JP2016099344A - 接地抵抗測定装置及びその操作方法 - Google Patents

Abstract

【課題】装置接地点と遠隔給電接地点との間の接地抵抗の大きさを正確に計算することが可能な接地抵抗測定装置及びその操作方法を提供する。
【解決手段】本発明の接地抵抗測定装置は、交流電源側の接地抵抗を測定し、交流電源を供給する装置入力側に電気的に接続される。前記接地抵抗測定装置は、直流電源発生回路と直流電圧検出回路とを含む。前記直流電源発生回路は、前記交流電源を受けて直流電源に変換する。前記直流電源により、前記接地抵抗の両端に直流抵抗電圧を発生させる。交流電源回路の直流成分の和が０であるという特性を利用して、前記直流電圧検出回路は、前記装置入力側と装置接地点との間の直流電圧差値を測定して前記直流抵抗電圧に等しいことにより、前記接地抵抗の大きさを算出して検出する。
【選択図】図３

Description

本発明は、接地抵抗測定装置及びその操作方法に関し、特に、交流電源側に用いられる接地抵抗測定装置及びその操作方法に関する。

現在、電気自動車及びその充電ステーションに関する国際法規又は基準において、ＵＬ ２２３１−１基準は、主に人身保護に関連している。その適用範囲は、米国電気工事規程に基づく感電による人身危害を防ぐための電気自動車の充電回路の要件を満たす一般規定が適用される。
また、適用範囲の拡大に伴って、配電システムは、完全な等電位接続システムになるように、通常、ＰＥ保護線によって電気装置の露出部分及び導電部分に接続される。そして、絶縁の損傷により引き起こされる故障電流の大きさは、接地抵抗値の大きさと絶対的関連性を有している。言い換えれば、良好な接地があるこそ、電気的安全性があり、人身の安全を確保できる。そのため、電源側の接地抵抗を正確的に検出することは、接地故障の検出や良好な接地の実現に大きく寄与することができる。

図１Ａないし図１Ｃは、従来技術の接地抵抗検出回路を示す回路図である。図１Ａ及び図１Ｂに示す交流電源側の接地抵抗検出方法について、現在、フォトカプラＯＰ（図１Ａに示す）又はトランジスタスイッチＱ１と抵抗器Ｒ１，Ｒ２（図１Ｂに示す）との組み合わせによって、交流電源側の接地抵抗Ｒｇの状況を検知するものは、よく知られている。具体的に、図２Ａに示すように、接地抵抗Ｒｇが短絡した場合、出力端子Ｐａに一致したデューティサイクル（ｄｕｔｙ ｃｙｃｌｅ）の方形波信号を発生する。逆に、接地抵抗Ｒｇが高抵抗状態（ＭΩ程度）である場合、出力端子Ｐａで測定した方形波信号が変わる。したがって、その方形波信号のデューティサイクルが一致するか変わるかによって、接地抵抗Ｒｇの状況を分かることが可能になっている。なお、図１Ｃに示す従来技術は、整流した後の出力端子Ｐａの電圧振幅の大きさ（図２Ｂに示すように、方形波信号ではない）によって、接地抵抗Ｒｇが変わったかを判断する。こうすると、出力端子Ｐａの出力波形を検出することによって、交流電源側の接地抵抗Ｒｇの状況をおおまかに判断することができる。

しかし、現在の検出方法には、以下の欠点が存在する。
１．接地抵抗Ｒｇの大きさを高精度に検出することができない。すなわち、出力端子Ｐａの波形を検出することで交流電源側の接地抵抗Ｒｇの状況を判断する現在の検出方法では、一致したデューティサイクルの方形波信号に対して、その接地抵抗Ｒｇが短絡したことを判断することができるが、出力振幅の不規則な波形に対して、その接地抵抗Ｒｇの状況を高精度に判断することができない。
２．小さな抵抗値を有する接地抵抗Ｒｇを検出することができない。すなわち、現在の検出方法は、ほとんど５０ＫΩ或いは２００ＫΩ以上の接地抵抗Ｒｇのみを検出できるため、接地抵抗Ｒｇの抵抗値が比較的に小さい場合、重大な誤検出になるおそれがある。
３．接地線に流れる漏れ電流が比較的に大きいため、人体感電や電気機器の損傷を引き起こす可能性が高い。

したがって、交流電源回路の直流成分の和が０である場合に装置入力側と装置接地点との間の直流電圧差値が直流抵抗電圧の大きさに等しいという特性を利用して、発生した既知の電圧源又は電流源に合わせることで、装置接地点と遠隔給電接地点との間の接地抵抗の大きさを正確に計算することが可能な接地抵抗測定装置及びその操作方法を如何にして設計するかということは、本発明の発明者が克服して、解決すべき一大課題である。
前述した従来技術の欠点を改善するため、本発明は接地抵抗測定装置及びその操作方法を提供することにより、従来技術の問題を克服する。

本発明の前述の目的を達成するため、本発明の接地抵抗測定装置は、交流電源を供給する装置入力側と装置接地点とに電気的に接続され、前記交流電源側の接地抵抗の大きさを測定する。前記接地抵抗測定装置は、直流電源発生回路と直流電圧検出回路とを含む。前記直流電源発生回路は、前記交流電源を受けるために、前記装置入力側と前記装置接地点とに電気的に接続され、前記交流電源を直流電源に変換する。前記直流電源により、前記接地抵抗の両端に直流抵抗電圧を発生させる。前記直流電圧検出回路は、前記装置入力側と前記装置接地点とに電気的に接続され、前記装置入力側と前記装置接地点との間の直流電圧差値を検出する。交流電源回路の直流成分の和が０である場合に前記直流電圧差値が前記接地抵抗の前記直流抵抗電圧に等しい特性を利用して、前記接地抵抗の大きさを算出して検出する。

本発明の前述の目的を達成するため、本発明の接地抵抗測定装置の操作方法は、交流電源を供給する装置入力側と装置接地点とに電気的に接続され、前記交流電源側の接地抵抗の大きさを測定するための接地抵抗測定装置に適用される。前記接地抵抗測定装置の操作方法は、（ａ）前記装置入力側と前記装置接地点とに電気的に接続され、前記交流電源を受けるための直流電源発生回路を提供するステップと、（ｂ）前記交流電源を直流電源に変換し、前記直流電源により前記接地抵抗の両端に直流抵抗電圧を発生させるステップと、（ｃ）前記装置入力側と前記装置接地点との間の直流電圧差値を検出する直流電圧検出回路を提供するステップと、（ｄ）交流電源回路の直流成分の和が０である場合に前記直流電圧差値が前記接地抵抗の前記直流抵抗電圧に等しい特性を利用して、前記接地抵抗の大きさを算出して検出するステップとを含む。

本発明の特徴と利点は次の通りである。
１.接地抵抗測定装置は多相電力システムに適用できるため、接地抵抗測定装置の適応性及び靭性を高めることができる。
２.受動電子部品を利用して、直流電源発生回路１０を設計することにより、回路の開発コストを削減し、制御回路の設計を簡素化することができる。
３．交流電源回路の直流成分の和が０である場合に装置入力側Ｓｃと装置接地点ＰＥとの間の直流電圧差値が直流抵抗電圧Ｖ_{ｄｃ＿Ｒｇ}の大きさに等しいという特性を利用して、直流電源発生回路１０によって既知の電圧源又は電流源の発生合わせて、マイクロプロセッサによって装置接地点ＰＥ（クライアント）と遠隔給電接地点ＰＥｓとの間の接地抵抗Ｒｇの大きさを正確に計算することができ、且つ、小さな抵抗値を有する接地抵抗Ｒｇを正確に検出することができる。
４.接地線に流れる漏れ電流が小さいため、人体及び電気機器の保護を提供することができる。

従来技術の接地抵抗検出回路を示す回路図である。 従来技術のもう一つの接地抵抗検出回路を示す回路図である。 従来技術の他の接地抵抗検出回路を示す回路図である。 図１Ａ及び図１Ｂの接地抵抗検出回路の出力信号を示す波形図である。 図１Ｃの接地抵抗検出回路の出力信号を示す波形図である。 本発明の接地抵抗測定装置を模式的に示す回路ブロック図である。 本発明の一実施例による直流電源発生回路は直流電流源である場合を示す回路図である。 本発明の一実施例による直流電源発生回路は直流電圧源である場合を示す回路図である。 本発明の第１実施例による直流電源発生回路を示す回路図である。 本発明の第２実施例による直流電源発生回路を示す回路図である。 本発明の好適な実施例による直流電圧検出回路を示す回路図である。 本発明の接地抵抗測定装置に適用するマイクロプロセッサを示す回路ブロック図である。 本発明の接地抵抗測定装置を交流電源側に適用する場合を示す詳細な回路図である。 本発明の接地抵抗測定装置の操作方法を示すフローチャートである。

本発明の所定目的を達成するために採用する技術、手法および効果がより詳しく理解できるように、下記に示す本発明についての詳細な説明および図面を参照されたい。これにより本発明の目的、特徴および特長がより一層、しかも具体的に理解できるものと信じる。しかしながら図面は参考および説明用に過ぎず、本発明を限定するためのものではない。

以下、本発明の技術内容及び詳細な説明について、図面を参照しつつ説明する。
図３は、本発明の接地抵抗測定装置を模式的に示す回路ブロック図である。接地抵抗測定装置は、装置接地点ＰＥと給電接地点ＰＥｓとの間の接地抵抗Ｒｇの大きさを測定する。接地抵抗測定装置は、交流電源側Ｓｓの相間に対応する装置入力側Ｓｃに電気的に接続される。言い換えれば、交流電源は三相４線式である場合、交流電源側Ｓｓは、３本の給電線Ｌｓ１〜Ｌｓ３及び１本の中性線Ｎｓを有する。装置入力側Ｓｃは、それに対応して３本の給電線Ｌｃ１〜Ｌｃ３及び１本の中性線Ｎｃを有する。同様に、交流電源が三相３線式である場合、交流電源側Ｓｓは、３本の給電線Ｌｓ１〜Ｌｓ３を有する。装置入力側Ｓｃは、それに対応して３本の給電線Ｌｃ１〜Ｌｃ３を有する。特に、本発明の接地抵抗測定装置は、ｎ相電力システムに適用することが可能である。また、交流電源側Ｓｓから装置入力側Ｓｃまでの距離は、一般に非常に長い距離、少なくとも数百メートル〜数十キロメートルも離れている。そのため、図３において、二重波線は、交流電源側Ｓｓと装置入力側Ｓｃとは隣接して設置されていないことを意味する。同様に、二重波線は、装置接地点ＰＥと給電接地点ＰＥｓとは隣接して設置されていないことを意味する。

接地抵抗測定装置は、主として直流電源発生回路１０と直流電圧検出回路２０とを含む。直流電源発生回路１０は、装置入力側Ｓｃと装置接地点ＰＥとに電気的に接続される。具体的に、直流電源発生回路１０の一側は装置入力側Ｓｃの各相の配線に電気的に接続され、他側は装置接地点ＰＥに電気的に接続される。図３に示すように、直流電源発生回路１０の一側は複数の給電線Ｌｃ１〜Ｌｃ３と中性線Ｎｃとに電気的に接続され、他側は装置接地点ＰＥに電気的に接続される。直流電圧検出回路２０は、装置入力側Ｓｃと装置接地点ＰＥとに電気的に接続される。言い換えれば、直流電圧検出回路２０の一側は装置入力側Ｓｃのいずれかの一相の配線に電気的に接続され、他側は装置接地点ＰＥに電気的に接続される。図３に示すように、直流電圧検出回路２０の一側は、複数の給電線Ｌｃ１〜Ｌｃ３及び中性線Ｎｃのうち１本に電気的に接続される。本実施例において、直流電圧検出回路２０の一側は給電線Ｌｃ２に電気的に接続されるため、他の給電線又は中性線Ｎｃとの接続を点線で表す。また、直流電圧検出回路２０のもう一側は、装置接地点ＰＥに電気的に接続される。特に、本発明の直流電圧検出回路２０は、いずれか一相の給電線又は中性線Ｎｃに接続しさえすればよい。

直流電源発生回路１０は、直流成分の電圧又は電流を発生するための、直流電圧発生回路又は直流電流発生回路であってもよい。直流電源発生回路１０は、直流成分の電源を発生し、その直流電源により、接地抵抗Ｒｇの両端に直流抵抗電圧Ｖ_{ｄｃ＿Ｒｇ}及び接地抵抗Ｒｇに流れる直流抵抗電流Ｉ_{ｄｃ＿Ｒｇ}を発生する。仮に直流電源が直流電流源である場合、接地抵抗Ｒｇに流れる直流抵抗電流Ｉ_{ｄｃ＿Ｒｇ}は既知である。なお、交流電源回路全体における直流成分（ＤＣ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ）の和が０であるため、直流抵抗電圧Ｖ_{ｄｃ＿Ｒｇ}の大きさは、装置入力側Ｓｃの給電線Ｌｃ１〜Ｌｃ３のうち一相又は中性線Ｎｃと、装置接地点ＰＥとの間の直流電圧差に等しい。そのため、給電接地点ＰＥｓと装置接地点ＰＥとの直流電圧差を直接測定する必要なく、装置入力側Ｓｃのところで、給電線Ｌｃ１〜Ｌｃ３のうち一相又は中性線Ｎｃと装置接地点ＰＥとの間の直流電圧差を測定すると、接地抵抗Ｒｇの両端の直流抵抗電圧Ｖ_{ｄｃ＿Ｒｇ}を得ることができる。故に、直流抵抗電圧Ｖ_{ｄｃ＿Ｒｇ}と直流抵抗電流Ｉ_{ｄｃ＿Ｒｇ}との比を算出することにより、装置接地点ＰＥ（クライアント）と給電接地点ＰＥｓとの間の接地抵抗Ｒｇの大きさを得ることができる。仮に直流電源発生回路１０が直流電圧源を発生する場合、単純な分圧の法則を利用して接地抵抗Ｒｇの大きさを算出ことができる。

仮に直流電源発生回路１０が直流電流発生回路である場合、直流電源発生回路１０は、直流電流Ｉｄｃを発生し、接地抵抗Ｒｇに流入する直流電流Ｉｄｃが直流抵抗電流Ｉ_{ｄｃ＿Ｒｇ}になり、接地抵抗Ｒｇの両端に直流抵抗電圧Ｖ_{ｄｃ＿Ｒｇ}を発生する。

特に、実際の回路は上述した実施態様に限定されない。言い換えれば、直流電源発生回路１０の入力側及び出力側を複数の給電線Ｌｃ１〜Ｌｃ３と中性線Ｎｃとのいずれかの２つに電気的に接続するとともに、それに合わせて出力側を装置接地点ＰＥに接続することにより、発生した直流成分の電圧又は電流によって、装置接地点ＰＥと給電接地点ＰＥｓとの間の接地抵抗Ｒｇの大きさを高精度に算出することを実現することができる。

以下、直流電源発生回路１０及び直流電圧検出回路２０の詳細な回路及びその操作方法について説明する。

本発明において、直流電源発生回路１０は、直流電流源又は直流電圧源であってもよい。図４Ａは、本発明の一実施例による直流電源発生回路は直流電流源である場合を示す回路図である。上述したように、直流電源発生回路１０は、装置入力側Ｓｃと装置接地点ＰＥとに電気的に接続され、装置入力側Ｓｃの交流電圧を直接受ける。そのため、直流電源発生回路１０が装置入力側Ｓｃの交流電圧を変換することにより、直流電流Ｉｄｃを出力することができる。また、図４Ｂは、本発明の一実施例による直流電源発生回路は直流電圧源である場合を示す回路図である。上述したように、直流電源発生回路１０は、装置入力側Ｓｃの交流電圧を直接受けて、装置入力側Ｓｃの交流電圧を直流電圧Ｖｄｃに変換して出力する。直流電圧Ｖｄｃは、純粋な直流電圧であることに限定されず、整流及び／又はフィルタリングによって得た直流電圧であってもよい。図４Ｃは、本発明の第１実施例による直流電源発生回路を示す回路図である。直流電源発生回路１０は、複数のダイオードＤ１〜Ｄｎ＋１と抵抗器Ｒｄｃとを含む。複数のダイオードＤ１〜Ｄｎ＋１は、装置入力側Ｓｃの３本の給電線Ｌｃ１〜Ｌｃ３及び中性線Ｎｃに対応して電気的に接続される。図４Ｃに示すように、複数のダイオードＤ１〜Ｄｎ＋１のアノード端子は、装置入力側Ｓｃの３本の給電線Ｌｃ１〜Ｌｃ３及び中性線Ｎｃに対応して電気的に接続される。抵抗器Ｒｄｃの一端は複数のダイオードＤ１〜Ｄｎ＋１のカソード端子に電気的に接続される。複数のダイオードＤ１〜Ｄｎ＋１と抵抗器Ｒｄｃとの接続構成により、装置入力側Ｓｃの交流電圧は、複数のダイオードＤ１〜Ｄｎ＋１によって直流電圧源に整流され、抵抗器Ｒｄｃによって装置接地点ＰＥに接続される。そのため、複数のダイオードＤ１〜Ｄｎ＋１及び抵抗器Ｒｄｃによって、直流電源発生回路を実現することができる。特に、本実施例において、装置入力側Ｓｃのうち一相に対応するダイオードを１つのみ使って、直流成分電源を一つのみ発生させればよい。本実施例において、ダイオードＤ２が給電線Ｌｃ２に対応して接続されるため、図４Ｃには実線で表す。これに対し、その他のダイオードが給電線又は中性線Ｎｃに選択的に接続されることを点線で表す。

図４Ｄは、本発明の第２実施例による直流電源発生回路を示す回路図である。図４Ｄと図４Ｃの最大の相違点は、図４Ｄにおいて、複数のダイオードＤ１〜Ｄｎ＋１のカソード端子は、装置入力側Ｓｃの３本の給電線Ｌｃ１〜Ｌｃ３及び中性線Ｎｃに対応して電気的に接続される。抵抗器Ｒｄｃの一端は複数のダイオードＤ１〜Ｄｎ＋１のアノード端子に電気的に接続される。複数のダイオードＤ１〜Ｄｎ＋１の極性が変わるため、装置入力側Ｓｃの交流電圧は、複数のダイオードＤ１〜Ｄｎ＋１によって直流電圧源に整流され、抵抗器Ｒｄｃによって装置接地点に接続される。第２実施例と上記第１実施例の差異点は、図４Ｄにおける直流電流Ｉｄｃの方向は、図４Ｃにおける直流電流Ｉｄｃの方向と逆になる。言い換えれば、図４Ｃ及び図４Ｄにおいて、複数のダイオードＤ１〜Ｄｎ＋１が装置入力側Ｓｃの交流電圧の正負の半サイクルに対応して整流した後、抵抗器Ｒｄｃにより直流電源が発生する。故に、複数のダイオードＤ１〜Ｄｎ＋１及び抵抗器Ｒｄｃによって、直流電源発生回路を同様に実現することができる。

特に、本発明において、図４Ｃ及び図４Ｄの２つの実施態様のみを提供するが、これらに限定されない。実際に適用する場合に、直流電源発生回路１０は、交流電圧を直流電流又は直流電圧に変更できる回路、例えば、電流ミラー回路（ｃｕｒｒｅｎｔ ｍｉｒｒｏｒ ｃｉｒｃｕｉｔ）又は他の回路を用いて実現することが可能である。

図５は、本発明の好適な実施例による直流電圧検出回路を示す回路図である。直流電圧検出回路２０は、主として差動増幅回路２０２とローパスフィルタ回路２０４とを含む。差動増幅回路２０２は、差動演算増幅器Ｏｐ＿ｄｉｆと、複数の抵抗器と、複数のコンデンサとによって構成される。具体的に、差動演算増幅器Ｏｐ＿ｄｉｆは、反転入力端子と非反転入力端子とを有し、非反転入力端子は、装置接地点ＰＥに電気的に接続され、反転入力端子は、装置入力側Ｓｃの複数の給電線Ｌｃ１〜Ｌｃ３又は中性線Ｎｃのうち１本に電気的に接続される。差動増幅回路２０２は、給電線Ｌｃ１〜Ｌｃ３のうち一相又は中性線Ｎｃと装置接地点ＰＥとの電圧差を抽出することにより、差動電圧Ｖｄｉｆを出力する。ローパスフィルタ回路２０４は、差動増幅回路２０２に電気的に接続される。ローパスフィルタ回路２０４は、演算増幅器Ｏｐ＿ｆｉｔと、複数の抵抗器と、複数のコンデンサとによって構成される。具体的に、ローパスフィルタ回路２０４は、反転入力端子と非反転入力端子とを有し、非反転入力端子は、差動演算増幅器Ｏｐ＿ｄｉｆに電気的に接続されることにより、差動電圧Ｖｄｉｆを受ける。演算増幅器Ｏｐ＿ｆｉｔは、差動電圧Ｖｄｉｆの直流成分を抽出する。言い換えれば、演算増幅器Ｏｐ＿ｆｉｔが出力した直流成分電圧は、直流抵抗電圧Ｖ_{ｄｃ＿Ｒｇ}である。
それにより、直流電圧検出回路２０は、直流抵抗電圧Ｖ_{ｄｃ＿Ｒｇ}を取得してマイクロプロセッサ３０に出力し、演算を行うことにより、接地抵抗Ｒｇの大きさを高精度に算出することができる。

また、直流電圧検出回路２０は、ゲイン調整回路２０６をさらに含む。ゲイン調整回路２０６は、ローパスフィルタ回路２０４とマイクロプロセッサ３０とに電気的に接続される。ゲイン調整回路２０６は、演算増幅器Ｏｐ＿ｇａｉｎと複数の抵抗器とによって構成される。具体的に、ゲイン調整回路２０６は、反転入力端子と非反転入力端子とを有し、非反転入力端子は、演算増幅器Ｏｐ＿ｆｉｔに電気的に接続されることにより、直流抵抗電圧Ｖ_{ｄｃ＿Ｒｇ}を受ける。ゲイン調整回路２０６は、調整直流抵抗電圧Ｖ^＊ _{ｄｃ＿Ｒｇ}になるように直流抵抗電圧Ｖ_{ｄｃ＿Ｒｇ}のゲインを調整する。調整直流抵抗電圧Ｖ^＊ _{ｄｃ＿Ｒｇ}は、バックエンドのマイクロプロセッサ３０の処理する電圧信号の大きさ又は信号解像度（ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）に適用することが可能である。

図６は、本発明の接地抵抗測定装置に適用するマイクロプロセッサを示す回路ブロック図である。交流電源の大きさが変動するため、マイクロプロセッサ３０は、装置入力側Ｓｃの交流電圧情報を受信し、交流電圧の変動に基づいて、それに対応して接地抵抗Ｒｇを算出することにより、算出した接地抵抗Ｒｇの大きさを固定値に維持することができ、交流電圧の変動による影響を受けることがない。

図７は、本発明の接地抵抗測定装置を交流電源側に適用する場合を示す詳細な回路図である。図７は、主として図４Ｃにおける直流電源発生回路１０及び図５における直流電圧検出回路２０を図３に具体的に適用したもので、本発明の好適な実施例による接地抵抗測定装置を示す。しかし、上述したように、直流電源発生回路１０は異なる実施態様としてもよく、また、直流電圧検出回路２０も等価回路によって実施することができる。特に、好適な実施例において、直流電圧検出回路２０における差動増幅回路２０２によって提供された非反転入力端子は、装置接地点ＰＥに電気的に接続される。また、差動増幅回路２０２によって提供された反転入力端子は、給電線Ｌｃ１〜Ｌｃ３のうち一相の電圧又は中性線Ｎｃに接続される。図７において、例として差動増幅回路２０２の反転入力端子が給電線Ｌｃ２に接続される。言い換えれば、差動増幅回路２０２は、給電線Ｌｃ１〜Ｌｃ３のうち一相の電圧又は中性線Ｎｃと装置接地点ＰＥとの電圧差を抽出し、さらに、直流電圧検出回路２０の処理により、直流抵抗電圧Ｖ_{ｄｃ＿Ｒｇ}又は調整直流抵抗電圧Ｖ^＊ _{ｄｃ＿Ｒｇ}を得ることができる。

故に、本発明の接地抵抗測定装置は、直流電源発生回路１０によって装置入力側Ｓｃの交流電圧が直流電圧に変換され、接地抵抗Ｒｇの両端に直流抵抗電圧Ｖ_{ｄｃ＿Ｒｇ}が発生される。さらに、交流電源回路の直流成分の和が０であるという特性を利用して、直流電圧検出回路２０が測定した装置入力側と装置接地点との直流電圧差値を直流抵抗電圧Ｖ_{ｄｃ＿Ｒｇ}の大きさに等しくする。そうすると、マイクロプロセッサによって装置接地点ＰＥ（クライアント）と遠隔給電接地点ＰＥｓとの間の接地抵抗Ｒｇの大きさを正確に計算することができる。

図８は、本発明の接地抵抗測定装置の操作方法を示すフローチャートである。接地抵抗測定装置の操作方法は、交流電源の相間に対応する装置入力側と装置接地点とに電気的に接続され、交流電源側の接地抵抗の大きさを測定する。操作方法は、以下の手順を含む。まず、装置入力側と装置接地点とに電気的に接続され、装置入力側の交流電源を受けるための直流電源発生回路を提供する（Ｓ１０）。交流電源は三相４線式である場合、交流電源側は、３本の給電線及び１本の中性線を有することに対応して、装置入力側も、３本の給電線及び１本の中性線を有する。そして、交流電源を直流電源に変換し、直流電源により接地抵抗の両端に直流抵抗電圧を発生する（Ｓ２０）。本発明において、直流電源発生回路は、直流電流源又は直流電圧源であってもよい。直流電源発生回路は、装置入力側の交流電圧を直接受けるように、装置入力側と装置接地点とに電気的に接続される。そのため、直流電源発生回路が装置入力側の交流電圧を変換することにより、直流電圧を出力するか、又は、直流電源発生回路が装置入力側の交流電圧を直接受けて、装置入力側の交流電圧を直流電圧に変換して出力する。ここで、直流電圧は、純粋な直流電圧であることに限定されず、整流及び／又はフィルタリングによって得た直流電圧であってもよい。

さらに、装置入力側と装置接地点との間の直流電圧差値を検出する直流電圧検出回路を提供する（Ｓ３０）。直流電圧検出回路は、主として差動増幅回路とローパスフィルタ回路とを含む。差動増幅回路は、差動演算増幅器と、複数の抵抗器と、複数のコンデンサとによって構成される。具体的に、差動演算増幅器は、反転入力端子と非反転入力端子とを有し、非反転入力端子は、装置接地点に電気的に接続され、反転入力端子は、装置入力側の複数の給電線又は中性線のうち１本に電気的に接続される。差動増幅回路は、給電線のうち一相又は中性線と装置接地点との電圧差を抽出することにより、差動電圧を出力する。ローパスフィルタ回路は、差動増幅回路に電気的に接続される。ローパスフィルタ回路は、演算増幅器と、複数の抵抗器と、複数のコンデンサとによって構成される。具体的に、ローパスフィルタ回路は、反転入力端子と非反転入力端子とを有し、非反転入力端子は、差動演算増幅器に電気的に接続されることにより、差動電圧を受ける。演算増幅器は、差動電圧の直流成分を抽出する。言い換えれば、演算増幅器が出力した直流成分電圧は、直流抵抗電圧である。

最後に、交流電源回路の直流成分の和が０である場合に直流電圧差値が接地抵抗の直流抵抗電圧に等しい特性を利用して、接地抵抗の大きさを算出して検出する（Ｓ４０）。直流電圧検出回路は、直流抵抗電圧を取得してマイクロプロセッサに出力し、演算を行うことができる。具体的に、マイクロプロセッサは、直流抵抗電圧、及び接地抵抗に流れる直流抵抗電流である直流電流を算出することにより、接地抵抗の大きさを高精度に算出するができる。

また、直流電圧検出回路は、ゲイン調整回路をさらに含む。ゲイン調整回路は、ローパスフィルタ回路とマイクロプロセッサとに電気的に接続される。ゲイン調整回路は、演算増幅器と複数の抵抗器とによって構成される。具体的に、ゲイン調整回路は、反転入力端子と非反転入力端子とを有し、非反転入力端子は、演算増幅器に電気的に接続されることにより、直流抵抗電圧を受ける。ゲイン調整回路は、調整直流抵抗電圧になるように直流抵抗電圧のゲインを調整する。調整直流抵抗電圧は、バックエンドのマイクロプロセッサの処理する電圧信号の大きさ又は信号解像度（ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）に適用することが可能である。

ただし、上記は、本発明の好ましい実施例の詳細な説明および図面に過ぎず、本発明の特徴がこれに限定されないため、本発明を限定するために用いられるものではなく、本発明の全ての範囲は別紙の特許請求の範囲を基準とすべきである。およそ本発明の特許請求の範囲における技術的思想およびその類似の変化の実施例に合うものは、いずれも本発明の範疇に含まれるものであって、当業者が本発明の範囲内で容易に想到し得る変化または付加はいずれも本願の特許請求の範囲に含まれるものである。

（先行技術）
Ｒｇ 接地抵抗
Ｏｐ フォトカプラ
Ｑ１ トランジスタスイッチ
Ｒ１ 抵抗器
Ｒ２ 抵抗器
Ｐａ 出力端子
（本発明）
１０ 直流電源発生回路
２０ 直流電圧検出回路
２０２ 差動増幅回路
２０４ ローパスフィルタ回路
２０６ ゲイン調整回路
３０ マイクロプロセッサ
Ｓｓ 交流電源側
Ｓｃ 装置入力側
Ｌｓ１〜Ｌｓｎ 交流電源側給電線
Ｎｓ 交流電源側中性線
Ｌｃ１〜Ｌｃｎ 装置入力側給電線
Ｎｃ 装置入力側中性線
Ｖ_{ｄｃ＿Ｒｇ} 直流抵抗電圧
Ｉ_{ｄｃ＿Ｒｇ} 直流抵抗電流
Ｒｇ 接地抵抗
ＰＥ 装置接地点
ＰＥｓ 給電接地点
Ｄ１〜Ｄｎ＋１ ダイオード
Ｒｄｃ 抵抗器
Ｉｄｃ 直流電流
Ｏｐ＿ｄｉｆ 差動演算増幅器
Ｏｐ＿ｆｉｔ 演算増幅器
Ｏｐ＿ｇａｉｎ 演算増幅器
Ｖｄｉｆ 差動電圧
Ｖ^＊ _{ｄｃ＿Ｒｇ} 調整直流抵抗電圧

Claims (14)

1. 交流電源を供給する装置入力側と装置接地点とに電気的に接続され、前記交流電源側の接地抵抗の大きさを測定するための接地抵抗測定装置であって、
   前記装置入力側と前記装置接地点とに電気的に接続され、前記交流電源を受けて、前記接地抵抗の両端に直流抵抗電圧を発生するための直流電源に変換する直流電源発生回路と、
   前記装置入力側と前記装置接地点とに電気的に接続され、前記装置入力側と前記装置接地点との間の直流電圧差値を検出する直流電圧検出回路と、を含み、
   交流電源回路の直流成分の和が０である場合に前記直流電圧差値が前記接地抵抗の前記直流抵抗電圧に等しい特性を利用して、前記接地抵抗の大きさを算出して検出することを特徴とする接地抵抗測定装置。
2. 前記直流電源発生回路は、
   前記装置入力側に電気的に接続される少なくとも１つのダイオードと、
   前記少なくとも１つのダイオードに接続される抵抗器と、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の接地抵抗測定装置。
3. 前記少なくとも１つのダイオードのカソード端子は、前記抵抗器の一端に接続され、前記少なくとも１つのダイオードのアノード端子は、前記装置入力側に接続されることを特徴とする請求項２に記載の接地抵抗測定装置。
4. 前記少なくとも１つのダイオードのアノード端子は、前記抵抗器の一端に接続され、前記少なくとも１つのダイオードのカソード端子は、前記装置入力側に接続されることを特徴とする請求項２に記載の接地抵抗測定装置。
5. 前記直流電源発生回路は、直流電圧源を発生し、
   前記接地抵抗測定装置は、マイクロプロセッサをさらに含み、前記直流抵抗電圧を受け、前記直流電圧源及び前記直流抵抗電圧に基づいて、前記接地抵抗の大きさを算出し、
   前記マイクロプロセッサは、前記交流電源の変動状況に基づいて、受けた前記直流抵抗電圧に応じて、算出した前記接地抵抗の大きさを固定値に維持することを特徴とする請求項１に記載の接地抵抗測定装置。
6. 前記直流電源発生回路は、直流電流源を発生し、
   前記接地抵抗測定装置は、マイクロプロセッサをさらに含み、前記直流抵抗電圧を受け、前記直流抵抗電圧と前記直流電流源との比を算出することにより、前記接地抵抗の大きさを算出し、
   前記マイクロプロセッサは、前記交流電源の変動状況に基づき、受けた前記直流抵抗電圧に応じて、算出した前記接地抵抗の大きさを固定値に維持することを特徴とする請求項１に記載の接地抵抗測定装置。
7. 前記直流電圧検出回路は、差動増幅回路と、ローパスフィルタ回路と、ゲイン調整回路とを含み、
   前記差動増幅回路は、差動演算増幅器と、複数の抵抗器と、複数のコンデンサとを含み、
   前記差動演算増幅器は、２つの入力端子がそれぞれ前記装置接地点と前記装置入力側の給電線又は中性線とに電気的に接続されることにより、前記給電線又は中性線の電圧と前記装置接地点との電圧差を抽出して差動電圧を出力し、
   前記ローパスフィルタ回路は、演算増幅器と、複数の抵抗器と、複数のコンデンサとを含み、前記差動電圧を受けてフィルタリングすることにより、前記直流抵抗電圧を取得し、
   ゲイン調整回路は、演算増幅器と、複数の抵抗器とを含み、前記直流抵抗電圧を受けることにより、前記直流抵抗電圧のゲインが調整直流抵抗電圧になるように調整することを特徴とする請求項１に記載の接地抵抗測定装置。
8. 交流電源を供給する装置入力側と装置接地点とに電気的に接続され、前記交流電源側の接地抵抗の大きさを測定するための接地抵抗測定装置の操作方法であって、
   （ａ）前記装置入力側と前記装置接地点とに電気的に接続され、前記交流電源を受けるための直流電源発生回路を提供するステップと、
   （ｂ）前記交流電源を直流電源に変換し、前記直流電源により前記接地抵抗の両端に直流抵抗電圧を発生させるステップと、
   （ｃ）前記装置入力側と前記装置接地点との間の直流電圧差値を検出する直流電圧検出回路を提供するステップと、
   （ｄ）交流電源回路の直流成分の和が０である場合に前記直流電圧差値が前記接地抵抗の前記直流抵抗電圧に等しい特性を利用して、前記接地抵抗の大きさを算出して検出するステップと、
   を含むことを特徴とする接地抵抗測定装置の操作方法。
9. 前記直流電源発生回路は、
   前記装置入力側に電気的に接続される少なくとも１つのダイオードと、
   前記少なくとも１つのダイオードに接続される抵抗器と、
   を含むことを特徴とする請求項８に記載の接地抵抗測定装置の操作方法。
10. 前記少なくとも１つのダイオードのカソード端子は、互いに電気的に接続されるとともに、前記抵抗器の一端に接続され、
    前記少なくとも１つのダイオードのアノード端子は、前記装置入力側に接続されることを特徴とする請求項９に記載の接地抵抗測定装置の操作方法。
11. 前記少なくとも１つのダイオードのアノード端子は、互いに電気的に接続されるとともに、前記抵抗器の一端に接続され、
    前記少なくとも１つのダイオードのカソード端子は、前記装置入力側に接続されることを特徴とする請求項９に記載の接地抵抗測定装置の操作方法。
12. 前記直流電源発生回路は、直流電圧源を発生し、
    前記接地抵抗測定装置は、マイクロプロセッサをさらに含み、前記直流抵抗電圧を受け、前記直流電圧源及び前記直流抵抗電圧に基づいて、前記接地抵抗の大きさを算出し、
    前記マイクロプロセッサは、前記交流電源の変動状況に基づいて、受けた前記直流抵抗電圧に応じて、算出した前記接地抵抗の大きさを固定値に維持することを特徴とする請求項８に記載の接地抵抗測定装置の操作方法。
13. 前記直流電源発生回路は、直流電流源を発生し、
    前記接地抵抗測定装置は、マイクロプロセッサをさらに含み、前記直流抵抗電圧を受け、前記直流抵抗電圧と前記直流電流源との比を算出することにより、前記接地抵抗の大きさを算出し、
    前記マイクロプロセッサは、前記交流電源の変動状況に基づき、受けた前記直流抵抗電圧に応じて、算出した前記接地抵抗の大きさを固定値に維持することを特徴とする請求項８に記載の接地抵抗測定装置の操作方法。
14. 前記直流電圧検出回路は、差動増幅回路と、ローパスフィルタ回路と、ゲイン調整回路とを含み、
    前記差動増幅回路は、差動演算増幅器と、複数の抵抗器と、複数のコンデンサとを含み、
    前記差動演算増幅器は、２つの入力端子がそれぞれ前記装置接地点と前記装置入力側の給電線又は中性線とに電気的に接続されることにより、前記給電線又は中性線の電圧と前記装置接地点との電圧差を抽出して差動電圧を出力し、
    前記ローパスフィルタ回路は、演算増幅器と、複数の抵抗器と、複数のコンデンサとを含み、前記差動電圧を受けてフィルタリングすることにより、前記直流抵抗電圧を取得し、
    ゲイン調整回路は、演算増幅器と、複数の抵抗器とを含み、前記直流抵抗電圧を受けることにより、前記直流抵抗電圧のゲインが調整直流抵抗電圧になるように調整することを特徴とする請求項８に記載の接地抵抗測定装置の操作方法。