JP4527346B2

JP4527346B2 - 絶縁状態監視方法と装置

Info

Publication number: JP4527346B2
Application number: JP2002011513A
Authority: JP
Inventors: 龍二村田; 正彦藤井
Original assignee: 光商工株式会社
Priority date: 2002-01-21
Filing date: 2002-01-21
Publication date: 2010-08-18
Anticipated expiration: 2022-01-21
Also published as: JP2003215196A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は△又はＶ結線などの一線B種接地工事を施した低圧電路の対地絶縁抵抗を監視することで電路の絶縁抵抗状態を監視する技術に関し、特に、絶縁劣化を検出するための検出用信号が系統周波数による充電電流などの影響を受けて生ずる検出誤差を補正する手段を備えた絶縁状態監視方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
低圧の一線接地電路において電路の絶縁劣化が進行して漏電事故に至ると、変電所等に設置されている漏電継電器が動作して遮断器が遮断される。遮断器が遮断すると広範囲に停電するばかりでなく、事後処理として事故点の調査および復旧などに長時間を要する。このため事故の発生を未然に防止するための対策として電路の絶縁状態を常時監視するための絶縁状態監視装置が用いられている。
【０００３】
図５は一般に知られている一線接地電路の絶縁状態監視装置の説明図で、次のように構成されている。即ち、同図において２１は変圧器で、低圧配電線の三相電路である被監視電路２０に電力を供給している。２２はB種接地線、２３は絶縁劣化検出用の信号(以下、検出用信号と称す)を発生させ、B種接地線を介して電路に重畳させる検出信号発生装置で、２０Ｈz，０・５v程度の低周波低電圧信号を発生させる発信器２３aと重畳用変成器２３ｂからなる。２４は検出信号発生装置２３からの戻りの検出用信号を検出する信号検出装置で零相変流器２４aと信号検出部２４bとからなる。なお、図中Cは電路の対地静電容量、ｒは電路の対地絶縁抵抗を示している。
【０００４】
今、検出信号発生装置２３から、検出用信号を発生させB種接地線２２に重畳すると、該検出用信号は被監視電路２０、電路の対地静電容量C、対地絶縁抵抗ｒ間を循環してＩ20として流れる。
【０００５】
図6は絶縁状態監視の説明図で、その（A）は検出用信号の電流Ｉ20の流れる状態を等価的にあらわした回路図で、（Ｂ）はそのベクトル図を示し、（Ａ）と同じ符号を付してある。
【０００６】
即ち、検出信号発生装置23から印加された検出用信号の電流Ｉ20は電路の対地静電容量Ｃ、対地絶縁抵抗ｒによるインピーダンスをとおして流れる。この検出用信号の電流Ｉ20は、対地静電容量Ｃに流れる静電容量成分電流Ｉｏｃと、絶縁劣化による抵抗成分電流Igrとの合成された電流で、これらの電流のベクトルは図6（Ｂ）のようになる。
【０００７】
同図の位相θは、印加した検出用信号の電圧（基準電圧）Ｖｓと検出用信号の電流Ｉ20との位相差で、絶縁劣化がない場合は９０度となるが、絶縁劣化が進むと抵抗成分電流Igrが大きくなり、それに伴って位相差θが変化する。従って、この検出用信号の電流Ｉ20および位相差θの変化を監視することで電路の絶縁状態を監視することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような絶縁状態監視装置では、絶縁監視用の検出信号は被監視電路に影響を与えないようにするため極力小さくする必要があり、又被監視電路の系統周波数による充電電流が検出用信号に比べてはるかに大きく、かつこれらが合成されるため、抵抗成分電流に正確に比例した検出信号は得られず、これを得るためには次のような課題があった。
【０００９】
（１）検出信号発生装置２３からの検出用信号は極く小さいため、信号検出装置２４の零相変流器２４ａで検出する信号も極めて小さくなる。又、信号検出装置２４で検出する信号内には、検出用信号の他に系統周波数電路電圧によって流れている充電電流も合成されて検出され、この充電電流は被監視電路の長さや負荷によっても変化するとともに、開閉器の開閉などによる負荷変動によっても変化し、検出用信号もこれに影響されて変化してしまう。従って、零相変流器の二次側から検出される信号は一次側を流れる充電電流などの大きさによって検出用信号のレベル値が変化する現象がみられ、正確な絶縁監視ができない。
【００１０】
（２）上記の現象は、充電電流の大小だけでなく、電路の対地絶縁劣化による系統周波数の抵抗成分電流の大小によっても同様の現象が見られ、零相変流器で検出された検出用信号のレベル値は、電路の対地絶縁抵抗値に比例しない値となる。
【００１１】
（３）また上記の現象によるレベル値の変化だけでなく、位相差も変化し、正確な抵抗成分電流が得られない。
本発明は、これらの課題を解決することを目的として成されたものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明において上記の課題を解決するための手段は、零相変流器の一次側に、検出用信号とは異なる周波数で、あらかじめ設定した一定レベル値および／又は位相の補正用信号を通電し、この通電した補正用信号と零相変流器を介して検出した補正用信号のレベルおよび／または位相の変化を計測し、前記検出された検出用信号のレベルは、零相変流器の一次側に通電した補正用信号と零相変流器を介して検出した補正用信号との変化の割合で補正し、前記検出された検出用信号の位相は、零相変流器の一次側に通電した補正用信号と零相変流器を介して検出した補正用信号の位相の変化量で補正して、充電電流のレベル変化による零相変流器の検出用信号のレベルおよび／または位相の変化を排除するようにし、検出用信号を補正することで正確な絶縁状態を監視するようにする。
【００１３】
以上の補正により正確な絶縁劣化検出は可能となるが、補正用信号と検出用信号とは周波数が異なるため同じ充電電流に対して零相変流器の二次側で検出される各信号のレベル値および位相値が異なつてくる、従って、実際の対地絶縁抵抗値に比例した抵抗成分電流値をより正確に計測するには、補正用信号の補正自体を補正する。即ち、零相変流器を介して検出した補正用信号と検出用信号の周波数差によって生ずる補正用信号と検出用信号のレベル値の差の補正は、零相変流器の一次側に通電した補正用信号と零相変流器を介して検出した補正用信号のレベル変化の割合と、充電電流のレベル変化による零相変流器の検出用信号のレベルの変化の割合と同じ変化の割合となるようにするための調整値をあらかじめ求めておき、この調整値を、零相変流器を介して計測した補正用信号のレベル変化の割合に乗算して該補正用信号レベルを補正し、この補正した補正用信号レベルの変化の割合で検出用信号レベルを補正するようにする。
この調整値は、充電電流のレベル変化による検出用信号レベルの変化値を、同じ充電電流のレベル変化による補正用信号レベルの変化値で除算して求めることができる。
また、零相変流器を介して検出した補正用信号と検出用信号の周波数差によって生じる補正用信号の位相と検出用信号の位相の差の補正は、零相変流器の一次側に通電した補正用信号と零相変流器を介して検出した補正用信号の位相変化の割合と、充電電流のレベル変化による零相変流器の検出用信号の位相変化量と同じ位相変化量となるようにするための調整値をあらかじめ求めておき、この調整値を、零相変流器を介して計測した補正用信号の位相変化量に乗算して求めた位相変化値を検出用信号位相検出値から差し引いて補正するようにする。
調整値は、充電電流のレベル変化による検出用信号の位相変化量を、同じ充電電流のレベル変化による補正用信号の位相変化量で除算して求めることができる。また、装置としては、次のように構成する。
【００１４】
低圧電路のB種接地線を介して被監視電路に絶縁劣化を検出するための検出用信号を印加する検出信号発生手段と、前記被監視電路又はB種接地線に設けられ検出用信号を導出するための零相変流器と、該零相変流器から導出した検出用信号を導入して対地静電容量成分電流を分離して抵抗成分電流を求めこの抵抗成分電流を監視する絶縁監視手段を備えた絶縁状態監視装置において、前記零相変流器は一次側に補正用信号を通電する補正用信号通電手段を備えるとともに、絶縁監視手段は、検出用信号及び被監視電路の周波数とは異なる周波数で一定レベルおよび／又は位相の補正用信号通電手段に補正用信号を送出する補正用信号出力手段と、前記零相変流器から検出した検出用信号および補正用信号を夫々検出する信号検出手段と、前記検出用信号の電圧信号を検出する電圧信号検出手段と、これら検出用信号、補正用信号および電圧信号をＡ／Ｄ変換して各信号の絶対値、位相を演算する演算手段を備え、該演算手段で、前記零相変流器の一次側に通電した補正用信号と零相変流器を介して検出した補正用信号のレベル及び／又は位相の変化を検出し、零相変流器を介して検出された検出用信号のレベルは、零相変流器の一次側に通電した補正用信号と零相変流器を介して検出された補正用信号との変化の割合で、前記零相変流器で検出された検出用信号の位相は、零相変流器の一次側に通電した補正用信号と零相変流器を介して検出した補正用信号の位相変化量で補正するようにしたことを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面によって説明する。
図1は本発明の実施の形態の概念図を示し、同図において１１は△結線の三相変圧器で、被監視電路１０に電力を供給する。１２は三相変圧器１１の一線をＢ種接地するＢ種接地線で、EBはその接地部を示している。１３は絶縁劣化検出用の信号を発生する検出信号発生手段で、発信部１３ａと重畳用変成器１３ｂとからなり、発信部１３ａで２０HZ、１０Vの検出用信号を発生し重畳用変成器１３ｂからＢ種接地線１２を介して被監視電路１０に送信する。
【００１６】
１４は被監視電路１０に設けた零相変流器で、該零相変流器１４には一次側に補正用信号を通電するための補正用信号通電手段１４ａを設けている。この補正用通電手段１４ａは、零相変流器の一次側に設けた導体で、零相変流器にテスト用に巻き線を有するときはこれを利用してもよい。
【００１７】
１５は絶縁状態を監視する絶縁監視手段で、その一実施例を図２に示してある。即ち、図２にも示してあるように、零相変流器１４からの出力信号を入力するための入力端子Ｚ１、Ｚ２と、検出信号発生手段１３からの検出用信号の電圧成分を取り出して入力する電圧信号入力端子Ｎ，Ｅと、後述する補正用信号を出力する出力端子S1、S2を有する。尚、図中K、Lは重畳用変成器13bおよび零相変流器14の極性を表し、Kt、Ltは補正用信号通電手段14aの端子を示している。
【００１８】
図２は絶縁監視手段１５の内部構成の一実施例を示した図で、零相変流器端子Ｚ1，Ｚ２を介して入力された検出用信号は、信号検出手段１５１に入力される。この信号検出手段１５１はフィルター回路１５１aで系統周波数成分を除去し、検出用信号検出手段１５１bと補正用信号検出手段１５１cで検出用信号（20ＨＺ）、補正用信号（１０ＨＺ）に分離して検出し、各信号を増幅回路で増幅し、Ａ／Ｄ変換部１５２に入力し、アナログ信号をデジタル信号に変換する。
【００１９】
また、入力端子Ｎ，Ｅに入力された検出用電圧信号は、電圧信号検出検出手段１５３に入力され、フィルター回路１５３ａを介して電圧検出部１５３bで検出増幅され、Ａ／Ｄ変換部１５２に入力される。
【００２０】
Ａ／Ｄ変換部１５２に入力されデジタル信号に変換された各信号は演算部１５４に入力される。演算部１５４ではＡ／Ｄ変換部１５２の出力を処理し、各信号の絶対値および位相を求め必要な演算処理を行う。
【００２１】
また、演算部１５４では検出用信号とは異なる周波数で、あらかじめ定めた一定レベル，一定位相の補正用信号を作り、補正用信号発生手段１５５に送出する。補正用信号発生手段１５５ではこの信号をＤ／Ａ変換部１５５ａでアナログ信号に変換した後、補正信号出力部１５５bから出力端子Ｓ1，Ｓ２を介して補正信号通電手段１４ａに送出する。
【００２２】
従って、零相変流器１４の一次側には、補正用信号と検出用信号と系統周波数による充電電流が流れることになり、その二次側からはこれらの信号電流が合成されて出力されることになる。従って検出された検出用信号および補正用信号は、これらの信号よりはるかに大きい充電電流の影響を同時に受けることになる。
【００２３】
しかし、補正用信号出力部１５５ｂからの補正用信号は、あらかじめ設定した一定のレベルおよび位相の既知の信号であり、補正用信号検出用手段１５１cで検出した信号は充電電流の影響を受けて変化した値であるから、充電電流の影響によって補正用信号の変化した割合及び位相の変化量が容易に計測できる。従ってこの変化の割合及び変化量で検出用信号を補正すれば、充電電流による影響を排除することができる。
【００２４】
即ち、補正用信号出力手段１５５の出力信号レベルと、補正用信号検出手段１５１cで検出した補正用信号レベル及び位相から、検出レベルの変化の割合（変化率）及び位相の変化量を演算部１５４で演算し、検出用信号検出手段１５１ｂで検出した検出用信号レベルをこの変化率で除算して検出用信号レベルを補正し、位相は、検出用信号位相から補正用信号位相の変化量を差し引いて検出用信号位相を補正する。そして、この補正された検出用信号のレベルおよび位相から演算して求めた抵抗成分電流が、あらかじめ設定した値を超えたとき、警報手段１６で音による警報又は光による表示等で警報を発し、電路の絶縁状態が劣化していることを報知させる。
【００２５】
なお、補正用信号出力手段１５５は、一定の信号レベルと位相の信号を発生すればよいので、必ずしも演算部で作る必要はなく、他の信号の信号発生手段から送信してもよい、ただし他の信号との同期を取る必要がある。
【００２６】
又、零相変流器１４は必ずしも被監視電路１０に設ける必要はなく、B種接地線１２に設けてもよいことは勿論である。以上の補正により絶縁劣化検出の目的は達成されるが、検出用信号の周波数と補正用信号の周波数は異なるため、同じ充電電流に対して信号レベルの変化の割合及び位相が異なる。従って、実際の対地絶縁抵抗値に比例した抵抗成分電流値をより正確に計測するには、補正用信号の補正値自体を若干補正する必要がある。
【００２７】
図３は系統周波数による充電電流の変化に対する零相変流器の二次側で検出される検出用信号および補正用信号レベルの変化を表した信号レベル変化特性図で、横軸に系統周波数による充電電流（Ａ）、縦軸に信号レベルの増加の割合を（％）で示している。図中、Ａは１０Ｈｚの補正用信号レベル変化曲線，Ｂは20Ｈｚ検出用信号レベル変化曲線を示し、系統周波数による充電電流０のときを信号レベル１００パーセントとしたときの検出用信号レベル（％）値をb、補正用信号レベル（％）値をｄとしている。
【００２８】
例えば、充電電流０．６（Ａ）の時の補正用信号レベル増加量をa（１６％）、検出用信号レベルの増加量をc（１２％）とした場合、補正用信号変化の割合は１６％（ａ／ｂ×１００）、検出用信号の変化の割合は１２％（ｃ／ｄ×１００）、となり、増加する割合が異なる。そこで、充電電流による補正用信号の増加の割合と、検出用信号の増加の割合を装置固有の値としてあらかじめ求めておき、補正用信号の増加の割合から検出用信号の増加の割合を演算する。
【００２９】
即ち、図３のｃ／ａ＝０．７５を求めておき、補正用信号が１６％増加したとき１６×０．７５＝１２から検出用信号は１２％増加したものとする。
【００３０】
この値を用い、系統周波数による充電電流の影響を取り除いた真の検出レベル値は、零相変流器の二次側で検出（計測）した検出用信号のレベル値を［（100＋12）／１００］で除算することで求めることができる。
【００３１】
図４は系統周波数による充電電流に対する零相変流器の二次側で検出される補正用信号および検出用信号の位相変化特性図で、横軸に系統周波数による充電電流（Ａ）、縦軸に位相変化（度）を示し、Ｃは補正用信号の位相変化曲線、Ｄは検出用信号の位相変化曲線を示している。
【００３２】
例えば、充電電流０．６（Ａ）のとき、零相変流器の一次側に通電した補正用信号及び検出用信号と、その二次側で検出した補正用信号及び検出用信号の夫々の位相変化量ａが６１．６度、検出用信号の変化量ｂは４５度と位相の変化する割合が異なる。このため、補正用信号の位相変化量に、検出信号の変化量を補正用信号の変化量で除算した値（０．７３）を掛けて調整する。即ち、６１．６×０．７３＝４５度の値を用い、検出用信号位相検出値から、補正用信号位相変化値に０．７３を掛けた値を引き算することで、系統周波数電流の影響を取り除いた真の検出用信号位相値をもとめることができる。また、これらの調整値（0.75および０．73）は、零相変流器の一次側に通電した補正用信号と二次側で検出した補正用信号のレベル変化の割合または位相変化の割合と、充電電流のレベル変化による零相変流器の検出用信号のレベルの変化の割合または位相変化量と同じ変化の割合または変化量と成るようにするために予め求めた値である。
また、この調整値は検出用および補正用信号の各レベル変化曲線の傾きがことなるだけで、相似であり充電電流の値が変わっても同じ値で求めることができる。
このようにして補正された検出信号のレベル及び位相から抵抗分電流を求め、抵抗分電流が設定値を超えたとき警報信号を出力する。
【００３３】
【発明の効果】
本発明は次のような効果を奏する。
【００３４】
（1）絶縁監視手段で得られる検出用信号レベルおよび位相は、被監視電路の系統周波数による充電電流などの影響による変化分を補正用信号で補正した値となるので検出用信号の値は、実際の絶縁抵抗成分電流に比例した値となる。
【００３５】
（２）零相変流器の特性、又は系統周波成分除去用のフィルターなどの影響によって検出用信号が変化することがあったとしても、その変化は、補正用信号にも現れるので補正用信号で補正される。
【００３６】
（３）さらに、ノイズ、温度変化などの影響で検出用信号が変化しても、その変化は補正用信号でも検出して補正するので、精度の高い絶縁状態監視が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の概念図
【図２】図１の絶縁監視手段の説明図
【図３】系統周波数による充電電流に対する信号レベル変化の特性図
【図４】系統周波数による充電電流に対する信号の位相変化の特性図
【図５】従来の絶縁状態監視装置の説明図
【図６】絶縁状態監視の原理説明図
【符号の説明】
１０・・被監視電路
１１・・三相変圧器
１２・・Ｂ種接地線
１３・・検出信号発生手段
１４・・零相変流器
１４ａ・・補正用信号通電手段
１５・・絶縁監視手段
１６・・警報手段
１５１・・信号検出手段
１５２・・Ａ／D変換部
１５３・・電圧信号検出部
１５４・・演算部
１５５・・補正用信号出力手段

Claims

直接接地低圧電路のB種接地線に被監視電路の系統周波数と異なる周波数の絶縁劣化検出のための検出用信号を重畳させ、該検出用信号により通流する電流を零相変流器で検出し、検出された検出用信号から対地静電容量成分の電流を分離し、絶縁劣化による抵抗成分の電流を取り出し、この抵抗成分電流を監視し、所定値を超えたときに警報を発するようにした絶縁状態監視方法において、
前記零相変流器の一次側に、前記検出用信号および被監視電路の周波数とは異なる周波数で、あらかじめ設定した一定レベル値および／または位相の補正用信号を通電し、この通電した補正用信号と零相変流器を介して検出した補正用信号とのレベルおよび／または位相の変化を計測し、前記検出された検出用信号のレベルは、零相変流器の一次側に通電した補正用信号と零相変流器を介して検出した補正用信号との変化の割合で補正し、前記検出された検出用信号の位相は、零相変流器の一次側に通電した補正用信号位相と零相変流器を介して検出した補正用信号の位相の変化量で補正して、充電電流のレベル変化による零相変流器の検出用信号のレベルおよび／または位相の変化を排除するようにしたことを特徴とした絶縁状態監視方法。
零相変流器を介して検出した補正用信号と検出用信号の周波数差によって生ずる補正用信号と検出用信号のレベル値の差を同じくするための補正用信号レベル値の補正は、充電電流のレベル変化による零相変流器の一次側に通電した補正用信号と零相変流器を介して検出した補正用信号のレベル変化の割合と、充電電流のレベル変化による零相変流器を介して検出した検出用信号のレベルの変化の割合が同じ変化の割合となるようにするための調整値をあらかじめ求めておき、この調整値を、零相変流器を介して計測した補正用信号のレベル変化の割合に乗算して該補正用信号レベルを補正し、この補正した補正用信号レベルの変化の割合で検出用信号レベルを補正するようにしたことを特徴とする請求項１記載の絶縁状態監視方法。
調整値は、充電電流のレベル変化による検出用信号レベルの変化値を、同じ充電電流のレベル変化による補正用信号レベルの変化値で除算して求めた値であることを特徴とする請求項１または２記載の絶縁状態監視方法。
零相変流器を介して検出した補正用信号と検出用信号の周波数差によって生じる補正用信号の位相と検出用信号の位相の差を同じくするための補正用信号の位相値の補正は、充電電流のレベル変化による零相変流器の一次側に通電した補正用信号と零相変流器を介して検出した補正用信号の位相変化量と、充電電流のレベル変化による零相変流器を介して検出した検出用信号の位相変化量が同じ位相変化量となるようにするための調整値をあらかじめ求めておき、この調整値を、零相変流器を介して計測した補正用信号の位相変化量に乗算して求めた位相変化値を検出用信号位相検出値から差し引いて補正するようにしたこと特徴とする請求項１記載の絶縁状態監視方法。
調整値は、充電電流のレベル変化による検出用信号の位相変化量を、同じ充電電流のレベル変化による補正用信号の位相変化量で除算して求めた値であることを特徴とする請求項１または４記載の絶縁状態監視方法。
低圧電路のＢ種接地線を介して被監視電路に、系統周波数と異なる周波数の絶縁劣化検出のための検出用信号を印加する検出信号発生手段と、前記被監視電路又はB種接地線に設けられ検出用信号を導出するための零相変流器と、該零相変流器から導出した検出用信号を導出して対地静電容量成分電流を分離して抵抗成分電流を求めこの抵抗成分電流を監視する絶縁監視手段を備えた絶縁状態監視装置において、
前記零相変流器は，一次側に補正用信号を通電する補正用信号通電手段を備えるとともに、絶縁監視手段は、検出用信号及び被監視電路の周波数とは異なる周波数で一定レベルおよび／又は位相の補正用信号を補正用信号通電手段に送信する補正用信号出力手段と、前記零相変流器から検出した検出用信号および補正用信号を夫々検出する信号検出手段と、前記検出用信号の電圧を検出する電圧信号検出手段と、これら検出用信号、補正用信号および電圧信号をA／D変換して各信号の絶対値および位相を演算する演算手段を備え、該演算手段で、前記零相変流器の一次側に通電した補正用信号と零相変流器を介して検出した補正用信号のレベル及び／又は位相の変化を検出し、前記零相変流器を介して検出された検出用信号のレベルは、零相変流器の一次側に通電した補正用信号と零相変流器を介して検出された補正用信号との変化の割合で補正し、前記零相変流器で検出された検出用信号の位相は、零相変流器の一次側に通電した補正用信号と零相変流器を介して検出した補正用信号の位相変化量で補正するようにしたことを特徴とする絶縁状態監視装置。