振幅Ｉ_０１及び相対位相θを用いて抵抗分漏れ電流Ｉ_０ｒを演算する（ステップＳ４）。
その後、この抵抗分漏れ電流Ｉ_０ｒを漏れ電流Ｉ_０と共に出力するものである（ステップＳ５）。

次いで、本発明の第２実施形態を説明する。図７は、第２実施形態に係る漏れ電流検出装置１Ｂの構成図である。
この実施形態は、ＣＰＵ９０Ｂにおいて、フーリエ変換を電流データに対してのみ実行するようにして、演算量を少なくした点に特徴がある。

すなわち、図７に示す漏れ電流検出装置１Ｂにおいて、系統電圧は、電圧検出手段１０Ｖ及びレベル変換手段２０Ｖを介してＣＰＵ９０Ｂ内のゼロクロス検出手段７０に入力されている。このゼロクロス検出手段７０は、系統電圧のゼロクロス点を、例えばコンパレータにより検出し、ゼロクロス点のタイミングをフーリエ変換手段５１に出力する。

フーリエ変換手段５１は、図１におけるフーリエ変換手段５０Ｉと同様に、所定の時間窓の電流データを用いてフーリエ変換を行い、漏れ電流Ｉ_０の基本波成分の振幅Ｉ_０１及び絶対位相θ_Ｉを演算するが、その際、本実施形態では時間窓の開始点を前記ゼロクロス点のタイミングに一致させる。
これにより、フーリエ変換手段５１により求められる漏れ電流Ｉ_０の基本波成分の絶対位相θ_Ｉは、系統電圧Ｖの絶対位相（＝０度）を基準とした相対位相θに等しくなる。従って、この絶対位相θ_Ｉにより同定した相対位相θと、基本波振幅演算手段６２により抽出した振幅Ｉ_０１とを抵抗分漏れ電流演算手段６４に入力することにより、第１実施形態と同様に抵抗分漏れ電流Ｉ_０ｒを演算することができる。
以後の動作は第１実施形態と同様である。

この実施形態によれば、ＣＰＵ９０Ｂ内で電圧データのフーリエ変換や、絶対位相同士の減算による相対位相θの演算を行う必要がなく、また、ＣＰＵ９０Ｂの入力側で電圧データのＡ／Ｄ変換等を行う必要もない。このため、第１実施形態に比べて演算負荷や回路構成を一層削減することができる。

なお、系統電圧のゼロクロス点のタイミングと、電流データをフーリエ変換する際の時間窓の開始点とをソフトウェアにより同期させる場合、両タイミングの間に遅れ時間が発生するおそれがある。このような場合には、前記遅れ時間を予め測定しておき、その遅れ時間に相当する分だけずらした時間窓の電流データを用いてフーリエ変換を行えば、実質的に電圧ゼロクロス点に同期して開始する時間窓の電流データを用いることができ、上記遅れ時間の解消が可能である。
例えば、系統電圧の１周期を６４分割してサンプリングする場合、系統周波数が５０［Ｈｚ］であればサンプリング周期は３１２．５［μｓ］であるから、遅れ時間に応じた複数のサンプリング周期分だけ時間窓をずらした電流データを対象としてフーリエ変換を行えば良い。

以下に、この実施形態の作用効果を確認するための実施例を説明する。
前述した図２の系統電圧Ｖ及び漏れ電流Ｉ_０のモデル波形を用い、系統電圧Ｖのゼロクロス点のタイミングを開始点とする時間窓Ｗ_２の電流データを用いて、図７のフーリエ変換手段５１がフーリエ変換を行う。
図８は、図２における時間窓Ｗ_２を拡大した波形図である。この実施形態でも、フーリエ変換に用いるサンプリングデータの数や時間窓の長さは、任意に設定可能である。

図７におけるフーリエ変換手段５１により高速フーリエ変換を行って漏れ電流Ｉ_０の絶対位相θ_Ｉを求めると、この絶対位相θ_Ｉは、系統電圧Ｖの絶対位相（＝０度）を基準とした相対位相θそのものとなり、θ_Ｉ＝θ＝８２．８７［度］となる。また、基本波振幅演算手段６２により演算される漏れ電流Ｉ_０の基本波成分の振幅Ｉ_０１は、Ｉ_０１＝８０．６２［ｍＡ］となる。図９は、このフーリエ変換の結果を示した図である。
このため、抵抗分漏れ電流演算手段６４により抵抗分漏れ電流Ｉ_０ｒを演算すると、前記同様に、Ｉ_０ｒ＝Ｉ_０１ｃｏｓθ＝８０．６２×ｃｏｓ（８２．８７）≒１０．００６［ｍＡ］という結果が得られる。

図１０は、第２実施形態による漏れ電流の検出手順を示すフローチャートである。
まず、図７におけるゼロクロス検出手段７０が系統電圧Ｖのゼロクロス点を検出し、そのタイミングをフーリエ変換手段５１に送る（ステップＳ１１）。フーリエ変換手段５１は、ゼロクロス点のタイミングで開始する時間窓Ｗ_２の電流データを対象としてフーリエ変換を行い、振幅Ｉ_０１及び絶対位相θ_Ｉを演算する（ステップＳ１２）。この絶対位相θ_Ｉをそのまま相対位相θとして同定し、抵抗分漏れ電流演算手段６４が、振幅Ｉ_０１及び相対位相θから抵抗分漏れ電流Ｉ_０ｒを演算する（ステップＳ１３，Ｓ１４）。次の出力ステップＳ１５は、図６のステップＳ５と同様である。

次に、本発明の第３実施形態を説明する。
図１１は、第３実施形態に係る漏れ電流検出装置１Ｃの構成図である。この実施形態は、第１，第２実施形態に比べて抵抗分漏れ電流Ｉ_０ｒの検出処理を一層容易化したものである。

図１１に示す漏れ電流検出装置１Ｃにおいて、ＣＰＵ９０Ｃ内のゼロクロス検出手段７０により検出された系統電圧Ｖのゼロクロス点のタイミングは、図７と同様に、電流データをフーリエ変換するフーリエ変換手段５２に入力されている。
フーリエ変換手段５２は、上記ゼロクロス点に開始点を一致させた時間窓の電流データを用いてフーリエ変換を行う。

このとき、前述した如く、フーリエ変換による基本波成分の振幅及び位相の演算原理によれば、漏れ電流の基本波成分の振幅Ｉ_０１は、Ｉ_０１＝√（Ｉ_０１ｒｅ ^２＋Ｉ_０１ｉｍ ^２）により求められ、絶対位相θ_Ｉは、θ_Ｉ＝ｔａｎ^−１（Ｉ_０１ｒｅ／Ｉ_０１ｉｍ）により求められる。これをベクトル図により表すと、図１２（ａ）のようになり、先の第２実施形態では、図１２（ａ）の関係を用い、更に、漏れ電流の絶対位相が電圧を基準とした相対位相に等しくなること（θ_Ｉ＝θ）に着目して、Ｉ_０ｒ＝Ｉ_０１ｃｏｓθにより抵抗分漏れ電流Ｉ_０ｒを演算している。

一方、漏れ電流の基本波成分をベクトル図により表すと、図１２（ｂ）のようになることが明らかである。
これらの図１２（ａ），（ｂ）を比較すると、図１２（ｂ）における抵抗分漏れ電流Ｉ_０ｒは、図１２（ａ）における複素関数の実部Ｉ_０１ｒｅに等しいことが判る。ちなみに、容量分漏れ電流Ｉ_０ｃは虚部Ｉ_０１ｉｍに等しい。
従って、抵抗分漏れ電流Ｉ_０ｒを求めるに当たっては、第２実施形態のように相対位相θの余弦に振幅Ｉ_０１を乗算する演算を行わなくても、電流データのフーリエ変換の過程で得られる漏れ電流基本波成分の複素関数の実部Ｉ_０１ｒｅをそのまま用いれば良い。同様に容量分漏れ電流Ｉ_０ｃについても、相対位相θの正弦に振幅Ｉ_０１を乗算する演算を行わずに、虚部Ｉ_０１ｉｍをそのまま用いれば良いことになる。

すなわち、図１１におけるフーリエ変換手段５２がフーリエ変換を行い、その過程で得られた漏れ電流基本波成分の複素関数の実部Ｉ_０１ｒｅを、抵抗分漏れ電流演算手段６４が抵抗分漏れ電流Ｉ_０ｒとして同定し、同時に、漏れ電流基本波成分の複素関数の虚部Ｉ_０１ｉｍを、容量分漏れ電流演算手段６６が容量分漏れ電流Ｉ_０ｃとして同定することにより、漏れ電流の抵抗分、容量分を直ちに求めることができる。
出力手段６５は、これらの抵抗分漏れ電流Ｉ_０ｒ、容量分漏れ電流Ｉ_０ｃを、漏れ電流Ｉ_０と共に出力する。
なお、図１３は、本実施形態におけるフーリエ変換途中の複素関数の実部、虚部の一例を示した図であり、抵抗分漏れ電流Ｉ_０ｒ、容量分漏れ電流Ｉ_０ｃの各数値は図２のモデル波形における各数値とそれぞれ一致している。

図１４は、この第３実施形態による漏れ電流の検出手順を示すフローチャートである。
図１１におけるゼロクロス検出手段７０が系統電圧Ｖのゼロクロス点を検出し、そのタイミングをフーリエ変換手段５２に送る（ステップＳ２１）。フーリエ変換手段５２は、ゼロクロス点のタイミングで開始する時間窓Ｗ_２の電流データを対象として、フーリエ変換を行う（ステップＳ２２）。
上記フーリエ変換の過程において、漏れ電流基本波成分の複素関数の実部Ｉ_０１ｒｅ及び虚部Ｉ_０１ｉｍが得られるので、抵抗分漏れ電流演算手段６４及び容量分漏れ電流演算手段６６がこれらをそれぞれ抵抗分漏れ電流Ｉ_０ｒ、容量分漏れ電流Ｉ_０ｃとして同定する（ステップＳ２３）。その後、出力手段６５が、抵抗分漏れ電流Ｉ_０ｒ、容量分漏れ電流Ｉ_０ｃ及び漏れ電流Ｉ_０を出力する（ステップＳ２４）。

本実施形態によれば、相対位相の演算やその正弦、余弦関数の演算等を行わずに抵抗分漏れ電流Ｉ_０ｒ及び容量分漏れ電流Ｉ_０ｃを求めることができ、第２実施形態よりも一層、演算処理を簡略化することができる。

本発明は、漏電監視を行う漏れ電流検出装置単体として、あるいは、電圧、電流、電力等の品質を総合的に監視する系統監視装置の構成要素として利用することができる。

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ：漏れ電流検出装置
２：配電系統
３：電源
４：零相変流器
１０Ｖ：電圧検出手段
１０Ｉ：電流検出手段
２０Ｖ：レベル変換手段
２０Ｉ：増幅手段
３０Ｖ，３０Ｉ：Ａ／Ｄ変換手段
４０Ｖ，４０Ｉ：メモリ
５０Ｖ，５０Ｉ，５１，５２：フーリエ変換手段
６１：相対位相演算手段
６２：基本波振幅演算手段
６３：漏れ電流演算手段
６４：抵抗分漏れ電流演算手段
６５：出力手段
６６：容量分漏れ電流演算手段
７０：ゼロクロス検出手段
９０Ａ，９０Ｂ，９０Ｃ：ＣＰＵ

Claims (11)

1. 電力系統の漏れ電流に含まれる抵抗分漏れ電流を容量分漏れ電流と分離して検出する漏れ電流検出方法において、
   電力系統の電圧及び漏れ電流を一定周期にてサンプリングし、ディジタル信号に変換した電圧データ及び電流データをそれぞれフーリエ変換し、電圧基本波成分の絶対位相と漏れ電流基本波成分の絶対位相から電圧基本波成分を基準とした漏れ電流基本波成分の相対位相を求め、漏れ電流基本波成分の振幅と前記相対位相の余弦とを乗算して抵抗分漏れ電流を演算することを特徴とする漏れ電流検出方法。
2. 電力系統の漏れ電流に含まれる抵抗分漏れ電流を容量分漏れ電流と分離して検出する漏れ電流検出方法において、
   電力系統の電圧のゼロクロス点を検出すると共に、
   電力系統の漏れ電流を一定周期にてサンプリングし、ディジタル信号に変換した電流データのうち、前記ゼロクロス点のタイミングにて開始する時間窓の電流データを対象としてフーリエ変換し、
   漏れ電流基本波成分の絶対位相を、電圧基本波成分を基準とした漏れ電流基本波成分の相対位相として用い、漏れ電流基本波成分の振幅と前記相対位相の余弦とを乗算して抵抗分漏れ電流を演算することを特徴とする漏れ電流検出方法。
3. 請求項１または２に記載した漏れ電流検出方法において、
   更に、前記漏れ電流基本波成分の振幅と前記相対位相の正弦とを乗算して容量分漏れ電流を演算することを特徴とする漏れ電流検出方法。
4. 電力系統の漏れ電流に含まれる抵抗分漏れ電流を容量分漏れ電流と分離して検出する漏れ電流検出方法において、
   電力系統の電圧のゼロクロス点を検出すると共に、
   電力系統の漏れ電流を一定周期にてサンプリングし、ディジタル信号に変換した電流データのうち、前記ゼロクロス点のタイミングにて開始する時間窓の電流データを対象としてフーリエ変換し、
   このフーリエ変換の過程で得られる漏れ電流基本波成分の複素関数の実数部を抵抗分漏れ電流として同定することを特徴とする漏れ電流検出方法。
5. 請求項４に記載した漏れ電流検出方法において、
   更に、前記複素関数の虚数部を容量分漏れ電流として同定することを特徴とする漏れ電流検出方法。
6. 電力系統の漏れ電流に含まれる抵抗分漏れ電流を容量分漏れ電流と分離して検出する漏れ電流検出装置において、
   電力系統の電圧及び漏れ電流を一定周期にてサンプリングし、アナログ／ディジタル変換する手段と、
   ディジタル信号に変換された電圧データ及び電流データのうち所定の時間窓の電圧データ及び電流データを対象としてそれぞれフーリエ変換し、電圧基本波成分の絶対位相及び漏れ電流基本波成分の絶対位相を検出する手段と、
   前記電圧基本波成分の絶対位相及び漏れ電流基本波成分の絶対位相から、電圧基本波成分を基準とした漏れ電流基本波成分の相対位相を求める手段と、
   漏れ電流基本波成分の振幅を求める手段と、
   漏れ電流基本波成分の振幅と前記相対位相の余弦とを乗算して抵抗分漏れ電流を演算する手段と、
   を備えたことを特徴とする漏れ電流検出装置。
7. 電力系統の漏れ電流に含まれる抵抗分漏れ電流を容量分漏れ電流と分離して検出する漏れ電流検出装置において、
   電力系統の電圧のゼロクロス点を検出する手段と、
   電力系統の漏れ電流を一定周期にてサンプリングし、アナログ／ディジタル変換する手段と、
   ディジタル信号に変換された電流データのうち、前記ゼロクロス点のタイミングにて開始する時間窓の電流データを対象としてフーリエ変換し、漏れ電流基本波成分の絶対位相を、電圧基本波成分を基準とした漏れ電流基本波成分の相対位相として同定する手段と、
   漏れ電流基本波成分の振幅を求める手段と、
   漏れ電流基本波成分の振幅と前記相対位相の余弦とを乗算して抵抗分漏れ電流を演算する手段と、
   を備えたことを特徴とする漏れ電流検出装置。
8. 請求項６または７に記載した漏れ電流検出装置において、
   更に、漏れ電流基本波成分の振幅と前記相対位相の正弦とを乗算して容量分漏れ電流を演算する手段を備えたことを特徴とする漏れ電流検出装置。
9. 電力系統の漏れ電流に含まれる抵抗分漏れ電流を容量分漏れ電流と分離して検出する漏れ電流検出装置において、
   電力系統の電圧のゼロクロス点を検出する手段と、
   電力系統の漏れ電流を一定周期にてサンプリングし、アナログ／ディジタル変換する手段と、
   ディジタル信号に変換された電流データのうち、前記ゼロクロス点のタイミングにて開始する時間窓の電流データを対象としてフーリエ変換する手段と、
   このフーリエ変換の過程で得られる漏れ電流基本波成分の複素関数の実数部を抵抗分漏れ電流として同定する手段と、
   を備えたことを特徴とする漏れ電流検出装置。
10. 請求項９に記載した漏れ電流検出装置において、
    更に、前記複素関数の虚数部を容量分漏れ電流として同定する手段を備えたことを特徴とする漏れ電流検出装置。
11. 請求項６〜１０の何れか１項に記載した漏れ電流検出装置を備え、
    更に、少なくとも電力系統の電圧及び電力の品質監視機能を備えたことを特徴とする系統監視装置。

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