JP2005300514A

JP2005300514A - 絶縁監視装置

Info

Publication number: JP2005300514A
Application number: JP2004232032A
Authority: JP
Inventors: Yoshikazu Teraue; 義和寺上
Original assignee: Nakajo Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Nakajo Engineering Co Ltd
Priority date: 2004-03-16
Filing date: 2004-08-09
Publication date: 2005-10-27
Anticipated expiration: 2024-08-09
Also published as: JP4506959B2

Abstract

【課題】被測定回路の絶縁抵抗対を求めて絶縁状態の常時監視を行う絶縁監視装置において、対地電圧のスカラ量と漏れ電流に含まれる高調波成分のスカラ量のみを用いて絶縁抵抗を求める。
【解決手段】被測定回路の対地電圧スカラ量と漏れ電流に含まれる高調波成分のスカラ量を用い、漏れ電流ｎ次高調波成分とｎ次対地アドミッタンスと計算式誘導の段階で媒体として用いる対地電圧のｎ次理論的高調波成分と同じく計算式誘導の段階で媒体として用いる高調波１次仮想漏れ電流との関係より絶縁抵抗を求める。これにより、信頼性の高い絶縁抵抗値の測定を経済的に実施できるので、絶縁劣化の経時的変化を捉え警報を行うことが容易になり、事前に点検保守を可能ならしめて事故を未然に防止することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は絶縁監視装置に係り、特に電気回路の絶縁状態を監視するために絶縁抵抗値を測定する技術に関する。

配電系統の絶縁状態を漏れ電流の大きさによって監視する方法が広く利用されている。ところが電子機器の普及に伴ってノイズフィルタ類の静電容量を通して流れる漏れ電流が絶縁抵抗を通して流れる漏れ電流に比して大きなものとなり、静電容量成分と抵抗分成分とのベクトル和である漏れ電流を監視するだけでは絶縁状態の良否判断が困難になってきている。

絶縁状態の良否を判断しやすくするためには漏れ電流に含まれる静電容量成分を除去し絶縁抵抗を通して流れる成分のみを求めることが有効であり、被測定回路に低周波低電圧の絶縁抵抗監視用信号を印加し、検出した漏れ電流の中からこの印加周波数成分を抽出したものを信号電圧による抵抗分漏れ電流とし、信号電圧値と信号電圧による抵抗分漏れ電流値より絶縁抵抗を算出する方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。

しかし、絶縁抵抗監視用信号の印加装置及びバンドパスフィルタが必要なことから装置が大型且つ高価となること、主回路に印加信号が重畳されることによって負荷設備の誤動作が発生すること、印加信号を周波数２０Ｈｚ以下の低周波数及び電圧２Ｖ以下程度の低電圧に抑えざるを得ないことから低周波数における注入変圧器の入出力変換損失増大と印加信号分漏れ電流が数１０μＡ以下と小さくなることによる検出ＺＣＴの入出力変換損失増大の影響により絶縁抵抗の測定精度を高くできないこと、などの欠点があった。

前述の問題を解決するために被測定回路への信号電圧印加を行なわない方法が数件提案されている。

これら信号電圧を印加しない方法の一つは、被測定回路の漏れ電流及び対地電圧それぞれに含まれる高調波成分の代表次数における高調波漏れ電流ベクトルと高調波対地電圧ベクトルの位相関係より抵抗分漏れ電流を求め、代表次数の高調波対地電圧値をこの抵抗分漏れ電流値で除することにより絶縁抵抗を得る方法としている（例えば特許文献２参照）。

また、信号電圧を印加しない別の方法では、被測定回路の漏れ電流及び対地電圧それぞれに含まれる高調波成分の二つの代表次数における高調波漏れ電流成分及び高調波対地電圧成分のスカラ量より連立方程式によって絶縁抵抗分を求め、この大きさにより絶縁状態の良否を判断する方法としている。これによれば、バンドパスフィルタや位相ずれ補正装置を必要としないため、装置が小形にできるとしている（例えば特許文献３参照）。
特開平１−１４３９７１号公報特開平６−０４３１９６号公報特開２００３−１７７１５４号公報

しかし、特許文献２の例では、漏れ電流回路と電圧回路双方分のバンドパスフィルタ及び漏れ電流検出用零相変流器と対地電圧検出用変圧器のいずれかまたは双方の位相ずれを補正する装置を設置する必要があるために装置が大型且つ高価となること、絶縁抵抗値算出に必要となる対地電圧検出にあたり引出し配線を絶縁劣化個所に接続することは困難で実際には配電盤などのように漏れ電流発生個所から離れた場所とならざるを得ないという問題があり、検出した対地電圧には理論値の数％程度にまで減衰した高調波成分しか含まれない状態となるため、対地電圧の高調波成分値が正しく得られず絶縁抵抗の測定精度が低くなること、などの欠点があった。

また、特許文献３の例でも前述の例と同様に対地電圧の高調波成分値が正しく得られないことから、絶縁抵抗の測定精度が低くなるという欠点があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、小型かつ安価で精度の高い絶縁抵抗値測定を可能にする絶縁監視装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、請求項１に記載の絶縁監視装置は、被測定回路の対地電圧を検出する対地電圧検出手段と、前記被測定回路から大地への漏れ電流、又は、該漏れ電流に含まれる高調波成分中の所定次数の漏れ電流成分値を検出する漏れ電流検出手段と、前記漏れ電流に含まれる高調波成分中の偶数次であって複数の異なる次数における漏れ電流成分値を前記漏れ電流検出手段により検出し、該検出した複数の漏れ電流成分値に基づいて、又は、前記漏れ電流検出手段により検出した漏れ電流と前記対地電圧検出手段により検出した対地電圧の位相関係に基づいて、前記被測定回路の対地絶縁抵抗Ｒと対地コンダクタンスωＣとの積ωＣＲの値を算出するωＣＲ算出手段と、前記対地電圧検出手段により検出した対地電圧Ｖと、前記漏れ電流検出手段により検出した所定次数ｎの漏れ電流成分値Ｉ_gnと、前記ωＣＲ算出手段により算出したωＣＲを、前記対地絶縁抵抗Ｒを導く所定の関係式Ｒ＝Ｆ（Ｖ、Ｉ_gn、ωＣＲ）に与えて、前記対地絶縁抵抗Ｒを算出する対地絶縁抵抗算出手段と、前記対地絶縁抵抗算出手段により算出した対地絶縁抵抗Ｒに基づいて前記被測定回路の絶縁状態に関する情報を出力する出力手段と、を備えたことを特徴としている。

請求項２に記載の絶縁監視装置は、請求項１に記載の発明において、前記出力手段は、前記被測定回路の絶縁状態に関する情報として、前記対地絶縁抵抗算出手段により算出した対地絶縁抵抗Ｒ、該対地絶縁抵抗Ｒに基づいて算出した抵抗分漏れ電流値、及び、該対地絶縁抵抗Ｒに基づいて算出した静電容量分漏れ電流値のうち少なくともいずれかひとつが所定の値を超えたことを表示、記録、外部出力又は通報することと、前記対地絶縁抵抗値Ｒ、前記抵抗分漏れ電流値、及び、前記静電容量分漏れ電流値のうち少なくともいずれかひとつにつき、その大きさによって安全領域、危険領域等のように少なくとも２つの領域に区分して表示、記録、外部出力又は通報することのいずれか又は両方を行なうことを特徴としている。

請求項３に記載の絶縁監視装置は、請求項１又は２の発明において、前記対地絶縁抵抗算出手段は、前記漏れ電流に含まれる次数ｎにおける漏れ電流成分値Ｉ_gnを、次数ｎにおける対地電圧成分値Ｅ_nと前記対地絶縁抵抗Ｒ及び対地コンダクタンスωＣからなる対地アドミッタンスＹ_nで表した次式、
Ｉ_gn＝Ｙ_n×Ｅ_n
と、前記対地電圧成分値Ｅ_nを、前記漏れ電流成分値Ｉ_gn、前記対地絶縁抵抗Ｒ、前記対地コンダクタンスωＣ、及び、前記対地電圧Ｖとで表した次式、
Ｅ_n＝（Ｉ_gn・Ｒ（１＋（ωＣＲ）²）^0.5 ）Ｖ／（（１＋（ωＣＲ）²）Ｖ＋Ｉ_gn・Ｒ（１＋（ｎωＣＲ）²）^0.5 ）
又は、
Ｅ_n＝（（（１＋（ωＣＲ）²）^0.5 ）／（（１＋（ｎωＣＲ）²）^0.5 ））Ｖ―Ｉ_gn・Ｒ／（１＋（ωＣＲ）²）^0.5
とを用いて前記対地電圧成分値Ｅ_nを消去して得た次式、
Ｒ＝（Ｖ／Ｉ_gn）×（（１＋（ωＣＲ）²）^0.5×（１＋（ｎωＣＲ）²）^0.5 ―（１＋（ωＣＲ）²）^0.5）／（１＋（ｎωＣＲ）²）^0.5）
又は、
Ｒ＝（Ｖ／Ｉ_gn）×（（１＋（ωＣＲ）²）^0.5／（１＋（ｎωＣＲ）²）^0.5 ）／（（１／（１＋（ωＣＲ）²）^0.5）＋（１／（１＋（ｎωＣＲ）²）^0.5））
を、前記関係式Ｒ＝Ｆ（Ｖ、Ｉ_gn、ωＣＲ）として用いることを特徴としている。

請求項４に記載の絶縁監視装置は、請求項１、２又は３の発明において、前記ωＣＲ算出手段は、前記漏れ電流に含まれる高調波成分中の偶数次であって異なる複数の次数Ａ、Ｂにおける電流成分値Ｉ_gA、Ｉ_gBを前記漏れ電流検出手段により検出し、該検出した電流成分値Ｉ_gA、Ｉ_gBを次式、
ωＣＲ＝（（Ｉ_gB ²−Ｉ_gA ²）／（Ｂ²Ｉ_gA ²−Ａ²Ｉ_gB ²））^0.5
に与えることによってωＣＲの値を算出し、又は、前記漏れ電流に含まれる高調波成分中の偶数次であって異なる複数の次数における電流成分値を前記漏れ電流検出手段により検出し、該検出した複数の電流成分値に基づいて、偶数次ｘにおける漏れ電流成分値Ｉ_gxの次数ｘの増加に伴う増加傾向に従って表される一次式Ｉ_gx＝a・ｘ＋ｂの定数ａ、ｂを求めた後、所望の偶数次Ａ、Ｂにおける電流成分値Ｉ_gA、Ｉ_gBを前記一次式により算出して該算出した電流成分値Ｉ_gA、Ｉ_gBを次式、
ωＣＲ＝（（Ｉ_gB ²−Ｉ_gA ²）／（Ｂ²Ｉ_gA ²−Ａ²Ｉ_gB ²））^0.5
に与えることによってωＣＲの値を算出すると共に、前記次数Ａ、Ｂの値を変えて複数のωＣＲの値を算出し、該算出した複数のωＣＲの値の平均値をωＣＲの値とすることを特徴としている。

以上の如く構成される本願発明は、被測定回路の対地電圧スカラ量と漏れ電流に含まれる高調波成分のスカラ量を用い、漏れ電流ｎ次高調波成分とｎ次対地アドミッタンスと、計算式誘導の段階で媒体として用いる対地電圧のｎ次理論的高調波成分と、同じく計算式誘導の段階で媒体として用いる高調波１次仮想漏れ電流との関係より絶縁抵抗を求めることを最も主要な特徴とする。

本発明の絶縁監視装置によれば、信号電圧印加装置が不用なために小形で安価なものにできる。また、被測定回路の対地電圧と漏れ電流の高調波成分にのみ依存し、実回路において検出が困難な電圧の高調波成分には依存しないので、電気回路の絶縁抵抗値を高精度に且つ経済的に測定できる。

従って、絶縁劣化の経時的変化を正確に捉え警報を行うことが容易となり、事前に点検保守を可能ならしめて事故を未然に防止することが可能となる。

以下、添付図面に従って本発明に係る絶縁監視装置の好ましい実施の形態について詳説する。

本発明は、被測定回路から大地への漏れ電流Ｉ_gに含まれる高調波成分中の任意の次数ｎにおける漏れ電流成分値Ｉ_gn及び絶縁抵抗Ｒと対地コンダクタンスｎωＣ（ｎは整数、ω＝２πｆ、ｆは基本周波数、Ｃは静電容量）からなるｎ次対地アドミッタンスＹ_nを用いてｎ次理論的対地電圧Ｅ_nを表した第１の関係式と、前述の次数ｎにおける漏れ電流成分値Ｉ_gn、ｎ次対地アドミッタンスＹ_nに、対地電圧Ｖ、高調波１次仮想漏れ電流成分Ｉ_g1及び絶縁抵抗Ｒと対地コンダクタンスωＣからなる高調波１次対地アドミッタンスＹ₁を加えてｎ次理論的対地電圧Ｅ_nを表した第２の関係式とを連立方程式として解くことによって対地電圧の高調波成分値に依存しないで絶縁抵抗Ｒを算出する方法及び絶縁監視装置を提供するものである。

第１の関係式は漏れ電流Ｉ_gに含まれる高調波成分中の任意の次数ｎにおける、漏れ電流成分値Ｉ_gnを、次数ｎにおける理論的対地電圧Ｅ_nと絶縁抵抗Ｒ及び対地コンダクタンスｎωＣからなる対地アドミッタンスＹ_nで示した
Ｉ_gn＝Ｙ_n×Ｅ_n…………………………………………… 式（１）
を基本として導く。
Ｙ_n＝（（１／Ｒ）²＋（ｎωＣ）²）^0.5 …………… 式（２）
＝（１＋（ｎωＣＲ）²）^0.5 ×（１／Ｒ） ………… 式（３）
式（１）に式（３）を代入すると
Ｉ_gn＝（１＋（ｎωＣＲ）²）^0.5×（１／Ｒ）×Ｅ_n… 式（４）
となり、これより得られる
Ｅ_n＝（Ｉ_gn×Ｒ）／（１＋（ｎωＣＲ）²）^0.5 ……… 式（５）
を第１の関係式とする。

第２の関係式は図１の（イ）に示すように高調波１次対地電圧Ｅ₁が、高調波成分中の任意の次数ｎにおける理論的対地電圧Ｅ_nに、高調波１次とｎ次の漏れ電流成分比と高調波１次とｎ次の対地アドミッタンス成分比との和を乗じたものとした
Ｅ₁＝（（Ｉ_g1／Ｉ_gn）＋（Ｙ_n／Ｙ₁））×Ｅ_n ………… 式（６）
を基本として導く。
式（６）中の高調波１次対地電圧Ｅ₁は対地電圧Ｖにほぼ等しいとみなせるので
Ｅ₁≒Ｖ …………………………………… 式（７）
また
Ｙ₁＝（１＋(ωＣＲ)²）^0.5 ×（１／Ｒ） ………… 式（８）
Ｉ_g1＝Ｙ₁×Ｅ₁≒（１＋(ωＣＲ)²）^0.5 ×（Ｖ／Ｒ） …… 式（９）
Ｙ_n＝（１＋（ｎωＣＲ）²）^0.5 ×（１／Ｒ） ………… 式（１０）
なので、式（６）に式（７）から式（１０）を代入し整理すると
Ｖ＝（（（１＋（ωＣＲ）²）Ｖ＋Ｉ_gn・Ｒ（１＋（ｎωＣＲ）²）^0.5 ）／（Ｉ_gn・Ｒ（１＋（ωＣＲ）²）^0.5 ））Ｅ_n……… 式（１１）
となり、これより得られる
Ｅ_n＝（Ｉ_gn・Ｒ（１＋（ωＣＲ）²）^0.5 ）Ｖ／（（１＋（ωＣＲ）²）Ｖ＋Ｉ_gn・Ｒ（１＋（ｎωＣＲ）²）^0.5 ） ………… 式（１２）
を第２の関係式とする。

式（５）と式（１２）を連立方程式として解くことにより得られる
Ｒ＝（Ｖ／Ｉ_gn）×（（１＋（ωＣＲ）²）^0.5×（１＋（ｎωＣＲ）²）^0.5 ―（１＋（ωＣＲ）²）^0.5）／（１＋（ｎωＣＲ）²）^0.5） ……… 式（１３）
が絶縁抵抗値Ｒを算出する式となる。

第２の関係式は図１の（ロ）に示すように高調波ｎ次における理論的対地電圧Ｅ_nが高調波１次対地電圧Ｅ₁に、高調波１次とｎ次の対地アドミッタンス成分比と高調波１次とｎ次の漏れ電流成分比との差を乗じたものとした
Ｅ_n＝（（Ｙ₁／Ｙ_n）―（Ｉ_gn／Ｉ_g1））Ｅ₁ ………… 式（１４）
を基本として導くこともできる。

式（１４）に式（７）から式（１０）を代入し整理して得られた
Ｅ_n＝（（（１＋（ωＣＲ）²）^0.5 ）／（（１＋（ｎωＣＲ）²）^0.5 ））Ｖ―Ｉ_gn・Ｒ／（１＋（ωＣＲ）²）^0.5 ………… 式（１５）
がもう一つの第２の関係式となり、式（５）と式（１５）を連立方程式として解くことにより得られる
Ｒ＝（Ｖ／Ｉ_gn）×（（１＋（ωＣＲ）²）^0.5／（１＋（ｎωＣＲ）²）^0.5 ）／（（１／（１＋（ωＣＲ）²）^0.5）＋（１／（１＋（ｎωＣＲ）²）^0.5）） ……… 式（１６）
が絶縁抵抗値Ｒを算出するもう一つの式となる。

式（１３）または式（１６）は、
Ｒ＝Ｆ（Ｖ、Ｉ_gn、ωＣＲ） ……………… 式（１７）
で表され、測定において減衰の影響を受けやすい対地電圧の高調波成分には依存しないことを示している。

対地電圧Ｖは電圧測定回路によって与えられ、漏れ電流の高調波ｎ次成分Ｉ_gnは零相変流器によって検出した漏れ電流をフーリエ展開するなどの方法によって与えられるので、残るωＣＲが被測定回路固有の数値として与えられれば絶縁抵抗値Ｒが算出できることを示している。

被測定回路が単相交流回路の場合、ωＣＲは次のようにして表わすことができる。
漏れ電流の静電容量成分Ｉ_gcと抵抗成分Ｉ_grは
Ｉ_gc＝ωＣＶ ……………… 式（１８）
Ｉ_gr＝Ｖ／Ｒ ……………… 式（１９）
であり
Ｉ_gc／Ｉ_gr＝（ωＣＶ）／（Ｖ／Ｒ）＝ωＣＲ
ωＣＲ＝Ｉ_gc／Ｉ_gr ……………… 式（２０）
のように、ωＣＲは漏れ電流の静電容量成分Ｉ_gcと抵抗成分Ｉ_grの比として表わされる。

被測定回路が三相交流回路の場合は、零相変流器で検出する漏れ電流が各相漏れ電流のベクトル和であるために、高調波３ｎ次以外では漏れ電流の大きさや位相が各相アドミッタンスのアンバランスに左右されたものとなり、静電容量成分と抵抗成分の比を求めることができないため、三相とも同相となって重なる高調波３ｎ次（ｎは整数）においてωＣＲを求める。
高調波３ｎ次における漏れ電流の静電容量成分Ｉ_gcnと抵抗成分Ｉ_grnは
Ｉ_gcn＝３ｎωＣＥ_n ……… 式（２１）
Ｉ_grn＝Ｅ_n／Ｒ ……… 式（２２）
であり
Ｉ_gcn／Ｉ_grn＝（３ｎωＣＥ_n）／（Ｅ_n／Ｒ）＝３ｎωＣＲ
ωＣＲ＝（Ｉ_gcn／Ｉ_grn）／（３ｎ） ……………… 式（２３）
のように、ωＣＲは漏れ電流の静電容量成分Ｉ_gcnと抵抗成分Ｉ_grnの比を次数３ｎで除したものとして表わされる。

ωＣＲすなわち漏れ電流の静電容量成分Ｉ_gcnと抵抗成分Ｉ_grnの比は、漏れ電流をフーリエ展開した際に算出される偶数次高調波成分値の次数による増加傾向より得られる。

多くの負荷において漏れ電流中に偶数次高調波成分が検出される。

図２は電灯負荷回路の漏れ電流高調波成分を表す分布図であり、偶数次高調波成分値の存在が認められる。

インバータを電源とする三相交流回路に既知の抵抗と静電容量からなる対地模擬回路を接続した実験においても偶数次の漏れ電流高調波成分の存在と、対地静電容量の大きさに応じて漏れ電流高調波成分が次数によって増加する傾向が認められる。

図３は、対地模擬回路のアドミッタンスを変えて行った２種類の実験における漏れ電流の高調波成分値を示す。

図３における黒丸は、対地模擬回路を抵抗１５０ｋΩと静電容量０．０４７μＦの並列とし、三相歪波交流電圧を印加した場合の漏れ電流をフーリエ展開して得られた偶数次高調波成分を次数順に表したもので、偶数次の中から三相各相の漏れ電流が同相となる３ｎ次（ｎは整数）のみを抽出して記載してある。

図３における白丸は、対地模擬回路を抵抗７５ｋΩのみとし、三相歪波交流電圧を印加した場合の漏れ電流をフーリエ展開し偶数次高調波成分を次数順に表したもので、前記と同様に３ｎ次（ｎは整数）のみを抽出して記載してある。

これらの偶数次高調波漏れ電流群は、対地静電容量が存在する場合は図３の実線に示すように次数の増加に伴う増加傾向を示し、静電容量が含まれない場合は図３の破線に示すように勾配の無い平坦な直線となっている。

このように偶数次高調波漏れ電流群が次数の増加に応じた直線状となり、静電容量が含まれない場合は無勾配となることより、偶数次の高調波対地電圧は次数の増加に対してほとんど変化しないとみなされ、以下に記す方法によってωＣＲを求めることができる。

高調波偶数次漏れ電流の次数Ａ成分をＩ_gA、次数Ｂ成分をＩ_gB、次数Ａ及び次数Ｂの対地電圧をＥ_ABとすると
Ｉ_gA＝Ｅ_AB×（１＋（ＡωＣＲ）²）^0.5／Ｒ・・・・・・式（２４）
Ｉ_gB＝Ｅ_AB×（１＋（ＢωＣＲ）²）^0.5／Ｒ・・・・・・式（２５）
Ｉ_gB／Ｉ_gA＝（１＋（ＢωＣＲ）²）^0.5／（１＋（ＡωＣＲ）²）^0.5 ・・・式（２６）
式（２６）を整理すると
ωＣＲ＝（（Ｉ_gB ²−Ｉ_gA ²）／（Ｂ²Ｉ_gA ²−Ａ²Ｉ_gB ²））^0.5 ・・・・・・式（２７）
としてωＣＲを求められる。

実用にあたっては式（２７）をできるだけ多くの偶数次数間について計算し、その平均値を採用するか、高調波偶数次漏れ電流群について最少自乗法などの統計手法で
Ｉ_g＝ａ（ｘ−１）＋ｂ
（Ｉ_g：統計処理後の偶数次高調波漏れ電流、ａ：勾配、ｘ：偶数次の高調波次数、ｂ：次数１における仮想漏れ電流）
のように直線化処理を行った後に式（２４）から式（２７）の計算を行うなど、できるだけ多くの偶数次漏れ電流群を利用することにより（複数のωＣＲの平均値を算出する等により）ωＣＲ算出誤差を少なくすることができる。

なお、高調波偶数次漏れ電流成分の一部が他の次数成分に比較して突出した値となることがあるが、この突出値は漏れ電流を時分割サンプリングする際の時間幅の影響で計算上発生するものとみなされるので、ωＣＲを求める計算への適用から除外する。

ωＣＲすなわち漏れ電流の静電容量成分Ｉ_gcnと抵抗成分Ｉ_grnの比は、対地電圧と漏れ電流の位相角を求めることからも得られる。

図４は対地電圧と漏れ電流の位相角Φ及び漏れ電流抵抗分Ｉ_grと静電容量分Ｉ_gcとの関係を示すベクトル図である。

被測定回路が単相交流回路の場合は対地電圧と漏れ電流より位相角Φ及びωＣＲを求めることができる。

対地電圧の多分割サンプリング瞬時値と漏れ電流の多分割サンプリング瞬時値の積を積分した有効電力Ｗと対地電圧の実効値と漏れ電流の実効値の積である皮相電力ＶＡより対地電圧と漏れ電流との位相Φを
Φ＝ｃｏｓ^-1（Ｗ／ＶＡ） …………式（２８）
のように求めることができる。
Ｉ_gc／Ｉ_gr＝ｔａｎΦ …………式（２９）
なので、式（２０）、式（２９）より
ωＣＲ＝ｔａｎΦ＝ｔａｎ（ｃｏｓ^-1（Ｗ／ＶＡ）） …………式（３０）
としてωＣＲが求められる。

被測定回路が三相交流回路の場合は、三相とも同相となって重なる高調波３ｎ次（ｎは整数）において対地電圧と漏れ電流の位相角を求める。

対地電圧の高調波成分はその大きさが減衰したものしか得られないことが多く有効電力や皮相電力を求めることには適用できないが、対地電圧の高調波代表次数成分が同次数の漏れ電流成分との位相判別が可能な大きさで検出できる場合には下記の方法によって漏れ電流の高調波成分との位相角Φ_nを求めることができる。

高調波３ｎ次における対地電圧と漏れ電流の位相角Φ_nは、対地電圧と漏れ電流をフーリエ展開して得られる対地電圧と漏れ電流の検出基準点に対する位相角の差として

但し
ωＣＲ＝ｔａｎΦ_n／３ｎ＝ｔａｎ（ｔａｎ^-1（ｂ_V／ａ_V）―ｔａｎ^-1（ｂ_I／ａ_I））／３ｎ …………式（３２）
のように求めることができる。

対地電圧の高調波成分値が減衰したものである事に起因して式（３２）の計算値に誤差が生ずることがあるので、実用にあたっては式（３２）をできるだけ多くの次数において計算し、その平均値を採用することによりωＣＲ算出誤差を少なくできる。

式（２７）あるいは式（３０）もしくは式（３２）にて求めたωＣＲを、式（１３）または式（１６）に代入して絶縁抵抗を算出することができる。

三相交流回路の場合は、漏れ電流の高調波３ｎ次成分のみにおいて絶縁抵抗を算出する。

式（１３）または式（１６）の計算はできるだけ多くの次数について実施し、その平均値を採用する等の手法により絶縁抵抗算出精度の向上がはかれる。

ただし、複数の計算値の中で一部の次数において他の次数とはかけ離れた計算結果となるものについてはその次数を絶縁抵抗を求める計算への適用から除外する。前述の除外理由は、他の次数とはかけ離れた計算結果となる原因が漏れ電流を時分割サンプリングする際の時間幅の影響によって一部の次数において実際の成分値からかけ離れた値として計算されてしまうものだからである。
除外判定方法は計算値群の中で標準偏差値が設定値を超えてしまう次数のものを除外するなどが考えられるが、選択した次数のうち計算結果が最大のものと最小のものを除外し残りの次数における計算結果の平均値をもって絶縁抵抗とする方法で実用上十分な結果が得られる。

図５は、被測定回路と絶縁監視装置への入力を示す図で、被測定回路１の対地アドミッタンスを形成する絶縁抵抗Ｒと対地静電容量Ｃは大地に対して並列となり、この並列回路から大地及び変圧器ＴＲの２次側接地線２を経由して漏れ電流Ｉg₀が流れる。

絶縁監視装置６へは、被測定回路１に設置した零相変流器３によって検出した漏れ電流Ｉg₀の２次出力Ｉｇ及び対地電圧存在相より検出した対地電圧Ｖが入力される。

図６は本発明の絶縁監視装置の実施例を示す構成図である。図６において６は監視装置であり、次の各部から構成されている。３は図５で示した漏れ電流検出用の零相変流器であり、その２次出力線４は対地電圧検出線５とともに入力部４１に入力される。５１は監視装置の内部に動作用電圧を供給する電源部、６ａは入力部にて内部信号に変換されたアナログ信号を後述する演算処理部６ｃの指示を受けて前記入力部４１の出力をサンプリング及びディジタル値に変換するＡ／Ｄ変換部、６ｂは漏れ電流について高調波成分を抽出するためのフーリエ変換部、６ｃはＡ／Ｄ変換部６ａに対するサンプリング及びディジタル変換指示、また得られたディタル値を記憶部６ｄに記憶させると共に、前記実施例の方法により絶縁抵抗及び抵抗分漏れ電流を算出するための演算処理部である。また、演算処理部６ｃは算出結果である絶縁抵抗値及び抵抗分漏れ電流値の後述する出力部６ｇへの出力も併せて行う。

出力部６ｇは、被測定回路の絶縁状態の情報として、前記演算処理部６ｃにより得られた結果を表示器などの視覚表示、ブザーなどの音声通知あるいは、通信により上位装置１０への遠隔通知を行うための出力部である。設定部６ｅは警報出力の判断値などを与えるものであり、絶縁抵抗や抵抗分漏れ電流の演算値がこの設定値に達した場合に出力部６ａあるいは上位装置１０に出力する。出力手段は表示器などによる視覚表示、ブザーなどの音声通知、演算結果や異常発生時刻の通知及び記録である。なお、前述の警報判断値の設定や警報保持状態の解除は上位装置１０からも行える。

記憶部６ｄまたは上位装置１０は演算結果の定期記憶を継続的に行うことができ、絶縁状態の連続記録や絶縁劣化進行状況の連続監視及び遡及チェックに利用できる。

なお、前記演算処理部６ｃにより抵抗分漏れ電流を算出してその値を絶縁抵抗値や抵抗分漏れ電流値と共に出力部６ｇに出力し、絶縁抵抗値表示器などでの表示対象、又は、ブザーなどの警報出力の対象としてもよい。

また、絶縁抵抗、抵抗分漏れ電流、静電容量分漏れ電流のいずれかにつき、その大きさによって安全領域、危険領域等のように少なくとも２つの領域に区分して表示、記録、外部出力又は通報するようにしてもよい。

本発明による実施例を説明するための高調波１次とｎ次における対地電圧の関係を示す関係図である。三相交流模擬回路における漏れ電流の偶数次高調波成分値群を示す分布図である。実負荷における漏れ電流高調波成分の分布図である。対地電圧と漏れ電流との位相角及び漏れ電流抵抗分と静電容量分の関係を示す関係図である。漏れ電流回路と絶縁監視装置への入力方法を示す回路図である。本発明の実施の形態による絶縁監視装置の構成を示す構成図である。従来技術（例えば特許文献１）による絶縁監視方式の説明図である。従来技術（例えば特許文献２）による絶縁監視方式の説明図である。従来の実施例（例えば特許文献３）による絶縁監視方式の説明図である。

符号の説明

Ｖ・・・被測定回路の対地電圧
Ｅ_n・・・ｎ次高調波における理論的対地電圧
Ｉ_g・・・被測定回路の漏れ電流
Ｉ_g1・・・第１次高調波における仮想漏れ電流
Ｉ_gn・・・ｎ次高調波における漏れ電流
Ｒ・・・絶縁抵抗
Ｃ・・・対地間静電容量
ｎωＣ・・・ｎ次高調波における対地コンダクタンス
Ｙ₁・・・第１次高調波における対地アドミッタンス
Ｙ_n・・・ｎ次高調波における対地アドミッタンス
φ・・・対地電圧と漏れ電流との位相角
φ_n・・・ｎ次高調波における対地電圧と漏れ電流との位相角
Ｗ・・・有効電力
ＶＡ・・・皮相電力
１・・・被測定回路
２・・・変圧器２次側接地線
３・・・零相変流器
４・・・零相電流入力部
５・・・対地電圧入力部
６・・・絶縁抵抗測定機器
６ａ・・・Ａ／Ｄ変換部
６ｂ・・・フーリエ変換部
６ｃ・・・演算処理部
６ｄ・・・記憶部
６ｅ・・・設定部
６ｇ・・・出力部
１０・・・上位装置

Claims

被測定回路の対地電圧を検出する対地電圧検出手段と、
前記被測定回路から大地への漏れ電流、又は、該漏れ電流に含まれる高調波成分中の所定次数の漏れ電流成分値を検出する漏れ電流検出手段と、
前記漏れ電流に含まれる高調波成分中の偶数次であって複数の異なる次数における漏れ電流成分値を前記漏れ電流検出手段により検出し、該検出した複数の漏れ電流成分値に基づいて、又は、前記漏れ電流検出手段により検出した漏れ電流と前記対地電圧検出手段により検出した対地電圧の位相関係に基づいて、前記被測定回路の対地絶縁抵抗Ｒと対地コンダクタンスωＣとの積ωＣＲの値を算出するωＣＲ算出手段と、
前記対地電圧検出手段により検出した対地電圧Ｖと、前記漏れ電流検出手段により検出した所定次数ｎの漏れ電流成分値Ｉ_gnと、前記ωＣＲ算出手段により算出したωＣＲを、前記対地絶縁抵抗Ｒを導く所定の関係式Ｒ＝Ｆ（Ｖ、Ｉ_gn、ωＣＲ）に与えて、前記対地絶縁抵抗Ｒを算出する対地絶縁抵抗算出手段と、
前記対地絶縁抵抗算出手段により算出した対地絶縁抵抗Ｒに基づいて前記被測定回路の絶縁状態に関する情報を出力する出力手段と、
を備えたことを特徴とする絶縁監視装置。
前記出力手段は、前記被測定回路の絶縁状態に関する情報として、前記対地絶縁抵抗算出手段により算出した対地絶縁抵抗Ｒ、該対地絶縁抵抗Ｒに基づいて算出した抵抗分漏れ電流値、及び、該対地絶縁抵抗Ｒに基づいて算出した静電容量分漏れ電流値のうち少なくともいずれかひとつが所定の値を超えたことを表示、記録、外部出力又は通報することと、前記対地絶縁抵抗値Ｒ、前記抵抗分漏れ電流値、及び、前記静電容量分漏れ電流値のうち少なくともいずれかひとつにつき、その大きさによって安全領域、危険領域等のように少なくとも２つの領域に区分して表示、記録、外部出力又は通報することのいずれか又は両方を行なうことを特徴とする請求項１の絶縁監視装置
前記対地絶縁抵抗算出手段は、前記漏れ電流に含まれる次数ｎにおける漏れ電流成分値Ｉ_gnを、次数ｎにおける対地電圧成分値Ｅ_nと前記対地絶縁抵抗Ｒ及び対地コンダクタンスωＣからなる対地アドミッタンスＹ_nで表した次式、
Ｉ_gn＝Ｙ_n×Ｅ_n
と、
前記対地電圧成分値Ｅ_nを、前記漏れ電流成分値Ｉ_gn、前記対地絶縁抵抗Ｒ、前記対地コンダクタンスωＣ、及び、前記対地電圧Ｖとで表した次式、
Ｅ_n＝（Ｉ_gn・Ｒ（１＋（ωＣＲ）²）^0.5 ）Ｖ／（（１＋（ωＣＲ）²）Ｖ＋Ｉ_gn・Ｒ（１＋（ｎωＣＲ）²）^0.5 ）
又は、
Ｅ_n＝（（（１＋（ωＣＲ）²）^0.5 ）／（（１＋（ｎωＣＲ）²）^0.5 ））Ｖ―Ｉ_gn・Ｒ／（１＋（ωＣＲ）²）^0.5
とを用いて前記対地電圧成分値Ｅ_nを消去して得た次式、
Ｒ＝（Ｖ／Ｉ_gn）×（（１＋（ωＣＲ）²）^0.5×（１＋（ｎωＣＲ）²）^0.5 ―（１＋（ωＣＲ）²）^0.5）／（１＋（ｎωＣＲ）²）^0.5）
又は、
Ｒ＝（Ｖ／Ｉ_gn）×（（１＋（ωＣＲ）²）^0.5／（１＋（ｎωＣＲ）²）^0.5 ）／（（１／（１＋（ωＣＲ）²）^0.5）＋（１／（１＋（ｎωＣＲ）²）^0.5））
を、前記関係式Ｒ＝Ｆ（Ｖ、Ｉ_gn、ωＣＲ）として用いることを特徴とする請求項１又は２の絶縁監視装置。
前記ωＣＲ算出手段は、
前記漏れ電流に含まれる高調波成分中の偶数次であって異なる複数の次数Ａ、Ｂにおける電流成分値Ｉ_gA、Ｉ_gBを前記漏れ電流検出手段により検出し、該検出した電流成分値Ｉ_gA、Ｉ_gBを次式、
ωＣＲ＝（（Ｉ_gB ²−Ｉ_gA ²）／（Ｂ²Ｉ_gA ²−Ａ²Ｉ_gB ²））^0.5
に与えることによってωＣＲの値を算出し、
又は、
前記漏れ電流に含まれる高調波成分中の偶数次であって異なる複数の次数における電流成分値を前記漏れ電流検出手段により検出し、該検出した複数の電流成分値に基づいて、偶数次ｘにおける漏れ電流成分値Ｉ_gxの次数ｘの増加に伴う増加傾向に従って表される一次式Ｉ_gx＝a・ｘ＋ｂの定数ａ、ｂを求めた後、所望の偶数次Ａ、Ｂにおける電流成分値Ｉ_gA、Ｉ_gBを前記一次式により算出して該算出した電流成分値Ｉ_gA、Ｉ_gBを次式、
ωＣＲ＝（（Ｉ_gB ²−Ｉ_gA ²）／（Ｂ²Ｉ_gA ²−Ａ²Ｉ_gB ²））^0.5
に与えることによってωＣＲの値を算出する共に、前記次数Ａ、Ｂの値を変えて複数のωＣＲの値を算出し、該算出した複数のωＣＲの値の平均値をωＣＲの値とすることを特徴とする請求項１、２又は３の絶縁監視装置。