JP2017093068A - 測定装置および地絡検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】デジタル変換において高速サンプリングを行いつつ、デジタル処理での演算量を抑制することができる測定装置を提供する。【解決手段】電力線に配置された零相電流検出器２２により検出された零相電流信号を測定する零相電流測定部１１において、零相電流信号を所定のサンプリング周波数でデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部１１ａと、Ａ／Ｄ変換部１１ａより入力されるデジタル信号の離散データに対して演算を行うことにより、入力された離散データより数の少ない離散データを生成して、生成された離散データに基づくデジタル信号を出力する平均処理部１１ｄと、平均処理部１１ｄより出力されるデジタル信号から所定周波数の成分を抽出して出力するデジタルフィルタ１１ｂと、デジタルフィルタ１１ｂからの出力信号にデジタル処理を行うデジタル処理部１１ｃとを備えるようにした。平均処理部１１ｄで離散データが削減されるので、演算量を抑制できる。【選択図】図１

Description

本発明は、電力線で検出された交流信号に基づいて、当該交流信号の特性を測定する測定装置、および、当該測定装置を備えて、前記電力線での地絡事故を検出する地絡検出装置に関する。

配電線事故の一つである地絡事故の検出において、地絡方向を検出する場合に、零相電圧の位相と、零相電流の位相との位相差を用いる手法が一般的である（例えば、特許文献１参照）。位相差は、零相電圧信号のゼロクロス点と零相電流信号のゼロクロス点との差や、零相電圧信号のピークタイミングと零相電流信号のピークタイミングとの差から検出される。

特開２０１１−７２１６３号公報

地絡事故には様々な発生原因が存在し、零相電圧・零相電流がひずみを大量に含んだ波形になることがある(図９参照)。ひずみを大量に含んだ波形において、ゼロクロス点やピークタイミングをもとに位相差を検出する方法では、誤差が多くなる。したがって、デジタル処理を用いて、誤差の少ない位相差を算出する方法が考えられる。しかし、地絡事故の形態の一つである間欠地絡では、零相電流において、図９（ｂ）に示すような針状波が発生するので、デジタル変換において高速サンプリングを行う必要がある。例えば、図９（ｂ）の様な波形を捉えようとすると、数マイクロ秒〜数十マイクロ秒間隔でサンプリングを行う必要がある。この場合、数マイクロ秒〜数十マイクロ秒間隔でサンプリングされた離散データに対して、それぞれ、フィルタ処理やデジタル処理が行われる。したがって、非常に高速な演算処理を行うことができるマイクロコンピュータを、地絡検出装置に搭載する必要がある。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、デジタル変換において高速サンプリングを行いつつ、デジタル処理での演算量を抑制することができる測定装置、および、当該測定装置を用いた地絡検出装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の側面によって提供される測定装置は、電力線に配置された検出装置によって検出された交流信号の特性を測定する測定装置であって、前記交流信号を所定のサンプリング周波数でデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、前記Ａ／Ｄ変換手段より入力されるデジタル信号の離散データに対して演算を行うことにより、入力された前記離散データより数の少ない離散データを生成して、生成された離散データに基づくデジタル信号を出力するデータ減少処理手段と、前記データ減少処理手段より出力されるデジタル信号から所定周波数の成分を抽出して出力するデジタルフィルタと、前記デジタルフィルタからの出力信号にデジタル処理を行うデジタル処理手段とを備えていることを特徴とする。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記データ減少処理手段は、前記入力される離散データに対して平均値を演算して、当該平均値を前記生成された離散データとする。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記平均値は、相加平均値である。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記データ減少処理手段は、前記入力される離散データに対して中央値を演算して、当該中央値を前記生成された離散データとする。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記サンプリング周波数をｆ_s［Ｈｚ］とし、前記所定周波数をｆ₀［Ｈｚ］とした場合、前記データ減少処理手段は、前記入力される離散データの数を（２・ｆ₀）／ｆ_s倍した数より多い離散データを生成する。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記データ減少処理手段は、前記入力される１００個の離散データに対して演算を行うことにより、１個の離散データを生成する。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記電力線は、商用電力系統の電力線である。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記検出装置は、前記電力線を流れる零相電流信号を検出し、前記デジタル処理手段は、前記零相電流信号の大きさおよび位相を検出する。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記検出装置は、前記電力線の零相電圧信号を検出し、前記デジタル処理手段は、前記零相電圧信号の大きさおよび位相を検出する。

本発明の第２の側面によって提供される地絡検出装置は、前記検出装置が前記電力線を流れる零相電流信号を検出し、前記デジタル処理手段が前記零相電流信号の大きさおよび位相を検出する、本発明の第１の側面によって提供される測定装置と、前記検出装置が前記電力線の零相電圧信号を検出し、前記デジタル処理手段が前記零相電圧信号の大きさおよび位相を検出する、本発明の第１の側面によって提供される測定装置と、どちらか一方または両方の前記デジタル処理手段によって検出された信号の大きさに基づいて地絡事故の発生を判定する地絡判定手段と、両者の前記デジタル処理手段によって検出された位相の位相差に基づいて地絡の方向を判定する方向判定手段とを備えていることを特徴とする。

本発明によると、データ減少処理手段は、Ａ／Ｄ変換手段より入力されるデジタル信号の離散データに対して演算を行い、演算結果である離散データに基づくデジタル信号を出力する。このとき、出力される離散データは、入力された離散データより数が少なくなる。したがって、Ａ／Ｄ変換手段で高速サンプリングを行い、大量の離散データが生成された場合でも、データ減少処理手段によって離散データが削減されるので、デジタルフィルタおよびデジタル処理手段での演算量を抑制することができる。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

第１実施形態に係る地絡検出装置を説明するための図である。 平均処理部での処理を説明するための図である。 平均処理部およびデジタルフィルタの出力信号の波形を示す図である。 地絡検出装置が行う地絡検出処理の処理手順について説明するためのフローチャートである。 第１実施形態に係る平均処理部で行われる処理の他の実施例を説明するための図である。 第１実施形態に係る地絡検出装置の他の実施例を説明するための図である。 第２および第３実施形態に係る地絡検出装置を説明するための図である。 第４および第５実施形態に係る地絡検出装置を説明するための図である。 地絡事故発生時の零相電圧および零相電流の波形を示す図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態を、添付図面を参照して具体的に説明する。

図１は、第1実施形態に係る地絡検出装置１を説明するための図であり、三相（ａ相、ｂ相、ｃ相）の配電線に設けられた開閉器子局３に配置されている状態を示している。開閉器子局３は、配電線に複数設けられている各開閉器２に対応して設けられており、親局との間で通信部３１を介して通信を行っている。開閉器子局３は、地絡検出装置１や過電流検出装置（図示しない）などを備えており、各種検出装置による検出結果を親局に送信する。親局は、各開閉器子局３から受信した情報に基づいて、各開閉器子局３に、対応する開閉器２を開閉する指示を送信する。なお、開閉器子局３は、各種検出装置による検出結果を表示するための表示装置なども備えているが、図１においては記載を省略している。

開閉器２は、親局からの指示に応じて、配電線の開路および閉路を行うものである。開閉器２は、各相の配電線に直列接続された開閉スイッチ２１ａ，２１ｂ，２１ｃを備えており、開閉スイッチ２１ａ，２１ｂ，２１ｃを開閉することで、配電線の開路および閉路を行う。また、開閉器２は、零相電流検出器２２および零相電圧検出器２３を備えている。なお、開閉器２は、各相の配電線で電流を検出する電流検出器や、電圧を検出する電圧検出器も備えているが、図１においては図示していない。

零相電流検出器２２は、三相の配電線を流れる零相電流を検出するものであり、いわゆる零相変流器（ＺＣＴ）である。零相電流検出器２２は、検出した零相電流信号を地絡検出装置１に出力する。なお、零相電流検出器２２の検出方式は限定されない。また、零相電流検出器２２は、開閉スイッチ２１ａ，２１ｂ，２１ｃの上流側（電源側）に配置されていてもよいし、下流側（末端側）に配置されていてもよい。零相電圧検出器２３は、三相の配電線の零相電圧を検出するものであり、いわゆる零相電圧変成器（ＺＰＤ）である。零相電圧検出器２３は、検出した零相電圧信号を地絡検出装置１に出力する。なお、零相電圧検出器２３の検出方式は限定されない。また、零相電圧検出器２３は、開閉スイッチ２１ａ，２１ｂ，２１ｃの下流側に配置されていてもよいし、上流側に配置されていてもよい。

地絡検出装置１は、配電線での地絡事故の発生を検出し、地絡事故が上流側（電源側）で発生したのか下流側（末端側）で発生したのかを示す地絡方向の判定も行う。地絡検出装置１は、零相電流検出器２２より入力される零相電流信号と、零相電圧検出器２３より入力される零相電圧信号とに基づいて、地絡の検出および地絡方向の判定を行い、検出結果（判定結果）を通信部３１に出力する。通信部３１は、検出結果（判定結果）を親局に送信する。

地絡検出装置１は、例えばマイクロコンピュータなどによって実現されており、零相電流測定部１１、零相電圧測定部１２、地絡判定部１６、および、方向判定部１７を備えている。

零相電流測定部１１は、零相電流検出器２２によって検出された零相電流信号から、零相電流ベクトルＩ₀を生成するものである。零相電流測定部１１は、Ａ／Ｄ変換部１１ａ、平均処理部１１ｄ、デジタルフィルタ１１ｂ、および、デジタル処理部１１ｃを備えている。

Ａ／Ｄ変換部１１ａは、零相電流検出器２２より入力される零相電流信号を、デジタル信号に変換するものである。Ａ／Ｄ変換部１１ａは、所定のサンプリング周波数で、アナログ信号である零相電流信号の標本化を行い、量子化を行って、デジタル信号に変換する。デジタル化された零相電流信号は、平均処理部１１ｄに出力される。本実施形態においては、所定のサンプリング周波数を、１００［ｋＨｚ］としている。つまり、Ａ／Ｄ変換部１１ａは、１０マイクロ秒間隔でサンプリングを行っており、１秒間に１０万個の離散データを、デジタル化された零相電流信号として出力する。

平均処理部１１ｄは、Ａ／Ｄ変換部１１ａより入力される離散データの相加平均値を算出して、相加平均値からなる離散データをデジタル信号として、デジタルフィルタ１１ｂに出力する。本実施形態においては、平均処理部１１ｄは、入力される離散データを積算してゆき、１００個の離散データを積算したときに、積算値を１００で除算した値、すなわち相加平均値を出力する（図２参照）。

図２においては、離散データＸ₁〜Ｘ₁₀₀が積算されて１００で除算されることで相加平均値Ｙ₁が算出され、離散データＸ₁₀₁〜Ｘ₂₀₀が積算されて１００で除算されることで相加平均値Ｙ₂が算出されていることを示している。平均処理部１１ｄは、算出された相加平均値Ｙ₁，Ｙ₂，…を、平均処理後のデジタル信号として、デジタルフィルタ１１ｂに出力する。

Ａ／Ｄ変換部１１ａのサンプリング周波数が１００［ｋＨｚ］なので、平均処理部１１ｄには、１秒間に１０万個の離散データが入力される。そして、平均処理部１１ｄは、入力された１００個の離散データから１個の相加平均値を算出するので、１秒間に１０００個の離散データを出力する。つまり、平均処理部１１ｄから出力されるデジタル信号の情報量は、１［ｋＨｚ］のサンプリング周波数で標本化した場合と同等となる。

なお、平均処理部１１ｄが相加平均値を算出するための離散データの個数は、１００個に限定されない。相加平均値を算出するための離散データの個数は、Ａ／Ｄ変換部１１ａでのサンプリング周波数、および、デジタルフィルタ１１ｂで抽出する基本波の周波数に基づいて、適宜設計される。Ａ／Ｄ変換部１１ａでのサンプリング周波数をｆ_s［Ｈｚ］とし、デジタルフィルタ１１ｂで抽出する基本波の周波数をｆ₀［Ｈｚ］とし、基本波の波形をｎ［個］の離散データで再現する場合、ｆ_s／（ｎ・ｆ₀）［個］の離散データの相加平均を算出すればよい。本実施形態においては、ｆ_s＝１００［ｋＨｚ］であり、ｆ₀＝６０［Ｈｚ］であり、基本波の波形を１６個の離散データで再現するので、１００×１０³［Ｈｚ］／（１６［個］×６０［Ｈｚ］）＝１０４．１６…≒１００［個］の離散データの相加平均を算出するようにしている。

ｎを大きくすれば、基本波の波形の再現性が高くなるので、零相電流測定部１１で生成される零相電流ベクトルＩ₀の精度が高くなる。しかし、相加平均値を算出するための離散データの個数が減少して、平均処理部１１ｄから出力される離散データが多くなる。したがって、デジタルフィルタ１１ｂおよびデジタル処理部１１ｃでの演算量を抑制する効果が抑制される。一方、ｎを小さくすれば、相加平均値を算出するための離散データの個数が増加して、平均処理部１１ｄから出力される離散データが少なくなる。したがって、デジタルフィルタ１１ｂおよびデジタル処理部１１ｃでの演算量をより抑制することができる。しかし、基本波の波形の再現性が低くなるので、零相電流測定部１１で生成される零相電流ベクトルＩ₀の精度が低くなる。標本化定理より、ｎ＞２である必要があるので、相加平均値を算出するための離散データの個数は、ｆ_s／（２・ｆ₀）［個］より少なくする必要がある。つまり、平均処理部１１ｄは、入力される離散データの数を（２・ｆ₀）／ｆ_s倍した数より多い離散データを生成することになる。

図３（ａ）は、図９（ｂ）に示す波形の零相電流信号に対して、平均処理部１１ｄでの処理を行った場合の出力信号の波形を示している。図３（ａ）に示すように、図９（ｂ）に示す針状の波形から高周波成分だけが除去された波形になっている。

デジタルフィルタ１１ｂは、バンドパスフィルタであって、基本波の周波数（例えば６０［Ｈｚ］）成分のみを抽出するものである。デジタルフィルタ１１ｂは、平均処理部１１ｄより入力されるデジタル信号から、基本波の周波数成分のみを抽出して、デジタル処理部１１ｃに出力する。

零相電流検出器２２より入力される零相電流信号は、基本波成分に高調波成分などが重畳されているので、図９（ｂ）に示す様に、波形が大きく歪んだものになっている。平均処理部１１ｄによる処理後の波形も、図３（ａ）に示すように、波形が大きく歪んだものになっている。デジタルフィルタ１１ｂは、基本波以外の周波数成分を減衰させて、基本波成分のみを抽出する。図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す波形の信号がデジタルフィルタ１１ｂを通過して出力された信号の波形を示している。図３（ｂ）に示すように、基本波成分のみが抽出されて、正弦波状の波形になっている。

平均処理部１１ｄでは、相加平均を行うことにより離散データの個数を削減するので、零相電流信号に含まれる情報が削減される。しかし、削減されるのは、基本波の周波数（例えば６０［Ｈｚ］）成分より大きい周波数成分の情報であり、後段のデジタルフィルタ１１ｂで減衰される成分なので、デジタル処理部１１ｃでの処理に影響を与えない。

デジタル処理部１１ｃは、デジタルフィルタ１１ｂより入力される信号から振幅および位相を検出し、これらに基づいて零相電流ベクトルＩ₀を生成する。零相電流ベクトルＩ₀は、複素数として扱われ、例えば、Ｉ₀＝ａ＋ｂｊ（ａ，ｂは実数であり、ｊは虚数単位である）となる。デジタル処理部１１ｃは、所定のタイミングで生成した零相電流ベクトルＩ₀を、地絡判定部１６および方向判定部１７に出力する。

地絡判定部１６は、地絡事故が発生したか否かを判定するものであり、零相電流測定部１１より入力される零相電流ベクトルＩ₀の大きさが所定の閾値を超えた場合に、地絡事故が発生したと判定する。例えば、閾値をＸとすると、
Ｘ＜ √（ａ²＋ｂ²）
の場合に、地絡判定部１６は、地絡事故が発生したと判定する。地絡判定部１６は、地絡事故が発生したと判定した場合、その旨を示す信号（地絡検出信号）を、方向判定部１７および通信部３１に出力する。通信部３１は、親局に地絡検出信号を送信する。

零相電圧測定部１２は、零相電圧検出器２３によって検出された零相電圧信号から、零相電圧ベクトルＶ₀を生成するものである。零相電圧測定部１２は、Ａ／Ｄ変換部１２ａ、平均処理部１２ｄ、デジタルフィルタ１２ｂ、および、デジタル処理部１２ｃを備えている。

Ａ／Ｄ変換部１２ａは、Ａ／Ｄ変換部１１ａと同様のものであり、零相電圧検出器２３より入力される零相電圧信号を、デジタル信号に変換するものである。Ａ／Ｄ変換部１２ａは、所定のサンプリング周波数で、アナログ信号である零相電圧信号の標本化を行い、量子化を行って、デジタル信号に変換する。デジタル化された零相電圧信号は、平均処理部１２ｄに出力される。本実施形態においては、所定のサンプリング周波数を、１００［ｋＨｚ］としている。つまり、Ａ／Ｄ変換部１２ａは、デジタル化された零相電圧信号として、１秒間に１０万個の離散データを出力する。

平均処理部１２ｄは、平均処理部１１ｄと同様のものであり、Ａ／Ｄ変換部１２ａより入力される離散データの相加平均値を算出して、相加平均値からなる離散データをデジタル信号として、デジタルフィルタ１２ｂに出力する。本実施形態においては、平均処理部１２ｄは、入力される離散データを積算してゆき、１００個の離散データを積算したときに、積算値を１００で除算した値、すなわち相加平均値を出力する（図２参照）。

Ａ／Ｄ変換部１２ａのサンプリング周波数が１００［ｋＨｚ］なので、平均処理部１２ｄには、１秒間に１０万個の離散データが入力される。そして、平均処理部１２ｄは、入力された１００個の離散データから１個の相加平均値を算出するので、１秒間に１０００個の離散データを出力する。つまり、平均処理部１２ｄから出力されるデジタル信号の情報量は、１［ｋＨｚ］のサンプリング周波数で標本化した場合と同等となる。なお、平均処理部１２ｄが相加平均値を算出するための離散データの個数は、１００個に限定されない。

デジタルフィルタ１２ｂは、デジタルフィルタ１１ｂと同様、バンドパスフィルタであって、基本波の周波数（例えば６０［Ｈｚ］）成分のみを抽出するものである。デジタルフィルタ１２ｂは、平均処理部１２ｄより入力されるデジタル信号から、基本波の周波数成分のみを抽出して、デジタル処理部１２ｃに出力する。

零相電圧検出器２３より入力される零相電圧信号も、基本波成分に高調波成分などが重畳されているので、波形が大きく歪んだものになる。平均処理部１２ｄによる処理後の波形も、波形が大きく歪んだものになる。デジタルフィルタ１２ｂは、基本波以外の成分を減衰させて、基本波成分のみを抽出する。

デジタル処理部１２ｃは、デジタルフィルタ１２ｂより入力される信号から振幅および位相を検出し、これらに基づいて零相電圧ベクトルＶ₀を生成する。零相電圧ベクトルＶ₀は、複素数として扱われ、例えば、Ｖ₀＝ｃ＋ｄｊ（ｃ，ｄは実数であり、ｊは虚数単位である）となる。デジタル処理部１２ｃは、所定のタイミングで生成した零相電圧ベクトルＶ₀を、方向判定部１７に出力する。

方向判定部１７は、地絡方向を判定するものである。方向判定部１７は、零相電流測定部１１より入力される零相電流ベクトルＩ₀と、零相電圧測定部１２より入力される零相電圧ベクトルＶ₀とに基づいて、その位相差から地絡方向を判定する。方向判定部１７は、位相差検出部１７ａおよび判定部１７ｂを備えている。

位相差検出部１７ａは、零相電圧ベクトルＶ₀に対する零相電流ベクトルＩ₀の位相差θを検出するものである。零相電流ベクトルＩ₀＝ａ＋ｂｊとし、零相電圧ベクトルＶ₀＝ｃ＋ｄｊとすると、零相電圧に対する零相電流の位相差θは、
θ＝ｔａｎ^-1[（ｂ・ｃ−ａ・ｄ）／（ａ・ｃ＋ｂ・ｄ）]
として算出される。位相差検出部１７ａは、検出した位相差θを、判定部１７ｂに出力する。

判定部１７ｂは、地絡方向を判定するものである。判定部１７ｂは、地絡判定部１６より地絡検出信号が入力された場合に、位相差検出部１７ａより入力される位相差θに基づいて、地絡方向を判定するものである。例えば、判定部１７ｂは、位相差θが０°＜θ＜１８０°の場合、すなわち、零相電流の位相が零相電圧の位相より進んでいる場合、電源側で地絡が発生したと判定し、位相差θが−１８０°＜θ＜０°の場合、すなわち、零相電流の位相が零相電圧の位相より遅れている場合、末端側で地絡が発生したと判定する。なお、判定部１７ｂによる地絡方向の判定方法は、これに限られない。配電線の状態による位相のずれを考慮して、位相差θの判定のための基準値を設定してもよい。また、方向判定を誤らないようにするために、位相差θが基準値付近の値の場合には、方向の判定を行わない（地絡方向は不明であると判定する）ようにしてもよい。判定部１７ｂは、判定結果を通信部３１に出力する。通信部３１は、親局に判定結果を送信する。

次に、地絡検出装置１が行う地絡検出処理の処理手順について、図４に示すフローチャートを参照して説明する。

図４は、地絡検出処理を説明するためのフローチャートである。当該処理は、地絡検出装置１が起動された時に開始される。

まず、零相電流検出器２２が検出した零相電流信号、および、零相電圧検出器２３が検出した零相電圧信号が入力される（Ｓ１）。次に、入力された信号がＡ／Ｄ変換部１１ａ，１２ａによってデジタル信号に変換され（Ｓ２）、平均処理部１１ｄ，１２ｄによって平均化され（Ｓ３）、デジタルフィルタ１１ｂ，１２ｂによって基本波の周波数成分のみが抽出され（Ｓ４）、デジタル処理部１１ｃ，１２ｃによってベクトル化されて（Ｓ５）、零相電流ベクトルＩ₀および零相電圧ベクトルＶ₀が生成される。

次に、零相電流ベクトルＩ₀に基づいて、地絡判定が行われる（Ｓ６）。具体的には、地絡判定部１６によって、零相電流ベクトルＩ₀の大きさが所定の閾値Ｘを超えたか否かが判定され、閾値Ｘを超えた場合に、地絡事故が発生したと判定される。地絡事故が発生したと判定されなかった場合（Ｓ７：ＮＯ）、ステップＳ１に戻って、ステップＳ１〜Ｓ７が繰り返される。

一方、地絡事故が発生したと判定された場合（Ｓ７：ＹＥＳ）、地絡検出信号が、通信部３１を介して、親局に送信される（Ｓ８）。そして、方向判定部１７によって、地絡方向が判定される（Ｓ９）。具体的には、零相電流ベクトルＩ₀と零相電圧ベクトルＶ₀との位相差θが算出され、位相差θに基づいて地絡方向が判定される。そして、判定結果が、通信部３１を介して、親局に送信され（Ｓ１０）、ステップＳ１に戻る。

次に、本実施形態に係る地絡検出装置の作用および効果について説明する。

本実施形態によると、零相電流検出器２２によって検出された零相電流信号が、Ａ／Ｄ変換部１１ａによってデジタル信号に変換され、平均処理部１１ｄによって平均化の処理が行われ、デジタルフィルタ１１ｂによって基本波成分を抽出されて、デジタル処理部１１ｃによってベクトル化される。また、零相電圧検出器２３によって検出された零相電圧信号が、Ａ／Ｄ変換部１２ａによってデジタル信号に変換され、平均処理部１２ｄによって平均化の処理が行われ、デジタルフィルタ１２ｂによって基本波成分を抽出されて、デジタル処理部１２ｃによってベクトル化される。そして、地絡判定部１６は、零相電流ベクトルＩ₀の大きさに基づいて、地絡の判定を行う。また、方向判定部１７は、零相電流ベクトルＩ₀と零相電圧ベクトルＶ₀との位相差θに基づいて、地絡方向の判定を行う。

平均処理部１１ｄ（１２ｄ）は、Ａ／Ｄ変換部１１ａ（１２ａ）より入力される離散データの相加平均値を算出して、相加平均値からなる離散データをデジタルフィルタ１１ｂ（１２ｂ）に出力する。平均処理部１１ｄ（１２ｄ）から出力される離散データは、入力された離散データより数が少なくなる。したがって、Ａ／Ｄ変換部１１ａ（１２ａ）で高速サンプリングを行い、大量の離散データが生成された場合でも、平均処理部１１ｄ（１２ｄ）によって離散データが削減されるので、デジタルフィルタ１１ｂ（１２ｂ）およびデジタル処理部１１ｃ（１２ｃ）での演算量を抑制することができる。

なお、本実施形態においては、平均処理部１１ｄ（１２ｄ）が相加平均値を算出する場合について説明したが、これに限られず、他の平均値算出の手法を用いてもよい。例えば、図５（ａ）に示すように、各離散データに所定の係数を乗算してから積算および除算を行って加重平均値を算出するようにしてもよい。また、図５（ｂ）に示すように、離散データＸ₁〜Ｘ₁₀₀の相加平均値Ｙ₁を算出し、次に、Ｘ₅₁〜Ｘ₁₅₀の相加平均値Ｙ₂を算出するというふうに、移動平均に類似した算出方法を用いてもよい。この場合、通常の相加平均値を算出する場合（図２参照）に比べて、生成される零相電流ベクトルＩ₀（零相電圧ベクトルＶ₀）の精度が高くなるが、出力される離散データが多くなる。一般的な移動平均の場合、入力される離散データの数と出力される離散データの数とが同じになるので、本発明の効果を奏することができない。また、スペンサー平均や多重平均、相乗平均などのその他の平均値算出の手法を用いてもよい。

また、平均値算出の手法以外の処理を行うようにしてもよい。例えば、図５（ｃ）に示すように、複数の離散データの中央値を出力するようにしてもよい。この場合でも、相加平均値を算出する場合と同様の離散データを出力することができる。つまり、平均処理部１１ｄ（１２ｄ）は、出力される離散データの数を入力される離散データの数より削減することができ、入力される離散データに近い値を演算することができればよい。

本実施形態においては、零相電流ベクトルＩ₀に基づいて地絡の判定を行う場合について説明したが、これに限られない。例えば、図６(ａ)に示す地絡検出装置１’のように、地絡判定部１６が、零相電圧測定部１２より入力される零相電圧ベクトルＶ₀に基づいて地絡の判定を行うようにしてもよい。この場合、地絡判定部１６は、零相電圧ベクトルＶ₀の大きさが所定の閾値を超えた場合に、地絡事故が発生したと判定する。

また、図６(ｂ)に示す地絡検出装置１”のように、地絡判定部１６が、零相電流測定部１１より入力される零相電流ベクトルＩ₀、および、零相電圧測定部１２より入力される零相電圧ベクトルＶ₀に基づいて、地絡の判定を行うようにしてもよい。この場合、零相電流ベクトルＩ₀の大きさ、および、零相電圧ベクトルＶ₀の大きさが、ともに閾値を超えた場合に、地絡事故が発生したと判定するようにしてもよいし、いずれか一方が閾値を超えた場合に、地絡事故が発生したと判定するようにしてもよい。

本実施形態においては、零相電流測定部１１および零相電圧測定部１２を用いた地絡検出装置１について説明したが、これに限られない。本発明は、零相電流測定部１１を用いた零相電流測定装置にも適用することができるし、零相電圧測定部１２を用いた零相電圧測定装置にも適用することができる。

図７は、第２実施形態に係る零相電流測定装置５および第３実施形態に係る零相電圧測定装置６を説明するための図である。

零相電流測定装置５は、第１実施形態に係る地絡検出装置１の零相電流測定部１１を単独の測定装置としたものである。Ａ／Ｄ変換部１１ａ、平均処理部１１ｄおよびデジタルフィルタ１１ｂは、零相電流測定部１１のＡ／Ｄ変換部１１ａ、平均処理部１１ｄおよびデジタルフィルタ１１ｂと同様のものである。デジタル処理部１１ｃ’は、デジタルフィルタ１１ｂより入力される信号から、零相電流の振幅および位相を検出し、表示装置５１に出力する。表示装置５１は、デジタル処理部１１ｃ’より入力される振幅および位相に基づいて表示を行う。

零相電圧測定装置６は、第１実施形態に係る地絡検出装置１の零相電圧測定部１２を単独の測定装置としたものである。Ａ／Ｄ変換部１２ａ、平均処理部１２ｄおよびデジタルフィルタ１２ｂは、零相電圧測定部１２のＡ／Ｄ変換部１２ａ、平均処理部１２ｄおよびデジタルフィルタ１２ｂと同様のものである。デジタル処理部１２ｃ’は、デジタルフィルタ１２ｂより入力される信号から、零相電圧の振幅および位相を検出し、表示装置６１に出力する。表示装置６１は、デジタル処理部１２ｃ’より入力される振幅および位相に基づいて表示を行う。

なお、零相電流測定装置５および零相電圧測定装置６において、それぞれ、表示装置５１，６１を備えずに、振幅および位相、または、これらに基づいて生成されたベクトルを出力するようにしてもよい。零相電流測定装置５および零相電圧測定装置６において、それぞれ、デジタル処理部１１ｃ’，１２ｃ’がベクトルを生成して出力するようにして、地絡および地絡方向を判定する構成を追加したものが、第１実施形態に係る地絡検出装置１である。

第２および第３実施形態においても、平均処理部１１ｄ（１２ｄ）から出力される離散データが入力された離散データより削減されるので、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。

上記第１ないし第３実施形態においては、零相電流または零相電圧を測定する場合について説明したが、これに限られない。本発明は、零相電流および零相電圧以外の測定を行う場合にも適用することができる。

図８は、第４実施形態に係る電流測定装置７および第５実施形態に係る電圧測定装置８を説明するための図である。

電流測定装置７は、電流検出器２４が検出した電流信号に基づいて、配電線を流れる電流を測定するものである。電流検出器２４は、配電線を流れる電流を検出するものであり、いわゆる計器用変流器（Current Transformer：ＣＴ）である。電流検出器２４は、検出した電流信号を電流測定装置７に出力する。Ａ／Ｄ変換部１１ａ、平均処理部１１ｄおよびデジタルフィルタ１１ｂは、第１実施形態に係る地絡検出装置１の零相電流測定部１１のＡ／Ｄ変換部１１ａ、平均処理部１１ｄおよびデジタルフィルタ１１ｂと同様のものである。デジタル処理部１１ｃ”は、デジタルフィルタ１１ｂより入力される信号から、電流実効値を検出し、表示装置７１に出力する。表示装置７１は、デジタル処理部１１ｃ”より入力される電流実効値に基づいて表示を行う。なお、デジタル処理部１１ｃ”は、電流の振幅および位相を検出するようにしてもよいし、これらに基づいて電流ベクトルを生成するようにしてもよい。また、表示装置７１を備えずに、電流実効値、電流の振幅および位相、または、電流ベクトルを出力するようにしてもよい。

電圧測定装置８は、電圧検出器２５が検出した電圧信号に基づいて、配電線の電圧を測定するものである。電圧検出器２５は、配電線の電圧を検出するものであり、いわゆる計器用変圧器（Voltage Transformer：ＶＴ）である。電圧検出器２５は、検出した電圧信号を電圧測定装置８に出力する。Ａ／Ｄ変換部１２ａ、平均処理部１２ｄおよびデジタルフィルタ１２ｂは、第１実施形態に係る地絡検出装置１の零相電圧測定部１２のＡ／Ｄ変換部１２ａ、平均処理部１２ｄおよびデジタルフィルタ１２ｂと同様のものである。デジタル処理部１２ｃ”は、デジタルフィルタ１２ｂより入力される信号から、電圧実効値を検出し、表示装置８１に出力する。表示装置８１は、デジタル処理部１２ｃ”より入力される電圧実効値に基づいて表示を行う。なお、デジタル処理部１２ｃ”は、電圧の振幅および位相を検出するようにしてもよいし、これらに基づいて電圧ベクトルを生成するようにしてもよい。また、表示装置８１を備えずに、電圧実効値、電圧の振幅および位相、または、電圧ベクトルを出力するようにしてもよい。

第４および第５実施形態においても、平均処理部１１ｄ（１２ｄ）から出力される離散データが入力された離散データより削減されるので、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。

本発明に係る測定装置および地絡検出装置は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る測定装置および地絡検出装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

１，１’，１” 地絡検出装置
１１ 零相電流測定部（測定装置）
１１ａ Ａ／Ｄ変換部
１１ｄ 平均処理部（データ減少処理手段）
１１ｂ デジタルフィルタ
１１ｃ，１１ｃ’，１１ｃ” デジタル処理部
１２ 零相電圧測定部（測定装置）
１２ａ Ａ／Ｄ変換部
１２ｄ 平均処理部（データ減少処理手段）
１２ｂ デジタルフィルタ
１２ｃ，１２ｃ’，１２ｃ” デジタル処理部
１６ 地絡判定部
１７ 方向判定部
１７ａ 位相差検出部
１７ｂ 判定部
２ 開閉器
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ 開閉スイッチ
２２ 零相電流検出器
２３ 零相電圧検出器
２４ 電流検出器
２５ 電圧検出器
３ 開閉器子局
３１ 通信部
５ 零相電流測定装置（測定装置）
６ 零相電圧測定装置（測定装置）
７ 電流測定装置（測定装置）
８ 電圧測定装置（測定装置）
５１，６１，７１，８１ 表示装置

Claims (10)

1. 電力線に配置された検出装置によって検出された交流信号の特性を測定する測定装置であって、
   前記交流信号を所定のサンプリング周波数でデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、
   前記Ａ／Ｄ変換手段より入力されるデジタル信号の離散データに対して演算を行うことにより、入力された前記離散データより数の少ない離散データを生成して、生成された離散データに基づくデジタル信号を出力するデータ減少処理手段と、
   前記データ減少処理手段より出力されるデジタル信号から所定周波数の成分を抽出して出力するデジタルフィルタと、
   前記デジタルフィルタからの出力信号にデジタル処理を行うデジタル処理手段と、
   を備えていることを特徴とする測定装置。
2. 前記データ減少処理手段は、前記入力される離散データに対して平均値を演算して、当該平均値を前記生成された離散データとする、
   請求項１に記載の測定装置。
3. 前記平均値は、相加平均値である、
   請求項２に記載の測定装置。
4. 前記データ減少処理手段は、前記入力される離散データに対して中央値を演算して、当該中央値を前記生成された離散データとする、
   請求項１に記載の測定装置。
5. 前記サンプリング周波数をｆ_s［Ｈｚ］とし、前記所定周波数をｆ₀［Ｈｚ］とした場合、
   前記データ減少処理手段は、前記入力される離散データの数を（２・ｆ₀）／ｆ_s倍した数より多い離散データを生成する、
   請求項１ないし４のいずれかに記載の測定装置。
6. 前記データ減少処理手段は、前記入力される１００個の離散データに対して演算を行うことにより、１個の離散データを生成する、
   請求項１ないし５のいずれかに記載の測定装置。
7. 前記電力線は、商用電力系統の電力線である、
   請求項１ないし６のいずれかに記載の測定装置。
8. 前記検出装置は、前記電力線を流れる零相電流信号を検出し、
   前記デジタル処理手段は、前記零相電流信号の大きさおよび位相を検出する、
   請求項１ないし７のいずれかに記載の測定装置。
9. 前記検出装置は、前記電力線の零相電圧信号を検出し、
   前記デジタル処理手段は、前記零相電圧信号の大きさおよび位相を検出する、
   請求項１ないし７のいずれかに記載の測定装置。
10. 請求項８に記載の測定装置と、
    請求項９に記載の測定装置と、
    どちらか一方または両方の前記デジタル処理手段によって検出された信号の大きさに基づいて地絡事故の発生を判定する地絡判定手段と、
    両者の前記デジタル処理手段によって検出された位相の位相差に基づいて地絡の方向を判定する方向判定手段と、
    を備えていることを特徴とする地絡検出装置。