JP2011128041A

JP2011128041A - 変流器あるいは変圧器のための特性監視装置

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Publication number: JP2011128041A
Application number: JP2009287389A
Authority: JP
Inventors: Koji Sato; 幸司佐藤; Toshiko Kimura; 寿子木村; Tetsunori Watanabe; 哲徳渡邊
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2009-12-18
Filing date: 2009-12-18
Publication date: 2011-06-30
Anticipated expiration: 2029-12-18
Also published as: EP2365348B1; JP5255554B2; EP2365348A2; US20110148431A1; EP2365348A3; US8604805B2

Abstract

【課題】絶縁監視装置等の計測機器に内蔵される変流器や変圧器の特性を、その種別にかかわりなく、計測機器内において測定し、正確な補正値を得るとともに、定期点検時、使用している変流器や変圧器との接続状態及び無負荷状態での計測機器の動作を確認できる補正機能をもった計測機器を提供する。
【解決手段】出力電流を変更可能なテスト電流出力回路と、該テスト電流出力回路が出力するテスト電流の電流値を演算するテスト電流値演算手段と、該テスト電流値演算手段により演算されたテスト電流値を目標値にフィードバック制御するテスト電流制御手段と、該テスト電流制御手段により目標値に制御されたテスト電流を供給した際の変流器あるいは変圧器の出力電流値を計測する計測電流検出回路と、テスト電流の目標値を所定のパターンで変化させ、目標値毎に、テスト電流値と変流器あるいは変圧器の出力電流値との関係を記憶し、両者の関係に基づき、変流器あるいは変圧器の特性を補正するため補正係数を演算する。
【選択図】図１

Description

絶縁監視装置に使用される零相変流器（ＺＣＴ）のように、計測機器等に使用される変流器や変圧器の特性を正確に監視するための特性監視装置に関するものである。

例えば、下記特許文献１、２にみられるように、絶縁監視装置において漏洩電流を計測する際、零相変流器（ＺＣＴ）を使用し、零相変流器（ＺＣＴ）の出力を取り込み、漏洩電流値を計測している。
零相変流器（ＺＣＴ）は、巻数、口径が複数存在するため、個々に異なる特性を有している。正確な計測を行うには、その部品の特性を考慮し、その特性に基づいて、計測値を補正しなければ、正確な計測値を得ることができない。

従来の絶縁監視装置は、あらかじめ使用する零相変流器の特性を個々に測定し、装置の記憶部に補正値を持たせており、この補正値に基づいて補計測値を補正し、より正確な計測を行うことができるが、使用できる零相変流器（ＺＣＴ）は、予め補正値を求めたものに限定される。

なお、下記特許文献１には、測定する漏洩電流と異なる周波数の一定のテスト電流を重畳させて変化率を測定し、上述の補正値を求めることが示されている。

また、下記特許文献２には、零相変流器の３次巻線にテスト電流を通電し、電路に模擬漏洩電流を発生させ、模擬漏洩電流に応じた零相変流器の２次巻線からの出力を模擬漏洩電流の理論値と比較しその差分に基づいて補正値を求めることが示されている。

下記特許文献３には、一般的な入力電流検出回路として、カレントトランスの１次側に流れる入力電流の検出値を、基準電流を流した際の検出値との比で補正することが示されている。

特開２００３−２１５１９６号公報特開２００２−２８９０８５号公報特開平１０−１５３６２５号公報

従来の絶縁監視装置は、前述のように、その計測用媒体である零相変流器（ＺＣＴ）が個々に特性が異なるため、あらかじめ零相変流器（ＺＣＴ）の特性を測定し、装置の記憶部に補正値を持たなければならず、特性を把握した零相変流器（ＺＣＴ）以外使用することができない。
また、従来の絶縁監視装置は、零相変流器（ＺＣＴ）に高精度に制御されたテスト電流を直接貫通させるものではなく、零相変流器（ＺＣＴ）の特性を直接計測できるものではない。さらに、定期点検時、使用している零相変流器との接続状態及び無負荷状態での漏洩電流検出回路の動作確認を行うことができない。

そこで、本発明は、絶縁監視装置等の計測機器に内蔵される変流器や変圧器の特性を、その種別にかかわりなく、計測機器内において測定し、正確な補正値を得るとともに、定期点検時、使用している変流器や変圧器との接続状態及び無負荷状態での計測機器の動作を確認できる補正機能をもった計測機器を提供することにある。

上記の課題を解決するため、本発明の特性監視装置は、計測機器に内蔵され、該計測機器に使用される変流器あるいは変圧器の特性を監視する特性監視装置であって、さらに次のような技術的手段を講じた。すなわち、
（１）出力電流を変更可能なテスト電流出力回路と、該テスト電流出力回路が出力するテスト電流の電流値を演算するテスト電流値演算手段と、該テスト電流値演算手段により演算されたテスト電流値を目標値にフィードバック制御するテスト電流制御手段と、該テスト電流制御手段により前記目標値に制御されたテスト電流を供給した際の前記変流器あるいは変圧器の出力電流値を計測する計測電流検出回路と、前記テスト電流の目標値を所定のパターンで変化させ、目標値毎に、前記テスト電流値演算手段が演算したテスト電流値と前記計測電流検出回路の計測電流値との関係を記憶する記憶手段と、該記憶手段が記憶したテスト電流値と計測電流値との関係に基づき、前記変流器あるいは変圧器の特性を補正するため補正係数を演算する補正係数演算手段とを具備するようにした。

（２）上記の特性監視装置において、前記テスト電流出力回路を別体とし、前記計測器本体に着脱自在に結合できるようにした。

（３）上記の特性監視装置において、点検モード選択手段を備え、点検モードが選択されたときは、予め設定されたパターンのテスト電流を前記変流器あるいは変圧器に供給し、前記記憶手段が記憶した前回のテスト電流値と計測電流値との関係と、今回のテスト電流値と計測電流値との関係とを比較し、この比較結果に基づいて点検を行えるようにした。

（４）上記の特性監視装置において、前記計測機器が漏洩電流を計測する絶縁監視装置であり、かつ、前記変流器が漏洩電流を計測するための零相変流器であって、前記テスト電流を該零相変流器に貫通させて供給し、前記記憶手段が記憶したテスト電流値と前記計測電流検出回路が検出した計測電流値との関係に基づき、前記零相変流器固有の出力特性を加味した補正係数を算出して記憶手段に記憶し、漏洩電流計測時に、前記計測電流検出回路より計測した電流と、前記記憶手段に記憶している補正係数とから、前記零相変流器が出力する漏曳電流計測値を補正する補正手段を具備するようにした。

本発明の上記（１）の技術的手段により、計測機器に使用される変流器や変圧器の特性を監視する際、変流器や変圧器に正確なテスト電流値を供給し、そのテスト電流と変流器や変圧器の出力電流との関係に基づいて、計測機器内において、その特性に応じた正確な補正係数を求め、計測機器の記憶部に記憶することができ、どのような特性の変流器や変圧器を使用したとしても、精度の高い計測を行うことができる。

本発明の上記（２）の技術的手段により、テスト電流出力回路を別体として、本体に着脱自在に結合できるようにすれば、計測器本体に内蔵されるＣＰＵのプログラムを変更するだけで、複数の計測機器の補正係数を各特性監視装置に記憶させることができる。

本発明の上記（３）の技術的手段により、点検モードが選択されたときは、無負荷状態であっても、予め設定されたパターンのテスト電流を変流器あるいは変圧器に供給することができ、記憶手段が記憶した前回のテスト電流値と計測電流値との関係と、今回のテスト電流値と計測電流値との関係とを比較することにより、計測機器の点検を簡単に行うことができる。

本発明の上記（４）の技術的手段により、絶縁監視装置にどのような特性の零相変流器を使用したとしても、その零相変流器（ＺＣＴ）の特性に応じた正確な補正係数を絶縁監視装置の記憶部に記憶し、この補正係数を用いて零相変流器が出力する漏曳電流計測値を補正することができ、絶縁監視装置の精度を飛躍的に高めることができる。

補正回路を内蔵した絶縁監視装置の構成図である。テスト電流を流す為の交流電圧出力部をポータブル補正機器として構成した場合の図である。点検時の構成図である。零相変流器（ＺＣＴ）の特性参考図である。

以下、本発明を零相変流器（ＺＣＴ）を使用した絶縁監視装置に適用した実施例について説明する。

［実施例１］
（構成の説明）
図１に絶縁監視装置の全体構成が示されている。
この絶縁監視装置は、変電所等に設置されるもので、三相変圧器で電力を供給する被監視電路に零相変流器（ＺＣＴ）１１０を設け、漏電の発生に伴い発生する零相変流器（ＺＣＴ）１１０の二次側電流を計測電流検出回路１１２で検出し、その検出電流値に基づいて、ＣＰＵ１１３が漏電の発生を監視するものである。
この絶縁監視装置を動作させるためのＡＣ／ＤＣコンバータ部１１４とＤＣ／ＤＣコンバータ部１０１を備えており、これにより、商用電源等から必要な直流電源電圧を発生する。

この直流電源電圧は、ＣＰＵ１１３、出力ドライバ１０８、テスト電流検出回路１０６、計測電流検出回路１１２と、出力部１０９を動作させるためのものであり、構成する回路によっては複数の直流電源電圧を設けてもよい。
絶縁監視装置の制御素子としては、絶縁監視装置が本来内蔵しているＣＰＵ１１３を使用するものであり、内部には、後述する補正係数を演算する演算部１０４、テスト電流値を演算する演算部１０５、出力を制御するＰＷＭ出力部１０３及び補正係数を記憶する記憶部１０２を備えている。
なお、記憶部１０２として、計測器本体に抜き差し可能の外部メモリを使用してもよい。

前述の直流電源電圧から交流電圧を出力するために、出力ドライバ１０８、昇圧回路１０７、出力部１０９及び平滑部１１７が設けられており、これらがＰＷＭ出力部１０３の周波数に応じて出力電流を変更するテスト電流出力回路を構成している。
なお、昇圧回路１０７として、必要な電圧の直流電源に変換するＤＣ／ＤＣコンバータを使用してもよい。
また、出力ドライバ部１０８は、出力部の出力素子をＯＮさせるもので、絶縁タイプ、非絶縁タイプどちらでもよく、出力する交流電圧値、安全性を考慮し選択するが、絶縁タイプにする場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ部１０１、テスト電流検出回路１０６も絶縁タイプで構成することが必要である。

出力部１０９は、ＭＯＳＦＥＴを使用してハーフブリッジ回路とする。出力素子はトランジスタ、ＩＧＢＴを使用しても良い。
平滑部１１７は、出力される交流電圧を滑らかな交流波形とするものであり、例えば、ＬＣフィルタにより構成する。

平滑部１１７から出力される交流電圧は、電線１１６を介して、零相変流器（ＺＣＴ）１１０にテスト電流として供給されるが、その電流値は、抵抗負荷１１６により調整され、テスト電流検出回路１０６によりテスト電流の電流値が検出され、その検出電流値は、ＣＰＵ１１３に入力される。

一方、テスト電流の供給に伴う零相変流器（ＺＣＴ）１１０の出力電流は、計測電流検出回路１１２により検出され、その検出電流値もＣＰＵ１１３に入力される。

（動作の説明）
絶縁監視装置には、切換スイッチが設けられ、通常の絶縁監視モードと、テスト電流を零相変流器（ＺＣＴ）１１０に供給し、その特性を補正する補正モードとに切り換えられるようになっている。
この切換スイッチにより補正モードが選択された場合、ＰＷＭ出力１０３、出力ドライバ１０８、昇圧回路１０７、出力部１０９及び平滑部１１７が作動され、交流電圧を出力する。

このＰＷＭ出力１０３、出力ドライバ１０８、昇圧回路１０７、出力部１０９及び平滑部１１７は、インバータ出力回路を構成しており、ＰＷＭ出力１０３の周波数設定を変更することで、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１４から出力された直流電源電圧を変換することにより出力される交流電圧値を種々変化させることができる。

このように、平滑部１１７から出力される交流電圧は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１４から出力された直流電源電圧を使用していることから、ＡＣ入力１１５が変動しても、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１４から出力される直流電源電圧は変動しないため、外部要因に影響されることなく精度の高い交流電圧を出力することができる。

前述のように、平滑部１１７から出力される交流電圧は、電線１１６を介して、零相変流器（ＺＣＴ）１１０に、実効値Ａのテスト電流として供給されるが、その電流値は、抵抗負荷１１６により調整され、テスト電流検出回路１０６により検出される。
なお、電線１１６は、特性補正を行いたい零相変流器（ＺＣＴ）１１０に貫通させたもので、電線に限らずブスバーなどの導体を使用してもよい。

ＣＰＵ１１３は、最初にテスト電流の目標実効値として実効値Ａを選択する。
テスト電流検出回路１０６は、テスト電流が流れているときの抵抗負荷１１１間の電圧値を検出し、その検出電圧値は、ＣＰＵ１１３に入力され、演算部１０５により、抵抗負荷１１１の抵抗値とテスト電流検出回路１０６の出力に基づいてテスト電流の実効値Ａを演算するとともに、テスト電流値が目標とする実効値Ａとなるよう、ＰＷＭ出力１０３を介してフィードバック制御を行う。

このように、テスト電流の実効値Ａは、外部要因の影響を受けない高精度な交流電圧を使用するとともに、ＣＰＵ１１３により目標値にフィードバック制御されることにより、テスト電流として非常に精度の高い実効値Ａを得ることができる。
すなわち、ＣＰＵ１１３が、テスト電流の電流値を演算するテスト電流値演算手段、及びこれにより演算されたテスト電流値を目標値にフィードバック制御するテスト電流制御手段を構成している。

さて、テスト電流の供給による零相変流器（ＺＣＴ）１１０の出力は、計測電流検出回路１１２を経て、ＣＰＵ１１３に入力され、演算部１０４で演算したテスト電流値と、計測電流検出回路１１２で検出した零相変流器（ＺＣＴ）１１０の出力とを比較演算し、零相変流器に実効値Ａのテスト電流が流れたときの補正係数を決定する。決定した補正係数を記憶部１０２に記憶する。また、補正係数だけでなく、零相変流器（ＺＣＴ）１１０の出力とＰＷＭ出力１０３の周波数設定のパラメータも同時に記憶しておく。

次に、ＣＰＵ１１３は、テスト電流の目標実効値として実効値Ａとは異なる実効値Ｂを選択し、ＰＷＭ出力１０３の周波数設定を変更し、テスト電流の目標値を実効値Ｂに変化させる。
実効値Ｂについても、実効値Ａの場合と同様の動作により、テスト電流の実効値Ｂと計測電流検出回路１１２の出力とに基づいて、補正係数演算部１０４にて補正係数を決定し、記憶部１０２に補正係数を記憶する。同時に、テスト電流値とＰＷＭ出力１０３の周波数設定のパラメータを記憶する。

この動作を繰り返し、テスト電流を１ｍＡ〜９９９．９ｍＡの範囲で複数流し、その時の補正係数を記憶部１０２に記憶させる。
図４に零相変流器（ＺＣＴ）の特性図の例が示されており、零相変流器（ＺＣＴ）の特性が直線特性４００である場合、２パターンのテスト電流により零相変流器（ＺＣＴ）の特性を把握することができる。

一方、非直線特性４０１の場合、２パターンのテスト電流では特性を把握することができるので、図４に示されるように複数パターンのテスト電流を流し、補完により特性を求める必要がある。
そこで、本実施例では、１ｍＡ〜９９９．９ｍＡの範囲で任意にテスト電流を供給できるようにして、非直線特性４０１の場合でも正確に特性を把握し、正確な補正係数を記憶部１０２に記憶することができるようにしている。

これにより、図４のように零相変流器（ＺＣＴ）の特性が飽和状態となる飽和ポイントも正確に把握することができる。
なお、どのようなパターンでテスト電流を流すかは、絶縁監視装置の本体に設けたパターン選択スイッチや、ＣＰＵ１１３に接続される外部機器により随時変更できるようにしている。

また、絶縁監視装置の本体には、補正係数設定の進行状況や、これが正常に終了したか否かを表示する表示機能を設けることが好ましく、絶縁監視装置が本来備える表示装置や新たに設けた表示装置により、こうした表示を行えるようにするとよい。

以上のとおり、本発明は、搭載された零相変流器（ＺＣＴ）１１０から直接補正係数を算出して記憶することができるため、いかなる零相変流器（ＺＣＴ）であっても、その零相変流器（ＺＣＴ）１１０の特性に応じた正確な補正係数を求めることができ、この補正係数を絶縁監視装置の記憶部１０２に記憶することにより、正確な絶縁監視を行うことができる。

［実施例２］
実施例１において、出力ドライバ２０３、昇圧回路２０２、出力部２０４及び平滑部２０５は、ＣＰＵ１１３からの指令に応じて、所定の実効値のテスト電流を出力するテスト電流出力回路を構成しており、このテスト電流出力回路が絶縁監視装置内に内蔵されているが、ＰＷＭ出力部１０３，演算部１０４、演算部１０５等は、ＣＰＵ１１３のソフトウエアにより実現される機能であり、ハードウエアとして新たに必要とされる構成は、このテスト電流出力回路のみである。

そこで、実施例２では、出力ドライバ２０３、昇圧回路２０２、出力部２０４及び平滑部２０５からなるテスト電流出力回路を単体のポータブル補正機器２０１として、図２に示されるように、補正係数を求める場合のみ、絶縁監視装置に設けた接続部に接続するようにしてもよい。
その他の構成は、図１と同一の構成である。

したがって、補正係数を求める場合は、ポータブル補正機器２０１と絶縁監視装置２０６を接続すると、ＣＰＵ１１３は自動的に補正モードに切り換えられ、実施例１と同様の動作で前述の補正係数を演算し、記憶部１０２内のデータが書き換えられるようになっている。
本構成とした場合、絶縁監視装置２０６に交流出力回路を持たせる必要が無く、絶縁監視装置２０６を小型化することが可能となる。また、絶縁監視装置が複数台あっても、ポータブル補正機器２０１一台で補正可能である。
なお、ポータブル補正機器２０１に、補正モード切換スイッチを設け、その操作により上述の補正を開始するようにしてもよい。

［実施例３］
実施例１や２で説明した補正機能は、絶縁監視装置設置後の点検にも使用できる。
すなわち、設置後、幹線３０４に負荷が接続されていない場合、または負荷側への電源を遮断している場合、または漏洩電流が流れていない場合でも、種々のテスト電流を供給することができるので、零相変流器（ＺＣＴ）３０３の動作と接続状態を確認できる。

また、この補正機能は定期点検にも使用できる。
すなわち、絶縁監視装置３０１本体に、前述の補正モードに加え、点検モードに切り換えられるよう切換スイッチを配設する。
点検モードの時には、記憶部に記憶しているＰＷＭ出力を変更するための周波数設定パラメータを使用し、所定のパターンで、絶縁監視装置からテスト電流を電線３０２に流す。

この時の零相変流器（ＺＣＴ）３０３の出力と、前回記憶した零相変流器（ＺＣＴ）の出力を絶縁監視内部で比較することにより、前回の補正時と比較した零相変流器（ＺＣＴ）の特性を確認することにより、零相変流器（ＺＣＴ）に異常が発生したか否かを判定することができる。
また、点検毎に比較結果を来歴として記憶すれば、過去の点検日時の把握や、零相変流器（ＺＣＴ）３０３の特性劣化を容易に把握することができる。

以上の実施例では、零相変流器（ＺＣＴ）を使用した絶縁監視装置について説明したが、非常に精度の高い交流電圧を発生させ、テスト電流を供給することにより自己補正を行うため、零相変流器（ＺＣＴ）１１０に限らず、変流器（ＣＴ）１１８、変圧器（ＶＴ）１１９を使用した計測機器にも適用することができる。

本発明によれば、ハードウエアとしては、テスト電流出力回路を追加するだけで、絶縁監視装置で使用される零相変流器（ＺＣＴ）のみならず、計測機器に使用される変流器や変圧器の特性を、計測機器に内蔵される特性監視装置により正確に補正することができ、低コストで、計測機器の計測精度を飛躍的に高めることができる。

１０１ＤＣ／ＤＣコンバータ
１０２記憶部
１０３ＰＷＭ出力
１０４演算部（補正係数演算）
１０５演算部（テスト電流演算）
１０６テスト電流検出回路
１０７、２０２昇圧回路
１０８、２０３出力ドライバ
１０９、２０４出力部
１１０、３０３零相変流器（ＺＣＴ）
１１１抵抗負荷
１１２計測電流検出回路
１１３ＣＰＵ
１１４ＡＣ／ＤＣコンバータ
１１５ＡＣ入力
１１６、３０２電線
１１７、２０５平滑部
１１８変流器（ＣＴ）
１１９変圧器（ＶＴ）
２０１ポータブル補正機器
２０６、３０１絶縁監視装置
３０４幹線
４００零相変流器（ＺＣＴ）直線特性
４０１零相変流器（ＺＣＴ）非直線特性

Claims

計測機器に内蔵され、該計測機器に使用される変流器あるいは変圧器の特性を監視する特性監視装置であって、
出力電流を変更可能なテスト電流出力回路と、
該テスト電流出力回路が出力するテスト電流の電流値を演算するテスト電流値演算手段と、
該テスト電流値演算手段により演算されたテスト電流値を目標値にフィードバック制御するテスト電流制御手段と、
該テスト電流制御手段により前記目標値に制御されたテスト電流を供給した際の前記変流器あるいは変圧器の出力電流値を計測する計測電流検出回路と、
前記テスト電流の目標値を所定のパターンで変化させ、目標値毎に、前記テスト電流値演算手段が演算したテスト電流値と前記計測電流検出回路の計測電流値との関係を記憶する記憶手段と、
該記憶手段が記憶したテスト電流値と計測電流値との関係に基づき、前記変流器あるいは変圧器の特性を補正するため補正係数を演算する補正係数演算手段とを具備した変流器あるいは変圧器のための特性監視装置。
前記テスト電流出力回路を別体とし、前記計測器本体に着脱自在に結合できるようにした請求項１記載の特性監視装置。
点検モード選択手段を備え、点検モードが選択されたときは、予め設定されたパターンのテスト電流を前記変流器あるいは変圧器に供給し、前記記憶手段が記憶した前回のテスト電流値と計測電流値との関係と、今回のテスト電流値と計測電流値との関係とを比較し、この比較結果に基づいて点検を行えるようにした請求項１または２記載の特性監視装置。
前記計測機器が漏洩電流を計測する絶縁監視装置であり、かつ、前記変流器が漏洩電流を計測するための零相変流器であって、
前記テスト電流を該零相変流器に貫通させて供給し、前記記憶手段が記憶したテスト電流値と前記計測電流検出回路が検出した計測電流値との関係に基づき、前記零相変流器固有の出力特性を加味した補正係数を算出して記憶手段に記憶し、漏洩電流計測時に、前記計測電流検出回路より計測した電流と、前記記憶手段に記憶している補正係数とから、前記零相変流器が出力する漏曳電流計測値を補正する補正手段を具備した請求項１ないし３のいずれか一項に記載の特性監視装置。