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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6222722
(24)【登録日】2017年10月13日
(45)【発行日】2017年11月1日
(54)【発明の名称】電力及び漏洩電流測定装置並びにその測定方法
(51)【国際特許分類】
G01R 31/02 20060101AFI20171023BHJP
G01R 22/06 20060101ALI20171023BHJP
【ＦＩ】
G01R31/02
G01R22/06 130Z
【請求項の数】7
【全頁数】28
(21)【出願番号】特願2012-35832(P2012-35832)
(22)【出願日】2012年2月22日
(65)【公開番号】特開2013-170961(P2013-170961A)
(43)【公開日】2013年9月2日
【審査請求日】2015年2月16日
(73)【特許権者】
【識別番号】312002875
【氏名又は名称】株式会社三和技術総合研究所
(74)【代理人】
【識別番号】100086335
【弁理士】
【氏名又は名称】田村 榮一
(72)【発明者】
【氏名】森光 実紀雄
(72)【発明者】
【氏名】武谷 勝次
【審査官】
菅藤 政明
(56)【参考文献】
【文献】
特開２０１０−１２７８６０（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開昭５９−５２７６７（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１０−６０３２９（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１１−１５３９１３（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１１−１５３９１０（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００９−１１５７５４（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００９−２４７１１７（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｇ０１Ｒ ３１／０２
Ｇ０１Ｒ ２１／００−２１／１４
Ｇ０１Ｒ ２２／０６−２２／１０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
配電変圧器の２次側巻線をＹ形に結線したＹ形配電方式、Δ形に結線したΔ形配電方式及びＶ形に結線したＶ形配電方式を用いた電源より配電される電路及び設備の電力並びに対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Ｉｇｒを測定する電力及び漏洩電流の測定装置であって、
上記Ｙ形配電方式は、上記２次側巻線の中性点Ｎを接地し、電圧端子Ｒ，Ｓ，Ｔにそれぞれ配電線４Ｒ，４Ｓ，４Ｔを接続した三相３線式又は上記電圧端子Ｒ，Ｓ，Ｔと上記中性点Ｎにそれぞれ配電線４Ｒ，４Ｓ，４Ｔ，４Ｎを接続した三相４線式の電路及び設備に配電し、
上記Δ形配電方式は、電圧端子Ｒ，Ｓ，Ｔにそれぞれ配電線４Ｒ，４Ｓ，４Ｔを接続し、上記電圧端子Ｓに接続される配電線４Ｓを接地線とした三相３線式の電路及び設備に配電し、
上記Ｖ形配電方式は、単相と三相を共用する配電方式であって、接地された中性点Ｎと電圧端子Ｒ，Ｔにそれぞれを配電線４Ｒ，４Ｔ，４Ｎを接続し単相３線式で上記電路及び設備に配電し、又は、電圧端子Ｔ，Ｓを備えた単相配電変圧器を上記電圧端子Ｔで接続し、電圧端子Ｒ，Ｓ，Ｔにそれぞれ配電線４Ｒ，４Ｓ，４Ｔを接続して三相３線式の電路及び設備に配電してなり、
上記Ｙ形配電方式の電源から三相３線式で配電される電路及び設備の電力及び漏洩電流を測定するに際し、上記三相電圧端子Ｒ，Ｓ，Ｔ間に生ずる線間電圧ＥＳＲ，ＥＴＳ，ＥＲＴのいずれか１つの電圧を測定し、上記Δ形配電方式の電源から三相３線式で配電される電路及び設備の電力及び漏洩電流を測定するに際し、三相のうちの接地相とされているＳ相以外のＲ相とＴ相との間の線間電圧ＥＴＲを測定し、上記Ｙ形配電方式の電源から三相４線式で配電される電路及び設備の電力及び漏洩電流を測定するに際し、単相の対地電圧ＥＲ，ＥＳ，ＥＴ又は三相電圧端子Ｒ，Ｓ，Ｔ間に生ずる線間電圧ＥＳＲ，ＥＴＳ，ＥＲＴのいずれか１つの電圧を測定し、上記Ｖ形配電方式の電源から単相３線式で配電される電路及び設備の電力及び漏洩電流を測定するに際し、電圧端子Ｒ，Ｔと中性点Ｎとの間に生ずる線間電圧ＥＮＲ，ＥＮＴのいずれか１つの電圧を測定し、上記Ｖ形配電方式の電源から三相３線式で配電される電路及び設備の電力及び漏洩電流を測定するに際し、電圧端子Ｒ，Ｔ間の線間電圧ＥＲＴを測定する電圧検出手段と、
上記Ｙ形配電方式の電源から三相３線式で配電される電路及び設備の電力及び漏洩電流を測定するに際し、三相電圧端子Ｒ，Ｓ，Ｔにそれぞれ接続された配電線４Ｒ，４Ｓ，４Ｔを流れる設備電流ＩＲ，ＩＳ，ＩＴのいずれか１つを測定し、上記Δ形配電方式の電源から三相３線式で配電される電路及び設備の電力及び漏洩電流を測定するに際し、電圧端子Ｓに接続された配電線４Ｓを流れる設備電流ＩＳを測定し、上記Ｙ形配電方式の電源から三相４線式で配電される電路及び設備の電力及び漏洩電流を測定するに際し、三相電圧端子Ｒ，Ｓ，Ｔにそれぞれ接続された配電線４Ｒ，４Ｓ，４Ｔ及び中性点Ｎに接続された配電線４Ｎのうち上記配電線４Ｒ，４Ｓ，４Ｔを流れる設備電流ＩＲ，ＩＳ，ＩＴのいずれか１つを測定し、上記Ｖ形配電方式の電源から単相３線式で配電される電路及び設備の電力及び漏洩電流を測定するに際し、単相電圧端子Ｒ，Ｔにそれぞれ接続された配電線４Ｒ，４Ｔ及び中性点Ｎに接続された配電線４Ｎのうち上記配電線４Ｒ，４Ｔを流れる設備電流ＩＲ，ＩＴのいずれか１つを測定し、上記Ｖ形配電方式の電源から三相３線式で配電される電路及び設備の電力及び漏洩電流を測定するに際し、電圧端子Ｒ，Ｔにそれぞれ接続された配電線４Ｒ，４Ｔを流れる設備電流ＩＲ，ＩＴのいずれか１つを測定する設備電流検出手段と、
測定対象の電路及び設備に接続される配電線に流れる電流のベクトル和である零相電流Ｉ０を測定する零相電流検出手段と、
上記Ｙ形配電方式の電源から三相３線式で配電される設備の電力を測定するに際し、上記電圧検出手段により検出される上記線間電圧ＥＳＲと上記設備電流検出手段によって検出される上記配電線４Ｔを流れる設備電流ＩＴ、上記電圧検出手段により検出される線間電圧ＥＴＳと上記設備電流検出手段により検出される上記配電線４Ｒを流れる設備電流ＩＲ、及び上記電圧検出手段により検出される線間電圧ＥＲＴと上記設備電流検出手段により検出される上記配電線４Ｓを流れる設備電流ＩＳの組合せのいずれかに基づいて上記設備の電力を算出し、上記Δ形配電方式の電源から三相３線式で配電される設備の電力を測定するに際し、上記電圧検出手段により検出される線間電圧ＥＴＲと上記電流検出手段により検出される上記配電線４Ｓに流れる設備電流ＩＳとの組合せに基づいて上記設備の電力を算出し、上記Ｙ形配電方式の電源から三相４線式で配電される設備の電力を測定するに際し、上記電圧検出手段により検出される対地電圧ＥＲと上記設備電流検出手段により検出される上記配電線４Ｒに流れる設備電流ＩＲ、上記電圧検出手段により検出される対地電圧ＥＳと上記設備電流検出手段により検出される上記配電線４Ｓに流れる設備電流ＩＳ、上記電圧検出手段により検出される対地電圧ＥＴと上記設備電流検出手段により検出される上記配電線４Ｔに流れる設備電流ＩＴの組合せのいずれかに基づいて上記設備の電力を算出し、上記Ｖ形配電方式の電源から単相３線式で配電される設備の電力を測定するに際し、上記電圧検出手段により検出される線間電圧ＥＮＲと上記電流検出手段により検出される上記配電線４Ｒに流れる設備電流ＩＲ、上記電圧検出手段により検出される線間電圧ＥＮＴと上記電流検出手段により検出される上記配電線４Ｔを流れる設備電流ＩＴとの組合せのいずれかに基づいて上記設備の電力を算出し、上記Ｖ形配電方式の電源から三相３線式で配電される設備の電力を測定するに際し、上記電圧検出手段により検出される線間電圧ＥＲＴと上記電流検出手段により検出される上記配電線４Ｒに流れる設備電流ＩＲ又は配電線４Ｔを流れる設備電流ＩＴとの組合せのいずれかに基づいて上記設備の電力を算出する設備電力検出手段と、
上記Ｙ形配電方式の電源から三相３線式で配電される電路及び設備の漏洩電流を測定するに際し、上記電圧検出手段により検出される各線間電圧ＥＳＲ，ＥＴＳ，ＥＲＴのいずれか１つの電圧を基準電圧Ｅとして入力し、上記Δ形配電方式の電源から三相３線式で配電される電路及び設備の漏洩電流を測定するに際し、上記電圧検出手段により検出される線間電圧ＥＴＲを基準電圧Ｅとして入力し、上記Ｙ形配電方式の電源から三相４線式で配電される電路及び設備の漏洩電流を測定するに際し、上記電圧検出手段により検出される単相の対地電圧ＥＲ，ＥＳ，ＥＴ又は三相の線間電圧ＥＳＲ，ＥＴＳ，ＥＲＴのいずれか１つの電圧を基準電圧Ｅとして入力し、上記Ｖ形配電方式の電源から単相３線式で配電される電路及び設備の漏洩電流を測定するに際し、上記電圧検出手段により検出される線間電圧ＥＮＲ，ＥＮＴのいずれか１つの電圧を基準電圧Ｅとして入力し、上記Ｖ形配電方式の電源から三相３線式で配電される電路及び設備の漏洩電流を測定するに際し、上記電圧検出手段により検出される線間電圧ＥＲＴを基準電圧Ｅとして入力し、上記入力された基準電圧Ｅ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Ｅ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に分離して各成分の計測値を求め、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とに基づいて上記電路及び設備の対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流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電力及び漏洩電流測定装置。
上記Ｙ形配電方式は、上記２次側巻線の中性点Ｎを接地し、電圧端子Ｒ，Ｓ，Ｔにそれぞれ配電線４Ｒ，４Ｓ，４Ｔを接続した三相３線式又は上記電圧端子Ｒ，Ｓ，Ｔと上記中性点Ｎにそれぞれ配電線４Ｒ，４Ｓ，４Ｔ，４Ｎを接続した三相４線式の電路及び設備に配電し、
上記Δ形配電方式は、電圧端子Ｒ，Ｓ，Ｔにそれぞれ配電線４Ｒ，４Ｓ，４Ｔを接続し、上記電圧端子Ｓに接続される配電線４Ｓを接地線とした三相３線式の電路及び設備に配電し、
上記Ｖ形配電方式は、単相と三相を共用する配電方式であって、接地された中性点Ｎと電圧端子Ｒ，Ｔにそれぞれを配電線４Ｒ，４Ｔ，４Ｎを接続し単相３線式で上記電路及び設備に配電し、又は、電圧端子Ｔ，Ｓを備えた単相配電変圧器を上記電圧端子Ｔで接続し、電圧端子Ｒ，Ｓ，Ｔにそれぞれ配電線４Ｒ，４Ｓ，４Ｔを接続して三相３線式の電路及び設備に配電してなり、
上記Ｙ形配電方式の電源から三相３線式で配電される電路及び設備の電力及び漏洩電流を測定するに際し、上記三相電圧端子Ｒ，Ｓ，Ｔ間に生ずる線間電圧ＥＳＲ，ＥＴＳ，ＥＲＴのいずれか１つの電圧を測定し、上記Δ形配電方式の電源から三相３線式で配電される電路及び設備の電力及び漏洩電流を測定するに際し、三相のうちの接地相とされているＳ相以外のＲ相とＴ相との間の線間電圧ＥＴＲを測定し、上記Ｙ形配電方式の電源から三相４線式で配電される電路及び設備の電力及び漏洩電流を測定するに際し、単相の対地電圧ＥＲ，ＥＳ，ＥＴ又は三相電圧端子Ｒ，Ｓ，Ｔ間に生ずる線間電圧ＥＳＲ，ＥＴＳ，ＥＲＴのいずれか１つの電圧を測定し、上記Ｖ形配電方式の電源から単相３線式で配電される電路及び設備の電力及び漏洩電流を測定するに際し、電圧端子Ｒ，Ｔと中性点Ｎとの間に生ずる線間電圧ＥＮＲ，ＥＮＴのいずれか１つの電圧を測定し、上記Ｖ形配電方式の電源から三相３線式で配電される電路及び設備の電力及び漏洩電流を測定するに際し、電圧端子Ｒ，Ｔ間の線間電圧ＥＲＴを測定する電圧検出手段と、
上記Ｙ形配電方式の電源から三相３線式で配電される電路及び設備の電力及び漏洩電流を測定するに際し、三相電圧端子Ｒ，Ｓ，Ｔにそれぞれ接続された配電線４Ｒ，４Ｓ，４Ｔを流れる設備電流ＩＲ，ＩＳ，ＩＴのいずれか１つを測定し、上記Δ形配電方式の電源から三相３線式で配電される電路及び設備の電力及び漏洩電流を測定するに際し、電圧端子Ｓに接続された配電線４Ｓを流れる設備電流ＩＳを測定し、上記Ｙ形配電方式の電源から三相４線式で配電される電路及び設備の電力及び漏洩電流を測定するに際し、三相電圧端子Ｒ，Ｓ，Ｔにそれぞれ接続された配電線４Ｒ，４Ｓ，４Ｔ及び中性点Ｎに接続された配電線４Ｎのうち上記配電線４Ｒ，４Ｓ，４Ｔを流れる設備電流ＩＲ，ＩＳ，ＩＴのいずれか１つを測定し、上記Ｖ形配電方式の電源から単相３線式で配電される電路及び設備の電力及び漏洩電流を測定するに際し、単相電圧端子Ｒ，Ｔにそれぞれ接続された配電線４Ｒ，４Ｔ及び中性点Ｎに接続された配電線４Ｎのうち上記配電線４Ｒ，４Ｔを流れる設備電流ＩＲ，ＩＴのいずれか１つを測定し、上記Ｖ形配電方式の電源から三相３線式で配電される電路及び設備の電力及び漏洩電流を測定するに際し、電圧端子Ｒ，Ｔにそれぞれ接続された配電線４Ｒ，４Ｔを流れる設備電流ＩＲ，ＩＴのいずれか１つを測定する設備電流検出手段と、
測定対象の電路及び設備に接続される配電線に流れる電流のベクトル和である零相電流Ｉ０を測定する零相電流検出手段と、
上記Ｙ形配電方式の電源から三相３線式で配電される設備の電力を測定するに際し、上記電圧検出手段により検出される上記線間電圧ＥＳＲと上記設備電流検出手段によって検出される上記配電線４Ｔを流れる設備電流ＩＴ、上記電圧検出手段により検出される線間電圧ＥＴＳと上記設備電流検出手段により検出される上記配電線４Ｒを流れる設備電流ＩＲ、及び上記電圧検出手段により検出される線間電圧ＥＲＴと上記設備電流検出手段により検出される上記配電線４Ｓを流れる設備電流ＩＳの組合せのいずれかに基づいて上記設備の電力を算出し、上記Δ形配電方式の電源から三相３線式で配電される設備の電力を測定するに際し、上記電圧検出手段により検出される線間電圧ＥＴＲと上記電流検出手段により検出される上記配電線４Ｓに流れる設備電流ＩＳとの組合せに基づいて上記設備の電力を算出し、上記Ｙ形配電方式の電源から三相４線式で配電される設備の電力を測定するに際し、上記電圧検出手段により検出される対地電圧ＥＲと上記設備電流検出手段により検出される上記配電線４Ｒに流れる設備電流ＩＲ、上記電圧検出手段により検出される対地電圧ＥＳと上記設備電流検出手段により検出される上記配電線４Ｓに流れる設備電流ＩＳ、上記電圧検出手段により検出される対地電圧ＥＴと上記設備電流検出手段により検出される上記配電線４Ｔに流れる設備電流ＩＴの組合せのいずれかに基づいて上記設備の電力を算出し、上記Ｖ形配電方式の電源から単相３線式で配電される設備の電力を測定するに際し、上記電圧検出手段により検出される線間電圧ＥＮＲと上記電流検出手段により検出される上記配電線４Ｒに流れる設備電流ＩＲ、上記電圧検出手段により検出される線間電圧ＥＮＴと上記電流検出手段により検出される上記配電線４Ｔを流れる設備電流ＩＴとの組合せのいずれかに基づいて上記設備の電力を算出し、上記Ｖ形配電方式の電源から三相３線式で配電される設備の電力を測定するに際し、上記電圧検出手段により検出される線間電圧ＥＲＴと上記電流検出手段により検出される上記配電線４Ｒに流れる設備電流ＩＲ又は配電線４Ｔを流れる設備電流ＩＴとの組合せのいずれかに基づいて上記設備の電力を算出する設備電力検出手段と、
上記Ｙ形配電方式の電源から三相３線式で配電される電路及び設備の漏洩電流を測定するに際し、上記電圧検出手段により検出される各線間電圧ＥＳＲ，ＥＴＳ，ＥＲＴのいずれか１つの電圧を基準電圧Ｅとして入力し、上記Δ形配電方式の電源から三相３線式で配電される電路及び設備の漏洩電流を測定するに際し、上記電圧検出手段により検出される線間電圧ＥＴＲを基準電圧Ｅとして入力し、上記Ｙ形配電方式の電源から三相４線式で配電される電路及び設備の漏洩電流を測定するに際し、上記電圧検出手段により検出される単相の対地電圧ＥＲ，ＥＳ，ＥＴ又は三相の線間電圧ＥＳＲ，ＥＴＳ，ＥＲＴのいずれか１つの電圧を基準電圧Ｅとして入力し、上記Ｖ形配電方式の電源から単相３線式で配電される電路及び設備の漏洩電流を測定するに際し、上記電圧検出手段により検出される線間電圧ＥＮＲ，ＥＮＴのいずれか１つの電圧を基準電圧Ｅとして入力し、上記Ｖ形配電方式の電源から三相３線式で配電される電路及び設備の漏洩電流を測定するに際し、上記電圧検出手段により検出される線間電圧ＥＲＴを基準電圧Ｅとして入力し、上記入力された基準電圧Ｅ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Ｅ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に分離して各成分の計測値を求め、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とに基づいて上記電路及び設備の対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流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電力及び漏洩電流測定装置。
【請求項2】
上記演算手段は、
上記Ｙ形配電方式の電源から三相３線式又は三相４線式で配電される電路及び設備の漏洩電流Ｉｇｒを測定するに際し、上記線間電圧ＥＳＲ，ＥＴＳ，ＥＲＴのうちの設備電力の検出に用いた１つの電圧を基準電圧Ｅとしたとき、スイッチング素子を含む電圧周波数変換器を経由する電路及び設備にあっては、上記零相電流Ｉ０の値を上記漏洩電流Ｉｇｒとして演算し、スイッチング素子を含む電圧周波数変換器を経由しない電路及び設備にあっては、式（２／√３｜Ａ｜）の値と式（｜Ｂ｜）の値のうちの最大の値を上記漏洩電流Ｉｇｒとして演算し、
上記Δ形配電方式の電源から三相３線式で配電される電路及び設備の漏洩電流Ｉｇｒを測定するに際し、線間電圧ＥＴＲを基準電圧Ｅとしたときは、スイッチング素子を含む電圧周波数変換器を経由する電路及び設備にあっては、式（｜Ａ｜）の値を上記漏洩電流Ｉｇｒとして演算し、スイッチング素子を含む電圧周波数変換器を経由しない電路及び設備にあっては、式（２／√３｜Ｂ｜）の値を上記漏洩電流Ｉｇｒとして演算し、
上記Ｖ形配電方式の電源から単相３線式で配電される電路及び設備の漏洩電流Ｉｇｒを測定するに際し、接地された中性点Ｎと電圧端子Ｒ，Ｔにそれぞれを配電線４Ｒ，４Ｔ，４Ｎのうち上記配電線４Ｒ，４Ｔ間の線間電圧ＥＲＴが、上記配電線４Ｒ，４Ｔの対地電圧が２倍とされた電路及び設備であって、スイッチング素子を含む電圧周波数変換器を経由する電路及び設備にあっては、上記零相電流Ｉ０の値を上記漏洩電流Ｉｇｒとして演算し、スイッチング素子を含む電圧周波数変換器を経由しない電路及び設備にあっては、式（｜Ａ｜）の値を漏洩電流Ｉｇｒとして演算し、
上記Ｖ形配電方式の電源から三相３線式で配電される電路及び設備の漏洩電流を測定するに際し、スイッチング素子を含む電圧周波数変換器を経由する電路及び設備にあっては、式（｜Ａ｜）の値を上記漏洩電流Ｉｇｒとして演算し、スイッチング素子を含む電圧周波数変換器を経由しない電路及び設備にあっては、式（｜Ａ｜）の値と式（｜Ｂ｜）の値のうちの最大の値を上記漏洩電流Ｉｇｒとして演算する
ことを特徴とする請求項１記載の電力及び漏洩電流測定装置。
上記Ｙ形配電方式の電源から三相３線式又は三相４線式で配電される電路及び設備の漏洩電流Ｉｇｒを測定するに際し、上記線間電圧ＥＳＲ，ＥＴＳ，ＥＲＴのうちの設備電力の検出に用いた１つの電圧を基準電圧Ｅとしたとき、スイッチング素子を含む電圧周波数変換器を経由する電路及び設備にあっては、上記零相電流Ｉ０の値を上記漏洩電流Ｉｇｒとして演算し、スイッチング素子を含む電圧周波数変換器を経由しない電路及び設備にあっては、式（２／√３｜Ａ｜）の値と式（｜Ｂ｜）の値のうちの最大の値を上記漏洩電流Ｉｇｒとして演算し、
上記Δ形配電方式の電源から三相３線式で配電される電路及び設備の漏洩電流Ｉｇｒを測定するに際し、線間電圧ＥＴＲを基準電圧Ｅとしたときは、スイッチング素子を含む電圧周波数変換器を経由する電路及び設備にあっては、式（｜Ａ｜）の値を上記漏洩電流Ｉｇｒとして演算し、スイッチング素子を含む電圧周波数変換器を経由しない電路及び設備にあっては、式（２／√３｜Ｂ｜）の値を上記漏洩電流Ｉｇｒとして演算し、
上記Ｖ形配電方式の電源から単相３線式で配電される電路及び設備の漏洩電流Ｉｇｒを測定するに際し、接地された中性点Ｎと電圧端子Ｒ，Ｔにそれぞれを配電線４Ｒ，４Ｔ，４Ｎのうち上記配電線４Ｒ，４Ｔ間の線間電圧ＥＲＴが、上記配電線４Ｒ，４Ｔの対地電圧が２倍とされた電路及び設備であって、スイッチング素子を含む電圧周波数変換器を経由する電路及び設備にあっては、上記零相電流Ｉ０の値を上記漏洩電流Ｉｇｒとして演算し、スイッチング素子を含む電圧周波数変換器を経由しない電路及び設備にあっては、式（｜Ａ｜）の値を漏洩電流Ｉｇｒとして演算し、
上記Ｖ形配電方式の電源から三相３線式で配電される電路及び設備の漏洩電流を測定するに際し、スイッチング素子を含む電圧周波数変換器を経由する電路及び設備にあっては、式（｜Ａ｜）の値を上記漏洩電流Ｉｇｒとして演算し、スイッチング素子を含む電圧周波数変換器を経由しない電路及び設備にあっては、式（｜Ａ｜）の値と式（｜Ｂ｜）の値のうちの最大の値を上記漏洩電流Ｉｇｒとして演算する
ことを特徴とする請求項１記載の電力及び漏洩電流測定装置。
【請求項3】
上記式｜Ａ｜、上記式｜Ｂ｜の値及び零相電流Ｉ０の値で周期的に変動する値については、その最大値を上記式｜Ａ｜、上記式｜Ｂ｜の値及び零相電流Ｉ０の値として演算することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の電力及び漏洩電流測定装置。
【請求項4】
さらに表示手段を備え、当該表示手段には、上記演算手段によって演算された結果が表示されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力及び漏洩電流測定装置。
【請求項5】
当該電力及び漏洩電流測定装置は、さらに上記演算手段において求められる値のいずれかが所定の値を超えたときに警報を発する警報手段を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電力及び漏洩電流測定装置。
【請求項6】
当該電力及び漏洩電流測定装置は、さらに上記演算手段において求められる値のいずれかが所定の値を超えたときに電路を遮断する遮断手段を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電力及び漏洩電流測定装置。
【請求項7】
当該電力及び漏洩電流測定装置は、さらに通信手段を備え、当該通信手段は、上記演算手段によって演算された結果を通信するとともに、上記警報を発する限度の値及び前記遮断する限度の値を通信し、さらに、上記限度の値を書き換え記録することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の電力及び漏洩電流測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電力を授受する電路や電圧周波数などの変換機器及びエネルギーを消費、発生する機器等から構成される設備の電力及び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電力及び漏洩電流測定装置並びにその測定方法に関する。
【背景技術】
【0002】
個人の住宅や集合住宅、さらに事務所棟などの大型の建築物、あるいは複数の住宅や工場が集積した地域などの一定の区域内に、設備として太陽光発電装置など再生可能なエネルギー発生機器を配置し、このエネルギー発生機器により生成される電力等のエネルギーを一定の区域内に設置したエネルギー消費機器に供給し、一定の区域内で消費されない余分な電力は、商用電力供給会社に販売し、不足する電力は商用電力供給会社から供給を受けるようした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あっては、一定の区域内に設置されたエネルギー消費機器を配電線で接続し、情報網により連携することにより、エネルギー消費機器が消費し、又はエネルギー消費機器に供給されるエネルギーの最適化が実現されるように制御する制御機構を備えたものが提案され実用化が図られつつある。このようなエネルギー需給の最適化を実現する制御機構を含むシステムを構成する住宅、大型の建築物などは、スマートハウス、スマートビルと称し、エネルギーの最適化を実現するシステムをスマートグリットと称する。
【0004】
そして、スマートグリットやこの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設備にあっては、電力を含むエネルギーの高い需給効率が維持でき、信頼性を向上し、さらには安全性を確保することも重要な課題である。
【0005】
このため、スマートグリットを構成する設備へのエネルギー需給の最適な運用を図るための機器としてスマートメータと称される電力計がある。そして、このスマートメータが計測した電力や電力量に関する情報を用いて電力の需給の最適な制御を行い、さらに、近年特に重要度が増加した省エネルギーの実現を行っている。
【0006】
また、スマートグリットを構成する設備にとって、信頼性、安全性を損なう事項として、まず、短絡や過負荷による損傷や焼損事故がある。これらの事故は、電流又は電力センサー、温度センサーなどを組合せた多機能センサーを用いることにより、防止又は軽減する技術が確立され実施されている。
【0007】
次に、電力を授受する電路及び電気機器等から構成される設備の信頼性、安全性を損なう事項として、絶縁劣化とこれが進行した接地事故、短絡事故、これら事故に起因する焼損事故があり、これらの漏洩電流に関連する事故として不測の感電事故がある。
【0008】
従来、電路及び設備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、停電が許されないスマートグリットや連続操業が要求される工場等への適用ができないばかりか、設備の絶縁状態を連続的に測定することができない。
【0009】
また、設備を構成するエネルギー変換を行う電気機器には、インバータやコンバーター等のダイオードやスイッチング素子等の電気素子を含む電圧周波数変換器が接続されている。この種の電気機器を含む設備の絶縁抵抗を測定するときには、印加される高電圧から電気素子を保護するため、電圧周波数変換器を構成するスイッチング素子等の電気素子を電気機器を含む設備から切り離す必要がある。そのため、停電手続きや、変換器と設備とを接続する結線の開放、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、電路及び電気機器等から構成される設備の絶縁状態を停電することなく、電路及び設備を監視し、また、故障時に、電路及び電気機器を含む設備を電源から切り離すために、漏電遮断機が広く用いられている。漏洩遮断機は、電路及び電気機器等から構成される設備の対地漏洩電流である零相電流Ｉ０を検出し、検出された零相電流Ｉ０が予め設定した閾値を超えたときには電路を遮断して設備を電源から切り離す。なお、零相電流Ｉ０は、電路及び電気機器等から構成される設備の電圧印加部分と接地部分との間に生ずる対地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との互いに位相が９０度異なる２つの電流のベクトル和で構成されている。
【0011】
ところで、近年、電路及び電気機器等から構成される設備の規模が増大し、しかも複雑化しているため、設備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の値も増大している。そのため、零相電流Ｉ０の値は、大きな漏洩電流Ｉｇｃの値と、絶縁劣化に関わる漏洩電流Ｉｇｒの値との互いに位相が９０度異なったベクトル和である零相電流Ｉ０は、絶縁劣化の際絶縁抵抗を介して流れる漏洩電流Ｉｇｒの値が小さい場合、大きな漏洩電流Ｉｇｃの値と殆ど同じ値になり検出することができず、絶縁劣化の程度を示す小さな漏洩電流Ｉｇｒの値を時系列的に採取して絶縁破壊事故を予知する予防保全ためのデータの採取が不可能とされている。
【0012】
一方、電力を授受する電路や、電力を光や熱などのエネルギーに変換するエネルギー変換機器、さらにエネルギーを消費する機器やエネルギーを発生する機器等は、周波数を変換し、あるいは交流−直流の変換を行うインバータに代表されるようにスイッチング素子等の電気素子で構成される電圧周波数変換器によって制御されることがある。このような電圧周波数変換器により設備が制御されるときに発生する裁断電流のため、高調波高周波成分を多く含んだ電圧電流波形が発生して電力測定時の誤差の誘因になる。特に、周波数変換を行うスイッチング素子を含む電圧周波数変換回路の出力側の対地電圧は高調波高周波成分が多く、出力側に接続される設備の電圧印加部分と接地部分との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は、高調波高周波成分を多く含む対地印加電圧によって増大し、乱波形となり、零相電流Ｉ０の測定、特に零相電流Ｉ０の成分である電圧印加部分と接地部分間に存在する絶縁抵抗を介して流れる漏洩電流Ｉｇｒの測定の障害になっている。
【0013】
また、スイッチング素子等の電気素子で構成された電圧周波数変換器の出力側の対地電圧は、スイッチング素子を含む電気素子の動作によって形成される電流の波形、周波数（以下、この周波数を運転周波数という。)のほか、スイッチング素子等の電気素子で構成された電圧周波数変換器への配電方式によっては、配電電源の周波数(以下、この周波数を商用周波数と称する。）を含むことがあり、この周波数の混在が、電圧印加部分と接地部分との間に存在する絶縁抵抗を介して流れる漏洩電流Ｉｇｒの測定を困難なものにしている。
【0014】
ちなみに現在世界的な標準配電方式である三相配電の変圧器の配電側巻線をＹ形に結線し、その中性点を接地した三相３線又は三相４線のＹ形配電方式において、三相３線の配電方式の電源では商用周波数の混在はなく、三相４線の配電方式の単相電源からの供給を受けるときはその混在が生ずる。
【0015】
また、現在我が国で実用化されている２００Ｖ級の三相３線の配電方式において１線が接地されているΔ形配電方式や、単相３線による配電と三相３線による配電を同時に行う配電方式である配電変圧器２台をＶ形に結線した三相３線のＶ形配電方式の電源には商用周波数の混在が生ずる。
【0016】
なお、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を測定する技術は、Δ形配電方式及び単相配電方式を採用した電源から配電される電路及び設備に限って実用化されているが、Ｙ形配電方式やＶ形配電方式を採用した電源から配電される電路や設備、さらに周波数変換や交流−直流の変換を行うインバータなど電気素子にスイッチング素子を含む変換回路を構成する電圧周波数変換器を使用している設備や、この設備との間で電源の授受を行う電気系統の保護は、漏電遮断器によって電路と設備との間の遮断を行うのみであって、電圧印加部分と接地部分との間の絶縁抵抗を介して流れる漏洩電流Ｉｇｒを測定することにより設備や電路の異常を検出するようなことは行われていない。
【0017】
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を計測する技術として、特開２００８−１７０３３０号公報（特許文献１）に開示されたものがある。
【0018】
一方、上述した各種の配電方式で配電される電力を計測する技術はすでに確立され、実用化されている。即ち、複数の配電線のうち１本少ない配電線の電流と、この電流と同じ数の電圧とをそれぞれ組合せ、その組み合わせた電流と電圧の瞬時値を乗算し、その値を平均化することにより、この電流と電圧の組合せの電力を計算し、互いに組み合わせられる電流と電圧の各組合せにより得られる電力の合計を全体の電力として算出する。例えば、三相３線を採用した配電方式による配電線の全電力は、２つの電力計で計測しこれを合計することにより得られる。
【0019】
また、近年実用化の研究が行われ、実用化が推進されているスマートグリットは、関連した設備の電力を計測し、その計測したデータを遠隔した場所に設置した管理制御システムに送信し集計し、得られたデータに基づいて遠隔制御されるスマートメータを個別の設備ごとに、又は複数の設備を集合した単位区域ごとに設置し、各スマートメータから得られるデータを一つの条件として、スマートグリッドの全体、さらには、スマートグリッドを構成する個別の電気機器や単位区域内の設備の集合体へのエネルギーの需給が最適条件となるように制御している。
【0020】
さらに、受電設備への配電が行われる電路の途中に設けた遮断器や、大型の建築物や個人住宅に設置した空調機など負荷設備や発電設備毎に設置される遮断器と、電力計とを一体化し、さらには計測したデータの通信機能を付加して多機能化を図った複合計測装置を設置することにより、各電路や各設備ごとの消費電力やその需要電力、さらには発電設備の発生電力を把握することにより、各設備における消費電力の削減を図るようにした技術が提案されている。
【0021】
ところで、上述した電力計と、電圧印加部分と接地部分との間に発生する対地絶縁抵抗を介して流れる漏洩電流Ｉｇｒを検出する装置とを組み合わせた電力絶縁監視装置が実用化されている。この装置は、主として電気需要家の配電用キュービクルに設置し、配電設備全体を監視するものであるが、漏洩電流Ｉｇｒの検出は単相又はΔ形配電方式を対象としたものであって、Ｙ形配電方式では、零相電流Ｉ０を漏洩電流Ｉｇｒとして検出するようにしたものであり、設備の電圧印加部分と接地部分との間の絶縁抵抗を介して流れる漏洩電流Ｉｇｒを正確に計測することができない。また、この装置は、複雑な構成を備え、高価であるので、電力を消費し、又は電力を発生する機器等から構成される設備ごとに設置するためには適さないばかりか、構成電気素子にスイッチング素子を用いたインバータなどの電圧周波数変換器が使用されている設備、配電系統の漏洩電流Ｉｇｒの計測は困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0022】
【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】
【0023】
本発明は、電力を授受する電路やエネルギー変換機器、エネルギーを消費しあるいは発生する機器等から構成される設備の電力と、電圧印加部分から接地部分へ対地絶縁抵抗を介して流れる漏洩電流Ｉｇｒを運転状態のままで検出することができる電力及び漏洩電流の測定装置並びにその測定方法を提供することを目的とする。
【0024】
また、本発明は、電力の測定装置と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の測定装置とを一体の構成とした測定装置並びにその測定方法において、周波数変換を行い、あるいは交流−直流の変換を行うインバータなどの構成電気素子にスイッチング素子を含む変換回路を構成する電圧周波数変換器が使用されている装置、配電系統の漏洩電流Ｉｇｒの測定も可能とする電力及び漏洩電流の測定装置並びにその測定方法を提供することを目的とする。
【0025】
さらに、本発明は、単相又は三相３線のΔ配電方式に加えて、Ｙ形配電方式やＶ形配電方式を採用した電路や設備に生ずる漏洩電流Ｉｇｒの測定を可能とする電力及び漏洩電流の測定装置並びにその測定方法を提供することを目的とする。
【0026】
さらにまた、本発明は、構成部品点数の削減を図りながら、測定の信頼性を向上した電力及び漏洩電流の測定装置並びにその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】
【0027】
上述したような目的を達成するために提案される本発明に係る電力及び漏洩電流の測定装置並びにその測定方法は、個々の機器や設備、さらに、個人の住宅、集合住宅や事務所棟などの大型の建築物、あるいは複数の住宅や工場が集積した地域などの一定の区域内に設置された設備に供給される電力を測定し、この設備の電圧印加部分と接地部分との間の絶縁抵抗を介して流れる漏洩電流Ｉｇｒを測定することによって上記の技術課題を解決する。
【0028】
上記技術課題を解決するために提案される本発明は、配電変圧器の２次側巻線をＹ形に結線したＹ形配電方式、Δ形に結線したΔ形配電方式及びＶ形に結線したＶ形配電方式を用いた電源より配電される電路及び設備の電力並びに対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Ｉｇｒを測定する電力及び漏洩電流の測定装置であって、上記Ｙ形配電方式の電源は、上記２次側巻線の中性点Ｎを接地し、電圧端子Ｒ，Ｓ，Ｔにそれぞれ配電線４Ｒ，４Ｓ，４Ｔを接続した三相３線式又は上記電圧端子Ｒ，Ｓ，Ｔと上記中性点Ｎにそれぞれ配電線４Ｒ，４Ｓ，４Ｔ，４Ｎを接続した三相４線式の電路及び設備に配電し、上記Δ形配電方式は、電圧端子Ｒ，Ｓ，Ｔにそれぞれ配電線４Ｒ，４Ｓ，４Ｔを接続し、上記電圧端子Ｓに接続される配電線４Ｓを接地線とした三相３線式の電路及び設備に配電し、上記Ｖ形配電方式は、単相と三相を共用する配電方式であって、接地された中性点Ｎと電圧端子Ｒ，Ｔにそれぞれを配電線４Ｒ，４Ｔ，４Ｎを接続し単相３線式で上記電路及び設備に配電し、又は、電圧端子Ｔ，Ｓを備えた単相配電変圧器を上記電圧端子Ｔで接続し、電圧端子Ｒ，Ｓ，Ｔにそれぞれ配電線４Ｒ，４Ｓ，４Ｔを接続して三相３線式の電路及び設備に配電する上記電路及び設備の電力及び漏洩電流を測定する。この測定装置は、上記いずれかの配電方式の電源から配電される電路の線間電圧を測定する電圧検出手段と、上記いずれかの配電方式の電源から設備に配電される設備電流を測定する設備電流検出手段と、測定対象の電路及び設備に接続される配電線に流れる電流のベクトル和である零相電流Ｉ０を測定する零相電流検出手段と、上記線間電圧と設備電流とから設備電力を算出する設備電力検出手段と、上記電圧検出手段により検出される１つの線間電圧を基準電圧Ｅとし、この基準電圧Ｅと零相電流Ｉ０の位相を比較する位相比較手段と、上記基準電圧Ｅ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に分離して各成分の計測値を求め、零相電流Ｉ０と零相電流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とに基づいて電路及び設備の対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Ｉｇｒの値を演算する演算手段とを備える。【0029】
本発明に係る電力及び漏洩電流の測定装置の設備電力検出手段は、１つの線間電圧と１本の配電線を流れる電流とから設備電力を計測する。この設備電力は、三相３線の配電では１相の電流と他の２相間の電圧の瞬時値の積を平均化し、次いで、この平均化した値を√３倍して３相無効電力を求め、次に、ある１相の電流と他の２相間の電圧の実効値の積を√３倍して３相皮相電力を求め、この３相皮相電力の２乗から３相無効電力の２乗を減じた値を開平して求めることができる。
【0030】
そして、本発明に係る電力及び漏洩電流の測定装置は、対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Ｉｇｒを演算する演算手段を備える。この演算手段は、交流電源から配電される設備の対地漏洩電流である零相電流Ｉ０と電力測定のために入力した線間電圧とから漏洩電流Ｉｇｒを求める。さらに、本発明に係る装置は、表示装置を備え、設備電力検出手段により測定された設備電力と、演算手段により求められた漏洩電流Ｉｇｒを表示部に表示する。さらにまた、本発明に係る装置は、通信手段を備え、検出された設備電力及び漏洩電流Ｉｇｒの値を所望の箇所に伝送する。
【0031】
さらにまた、本発明に係る電力及び漏洩電流の測定装置は、設備電力又は漏洩電流Ｉｇｒのいずれ一方が設定された閾値を超えたことが演算手段により検出された場合には、この演算手段から警報信号が出力され、警報装置が動作され音や光などによる警報を発する。さらに、配電線の途中に漏電遮断器が設けられ、設備電力又は漏洩電流Ｉｇｒのいずれ一方が設定された閾値を超えたことが演算手段により検出された場合には、遮断信号が出力されて漏電遮断器を動作させ、電路の遮断を行う。
【0032】
なお、警報装置や漏電遮断器を動作させる制御信号は、設備電力や漏洩電流Ｉｇｒの情報が伝送される遠隔地に接地した制御装置から出力するようにしてもよい。
【0033】
本発明に係る測定装置の演算手段は、従来実用化されている三相３線のΔ配電方式を採用した電路及び設備に生ずる漏洩電流Ｉｇｒを、３相のうちの接地相とされているＳ相以外のＲ相とＴ相との間の線間電圧ＥＴＲに基づいて測定する。すなわち、本発明に係る装置は、上記線間電圧ＥＴＲを測定の基準電圧Ｅとし、入力された３相の電流のベクトル和である零相電流Ｉ０の基準電圧Ｅと同相の成分である有効成分Ａの値と、基準電圧Ｅと直角方向の成分である無効成分Ｂの値とを求める。そして、少なくともスイッチング素子を含む電圧周波数変換器が介在されていないときは、無効成分Ｂの値の約１．２倍の値を漏洩電流Ｉｇｒの値として演算する。
【0034】
上記有効成分Ａ及び無効成分Ｂの値は、入力された基準電圧Ｅと零相電流Ｉ０の瞬時値の位相差や、基準電圧Ｅと零相電流Ｉ０との間に存在する有効電力若しくは無効電力を測定することによって求めることができる。
【0035】
また、本発明に係る測定装置は、Ｙ形配電方式やＶ形配電方式を採用した電路及び設備に生じる漏洩電流Ｉｇｒを測定することができる。
【0036】
Ｙ形配電方式の電路及び設備に生じる漏洩電流Ｉｇｒは、Ｒ，Ｓ，Ｔの各相間の線間電圧ＥＳＲ，ＥＴＳ，ＥＲＴのうち設備電力の検出のために検出した１つの電圧を基準電圧Ｅとし、零相電流Ｉ０の有効成分Ａの値の絶対値の２／√３倍若しくは無効成分Ｂの値のうちの大きい方の値を漏洩電流Ｉｇｒの値として演算する。
【0037】
Ｖ形配電方式においては、中性点Ｎで接地され電圧端子Ｒ，Ｔを持つ単相３線のうちのＮ相とＲ相間の電圧ＥＮＲを基準電圧Ｅとしたとき、零相電流Ｉ０の有効成分Ａの値の絶対値をＲ相若しくはＴ相に生じた漏洩電流Ｉｇｒの値として演算し、無効成分Ｂの値の絶対値を三相電圧線Ｒ，Ｔ，Ｓ相うちのＳ相の漏洩電流Ｉｇｒの値として演算する。
【0038】
さらに、本発明に係る測定装置は、従来の装置では計測が困難とされているスイッチング素子等の電気素子を含む電圧周波数変換器を経由する電路及び設備に発生する漏洩電流Ｉｇｒの計測を以下に述べるように実行する。
【0039】
すなわち、Δ形配電方式、Ｙ形配電方式、Ｖ形配電方式、さらに単相３線配電方式の電源から５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの商用周波数の電力が配電される単相及び三相の配電線に、スイッチング素子等の電気素子を含む電圧周波数変換器を介して接続された交流及び直流設備の対地電圧は、商用周波数の電流が流れる単相及び三相の配電線の電気的中性点Ｍの対地電圧Ｅｎと、スイッチング素子等の組合せ回路によって発生される運転周波数を持つ相電圧Ｅａの多相交流電圧若しくは直流正負極間電圧の半分の直流電圧＋Ｅｄと−Ｅｄとが重畳した対地電圧である。
【0040】
さらに説明すると、単相及び三相の配電線の交流電圧は、スイッチング素子等の電子素子によって一旦直流電圧に整流され、この直流電圧の電気的中性点を中心に運転周波数を持つ相電圧Ｅａの多相交流電圧若しくは直流正負極間電圧の半分の直流電圧Ｅｄに変換される。ここで生成される相電圧Ｅａの多相交流電圧や直流電圧Ｅｄの電気的中性点が商用周波数を持つ単相及び三相配電線の電気的中性点Ｍと一致することになり、スイッチング素子等の電気素子を経由した設備の対地電圧は、対地電圧Ｅｎと運転周波数を持つ相電圧Ｅａ若しくは直流電圧＋Eｄと−Ｅｄとが重畳した電圧となる。
【0041】
したがって、上述の配電方式の単相及び三相の配電線及びこの配電線に接続された交流及び直流設備に存在する対地絶縁抵抗及び対地静電容量には、上述の対地電圧Ｅｎと相電圧Ｅａ若しくは直流電圧＋Eｄと−Ｅｄとが重畳した対地電圧が印可され、対地漏洩電流である零相電流Ｉ０が流れ、上記対地電圧と零相電流Ｉ０との関係は、重畳の理を応用したベクトル記号法によって演算される。すなわち、対地漏洩電流である零相電流Ｉ０は、負荷設備の各相の対地絶縁抵抗及び対地静電容量を一括した回路に商用周波数の対地電圧Ｅｎを印可したときの電流と、運転周波数を持つ相電圧Ｅａの多相交流電圧若しくは直流正負極間電圧の半分の直流電圧Ｅｄを負荷設備各相の対地絶縁抵抗及び対地静電容量に印可したときの電流とを重畳させて演算することによって求められる。
【0042】
ところで、通常、交流設備を駆動する電流の運転周波数は６０Ｈｚ以下で、この範囲以外の周波数での運転は短時間か特殊な運転状態に限られ、運転電圧も運転周波数が６０Ｈｚ時は定格電圧にほぼ等しく、運転周波数にほぼ比例して低下する。これら運転周波数の電圧を商用周波数の対地電圧Ｅｎに重畳させれば、瞬時値は両電圧の瞬時値の和の最大値と差の最小値との間を両周波数の近傍の値で脈動しながら周期的に変動し、最大値付近の波形は商用周波数である対地電圧Ｅｎの波形と殆ど同じで対地漏洩電流である零相電流Ｉ０の波形もこの対地電圧の波形に比例するので、零相電流Ｉ０と基準電圧Ｅとの位相差の測定が可能である。
【0043】
したがって、零相電流Ｉ０の最大値付近の波形の基準電圧Ｅとの位相差を測定し、零相電流Ｉ０の有効成分Ａ、無効成分Ｂの値が演算される。
【0044】
しかも、商用周波数の対地電圧Ｅｎと、運転周波数を持つ相電圧Ｅａと、直流電圧＋Ｅｄと−Ｅｄと、入力される線間電圧である基準電圧Ｅとは、配電方式毎に定まった関係があり、また対地漏洩電流である零相電流Ｉ０は、各配電方式の配電変圧器付近の接地点から商用周波数を持つ単相及び三相配電線、スイッチング素子等の電気素子を組み合わせて構成した電圧周波数変換器を経由して対地漏洩点から配電接地点へと還流し、基準電圧Ｅは設備電力の測定の際の電圧要素でもあるので、商用周波数を持つ単相及び三相配電線での設備電力の測定と対地漏洩電流Ｉｇｒの測定とは同じ場所で両方の測定を組み合わせた一つの装置で行うことができる。
【0045】
上述したように、商用周波数を持つ単相及び三相配電線から、周波数変換を行いあるいは交流−直流の変換を行うインバータなど構成電気素子にスイッチング素子を含む電圧周波数変換器を経由して設置される設備に発生する対地漏洩電流Ｉｇｒは、対地電圧Ｅｎの値として基準電圧の√３分の１の値を持つ三相Δ配電方式及び三相Ｖ配電方式では、零相電流Ｉ０の有効成分Ａの値として演算され、三相Ｙ配電方式では零相電流Ｉ０の値として演算され、対地電圧Ｅｎの値として基準電圧の２分の１の値を持つ一線が接地された単相配電方式では有効成分Ａの値として演算され、中性点が接地された単相三線配電方式で電圧相での配電方式では零相電流Ｉ０の値として演算され、直流設備では零相電流Ｉ０の有効成分Ａの絶対値の値として演算される。
【0046】
ところで、零相電流Ｉ０の有効成分Ａ、無効成分Ｂの値から漏洩電流Ｉｇｒの導出にあたっては、まずベクトル記号法を用いた数式での演算を行い、その演算結果を実験で確認する。例えば、従来測定が困難とされていたＶ形配電方式における漏洩電流Ｉｇｒを検出し演算する例を説明する。
【0047】
Ｖ形配電方式は、中性点Ｎで接地された電圧端子Ｒ，Ｔの単相配電変圧器で単相３線配電方式を形成すると同時に、電圧端子Ｔ，Ｓを備えた単相配電変圧器と電圧端子Ｔで接続し、電圧端子Ｒ，Ｓ，Ｔに三相電圧が発生するように三相配電線を接続し三相配電も行う。
【0048】
そして、接地点となる中性点Ｎに対する電圧端子Ｒ，Ｓ，Ｔの対地電圧をそれぞれＥＲ，ＥＳ，ＥＴとし、これら対地電圧のうちの１つの対地電圧ＥＲを基準電圧Ｅとしたとき、上記対地電圧ＥＲ，ＥＳ，ＥＴをベクトル記号法で表すとＥＲ＝Ｅ、ＥＴ＝−Ｅと表され、対地電圧ＥＳは基準電圧Ｅより９０度位相が遅れ、大きさは√３倍であるので、ＥＳ＝−ｊ√３Ｅと表すことができる。
【0049】
ところで、Ｒ，Ｓ，Ｔの各相の各配電線にはそれぞれ対地漏洩コンダクタンスｇＲ，ｇＳ，ｇＴと、対地静電容量ＣＲ，ＣＳ，ＣＴとが存在する。そして、配電線を流れる電流の周波数をｆ、２πｆ＝ωとしたとき、Ｒ，Ｓ，Ｔの各相の対地漏洩電流ＩＲ，ＩＳ，ＩＴは、それぞれ以下の各式に示すように表される。ＩＲ＝（ｇＲ＋ｊωＣＲ）Ｅ
ＩＴ＝−（ｇＴ＋ｊωＣＴ）Ｅ
ＩＳ＝−ｊ√３（ｇＳ＋ｊωＣＳ）Ｅ＝（√３ωＣＳ−ｊ√３ｇＳ）Ｅ
そして、零相電流Ｉ０は、対地漏洩電流ＩＲ，ＩＳ，ＩＴの合計であるので、下記の式のように示すことができる。
Ｉ０＝（ｇＲ−ｇＴ＋√３ωＣＳ）Ｅ＋ｊ｛ω（ＣＲ−ＣＴ）−√３ｇＳ｝Ｅ
ここで、対地静電容量は、バランスしたものと取り扱うことにより、ＣＲ＝ＣＴとなり、零相電流Ｉ０は、以下の式で示すことができる。
Ｉ０＝（ｇＲ−ｇＴ＋√３ωＣＳ）Ｅ−ｊ√３ｇＳＥ
そして、零相電流Ｉ０の有効成分Ａは、上記式の実数部分である。すなわち、有効成分Ａは、Ａ＝（ｇＲ−ｇＴ＋√３ωＣＳ）Ｅで示され、無効成分Ｂは、Ｂ＝ｊ√３ｇＳＥで示される。
【0050】
Ｖ形配電方式を用いた電源の配電範囲は、他の配電方式に比し狭いため、この配電線に存在する対地静電容量も小さい。そのため、零相電流Ｉ０の有効成分Ａのうち√３ωＣＳの値は、対地漏洩コンダクタンスｇＲ，ｇＳ，ｇＴとの値に比し十分に小さいものであるので、有効成分Ａの絶対値はＲ相又はＴ相の対地漏洩電流Ｉｇｒの値となり、無効成分Ｂの絶対値はＳ相の対地電圧が他相の√３倍であることからＳ相の対地漏洩電流Ｉｇｒの値を示していることがわかる。
【0051】
次に、接地された中性点Ｎ及びＲ相から線間電圧ＥＲを基準電圧Ｅとして単相配電を行うときには、Ｒ相の対地漏洩電流ＩＲは、（ｇＲ＋ｊωＣＲ）Ｅであり、Ｎ相の対地漏洩電流はほぼ０であるので、Ｒ相とＮ相の対地漏洩電流の合計である零相電流Ｉ０は、以下の式で示される。Ｉ０＝ＩＲ＝ｇＲＥ＋ｊωＣＲＥ
そして、零相電流Ｉ０の有効成分Ａは、上記式の実数部分であり、Ａ＝ｇＲＥで示され、上記有効成分Ａの値は、Ｒ相の対地漏洩電流Iｇｒの値となる。
【0052】
また、Ｒ相とＴ相から単相配電を行うときは、Ｒ相の対地電圧ＥＲをＥとしたとき、Ｔ相の対地電圧ＥＴは−Ｅで示され、Ｒ相の対地漏洩電流ＩＲは下記の式で示され、ＩＲ＝（ｇＲ＋ｊωＣＲ）Ｅ
相の対地漏洩電流ＩＴは、下記の式で示される。
ＩＴ＝−（ｇＴ＋ｊωＣＴ）Ｅ
そして、零相電流Ｉ０は、Ｒ相とＴ相の対地漏洩電流の合計であり、以下の式で示される。
Ｉ０＝（ｇＲ−ｇＴ）Ｅ＋ｊω（ＣＲ−ＣＴ）Ｅ
零相電流Ｉ０の有効成分Ａは、上記式の実数部分であり、Ａ＝（ｇＲ−ｇＴ）Ｅとなり、この有効成分Ａの絶対値は、Ｒ相又はＴ相の対地漏洩電流Ｉｇｒの値となる。
【0053】
また、単相又は三相３線のΔ配電方式、Ｙ形配電方式、周波数変換や、交流−直流の変換を行うインバータなどの構成電子素子にスイッチング素子を含む電圧周波数変換器を介在させた配電方式においても、上述したような演算方法とほぼ同様に零相電流Ｉ０の有効成分Ａ及び無効成分Ｂの値から対地漏洩電流Ｉｇｒの値を演算し導出することができる。
【発明の効果】
【0054】
本発明は、近年特に重要度が増加した省エネルギーに関連し、かつ過負荷や漏電等に起因する災害や停電事故を防止する必要のある機器や配電線等の設備の電力を計測して集計し、この集計した情報を情報処理装置に伝送し、記録することにより、電力供給の最適制御や省エネルギー対策の情報として利用し、これらの設備の電力が設定された閾値を超えたときに電力の供給を遮断し、消費電力の超過を防止できる。
【0055】
そして、本発明は、設備の故障による過負荷が生じた場合には、設備への電力の供給を遮断するので、設備の損傷を確実に防止できる。
【0056】
さらに、本発明は、設備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を運転状態のまま計測しているので、設備の絶縁状態を常時監視することができ、しかも、漏洩電流Ｉｇｒのデータを時系列データとして取得することができるので、このデータの利用して設備の故障を事前に予防し保全することができる。
【0057】
さらに、常時監視している漏洩電流Ｉｇｒが設定された閾値を超えたときには、設備を電路から遮断することにより事故の拡大を防止することもできる。
【0058】
すなわち、本発明は、電力のみを管理の対象とする従来のスマートメータに、予防保全、故障遮断などの信頼性管理、過負荷による過熱事故、漏電事故、感電事故防止などの保安業務を付加した新規な電力及び漏洩電流測定装置を実現できる。
【0059】
本発明が適用された電力及び漏洩電流測定装置は、あらゆる産業設備、集合住宅や事務所棟などの大型の建築物、個人の住宅等に設置したあらゆるエネルギー変換設備に設置され、消費電力や発生電力を把握し、最適制御のデータとして節電のための改善を容易にし、かつ漏洩電流Ｉｇｒの時系列的なデータから、絶縁劣化の程度の推定が可能となり、事故の発生を未然に防ぐ予防保全が可能にするとともに、過負荷による過熱事故や漏電事故、それらの事故による火災や感電事故などを防止することができる。
【0060】
さらに、本発明は、電力及び漏洩電流Ｉｇｒの測定に必要な電圧の入力数を一つにしたことにより、電力及び漏洩電流測定装置の小形、軽量化を実現し、製造原価の低減を図るとともに、電力及び漏洩電流Ｉｇｒの測定の高信頼度化が実現され、さらに、従来漏洩電流Ｉｇｒの測定ができないか不完全とされていた配電方式の配電線、設備、加えて周波数変換を行い、あるいは交流−直流の変換を行うインバータなどの構成電気素子にスイッチング素子を含む電圧周波数変換器を介して設置される設備等への適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【0061】
【図1】三相３線Δ形配電方式の電源から配電される配電線、この配電線に接続された設備の電力及び漏洩電流Ｉｇｒの測定に本発明に係る電力及び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】本発明に係る電力及び漏洩電流測定装置を構成する処理演算部の詳細を示すブロック図である。
【図3】三相３線Δ形配電方式の配電系統の線間電圧ＥＳＲ、ＥＳＴとＥＴＲ、基準電圧Ｅ及び接地相Ｓに対する関係を示すベクトル図である。
【図4】零相電流Ｉ０、基準電圧Ｅ、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5】三相３線Ｙ形配電方式の電源から配電される配電線、この配電線に接続された設備の電力及び漏洩電流Ｉｇｒの測定に本発明に係る電力及び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6】三相３線Ｙ形配電方式の配電系統の線間電圧ＥＴＳ、基準電圧Ｅ、相電圧ＥＲ，ＥＳ，ＥＴ及び接地点となる中性点Ｎに対する関係を示すベクトル図である。
【図7】単相３線及び三相３線Ｖ形配電方式の配電系統の対地電圧ＥＮＲ、基準電圧Ｅ、対地電圧ＥＮＴ，ＥＮＳ及び接地点である中性点Ｎに対する関係を示すベクトル図である。
【図8】三相３線のΔ形配電方式配電系統の電気的中性点Ｍとその対地電圧Ｅｎ及び接地相Ｓに対する関係を示すベクトル図である。
【図9】三相４線Ｙ形配電方式の配電系統でＮ相、Ｒ相から単相配電を行った場合の電気的中性点Ｍと、その対地電圧Ｅｎ及び線間電圧ＥＲの接地点である中性点Ｎに対する関係を示すベクトル図である。
【図10】三相３線Δ形配電方式の電源から配電される配電線、この配電線に接続された変換装置を経由して接続された設備の電力及び漏洩電流Ｉｇｒの測定に本発明に係る電力及び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11】配電線に接続された変換装置の出力相電圧ＥＵ，ＥＶ，ＥＷ及び電気的中性点Ｍ、中性点Ｍの対地電圧Ｅｎの関係を示すベクトル図である。
【図12】配電線に接続された変換装置の出力相電圧ＥＵ，ＥＶ，ＥＷ及び電気的中性点Ｍ、中性点Ｍの対地電圧Ｅｎの関係を示す等価回路図である。
【図13】単相３線及び三相３線のＶ形配電方式の配電系統の電気的中性点Ｍとその対地電圧Ｅｎ及び接地点である中性点Ｎに対する関係を示すベクトル図である。
【図14】配電線に接続されたインバータなどの電流変換回路を含む電圧周波数変換器の出力端子対地電圧の波形を示す図である。
【図15】設備電力及び漏洩電流Ｉｇｒの値が設定された閾値を超過した時、遮断器でスイッチング素子等の電気素子から構成された電圧周波数変換器を経由して接続された設備を遮断し、又は警報器で警報する機構を備えた本発明に係る電力及び漏洩電流測定装置を示す概略系統図である。
【発明を実施するための形態】
【0062】
以下、本発明を適用した電力及び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。
【0063】
図１は、配電変圧器の低圧側の三相巻線をΔ形に結線したΔ形配電方式に本発明に係る電力及び漏洩電流測定装置を適用した一例を示す概略系統図である。Δ形配電方式は、配電変圧器の低圧側の三相巻線をΔ形に結線した電源から配電される２００Ｖ級三相３線の配電方式で、従来国内で広く用いられている方式であって、漏洩電流Ｉｇｒの測定技術も各種のものが実用化されている。
【0064】
本発明に係る漏洩電流測定装置が適用される三相３線のΔ形配電方式は、図１に示すように、三相の配電変圧器の低圧側をΔ形に結線された巻線１を備える。この巻線１は、三相の接続線である配電線４（４Ｒ，４Ｓ，４Ｔ）を介してエネルギー変換設備である負荷設備や発電設備、蓄電設備などの設備５に接続されている。
【0065】
本実施の形態の巻線１は、Δ形を構成するように結線された３つの巻線を有し、これら巻線の一方の端子である三相の電圧端子Ｒ，Ｓ，Ｔをそれぞれ三相の配電線４（４Ｒ，４Ｓ，４Ｔ）に接続している。三相の電圧端子Ｒ，Ｓ，Ｔ中の端子Ｓは、接地線８を介して接地点G点に接続されるとともに、配電線４Ｓに接続されている。
【0066】
そして、三相の配電線４のうちの１の配電線４Ｓに流れる設備５に起因する設備電流ＩＳは、変流器１１を介して信号処理部３に入力される。また、三相の巻線１を構成する各巻線の端子である電圧端子Ｒ，Ｓ，Ｔ間に発生する線間電圧は、それぞれ配電線４Ｒ，４Ｓ，４Ｔを介して設備５に印可されるとともに、電圧端子Ｒと電圧端子Ｔとの間に発生する線間電圧ＥＴＲは信号処理部３に入力される。また、対地漏洩電流である零相電流Ｉ０は、零相変流器９を介して信号処理部３に入力される。
【0067】
そして、本発明に係る電力及び漏洩電流測定装置は、図１に示すように、信号処理部３と、信号処理部３で検出された設備電流、線間電圧、零相電流に基づいて設備電力及び対地絶縁抵抗に基づく漏洩電流Ｉｇｒを演算する演算部１４と、この演算部１４により算出された情報を表示部や警報器、さらには漏電遮断器に出力し、さらには外部の情報処理装置に出力する表示並びに外部インターフェース部１５とを有する処理演算部１６を備える。
【0068】
信号処理部３は、図２に示すように、零相電流Ｉ０が入力端子３０ａを介して入力される零相電流検出器３０と、配電線４Ｓに流れる設備５に起因する設備電流ＩＳが変流器１１により設備電流検出器３１の動作に適した電流値に変流されて入力端子３１ａから入力する設備電流検出器３１と、線間電圧ＥＴＲが入力端子３３ａを介して入力される電圧検出器３３とを備える。
【0069】
設備電流検出器３１は、変流器１１により変流された電流を設備電流ＩＳに比例し、演算部１４の動作に適した電圧に変換する抵抗器や、ローパスフィルタなどで構成されている。
【0070】
また、電圧検出器３３は、数百ボルト若しくはそれ以下の線間電圧ＥＴＲを所定の電圧レベルに降圧する配電変圧器や又は絶縁回路を持った分圧器を備える。さらに、電圧検出器３３には、検出される電圧の高周波ノイズを低減し、波形等の特性を改善するローパスフィル等の電気素子が設けられている。
【0071】
そして、演算部１４は、設備電流検出器３１により検出された設備電流ＩＳの瞬時値と、電圧検出器３３により検出された線間電圧ＥＴＲの瞬時値とを組合せ乗算する乗算器４１と、この乗算器４１により乗算された無効電力に比例する交流の脈動値を平均化する平均器４２を備える。さらに、演算部１４は、設備電流検出器３１により検出された設備電流ＩＳの瞬時値から実効値を求める実効値変換器３２と、電圧検出器３３により検出された線間電圧ＥＴＲの瞬時値から実効値を求める実効値変換器３４と、上記実効値変換器３２で求められた設備電流ＩＳの実効値と、上記実効値変換器３４により求められた線間電圧ＥＴＲの実効値とを組合せ乗算する乗算器４１ｂとを備える。また、演算部１４は、交流の脈動値を平均器４２により平均した三相無効電力値を√３で除した値に相当するＱの値と、乗算器４１ｂで乗算された三相皮相電力値を√３で除した値に相当するＶＡの値とをそれぞれ自乗し、合計し、開平した値の√３倍の値を配電線４を通過し設備５に起因する三相設備電力Ｗの値として算出する加算器４３とを備える。加算器４３で算出された三相設備電力Ｗは、表示並びに外部インターフェース部１５に出力される。
【0072】
また、演算部１４には、加算器４３によって算出された三相設備電力Ｗと、入力端子４５ａを介して入力される設備の予め設定された電力の閾値とを比較し、三相設備電力が閾値を超えたときには、電力の超過情報を表示並びに外部インターフェース部１５に出力する比較器４５が設けられている。
【0073】
さらに、演算部１４は、信号処理部３へ基準電圧Ｅとして入力された線間電圧ＥＴＲと零相電流Ｉ０との位相差を検出位相差検出器４０と、零相電流Ｉ０の基準電圧Ｅとされる線間電圧ＥＴＲと同相の成分である有効成分Ａと、基準電圧Ｅと直角方向の成分である無効成分Ｂの値を求め、これら有効成分Ａと無効成分Ｂに基づいて対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Ｉｇｒを演算する演算器４４を備える。なお、入力端子４５ａから入力される電力の閾値は、表示並びに外部インターフェース部１５に出力される。
【0074】
さらにまた、演算部１４には、演算器４４により検出された漏洩電流Ｉｇｒと、入力端子４６ａを介して入力される予め設定された漏洩電流Ｉｇｒの閾値とを比較し、検出された漏洩電流Ｉｇｒが閾値を超えたときには、漏洩電流Ｉｇｒの超過情報を表示並びに外部インターフェース部１５に出力する比較器４６が設けられている。
【0075】
表示並びに外部インターフェース部１５は、演算部１４から出力された三相設備電力Ｗ及び閾値電力の値、漏洩電流Ｉｇｒの値及び閾値漏洩電流Ｉｇｒの値を表示部２０に出力し、これら値を表示部に表示する。また、表示並び外部インターフェース部１５は、三相設備電力Ｗの値が閾値電力の値を超えたとき、さらに、漏洩電流Ｉｇｒの値が閾値漏洩電流Ｉｇｒの値を超えたとき、警報情報を警報器や漏電流遮断器を動作させる制御信号を出力し、その制御信号に基づいて警報器２１を動作し、音や光による警報を発し、さらには漏洩電流遮断器を動作させて電路の遮断を行うことができる。
【0076】
上述したような構成を備えた電力及び漏洩電流測定装置により、配電変圧器の低圧側の三相巻線をΔ形に結線した三相３線のΔ形配電方式を採用した配電系統の電力を測定し、対地絶縁系統に起因する漏洩電流Ｉｇｒを検出する状態を説明する。
【0077】
まず、三相の配電線４（４Ｒ，４Ｓ，４Ｔ）を通過し、エネルギー変換設備である負荷設備や発電設備、蓄電設備などの設備５に起因する設備電力Ｗを測定する方法について説明する。
【0078】
設備電力Ｗを測定するには、配電線４Ｓを流れる設備電流ＩＳを信号処理部３の設備電流検出器３１により検出する。この設備電流ＩＳは、変流器１１により設備電流検出器３１の動作に適した電流値に変流され、この変流された成分が入力端子３１ａを介して設備電流検出器３１に入力される。この設備電流検出器３１に入力された設備電流ＩＳの変流成分は、設備電流検出器３１に設けた抵抗器により設備電流ＩＳに比例する電圧に変換され、設備電流ＩＳの周波数帯域以外の周波数成分がローパスフィルタにより低減されて出力される。
【0079】
この設備電流ＩＳの検出とともに、三相の巻線１を構成する各巻線の電圧端子Ｒ，Ｓ，Ｔのうちの端子ＲとＴとの間に発生する発生する線間電圧ＥＴＲを信号処理部３の電圧検出器３３により検出する。電圧検出器３３に入力さる数百ボルト程度の線間電圧ＥＴＲは、電圧検出器３３に設けた変圧器により、ＩＣ回路を備える演算部１４での処理を可能とする電圧レベルまで降下される。本実施の形態では、５Ｖ程度まで降下される。また、線間電圧ＥＴＲの周波数帯域化の周波数成分は、電圧検出器３３に設けたローパスフィルタにより低減されて出力される。
【0080】
そして、設備電流検出器３１と電圧検出器３３により所定の電圧レベルに降下され、それぞれの周波数帯域以外の周波数成分が低減された設備電流ＩＳの検出成分と線間電圧ＥＴＲの検出成分は、演算部１４の乗算器４１に入力される。乗算器４１に入力された低減された設備電流ＩＳの検出成分の瞬時値と線間電圧ＥＴＲの検出成分の瞬時値は互いに組み合わせられて乗算され、交流の脈動値として平均器４２に入力される。平均器４２に入力され平均化される交流の脈動値は、三相無効電力値を１／√３で除した値に相当するＱの値として出力される。
【0081】
また、設備電流ＩＳの検出成分の瞬時値と線間電圧ＥＴＲの検出成分の瞬時値は、それぞれ実効値変換器３２，３４に入力され実効値に変換される。そして、実効値変換器３２，３４により実効値に変換された設備電流ＩＳの検出成分と線間電圧ＥＴＲの検出成分は、乗算器４１ｂに入力されて乗算される。乗算器４１ｂにより乗算された設備電流ＩＳの検出成分と線間電圧ＥＴＲの検出成分は、三相皮相電力値を１／√３分で除した値に相当するＶＡの値として出力される。
【0082】
平均器４２により平均化され、上記Ｑの値として出力される設備電流ＩＳの検出成分の瞬時値と線間電圧ＥＴＲの検出成分の瞬時値は、加算器４３に入力され自乗される。また、乗算器４１ｂにより乗算され上記ＶＡの値として出力される設備電流ＩＳの検出成分と線間電圧ＥＴＲの検出成分も、加算器４３に入力され自乗される。これら自乗された値は、加算器４３で加算される。この加算器４３は、加算した値を開平し、この開平した値の√３倍の値を配電線４を通過し設備５に起因する三相の設備電力Ｗの値として算出する。
【0083】
加算器４３により検出された設備電力Ｗの情報は、表示並びにインターフェース部１５に出力される。表示並び外部インターフェース部１５に入力された設備電力Ｗの情報は、外部インターフェース１５ａを介して表示部２０に出力され、表示部２０にその値が表示される。また、設備電力Ｗの情報は、外部インターフェース１５ａを介して設備５を制御する制御機構の制御部や情報の記録部に伝送され記録される。
【0084】
ところで、配電線４には電圧印加部分から接地部分へ対地静電容量６や対地絶縁抵抗７を通じて対地漏洩電流である零相電流Ｉ０も流れるが、零相電流Ｉ０は、設備５に起因する設備電流ＩＳよりはるかに小さいので、設備電力Ｗの測定に当たっては無視することができる。
【0085】
次に、配電線４に関連する電圧印加部分から接地部分へ対地絶縁抵抗７を通じて流れる漏洩電流Ｉｇｒの測定について説明する。
【0086】
本発明に係る電力及び漏洩電流測定装置は、設備電力Ｗを測定するために信号処理部３の電圧検出器３３に入力される線間電圧ＥＴＲを、漏洩電流Ｉｇｒを測定する際の基準電圧Ｅとし、信号処理部３の零相電流検出器３０に入力された３相の電流のベクトル和である零相電流Ｉ０の基準電圧Ｅと同相の成分、つまり有効成分Ａの値を求め、基準電圧Ｅと直角方向の成分、つまり無効成分Ｂの値を求め、これ有効成分Ａの値と無効成分Ｂの値から漏洩電流Ｉｇｒを測定する。以下、漏洩電流Ｉｇｒの測定の方法を説明する。
【0087】
本発明に係る電力及び漏洩電流測定装置は、三相の各配電線４Ｒ，４Ｓ，４Ｔに流れる電流のベクトル和である零相電流Ｉ０を検出する零相変流器９を介して処理演算部１６を構成する信号処理部３の零相電流検出器３０に入力する。
【0088】
なお、三相の電圧端子Ｒ，Ｓ，Ｔ中の端子Ｓは、接地線８を介して接地点G点に接続され接地されるとともに配電線４Ｓに接続されている。
【0089】
また、三相の配電線４Ｒ，４Ｓ，４Ｔ及びこれら配電線４Ｒ，４Ｓ，４Ｔに接続された設備５には、図１に示すように、対地静電容量６であるＣＲ，ＣＳ，ＣＴが存在する。具体的には、３相のうちの電圧端子Ｒと設備５とを接続する配電線４Ｒ及び設備５のＲ相には対地静電容量ＣＲが存在し、電圧端子Ｔと設備５とを接続する配電線４Ｔ及び設備５のＴ相には対地静電容量ＣＴが存在する。また、三相３線のΔ形配電方式では、３相のうちの接地されているＳ相の対地電圧がほぼ０であるので、Ｓ相の対地漏洩電流は省略し、Ｒ相及びＴ相の配電線４Ｒ，４Ｔ及び設備５のＲ相、Ｔ相の静電容量ＣＲ，ＣＴには、常時、対地漏洩電流ＩｇｃＲ，ＩｇｃＴが流れ、三相の配電線４Ｒ，４Ｓ，４Ｔ及びそれらに接続された設備５には対地漏洩コンダクタンスであるｇＲ，ｇＳ，ｇＴが生じることがあり、対地漏洩コンダクタンスｇＲ，ｇＴに漏洩電流ＩｇｒＲ，ＩｇｒＴが流れることがある。
【0090】
そして、配電線４Ｒ及び設備５に生じた対地静電容量ＣＲを流れる対地電流ＩｇｃＲ、配電線４Ｔ及び設備５に生じた対地静電容量ＣＴを流れる対地電流ＩｇｃＴ、配電線４Ｒ及び設備５に生じた対地漏洩コンダクタンスｇＲを流れる対地電流ＩｇｒＲ、配電線４Ｔ及び設備５に生じた対地漏洩コンダクタンスｇＴを流れる対地電流ＩｇｒＴの各電流のベクトル和である零相電流Ｉ０が接地線８を経由して三相巻線１の電圧端子Ｓに帰還されるとともに零相変流器９を介して信号処理部３の零相電流検出器３０に入力される。
【0091】
ここで、配電変圧器の低圧側の三相巻線をΔ形に結線したΔ配電方式の系統で発生する対地絶縁抵抗７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。
【0092】
図１に示す配電変圧器の低圧側の三相巻線をΔ形に結線された三相３線配電方式の配電系統図において、接地された電圧端子Ｓに対して電圧端子Ｒ，端子Ｔに発生する対地電圧であり線間電圧であるＥＳＲ，ＥＳＴはベクトルによって図３のように示すことができる。
【0093】
ここで、本発明に係る電力及び漏洩電流測定装置の処理演算部１６に入力される測定の基準になる基準電圧Ｅは、Ｒ相のＴ相に対する線間電圧ＥＴＲに相当するので、図４に示すように、線間電圧ＥＴＲである基準電圧Ｅは、横軸である実数軸上で基準ベクトルＥとして表される。
【0094】
まず、Ｒ相の対地電圧である線間電圧ＥＳＲは、線間電圧ＥＴＲである基準電圧Ｅより位相角が６０度進んでおり、ｃｏｓ６０度は０．５，ｓｉｎ６０度は０．５√３であることから、ベクトル記号法により下記の式（１）のように示すことができる。ＥＳＲ＝０．５Ｅ＋ｊ０．５√３Ｅ ・・・（１）
同様にＴ相の対地電圧である線間電圧ＥＳＴは、基準電圧Ｅより位相角が１２０度進んでいるので、同じくベクトル記号法により下記の式（２）のように示すことができる。
ＥＳＴ＝−０．５Ｅ＋ｊ０．５√３Ｅ ・・・（２）
Ｒ相の配電線４Ｒ及び設備５に生じた対地静電容量ＣＲを流れる対地電流IｇｃＲ、Ｔ相の配電線４Ｔ及び設備５に生じた対地静電容量ＣＴを流れる対地電流ＩｇｃＴは、２π×商用周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）を角周波数ωとすると、下記の式（３）、（４）で示すことができる。
ＩｇｃＲ＝ｊωＣＲＥＳＲ＝−０．５√３ωＣＲＥ＋ｊ０．５ωＣＲＥ ・・・（３）
ＩｇｃＴ＝ｊωＣＴＥＳＴ＝−０．５√３ωＣＴＥ−ｊ０．５ωＣＴＥ ・・・（４）
そして、端子Ｒに接続されたＲ相の配電線４Ｒ及び設備５、Ｔ相の配電線４Ｔ及び設備５にそれぞれ対地漏洩コンダクタンスｇＲ，ｇＴが存在するとすれば、対地漏洩コンダクタンスｇＲ，ｇＴ中を流れる漏洩電流ＩｇｒＲ，ＩｇｒＴは、下記の式（５）、（６）で示すことができる。
ＩｇｒＲ＝０．５ｇＲＥ＋ｊ０．５√３ｇＲＥ ・・・（５）
ＩｇｒＴ＝−０．５ｇＴＥ＋ｊ０．５√３ｇＴＥ ・・・（６）
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は、中性点Ｎと接地点Ｇとの間を接続する接地線８に流れる電流と等しく、前記式（３）、（４）及び式（５）、（６）を加えたものであり、且つＣＲ＝ＣＴとしているので、下記の式（７）で表すことができる。
Ｉ０＝｛０．５（ｇＲ−ｇＴ）−０．５√３ω（ＣＲ＋ＣＴ）｝Ｅ
＋ｊ（０．５√３（ｇＲ＋ｇＴ）Ｅ ・・・（７）
ここで、測定の際に入力され基準になる基準電圧Ｅ、上記式（７）で表される零相電流Ｉ０、基準電圧Ｅと同位相の零相電流Ｉ０の有効成分Ａ、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４のベクトル図のように表される。
【0095】
ここで、ＥωＣＲはＲ相の対地静電容量ＣＲの中を流れる漏洩電流ＩｇｃＲであり、ＥωＣＴはＴ相の対地静電容量ＣＴの中を流れる漏洩電流ＩｇｃＴであり、ＥｇＲ，ＥｇＴはそれぞれ対地漏洩コンダクタンスｇＲ，ｇＴ中を流れる漏洩電流ＩｇｒＲ，ＩｇｒＴとなるので、基準電圧として入力された線間電圧ＥＴＲと同位相の零相電流Ｉ０の有効成分Ａは、図４に示すベクトル図の有効成分Ａに相当し、同時に上記式（７）の実数部分でもあるので、下記の式（８）により示すことができる。Ａ＝０．５ＩｇｒＲ−０．５ＩｇｒＴ−０．５√３（ＩｇｃＲ＋ＩｇｃＴ） ・・・（８）
そして、上記基準電圧Ｅから９０度位相が進んだ零相電流Ｉ０の無効成分Ｂは、図４に示すベクトル図の無効成分Ｂ及び上記式（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。
Ｂ＝０．５√３（ＩｇｒＲ＋ＩｇｒＴ）・・・（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４から分かるように、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。
【0096】
また、上記式（９）より、求める対地絶縁抵抗７に起因する漏洩電流Ｉｇｒの値は、下記の式（１０）のように、無効成分Ｂの値に２／√３を乗じて求めることができる。Ｉｇｒ＝ＩｇｒＲ＋ＩｇｒＴ＝（２／√３）Ｂ ・・・（１０）
ところで、零相電流Ｉ０の有効成分Ａ及び無効成分Ｂの値を実際に測定して求めるに当たって、一例として、零相電流Ｉ０の基準電圧Ｅと同相の有効成分Ａと、基準電圧Ｅとを乗じた値が零相電流Ｉ０と基準電圧Ｅとの電力であることを利用して、前述した設備電力Ｗを求めた際の処理手順と同様に、図２に示すように、処理演算部１６の信号処理部３へ入力された基準電圧Ｅである線間電圧ＥＴＲと零相電流Ｉ０とを演算部１４中の位相差検出器４４で乗算し、平均化して零相電流Ｉ０と基準電圧Ｅとの電力を求める。次いで、この電力を基準電圧Ｅの値で除せば零相電流Ｉ０の基準電圧Ｅと同相の計測値としての有効成分Ａの値が求まり、上記有効成分Ａの値を零相電流Ｉ０の値で除せば零相電流Ｉ０の基準電圧Ｅに対する計測値としての力率ｃｏｓθが求められ、続いて位相角θが求められる。そして、零相電流Ｉ０の値にｓｉｎθの値を乗じて零相電流Ｉ０の基準電圧Ｅと９０度の位相差である計測値としての無効成分Ｂを算出する。また、図４において、三平方の定理から、零相電流Ｉ０の値を自乗した値から有効成分Ａの値を自乗した値を減じた値を開平して無効成分Ｂの値を求めることができる。また、零相電流Ｉ０と基準電圧Ｅの波形が０値を通過した時間差及び周期を観測することにより、両波形の位相差を検出することができる。
【0097】
次に、配電変圧器の低圧側の三相巻線をＹ形に結線したＹ形配電方式の配電系統の電力及び漏洩電流の測定に本発明を適用した実施の形態を説明する。
【0098】
三相３線のＹ形配電方式は、図５に示すように、三相の配電変圧器の低圧側の三相巻線をＹ形に結線した巻線１を備え、この巻線１の中性点Ｎが接地線８を介して接地点G点に接続している。そして、Ｙ形に結線された巻線１の３つの個別巻線の一方の端子である三相の電圧端子Ｒ，Ｓ，Ｔをそれぞれ三相の配電線４（４Ｒ，４Ｓ，４Ｔ）に接続している。
【0099】
この三相３線のＹ形配電方式を採用した配電系統の電力及び漏洩電流を測定するに当たっては、図５に示すように、三相の配電線４Ｒ，４Ｓ，４ＴのうちのＲ相の配電線４Ｒに流れる設備電流ＩＲを変流器１１を介して信号処理部３に入力する。そして、図５に示すように、巻線１の端子Ｓと端子Ｔとの間に発生する線間電圧ＥＴＳが信号処理部３に入力される。この線間電圧ＥＴＳは、電力の測定のためと、漏洩電流Ｉｇｒを測定する際の基準電圧Ｅとして信号処理部３に入力される。
【0100】
Ｙ形配電方式の配電系統における電力の測定方法は、上述したΔ形配電方式の配電系統における電力の測定と全く同様であり、この電力の測定に用いられる処理演算部１６もそのまま用いることができ、線間電圧ＥＴＳの入力及びその処理も全く同様であるので、詳細な説明は省略する。但し、対地絶縁抵抗７に起因する漏洩電流Ｉｇｒの測定は、前述のΔ形配電方式の場合とは異なる処理が行われるので以下において説明する。
【0101】
また、三相４線のＹ形配電方式を採用した配電系統から三相３線の設備５に配電するときも三相３線のＹ形配電方式と同様の処理で電力及び漏洩電流Ｉｇｒの測定が行われるので、詳細な説明は省略する。なお、単相設備に配電するときには、設備単体若しくはグループ毎に電力及び漏洩電流Ｉｇｒの測定が行われる。
【0102】
次に、Ｙ形配電方式の配電系統で発生する対地絶縁抵抗７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。
【0103】
配電変圧器の低圧側の巻線１がＹ形に結線された三相３線又は三相４線の配電方式を用いた図５に示す配電系統図において、電圧端子Ｓと電圧端子Ｔ間に発生する線間電圧ＥＴＳ及びＹ巻線１の接地点である中性点Ｎに対して各端子Ｒ，Ｓ，Ｔに発生する対地電圧ＥＲ，ＥＳ，ＥＴは、ベクトルによって図６のように示すことができる。
【0104】
ここで、設備５に起因する電力Ｗ及び漏洩電流Iｇｒを測定する際、本発明に係る測定装置の処理演算部１６の信号処理部３に入力する線間電圧ＥＴＳ、即ち測定の基準になる基準電圧Ｅは横軸である実数軸上で基準ベクトルＥとして表される。
【0105】
このとき対地電圧ＥＲ，ＥＳ，ＥＴの電圧値は、基準電圧Ｅ、即ち線間電圧ＥＴＳの１／√３である。また、各対地電圧ＥＲ，ＥＳ，ＥＴの位相は、線間電圧ＥＴＳよりそれぞれ９０度進み、３０度遅れ、１５０度遅れている。ここで、三相の相電圧である対地電圧ＥＲ，ＥＳ，ＥＴの電圧値をＥ／√３の値Ｅａとすると、下記の式（１１）〜（１３）のようにベクトル記号法により示すことができる。ＥＲ＝ｊＥａ ・・・（１１）
ＥＳ＝０．５√３Ｅａ−ｊ０．５Ｅａ ・・・（１２）
ＥＴ＝−０．５√３Ｅａ−ｊ０．５Ｅａ ・・・（１３）
Ｒ相の配電線４Ｒ及び設備５に生じた対地静電容量ＣＲを流れる対地電流ＩｇｃＲ、Ｓ相の配電線４Ｓ及び設備５に生じた対地静電容量ＣＳを流れる対地電流ＩｇｃＳ、Ｔ相の配電線４Ｔ及び負荷設備５に生じた対地静電容量ＣＴを流れる対地電流ＩｇｃＴは、２π×商用周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）を角周波数ωとすると、下記の式（１４）〜（１６）で示すことができる。
ＩｇｃＲ＝ｊωＣＲＥＲ＝−ωＣＲＥａ ・・・（１４）
ＩｇｃＳ＝ｊωＣＳＥＳ＝０．５ωＣＳＥａ＋ｊ０．５√３ωＣＳＥａ ・・・（１５）
ＩｇｃＴ＝ｊωＣＴＥＴ＝０．５ωＣＴＥａ−ｊ０．５√３ωＣＴＥａ ・・・（１６）
そして、電圧端子Ｒに接続されたＲ相の配電線４Ｒ及び設備５、電圧端子Ｓに接続されたＳ相の配電線４Ｓ及び設備５、電圧端子Ｔに接続されたＴ相の配電線４Ｔ及び設備５にそれぞれ対地漏洩コンダクタンスｇＲ，ｇＳ，ｇＴが存在するとすれば、対地漏洩コンダクタンスｇＲ，ｇＳ，ｇＴ中を流れる漏洩電流ＩｇｒＲ，ＩｇｒＳ，ＩｇｒＴは、下記の式（１７）〜（１９）で示すことができる。
ＩｇｒＲ＝ＥＲｇＲ＝ｊｇＲＥａ ・・・（１７）
ＩｇｒＳ＝ＥＳｇＳ＝０．５√３ｇＳＥａ−ｊ０．５ｇＳＥａ ・・・（１８）
ＩｇｒＴ＝ＥＴｇＴ＝−０５√３ｇＴＥａ−ｊ０．５ｇＴＥａ ・・・（１９）
中性点Ｎと接地点Ｇとの間を接続する接地線８に流れる電流である零相電流Ｉ０は、Ｒ，Ｓ，Ｔの各相の配電線４Ｒ，４Ｓ，４Ｔに流れる電流、及び三相４線式にあっては中性点Ｎに接続される配電線４Ｎに流れる電流をも加えた電流のベクトル和、つまり前記式（１４）〜（１６）及び式（１７）〜（１９）を加えたもので、下記の式（２０）で表すことができる。
Ｉ０＝｛０．５√３（ｇＳ−ｇＴ）＋０．５ωＣＳ＋０．５ωＣＴ−ωＣＲ｝Ｅａ
＋ｊ｛ｇＲ−０．５ｇＳ−０．５ｇＴ＋０．５√３（ωＣＳ−ωＣＴ）｝Ｅａ ・・・（２０）
ここで、測定の際に信号処理部３に入力され基準になる基準電圧Ｅ、上記式（２０）で表される零相電流Ｉ０、基準電圧Ｅと同位相の零相電流Ｉ０の有効成分Ａ、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４に示すベクトル図のように表される。
【0106】
ここで式（２０）中、ωＣＲＥａは、Ｒ相の対地静電容量ＣＲの中を流れる漏洩電流ＩｇｃＲであり、ωＣＳＥａ及びωＣＴＥａは、Ｓ相及びＴ相の対地静電容量ＣＳ，ＣＴの中を流れる漏洩電流ＩｇｃＳ，ＩｇｃＴであり、ｇＲＥａ，ｇＳＥａ，ｇＴＥａは、それぞれ対地漏洩コンダクタンスｇＲ，ｇＳ，ｇＴ中を流れる漏洩電流ＩｇｒＲ，ＩｇｒＳ，ＩｇｒＴとなるので、基準電圧として入力された線間電圧ＥＴＳと同位相の零相電流Ｉ０の有効成分Ａは、図４に示すベクトル図の有効成分Ａであり、同時に上記式（２０）の実数部分でもあるので、有効成分Ａは下記の式（２１）により示すことができる。Ａ＝０．５√３（ＩｇｒＳ−ＩｇｒＴ）＋０．５ＩｇｃＳ＋０．５ＩｇｃＴ−ＩｇｃＲ
・・・（２１）
上記基準電圧から９０度位相が進んだ零相電流Ｉ０の無効成分Ｂは、図４に示すベクトル図の無効成分Ｂであり、同時に上記式（２０）の虚数部分でもあるので、無効成分Ｂは下記の式（２６）により示すことができる。
Ｂ＝ＩｇｒＲ−０．５ＩｇｒＳ−０．５ＩｇｒＴ＋０．５√３（ＩｇｃＳ−ＩｇｃＴ）
・・・（２２）
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４から分かるように、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。
【0107】
本発明に係る測定装置では、三相の配電線及び設備の各相はバランスしているとして取り扱うことにより、Ｒ，Ｓ，Ｔの各相の対地静電容量ＣＲ，ＣＳ，ＣＴの値は等しくなり、上記式（２１）及び式（２２）中のＩｇｃの部分は消去され、Ｉｇｒの部分のみとなる。
【0108】
即ち、零相電流Ｉ０の有効成分Ａ、無効成分Ｂは下記の式のように示すことができる。Ａ＝０．５√３（ＩｇｒＳ−ＩｇｒＴ） ・・・（２３）
Ｂ＝ＩｇｒＲ−０．５ＩｇｒＳ−０．５ＩｇｒＴ ・・・（２４）
上記式（２３）及び式（２４）から、Ｒ相に漏洩電流Ｉｇｒが発生したときは無効成分Ｂの値が、Ｓ相又はＴ相に漏洩電流Ｉｇｒが発生したときは有効成分Ａの絶対値の２／√３倍の値がそれぞれの相の対地絶縁抵抗７に起因する漏洩電流Ｉｇｒの値として演算する。
【0109】
また、単相と三相を共用する上記Ｖ形配電方式で配電される三相の配電系統における電圧ベクトルの関係は、図７のように示され、電力及び漏洩電流Ｉｇｒの測定については既に述べたので、ここでは、商用周波数のΔ形配電方式、Ｙ形配電方式、Ｖ形配電方式の電源から導出される単相及び三相の配電線に接続されるインバータなど構成電気素子にスイッチング素子を含む電圧周波数変換器を経由して運転周波数で配電される設備等の対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Ｉｇｒの測定装置及びその測定方法について説明する。
【0110】
まず、図１に示す三相の配電変圧器の低圧側をΔ形に結線した巻線１を有する配電方式で、三相の電圧端子Ｒ，Ｓ，Ｔ中の端子Ｓが接地され、各端子Ｒ，Ｓ，Ｔから線間電圧をＥとする三相交流が流れる配電線４Ｒ，４Ｓ，４Ｔが導出された例で、図８に示すベクトル図のように、３本の交流配電線の線間電圧ベクトルで描かれる三角形の重心Ｍが商用周波数の三相交流の電圧端子Ｒ，Ｓ，Ｔの電気的中性点で、接地された端子Ｓから電気的中性点Ｍまでの電圧Ｅｎが電気的中性点Mの対地電圧Ｅｎになる。このときの電圧Ｅｎの値は、図８に示すベクトル図から、配電線線間電圧Ｅの１／√３の値となる。
【0111】
また、２線のうちの１線を接地した、単相配電方式では図９のベクトル図に示すように、電気的中性点Ｍまでの電圧Ｅｎは、線間電圧Ｅの２分の１となり、線間電圧Ｅを基準ベクトルとすれば、電圧Ｅｎのベクトルは線間電圧Ｅの２分の１となる。
【0112】
三相の配電変圧器の低圧側をΔ形に結線された巻線１を備えるΔ形配電方式を採用した配電系統で、図１０に示すように、交流−直流の変換をダイオードやサイリスタなどのスイッチング素子を含む電気素子を含む電圧周波数変換器２を介して設備５への配電が行われるとき、３相の電圧端子Ｒ，Ｓ，Ｔに入力された線間電圧Ｅの交流電圧は電圧周波数変換器２の内部で直流電圧に整流され、さらにこの直流波形は裁断されて運転周波数端子Ｕ，Ｖ，Ｗから相電圧Ｅａの三相電圧として設備５に給電される。
【0113】
なお、交流−直流の変換を行う電圧周波数変換器２内のスイッチング素子等の電気素子は、商用周波数の交流電圧が入力される端子Ｒ，Ｓ，Ｔに対し対称的に配置結線されている。
【0114】
電圧周波数変換器２を介して設備５への配電が行われる図１０に示す配電系統において、端子Ｒ，Ｓ，Ｔに印可される商用周波数電源の電気的中性点と、端子Ｕ，Ｖ，Ｗから出力される相電圧Ｅａの運転周波数三相電圧の電気的中性点とは一致し、端子Ｒ，Ｓ，Ｔに印可される商用周波数電源の電気的中性点は、図８に示される電気的中性点Ｍである。したがって、端子Ｕ，Ｖ，Ｗの対地電圧と、電気的中性点Ｍの対地電圧Ｅｎと、端子Ｕ，Ｖ，Ｗから出力される相電圧Ｅａの三相相電圧相互の関係は、図１１のベクトル図のように表され、図１２の等価回路で表現できる。また、Ｖ形三相配電方式においては、図１３に示されるように、電気的中性点はＭである。
【0115】
但し、商用周波数の対地電圧Ｅｎと、運転周波数である相電圧Ｅａの三相電圧ＥＵ，ＥＶ，ＥＷとは同じベクトル図での表現はできないことになるが、ここでは、商用周波数の５０〜６０Ｈｚに対して、運転周波数は６０Ｈｚ以下であり、その相電圧Ｅａの電圧値は交流回転機用ＶＶＶＦインバータでは６０Ｈｚ基準で周波数に比例し、低い周波数帯では対地電圧Ｅｎの値よりはるかに低い値となり、これらの電圧を重畳させた端子Ｕ，Ｖ，Ｗの対地電圧の電圧波形は、図１４に示すように周期的に出現する最大値付近の商用周波数対地電圧Ｅｎの波形と殆ど同じである。したがって、端子Ｕ，Ｖ，Ｗの対地電圧は、商用周波数を基準とした図１１のベクトル図によって表現しているが、運転周波数三相ベクトルＥＵ，ＥＶ，ＥＷはそれらの電気的中性点Ｍを中心に回転しているのと等価であり、対地電圧Ｅｎと同位相になった運転電圧ベクトルＥＵ，ＥＶ，ＥＷのうちのいずれかの相の端子が最大対地電圧となる。したがって、測定に際しては変動周期の数倍の時間中の最大値を平均したものを測定値とする。
【0116】
上述したような理由から、スイッチング素子等の電気素子を含む電圧周波数変換器２を経由して運転周波数で配電されるＵ，Ｖ，Ｗ相に発生する設備５の対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Ｉｇｒの演算は、商用周波数を基準とした図１１に示すベクトル図、図１２に示す等価回路図、図１０に示す回路図から重畳の理を応用して行われる。
【0117】
まず、対地電圧Ｅｎによる対地漏洩電流Ｉ０ｎは、運転電圧Ｅａを０とし、この運転電圧Ｅａの端子を短絡して下記の式（２５）のように示すことができる。Ｉ０ｎ＝（ｇＵ＋ｇＶ＋ｇＷ）Ｅｎ＋ｊω３ＣＥｎ ・・・（２５）
ここで、ｇＵ，ｇＶ，ｇＷは、図９に示すように、Ｒ，Ｓ，Ｔの各相の配電線４Ｒ，４Ｓ，４Ｔに存在する対地漏洩コンダクタンスである。また、Ｃは、配電線４Ｒ，４Ｓ，４Ｔに存在する静電容量ＣＲ，ＣＳ，ＣＴが等しくこれらを静電容量Ｃとした値である。
【0118】
次に、運転電圧である三相電圧ＥＵ，ＥＶ，ＥＷによる対地漏洩電流Ｉ０ａは、対地電圧Ｅｎを０とし、対地電圧Ｅｎの端子を短絡し、且つ三相電圧ＥＵ，ＥＶ，ＥＷのうち対地電圧Ｅｎと同相のものをＥａとし、その相の対地漏洩コンダクタンスをｇａとすると下記の式（２６）のように示すことができる。Ｉ０ａ＝ｇａＥａ＋ｊω３ＣＥａ ・・・（２６）
したがって、対地漏洩電流である零相電流Ｉ０は、対地電圧Ｅｎによる対地漏洩電流Ｉ０ｎと三相電圧ＥＵ，ＥＶ，ＥＷによる対地漏洩電流Ｉ０ａとの合計となり、下記の式（２７）に示すようになる。
Ｉ０＝ｇａ（Ｅｎ＋Ｅａ）＋ｊωＣ（３Ｅｎ＋Ｅａ） ・・・（２７）
そして、零相電流Ｉ０の有効成分Ａの値はそれぞれ下記の式（２８）のように示すことができる。
Ａ＝ｇａ（Ｅｎ＋Ｅａ） ・・・（２８）
したがって、配電線４Ｒ，４Ｓ，４Ｔに存在する対地絶縁抵抗７に起因する漏洩電流Ｉｇｒは、零相電流Ｉ０の有効成分Ａの値を充当すればよい。
【0119】
以上の説明は、電圧周波数変換器２から運転周波数の交流を出力し配電していたが、直流に変換された電圧＋Ｅｄ，−Ｅｄを出力するときも、上述した式（２７）、式（２８）のＥａが＋Ｅｄ，−Ｅｄとなり、ωは０で、対地電圧Ｅｎは交流であるので、零相電流Ｉ０の値若しくは零相電流Ｉ０の有効成分Ａの絶対値を対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Ｉｇｒの値とすることができる。
【0120】
また、三相３線のＹ形配電方式の電源から配電するとき、単相３線の配電方式で接地相であるＮ相以外のＲ相、Ｔ相から配電するときは、配電線の電気的中性点Ｍが接地点となる中性点Ｎと一致するため対地電圧Ｅｎの値は０となり、対地漏洩電流である零相電流Ｉ０の周波数は通常の運転状態では運転周波数のみになる。したがって上記式（２７）で、対地電圧Ｅｎは０、周波数ωは商用周波数である対地電圧Ｅｎの周波数ωの値より小さくなり、ωＣの値も対地漏洩コンダクタンスｇＲ，ｇＳ，ｇＴに比べて小さいものとすると、零相電流Ｉ０の値を対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Ｉｇｒの値として取り扱うことができる。
【0121】
また、本発明に係る電力及び漏洩電流測定装置は、図１５に示すように、配電線４の途中に遮断器１９を設け、演算部１４により演算される設備電力Ｗの演算結果、漏洩電流Ｉｇｒの演算結果により、遮断器１９の遮断動作を制御する構成としてもよい。
【0122】
なお、図１５に示す配電系統は、配電変圧器の低圧側の三相巻線をΔ形に結線したΔ形配電方式であって、三相巻線１に接続した配電線４（４Ｒ，４Ｓ，４Ｔ）の中途部に遮断器１９（１９ａ，１９ｂ，１９ｃ）を設けている。そして、巻線１は、中途部に遮断器１９を設けた配電線４を介して複数の設備５ａ，５ｂが接続されている。また、各設備５ａ，５ｂには、それぞれ交流−直流の変換をダイオードやサイリスタなどのスイッチング素子を含む電気素子で構成された電圧周波数変換器２ａ，２ｂを介して電力の授受が行われる。
【0123】
そして、本実施の形態の電力及び漏洩電流測定装置は、演算部１４により検出された三相設備電力Ｗの値と、演算部１４に入力される設備の予め設定された電力の閾値とを比較し、三相設備電力Ｗが閾値を超えたときには、電力の超過情報を表示並びに外部インターフェース部１５に出力し、この超過情報を制御信号として、配電線４の中途部に設けた遮断器１９を動作させることにより、電圧周波数変換器２ａ，２ｂと、これら変換器２ａ，２ｂから配電される設備５ａ，設備５ｂを給電電源から遮断する。
【0124】
また、本実施の形態の電力及び漏洩電流測定装置は、演算部１４により検出された漏洩電流Ｉｇｒと、演算部１４に入力される予め設定された漏洩電流Ｉｇｒの閾値とを比較し、検出された漏洩電流Ｉｇｒの値が閾値を超えたときには、漏洩電流Ｉｇｒの超過情報を表示並びに外部インターフェース部１５に出力し、この超過情報を制御信号として、配電線４の中途部に設けた遮断器１９を動作させることにより、電圧周波数変換器２ａ，２ｂと、これら変換回路２ａ，２ｂから配電される設備５ａ，５ｂを給電電源から遮断する。
【0125】
さらに、本実施の形態の電力及び漏洩電流測定装置は、漏洩電流Ｉｇｒ及び設備電力Ｗの検出とともに、漏洩電流Ｉｇｒ及び設備電力Ｗのいずれか一方が所定の値を超えたときには、遮断器１９を動作させて、電圧周波数変換器２ａ，２ｂとそれから配電される設備５ａ，５ｂを給電電源から遮断することができるので、配電線４に接続された電圧周波数変換器２ａ，２ｂとそれから配電される設備５ａ，５ｂを絶縁不良に伴う重大事故や設備電力の過大を誘発している事故から守ることができる。
【0126】
さらに、本実施の形態の漏洩電流測定装置では、演算部１４の演算の結果により、漏洩電流Ｉｇｒや設備電力Ｗ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、その判定信号が表示並びに外部インターフェース部１５に入力され、この判定信号に基づく制御信号が出力される。この制御信号は、警報装置２１に入力される。警報装置２１は、制御信号に応じて音や発光等による警報を発することにより、漏洩電流Ｉｇｒや設備電力の異常を報知する。このような警報が発せられることにより、漏電等の事故を事前に防止することができる。
【0127】
なお、本実施の形態においても、演算部１４により演算された設備電力Ｗの値、漏洩電流Ｉｇｒは、表示並びにインターフェース部１５を介して表示部２０に出力され、この表示部２０に表示される。
【産業上の利用可能性】
【0128】
本発明に係る電力及び漏洩電流測定装置は、インバータなどスイッチング素子を含む電気素子から構成される電圧周波数変換器を経由して配電が行われる配電系統を含め、各種の配電方式を採用にした配電系統における電力及び対地絶縁抵抗に起因する漏洩電流Ｉｇｒの測定が可能であるので、種々の配電方式で配電が行われる産業設備、建築物、それに家庭内のあらゆるエネルギー変換設備に設置し、設備電力である消費電力や発生電力を把握し、最適制御のデータとして節電のための改善を容易にし、且つ測定される漏洩電流Ｉｇｒの時系列的なデータから、絶縁劣化の程度の推定が可能となり、事故の発生を未然に防ぐ予防保全が可能となり、さらに、過大な漏洩電流Ｉｇｒによる漏電事故や感電事故を防止し、また、設備電力の過大による過熱事故や、それらを原因とする火災事故などを防止することができる。
【0129】
本発明に係る電力及び漏洩電流測定装置並びにその測定方法は、設備電力及び漏洩電流Ｉｇｒを一つの装置で測定し、世界の全ての配電方式に適合し、広く全世界の配電系統や設備における電力及び絶縁測定、ひいては災害防止、省エネルギー対策や設備の予防保全面に利用できる。
【符号の説明】
【0130】
１ 巻線、２ 電圧周波数変換器、３ 信号処理部、４ 配電線、５ 設備、６ 対地静電容量、７ 対地漏洩抵抗（コンダクタンス）、８ 接地線、９ 零相変流器、１１ 変流器、１４ 演算部、１５ 表示並びに外部インターフェース部、１６ 処理演算部、１９ 漏洩遮断器、２０ 表示部、２１ 警報器、３０ 零相電流検出器、３１ 設備電流検出器、３２、３４ 実効値変換器、３３ 電圧検出器、４０ 位相差検出器、４１、４１ｂ 乗算器、４２ 平均器、４３ 加算器、４４ 演算器、４５、４６ 比較器