JP4167872B2 - 漏れ電流の監視装置及びその監視システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、配電系統の絶縁状態を監視するため漏れ電流中に含まれる抵抗分電流と、絶縁抵抗である抵抗値の測定方法と、この測定方法を応用した機器または装置またはシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の配電系統における漏れ電流あるいは絶縁抵抗の測定方法として、（Ａ）配電回路あるいは変圧器の接地線に零相変流器を設置して直接測定する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。また（Ｂ）変圧器の接地線または配電回路に外部から電圧を印加したうえで測定する方法が提案されている（例えば、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６、特許文献７、特許文献８参照。）。さらに（Ｃ）零相変流器の出力と配電回路の電圧から漏れ電流を測定する方法が提案されている（例えば、特許文献９、特許文献１０、特許文献１１、特許文献１２、特許文献１３参照。）。
これらの概略を図９に纏めて示す。
【０００３】
図９は漏れ電流計測システムを示す構成図であり、図において、４０は変圧器、４１は遮断器、４２は配電系統の一次回路、４３ａ、４３ｂ、４３ｃは電気設備等の負荷、４４は変圧器４０の接地線、４５は変流器４６の出力を受けて漏れ電流等を測定する測定機器、４７ａ、４７ｂ、４７ｃは配電経路に生ずる静電容量、４８ａ、４８ｂ、４８ｃは負荷４３ａ〜４３ｃに設置された電源スイッチ、４９は負荷に設置されたノイズフィルタの静電容量である。５０は変圧器４０の接地線４４に電圧を印加する電圧印加装置である。５１は負荷４３ａの絶縁抵抗あるいは一次回路４２の配線材の絶縁抵抗を便宜的に示したものである。
また、Ｉｚは一次回路の漏れ電流、Ｉｃは静電容量に流れる容量性電流（無効分電流）、Ｉｇｒは、絶縁抵抗分に流れる抵抗分電流（有効分電流）である。
【０００４】
図９において、上記（Ａ）の測定方法は変圧器４０の接地線４４に零相変流器を設置して漏れ電流を測定する。（Ｂ）の測定方法は電圧印加装置５０から１Ｈｚ・１Ｖくらいの電圧を印加し、静電容量４７ａ〜４７ｃに電流が流れないようにして、即ち静電容量の影響を受けないようにして、零相変流器４６からの信号を計測器４５で測定する。（Ｃ）の測定方法は配線系統の一次回路４２からの電圧と零相変流器４６の出力を用いて測定する。
【０００５】
図１０は、一次回路の漏れ電流Ｉｚ、静電容量に流れるよう容量性電流及び絶縁抵抗分に流れる抵抗分電流のベクトルを示すベクトル図である。図において、三相交流電圧の場合、相電圧と線間電圧間の位相角は３０度である。容量性電流Ｉｃと抵抗分電流Ｉｇｒは９０度異なっており、漏れ電流Ｉｚは電流Ｉｃと電流Ｉｇｒとの合成電流であり、ベクトル和で表される。ところが、容量性電流はどれだけの負荷がオンされているかによって異なる。例えば、全ての負荷４３ａ〜４３ｃがオンされている場合には容量性電流はＩｃ’のように増加する。このため漏れ電流ＩｚはＩｚ’になる。即ち、電流Ｉｚ’、Ｉｃ’は負荷の変動により変化する。
【０００６】
【特許文献１】
特開平２−１２９５５６号公報
【特許文献２】
特開昭６３−２３８４７０号公報
【特許文献３】
特開平１−１４３９７１号公報
【特許文献４】
特開平２−８３４６１号公報
【特許文献５】
特開平４−５２５６５号公報
【特許文献６】
特開平６−２５８３６３号公報
【特許文献７】
特開平９−３１８６８４号公報
【特許文献８】
特開平１１−３０４８５５号公報
【特許文献９】
特開平３−１７９２７１号公報
【特許文献１０】
特開平４−２２０５７３号公報
【特許文献１１】
特開平６−３３９２１８号公報
【特許文献１２】
特開平２００１−２２５２４７号公報
【特許文献１３】
特開平２００１−２１６０４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記（Ａ）の方法は、ノイズフィルタ等により静電容量が大きいと無効分電流が大部分となり、抵抗分電流が測定できない問題がある。
（Ｂ）の方法は、外部から電圧を印加しなければならず、負荷機器に影響を与えないよう考慮する必要があり、複雑な構成となる問題がある。
（Ｃ）の方法の一例は、補助インピーダンス素子を設置して絶縁抵抗を求めるもので、複数の配電回路には適さない問題がある。
また、他の一例は位相角を求め抵抗分電流や抵抗値を算出さらには絶縁劣化相を検出するものであるが、変流器の特性上微少電流領域では正確な位相角を求める事が困難であるという問題点がある。
【０００８】
本発明は、上記した従来例の問題点を解決し、信頼性の高い抵抗分電流値及び抵抗値、即ち絶縁抵抗を求めることを目的とする。また、他の目的として、絶縁劣化の経時的変化を捕らえ警報を行うことにより、事前に点検保守を可能ならしめて事故を未然に防止することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を解決するために本発明では、
（１）交流の被測定回路の漏れ電流信号と、前記被測定回路の電圧信号と、１周期分の前記漏れ電流信号及び前記電圧信号の波形をサンプリングし記憶し、前記漏れ電流信号及び前記電圧信号をそれぞれＮ次高調波成分に展開し、（式１）、（式２）
（ここで、Ｖは被測定回路の電圧、Ｖoは直流成分、Ｖ１は基本波成分の電圧、Ｖ２・・・は高調波成分の電圧、Ｉｚは漏れ電流、ＩＺＯは直流成分、ＩＺ１は漏れ電流の基本波成分、
ＩＺ２・・・は高調波成分、ωは角速度で２πｆ、φ１〜φｎは位相角）
を導出し、Ｎ次高調波成分の特に第3次、および第9次の被測定回路と大地間に形成される抵抗分と静電容量分を構成するアドミタンスとして、
（ここで、Ｒは抵抗分、Ｃは静電容量分であり、ωは角速度で２πｆ）
とした連立方程式より算出した結果を漏れ電流にかかわる抵抗分とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、実施例を用い、図を参照して説明する。
【００１１】
図１は本発明による漏れ電流測定方法の第１の実施例を説明するための波形図であり、本波形図を用いて、漏れ電流から抵抗分電流を算出する原理を説明する。
この波形図は、図９における配電系統の一次回路４２が単相回路の場合を示し、変流器４６の出力と、一次回路４２からの電圧波形を時間軸で表したものである。
【００１２】
図において、Ｉｚは漏れ電流を、Ｖは電圧を、Ｗは漏れ電流電力を示し、各波形のドットはサンプリング値を示す。漏れ電流Ｉｚは、有効分電流Ｉｇｒが無ければ電圧より位相が90度進んでいる。
【００１３】
ここで交流回路の電力Ｗは、回路電圧をＶ、負荷電流をＩ、電圧と負荷電流の位相角（力率角）をｃｏｓΦとすると、交流理論により、Ｗ＝ＶＩｃｏｓΦで求められる。このため、交流１周期分の電圧及び電流波形の瞬時値をサンプリングし、前記電圧の瞬時値と前記負荷電流の瞬時値との積算値の平均で求めることができる。
【００１４】
図１０からわかるように、漏れ電流をＩｚとすると、有効分電流Ｉｇｒは、ＩｚｃｏｓΦである。本実施例では、式Ｗ＝ＶＩｃｏｓΦの負荷電流Ｉの代りに漏れ電流Ｉｚに置き換えた電力（漏れ電流電力）を求め、さらにこの電力を電圧で除することによって、有効分電流Ｉｇｒを得る点に特徴がある。
【００１５】
即ち、Ｗ／Ｖ＝ＩｚｃｏｓΦ＝Ｉｇｒとなる。従って抵抗分電流（有効分電流）Ｉｇｒを求めることができる。ここで、電圧は交流１周期分の電圧であり、前記サンプリングで求めるには、電圧の各瞬時値の二乗の平均の平方根で求められる。
【００１６】
前記式から明白なように、電力Ｗと電圧Ｖは抵抗分電流Ｉｇｒを算出する手段として用いたものであり、取り込む電圧Ｖは適当な大きさで良いことがわかる。また、図１において漏れ電流中に含まれる抵抗分電流が増してくると電圧相に近づき、電力がプラス側になることがわかる。
【００１７】
次に本発明の第２の実施例について、図２を用いて説明する。
【００１８】
図２は本発明による漏れ電流測定方法の第２の実施例を説明するための波形図であり、三相交流の第１相（ＲＳ）を２線引き出しで負荷に電力を供給している場合の電圧波形、漏れ電流波形、漏れ電流電力波形を示す。この場合、漏れ電流Ｉｚは静電容量のみの場合電圧Ｖ（線間電圧）より６０度進んだ位相となる。これは、三相交流における線間電圧が相電圧より３０度進む関係からである。従って、第２の実施例の着目点は、上記漏れ電流と線間電圧をサンプリングした時に線間電圧の瞬時値を記憶し、漏れ電流の瞬時値と記憶したところの３０度進んだ電圧の瞬時値との電力を求め、電圧で除すれば抵抗分電流を求めることができることである。なお、電圧は第１の実施例と同様、交流１周期の各瞬時値の二乗の平均の平方根である。
【００１９】
次に本発明の第３の実施例について図３を用いて説明する。
【００２０】
図３は本発明による漏れ電流測定方法の第３の実施例を説明するための波形図であり、三相交流の電圧波形（電圧ＲＳ、電圧ＳＴ、電圧ＴＲ）、三相交流の漏れ電流波形Ｉｚを示す。また、三相交流の電圧波形におけるそれぞれの電圧は線間電圧である。各線間電圧は１２０度位相差があることは公知の事実である。また、漏れ電流を各電圧波形に対応してサンプリングすると、第２の実施例と同様静電容量のみの場合は図３に示すように線間電圧より６０度進んだものとなる。従って上記漏れ電流と各線間電圧波形をサンプリングした時に各線間電圧の瞬時値を記憶し、漏れ電流の瞬時値と各記憶したところの３０度進んだ電圧の瞬時値との各電力を求め、各電圧で除した結果のうち正の最大の値を示す相が絶縁劣化の相であり、またこの値を抵抗分電流とすることができる。なお、三相各相の抵抗分電流算出に際し用いる各相電圧は、２個の相の線間電圧信号を得ることにより残りの１相についてベクトル演算により求めてもよいし、１個の線間電圧信号を得ることにより残りの２相については前期より得られた電圧信号より、それぞれの位相角１２０度及び２４０度遅らせたものとすることによってもよい。また、対地間電圧を用いる場合においては２個の線の対地間電圧より残りの１相についてベクトル演算より求めてもよいし、１個の線の対地間電圧信号を得ることにより残りの２相については前期により得られた電圧信号より、それぞれ位相角１２０度及２４０度遅らせたものとすることによってもよい。
【００２１】
ここでサンプリングについて説明すると、交流１周期の波形を所定の時間間隔で測定することであり、所定の時間間隔とは、例えば５０Ｈｚであれば３６分割した０．５５５６ｍｓ、６０Ｈｚであれば０．４６３ｍｓ等である。
【００２２】
次に本発明の第４の実施例について説明する。
【００２３】
前記した実施例によれば、入力する電圧は適当な大きさで良いと説明したが、被測定回路からの入力電圧値に変換すれば良いのであり、この電圧値を前記第１から第３の実施例で得られた抵抗分電流で除すると抵抗値を算出することができる。即ち、被測定回路の絶縁抵抗値を得ることができる。
【００２４】
次に本発明の第５の実施例について式１乃至７を用いて説明する。 前記第３の実施例においては各相の静電容量分があまり不平衡でない場合に適したものであるが、本実施例では不平衡であっても適切な算出をおこなえるようにしたものである。
【００２５】
式１乃至７は本発明の漏れ電流による抵抗分の測定方法の第５の実施例を説明するための式である。
【００２６】
【数１】
【００２７】
式１は正弦波でない交流波、即ちひずみ波を展開して表したもので、フーリエ展開として公知の式である。式１において、ｙ（ｔ）はひずみ波交流で電圧または電流、Ａ０は直流成分、Ａｎｓｉｎ（ｎωｔ+φｎ）は基本波成分（ｎ＝１）及び高調波成分である。
【００２８】
【数２】
【００２９】
【数３】
【００３０】
式２及び式３は前記式１をもとに電圧信号と、漏れ電流信号について展開した式である。左辺ｙ（ｔ）の大きさは、前記実施例１乃至３と同様電圧波形信号あるいは漏れ電流信号をサンプリングし、各瞬時値の二乗の平方根で得られる実効値で置き換えることができる。
【００３１】
【数４】
【００３２】
【数５】
【００３３】
式４及び式５は、配電回路に形成される抵抗分と静電容量分が並列回路の例えば３次高調波成分と９次高調波成分のアドミッタンスを表わした式である。この式４及び式５の大きさは、式６及び式７のように表わされる。
【００３４】
【数６】
【００３５】
【数７】
【００３６】
ここで、Ｒは抵抗分、Ｃは静電容量分であり、ωは角速度で２πｆである。従って前記式２及び式３により電圧及び電流を３次高調波成分と９次高調波成分に展開し、前記式４及び式５により３次高調波成分と９次高調波成分のアドミッタンスを求め、前記式６及び式７の連立方程式を求めれば漏れ電流による抵抗分Ｒを得ることができる。なお、前記式４及び式５はアドミッタンスで表わしたが、２以上の次数における電圧高調波成分を同次数の電流成分によって除した値が同次数における抵抗分及び静電容量分より構成されるインピーダンスに等しいとしてもよいことはいうまでもない。
【００３７】
次に本発明の第６の実施例について式１乃至る式１０を用いて説明する。
【００３８】
式８乃至式１０は本発明の漏れ電流による抵抗分の測定方法の第６の実施例を説明するための式である。
【００３９】
【数８】
【００４０】
【数９】
【００４１】
式８は前記式１におけるφｎについて、電圧相を基準として電流との位相角の差を求める式であり、例えば式２及び式３をもとに算出する第３次高調波成分の電圧と電流の位相角の差である。式９は前記式８で求めた位相角の差と、前記式２及び式３で求めた例えば第３次高調波成分の電圧・電流から第３次高調波成分の電力を求める式である。
【００４２】
【数１０】
【００４３】
式１０は前記式９及び前記式２から漏れ電流による抵抗分を求める式である。本実施例では第３次高調波成分から抵抗分を算出したが、これ以外の高調波成分からも算出できることは言うまでもない。 次に本発明の第７の実施例について説明する。
【００４４】
前記式１の右辺第１項のＡ０である直流成分は、交流１周期の間の正と負の両波の平均値が０にならない場合であり、交流回路では負荷の突入時以外一般にあり得ないが、回路中に絶縁劣化等が生じると平均値が０にならず直流分となって現れる。従って前記第６の実施例では高調波成分により漏れ電流による抵抗分を算出したが、同じ方法即ち電圧の直流分を漏れ電流の直流成分で除算すれば算出することができる。
【００４５】
次に本発明の第８の実施例について説明する。
【００４６】
前記第５の実施例では第３次と第９次の高調波成分を、前記第６の実施例では第３次高調波成分を例に算出したが、三相交流では各相の位相ずれが１２０度であり、３の倍数の次数において各相の高調波成分が同じ位置に加算されて現れるため、前記した第３の実施例のように各相について記憶したり算出したりする必要がなく、従って１相分について算出した後その次数分で除算すればよいことは言うまでもない。
【００４７】
次に本発明の第９の実施例について説明する。
【００４８】
前記第５の施例では漏れ電流による抵抗分を算出するために例えば第３次あるいは第９次のＮ次高調波成分、前記第６の実施例では第３次の高調波成分に展開したが、次数を限定した場合、展開して得られる値が小さい場合信頼性が損なわれる可能性がある。そこでＮ次高調波成分に展開したなかから基本波成分に対する比率が大きい次数について自動的に判断選択し算出するものである。
【００４９】
次に本発明の第１０の実施例について説明する。
【００５０】
前記第５の施例では漏れ電流による抵抗分を算出するために例えば第３次あるいは第９次の高調波成分、前記第６の実施例では第３次の高調波成分に展開したが、高調波成分が極めて少ない場合、展開して得られる値は信頼性が損なわれる可能性がある。そこで、前記高調波成分の基本波成分に対する比率が所定の値以上の場合には前記第５の実施例または、第６の実施例の方法により算出し、前記高調波成分の基本波成分に対する比率が所定の値未満の場合には前記第１乃至４の実施例から抵抗分を算出するものである。これらは自動的に算出方法を切り替えるものである。本実施例は、例えば電圧高調波が極めて少ない場合に適したものである。
【００５１】
次に本発明の第１１の実施例について説明する。
【００５２】
前記第７の施例では漏れ電流による抵抗分を算出するために直流成分を用いたが、直流成分が極めて少ない場合、算出して得られる値は信頼性が損なわれる可能性がある。そこで、直流成分の基本波成分に対する比率が所定の値以上の場合には前記第７の実施例の方法により算出し、前記直流成分の基本波成分に対する比率が所定の値未満の場合には前記第４の実施例から抵抗分を算出するものである。本実施例は、例えば電圧高調波が極めて少ない場合に適したものである。
式１１は、交流１周期分の電圧波形信号をサンプリングし、各瞬時値の二乗の平方根即ち電圧信号の実行値を前記第５〜１１の実施例で求めた抵抗分で除算するものであり、抵抗分漏れ電流を算出することができる。
【００５３】
次に本発明の第１３の実施例について説明する。
前記した一次回路の漏れ電流Ｉｚは、静電容量分に流れる容量性電流Ｉｃと絶縁抵抗分に流れる抵抗分電流Ｉｇｒが大地を経由して変圧器４０の接地線４４に還流するものであり、前記電流により一次回路と大地間には電圧が発生する。従って、前期各実施例において取り込む電圧信号は、被測定回路の１相の線と大地との間の対地間電圧を得ることにより抵抗分電流または、抵抗値を算出することができる。なお、対地間電圧を用いる場合においては２個の線の対地間電圧より残りの１相についてベクトル演算より求めてもよいし、１個の線の対地間電圧信号を得ることにより残りの２相については前期により得られた電圧信号より、それぞれ位相角１２０度及２４０度遅らせたものとすることによってもよい。
【００５４】
次に本発明の第１４の実施例について図４を用いて説明する。
【００５５】
図４は本発明による測定機器を用いた漏れ電流測定システムの実施例を示す構成図である。図において、１は監視装置であり、監視装置としても使用される。測定機器または監視装置１は次の各部から構成されている。２は被測定回路の漏れ電流を非接触で測定する電流検出器であり、３はその信号線、４は計測機器または監視装置１の内部に適切な電圧を給電するための電源部５への給電線と兼用した信号線、６は前記信号線３、４の出力を受けて適切な内部信号に変換するための入力部、７は後述する演算処理部８の指示を受けて前記入力部６の出力をサンプリング及びディジタル値に変換するためのＡ／Ｄ変換部、８はＡ／Ｄ変換部７に対するサンプリング及びディジタル変換指示、また得られたディジタル値を記憶部９に記憶させると共に、前記第１至る第１３の実施例の方法により抵抗分電流及び抵抗値を算出するための演算処理部である。また、演算処理部８は算出結果である抵抗分電流の値を後述する出力部１０に出力も併せて行うものである。出力部１０は、前記演算処理部８により得られた算出結果を表示器等による視覚表示、あるいは、通信により遠隔通知を行う為の出力部である。
【００５６】
本実施例では、信号線から入力された電圧Ｖ（回路電圧が単相または単相３線、三相３線の２線引出し）または電圧ＲＳと漏れ電流検出器２から得られた漏れ電流Ｉｚ、即ち、容量性電流Ｉｃと抵抗分電流Ｉｇｒのベクトル和が入力され、Ａ／Ｄ変換部７でディジタルに変換され、演算処理部８で演算されて、抵抗分電流（有効分電流）又は絶縁抵抗の抵抗値を算出することができる。よって、上述した第１乃至る第１３の実施例の方法により抵抗分電流と抵抗値を知ることができる。
【００５７】
次に本発明の第１５の実施例について図５を用いて説明する。
【００５８】
図５は本発明による回路遮断器を用いた漏れ電流測定システムの実施例を示す構成図であり、遮断器１１は開閉機構部１４と漏れ電流測定部から構成されている。開閉機構部１４において、１２は前記した変圧器４０側の受電端と負荷４３側の給電端端子１３を結ぶ電路で、開閉機構部１４により電路が開閉される。また、開閉機構部１４は、遮断部２７と、電流検出を行う変流器１５と、変流器１５からの信号によって、過電流を検出する過電流検出部１６と、過電流が検出された場合、遮断部２７を遮断する引き外し装置１７で構成される。
【００５９】
測定部において、２０は電路の漏れ電流を非接触で測定する電流検出器であり、１８は当該遮断器１１に内蔵する降圧用変成器、１９は内部に適切な電圧を給電するための電源部、２１は電流検出器２０及び変成器１８の出力を受けて適切な内部信号に変換するための入力部、２２は後述する演算処理部２３の指示を受けて入力部２１の出力をサンプリング及びディジタル値に変換するためのＡ／Ｄ変換部である。２３はＡ／Ｄ変換部２２に対するサンプリング及びディジタル変換指示、また得られたディジタル値を記憶部２４に記憶させると共に前記した第１至る第１２の実施例の方法により抵抗分電流及び抵抗値を算出するための演算処理部である。また、演算処理部２３は算出結果である抵抗分電流の値を後述する出力部２５に出力も併せて行うものである。出力部２５は、演算処理部２３により得られた算出結果を表示器等による視覚表示、あるいは、通信により遠隔通知を行う為の出力部である。例えば、視覚表示の一例として、発光ダイオード（ＬＥＤ素子）の集合体で構成したセグメント表示器を６桁分設け、漏れ電流の値や抵抗値を表示させる表示器、省電力である液晶タイプの表示器が挙げられる。また、遠隔通知の一例として、アメリカ電子工業会（ＥＩＡ）規格であるＲＳ−２３２Ｃ、ＲＳ−４８５規格に基づいた伝送方法や、ＬＡＮを用いた伝送方法、無線、赤外線を利用したワイヤレス伝送などが挙げられる。
【００６０】
以上の構成において入力部２１には電圧Ｖ（回路電圧が単相または単相３線、三相３線の２線引出し）又は電圧ＲＳと漏れ電流Ｉｚが入力され、演算処理部２３で演算されて抵抗分電流の電流値又は抵抗値を得ることができる。よって、以上の構成と前記した第１至る第１２の実施例の方法により抵抗分電流と抵抗値を知ることができる。
【００６１】
次に本発明の第１６及び第１７の実施例について図６、図７を用いて説明する。
【００６２】
図６は本発明による監視装置を用いた漏れ電流測定システムの他の実施例を示す構成図であり、計測機器又は監視装置と上位装置とで構成したシステムを示すが、計測機器又は監視装置の構成は第４図と同じであり、同じ構成要素に対しては同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００６３】
図７は本発明本発明による遮断器を用いた漏れ電流測定システムのほかの実施例を示す構成図であり、遮断器１１の構成は図５と同じである。同じ構成要素に対しては同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００６４】
ここで上位装置３１は例えばパソコンであり、上位装置３１と前記した計測機器または監視装置（端末装置）１又は遮断器１１の間は出力部１０と通信手段により接続されている。出力部1０は前記した出力部２５と同様である。
また、上位装置３１は端末装置１又は遮断器１１より得られた情報を記憶あるいは表示を行うものであり、この情報とは前記した抵抗分電流や抵抗値である。従って上位装置３１には抵抗分電流値や抵抗値の経時変化をグラフで表示することもできる。
【００６５】
上記システムの説明では計測機器または監視装置である端末装置１や遮断器１１が単数の場合を示したが、端末装置１又は遮断器１１は複数であっても何ら支障はない。また、上記システムにおいては計測機器、監視装置、遮断器等の端末装置が混在したシステムであっても良い。
【００６６】
次に第１８及び第１９の実施例について図６、図７を用いて説明する。
【００６７】
図６では計測機器または監視装置１に設定部３０を、図７では遮断器１１に設定部３２を設けた。設定部３０及び３２は予め警報レベル等の値を設定するためのものであり、この設定値と測定された値を比較し、測定された値が設定値を超えた場合には警報を発生する。例えば、前記第１乃至る第３または前記第５乃至第１３の実施例において、測定された抵抗分電流と警報レベル等の比較を行う。そして、この比較結果によって、例えば、出力部２５に内蔵されたリレー接点等を閉じて、警報音、警報表示、あるいは前記した通信による遠隔通知を行うものである。
【００６８】
次に第２０の実施例について説明する。
【００６９】
前述第１８及び第１９の実施例により、リレー接点等へ出力された内容は、例えば、抵抗分電流値が設定値を超えたことによって、リレー接点をオンした場合には、設定部３０、３２に有する確認キーを操作するまでその状態を保持する。これは前記警報レベル等の比較の結果、警報が出力された後復帰した場合でも発生原因を追求するための手段を設けた物である。従って発生原因を追求することが容易に行える。
【００７０】
次に第２１の実施例について説明する。
【００７１】
前記した比較するための値等である設定値は、前記第１８及び１９の実施例で説明した設定部３０、３２で行えると共に、通信手段を有しているので上位装置３１から行えるようにする。このようにすることによって、遠隔通信で行えるため現場まで設定作業に赴く必要が無く効率的に設定作業が行えるものである。
【００７２】
次に第２２の実施例について図８により説明する。
【００７３】
図８は抵抗分電流値の時間に対する変化を示す特性図であり、横軸に時間を、縦軸に抵抗分電流値（ｍＡ）を示す。本発明では、漏れ電流中に含まれる抵抗分電流或いは抵抗値を測定し、絶縁劣化状態を把握することを目的としているが、一般に絶縁劣化は短時間に生ずるものではなく長時間に亘って生ずるものである。従って、予め設定した警報レベル（警報値）に達成するまでの時間が予測できれば、前もって停電等の計画を策定し、絶縁劣化品を交換するなどの処置が行え、事故等を未然に防止できる。
【００７４】
この予測方法として、現在までの時間に対する抵抗分電流値の変化をグラフ化することによって、所定時間後の抵抗分電流の変化量を予測することが可能である。
【００７５】
図８において、時間ｔ０で抵抗分電流値が増加し始め、時間ｔ１でΔＩｇｒ増加したとする。また、抵抗分電流値Ｉｇｒの警告値がＩｑとすると、時間ｔ０〜時間ｔ１までの抵抗分変化から、この抵抗分電流値がＩｑに達する時間が略ｔ２であることを予測することができる。
【００７６】
抵抗分電流は必ずしも安定しているとは限らず、バラツキがあるので予測が難しいという問題があるが、同一出願人が出願した特開２０００−０１４００３号公報に示す配電系統のデマンド監視の技術である最小二乗法を利用し、予測すると好適である。この方法は、残りＴ時間後にいくらの電力を消費するかを予測するものであるが、本実施例では、電力（Ｑ）の代わりを予め設定された抵抗分電流値Ｉｇｒの設定値（警告値）をＩｑと定め、残り時間（Ｔ）を逆に求めるものである。即ち図８に示す現在点ｔ１からΔｔ以前までの複数点の抵抗分電流ΔＩｇｒを測定記憶し、設定値（警告値）Ｑ点までの時間Ｔを予測するものである。
【００７７】
この方法を利用して、危険領域になる漏れ電流Ｉｘを予測し、そこに至るまでの時間を予測することができる。
【００７８】
以上方法により警報レベル（警告値）に到達するまでの時間を予測するものである。なお、上記では設定値を抵抗分電流としたが、抵抗値であっても良いことは明白である。
【００７９】
次に第２３の実施例について説明する。
【００８０】
前記第１８及び第１９の実施例では、通信の方法は計測機器または監視装置１あるいは遮断器１１から上位装置３１に対して一方的に通知する方法であるが、上位装置３１が必要に応じて複数の監視装置等の端末装置に順次情報を要求し、これに呼応して端末装置から情報を送ることにより、通信信号のぶつかり合い等が無くなり、通信処理が容易となる。
【００８１】
次に第２４の実施例について説明する。
【００８２】
前記第１８及び第１９の実施例における通信は、一般形態として有線によるものが多い。しかしながら有線は敷設の工事工数を多く必要とするので、本実施例では無線即ちワイヤレスで行うものである。この方法によれば工事工数は大幅に低減される。
【００８３】
次に第２５の実施例について説明する。
【００８４】
前記第１４乃至第１９の実施例における図４〜７では記憶部９及び２４を有しており、主にサンプリング時の電圧値を記憶するが、本実施例では記憶部９及び２４に算出結果である抵抗分電流あるいは抵抗値を所定間隔毎に記憶し、必要に応じてこの内容を読み出すものである。このようにすれば、過去の値を参照することができるのでデータ解析等に役立つ。
【００８５】
次に第２６の実施例について説明する。
【００８６】
図１１は監視装置の外観図を示すもので、後述する分電盤等に内臓するタイプである。図１１において、６０は各部を収納する筐体、６１は端子台で、変流器２０からの電流信号線３や電圧信号線４を接続するための端子台、６２は警報レベル、変流比の設定 及び複数の入力を選択、表示種別を切り替えるための設定部、６３は上記設定時の値数及び演算処理部の結果である漏れ電流値、抵抗値を表示するための表示部である。
【００８７】
図１２は監視装置の外観図を示すもので、配電盤等のパネル面に取り付けるタイプである。図１２で、６４は各部を収納する筐体、６５は端子台で、変流器２０からの電流信号線３や電圧信号線４を接続するための端子台、６６は警報レベル、変流比の設定及び複数の入力を選択、表示種別を切り替えるための設定部、６７は上記設定時の値数及び演算処理部の結果である漏れ電流値、抵抗値を表示するための表示部、６８は配電盤等のパネル面６９に取り付けるためのボルトである。
【００８８】
図１３は監視装置を分電盤に収納した図を示す。図１３において、７０は分電盤本体で、６０ａはケース、６０ｂは扉、６０ｃは背板である。７１は配電回路の主回路用遮断器、７２は配電回路の分岐用遮断器、７３は配線材を整理収納するダクト、７４は配電回路の主回路用配線材を整理収納するダクト、７５は分電盤に収納するタイプの監視装置である。
【００８９】
ここで、図１１に示した監視装置は、分電盤等に内蔵させるタイプで、筐体６０の大きさは、２０６ｍｍ×１２６ｍｍとしている。
【００９０】
また図１２に示した監視装置は、配電盤等のパネル面に取り付けるもので、筐体の大きさは、２０６ｍｍ×１４２ｍｍとしている。
このような大きさであれば、すなわち一辺が約２００ｍｍ程度とし、他辺を１００ｍｍ〜２００ｍｍ程度にすれば、小形化及び省スペース化となり、一般的に使用されている分電盤等に内蔵させることが可能である。
【００９１】
また、監視装置の奥行き寸法、特に端子台の高さは、前記したダクト７３の高さに対応させたもので、前記分電盤等ではＡ−Ａ断面図に示すように、その多くが６０ｍｍの高さのダクトが使用されているので、端子台高さを概ね６０ｍｍ〜８０ｍｍにすると、配線のし易さすなわち作業性の向上、配線後の外観が綺麗になる効果がある。
【００９２】
また、監視装置の幅、高さは分電盤の外形寸法にもかかわってくるので、図１１に示すような外形寸法にすると、分電盤の空きスペースに設置することができ、分電盤の大きさを従来と変わらない寸法で実現できる効果がある。
【００９３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、配電回路の負荷の静電容量が大きくても抵抗分電流が測定できる。
【００９４】
また、外部から電圧を印加しなくてもよいので、負荷機器に影響を与えない。
【００９５】
また、簡単な構成で、補助インピーダンス素子等を設置する必要が無く複数の配電回路にも適用できる。
【００９６】
従って、信頼性の高い抵抗分電流値及び抵抗値を測定すると共に絶縁劣化相を特定できるので、絶縁劣化の経時的変化を捉え警報を行うことにより、事前に点検保守を可能ならしめて事故を未然に防止することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による漏れ電流測定方法の第1の実施例を説明するための波形図である。
【図２】本発明による漏れ電流測定方法の第２の実施例を説明するための波形図である。
【図３】本発明による漏れ電流測定方法の第1の実施例を説明するための波形図である。
【図４】本発明による測定器を用いた漏れ電流測定システムの実施例を示す構成図である。
【図５】本発明による回路遮断器を用いた漏れ電流測定システムの実施例を示す構成図である。
【図６】本発明による計測機器を用いた漏れ電流測定システムの実施例を示す構成図である。
【図７】本発明による遮断器を用いた漏れ電流測定システムの実施例を示す構成図である。
【図８】抵抗分電流値の時間に対する変化を示す特性図である。
【図９】漏れ電流計測システムを示す構成図である。
【図１０】一次回路の漏れ電流Ｉｚ、静電容量に流れるよう容量性電流及び絶縁抵抗分に流れる抵抗分電流のベクトルを示すベクトル図である。
【図１１】監視装置の外観図を示す。
【図１２】別の実施例の監視装置の外観図を示す。
【図１３】監視装置を分電盤に収納した図を示す。
【符号の説明】
１・・・計測機器、監視装置、 ２、２０・・・変流器
６、２１・・・入力部、 ７、２２・・・Ａ／Ｄ変換部
８、２３・・・演算処理部、 ９、２４・・・記憶部
１０、２５・・・出力部、 １１・・・遮断器
１２・・・電路、 １４・・・開閉機構部
３０、３２・・・設定部、 ３１・・・上位装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、配電系統の絶縁状態を監視するため漏れ電流中に含まれる抵抗分電流と、絶縁抵抗である抵抗値の測定方法と、この測定方法を応用した機器または装置またはシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の配電系統における漏れ電流あるいは絶縁抵抗の測定方法として、（Ａ）配電回路あるいは変圧器の接地線に零相変流器を設置して直接測定する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。また（Ｂ）変圧器の接地線または配電回路に外部から電圧を印加したうえで測定する方法が提案されている（例えば、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６、特許文献７、特許文献８参照。）。さらに（Ｃ）零相変流器の出力と配電回路の電圧から漏れ電流を測定する方法が提案されている（例えば、特許文献９、特許文献１０、特許文献１１、特許文献１２、特許文献１３参照。）。
これらの概略を図９に纏めて示す。
【０００３】
図９は漏れ電流計測システムを示す構成図であり、図において、４０は変圧器、４１は遮断器、４２は配電系統の一次回路、４３ａ、４３ｂ、４３ｃは電気設備等の負荷、４４は変圧器４０の接地線、４５は変流器４６の出力を受けて漏れ電流等を測定する測定機器、４７ａ、４７ｂ、４７ｃは配電経路に生ずる静電容量、４８ａ、４８ｂ、４８ｃは負荷４３ａ〜４３ｃに設置された電源スイッチ、４９は負荷に設置されたノイズフィルタの静電容量である。５０は変圧器４０の接地線４４に電圧を印加する電圧印加装置である。５１は負荷４３ａの絶縁抵抗あるいは一次回路４２の配線材の絶縁抵抗を便宜的に示したものである。
また、Ｉｚは一次回路の漏れ電流、Ｉｃは静電容量に流れる容量性電流（無効分電流）、Ｉｇｒは、絶縁抵抗分に流れる抵抗分電流（有効分電流）である。
【０００４】
図９において、上記（Ａ）の測定方法は変圧器４０の接地線４４に零相変流器を設置して漏れ電流を測定する。（Ｂ）の測定方法は電圧印加装置５０から１Ｈｚ・１Ｖくらいの電圧を印加し、静電容量４７ａ〜４７ｃに電流が流れないようにして、即ち静電容量の影響を受けないようにして、零相変流器４６からの信号を計測器４５で測定する。（Ｃ）の測定方法は配線系統の一次回路４２からの電圧と零相変流器４６の出力を用いて測定する。
【０００５】
図１０は、一次回路の漏れ電流Ｉｚ、静電容量に流れるよう容量性電流及び絶縁抵抗分に流れる抵抗分電流のベクトルを示すベクトル図である。図において、三相交流電圧の場合、相電圧と線間電圧間の位相角は３０度である。容量性電流Ｉｃと抵抗分電流Ｉｇｒは９０度異なっており、漏れ電流Ｉｚは電流Ｉｃと電流Ｉｇｒとの合成電流であり、ベクトル和で表される。ところが、容量性電流はどれだけの負荷がオンされているかによって異なる。例えば、全ての負荷４３ａ〜４３ｃがオンされている場合には容量性電流はＩｃ’のように増加する。このため漏れ電流ＩｚはＩｚ’になる。即ち、電流Ｉｚ’、Ｉｃ’は負荷の変動により変化する。
【０００６】
【特許文献１】
特開平２−１２９５５６号公報
【特許文献２】
特開昭６３−２３８４７０号公報
【特許文献３】
特開平１−１４３９７１号公報
【特許文献４】
特開平２−８３４６１号公報
【特許文献５】
特開平４−５２５６５号公報
【特許文献６】
特開平６−２５８３６３号公報
【特許文献７】
特開平９−３１８６８４号公報
【特許文献８】
特開平１１−３０４８５５号公報
【特許文献９】
特開平３−１７９２７１号公報
【特許文献１０】
特開平４−２２０５７３号公報
【特許文献１１】
特開平６−３３９２１８号公報
【特許文献１２】
特開平２００１−２２５２４７号公報
【特許文献１３】
特開平２００１−２１６０４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記（Ａ）の方法は、ノイズフィルタ等により静電容量が大きいと無効分電流が大部分となり、抵抗分電流が測定できない問題がある。
（Ｂ）の方法は、外部から電圧を印加しなければならず、負荷機器に影響を与えないよう考慮する必要があり、複雑な構成となる問題がある。
（Ｃ）の方法の一例は、補助インピーダンス素子を設置して絶縁抵抗を求めるもので、複数の配電回路には適さない問題がある。
また、他の一例は位相角を求め抵抗分電流や抵抗値を算出さらには絶縁劣化相を検出するものであるが、変流器の特性上微少電流領域では正確な位相角を求める事が困難であるという問題点がある。
【０００８】
本発明は、上記した従来例の問題点を解決し、信頼性の高い抵抗分電流値及び抵抗値、即ち絶縁抵抗を求めることを目的とする。また、他の目的として、絶縁劣化の経時的変化を捕らえ警報を行うことにより、事前に点検保守を可能ならしめて事故を未然に防止することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を解決するために本発明では、
（１）交流の被測定回路の漏れ電流信号と、前記被測定回路の電圧信号と、１周期分の前記漏れ電流信号及び前記電圧信号の波形をサンプリングし記憶し、前記漏れ電流信号及び前記電圧信号をそれぞれＮ次高調波成分に展開し、（式１）、（式２）
ＩＺ２・・・は高調波成分、ωは角速度で２πｆ、φ１〜φｎは位相角）
を導出し、Ｎ次高調波成分の特に第3次、および第9次の被測定回路と大地間に形成される抵抗分と静電容量分を構成するアドミタンスとして、
とした連立方程式より算出した結果を漏れ電流にかかわる抵抗分とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、実施例を用い、図を参照して説明する。
【００１１】
図１は本発明による漏れ電流測定方法の第１の実施例を説明するための波形図であり、本波形図を用いて、漏れ電流から抵抗分電流を算出する原理を説明する。
この波形図は、図９における配電系統の一次回路４２が単相回路の場合を示し、変流器４６の出力と、一次回路４２からの電圧波形を時間軸で表したものである。
【００１２】
図において、Ｉｚは漏れ電流を、Ｖは電圧を、Ｗは漏れ電流電力を示し、各波形のドットはサンプリング値を示す。漏れ電流Ｉｚは、有効分電流Ｉｇｒが無ければ電圧より位相が90度進んでいる。
【００１３】
ここで交流回路の電力Ｗは、回路電圧をＶ、負荷電流をＩ、電圧と負荷電流の位相角（力率角）をｃｏｓΦとすると、交流理論により、Ｗ＝ＶＩｃｏｓΦで求められる。このため、交流１周期分の電圧及び電流波形の瞬時値をサンプリングし、前記電圧の瞬時値と前記負荷電流の瞬時値との積算値の平均で求めることができる。
【００１４】
図１０からわかるように、漏れ電流をＩｚとすると、有効分電流Ｉｇｒは、ＩｚｃｏｓΦである。本実施例では、式Ｗ＝ＶＩｃｏｓΦの負荷電流Ｉの代りに漏れ電流Ｉｚに置き換えた電力（漏れ電流電力）を求め、さらにこの電力を電圧で除することによって、有効分電流Ｉｇｒを得る点に特徴がある。
【００１５】
即ち、Ｗ／Ｖ＝ＩｚｃｏｓΦ＝Ｉｇｒとなる。従って抵抗分電流（有効分電流）Ｉｇｒを求めることができる。ここで、電圧は交流１周期分の電圧であり、前記サンプリングで求めるには、電圧の各瞬時値の二乗の平均の平方根で求められる。
【００１６】
前記式から明白なように、電力Ｗと電圧Ｖは抵抗分電流Ｉｇｒを算出する手段として用いたものであり、取り込む電圧Ｖは適当な大きさで良いことがわかる。また、図１において漏れ電流中に含まれる抵抗分電流が増してくると電圧相に近づき、電力がプラス側になることがわかる。
【００１７】
次に本発明の第２の実施例について、図２を用いて説明する。
【００１８】
図２は本発明による漏れ電流測定方法の第２の実施例を説明するための波形図であり、三相交流の第１相（ＲＳ）を２線引き出しで負荷に電力を供給している場合の電圧波形、漏れ電流波形、漏れ電流電力波形を示す。この場合、漏れ電流Ｉｚは静電容量のみの場合電圧Ｖ（線間電圧）より６０度進んだ位相となる。これは、三相交流における線間電圧が相電圧より３０度進む関係からである。従って、第２の実施例の着目点は、上記漏れ電流と線間電圧をサンプリングした時に線間電圧の瞬時値を記憶し、漏れ電流の瞬時値と記憶したところの３０度進んだ電圧の瞬時値との電力を求め、電圧で除すれば抵抗分電流を求めることができることである。なお、電圧は第１の実施例と同様、交流１周期の各瞬時値の二乗の平均の平方根である。
【００１９】
次に本発明の第３の実施例について図３を用いて説明する。
【００２０】
図３は本発明による漏れ電流測定方法の第３の実施例を説明するための波形図であり、三相交流の電圧波形（電圧ＲＳ、電圧ＳＴ、電圧ＴＲ）、三相交流の漏れ電流波形Ｉｚを示す。また、三相交流の電圧波形におけるそれぞれの電圧は線間電圧である。各線間電圧は１２０度位相差があることは公知の事実である。また、漏れ電流を各電圧波形に対応してサンプリングすると、第２の実施例と同様静電容量のみの場合は図３に示すように線間電圧より６０度進んだものとなる。従って上記漏れ電流と各線間電圧波形をサンプリングした時に各線間電圧の瞬時値を記憶し、漏れ電流の瞬時値と各記憶したところの３０度進んだ電圧の瞬時値との各電力を求め、各電圧で除した結果のうち正の最大の値を示す相が絶縁劣化の相であり、またこの値を抵抗分電流とすることができる。なお、三相各相の抵抗分電流算出に際し用いる各相電圧は、２個の相の線間電圧信号を得ることにより残りの１相についてベクトル演算により求めてもよいし、１個の線間電圧信号を得ることにより残りの２相については前期より得られた電圧信号より、それぞれの位相角１２０度及び２４０度遅らせたものとすることによってもよい。また、対地間電圧を用いる場合においては２個の線の対地間電圧より残りの１相についてベクトル演算より求めてもよいし、１個の線の対地間電圧信号を得ることにより残りの２相については前期により得られた電圧信号より、それぞれ位相角１２０度及２４０度遅らせたものとすることによってもよい。
【００２１】
ここでサンプリングについて説明すると、交流１周期の波形を所定の時間間隔で測定することであり、所定の時間間隔とは、例えば５０Ｈｚであれば３６分割した０．５５５６ｍｓ、６０Ｈｚであれば０．４６３ｍｓ等である。
【００２２】
次に本発明の第４の実施例について説明する。
【００２３】
前記した実施例によれば、入力する電圧は適当な大きさで良いと説明したが、被測定回路からの入力電圧値に変換すれば良いのであり、この電圧値を前記第１から第３の実施例で得られた抵抗分電流で除すると抵抗値を算出することができる。即ち、被測定回路の絶縁抵抗値を得ることができる。
【００２４】
次に本発明の第５の実施例について式１乃至７を用いて説明する。 前記第３の実施例においては各相の静電容量分があまり不平衡でない場合に適したものであるが、本実施例では不平衡であっても適切な算出をおこなえるようにしたものである。
【００２５】
式１乃至７は本発明の漏れ電流による抵抗分の測定方法の第５の実施例を説明するための式である。
【００２６】
【数１】
式１は正弦波でない交流波、即ちひずみ波を展開して表したもので、フーリエ展開として公知の式である。式１において、ｙ（ｔ）はひずみ波交流で電圧または電流、Ａ０は直流成分、Ａｎｓｉｎ（ｎωｔ+φｎ）は基本波成分（ｎ＝１）及び高調波成分である。
【００２８】
【数２】
【数３】
式２及び式３は前記式１をもとに電圧信号と、漏れ電流信号について展開した式である。左辺ｙ（ｔ）の大きさは、前記実施例１乃至３と同様電圧波形信号あるいは漏れ電流信号をサンプリングし、各瞬時値の二乗の平方根で得られる実効値で置き換えることができる。
【００３１】
【数４】
【数５】
式４及び式５は、配電回路に形成される抵抗分と静電容量分が並列回路の例えば３次高調波成分と９次高調波成分のアドミッタンスを表わした式である。この式４及び式５の大きさは、式６及び式７のように表わされる。
【００３４】
【数６】
【数７】
ここで、Ｒは抵抗分、Ｃは静電容量分であり、ωは角速度で２πｆである。従って前記式２及び式３により電圧及び電流を３次高調波成分と９次高調波成分に展開し、前記式４及び式５により３次高調波成分と９次高調波成分のアドミッタンスを求め、前記式６及び式７の連立方程式を求めれば漏れ電流による抵抗分Ｒを得ることができる。なお、前記式４及び式５はアドミッタンスで表わしたが、２以上の次数における電圧高調波成分を同次数の電流成分によって除した値が同次数における抵抗分及び静電容量分より構成されるインピーダンスに等しいとしてもよいことはいうまでもない。
【００３７】
次に本発明の第６の実施例について式１乃至る式１０を用いて説明する。
【００３８】
式８乃至式１０は本発明の漏れ電流による抵抗分の測定方法の第６の実施例を説明するための式である。
【００３９】
【数８】
【数９】
式８は前記式１におけるφｎについて、電圧相を基準として電流との位相角の差を求める式であり、例えば式２及び式３をもとに算出する第３次高調波成分の電圧と電流の位相角の差である。式９は前記式８で求めた位相角の差と、前記式２及び式３で求めた例えば第３次高調波成分の電圧・電流から第３次高調波成分の電力を求める式である。
【００４２】
【数１０】
式１０は前記式９及び前記式２から漏れ電流による抵抗分を求める式である。本実施例では第３次高調波成分から抵抗分を算出したが、これ以外の高調波成分からも算出できることは言うまでもない。 次に本発明の第７の実施例について説明する。
【００４４】
前記式１の右辺第１項のＡ０である直流成分は、交流１周期の間の正と負の両波の平均値が０にならない場合であり、交流回路では負荷の突入時以外一般にあり得ないが、回路中に絶縁劣化等が生じると平均値が０にならず直流分となって現れる。従って前記第６の実施例では高調波成分により漏れ電流による抵抗分を算出したが、同じ方法即ち電圧の直流分を漏れ電流の直流成分で除算すれば算出することができる。
【００４５】
次に本発明の第８の実施例について説明する。
【００４６】
前記第５の実施例では第３次と第９次の高調波成分を、前記第６の実施例では第３次高調波成分を例に算出したが、三相交流では各相の位相ずれが１２０度であり、３の倍数の次数において各相の高調波成分が同じ位置に加算されて現れるため、前記した第３の実施例のように各相について記憶したり算出したりする必要がなく、従って１相分について算出した後その次数分で除算すればよいことは言うまでもない。
【００４７】
次に本発明の第９の実施例について説明する。
【００４８】
前記第５の施例では漏れ電流による抵抗分を算出するために例えば第３次あるいは第９次のＮ次高調波成分、前記第６の実施例では第３次の高調波成分に展開したが、次数を限定した場合、展開して得られる値が小さい場合信頼性が損なわれる可能性がある。そこでＮ次高調波成分に展開したなかから基本波成分に対する比率が大きい次数について自動的に判断選択し算出するものである。
【００４９】
次に本発明の第１０の実施例について説明する。
【００５０】
前記第５の施例では漏れ電流による抵抗分を算出するために例えば第３次あるいは第９次の高調波成分、前記第６の実施例では第３次の高調波成分に展開したが、高調波成分が極めて少ない場合、展開して得られる値は信頼性が損なわれる可能性がある。そこで、前記高調波成分の基本波成分に対する比率が所定の値以上の場合には前記第５の実施例または、第６の実施例の方法により算出し、前記高調波成分の基本波成分に対する比率が所定の値未満の場合には前記第１乃至４の実施例から抵抗分を算出するものである。これらは自動的に算出方法を切り替えるものである。本実施例は、例えば電圧高調波が極めて少ない場合に適したものである。
【００５１】
次に本発明の第１１の実施例について説明する。
【００５２】
前記第７の施例では漏れ電流による抵抗分を算出するために直流成分を用いたが、直流成分が極めて少ない場合、算出して得られる値は信頼性が損なわれる可能性がある。そこで、直流成分の基本波成分に対する比率が所定の値以上の場合には前記第７の実施例の方法により算出し、前記直流成分の基本波成分に対する比率が所定の値未満の場合には前記第４の実施例から抵抗分を算出するものである。本実施例は、例えば電圧高調波が極めて少ない場合に適したものである。
式１１は、交流１周期分の電圧波形信号をサンプリングし、各瞬時値の二乗の平方根即ち電圧信号の実行値を前記第５〜１１の実施例で求めた抵抗分で除算するものであり、抵抗分漏れ電流を算出することができる。
【００５３】
次に本発明の第１３の実施例について説明する。
前記した一次回路の漏れ電流Ｉｚは、静電容量分に流れる容量性電流Ｉｃと絶縁抵抗分に流れる抵抗分電流Ｉｇｒが大地を経由して変圧器４０の接地線４４に還流するものであり、前記電流により一次回路と大地間には電圧が発生する。従って、前期各実施例において取り込む電圧信号は、被測定回路の１相の線と大地との間の対地間電圧を得ることにより抵抗分電流または、抵抗値を算出することができる。なお、対地間電圧を用いる場合においては２個の線の対地間電圧より残りの１相についてベクトル演算より求めてもよいし、１個の線の対地間電圧信号を得ることにより残りの２相については前期により得られた電圧信号より、それぞれ位相角１２０度及２４０度遅らせたものとすることによってもよい。
【００５４】
次に本発明の第１４の実施例について図４を用いて説明する。
【００５５】
図４は本発明による測定機器を用いた漏れ電流測定システムの実施例を示す構成図である。図において、１は監視装置であり、監視装置としても使用される。測定機器または監視装置１は次の各部から構成されている。２は被測定回路の漏れ電流を非接触で測定する電流検出器であり、３はその信号線、４は計測機器または監視装置１の内部に適切な電圧を給電するための電源部５への給電線と兼用した信号線、６は前記信号線３、４の出力を受けて適切な内部信号に変換するための入力部、７は後述する演算処理部８の指示を受けて前記入力部６の出力をサンプリング及びディジタル値に変換するためのＡ／Ｄ変換部、８はＡ／Ｄ変換部７に対するサンプリング及びディジタル変換指示、また得られたディジタル値を記憶部９に記憶させると共に、前記第１至る第１３の実施例の方法により抵抗分電流及び抵抗値を算出するための演算処理部である。また、演算処理部８は算出結果である抵抗分電流の値を後述する出力部１０に出力も併せて行うものである。出力部１０は、前記演算処理部８により得られた算出結果を表示器等による視覚表示、あるいは、通信により遠隔通知を行う為の出力部である。
【００５６】
本実施例では、信号線から入力された電圧Ｖ（回路電圧が単相または単相３線、三相３線の２線引出し）または電圧ＲＳと漏れ電流検出器２から得られた漏れ電流Ｉｚ、即ち、容量性電流Ｉｃと抵抗分電流Ｉｇｒのベクトル和が入力され、Ａ／Ｄ変換部７でディジタルに変換され、演算処理部８で演算されて、抵抗分電流（有効分電流）又は絶縁抵抗の抵抗値を算出することができる。よって、上述した第１乃至る第１３の実施例の方法により抵抗分電流と抵抗値を知ることができる。
【００５７】
次に本発明の第１５の実施例について図５を用いて説明する。
【００５８】
図５は本発明による回路遮断器を用いた漏れ電流測定システムの実施例を示す構成図であり、遮断器１１は開閉機構部１４と漏れ電流測定部から構成されている。開閉機構部１４において、１２は前記した変圧器４０側の受電端と負荷４３側の給電端端子１３を結ぶ電路で、開閉機構部１４により電路が開閉される。また、開閉機構部１４は、遮断部２７と、電流検出を行う変流器１５と、変流器１５からの信号によって、過電流を検出する過電流検出部１６と、過電流が検出された場合、遮断部２７を遮断する引き外し装置１７で構成される。
【００５９】
測定部において、２０は電路の漏れ電流を非接触で測定する電流検出器であり、１８は当該遮断器１１に内蔵する降圧用変成器、１９は内部に適切な電圧を給電するための電源部、２１は電流検出器２０及び変成器１８の出力を受けて適切な内部信号に変換するための入力部、２２は後述する演算処理部２３の指示を受けて入力部２１の出力をサンプリング及びディジタル値に変換するためのＡ／Ｄ変換部である。２３はＡ／Ｄ変換部２２に対するサンプリング及びディジタル変換指示、また得られたディジタル値を記憶部２４に記憶させると共に前記した第１至る第１２の実施例の方法により抵抗分電流及び抵抗値を算出するための演算処理部である。また、演算処理部２３は算出結果である抵抗分電流の値を後述する出力部２５に出力も併せて行うものである。出力部２５は、演算処理部２３により得られた算出結果を表示器等による視覚表示、あるいは、通信により遠隔通知を行う為の出力部である。例えば、視覚表示の一例として、発光ダイオード（ＬＥＤ素子）の集合体で構成したセグメント表示器を６桁分設け、漏れ電流の値や抵抗値を表示させる表示器、省電力である液晶タイプの表示器が挙げられる。また、遠隔通知の一例として、アメリカ電子工業会（ＥＩＡ）規格であるＲＳ−２３２Ｃ、ＲＳ−４８５規格に基づいた伝送方法や、ＬＡＮを用いた伝送方法、無線、赤外線を利用したワイヤレス伝送などが挙げられる。
【００６０】
以上の構成において入力部２１には電圧Ｖ（回路電圧が単相または単相３線、三相３線の２線引出し）又は電圧ＲＳと漏れ電流Ｉｚが入力され、演算処理部２３で演算されて抵抗分電流の電流値又は抵抗値を得ることができる。よって、以上の構成と前記した第１至る第１２の実施例の方法により抵抗分電流と抵抗値を知ることができる。
【００６１】
次に本発明の第１６及び第１７の実施例について図６、図７を用いて説明する。
【００６２】
図６は本発明による監視装置を用いた漏れ電流測定システムの他の実施例を示す構成図であり、計測機器又は監視装置と上位装置とで構成したシステムを示すが、計測機器又は監視装置の構成は第４図と同じであり、同じ構成要素に対しては同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００６３】
図７は本発明本発明による遮断器を用いた漏れ電流測定システムのほかの実施例を示す構成図であり、遮断器１１の構成は図５と同じである。同じ構成要素に対しては同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００６４】
ここで上位装置３１は例えばパソコンであり、上位装置３１と前記した計測機器または監視装置（端末装置）１又は遮断器１１の間は出力部１０と通信手段により接続されている。出力部1０は前記した出力部２５と同様である。
また、上位装置３１は端末装置１又は遮断器１１より得られた情報を記憶あるいは表示を行うものであり、この情報とは前記した抵抗分電流や抵抗値である。従って上位装置３１には抵抗分電流値や抵抗値の経時変化をグラフで表示することもできる。
【００６５】
上記システムの説明では計測機器または監視装置である端末装置１や遮断器１１が単数の場合を示したが、端末装置１又は遮断器１１は複数であっても何ら支障はない。また、上記システムにおいては計測機器、監視装置、遮断器等の端末装置が混在したシステムであっても良い。
【００６６】
次に第１８及び第１９の実施例について図６、図７を用いて説明する。
【００６７】
図６では計測機器または監視装置１に設定部３０を、図７では遮断器１１に設定部３２を設けた。設定部３０及び３２は予め警報レベル等の値を設定するためのものであり、この設定値と測定された値を比較し、測定された値が設定値を超えた場合には警報を発生する。例えば、前記第１乃至る第３または前記第５乃至第１３の実施例において、測定された抵抗分電流と警報レベル等の比較を行う。そして、この比較結果によって、例えば、出力部２５に内蔵されたリレー接点等を閉じて、警報音、警報表示、あるいは前記した通信による遠隔通知を行うものである。
【００６８】
次に第２０の実施例について説明する。
【００６９】
前述第１８及び第１９の実施例により、リレー接点等へ出力された内容は、例えば、抵抗分電流値が設定値を超えたことによって、リレー接点をオンした場合には、設定部３０、３２に有する確認キーを操作するまでその状態を保持する。これは前記警報レベル等の比較の結果、警報が出力された後復帰した場合でも発生原因を追求するための手段を設けた物である。従って発生原因を追求することが容易に行える。
【００７０】
次に第２１の実施例について説明する。
【００７１】
前記した比較するための値等である設定値は、前記第１８及び１９の実施例で説明した設定部３０、３２で行えると共に、通信手段を有しているので上位装置３１から行えるようにする。このようにすることによって、遠隔通信で行えるため現場まで設定作業に赴く必要が無く効率的に設定作業が行えるものである。
【００７２】
次に第２２の実施例について図８により説明する。
【００７３】
図８は抵抗分電流値の時間に対する変化を示す特性図であり、横軸に時間を、縦軸に抵抗分電流値（ｍＡ）を示す。本発明では、漏れ電流中に含まれる抵抗分電流或いは抵抗値を測定し、絶縁劣化状態を把握することを目的としているが、一般に絶縁劣化は短時間に生ずるものではなく長時間に亘って生ずるものである。従って、予め設定した警報レベル（警報値）に達成するまでの時間が予測できれば、前もって停電等の計画を策定し、絶縁劣化品を交換するなどの処置が行え、事故等を未然に防止できる。
【００７４】
この予測方法として、現在までの時間に対する抵抗分電流値の変化をグラフ化することによって、所定時間後の抵抗分電流の変化量を予測することが可能である。
【００７５】
図８において、時間ｔ０で抵抗分電流値が増加し始め、時間ｔ１でΔＩｇｒ増加したとする。また、抵抗分電流値Ｉｇｒの警告値がＩｑとすると、時間ｔ０〜時間ｔ１までの抵抗分変化から、この抵抗分電流値がＩｑに達する時間が略ｔ２であることを予測することができる。
【００７６】
抵抗分電流は必ずしも安定しているとは限らず、バラツキがあるので予測が難しいという問題があるが、同一出願人が出願した特開２０００−０１４００３号公報に示す配電系統のデマンド監視の技術である最小二乗法を利用し、予測すると好適である。この方法は、残りＴ時間後にいくらの電力を消費するかを予測するものであるが、本実施例では、電力（Ｑ）の代わりを予め設定された抵抗分電流値Ｉｇｒの設定値（警告値）をＩｑと定め、残り時間（Ｔ）を逆に求めるものである。即ち図８に示す現在点ｔ１からΔｔ以前までの複数点の抵抗分電流ΔＩｇｒを測定記憶し、設定値（警告値）Ｑ点までの時間Ｔを予測するものである。
【００７７】
この方法を利用して、危険領域になる漏れ電流Ｉｘを予測し、そこに至るまでの時間を予測することができる。
【００７８】
以上方法により警報レベル（警告値）に到達するまでの時間を予測するものである。なお、上記では設定値を抵抗分電流としたが、抵抗値であっても良いことは明白である。
【００７９】
次に第２３の実施例について説明する。
【００８０】
前記第１８及び第１９の実施例では、通信の方法は計測機器または監視装置１あるいは遮断器１１から上位装置３１に対して一方的に通知する方法であるが、上位装置３１が必要に応じて複数の監視装置等の端末装置に順次情報を要求し、これに呼応して端末装置から情報を送ることにより、通信信号のぶつかり合い等が無くなり、通信処理が容易となる。
【００８１】
次に第２４の実施例について説明する。
【００８２】
前記第１８及び第１９の実施例における通信は、一般形態として有線によるものが多い。しかしながら有線は敷設の工事工数を多く必要とするので、本実施例では無線即ちワイヤレスで行うものである。この方法によれば工事工数は大幅に低減される。
【００８３】
次に第２５の実施例について説明する。
【００８４】
前記第１４乃至第１９の実施例における図４〜７では記憶部９及び２４を有しており、主にサンプリング時の電圧値を記憶するが、本実施例では記憶部９及び２４に算出結果である抵抗分電流あるいは抵抗値を所定間隔毎に記憶し、必要に応じてこの内容を読み出すものである。このようにすれば、過去の値を参照することができるのでデータ解析等に役立つ。
【００８５】
次に第２６の実施例について説明する。
【００８６】
図１１は監視装置の外観図を示すもので、後述する分電盤等に内臓するタイプである。図１１において、６０は各部を収納する筐体、６１は端子台で、変流器２０からの電流信号線３や電圧信号線４を接続するための端子台、６２は警報レベル、変流比の設定 及び複数の入力を選択、表示種別を切り替えるための設定部、６３は上記設定時の値数及び演算処理部の結果である漏れ電流値、抵抗値を表示するための表示部である。
【００８７】
図１２は監視装置の外観図を示すもので、配電盤等のパネル面に取り付けるタイプである。図１２で、６４は各部を収納する筐体、６５は端子台で、変流器２０からの電流信号線３や電圧信号線４を接続するための端子台、６６は警報レベル、変流比の設定及び複数の入力を選択、表示種別を切り替えるための設定部、６７は上記設定時の値数及び演算処理部の結果である漏れ電流値、抵抗値を表示するための表示部、６８は配電盤等のパネル面６９に取り付けるためのボルトである。
【００８８】
図１３は監視装置を分電盤に収納した図を示す。図１３において、７０は分電盤本体で、６０ａはケース、６０ｂは扉、６０ｃは背板である。７１は配電回路の主回路用遮断器、７２は配電回路の分岐用遮断器、７３は配線材を整理収納するダクト、７４は配電回路の主回路用配線材を整理収納するダクト、７５は分電盤に収納するタイプの監視装置である。
【００８９】
ここで、図１１に示した監視装置は、分電盤等に内蔵させるタイプで、筐体６０の大きさは、２０６ｍｍ×１２６ｍｍとしている。
【００９０】
また図１２に示した監視装置は、配電盤等のパネル面に取り付けるもので、筐体の大きさは、２０６ｍｍ×１４２ｍｍとしている。
このような大きさであれば、すなわち一辺が約２００ｍｍ程度とし、他辺を１００ｍｍ〜２００ｍｍ程度にすれば、小形化及び省スペース化となり、一般的に使用されている分電盤等に内蔵させることが可能である。
【００９１】
また、監視装置の奥行き寸法、特に端子台の高さは、前記したダクト７３の高さに対応させたもので、前記分電盤等ではＡ−Ａ断面図に示すように、その多くが６０ｍｍの高さのダクトが使用されているので、端子台高さを概ね６０ｍｍ〜８０ｍｍにすると、配線のし易さすなわち作業性の向上、配線後の外観が綺麗になる効果がある。
【００９２】
また、監視装置の幅、高さは分電盤の外形寸法にもかかわってくるので、図１１に示すような外形寸法にすると、分電盤の空きスペースに設置することができ、分電盤の大きさを従来と変わらない寸法で実現できる効果がある。
【００９３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、配電回路の負荷の静電容量が大きくても抵抗分電流が測定できる。
【００９４】
また、外部から電圧を印加しなくてもよいので、負荷機器に影響を与えない。
【００９５】
また、簡単な構成で、補助インピーダンス素子等を設置する必要が無く複数の配電回路にも適用できる。
【００９６】
従って、信頼性の高い抵抗分電流値及び抵抗値を測定すると共に絶縁劣化相を特定できるので、絶縁劣化の経時的変化を捉え警報を行うことにより、事前に点検保守を可能ならしめて事故を未然に防止することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による漏れ電流測定方法の第1の実施例を説明するための波形図である。
【図２】本発明による漏れ電流測定方法の第２の実施例を説明するための波形図である。
【図３】本発明による漏れ電流測定方法の第1の実施例を説明するための波形図である。
【図４】本発明による測定器を用いた漏れ電流測定システムの実施例を示す構成図である。
【図５】本発明による回路遮断器を用いた漏れ電流測定システムの実施例を示す構成図である。
【図６】本発明による計測機器を用いた漏れ電流測定システムの実施例を示す構成図である。
【図７】本発明による遮断器を用いた漏れ電流測定システムの実施例を示す構成図である。
【図８】抵抗分電流値の時間に対する変化を示す特性図である。
【図９】漏れ電流計測システムを示す構成図である。
【図１０】一次回路の漏れ電流Ｉｚ、静電容量に流れるよう容量性電流及び絶縁抵抗分に流れる抵抗分電流のベクトルを示すベクトル図である。
【図１１】監視装置の外観図を示す。
【図１２】別の実施例の監視装置の外観図を示す。
【図１３】監視装置を分電盤に収納した図を示す。
【符号の説明】
１・・・計測機器、監視装置、 ２、２０・・・変流器
６、２１・・・入力部、 ７、２２・・・Ａ／Ｄ変換部
８、２３・・・演算処理部、 ９、２４・・・記憶部
１０、２５・・・出力部、 １１・・・遮断器
１２・・・電路、 １４・・・開閉機構部
３０、３２・・・設定部、 ３１・・・上位装置
Claims (2)
- 被測定回路の漏れ電流を検出する変流器の出力と前記被測定回路の電圧とを入力する入力部と、
前記入力部の出力をディジタル変換するＡ／Ｄ変換部と、
前記Ａ／Ｄ変換部で変換された値を記憶する記憶部と、
前記漏れ電流を算出し演算処理を行う演算処理部と、
前記演算処理部の演算結果を出力する出力部とを備え、
前記演算処理部は、交流の被測定回路の漏れ電流信号を得る手段と、前記被測定回路の電圧信号を得る手段と、１周期分の前記漏れ電流信号及び前記電圧信号の波形をサンプリングし記憶する手段と、前記漏れ電流信号及び前記電圧信号をそれぞれＮ次高調波成分に展開し、（式１）、（式２）
（ここで、Ｖは被測定回路の電圧、Ｖ o は直流成分、Ｖ １ は基本波成分の電圧、Ｖ ２ ・・・は高調波成分の電圧、Ｉｚは漏れ電流、Ｉ ＺＯ は直流成分、Ｉ Ｚ１ は漏れ電流の基本波成分、
Ｉ Ｚ２ ・・・は高調波成分、ωは角速度で２πｆ、φ１〜φｎは位相角）
を導出する手段と、Ｎ次高調波成分の特に第 3 次、および第 9 次の被測定回路と大地間に形成される抵抗分と静電容量分を構成するアドミタンスとして、
（ここで、Ｒは抵抗分、Ｃは静電容量分であり、ωは角速度で２πｆ）
とした連立方程式より漏れ電流にかかわる抵抗分を算出する手段とを備えたことを特徴とする監視装置。 - 漏れ電流を監視する監視システムにおいて、
被測定回路の漏れ電流を検出する変流器の出力と前記被測定回路の電圧とを入力する入力部と、前記入力部の出力をディジタル変換するＡ／Ｄ変換部と、前記Ａ／Ｄ変換部で変換された値を記憶する記憶部と、交流の被測定回路の漏れ電流信号を得る手段と、前記被測定回路の電圧信号を得る手段と、１周期分の前記漏れ電流信号及び前記電圧信号の波形をサンプリングし記憶する手段と、前記漏れ電流信号及び前記電圧信号をそれぞれＮ次高調波成分に展開し、（式１）、（式２）
（ここで、Ｖは被測定回路の電圧、Ｖ o は直流成分、Ｖ １ は基本波成分の電圧、Ｖ ２ ・・・は高調波成分の電圧、Ｉｚは漏れ電流、Ｉ ＺＯ は直流成分、Ｉ Ｚ１ は漏れ電流の基本波成分、
Ｉ Ｚ２ ・・・は高調波成分、ωは角速度で２πｆ、φ１〜φｎは位相角）
を導出する手段と、Ｎ次高調波成分の特に第 3 次、および第 9 次の被測定回路と大地間に形成される抵抗分と静電容量分を構成するアドミタンスとして、
（ここで、Ｒは抵抗分、Ｃは静電容量分であり、ωは角速度で２πｆ）
とした連立方程式より漏れ電流にかかわる抵抗分を算出する手段とを有し、前記漏れ電流を算出し演算処理を行う演算処理部と、前記演算処理部の演算結果を出力する出力部とを備えた監視装置と、
前記監視装置より得られた情報を記憶及び表示する上位装置とを備えたことを特徴とする監視システム。
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