直流回路の漏電検出装置および方法
【課題】従来に比べて簡単かつ低コストの直流回路の漏電検出装置および方法を提供する。
【解決手段】漏電検出装置Ｆａ，Ｆｄは、交流回路１０に電力変換器２０を介して接続された直流回路３０の漏電を検出する。ここで、交流回路１０は、２次側の中性点５ｎが接地された変圧器２を介して上位の電力系統１と接続される。交流電流センサＦａ，Ｆｄは、変圧器２の中性点５ｎと直流回路３０の想定される地絡事故点との間の電流経路のいずれかの箇所に設けられ、交流電流センサ４１，４３Ｐ，４３Ｎと判定部４２，４４とを備える。判定部４２，４４は、交流電流センサ４１，４３Ｐ，４３Ｎによって検出された交流電流のうち、電力変換器２０の変換動作によって直流回路３０側に生じた交流電圧の周波数と同じ周波数の電流成分に基づいて直流回路３０の漏電の有無を判定する。
【解決手段】漏電検出装置Ｆａ，Ｆｄは、交流回路１０に電力変換器２０を介して接続された直流回路３０の漏電を検出する。ここで、交流回路１０は、２次側の中性点５ｎが接地された変圧器２を介して上位の電力系統１と接続される。交流電流センサＦａ，Ｆｄは、変圧器２の中性点５ｎと直流回路３０の想定される地絡事故点との間の電流経路のいずれかの箇所に設けられ、交流電流センサ４１，４３Ｐ，４３Ｎと判定部４２，４４とを備える。判定部４２，４４は、交流電流センサ４１，４３Ｐ，４３Ｎによって検出された交流電流のうち、電力変換器２０の変換動作によって直流回路３０側に生じた交流電圧の周波数と同じ周波数の電流成分に基づいて直流回路３０の漏電の有無を判定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、交流回路に電力変換器を介して接続された直流回路の漏電を検出する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電の普及に伴い、パワーコンディショナ（電力変換器）に太陽電池と複数の直流負荷とが接続された直流回路が需要家内に設けられる例が増えている。使用電圧が６０Ｖを超える直流回路では例外規定に該当する場合を除いて漏電ブレーカを設置しなければならないので、上記のような直流回路にも漏電ブレーカを設置する必要がある。
【０００３】
一般に、太陽電池を絶縁変圧器を介さずに交流配電系統に直接連系する場合には、パワーコンディショナから交流配電系統へ漏洩する直流漏洩電流を検出することになっている。しかしながら、この場合には直流回路全体で漏電を検出して直流回路全体を遮断することになるので、漏電と関係のない直流回線まで遮断されることになり望ましくない。電気の供給信頼性の観点からは、太陽電池および各直流負荷が接続される直流回線ごとに漏電発生を検知する漏電ブレーカを設置することが望ましい。
【０００４】
直流回線に流れる地絡電流を検出する装置として、たとえば、特許第３２５１２４８号公報（特許文献１）に記載された直流地絡電流検出装置が知られている。この装置は、第１および第２鉄心と帰還回路と継電器とを含む。帰還回路には、第１および第２鉄心に地絡電流と等しい逆方向の補正電流をその補正電流と地絡電流との和が零となるまで流し続ける電線が装着されている。継電器は、補正電流と地絡電流との和が零となった時点で帰還回路に流れる補正電流を検出レベルと比較することによって地絡発生を検出する。
【０００５】
特開２００６−６０８９３号公報（特許文献２）に記載された直流地絡回線の判別装置では、各回線の正極側電路または負極側電路に介装され、所定の電圧を降下させるダイオードが設けられる。各電路で電圧を変動させることによって地絡故障が発生した回線が特定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３２５１２４８号公報
【特許文献２】特開２００６−６０８９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の各文献に記載された漏電検出装置は、直流の現象を直接測定して故障回線の判別を行なうものであるので、装置が複雑で高コストである。
【０００８】
この発明の目的は、従来に比べて簡単かつ低コストの直流回路の漏電検出装置および方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明は要約すれば、交流回路に電力変換器を介して接続された直流回路の漏電検出装置であって、交流電流センサと判定部とを備える。ここで、交流回路は、２次側が接地された変圧器を介して上位の電力系統と接続される。交流電流センサは、変圧器と直流回路の想定される地絡事故点との間の電流経路のいずれかの箇所に設けられる。判定部は、交流電流センサによって検出された交流電流のうち、電力変換器の変換動作によって直流回路側に生じる交流電圧の周波数と同じ周波数の電流成分に基づいて直流回路の漏電の有無を判定する。
【００１０】
好ましくは、交流電流センサは、直流回路の配電線路に設けられた零相変流器である。
もしくは、交流電流センサは、直流回路の配電線路の各相に設けられた変流器である。
【００１１】
もしくは、交流電流センサは、交流回路の配電線路に設けられた零相変流器である。
好ましくは、交流回路の配電線路は、中性点が接地された単相３線式であり、上記の電流成分は、電力系統の基本波に対する２ｎ調波（ｎは１以上の整数）の電流である。
【００１２】
もしくは、交流回路の配電線路は、一相が接地された単相２線式であり、上記の電流成分は、電力系統の基本波の電流である。
【００１３】
もしくは、交流回路はの配電線路は、中性点が接地されたＹ結線三相３線式または４線式であり、上記の電流成分は、電力系統の基本波に対する３ｎ調波（ｎは１以上の整数）の電流である。
【００１４】
もしくは、交流回路の配電線路は、電灯動力共用変圧器の中性点が接地されたＶ結線三相４線式である。この場合、電力変換器は、交流回路の配電線路を介して三相交流電力を受ける。上記の電流成分は、電力系統の基本波に対する３ｎ調波（ｎは１以上の整数）の電流である。
【００１５】
もしくは、交流回路の配電線路は、一相が接地されたΔ結線三相３線式であり、上記の電流成分は、電力系統の基本波の電流である。
【００１６】
もしくは、電力変換器は、パルス幅変調によって直流電力と交流電力とを相互に変換し、上記の電流成分は、パルス幅変調に用いる搬送波の周波数を有する。
【００１７】
好ましくは、漏電検出装置は、交流電流センサによって検出された交流電流のうち、上記の電流成分を取り出すバンドパスフィルタをさらに備える。この場合、判定部は、バンドパスフィルタの出力に基づいて直流回路の漏電の有無を判定する。
【００１８】
もしくは、漏電検出装置は、交流電流センサによって検出された交流電流のうち、上記の電流成分を通過させかつ電力系統の基本波成分を取除くハイパスフィルタをさらに備える。この場合、判定部は、ハイパスフィルタの出力に基づいて直流回路の漏電の有無を判定する。
【００１９】
好ましくは、判定部は、上記の電流成分の大きさが所定の基準値を超えた場合に漏電と判定する。
【００２０】
もしくは、判定部は、上記の電流成分の大きさが所定の基準値を超えた状態が所定の時間継続した場合に漏電と判定する。
【００２１】
もしくは、漏電検出装置は、交流電流センサによって検出された交流電流と同期するパルス信号を生成するパルス信号生成部をさらに備える。この場合、判定部は、交流電流センサによって検出された交流電流の大きさが所定の基準値を超え、かつパルス信号の周期が電力系統の基本波の周期の半分（単相３線式の場合に半分、Ｙ結線三相３線式もしくは４線式またはＶ結線三相４線式の場合に１／３になる）である場合に漏電と判定する。
【００２２】
もしくは上記の場合で、漏電検出装置は、パルス信号のパルス数をカウントするカウンタをさらに備える。この場合、判定部は、交流電流センサによって検出された交流電流の大きさが所定の基準値を超え、かつパルス信号の周期が電力系統の基本波の周期の半分（単相３線式の場合に半分、Ｙ結線三相３線式もしくは４線式またはＶ結線三相４線式の場合に１／３になる）であり、かつパルス信号のパルス数が所定数を超えた場合に漏電と判定する。
【００２３】
好ましくは、直流回路の配電線路は、電力変換器に接続された直流母線と、直流母線から分岐された複数の直流回線とを含む。この場合、漏電検出装置は複数の直流回線の各々に設けられる。判定部は、対応の交流電流センサによって検出された交流電流に基づいて、対応の直流回線の漏電の有無を判定する。
【００２４】
この発明は他の局面において、交流回路に電力変換器を介して接続された直流回路の漏電検出方法である。ここで、交流回路は、２次側が接地された変圧器を介して上位の電力系統と接続される。この発明による漏電検出方法は、変圧器と直流回路の想定される地絡事故点との間の電流経路のいずれかの箇所における交流電流を検出するステップと、検出された交流電流のうち、電力変換器の変換動作によって直流回路側に生じる交流電圧の周波数と同じ周波数の電流成分に基づいて直流回路の漏電の有無を判定するステップとを備える。
【発明の効果】
【００２５】
この発明によれば、電力変換器の変換動作によって直流回路側に生じる交流電圧の周波数と同じ周波数の電流成分を検出することによって、従来に比べて簡単かつ低コストに直流回路の漏電を検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】この発明の実施の形態１による漏電検出装置Ｆａ，Ｆｄが適用される単相配電系統の構成図である。
【図２】図１の配電系統において漏電検出装置Ｆａ，Ｆｄの配置の詳細を説明するための図である。
【図３】電力変換器が順変換を行なう場合に直流回路側に生じる交流電圧の周波数について説明するための図である（交流回路が単相３線式の場合）。
【図４】電力変換器が順変換を行なう場合に直流回路側に生じる交流電圧の周波数について説明するための図である（交流回路が単相２線式の場合）。
【図５】健全時の零相回路を示す図である。
【図６】直流回路で地絡事故が生じた場合の零相回路を示す図である。
【図７】検出回路４２の詳細な構成の一例を示すブロック図である。
【図８】図７の検出回路４２を用いた漏電検出手順を示すフローチャートである。
【図９】図７の検出回路４２の変形例としての検出回路４２Ａの構成を示すブロック図である。
【図１０】図９の検出回路４２Ａを用いた漏電検出手順を示すフローチャートである。
【図１１】この発明の実施の形態２による漏電検出装置Ｆａ，Ｆｄが適用される三相配電系統の構成図である。
【図１２】電力変換器が順変換を行なう場合に直流回路側に生じる交流電圧の周波数について説明するための図である（交流回路がＹ結線三相３線式の場合）。
【図１３】Ｖ結線三相４線式の配電線路を示す図である。
【図１４】図１３に示す交流配電線路に接続された三相の電力変換器が順変換を行なう場合に、直流回路側に生じる交流電圧の周波数について説明するための図である。
【図１５】Δ結線三相３線式の配電線路を示す図である。
【図１６】図１５に示す交流配電線路に接続された三相の電力変換器が順変換を行なう場合に、直流回路側に生じる交流電圧の周波数について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、この発明の各実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰返さない。
【００２８】
＜実施の形態１＞
［配電系統の構成］
図１は、この発明の実施の形態１による漏電検出装置Ｆａ，Ｆｄが適用される単相３線式の配電系統の構成図である。図１の単相配電系統は、単相変圧器２を介して上位の電力系統１と接続された交流回路１０と、直流回路３０と、交流回路１０と直流回路３０とを接続する双方向の電力変換器２０（パワーコンディショナ）とを含む。変圧器２の２次側の中性点５ｎは接地されている（接地抵抗をＲｎとする）。
【００２９】
交流回路１０は、変圧器２の２次側と電力変換器２０とを接続する単相三線式の配電線路１１（ｕ相電圧線１１ｕ、ｖ相電圧線１１ｖ、中性線１１ｎ）と、ブレーカ１２ｕ、１２ｖとを含む。ブレーカ１２ｕ，１２ｖは、電圧線１１ｕ，１１ｖにそれぞれ設けられる。配電線路１１のｕ相、ｖ相の各電圧線は対地容量（浮遊容量）Ｃａを有する。
【００３０】
直流回路３０は、直流負荷３５と、太陽電池などの直流電源３６と、配電線路（図２の参照符号２９）とを含む。図１には、配電線路として、第１の直流回線３１（Ｐ相電圧線３１Ｐ、Ｎ相電圧線３１Ｎ）および第２の直流回線３３（Ｐ相電圧線３３Ｐ、Ｎ相電圧線３３Ｎ）が図示されている。この明細書では、直流回路の正極側をＰ相と称し、負極側をＮ相と称する。直流負荷３５は直流回線３１の末端に接続され、直流電源３６は直流回線３３の末端に接続される。各直流回線のＰ相、Ｎ相の各電圧線は、対地容量（浮遊容量）Ｃｄを有する。直流回路３０は、さらに、ブレーカ３２Ｐ，３２Ｎ，３４Ｐ，３４Ｎを含む。ブレーカ３２ＰはＰ相電圧線３１Ｐに設けられ、ブレーカ３２ＮはＮ相電圧線３１Ｎに設けられる。ブレーカ３４ＰはＰ相電圧線３３Ｐに設けられ、ブレーカ３４ＮはＮ相電圧線３３Ｎに設けられる。
【００３１】
電力変換器２０は、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ：Insulated Gate Bipolar Transistor）などのスイッチング素子２１ａ〜２１ｄと、平滑用のリアクトル２２と、平滑用のコンデンサ２３とを含む。スイッチング素子２１ａ〜２１ｄによって単相ブリッジ回路が構成される。より詳しくは、スイッチング素子２１ａ，２１ｂはこの順で正極側のノード２４Ｐと負極側のノード２４Ｎとの間に接続され、スイッチング素子２１ａ，２１ｂの接続ノードにｕ相電圧線１１ｕが接続される。スイッチング素子２１ｃ，２１ｄはこの順で正極側のノード２４Ｐと負極側のノード２４Ｎとの間に接続され、スイッチング素子２１ｃ，２１ｄの接続ノードにｖ相電圧線１１ｖが接続される。平滑用のリアクトル２２は正極側のノード２４ＰとＰ相電圧線３１Ｐ，３３Ｐとの間に接続され、平滑用のコンデンサ２３はリアクトル２２と負極側のノード２４Ｎとの間に接続される。
【００３２】
電力変換器２０は、各スイッチング素子のスイッチングのタイミングが制御部（図示省略）によって制御されることによって、双方向の電力変換器として動作する。すなわち、電力変換器２０は、交流電力を直流電力に変換する場合（順変換）には全波整流回路として動作し、直流電力を交流電力に変換する場合（逆変換）にはインバータ回路として動作する。たとえば、図１に示す配電系統の場合には、直流負荷３５の消費電力が直流電源３６の発電電力よりも大きいときには、不足分に相当する交流電力が電力変換器２０によって直流電力に変換されて直流回路３０に供給される。逆に直流電源３６の発電電力が直流負荷３５の消費電力よりも大きい場合には、余剰の直流電力が電力変換器２０によって交流電力に変換されて交流回路１０に供給される。
【００３３】
直流回路３０での漏電を検出するために、図１の配電系統には漏電検出装置Ｆａ，Ｆｄが設けられる。漏電検出装置Ｆａ，Ｆｄは、電力変換器２０の変換動作によって直流回路３０側に生じる交流電圧の周波数と同じ周波数の電流成分を検出する。具体的には、漏電検出装置Ｆａ，Ｆｄは、電力変換器２０が全波整流回路として動作する場合のリップルに起因する第２調波電流または偶数調波電流を検出する。さらに、漏電検出装置Ｆａ，Ｆｄは、電力変換器２０がＰＷＭ（パルス幅変調：Pulse Width Modulation）方式の電力変換回路として動作する場合に生じるＰＷＭのキャリア周波数の電流成分を検出する。
【００３４】
漏電検出装置Ｆａは、電力変換器２０の交流側の受電点付近に設けられる。漏電検出装置Ｆａは、零相変流器（ＺＣＴ：Zero-phase Current Transformer）４１と、検出回路４２とを含む。検出回路４２は、零相変流器４１によって検出された交流電流に基づいて直流回路３０での漏電を検出する。たとえば、検出回路４２は、零相変流器４１によって検出された交流電流のうち第２調波の電流成分の大きさが所定の基準値を超えたことによって、直流回路３０の漏電を検知する。検出回路４２についての詳細は、図７〜図１０を参照して後述する。
【００３５】
漏電検出装置Ｆｄは、各直流回線で電力変換器２０に近接した位置に設けられる。各直流回線がさらに複数に分岐している場合には、複数ある分岐点のうちの要所にも設けられる。漏電検出装置Ｆｄは、変流器（ＣＴ：Current Transformer）４３Ｐ，４３Ｎと検出回路４４とを含む。変流器４３ＰはＰ相電圧線３１Ｐに設けられ、変流器４３ＮはＮ相電圧線３１Ｎに設けられる。検出回路４４は、変流器４３Ｐ，４３Ｎによって検出された交流電流に基づいて直流回路３０での漏電を検出する。たとえば、検出回路４４は、変流器４３Ｐによって検出された交流電流のうち第２調波の電流成分の大きさが所定の基準値を超えたことによって、正極側の電圧線３１Ｐの漏電を検知する。さらに、検出回路４４は、変流器４３Ｎによって検出された交流電流のうち第２調波電流成分の大きさが所定の基準値を超えたことによって、負極側の電圧線３１Ｎの漏電を検知する。検出回路４４の詳細な構成は検出回路４２と同様であり、図７〜図１０を参照して後述する。
【００３６】
直流回路３０に設けられた漏電検出装置Ｆｄでは、各相の変流器４３Ｐ，４３Ｎに代えて、零相変流器（ＺＣＴ）を設けてもよい。ただし、零相変流器（ＺＣＴ）の場合には、正極側のＰ相電圧線で漏電が発生した場合と負極側のＮ相電圧線で漏電が発生した場合とを区別することができない。交流回路１０に設けられた漏電検出装置Ｆａにおいて、零相変流器４１に代えて相ごとの変流器を設けることは可能である。しかしながら、交流回路１０では、検出すべき特定周波数の交流電流成分は各相の基本波の電流成分に重畳しているので、特定の交流電流成分のみを精度良く検出することは容易でない。
【００３７】
図２は、図１の配電系統において漏電検出装置Ｆａ，Ｆｄの配置の詳細を説明するための図である。
【００３８】
図２を参照して、直流回路３０の配電線路２９は、電力変換器２０に接続された直流母線３９と、直流母線３９から分岐された直流回線３１，３３，３８と、直流電源３６と、直流負荷３５，３７とを含む。直流電源３６は直流回線３３の末端に接続され、直流負荷３５，３７はそれぞれ直流回線３１，３８の末端に接続される。電力変換器２０の交流回路１０側の構成については図１と同じであるので、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して説明を繰返さない。
【００３９】
図２に示すように、漏電検出装置Ｆａは電力変換器２０の交流側の受電点付近に設けられる。これによって、直流回路３０で漏電が発生したことを検出することができる。漏電検出装置Ｆｄ１，Ｆｄ２，Ｆｄ３（総称する場合に、漏電検出装置Ｆｄと称する）は、直流回線３３，３１，３８にそれぞれ対応し、対応の直流回線上で直流母線３９に近い位置に設けられる。これによって、いずれの直流回線において漏電が生じているかを容易に検出することができる。
【００４０】
［直流回路の漏電検出原理］
表１は、地絡事故が生じていない健全時に、単相交流用の電力変換器の変換動作によって交流回路側および直流回路側に生じる交流電圧（交流電流）の周波数についてまとめたものである。
【００４１】
【表１】
【００４２】
表１には、配電方式が、図１のように中性点が接地された単相３線式の場合と、図１と異なり一相が接地された単相２線式の場合とが示されている。いずれの配電方式の場合にも、電力変換器の交流回路側には配電系統の基本波の成分と奇数調波の成分とが生じる。電力変換器がＰＷＭ方式で電力変換を行なう場合には、基本波の成分とＰＷＭのキャリア周波数の成分とが生じる。
【００４３】
一方、電力変換器の直流回路側に生じる交流電圧（交流電流）の周波数は配電方式によって異なる。すなわち、中性点が接地された単相３線式の場合には２ｎ調波（ｎは１以上の整数）の成分が生じ、一相が接地された単相２線式の場合には基本波の成分が生じる。電力変換器がＰＷＭ方式の電力変換を行なう場合には、直流回路側には配電方式によらずＰＷＭのキャリア周波数の成分が生じる。このように配電方式によって直流回路側に生じる交流電圧（交流電流）の周波数が異なる理由を次に説明する。
【００４４】
図３、図４は、電力変換器が順変換を行なう場合に直流回路側に生じる交流電圧の周波数について説明するための図である。図３は、中性線が接地された単相３線式の配電線路に電力変換器が接続された場合を示し、図４は、一相が接地された単相２線式の配電線路に電力変換器が接続された場合を示す。
【００４５】
図３（Ａ）のグラフは、単相３線式の交流配電線路のｕ相、ｖ相の電圧波形を示す。縦軸に示す電圧の値は、各相の電圧の振幅を１として規格化したものであり、横軸に示す時間は、基本波の周期を１として規格化したものである。図３（Ｂ）、（Ｃ）のグラフは、図３（Ａ）の交流電圧を全波整流することによって得られるＰ相、Ｎ相の電圧波形を示す。ただし、実際の回路では、図１に示すように平滑用のリアクトル２２と平滑用のコンデンサ２３とが設けられているので、直流回路の配電線路の各相の電圧波形は、直流電圧に交流電圧が重畳した波形になる。図３（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、Ｐ相、Ｎ相のいずれについても全波整流後の電圧波形は１周期に正弦波半波が２つ入る形状となっている。この波形をフーリエ解析すると２ｎ調波（ｎは１以上の整数）で構成されている。よって、直流回路側の生じる交流電圧は２ｎ調波である。
【００４６】
図４（Ａ）のグラフは、ｖ相が接地された単相２線式の交流配電線路の各相の電圧波形を示す。縦軸に示す電圧の値はｕ相の電圧の振幅を１として規格化したものであり、横軸に示す時間は基本波の周期を１として規格化したものである。図４（Ｂ）、（Ｃ）のグラフは、図４（Ａ）の交流電圧を全波整流するときに得られるＰ相、Ｎ相の電圧波形を示す。ただし、実際の回路では、平滑用のリアクトルと平滑用のコンデンサとが設けられているので、直流回路の配電線路の各相の電圧波形は、直流電圧に交流電圧が重畳した波形になる。図４（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、Ｐ相、Ｎ相のいずれについても全波整流後の電圧波形は１周期に正弦波半波が１つ入る形状となっている。この波形をフーリエ解析すると、基本波と２ｎ調波（ｎは１以上の整数）で構成されている。よって、直流回路側に生じる交流電圧は基本波と２ｎ調波で構成される。ここで、単相変圧器の仮想中性点の対地電圧は、Ｐ相電圧とＮ相電圧の和となる。この和をとることにより上述の２ｎ調波電圧は相殺され、基本波成分だけが零相電圧として残る。したがって、直流回路側の事故時には、この基本波零相電圧を起電力として事故電流が流れる。
【００４７】
上記では、交流電力を直流電力に変換する順変換（整流）の場合について説明したが、変換方向が逆変換の場合も順変換の場合と同様である。すなわち、変換方向によらず、表１に示す周波数の交流電圧（交流電流）が健全時の直流回路側と交流回路側とにそれぞれ生じる。
【００４８】
直流回路で地絡事故（漏電）が発生した場合には、表１に示す各周波数の交流電流が地絡事故点と変圧器の接地極との間を大地を介して環流する。したがって、電力変換器２０の変換動作によって健全時に交流回路側で生じた交流成分は、事故時には直流回路側においても観測され、電力変換器２０の変換動作によって健全時に直流回路側で生じた交流成分は、事故時には交流回路側においても観測される。一方、交流回路側の事故時には、直流回路側に生じる交流成分による事故電流は流れない。
【００４９】
実施の形態１の漏電検出装置では、直流回路側の事故時に特有の周波数の電流が流れるという上述の理由から、電力変換器の変換動作によって直流回路側に生じる交流電流を利用して漏電の検出を行なう。すなわち、単相３線式（中性点接地）の配電線路に電力変換器を介して接続された直流回路の漏電検出では、２ｎ調波の電流成分またはＰＷＭのキャリア周波数の電流成分が用いられる。単相２線式（一相接地）の配電線路に電力変換器を介して接続された直流回路の漏電検出では、基本波の電流成分またはＰＷＭのキャリア周波数の電流成分が用いられる。ただし、後者の場合には、基本波では系統電圧と区別がつかないので、交流回路側には基本波を検出する漏電検出装置は設置されない。
【００５０】
以下、図１に示す単相３線式の場合についてさらに詳しく説明する。
図５は、健全時の零相回路を示す図である。
【００５１】
図１を参照して、たとえば、電力変換器２０の順変換（整流）動作においては、ｕ相電圧線１１ｕがｖ相電圧線１１ｖよりも高電位の場合には、スイッチング素子２１ａ，２１ｄがオン状態となり、スイッチング素子２１ｂ，２１ｄがオフ状態になる。この場合、ｕ相電圧線１１ｕとＰ相電圧線３１Ｐとがスイッチング素子２１ａを介して電気的に接続され、ｖ相電圧線１１ｖとＮ相電圧線３１Ｎとがスイッチング素子２１ｄを介して電気的に接続される。図５は、この場合に、ｕ相電圧線１１ｕ、Ｐ相電圧線３１Ｐ、大地ＧＮＤ、中性点５ｎの接地抵抗Ｒｎ、ｕ相電圧線１１ｕの対地静電容量Ｃａ、およびＰ相電圧線３１Ｐの対地静電容量Ｃｄによって構成される零相回路を示したものである。
【００５２】
図５の零相回路では、電力変換器２０が発生する交流零相電圧（コモンモード電圧）Ｖ２ｎ，Ｖｃによってそれぞれ零相電流Ｉ２ｎ，Ｉｃが流れる。ここで、交流零相電圧Ｖ２ｎは、電力変換器２０が単相整流回路として動作するときのリップルに対応し、その周波数は電力系統１の基本波に対する２ｎ調波（ｎは１以上の整数）である。交流零相電圧Ｖｃは、電力変換器２０がＰＷＭ方式の電力変換器として動作するときの搬送波（キャリア）に対応し、キャリア周波数を有する。
【００５３】
電力系統１の基本波の角周波数をωとすると、変圧器２の中性点５ｎの接地抵抗Ｒｎと対地静電容量Ｃａ，Ｃｄによる第２ｎ調波のインピーダンスとの関係は、一般的に、
２×Ｒｎ＜＜１／（２ｎ×ω×Ｃｄ） …(1)
２×Ｒｎ＜＜１／（２ｎ×ω×Ｃａ） …(2)
のようになっている。上式（１）、（２）において、記号「＜＜」は左辺が右辺に比べて無視できるほど小さいことを表わす。したがって、零相電流Ｉ２ｎは近似的に、
Ｉ２ｎ＝２ｎ×ω×Ｃｄ×Ｖ２ｎ …(3)
と表わされる。接地抵抗Ｒｎと、対地静電容量Ｃａ，Ｃｄによるキャリアの角周波数ωｃのインピーダンスとの関係についても、上式（１）、（２）と同様になっているので、零相電流Ｉｃは近似的に、
Ｉｃ＝ωｃ×Ｃｄ×Ｖｃ …(4)
と表わされる。
【００５４】
同様に、ｖ相電圧線１１ｖ、Ｎ相電圧線３１Ｎ、大地ＧＮＤ、中性点５ｎの接地抵抗Ｒｎ、ｖ相電圧線１１ｖの対地静電容量Ｃａ、およびＮ相電圧線３１Ｎの対地静電容量Ｃｄによって構成される零相回路においても、式（３）、（４）で表わされる零相電流Ｉ２ｎ，Ｉｃが流れる。ただし、この零相回路における零相電流Ｉ２ｎ，Ｉｃの方向は図５の零相回路と逆になる。したがって、零相電流Ｉ２ｎ，Ｉｃは零相変流器では検出されない。
【００５５】
図６は、直流回路で地絡事故が生じた場合の零相回路を示す図である。図６では、直流回線の回線数をｍとし、そのうちの１つである直流回線３１のＰ相で地絡事故が生じた場合の零相回路が示される。なお、図６には、漏電検出装置Ｆａ，Ｆｄの配置も示されている。ただし、図６の漏電検出装置Ｆｄでは、図１の変流器４３Ｐ，４３Ｎに代えて、零相変流器４５が設けられている。
【００５６】
図１の直流回線３１で地絡事故が生じた場合、零相電流Ｉ２ｎ，Ｉｃは、直流事故回線３１、地絡抵抗Ｒｄｇ、大地ＧＮＤ、変圧器２の中性点５ｎの接地抵抗Ｒｎ、および交流側の配電線路１１の順で環流する。この結果、事故回線３１のＰ相電圧線３１Ｐを流れる零相電流Ｉ２ｎ，Ｉｃが健全時よりも増加する。したがって、漏電検出装置Ｆｄに設けられた零相変流器（ＺＣＴ）または各相変流器（ＣＴ）のいずれによっても零相電流Ｉ２ｎ，Ｉｃの増加が検出される。さらに、零相電流Ｉ２ｎ，Ｉｃは、変圧器２の中性点５ｎと地絡事故点との間を環流するので、Ｐ相電圧線３１Ｐと接続された交流回路１０においても零相電流Ｉ２ｎ，Ｉｃの増加が検出される。
【００５７】
具体的な零相電流Ｉ２ｎの値は次式（５）、（６）で与えられる。ただし、式（５）、（６）において、虚数単位をｊとし、直流回線数をｍとしている。零相電流Ｉｃは、式（５）でＶ２ｎをＶｃに代え、式（６）で２ｎ×ωをωｃに代えることによって得られる。
【００５８】
Ｉ２ｎ＝Ｖ２ｎ／（２×Ｒｎ＋１／Ｙｄｇ） …(5)
Ｙｄｇ＝１／（２×Ｒｄｇ）＋ｊ×２ｎ×ω×Ｃｄ／ｍ …(6)
上記の零相電流Ｉ２ｎ，Ｉｃは、直流回路３０の地絡事故における固有の現象として現われる。したがって、この零相電流Ｉ２ｎ，Ｉｃを零相変流器または各相ごとの変流器で検出することによって、直流回路の漏電を容易かつ低コストに検知することができる。
【００５９】
［漏電検出回路の構成および動作］
以下では、交流回路１０に設けられた検出回路４２の構成および動作を代表として説明するが、直流回路３０に設けられた検出回路４４の構成および動作も同様である。
【００６０】
図７は、検出回路４２の詳細な構成の一例を示すブロック図である。図７を参照して、検出回路４２は、電流計７１、増幅回路７２、フィルタ回路７３、整流回路７４、比較器７５、および参照電源７６（参照電圧Ｖｒｅｆ）を含む。各構成要素の機能については、以下の検出回路４２の動作説明の中で説明する。
【００６１】
図８は、図７の検出回路４２を用いた漏電検出手順を示すフローチャートである。
図７、図８を参照して、図８のステップＳ１で、零相変流器４１と接続された電流計７１によって、配電線路１１を流れる零相の交流電流が測定される。電流計７１によって測定された交流電流信号は増幅回路７２によって増幅される。
【００６２】
次のステップＳ２で、フィルタ回路７３は、増幅回路７２によって増幅された交流電流信号のうち検出すべき特定周波数の信号成分のみを通過させる。この場合、フィルタ回路７３は、電力系統の基本波に対する第２調波の信号成分を通過させるバンドパスフィルタとして構成されてもよいし、ＰＷＭのキャリア周波数の信号成分を通過させるバンドパスフィルタとして構成されてもよいし、これらを組合せたものであってもよい。あるいは、フィルタ回路７３は、基本波よりも周波数の高い信号成分を通過させるハイパスフィルタとして構成されてもよい。
【００６３】
次のステップＳ３で、フィルタ回路７３を通過した信号成分は整流回路７４によって整流される。これによって、フィルタ回路７３を通過した電流信号成分の大きさが検出される。
【００６４】
次のステップＳ４で、比較器７５は、整流回路７４から出力された直流信号が参照電圧Ｖｒｅｆを超えているか否かを判定する。整流回路７４から出力された直流信号が参照電圧Ｖｒｅｆを超えた場合（ステップＳ４でＹＥＳ）、比較器７５はハイレベルの信号を出力する。すなわち、図１の直流回路３０で漏電が生じたことが検出される（ステップＳ５）。この検出回路４２の出力を受けて、図１のブレーカ１２ｕ，１２ｖがオフ状態になる。直流回線３１に設けられた漏電検出装置Ｆｄの場合には、検出回路４４の出力を受けた事故回線のブレーカ３２Ｐ，３２Ｎがオフ状態になる。
【００６５】
このように、図７の検出回路４２は、２ｎ調波またはキャリア周波数の交流電流成分の大きさが基準値を超えたことによって漏電を検知する。図７の比較器７５の後段にさらにタイマ回路を設けて、比較器７５がハイレベルの信号を出力する時間を測定するようにしてもよい。この場合、検出回路４２は、特定の周波数の交流電流成分の大きさが所定の基準値を超えた状態が所定の時間継続したことによって漏電と判定する。
【００６６】
［検出回路の変形例］
図９は、図７の検出回路４２の変形例としての検出回路４２Ａの構成を示すブロック図である。以下では、検出回路４２の変形例の構成および動作を代表として説明するが、検出回路４４の変形例の構成および動作も同様である。
【００６７】
図９の検出回路４２Ａでは、零相変流器４１が検出した交流電流信号に同期するパルス信号が生成され、生成されたパルス信号を利用して直流回路３０における漏電が検知される点に特徴がある。これによって、図７の場合のようなフィルタ回路を用いずに零相変流器４１によって検出された交流電流信号が電力系統の基本波に対する第２調波の電流成分であるか否かを容易に判定することができる。
【００６８】
図９に示すように、検出回路４２Ａは、電流計５１、増幅回路５２、波形整形回路５３、パルス生成回路５４、繰り返し数カウンタ５５、整流回路５６、比較器５７、参照電源５８（参照電圧Ｖｒｅｆ）、基準クロック生成回路５９、ゲート回路６０、時間カウンタ６１、およびＣＰＵ（Central Processing Unit）６２を含む。各構成要素の機能については、以下の検出回路４２Ａの動作説明の中で説明する。
【００６９】
図１０は、図９の検出回路４２Ａを用いた漏電検出手順を示すフローチャートである。
図９、図１０を参照して、図１０のステップＳ１１で、零相変流器４１に接続された電流計５１によって配電線路１１を流れる零相の交流電流が測定される。電流計５１によって測定された交流電流信号は増幅回路５２によって増幅される。
【００７０】
次のステップＳ１２で、波形整形回路５３は、増幅回路５２によって増幅された交流電流信号を矩形波列に整形する。続いて、パルス生成回路５４は、波形整形回路５３から出力された矩形波列に基づいて交流電流信号に同期したパルス信号を生成する。
【００７１】
次のステップＳ１３で、繰り返し数カウンタ５５は、パルス生成回路５４から出力されたパルス信号のパルス数をカウントする。
【００７２】
上記のステップＳ１２，Ｓ１３と並行して、整流回路５６は、増幅回路５２によって増幅された交流電流信号を整流する。これによって電流計５１によって測定された交流電流信号の大きさが検出される。
【００７３】
次のステップＳ１４で、比較器５７は、整流回路５６から出力された直流信号が参照電圧Ｖｒｅｆを超えているか否かを判定する。比較器５７は、整流回路７４から出力された直流信号が参照電圧Ｖｒｅｆを超えている場合（ステップＳ１４でＹＥＳ）、ハイレベルの信号をゲート回路６０およびＣＰＵ６２に出力する。
【００７４】
ゲート回路６０は、比較器５７からハイレベルの信号を受けている間、オン状態となって基準クロック生成回路５９で生成された基準クロックパルスを通過させる。時間カウンタ６１は、ゲート回路６０を通過した基準クロックパルスのパルス数をカウントすることによって経過時間を計測する。
【００７５】
ＣＰＵ６２は、比較器５７、繰り返し数カウンタ５５、および時間カウンタ６１の出力を受ける。
【００７６】
ステップＳ１５で、ＣＰＵ６２は、パルス生成回路５４で生成されたパルス信号の周期を算出する。具体的には、ＣＰＵ６２は、比較器５７の出力電圧がハイレベルの場合に、時間カウンタ６１によるカウント数を繰り返し数カウンタ５５によるカウント数で除し、その除算結果に基準クロックパルスの周期を掛けることによってパルス信号の周期を算出する。
【００７７】
次のステップＳ１６で、ＣＰＵ６２は、パルス生成回路５４で生成されたパルス信号の周期が電力系統１の基本波の周期の半分であるか否か、すなわち、零相変流器４１で検出された電流信号が電力系統の基本波に対する第２調波の信号であるか否かを判定する。
【００７８】
次のステップＳ１７で、ＣＰＵ６２は、比較器５７の出力電圧がハイレベルの場合に繰り返し数カウンタ５５によってカウントされたカウント数が、所定数を超えたか否かを判定する。この結果、零相変流器４１で検出された交流電流の大きさが所定の基準値を超えた状態が所定の時間継続したか否かが判定される。
【００７９】
ＣＰＵ６２は、ステップＳ１４，Ｓ１６，Ｓ１７の判定結果がいずれもＹＥＳの場合、すなわち、零相変流器４１で検出された交流電流の大きさが所定の基準値を超え、かつパルス信号の周期が電力系統の基本波の周期の半分であり、かつパルス信号のパルス数が所定数を超えた場合に、漏電と判定する（ステップＳ１８）。ＣＰＵ６２の漏電判定の結果を受けて、図１のブレーカ１２ｕ，１２ｖがオフ状態になる。直流回線３１に設けられた漏電検出装置Ｆｄの場合には、検出回路４４の出力を受けて事故回線のブレーカ３２Ｐ，３２Ｎがオフ状態になる。
【００８０】
＜実施の形態２＞
実施の形態２では、実施の形態１の直流回路の漏電検出装置Ｆａ，Ｆｄを、交流回路が三相の場合に適用した例について説明する。
【００８１】
図１１は、この発明の実施の形態２による漏電検出装置Ｆａ，Ｆｄが適用される配電系統の構成図である。図１１の配電系統は、Ｙ結線の三相変圧器１０２を介して上位の電力系統１０１と接続された三相３線式（または三相４線式）の交流回路１１０と、直流回路３０と、交流回路１１０と直流回路とを接続する双方向の電力変換器１２０とを含む。変圧器１０２の２次側の中性点１０５ｎは接地されている。
【００８２】
交流回路１１０は、変圧器１０２の２次側から引き出されて電力変換器１２０に接続されたＹ結線三相３線式（三相４線式）の配電線路１１（１１ｕ，１１ｖ，１１ｗ）と、ｕ相、ｖ相、ｗ相の電圧線１１ｕ，１１ｖ，１１ｗにそれぞれ設けられたブレーカ１２ｕ，１２ｖ，１２ｗとを含む。直流回路３０の構成は図１の場合と同じである。ただし、図１１では直流回線３３の図示が省略されている。
【００８３】
電力変換器１２０は、ＩＧＢＴなどのスイッチング素子２１ａ〜２１ｆと、平滑用のリアクトル２２と、平滑用のコンデンサ２３とを含む。スイッチング素子２１ａ〜２１ｆによって三相ブリッジ回路が構成される。このような構成の電力変換器１２０が全波整流回路として動作する場合には、電力変換器１２０の直流回路側には電力系統１０１の基本波に対する３ｎ調波（ｎは１以上の整数）の交流零相電圧Ｖ３ｎが生じる。電力変換器１２０がＰＷＭ方式の場合には、キャリア周波数の交流零相電圧Ｖｃが生じる。図１１の漏電検出装置Ｆａ，Ｆｄの検出回路４２ａ，４４ａは、交流零相電圧Ｖ３ｎ，Ｖｃによって生じた３ｎ調波またはキャリア周波数の零相電流を検出する。これによって、直流回路３０の漏電を検出することができる。
【００８４】
図１２は、電力変換器が順変換を行なう場合に直流回路側に生じる交流電圧の周波数について説明するための図である。図１２は、中性点の接地されたＹ結線単相３線式または４線式の配電線路に電力変換器が接続された場合を示す。
【００８５】
図１２（Ａ）のグラフは、三相３線式の交流配電線路のｕ相、ｖ相、ｗ層の電圧波形を示す。縦軸に示す電圧の値は、各相の電圧の振幅を１として規格化したものであり、横軸に示す時間は、基本波の周期を１として規格化したものである。図１２（Ｂ）のグラフは、図１２（Ａ）の交流電圧を全波整流するときに得られるＰ相、Ｎ相の電圧波形を示す。ただし、実際の回路では、図１１に示すように平滑用のリアクトル２２と平滑用のコンデンサ２３とが設けられているので、直流回路の配電線路の各相の電圧波形は、直流電圧に交流電圧が重畳した波形になる。図１２（Ｂ）に示すように、Ｐ相、Ｎ相のいずれについても全波整流後の電圧波形は１周期に正弦波半波が３つ入る形状となっている。この波形をフーリエ解析すると３ｎ調波で構成されている。よって、直流回路側の生じる交流電圧は３ｎ調波である。
【００８６】
このように配電系統が中性点の接地されたＹ結線三相方式に場合には、漏電検出装置Ｆａ，Ｆｄによって検出する電流信号が２ｎ調波ではなく３ｎ調波になる。したがって、図７、図８で説明した検出回路４２のフィルタ回路７３は、３ｎ調波の信号成分を取り出す。図９、図１０で説明した検出回路４２ＡのＣＰＵ６２は、パルス生成回路５４で生成されたパルス信号の周期が電力系統１の基本波の周期の１／３であるか否かを判定する。その他の点は、実施の形態１の場合と同様であるので、詳しい説明を繰返さない。
【００８７】
電力変換器の変換動作によって健全時に直流回路側に生じる交流電圧の周波数は、交流回路の配電方式によって異なる。表２は、三相交流用の電力変換器の変換動作によって健全時に交流回路側および直流回路側に生じる交流電圧（交流電流）の周波数についてまとめたものである。
【００８８】
【表２】
【００８９】
表２には、既に説明したＹ結線三相３線式（中性点接地）の場合と、Ｖ結線三相４線式の場合と、Δ結線三相３線式（一相接地）の場合とが示されている。いずれの配電方式の場合にも、電力変換器の交流回路側には配電系統の基本波の成分と奇数調波の成分とが生じる。ただし、三相交流回路の対称性のために奇数調波のうち３ｎ調波（ｎは１以上の整数）の成分は生じない。電力変換器がＰＷＭ方式の電力変換を行なう場合には、基本波の成分とＰＷＭのキャリア周波数の成分とが生じる。
【００９０】
一方、電力変換器の直流回路側に生じる交流電圧（交流電流）の周波数は配電方式によって異なる場合がある。すなわち、既に説明した中性点が接地されたＹ結線三相３線式の場合と、電灯動力共用変圧器の中性点が接地されたＶ結線三相４線式の場合には３ｎ調波（ｎは１以上の整数）の成分が生じる。一相が接地されたΔ結線三相３線式の場合には基本波の成分が生じる。電力変換器がＰＷＭ方式の電力変換を行なう場合には、直流回路側には配電方式によらずＰＷＭのキャリア周波数の成分が生じる。
【００９１】
図１３は、Ｖ結線三相４線式の配電線路を示す図である。Ｖ結線の変圧器２０２は、動力専用変圧器Ｔｍと電灯動力共用変圧器Ｔｌとによって構成される。ｕ相電圧線は動力専用変圧器Ｔｍの二次巻線の一端２０２ｕに接続され、ｗ相電圧線は電灯動力共用変圧器Ｔｌの二次巻線の一端２０２ｗに接続される。ｖ相電圧線は両変圧器Ｔｍ，Ｔｌの２次巻線の接続点２０２ｖに接続される。中性線（ｎ相）は電灯動力共用変圧器Ｔｌの中性点２０２ｎに接続される。中性点２０２ｎは接地される（簡単のために、接地抵抗をＲｎ＝０とする）。
【００９２】
図１４は、図１３に示す交流配電線路に接続された三相の電力変換器が順変換を行なう場合に、直流回路側に生じる交流電圧の周波数について説明するための図である。
【００９３】
図１４（Ａ）のグラフは、Ｖ結線三相４線式の交流配電線路のｕ相、ｖ相、ｗ層の電圧波形を示す。縦軸に示す電圧の値は、Ｙ結線の場合の中性点と各相との間の電圧の振幅を１として規格化したものであり、横軸に示す時間は、基本波の周期を１として規格化したものである。図１４（Ｂ）のグラフは、図１４（Ａ）の交流電圧を全波整流したときのＰ相、Ｎ相の電圧波形を示す。ただし、実際の回路では、平滑用のリアクトルと平滑用のコンデンサとが設けられているので、直流回路の配電線路の各相の電圧波形は、直流電圧に交流電圧が重畳した波形になる。図１４（Ｂ）に示すように、Ｐ相、Ｎ相のいずれについても全波整流後の電圧波形は１周期に正弦波半波が３つ入る形状となっている。この波形をフーリエ解析すると３ｎ調波で構成されている。よって、直流回路側の生じる交流電圧は３ｎ調波である。
【００９４】
図１５は、Δ結線三相３線式の配電線路を示す図である。図１５に示すように変圧器３０２の２次側のｖ相が接地されているとする（簡単のために、接地抵抗をＲｎ＝０とする）。
【００９５】
図１６は、図１５に示す交流配電線路に接続された三相の電力変換器が順変換を行なう場合に、直流回路側に生じる交流電圧の周波数について説明するための図である。
【００９６】
図１６（Ａ）のグラフは、Δ結線三相３線式の交流配電線路のｕ相、ｖ相、ｗ層の電圧波形を示す。縦軸に示す電圧の値はＹ結線の場合の中性点と各相との間の電圧の振幅を１として規格化したものであり、横軸に示す時間は基本波の周期を１として規格化したものである。図１６（Ｂ）のグラフは、図１６（Ａ）の交流電圧を全波整流したときのＰ相、Ｎ相の電圧波形を示す。ただし、実際の回路では、平滑用のリアクトルと平滑用のコンデンサとが設けられているので、直流回路の配電線路の各相の電圧波形は、直流電圧に交流電圧が重畳した波形になる。図１６（Ｂ）に示すように、Ｐ相、Ｎ相のいずれについても全波整流後の電圧波形は１周期に正弦波半波が２つ入る形状になっている。この波形をフーリエ解析すると基本波と２ｎ調波で構成される。よって、直流回路側に生じる交流電圧は基本波と２ｎ調波で構成される。ここで、Δ結線内の仮想中性点の対地電圧は、図１６のＰ相電圧とＮ相電圧の和となる。この和をとることにより上述の２ｎ調波電圧は相殺され、基本波成分だけが零相電圧として残る。したがって、直流回路側の事故時には、この基本波零相電圧を起電力として事故電流が流れる。
【００９７】
上記では、交流電力を直流電力に変換する順変換（整流）の場合について説明したが、変換方向が逆変換の場合も順変換の場合と同様である。すなわち、変換方向によらず、表２に示す周波数の交流電圧（交流電流）が健全時の直流回路側と交流回路側とにそれぞれ生じる。
【００９８】
直流回路で地絡事故（漏電）が発生した場合には、表２に示す各周波数の交流電流が地絡事故点と変圧器の接地極との間を大地を介して環流する。したがって、電力変換器２０の変換動作によって健全時に交流回路側に生じる交流成分は、事故時には直流回路側においても観測され、電力変換器２０の変換動作によって健全時に直流回路側に生じる交流成分は、事故時には交流回路側においても観測される。一方、交流回路側の事故時には、直流回路側に生じる交流成分による事故電流は流れない。
【００９９】
実施の形態２の漏電検出装置では、直流回路側の事故時に特有の周波数の電流が流れるという上述の理由から、電力変換器の変換動作によって健全時に直流回路側も生じる交流電流を利用して漏電の検出を行なう。すなわち、中性点が接地されたＹ結線三相３線式（４線式）またはＶ結線三相４線式の配電線路に電力変換器を介して接続された直流回路の漏電検出では、３ｎ調波電流またはＰＷＭのキャリア周波数の電流成分が用いられる。一相が接地されたΔ結線三相３線式の配電線路に電力変換器を介して接続された直流回路の漏電検出では、基本波の電流またはＰＷＭのキャリア周波数の電流成分が用いられる。ただし、Δ結線三相３線式の場合には、系統電圧と区別がつかないので、交流回路側には漏電検出装置は設置されない。
【０１００】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１０１】
１，１０１ 電力系統、２，１０２ 変圧器、５ｎ 中性点、１０ 交流回路、１１ 配電線路、１１ｎ 中性線、１１ｕ，１１１ｕ ｕ相電圧線、１１ｖ，１１１ｖ ｖ相電圧線、１１１ｗ ｗ相電圧線、３１Ｐ，３３Ｐ Ｐ相電圧線、３１Ｎ，３３Ｎ Ｎ相電圧線、２０ 電力変換器、３０ 直流回路、３１，３３，３８ 直流回線、３９ 直流母線、４１，４５ 零相変流器、４２，４２Ａ，４４ 検出回路、４３Ｐ，４３Ｎ 変流器、Ｃａ，Ｃｄ 対地静電容量、Ｆａ，Ｆｄ，Ｆｄ１〜Ｆｄ３ 漏電検出装置、ＧＮＤ 大地、Ｉ２ｎ，Ｉ２ｎ，Ｉｃ 零相電流、Ｒｄｇ 地絡抵抗、Ｒｎ 接地抵抗。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、交流回路に電力変換器を介して接続された直流回路の漏電を検出する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電の普及に伴い、パワーコンディショナ（電力変換器）に太陽電池と複数の直流負荷とが接続された直流回路が需要家内に設けられる例が増えている。使用電圧が６０Ｖを超える直流回路では例外規定に該当する場合を除いて漏電ブレーカを設置しなければならないので、上記のような直流回路にも漏電ブレーカを設置する必要がある。
【０００３】
一般に、太陽電池を絶縁変圧器を介さずに交流配電系統に直接連系する場合には、パワーコンディショナから交流配電系統へ漏洩する直流漏洩電流を検出することになっている。しかしながら、この場合には直流回路全体で漏電を検出して直流回路全体を遮断することになるので、漏電と関係のない直流回線まで遮断されることになり望ましくない。電気の供給信頼性の観点からは、太陽電池および各直流負荷が接続される直流回線ごとに漏電発生を検知する漏電ブレーカを設置することが望ましい。
【０００４】
直流回線に流れる地絡電流を検出する装置として、たとえば、特許第３２５１２４８号公報（特許文献１）に記載された直流地絡電流検出装置が知られている。この装置は、第１および第２鉄心と帰還回路と継電器とを含む。帰還回路には、第１および第２鉄心に地絡電流と等しい逆方向の補正電流をその補正電流と地絡電流との和が零となるまで流し続ける電線が装着されている。継電器は、補正電流と地絡電流との和が零となった時点で帰還回路に流れる補正電流を検出レベルと比較することによって地絡発生を検出する。
【０００５】
特開２００６−６０８９３号公報（特許文献２）に記載された直流地絡回線の判別装置では、各回線の正極側電路または負極側電路に介装され、所定の電圧を降下させるダイオードが設けられる。各電路で電圧を変動させることによって地絡故障が発生した回線が特定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３２５１２４８号公報
【特許文献２】特開２００６−６０８９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の各文献に記載された漏電検出装置は、直流の現象を直接測定して故障回線の判別を行なうものであるので、装置が複雑で高コストである。
【０００８】
この発明の目的は、従来に比べて簡単かつ低コストの直流回路の漏電検出装置および方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明は要約すれば、交流回路に電力変換器を介して接続された直流回路の漏電検出装置であって、交流電流センサと判定部とを備える。ここで、交流回路は、２次側が接地された変圧器を介して上位の電力系統と接続される。交流電流センサは、変圧器と直流回路の想定される地絡事故点との間の電流経路のいずれかの箇所に設けられる。判定部は、交流電流センサによって検出された交流電流のうち、電力変換器の変換動作によって直流回路側に生じる交流電圧の周波数と同じ周波数の電流成分に基づいて直流回路の漏電の有無を判定する。
【００１０】
好ましくは、交流電流センサは、直流回路の配電線路に設けられた零相変流器である。
もしくは、交流電流センサは、直流回路の配電線路の各相に設けられた変流器である。
【００１１】
もしくは、交流電流センサは、交流回路の配電線路に設けられた零相変流器である。
好ましくは、交流回路の配電線路は、中性点が接地された単相３線式であり、上記の電流成分は、電力系統の基本波に対する２ｎ調波（ｎは１以上の整数）の電流である。
【００１２】
もしくは、交流回路の配電線路は、一相が接地された単相２線式であり、上記の電流成分は、電力系統の基本波の電流である。
【００１３】
もしくは、交流回路はの配電線路は、中性点が接地されたＹ結線三相３線式または４線式であり、上記の電流成分は、電力系統の基本波に対する３ｎ調波（ｎは１以上の整数）の電流である。
【００１４】
もしくは、交流回路の配電線路は、電灯動力共用変圧器の中性点が接地されたＶ結線三相４線式である。この場合、電力変換器は、交流回路の配電線路を介して三相交流電力を受ける。上記の電流成分は、電力系統の基本波に対する３ｎ調波（ｎは１以上の整数）の電流である。
【００１５】
もしくは、交流回路の配電線路は、一相が接地されたΔ結線三相３線式であり、上記の電流成分は、電力系統の基本波の電流である。
【００１６】
もしくは、電力変換器は、パルス幅変調によって直流電力と交流電力とを相互に変換し、上記の電流成分は、パルス幅変調に用いる搬送波の周波数を有する。
【００１７】
好ましくは、漏電検出装置は、交流電流センサによって検出された交流電流のうち、上記の電流成分を取り出すバンドパスフィルタをさらに備える。この場合、判定部は、バンドパスフィルタの出力に基づいて直流回路の漏電の有無を判定する。
【００１８】
もしくは、漏電検出装置は、交流電流センサによって検出された交流電流のうち、上記の電流成分を通過させかつ電力系統の基本波成分を取除くハイパスフィルタをさらに備える。この場合、判定部は、ハイパスフィルタの出力に基づいて直流回路の漏電の有無を判定する。
【００１９】
好ましくは、判定部は、上記の電流成分の大きさが所定の基準値を超えた場合に漏電と判定する。
【００２０】
もしくは、判定部は、上記の電流成分の大きさが所定の基準値を超えた状態が所定の時間継続した場合に漏電と判定する。
【００２１】
もしくは、漏電検出装置は、交流電流センサによって検出された交流電流と同期するパルス信号を生成するパルス信号生成部をさらに備える。この場合、判定部は、交流電流センサによって検出された交流電流の大きさが所定の基準値を超え、かつパルス信号の周期が電力系統の基本波の周期の半分（単相３線式の場合に半分、Ｙ結線三相３線式もしくは４線式またはＶ結線三相４線式の場合に１／３になる）である場合に漏電と判定する。
【００２２】
もしくは上記の場合で、漏電検出装置は、パルス信号のパルス数をカウントするカウンタをさらに備える。この場合、判定部は、交流電流センサによって検出された交流電流の大きさが所定の基準値を超え、かつパルス信号の周期が電力系統の基本波の周期の半分（単相３線式の場合に半分、Ｙ結線三相３線式もしくは４線式またはＶ結線三相４線式の場合に１／３になる）であり、かつパルス信号のパルス数が所定数を超えた場合に漏電と判定する。
【００２３】
好ましくは、直流回路の配電線路は、電力変換器に接続された直流母線と、直流母線から分岐された複数の直流回線とを含む。この場合、漏電検出装置は複数の直流回線の各々に設けられる。判定部は、対応の交流電流センサによって検出された交流電流に基づいて、対応の直流回線の漏電の有無を判定する。
【００２４】
この発明は他の局面において、交流回路に電力変換器を介して接続された直流回路の漏電検出方法である。ここで、交流回路は、２次側が接地された変圧器を介して上位の電力系統と接続される。この発明による漏電検出方法は、変圧器と直流回路の想定される地絡事故点との間の電流経路のいずれかの箇所における交流電流を検出するステップと、検出された交流電流のうち、電力変換器の変換動作によって直流回路側に生じる交流電圧の周波数と同じ周波数の電流成分に基づいて直流回路の漏電の有無を判定するステップとを備える。
【発明の効果】
【００２５】
この発明によれば、電力変換器の変換動作によって直流回路側に生じる交流電圧の周波数と同じ周波数の電流成分を検出することによって、従来に比べて簡単かつ低コストに直流回路の漏電を検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】この発明の実施の形態１による漏電検出装置Ｆａ，Ｆｄが適用される単相配電系統の構成図である。
【図２】図１の配電系統において漏電検出装置Ｆａ，Ｆｄの配置の詳細を説明するための図である。
【図３】電力変換器が順変換を行なう場合に直流回路側に生じる交流電圧の周波数について説明するための図である（交流回路が単相３線式の場合）。
【図４】電力変換器が順変換を行なう場合に直流回路側に生じる交流電圧の周波数について説明するための図である（交流回路が単相２線式の場合）。
【図５】健全時の零相回路を示す図である。
【図６】直流回路で地絡事故が生じた場合の零相回路を示す図である。
【図７】検出回路４２の詳細な構成の一例を示すブロック図である。
【図８】図７の検出回路４２を用いた漏電検出手順を示すフローチャートである。
【図９】図７の検出回路４２の変形例としての検出回路４２Ａの構成を示すブロック図である。
【図１０】図９の検出回路４２Ａを用いた漏電検出手順を示すフローチャートである。
【図１１】この発明の実施の形態２による漏電検出装置Ｆａ，Ｆｄが適用される三相配電系統の構成図である。
【図１２】電力変換器が順変換を行なう場合に直流回路側に生じる交流電圧の周波数について説明するための図である（交流回路がＹ結線三相３線式の場合）。
【図１３】Ｖ結線三相４線式の配電線路を示す図である。
【図１４】図１３に示す交流配電線路に接続された三相の電力変換器が順変換を行なう場合に、直流回路側に生じる交流電圧の周波数について説明するための図である。
【図１５】Δ結線三相３線式の配電線路を示す図である。
【図１６】図１５に示す交流配電線路に接続された三相の電力変換器が順変換を行なう場合に、直流回路側に生じる交流電圧の周波数について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、この発明の各実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰返さない。
【００２８】
＜実施の形態１＞
［配電系統の構成］
図１は、この発明の実施の形態１による漏電検出装置Ｆａ，Ｆｄが適用される単相３線式の配電系統の構成図である。図１の単相配電系統は、単相変圧器２を介して上位の電力系統１と接続された交流回路１０と、直流回路３０と、交流回路１０と直流回路３０とを接続する双方向の電力変換器２０（パワーコンディショナ）とを含む。変圧器２の２次側の中性点５ｎは接地されている（接地抵抗をＲｎとする）。
【００２９】
交流回路１０は、変圧器２の２次側と電力変換器２０とを接続する単相三線式の配電線路１１（ｕ相電圧線１１ｕ、ｖ相電圧線１１ｖ、中性線１１ｎ）と、ブレーカ１２ｕ、１２ｖとを含む。ブレーカ１２ｕ，１２ｖは、電圧線１１ｕ，１１ｖにそれぞれ設けられる。配電線路１１のｕ相、ｖ相の各電圧線は対地容量（浮遊容量）Ｃａを有する。
【００３０】
直流回路３０は、直流負荷３５と、太陽電池などの直流電源３６と、配電線路（図２の参照符号２９）とを含む。図１には、配電線路として、第１の直流回線３１（Ｐ相電圧線３１Ｐ、Ｎ相電圧線３１Ｎ）および第２の直流回線３３（Ｐ相電圧線３３Ｐ、Ｎ相電圧線３３Ｎ）が図示されている。この明細書では、直流回路の正極側をＰ相と称し、負極側をＮ相と称する。直流負荷３５は直流回線３１の末端に接続され、直流電源３６は直流回線３３の末端に接続される。各直流回線のＰ相、Ｎ相の各電圧線は、対地容量（浮遊容量）Ｃｄを有する。直流回路３０は、さらに、ブレーカ３２Ｐ，３２Ｎ，３４Ｐ，３４Ｎを含む。ブレーカ３２ＰはＰ相電圧線３１Ｐに設けられ、ブレーカ３２ＮはＮ相電圧線３１Ｎに設けられる。ブレーカ３４ＰはＰ相電圧線３３Ｐに設けられ、ブレーカ３４ＮはＮ相電圧線３３Ｎに設けられる。
【００３１】
電力変換器２０は、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ：Insulated Gate Bipolar Transistor）などのスイッチング素子２１ａ〜２１ｄと、平滑用のリアクトル２２と、平滑用のコンデンサ２３とを含む。スイッチング素子２１ａ〜２１ｄによって単相ブリッジ回路が構成される。より詳しくは、スイッチング素子２１ａ，２１ｂはこの順で正極側のノード２４Ｐと負極側のノード２４Ｎとの間に接続され、スイッチング素子２１ａ，２１ｂの接続ノードにｕ相電圧線１１ｕが接続される。スイッチング素子２１ｃ，２１ｄはこの順で正極側のノード２４Ｐと負極側のノード２４Ｎとの間に接続され、スイッチング素子２１ｃ，２１ｄの接続ノードにｖ相電圧線１１ｖが接続される。平滑用のリアクトル２２は正極側のノード２４ＰとＰ相電圧線３１Ｐ，３３Ｐとの間に接続され、平滑用のコンデンサ２３はリアクトル２２と負極側のノード２４Ｎとの間に接続される。
【００３２】
電力変換器２０は、各スイッチング素子のスイッチングのタイミングが制御部（図示省略）によって制御されることによって、双方向の電力変換器として動作する。すなわち、電力変換器２０は、交流電力を直流電力に変換する場合（順変換）には全波整流回路として動作し、直流電力を交流電力に変換する場合（逆変換）にはインバータ回路として動作する。たとえば、図１に示す配電系統の場合には、直流負荷３５の消費電力が直流電源３６の発電電力よりも大きいときには、不足分に相当する交流電力が電力変換器２０によって直流電力に変換されて直流回路３０に供給される。逆に直流電源３６の発電電力が直流負荷３５の消費電力よりも大きい場合には、余剰の直流電力が電力変換器２０によって交流電力に変換されて交流回路１０に供給される。
【００３３】
直流回路３０での漏電を検出するために、図１の配電系統には漏電検出装置Ｆａ，Ｆｄが設けられる。漏電検出装置Ｆａ，Ｆｄは、電力変換器２０の変換動作によって直流回路３０側に生じる交流電圧の周波数と同じ周波数の電流成分を検出する。具体的には、漏電検出装置Ｆａ，Ｆｄは、電力変換器２０が全波整流回路として動作する場合のリップルに起因する第２調波電流または偶数調波電流を検出する。さらに、漏電検出装置Ｆａ，Ｆｄは、電力変換器２０がＰＷＭ（パルス幅変調：Pulse Width Modulation）方式の電力変換回路として動作する場合に生じるＰＷＭのキャリア周波数の電流成分を検出する。
【００３４】
漏電検出装置Ｆａは、電力変換器２０の交流側の受電点付近に設けられる。漏電検出装置Ｆａは、零相変流器（ＺＣＴ：Zero-phase Current Transformer）４１と、検出回路４２とを含む。検出回路４２は、零相変流器４１によって検出された交流電流に基づいて直流回路３０での漏電を検出する。たとえば、検出回路４２は、零相変流器４１によって検出された交流電流のうち第２調波の電流成分の大きさが所定の基準値を超えたことによって、直流回路３０の漏電を検知する。検出回路４２についての詳細は、図７〜図１０を参照して後述する。
【００３５】
漏電検出装置Ｆｄは、各直流回線で電力変換器２０に近接した位置に設けられる。各直流回線がさらに複数に分岐している場合には、複数ある分岐点のうちの要所にも設けられる。漏電検出装置Ｆｄは、変流器（ＣＴ：Current Transformer）４３Ｐ，４３Ｎと検出回路４４とを含む。変流器４３ＰはＰ相電圧線３１Ｐに設けられ、変流器４３ＮはＮ相電圧線３１Ｎに設けられる。検出回路４４は、変流器４３Ｐ，４３Ｎによって検出された交流電流に基づいて直流回路３０での漏電を検出する。たとえば、検出回路４４は、変流器４３Ｐによって検出された交流電流のうち第２調波の電流成分の大きさが所定の基準値を超えたことによって、正極側の電圧線３１Ｐの漏電を検知する。さらに、検出回路４４は、変流器４３Ｎによって検出された交流電流のうち第２調波電流成分の大きさが所定の基準値を超えたことによって、負極側の電圧線３１Ｎの漏電を検知する。検出回路４４の詳細な構成は検出回路４２と同様であり、図７〜図１０を参照して後述する。
【００３６】
直流回路３０に設けられた漏電検出装置Ｆｄでは、各相の変流器４３Ｐ，４３Ｎに代えて、零相変流器（ＺＣＴ）を設けてもよい。ただし、零相変流器（ＺＣＴ）の場合には、正極側のＰ相電圧線で漏電が発生した場合と負極側のＮ相電圧線で漏電が発生した場合とを区別することができない。交流回路１０に設けられた漏電検出装置Ｆａにおいて、零相変流器４１に代えて相ごとの変流器を設けることは可能である。しかしながら、交流回路１０では、検出すべき特定周波数の交流電流成分は各相の基本波の電流成分に重畳しているので、特定の交流電流成分のみを精度良く検出することは容易でない。
【００３７】
図２は、図１の配電系統において漏電検出装置Ｆａ，Ｆｄの配置の詳細を説明するための図である。
【００３８】
図２を参照して、直流回路３０の配電線路２９は、電力変換器２０に接続された直流母線３９と、直流母線３９から分岐された直流回線３１，３３，３８と、直流電源３６と、直流負荷３５，３７とを含む。直流電源３６は直流回線３３の末端に接続され、直流負荷３５，３７はそれぞれ直流回線３１，３８の末端に接続される。電力変換器２０の交流回路１０側の構成については図１と同じであるので、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して説明を繰返さない。
【００３９】
図２に示すように、漏電検出装置Ｆａは電力変換器２０の交流側の受電点付近に設けられる。これによって、直流回路３０で漏電が発生したことを検出することができる。漏電検出装置Ｆｄ１，Ｆｄ２，Ｆｄ３（総称する場合に、漏電検出装置Ｆｄと称する）は、直流回線３３，３１，３８にそれぞれ対応し、対応の直流回線上で直流母線３９に近い位置に設けられる。これによって、いずれの直流回線において漏電が生じているかを容易に検出することができる。
【００４０】
［直流回路の漏電検出原理］
表１は、地絡事故が生じていない健全時に、単相交流用の電力変換器の変換動作によって交流回路側および直流回路側に生じる交流電圧（交流電流）の周波数についてまとめたものである。
【００４１】
【表１】
【００４２】
表１には、配電方式が、図１のように中性点が接地された単相３線式の場合と、図１と異なり一相が接地された単相２線式の場合とが示されている。いずれの配電方式の場合にも、電力変換器の交流回路側には配電系統の基本波の成分と奇数調波の成分とが生じる。電力変換器がＰＷＭ方式で電力変換を行なう場合には、基本波の成分とＰＷＭのキャリア周波数の成分とが生じる。
【００４３】
一方、電力変換器の直流回路側に生じる交流電圧（交流電流）の周波数は配電方式によって異なる。すなわち、中性点が接地された単相３線式の場合には２ｎ調波（ｎは１以上の整数）の成分が生じ、一相が接地された単相２線式の場合には基本波の成分が生じる。電力変換器がＰＷＭ方式の電力変換を行なう場合には、直流回路側には配電方式によらずＰＷＭのキャリア周波数の成分が生じる。このように配電方式によって直流回路側に生じる交流電圧（交流電流）の周波数が異なる理由を次に説明する。
【００４４】
図３、図４は、電力変換器が順変換を行なう場合に直流回路側に生じる交流電圧の周波数について説明するための図である。図３は、中性線が接地された単相３線式の配電線路に電力変換器が接続された場合を示し、図４は、一相が接地された単相２線式の配電線路に電力変換器が接続された場合を示す。
【００４５】
図３（Ａ）のグラフは、単相３線式の交流配電線路のｕ相、ｖ相の電圧波形を示す。縦軸に示す電圧の値は、各相の電圧の振幅を１として規格化したものであり、横軸に示す時間は、基本波の周期を１として規格化したものである。図３（Ｂ）、（Ｃ）のグラフは、図３（Ａ）の交流電圧を全波整流することによって得られるＰ相、Ｎ相の電圧波形を示す。ただし、実際の回路では、図１に示すように平滑用のリアクトル２２と平滑用のコンデンサ２３とが設けられているので、直流回路の配電線路の各相の電圧波形は、直流電圧に交流電圧が重畳した波形になる。図３（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、Ｐ相、Ｎ相のいずれについても全波整流後の電圧波形は１周期に正弦波半波が２つ入る形状となっている。この波形をフーリエ解析すると２ｎ調波（ｎは１以上の整数）で構成されている。よって、直流回路側の生じる交流電圧は２ｎ調波である。
【００４６】
図４（Ａ）のグラフは、ｖ相が接地された単相２線式の交流配電線路の各相の電圧波形を示す。縦軸に示す電圧の値はｕ相の電圧の振幅を１として規格化したものであり、横軸に示す時間は基本波の周期を１として規格化したものである。図４（Ｂ）、（Ｃ）のグラフは、図４（Ａ）の交流電圧を全波整流するときに得られるＰ相、Ｎ相の電圧波形を示す。ただし、実際の回路では、平滑用のリアクトルと平滑用のコンデンサとが設けられているので、直流回路の配電線路の各相の電圧波形は、直流電圧に交流電圧が重畳した波形になる。図４（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、Ｐ相、Ｎ相のいずれについても全波整流後の電圧波形は１周期に正弦波半波が１つ入る形状となっている。この波形をフーリエ解析すると、基本波と２ｎ調波（ｎは１以上の整数）で構成されている。よって、直流回路側に生じる交流電圧は基本波と２ｎ調波で構成される。ここで、単相変圧器の仮想中性点の対地電圧は、Ｐ相電圧とＮ相電圧の和となる。この和をとることにより上述の２ｎ調波電圧は相殺され、基本波成分だけが零相電圧として残る。したがって、直流回路側の事故時には、この基本波零相電圧を起電力として事故電流が流れる。
【００４７】
上記では、交流電力を直流電力に変換する順変換（整流）の場合について説明したが、変換方向が逆変換の場合も順変換の場合と同様である。すなわち、変換方向によらず、表１に示す周波数の交流電圧（交流電流）が健全時の直流回路側と交流回路側とにそれぞれ生じる。
【００４８】
直流回路で地絡事故（漏電）が発生した場合には、表１に示す各周波数の交流電流が地絡事故点と変圧器の接地極との間を大地を介して環流する。したがって、電力変換器２０の変換動作によって健全時に交流回路側で生じた交流成分は、事故時には直流回路側においても観測され、電力変換器２０の変換動作によって健全時に直流回路側で生じた交流成分は、事故時には交流回路側においても観測される。一方、交流回路側の事故時には、直流回路側に生じる交流成分による事故電流は流れない。
【００４９】
実施の形態１の漏電検出装置では、直流回路側の事故時に特有の周波数の電流が流れるという上述の理由から、電力変換器の変換動作によって直流回路側に生じる交流電流を利用して漏電の検出を行なう。すなわち、単相３線式（中性点接地）の配電線路に電力変換器を介して接続された直流回路の漏電検出では、２ｎ調波の電流成分またはＰＷＭのキャリア周波数の電流成分が用いられる。単相２線式（一相接地）の配電線路に電力変換器を介して接続された直流回路の漏電検出では、基本波の電流成分またはＰＷＭのキャリア周波数の電流成分が用いられる。ただし、後者の場合には、基本波では系統電圧と区別がつかないので、交流回路側には基本波を検出する漏電検出装置は設置されない。
【００５０】
以下、図１に示す単相３線式の場合についてさらに詳しく説明する。
図５は、健全時の零相回路を示す図である。
【００５１】
図１を参照して、たとえば、電力変換器２０の順変換（整流）動作においては、ｕ相電圧線１１ｕがｖ相電圧線１１ｖよりも高電位の場合には、スイッチング素子２１ａ，２１ｄがオン状態となり、スイッチング素子２１ｂ，２１ｄがオフ状態になる。この場合、ｕ相電圧線１１ｕとＰ相電圧線３１Ｐとがスイッチング素子２１ａを介して電気的に接続され、ｖ相電圧線１１ｖとＮ相電圧線３１Ｎとがスイッチング素子２１ｄを介して電気的に接続される。図５は、この場合に、ｕ相電圧線１１ｕ、Ｐ相電圧線３１Ｐ、大地ＧＮＤ、中性点５ｎの接地抵抗Ｒｎ、ｕ相電圧線１１ｕの対地静電容量Ｃａ、およびＰ相電圧線３１Ｐの対地静電容量Ｃｄによって構成される零相回路を示したものである。
【００５２】
図５の零相回路では、電力変換器２０が発生する交流零相電圧（コモンモード電圧）Ｖ２ｎ，Ｖｃによってそれぞれ零相電流Ｉ２ｎ，Ｉｃが流れる。ここで、交流零相電圧Ｖ２ｎは、電力変換器２０が単相整流回路として動作するときのリップルに対応し、その周波数は電力系統１の基本波に対する２ｎ調波（ｎは１以上の整数）である。交流零相電圧Ｖｃは、電力変換器２０がＰＷＭ方式の電力変換器として動作するときの搬送波（キャリア）に対応し、キャリア周波数を有する。
【００５３】
電力系統１の基本波の角周波数をωとすると、変圧器２の中性点５ｎの接地抵抗Ｒｎと対地静電容量Ｃａ，Ｃｄによる第２ｎ調波のインピーダンスとの関係は、一般的に、
２×Ｒｎ＜＜１／（２ｎ×ω×Ｃｄ） …(1)
２×Ｒｎ＜＜１／（２ｎ×ω×Ｃａ） …(2)
のようになっている。上式（１）、（２）において、記号「＜＜」は左辺が右辺に比べて無視できるほど小さいことを表わす。したがって、零相電流Ｉ２ｎは近似的に、
Ｉ２ｎ＝２ｎ×ω×Ｃｄ×Ｖ２ｎ …(3)
と表わされる。接地抵抗Ｒｎと、対地静電容量Ｃａ，Ｃｄによるキャリアの角周波数ωｃのインピーダンスとの関係についても、上式（１）、（２）と同様になっているので、零相電流Ｉｃは近似的に、
Ｉｃ＝ωｃ×Ｃｄ×Ｖｃ …(4)
と表わされる。
【００５４】
同様に、ｖ相電圧線１１ｖ、Ｎ相電圧線３１Ｎ、大地ＧＮＤ、中性点５ｎの接地抵抗Ｒｎ、ｖ相電圧線１１ｖの対地静電容量Ｃａ、およびＮ相電圧線３１Ｎの対地静電容量Ｃｄによって構成される零相回路においても、式（３）、（４）で表わされる零相電流Ｉ２ｎ，Ｉｃが流れる。ただし、この零相回路における零相電流Ｉ２ｎ，Ｉｃの方向は図５の零相回路と逆になる。したがって、零相電流Ｉ２ｎ，Ｉｃは零相変流器では検出されない。
【００５５】
図６は、直流回路で地絡事故が生じた場合の零相回路を示す図である。図６では、直流回線の回線数をｍとし、そのうちの１つである直流回線３１のＰ相で地絡事故が生じた場合の零相回路が示される。なお、図６には、漏電検出装置Ｆａ，Ｆｄの配置も示されている。ただし、図６の漏電検出装置Ｆｄでは、図１の変流器４３Ｐ，４３Ｎに代えて、零相変流器４５が設けられている。
【００５６】
図１の直流回線３１で地絡事故が生じた場合、零相電流Ｉ２ｎ，Ｉｃは、直流事故回線３１、地絡抵抗Ｒｄｇ、大地ＧＮＤ、変圧器２の中性点５ｎの接地抵抗Ｒｎ、および交流側の配電線路１１の順で環流する。この結果、事故回線３１のＰ相電圧線３１Ｐを流れる零相電流Ｉ２ｎ，Ｉｃが健全時よりも増加する。したがって、漏電検出装置Ｆｄに設けられた零相変流器（ＺＣＴ）または各相変流器（ＣＴ）のいずれによっても零相電流Ｉ２ｎ，Ｉｃの増加が検出される。さらに、零相電流Ｉ２ｎ，Ｉｃは、変圧器２の中性点５ｎと地絡事故点との間を環流するので、Ｐ相電圧線３１Ｐと接続された交流回路１０においても零相電流Ｉ２ｎ，Ｉｃの増加が検出される。
【００５７】
具体的な零相電流Ｉ２ｎの値は次式（５）、（６）で与えられる。ただし、式（５）、（６）において、虚数単位をｊとし、直流回線数をｍとしている。零相電流Ｉｃは、式（５）でＶ２ｎをＶｃに代え、式（６）で２ｎ×ωをωｃに代えることによって得られる。
【００５８】
Ｉ２ｎ＝Ｖ２ｎ／（２×Ｒｎ＋１／Ｙｄｇ） …(5)
Ｙｄｇ＝１／（２×Ｒｄｇ）＋ｊ×２ｎ×ω×Ｃｄ／ｍ …(6)
上記の零相電流Ｉ２ｎ，Ｉｃは、直流回路３０の地絡事故における固有の現象として現われる。したがって、この零相電流Ｉ２ｎ，Ｉｃを零相変流器または各相ごとの変流器で検出することによって、直流回路の漏電を容易かつ低コストに検知することができる。
【００５９】
［漏電検出回路の構成および動作］
以下では、交流回路１０に設けられた検出回路４２の構成および動作を代表として説明するが、直流回路３０に設けられた検出回路４４の構成および動作も同様である。
【００６０】
図７は、検出回路４２の詳細な構成の一例を示すブロック図である。図７を参照して、検出回路４２は、電流計７１、増幅回路７２、フィルタ回路７３、整流回路７４、比較器７５、および参照電源７６（参照電圧Ｖｒｅｆ）を含む。各構成要素の機能については、以下の検出回路４２の動作説明の中で説明する。
【００６１】
図８は、図７の検出回路４２を用いた漏電検出手順を示すフローチャートである。
図７、図８を参照して、図８のステップＳ１で、零相変流器４１と接続された電流計７１によって、配電線路１１を流れる零相の交流電流が測定される。電流計７１によって測定された交流電流信号は増幅回路７２によって増幅される。
【００６２】
次のステップＳ２で、フィルタ回路７３は、増幅回路７２によって増幅された交流電流信号のうち検出すべき特定周波数の信号成分のみを通過させる。この場合、フィルタ回路７３は、電力系統の基本波に対する第２調波の信号成分を通過させるバンドパスフィルタとして構成されてもよいし、ＰＷＭのキャリア周波数の信号成分を通過させるバンドパスフィルタとして構成されてもよいし、これらを組合せたものであってもよい。あるいは、フィルタ回路７３は、基本波よりも周波数の高い信号成分を通過させるハイパスフィルタとして構成されてもよい。
【００６３】
次のステップＳ３で、フィルタ回路７３を通過した信号成分は整流回路７４によって整流される。これによって、フィルタ回路７３を通過した電流信号成分の大きさが検出される。
【００６４】
次のステップＳ４で、比較器７５は、整流回路７４から出力された直流信号が参照電圧Ｖｒｅｆを超えているか否かを判定する。整流回路７４から出力された直流信号が参照電圧Ｖｒｅｆを超えた場合（ステップＳ４でＹＥＳ）、比較器７５はハイレベルの信号を出力する。すなわち、図１の直流回路３０で漏電が生じたことが検出される（ステップＳ５）。この検出回路４２の出力を受けて、図１のブレーカ１２ｕ，１２ｖがオフ状態になる。直流回線３１に設けられた漏電検出装置Ｆｄの場合には、検出回路４４の出力を受けた事故回線のブレーカ３２Ｐ，３２Ｎがオフ状態になる。
【００６５】
このように、図７の検出回路４２は、２ｎ調波またはキャリア周波数の交流電流成分の大きさが基準値を超えたことによって漏電を検知する。図７の比較器７５の後段にさらにタイマ回路を設けて、比較器７５がハイレベルの信号を出力する時間を測定するようにしてもよい。この場合、検出回路４２は、特定の周波数の交流電流成分の大きさが所定の基準値を超えた状態が所定の時間継続したことによって漏電と判定する。
【００６６】
［検出回路の変形例］
図９は、図７の検出回路４２の変形例としての検出回路４２Ａの構成を示すブロック図である。以下では、検出回路４２の変形例の構成および動作を代表として説明するが、検出回路４４の変形例の構成および動作も同様である。
【００６７】
図９の検出回路４２Ａでは、零相変流器４１が検出した交流電流信号に同期するパルス信号が生成され、生成されたパルス信号を利用して直流回路３０における漏電が検知される点に特徴がある。これによって、図７の場合のようなフィルタ回路を用いずに零相変流器４１によって検出された交流電流信号が電力系統の基本波に対する第２調波の電流成分であるか否かを容易に判定することができる。
【００６８】
図９に示すように、検出回路４２Ａは、電流計５１、増幅回路５２、波形整形回路５３、パルス生成回路５４、繰り返し数カウンタ５５、整流回路５６、比較器５７、参照電源５８（参照電圧Ｖｒｅｆ）、基準クロック生成回路５９、ゲート回路６０、時間カウンタ６１、およびＣＰＵ（Central Processing Unit）６２を含む。各構成要素の機能については、以下の検出回路４２Ａの動作説明の中で説明する。
【００６９】
図１０は、図９の検出回路４２Ａを用いた漏電検出手順を示すフローチャートである。
図９、図１０を参照して、図１０のステップＳ１１で、零相変流器４１に接続された電流計５１によって配電線路１１を流れる零相の交流電流が測定される。電流計５１によって測定された交流電流信号は増幅回路５２によって増幅される。
【００７０】
次のステップＳ１２で、波形整形回路５３は、増幅回路５２によって増幅された交流電流信号を矩形波列に整形する。続いて、パルス生成回路５４は、波形整形回路５３から出力された矩形波列に基づいて交流電流信号に同期したパルス信号を生成する。
【００７１】
次のステップＳ１３で、繰り返し数カウンタ５５は、パルス生成回路５４から出力されたパルス信号のパルス数をカウントする。
【００７２】
上記のステップＳ１２，Ｓ１３と並行して、整流回路５６は、増幅回路５２によって増幅された交流電流信号を整流する。これによって電流計５１によって測定された交流電流信号の大きさが検出される。
【００７３】
次のステップＳ１４で、比較器５７は、整流回路５６から出力された直流信号が参照電圧Ｖｒｅｆを超えているか否かを判定する。比較器５７は、整流回路７４から出力された直流信号が参照電圧Ｖｒｅｆを超えている場合（ステップＳ１４でＹＥＳ）、ハイレベルの信号をゲート回路６０およびＣＰＵ６２に出力する。
【００７４】
ゲート回路６０は、比較器５７からハイレベルの信号を受けている間、オン状態となって基準クロック生成回路５９で生成された基準クロックパルスを通過させる。時間カウンタ６１は、ゲート回路６０を通過した基準クロックパルスのパルス数をカウントすることによって経過時間を計測する。
【００７５】
ＣＰＵ６２は、比較器５７、繰り返し数カウンタ５５、および時間カウンタ６１の出力を受ける。
【００７６】
ステップＳ１５で、ＣＰＵ６２は、パルス生成回路５４で生成されたパルス信号の周期を算出する。具体的には、ＣＰＵ６２は、比較器５７の出力電圧がハイレベルの場合に、時間カウンタ６１によるカウント数を繰り返し数カウンタ５５によるカウント数で除し、その除算結果に基準クロックパルスの周期を掛けることによってパルス信号の周期を算出する。
【００７７】
次のステップＳ１６で、ＣＰＵ６２は、パルス生成回路５４で生成されたパルス信号の周期が電力系統１の基本波の周期の半分であるか否か、すなわち、零相変流器４１で検出された電流信号が電力系統の基本波に対する第２調波の信号であるか否かを判定する。
【００７８】
次のステップＳ１７で、ＣＰＵ６２は、比較器５７の出力電圧がハイレベルの場合に繰り返し数カウンタ５５によってカウントされたカウント数が、所定数を超えたか否かを判定する。この結果、零相変流器４１で検出された交流電流の大きさが所定の基準値を超えた状態が所定の時間継続したか否かが判定される。
【００７９】
ＣＰＵ６２は、ステップＳ１４，Ｓ１６，Ｓ１７の判定結果がいずれもＹＥＳの場合、すなわち、零相変流器４１で検出された交流電流の大きさが所定の基準値を超え、かつパルス信号の周期が電力系統の基本波の周期の半分であり、かつパルス信号のパルス数が所定数を超えた場合に、漏電と判定する（ステップＳ１８）。ＣＰＵ６２の漏電判定の結果を受けて、図１のブレーカ１２ｕ，１２ｖがオフ状態になる。直流回線３１に設けられた漏電検出装置Ｆｄの場合には、検出回路４４の出力を受けて事故回線のブレーカ３２Ｐ，３２Ｎがオフ状態になる。
【００８０】
＜実施の形態２＞
実施の形態２では、実施の形態１の直流回路の漏電検出装置Ｆａ，Ｆｄを、交流回路が三相の場合に適用した例について説明する。
【００８１】
図１１は、この発明の実施の形態２による漏電検出装置Ｆａ，Ｆｄが適用される配電系統の構成図である。図１１の配電系統は、Ｙ結線の三相変圧器１０２を介して上位の電力系統１０１と接続された三相３線式（または三相４線式）の交流回路１１０と、直流回路３０と、交流回路１１０と直流回路とを接続する双方向の電力変換器１２０とを含む。変圧器１０２の２次側の中性点１０５ｎは接地されている。
【００８２】
交流回路１１０は、変圧器１０２の２次側から引き出されて電力変換器１２０に接続されたＹ結線三相３線式（三相４線式）の配電線路１１（１１ｕ，１１ｖ，１１ｗ）と、ｕ相、ｖ相、ｗ相の電圧線１１ｕ，１１ｖ，１１ｗにそれぞれ設けられたブレーカ１２ｕ，１２ｖ，１２ｗとを含む。直流回路３０の構成は図１の場合と同じである。ただし、図１１では直流回線３３の図示が省略されている。
【００８３】
電力変換器１２０は、ＩＧＢＴなどのスイッチング素子２１ａ〜２１ｆと、平滑用のリアクトル２２と、平滑用のコンデンサ２３とを含む。スイッチング素子２１ａ〜２１ｆによって三相ブリッジ回路が構成される。このような構成の電力変換器１２０が全波整流回路として動作する場合には、電力変換器１２０の直流回路側には電力系統１０１の基本波に対する３ｎ調波（ｎは１以上の整数）の交流零相電圧Ｖ３ｎが生じる。電力変換器１２０がＰＷＭ方式の場合には、キャリア周波数の交流零相電圧Ｖｃが生じる。図１１の漏電検出装置Ｆａ，Ｆｄの検出回路４２ａ，４４ａは、交流零相電圧Ｖ３ｎ，Ｖｃによって生じた３ｎ調波またはキャリア周波数の零相電流を検出する。これによって、直流回路３０の漏電を検出することができる。
【００８４】
図１２は、電力変換器が順変換を行なう場合に直流回路側に生じる交流電圧の周波数について説明するための図である。図１２は、中性点の接地されたＹ結線単相３線式または４線式の配電線路に電力変換器が接続された場合を示す。
【００８５】
図１２（Ａ）のグラフは、三相３線式の交流配電線路のｕ相、ｖ相、ｗ層の電圧波形を示す。縦軸に示す電圧の値は、各相の電圧の振幅を１として規格化したものであり、横軸に示す時間は、基本波の周期を１として規格化したものである。図１２（Ｂ）のグラフは、図１２（Ａ）の交流電圧を全波整流するときに得られるＰ相、Ｎ相の電圧波形を示す。ただし、実際の回路では、図１１に示すように平滑用のリアクトル２２と平滑用のコンデンサ２３とが設けられているので、直流回路の配電線路の各相の電圧波形は、直流電圧に交流電圧が重畳した波形になる。図１２（Ｂ）に示すように、Ｐ相、Ｎ相のいずれについても全波整流後の電圧波形は１周期に正弦波半波が３つ入る形状となっている。この波形をフーリエ解析すると３ｎ調波で構成されている。よって、直流回路側の生じる交流電圧は３ｎ調波である。
【００８６】
このように配電系統が中性点の接地されたＹ結線三相方式に場合には、漏電検出装置Ｆａ，Ｆｄによって検出する電流信号が２ｎ調波ではなく３ｎ調波になる。したがって、図７、図８で説明した検出回路４２のフィルタ回路７３は、３ｎ調波の信号成分を取り出す。図９、図１０で説明した検出回路４２ＡのＣＰＵ６２は、パルス生成回路５４で生成されたパルス信号の周期が電力系統１の基本波の周期の１／３であるか否かを判定する。その他の点は、実施の形態１の場合と同様であるので、詳しい説明を繰返さない。
【００８７】
電力変換器の変換動作によって健全時に直流回路側に生じる交流電圧の周波数は、交流回路の配電方式によって異なる。表２は、三相交流用の電力変換器の変換動作によって健全時に交流回路側および直流回路側に生じる交流電圧（交流電流）の周波数についてまとめたものである。
【００８８】
【表２】
【００８９】
表２には、既に説明したＹ結線三相３線式（中性点接地）の場合と、Ｖ結線三相４線式の場合と、Δ結線三相３線式（一相接地）の場合とが示されている。いずれの配電方式の場合にも、電力変換器の交流回路側には配電系統の基本波の成分と奇数調波の成分とが生じる。ただし、三相交流回路の対称性のために奇数調波のうち３ｎ調波（ｎは１以上の整数）の成分は生じない。電力変換器がＰＷＭ方式の電力変換を行なう場合には、基本波の成分とＰＷＭのキャリア周波数の成分とが生じる。
【００９０】
一方、電力変換器の直流回路側に生じる交流電圧（交流電流）の周波数は配電方式によって異なる場合がある。すなわち、既に説明した中性点が接地されたＹ結線三相３線式の場合と、電灯動力共用変圧器の中性点が接地されたＶ結線三相４線式の場合には３ｎ調波（ｎは１以上の整数）の成分が生じる。一相が接地されたΔ結線三相３線式の場合には基本波の成分が生じる。電力変換器がＰＷＭ方式の電力変換を行なう場合には、直流回路側には配電方式によらずＰＷＭのキャリア周波数の成分が生じる。
【００９１】
図１３は、Ｖ結線三相４線式の配電線路を示す図である。Ｖ結線の変圧器２０２は、動力専用変圧器Ｔｍと電灯動力共用変圧器Ｔｌとによって構成される。ｕ相電圧線は動力専用変圧器Ｔｍの二次巻線の一端２０２ｕに接続され、ｗ相電圧線は電灯動力共用変圧器Ｔｌの二次巻線の一端２０２ｗに接続される。ｖ相電圧線は両変圧器Ｔｍ，Ｔｌの２次巻線の接続点２０２ｖに接続される。中性線（ｎ相）は電灯動力共用変圧器Ｔｌの中性点２０２ｎに接続される。中性点２０２ｎは接地される（簡単のために、接地抵抗をＲｎ＝０とする）。
【００９２】
図１４は、図１３に示す交流配電線路に接続された三相の電力変換器が順変換を行なう場合に、直流回路側に生じる交流電圧の周波数について説明するための図である。
【００９３】
図１４（Ａ）のグラフは、Ｖ結線三相４線式の交流配電線路のｕ相、ｖ相、ｗ層の電圧波形を示す。縦軸に示す電圧の値は、Ｙ結線の場合の中性点と各相との間の電圧の振幅を１として規格化したものであり、横軸に示す時間は、基本波の周期を１として規格化したものである。図１４（Ｂ）のグラフは、図１４（Ａ）の交流電圧を全波整流したときのＰ相、Ｎ相の電圧波形を示す。ただし、実際の回路では、平滑用のリアクトルと平滑用のコンデンサとが設けられているので、直流回路の配電線路の各相の電圧波形は、直流電圧に交流電圧が重畳した波形になる。図１４（Ｂ）に示すように、Ｐ相、Ｎ相のいずれについても全波整流後の電圧波形は１周期に正弦波半波が３つ入る形状となっている。この波形をフーリエ解析すると３ｎ調波で構成されている。よって、直流回路側の生じる交流電圧は３ｎ調波である。
【００９４】
図１５は、Δ結線三相３線式の配電線路を示す図である。図１５に示すように変圧器３０２の２次側のｖ相が接地されているとする（簡単のために、接地抵抗をＲｎ＝０とする）。
【００９５】
図１６は、図１５に示す交流配電線路に接続された三相の電力変換器が順変換を行なう場合に、直流回路側に生じる交流電圧の周波数について説明するための図である。
【００９６】
図１６（Ａ）のグラフは、Δ結線三相３線式の交流配電線路のｕ相、ｖ相、ｗ層の電圧波形を示す。縦軸に示す電圧の値はＹ結線の場合の中性点と各相との間の電圧の振幅を１として規格化したものであり、横軸に示す時間は基本波の周期を１として規格化したものである。図１６（Ｂ）のグラフは、図１６（Ａ）の交流電圧を全波整流したときのＰ相、Ｎ相の電圧波形を示す。ただし、実際の回路では、平滑用のリアクトルと平滑用のコンデンサとが設けられているので、直流回路の配電線路の各相の電圧波形は、直流電圧に交流電圧が重畳した波形になる。図１６（Ｂ）に示すように、Ｐ相、Ｎ相のいずれについても全波整流後の電圧波形は１周期に正弦波半波が２つ入る形状になっている。この波形をフーリエ解析すると基本波と２ｎ調波で構成される。よって、直流回路側に生じる交流電圧は基本波と２ｎ調波で構成される。ここで、Δ結線内の仮想中性点の対地電圧は、図１６のＰ相電圧とＮ相電圧の和となる。この和をとることにより上述の２ｎ調波電圧は相殺され、基本波成分だけが零相電圧として残る。したがって、直流回路側の事故時には、この基本波零相電圧を起電力として事故電流が流れる。
【００９７】
上記では、交流電力を直流電力に変換する順変換（整流）の場合について説明したが、変換方向が逆変換の場合も順変換の場合と同様である。すなわち、変換方向によらず、表２に示す周波数の交流電圧（交流電流）が健全時の直流回路側と交流回路側とにそれぞれ生じる。
【００９８】
直流回路で地絡事故（漏電）が発生した場合には、表２に示す各周波数の交流電流が地絡事故点と変圧器の接地極との間を大地を介して環流する。したがって、電力変換器２０の変換動作によって健全時に交流回路側に生じる交流成分は、事故時には直流回路側においても観測され、電力変換器２０の変換動作によって健全時に直流回路側に生じる交流成分は、事故時には交流回路側においても観測される。一方、交流回路側の事故時には、直流回路側に生じる交流成分による事故電流は流れない。
【００９９】
実施の形態２の漏電検出装置では、直流回路側の事故時に特有の周波数の電流が流れるという上述の理由から、電力変換器の変換動作によって健全時に直流回路側も生じる交流電流を利用して漏電の検出を行なう。すなわち、中性点が接地されたＹ結線三相３線式（４線式）またはＶ結線三相４線式の配電線路に電力変換器を介して接続された直流回路の漏電検出では、３ｎ調波電流またはＰＷＭのキャリア周波数の電流成分が用いられる。一相が接地されたΔ結線三相３線式の配電線路に電力変換器を介して接続された直流回路の漏電検出では、基本波の電流またはＰＷＭのキャリア周波数の電流成分が用いられる。ただし、Δ結線三相３線式の場合には、系統電圧と区別がつかないので、交流回路側には漏電検出装置は設置されない。
【０１００】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１０１】
１，１０１ 電力系統、２，１０２ 変圧器、５ｎ 中性点、１０ 交流回路、１１ 配電線路、１１ｎ 中性線、１１ｕ，１１１ｕ ｕ相電圧線、１１ｖ，１１１ｖ ｖ相電圧線、１１１ｗ ｗ相電圧線、３１Ｐ，３３Ｐ Ｐ相電圧線、３１Ｎ，３３Ｎ Ｎ相電圧線、２０ 電力変換器、３０ 直流回路、３１，３３，３８ 直流回線、３９ 直流母線、４１，４５ 零相変流器、４２，４２Ａ，４４ 検出回路、４３Ｐ，４３Ｎ 変流器、Ｃａ，Ｃｄ 対地静電容量、Ｆａ，Ｆｄ，Ｆｄ１〜Ｆｄ３ 漏電検出装置、ＧＮＤ 大地、Ｉ２ｎ，Ｉ２ｎ，Ｉｃ 零相電流、Ｒｄｇ 地絡抵抗、Ｒｎ 接地抵抗。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流回路に電力変換器を介して接続された直流回路の漏電検出装置であって、
前記交流回路は、２次側が接地された変圧器を介して上位の電力系統と接続され、
前記変圧器と前記直流回路の想定される地絡事故点との間の電流経路のいずれかの箇所に設けられた交流電流センサと、
前記交流電流センサによって検出された交流電流のうち、前記電力変換器の変換動作によって前記直流回路側に生じる交流電圧の周波数と同じ周波数の電流成分に基づいて前記直流回路の漏電の有無を判定する判定部とを備えた直流回路の漏電検出装置。
【請求項２】
前記交流電流センサは、前記直流回路の配電線路に設けられた零相変流器である、請求項１に記載の直流回路の漏電検出装置。
【請求項３】
前記交流電流センサは、前記直流回路の配電線路の各相に設けられた変流器である、請求項１に記載の直流回路の漏電検出装置。
【請求項４】
前記交流電流センサは、前記交流回路の配電線路に設けられた零相変流器である、請求項１に記載の直流回路の漏電検出装置。
【請求項５】
前記交流回路の配電線路は、中性点が接地された単相３線式であり、
前記電流成分は、前記電力系統の基本波に対する２ｎ調波（ｎは１以上の整数）の電流である、請求項２〜４のいずれか１項に記載の直流回路の漏電検出装置。
【請求項６】
前記交流回路の配電線路は、一相が接地された単相２線式であり、
前記電流成分は、前記電力系統の基本波の電流である、請求項２または３に記載の直流回路の漏電検出装置。
【請求項７】
前記交流回路の配電線路は、中性点が接地されたＹ結線三相３線式または４線式であり、
前記電流成分は、前記電力系統の基本波に対する３ｎ調波（ｎは１以上の整数）の電流である、請求項２〜４のいずれか１項に記載の直流回路の漏電検出装置。
【請求項８】
前記交流回路の配電線路は、電灯動力共用変圧器の中性点が接地されたＶ結線三相４線式であり、
前記電力変換器は、前記交流回路の配電線路を介して三相交流電力を受け、
前記電流成分は、前記電力系統の基本波に対する３ｎ調波（ｎは１以上の整数）の電流である、請求項２〜４のいずれか１項に記載の直流回路の漏電検出装置。
【請求項９】
前記交流回路の配電線路は、一相が接地されたΔ結線三相３線式であり、
前記電流成分は、前記電力系統の基本波の電流である、請求項２または３に記載の直流回路の漏電検出装置。
【請求項１０】
前記電力変換器は、パルス幅変調によって直流電力と交流電力とを相互に変換し、
前記電流成分は、前記パルス幅変調に用いる搬送波の周波数を有する、請求項２〜４のいずれか１項に記載の直流回路の漏電検出装置。
【請求項１１】
前記漏電検出装置は、前記交流電流センサによって検出された交流電流のうち、前記電流成分を取り出すバンドパスフィルタをさらに備え、
前記判定部は、前記バンドパスフィルタの出力に基づいて前記直流回路の漏電の有無を判定する、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の漏電検出装置。
【請求項１２】
前記漏電検出装置は、前記交流電流センサによって検出された交流電流のうち、前記電流成分を通過させかつ前記電力系統の基本波成分を取除くハイパスフィルタをさらに備え、
前記判定部は、前記ハイパスフィルタの出力に基づいて前記直流回路の漏電の有無を判定する、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の漏電検出装置。
【請求項１３】
前記判定部は、前記電流成分の大きさが所定の基準値を超えた場合に漏電と判定する、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の直流回路の漏電検出装置。
【請求項１４】
前記判定部は、前記電流成分の大きさが所定の基準値を超えた状態が所定の時間継続した場合に漏電と判定する、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の直流回路の漏電検出装置。
【請求項１５】
前記漏電検出装置は、前記交流電流センサによって検出された交流電流と同期するパルス信号を生成するパルス信号生成部をさらに備え、
前記判定部は、前記交流電流センサによって検出された交流電流の大きさが所定の基準値を超え、かつ前記パルス信号の周期が前記電力系統の基本波の周期の半分である場合に漏電と判定する、請求項５に記載の直流回路の漏電検出装置。
【請求項１６】
前記漏電検出装置は、前記交流電流センサによって検出された交流電流と同期するパルス信号を生成するパルス信号生成部をさらに備え、
前記判定部は、前記交流電流センサによって検出された交流電流の大きさが所定の基準値を超え、かつ前記パルス信号の周期が前記電力系統の基本波の周期の１／３である場合に漏電と判定する、請求項７または８に記載の直流回路の漏電検出装置。
【請求項１７】
前記漏電検出装置は、
前記交流電流センサによって検出された交流電流と同期するパルス信号を生成するパルス信号生成部と、
前記パルス信号のパルス数をカウントするカウンタとをさらに備え、
前記判定部は、前記交流電流センサによって検出された交流電流の大きさが所定の基準値を超え、かつ前記パルス信号の周期が前記電力系統の基本波の周期の半分であり、かつ前記パルス信号のパルス数が所定数を超えた場合に漏電と判定する、請求項５に記載の直流回路の漏電検出装置。
【請求項１８】
前記漏電検出装置は、
前記交流電流センサによって検出された交流電流と同期するパルス信号を生成するパルス信号生成部と、
前記パルス信号のパルス数をカウントするカウンタとをさらに備え、
前記判定部は、前記交流電流センサによって検出された交流電流の大きさが所定の基準値を超え、かつ前記パルス信号の周期が前記電力系統の基本波の周期の１／３であり、かつ前記パルス信号のパルス数が所定数を超えた場合に漏電と判定する、請求項７または８に記載の直流回路の漏電検出装置。
【請求項１９】
前記直流回路の配電線路は、
前記電力変換器に接続された直流母線と、
前記直流母線から分岐された複数の直流回線とを含み、
前記漏電検出装置は、前記複数の直流回線の各々に設けられ、
前記判定部は、対応の交流電流センサによって検出された交流電流に基づいて、対応の直流回線の漏電の有無を判定する、請求項２または３に記載の直流回路の漏電検出装置。
【請求項２０】
交流回路に電力変換器を介して接続された直流回路の漏電検出方法であって、
前記交流回路は、２次側が接地された変圧器を介して上位の電力系統と接続され、
前記変圧器と前記直流回路の想定される地絡事故点との間の電流経路のいずれかの箇所における交流電流を検出するステップと、
前記検出された交流電流のうち、前記電力変換器の変換動作によって前記直流回路側に生じる交流電圧の周波数と同じ周波数の電流成分に基づいて前記直流回路の漏電の有無を判定するステップとを備えた直流回路の漏電検出方法。
【請求項１】
交流回路に電力変換器を介して接続された直流回路の漏電検出装置であって、
前記交流回路は、２次側が接地された変圧器を介して上位の電力系統と接続され、
前記変圧器と前記直流回路の想定される地絡事故点との間の電流経路のいずれかの箇所に設けられた交流電流センサと、
前記交流電流センサによって検出された交流電流のうち、前記電力変換器の変換動作によって前記直流回路側に生じる交流電圧の周波数と同じ周波数の電流成分に基づいて前記直流回路の漏電の有無を判定する判定部とを備えた直流回路の漏電検出装置。
【請求項２】
前記交流電流センサは、前記直流回路の配電線路に設けられた零相変流器である、請求項１に記載の直流回路の漏電検出装置。
【請求項３】
前記交流電流センサは、前記直流回路の配電線路の各相に設けられた変流器である、請求項１に記載の直流回路の漏電検出装置。
【請求項４】
前記交流電流センサは、前記交流回路の配電線路に設けられた零相変流器である、請求項１に記載の直流回路の漏電検出装置。
【請求項５】
前記交流回路の配電線路は、中性点が接地された単相３線式であり、
前記電流成分は、前記電力系統の基本波に対する２ｎ調波（ｎは１以上の整数）の電流である、請求項２〜４のいずれか１項に記載の直流回路の漏電検出装置。
【請求項６】
前記交流回路の配電線路は、一相が接地された単相２線式であり、
前記電流成分は、前記電力系統の基本波の電流である、請求項２または３に記載の直流回路の漏電検出装置。
【請求項７】
前記交流回路の配電線路は、中性点が接地されたＹ結線三相３線式または４線式であり、
前記電流成分は、前記電力系統の基本波に対する３ｎ調波（ｎは１以上の整数）の電流である、請求項２〜４のいずれか１項に記載の直流回路の漏電検出装置。
【請求項８】
前記交流回路の配電線路は、電灯動力共用変圧器の中性点が接地されたＶ結線三相４線式であり、
前記電力変換器は、前記交流回路の配電線路を介して三相交流電力を受け、
前記電流成分は、前記電力系統の基本波に対する３ｎ調波（ｎは１以上の整数）の電流である、請求項２〜４のいずれか１項に記載の直流回路の漏電検出装置。
【請求項９】
前記交流回路の配電線路は、一相が接地されたΔ結線三相３線式であり、
前記電流成分は、前記電力系統の基本波の電流である、請求項２または３に記載の直流回路の漏電検出装置。
【請求項１０】
前記電力変換器は、パルス幅変調によって直流電力と交流電力とを相互に変換し、
前記電流成分は、前記パルス幅変調に用いる搬送波の周波数を有する、請求項２〜４のいずれか１項に記載の直流回路の漏電検出装置。
【請求項１１】
前記漏電検出装置は、前記交流電流センサによって検出された交流電流のうち、前記電流成分を取り出すバンドパスフィルタをさらに備え、
前記判定部は、前記バンドパスフィルタの出力に基づいて前記直流回路の漏電の有無を判定する、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の漏電検出装置。
【請求項１２】
前記漏電検出装置は、前記交流電流センサによって検出された交流電流のうち、前記電流成分を通過させかつ前記電力系統の基本波成分を取除くハイパスフィルタをさらに備え、
前記判定部は、前記ハイパスフィルタの出力に基づいて前記直流回路の漏電の有無を判定する、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の漏電検出装置。
【請求項１３】
前記判定部は、前記電流成分の大きさが所定の基準値を超えた場合に漏電と判定する、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の直流回路の漏電検出装置。
【請求項１４】
前記判定部は、前記電流成分の大きさが所定の基準値を超えた状態が所定の時間継続した場合に漏電と判定する、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の直流回路の漏電検出装置。
【請求項１５】
前記漏電検出装置は、前記交流電流センサによって検出された交流電流と同期するパルス信号を生成するパルス信号生成部をさらに備え、
前記判定部は、前記交流電流センサによって検出された交流電流の大きさが所定の基準値を超え、かつ前記パルス信号の周期が前記電力系統の基本波の周期の半分である場合に漏電と判定する、請求項５に記載の直流回路の漏電検出装置。
【請求項１６】
前記漏電検出装置は、前記交流電流センサによって検出された交流電流と同期するパルス信号を生成するパルス信号生成部をさらに備え、
前記判定部は、前記交流電流センサによって検出された交流電流の大きさが所定の基準値を超え、かつ前記パルス信号の周期が前記電力系統の基本波の周期の１／３である場合に漏電と判定する、請求項７または８に記載の直流回路の漏電検出装置。
【請求項１７】
前記漏電検出装置は、
前記交流電流センサによって検出された交流電流と同期するパルス信号を生成するパルス信号生成部と、
前記パルス信号のパルス数をカウントするカウンタとをさらに備え、
前記判定部は、前記交流電流センサによって検出された交流電流の大きさが所定の基準値を超え、かつ前記パルス信号の周期が前記電力系統の基本波の周期の半分であり、かつ前記パルス信号のパルス数が所定数を超えた場合に漏電と判定する、請求項５に記載の直流回路の漏電検出装置。
【請求項１８】
前記漏電検出装置は、
前記交流電流センサによって検出された交流電流と同期するパルス信号を生成するパルス信号生成部と、
前記パルス信号のパルス数をカウントするカウンタとをさらに備え、
前記判定部は、前記交流電流センサによって検出された交流電流の大きさが所定の基準値を超え、かつ前記パルス信号の周期が前記電力系統の基本波の周期の１／３であり、かつ前記パルス信号のパルス数が所定数を超えた場合に漏電と判定する、請求項７または８に記載の直流回路の漏電検出装置。
【請求項１９】
前記直流回路の配電線路は、
前記電力変換器に接続された直流母線と、
前記直流母線から分岐された複数の直流回線とを含み、
前記漏電検出装置は、前記複数の直流回線の各々に設けられ、
前記判定部は、対応の交流電流センサによって検出された交流電流に基づいて、対応の直流回線の漏電の有無を判定する、請求項２または３に記載の直流回路の漏電検出装置。
【請求項２０】
交流回路に電力変換器を介して接続された直流回路の漏電検出方法であって、
前記交流回路は、２次側が接地された変圧器を介して上位の電力系統と接続され、
前記変圧器と前記直流回路の想定される地絡事故点との間の電流経路のいずれかの箇所における交流電流を検出するステップと、
前記検出された交流電流のうち、前記電力変換器の変換動作によって前記直流回路側に生じる交流電圧の周波数と同じ周波数の電流成分に基づいて前記直流回路の漏電の有無を判定するステップとを備えた直流回路の漏電検出方法。
【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】
【公開番号】特開２０１１−１９６７２９（Ｐ２０１１−１９６７２９Ａ）
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６１７２５（Ｐ２０１０−６１７２５）
【出願日】平成２２年３月１８日（２０１０．３．１８）
【出願人】（０００１５６９３８）関西電力株式会社 (1,442)
【出願人】（０００２１４５６０）長谷川電機工業株式会社 (25)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１８日（２０１０．３．１８）
【出願人】（０００１５６９３８）関西電力株式会社 (1,442)
【出願人】（０００２１４５６０）長谷川電機工業株式会社 (25)
【Ｆターム（参考）】
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