JP2014202696A - 漏電検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】少ない部品点数で高精度に漏電を検出できる漏電検出方法の提供。
【解決手段】第１被測定回路１０５で、第１高電圧電源１２０の負極端子１２１と大地２００間に、分圧抵抗器Ｒ１１、整流器Ｄ１１、及び電流検出抵抗器Ｒｇ１を直列に接続し、電流検出抵抗器Ｒｇ１での降下電圧が、合格範囲ｘよりプラス側に検出される場合は、正極側高圧ケーブル１３２の不良、合格範囲ｘよりマイナス側に検出される場合は、負極側高圧ケーブル１３１の不良と判断される。
【選択図】図１

Description

本発明は、イオンの加速器やハイブリッド型自動車及び電気自動車等のような非接地系高電圧回路を絶縁監視する技術に関する。

近年、自動車に駆動用のモータを搭載するケースが多くなってきている。駆動用に使われるモータには大電流を流し、又電池にも電流を蓄える等、電気系統に大電流を流すケースが増えてきている。このような高電圧の電気が流れる高電圧回路は、人が高圧電源に触れても感電しないように、車両のボディがグランドとされる系統とは分離された電気回路が構成されている。このようにフローティング状態になった高圧系の電気回路に人が触れた際に、電気回路の一部に絶縁破壊が起きているとショートする虞がある。この為、絶縁破壊による漏電検査をすることが重要となってきている。

特許文献１には、漏電検出方法に関する技術が開示されている。高圧直流電源と、この高圧直流電源のプラスとマイナスの間に直列に結線された複数の保護用抵抗及び検出用抵抗と、これらの検出用抵抗の一端を電気自動車、電車などのボディーグランドへ接地するスイッチと、漏電を判定する漏電判定部と、を備えた漏電検出装置である。

特開平６−１５３３０１号公報

しかしながら、特許文献１に開示される技術で漏電検出をする場合には以下に示すような問題があると考えられる。

特許文献１に開示される技術は、プラスとマイナスの間に接地用抵抗器を接続し、漏電電流を検出する方法では、常時電極間に電流が流れており、検出感度を上げるためにはその電流をある程度大きくする必要がある。しかし、接地抵抗における消費電力もそれに比例して大きくなるのであまり電流を上げられず、結果的に検出感度が不安定になる虞がある。また、漏電判定部や複数の抵抗及びスイッチなど新たな装置を回路に接続する必要があるので、コストの増大を招くという問題がある。

そこで、本発明はこのような課題を解決するために、少ない部品点数で高精度に漏電を検出できる漏電検出方法の提供をすることを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の一態様による漏電検出方法は、以下のような特徴を有する。

（１）非接地形鋼圧電源回路で、電源の負極側出力端子と大地間に、分圧抵抗器、整流器、及び電流検出抵抗器を直列に接続し、前記電流検出抵抗器での降下電圧が、所定範囲よりプラス側に検出される場合は正極側ケーブルの不良、所定範囲よりマイナス側に検出される場合は負極側ケーブルの不良と判断されることを特徴とする。

（２）非接地形鋼圧電源回路で、電源の正極側出力端子と大地間に、分圧抵抗器、整流器、及び電流検出抵抗器を直列に接続し、前記電流検出抵抗器での降下電圧が、所定範囲よりプラス側に検出される場合は負極側ケーブルの不良、所定範囲よりマイナス側に検出される場合は正極側ケーブルの不良と判断されることを特徴とする。

上記（１）に記載の態様により、高電圧非接地回路での分圧抵抗にかかる常時消費電力が低く抑えられ、検出抵抗器の電圧降下値によって地絡または絶縁不良と、正極側ケーブルの不良なのか負極側ケーブルの不良なのかを簡単に判別できる。この結果、絶縁監視に用いる分圧抵抗器の定格電力容量を小さくでき、整流器、及び電流検出抵抗に用いる素子に関しても高電圧に耐えうるようなものを使う必要が無く、安価に漏電検出を実現できる漏電検出方法を提供可能となった。また、（２）に記載の態様でも、（１）に記載の態様と同等の効果が得られる。

第１実施形態の、絶縁監視装置の説明図である。 第１実施形態の、絶縁監視装置の検出器での出力に関する説明図である。 第１実施形態の、絶縁監視装置の説明図である。 第２実施形態の、直流電源を直列接続した場合の非接地型高電圧回路の絶縁監視装置の説明図である。 第３実施形態の、直流電源を独立非接地とした場合の非接地型高電圧回路の絶縁監視装置の説明図である。

まず、本発明の実施形態について、参考となる図面を用いて説明する。なお、用いられている図面の詳細部分は説明の都合上簡略化している。

図１に、第１実施形態の、絶縁監視装置１０の説明図を示す。絶縁監視装置１０は、第１絶縁変圧抵抗器１１０に第１高電圧電源１２０が接続され、大地２００より絶縁される。第１高電圧電源１２０の負極端子１２１には、負極側高圧ケーブル１３１の一端と、地絡ケーブル１３３の一端が接続され、正極端子１２２には、正極側高圧ケーブル１３２の一端が接続される。負極側高圧ケーブル１３１及び正極側高圧ケーブル１３２の他端は、負荷として取り付けられる第１被測定回路１０５に接続される。第１実施形態の場合は、自動車に搭載された非接地系高電圧回路を想定している。

地絡ケーブル１３３には、他端が大地２００に接続されるが、その間に分圧抵抗器Ｒ１１、整流器Ｄ１１、及び電流検出抵抗器Ｒｇ１が設けられる。電流検出抵抗器Ｒｇ１の両端には検出器１２５が接続されている。この様な構成の絶縁監視装置１０に、第１高電圧電源１２０によって電圧を掛けると、第１被測定回路１０５の漏電の有無を検出することが可能である。

第１実施形態の絶縁監視装置１０は上記構成であるので、以下に説明するような作用及び効果を奏する。

まず、少ない部品点数での漏電検出を可能にした点が効果として挙げられる。第１実施形態の絶縁監視装置１０は、第１高電圧電源１２０の負極端子１２１と大地２００間に、分圧抵抗器Ｒ１１、整流器Ｄ１１、及び電流検出抵抗器Ｒｇ１を直列に接続し、電流検出抵抗器Ｒｇ１での降下電圧が、合格範囲ｘよりプラス側に検出される場合は、正極側高圧ケーブル１３２の不良、合格範囲ｘよりマイナス側に検出される場合は、負極側高圧ケーブル１３１の不良と判断される。

図２に、絶縁監視装置１０の検出器１２５での出力に関する説明図を示す。絶縁監視装置１０に第１高電圧電源１２０によって電圧をかけると、漏電電流の検出が可能となる。例えば、正極側高圧ケーブル１３２が地絡したときには、破線で示す地絡電流１３５は大地２００より地絡ケーブル１３３を通過して第１高電圧電源１２０の負極端子１２１に向かって流れる。地絡ケーブル１３３には整流器Ｄ１１が備えられ、一方通行に電流が流れ、電流検出抵抗器Ｒｇ１の両端にはオームの法則に従って、地絡電流１３５の大きさに比例する電圧降下が発生する。

つまり、（地絡電流値）×（電流検出抵抗）＝（電圧降下量）となる。この際、図２に示すように、電圧降下量Ｖｇ１を一定の範囲、例えばＨＨからＨまでの間を合格範囲ｘとして、電圧降下量Ｖｇ１が合格範囲ｘ内にあれば、正常漏れ電流Ｖ１と判断される。一方、「電圧降下量Ｖｇ１＞ＨＨ」となったときには、正極側高圧ケーブル１３２からの地絡１５０が発生したか、絶縁不良だと判定する。この判定は、検出器１２５に出力される値を監視することで行われる。

図３に、絶縁監視装置１０の説明図を示す。負極側高圧ケーブル１３１が地絡した場合の説明図である。絶縁監視装置１０の第１高電圧電源１２０に電圧をかけ、負極側高圧ケーブル１３１が地絡した場合、電圧降下量Ｖｇ１が合格範囲ｘ内にあるときは、正常漏れ電流Ｖ１は正極側高圧ケーブル１３２から電流検出抵抗器Ｒｇ１を通らず、負極側高圧ケーブル１３１に直接電圧が流れる量が多くなる。その結果、電流検出抵抗器Ｒｇ１を通過する漏れ電流は減少し、Ｈ＞電圧降下量Ｖｇ１となる。そして、負極側高圧ケーブル１３１の地絡１５０が発生したか、又は絶縁不良と判定する。この判定は、検出器１２５に出力される値を監視することで行われる。

合格範囲ｘが１０μＡ以上１００μＡ以下の範囲に設定されていれば、絶縁監視装置１０に発生する地絡電流値Ｉｇは１０μＡ未満で負極側の地絡又は絶縁不良、１００μＡを越えていれば正極側の地絡又は絶縁不良として判断される。この際に第１被測定回路１０５の抵抗が１ＫΩであったとすると、流れる電圧は０．０１Ｖから０．１Ｖの間が合格範囲ｘということになる。このように、分圧抵抗器Ｒ１１の分圧抵抗値を小さく設定することで、地絡電流値Ｉｇを大きくすることができる。そして、地絡電流値Ｉｇのピーク値を１０ｍＡ程度にすることができ、絶縁監視感度を安定した領域に設定することができる。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第２実施形態の絶縁監視装置２０の構成は、第１実施形態の絶縁監視装置１０の基本構成と類似しているが、高圧直流電源を２系統直列に接続して使用する点で異なる。以下、異なる部分を説明する。

図４に、第２実施形態の、直流電源を直列接続した場合の絶縁監視装置２０の構成を示す。第１絶縁変圧抵抗器１１０には、第１高電圧電源１２０及び第２高電圧電源１４０が接続される。第１高電圧電源１２０の負極端子１２１には負極側高圧ケーブル１３１の一端が接続され、負極端子１２１には正極側高圧ケーブル１３２の一端が接続される。一方、第２高電圧電源１４０の正極端子１４２には正極側高圧ケーブル１３６の一端が接続され、負極端子１４１には負極側高圧ケーブル１３７の一端が接続されている。正極側高圧ケーブル１３２及び負極側高圧ケーブル１３７の他端は第１被測定回路１０５が接続され、負極側高圧ケーブル１３１と正極側高圧ケーブル１３６の他端は高圧ケーブル１３９で合流され、第１被測定回路１０５に接続されている。つまり、第１高電圧電源１２０と第２高電圧電源１４０は直列に接続されている。

第１高電圧電源１２０の負極端子１２１には、地絡ケーブル１３３の一端が接続されて、地絡ケーブル１３３の他端は大地２００に接続されており、その間に、分圧抵抗器Ｒ１１、整流器Ｄ１１及び電流検出抵抗器Ｒｇ１が直列に設けられている。電流検出抵抗器Ｒｇ１の両端には、検出器１２５が接続されている。一方、第２高電圧電源１４０の正極端子１４２には地絡ケーブル１３８の一端が接続されて、地絡ケーブル１３８の他端は大地２００に接続されており、その間に、分圧抵抗器Ｒ２１、整流器Ｄ２１、電流検出抵抗器Ｒｇ２が直列に設けられている。電流検出抵抗器Ｒｇ２の両端には、検出器１２６が接続されている。整流器Ｄ１１と整流器Ｄ２１との向きは逆向きに配置されている。

第２実施形態はこの様な構成であるので、第１実施形態と同様に非接地系高電圧回路の漏電検出を、安価かつ高精度に行う事が可能となる。なお、第２実施形態では、第１高電圧電源１２０と第２高電圧電源１４０を２つ直列に第１被測定回路１０５に接続しており、電流検出抵抗器Ｒｇ１と電流検出抵抗器Ｒｇ２の電流を検出することで、正極側高圧ケーブル１３２、負極側高圧ケーブル１３７及び高圧ケーブル１３９の何れのケーブルで漏電が発生しているかを判断することが可能となる。

即ち、正極側高圧ケーブル１３２が地絡すれば、地絡ケーブル１３３に地絡電流１３５が流れるので、電流検出抵抗器Ｒｇ１で電流降下が発生する。一方、負極側高圧ケーブル１３７が地絡すれば、地絡ケーブル１３８に地絡電流１３５が流れるので、電流検出抵抗器Ｒｇ２で電流降下が発生する。高圧ケーブル１３９で地絡した場合には、電流検出抵抗器Ｒｇ１及び電流検出抵抗器Ｒｇ２で電圧降下がＨレベル未満になる。この様に、漏電箇所を特定できるので、イオン加速器などにも絶縁監視装置１０を利用することができる。

次に、本発明の第３の実施形態について説明する。第３実施形態の絶縁監視装置３０の構成は、第１実施形態の絶縁監視装置１０の基本構成と類似しているが、高圧直流電源を２系統並列に接続して使用する点で異なる。以下、異なる部分を説明する。

図５に、第３実施形態の、直流電源を独立非接地とした場合の非接地型高電圧回路の絶縁監視装置の説明図を示す。第１絶縁変圧抵抗器１１０には、第１高電圧電源１２０が接続され、負極端子１２１には負極側高圧ケーブル１３１の一端が、正極端子１２２には正極側高圧ケーブル１３２の一端が接続される。負極側高圧ケーブル１３１及び正極側高圧ケーブル１３２の他端には第１被測定回路１０５が接続される。一方、第２絶縁変圧抵抗器１１１には、第２高電圧電源１４０が接続され、負極端子１４１には負極側高圧ケーブル１３７の一端が、正極端子１４２には正極端子１４２の一端が接続される。正極側高圧ケーブル１３６及び負極側高圧ケーブル１３７の他端は第２被測定回路１０６が接続される。

第１高電圧電源１２０の負極端子１２１には地絡ケーブル１３３の一端が接続され、地絡ケーブル１３３の他端は大地２００に接続され、分圧抵抗器Ｒ１１、整流器Ｄ１１及び電流検出抵抗器Ｒｇ１が直列に接続される。第２高電圧電源１４０の負極端子１４１には地絡ケーブル１３８の一端が接続され、地絡ケーブル１３８の他端は大地２００に接続され、分圧抵抗器Ｒ２１、整流器Ｄ２１及び電流検出抵抗器Ｒｇ２が直列に接続される。電流検出抵抗器Ｒｇ１の両端には、検出器１２５が接続される。電流検出抵抗器Ｒｇ２の両端には、検出器１２６が接続される。

第３実施形態は上記構成であるので、第１実施形態と同様の作用及び効果を得ることが可能である。ただし、第３実施形態は第１被測定回路１０５及び第２被測定回路１０６の２つの被測定回路に接続する構成となっており、多段検出を可能としている点で、他の実施例とは異なる。

以上、本実施形態に則して発明を説明したが、この発明は前記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更することにより実施することもできる。例えば、設定された漏れ電流の値は適宜変更することを妨げない。

１０ 絶縁監視装置
２０ 絶縁監視装置
３０ 絶縁監視装置
１０５ 第１被測定回路
１１０ 第１絶縁変圧抵抗器
１２０ 第１高電圧電源
１２１ 負極端子
１２２ 正極端子
１２５ 検出器
１３１ 負極側高圧ケーブル
１３２ 正極側高圧ケーブル
１３３ 地絡ケーブル
１３５ 地絡電流
１５０ 地絡
２００ 大地
Ｄ１１ 整流器
Ｉｇ 地絡電流値
Ｒ１１ 分圧抵抗器
Ｒｇ１ 電流検出抵抗器
Ｖ１ 電流
Ｖｇ１ 電圧降下量
ｘ 合格範囲

Claims (1)

1. 非接地形鋼圧電源回路で、電源の負極側出力端子と大地間に、分圧抵抗器、整流器、及び電流検出抵抗器を直列に接続し、
   前記電流検出抵抗器での降下電圧が、
   所定範囲よりプラス側に検出される場合は、正極側ケーブルの不良、
   所定範囲よりマイナス側に検出される場合は、負極側ケーブルの不良、
   と、判断されること、
   を特徴とする漏電検出方法。
   

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