JP2001242205A - 絶縁監視装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 対地抵抗分の漏れ電流がいかなる電路で発生
した場合においても整定電流値に対して±１０％以下の
誤差精度で回路の絶縁状態の検出を行う。 【解決手段】 検出された漏れ電流をＩg、基準電位と
漏れ電流Ｉgとの位相差をθ、回路の絶縁状態の検出誤
差が予め設定した整定電流値に対して±１０％以下とな
るための基準電位に対する位相ずらし量をθ１としたと
き、対地抵抗による漏れ電流Ｉrを、 Ｉr＝Ｉgｃｏｓ（θ−θ１）＋{Ｉgｓｉｎ（θ−θ１）
／ｔａｎ（６０°＋θ１）} によって検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電力系統における
短絡や接地事故を検出するために回路の絶縁状態を監視
する絶縁監視装置に関し、特に、三相デルタ結線式の低
圧線路にて漏れ電流の有効分を抽出することにより回路
の絶縁状態を監視する絶縁監視装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】三相デルタ結線式の低圧線路において
は、一相がＢ種接地されているため、１線地絡事故が発
生していない場合においても、Ｂ種接地線に線路や負荷
機器の対地絶縁抵抗や静電容量を介して「漏れ電流」と
称される微少な電流が常時流れている。

【０００３】この漏れ電流は、その大きさが電路の電線
サイズ、長さ、敷設状況等で変化するため、絶縁監視装
置の動作設定値を設備状況に基づいて誤動作しない値に
設定する必要がある。

【０００４】また、漏れ電流のうち、対地絶縁抵抗を介
して流れる漏れ電流は、漏れ電流の有効分と称され、絶
縁抵抗に直接関与するため、漏れ電流からこの有効分の
みを抽出することにより回路の絶縁状態を監視すること
ができる。

【０００５】このため、漏れ電流から、対地絶縁抵抗を
介して流れるいわゆる漏れ電流の有効分のみを抽出し、
その電流値を測定することにより、回路の絶縁状態を監
視する方法が考えられており、雑誌「新電気」オーム
社，2000年２月号P.46-50にその詳細が記載されてい
る。

【０００６】図４は、従来の絶縁監視装置の一構成例を
示すブロック図である。

【０００７】本従来例は図４に示すように、商用周波数
とは異なる低周波の信号をＢ種接地線に重畳するための
信号として発生する重畳信号発生器１３０と、重畳信号
発生器１３０にて発生した信号を変圧してＢ種接地線に
印加する変圧器１４０と、Ｂ種接地線に流れる電流を検
出する零相変流器（ＺＣＴ）１２０と、零相変流器１２
０にて検出された電流から変圧器１４０にて印加された
信号と同相の電流を分離検出することにより漏れ電流の
有効分を抽出し、その電流値に基づいて回路の絶縁状態
を監視する検出器１１０とから構成されている。

【０００８】上記のように構成された絶縁監視装置にお
いては、重畳信号発生器１３０にて発生した低周波信号
と同相の電流を分離検出することにより、高精度に回路
の絶縁状態を検出することができるため、回路の絶縁状
態を常時監視する継電器の主流として用いられている。

【０００９】しかしながら、図４に示した絶縁監視装置
においては、重畳信号発生器１３０にて生成された信号
が重畳される電路がＢ種接地線であるため、変圧器１４
０の出力巻線回数が増加した場合、接地抵抗がＢ種接地
線にて規定される範囲を超えてしまう虞れがある。ま
た、重畳信号発生器１３０にて生成される信号の周波数
が低いため、変圧器が大きなものとなり、回路全体が大
型化してしまうとともに、価格的にも高価なものとなっ
てしまう。

【００１０】そこで、変圧器を用いずに簡易的に回路の
絶縁状態を監視する絶縁監視装置が用いられている。

【００１１】図５は、変圧器を用いない従来の絶縁監視
装置の一構成例を示すブロック図である。

【００１２】本従来例は図５に示すように、Ｂ種接地線
に流れる漏れ電流を検出する零相変流器１２０と、零相
変流器１２０にて検出された漏れ電流と基準電圧とから
漏れ電流の有効分を抽出し、その電流値に基づいて回路
の絶縁状態を監視する検出器２１０とから構成されてお
り、検出器２１０においては、基準電圧と、零相変流器
１２０にて検出された漏れ電流と、基準電圧と零相変流
器１２０にて検出された漏れ電流との位相差とに基づい
て、漏れ電流の有効分が抽出される。

【００１３】以下に、上記のように構成された絶縁監視
装置における漏れ電流の有効分の抽出動作について説明
する。

【００１４】図６は、図５に示した絶縁監視装置におけ
る漏れ電流の有効分の抽出動作を説明するための図であ
る。なお、本従来例においては、接地電路である電路ｂ
に対する電路ａの電位Ｖabを基準電圧とする。

【００１５】対地抵抗による漏れ電流は電路における電
位と同相であるため、接地電路である電路ｂを除く電路
ａ及び電路ｃにおける対地抵抗の大きさが互いに等しい
とすると、対地抵抗による漏れ電流の和Ｉrは基準電圧
Ｖabに対して３０°の位相角を有することになる。

【００１６】また、電路ａ及び電路ｃにおける対地静電
容量が等しいとすると、静電容量による漏れ電流の和Ｉ
cは電路ａに対する電路ｃの電位Ｖcaと同相になる。

【００１７】対地抵抗による漏れ電流の和Ｉrと静電容
量による漏れ電流の和Ｉcとのベクトル合成値が漏れ電
流Ｉgとなる。

【００１８】ここで、静電容量による漏れ電流Ｉcを打
消す方向（基準電圧Ｖabに対して３００°）の電流−Ｉ
cを基準電圧Ｖabを基準として発生させ、その大きさを
変化させていき、電流−Ｉcと漏れ電流Ｉgとの合成ベク
トルが位相角３０°になるようにする。この時のベクト
ル合成値が、電路ａにおける漏れ電流の有効分Ｉraと電
路ｃにおける漏れ電流の有効分Ｉrcとのベクトル合成値
Ｉrとなる。この関係を式で表すと式（１）のようにな
る。なお、θは、基準電圧Ｖabに対する漏れ電流Ｉgの
位相を示す。

【００１９】 Ｉr＝Ｉgｃｏｓθ＋（Ｉgｓｉｎθ／ｔａｎ６０°）・・・（１） 式（１）から算出されるＩrは、基準電圧Ｖab方向のス
カラー量であり、実際には、これに対して３０°の位相
を有するベクトル量が漏れ電流の有効分として検出器２
１０にて抽出される。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の技術に
おいては、電路ａ及び電路ｃにて漏れ電流が発生した場
合について説明したが、以下に、対地抵抗による漏れ電
流が電路ａのみあるいは電路ｃのみにて発生した場合に
ついて説明する。

【００２１】図７は、図５に示した絶縁監視装置の電路
ａのみにて対地抵抗による漏れ電流が発生した場合につ
いて説明するための図である。

【００２２】図７に示すように、対地抵抗による漏れ電
流が図５に示した絶縁監視装置の電路ａのみにて発生し
た場合、電路ａにて発生する対地抵抗による漏れ電流は
基準電圧Ｖabと同相であるため、静電容量による漏れ電
流Ｉcを打消す方向（３００°）の電流−Ｉcを基準電圧
Ｖabを基準として発生させ、その大きさを変化させてい
き、電流−Ｉcと漏れ電流Ｉgとの合成ベクトルが位相角
０°になった時のベクトル合成値が、電路ａにおける漏
れ電流の有効分Ｉraとなる。

【００２３】図８は、図５に示した絶縁監視装置の電路
ｃのみにて対地抵抗による漏れ電流が発生した場合につ
いて説明するための図である。

【００２４】図８に示すように、絶縁抵抗による漏れ電
流が図５に示した絶縁監視装置の電路ｃのみにて発生し
た場合、電路ｃにて発生する対地抵抗による漏れ電流は
基準電圧Ｖabに対して６０°の位相を有しているため、
静電容量による漏れ電流Ｉcを打消す方向（３００°）
の電流−Ｉcを基準電圧Ｖabを基準として発生させ、そ
の大きさを変化させていき、電流−Ｉcと漏れ電流Ｉgと
の合成ベクトルが位相角６０°になった時のベクトル合
成値が、電路ｃにおける漏れ電流の有効分Ｉrcとなる。

【００２５】ここで、上述した絶縁監視装置において、
対地抵抗による漏れ電流のみを考慮して、電路ａのみに
て漏れ電流が発生した場合、電路ｃのみにて漏れ電流が
発生した場合、電路ａ及び電路ｃにて漏れ電流が発生し
た場合について考える。なお、電路ａにて対地抵抗によ
り発生する漏れ電流と電路ｃにて対地抵抗により発生す
る漏れ電流との値は互いに等しいものとする。

【００２６】図９は、図５に示した絶縁監視装置にて対
地抵抗による漏れ電流のみを考慮した場合の検出結果を
説明するための図である。

【００２７】まず、電路ａのみにて漏れ電流が発生した
場合は、漏れ電流Ｉgは基準電圧Ｖabと同相になり、そ
の位相差は０°となるため、式（１）によりＩr＝Ｉgと
なる。

【００２８】また、電路ｃのみにて漏れ電流が発生した
場合は、漏れ電流Ｉgは基準電圧Ｖabに対して６０°の
位相差を有するため、式（１）によりＩr＝Ｉgとなる。

【００２９】一方、電路ａ及び電路ｃにて漏れ電流が発
生した場合は、漏れ電流Ｉgは基準電圧Ｖabに対して３
０°の位相差を有するものとなるため、式（１）により
Ｉr＝１．１５Ｉgとなる。

【００３０】このように、Ｉr＝Ｉgを基準として整定電
流値を設定すると、電路ａ及び電路ｃにて漏れ電流が発
生した場合において、回路の絶縁状態の検出に＋１５％
の誤差が生じてしまう。

【００３１】ここで、一般に継電器における回路の絶縁
状態の検出誤差は整定電流値に対して±１０％以内の範
囲で要求されており、そのため、上述したような従来の
絶縁監視装置においては、誤差の許容範囲を満たすこと
ができないという問題点がある。

【００３２】本発明は、上述したような従来の技術が有
する問題点に鑑みてなされたものであって、対地抵抗分
の漏れ電流がいかなる電路で発生した場合においても整
定電流値に対して±１０％以下の誤差精度で回路の絶縁
状態の検出を行うことができる絶縁監視装置を提供する
ことを目的とする。

【００３３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、三相電源による回路に接続され、該回路の
接地線に流れる漏れ電流を検出することにより当該回路
の絶縁状態を監視する絶縁監視装置において、前記接地
線に流れる漏れ電流を検出する零相整流器と、該零相整
流器にて検出された漏れ電流と接地相ではない一相の電
位とに基づいて前記漏れ電流から対地抵抗による漏れ電
流を検出し、該検出結果に基づいて前記回路の絶縁状態
を監視する検出器とを有し、該検出器は、前記零相整流
器にて検出された漏れ電流をＩg、前記電位と前記漏れ
電流との位相差をθ、前記回路の絶縁状態の検出誤差が
予め設定した整定電流値に対して±１０％以下となるた
めの前記電位に対する位相ずらし量をθ１としたとき、
前記対地抵抗による漏れ電流Ｉrを、 Ｉr＝Ｉgｃｏｓ（θ−θ１）＋{Ｉgｓｉｎ（θ−θ１）
／ｔａｎ（６０°＋θ１）} によって検出することを特徴とする。

【００３４】（作用）上記のように構成された本発明に
おいては、零相整流器にて接地線に流れる漏れ電流が検
出され、その後、検出器において、零相整流器にて検出
された漏れ電流と接地相ではない一相の電位（基準電
位）とに基づいて、漏れ電流から対地抵抗による漏れ電
流が検出される。ここで、漏れ電流は対地抵抗によるも
のと静電容量によるものとが合成されて得られているた
め、静電容量による漏れ電流を打消すような電流を発生
させ、それにより、対地抵抗による漏れ電流のみが検出
される。

【００３５】対地抵抗による漏れ電流は、三相電源の接
地相を除く二相のいずれか、または両者にて発生する場
合がある。そのため、対地抵抗分の漏れ電流がいかなる
電路で発生した場合においても整定電流値に対して±１
０％以下の精度で回路の絶縁状態の検出を行う必要があ
る。

【００３６】そこで、上述した基準電位に対して、対地
抵抗分の漏れ電流がいかなる電路で発生した場合におい
ても整定電流値に対して±１０％以下の精度で回路の絶
縁状態の検出を行うことができるようなθ１だけ位相を
進めたものを新たな基準電圧とし、対地抵抗による漏れ
電流を検出すれば、対地抵抗分の漏れ電流がいかなる電
路で発生した場合においても、整定電流値に対して±１
０％以下の誤差で回路の絶縁状態が検出される。

【００３７】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて図面を参照して説明する。

【００３８】図１は、本発明の絶縁監視装置の実施の一
形態を示すブロック図である。

【００３９】本形態は図１に示すように、Ｂ種接地線に
流れる漏れ電流を検出する零相変流器（ＺＣＴ）２０
と、零相変流器２０にて検出された漏れ電流と基準電圧
とから漏れ電流の有効分を抽出し、その電流値に基づい
て回路の絶縁状態を監視する検出器１０とから構成され
ている。

【００４０】図２は、図１に示した検出器１０の構成を
示すブロック図である。

【００４１】本形態における検出器１０は図２に示すよ
うに、零相変流器３０にて検出された漏れ電流Ｉgが入
力され、入力された漏れ電流Ｉgから高調波成分を除去
するフィルター増幅器１１と、フィルター増幅器１１を
通過した信号をレベル信号に整流する整流回路１３と、
フィルター増幅器１１を通過した信号の位相を検出する
ことにより漏れ電流Ｉgを位相角測定信号に変換するゼ
ロクロスコンパレータ１４と、基準電圧Ｖabとなる電路
ａ−ｂ間の電圧が入力され、入力された基準電圧Ｖabか
ら高調波成分を除去するフィルター増幅器１２と、フィ
ルター増幅器１２を通過した信号の位相を検出すること
により基準電圧Ｖabを位相角測定信号に変換するゼロク
ロスコンパレータ１５と、整流回路１３及びゼロクロス
コンパレータ１４，１５から出力された信号に基づいて
漏れ電流Ｉgから対地抵抗分の漏れ電流Ｉrを検出し、漏
れ電流Ｉrの値に基づいたレベル出力及び警報出力を行
う検出処理部１６と、検出処理部１６から出力されたレ
ベル及び警報を表示するＬＥＤ等からなる表示器１７と
から構成されている。

【００４２】以下に、上記のように構成された絶縁監視
装置の動作について説明する。

【００４３】図３は、図１に示した絶縁監視装置の動作
を説明するための図である。

【００４４】Ｂ種接地線に流れる漏れ電流Ｉgが零相整
流器２０にて検出されると、該漏れ電流Ｉgは検出器１
０に入力される。

【００４５】零相整流器２０にて検出された漏れ電流Ｉ
gが検出器１０に入力されると、検出器１０内のフィル
ター増幅器１１にて漏れ電流Ｉgから高調波成分が除去
される。

【００４６】次に、検出器１０内のゼロクロスコンパレ
ータ１４において、漏れ電流Ｉgの位相が検出される。

【００４７】また、整流回路１３においては、フィルタ
ー増幅器１１を通過した信号がレベル信号に整流され
る。

【００４８】一方、検出器１０内のフィルター増幅器１
２においては、電路ｂに対する電路ａの電位Ｖabが入力
され、入力された電位Ｖabの高調波成分が除去される。

【００４９】次に、ゼロクロスコンパレータ１５におい
て、電位Ｖabの位相が検出される。

【００５０】次に、検出処理部１６において、電圧Ｖab
に対して位相を８．１６°だけ進めたものを基準と設定
し（Ｖθとする）、その後、図６にて説明したものと同
様に、静電容量による漏れ電流Ｉcを打消す方向（電圧
Ｖabに対して３００°）の電流−Ｉcを発生させ、その
大きさを変化させていき、電流−Ｉcと漏れ電流Ｉgとの
合成ベクトルが電圧Ｖθの位相角（θ１＝８．１６°）
になるようにする。この時のベクトル合成値が、基準電
圧Ｖθの対地抵抗による漏れ電流Ｉrとなる。この関係
を式で表すと式（２）のようになる。なお、θは、電圧
Ｖabに対する漏れ電流Ｉgの位相を示す。

【００５１】 Ｉr＝Ｉgｃｏｓ（θ−８．１６°）＋{Ｉgｓｉｎ（θ−８．１６°）／ｔａｎ （６０°＋８．１６°）}・・・（２） 式（２）から算出されるＩrが、ベクトル量の漏れ電流
の有効分として検出器１０にて検出される。

【００５２】その後、検出された漏れ電流の有効分のレ
ベル及び該レベルに基づく警報が検出処理部１６から出
力される。

【００５３】検出処理部１６から出力された漏れ電流の
有効分のレベルや警報は表示器１７にて表示される。

【００５４】以下に、式（２）における８．１６°の根
拠について図９を用いて説明する。

【００５５】図１に示した絶縁監視装置において、対地
抵抗による漏れ電流のみを考慮して、電路ａのみにて漏
れ電流が発生した場合、電路ｃのみにて漏れ電流が発生
した場合、電路ａ及び電路ｃにて漏れ電流が発生した場
合のそれぞれにおいて検出される漏れ電流について考え
る。なお、電路ａにて対地抵抗により発生する漏れ電流
と電路ｃにて対地抵抗により発生する漏れ電流との値は
互いに等しいものとする。

【００５６】まず、電路ａのみにて漏れ電流が発生した
場合は、漏れ電流Ｉgは電圧Ｖabと同相になり、その位
相差は０°となるため、式（２）によりＩr＝０．９３
Ｉgとなる。

【００５７】また、電路ｃのみにて漏れ電流が発生した
場合は、漏れ電流Ｉgは電圧Ｖabに対して６０°の位相
差を有するため、式（２）によりＩr＝０．９３Ｉgとな
る。

【００５８】また、電路ａ及び電路ｃにて漏れ電流が発
生した場合は、漏れ電流Ｉgは電圧Ｖabに対して３０°
の位相差を有するものとなるため、式（２）によりＩr
＝１．０７Ｉgとなる。

【００５９】このように、電圧Ｖabに対して基準を８．
１６°進めた場合、Ｉr＝Ｉgを基準として整定電流値を
設定すると、電路ａのみにて漏れ電流が発生した場合や
電路ｃのみにて漏れ電流が発生した場合や電路ａ及び電
路ｃにて漏れ電流が発生した場合における整定電流値に
対する検出値の誤差が±７％に改善される。

【００６０】ここで、一般に継電器における回路の絶縁
状態の検出誤差は整定電流値に対して±１０％以内の範
囲で要求されているため、本形態における絶縁監視装置
においては、誤差の許容範囲を満たすことができる。

【００６１】なお、本形態においては、基準電圧Ｖabに
対して８．１６°だけ位相を進めたものを新たな基準電
圧として用いたが、これは、絶縁監視装置における回路
の絶縁状態の検出誤差の許容範囲を満たす一例であり、
絶縁監視装置における回路の絶縁状態の検出誤差の許容
範囲を満たすものであれば、基準電圧Ｖabに対して進め
る位相量は８．１６°に限らない。すなわち、対地抵抗
による漏れ電流が発生する電路の組み合わせによる検出
値のずれ量をＩr＝Ｉgを基準として均等に振り分けるよ
うにするものであればよい。

【００６２】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているため、対地抵抗分の漏れ電流がいかなる電路で発
生した場合においても、整定電流値に対して±１０％以
下の誤差で回路の絶縁状態を検出することができる。一
般に、継電器における回路の絶縁状態の検出誤差は整定
電流値に対して±１０％以内の範囲で要求されているた
め、本発明における誤差はこの範囲を満足することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の絶縁監視装置の実施の一形態を示すブ
ロック図である。

【図２】図１に示した検出器の構成を示すブロック図で
ある。

【図３】図１に示した絶縁監視装置の動作を説明するた
めの図である。

【図４】従来の絶縁監視装置の一構成例を示すブロック
図である。

【図５】変圧器を用いない従来の絶縁監視装置の一構成
例を示すブロック図である。

【図６】図５に示した絶縁監視装置における漏れ電流の
有効分の抽出動作を説明するための図である。

【図７】図５に示した絶縁監視装置の電路ａのみにて絶
縁抵抗による漏れ電流が発生した場合について説明する
ための図である。

【図８】図５に示した絶縁監視装置の電路ｃのみにて絶
縁抵抗による漏れ電流が発生した場合について説明する
ための図である。

【図９】図５に示した絶縁監視装置にて絶縁抵抗による
漏れ電流のみを考慮した場合の検出結果を説明するため
の図である。

【符号の説明】

１０ 検出器 １１，１２ フィルター増幅器 １３ 整流器 １４，１５ ゼロクロスコンパレータ １６ 検出処理部 １７ 表示器 ２０ 零相整流器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 三相電源による回路に接続され、該回路
   の接地線に流れる漏れ電流を検出することにより当該回
   路の絶縁状態を監視する絶縁監視装置において、 前記接地線に流れる漏れ電流を検出する零相整流器と、 該零相整流器にて検出された漏れ電流と接地相ではない
   一相の電位とに基づいて前記漏れ電流から対地抵抗によ
   る漏れ電流を検出し、該検出結果に基づいて前記回路の
   絶縁状態を監視する検出器とを有し、 該検出器は、前記零相整流器にて検出された漏れ電流を
   Ｉg、前記電位と前記漏れ電流との位相差をθ、前記回
   路の絶縁状態の検出誤差が予め設定した整定電流値に対
   して±１０％以下となるための前記電位に対する位相ず
   らし量をθ１としたとき、前記対地抵抗による漏れ電流
   Ｉrを、 Ｉr＝Ｉgｃｏｓ（θ−θ１）＋{Ｉgｓｉｎ（θ−θ１）
   ／ｔａｎ（６０°＋θ１）} によって検出することを特徴とする絶縁監視装置。