JP2011141196A - 絶縁監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ACサーボアンフ゜やインバータなど周波数が大きく変動する設備の漏電監視を精度よく行うことができる絶縁監視装置を提供する。
【解決手段】電路に設置された零相変流器(ZCT)の出力電流から漏洩電流を計測する漏電入力回路部と、その出力を受けて漏電電流を演算する漏電演算部と、ZCTの周波数特性を補正するためのZCT周波数補正値を所定の周波数間隔で複数個記憶するZCT周波数補正値記憶部と、電路の電圧を入力し周波数に変換する電圧入力回路部と、その出力にもとづいて周波数を演算する周波数演算部と、周波数演算部によって演算された周波数に対応するZCT周波数補正値と漏電演算部によって演算された漏電電流とから漏電電流の周波数補正値を演算するマイクロコンピュータと、演算結果を表示する表示部と、演算結果を通信により外部に転送する通信部と、演算結果の漏電状態を外部へ出力する警報出力部とを備えた構成。
【選択図】図４

Description

この発明は、絶縁監視装置、特に電路の漏洩電流を零相変流器（以下ＺＣＴという）から得られた信号によって計測し、表示させる絶縁監視装置に関するものである。

従来の絶縁監視装置は、単相、もしくは三相の電路がＺＣＴの本体に形成された孔部を貫通するように構成して電路の漏洩電流に比例した二次電流を出力させ、その出力にもとづいて漏洩電流等の計測値を表示したり、計測値の最大値を記憶したり、外部へ漏電状態監視信号を出力するようにしていた。（例えば特許文献１参照）。

特開２００３−２７４５５１号公報

特許文献１に示された従来の絶縁監視装置では、計測の対象としている周波数は商用周波数である50Hzあるいは60Hz、もしくは50〜60Hz付近の周波数帯に限定されているため、ＡＣサーボアンプの二次側やインバータの二次側のような、電流、電圧の周波数が大きく変動する回路に適用した場合には、ＺＣＴの周波数特性が追従せず、漏洩電流の計測誤差が大きくなり、漏洩電流の有無に対して誤判定を引き起こす可能性があるという問題点があった。元来ＺＣＴには図１に示すような周波数特性があり、特にほぼ20Hz以下の低周波領域においては誤差が急激に大きくなり、商用周波数より大きい周波数領域においては誤差は小さく、その変動も少ないことが知られている。

図１に示すＺＣＴの周波数特性のため、電路の負荷がＡＣサーボアンプやインバータの場合の漏洩電流の計測は、図２に示すように、ＡＣサーボアンプやインバータの一次側（電源側）にＺＣＴと絶縁監視装置を設置して行われることが多い。なお、図２において、Ｍは例えばＸ軸、Ｙ軸制御用の２台のＡＣサーボモータを示す。ＺＣＴをＡＣサーボアンプやインバータの一次側に設置すると、それによって計測される漏洩電流は、２台のモータの合算値となるため、具体的な漏電個所、即ち、いずれのモータで漏電が生じているかを特定することが困難であり、モータ等の機械設備の絶縁劣化を特定できないという問題点があった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、ＡＣサーボアンプやインバータなど周波数が大きく変動する設備の漏電監視を精度よく行うことができる絶縁監視装置を提供することを目的とする。

この発明に係る絶縁監視装置は、電路に設置された零相変流器の二次出力電流から漏洩電流を計測する漏電入力回路部と、漏電入力回路部の出力を受けて漏洩電流を演算する漏電演算部と、上記零相変流器の周波数特性を補正するためのＺＣＴ周波数補正値を所定の周波数間隔で複数個記憶するＺＣＴ周波数補正値記憶部と、上記電路の電圧を入力し周波数に変換する電圧入力回路部と、この電圧入力回路部の出力にもとづいて周波数を演算する周波数演算部と、この周波数演算部によって演算された周波数に対応するＺＣＴ周波数補正値と上記漏電演算部によって演算された漏洩電流とから漏洩電流の周波数補正値を演算するマイクロコンピュータと、演算した結果を表示する表示部と、演算結果を通信により外部にデータ転送する通信部と、演算した結果によって漏電状態を外部へ出力する警報出力部とを備えたものである。

この発明によれば、入力周波数を電圧によって演算すると共に、複数の周波数に対する補正値をあらかじめ演算して記憶させておき、電圧によって演算された入力周波数に対応した補正値を用いてＺＣＴ出力を補正するようにしているため、ＺＣＴ出力の周波数変動の影響を少なくすることができ、ＡＣサーボアンプやインバータのような周波数が大きく変動する負荷の漏電監視を精度よく行うことができる。

一般的なＺＣＴの周波数特性を示す図である。 従来の絶縁監視装置の基本構成を示すブロック図である。 この発明による絶縁監視装置の基本構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１による絶縁監視装置の構成を示すブロック図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図にもとづいて説明する。図３は、この発明による絶縁監視装置の基本構成を示すブロック図、図４は、この発明の実施の形態１による絶縁監視装置の構成を示すブロック図である。この発明は図３に示すように、１相〜３相からなる電路１に、装置のメインブレーカ２やサーボアンプもしくはインバータなどのモータ制御装置３、および、ＮＣ工作機械等を駆動するサーボモータ５を接続した構成において、サーボモータ５の劣化監視を目的として設置される絶縁監視装置１０をモータ制御装置３の二次側（モータ側）に設置することを基本構成とする。

図４は、実施の形態１の構成を具体的に示すもので、三相３線式により構成される電路１の漏洩電流を計測したい部位の直近にＺＣＴ４が設置される。ＺＣＴ４は電路を流れる零相電流から不平衡電流を検出するもので、ＺＣＴの本体に形成された孔部を電路が貫通する形で設置され、その出力は絶縁監視装置１０のＺＣＴ入力端子２２に接続される。
装置のメインブレーカ２と、サーボアンプもしくはインバータなどのモータ制御装置３は電路１のＺＣＴ設置位置及び電圧取り出し位置より電源側に設けられている。

絶縁監視装置１０は次のように構成されている。ＺＣＴ入力端子２２に接続され、ＺＣＴからの電流入力を電圧に変換し、更に、計測するに十分なレベルの電圧に変換する漏電入力回路部１２と、この漏電入力回路部１２からの信号をアナログ−デジタル信号変換するＡ／Ｄコンバータ１３と，デジタル化された漏電入力信号から実効値Ｉ01を演算する漏電演算部１４が設けられている。漏電入力回路部１２には一例として例えばレベルシフト回路やゲインアンプが用いられる。また、電圧入力端子２１に接続され、高電圧の信号レベルを後述する周波数演算部に入力可能な適宜のレベルに変換すると共に、電圧を周波数信号に変換する電圧入力回路部１１と、電圧入力回路部１１からの周波数信号から周波数を演算する周波数演算部１５とが設けられている。電圧入力回路部１１には一例として例えばレベルシフト回路やゲインアンプが用いられる。電圧入力回路部１１と周波数演算部１５は、電圧入力波形に対して、ゼロクロス点間の時間をマイクロコンピュータ１６のクロック発振子のクロック周波数で分周し、電圧入力の周波数を計測することにより、１周期ごとの周波数を演算する。

一方、ＺＣＴ４の出力特性は上述のように、図１に示すようになり、ＺＣＴの入力周波数に対する比誤差（％）は、周波数が低くなるほど大きくなることが知られている。
これは、ＺＣＴのコアの大きさ、コアを構成している磁性材料の特性、巻線数、巻き方などによる特性であり、ＺＣＴ固有の特性といえる。

従って電圧入力端子２１から入力される変動電圧に対応した各入力周波数の比誤差の固体差もほぼ同等であり、ばらつきは少ないことから、ＺＣＴの商用周波数に対する各周波数の比誤差は一意的にあらわされる。

このため、商用周波数（50Hzまたは60Hz）における漏電演算部１４の出力と、所定の周波数（ａHz）における漏電演算部１４の出力との比を（１）式で示すように、ＺＣＴ周波数補正値α_aHzとして求め、しかも所定の周波数（ａHz）を0.5Hz間隔、1Hz間隔あるいは数Hz間隔ごとに多数設定すると共に、それぞれに対応するＺＣＴ周波数補正値αをＺＣＴの特性として各周波数ごとに実測により求め、これらをＺＣＴ周波数補正値記憶部１７にあらかじめ記憶させ、漏電演算部１４による漏洩電流Ｉ01の検出時に、その時の周波数、即ち周波数演算部１５で演算された周波数に最も近い周波数のＺＣＴ周波数補正値αをＺＣＴ周波数補正値記憶部１７から抽出して（２）式で示すように乗算することにより、ＺＣＴの誤差を修正した漏洩電流Ｉ02を精度よく演算することができる。

ここで基準商用周波数は50Hzまたは60Hzのいずれかとする。
所定の周波数（ａHz）は１Hz〜400Hz程度の範囲で選択するのが望ましい。

修正漏洩電流Ｉ02＝ α_aHz×Ｉ01 （２）

なお、図４において、Ａ／Ｄコンバータ１３、漏電演算部１４、周波数演算部１５及びＺＣＴ周波数補正値記憶部１７は漏電補正演算部（マイクロコンピュータ）１６の外部に設けて接続するようにしてもよいし、漏電補正演算部（マイクロコンピュータ）１６に内蔵するようにしてもよい。

漏電補正演算部（マイクロコンピュータ）１６によって演算された修正漏洩電流Ｉ02は、漏電表示部１８ａで表示し、通信部１８ｂによってデータが関係先に通信され、警報出力部１８ｃによって警報することが可能となる。

実施の形態１は上記のように構成されているため、周波数変動の大きい漏電の計測に対してもＺＣＴの周波数誤差を補正し、各周波数に応じて精度よく計測することができる。

上記の説明では、電路を三相３線式で説明したが、これに限定されるものではなく単相２線式、単相３線式、三相４線式の場合でも同様に実施することができる。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２について説明する。
実施の形態１で使用したＺＣＴ周波数補正値は、所定の周波数のそれぞれについてＺＣＴ周波数補正値を演算してＺＣＴ周波数補正値記憶部１７に記憶させたが、ＺＣＴ周波数補正値記憶部１７に記憶させるデータ量には上限があるので、実施の形態２ではα〜数100Hzまでの代表的な周波数の補正値のみを記憶させ、記憶されていない補正値については入力周波数の上下に位置して入力周波数に最も近い２つのＺＣＴ周波数補正値間の傾きを演算し、その傾きから修正漏洩電流を算出するようにしたもので、より精度の高い周波数補正値を得ることができる。

即ち、ＺＣＴ周波数補正値記憶部１７に記憶させるＺＣＴ周波数補正値については、補正値の取り方（補正値の数）によって、修正漏洩電流Ｉ02にバラつきが発生する。ＺＣＴ周波数補正値の周波数間隔が細かいほど、修正漏洩電流Ｉ02が精度よく算出できるが、反面、ＺＣＴ周波数補正値の数が少ない（補正値の周波数間隔が広い）と、修正漏洩電流Ｉ02の誤差が大きくなる。

このため、実施の形態２は次のように演算するものである。
例えば、ＺＣＴ周波数補正値記憶部１７にはａHzの周波数補正値がα_aHz，ｂHzの周波数補正値がα_bHzとして記憶されている場合、入力周波数がｃHz（ａ≦ｃ≦ｂ）の負荷の周波数補正値α_cHzは次の（３）式で算出される。

このＺＣＴ周波数補正値α_cHzの値を用いて、（２）式により、修正漏洩電流Ｉ02を算出する。この演算は、三相３線式に限らず単相２線式、単相３線式、三相４線式の場合も同様である。

以上のように実施の形態２によれば、ＺＣＴ周波数補正値記憶部１７に記憶させる周波数補正値の数を低減することができ、かつ、入力周波数の変動に対して、精度よく漏洩電流を計測・表示することができる。

１ 電路、
２ 装置のメインブレーカ、
３ サーボアンプ、インバータ、
４ ＺＣＴ、
５ サーボモータ、
１０ 絶縁監視装置、
１１ 電圧入力回路部、
１２ 漏電入力回路部、
１３ Ａ／Ｄコンバータ、
１４ 漏電演算部、
１５ 周波数演算部、
１６ 漏電補正演算部（マイクロコンピュータ）、
１７ ＺＣＴ周波数補正値記憶部、
１８ａ 漏電表示部、
１８ｂ 通信部、
１８ｃ 警報出力部。

Claims (3)

1. 電路に設置された零相変流器の二次出力電流から漏洩電流を計測する漏電入力回路部と、漏電入力回路部の出力を受けて漏電電流を演算する漏電演算部と、上記零相変流器の周波数特性を補正するためのＺＣＴ周波数補正値を所定の周波数間隔で複数個記憶するＺＣＴ周波数補正値記憶部と、上記電路の電圧を入力し周波数に変換する電圧入力回路部と、この電圧入力回路部の出力にもとづいて周波数を演算する周波数演算部と、この周波数演算部によって演算された周波数に対応するＺＣＴ周波数補正値と上記漏電演算部によって演算された漏電電流とから漏電電流の周波数補正値を演算するマイクロコンピュータと、演算した結果を表示する表示部と、演算結果を通信により外部にデータ転送する通信部と、演算した結果によって漏電状態を外部へ出力する警報出力部とを備えたことを特徴とする絶縁監視装置。
2. 上記ＺＣＴ周波数補正値を0.5Hz間隔、1Hz間隔あるいは数Hz間隔でＺＣＴ周波数補正値記憶部に記憶させ、上記マイクロコンピュータにより演算された周波数と、漏電電流に対して上記周波数に最も近いＺＣＴ周波数補正値を使用して、漏電補正値を算出することを特徴とする請求項１記載の絶縁監視装置。
3. 上記ＺＣＴ周波数補正値記憶部に記憶されたＺＣＴ周波数補正値に対して、マイクロコンピュータにより演算された周波数と、上記周波数の上下に位置して上記周波数に最も近い２つのＺＣＴ周波数補正値間の傾きを演算し、その傾きから上記漏電電流に対する漏電補正値を演算することを特徴とする請求項２記載の絶縁監視装置。

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