電気機器おける漏洩電流測定装置及び測定方法
【課題】スイッチング電源及びスイッチング電源に接続される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漏洩電流Igrを正確に測定する。
【解決手段】処理演算部16は、スイッチング電源の電源出力U,V,W間に発生する線間電圧EVU,EWV,EUWのいずれか、又は配電電源の線間電圧ESR,ETS,ERT又は単相配電線の線間電圧のいずれかと、零相変流器9が配電電源からスイッチング電源を通じて負荷装置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とを信号処理し、入力電圧と零相電流I0との位相差を計測して信号処理する信号処理部3と、演算部14を備える。。演算部14は、零相電流I0の入力電圧に対する位相角θを演算し、この位相角θと零相電流I0の値とから、入力電圧に対する有効成分A及び無効成分Bを算出し、その実効値から、対地漏洩抵抗ru,rv,rwを経由して流れる健全な1相を除く各相合計の漏れ電流Igrの値を演算する。
【解決手段】処理演算部16は、スイッチング電源の電源出力U,V,W間に発生する線間電圧EVU,EWV,EUWのいずれか、又は配電電源の線間電圧ESR,ETS,ERT又は単相配電線の線間電圧のいずれかと、零相変流器9が配電電源からスイッチング電源を通じて負荷装置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とを信号処理し、入力電圧と零相電流I0との位相差を計測して信号処理する信号処理部3と、演算部14を備える。。演算部14は、零相電流I0の入力電圧に対する位相角θを演算し、この位相角θと零相電流I0の値とから、入力電圧に対する有効成分A及び無効成分Bを算出し、その実効値から、対地漏洩抵抗ru,rv,rwを経由して流れる健全な1相を除く各相合計の漏れ電流Igrの値を演算する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、配電電源に接続されるインバータなどのスイッチング電源及びこのスイッチング電源に接続される負荷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測定方法に関する。
【背景技術】
【0002】
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、絶縁抵抗計で測定する方法が広く用いられている。このような方法は、停電が許されない配電線や連続操業の工場等に適用することができない。
【0003】
特に、インバータなどのスイッチング電源で駆動される電動機、蛍光灯等の負荷装置における漏洩電流の測定については、電子素子で構成されるインバータなどのスイッチング電源を絶縁抵抗測定時に印加される高電圧から保護するため負荷装置のみ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。これにより、連続操業の工場等ではラインの停止時間が制限されるので、絶縁抵抗計の適用が制限される等の問題点がある。
【0004】
そこで、電源に接続された負荷装置を停電させることなく、活線のまま電路及び負荷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、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と、この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とのベクトル和で構成されている。
【0005】
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配電方式で実用化されている漏洩電流Igrを測定する技術は、一般の配電系統の計測は可能であるがスイッチング電源及びその負荷装置内の計測は不可能とされている。また、零相電流I0のみを検出する方式は、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が大きい場合には実際のIgrの値に対して過大な測定値を示す。
【0006】
これは、インバータなどのスイッチング電源で駆動される負荷装置にあっては、その機器に印加される電圧及びその周波数が変化し、三相配電変圧器の配電電源側の3組の巻線を三角形又は2組の巻き線をV形に結線しその巻き線の端又は中点を接地した、各配電線の対地電圧が等しくない三相配電線又は単相配電線に接続されるスイッチング電源が出力する対地電圧は、前記変化周波数の電圧のほか、各配電線の対地電圧が等しくない状態が原因となって発生する配電線の周波数の電圧や高調波成分の電圧を含む複雑な電圧波形となり、この対地電圧に起因する零相電流I0は複雑な波形になる。また、これらスイッチング電源や負荷装置の対地絶縁抵抗を流れる漏洩電流Igrは、例えば生産現場に多数使用されるロボットや専用機の電動機は比較的容量が小さいので、数mA以下である場合が多く、スイッチング電源やその負荷装置の漏洩電流の計測を困難なものにしている。
【0007】
また、絶縁状態を測定する他の方法として、配電線に低周波の低電圧を供給して漏洩電流Igrを測定する方法がある。この方法も、供給された低周波の低電圧がスイッチング電源の整流部分で吸収されてしまい、スイッチング電源やその負荷装置の計測はできない。
【0008】
なお、この種の漏洩電流計測の先行技術として、特開平3−179271号公報(特許文献1)や、特開2002−125313号公報(特許文献2)に記載されるものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【特許文献1】特開平3−179271号公報
【特許文献2】特開2002−125313号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
本発明は、変圧器の二次側巻線を星形に結線した配電電源に接続されるインバータなどのスイッチング電源及びスイッチング電源から給電される負荷装置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。
【0011】
ところで、スイッチング電源は、負荷装置を動作させるための、変化する電圧及び周波数(以下運転周波数と称する)を発生する。前記スイッチング電源の端子間の線間電圧は、ほぼ正弦波形であるが、対地電圧は多くの高調波を含み、特にスイッチング電源に電力を供給する配電線の対地電圧が不同である、例えば中性点と三相端子のいずれかから給電される単相2線配電線に接続されるスイッチング電源の対地電圧には運転周波数の電圧に加え配電電源周波数(以下商用周波数と称する)の電圧及び高調波電圧も含んでおり、これらの対地電圧に起因する対地漏洩電流I0の波形も複雑な形状を示し、従来の方法では、スイッチング電源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の測定は不可能であるとされている。
【0012】
そこで、本発明の技術課題は、この複雑な種々な電圧及び漏洩電流I0の挙動を明確にし、その測定装置及び測定方法を具体化させ実用化することにある。
【0013】
また、本発明の技術課題は、測定のための電圧要素の入力において、スイッチング電源が出力する高調波を多く含む各相の対地電圧を順次開閉器で切替えて入力する煩雑な方式を採用することなく、スイッチング電源の入力側又は出力側の、波形が殆ど正弦波に近い線間電圧のうちの1つの線間電圧のみを入力する方式を採用し、配電電源からスイッチング電源及びその負荷装置、接地線を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にある。
【0014】
さらに具体的に本発明の技術課題を説明すると、三相で対地電圧が等しく、対地静電容量が等しい三相配電線に接続される従来用いられている漏電遮断器等の漏洩電流測定装置では、その負荷装置のある1相のみに、対地絶縁抵抗に流れる漏洩電流Igrが存在するとき、漏洩電流Igrの値として零相電流I0の値を用いることができるが、例えば、同じ値の漏洩電流Igrが2つの相に発生したときには、2つの相の漏洩電流の位相が120度異なっているため、2倍の値を示さず、ベクトル合成された1相分の漏洩電流Igrの値しか示さない。また、この電気系統に接続される電気機器が、3線間にまたがって接続され、例えば電動機の巻線の2相間の中央点が地絡したとき、この中央点の対地電圧が三相端子U,V,Wの対地電圧の半分の値となるので、漏洩電流Igrの値も同一の対地漏洩抵抗を通じて三相端子で地絡した値の半分になるため、その大きさで故障程度を判断する漏洩電流測定装置にあっては、対地漏洩抵抗に対して、絶縁状態が良いという評価をしたことになる。その結果、絶縁状態の判断を誤ることになり、絶縁に対する対策を怠れば重大故障に発展する可能性がある。
【0015】
そこで、本発明の技術課題は、負荷装置の2相又は相間に発生した漏洩電流Igrの値を過小に評価している従来用いられている漏電遮断器等の漏洩電流測定装置が有する問題点を解決し、対地漏洩抵抗Igrの値を実体の値として正確に測定可能な漏洩電流測定装置及び測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0016】
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は、変圧器の二次側巻線を星形に結線し、三相の電圧端子をR,S,Tとし、星形結線の接地された中性点をNとする電源から給電される三相4線式又は三相3線式の配電線又は上記中性点Nと端子R,S,Tのいずれかから給電される単相2線配電線に接続されるスイッチング電源及び前記スイッチング電源に接続される負荷装置の対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Igrを測定する漏洩電流測定装置において、上記二次側巻線の各端子R,S,T間に発生する線間電圧ESR,ETS,ERT又は中性点Nと各端子R,S,T間に発生する単相電圧ER,ES,ET及び上記スイッチング電源の各出力端子U,V,W間に発生する線間電圧EVU,EWV,EUWのいずれかを測定する電圧検出手段と、各配電線及びスイッチング電源と前記スイッチング電源に接続される負荷装置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、上記電圧検出手段によって検出された上記線間電圧ESR,ETS,ERT又は単相電圧ER,ES,ET及び上記スイッチング電源各端子U,V,W間に発生する線間電圧EVU,EWV,EUWのいずれかが入力され、上記入力されたいずれかの線間電圧ESR,ETS,ERT又は単相電圧ER,ES,ET及び上記スイッチング電源各端子U,V,W間に発生する線間電圧EVU,EWV,EUWのいずれかを基準電圧とし、この基準電圧と上記零相電流I0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、上記零相電流I0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、上記各端子R,S,T間に発生する線間電圧ESR,ETS,ERT又は単相電圧ER,ES,ET及び上記スイッチング電源各端子U,V,W間に発生する線間電圧EVU,EWV,EUWのいずれかを基準電圧としたときに得られる上記零相電流I0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、U相、V相、W相のうちの2相に発生する上記漏洩電流Igrの合計値、U相、V相、W相のうちの1相に発生する上記漏洩電流Igrの値、U相、V相、W相のうちの2相間若しくは三相間に接続される負荷装置の内部で発生する上記漏洩電流Igrの値を演算する演算手段とを備える。
【0017】
そして、上記スイッチング電源の出力上記各端子U,V,W間に発生する線間電圧EVU,EWV,EUW又は上記配電電源とスイッチング電源とを接続する三相給電線R、S、Tの線間電圧ESR,ETS,ERTのいずれか又は単相配電線の線間電圧を基準電圧とするときには、この基準電圧と上記零相電流I0との位相比較が行われ、上記漏洩電流Igrの演算が行われる。
【0018】
ここで、上記演算手段は、より具体的には、上記各端子U,V,W間に発生する線間電圧EVU,EWV,EUW又は上記各給電線R、S、Tの線間電圧ESR,ETS,ERTのいずれか又は単相配電線の線間電圧を基準電圧としたとき、式(B−√3A)の値、式(B+√3A)の値、式(−2B)の値のうちの最大の値又は最大の値の倍数を、上記スイッチング電源を含む上記U,V,Wの各端子に接続される負荷装置の対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Igrとして演算する。
【0019】
本発明に係る漏洩電流測定装置は、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。
【0020】
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漏洩電流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、漏洩電流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。
【0021】
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漏洩電流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。
【0022】
また、本発明は、変圧器の二次側巻線を星形に結線し、三相の電圧端子をR,S,Tとし、星形結線の接地された中性点をNとする電源から給電される三相4線式又は三相3線式の配電線又は上記中性点Nと端子R,S,Tのいずれかから給電される単相2線配電線に接続されるスイッチング電源及び前記スイッチング電源に接続される負荷装置の対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Igrを測定する漏洩電流測定方法において、上記二次側巻線の各端子R,S,T間に発生する線間電圧ESR,ETS,ERT又は中性点Nと各端子R,S,T間に発生する単相電圧ER,ES,ET及び上記スイッチング電源の各出力端子U,V,W間に発生する線間電圧EVU,EWV,EUWのいずれかを検出する電圧検出工程と、各配電線及びスイッチング電源と前記スイッチング電源に接続される負荷装置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、上記電圧検出手段によって検出された上記線間電圧ESR,ETS,ERT又は単相電圧ER,ES,ET及び上記スイッチング電源各端子U,V,W間に発生する線間電圧EVU,EWV,EUWのいずれかが入力され、上記入力されたいずれかの線間電圧ESR,ETS,ERT又は単相電圧ER,ES,ET及び上記スイッチング電源各端子U,V,W間に発生する線間電圧EVU,EWV,EUWのいずれかを基準電圧とし、この基準電圧と上記零相電流I0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、上記零相電流I0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、上記各端子R,S,T間に発生する線間電圧ESR,ETS,ERT又は単相電圧ER,ES,ET及び上記スイッチング電源各端子U,V,W間に発生する線間電圧EVU,EWV,EUWのいずれかを基準電圧としたときに得られる上記零相電流I0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、U相、V相、W相のうちの2相に発生する上記漏洩電流Igrの合計値、U相、V相、W相のうちの1相に発生する上記漏洩電流Igrの値、U相、V相、W相のうちの2相間若しくは三相間に接続される負荷装置の内部で発生する上記漏洩電流Igrの値を演算する演算工程とを備える。
【0023】
そして、上記スイッチング電源の出力上記各端子U,V,W間に発生する線間電圧EVU,EWV,EUW又は上記配電電源とスイッチング電源とを接続する三相給電線R,S,Tの線間電圧ESR,ETS,ERTのいずれか又は単相配電線の線間電圧を基準電圧とするときには、この基準電圧と上記零相電流I0との位相比較が行われ、上記漏洩電流Igrの演算が行われる。
【0024】
ここで、上記演算工程は、より具体的には、上記各端子U,V,W間に発生する線間電圧EVU,EWV,EUW又は上記各給電線R、S、Tの線間電圧ESR,ETS,ERTのいずれか又は単相配電線の線間電圧を基準電圧としたとき、式(B−√3A)の値、式(B+√3A)の値、式(−2B)の値のうちの最大の値又は最大の値の倍数を、上記スイッチング電源を含む上記U,V,Wの各端子に接続される負荷装置の対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Igrとして演算する。
【発明の効果】
【0025】
上述したように、本発明は、従来不可能とされたスイッチング電源及びスイッチング電源に接続される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の測定を可能にし、しかも国際的に標準の配電方式となっている三相4線星形配電方式の三相及び単相配電線に接続されるスイッチング電源及びその負荷装置の絶縁監視を可能とする。
【0026】
さらに、従来用いられている漏洩電流Igrの値を零相電流I0の値として検出して電路を遮断する遮断装置においては、電路や負荷装置の電圧印加部分と接地部分との間に存在する対地静電容量の増加及び不均一化、並びにスイッチング電源の容量の増加による零相電流I0中に含まれる高調波成分の増大等に起因する漏洩電流Ioの増加を見込んで、零相電流I0を検知して動作する漏電遮断器の故障動作電流を過大な値、例えば数百mAに設定していたが、本発明においては、上述したような漏洩電流Igrの検出が可能となり、故障動作電流値設定時に、この数値を反映させた、例えば数mAに設定を行うことで、不動作範囲の過大な故障電流のため事故が拡大する前に漏電遮断器を動作させることができるので、より安全に、電源系統や負荷の保護が可能になり、不測の漏電事故を少なくすることができる。
【0027】
また、本発明は、変圧器の二次側巻線を星形に結線した配電電源又は単相配電電源に接続されるスイッチング電源及びその負荷装置の対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Igrを測定する際、電圧入力のための接地端子を必要としない線間電圧を入力して漏洩電流Igrの測定が可能であるので、接地端子が欠如している配電系統の末端部分でも確実な計測が可能である。
【0028】
さらに、本発明に係る漏洩電流測定装置又は方法を採用することにより、スイッチング電源へ電力を供給する配電線の零相電流及び線間電圧を入力することで、スイッチング電源及びその負荷装置の漏洩電流Igrの計測が可能となり、スイッチング電源へ電力を供給する配電線の零相電流及び線間電圧を入力する場所より末端側に並列に接続される複数台のスイッチング電源及びその負荷装置の一括監視が可能である。
【0029】
特に、本発明に係る漏洩電流測定装置及び方法は、複数台のサーボモータで駆動されるロボットなど自動装置全体の微弱な漏電の一括監視や、ビル内のインバータ空調機等負荷装置の一括監視、複数個のインバータ点灯の蛍光灯を一括監視する等の用途に適用して好適である。
【0030】
そして、前述のスイッチング電源の負荷装置のうち、2相間若しくは三相間に接続される負荷の内部の漏電故障の際に発生する地絡電流の測定値は従来過小な値として測定されていたが、これを対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Igrの値に相当した適正な値として測定するので、高い信頼性をもって対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Igrを測定でき、漏電事故をも高い信頼性をもって防止することが可能となる。
【0031】
さらにまた、本発明は、演算手段によって演算された結果を表示手段に表示するようにしているので、スイッチング電源の負荷の状態を常時監視することができる。
【0032】
さらにまた、本発明は、警報手段を備えることにより、漏洩電流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、事故を未然に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【0033】
【図1】変圧器の二次側巻線を星形に結線した三相星形電源に接続されるスイッチング電源、この電源に接続された負荷装置の漏洩電流Igrの測定に本発明に係る漏れ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】三相4線式星形電源に接続される三相配電線用スイッチング電源、及び単相配電線用スイッチング電源、これらの電源に接続された負荷装置の漏洩電流Igrの測定に本発明に係る漏れ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3】三相星形電源源系統の対地電圧ER,ES,ET、線間電圧ESR,ETS,ERTと中性点N、対地電圧ERを単相配電電源として利用したときの電気的中性点Ns、及びその対地電圧ENs、それに接地極Gとの関係を示すベクトル図である。
【図4】星形電源系統の単相配電線N,R相に接続されたスイッチング電源が発生する運転相電圧EU,EV、EWと電気的中性点Ne、接地極G、それに電気的中性点Neの接地極Gと同電位の中性点Nからの電位ENsの関係を示すベクトル図である。
【図5】スイッチング電源が発生する運転相電圧EU,EV、EW、それらの電気的中性点Neに対する線間電圧EVU,EWV,EUW、電気的中性点Neの接地極Gに対する電位En及び負荷装置の関係を示す等価回路図である。
【図6】スイッチング電源の電気的中性点Neに対する各相電圧EU,EV、EW、線間電圧EVU,EWV,EUW、電気的中性点Neの接地極Gに対する電位En、及び負荷中央点Mの電気的中性点Neに対する電圧ENMの関係を示すベクトル図である。
【図7】スイッチング電源出力端子の対地電圧波形であって、商用周波数が60Hzで、運転周波数が20〜50Hzの例を示す図である。
【図8】零相電流I0、基準電圧として入力される線間電圧ESR,ETS,ERT、線間電圧EVU,EWV,EUW、それに単相電圧ER,ES,ET、位相角θ、零相電流I0の有効成分A、零相電流I0の無効成分Bの関係を示すベクトル図である。
【図9】ある時点で位相差がθの入力電圧Eと零相電流I0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10】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11】複数のスイッチング電源及びその負荷装置を1台の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た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最良の形態】
【0034】
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。
【0035】
図1は、配電用変圧器の低圧側三相巻線1を星形に結線し、星形の中点である中性点Nを接地線8を経由して接地極Gで接地した星形配電方式を採用した配電系統に、本発明に係る漏洩電流測定装置を適用した例を示す概略系統図である。
【0036】
なお、星形配電方式は、図1に示すような400V級の三相3線方式、若しくは星形巻線の中性点Nに接続され接地された中性線を配電線の1線として加え、中性点Nと三相の各端子間とに接続する単相負荷にも配電可能な三相4線方式があり、国際的に標準の配電方式として広く普及している。
【0037】
本発明に係る漏洩電流測定装置は、この星形三相3線若しくは三相4線配電方式の配電系統を構成する主要素で、三相の対地電圧が等しい三相配電線(以下三相配電線と称する)又は三相4線配電方式の接地された中性点と三相端子のうちのいずれかから導出される1線の対地電圧が0で他線の対地電圧が相電圧である単相2線配電線(以下単相配電線と称する)に接続されるスイッチング電源及びそのスイッチング電源の負荷装置5の対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Igrを測定する。
【0038】
本発明に係る漏洩電流測定装置は、三相3線若しくは三相4線星形の配電方式を採用した配電系統に適用される。そして、図1に示す三相3線の配電方式において、配電用の三相変圧器の低圧側(二次側)に星形に結線された巻線1を備える。この星形巻線1には、三相配電線4R,4S,4Tを介してスイッチング電源2が接続されている。また、図2に示す三相4線の配電方式では、図1に示す三相配電線4R,4S,4Tのほか中性点Nから導出された接地線4Nが併設され、三相配電線4R,4S,4Tのうちの1線、例えば配電線4Rとともに単相配電線4N,4Rを構成し、スイッチング電源2sが接続されている。
【0039】
図1に示す三相3線の配電方式を採用した三相変圧器の低圧側の星形巻線1をさらに具体的に説明すると、星形巻線1は、星形を構成するように結線された3つの巻線1a,1b,1cを有し、これらの巻線1a,1b,1cの一方の端子である三相端子R,S,Tは、三相配電線4R,4S,4Tを介して、スイッチング電源2に接続されている。また、各巻線1a,1b,1cの他端を共通に結合して中性点Nとしており、巻線1aには中性点Nに対する端子Rの電位である相電圧ERが発生し、巻線1bには中性点Nに対する端子Sの電位である相電圧ESが発生し、巻線1cには中性点Nに対する端子Tの電位である相電圧ETが発生し、各端子R,S,T間には線間電圧ESR,ETS,ERTが発生している。
【0040】
これら電圧の関係は、図3のベクトル図で表され、端子R,S,Tの電位の中性点である電気的中性点は三角形RSTの重心であり、星形巻線では各巻線を共通に結合した中性点Nに一致する。この中性点Nは、接地線8を介して、接地極Gに接続されている。
【0041】
さらに、図2に示す単相配電線の線間電圧は、相電圧ERであり、その電気的中性点は中性点Nと端子Rとの中間点Nsであり、この電気的中性点Nsの接地点Nに対する電位はベクトルENsで表され、その大きさは相電圧ERの1/2で商用周波数を持つ。
【0042】
図2に示す配電系統において、スイッチング電源2又は2sに印加される線間電圧ESR,ETS,ERT又は相電圧ER,ES,ETは、スイッチング電源2又は2sの内部で一旦直流に変換され、さらにトランジスタ等のスイッチング素子によって、高周期で裁断されたパルス状の波形となり、これが組み合わされて、それに接続される負荷装置の運転に適した運転周波数及び電圧を発生する交流波形に変換される。前記負荷装置が例えば電動機のように磁束を必要とする装置にあっては、運転周波数の低下に従って発生電圧も低下する特性の、いわゆる可変電圧可変周波数特性(以下、VVVF特性という。)のスイッチング電源となる。また、スイッチング電源の発生電圧は、パルス状の波形の組み合わせであり、種々の周波数の高調波を含む。そして、スイッチング電源2又は2sの端子U,V,W間に発生した線間電圧EVU,EVW,EUWが負荷装置5に印加される。
【0043】
次に、スイッチング電源2又は2sに発生する電圧の状態を図5に示し、これらの電圧の関係を図6のベクトル図で示す。スイッチング電源2又は2sの内部回路は接地されていないので、図5に示す接地極Gは配電変圧器端子の接地されたS相又は中点Nに接続された接地極Gとして取り扱う。スイッチング電源2又は2sに発生する電圧の関係を示す図6のベクトル図で、端子U,V,Wにおける電位の電気的中性点Neは三角形UVWの重心であり、この重心Neに対する端子U,V,Wにおける電位が相電圧EU,EV,EWであり、その大きさは端子U,V,W間の線間電圧EVU,EWV,EUWの√3分の1で、各々が120度の位相差を有するVVVF特性の対称電源である。
【0044】
図5及び図6で三相配電線に接続されたスイッチング電源2の端子U、V、Wの電気的中性点をNeとすると、図1に示す星形巻線1の中性点Nの電位は、端子R,S,Tの電気的中性点で且つ星形巻線の中性点Nと同一電位となり、前記中性点Nは接地極Gで接地されているので、スイッチング電源2の端子U,V,Wの電気的中性点Neも接地極Gと同電位である0電位であり、図5に示す接地極Gに対する電気的中性点Neの電位Enも0となる。但し、スイッチング電源2のスイッチング動作に伴う高調波電圧に対して電圧Enが存在するので、端子U,V,Wの対地電圧は高調波と運転周波数との合成電圧となり、この複雑な波形の対地電圧を入力すれば測定は困難なものとなるが、端子U,V,Wの線間電圧EVU,EWV,EUWはVVVF特性の正弦波であり、本発明に係る漏電測定装置及び方法はこれらの電圧を入力するので計測が可能となっている。
【0045】
そして、図2に示す単相配電線の電気的中性点は中性点Nと端子Rとの中間点Nsで、この電気的中性点Nsの接地点Nに対する電位ENsが商用周波数を持つ図5及び図6に示す電圧Enとなり、その大きさは相電圧ERの1/2である。したがって、この単相配電線に接続されるスイッチング電源の対地電圧は商用周波数電位ENsに運転周波数相電圧EU,EV,EWが重畳された電圧となり、この対地電圧が負荷装置5に印加され対地漏洩電流I0を発生させる。
【0046】
ところで、負荷装置5の各相には対地静電容量CU,CV,CWが存在する。三相電源又は単相電源で駆動される通常の負荷装置で対地静電容量が比較的大きな電動機などの三相巻線は、接地部分に対して対称的な構造をしており、非対称設備の対地静電容量は無視できる。そこで、各相の対地静電容量CU,CV,CWはほとんど同じ容量となるのでこれをCとし、これら三相の各静電容量Cには、常時、対地電流Igcu,Igcv,Igcwが流れている。また、負荷装置5には対地漏洩抵抗ru,rv,rwが生ずることがある。これら対地漏洩抵抗ru,rv,rwには、漏洩電流Igru,Igrv,Igrwが流れる。
【0047】
上述したような三相配電線若しくは単相配電線に接続されるスイッチング電源及びそのスイッチング電源に接続される負荷装置の対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流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3、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、負荷装置5の対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流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3に、配電線4に流れる電流のベクトル和である零相電流I0が、これを検出する変流器9を介して入力される。また、スイッチング電源2の出力端子U,V,Wと負荷装置5とを接続する各給電線に流れる電流のベクトル和を零相電流I0として入力してもよい。
【0048】
なお、図2に示す配電系統において、負荷装置5sの対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Igrを測定する場合には、処理演算部16sを構成する信号処理部3に、配電線4に流れる電流のベクトル和である零相電流I0が、これを検出する零相変流器9sを介して入力される。
【0049】
ここで、負荷装置5又は5sに生じた各相の対地静電容量Cを流れる対地電流Igcu,Igcv,Igcwと負荷装置5又は5sに生じた各相の対地漏洩抵抗ru,rv,rwに流れる漏洩電流Igru,Igrv,Igrwのベクトル和である零相電流I0は、大地から配電電源変圧器の接地極G、接地線8を経由して、配電電源1からスイッチング電源2又は2s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であるスイッチング電源2又は2sの電源側、負荷側いずれの点でも測定が可能である。
【0050】
また、本発明を採用することにより、後述する図11に示すように、複数のスイッチング電源2a,2bにそれぞれ負荷装置5a,5bを接続したシステムの漏洩電流を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。
【0051】
ここで、以上述べた配電用変圧器の定圧側巻線を星形に結線した三相配電線又は単相配電線に接続されるスイッチング電源及びそのスイッチング電源に接続される負荷装置の対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Igrの測定方法及びその原理について説明する。
【0052】
まず、図1に示すような配電用変圧器の低圧側巻線(二次側巻線)を星形に結線した三相3線又は三相4線の配電系統の三相端子R,S,T間に発生する線間電圧ESR,ETS,ERTと、各端子R,S,Tが星形巻線の接地点である中性点Nに対して発生する対地電圧ER,ES,ETの関係は、図3に示すベクトル図のように表すことができる。このとき中性点Nは、R,S,T相の電気的中性点に一致し、三相4線配電系統では、接地極Gに結線された中性点Nからの接地線の1線が三相配電線に追加される。
【0053】
上述の三相配電線4R,4S,4Tに接続されるスイッチング電源2の各出力端子U,V,W間に発生する線間電圧EVU,EWV,EUW及びU,V,W相の電気的中性点Neと各端子U,V,W間に発生する相電圧EU,EV,EWと、接地極Gに対して中性点Neに加わる電圧Enの関係は、図5に示す等価回路図で表される。但し、各電圧及び電流を、それに含まれる高調波成分を濾波器で取り除き、商用周波数と運転周波数及びそれらの合成周波数を持つものとして取り扱えば、図3で示される前述の三相3線又は三相4線の配電系統の、接地極Gに接続された中性点Nの電位と、図5及び図6で示されるスイッチング電源2の各端子U,V,Wの電気的中性点Neの電位は一致するので、三相配電線に接続されるスイッチング電源2では図5に示す電圧Enは0となり、電気的中性点Neの電位は接地電位(0)である。
【0054】
ここで、三相配電線に接続されるスイッチング電源2及び負荷装置5の漏洩電流Igr等を測定する際、漏洩電流測定装置に入力する測定の基準になる基準電圧Eとして、まず、負荷装置5の運転周波数を持つスイッチング電源2の各端子U,V,W間に発生する線間電圧EVU,EWV,EUWのうちのいずれかを入力したときについて説明する。
【0055】
ここで負荷装置5に生じた零相電流I0の周波数は運転周波数であり、商用周波数は重畳せず、図8に示すように、横軸である実数軸上の基準ベクトルである入力電圧に対して位相角θのベクトルI0として表される。
【0056】
そこで、図6において、端子Uが端子Vに対して発生する線間電圧EVUを基準電圧とするとき、その値は接地電位である電気的中性点Neに対する相電圧EU,EV,EWの値Eに対し√3Eとして示され、各相電圧EU,EV,EWは下記の式(1)〜(3)のようにベクトル記号法により示すことができる。
【0057】
EU=0.5√3E−j0.5E ・・・(1)
EV=−0.5√3E−j0.5E ・・・(2)
EW=jE ・・・(3)
そして、負荷装置5のU,V,Wの各相に存在する大きさがほぼ等しい対地静電容量Cには、常時、対地電流Igcu,Igcv,Igcwが流れているが、各相電圧EU,EV,EWはバランスした三相電圧のため、上記対地電流Igcu,Igcv,Igcwのベクトル和はほぼ0である。
【0058】
また、負荷装置5に生じた各相の対地漏洩抵抗ru,rv,rwにそれぞれ流れる漏洩電流Igru,Igrv,Igrwは、下記のベクトル記号の式(4)〜(6)で示すことができる。
【0059】
Igru=Eu/ru=0.5√3E/ru−j0.5E/ru ・・・(4)
Igrv=Ev/rv=−0.5√3E/rv−j0.5E/rv ・・・(5)
Igrw=Ew/rw=jE/rw ・・・(6)
以上から、巻線1の中点Nと接地極Gとの間を接続する接地線8、配電線4(4R,4S,4T)、スイッチング電源2、負荷装置5を経由して接地極Gに還流する電流である零相電流I0は、上記式(4)〜(6)を加えたものであり、下記のベクトル記号の式(7)で表すことができる。
【0060】
I0=0.5√3(E/ru−E/rv)
+j(E/rw−0.5E/ru−0.5E/rv) ・・・(7)
ここで、漏洩電流Igrを測定する際、この漏洩電流測定装置に入力される線間電圧EVUを基準電圧Eとするとき、上記式(7)で表される零相電流I0と、基準電圧Eと同位相の零相電流I0の有効成分Aと、基準電圧Eより90度位相が進んだ零相電流I0の無効成分Bの関係は、図8のベクトル図のように表され、上記有効成分Aは図8に示すベクトル図の零相電流I0の有効成分A及び上記式(7)の実数部分であるので、下記の式(8)により示すことができる。但し、以下のIgru,Igrv,Igrwは、それぞれのベクトルの大きさを表し、IgruはEv/rv、IgrwはEw/rwである。
【0061】
A=0.5√3(Igru−Igrv) ・・・(8)
上記基準電圧として入力された線間電圧EVUから90度位相が進んだ零相電流I0の無効成分Bは、図8に示すベクトル図のI0の無効成分B及び式(7)の虚数部分であるので、下記の式(9)により示すことができる。
【0062】
B=Igrw−0.5Igru−0.5Igrv ・・・(9)
ここで、零相電流I0と、基準電圧Eとの間の位相角をθとすると、図8から判るように、上記有効成分AはI0cosθで表され、上記無効成分BはI0sinθで表される。
【0063】
ところで、零相電流I0の有効成分A、無効成分Bの値を実際に測定して求めるにあたっては、処理演算部16の信号処理部3へ入力される基準電圧Eと零相電流I0の波形から、後述する図9に示すように、基準電圧Eと零相電流I0との間の位相の差を測定し、演算部14で零相電流I0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。すなわち、演算部14は、基準電圧Eと零相電流I0との位相角θに基づいて、上記有効成分Aと無効成分Bとを検出する。
【0064】
次に、X,Y,Zを、下記の式(10)、(11)、(12)に示すようにおく。
【0065】
X=B−√3A ・・・(10)
Y=B+√3A ・・・(11)
Z=−2B ・・・(12)
そして、上記式(10)〜(12)に、上記式(8)、(9)のA,Bを代入すると次の式(13)〜(15)が得られる。
【0066】
X=Igrv+Igrw−2Igru ・・・(13)
Y=Igrw+Igru−2Igrv ・・・(14)
Z=Igru+Igrv−2Igrw ・・・(15)
ここで、スイッチング電源2及び負荷装置5では、三相の各相に同時に漏洩電流Igrは流れないものとし、漏洩電流Igruが流れないときには上記式(13)を、漏洩電流Igrvが流れないときには上記式(14)を、漏洩電流Igrwが流れないときには上記式(15)を採用するものとすれば、上記X,Y,Zの値のうちの最大の値が、1相に漏洩電流Igrが流れた場合の当該漏洩電流Igrの測定値を示し、2相に漏洩電流Igrが流れた場合は2相分合計の漏洩電流Igrの値を示し、さらに後述する線間負荷中に発生した対地漏洩抵抗に相当する対地漏洩電流Igrの測定値に近い値として出力される。
【0067】
以上、式(1)〜(15)を含んだ部分の説明では、端子Vと端子Uとの間に発生する線間電圧EVUを基準電圧Eとしていたが、他の線間電圧EWV,EUWを基準電圧Eとしても上述の式(13)〜(15)は全く同様に適用が可能で、式(13)〜(15)のX,Y,Zとその右辺の式との組み合わせが入れ替わるだけであり、それらの最大の値を漏洩電流Igrの測定値とする漏洩電流Igrの値は同じ値であるので、三相線間電圧のいずれの相の電圧を入力しても同じ測定結果が得られ、測定の際の入力電圧の選定間違いが発生することはない。
【0068】
前述の式(13)〜(15)からは、漏洩電流Igrの測定値は、負荷装置5の配線又はその端子で1相又は2相が地絡したときの測定値を表しているが、線間にまたがる負荷例えば電動機の巻線中で対地漏洩電流が発生したときも、この漏洩電流の測定には上述の式(13)〜(15)がそのまま適用可能である。以下、これを説明する。
【0069】
例えば、図1に示す星形配電電源に接続されたスイッチング電源2の端子U,V,Wの対地電圧は、図6から明らかなように、電気的中性点Neの電位が接地点電位であるため、電気的中性点Neに対する相電圧EU,EV,EWが運転電圧の相電圧Eであるとき、V相とU相との間に接続された負荷装置5の例えば電動機巻線の中央点である線間負荷中央点Mが漏洩抵抗rを通じて地絡したとき、この線間負荷中央点Mの電気的中性点Neに対する対地電圧ENMの大きさは、星形配電電源では電圧Enが0であるため、図6に示すベクトル図から明らかなように0.5Eであり、対地漏洩電流は0.5E/rとなり、零相電流I0の値を漏洩電流Igrの値とする従来の漏洩電流の計測器ではこの値を計測する。
【0070】
しかるに、上記地絡が線間負荷中央点Mではなく、対地電圧がEである端子R又はS付近で発生すると、対地漏洩電流はE/rとなり、同じ漏洩抵抗rに対して、線間負荷中央点Mでの地絡による対地漏洩電流の測定値はこの値の半分となってしまう。そこで、漏電故障の程度を定格電圧時の対地漏洩電流値で評価するような漏洩電流測定装置にあっては、故障の程度を過小評価することになってしまう。その結果、適確に漏電故障を発見することが困難となり、漏洩電流I0の測定を行いながら漏電による事故を発見できなくなる虞がある。
【0071】
本発明は、上述のような過小な値を示す漏洩電流Igrの測定値でなく、対地電圧Eを対地漏洩抵抗rの値で除して得られる漏洩電流Igrの測定値が、2相が地絡したときは2倍の測定値を示すことを上述した式(1)〜(15)を使用し検証する。なお、電動機巻線の端子Uと端子Vとの間に発生する線間電圧EVUの値は、対地電圧の値をEとしたとき√3Eとなり、上記電動機を含む負荷装置5に存在するそれぞれの対地静電容量CU,CV,CWは等しいものとして検証する。
【0072】
まず、図6に示すベクトル図において、線間負荷中央点Mのみに対地漏洩抵抗rが存在するとき、線間負荷中央点Mの接地電位である電気的中性点Neに対する対地電圧ENMは、大きさ√3Eである入力電圧ベクトルEVUに対して−j0.5Eとなるので、電動機巻線中央点Mから対地漏洩抵抗rを通過する対地漏洩電流INMは、−j0.5E/r,Igru,Igrv,Igrwの各電流がすべて0である。
【0073】
これを前述の式(7)〜(9)に代入すると、零相電流I0の有効成分Aは0、無効成分Bは−0.5E/rとなる。このA、Bを前述の式(10)〜(12)に代入すると、X,Yは共に−0.5E/rとなり、ZはE/rとなり、X,Y,Zの値の最大値E/rが漏洩電流Igrの測定値、つまり定格電圧時の対地漏洩電流値として表示される。本発明に係る漏洩電流測定装置においては、測定された対地漏洩電流値の表示は、処理演算部16の表示部15で行われる。
【0074】
次に、U相及びV相に対地漏洩抵抗rが存在する場合には、上記有効成分Aは0となり、無効成分Bは−E/rとなる。このA及びBを式(10)〜(12)に代入すると、X及びYは共に−E/rとなり、Zは2E/rとなり、X,Y,Zの値の最大値2E/rがR相とS相の合計漏洩電流Igrの測定値として表示される。この表示も、処理演算部16の表示部15で行われる。
【0075】
次に、漏洩電流Igr等を測定する際、漏洩電流測定装置に入力する測定の基準になる基準電圧Eとして、商用周波数である配電系統の端子R,S,T間に発生する線間電圧ESR,ETS,ERTのいずれかを入力する場合について説明する。
【0076】
商用周波数は、特殊な例外を除き50Hz又は60Hzであるのに対し、運転周波数は60Hzから20Hzの帯域で変化されるか、少なくとも経過する場合が殆どである。前述のように三相配電線に接続されたスイッチング電源2及び負荷装置5の零相電流I0は運転周波数を持ち、基準電圧Eの商用周波数と異なるので、基準電圧Eに対する零相電流I0の位相角θは両周波数の差の周波数の周期で0度から360度まで変化する。
【0077】
この場合、前述の式(10)〜(12)のX,Y,Zの変化、ひいてはX,Y,Zの最大値である漏洩電流Igrの変化を求めるため、図8に示すベクトル図より、A=I0×cosθ、B=I0×sinθを式(10)〜(12)に代入すると、下記の式(16)〜(18)を得る。
【0078】
X=2I0×sin(θ−60度) ・・・(16)
Y=2I0×sin(θ+60度) ・・・(17)
Z=−2I0×sinθ ・・・(18)
ここで、位相角θが変化するとき、式(16)〜(18)の各々は+2I0から−2I0の間を変化し測定が困難になるが、本発明はX,Y,Zの最大値を漏洩電流Igrの値としているので、θが30度でYの値が2I0、θが150度でXの値が2I0、θが270度でZの値が2I0、θが90度、210度、330度で、X,Y,Zのうちのいずれか2つがI0なり、X,Y,Zのうちの最大値としてはI0から2I0間の値を運転周波数の3倍の周波数の周期で変動する。
【0079】
ここで、零相電流I0と漏洩電流Igrの関係を検討する。図8からI02=A2+B2となり、前記式(8)、式(9)のA,Bをこの式に代入すると、I0は下記の式(19)のように表される。
I02=Igru2+Igrv2+Igrw2−Igru・Igrv−Igrv・Igrw
−Igrw・Igru ・・・(19)
漏洩電流Igru,Igrv,Igrwのうちのいずれか1つが発生したときはI0=Igrとなるが、2相で、例えばIgru,Igrvが同時に発生したときは、
I02=(Igru+Igrv)2−3(Igru×Igrv)
となり、I0の値はIgru,Igrvの合計値より小さくなる。
【0080】
次に、前記式(16)〜(18)の変動の上限値である2I0では、
4I02=(Igru+Igrv)2+3(Igru−Igrv)2
となり、2I0の値はIgru,Igrvの合計値より大きな値を示し、Igru,Igrvの値が等しいときは、両者の合計値となる。
【0081】
したがって、前記式(16)〜(18)の最大値の2I0、ひいては式(10)〜(12)のX,Y,Zのうちの最大値を漏洩電流Igrの値とすることができる。
【0082】
また、零相電流I0、及び漏洩電流Igrの値は、U,V,Wの各相の対地電圧EU,EV,EWの値に比例しており、これら対地電圧EU,EV,EWの値は運転周波数が60Hz以上ではスイッチング電源の特性で一定であり、このときが最大で、このとき測定した値が定格の漏洩電流Igrの値である。運転周波数が60Hzより低下するにつれて運転電圧も低下し、例えば運転周波数が30Hzで約半分の電圧値となる。以上の計算は、運転周波数が60Hz付近に到達する前提での計算であるので、運転周波数がこれより低いときは到達した最大周波数によって、前述したように測定された漏洩電流Igrの値を下記に示す式(19a)によって補正する。但し、運転周波数が30Hzより低下すると誤差は増加する。
【0083】
補正Igr=測定Igr×(60÷最大運転周波数) ・・・(19a)
次に、図2に示すように単相配電線4N,4R間にスイッチング電源2sが接続されている状態について説明する。
【0084】
前述したように、単相配電線4N,4Rのうちで0電位である配電線4Nに対する配電線4Rの電位が相電圧ERであり、この値が単相配電線の線間電圧であり、この電圧が基準電圧Eとして入力される。この基準電圧Eとされる線間電圧は、スイッチング電源源2s内で整流され、線間電圧の最大値の直流電圧に変換され、さらにVVVF特性の三相運転電圧に変換されるので、運転相電圧EU,EV,EWの大きさは、運転周波数が60Hz以上で、約E/√3で周波数の低下に伴い低くなる。また、単相配電線4N,4Rのの電気的中性点は、端子R,N間の中点Nsであり、この中点Nsの0電位点Nに対する電位ENSは図3に示すベクトル図のように表すことができる。
【0085】
上述の単相配電線に接続されるスイッチング電源2sの各端子U,V,W間に発生する線間電圧EVU,EWV,EUW及びU,V,Wの各相の電気的中性点Neと各端子U,V,W間に発生する相電圧EU,EV,EWと、接地極Gに対して電気的中性点Neに加わる電圧Enの関係は、図5に示す等価回路のように表すことができ、ベクトル図で表すとき図4、図6にように表すことができる。
【0086】
但し、単相配電線の、図3に示す電気的中性点Nsと、図6に示すスイッチング電源2sの各端子U,V,Wの電気的中性点Neの電位は一致するので、この両者の関連を表した図4の電圧Enは、図3における接地極Gで接地されたN端子に対する電気的中性点Neの電位ENsと一致する。但し、図4に示す商用周波数ベクトルEnを固定とすると運転周波数ベクトルEU,EV,EWは120度の位相差を保ちながら、中性点Neの周りを回転し、図4で表示している時点では端子Uの対地電圧が最大になった状態を表示している。
【0087】
単相配電線4N,4Rに接続されたスイッチング電源2sの電圧状態を示す図5において、負荷装置5に流入する零相電流I0を求める。負荷装置5のU,V,W相に印加される対地電圧は運転周波数の相電圧EU,EV,EWに商用周波数の電圧Enが重畳されたもので、図3に示される電位ENsが商用周波数の電圧Enであり、この電圧Enの大きさは基準電圧Eである単相配電線線間電圧ERの 1/2と一定であるのに対し、運転周波数の相電圧EU,EV,EWはVVVF特性のため、運転周波数が60Hzのとき、基準電圧Eの約1/√3の値となり、商用周波数の電圧Enの値のほぼ2/√3倍であるが、周波数の低下につれて電圧は低下する。
【0088】
商用周波数の電圧Enに対する相電圧EU,EV,EWの割合をpとする。但し、pは2/√3以下とし、運転周波数及び商用周波数をそれぞれf及びfnとし、時間をtとしたとき、U,V,W相の瞬時対地電圧eoは、下記の式(20)で表される。
【0089】
eo=√2En(sin2πfnt+psinπft) ・・・(20)
式(20)を書き直すと、下記の式(20a)のように表すことができる。
【0090】
eo=√2En{(1+p)sinαcosβ+(1−p)cosαsinβ)}
・・・(20a)
式(20a)で、α=2π{(fn+f)/2}t、β=2π{(fn―f)/2}tとする。
【0091】
上記式(20)において、運転周波数fが商用周波数fnに近い60Hz〜40Hzではpは1.2〜0.8となるので、式(20a)の(1+p)の2.2〜1.8に対し、(1−p)は−0.2〜0.2となり、瞬時対地電圧eoの波形を考えるときには(1−p)項は無視できる。したがって、瞬時対地電圧eoの波形の周波数は式(20a)のαより、運転周波数fと商用周波数fnとの平均値は、60Hz,55Hz,50Hzとなり、この周波数の波形が、式(20a)のβの、運転周波数fと商用周波数fnとの差の半分の周波数で変調された波形で、前記の変調周期で、瞬時対地電圧eoは最高値を示し、この最高値の付近を測定して漏洩電流Igrの値を算出する。
【0092】
次に、式(20)において、運転周波数fが40Hz〜20Hzではpは0.8〜0.4となるので、上記式(20a)の(1+p)の1.8〜1.4に対し、(1−P)は0.2〜−0.6となり、同様に(1−p)項は無視し、瞬時対地電圧eoの波形の運転周波数fと商用周波数fnとの平均値は50Hz,45Hz,40Hzとなり、この周波数の波形が、式(20a)のβの、運転周波数fと商用周波数fnとの差の半分の周波数で変調された波形で、この変調周期で瞬時対地電圧eoは最高値を示す。このような特性を持つ式(20)で、三相4線式220V、50Hzの単相電源に接続されるスイッチング電源U,V,W相の瞬時対地電圧eoの波形を図7に示すが、この瞬時対地電圧eoと同波形の漏洩電流である零相電流I0が流れる。この電流I0の波形の最高値付近の波形は商用周波数の電圧Enの波形とほぼ一致するので、入力した商用周波数の基準電圧Eの波形と対応させながら、図9に示すように位相角θを測定して漏洩電流Igrの値を算出する。このように、運転周波数fが60〜20Hzでも、測定する零相電流I0の周波数は前述のように60〜40Hzとなり、周波数を50Hz又は60Hzとする商用周波数fnとの差は少なく、端子Rと接地端子Nとの間に発生する商用周波数fnの対地電圧ERを基準電圧Eとして入力し、前述の瞬時対地電圧eoと同波形の零相電流I0との位相角θを測定することは、少しの測定誤差を含むが、実用的に可能である。
【0093】
図2で、商用周波数の端子Rと接地電位である中性点Nにスイッチング電源2sが接続され、この端子R,N間に図3に示す電圧ERが印加される。図3で電圧ERの中点が印加電圧の電気的中性点Nsであり、この電気的中性点Nsの対地電圧は図3のENsで表される。商用周波数電源の電気的中性点Nsは、図4、図5で表されるスイッチング電源2sの電気的中性点Neに一致するので、図4、図5の商用周波数電圧Enは、対地電圧ENsとなり、その大きさはR相の対地電圧ERの半分になる。
【0094】
また、図4、図6で、運転相電圧EU,EV,EWの位相は、商用周波数電圧Enの位相に対し、たえず変化しているので、例えばU相の対地電圧が最大になった時点ではベクトルEuが商用周波数電圧Enの方向と一致したときであり、図4に示すベクトル図がこの状態を表す。
【0095】
図4に示す2つのベクトルEnとEuとは周波数が異なるので本来はベクトルでの表現はできないが、ここでは両周波数が接近しており、両者の位相がほぼ一致した時点の解析を行うので両者の周波数は等しいものとして取り扱う。
【0096】
図4で運転相電圧EU,EV,EWの値をEdとするとき、図3に示される電圧ENsと図4に示す電圧Enが同じであるので、図4に示される基準電圧Eの1/2の電圧ENsと電圧Enが同位相のときU相の対地電圧が最大になるので、この時点のU,V,W端子の対地電圧EGU,EGV,EGWは、下記の式(21)〜(23)のようにベクトル記号法により示すことができる。
【0097】
EGU=En+Ed ・・・(21)
EGV=En−0.5Ed−j0.5 √3Ed ・・・(22)
EGW=En−0.5Ed+j0.5 √3Ed ・・・(23)
そして、負荷装置5のU,V,Wの各相に存在する大きさがほぼ等しい対地静電容量Cに流れる対地電流をIgcu,Igcv,Igcwとし、角周波数ω=2πfnとおくと、上記対地電流Igcu,Igcv,Igcwは、下記の式(24)〜(26)で示すことができる。
【0098】
Igcu=jωCEGU=jωC(En+Ed) ・・・(24)
Igcv=jωCEGV=jωC(En−0.5Ed)+ωC・0.5√3Ed
・・・(25)
Igcw=jωCEGW=jωC(En−0.5Ed)−ωC・0.5√3Ed
・・・(26)
また、負荷装置5に生じた各相の対地漏洩抵抗ru,rv,rwに流れる漏洩電流をIgru,Igrv,Igrwとすると、各漏洩電流は下記の式(27)〜(29)で示すことができる。
【0099】
Igru=EGU/ru=(En+Ed)/ru ・・・(27)
Igrv=EGV/rv=(En−0.5Ed)/rv−j0.5√3Ed/rv
・・・(28)
Igrw=EGW/rw=(En−0.5Ed)/rw+j0.5√3Ed/rw
・・・(29)
以上から、図2で巻線1aの中性点Nと接地極Gとの間を接続する接地線8、配電線4N,4R、スイッチング電源2s、負荷装置5sを経由して接地極Gに流れる電流である零相電流I0は、上記式(24)〜(29)を加えたものであり、1/ru=gu、1/rv=gv、1/rw=gwとおくと、下記の式(30)で表すことができる。
【0100】
I0=(gu+gv+gw)En+(gu−0.5gv−0.5gw)Ed
+j{3ωCEn+0.5√3(gw−gv)Ed} ・・・(30)
ここで、漏洩電流Igrを測定する際、この漏洩電流測定装置に入力される対地電圧ERを基準電圧Eとするとき、上記式(30)で表される零相電流I0と、基準電圧Eと同位相の零相電流I0の有効成分Aと、基準電圧Eより90度位相が進んだ零相電流I0の無効成分Bの関係は、図8のベクトル図のように表され、上記有効成分Aは図8に示すベクトル図のI0及び上記式(30)の実数部分であるので、下記の式(31)により示すことができる。
【0101】
A=(gu+gv+gw)En+(gu−0.5gv−05gw)Ed・・・(31)
そして、上記基準電圧として入力された単相配電線の線間電圧Eでもある対地電圧ERから90度位相が進んだ零相電流I0の無効成分Bは、図8に示すベクトル図のI0及び式(30)の虚数部分であるので、下記の式(32)により示すことができる。
【0102】
B=3ωCEn+0.5√3(gw−gv)Ed ・・・(32)
次に、前述の式(10)、(11)、(12)に式(31)、(32)をそれぞれ代入すると、下記の式(33)、(34)、(35)が得られる。
X=B−√3A
={3ωC−√3(gu+gv+gw)}En+√3(gw−gu)Ed
・・・(33)
Y=B+√3A
={3ωC+√3(gu+gv+gw)}En+√3(gu−gv)Ed
・・・(34)
Z=−2B=−6ωCEn−√3(gw−gv)Ed ・・・(35)
式(33)〜(35)のうち、最大の値を示す式は式(34)である。
【0103】
式(34)で、スイッチング電源の特性から通常運転相電圧Edは運転周波数fが60Hzのとき最大値で、この値は図3の配電電源の相電圧ER、つまり入力電圧である基準電圧の1/√3にほぼ等しく、Enは入力電圧ERの半分、つまりEn=0.5√3Edとなるので、この関係を式(34)に代入すると、下記の式(34a)が得られる。
【0104】
Ya={1.5√3ωC+(1.5+√3)gu+(1.5−√3)gv
+1.5gw}Ed ・・・(34a)
上記式(34a)において、対地静電容量Cに起因する対地漏洩電流Igcは式中ωCEdを含む項で表現されているが、運転周波数、商用周波数帯域では、この値は通常1mA以下と小さいので省略し、商用周波数の電圧Enに対し、運転周波数の電圧Edの位相が回転変化する。そして、式(34a)は、両電圧En,Edの位相が一致した時点を表現しているので、式中のgu,gv,gwの添え字u,v,wを固定する必要はなく、3相に同時に漏洩電流Igrは流れないとしているので、最小項は省略する。
【0105】
また、図6に示すベクトル図より、Igru=(En+Eu)gu=(0.5√3+1)Ed・guとなるので、これらの関係を上記式(34a)に代入すると下記に式(34b)を得る。
【0106】
Ya=√3{Igru+√3/(2+√3)Igrw} ・・・(34b)
この式(34b)の括弧内の漏洩電流は、1相接地ならIgru、2相接地なら他の1相分の0.5倍が加わることになり、これらをまとめてIgrとすると、上記式(33)〜(34)のうち、最大の測定値をYmとすると、漏洩電流Igrの値は、下記の式(36)で与えられる。
【0107】
Igr=Ym/√3) ・・・(36)
最大運転周波数fが60Hzより小さく60Hzを通過しないときは、電圧Edの値も低いので、運転周波数により値を補正する。
【0108】
確かに運転周波数が低下するにつれて誤差は増大するが、測定結果は漏洩電流Igrが0の場合とは明らかに差がある。そして、一般のスイッチング電源は、運転周波数と商用周波数の差が30Hz以内で運転されるか、運転周波数が通過するかであり、この誤差のために実用を妨げられる機会はほとんどない。
【0109】
次に、図1、図2に示す処理演算部16を構成する信号処理部3の具体例を、図10を参照して説明する。この信号処理部3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)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。
【0110】
図10において、電圧検出器21には、三相配電線R,S,Tの各相の各端子間に発生する線間電圧ESR,ETS,ERTのいずれか、又はスイッチング電源2の端子U,V,W間に発生した線間電圧EVU,EWV,EUWのいずれか、配電線4Nと配電線4R,4S,4Tのいずれか1相の単相電源にスイッチング電源2sが接続されている状態での単相線間電圧が基準電圧Eとして入力される。
【0111】
なお、図1、図2に示す系統図の三相配電線においては、線間電圧ESRが入力され、単相配電線においては線間電圧ERが入力されている。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。
【0112】
そして、零相電流検出器24には、三相配電線にあっては、R,S,Tの各相の配電線4R,4S,4Tに流れる電流のベクトル和である零相電流I0が入力される。
【0113】
また、三相4線式の配電方式にあっては、R,S,Tの各相及び接地相であるN相の各相の配電線4R,4S,4T及び中性線4Nの4線に流れる電流のベクトル和である零相電流I0が入力され、中性線4Nと配電線4R,4S,4Tのいずれか1相の単相電源では、単相2線に流れる電流のベクトル和である零相電流I0が入力される。
【0114】
第2の増幅器25は、零相電流検出器24の検出感度に応じて、零相電流検出器24から出力される零相電流I0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、零相電流I0の商用周波数及び運転周波数を超える周波数成分を減衰させて商用周波数及び運転周波数、これらの合成周波数波形を取り出す。
【0115】
そして、位相差計測器27は、基準電圧として入力された配電電源各端子R,S,T間に発生する線間電圧ESR,ETS,ERTのいずれか、又はスイッチング電源2の端子U,V,W間に発生した線間電圧EVU,EWV,EUWのいずれか、又は中性線4Nと配電線4R,4S,4Tのいずれか1相の単相電源にスイッチング電源2sが接続されている状態での単相線間電圧のいずれかと、零相電流I0との位相差を計測する。ここで基準電圧Eとして入力された端子R,S,T間に発生する線間電圧ESR,ETS,ERTのいずれか、又はスイッチング電源2の端子U,V,W間に発生した線間電圧EVU,EWV,EUWのいずれか、又は中性線4Nと配電線4R,4S,4Tのいずれか1相の単相電源にスイッチング電源2sが接続されている状態での単相線間電圧のいずれかと、零相電流I0との位相角θの関係を図8、図9に示す。なお、位相角θは、時間とともに変化するが、図8、図9ではその代表例を示す。
【0116】
そして、信号処理部3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から出力された零相電流I0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9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、零相電流I0に対してはIZで示すようになる。基準電圧E及び零相電流I0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9に示す|EZ−IZ|波形になる。図9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と零相電流I0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。
【0117】
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、零相電流I0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。
【0118】
演算部14は、位相差計測器27が計測した基準電圧Eと零相電流I0との位相差角θを用いて、零相電流I0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。
【0119】
なお、位相差計測器27が検出する基準電圧Eと零相電流I0との位相差角θは、次の式(37)から算出される。
【0120】
θ=(180S1)/S2 ・・・(37)
ここで、演算部14は、I0cosθの値を零相電流I0の有効成分Aの値として、I0sinθの値を零相電流I0の無効成分Bの値として演算し出力する。これら零相電流I0と、零相電流I0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8のベクトル図に示すように表される。
【0121】
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、スイッチング電源2の負荷装置5のU,V,Wの各相の対地漏洩抵抗ru,rv,rwが1相又は2相、あるいは2相間にまたがる負荷の中に存在しているとき、それらの中に流れる電流値又は2相分の合計電流値を漏洩電流Igrの値として測定し、その値を必要に応じて表示部15に表示させる。
【0122】
本発明に係る漏洩電流測定装置及びこの測定装置を用いた測定方法においては、前述した零相電流I0の有効成分Aと無効成分Bを上述した式(10)〜(12)又は式(33)〜(35)に代入する演算処理を演算部14により行うことにより、U,V,Wの各相の対地漏洩抵抗ru,rv,rwが1相又は2相、あるいは2相間にまたがる負荷の中に存在しているとき、それらの中に流れる電流値又は2相分の合計電流値又はその値に近い電流値の測定が実現される。
【0123】
また、本発明に係る漏洩電流測定装置は、図11に示すように、複数のスイッチング電源2a,2b及びその負荷装置5a,5bを1台の漏洩電流測定装置で監視することも可能である。また、配電線4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。本発明に係る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対地漏洩抵抗ru,rv,rwの中を流れる漏洩電流Igrの測定結果を制御信号とし、この制御信号に基づいて配電線4の途中に設けた遮断器19を動作させることにより、スイッチング電源2a,2b及び負荷装置5a,5bを配電電源1から遮断する。
【0124】
本発明に係る漏洩電流測定装置においては、上述のようにさらに遮断器を設けることにより、漏洩電流Igrの検出と共に、漏洩電流Igrが所定の値を超えたときスイッチング電源及び負荷装置を配電電源から遮断するようにすることができるので、配電電源に接続されたスイッチング電源及びその負荷装置を絶縁不良に伴う重大事故から守ることができる。
【0125】
さらに、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、対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流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11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。
【産業上の利用可能性】
【0126】
本発明に係る漏洩電流測定装置及び測定方法は、広く一般で実用されている電源周波数を変化させるインバータ及びインバータで駆動される電動機などの負荷装置や自動機械ロボット等に組み込まれているサーボモータ及びそれらを駆動するスィッチング電源装置における絶縁測定に用いることができる。
【符号の説明】
【0127】
1 星形配電電源、2 三相配電線用スイッチング電源、2s 単相配電線用スイッチング電源、3 信号処理部、4 配電線、5 負荷装置、8 接地線 9 零相変流器、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、配電電源に接続されるインバータなどのスイッチング電源及びこのスイッチング電源に接続される負荷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測定方法に関する。
【背景技術】
【0002】
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、絶縁抵抗計で測定する方法が広く用いられている。このような方法は、停電が許されない配電線や連続操業の工場等に適用することができない。
【0003】
特に、インバータなどのスイッチング電源で駆動される電動機、蛍光灯等の負荷装置における漏洩電流の測定については、電子素子で構成されるインバータなどのスイッチング電源を絶縁抵抗測定時に印加される高電圧から保護するため負荷装置のみ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。これにより、連続操業の工場等ではラインの停止時間が制限されるので、絶縁抵抗計の適用が制限される等の問題点がある。
【0004】
そこで、電源に接続された負荷装置を停電させることなく、活線のまま電路及び負荷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、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と、この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とのベクトル和で構成されている。
【0005】
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配電方式で実用化されている漏洩電流Igrを測定する技術は、一般の配電系統の計測は可能であるがスイッチング電源及びその負荷装置内の計測は不可能とされている。また、零相電流I0のみを検出する方式は、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が大きい場合には実際のIgrの値に対して過大な測定値を示す。
【0006】
これは、インバータなどのスイッチング電源で駆動される負荷装置にあっては、その機器に印加される電圧及びその周波数が変化し、三相配電変圧器の配電電源側の3組の巻線を三角形又は2組の巻き線をV形に結線しその巻き線の端又は中点を接地した、各配電線の対地電圧が等しくない三相配電線又は単相配電線に接続されるスイッチング電源が出力する対地電圧は、前記変化周波数の電圧のほか、各配電線の対地電圧が等しくない状態が原因となって発生する配電線の周波数の電圧や高調波成分の電圧を含む複雑な電圧波形となり、この対地電圧に起因する零相電流I0は複雑な波形になる。また、これらスイッチング電源や負荷装置の対地絶縁抵抗を流れる漏洩電流Igrは、例えば生産現場に多数使用されるロボットや専用機の電動機は比較的容量が小さいので、数mA以下である場合が多く、スイッチング電源やその負荷装置の漏洩電流の計測を困難なものにしている。
【0007】
また、絶縁状態を測定する他の方法として、配電線に低周波の低電圧を供給して漏洩電流Igrを測定する方法がある。この方法も、供給された低周波の低電圧がスイッチング電源の整流部分で吸収されてしまい、スイッチング電源やその負荷装置の計測はできない。
【0008】
なお、この種の漏洩電流計測の先行技術として、特開平3−179271号公報(特許文献1)や、特開2002−125313号公報(特許文献2)に記載されるものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【特許文献1】特開平3−179271号公報
【特許文献2】特開2002−125313号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
本発明は、変圧器の二次側巻線を星形に結線した配電電源に接続されるインバータなどのスイッチング電源及びスイッチング電源から給電される負荷装置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。
【0011】
ところで、スイッチング電源は、負荷装置を動作させるための、変化する電圧及び周波数(以下運転周波数と称する)を発生する。前記スイッチング電源の端子間の線間電圧は、ほぼ正弦波形であるが、対地電圧は多くの高調波を含み、特にスイッチング電源に電力を供給する配電線の対地電圧が不同である、例えば中性点と三相端子のいずれかから給電される単相2線配電線に接続されるスイッチング電源の対地電圧には運転周波数の電圧に加え配電電源周波数(以下商用周波数と称する)の電圧及び高調波電圧も含んでおり、これらの対地電圧に起因する対地漏洩電流I0の波形も複雑な形状を示し、従来の方法では、スイッチング電源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の測定は不可能であるとされている。
【0012】
そこで、本発明の技術課題は、この複雑な種々な電圧及び漏洩電流I0の挙動を明確にし、その測定装置及び測定方法を具体化させ実用化することにある。
【0013】
また、本発明の技術課題は、測定のための電圧要素の入力において、スイッチング電源が出力する高調波を多く含む各相の対地電圧を順次開閉器で切替えて入力する煩雑な方式を採用することなく、スイッチング電源の入力側又は出力側の、波形が殆ど正弦波に近い線間電圧のうちの1つの線間電圧のみを入力する方式を採用し、配電電源からスイッチング電源及びその負荷装置、接地線を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にある。
【0014】
さらに具体的に本発明の技術課題を説明すると、三相で対地電圧が等しく、対地静電容量が等しい三相配電線に接続される従来用いられている漏電遮断器等の漏洩電流測定装置では、その負荷装置のある1相のみに、対地絶縁抵抗に流れる漏洩電流Igrが存在するとき、漏洩電流Igrの値として零相電流I0の値を用いることができるが、例えば、同じ値の漏洩電流Igrが2つの相に発生したときには、2つの相の漏洩電流の位相が120度異なっているため、2倍の値を示さず、ベクトル合成された1相分の漏洩電流Igrの値しか示さない。また、この電気系統に接続される電気機器が、3線間にまたがって接続され、例えば電動機の巻線の2相間の中央点が地絡したとき、この中央点の対地電圧が三相端子U,V,Wの対地電圧の半分の値となるので、漏洩電流Igrの値も同一の対地漏洩抵抗を通じて三相端子で地絡した値の半分になるため、その大きさで故障程度を判断する漏洩電流測定装置にあっては、対地漏洩抵抗に対して、絶縁状態が良いという評価をしたことになる。その結果、絶縁状態の判断を誤ることになり、絶縁に対する対策を怠れば重大故障に発展する可能性がある。
【0015】
そこで、本発明の技術課題は、負荷装置の2相又は相間に発生した漏洩電流Igrの値を過小に評価している従来用いられている漏電遮断器等の漏洩電流測定装置が有する問題点を解決し、対地漏洩抵抗Igrの値を実体の値として正確に測定可能な漏洩電流測定装置及び測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0016】
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は、変圧器の二次側巻線を星形に結線し、三相の電圧端子をR,S,Tとし、星形結線の接地された中性点をNとする電源から給電される三相4線式又は三相3線式の配電線又は上記中性点Nと端子R,S,Tのいずれかから給電される単相2線配電線に接続されるスイッチング電源及び前記スイッチング電源に接続される負荷装置の対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Igrを測定する漏洩電流測定装置において、上記二次側巻線の各端子R,S,T間に発生する線間電圧ESR,ETS,ERT又は中性点Nと各端子R,S,T間に発生する単相電圧ER,ES,ET及び上記スイッチング電源の各出力端子U,V,W間に発生する線間電圧EVU,EWV,EUWのいずれかを測定する電圧検出手段と、各配電線及びスイッチング電源と前記スイッチング電源に接続される負荷装置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、上記電圧検出手段によって検出された上記線間電圧ESR,ETS,ERT又は単相電圧ER,ES,ET及び上記スイッチング電源各端子U,V,W間に発生する線間電圧EVU,EWV,EUWのいずれかが入力され、上記入力されたいずれかの線間電圧ESR,ETS,ERT又は単相電圧ER,ES,ET及び上記スイッチング電源各端子U,V,W間に発生する線間電圧EVU,EWV,EUWのいずれかを基準電圧とし、この基準電圧と上記零相電流I0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、上記零相電流I0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、上記各端子R,S,T間に発生する線間電圧ESR,ETS,ERT又は単相電圧ER,ES,ET及び上記スイッチング電源各端子U,V,W間に発生する線間電圧EVU,EWV,EUWのいずれかを基準電圧としたときに得られる上記零相電流I0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、U相、V相、W相のうちの2相に発生する上記漏洩電流Igrの合計値、U相、V相、W相のうちの1相に発生する上記漏洩電流Igrの値、U相、V相、W相のうちの2相間若しくは三相間に接続される負荷装置の内部で発生する上記漏洩電流Igrの値を演算する演算手段とを備える。
【0017】
そして、上記スイッチング電源の出力上記各端子U,V,W間に発生する線間電圧EVU,EWV,EUW又は上記配電電源とスイッチング電源とを接続する三相給電線R、S、Tの線間電圧ESR,ETS,ERTのいずれか又は単相配電線の線間電圧を基準電圧とするときには、この基準電圧と上記零相電流I0との位相比較が行われ、上記漏洩電流Igrの演算が行われる。
【0018】
ここで、上記演算手段は、より具体的には、上記各端子U,V,W間に発生する線間電圧EVU,EWV,EUW又は上記各給電線R、S、Tの線間電圧ESR,ETS,ERTのいずれか又は単相配電線の線間電圧を基準電圧としたとき、式(B−√3A)の値、式(B+√3A)の値、式(−2B)の値のうちの最大の値又は最大の値の倍数を、上記スイッチング電源を含む上記U,V,Wの各端子に接続される負荷装置の対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Igrとして演算する。
【0019】
本発明に係る漏洩電流測定装置は、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。
【0020】
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漏洩電流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、漏洩電流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。
【0021】
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漏洩電流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。
【0022】
また、本発明は、変圧器の二次側巻線を星形に結線し、三相の電圧端子をR,S,Tとし、星形結線の接地された中性点をNとする電源から給電される三相4線式又は三相3線式の配電線又は上記中性点Nと端子R,S,Tのいずれかから給電される単相2線配電線に接続されるスイッチング電源及び前記スイッチング電源に接続される負荷装置の対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Igrを測定する漏洩電流測定方法において、上記二次側巻線の各端子R,S,T間に発生する線間電圧ESR,ETS,ERT又は中性点Nと各端子R,S,T間に発生する単相電圧ER,ES,ET及び上記スイッチング電源の各出力端子U,V,W間に発生する線間電圧EVU,EWV,EUWのいずれかを検出する電圧検出工程と、各配電線及びスイッチング電源と前記スイッチング電源に接続される負荷装置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、上記電圧検出手段によって検出された上記線間電圧ESR,ETS,ERT又は単相電圧ER,ES,ET及び上記スイッチング電源各端子U,V,W間に発生する線間電圧EVU,EWV,EUWのいずれかが入力され、上記入力されたいずれかの線間電圧ESR,ETS,ERT又は単相電圧ER,ES,ET及び上記スイッチング電源各端子U,V,W間に発生する線間電圧EVU,EWV,EUWのいずれかを基準電圧とし、この基準電圧と上記零相電流I0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、上記零相電流I0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、上記各端子R,S,T間に発生する線間電圧ESR,ETS,ERT又は単相電圧ER,ES,ET及び上記スイッチング電源各端子U,V,W間に発生する線間電圧EVU,EWV,EUWのいずれかを基準電圧としたときに得られる上記零相電流I0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、U相、V相、W相のうちの2相に発生する上記漏洩電流Igrの合計値、U相、V相、W相のうちの1相に発生する上記漏洩電流Igrの値、U相、V相、W相のうちの2相間若しくは三相間に接続される負荷装置の内部で発生する上記漏洩電流Igrの値を演算する演算工程とを備える。
【0023】
そして、上記スイッチング電源の出力上記各端子U,V,W間に発生する線間電圧EVU,EWV,EUW又は上記配電電源とスイッチング電源とを接続する三相給電線R,S,Tの線間電圧ESR,ETS,ERTのいずれか又は単相配電線の線間電圧を基準電圧とするときには、この基準電圧と上記零相電流I0との位相比較が行われ、上記漏洩電流Igrの演算が行われる。
【0024】
ここで、上記演算工程は、より具体的には、上記各端子U,V,W間に発生する線間電圧EVU,EWV,EUW又は上記各給電線R、S、Tの線間電圧ESR,ETS,ERTのいずれか又は単相配電線の線間電圧を基準電圧としたとき、式(B−√3A)の値、式(B+√3A)の値、式(−2B)の値のうちの最大の値又は最大の値の倍数を、上記スイッチング電源を含む上記U,V,Wの各端子に接続される負荷装置の対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Igrとして演算する。
【発明の効果】
【0025】
上述したように、本発明は、従来不可能とされたスイッチング電源及びスイッチング電源に接続される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の測定を可能にし、しかも国際的に標準の配電方式となっている三相4線星形配電方式の三相及び単相配電線に接続されるスイッチング電源及びその負荷装置の絶縁監視を可能とする。
【0026】
さらに、従来用いられている漏洩電流Igrの値を零相電流I0の値として検出して電路を遮断する遮断装置においては、電路や負荷装置の電圧印加部分と接地部分との間に存在する対地静電容量の増加及び不均一化、並びにスイッチング電源の容量の増加による零相電流I0中に含まれる高調波成分の増大等に起因する漏洩電流Ioの増加を見込んで、零相電流I0を検知して動作する漏電遮断器の故障動作電流を過大な値、例えば数百mAに設定していたが、本発明においては、上述したような漏洩電流Igrの検出が可能となり、故障動作電流値設定時に、この数値を反映させた、例えば数mAに設定を行うことで、不動作範囲の過大な故障電流のため事故が拡大する前に漏電遮断器を動作させることができるので、より安全に、電源系統や負荷の保護が可能になり、不測の漏電事故を少なくすることができる。
【0027】
また、本発明は、変圧器の二次側巻線を星形に結線した配電電源又は単相配電電源に接続されるスイッチング電源及びその負荷装置の対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Igrを測定する際、電圧入力のための接地端子を必要としない線間電圧を入力して漏洩電流Igrの測定が可能であるので、接地端子が欠如している配電系統の末端部分でも確実な計測が可能である。
【0028】
さらに、本発明に係る漏洩電流測定装置又は方法を採用することにより、スイッチング電源へ電力を供給する配電線の零相電流及び線間電圧を入力することで、スイッチング電源及びその負荷装置の漏洩電流Igrの計測が可能となり、スイッチング電源へ電力を供給する配電線の零相電流及び線間電圧を入力する場所より末端側に並列に接続される複数台のスイッチング電源及びその負荷装置の一括監視が可能である。
【0029】
特に、本発明に係る漏洩電流測定装置及び方法は、複数台のサーボモータで駆動されるロボットなど自動装置全体の微弱な漏電の一括監視や、ビル内のインバータ空調機等負荷装置の一括監視、複数個のインバータ点灯の蛍光灯を一括監視する等の用途に適用して好適である。
【0030】
そして、前述のスイッチング電源の負荷装置のうち、2相間若しくは三相間に接続される負荷の内部の漏電故障の際に発生する地絡電流の測定値は従来過小な値として測定されていたが、これを対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Igrの値に相当した適正な値として測定するので、高い信頼性をもって対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Igrを測定でき、漏電事故をも高い信頼性をもって防止することが可能となる。
【0031】
さらにまた、本発明は、演算手段によって演算された結果を表示手段に表示するようにしているので、スイッチング電源の負荷の状態を常時監視することができる。
【0032】
さらにまた、本発明は、警報手段を備えることにより、漏洩電流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、事故を未然に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【0033】
【図1】変圧器の二次側巻線を星形に結線した三相星形電源に接続されるスイッチング電源、この電源に接続された負荷装置の漏洩電流Igrの測定に本発明に係る漏れ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】三相4線式星形電源に接続される三相配電線用スイッチング電源、及び単相配電線用スイッチング電源、これらの電源に接続された負荷装置の漏洩電流Igrの測定に本発明に係る漏れ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3】三相星形電源源系統の対地電圧ER,ES,ET、線間電圧ESR,ETS,ERTと中性点N、対地電圧ERを単相配電電源として利用したときの電気的中性点Ns、及びその対地電圧ENs、それに接地極Gとの関係を示すベクトル図である。
【図4】星形電源系統の単相配電線N,R相に接続されたスイッチング電源が発生する運転相電圧EU,EV、EWと電気的中性点Ne、接地極G、それに電気的中性点Neの接地極Gと同電位の中性点Nからの電位ENsの関係を示すベクトル図である。
【図5】スイッチング電源が発生する運転相電圧EU,EV、EW、それらの電気的中性点Neに対する線間電圧EVU,EWV,EUW、電気的中性点Neの接地極Gに対する電位En及び負荷装置の関係を示す等価回路図である。
【図6】スイッチング電源の電気的中性点Neに対する各相電圧EU,EV、EW、線間電圧EVU,EWV,EUW、電気的中性点Neの接地極Gに対する電位En、及び負荷中央点Mの電気的中性点Neに対する電圧ENMの関係を示すベクトル図である。
【図7】スイッチング電源出力端子の対地電圧波形であって、商用周波数が60Hzで、運転周波数が20〜50Hzの例を示す図である。
【図8】零相電流I0、基準電圧として入力される線間電圧ESR,ETS,ERT、線間電圧EVU,EWV,EUW、それに単相電圧ER,ES,ET、位相角θ、零相電流I0の有効成分A、零相電流I0の無効成分Bの関係を示すベクトル図である。
【図9】ある時点で位相差がθの入力電圧Eと零相電流I0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10】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11】複数のスイッチング電源及びその負荷装置を1台の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た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最良の形態】
【0034】
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。
【0035】
図1は、配電用変圧器の低圧側三相巻線1を星形に結線し、星形の中点である中性点Nを接地線8を経由して接地極Gで接地した星形配電方式を採用した配電系統に、本発明に係る漏洩電流測定装置を適用した例を示す概略系統図である。
【0036】
なお、星形配電方式は、図1に示すような400V級の三相3線方式、若しくは星形巻線の中性点Nに接続され接地された中性線を配電線の1線として加え、中性点Nと三相の各端子間とに接続する単相負荷にも配電可能な三相4線方式があり、国際的に標準の配電方式として広く普及している。
【0037】
本発明に係る漏洩電流測定装置は、この星形三相3線若しくは三相4線配電方式の配電系統を構成する主要素で、三相の対地電圧が等しい三相配電線(以下三相配電線と称する)又は三相4線配電方式の接地された中性点と三相端子のうちのいずれかから導出される1線の対地電圧が0で他線の対地電圧が相電圧である単相2線配電線(以下単相配電線と称する)に接続されるスイッチング電源及びそのスイッチング電源の負荷装置5の対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Igrを測定する。
【0038】
本発明に係る漏洩電流測定装置は、三相3線若しくは三相4線星形の配電方式を採用した配電系統に適用される。そして、図1に示す三相3線の配電方式において、配電用の三相変圧器の低圧側(二次側)に星形に結線された巻線1を備える。この星形巻線1には、三相配電線4R,4S,4Tを介してスイッチング電源2が接続されている。また、図2に示す三相4線の配電方式では、図1に示す三相配電線4R,4S,4Tのほか中性点Nから導出された接地線4Nが併設され、三相配電線4R,4S,4Tのうちの1線、例えば配電線4Rとともに単相配電線4N,4Rを構成し、スイッチング電源2sが接続されている。
【0039】
図1に示す三相3線の配電方式を採用した三相変圧器の低圧側の星形巻線1をさらに具体的に説明すると、星形巻線1は、星形を構成するように結線された3つの巻線1a,1b,1cを有し、これらの巻線1a,1b,1cの一方の端子である三相端子R,S,Tは、三相配電線4R,4S,4Tを介して、スイッチング電源2に接続されている。また、各巻線1a,1b,1cの他端を共通に結合して中性点Nとしており、巻線1aには中性点Nに対する端子Rの電位である相電圧ERが発生し、巻線1bには中性点Nに対する端子Sの電位である相電圧ESが発生し、巻線1cには中性点Nに対する端子Tの電位である相電圧ETが発生し、各端子R,S,T間には線間電圧ESR,ETS,ERTが発生している。
【0040】
これら電圧の関係は、図3のベクトル図で表され、端子R,S,Tの電位の中性点である電気的中性点は三角形RSTの重心であり、星形巻線では各巻線を共通に結合した中性点Nに一致する。この中性点Nは、接地線8を介して、接地極Gに接続されている。
【0041】
さらに、図2に示す単相配電線の線間電圧は、相電圧ERであり、その電気的中性点は中性点Nと端子Rとの中間点Nsであり、この電気的中性点Nsの接地点Nに対する電位はベクトルENsで表され、その大きさは相電圧ERの1/2で商用周波数を持つ。
【0042】
図2に示す配電系統において、スイッチング電源2又は2sに印加される線間電圧ESR,ETS,ERT又は相電圧ER,ES,ETは、スイッチング電源2又は2sの内部で一旦直流に変換され、さらにトランジスタ等のスイッチング素子によって、高周期で裁断されたパルス状の波形となり、これが組み合わされて、それに接続される負荷装置の運転に適した運転周波数及び電圧を発生する交流波形に変換される。前記負荷装置が例えば電動機のように磁束を必要とする装置にあっては、運転周波数の低下に従って発生電圧も低下する特性の、いわゆる可変電圧可変周波数特性(以下、VVVF特性という。)のスイッチング電源となる。また、スイッチング電源の発生電圧は、パルス状の波形の組み合わせであり、種々の周波数の高調波を含む。そして、スイッチング電源2又は2sの端子U,V,W間に発生した線間電圧EVU,EVW,EUWが負荷装置5に印加される。
【0043】
次に、スイッチング電源2又は2sに発生する電圧の状態を図5に示し、これらの電圧の関係を図6のベクトル図で示す。スイッチング電源2又は2sの内部回路は接地されていないので、図5に示す接地極Gは配電変圧器端子の接地されたS相又は中点Nに接続された接地極Gとして取り扱う。スイッチング電源2又は2sに発生する電圧の関係を示す図6のベクトル図で、端子U,V,Wにおける電位の電気的中性点Neは三角形UVWの重心であり、この重心Neに対する端子U,V,Wにおける電位が相電圧EU,EV,EWであり、その大きさは端子U,V,W間の線間電圧EVU,EWV,EUWの√3分の1で、各々が120度の位相差を有するVVVF特性の対称電源である。
【0044】
図5及び図6で三相配電線に接続されたスイッチング電源2の端子U、V、Wの電気的中性点をNeとすると、図1に示す星形巻線1の中性点Nの電位は、端子R,S,Tの電気的中性点で且つ星形巻線の中性点Nと同一電位となり、前記中性点Nは接地極Gで接地されているので、スイッチング電源2の端子U,V,Wの電気的中性点Neも接地極Gと同電位である0電位であり、図5に示す接地極Gに対する電気的中性点Neの電位Enも0となる。但し、スイッチング電源2のスイッチング動作に伴う高調波電圧に対して電圧Enが存在するので、端子U,V,Wの対地電圧は高調波と運転周波数との合成電圧となり、この複雑な波形の対地電圧を入力すれば測定は困難なものとなるが、端子U,V,Wの線間電圧EVU,EWV,EUWはVVVF特性の正弦波であり、本発明に係る漏電測定装置及び方法はこれらの電圧を入力するので計測が可能となっている。
【0045】
そして、図2に示す単相配電線の電気的中性点は中性点Nと端子Rとの中間点Nsで、この電気的中性点Nsの接地点Nに対する電位ENsが商用周波数を持つ図5及び図6に示す電圧Enとなり、その大きさは相電圧ERの1/2である。したがって、この単相配電線に接続されるスイッチング電源の対地電圧は商用周波数電位ENsに運転周波数相電圧EU,EV,EWが重畳された電圧となり、この対地電圧が負荷装置5に印加され対地漏洩電流I0を発生させる。
【0046】
ところで、負荷装置5の各相には対地静電容量CU,CV,CWが存在する。三相電源又は単相電源で駆動される通常の負荷装置で対地静電容量が比較的大きな電動機などの三相巻線は、接地部分に対して対称的な構造をしており、非対称設備の対地静電容量は無視できる。そこで、各相の対地静電容量CU,CV,CWはほとんど同じ容量となるのでこれをCとし、これら三相の各静電容量Cには、常時、対地電流Igcu,Igcv,Igcwが流れている。また、負荷装置5には対地漏洩抵抗ru,rv,rwが生ずることがある。これら対地漏洩抵抗ru,rv,rwには、漏洩電流Igru,Igrv,Igrwが流れる。
【0047】
上述したような三相配電線若しくは単相配電線に接続されるスイッチング電源及びそのスイッチング電源に接続される負荷装置の対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流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3、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、負荷装置5の対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流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3に、配電線4に流れる電流のベクトル和である零相電流I0が、これを検出する変流器9を介して入力される。また、スイッチング電源2の出力端子U,V,Wと負荷装置5とを接続する各給電線に流れる電流のベクトル和を零相電流I0として入力してもよい。
【0048】
なお、図2に示す配電系統において、負荷装置5sの対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Igrを測定する場合には、処理演算部16sを構成する信号処理部3に、配電線4に流れる電流のベクトル和である零相電流I0が、これを検出する零相変流器9sを介して入力される。
【0049】
ここで、負荷装置5又は5sに生じた各相の対地静電容量Cを流れる対地電流Igcu,Igcv,Igcwと負荷装置5又は5sに生じた各相の対地漏洩抵抗ru,rv,rwに流れる漏洩電流Igru,Igrv,Igrwのベクトル和である零相電流I0は、大地から配電電源変圧器の接地極G、接地線8を経由して、配電電源1からスイッチング電源2又は2s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であるスイッチング電源2又は2sの電源側、負荷側いずれの点でも測定が可能である。
【0050】
また、本発明を採用することにより、後述する図11に示すように、複数のスイッチング電源2a,2bにそれぞれ負荷装置5a,5bを接続したシステムの漏洩電流を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。
【0051】
ここで、以上述べた配電用変圧器の定圧側巻線を星形に結線した三相配電線又は単相配電線に接続されるスイッチング電源及びそのスイッチング電源に接続される負荷装置の対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Igrの測定方法及びその原理について説明する。
【0052】
まず、図1に示すような配電用変圧器の低圧側巻線(二次側巻線)を星形に結線した三相3線又は三相4線の配電系統の三相端子R,S,T間に発生する線間電圧ESR,ETS,ERTと、各端子R,S,Tが星形巻線の接地点である中性点Nに対して発生する対地電圧ER,ES,ETの関係は、図3に示すベクトル図のように表すことができる。このとき中性点Nは、R,S,T相の電気的中性点に一致し、三相4線配電系統では、接地極Gに結線された中性点Nからの接地線の1線が三相配電線に追加される。
【0053】
上述の三相配電線4R,4S,4Tに接続されるスイッチング電源2の各出力端子U,V,W間に発生する線間電圧EVU,EWV,EUW及びU,V,W相の電気的中性点Neと各端子U,V,W間に発生する相電圧EU,EV,EWと、接地極Gに対して中性点Neに加わる電圧Enの関係は、図5に示す等価回路図で表される。但し、各電圧及び電流を、それに含まれる高調波成分を濾波器で取り除き、商用周波数と運転周波数及びそれらの合成周波数を持つものとして取り扱えば、図3で示される前述の三相3線又は三相4線の配電系統の、接地極Gに接続された中性点Nの電位と、図5及び図6で示されるスイッチング電源2の各端子U,V,Wの電気的中性点Neの電位は一致するので、三相配電線に接続されるスイッチング電源2では図5に示す電圧Enは0となり、電気的中性点Neの電位は接地電位(0)である。
【0054】
ここで、三相配電線に接続されるスイッチング電源2及び負荷装置5の漏洩電流Igr等を測定する際、漏洩電流測定装置に入力する測定の基準になる基準電圧Eとして、まず、負荷装置5の運転周波数を持つスイッチング電源2の各端子U,V,W間に発生する線間電圧EVU,EWV,EUWのうちのいずれかを入力したときについて説明する。
【0055】
ここで負荷装置5に生じた零相電流I0の周波数は運転周波数であり、商用周波数は重畳せず、図8に示すように、横軸である実数軸上の基準ベクトルである入力電圧に対して位相角θのベクトルI0として表される。
【0056】
そこで、図6において、端子Uが端子Vに対して発生する線間電圧EVUを基準電圧とするとき、その値は接地電位である電気的中性点Neに対する相電圧EU,EV,EWの値Eに対し√3Eとして示され、各相電圧EU,EV,EWは下記の式(1)〜(3)のようにベクトル記号法により示すことができる。
【0057】
EU=0.5√3E−j0.5E ・・・(1)
EV=−0.5√3E−j0.5E ・・・(2)
EW=jE ・・・(3)
そして、負荷装置5のU,V,Wの各相に存在する大きさがほぼ等しい対地静電容量Cには、常時、対地電流Igcu,Igcv,Igcwが流れているが、各相電圧EU,EV,EWはバランスした三相電圧のため、上記対地電流Igcu,Igcv,Igcwのベクトル和はほぼ0である。
【0058】
また、負荷装置5に生じた各相の対地漏洩抵抗ru,rv,rwにそれぞれ流れる漏洩電流Igru,Igrv,Igrwは、下記のベクトル記号の式(4)〜(6)で示すことができる。
【0059】
Igru=Eu/ru=0.5√3E/ru−j0.5E/ru ・・・(4)
Igrv=Ev/rv=−0.5√3E/rv−j0.5E/rv ・・・(5)
Igrw=Ew/rw=jE/rw ・・・(6)
以上から、巻線1の中点Nと接地極Gとの間を接続する接地線8、配電線4(4R,4S,4T)、スイッチング電源2、負荷装置5を経由して接地極Gに還流する電流である零相電流I0は、上記式(4)〜(6)を加えたものであり、下記のベクトル記号の式(7)で表すことができる。
【0060】
I0=0.5√3(E/ru−E/rv)
+j(E/rw−0.5E/ru−0.5E/rv) ・・・(7)
ここで、漏洩電流Igrを測定する際、この漏洩電流測定装置に入力される線間電圧EVUを基準電圧Eとするとき、上記式(7)で表される零相電流I0と、基準電圧Eと同位相の零相電流I0の有効成分Aと、基準電圧Eより90度位相が進んだ零相電流I0の無効成分Bの関係は、図8のベクトル図のように表され、上記有効成分Aは図8に示すベクトル図の零相電流I0の有効成分A及び上記式(7)の実数部分であるので、下記の式(8)により示すことができる。但し、以下のIgru,Igrv,Igrwは、それぞれのベクトルの大きさを表し、IgruはEv/rv、IgrwはEw/rwである。
【0061】
A=0.5√3(Igru−Igrv) ・・・(8)
上記基準電圧として入力された線間電圧EVUから90度位相が進んだ零相電流I0の無効成分Bは、図8に示すベクトル図のI0の無効成分B及び式(7)の虚数部分であるので、下記の式(9)により示すことができる。
【0062】
B=Igrw−0.5Igru−0.5Igrv ・・・(9)
ここで、零相電流I0と、基準電圧Eとの間の位相角をθとすると、図8から判るように、上記有効成分AはI0cosθで表され、上記無効成分BはI0sinθで表される。
【0063】
ところで、零相電流I0の有効成分A、無効成分Bの値を実際に測定して求めるにあたっては、処理演算部16の信号処理部3へ入力される基準電圧Eと零相電流I0の波形から、後述する図9に示すように、基準電圧Eと零相電流I0との間の位相の差を測定し、演算部14で零相電流I0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。すなわち、演算部14は、基準電圧Eと零相電流I0との位相角θに基づいて、上記有効成分Aと無効成分Bとを検出する。
【0064】
次に、X,Y,Zを、下記の式(10)、(11)、(12)に示すようにおく。
【0065】
X=B−√3A ・・・(10)
Y=B+√3A ・・・(11)
Z=−2B ・・・(12)
そして、上記式(10)〜(12)に、上記式(8)、(9)のA,Bを代入すると次の式(13)〜(15)が得られる。
【0066】
X=Igrv+Igrw−2Igru ・・・(13)
Y=Igrw+Igru−2Igrv ・・・(14)
Z=Igru+Igrv−2Igrw ・・・(15)
ここで、スイッチング電源2及び負荷装置5では、三相の各相に同時に漏洩電流Igrは流れないものとし、漏洩電流Igruが流れないときには上記式(13)を、漏洩電流Igrvが流れないときには上記式(14)を、漏洩電流Igrwが流れないときには上記式(15)を採用するものとすれば、上記X,Y,Zの値のうちの最大の値が、1相に漏洩電流Igrが流れた場合の当該漏洩電流Igrの測定値を示し、2相に漏洩電流Igrが流れた場合は2相分合計の漏洩電流Igrの値を示し、さらに後述する線間負荷中に発生した対地漏洩抵抗に相当する対地漏洩電流Igrの測定値に近い値として出力される。
【0067】
以上、式(1)〜(15)を含んだ部分の説明では、端子Vと端子Uとの間に発生する線間電圧EVUを基準電圧Eとしていたが、他の線間電圧EWV,EUWを基準電圧Eとしても上述の式(13)〜(15)は全く同様に適用が可能で、式(13)〜(15)のX,Y,Zとその右辺の式との組み合わせが入れ替わるだけであり、それらの最大の値を漏洩電流Igrの測定値とする漏洩電流Igrの値は同じ値であるので、三相線間電圧のいずれの相の電圧を入力しても同じ測定結果が得られ、測定の際の入力電圧の選定間違いが発生することはない。
【0068】
前述の式(13)〜(15)からは、漏洩電流Igrの測定値は、負荷装置5の配線又はその端子で1相又は2相が地絡したときの測定値を表しているが、線間にまたがる負荷例えば電動機の巻線中で対地漏洩電流が発生したときも、この漏洩電流の測定には上述の式(13)〜(15)がそのまま適用可能である。以下、これを説明する。
【0069】
例えば、図1に示す星形配電電源に接続されたスイッチング電源2の端子U,V,Wの対地電圧は、図6から明らかなように、電気的中性点Neの電位が接地点電位であるため、電気的中性点Neに対する相電圧EU,EV,EWが運転電圧の相電圧Eであるとき、V相とU相との間に接続された負荷装置5の例えば電動機巻線の中央点である線間負荷中央点Mが漏洩抵抗rを通じて地絡したとき、この線間負荷中央点Mの電気的中性点Neに対する対地電圧ENMの大きさは、星形配電電源では電圧Enが0であるため、図6に示すベクトル図から明らかなように0.5Eであり、対地漏洩電流は0.5E/rとなり、零相電流I0の値を漏洩電流Igrの値とする従来の漏洩電流の計測器ではこの値を計測する。
【0070】
しかるに、上記地絡が線間負荷中央点Mではなく、対地電圧がEである端子R又はS付近で発生すると、対地漏洩電流はE/rとなり、同じ漏洩抵抗rに対して、線間負荷中央点Mでの地絡による対地漏洩電流の測定値はこの値の半分となってしまう。そこで、漏電故障の程度を定格電圧時の対地漏洩電流値で評価するような漏洩電流測定装置にあっては、故障の程度を過小評価することになってしまう。その結果、適確に漏電故障を発見することが困難となり、漏洩電流I0の測定を行いながら漏電による事故を発見できなくなる虞がある。
【0071】
本発明は、上述のような過小な値を示す漏洩電流Igrの測定値でなく、対地電圧Eを対地漏洩抵抗rの値で除して得られる漏洩電流Igrの測定値が、2相が地絡したときは2倍の測定値を示すことを上述した式(1)〜(15)を使用し検証する。なお、電動機巻線の端子Uと端子Vとの間に発生する線間電圧EVUの値は、対地電圧の値をEとしたとき√3Eとなり、上記電動機を含む負荷装置5に存在するそれぞれの対地静電容量CU,CV,CWは等しいものとして検証する。
【0072】
まず、図6に示すベクトル図において、線間負荷中央点Mのみに対地漏洩抵抗rが存在するとき、線間負荷中央点Mの接地電位である電気的中性点Neに対する対地電圧ENMは、大きさ√3Eである入力電圧ベクトルEVUに対して−j0.5Eとなるので、電動機巻線中央点Mから対地漏洩抵抗rを通過する対地漏洩電流INMは、−j0.5E/r,Igru,Igrv,Igrwの各電流がすべて0である。
【0073】
これを前述の式(7)〜(9)に代入すると、零相電流I0の有効成分Aは0、無効成分Bは−0.5E/rとなる。このA、Bを前述の式(10)〜(12)に代入すると、X,Yは共に−0.5E/rとなり、ZはE/rとなり、X,Y,Zの値の最大値E/rが漏洩電流Igrの測定値、つまり定格電圧時の対地漏洩電流値として表示される。本発明に係る漏洩電流測定装置においては、測定された対地漏洩電流値の表示は、処理演算部16の表示部15で行われる。
【0074】
次に、U相及びV相に対地漏洩抵抗rが存在する場合には、上記有効成分Aは0となり、無効成分Bは−E/rとなる。このA及びBを式(10)〜(12)に代入すると、X及びYは共に−E/rとなり、Zは2E/rとなり、X,Y,Zの値の最大値2E/rがR相とS相の合計漏洩電流Igrの測定値として表示される。この表示も、処理演算部16の表示部15で行われる。
【0075】
次に、漏洩電流Igr等を測定する際、漏洩電流測定装置に入力する測定の基準になる基準電圧Eとして、商用周波数である配電系統の端子R,S,T間に発生する線間電圧ESR,ETS,ERTのいずれかを入力する場合について説明する。
【0076】
商用周波数は、特殊な例外を除き50Hz又は60Hzであるのに対し、運転周波数は60Hzから20Hzの帯域で変化されるか、少なくとも経過する場合が殆どである。前述のように三相配電線に接続されたスイッチング電源2及び負荷装置5の零相電流I0は運転周波数を持ち、基準電圧Eの商用周波数と異なるので、基準電圧Eに対する零相電流I0の位相角θは両周波数の差の周波数の周期で0度から360度まで変化する。
【0077】
この場合、前述の式(10)〜(12)のX,Y,Zの変化、ひいてはX,Y,Zの最大値である漏洩電流Igrの変化を求めるため、図8に示すベクトル図より、A=I0×cosθ、B=I0×sinθを式(10)〜(12)に代入すると、下記の式(16)〜(18)を得る。
【0078】
X=2I0×sin(θ−60度) ・・・(16)
Y=2I0×sin(θ+60度) ・・・(17)
Z=−2I0×sinθ ・・・(18)
ここで、位相角θが変化するとき、式(16)〜(18)の各々は+2I0から−2I0の間を変化し測定が困難になるが、本発明はX,Y,Zの最大値を漏洩電流Igrの値としているので、θが30度でYの値が2I0、θが150度でXの値が2I0、θが270度でZの値が2I0、θが90度、210度、330度で、X,Y,Zのうちのいずれか2つがI0なり、X,Y,Zのうちの最大値としてはI0から2I0間の値を運転周波数の3倍の周波数の周期で変動する。
【0079】
ここで、零相電流I0と漏洩電流Igrの関係を検討する。図8からI02=A2+B2となり、前記式(8)、式(9)のA,Bをこの式に代入すると、I0は下記の式(19)のように表される。
I02=Igru2+Igrv2+Igrw2−Igru・Igrv−Igrv・Igrw
−Igrw・Igru ・・・(19)
漏洩電流Igru,Igrv,Igrwのうちのいずれか1つが発生したときはI0=Igrとなるが、2相で、例えばIgru,Igrvが同時に発生したときは、
I02=(Igru+Igrv)2−3(Igru×Igrv)
となり、I0の値はIgru,Igrvの合計値より小さくなる。
【0080】
次に、前記式(16)〜(18)の変動の上限値である2I0では、
4I02=(Igru+Igrv)2+3(Igru−Igrv)2
となり、2I0の値はIgru,Igrvの合計値より大きな値を示し、Igru,Igrvの値が等しいときは、両者の合計値となる。
【0081】
したがって、前記式(16)〜(18)の最大値の2I0、ひいては式(10)〜(12)のX,Y,Zのうちの最大値を漏洩電流Igrの値とすることができる。
【0082】
また、零相電流I0、及び漏洩電流Igrの値は、U,V,Wの各相の対地電圧EU,EV,EWの値に比例しており、これら対地電圧EU,EV,EWの値は運転周波数が60Hz以上ではスイッチング電源の特性で一定であり、このときが最大で、このとき測定した値が定格の漏洩電流Igrの値である。運転周波数が60Hzより低下するにつれて運転電圧も低下し、例えば運転周波数が30Hzで約半分の電圧値となる。以上の計算は、運転周波数が60Hz付近に到達する前提での計算であるので、運転周波数がこれより低いときは到達した最大周波数によって、前述したように測定された漏洩電流Igrの値を下記に示す式(19a)によって補正する。但し、運転周波数が30Hzより低下すると誤差は増加する。
【0083】
補正Igr=測定Igr×(60÷最大運転周波数) ・・・(19a)
次に、図2に示すように単相配電線4N,4R間にスイッチング電源2sが接続されている状態について説明する。
【0084】
前述したように、単相配電線4N,4Rのうちで0電位である配電線4Nに対する配電線4Rの電位が相電圧ERであり、この値が単相配電線の線間電圧であり、この電圧が基準電圧Eとして入力される。この基準電圧Eとされる線間電圧は、スイッチング電源源2s内で整流され、線間電圧の最大値の直流電圧に変換され、さらにVVVF特性の三相運転電圧に変換されるので、運転相電圧EU,EV,EWの大きさは、運転周波数が60Hz以上で、約E/√3で周波数の低下に伴い低くなる。また、単相配電線4N,4Rのの電気的中性点は、端子R,N間の中点Nsであり、この中点Nsの0電位点Nに対する電位ENSは図3に示すベクトル図のように表すことができる。
【0085】
上述の単相配電線に接続されるスイッチング電源2sの各端子U,V,W間に発生する線間電圧EVU,EWV,EUW及びU,V,Wの各相の電気的中性点Neと各端子U,V,W間に発生する相電圧EU,EV,EWと、接地極Gに対して電気的中性点Neに加わる電圧Enの関係は、図5に示す等価回路のように表すことができ、ベクトル図で表すとき図4、図6にように表すことができる。
【0086】
但し、単相配電線の、図3に示す電気的中性点Nsと、図6に示すスイッチング電源2sの各端子U,V,Wの電気的中性点Neの電位は一致するので、この両者の関連を表した図4の電圧Enは、図3における接地極Gで接地されたN端子に対する電気的中性点Neの電位ENsと一致する。但し、図4に示す商用周波数ベクトルEnを固定とすると運転周波数ベクトルEU,EV,EWは120度の位相差を保ちながら、中性点Neの周りを回転し、図4で表示している時点では端子Uの対地電圧が最大になった状態を表示している。
【0087】
単相配電線4N,4Rに接続されたスイッチング電源2sの電圧状態を示す図5において、負荷装置5に流入する零相電流I0を求める。負荷装置5のU,V,W相に印加される対地電圧は運転周波数の相電圧EU,EV,EWに商用周波数の電圧Enが重畳されたもので、図3に示される電位ENsが商用周波数の電圧Enであり、この電圧Enの大きさは基準電圧Eである単相配電線線間電圧ERの 1/2と一定であるのに対し、運転周波数の相電圧EU,EV,EWはVVVF特性のため、運転周波数が60Hzのとき、基準電圧Eの約1/√3の値となり、商用周波数の電圧Enの値のほぼ2/√3倍であるが、周波数の低下につれて電圧は低下する。
【0088】
商用周波数の電圧Enに対する相電圧EU,EV,EWの割合をpとする。但し、pは2/√3以下とし、運転周波数及び商用周波数をそれぞれf及びfnとし、時間をtとしたとき、U,V,W相の瞬時対地電圧eoは、下記の式(20)で表される。
【0089】
eo=√2En(sin2πfnt+psinπft) ・・・(20)
式(20)を書き直すと、下記の式(20a)のように表すことができる。
【0090】
eo=√2En{(1+p)sinαcosβ+(1−p)cosαsinβ)}
・・・(20a)
式(20a)で、α=2π{(fn+f)/2}t、β=2π{(fn―f)/2}tとする。
【0091】
上記式(20)において、運転周波数fが商用周波数fnに近い60Hz〜40Hzではpは1.2〜0.8となるので、式(20a)の(1+p)の2.2〜1.8に対し、(1−p)は−0.2〜0.2となり、瞬時対地電圧eoの波形を考えるときには(1−p)項は無視できる。したがって、瞬時対地電圧eoの波形の周波数は式(20a)のαより、運転周波数fと商用周波数fnとの平均値は、60Hz,55Hz,50Hzとなり、この周波数の波形が、式(20a)のβの、運転周波数fと商用周波数fnとの差の半分の周波数で変調された波形で、前記の変調周期で、瞬時対地電圧eoは最高値を示し、この最高値の付近を測定して漏洩電流Igrの値を算出する。
【0092】
次に、式(20)において、運転周波数fが40Hz〜20Hzではpは0.8〜0.4となるので、上記式(20a)の(1+p)の1.8〜1.4に対し、(1−P)は0.2〜−0.6となり、同様に(1−p)項は無視し、瞬時対地電圧eoの波形の運転周波数fと商用周波数fnとの平均値は50Hz,45Hz,40Hzとなり、この周波数の波形が、式(20a)のβの、運転周波数fと商用周波数fnとの差の半分の周波数で変調された波形で、この変調周期で瞬時対地電圧eoは最高値を示す。このような特性を持つ式(20)で、三相4線式220V、50Hzの単相電源に接続されるスイッチング電源U,V,W相の瞬時対地電圧eoの波形を図7に示すが、この瞬時対地電圧eoと同波形の漏洩電流である零相電流I0が流れる。この電流I0の波形の最高値付近の波形は商用周波数の電圧Enの波形とほぼ一致するので、入力した商用周波数の基準電圧Eの波形と対応させながら、図9に示すように位相角θを測定して漏洩電流Igrの値を算出する。このように、運転周波数fが60〜20Hzでも、測定する零相電流I0の周波数は前述のように60〜40Hzとなり、周波数を50Hz又は60Hzとする商用周波数fnとの差は少なく、端子Rと接地端子Nとの間に発生する商用周波数fnの対地電圧ERを基準電圧Eとして入力し、前述の瞬時対地電圧eoと同波形の零相電流I0との位相角θを測定することは、少しの測定誤差を含むが、実用的に可能である。
【0093】
図2で、商用周波数の端子Rと接地電位である中性点Nにスイッチング電源2sが接続され、この端子R,N間に図3に示す電圧ERが印加される。図3で電圧ERの中点が印加電圧の電気的中性点Nsであり、この電気的中性点Nsの対地電圧は図3のENsで表される。商用周波数電源の電気的中性点Nsは、図4、図5で表されるスイッチング電源2sの電気的中性点Neに一致するので、図4、図5の商用周波数電圧Enは、対地電圧ENsとなり、その大きさはR相の対地電圧ERの半分になる。
【0094】
また、図4、図6で、運転相電圧EU,EV,EWの位相は、商用周波数電圧Enの位相に対し、たえず変化しているので、例えばU相の対地電圧が最大になった時点ではベクトルEuが商用周波数電圧Enの方向と一致したときであり、図4に示すベクトル図がこの状態を表す。
【0095】
図4に示す2つのベクトルEnとEuとは周波数が異なるので本来はベクトルでの表現はできないが、ここでは両周波数が接近しており、両者の位相がほぼ一致した時点の解析を行うので両者の周波数は等しいものとして取り扱う。
【0096】
図4で運転相電圧EU,EV,EWの値をEdとするとき、図3に示される電圧ENsと図4に示す電圧Enが同じであるので、図4に示される基準電圧Eの1/2の電圧ENsと電圧Enが同位相のときU相の対地電圧が最大になるので、この時点のU,V,W端子の対地電圧EGU,EGV,EGWは、下記の式(21)〜(23)のようにベクトル記号法により示すことができる。
【0097】
EGU=En+Ed ・・・(21)
EGV=En−0.5Ed−j0.5 √3Ed ・・・(22)
EGW=En−0.5Ed+j0.5 √3Ed ・・・(23)
そして、負荷装置5のU,V,Wの各相に存在する大きさがほぼ等しい対地静電容量Cに流れる対地電流をIgcu,Igcv,Igcwとし、角周波数ω=2πfnとおくと、上記対地電流Igcu,Igcv,Igcwは、下記の式(24)〜(26)で示すことができる。
【0098】
Igcu=jωCEGU=jωC(En+Ed) ・・・(24)
Igcv=jωCEGV=jωC(En−0.5Ed)+ωC・0.5√3Ed
・・・(25)
Igcw=jωCEGW=jωC(En−0.5Ed)−ωC・0.5√3Ed
・・・(26)
また、負荷装置5に生じた各相の対地漏洩抵抗ru,rv,rwに流れる漏洩電流をIgru,Igrv,Igrwとすると、各漏洩電流は下記の式(27)〜(29)で示すことができる。
【0099】
Igru=EGU/ru=(En+Ed)/ru ・・・(27)
Igrv=EGV/rv=(En−0.5Ed)/rv−j0.5√3Ed/rv
・・・(28)
Igrw=EGW/rw=(En−0.5Ed)/rw+j0.5√3Ed/rw
・・・(29)
以上から、図2で巻線1aの中性点Nと接地極Gとの間を接続する接地線8、配電線4N,4R、スイッチング電源2s、負荷装置5sを経由して接地極Gに流れる電流である零相電流I0は、上記式(24)〜(29)を加えたものであり、1/ru=gu、1/rv=gv、1/rw=gwとおくと、下記の式(30)で表すことができる。
【0100】
I0=(gu+gv+gw)En+(gu−0.5gv−0.5gw)Ed
+j{3ωCEn+0.5√3(gw−gv)Ed} ・・・(30)
ここで、漏洩電流Igrを測定する際、この漏洩電流測定装置に入力される対地電圧ERを基準電圧Eとするとき、上記式(30)で表される零相電流I0と、基準電圧Eと同位相の零相電流I0の有効成分Aと、基準電圧Eより90度位相が進んだ零相電流I0の無効成分Bの関係は、図8のベクトル図のように表され、上記有効成分Aは図8に示すベクトル図のI0及び上記式(30)の実数部分であるので、下記の式(31)により示すことができる。
【0101】
A=(gu+gv+gw)En+(gu−0.5gv−05gw)Ed・・・(31)
そして、上記基準電圧として入力された単相配電線の線間電圧Eでもある対地電圧ERから90度位相が進んだ零相電流I0の無効成分Bは、図8に示すベクトル図のI0及び式(30)の虚数部分であるので、下記の式(32)により示すことができる。
【0102】
B=3ωCEn+0.5√3(gw−gv)Ed ・・・(32)
次に、前述の式(10)、(11)、(12)に式(31)、(32)をそれぞれ代入すると、下記の式(33)、(34)、(35)が得られる。
X=B−√3A
={3ωC−√3(gu+gv+gw)}En+√3(gw−gu)Ed
・・・(33)
Y=B+√3A
={3ωC+√3(gu+gv+gw)}En+√3(gu−gv)Ed
・・・(34)
Z=−2B=−6ωCEn−√3(gw−gv)Ed ・・・(35)
式(33)〜(35)のうち、最大の値を示す式は式(34)である。
【0103】
式(34)で、スイッチング電源の特性から通常運転相電圧Edは運転周波数fが60Hzのとき最大値で、この値は図3の配電電源の相電圧ER、つまり入力電圧である基準電圧の1/√3にほぼ等しく、Enは入力電圧ERの半分、つまりEn=0.5√3Edとなるので、この関係を式(34)に代入すると、下記の式(34a)が得られる。
【0104】
Ya={1.5√3ωC+(1.5+√3)gu+(1.5−√3)gv
+1.5gw}Ed ・・・(34a)
上記式(34a)において、対地静電容量Cに起因する対地漏洩電流Igcは式中ωCEdを含む項で表現されているが、運転周波数、商用周波数帯域では、この値は通常1mA以下と小さいので省略し、商用周波数の電圧Enに対し、運転周波数の電圧Edの位相が回転変化する。そして、式(34a)は、両電圧En,Edの位相が一致した時点を表現しているので、式中のgu,gv,gwの添え字u,v,wを固定する必要はなく、3相に同時に漏洩電流Igrは流れないとしているので、最小項は省略する。
【0105】
また、図6に示すベクトル図より、Igru=(En+Eu)gu=(0.5√3+1)Ed・guとなるので、これらの関係を上記式(34a)に代入すると下記に式(34b)を得る。
【0106】
Ya=√3{Igru+√3/(2+√3)Igrw} ・・・(34b)
この式(34b)の括弧内の漏洩電流は、1相接地ならIgru、2相接地なら他の1相分の0.5倍が加わることになり、これらをまとめてIgrとすると、上記式(33)〜(34)のうち、最大の測定値をYmとすると、漏洩電流Igrの値は、下記の式(36)で与えられる。
【0107】
Igr=Ym/√3) ・・・(36)
最大運転周波数fが60Hzより小さく60Hzを通過しないときは、電圧Edの値も低いので、運転周波数により値を補正する。
【0108】
確かに運転周波数が低下するにつれて誤差は増大するが、測定結果は漏洩電流Igrが0の場合とは明らかに差がある。そして、一般のスイッチング電源は、運転周波数と商用周波数の差が30Hz以内で運転されるか、運転周波数が通過するかであり、この誤差のために実用を妨げられる機会はほとんどない。
【0109】
次に、図1、図2に示す処理演算部16を構成する信号処理部3の具体例を、図10を参照して説明する。この信号処理部3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)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。
【0110】
図10において、電圧検出器21には、三相配電線R,S,Tの各相の各端子間に発生する線間電圧ESR,ETS,ERTのいずれか、又はスイッチング電源2の端子U,V,W間に発生した線間電圧EVU,EWV,EUWのいずれか、配電線4Nと配電線4R,4S,4Tのいずれか1相の単相電源にスイッチング電源2sが接続されている状態での単相線間電圧が基準電圧Eとして入力される。
【0111】
なお、図1、図2に示す系統図の三相配電線においては、線間電圧ESRが入力され、単相配電線においては線間電圧ERが入力されている。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。
【0112】
そして、零相電流検出器24には、三相配電線にあっては、R,S,Tの各相の配電線4R,4S,4Tに流れる電流のベクトル和である零相電流I0が入力される。
【0113】
また、三相4線式の配電方式にあっては、R,S,Tの各相及び接地相であるN相の各相の配電線4R,4S,4T及び中性線4Nの4線に流れる電流のベクトル和である零相電流I0が入力され、中性線4Nと配電線4R,4S,4Tのいずれか1相の単相電源では、単相2線に流れる電流のベクトル和である零相電流I0が入力される。
【0114】
第2の増幅器25は、零相電流検出器24の検出感度に応じて、零相電流検出器24から出力される零相電流I0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、零相電流I0の商用周波数及び運転周波数を超える周波数成分を減衰させて商用周波数及び運転周波数、これらの合成周波数波形を取り出す。
【0115】
そして、位相差計測器27は、基準電圧として入力された配電電源各端子R,S,T間に発生する線間電圧ESR,ETS,ERTのいずれか、又はスイッチング電源2の端子U,V,W間に発生した線間電圧EVU,EWV,EUWのいずれか、又は中性線4Nと配電線4R,4S,4Tのいずれか1相の単相電源にスイッチング電源2sが接続されている状態での単相線間電圧のいずれかと、零相電流I0との位相差を計測する。ここで基準電圧Eとして入力された端子R,S,T間に発生する線間電圧ESR,ETS,ERTのいずれか、又はスイッチング電源2の端子U,V,W間に発生した線間電圧EVU,EWV,EUWのいずれか、又は中性線4Nと配電線4R,4S,4Tのいずれか1相の単相電源にスイッチング電源2sが接続されている状態での単相線間電圧のいずれかと、零相電流I0との位相角θの関係を図8、図9に示す。なお、位相角θは、時間とともに変化するが、図8、図9ではその代表例を示す。
【0116】
そして、信号処理部3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から出力された零相電流I0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9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、零相電流I0に対してはIZで示すようになる。基準電圧E及び零相電流I0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9に示す|EZ−IZ|波形になる。図9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と零相電流I0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。
【0117】
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、零相電流I0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。
【0118】
演算部14は、位相差計測器27が計測した基準電圧Eと零相電流I0との位相差角θを用いて、零相電流I0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。
【0119】
なお、位相差計測器27が検出する基準電圧Eと零相電流I0との位相差角θは、次の式(37)から算出される。
【0120】
θ=(180S1)/S2 ・・・(37)
ここで、演算部14は、I0cosθの値を零相電流I0の有効成分Aの値として、I0sinθの値を零相電流I0の無効成分Bの値として演算し出力する。これら零相電流I0と、零相電流I0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8のベクトル図に示すように表される。
【0121】
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、スイッチング電源2の負荷装置5のU,V,Wの各相の対地漏洩抵抗ru,rv,rwが1相又は2相、あるいは2相間にまたがる負荷の中に存在しているとき、それらの中に流れる電流値又は2相分の合計電流値を漏洩電流Igrの値として測定し、その値を必要に応じて表示部15に表示させる。
【0122】
本発明に係る漏洩電流測定装置及びこの測定装置を用いた測定方法においては、前述した零相電流I0の有効成分Aと無効成分Bを上述した式(10)〜(12)又は式(33)〜(35)に代入する演算処理を演算部14により行うことにより、U,V,Wの各相の対地漏洩抵抗ru,rv,rwが1相又は2相、あるいは2相間にまたがる負荷の中に存在しているとき、それらの中に流れる電流値又は2相分の合計電流値又はその値に近い電流値の測定が実現される。
【0123】
また、本発明に係る漏洩電流測定装置は、図11に示すように、複数のスイッチング電源2a,2b及びその負荷装置5a,5bを1台の漏洩電流測定装置で監視することも可能である。また、配電線4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。本発明に係る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対地漏洩抵抗ru,rv,rwの中を流れる漏洩電流Igrの測定結果を制御信号とし、この制御信号に基づいて配電線4の途中に設けた遮断器19を動作させることにより、スイッチング電源2a,2b及び負荷装置5a,5bを配電電源1から遮断する。
【0124】
本発明に係る漏洩電流測定装置においては、上述のようにさらに遮断器を設けることにより、漏洩電流Igrの検出と共に、漏洩電流Igrが所定の値を超えたときスイッチング電源及び負荷装置を配電電源から遮断するようにすることができるので、配電電源に接続されたスイッチング電源及びその負荷装置を絶縁不良に伴う重大事故から守ることができる。
【0125】
さらに、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、対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流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11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。
【産業上の利用可能性】
【0126】
本発明に係る漏洩電流測定装置及び測定方法は、広く一般で実用されている電源周波数を変化させるインバータ及びインバータで駆動される電動機などの負荷装置や自動機械ロボット等に組み込まれているサーボモータ及びそれらを駆動するスィッチング電源装置における絶縁測定に用いることができる。
【符号の説明】
【0127】
1 星形配電電源、2 三相配電線用スイッチング電源、2s 単相配電線用スイッチング電源、3 信号処理部、4 配電線、5 負荷装置、8 接地線 9 零相変流器、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】
変圧器の二次側巻線を星形に結線し、三相の電圧端子をR,S,Tとし、星形結線の接地された中性点をNとする電源から給電される三相4線式又は三相3線式の配電線又は上記中性点Nと端子R,S,Tのいずれかから給電される単相2線配電線に接続されるスイッチング電源及び上記スイッチング電源に接続される負荷装置の対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Igrを測定する漏洩電流測定装置において、
上記二次側巻線の各端子R,S,T間に発生する線間電圧ESR,ETS,ERT又は中性点Nと各端子R,S,T間に発生する単相電圧ER,ES,ET及び上記スイッチング電源の各出力端子U,V,W間に発生する線間電圧EVU,EWV,EUWのいずれかを測定する電圧検出手段と、
各配電線及びスイッチング電源と上記スイッチング電源に接続される負荷装置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、
上記電圧検出手段によって検出された上記線間電圧ESR,ETS,ERT又は単相電圧ER,ES,ET及び上記スイッチング電源各端子U,V,W間に発生する線間電圧EVU,EWV,EUWのいずれかが入力され、上記入力されたいずれかの線間電圧ESR,ETS,ERT又は単相電圧ER,ES,ET及び上記スイッチング電源の各端子U,V,W間に発生する線間電圧EVU,EWV,EUWのいずれかを基準電圧とし、この基準電圧と上記零相電流I0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、上記零相電流I0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、上記各端子R,S,T間に発生する線間電圧ESR,ETS,ERT又は単相電圧ER,ES,ET及び上記スイッチング電源各端子U,V,W間に発生する線間電圧EVU,EWV,EUWのいずれかを基準電圧としたときに得られる上記零相電流I0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、U相、V相、W相のうちの2相に発生する上記漏洩電流Igrの合計値、U相、V相、W相のうちの1相に発生する上記漏洩電流Igrの値、U相、V相、W相のうちの2相間若しくは三相間に接続される負荷装置の内部で発生する上記漏洩電流Igrの値を演算する演算手段と
を備えることを特徴とする漏洩電流測定装置。
【請求項2】
上記演算手段は、上記各端子R,S,T間に発生する線間電圧ESR,ETS,ERT又は上記スイッチング電源各端子U,V,W間に発生する線間電圧EVU,EWV,EUWのいずれかの電圧を基準電圧としたとき、式(B−√3A)の値、式(B+√3A)の値、式(−2B)の値のうちの最大の値を、上記スイッチング電源及びスイッチング電源の各端子U,V,Wに接続される負荷装置の対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Igrの近似値として演算することを特徴とする請求項1に記載の漏洩電流測定装置。
【請求項3】
上記演算手段は、上記各端子R,S,T間に発生する線間電圧ESR,ETS,ERT又は上記スイッチング電源各端子U,V,W間に発生する線間電圧EVU,EWV,EUWのいずれかかの電圧を基準電圧としたとき、式(B−√3A)の値、式(B+√3A)の値、式(−2B)の値、上記各値の時間によって変動する値のうちの最大の値付近の数個の値を採取し、これらの値の平均値を上記スイッチング電源及びスイッチング電源の各端子U,V,Wに接続される負荷装置の対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Igrの近似値として演算することを特徴とする請求項1又は2に記載の漏洩電流測定装置。
【請求項4】
上記演算手段は、上記各端子R,S,T間に発生する線間電圧ESR,ETS,ERTのいずれかの電圧を基準電圧としたとき、零相電流I0の2倍の値を上記スイッチング電源及びスイッチング電源の各端子U,V,Wに接続される負荷装置の対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Igrの近似値として演算することを特徴とする請求項1に記載の漏洩電流測定装置。
【請求項5】
上記演算手段は、上記単相2線配電線線間電圧を基準電圧としたとき、式(B−√3A)の値、式(B+√3A)の値、式(−2B)の値のうちの最大の値を√3で除した値を、上記スイッチング電源及びスイッチング電源の各端子U,V,Wに接続される負荷装置の対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Igrの近似値として演算することを特徴とする請求項1に記載の漏洩電流測定装置。
【請求項6】
当該漏洩電流測定装置は、さらに表示手段を備え、上記演算手段によって演算された結果が上記表示手段に表示されることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1に記載の漏洩電流測定装置。
【請求項7】
当該漏洩電流測定装置は、さらに警報手段を備え、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上記警報手段より警報を発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】
当該漏洩電流測定装置は、さらに遮断手段を備え、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上記遮断手段により電路を遮断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】
変圧器の二次側巻線を星形に結線し、三相の電圧端子をR,S,Tとし、星形結線の接地された中性点をNとする電源から給電される三相4線式又は三相3線式の配電線又は上記中性点Nと端子R,S,Tのいずれかから給電される単相2線配電線に接続されるスイッチング電源及び上記スイッチング電源に接続される負荷装置の対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Igrを測定する漏洩電流測定方法において、
上記二次側巻線の各端子R,S,T間に発生する線間電圧ESR,ETS,ERT又は中性点Nと各端子R,S,T間に発生する単相電圧ER,ES,ET及び上記スイッチング電源の各出力端子U,V,W間に発生する線間電圧EVU,EWV,EUWのいずれかを検出する電圧検出工程と、
各配電線及びスイッチング電源と上記スイッチング電源に接続される負荷装置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、
上記電圧検出手段によって検出された上記線間電圧ESR,ETS,ERT又は単相電圧ER,ES,ET及び上記スイッチング電源各端子U,V,W間に発生する線間電圧EVU,EWV,EUWのいずれかが入力され、上記入力されたいずれかの線間電圧ESR,ETS,ERT又は単相電圧ER,ES,ET及び上記スイッチング電源の各端子U,V,W間に発生する線間電圧EVU,EWV,EUWのいずれかを基準電圧とし、この基準電圧と上記零相電流I0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、上記零相電流I0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、上記各端子R,S,T間に発生する線間電圧ESR,ETS,ERT又は単相電圧ER,ES,ET及び上記スイッチング電源各端子U,V,W間に発生する線間電圧EVU,EWV,EUWのいずれかを基準電圧としたときに得られる上記零相電流I0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、U相、V相、W相のうちの2相に発生する上記漏洩電流Igrの合計値、U相、V相、W相のうちの1相に発生する上記漏洩電流Igrの値、U相、V相、W相のうちの2相間若しくは三相間に接続される負荷装置の内部で発生する上記漏洩電流Igrの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10】
上記演算工程は、上記各端子R,S,T間に発生する線間電圧ESR,ETS,ERT又は上記スイッチング電源各端子U,V,W間に発生する線間電圧EVU,EWV,EUWのいずれかの電圧を基準電圧としたとき、式(B−√3A)の値、式(B+√3A)の値、式(−2B)の値のうちの最大の値を、上記スイッチング電源及びスイッチング電源の各端子U,V,Wに接続される負荷装置の対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Igrの近似値として演算することを特徴とする請求項9に記載の漏洩電流測定方法。
【請求項11】
上記演算手段は、上記各端子R,S,T間に発生する線間電圧ESR,ETS,ERT又は上記スイッチング電源各端子U,V,W間に発生する線間電圧EVU,EWV,EUWのいずれかかの電圧を基準電圧としたとき、式(B−√3A)の値、式(B+√3A)の値、式(−2B)の値、上記各値の時間によって変動する値のうちの最大の値付近の数個の値を採取し、これらの値の平均値を上記スイッチング電源及びスイッチング電源の各端子U,V,Wに接続される負荷装置の対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Igrの近似値として演算することを特徴とする請求項9又は10に記載の漏洩電流測定方法。
定方法。
【請求項12】
上記演算工程は、上記各端子R,S,T間に発生する線間電圧ESR,ETS,ERTのいずれかの電圧を基準電圧としたとき、零相電流I0の2倍の値を上記スイッチング電源及びスイッチング電源の各端子U,V,Wに接続される負荷装置の対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Igrの近似値として演算することを特徴とする請求項9に記載の漏洩電流測定装置。
【請求項13】
上記演算工程は、上記単相2線配電線線間電圧を基準電圧としたとき、式(B−√3A)の値、式(B+√3A)の値、式(−2B)の値のうちの最大の値を√3で除した値を、上記スイッチング電源及びスイッチング電源の各端子U,V,Wに接続される負荷装置の対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Igrの近似値として演算することを特徴とする請求項1に記載の漏洩電流測定方法。
【請求項1】
変圧器の二次側巻線を星形に結線し、三相の電圧端子をR,S,Tとし、星形結線の接地された中性点をNとする電源から給電される三相4線式又は三相3線式の配電線又は上記中性点Nと端子R,S,Tのいずれかから給電される単相2線配電線に接続されるスイッチング電源及び上記スイッチング電源に接続される負荷装置の対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Igrを測定する漏洩電流測定装置において、
上記二次側巻線の各端子R,S,T間に発生する線間電圧ESR,ETS,ERT又は中性点Nと各端子R,S,T間に発生する単相電圧ER,ES,ET及び上記スイッチング電源の各出力端子U,V,W間に発生する線間電圧EVU,EWV,EUWのいずれかを測定する電圧検出手段と、
各配電線及びスイッチング電源と上記スイッチング電源に接続される負荷装置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、
上記電圧検出手段によって検出された上記線間電圧ESR,ETS,ERT又は単相電圧ER,ES,ET及び上記スイッチング電源各端子U,V,W間に発生する線間電圧EVU,EWV,EUWのいずれかが入力され、上記入力されたいずれかの線間電圧ESR,ETS,ERT又は単相電圧ER,ES,ET及び上記スイッチング電源の各端子U,V,W間に発生する線間電圧EVU,EWV,EUWのいずれかを基準電圧とし、この基準電圧と上記零相電流I0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、上記零相電流I0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、上記各端子R,S,T間に発生する線間電圧ESR,ETS,ERT又は単相電圧ER,ES,ET及び上記スイッチング電源各端子U,V,W間に発生する線間電圧EVU,EWV,EUWのいずれかを基準電圧としたときに得られる上記零相電流I0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、U相、V相、W相のうちの2相に発生する上記漏洩電流Igrの合計値、U相、V相、W相のうちの1相に発生する上記漏洩電流Igrの値、U相、V相、W相のうちの2相間若しくは三相間に接続される負荷装置の内部で発生する上記漏洩電流Igrの値を演算する演算手段と
を備えることを特徴とする漏洩電流測定装置。
【請求項2】
上記演算手段は、上記各端子R,S,T間に発生する線間電圧ESR,ETS,ERT又は上記スイッチング電源各端子U,V,W間に発生する線間電圧EVU,EWV,EUWのいずれかの電圧を基準電圧としたとき、式(B−√3A)の値、式(B+√3A)の値、式(−2B)の値のうちの最大の値を、上記スイッチング電源及びスイッチング電源の各端子U,V,Wに接続される負荷装置の対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Igrの近似値として演算することを特徴とする請求項1に記載の漏洩電流測定装置。
【請求項3】
上記演算手段は、上記各端子R,S,T間に発生する線間電圧ESR,ETS,ERT又は上記スイッチング電源各端子U,V,W間に発生する線間電圧EVU,EWV,EUWのいずれかかの電圧を基準電圧としたとき、式(B−√3A)の値、式(B+√3A)の値、式(−2B)の値、上記各値の時間によって変動する値のうちの最大の値付近の数個の値を採取し、これらの値の平均値を上記スイッチング電源及びスイッチング電源の各端子U,V,Wに接続される負荷装置の対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Igrの近似値として演算することを特徴とする請求項1又は2に記載の漏洩電流測定装置。
【請求項4】
上記演算手段は、上記各端子R,S,T間に発生する線間電圧ESR,ETS,ERTのいずれかの電圧を基準電圧としたとき、零相電流I0の2倍の値を上記スイッチング電源及びスイッチング電源の各端子U,V,Wに接続される負荷装置の対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Igrの近似値として演算することを特徴とする請求項1に記載の漏洩電流測定装置。
【請求項5】
上記演算手段は、上記単相2線配電線線間電圧を基準電圧としたとき、式(B−√3A)の値、式(B+√3A)の値、式(−2B)の値のうちの最大の値を√3で除した値を、上記スイッチング電源及びスイッチング電源の各端子U,V,Wに接続される負荷装置の対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Igrの近似値として演算することを特徴とする請求項1に記載の漏洩電流測定装置。
【請求項6】
当該漏洩電流測定装置は、さらに表示手段を備え、上記演算手段によって演算された結果が上記表示手段に表示されることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1に記載の漏洩電流測定装置。
【請求項7】
当該漏洩電流測定装置は、さらに警報手段を備え、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上記警報手段より警報を発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】
当該漏洩電流測定装置は、さらに遮断手段を備え、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上記遮断手段により電路を遮断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】
変圧器の二次側巻線を星形に結線し、三相の電圧端子をR,S,Tとし、星形結線の接地された中性点をNとする電源から給電される三相4線式又は三相3線式の配電線又は上記中性点Nと端子R,S,Tのいずれかから給電される単相2線配電線に接続されるスイッチング電源及び上記スイッチング電源に接続される負荷装置の対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Igrを測定する漏洩電流測定方法において、
上記二次側巻線の各端子R,S,T間に発生する線間電圧ESR,ETS,ERT又は中性点Nと各端子R,S,T間に発生する単相電圧ER,ES,ET及び上記スイッチング電源の各出力端子U,V,W間に発生する線間電圧EVU,EWV,EUWのいずれかを検出する電圧検出工程と、
各配電線及びスイッチング電源と上記スイッチング電源に接続される負荷装置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、
上記電圧検出手段によって検出された上記線間電圧ESR,ETS,ERT又は単相電圧ER,ES,ET及び上記スイッチング電源各端子U,V,W間に発生する線間電圧EVU,EWV,EUWのいずれかが入力され、上記入力されたいずれかの線間電圧ESR,ETS,ERT又は単相電圧ER,ES,ET及び上記スイッチング電源の各端子U,V,W間に発生する線間電圧EVU,EWV,EUWのいずれかを基準電圧とし、この基準電圧と上記零相電流I0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、上記零相電流I0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、上記各端子R,S,T間に発生する線間電圧ESR,ETS,ERT又は単相電圧ER,ES,ET及び上記スイッチング電源各端子U,V,W間に発生する線間電圧EVU,EWV,EUWのいずれかを基準電圧としたときに得られる上記零相電流I0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、U相、V相、W相のうちの2相に発生する上記漏洩電流Igrの合計値、U相、V相、W相のうちの1相に発生する上記漏洩電流Igrの値、U相、V相、W相のうちの2相間若しくは三相間に接続される負荷装置の内部で発生する上記漏洩電流Igrの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10】
上記演算工程は、上記各端子R,S,T間に発生する線間電圧ESR,ETS,ERT又は上記スイッチング電源各端子U,V,W間に発生する線間電圧EVU,EWV,EUWのいずれかの電圧を基準電圧としたとき、式(B−√3A)の値、式(B+√3A)の値、式(−2B)の値のうちの最大の値を、上記スイッチング電源及びスイッチング電源の各端子U,V,Wに接続される負荷装置の対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Igrの近似値として演算することを特徴とする請求項9に記載の漏洩電流測定方法。
【請求項11】
上記演算手段は、上記各端子R,S,T間に発生する線間電圧ESR,ETS,ERT又は上記スイッチング電源各端子U,V,W間に発生する線間電圧EVU,EWV,EUWのいずれかかの電圧を基準電圧としたとき、式(B−√3A)の値、式(B+√3A)の値、式(−2B)の値、上記各値の時間によって変動する値のうちの最大の値付近の数個の値を採取し、これらの値の平均値を上記スイッチング電源及びスイッチング電源の各端子U,V,Wに接続される負荷装置の対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Igrの近似値として演算することを特徴とする請求項9又は10に記載の漏洩電流測定方法。
定方法。
【請求項12】
上記演算工程は、上記各端子R,S,T間に発生する線間電圧ESR,ETS,ERTのいずれかの電圧を基準電圧としたとき、零相電流I0の2倍の値を上記スイッチング電源及びスイッチング電源の各端子U,V,Wに接続される負荷装置の対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Igrの近似値として演算することを特徴とする請求項9に記載の漏洩電流測定装置。
【請求項13】
上記演算工程は、上記単相2線配電線線間電圧を基準電圧としたとき、式(B−√3A)の値、式(B+√3A)の値、式(−2B)の値のうちの最大の値を√3で除した値を、上記スイッチング電源及びスイッチング電源の各端子U,V,Wに接続される負荷装置の対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Igrの近似値として演算することを特徴とする請求項1に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2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【公開番号】特開2011−153913(P2011−153913A)
【公開日】平成23年8月11日(2011.8.11)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−15544(P2010−15544)
【出願日】平成22年1月27日(2010.1.27)
【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23年8月11日(2011.8.11)
【国際特許分類】
【出願日】平成22年1月27日(2010.1.27)
【出願人】(309040790)パトックス.ジャパン株式会社 (8)
【Fターム(参考)】
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