DE112018002099T5

DE112018002099T5 - Ableitstromberechnungsvorrichtung und ableitstromberechnungsverfahren

Info

Publication number: DE112018002099T5
Application number: DE112018002099.1T
Authority: DE
Inventors: Takuya FUKUDOME; Tsuyoshi Takeuchi; Koji Yokota; Tomohiro Yamada
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2017-04-21
Filing date: 2018-02-19
Publication date: 2020-01-09
Also published as: KR102198674B1; US20200003820A1; JP6460146B2; TW201839413A; TWI671532B; US11009559B2; KR20190105080A; CN110352359A; JP2018179930A; WO2018193703A1; CN110352359B

Abstract

Eine Einfügungsbestimmungseinheit (16) zum genauen Berechnen eines Erdungsisolationswiderstandskomponenten-Ableitstroms unabhängig vom Vorhandensein oder Fehlen eines Wechselrichters bestimmt, ob ein Wechselrichter (3) zwischen einem kommerziellen Stromsystem (2) und einem Drehstrommotor (5) eingesetzt ist. Eine Widerstandskomponenten-Ableitstromberechnungseinheit (18) berechnet einen Erdungsisolationswiderstandskomponenten-Ableitstrom auf der Grundlage eines Berechnungsverfahrens, das dem Ergebnis der obigen Bestimmung entspricht.

Description

HINTERGRUND
TECHNISCHES GEBIET
Die Offenbarung bezieht sich auf eine Fehlerstromberechnungsvorrichtung bzw. eine Leckstromberechnungsvorrichtung bzw. eine Ableitstromberechnungsvorrichtung und ein Ableitstromberechnungsverfahren zur Berechnung eines Fehlerstroms bzw. eines Leckstroms bzw. eines Ableitstroms.
BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
Beispiele für Techniken zur Berechnung eines Ableitstroms bei einer Last, wie beispielsweise einem Drehstrommotor, sind im Nicht-Patentdokument 1 und im Patentdokument 1 offenbart. Die Technik des Nicht-Patentdokuments 1 dient zur genauen Messung eines Erdungsisolationswiderstandskomponenten-Ableitstroms in einer Betriebsanlage, in der ein Wechselrichter nicht zum Antreiben einer Last, wie beispielsweise eines Drehstrommotors, verwendet wird. Andererseits ist die Technik des Patentdokuments 1 dafür vorgesehen, einen Erdungsisolationswiderstandskomponenten-Ableitstrom in einer Betriebsanlage, in der ein Wechselrichter zum Antreiben einer Last verwendet wird, genau zu messen.
ZITIERLISTE
NICHT-PATENTDOKUMENT
[Nicht-Patentdokument 1] Eikichi Osaki, „Thorough Examination of Trouble in Electric Fields", veröffentlicht in der Februarausgabe 2000 von Shin-denki (New electricity), Ohmsha, Ltd., S. 46 bis 51.
PATENTDOKUMENT
[Patentdokument 1] Japanische Patent Offenlegungsschrift Nr. 2014-228519 (veröffentlicht am 8. Dezember 2014)
ZUSAMMENFASSUNG
PROBLEME, DIE DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSEN SIND
Wie im Nicht-Patentdokument 1 und im Patentdokument 1 offenbart, haben sich in der Vergangenheit die Konfigurationen von Vorrichtungen, die einen Erdungsisolationswiderstandskomponenten-Ableitstrom berechnen, je nach Vorhandensein oder Fehlen eines Umrichters bzw. eines Wechselrichters unterschieden. Daher weist der Stand der Technik ein Problem auf, dass je nachdem, ob ein Wechselrichter in einer Betriebsanlage eingesetzt wird, unterschiedliche Ableitstromberechnungsgeräte eingesetzt werden müssen. Der Stand der Technik hat weiterhin ein Problem darin, dass in einem Fall, in dem ein Wechselrichter neu zu einer Betriebsanlage hinzugefügt wird, in der ein Wechselrichter nicht zum Zweck der Energieeinsparung oder dergleichen verwendet wird, eine Ableitstromberechnungsvorrichtung entsprechend geändert werden muss.
Die Offenbarung wurde entwickelt, um das oben genannte Problem zu lösen. Die Offenbarung sieht eine Ableitstromberechnungsvorrichtung und ein Ableitstromberechnungsverfahren vor, die es ermöglichen, den Ableitstrom einer Erdisolationswiderstandskomponente unabhängig vom Vorhandensein oder Fehlen eines Wechselrichters genau zu berechnen.
MITTEL ZUR LÖSUNG DES PROBLEMS
Gemäß einem Aspekt der Offenbarung ist zur Lösung des obigen Problems eine Ableitstromberechnungsvorrichtung vorgesehen, die beinhaltet: eine Spannungsmesseinheit, die mindestens eine der Netzspannungen in einem dreiphasigen kommerziellen Stromsystem vom AC-Typ bzw. Wechselstromnetz bzw. Wechselstromsystem misst, an dem eine von drei verschiedenen Phasen geerdet ist; eine Erdungsberechnungseinheit, die eine Erdungsspannung aus der von der Spannungsmesseinheit gemessenen mindestens einen Netzspannung zwischen einem Sternpunkt bzw. neutralen Punkt bzw. Neutralpunkt und einer Erde des kommerziellen Stromversorgungssystems bzw. Stromsystems berechnet; eine Ableitstrommesseinheit, die einen Ableitstrom misst, der zwischen einer Last, die mit dem kommerziellen Stromsystem verbunden ist, und der Erde fließt; eine Frequenzkomponenten-Extraktionseinheit, die eine Frequenzkomponente extrahiert, die mit einer Systemfrequenz des kommerziellen Stromsystems synchronisiert ist; eine Phasendifferenzbestimmungseinheit bzw. Phasendifferenzfestlegungseinheit, die eine Phasendifferenz zwischen der berechneten Erdungsspannung und der extrahierten Frequenzkomponente bestimmt bzw. festlegt; eine Einfiigungsbestimmungseinheit, die bestimmt, ob ein Wechselrichter zwischen dem kommerziellen Stromsystem und der Last eingesetzt ist; und eine Ableitstromberechnungseinheit, die einen Erdungsisolationswiderstandskomponenten-Ableitstrom des Systemfrequenzabschnitts berechnet, der zwischen der Last und der Erde durch den Erdungsisolationswiderstand der Last fließt, auf der Grundlage eines Berechnungsvorgehens, das einem Ergebnis der Bestimmung der Einfügungsbestimmungseinheit entspricht.
Gemäß einem Aspekt der Offenbarung, um das obige Problem zu lösen, wird eine Ableitstromberechnungseinheit bereitgestellt, die beinhaltet: einen Spannungsmessschritt, in dem mindestens eine der Netzspannungen in einem dreiphasigen kommerziellen Wechselstromsystem gemessen wird, an dem eine von drei verschiedenen Phasen geerdet ist; einen Erdungsberechnungsschritt, in dem eine Erdungsspannung zwischen einem Neutralpunkt und einer Erde des kommerziellen Stromsystems aus der gemessenen mindestens einen Netzspannung berechnet wird; einen Ableitstrommessschritt, in dem ein Ableitstroms gemessen wird, der zwischen einer Last, die mit dem kommerziellen Stromsystem verbunden ist, und der Erde fließt; einen Frequenzkomponenten-Extraktionsschritt, in dem eine Frequenzkomponente, die mit einer Systemfrequenz des kommerziellen Stromsystems synchronisiert ist, aus dem gemessenen Ableitstrom extrahiert wird; einen Phasendifferenzfestlegungsschritt, in dem eine Phasendifferenz zwischen der berechneten Erdungsspannung und der extrahierten Frequenzkomponente festgelegt wird; einen Einfügungsbestimmungsschritt, in dem bestimmt wird, ob ein Wechselrichter zwischen dem kommerziellen Stromversorgungssystem und der Last eingesetzt ist; und einen Ableitstromberechnungsschritt, in dem zum ein Erdungsisolationswiderstandskomponenten-Ableitstrom des Systemfrequenzabschnitts, der zwischen der Last und der Erde durch den Erdungsisolationswiderstand der Last fließt, auf der Grundlage eines Berechnungsvorgehens berechnet wird, das einem Ergebnis der Bestimmung in dem Einfügungsbestimmungsschritt entspricht.
EFFEKT DER ERFINDUNG
Gemäß der Offenbarung, ist es möglich einen Erdungsisolationswiderstandskomponenten-Ableitstrom unabhängig vom Vorhandensein oder Fehlen eines Wechselrichters.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm, das die Hauptkomponenten einer Ableitstromberechnungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der Offenbarung veranschaulicht.
2 ist ein Übersichtssystemdiagramm, das ein erstes Konfigurationsbeispiel veranschaulicht, auf das die Ableitstromberechnungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der Offenbarung angewendet wird.
3 ist ein Übersichtssystemdiagramm, das ein zweites Konfigurationsbeispiel veranschaulicht, auf das die Ableitstromberechnungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der Offenbarung angewendet wird.
4 ist ein Diagramm, das ein Prinzip zum Berechnen einer Erdungsspannung eines kommerziellen Stromsystems in Ausführungsform 1 der Offenbarung veranschaulicht, wenn ein Wechselrichter zwischen einem kommerziellen Stromsystem und einem Dreiphasenmotor bzw. Drehstrommotor eingesetzt ist.
5 ist ein Diagramm, das einen Ableitstrom veranschaulicht, der zwischen einem Drehstrommotor und der Erde E in Ausführungsform 1 der Offenbarung fließt, wenn der Wechselrichter zwischen dem kommerziellen Stromsystem und dem Drehstrommotor eingesetzt ist.
6 ist ein Diagramm, das den Erdungsisolationswiderstand zwischen dem Drehstrommotor und der Erde E in Ausführungsform 1 der Offenbarung in einem Fall veranschaulicht, in dem der Wechselrichter zwischen dem kommerziellen Stromsystem und dem Drehstrommotor eingesetzt ist.
7 ist ein Flussdiagramm, das einen Fluss einer Reihe von Prozessen für die Ableitstromberechnungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der Offenbarung zum Berechnen eines Erdungsisolationswiderstandskomponenten-Ableitstroms auf der Grundlage eines Berechnungsvorgehens darstellt, das dem Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Wechselrichters und der Konsistenz/Inkonsistenz einer Frequenz entspricht.
8 ist ein Diagramm, das ein Prinzip für die Ableitstromberechnungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der Offenbarung zum Berechnen eines Ableitstroms veranschaulicht, der mit der Systemfrequenz des kommerziellen Stromsystems synchronisiert ist, wenn die Systemfrequenz des kommerziellen Stromnetzes und die Betriebsfrequenz des Wechselrichters übereinstimmen.
9 ist ein Diagramm, das ein Prinzip veranschaulicht, bei dem ein Endpunkt eines extrahierten Ableitstroms, ausgedrückt durch Vektorschreibweise, in Ausführungsform 1 der Offenbarung in einem Fall gedreht wird, in dem die Systemfrequenz und die Betriebsfrequenz übereinstimmen.
10 ist ein Diagramm, das ein erstes Verfahren zum Berechnen eines Erdungsisolationswiderstandskomponenten-Ableitstroms in Ausführungsform 1 der Offenbarung darstellt.
11 ist ein Diagramm, das ein zweites Verfahren zum Berechnen eines Erdungsisolationswiderstandskomponenten-Ableitstroms in Ausführungsform 1 der Offenbarung darstellt.
12 ist ein Diagramm, das eine Methode der kleinsten Quadrate eines Kreises in Ausführungsform 1 der Offenbarung veranschaulicht.
13 ist ein Diagramm, das ein drittes Verfahren zum Berechnen eines Erdungsisolationswiderstandskomponenten-Ableitstroms in Ausführungsform 1 der Offenbarung darstellt.
14 ist ein Übersichtssystemdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel veranschaulicht, an dem eine Ableitstromberechnungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 2 der Offenbarung angewendet wird.
15 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für den zeitlichen Übergang eines Berechnungswertes eines Ableitstroms oder eines Erdungsisolationswiderstands für jeden Drehstrommotor in Ausführungsform 2 der Offenbarung darstellt.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
[Ausführungsform 1]
Ausführungsform 1 gemäß der Offenbarung wird im Folgenden mit Bezug auf 1 bis 13 beschrieben.
(Erstes Konfigurationsbeispiel)
2 ist ein Übersichtssystemdiagramm, das ein erstes Konfigurationsbeispiel veranschaulicht, auf das eine Ableitstromberechnungsvorrichtung 1 gemäß Ausführungsform 1 der Offenbarung angewendet wird. In dem Beispiel, das in dieser Zeichnung gezeigt wird, ist die Ableitstromberechnungsvorrichtung 1 konfiguriert, um einen Drehstrommotor 5 (Last) zu überwachen, der ein kommerzielles Stromsystem 2 als Stromquelle antreibt.
Das kommerzielle Stromsystem 2 ist eine dreiphasige AC-Wechselstromquelle, bei der eine S-Phase aus drei verschiedenen Phasen (eine R-Phase, eine S-Phase und eine T-Phase) mit der Erde E geerdet ist. Die drei Phasen sind jeweils über eine R-Linie, eine S-Linie und eine T-Linie mit den Eingangsseiten des Drehstrommotors 5 verbunden. Der Drehstrommotor 5 arbeitet mit einer Spannung, die vom kommerziellen Stromsystem 2 bereitgestellt wird.
Zwischen dem kommerziellen Stromsystem 2 und dem Drehstrommotor 5 ist ein Nullphasen-Stromwandler 4 vorgesehen, der die R-Leitung, die S-Leitung und die T-Leitung umgibt. Der Nullphasen-Stromwandler 4 misst einen dreiphasig synthetisierten Erdungs-Nullphasenstrom 10, der zwischen dem kommerziellen Stromsystem 2 und dem Drehstrommotor 5 fließt. Obwohl dies später näher beschrieben wird, entspricht dieser Nullphasenstrom 10 einem Ableitstrom, der zwischen dem Drehstrommotor 5 und der Erde E fließt.
(Zweites Konfigurationsbeispiel)
3 ist ein Übersichtssystemdiagramm, das ein zweites Konfigurationsbeispiel veranschaulicht, auf das die Ableitstromberechnungsvorrichtung 1 gemäß Ausführungsform 1 der Offenbarung angewendet wird. In dem Beispiel, das in dieser Zeichnung gezeigt wird, ist die Ableitstromberechnungsvorrichtung 1 konfiguriert, um den Drehstrommotor 5 (Last) zu überwachen, der von einem Wechselrichter 3 unter Verwendung des kommerziellen Stromsystems 2 als Energiequelle angetrieben wird.
Das kommerzielle Stromsystem 2 ist eine dreiphasige AC-Wechselstromquelle, bei der eine S-Phase aus drei verschiedenen Phasen (eine R-Phase, eine S-Phase und eine T-Phase) mit der Erde E geerdet ist. Die drei Phasen sind jeweils über die R-Linie, die S-Linie und die T-Linie mit den Eingangsseiten des Wechselrichters 3 verbunden.
Der Wechselrichter 3 erzeugt vorgegebene Steuerspannungen aus Drehstrom, der aus dem kommerziellen Stromsystem 2 bereitgestellt wird, und gibt die erzeugten Steuerspannungen an den Drehstrommotor 5 über drei Leitungen (eine U-Linie, eine V-Linie und eine W-Linie) aus, die drei Phasen (eine U-Linie, eine V-Linie und eine W-Linie) auf den Ausgangsseiten entsprechen. Der Drehstrommotor 5 ist an die Ausgangsseiten des Wechselrichters 3 angeschlossen und arbeitet mit jeder der bereitgestellten Steuerspannungen.
Der Nullphasen-Stromwandler 4, der die U-Linie, die V-Linie und die W-Linie umgibt, ist zwischen dem Wechselrichter 3 und dem Drehstrommotor 5 vorgesehen. Der Nullphasen-Stromwandler 4 misst den dreiphasig synthetisierten Erdungs-Nullphasenstrom 10, der zwischen dem Wechselrichter 3 und dem Drehstrommotor 5 fließt. Obwohl dies später näher beschrieben wird, entspricht dieser Nullphasenstrom 10 einem Ableitstrom, der zwischen dem Drehstrommotor 5 und der Erde E fließt.
In der Konfiguration, die in 2 dargestellt wird, ist der Wechselrichter 3 nicht zwischen dem kommerziellen Stromsystem 2 und dem Drehstrommotor 5 eingesetzt. Andererseits wird der Wechselrichter 3 in der Konfiguration, die in 3 dargestellt wird, zwischen dem kommerziellen Stromsystem 2 und dem Drehstrommotor 5 eingesetzt. Die Ableitstromberechnungsvorrichtung 1 kann nicht nur auf eine Konfiguration angewendet werden, in die der Wechselrichter 3 eingesetzt ist, sondern auch auf eine Konfiguration, in die der Wechselrichter nicht eingesetzt ist.
(Konfiguration des Ableitstromberechnungsgerätes 1)
1 ist ein Blockdiagramm, das die Hauptkomponenten der Ableitstromberechnungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der Offenbarung veranschaulicht. Wie in dieser Zeichnung dargestellt, beinhaltet die Ableitstromberechnungsvorrichtung 1 eine Spannungsmesseinheit 11, eine Ableitstrommesseinheit 12, eine Erdungsspannungsberechnungseinheit 13, eine Frequenzkomponenten-Extraktionseinheit 14, eine Phasendifferenzberechnungseinheit 15 (eine Phasendifferenzfestlegungseinheit 15), eine Einfügungsbestimmungseinheit 16, eine Kreismittelpunktberechnungseinheit 17, eine Widerstandskomponenten-Ableitstromberechnungseinheit 18 (eine Ableitstromberechnungseinheit), eine Isolationswiderstandsberechnungseinheit 19, eine Isolationsfehlerbestimmungseinheit 20 (eine Isolationsverschlechterungslastspezifikationseinheit, eine Isolationsverschlechterungsbestimmungseinheit) und eine Ausgabeeinheit 21.
Die Spannungsmesseinheit 11 misst mindestens eine der Netzspannungen des kommerziellen Stromsystems 2. In der Konfiguration, die in 2 dargestellt ist, misst die Spannungsmesseinheit 11 eine Netzspannung auf der Ausgangsseite des kommerziellen Stromsystems 2. In der Konfiguration, die in 3 dargestellt ist, misst die Spannungsmesseinheit 11 eine Netzspannung auf der Eingangsseite des Wechselrichters 3. In der vorliegenden Ausführungsform wird sowohl bei der Konfiguration von 2 als auch bei der Konfiguration von 3 eine Netzspannung zwischen der R-Phase und der S-Phase gemessen. In der Zwischenzeit ist die zu messende Netzspannung nicht darauf beschränkt und kann eine beliebige Netzspannung sein. So kann beispielsweise die Spannungsmesseinheit 11 eine Spannung zwischen der R-Phase und der T-Phase oder eine Spannung zwischen der T-Phase und der S-Phase messen. Unterdessen kann die Spannungsmesseinheit 11 einen Tiefpassfilter oder einen Bandpassfilter zum Entfernen einer Hochfrequenz-Komponente oder zum Extrahieren einer Systemfrequenz-Komponente aus der gemessenen Spannung aufweisen.
Die Erdungsberechnungseinheit 13 berechnet aus mindestens einer der von der Spannungsmesseinheit 11 gemessenen Netzspannungen eine Erdungsspannung zwischen einem Neutralpunkt und der Erde E des kommerziellen Stromsystems 2. In der vorliegenden Ausführungsform wird aus der Netzspannung zwischen R-S eine Erdungsspannung berechnet.
Die Ableitstrommesseinheit 12 misst einen Ableitstrom (einen Nullphasenstrom), der zwischen dem Drehstrommotor 5 und der Erde E durch den Nullphasen-Stromwandler 4 fließt. Die Ableitstrommesseinheit 12 kann einen Tiefpassfilter oder einen Bandpassfilter zum Entfernen einer Hochfrequenzkomponente oder zum Extrahieren einer Systemfrequenzkomponente aus dem gemessenen Ableitstrom aufweisen.
Die Frequenzkomponenten-Extraktionseinheit 14 extrahiert mindestens eine Frequenzkomponente, einschließlich einer Frequenzkomponente, die mit dem Frequenzsystem des kommerziellen Stromsystems 2 (d.h. eine Frequenzkomponente mit der gleichen Frequenz wie die Systemfrequenz) synchronisiert ist, aus dem gemessenen Ableitstrom. Ein DFT, eine FFT oder dergleichen kann beispielsweise bei diesem Extraktionsprozess verwendet werden.
Die Phasendifferenzberechnungseinheit 15 berechnet eine Phasendifferenz zwischen der gemessenen Netzspannung oder der berechneten Erdungsspannung und der extrahierten Frequenzkomponente der Systemfrequenz. Die Berechnung einer Phasendifferenz erfolgt z.B. durch einen arithmetischen Rechenvorgang, stattdessen kann eine Phasendifferenz durch Messung einer Phasendifferenz mit einer vorgegebenen Messschaltung festgelegt werden.
Die Einfügungsbestimmungseinheit 16 bestimmt, ob der Wechselrichter 3 zwischen dem kommerziellen Stromsystem 2 und dem Drehstrommotor 5 eingesetzt ist. In der vorliegenden Ausführungsform bestimmt die Einfügungsbestimmungseinheit 16 das Vorhandensein oder Fehlen des Einfügens des Wechselrichters 3 auf der Grundlage der mindestens einen Frequenzkomponente, die durch die Frequenzkomponenten-Extraktionseinheit 14 aus dem Ableitstrom extrahiert wird. Die Details der Bestimmung werden später beschrieben.
Die Kreismittelberechnungseinheit 17 berechnet den Mittelpunkt eines Kreises, der durch jeden Punkt gezeichnet wird, der durch die Frequenzkomponenten der Systemfrequenz angegeben ist, die zu zu mindestens drei verschiedenen Zeitpunkten berechnet wurde, und die festgelegte Phasendifferenz.
Die Widerstandskomponenten-Ableitstromberechnungseinheit 18 berechnet einen Strom, der zwischen dem Drehstrommotor 5 und der Erde E durch den Erdungsisolationswiderstand des Drehstrommotors 5 (ein Erdungsisolationswiderstandskomponenten-Ableitstrom eines Systemfrequenzabschnitts) fließt auf Grundlage des berechneten Mittelpunkt des Kreises.
Die Isolationswiderstandsberechnungseinheit 19 berechnet den Erdungsisolationswiderstand des Drehstrommotors 5 unter Verwendung des berechneten Erdungsisolationswiderstandskomponenten-Ableitstrom eines Systemfrequenzabschnitts und der gemessenen Netzspannung oder der berechneten Erdungsspannung. In der Isolationswiderstandsberechnungseinheit 19 wird eine Netzspannung verwendet, wenn der Wechselrichter 3 nicht eingesetzt ist, und eine Erdungsspannung, wenn der Wechselrichter eingesetzt ist.
Die Isolationsfehlerbestimmungseinheit 20 bestimmt das Vorhandensein oder Fehlen eines Isolationsfehlers des Drehstrommotors 5 auf der Grundlage des berechneten Erdungsisolationswiderstandskomponenten-Ableitstroms eines Systemfrequenzabschnitts oder des Erdungsisolationswiderstands.
Die Ausgabeeinheit 21 gibt das Ergebnis der Bestimmung des Isolationsfehlers in gewünschter Form an die Außenseite der Ableitstromberechnungsvorrichtung 1 aus. Dieser Ausgang wird z.B. als Bildschirmanzeige, Kommunikationsausgang oder Kontaktsignalausgang ausgeführt.
(Berechnung von Netzspannung, Ableitstrom und Erdungsisolationswiderstand in der ersten Konfiguration)
In einem Fall, in dem der Wechselrichter 3 nicht eingesetzt ist, wird in der Ableitstromberechnungsvorrichtung 1 ein von der Spannungsmesseinheit 11 gemessener Wert als Netzspannung und ein von der Strommesseinheit 12 gemessener Wert als Ableitstrom verwendet. Die Ableitstromberechnungsvorrichtung 1 berechnet weiterhin einen Ableitstrom IOr für Widerstandskomponenten unter Verwendung eines im Nicht-Patentdokument 1 offenbarten Verfahrens oder eines in der japanischen Patent Offenlegungsschrift No. 2013-195023 offenbarten Verfahrens. Die Ableitstromberechnungsvorrichtung 1 kann den Erdungsisolationswiderstand RO=Vrs/IOr unter Verwendung der berechneten Netzspannung Vrs und des Ableitstroms I0r der Widerstandskomponente berechnen.
(Berechnung der Erdungsspannung in zweiter Konfiguration)
4 ist ein Diagramm, das ein Prinzip zur Berechnung der Erdungsspannung des kommerziellen Stromsystems 2 in Ausführungsform 1 der Offenbarung veranschaulicht, wenn der Wechselrichter 3 zwischen dem kommerziellen Stromsystem 2 und dem Drehstrommotor 5 eingesetzt ist. Die Ableitstromberechnungsvorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform berechnet eine Spannung (Erdungsspannung), die an den Erdungsisolationswiderstand des Drehstrommotors 5 angelegt wird, um den Erdungsisolationswiderstand des Drehstrommotors 5 zu berechnen, der über den Wechselrichter 3 an das kommerzielle Stromsystem 2 angeschlossen ist. Ein Verfahren zur Berechnung dieser Erdungsspannung wird im Folgenden mit Bezug auf 4 beschrieben.
Die Erdungsspannung, die an den Erdungsisolationswiderstand des Drehstrommotors 5 angelegt wird, ist gleich einer Spannung zwischen einem Neutralpunkt (einer N-Phase) des kommerziellen Stromsystems 2 und der Erde E. Im kommerziellen Stromsystem 2, wie in (a) von 4 dargestellt, ist die S-Phase (die S-Leitung) geerdet. Da die Spannung der S-Phase bezogen auf den Neutralpunkt eine Systemspannung Vs zwischen der N-Phase und der S-Phase ist, ist eine Spannung zwischen der N-Phase und der Erde E eine Spannung Vs∠180°, die um 180° gegenüber der Systemspannung Vs phaseninvertiert ist.
Andererseits ist, wie in 4 (b) dargestellt, das Potential am Neutralpunkt N des Wechselrichters 3 gleich dem Potential am Neutralpunkt N des kommerziellen Stromsystems 2. Daher ist eine Spannung zwischen dem Neutralpunkt N des Wechselrichters 3 und der Erde E auch gleich der Erdungsspannung VsZ180° des kommerziellen Stromsystems 2. Darüber hinaus ist, wie in 4 (b) dargestellt, eine Erdungsspannung Eu der U-Phase eine Spannung Vu zwischen der N-Phase und der U-Phase plus Vs∠180°. Eine Erdungsspannung Ev der V-Phase ist eine Spannung Vv zwischen der N-Phase und der V-Phase plus VsZ180°. Eine Erdungsspannung Ew der W-Phase ist eine Spannung Vw zwischen der N-Phase und der W-Phase plus Vs∠180°. Das heißt, es werden Verhältnisse von Eu=Vu+Vs∠180°, Ev=Vv+Vs∠180° und Ew=Vw+Vs∠180° hergestellt.
Hier sind die Spannung Vu der U-Phase, die Spannung Vv der V-Phase und die Spannung Vw der W-Phase gegenseitig um 120° phasenverschoben und haben somit Eigenschaften, bei denen die Summe aller Spannungen der jeweiligen Phasen Null ist. Das heißt, es wird ein Verhältnis von Vu+Vv+Vw=0 hergestellt. Daher ist die Spannung Vs∠180° eine Erdungsspannung des Netzfrequenzanteils des kommerziellen Stromsystems 2, die auf den Erdisolationswiderstand des Drehstrommotors 5 angewendet wird.
Wie in 4 (a) dargestellt, ist die R-S-Netzspannung eine Vektorsumme aus der Erdungsspannung Vs und einer Spannung Vr zwischen dem Neutralpunkt (N-Phase) und der R-Phase. Die Erdungsberechnungseinheit 13 kann die Systemspannung Vs des kommerziellen Stromsystems 2 berechnen, indem sie die gemessene R-S-Netzspannung durch √3 dividiert. Die Systemspannung Vs und die Erdungsspannung Vs∠180° sind Spannungen, die im Effektivwert gleich sind und sich gegenseitig um 180° phasenverschoben sind. Daher kann die Erdungsberechnungseinheit 13 die Erdungsspannung VsZ180° berechnen, indem sie die berechnete Phase der Systemspannung Vs um 180° verschiebt.
(Ableitstrom in zweiter Konfiguration)
5 ist ein Diagramm, das einen Ableitstrom veranschaulicht, der zwischen dem Drehstrommotor 5 und der Erde E in Ausführungsform 1 der Offenbarung fließt, wenn der Wechselrichter 3 eingesetzt ist.
Der Erdungsisolationswiderstand und die Erdungskapazität des Drehstrommotors 5 sind Impedanz-Komponenten, die sich zwischen der Verdrahtung oder Spule des Drehstrommotors 5 und der Erde E befinden. Diese sind parallel zueinander geschaltet. Daher sind, wie in 5 (a) dargestellt, sowohl der Erdungsisolationswiderstand Ru als auch die Erdungskapazität Cu, die sich zwischen der U-Phase und der Erde E auf der Ausgangsseite des Wechselrichters 3 befinden, Komponenten, die die Impedanz Zu bilden, die sich zwischen der U-Phase und der Erde E befindet.
Ebenso sind sowohl der Erdungsisolationswiderstand Rv als auch die Erdungskapazität Cv zwischen der V-Phase und der Erde E Komponenten, die die Impedanz Zv zwischen der V-Phase und der Erde E bilden. Darüber hinaus sind sowohl der Erdungsisolationswiderstand Rw als auch die Erdungskapazität Cw zwischen der W-Phase und der Erde E Komponenten, die die Impedanz Zw zwischen der W-Phase und der Erde E bilden.
Wie in 5 (b) dargestellt, fließen Ableitströme durch die jeweiligen Phasen auf der Ausgangsseite des Wechselrichters 3. Konkret fließt ein Ableitstrom Iu durch die U-Phase, ein Ableitstrom Iv durch die V-Phase und ein Ableitstrom Iw durch die W-Phase. Der Nullphasenstrom 10, der durch die Ausgangsseite des Wechselrichters 3b fließt, ist gleich der Summe der Ableitströme der jeweiligen Phasen. Daher wird ein Verhältnis von I0=Iu+Iu+Iv+Iw hergestellt.
Wenn die Aufmerksamkeit auf die Systemfrequenz-Komponente gerichtet ist, wird die Erdungsspannung VsZ180° in der gleichen Phase an die jeweiligen Phasen (U, V, W) auf der Ausgangsseite des Wechselrichters 3 angelegt. Aus diesem Grund werden die Verhältnisse von Iu=Vs∠180°/Zu, Iv=Vs∠180°/Zu und Iv=Vs∠180°/Zu hergestellt. Daher wird ein Verhältnis von I0=Vs∠180°/ (1/Zu+1/Zv+1/Zw) hergestellt.
Wie vorstehend beschrieben, entspricht der Nullphasenstrom 10, der durch den Nullphasen-Stromwandler 4 gemessen wird, einem Ableitstrom, der durch die synthetische Impedanz des Drehstrommotors 5 fließt. Daher kann im Folgenden ein Ableitstrom durch einen Ableitstrom 10 bezeichnet werden.
(Erdungsisolationswiderstand in zweiter Konfiguration)
6 ist ein Diagramm, das den Erdungsisolationswiderstand zwischen dem Drehstrommotor 5 und der Erde E in Ausführungsform 1 der Offenbarung in einem Fall veranschaulicht, in dem der Wechselrichter 3 eingesetzt ist.
Wenn die Aufmerksamkeit auf die Systemfrequenz-Komponente gerichtet ist, wird die Erdungsspannung Vs∠180° in der gleichen Phase an die jeweiligen Phasen (U, V, W) auf der Ausgangsseite des Wechselrichters 3 angelegt. Es kann angenommen werden, dass dies Zu, Zv und Zw beträgt, die parallel an einen gemeinsamen Bus angeschlossen sind, an dem die Erdungsspannung Vs∠180° angelegt wird. Wenn also die synthetische Impedanz zwischen dem Drehstrommotor 5 und der Erde E auf Z0 eingestellt ist, wird ein Verhältnis von 1/Z0=1/Zu+1/Zv+1/Zv+1/Zw hergestellt. Die Neuanordnung dieses Ausdrucks bildet eine Verhältnis von I0=Vs180°/Z0, so dass ein Verhältnis von Z0=Vs180°/I0 hergestellt wird.
Die synthetische Erdungsimpedanz Z0 beinhaltet als Komponenten den Erdungsisolationswiderstand und die Erdungskapazität des Drehstrommotors 5, die parallel geschaltet sind. Wenn also eine Phasendifferenz zwischen dem Nullphasenstrom 10 und der Erdspannung VsZ180° auf θ eingestellt ist, ist ein Strom IOr, der durch den Erdisolationswiderstand von Z0 fließt, I0×cosθ. Andererseits ist ein Strom 10c, der durch die Erdungskapazität von Z0 fließt, I0×sinθ.
Dabei wird der Erdungsisolationswiderstand R0 des Drehstrommotors 5 als R0=Vs∠180°/I0r berechnet. Andererseits wird die kapazitive Reaktanz CO der Erdungskapazität des Drehstrommotors 5 als C0=Vs∠180°/I0c berechnet.
(Prozessfluss)
7 ist ein Flussdiagramm, das einen Fluss einer Reihe von Prozessen für die Ableitstromberechnungsvorrichtung 1 gemäß Ausführungsform 1 der Offenbarung zum Berechnen eines Erdungsisolationswiderstandskomponenten-Ableitstroms auf der Grundlage eines Berechnungsvorgehens darstellt, das dem Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Wechselrichters und der Konsistenz/Inkonsistenz einer Frequenz entspricht.
In Schritt S1 misst die Spannungsmesseinheit 11 eine Netzspannung zwischen der R-Phase und der S-Phase. In Schritt S2 berechnet die Erdungsberechnungseinheit 13 auf Grundlage der gemessenen Netzspannung eine Erdungsspannung. In Schritt S3 misst die Ableitstrommesseinheit einen Ableitstrom durch den Nullphasen-Stromwandler 4. In Schritt S4 extrahiert die Frequenzkomponenten-Extraktionseinheit 14 aus dem gemessenen Ableitstrom mindestens eine Frequenzkomponente, die die Frequenzkomponente der Systemfrequenz beinhaltet. In einem Fall, in dem der Wechselrichter 3 nicht eingesetzt ist, entnimmt die Frequenzkomponenten-Extraktionseinheit 14 nur die Frequenzkomponente der Systemfrequenz des kommerziellen Stromsystems 2 aus dem Ableitstrom. Andererseits werden in einem Fall, in dem der Wechselrichter 3 eingesetzt ist, die Frequenzkomponente der Systemfrequenz, die Frequenzkomponente einer Betriebsfrequenz und die Frequenzkomponente einer Frequenz, die das integrale Vielfache der Betriebsfrequenz ist, extrahiert. Bei einem Extraktionsprozess dieser Frequenzkomponenten wird beispielsweise eine FFT oder ein DFT verwendet.
In den Schritten S6 bis S10 bestimmt die Einfügungsbestimmungseinheit 16 automatisch ein Berechnungsvorgehen, das dem Vorhandensein oder Fehlen eines Wechselrichters und der Konsistenz/Inkonsistenz einer Frequenz entspricht. Mit anderen Worten, erfordert die Einfiigungsbestimmungseinheit 16 beispielsweise nicht die Eingabe eines Benutzers von außerhalb der Ableitstromberechnungsvorrichtung 1 (Eingabe von Informationen zur Benennung eines Berechnungsvorgehens, das dem Vorhandensein oder Fehlen eines Wechselrichters und der Konsistenz/Inkonsistenz einer Frequenz entspricht), um das Berechnungsvorgehen zu bestimmen, das dem Vorhandensein oder Fehlen eines Wechselrichters und der Konsistenz/Inkonsistenz einer Frequenz entspricht. Daher ist es möglich, ein Berechnungsvorgehen zu bestimmen, das dem Vorhandensein oder Fehlen eines Wechselrichters und der Konsistenz/Inkonsistenz einer Frequenz entspricht, ohne dass ein Benutzer viel Zeit oder Mühe in die Verwendung der Ableitstromberechnungsvorrichtung 1 investiert. Währenddessen kann die Einfügungsbestimmungseinheit 16 auch ein Berechnungsvorgehen bestimmen, das dem Vorhandensein oder Fehlen eines Wechselrichters und der Konsistenz/Inkonsistenz einer Frequenz auf der Grundlage von Eingaben von außen an der Ableitstromberechnungsvorrichtung 1 entspricht. In diesem Fall kann die Ableitstromberechnungsvorrichtung 1 auch ein Berechnungsvorgehen genau bestimmen, das dem Vorhandensein oder Fehlen eines Wechselrichters und der Konsistenz/Inkonsistenz einer Frequenz entspricht.
Im Schritt S6 bestimmt die Widerstandskomponenten-Ableitstromberechnungseinheit 18 das Vorhandensein oder Fehlen des Ableitstroms 10, der zu einem beliebigen Zeitpunkt gemessen wird und eine Änderung der berechneten Phasendifferenz θ. Im Falle von NEIN im Schritt S6 wählt die Widerstandskomponenten-Ableitstromberechnungseinheit 18 in Schritt S7 ein Berechnungsvorgehen zum Berechnen eines Erdungsisolationswiderstandskomponenten-Ableitstroms, die dem Vorhandensein eines Wechselrichters und der Konsistenz einer Frequenz entspricht.
Im Falle von JA in Schritt S6 bestimmt die Einfügungsbestimmungseinheit 16 in Schritt S8 das Vorhandensein oder Fehlen von anderen Frequenzen als eine Frequenz, die das ganzzahlige Vielfache der Systemfrequenz ist. Im Falle von NEIN in Schritt S8 wählt die Einfiigungsbestimmungseinheit 16 in Schritt S9 ein Berechnungsvorgehen zum Berechnen eines Erdungsisolationswiderstandskomponenten-Ableitstroms aus, die dem Fehlen des Einbaus eines Wechselrichters entspricht. In einem Fall, in dem die Systemfrequenz 60 Hz beträgt, wählt die Einfügungsbestimmungseinheit 16 ein Berechnungsvorgehen aus, das dem Fehlen einer Einfügung eines Wechselrichters entspricht, beispielsweise in einem Fall, in dem jede Frequenzkomponente von 60 Hz, 120 Hz und 180 Hz extrahiert wird. Die Frequenzen, die in diesem Fall extrahiert wurden, sind nicht auf diese drei beschränkt, und auch andere Frequenzen wie z.B. 240 Hz, 300 Hz,·· können extrahiert werden. Andererseits wählt im Falle von JA in Schritt 8, die Einfügungsbestimmungseinheit 16 in Schritt S10 ein Berechnungsvorgehen zum Berechnen eines Erdungsisolationswiderstandskomponenten-Ableitstroms aus, die dem Vorhandensein eines Einbaus eines Wechselrichters und der Inkonsistenz einer Frequenz entspricht. Die Einfügungsbestimmungseinheit 16 wählt ein Berechnungsvorgehen aus, das dem Vorhandensein eines Wechselrichters und der Inkonsistenz einer Frequenz entspricht, beispielsweise in einem Fall, in dem jede Frequenzkomponente von 50 Hz, 60 Hz, 100 Hz, 120 Hz, 150 Hz, 150 Hz und 180 Hz extrahiert wird.
In Schritt S11 berechnet die Ableitstromberechnungseinheit 18 der Widerstandskomponente einen Erdungsisolationswiderstandskomponenten-Ableitstrom auf der Grundlage eines in einem der Schritte S7, S9 oder S10 gewählten Berechnungsvorgehens. In Schritt S12 berechnet die Isolationsfehlerbestimmungseinheit 20 den Erdungsisolationswiderstand des Drehstrommotors 5 auf der Grundlage des berechneten Erdungsisolationswiderstandskomponenten-Ableitstroms.
(Berechnungsvorgehen bei Fehlen des Einbaus von Wechselrichter 3)
Ein Berechnungsvorgehen für einen Erdungsisolationswiderstandskomponenten-Ableitstrom, das in einem Fall ausgewählt wird, in dem der Wechselrichter 3 nicht eingesetzt ist, ist ein Berechnungsvorgehen, das auf dem relationalen Ausdruck von I0R=I0× (cos θ + 1/√3xsin θ) basiert. In diesem Ausdruck ist IOR ein Erdungsisolationswiderstandskomponenten-Ableitstrom. 10 ist eine aus dem Ableitstrom extrahierte Frequenzkomponente. Darüber hinaus ist θ eine Phasendifferenz. Die Widerstandskomponenten-Ableitstromberechnungseinheit 18 kann einen Erdungsisolationswiderstandskomponenten-Ableitstrom genau berechnen, indem sie diesen Ausdruck in Schritt S9 wählt, wenn der Wechselrichter 3 nicht eingesetzt ist. Die Isolationsfehlerbestimmungseinheit 20 berechnet den Erdungsisolationswiderstand des Drehstrommotors 5, indem sie die R-S-Netzspannung durch den Ableitstrom der Erdisolationswiderstandkomponente dividiert. Dadurch ist es möglich, den Erdungsisolationswiderstand für den Fall, dass der Wechselrichter 3 nicht eingesetzt ist, genau zu berechnen.
(Berechnungsvorgehen bei Vorhandensein des Einbaus von Wechselrichter 3 und Inkonsistenz der Frequenz)
Ein Berechnungsvorgehen für einen Erdungsisolationswiderstandskomponenten-Ableitstrom, die in einem Fall gewählt wird, in dem der Wechselrichter 3 eingesetzt ist und die Systemfrequenz und die Betriebsfrequenz nicht übereinstimmen, ist beispielsweise wie folgt.
In den Zeichnungen ist (a) von 8 ein Diagramm, das ein Prinzip für die Ableitstromberechnungsvorrichtung 1 gemäß Ausführungsform 1 der Offenbarung zum Berechnen eines Ableitstroms veranschaulicht, der mit der Systemfrequenz des kommerziellen Stromsystems 2 synchronisiert ist.
Der Ableitstrom 10, der von der Ableitstrommesseinheit 12 gemessen wird, beinhaltet eine Komponente (I0_sys), die mit der Systemfrequenz des kommerziellen Stromsystems 2 synchronisiert ist, und eine Komponente (I0_inv), die mit der Betriebsfrequenz des Wechselrichters 3 synchronisiert ist. Um den Erdungsisolationswiderstand des Drehstrommotors 5 zu berechnen, ist es notwendig, aus dem Ableitstrom 10 nur den Ableitstrom I0_sys zu entnehmen, der eine Ableitstromkomponente ist, die mit der Systemfrequenz synchronisiert ist.
In (a) von 8 beträgt die Frequenz (Systemfrequenz) einer Spannung, die dem Wechselrichter 3 vom kommerziellen Stromsystem 2 zugeführt wird, 60 Hz und die Frequenz (Betriebsfrequenz) einer Spannung für den Wechselrichter 3 zum Antreiben des Drehstrommotors 5 50 Hz. Das heißt, beide Frequenzeinstellungen sind unterschiedlich.
In diesem Fall extrahiert die Systemfrequenzkomponenten-Extraktionseinheit 14 nur den Ableitstrom I0_sys der Systemfrequenzkomponente aus dem gemessenen Ableitstrom 10 durch Ausführen eines arithmetischen Rechenvorgangs zum Extrahieren eines Ableitstroms mit der gleichen Frequenz wie die Systemfrequenz. Da sich die Systemfrequenz und die Betriebsfrequenz voneinander unterscheiden, wird bei diesem Extraktionsprozess eine mit der Systemfrequenz synchronisierte Komponente extrahiert, nicht aber eine mit der Betriebsfrequenz synchronisierte Komponente. Dabei beinhaltet der entnommene Ableitstrom I0_sys nicht den Ableitstrom I0_inv, der mit der Betriebsfrequenzkomponente des Wechselrichters 3 synchronisiert ist.
Die Impedanz zwischen dem Drehstrommotor 5 und der Erde E beinhaltet sowohl den Erdungsisolationswiderstand als auch die Erdungskapazität. Die Erdungsspannung Vs∠180° wird sowohl am Erdungsisolationswiderstand als auch an der Erdungskapazität angelegt, wobei die Phase des zu messenden Ableitstroms 10 durch den Einfluss der Erdungskapazität von der Phase der Erdungsspannung VsZ180° verschoben wird. Daher wird die Phasendifferenz θ des aus dem Ableitstrom I0_sys extrahierten Ableitstroms I0_sys ebenfalls aus der Phase der Erdspannung Vs∠180° verschoben.
Wie in 8 (a) dargestellt, beinhaltet die aus dem Ableitstrom 10 extrahierte Ableitstromkomponente in einem Fall, in dem die Systemfrequenz und die Betriebsfrequenz voneinander verschieden sind, nur den Ableitstrom I0_sys. Daher ist die Phasendifferenz θ zwischen der Erdungsspannung Vs∠180° und der Ableitstromkomponente (I0_sys selbst) unabhängig von einem Zeitpunkt der Messung immer konstant.
Wenn also, wie in 8 (a) dargestellt, ein Vektor des Ableitstroms I0_sys mit dem Ursprung in einem als Ausgangspunkt verwendeten Ebenenkoordinatensystem und mit dem Winkel einer für die horizontale Achse dieses Ebenenkoordinatensystems vorgesehenen Phasendifferenz θ gezeichnet wird, konzentriert sich ein Endpunkt P0 dieses Vektors immer auf den gleichen Punkt, unabhängig von einem Zeitpunkt, zu dem der Ableitstrom I0_sys entnommen wird. Dabei entspricht ein Vektor, der den Ursprung des Ebenenkoordinatensystems mit einem Punkt verbindet, an dem der Endpunkt P0 auf die horizontale Achse des Ebenenkoordinatensystems projiziert wird, genau einem Widerstandskomponenten-Ableitstrom I0R_sys der Systemfrequenzkomponente. Das heißt, der Wert dieses Projektionspunktes ist ein effektiver Wert von I0R_sys. Andererseits entspricht ein Vektor, der den Ursprung des Ebenenkoordinatensystems mit einem Punkt verbindet, an dem der Endpunkt P0 auf die vertikale Achse des Ebenenkoordinatensystems projiziert wird, genau einem kapazitiven Komponentenableitstrom IOC sys der Systemfrequenzkomponente. Das heißt, der Wert dieses Projektionspunktes ist ein effektiver Wert von I0C_sys.
Wie vorstehend beschrieben, kann die Ableitstromberechnungsvorrichtung 1 in einem Fall, in dem die Systemfrequenz des kommerziellen Stromsystems 2 und die Betriebsfrequenz des Wechselrichters 3 unterschiedlich sind, den Ableitstrom I0_sys des Netzfrequenzabschnitts genau berechnen, indem sie eine mit der Systemfrequenz synchronisierte Komponente aus dem gemessenen Ableitstrom 10 extrahiert. Damit ist es auch möglich, den Erdungsisolationswiderstand des Drehstrommotors 5 aus der Erdungsspannung Vs∠180° und dem Ableitstrom I0R_sys genau zu berechnen.
(Berechnungsvorgehen bei Vorhandensein des Einbaus von Wechselrichter 3 und Konsistenz der Frequenz)
In einem Fall, in dem der Wechselrichter 3 eingesetzt ist und die Systemfrequenz und die Betriebsfrequenz übereinstimmen, berechnet die Ableitstromberechnungseinheit 18 der Widerstandskomponente einen Ableitstrom der Bodenisolationswiderstandskomponente auf der Grundlage einer Reihe von Berechnungsvorgehen, die im Folgenden beschrieben werden sollen.
(Berechnungsprinzip des Ableitstroms)
In den Zeichnungen ist in 8 (b) ein Diagramm dargestellt, das ein Prinzip für die Ableitstromberechnungsvorrichtung 1 gemäß Ausführungsform 1 der Offenbarung zum Berechnen eines Ableitstroms darstellt, der mit der Systemfrequenz des kommerziellen Stromsystems 2 synchronisiert ist, wenn die Systemfrequenz des kommerziellen Stromsystems 2 und die Betriebsfrequenz des Wechselrichters 3 übereinstimmen.
In einem Fall, in dem der Wechselrichter 3 zwischen dem kommerziellen Stromsystem 2 und dem Drehstrommotor 5 eingesetzt ist, beinhaltet der von der Ableitstrommesseinheit 12 gemessene Ableitstrom 10 die Komponente (I0_sys), die mit der Systemfrequenz des kommerziellen Stromsystems 2 synchronisiert ist, und die Komponente (I0_inv), die mit der Betriebsfrequenz des Wechselrichters 3 synchronisiert ist. Um den Erdungsisolationswiderstand des Drehstrommotors 5 zu berechnen, ist es notwendig, aus dem Ableitstrom 10 nur den Ableitstrom I0_sys zu extrahieren, der eine mit der Systemfrequenz synchronisierte Frequenzkomponente ist. Wie in 8 (b) dargestellt, wird in einem Fall, in dem die Systemfrequenz des kommerziellen Stromsystems 2 und die Betriebsfrequenz des Wechselrichters 3 übereinstimmen, ein mit Vektorschreibweise ausgedrückter Endpunkt des Ableitstroms 10 nicht als ein Punkt bestimmt und seine Position für jeden Zeitpunkt der Messung geändert. Denn sowohl der Ableitstrom I0_sys des Systemfrequenzabschnitts als auch der Ableitstrom I0_inv des Betriebsfrequenzabschnitts werden in den Ableitstrom einbezogen, der von der Frequenzkomponenten-Extraktionseinheit 14 entnommen wird.
In einem Fall, in dem die Einstellungen der Systemfrequenz und der Betriebsfrequenz übereinstimmen, kann die Frequenzkomponenten-Extraktionseinheit 14 nicht zwischen einer Komponente, die mit der im Ableitstrom 10 enthaltenen Systemfrequenz synchronisiert ist, und einer Komponente, die mit der Betriebsfrequenz synchronisiert ist, unterscheiden. Wenn die Frequenzkomponenten-Extraktionseinheit 14 einen Prozess des Extrahierens einer Komponente durchführt, die mit der Systemfrequenz synchronisiert ist, aus dem Ableitstrom 10, wird dadurch ein Ableitstrom I0_mix extrahiert, in dem der mit der Systemfrequenz synchronisierte Ableitstrom I0_sys und der mit der Betriebsfrequenz synchronisierte Ableitstrom I0_inv gemischt werden.
In diesem Fall ist der auf dem Ebenenkoordinatensystem gezeichnete Vektor, wie in (b) von 8 dargestellt, ein resultierender Vektor (ein Vektor von I0_mix) des Vektors von I0_sys und der Vektor von I0_inv. Obwohl dies später näher beschrieben wird, ändert sich die Position eines Endpunktes dieses resultierenden Vektors für jeden Zeitpunkt der Messung wie ein Punkt P1 (ein bestimmter Punkt), ein Punkt P2 (ein bestimmter Punkt), ein Punkt P3 (ein bestimmter Punkt) und dergleichen durch den Einfluss von I0_inv. Insbesondere, wie in (b) von 8 dargestellt, wird diese Änderung erzeugt, als ob ein Kreis 81 von jedem Endpunkt gezeichnet würde.
In einem Fall, in dem die Systemfrequenz und die Betriebsfrequenz übereinstimmen, wird daher der Endpunkt des Vektors nicht als ein Punkt im Gegensatz zu (a) von 8 bestimmt, wodurch es nicht möglich ist, den Widerstandskomponentenableitstrom I0R_sys der Systemfrequenzkomponente auf Basis dieses Endpunktes genau zu berechnen. Mit anderen Worten, auch wenn I0R_sys auf Basis des Endpunktes berechnet wird, schwankt der Wert für jeden Zeitpunkt der Messung, wobei es nicht möglich ist, einen korrekten Wert anzugeben.
(Grund für das Zeichnen eines Kreises)
9 ist ein Diagramm, das ein Prinzip veranschaulicht, bei dem ein Endpunkt einer extrahierten Frequenzkomponente, ausgedrückt durch Vektorschreibweise, Ausführungsform 1 der Offenbarung, in einem Fall gedreht wird, in dem die Systemfrequenz und die Betriebsfrequenz übereinstimmen.
Auch wenn die Systemfrequenz und die Betriebsfrequenz auf den gleichen Wert eingestellt sind, unterscheiden sich die Frequenzen streng genommen leicht voneinander. Selbst wenn jede der Frequenzen auf 60 Hz eingestellt ist, tritt beispielsweise eine leichte Verschiebung dazwischen auf, als ob die Systemfrequenz 60,00 Hz wäre, während die Betriebsfrequenz 60,01 Hz beträgt. Wie in (a) von 9 dargestellt, werden aufgrund einer Verschiebung zwischen den Frequenzen eine Wellenform 91 von I0_sys und eine Wellenform 92 von I0_inv Bit für Bit dazwischen verschoben, wenn sich ein Zeitpunkt der Messung allmählich auf P1, P2 und P3 ändert.
Wie vorstehend beschrieben, beinhaltet der aus dem Ableitstrom 10 extrahierte Ableitstrom I0_mix in einem Fall, in dem die Systemfrequenz und die Betriebsfrequenz übereinstimmen, den Ableitstrom I0_sys des Systemfrequenzabschnitts und den Ableitstrom I0_inv des Betriebsfrequenzabschnitts. Da es sich bei der festzulegenden Phasendifferenz θ um eine Phasendifferenz zwischen der Erdungsspannung Vs∠180° und dem Ableitstrom I0_mix handelt, tritt in diesem Fall eine Verschiebung zwischen der Wellenform von I0_sys, die im Ableitstrom I0_inv enthalten ist, und der Wellenform von I0_inv auf, wobei der Wert der Phasendifferenz θ mit einer Zeitverschiebung erfolgt. Dabei ändert sich die Position eines Endpunktes des Ableitstroms I0_mix, ausgedrückt in Vektorschreibweise, mit der Zeit. So ändern sich beispielsweise die Positionen der Endpunkte (spezifische Punkte) P1 bis P3 des Ableitstroms 10 als Reaktion auf Verschiebungen der Wellenformen von P1 bis P3 in (a) von 9. Mit einer zeitlichen Änderung der Phasendifferenz θ aufgrund dieser Änderung zeichnet der Endpunkt von I0_mix einen Kreis 93 mit einer Zeit, wie in (b) von 9 dargestellt. Das heißt, P1 bis P3 werden grundsätzlich auf dem Kreis 93 dargestellt.
Der Endpunkt von I0_sys stimmt mit einem zentralen Punkt 94 des Kreises 93 überein. Daher berechnet die Ableitstromberechnungsvorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform diesen Mittelpunkt 94 und berechnet I0R_sys und I0C_inv präzise, indem sie den Mittelpunkt 94 weiter auf die horizontale Achse und die vertikale Achse der ebenen Koordinatenachse projiziert.
Es gibt verschiedene Verfahren, um den Mittelpunkt eines Kreises zu berechnen, der durch den Endpunkt des Ableitstroms I0_mix gezogen wird. Im Folgenden werden drei Methoden unter ihnen beschrieben.
(Erstes Verfahren)
10 ist ein Diagramm, das ein erstes Verfahren zum Berechnen eines Erdungsisolationswiderstandskomponenten-Ableitstroms in Ausführungsform 1 der Offenbarung in einem Fall veranschaulicht, in dem die Systemfrequenz und die Betriebsfrequenz übereinstimmen.
Im Beispiel von 10 extrahiert die Frequenzkomponenten-Extraktionseinheit 14 I0_mix zu drei verschiedenen Zeitpunkten. Ebenso berechnet die Phasendifferenzberechnungseinheit 15 die Phasendifferenz θ zu drei verschiedenen Zeitpunkten. Dabei berechnet die Kreismittelberechnungseinheit 17 die Punkte P1 bis P3, die Endpunkte jedes I0_mix sind, ausgedrückt in Vektorschreibweise, auf Grundlage des Ableitstroms I0_mix und der Phasendifferenz θ, die zu drei Zeitpunkten festgelegt werden.
Die Kreismittelpunkt-Berechnungseinheit 17 berechnet den Umkreis eines Dreiecks 101 mit Eckpunkten an den Punkten P1 bis P3, anstatt direkt einen Kreis 102 zu berechnen, der durch die Punkte verläuft. Dieser Umkreismittelpunkt stimmt mit einem zentralen Punkt 103 des Kreises 102 überein, der um das Dreieck 101 herum umschrieben ist. Auf diese Weise kann die Kreismittelberechnungseinheit 17 im Beispiel von 10 den Mittelpunkt 103 des Kreises 102 berechnen, der durch die Punkte P1 bis P3 verläuft, indem sie den Umkreis des Dreiecks 101 mit Knoten an den Punkten berechnet.
Die Kreismittelpunkt-Berechnungseinheit 17 gibt den berechneten Mittelpunkt 103 an die Widerstandskomponenten-Ableitstromberechnungseinheit 18 aus. Wie in 10 dargestellt, ist der Vektor, in dem der Ursprung des ebenen Koordinatensystems als Ausgangspunkt und der Mittelpunkt 103 als Endpunkt verwendet wird, nichts anderes als der Ableitstrom I0_sys des Systemfrequenzabschnitts im Ableitstrom I0_mix, der aus dem Ableitstrom Ableitstrom I0 entnommen wird. Folglich kann die Widerstandskomponenten-Ableitstromberechnungseinheit 18 den Erdungsisolationswiderstandskomponenten-Ableitstrom I0R_sys im Ableitstrom I0_sys des Systemfrequenzabschnitt berechnen, indem sie den berechneten Mittelpunkt 103 auf die horizontale Achse projiziert.
Die Widerstandskomponenten-Ableitstromberechnungseinheit 18 gibt berechnete I0R_sys an die Isolationswiderstandsberechnungseinheit 19 aus. Die Isolationswiderstandsberechnungseinheit 19 berechnet den Erdungsisolationswiderstand des Drehstrommotors 5 aus dem Ableitstrom I0R_sys und der Erdungsspannung Vs∠180°.
Bei diesem Verfahren wird der zentrale Punkt 103 nur mit den drei Punkten P1 bis P3 berechnet. Das heißt, da es ausreichen kann, den Ableitstrom 10 zu drei verschiedenen Zeitpunkten zu messen, um I0R_sys zu berechnen, ist es möglich, I0R_sys mit hoher Geschwindigkeit zu berechnen.
(Zweites Verfahren)
11 ist ein Diagramm, das ein zweites Verfahren zum Berechnen eines Erdungsisolationswiderstandskomponenten-Ableitstroms in Ausführungsform 1 der Offenbarung in einem Fall veranschaulicht, in dem die Systemfrequenz und die Betriebsfrequenz übereinstimmen.
Im Beispiel von 11 extrahiert die Frequenzkomponenten-Extraktionseinheit 14 I0_mix zu vier oder mehr verschiedenen Zeitpunkten. Ebenso berechnet die Phasendifferenzberechnungseinheit 15 die Phasendifferenz θ zu vier oder mehr verschiedenen Zeitpunkten. Dabei berechnet die Kreismittelberechnungseinheit 17 jeden Punkt Pn (n=1, 2, 3, 4,····), der ein Endpunkt jedes 10 mix ist, ausgedrückt durch Vektorschreibweise auf der Grundlage des Ableitstroms I0_mix und der Phasendifferenz θ, die zu vier oder mehr Zeitpunkten festgelegt werden.
Die Kreismittelpunktberechnungseinheit 17 berechnet die Gleichung eines Kreises 111, der durch jeden der Punkte Pn läuft. Ein zentraler Punkt 112 des Kreises 111 wird nach dieser Gleichung berechnet. Im Beispiel von 11 berechnet die Kreismittelberechnungseinheit 17 die Gleichung des Kreises 111 unter Verwendung einer Methode der kleinsten Quadrate des Kreises unter Verwendung jedes der berechneten Punkte Pn. Im Folgenden wird eine detaillierte Beschreibung gegeben.
12 ist ein Diagramm, das eine Methode der kleinsten Quadrate eines Kreises in Ausführungsform 1 der Offenbarung darstellt. Wie in dieser Zeichnung dargestellt, wird davon ausgegangen, dass jeder der Punkte Pn als ein Punkt P1 (x1, y1), ein Punkt P2 (x2, y2), ein Punkt P3 (x3, y3), ein Punkt P4 (x4, y4),··· berechnet wird. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Gleichung des Kreises 111, der diese Punkte approximiert, definiert als (x-a)²×(y-b)²=r², und die Koeffizienten a, b und r für die Summe der Quadrate E der Fehler zwischen diesen Punkten und (x-a)²×(y-b)²=r², die minimiert werden sollen, werden nach der Methode der kleinsten Quadrate berechnet.
Ein Fehler E wird durch E=Σ((x-a)²×(y-b)²=r²) angegeben. Wenn jedoch der Fehler E mit diesem Ausdruck berechnet wird, werden a, b und r alle zu einem Polynom vierten Grades bzw. zu einer Quartikfunktion, was zu einer sehr komplizierten Berechnung führt. Folglich wird zunächst ein relationaler Ausdruck, in dem a, b und r durch die Parameter A, B und C ersetzt sind, wie folgt erhalten.
$E = Σ (x2 + y2 + Ax + By + C)$
Hier werden die Verhältnisse von A=-2a, B=-2b und C=a²+b²-r² hergestellt. Wenn dieser relationale Ausdruck teilweise differenziert wird, erhält man den folgenden Ausdruck. ${\begin{matrix} \partial / \partial A = A Σ x^{2} + B Σ x y + C Σ x + Σ x^{3} + Σ x y^{2} = 0 \\ \partial / \partial B = A Σ x y + B Σ y^{2} + C Σ y + Σ x^{2} y + Σ y^{3} = 0 \\ \partial / \partial C = A Σ x + B Σ y + C Σ 1 + Σ x^{2} + Σ y^{2} = 0 \end{matrix}$
Wenn diese Ausdrücke durch eine Matrixoperation gelöst werden, erhält man die folgende Determinante. $(\begin{array}{l} Σ x^{2} & Σ x y & Σ x \\ Σ x y & Σ y^{2} & Σ y \\ Σ x & Σ y & Σ 1 \end{array}) (\begin{matrix} A \\ B \\ C \end{matrix}) = (\begin{matrix} - Σ (x^{3} + x y^{2}) \\ - Σ (x^{2} y + y^{3}) \\ - Σ (x^{2} + y^{2}) \end{matrix})$
Wenn diese Determinante entwickelt wird, erhält man die folgende Determinante. $(\begin{matrix} A \\ B \\ C \end{matrix}) = {(\begin{array}{l} Σ x^{2} & Σ xy & Σ x \\ Σ xy & Σ y^{2} & Σ y \\ Σ x & Σ y & Σ 1 \end{array})}^{- 1} (\begin{matrix} - Σ (x^{3} + x y^{2}) \\ - Σ (x^{2} y + x y^{3}) \\ - Σ (x^{2} + y^{2}) \end{matrix})$
Die Parameter A, B und C werden durch Lösen dieser Determinante festgelegt. Die Koeffizienten a, b und r können durch Substitution der festgelegten Parameter A, B und C in den oben beschriebenen relationalen Ausdruck festgelegt werden. Da die Gleichung des Kreises 111 berechnet wird, wird dabei der Mittelpunkt 112 mit dieser Gleichung berechnet. Die Berechnung des Erdungsisolationswiderstandskomponenten-Ableitstroms I0_sys basierend auf dem Mittelpunkt 112 und die Berechnung des Erdungsisolationswiderstands des Drehstrommotors 5 basierend auf dem Ableitstrom I0_sys und der Erdungsspannung Vs∠180° unterscheiden sich nicht von dem oben beschriebenen Beispiel.
Da bei dieser Methode die Methode der kleinsten Quadrate eines Kreises bei der Berechnung des Kreises 11 verwendet wird, ist es möglich, den Mittelpunkt 112 des Kreises 111 genau zu berechnen. Damit ist es möglich, den Ableitstrom I0_sys und den Erdungsisolationswiderstand genau zu berechnen.
Ein Beispiel für das tatsächliche Berechnungsergebnis von I0_sys ist in (b) von 11 dargestellt. In diesem Beispiel wird (x-0.0044)²+(y-0.0133)²=0.0039² als die Gleichung des Kreises 111 berechnet. Wenn der Mittelpunkt 112, der aus dieser Gleichung festgelegt wird, auf die horizontale Achse projiziert wird, wird der Wert auf 4,4 mA eingestellt und damit 4,4 mA als I0R_sys berechnet. Da der theoretische Wert von I0_sys im Drehstrommotor 5 unter Verwendung dieser Berechnung 4,3 mA beträgt, kann man verstehen, dass das Berechnungsergebnis gut mit dem theoretischen Wert übereinstimmt. Darüber hinaus beträgt der Erdungsisolationswiderstand des Drehstrommotors 5, der mit I0_sys von 4,4 mA berechnet wurde, 26,9 kΩ, und dies stimmt auch gut mit 27 kΩ überein, der ein theoretischer Wert ist.
(Drittes Verfahren)
13 ist ein Diagramm, das ein drittes Verfahren zum Berechnen eines Erdungsisolationswiderstandskomponenten-Ableitstroms in Ausführungsform 1 der Offenbarung in einem Fall veranschaulicht, in dem die Systemfrequenz und die Betriebsfrequenz übereinstimmen.
Im Beispiel von 13 berechnet die Frequenzkomponenten-Extraktionseinheit 14 nicht direkt den Mittelpunkt eines Kreises, sondern den Minimalwert des Erdungsisolationswiderstandskomponenten-Ableitstroms in I0_mix und den Maximalwert des Erdungsisolationswiderstandskomponenten-Ableitstroms in I0_mix innerhalb eines bestimmten Zeitraums und berechnet einen Zwischenwert zwischen den Werten als I0R_sys.
Bei diesem Verfahren extrahiert die Frequenzkomponenten-Extraktionseinheit 14 zu jedem Zeitpunkt innerhalb eines bestimmten Zeitraums (eine lange Zeit von mehr als 60 Sekunden ist vorzuziehen), d.h. bis Punkte des Umfangs oder mehr eines Kreises berechnet werden. Ebenso berechnet die Phasendifferenzberechnungseinheit 15 die Phasendifferenz θ zu jedem Zeitpunkt, bis Punkte des Umfangs oder mehr eines Kreises berechnet werden. Bei diesem Verfahren berechnet die Kreismittelpunktberechnungseinheit 17 nicht den Mittelpunkt eines Kreises. Stattdessen berechnet die Isolationswiderstandsberechnungseinheit 19 zu jedem Zeitpunkt einen Erdungsisolationswiderstandskomponenten-Ableitstrom I0R_mix im Ableitstrom I0_mix unter Verwendung des Ableitstroms I0_mix und der Phasendifferenz θ, die zu jedem Zeitpunkt erhalten werden. Dies wird durch Multiplikation von I0_mix mit cosθ erreicht. Das heißt, es wird ein Verhältnis von I0R_mix=I0_mix×cosθ hergestellt.
Die Isolationswiderstandsberechnungseinheit 19 führt die Berechnung von I0R_mix zu jedem Zeitpunkt über einen längeren Zeitraum (mehr als 60 Sekunden) durch. Der Wert von I0R_mix stimmt mit dem Wert der horizontalen Achse an einem Punkt überein, an dem ein Endpunkt von I0_mix, ausgedrückt durch Vektorschreibweise, auf die horizontale Achse projiziert wird. Da dieser Endpunkt wie oben beschrieben einen Kreis zeichnet, befindet sich der Punkt, an dem der Endpunkt auf die horizontale Achse projiziert wird, innerhalb einer Linie, die durch Projizieren des gesamten Kreises auf die horizontale Achse erhalten wird. Daher werden in I0R_mix, der berechnet werden soll, ein Minimalwert 131 und ein Maximalwert 132 bestimmt, die jedem Ende einer Linie entsprechen.
Da der Minimalwert 131 und der Maximalwert 132 jeweils einem Ende in horizontaler Achsenrichtung in einem Kreis entsprechen, der durch den Endpunkt von I0_mix gezeichnet wird, entspricht der Zwischenwert 132 zwischen dem Minimalwert 131 und dem Maximalwert 132 dem Mittelpunkt des Kreises. Wie oben beschrieben, da der Wert, der durch das Projizieren des Mittelpunktes des Kreises auf die horizontale Achse erhalten wurde, I0R_sys entspricht, kann die Widerstandskomponenten-Ableitstromberechnungseinheit 18 I0R_sys durch Berechnen des Zwischenwertes 132 berechnen.
Inzwischen unterscheidet sich die Berechnung des Erdungsisolationswiderstands des Drehstrommotors 5 auf Basis von I0R_sys und der Erdungsspannung Vs∠180° nicht von dem oben beschriebenen Beispiel.
Da bei diesem Verfahren der Mittelpunkt eines Kreises nicht mit einer komplizierten Gleichung ermittelt werden muss, um IOR sys zu berechnen, ist es möglich, I0R_sys durch einfache Berechnung zu erhalten.
Ein Beispiel für das tatsächliche Berechnungsergebnis von I0R_sys basierend auf dem dritten Verfahren, wird in (b) von 13 dargestellt. In diesem Beispiel wird 4,3 mA als Zwischenwert 132 berechnet, also I0R_sys. Der Erdungsisolationswiderstand des Drehstrommotors 5, der mit I0R_sys von 4,3 mA berechnet wird, beträgt 27,1 kΩ, und dies stimmt gut mit 27 kΩ überein, was ein theoretischer Wert ist.
(Vorteil der vorliegenden Ausführungsform)
Wie vorstehend beschrieben, bestimmt die Ableitstromberechnungsvorrichtung 1, ob der Wechselrichter 3 zwischen dem kommerziellen Stromsystem 2 und dem Drehstrommotor 5 eingesetzt ist. Die Ableitstromberechnungsvorrichtung 1 berechnet weiterhin den Erdungsisolationswiderstandskomponenten-Ableitstrom des Systemfrequenzabschnitts, der zwischen dem Drehstrommotor 5 und der Erde E durch den Erdungsisolationswiderstand des Drehstrommotors 5 fließt, auf der Grundlage des Berechnungsvorgehens, das dem Bestimmungsergebnis entspricht. Insbesondere berechnet die Ableitstromberechnungsvorrichtung 1 in einem Fall, in dem der Wechselrichter 3 nicht eingesetzt ist, den Erdungsisolationswiderstandskomponenten-Ableitstrom auf der Grundlage des entsprechenden Berechnungsvorgehens. Andererseits wird in einem Fall, in dem der Wechselrichter 3 eingesetzt ist, der Erdungsisolationswiderstandskomponenten-Ableitstrom auf Grundlage des entsprechenden Berechnungsvorgehens berechnet. Daher reicht auch in einem Fall, in dem der Wechselrichter 3 in einer Betriebsanlage vorhanden ist oder nicht vorhanden ist, das Vorhandensein der Ableitstromberechnungsvorrichtung 1 aus, um den Erdungsisolationswiderstandskomponenten-Ableitstrom zu berechnen. Mit anderen Worten, eine Vorrichtung zum Messen des Erdungsisolationswiderstandskomponenten-Ableitstroms ist mit Ausnahme der Ableitstromberechnungsvorrichtung 1 nicht erforderlich. Somit kann die Ableitstromberechnungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform den Erdungsisolationswiderstandskomponenten-Ableitstrom unabhängig vom Vorhandensein oder Fehlen eines Wechselrichters genau berechnen.
[Ausführungsform 2]
Die Ausführungsform 2 gemäß der Offenbarung wird im Folgenden mit Bezug auf 14 und 15 beschrieben. Gemeinsame Elemente in Bezug auf die oben beschriebenen Elemente in Ausführungsform 1 werden durch die gleichen Bezugsziffern und -zeichen gekennzeichnet, so dass die detaillierte Beschreibung nicht gegeben ist.
(Schematische Konfiguration)
14 ist ein Übersichtssystemdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel veranschaulicht, an dem eine Ableitstromberechnungsvorrichtung 1 gemäß Ausführungsform 2 der Offenbarung angewendet wird. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Konfiguration der Ableitstromberechnungsvorrichtung 1 im Wesentlichen die gleiche wie die von Ausführungsform 1. In der vorliegenden Ausführungsform, wie in 14 dargestellt, kann jedoch eine Ableitstromberechnungsvorrichtung 1 konfiguriert werden, um jeden aus einer Vielzahl von Drehstrommotoren 5a und 5b zu überwachen.
Die Drehstrommotoren 5a und 5b werden von den Wechselrichtern 3a und 3b angetrieben. Alle Eingangsseiten der Wechselrichter 3a und 3b sind an das gemeinsame kommerzielle Stromsystem 2 angeschlossen. Die Ausgangsseite des Wechselrichters 3a ist mit dem Drehstrommotor 5a verbunden, während die Ausgangsseite des Wechselrichters 3b mit dem Drehstrommotor 5b verbunden ist.
Darüber hinaus ist zwischen dem Wechselrichter 3a und dem Drehstrommotor 5a ein Nullphasen-Stromwandler 4a und zwischen dem Wechselrichter 3b und dem Drehstrommotor 5b ein Nullphasen-Stromwandler 4b angeordnet. Die beiden Nullphasen-Stromwandler 4a und 4b sind an die Ableitstrommesseinheit 12 der Ableitstromberechnungsvorrichtung 1 angeschlossen.
(Berechnungsvorgehen)
In der vorliegenden Ausführungsform berechnet die Ableitstromberechnungsvorrichtung 1 einen Erdungsisolationswiderstandskomponenten-Ableitstrom und Erdungsisolationswiderstand entsprechend den Drehstrommotoren 5a bzw. 5b. Die Vorgehensweise wird im Folgenden beschrieben.
Die Spannungsmesseinheit 11 misst mindestens eine der Netzspannungen auf einer Eingangsseite einer Vielzahl von Wechselrichtern 3a und 3b. Da die Eingangsseite jedes der Wechselrichter 3a und 3b beispielsweise an das gemeinsame kommerzielle Stromsysstem 2 angeschlossen ist, ist die Spannung Vrs des Wechselrichters 3a zwischen der R- und der S-Phase vollständig gleich der Spannung Vrs des Wechselrichters 3b zwischen der R- und der S-Phase. Auf diese Weise kann in der vorliegenden Ausführungsform, da die Spannung Vrs nur an einem Punkt gemessen werden kann, die Konfiguration der Ableitstromberechnungsvorrichtung 1 weiter vereinfacht werden.
Die Erdungsspannungsberechnungseinheit 13 berechnet die Erdungsspannung Vs∠180° auf Grundlage der Spannung Rs, die von der Eingangsseite des Wechselrichters 3a gemessenen wird. Da die Spannung Vrs den Wechselrichtern 3a und 3b gemeinsam ist, verwendet die Ableitstromberechnungsvorrichtung 1 die Spannung VsZ180° im folgenden Prozess als gemeinsame Erdungsspannung für den Drehstrommotor 5a und den Drehstrommotor 5b.
Die Ableitstrommesseinheit 12 misst den Ableitstrom des Drehstrommotors 5a durch den Nullphasen-Stromwandler 4a und misst den Ableitstrom des Drehstrommotors 5b durch den Nullphasen-Stromwandler 4b. Das heißt, die Ableitstromberechnungsvorrichtung 1 beinhaltet eine Ableitstrommesseinheit 12, die den Drehstrommotoren 5a und 5b gemeinsam ist.
Währenddessen kann die Ableitstromberechnungsvorrichtung 1 eine Vielzahl von Ableitstrommesseinheiten 12a und 12b beinhalten, die den Drehstrommotoren 5a und 5b entsprechen. In dieser Konfiguration ist die Ableitstrommesseinheit 12a dem Nullphasen-Stromwandler 4a verbunden, während die Ableitstrommesseinheit 12b mit dem Nullphasen-Stromwandler 4b verbunden ist. Die Ableitstrommesseinheit 12a misst den Ableitstrom des Drehstrommotors 5a durch den Nullphasen-Stromwandler 4a, während die Ableitstrommesseinheit 12b den Ableitstrom des Drehstrommotors 5b durch den Nullphasen-Stromwandler 4b misst.
Die Frequenzkomponenten-Extraktionseinheit 14 extrahiert aus dem Ableitstrom des Drehstrommotors 5a eine dem Drehstrommotor 5a entsprechende Frequenzkomponente. Andererseits wird aus dem Ableitstrom des Drehstrommotors 5b eine dem Drehstrommotor 5b entsprechende Frequenzkomponente extrahiert.
Die Phasendifferenzberechnungseinheit 15 berechnet eine Phasendifferenz zwischen der berechneten Erdungsspannung und der Frequenzkomponente des Drehstrommotors 5a. Weiterhin wird eine Phasendifferenz zwischen der berechneten Erdungsspannung und der Frequenzkomponente des Drehstrommotors 5b berechnet.
Die Widerstandskomponenten-Ableitstromberechnungseinheit 18 berechnet den Erdungsisolationswiderstandskomponenten-Ableitstrom des Drehstrommotors 5a auf Grundlage des Mittelpunkts eines Kreises, der dem Drehstrommotor 5a entspricht. Darüber hinaus wird der Erdungsisolationswiderstandskomponenten-Ableitstrom des Drehstrommotors 5b auf der Grundlage des Mittelpunktes eines Kreises berechnet, der dem Drehstrommotor 5b entspricht.
Die Isolationswiderstandsberechnungseinheit 19 berechnet den Erdungsisolationswiderstand des Drehstrommotors 5a aus der Erdungsspannung Vs∠180° und dem Ableitstrom der Erdungsisolationswiderstandskomponente des Drehstrommotors 5a. Darüber hinaus wird der Erdungsisolationswiderstand des Drehstrommotors 5b aus der Erdungsspannung Vs∠180° und dem Erdungsisolationswiderstandskomponenten-Ableitstrom des Drehstrommotors 5b berechnet.
15 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für den zeitlichen Übergang eines Berechnungswertes eines Erdungsisolationswiderstandskomponenten-Ableitstroms oder eines Erdungsisolationswiderstands für jeden Drehstrommotor 5 in Ausführungsform 2 der Offenbarung darstellt. Darüber hinaus zeigt (a) von 15 den zeitlichen Übergang des Erdungsisolationswiderstandskomponenten-Ableitstroms jedes der Drehstrommotoren 5a und 5b. In der Zeichnung entspricht Ch1 dem Drehstrommotor 5a und Ch2 dem Drehstrommotor 5a. Andererseits zeigt (b) von 15 einen zeitlichen Übergang des Erdungsisolationswiderstandskomponenten-Ableitstroms jedes der Drehstrommotoren 5a und 5b. In der Zeichnung entspricht Ch1 dem Drehstrommotor 5a und Ch2 dem Drehstrommotor 5a. In den Zeichnungen unterscheiden sich die zeitlichen Schwankungen des Erdungsisolationswiderstandskomponenten-Ableitstroms oder des Erdungsisolationswiderstands in den Drehstrommotoren 5a und 5b. Die Ableitstromberechnungsvorrichtung 1 kann einen Drehstrommotor 5, der sich im Zustand der Isolationsverschlechterung befindet, durch Vergleich der gegenseitigen Werte oder durch Vergleich jedes Wertes mit einem vorgegebenen Schwellenwert entsprechend spezifizieren.
(Bestimmung basierend auf dem Grad der Abweichung)
Die Isolationsfehlerbestimmungseinheit 20 kann den Grad der Isolationsverschlechterung in jedem der Drehstrommotoren 5a und 5b bestimmen, indem sie den Erdungsisolationswiderstandskomponenten-Ableitstrom des Systemfrequenzabschnitts des Drehstrommotors 5a mit dem Erdungsisolationswiderstandskomponenten-Ableitstrom des Systemfrequenzabschnitts des Drehstrommotors 5b vergleicht. So tritt beispielsweise im Beispiel von (a) der 15 eine großer Grad der Abweichung 151 zwischen dem Erdungsisolationswiderstandskomponenten-Ableitstrom des Systemfrequenzabschnitts des Drehstrommotors 5a zu einem bestimmten Zeitpunkt und dem Erdungsisolationswiderstandskomponenten-Ableitstrom des Systemfrequenzabschnitts des Drehstrommotors 5b zum gleichen Zeitpunkt auf. In einem Fall, in dem dieser Abweichungsgrad 151 erfasst wird, bestimmt die Isolationsfehlerbestimmungseinheit 20, dass sich der Drehstrommotor 5a mit einem größeren Erdungsisolationswiderstandskomponenten-Ableitstrom im Zustand der Isolationsverschlechterung befindet.
(Bestimmung anhand des Schwellenwerts)
Die Isolationsfehlerbestimmungseinheit 20 kann auch einen Drehstrommotor 5 spezifizieren, bei dem ein entsprechender Erdungsisolationswiderstandskomponenten-Ableitstrom aus den Drehstrommotoren 5a und 5b einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, wenn sich der im Isolationszustand befindliche Drehstrommotor 5a verschlechtert. Da beispielsweise in (a) von 15 der Erdungsisolationswiderstandskomponenten-Ableitstrom des Drehstrommotors 5a ab einem bestimmten Zeitpunkt einen Schwellenwert 152 überschreitet, kann die Isolationsfehlerbestimmungseinheit 20 festlegen, dass sich der Drehstrommotor 5a ab diesem Zeitpunkt im Zustand der Isolationsverschlechterung befindet.
Inzwischen kann die Bestimmung über den Grad der Abweichung oder den vorstehend beschriebenen Schwellenwert auch in Bezug auf den Erdungsisolationswiderstandskomponenten-Ableitstrom, aber auch auf den Erdungsisolationswiderstand der Drehstrommotoren 5a und 5b gemäß 15 (b) durchgeführt werden. So tritt beispielsweise in (b) von 15 eine großer Grad der Abweichung 153 zwischen dem Erdungsisolationswiderstand des Drehstrommotors 5a zu einem bestimmten Zeitpunkt und dem Erdungsisolationswiderstand des Drehstrommotors 5b zum gleichen Zeitpunkt auf. In einem Fall, in dem dieser Grad der Abweichung 153 erfasst wird, bestimmt die Isolationsfehlerbestimmungseinheit 20, dass sich der Drehstrommotor 5a mit einem kleineren Erdungsisolationswiderstand im Zustand der Isolationsverschlechterung befindet. Da der Erdungsisolationswiderstand des Drehstrommotors 5a ab einem bestimmten Zeitpunkt unter einen Schwellenwert 154 fällt, kann die Isolationsfehlerbestimmungseinheit 20 darüber hinaus festlegen, dass sich der Drehstrommotor 5a ab diesem Zeitpunkt im Zustand der Isolationsverschlechterung befindet.
(Modifikationsbeispiel)
In einer Konfiguration, in der die Ableitstromberechnungsvorrichtung 1 eine Vielzahl von Ableitstrommesseinheiten 12 beinhaltet, sind die Ableitstrommesseinheiten 12 zur Messung des Ableitstroms des Drehstrommotors 5, der kein Ziel für die Überwachung ist, unnötig. Die Ableitstromberechnungsvorrichtung 1 einschließlich solcher unnötigen Ableitstrommesseinheiten 12 führt zu einem nutzlosen Anstieg der Kosten der Ableitstromberechnungsvorrichtung 1.
Um dies zu verhindern, kann jede der Ableitstrommesseinheiten 12 eine Erweiterungseinheit zur Messung eines Ableitstroms sein. Da in diesem Fall so viele Ableitstrommesseinheiten 12 wie nötig in die Ableitstromberechnungsvorrichtung 1 eingebaut sind oder unnötige Ableitstrommesseinheiten 12 aus der Ableitstromberechnungsvorrichtung 1 entfernt werden können, ist es möglich, die Kosten für die Ableitstromberechnungsvorrichtung 1 zu reduzieren. Um beispielsweise die Ableitstrommesseinheit 12 als solche Erweiterungseinheit zu realisieren, kann eine in dem japanischen Patent Offenlegungsschrift Nr. 2013-181813 offenbarte Technik verwendet werden.
(Schlussfolgerung)
Gemäß einem ersten Aspekt der Offenbarung, um das oben genannte Problem zu lösen, ist eine Ableitstromberechnungsvorrichtung vorgesehen, die beinhaltet: eine Spannungsmesseinheit, die mindestens eine der Netzspannungen in einem dreiphasigen kommerziellen Wechselstromsystem misst, an dem eine von drei verschiedenen Phasen geerdet ist; eine Erdungsspannungsberechnungseinheit, die aus der von der Spannungsmesseinheit gemessenen mindestens einen Netzspannung eine Erdungsspannung zwischen einem Neutralpunkt und einer Erde des kommerziellen Stromsystems berechnet; eine Ableitstrommesseinheit, die einen Ableitstrom misst, der zwischen einer mit dem kommerziellen Stromnetz verbundenen Last und der Erde fließt; eine Frequenzkomponenten-Extraktionseinheit, die eine Frequenzkomponente extrahiert, die mit einer Systemfrequenz des kommerziellen Stromsystems synchronisiert ist, aus dem gemessenen Ableitstrom; eine Phasendifferenzfestlegungseinheit, die eine Phasendifferenz zwischen der berechneten Erdungsspannung und der extrahierten Frequenzkomponente festlegt; eine Einfügungsbestimmungseinheit, die bestimmt, ob ein Wechselrichter zwischen dem kommerziellen Stromsystem und der Last eingesetzt ist; und eine Ableitstromberechnungseinheit, die einen Erdungsisolationswiderstandskomponenten-Ableitstrom des Systemfrequenzabschnitts berechnet, der zwischen der Last und der Erde durch den Erdungsisolationswiderstand der Last fließt, auf der Grundlage eines Berechnungsvorgehens, das einem Ergebnis der Bestimmung der Einfügungsbestimmungseinheit entspricht.
Gemäß der obigen Konfiguration bestimmt das Ableitstromberechnungsgerät, ob der Wechselrichter zwischen dem kommerziellen Stromsystem und der Last eingesetzt ist. Die Ableitstromberechnungsvorrichtung berechnet weiterhin den Erdungsisolationswiderstandskomponenten-Ableitstrom des Systemfrequenzabschnitts, der zwischen der Last und der Erde durch den Erdungsisolationswiderstand der Last fließt, auf der Grundlage eines Berechnungsvorgehens, das einem Bestimmungsergebnis entspricht. Insbesondere berechnet das Ableitstromberechnungsgerät in einem Fall, in dem der Wechselrichter nicht eingesetzt ist, den Erdungsisolationswiderstandskomponenten-Ableitstrom auf der Grundlage des entsprechenden Berechnungsvorgehens. Andererseits wird in einem Fall, in dem der Wechselrichter eingesetzt ist, der Erdungsisolationswiderstandskomponenten-Ableitstrom nach dem entsprechenden Berechnungsvorgehen berechnet. Daher reicht auch in einem Fall, in dem der Wechselrichter in einer Betriebsanlage vorhanden ist oder nicht vorhanden ist, das Vorhandensein der Ableitstromberechnungsvorrichtung aus, um den Erdungsisolationswiderstandskomponenten-Ableitstrom zu berechnen. Mit anderen Worten, eine Vorrichtung zum Messen des Ableitstroms der Erdisolationswiderstandskomponente ist mit Ausnahme der Ableitstromberechnungsvorrichtung nicht erforderlich.
Wie vorstehend beschrieben, kann das Ableitstromberechnungsgerät gemäß dem ersten Aspekt der Offenbarung den Erdungsisolationswiderstandskomponenten-Ableitstrom unabhängig vom Vorhandensein oder Fehlen eines Wechselrichters genau berechnen.
In der Ableitstromberechnungsvorrichtung gemäß einem zweiten Aspekt der Offenbarung im ersten Aspekt bestimmt die Einfügungsbestimmungseinheit, ob der Wechselrichter aufgrund von Eingaben von außen an der Ableitstromberechnungsvorrichtung eingesetzt ist.
Gemäß der obigen Konfiguration ist es möglich, genau zu bestimmen, ob der Wechselrichter eingesetzt ist.
In der Ableitstromberechnungsvorrichtung gemäß einem dritten Aspekt der Offenbarung im ersten Aspekt bestimmt die Einfügungsbestimmungseinheit automatisch, ob der Wechselrichter eingesetzt ist.
Gemäß der obigen Konfiguration ist es möglich, zu bestimmen, ob der Wechselrichter eingesetzt ist, ohne dass ein Benutzer viel Zeit oder Aufwand für die Verwendung des Ableitstromberechnungsgerätes aufwendet.
In der Ableitstromberechnungsvorrichtung gemäß einem vierten Aspekt der Offenbarung im dritten Aspekt bestimmt die Einfügungsbestimmungseinheit, ob der Wechselrichter auf der Grundlage des zu einem bestimmten Zeitpunkt gemessenen Ableitstroms und einer Änderung der festgelegten Phasendifferenz und der aus dem Ableitstrom entnommenen Frequenzkomponente eingesetzt ist.
Gemäß der obigen Konfiguration ist es möglich, genau zu bestimmen, ob ein Wechselrichter eingesetzt ist.
Gemäß einem fünften Aspekt der Offenbarung ist zur Lösung des obigen Problems eine Ableitstromberechnungsverfahren vorgesehen, die Folgendes beinhaltet: einen Spannungsmessschritt zum Messen von mindestens einer der Netzspannungen in einem dreiphasigen kommerziellen Wechselstromsystem, an dem eine von drei verschiedenen Phasen geerdet ist; einen Erdungsberechnungsschritt, in dem eine Erdungsspannung zwischen einem Neutralpunkt und einer Erde des kommerziellen Stromsystems aus der gemessenen mindestens einen Netzspannung gemessen wird; einen Ableitstrommessschritt, in dem ein Ableitstrom gemessen wird, der zwischen einer Last, die mit dem kommerziellen Stromsystem verbunden ist, und der Erde fließt; einen Frequenzkomponenten-Extraktionsschritt, in dem eine Frequenzkomponente, die mit einer Systemfrequenz des kommerziellen Stromsystems synchronisiert ist, aus dem gemessenen Ableitstrom extrahiert wird; einen Phasendifferenzfestlegungsschritt, in dem eine Phasendifferenz zwischen der berechneten Erdungsspannung und der extrahierten Frequenzkomponente festgelegt wird; einen Einfügungsbestimmungsschritt, in dem bestimmt wird, ob ein Wechselrichter zwischen dem kommerziellen Stromsystem und der Last eingesetzt ist; und einen Ableitstromberechnungsschritt, in dem ein Erdungsisolationswiderstandskomponenten-Ableitstrom des Systemfrequenzabschnitts, der zwischen der Last und der Erde durch den Erdungsisolationswiderstand der Last fließt, auf der Grundlage eines Berechnungsverfahrens berechnet wird, das einem Ergebnis der Bestimmung in dem Einfügungsbestimmungsschritt entspricht.
Gemäß der obigen Konfiguration ist es möglich, einen Erdungsisolationswiderstandskomponenten-Ableitstrom unabhängig vom Vorhandensein oder Fehlen eines Wechselrichters genau zu berechnen.
Die Offenbarung ist nicht auf jede der oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und kann in dem in den Ansprüchen dargestellten Umfang unterschiedlich geändert werden. Ausführungsformen, die durch eine geeignete Kombination technischer Mittel erhalten werden, die in jeder der verschiedenen Ausführungsformen offenbart sind, sind ebenfalls in den technischen Umfang der Offenbarung einbezogen. Ein neues technisches Merkmal kann durch die Kombination technischer Mittel gebildet werden, die in jeder der Ausführungsformen offenbart sind.
Bezugszeichenliste

11: Spannungsmesseinheit
12: Ableitstrommesseinheit
13: Erdungsspannungsberechnungseinheit
14: Frequenzkomponenten-Extraktionseinheit
15: Phasendifferenzberechnungseinheit (Phasendifferenzfestlegungseinheit)
16: Einfügungsbestimmungseinheit
17: Kreismittelberechnungseinheit
18: Widerstandskomponenten-Ableitstromberechnungseinheit (Ableitstrom-Berechnungseinheit)
19: Erdungsisolationswiderstandsberechnungseinheit
20: Isolationsverschlechterungbestimmungseinheit (Spezifikationseinheit für die Belastung durch die Verschlechterung der Isolation, Bestimmungseinheit für die Verschlechterung der Isolation)
21: Ausgabeeinheit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2014228519 [0004]
JP 2013195023 [0031]
JP 2013181813 [0118]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Eikichi Osaki, „Thorough Examination of Trouble in Electric Fields“, veröffentlicht in der Februarausgabe 2000 von Shin-denki (New electricity), Ohmsha, Ltd., S. 46 bis 51 [0003]

Claims

Ableitstromberechnungsvorrichtung, umfassend: eine Spannungsmesseinheit, die mindestens eine der Netzspannungen in einem dreiphasigen kommerziellen Wechselstromsystem misst, an das eine von drei verschiedenen Phasen geerdet ist; eine Erdungsspannungsberechnungseinheit, die eine Erdungsspannung zwischen einem Neutralpunkt und einer Erde des kommerziellen Stromsystems aus der mindestens einen Netzspannung berechnet, die von der Spannungsmesseinheit gemessen wird; eine Ableitstrommesseinheit, die einen Ableitstrom misst, der zwischen einer Last, die an das kommerzielle Stromsystem angeschlossenen ist, und der Erde fließt; eine Frequenzkomponenten-Extraktionseinheit, die eine Frequenzkomponente, die mit einer Systemfrequenz des kommerziellen Stromsystems synchronisiert ist, aus dem gemessenen Ableitstrom extrahiert; eine Phasendifferenzfestlegungseinheit, die eine Phasendifferenz zwischen der berechneten Erdungsspannung und der extrahierten Frequenzkomponente festlegt; eine Einfügungsbestimmungseinheit, die bestimmt, ob ein Wechselrichter zwischen dem kommerziellen Stromsystem und der Last eingesetzt ist; und eine Ableitstromberechnungseinheit, die einen Erdungsisolationswiderstandskomponenten-Ableitstrom des Systemfrequenzabschnitts, der zwischen der Last und der Erde durch einen Erdungsisolationswiderstand der Last fließt, auf der Grundlage eines Berechnungsvorgehens berechnet, das einem Ergebnis der Bestimmung der Einfügungsbestimmungseinheit entspricht.
Ableitstromberechnungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Einfügungsbestimmungseinheit bestimmt, ob der Wechselrichter eingesetzt ist auf der Grundlage einer Eingabe von einer Außenseite der Ableitstromberechnungsvorrichtung.
Die Ableitstromberechnungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Einfügungsbestimmungseinheit automatisch bestimmt, ob der Wechselrichter eingesetzt ist.
Ableitstromberechnungsvorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei die Einfügungsbestimmungseinheit bestimmt, ob der Wechselrichter eingesetzt ist auf der Grundlage des Ableitstroms, der zu irgendeinem vorgegebenen Zeitpunkt gemessen wird und einer Änderung der festgelegten Phasendifferenz, und der Frequenzkomponente, die aus dem Ableitstrom extrahiert wird.
Ableitstromberechnungsverfahren, umfassend: einen Spannungsmessschritt, in dem mindestens eine der Netzspannungen in einem dreiphasigen Wechselstromsystem gemessen wird, an dem eine von drei verschiedenen Phasen geerdet ist; einen Erdungsspannungsberechnungsschritt, in dem eine Erdungsspannung zwischen einem Neutralpunkt und einer Erde des kommerziellen Stromsystems aus der mindestens einen gemessenen Netzspannung gemessen wird; einen Ableitstrommessschritt, in dem ein Ableitstrom gemessen wird, der zwischen einer Last, die an das kommerzielle Stromsystem angeschlossen ist, und der Erde fließt; einen Frequenzkomponenten-Extraktionsschritt, in dem eine Frequenzkomponente, die mit einer Systemfrequenz des kommerziellen Stromsystems synchronisiert ist, aus dem gemessenen Ableitstrom extrahiert wird; einen Phasendifferenzfestlegungsschritt, in dem eine Phasendifferenz zwischen der berechneten Erdungsspannung und der extrahierten Frequenzkomponente festgelegt wird; einen Einfügungsbestimmungsschritt, in dem bestimmt wird, ob ein Wechselrichter zwischen dem kommerziellen Stromsystem und der Last eingesetzt ist; und einen Ableitstromberechnungsschritt, in dem ein Erdungsisolationswiderstandskomponenten-Ableitstrom des Systemfrequenzabschnitts, der zwischen der Last und der Erde durch einen Erdungsisolationswiderstand der Last fließt, auf der Grundlage eines Berechnungsvorgehens berechnet wird, das einem Ergebnis der Bestimmung in dem Einfügungsbestimmungsschritt entspricht.