JP2019109192A

JP2019109192A - 絶縁監視装置および絶縁監視システム

Info

Publication number: JP2019109192A
Application number: JP2017243818A
Authority: JP
Inventors: 寿子木村; Toshiko Kimura
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2017-12-20
Filing date: 2017-12-20
Publication date: 2019-07-04

Abstract

【課題】簡単な構成で、信頼性の高い絶縁監視を行うことができる絶縁監視装置を提供する。【解決手段】配電系統に設けた零相変流器からの二次電流を入力する電流入力部と、配電系統の電圧を入力する電圧入力部と、前記零相変流器からの二次電流と前記配電系統の電圧に基づいて有効分漏洩電流を演算する演算部と、演算値を表示する表示部と、記憶部を備え、配電系統の絶縁状態を監視する絶縁監視装置であって、前記電圧入力部で入力した配電系統の電圧から、前記零相変流器に供給するテスト電流を生成するテスト電流発生部を備え、テストモードにおいて、前記テスト電流発生部は、前記配電系統の電圧から生成したテスト電流を前記零相変流器に供給し、前記演算部は、前記零相変流器からの二次電流と前記テスト電流とを比較して、前記零相変流器に対応する補正係数を算出し、前記記憶部は、算出した前記補正係数を記憶するものである。【選択図】図１

Description

本発明は、センサに零相変流器（ＺＣＴ）を用いて、配電系統の漏洩電流を長期的に計測することにより、絶縁劣化兆候を監視する絶縁監視装置および絶縁監視システムに関する。

配電系統が正常な絶縁状態を維持しているかを監視する絶縁監視装置として、容量成分を除いて抵抗成分のみを監視するＩｇｒ方式やＩｏｒ方式がある。Ｉｇｒ方式（重畳式）は、監視対象電路の商用周波数よりも低い周波数の電圧をＢ種接地から重畳し、その漏洩電流（Ｉｇ）を計測し、その有効分（Ｉｇｒ）を算出する方式である。また、Ｉｏｒ方式は、重畳トランスを用いないで、監視対象電路の電圧と漏洩電流を計測し、漏洩電流のうち商用周波数と同じ基本波（Ｉｏ）を抽出し、さらに取り込んだ電圧との位相差（θ）から、対地相電圧と同相成分の有効分（Ｉｏｒ）を算出する方式である。

絶縁監視装置に使用される零相変流器は、機種毎に、また、個々に異なる特性を有しているため、正確な監視を行うためには、計測値を補正する必要がある。特許文献１には、Ｉｏｒ方式の絶縁監視装置において、テスト電流発生回路を備え、テストモードにおいて、選択された零相変流器にテスト電流発生回路から出力したテスト電流を貫通させて二次電流を取得し、その取得電流を元に零相変流器の出力特性係数を算出して記憶部に格納し、計測モードにおいて、記憶部に格納した零相変流器の出力特性係数を使用して、監視対象の受配電系統に取り付けた零相変流器からの二次電流を補正し、精度良く漏洩電流を計測することが開示されている（実施例２参照）。

また、特許文献２には、絶縁監視装置等の計測機器に内蔵される変流器や変圧器の特性を測定して正確な補正値を得る特性監視装置が記載されている（要約参照）。

特開２０１１−１４９９５９号公報特開２０１１−１２８０４１号公報

零相変流器（ＺＣＴ）と組み合わせて使用する絶縁監視装置においては、例えば、零相変流器の特性と合わせるために、予め零相変流器の機種毎の複数の補正係数を内部に記憶しておき、現地で、該当する零相変流器に対応する補正係数を設定している。しかし、全て機種の零相変流器の特性を予め記憶しておくことは困難であり、また、同一の機種の零相変流器でも個々に特性のバラツキを有しているため、該当する零相変流器に対応する最適な補正係数を設定することは難しい。

そのため、絶縁監視装置に、零相変流器の特性を計測するテストモードを備えることが知られている。特許文献１の絶縁監視装置は、テスト電流発生回路を備え、テストモードにおいて、選択された零相変流器にテスト電流発生回路から出力したテスト電流を印加して二次電流を取得し、その取得電流を元に零相変流器の出力特性係数を算出して記憶部に格納するものであるが、絶縁監視装置にテスト電流発生回路を備える必要があり、装置の複雑化や大型化を招く恐れがある。

本発明は、簡単な構成で、信頼性の高い絶縁監視を行うことができる絶縁監視装置および絶縁監視システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するための、本発明の「絶縁監視装置」の一例を挙げるならば、
配電系統に設けた零相変流器からの二次電流を入力する電流入力部と、配電系統の電圧を入力する電圧入力部と、前記零相変流器からの二次電流と前記配電系統の電圧に基づいて有効分漏洩電流を演算する演算部と、演算値を表示する表示部と、記憶部を備え、配電系統の絶縁状態を監視する絶縁監視装置であって、前記電圧入力部で入力した配電系統の電圧から、前記零相変流器に供給するテスト電流を生成するテスト電流発生部を備え、テストモードにおいて、前記テスト電流発生部は、前記配電系統の電圧から生成したテスト電流を前記零相変流器に供給し、前記演算部は、前記零相変流器からの二次電流と前記テスト電流とを比較して、前記零相変流器に対応する補正係数を算出し、前記記憶部は、算出した前記補正係数を記憶するものである。

本発明によれば、配電系統から入力した入力電圧からテスト電流を生成して出力することにより、簡単なシステム構成で、信頼性の高い絶縁監視を行うことができる。

そして、漏洩電流の発生は事故に直結する可能性があり、絶縁監視の信頼性を高めることにより、予防保全に寄与することができる。

実施例の絶縁監視装置の、テスト電流を生成するための回路図である。実施例の、ＺＣＴ自動設定機能を備えた絶縁監視装置の構成図である。実施例の、ＺＣＴ自動設定の係数の説明図である。

以下、本発明の実施例を、図を用いて説明する。

図１に、実施例１の、絶縁監視装置内においてテスト電流を生成するための回路図を示す。
絶縁監視装置１０１は、絶縁監視を行う配電系統の電路に、零相変流器（ＺＣＴ）１１４を取り付け、その二次電流１１５を漏洩電流入力端子（１Ｋ，１Ｌ）１１６，１１７から装置内に取り込み、漏洩電流の計測値を算出し監視するものである。

Ｉoｒ方式は、対地相電圧と同相成分の有効分漏洩電流（Ｉｏｒ）を算出する方式であるため、絶縁監視を行う配電系統の電路に、計測用トランス（ＶＴ）１０２を取り付け、その計測用電圧１０３を電圧入力端子（Ｐ１Ａ，Ｐ２Ａ）１０４，１０５から装置内に取り込む。絶縁監視装置は、取り込んだ計測用電圧１０３と漏洩電流に基づいて、有効分漏洩電流（Ｉｏｒ）を算出する。
なお、電路の電圧の大きさによっては、計測用トランス（ＶＴ）１０２を設けないで、計測用電圧を直接取り込んでも良い。

本実施例では、この電圧入力端子（Ｐ１Ａ，Ｐ２Ａ）１０４，１０５から取り込んだ計測用電圧１０３からテスト電流を生成する。取り込んだ計測用電圧１０３を、装置内部で検出用トランス（ＶＴ）１０６で降圧し、負荷抵抗１０９、１１０を介することによって、漏洩電流に相当するテスト電流１１３を生成する。そして、テスト電流出力端子（ＴＡ１，ＴＡ２）１１１，１１２より出力し、零相変流器（ＺＣＴ）１１４に設けたテスト電流配線１１８へ供給する。

このテスト電流１１３はテストモードの時だけ出力するものであるが、絶縁監視装置１０１と零相変流器（ＺＣＴ）１１４を新たに現地に据え付ける際に、テスト電流の出力線を零相変流器（ＺＣＴ）に貫通させるテスト電流配線１１８も施し、設備稼働後の計測モード時も配線したままで構わない。

既に現地に据え付けられた零相変流器（ＺＣＴ）と組み合わせてＺＣＴ自動設定を行う際は、零相変流器（ＺＣＴ）の一次側に貫通させた計測用の電路には負荷電流が一切流れていないことが必要条件である。そのために必要あれば、零相変流器を電路から外したり、負荷を電路から遮断すれば良い。なお、実施例２で後述する、稼動後の動作確認や定期点検にテスト電流を使うこともでき、この場合は零相変流器（ＺＣＴ）の一次側に貫通させた計測用の電路には負荷電流が流れていても問題なく、絶縁監視装置として検出する漏洩電流が増えることと、それに伴い出力する警報の確認ができれば良い。

テスト電流出力端子（ＴＡ１，ＴＡ２）１１１，１１２からは、漏洩電流相当ではあるが電流を出力するため、出力制御用にリレー（ＲＬＹ）１０７、１０８を備え、出力制御信号により開閉する。さらに、テスト電流出力中であることを外部に知らせるための、ランプ点灯などによる警報手段を装置の表示部に備えると良い。

以上が、一つの配電系統の電路を絶縁監視するための回路構成である。図１の系統Ａおよび系統Ｂに示すように、複数の配電系統の複数の電路を一つの絶縁監視装置で絶縁監視する場合は、複数の回路構成となる。

図２に、ＺＣＴ自動設定機能を備えた絶縁監視装置の構成図を示す。

絶縁監視装置２０１は、電路に取り付けた零相変流器（ＺＣＴ）の二次電流２０６を電流入力回路２０７に取り込み、Ａ／Ｄ変換回路２０８にて入力信号をデジタル信号に変換する。
Ｉoｒ方式は、対地相電圧と同相成分の有効分漏洩電流（Ｉｏｒ）を算出する方式であるため、電路から計測用電圧２０２を電圧入力回路２０３に取り込む。
Ａ／Ｄ変換回路２０８で変換したデジタル信号と電圧入力回路２０３に取り込んだ計測用電圧に基づいて、演算回路２０９にて基本波漏洩電流および有効分漏洩電流の計測値を算出する。

計測値は表示回路２１３を介して装置の表示部に表示され、また、通信回路２１４を介して送受信信号２１５により、上位装置へ伝送される。

本実施例では、電圧入力回路２０３に取り込んだ計測用電圧２０２をテスト電流発生回路２０４に供給する。そして、テスト電流発生回路２０４にてテスト電流２０５を出力し、図１の零相変流器（ＺＣＴ）１１４のテスト電流配線１１８に供給する。
このテスト電流２０５は、テストモードの時だけ出力させるものであり、演算回路２０９からの出力制御信号２１１により出力を制御する。

図２において、設定回路２１０は絶縁監視装置の各種の設定を行い、また、記憶回路２１３は後述する係数などを記憶する。

図１および図２に示される絶縁監視装置の動作を説明する。
先ずテストモードの時は、電圧入力回路２０３で取り込んだ計測用電圧２０２に基づいて、テスト電流発生回路２０４でテスト電流２０５を生成する。そして、出力制御リレー（ＲＬＹ）１０７，１０８をＯＮとすることにより、テスト電流２０５を零相変流器１１４のテスト電流配線１１８へ供給する。そして、零相変流器１１４のＺＣＴ二次電流２０６とテスト電流２０５を演算回路２０９にて比較して、ＺＣＴ自動設定の係数を算出し、記憶回路２１２へ記憶する。補正係数の算出方法は、特許文献２にも記載されている。

次に、テストモードから計測モードへ切り替えた通常の計測モードの時は、記憶回路２１２に記憶したＺＣＴ自動設定の係数を使用して、演算回路２０９で零相変流器のＺＣＴ二次電流を補正して基本波漏洩電流および有効分漏洩電流の計測値を算出する。

なお、工場出荷時の初期状態では、ＺＣＴ自動設定の係数を有していないため、必ずテストモードへ移行してＺＣＴ自動設定を促す手順が必要であるが、初期状態であることを外部へ表示したうえで、デフォルトの係数でＺＣＴ二次電流を補正して計測値を算出する運用方法も可能である。

図３に、ＺＣＴ自動設定の係数の概略図を示す。

従来、ＺＣＴ二次電流から基本波漏洩電流を精度よく算出するためには、使用する零相変流器（ＺＣＴ）の巻き数や出力特性、および絶縁監視装置内部のオペアンプや抵抗などの電子部品特性、などを把握して、あらかじめ装置内部に零相変流器（ＺＣＴ）の機種毎の係数を記憶しておく。そして、現地で使用する零相変流器（ＺＣＴ）に対応する係数を設定操作で選択することにより、選択された係数でＺＣＴ二次電流を高さ補正していた。
例えば、特性に直線性がある場合には、高さ補正係数は２種（Ａ，Ｂ）で良いが、直線性がない場合などには、２種以上となる場合もある。
特性に直線性があり高さ補正係数が２種（Ａ，Ｂ）の場合は、０点とゲイン(Ｇ)など２点の出力値（Ｘ０，Ｘｇ）から次の式１で算出する。
ｙ＝Ｂ（ｘ−Ａ） …（式１）
Ａ＝√（Ｘ０）
Ｂ＝Ｇ／√（Ｘｇ−Ｘ０）

また、基本波の有効分漏洩電流を精度よく算出するためには、使用する零相変流器（ＺＣＴ）や電子部品の特性以外に、基準となる計測用電圧の大きさ（１１０Ｖ／２２０Ｖ）や商用周波数（５０Ｈｚ／６０Ｈｚ）などの特性も把握して、あらかじめ装置内部に係数を記憶しておき、現地で使用する零相変流器（ＺＣＴ）を設定操作で選択することと、現地で取り込む計測用電圧値により、選択された係数でＺＣＴ二次電流を位相補正する必要がある。
例えば特性に直線性がある場合、位相補正係数は２種（Ｃ，Ｄ）であるが、直線性のない場合や、商用周波数（５０Ｈｚ／６０Ｈｚ）などで係数を分ける場合などは、２種以上となる場合もある。
特性に直線性があり位相補正係数が２種（Ｃ，Ｄ）の場合は、100mAと1000mAなど２点の位相から傾きを求め、位相ずれを戻すための次の式２の一次式を生成する。
ｙ[度]＝Ｃ（ｘ[mA]-1000）＋Ｄ …（式２）

従来は、このようにして算出した係数を、零相変流器（ＺＣＴ）の機種毎に予め装置内部に記憶しておく必要があり、装置内に予め係数を記憶した零相変流器（ＺＣＴ）しか使用することができなかった。

本実施例によれば、テストモードにおいて、テスト電流を零相変流器に供給して、例えば高さ補正や位相補正の補正係数を求めることにより、任意の零相変流器を現地にて自動設定できる。また、個別の零相変流器の特性を求めて計測値の補正を行うため、信頼性の高い絶縁監視を行うことができる。また、配電系統から入力した計測用電圧に基づいてテスト電流を生成することにより、特別なテスト電流発生回路を備える必要がなく、簡単なシステム構成で絶縁監視を行うことができる。そして、装置出荷後でも現地で組み合わせて使用する任意の零相変流器の自動設定が行え、さらに使用先での環境（周波数や計測電圧）下で設定することにより、より汎用性および信頼性の高い絶縁監視を実現することができる。漏洩電流の発生は事故に直結する可能性があり、絶縁監視の信頼性を高めることにより、予防保全に寄与することができる。

本発明の絶縁監視システムは、１または複数の零相変流器と上記の絶縁監視装置を組み合わせたものである。

実施例２は、零相変流器（ＺＣＴ）と接続された絶縁監視装置の動作試験を行うものである。配電系統の負荷電流と異なり、漏れ電流は配電系統の健全状態では数値が出ないため、強制的にテスト電流を流して動作試験を行う必要がある。

図１において、配電系統から入力した計測用電圧１０３に基づいてテスト電流１１３を生成する。動作試験時には、出力制御リレー１０７，１０８をＯＮとして、零相変流器に配線したテスト電流配線１１８へテスト電流１１３を供給する。零相変流器１１４に強制的にテスト電流１１３を供給し絶縁監視装置の出力をチェックすることにより、零相変流器１１４と絶縁監視装置１０１間の配線チェック、絶縁監視装置１０１の計測値チェックや警報出力チェックなどを行うことができる。動作確認状態であることを示すために、出力制御リレーがＯＮの時、ライトやブザーで警報通知するのが好ましい。

なお、絶縁監視装置１０１の稼動後の動作確認や定期点検においては、零相変流器１１４の一次側に貫通させた計測用の電路には負荷電流が流れていても問題なく、絶縁監視装置として検出する漏洩電流が増えることと、それに伴い出力する警報の確認ができれば良い。

本実施例によれば、零相変流器の特性計測のためのテスト電流配線を用いて絶縁監視装置の動作試験を行うことができる。また、顧客環境で配電系統と位相の合致したテスト電流を流して動作試験を行うので、正確な動作試験を行うことができる。さらに、テスト電流の位相を把握でき、有効分漏洩電流（Ｉｏｒ）までチェックすることができる。

１０１…絶縁監視装置
１０２…計測用トランス（ＶＴ）
１０３…計測用電圧
１０４，１０５…電圧入力端子
１０６…検出用トランス（ＶＴ）
１０７，１０８…出力制御リレー（ＲＬＹ）
１０９，１１０…抵抗負荷
１１１，１１２…テスト電流出力端子
１１３…テスト電流
１１４…零相変流器（ＺＣＴ）
１１５…ＺＣＴ二次電流
１１６，１１７…漏洩電流入力端子
１１８…テスト電流配線
２０１…絶縁監視装置
２０２…計測用電圧
２０３…電圧入力回路
２０４…テスト電流発生回路
２０５…テスト電流
２０６…ＺＣＴ二次電流
２０７…電流入力回路
２０８…アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換回路
２０９…演算回路
２１０…設定回路
２１１…出力制御信号
２１２…記憶回路
２１３…表示回路
２１４…通信回路
２１５…送受信信号

Claims

配電系統に設けた零相変流器からの二次電流を入力する電流入力部と、配電系統の電圧を入力する電圧入力部と、前記零相変流器からの二次電流と前記配電系統の電圧に基づいて有効分漏洩電流を演算する演算部と、演算値を表示する表示部と、記憶部を備え、配電系統の絶縁状態を監視する絶縁監視装置であって、
前記電圧入力部で入力した配電系統の電圧から、前記零相変流器に供給するテスト電流を生成するテスト電流発生部を備え、
テストモードにおいて、
前記テスト電流発生部は、前記配電系統の電圧から生成したテスト電流を前記零相変流器に供給し、
前記演算部は、前記零相変流器からの二次電流と前記テスト電流とを比較して、前記零相変流器に対応する補正係数を算出し、
前記記憶部は、算出した前記補正係数を記憶する
ことを特徴とする絶縁監視装置。
請求項１に記載の絶縁監視装置において、
計測モードを備え、
前記記憶部は、接続した零相変流器に対応する前記補正係数を出力し、
前記演算部は、前記零相変流器からの二次電流と前記配電系統の電圧に基づいて、前記補正係数により補正して、有効分漏洩電流を演算する
ことを特徴とする絶縁監視装置。
請求項１に記載の絶縁監視装置において、
前記テスト電流発生部は、前記配電系統の電圧を降圧するトランスと、前記トランスの出力側に接続した負荷抵抗を備えることを特徴とする絶縁監視装置。
請求項３に記載の絶縁監視装置において、
前記テスト電流発生部は、前記トランスの出力側に接続した、前記テスト電流を出力するか否かを切り換える出力制御リレーを備えることを特徴とする絶縁監視装置。
請求項１に記載の絶縁監視装置において、
前記テスト電流を出力中であることを報知する警報手段を備えることを特徴とする絶縁監視装置。
請求項２に記載の絶縁監視装置において、
前記演算部は、基本波漏洩電流および有効分漏洩電流を演算することを特徴とする絶縁監視装置。
請求項１に記載の絶縁監視装置において、
複数の電路を絶縁監視するために、
前記電流入力部と、前記電圧入力部と、前記テスト電流発生部から成る回路構成を複数備えることを特徴とする絶縁監視装置。
請求項１に記載の絶縁監視装置において、
動作試験時に、
前記テスト電流発生部は、前記配電系統の電圧から生成したテスト電流を、前記零相変流器に供給し、
絶縁監視装置の出力をチェックすることにより動作試験を行うことを特徴とする絶縁監視装置。
配電系統における電圧および零相変流器からの二次電流を取得する入力部と、取得した前記配電系統における電圧および前記零相変流器からの二次電流に基づいて基本波の有効分漏洩電流を演算する演算部と、演算値を表示する表示部を有した絶縁監視装置において、
基本波の有効分漏洩電流を求める通常の計測モードに加えて、零相変流器の特性を求めるテストモードを有し、
テストモードにて出力するテスト電流を配電系統から取得した電圧から生成することにより、零相変流器を実環境下で設定可能とし、広範囲な出力特性の零相変流器を接続可能とする、絶縁監視装置。
１または複数の零相変流器と、請求項１〜９の何れか1項に記載の絶縁監視装置を備える絶縁監視システム。