JP2942893B2 - 単相3線式電路の絶縁抵抗測定方法 - Google Patents

単相3線式電路の絶縁抵抗測定方法

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は一端接地をした単相三線式電路の絶縁抵抗を
測定する方法に関する。
(従来技術) 単相三線式電路の絶縁劣化を知るために,従来は第7
図に示す如く,単相三線変圧器の接地線4に零相変流器
ZCTを結合し,外変流器ZCT出力を増幅器AMPで増幅した
後,整流器DETで整流し,その出力で電路の絶縁劣化を
監視する方法が一般的に用いられていた。
同図に於いてR1,R2,R3は電路1,2,3の対地絶縁抵抗,
C1,C2,C3は対地静電容量,Z1,Z2は電路の負荷とし,ま
た,電路3は接地線4により接地されている。
線間電圧をVとすると共に商用周波数を=ω0/2
πとすれば,接地線4に帰還する漏洩電流I0となり,整流器DET出力iは となる。したがって,電路1,2の対地静電容量が充分小
さくても電路1,2の絶縁劣化が同程度の場合には式か
らも明らかなように正しい絶縁劣化を測定監視すること
ができないという欠点を有していた。
また,他の方法としては第8図に示した如き方法があ
り,この方法は商用周波数より一般に低い周波数
=ω1/2πを発振する発振器OSCの出力を接地線4に直
列に挿入した注入トランスOTを介して電路に印加し,該
印加電圧をV0とすると,この電圧による漏洩電流Igとなり,接地線4には上記漏洩電流I0及びIgとが共に還
流する。この電流を零相変流器ZCTで検出し,増幅器AMP
で増幅した後,フィルタで周波数の成分のみを選択
し,同期検波器Mにより印加低周波電圧と同相の成分I
grを検出すれば となり,電路1,2,3の絶縁抵抗の並列合成値が測定され
る。しかし,式からも明らかなように静電容量による
電流と,絶縁抵抗による電流との分離性をよくするため
には,対地静電容量が大きくなるにつれ注入する低周波
電圧の周波数を低くする必要があり,このため注入
トランスOTは著しく大きなものとなり,高価となるとい
う問題点があった。
(発明の目的) 本発明は上述の如き従来の問題点に鑑みなされたもの
であって,電路に新たに低周波電圧を印加することな
く,商用周波数の漏洩電流成分を用いて電路の絶縁抵抗
を正確に測定する単相三線式電路の絶縁抵抗測定方法を
提供するものである。
(発明の概要) この発明を達成するために本発明に係る単相三線式電
路の絶縁抵抗測定方法は一端接地した単相3線式電路の
一方の非接地相電路を第1のインピーダンス素子で接地
したときに上記変圧器の接地線に帰還する漏洩電流の中
から電路電圧と同相の電流値a1と電路電圧と直交する電
流値b1を検出し,前記電路を第2のインピーダンス素子
で接地したときに前記接地線に帰還する漏洩電流の中か
ら電路電圧と同相の電流値▲a ▼と電路電圧と直交
する電流値▲b ▼とを検出するとともに,他方の非
接地相電路を前記第1のインピーダンス素子で接地した
ときに前記接地線に帰還する漏洩電流の中から電路電圧
と同相の電流a2と電路電圧と直交する電流値b2を検出
し,前記他方の非接地相電路を前記第2のインピーダン
ス素子で接地したときに前記接地線に帰還する漏洩電流
の中から電路電圧と同相の電流値▲a ▼と電路電圧
と直交する電流値▲b ▼とを検出し,前記同相の電
流値a1とa2の差の値と,前記同相の電流値▲a ▼と
▲a ▼との差の値と前記直交する電流値b1とb2との
差の値と,前記直交する電流値▲b ▼と▲b
との差の値とを用いて非接地相電路の対地静電容量の影
響を受けることなく上記非接地相電路の絶縁抵抗を測定
することを特徴とする。
(実施例) 以下,図面に示した実施例に基づいて本発明を詳細に
説明する。
先ず,本発明の実施例の説明に先立って,本発明の原
理について説明する。
第3図に示される一般的な単相3線式電路において,
非接地相電路1,2に夫々スイッチSW1,SW2を設け,例えば
抵抗R0を介して第三種の接地点E3で接地したとき,接地
線4の第2種接地点E2の接地抵抗をrとすると,該接地
線4に還流する漏洩電流Iの流れは第4図の等価回路で
表すことができる。
例えばスイッチSW1がオンでスイッチSW2がオフのとき
漏洩電流I1は I1+a1+jb1 であり,ここでa1及びb1 であって,a1は電路電圧と同相の電流値,b1は電路電圧と
直交する成分の電流値である。
また逆にスイッチSW1をオフ,スイッチSW2をオンとし
たときの漏洩電流I2は I2=a2+jb2 …… であり,ここでa2及びb2 であって,a2はa1と同様に電路電圧と同相の電流値,b2
b1と同様に電路電圧と直交する成分の電流値である。
上記電流値a1,a2,b1及びb2は漏洩電流I1,I2を電源電
圧と同相若しくは電源電圧と90゜位相推移した電圧で同
期検波する等して検出することができるが,これら電流
値a1,a2,b1及びb2を検出しても,,,式からも
分かるように対地静電容量,接地抵抗等が複雑に関係し
ており,これら検出値から直接絶縁抵抗を測定すること
は不可能である。
そこで上記式を以下の如く展開する。
先づ,,,及び式を用いて対地静電容量に影
響しない関係式を導く。
,式から ,式から となる。したがって,式より という関係が成り立ち, 式を式で除算すれば となる。
即ち,式の左辺は検出したa1,a2,b1及びb2から算出
することができ,また抵抗値R0は既知であるから,接地
抵抗rが測定されればから並列絶縁抵抗値 又はこれによる電流値 が算出することができる。
前記接地抵抗rは第3図に示した接地点E2と接地点E3
との電圧e0を測定し,このとき接地線4に流れる漏洩電
流値i0を検出すれば, の関係から測定可能であるので式を用いることにより
並列絶縁抵抗値を求めることができる。
上述した方法は接地抵抗rを測定しなければ絶縁抵抗
を算出することができないが,以下に示す手法を用いれ
ば接地抵抗rに関係なく絶縁抵抗を算出することができ
る。
第3図に於ける抵抗R0をコンデンサC0に置換する。こ
の場合の等価回路は第5図に示す如く表すことができ,
スイッチSW1をオン,スイッチSW2をオフとすると,その
際の漏洩電流I1′は I1′=a1′+jb1′ であり,ここでa1′及びb1′は となる。またスイッチSW1をオフ,スイッチSW2をオンと
すると漏洩電流I2′は I2′=a2′+jb2′ …… であり,ここでa2′及びb2′は である。
及び式より となり更に式及び式から となる。したがって,,式より なる関係が得られる。
式を式で除算すれば となり,該式から明らかなようにコンデンサC0が既知
のため,検出値a1′,a2′,b1′,b2′及びrより並列絶
縁抵抗 に比例した値を測定しうることが分かる。
また,接地抵抗を算出すぜに測定する為には式を変
形し, を得,式を変形し, を得る。
式と式との差をとると, r=2(α−ωC0R0β)V …… となるので該式のrを式に代入して整理すると なる関係式を得ることができ,接地抵抗rを測定するこ
となしに非接地相電路1,2による絶縁抵抗のみによる漏
洩電流を測定しうることが分かる。
更に他の方法としては第3図に於ける抵抗R0に更にコ
ンデンサC0を並列に夫々付加すると,その時の等価回路
は第6図に示す如く表される。
前述した実施例と同様にスイッチSW1をオン,スイッ
チSW2をオフすると接地線4に還流する漏洩電流I″は I″=a″+jb″ …… となる。スイッチを切換え,スイッチSW1オフ,スイッ
チSW2をオンとしたときの漏洩電流I2″は I2″=a2″+jb2″ …… であり, と変形することができ,更に,,式より となる。
即ち,検出した電流値a1″,a2″,b1″b2″ならびに定
数R0,C0から式の右辺が求まり,更に前述した方法を
用いて接地抵抗rを測定すれば,式から非接地相電路
1,2の絶縁抵抗のみによる漏洩電流 を測定することができる。また,式と式とを用いれ
ば接地抵抗rを直接測定せずに絶縁抵抗による電流 を測定することが可能なことは自明である。
以下,上述した原理を用いて単相3線式電路の絶縁抵
抗測定方法を実施する手段について詳細に説明する。
第1図は本発明に係る単相3線式電路の絶縁抵抗測定
方法の第1の実施例を示す図であって,同図に於いて第
3図と同一の信号は同一の意味をもつものとする。
単相3線式受電変圧器Tの低圧側電路1,2,3には負荷Z
1,Z2が接続し,接地相電路3は接地線4により第2種接
地E2がなされている。該接地線4には零相変流器ZCTが
接続し,零相変流器ZCT出力は次段の増幅器AMPで増幅さ
れ商用周波成分を選択するフィルタFを経て第1,第2の
同期検波器M1,M2の一方の入力端に印加される。
前記第1の同期検波器M1の他の入力端には電路1,3に
接続したトランスT1の出力が印加されており,また前記
第2の同期検波器M2の他の入力端には前記トランスT1
出力を90゜移相器PSを介して与えられている。
一方,非接地相電路1,2は夫々抵抗R0,スイッチSW1,SW
2を介して接地点E3に接地されており,該接地点E3と前
記接地点E2からの接続線は電圧差検出回路D1と接続し,
両点に於ける電圧差を測定している。
また,前記フィルタF出力は整流回路D2に印加されて
おり,該整流回路D2,前記電圧差検出回路D1,第1同期検
波器M1及び第2同期検波器M2よりの出力が演算制御回路
CP1に印加されている。
尚,R1,R2,R3は電路1,2,3絶縁抵抗,C1,C2,C3は電路1,
2,3の対地静電容量である。また,前記スイッチSW1,SW2
は例えばリレー等を用い,その制御は演算制御回路CP1
にて行なうものとする。
このように構成した単相3線式電路に於ける絶縁抵抗
測定装置に於いて,演算制御回路CPはスイッチSW1をオ
ン,SW2をオフとする。
この時接地線4には式に相当する漏洩電流が流れ,
零相変流器ZCTの出力は増幅器AMP,フィルタFを介して
同期検波器M1,M2に印加される。同期検波器M1の他の入
力端には電路電圧と同相の信号電圧が印加されているた
め,該同期検波器M1の出力には式に相当する電流値a1
が得られる。
一方,同期検波器M2の他の入力端には電路電圧とは90
゜位相推移した信号電圧が印加されているため,該同期
検波器M2の出力には式に相当する電流値b1が出力され
る。上記電流値a1,b1は夫々演算制御回路CP1に入力し,
記憶される。
次に演算制御回路CP1はスイッチSW1をオフ,SW2をオン
に切換え,上述した手段により第1の同期検波器M1の出
力には式に相当する電流値a2が,第2の同期検波器M2
の出力には式に相当する電流値b2が出力される。
これらの電流値a2,b2も演算回路CP1に印加され,該演
算制御回路では式の左辺に相当する演算を実施する。
また,電圧差検出回路D1により接地点E2とE3との間の
電圧差が整流器D2により接地線4に流れる電流の大きさ
が測定され,演算制御回路CP1に与えられる。
該演算制御回路CP1では前記整流器D2出力と前記電圧
差検出回路D1出力とを用いて接地抵抗rを算出する。
更に式を変形すると となり,式の左辺,即ち はすでに算出しており,抵抗R0は既知であるため並列絶
縁抵抗を測定することができる。
また,上記式の両辺をV倍すれば絶縁抵抗のみによる
漏洩電流として算出され,演算制御回路CP1の出力OUTよ
り出力される。
上記第1の実施例では電路1,2を接地する上で抵抗R0
を介して行なったが,これをコンデンサC0に置換して測
定を行なうことも可能である。
この場合,上述した実施例と同様の処理を行なうと,
第1の同期検波器M1出力には式のa1′及び式のa2
が,第2の同期検波器M2の出力には式のb1′及び式
のb2′が得られ,それにより演算制御回路CP1に於いて
式の左辺の演算を行なうとともに,第1の実施例と同
様に接地抵抗rを測定すれば,式から の演算により並列絶縁抵抗を測定することができる。
次に接地抵抗を直接測定する必要のない実施例につい
て第2図を用いて詳細に説明する。
同図に於いて前記第1図と異なる点は電路1,2に接続
した抵抗R0に並列にコンデンサC0を接続すると共に,E2,
E3の各接地点間の電圧差を測定する電圧差検出回路D1
び接地線4に流れる電流の大きさを検出する整流器D2
除いた点である。
尚,前記コンデンサC0には夫々直列にスイッチSW3,SW
4が接続しており,これらスイッチSW3,SW4も前記スイッ
チSW1,SW2と同様に演算制御回路CP2により,その開閉が
制御されている。
このように構成した絶縁抵抗測定装置に於いて,先
づ,スイッチSW1のみをオンとし,他のスイッチSW2,3,4
をオフとすれば,第1の同期検波器M1出力端にはに相
当する電流値a1,第2の同期検波器M2の出力端には式
に相当する電流値b1が夫々出力され,演算制御回路CP2
に入力される。
次にスイッチSW2のみをオンとすると,同期検波器M1
の出力端には式に相当する電流値a2が,同期検波器M2
の出力端には式に相当する電流値b2が得られ,該電流
値a2,b2も演算制御回路CP2に記憶される。
次にスイッチSW4のみをオンとすれば同期検波器M1,M2
の出力端には式及び式に相当する電流値a1′,b1
が出力し,同様にスイッチSW3のみをオンとした場合に
は同期検波器M1,M2の出力端には式及び式に相当す
る電流値a2′,b2′が得られ,各検出値a1,a2,a1′,
a2′,b1,b2,b1′,b2′は演算制御回路CP2に入力し記憶
されているので,該演算制御回路CP2では先づ式の右
辺及び式の右辺を演算することによりα及びβを得,C
0,R0,ω,Vは既知であるから,式の右辺を演算すれ
ば,その結果として電路の絶縁抵抗のみによる漏洩電流 が得られ,出力OUT2より出力される。
このスイッチ切換動作を所定の周期で行ない,演算制
御回路で演算を繰返し行なうことにより,電路の絶縁抵
抗による漏洩電流を逐次得ることができ,絶縁状況の監
視を行なうことが可能である。
(発明の効果) 本発明は上述した如く機能するものであるから,所定
のインピーダンス素子を挿入することにより得られる漏
洩電流を用い,新たに低周波の測定信号を印加する必要
がないため極めて安価に装置を構成することができ,し
かも従来の方法の如く単に零相電流のみを測定するので
はなく非接地相電路の絶縁抵抗を測定することが可能な
ため単相3線式電路の絶縁抵抗測定を行なううえで著し
い効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は本発明に係る絶縁抵抗測定方法を実
施するために用いる装置の一例を示す図,第3図は本発
明に係る絶縁抵抗測定方法の原理を説明する図,第4図
乃至第6図は等価回路を示す図,第7図及び第8図は従
来の絶縁抵抗測定方法を説明するための図である。 T……単相3線式変圧器,T1……トランス,SW1,2,3,4
…スイッチ,ZCT……零相変流器,AMP……増幅器,DET……
整流器,F,FIL……フィルタ,OSC……低周波発振器,M,M1,
M2……同期検波器,CP1,2……演算制御回路,D1……電圧
差検出回路,D2……整流回路

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一端接地した単相3線式電路の一方の非接
    地相電路を第1のインピーダンス素子で接地したときに
    上記変圧器の接地線に帰還する漏洩電流の中から電路電
    圧と同相の電流値a1と電路電圧と直交する電流値b1を検
    出し,前記電路を第2のインピーダンス素子で接地した
    ときに前記接地線に帰還する漏洩電流の中から電路電圧
    と同相の電流値▲a ▼と電路電圧と直交する電流値
    ▲b ▼とを検出するとともに,他方の非接地相電路
    を前記第1のインピーダンス素子で接地したときに前記
    接地線に帰還する漏洩電流の中から電路電圧と同相の電
    流a2と電路電圧と直交する電流値b2を検出し,前記他方
    の非接地相電路を前記第2のインピーダンス素子で接地
    したときに前記接地線に帰還する漏洩電流の中から電路
    電圧と同相の電流値▲a ▼と電路電圧と直交する電
    流値▲b ▼とを検出し,前記同相の電流値a1とa2
    差の値と,前記同相の電流値▲a ▼と▲a ▼と
    の差の値と前記直交する電流値b1とb2との差の値と,前
    記直交する電流値▲b ▼と▲b ▼との差の値と
    を用いて非接地相電路の対地静電容量の影響を受けるこ
    となく上記非接地相電路の絶縁抵抗を測定することを特
    徴とする単相3線式電路の絶縁抵抗測定方法。
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