JP2004012147A

JP2004012147A - 絶縁監視装置及び絶縁監視方法

Info

Publication number: JP2004012147A
Application number: JP2002161944A
Authority: JP
Inventors: Manabu Tsutsumi; 堤　学
Original assignee: Kawamura Electric Inc
Current assignee: Kawamura Electric Inc
Priority date: 2002-06-03
Filing date: 2002-06-03
Publication date: 2004-01-15

Abstract

【課題】電路の絶縁劣化を簡易な構成で良好に監視可能な絶縁監視装置を提供する。
【解決手段】電路５の接地線６に零相変流器１を設けると共に電路５に変圧器４を設け、検出した漏洩電流Ｉｏ情報及び電路電圧Ｖ情報をマイクロコンピュータ３に入力した。マイクロコンピュータ３は、入力された情報から電路５が良好なときの漏洩電流Ｉｏの実効値Ｉｃと位相角φを求め、対地静電容量による漏洩電流データ（仮想キャンセル電流Ｉｇｃｉのデータ）として記憶し、その後検出した漏洩電流Ｉｏの瞬時値から記憶している仮想キャンセル電流Ｉｇｃｉの正弦波データで減算して得られる交流信号の実効値が設定値を超えたら絶縁劣化と判断させた。
【選択図】　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電路の絶縁状態を監視する絶縁監視装置及び絶縁監視方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
低圧電路の絶縁監視装置として、図７，図８の模式図に示す構成のものが知られている。図７の絶縁監視装置は、電路２１の接地線２２に設けられた零相変流器２３と零相変流器の二次巻線に接続された漏電を検出する受信機２４とから構成され、対地静電容量により流れる漏洩電流Ｉｇｃと電路の絶縁劣化により流れる漏電電流Ｉｇｒとを合わせた全漏洩電流Ｉｏを検出し、電路２１の絶縁劣化による漏電電流Ｉｇｒの発生により増加する漏洩電流Ｉｏの増加を検出して電路２１の絶縁劣化を監視している。
また、図８の絶縁監視装置は、電路２１の接地線２２に零相変流器２３、受信機２４に加えて、低周波発生装置２５、低周波注入トランス２６等が設けられ、常時電路２１と大地間に低周波電圧を印加している。
【０００３】
なお、図６は漏洩電流の説明図であり、図６（ａ）はΔ結線した三相電路の漏洩電流の説明図を示し、（ｂ）は三相電路の夫々の漏洩電流のベクトル図を示している。図６では、電路はＳ相が接地され、Ｒ相の絶縁が劣化した場合を示している。Ｉｇｃ１はＲ相の対地静電容量による漏洩電流、Ｉｇｃ２はＴ相の対地静電容量による漏洩電流、ＩｇｒはＲ相での絶縁劣化による漏電電流を示し、Ｉｏは接地線に流れる電流を示している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述するように、上記図７の全漏洩電流検出方式は単純な構成であり低価格に構成できるし、施工も容易であるため広く普及している。しかし、対地静電容量による漏洩電流が大きい場合は漏電を判定する設定値を大きくしなければならず、小さな漏電電流の検出が難しくなり、電路の絶縁劣化の早期検出ができない問題があった。また、図８の低周波重畳方式は図４の全漏洩電流検出方式に比べて漏電を精度良く検知することができるが、構成が複雑であるためコスト高であったし設置も面倒であった。
そこで、本発明はこのような問題点に鑑み、対地静電容量が比較的大きな電路であっても、絶縁劣化を良好に然も低コストで監視可能な絶縁監視装置及び絶縁監視方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１の発明に係る絶縁監視装置は、電路或いは電路の接地線に設けた漏洩電流検出手段と、電路電圧を検出する電圧検出手段と、該漏洩電流検出手段で検出した漏洩電流情報及び電圧検出手段で検出した電路電圧情報から漏洩電流のうち絶縁劣化による漏電成分を抽出する演算手段と、警報装置とを備え、前記演算手段は、漏洩電流のうち抽出した漏電成分が予め設定した設定値を超えたら、警報装置を作動させる信号を出力することを特徴とする。
【０００６】
請求項２の発明に係る絶縁監視方法は、電路の絶縁状態が良好なときに漏洩電流情報と電路の電圧情報から漏洩電流の大きさと位相角を演算して仮想キャンセル電流波形データとして記憶する初期設定ステップと、初期設定後に漏洩電流の瞬時値を演算し、該瞬時値を前記仮想キャンセル電流波形データで減算して漏電成分を抽出する抽出ステップと、減算して得た漏洩電流波形データの大きさを演算する大きさ演算ステップと、該大きさ演算ステップで演算した値が予め設定した比較値を超えたら警報のための信号を出力する比較判断ステップとを有することを特徴とする。
ここで、漏洩電流或いは漏洩電流波形電流の大きさとは、漏洩電流の実効値、平均値或いはピーク値等の絶対値データを言うものとする。
【０００７】
請求項３の発明に係る絶縁監視方法は、電路の絶縁状態が良好なときに漏洩電流情報と電路の電圧情報から漏洩電流の波形形状をデータ化した波形データと位相角を演算して仮想キャンセル電流波形データとして記憶する初期設定ステップと、初期設定後に漏洩電流の瞬時値を演算し、該瞬時値を前記仮想キャンセル電流波形データで減算して漏電成分を抽出する抽出ステップと、減算して得た漏洩電流波形データの大きさを演算する大きさ演算ステップと、該大きさ演算ステップで演算した値が予め設定した比較値を超えたら警報のための信号を出力する比較判断ステップとを有することを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。図１，図２は本発明に係る絶縁監視装置の一例を示す模式図であり、Δ結線した三相電路に設置した構成を示している。図において、１は漏洩電流検出手段である零相変流器、２は増幅回路、３は演算手段であるマイクロコンピュータ（以下、単にマイコンと称する。）、４は電圧検出手段である変圧器、１４は警報装置であり、零相変流器１は電路５のＳ相から伸びた接地線６に設けられ、零相変流器１で検出した漏洩電流は増幅回路２で増幅されてマイコン３に入力される。また、変圧器４は一次巻線が電路５のＲ相，Ｓ相間に接続され、二次巻線がマイコン３に接続され、電圧情報をマイコン３に入力している。
【０００９】
図１は、マイコン３が設定モード動作の時の信号の流れを矢印で示している。ここで電路漏洩電流のうち対地静電容量成分である仮想キャンセル電流Ｉｇｃｉが演算される。
設定モードは、先ず監視電路５の絶縁状態が良好なときに実施され、接地線６に流れる漏洩電流Ｉｏを零相変流器１で検出すると共に変圧器４で電路電圧Ｖを検出する。検出した漏洩電流Ｉｏは増幅されてマイコン３に入力される。マイコン３は増幅された漏洩電流Ｉｏを第１Ａ／Ｄコンバータ８でデジタルデータに変換した後、デジタルフィルタで構成される第１ローパスフィルタ９により漏洩電流（の基本波）ｉｏを取出し、その実効値Ｉｃを演算すると共に波形のゼロ点を検出する。並行して検出した電路電圧Ｖを第２Ａ／Ｄコンバータ１０でＡ／Ｄ変換した後、デジタルフィルタで構成される第２ローパスフィルタ１１を通して線間電圧（の基本波）ｖを取出し、その実効値Ｖｃを演算すると共に波形のゼロ点を検出する。
【００１０】
そして、定格電圧Ｖｒにおける漏洩電流実効値Ｉｅｒを演算する。漏洩電流実効値Ｉｅｒは次式で演算される。
Ｉｅｒ＝Ｉｃ×Ｖｒ／Ｖｃ
【００１１】
次に、漏洩電流基本波Ｉｏの位相角φを求める。位相角φは、検出した線間電圧Ｖの波形ｖのゼロ点から周波数ｆを演算し、漏洩電流波ｉｏと線間電圧波ｖのゼロ点の時間差ｔを求め、次式で演算される。
φ＝２πｆｔ
こうして定格電圧Ｖｒにおける漏洩電流実効値Ｉｅｒ及び位相角φが演算され、マイコン３はこのデータを記憶する。
【００１２】
設定モードが終了したら絶縁監視モードに入る。図２は、マイコン３が絶縁監視モード状態の時の信号の流れを矢印で示している。絶縁監視モードでは、マイコン３は第１Ａ／Ｄコンバータ８及び第１ローパスフィルタ９を通過した信号より漏洩電流Ｉｏの瞬時値を常時演算すると共に、第２Ａ／Ｄコンバータ１０及び第２ローパスフィルタ１１を通過した電圧情報から実効値Ｖｃａ、ゼロ点を演算する。そして、その時の電路電圧Ｖｃａに換算した仮想キャンセル電流Ｉｇｃｉの波形式は上記設定モード時の記憶データを基に次式で表すことができる。
Ｉｇｃｉ＝√２×Ｉｅｒ×（Ｖｃａ／Ｖｒ）×ｓｉｎ（ωｔ＋φ）
【００１３】
そして、漏洩電流Ｉｏの瞬時値をこの波形式Ｉｇｃｉの正弦波データで減算し、減算して得た波形の実効値を求める。図３は各電流の基本波形を示し、ｉｃは仮想キャンセル電流Ｉｇｃｉの波形、ｉｏは漏電発生時の漏洩電流波形、ｉｒは漏洩電流波形ｉｏから仮想キャンセル電流波形（Ｉｇｃｉ）を減算した波形を示している。このｉｒが絶縁劣化による漏電成分であり、この実効値を比較回路１３にて予め設定した設定値と比較し、設定値を超えたら電路の絶縁劣化発生と判断して、報知信号を出力させ、この報知信号により警報装置１４が警報動作する。こうして、電路の対地静電容量による漏洩電流成分を削除して絶縁劣化により新たに発生する漏電電流成分の実効値のみを抽出し、比較回路１３で比較判断する。
【００１４】
このように、初期設定ステップとして、設定モードで電路の絶縁状態が良好なときの漏洩電流情報及び電圧情報から電流基本波形データを演算して仮想キャンセル電流Ｉｅｒとして記憶し、抽出ステップとして絶縁監視モードにおいて演算した漏洩電流ｉｏの瞬時値を上記仮想キャンセル電流の波形式ｉｇｃｉで減算して漏電成分を抽出し、大きさ演算ステップとして減算した波形の実効値を演算し、比較判断ステップとして、その実効値を比較回路１３にて設定値と比較して判断し、絶縁劣化と判断したら報知信号を出力させるので、対地静電容量が比較的大きな電路であっても、漏洩電流の対地静電容量成分を削除して、即ち電路の絶縁劣化により新たに発生する漏電電流成分の実効値のみを抽出して絶縁劣化を判断するので、高精度で絶縁劣化を判断できる。従って、良好に絶縁状態を監視することができるし、マイコンを用いた簡易な構成なため低コストで実現できる。尚、大きさ演算ステップでは実効値を求めて比較値と比較しているが、演算値は実効値でなくても良く、例えば平均値でもピーク値でも良い。但し、その場合比較値もそれに対応した値となる。
【００１５】
図４、図５は本発明の他の実施形態を示す模式図であり、上記実施形態と同様にΔ結線した三相電路に設置した構成を示し、図１，図２と同様の構成要素には同一の符号を付与してある。また、図４は設定モード動作の時の信号の流れを矢印で示し、図５は絶縁監視モード動作の時の信号の流れを矢印で示している。
【００１６】
設定モードは監視電路５の絶縁が良好なときに実施され、電路の対地静電容量による漏洩電流である仮想キャンセル電流ｉｏの波形データＩｏＤと位相角φが設定される。
マイコン３は、零相変流器１で検出した漏洩電流を第１Ａ／Ｄコンバータ８でＡ／Ｄ変換し、第１ローパスフィルタ９を通過させて漏洩電流（の基本波）ｉｏを取出し、波形データｉｏｄを求める。並行して変圧器４から得る電圧Ｖから第２／Ｄコンバータ１０でＡ／Ｄ変換した後、第２ローパスフィルタ１１を通過させて電路電圧（の基本波）ｖを取出して実効値Ｖｃを演算する。そして、定格電圧Ｖｒにおける電流波形データＩｏＤを次式で求める。
ＩｏＤ＝ｉｏｄ×Ｖｒ／Ｖｃ
【００１７】
次に、電路の周波数ｆと電圧に対する電流の位相角φを求める。周波数ｆは電路電圧波ｖのゼロ点周期を演算して求め、位相角φは電圧波ｖのゼロ点と電流波ｉｏのゼロ点との時間差ｔを求め、次式で求める。
φ＝２πｆｔ
こうして求めた波形データＩｏＤは、位相角φと共に記憶される。
【００１８】
設定モードが終了したら絶縁監視モードに入る。絶縁監視モードでは、マイコン３は第１Ａ／Ｄコンバータ８及び第１ローパスフィルタ９を通過した漏洩電流Ｉｏの瞬時値を常時演算すると共に、第２Ａ／Ｄコンバータ１０及び第２ローパスフィルタ１１を通過した電圧波ｖの情報から電路電圧の実効値Ｖｃａ、ゼロ点を演算する。そして、その時の電路電圧Ｖｃａに換算した仮想キャンセル電流Ｉｇｃｉデータで減算し、減算して得た交流信号の実効値を演算する。尚、位相角は設定モードで求めた位相角と同一として演算する。
この実効値を比較回路１３にて予め設定した設定値と比較し、設定値を超えたら電路の絶縁劣化発生と判断して報知信号を出力させ、この報知信号により警報装置１４が警報動作する。こうして、電路の対地静電容量による漏洩電流成分を削除し、絶縁劣化により新たに発生する漏電電流成分の実効値のみを抽出して比較回路で比較判断する。
【００１９】
このように、初期設定ステップとして設定モードで電路の絶縁状態が良好なときの漏洩電流の波形形状データＩｏＤと位相角φを求めて記憶し、抽出ステップとして絶縁監視モードにおいて演算した電流瞬時値を上記仮想キャンセル電流Ｉｇｃｉデータで減算して漏電成分を抽出し、大きさ演算ステップとして減算した波形の実効値を求め、比較判断ステップとして求めた実効値を比較回路１３にて設定値と比較して判断し、設定値を超えたら絶縁劣化と判断して報知信号を出力させるので、上記実施形態と同様に対地静電容量が比較的大きな電路であっても、漏洩電流の対地静電容量成分を削除して、即ち電路の絶縁劣化により新たに発生する漏電電流成分の実効値のみを抽出して絶縁劣化を判断するので、高精度で絶縁劣化を判断できる。従って、良好に絶縁状態を監視することができし、マイコンを用いた簡易な構成なため低コストで実現できる。
【００２０】
尚、上記絶縁監視装置は零相変流器により検出する漏洩電流情報と電路電圧情報で絶縁監視するので、単相２線式、単相３線式、Δ結線三相３線式、Ｙ結線三相３線式の全ての電路に対して使用できる。
また、上記実施の形態では零相変流器を接地線に設けているが、電路自体に電路全体を握持するように設けても漏洩電流を検出でき、絶縁劣化の検出は可能である。
【００２１】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、対地静電容量が比較的大きな電路であっても、絶縁劣化を良好に然も低コストで監視することができる。また、単相２線式、単相３線式、Δ結線三相３線式、Ｙ結線三相３線式の全ての電路に対して使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る絶縁監視装置の実施形態の一例を示す模式図であり、矢印は設定モード時の信号の流れを示している。
【図２】図１の絶縁監視装置において、矢印は監視モード時の信号の流れを示している。
【図３】漏電のない漏洩電流波形と、漏電電流を含む漏洩電流波形と、両者の差分の波形図である。
【図４】本発明の他に形態を示す絶縁監視装置の模式図であり、矢印は設定モード時の信号の流れを示している。
【図５】図４の絶縁監視装置において、矢印は監視モード時の信号の流れを示している。
【図６】電路の漏洩電流の説明図で、（ａ）は説明図、（ｂ）は漏洩電流のベクトル図を示している。
【図７】従来の絶縁監視装置の模式図である。
【図８】従来の他の絶縁監視装置の模式図である。
【符号の説明】
１・・零相変流器（漏洩電流検出手段）、２・・増幅回路、３・・マイクロコンピュータ（制御手段）、４・・変圧器（電圧検出手段）、５・・電路、６・・接地線、１３・・比較回路、１４・・警報装置。

Claims

電路或いは電路の接地線に設けた漏洩電流検出手段と、電路電圧を検出する電圧検出手段と、該漏洩電流検出手段で検出した漏洩電流情報及び電圧検出手段で検出した電路電圧情報から漏洩電流のうち絶縁劣化による漏電成分を抽出する演算手段と、警報装置とを備え、
前記演算手段は、漏洩電流のうち抽出した漏電成分が予め設定した設定値を超えたら、警報装置を作動させる信号を出力することを特徴とする絶縁監視装置。
電路の絶縁状態が良好なときに漏洩電流情報と電路の電圧情報から漏洩電流の大きさと位相角を演算して仮想キャンセル電流波形データとして記憶する初期設定ステップと、
初期設定後に漏洩電流の瞬時値を演算し、該瞬時値を前記仮想キャンセル電流波形データで減算して漏電成分を抽出する抽出ステップと、
減算して得た漏洩電流波形データの大きさを演算する大きさ演算ステップと、
該大きさ演算ステップで演算した値が予め設定した比較値を超えたら警報のための信号を出力する比較判断ステップとを有することを特徴とする絶縁監視方法。
電路の絶縁状態が良好なときに漏洩電流情報と電路の電圧情報から漏洩電流の波形形状をデータ化した波形データと位相角を演算して仮想キャンセル電流波形データとして記憶する初期設定ステップと、
初期設定後に漏洩電流の瞬時値を演算し、該瞬時値を前記仮想キャンセル電流波形データで減算して漏電成分を抽出する抽出ステップと、
減算して得た漏洩電流波形データの大きさを演算する大きさ演算ステップと、
該大きさ演算ステップで演算した値が予め設定した比較値を超えたら警報のための信号を出力する比較判断ステップとを有することを特徴とする絶縁監視方法。