給電系統における漏洩電流測定装置及び漏洩電流測定方法
【課題】交流／直流変換装置から導出される直流給電線、直流装置や負荷装置の電圧印加部分と接地部分間の絶縁抵抗を通じて流れる故障電流と対地静電容量を通じて流れる漏洩電流を正確に測定する。
【解決手段】処理演算部１６は、交流給電線２の線間電圧、零相変流器９が給電電源から交流／直流変換装置３、直流給電線４から負荷装置５へ流れる電流のベクトル和として検出した零相電流Ｉ0を分流器１０により分流した交流電流Ｉａｏを信号処理し、入力電圧と交流電流Ｉａｏとの位相差を計測する信号処理部１３と、演算部１４を備える。演算部は、交流電流Ｉａｏの入力電圧に対する位相角θを演算し、位相角θと交流電流Ｉａｏの値とから入力電圧に対する有効成分Ａと無効成分Ｂを算出し、その実効値から、対地漏洩コンダクタンス７を経由して流れる各電流の絶対値の合計の故障電流Ｉｇｒの値及び対地静電容量６を経由して流れる漏洩電流Ｉｇｃを演算する。
【解決手段】処理演算部１６は、交流給電線２の線間電圧、零相変流器９が給電電源から交流／直流変換装置３、直流給電線４から負荷装置５へ流れる電流のベクトル和として検出した零相電流Ｉ0を分流器１０により分流した交流電流Ｉａｏを信号処理し、入力電圧と交流電流Ｉａｏとの位相差を計測する信号処理部１３と、演算部１４を備える。演算部は、交流電流Ｉａｏの入力電圧に対する位相角θを演算し、位相角θと交流電流Ｉａｏの値とから入力電圧に対する有効成分Ａと無効成分Ｂを算出し、その実効値から、対地漏洩コンダクタンス７を経由して流れる各電流の絶対値の合計の故障電流Ｉｇｒの値及び対地静電容量６を経由して流れる漏洩電流Ｉｇｃを演算する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ある一定の区域に設置された空調機器や照明機器等のエネルギー変換装置と、このエネルギー変換装置にエネルギーを供給する発電機器やコゼネレーシヨン機器等のエネルギー供給装置と、このエネルギー供給装置から供給されるエネルギーを蓄積し更には蓄積されたエネルギーの供給を行うエネルギー貯留供給装置及び電気自動車の充放電端末等のエネルギー受給装置をを一括連携する給電装置の電圧印加部分から接地部分へ流れる漏洩電流を測定する漏洩電流測定装置及び漏洩電流測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、人が居住する住居、人の働くビルデングなどの建物、これら住居や建物を含む複合体から構成される地域などの一定の区域内に配置された空調機器や照明機器等の電気熱負荷に、この区域内に設置した発電機器やコゼネレーシヨン機器を含むエネルギー供給装置から電力や熱を供給するようにしたエネルギー供給システムが用いられている。
【０００３】
この種のエネルギー供給システムにおいては、エネルギー供給装置により生成されるエネルギーを蓄積する蓄電蓄熱手段を設け、電気熱負荷により消費されない余分のエネルギーを蓄電蓄熱手段に蓄積しておき、必要に応じて蓄電蓄熱手段に蓄積されたエネルギーを電気熱負荷に供給することにより、エネルギー供給装置で生成されるエネルギーの有効利用を図るようにしたものが提案され、用いられている。
【０００４】
また、エネルギー供給システムに商用電源を接続することにより、エネルギー変換機器の特性に応じてエネルギー供給装置から供給されるエネルギーと商用電源を選択して供給することにより、エネルギーコストの削減を図るようにしたシステムも用いられている。
【０００５】
そして、エネルギー供給システムに商用電源を接続することにより、エネルギー供給装置により生成される電力の余分を電力会社に販売し、エネルギー供給装置の運転コストの削減を図るようにしたシステムも用いられている。
【０００６】
最近では、上述したようなエネルギー供給システムを構成する電気熱負荷及びこの電気熱負荷にエネルギーを供給するエネルギー供給装置、更には蓄電蓄熱手段を含む各装置を給電線と情報ラインとにより一括連携して制御することにより、一定の区域全体のエネルギーの受給の最適化を実現するようにしたいわゆるスマートハウス、スマートビル、あるいはスマートグリットと称されるシステム（以下、総称してスマートグリットという。）が提案されている。
【０００７】
上述したエネルギー供給システムにおいて、エネルギー供給装置から電源が供給される給電線には交流方式が広く用いられるが、発電機器を構成する太陽光発電や燃料電池の発電は直流により行われ、電気熱負荷であるＬＥＤ電灯等は直流電流で駆動される。また、蓄電池への蓄電は、直流で行われる。そのため、交流電流が供給される給電線と直流駆動する機器とを接続するために、交流／直流変換装置又は直流／交流変換装置を接続する必要がある。この変換装置は、多数のダイオードやスイッチング素子を備え、これらの素子を含む変換装置の変換損失が大きな問題になっている。この交流電流と直流電流との変換損失を減らし、また、近年急激に増加している直流で駆動される電気自動車の充放電端末を充電放電スタンドに直接接続するため、更にはスマートグリットを構成するエネルギー変換機器を含む各構成要素に直接給電するため、直流給電方式に加えて、交流及び直流いずれの電流での給電を可能にしたハイブリッド給電方式が増加する傾向にある。
【０００８】
ところで、従来、電路及び電気機器の絶縁状態を調べる方法として、被測定部分を停電させて、絶縁抵抗計で絶縁抵抗を測定する方法が広く用いられている。このような方法は、情報処理用の機器を含む多様な機器を構成要素に含むスマートグリットや連続操業が要求される工場等のように停電が許されないシステムに適用することができない。
【０００９】
特に、交流から変換された直流が給電される直流給電線には、交流駆動される交流機器や電力会社の交流電源との接続のためのインバータやコンバーターなどのダイオードやスイッチング素子（以下、スイッチング素子等という。）が多く接続される可能性がある。このような電気系統において、絶縁抵抗中を流れる故障電流を測定する場合には、この系統を構成するスイッチング素子等を、絶縁抵抗の測定時に印加される高電圧から保護するため、これらスイッチング素子等の部分を切り離して測定する必要があり、停電手続きや、その結線の開放、再接続などに多くの手間と時間とを必要としている。
【００１０】
そこで、交流給電方式を採用したスマートグリットを停電させることなく、活線のまま給電線及び装置の絶縁状態を調べる技術が提案され、用いられている。この種の技術として、零相変流器を用いて、交流電路及び負荷装置の電圧印加部分から接地部分へ流れる電流である零相電流Ｉ0を、零相変流器と電流センサーとを組み合わせて検知するようにしたものがある。この零相変流器によって検出される零相電流Ｉ0は、電路及び負荷装置の電圧印加部分と接地部分間の絶縁抵抗を介して流れる漏洩電流Ｉｇｒ（以下、この電流を故障電流Ｉｇｒという。）と、この電圧印加部分と接地部分間に存在する対地静電容量を介して流れる漏洩電流Ｉｇｃ（以下、この電流を漏洩電流Ｉｇｃという。）とのベクトル和で構成されている。
【００１１】
これらの技術のうち、現在実用化されている２００Ｖ級三相３線のうちの１線が接地されている給電方式（以下、Δ方式という。）での故障電流Ｉｇｒを測定する技術は、この給電方式及び単相給電方式の計測は可能であるが、直流給電系統やそれから給電されている装置や、スイッチング素子等が使用されている装置、更には系統の計測は困難とされている。
【００１２】
また、直流装置とそれに給電する直流給電線は、直流電流センサーを用いて直流の故障電流Ｉｇｒを検出しているが、これの計測のために正極と負極又は交流側の給電線を一括した零相変流器を通じて計測するため、万一、正極と負極が同時に漏電を起こしたときには正極及び負極の故障電流Ｉｇｒが互いに打ち消しあい、正常な故障電流値Ｉｇｒの計測が困難となる。
【００１３】
また、スマートグリットに連携する電力会社などの給電用変圧器の結線方式とその端子の接地方式、給電用変圧器から導出される給電線の方式によっては、その直流給電線の対地直流電圧に交流電圧が重畳することがあり、直流センサーを用いた故障電流Ｉｇｒの検出が困難であり、特に近年ヨーロッパ規格として制定されている電圧印加部分と接地部分間に通常存在する対地静電容量を介して流れる漏洩電流Ｉｇｃの検出が困難である。
【００１４】
また、海外などで標準給電方式として広く用いられている２線のうち１線が接地してある単相給電線と直流電圧を発生する太陽光発電素子とを連携するパワーコンデイショナー装置には、単相給電線に挿入された零相変流器によって零相電流を検出し、その波形を処理して、故障電流Ｉｇｒと漏洩電流Ｉｇｃを検出する方法が提案されている。しかし、この方法では、正極故障電流と負極故障電流との差が故障電流Ｉｇｒとして検出されるため、正極と負極が同時に故障したときには過小な故障電流Ｉｇｒを検出し、また直流電流に交流電流が重畳しているため特殊なセンサーを必要とし、信号の処理工程も複雑となるばかりか、スイッチング素子等による高調波電圧などの影響によって測定精度が劣る問題点がある。
【００１５】
なお、この種の漏洩電流計測の先行技術として、特開２００８−１７０３３０号公報（特許文献１）に記載されるものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００８−１７０３３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
上述したような実情に鑑み、本発明は、電力会社などの給電線に１箇所で連携したスマートグリットの直流給電線、この直流給電線に接続された直流駆動される直流装置やスイッチング素子等を経由する交流電流で駆動される負荷装置、給電装置、発電装置、コゼネレーシヨン装置などの電圧印加部分から接地部分へ対地絶縁抵抗を通じて流れる漏洩電流Ｉｇｒ（以下、故障電流Ｉｇｒという。）と、電圧印加部分と接地部分間に通常存在する対地静電容量を介して流れる漏洩電流Ｉｇｃ（以下、漏洩電流Ｉｇｃという。）と、故障電流Iｇｒと漏洩電流Iｇｃとの合成電流である零相電流Ｉ0（以下、零相電流Ｉ0という。）とを運転状態のままで検出することができる漏洩電流測定装置及びその測定方法を提供することを目的とする。
【００１８】
そして、本発明は、スマートグリットに連携する電力会社等の商用電源を供給する給電用変圧器の結線方式とその端子の接地方式、それに給電用変圧器から導出される給電線の方式とによって、その直流給電線の対地直流電圧に交流電圧が重畳することがあり、この対地直流電圧に交流電圧が重畳している際に、直流給電線及び直流給電線に接続された直流装置及びスイッチング素子等を経由する交流電流で動作する各種の交流装置に発生する故障電流Ｉｇｒと漏洩電流Ｉｇｃとを運転状態のまま検出する装置及び方法を提供することを目的とする。
【００１９】
また、本発明は、直流電流と交流電流とが重畳している故障電流Ｉｇｒの実効値を検出する装置及び方法を提供することを目的とする。
【００２０】
更に、本発明は、正極及び負極が同時に漏電を起こしたときに、正極及び負極各々の故障電流の絶対値を合計した故障電流の合計電流を検出する漏洩電流測定装置及びその測定方法を提供することを目的とする。
【００２１】
そして、本発明においては、スマートグリットと連携する電力会社等の給電用変圧器の結線方式とその端子の接地方式、それに給電用変圧器から導出される給電線の方式とによって対地直流電圧に重畳している交流電圧の大きさや位相などの状態が異なり、且つその状態は理論的に明確なものであるので、上述した各々の方式についての漏洩電流測定装置及びその測定方法を提供することを目的とする。
【００２２】
また、直流給電線に接続されたスイッチング素子等を経由する交流の負荷装置、給電装置、発電装置、コゼネレーシヨン装置などは、そのスイッチング素子等の作動時に対地電圧に多くの高調波電圧を発生させるため、測定時これら対地電圧の入力は誤差増大の原因となる。
【００２３】
そこで、本発明は、給電用変圧器から導出される給電線の波形が安定している線間電圧のみを入力する方式を採用し、電力会社などの交流給電線からスマートグリットの直流給電線やそれに接続された種々の装置から大地へ漏洩し、大地から電力会社などの給電変圧器端子の接地線へと貫流する漏洩電流を、その貫流するいずれの部分でも計測が可能な漏洩電流測定装置及び測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上述したような課題を解決するため本発明は、電力会社などがスマートグリットへ給電するさいに設置する給電変圧器の低電圧側巻線である二次側巻線から導出された交流給電線部分又は漏洩電流が貫流する部分に漏洩電流測定装置を設置し、交流給電線に接続された交流／直流変換装置の直流給電端子から導出された直流給電線に接続される太陽光発電装置や燃料電池などの発電装置、ＬＥＤ照明装置、電気自動車の充電放電端子、蓄電池などの直流装置、更には、スイッチング素子等を経由して接続される交流電動機や交流駆動機器などの交流負荷装置、風力発電装置等の交流発電装置、コゼネレーシヨン装置などの対地漏洩電流を測定し、この電流と入力した交流給電線の線間電圧とを対比することによって、故障電流Ｉｇｒ、漏洩電流Ｉｇｃを導出し、零相電流Ｉ0を演算する。
【００２５】
ところで、交流電流の給電は、単相又は三相の給電線を介して行われる。そして、交流で給電される電流は、交流／直流変換装置により直流に変換され、直流で駆動される各種の直流機器や直流装置、更には直流給電される給電端子に給電される。これら直流機器や直流装置、更には給電端子は、交流／直流変換装置から導出される正極及び負極の直流給電線に接続される。したがって、交流給電線と直流給電線とは、交流／直流変換装置の半導体素子を介して接続されている。そして、上記給電方式では、給電用変圧器の結線方式とその端子の接地方式とによっては、２本又は３本の交流給電線の電圧の中心点である電気的中性点の対地電圧が０でない場合がある。ここに、電気的中性点は、単相給電では２本の交流給電線電圧差の中心点になり、ベクトルで示すときに２本の給電線電圧差ベクトルの０．５倍のベクトル先端の点になり、三相の給電方式では３本の交流給電線電圧の中心点になり、ベクトルで示すときに３本の交流給電線電圧差ベクトルで描かれる三角形の重心になる。
【００２６】
一方、これらの交流給電線に、スイッチング素子等を経由して接続されている直流給電線の電気的中性点は、２本の直流給電線電圧差の中心点となり、この直流給電線と交流給電線とは、電気的に対称に配置されたスイッチング素子等を経由して接続されているので、両者の電気的中性点は一致する。ここで、交流給電線電気的中性点の対地交流電圧をＥｏとするとき（以下、この電圧Ｅｏを重畳電圧Ｅｏという。）は、この重畳電圧Ｅｏが直流給電線電圧に重畳する。
【００２７】
上述の直流給電電圧に重畳電圧Ｅｏが重畳する給電用変圧器の結線方式と、その端子の接地方式と、更に給電用変圧器から導出される給電線の方式の一例として挙げられる一般家庭に引き込まれた線間電圧Ｅが１０５Vの交流単相給電線は、給電用単相変圧器の二次側巻線の中点が接地してある１０５V巻線と接地中点と１０５V巻線から構成される単相３線式給電用変圧器（以下単三方式という）の接地中点端子と他のいずれかの端子に接続されている。そして、１０５Vの交流単相給電線は、２本の給電線うちの１本が接地された０電位で、他の１本の対地電圧が１０５Vとなり、この電圧の半分の０．５Eにあたる対地電圧５２．５Vの点が１０５Vの交流単相給電線の電気的中性点の対地電圧となり、この対地電圧５２．５Vが重畳電圧Ｅｏの値となる。
【００２８】
このときの直流給電最大電圧は、実効値である交流給電電圧Ｅの波高値であるこの電圧Ｅの√２倍に相当する１４８Vになるので、この直流給電最大電圧の中点にあたる電気的中性点に対しては正極線が直流給電最大電圧の０．５倍である＋７４Vであり、負極線が−７４Vであり、交流給電線電気的中性点がこの直流給電線電気的中性点に一致するので、直流給電線の両極線に重畳電圧Ｅｏである５２．５Vの対地交流電圧が重畳する。
【００２９】
給電線２本のうちの１本が接地された単相交流給電線の線間電圧をＥとするとき、直流給電線の最大電圧は、この線間電圧Ｅの√２倍であり、直流電気的中性点に対する正極線、負極線の電圧は、それぞれ直流給電線の最大電圧の＋０．５倍、−０．５倍にあたる線間電圧Ｅの＋０．５√２倍、−０．５√２倍となり、この両極線に線間電圧Ｅの０．５倍の重畳電圧Ｅｏも同時に印加される。このように、これらの線間電圧Ｅと重畳電圧Ｅｏは、給電用変圧器の結線方式とその端子の接地方式、それに給電用変圧器から導出される給電線の方式による一定の関係を保っている。本発明は、これらの関係を利用して上述した技術課題を解決し得る漏洩電流測定装置及び測定方法を構成したものである。
【００３０】
更に、上述したような技術課題を解決するために提案される本発明に係る漏洩電流測定装置及び測定方法では、線間電圧Ｅの単相又は３相交流給電線の電気的中性点の対地電圧である重畳電圧Ｅｏの存在が必要である。この重畳電圧Ｅｏは、交流給電線の線間電圧Ｅのｍ倍になり、この倍数ｍ及び両電圧Ｅ，Ｅｏの位相差は、給電用変圧器結線方式とその端子の接地方式それに給電用変圧器から導出される給電線の方式から定まる。
【００３１】
そして、交流給電線にはスイッチング素子等で構成される交流／直流変換装置が接続され、この変換装置から導出される直流給電線の線間電圧Ｅｄは最大値で交流給電線の線間電圧Ｅの√２倍で、直流給電線の電気的中性点に対する正、負極線の各直流電圧Ｅｐ，Ｅｎは、それぞれ直流給電線の線間電圧Ｅｄの＋０．５倍、−０．５倍に相当し、正極線の直流電圧Ｅｐは交流給電線線間電圧Ｅの＋０．５√２倍、負極線の直流電圧Ｅｎは交流給電線線間電圧Ｅの−０．５√２となり、これら正、負極線に交流の重畳電圧であるＥｏが重畳する。なお、この直流給電線の線間電圧Ｅｄは、故障電流の最大状態を算出するため、交流給電線線間電圧Ｅの√２倍とする。
【００３２】
以上のように、直流給電線電圧Ｅｄ及び重畳電圧Ｅｏは、いずれも交流給電線の線間電圧Ｅによって決まる。直流給電線及びそれに接続された各装置の正極、負極には対地直流電圧Ｅｐ，Ｅｎが印加され、両極にはそれら直流電圧に交流重畳電圧Ｅｏが重畳して印加される。
【００３３】
このときの対地漏洩電流を求める方法として、交流重畳電圧Ｅｏのみ印加した交流対地漏洩電流（以下、交流重畳電流という。）と、対地直流電圧Ｅｐ，Ｅｎを印加したときに正極、負極からの対地漏洩電流である直流故障電流とを求め、その後重畳の理を用いて両電流を重畳するのが一般的な方法であるが、直流故障電流は、漏洩電流Ｉｇｃを含まず、前述したように、正極故障電流と負極故障電流との差が直流故障電流として検出されるので、正極と負極とが同時故障したときには過小な電流を故障電流として検出するという致命的な問題点がある。
【００３４】
これに対し交流重畳電流は、重畳の理によって、正極、負極に同時に交流重畳電圧Ｅｏを印加するとして計算するので、交流重畳電流には正極漏洩電流と負極漏洩電流の和としての漏洩電流Ｉｇｃと、正極故障電流と負極故障電流の絶対値の和とした故障電流とをベクトル的に合計したものになる。
【００３５】
そして、交流重畳電流と交流給電線の線間電圧Ｅとの位相を比較することにより、上記交流重畳電流から、上記漏洩電流Ｉｇｃと上記故障電流Ｉｇｒの値を求めることができる。
【００３６】
さらに前述のように、交流給電線の線間電圧Ｅと重畳電圧Ｅｏ、直流給電線電圧Ｅｄ、さらには正極、負極の対地直流電圧Ｅｐ，Ｅｎの関係が明らかにされており、この関係を利用して、交流重畳電流から求めた故障電流Ｉｇｒの値から、正極、負極にそれぞれ対地直流電圧Ｅｐ，Ｅｎを印加した場合の正極故障電流と負極故障電流の絶対値の和である直流故障電流の値を算出することができる。
【００３７】
上述の直流故障電流算出値の二乗と前述の交流重畳電流から求めた故障電流の二乗とを加算、開平すれば実効値として重畳させた故障電流Ｉｇｒを求めることができる。
【００３８】
この故障電流Ｉｇｒの二乗と上記漏洩電流Ｉｇｃの二乗とを加算、開平すればベクトル和としての零相電流Ｉ0の実効値を求めることができる。
【００３９】
また、単相又は三相交流給電線又は正極及び負極の直流給電線を一括した合計電流である零相電流Ｉ0は、零相変流器によって検出されるが、この零相電流Ｉ0は正極、負極の対地直流電圧Ｅｐ，Ｅｎによる直流故障電流に交流重畳電流が重畳されており、前述のように、計測が必要である交流重畳電流は零相電流Ｉ0から交流フイルタによって分離することができる。
【００４０】
次に、以上述べた手段の妥当性について、数式を用いて理論的に説明する。
【００４１】
さて、直流給電線には各種の直流装置若しくは設備が接続される他、スイッチング素子等で構成される直流／交流変換装置を経由して交流装置若しくは設備が接続されているが、これらの装置若しくは設備はスイッチング素子等を経由して電気的に直流給電線に接続されているので、これら直流給電線に接続された装置と直流給電線とを合計しての正極線、負極線の対地絶縁コンダクタンスをそれぞれＧｐ，Ｇｎとし、対地静電容量をそれぞれＣｐ，Ｃｎとする。
【００４２】
この対地絶縁コンダクタンスＧｐ，Ｇｎ、対地静電容量Ｃｐ，Ｃｎには、前述した正、負極線直流電圧と交流の重畳電圧とが印加されるので、対地漏洩電流Ｉｇｃを求めるに当たっては、重畳の理によって、直流電流と交流電流とを別に計算し、次いで重畳の計算を行う。
【００４３】
交流については、交流重畳電圧Ｅｏが印加され、交流重畳電流が流れる。対地絶縁コンダクタンスＧｐ，Ｇｎに流れる交流重畳電流をそれぞれＩｇｐ，Ｉｇｎとし、対地静電容量Ｃｐ，Ｃｎに流れる交流重畳電流をそれぞれＩｃｐ，Ｉｃｎとすると、ＩｇｐはＥｏＧｐ、ＩｇｎはＥｏＧｎ、Ｅｏの角周波数をωとしてベクトル記号法で表すと、ＩｃｐはｊωＣｐＥｏ、ＩｃｎはｊωＣｎＥｏとなる。従って、交流重畳電圧Ｅｏに起因する交流重畳電流をＩａｏとすると、Ｉａｏは、Ｉｃｐ，Ｉｃｎ，ＩｇｐそれにＩｇｎのベクトル和になり、下記の式１のように示すことができる。
【００４４】
Ｉａｏ＝（Ｇｐ＋Ｇｎ）Ｅｏ＋ｊω（Ｃｐ＋Ｃｎ）Ｅｏ ・・・（１）
直流については、対地漏洩電流が直流故障電流となり、対地絶縁コンダクタンスＧｐ，Ｇｎに流れる直流故障電流をそれぞれＩｄｐ，Ｉｄｎとすると、ＩｄｐはＥｐＧｐ，ＩｄｎはEｎGｎとなり、また直流電圧Eｐ，Eｎに起因する直流故障電流をＩｄｏとすると、ＩｄｏはＩｄｐとＩｄｎの和になり、前述した交流給電線線間電圧がＥのとき、Ｅｐは＋０．５√２Ｅ、Ｅｎは−０．５√２Ｅとなる関係から、下記の式２のように示すことができる。
【００４５】
Ｉｄｏ＝０．５√２（Ｇｐ−Ｇｎ）Ｅ ・・・（２）
直流給電線の正極線（以下、ｐ相という。）及び負極線（以下、ｎ相という。）のいずれかに故障電流が発生した場合は、上記式１、式２による検出が可能であるが、ｐ相とｎ相に、同時に故障電流が発生したときは、式２ではその差の電流しか検出できない。特に、ｐ相及びｎ相の故障電流が等しいときは検出が不可能となる。
【００４６】
ｐ相とｎ相に故障電流が同時に発生したときは、交流については上記式１の（Ｇｐ＋Ｇｎ）Ｅｏの検出が可能であるが、直流については式２から、０．５√２（Ｇｐ＋Ｇｎ）Eの値がｐ相とｎ相に同時に直流故障電流が発生したときの絶対値の合計値つまり直流電圧Ｅｄに起因する直流故障電流の値となる。
【００４７】
交流については式１の実数部分（Ｇｐ＋Ｇｎ）Ｅｏが交流重畳電流ＩａｏのＥｏとの同位相成分つまり交流重畳電流Ｉａｏの有効成分で、この値をＡとすれば、有効成分Ａが重畳電圧Ｅｏに起因する故障電流の値となる。
【００４８】
また、式１の虚数部分ω（Ｃｐ＋Ｃｎ）Ｅｏは、交流重畳電流Ｉａｏと重畳電圧Ｅｏとが直角の位相角の成分つまり交流重畳電流Ｉａｏの無効成分で、この値をＢとすれば、直流は定常的にはＣｐ，Ｃｎには流れないので、無効成分Ｂが、電圧印加部分と接地部分間に通常存在する対地静電容量を介して流れる漏洩電流Ｉｇｃの値となる。
【００４９】
有効成分Ａ及び無効成分Ｂは、交流重畳電流Ｉａｏの大きさと、この電流Ｉａｏと重畳電圧Ｅｏ若しくはＥｏと定まった位相角を持つ電圧、例えば交流給電線線間電圧Ｅとの間の位相角を測定することによって実測が可能である。また、前述の交流重畳電流Ｉａｏは零相変流器の出力電流である零相電流Ｉ0から交流フイルタによって分流することができる。
【００５０】
また、直流電圧と交流重畳電圧とが重畳する電圧印加部分と接地部分間の絶縁抵抗を介して流れる漏洩電流Ｉｇｒは、上述の交流の有効成分Ａの値の二乗値と、前述した直流故障電流である０．５√２（Ｇｐ＋Ｇｎ）Ｅの値の二乗値との和の平方根である実効値であり、且つ前述したように給電変圧器の結線方式とその端子の接地方式とそれに給電用変圧器から導出される給電線の方式によってきまる定数ｍのＥ倍が交流重畳電圧Ｅｏになるので、これらの関係から、故障電流に相当する電路及び負荷装置の電圧印加部分と接地部分間の絶縁抵抗を介して流れる漏洩電流Ｉｇｒは下記の式３によって求められ、電路及び負荷装置の電圧印加部分に存在する対地静電容量を介して流れる漏洩電流Ｉｇｃは下記の式４によって求められる。
【００５１】
Ｉｇｒ＝Ａ｛１＋１／（２ｍ2）｝1/2 ・・・（３）
Ｉｇｃ＝Ｂ ・・・（４）
また、交流電路及び交流負荷装置の電圧印加部分から接地部分へ流れる零相電流Ｉ0の値は、下記の式５によって求められる。
【００５２】
Ｉ0＝（Ｉｇｒ2＋Ｉｇｃ2）1/2 ・・・・・（５）
前述の位相比較の際に必要となる交流の電圧として、高調波成分を多く含み接地接続などに不安要素が多い重畳電圧Ｅｏの直接入力を避け、Ｅｏとある定まった位相角を保つ交流給電線の線間電圧Ｅを入力し、これと零相電流Ｉ0の交流分として含まれている交流重畳電流Ｉａｏとの位相差及び電流Ｉａｏの大きさとを測定することにより、故障電流Ｉｇｒ、漏洩電流Ｉｇｃ、零相電流Ｉ0の値を求めることができる。
【００５３】
以上の方法は重畳電圧Ｅｏの存在が必要で、重畳電圧Ｅｏが存在する給電変圧器の結線方式とその端子の接地方式を列挙すれば、単相で給電する場合には以下の方式がある。
（イ）最初にのべた、単相三線方式の接地中点端子と他のいずれかの端子とから給電する方式。
（ロ）ヨーロッパを初めとして全世界に普及している、三相給電変圧器の給電側巻線をＹ形に結線し、その中点を接地して、その電圧端子から３８０V〜４４０Vの三相を給電し、接地された中点と電圧端子とから交流線間電圧Eが２２０V〜２５４Vの単相を給電する３相４線式給電方式（以下Ｙ方式という）の接地点と電圧端子のいずれか１端子とから給電する単相給電方式。
（ハ）上記のＹ方式の３つある電圧端子のうちの２つの端子から、交流線間電圧Ｅが３８０V〜４４０Vの単相で給電する方式。
（ニ）三相３線のうちの１線が接地されている給電方式であるΔ方式の３つある端子の２つから単相で給電する方式。
【００５４】
そして、三相で給電する場合は、以下の方式がある。
（ホ）Δ方式の３つある端子で三相給電する方式。
（ヘ）単三変圧器にもう１台変圧器を追加したV結線方式（以下Ｖ方式という）による３相給電方式。
【００５５】
交流重畳電圧Ｅｏは給電線の線間電圧Ｅのｍ倍としている定数ｍの値は、給電線の線間電圧でベクトルを描くとき、その長さが給電線間電圧Ｅ、その重心と接地点との間隔が交流重畳電圧Ｅｏを表すので、前記（イ）の方式では、ｍは１／２となり、前記（ロ）の方式では、同様にｍは１／２となり、前記（ハ）の方式では正３角形の重心が接地点で線間電圧の中点までの距離がＥｏとなり、ｍは１／（２√３）、（ニ）２線のうち１線が接地されているときｍは１／２となり、前記（ホ）の方式では正３角形の重心が三相の電気的中性点で接地点である１つの頂点までの距離がＥｏとなり、ｍは１／√３となり、前記（ヘ）の方式では、正３角形の重心が三相の電気的中性点で接地点である線間電圧の中点までの距離がＥｏとなりｍは１／（２√３）となる。
【００５６】
以上説明した理論に基づいて具体化される本発明に係る漏洩電流測定装置及び測定方法は、給電変圧器から導出される単相給電線にあっては、その線間電圧Ｅを、三相給電線にあっては、三相の電圧端子をＲ，Ｓ，Ｔとし、Ｓ相が接地してあるΔ方式ではＲ相とＴ相と間の線間電圧ＥRTを、Ｒ相とＴ相との間の中点が接地してあるＶ方式ではＲ相とＴ相との間の線間電圧ＥRTを測定する電圧検出手段と、単相又は三相給電線若しくはこの給電線にスイッチング素子等で構成される直流／交流変換装置を経由して導出される直流給電線の各給電線をそれぞれ流れる合計電流である零相電流Ｉ0を検出する零相電流検出手段と、この零相電流検出手段によって検出された零相電流Ｉ0からその交流成分である交流重畳電流Ｉａｏを検出する交流重畳電流検出手段とを有し、上記電圧検出手段によって検出された上記線間電圧を基準電圧とし、この基準電圧と上記交流重畳電流との位相を比較する位相比較手段と、上記基準電圧に対して、上記交流重畳電流を同相の有効成分Ａと、これと直角の位相差を有する無効成分Ｂに分離して演算する演算手段を備える。
【００５７】
最初に、例えばＹ方式の接地された中点とある電圧点とから導出されるような、単相給電線２線のうち１線が接地されている給電方式にあっては、基準電圧である給電線線間電圧Ｅと、前述の重畳電圧Ｅｏとの位相は一致し、給電線線間電圧Ｅに対する重畳電圧Ｅｏの倍数ｍは１／２となるので、前記式３のｍに１／２を代入すると、直流電圧と交流重畳電圧とが重畳する電圧印加部分と接地部分間の絶縁抵抗を介して流れる漏洩電流である故障電流Ｉｇｒの値は有効成分Ａの√３倍となり、前記式４から電圧印加部分と接地部分間に通常存在する対地静電容量を介して流れる漏洩電流Ｉｇｃの値は無効成分Ｂの値となる。
【００５８】
ここで、漏洩電流Ｉｇｃの値は、全電圧印加部分と接地部分間の漏洩電流の合計値であり、故障電流Iｇｒの値は、全電圧印加部分と接地部分間の絶縁抵抗を介して流れる故障電流で、その直流成分は正極、負極故障電流の絶対値の合計値であり、交流成分とも重畳した故障電流の値となる。
【００５９】
次に、Y方式の３つある電圧端子のうちの２つの端子から単相で給電するとき、前述したようにｍは１／（２√３）、Ｓ相が接地してあるΔ方式にあってＲ相とＴ相から単相で給電するときもｍは１／（２√３）、Δ方式の３つある端子で三相での給電ではｍは１／√３、Ｖ方式によって三相で給電するときはｍは１／（２√３）となり、そして、いずれも基準電圧Ｅと前述の重畳電圧Ｅｏとの位相差が９０度となるので、上記基準電圧Ｅに対して、前記交流重畳電流Ｉａｏを同相の有効成分Ａと、これと直角の位相差を有する無効成分Ｂに分離したとき、漏洩電流Ｉｇｃの値が有効成分Ａの値となり、故障電流Ｉｇｒの値は、ｍが１／（２√３）のときは無効成分Ｂの√７倍に、ｍが１／√３のときは無効成分Ｂの√２．５倍の値となる。
【００６０】
以上のように、本発明に係る漏洩電流測定装置にあっては、零相電流Ｉ0からその交流成分である交流重畳電流Ｉａｏを検出し、入力された給電線線間電圧である基準電圧Ｅに対して交流重畳電流Ｉａｏの有効成分Ａの値とこれと直角の位相差を有する無効成分Ｂの値とを求めるための位相比較を行い、これらの値及び給電用変圧器結線方式とその端子の接地方式それに給電用変圧器から導出される給電線の方式から定まる交流給電線の線間電圧Eに対する重畳電圧Ｅｏの倍数ｍ及び両電圧の位相差に基づいて、前記故障電流Ｉｇｒの値及び電圧印加部分と接地部分間に通常存在する対地静電容量を介して流れる電流の合計値である漏洩電流Ｉｇｃの値、それに故障電流Ｉｇｒと漏洩電流Ｉｇｃとのベクトル和である零相電流Ｉ0の値を演算する演算手段とを備える。
【００６１】
ここで、上記演算手段は、より具体的には、入力された給電線の線間電圧である基準電圧Ｅに対して、基準電圧Ｅの電気的中性点の給電電源の接地点からの電圧である重畳電圧Ｅｏが基準電圧Ｅと、例えば一線が接地してある単相給電線のように同位相のとき、基準電圧Ｅに対して上記交流重畳電流Ｉａｏの同位相成分つまり有効成分の値をＡとし、これと直角の位相差を有する無効成分の値をＢとするとき、式Ａ｛１＋１／（２ｍ2）｝1/2の値を故障電流Ｉｇｒの値として演算し、無効成分Ｂの値を漏洩電流Ｉｇｃの値として演算する。これに対し基準電圧Ｅの位相と重畳電圧Ｅｏの位相差が９０度あるときは、式Ｂ｛１＋１／（２ｍ2）｝1/2の値を故障電流Ｉｇｒの値として演算し、交流重畳電流Ｉａｏの有効成分Ａの値を漏洩電流Ｉｇｃの値として演算する。またＩ0＝（Ｉｇｒ2＋Ｉｇｃ2）1/2の値を零相電流Ｉ0の値として演算する。
【００６２】
前述の基準電圧Ｅと重畳電圧Ｅｏの位相差及びｍの値は、給電用変圧器の結線方式とその端子の接地方式及び給電線の引出し方式とによって決まる。
【００６３】
本発明に係る漏洩電流測定装置は、更に表示手段を備え、上記演算手段によって演算された結果を上記表示手段に表示して告知することが望ましい。
【００６４】
さらに、本発明に係る漏洩電流測定装置は、警報手段を備え、上記演算手段において求められる上記故障電流Ｉｇｒの値が所定の値を超えたときに上記警報手段より警報を発することにより、故障電流Ｉｇｒの値が所定の値を超えたことを告知することができる。
【００６５】
さらにまた、本発明に係る漏洩電流測定装置は、さらに遮断手段を備えることにより、上記演算手段において求められる上記故障電流Ｉｇｒの値が所定の値を超えたときに上記遮断手段により電路を遮断することを可能とする。
【００６６】
また、本発明に係る漏洩電流測定方法は、給電変圧器から導出される単相給電線にあっては、その線間電圧Ｅを、三相給電線にあっては、三相の電圧端子をＲ，Ｓ，Ｔとし、Ｓ相が接地してあるΔ方式ではＲ相とＴ相間との線間電圧ＥRTを、Ｒ相とＴ相との間の中点が接地してあるＶ方式ではＲ相とＴ相との間の線間電圧ＥRTを測定する電圧検出工程と、単相又は三相給電線若しくはこの給電線にスイッチング素子等で構成される直流／交流変換装置を経由して導出される直流給電線各々の給電線を流れる合計電流である零相電流Ｉ0を検出する零相電流検出工程と、この零相電流検出工程によって検出された零相電流Ｉ0からその交流成分である交流重畳電流Ｉａｏを検出する交流重畳電流検出工程とを有し、上記電圧検出工程によって検出された上記線間電圧ＥRTを基準電圧とし、この基準電圧と上記交流重畳電流Ｉａｏとの位相を比較する位相比較工程と、上記基準電圧に対して、上記交流重畳電流Ｉａｏを同相の有効成分Ａと、これと直角の位相差を有する無効成分Ｂに分離した計測値を求め、これらの値及び給電用変圧器結線方式とその端子の接地方式それに給電用変圧器から導出される給電線の方式から定まる交流給電線線間電圧Ｅに対する重畳電圧Ｅｏの倍数ｍ及び両電圧の位相差に基づいて、前記故障電流Ｉｇｒの値及び電圧印加部分と接地部分間に通常存在する対地静電容量を介して流れる電流の合計値である漏洩電流Ｉｇｃの値、それに故障電流Ｉｇｒと漏洩電流Ｉｇｃとのベクトル和である零相電流Ｉ0の値を演算する演算工程とを備える。
【００６７】
そして、入力された給電線線間電圧である基準電圧Ｅに対して交流重畳電流Ｉａｏの有効成分Ａの値とこれと直角の位相差を有する無効成分Ｂの値とを求めるための位相比較が行われ、これらの値及び給電用変圧器結線方式とその端子の接地方式それに給電用変圧器から導出される給電線の方式から定まる交流給電線線間電圧Ｅに対する重畳電圧Ｅｏの倍数ｍ及び両電圧の位相差に基づいて、前記故障電流Ｉｇｒの値及び電圧印加部分と接地部分間に通常存在する対地静電容量を介して流れる電流の合計値である漏洩電流Ｉｇｃの値、それに故障電流Ｉｇｒと漏洩電流Ｉｇｃとのベクトル和である零相電流Ｉ0の演算が行われる。
【００６８】
ここで、上記演算工程は、より具体的には、入力された給電線の線間電圧である基準電圧Ｅに対して、基準電圧Ｅの電気的中性点の給電電源の接地点からの電圧である重畳電圧Ｅｏが基準電圧Ｅと、例えば一線が接地してある単相給電線のように同位相のとき、基準電圧Ｅに対して上記交流重畳電流Ｉａｏの有効成分の値をＡとし、これと直角の位相差を有する無効成分の値をＢとするとき、式Ａ｛１＋１／（２ｍ2）｝1/2の値を故障電流Ｉｇｒの値として演算し、無効成分Ｂの値を漏洩電流Ｉｇｃの値として演算する。これに対し基準電圧Ｅの位相と重畳電圧Ｅｏの位相差が９０度あるときは、式Ｂ｛１＋１／（２ｍ2）｝1/2の値を故障電流Ｉｇｒの値として演算し、Ａの値を漏洩電流Ｉｇｃの値として演算する。またＩ0＝（Ｉｇｒ2＋Ｉｇｃ2）1/2の値を零相電流Ｉ0の値として演算する。
【発明の効果】
【００６９】
上述したように、従来の装置又は方法にあっては、発電機器、コゼネレーシヨン機器等のエネルギー供給装置、これらエネルギー供給装置からエネルギーの供給を受ける空調機器、照明機器等のエネルギー変換装置や、蓄電池等のエネルギー貯留供給装置、電気自動車の充放電端末などのエネルギー受給装置などに給電する直流給電線及びこれに接続されている各装置並びに機器の電圧印加部分から接地部分へ流れる故障電流Ｉｇｒの検出に際して、正極故障電流と負極故障電流との差を故障電流Ｉｇｒとして検出していたため、正極負極同時故障の際は過小な故障電流Ｉｇｒを検出し、特に正極故障電流と負極故障電流の絶対値とが等しいときは検出が不可能になるなど、重大故障の一因になっていたが、本発明に係る装置及び方法では正極故障電流、負極故障電流の絶対値の和として故障電流Ｉｇｒの検出を可能にしているので、上述の各装置及び機器を含む全装置の絶縁監視を高い信頼性で可能となし、安全性を大きく向上することができる。
【００７０】
また、本発明は、警報手段を備えることにより、故障電流Ｉｇｒが異常状態になったことを音などの警報により告知することができるので、漏電による事故を未然に防止することができる。
【００７１】
更にまた、漏洩電流Ｉｇｃの検出も容易なため、上述したヨーロッパ規格の要求事項についても適応が可能であり、また、故障電流や漏洩電流の検出に際して直流微小電流を検出するための複雑高価な零相変流器や特殊なセンサーを用いる代わりに、標準的な交流零相変流器と電子回路での処理が可能となり、更に測定の際にスイッチング素子等による高調波電圧などの影響を受けやすい対地電圧の入力に代わって、安定した交流給電線の線間電圧を用いるなど、高い信頼性を有し、しかも安価で、全世界に適用が可能な漏洩電流測定装置及びその測定方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】変圧器の二次側巻線を星形に結線したＹ方式である三相星形給電方式の電源の接地相と電圧相の１つから導出された単相給電線に接続された変換装置から給電される直流給電線及びそれに接続される負荷装置、電源装置等の故障電流Ｉｇｒ及び漏洩電流Ｉｇｃの測定に本発明に係る漏洩電流測定装置を適用した構成例を示す概略系統図である。
【図２】図１に示すＹ方式の星形給電方式の電源における給電電圧Ｅとその電気的中性点Ｍａ、そのときの重畳電圧Ｅｏ、及び給電線がＲ相、Ｓ相から導出されたときの給電電圧Ｅｓとその電気的中性点Ｍｓ、そのときの重畳電圧Ｅｏｓの関係を示すベクトル図である。
【図３】単三方式電源の変圧器の二次側巻線の結線と接地の状態、給電線がＲ相と接地点Ｇから導出されたときの給電電圧Ｅ1とその電気的中性点Ｍ1の関係を示す図である。
【図４】単三方式給電方式の電源における給電電圧Ｅ1とその電気的中性点Ｍ1、そのときの重畳電圧Ｅｏ1の関係を示すベクトル図である。
【図５】Ｖ方式の電源の変圧器の二次側巻線の結線と接地の状態、給電線がＲ相、Ｓ相、Ｔ相の三相で導出されたときの給電電圧Ｅｖの関係を示す図である。
【図６】Ｖ方式の給電電源から三相で導出されたときの給電電圧Ｅｖと三相電位の重心であるその電気的中性点Ｍｖ、そのときの重畳電圧Ｅｏｖの関係を示すベクトル図である。
【図７】Δ方式電源の変圧器の二次側巻線の結線と接地の状態、給電線がＲ相Ｓ相Ｔ相の三相で導出されたときの給電電圧ＥDの関係を示す図である。
【図８】Δ方式の給電電源から三相で導出されたときの給電電圧ＥＤと三相電位の重心であるその電気的中性点ＭＤ、そのときの重畳電圧ＥｏＤの関係を示すベクトル図である。
【図９】本発明に係る漏れ電流測定装置を構成する信号処理部の詳細を示すブロック図である。
【図１０】零相電流Ｉ0の交流成分であるＩａｏ、基準電圧として入力される給電線線間電圧Ｅ，Ｅｓ、Ｅ1、線間電圧ＥＶ、ＥＤ、ＥＳＲ，ＥＳＴ、位相角θ、零相電流Ｉ0の交流成分であるＩａｏの有効成分Ａ、零相電流Ｉ0の交流成分であるＩａｏの無効成分Ｂの関係を示すベクトル図である。
【図１１】ある時点で位相差がθの入力電圧Ｅと零相電流Ｉ0の交流成分であるＩａｏの波形と、位相判定のためのゼロクロッシング回路の出力波形の関係を示す図である。
【図１２】基準電圧として入力される給電線線間電圧Ｅｓ、Ｅｖ、ＥＤと重畳電圧Ｅｏｓ、Ｅｏｖ，ＥｏＤとの位相角が９０度の場合の零相電流Ｉ0の交流成分であるＩａｏの有効成分Ａと、零相電流Ｉ0の交流成分であるＩａｏの無効成分Ｂの関係を示すベクトル図である。
【図１３】直流給電線及びそれに接続されている装置を本発明に係る漏れ電流測定装置で監視し、遮断器と警報器を制御する構成を備え、且つ分流器により零相電流Ｉ0及び零相電流Ｉ0の交流成分であるＩａｏを分流して信号処理部へ入力する本発明に係る漏洩電流測定装置を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００７３】
以下、本発明を適用した漏洩電流測定装置及びその測定方法の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００７４】
本発明に係る漏洩電流測定装置は、単相又は三相給電線の電気的中性点に対地交流電圧が存在する、例えば単相の２線のうちの１線が接地されている給電線に接続される直流給電系統に適用される。
【００７５】
そして、変圧器の二次側巻線１を星形に結線したＹ方式を採用した図１に示す給電方式において、二次側巻線１の接地相Ｇと電圧相Ｒ，Ｓ，Ｔの１つであるＲ相からそれぞれ導出された単相給電線２R，２Gに接続された交流／直流変換装置３と、この変換装置３から導出される直流給電線４の正極線４ｐと負極線４ｎには 直流で駆動され、あるいは直流で動作する各種の装置や負荷装置から構成される装置５が接続されている。
【００７６】
上述した装置５は、直流給電線４ｐ、４ｎに直接接続される太陽光発電装置や燃料電池などの発電装置、ＬＥＤ照明装置、電気自動車の充電放電端子、蓄電池などの直流で動作しあるいは駆動する直流装置若しくは設備や、スイッチング素子等を経由して接続される交流電動機により駆動される駆動機器などの交流負荷装置、風力発電機などの交流発電装置、コゼネレーシヨン装置などから構成されている。
【００７７】
変圧器の二次側巻線１の中点である接地端子Ｇは、接地線８を経由して接地点Ｇｏで接地されている。そして、接地端子Ｇと電圧端子Ｒ間の巻線１ａには、接地端子Ｇに対する電圧端子Ｒの電位である相電圧Ｅが発生し、この相電圧Ｅが交流給電線２の給電線２R，２Gの線間電圧Ｅとなる。これら電圧と各端子の関係を図２のベクトル図に示す。図２において、接地端子Ｇの電位と電圧端子Ｒとの電位差である図２中Ｅで示すベクトルの中間の電位点Ｍａを相電圧Ｅの電気的中性点といい、接地点Ｇから電気的中性点Ｍａまでの電圧を重畳電圧Ｅｏと称する。したがって、この場合のように単相給電線の１線が接地されているときは重畳電圧Ｅｏの値は、線間電圧Ｅの値の半分であるＥ／２となる。
【００７８】
また、図１に示す変圧器の星形に結線された二次側巻線１の端子Ｒと端子Ｓから導出される交流給電線電圧Ｅｓは、図２中Ｅｓで示す電圧ベクトルであり、この電圧ベクトルＥｓの中点Ｍｓが、交流給電線電圧Ｅｓの電気的中性点で、接地点Ｇに対する電気的中性点Ｍｓの電圧Ｅｏｓがこのときの重畳電圧となる。この重畳電圧Ｅｏｓの値は、図２に示すベクトル図から、給電線線間電圧Ｅｓの値の１／（２√３）の値となる。
【００７９】
また、交流給電線２には、給電線２R，２Gに供給される電流のベクトル和である零相電流Ｉ0を出力するための零相変流器９を備える。零相変流器９は、交流給電線２、直流給電線４、接地線８のような零相電流Ｉ0の通路であればいずれの位置にも設置可能である。さらに、零相電流Ｉ0には、直流電流に交流電流が重畳しており、測定の際に必要な交流電流分を分流するため、分流器１０を経由してその交流成分である交流電流Ｉａｏを抽出し信号処理部１３に入力する。また、給電線２R，２Gの線間電圧Ｅも、測定の際の基準電圧として信号処理部１３に入力する。
【００８０】
交流／直流変換装置３は、スイッチング素子等で構成され、交流端子Ｒ，Ｇに印加された交流電圧を直流電圧として直流端子Ｐ，Ｎに出力し、電流は交流側から直流側へ、又はその逆方向へも流すことができる。
【００８１】
交流／直流変換装置３の直流端子Ｐ，Ｎから直流給電線４ｐ，４ｎが導出され、その線間電圧はＥｄで示され、直流給電線４ｐ，４ｎの中間電圧点が電気的中性点Ｍｄとなる。すなわち、電気的中性点Ｍｄから直流給電線４ｐまでの電圧Ｅｐは、線間電圧Ｅｄの１／２となり、直流給電線４ｎから電気的中性点Ｍｄまでの電圧Ｅｎの負電圧も線間電圧Ｅｄの１／２となる。
【００８２】
また、交流／直流変換装置３の構成要素であるダイオード、サイリスタ等は、交流端子Ｒ，Ｇから直流端子Ｐ，Ｎの間の電流通路及び素子の定格、数など対称的に配置され、結線されているので、交流給電線２R，２Gの電気的中性点Ｍａの電位と直流給電線４ｐ，４ｎの電気的中性点Ｍｄの電位は一致する。したがって、交流給電線２R，２Gの電気的中性点Ｍａの対地電圧をＥｏとすると、直流給電線４ｐ，４ｎの電気的中性点Ｍｄの対地電圧もＥｏとなり、等価的には図１のように接地点から直流給電線４ｐ，４ｎの電気的中性点Ｍｄへ交流電圧Ｅｏが印加される。したがって、直流給電線４ｐに印加される対地電圧として、直流電圧Ｅｐに加えて交流電圧Ｅｏが重畳して印加され、直流給電線４ｎに印加される対地電圧として、直流電圧Ｅｎに加えて交流電圧Ｅｏが重畳して印加される。これが交流電圧Ｅｏを重畳電圧Ｅｏと称する理由である。
【００８３】
交流給電線の電気的中性点の対地交流電圧が存在する他の例を図３に示す。図３に示す例は、単相３線給電方式の変圧器の端子Ｒと端子Ｔ間の二次側巻線で、その中点が接地され、この中点に設けた端子Ｇと端子Ｒから交流給電線を導出している。端子Ｇと端子Ｒから導出される交流給電線間の線間電圧Ｅ1は、図４に示すベクトル図において、ベクトルＥ1で示され、このベクトルＥ1の中心点Ｍ1が交流給電線の電気的中性点で、接地されたＧ端子から電気的中性点Ｍ1までの電圧Ｅｏ1が重畳電圧になる。このときの重畳電圧Ｅｏ1の値は、図４のベクトル図から、給電線線間電圧Ｅ1の値の１／２の値となる。また、端子Ｇと端子Ｔから線間電圧Ｅ1が印加される交流給電線が導出されても同様となる。
【００８４】
次の例として、Ｖ結線給電方式の例を図５に示す。図５に示すＶ結線給電方式では、変圧器の端子Ｒと端子Ｔ間の巻線の中点Ｇが接地され、各端子Ｒ，Ｓ，Ｔから線間電圧ＥＶの三相交流給電線が導出されている。図６のベクトル図に示すように、３本の交流給電線線間電圧ベクトルで描かれる三角形の重心Ｍｖが三相交流給電線の電気的中性点で、接地されたＧ端子から電気的中性点Ｍｖまでの電圧Eｏｖが重畳電圧になる。このときの重畳電圧Ｅｏｖの値は、図６のベクトル図から給電線線間電圧Ｅｖの値の１／（２√３）の値となる。
【００８５】
次に、図７に示すΔ結線給電方式で、変圧器の端子Ｓが接地され、端子Ｒ，Ｓ，Ｔから線間電圧ＥＤの三相交流給電線が導出された例において、図８のベクトル図に示す３本の交流給電線線間電圧ベクトルで描かれる三角形の重心ＭＤが三相交流給電線の電気的中性点で、接地されたＳ端子から電気的中性点ＭＤまでの電圧ＥｏＤが重畳電圧になる。このときの重畳電圧ＥｏＤの値は、図８のベクトル図から給電線線間電圧ＥＤの値の１／（√３）の値となる。
【００８６】
また、端子ＲＳ又は端子ＴＳから導出される単相交流給電線については図３、図４に示す単相給電方式の場合と同様である。
【００８７】
ここで、図１に示す直流給電系統で、交流／直流変換装置３は、ダイオードやサイリスタなどのスイッチング素子等で構成され、これらの素子は、例えばブリッジ状のように対称的に配置結線されているので、端子Ｒ，Ｇに入力された実効値Ｅの交流電圧は前記素子によって整流されて直流端子Ｐ，Ｎに直流電圧Ｅｄとして出力される。この場合の直流電圧Ｅｄの値は、電圧Ｅｄの印加に起因する故障電流、漏洩電流の検出が目的であるため、実効値Ｅの交流電圧を整流したときの最高の値である交流電圧の波高値、Ｅの√２倍の値によって計算する。前記直流給電系統には発電装置も含まれており、前記の最大値は実際に起こりうる値である。
【００８８】
次に、図１に示す概略系統図で、直流給電線４ｐ，４ｎ及びそれに接続されている負荷装置５にはそれに印加される交流の重畳電圧Ｅｏ及び直流電圧Ｅｐ，Ｅｎに起因する対地漏洩電流が流れる。前述したように直流電流に交流電流が重畳している対地漏洩電流の計算には重畳の理を用いる。即ち、直流電圧部分を短絡して交流電圧に起因する電流を求め、次に交流電圧部分を短絡して直流電圧に起因する電流を求め、両者を合計して重畳された電流を求めるが、両電流は異なった波形であり、実効値が必要なため、両電流各々を二乗して合計、開平して重畳電流の実効値を求める。
【００８９】
また、図１に示したように、直流給電線４ｐ，４ｎ及びそれに接続されている負荷装置５には、通常対地静電容量６が存在する。そして、この通常存在する対地静電容量６の値は、負荷装置５及び直流給電線４が回路として接続されているので、それぞれの値の合計値で、直流給電線４ｐ，４ｎにかかわる対地静電容量６の各々の値をＣｐ，Ｃｎとする。対地静電容量６には、交流の重畳電圧Ｅｏに起因する漏洩電流Ｉｃｐ，Ｉｃｎが流れる。ここで、重畳電圧Ｅｏの角周波数をωとしてベクトル記号法を適用すれば、漏洩電流ＩｃｐはｊωＣｐＥｏで表され、漏洩電流ＩｃｎはｊωＣｎＥｏで表され、対地静電容量６には直流電圧Ｅｐ，Ｅｎに起因する定常電流は流れない。
【００９０】
従って、直流給電線４ｐ，４ｎ及びそれに接続されている負荷装置５に存在する対地静電容量６を流れる漏洩電流Ｉｃｐ，Ｉｃｎの和、即ちω（Ｃｐ＋Ｃｎ）Ｅｏの値が、電圧印加部分と接地部分間に通常存在する対地静電容量６を介して流れる漏洩電流Ｉｇｃの値になる。
【００９１】
また、直流給電線４ｐ，４ｎ及びそれに接続されている負荷装置５には対地漏洩コンダクタンス７が生ずることがあり、直流給電線４ｐ，４ｎにかかわる各々の値をＧｐ，Ｇｎとする。このとき、これら対地漏洩コンダクタンス７には重畳電圧Ｅｏに起因する漏洩電流Ｉｇｐ、Ｉｇｎが流れ、漏洩電流ＩｇｐはＧｐＥｏで表され、漏洩電流ＩｇｎはＧｎＥｏで表される。これらを合計すると（Ｇｐ＋Ｇｎ）Ｅｏとなり、交流の重畳電圧Ｅｏに起因する電圧印加部分と接地部分間の対地漏洩コンダクタンス７を介して流れる故障電流の合計値となる。
【００９２】
また、対地漏洩コンダクタンス７には直流電圧Ｅｐ，Ｅｎに起因する故障電流Ｉｄｐ，Ｉｄｎが重畳して流れ、ＩｄｐはＧｐＥｐ、ＩｄｎはＧｎＥｎで表され、両電流の合計はＧｐＥｐ＋ＧｎＥｎとなるが、図１に示すように、線間電圧Ｅｄの直流給電線４ｐ，４ｎの電気的中性点ＭＤから直流給電線４ｐに印加される電圧Ｅｐは＋Ｅｄ／２、直流給電線４ｎへの電圧Ｅｎは−Ｅｄ／２となり、両電流の合計（ＧｐＥｐ＋ＧｎＥｎ）は（Ｇｐ―Ｇｎ）Ｅｄ／２、つまり両電流値の差を計測し、直流給電線４ｐ，４ｎに同時に対地漏洩コンダクタンス７が生じたとき、実際より少ない値を計測、特に対地漏洩コンダクタンス７の値であるＧｐ，Ｇｎの値が等しいときには故障として認識できない。
【００９３】
この致命的な欠陥をなくすため、本発明では上述した分流器１０を経由して抽出した零相電流Ｉ0の交流成分である交流電流Ｉａｏを利用する。この交流電流Ｉａｏは、上述した交流電流の重畳電圧Ｅｏに起因する漏洩電流Ｉｃｐ，Ｉｃｎと故障電流Ｉｇｐ，Ｉｇｎの合計であり、下記の式６のように示すことができる。
【００９４】
Ｉａｏ＝（Ｇｐ＋Ｇｎ）Ｅｏ＋ｊω（Ｃｐ＋Ｃｎ）Ｅｏ ・・・（６）
上記式６のＥｏとの同位相成分（Ｇｐ＋Ｇｎ）ＥｏをＡとおき、この値Ａを電流Ｉａｏから検出する。ちなみに、Ａの値が重畳電圧Ｅｏに起因する故障電流Ｉｇｐ，Ｉｇｎの合計であり、これと直角の位相差を有する成分ω（Ｃｐ＋Ｃｎ）ＥｏをＢとしたとき、Ｂの値が重畳電圧Ｅｏに起因する電圧印加部分と接地部分間に通常存在する対地静電容量６を介して流れる漏洩電流Ｉｇｃの値になる。
【００９５】
上記Ａの値と電圧Ｅｄ，Ｅｏ、それに交流給電線線間電圧Ｅの関係が明らかになっていることを利用して、直流電圧Ｅｐ，Ｅｎに起因する対地漏洩コンダクタンス７に流れる故障電流Ｉｄｐ，Ｉｄｎをそれぞれの絶対値の和、つまり（Ｇｐ＋Ｇｎ）Ｅｄ／２の値として算出する。前述したように、直流給電線線間電圧Ｅｄは交流給電線線間電圧Ｅの√２倍であるので、直流電圧Ｅｐ，Ｅｎに起因する対地漏洩コンダクタンス７に流れる故障電流の絶対値の和（Ｇｐ＋Ｇｎ）Ｅｄ／２は、（Ｇｐ＋Ｇｎ）Ｅ／√２と計算される。また、交流の重畳電圧Ｅｏは、交流給電線線間電圧Ｅのｍ倍の関係があり、（Ｇｐ＋Ｇｎ）ＥｏがＡであるので、上記直流電圧Ｅｐ，Ｅｎに起因する故障電流の絶対値の和はＡ／（ｍ√２）と計算される。また、重畳電圧Ｅｏに起因する故障電流の和はＡで表されるので、これら故障電流を重畳させた実効値を求めると、Ａの値の｛１＋１／（２ｍ2）｝1/2倍となる。図１に示すように、単相交流給電線のうちの１本が接地してあるときは交流給電線線間電圧Ｅである基準電圧と重畳電圧Ｅｏとの位相差はなく、ｍは１／２であることから、｛１＋１／（２ｍ2）｝1/2の値は√３となる。つまり、Ａの値を求めることができれば、Ａの√３倍の値が交流の重畳電圧Ｅｏに起因する故障電流と直流電圧Ｅｐ、Ｅｎに起因する故障電流とを重畳させた直流給電線４及びそれに接続されている負荷装置５の電圧印加部分から接地部分へ流れる故障電流Ｉｇｒの値となる。
【００９６】
上述したような直流給電線４及びそれに接続されている負荷装置５に通常存在する対地静電容量６に起因する漏洩電流Ｉｇｃ及び故障時発生する対地漏洩コンダクタンス７に起因する故障電流Ｉｇｒを測定する本発明に係る漏洩電流測定装置は、図１に示すように信号処理部１３、演算部１４、表示部１５を有する処理演算部１６を備える。そして、前述の漏洩電流Ｉｇｃ及び故障電流Ｉｇｒを測定する場合には、処理演算部１６を構成する信号処理部１３に、交流給電線２に流れる電流のベクトル和である零相電流Ｉ0から分流された零相電流Ｉ0の交流成分Ｉａｏが、零相電流Ｉ0を検出する零相変流器９と交流成分Ｉａｏを分流する分流器１０を介して入力される。
【００９７】
ここで、直流給電線４及びそれに接続されている負荷装置５及び零相変流器９から直流給電線４寄りの交流給電線２に存在する対地静電容量６を流れる漏洩電流Ｉｇｃ及び同部位に発生する対地漏洩コンダクタンス７を流れる故障電流Ｉｇｒのベクトル和である零相電流Ｉ0は、大地から給電電源の接地極Ｇｏ、接地線８を経由して、配電電源１、交流給電線２、直流／交流変換装置３、直流給電線４及びそれに接続されている負荷装置５の経路を還流するので、零相電流Ｉ0はこの還流経路の途中いずれの点でも測定が可能である。
【００９８】
また、本発明を採用することにより、負荷装置５を構成する複数の装置を１台の漏洩電流測定装置によって監視することが可能である。
【００９９】
次に、図１に示す処理演算部１６を構成する信号処理部１３の具体例を、図９を参照して説明する。この信号処理部１３は、電圧検出器２１と、第１の増幅器２２と、第１のローパスフィルタ（ＬＰＦ）２３と、第１の実効値変換器２８と、零相電流Ｉ0から分流された交流分電流Ｉａｏ検出器２４と、第２の増幅器２５と、第２のローパスフィルタ（ＬＰＦ）２６と、第２の実効値変換器２９と、位相差計測器２７とを備える。
【０１００】
図９において、電圧検出器２１には、交流給電線２の線間電圧が基準電圧Ｅとして入力される。交流給電線２がΔ方式の三相であれば接地相以外の線間電圧を、Ｖ方式の三相であれば接地相の線間電圧を入力する。
【０１０１】
そして、第１の増幅器２２は、電圧検出器２１の検出感度に応じて、電圧検出器２１から出力される基準電圧Ｅを適切な値になるまで増幅する。第１のローパスフィルタ２３は、基準電圧Ｅとして入力される電圧の最高周波数である例えば６０Ｈｚを超える周波数成分を減衰させて基準電圧周波数波形を取り出す。
【０１０２】
そして、電流Ｉａｏ検出器２４には、零相電流Ｉ0から分流された交流分電流Ｉａｏが入力される。
【０１０３】
第２の増幅器２５は、電流Ｉａｏ検出器２４の検出感度に応じて、電流Ｉａｏ検出器２４から出力される電流Ｉａｏを適切な値になるまで増幅する。第２のローパスフィルタ２６は、電流Ｉａｏの商用周波数を超える周波数成分を減衰させて商用周波数を取り出す。
【０１０４】
そして、位相差計測器２７は、基準電圧として入力された単相の交流給電線２の線間電圧、Δ方式の三相であれば接地相以外の線間電圧、Ｖ方式の三相であれば接地相の線間電圧のいずれかと、電流Ｉａｏとの位相差を計測する。ここで基準電圧Ｅとして入力された単相の交流給電線２の線間電圧、Δ方式の三相であれば接地相以外の線間電圧、Ｖ方式の三相であれば接地相の線間電圧のいずれかと、電流Ｉａｏとの位相角θの関係を図１０、図１１に示す。
【０１０５】
そして、信号処理部１３において、第１のローパスフィルタ２３は出力された基準電圧Ｅの波形と、第２のローパスフィルタ２６から出力された電流Ｉａｏの波形を、例えばオペアンプゼロクロッシング回路に入力すると、それらの出力波形は、図１１に示すように、基準電圧Ｅに対してはＥZで示すようになり、電流Ｉａｏに対してはＩZで示すようになる。基準電圧Ｅ及び電流Ｉａｏの出力波形の波高値を一致させて、出力波形ＥZとＩZの差を求める。その差の絶対波形は、図１１に示す｜ＥZ−ＩZ｜波形になる。図１１に示す｜ＥZ−ＩZ｜波形及びＩZ波形の突出部分の面積をそれぞれＳ1，Ｓ2とすれば、Ｓ1は基準電圧Ｅと電流Ｉａｏとの位相差角θに比例し、Ｓ2は位相差１８０度に比例する。このＳ1，Ｓ2に比例した電圧は、演算部１４に出力される。
【０１０６】
そして、第１の実効値変換器２８は、基準電圧Ｅの波形を両波整流して実効値に比例したアナログ値に変換し、演算部１４に入力する。第２の実効値変換器２９は、電流Ｉａｏの基本周波数波形を両波整流して実効値に比例したアナログ値に変換して演算部１４に入力する。
【０１０７】
演算部１４は、位相差計測器２７が計測した基準電圧Ｅと電流Ｉａｏとの位相差角θを用いて、電流Ｉａｏを基準電圧Ｅと同位相の有効成分Ａと、基準電圧Ｅより９０度位相が進んだ無効成分Ｂとに分解して出力する。
【０１０８】
なお、位相差計測器２７が検出する基準電圧Ｅと電流Ｉａｏとの位相差角θは、下記の式７に基づいて算出される。
【０１０９】
θ＝（１８０Ｓ1）／Ｓ2 ・・・（７）
ここで、演算部１４は、Ｉ0ｃｏｓθの値を電流Ｉａｏの有効成分Ａの値として、Ｉａｏｓｉｎθの値を電流Ｉａｏの無効成分Ｂの値として演算し出力する。これら電流Ｉａｏと、電流Ｉａｏの有効成分Ａ及び無効成分Ｂの関係は、前述したように、図１０のベクトル図に示すように表される。即ち、有効成分Ａは、式８のように表され、無効成分Ｂは式９のように表される。
【０１１０】
Ａ＝Ｉａｏｃｏｓθ ・・・（８）
Ｂ＝Ｉａｏｓｉｎθ ・・・（９）
そして、演算部１４において、上述したような演算処理が行われる。
【０１１１】
また、前述したように、基準電圧Ｅと重畳電圧Ｅｏとの位相が等しく、２線のうち１線が接地してある単相給電のとき対地静電容量６に起因する漏洩電流Ｉｇｃは、下記の式１０に示すようになる。
【０１１２】
Ｉｇｃ＝Ｂ ・・・（１０）
同じ条件で、対地漏洩コンダクタンス７に起因し、直流電流に交流電流が重畳する故障電流Ｉｇｒは、下記の式１１示すようになる。
【０１１３】
Ｉｇｒ＝√３Ａ ・・・（１１）
演算部１４において、演算処理が行われる漏洩電流Ｉｇｃの値と、故障電流Ｉｇｒの値は、必要に応じて表示部１５に表示される。
【０１１４】
また、基準電圧Ｅと重畳電圧Ｅｏとの位相差が９０度の関係にある図１、図２に示された、星形に結線され、その中点が接地された変圧器の二次側巻線で形成される交流電源の中点以外の端子Ｒ，Ｓから単相の交流給電線が導出されるときは、図１２に示すように角θは９０度大きく測定されるので、前記式１０は下記の式１２に示すようになる。
【０１１５】
Ｉｇｃ＝Ａ ・・・（１２）
また、重畳電圧Ｅｏは基準電圧Ｅの１／（２√３）倍であるので前記式１１は下記の式１３に示すようになる。
【０１１６】
Ｉｇｒ＝√７Ｂ ・・・（１３）
また、基準電圧Ｅと重畳電圧Ｅｏとの位相差が９０度の関係にある図７、図８に示した、三角形に結線され、その１端子が接地された変圧器の二次側巻線で形成される交流電源から三相の交流給電線が導出されるときは、図１２に示すように角θは９０度大きく測定されるので式１０は式１２に示すようになり、重畳電圧Ｅｏは基準電圧Ｅの１／√３倍であるので式１１は下記の式１４に示すようになる。
【０１１７】
Ｉｇｒ＝√２．５Ｂ ・・・（１４）
また、基準電圧Ｅと重畳電圧Ｅｏとの位相差が９０度の関係にある図５、図６に示された、Ｖ字形に結線され、その一方の巻線の中点が接地された変圧器の二次側巻線で形成される交流電源の中点以外の３点から導出される三相の交流給電線のときは、図１２に示すように角θは９０度大きく測定されるので式１０は式１２に示すようになり、重畳電圧Ｅｏは基準電圧Ｅの１／（２√３）倍であるので式１１は式１３に示すようになる。
【０１１８】
また、本発明に係る漏洩電流測定装置は、図１３に示すように、交流給電線２の途中に遮断器１９を設け、演算部１４の演算の結果により、遮断器１９の遮断動作を制御する構成としてもよい。この漏洩電流測定装置は、演算部１４により演算されて測定された故障電流Ｉｇｒの測定結果を制御信号とし、この制御信号に基づいて交流給電線２の途中に設けた遮断器１９を動作させることにより、交流／直流変換装置３とそれから導出される直流給電線４、直流装置や種々の負荷装置から構成される装置５を給電電源１から遮断する。
【０１１９】
本発明に係る漏洩電流測定装置においては、更に遮断器を設けることにより、故障電流Ｉｇｒの検出と共に、故障電流Ｉｇｒが所定の値を超えたとき交流／直流変換装置３とそれから導出される直流給電線４、直流装置や種々の負荷装置から構成される装置５を給電電源から遮断するようにすることができるので、給電電源に接続された交流／直流変換装置３とそれから導出される直流給電線４、直流装置や種々の負荷装置から構成される装置５を絶縁不良に伴う重大事故から守ることができる。
【０１２０】
更に、本発明に係る漏洩電流測定装置では、演算部１４の演算の結果により、故障電流Ｉｇｒの値が所定の値より大きくなったことが判定された場合には、その判定信号を制御信号として、音や発光等の警報装置を動作させ、音や発光等を用いて警報を発するようにしてもよい。このような警報装置を設けることにより、漏電に起因する事故を確実に防止することができる。なお、この警報装置は、図１３に示すように、演算部１４の判定信号を制御信号として警報器１８を動作させるものであるので、演算部１４からの判定信号が入力されるように、この演算部１４に接続される。
【０１２１】
更に、本発明に係る漏洩電流測定装置では、図１３に示すように零相電流Ｉ0から交流電流Ｉａｏを検出するとともに、零相電流Ｉ0をも検出可能な分流器を備え、零相電流Ｉ0をも信号処理部１３に入力させ、その値を演算部１４を経由して表示部１５で出力させることもできる。
【０１２２】
また、図３に示す単３方式で端子Ｒ，Ｔから導出した単相の交流給電線２、又は図１のＹ給電方式で端子Ｒ，Ｓ，Ｔから導出した三相の交流給電線２の場合、それら給電線２の電気的中性点の電位が接地点Ｇの電位と一致するので重畳電圧Ｅｏの値が０となり、零相電流Ｉ0の値は下記の式１５により示されるＩｄｏの値になる。
【０１２３】
Ｉｄｏ＝０．５√２（Ｇｐ−Ｇｎ）Ｅ ・・・（１５）
演算部１４は、このＩｄｏの値を故障電流Ｉｇｒの値として検出する。
【０１２４】
但し、式１５で示されるように正極又は負極のいずれか一方に対地漏洩コンダクタンス７が発生したときは故障電流Ｉｇｒの値として正確であるが、正極及び負極の双方に発生したときにはその差の値を表示することになる。
【産業上の利用可能性】
【０１２５】
本発明に係る漏洩電流測定装置及び測定方法は、今後急速な普及が予想されるスマートグリットの直流給電線及び直流給電線に接続された直流及びスイッチング素子等を経由する交流の負荷装置、給電装置、発電装置、コゼネレーシヨン装置などの絶縁測定、予防保全、事故防止に用いることができる。
【符号の説明】
【０１２６】
１ 変圧器の二次側巻線、２ 交流給電線、３ 交流／直流変換装置、４ 直流給電線、５ 負荷装置、６ 対地静電容量、７ 対地漏洩コンダクタンス、８ 接地線 ９ 零相変流器、１０ 分流器、１３ 信号処理部、１４ 演算部、１５ 表示部、１６ 処理演算部、１８ 警報機、１９ 遮断器、
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ある一定の区域に設置された空調機器や照明機器等のエネルギー変換装置と、このエネルギー変換装置にエネルギーを供給する発電機器やコゼネレーシヨン機器等のエネルギー供給装置と、このエネルギー供給装置から供給されるエネルギーを蓄積し更には蓄積されたエネルギーの供給を行うエネルギー貯留供給装置及び電気自動車の充放電端末等のエネルギー受給装置をを一括連携する給電装置の電圧印加部分から接地部分へ流れる漏洩電流を測定する漏洩電流測定装置及び漏洩電流測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、人が居住する住居、人の働くビルデングなどの建物、これら住居や建物を含む複合体から構成される地域などの一定の区域内に配置された空調機器や照明機器等の電気熱負荷に、この区域内に設置した発電機器やコゼネレーシヨン機器を含むエネルギー供給装置から電力や熱を供給するようにしたエネルギー供給システムが用いられている。
【０００３】
この種のエネルギー供給システムにおいては、エネルギー供給装置により生成されるエネルギーを蓄積する蓄電蓄熱手段を設け、電気熱負荷により消費されない余分のエネルギーを蓄電蓄熱手段に蓄積しておき、必要に応じて蓄電蓄熱手段に蓄積されたエネルギーを電気熱負荷に供給することにより、エネルギー供給装置で生成されるエネルギーの有効利用を図るようにしたものが提案され、用いられている。
【０００４】
また、エネルギー供給システムに商用電源を接続することにより、エネルギー変換機器の特性に応じてエネルギー供給装置から供給されるエネルギーと商用電源を選択して供給することにより、エネルギーコストの削減を図るようにしたシステムも用いられている。
【０００５】
そして、エネルギー供給システムに商用電源を接続することにより、エネルギー供給装置により生成される電力の余分を電力会社に販売し、エネルギー供給装置の運転コストの削減を図るようにしたシステムも用いられている。
【０００６】
最近では、上述したようなエネルギー供給システムを構成する電気熱負荷及びこの電気熱負荷にエネルギーを供給するエネルギー供給装置、更には蓄電蓄熱手段を含む各装置を給電線と情報ラインとにより一括連携して制御することにより、一定の区域全体のエネルギーの受給の最適化を実現するようにしたいわゆるスマートハウス、スマートビル、あるいはスマートグリットと称されるシステム（以下、総称してスマートグリットという。）が提案されている。
【０００７】
上述したエネルギー供給システムにおいて、エネルギー供給装置から電源が供給される給電線には交流方式が広く用いられるが、発電機器を構成する太陽光発電や燃料電池の発電は直流により行われ、電気熱負荷であるＬＥＤ電灯等は直流電流で駆動される。また、蓄電池への蓄電は、直流で行われる。そのため、交流電流が供給される給電線と直流駆動する機器とを接続するために、交流／直流変換装置又は直流／交流変換装置を接続する必要がある。この変換装置は、多数のダイオードやスイッチング素子を備え、これらの素子を含む変換装置の変換損失が大きな問題になっている。この交流電流と直流電流との変換損失を減らし、また、近年急激に増加している直流で駆動される電気自動車の充放電端末を充電放電スタンドに直接接続するため、更にはスマートグリットを構成するエネルギー変換機器を含む各構成要素に直接給電するため、直流給電方式に加えて、交流及び直流いずれの電流での給電を可能にしたハイブリッド給電方式が増加する傾向にある。
【０００８】
ところで、従来、電路及び電気機器の絶縁状態を調べる方法として、被測定部分を停電させて、絶縁抵抗計で絶縁抵抗を測定する方法が広く用いられている。このような方法は、情報処理用の機器を含む多様な機器を構成要素に含むスマートグリットや連続操業が要求される工場等のように停電が許されないシステムに適用することができない。
【０００９】
特に、交流から変換された直流が給電される直流給電線には、交流駆動される交流機器や電力会社の交流電源との接続のためのインバータやコンバーターなどのダイオードやスイッチング素子（以下、スイッチング素子等という。）が多く接続される可能性がある。このような電気系統において、絶縁抵抗中を流れる故障電流を測定する場合には、この系統を構成するスイッチング素子等を、絶縁抵抗の測定時に印加される高電圧から保護するため、これらスイッチング素子等の部分を切り離して測定する必要があり、停電手続きや、その結線の開放、再接続などに多くの手間と時間とを必要としている。
【００１０】
そこで、交流給電方式を採用したスマートグリットを停電させることなく、活線のまま給電線及び装置の絶縁状態を調べる技術が提案され、用いられている。この種の技術として、零相変流器を用いて、交流電路及び負荷装置の電圧印加部分から接地部分へ流れる電流である零相電流Ｉ0を、零相変流器と電流センサーとを組み合わせて検知するようにしたものがある。この零相変流器によって検出される零相電流Ｉ0は、電路及び負荷装置の電圧印加部分と接地部分間の絶縁抵抗を介して流れる漏洩電流Ｉｇｒ（以下、この電流を故障電流Ｉｇｒという。）と、この電圧印加部分と接地部分間に存在する対地静電容量を介して流れる漏洩電流Ｉｇｃ（以下、この電流を漏洩電流Ｉｇｃという。）とのベクトル和で構成されている。
【００１１】
これらの技術のうち、現在実用化されている２００Ｖ級三相３線のうちの１線が接地されている給電方式（以下、Δ方式という。）での故障電流Ｉｇｒを測定する技術は、この給電方式及び単相給電方式の計測は可能であるが、直流給電系統やそれから給電されている装置や、スイッチング素子等が使用されている装置、更には系統の計測は困難とされている。
【００１２】
また、直流装置とそれに給電する直流給電線は、直流電流センサーを用いて直流の故障電流Ｉｇｒを検出しているが、これの計測のために正極と負極又は交流側の給電線を一括した零相変流器を通じて計測するため、万一、正極と負極が同時に漏電を起こしたときには正極及び負極の故障電流Ｉｇｒが互いに打ち消しあい、正常な故障電流値Ｉｇｒの計測が困難となる。
【００１３】
また、スマートグリットに連携する電力会社などの給電用変圧器の結線方式とその端子の接地方式、給電用変圧器から導出される給電線の方式によっては、その直流給電線の対地直流電圧に交流電圧が重畳することがあり、直流センサーを用いた故障電流Ｉｇｒの検出が困難であり、特に近年ヨーロッパ規格として制定されている電圧印加部分と接地部分間に通常存在する対地静電容量を介して流れる漏洩電流Ｉｇｃの検出が困難である。
【００１４】
また、海外などで標準給電方式として広く用いられている２線のうち１線が接地してある単相給電線と直流電圧を発生する太陽光発電素子とを連携するパワーコンデイショナー装置には、単相給電線に挿入された零相変流器によって零相電流を検出し、その波形を処理して、故障電流Ｉｇｒと漏洩電流Ｉｇｃを検出する方法が提案されている。しかし、この方法では、正極故障電流と負極故障電流との差が故障電流Ｉｇｒとして検出されるため、正極と負極が同時に故障したときには過小な故障電流Ｉｇｒを検出し、また直流電流に交流電流が重畳しているため特殊なセンサーを必要とし、信号の処理工程も複雑となるばかりか、スイッチング素子等による高調波電圧などの影響によって測定精度が劣る問題点がある。
【００１５】
なお、この種の漏洩電流計測の先行技術として、特開２００８−１７０３３０号公報（特許文献１）に記載されるものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００８−１７０３３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
上述したような実情に鑑み、本発明は、電力会社などの給電線に１箇所で連携したスマートグリットの直流給電線、この直流給電線に接続された直流駆動される直流装置やスイッチング素子等を経由する交流電流で駆動される負荷装置、給電装置、発電装置、コゼネレーシヨン装置などの電圧印加部分から接地部分へ対地絶縁抵抗を通じて流れる漏洩電流Ｉｇｒ（以下、故障電流Ｉｇｒという。）と、電圧印加部分と接地部分間に通常存在する対地静電容量を介して流れる漏洩電流Ｉｇｃ（以下、漏洩電流Ｉｇｃという。）と、故障電流Iｇｒと漏洩電流Iｇｃとの合成電流である零相電流Ｉ0（以下、零相電流Ｉ0という。）とを運転状態のままで検出することができる漏洩電流測定装置及びその測定方法を提供することを目的とする。
【００１８】
そして、本発明は、スマートグリットに連携する電力会社等の商用電源を供給する給電用変圧器の結線方式とその端子の接地方式、それに給電用変圧器から導出される給電線の方式とによって、その直流給電線の対地直流電圧に交流電圧が重畳することがあり、この対地直流電圧に交流電圧が重畳している際に、直流給電線及び直流給電線に接続された直流装置及びスイッチング素子等を経由する交流電流で動作する各種の交流装置に発生する故障電流Ｉｇｒと漏洩電流Ｉｇｃとを運転状態のまま検出する装置及び方法を提供することを目的とする。
【００１９】
また、本発明は、直流電流と交流電流とが重畳している故障電流Ｉｇｒの実効値を検出する装置及び方法を提供することを目的とする。
【００２０】
更に、本発明は、正極及び負極が同時に漏電を起こしたときに、正極及び負極各々の故障電流の絶対値を合計した故障電流の合計電流を検出する漏洩電流測定装置及びその測定方法を提供することを目的とする。
【００２１】
そして、本発明においては、スマートグリットと連携する電力会社等の給電用変圧器の結線方式とその端子の接地方式、それに給電用変圧器から導出される給電線の方式とによって対地直流電圧に重畳している交流電圧の大きさや位相などの状態が異なり、且つその状態は理論的に明確なものであるので、上述した各々の方式についての漏洩電流測定装置及びその測定方法を提供することを目的とする。
【００２２】
また、直流給電線に接続されたスイッチング素子等を経由する交流の負荷装置、給電装置、発電装置、コゼネレーシヨン装置などは、そのスイッチング素子等の作動時に対地電圧に多くの高調波電圧を発生させるため、測定時これら対地電圧の入力は誤差増大の原因となる。
【００２３】
そこで、本発明は、給電用変圧器から導出される給電線の波形が安定している線間電圧のみを入力する方式を採用し、電力会社などの交流給電線からスマートグリットの直流給電線やそれに接続された種々の装置から大地へ漏洩し、大地から電力会社などの給電変圧器端子の接地線へと貫流する漏洩電流を、その貫流するいずれの部分でも計測が可能な漏洩電流測定装置及び測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上述したような課題を解決するため本発明は、電力会社などがスマートグリットへ給電するさいに設置する給電変圧器の低電圧側巻線である二次側巻線から導出された交流給電線部分又は漏洩電流が貫流する部分に漏洩電流測定装置を設置し、交流給電線に接続された交流／直流変換装置の直流給電端子から導出された直流給電線に接続される太陽光発電装置や燃料電池などの発電装置、ＬＥＤ照明装置、電気自動車の充電放電端子、蓄電池などの直流装置、更には、スイッチング素子等を経由して接続される交流電動機や交流駆動機器などの交流負荷装置、風力発電装置等の交流発電装置、コゼネレーシヨン装置などの対地漏洩電流を測定し、この電流と入力した交流給電線の線間電圧とを対比することによって、故障電流Ｉｇｒ、漏洩電流Ｉｇｃを導出し、零相電流Ｉ0を演算する。
【００２５】
ところで、交流電流の給電は、単相又は三相の給電線を介して行われる。そして、交流で給電される電流は、交流／直流変換装置により直流に変換され、直流で駆動される各種の直流機器や直流装置、更には直流給電される給電端子に給電される。これら直流機器や直流装置、更には給電端子は、交流／直流変換装置から導出される正極及び負極の直流給電線に接続される。したがって、交流給電線と直流給電線とは、交流／直流変換装置の半導体素子を介して接続されている。そして、上記給電方式では、給電用変圧器の結線方式とその端子の接地方式とによっては、２本又は３本の交流給電線の電圧の中心点である電気的中性点の対地電圧が０でない場合がある。ここに、電気的中性点は、単相給電では２本の交流給電線電圧差の中心点になり、ベクトルで示すときに２本の給電線電圧差ベクトルの０．５倍のベクトル先端の点になり、三相の給電方式では３本の交流給電線電圧の中心点になり、ベクトルで示すときに３本の交流給電線電圧差ベクトルで描かれる三角形の重心になる。
【００２６】
一方、これらの交流給電線に、スイッチング素子等を経由して接続されている直流給電線の電気的中性点は、２本の直流給電線電圧差の中心点となり、この直流給電線と交流給電線とは、電気的に対称に配置されたスイッチング素子等を経由して接続されているので、両者の電気的中性点は一致する。ここで、交流給電線電気的中性点の対地交流電圧をＥｏとするとき（以下、この電圧Ｅｏを重畳電圧Ｅｏという。）は、この重畳電圧Ｅｏが直流給電線電圧に重畳する。
【００２７】
上述の直流給電電圧に重畳電圧Ｅｏが重畳する給電用変圧器の結線方式と、その端子の接地方式と、更に給電用変圧器から導出される給電線の方式の一例として挙げられる一般家庭に引き込まれた線間電圧Ｅが１０５Vの交流単相給電線は、給電用単相変圧器の二次側巻線の中点が接地してある１０５V巻線と接地中点と１０５V巻線から構成される単相３線式給電用変圧器（以下単三方式という）の接地中点端子と他のいずれかの端子に接続されている。そして、１０５Vの交流単相給電線は、２本の給電線うちの１本が接地された０電位で、他の１本の対地電圧が１０５Vとなり、この電圧の半分の０．５Eにあたる対地電圧５２．５Vの点が１０５Vの交流単相給電線の電気的中性点の対地電圧となり、この対地電圧５２．５Vが重畳電圧Ｅｏの値となる。
【００２８】
このときの直流給電最大電圧は、実効値である交流給電電圧Ｅの波高値であるこの電圧Ｅの√２倍に相当する１４８Vになるので、この直流給電最大電圧の中点にあたる電気的中性点に対しては正極線が直流給電最大電圧の０．５倍である＋７４Vであり、負極線が−７４Vであり、交流給電線電気的中性点がこの直流給電線電気的中性点に一致するので、直流給電線の両極線に重畳電圧Ｅｏである５２．５Vの対地交流電圧が重畳する。
【００２９】
給電線２本のうちの１本が接地された単相交流給電線の線間電圧をＥとするとき、直流給電線の最大電圧は、この線間電圧Ｅの√２倍であり、直流電気的中性点に対する正極線、負極線の電圧は、それぞれ直流給電線の最大電圧の＋０．５倍、−０．５倍にあたる線間電圧Ｅの＋０．５√２倍、−０．５√２倍となり、この両極線に線間電圧Ｅの０．５倍の重畳電圧Ｅｏも同時に印加される。このように、これらの線間電圧Ｅと重畳電圧Ｅｏは、給電用変圧器の結線方式とその端子の接地方式、それに給電用変圧器から導出される給電線の方式による一定の関係を保っている。本発明は、これらの関係を利用して上述した技術課題を解決し得る漏洩電流測定装置及び測定方法を構成したものである。
【００３０】
更に、上述したような技術課題を解決するために提案される本発明に係る漏洩電流測定装置及び測定方法では、線間電圧Ｅの単相又は３相交流給電線の電気的中性点の対地電圧である重畳電圧Ｅｏの存在が必要である。この重畳電圧Ｅｏは、交流給電線の線間電圧Ｅのｍ倍になり、この倍数ｍ及び両電圧Ｅ，Ｅｏの位相差は、給電用変圧器結線方式とその端子の接地方式それに給電用変圧器から導出される給電線の方式から定まる。
【００３１】
そして、交流給電線にはスイッチング素子等で構成される交流／直流変換装置が接続され、この変換装置から導出される直流給電線の線間電圧Ｅｄは最大値で交流給電線の線間電圧Ｅの√２倍で、直流給電線の電気的中性点に対する正、負極線の各直流電圧Ｅｐ，Ｅｎは、それぞれ直流給電線の線間電圧Ｅｄの＋０．５倍、−０．５倍に相当し、正極線の直流電圧Ｅｐは交流給電線線間電圧Ｅの＋０．５√２倍、負極線の直流電圧Ｅｎは交流給電線線間電圧Ｅの−０．５√２となり、これら正、負極線に交流の重畳電圧であるＥｏが重畳する。なお、この直流給電線の線間電圧Ｅｄは、故障電流の最大状態を算出するため、交流給電線線間電圧Ｅの√２倍とする。
【００３２】
以上のように、直流給電線電圧Ｅｄ及び重畳電圧Ｅｏは、いずれも交流給電線の線間電圧Ｅによって決まる。直流給電線及びそれに接続された各装置の正極、負極には対地直流電圧Ｅｐ，Ｅｎが印加され、両極にはそれら直流電圧に交流重畳電圧Ｅｏが重畳して印加される。
【００３３】
このときの対地漏洩電流を求める方法として、交流重畳電圧Ｅｏのみ印加した交流対地漏洩電流（以下、交流重畳電流という。）と、対地直流電圧Ｅｐ，Ｅｎを印加したときに正極、負極からの対地漏洩電流である直流故障電流とを求め、その後重畳の理を用いて両電流を重畳するのが一般的な方法であるが、直流故障電流は、漏洩電流Ｉｇｃを含まず、前述したように、正極故障電流と負極故障電流との差が直流故障電流として検出されるので、正極と負極とが同時故障したときには過小な電流を故障電流として検出するという致命的な問題点がある。
【００３４】
これに対し交流重畳電流は、重畳の理によって、正極、負極に同時に交流重畳電圧Ｅｏを印加するとして計算するので、交流重畳電流には正極漏洩電流と負極漏洩電流の和としての漏洩電流Ｉｇｃと、正極故障電流と負極故障電流の絶対値の和とした故障電流とをベクトル的に合計したものになる。
【００３５】
そして、交流重畳電流と交流給電線の線間電圧Ｅとの位相を比較することにより、上記交流重畳電流から、上記漏洩電流Ｉｇｃと上記故障電流Ｉｇｒの値を求めることができる。
【００３６】
さらに前述のように、交流給電線の線間電圧Ｅと重畳電圧Ｅｏ、直流給電線電圧Ｅｄ、さらには正極、負極の対地直流電圧Ｅｐ，Ｅｎの関係が明らかにされており、この関係を利用して、交流重畳電流から求めた故障電流Ｉｇｒの値から、正極、負極にそれぞれ対地直流電圧Ｅｐ，Ｅｎを印加した場合の正極故障電流と負極故障電流の絶対値の和である直流故障電流の値を算出することができる。
【００３７】
上述の直流故障電流算出値の二乗と前述の交流重畳電流から求めた故障電流の二乗とを加算、開平すれば実効値として重畳させた故障電流Ｉｇｒを求めることができる。
【００３８】
この故障電流Ｉｇｒの二乗と上記漏洩電流Ｉｇｃの二乗とを加算、開平すればベクトル和としての零相電流Ｉ0の実効値を求めることができる。
【００３９】
また、単相又は三相交流給電線又は正極及び負極の直流給電線を一括した合計電流である零相電流Ｉ0は、零相変流器によって検出されるが、この零相電流Ｉ0は正極、負極の対地直流電圧Ｅｐ，Ｅｎによる直流故障電流に交流重畳電流が重畳されており、前述のように、計測が必要である交流重畳電流は零相電流Ｉ0から交流フイルタによって分離することができる。
【００４０】
次に、以上述べた手段の妥当性について、数式を用いて理論的に説明する。
【００４１】
さて、直流給電線には各種の直流装置若しくは設備が接続される他、スイッチング素子等で構成される直流／交流変換装置を経由して交流装置若しくは設備が接続されているが、これらの装置若しくは設備はスイッチング素子等を経由して電気的に直流給電線に接続されているので、これら直流給電線に接続された装置と直流給電線とを合計しての正極線、負極線の対地絶縁コンダクタンスをそれぞれＧｐ，Ｇｎとし、対地静電容量をそれぞれＣｐ，Ｃｎとする。
【００４２】
この対地絶縁コンダクタンスＧｐ，Ｇｎ、対地静電容量Ｃｐ，Ｃｎには、前述した正、負極線直流電圧と交流の重畳電圧とが印加されるので、対地漏洩電流Ｉｇｃを求めるに当たっては、重畳の理によって、直流電流と交流電流とを別に計算し、次いで重畳の計算を行う。
【００４３】
交流については、交流重畳電圧Ｅｏが印加され、交流重畳電流が流れる。対地絶縁コンダクタンスＧｐ，Ｇｎに流れる交流重畳電流をそれぞれＩｇｐ，Ｉｇｎとし、対地静電容量Ｃｐ，Ｃｎに流れる交流重畳電流をそれぞれＩｃｐ，Ｉｃｎとすると、ＩｇｐはＥｏＧｐ、ＩｇｎはＥｏＧｎ、Ｅｏの角周波数をωとしてベクトル記号法で表すと、ＩｃｐはｊωＣｐＥｏ、ＩｃｎはｊωＣｎＥｏとなる。従って、交流重畳電圧Ｅｏに起因する交流重畳電流をＩａｏとすると、Ｉａｏは、Ｉｃｐ，Ｉｃｎ，ＩｇｐそれにＩｇｎのベクトル和になり、下記の式１のように示すことができる。
【００４４】
Ｉａｏ＝（Ｇｐ＋Ｇｎ）Ｅｏ＋ｊω（Ｃｐ＋Ｃｎ）Ｅｏ ・・・（１）
直流については、対地漏洩電流が直流故障電流となり、対地絶縁コンダクタンスＧｐ，Ｇｎに流れる直流故障電流をそれぞれＩｄｐ，Ｉｄｎとすると、ＩｄｐはＥｐＧｐ，ＩｄｎはEｎGｎとなり、また直流電圧Eｐ，Eｎに起因する直流故障電流をＩｄｏとすると、ＩｄｏはＩｄｐとＩｄｎの和になり、前述した交流給電線線間電圧がＥのとき、Ｅｐは＋０．５√２Ｅ、Ｅｎは−０．５√２Ｅとなる関係から、下記の式２のように示すことができる。
【００４５】
Ｉｄｏ＝０．５√２（Ｇｐ−Ｇｎ）Ｅ ・・・（２）
直流給電線の正極線（以下、ｐ相という。）及び負極線（以下、ｎ相という。）のいずれかに故障電流が発生した場合は、上記式１、式２による検出が可能であるが、ｐ相とｎ相に、同時に故障電流が発生したときは、式２ではその差の電流しか検出できない。特に、ｐ相及びｎ相の故障電流が等しいときは検出が不可能となる。
【００４６】
ｐ相とｎ相に故障電流が同時に発生したときは、交流については上記式１の（Ｇｐ＋Ｇｎ）Ｅｏの検出が可能であるが、直流については式２から、０．５√２（Ｇｐ＋Ｇｎ）Eの値がｐ相とｎ相に同時に直流故障電流が発生したときの絶対値の合計値つまり直流電圧Ｅｄに起因する直流故障電流の値となる。
【００４７】
交流については式１の実数部分（Ｇｐ＋Ｇｎ）Ｅｏが交流重畳電流ＩａｏのＥｏとの同位相成分つまり交流重畳電流Ｉａｏの有効成分で、この値をＡとすれば、有効成分Ａが重畳電圧Ｅｏに起因する故障電流の値となる。
【００４８】
また、式１の虚数部分ω（Ｃｐ＋Ｃｎ）Ｅｏは、交流重畳電流Ｉａｏと重畳電圧Ｅｏとが直角の位相角の成分つまり交流重畳電流Ｉａｏの無効成分で、この値をＢとすれば、直流は定常的にはＣｐ，Ｃｎには流れないので、無効成分Ｂが、電圧印加部分と接地部分間に通常存在する対地静電容量を介して流れる漏洩電流Ｉｇｃの値となる。
【００４９】
有効成分Ａ及び無効成分Ｂは、交流重畳電流Ｉａｏの大きさと、この電流Ｉａｏと重畳電圧Ｅｏ若しくはＥｏと定まった位相角を持つ電圧、例えば交流給電線線間電圧Ｅとの間の位相角を測定することによって実測が可能である。また、前述の交流重畳電流Ｉａｏは零相変流器の出力電流である零相電流Ｉ0から交流フイルタによって分流することができる。
【００５０】
また、直流電圧と交流重畳電圧とが重畳する電圧印加部分と接地部分間の絶縁抵抗を介して流れる漏洩電流Ｉｇｒは、上述の交流の有効成分Ａの値の二乗値と、前述した直流故障電流である０．５√２（Ｇｐ＋Ｇｎ）Ｅの値の二乗値との和の平方根である実効値であり、且つ前述したように給電変圧器の結線方式とその端子の接地方式とそれに給電用変圧器から導出される給電線の方式によってきまる定数ｍのＥ倍が交流重畳電圧Ｅｏになるので、これらの関係から、故障電流に相当する電路及び負荷装置の電圧印加部分と接地部分間の絶縁抵抗を介して流れる漏洩電流Ｉｇｒは下記の式３によって求められ、電路及び負荷装置の電圧印加部分に存在する対地静電容量を介して流れる漏洩電流Ｉｇｃは下記の式４によって求められる。
【００５１】
Ｉｇｒ＝Ａ｛１＋１／（２ｍ2）｝1/2 ・・・（３）
Ｉｇｃ＝Ｂ ・・・（４）
また、交流電路及び交流負荷装置の電圧印加部分から接地部分へ流れる零相電流Ｉ0の値は、下記の式５によって求められる。
【００５２】
Ｉ0＝（Ｉｇｒ2＋Ｉｇｃ2）1/2 ・・・・・（５）
前述の位相比較の際に必要となる交流の電圧として、高調波成分を多く含み接地接続などに不安要素が多い重畳電圧Ｅｏの直接入力を避け、Ｅｏとある定まった位相角を保つ交流給電線の線間電圧Ｅを入力し、これと零相電流Ｉ0の交流分として含まれている交流重畳電流Ｉａｏとの位相差及び電流Ｉａｏの大きさとを測定することにより、故障電流Ｉｇｒ、漏洩電流Ｉｇｃ、零相電流Ｉ0の値を求めることができる。
【００５３】
以上の方法は重畳電圧Ｅｏの存在が必要で、重畳電圧Ｅｏが存在する給電変圧器の結線方式とその端子の接地方式を列挙すれば、単相で給電する場合には以下の方式がある。
（イ）最初にのべた、単相三線方式の接地中点端子と他のいずれかの端子とから給電する方式。
（ロ）ヨーロッパを初めとして全世界に普及している、三相給電変圧器の給電側巻線をＹ形に結線し、その中点を接地して、その電圧端子から３８０V〜４４０Vの三相を給電し、接地された中点と電圧端子とから交流線間電圧Eが２２０V〜２５４Vの単相を給電する３相４線式給電方式（以下Ｙ方式という）の接地点と電圧端子のいずれか１端子とから給電する単相給電方式。
（ハ）上記のＹ方式の３つある電圧端子のうちの２つの端子から、交流線間電圧Ｅが３８０V〜４４０Vの単相で給電する方式。
（ニ）三相３線のうちの１線が接地されている給電方式であるΔ方式の３つある端子の２つから単相で給電する方式。
【００５４】
そして、三相で給電する場合は、以下の方式がある。
（ホ）Δ方式の３つある端子で三相給電する方式。
（ヘ）単三変圧器にもう１台変圧器を追加したV結線方式（以下Ｖ方式という）による３相給電方式。
【００５５】
交流重畳電圧Ｅｏは給電線の線間電圧Ｅのｍ倍としている定数ｍの値は、給電線の線間電圧でベクトルを描くとき、その長さが給電線間電圧Ｅ、その重心と接地点との間隔が交流重畳電圧Ｅｏを表すので、前記（イ）の方式では、ｍは１／２となり、前記（ロ）の方式では、同様にｍは１／２となり、前記（ハ）の方式では正３角形の重心が接地点で線間電圧の中点までの距離がＥｏとなり、ｍは１／（２√３）、（ニ）２線のうち１線が接地されているときｍは１／２となり、前記（ホ）の方式では正３角形の重心が三相の電気的中性点で接地点である１つの頂点までの距離がＥｏとなり、ｍは１／√３となり、前記（ヘ）の方式では、正３角形の重心が三相の電気的中性点で接地点である線間電圧の中点までの距離がＥｏとなりｍは１／（２√３）となる。
【００５６】
以上説明した理論に基づいて具体化される本発明に係る漏洩電流測定装置及び測定方法は、給電変圧器から導出される単相給電線にあっては、その線間電圧Ｅを、三相給電線にあっては、三相の電圧端子をＲ，Ｓ，Ｔとし、Ｓ相が接地してあるΔ方式ではＲ相とＴ相と間の線間電圧ＥRTを、Ｒ相とＴ相との間の中点が接地してあるＶ方式ではＲ相とＴ相との間の線間電圧ＥRTを測定する電圧検出手段と、単相又は三相給電線若しくはこの給電線にスイッチング素子等で構成される直流／交流変換装置を経由して導出される直流給電線の各給電線をそれぞれ流れる合計電流である零相電流Ｉ0を検出する零相電流検出手段と、この零相電流検出手段によって検出された零相電流Ｉ0からその交流成分である交流重畳電流Ｉａｏを検出する交流重畳電流検出手段とを有し、上記電圧検出手段によって検出された上記線間電圧を基準電圧とし、この基準電圧と上記交流重畳電流との位相を比較する位相比較手段と、上記基準電圧に対して、上記交流重畳電流を同相の有効成分Ａと、これと直角の位相差を有する無効成分Ｂに分離して演算する演算手段を備える。
【００５７】
最初に、例えばＹ方式の接地された中点とある電圧点とから導出されるような、単相給電線２線のうち１線が接地されている給電方式にあっては、基準電圧である給電線線間電圧Ｅと、前述の重畳電圧Ｅｏとの位相は一致し、給電線線間電圧Ｅに対する重畳電圧Ｅｏの倍数ｍは１／２となるので、前記式３のｍに１／２を代入すると、直流電圧と交流重畳電圧とが重畳する電圧印加部分と接地部分間の絶縁抵抗を介して流れる漏洩電流である故障電流Ｉｇｒの値は有効成分Ａの√３倍となり、前記式４から電圧印加部分と接地部分間に通常存在する対地静電容量を介して流れる漏洩電流Ｉｇｃの値は無効成分Ｂの値となる。
【００５８】
ここで、漏洩電流Ｉｇｃの値は、全電圧印加部分と接地部分間の漏洩電流の合計値であり、故障電流Iｇｒの値は、全電圧印加部分と接地部分間の絶縁抵抗を介して流れる故障電流で、その直流成分は正極、負極故障電流の絶対値の合計値であり、交流成分とも重畳した故障電流の値となる。
【００５９】
次に、Y方式の３つある電圧端子のうちの２つの端子から単相で給電するとき、前述したようにｍは１／（２√３）、Ｓ相が接地してあるΔ方式にあってＲ相とＴ相から単相で給電するときもｍは１／（２√３）、Δ方式の３つある端子で三相での給電ではｍは１／√３、Ｖ方式によって三相で給電するときはｍは１／（２√３）となり、そして、いずれも基準電圧Ｅと前述の重畳電圧Ｅｏとの位相差が９０度となるので、上記基準電圧Ｅに対して、前記交流重畳電流Ｉａｏを同相の有効成分Ａと、これと直角の位相差を有する無効成分Ｂに分離したとき、漏洩電流Ｉｇｃの値が有効成分Ａの値となり、故障電流Ｉｇｒの値は、ｍが１／（２√３）のときは無効成分Ｂの√７倍に、ｍが１／√３のときは無効成分Ｂの√２．５倍の値となる。
【００６０】
以上のように、本発明に係る漏洩電流測定装置にあっては、零相電流Ｉ0からその交流成分である交流重畳電流Ｉａｏを検出し、入力された給電線線間電圧である基準電圧Ｅに対して交流重畳電流Ｉａｏの有効成分Ａの値とこれと直角の位相差を有する無効成分Ｂの値とを求めるための位相比較を行い、これらの値及び給電用変圧器結線方式とその端子の接地方式それに給電用変圧器から導出される給電線の方式から定まる交流給電線の線間電圧Eに対する重畳電圧Ｅｏの倍数ｍ及び両電圧の位相差に基づいて、前記故障電流Ｉｇｒの値及び電圧印加部分と接地部分間に通常存在する対地静電容量を介して流れる電流の合計値である漏洩電流Ｉｇｃの値、それに故障電流Ｉｇｒと漏洩電流Ｉｇｃとのベクトル和である零相電流Ｉ0の値を演算する演算手段とを備える。
【００６１】
ここで、上記演算手段は、より具体的には、入力された給電線の線間電圧である基準電圧Ｅに対して、基準電圧Ｅの電気的中性点の給電電源の接地点からの電圧である重畳電圧Ｅｏが基準電圧Ｅと、例えば一線が接地してある単相給電線のように同位相のとき、基準電圧Ｅに対して上記交流重畳電流Ｉａｏの同位相成分つまり有効成分の値をＡとし、これと直角の位相差を有する無効成分の値をＢとするとき、式Ａ｛１＋１／（２ｍ2）｝1/2の値を故障電流Ｉｇｒの値として演算し、無効成分Ｂの値を漏洩電流Ｉｇｃの値として演算する。これに対し基準電圧Ｅの位相と重畳電圧Ｅｏの位相差が９０度あるときは、式Ｂ｛１＋１／（２ｍ2）｝1/2の値を故障電流Ｉｇｒの値として演算し、交流重畳電流Ｉａｏの有効成分Ａの値を漏洩電流Ｉｇｃの値として演算する。またＩ0＝（Ｉｇｒ2＋Ｉｇｃ2）1/2の値を零相電流Ｉ0の値として演算する。
【００６２】
前述の基準電圧Ｅと重畳電圧Ｅｏの位相差及びｍの値は、給電用変圧器の結線方式とその端子の接地方式及び給電線の引出し方式とによって決まる。
【００６３】
本発明に係る漏洩電流測定装置は、更に表示手段を備え、上記演算手段によって演算された結果を上記表示手段に表示して告知することが望ましい。
【００６４】
さらに、本発明に係る漏洩電流測定装置は、警報手段を備え、上記演算手段において求められる上記故障電流Ｉｇｒの値が所定の値を超えたときに上記警報手段より警報を発することにより、故障電流Ｉｇｒの値が所定の値を超えたことを告知することができる。
【００６５】
さらにまた、本発明に係る漏洩電流測定装置は、さらに遮断手段を備えることにより、上記演算手段において求められる上記故障電流Ｉｇｒの値が所定の値を超えたときに上記遮断手段により電路を遮断することを可能とする。
【００６６】
また、本発明に係る漏洩電流測定方法は、給電変圧器から導出される単相給電線にあっては、その線間電圧Ｅを、三相給電線にあっては、三相の電圧端子をＲ，Ｓ，Ｔとし、Ｓ相が接地してあるΔ方式ではＲ相とＴ相間との線間電圧ＥRTを、Ｒ相とＴ相との間の中点が接地してあるＶ方式ではＲ相とＴ相との間の線間電圧ＥRTを測定する電圧検出工程と、単相又は三相給電線若しくはこの給電線にスイッチング素子等で構成される直流／交流変換装置を経由して導出される直流給電線各々の給電線を流れる合計電流である零相電流Ｉ0を検出する零相電流検出工程と、この零相電流検出工程によって検出された零相電流Ｉ0からその交流成分である交流重畳電流Ｉａｏを検出する交流重畳電流検出工程とを有し、上記電圧検出工程によって検出された上記線間電圧ＥRTを基準電圧とし、この基準電圧と上記交流重畳電流Ｉａｏとの位相を比較する位相比較工程と、上記基準電圧に対して、上記交流重畳電流Ｉａｏを同相の有効成分Ａと、これと直角の位相差を有する無効成分Ｂに分離した計測値を求め、これらの値及び給電用変圧器結線方式とその端子の接地方式それに給電用変圧器から導出される給電線の方式から定まる交流給電線線間電圧Ｅに対する重畳電圧Ｅｏの倍数ｍ及び両電圧の位相差に基づいて、前記故障電流Ｉｇｒの値及び電圧印加部分と接地部分間に通常存在する対地静電容量を介して流れる電流の合計値である漏洩電流Ｉｇｃの値、それに故障電流Ｉｇｒと漏洩電流Ｉｇｃとのベクトル和である零相電流Ｉ0の値を演算する演算工程とを備える。
【００６７】
そして、入力された給電線線間電圧である基準電圧Ｅに対して交流重畳電流Ｉａｏの有効成分Ａの値とこれと直角の位相差を有する無効成分Ｂの値とを求めるための位相比較が行われ、これらの値及び給電用変圧器結線方式とその端子の接地方式それに給電用変圧器から導出される給電線の方式から定まる交流給電線線間電圧Ｅに対する重畳電圧Ｅｏの倍数ｍ及び両電圧の位相差に基づいて、前記故障電流Ｉｇｒの値及び電圧印加部分と接地部分間に通常存在する対地静電容量を介して流れる電流の合計値である漏洩電流Ｉｇｃの値、それに故障電流Ｉｇｒと漏洩電流Ｉｇｃとのベクトル和である零相電流Ｉ0の演算が行われる。
【００６８】
ここで、上記演算工程は、より具体的には、入力された給電線の線間電圧である基準電圧Ｅに対して、基準電圧Ｅの電気的中性点の給電電源の接地点からの電圧である重畳電圧Ｅｏが基準電圧Ｅと、例えば一線が接地してある単相給電線のように同位相のとき、基準電圧Ｅに対して上記交流重畳電流Ｉａｏの有効成分の値をＡとし、これと直角の位相差を有する無効成分の値をＢとするとき、式Ａ｛１＋１／（２ｍ2）｝1/2の値を故障電流Ｉｇｒの値として演算し、無効成分Ｂの値を漏洩電流Ｉｇｃの値として演算する。これに対し基準電圧Ｅの位相と重畳電圧Ｅｏの位相差が９０度あるときは、式Ｂ｛１＋１／（２ｍ2）｝1/2の値を故障電流Ｉｇｒの値として演算し、Ａの値を漏洩電流Ｉｇｃの値として演算する。またＩ0＝（Ｉｇｒ2＋Ｉｇｃ2）1/2の値を零相電流Ｉ0の値として演算する。
【発明の効果】
【００６９】
上述したように、従来の装置又は方法にあっては、発電機器、コゼネレーシヨン機器等のエネルギー供給装置、これらエネルギー供給装置からエネルギーの供給を受ける空調機器、照明機器等のエネルギー変換装置や、蓄電池等のエネルギー貯留供給装置、電気自動車の充放電端末などのエネルギー受給装置などに給電する直流給電線及びこれに接続されている各装置並びに機器の電圧印加部分から接地部分へ流れる故障電流Ｉｇｒの検出に際して、正極故障電流と負極故障電流との差を故障電流Ｉｇｒとして検出していたため、正極負極同時故障の際は過小な故障電流Ｉｇｒを検出し、特に正極故障電流と負極故障電流の絶対値とが等しいときは検出が不可能になるなど、重大故障の一因になっていたが、本発明に係る装置及び方法では正極故障電流、負極故障電流の絶対値の和として故障電流Ｉｇｒの検出を可能にしているので、上述の各装置及び機器を含む全装置の絶縁監視を高い信頼性で可能となし、安全性を大きく向上することができる。
【００７０】
また、本発明は、警報手段を備えることにより、故障電流Ｉｇｒが異常状態になったことを音などの警報により告知することができるので、漏電による事故を未然に防止することができる。
【００７１】
更にまた、漏洩電流Ｉｇｃの検出も容易なため、上述したヨーロッパ規格の要求事項についても適応が可能であり、また、故障電流や漏洩電流の検出に際して直流微小電流を検出するための複雑高価な零相変流器や特殊なセンサーを用いる代わりに、標準的な交流零相変流器と電子回路での処理が可能となり、更に測定の際にスイッチング素子等による高調波電圧などの影響を受けやすい対地電圧の入力に代わって、安定した交流給電線の線間電圧を用いるなど、高い信頼性を有し、しかも安価で、全世界に適用が可能な漏洩電流測定装置及びその測定方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】変圧器の二次側巻線を星形に結線したＹ方式である三相星形給電方式の電源の接地相と電圧相の１つから導出された単相給電線に接続された変換装置から給電される直流給電線及びそれに接続される負荷装置、電源装置等の故障電流Ｉｇｒ及び漏洩電流Ｉｇｃの測定に本発明に係る漏洩電流測定装置を適用した構成例を示す概略系統図である。
【図２】図１に示すＹ方式の星形給電方式の電源における給電電圧Ｅとその電気的中性点Ｍａ、そのときの重畳電圧Ｅｏ、及び給電線がＲ相、Ｓ相から導出されたときの給電電圧Ｅｓとその電気的中性点Ｍｓ、そのときの重畳電圧Ｅｏｓの関係を示すベクトル図である。
【図３】単三方式電源の変圧器の二次側巻線の結線と接地の状態、給電線がＲ相と接地点Ｇから導出されたときの給電電圧Ｅ1とその電気的中性点Ｍ1の関係を示す図である。
【図４】単三方式給電方式の電源における給電電圧Ｅ1とその電気的中性点Ｍ1、そのときの重畳電圧Ｅｏ1の関係を示すベクトル図である。
【図５】Ｖ方式の電源の変圧器の二次側巻線の結線と接地の状態、給電線がＲ相、Ｓ相、Ｔ相の三相で導出されたときの給電電圧Ｅｖの関係を示す図である。
【図６】Ｖ方式の給電電源から三相で導出されたときの給電電圧Ｅｖと三相電位の重心であるその電気的中性点Ｍｖ、そのときの重畳電圧Ｅｏｖの関係を示すベクトル図である。
【図７】Δ方式電源の変圧器の二次側巻線の結線と接地の状態、給電線がＲ相Ｓ相Ｔ相の三相で導出されたときの給電電圧ＥDの関係を示す図である。
【図８】Δ方式の給電電源から三相で導出されたときの給電電圧ＥＤと三相電位の重心であるその電気的中性点ＭＤ、そのときの重畳電圧ＥｏＤの関係を示すベクトル図である。
【図９】本発明に係る漏れ電流測定装置を構成する信号処理部の詳細を示すブロック図である。
【図１０】零相電流Ｉ0の交流成分であるＩａｏ、基準電圧として入力される給電線線間電圧Ｅ，Ｅｓ、Ｅ1、線間電圧ＥＶ、ＥＤ、ＥＳＲ，ＥＳＴ、位相角θ、零相電流Ｉ0の交流成分であるＩａｏの有効成分Ａ、零相電流Ｉ0の交流成分であるＩａｏの無効成分Ｂの関係を示すベクトル図である。
【図１１】ある時点で位相差がθの入力電圧Ｅと零相電流Ｉ0の交流成分であるＩａｏの波形と、位相判定のためのゼロクロッシング回路の出力波形の関係を示す図である。
【図１２】基準電圧として入力される給電線線間電圧Ｅｓ、Ｅｖ、ＥＤと重畳電圧Ｅｏｓ、Ｅｏｖ，ＥｏＤとの位相角が９０度の場合の零相電流Ｉ0の交流成分であるＩａｏの有効成分Ａと、零相電流Ｉ0の交流成分であるＩａｏの無効成分Ｂの関係を示すベクトル図である。
【図１３】直流給電線及びそれに接続されている装置を本発明に係る漏れ電流測定装置で監視し、遮断器と警報器を制御する構成を備え、且つ分流器により零相電流Ｉ0及び零相電流Ｉ0の交流成分であるＩａｏを分流して信号処理部へ入力する本発明に係る漏洩電流測定装置を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００７３】
以下、本発明を適用した漏洩電流測定装置及びその測定方法の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００７４】
本発明に係る漏洩電流測定装置は、単相又は三相給電線の電気的中性点に対地交流電圧が存在する、例えば単相の２線のうちの１線が接地されている給電線に接続される直流給電系統に適用される。
【００７５】
そして、変圧器の二次側巻線１を星形に結線したＹ方式を採用した図１に示す給電方式において、二次側巻線１の接地相Ｇと電圧相Ｒ，Ｓ，Ｔの１つであるＲ相からそれぞれ導出された単相給電線２R，２Gに接続された交流／直流変換装置３と、この変換装置３から導出される直流給電線４の正極線４ｐと負極線４ｎには 直流で駆動され、あるいは直流で動作する各種の装置や負荷装置から構成される装置５が接続されている。
【００７６】
上述した装置５は、直流給電線４ｐ、４ｎに直接接続される太陽光発電装置や燃料電池などの発電装置、ＬＥＤ照明装置、電気自動車の充電放電端子、蓄電池などの直流で動作しあるいは駆動する直流装置若しくは設備や、スイッチング素子等を経由して接続される交流電動機により駆動される駆動機器などの交流負荷装置、風力発電機などの交流発電装置、コゼネレーシヨン装置などから構成されている。
【００７７】
変圧器の二次側巻線１の中点である接地端子Ｇは、接地線８を経由して接地点Ｇｏで接地されている。そして、接地端子Ｇと電圧端子Ｒ間の巻線１ａには、接地端子Ｇに対する電圧端子Ｒの電位である相電圧Ｅが発生し、この相電圧Ｅが交流給電線２の給電線２R，２Gの線間電圧Ｅとなる。これら電圧と各端子の関係を図２のベクトル図に示す。図２において、接地端子Ｇの電位と電圧端子Ｒとの電位差である図２中Ｅで示すベクトルの中間の電位点Ｍａを相電圧Ｅの電気的中性点といい、接地点Ｇから電気的中性点Ｍａまでの電圧を重畳電圧Ｅｏと称する。したがって、この場合のように単相給電線の１線が接地されているときは重畳電圧Ｅｏの値は、線間電圧Ｅの値の半分であるＥ／２となる。
【００７８】
また、図１に示す変圧器の星形に結線された二次側巻線１の端子Ｒと端子Ｓから導出される交流給電線電圧Ｅｓは、図２中Ｅｓで示す電圧ベクトルであり、この電圧ベクトルＥｓの中点Ｍｓが、交流給電線電圧Ｅｓの電気的中性点で、接地点Ｇに対する電気的中性点Ｍｓの電圧Ｅｏｓがこのときの重畳電圧となる。この重畳電圧Ｅｏｓの値は、図２に示すベクトル図から、給電線線間電圧Ｅｓの値の１／（２√３）の値となる。
【００７９】
また、交流給電線２には、給電線２R，２Gに供給される電流のベクトル和である零相電流Ｉ0を出力するための零相変流器９を備える。零相変流器９は、交流給電線２、直流給電線４、接地線８のような零相電流Ｉ0の通路であればいずれの位置にも設置可能である。さらに、零相電流Ｉ0には、直流電流に交流電流が重畳しており、測定の際に必要な交流電流分を分流するため、分流器１０を経由してその交流成分である交流電流Ｉａｏを抽出し信号処理部１３に入力する。また、給電線２R，２Gの線間電圧Ｅも、測定の際の基準電圧として信号処理部１３に入力する。
【００８０】
交流／直流変換装置３は、スイッチング素子等で構成され、交流端子Ｒ，Ｇに印加された交流電圧を直流電圧として直流端子Ｐ，Ｎに出力し、電流は交流側から直流側へ、又はその逆方向へも流すことができる。
【００８１】
交流／直流変換装置３の直流端子Ｐ，Ｎから直流給電線４ｐ，４ｎが導出され、その線間電圧はＥｄで示され、直流給電線４ｐ，４ｎの中間電圧点が電気的中性点Ｍｄとなる。すなわち、電気的中性点Ｍｄから直流給電線４ｐまでの電圧Ｅｐは、線間電圧Ｅｄの１／２となり、直流給電線４ｎから電気的中性点Ｍｄまでの電圧Ｅｎの負電圧も線間電圧Ｅｄの１／２となる。
【００８２】
また、交流／直流変換装置３の構成要素であるダイオード、サイリスタ等は、交流端子Ｒ，Ｇから直流端子Ｐ，Ｎの間の電流通路及び素子の定格、数など対称的に配置され、結線されているので、交流給電線２R，２Gの電気的中性点Ｍａの電位と直流給電線４ｐ，４ｎの電気的中性点Ｍｄの電位は一致する。したがって、交流給電線２R，２Gの電気的中性点Ｍａの対地電圧をＥｏとすると、直流給電線４ｐ，４ｎの電気的中性点Ｍｄの対地電圧もＥｏとなり、等価的には図１のように接地点から直流給電線４ｐ，４ｎの電気的中性点Ｍｄへ交流電圧Ｅｏが印加される。したがって、直流給電線４ｐに印加される対地電圧として、直流電圧Ｅｐに加えて交流電圧Ｅｏが重畳して印加され、直流給電線４ｎに印加される対地電圧として、直流電圧Ｅｎに加えて交流電圧Ｅｏが重畳して印加される。これが交流電圧Ｅｏを重畳電圧Ｅｏと称する理由である。
【００８３】
交流給電線の電気的中性点の対地交流電圧が存在する他の例を図３に示す。図３に示す例は、単相３線給電方式の変圧器の端子Ｒと端子Ｔ間の二次側巻線で、その中点が接地され、この中点に設けた端子Ｇと端子Ｒから交流給電線を導出している。端子Ｇと端子Ｒから導出される交流給電線間の線間電圧Ｅ1は、図４に示すベクトル図において、ベクトルＥ1で示され、このベクトルＥ1の中心点Ｍ1が交流給電線の電気的中性点で、接地されたＧ端子から電気的中性点Ｍ1までの電圧Ｅｏ1が重畳電圧になる。このときの重畳電圧Ｅｏ1の値は、図４のベクトル図から、給電線線間電圧Ｅ1の値の１／２の値となる。また、端子Ｇと端子Ｔから線間電圧Ｅ1が印加される交流給電線が導出されても同様となる。
【００８４】
次の例として、Ｖ結線給電方式の例を図５に示す。図５に示すＶ結線給電方式では、変圧器の端子Ｒと端子Ｔ間の巻線の中点Ｇが接地され、各端子Ｒ，Ｓ，Ｔから線間電圧ＥＶの三相交流給電線が導出されている。図６のベクトル図に示すように、３本の交流給電線線間電圧ベクトルで描かれる三角形の重心Ｍｖが三相交流給電線の電気的中性点で、接地されたＧ端子から電気的中性点Ｍｖまでの電圧Eｏｖが重畳電圧になる。このときの重畳電圧Ｅｏｖの値は、図６のベクトル図から給電線線間電圧Ｅｖの値の１／（２√３）の値となる。
【００８５】
次に、図７に示すΔ結線給電方式で、変圧器の端子Ｓが接地され、端子Ｒ，Ｓ，Ｔから線間電圧ＥＤの三相交流給電線が導出された例において、図８のベクトル図に示す３本の交流給電線線間電圧ベクトルで描かれる三角形の重心ＭＤが三相交流給電線の電気的中性点で、接地されたＳ端子から電気的中性点ＭＤまでの電圧ＥｏＤが重畳電圧になる。このときの重畳電圧ＥｏＤの値は、図８のベクトル図から給電線線間電圧ＥＤの値の１／（√３）の値となる。
【００８６】
また、端子ＲＳ又は端子ＴＳから導出される単相交流給電線については図３、図４に示す単相給電方式の場合と同様である。
【００８７】
ここで、図１に示す直流給電系統で、交流／直流変換装置３は、ダイオードやサイリスタなどのスイッチング素子等で構成され、これらの素子は、例えばブリッジ状のように対称的に配置結線されているので、端子Ｒ，Ｇに入力された実効値Ｅの交流電圧は前記素子によって整流されて直流端子Ｐ，Ｎに直流電圧Ｅｄとして出力される。この場合の直流電圧Ｅｄの値は、電圧Ｅｄの印加に起因する故障電流、漏洩電流の検出が目的であるため、実効値Ｅの交流電圧を整流したときの最高の値である交流電圧の波高値、Ｅの√２倍の値によって計算する。前記直流給電系統には発電装置も含まれており、前記の最大値は実際に起こりうる値である。
【００８８】
次に、図１に示す概略系統図で、直流給電線４ｐ，４ｎ及びそれに接続されている負荷装置５にはそれに印加される交流の重畳電圧Ｅｏ及び直流電圧Ｅｐ，Ｅｎに起因する対地漏洩電流が流れる。前述したように直流電流に交流電流が重畳している対地漏洩電流の計算には重畳の理を用いる。即ち、直流電圧部分を短絡して交流電圧に起因する電流を求め、次に交流電圧部分を短絡して直流電圧に起因する電流を求め、両者を合計して重畳された電流を求めるが、両電流は異なった波形であり、実効値が必要なため、両電流各々を二乗して合計、開平して重畳電流の実効値を求める。
【００８９】
また、図１に示したように、直流給電線４ｐ，４ｎ及びそれに接続されている負荷装置５には、通常対地静電容量６が存在する。そして、この通常存在する対地静電容量６の値は、負荷装置５及び直流給電線４が回路として接続されているので、それぞれの値の合計値で、直流給電線４ｐ，４ｎにかかわる対地静電容量６の各々の値をＣｐ，Ｃｎとする。対地静電容量６には、交流の重畳電圧Ｅｏに起因する漏洩電流Ｉｃｐ，Ｉｃｎが流れる。ここで、重畳電圧Ｅｏの角周波数をωとしてベクトル記号法を適用すれば、漏洩電流ＩｃｐはｊωＣｐＥｏで表され、漏洩電流ＩｃｎはｊωＣｎＥｏで表され、対地静電容量６には直流電圧Ｅｐ，Ｅｎに起因する定常電流は流れない。
【００９０】
従って、直流給電線４ｐ，４ｎ及びそれに接続されている負荷装置５に存在する対地静電容量６を流れる漏洩電流Ｉｃｐ，Ｉｃｎの和、即ちω（Ｃｐ＋Ｃｎ）Ｅｏの値が、電圧印加部分と接地部分間に通常存在する対地静電容量６を介して流れる漏洩電流Ｉｇｃの値になる。
【００９１】
また、直流給電線４ｐ，４ｎ及びそれに接続されている負荷装置５には対地漏洩コンダクタンス７が生ずることがあり、直流給電線４ｐ，４ｎにかかわる各々の値をＧｐ，Ｇｎとする。このとき、これら対地漏洩コンダクタンス７には重畳電圧Ｅｏに起因する漏洩電流Ｉｇｐ、Ｉｇｎが流れ、漏洩電流ＩｇｐはＧｐＥｏで表され、漏洩電流ＩｇｎはＧｎＥｏで表される。これらを合計すると（Ｇｐ＋Ｇｎ）Ｅｏとなり、交流の重畳電圧Ｅｏに起因する電圧印加部分と接地部分間の対地漏洩コンダクタンス７を介して流れる故障電流の合計値となる。
【００９２】
また、対地漏洩コンダクタンス７には直流電圧Ｅｐ，Ｅｎに起因する故障電流Ｉｄｐ，Ｉｄｎが重畳して流れ、ＩｄｐはＧｐＥｐ、ＩｄｎはＧｎＥｎで表され、両電流の合計はＧｐＥｐ＋ＧｎＥｎとなるが、図１に示すように、線間電圧Ｅｄの直流給電線４ｐ，４ｎの電気的中性点ＭＤから直流給電線４ｐに印加される電圧Ｅｐは＋Ｅｄ／２、直流給電線４ｎへの電圧Ｅｎは−Ｅｄ／２となり、両電流の合計（ＧｐＥｐ＋ＧｎＥｎ）は（Ｇｐ―Ｇｎ）Ｅｄ／２、つまり両電流値の差を計測し、直流給電線４ｐ，４ｎに同時に対地漏洩コンダクタンス７が生じたとき、実際より少ない値を計測、特に対地漏洩コンダクタンス７の値であるＧｐ，Ｇｎの値が等しいときには故障として認識できない。
【００９３】
この致命的な欠陥をなくすため、本発明では上述した分流器１０を経由して抽出した零相電流Ｉ0の交流成分である交流電流Ｉａｏを利用する。この交流電流Ｉａｏは、上述した交流電流の重畳電圧Ｅｏに起因する漏洩電流Ｉｃｐ，Ｉｃｎと故障電流Ｉｇｐ，Ｉｇｎの合計であり、下記の式６のように示すことができる。
【００９４】
Ｉａｏ＝（Ｇｐ＋Ｇｎ）Ｅｏ＋ｊω（Ｃｐ＋Ｃｎ）Ｅｏ ・・・（６）
上記式６のＥｏとの同位相成分（Ｇｐ＋Ｇｎ）ＥｏをＡとおき、この値Ａを電流Ｉａｏから検出する。ちなみに、Ａの値が重畳電圧Ｅｏに起因する故障電流Ｉｇｐ，Ｉｇｎの合計であり、これと直角の位相差を有する成分ω（Ｃｐ＋Ｃｎ）ＥｏをＢとしたとき、Ｂの値が重畳電圧Ｅｏに起因する電圧印加部分と接地部分間に通常存在する対地静電容量６を介して流れる漏洩電流Ｉｇｃの値になる。
【００９５】
上記Ａの値と電圧Ｅｄ，Ｅｏ、それに交流給電線線間電圧Ｅの関係が明らかになっていることを利用して、直流電圧Ｅｐ，Ｅｎに起因する対地漏洩コンダクタンス７に流れる故障電流Ｉｄｐ，Ｉｄｎをそれぞれの絶対値の和、つまり（Ｇｐ＋Ｇｎ）Ｅｄ／２の値として算出する。前述したように、直流給電線線間電圧Ｅｄは交流給電線線間電圧Ｅの√２倍であるので、直流電圧Ｅｐ，Ｅｎに起因する対地漏洩コンダクタンス７に流れる故障電流の絶対値の和（Ｇｐ＋Ｇｎ）Ｅｄ／２は、（Ｇｐ＋Ｇｎ）Ｅ／√２と計算される。また、交流の重畳電圧Ｅｏは、交流給電線線間電圧Ｅのｍ倍の関係があり、（Ｇｐ＋Ｇｎ）ＥｏがＡであるので、上記直流電圧Ｅｐ，Ｅｎに起因する故障電流の絶対値の和はＡ／（ｍ√２）と計算される。また、重畳電圧Ｅｏに起因する故障電流の和はＡで表されるので、これら故障電流を重畳させた実効値を求めると、Ａの値の｛１＋１／（２ｍ2）｝1/2倍となる。図１に示すように、単相交流給電線のうちの１本が接地してあるときは交流給電線線間電圧Ｅである基準電圧と重畳電圧Ｅｏとの位相差はなく、ｍは１／２であることから、｛１＋１／（２ｍ2）｝1/2の値は√３となる。つまり、Ａの値を求めることができれば、Ａの√３倍の値が交流の重畳電圧Ｅｏに起因する故障電流と直流電圧Ｅｐ、Ｅｎに起因する故障電流とを重畳させた直流給電線４及びそれに接続されている負荷装置５の電圧印加部分から接地部分へ流れる故障電流Ｉｇｒの値となる。
【００９６】
上述したような直流給電線４及びそれに接続されている負荷装置５に通常存在する対地静電容量６に起因する漏洩電流Ｉｇｃ及び故障時発生する対地漏洩コンダクタンス７に起因する故障電流Ｉｇｒを測定する本発明に係る漏洩電流測定装置は、図１に示すように信号処理部１３、演算部１４、表示部１５を有する処理演算部１６を備える。そして、前述の漏洩電流Ｉｇｃ及び故障電流Ｉｇｒを測定する場合には、処理演算部１６を構成する信号処理部１３に、交流給電線２に流れる電流のベクトル和である零相電流Ｉ0から分流された零相電流Ｉ0の交流成分Ｉａｏが、零相電流Ｉ0を検出する零相変流器９と交流成分Ｉａｏを分流する分流器１０を介して入力される。
【００９７】
ここで、直流給電線４及びそれに接続されている負荷装置５及び零相変流器９から直流給電線４寄りの交流給電線２に存在する対地静電容量６を流れる漏洩電流Ｉｇｃ及び同部位に発生する対地漏洩コンダクタンス７を流れる故障電流Ｉｇｒのベクトル和である零相電流Ｉ0は、大地から給電電源の接地極Ｇｏ、接地線８を経由して、配電電源１、交流給電線２、直流／交流変換装置３、直流給電線４及びそれに接続されている負荷装置５の経路を還流するので、零相電流Ｉ0はこの還流経路の途中いずれの点でも測定が可能である。
【００９８】
また、本発明を採用することにより、負荷装置５を構成する複数の装置を１台の漏洩電流測定装置によって監視することが可能である。
【００９９】
次に、図１に示す処理演算部１６を構成する信号処理部１３の具体例を、図９を参照して説明する。この信号処理部１３は、電圧検出器２１と、第１の増幅器２２と、第１のローパスフィルタ（ＬＰＦ）２３と、第１の実効値変換器２８と、零相電流Ｉ0から分流された交流分電流Ｉａｏ検出器２４と、第２の増幅器２５と、第２のローパスフィルタ（ＬＰＦ）２６と、第２の実効値変換器２９と、位相差計測器２７とを備える。
【０１００】
図９において、電圧検出器２１には、交流給電線２の線間電圧が基準電圧Ｅとして入力される。交流給電線２がΔ方式の三相であれば接地相以外の線間電圧を、Ｖ方式の三相であれば接地相の線間電圧を入力する。
【０１０１】
そして、第１の増幅器２２は、電圧検出器２１の検出感度に応じて、電圧検出器２１から出力される基準電圧Ｅを適切な値になるまで増幅する。第１のローパスフィルタ２３は、基準電圧Ｅとして入力される電圧の最高周波数である例えば６０Ｈｚを超える周波数成分を減衰させて基準電圧周波数波形を取り出す。
【０１０２】
そして、電流Ｉａｏ検出器２４には、零相電流Ｉ0から分流された交流分電流Ｉａｏが入力される。
【０１０３】
第２の増幅器２５は、電流Ｉａｏ検出器２４の検出感度に応じて、電流Ｉａｏ検出器２４から出力される電流Ｉａｏを適切な値になるまで増幅する。第２のローパスフィルタ２６は、電流Ｉａｏの商用周波数を超える周波数成分を減衰させて商用周波数を取り出す。
【０１０４】
そして、位相差計測器２７は、基準電圧として入力された単相の交流給電線２の線間電圧、Δ方式の三相であれば接地相以外の線間電圧、Ｖ方式の三相であれば接地相の線間電圧のいずれかと、電流Ｉａｏとの位相差を計測する。ここで基準電圧Ｅとして入力された単相の交流給電線２の線間電圧、Δ方式の三相であれば接地相以外の線間電圧、Ｖ方式の三相であれば接地相の線間電圧のいずれかと、電流Ｉａｏとの位相角θの関係を図１０、図１１に示す。
【０１０５】
そして、信号処理部１３において、第１のローパスフィルタ２３は出力された基準電圧Ｅの波形と、第２のローパスフィルタ２６から出力された電流Ｉａｏの波形を、例えばオペアンプゼロクロッシング回路に入力すると、それらの出力波形は、図１１に示すように、基準電圧Ｅに対してはＥZで示すようになり、電流Ｉａｏに対してはＩZで示すようになる。基準電圧Ｅ及び電流Ｉａｏの出力波形の波高値を一致させて、出力波形ＥZとＩZの差を求める。その差の絶対波形は、図１１に示す｜ＥZ−ＩZ｜波形になる。図１１に示す｜ＥZ−ＩZ｜波形及びＩZ波形の突出部分の面積をそれぞれＳ1，Ｓ2とすれば、Ｓ1は基準電圧Ｅと電流Ｉａｏとの位相差角θに比例し、Ｓ2は位相差１８０度に比例する。このＳ1，Ｓ2に比例した電圧は、演算部１４に出力される。
【０１０６】
そして、第１の実効値変換器２８は、基準電圧Ｅの波形を両波整流して実効値に比例したアナログ値に変換し、演算部１４に入力する。第２の実効値変換器２９は、電流Ｉａｏの基本周波数波形を両波整流して実効値に比例したアナログ値に変換して演算部１４に入力する。
【０１０７】
演算部１４は、位相差計測器２７が計測した基準電圧Ｅと電流Ｉａｏとの位相差角θを用いて、電流Ｉａｏを基準電圧Ｅと同位相の有効成分Ａと、基準電圧Ｅより９０度位相が進んだ無効成分Ｂとに分解して出力する。
【０１０８】
なお、位相差計測器２７が検出する基準電圧Ｅと電流Ｉａｏとの位相差角θは、下記の式７に基づいて算出される。
【０１０９】
θ＝（１８０Ｓ1）／Ｓ2 ・・・（７）
ここで、演算部１４は、Ｉ0ｃｏｓθの値を電流Ｉａｏの有効成分Ａの値として、Ｉａｏｓｉｎθの値を電流Ｉａｏの無効成分Ｂの値として演算し出力する。これら電流Ｉａｏと、電流Ｉａｏの有効成分Ａ及び無効成分Ｂの関係は、前述したように、図１０のベクトル図に示すように表される。即ち、有効成分Ａは、式８のように表され、無効成分Ｂは式９のように表される。
【０１１０】
Ａ＝Ｉａｏｃｏｓθ ・・・（８）
Ｂ＝Ｉａｏｓｉｎθ ・・・（９）
そして、演算部１４において、上述したような演算処理が行われる。
【０１１１】
また、前述したように、基準電圧Ｅと重畳電圧Ｅｏとの位相が等しく、２線のうち１線が接地してある単相給電のとき対地静電容量６に起因する漏洩電流Ｉｇｃは、下記の式１０に示すようになる。
【０１１２】
Ｉｇｃ＝Ｂ ・・・（１０）
同じ条件で、対地漏洩コンダクタンス７に起因し、直流電流に交流電流が重畳する故障電流Ｉｇｒは、下記の式１１示すようになる。
【０１１３】
Ｉｇｒ＝√３Ａ ・・・（１１）
演算部１４において、演算処理が行われる漏洩電流Ｉｇｃの値と、故障電流Ｉｇｒの値は、必要に応じて表示部１５に表示される。
【０１１４】
また、基準電圧Ｅと重畳電圧Ｅｏとの位相差が９０度の関係にある図１、図２に示された、星形に結線され、その中点が接地された変圧器の二次側巻線で形成される交流電源の中点以外の端子Ｒ，Ｓから単相の交流給電線が導出されるときは、図１２に示すように角θは９０度大きく測定されるので、前記式１０は下記の式１２に示すようになる。
【０１１５】
Ｉｇｃ＝Ａ ・・・（１２）
また、重畳電圧Ｅｏは基準電圧Ｅの１／（２√３）倍であるので前記式１１は下記の式１３に示すようになる。
【０１１６】
Ｉｇｒ＝√７Ｂ ・・・（１３）
また、基準電圧Ｅと重畳電圧Ｅｏとの位相差が９０度の関係にある図７、図８に示した、三角形に結線され、その１端子が接地された変圧器の二次側巻線で形成される交流電源から三相の交流給電線が導出されるときは、図１２に示すように角θは９０度大きく測定されるので式１０は式１２に示すようになり、重畳電圧Ｅｏは基準電圧Ｅの１／√３倍であるので式１１は下記の式１４に示すようになる。
【０１１７】
Ｉｇｒ＝√２．５Ｂ ・・・（１４）
また、基準電圧Ｅと重畳電圧Ｅｏとの位相差が９０度の関係にある図５、図６に示された、Ｖ字形に結線され、その一方の巻線の中点が接地された変圧器の二次側巻線で形成される交流電源の中点以外の３点から導出される三相の交流給電線のときは、図１２に示すように角θは９０度大きく測定されるので式１０は式１２に示すようになり、重畳電圧Ｅｏは基準電圧Ｅの１／（２√３）倍であるので式１１は式１３に示すようになる。
【０１１８】
また、本発明に係る漏洩電流測定装置は、図１３に示すように、交流給電線２の途中に遮断器１９を設け、演算部１４の演算の結果により、遮断器１９の遮断動作を制御する構成としてもよい。この漏洩電流測定装置は、演算部１４により演算されて測定された故障電流Ｉｇｒの測定結果を制御信号とし、この制御信号に基づいて交流給電線２の途中に設けた遮断器１９を動作させることにより、交流／直流変換装置３とそれから導出される直流給電線４、直流装置や種々の負荷装置から構成される装置５を給電電源１から遮断する。
【０１１９】
本発明に係る漏洩電流測定装置においては、更に遮断器を設けることにより、故障電流Ｉｇｒの検出と共に、故障電流Ｉｇｒが所定の値を超えたとき交流／直流変換装置３とそれから導出される直流給電線４、直流装置や種々の負荷装置から構成される装置５を給電電源から遮断するようにすることができるので、給電電源に接続された交流／直流変換装置３とそれから導出される直流給電線４、直流装置や種々の負荷装置から構成される装置５を絶縁不良に伴う重大事故から守ることができる。
【０１２０】
更に、本発明に係る漏洩電流測定装置では、演算部１４の演算の結果により、故障電流Ｉｇｒの値が所定の値より大きくなったことが判定された場合には、その判定信号を制御信号として、音や発光等の警報装置を動作させ、音や発光等を用いて警報を発するようにしてもよい。このような警報装置を設けることにより、漏電に起因する事故を確実に防止することができる。なお、この警報装置は、図１３に示すように、演算部１４の判定信号を制御信号として警報器１８を動作させるものであるので、演算部１４からの判定信号が入力されるように、この演算部１４に接続される。
【０１２１】
更に、本発明に係る漏洩電流測定装置では、図１３に示すように零相電流Ｉ0から交流電流Ｉａｏを検出するとともに、零相電流Ｉ0をも検出可能な分流器を備え、零相電流Ｉ0をも信号処理部１３に入力させ、その値を演算部１４を経由して表示部１５で出力させることもできる。
【０１２２】
また、図３に示す単３方式で端子Ｒ，Ｔから導出した単相の交流給電線２、又は図１のＹ給電方式で端子Ｒ，Ｓ，Ｔから導出した三相の交流給電線２の場合、それら給電線２の電気的中性点の電位が接地点Ｇの電位と一致するので重畳電圧Ｅｏの値が０となり、零相電流Ｉ0の値は下記の式１５により示されるＩｄｏの値になる。
【０１２３】
Ｉｄｏ＝０．５√２（Ｇｐ−Ｇｎ）Ｅ ・・・（１５）
演算部１４は、このＩｄｏの値を故障電流Ｉｇｒの値として検出する。
【０１２４】
但し、式１５で示されるように正極又は負極のいずれか一方に対地漏洩コンダクタンス７が発生したときは故障電流Ｉｇｒの値として正確であるが、正極及び負極の双方に発生したときにはその差の値を表示することになる。
【産業上の利用可能性】
【０１２５】
本発明に係る漏洩電流測定装置及び測定方法は、今後急速な普及が予想されるスマートグリットの直流給電線及び直流給電線に接続された直流及びスイッチング素子等を経由する交流の負荷装置、給電装置、発電装置、コゼネレーシヨン装置などの絶縁測定、予防保全、事故防止に用いることができる。
【符号の説明】
【０１２６】
１ 変圧器の二次側巻線、２ 交流給電線、３ 交流／直流変換装置、４ 直流給電線、５ 負荷装置、６ 対地静電容量、７ 対地漏洩コンダクタンス、８ 接地線 ９ 零相変流器、１０ 分流器、１３ 信号処理部、１４ 演算部、１５ 表示部、１６ 処理演算部、１８ 警報機、１９ 遮断器、
【特許請求の範囲】
【請求項１】
端子の１つ又は巻線の中点が接地された単相又は三相に結線された変圧器の二次側巻線で形成される交流電源から導出される単相又は三相の交流給電線に接続される交流／直流変換装置と、この交流／直流変換装置から導出される直流給電線と、この直流給電線に接続される直流装置及び直流／交流変換装置と、この直流／交流変換装置を経由して接続される交流装置とを備える給電システムの直流及び交流電圧印加部分と接地部分間の絶縁抵抗を介して流れる漏洩電流Ｉｇｒと、上記電圧印加部分と上記接地部分間に存在する対地静電容量を介して流れる漏洩電流Ｉｇｃを測定する漏洩電流測定装置において、
上記交流給電線の線間電圧を測定する電圧検出手段と、
上記交流給電線又は上記直流給電線に流れる電流のベクトル和である零相電流Ｉ0を検出する零相電流検出手段と、
上記零相電流Ｉ0から交流電流Ｉａｏを検出する交流電流検出手段と、
上記電圧検出手段によって検出された上記線間電圧を基準電圧とし、この基準電圧と上記交流電流Ｉａｏとの位相を比較する位相比較手段と、
上記絶縁抵抗を介して流れる漏洩電流Ｉｇｒと上記対地静電容量を介して流れる漏洩電流Ｉｇｃを演算する演算手段とを備え、
上記演算手段は、
上記基準電圧に対して、上記交流電流Ｉａｏを同相の有効成分Ａと、これと直角の位相差を有する無効成分Ｂに分離した計測値を求め、
上記線間電圧を基準電圧としたときに得られる上記交流電流Ｉａｏの有効成分Ａとこれと直角の位相差を有する無効成分Ｂとに基づいて、上記交流／直流変換装置と、この変換装置から導出される直流給電線及びこの直流給電線に接続される直流装置及び直流／交流変換装置と、この直流／交流変換装置を経由して接続される交流装置全体の直流正極側のみに発生する上記漏洩電流Ｉｇｒの値、直流負極側のみに発生する上記漏洩電流Ｉｇｒの絶対値、上記直流正極側のみに発生する上記漏洩電流Ｉｇｒの値と直流負極側のみに発生する上記漏洩電流Ｉｇｒの絶対値との合計値である直流正極側及び直流負極側に発生する上記漏洩電流Ｉｇｒの絶対値の合計値、及び上記交流電圧及び直流電圧印加部分と接地部分間に存在する対地静電容量を介して流れる全体の漏洩電流Ｉｇｃの値、交流配電線及び上記交流／直流変換装置及び上記直流／交流変換装置と上記直流／交流変換装置を経由して接続される交流装置の１相に発生する上記漏洩電流Ｉｇｒの値、交流装置の２相に発生する上記漏洩電流Ｉｇｒの絶対値の合計値を演算することを特徴とする漏洩電流測定装置。
【請求項２】
上記零相電流Ｉ0から交流電流Ｉａｏを検出すると共に、上記零相電流Ｉ0をも検出可能な分流器を更に備えることを特徴とする請求項１記載の漏洩電流測定装置。
【請求項３】
上記演算手段は、交流給電線が単相で、上記交流給電線のいずれか一方が接地されているとき、上記有効成分Ａの値の√３倍を、上記直流正極側に発生する漏洩電流Ｉｇｒの近似値と直流負極側に発生する漏洩電流Ｉｇｒの絶対値の近似値との合計値とし、上記無効成分Ｂの値を上記交流電圧及び直流電圧印加部分と上記接地部分との間に存在する対地静電容量を介して流れる全体の漏洩電流Ｉｇｃの近似値として演算することを特徴とする請求項１記載の漏洩電流測定装置。
【請求項４】
上記単相の交流給電線が、星形に結線され、その中点が接地された変圧器の二次側巻線で形成される交流電源の中点以外の２点から導出されるとき、
上記演算手段は、上記無効成分Ｂの値の√７倍を、上記直流正極側に発生する漏洩電流Ｉｇｒの近似値と上記直流負極側に発生する漏洩電流Ｉｇｒの絶対値の近似値との合計値とし、上記有効成分Ａの値を上記交流電圧及び直流電圧印加部分と接地部分間に存在する対地静電容量を介して流れる全体の漏洩電流Ｉｇｃの近似値として演算することを特徴とする請求項１記載の漏洩電流測定装置。
【請求項５】
上記三相の交流給電線が、三角形に結線され、その１端子が接地された変圧器の二次側巻線で形成される交流電源から導出されるとき、
上記演算手段は、上記無効成分Ｂの値の√２．５倍を、上記直流正極側に発生する漏洩電流Ｉｇｒの近似値と直流負極側に発生する漏洩電流Ｉｇｒの絶対値の近似値との合計値とし、上記有効成分Ａの値を上記交流電圧及び直流電圧印加部分と接地部分間に存在する対地静電容量を介して流れる全体の漏洩電流Ｉｇｃの近似値として演算することを特徴とする請求項１記載の漏洩電流測定装置。
【請求項６】
上記三相の交流給電線が、Ｖ字形に結線され、その一方の巻線の中点が接地された変圧器の二次側巻線で形成される交流電源の中点以外の３点から導出されるとき、
上記演算出段は、上記無効成分Ｂの値の√７倍を、上記直流正極側に発生する上記漏洩電流Ｉｇｒの近似値と直流負極側に発生する漏洩電流Ｉｇｒの絶対値の近似値との合計値とし、上記有効成分Ａの値を上記交流電圧及び直流電圧印加部分と接地部分間に存在する対地静電容量を介して流れる全体の漏洩電流Ｉｇｃの近似値として演算することを特徴とする請求項１記載の漏洩電流測定装置。
【請求項７】
更に表示手段を備え、上記表示手段は、上記演算手段によって演算された結果を表示することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１に記載の漏洩電流測定装置。
【請求項８】
更に警報手段を備え、上記警報手段は、上記演算手段において求められる上記漏洩電流Ｉｇｒの値が所定の値を超えたときに警報を発することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１に記載の漏洩電流測定装置。
【請求項９】
更に遮断手段を備え、上記遮断手段は、上記演算手段において求められる上記漏洩電流Ｉｇｒの値が所定の値を超えたときに電路を遮断することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１に記載の漏洩電流測定装置。
【請求項１０】
端子の１つ又は巻線の中点が接地された単相又は三相に結線された変圧器の二次側巻線で形成される交流電源から導出される単相又は三相の交流給電線に接続される交流／直流変換装置と、この交流／直流変換装置から導出される直流給電線と前記直流給電線に接続される直流装置及び直流／交流変換装置と、この直流／交流変換装置を経由して接続される交流装置とを備える給電システムの直流及び交流電圧印加部分と接地部分間の絶縁抵抗を介して流れる漏洩電流Ｉｇｒと、上記電圧印加部分と上記接地部分間に存在する対地静電容量を介して流れる漏洩電流Ｉｇｃを測定する漏洩電流測定方法において、
上記交流給電線の線間電圧を測定する電圧検出工程と、
上記交流給電線又は直流給電線に流れる電流のベクトル和である零相電流Ｉ0を検出する零相電流検出工程と、
上記零相電流Ｉ0から交流電流Ｉａｏを検出する交流電流検出工程と、
上記電圧検出工程によって検出された上記線間電圧を基準電圧とし、この基準電圧と上記交流電流Ｉａｏとの位相を比較する位相比較工程と、
上記基準電圧に対して、上記交流電流Ｉａｏを同相の有効成分Ａと、これと直角の位相差を有する無効成分Ｂに分離した計測値を求める工程と、
上記線間電圧を基準電圧としたときに得られる上記交流電流Ｉａｏの有効成分Ａとこれと直角の位相差を有する無効成分Ｂとに基づいて、上記交流／直流変換装置と、この交流／直流変換装置から導出される直流給電線及びこの直流給電線に接続される直流装置及び直流／交流変換装置と、この直流／交流変換装置を経由して接続される交流装置全体の直流正極側のみに発生する上記漏洩電流Ｉｇｒの値、直流負極側のみに発生する上記漏洩電流Ｉｇｒの絶対値、上記直流正極側のみに発生する上記漏洩電流Ｉｇｒの値と直流負極側のみに発生する上記漏洩電流Ｉｇｒの絶対値との合計値である直流正極側及び直流負極側に発生する上記漏洩電流Ｉｇｒの絶対値の合計値、及び上記交流電圧及び直流電圧印加部分と接地部分間に存在する対地静電容量を介して流れる全体の漏洩電流Ｉｇｃの値、交流配電線及び上記交流／直流変換装置及び上記直流／交流変換装置とこの直流／交流変換装置を経由して接続される交流装置の１相に発生する上記漏洩電流Ｉｇｒの値、上記交流装置の２相に発生する上記漏洩電流Ｉｇｒの絶対値の合計値を演算する演算工程と
を備えることを特徴とする漏洩電流測定方法。
【請求項１１】
上記演算工程は、上記交流給電線が単相で、給電線のいずれか一方が接地されているとき、上記有効成分Ａの値の√３倍を、上記直流正極側に発生する上記漏洩電流Ｉｇｒの近似値と直流負極側に発生する上記漏洩電流Ｉｇｒの絶対値の近似値との合計値とし、上記無効成分Ｂの値を上記交流電圧及び直流電圧印加部分と接地部分間に存在する対地静電容量を介して流れる全体の漏洩電流Ｉｇｃの近似値として演算することを特徴とする請求項１０記載の漏洩電流測定方法。
【請求項１２】
上記単相の交流給電線が、星形に結線され、その中点が接地された変圧器の二次側巻線で形成される交流電源の中点以外の２点から導出されるとき、
上記演算工程において、上記無効成分Ｂの値の√７倍を、上記直流正極側に発生する漏洩電流Ｉｇｒの近似値と上記直流負極側に発生する漏洩電流Ｉｇｒの絶対値の近似値との合計値とし、上記有効成分Ａの値を上記交流電圧及び直流電圧印加部分と接地部分間に存在する対地静電容量を介して流れる全体の漏洩電流Ｉｇｃの近似値として演算することを特徴とする請求項１０記載の漏洩電流測定方法。
【請求項１３】
上記三相の交流給電線が、三角形に結線され、その１端子が接地された変圧器の二次側巻線で形成される交流電源から導出されるとき、
上記演算工程において、上記無効成分Ｂの値の√２．５倍を、上記直流正極側に発生する漏洩電流Ｉｇｒの近似値と直流負極側に発生する漏洩電流Ｉｇｒの絶対値の近似値との合計値とし、上記有効成分Ａの値を上記交流電圧及び直流電圧印加部分と接地部分間に存在する対地静電容量を介して流れる全体の漏洩電流Ｉｇｃの近似値として演算することを特徴とする請求項１０記載の漏洩電流測定方法。
【請求項１４】
上記三相の交流給電線が、Ｖ字形に結線され、その一方の巻線の中点が接地された変圧器の二次側巻線で形成される交流電源の中点以外の３点から導出されるとき、
上記演算工程において、上記無効成分Ｂの値の√７倍を、上記直流正極側に発生する上記漏洩電流Ｉｇｒの近似値と直流負極側に発生する漏洩電流Ｉｇｒの絶対値の近似値との合計値とし、上記有効成分Ａの値を上記交流電圧及び直流電圧印加部分と接地部分間に存在する対地静電容量を介して流れる全体の漏洩電流Ｉｇｃの近似値として演算することを特徴とする請求項１０記載の漏洩電流測定方法。
【請求項１】
端子の１つ又は巻線の中点が接地された単相又は三相に結線された変圧器の二次側巻線で形成される交流電源から導出される単相又は三相の交流給電線に接続される交流／直流変換装置と、この交流／直流変換装置から導出される直流給電線と、この直流給電線に接続される直流装置及び直流／交流変換装置と、この直流／交流変換装置を経由して接続される交流装置とを備える給電システムの直流及び交流電圧印加部分と接地部分間の絶縁抵抗を介して流れる漏洩電流Ｉｇｒと、上記電圧印加部分と上記接地部分間に存在する対地静電容量を介して流れる漏洩電流Ｉｇｃを測定する漏洩電流測定装置において、
上記交流給電線の線間電圧を測定する電圧検出手段と、
上記交流給電線又は上記直流給電線に流れる電流のベクトル和である零相電流Ｉ0を検出する零相電流検出手段と、
上記零相電流Ｉ0から交流電流Ｉａｏを検出する交流電流検出手段と、
上記電圧検出手段によって検出された上記線間電圧を基準電圧とし、この基準電圧と上記交流電流Ｉａｏとの位相を比較する位相比較手段と、
上記絶縁抵抗を介して流れる漏洩電流Ｉｇｒと上記対地静電容量を介して流れる漏洩電流Ｉｇｃを演算する演算手段とを備え、
上記演算手段は、
上記基準電圧に対して、上記交流電流Ｉａｏを同相の有効成分Ａと、これと直角の位相差を有する無効成分Ｂに分離した計測値を求め、
上記線間電圧を基準電圧としたときに得られる上記交流電流Ｉａｏの有効成分Ａとこれと直角の位相差を有する無効成分Ｂとに基づいて、上記交流／直流変換装置と、この変換装置から導出される直流給電線及びこの直流給電線に接続される直流装置及び直流／交流変換装置と、この直流／交流変換装置を経由して接続される交流装置全体の直流正極側のみに発生する上記漏洩電流Ｉｇｒの値、直流負極側のみに発生する上記漏洩電流Ｉｇｒの絶対値、上記直流正極側のみに発生する上記漏洩電流Ｉｇｒの値と直流負極側のみに発生する上記漏洩電流Ｉｇｒの絶対値との合計値である直流正極側及び直流負極側に発生する上記漏洩電流Ｉｇｒの絶対値の合計値、及び上記交流電圧及び直流電圧印加部分と接地部分間に存在する対地静電容量を介して流れる全体の漏洩電流Ｉｇｃの値、交流配電線及び上記交流／直流変換装置及び上記直流／交流変換装置と上記直流／交流変換装置を経由して接続される交流装置の１相に発生する上記漏洩電流Ｉｇｒの値、交流装置の２相に発生する上記漏洩電流Ｉｇｒの絶対値の合計値を演算することを特徴とする漏洩電流測定装置。
【請求項２】
上記零相電流Ｉ0から交流電流Ｉａｏを検出すると共に、上記零相電流Ｉ0をも検出可能な分流器を更に備えることを特徴とする請求項１記載の漏洩電流測定装置。
【請求項３】
上記演算手段は、交流給電線が単相で、上記交流給電線のいずれか一方が接地されているとき、上記有効成分Ａの値の√３倍を、上記直流正極側に発生する漏洩電流Ｉｇｒの近似値と直流負極側に発生する漏洩電流Ｉｇｒの絶対値の近似値との合計値とし、上記無効成分Ｂの値を上記交流電圧及び直流電圧印加部分と上記接地部分との間に存在する対地静電容量を介して流れる全体の漏洩電流Ｉｇｃの近似値として演算することを特徴とする請求項１記載の漏洩電流測定装置。
【請求項４】
上記単相の交流給電線が、星形に結線され、その中点が接地された変圧器の二次側巻線で形成される交流電源の中点以外の２点から導出されるとき、
上記演算手段は、上記無効成分Ｂの値の√７倍を、上記直流正極側に発生する漏洩電流Ｉｇｒの近似値と上記直流負極側に発生する漏洩電流Ｉｇｒの絶対値の近似値との合計値とし、上記有効成分Ａの値を上記交流電圧及び直流電圧印加部分と接地部分間に存在する対地静電容量を介して流れる全体の漏洩電流Ｉｇｃの近似値として演算することを特徴とする請求項１記載の漏洩電流測定装置。
【請求項５】
上記三相の交流給電線が、三角形に結線され、その１端子が接地された変圧器の二次側巻線で形成される交流電源から導出されるとき、
上記演算手段は、上記無効成分Ｂの値の√２．５倍を、上記直流正極側に発生する漏洩電流Ｉｇｒの近似値と直流負極側に発生する漏洩電流Ｉｇｒの絶対値の近似値との合計値とし、上記有効成分Ａの値を上記交流電圧及び直流電圧印加部分と接地部分間に存在する対地静電容量を介して流れる全体の漏洩電流Ｉｇｃの近似値として演算することを特徴とする請求項１記載の漏洩電流測定装置。
【請求項６】
上記三相の交流給電線が、Ｖ字形に結線され、その一方の巻線の中点が接地された変圧器の二次側巻線で形成される交流電源の中点以外の３点から導出されるとき、
上記演算出段は、上記無効成分Ｂの値の√７倍を、上記直流正極側に発生する上記漏洩電流Ｉｇｒの近似値と直流負極側に発生する漏洩電流Ｉｇｒの絶対値の近似値との合計値とし、上記有効成分Ａの値を上記交流電圧及び直流電圧印加部分と接地部分間に存在する対地静電容量を介して流れる全体の漏洩電流Ｉｇｃの近似値として演算することを特徴とする請求項１記載の漏洩電流測定装置。
【請求項７】
更に表示手段を備え、上記表示手段は、上記演算手段によって演算された結果を表示することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１に記載の漏洩電流測定装置。
【請求項８】
更に警報手段を備え、上記警報手段は、上記演算手段において求められる上記漏洩電流Ｉｇｒの値が所定の値を超えたときに警報を発することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１に記載の漏洩電流測定装置。
【請求項９】
更に遮断手段を備え、上記遮断手段は、上記演算手段において求められる上記漏洩電流Ｉｇｒの値が所定の値を超えたときに電路を遮断することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１に記載の漏洩電流測定装置。
【請求項１０】
端子の１つ又は巻線の中点が接地された単相又は三相に結線された変圧器の二次側巻線で形成される交流電源から導出される単相又は三相の交流給電線に接続される交流／直流変換装置と、この交流／直流変換装置から導出される直流給電線と前記直流給電線に接続される直流装置及び直流／交流変換装置と、この直流／交流変換装置を経由して接続される交流装置とを備える給電システムの直流及び交流電圧印加部分と接地部分間の絶縁抵抗を介して流れる漏洩電流Ｉｇｒと、上記電圧印加部分と上記接地部分間に存在する対地静電容量を介して流れる漏洩電流Ｉｇｃを測定する漏洩電流測定方法において、
上記交流給電線の線間電圧を測定する電圧検出工程と、
上記交流給電線又は直流給電線に流れる電流のベクトル和である零相電流Ｉ0を検出する零相電流検出工程と、
上記零相電流Ｉ0から交流電流Ｉａｏを検出する交流電流検出工程と、
上記電圧検出工程によって検出された上記線間電圧を基準電圧とし、この基準電圧と上記交流電流Ｉａｏとの位相を比較する位相比較工程と、
上記基準電圧に対して、上記交流電流Ｉａｏを同相の有効成分Ａと、これと直角の位相差を有する無効成分Ｂに分離した計測値を求める工程と、
上記線間電圧を基準電圧としたときに得られる上記交流電流Ｉａｏの有効成分Ａとこれと直角の位相差を有する無効成分Ｂとに基づいて、上記交流／直流変換装置と、この交流／直流変換装置から導出される直流給電線及びこの直流給電線に接続される直流装置及び直流／交流変換装置と、この直流／交流変換装置を経由して接続される交流装置全体の直流正極側のみに発生する上記漏洩電流Ｉｇｒの値、直流負極側のみに発生する上記漏洩電流Ｉｇｒの絶対値、上記直流正極側のみに発生する上記漏洩電流Ｉｇｒの値と直流負極側のみに発生する上記漏洩電流Ｉｇｒの絶対値との合計値である直流正極側及び直流負極側に発生する上記漏洩電流Ｉｇｒの絶対値の合計値、及び上記交流電圧及び直流電圧印加部分と接地部分間に存在する対地静電容量を介して流れる全体の漏洩電流Ｉｇｃの値、交流配電線及び上記交流／直流変換装置及び上記直流／交流変換装置とこの直流／交流変換装置を経由して接続される交流装置の１相に発生する上記漏洩電流Ｉｇｒの値、上記交流装置の２相に発生する上記漏洩電流Ｉｇｒの絶対値の合計値を演算する演算工程と
を備えることを特徴とする漏洩電流測定方法。
【請求項１１】
上記演算工程は、上記交流給電線が単相で、給電線のいずれか一方が接地されているとき、上記有効成分Ａの値の√３倍を、上記直流正極側に発生する上記漏洩電流Ｉｇｒの近似値と直流負極側に発生する上記漏洩電流Ｉｇｒの絶対値の近似値との合計値とし、上記無効成分Ｂの値を上記交流電圧及び直流電圧印加部分と接地部分間に存在する対地静電容量を介して流れる全体の漏洩電流Ｉｇｃの近似値として演算することを特徴とする請求項１０記載の漏洩電流測定方法。
【請求項１２】
上記単相の交流給電線が、星形に結線され、その中点が接地された変圧器の二次側巻線で形成される交流電源の中点以外の２点から導出されるとき、
上記演算工程において、上記無効成分Ｂの値の√７倍を、上記直流正極側に発生する漏洩電流Ｉｇｒの近似値と上記直流負極側に発生する漏洩電流Ｉｇｒの絶対値の近似値との合計値とし、上記有効成分Ａの値を上記交流電圧及び直流電圧印加部分と接地部分間に存在する対地静電容量を介して流れる全体の漏洩電流Ｉｇｃの近似値として演算することを特徴とする請求項１０記載の漏洩電流測定方法。
【請求項１３】
上記三相の交流給電線が、三角形に結線され、その１端子が接地された変圧器の二次側巻線で形成される交流電源から導出されるとき、
上記演算工程において、上記無効成分Ｂの値の√２．５倍を、上記直流正極側に発生する漏洩電流Ｉｇｒの近似値と直流負極側に発生する漏洩電流Ｉｇｒの絶対値の近似値との合計値とし、上記有効成分Ａの値を上記交流電圧及び直流電圧印加部分と接地部分間に存在する対地静電容量を介して流れる全体の漏洩電流Ｉｇｃの近似値として演算することを特徴とする請求項１０記載の漏洩電流測定方法。
【請求項１４】
上記三相の交流給電線が、Ｖ字形に結線され、その一方の巻線の中点が接地された変圧器の二次側巻線で形成される交流電源の中点以外の３点から導出されるとき、
上記演算工程において、上記無効成分Ｂの値の√７倍を、上記直流正極側に発生する上記漏洩電流Ｉｇｒの近似値と直流負極側に発生する漏洩電流Ｉｇｒの絶対値の近似値との合計値とし、上記有効成分Ａの値を上記交流電圧及び直流電圧印加部分と接地部分間に存在する対地静電容量を介して流れる全体の漏洩電流Ｉｇｃの近似値として演算することを特徴とする請求項１０記載の漏洩電流測定方法。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−２１５４２３（Ｐ２０１２−２１５４２３Ａ）
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７９６２８（Ｐ２０１１−７９６２８）
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（３０９０４０７９０）パトックス．ジャパン株式会社 (8)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（３０９０４０７９０）パトックス．ジャパン株式会社 (8)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]