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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】
(24)【登録日】2022-04-26
(45)【発行日】2022-05-10
(54)【発明の名称】絶縁監視装置
(51)【国際特許分類】
G01R 31/52 20200101AFI20220427BHJP
【ＦＩ】
G01R31/52
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2018033338
(22)【出願日】2018-02-27
(65)【公開番号】P2019148498
(43)【公開日】2019-09-05
【審査請求日】2021-02-03
(73)【特許権者】
【識別番号】000232461
【氏名又は名称】日本電波株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002457
【氏名又は名称】特許業務法人広和特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】秦 真士
【審査官】越川 康弘
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１５－２０６７４１（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｒ ３１／５０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
抑制抵抗が接続された変圧器のＢ種接地線に、商用周波数と異なる特定周波数の監視信号を重畳する監視信号発生器と、前記Ｂ種接地線を流れる電流に含まれる前記特定周波数の電流を検出する電流検出手段と、
Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の三相からなる前記変圧器の二次側電線のうち、接地相とグランドとの間の地電圧Ｖne′を振幅と位相情報として検出する第１の電圧センサと、
前記二次側電線のうち、前記接地相とは別の相と前記接地相との間の線間電圧Ｖx′を振幅と位相情報として検出する第２の電圧センサと、
前記電流検出手段で検出した前記特定周波数の電流に基づいて前記二次側電線に一線地絡が発生したか否かを判定し、地絡発生時には前記一線地絡による漏電電流を算出する漏電監視ユニットと、を備え、
前記漏電監視ユニットは、
前記第１の電圧センサで検出した前記地電圧Ｖne′の位相情報を、前記第２の電圧センサで検出した前記線間電圧Ｖx′の位相情報を基準にして補正し、位相が補正された地電圧信号Ｖneと線間電圧Ｖｘとを算出する信号算出手段と、
前記漏電監視ユニットの記憶部に格納されるものであり、地絡相の地絡抵抗と静電容量とを予め決められた範囲で順次異なる値に変更して求められる前記地電圧信号Ｖneの情報から、「Ｘ＋jＹ」の形に解いた実数（Ｘ）と虚数（Ｙ）によるＸ－Ｙ座標のベクトル分布図を用いて作成され、前記ベクトル分布図は所定のオフセットの位置を座標の原点としたｘ－ｙ座標に変換されており、ｘ－ｙ座標の原点からｘ軸に沿って正方向に延びる境界線と、ｘ－ｙ座標の原点から第２象限を斜めに延びる境界線と、ｘ－ｙ座標の原点から第３象限を斜めに延びる境界線とにより、前記地絡相が前記Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の三相からなる位相範囲に区分される地絡相判別マップと、
前記信号算出手段で算出した前記地電圧信号Ｖneに前記オフセットを加算し、オフセット後の前記地電圧信号Ｖneの位相が前記地絡相判別マップのうち、いずれの位相範囲に位置しているかを判別することによって、前記Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の三相からなる前記変圧器の二次側電線のうち、いずれの相で地絡が発生しているかを判別する地絡相判別手段と、
前記特定周波数の電流の有効成分および無効成分に基づいて前記地絡相判別手段による地絡相での地絡抵抗を求める抵抗算出手段と、
前記地絡相判別手段による地絡相での静電容量を前記地絡相での地絡抵抗、前記線間電圧Ｖｘおよび前記地電圧信号Ｖneに基づいて算出する静電容量算出手段と、
該静電容量算出手段による静電容量に基づいて前記漏電電流を演算する漏電電流演算手段と、
を含んでいることを特徴とする絶縁監視装置。
【請求項2】
抑制抵抗が接続された変圧器のＢ種接地線に、商用周波数と異なる特定周波数の監視信号を重畳する監視信号発生器と、
前記Ｂ種接地線を流れる電流に含まれる前記特定周波数の電流を検出する電流検出手段と、
Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の三相からなる前記変圧器の二次側電線のうち、接地相とグランドとの間の地電圧Ｖne′を振幅と位相情報として検出する第１の電圧センサと、
前記二次側電線のうち、前記接地相とは別の相と前記接地相との間の線間電圧Ｖx′を振幅と位相情報として検出する第２の電圧センサと、
前記電流検出手段で検出した前記特定周波数の電流に基づいて前記二次側電線に一線地絡が発生したか否かを判定し、地絡発生時には前記一線地絡による漏電電流を算出する漏電監視ユニットと、を備え、
前記漏電監視ユニットは、
前記第１の電圧センサで検出した前記地電圧Ｖne′の位相情報を、前記第２の電圧センサで検出した前記線間電圧Ｖx′の位相情報を基準にして補正し、位相が補正された地電圧信号Ｖneと線間電圧Ｖｘとを算出する信号算出手段と、
前記漏電監視ユニットの記憶部に格納されるものであり、地絡相の地絡抵抗と静電容量とを予め決められた範囲で順次異なる値に変更して求められる前記地電圧信号Ｖneの情報から、「Ｘ＋ｊＹ」の形に解いた実数（Ｘ）と虚数（Ｙ）によるＸ－Ｙ座標のベクトル分布図を用いて作成され、Ｘ－Ｙ座標の原点に対して第２象限をＴ相で地絡が発生している位相範囲とし、Ｘ－Ｙ座標の原点に対して第４象限をＲ相で地絡が発生している位相範囲とする地絡相判別マップと、
前記信号算出手段で算出した前記地電圧信号Ｖneの振幅と位相情報に基づいて前記Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の三相からなる前記変圧器の二次側電線のうち、いずれの相で地絡が発生しているかを判別するため、前記地電圧信号Ｖneの振幅が予め決められた所定の振幅よりも小さいときには前記接地相となる前記Ｓ相で地絡が発生していると判定し、前記地電圧信号Ｖneの振幅が前記所定の振幅以上のときには前記地電圧信号Ｖneの位相が前記地絡相判別マップのうち、前記Ｒ相または前記Ｔ相のいずれの位相範囲に位置しているかを判別することによって、前記Ｒ相または前記Ｔ相の地絡発生を判別する地絡相判別手段と、
前記特定周波数の電流の有効成分および無効成分に基づいて前記地絡相判別手段による地絡相での地絡抵抗を求める抵抗算出手段と、
前記地絡相判別手段による地絡相での静電容量を前記地絡相での地絡抵抗、前記線間電圧Ｖｘおよび前記地電圧信号Ｖneに基づいて算出する静電容量算出手段と、
該静電容量算出手段による静電容量に基づいて前記漏電電流を演算する漏電電流演算手段と、
を含んでいることを特徴とする絶縁監視装置。
【請求項3】
前記漏電監視ユニットの前記地絡相判別手段は、前記接地相とグランドとの間の電位差に含まれる前記商用周波数の信号と、前記変圧器の１つの相の前記商用周波数の信号とに基づいて、前記一線地絡が生じた相を判別し、前記漏電電流演算手段は前記地絡抵抗に流れる前記漏電電流を算出することを特徴とする請求項１または２に記載の絶縁監視装置。
【請求項4】
前記変圧器の二次側電線は、前記Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の三相三線デルタ結線であることを特徴とする請求項１に記載の絶縁監視装置。
【請求項5】
前記変圧器の二次側電線は、単相三線結線であることを特徴とする請求項２に記載の絶縁監視装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、例えば変圧器のＢ種接地線に流れる電流を検出して、二次側電線の絶縁状態を監視するのに好適に用いられる絶縁監視装置に関する。
【背景技術】
【0002】
一般に、電気設備が設置された建物（例えば、工場、家屋等）には、外部から送電線により送電される高電圧を、受電変圧器にて低電圧に変換して電力供給することが行われている。しかし、受電変圧器は、二次側電線が地絡して漏電することがあり、このような場合には早期に漏電を検出して電路を遮断する必要がある。このため、二次側電線の絶縁状態を監視する絶縁監視装置が用いられ、従来の絶縁監視装置として、Ｉgr方式を採用したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【0003】
Ｉgr方式の絶縁監視装置は、変圧器の二次側の電線に接続されるＢ種接地線に商用周波数（５０Ｈｚ、６０Ｈｚ）とは異なる周波数の監視信号を重畳する。これにより、Ｂ種接地線に流れる監視信号と同一周波数の信号を検出し、この検出信号から漏電電流を求める。さらに、漏電電流には、抵抗成分と静電容量成分（リアクタンス成分）が存在するので、このうち静電容量成分の電流を除去して抵抗成分の電流のみを検出し、検出した漏電電流が閾値を超えた場合に漏電の発生として警報を発する構成としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０１５－２０６７４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、上述した従来技術では、漏電が発生したときに変圧器のＢ種接地線に流れる電流を抑制するために、Ｂ種接地線に抑制抵抗を挿入する構成としている。しかし、この場合の抑制抵抗は、Ｂ種接地線に重畳される前記監視信号を減衰させることがあるため、漏電電流（地絡点電流）を正確に算出することが難しくなる。しかも、従来技術では、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の三相からなる変圧器の二次側電線のうち、いずれの相で地絡が発生しているかを判別する地絡相判別が不十分であり、これによっても、漏電電流（地絡点電流）の算出精度が低下するという問題がある。
【0006】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、Ｂ種接地線に流れる電流を抑制するために抑制抵抗を設置した場合でも、漏電電流（地絡点電流）の算出精度を向上することができ、電気設備の絶縁状態を高精度に監視することができるようにした絶縁監視装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上述した課題を解決するために、本発明の絶縁監視装置は、抑制抵抗が接続された変圧器のＢ種接地線に、商用周波数と異なる特定周波数の監視信号を重畳する監視信号発生器と、前記Ｂ種接地線を流れる電流に含まれる前記特定周波数の電流を検出する電流検出手段と、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の三相からなる前記変圧器の二次側電線のうち、接地相とグランドとの間の地電圧Ｖne′を振幅と位相情報として検出する第１の電圧センサと、前記二次側電線のうち、前記接地相とは別の相と前記接地相との間の線間電圧Ｖx′を振幅と位相情報として検出する第２の電圧センサと、前記電流検出手段で検出した前記特定周波数の電流に基づいて前記二次側電線に一線地絡が発生したか否かを判定し、地絡発生時には前記一線地絡による漏電電流を算出する漏電監視ユニットと、を備え、前記漏電監視ユニットは、前記第１の電圧センサで検出した前記地電圧Ｖne′の位相情報を、前記第２の電圧センサで検出した前記線間電圧Ｖx′の位相情報を基準にして補正し、位相が補正された地電圧信号Ｖneと線間電圧Ｖｘとを算出する信号算出手段と、前記漏電監視ユニットの記憶部に格納されるものであり、地絡相の地絡抵抗と静電容量とを予め決められた範囲で順次異なる値に変更して求められる前記地電圧信号Ｖneの情報から、「Ｘ＋ｊＹ」の形に解いた実数（Ｘ）と虚数（Ｙ）によるＸ－Ｙ座標のベクトル分布図を用いて作成され、前記ベクトル分布図は所定のオフセットの位置を座標の原点としたｘ－ｙ座標に変換されており、ｘ－ｙ座標の原点からｘ軸に沿って正方向に延びる境界線と、ｘ－ｙ座標の原点から第２象限を斜めに延びる境界線と、ｘ－ｙ座標の原点から第３象限を斜めに延びる境界線とにより、前記地絡相が前記Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の三相からなる位相範囲に区分される地絡相判別マップと、前記信号算出手段で算出した前記地電圧信号Ｖneに前記オフセットを加算し、オフセット後の前記地電圧信号Ｖneの位相が前記地絡相判別マップのうち、いずれの位相範囲に位置しているかを判別することによって、前記Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の三相からなる前記変圧器の二次側電線のうち、いずれの相で地絡が発生しているかを判別する地絡相判別手段と、前記特定周波数の電流の有効成分および無効成分に基づいて前記地絡相判別手段による地絡相での地絡抵抗を求める抵抗算出手段と、前記地絡相判別手段による地絡相での静電容量を前記地絡相での地絡抵抗、前記線間電圧Ｖｘおよび前記地電圧信号Ｖneに基づいて算出する静電容量算出手段と、該静電容量算出手段による静電容量に基づいて前記漏電電流を演算する漏電電流演算手段と、を含んでいる。
また、本発明の絶縁監視装置は、抑制抵抗が接続された変圧器のＢ種接地線に、商用周波数と異なる特定周波数の監視信号を重畳する監視信号発生器と、前記Ｂ種接地線を流れる電流に含まれる前記特定周波数の電流を検出する電流検出手段と、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の三相からなる前記変圧器の二次側電線のうち、接地相とグランドとの間の地電圧Ｖne′を振幅と位相情報として検出する第１の電圧センサと、前記二次側電線のうち、前記接地相とは別の相と前記接地相との間の線間電圧Ｖx′を振幅と位相情報として検出する第２の電圧センサと、前記電流検出手段で検出した前記特定周波数の電流に基づいて前記二次側電線に一線地絡が発生したか否かを判定し、地絡発生時には前記一線地絡による漏電電流を算出する漏電監視ユニットと、を備え、前記漏電監視ユニットは、前記第１の電圧センサで検出した前記地電圧Ｖne′の位相情報を、前記第２の電圧センサで検出した前記線間電圧Ｖx′の位相情報を基準にして補正し、位相が補正された地電圧信号Ｖneと線間電圧Ｖｘとを算出する信号算出手段と、前記漏電監視ユニットの記憶部に格納されるものであり、地絡相の地絡抵抗と静電容量とを予め決められた範囲で順次異なる値に変更して求められる前記地電圧信号Ｖneの情報から、「Ｘ＋ｊＹ」の形に解いた実数（Ｘ）と虚数（Ｙ）によるＸ－Ｙ座標のベクトル分布図を用いて作成され、Ｘ－Ｙ座標の原点に対して第２象限をＴ相で地絡が発生している位相範囲とし、Ｘ－Ｙ座標の原点に対して第４象限をＲ相で地絡が発生している位相範囲とする地絡相判別マップと、前記信号算出手段で算出した前記地電圧信号Ｖneの振幅と位相情報に基づいて前記Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の三相からなる前記変圧器の二次側電線のうち、いずれの相で地絡が発生しているかを判別するため、前記地電圧信号Ｖneの振幅が予め決められた所定の振幅よりも小さいときには前記接地相となる前記Ｓ相で地絡が発生していると判定し、前記地電圧信号Ｖneの振幅が前記所定の振幅以上のときには前記地電圧信号Ｖneの位相が前記地絡相判別マップのうち、前記Ｒ相または前記Ｔ相のいずれの位相範囲に位置しているかを判別することによって、前記Ｒ相または前記Ｔ相の地絡発生を判別する地絡相判別手段と、前記特定周波数の電流の有効成分および無効成分に基づいて前記地絡相判別手段による地絡相での地絡抵抗を求める抵抗算出手段と、前記地絡相判別手段による地絡相での静電容量を前記地絡相での地絡抵抗、前記線間電圧Ｖｘおよび前記地電圧信号Ｖneに基づいて算出する静電容量算出手段と、該静電容量算出手段による静電容量に基づいて前記漏電電流を演算する漏電電流演算手段と、を含んでいる。
また、本発明の絶縁監視装置は、抑制抵抗が接続された変圧器のＢ種接地線に、商用周波数と異なる特定周波数の監視信号を重畳する監視信号発生器と、前記Ｂ種接地線を流れる電流に含まれる前記特定周波数の電流を検出する電流検出手段と、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の三相からなる前記変圧器の二次側電線のうち、接地相とグランドとの間の地電圧Ｖne′を振幅と位相情報として検出する第１の電圧センサと、前記二次側電線のうち、前記接地相とは別の相と前記接地相との間の線間電圧Ｖx′を振幅と位相情報として検出する第２の電圧センサと、前記電流検出手段で検出した前記特定周波数の電流に基づいて前記二次側電線に一線地絡が発生したか否かを判定し、地絡発生時には前記一線地絡による漏電電流を算出する漏電監視ユニットと、を備え、前記漏電監視ユニットは、前記第１の電圧センサで検出した前記地電圧Ｖne′の位相情報を、前記第２の電圧センサで検出した前記線間電圧Ｖx′の位相情報を基準にして補正し、位相が補正された地電圧信号Ｖneと線間電圧Ｖｘとを算出する信号算出手段と、前記漏電監視ユニットの記憶部に格納されるものであり、地絡相の地絡抵抗と静電容量とを予め決められた範囲で順次異なる値に変更して求められる前記地電圧信号Ｖneの情報から、「Ｘ＋ｊＹ」の形に解いた実数（Ｘ）と虚数（Ｙ）によるＸ－Ｙ座標のベクトル分布図を用いて作成され、Ｘ－Ｙ座標の原点に対して第２象限をＴ相で地絡が発生している位相範囲とし、Ｘ－Ｙ座標の原点に対して第４象限をＲ相で地絡が発生している位相範囲とする地絡相判別マップと、前記信号算出手段で算出した前記地電圧信号Ｖneの振幅と位相情報に基づいて前記Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の三相からなる前記変圧器の二次側電線のうち、いずれの相で地絡が発生しているかを判別するため、前記地電圧信号Ｖneの振幅が予め決められた所定の振幅よりも小さいときには前記接地相となる前記Ｓ相で地絡が発生していると判定し、前記地電圧信号Ｖneの振幅が前記所定の振幅以上のときには前記地電圧信号Ｖneの位相が前記地絡相判別マップのうち、前記Ｒ相または前記Ｔ相のいずれの位相範囲に位置しているかを判別することによって、前記Ｒ相または前記Ｔ相の地絡発生を判別する地絡相判別手段と、前記特定周波数の電流の有効成分および無効成分に基づいて前記地絡相判別手段による地絡相での地絡抵抗を求める抵抗算出手段と、前記地絡相判別手段による地絡相での静電容量を前記地絡相での地絡抵抗、前記線間電圧Ｖｘおよび前記地電圧信号Ｖneに基づいて算出する静電容量算出手段と、該静電容量算出手段による静電容量に基づいて前記漏電電流を演算する漏電電流演算手段と、を含んでいる。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、変圧器の二次側電線に一線地絡が発生した場合に、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の三相からなる二次側電線のうちいずれの相で地絡が発生しているかを地絡相判別手段により判別することができ、漏電電流（地絡点電流）の算出精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本発明の第１の実施の形態による絶縁監視装置を三相三線の電気回路に適用した場合の回路構成を示す電気回路図である。
【図3】地電圧Ｖne′および線間電圧Ｖr′の振幅と位相をＸ－Ｙ座標で示すベクトル図である。
【図8】Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相のうちいずれの相で地絡が発生しているかを判別するための地絡相判別マップを示す地電圧信号Ｖneのベクトル分布図である。
【図10】地絡相判別マップを作成するための処理手順を示す流れ図である。
【図11】漏電監視ユニットによる漏電監視処理を示す流れ図である。
【図13】本発明の第２の実施の形態による絶縁監視装置を単相三線の電気回路に適用した場合の回路構成を示す電気回路図である。
【図14】第２の実施の形態による地絡相判別マップを示す地電圧信号Ｖneのベクトル分布図である。
【図15】第２の実施の形態による地絡相判別処理を示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
【0011】
ここで、図１ないし図１２は本発明の第１の実施の形態を示している。図において、変圧器１は二次側回路２を有し、この二次側回路２は、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の３つの相からなる三相三線デルタ結線であり、後述の二次側電線３、抑制抵抗４およびＢ種接地線５等を含んで構成されている。変圧器１の二次側電線３は、例えばＲ相電線３Ｒ，Ｓ相電線３ＳおよびＴ相電線３Ｔからなる三相三線デルタ結線である。
【0012】
これらのＲ相電線３Ｒ，Ｓ相電線３ＳおよびＴ相電線３Ｔのうち、Ｓ相電線３ＳのＳ相が中性相とされており、変圧器１の二次側電線３は、抑制抵抗４が接続されたＢ種接地線５を経由してグランドに接地されている。抑制抵抗４は、漏電が発生したときに変圧器１のＢ種接地線５に流れる電流を抑制するために、Ｂ種接地線５に挿入されている。抑制抵抗４は、図１に示すように、抵抗Ｒｙの値に設定されている。
【0013】
Ｂ種接地線５には、絶縁監視用の信号として商用周波数（５０Ｈz 、６０Ｈz ）とは異なる特定周波数の監視信号（例えば、２０Ｈz の重畳電圧）を重畳する監視信号発生器６と、Ｂ種接地線５に流れる電流を検出する電流センサであるカレントトランス（以下、ＣＴ７という）と、が接続されている。監視信号発生器６とＣＴ７とは、後述の漏電監視ユニット８に接続されている。漏電監視ユニット８は、Ｂ種接地線５に流れる電流に含まれる前記特定周波数の電流を検出する電流検出手段をＣＴ７と共に構成している。
【0014】
図２に示すように、漏電監視ユニット８は、その入力側（即ち、Ａ／Ｄコンバータ８Ａ側）に、ＣＴ７、第１の電圧センサ９および第２の電圧センサ１０等が接続され、出力側には報知装置１１が接続されている。報知装置１１は、漏電の検出時に、早期に電路を遮断するために警報を発する装置であり、例えば警報機器、表示器または音声合成装置等で構成されている。
【0015】
第１の電圧センサ９は、図１に示すＲ相電線３Ｒ，Ｓ相電線３ＳおよびＴ相電線３Ｔのうち、接地相となるＳ相電線３Ｓとグランドとの間の地電圧Ｖne′を振幅と位相情報として検出する電圧検出器である。第２の電圧センサ１０は、前記接地相とは別の相（例えば、Ｒ相電線３Ｒ）と前記接地相（Ｓ相電線３Ｓ）との間の線間電圧Ｖx′（即ち、線間電圧Ｖr′）を振幅と位相情報として検出する電圧検出器である。
【0016】
漏電監視ユニット８は、図２に示すように、Ａ／Ｄコンバータ８Ａと演算部８Ｂと記憶部８Ｃとを備えている。この記憶部８Ｃは、例えばＲＯＭ，ＲＡＭおよび／または不揮発性メモリ等によって構成されている。記憶部８Ｃには、後述の図８に示す地絡相判別マップ、図１０に示す地絡相判別マップ作成処理用のプログラム、図１１に示す漏電監視処理用のプログラム、図１２に示す地絡相判別処理用のプログラムと、地絡点電流Ｉａが警報を発すべき電流値まで過大になっているか否かを判定するための閾値電流Ｉth等とが格納されている。
【0017】
漏電監視ユニット８の演算部８Ｂは、ＣＴ７で検出される電流から前記重畳電圧と同一周波数（前記特定周波数）の電流を検出し、この電流に基づいてＩｇｒ方式により変圧器１の二次側電線３（Ｒ相電線３Ｒ，Ｓ相電線３ＳまたはＴ相電線３Ｔ）とグランドとの間の地絡抵抗Ｒおよび静電容量Ｃを後述の如く算出する機能を備えている。即ち、漏電監視ユニット８の演算部８Ｂは、特定周波数の電流の有効成分および無効成分に基づき、変圧器１の二次側電線３（Ｒ相電線３Ｒ，Ｓ相電線３ＳまたはＴ相電線３Ｔ）の地絡抵抗Ｒを求める抵抗算出手段としての機能を備える。
【0018】
また、漏電監視ユニット８の演算部８Ｂは、後述の地絡相判別手段による地絡相での静電容量Ｃを、前記地絡相での地絡抵抗Ｒ、線間電圧Ｖｘおよび地電圧信号Ｖneに基づいて、下記の数１０式により算出する静電容量算出手段としての機能を備えている。さらに、漏電監視ユニット８の演算部８Ｂは、前記静電容量算出手段による静電容量Ｃ等に基づいて漏電電流（地絡点電流Ｉａ）を、下記の数１２～数１４式により演算する漏電電流演算手段としての機能も備えている。
【0019】
漏電監視ユニット８の前記地絡相判別手段は、前記接地相とグランドとの間の電位差に含まれる前記商用周波数の信号と、変圧器１の１つの相の前記商用周波数の信号とに基づいて、前記一線地絡が生じた相を判別する機能（例えば、図１２に示す地絡相判別処理参照）を有している。前記漏電電流演算手段（例えば、図１１のステップ１５参照）は、前記地絡抵抗Ｒに流れる漏電電流（地絡点電流Ｉａ）を算出する。なお、漏電監視ユニット８は、例えば、中央演算ユニット（ＣＰＵ）や、ＲＡＭ、ＲＯＭ、不揮発性メモリおよび／またはハードディスク等の記憶手段からなる一体型のコンピュータとして構成することができる。
【0020】
図１に示すように、二次側電線３に接続された負荷設備１２とグランドとの間に存在する抵抗と静電容量は、Ｒ相電線３Ｒ，Ｓ相電線３Ｓ，Ｔ相電線３Ｔとグランドとの間にそれぞれ存在する抵抗Ｒｒ，Ｒｓ，Ｒｔと静電容量Ｃｒ、Ｃｓ、Ｃｔとして表される。Ｒ相電線３Ｒとグランドとの間には、抵抗Ｒｒと静電容量Ｃｒとが並列に配置されている。Ｓ相電線３Ｓとグランドとの間には、抵抗Ｒｓと静電容量Ｃｓとが並列に配置され、Ｔ相電線３Ｔとグランドとの間には、抵抗Ｒｔと静電容量Ｃｔとが並列に配置されている。
【0021】
図３に示すように、第１の電圧センサ９で検出される地電圧Ｖne′は、Ｘ－Ｙ座標上での電圧（Ｘb′，Ｙb′）としてベクトル表示される。第２の電圧センサ１０で検出される線間電圧Ｖr′は、Ｘ－Ｙ座標上での電圧（Ｘc′，Ｙc′）としてベクトル表示される。地電圧Ｖne′と線間電圧Ｖr′とは同一時間（同一時刻）の信号特性を表している。地電圧Ｖne′は、線間電圧Ｖr′に対して位相差θの位置にあり、地電圧Ｖne′と線間電圧Ｖr′の振幅は、下記の数１式でそれぞれ求められる。
【0022】
【数1】
【0023】
ここで、線間電圧Ｖr′の位相を、図３に示す角度θ１だけ変位させて、図４に示すように、線間電圧Ｖｒ（Ｘｃ，Ｙｃ）、Ｙｃ＝０とすると、地電圧Ｖne′は、線間電圧Ｖｒ（Ｘｃ，０）を基準とした地電圧信号Ｖne（Ｘｂ，Ｙｂ）に補正できる。補正された地電圧信号Ｖneは、補正後の線間電圧Ｖｒに対して位相差θの位置にあり、地電圧信号Ｖneの振幅は、下記の数２で求められる。線間電圧Ｖｒの振幅は、Ｙｃ＝０であるため、Ｖｒ＝Ｘｃとなる。
【0024】
【数2】
【0025】
Ｒ相電線３ＲとＳ相電線３Ｓとの電位差は線間電圧Ｖｒであり、Ｔ相電線３ＴとＲ相電線３Ｒとの電位差は線間電圧Ｖｔであり、Ｓ相電線３ＳとＴ相電線３Ｔとの電位差は線間電圧Ｖｓである。そして、二次側電線３は、Ｒ相電線３Ｒ，Ｓ相電線３ＳおよびＴ相電線３Ｔからなる三相三線デルタ結線（三相三線環境）であるから、線間電圧Ｖｒと線間電圧Ｖｔと線間電圧Ｖｓとは、一般にそれぞれが１２０度の位相差となる。このため、線間電圧Ｖｒ＝Ｘｃ＝２００ボルトとした場合、線間電圧Ｖｔと線間電圧Ｖｓとは、下記の数３で表される。
【0026】
【数3】
【0027】
次に、図５は、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の三相で地絡成分（抵抗、静電容量）を合成した図１の等価回路図である。Ｒ相電線３Ｒでの地絡成分（抵抗Ｒｒ、静電容量Ｃｒ）を合成したインピーダンスＺｒ、Ｔ相電線３Ｔでの地絡成分（抵抗Ｒｔ、静電容量Ｃｔ）を合成したインピーダンスＺｔ、Ｓ相電線３Ｓでの地絡成分（抵抗Ｒｓ、静電容量Ｃｓ）を合成したインピーダンスＺｓは、下記の数４式を満たす関係となる。
【0028】
【数4】
【0029】
ここで、図５中の抑制抵抗４（抵抗Ｒｙ）をＳ相の地絡成分（インピーダンスＺｓ）と合成したインピーダンスＺs′は、図６の等価回路として表される。このインピーダンスＺs′は、Ｓ相のインピーダンスＺｓと抑制抵抗４の抵抗Ｒｙとに対して下記の数５式を満たす関係となる。
【0030】
【数5】
【0031】
図６の等価回路は、例えば図７のように書き換えることができ、それぞれの閉路電流をＩ１，Ｉ２と仮定し、キルヒホッフの法則を適用すると、インピーダンスＺｔ，Ｚｒ，Ｚs′と線間電圧Ｖｔ，Ｖｒの関係は、下記の数６式を満たす関係となる。そして、閉路電流Ｉ２は、数６式から下記の数７式のように求められる。
【0032】
【数6】
【0033】
【数7】
【0034】
また、地電圧信号Ｖneは、インピーダンスＺs′と閉路電流Ｉ２とを乗算して下記の数８式で求められる。閉路電流Ｉ２は、前記数７式によって求められるので、これを下記の数８式に代入することにより、地電圧信号Ｖneは、下記の数９式として求められる。
【0035】
【数8】
【0036】
【数9】
【0037】
三相三線の環境では、前記数３式のように、線間電圧Ｖｒと線間電圧Ｖｔとを求めることができる。地電圧信号Ｖneは第１の電圧センサ９で検出され、線間電圧Ｖｒは第２の電圧センサ１０で検出される。インピーダンスＺｒ，Ｚs′，Ｚｔと、抵抗Ｒｒ，Ｒｔ，Ｒｓ，Ｒｙ、静電容量Ｃｒ，Ｃｔ，Ｃｓとの関係は、前記数４式、数５式により求めることができる。
【0038】
漏電監視ユニット８は、変圧器１の二次側電線３に一線地絡が発生した場合に、二次側電線３（Ｒ相電線３Ｒ、Ｓ相電線３Ｓ、Ｔ相電線３Ｔ）のうちいずれの相で地絡が発生しているかを地絡相判別手段により判別する。そして、静電容量算出手段は、地絡相での静電容量Ｃ（Ｆはファラド）を前記地絡相での地絡抵抗Ｒ、線間電圧Ｖｘ（本実施の形態では、線間電圧Ｖｒ）および地電圧信号Ｖneに基づいて下記の数１０式により算出する。数１０式による静電容量Ｃは、各相の静電容量成分を同一（Ｃは各相の静電容量となり、Ｃ＝Ｃｒ＝Ｃｔ＝Ｃｓ）と仮定し、角周波数ωとしたとき、下記の計算式により算出できる。
【0039】
【数10】
【0040】
ここで、地電圧信号Ｖneは第１の電圧センサ９で検出され、線間電圧Ｖｒは第２の電圧センサ１０で検出される。抑制抵抗４の抵抗Ｒｙは既知の値であり、線間電圧Ｖｔは、前記数３式のように求めることができる。抵抗Ｒｒ，Ｒｓ，Ｒｔは、地絡相の抵抗であるか否かによって抵抗値が決められる。即ち、地絡相の抵抗でない場合は、抵抗値を無限に大きな値として数１０式に代入する。例えば、抵抗Ｒｒが地絡相の抵抗でない場合、数１０式中の値（１／Ｒｒ）は零と見做すことができる。他の抵抗Ｒｓ，Ｒｔの値についても同様である。
【0041】
一方、抵抗Ｒｒ，Ｒｓ，Ｒｔのうちいずれか一の抵抗が、後述の地絡相判別手段により地絡相での地絡抵抗と判定された場合、漏電監視ユニット８の演算部８Ｂは、前記抵抗算出手段として前記特定周波数の電流の有効成分および無効成分に基づいて地絡抵抗Ｒを算出する。この地絡抵抗Ｒは、従来の漏電監視装置と同様な手法により抵抗値を測定し算出することができる。
【0042】
一例として、Ｒ相で地絡が発生していると判別される場合は、図１中に示す抵抗Ｒｒが地絡抵抗Ｒとして算出される。この場合、数１０式中の値（１／Ｒｓ），（１／Ｒｔ）は零と見做して演算を行うことができる。一方、Ｓ相またはＴ相で地絡が発生していると判別された場合は、図１中に示す抵抗ＲｓまたはＲｔが地絡抵抗Ｒとして算出される。
【0043】
【0044】
図１０は地絡相判別マップ作成処理の手順を示している。まず、ステップ１では、前述した数１～数９式のように、地電圧信号ＶneをインピーダンスＺｒ，Ｚs′，Ｚｔ（即ち、前記数４式、数５式による抵抗Ｒｒ，Ｒｔ，Ｒｓ，Ｒｙと静電容量Ｃｒ，Ｃｔ，Ｃｓ）および線間電圧Ｖｒ，Ｖｔにより求めるようにする。三相三線の環境では、線間電圧Ｖｒと線間電圧Ｖｔとを、前記数３式のように求めることができる。
【0045】
次のステップ２では、例えば抵抗値０～１０００Ωの範囲で地絡抵抗Ｒを順次異なる値に変更して前記数９式中に代入すると共に、静電容量Ｃを０～３０μＦ（各相合計）の範囲で順次異なる値に変更して前記数９式中に代入し、これにより、それぞれの代入値に従った地電圧信号Ｖneを求める。次のステップ３では、このように求められた地電圧信号Ｖneを、例えば図９に示すＸ－Ｙ座標のように「Ｘ＋ｊＹ」の形に解き、実数（Ｘ）と虚数（Ｙ）のベクトル図を描く。
【0046】
次のステップ４では、図９に示すベクトル分布図の作成が完了したか否かを判定する。ステップ４で「ＮＯ」と判定する間は、前記ステップ２に戻り、これ位以降の処理を繰返す。そして、ステップ４で「ＹＥＳ」と判定したときには、図９に示すベクトル分布図の作成が完了した場合であり、次のステップ５においては、図９のベクトル分布図を、例えば図８に示す地絡相判別マップとして漏電監視ユニット８の記憶部８Ｃに記憶させる。
【0047】
ここで、図９に示す特性線１３～１５は、Ｔ相で地絡が発生していると仮定して地絡抵抗Ｒ（即ち、抵抗Ｒｔ）を抵抗値０～１０００Ωの範囲で順次変更して前記数９式に代入し、かつ静電容量Ｃ（即ち、静電容量Ｃｔ）を０～３０μＦの範囲で順次変更して代入した場合の地電圧信号Ｖneを、「Ｘ＋ｊＹ」の形に解いた実数（Ｘ）と虚数（Ｙ）のベクトル図で表している。特性線１３（実質的には１つの点）は、地絡抵抗Ｒ（即ち、抵抗Ｒｔ）が抵抗値０Ωの場合で、この場合は、静電容量Ｃ（即ち、静電容量Ｃｔ）を０～３０μＦの範囲で変更しても、地電圧信号Ｖneは一つの点にほぼ収束する特性として表わされる。
【0048】
特性線１４は、例えば地絡抵抗Ｒ（即ち、抵抗Ｒｔ）が抵抗値１２５Ωの場合で、静電容量Ｃ（即ち、静電容量Ｃｔ）を０～３０μＦの範囲で変更することにより、地電圧信号Ｖneは特性線１４に沿って変化する特性となる。その後、地絡抵抗Ｒ（即ち、抵抗Ｒｔ）を抵抗値１２５～１０００Ωまで順次変更し、抵抗値１０００Ωとした場合には、静電容量Ｃ（即ち、静電容量Ｃｔ）を０～３０μＦの範囲で変更することにより、地電圧信号Ｖneは特性線１５に沿って変化する特性となる。
【0049】
次に、図９に示す特性線１６～１８は、Ｒ相で地絡が発生していると仮定して地絡抵抗Ｒ（即ち、抵抗Ｒｒ）を抵抗値０～１０００Ωの範囲で順次変更して前記数９式に代入し、かつ静電容量Ｃ（即ち、静電容量Ｃｒ）を０～３０μＦの範囲で順次変更して代入した場合の地電圧信号Ｖneを、「Ｘ＋ｊＹ」の形に解いた実数（Ｘ）と虚数（Ｙ）のベクトル図で表している。特性線１６（実質的には１つの点）は、地絡抵抗Ｒ（即ち、抵抗Ｒｒ）が抵抗値０Ωの場合で、この場合は、静電容量Ｃ（即ち、静電容量Ｃｒ）を０～３０μＦの範囲で変更しても、地電圧信号Ｖneは一つの点にほぼ収束する特性として表わされる。
【0050】
特性線１７は、例えば地絡抵抗Ｒ（即ち、抵抗Ｒｒ）が抵抗値１２５Ωの場合で、静電容量Ｃ（即ち、静電容量Ｃｒ）を０～３０μＦの範囲で変更することにより、地電圧信号Ｖneは特性線１７に沿って変化する特性となる。その後、地絡抵抗Ｒ（即ち、抵抗Ｒｒ）を抵抗値１２５～１０００Ωまで順次変更し、抵抗値１０００Ωとした場合には、静電容量Ｃ（即ち、静電容量Ｃｒ）を０～３０μＦの範囲で変更することにより、地電圧信号Ｖneは特性線１８に沿って変化する特性となる。
【0051】
次に、図９に示す特性線１９～２１は、Ｓ相で地絡が発生していると仮定して地絡抵抗Ｒ（即ち、抵抗Ｒｓ）を抵抗値０～１０００Ωの範囲で順次変更して前記数９式に代入し、かつ静電容量Ｃ（即ち、静電容量Ｃｓ）を０～３０μＦの範囲で順次変更して代入した場合の地電圧信号Ｖneを、「Ｘ＋ｊＹ」の形に解いた実数（Ｘ）と虚数（Ｙ）のベクトル図で表している。特性線１９（実質的には１つの点）は、地絡抵抗Ｒ（即ち、抵抗Ｒｓ）が抵抗値０Ωの場合で、この場合は、静電容量Ｃ（即ち、静電容量Ｃｓ）を０～３０μＦの範囲で変更しても、地電圧信号Ｖneは一つの点にほぼ収束する特性として表わされる。
【0052】
特性線２０は、例えば地絡抵抗Ｒ（即ち、抵抗Ｒｓ）が抵抗値１２５Ωの場合で、静電容量Ｃ（即ち、静電容量Ｃｓ）を０～３０μＦの範囲で変更することにより、地電圧信号Ｖneは特性線２０に沿って変化する特性となる。その後、地絡抵抗Ｒ（即ち、抵抗Ｒｓ）を抵抗値１２５～１０００Ωまで順次変更し、抵抗値１０００Ωとした場合には、静電容量Ｃ（即ち、静電容量Ｃｓ）を０～３０μＦの範囲で変更することにより、地電圧信号Ｖneは特性線２１に沿って変化する特性となる。
【0053】
地電圧信号Ｖneの特性線１３～１５（Ｔ相で地絡が発生した場合）と、地電圧信号Ｖneの特性線１６～１８（Ｒ相で地絡が発生した場合）と、地電圧信号Ｖneの特性線１９～２１（Ｓ相で地絡が発生した場合）とから判断すると、地電圧信号Ｖneを図９に示すＸ－Ｙ座標のように「Ｘ＋ｊＹ」の形に解き、実数（Ｘ）と虚数（Ｙ）のベクトル分布図として作成した特性は、特定のパターンを有していることが分かる。
【0054】
この特定のパターンは、静電容量Ｃ（即ち、静電容量Ｃｒ、Ｃｔ，Ｃｓ）を０～３０μＦの範囲で順次大きくし、さらに、これ以上に大きくすればするほど、地電圧信号Ｖneは、図９に示すＸ－Ｙ座標上でのオフセット位置「Ｘｏ＋ｊＹｏ」に近付くパターンであることが確認された。なお、地絡抵抗Ｒ（即ち、抵抗Ｒｒ，Ｒｔ，Ｒｓ）を抵抗値１０００Ω以下に設定したのは、１０００Ω以上に抵抗値を大きくしたら、地絡相（Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相のいずれで地絡が発生しているか）を判別するのが難しくなるからである。地絡抵抗Ｒが１０００Ωを超えた場合は、漏電電流（地絡点電流Ｉａ）が微弱な電流となり、例えば図１１に示すステップ１６では「ＮＯ」、即ち閾値電流Ｉthよりも小さいと判定される。
【0055】
地電圧信号Ｖneは、図９に示すＸ－Ｙ座標上でのオフセット位置「Ｘｏ＋ｊＹｏ」に近付くパターンのベクトル分布図で表される。この場合のオフセット位置「Ｘｏ＋ｊＹｏ」は、例えば下記の数１１式によるオフセット位置であることが確認された。
【0056】
【数11】
【0057】
図９に示すｘ－y座標は、Ｘ－Ｙ座標上でのオフセット位置「Ｘｏ＋ｊＹｏ」を座標の原点（０，０）としたオフセット後の座標である。図９のベクトル分布図は、ｘ－y座標にオフセットされた図８に示す地絡相判別マップとして漏電監視ユニット８の記憶部８Ｃに記憶される。図８に示す地絡相判別マップは、ｘ－y座標の原点（０，０）からｘ軸に沿って正方向に延びる境界線２２と、ｘ－y座標の原点（０，０）から第２象限を斜めに延びる境界線２３と、ｘ－y座標の原点（０，０）から第３象限を斜めに延びる境界線２４とにより地絡相が、Ｔ相（境界線２２，２３の間）と、Ｓ相（境界線２３，２４の間）と、Ｒ相（境界線２２，２４の間）とに区分されている。
【0058】
境界線２２は、ｘ軸に対して角度が零であり、境界線２３は、例えば１３０度前，後の角度でｘ軸に対して斜めに傾斜している。境界線２４は、例えば２１０度前，後の角度でｘ軸に対して斜めに傾斜している。Ｔ相で地絡が発生した場合の地電圧信号Ｖneは、境界線２２，２３の間の位相範囲となる。また、Ｓ相で地絡が発生した場合の地電圧信号Ｖneは、境界線２３，２４の間の位相範囲となる。一方、Ｒ相で地絡が発生した場合の地電圧信号Ｖneは、境界線２２，２４の間の位相範囲となる。
【0059】
第１の実施の形態による絶縁監視装置は、上述の如き構成を有するもので、次に、漏電監視ユニット８による漏電監視処理を、図１１の処理手順に従って説明する。
【0060】
図１１の処理が開始されると、漏電監視ユニット８はＣＴ７で検出される電流から前記重畳電圧と同一周波数（前記特定周波数）の電流を検出し、この電流に基づいて二次側電線３に一線地絡（漏電）が発生しているか否かをステップ１１で判定する。ステップ１１で「ＮＯ」と判定する間は、この判定処理を続ける。ステップ１１で「ＹＥＳ」と判定したときには、次のステップ１２で地絡相判別処理を後述の図１２に示す手順に沿って行う。
【0061】
次のステップ１３では、変圧器１の二次側電線３（Ｒ相電線３Ｒ，Ｓ相電線３ＳまたはＴ相電線３Ｔ）とグランドとの間の地絡抵抗Ｒを算出する。即ち、漏電監視ユニット８の演算部８Ｂは、抵抗算出手段として前記特定周波数の電流の有効成分および無効成分に基づいて地絡抵抗Ｒを、従来の漏電監視装置と同様な手法により算出することができる。ステップ１３の処理は、地絡抵抗Ｒを求める抵抗算出手段の具体例を示している。
【0062】
次のステップ１４では、変圧器１の二次側電線３（Ｒ相電線３Ｒ，Ｓ相電線３ＳまたはＴ相電線３Ｔ）とグランドとの間の地絡相での静電容量Ｃを前記数１０式により算出する。即ち、漏電監視ユニット８は、後述の図１２に示す地絡相判別処理による地絡相での静電容量Ｃを、前記地絡相での地絡抵抗Ｒ、線間電圧Ｖｒおよび地電圧信号Ｖneに基づいて数１０式により算出する。ステップ１４の処理は、静電容量算出手段の具体例を示している。
【0063】
次のステップ１５では、二次側電線３に一線地絡が生じた場合に、二次側電線３（Ｒ相電線３Ｒ，Ｓ相電線３ＳまたはＴ相電線３Ｔ）とグランドとの間の静電容量が同一（即ち、Ｃ＝Ｃｒ＝Ｃｔ＝Ｃｓ）であると仮定して、前記一線地絡による漏電電流（地絡点電流Ｉａ）を前記地絡相での静電容量Ｃに基づいて算出する。ステップ１５の処理は、漏電電流演算手段の具体例を示している。
【0064】
例えば、Ｓ相で地絡が発生している場合の地絡点電流Ｉａを漏電電流Ｉasとすると、この漏電電流Ｉasは下記の数１２式により演算して求めることができる。また、Ｒ相で地絡が発生している場合の地絡点電流Ｉａを漏電電流Ｉarとすると、この漏電電流Ｉarは下記の数１３式により演算して求めることができる。Ｔ相で地絡が発生している場合の地絡点電流Ｉａを漏電電流Ｉatとすると、この漏電電流Ｉatは下記の数１４式により演算して求めることができる。
【0065】
【数12】
【0066】
【数13】
【0067】
【数14】
【0068】
次のステップ１６では、漏電電流（地絡点電流Ｉａ）が予め決められた閾値電流Ｉth以上となっているか否かを判定する。ステップ１６で「ＮＯ」と判定する間は、地絡点電流Ｉａが閾値電流Ｉthよりも小さく、微弱な電流値と判断できるので、前記ステップ１１に戻り、これ以降の処理を繰返す。一方、ステップ１６で「ＹＥＳ」と判定したときには、次のステップ１７で報知装置１１を作動させて警報を発し、二次側電線３（即ち、Ｒ相電線３Ｒ，Ｓ相電線３ＳまたはＴ相電線３Ｔのいずれか）に一線地絡による漏電が生じていることを警告するための報知を行う。
【0069】
次に、図１２を参照して地絡相判別処理について説明する。
【0070】
図１２の処理がスタートとすると、ステップ２１で地電圧Ｖne′と線間電圧Ｖr′の振幅と位相情報を、第１，第２の電圧センサ９，１０から同一時間の信号として読み込む。次のステップ２２では、前記地電圧Ｖne′の位相情報を前記線間電圧Ｖr′の位相情報を基準にして補正し、位相が補正された地電圧信号Ｖneと線間電圧Ｖｒとを算出する。このステップ２２は、信号算出手段の具体例を示している。
【0071】
次のステップ２３では、漏電監視ユニット８の記憶部８Ｃから図８に例示する地絡相判別マップを読み出す。次のステップ２４では、位相が補正された地電圧信号Ｖneに、オフセット「Ｘｏ＋ｊＹｏ」（例えば、Ｘｏ＝１００，Ｙｏ＝１００√３）を加算する。これにより、地電圧信号Ｖneは、例えば図８に示す原点（０，０）と基準としたｘ－ｙ座標上の位置、即ちオフセット後の座標位置に座標変換される。
【0072】
次のステップ２５では、オフセット後の地電圧信号Ｖneが図８に示す地絡相判別マップのうち、いずれの位相範囲（Ｒ相、Ｓ相またはＴ相のいずれ）に位置しているかを判別する。Ｔ相で地絡が発生した場合の地電圧信号Ｖneは、境界線２２，２３の間の位相範囲となる。また、Ｓ相で地絡が発生した場合の地電圧信号Ｖneは、境界線２３，２４の間の位相範囲となる。一方、Ｒ相で地絡が発生した場合の地電圧信号Ｖneは、境界線２２，２４の間の位相範囲となる。
【0073】
かくして、第１の実施の形態によると、漏電監視ユニット８は、第１の電圧センサ９で検出した地電圧Ｖne′の位相情報を、第２の電圧センサ１０で検出した線間電圧Ｖr′の位相情報を基準にして補正し、位相が補正された地電圧信号Ｖneと線間電圧Ｖｒとを算出する信号算出手段（図１２中のステップ２２）と、前記信号算出手段で算出した前記地電圧信号Ｖneの振幅と位相情報に基づいてＲ相、Ｓ相、Ｔ相の三相からなる変圧器の二次側電線３のうち、いずれの相で地絡が発生しているかを判別する地絡相判別手段（図１２中のステップ２５）と、特定周波数の電流の有効成分および無効成分に基づいて前記地絡相判別手段による地絡相での地絡抵抗Ｒを求める抵抗算出手段（図１１中のステップ１３）と、前記地絡相判別手段による地絡相での静電容量Ｃを前記地絡相での地絡抵抗Ｒ、前記線間電圧Ｖｒおよび前記地電圧信号Ｖneに基づいて算出する静電容量算出手段（図１１中のステップ１４）と、該静電容量算出手段による静電容量Ｃに基づいて漏電電流（地絡点電流Ｉａ）を演算する漏電電流演算手段（図１１中のステップ１５）と、を含んで構成されている。
【0074】
このように構成することにより、漏電監視ユニット８は、変圧器１の二次側電線３に一線地絡が発生した場合に、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の三相からなる二次側電線３（Ｒ相電線３Ｒ，Ｓ相電線３Ｓ、Ｔ相電線３Ｔ）のうちいずれの相で地絡が発生しているかを地絡相判別手段により判別することができる。このため、地絡相判別手段で判別した地絡相での静電容量Ｃを前記地絡抵抗Ｒ、線間電圧Ｖｒおよび地電圧信号Ｖneに基づいて算出することができ、算出した静電容量Ｃに基づいて演算する漏電電流（地絡点電流Ｉａ）の算出精度を向上することができる。
【0075】
これに対し、例えば特許文献１の従来技術では、漏電が発生したときに変圧器のＢ種接地線に流れる電流を抑制するために設けた抑制抵抗により、Ｂ種接地線に重畳される監視信号が減衰されることがあり、漏電電流（地絡点電流）を正確に算出することが難しい。しかも、従来技術では、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の三相からなる変圧器の二次側電線のうち、いずれの相で地絡が発生しているかを判別する地絡相判別が不十分であり、これによっても、漏電電流（地絡点電流）の算出精度が低下するという問題がある。
【0076】
そこで、第１の実施の形態によれば、上述の如き構成を採用することにより、Ｂ種接地線５に流れる電流を抑制する抑制抵抗４を設置した場合でも、漏電電流（地絡点電流Ｉａ）の算出精度を向上することができ、電気設備の絶縁状態を高精度に監視することができる。また、本実施の形態によれば、電源設備が発するノイズ成分の影響を受けにくくなり、地絡相での静電容量Ｃの算出をより正確に行うことができる。しかも、地絡抵抗Ｒのある相がＲ相、Ｓ相、Ｔ相のいずれであるかを判別しているために、地絡点電流Ｉａを正確に算出することができる。
【0077】
次に、図１３ないし図１５は第２の実施の形態を示している。本実施の形態の特徴は、変圧器の二次側電線を単相三線結線とした電気設備に、絶縁監視装置を適用する構成としたことにある。なお、第２の実施の形態では、前述した第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【0078】
第２の実施の形態で採用した変圧器３１は二次側回路３２を有し、この二次側回路３２は、単相三線結線からなる二次側電線３３を有している。変圧器３１の二次側電線３３は、例えばＲ相電線３３Ｒ，Ｓ相電線３３ＳおよびＴ相電線３３Ｔ（即ち、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相）からなる単相三線結線である。変圧器３１を単相三線電源とした場合、二次側電線３３は、単相交流電力を３本のケーブル（Ｒ相電線３３Ｒ，Ｓ相電線３３ＳおよびＴ相電線３３Ｔ）により供給する配電方式となる。
【0079】
Ｒ相電線３３Ｒ，Ｓ相電線３３ＳおよびＴ相電線３３Ｔのうち、Ｓ相電線３３Ｓ（Ｓ相）は中性相とされており、変圧器１の二次側電線３３は、抑制抵抗３４が接続されたＢ種接地線３５を経由してグランドに接地されている。抑制抵抗３４は、第１の実施の形態で述べた抑制抵抗４とほぼ同様に構成され、Ｂ種接地線３５の途中に配置（挿入）されている。Ｂ種接地線３５には、第１の実施の形態と同様に、監視信号発生器６とＣＴ７とが接続されている。
【0080】
第１の電圧センサ９は、図１３に示すＲ相電線３３Ｒ，Ｓ相電線３３ＳおよびＴ相電線３３Ｔのうち、接地相となるＳ相電線３３Ｓとグランドとの間の地電圧Ｖne′を振幅と位相情報として検出する。第２の電圧センサ１０は、前記接地相とは別の相（例えば、Ｒ相電線３３Ｒ）と前記接地相（Ｓ相電線３３Ｓ）との間の線間電圧Ｖx′（即ち、線間電圧Ｖr′）を振幅と位相情報として検出する。
【0081】
単相交流においては、線間電圧Ｖｒと線間電圧Ｖｓは同位相となり、これに対し線間電圧Ｖｔは１８０度異なる逆位相となる。このため、線間電圧Ｖｒ＝１００ボルトとした場合、線間電圧Ｖｔは、Ｖｔ＝－Ｖｒ－Ｖｓ＝－２００ボルトとなり、線間電圧Ｖｓ＝１００ボルトとなる。なお、第１の実施の形態（三相三線環境）では、線間電圧Ｖｒ，Ｖｔ，Ｖｓが前記数３式で求められ、単相三線環境とは異なっている。
【0082】
図１３に示すように、二次側電線３３に接続された負荷設備３６とグランドとの間に存在する抵抗と静電容量は、Ｒ相電線３３Ｒ，Ｓ相電線３３Ｓ，Ｔ相電線３３Ｔとグランドとの間にそれぞれ存在する抵抗Ｒｒ，Ｒｓ，Ｒｔと静電容量Ｃｒ、Ｃｓ、Ｃｔとして表される。Ｒ相電線３３Ｒとグランドとの間には、抵抗Ｒｒと静電容量Ｃｒとが並列に配置されている。Ｓ相電線３３Ｓとグランドとの間には、抵抗Ｒｓと静電容量Ｃｓとが並列に配置され、Ｔ相電線３３Ｔとグランドとの間には、抵抗Ｒｔと静電容量Ｃｔとが並列に配置されている。
【0083】
次に、変圧器３１の二次側電線３３を単相三線結線とした場合の地絡相判別マップ作成処理について説明する。
【0084】
単相三線の場合も、図１０に示す処理手順に従って地絡相判別マップを作成することができる。即ち、この場合も前記数９式のように、地電圧信号ＶneをインピーダンスＺｒ，Ｚs′，Ｚｔおよび線間電圧Ｖｒ，Ｖｔにより求めるようにする。単相三線の環境では、線間電圧Ｖｒを１００ボルトとし、線間電圧Ｖｔを－２００ボルトとして演算を行うことができる。
【0085】
次に、図１０中のステップ２において、例えば抵抗値０～１０００Ωの範囲で地絡抵抗Ｒを順次異なる値に変更して前記数９式中に代入すると共に、静電容量Ｃを０～３０μＦ（各相合計）の範囲で順次異なる値に変更して前記数９式中に代入し、これにより、それぞれの代入値に従った地電圧信号Ｖneを求める。次のステップ３では、このように求められた地電圧信号Ｖneを、例えば図１４に示すＸ－Ｙ座標のように「Ｘ＋ｊＹ」の形に解き、実数（Ｘ）と虚数（Ｙ）のベクトル図を描く。図１４に示すベクトル分布図の作成が完了した場合（例えば、図１０のステップ１５）において、図１４のベクトル分布図を地絡相判別マップとして漏電監視ユニット８の記憶部８Ｂに記憶させる。
【0086】
ここで、図１４に示す特性線３７～３９は、Ｒ相で地絡が発生していると仮定して地絡抵抗Ｒ（即ち、抵抗Ｒｒ）を抵抗値０～１０００Ωの範囲で順次変更して前記数９式に代入し、かつ静電容量Ｃ（即ち、静電容量Ｃｒ）を０～３０μＦの範囲で順次変更して代入した場合の地電圧信号Ｖneを、「Ｘ＋ｊＹ」の形に解いた実数（Ｘ）と虚数（Ｙ）のベクトル図で表している。特性線３７（実質的には１つの点）は、地絡抵抗Ｒ（即ち、抵抗Ｒｒ）が抵抗値０Ωの場合で、この場合は、静電容量Ｃ（即ち、静電容量Ｃｒ）を０～３０μＦの範囲で変更しても、地電圧信号Ｖneは一つの点にほぼ収束する特性として表わされる。
【0087】
特性線３８は、例えば地絡抵抗Ｒ（即ち、抵抗Ｒｒ）が抵抗値１２５Ωの場合で、静電容量Ｃ（即ち、静電容量Ｃｒ）を０～３０μＦの範囲で変更することにより、地電圧信号Ｖneは特性線３８に沿って変化する特性となる。その後、地絡抵抗Ｒ（即ち、抵抗Ｒｒ）を抵抗値１２５～１０００Ωまで順次変更し、抵抗値１０００Ωとした場合には、静電容量Ｃ（即ち、静電容量Ｃｒ）を０～３０μＦの範囲で変更することにより、地電圧信号Ｖneは特性線３９に沿って変化する特性となる。
【0088】
次に、図１４に示す特性線４０～４２は、Ｔ相で地絡が発生していると仮定して地絡抵抗Ｒ（即ち、抵抗Ｒｔ）を抵抗値０～１０００Ωの範囲で順次変更して前記数９式に代入し、かつ静電容量Ｃ（即ち、静電容量Ｃｔ）を０～３０μＦの範囲で順次変更して代入した場合の地電圧信号Ｖneを、「Ｘ＋ｊＹ」の形に解いた実数（Ｘ）と虚数（Ｙ）のベクトル図で表している。特性線４０（実質的には１つの点）は、地絡抵抗Ｒ（即ち、抵抗Ｒｔ）が抵抗値０Ωの場合で、この場合は、静電容量Ｃ（即ち、静電容量Ｃｔ）を０～３０μＦの範囲で変更しても、地電圧信号Ｖneは一つの点にほぼ収束する特性として表わされる。
【0089】
特性線４１は、例えば地絡抵抗Ｒ（即ち、抵抗Ｒｔ）が抵抗値１２５Ωの場合で、静電容量Ｃ（即ち、静電容量Ｃｔ）を０～３０μＦの範囲で変更することにより、地電圧信号Ｖneは特性線４１に沿って変化する特性となる。その後、地絡抵抗Ｒ（即ち、抵抗Ｒｔ）を抵抗値１２５～１０００Ωまで順次変更し、抵抗値１０００Ωとした場合には、静電容量Ｃ（即ち、静電容量Ｃｔ）を０～３０μＦの範囲で変更することにより、地電圧信号Ｖneは特性線４２に沿って変化する特性となる。
【0090】
一方、Ｓ相で地絡が発生していると仮定して地絡抵抗Ｒ（即ち、抵抗Ｒｓ）を抵抗値０～１０００Ωの範囲で順次変更して前記数９式に代入し、かつ静電容量Ｃ（即ち、静電容量Ｃｓ）を０～３０μＦの範囲で順次変更して代入しても、単相三線の場合は地電圧信号Ｖneが０ボルト（値が零）になる。これにより、Ｓ相で地絡が発生した場合は、地電圧信号Ｖneの振幅が所定値の電圧（例えば、１０ボルト）未満になると判断することができる。これに対し、地絡相がＲ相またはＴ相の場合は、地電圧信号Ｖneの振幅が所定値の電圧（例えば、１０ボルト）以上であると判断することができる。
【0091】
地電圧信号Ｖneの特性線３７～３９（Ｒ相で地絡が発生した場合）と、地電圧信号Ｖneの特性線４０～４２（Ｔ相で地絡が発生した場合）と、地電圧信号Ｖneが実質的に零（Ｓ相で地絡が発生した場合）とから判断すると、地電圧信号Ｖneを図１４に示すＸ－Ｙ座標のように「Ｘ＋ｊＹ」の形に解き、実数（Ｘ）と虚数（Ｙ）のベクトル分布図として作成した特性は、特定のパターンを有していることが分かる。
【0092】
この特定のパターンは、静電容量Ｃ（即ち、静電容量Ｃｒ、Ｃｔ，Ｃｓ）を０～３０μＦの範囲で順次大きくし、さらに、これ以上に大きくすればするほど、地電圧信号Ｖneは、図１４に示すＸ－Ｙ座標上での原点（０，０）に近付いてゆくパターンであることが確認された。単相三線の場合は、図１４のベクトル分布図をオフセット変換することなく、地絡相判別マップとして漏電監視ユニット８の記憶部８Ｂに記憶される。
【0093】
図１４に示す地絡相判別マップにおいては、地電圧信号Ｖneの振幅が所定値の電圧未満か否か、地電圧信号Ｖneの振幅がＸ－Ｙ座標の原点（０，０）に対して第２象限に位置するか、第４象限に位置するかによって、地絡相がＲ相（第４象限）とＴ相（第２象限）とに区分される。即ち、Ｒ相で地絡が発生した場合の地電圧信号Ｖneは、その振幅が前記所定値以上となり、位相が図１４に示すＸ－Ｙ座標上で第４象限の位相範囲となる。
【0094】
また、Ｔ相で地絡が発生した場合の地電圧信号Ｖneは、その振幅が前記所定値以上となり、地電圧信号Ｖneの位相は、図１４に示すＸ－Ｙ座標上で第２象限の位相範囲となる。一方、Ｓ相で地絡が発生した場合の地電圧信号Ｖneは、その振幅（電圧）が前記所定値未満で、実質的に零に近い値となる。このように、図１４に示す地絡相判別マップを参照することにより、漏電発生時の地絡相がＲ相、Ｔ相またはＳ相のいずれであるかを判別することができる。
【0095】
ここで、第２の実施の形態においては、地絡相判別処理を図１５に示す処理手順に従って行う。図１５に示すステップ３１，３２は、第１の実施の形態（図１２のステップ２１，２２）と同様に行い、位相が補正された地電圧信号Ｖneと線間電圧Ｖｘとを算出する。このステップ３２は、信号算出手段の具体例を示している。次のステップ３３では、漏電監視ユニット８の記憶部８Ｃから図１４に例示する地絡相判別マップを読み出す。
【0096】
次のステップ３４では、位相が補正された地電圧信号Ｖneの振幅が所定値（例えば、１０ボルト）未満であるか否かを判定する。ステップ３４で「ＹＥＳ」と判定したときには、Ｓ相で地絡が発生していると判別する。一方、ステップ３４で「ＮＯ」と判定したときには、次のステップ３６で、地電圧信号Ｖneが１４に示す地絡相判別マップのうち、いずれの位相範囲（Ｒ相またはＴ相のいずれ）に位置しているかを判別する。Ｒ相で地絡が発生した場合の地電圧信号Ｖneは、図１４のＸ－Ｙ座標において第４象限の位相範囲となる。一方、Ｔ相で地絡が発生した場合の地電圧信号Ｖneは、図１４のＸ－Ｙ座標において第２象限の位相範囲となる。
【0097】
かくして、このように構成される第２の実施の形態でも、前記第１の実施の形態と同様に、漏電監視ユニット８による漏電監視処理を、図１１の処理手順に従って行うことができ、地絡相判別手段で判別した地絡相（Ｒ相またはＴ相）での静電容量Ｃを地絡抵抗Ｒ、線間電圧Ｖｒおよび地電圧信号Ｖneに基づいて算出することができる。この上で、算出した静電容量Ｃに基づいて演算する漏電電流（地絡点電流Ｉａ）の算出精度を向上することができる。
【0098】
しかし、第２の実施の形態では、図１４に示す地絡相判別マップを参照することにより、漏電発生時の地絡相がＲ相、Ｔ相またはＳ相のいずれであるかを判別することができる。即ち、Ｒ相で地絡が発生した場合は、地電圧信号Ｖneの振幅が前記所定値以上となり、位相が図１４に示すＸ－Ｙ座標上で第４象限の位相範囲にあるとして判別できる。また、Ｔ相で地絡が発生した場合は、地電圧信号Ｖneの振幅が前記所定値以上となり、地電圧信号Ｖneの位相は、図１４に示すＸ－Ｙ座標上で第２象限の位相範囲になるとして判別することができる。
【0099】
一方、Ｓ相で地絡が発生した場合の地電圧信号Ｖneは、その振幅（電圧）が前記所定値未満で、実質的に零に近い値となる。これにより、単相三線の場合でも漏電発生時の地絡相が、Ｒ相、Ｔ相またはＳ相のいずれであるかを判別することができ、漏電電流（地絡点電流Ｉａ）の算出精度を向上することができる。但し、単相三線の場合は、Ｓ相地絡で地電圧信号Ｖneが発生しないので、静電容量Ｃの算出は行わない。
【0100】
なお、前記第１の実施の形態では、Ｒ相電線３ＲとＳ相電線３Ｓとの間の線間電圧Ｖr′を、第２の電圧センサ１０により検出する場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えばＴ相電線３ＴとＳ相電線３Ｓとの間の線間電圧Ｖｓ′を、第２の電圧センサ１０により線間電圧Ｖx′として検出する構成としてもよい。また、例えばＴ相電線３ＴとＲ相電線３Ｒとの間の線間電圧Ｖｔ′を、第２の電圧センサ１０により線間電圧Ｖx′として検出する構成としてもよい。この点は第２の実施の形態についても同様である。
【0101】
また、前記各実施の形態では、監視信号発生器６から、例えば２０Ｈｚの重畳電圧（特定周波数の監視信号）を流す場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、商用周波数と異なる特定周波数（例えば、１２．５Ｈｚまたは１５Ｈｚ）の監視信号を監視信号発生器６からＢ種接地線に流す構成としてもよい。
【符号の説明】
【0102】
１，３１ 変圧器
２，３２ 二次側回路
３，３３ 二次側電線
３Ｒ，３３Ｒ Ｒ相電線
３Ｓ，３３Ｓ Ｓ相電線
３Ｔ，３３Ｔ Ｔ相電線
４，３４ 抑制抵抗
５，３５ Ｂ種接地線
６ 監視信号発生器
７ ＣＴ（電流検出手段）
８ 漏電監視ユニット
９ 第１の電圧センサ
１０ 第２の電圧センサ
１２，３６ 負荷設備
２，３２ 二次側回路
３，３３ 二次側電線
３Ｒ，３３Ｒ Ｒ相電線
３Ｓ，３３Ｓ Ｓ相電線
３Ｔ，３３Ｔ Ｔ相電線
４，３４ 抑制抵抗
５，３５ Ｂ種接地線
６ 監視信号発生器
７ ＣＴ（電流検出手段）
８ 漏電監視ユニット
９ 第１の電圧センサ
１０ 第２の電圧センサ
１２，３６ 負荷設備
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】