JP2003294803A - 電気回路の配線の絶縁の健全性を検証するテスター - Google Patents

電気回路の配線の絶縁の健全性を検証するテスター

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JP2003294803A
JP2003294803A JP2003024079A JP2003024079A JP2003294803A JP 2003294803 A JP2003294803 A JP 2003294803A JP 2003024079 A JP2003024079 A JP 2003024079A JP 2003024079 A JP2003024079 A JP 2003024079A JP 2003294803 A JP2003294803 A JP 2003294803A
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transformer
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Robert Tracey Elms
トレイシー エルムズ ロバート
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Eaton Corp
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/12—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing
    • G01R31/1227—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing of components, parts or materials
    • G01R31/1263—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing of components, parts or materials of solid or fluid materials, e.g. insulation films, bulk material; of semiconductors or LV electronic components or parts; of cable, line or wire insulation
    • G01R31/1272—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing of components, parts or materials of solid or fluid materials, e.g. insulation films, bulk material; of semiconductors or LV electronic components or parts; of cable, line or wire insulation of cable, line or wire insulation, e.g. using partial discharge measurements

Abstract

(57)【要約】 【課題】 配電回路枝路の絶縁の健全性を検証するテス
ターを提供する。 【解決手段】 絶縁故障及び中性導体共用／接地故障の
２つのテストモードを有する。前者のテストモードで
は、５ｍＡに制限された５００Ｖの交流出力を枝路回路
の配線対に印加して、３ｍＡより大きい電流が流れれば
絶縁故障と認定する。後者のテストモードでは、１Ａに
電流制限された３Ｖの電圧をリード線対に印加し、携帯
用電流計によりパルス電流の有無をチェックする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】
【０００２】
【発明の分野】本発明は、配電回路のテストに関し、さ
らに詳細には、絶縁故障または中性導体接地／共用故障
のような配線不具合の存否を検証するテスターに関す
る。
【０００３】
【関連技術】住居用、商用及び軽工業用として常用され
るタイプの回路遮断器は、短絡回路に応答して瞬時トリ
ップし、また持続的過電流状態に応答して遅延トリップ
をする電気機械式熱動−磁気トリップ装置を備えてい
る。このタイプの回路遮断器のなかには、線導体−接地
導体間の故障、場合によっては中性導体−接地導体間の
故障に応答して回路遮断器をトリップする地絡故障保護
機能を備えたものがある。地絡故障保護は、人間を保護
するために約４乃至６ミリアンペアの地絡電流で、また
装置保護のために約３０ミリアンペアの地絡電流でトリ
ップするように設定された電子回路が提供する。電子式
地絡故障回路の少なくとも一部をテストするテスト回路
を回路遮断器に組み込むことが知られている。また、配
線の接続が適切であるか否かをテストすることが知られ
ている。この目的を有するテスト回路が市販されている
が、かかる回路の１つは、本願の出願人に譲渡された米
国特許第６，０７２，３１７号に記載されている。
【０００４】近年、アーク故障保護機能に対する関心が
高まっている。アーク故障は断続的で高インピーダンス
の故障であり、例えば絶縁材の摩耗、接続不良、導体切
断等により生ずる場合がある。アーク故障は、永続的な
配線及びレセプタクルで生じることがあるが、負荷また
はレセプタクルに差し込まれた延長コードの方が発生し
易い。断続的で高インピーダンスであるため、アーク故
障が発生しても、回路遮断器には、短絡回路及び過電流
保護を与える熱動−磁気トリップ回路を作動するに十分
な大きさの瞬時または平均電流が発生しない。
【０００５】アーク故障検知器には、一般的に２つのタ
イプがある。１つのタイプは、アークにより生じる電流
波形のランダムな高周波数成分に応答するものである。
もう一方の基本的なタイプのアーク故障検知器は、アー
クが反復して、またランダムに発生する時生じる電流の
ステップ状増加に応答する。後者のタイプのアーク故障
検知器の例は、米国特許第５，２２４，００６号及び
５，６９１，８６９号に記載されている。かかるアーク
故障検知器には、組み込み型のテスト回路も提案されて
いる。米国特許第５，４５９，６３０号は、かかるアー
ク故障検知器の組み込み型テスト回路を数例開示してい
る。アーク故障検知器がコイルにより電流を感知する１
つの実施例では、テスト回路は、コイルのインピーダン
スとキャパシターとにより形成される発振器より成り、
この発振器が、アークにより生じる電流の急激なステッ
プ状増加をシミュレーションする振幅波形を発生させ
る。別の実施例では、ユーザーは、大きな振幅のパルス
を発生させるために、スイッチを反復して閉じることに
より抵抗を線導体と中性導体の間に接続しなければなら
ない。
【０００６】アーク故障及び地絡故障回路遮断器は地絡
またはアーク故障状態に応答してトリップするが、これ
らの検知器は、故障が実際の設備内のどこで発生してい
るかを指示する能力を必ずしも具備しない。１つの問題
点として、これらの検知器を備えた回路遮断器がその設
備の他の回路のための回路遮断器と共に負荷センサーに
配置されることがある。しかしながら、故障状態は下流
のどこででも起こる可能性がある。また、一部の負荷
は、故障電流が存在しない時に望ましくないトリップを
発生させる。
【０００７】従って、枝路の配線の健全性を検証できる
配電系統用改良型テスト回路が求められている。
【０００８】また、故障電流状態、特に検知器から遠く
離れたところの故障に応答して、問題が回路内及び回路
外のいずれにあるかを確かめるアーク故障または地絡故
障回路の適正動作を検証することが求められている。さ
らに、故障箇所を突き止めるのに役立つテスト回路が求
められている。加えて、柔軟性があり、構成が簡単で、
低コストのかかるテスターが求められている。
【０００９】
【発明の概要】本発明は、絶縁故障テストモード及び中
性導体共用／接地テストモードの２つの動作モードを有
するテスターにより上記及び他の需要を満たす。絶縁故
障テストモードでは、約３乃至５ミリアンペアのオーダ
ーの比較的小さい電流を供給する比較的大きい交流電圧
を、テストを受ける回路の１対の配線に選択的に印加す
る。印加電圧の大きさは、常態で回路に印加される線電
圧よりも大きいが、配線の絶縁の電圧定格よりも小さ
い。電流計により、テスト回路を流れる漏洩電流をモニ
ターするが、漏洩電流が約３ミリアンペアよりも大きい
場合は、絶縁故障が存在する。
【００１０】中性導体共用／接地テストモードでは、テ
ストを受ける回路の接地導体と中性導体との間に低電圧
パルス源を接続する。携帯用電流計により、低電圧パル
ス源に比較的近い場所よりスタートして、中性導体また
は接地導体の何れかを流れる電流をモニターすることに
より、パルス電流を検出する。パルス電流が検出された
場合、携帯用電流計を導体に沿って低電圧パルス源から
離れる方向に移動させる。パルス電流が消える点が、故
障箇所を指示する。両方のテストは、主電源を回路に接
続し、負荷を切り離した状態で行う。
【００１１】
【好ましい実施例の説明】図１に示す本発明のテスター
１０は、線導体８６、中性導体８８及び接地導体９０よ
り成る配電系統の枝路回路用である。枝路回路は通常、
負荷センターに取り付けた過電流保護機能付き回路遮断
器により保護される。負荷センターは通常、別の枝路回
路を保護する別の回路遮断器を収納している。中性導体
８８と接地導体９０とは、負荷センターのユーティリテ
ィー側でアースに接続される。通常、負荷センターは地
下室またはユーティリティールーム内に設置され、枝路
回路は構造物の壁を貫通してその構造物の一部に電力を
供給する。本発明のテスターは、導体８６、８８，９０
を互いに電気的に隔離する絶縁材の健全性を検証するこ
とにより、絶縁劣化を識別する。
【００１２】本発明のテスターを、総括的に参照番号１
０で示す。テスター１０は、電源１８の線導体２０、中
性導体２２及び接地導体２４の端子に接続されている。
テスター１０の線導体枝路は、オン／オフスイッチ１６
を介して直列に接続されている。オン／オフスイッチ１
６のすぐ下流の線導体２０と中性導体２２との間に接続
されたＬＥＤは、オン／オフスイッチ１６の閉路により
テスターが「オン」位置に切り換わっているるか否かを
指示する。この目的を有するＬＥＤ２６は、通常の規約
に合うように緑色であるのが好ましい。テスター１０の
負荷側は、好ましくは対応色コードの黒色、白色、緑色
である線導体５６、中性導体５８、接地導体６０のリー
ド線に接続されている。線導体、中性導体及び接地導体
リード線はそれぞれ端子６２、６４、６６で終端し、こ
れらの端子は枝路回路の対応する線導体８６、中性導体
８８、接地導体９０に接続されている。
【００１３】テスター１０は、それぞれ絶縁テスト及び
中性導体共用／接地テストを行うために、基本的に２つ
のテスト回路１２，１４より成る。モードスイッチ２８
は、線導体２０を絶縁テスト回路の端子３０かまたは端
子３２の中性導体共用／接地テスト回路に接続する。モ
ードスイッチ２８が端子３０に接続されると、逓昇変圧
器の一次巻線３８は、常態では開位置のテストボタンス
イッチ３４を介して線導体２０と中性導体２２との間に
接続される。ＬＥＤ６８はテストスイッチ３４の中性側
で一次巻線３８に並列に接続されており、テストスイッ
チを閉じると、ＬＥＤ６８がオンになってテスト回路１
２が付勢状態であることを示す。ＬＥＤ６８はＬＥＤ２
６と異なる色、例えば赤色であるのが好ましい。逓昇変
圧器３６の一次／二次巻線比は、枝路回路の配線８６、
８８、９０の電圧定格よりも小さいが実質的に高い電圧
が二次側４０に与えられるように選択されている。家庭
用配線の定格は、通常は交流６００ボルトである。この
好ましい実施例において、通常、１２０ボルトの家庭用
電源１８では、二次巻線は約５００ボルトの出力電圧を
与えるように設計されている。逓昇変圧器３６の二次側
４０の出力は、直列接続された、０乃至５ミリアンペア
の電流計５４、１０キロオームの抵抗４４及び直列接続
の０．０４７マイクロファラットのキャパシター４６、
４８を介して出力スイッチ５０、５２に接続されてい
る。出力スイッチ５０は、開位置から線導体出力テスト
リード線５６または中性導体出力テストリード線５８の
何れかに接続するように作動可能である。同様に、出力
スイッチ５２は、開位置から中性導体出力テストリード
線５８または接地導体出力リード線６０の何れかに接続
するように作動可能である。枝路回路の導体８６、８
８、９０はそれぞれ、出力テストリード端子６２、６
４、９０に接続することができる。従って、スイッチ５
０、５２を作動することによって、逓昇変圧器３６の二
次側出力が枝路回路の線導体−中性導体間、線導体−接
地導体間及び中性導体−接地導体間に印加されるように
テスト回路１２を作動することができる。線導体出力テ
ストリード線５６、中性導体出力テストリード線５８及
び接地導体出力テストリード線６０は、枝路回路の対応
色の導体との接続を容易にするために、それぞれ黒色、
白色及び緑色に色分けするのが好ましい。
【００１４】逓昇変圧器３６の二次側４０の出力電流
は、直列接続の抵抗４４及びキャパシター４６、４８に
より約５ミリアンペアに制限して、枝路回路に短絡状態
が発生しても損傷が生じないようにするのが望ましい。
アースを有する家庭用ローメックスの２５０フィートの
２本のワイヤーは、５００ボルトで１ミリアンペア未満
の容量性電流を有する。枝路回路の導体間の漏洩電流が
３ミリアンペアよりも大きい場合、絶縁故障が存在す
る。従って、電流計５４のメータースケールを０乃至約
５ミリアンペアの範囲だけにする必要がある。テストを
行うためには、枝路回路を負荷センターのユーティリテ
ィー側から隔離しなければならない。これは、対応の回
路遮断器を切り離すことにより行うのが好ましいが、こ
れによりテストが遮断器の何らかの異常による影響を受
けなくなる。遮断器を切り離すと、枝路導体の導体８
６、８８、９０へのアクセスが容易に行える。テスター
を端子２０、２２、２４を介して電源１８に、また端子
６２、６４、６６を介して枝路導体に接続した後絶縁テ
ストを実施するが、そのために、逓昇変圧器３６の二次
側４０の出力が、第１のテストでは線導体８６と中性導
体８８との間に、また第２のテストでは線導体８６と接
地導体９０との間に、さらに第３のテストでは中性導体
８８と接地導体９０との間に印加されるように、スイッ
チ５０、５２を適切に作動する。３ミリアンペアより大
きい電流が測定される場合、それは絶縁故障を示すもの
である。これら３つの絶縁テストが完了すると、モード
スイッチ２８を、絶縁テスト位置３０から中性導体の共
用／接地テスト回路１４を接続する端子３２へ切り換え
る。
【００１５】テスト回路１４は、モードスイッチ２８及
びオン／オフスイッチ１６を介して電源１８の線導体２
０と中性導体２２の入力間に接続されたパルス発生器７
４を有する。このパルス発生器７４は、逓降変圧器７６
の一次巻線７８に並列に接続されている。逓降変圧器７
６の二次巻線８０は、常閉リレー接点７２及び３オーム
の抵抗８２を介して接地導体出力リード線６０と中性導
体出力リード線５８との間に接続されている。逓降変圧
器７６の二次巻線８２に対する一次巻線７８の比率は、
中性導体テストリード線５８と接地導体出力テストリー
ド線６０との間にパルス発生器７４及び一次巻線７８に
かかるよりも実質的に小さい出力電圧が印加されるよう
に設計されている。例えば、入力電圧が１２０ボルトで
ある場合、二次巻線８０における逓降変圧器７６の出力
は約３ボルトである。ヒューズリンク８４は、中性導体
８８と接地導体９０との間に誤って１２０ボルトの電圧
が印加された場合の安全対策として、二次巻線回路に直
列に接続されている。かくして、オン／オフスイッチ１
６が閉位置にあり、モードスイッチ２８が端子３２に接
続されている場合、３ボルトの線周波数信号が約１秒間
オン、そして約１秒間オフのパルスとして得られ、最大
レベル約３ボルトの電圧及び最大レベル１アンペアの電
流が中性導体出力テストリード線５８と接地導体出力テ
ストリード線６０との間に印加される。さらなる安全対
策として、リレー７２の作動回路をテストボタン３４の
中性導体２２と線導体２０側との間に接続して、モード
スイッチ２８を端子３０と接続するように作動すると、
リレー７２が開いて逓降変圧器の二次側８０を開くよう
にする。
【００１６】白色の出力テストリード線５８と緑色の出
力テストリード線６０とが逓降変圧器７６の二次側に接
続され、モードスイッチ２８が中性導体共用／接地テス
ト位置にある場合、テストを行うオペレーターは、白色
リード線に接続したクリップオン式携帯用電流計によ
り、対応するパルス電流が中性導体共用／接地故障を指
示する読みを有するか否かをチェックする。その後、オ
ペレーターは、クリップオン式電流計の感知コイルを対
応する枝路回路の導体に沿ってテスト回路から離れる方
向へ、そのパルス電流がもはや検出されなくなるまで移
動させることができる。パルス電流が検出されなくなる
位置が、中性導体共用／接地故障箇所に近いはずであ
る。
【００１７】新しい設備では、テストを行う枝路の遮断
器を挿入する前に各枝路回路をテストする必要がある。
遮断器の挿入は、満足すべきテスト結果が得られた後で
のみ行う必要がある。古い設備では、アーク故障遮断器
がトリップすれば、テストをその枝路回路で行う前にそ
の遮断器を回路から切り離すことが推奨される。最初
に、アースに対する線導体、中性導体及び接地導体の電
圧を測定する。全ての電圧が３ボルト以下であれば、新
しい設備について上に述べたテストステップへ移行す
る。これらの電圧のうちの任意のものが３ボルトより高
い場合は、テストを進める前に補正しなければならない
故障が回路間にある。古い設備の上述した電圧測定は、
TENMA製の簡単な電圧計タイプ７２−６１７３を用いて
行うことができる。
【００１８】本発明の特定の実施例を詳細に説明した
が、当業者は、それらの詳細事項の種々の変形例及び設
計変更を本願の教示全体に鑑みて想到できることがわか
るであろう。例えば、多数のコンポーネントにつき特定
の回路値を示したが、他の組み合わせの値を本願の教示
の範囲から逸脱することなく使用することができる。従
って、図示説明した特定の構成は例示的であって本発明
の範囲を限定するものでなく、その範囲は頭書の特許請
求の範囲及びその全ての均等物の全幅を与えられるべき
である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明によるテスターの好ましい実施
例を示す回路図である。
フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G014 AA15 AB02 AC07 2G015 AA27 AA30 BA04 BA06 CA04 CA05 CA20 2G035 AA15 AB08 AC01 AC02 AC13 AC15 AD13 AD19 AD45 AD51

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電気回路の配線の絶縁の健全性を検証す
    るテスターであって、 第１及び第２の出力端子リード線を有する交流電圧源
    と、 電気回路の線導体に接続可能な線導体リード線と、 電気回路の中性導体に接続可能な中性導体リード線と、 電気回路の接地導体に接続可能な接地導体リード線と、 交流電圧源の第１及び第２の出力端子リード線の一方に
    接続され、線導体リード線と中性導体リード線との間で
    切り換え可能な第１のスイッチと、 交流電圧源の第１及び第２の出力端子リード線のもう一
    方に接続され、中性導体リード線と接地導体リード線と
    の間で切り換え可能な第２のスイッチと、 交流電圧源と第１または第２のスイッチとの間で直列に
    接続された電流計とより成るテスター。
  2. 【請求項２】 交流電圧源は逓昇変圧器である請求項１
    のテスター。
  3. 【請求項３】 逓昇変圧器は、家庭用電圧よりも実質的
    に高いが、配線の絶縁の電圧定格よりも低いテスト電圧
    に昇圧を行う請求項２のテスター。
  4. 【請求項４】 逓昇変圧器は、家庭用電圧を約５００ボ
    ルトに昇圧する請求項２のテスター。
  5. 【請求項５】 変圧器の二次巻線、電流計及び第１及び
    第２のスイッチより成る第１のテスター回路は電流制限
    される請求項２のテスター。
  6. 【請求項６】 第１のテスター回路は約５ミリアンペア
    に電流制限されている請求項５のテスター。
  7. 【請求項７】 変圧器の一次巻線は、テストが進行中で
    あるのを指示するＬＥＤと並列に接続されている請求項
    ２のテスター。
  8. 【請求項８】 変圧器の一次巻線は、テストを始動し終
    了させるテストスイッチと直列に接続されている請求項
    ２のテスター。
  9. 【請求項９】 テストスイッチは、常態で開放回路位置
    に偏位されているテスト用ボタンである請求項８のテス
    ター。
  10. 【請求項１０】 第１のテスター回路は逓昇変圧器の二
    次巻線、電流計、第１及び第２のスイッチより成り、こ
    のテスターはさらに、パルス発生器、パルス発生器に接
    続された逓降変圧器の一次巻線及び中立導体リード線と
    接地導体リード線との間に接続された逓降変圧器の二次
    巻線より成る第２のテスター回路を含む請求項２のテス
    ター。
  11. 【請求項１１】 逓降変圧器の二次巻線は電流制限され
    る請求項１０のテスター。
  12. 【請求項１２】 逓降変圧器の二次巻線は約１アンペア
    に電流制限される請求項１１のテスター。
  13. 【請求項１３】 逓降変圧器は家庭用電圧を約３ボルト
    に逓降する請求項１０のテスター。
  14. 【請求項１４】 第１のテスター回路が付勢されると第
    ２のテスター回路を非作動状態にする請求項１０のテス
    ター。
  15. 【請求項１５】 第２のテスター回路を非作動状態にす
    る手段は、逓降変圧器の二次巻線と直列の常閉リレース
    イッチより成る請求項１４のテスター。
  16. 【請求項１６】 リレースイッチの作動回路は逓昇変圧
    器の一次巻線と並列に接続されており、このため、リレ
    ースイッチは第１のテスター回路が付勢されると開く請
    求項１５のテスター。
  17. 【請求項１７】 負荷から切り離された電気回路の少な
    くとも線導体及び中性導体を含む配線の絶縁の健全性を
    検証する方法であって、 電気回路を主電源から隔離し、 配線の線導体と中性導体との間に、主電源の電圧定格よ
    りも実質的に大きいが配線の定格よりも低い所定の電圧
    を印加し、 配線を流れる漏洩電流をモニターして配線の絶縁故障を
    示す所定の漏洩電流を突き止めるステップより成る配線
    の絶縁の健全性検証方法
  18. 【請求項１８】 漏洩電流を５ミリアンペアかそれ以下
    に制限するステップを含む請求項１７の方法。
  19. 【請求項１９】 配線は接地導体を含み、電圧印加ステ
    ップは、所定の電圧を配線の線導体と中性導体との間
    に、配線の線導体と中性導体との間に、及び配線の中性
    導体と設置導体との間に印加するステップを含む請求項
    １７の方法。
  20. 【請求項２０】 所定の漏洩電流を検知すると、 配線の線導体と中性導体との間、配線の線導体と接地導
    体との間、及び配線の中央導体ち接地導体との間から所
    定の電圧を切り離し、 配線の中性導体と接地導体との間に主電源の電圧よりも
    実質的に小さい電圧を有するパルス電流源を接続し、 電流計により、配線の中性導体または接地導体に沿って
    パルス電流が流れるか否か、また配線の接地導体または
    中性導体に沿ってパルス電流源の近傍内でパルス電流が
    検出されるか否かをチェックし、 パルス電流がもはや検出されなくなるまで中性導体また
    は接地導体に沿って電流計をパルス電流源から離れる方
    向に移動することにより、中性導体の共用／接地箇所を
    突き止めるステップを含む請求項１２のテスター。
  21. 【請求項２１】 パルス電流を約１アンペアに制限する
    ステップを含む請求項２０の方法。
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