JP7013086B2 - 漏れ電流抑制装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＲＳＴ３相の配電変圧器の２次側をＢ種接地して３相電力を供給する３相３線式の電路と大地との間の対地静電容量により発生する漏れ電流を抑制する漏れ電流抑制装置に関する。

例えば、一般需要家の動力設備の２００Ｖ系変圧器は、コストや機器質量などからＹ△結線の変圧器を採用し３相３線式にて３相電力を供給するようにしている。このＹ△結線の変圧器の２次側はＳ相にＢ種接地が施され、電路の漏電を検出する漏電検出装置が設けられている（例えば、特許文献１参照）。

電路の漏れ電流は一般的に零相電流Ｉｏと言い、容量成分漏れ電流Ｉｃと抵抗成分漏れ電流Ｉｒとで構成される。容量成分漏れ電流Ｉｃは電路と大地との間の対地静電容量により発生するものであり、抵抗成分漏れ電流Ｉｒは電路の絶縁劣化により発生するものである。漏電検出装置は、電路の絶縁劣化があったときに発生する抵抗成分漏れ電流Ｉｒを検出することが目的であるが、漏電検出装置の多くは零相電流Ｉｏが所定値以上のときに動作し漏電を検出する。

ここで、変圧器の２次側の対地静電容量が大きくなると常時の容量成分漏れ電流Ｉｃが大きくなる。容量成分漏れ電流ＩｃはＳ相のＢ種接地点の接地抵抗を流れるので、容量成分漏れ電流Ｉｃが大きくなると接地点のＳ相の対地電位が上昇するが、ＲＳＴ３相の線間電圧は、容量成分漏れ電流Ｉｃの大きさに関係なく一定に維持されるので３相電力の供給には大きな支障を来さない。

特開２００３－２３２８２６号公報

しかし、容量成分漏れ電流Ｉｃが大きくなると漏れ電流Ｉｏのうちの抵抗成分漏れ電流Ｉｒの比率が小さくなり、抵抗成分漏れ電流Ｉｒの検出精度が下がり、電路の絶縁監視の精度に影響を与えることがある（例えば、特許文献１の図７（ｂ）参照）。

また、電路には接地点の電位を基準電圧として動作する機器があり、そのような機器に対しては基準電位である接地点の電位を安定させておく必要がある。容量成分漏れ電流ＩｃがＳ相のＢ種接地点の接地抵抗を流れ、接地点のＳ相の対地電位が上昇すると、基準電圧が変動することになるので、基準電圧を安定させるためには、容量成分漏れ電流Ｉｃを抑制することが望ましい。

ここで、ＲＳＴ３相の配電変圧器の２次側がＹ結線され中性点をＢ種接地して３相電力を供給する３相３線式の電路の場合には、３相３線式の電路と大地との間の対地静電容量により発生する漏れ電流は、ＲＳＴ相の各相の漏れ電流の位相が２π／３ずつずれているので、３相各相がバランスしていれば、お互いにキャンセルして結果的には常時漏れ電流は流れない。しかし、単相電路が接続された場合などによりアンバランスになれば漏れ電流が流れることがあるので、ＲＳＴ３相の配電変圧器の２次側がＹ結線され中性点でＢ種接地して３相電力を供給する３相３線式の電路の場合であっても、容量成分漏れ電流Ｉｃを抑制することが望ましい。

本発明の目的は、ＲＳＴ３相の配電変圧器の２次側をＢ種接地して３相電力を供給する電路と大地との間の対地静電容量により発生する容量成分漏れ電流を抑制する漏れ電流抑制装置を提供することである。

請求項１の発明に係る漏れ電流抑制装置は、ＲＳＴ３相の配電変圧器の２次側がΔ結線またはＶ結線された３相のうちの１相をＢ種接地して接地相とし３相電力を供給する３相３線式の電路に接続され前記電路の対地静電容量により発生する漏れ電流を抑制する漏れ電流抑制装置において、非接地相の２相の各々の相と前記接地相との２相の線間電圧をそれぞれ１次側に入力し２次側の正極を前記接地相に接続し２次側の負極を大地への接地極に接続して２次側に１次側の逆位相の電圧を発生させるトランスと、前記トランスの２次側の負極と前記接地極との間に接続され前記対地静電容量を模擬し前記トランスとともに前記電路の対地静電容量により発生する漏れ電流を相殺するための補償電流を発生させる模擬用コンデンサと、前記電路と前記トランスとの間に接続され前記トランスの容量を超える前記補償電流が流れたとき前記トランスを前記電路から遮断する保護要素と、前記模擬用コンデンサの静電容量を自動設定する模擬用コンデンサ静電容量調整装置とを備え、前記模擬用コンデンサ静電容量調整装置は、前記線間電圧のいずれか１相の電圧を基準電圧として入力するとともに前記Ｂ種接地の接地点の電位を入力する入力部と、前記入力部で入力した前記基準電圧と前記接地点の電位との位相に基づいて前記電路の対地静電容量により発生する漏れ電流を相殺するための補償電流を演算する電気量演算部と、前記電気量演算部で演算した補償電流が得られるように前記模擬用コンデンサの静電容量を調整操作する調整操作部とを有したことを特徴とする。

請求項２の発明に係る漏れ電流抑制装置は、ＲＳＴ３相の配電変圧器の２次側がＹ結線された３相の中性点をＢ種接地して３相電力を供給する３相３線式の電路に接続され前記電路の対地静電容量により発生する漏れ電流を抑制する漏れ電流抑制装置において、ＲＳＴ３相のうち２相の各々の相と前記中性点との間の相電圧をそれぞれ１次側に入力し２次側の正極を前記中性点に接続し２次側の負極を大地への接地極に接続して２次側に１次側の逆位相の電圧を発生させるトランスと、前記トランスの２次側の負極と前記接地極との間に接続され前記対地静電容量を模擬し前記トランスとともに前記電路の対地静電容量により発生する漏れ電流を相殺するための補償電流を発生させる模擬用コンデンサと、前記電路と前記トランスとの間に接続され前記トランスの容量を超える前記補償電流が流れたとき前記トランスを前記電路から遮断する保護要素と、前記模擬用コンデンサの静電容量を自動設定する模擬用コンデンサ静電容量調整装置とを備え、前記模擬用コンデンサ静電容量調整装置は、前記相電圧のいずれか１相の電圧を基準電圧として入力するとともに前記Ｂ種接地の接地点の電位を入力する入力部と、前記入力部で入力した前記基準電圧と前記接地点の電位との位相に基づいて前記電路の対地静電容量により発生する漏れ電流を相殺するための補償電流を演算する電気量演算部と、前記電気量演算部で演算した補償電流が得られるように前記模擬用コンデンサの静電容量を調整操作する調整操作部とを有したことを特徴とする。

本発明の漏れ電流抑制装置によれば、電路と大地との間の対地静電容量により発生する容量成分漏れ電流を抑制できる。従って、絶縁監視装置による電路の絶縁監視の精度を低下させることがない。また、容量成分漏れ電流がＢ種接地点の接地抵抗を流れることを抑制できるので、Ｂ種接地点の対地電圧を０Ｖ程度に維持できる。従って、接地点の電位を基準電圧として動作する機器の基準電圧を安定させることができる。

本発明の第１実施形態に係る漏れ電流抑制装置を配電変圧器の２次側がΔ結線の電路に適用した場合の説明図。 本発明の第１実施形態に係る漏れ電流抑制装置を配電変圧器の２次側がＹ結線の電路に適用した場合の説明図 接地抵抗Ｒｂに流れる漏れ電流Ｉｇの位相によってトランスの２個の巻線（第１巻線及び第２巻線）で漏れ電流Ｉｇを相殺できる原理の説明図。 接地抵抗Ｒｂに流れる漏れ電流Ｉｇの位相によって３相の相電圧Ｖｒ、Ｖｓ、Ｖｔのうちの２相の相電圧を選択する選択基準の説明図。 漏れ電流Ｉｇの位相がＳ相成分の漏れ電流ＩｇｓとＴ相成分の漏れ電流Ｉｇｔとの間に位置する場合の補償電流Ｉｆの説明図。 漏れ電流Ｉｇの位相がＴ相成分の漏れ電流ＩｇｔとＲ相成分の漏れ電流Ｉｇｒとの間に位置する場合の補償電流Ｉｆの説明図。 本発明の第２実施形態に係る漏れ電流抑制装置を配電変圧器の２次側がΔ結線の電路に適用した場合の説明図。 本発明が適用される配電変圧器の２次側がΔ結線の電路の一例を示す説明図。 テブナンの定理を用いて図８（ａ）の電路の接地抵抗Ｒｂに流れる実際の漏れ電流Ｉｂの求め方の説明図。

以下、本発明の実施形態を説明する。本発明の実施形態の説明に先立ち、本発明が適用される３相３線式の電路及び大地との間の対地静電容量により発生する容量成分漏れ電流について説明する。図８は本発明が適用される配電変圧器の２次側がΔ結線の電路の一例を示す説明図であり、図８（ａ）はＹ△結線の変圧器を採用し３相３線式にて３相電力を供給する３相３線式の電路の一例を示す回路図、図８（ｂ）は電気量ベクトル図である。

図８（ａ）において、ＲＳＴ３相の配電変圧器１１の２次側はΔ結線され、２次側のＳ相をＢ種接地して３相電力を負荷１２に供給する３相３線式の電路が形成されている。配電変圧器１１の２次側のＳ相がＢ種接地を施されているので、Ｓ相の対地電圧は基本的に０［Ｖ］になり、他のＲ相及びＴ相の対地電圧は線間電圧Ｖとなる。Ｓ相の対地電圧は基本的に０［Ｖ］であるから、Ｓ相には大地との対地静電容量Ｃｓを介して漏れ電流は流れないので漏れ電流Ｉｇｓは０である。一方、Ｒ相の対地電圧はＲ相とＳ相との線間電圧ＶｒｓであることからＲ相の大地との対地静電容量Ｃｒには漏れ電流Ｉｇｒ｛＝Ｖｒｓ／（１／ｊωＣｒ）｝が流れ、同様に、Ｔ相の対地電圧はＴ相とＳ相との線間電圧ＶｔｓであることからＴ相の大地との対地静電容量Ｃｔには漏れ電流Ｉｇｔ｛＝Ｖｔｓ／（１／ｊωＣｔ）｝が流れる。これにより、接地抵抗Ｒｂに流れる漏れ電流Ｉｇは、Ｒ相の漏れ電流ＩｇｒとＴ相の漏れ電流Ｉｇｔとの合成電流となる。

図８（ｂ）に示すように、漏れ電流Ｉｇｒ、Ｉｇｔは、Ｂ種接地のＳ相を基準とした線間電圧Ｖｒｓ及び線間電圧Ｖｔｓに対し、位相がπ／２進みの電流となり、漏れ電流Ｉｇｒ、Ｉｇｔの位相差はπ／３となる。従って、電路全体の漏れ電流Ｉｇは、漏れ電流Ｉｇｒ、Ｉｇｔのベクトル合成となり、その大きさは｜Ｉｇｒ｜×cos（π／６）＋｜Ｉｇｔ｜×cos（π／６）である。なお、３相電圧が平衡しているときは、｜Ｖｒｓ｜＝｜Ｖｓｔ｜＝｜Ｖｔｒ｜＝Ｖである。

ところで、電路全体の漏れ電流Ｉｇが接地抵抗Ｒｂに流れることにより、その電圧降下分だけ電路全体の対地電圧が上昇することになる。そうすると、各相の対地電圧は線間電圧ではなくなるので、Ｒ相の漏れ電流Ｉｇｒ及びＴ相の漏れ電流Ｉｇｔは変化し、Ｓ相の漏れ電流Ｉｇｓも流れるようになり０でなくなる。そこで、図８（ａ）において、実際に接地抵抗Ｒｂに流れる漏れ電流Ｉｇ（＝Ｉｂ）を求めることにする。

図９はテブナンの定理を用いて図８（ａ）の電路の接地抵抗Ｒｂに流れる実際の漏れ電流Ｉｂの求め方の説明図であり、図９（ａ）は対象となるＹ△結線の変圧器の電路の回路図、図９（ｂ）は図９（ａ）の回路に対してテブナンの定理を適用した場合の回路図、図９（ｃ）は図９（ａ）の等価回路である。

図９（ａ）の対象となるＹ△結線の変圧器の電路の回路の端子間の開放電圧を測定する。回路の端子間の開放電圧はＶ／√３［Ｖ］である。次に、端子から見た内部インピーダンスＺは、内部電源である変圧器は短絡して考えるので、接地抵抗ＲｂとＲＳＴ相の電路の静電容量Ｃｒ、Ｃｓ、Ｃｔの並列接続との直列接続であり、ＲＳＴ相の電路の静電容量Ｃｒ、Ｃｓ、Ｃｔが等しくＣであるとすると、Ｚ＝Ｒｂ＋（１／ｊ３ωＣ）［Ω］となる。端子を短絡したときに流れる回路電流ｉは、テブナンの定理より、下記の（１）式として求まる。

ｉ＝（Ｖ／√３）／｛Ｒｂ＋（１／ｊ３ωＣ）｝…（１）
この回路電流ｉは、接地抵抗Ｒｂに流れる漏れ電流Ｉｂであり、漏れ電流Ｉｂは（２）式で示される。

Ｉｂ＝（Ｖ／√３）／｛Ｒｂ＋（１／ｊ３ωＣ）｝…（２）
この漏れ電流Ｉｂは対地静電容最が大きくなると大きくなる。このように、３相３線式の電路では、対地静電容量により常時漏れ電流Ｉｂが電路に流れる。

ここで、３相３線式ではなく、単相３線式の電路では、対地電圧が生じるＲ相とＴ相との電源が逆位相となり、同じ程度の対地静電容量で漏れ電流を生じさせているが、漏れ電流の位相がπだけ異なるので、Ｂ種に流れる常時漏れ電流がキャンセルされ常時漏れ電流は流れない。また、２次側がＹ結線の３相４線式の電路では、中性線をＮ相としＲＳＴ相の各相が大地との対地静電容量に対して漏れ電流が発生するが、ＲＳＴ相の各相の漏れ電流の位相が２π／３ずつずれているので、お互いにキャンセルして常時漏れ電流は流れない。

配電変圧器の２次側がΔ結線の３相３線式の電路では、対地静電容量による漏れ電流はキャンセルされない。そこで、漏れ電流の主体となっているＲ相及びＴ相に対し、その逆位相の電流を発生できれば漏れ電流をキャンセルできるので常時漏れ電流が抑制されることになる。本発明の実施形態では、この漏れ電流Ｉｂをキャンセルして結果的に常時漏れ電流Ｉｂを流れなくするものである。
一方、２次側がＹ結線の３相３線式で中性点を接地した電路の場合には、単相電路が接続された場合などによりアンバランスになれば漏れ電流が流れることがあるので、本発明の実施形態では、この漏れ電流Ｉｂもキャンセルして結果的に常時漏れ電流Ｉｂを流れなくするものである。

図１は本発明の第１実施形態に係る漏れ電流抑制装置を配電変圧器の２次側がΔ結線の電路に適用した場合の説明図であり、図１（ａ）は電路に漏れ電流抑制装置を接続した場合の構成図、図１（ｂ）は電路の電気量ベクトル図である。図１（ａ）において、その電路は図８（ａ）に示した電路と同じであり、ＲＳＴ３相の配電変圧器１１の２次側はΔ結線され、２次側のＳ相をＢ種接地して３相電力を負荷１２に供給する３相３線式の電路である。

そして、図８（ａ）の場合と同様に、電路に流れる対地静電容量による漏れ電流は、Ｒ相の漏れ電流ＩｇｒとＴ相の漏れ電流Ｉｇｔとであり、接地抵抗Ｒｂに流れる漏れ電流ＩｇはＲ相の漏れ電流ＩｇｒとＴ相の漏れ電流Ｉｇｔとの合成電流である。なお、実際に接地抵抗Ｒｂに流れる漏れ電流Ｉｂは前述したように（２）式で示される。そこで、本発明の第１実施形態では、Ｒ相の漏れ電流Ｉｇｒ及びＴ相の漏れ電流ＩｇｔをキャンセルするＲ相成分の補償電流Ｉｆｒ及びＴ相成分の補償電流Ｉｆｔを発生させる漏れ電流抑制装置１３を電路に接続し、実際に接地抵抗Ｒｂに流れる漏れ電流Ｉｂを抑制する。

漏れ電流抑制装置１３は、トランス１４、模擬用コンデンサ１５ｒ、１５ｔ、接地極１６、保護要素１７とから構成される。トランス１４は第１巻線部１８ｒと第２巻線部１８ｔとを有し、第１巻線部１８ｒは線間電圧Ｖｒｓと逆位相の電圧を発生させる巻線であり、第２巻線部１８ｔは線間電圧Ｖｔｓ逆位相の電圧を発生させる巻線である。第１巻線部１８ｒの１次側には接地相のＳ相と非接地相のＲ相との線間電圧Ｖｒｓが印加され、２次側の正極は接地相のＳ相に接続され、２次側の負極は大地への接地極１６に接続されている。同様に、第２巻線部１８ｔの１次側には接地相のＳ相と非接地相のＴ相との線間電圧Ｖｔｓが印加され、２次側の正極は接地相のＳ相に接続され、２次側の負極は大地への接地極１６に接続されている。

また、第１巻線部１８ｒの２次側の負極には模擬用コンデンサ１５ｒが接続されている。模擬用コンデンサ１５ｒは電路の対地静電容量Ｃｒを模擬し、トランス１４の第１巻線部１８ｒとともに電路の対地静電容量量Ｃｒにより発生する漏れ電流Ｉｇｒを相殺するための補償電流Ｉｆｒを発生させるものである。同様に、第２巻線部１８ｔの２次側の負極には模擬用コンデンサ１５ｔが接続されている。模擬用コンデンサ１５ｔは電路の対地静電容量Ｃｔを模擬し、トランス１４の第２巻線部１８ｔとともに電路の対地静電容量量Ｃｔにより発生する漏れ電流Ｉｇｔを相殺するための補償電流Ｉｆｔを発生させるものである。

保護要素１７は電路とトランス１４との間に接続され、トランス１４の第１巻線部１８ｒや第２巻線部１８ｔの容量を超える補償電流Ｉｆｒ、Ｉｆｔが流れたときトランス１４を電路から遮断するものであり、開閉器またはヒューズなどである。

ここで、模擬用コンデンサ１５ｒ、１５ｔは切替コンデンサである。切替コンデンサは、例えば、静電容量が異なる複数のコンデンサを有し、これら複数のコンデンサを切り替え選択して所望の静電容量が得られるようにしたものである。この切替コンデンサにより電路の対地静電容量Ｃｒ、Ｃｔの静電容量を調整する。これは、Ｓ相の抵抗接地点の接地抵抗Ｒｂの電位が０Ｖとなるように調整することにより行われる。

図１に示すように、図８（ａ）の場合と同様に、電路にはＲ相の大地との対地静電容量Ｃｒには漏れ電流Ｉｇｒが流れ、同様に、Ｔ相の大地との対地静電容量Ｃｔには漏れ電流Ｉｇｔが流れる。これにより、接地抵抗Ｒｂに流れる漏れ電流Ｉｇは、Ｒ相の漏れ電流ＩｇｒとＴ相の漏れ電流Ｉｇｔとの合成電流Ｉｇ（＝Ｉｇｒ＋Ｉｇｔ）となる。

一方、漏れ電流抑制装置１３が保護要素１７を介して接続されていることから、トランス１４の２次側から補償電流Ｉｆｒ、Ｉｆｔが流れる。すなわち、Ｒ相成分の補償電流Ｉｆｒは、第１巻線部１８ｒの２次側の正極→接地相であるＳ相→接地抵抗Ｒｂ→接地極１６→模擬用コンデンサ１５ｒ→第１巻線部１８ｒの２次側の負極に流れる。同様に、Ｔ相成分の補償電流Ｉｆｔは、第２巻線部１８ｔの２次側の正極→接地相であるＳ相→接地抵抗Ｒｂ→接地極１６→模擬用コンデンサ１５ｔ→第２巻線部１８ｔの２次側の負極に流れる。これにより、接地抵抗Ｒｂに流れる補償電流Ｉｆは、Ｒ相成分の補償電流ＩｆｒとＴ相成分の補償電流Ｉｆｔとの合成電流Ｉｆ（＝Ｉｆｒ＋Ｉｆｔ）となる。

接地抵抗Ｒｂに流れる補償電流Ｉｆは、接地抵抗Ｒｂに流れる漏れ電流Ｉｇと逆向きである。これは、トランス１４は２次側に線間電圧Ｖｒｓ、Ｖｔｓと逆位相の電圧を発生させているからである。図８（ｂ）に示すように、Ｒ相成分の補償電流ＩｆｒはＲ相の漏れ電流Ｉｇｒと逆位相（πだけずれた位相）であり、Ｔ相成分の補償電流ＩｆｔはＲ相の漏れ電流Ｉｇｔと逆位相（πだけずれた位相）である。従って、Ｒ相成分の補償電流ＩｆｒとＴ相成分の補償電流Ｉｆｔとの合成電流Ｉｆ（＝Ｉｆｒ＋Ｉｆｔ）により、Ｒ相の漏れ電流ＩｇｒとＴ相の漏れ電流Ｉｇｔとの合成電流Ｉｇ（＝Ｉｇｒ＋Ｉｇｔ）は相殺される。

このように、３相３線式で漏れ電流Ｉｇの主体となっているＲＴ相の逆位相の補償電流Ｉｆを漏れ電流抑制装置１３により発生させるので、電路の常時漏れ電流が抑制される。これにより、絶縁監視装置による電路の絶縁監視の精度を低下させることがない。また、Ｂ種接地点の対地電圧を０Ｖ程度に維持できるので、接地点の電位を基準電圧として動作する機器の基準電圧を安定させることができる。以上の説明では、配電変圧器の２次側がΔ結線の場合について説明したが、配電変圧器の２次側がＶ結線の場合にも同様に適用できる。

次に、図２は本発明の第１実施形態に係る漏れ電流抑制装置を配電変圧器の２次側がＹ結線の電路に適用した場合の説明図である。漏れ電流抑制装置は図１に示したものと同一構成であるので、図１と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。

図２の電路は、ＲＳＴ３相の配電変圧器１１の２次側はＹ結線され、２次側の中性点をＢ種接地して３相電力を負荷１２に供給する３相３線式の電路である。また、ＲＳＴ３相の中性点が接地されていることから、ＲＳＴ３相の電路の対地電圧は相電圧である。

ここで、図２に示す配電変圧器の２次側がＹ結線の電路の対地静電容量Ｃｒ、Ｃｓ、Ｃｔに流れる漏れ電流Ｉｇは、Ｒ相の大地との対地静電容量Ｃｒに流れる漏れ電流Ｉｇｒ、Ｓ相の大地との対地静電容量Ｃｓに流れる漏れ電流Ｉｇｓ、Ｔ相の大地との対地静電容量Ｃｔに流れる漏れ電流Ｉｇｔである。従って、接地抵抗Ｒｂに流れる漏れ電流Ｉｇは、これらの合成電流であり、Ｉｇ＝Ｉｇｒ＋Ｉｇｓ＋Ｉｇｔで表される。このことから、本来ならば、Ｒ相の漏れ電流ＩｇｒとＳ相の漏れ電流ＩｇｓとＴ相の漏れ電流Ｉｇｔをキャンセルするために、トランス１４は相電圧Ｖｒと逆位相の電圧を発生させる第１巻線部１８ｒと、相電圧Ｖｓと逆位相の電圧を発生させる第２巻線部１８ｓと、相電圧Ｖｔと逆位相の電圧を発生させる第３巻線部１８ｔとの３個の巻線が必要である。

しかし、本発明の第１実施形態では、２個の巻線（第１巻線１８ａ及び第１巻線１８ｂ）にて漏れ電流Ｉｇ（＝Ｉｇｒ＋Ｉｇｓ＋Ｉｇｔ）を相殺するための補償電流Ｉｆを発生させるようにしている。これは、接地抵抗Ｒｂに流れる漏れ電流Ｉｇの位相によって、２個の巻線（第１巻線１８ａ及び第１巻線１８ｂ）で漏れ電流Ｉｇ（＝Ｉｇｒ＋Ｉｇｓ＋Ｉｇｔ）を相殺できるからである。

これに伴い、図２では、トランス１４の２個の巻線（第１巻線１８ａ及び第１巻線１８ｂ）に入力する相電圧は、３相の相電圧Ｖｒ、Ｖｓ、Ｖｔのうちの２相の相電圧でよいことになるので、２相の相電圧をＲＳＴ相の各相から選択しその電路にクランプ１９を挟持することにより２相の相電圧を入力する。なお、図２では、相電圧Ｖｒと相電圧Ｖｓとの２相を選択した場合を示している。

図３は、接地抵抗Ｒｂに流れる漏れ電流Ｉｇの位相によって、２個の巻線（第１巻線１８ａ及び第２巻線１８ｂ）で漏れ電流Ｉｇ（＝Ｉｇｒ＋Ｉｇｓ＋Ｉｇｔ）を相殺できる原理の説明図である。図３（ａ）は配電変圧器の２次側がＹ結線のＲＳＴ３相の相電圧ベクトル図であり、いま、漏れ電流Ｉｇとして、図３（ｂ）に示すように、Ｒ相成分の漏れ電流Ｉｇｒ、Ｓ相成分の漏れ電流Ｉｇｓ、Ｔ相成分の漏れ電流Ｉｇｔが流れたとする。Ｒ相成分の漏れ電流Ｉｇｒは相電圧Ｖｒに対してπ／２進み、Ｓ相成分の漏れ電流Ｉｇｓは相電圧Ｖｓに対してπ／２進み、Ｔ相成分の漏れ電流Ｉｇｔは相電圧Ｖｔに対してπ／２進みである。図３（ｃ）に示すように、漏れ電流Ｉｇは各相成分の漏れ電流Ｉｇｒ、Ｉｇｓ、Ｉｇｔの合成電流であり中性点の接地抵抗Ｒｂに流れる漏れ電流Ｉｇである。

図３（ｄ）に示すように、漏れ電流Ｉｇの位相は、Ｒ相成分の漏れ電流ＩｇｒとＳ相成分の漏れ電流Ｉｇｓとの間に位置する。従って、この漏れ電流Ｉｇは、図３（ｅ）に示すように、Ｒ相成分の漏れ電流ＩｇｒとＳ相成分の漏れ電流Ｉｇｓ１とで表すことができる。図３（ｅ）において、Ｒ相成分の漏れ電流Ｉｇｒはそのままとし、Ｓ相成分の漏れ電流ＩｇｓをＩｇｓ１に変化させる。これはＴ相成分の漏れ電流Ｉｇｔを加味させるためである。

このように、漏れ電流Ｉｇの位相がＲ相成分の漏れ電流ＩｇｒとＳ相成分の漏れ電流Ｉｇｓとの間に位置する場合には、各相成分の漏れ電流Ｉｇｒ、Ｉｇｓ、Ｉｇｔの合成電流である漏れ電流Ｉｇは、Ｉｇ（＝Ｉｇｒ＋Ｉｇｓ１）で表すことができ、漏れ電流抑制装置１３は、このＩｇ（＝Ｉｇｒ＋Ｉｇｓ１）を相殺するための補償電流Ｉｆ（＝Ｉｆｒ＋Ｉｆｓ）を発生させる。その場合に、トランス１４の２個の巻線（第１巻線１８ａ及び第１巻線１８ｂ）に入力する相電圧は、相電圧Ｖｒと相電圧Ｖｓとの２相である。これにより、トランス１４は３個の巻線を用意することなく２個の巻線（第１巻線及び第２巻線）にて漏れ電流Ｉｇを相殺できる。

図４は接地抵抗Ｒｂに流れる漏れ電流Ｉｇの位相によって３相の相電圧Ｖｒ、Ｖｓ、Ｖｔのうちの２相の相電圧を選択する選択基準の説明図である。図４において、領域Ａでは、漏れ電流Ｉｇの位相はＲ相成分の漏れ電流ＩｇｒとＳ相成分の漏れ電流Ｉｇｓとの間に位置する。領域Ｂでは、漏れ電流Ｉｇの位相はＳ相成分の漏れ電流ＩｇｓとＴ相成分の漏れ電流Ｉｇｔとの間に位置する。領域Ｃでは、漏れ電流Ｉｇの位相はＴ相成分の漏れ電流ＩｇｔとＲ相成分の漏れ電流Ｉｇｒとの間に位置する。

領域Ａでは、前述したように、漏れ電流ＩｇはＲ相成分の漏れ電流ＩｇｒとＳ相成分の漏れ電流Ｉｇｓとで表すことができ、トランス１４の２個の巻線（第１巻線１８ａ及び第１巻線１８ｂ）に入力する相電圧は相電圧Ｖｒと相電圧Ｖｓとの２相である。

領域Ｂでは、漏れ電流ＩｇはＳ相成分の漏れ電流ＩｇｓとＴ相成分の漏れ電流Ｉｇｔ１とで表すことができ、トランス１４の２個の巻線（第１巻線１８ａ及び第１巻線１８ｂ）に入力する相電圧は相電圧Ｖｓと相電圧Ｖｔとの２相である。
図５は、漏れ電流Ｉｇの位相がＳ相成分の漏れ電流ＩｇｓとＴ相成分の漏れ電流Ｉｇｔとの間に位置する場合の補償電流Ｉｆの説明図である。

図５（ａ）に示すように、漏れ電流Ｉｇの位相は、Ｓ相成分の漏れ電流ＩｇｓとＴ相成分の漏れ電流Ｉｇｔとの間に位置する。従って、この漏れ電流Ｉｇは、図５（ｂ）に示すように、Ｓ相成分の漏れ電流ＩｇｓとＴ相成分の漏れ電流Ｉｇｔ１とで表すことができる。図５（ｂ）において、Ｓ相成分の漏れ電流Ｉｇｓはそのままとし、Ｔ相成分の漏れ電流ＩｇｔをＩｇｔ１に変化させる。これはＲ相成分の漏れ電流Ｉｇｒを加味させるためである。

このように、漏れ電流Ｉｇの位相がＳ相成分の漏れ電流ＩｇｓとＴ相成分の漏れ電流Ｉｇｔとの間に位置する場合には、各相成分の漏れ電流Ｉｇｒ、Ｉｇｓ、Ｉｇｔの合成電流である漏れ電流Ｉｇは、Ｉｇ（＝Ｉｇｓ＋Ｉｇｔ１）で表すことができ、漏れ電流抑制装置１３は、このＩｇ（＝Ｉｇｓ＋Ｉｇｔ１）を相殺するための補償電流Ｉｆ（＝Ｉｆｓ＋Ｉｆｔ）を発生させる。その場合に、トランス１４の２個の巻線（第１巻線１８ａ及び第１巻線１８ｂ）に入力する相電圧は、相電圧Ｖｓと相電圧Ｖｔとの２相である。これにより、トランス１４は３個の巻線を用意することなく２個の巻線（第１巻線及び第２巻線）にて漏れ電流Ｉｇを相殺できる。

領域Ｃでは、漏れ電流ＩｇはＴ相成分の漏れ電流ＩｇｔとＲ相成分の漏れ電流Ｉｇｒ１とで表すことができ、トランス１４の２個の巻線（第１巻線１８ａ及び第１巻線１８ｂ）に入力する相電圧は相電圧Ｖｔと相電圧Ｖｒとの２相である。図６は、漏れ電流Ｉｇの位相がＴ相成分の漏れ電流ＩｇｔとＲ相成分の漏れ電流Ｉｇｒとの間に位置する場合の補償電流Ｉｆの説明図である。

図６（ａ）に示すように、漏れ電流Ｉｇの位相は、Ｔ相成分の漏れ電流ＩｇｔとＲ相成分の漏れ電流Ｉｇｒとの間に位置する。従って、この漏れ電流Ｉｇは、図６（ｂ）に示すように、Ｔ相成分の漏れ電流ＩｇｔとＲ相成分の漏れ電流Ｉｇｒ１とで表すことができる。図６（ｂ）において、Ｔ相成分の漏れ電流Ｉｇｔはそのままとし、Ｒ相成分の漏れ電流ＩｇｒをＩｇｒ１に変化させる。これはＳ相成分の漏れ電流Ｉｇｓを加味させるためである。

このように、漏れ電流Ｉｇの位相がＴ相成分の漏れ電流ＩｇｔとＲ相成分の漏れ電流Ｉｇｒとの間に位置する場合には、各相成分の漏れ電流Ｉｇｒ、Ｉｇｓ、Ｉｇｔの合成電流である漏れ電流Ｉｇは、Ｉｇ（＝Ｉｇｔ＋Ｉｇｒ１）で表すことができ、漏れ電流抑制装置１３は、このＩｇ（＝Ｉｇｔ＋Ｉｇｒ１）を相殺するための補償電流Ｉｆ（＝Ｉｆｔ＋Ｉｆｒ）を発生させる。その場合に、トランス１４の２個の巻線（第１巻線１８ａ及び第１巻線１８ｂ）に入力する相電圧は、相電圧Ｖｔと相電圧Ｖｒとの２相である。これにより、トランス１４は３個の巻線を用意することなく２個の巻線（第１巻線及び第２巻線）にて漏れ電流Ｉｇを相殺できる。

次に、漏れ電流Ｉｇの位相がＲ相成分の漏れ電流ＩｇｒとＳ相成分の漏れ電流Ｉｇｓとの間に位置する場合について、図２を参照して説明する。トランス１４の第１巻線部１８ａの１次側にはＲ相の相電圧Ｖｒが印加され、２次側の正極は接地抵抗Ｒｂが接続された中性点に接続され、２次側の負極は大地への接地極１６に接続されている。これにより、第１巻線部１８ａは相電圧Ｖｒと逆位相の電圧を発生させる。また、第２巻線部１８ｂの１次側にはＳ相の相電圧Ｖｓが印加され、２次側の正極は接地抵抗Ｒｂが接続された中性点に接続され、２次側の負極は大地への接地極１６に接続されている。これにより、第２巻線部１８ｂは線間電圧Ｖｓと逆位相の電圧を発生させる。

また、第１巻線部１８ａの２次側の負極には模擬用コンデンサ１５ａが接続されている。模擬用コンデンサ１５ａは電路の対地静電容量Ｃｒを模擬し、トランス１４の第１巻線部１８ａとともに補償電流ＩｆのＲ相成分Ｉｆｒを発生させるものである。同様に、第２巻線部１８ｂの２次側の負極には模擬用コンデンサ１５ｂが接続されている。模擬用コンデンサ１５ｂは電路の対地静電容量Ｃｓを模擬し、トランス１４の第２巻線部１８ｂとともに補償電流ＩｆのＳ相成分Ｉｆｓを発生させるものである。

保護要素１７は電路とトランス１４との間に接続され、トランス１４の第１巻線部１８ａや第２巻線部１８ｂの容量を超える補償電流Ｉｆｒ、Ｉｆｓが流れたときトランス１４を電路から遮断するものであり、開閉器またはヒューズなどである。

図２に示すように、電路にはＲ相の大地との対地静電容量Ｃｒには漏れ電流Ｉｇｒが流れ、Ｓ相の大地との対地静電容量Ｃｓには漏れ電流Ｉｇｓが流れ、Ｔ相の大地との対地静電容量Ｃｔには漏れ電流Ｉｇｔが流れる。これにより、接地抵抗Ｒｂに流れる漏れ電流Ｉｇは、これらの合成電流Ｉｇ（＝Ｉｇｒ＋Ｉｇｓ＋Ｉｇｔ）となる。

一方、漏れ電流抑制装置１３が保護要素１７を介して接続されていることから、トランス１４の２次側から補償電流Ｉｆｒ、Ｉｆｓが流れる。すなわち、Ｒ相成分の補償電流Ｉｆｒは、第１巻線部１８ａの２次側の正極→接地抵抗Ｒｂ→中性点→接地極１６→模擬用コンデンサ１５ａ→第１巻線部１８ａの２次側の負極に流れる。同様に、Ｓ相成分の補償電流Ｉｆｓは、第２巻線部１８ｂの２次側の正極→接地抵抗Ｒｂ→中性点→接地極１６→模擬用コンデンサ１５ｂ→第２巻線部１８ｂの２次側の負極に流れる。これにより、接地抵抗Ｒｂに流れる補償電流Ｉｆは、Ｒ相成分の補償電流ＩｆｒとＳ相成分の補償電流Ｉｆｓとの合成電流Ｉｆ（＝Ｉｆｒ＋Ｉｆｓ）となる。

次に、本発明の第２実施形態に係る漏れ電流抑制装置を説明する。図７は本発明の第２実施形態に係る漏れ電流抑制装置を配電変圧器の２次側がΔ結線の電路に適用した場合の説明図である。

この第２実施形態は、図１に示した第１実施形態に対し、模擬用コンデンサの静電容量を自動設定する模擬用コンデンサ静電容量調整装置を備えたものである。図１と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。前述したように、模擬用コンデンサ１５は切替コンデンサを用いている。この模擬用コンデンサ１５は、例えば、０．０１μＦ、０．１μＦ、１μＦの複数のコンデンサからなり、これら複数のコンデンサを選択して所望の静電容量が得られるようにしたものである。

図７に示すように、模擬用コンデンサ静電容量調整装置２０は、入力部２１、電気量演算部２２、調整操作部２３を有する。入力部２１は３相の線間電圧の１相の電圧を基準電圧として入力する。図７では線間電圧Ｖｒｓを基準電圧として入力している。また、Ｂ種接地の接地点の電位Ｖｂを入力する。図７ではトランス１４の第１巻線部１８ｒ及び第２巻線部１８ｔの１次側の負極が接地相（Ｓ相）に接続されていることから、トランス１４の第１巻線部１８ｒ及び第２巻線部１８ｔの１次側の負極から接地点の電位Ｖｂを入力している。また、接地点の電位Ｖｂは大地電位を基準にすることから、大地電位として接地極１６の電位を入力している。

電気量演算部２２は、入力部２１で入力した基準電圧Ｖｒｓと接地点の電位Ｖｂとの位相に基づいて電路の対地静電容量により発生する漏れ電流を相殺するための補償電流Ｉｆを演算する。

漏れ電流Ｉｇは接地抵抗Ｒｂを流れる電流であるので接地点の電位Ｖｂは漏れ電流Ｉｇと同相である。そこで、電気量演算部２２は、基準電圧Ｖｒｓと接地点の電位Ｖｂとの位相を漏れ電流Ｉｇと基準電圧Ｖｒｓとの位相とする。また、漏れ電流Ｉｇの大きさは、Ｉｇ＝Ｖｒ／Ｒｂで求まる。補償電流Ｉｆは漏れ電流Ｉｇと逆方向であるので漏れ電流Ｉｇからπだけずれた位相として求められる。また、補償電流Ｉｆの大きさは漏れ電流Ｉｇの大きさと同じである。

調整操作部２３は、電気量演算部２２で演算した補償電流Ｉｆが得られるように模擬用コンデンサの静電容量を調整操作する。この場合、接地点の電位Ｖｂが０Ｖになるように、複数のコンデンサからなる模擬用コンデンサのコンデンサを選択していく。接地点の電位Ｖｂが最小となったときのコンデンサを採用する。第２の実施形態では、模擬用コンデンサ静電容量調整装置２０を設けたので、模擬用コンデンサの静電容量を接地点の電位Ｖｂが０Ｖになるように容易に設定できる。

以上の説明では、配電変圧器の２次側がΔ結線の電路に適用した場合について説明したが、配電変圧器の２次側がＶ結線の電路にも適用でき、また、図２に示しが配電変圧器の２次側がＹ結線の電路にも適用できる。２次側がＹ結線の電路に適用したときは線間電圧に代えて相電圧を入力することになる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１１…配電変圧器、１２…負荷、１３…漏れ電流抑制装置、１４…トランス、１５…模擬用コンデンサ、１６…接地極、１７…保護要素、１８ｒ、１８ａ…第１巻線部、１８ｔ、１８ｂ…第２巻線部、１９…クランプ、２０…模擬用コンデンサ静電容量調整装置、２１…入力部、２２…電気量演算部、２３…調整操作部

Claims (2)

1. ＲＳＴ３相の配電変圧器の２次側がΔ結線またはＶ結線された３相のうちの１相をＢ種接地して接地相とし３相電力を供給する３相３線式の電路に接続され前記電路の対地静電容量により発生する漏れ電流を抑制する漏れ電流抑制装置において、
   非接地相の２相の各々の相と前記接地相との２相の線間電圧をそれぞれ１次側に入力し２次側の正極を前記接地相に接続し２次側の負極を大地への接地極に接続して２次側に１次側の逆位相の電圧を発生させるトランスと、
   前記トランスの２次側の負極と前記接地極との間に接続され前記対地静電容量を模擬し前記トランスとともに前記電路の対地静電容量により発生する漏れ電流を相殺するための補償電流を発生させる模擬用コンデンサと、
   前記電路と前記トランスとの間に接続され前記トランスの容量を超える前記補償電流が流れたとき前記トランスを前記電路から遮断する保護要素と、
   前記模擬用コンデンサの静電容量を自動設定する模擬用コンデンサ静電容量調整装置とを備え、
   前記模擬用コンデンサ静電容量調整装置は、前記線間電圧のいずれか１相の電圧を基準電圧として入力するとともに前記Ｂ種接地の接地点の電位を入力する入力部と、前記入力部で入力した前記基準電圧と前記接地点の電位との位相に基づいて前記電路の対地静電容量により発生する漏れ電流を相殺するための補償電流を演算する電気量演算部と、前記電気量演算部で演算した補償電流が得られるように前記模擬用コンデンサの静電容量を調整操作する調整操作部とを有したことを特徴とする漏れ電流抑制装置。
2. ＲＳＴ３相の配電変圧器の２次側がＹ結線された３相の中性点をＢ種接地して３相電力を供給する３相３線式の電路に接続され前記電路の対地静電容量により発生する漏れ電流を抑制する漏れ電流抑制装置において、
   ＲＳＴ３相のうち２相の各々の相と前記中性点との間の相電圧をそれぞれ１次側に入力し２次側の正極を前記中性点に接続し２次側の負極を大地への接地極に接続して２次側に１次側の逆位相の電圧を発生させるトランスと、
   前記トランスの２次側の負極と前記接地極との間に接続され前記対地静電容量を模擬し前記トランスとともに前記電路の対地静電容量により発生する漏れ電流を相殺するための補償電流を発生させる模擬用コンデンサと、
   前記電路と前記トランスとの間に接続され前記トランスの容量を超える前記補償電流が流れたとき前記トランスを前記電路から遮断する保護要素と、
   前記模擬用コンデンサの静電容量を自動設定する模擬用コンデンサ静電容量調整装置とを備え、
   前記模擬用コンデンサ静電容量調整装置は、前記相電圧のいずれか１相の電圧を基準電圧として入力するとともに前記Ｂ種接地の接地点の電位を入力する入力部と、前記入力部で入力した前記基準電圧と前記接地点の電位との位相に基づいて前記電路の対地静電容量により発生する漏れ電流を相殺するための補償電流を演算する電気量演算部と、前記電気量演算部で演算した補償電流が得られるように前記模擬用コンデンサの静電容量を調整操作する調整操作部とを有したことを特徴とする漏れ電流抑制装置。

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