JP2014145754A - 非接地回路の絶縁監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池パネルまたは直流電路の地絡故障を検出する地絡検出装置に関し、地絡故障時の地絡抵抗値の検出および地絡部位を分類する絶縁監視装置を提供する。
【解決手段】電源の正極と負極に各々抵抗Ｒ１，Ｒ２を接続し、抵抗間に抵抗Ｒ３を接続して少なくとも２箇所の異なる電位を得ることを可能とする第一の回路、第一の回路の異なる２箇所の電位点に接続されたスイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２及びスイッチ素子各々に直列に接続した抵抗Ｒ４，Ｒ５を接続結合した第二の回路、第二の回路の抵抗の接続結合部を大地に接地する第三の回路、抵抗Ｒ４，Ｒ５の電圧を測定する電圧計測手段３、これらのスイッチ素子を所定のタイミングでオンオフ制御する制御回路４を備え、スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２をオンオフ制御し、その制御に対応して測定した回路抵抗Ｒ４，Ｒ５の電圧値より、直流非接地回路部および電源部の対地絶縁抵抗値を演算検出することを可能とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、主に複数の太陽電池モジュールを直列に接続して構成される太陽電池パネルを用いた直流非接地回路において、太陽電池パネルまたは直流電路の地絡故障を検出する地絡検出装置に関し、地絡故障時の地絡抵抗値の検出および地絡部位を分類する絶縁監視装置に関するものである。

太陽電池パネルは太陽光を電気に変換して利用するものであることから屋外に設置され寒暖の温度変動も大きく、風雨、風雪にもさらされる過酷な自然環境で使用されるものである。このような使用環境から太陽電池を構成する絶縁材料の寿命・劣化などを考えると、太陽電池の地絡故障は太陽電池パネルのいずれの場所でも起こり得るものである。絶縁材料の劣化はある抵抗値を持った不完全な地絡故障から地絡事故へと拡大することが想定され、太陽電池非接地回路の地絡事故を放置することは、感電などの危険が生じるのみでなく、漏電火災発生の危険もある重大な問題である。

また一般の直流電源装置による直流配電回路と太陽電池パネルの直流回路を比較したときの大きな相違点は、緩やかでは有るが大きな直流電圧の変動の有る点が太陽電池パネルの特徴である。太陽電池パネルは太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換して利用するものであることから、日変動、天候による変動、季節変動が極めて大きく、太陽電池パネル直流回路に用いる絶縁監視装置においては緩やかでは有るが大きな電圧変動においても特性が影響されない安定した地絡検出性能を提供することが要求される。

さて、複数の太陽電池モジュールを直列に接続して構成される太陽電池パネルを用いた太陽光発電設備において、太陽電池パネルのいかなる部位における地絡をも検出可能とする方式として、直流回路電圧の少なくとも異なる２箇所の電位に接地電位を切替えて地絡電流を検出する方式が知られている。図１０は従来の直流地絡検出装置例を示すものである（以下、本文では本方式を「接地電位切替え方式」と称す）。直流回路電圧を抵抗Ｒ１，Ｒ２，およびＲ３で分圧し、電位選択スイッチＳＷ１あるいはＳＷ２で２箇所の異なる電位を切替え選択可能としたことにより、太陽電池パネルのいかなる部位の地絡故障においても地絡電流の検出を可能としている。

具体的動作例を以下に説明する。選択スイッチＳＷ１の選択電位と太陽電池パネルの地絡抵抗Ｒｇによる地絡点電位が等しい場合、地絡電流検出用の電流変成器ＣＴ等には地絡電流は流れないため選択スイッチＳＷ１の選択電位における地絡事故の検出は不可能となる。しかしながら、選択スイッチＳＷ２の選択時においては、選択スイッチＳＷ２の選択電位と太陽電池パネルの地絡点電位は必ず異なるため、地絡電流検出用の電流変成器ＣＴ等には地絡電流が流れ、その地絡電流の大きさにより地絡事故の検出が可能である。これにより太陽電池パネルのいかなる部位における地絡をも検出可能としている。

特許 第２７０６４２６ 直流回路の地絡検出方法並びにその装置

特開２０１０−１８７５１３ 直流地絡検出装置、この直流地絡検出装置を備えた系統連系インバータシステム

発明が解決しようとする課題

しかしながら太陽電池パネルの絶縁劣化監視装置として考えたときの図１０に示す本方式の課題は、地絡電流の大きさをもって地絡故障を判定している点にある。図１０において太陽電池パネルの地絡抵抗Ｒｇが同等レベルであったとしても、地絡発生の電位点が異なる場合地絡電流検出用の電流変成器ＣＴ等に流れる地絡電流値が異なることより、地絡電流の大きさのみで地絡故障を判定した場合、地絡抵抗値としては判定にばらつきが生じることとなる。すなわち、不感帯を無くすことは出来るが、地絡抵抗値を基準とする絶縁監視装置としては必ずしも満足できるもので無い。

図１１は従来の前記直流地絡検出装置を用いて、正極回路に地絡故障が生じた場合を示すものである。太陽電池パネルの発電電圧は天候による日変動や季節変動が極めて大きい。このため、仮に絶縁劣化状態、すなわち対地地絡抵抗Ｒｇに変化が生じていない場合でも電圧変動にともない地絡電流が変化することとなり、安定した絶縁監視性能の提供や、予防保全も踏まえた高感度レベルでの地絡検出装置の提供においては難点がある。

また、以下には太陽電池パネルによる直流電源装置の固有の解決すべき課題を記載する。太陽電池パネルは大地と太陽電池パネル間に静電容量成分を有している。図３に対地静電容量例を示す。この静電容量はメガソーラーのような大規模太陽発電システムにおいてはきわめて大きな容量と成ることより、接地電位切替え方式においては電位切替え時において対地静電容量の充放電に起因する過度現象が生じる。この絶縁劣化以外の漏れ電流や過度現象に起因した誤検出や不要動作を防止する必要がある。

更に、太陽電池パネルは屋外に使用される場合が多いことより、太陽電池パネル回路上に水滴が付着した場合も大地と太陽電池パネル間で容量成分が増加し、その容量成分の影響により漏れ電流にも増加が生じる。この絶縁劣化以外の漏れ電流変動においても誤検出や不要動作を防止することが必要である。

本発明の解決課題は、従来よりの機能は保有した上で、太陽電池パネル電圧の大きな日変動や季節変動においても、あるいは太陽電池パネルの大きな対地静電容量、およびその変動においても安定した高感度の絶縁監視装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

本発明は、太陽電池パネルのいかなる部位における地絡をも検出可能とする接地電位切替え方式による直流非接地回路の絶縁監視装置であって、切替えスイッチＳＷ１、あるいはＳＷ２の一方を選択オン時における各々の地絡電流の大きさと電流方向の検出機能、切替えスイッチＳＷ１およびＳＷ２の双方を同時オン時における直流電圧値の分圧測定による直流非接地回路の電圧検出機能を有することにより、測定した地絡電流値と正極と負極間電圧より電路および太陽電池パネルの地絡部位の検出や地絡抵抗値を演算抽出することが可能となり太陽電池パネルの電圧変動には一切影響されない安定した高感度の絶縁監視装置を提供することが出来る。

本発明はまた、接地電位切替えスイッチのオンオフ制御タイミング時間を太陽電池発電パネル規模等に応じて可変設定する機能を持たせることにより、スイッチ切替え後の地絡電流計測や、電圧計測において大地静電容量に起因した過度的変化の影響を除いた計測を可能とする方式とすることにより、絶縁劣化以外の過度現象に起因した不要動作を防止することが出来る。

本発明はまた、接地電位切替えスイッチのオンオフ制御切替え後、計測電圧の単位時間における変化量や両端電圧の安定するまでの時間を計測演算する機能を有することにより、水滴等の付着に起因する運転状態の変化においても自動補正を可能とした。

本発明はまた、地絡故障時において多数の太陽電池ストリング回線より故障回線の判別を容易にするための支援手段を有することにより、故障時における対応も容易とした。

発明の効果

以上のように、本発明によれば、太陽電池パネル装置の直流非接地回路において、太陽電池パネルの内部地絡故障、直流非接地回路正極側地絡故障、および直流非接地回路負極側地絡故障において、いずれの場合も地絡抵抗値による絶縁劣化監視方式としたことにより、太陽電池パネルの大きな電圧変動においても故障判定レベルは安定している。また、メガソーラーのような大地静電容量が大きい大規模太陽発電システムにおいては、接地電位切替えスイッチの制御タイミング時間を可変選択可能とすることにより絶縁劣化以外の過度的変化に起因した誤検出や不要動作を防止するとともに、太陽電池パネルの屋外設置等に伴う水滴、積雪等による環境影響も自動補正を可能とすることにより、高感度で安定した絶縁監視装置を実現できる。

本発明の代表的実施形態を備えたブロック図を示す。 本発明の分圧回路に定電圧素子を備えたブロック図を示す。 太陽電池パネルの対地静電容量の存在例を説明するブロック図を示す。 太陽電池パネルの対地静電容量を電気回路図に記載した例を示す。 太陽電池パネルの対地静電容量の影響を示す過度現象チャート図を示す。 本発明の実施形態における，正極地絡故障時の地絡検出動作を説明するための図を示す。 本発明の実施形態における，正極地絡故障時の地絡検出動作を説明するための図を示す。 本発明の実施形態における，正極地絡故障時の地絡検出動作を説明するための図を示す。 本発明の実施形態における，太陽電池パネル内部の地絡故障時の地絡検出動作を説明するための図を示す。 本発明の実施形態における，太陽電池パネル内部の地絡故障時の地絡検出動作を説明するための図を示す。 本発明の実施形態における，太陽電池パネル内部の地絡故障時の地絡検出動作を説明するための図を示す。 本発明の別の実施例を説明する為の図を示す。 本発明の別の実施例を説明する為の図を示す。 本発明の別の実施例を説明する為の図を示す。 地絡故障事故が発生した太陽電池ストリング回線の特定のための支援機能を説明するブロック図を示す。 従来の直流地絡検出装置の実施形態を備えたブロック図を示し、太陽電池パネル内部の地絡故障時の状態を説明するための図を示す。 従来の直流地絡検出装置の実施形態を備えたブロック図を示し、正極の地絡故障時の状態を説明するための図を示す。

以下、本発明の実施例について添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の絶縁監視装置の一実施例に係わる直流非接地電源回路および絶縁監視装置のブロック図を示す。太陽電池ストリングなどの直流電源１、非接地直流電路の正極２．１と負極２．２、絶縁監視装置５で形成される。絶縁監視装置５の内部が本発明の実施例を示すものであり、正負極間の直列抵抗回路Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３、切替えスイッチＳＷ１，ＳＷ２、前記切替えスイチと直列に接続し接続点を接地される抵抗Ｒ４，Ｒ５、電圧計測３、およびスイッチ制御４とによって構成される。

次に図１において、非接地直流電路の正極２．１に地絡故障が地絡抵抗Ｒｇで生じた場合の計測動作およびそれら計測値を用いた演算を図４．１、図４．２、図４．３を参照して説明する。尚、ここにおいて抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３は総て抵抗値が等しいＲとして以下の計算例は示す。

図４．１は切替えスイッチＳＷ１，ＳＷ２ともオンした状態で抵抗Ｒ４，Ｒ５の電圧測定し、その測定値を各々Ｖ４，Ｖ５とする。太陽電池などの直流電源１の電圧Ｖは、計測値Ｖ４，Ｖ５と既知の抵抗値Ｒ（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３），Ｒ４，Ｒ５を用いて、Ｖ＝Ｖ４×（Ｒ＋Ｒ４）／Ｒ４＋Ｖ５×（Ｒ＋Ｒ５）／Ｒ５で求められる。尚，前式において、Ｒ４，Ｒ５の抵抗値を抵抗Ｒ３（Ｒ）に比べ極めて小さい値とすることによりＲ３の影響は無視できると判断できることより、Ｒ３は省略している。

図４．２は切替スイッチＳＷ１をオン，切替スイッチＳＷ２をオフした状態を示し、地絡抵抗Ｒｇを流れる地絡電流Ｉｇ１は抵抗Ｒ４を介して流れ、抵抗Ｒ４の電圧はＲ４×Ｉｇ１となることより、抵抗Ｒ４の電圧を測定することにより地絡電流Ｉｇ１が求められる。

図４．３は切替スイッチＳＷ１をオフ，切替スイッチＳＷ２をオンした状態を示し、地絡抵抗Ｒｇを流れる地絡電流Ｉｇ２は抵抗Ｒ５を介して流れ、抵抗Ｒ５の電圧はＲ５×Ｉｇ２となることより、抵抗Ｒ５の電圧を測定することにより地絡電流Ｉｇ２が求められる。

地絡電流Ｉｇ１，Ｉｇ２，および直流電源１の電圧Ｖが求められると、絶縁監視装置に内蔵した既知の抵抗値と組合せ、地絡抵抗Ｒｇは次の２式のどちらでも求められる。式▲１▼：Ｒｇ＝｛Ｖ−（３・Ｒ４＋２・Ｒ）・Ｉｇ１｝／３・Ｉｇ１、式▲２▼：Ｒｇ＝｛２・Ｖ−（３・Ｒ５＋２・Ｒ）・Ｉｇ２｝／３・Ｉｇ１。式▲１▼は切替えスイッチＳＷ１がオン時の地絡電流Ｉｇ１から求まるものであり、式▲２▼は切替えスイッチＳＷ２がオン時の地絡電流Ｉｇ２から求まるものである。尚，正極地絡時は２・Ｉｇ１＝Ｉｇ２となることから、ＳＷ１，ＳＷ２各々の地絡電流値Ｉｇ１，Ｉｇ２より正極の地絡であることが判定できる。

電路の負極地絡の説明例は省略するが、正極地絡と比べ地絡電流Ｉｇ１，Ｉｇ２の電流の流れる方向が逆になり、地絡電流の相対比はＩｇ１＝２・Ｉｇ２となり負極の地絡が判定可能となると共に、正極地絡と同様な演算でＲｇを求めることができる。

次に図１において、直流電源１の太陽電池パネル内部のＶ１とＶ２に電圧分圧した部位に地絡故障が地絡抵抗Ｒｇで生じた場合の計測値およびそれを用いた演算を図５．１、図５．２、図５．３を参照して説明する。尚、ここにおいて抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３は総て抵抗値が等しいＲとし、抵抗Ｒ４，Ｒ５も等しい抵抗ｒとして計算例を示す。

図５．１は切替えスイッチＳＷ１，ＳＷ２ともオンした状態で抵抗Ｒ４（ｒ），Ｒ５（ｒ）の電圧を測定し、その測定値を各々Ｖ４，Ｖ５とする。太陽電池などの直流電源１の電圧Ｖ（Ｖ＝Ｖ１＋Ｖ２）は、計測値Ｖ４，Ｖ５と既知の抵抗値Ｒ（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３），Ｒ４（ｒ），Ｒ５（ｒ）を用いて、Ｖ＝Ｖ４×（Ｒ＋ｒ）／ｒ＋Ｖ５×（Ｒ＋ｒ）／ｒで求められる。尚，前式において、Ｒ４（ｒ），Ｒ５（ｒ）の抵抗値をＲ３（Ｒ）に比べ極めて小さい値とすることによりＲ３の影響は無視できると判断できることより、Ｒ３は省略している。

図５．２は切替えスイッチＳＷ１をオン，切替えスイッチＳＷ２をオフした状態を示し、地絡抵抗Ｒｇを流れる地絡電流Ｉｇ１は抵抗Ｒ４を介して流れ、抵抗Ｒ４の電圧はＲ４×Ｉｇ１となることより、抵抗Ｒ４の電圧を測定することにより地絡電流Ｉｇ１が求められる。

図５．３は切替えスイッチＳＷ１をオフ，切替えスイッチＳＷ２をオンした状態を示し、地絡抵抗Ｒｇを流れる地絡電流Ｉｇ２は抵抗Ｒ５を介して流れ、抵抗Ｒ５の電圧はＲ５×Ｉｇ２となることより、抵抗Ｒ５の電圧を測定することにより地絡電流Ｉｇ２が求められる。

地絡電流Ｉｇ１，Ｉｇ２，および直流電源１の電圧Ｖが求められると、絶縁監視装置内の既知の抵抗値と組合せ、地絡抵抗ＲｇはＲｇ＝Ｖ／３・（Ｉｇ２−Ｉｇ１）−２・Ｒ／３−ｒで求められる。また、太陽電池パネル内部のＶ１とＶ２に電圧分担した故障電圧部位は、Ｖ１＝［Ｖ−Ｉｇ１・｛３・（Ｒｇ＋ｒ）＋２・Ｒ｝］／３、Ｖ２＝Ｖ−Ｖ２で求められる。尚，太陽電池パネル内部の地絡時はＩｇ１とＩｇ２の正極地絡又は負極地絡とは異なる比率であることやＩｇ１とＩｇ２の電流方向により、太陽電池パネル内部の地絡であることが区分可能である。

以上の通り、直流電源１の電圧計測、地絡電流Ｉｇ１の計測、および地絡電流Ｉｇ２の計測を１サイクルとして繰り返して行うことにより、太陽電池パネル等の直流電源においても電圧変動の影響を受けない高精度の地絡抵抗値をその都度求めることが可能となる。

図３．１は直流電源１に太陽電池パネルを用いた場合の太陽電池パネルの対地寄生静電容量Ｃｐｖを図１に追加記載したものである。対地寄生静電容量Ｃｐｖは概略太陽電池パネルの面積に比例するものであることから、太陽電池パネルを用いた直流電源１の発電容量の大きさにほぼ比例すると判断できる。この対地静電容量Ｃｐｖが大きくなるほど切替えスイッチＳＷ１，ＳＷ２切替え制御後の抵抗Ｒ４，Ｒ５の電圧値には過度現象が生じ、最終値に到達するまでに時間遅れが生じる。そこで、太陽電池パネルの規模等に応じて切替えスイッチのオンオフ制御タイミング時間を可変設定する機能を持たせ、対地静電容量に起因した過度的変化が無くなった後の計測を行う方式とすることにより、絶縁劣化以外の過度現象に起因した不要動作を防止することができる。

上記の具体的動作例を図３．２、図３．３を用いて説明する。図３．２は直流非接地の絶縁監視回路に太陽電池パネルの対地静電容量を追記したものである。ＣＰＶ１は正極と大地アース間の静電容量に、ＣＰＶ２は負極と大地アース間の静電容量に置き換えて示している。本図は地絡故障が生じていない健全状態を示すものであり、切替えスイッチＳＷ１がオフ、切替えスイッチＳＷ２がオン状態において抵抗Ｒ４，Ｒ５の電圧は双方とも零ボルトである。

この状態から、切替えスイッチＳＷ２はオンのままで、切替えスイッチＳＷ１をオンしたときの抵抗Ｒ４，Ｒ５の電圧変化を過度状態も含め図３．３に示す。切替えスイッチＳＷ１がオフ、切替えスイッチＳＷ２がオン状態においては、直流電圧をＶ、Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ３＝Ｒとすれば、対地静電容量ＣＰＶ１には抵抗分圧により２Ｖ／３の電圧が、ＣＰＶ２にはＶ／３の電圧が充電された状態で安定している。これにより、切替えスイッチＳＷ１をオンした瞬間の抵抗Ｒ４の電圧はＣＰＶ１の充電電圧２Ｖ／３によって決まり、Ｒ５の電圧はＣＰＶ２の充電電圧Ｖ／３の電圧によって決まる。一方、スイッチＳＷ１，ＳＷ２ともオンした後のＣＰＶ１、ＣＰＶ２の充電電圧は過度電圧を経た後、双方ともＶ／２となり、抵抗Ｒ４，Ｒ５の電圧ともＶ／２の電圧で決まる。図３．３はＳＷ１，２のオン、オフ状態、およびその前後の抵抗Ｒ４，Ｒ５の過度電圧も含んだ電圧チャート図を示すものである。この図から分かるとおり、スイッチ切替直後においては変動が大きいことより一定時間経過して過度状態が安定した後に電圧測定を行う必要があることが分かる。尚，切替えスイッチのオンオフ制御タイミング時間を可変設定する方法や制御方法は、スイッチ制御回路部に外部の設定スイッチ等を設け、制御部にマイクロコンピュータ等を用いることにより容易に実現可能である。

更に、水滴等の付着に起因する静電容量への増加影響に対する対策例を図３．３の電圧Ｖ５のチャート拡大図を例に説明する。切替えスイッチのオン／オフ切替え直後において、想定される電圧変化に係わる時定数時間より十分短い時間間隔で電圧値のＡ／Ｄ変換データの取得を行う。その変化勾配より時定数τの概算値を求めることができる。ここで求まった概算時定数τの５倍時間程度をスイッチ切替え後の安定時間考えてデータ取得すれば、十分安定した状態の測定を自動調整可能であり、水滴、積雪等の付着に起因する運転状態の変化を補正することも容易に実現可能である。

図６は本発明に係わる絶縁監視装置の構成例において、図１に対しフィルタ回路６を追加した例である。太陽光発電装置においては多くの場合系統連系を行うため、直流電圧を交流に変換するパワーコンディショナー等を組合せて用いる。これにより、地絡故障時に限らず、通常運転状態においても対地静電容量等を介した商用周波数や高周波漏れ電流が生じている。そこでハードのフィルタ回路やソフトフィルタにより必要な成分のみを抽出することにより不要動作を防止することが行われており、本発明においてもフィルタ回路６を併用した例を示すものである。

図７は本発明に係わる絶縁監視装置の構成例において、図１に対し地絡電流の計測用として抵抗Ｒ６を専用に設けた例である。図１に示すとおり、抵抗Ｒ４，Ｒ５で地絡電流の計測も可能であるが、抵抗Ｒ４，Ｒ５を切替えスイッチＳＷ１，ＳＷ２双方オン時の電圧計測に最適の抵抗定数とし、切替えスイッチＳＷ１，あるいはＳＷ２の一方のみオンした時の地絡電流計測の計測を別置した専用抵抗Ｒ６で行うものである。抵抗６の抵抗値は極めて小さな地絡電流領域を計測する場合と、比較的大きな地絡電流を計測する場合等に応じ選定することにより、よりきめこまかな地絡電流計測を可能とする特徴がある。

図８は請求項５に係る本発明の構成例を示すものであり、図１の実施例に対し分圧個所数および切替えスイッチ数を増やし、この例では抵抗Ｒ７，Ｒ８、Ｒ９，Ｒ１０および切替えスイッチＳＷ３，ＳＷ４を追加したものである。絶縁監視装置としての動作や地絡故障時の地絡抵抗の検出・演算は、前記多数の分岐切替えスイッチからいずれかの２個を選択することにより、図１と同様の処理で求めることができる。

図９に太陽光発電システムの回路ブロック図と地絡に係る関連適用機器例を示す。複数の太陽電池モジュールが直列接続されてなる太陽電池ストリングＰＶは、集電箱７で複数の太陽電池ストリングを並列接続して統合し、正極と負極の２線の直流回路として配線される。この全ストリングを含めた直流非接地回路全体の絶縁監視装置として本発明に係る絶縁監視装置５を設置する。ここで課題となるのは絶縁監視装置５が地絡故障検出時において、複数の太陽電池ストリングＰＶから故障ストリングを容易に特定する手段の提供にある。

その対応として太陽電池ストリングＰＶ各回線ごとに直流零相変流器ＺＣＴおよび漏電リレーＥＬＲを設置する方法が考えられる。ここで課題となるのが、絶縁監視装置５と漏電リレーＥＬＲの地絡電流検出感度の違いである。絶縁監視装置の検出レベルは予防保全も踏まえ微少の地絡電流検出レベルにより対地絶縁抵抗の演算を可能としている。一方、零相変流器ＺＣＴと組合せた漏電リレーＥＬＲの検出可能な地絡電流検出レベルは、前記絶縁監視装置の微少の地絡電流検出レベルより大きなものとなり、必ずしも絶縁監視装置５と漏電リレーＥＬＲの協調が取れない点にある。

そこで図８の本発明に係わる絶縁監視装置５では、電源回路の対地絶縁抵抗が所定の抵抗値より小さくなった時、すなわち絶縁劣化故障と判断した場合、その絶縁劣化レベルに応じて適当な切替えスイッチを選択オンする機能を有し、これにより直流正極電路２．１または直流負極電路２．２と絶縁監視装置５の接地端子間の内部抵抗インピーダンスを小さくする。これにより地絡故障に伴う地絡電流を増加させ、故障回線の零相変流器ＺＣＴを介して漏電リレーＥＬＲにて故障の判別を容易とするものである。

具体的動作例として、図９は太陽電池ストリング回線の負極側が地絡抵抗Ｒｇで地絡している例を示す。図８に示す絶縁監視装置５において、常時の絶縁監視を切替えスイッチＳＷ１，ＳＷ２を用いて行い、この場合直流負極側の地絡故障Ｒｇを検出する。地絡故障検出後はスイッチ３をオンさせることにより、直流電源正極から抵抗Ｒ１，ＳＷ３，Ｒ９，およびＲｇを介して流れる地絡電流値を前記計測状態より大きくし漏電リレーＥＬＲによる地絡故障の判別を容易とするものである。また絶縁監視装置５においては抵抗Ｒ９の電圧計測値よりスイッチ３をオンしているときの地絡電流値の検出が可能であることより、前記漏電リレーＥＬＲの検出動作にて故障回線を切離した場合地絡電流が無くなることから故障回線の切離し確認も可能である。本方式によれば、地絡故障時において多数の太陽電池ストリングＰＶ回線より故障回線を容易にかつ短時間で判別可能となることより、省力化のみでなく安全面においても極めて有効である。

１ 直流電源
２．１ 直流正極電路
２．２ 直流負極電路
３ 電圧計測部
４ スイッチ制御部
５ 絶縁監視装置
６ フィルタ回路
７ 接続箱
Ｒ１〜１０ 抵抗器
ＳＷ１〜４ 切替えスイッチ
Ｃｐｖ 太陽電池パネルの対地寄生静電容量
Ｃｐｖ１ 直流正極と大地間の太陽電池パネルの静電容量
Ｃｐｖ２ 直流負極と大地間の太陽電池パネルの静電容量
Ｒｇ 地絡抵抗
Ｉｇ 地絡電流
ＰＶ 太陽電池ストリング
ＥＬＲ 直流用漏電リレー
ＺＣＴ 直流用零相変流器

Claims (5)

1. 非接地回路における絶縁監視装置において、電源の２線間に抵抗または定電圧素子を接続して少なくとも２箇所の異なる分圧した電位を得ることを可能とする第一の回路、前記第一の回路の少なくとも２箇所の異なる電位点に接続されたスイッチ素子及び前記各々のスイッチ素子に直列に接続した抵抗を結合した第二の回路、前記第二の回路の双方の抵抗の結合部を大地に接地する第三の回路、前記第二の回路の各々の抵抗の電圧を測定する電圧計測手段、およびスイッチ素子のスイッチ制御回路を備え、前記スイッチ素子を所定のタイミングでオンオフ制御するとともに、その制御に対応して測定した前記第二の回路の抵抗の電圧値より、非接地回路および電源部の対地絶縁抵抗値を演算する手段を備えたことを特徴とする絶縁監視装置。
2. 請求項１に記載した絶縁監視装置において、前記スイッチ素子をオンオフ制御する制御タイミングにおいて、オンオフ制御時間幅、あるいはオンオフ制御のサイクル時間を可変設定する機能を有することを特徴とする直流回路の絶縁監視装置。
3. 請求項１又は２に記載した絶縁監視装置において、前記スイッチ素子を所定のタイミングでオンオフ制御する制御タイミングにおいて、スイッチ素子オンオフ制御後の前記第二回路の抵抗の両端電圧の単位時間における変化量や両端電圧の安定するまでの時間を計測する機能を有し、それに応じてオンオフ制御時間幅、あるいはオンオフ制御のサイクル時間を自動的に可変制御することを特徴とする直流回路の絶縁監視装置。
4. 請求項１又は２又は３に記載した絶縁監視装置であって太陽電池パネルを用いた太陽光発電設備において、直流非接地電路あるいは太陽電池モジュールの地絡故障時、その地絡抵抗値を検出するとともに、直流非接地回路の正極、負極、あるいは太陽電池モジュールの電位部位等の地絡発生箇所の検出あるいは推定する手段を備えたことを特徴とする直流回路の絶縁監視装置。
5. 請求項１又は２又は３又は４に記載した絶縁監視装置において、監視回路の対地絶縁抵抗が所定の抵抗値より小さくなったとき、複数の前記スイッチ素子のいずれかを連続または所定の時間オンし、その間、接地点を経由して所定の地絡電流が流れるようにすることを特徴とする直流回路の絶縁監視装置。

Images