CN102483434A - 绝缘电阻测量装置以及绝缘电阻测量方法 - Google Patents

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Abstract

目的在于利用简易的检测电路来高灵敏度且安全地检测直流电路的绝缘不良。本绝缘电阻测量装置(1)是测量直流电源电路(2)的对地绝缘电阻的装置，该绝缘电阻测量装置具备：连接端子(6A、6B)，用于与串联电源(4)的正极(3A)和负极(3B)连接；开关元件(7A、7B)，其被连接于连接端子(6A、6B)与接地电位之间，对连接端子(6A、6B)与接地电位之间的连接进行切换；电阻元件(8A、8B)，其与开关元件(7A、7B)串联连接在各个连接端子(6A、6B)与接地电位之间；以及电压检测部(9)，其检测电阻元件(8A、8B)中的压降。

Description

绝缘电阻测量装置以及绝缘电阻测量方法
技术领域
本发明涉及一种用于测量直流电路的对地绝缘电阻的绝缘电阻测量装置以及绝缘电阻测量方法。
背景技术
以往，作为电源电路等直流电路的安全对策，检测接地是受到重视的。当直流电路中存在接地位置时，会由于接触到直流电路的绝缘不良位置而引发触电事故，不仅如此，还有时会产生起因于两个接地位置的火灾。作为检测这种接地的方法，已知如下述专利文献1所记载的那样的方法：通过检测用芯来检测流过多个直流线的直流电流的电流量之差，由此检测测量对象导线中产生的直流接地。除此以外，还已知以下的方法：经由电阻元件将交流电源连接到直流电路的测量点，根据流经该电阻成分的电流中是否存在与施加电压同相的成分来检测是否存在接地；在直流电路的测量点与接地电位之间连接直流电源和电阻元件来对测量点施加直流偏压，测量经由电阻元件的漏电流，由此检测是否存在接地。
专利文献1：日本特开2004-153991号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，在上述专利文献1所记载的检测方法中，如果实际产生了接地电流则能够检测到该接地电流，但是难以检测到潜存有导致接地的危险性的绝缘不良。另外，在将交流电源连接到直流电路的方法中，需要检测与流经电阻元件的电流有关的相位差，因此检测电路的结构有复杂化的倾向。并且，在对直流电路施加直流偏压的方法中，检测灵敏度很大程度上受接地位置左右，除此以外施加不需要的直流电压这件事本身也会招致接地或直流电路的故障，并不理想。
因此，本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种能够利用简易的检测电路来高灵敏度且安全地检测到直流电路的绝缘不良的绝缘电阻测量装置以及绝缘电阻测量方法。
用于解决问题的方案
为了解决上述问题，本发明的绝缘电阻测量装置测量直流电路的对地绝缘电阻，具备：第一连接端子和第二连接端子，用于与直流电路的两个测量点连接；切换部，其连接在第一连接端子与接地电位之间以及第二连接端子与接地电位之间，对第一连接端子与接地电位之间以及第二连接端子与接地电位之间的连接进行切换；至少一个电阻元件，其与切换部串联连接在第一连接端子与接地电位之间以及第二连接端子与接地电位之间；以及电压检测部，其检测电阻元件中的压降。
根据这种绝缘电阻测量装置，在直流电路的两个测量点上分别连接第一连接端子和第二连接端子，将切换部排他性地切换到第一连接端子侧和第二连接端子侧，由此能够利用电压检测部分别对连接在其中一个连接点与接地电位之间的电阻元件中的压降和连接在另一个连接点与接地电位之间的电阻元件中的压降进行检测。其结果是，能够根据两个压降的值来导出直流电路的对地绝缘电阻。因而，能够利用简易的检测电路来与绝缘不良的位置无关地高灵敏度地检测直流电路的绝缘不良，并且也无需施加不需要的电压，因此检测时的安全性也能够得到确保。
或者，本发明的绝缘电阻测量方法测量直流电路的对地绝缘电阻，该绝缘电阻测量方法包括以下步骤：将电阻元件连接在直流电路的第一测量点与接地电位之间，检测该电阻元件中产生的第一压降；将与上述电阻元件相同或不同的电阻元件连接在直流电路的第二测量点与接地电位之间，检测该电阻元件中产生的第二压降；以及根据第一压降和第二压降的值来计算对地绝缘电阻。
根据这种绝缘电阻测量方法，在直流电路的第一测量点上连接第一连接端子，在检测出连接在第一连接点与接地电位之间的电阻元件中的压降之后，在直流电路的第二测量点上连接第二连接端子，检测连接在第二连接点与接地电位之间的电阻元件中的压降。然后，根据两个压降的值来导出直流电路的对地绝缘电阻。由此，能够利用简易的检测电路来与绝缘不良的位置无关地高灵敏度地检测直流电路的绝缘不良，并且也无需施加不需要的电压，因此检测时的安全性也能够得到确保。
发明的效果
根据本发明的绝缘电阻测量装置，能够利用简易的检测电路来高灵敏度且安全地检测直流电路的绝缘不良。
附图说明
图1是将本发明的优选的一个实施方式所涉及的绝缘电阻测量装置的结构与作为测量对象的直流电源电路一起示出的电路框图。
图2是表示利用图1的绝缘电阻测量装置的绝缘电阻测量方法的流程图。
图3是将本发明的变形例所涉及的绝缘电阻测量装置的结构与作为测量对象的直流电源电路一起示出的电路框图。
图4是用于说明本发明的比较例所涉及的绝缘电阻测量方法的电路框图。
图5是用于说明本发明的比较例所涉及的绝缘电阻测量方法的电路框图。
图6是用于说明本发明的比较例所涉及的绝缘电阻测量方法的电路框图。
具体实施方式
下面，参照附图来详细说明本发明所涉及的绝缘电阻测量装置以及绝缘电阻测量方法的优选实施方式。此外，在附图的说明中，对相同或相当的部分附加相同的附图标记，省略重复的说明。
图1是将本发明的优选的一个实施方式所涉及的绝缘电阻测量装置1的结构与作为测量对象的直流电源电路2一起示出的电路框图。如该图所示，绝缘电阻测量装置1是用于以直流电源电路2为对象来测量对地绝缘电阻的装置，其中，该直流电源电路2包括：将多个太阳能电池模块3串联连接而成串联电源4；以及逆变器电路5，其与该串联电源4的正极3A和负极3B连接，将直流电压转换为三相的交流电压。此外，作为直流电源电路2的逆变器电路5，使用内置变压器以防止因接触到串联电源4的一个绝缘不良位置而导致的触电的绝缘型逆变器电路。
绝缘电阻测量装置1具有用于与直流电源电路2的两个测量点连接的两个连接端子6A、6B。作为该连接端子6A、6B的连接目的地，例如可以列举出串联电源4的正极3A和负极3B，但是也可以是串联电源4的其它连接点。
在该连接端子6A与接地电位之间连接有接通或断开连接端子6A与接地电位之间的连接的开关元件(切换部)7A，在连接端子6B与接地电位之间连接有接通或断开连接端子6B与接地电位之间的连接的开关元件(切换部)7B。作为这种开关元件7A、7B，能够使用FET(Field Effect Transistor：场效应晶体管)等半导体开关或机械式开关。
并且，在连接端子6A与接地电位之间，开关元件7A与电阻值Rd的电阻元件8A串联连接，在连接端子6B与接地电位之间，开关元件7B和与电阻元件8A相等的电阻值Rd的电阻元件8B串联连接。详细地说，电阻元件8A连接在连接端子6A与开关元件7A之间，电阻元件8B连接在连接端子6B与开关元件7B之间。
作为该电阻元件8A、8B的电阻值Rd，能够根据检测范围的绝缘电阻值和所允许的检测时间来适当地进行设定，在串联电源4的对地电容为C0[F]的情况下，优选将电阻值Rd设定为检测范围的绝缘电阻值的1/2以上且检测时间[sec]/(3×C0[F])以下。这是由于：若电阻值Rd与检测范围的绝缘电阻值相比特别小，则会在绝缘电阻测量装置1本身中招致接地状态从而产生安全性问题，而绝缘电阻测量装置1的检测电压从过渡状态稳定下来需要经过由对地电容C0和电阻值Rd决定的时间。例如，在C0＝1μF时想要用1sec的检测时间检测100kΩ的绝缘电阻的情况下，优选设定为50kΩ≤Rd≤300kΩ。
除此以外，在电阻元件8A、8B的两端连接有对电阻元件8A、8B的两端的压降进行检测的电压检测部9，在电压检测部9的检测信号的输出处连接有对检测信号进行模拟数字转换的A/D转换器10，在A/D转换器10的输出处连接有根据转换后的检测信号来运算直流电源电路2的对地绝缘电阻的运算部12。
运算部12具有运算对地绝缘电阻的功能，并且还具有生成用于对开关元件7A、7B的接通或断开进行切换的控制信号并发送到开关元件7A、7B的功能。作为这种运算部12，既可以使用以个人计算机为代表的通用计算机，也可以使用模拟IC电路、PLD(Programmable Logic Device：可编程逻辑器件)电路。
具体地说，运算部12将在开关元件7A、7B中接通开关元件7A并断开开关元件7B的情况下、即、将与接地电位之间的连接切换到连接端子6A侧时由电压检测部9生成的检测电压值V1经由A/D转换器10作为数字信号接收并保存在内置存储器(未图示)中。并且，运算部12将在开关元件7A、7B中断开开关元件7A并接通开关元件7B的情况下、即、将与接地电位之间的连接切换到连接端子6B侧时由电压检测部9生成的检测电压值V2经由A/D转换器10作为数字信号接收。然后，运算部12读取事先保存在内置存储器中的检测电压值V1，根据两个检测电压值V1、V2，基于下述式(1)
Rleak＝Rd×|V0/(V1-V2)|-Rd    ...(1)
来运算对地绝缘电阻Rleak。在此，电压值V0表示作为串联电源4的两个测量点的正极3A与负极3B之间的电位差，是已知的值。并且，运算部12将运算出的对地绝缘电阻Rleak输出到内置或外置的显示器装置等各种输出装置。
接着，参照图2来说明绝缘电阻测量装置1的动作，并且详细叙述本实施方式所涉及的绝缘电阻测量方法。
首先，在将连接端子6A、6B分别连接到串联电源4的正极3A和负极3B之后，以对运算部12输入规定的操作为契机，运算部12对开关元件7B发送用于断开开关元件7B的控制信号，同时对开关元件7A发送用于接通开关元件7A的控制信号。为了避免开关元件7A和开关元件7B同时接通的危险，也能够在断开开关元件7B之后，在规定的等待时间后使开关元件7A接通(步骤S 101)。由此，变为在串联电源4的正极3A与接地电位之间连接电阻元件8A的情况。此时，由电压检测部9检测电阻元件8A中的压降，检测电压V1经由A/D转换器10发送到运算部12(步骤S102)。对此，在运算部12中，电阻元件8A的压降的值V1被存储在内置存储器中(步骤S103)。此外，在该开关元件7A变为接通后获取压降值V1的期间内，优选如后所述那样插入规定的等待时间。
之后，运算部12对开关元件7A发送用于将开关元件7A切换为断开的控制信号，同时对开关元件7B发送用于将开关元件7B切换为接通的控制信号，或者为了避免两个开关同时接通的危险而经过规定的等待时间之后，对开关元件7B发送用于将开关元件7B切换为接通的控制信号(步骤S104)。由此，变为在串联电源4的负极3B与接地电位之间连接电阻元件8B的情况。此时，由电压检测部9检测电阻元件8B中的压降，检测电压V2经由A/D转换器10发送到运算部12(步骤S105)。此外，在该开关元件7B变为接通后获取压降值V2的期间内，优选如后所述那样插入规定的等待时间。对此，在运算部12中，从内置存储器读出压降的值V1，对压降的值V1、V2应用上述式(1)，由此计算直流电源电路2的对地绝缘电阻值Rleak(步骤S106)。最后，将计算出的对地绝缘电阻Rleak输出到输出装置(步骤S 107)。
在此，在刚对开关元件7A、7B进行切换之后，该状态下的电阻元件8A、8B中流过由直流电源电路4的对地静电电容引起的电流，因此优选隔上规定的等待时间。该等待时间为对地静电电容除以电阻元件8A、8B的电阻值而得到的值的两倍以上、优选三倍以上为适当。若不设置该等待时间，则有可能会使对地绝缘电阻值的测量值中误差变大。
根据以上说明的绝缘电阻测量装置1和使用该绝缘电阻测量装置1的绝缘电阻测量方法，在串联电源4的两个测量点上分别连接连接端子6A、6B，将开关元件7A、7B排他性地切换到连接端子6A侧和连接端子6B侧，由此能够利用电压检测部9分别对连接在其中一个连接点与接地电位之间的电阻元件8A中的压降和连接在另一个连接点与接地电位之间的电阻元件8B中的压降进行检测。其结果是，能够根据两个压降的值来导出直流电源电路2的对地绝缘电阻。因而，能够利用由开关元件和电阻元件等构成的简易的检测电路来与绝缘不良的位置无关地高灵敏度地检测直流电路的绝缘不良，并且也无需向测量对象施加不需要的电压，因此检测时的安全性也能够得到确保。
与比较例进行对比来具体说明本实施方式的优点。首先，还考虑了以下的情况：如图4所示，在串联电源4的正极3A与接地电位之间以及负极3B与接地电位之间相互并联地连接电阻元件901A、901B，监视从电阻元件901A与电阻元件901B之间的连接点902向接地电位的漏电流，由此检测直流电源电路2的接地。然而，在这种检测方法中，无法检测到串联电源4的电性中点处的接地。与此相对地，根据绝缘电阻测量装置1，能够检测任意位置处的绝缘电阻。
另一方面，还考虑了以下的情况：如图5所示，在串联电源4的正极3A等任意的测量点上连接电阻元件903和交流电源904，判断在电阻元件903中的压降中是否存在与交流电压同相的成分(电阻成分)，由此检测直流电源电路2的接地。然而，在该检测方法中，由于需要检测压降的相位，因此检测电路的结构有变复杂的倾向，与此相对地，在绝缘电阻测量装置1中，采用检测两个压降的值来进行运算的方法，因此检测电路变得简单，可靠性也高。
并且，还考虑了以下的情况：如图6所示，在串联电源4的正极3A等任意的测量点上连接直流电源905和电阻元件906，监视对测量点施加直流偏压时经由高电阻的漏电流，由此检测直流电源电路2的接地。在这种情况下，存在检测灵敏度会根据接地位置而大幅变化、对直流电源电路2施加了不需要的高电压等的问题。与此相对地，在绝缘电阻测量装置1中，能够检测串联电源4的任意位置处的绝缘电阻，并且也不必施加不需要的电压。
另外，对于接地电位，以支路的方式连接了开关元件7A和电阻元件8A以及开关元件7B和电阻元件8B，因此，能够将在开关元件7A、7B错误地同时闭合而导致短路的情况下流经直流电源电路2的不需要电流减少到最小限度。
并且，电阻元件8A的电阻值和电阻元件8B的电阻值相等，因此能够根据电阻元件8A、8B的压降的值V1、V2以及串联电源4的正极3A与负极3B之间的电位差V0，容易地计算对地绝缘电阻Rleak。
并且，通过将布线比较长且设置面积也大的包括太阳能电池模块3的直流电源电路2设为测量对象，可以有效发挥绝缘电阻测量装置1的高灵敏度的绝缘电阻检测。
此外，本发明并不限定于上述实施方式。例如，也可以如图3所示的作为本发明的变形例的绝缘电阻测量装置101那样，只要具备一个以上的电阻元件即可，具体地说，也可以具备共同连接于两个开关元件7A、7B与接地电位之间的电阻元件108。在这种情况下，也能够通过交替切换开关元件7A、7B并同时利用电压检测部9检测电阻元件108的压降来计算对地绝缘电阻Rleak。如果设为这种结构，则能够进一步简化电路结构。
另外，除了利用具有利用内置存储器来存储压降值的功能的数字电路来实现运算部12以外，还可以利用内置有保持模拟信号的电平的保持电路的模拟电路来实现运算部12。因而，也可以省略A/D转换器10。在这种情况下，需要在如下等待时间内通过使保持元件不取入输入信号使得不获取压降值，该等待时间是指被插入在接通开关元件7A、7B之后获取压降值V1或V2之前的期间内的时间。另外，在这种情况下，开关元件动作的定时和保持电路动作的定时不需要由运算部12本身来决定，也能够根据另外设置的计时器的指示来决定。
在此，在绝缘电阻测量装置中，优选还具备运算部，该运算部根据将切换部切换到第一连接端子侧时电压检测部所检测到的压降的值以及将切换部切换到第二连接端子侧时电压检测部所检测到的压降的值来运算对地绝缘电阻。在这种情况下，能够高灵敏度且瞬时地检测到直流电路的绝缘不良。
另外，还优选：切换部具有连接在第一连接端子与接地电位之间的第一开关元件以及连接在第二连接端子与接地电位之间的第二开关元件，电阻元件具有连接在第一连接端子与第一开关元件之间的第一电阻元件以及连接在第二连接端子与第二开关元件之间的第二电阻元件。
如果采用这种结构，则能够将在第一开关元件和第二开关元件错误地同时闭合的情况下流经直流电路的不需要电流减少到最小限度。
并且，还优选：第一电阻元件的电阻值与第二电阻元件的电阻值相等。这样，能够根据第一电阻元件和第二电阻元件的压降的值以及直流电路的两个测量点之间的电位差来容易地计算对地绝缘电阻。
并且，还优选：直流电路包括太阳能电池模块。这种包括太阳能电池模块的直流电路具有布线变长或设置面积变大的倾向，因此若使用本发明的绝缘电阻测量装置则更为有效。
另外，在绝缘电阻测量方法中，优选的是，第一压降所对应的电阻元件的电阻值与第二压降所对应的电阻元件的电阻值相等。在这种情况下，能够根据两个电阻元件的压降的值以及直流电路的两个测量点之间的电位差来容易地计算对地绝缘电阻。
另外，还优选：第一测量点是直流电源电路的正极和负极中的任一个，第二测量点是直流电源电路的正极和负极中的另一个。这样，能够覆盖电路整体地高效检测直流电源电路的绝缘不良位置。
并且，还优选：直流电路包括太阳能电池模块。这种包括太阳能电池模块的直流电路具有布线变长或设置面积变大的倾向，因此若使用本发明的绝缘电阻测量装置则更为有效。
产业上的可利用性
本发明以绝缘电阻测量装置和绝缘电阻测量方法为使用用途，能够利用简易的检测电路来高灵敏度且安全地检测直流电路的绝缘不良。
附图标记说明
1、101：绝缘电阻测量装置；2：直流电源电路；3：太阳能电池模块；3A：正极；3B：负极；6A、6B：连接端子；7A、7B：开关元件；8A、8B、108：电阻元件；9：电压检测部；12：运算部。

Claims (9)

1.一种绝缘电阻测量装置，测量直流电路的对地绝缘电阻，该绝缘电阻测量装置的特征在于，具备：
第一连接端子和第二连接端子，用于与上述直流电路的两个测量点连接；
切换部，其连接在上述第一连接端子与接地电位之间以及上述第二连接端子与接地电位之间，对上述第一连接端子与接地电位之间以及上述第二连接端子与上述接地电位之间的连接进行切换；
至少一个电阻元件，其与上述切换部串联连接在上述第一连接端子与上述接地电位之间以及上述第二连接端子与上述接地电位之间；以及
电压检测部，其检测上述电阻元件中的压降。
2.根据权利要求1所述的绝缘电阻测量装置，其特征在于，
还具备运算部，该运算部根据将上述切换部切换到上述第一连接端子侧时上述电压检测部所检测到的上述压降的值、以及将上述切换部切换到上述第二连接端子侧时上述电压检测部所检测到的上述压降的值，来运算上述对地绝缘电阻。
3.根据权利要求1或2所述的绝缘电阻测量装置，其特征在于，
上述切换部具有连接在上述第一连接端子与上述接地电位之间的第一开关元件以及连接在上述第二连接端子与上述接地电位之间的第二开关元件，
上述电阻元件具有连接在上述第一连接端子与上述第一开关元件之间的第一电阻元件以及连接在上述第二连接端子与上述第二开关元件之间的第二电阻元件。
4.根据权利要求3所述的绝缘电阻测量装置，其特征在于，
上述第一电阻元件的电阻值与上述第二电阻元件的电阻值相等。
5.根据权利要求1～4中的任一项所述的绝缘电阻测量装置，其特征在于，
上述直流电路包括太阳能电池模块。
6.一种绝缘电阻测量方法，测量直流电路的对地绝缘电阻，该绝缘电阻测量方法的特征在于，包括以下步骤：
将电阻元件连接在上述直流电路的第一测量点与接地电位之间，检测该电阻元件中产生的第一压降；
将与上述第一电阻元件相同或不同的电阻元件连接在上述直流电路的第二测量点与接地电位之间，检测该电阻元件中产生的第二压降；以及
根据上述第一压降和第二压降的值来计算上述对地绝缘电阻。
7.根据权利要求6所述的绝缘电阻测量方法，其特征在于，
上述第一压降所对应的电阻元件的电阻值与上述第二压降所对应的电阻元件的电阻值相等。
8.根据权利要求6或7所述的绝缘电阻测量方法，其特征在于，
上述第一测量点是直流电源电路的正极和负极中的任一个，上述第二测量点是直流电源电路的正极和负极中的另一个。
9.根据权利要求6～8中的任一项所述的绝缘电阻测量方法，其特征在于，
上述直流电路包括太阳能电池模块。
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