JP2016211978A - 絶縁抵抗測定方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁抵抗を煩雑な測定操作をすることなく連続的に、しかも電源電圧の変動の影響を受けずに、安定に、精度よく測定することのできる測定方法および測定装置を提供する。
【解決手段】非接地の直流給電回路の正極側給電路と負極側給電路との間に、等しい値の高抵抗の第１抵抗器および第２抵抗器と、低抵抗の第３抵抗器とを直列接続して構成した２組の抵抗回路を直列接続し、これら２組の抵抗回路が互いに接続された中性点を低抵抗の第４抵抗器を介して接地してなるＴ型検出回路により、前記両電路の絶縁抵抗を測定すする際、絶縁抵抗を測定する電路に対応して前記２組の抵抗回路の抵抗値を抵抗可変手段により増減して絶縁抵抗を測定する。
【選択図】図１

Description

この発明は、システムの運転状態、つまり活線状態で給電回路の絶縁抵抗を測定する方法および装置に関する。例えば、直流電源を用いた電気推進船舶などにおいては、運転中の安全確認の見地から、給電回路はいつでも活線状態で、しかも連続的に絶縁抵抗を監視できることが要求されるが、この発明はこのような用途に使用して好適なものである。

非接地給電路の絶縁抵抗の測定装置として、特許文献１に示す装置が知られている。この従来の絶縁抵抗測定装置を図６に示す。

図６に示す従来の絶縁抵抗測定装置は、検出抵抗１０１〜１０５によってＴ型検出回路を構成し、抵抗１０２，１０４および１０５の各々から信号１０６（電圧Ｖ１），１０８（電圧Ｖ２）および１０７（電圧Ｖ３）をそれぞれ得る。これら信号１０６〜１０８は絶縁変換器１０９，１１０，１１１の一次側に入力され、それぞれ絶縁変換されて二次信号１１２〜１１４となる。

二次信号１１２〜１１４は、ローパスフィルタ１１５、１１６、１１８により高調波成分が除去されて信号１１９〜１２１となり、そのうち信号１１９と１２０が正極側割算器１２５に、また信号１２０と１２１が負極側割算器１２６に入力され、割算が実行される。また、極性判別器１２２は信号１２０の極性を判別し、信号１２０が（＋）方向のとき、すなわち電圧ＶＲ３が（＋）方向のときは信号１２３をオンとする出力を発生し、（−）方向のときは信号１２４をオンとする出力を発生する。

極性判別器１２２（ＰＣ）が（＋）方向の信号１２３を出力したときは、正極側の演算器１２５，１３１や表示装置１３５，警報装置１３６を動作させ、負極側をロックする。同様に、極性判別器１２２が（−）方向の信号１２４を出力したときは、負極側の演算器１２６，１３２や表示装置１３５，警報装置１３６を動作させ、正極側をロックする。

以下、極性判別器１２２（ＰＣ）が（＋）方向の信号１２３を出力し、正極側電路の絶縁抵抗を測定する場合について説明する。

図７の絶縁抵抗の測定動作説明図を参照して正極側電路の絶縁抵抗を測定する場合について説明する。

ここで、正極側の抵抗１０１の抵抗値Ｒ１１対抵抗１０２の抵抗値Ｒ１２、または、負極側の抵抗１０３の抵抗値Ｒ２１対抵抗１０４の抵抗値Ｒ２２の抵抗値の比をそれぞれ１：１／１００〜１：１／２５程度とするが、これは測定しようとする回路の電圧値、または測定しようとする絶縁抵抗値の範囲などによって最適な値を選定する。

例えば、直流電圧５００Ｖ回路の絶縁抵抗を測定する場合、検出抵抗１０１、１０３の抵抗値Ｒ１１、Ｒ２１を１ＭΩ、検出抵抗１０２、１０４の抵抗値Ｒ１２，Ｒ２２を１０ＫΩに選定したとき、絶縁抵抗が無限大の場合にはＲＰｘ＝∞であるとすると、図７に示す絶縁抵抗ＲＰｘに流れる電流ＩＰＸは流れない。その結果、検出抵抗１０２，１０４の両端電圧Ｖ１，Ｖ２はＶ１＝Ｖ２で、検出抵抗１０１、１０２，１０３，１０４に流れる電流ＩＳは、
ＩＳ≒Ｖ÷（Ｒ１１＋Ｒ１２＋Ｒ２１＋Ｒ２２）
であり、Ｍ電位はＶＰ＝ＶＮ＝２５０Ｖで、抵抗１０１と１０２の抵抗比は１：１／１００であるから、抵抗１０２，１０４には、２５０Ｖ／１００≒２．５Ｖの電圧が発生することになる。

いま、給電回路の正極側電路Ｐの絶縁抵抗ＲＰｘが低下したとすると、接地回路には接地電流ＩＰＸ＝Ｖ÷（ＲＰｘ＋Ｒ３＋Ｒ２１＋Ｒ２２）が流れ、検出抵抗１０５の両端には
Ｖ３＝ＩＰＸ×Ｒ３
の電圧が発生する。このとき、検出抵抗１０２の両端電圧Ｖ１は電流ＩＳで決定され、検出抵抗１０５の両端電圧Ｖ３は電流ＩＰＸで決定される。すなわち、抵抗１０１，絶縁抵抗ＲＰｘの抵抗値がそれぞれ抵抗１０２，１０５の抵抗値よりも充分に大きい場合、Ｒ１２＝Ｒ３とすれば、Ｖ１とＶ３の電圧値の割合は検出抵抗１０１の抵抗値Ｒ１１と絶縁抵抗のＲＰｘの抵抗値ＲＰｘの割合の逆数と考えられるから、Ｖ１とＶ３の電圧比ｎ（＝Ｖ１／Ｖ３）を求め、この比ｎに検出抵抗１０１の抵抗値Ｒ１１を乗じると、すなわち
ｎ×Ｒ１１＝ＲＰｘ
から絶縁抵抗値ＲＰｘを求めることができる。

以上のことは、図６の回路では、以下のように実行される。

すなわち、検出抵抗１０２の両端電圧Ｖ１の信号１０６が、絶縁変換器１０９→信号１１２→ローパスフィルタ１１５を介して信号１１９となり、割算器１２５の一方に入力される。また、電流ＩＰＸによって発生する検出抵抗１０５の両端電圧Ｖ３の信号１０７が絶縁変換器１１０→信号１１３→ローパスフィルタ１１６を介して信号１２０となり、割算器２５の他方に入力されるとともに、極性判別器１２２へ入力される。

このときは、信号１２０が正（＋）方向であるから、極性判別器１２２が（＋）方向を判別してオンとなる信号１２３を出力し、割算器１２５および掛算器１３１を演算状態とし、表示装置１３５および警報装置１３６を正極側に切替える。また、オフとなる信号１２４により、割算器１２６および掛算器１３２を非演算状態とし、負極側の表示装置１３５および警報装置１３６の動作をロックする。

上記切替えによって、割算器１２５では信号１１９と信号１２０との比ｎであるＶ１／Ｖ３を示す信号１２７を出力し、掛算器１３１の一方に入力する。定数設定器１２９は、設定値Ｋを検出抵抗Ｒ１１およびＲ２１と同値とする信号１３０を出力し、掛算器１３１の他方に入力する。従って、掛算器１３１は割算器１２５からの出力信号１２７と、定数設定器１２９からの定数Ｋを示す信号１３０とを掛け合わせ、信号１３３を出力する。

信号１３３は、
ＲＰｘ＝ｎ×Ｋ＝（Ｖ１／Ｖ３）×Ｒ１１ （１）
で求められ、求めるべき絶縁抵抗値ＲＰｘを示す。

この式で、ｎはＶ１／Ｖ３、Ｋは抵抗１０１の抵抗値と等しい値の定数である。

これは表示装置１３５に与えられて表示される一方、警報装置１３６では予め設定した絶縁抵抗値よりも低下したら警報を発するとともに、出力信号１３７を時系列に記録することにより絶縁抵抗値の時系列の変化を記録するなど、安全管理のための処理をする。なお、図６のように、測定用電源１３８および電源スイッチ１３９を設けておき、これらを使用することで無通電状態、つまり活線状態でない状態での給電電路，機器または装置の絶縁抵抗の測定が可能となる。

次に、負極側電路の絶縁抵抗を測定する場合について説明する。

この場合、測定しようとする絶縁抵抗はＲＮｘであり、これに電流ＩＮＸが流れることにより、抵抗１０２を抵抗１０４に置き換えることで上記と同様の関係から、求めるべき絶縁抵抗値ＲＮｘは、
ＲＮｘ＝ｎ×Ｋ＝（Ｖ２／Ｖ３）×Ｒ２１ （２）
として求めることができる。この式において、ｎはＶ２／Ｖ３であり、Ｋは抵抗１０３の抵抗値Ｒ２１と等しい値の定数である。

図６の回路における、信号１０６，１１２，１１９，１２７および１３３を信号１０８，１１４，１２１，１２８および１３４に、演算回路１２５，１３１を演算回路１２６，１３２に、また信号１２３をＯＦＦ，信号１２４をＯＮにそれぞれ置き換えることにより、正極側電路の絶縁抵抗ＲＰｘを測定する場合と全く同様にして負極側電路の絶縁抵抗ＲＮｘを測定することができる。

絶縁抵抗の抵抗値ＲＰｘ＝１ＭΩであるとし、Ｒ１１＝ＲＰｘ＝１ＭΩ、Ｒ１２＝Ｒ３＝１０ＫΩとすると、図７からＶ１＝Ｖ３は、およそ１．６５Ｖとなり、両電圧の比ｎは、Ｖ１／Ｖ３＝１．６５／１．６５＝１となるので、正極側電路の絶縁抵抗ＲＰｘとして、前記（１）式から、１ＭΩを求めることができる。

同様に、電圧比ｎ＝Ｖ１／Ｖ３＝１０では、絶縁抵抗ＲＰｘとして、（１）式からＲＰｘ＝（Ｋ＝１ＭΩ）×（ｎ＝１０）＝１０ＭΩが求まる。同様に、電圧比ｎ＝Ｖ１／Ｖ３＝１００では、ＲＰｘ＝（Ｋ＝１ＭΩ）×（ｎ＝１００）＝１００ＭΩ、電圧比ｎ＝０．１では、ＲＰｘ＝（Ｋ＝１ＭΩ）×（ｎ＝０．１）＝０．１ＭΩを求めることができる。

なお、給電回路の電源１００の電圧が変動した場合、これに比例して電流ＩＳ，ＩＰＸおよびＩＮＸが変動してＶ１，Ｖ２およびＶ３も変動するが、電圧比ｎ＝Ｖ１／Ｖ３およびｎ＝Ｖ２／Ｖ３は変わらない。従って、この従来装置によれば、測定しようとする給電回路の電圧が変動しても測定値はその影響を受けないで、安定して絶縁抵抗の測定ができる利点が得られる。

特開２００７−１９８３３０号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の従来装置には、正極側電路と負極側電路の絶縁抵抗の差が大きいときは、測定誤差は小さいが、両極の絶縁抵抗の差が小さい場合は、測定誤差が大きくなり、また、両極電路の絶縁抵抗が同じ値になれば測定不能となる問題がある。

図８に従来装置における両極電路の絶縁抵抗の抵抗比の変化による検出特性を示す。

この図８の検出特性図の横軸は、Ｐ極側電路の絶縁抵抗ＲＰｘとＮ極側電路の絶縁抵抗ＲＮｘの比ＲＮｘ／ＲＰｘまたはＲＰｘ／ＲＮｘを示し、縦軸は、Ｔ型検出回路による絶縁抵抗測定値と実絶縁抵抗値の比（ＲＰｘの測定抵抗値／ＲＰｘの実抵抗値）、（ＲＮｘの測定抵抗値／ＲＮｘの実抵抗値）を示す。

正極側絶縁抵抗ＲＰｘ＝１で、負極側絶縁抵抗ＲＮｘ＝１で両極絶縁抵抗が同値であると、接地電流ＩＰＸとＩＮＸが等しくなるから、検出抵抗Ｒ３を流れる接地電流ＩＰＸとＩＮＸが互いに打ち消し合って、検出電圧Ｖ３は０となり、これによって求まる絶縁抵抗値が無限大となって、絶縁抵抗ＲＰｘおよびＲＮｘの測定が不能となる。

また、図８から、明らかなように、絶縁抵抗ＲＰｘとＲＮｘの比が２であれば、測定抵抗値と実抵抗値の比は２となり、測定誤差は２倍と大きくなる。しかし、絶縁抵抗ＲＰｘとＲＮｘの比が２０と大きくなると、測定抵抗値と実抵抗値の比は１．０５となり、測定誤差は、１．０５倍と小さくなる。

したがって、この発明の課題は、前記のような従来装置における問題点を解決するため、絶縁抵抗を煩雑な測定操作をすることなく連続的に、しかも電源電圧の変動の影響を受けずに、絶縁抵抗を安定して測定でき、かつ、両極の絶縁抵抗の差が小さくても、高精度の測定ができる絶縁抵抗の測定方法および測定装置を提供することにある。

このような課題を解決するため、請求項１の発明は、非接地の直流給電回路の正極側給電路と負極側給電路との間に、等しい値の高抵抗の第１抵抗器および第２抵抗器と、低抵抗の第３抵抗器とを直列接続して構成した２組の抵抗回路を直列接続し、これら２組の抵抗回路が互いに接続された中性点を低抵抗の第４抵抗器を介して接地してなるＴ型検出回路を備え、このＴ型検出回路の各組の抵抗回路に前記第１抵抗器および第２抵抗器の抵抗値分を加減する抵抗可変手段をそれぞれ設け、これらの抵抗可変手段により前記各組の抵抗回路の抵抗値を加減しながら、前記２組の抵抗回路の第３抵抗器の両端に発生する各電圧と、前記第４抵抗器の両端に発生する電圧を検出し、一方の組の抵抗回路の第３抵抗器の電圧と第４抵抗器との電圧比、または、他方の組の抵抗回路の第３抵抗器の電圧と第４抵抗器との電圧比を演算し、これらの電圧比のいずれかに前記第１抵抗器または第２抵抗器と同じ値の定数Ｋ値を乗算して前記両極の絶縁抵抗値を得ることを特徴とする。

この請求項１の発明おいては、前記抵抗可変手段より前記各組の抵抗回路の抵抗値の一方を増大するときは、他方の組の抵抗回路の抵抗値が低減されるように相補的に交互に調整して両極の絶縁抵抗を測定するのがよい（請求項２の発明）。

請求項３の発明は、非接地の直流給電回路の正極側給電路と負極側給電路との間に、等しい値の高抵抗の第１抵抗器および第２抵抗器と、低抵抗の第３抵抗器とを直列接続して構成した２組の抵抗回路を直列接続し、これら２組の抵抗回路が互いに接続された中性点を低い抵抗の第４抵抗器を介して接地したＴ型検出回路と、
このＴ型検出回路の各組の抵抗回路の前記第１抵抗器と第２抵抗器の抵抗値分をそれぞれ加減する抵抗可変手段と、
前記各抵抗可変手段を選択的に動作指令を与えて測定位置を選択する手段と、
前記各組の抵抗回路の第３抵抗器の各両端と前記第４抵抗器の両端に発生する電圧をそれぞれ検出する電圧検出手段と、
前記正極電路側の抵抗回路の第３抵抗器の電圧と前記第４抵抗器との電圧比を演算する第１演算手段と、前記負極電路側の抵抗回路の第３抵抗器の電圧と前記第４抵抗器の電圧比を演算する第２演算手段と、
前記第１演算手段からの電圧比に前記正極電路側の抵抗回路の第１抵抗器または第２抵抗器の抵抗値と同じ値の定数Ｋ値を乗算する第３演算手段と、前記第２演算手段からの電圧比に前記負極側第１抵抗器または第２抵抗器の抵抗値と同じ値の定数Ｋ値を乗算する第４演算手段と、
前記第３または第４演算手段のそれぞれの出力を絶縁抵抗値として表示する表示手段とを有することを特徴とする。

請求項３の発明においては、前記各組の抵抗回路の可変手段より一方の組の抵抗回路の抵抗値を増大するときは他方の組の抵抗回路の抵抗値が低減されるように相補的に交互に調整する機能を備えるようにするのがよい（請求項４の発明）。

前記第４抵抗器に発生する電圧の極性を判別する極性判別手段を設け、正極性のときは正極側の演算および表示を可能として負極側の演算および表示をロックし、負極性のときは負極側の演算および表示を可能として正極側の演算および表示をロックすることができる（請求項５の発明）。

さらに、前記絶縁抵抗値が予め設定された設定値より低下したことを判別して警報を発する警報手段を設けるようにしてもよい(請求項６の発明)。

この発明によれば、絶縁抵抗を測定するためのＴ型検出回路の２組の抵抗回路に設けた抵抗値可変手段により、各組の抵抗回路の抵抗値を一方は増大し、他方は減少するように相補的に調整することにより、両極電路の絶縁抵抗の抵抗値に見かけ上大きな差をつけて測定することが可能となるので、測定誤差が小さくなり、測定精度を高めることができる。

この発明の実施例を示す回路構成図。 この発明における絶縁抵抗の測定動作の説明図。 この発明における測定位置選択スイッチの選択位置と抵抗短絡用スイッチの開閉状態の関係を示す図。 この発明による正極電路の絶縁抵抗の測定動作の説明図。 この発明による負極電路の絶縁抵抗の測定動作の説明図。 従来の絶縁抵抗測定装置を示す回路構成図。 従来の絶縁抵抗測定装置の測定動作の説明図。 従来の絶縁抵抗測定装置の測定特性を示す図。

この発明の実施の形態を図に示す実施例について説明する。

図１はこの発明の実施例を示す構成図である。

図１において、１は直流電源であり、Ｐは直流電源１の正極から引き出された正極給電路、Ｎは、負極給電路、ＲＰは検出抵抗３（Ｒ１Ａ）〜５（Ｒ１Ｃ）を直列接続した第１抵抗回路（正極抵抗回路と呼ぶこともある）、ＲＮは検出抵抗７(Ｒ２Ａ)〜９（Ｒ２Ｃ）を直列接続した第２抵抗回路（負極抵抗回路と呼ぶこともある）である。この２組の抵抗回路ＲＰ，ＲＮは、抵抗５と９が向き合うように対称的に配列して、直流電源１に接続された正極給電路Ｐと負極給電路Ｎとの間に直列に接続される。さらに２組の抵抗回路ＲＰ，ＲＮが互いに接続された中性点Ｍに検出抵抗１１（Ｒ３）の一端を接続し、その他端を接地することによりＴ型検出回路が構成される。

抵抗回路ＲＰ，ＲＮには、それぞれ直列接続された２個の抵抗を短絡する第１スイッチＰＳ１およびＮＳ１と１個の抵抗を短絡する第２スイッチＰＳ２およびＮＳ２が並列に設けられている。第１スイッチＰＳ１およびＮＳ１が、それぞれ各抵抗回路の抵抗３、４および７、８に並列に接続され、第２スイッチＰＳ２およびＮＳ２がそれぞれ抵抗４および８に並列に接続される。このような第１スイッチＰＳ１，ＮＳ１および第２スイッチＰＳ２，ＮＳ２は開閉によって抵抗回路ＲＰおよびＲＮの抵抗値を加減する抵抗値可変手段となる
測定位置選択スイッチ (ただ単に選択スイッチと呼ぶこともある)２は、回転操作によって絶縁抵抗測定する電路の選択を行うもので、その選択位置によって第１スイッチＰＳ１およびＮＳ１と第２スイッチＰＳ２およびＮＳ２の開閉を制御する。

正、負極両極の電路Ｐ、Ｎの絶縁抵抗を同時に測定する場合は、選択スイッチ２が「常」で示される通常測定位置に置かれる。正極電路Ｐの絶縁抵抗を測定する場合は、選択スイッチ２を「Ｐ」で示される正極測定位置に置き、そして負極電路Ｎの絶縁抵抗を測定する場合は、選択スイッチ２を「Ｎ」で示される負極測定位置に置く。

選択スイッチ２の選択位置と、スイッチＰＳ１、ＮＳ１、ＰＳ２、ＮＳ２の開閉状態の関係を図３に示す。この図３の横方向に選択位置「Ｐ」、「常」、「Ｎ」を採って、縦方向にスイッチＰＳ１、ＰＳ２，ＮＳ１、ＮＳ２を示し、マトリックスの交点上の×印は、スイッチがオン（閉）していることを示し、無印は、スイッチがオフ（開）していることを示す。

図３に示すように、選択スイッチ２で「常」で示される通常測定位置が選択されたときは、第２スイッチＰＳ２とＮＳ２がオンとなる。これにより両極抵抗回路ＲＰおよびＲＮの抵抗４および８が短絡される。

選択スイッチ２で正極給電路Ｐの絶縁抵抗を測定する位置「Ｐ」が選択されときは、負極側抵抗回路ＲＮの第１スイッチＮＳ１がオン（閉）となり、負極側抵抗回路ＲＮの２つの抵抗７、８が短絡される。そして、選択スイッチ２で負極給電路Ｎの絶縁抵抗を測定する位置「Ｎ」が選択されたときは、正極側抵抗回路ＲＰの第１スイッチＰＳ１がオン（閉）となり、正極側抵抗回路ＲＰの２つの抵抗３，４が短絡される。

検出抵抗５（Ｒ１Ｃ），９（Ｒ２Ｃ）および１１（Ｒ３１）の各々の両端に絶縁型の電圧検出器６、１０および１２が接続され、それぞれ１次側とは絶縁された電圧検出信号Ｖ１、Ｖ２およびＶ３を得る。

なお、検出抵抗１１は、測定レンジ選択器１３によって開閉される接点を介して３個の抵抗が並列接続され、測定抵抗１１の抵抗値Ｒ３が変更可能に構成されているので、選択された測定レンジ１，２，３に応じてその端子電圧Ｖ３を変更することができる。

これらの電圧検出信号Ｖ１〜Ｖ３は、ローパスフィルタ１４〜１６により高調波成分が除去されて、そのうち信号Ｖ１とＶ３が正極側割算器１７に、また信号Ｖ２とＶ３が負極側割算器１８に入力され、割算が実行される。

割算器１７および１８からそれぞれ出力される電圧比（ｎ）Ｖ１／Ｖ３およびＶ２／Ｖ３を示す出力信号ＳＰ１およびＳＮ１は、それぞれ掛算器１９および２０に加えられ、定数設定器２１に設定された検出抵抗３または７の抵抗値Ｒ１ＡまたはＲ２Ａに等しい抵抗値を示す定数ＳＫと乗算される。掛算器１９、２０の出力信号ＳＰ２、ＳＮ２は、監視記録装置２２で処理されて表示装置２３および警報装置２４に加わる。

また、極性判別器２５は信号Ｖ３の極性を判別し、信号Ｖ３が（＋）方向のときは信号ＶＰをオンにする出力を発生し、（−）方向のときは信号ＶＮをオンにする出力を発生する。

極性判別器２５が（＋）方向の信号ＶＰを出力したときは、正極側の演算器１７，１９や表示装置２３，警報装置２４を動作させ、負極側をロックする。同様に、極性判別器２５が（−）方向の信号ＶＮを出力したときは、負極側の演算器１８，２０や表示装置２３，警報装置２４を動作させ、正極側をロックする。

図２は絶縁抵抗を測定する場合の説明図である。この図を参照して、絶縁抵抗の測定方法を説明する。

ここで、正極側抵抗回路ＲＰの抵抗３（Ｒ１Ａ）、４（Ｒ１Ｂ）、と負極側抵抗回路ＲＮの抵抗７（Ｒ２Ａ），８（Ｒ２Ｂ）は等しい抵抗値に選ばれている。抵抗５（Ｒ１Ｃ）と９（Ｒ２Ｃ）も等しい抵抗値に選ばれている。そして、抵抗３，４，７，８の抵抗値は、低抵抗値を有する抵抗５、９に対して２５〜１００倍程度の高抵抗値とするが、これらの抵抗値は測定しようとする回路電圧値、または測定しようとする絶縁抵抗値の範囲などによって最適な値を選定する。

例えば、直流電圧５００Ｖの給電回路の絶縁抵抗を測定する場合、抵抗３、４、７、８の抵抗値（Ｒ１Ａ，Ｒ１Ｂ，Ｒ２Ａ，Ｒ２Ｂ）を３３ｋΩ、抵抗５、９の抵抗値（Ｒ１Ｃ，Ｒ２Ｃ）を３３０Ωに選定し、抵抗１１は、測定レンジを変更するために１から１０ｋΩの範囲で抵抗値を可変できる抵抗とする。

選択スイッチ２を「常」で示される通常位置におき、正、負両極の電路Ｐ，Ｎの測定位置を選択したときは、各抵抗回路の第２スイッチＰＳ２およびＮＳ２がオンし、高抵抗値の抵抗４と８が短絡される。絶縁抵抗が無限大の場合にはＲＰｘ＝ＲＮｘ＝∞であるから、図２に示す絶縁抵抗ＲＰｘおよびＲＮｘを流れる電流ＩＰＸおよびＩＮＸは流れない。その結果、検出抵抗５、９の両端電圧Ｖ１，Ｖ２はＶ１＝Ｖ２で、両抵抗回路ＲＰおよびＲＮを通して流れる電流ＩＳは、
ＩＳ＝Ｖ÷（Ｒ１Ａ＋Ｒ１Ｃ＋Ｒ２Ａ＋Ｒ２Ｃ）≒Ｖ÷（Ｒ１Ａ＋Ｒ２Ａ）
となる。

中性点Ｍの電位はＶＰ＝ＶＮ＝２５０Ｖで、抵抗３、５（Ｒ１Ｃ）と抵抗３、９（Ｒ２Ｃ）の抵抗比は１：１／１００であるから、抵抗５と抵抗９には、２５０Ｖ／１００≒２．５Ｖの電圧が発生する。

いま、電源回路の正極電路Ｐ側の絶縁抵抗ＲＰｘが低下したとすると、接地回路には、
ＩＰＸ＝Ｖ÷（ＲＰｘ＋Ｒ３１＋Ｒ２Ａ＋Ｒ２Ｃ）
となる接地電流ＩＰＸが流れ、検出抵抗１１の両端には、
Ｖ３＝ＩＰＸ×Ｒ３１
の電圧が発生する。このとき、検出抵抗５の両端電圧Ｖ１は電流ＩＳで決定され、検出抵抗１１の両端電圧Ｖ３は接地電流ＩＰＸで決定される。すなわち、ここでは、抵抗３の抵抗値Ｒ１Ａと接地抵抗の抵抗値ＲＰｘがそれぞれ抵抗５の抵抗値Ｒ１Ｃ，抵抗１１の抵抗値Ｒ３１よりも充分に大きいので、検出電圧Ｖ１とＶ３の比は抵抗３の抵抗値Ｒ１Ａと接地抵抗の抵抗値ＲＰｘの比の逆数となるから、電圧Ｖ１とＶ３の電圧比ｎを求め、この比ｎに検出抵抗３の抵抗値Ｒ１Ａを乗じることにより、すなわち
ＲＰｘ＝ｎ×Ｒ１Ａ＝（Ｖ１／Ｖ３）×Ｒ１Ａ
から絶縁抵抗値を求めることができる。

以上のことは、図１の回路では、以下のように実行される。

すなわち、検出抵抗５の両端電圧Ｖ１が、絶縁検出器６→ローパスフィルタ１４を介して割算器１７の一方に入力される。また、電流ＩＰＸによって発生する検出抵抗１１の両端電圧Ｖ３が絶縁検出器１２→ローパスフィルタ１６を介して割算器１７の他方に入力されるとともに、極性判別器２５へ入力される。

このとき、電圧Ｖ３が正極（＋）方向であるから、極性判別器２５が（＋）方向を判別して信号ＶＰをオンにして出力し、割算器１７および掛算器１９を演算状態とし、表示装置２３および警報装置２４を正極側に切替える。また、信号ＶＮはオフとなることにより、割算器１８および掛算器２０が非演算状態とされ、表示装置２３および警報装置２４の負極側の動作がロックされる。

上記切替えによって、割算器１７では信号Ｖ１と信号Ｖ３との比ｎであるＶ１／Ｖ３を示す信号ＳＰ１を出力し、掛算器１９の一方に入力する。定数設定器２１は、設定値Ｋを検出抵抗３および７の抵抗値Ｒ１ＡおよびＲ２Ａと同値とする信号ＳＫを出力し、掛算器１９の他方に入力する。従って、掛算器１９は割算器１７からの出力信号ＳＰ１と、定数設定器２１からの定数Ｋを示す信号ＳＫとを掛け合わせて、信号ＳＰ２を出力する。

信号ＳＰ２は、求めるべき絶縁抵抗値ＲＰｘ、すなわち、
ＲＰｘ＝ｎ×Ｋ＝（Ｖ１／Ｖ３）×Ｒ１Ａ （３）
を示しており、これは、監視記録制御装置２２を介して表示装置２３に与えられて表示される一方、警報装置２４では、この絶縁抵抗測定値が予め設定した絶縁抵抗値よりも低下したら警報を発するとともに、監視記録制御装置２２は、出力信号ＳＰ２で時系列に変化する絶縁抵抗値を記録するなど、安全管理のための処理をする。

なお、図１のように、測定用電源３８および電源スイッチ３９を設けておき、これらを使用することにより、給電回路の直流電源１を遮断した無通電状態、つまり活線状態でない状態での電路，機器または装置の絶縁抵抗の測定が可能となる。

負極側の絶縁抵抗ＲＮｘが低下した場合、負極側絶縁抵抗ＲＮｘを通して電流ＩＮＸが流れることにより、抵抗３を抵抗７に置き換えることで上記と同様の関係から、求めるべき絶縁抵抗値ＲＮｘは、
ＲＮｘ＝ｎ×Ｋ＝（Ｖ２／Ｖ３）×Ｒ２Ａ （４）
として求めることができる。

図１の回路も、信号Ｖ１、ＳＰ１、ＳＰ２を信号Ｖ２、ＳＮ１、ＳＮ２に、演算回路１７、１９を演算回路１８，２０に、また信号ＶＰをオフ，信号ＶＮをオンにそれぞれ置き換えることにより、正極側絶縁抵抗を測定する場合と全く同様にして負極側絶縁抵抗を測定することができる。

図２の回路では、電源回路の電圧が変動した場合、これに比例して電流ＩＳ，ＩＰＸが変動してＶ１，Ｖ３も変動するが、電圧比ｎ＝Ｖ１／Ｖ３は変わらない。従って、この発明によれば、測定しようとする給電回路の電圧が変動しても測定値はその影響を受けないので、安定した絶縁抵抗の測定が可能となる利点が得られる。

次に、各抵抗３〜５および７〜９の抵抗値Ｒ１Ａ〜Ｒ２Ｃの選定について説明する。

以上では、電圧５００Ｖの回路を抵抗３、４、７、８の抵抗値を３３ｋΩ、抵抗５、９の抵抗値を３３０Ωとして測定する場合について説明した。このとき、絶縁抵抗ＲＰｘ，ＲＮｘが無限大のときは、中性点Ｍの電位は２５０Ｖ、検出電圧Ｖ１＝Ｖ２≒２．５Ｖである。

ここで、電圧５００Ｖの電圧が６００Ｖ（＋２０％）〜４００Ｖ（−２０％）の範囲で変動した場合、絶縁抵抗ＲＰｘ，ＲＮｘが無限大では、検出電圧Ｖ１＝Ｖ２≒３Ｖ〜２Ｖの範囲で変動する。しかし、検出電圧比ｎは変わらないので、測定値への影響はない。また、電圧１０００Ｖの回路の絶縁抵抗を測定するときは、中性点Ｍの電位は５００Ｖ、検出電圧ＶＲ１２＝ＶＲ２２＝５００／１００≒５Ｖとなるが、この場合も検出電圧比ｎは変わらないので、測定値への影響はない。

さらに、各抵抗値をＲ１Ａ，Ｒ１Ｂ、Ｒ２Ａ、Ｒ２Ｂを１ＭΩとし、抵抗Ｒ１Ｃ，Ｒ２Ｃを１０ＫΩの抵抗比１：１／１００を、抵抗比１：１／５０、すなわち抵抗Ｒ１Ｃ，Ｒ２Ｃを２０ＫΩにすれば、Ｖ１，Ｖ２は２．５Ｖから５Ｖ、また抵抗比を１：１／２５、抵抗ＲＣ，Ｒ２Ｃ＝４０ＫΩにすれば、Ｖ１，Ｖ２は２．５Ｖから１０Ｖのように検出電圧は変わるが、電圧比は不変なので、測定への影響はない。

以上では、抵抗値Ｒ１Ａ，Ｒ１Ｂ，Ｒ２Ａ、Ｒ２Ｂを固定し、抵抗値Ｒ１Ｃ，Ｒ２Ｃを変更したが、抵抗値Ｒ１Ｃ，Ｒ２Ｃの抵抗値を固定し、抵抗値Ｒ１Ａ，Ｒ１Ｂ、Ｒ２Ａ、Ｒ２Ｂを変更しても良いのは言うまでもない。すなわち、抵抗３，４，７，８および抵抗５，９の抵抗値Ｒ１Ａ，Ｒ１Ｂ、Ｒ２Ａ、Ｒ２ＢおよびＲ１Ｃ，Ｒ２Ｃは、測定回路の電圧と最適な検出電圧を得るため最適値に選択することができる。

なお、この発明は非接地回路を対象とするもので、一線接地回路では測定すべき絶縁抵抗が短絡されることから適用できず、また、測定位置選択スイッチ２を「常」の位置の通常測定位置における設定抵抗測定方法は、特許文献１に示された従来の測定方法と同じとなるので、正極側絶縁抵抗および負極側絶縁抵抗の両方が同程度に低下する場合は、接地回路（検出抵抗１１）に電流が流れないことにより、測定できないものである。

この発明では、給電電路の正極側絶縁抵抗および負極側絶縁抵抗の両方が同程度に低下した場合でも絶縁抵抗を正確に測定するために、測定位置選択スイッチ２を「Ｐ」位置または「Ｎ」位置に切換えて測定を行うようする。

次にその方法について説明する。

正極電路Ｐ側の絶縁抵抗ＲＰｘを測定する場合は、測定位置選択スイッチ２を「Ｐ」位置に切換える。これにより、図３に示すように、負極側抵抗回路ＲＮの第１スイッチＮＳ１だけがオンし、その他のスイッチはオフとなる。これにより、負極側抵抗回路ＲＮでは２つの高抵抗値を有する抵抗７,８が短絡され、低抵抗値を有する抵抗９だけが回路に残る。一方、正極側抵抗回路ＲＰには、直列接続された３個の抵抗３〜５が残っている。

この状態の等価的な回路構成を図４に示す。

このとき、電路Ｐ，Ｎ間に接続された抵抗回路の抵抗は、２個の高抵抗３、４と２個の低抵抗５、９となり、この抵抗回路に流れる電流ＩＳは、前記した測定位置選択スイッチ２を「常」で示す通常測定位置に切換えた状態と同じになる。回路電圧、回路定数を前記と同じにすれば、検出抵抗５と９に発生する電圧Ｖ１，Ｖ２はおよそ２．５Ｖで、前記の場合と同じなる。

しかし、正極側絶縁抵抗ＲＰｘに流れる接地電流ＩＰＸは、２個の低抵抗値の抵抗１１、９を通して流れ、負極側絶縁抵抗ＲＮｘに流れる接地電流ＩＮＸは２個の高抵抗値の抵抗３，４と２個の低抵抗値の抵抗５、１１を通して流れるため、絶縁抵抗ＲＰｘとＲＮｘが等しくても、接地電流はＩＰＸ＞ＩＮＸとなり、両電流の電流差にしたがって検出抵抗１１に（＋）方向の電圧Ｖ３が発生する。これによって、図１の極性判別器２５が正出力ＶＰをオンにする出力を発生する。

これにより、割算器１７で、検出抵抗５の電圧Ｖ１と検出抵抗１１の電圧Ｖ３の比ｎを求め、この比ｎに、定数設定器２１に設定された抵抗３または４の抵抗値Ｒ１ＡまたはＲ１Ｂと等しい定数Ｋを乗算することにより、正極側電路Ｐの絶縁抵抗ＲＰｘを求めることができる。

図４の状態は、正負両極の絶縁抵抗ＲＰｘとＲＮｘが等しくても、ＲＮｘには２個の高抵抗値の抵抗３、４の合計の抵抗値が加算され、ＲＰｘには１個の低抵抗値の抵抗９の抵抗値が加算されることとになる。このため、相対的に、絶縁抵抗ＲＰｘがＲＮｘより高抵抗値の抵抗２個分の抵抗値だけ減少したのと同じになり、両絶縁抵抗の見かけ上の比ＲＮｘ／ＲＰｘが大きくなる。

このように見かけ上、両絶縁抵抗に差が生じ、両者の比が大きくなると、図８に示す測定特性から理解できるように測定誤差が低下するので、絶縁抵抗の測定精度を高めることができる。

次に、測定位置選択スイッチ２を「Ｎ」位置に切換えることにより、負極側電路Ｎの絶縁抵抗ＲＮｘを測定することができる。

この場合は、測定位置選択スイッチ２が「Ｎ」位置に切換えられているので、図３に示すように、正極側抵抗回路ＲＰの第１スイッチＰＳ１だけがオンとなり、そのスイッチはオフとなる。

この状態の等価的な回路構成を図５に示す。

この図５から明らかなように、抵抗回路に流れる電流ＩＳは、２個の低抵抗値の抵抗５、９および２個の高抵抗値の抵抗７、８を通して流れる。そして、負極側絶縁抵抗ＲＮｘに流れる電流ＩＮＸは、２個の低抵抗値の抵抗１１と５を通して流れるが、正極側絶縁抵抗ＲＰｘに流れる電流ＩＰＸは、２個の低抵抗値の抵抗１１、９と２個の高抵抗値の抵抗８，７を通して流れる。

したがって、相対的に絶縁抵抗ＲＮｘがＲＰｘより抵抗値が小さくなり、接地電流はＩＮＸ＞ＩＰＸとなって検出抵抗１１には（−）方向の電圧Ｖ３が発生する。これによって、図１の極性判別器２５が負出力ＶＮをオンとする出力を発生する。

これにより、割算器１８で、検出抵抗５の電圧Ｖ１と検出抵抗１１の電圧Ｖ３の比ｎを求め、掛算器２０で、この比ｎに、定数設定器２１に設定された抵抗７または８の抵抗値Ｒ２ＡまたはＲ２Ｂと等しい定数Ｋを乗算することにより、負極側電路Ｎの絶縁抵抗ＲＮｘを求めることができる。

この場合も、正絶縁抵抗ＲＰｘと負絶縁抵抗ＲＮｘとの比ＲＰｘ／ＲＮｘを見かけ上大きくすることができるので、絶縁抵抗を高精度で測定することができる。

前記においては、測定位置選択スイッチ２を人手により切換えることを前提に説明したが、抵抗回路ＲＰおよびＲＮの抵抗短絡用の第１スイッチＰＳ１、ＮＳ１および第２スイッチＰＳ２、ＮＳ２を自動で切換えるようにしてもよい。

この場合に、第１スイッチＰＳ１とＮＳ１を所定の時間間隔で周期的に交互に開閉を制御する手段を設けることにより、正および負極側電路の絶縁抵抗ＲＰｘおよびＲＮｘを交互に連続して高精度で測定することができ、常時監視することが可能となる。

この発明においては、図１に示すように検出抵抗１１に並列に切り替え可能に複数の抵抗Ｒ３２，Ｒ３３を接続して、検出抵抗１１の抵抗値を可変できる構成とすることにより、測定倍率を調整することができる。

１ 直流電源
２ 測定位置選択スイッチ
３、４、７、８ 高抵抗値の検出抵抗
５、９，１１ 低抵抗値の検出抵抗
６，１０、１２ 絶縁電圧検出器
１３ 測定レンジ選択器
１４、１５、１６ フィルタ
１７、１８ 割算器
１９、２０ 掛算器
２１ 定数設定器
２２ 監視記録制御装置
２３ 表示装置
２４ 警報装置
２５ 極性判別器
３８ 測定用電源
３９ 電源スイッチ
ＰＳ１、ＮＳ１ 抵抗短絡用第１スイッチ
ＰＳ２、ＮＳ２ 抵抗短絡用第２スイッチ

Claims (6)

1. 
   非接地の直流給電回路の正極側給電路と負極側給電路との間に、等しい値の高抵抗の第１抵抗器および第２抵抗器と、低抵抗の第３抵抗器とを直列接続して構成した２組の抵抗回路を直列接続し、これら２組の抵抗回路が互いに接続された中性点を低抵抗の第４抵抗器を介して接地してなるＴ型検出回路を備え、このＴ型検出回路の各組の抵抗回路に前記第１抵抗器および第２抵抗器の抵抗値分を加減する抵抗可変手段をそれぞれ設け、これらの抵抗可変手段により前記各組の抵抗回路の抵抗値を加減しながら、前記２組の抵抗回路の第３抵抗器の両端に発生する各電圧と、前記第４抵抗器の両端に発生する電圧を検出し、一方の組の抵抗回路の第３抵抗器の電圧と第４抵抗器との電圧比、または、他方の組の抵抗回路の第３抵抗器の電圧と第４抵抗器との電圧比を演算し、これらの電圧比のいずれかに前記第１抵抗器または第２抵抗器と同じ値の定数Ｋ値を乗算して前記両極の絶縁抵抗値を得ることを特徴とする絶縁抵抗測定方法。
2. 前記抵抗可変手段より前記各組の抵抗回路の一方の組の抵抗回路の抵抗値を増大するときは、他方の組の抵抗回路の抵抗値が低減されるように相補的に交互に調整して両極の絶縁抵抗を測定することを特徴とする絶縁抵抗測定方法。
3. 非接地の直流給電回路の正極側給電路と負極側給電路との間に、等しい値の高抵抗の第１抵抗器および第２抵抗器と、低抵抗の第３抵抗器とを直列接続して構成した２組の抵抗回路を直列接続し、これら２組の抵抗回路が互いに接続された中性点を低い抵抗の第４抵抗器を介して接地したＴ型検出回路と、
   このＴ型検出回路の各組の抵抗回路の前記第１抵抗器と第２抵抗器の抵抗値分をそれぞれ加減する抵抗可変手段と、
   前記各を抵抗可変手段を選択的に動作指令を与えて測定位置を選択する手段と、
   前記各組の抵抗回路の第３抵抗器の各両端と前記第４抵抗器の両端に発生する電圧をそれぞれ検出する電圧検出手段と、
   前記正極電路側の抵抗回路の第３抵抗器の電圧と前記第４抵抗器との電圧比を演算する第１演算手段と、前記負極電路側の抵抗回路の第３抵抗器の電圧と前記第４抵抗器の電圧比を演算する第２演算手段と、
   前記第１演算手段からの電圧比に前記正極電路側の抵抗回路の第１抵抗器または第２抵抗器の抵抗値と同じ値の定数Ｋ値を乗算する第３演算手段と、前記第２演算手段からの電圧比に前記負極側の抵抗回路の第１抵抗器または第２抵抗器の抵抗値と同じ値の定数Ｋ値を乗算する第４演算手段と、
   前記第３または第４演算手段のそれぞれの出力を絶縁抵抗値として表示する表示手段とを有することを特徴とする絶縁抵抗測定装置。
4. 前記各組の抵抗回路の抵抗可変手段が、前記各組の抵抗回路の抵抗値を前記抵抗可変手段より一方の組の抵抗回路の抵抗値を増大するときは他方の組の抵抗回路の抵抗値が低減されるように相補的にて交互に調整する機能を備えることを特徴とする請求項３に記載の絶縁抵抗測定装置
5. 前記第４抵抗器に発生する電圧の極性を判別する極性判別手段を設け、正極性のときは正極側の演算および表示を可能として負極側の演算および表示をロックし、負極性のときは負極側の演算および表示を可能として正極側の演算および表示をロックすることを特徴とする請求項３または４に記載の絶縁抵抗の測定装置。
6. 前記絶縁抵抗値が予め設定された設定値より低下したことを判別して警報を発する警報手段を設けることを特徴とする請求項３から５の何れか１項に記載の絶縁抵抗の測定装置。

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