漏洩電流検出装置及び漏洩電流検出方法
【課題】 電力供給システムに於ける漏洩電流検出装置及び漏洩電流検出方法に関し、ＺＣＴにより得られた信号のみを用いて、抵抗性漏洩電流を迅速且つ精度良く検出する。
【解決手段】 接地線に流れる電流を検出するＺＣＴ１〜ＺＣＴｍを含むＺＣＴ部１からの信号をを入力し、この信号の周波数情報を抽出して漏電システムの同定に必要な基本パラメータを基本パラメータ抽出手段（基本パラメータ抽出部２）により抽出し、この基本パラメータと出力パラメータとの誤差分を誤差抽出手段（誤差抽出部４）により抽出し、抽出した誤差分を零に近づけるように、出力パラメータを補正処理して漏電経路を含む漏電システムを同定し、抵抗性漏洩電流をシステム同定回路手段（システム同定回路部３）により検出し、検出した抵抗性漏洩電流のレベル及び継続時間を基に、漏電発生の注意又は警報を出力する。
【解決手段】 接地線に流れる電流を検出するＺＣＴ１〜ＺＣＴｍを含むＺＣＴ部１からの信号をを入力し、この信号の周波数情報を抽出して漏電システムの同定に必要な基本パラメータを基本パラメータ抽出手段（基本パラメータ抽出部２）により抽出し、この基本パラメータと出力パラメータとの誤差分を誤差抽出手段（誤差抽出部４）により抽出し、抽出した誤差分を零に近づけるように、出力パラメータを補正処理して漏電経路を含む漏電システムを同定し、抵抗性漏洩電流をシステム同定回路手段（システム同定回路部３）により検出し、検出した抵抗性漏洩電流のレベル及び継続時間を基に、漏電発生の注意又は警報を出力する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気設備管理分野又は電気工事分野に於ける抵抗性漏洩電流を検出する漏洩電流検出装置及び漏洩電流検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
各種の電力供給設備に於ける３相トランスの一次側と二次側との巻線の接続構成としては、例えば、図２４示すΔΔ結線があり、ＶＡＢ，ＶＢＣ，ＶＣＡは一次側のＡ相、Ｂ相、Ｃ相の線間電圧、ＩＡ，ＩＢ，ＩＣは各相の電流、ＥＵ，ＥＶ，ＥＷは各相の相電圧、Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗは二次側の各相の相電圧、Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃは各相の電流、Ｖａｂ，Ｖｂｃ，Ｖｃａは各相の線間電圧を示す。この場合、（ＶＡＢ，ＶＢＣ，ＶＣＡ）＝（ＥＵ，ＥＶ，ＥＷ）、（Ｖａｂ，Ｖｂｃ，Ｖｃａ）＝（Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗ）の関係となる。又一次側の相間電圧ＶＡＢ，ＶＢＣ，ＶＣＡは、例えば、６．６ｋＶ、二次側の相間電圧Ｖａｂ，Ｖｂｃ，Ｖｃａは、例えば、２００Ｖ或いは１００Ｖとした構成が一般的である。
【０００３】
又図２５は、トランスの一次側と二次側との巻線の接続構成をＹＹ結線の場合を示し、図２４と同一符号は同一名称部分を示す。この場合、各相の線間電圧と相電圧とは相違する。又図２６は、ＹＹ結線の構成に於ける二次側の中性点引き出しによる３相４線式の場合を示し、図２４及び図２５と同一符号は同一名称部分を示し、Ｖａｇ，Ｖｂｇ，Ｖｃｇは二次側の各相と中性点との間の電圧を示す。この場合、中性点と各相との間の電圧を単相として供給する構成とすることもできる。
【０００４】
又図２７は、トランスの一次側をＹ接続、二次側をΔ接続としたＹΔ結線の構成を示し、図２４及び図２５と同一符号は同一名称部分を示す。又図２８は、図２７と反対に、トランスの一次側をΔ接続、二次側をＹ接続とした場合を示す。又図２９は、トランスの一次側と二次側とをＶ接続したＶＶ結線の構成を示す。又二次側の接続構成として、単相３線式の構成があり、相間２００Ｖと１００Ｖとして給電することができる。
【０００５】
又トランスの結線構成としては、前述の構成以外に、千鳥結線、スコット結線、ウッドブリッジ結線、変形ウッドブリッジ結線等がある。又トランスの二次側の給電構成としては、３相３線式以外に、単相２線式、単相３線式等があり、何れの結線方式に於いても漏電が発生した場合に、その漏電を迅速に検出することが要望されている。その為の漏電検出手段としては、非活線状態で絶縁抵抗測定を行う方式は、必ずしも活線状態の絶縁状態を反映するものではないので、活線状態に於ける漏洩電流検出方式が適している。活線状態に於ける漏洩電流としては、対地容量を介して流れる容量性漏洩電流と、絶縁劣化等による漏洩抵抗を介して流れる抵抗性漏洩電流とを含むものである。
【０００６】
活線状態に於ける漏洩電流検出方式としては、主に、Ｉ０（零相電流）方式と、Ｉｇｒ（抵抗性漏洩電流）方式１及びＩｇｒ方式２の計３種類が知られている。第一のＩ０方式は、ＺＣＴと称されるカレントトランスを用いて漏洩電流を検出する方式であり、又第二のＩｇｒ方式１は、抵抗性漏洩電流検出方式であるが、特別な発振器を用意して、この発振器からの信号を活線に対して信号注入トランスを介して注入し、その信号を検出する方式である。又Ｉｇｒ方式２は、基準電圧位相を用意することにより、抵抗性漏洩電流を検出する方式である（例えば、特許文献１〜特許文献１６参照）。
【特許文献１】実公平６−１０５２７６号公報
【特許文献２】特開平６−４３１９６号公報
【特許文献３】特開２００１−２４２２０５号公報
【特許文献４】特開平５−１８０８８５号公報
【特許文献５】実開平６−５７０３７号公報
【特許文献６】特開２０００−７４９７９号公報
【特許文献７】特開２００２−１３１３６２号公報
【特許文献８】特開２００１−２１５２４７号公報
【特許文献９】特開２００１−１６５９７１号公報
【特許文献１０】特開平８−１８２１７９号公報
【特許文献１１】特開平８−１８２１８０号公報
【特許文献１２】特開平１０−１０１８４号公報
【特許文献１３】特開平１０−７８４６２号公報
【特許文献１４】特開平１０−３３９７５７号公報
【特許文献１５】実開平７−２９４７７号公報
【特許文献１６】特開２００２−１２５３１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
電力供給システムに於いては、絶縁不良や地絡等による漏洩電流を迅速に検出して、その漏洩電流による火災事故等を回避することが要望されている。その為の漏洩電流検出には、次のような点を解決することが必要である。
【０００８】
先ず、第一の課題は、インバータ機器等による高調波電流が多くなったことによる容量性漏洩電流の増大により、正確な抵抗性漏洩電流が検出できなくなって来ていることである。前述の従来方式の一つであるＩ０方式では、ＺＣＴからの漏洩電流のトータルを見ている。具体的には、容量性漏洩電流と抵抗性漏洩電流の合成値を見ている。従って、このＩ０方式では、容量性漏洩電流が増大すると、正確な抵抗性漏洩電流を測定できなくなって来る。背景としては、前述のように、省エネルギー化の進展によるインバータ機器の増大がある。インバータ機器はその装置の特質から、かなりの高周波雑音を発生する。これらの高周波雑音は、対外への放射の最小化の為（ＶＣＣＩ；Ｖｏｌｕｎｔａｒｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｃｏｕｎｃｉｌ ｆｏｒ Ｉｎｆｏｍａｔｉｏｎの規制対策の為）、装置と大地間に雑音防止コンデンサを付加することが多い。この為、従来では、電源線の配線ケーブルと大地間とのわずかな静電容量が支配的であった容量性漏洩電流も、インバータ機器等の増大により、著しく増大する傾向となった。結果として、従来のＩ０方式では、抵抗性漏洩電流の正確な検出が困難な状況となっている。
【０００９】
第二の課題は、漏洩電流検出器設置時に停電を伴うことである。従来のＩ０方式を改善したものとして、Ｉｇｒ方式１がある。このＩｇｒ方式１は、専用の発振器を設け、この信号をトランスと大地との間に信号注入する。抵抗性漏洩電流の場合には、同相の漏洩電流が検出されることをポイントとして、正確な抵抗性漏洩電流を検出するものである。しかしながら、この検出器は発振周波数が数１０ヘルツ以下の低周波であるため、信号注入用トランスが大きくなる欠点があるばかりでなく、トランスと大地間の接地線に信号を注入しなければならない為、設置時に停電させて工事を行う必要がある。最近では、２４時間稼働の設備が多く、停電工事は極めて避けたい項目の一つである。
【００１０】
第三の課題は、機器設置時の感電事故防止である。機器設置時に停電工事を避ける方式として、Ｉｇｒ方式２がある。このＩｇｒ方式２は、Ｉｇｒ方式１のように信号注入は不要であるが、逆に外部より基準電圧の取り込みが必要である。そして、Ｉｇｒ方式２は、抵抗性漏洩電流検出を行う電源設備から基準電圧の取り込みを行うことにより、基準電圧と同相の成分を抽出して、高精度の抵抗性漏洩電流の検出を可能としている。しかしながら、この基準電圧を外部から装置に取り込む必要がある為、機器設置時に、停電工事を行わない場合は、感電事故を起こす可能性がある。従って、感電事故防止の観点からも、このような外部からの基準電圧の取り込み作業はできれば避けたいものである。
【００１１】
第四の課題は、検出器の小型化、簡便性の確保である。抵抗性漏洩電流が発生した時に、各箇所で切り分けを行い、実際の漏電箇所を切り分けていくときに、できれば、手軽な電源線とも接続不要なハンディタイプの小型の検出器が望まれる。従って、例えば、単純にＺＣＴを接続するだけで、或いは、ＺＣＴを該当個所にタッチするだけで、検出を可能としたいものである。即ち、検出器は電池等の動作電源で動作するものが望ましい。
【００１２】
第五の課題は、ＺＣＴに接続される対象電路が、図２４〜図２９に示すように、合計６種、単相２線及び単相３線を加えると計８種類、その他の千鳥結線／スコット結線／ウッドブリッジ結線／変形ウッドブリッジ結線等を加えると、計１２種類以上存在することである。このような各種の構成に対しても適用可能であることが望まれる。
【００１３】
第六の課題は、処理時間の高速化である。漏電を検出する場合、一般的に検出時限という時間的ガードを設けている。不用意に監視センタ等に不要な漏電発生を通報しないようにする為、並びに必要な情報を確実に通報できるようにする為のものである。これらの時間的ガードは、顧客システムによって異なるから、検出装置としては、設定を設けて最適化している。具体的な検出時限設定値としては、例えば、１０秒／３０秒／１分／３分／５分／１０分等がある。例えば、検出時限を１０秒に設定した場合には、連続して１０秒間、漏洩電流がある一定値を超えないと通報しないようにしている。又、これらの検出時限精度は±１０％程度となっている。この為、検出に必要な処理時間としては、例えば、検出時限設定が１０秒の場合には、±１秒程度（幅で２秒以内）の高速な漏洩電流検出処理が必要となる。例えば、１個のＭＰＵ（マイクロプロセッサ）で３個のＺＣＴからの信号を処理する場合には、ＺＣＴ１個当り、２（秒）／３（個）＝０．６６（秒）程度の高速且つ高精度の検出が必要となる。一般的に、対象の電路システムを拡大し、更に、高精度を追求すると、処理時間は増大する傾向にあり、これらの処理時間の高速化が解決する課題の一つとなる。
【００１４】
本発明は、前述のような電力供給システムに於ける漏洩電流検出に於ける問題点を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の漏洩電流検出装置は、ＺＣＴからの信号を処理して抵抗性漏洩電流を検出する漏洩電流検出装置に於いて、接地線に流れる電流を検出するＺＣＴからの信号を入力し、該信号の周波数情報を抽出して漏電システムの同定に必要な基本パラメータを抽出する基本パラメータ抽出手段と、前記基本パラメータと出力パラメータとの誤差分を抽出する誤差抽出手段と、該誤差抽出手段により抽出した誤差分を零に近づけるように前記出力パラメータを補正処理して漏電経路を含む漏電システムを同定し、抵抗性漏洩電流を推定検出するシステム同定回路手段とを備えている。
【００１６】
又基本パラメータ抽出手段は、前記ＺＣＴからの信号の周波数情報を抽出し、該周波数情報に従って前記ＺＣＴからの信号を復調してベースバンドのｎ次高調波ベクトル信号を生成し、該ｎ次高調波ベクトル信号を位相正規化する手段と、該手段により位相正規化された前記ｎ次高調波ベクトル信号を含む基本パターンを抽出して、前記システム同定手段に入力する構成を有するものである。
【００１７】
又基本パラメータ抽出手段の前記位相正規化手段は、前記ｎ次高調波ベクトル信号の位相正規化と、該ｎ次高調波ベクトル信号の合成パワーを所定値になるように制御処理する手段とを含む構成を有するものである。合成パワーに関しては、基本波を含んだ合成パワーを１．０にする場合と、基本波を含まない成分で合成パワーを１．０に正規化する方法があるが、ｎ次高調波成分のエネルギーが、高調波の歪みの度合いによって決定される為、基本波を除く形でｎ次高調波の合成パワーを計算し、この値を１．０に正規化すると、後段の計算処理が容易となる。
【００１８】
又システム同定手段は、ｎ次高調波信号を出力する基準電圧発生部と、該基準電圧発生部からの基準電圧を入力して、前記漏電システムの同定による出力パラメータを前記誤差抽出手段に入力し、前記基本パラメータとの誤差分が最小となるように前記出力パラメータの補正処理を行う漏電同定部とを有するものである。
【００１９】
又システム同定手段は、複数の漏電パターンを示すパラメータを保持した辞書参照部と、該辞書参照部からの前記漏電パターンを示すパラメータと前記基本パラメータ抽出手段からの基本パラメータとの誤差が最小となる前記漏電パターンを示すパラメータを、前記漏電同定部からの前記出力パラメータの初期パラメータとして設定する構成を有するものである。この辞書参照のパラメータであるが、基本波を含む場合と含まない場合とが考えられる。基本波を含む場合には、基本波を含む合成パワーが１．０に正規化されたものを用いると良い。又基本波を含まない場合であるが、基本波を含まない合成パワーが１．０になるように正規化されたものを用いると良い。又は、例えば、五次のパワーを１．０に正規化した信号を入力する場合も考えられる。何れにせよ、重要なのは、できるだけ、本質的なパラメータに集約して辞書の大きさを必要最小限にすることである。
【００２０】
又辞書参照部は、予め格納した前記漏電パターンを示すパラメータと共に、前記漏電同定部により同定収束したパラメータを格納する構成を有するものである。
【００２１】
又システム同定手段の前記漏電同定部は、前記誤差抽出手段による誤差分を前記ｎ次高調波対応に補正処理する補正手段と、該補正手段により補正された前記誤差分と前記基準電圧発生部からのｎ次高調波信号とを入力する漏電模擬回路と、該漏電模擬回路からの信号を正規化した出力パターンを前記誤差抽出部に入力する漏電模擬回路正規化部とを含む構成を有するものである。
【００２２】
又システム同定手段の前記漏電同定部は、抵抗性漏電係数にｎ次高調波信号の次数に従って減少する係数を乗算し、容量性漏電係数に定数１を乗算する構成を含むものである。
【００２３】
又システム同定手段の前記漏電同定部は、前記誤差抽出手段による誤差分のｎ次高調波成分をランダム的に選択して、又は漏電パターンに最適な固定的なパターンで選択して、相関性を最小とする補正手段を有するものである。
【００２４】
又本発明の漏洩電流検出方法は、ＺＣＴからの信号を処理して抵抗性漏洩電流を検出する漏洩電流検出方法に於いて、接地線に流れる電流を検出するＺＣＴからの信号を入力し、該信号の周波数情報を抽出し、該周波数情報を基に漏電システムの同定に必要な基本パラメータを抽出し、該基本パラメータと出力パラメータとの誤差分が最小となるように前記出力パラメータの補正処理を行って漏電経路を含む漏電システムの同定を行い、該漏電システムの同定収束により、抵抗性漏洩電流を検出する過程を含むものである。
【００２５】
又ＺＣＴからの信号を基準周波数により復調して複素共役演算によりベクトル信号とし、該ベクトル信号を変換処理して前記ＺＣＴからの信号の周波数情報を求め、該周波数情報に従って前記ＺＣＴからの信号を復調してｎ次高調波信号成分を求め、該ｎ次高調波信号成分を正規化して前記基本パラメータとする過程を含むものである。
【００２６】
又基準電圧発生部からのｎ次高調波信号に係数を乗算し、且つ補正処理を行った前記出力パラメータと、前記基本パラメータとの誤差分を抽出し、該誤差分が最小となるように前記出力パラメータの前記補正処理を行って、前記漏電システムの同定を行う過程を含むものである。
【００２７】
又辞書参照部からの複数の漏電パターンを示すパラメータを、前記基準電圧発生部からのｎ次高調波信号に乗算する係数の初期値として、前記漏電システムの同定を行う過程を含むものである。
【００２８】
又基本パラメータと前記出力パラメータとの誤差分のｎ次高調波成分について、ランダム的に選択して合成して相関性を最小とする補正処理を行う過程を含むものである。
【発明の効果】
【００２９】
ＺＣＴからの信号を入力して、その信号の周波数情報を求め、その信号に含まれるｎ次高調波信号による基本パターンを求め、この基本パターンとの誤差分が最小となる出力パターンが得られうるように、漏電経路を含む漏電システム同定を行って、抵抗性漏洩電流を検出するものであり、従って、第一に、容量性漏洩電流が大きい電力供給システムに於いても、正確に抵抗性漏洩電流を検出することができる。第二に、漏洩電流検出の為に、停電工事が不要である。第三に、電力供給システムからの基準電圧の取り込みが不要であるから、設置工事を行う時の感電事故が生じない。第四に、マイクロプロセッサ等の演算処理機能により実現可能であるから、電池を動作電源として動作可能であり、小型化により携帯も容易となる。第五に、電力供給システムの周波数を自動的に認識し、３相３線式は勿論のこと、３相４線式や単相３線式、単相２線式等の総ての電力供給システムの抵抗性漏洩電流検出に適用可能である。第六に、漏電システム同定の高速な収束が可能であるから、抵抗性漏洩電流の高速検出が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
本発明の漏洩電流検出装置は、図１を参照すると、ＺＣＴ１〜ＺＣＴｍを含むＺＣＴ部１からの信号を処理して抵抗性漏洩電流を検出する漏洩電流検出装置に於いて、接地線に流れる電流を検出するＺＣＴからの信号を入力し、この信号の周波数情報を抽出して漏電システムの同定に必要な基本パラメータを抽出する基本パラメータ抽出手段（基本パラメータ抽出部２）と、この基本パラメータ抽出手段からの基本パラメータと出力パラメータとの誤差分を抽出する誤差抽出手段（誤差抽出部４）と、この誤差抽出手段により抽出した誤差分を零に近づけるように、出力パラメータを補正処理して漏電経路を含む漏電システムを同定し、抵抗性漏洩電流を推定検出するシステム同定回路手段（システム同定回路部３）とを備えている。
【００３１】
又本発明の漏洩電流検出方法は、ＺＣＴからの信号を処理して抵抗性漏洩電流を検出する漏洩電流検出方法に於いて、接地線に流れる電流を検出するＺＣＴ（ＺＣＴ部１）からの信号を入力し、この信号の周波数情報を抽出し、この周波数情報を基に漏電システムの同定に必要な基本パラメータを、基本パラメータ抽出手段（基本パラメータ抽出部２）により抽出し、この基本パラメータと出力パラメータとを誤差抽出手段（誤差抽出部４）により比較して、その比較結果の誤差分が最小となるように、システム同定手段（システム同定回路部３）により、出力パラメータの補正処理を行って漏電経路を含む漏電システムの同定を行い、この漏電システムの同定収束により、抵抗性漏洩電流を検出する過程を含むものである。
【実施例１】
【００３２】
図１は、本発明の原理説明図であり、ｍ個のカレントトランス構成の零相電流検出トランス（以下ＺＣＴと称する）ＺＣＴ１〜ＺＣＴｍを含むＺＣＴ部１の出力信号を入力する基本パラメータ抽出手段としての基本パラメータ抽出部２と、この基本パラメータ抽出部２により抽出した基本パラメータを入力するシステム同定手段としてのシステム同定回路部３と、誤差抽出手段としての誤差抽出部４と、各種設定／表示制御部５とを有し、電力供給システムに於ける複数のトランスの二次巻線と接地との間の接地線にそれぞれＺＣＴ１〜ＺＣＴｍを設けて、接地線に流れる電流を検出するＺＣＴ１〜ＺＣＴｍ対応に、抵抗性漏洩電流を推定検出する構成を示す。なお、ＺＣＴは１個の場合も含むもので、図示のように、複数のＺＣＴにより得られた信号を入力する場合は、時分割的な処理により抵抗性漏洩電流を推定検出する処理を行うものである。
【００３３】
ＺＣＴ部１のｍ個のＺＣＴ１〜ＺＣＴｍからの出力信号は、基本パラメータ抽出部２に入力され、ＺＣＴ部１の出力信号内に含まれているｎ（＝１〜ｎ）次高調波の振幅／位相／周波数情報から、漏電経路を含む漏電システム同定に必要なｎ次高調波対応のパワーを含む基本パラメータを抽出する。一方、システム同定回路部３は、実際の漏電システムを模擬するものであり、抽出された基本パラメータとシステム同定回路部３に於いて推定した漏電システムによるｎ次高調波対応のパワーを含む出力パラメータとが一致（誤差抽出手段の出力がゼロ）するように、誤差抽出部４からシステム同定回路部３にフィードバックして係数を補正し、漏電システム同定を行う。この同定した時の係数を用いて、実際にＺＣＴが接続されたシステムで発生している抵抗性漏洩電流を推定検出する。なお、検出出力の検出閾値や検出時限に関しては、各種設定／表示制御部５による各種設定に従って動作させる。以上により、最終的なＩｇｒ出力注意／警戒情報を得ることができる。
【００３４】
従って、本発明に於いては、基本パラメータ抽出手段（基本パラメータ抽出部２）、システム同定回路手段（システム同定回路部３）、誤差抽出手段（誤差抽出部４）を設けて、ＺＣＴから入力された信号を基に、基本パラメータ抽出手段（基本パラメータ抽出部２）により抽出したｎ次高調波パワーを含む基本パラメータと、システム同定手段（システム同定回路部３）により同定した出力パラメータとが一致するように、漏電システム同定を行い、この漏電システム同定収束時の係数を基に、抵抗性漏洩電流Ｉｇｒを検出するものである。又各手段の機能は、演算処理機能を有するマイクロプロセッサ等により実現することができる。従って、前述の第一の課題である正確な抵抗性漏洩電流の測定が可能となるばかりでなく、第二の課題である設置工事時の停電が不要、更に、第三の課題である基準電圧位相の取り込みも不要、即ち、感電事故発生を回避可能、更に、第四の課題であるハンディタイプの携帯可能な構成も実現可能、第五の課題である１２種以上の各種接続形式の電力供給システムに対しても柔軟に適用可能、第六の課題である処理時間の高速化も可能となる。
【００３５】
図２は、本発明を適用することができる警報システムの説明図であり、工場、オフィスビル、学校、病院等の電力需用家１３の受電設備（キュービクル）１１に警報検出伝送装置１２を設け、この警報検出伝送装置１２に於いて、異常検出として漏電検出を行った場合に、この検出信号を、例えば、１００Ｖの電灯線（電力線搬送）又は通信線経由で警備室又は事務所１５の警報受信通報装置１４に伝送し、自動的或いは警備員により、電話網等を介して監視センタ１６に漏電発生通知を送出する。警備員による場合は、ファクシミリ装置ＦＡＸ又は電話等により監視センタ１６に漏電発生通知を送出することもできる。監視センタ１６に於いては、緊急出動車１７等により保守要員等を急行させて、異常発生箇所の修復を図ることができる。
【００３６】
図３は，ＺＣＴ接続説明図であり、例えば、ΔΔ結線のトランスの二次側のａ，ｂ，ｃ相の中のｂ相を接地し、その接地線に流れる電流を検出する為のＺＣＴを接続した場合を示す。又ｒａ，ｒｂ，ｒｃは、対地間等価抵抗、ｃａ，ｃｂ，ｃｃは、対地間等価容量を示す。正常時は、対地間等価抵抗ｒａ，ｒｂ，ｒｃは大きい値を示し、従って、抵抗性漏洩電流は無視できる程度の小さい値となる。又対地間等価容量ｃａ，ｃｂ，ｃｃは、図示を省略している力率改善用コンデンサ等を含むもので、更に、インバータ機器等による高調波成分が多いことにより、容量性漏洩電流は比較的大きい値を示すことになる。そして、各相の抵抗性漏洩電流のベクトル合成した電流と、各相の容量性漏洩電流のベクトル合成した電流とのベクトル和の電流が接地線に流れるので、これをＺＣＴにより検出することになる。このＺＣＴにより検出して、漏洩電流検出装置に入力することにより、漏電経路の状態を含む漏電システム同定を行って、高精度且つ迅速に、抵抗性漏洩電流を推定検出する。
【００３７】
図４は、図１に示す本発明の構成を、図３に示す構成に適用した漏電検出システムを示し、例として、ａ，ｂ，ｃ相の中のｂ相を接地線により接地し、その接地線にＺＣＴを接続し、ｃ相に地絡障害が発生した場合を示す。従って、ｃ相は、抵抗性漏洩電流Ｉｇｒが流れる対地間等価抵抗と、容量性漏洩電流Ｉｇｃが流れる対地間等価容量とが接続され、ａ相は、対地間等価抵抗は無視できる大きさであるから、図示を省略し、容量性漏洩電流Ｉｇｃが流れる対地間等価容量のみを図示している。又接地線に流れる電流を検出するＺＣＴからの信号を入力する漏洩電流検出装置は、図１に於ける要部について示すように、ＺＣＴに接続された基本パラメータ抽出部２と、システム同定回路部３と、誤差抽出部４とを含む構成を有し、システム同定回路部３は、漏洩経路を含む漏電システム同定を行うことにより、抵抗性漏洩電流Ｉｇｒを検出する。
【００３８】
又単一のＺＣＴを漏洩電流検出装置に接続した場合を示すが、図１に示すように、複数の電力供給システム対応のＺＣＴを接続することも可能である。又ＺＣＴに近い位置に漏洩電流検出装置を配置した場合を示すが、この漏洩電流検出装置を遠隔地に配置し、ＺＣＴとは各種の伝送方式で知られているネットワークを介して接続することも可能である。又有線ネットワークのみでなく、無線ネットワークを介して接続することも可能である。それぞれのネットワークを介してＺＣＴからの信号を伝送する場合、ＺＣＴ対応のアドレス付け等により、伝送方式に従ったフォーマットに従って漏洩電流検出装置に伝送し、漏洩電流検出装置は、それぞれのＺＣＴを識別して、ＺＣＴ対応の電力供給システムの抵抗性漏洩電流を検出することもできる。
【００３９】
図５は、単相の場合の抵抗性漏洩電流が２、容量性漏洩電流が２の比率の場合の漏洩電流波形をシミュレーションにより求めた波形を示し、５０Ｈｚの３サイクル分であるが、高調波成分が多く、基本周波数の正弦波からは大きく歪んだ波形となる。
【００４０】
図６は、漏洩電流スペクトラムの説明図であり、横軸は周波数［Ｈｚ］、縦軸はパワー［ｄＢｍ］を示し、５０Ｈｚの配電地域に於ける０〜５００Ｈｚについてのスペクトラムを示す。即ち、５０Ｈｚの整数倍の高調波成分が含まれていることが判る。
【００４１】
図７は、一次、三次、五次、七次の高調波成分のスペクトラムについて、地絡パターンの種別対応の一例を示すもので、（ａ）（‘０２００）は、単相で容量性漏洩電流のみの場合、（ｂ）（’１２００）は、単相で容量性漏洩電流に抵抗性漏洩電流が加わった場合、（ｃ）（‘０２０２）は、３相３線式で容量性漏洩電流のみの場合、（ｄ）（’１２０２）は、３相３線式のａ相で抵抗性漏洩電流が加わった場合、（ｅ）（‘０２１２）は、３相３線式で容量性漏洩電流がａ相、ｃ相で発生し、且つｃ相で抵抗性漏洩電流が発生した場合をそれぞれ示している。又縦軸は、合成パワーを１．０に正規化した一次／三次／五次／七次の高調波のパワーを示している。即ち、各種漏電パターンにより漏洩電流波形が微妙に異なり、且つ、スペクトラムが微妙に異なった形となっている。従って、ＺＣＴからの信号に含まれるｎ次高調波成分のパワーのパターンにより、抵抗性漏洩電流が含まれているか否かを判定することもできる。
【００４２】
図８は、図１の各部の内部構成を示す本発明の実施例の説明図であり、図１と同一符号は同一部分を示す。図８に於いて、２１はフィルタ部、２２はデータ取込み部、２３は基準値抽出部、２４は周波数情報抽出部、２５はＩ０検出部、３１は辞書参照部、３２は基準電圧発生部、３３は漏電同定部、３４はＩｇｒ判定／タイマ監視部を示す。ＺＣＴ部１は、ｍ個のＺＣＴ１〜ＺＣＴｍからなる場合を示し、それぞれの出力信号はフィルタ部２１により不要な成分が除去される。そして、データ取込み部２２により必要なデータが取り込まれる。これらのデータは周波数が５０Ｈｚ／６０Ｈｚと地域により異なる為、周波数情報抽出部２４により、電源周波数が何Ｈｚなのかを自動的に且つ正確に抽出する。基準値抽出部２３は、周波数情報抽出部２４により抽出した電源周波数を基本周波数としたｎ次高調波の周波数を生成して、ＺＣＴ部１からの信号に含まれるｎ次高調波対応のパワーを求めて、これを基本パターンとする。この基本パターンとしてのｎ次高調波パワーを正規化したＬＰＦ正規化出力をシステム同定回路部３と誤差抽出部４とに入力し、又ｎ次高調波パワーを示す逆ＬＰＦ正規化出力又は一次（基本波）のパワー値をシステム同定回路部３のＩｇｒ判定／タイマ監視部３４に入力する。
【００４３】
Ｉ０検出部２５は、周波数情報抽出部２４内の信号を用いて、Ｉ０（容量性と抵抗性と漏洩電流の合成波形の零相電流；なお、零相電流は、３相中性点に流れる電流として知られているが、電源線と接地との間に流れる電流を示す）を検出する回路であり、検出出力信号Ｉ０ＤＥＣをＩｇｒ判定／タイマ監視部３４に入力し、この検出出力信号Ｉ０ＤＥＣが、Ｉ０（零相電流）所定値以下を示す場合には、その後のＩｇｒ判定を停止させて、抵抗性漏洩電流検出処理の誤動作を防止する。又基準値抽出部２３は、漏電システムを同定する為に必要な基本パラメータを抽出し、ＬＰＦ正規化出力及びＬＰＦ逆正規化出力として示すように出力する。これらの基本パラメータのみを用いて、漏電経路を含む漏洩システム同定を行うこともできるが、同定収束を迅速化する為に、辞書参照部３１を用いて、この辞書参照部３１で保持している各種漏電パターンのどれに最も近いかを判断し、最も近い漏電パターンの情報を初期値の係数として、漏電同定部３３の同定パラメータの初期化を行う。又は過去に漏電システム同定を行った時の同定パラメータを記憶しておいて、その同定パラメータを初期値とすることもできる。
【００４４】
又システム同定回路部３では、実際の漏電システムを仮想的に模擬して構築する為、システム同定回路３内にｎ次高調波を含む基準電圧を発生させる基準電圧発生部３２を設けている。この基準電圧発生部３２及び漏電同定部３３により、実際の漏電システムを同定する。具体的には、この漏電同定部３３で同定したパラメータと基準値抽出部２３で抽出した基本パラメータとの誤差（誤差抽出部４で抽出）が、零に近づくように漏電同定部３３の同定を行う。最終的にシステム同定した時の係数を基に、Ｉｇｒ成分を算出し、Ｉｇｒ判定／タイマ監視部３４に於いて所定の閾値で判定した後、設定した時間継続するか否かの時間監視を行って、Ｉｇｒ出力を漏電検出信号として送出する。
【００４５】
図９は、本発明の実施例の詳細なブロック図を示し、図８と同一符号は同一部分を示す。基本パラメータ抽出部２のフィルタ部２１は、終端回路１〜終端回路ｍと、選択回路ＳＥＬ１と、ゲイン切替部ＧＳＷと、ローパスフィルタＬＰＦとを有し、ＺＣＴ部１の各ＺＣＴ１〜ＺＣＴｍは、終端回路１〜終端回路ｍにより所定のインピーダンスで終端され、電圧値として選択回路ＳＥＬ１に入力する。選択回路ＳＥＬ１は、漏洩電流検出対象のＺＣＴを選択するもので、例えば、３個のＺＣＴの選択を行う場合に、０．６秒単位で順次選択することができる。又１個のＺＣＴの場合には、選択回路ＳＥＬ１は省略或いは固定的な選択状態とすることができる。
【００４６】
又ゲイン切替部ＧＳＷは、選択回路ＳＥＬ１により選択されたＺＣＴの出力信号に対する増幅ゲインを切替える可変利得増幅器に相当する。ＺＣＴの出力信号は、例えば、５０ｍＡ〜８００ｍＡ程度の広い範囲に相当するもので、所定のダイナミックレンジを確保する為に、選択回路ＳＥＬ１により順次選択されたＺＣＴの出力信号に対する増幅ゲインを切替える。選択回路ＳＥＬ１とゲイン切替部ＧＳＷとは、データ取込み部２２のアナログ制御部により制御される。
【００４７】
このデータ取込み部２２は、ＡＤ変換器Ａ／Ｄと、オフセット除去回路Ｏｆｆｓｅｔと、バッファＢＵＦＦと、アナログ制御部とを含む構成を有し、又周波数情報抽出部２４は、キャリア発生部ＣＲＲ０と、復調部ＤＥＭＯと、ローパスフィルタＬＰＦ０と、複素共役回路と、周波数変換部と、キャリア発生部ＣＲＲｎとを含む構成を有する。又Ｉ０検出部２５は、パワー算出部ＰＷＲと判定部とを含む構成を有し、基準値抽出部２３は、復調部ＤＥＭ１〜ＤＥＭｎと、ローパスフィルタＬＰＦ１〜ＬＰＦｎと、ＬＰＦ正規化部とを含む構成を有する。
【００４８】
データ取込み部２２のオフセット除去回路Ｏｆｆｓｅｔは、ＡＤ変換器Ａ／Ｄにより変換されたＺＣＴ１〜ＺＣＴｍ対応のディジタル信号に、それぞれ直流オフセット成分が含まれているから、この直流オフセット成分を算出し、直流オフセット成分が零となるように処理して、バッファＢＵＦＦに一旦蓄積する。それにより、ディジタル演算処理による抵抗性漏洩電流検出精度を一層向上することができる。そして、バッファＢＵＦＦから読出して、アナログ制御部と、基準値抽出部２３の復調部ＤＥＭ１〜ＤＥＭｎと、周波数情報抽出部２５の復調部ＤＥＭ０とに入力する。
【００４９】
アナログ制御部は、選択回路ＳＥＬ１により選択したＺＣＴからの信号レベルに対して、バッファＢＵＦＦに入力された信号レベルが所定範囲の下限値より低い時、ゲイン切替部ＧＳＷのゲインを上昇させ、反対に、所定範囲の上限を超える時、ゲイン切替部ＧＳＷのゲインを低下させるように、ゲインの切替えの制御を行う。なお、バッファＢＵＦＦに入力される信号レベルが常に所定の範囲内の場合には、ゲイン切替部ＧＳＷのゲインを予め設定した値として、自動ゲイン切替えの制御構成を省略することも可能である。又ＡＤ変換器Ａ／Ｄのダイナミックレンジが広い場合も同様である。
【００５０】
図１０は、キャリア発生部ＣＲＲ０及び復調部ＤＥＭ０〜ＤＥＭｎの説明図であり、周波数情報抽出部２４のキャリア発生部ＣＲＲ０は、ＺＣＴからの信号の基本波の周波数が未知であるが、電力供給システムに於ける基本周波数は、一般的には、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚであるから、例えば、その中間の５５Ｈｚの周波数のキャリア発生を行う為のデータをＲＯＭに格納した構成とすることができる。この場合のＲＯＭ格納データは、半径１の５５Ｈｚでベクトル回転することを示す（ｃｏｓ（２π５５（Ｈｚ）ｔ）−ｊｓｉｎ（２π５５（Ｈｚ）ｔ））とすることができる。
【００５１】
又周波数情報抽出部２４及び基準値抽出部２３の復調部ＤＥＭ０〜ＤＥＭｎは、入力信号に、高調波の次数をｎとして、ｃｏｓ（ｎω）を乗算してリアルパートの復調出力（ＤＥＭ出力）を得る乗算器と、−ｓｉｎ（ｎω）を乗算して、イマジナリパートの復調出力（ＤＥＭ出力）を得る乗算器とを含み、周波数情報抽出部２４に於いては、バッファＢＵＦＦからの信号が復調部ＤＥＭ０に対するＤＥＭ入力となり、キャリア発生部ＣＲＲ０からのキャリアｃｏｓ（２π５５（Ｈｚ）ｔ）−ｊｓｉｎ（２π５５（Ｈｚ）ｔ）のｃｏｓ（２π５５（Ｈｚ）ｔ）と、ｓｉｎ（２π５５（Ｈｚ）ｔ）とを、点線矢印で示す経路により、それぞれの乗算器に入力し、復調出力信号を、ローパスフィルタＬＰＦ０を介して、複素共役回路と、Ｉ０検出部２５のパワー算出部ＰＷＲとに入力する。
【００５２】
又基準値抽出部２３の復調部ＤＥＭ１〜ＤＥＭｎにつては、バッファＢＵＦＦからの信号がそれぞれのＤＥＭ入力となり、周波数情報抽出部２４のキャリア発生部ＣＲＲｎからの次数対応のキャリア（後述のように、抽出した電源周波数に同期したｎ次高調波信号；ｃｏｓ（ｎω）、−ｓｉｎ（ｎω））を復調用として乗算器に入力する。それにより、ｎ次高調波信号対応の復調出力信号は、同期検波と同様に、ＺＣＴからの信号に含まれているｎ次高調波成分を示し、それぞれローパスフィルタＬＰＦ１〜ＬＰＦｎを介してＬＰＦ正規化部に入力する。
【００５３】
図１１は、前述のローパスフィルタＬＰＦ０〜ＬＰＦｎの構成の一例を示すもので、単位時間の遅延回路Ｔと、入力信号及び遅延回路Ｔを介した信号に係数ω０〜ωｋをそれぞれ乗算する乗算器と、加算器Σとを含み、トランスバーサル型のＦＩＲフィルタの構成を示すものである。例えば、周波数情報抽出部２４のローパスフィルタＬＰＦ０は、５５Ｈｚ近辺以外の不要な成分は除去したい為、帯域幅として５５Ｈｚ±２５Ｈｚ程度とすることになる。他のローパスフィルタＬＰＦ１〜ＬＰＦｎも同様にｎ次高調波対応の帯域として、カットオフ周波数をｎ次高調波周波数に対して±２５Ｈｚ程度に設定し、不要な高調波信号は除去する。周波数情報抽出部２４に於けるキャリア発生部ＣＲＲ０と、復調部ＤＥＭ０と、ローパスフィルタＬＰＦ０とにより、３０Ｈｚ〜８０Ｈｚ間の周波数の抽出を可能とすることができる。従って、５０Ｈｚ／６０Ｈｚの周波数同期が確立する前でも、漏電信号の抽出を可能としている。
【００５４】
図１２は、Ｉ０検出回路２５の説明図であり、パワー算出部ＰＷＲと判定回路とを含み、ローパスフィルタＬＰＦ０を介した復調信号を入力し、パワー算出部ＰＷＲにより、その復調信号を二乗してパワーを求め、判定回路の演算部により、パワーと、予め設定した値ＲＥＦとの差を求め、極性判定部に於いて、極性が負であれば、漏電電流有り（Ｉ０ＤＥＣ＝１．０）を示し、極性が正であれば、漏電電流無し（Ｉ０ＤＥＣ＝０．０）を示す検出信号Ｉ０ＤＥＣを出力し、Ｉｇｒ判定／タイマ監視部３４のＩｇｒ算出ＬＰＦ逆正規化部（図９参照）に入力する。この場合、漏電電流無しの検出信号Ｉ０ＤＥＣの場合は、誤動作を防止する為に、Ｉｇｒ判定／タイマ監視部３４以降の抵抗性漏洩電流検出処理は行わない。
【００５５】
図１３は、周波数情報抽出部２４に於ける複素共役回路と周波数変換部との説明図であり、ローパスフィルタＬＰＦ０の出力信号を複素共役入力として、乗算器と遅延回路とに入力する。この場合、ＡＤ変換器Ａ／Ｄにより変換されたサンプリング間隔の信号を、バッファＢＵＦＦを介して、更に、復調部ＤＥＭ０、ローパスフィルタＬＰＦ０を介して複素共役回路に、複素共役入力して示すように入力する。この時間差を有する信号を、それぞれ、ＬＰＦ０１，ＬＰＦ０２とすると、複素共役出力Ｙは、
Ｙ＝ＬＰＦ０２×（ＬＰＦ０１）＊ ・・・（１）
と表すことができる。なお、＊印は複素共役演算を示す。
【００５６】
この複素共役出力Ｙは、ＡＤ変換器Ａ／Ｄに入力された信号の周波数が５５Ｈｚより高い場合、反時計方向にシフトするベクトルとなり、反対に、５５Ｈｚより低い場合、時計方向にシフトするベクトルとなる。このベクトル信号を点線矢印で示すように、周波数情報抽出入力として、周波数変換部に入力する。
【００５７】
具体的には、取り込んだ漏洩電流を任意の時間間隔をもって、任意の復調周波数ｆＤＥＭで検波し、２つの位相ベクトルを抽出する。更に、前処理で得られた２つの位相ベクトルから、任意の時間間隔の位相差を抽出することにより、復調周波数と取り込み電流の周波数との差を抽出する。
【００５８】
取り込んだ漏洩電流の周波数をｆＡＣ、任意の復調周波数をｆＤＥＭ、取り込んだ漏洩電流の周波数と任意の復調周波数の偏差をΔｆとすると、
ｆＡＣ＝ｆＤＥＭ＋Δｆ ・・・（２）
となる。
【００５９】
任意に定めた復調周波数ｆＤＥＭと前処理で求めたΔｆとの２つの周波数情報により、複数の復調の為の周波数を生成する。一次の周波数ｆＤＥＭ１、三次の周波数ｆＤＥＭ３、五次の周波数ｆＤＥＭ５、七次の周波数ｆＤＥＭ７とした時、次式により求められる。
ｆＤＥＭ１＝ｆＤＥＭ＋Δｆ
ｆＤＥＭ３＝３×（ｆＤＥＭ＋Δｆ）
ｆＤＥＭ５＝５×（ｆＤＥＭ＋Δｆ）
ｆＤＥＭ７＝７×（ｆＤＥＭ＋Δｆ）
従って、ｎ次高調波の周波数についての一般式は、
ｆＤＥＭｎ＝ｎ×（ｆＤＥＭ＋Δｆ） ・・・（３）
と表すことができる。
【００６０】
複素共役出力を周波数情報抽出入力とする周波数情報抽出回路は、ベクトル情報→Δθ変換回路と、Δθ＋５５Ｈｚ加算ＭＯＤ回路からなる周波数情報抽出回路と、キャリア発生部ＣＲＲｎとを含み、複素共役回路からの複素ベクトル情報（Ｘ＋ｊＹ）を、ベクトル情報→Δθ変換回路に入力して、ｔａｎ−１関数を用いて、角度情報Δθ（Δｆの周波数情報に比例）に変換する。そして、キャリア発生部ＣＲＲ０で発生させた５５Ｈｚの角度情報に加算（周波数加算）し、毎サンプル毎の回転角度情報を求め（±１８０度ｍｏｄ加算）、キャリア発生部ＣＲＲｎからのキャリアにより、所望の周波数情報抽出出力（ＣＲＲｎの回転ベクトル信号＝（ｃｏｓ（ｎωｔ）−ｊｓｉｎ（ｎωｔ）））を得ることができる。
【００６１】
尚、周波数情報抽出回路は、他の構成とすることも可能であり、例えば、複素共役信号（Ｘ＋ｊＹ）をアドレス変換（上位Ｘ＋下位Ｙ）し、予めアドレスと周波数との関係を格納したＲＯＭ等のメモリをアクセスして所望の周波数情報（例えば、５１．１Ｈｚ，６０．３Ｈｚ等）を得る構成とすることもできる。又は、この周波数情報変換は、複素共役回路の出力を半径１．０のベクトル情報に変換して、そのイマジナリ成分のみを用い、ＲＯＭで所望の周波数情報に変換する構成とすることもできる。更に、ＰＬＬ回路を用いて、いきなり周波数算出を行ってもよい。
【００６２】
図１４は、基準値抽出部２３のＬＰＦ正規化部の説明図であり、１０１はパワー合成部、１０２は逆変換部、１０３は二乗部、１０４は除算部、１０５は平方根部、１０６〜１０９は乗算器を示す。ローパスフィルタＬＰＦ１〜ＬＰＦｎの出力信号をパワー合成部１０１に入力して、二乗した後、加算（Σ）して、全体のパワーａを求め、これをＳＹＮＬＰＦＰとして出力すると共に、逆変換部１０２に於いて、１／√ａの処理により、パワーを求める前のレベルとして、ローパスフィルタＬＰＦ１〜ＬＰＦｎの出力信号に乗算器１０６に於いて乗算し、正規化する。なお、乗算器１０６に入力するＬＰＦ（ｎ）は、簡略化の為に、代表として示しており、図示の構成をローパスフィルタＬＰＦ１〜ＬＰＦｎ対応に備えている。
【００６３】
次に、位相の正規化を行う為に、二乗部１０３により二乗してＲ２とし、これをＬＰＦＡ（ｎ）として出力すると共に、除算部１０４に於いて１／Ｒ２＝ｂとし、これを乗算器１０９に入力して制御力αを乗算してＬＰＦＡＩ（ｎ）として出力する。又平方根部１０５に於いて、√ｂ＝１／Ｒ＝ＬＰＦＡＩＳ（ｎ）として乗算器１０７に入力し、この乗算出力を乗算器１０８に入力して複素共役演算を行って、そのリアルパートＲｅを、レベルと位相とを正規化した信号ＬＰＦＮ（ｎ）（図８に於けるＬＰＦ正規化出力）として、誤差抽出部４と、辞書参照部３１と、漏電同定部３３とに入力する。
【００６４】
漏電信号同定で重要な基本パラメータとは何かについて説明する。漏電波形は図５に示すように極めて複雑な波形を示しているが、電源周波数での繰り返し波形であることは明確である。抵抗性漏洩電流検出には、基準の電圧位相が極めて重要であるが、ＡＤ変換器Ａ／Ｄに入力された漏電電流の波形は、前述のように、複雑で、基準位相の特定は不可能である。なお、基準位相を特定できたと仮定した場合の漏電システム同定は極めて容易であるが、実際的でない。この為、漏電システム同定では、基準位相に依存しないアルゴリズムの創出が不可欠である。従って、ＡＤ変換器Ａ／Ｄに取り込まれた信号から漏電システム同定に基本となるパラメータは何か、基準位相に振り回されないパラメータは何か、との問題に対しての一つの回答が自己相関系列である。
【００６５】
入力信号をｆ（ｔ）とした場合の自己相関系列Ａ（τ）は、Ａ（τ）＝Σ（ｆ（ｔ）×（ｆ（ｔ＋τ））＊）（＊は複素共役演算を示す）となり、例えば、複合性漏電（抵抗性漏電と容量性漏電との複合）、容量性漏電、抵抗性漏電（抵抗性漏電と容量性漏電発生時）の自己相関系列は、図１５（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示すようになり、それぞれ漏電条件毎に異なった自己相関系列となるが、抽出信号ｆ（ｔ）の切り出し位相によらず一定の値となる。従って、自己相関系列を使用してシステム同定を行えば、基準位相によらないシステム同定が可能である。
【００６６】
問題は波形の自己相関演算の積分期間であるが、電源周波数の１周期であることが望ましい。ＡＤ変換器Ａ／Ｄにより変換した波形では、１周期分の切り出しはサンプリングの量子化からも困難であるが、入力された信号に同期をとって、復調部ＤＥＭ１〜ＤＥＭｎで復調し、ローパスフィルタＬＰＦ１〜ＬＰＦｎにより不要帯域を除去したベースバンド信号であれば、１周期分の積分は極めて容易であり正確に実現可能である。
【００６７】
又ＡＤ変換器Ａ／Ｄに入力される信号のレベルは多種多様であり、これらを基に安定にシステム同定することは困難である。そこで、前述の図１４に示すように、合成パワーで漏洩電流のパワーの正規化を実行する。又後述の図３０に示すように、基本波を除く漏電システムを同定するのに影響の大なる主要な高調波のパワーを合成することで求めても良い。
【００６８】
又自己相関系列演算は、極めて演算量が多く、このような演算処理を導入すると、処理量が飛躍的に増大し、処理時間が長くなる。一方、自己相関系列は入力波形のパワースペクトラムを代表していることはよく知られている。実際問題、パワースペクトラムの場合には、位相の変化の影響を受けないものである。現にローパスフィルタＬＰＦ１〜ＬＰＦｎの出力のベクトル信号に、任意の位相回転を施しても位相回転を施す前の自己相関系列と、位相回転を施した後での自己相関系列は一致している。これは、自己相関演算そのものが、複素共役ベクトルを演算しており、位相成分が消えることによる。従って、ローパスフィルタＬＰＦ１〜ＬＰＦｎの出力信号のパワーをみれば、自己相関演算を行わなくてもよいことを示している。
【００６９】
即ち、ローパスフィルタＬＰＦ１〜ＬＰＦｎの出力に各ｎ次の高調波ベクトル信号に半径１．０の複素共役ベクトルを乗算して、位相に無関係な信号とし、これを漏電システム同定用の基準信号とする。同時に、漏電同定部３３内の漏洩電流模擬回路ＥＱＬの出力にも同様な位相正規化回路を導入して、位相に依存しない出力を得ることにより、これを漏電同定回路の出力（出力パラメータ）とし、誤差抽出部４により基準値（基本パラメータ）との誤差を求め、この誤差が最小となるように漏電システムの同定を実施していく。このような処理を実行することにより、演算量の飛躍的減少が可能となる。
【００７０】
図１６は、辞書参照部３１の説明図であり、誤差算出部１１１と、パワー算出部１１２と、パワー値積分部１１３と、セレクタ１１４，１２０（ＳＥＬ）と、最小値判定部１１５と、ＥＱＬ（漏洩電流模擬回路）係数部１１６と、漏電パターン格納部１１７と、初期化係数格納部１１８と、制御係数格納部１１９とを含む構成を有し、図９に於いては、誤差算出、ＰＷＲ値積分最小値判定、初期化／制御、ＳＥＬ２、ＥＱＬ係数、各種漏電パターン辞書として示す機能を、具体的な構成として示している。
【００７１】
漏電パラメータには、例えば、３相３線式の場合でみても、ａ相漏電、ｂ相漏電、ｃ相漏電、更に容量性漏洩電流、抵抗性漏洩電流、高調波も一次高調波、二次高調波、三次高調波等の多種類となり、このような多数のパラメータで短時間にシステム同定を行うことは極めて困難である。この為、各種の漏電パターンを、辞書としての漏電パターン格納部１１７に格納し、順次読出した漏電パターンを、セレクタ１１４を介して誤差算出部１１１に入力し、基準値抽出部２３からのＬＰＦ正規化出力、即ち、基準値ＬＰＦＮ（ｎ）との誤差分を求め、パワー算出部１１２により誤差分のパワーを算出し、パワー値積分部１１３により積分し、最小値判定部１１５により誤差分が最小となる漏電パターンを選択する。この場合の誤差算出部であるが、基本波を含む総ての高調波を使用することなく、漏電システムの同定に効果的なｎ次高調波のみを使用した方が良い。但し、使用する場合には、辞書パターンの最小化を目的に、使用する範囲の高調波群のパワーを、１．０等に正規化して誤差算出すると良い。又基本波を除くｎ次高調波の合成パワーが１．０となるように、最小値を求める構成とすることもできる。
【００７２】
この最小値判定部１１５は、複数の辞書参照結果から積分誤差が最小となる漏電パターンを選定する為のものである。又セレクタ１１４（ＳＥＬ）は固定の複数の辞書パターンと過去に求めた漏電パターン（図示を省略したメモリに格納した漏電パターン）との選択回路であり、ＥＱＬ係数部１１６からの係数と、漏電パターン格納部１１７からの係数とを切替えて、誤差算出部１１１に入力し、セレクタ１２０（ＳＥＬ）は、ＥＱＬ係数部１１６からの係数と、初期化係数制御部１１８からの係数とを切替えて、係数ＥＱＬＲａ，ＥＱＬＣａ，ＥＱＬＲｂ，ＥＱＬＣｂ，ＥＱＬＲｃ，ＥＱＬＣｃを漏電同定部３３に入力する。更に、漏洩電流模擬回路ＥＱＬの制御力については、例えば、３相３線式では、ａ相の抵抗性漏電パスと容量性漏電パス、更にｃ相の抵抗性漏電パスと容量性漏電パスがある為、それぞれ漏電パターンに合致した制御力を持たせ、収束の高速化を図っている。
【００７３】
図１７は、基準電圧発生部３２（図９参照）の説明図であり、３相の一次〜ｎ次の基準電圧ＶＧａ（１），ＶＧｂ（１），ＶＧｃ（１）〜ＶＧａ（ｎ），ＶＧｂ（ｎ），ＶＧｃ（ｎ）を発生させる為のＲＯＭにより実現した場合を示す。一次のａ相を基準電圧位相０度とすると、一次の電圧位相は、（４）〜（６）式に示すものとなり、ｎ次の電圧位相は（７）〜（９）式に示すものとなる。
【数１】
本発明では、基準電圧の振幅の大きさは１．０としてある。これは、一般的に波形が歪むと高調波を発生するが、この高調波は次数に応じてレベルが１／ｎに減少することが知られている（数学的にも証明可能）。一方、後述するＥＱＬ部では、容量性漏洩電流は、周波数に比例（次数に比例）して増大していくが、抵抗性漏洩電流は、次数に反比例して減少していく。これらを考慮し、基準電圧発生部３２では、半径１．０のベクトル電圧を基準電圧として出力する。一般に、ｎ次高調波は、時間軸波形がどの程度歪みを受けているかで決定され、最悪状態の歪みでは、基本波を基準として１／ｎに低下することになるが、最悪でない場合には、数１０ｄＢ減衰した形で順次低下する現象となる。この場合、高調波は１／ｎよりゆっくりした減衰カーブで、基本波を除いた形で現れる。従って、より正確な漏電検出をしようとした場合、基本波を除く高調波のパワーが、基本波のパワーと比較してどの程度減少しているかを算出し、この算出度合いに応じて、図１７の基準電圧発生部からのｎ次高調波の基準電圧ＶＧａ（１），ＶＧｂ（１），ＶＧｃ（１）〜ＶＧａ（ｎ），ＶＧｂ（ｎ），ＶＧｃ（ｎ）に、周波数特性上の補正を行うこともできる。但し、この差は微々たるものなので、通常は省略しても問題はない。
【００７４】
図１８は、漏電同定部３３（図９参照）のＥＱＬ（漏洩電流模擬回路）部の説明図であり、前述の基準電圧発生部３２からの一次〜ｎ次の基準電圧ＶＧａ（１），ＶＧｂ（１），ＶＧｃ（１）〜ＶＧａ（ｎ），ＶＧｂ（ｎ），ＶＧｃ（ｎ）を入力し、電流パラメータＥＱＬＲａ（１），ＥＱＬＲｂ（１），ＥＱＬＲｃ（１）〜ＥＱＬＣａ（ｎ），ＥＱＬＣｂ（ｎ），ＥＱＬＣｃ（ｎ）を複素乗算し、加算（Σ）して、最終的な所望のＥＱＬ（１）〜ＥＱＬ（ｎ）出力を得る。但し、ここで、ｎ次高調波の次数が増大すると、容量性漏電に関しては、周波数に比例して増大する。一方、抵抗性漏電に関しては、周波数による変化はなく一定、更に、一般に高調波信号は次数に応じて１／ｎに低減していくため、ＥＱＬＲａ（ｎ）に関しては、係数に１／ｎを乗算して出力計算を行う。容量性漏洩電流に関しては、特に何もしない。こうすることで、より実際的な漏電システム同定が可能となる。
【００７５】
ｎ次高調波の電圧源をＶ、各相と対地間に存在する負荷のインピーダンスをＺ、ＺＣＴに流れる電流をＩとすると、Ｉ＝Ｖ／Ｚとなる。一方、負荷インピーダンスＺは、各相と対地間に存在している容量性負荷と、抵抗性負荷との並列接続であるが、周波数をω、容量をＣ、抵抗をｒとすると、容量性負荷に流れる電流Ｉｃは、
Ｉｃ＝Ｖ／（１／ｊωＣ）＝ｊωＣＶ ・・・（１０）
又抵抗性負荷に流れる電流Ｉｒは、
Ｉｒ＝Ｖ／ｒ ・・・（１１）
となる。従って、最終的にＺＣＴに流れる電流Ｉは、
Ｉ＝Ｖ（１／ｒ＋ｊωＣ） ・・・（１２）
となる。実際には、電圧源Ｖがｎ次高調波基準電圧源である為、又各相（ａ／ｂ／ｃ相）が存在する為、これら全ての合成ベクトルとなる。
【００７６】
抽出目標である抵抗性漏洩電流を得る為には、取り込んだ零相電流成分から、抵抗性漏洩電流成分と容量性漏洩電流成分とに分離して、抵抗性漏洩電流成分を測定する必要がある。又、容量性漏洩電流は、抵抗性漏洩電流の９０度進んだ位相である。
【００７７】
実際に漏電システムの中で構築される容量性負荷及び抵抗性負荷は、システム同定の容易さの観点から、インピーダンスではなく、アドミッタンスで定義する。アドミッタンスのベクトルと基準となるｎ次高調波基準電圧源との乗算を行い、合成することで、ＺＣＴから入力された零相電流を推定する。
【００７８】
然しながら、上記で推定した零相電流は、あくまでも基準電圧発生部３２からのｎ次高調波基準電圧を基にしている。一方、実際にＺＣＴに接続された漏電システムの基準電圧位相及び振幅は、上記の基準位相及び振幅とは異なるものであり、この振幅差／位相差を補正する必要がある。この為、漏電システム内に位相正規化回路／振幅補正回路を設け、最終的なシステム同定を行う。
【００７９】
図１９は、漏電同定部３３のＥＱＬ（漏洩電流模擬回路）正規化部１３１及びＡＭＰ（ｎ）部１３２の説明図であり、１３３〜１３４は乗算器、１３６は二乗回路、１３７は除算回路及び平方根回路、１３８，１３９は加算器、１４０は乗算器、１４１は遅延回路（Ｔ）、１４２，１４３はリミッタ（ＬＭ）、１４４は除算回路を示す。ＥＱＬ正規化部１３１は、ＬＰＦｎの正規化同様、ＥＱＬｎの複素共役演算により、半径１．０のベクトルに正規化した信号を求め、ＥＱＬｎ出力に乗算することで、ＥＱＬＮ（ｎ）を出力する。
【００８０】
又ＡＭＰ（ｎ）部１３２は、各ＥＱＬＮｎの出力が基準値であるＬＰＦＡｎと一致するように補正を行う。これは、基準電圧発生源から半径１．０で回転するベクトル値として出力しており、ＥＱＬ部でｎ次高調波の次数ｎが大きくなるほど１／ｎに低下すべく高調波のパワー減衰を考慮しているが、実際問題、このパワー減衰が想定パワー減衰よりも小となった場合に、この補正を行うものである。この為、通常のＡＧＣ回路と同様の補正回路となっている。なお、乗算器１３３に除算回路１４４の出力Ａを入力して、ＥＱＬ（ｎ）に乗算する構成を、複数段設けて、粗調整と微調整とを行う構成とすることも可能である。又は、ｎ次高調波の歪み度合いに応じて、基本波と基本波以外のパワー比が大きく異なってくること、並びに、基本波以外のパワー値は、一括制御しても特に問題はないこと等から、ＡＭＰ（１）を独立させ、ＡＭＰ（２）〜ＡＭＰ（ｎ）を一括して共通制御することも可能である。
【００８１】
図２０は、誤差抽出部４（図９参照）の説明図であり、基準値抽出部２３のＬＰＦ正規化部（図１４参照）からのＬＰＦ正規化出力（ｎ）（基本パターン）と、ＡＭＰ（ｎ）部１３２（図１９参照）からの出力ＡＭＰ（ｎ）（出力パターン）との差分を求めて、漏電同定部３３のＥＱＬ補正１（図９参照）に入力する。この誤差抽出部４からの誤差抽出出力（ｎ）が最小となるように、システム同定を行う。この場合の基本アルゴリズムとして、最小二乗法を適用することができる。なお、（ｎ）は、一次〜ｎ次の１〜ｎを示す。
【００８２】
図２１は、漏電同定部３３（図９参照）のＥＱＬ補正１，ＳＥＬ３／ＰＮ発生，ＥＱＬ補正２として示す補正手段の説明図であり、ＥＱＬ（漏洩電流模擬回路）補正部１５１と選択部１５２とＥＱＬ（漏洩電流模擬回路）補正部１５３とのそれぞれ要部を示す。なお、３相のａ相、ｂ相、ｃ相対応の構成を有するものであり、ａ相対応の構成のみを示し、ＥＱＬ補正部１５３から、ＥＱＬＲａ，ＥＱＬＣａを出力しているが、ｂ相及びｃ相対応のＥＱＬＲｂ，ＥＱＬＣｂ，ＥＱＬＲｃ，ＥＱＬＣｃを出力するものである。又ａ相対応にＣＮＴＲａ，ＣＮＴＣａを入力しているが、ｂ相及びｃ相対応にＣＮＴＲｂ，ＣＮＴＣｂ，ＣＮＴＲｃ，ＣＮＴＣｃを入力する構成を有するものである。又１５４は複素共役演算部、１５５，１５６は乗算器、１５７は選択部、１５８は選択パターン発生部、１５９は加算器（Σ）、１６０は乗算器、１６１は加算器、１６２はリミッタ（ＬＭ）、１６３は遅延回路（Ｔ）を示す。
【００８３】
ＬＰＦｎ出力（ｎ次高調波信号）は、線スペクトラムであり、抽出後は固定パターンとなる。一般に、システム同定は、基準値と、推定値との誤差が最小となるように、具体的には、エラーの相関がなくなるように、システム同定を行うのが一般的である。然し、ＬＰＦｎ信号（ｎ次高調波信号）を用いる場合には、固定パターンとなる為、極めて、基準信号そのものに相関性が高い。従って、システム同定を行う場合には、これらの信号を無相関にしてやる必要がある。具体的には、各次数のエラーの内、ｎ次のエラーをランダムに選択可能な選択回路を設ける。これにより、基準となるＬＰＦｎ（ｎ次高調波信号）のスペクトラムはランダムとなり、無相関となる。従って、安定したシステム同定が可能となる。その為に、選択回路１５７と選択パターン発生部１５８とを設けて、各相のｎ次高調波対応の誤差分をランダム的に選択する構成とする。
【００８４】
即ち、選択部１５７は、選択パターン発生部１５８からのランダム的な選択信号に従ってｎ次高調波対応に誤差分を選択出力して、ＥＱＬ補正部１５３の加算器１５９に入力する。或いは、総てのスイッチを固定パターン的に選択して、ＥＱＬ補正部１５３の加算器１５９に入力して加算することもできる。それにより、基準信号に対して、無相関な信号とすることができる。従って、選択パターン発生部１５８は、ランダム的なパターンの選択信号を出力する構成或いは所定の固定的なパターンの選択信号を出力する構成とするものである。
【００８５】
又前述のＥＱＬ部に、基準電圧発生部３２の出力信号が入力され、システム同定した容量性漏洩電流ベクトルと抵抗性抵抗漏洩電流ベクトルとがそれぞれ乗算され、合成の推定ｎ次高調波信号ＥＱＬ（１）〜ＥＱＬ（ｎ）が出力される。ＥＱＬの等化係数パラメータとして、各相（ＰＨ＝ａ，ｂ，ｃ）毎に、
ＥＱＬ（ＰＨ）＝ＥＱＬＲ（ＰＨ）＋ｊＥＱＬＣ（ＰＨ） ・・・（１３）
と表すことができる。
【００８６】
又前述のＥＱＬ補正の手段は、モデム等に適用されている自動等化技術を応用することができる。即ち、基準値と推定値のエラー信号を位相正規化信号の複素共役で演算し、更に振幅補正の逆数を乗算し、或る一定の制御力を乗算した後、抵抗性成分に関しては、過去の抵抗性成分に、エラーと基準電圧の複素共役を乗算（基準電圧とエラーの相関をなくすように作用）し、抵抗性成分について、最小二乗法を用いてシステム同定補正していくものである。
【００８７】
又容量性成分については、
【数２】
に示すものとなる。又抵抗性成分については、基準電圧発生部３２からの基準電圧の次数に応じて１／ｎに低下する為，ＥＱＬ部（図１８参照）に示すように、係数のＥＱＬＲａ，ＥＱＬＲｂ，ＥＱＬＲｃを、１／ｎの定数を乗算して対応する。容量性成分については、次数の増加に伴う振幅の低下に対して、インピーダンスの低下により相殺されるので、そのままとする。
【００８８】
ＥＱＬの詳細補正アルゴリズムを次の（１５）〜（１７）式を基に説明する。
【数３】
【００８９】
ＥＱＬ出力は位相正規化、ＡＭＰｎ回路による振幅補正を行った後、誤差抽出回路に最終出力している為、補正回路ではこの逆を実施する。即ち、誤差抽出部４からのエラー信号に、ＥＱＬ補正部１５１の乗算器１５５により、ＡＭＰＩ（ｎ）（ＡＭＰ（ｎ）の逆数値）を乗算し、次に、乗算器１５６により、ＣＪＥ（ｎ）（ＣＪＥの＊の＊）を乗算し、複素共役逆回転させ、エラーを合成し制御力を乗算してタップ係数補正を実施する。又ＣＮＴＲａ，ＣＮＴＣａは各種漏電パターンのタップ係数補正の制御力である。
【００９０】
タップ係数を補正する際に、例えば、３相３線式ではＥＱＬＲａ，ＥＱＬＣａ，ＥＱＬＲｃ，ＥＱＬＣｃが最終的なタップ係数となる。補正の次数も例えば、一次，三次，五次，七次のみとすれば、これら全ての相関エラーを合成してタップ係数を補正するか、それとも個々の細かい単位で補正を行うことが考えられるが、収束精度の確保と収束時間の確保との相反する要求ポイントとなっている。この為、このエラー合成を最適化することにより、収束速度の改善や精度改善を行うことが可能となる。
【００９１】
又選択回路１５７の選択制御を行う選択パターン発生部１５８は、前述のように、ＰＮパターン発生又は固定パターン発生の機能を有し、ＰＮパターン発生は、例えば、１５ビットを１周期とした擬似ランダム信号によるランダムパターンとすることができる。このランダムパターンはＭ系列等で発生が容易である。その場合、１をスイッチｏｎ，０をスイッチｏｆｆとすると、１１１１（例えば、一次，三次，五次，七次の順）は、全てのスイッチをｏｎとして、エラーを合成してタップ更新を行うものであり、１０００（例えば、一次，三次，五次，七次の順）であれば、一次のエラーパスのみ使用してタップ補正を行うものである。漏電同定システムでは相間の相関が高いため、エラー補正の制御力に関しても相関性が大なる制御力となる。これらの制御力の最適値はシミュレーションで求め、先に説明した辞書参照部３１の辞書（ＲＯＭ）に格納しておくことができる。
【００９２】
前述のように、ＺＣＴから出力される漏電波形は単一トーン波形の集合体であり、極めて相関性が大なる信号である。このような信号のシステム同定を行う場合には、どこかでランダマイズする回路が必要であり、スペクトラムをフラットにする為にも必要である。このように、スペクトラムをフラットにすることで、システム同定の安定性も高まり高速な収束が可能となる。又、最初の引き込み時には平均的な高速引き込みが可能となるように、固定パターン補正（例えば全ｎ次エラー合成）でもよい。
【００９３】
図２２は、ＥＱＬ係数収束特性説明図であり、（Ａ），（Ｂ）の縦軸はＥＱＬ係数，横軸は補正回数を示し、又（Ａ）は、ａ相とｃ相とに容量性漏電があり、且つｃ相に抵抗性漏電がある場合、（Ｂ）は、単相で抵抗性と容量性の両方に漏電ある場合を示している。何れの場合も、約６回程度の補正回数で収束していることが判る。なお、辞書参照部３１に保持されている漏電パターンを利用したことにより、ＥＱＬ係数は、図２２の（Ａ）に於いては、Ｒａ及びＣａは、０からではなく、約１から出発し、又図２２の（Ｂ）に於いては、Ｒｃは、約０．５から出発して収束の高速化が可能であることを示している。
【００９４】
図２３は，Ｉｇｒ判定／タイマ監視部３４（図９参照）の説明図であり、１７１はＩＧＲ算出部、１７２はＩＧＲ判定部、１７３はタイマ監視部、１７４は設定部、１８１，１８２，１８８，１８９は乗算器、１８４は加算器、１８５，１８６は二乗回路、１８７は加算器、１９０，１９１は加算器、１９２，１９３は連続時間監視部を示す。なお、設定部１７４は、図９に於ける各種設定／表示制御部５の機能の一部を示す。
【００９５】
Ｉ０検出部２５からの漏電電流の有無を示す検出信号Ｉ０ＤＥＣが無しを示す０の場合、乗算器１８９の出力信号は０となり、ＩＧＲ判定部１７２に於ける判定は行われないことになる。即ち、前述のように、誤動作を防止することができる。又検出信号Ｉ０ＤＥＣが１で，漏電電流有りを示す場合、漏電同定部３３のＥＱＬ補正部１５３からの補正された係数ＥＱＬＲａ，ＥＱＬＲｂ，ＥＱＬＲｃがＩＧＲ算出部１７１に入力され、それらの位相が異なることから、それらをベクトル合成し、二乗回路１８５，１８６によりパワーとして、加算器１８７により加算してＩｇｒ成分を求める。又ＬＰＦｎ正規化回路に於いて合成パワーを正規化しているので、これを元に戻す為に、ＬＰＦ正規化部（図１４参照）からのＳＹＮＬＰＦＰを乗算器１８８に於いて乗算して、元のレベルに戻し、乗算器１８９を介してＩＧＲ判定部１７２に入力する。
【００９６】
ＩＧＲ判定部１７２は、設定部１７４からの注意閾値を加算器１９０に、警戒閾値を加算器１９１に入力し、ＩＧＲ算出部１７１の出力信号のレベル判定を行う。閾値を超えている場合、タイマ監視部１７３の連続時間監視部１９２，１９３により連続時間の監視を行う。設定部１７４から設定する時限としては、例えば、１０秒とし、連続時間がこの設定した時間を超えると、注意信号又は警戒信号を送出する。この場合の設定時限としては、電力供給システムの構成等に従って、更に長い時限とすることも可能である。
【００９７】
図３４に、ｎ次高調波成分の合成波形説明図であり、ｎ次高調波成分が大なる場合と小なる場合との漏電波形例を示している。３相３線式で、容量性漏洩電流がａ相，ｃ相の両方で発生し、且つ抵抗性漏洩電流もａ相，ｃ相の両方で発生しており、一方は、ｎ次高調波成分が極めて大で、大きく波形が歪んでいる場合を示し、他方は、ｎ次高調波成分が比較的小さく、波形はあまり歪んでいない場合を示している。この一方の波形と他方の波形とを比較すると、両者は大きく相違する波形となっているが、抵抗性漏洩電流については同じ値の場合を示している。又前述の図６は、実フィールドでの実測波形であるが、ｎ次高調波のレベルは、基本波からすると、約１８ｄＢ程度低下した波形となっている。
【００９８】
図３２は、五次高調波を正規化した時の三次及び七次高調波の振幅分布説明図であり、例えば、五次の高調波のレベルを１．０に正規化した場合に於いて、三次と七次とのパワー値を二次元グラフで示すもので、想定される各種の漏電パターンをプロットしたものであるが、漏電パターンにより、三次と七次との振幅座標位置が特定できることを示している。前述の図３４に示す一方と他方との波形についてのシミュレーションも同一の結果が得られた。ｎ次高調波のパワーであるが、漏電の量が同じでも、合成パワー値は、漏電システム毎で大きく異なっている。然しながら、パワーを正規化した切り口で見ると、同一の劣化パターンとなっている。従って、安定した漏電検出を行う為には、何らかの正規化手段が有効であることが判る。
【００９９】
図３３は、三次、五次、七次高調波パワーを正規化した振幅分布説明図であり、基本波を除くｎ次高調波の合成パワーが１．０になるように正規化し、三次、五次、七次のパワーのパターンを示し、図７と同レベルで各種漏電パターンのパワー値を示す。このようなパターンを、基本パラメータとして辞書に格納することもできる。
【０１００】
図３０は、基本波と基本波以外のパワー値が大きく変動していることに着目して、基本波を除くパワー値を参照し、このパワー値が１．０となるように、ＬＰＦ（ｎ）を正規化して、ＬＰＦＮ（ｎ）を得る構成を示す。漏電同定部では、ＬＰＦ正規化部と同一の処理を必要としているので、図３１に示す構成による処理が行われる。
【０１０１】
図３０に於いて，ＬＰＦ（１）に関して、複素共役演算処理を施して、位相を正規化した後、そのままＬＰＦＮ（１）として出力し、又Ｉｇｒの正確なレベル判定を実施する為に、ＬＰＦ（１）のパワー値を代表するＳＹＮＬＰＦＰを出力し、図２３に示すＩｇｒ判定／タイマ監視部のＩＧＲ検出部１７１に入力する。又基本波以外のＬＰＦ（ｎ）は、ＬＰＦ（１）と同様に位相を正規化するが、同時にパワーを基本波以外のｎ次高調波のパワーの合成値が１．０となるようにして正規化する。即ち、合成ＰＷＲに於ける基本波ＬＰＬ（１）を除く高調波ＬＰＦ（ｋ）〜ＬＰＦ（ｎ）の二乗値を合成部Σで合成した値ａを、１／√ａとして、基本波以外のＬＰＦ（ｎ）の位相正規化出力に乗算して、パワーの正規化を行ってＬＰＦＮ（ｎ）として出力する。漏電同定部では、このＬＰＦＮ（ｎ）を用いて同定を行う。
【０１０２】
図３１は、ＥＱＬ正規化部及びＡＭＰｎ部の説明図であり、図３０と同様な処理を実施しており、ＥＱＬ（ｎ）は、位相に無関係となるように、位相が正規化された後、基本波を除く合成パワー値が１．０となるように振幅補正されて出力される。又同時に、振幅逆補正の為の補正信号ＡＭＰＩ（ｎ）（ループゲインの一定化を目的）を出力する。ＥＱＬ（１）は、位相正規化され、そのリアルパートＲｅをＥＱＬＮ（１）として出力する。同時にそのパワー値を求め、逆数演算して、ＳＹＮＥＱＬＰの出力信号を得る。ＥＱＬ出力は合成パワー値が１．０として誤差抽出部４に入力され、個々で、誤差がゼロとなるように係数が補正され、漏電システム同定を行う。この同定した結果で、基本波（一次高調波）の出力を計算し、所望の抵抗性漏洩電流Ｉｇｒを得ることができる。具体的には、図２３に示す構成により求める。
【０１０３】
又ＺＣＴに相当するものとして、単相２線又は３相３線を同一方向に束ねて、コモンモード電流を検出し、その検出したコモンモード電流を、前述の漏洩電流検出手段により、前述の実施例と同様の処理により、抵抗性漏洩電流を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】本発明の原理説明図である。
【図２】警報システムの説明図である。
【図３】ＺＣＴの接続説明図である。
【図４】漏電検出システムの説明図である。
【図５】単相の漏洩電流のシミュレーション波形説明図である。
【図６】漏洩電流スペクトラムの説明図である。
【図７】スペクトラムのパターン説明図である。
【図８】本発明の実施例の説明図である。
【図９】本発明の実施例の詳細なブロック図である。
【図１０】キャリア発生部及び復調部の説明図である。
【図１１】ローパスフィルタの説明図である。
【図１２】Ｉ０検出回路の説明図である。
【図１３】複素共役回路と周波数変換部との説明図である。
【図１４】ＬＰＦ正規化部の説明図である。
【図１５】自己相関演算結果の説明図である。
【図１６】辞書参照部の説明図である。
【図１７】基準電圧発生部の説明図である。
【図１８】ＥＱＬ部の説明図である。
【図１９】ＥＱＬ正規化部及びＡＭＰ（ｎ）部の説明図である。
【図２０】誤差抽出部の説明図である。
【図２１】補正手段の説明図である。
【図２２】ＥＱＬ係数収束特性説明図である。
【図２３】Ｉｇｒ判定／タイマ監視部の説明図である。
【図２４】ΔΔ結線の説明図である。
【図２５】ＹＹ結線の説明図である。
【図２６】ＹＹ結線（中性点引き出し）の説明図である。
【図２７】ＹΔ結線の説明図である。
【図２８】ΔＹ結線の説明図である。
【図２９】ＶＶ結線の説明図である。
【図３０】ＬＰＦ正規化部の説明図である。
【図３１】ＥＱＬ正規化部及びＡＭＰｎ部の説明図である。
【図３２】五次高調波を正規化した時の三次及び七次高調波の振幅分布説明図である。
【図３３】三次、五次、七次高調波パワーを正規化した振幅分布説明図である。
【図３４】ｎ次高調波成分の合成波形説明図である。
【符号の説明】
【０１０５】
１ ＺＣＴ部
２ 基本パラメータ抽出部
３ システム同定回路部
４ 誤差抽出部
５ 各種設定／表示制御部
２１ フィルタ部
２２ データ取込み部
２３ 基準値抽出部
２４ 周波数情報抽出部
２５ Ｉ０検出部
３１ 辞書参照部
３２ 基準電圧発生部
３３ 漏電同定部
３４ Ｉｇｒ判定／タイマ監視部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気設備管理分野又は電気工事分野に於ける抵抗性漏洩電流を検出する漏洩電流検出装置及び漏洩電流検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
各種の電力供給設備に於ける３相トランスの一次側と二次側との巻線の接続構成としては、例えば、図２４示すΔΔ結線があり、ＶＡＢ，ＶＢＣ，ＶＣＡは一次側のＡ相、Ｂ相、Ｃ相の線間電圧、ＩＡ，ＩＢ，ＩＣは各相の電流、ＥＵ，ＥＶ，ＥＷは各相の相電圧、Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗは二次側の各相の相電圧、Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃは各相の電流、Ｖａｂ，Ｖｂｃ，Ｖｃａは各相の線間電圧を示す。この場合、（ＶＡＢ，ＶＢＣ，ＶＣＡ）＝（ＥＵ，ＥＶ，ＥＷ）、（Ｖａｂ，Ｖｂｃ，Ｖｃａ）＝（Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗ）の関係となる。又一次側の相間電圧ＶＡＢ，ＶＢＣ，ＶＣＡは、例えば、６．６ｋＶ、二次側の相間電圧Ｖａｂ，Ｖｂｃ，Ｖｃａは、例えば、２００Ｖ或いは１００Ｖとした構成が一般的である。
【０００３】
又図２５は、トランスの一次側と二次側との巻線の接続構成をＹＹ結線の場合を示し、図２４と同一符号は同一名称部分を示す。この場合、各相の線間電圧と相電圧とは相違する。又図２６は、ＹＹ結線の構成に於ける二次側の中性点引き出しによる３相４線式の場合を示し、図２４及び図２５と同一符号は同一名称部分を示し、Ｖａｇ，Ｖｂｇ，Ｖｃｇは二次側の各相と中性点との間の電圧を示す。この場合、中性点と各相との間の電圧を単相として供給する構成とすることもできる。
【０００４】
又図２７は、トランスの一次側をＹ接続、二次側をΔ接続としたＹΔ結線の構成を示し、図２４及び図２５と同一符号は同一名称部分を示す。又図２８は、図２７と反対に、トランスの一次側をΔ接続、二次側をＹ接続とした場合を示す。又図２９は、トランスの一次側と二次側とをＶ接続したＶＶ結線の構成を示す。又二次側の接続構成として、単相３線式の構成があり、相間２００Ｖと１００Ｖとして給電することができる。
【０００５】
又トランスの結線構成としては、前述の構成以外に、千鳥結線、スコット結線、ウッドブリッジ結線、変形ウッドブリッジ結線等がある。又トランスの二次側の給電構成としては、３相３線式以外に、単相２線式、単相３線式等があり、何れの結線方式に於いても漏電が発生した場合に、その漏電を迅速に検出することが要望されている。その為の漏電検出手段としては、非活線状態で絶縁抵抗測定を行う方式は、必ずしも活線状態の絶縁状態を反映するものではないので、活線状態に於ける漏洩電流検出方式が適している。活線状態に於ける漏洩電流としては、対地容量を介して流れる容量性漏洩電流と、絶縁劣化等による漏洩抵抗を介して流れる抵抗性漏洩電流とを含むものである。
【０００６】
活線状態に於ける漏洩電流検出方式としては、主に、Ｉ０（零相電流）方式と、Ｉｇｒ（抵抗性漏洩電流）方式１及びＩｇｒ方式２の計３種類が知られている。第一のＩ０方式は、ＺＣＴと称されるカレントトランスを用いて漏洩電流を検出する方式であり、又第二のＩｇｒ方式１は、抵抗性漏洩電流検出方式であるが、特別な発振器を用意して、この発振器からの信号を活線に対して信号注入トランスを介して注入し、その信号を検出する方式である。又Ｉｇｒ方式２は、基準電圧位相を用意することにより、抵抗性漏洩電流を検出する方式である（例えば、特許文献１〜特許文献１６参照）。
【特許文献１】実公平６−１０５２７６号公報
【特許文献２】特開平６−４３１９６号公報
【特許文献３】特開２００１−２４２２０５号公報
【特許文献４】特開平５−１８０８８５号公報
【特許文献５】実開平６−５７０３７号公報
【特許文献６】特開２０００−７４９７９号公報
【特許文献７】特開２００２−１３１３６２号公報
【特許文献８】特開２００１−２１５２４７号公報
【特許文献９】特開２００１−１６５９７１号公報
【特許文献１０】特開平８−１８２１７９号公報
【特許文献１１】特開平８−１８２１８０号公報
【特許文献１２】特開平１０−１０１８４号公報
【特許文献１３】特開平１０−７８４６２号公報
【特許文献１４】特開平１０−３３９７５７号公報
【特許文献１５】実開平７−２９４７７号公報
【特許文献１６】特開２００２−１２５３１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
電力供給システムに於いては、絶縁不良や地絡等による漏洩電流を迅速に検出して、その漏洩電流による火災事故等を回避することが要望されている。その為の漏洩電流検出には、次のような点を解決することが必要である。
【０００８】
先ず、第一の課題は、インバータ機器等による高調波電流が多くなったことによる容量性漏洩電流の増大により、正確な抵抗性漏洩電流が検出できなくなって来ていることである。前述の従来方式の一つであるＩ０方式では、ＺＣＴからの漏洩電流のトータルを見ている。具体的には、容量性漏洩電流と抵抗性漏洩電流の合成値を見ている。従って、このＩ０方式では、容量性漏洩電流が増大すると、正確な抵抗性漏洩電流を測定できなくなって来る。背景としては、前述のように、省エネルギー化の進展によるインバータ機器の増大がある。インバータ機器はその装置の特質から、かなりの高周波雑音を発生する。これらの高周波雑音は、対外への放射の最小化の為（ＶＣＣＩ；Ｖｏｌｕｎｔａｒｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｃｏｕｎｃｉｌ ｆｏｒ Ｉｎｆｏｍａｔｉｏｎの規制対策の為）、装置と大地間に雑音防止コンデンサを付加することが多い。この為、従来では、電源線の配線ケーブルと大地間とのわずかな静電容量が支配的であった容量性漏洩電流も、インバータ機器等の増大により、著しく増大する傾向となった。結果として、従来のＩ０方式では、抵抗性漏洩電流の正確な検出が困難な状況となっている。
【０００９】
第二の課題は、漏洩電流検出器設置時に停電を伴うことである。従来のＩ０方式を改善したものとして、Ｉｇｒ方式１がある。このＩｇｒ方式１は、専用の発振器を設け、この信号をトランスと大地との間に信号注入する。抵抗性漏洩電流の場合には、同相の漏洩電流が検出されることをポイントとして、正確な抵抗性漏洩電流を検出するものである。しかしながら、この検出器は発振周波数が数１０ヘルツ以下の低周波であるため、信号注入用トランスが大きくなる欠点があるばかりでなく、トランスと大地間の接地線に信号を注入しなければならない為、設置時に停電させて工事を行う必要がある。最近では、２４時間稼働の設備が多く、停電工事は極めて避けたい項目の一つである。
【００１０】
第三の課題は、機器設置時の感電事故防止である。機器設置時に停電工事を避ける方式として、Ｉｇｒ方式２がある。このＩｇｒ方式２は、Ｉｇｒ方式１のように信号注入は不要であるが、逆に外部より基準電圧の取り込みが必要である。そして、Ｉｇｒ方式２は、抵抗性漏洩電流検出を行う電源設備から基準電圧の取り込みを行うことにより、基準電圧と同相の成分を抽出して、高精度の抵抗性漏洩電流の検出を可能としている。しかしながら、この基準電圧を外部から装置に取り込む必要がある為、機器設置時に、停電工事を行わない場合は、感電事故を起こす可能性がある。従って、感電事故防止の観点からも、このような外部からの基準電圧の取り込み作業はできれば避けたいものである。
【００１１】
第四の課題は、検出器の小型化、簡便性の確保である。抵抗性漏洩電流が発生した時に、各箇所で切り分けを行い、実際の漏電箇所を切り分けていくときに、できれば、手軽な電源線とも接続不要なハンディタイプの小型の検出器が望まれる。従って、例えば、単純にＺＣＴを接続するだけで、或いは、ＺＣＴを該当個所にタッチするだけで、検出を可能としたいものである。即ち、検出器は電池等の動作電源で動作するものが望ましい。
【００１２】
第五の課題は、ＺＣＴに接続される対象電路が、図２４〜図２９に示すように、合計６種、単相２線及び単相３線を加えると計８種類、その他の千鳥結線／スコット結線／ウッドブリッジ結線／変形ウッドブリッジ結線等を加えると、計１２種類以上存在することである。このような各種の構成に対しても適用可能であることが望まれる。
【００１３】
第六の課題は、処理時間の高速化である。漏電を検出する場合、一般的に検出時限という時間的ガードを設けている。不用意に監視センタ等に不要な漏電発生を通報しないようにする為、並びに必要な情報を確実に通報できるようにする為のものである。これらの時間的ガードは、顧客システムによって異なるから、検出装置としては、設定を設けて最適化している。具体的な検出時限設定値としては、例えば、１０秒／３０秒／１分／３分／５分／１０分等がある。例えば、検出時限を１０秒に設定した場合には、連続して１０秒間、漏洩電流がある一定値を超えないと通報しないようにしている。又、これらの検出時限精度は±１０％程度となっている。この為、検出に必要な処理時間としては、例えば、検出時限設定が１０秒の場合には、±１秒程度（幅で２秒以内）の高速な漏洩電流検出処理が必要となる。例えば、１個のＭＰＵ（マイクロプロセッサ）で３個のＺＣＴからの信号を処理する場合には、ＺＣＴ１個当り、２（秒）／３（個）＝０．６６（秒）程度の高速且つ高精度の検出が必要となる。一般的に、対象の電路システムを拡大し、更に、高精度を追求すると、処理時間は増大する傾向にあり、これらの処理時間の高速化が解決する課題の一つとなる。
【００１４】
本発明は、前述のような電力供給システムに於ける漏洩電流検出に於ける問題点を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の漏洩電流検出装置は、ＺＣＴからの信号を処理して抵抗性漏洩電流を検出する漏洩電流検出装置に於いて、接地線に流れる電流を検出するＺＣＴからの信号を入力し、該信号の周波数情報を抽出して漏電システムの同定に必要な基本パラメータを抽出する基本パラメータ抽出手段と、前記基本パラメータと出力パラメータとの誤差分を抽出する誤差抽出手段と、該誤差抽出手段により抽出した誤差分を零に近づけるように前記出力パラメータを補正処理して漏電経路を含む漏電システムを同定し、抵抗性漏洩電流を推定検出するシステム同定回路手段とを備えている。
【００１６】
又基本パラメータ抽出手段は、前記ＺＣＴからの信号の周波数情報を抽出し、該周波数情報に従って前記ＺＣＴからの信号を復調してベースバンドのｎ次高調波ベクトル信号を生成し、該ｎ次高調波ベクトル信号を位相正規化する手段と、該手段により位相正規化された前記ｎ次高調波ベクトル信号を含む基本パターンを抽出して、前記システム同定手段に入力する構成を有するものである。
【００１７】
又基本パラメータ抽出手段の前記位相正規化手段は、前記ｎ次高調波ベクトル信号の位相正規化と、該ｎ次高調波ベクトル信号の合成パワーを所定値になるように制御処理する手段とを含む構成を有するものである。合成パワーに関しては、基本波を含んだ合成パワーを１．０にする場合と、基本波を含まない成分で合成パワーを１．０に正規化する方法があるが、ｎ次高調波成分のエネルギーが、高調波の歪みの度合いによって決定される為、基本波を除く形でｎ次高調波の合成パワーを計算し、この値を１．０に正規化すると、後段の計算処理が容易となる。
【００１８】
又システム同定手段は、ｎ次高調波信号を出力する基準電圧発生部と、該基準電圧発生部からの基準電圧を入力して、前記漏電システムの同定による出力パラメータを前記誤差抽出手段に入力し、前記基本パラメータとの誤差分が最小となるように前記出力パラメータの補正処理を行う漏電同定部とを有するものである。
【００１９】
又システム同定手段は、複数の漏電パターンを示すパラメータを保持した辞書参照部と、該辞書参照部からの前記漏電パターンを示すパラメータと前記基本パラメータ抽出手段からの基本パラメータとの誤差が最小となる前記漏電パターンを示すパラメータを、前記漏電同定部からの前記出力パラメータの初期パラメータとして設定する構成を有するものである。この辞書参照のパラメータであるが、基本波を含む場合と含まない場合とが考えられる。基本波を含む場合には、基本波を含む合成パワーが１．０に正規化されたものを用いると良い。又基本波を含まない場合であるが、基本波を含まない合成パワーが１．０になるように正規化されたものを用いると良い。又は、例えば、五次のパワーを１．０に正規化した信号を入力する場合も考えられる。何れにせよ、重要なのは、できるだけ、本質的なパラメータに集約して辞書の大きさを必要最小限にすることである。
【００２０】
又辞書参照部は、予め格納した前記漏電パターンを示すパラメータと共に、前記漏電同定部により同定収束したパラメータを格納する構成を有するものである。
【００２１】
又システム同定手段の前記漏電同定部は、前記誤差抽出手段による誤差分を前記ｎ次高調波対応に補正処理する補正手段と、該補正手段により補正された前記誤差分と前記基準電圧発生部からのｎ次高調波信号とを入力する漏電模擬回路と、該漏電模擬回路からの信号を正規化した出力パターンを前記誤差抽出部に入力する漏電模擬回路正規化部とを含む構成を有するものである。
【００２２】
又システム同定手段の前記漏電同定部は、抵抗性漏電係数にｎ次高調波信号の次数に従って減少する係数を乗算し、容量性漏電係数に定数１を乗算する構成を含むものである。
【００２３】
又システム同定手段の前記漏電同定部は、前記誤差抽出手段による誤差分のｎ次高調波成分をランダム的に選択して、又は漏電パターンに最適な固定的なパターンで選択して、相関性を最小とする補正手段を有するものである。
【００２４】
又本発明の漏洩電流検出方法は、ＺＣＴからの信号を処理して抵抗性漏洩電流を検出する漏洩電流検出方法に於いて、接地線に流れる電流を検出するＺＣＴからの信号を入力し、該信号の周波数情報を抽出し、該周波数情報を基に漏電システムの同定に必要な基本パラメータを抽出し、該基本パラメータと出力パラメータとの誤差分が最小となるように前記出力パラメータの補正処理を行って漏電経路を含む漏電システムの同定を行い、該漏電システムの同定収束により、抵抗性漏洩電流を検出する過程を含むものである。
【００２５】
又ＺＣＴからの信号を基準周波数により復調して複素共役演算によりベクトル信号とし、該ベクトル信号を変換処理して前記ＺＣＴからの信号の周波数情報を求め、該周波数情報に従って前記ＺＣＴからの信号を復調してｎ次高調波信号成分を求め、該ｎ次高調波信号成分を正規化して前記基本パラメータとする過程を含むものである。
【００２６】
又基準電圧発生部からのｎ次高調波信号に係数を乗算し、且つ補正処理を行った前記出力パラメータと、前記基本パラメータとの誤差分を抽出し、該誤差分が最小となるように前記出力パラメータの前記補正処理を行って、前記漏電システムの同定を行う過程を含むものである。
【００２７】
又辞書参照部からの複数の漏電パターンを示すパラメータを、前記基準電圧発生部からのｎ次高調波信号に乗算する係数の初期値として、前記漏電システムの同定を行う過程を含むものである。
【００２８】
又基本パラメータと前記出力パラメータとの誤差分のｎ次高調波成分について、ランダム的に選択して合成して相関性を最小とする補正処理を行う過程を含むものである。
【発明の効果】
【００２９】
ＺＣＴからの信号を入力して、その信号の周波数情報を求め、その信号に含まれるｎ次高調波信号による基本パターンを求め、この基本パターンとの誤差分が最小となる出力パターンが得られうるように、漏電経路を含む漏電システム同定を行って、抵抗性漏洩電流を検出するものであり、従って、第一に、容量性漏洩電流が大きい電力供給システムに於いても、正確に抵抗性漏洩電流を検出することができる。第二に、漏洩電流検出の為に、停電工事が不要である。第三に、電力供給システムからの基準電圧の取り込みが不要であるから、設置工事を行う時の感電事故が生じない。第四に、マイクロプロセッサ等の演算処理機能により実現可能であるから、電池を動作電源として動作可能であり、小型化により携帯も容易となる。第五に、電力供給システムの周波数を自動的に認識し、３相３線式は勿論のこと、３相４線式や単相３線式、単相２線式等の総ての電力供給システムの抵抗性漏洩電流検出に適用可能である。第六に、漏電システム同定の高速な収束が可能であるから、抵抗性漏洩電流の高速検出が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
本発明の漏洩電流検出装置は、図１を参照すると、ＺＣＴ１〜ＺＣＴｍを含むＺＣＴ部１からの信号を処理して抵抗性漏洩電流を検出する漏洩電流検出装置に於いて、接地線に流れる電流を検出するＺＣＴからの信号を入力し、この信号の周波数情報を抽出して漏電システムの同定に必要な基本パラメータを抽出する基本パラメータ抽出手段（基本パラメータ抽出部２）と、この基本パラメータ抽出手段からの基本パラメータと出力パラメータとの誤差分を抽出する誤差抽出手段（誤差抽出部４）と、この誤差抽出手段により抽出した誤差分を零に近づけるように、出力パラメータを補正処理して漏電経路を含む漏電システムを同定し、抵抗性漏洩電流を推定検出するシステム同定回路手段（システム同定回路部３）とを備えている。
【００３１】
又本発明の漏洩電流検出方法は、ＺＣＴからの信号を処理して抵抗性漏洩電流を検出する漏洩電流検出方法に於いて、接地線に流れる電流を検出するＺＣＴ（ＺＣＴ部１）からの信号を入力し、この信号の周波数情報を抽出し、この周波数情報を基に漏電システムの同定に必要な基本パラメータを、基本パラメータ抽出手段（基本パラメータ抽出部２）により抽出し、この基本パラメータと出力パラメータとを誤差抽出手段（誤差抽出部４）により比較して、その比較結果の誤差分が最小となるように、システム同定手段（システム同定回路部３）により、出力パラメータの補正処理を行って漏電経路を含む漏電システムの同定を行い、この漏電システムの同定収束により、抵抗性漏洩電流を検出する過程を含むものである。
【実施例１】
【００３２】
図１は、本発明の原理説明図であり、ｍ個のカレントトランス構成の零相電流検出トランス（以下ＺＣＴと称する）ＺＣＴ１〜ＺＣＴｍを含むＺＣＴ部１の出力信号を入力する基本パラメータ抽出手段としての基本パラメータ抽出部２と、この基本パラメータ抽出部２により抽出した基本パラメータを入力するシステム同定手段としてのシステム同定回路部３と、誤差抽出手段としての誤差抽出部４と、各種設定／表示制御部５とを有し、電力供給システムに於ける複数のトランスの二次巻線と接地との間の接地線にそれぞれＺＣＴ１〜ＺＣＴｍを設けて、接地線に流れる電流を検出するＺＣＴ１〜ＺＣＴｍ対応に、抵抗性漏洩電流を推定検出する構成を示す。なお、ＺＣＴは１個の場合も含むもので、図示のように、複数のＺＣＴにより得られた信号を入力する場合は、時分割的な処理により抵抗性漏洩電流を推定検出する処理を行うものである。
【００３３】
ＺＣＴ部１のｍ個のＺＣＴ１〜ＺＣＴｍからの出力信号は、基本パラメータ抽出部２に入力され、ＺＣＴ部１の出力信号内に含まれているｎ（＝１〜ｎ）次高調波の振幅／位相／周波数情報から、漏電経路を含む漏電システム同定に必要なｎ次高調波対応のパワーを含む基本パラメータを抽出する。一方、システム同定回路部３は、実際の漏電システムを模擬するものであり、抽出された基本パラメータとシステム同定回路部３に於いて推定した漏電システムによるｎ次高調波対応のパワーを含む出力パラメータとが一致（誤差抽出手段の出力がゼロ）するように、誤差抽出部４からシステム同定回路部３にフィードバックして係数を補正し、漏電システム同定を行う。この同定した時の係数を用いて、実際にＺＣＴが接続されたシステムで発生している抵抗性漏洩電流を推定検出する。なお、検出出力の検出閾値や検出時限に関しては、各種設定／表示制御部５による各種設定に従って動作させる。以上により、最終的なＩｇｒ出力注意／警戒情報を得ることができる。
【００３４】
従って、本発明に於いては、基本パラメータ抽出手段（基本パラメータ抽出部２）、システム同定回路手段（システム同定回路部３）、誤差抽出手段（誤差抽出部４）を設けて、ＺＣＴから入力された信号を基に、基本パラメータ抽出手段（基本パラメータ抽出部２）により抽出したｎ次高調波パワーを含む基本パラメータと、システム同定手段（システム同定回路部３）により同定した出力パラメータとが一致するように、漏電システム同定を行い、この漏電システム同定収束時の係数を基に、抵抗性漏洩電流Ｉｇｒを検出するものである。又各手段の機能は、演算処理機能を有するマイクロプロセッサ等により実現することができる。従って、前述の第一の課題である正確な抵抗性漏洩電流の測定が可能となるばかりでなく、第二の課題である設置工事時の停電が不要、更に、第三の課題である基準電圧位相の取り込みも不要、即ち、感電事故発生を回避可能、更に、第四の課題であるハンディタイプの携帯可能な構成も実現可能、第五の課題である１２種以上の各種接続形式の電力供給システムに対しても柔軟に適用可能、第六の課題である処理時間の高速化も可能となる。
【００３５】
図２は、本発明を適用することができる警報システムの説明図であり、工場、オフィスビル、学校、病院等の電力需用家１３の受電設備（キュービクル）１１に警報検出伝送装置１２を設け、この警報検出伝送装置１２に於いて、異常検出として漏電検出を行った場合に、この検出信号を、例えば、１００Ｖの電灯線（電力線搬送）又は通信線経由で警備室又は事務所１５の警報受信通報装置１４に伝送し、自動的或いは警備員により、電話網等を介して監視センタ１６に漏電発生通知を送出する。警備員による場合は、ファクシミリ装置ＦＡＸ又は電話等により監視センタ１６に漏電発生通知を送出することもできる。監視センタ１６に於いては、緊急出動車１７等により保守要員等を急行させて、異常発生箇所の修復を図ることができる。
【００３６】
図３は，ＺＣＴ接続説明図であり、例えば、ΔΔ結線のトランスの二次側のａ，ｂ，ｃ相の中のｂ相を接地し、その接地線に流れる電流を検出する為のＺＣＴを接続した場合を示す。又ｒａ，ｒｂ，ｒｃは、対地間等価抵抗、ｃａ，ｃｂ，ｃｃは、対地間等価容量を示す。正常時は、対地間等価抵抗ｒａ，ｒｂ，ｒｃは大きい値を示し、従って、抵抗性漏洩電流は無視できる程度の小さい値となる。又対地間等価容量ｃａ，ｃｂ，ｃｃは、図示を省略している力率改善用コンデンサ等を含むもので、更に、インバータ機器等による高調波成分が多いことにより、容量性漏洩電流は比較的大きい値を示すことになる。そして、各相の抵抗性漏洩電流のベクトル合成した電流と、各相の容量性漏洩電流のベクトル合成した電流とのベクトル和の電流が接地線に流れるので、これをＺＣＴにより検出することになる。このＺＣＴにより検出して、漏洩電流検出装置に入力することにより、漏電経路の状態を含む漏電システム同定を行って、高精度且つ迅速に、抵抗性漏洩電流を推定検出する。
【００３７】
図４は、図１に示す本発明の構成を、図３に示す構成に適用した漏電検出システムを示し、例として、ａ，ｂ，ｃ相の中のｂ相を接地線により接地し、その接地線にＺＣＴを接続し、ｃ相に地絡障害が発生した場合を示す。従って、ｃ相は、抵抗性漏洩電流Ｉｇｒが流れる対地間等価抵抗と、容量性漏洩電流Ｉｇｃが流れる対地間等価容量とが接続され、ａ相は、対地間等価抵抗は無視できる大きさであるから、図示を省略し、容量性漏洩電流Ｉｇｃが流れる対地間等価容量のみを図示している。又接地線に流れる電流を検出するＺＣＴからの信号を入力する漏洩電流検出装置は、図１に於ける要部について示すように、ＺＣＴに接続された基本パラメータ抽出部２と、システム同定回路部３と、誤差抽出部４とを含む構成を有し、システム同定回路部３は、漏洩経路を含む漏電システム同定を行うことにより、抵抗性漏洩電流Ｉｇｒを検出する。
【００３８】
又単一のＺＣＴを漏洩電流検出装置に接続した場合を示すが、図１に示すように、複数の電力供給システム対応のＺＣＴを接続することも可能である。又ＺＣＴに近い位置に漏洩電流検出装置を配置した場合を示すが、この漏洩電流検出装置を遠隔地に配置し、ＺＣＴとは各種の伝送方式で知られているネットワークを介して接続することも可能である。又有線ネットワークのみでなく、無線ネットワークを介して接続することも可能である。それぞれのネットワークを介してＺＣＴからの信号を伝送する場合、ＺＣＴ対応のアドレス付け等により、伝送方式に従ったフォーマットに従って漏洩電流検出装置に伝送し、漏洩電流検出装置は、それぞれのＺＣＴを識別して、ＺＣＴ対応の電力供給システムの抵抗性漏洩電流を検出することもできる。
【００３９】
図５は、単相の場合の抵抗性漏洩電流が２、容量性漏洩電流が２の比率の場合の漏洩電流波形をシミュレーションにより求めた波形を示し、５０Ｈｚの３サイクル分であるが、高調波成分が多く、基本周波数の正弦波からは大きく歪んだ波形となる。
【００４０】
図６は、漏洩電流スペクトラムの説明図であり、横軸は周波数［Ｈｚ］、縦軸はパワー［ｄＢｍ］を示し、５０Ｈｚの配電地域に於ける０〜５００Ｈｚについてのスペクトラムを示す。即ち、５０Ｈｚの整数倍の高調波成分が含まれていることが判る。
【００４１】
図７は、一次、三次、五次、七次の高調波成分のスペクトラムについて、地絡パターンの種別対応の一例を示すもので、（ａ）（‘０２００）は、単相で容量性漏洩電流のみの場合、（ｂ）（’１２００）は、単相で容量性漏洩電流に抵抗性漏洩電流が加わった場合、（ｃ）（‘０２０２）は、３相３線式で容量性漏洩電流のみの場合、（ｄ）（’１２０２）は、３相３線式のａ相で抵抗性漏洩電流が加わった場合、（ｅ）（‘０２１２）は、３相３線式で容量性漏洩電流がａ相、ｃ相で発生し、且つｃ相で抵抗性漏洩電流が発生した場合をそれぞれ示している。又縦軸は、合成パワーを１．０に正規化した一次／三次／五次／七次の高調波のパワーを示している。即ち、各種漏電パターンにより漏洩電流波形が微妙に異なり、且つ、スペクトラムが微妙に異なった形となっている。従って、ＺＣＴからの信号に含まれるｎ次高調波成分のパワーのパターンにより、抵抗性漏洩電流が含まれているか否かを判定することもできる。
【００４２】
図８は、図１の各部の内部構成を示す本発明の実施例の説明図であり、図１と同一符号は同一部分を示す。図８に於いて、２１はフィルタ部、２２はデータ取込み部、２３は基準値抽出部、２４は周波数情報抽出部、２５はＩ０検出部、３１は辞書参照部、３２は基準電圧発生部、３３は漏電同定部、３４はＩｇｒ判定／タイマ監視部を示す。ＺＣＴ部１は、ｍ個のＺＣＴ１〜ＺＣＴｍからなる場合を示し、それぞれの出力信号はフィルタ部２１により不要な成分が除去される。そして、データ取込み部２２により必要なデータが取り込まれる。これらのデータは周波数が５０Ｈｚ／６０Ｈｚと地域により異なる為、周波数情報抽出部２４により、電源周波数が何Ｈｚなのかを自動的に且つ正確に抽出する。基準値抽出部２３は、周波数情報抽出部２４により抽出した電源周波数を基本周波数としたｎ次高調波の周波数を生成して、ＺＣＴ部１からの信号に含まれるｎ次高調波対応のパワーを求めて、これを基本パターンとする。この基本パターンとしてのｎ次高調波パワーを正規化したＬＰＦ正規化出力をシステム同定回路部３と誤差抽出部４とに入力し、又ｎ次高調波パワーを示す逆ＬＰＦ正規化出力又は一次（基本波）のパワー値をシステム同定回路部３のＩｇｒ判定／タイマ監視部３４に入力する。
【００４３】
Ｉ０検出部２５は、周波数情報抽出部２４内の信号を用いて、Ｉ０（容量性と抵抗性と漏洩電流の合成波形の零相電流；なお、零相電流は、３相中性点に流れる電流として知られているが、電源線と接地との間に流れる電流を示す）を検出する回路であり、検出出力信号Ｉ０ＤＥＣをＩｇｒ判定／タイマ監視部３４に入力し、この検出出力信号Ｉ０ＤＥＣが、Ｉ０（零相電流）所定値以下を示す場合には、その後のＩｇｒ判定を停止させて、抵抗性漏洩電流検出処理の誤動作を防止する。又基準値抽出部２３は、漏電システムを同定する為に必要な基本パラメータを抽出し、ＬＰＦ正規化出力及びＬＰＦ逆正規化出力として示すように出力する。これらの基本パラメータのみを用いて、漏電経路を含む漏洩システム同定を行うこともできるが、同定収束を迅速化する為に、辞書参照部３１を用いて、この辞書参照部３１で保持している各種漏電パターンのどれに最も近いかを判断し、最も近い漏電パターンの情報を初期値の係数として、漏電同定部３３の同定パラメータの初期化を行う。又は過去に漏電システム同定を行った時の同定パラメータを記憶しておいて、その同定パラメータを初期値とすることもできる。
【００４４】
又システム同定回路部３では、実際の漏電システムを仮想的に模擬して構築する為、システム同定回路３内にｎ次高調波を含む基準電圧を発生させる基準電圧発生部３２を設けている。この基準電圧発生部３２及び漏電同定部３３により、実際の漏電システムを同定する。具体的には、この漏電同定部３３で同定したパラメータと基準値抽出部２３で抽出した基本パラメータとの誤差（誤差抽出部４で抽出）が、零に近づくように漏電同定部３３の同定を行う。最終的にシステム同定した時の係数を基に、Ｉｇｒ成分を算出し、Ｉｇｒ判定／タイマ監視部３４に於いて所定の閾値で判定した後、設定した時間継続するか否かの時間監視を行って、Ｉｇｒ出力を漏電検出信号として送出する。
【００４５】
図９は、本発明の実施例の詳細なブロック図を示し、図８と同一符号は同一部分を示す。基本パラメータ抽出部２のフィルタ部２１は、終端回路１〜終端回路ｍと、選択回路ＳＥＬ１と、ゲイン切替部ＧＳＷと、ローパスフィルタＬＰＦとを有し、ＺＣＴ部１の各ＺＣＴ１〜ＺＣＴｍは、終端回路１〜終端回路ｍにより所定のインピーダンスで終端され、電圧値として選択回路ＳＥＬ１に入力する。選択回路ＳＥＬ１は、漏洩電流検出対象のＺＣＴを選択するもので、例えば、３個のＺＣＴの選択を行う場合に、０．６秒単位で順次選択することができる。又１個のＺＣＴの場合には、選択回路ＳＥＬ１は省略或いは固定的な選択状態とすることができる。
【００４６】
又ゲイン切替部ＧＳＷは、選択回路ＳＥＬ１により選択されたＺＣＴの出力信号に対する増幅ゲインを切替える可変利得増幅器に相当する。ＺＣＴの出力信号は、例えば、５０ｍＡ〜８００ｍＡ程度の広い範囲に相当するもので、所定のダイナミックレンジを確保する為に、選択回路ＳＥＬ１により順次選択されたＺＣＴの出力信号に対する増幅ゲインを切替える。選択回路ＳＥＬ１とゲイン切替部ＧＳＷとは、データ取込み部２２のアナログ制御部により制御される。
【００４７】
このデータ取込み部２２は、ＡＤ変換器Ａ／Ｄと、オフセット除去回路Ｏｆｆｓｅｔと、バッファＢＵＦＦと、アナログ制御部とを含む構成を有し、又周波数情報抽出部２４は、キャリア発生部ＣＲＲ０と、復調部ＤＥＭＯと、ローパスフィルタＬＰＦ０と、複素共役回路と、周波数変換部と、キャリア発生部ＣＲＲｎとを含む構成を有する。又Ｉ０検出部２５は、パワー算出部ＰＷＲと判定部とを含む構成を有し、基準値抽出部２３は、復調部ＤＥＭ１〜ＤＥＭｎと、ローパスフィルタＬＰＦ１〜ＬＰＦｎと、ＬＰＦ正規化部とを含む構成を有する。
【００４８】
データ取込み部２２のオフセット除去回路Ｏｆｆｓｅｔは、ＡＤ変換器Ａ／Ｄにより変換されたＺＣＴ１〜ＺＣＴｍ対応のディジタル信号に、それぞれ直流オフセット成分が含まれているから、この直流オフセット成分を算出し、直流オフセット成分が零となるように処理して、バッファＢＵＦＦに一旦蓄積する。それにより、ディジタル演算処理による抵抗性漏洩電流検出精度を一層向上することができる。そして、バッファＢＵＦＦから読出して、アナログ制御部と、基準値抽出部２３の復調部ＤＥＭ１〜ＤＥＭｎと、周波数情報抽出部２５の復調部ＤＥＭ０とに入力する。
【００４９】
アナログ制御部は、選択回路ＳＥＬ１により選択したＺＣＴからの信号レベルに対して、バッファＢＵＦＦに入力された信号レベルが所定範囲の下限値より低い時、ゲイン切替部ＧＳＷのゲインを上昇させ、反対に、所定範囲の上限を超える時、ゲイン切替部ＧＳＷのゲインを低下させるように、ゲインの切替えの制御を行う。なお、バッファＢＵＦＦに入力される信号レベルが常に所定の範囲内の場合には、ゲイン切替部ＧＳＷのゲインを予め設定した値として、自動ゲイン切替えの制御構成を省略することも可能である。又ＡＤ変換器Ａ／Ｄのダイナミックレンジが広い場合も同様である。
【００５０】
図１０は、キャリア発生部ＣＲＲ０及び復調部ＤＥＭ０〜ＤＥＭｎの説明図であり、周波数情報抽出部２４のキャリア発生部ＣＲＲ０は、ＺＣＴからの信号の基本波の周波数が未知であるが、電力供給システムに於ける基本周波数は、一般的には、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚであるから、例えば、その中間の５５Ｈｚの周波数のキャリア発生を行う為のデータをＲＯＭに格納した構成とすることができる。この場合のＲＯＭ格納データは、半径１の５５Ｈｚでベクトル回転することを示す（ｃｏｓ（２π５５（Ｈｚ）ｔ）−ｊｓｉｎ（２π５５（Ｈｚ）ｔ））とすることができる。
【００５１】
又周波数情報抽出部２４及び基準値抽出部２３の復調部ＤＥＭ０〜ＤＥＭｎは、入力信号に、高調波の次数をｎとして、ｃｏｓ（ｎω）を乗算してリアルパートの復調出力（ＤＥＭ出力）を得る乗算器と、−ｓｉｎ（ｎω）を乗算して、イマジナリパートの復調出力（ＤＥＭ出力）を得る乗算器とを含み、周波数情報抽出部２４に於いては、バッファＢＵＦＦからの信号が復調部ＤＥＭ０に対するＤＥＭ入力となり、キャリア発生部ＣＲＲ０からのキャリアｃｏｓ（２π５５（Ｈｚ）ｔ）−ｊｓｉｎ（２π５５（Ｈｚ）ｔ）のｃｏｓ（２π５５（Ｈｚ）ｔ）と、ｓｉｎ（２π５５（Ｈｚ）ｔ）とを、点線矢印で示す経路により、それぞれの乗算器に入力し、復調出力信号を、ローパスフィルタＬＰＦ０を介して、複素共役回路と、Ｉ０検出部２５のパワー算出部ＰＷＲとに入力する。
【００５２】
又基準値抽出部２３の復調部ＤＥＭ１〜ＤＥＭｎにつては、バッファＢＵＦＦからの信号がそれぞれのＤＥＭ入力となり、周波数情報抽出部２４のキャリア発生部ＣＲＲｎからの次数対応のキャリア（後述のように、抽出した電源周波数に同期したｎ次高調波信号；ｃｏｓ（ｎω）、−ｓｉｎ（ｎω））を復調用として乗算器に入力する。それにより、ｎ次高調波信号対応の復調出力信号は、同期検波と同様に、ＺＣＴからの信号に含まれているｎ次高調波成分を示し、それぞれローパスフィルタＬＰＦ１〜ＬＰＦｎを介してＬＰＦ正規化部に入力する。
【００５３】
図１１は、前述のローパスフィルタＬＰＦ０〜ＬＰＦｎの構成の一例を示すもので、単位時間の遅延回路Ｔと、入力信号及び遅延回路Ｔを介した信号に係数ω０〜ωｋをそれぞれ乗算する乗算器と、加算器Σとを含み、トランスバーサル型のＦＩＲフィルタの構成を示すものである。例えば、周波数情報抽出部２４のローパスフィルタＬＰＦ０は、５５Ｈｚ近辺以外の不要な成分は除去したい為、帯域幅として５５Ｈｚ±２５Ｈｚ程度とすることになる。他のローパスフィルタＬＰＦ１〜ＬＰＦｎも同様にｎ次高調波対応の帯域として、カットオフ周波数をｎ次高調波周波数に対して±２５Ｈｚ程度に設定し、不要な高調波信号は除去する。周波数情報抽出部２４に於けるキャリア発生部ＣＲＲ０と、復調部ＤＥＭ０と、ローパスフィルタＬＰＦ０とにより、３０Ｈｚ〜８０Ｈｚ間の周波数の抽出を可能とすることができる。従って、５０Ｈｚ／６０Ｈｚの周波数同期が確立する前でも、漏電信号の抽出を可能としている。
【００５４】
図１２は、Ｉ０検出回路２５の説明図であり、パワー算出部ＰＷＲと判定回路とを含み、ローパスフィルタＬＰＦ０を介した復調信号を入力し、パワー算出部ＰＷＲにより、その復調信号を二乗してパワーを求め、判定回路の演算部により、パワーと、予め設定した値ＲＥＦとの差を求め、極性判定部に於いて、極性が負であれば、漏電電流有り（Ｉ０ＤＥＣ＝１．０）を示し、極性が正であれば、漏電電流無し（Ｉ０ＤＥＣ＝０．０）を示す検出信号Ｉ０ＤＥＣを出力し、Ｉｇｒ判定／タイマ監視部３４のＩｇｒ算出ＬＰＦ逆正規化部（図９参照）に入力する。この場合、漏電電流無しの検出信号Ｉ０ＤＥＣの場合は、誤動作を防止する為に、Ｉｇｒ判定／タイマ監視部３４以降の抵抗性漏洩電流検出処理は行わない。
【００５５】
図１３は、周波数情報抽出部２４に於ける複素共役回路と周波数変換部との説明図であり、ローパスフィルタＬＰＦ０の出力信号を複素共役入力として、乗算器と遅延回路とに入力する。この場合、ＡＤ変換器Ａ／Ｄにより変換されたサンプリング間隔の信号を、バッファＢＵＦＦを介して、更に、復調部ＤＥＭ０、ローパスフィルタＬＰＦ０を介して複素共役回路に、複素共役入力して示すように入力する。この時間差を有する信号を、それぞれ、ＬＰＦ０１，ＬＰＦ０２とすると、複素共役出力Ｙは、
Ｙ＝ＬＰＦ０２×（ＬＰＦ０１）＊ ・・・（１）
と表すことができる。なお、＊印は複素共役演算を示す。
【００５６】
この複素共役出力Ｙは、ＡＤ変換器Ａ／Ｄに入力された信号の周波数が５５Ｈｚより高い場合、反時計方向にシフトするベクトルとなり、反対に、５５Ｈｚより低い場合、時計方向にシフトするベクトルとなる。このベクトル信号を点線矢印で示すように、周波数情報抽出入力として、周波数変換部に入力する。
【００５７】
具体的には、取り込んだ漏洩電流を任意の時間間隔をもって、任意の復調周波数ｆＤＥＭで検波し、２つの位相ベクトルを抽出する。更に、前処理で得られた２つの位相ベクトルから、任意の時間間隔の位相差を抽出することにより、復調周波数と取り込み電流の周波数との差を抽出する。
【００５８】
取り込んだ漏洩電流の周波数をｆＡＣ、任意の復調周波数をｆＤＥＭ、取り込んだ漏洩電流の周波数と任意の復調周波数の偏差をΔｆとすると、
ｆＡＣ＝ｆＤＥＭ＋Δｆ ・・・（２）
となる。
【００５９】
任意に定めた復調周波数ｆＤＥＭと前処理で求めたΔｆとの２つの周波数情報により、複数の復調の為の周波数を生成する。一次の周波数ｆＤＥＭ１、三次の周波数ｆＤＥＭ３、五次の周波数ｆＤＥＭ５、七次の周波数ｆＤＥＭ７とした時、次式により求められる。
ｆＤＥＭ１＝ｆＤＥＭ＋Δｆ
ｆＤＥＭ３＝３×（ｆＤＥＭ＋Δｆ）
ｆＤＥＭ５＝５×（ｆＤＥＭ＋Δｆ）
ｆＤＥＭ７＝７×（ｆＤＥＭ＋Δｆ）
従って、ｎ次高調波の周波数についての一般式は、
ｆＤＥＭｎ＝ｎ×（ｆＤＥＭ＋Δｆ） ・・・（３）
と表すことができる。
【００６０】
複素共役出力を周波数情報抽出入力とする周波数情報抽出回路は、ベクトル情報→Δθ変換回路と、Δθ＋５５Ｈｚ加算ＭＯＤ回路からなる周波数情報抽出回路と、キャリア発生部ＣＲＲｎとを含み、複素共役回路からの複素ベクトル情報（Ｘ＋ｊＹ）を、ベクトル情報→Δθ変換回路に入力して、ｔａｎ−１関数を用いて、角度情報Δθ（Δｆの周波数情報に比例）に変換する。そして、キャリア発生部ＣＲＲ０で発生させた５５Ｈｚの角度情報に加算（周波数加算）し、毎サンプル毎の回転角度情報を求め（±１８０度ｍｏｄ加算）、キャリア発生部ＣＲＲｎからのキャリアにより、所望の周波数情報抽出出力（ＣＲＲｎの回転ベクトル信号＝（ｃｏｓ（ｎωｔ）−ｊｓｉｎ（ｎωｔ）））を得ることができる。
【００６１】
尚、周波数情報抽出回路は、他の構成とすることも可能であり、例えば、複素共役信号（Ｘ＋ｊＹ）をアドレス変換（上位Ｘ＋下位Ｙ）し、予めアドレスと周波数との関係を格納したＲＯＭ等のメモリをアクセスして所望の周波数情報（例えば、５１．１Ｈｚ，６０．３Ｈｚ等）を得る構成とすることもできる。又は、この周波数情報変換は、複素共役回路の出力を半径１．０のベクトル情報に変換して、そのイマジナリ成分のみを用い、ＲＯＭで所望の周波数情報に変換する構成とすることもできる。更に、ＰＬＬ回路を用いて、いきなり周波数算出を行ってもよい。
【００６２】
図１４は、基準値抽出部２３のＬＰＦ正規化部の説明図であり、１０１はパワー合成部、１０２は逆変換部、１０３は二乗部、１０４は除算部、１０５は平方根部、１０６〜１０９は乗算器を示す。ローパスフィルタＬＰＦ１〜ＬＰＦｎの出力信号をパワー合成部１０１に入力して、二乗した後、加算（Σ）して、全体のパワーａを求め、これをＳＹＮＬＰＦＰとして出力すると共に、逆変換部１０２に於いて、１／√ａの処理により、パワーを求める前のレベルとして、ローパスフィルタＬＰＦ１〜ＬＰＦｎの出力信号に乗算器１０６に於いて乗算し、正規化する。なお、乗算器１０６に入力するＬＰＦ（ｎ）は、簡略化の為に、代表として示しており、図示の構成をローパスフィルタＬＰＦ１〜ＬＰＦｎ対応に備えている。
【００６３】
次に、位相の正規化を行う為に、二乗部１０３により二乗してＲ２とし、これをＬＰＦＡ（ｎ）として出力すると共に、除算部１０４に於いて１／Ｒ２＝ｂとし、これを乗算器１０９に入力して制御力αを乗算してＬＰＦＡＩ（ｎ）として出力する。又平方根部１０５に於いて、√ｂ＝１／Ｒ＝ＬＰＦＡＩＳ（ｎ）として乗算器１０７に入力し、この乗算出力を乗算器１０８に入力して複素共役演算を行って、そのリアルパートＲｅを、レベルと位相とを正規化した信号ＬＰＦＮ（ｎ）（図８に於けるＬＰＦ正規化出力）として、誤差抽出部４と、辞書参照部３１と、漏電同定部３３とに入力する。
【００６４】
漏電信号同定で重要な基本パラメータとは何かについて説明する。漏電波形は図５に示すように極めて複雑な波形を示しているが、電源周波数での繰り返し波形であることは明確である。抵抗性漏洩電流検出には、基準の電圧位相が極めて重要であるが、ＡＤ変換器Ａ／Ｄに入力された漏電電流の波形は、前述のように、複雑で、基準位相の特定は不可能である。なお、基準位相を特定できたと仮定した場合の漏電システム同定は極めて容易であるが、実際的でない。この為、漏電システム同定では、基準位相に依存しないアルゴリズムの創出が不可欠である。従って、ＡＤ変換器Ａ／Ｄに取り込まれた信号から漏電システム同定に基本となるパラメータは何か、基準位相に振り回されないパラメータは何か、との問題に対しての一つの回答が自己相関系列である。
【００６５】
入力信号をｆ（ｔ）とした場合の自己相関系列Ａ（τ）は、Ａ（τ）＝Σ（ｆ（ｔ）×（ｆ（ｔ＋τ））＊）（＊は複素共役演算を示す）となり、例えば、複合性漏電（抵抗性漏電と容量性漏電との複合）、容量性漏電、抵抗性漏電（抵抗性漏電と容量性漏電発生時）の自己相関系列は、図１５（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示すようになり、それぞれ漏電条件毎に異なった自己相関系列となるが、抽出信号ｆ（ｔ）の切り出し位相によらず一定の値となる。従って、自己相関系列を使用してシステム同定を行えば、基準位相によらないシステム同定が可能である。
【００６６】
問題は波形の自己相関演算の積分期間であるが、電源周波数の１周期であることが望ましい。ＡＤ変換器Ａ／Ｄにより変換した波形では、１周期分の切り出しはサンプリングの量子化からも困難であるが、入力された信号に同期をとって、復調部ＤＥＭ１〜ＤＥＭｎで復調し、ローパスフィルタＬＰＦ１〜ＬＰＦｎにより不要帯域を除去したベースバンド信号であれば、１周期分の積分は極めて容易であり正確に実現可能である。
【００６７】
又ＡＤ変換器Ａ／Ｄに入力される信号のレベルは多種多様であり、これらを基に安定にシステム同定することは困難である。そこで、前述の図１４に示すように、合成パワーで漏洩電流のパワーの正規化を実行する。又後述の図３０に示すように、基本波を除く漏電システムを同定するのに影響の大なる主要な高調波のパワーを合成することで求めても良い。
【００６８】
又自己相関系列演算は、極めて演算量が多く、このような演算処理を導入すると、処理量が飛躍的に増大し、処理時間が長くなる。一方、自己相関系列は入力波形のパワースペクトラムを代表していることはよく知られている。実際問題、パワースペクトラムの場合には、位相の変化の影響を受けないものである。現にローパスフィルタＬＰＦ１〜ＬＰＦｎの出力のベクトル信号に、任意の位相回転を施しても位相回転を施す前の自己相関系列と、位相回転を施した後での自己相関系列は一致している。これは、自己相関演算そのものが、複素共役ベクトルを演算しており、位相成分が消えることによる。従って、ローパスフィルタＬＰＦ１〜ＬＰＦｎの出力信号のパワーをみれば、自己相関演算を行わなくてもよいことを示している。
【００６９】
即ち、ローパスフィルタＬＰＦ１〜ＬＰＦｎの出力に各ｎ次の高調波ベクトル信号に半径１．０の複素共役ベクトルを乗算して、位相に無関係な信号とし、これを漏電システム同定用の基準信号とする。同時に、漏電同定部３３内の漏洩電流模擬回路ＥＱＬの出力にも同様な位相正規化回路を導入して、位相に依存しない出力を得ることにより、これを漏電同定回路の出力（出力パラメータ）とし、誤差抽出部４により基準値（基本パラメータ）との誤差を求め、この誤差が最小となるように漏電システムの同定を実施していく。このような処理を実行することにより、演算量の飛躍的減少が可能となる。
【００７０】
図１６は、辞書参照部３１の説明図であり、誤差算出部１１１と、パワー算出部１１２と、パワー値積分部１１３と、セレクタ１１４，１２０（ＳＥＬ）と、最小値判定部１１５と、ＥＱＬ（漏洩電流模擬回路）係数部１１６と、漏電パターン格納部１１７と、初期化係数格納部１１８と、制御係数格納部１１９とを含む構成を有し、図９に於いては、誤差算出、ＰＷＲ値積分最小値判定、初期化／制御、ＳＥＬ２、ＥＱＬ係数、各種漏電パターン辞書として示す機能を、具体的な構成として示している。
【００７１】
漏電パラメータには、例えば、３相３線式の場合でみても、ａ相漏電、ｂ相漏電、ｃ相漏電、更に容量性漏洩電流、抵抗性漏洩電流、高調波も一次高調波、二次高調波、三次高調波等の多種類となり、このような多数のパラメータで短時間にシステム同定を行うことは極めて困難である。この為、各種の漏電パターンを、辞書としての漏電パターン格納部１１７に格納し、順次読出した漏電パターンを、セレクタ１１４を介して誤差算出部１１１に入力し、基準値抽出部２３からのＬＰＦ正規化出力、即ち、基準値ＬＰＦＮ（ｎ）との誤差分を求め、パワー算出部１１２により誤差分のパワーを算出し、パワー値積分部１１３により積分し、最小値判定部１１５により誤差分が最小となる漏電パターンを選択する。この場合の誤差算出部であるが、基本波を含む総ての高調波を使用することなく、漏電システムの同定に効果的なｎ次高調波のみを使用した方が良い。但し、使用する場合には、辞書パターンの最小化を目的に、使用する範囲の高調波群のパワーを、１．０等に正規化して誤差算出すると良い。又基本波を除くｎ次高調波の合成パワーが１．０となるように、最小値を求める構成とすることもできる。
【００７２】
この最小値判定部１１５は、複数の辞書参照結果から積分誤差が最小となる漏電パターンを選定する為のものである。又セレクタ１１４（ＳＥＬ）は固定の複数の辞書パターンと過去に求めた漏電パターン（図示を省略したメモリに格納した漏電パターン）との選択回路であり、ＥＱＬ係数部１１６からの係数と、漏電パターン格納部１１７からの係数とを切替えて、誤差算出部１１１に入力し、セレクタ１２０（ＳＥＬ）は、ＥＱＬ係数部１１６からの係数と、初期化係数制御部１１８からの係数とを切替えて、係数ＥＱＬＲａ，ＥＱＬＣａ，ＥＱＬＲｂ，ＥＱＬＣｂ，ＥＱＬＲｃ，ＥＱＬＣｃを漏電同定部３３に入力する。更に、漏洩電流模擬回路ＥＱＬの制御力については、例えば、３相３線式では、ａ相の抵抗性漏電パスと容量性漏電パス、更にｃ相の抵抗性漏電パスと容量性漏電パスがある為、それぞれ漏電パターンに合致した制御力を持たせ、収束の高速化を図っている。
【００７３】
図１７は、基準電圧発生部３２（図９参照）の説明図であり、３相の一次〜ｎ次の基準電圧ＶＧａ（１），ＶＧｂ（１），ＶＧｃ（１）〜ＶＧａ（ｎ），ＶＧｂ（ｎ），ＶＧｃ（ｎ）を発生させる為のＲＯＭにより実現した場合を示す。一次のａ相を基準電圧位相０度とすると、一次の電圧位相は、（４）〜（６）式に示すものとなり、ｎ次の電圧位相は（７）〜（９）式に示すものとなる。
【数１】
本発明では、基準電圧の振幅の大きさは１．０としてある。これは、一般的に波形が歪むと高調波を発生するが、この高調波は次数に応じてレベルが１／ｎに減少することが知られている（数学的にも証明可能）。一方、後述するＥＱＬ部では、容量性漏洩電流は、周波数に比例（次数に比例）して増大していくが、抵抗性漏洩電流は、次数に反比例して減少していく。これらを考慮し、基準電圧発生部３２では、半径１．０のベクトル電圧を基準電圧として出力する。一般に、ｎ次高調波は、時間軸波形がどの程度歪みを受けているかで決定され、最悪状態の歪みでは、基本波を基準として１／ｎに低下することになるが、最悪でない場合には、数１０ｄＢ減衰した形で順次低下する現象となる。この場合、高調波は１／ｎよりゆっくりした減衰カーブで、基本波を除いた形で現れる。従って、より正確な漏電検出をしようとした場合、基本波を除く高調波のパワーが、基本波のパワーと比較してどの程度減少しているかを算出し、この算出度合いに応じて、図１７の基準電圧発生部からのｎ次高調波の基準電圧ＶＧａ（１），ＶＧｂ（１），ＶＧｃ（１）〜ＶＧａ（ｎ），ＶＧｂ（ｎ），ＶＧｃ（ｎ）に、周波数特性上の補正を行うこともできる。但し、この差は微々たるものなので、通常は省略しても問題はない。
【００７４】
図１８は、漏電同定部３３（図９参照）のＥＱＬ（漏洩電流模擬回路）部の説明図であり、前述の基準電圧発生部３２からの一次〜ｎ次の基準電圧ＶＧａ（１），ＶＧｂ（１），ＶＧｃ（１）〜ＶＧａ（ｎ），ＶＧｂ（ｎ），ＶＧｃ（ｎ）を入力し、電流パラメータＥＱＬＲａ（１），ＥＱＬＲｂ（１），ＥＱＬＲｃ（１）〜ＥＱＬＣａ（ｎ），ＥＱＬＣｂ（ｎ），ＥＱＬＣｃ（ｎ）を複素乗算し、加算（Σ）して、最終的な所望のＥＱＬ（１）〜ＥＱＬ（ｎ）出力を得る。但し、ここで、ｎ次高調波の次数が増大すると、容量性漏電に関しては、周波数に比例して増大する。一方、抵抗性漏電に関しては、周波数による変化はなく一定、更に、一般に高調波信号は次数に応じて１／ｎに低減していくため、ＥＱＬＲａ（ｎ）に関しては、係数に１／ｎを乗算して出力計算を行う。容量性漏洩電流に関しては、特に何もしない。こうすることで、より実際的な漏電システム同定が可能となる。
【００７５】
ｎ次高調波の電圧源をＶ、各相と対地間に存在する負荷のインピーダンスをＺ、ＺＣＴに流れる電流をＩとすると、Ｉ＝Ｖ／Ｚとなる。一方、負荷インピーダンスＺは、各相と対地間に存在している容量性負荷と、抵抗性負荷との並列接続であるが、周波数をω、容量をＣ、抵抗をｒとすると、容量性負荷に流れる電流Ｉｃは、
Ｉｃ＝Ｖ／（１／ｊωＣ）＝ｊωＣＶ ・・・（１０）
又抵抗性負荷に流れる電流Ｉｒは、
Ｉｒ＝Ｖ／ｒ ・・・（１１）
となる。従って、最終的にＺＣＴに流れる電流Ｉは、
Ｉ＝Ｖ（１／ｒ＋ｊωＣ） ・・・（１２）
となる。実際には、電圧源Ｖがｎ次高調波基準電圧源である為、又各相（ａ／ｂ／ｃ相）が存在する為、これら全ての合成ベクトルとなる。
【００７６】
抽出目標である抵抗性漏洩電流を得る為には、取り込んだ零相電流成分から、抵抗性漏洩電流成分と容量性漏洩電流成分とに分離して、抵抗性漏洩電流成分を測定する必要がある。又、容量性漏洩電流は、抵抗性漏洩電流の９０度進んだ位相である。
【００７７】
実際に漏電システムの中で構築される容量性負荷及び抵抗性負荷は、システム同定の容易さの観点から、インピーダンスではなく、アドミッタンスで定義する。アドミッタンスのベクトルと基準となるｎ次高調波基準電圧源との乗算を行い、合成することで、ＺＣＴから入力された零相電流を推定する。
【００７８】
然しながら、上記で推定した零相電流は、あくまでも基準電圧発生部３２からのｎ次高調波基準電圧を基にしている。一方、実際にＺＣＴに接続された漏電システムの基準電圧位相及び振幅は、上記の基準位相及び振幅とは異なるものであり、この振幅差／位相差を補正する必要がある。この為、漏電システム内に位相正規化回路／振幅補正回路を設け、最終的なシステム同定を行う。
【００７９】
図１９は、漏電同定部３３のＥＱＬ（漏洩電流模擬回路）正規化部１３１及びＡＭＰ（ｎ）部１３２の説明図であり、１３３〜１３４は乗算器、１３６は二乗回路、１３７は除算回路及び平方根回路、１３８，１３９は加算器、１４０は乗算器、１４１は遅延回路（Ｔ）、１４２，１４３はリミッタ（ＬＭ）、１４４は除算回路を示す。ＥＱＬ正規化部１３１は、ＬＰＦｎの正規化同様、ＥＱＬｎの複素共役演算により、半径１．０のベクトルに正規化した信号を求め、ＥＱＬｎ出力に乗算することで、ＥＱＬＮ（ｎ）を出力する。
【００８０】
又ＡＭＰ（ｎ）部１３２は、各ＥＱＬＮｎの出力が基準値であるＬＰＦＡｎと一致するように補正を行う。これは、基準電圧発生源から半径１．０で回転するベクトル値として出力しており、ＥＱＬ部でｎ次高調波の次数ｎが大きくなるほど１／ｎに低下すべく高調波のパワー減衰を考慮しているが、実際問題、このパワー減衰が想定パワー減衰よりも小となった場合に、この補正を行うものである。この為、通常のＡＧＣ回路と同様の補正回路となっている。なお、乗算器１３３に除算回路１４４の出力Ａを入力して、ＥＱＬ（ｎ）に乗算する構成を、複数段設けて、粗調整と微調整とを行う構成とすることも可能である。又は、ｎ次高調波の歪み度合いに応じて、基本波と基本波以外のパワー比が大きく異なってくること、並びに、基本波以外のパワー値は、一括制御しても特に問題はないこと等から、ＡＭＰ（１）を独立させ、ＡＭＰ（２）〜ＡＭＰ（ｎ）を一括して共通制御することも可能である。
【００８１】
図２０は、誤差抽出部４（図９参照）の説明図であり、基準値抽出部２３のＬＰＦ正規化部（図１４参照）からのＬＰＦ正規化出力（ｎ）（基本パターン）と、ＡＭＰ（ｎ）部１３２（図１９参照）からの出力ＡＭＰ（ｎ）（出力パターン）との差分を求めて、漏電同定部３３のＥＱＬ補正１（図９参照）に入力する。この誤差抽出部４からの誤差抽出出力（ｎ）が最小となるように、システム同定を行う。この場合の基本アルゴリズムとして、最小二乗法を適用することができる。なお、（ｎ）は、一次〜ｎ次の１〜ｎを示す。
【００８２】
図２１は、漏電同定部３３（図９参照）のＥＱＬ補正１，ＳＥＬ３／ＰＮ発生，ＥＱＬ補正２として示す補正手段の説明図であり、ＥＱＬ（漏洩電流模擬回路）補正部１５１と選択部１５２とＥＱＬ（漏洩電流模擬回路）補正部１５３とのそれぞれ要部を示す。なお、３相のａ相、ｂ相、ｃ相対応の構成を有するものであり、ａ相対応の構成のみを示し、ＥＱＬ補正部１５３から、ＥＱＬＲａ，ＥＱＬＣａを出力しているが、ｂ相及びｃ相対応のＥＱＬＲｂ，ＥＱＬＣｂ，ＥＱＬＲｃ，ＥＱＬＣｃを出力するものである。又ａ相対応にＣＮＴＲａ，ＣＮＴＣａを入力しているが、ｂ相及びｃ相対応にＣＮＴＲｂ，ＣＮＴＣｂ，ＣＮＴＲｃ，ＣＮＴＣｃを入力する構成を有するものである。又１５４は複素共役演算部、１５５，１５６は乗算器、１５７は選択部、１５８は選択パターン発生部、１５９は加算器（Σ）、１６０は乗算器、１６１は加算器、１６２はリミッタ（ＬＭ）、１６３は遅延回路（Ｔ）を示す。
【００８３】
ＬＰＦｎ出力（ｎ次高調波信号）は、線スペクトラムであり、抽出後は固定パターンとなる。一般に、システム同定は、基準値と、推定値との誤差が最小となるように、具体的には、エラーの相関がなくなるように、システム同定を行うのが一般的である。然し、ＬＰＦｎ信号（ｎ次高調波信号）を用いる場合には、固定パターンとなる為、極めて、基準信号そのものに相関性が高い。従って、システム同定を行う場合には、これらの信号を無相関にしてやる必要がある。具体的には、各次数のエラーの内、ｎ次のエラーをランダムに選択可能な選択回路を設ける。これにより、基準となるＬＰＦｎ（ｎ次高調波信号）のスペクトラムはランダムとなり、無相関となる。従って、安定したシステム同定が可能となる。その為に、選択回路１５７と選択パターン発生部１５８とを設けて、各相のｎ次高調波対応の誤差分をランダム的に選択する構成とする。
【００８４】
即ち、選択部１５７は、選択パターン発生部１５８からのランダム的な選択信号に従ってｎ次高調波対応に誤差分を選択出力して、ＥＱＬ補正部１５３の加算器１５９に入力する。或いは、総てのスイッチを固定パターン的に選択して、ＥＱＬ補正部１５３の加算器１５９に入力して加算することもできる。それにより、基準信号に対して、無相関な信号とすることができる。従って、選択パターン発生部１５８は、ランダム的なパターンの選択信号を出力する構成或いは所定の固定的なパターンの選択信号を出力する構成とするものである。
【００８５】
又前述のＥＱＬ部に、基準電圧発生部３２の出力信号が入力され、システム同定した容量性漏洩電流ベクトルと抵抗性抵抗漏洩電流ベクトルとがそれぞれ乗算され、合成の推定ｎ次高調波信号ＥＱＬ（１）〜ＥＱＬ（ｎ）が出力される。ＥＱＬの等化係数パラメータとして、各相（ＰＨ＝ａ，ｂ，ｃ）毎に、
ＥＱＬ（ＰＨ）＝ＥＱＬＲ（ＰＨ）＋ｊＥＱＬＣ（ＰＨ） ・・・（１３）
と表すことができる。
【００８６】
又前述のＥＱＬ補正の手段は、モデム等に適用されている自動等化技術を応用することができる。即ち、基準値と推定値のエラー信号を位相正規化信号の複素共役で演算し、更に振幅補正の逆数を乗算し、或る一定の制御力を乗算した後、抵抗性成分に関しては、過去の抵抗性成分に、エラーと基準電圧の複素共役を乗算（基準電圧とエラーの相関をなくすように作用）し、抵抗性成分について、最小二乗法を用いてシステム同定補正していくものである。
【００８７】
又容量性成分については、
【数２】
に示すものとなる。又抵抗性成分については、基準電圧発生部３２からの基準電圧の次数に応じて１／ｎに低下する為，ＥＱＬ部（図１８参照）に示すように、係数のＥＱＬＲａ，ＥＱＬＲｂ，ＥＱＬＲｃを、１／ｎの定数を乗算して対応する。容量性成分については、次数の増加に伴う振幅の低下に対して、インピーダンスの低下により相殺されるので、そのままとする。
【００８８】
ＥＱＬの詳細補正アルゴリズムを次の（１５）〜（１７）式を基に説明する。
【数３】
【００８９】
ＥＱＬ出力は位相正規化、ＡＭＰｎ回路による振幅補正を行った後、誤差抽出回路に最終出力している為、補正回路ではこの逆を実施する。即ち、誤差抽出部４からのエラー信号に、ＥＱＬ補正部１５１の乗算器１５５により、ＡＭＰＩ（ｎ）（ＡＭＰ（ｎ）の逆数値）を乗算し、次に、乗算器１５６により、ＣＪＥ（ｎ）（ＣＪＥの＊の＊）を乗算し、複素共役逆回転させ、エラーを合成し制御力を乗算してタップ係数補正を実施する。又ＣＮＴＲａ，ＣＮＴＣａは各種漏電パターンのタップ係数補正の制御力である。
【００９０】
タップ係数を補正する際に、例えば、３相３線式ではＥＱＬＲａ，ＥＱＬＣａ，ＥＱＬＲｃ，ＥＱＬＣｃが最終的なタップ係数となる。補正の次数も例えば、一次，三次，五次，七次のみとすれば、これら全ての相関エラーを合成してタップ係数を補正するか、それとも個々の細かい単位で補正を行うことが考えられるが、収束精度の確保と収束時間の確保との相反する要求ポイントとなっている。この為、このエラー合成を最適化することにより、収束速度の改善や精度改善を行うことが可能となる。
【００９１】
又選択回路１５７の選択制御を行う選択パターン発生部１５８は、前述のように、ＰＮパターン発生又は固定パターン発生の機能を有し、ＰＮパターン発生は、例えば、１５ビットを１周期とした擬似ランダム信号によるランダムパターンとすることができる。このランダムパターンはＭ系列等で発生が容易である。その場合、１をスイッチｏｎ，０をスイッチｏｆｆとすると、１１１１（例えば、一次，三次，五次，七次の順）は、全てのスイッチをｏｎとして、エラーを合成してタップ更新を行うものであり、１０００（例えば、一次，三次，五次，七次の順）であれば、一次のエラーパスのみ使用してタップ補正を行うものである。漏電同定システムでは相間の相関が高いため、エラー補正の制御力に関しても相関性が大なる制御力となる。これらの制御力の最適値はシミュレーションで求め、先に説明した辞書参照部３１の辞書（ＲＯＭ）に格納しておくことができる。
【００９２】
前述のように、ＺＣＴから出力される漏電波形は単一トーン波形の集合体であり、極めて相関性が大なる信号である。このような信号のシステム同定を行う場合には、どこかでランダマイズする回路が必要であり、スペクトラムをフラットにする為にも必要である。このように、スペクトラムをフラットにすることで、システム同定の安定性も高まり高速な収束が可能となる。又、最初の引き込み時には平均的な高速引き込みが可能となるように、固定パターン補正（例えば全ｎ次エラー合成）でもよい。
【００９３】
図２２は、ＥＱＬ係数収束特性説明図であり、（Ａ），（Ｂ）の縦軸はＥＱＬ係数，横軸は補正回数を示し、又（Ａ）は、ａ相とｃ相とに容量性漏電があり、且つｃ相に抵抗性漏電がある場合、（Ｂ）は、単相で抵抗性と容量性の両方に漏電ある場合を示している。何れの場合も、約６回程度の補正回数で収束していることが判る。なお、辞書参照部３１に保持されている漏電パターンを利用したことにより、ＥＱＬ係数は、図２２の（Ａ）に於いては、Ｒａ及びＣａは、０からではなく、約１から出発し、又図２２の（Ｂ）に於いては、Ｒｃは、約０．５から出発して収束の高速化が可能であることを示している。
【００９４】
図２３は，Ｉｇｒ判定／タイマ監視部３４（図９参照）の説明図であり、１７１はＩＧＲ算出部、１７２はＩＧＲ判定部、１７３はタイマ監視部、１７４は設定部、１８１，１８２，１８８，１８９は乗算器、１８４は加算器、１８５，１８６は二乗回路、１８７は加算器、１９０，１９１は加算器、１９２，１９３は連続時間監視部を示す。なお、設定部１７４は、図９に於ける各種設定／表示制御部５の機能の一部を示す。
【００９５】
Ｉ０検出部２５からの漏電電流の有無を示す検出信号Ｉ０ＤＥＣが無しを示す０の場合、乗算器１８９の出力信号は０となり、ＩＧＲ判定部１７２に於ける判定は行われないことになる。即ち、前述のように、誤動作を防止することができる。又検出信号Ｉ０ＤＥＣが１で，漏電電流有りを示す場合、漏電同定部３３のＥＱＬ補正部１５３からの補正された係数ＥＱＬＲａ，ＥＱＬＲｂ，ＥＱＬＲｃがＩＧＲ算出部１７１に入力され、それらの位相が異なることから、それらをベクトル合成し、二乗回路１８５，１８６によりパワーとして、加算器１８７により加算してＩｇｒ成分を求める。又ＬＰＦｎ正規化回路に於いて合成パワーを正規化しているので、これを元に戻す為に、ＬＰＦ正規化部（図１４参照）からのＳＹＮＬＰＦＰを乗算器１８８に於いて乗算して、元のレベルに戻し、乗算器１８９を介してＩＧＲ判定部１７２に入力する。
【００９６】
ＩＧＲ判定部１７２は、設定部１７４からの注意閾値を加算器１９０に、警戒閾値を加算器１９１に入力し、ＩＧＲ算出部１７１の出力信号のレベル判定を行う。閾値を超えている場合、タイマ監視部１７３の連続時間監視部１９２，１９３により連続時間の監視を行う。設定部１７４から設定する時限としては、例えば、１０秒とし、連続時間がこの設定した時間を超えると、注意信号又は警戒信号を送出する。この場合の設定時限としては、電力供給システムの構成等に従って、更に長い時限とすることも可能である。
【００９７】
図３４に、ｎ次高調波成分の合成波形説明図であり、ｎ次高調波成分が大なる場合と小なる場合との漏電波形例を示している。３相３線式で、容量性漏洩電流がａ相，ｃ相の両方で発生し、且つ抵抗性漏洩電流もａ相，ｃ相の両方で発生しており、一方は、ｎ次高調波成分が極めて大で、大きく波形が歪んでいる場合を示し、他方は、ｎ次高調波成分が比較的小さく、波形はあまり歪んでいない場合を示している。この一方の波形と他方の波形とを比較すると、両者は大きく相違する波形となっているが、抵抗性漏洩電流については同じ値の場合を示している。又前述の図６は、実フィールドでの実測波形であるが、ｎ次高調波のレベルは、基本波からすると、約１８ｄＢ程度低下した波形となっている。
【００９８】
図３２は、五次高調波を正規化した時の三次及び七次高調波の振幅分布説明図であり、例えば、五次の高調波のレベルを１．０に正規化した場合に於いて、三次と七次とのパワー値を二次元グラフで示すもので、想定される各種の漏電パターンをプロットしたものであるが、漏電パターンにより、三次と七次との振幅座標位置が特定できることを示している。前述の図３４に示す一方と他方との波形についてのシミュレーションも同一の結果が得られた。ｎ次高調波のパワーであるが、漏電の量が同じでも、合成パワー値は、漏電システム毎で大きく異なっている。然しながら、パワーを正規化した切り口で見ると、同一の劣化パターンとなっている。従って、安定した漏電検出を行う為には、何らかの正規化手段が有効であることが判る。
【００９９】
図３３は、三次、五次、七次高調波パワーを正規化した振幅分布説明図であり、基本波を除くｎ次高調波の合成パワーが１．０になるように正規化し、三次、五次、七次のパワーのパターンを示し、図７と同レベルで各種漏電パターンのパワー値を示す。このようなパターンを、基本パラメータとして辞書に格納することもできる。
【０１００】
図３０は、基本波と基本波以外のパワー値が大きく変動していることに着目して、基本波を除くパワー値を参照し、このパワー値が１．０となるように、ＬＰＦ（ｎ）を正規化して、ＬＰＦＮ（ｎ）を得る構成を示す。漏電同定部では、ＬＰＦ正規化部と同一の処理を必要としているので、図３１に示す構成による処理が行われる。
【０１０１】
図３０に於いて，ＬＰＦ（１）に関して、複素共役演算処理を施して、位相を正規化した後、そのままＬＰＦＮ（１）として出力し、又Ｉｇｒの正確なレベル判定を実施する為に、ＬＰＦ（１）のパワー値を代表するＳＹＮＬＰＦＰを出力し、図２３に示すＩｇｒ判定／タイマ監視部のＩＧＲ検出部１７１に入力する。又基本波以外のＬＰＦ（ｎ）は、ＬＰＦ（１）と同様に位相を正規化するが、同時にパワーを基本波以外のｎ次高調波のパワーの合成値が１．０となるようにして正規化する。即ち、合成ＰＷＲに於ける基本波ＬＰＬ（１）を除く高調波ＬＰＦ（ｋ）〜ＬＰＦ（ｎ）の二乗値を合成部Σで合成した値ａを、１／√ａとして、基本波以外のＬＰＦ（ｎ）の位相正規化出力に乗算して、パワーの正規化を行ってＬＰＦＮ（ｎ）として出力する。漏電同定部では、このＬＰＦＮ（ｎ）を用いて同定を行う。
【０１０２】
図３１は、ＥＱＬ正規化部及びＡＭＰｎ部の説明図であり、図３０と同様な処理を実施しており、ＥＱＬ（ｎ）は、位相に無関係となるように、位相が正規化された後、基本波を除く合成パワー値が１．０となるように振幅補正されて出力される。又同時に、振幅逆補正の為の補正信号ＡＭＰＩ（ｎ）（ループゲインの一定化を目的）を出力する。ＥＱＬ（１）は、位相正規化され、そのリアルパートＲｅをＥＱＬＮ（１）として出力する。同時にそのパワー値を求め、逆数演算して、ＳＹＮＥＱＬＰの出力信号を得る。ＥＱＬ出力は合成パワー値が１．０として誤差抽出部４に入力され、個々で、誤差がゼロとなるように係数が補正され、漏電システム同定を行う。この同定した結果で、基本波（一次高調波）の出力を計算し、所望の抵抗性漏洩電流Ｉｇｒを得ることができる。具体的には、図２３に示す構成により求める。
【０１０３】
又ＺＣＴに相当するものとして、単相２線又は３相３線を同一方向に束ねて、コモンモード電流を検出し、その検出したコモンモード電流を、前述の漏洩電流検出手段により、前述の実施例と同様の処理により、抵抗性漏洩電流を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】本発明の原理説明図である。
【図２】警報システムの説明図である。
【図３】ＺＣＴの接続説明図である。
【図４】漏電検出システムの説明図である。
【図５】単相の漏洩電流のシミュレーション波形説明図である。
【図６】漏洩電流スペクトラムの説明図である。
【図７】スペクトラムのパターン説明図である。
【図８】本発明の実施例の説明図である。
【図９】本発明の実施例の詳細なブロック図である。
【図１０】キャリア発生部及び復調部の説明図である。
【図１１】ローパスフィルタの説明図である。
【図１２】Ｉ０検出回路の説明図である。
【図１３】複素共役回路と周波数変換部との説明図である。
【図１４】ＬＰＦ正規化部の説明図である。
【図１５】自己相関演算結果の説明図である。
【図１６】辞書参照部の説明図である。
【図１７】基準電圧発生部の説明図である。
【図１８】ＥＱＬ部の説明図である。
【図１９】ＥＱＬ正規化部及びＡＭＰ（ｎ）部の説明図である。
【図２０】誤差抽出部の説明図である。
【図２１】補正手段の説明図である。
【図２２】ＥＱＬ係数収束特性説明図である。
【図２３】Ｉｇｒ判定／タイマ監視部の説明図である。
【図２４】ΔΔ結線の説明図である。
【図２５】ＹＹ結線の説明図である。
【図２６】ＹＹ結線（中性点引き出し）の説明図である。
【図２７】ＹΔ結線の説明図である。
【図２８】ΔＹ結線の説明図である。
【図２９】ＶＶ結線の説明図である。
【図３０】ＬＰＦ正規化部の説明図である。
【図３１】ＥＱＬ正規化部及びＡＭＰｎ部の説明図である。
【図３２】五次高調波を正規化した時の三次及び七次高調波の振幅分布説明図である。
【図３３】三次、五次、七次高調波パワーを正規化した振幅分布説明図である。
【図３４】ｎ次高調波成分の合成波形説明図である。
【符号の説明】
【０１０５】
１ ＺＣＴ部
２ 基本パラメータ抽出部
３ システム同定回路部
４ 誤差抽出部
５ 各種設定／表示制御部
２１ フィルタ部
２２ データ取込み部
２３ 基準値抽出部
２４ 周波数情報抽出部
２５ Ｉ０検出部
３１ 辞書参照部
３２ 基準電圧発生部
３３ 漏電同定部
３４ Ｉｇｒ判定／タイマ監視部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＺＣＴからの信号を処理して抵抗性漏洩電流を検出する漏洩電流検出装置に於いて、
接地線に流れる電流を検出するＺＣＴからの信号を入力し、該信号の周波数情報を抽出して漏電システムの同定に必要な基本パラメータを抽出する基本パラメータ抽出手段と、
前記基本パラメータと出力パラメータとの誤差分を抽出する誤差抽出手段と、
該誤差抽出手段により抽出した誤差分を零に近づけるように前記出力パラメータを補正処理して漏電経路を含む漏電システムを同定し、抵抗性漏洩電流を推定検出するシステム同定回路手段と
を備えたことを特徴とする漏洩電流検出装置。
【請求項２】
前記基本パラメータ抽出手段は、前記ＺＣＴからの信号の周波数情報を抽出し、該周波数情報に従って前記ＺＣＴからの信号を復調してベースバンドのｎ次高調波ベクトル信号を生成し、基本波を除くｎ次高調波ベクトル信号を位相正規化する手段と、該手段により位相正規化された前記ｎ次高調波ベクトル信号のパワーを含む基本パターンを抽出して、前記システム同定手段に入力する構成を有することを特徴とする請求項１記載の漏洩電流検出装置。
【請求項３】
前記基本パラメータ抽出手段の位相正規化する前記手段は、前記ｎ次高調波ベクトル信号の位相正規化と、該ｎ次高調波ベクトル信号の合成パワーを所定値になるように制御処理する手段とを含む構成を有することを特徴とする請求項１又は２記載の漏洩電流検出装置。
【請求項４】
前記システム同定手段は、ｎ次高調波信号を出力する基準電圧発生部と、該基準電圧発生部からの基準電圧を入力して、前記漏電システムの同定による出力パラメータを前記誤差抽出手段に入力し、前記基本パラメータとの誤差分が最小となるように前記出力パラメータの補正処理を行う漏電同定部とを有することを特徴とする請求項１記載の漏洩電流検出装置。
【請求項５】
前記システム同定手段は、複数の漏電パターンを示すパラメータを保持した辞書参照部と、該辞書参照部からの前記漏電パターンを示すパラメータと前記基本パラメータ抽出手段からの基本パラメータとの誤差が最小となる前記漏電パターンを示すパラメータを、前記漏電同定部からの前記出力パラメータの初期パラメータとして設定する構成を有することを特徴とする請求項１又は４記載の漏洩電流検出装置。
【請求項６】
前記辞書参照部は、予め格納した前記漏電パターンを示すパラメータと共に、前記漏電同定部により同定収束したパラメータを格納する構成を有することを特徴とする請求項５記載の漏洩電流検出装置。
【請求項７】
前記システム同定手段の前記漏電同定部は、前記誤差抽出手段による誤差分を前記ｎ次高調波対応に補正処理する補正手段と、該補正手段により補正された前記誤差分と前記基準電圧発生部からのｎ次高調波信号とを入力する漏電模擬回路と、該漏電模擬回路からの信号を正規化した出力パターンを前記誤差抽出部に入力する漏電模擬回路正規化部とを含む構成を有することを特徴とする請求項１又は４記載の漏洩電流検出装置。
【請求項８】
前記システム同定手段の前記漏電同定部は、抵抗性漏電係数にｎ次高調波信号の次数に従って減少する係数を乗算し、容量性漏電係数に定数１を乗算する構成を含むことを特徴とする請求項１又は４記載の漏洩電流検出装置。
【請求項９】
前記システム同定手段の前記漏電同定部は、前記誤差抽出手段による誤差分のｎ次高調波成分をランダム的に又は固定パターン的に選択して相関性を最小とする補正手段を有することを特徴とする請求項１又は４記載の漏洩電流検出装置。
【請求項１０】
ＺＣＴからの信号を処理して抵抗性漏洩電流を検出する漏洩電流検出方法に於いて、
接地線に流れる電流を検出するＺＣＴからの信号を入力し、該信号の周波数情報を抽出し、該周波数情報を基に漏電システムの同定に必要な基本パラメータを抽出し、
該基本パラメータと出力パラメータとの誤差分が最小となるように前記出力パラメータの補正処理を行って漏電経路を含む漏電システムの同定を行い、該漏電システムの同定収束により、抵抗性漏洩電流を検出する過程を含む
ことを特徴とする漏洩電流検出方法。
【請求項１１】
前記ＺＣＴからの信号を基準周波数により復調して複素共役演算によりベクトル信号とし、該ベクトル信号を変換処理して前記ＺＣＴからの信号の周波数情報を求め、該周波数情報に従って前記ＺＣＴからの信号を復調してｎ次高調波信号成分を求め、該ｎ次高調波信号成分を正規化して前記基本パラメータとする過程を含むことを特徴とする請求項１０記載の漏洩電流検出方法。
【請求項１２】
基準電圧発生部からのｎ次高調波信号に係数を乗算し、且つ補正処理を行った前記出力パラメータと、前記基本パラメータとの誤差分を抽出し、該誤差分が最小となるように前記出力パラメータの前記補正処理を行って、前記漏電システムの同定を行う過程を含むことを特徴とする請求項１０記載の漏洩電流検出方法。
【請求項１３】
辞書参照部からの複数の漏電パターンを示すパラメータを、前記基準電圧発生部からのｎ次高調波信号に乗算する係数の初期値として、前記漏電システムの同定を行う過程を含むことを特徴とする請求項１０又は１２記載の漏洩電流検出方法。
【請求項１４】
前記基本パラメータと前記出力パラメータとの誤差分のｎ次高調波成分について、ランダム的に選択して合成して相関性を最小とする補正処理を行う過程を含むことを特徴とする請求項１０乃至１３の何れか１項記載の漏洩電流検出方法。
【請求項１】
ＺＣＴからの信号を処理して抵抗性漏洩電流を検出する漏洩電流検出装置に於いて、
接地線に流れる電流を検出するＺＣＴからの信号を入力し、該信号の周波数情報を抽出して漏電システムの同定に必要な基本パラメータを抽出する基本パラメータ抽出手段と、
前記基本パラメータと出力パラメータとの誤差分を抽出する誤差抽出手段と、
該誤差抽出手段により抽出した誤差分を零に近づけるように前記出力パラメータを補正処理して漏電経路を含む漏電システムを同定し、抵抗性漏洩電流を推定検出するシステム同定回路手段と
を備えたことを特徴とする漏洩電流検出装置。
【請求項２】
前記基本パラメータ抽出手段は、前記ＺＣＴからの信号の周波数情報を抽出し、該周波数情報に従って前記ＺＣＴからの信号を復調してベースバンドのｎ次高調波ベクトル信号を生成し、基本波を除くｎ次高調波ベクトル信号を位相正規化する手段と、該手段により位相正規化された前記ｎ次高調波ベクトル信号のパワーを含む基本パターンを抽出して、前記システム同定手段に入力する構成を有することを特徴とする請求項１記載の漏洩電流検出装置。
【請求項３】
前記基本パラメータ抽出手段の位相正規化する前記手段は、前記ｎ次高調波ベクトル信号の位相正規化と、該ｎ次高調波ベクトル信号の合成パワーを所定値になるように制御処理する手段とを含む構成を有することを特徴とする請求項１又は２記載の漏洩電流検出装置。
【請求項４】
前記システム同定手段は、ｎ次高調波信号を出力する基準電圧発生部と、該基準電圧発生部からの基準電圧を入力して、前記漏電システムの同定による出力パラメータを前記誤差抽出手段に入力し、前記基本パラメータとの誤差分が最小となるように前記出力パラメータの補正処理を行う漏電同定部とを有することを特徴とする請求項１記載の漏洩電流検出装置。
【請求項５】
前記システム同定手段は、複数の漏電パターンを示すパラメータを保持した辞書参照部と、該辞書参照部からの前記漏電パターンを示すパラメータと前記基本パラメータ抽出手段からの基本パラメータとの誤差が最小となる前記漏電パターンを示すパラメータを、前記漏電同定部からの前記出力パラメータの初期パラメータとして設定する構成を有することを特徴とする請求項１又は４記載の漏洩電流検出装置。
【請求項６】
前記辞書参照部は、予め格納した前記漏電パターンを示すパラメータと共に、前記漏電同定部により同定収束したパラメータを格納する構成を有することを特徴とする請求項５記載の漏洩電流検出装置。
【請求項７】
前記システム同定手段の前記漏電同定部は、前記誤差抽出手段による誤差分を前記ｎ次高調波対応に補正処理する補正手段と、該補正手段により補正された前記誤差分と前記基準電圧発生部からのｎ次高調波信号とを入力する漏電模擬回路と、該漏電模擬回路からの信号を正規化した出力パターンを前記誤差抽出部に入力する漏電模擬回路正規化部とを含む構成を有することを特徴とする請求項１又は４記載の漏洩電流検出装置。
【請求項８】
前記システム同定手段の前記漏電同定部は、抵抗性漏電係数にｎ次高調波信号の次数に従って減少する係数を乗算し、容量性漏電係数に定数１を乗算する構成を含むことを特徴とする請求項１又は４記載の漏洩電流検出装置。
【請求項９】
前記システム同定手段の前記漏電同定部は、前記誤差抽出手段による誤差分のｎ次高調波成分をランダム的に又は固定パターン的に選択して相関性を最小とする補正手段を有することを特徴とする請求項１又は４記載の漏洩電流検出装置。
【請求項１０】
ＺＣＴからの信号を処理して抵抗性漏洩電流を検出する漏洩電流検出方法に於いて、
接地線に流れる電流を検出するＺＣＴからの信号を入力し、該信号の周波数情報を抽出し、該周波数情報を基に漏電システムの同定に必要な基本パラメータを抽出し、
該基本パラメータと出力パラメータとの誤差分が最小となるように前記出力パラメータの補正処理を行って漏電経路を含む漏電システムの同定を行い、該漏電システムの同定収束により、抵抗性漏洩電流を検出する過程を含む
ことを特徴とする漏洩電流検出方法。
【請求項１１】
前記ＺＣＴからの信号を基準周波数により復調して複素共役演算によりベクトル信号とし、該ベクトル信号を変換処理して前記ＺＣＴからの信号の周波数情報を求め、該周波数情報に従って前記ＺＣＴからの信号を復調してｎ次高調波信号成分を求め、該ｎ次高調波信号成分を正規化して前記基本パラメータとする過程を含むことを特徴とする請求項１０記載の漏洩電流検出方法。
【請求項１２】
基準電圧発生部からのｎ次高調波信号に係数を乗算し、且つ補正処理を行った前記出力パラメータと、前記基本パラメータとの誤差分を抽出し、該誤差分が最小となるように前記出力パラメータの前記補正処理を行って、前記漏電システムの同定を行う過程を含むことを特徴とする請求項１０記載の漏洩電流検出方法。
【請求項１３】
辞書参照部からの複数の漏電パターンを示すパラメータを、前記基準電圧発生部からのｎ次高調波信号に乗算する係数の初期値として、前記漏電システムの同定を行う過程を含むことを特徴とする請求項１０又は１２記載の漏洩電流検出方法。
【請求項１４】
前記基本パラメータと前記出力パラメータとの誤差分のｎ次高調波成分について、ランダム的に選択して合成して相関性を最小とする補正処理を行う過程を含むことを特徴とする請求項１０乃至１３の何れか１項記載の漏洩電流検出方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【公開番号】特開２００６−１０４３２（Ｐ２００６−１０４３２Ａ）
【公開日】平成１８年１月１２日（２００６．１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−１８６１８５（Ｐ２００４−１８６１８５）
【出願日】平成１６年６月２４日（２００４．６．２４）
【出願人】（３０１０２２７０３）株式会社ネットインデックス (16)
【出願人】（３０００５５０９６）株式会社にちほシンクタンク (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月１２日（２００６．１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年６月２４日（２００４．６．２４）
【出願人】（３０１０２２７０３）株式会社ネットインデックス (16)
【出願人】（３０００５５０９６）株式会社にちほシンクタンク (1)
【Ｆターム（参考）】
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