JP2008203083A - スカラー方式Ｉｇｒ検出器の重畳方式 - Google Patents

Abstract

【課題】 スカラー方式のＩｇｒ検出器において、絶縁抵抗検出用交流重畳信号が１つのみの場合の問題点を、第一重畳波、第二重畳波を絶縁抵抗検出用信号として用いることにより、実用上の問題を解決可能にする手段を提供する。
【解決手段】 低圧電路４においては、Ｂ種接地線５に対して、重畳信号注入回路の重畳用ＣＴ７から、商用周波数とその高調波に一致しない正弦波交流を第一重畳波とし、第一重畳波の周波数に一致しない非正弦波交流を第２重畳波とし、前記２種類の重畳波を重畳信号として重畳する。そして、低圧電路４に設けた検出用クランプＣＴ８を用いて、電路に流れる前記重畳信号を検知し、入力回路から第一、第二重畳波用ＢＰＦ１５、１６を介して、その検出した情報を抵抗成分演算回路１７を介して、電路の絶縁情報として出力させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、低圧電路の絶縁抵抗検出に関して、低圧電路に商用周波数及び商用周波数の高調波、及びその商用周波数の高調波の周波数に一致しない非正弦波交流を重畳し、その非正弦波交流電圧により電路に流れる電流の中から、重畳波により電路に流れる基本波成分の大きさ（スカラー量）と、前記基本波成分に比較して十分高い周波数成分の電流の大きさ（スカラー量）を検出し、前記二つの電流の大きさから演算処理により、低圧電路の絶縁抵抗を検知する装置（以下「スカラー方式Ｉｇｒ検出器」と呼ぶ）の重畳方式に関する。

従来のＩｇｒ検出器は、低圧電路に重畳用変流器（以下「重畳用ＣＴ」という）により正弦波交流を重畳し、電路に流れる重畳波周波数成分の電流Ｉｇを、検出用変流器（以下「検出用ＣＴ」という）により検出している。また、位相検波により分離した電路の絶縁抵抗成分により、流れる電流（以下「Ｉｇｒ」という）を検出する手法を用いている。そこで、Ｉｇｒ検出の精度を得るために、正確な信号の位相関係を維持する必要があり、回路が複雑で、検出用ＣＴおよび重畳用ＣＴに特殊で高価なものを用いるため、コスト高になる傾向があった。

例えば、前記Ｉｇｒ検出情報を用いる装置としては、特開平１０−３３９７５７号公報（特許文献１）等がある。前記従来例の装置においては、図３のブロック図に示すような回路を構成している。前記従来例のＩｇｒ検出器２０では、クランプＣＴ８に接続されてその情報を入力するヘッドアンプ２１と、ローパスフィルタ回路２２、商用周波数除去フィルタ回路２３、重畳信号用バンドパスフィルタ回路２４及び、整流・ゲイン調整回路２６を、順次接続して構成している。そして、前記整流・ゲイン調整回路２６で得られた情報を、ディスプレイ２７に表示するようにしている。

前記Ｉｇｒ検出器２０において、前記クランプＣＴ８はクランプ型変流器により構成されているもので、磁気的結合により低圧電路の一次電流を二次電流に変換して、ヘッドアンプ２１に入力する。このヘッドアンプ２１は、前記クランプＣＴ８から入力される二次電流を、信号処理に必要とされる電圧まで増幅する機能を持っており、その増幅された電圧信号を商用周波数除去フィルタ回路２３に伝達して、商用周波数を減衰させた信号を、重畳信号用バンドパスフィルタ回路２４に向けて出力させる。

前記重畳信号用バンドパスフィルタ回路２４では、漏電監視用の重畳信号成分のみを通過させて、位相検波回路２５を通して、前記整流・ゲイン調整回路２６にその信号を伝達し、その信号を受けた前記整流・ゲイン調整回路２６では、重畳信号成分を整流して直流に変換するものとして構成する。前記回路２６でゲイン調整を行って、商用周波数の電圧に適合した漏洩電流値を、ディスプレイ２７に表示させるが、その他に、装置の動作状態および漏洩電流値などの情報を、選択的に表示させる機能をも持っている。なお、この例においては、低圧電路に流れる商用周波数（５０〜６０Ｈｚ）成分は必要とされないために、その後の信号処理で不要とされる商用周波数成分のみを減衰させるのである。

前記位相検波回路２５には、重畳信号が重畳された電路と対地間からＩｇｒ検出用の正弦波としての異周波数、例えば、１２，５Ｈｚまたは２０，５Ｈｚ等の周波数の信号を基準信号として入力する。この基準信号入力コードからの回路には、ヘッドアンプ３１、ローパスフィルタ回路３２、商用周波数除去フィルタ回路３３、重畳信号用バンドパスフィルタ回路３４および、波形成形回路３５を接続して設けている。そして、前記波形成形回路３５の出力を位相検波回路２５に入力させて、クランプＣＴから信号処理回路に伝達される信号と、位相検波の処理を行う。
前記Ｉｇｒ検出器（符号２０ａとして示す）は、低圧電路とアースの間に、図４に説明するように接続しているものであり、基準電圧信号とクランプＣＴ信号との位相関係が適合しない場合には、双方を一致させるように、クランプＣＴの極性を変える等の操作を行うようにしている。

前記Ｉｇｒ検出器において、低圧電路とアースの間には、図５に説明するような等価回路を構成しているものであり、対地絶縁抵抗Ｒと対地静電容量Ｃがあり、絶縁抵抗検出用重畳電圧Ｖよる電流Ｉｇは、対地絶縁抵抗による電流Ｉｇｒと、対地静電容量による電流Ｉｃとの合成電流となる。そして、図２に示すように、前記クランプＣＴ８で検出した重畳信号成分の漏れ電流Ｉｇを、位相検波回路２５で信号処理することにより、絶縁抵抗に起因する電流Ｉｇｒを検出することができる。
ここで、対地静電容量は通常一定で、低圧電路の絶縁状態により対地絶縁抵抗が変化するので、図６のベクトル図に示すように、対地絶縁抵抗による電流Ｉｇｒと、対地静電容量による電流Ｉｃとの合成電流Ｉｇを検出するようにしている。
特開平１０−３３９７５７号公報

ところで、前記Ｉｇｒ検出器は、前述したように、低圧電路に重畳用ＣＴにより正弦波交流電圧を重畳して、低圧電路に流れる重畳波周波数成分の漏れ電流成分を、検出用ＣＴにより検出し、位相検波により分離した前記低圧電路の絶縁抵抗成分により流れる電流Ｉｇｒを検出（ベクトル方式）している。そのために、Ｉｇｒ検出精度を得るため、検出した信号の正確な位相関係を維持する必要があり、検出用ＣＴおよび重畳用ＣＴに特殊で高価なものを用いるため、装置の回路が複雑で、コスト高になるという傾向があった。
さらに、正確な位相関係を維持する必要性のため、大きな重畳電圧を重畳する必要があり、大型の重畳用ＣＴを必要とし、また、大口径検出用ＣＴが使用しにくいため、適用箇所が限られる等の問題点がある。

前述したような問題を解決するために、一つの重畳信号を用いる方式としての、スカラー方式Ｉｇｒ検出器を用いることが提案されている。前記スカラー方式Ｉｇｒ検出器は、商用周波数および商用周波数の高調波の周波数に一致しない非正弦波交流重畳電圧を、低圧電路に重畳用ＣＴにより重畳する。そして、検出用ＣＴにより検出した非正弦波交流電圧により、電路に流れる電流の中から、重畳電圧により電路に流れる基本波成分の大きさ（スカラー量）と、前記基本波成分に比較して十分高い周波数成分の電流の大きさ（スカラー量）を検出し、前記２つの電流の大きさから演算処理により低圧電路の絶縁抵抗を検知する装置として構成されている。この装置により検出される信号は、位相関係を正確に維持する必要がなく、装置の回路の構成も単純であることから、従来方式のＩｇｒ検出器の問題を解決できるものと考えられていた。

ところが、前記重畳方式によるスカラー方式Ｉｇｒ検出器では、分割式重畳用ＣＴを使用する場合に、磁気コアの接合面に微小な空気ギャップが存在することがある。そして、この空気ギャップにより、磁気回路の磁気抵抗が増大し、特に、重畳信号成分の低周波域の誘導電圧が低下するため、低圧電路に発生する重畳信号波形の歪みを生じ、重畳信号の基本波及び、各高調波成分の関係が目的の値から外れるため、Ｉｇｒ検出精度が低下するという、別の解決を要する課題が発生する。
また、重畳用ＣＴに残留磁気があると、その残留磁気の影響により、低圧電路に発生する重畳信号波形に歪みが生じて、重畳信号の基本波及び各高調波成分の関係が、目的の値から外れるため、Ｉｇｒ検出精度が低下する。

例えば、当出願人が先に出願している特願２００６−１０８１４８号と、スカラー方式Ｉｇｒ検出器の組み合わせのためには、漏電探査器に使用するセンサの周波数特性によって、磁気センサ又はクランプＣＴで使用できる周波数帯域が異なることが問題となる。つまり、前記磁気センサまたはクランプＣＴを、前記２つの手段を組み合わせた装置に用いようとする場合に、使用できるセンサが限られるとともに、スカラー方式漏電探査器の性能低下を招く恐れがある。
さらに、前記低圧電路に重畳する信号の基本波の各高調波成分の大きさが、周波数が高くなるに従って減少するため、電路ノイズの影響を受けやすい等の問題も残っている。

本発明は、スカラー方式Ｉｇｒ検出器の重畳方式において、一つの重畳信号を用いた場合の電路に重畳される電圧歪の影響を低減し、絶縁抵抗検出精度および電路ノイズに対する耐性を高め、さらに、スカラー方式漏電探査器との整合を容易にすることを目的としている。

本発明は、電気設備の低圧電路に検出用ＣＴを、Ｂ種接地線に対しては重畳用ＣＴを配置して構成し、
前記重畳用ＣＴから電源周波数及び電源周波数の高調波に一致しない、非正弦波交流電圧を絶縁抵抗検出用重畳信号として、低圧電路に重畳するスカラー方式Ｉｇｒ検出器の重畳方式に関する。
請求項１の発明は、前記重畳用ＣＴに接続する発振回路には、第一重畳波として電源周波数および電源周波数の高調波に一致しない任意の大きさの正弦波交流を、第二重畳波として電源周波数および電源周波数の高調波および前記第一重畳波の周波数と一致しない、任意の大きさの非正弦波交流を重畳するための回路を設けて、前記２種類の交流電圧をＢ種接地線を介して低圧電路に注入し、
前記低圧電路の所定の位置に設けた検出用ＣＴにおいては、前記２種類の重畳電圧により電路に流れる電流を検出し、
前記検出用ＣＴに接続される信号処理回路では、前記第一重畳波により電路に流れる電流の大きさを検出し、
前記第二重畳波の重畳電圧により電路に流れる電流の中から、前記第一重畳波に比較して十分に高い周波数成分の電流の大きさを第二重畳波による電流として検出し、
さらに、装置を設計・製作する段階で定めた、第一重畳波の大きさ及び周波数と、第二重畳波の波形、波高値及び周波数に基づいて、前記２つの重畳波の関係を絶縁抵抗演算用の換算係数として装置の演算回路にあらかじめ設定しておき、
前記２つの検出された電路に流れる電流の大きさと、前記演算回路に設定した換算係数にもとづいて演算処理を行うことにより、低圧電路の絶縁抵抗を検知する処理手段を設けたことを特徴とする。

請求項２の発明は、前記第二重畳波は、方形波、三角波等の種々の波形を用い、
前記第一重畳波としての正弦波交流と、第二重畳波としての非正弦波交流をＢ種接地線を介して低圧電路に重畳することを特徴とする。

前述したような漏電を検出する手段を用いることにより、本発明においては、第二重畳波に任意の周波数、大きさおよび波形を用いることができるため、分割式重畳ＣＴの空気ギャップの影響が低減され、重畳電圧波形の変歪が低減されることから、測定精度を高めることができる。また、第二重畳波により、重畳ＣＴの残留磁気の影響を受け難い周波数や波形、大きさ等を採用することによって、重畳電圧波形の変歪が低減され、測定精度を高めることができる。
さらに、前記当出願人の前記先願発明のスカラー方式漏電探査器（特願２００６−１０８１４８）と、スカラー方式Ｉｇｒ検出器の組み合わせのためには、漏電探査器に使用するセンサの周波数特性により、磁気センサまたはクランプＣＴで使用できる周波数帯域が異なるが、本発明の前記構成の重畳方式を採用することにより、第一重畳波、第二重畳波の重畳周波数、大きさ等の選択の自由度が向上するため、漏電探査器との整合性が高められる。

図示する例にしたがって、本発明を説明するが、本発明においては、図１に説明する例のように、高圧電路２から給電される高圧電流を変圧器３により低圧電流として給電し、低圧電路の絶縁抵抗を正確に検知できるように、商用周波数や電路ノイズに影響されにくい重畳周波数を選択して設定している。本発明のスカラー方式Ｉｇｒ検出器１０においては、その中に組み込まれる各回路構成部材として、以下に説明する機能と同等な働きを行う部材であれば、特にその回路機構に限定するものではない。

図１に示す例において、高圧電路２から給電される高圧電流を変圧器３により低圧電流として、低圧電路４に給電して、負荷側での受電を可能としている。この給電回路において、低圧電路４からＢ種接地線５をＢ種接地極６に接続しており、前記Ｂ種接地線５に対して重畳用ＣＴ７を、低圧電路４に対して検出用ＣＴ８をそれぞれ接続し、検出用ＣＴから得られる情報を、スカラー方式のＩｇｒ検出器１０に入力させている。前記Ｉｇｒ検出器１０において、Ｂ種接地線５に取り付けた重畳用ＣＴ７へは、発振回路１２で第一重畳波および第二重畳波を発振した信号を、電力増幅器１１で増幅し供給する。

なお、前記Ｂ種接地線５に対して装着する重畳用ＣＴ７は、磁心型変流器であり、電路に重畳電圧を注入する作用を行うものとして構成する。低圧電路４に設ける検出用ＣＴ８で検知された信号情報は、入力回路１４から第一重畳波用バンドパスフィルタ１５と、第二重畳波用バンドパスフィルタ１６にそれぞれ並列に供給されて、各回路で信号の処理が行われる。前記２つのバンドパスフィルタで処理された信号は、抵抗成分（Ｉｇｒ）演算回路１７に伝達されて、その出力は、出力回路１８に伝達される。

前記出力回路１８は、前記抵抗成分演算回路１７で検知されたＩｇｒの値が、一定の大きさを越えると、警報を発するように動作をするものとして構成されるが、その機能に加えて、レベル検出とデータ送出の機能を有するもの、および、ディスプレイ手段を接続して設けることができる。
前記検出用ＣＴ８から入力される信号を、順次処理する回路の構成要素では、次のような動作を行うものとして設けられる。
前記低圧電路４に装着する検出用ＣＴ８は、磁心型変流器を用いているのであるが、変圧器のＢ種接地線に用いるものでは検出用ＣＴを、負荷ケーブル等の幹線に対して用いるものではＺＣＴを用いて、前記低圧電路からの情報を得るように構成する。

前記検出用ＣＴ８から信号が入力される入力回路１４では、商用周波数および商用周波数の高調波成分を減衰させるフィルタ（ＢＥＦ）等から構成される。なお、本実施例において、入力保護回路、増幅器および本測定器の信号系には、商用周波数成分および商用周波数の高調波成分は不要であることから、前記商用周波数成分等を除いた情報を、第一重畳波用バンドパスフィルタ１５と、第二重畳波用バンドパスフィルタ１６に向けて伝達する。

前記第一重畳波用ＢＰＦ１５は、第一重畳波の周波数成分を通過するフィルタであり、通過周波数可変形フィルタを用いる場合は、発振回路の信号を基準信号として、重畳周波数にフィルタの通過周波数を一致させる。また、前記第一重畳波用バンドパスフィルタ１５に対しては、発振回路１２からの周波数成分の信号を入力して、その信号を基に第一重畳波用バンドパスフィルタ１５の第１重畳波の周波数に一致させることもできる。第二重畳波用バンドパスフィルタ１６に対しても、発振回路１２からの周波数信号を入力して、その信号を基に、第２重畳波用バンドパスフィルタ１６の通過周波数を決定することができる。

前記２つの回路１５、１６からの信号を入力する抵抗成分（Ｉｇｒ）演算回路１７においては、前記第一重畳波用バンドパスフィルタ１５から出力されるところの、第一重畳波により電路に流れる電流の大きさと、前記第二重畳波用バンドパスフィルタ１６の回路から出力されるところの、第二重畳波により電路に流れる電流の中から選択した、第一重畳波より十分に高い周波数成分の電流（以下「第ｎ調波成分」という）を入力し、これらの２つの電流の大きさから、絶縁抵抗を演算処理により求めるように、処理動作を行うものとして構成される。また、この抵抗成分演算回路１７において、得られた絶縁抵抗Ｒの値から、電路電圧から算出されるＩｇｒの大きさに換算する処理を行うものとする。なお、この抵抗成分演算回路１７では、必要に応じて、データの平均化等の処理を行うことができ、その処理した信号を、出力回路１８に向けて伝達する。前記出力回路１８は、レベル検出とデータ送出の機能を有するものとして構成され、さらにディスプレイ手段を接続して設けることができる。そして、前記回路で検知されたＩｇｒの値が、一定の大きさを越えると、警報を発するように動作をする。

前記出力回路１８においては、Ｉｇｒのモニターへの処理した情報の出力、警報を通報器等へ送出するデータ送出機能等の複数の機能を持たせている。さらに、前記低圧電路での事故等が発生した時の、警報を出力する機能に加えて、検出器の動作状況の出力、ディスプレイに表示する機能を組合せて構成することができる。

前記図１に示す各構成要素について、さらに説明すると、
＊ 電力増幅回路１１は、発信器出力を増幅し、重畳用ＣＴを駆動する。
＊ 発振回路１２は、第一重畳波及び第二重畳波を発振する。
＊ 重畳用ＣＴ７は、磁心型変流器であり、電路に重畳電圧を注入する。
＊ 検出用ＣＴ８は、磁心型変流器で、変圧器のＢ種接地線に用いるものは検出用ＣＴを用い、負荷ケーブル等の幹線に用いるものは、ＺＣＴを用いる。
＊ 入力回路１４は、検出用ＣＴの入力回路で、入力保護回路、増幅器及び測定器の信号系には商用周波数成分、及び、商用周波数成分の高調波成分は不要なため、商用周波数と商用周波数の高調波成分を減衰させるフィルタ（ＢＥＦ）等から構成される。
＊ 第一重畳並用ＢＰＦ１５は、第一重畳波成分を通過するフィルタである。
＊ 第二重畳信号波用バンドパスフィルタ１６は、第二重畳波信号用の第ｎ調波成分を通過させるフィルタである。
数を基準信号として重畳周波数の第Ｎ調波をフィルタの通過周波数と一致させるようにする。
＊ 抵抗成分演算回路１７においては、前記第一重畳波により電路に流れる電流と、前記第二重畳波により電路に流れる電流の中から、第ｎ調波の電流を検出し、これら２つの値の大きさ（スカラー量）と、前記換算係数と合わせた３つのデータから、演算処理により対地抵抗を算出する。
また、必要に応じ、データの平均化等の処理を行う。
さらに、絶縁抵抗Ｒに基づいて、電路電圧から算出されるＩｇｒの大きさに換算する。 ＊ レベル検出、データ送信、ディスプレイ１８においては、検出されたＩｇｒの大きさから、一定の大きさを越えると警報を発するように動作をする。また、Ｉｇｒのモニター出力、警報の出力、検出器の動作状況等を、ディスプレイに表示させる機能を必要に応じて持たせる。さらに、警報を通報器等へ送出する送出機能を持たせる。

（装置の動作の追加説明）
前述したような機能を有する回路を組合せて、構成したＩｇｒ検出器１０においては、以下に説明するような機能を持たせることが可能である。つまり、前記Ｉｇｒ検出器１０においては、次に説明するような信号処理の動作を行うものとされる。
１： 交流重畳信号の印加：第一重畳波として、電源周波数及び電源周波数の高調波に一致しない正弦波交流を重畳し、第二重畳波として電源周波数及び電源周波数の高調波及び、前記第一重畳波の周波数に一致しない非正弦波交流を印加する。
第二重畳波の波形は、方形波、三角波等の種々の波形を用いることができる。
２： 電路に流れる電流の検出：電路に流れる電流の検出は、検出用ＣＴまたはＺＣＴにより行う。
電路に流れる絶縁検出用重畳電流の、検出した基本波および高調波成分の任意次数の周波数成分を、フィルター回路により抽出し、絶縁抵抗検出用データとして用いる。
３： 絶縁抵抗Ｒの分離：絶縁抵抗Ｒは、第一重畳波により電路に流れる電流の大きさ（以下「Ｉ1 と呼ぶ）と、第二重畳波により電路に流れる電流の中から、第一重畳波に比較して十分に高い周波数成分の電流の大きさ（以下「Ｉcn2 と呼ぶ）を求め、２つの電流の大きさから演算処理により求める。
４： レベル検出：警報レベルの検出は、前述の絶縁抵抗Ｒから、電路電圧から算出されるＩｇｒの大きさに換算し、一定の大きさを越えると警報を発するように設定する。 また、Ｉｇｒのモニター出力等の機能を持たせる。

＊ 検出精度を向上するための方策
本装置の信号系には、商用周波数及び、商用周波数の高調波成分等の、電路ノイズの警報により、測定精度の低下が考えられるため、必要に応じ次のような対策をとる。
１： 方形波の第二重畳波を利用した場合。
第二重畳波により電路に流れる電流の中から、第一重畳波に比較して十分に高い周波数成分の電流を検出して、絶縁抵抗検出用として用いる第Ｎ調波周波数は、一般に電源周波数より高い周波数が用いられる。
このＮ調波付近の電路には、電源周波数の高調波成分電流がノイズとして存在し、第Ｎ調波周波数成分の 周波数測定データに悪影響を与えることが考えられる。
この電源周波数の高調波成分電流の影響を低減するため、電路ノイズのない状態では、第二重畳波により流れる電流の大きさは、ある一定の周波数を越えると、対地抵抗の影響が減少し、一定の大きさとなる性質を利用し、第二重畳波により流れる電流の中から最も小さい電流値を選択し、前記Ｉcn2 データとして利用する。（電源ノイズの混入している周波数帯域は大きな電流が流れる。）
２： 方形波以外の第二重畳波を利用した場合
方形波以外の第二重畳波を利用した場合は、第二重畳波により流れる電流の大きさが、ある一定の周波数を越えると対地抵抗の影響が減少し、高調波次数によりある一定の法則製を持った率で減少する性質を利用し、第二重畳波により流れる電流の中から法則性を持った率以下の大きさの周波数帯域の電流値を、前記Ｉcn2 のデータとして利用する。（電源ノイズの混入している周波数帯域は大きい電流が流れる。）

＊ 同様な効果を得る他の重畳方法
特に電路ノイズの少ない電路においては、第二重畳波として、商用周波数及び商用周波数の高調波、及び、第一重畳波より十分に高い任意の周波数で、任意の大きさの正弦波交流を重畳し、前述の演算式の第二重畳波を正弦波交流に適合させることにより、電路の絶縁抵抗を求めることができる。

前記本発明の重畳方式の特徴を、更に追加して説明するに、前記技術分野（段落０００１）に説明したように、重畳波が一つのみの重畳方式においては、以下に説明する１〜４までの課題について実用上問題があるが、本重畳方式では、前記１〜４までの実用上の課題について、容易に解決できる。
１： 分割式重畳用ＣＴが容易に使用できる。
第二重畳波に任意の周波数、大きさ及び波形を用いることができるため、分割式重畳用ＣＴの空気ギャップの影響が低減するため、重畳電圧波形の歪が低減し、測定精度を高めることができる。
２： 重畳用ＣＴの残留磁気の影響の低減
第二重畳波に、重畳用ＣＴの残留磁気の影響を受けにくい波形と、大きさの任意の周波数を採用することにより、重畳電圧波形の歪が低減し、測定精度を高めることができる。 ３： スカラー方式漏電探査器との整合性の向上
例えば、本出願人の先願であるところの、特願２００６−１０８１４８号（スカラー方式Ｉｇｒ検出器）の組み合わせのためには、漏電探査器に使用するセンサの周波数特性により、磁気センサまたは、クランプＣＴで使用できる周波数帯域が異なるが、本重畳方式を採用することによって、第一重畳波と第二重畳波の重畳周波数、大きさ等の選択の自由度が向上するために、漏電探査器との整合性が高まる。
４： 電路ノイズの影響の低減
第二重畳波の電圧、周波数および波形を、第一重畳波と無関係に任意の値を適用できるために、商用周波数により電路ノイズの影響を低減することができる。

（発明の実施の原理および形態）
＊ 本発明のＩｇｒ検出器の動作の原理：本発明の図１に示す装置においても、前記従来例と同様に、図２に示すような等価回路を用いて説明することができる。そこで、本発明のＩｇｒ検出器の動作を、前記図２を用いて説明するに、
まず、この等価回路の説明図において、
Ｖ：絶縁抵抗検出用重畳電圧、 Ｒ：対地抵抗（絶縁抵抗）、 Ｃ：対地静電容量、
Ｉｒ：対地抵抗により流れる電流、 Ｉｃ：対地静電容量により流れる電流、
Ｉ：Ｉｃ、Ｉｒの合成電流（電路に流れる電流）をそれぞれ表しているもので、
ＣＴは検出用ＣＴ２０である。
なお、この等価回路において、装置を有効に作用させるための要件と、それによる演算の式等に関しては、後で説明する。

重畳電圧の重畳方法： 前記図１の装置において、低圧電路に対しては、重畳用ＣＴ７から電路に商用周波数および、商用周波数の高調波と一致しない、任意の大きさの正弦波交流（以下「第一重畳波」と呼ぶ）を重畳する。さらに、電路に商用周波数および商用周波数の高調波、および、電路に重畳された第一重畳波の周波数と一致しない値の、任意の大きさの非正弦波交流（以下「第二重畳波」と呼ぶ）を重畳する。

＊ １重畳波の信号処理：
第一重畳波の実効値をＥ１、角周波数をω１の正弦波とすると、回路には以下の電流が流れる。
ここで、対地抵抗Ｒに流れる電流Ｉｒ1 は、 Ｉｒ1 ＝Ｅ１／Ｒ
また、対地静電容量に流れる電流Ｉｃ１は、 Ｉｃ１＝ωＣＥ１
第一重畳波により電路に流れる電流Ｉ1 は、第一重畳波により、流れる電流Ｉ1 は検出用ＣＴにより検出し、フィルタにより分離した電流であって、次の式１で表される。
Ｉ1 ＝（Ｉｒ1 ² ＋Ｉｃ１² ）^1/2 ………式１
さらに、第一重畳波により対地抵抗に流れる電流Ｉｒ１の式は、次のように現される。 Ｉｒ1 ＝（Ｉ１² −Ｉｃ１² ）^1/2 ………式２

＊ 第二重畳波の信号処理： 第二重畳波の重畳電圧の波高値をＥm2、基本波の角周波数ω２の方形波とすると、電圧波形に含まれる各高調波成分は、次の式で現される。
Ｖ＝４Ｅm2／π（ｓｉｎωｔ＋ｓｉｎ３ω2 ｔ／３＋ｓｉｎ５ω2 ｔ／５
………＋ｓｉｎＮω2 ｔ／Ｎ） ………式３
上記式３で表され、基本波の波高値を１とすると、第三高調波の波高値は１／３、
第五高調波の波高値は１／５、Ｎ次高調波の波高値は１／Ｎとなる。

＊ 対地抵抗（絶縁抵抗）に流れる電流：上記の重畳電圧が印加された際に、対地抵抗に流れる各高調波の電流Ｉｒ２は、次の式で表される。
Ｉｒ２＝４Ｅm2／Ｒπ（ｓｉｎωｔ＋ｓｉｎ３ω2 ｔ／３＋ｓｉｎ５ω2 ｔ／５…
………＋ｓｉｎＮω2 ｔ／Ｎ） ………式４
＊ 対地静電容量に流れる電流：上記の重畳電圧が印加された際に、対地静電容量Ｃに流れる各高調波の電流Ｉｃ２は、次の式で表される。
Ｉｃ２＝４Ｅm2／Ｒπ（ｓｉｎωｔ＋ｓｉｎ３ω2 ｔ＋ｓｉｎ５ω2 ｔ＋…
……＋ｓｉｎＮω2 ｔ） ………式５

＊ 絶縁抵抗、対地静電容量に流れる電流の大きさ（スカラー量）の特徴：
上記の式４、５から、絶縁抵抗に流れる電流の大きさは、基本波を１とすると、第第三調波では１／３、第五高調波では１／５となり、高調波次数が高まるにつれて反比例し小さくなる。
また、対地静電容量に流れる電流の大きさは、前記式５より、各高調波とも電流の大きさは等しく、高調波が高まるにつれ減少することはない。

絶縁抵抗の検出：
＊ 対地静電容量に流れる電流の検出：
第二重畳波により電路に流れる電流の中から、絶縁抵抗に流れる電流が無視できる程度の、第一重畳波に比較して十分に高い周波数（以下、「第Ｎ調波周波数」という）の電流を検出することにより、対地静電容量Ｃのみに流れる電流と見なすことができる。
この時、電路に流れる第Ｎ調波周波数の電流の実効値をＩｃｎ2 とすると、式５より瞬時値Ｉｃｎ2 ′は、
Ｉｃｎ2 ′＝４Ｅm2×ω2 Ｃ×ｓｉｎＮω2 ｔ／π となり、
実効値Ｉｃｎ2 は、
Ｉｃｎ2 ＝４Ｅm2×ω2 Ｃ／（π×２^1/2 ） ………式６
となる。
式６の電流の大きさは、第二重畳波により流れ、ある周波数以上であれば、各高調波の電流に変化はないため、検出用ＣＴで検出した電流成分から必要な周波数成分をフィルタにより分離し、Ｉｃｎ2 のデータとして用いる。

＊ 第一重畳波、第二重畳波の重畳電圧レベル差の補正：
前記式２から、対地抵抗に流れる電流を算出するためには、第一重畳波、第二重畳波の注入電圧値および基本波の重畳周波数が異なるため、式２の第二重畳波の重畳電圧および重畳周波数を第一重畳波に合致させ、絶縁抵抗計算を容易にするため、換算係数ａを求める。
ｉ： 第一重畳波実効値と、第二重畳波実効値の換算係数ａ′：
第一重畳波の実効値をＥ１、第二重畳波基本波の実効値をＥ２とすると、式３から
Ｅ２＝４Ｅm2／（２^1/2 π）であるから、換算係数ａ′＝Ｅ１／Ｅ２は、
ａ′＝π×２^1/2 ×Ｅ１／４Ｅm2 式７
となる。
ii： 第一重畳波の角周波数ω1 と、第二重畳波の基本波角周波数ω2 の
換算係数ａ´´は、ａ´´＝ω１／ω2 式８
となる。
iii ： 換算係数ａ：
式７及び式８から、換算係数ａは、
ａ＝ａ′×ａ´´＝π×２^1/2 ×Ｅ１×ω1 ／４Ｅm2×ω2 式９
となり、換算係数ａは、単純な倍数の数値となる。

＊ 補正係数ａによるＩｃｎ2 をＩｃ１への換算：
第二重畳波により電路に流れる電流Ｉｃｎ2 を第一重畳波の電圧、周波数に変換した値Ｉｃｎは、補正係数を式９のａとすると、次の式で表される。
Ｉｃ１′＝ａ×Ｉｃｎ2 式１０

＊ 対地抵抗に流れる電流Ｉｒ1 の算出：
検出用ＣＴにより検出した第一重畳波成分の電流Ｉ 1と、第二重畳波成分による電流Ｉｃｎ2 と換算係数ａから対地抵抗に流れる電流Ｉｒ1 は、式２に式１０を代入して、次の式で表される。
Ｉｒ1 ＝［Ｉ 1² −（ａ×Ｉｃｎ2 ）² ］^1/2 式１１

＊ 対地抵抗Ｒの算出：
対地抵抗Ｒの算出は、前述のＩｒ1 ＝Ｅ１／Ｒから、
Ｒ＝Ｅ１／［Ｉ 1² −（ａ×Ｉｃｎ2 ）² ］^1/2 式１２
となる。

＊原理のまとめ： 前記本発明における検知手段を、さらにまとめて説明するに、
ａ： 重畳方式
電路に、前記第一重畳波を重畳し、さらに、前記第二重畳波を重畳する。
ｂ： 信号の検出
信号の検出は、前記第一重畳波により電路に流れる電流と、前記第二重畳波により電路に流れる電流の中から、 第一重畳波に比較して十分に高い周波数成分の電流を検出する。
ｃ： 換算係数
第一重畳波、第二重畳波の注入電圧値及び基本波の重畳周波数が異なるため、前記式２の 第二重畳波の重畳電圧及び重畳周波数を第一重畳波に合致させ、絶縁抵抗演算を容易にするため、換算係数を求める。
ｄ： 対地抵抗の算出
対地抵抗は、前記第一重畳波により電路に流れる電流と、前記第二重畳波により電路に流れる電流の中から、 第一重畳波に比較して、十分に高い周波数成分の電流を、検出し、これら２つの値の大きさ（スカラー量）と、前記換算係数と合わせた３つのデータから、演算処理により対地抵抗を算出する。

＊ 絶縁抵抗ＲからＩｇｒへの変換： 図１の実施例で示す検出器は、回路の絶縁抵抗Ｒを検出するが、一般的に絶縁抵抗Ｒによる漏れ電流値Ｉｇｒに換算され、表示・管理されることが多い。
Ｉｇｒへの換算は、１００Ｖ回路および、２００Ｖ回路では、絶縁抵抗Ｒから次の式により行う。
１００Ｖ回路 Ｉｇｒ＝１００／Ｒ
２００Ｖ回路 Ｉｇｒ＝２００／Ｒ
となり、換算式の分母に電路の電圧を代入する。

＊ 装置の操作の概要
（１） 交流重畳信号の印加
第一重畳波は、正弦波交流を印加する。
第二重畳波は、非正弦波交流を重畳する。
第二重畳波は、方形波、三角波等の種々の波形を用いることができる。
（２） 電路に流れる電流の検出
電路に流れる電流の検出は、検出用ＣＴまたはＺＣＴにより行う。
検出した第一重畳波の基本波および第二重畳波の高調波の中から任意次数の周波数成分を、フィルター回路により抽出し、絶縁抵抗検出用データとして用いる。
（３） 換算係数
換算係数は、装置を設計・製作する段階で、第一重畳波の大きさ及び周波数と、第二重畳波の波形、波高値及び周波数が定まっているため、あらかじめ算出し、装置にパラメータとして入力しておく。
（４） 対地抵抗の検出
対地抵抗は、前記第一重畳波により電路に流れる電流と、前記第二重畳波により電路に流れる電流の中から、第一重畳波に比較して十分に高い周波数成分の電流を検出し、これら２つの値の大きさ（スカラー量）と、前記換算係数と合わせた３つのデータから、演算処理により対地抵抗を算出する。
（５） レベル検出
警報レベルとの検出は、前述の絶縁抵抗Ｒから、電路電圧から算出されるＩｇｒの大きさに換算し、一定の大きさを越えると警報を発するように設定する。
また、Ｉｇｒのモニター出力等の機能を持たせる。

本重畳方式の特徴
１： 分割式重畳用ＣＴが容易に使用できる。
第二重畳波に任意の周波数、大きさ及び波形を用いることができるため、分割式重畳用ＣＴの空気ギャップの影響が低減するため、重畳電圧波形の変歪が低減し、測定精度を高めることができる。
２： 重畳用ＣＴの残留磁気の影響の低減
第二重畳波に、重畳用ＣＴの残留磁気の影響を受けにくい波形、大きさの任意の周波数を採用することにより、重畳電圧波形の変歪が低減し、測定精度を高めることができる。 ３： 電路ノイズの影響の低減
第二重畳波の電圧、周波数および波形を、第一重畳波と無関係に任意の値を適用できるために、商用周波数により電路ノイズの影響を低減することができる。

本発明の装置の回路の説明図である。 絶縁抵抗検出回路の等価回路の説明図である。 処理回路の従来例の説明図である。 従来例のＩｇｒ検出器の配置例の説明図である。 図３の回路に対応する等価回路の説明図である。 従来例での電流のベクトル図である。

符号の説明

２ 高圧電路、 ３ 変圧器、 ４ 低圧電路、 ５ Ｂ種接地線、
６ Ｂ種接地極、 ７ 重畳用ＣＴ、 ８ 検出用ＣＴ、
１０ スカラー方式Ｉｇｒ検出器、 １１ 電力増幅回路、 １２ 発振回路、 １４ 入力回路、 １５ 第一重畳周波用ＢＰＦ、
１６ 第二重畳周波用ＢＰＦ、 １７ 抵抗成分（Ｉｇｒ）演算回路、
１８ レベル検出・データ送出、ディスプレイ、 ２０ 従来例Ｉｇｒ検出器、
２１ ヘッドアンプ、 ２２ ローパスフィルタ、
２３ 商用周波数除去フィルタ、 ２４ 重畳信号用バンドパスフィルタ、
２６ 整流・ゲイン調整回路。

Claims (2)

1. 電気設備の低圧電路に検出用ＣＴを、Ｂ種接地線に対しては重畳用ＣＴを配置して構成し、
   前記重畳用ＣＴから電源周波数及び電源周波数の高調波に一致しない、非正弦波交流電圧を絶縁抵抗検出用重畳信号として、低圧電路に重畳するスカラー方式Ｉｇｒ検出器の重畳方式であって、
   前記重畳用ＣＴに接続する発振回路には、第一重畳波として電源周波数および電源周波数の高調波に一致しない任意の大きさの正弦波交流を、第二重畳波として電源周波数および電源周波数の高調波および前記第一重畳波の周波数と一致しない、任意の大きさの非正弦波交流を重畳するための回路を設けて、前記２種類の交流電圧をＢ種接地線を介して低圧電路に注入し、
   前記低圧電路の所定の位置に設けた検出用ＣＴにおいては、前記２種類の重畳電圧により電路に流れる電流を検出し、
   前記検出用ＣＴに接続される信号処理回路では、前記第一重畳波により電路に流れる電流の大きさを検出し、
   前記第二重畳波の重畳電圧により電路に流れる電流の中から、前記第一重畳波に比較して十分に高い周波数成分の電流の大きさを第二重畳波による電流として検出し、
   さらに、装置を設計・製作する段階で定めた、第一重畳波の大きさ及び周波数と、第二重畳波の波形、波高値及び周波数に基づいて、前記２つの重畳波の関係を絶縁抵抗演算用の換算係数として装置の演算回路にあらかじめ設定しておき、
   前記２つの検出された電路に流れる電流の大きさと、前記演算回路に設定した換算係数にもとづいて演算処理を行うことにより、低圧電路の絶縁抵抗を検知する処理手段を設けたことを特徴とするスカラー方式Ｉｇｒ検出器の重畳方式。
2. 前記第二重畳波は、方形波、三角波等の種々の波形を用い、
   前記第一重畳波としての正弦波交流と、第二重畳波としての非正弦波交流をＢ種接地線を介して低圧電路に重畳することを特徴とする請求項１に記載のスカラー方式Ｉｇｒ検出器の重畳方式。

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