JP3091005B2 - 1線接地三相3線式電路の対地静電容量測定方法及び装置 - Google Patents

1線接地三相3線式電路の対地静電容量測定方法及び装置

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JP3091005B2 JP03357712A JP35771291A JP3091005B2 JP 3091005 B2 JP3091005 B2 JP 3091005B2 JP 03357712 A JP03357712 A JP 03357712A JP 35771291 A JP35771291 A JP 35771291A JP 3091005 B2 JP3091005 B2 JP 3091005B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は1線接地した三相3線式
電路の対地静電容量を測定する方法に関する。
【0002】
【従来技術】各種電力送電用電路の絶縁抵抗を測定監視
することは、事故を未然に防止し安定に電力を供給する
上から重要である。電路のうち1線を接地した三相3線
電路の絶縁抵抗を把握するためには接地線に帰還する商
用電源周波数成分の漏洩電流の大きさのみから絶縁状況
を正確に把握することは困難であり、同時に電路の対地
静電容量値を知ることが重要不可欠である。
【0003】即ち、従来、負荷機器を含む電路と大地間
の静電容量測定に当っては、1線を接地する接地線等を
介して電路と大地間に低周波電圧を印加し、この電圧に
よって接地線に帰還する低周波信号の漏洩電流中、印加
した低周波電圧と直交する電流成分(無効電流成分)を
同期検波器等により検出することにより対地静電容量を
測定していた。
【0004】しかしながら、従来の方法では、電路に商
用電源用周波数と異なる低周波の測定用電圧を印加する
必要があり、それに必要な注入トランスも低周波(例え
ば10〜20HZ)のため大型且つ高価となり測定器と
しての利用は容易ではなかった。
【0005】
【発明の目的】本発明は、従来の如く低周波電圧の印加
が必要でなく、商用電源周波数信号の漏洩成分のみから
対地静電容量の測定を可能とするものであり接地線に帰
還する商用周波の漏洩電流成分を利用して正しく電路の
絶縁抵抗を測定する場合に不可欠な静電容量の測定を安
価且つ簡便に行うことを可能とするものである。
【0006】
【発明の概要】本発明の原理を理解しやすくするため
に、図2に示す1線を接地した三相3線電路の系統図を
もとに本発明の測定原理を詳細に説明する。
【0007】図2においてTは受電トランスであって、
その低圧側三相3線電路1、2、3のうち、電路3は接
地線ELで接地されており、電路1、2、3は夫々の対
地絶縁抵抗(負荷機器の絶縁抵抗も含む)をR1 、R
2 、R3 また対地静電容量(負荷機器の対地静電容量も
含む)をC1 、C2 、C3 とする。なお、このときの各
線間電圧は周知のように電路1−3間の線間電圧をVs
inωt(ω/2π:商用周波数)とすると、電路1−
2間の電圧はVsin(ωt−Φ2 )(Φ2 =120
°)、電路2−3間の電圧はVsin(ωt−Φ1
(Φ1 =240°)である。この状態において、接地線
ELに帰還する漏洩電流0を求めると次の(1)式で
示される。I 0 ={(V/R 1 )sinωt+ωc 1 Vcosωt}−(V/R 2 )sin(ωt−Φ 1 )−ωc 2 Vcos(ωt−Φ 1 ) ・・・(1) (1)式を整理すると次式(2) 、(3)
【0008】
【数1】
【0009】
【数2】 となる。
【0010】したがって電路1−3間の電圧と直交する
電流成分(90°位相の推移した成分)y1 は、(2)
式より、次式(4) のようになる。
【0011】
【数3】又、電路2−3間の電圧と直交する電流成分y
2は(3)より、次式(5) のようになる。
【0012】
【数4】(4)(5)式よりR1、R2を求め、その比を
とると、R1/R2=(y1−a)/(y2+b)・・・
(6) ここで、a=ω{(C 1 +C 2 /2)}V b=ω{(C1/2)+C2}V・・・(7) である。即ち、対地絶縁抵抗R1、R2の比が一定なら
ば、対地静電容量C1、C2が変わっても(6)式の右辺
の値は変わらないことになる。
【0013】即ち、先ず電路1と大地間に所定のコンデ
ンサC0 を挿入した時接地線に帰還する電流の中で、電
路1−3間の電圧と直交する電流成分をy1'、電路2−
3間の電圧に直交する電流成分をy2'とし、この時点で
絶縁抵抗R1 、R2 が変化しなければ、(6)(7)式
からC1 をC1 +C0 とすることにより、 R1/R2={y1'-a- ωc0V}/{y2'+ b +( ωc0/2)V} ・・・(8) となる。次に電路1と大地間に挿入したコンデンサC0
を除去し、電路2と大地間にコンデンサC0 を挿入すれ
ば、接地線に帰還する電流の中で、電路1−3間の電圧
と直交する電流成分をy1 ”、電路2−3間の電圧と直
交する電流成分をy2 ”とすれば、この間に同様に絶縁
抵抗R1 、R2 が変化しなければ、(6)(7)式でC
2 をC2 +C0 とすることにより R1/R2={y1 ”-a-(ωc0V/2)} /{y2 ”+b+ ωc0V} ・・・(9) となる。(6)(8)式より m1 b−n1 a+k1 =0 ・・・(10) 但し、ここで、 m1 =y1 −y1'+ωc0 V n1 =y2'−y2 +(ωc0 /2)V k1 =y12'+ωc0 v{ (y1 /2) +y2 } −y1'y2 ・・・(11) である。又、(6)(9)式より、 m2 b−n2 a+k2 =0 ここで、m2 =y1 −y1 ”+(ωc0 /2)V n2 =y2 ”−y2 +ωo0 V k2 =y12 ”−y1 ”y2 +ωc0 V{y1 +(y2 /2)} ・・・(13) となる。したがって、(10)(12)式よりn12
≠n21 のとき a=(k21 −k12 )/(n21 −n12 ) ・・・(14) b=(k21 −k12 )/(n21 −n12 ) ・・・(15) が得られ、(7)式より a+b=( 3ω/2) (C1 +C2 )V ・・・(16) となる。
【0014】即ち、検出したy1 、y2 、y1'、y2'、
1 ”、y2 ”ならびにコンデンサ容量C0 から、m
1 、n1 、k1 、m2 、n2 、k2 を(11)(13)
式を用いて算出し、これを(14)(15)式に代入し
てa、bを求めれば、(17)式より電路の対地静電容
量が求まる。即ち、 ω(C1 +C2 )V=(2/3)(a+b) ・・・(17) 又(7)式から各電路の対地静電容量が(18)(1
9)式により求まる。 ωc1 V=(4/3){a−(b/2)} ・・・(18) ωc2 V=(4/3){b−(a/2)} ・・・(19) 上記例では、電路1、2に交互にコンデンサC0 を挿
入したが、互いに異なる値のコンデンサを挿入しても数
式が若干変わるのみで、対地静電容量を測定できる。ま
た本原理の範囲内で各種変形が可能である。
【0015】
【実施例】以下、図示した実施例に基づいて本発明を更
に詳細に説明する。図1は本発明の実施例を示す図であ
る。同図に於いて、高圧三相受電トランスTの低圧側三
相3線電路1、2、3のうち、電路3は接地線ELで接
地され、負荷Zが接続されたものであり、各電路と大地
間には絶縁抵抗R1、R2、R3と静電容量C1、C2、C3
がある。このような電路において静電容量を求める場合
を説明する。この例では、先ず電路1−3間の電圧をト
ランスT1で降圧し、その出力を90°移相器PS1で
90°移相した後、同期検波器M1の一方の入力端に基
準信号として印加する。同様に電路2−3間の電圧をト
ランスT2で降圧し、その出力を90°移相器PS2で
90°移相した後、同期検波器M2の入力の入力端に基
準信号として印加する。これら2つの同期検波器M1
2には接地線ELに結合した、零相変流器ZCTの出
力を増幅器Aで増幅し、その出力を印加する。同期検波
器M1、M2の出力は夫々アナログ・デジタル変換器A/
Dコンバ−タAD1、AD2を介して演算制御部ARに入
力する。更に、非接地電路1、2と大地間には夫々リレ
−スイッチSW1、SW2とコンデンサC0との直列回
路が挿入されており、前記演算制御部ARは3つの出力
端OUT1、OUT2、OUT3を有し、更にリレ−スイ
ッチSW1、SW2 を制御する。この構成に於いて、制御
方法と演算手順を説明すると、先ず、リレ−スイッチS
1、SW2を共にオフ状態にすると、この時、接地線E
Lに帰還する漏洩電流は前記(1)式で示されるi0
等価である。そこで上記漏洩電流i 0 をZCTで検出
し、増幅器Aで増幅した後、同期検波器M1、M2に入力
する。同期検波器M1は電路1−3の電圧と直交する電
圧を基準信号として同期検波するため、同期検波器M1
の出力には(4)式で示されるy1に相当する信号が出
力される。この電圧値は、A/D変換され、演算制御部
AR内の所定のメモリに記憶される。同様に同期検波器
2の出力には(5)式で示されるy2に相当する信号が
出力され、A/D変換器AD2でデジタル値として演算
制御部ARの所定のメモリに記憶される。
【0016】次に演算制御部ARからの信号によって、
リレ−スイッチSW1 のみをオンし、そのときの漏洩電
流を上述した手順で検出し且つ同期検波するとA/Dコ
ンバ−タ、AD1 、AD2 の入力には前述の電流成分y
1 ’、y2 ’に相当する信号が印加されるから、これを
A/D変換して演算制御部内の所定のメモリに記憶す
る。次に演算制御部内ARによりリレ−スイッチSW2
のみをオンすることにより、同様に前述の電流成分y
1 ”、y2 ”に相当する信号が夫々A/D変換され、演
算制御部の所定のメモリに記憶される。この一連の処理
後、演算制御部ARではメモリに記憶してあるy1 、y
2 、y1 ’、y2 ’、y1 ”、y2 ”に相当する値なら
びに定数C0 を用いて(11)(13)式に従って演算
を行い、m1、n1 、k1 、m2 、n2 、k2 を演算し
て、次に(14)(15)式によりa、bを求める。こ
のa、bを用いて(17)式により電路(負荷機器も含
む)の対地静電容量に相当する出力が得られ、出力端O
UT1 に出力される。又、同様に(18)(19)式の
演算を行えば、非接地電路1、2の夫々の対地静電容量
に相当する値が出力端OUT2 、OUT3 に出力され
る。
【0017】尚、本測定に当っては、上記一連の検出中
に、絶縁抵抗R1 、R2 の比R1 /R2 が変わらないよ
うに短時間で行うことが望ましい。又、出力OUT1
はOUT2 、OUT3 に得られる値を更に記憶し、上記
一連の検出演算処理を数周期にわたって行いその平均値
をもって、出力端OUT1 又はOUT2 、OUT3 に出
力すれば、測定中のR1 /R2 の変動による測定誤差を
抑えることもできる。また、出力端に得られる電路の対
地静電容量の値を用いて漏電継電器の誤動作を防止する
ことも可能である。即ち、従来の漏電継電器は単純に漏
洩電流レベルによって遮断するものであるため遮断の必
要がない単に静電容量が大きくなった場合にも動作する
ものであった。そこで上述した測定の結果、単に静電容
量が大きくなったのみのとき、即ち絶縁抵抗の低下を伴
なわない場合は漏電継電器を動作させないようにするこ
とも可能である。
【0018】上記説明の中で検出値y1 、y2 、y
1 ’、y2 ’、y1 ”、y2 ”から所定の式により演算
するための過程の具体例については、既存の回路を用い
ることにより当業者が容易に実現できる演算処理である
ので、その詳細は省略する。又、本発明の実施に当って
は、本発明の原理に基づいて、各種実施例の変形、応用
が可能であることは明らかである。
【0019】
【発明の効果】商用周波の漏洩電流を用いて、経済的に
1線接地した三相3線式電路の対地静電容量の大きさが
分かり、漏洩電流が大きい時、それが絶縁抵抗によるも
のか、又は対地静電容量によるものかを簡単に判定する
ことができ、漏電事故の予防保全に効果的である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す図である。
【図2】本発明の原理を説明する図である。
【符号の説明】
T 三相受電トランス T1 降圧トランス T2 降圧トランス SW1 リレ−スイッチ SW2 リレ−スイッチ ZCT 零相変流器 M1 同期検波器 M2 同期検波器 AD1 A/Dコンバ−タ AD2 A/Dコンバ−タ E2 第二種接地 E3 第三種接地 AR 演算制御部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01R 27/16 G01R 27/26

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 1線を接地線で接地した三相3線電路に
    おいて、該接地線に帰還する商用電源の漏洩電流のう
    ち、2つの非接地電路電圧と直交する夫々の電流成分
    と、一方の非接地電路と大地間に所定のコンデンサを挿
    入したときの該漏洩電流のうち、2つの非接地電路電圧
    と直交する夫々の電流成分と、他方の非接地電路と大地
    間に所定のコンデンサを挿入したときの該漏洩電流のう
    ち、2つの非接地電路電圧と直交する夫々の電流成分と
    の合計6つの夫々の電流成分を用いて2つの非接地電路
    の対地静電容量を所定の演算で算出したことを特徴とす
    る対地静電容量測定方法。
  2. 【請求項2】 1線を接地線で接地した三相3線電路の
    前記接地線に結合した変流器と、該変流器出力を一つの
    入力とする2つの同期検波手段と、当該電路のうち2つ
    の非接地電路夫々と大地間に所要値のコンデンサを挿入
    接断する手段と、当該電路の2つの非接地電路電圧と直
    交する電圧信号を抽出し前記2つの同期検波手段の夫々
    の基準信号として入力する手段と、非接地電路と大地間
    に挿入したコンデンサの一方を接断状態にしたときに前
    記同期検波手段から得られた信号を記憶すると共に、所
    要の演算を行って当該非接地電路夫々の対地静電容量値
    を算出する手段とを具えたことを特徴とする対地静電容
    量測定装置。
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