JP4599120B2 - 電気設備の絶縁監視装置と方法 - Google Patents

Description

本発明は、自家用受変電設備等の、変圧器とケーブルから構成される電気設備の絶縁監視を行う装置と方法に関する。

従来、自家用受変電設備等の、一般需要家用の電気設備の低圧回路に対する絶縁監視方式としては、大きな分類として、「Ｉ₀方式」と「Ｉ_gr方式」の２つの方式が適用されてきた。

このうち、「Ｉ₀方式」は、変圧器の接地線に設置した零相変流器により零相電流Ｉ₀のみを計測し、このＩ₀の大きさのみによって絶縁不良発生の有無を判定するものである。また、「Ｉ_gr方式」は、変圧器の接地線に設置した注入用トランスにより、系統側周波数と異なる周波数成分の監視用信号を系統側に印加し、変圧器の接地線に設置された零相変流器により前記監視用信号成分を計測することによって絶縁不良発生の有無を精度よく判定するものである。

さらに、近年では、変圧器の接地線に設置した零相変流器により零相電流Ｉ₀のみを計測し、演算方法等の工夫により、計測された零相電流から対地絶縁抵抗の低下に起因する抵抗性電流のみを抽出する方法も提案されている（特許文献１参照）。この方法は、Ｉ₀方式と同等の簡便さでありながら、Ｉ_gr方式と同等の高い検出精度が得られる点で優れている。
特開２００２−１２５３１３

ところで、電気設備における零相電流は、理想的には絶縁不良を含む地絡現象が生じない限りは流れないが、実際には電気設備の対地容量による容量成分の電流、あるいは各相間の不平衡に起因する残留電流成分が還流している。図９はこのような電気設備における零相電流の状態を説明するベクトル図である。

この図９に示すように、正常状態における零相電流は、容量成分であるＩ０_C1と漏洩電流成分であるＩ０_R1で構成される零相電流Ｉ０₁であるが、容量成分であるＩ０_C1が支配的となっている。これに対し、絶縁不良が生じてくると、漏洩電流成分が増大してくるため、容量成分の電流に変動がないと仮定すれば、絶縁不良発生時における零相電流は、容量成分であるＩ０_C1と漏洩電流成分であるＩ０_R2で構成される零相電流Ｉ０₂となる。

図９からも判るとおり、絶縁不良発生時には、漏洩電流成分が増大しているにも関わらず、容量成分が存在しているために、大きさのみに着目した場合、絶縁不良発生時における零相電流Ｉ０₂の大きさは、絶縁不良が発生する前の零相電流Ｉ０₁の大きさと大差がない。これは、零相電流Ｉ０の大きさのみによって絶縁不良発生の有無を判定するＩ₀方式では、特に容量成分の電流が大きい場合には、絶縁不良の現象を正確に把握することが困難であることを示している。

これに対し、Ｉ_gr方式では、系統側に印加した監視用信号成分を計測し、実際に印加した信号と同相成分、すなわち漏洩電流成分のみを抽出して絶縁不良の判定を行うため、容量成分電流の影響を受けず、正確に絶縁不良の判定を実施することができる。したがって、近年では、絶縁監視方式としてＩ_gr方式が採用されるのが一般的となっている。

しかしながら、Ｉ_gr方式を実現するためには、監視用信号を系統側に印加する必要があり、このために注入用トランス等の専用の付帯設備を必要とする。その結果、Ｉ₀方式に比べコスト高になり、また、停電を伴う大掛かりな設置工事が必要である。さらに、Ｉ_gr方式は、系統側に監視用信号を印加するため、この信号の影響によりＦＡＸ等電気設備の誤作動を引き起こすという事例も発生している。

特許文献１で提案されている抵抗性電流を抽出する方法は、零相変流器を受電トランスの接地線に設置するのみで適用が可能となるＩ₀方式と同等の簡便さでありながら、Ｉ_gr方式と同等の高い検出精度が得られる方法として注目されている。この方法においては、原理的に被監視対象設備の電圧量を導入し、零相電流から抵抗成分のみを抽出する際の基準量としているが、この基準量とする電圧の導入方式としては、監視端末を設置する際に常時導入しておく常時導入方式と、設置時のみ一時的に導入し、記憶しておく一時導入方式が考えられる。

この場合、一時導入方式の方が、監視端末の設置作業が容易となり、かつ、監視端末のハードウェア規模を縮小できるため、監視端末をコンパクトに構成できる利点がある。しかしながら、監視端末の設置は、設備点検等、設備を停電させるときに行われるケースが多々あるため、その場合に、基準量とする電圧を一時記憶させたつもりが、停電であったため正常に記憶できていない、あるいは、電圧は導入記憶できたが導入する電圧相が誤っていたため、その後の運用で正常に動作できない、等の、設置時における基準量の導入ミスを生じる可能性があった。

本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、その目的は、注入用トランス等の専用の付帯設備を必要とせず、簡便な構成により電流と電圧の計測のみで漏洩電流成分を精度よく抽出可能な絶縁監視装置と方法を提供することである。

本発明は、上記のような目的を達成するために、電気設備の電圧サンプリング値を用いて電気設備の充電電流模擬ベクトルを生成し、電気設備の接地線に流れる零相電流サンプリング値の充電電流模擬ベクトルに対する直交成分をディジタル演算して絶縁監視を行うことにより、注入用トランス等の専用の付帯設備を必要とせず、また、瞬時サンプリング値によるベクトル量のディジタル演算により、簡便で精度の高い絶縁監視を可能としたものである。

本発明における電気設備の絶縁監視装置は、変圧器を含む電気設備の絶縁監視を行う絶縁監視装置において、電流計測手段、電圧データ取得手段、模擬ベクトル生成手段、直交成分演算手段、絶縁監視手段、警報出力手段を備えたことを特徴としている。

ここで、電流計測手段は、前記変圧器の接地線に結合した変流器からの零相電流を所定の時間間隔でサンプリングして計測し、零相電流サンプリング値を得る手段である。電圧データ取得手段は、前記電気設備の電圧を所定の時間間隔でサンプリングして計測し、電圧サンプリング値を得る電圧計測手段、または、電圧計測手段により一時的に取込まれた電気設備の電圧を所定の時間間隔でサンプリングし、得られた電圧サンプリング値を記憶する電圧記憶手段を含む手段である。

模擬ベクトル生成手段は、前記電圧サンプリング値を用いて前記電気設備の対地充電電流と略同位相の充電電流模擬ベクトルを生成する手段である。直交成分演算手段は、前記零相電流サンプリング値の前記充電電流模擬ベクトルに対する直交成分を算出する手段である。絶縁監視手段は、前記直交成分に基づいて電気設備の絶縁不良の有無を判定する手段であり、警報出力手段は、前記絶縁不良ありと判定された場合に警報を出力する手段である。

なお、本発明における電気設備の絶縁監視方法は、上記のような電気設備の絶縁監視装置の特徴を、方法の観点から把握したものである。

以上のような特徴を有する本発明によれば、電気設備の電圧の瞬時サンプリング値を用いて電気設備の充電電流模擬ベクトルを生成し、電気設備の接地線に流れる零相電流の瞬時サンプリング値（ベクトル量）の充電電流模擬ベクトルに対する直交成分（漏洩電流成分にほぼ等しい）をディジタル演算にて算出することにより、対地充電電流の成分を除去した零相電流を精度よく抽出することができる。したがって、注入用トランス等の専用の付帯設備を必要とせず、簡便な構成により、電流と電圧のサンプリング計測とそれによって得られる瞬時サンプリング値によるベクトル量のディジタル演算のみで、対地充電電流の成分を除去した漏洩電流成分を精度よく抽出することができる。

本発明によれば、電気設備の電圧サンプリング値を用いて電気設備の充電電流模擬ベクトルを生成し、電気設備の接地線に流れる零相電流サンプリング値の充電電流模擬ベクトルに対する直交成分をディジタル演算して絶縁監視を行うことによって、注入用トランス等の専用の付帯設備を必要とせず、簡便な構成により電流と電圧の計測のみで漏洩電流成分を精度よく抽出可能な絶縁監視装置と方法を提供することができる。

以下には、本発明による絶縁監視方式を適用した実施の形態を、図面に沿って具体的に説明する。

［１．第１の実施形態］
［１−１．構成］
図１は、本発明を適用した第１の実施形態に係る絶縁監視装置を電気設備に設置した状態を示す回路図と絶縁監視装置の構成を示すブロック図である。この図１に示すように、監視対象となる電気設備の受電トランス（変圧器）１は、高圧受電した電気を降圧し、ケーブル２を経由して負荷設備へ配分するようになっている。受電トランス１の接地線３には、零相変流器（以下には、ＺＣＴと略称する）４が取り付けられている。なお、図１は、受電トランス１が単相回路である場合を示している。

また、絶縁監視装置１０は、ＺＣＴ４から零相電流を取り込み、ケーブル２の受電電力から電源電圧の供給を受けるように構成されている。この絶縁監視装置１０は、一般的には、受変電設備であるキュービクル等の設備内に設置されており、電流計測手段１１、電圧計測手段１２、模擬ベクトル生成手段１３、直交成分演算手段１４、絶縁監視手段１５、警報出力手段１６を備えている。

ここで、電流計測手段１１は、受電トランス１の接地線３に結合したＺＣＴ４からの零相電流を所定の時間間隔でサンプリングして計測し、零相電流サンプリング値を得る手段である。電圧計測手段１２は、ケーブル２から供給される電源電圧を所定の時間間隔でサンプリングして計測し、電圧サンプリング値を得る手段である。

模擬ベクトル生成手段１３は、電圧サンプリング値を用いて電気設備の対地充電電流と略同位相の充電電流模擬ベクトルを生成する手段である。直交成分演算手段１４は、零相電流サンプリング値の充電電流模擬ベクトルに対する直交成分を算出する手段である。絶縁監視手段１５は、直交成分に基づいて電気設備の絶縁不良の有無を判定する手段であり、警報出力手段１６は、絶縁不良ありと判定された場合に警報を出力する手段である。

［１−２．具体的な動作］
以上のような構成を有する第１の実施形態に係る絶縁監視装置の動作は次の通りである。

まず、電流計測手段１１は、受電トランス１の接地線３に結合されているＺＣＴ４によって監視対象となる電気設備の漏洩電流を取込み、所定の時間間隔でサンプリングを行い、高調波の影響を除去する等の目的で必要によってフィルタリングを行い、ディジタル演算を行うための零相電流データ（零相電流サンプリング値）を生成する。この場合に、サンプリングの時間間隔を商用周波数の電気角３０°、またはこれに自然数を乗除した電気角としておく。

また、これと平行して、電圧計測手段１２は、監視対象となる電気設備の電圧を取込み、電流計測手段１１と同様に、所定の時間間隔でサンプリングを行い、高調波の影響を除去する等の目的で必要によってフィルタリングを行い、ディジタル演算を行うための電圧データ（電圧サンプリング値）を生成する。なお、この電圧計測手段１２により取込む電圧は、絶縁監視装置１０の電源電圧として使用する電圧と兼用してもよい。

模擬ベクトル生成手段１３は、電圧計測手段１２で生成された電圧データを使って、漏洩電流から対地絶縁抵抗の低下に伴って流れる抵抗性電流を抽出する際の基準とする模擬ベクトルを生成する。この模擬ベクトルは、監視対象となる電気設備に流れる漏洩電流の対地充電電流と同位相となるように生成する。

図１は、受電トランス１が単相回路である場合を示しているが、単相回路における漏洩電流は、図９に示すようになっている。すなわち、抵抗性電流（Ｉ０_R1，Ｉ０_R2）は電圧と同相（あるいは逆移相、図９は同相の場合）であり、対地充電電流分はこれと９０°位相を進めた方向に流れる。

したがって、図１に示すように、受電トランス１が単相回路である場合、模擬ベクトル生成手段１３は、図２に示すように、電圧計測手段１２で生成された電圧データに対して９０°進みの移相演算を行うことによって、模擬ベクトルＩＶＣを生成することができる。

次に、直交成分演算手段１４は、電流計測手段１１で生成された零相電流データと、模擬ベクトル生成手段１３で生成された模擬ベクトルＩＶＣを使って、漏洩電流から対地絶縁抵抗の低下に伴って流れる抵抗性電流を抽出するための演算を行う。

例えば、電流計測手段１１で生成された零相電流データをＩ０、模擬ベクトル生成手段１３で生成された模擬ベクトルをＩＶＣとした場合、次の（１）式によってＩ０のＩＶＣに対する直交成分を算出することができる。この算出結果が、対地絶縁抵抗の低下に伴って流れる抵抗性電流Ｉ０ｒである。

Ｉ０ｒ ＝ Ｉ０・ＩＶＣｓｉｎθ …（１）
ただし、θはＩ０とＩＶＣがなす角度。

以下には、この（１）式に基づく演算を、受電トランス１が単相回路である場合について、図９を使って説明する。

模擬ベクトルＩＶＣは、図９中のＩ０_C1と同位相となっている。直交成分演算手段１４は、電流計測手段１１からの電流データの模擬ベクトルＩＶＣに対する直交成分を算出することで、対地絶縁抵抗の低下に伴って流れる抵抗性電流Ｉ０ｒを抽出することができる。電流計測手段１１からの零相電流データが図９のＩ０₁であった場合は、Ｉ０_R1（＝Ｉ０₁・ＩＶＣｓｉｎθ₁）が算出され、零相電流データがＩ０₂であった場合は、Ｉ０_R2（＝Ｉ０₂・ＩＶＣｓｉｎθ₂）が算出される。

つまり、以上説明した演算を行うことによって、対地絶縁抵抗の低下に伴って流れる抵抗性電流Ｉ０ｒを正確に抽出できることが判る。

なお、（１）式の演算は、電流計測手段１１および模擬ベクトル生成手段１３から出力される零相電流Ｉ０および模擬ベクトルＩＶＣのサンプリングデータを使用して行うことになる。この演算は、前述したように、サンプリングの時間間隔を商用周波数の電気角３０°ごとのデータとした場合、例えば、次の（２）式に示すような演算式で算出することができる。

Ｉ０ｒ ＝ Ｉ０・ＩＶＣｓｉｎθ
＝ Ｉ０_m-3・ＩＶＣ_m−Ｉ０_m・ＩＶＣ_m-3 …（２）
ただし、添え字ｍが現時点のサンプリングデータとした場合、ｍ−３は、３サンプリング（９０°）前のデータであることを示す。

絶縁監視手段１５は、直交成分演算手段１４で算出された抵抗性電流値Ｉ０ｒが、予め定められた警報閾値Ｉｋ以上となっているかどうか、すなわち、次の（３）式に示す条件判定を行い、（３）式の条件が成立した場合は、絶縁不良ありと判定する。

Ｉ０ｒ ≧ Ｉｋ（Ｉｋ：警報閾値） …（３）

なお、変形例として、この（３）式が成立するだけでなく、さらに、この（３）式の関係が所定時間継続するか否かを判定条件として、所定時間継続した場合に絶縁不良ありと判定するようにしてもよい。

警報出力手段１６は、絶縁監視手段１５で絶縁不良ありと判定された場合、外部に対して絶縁不良警報を出力する。絶縁不良警報の出力形態は自由に選択可能であり、一例として、接点出力のような直接警報としてもよいし、また、別の例として、無線あるいは有線での通信による遠隔地への警報としてもよい。

［１−３．効果］
以上のような第１の実施形態に係る絶縁監視装置によれば、対地充電電流の成分を除去した零相電流を精度よく抽出することができる。以下には、この点について説明する。

まず、電気設備の絶縁監視は、設備の絶縁劣化などによる漏洩電流を、変圧器の接地線電流により精度よく検出するものであるが、電気設備の対地充電電流も接地線に流れており、これは漏洩電流の高精度な検出を阻害するものである。ここで、接地線に流れる対地充電電流は、電路各相の対地アドミタンスの不平衡と、電路各相の対地電圧の不平衡に起因している。

三相回路においては、変圧器の接地方法の影響が大きく、三相電圧の擬似中性点対地電圧（常時の零相電圧）が大きくなる接地方式、例えば、低圧Δ巻線の一端を接地するなどの接地方式では、相電圧に等しい零相電圧を回路に印加した場合と同様の大きな対地充電電流が接地線に流れることになる。

この充電電流の位相は、電路各相の対地アドミタンスの不平衡がない場合には、変圧器の結線方法と接地相により決まるので、電気設備の任意の電圧を移相するなどの手段で、先の充電電流と同相のベクトル（充電電流模擬ベクトル）を生成することができる。単相回路のみならず三相回路においても、充電電流と絶縁劣化による漏洩電流には、９０°±３０°程度の大きな位相差がある。

本実施形態では、この位相差を利用して、具体的には、電気設備の電圧の瞬時サンプリング値を用いて電気設備の充電電流模擬ベクトルを生成し、電気設備の接地線に流れる零相電流の瞬時サンプリング値（ベクトル量）の充電電流模擬ベクトルに対する直交成分（漏洩電流成分にほぼ等しい）をディジタル演算にて算出することにより、対地充電電流の成分を除去した零相電流を精度よく抽出することができる。

したがって、本実施形態によれば、注入用トランス等の専用の付帯設備を必要とせず、簡便な構成により、電流と電圧のサンプリング計測とそれによって得られる瞬時サンプリング値によるベクトル量のディジタル演算のみで、対地充電電流の成分を除去した漏洩電流成分を精度よく抽出することができる。

また、本実施形態においては、簡便な演算で充電電流模擬ベクトルを生成することができる。以下には、この点について説明する。

まず、通常の三相交流設備において、各相対地電圧、各線間電圧における電圧ベクトルのそれぞれの位相差は、電気角３０°またはその整数倍、あるいは整数分の一である。また、変圧器の結線方法と接地相により決まる充電電流の位相も、これらと電気角３０°またはその整数倍あるいは整数分の一の関係にある。一方、ディジタル移相演算は、サンプリング値の時間シフト演算にて行うのが最も簡便である。本実施形態においては、サンプリングの時間間隔を電気角３０°またはこれに自然数を乗除した電気角とすることにより、簡便な演算で充電電流模擬ベクトルを生成することができる。

［２．第２の実施形態］
図３は、本発明を適用した第２の実施形態に係る絶縁監視装置を電気設備に設置した状態を示す回路図と絶縁監視装置の構成を示すブロック図である。この図３に示すように、本実施形態は、監視対象となる電気設備の受電トランス１が３相△（あるいはＶ）結線である点、および、絶縁監視装置１０が移相演算手段１７を備えている点で第１の実施形態と相違するが、他の構成は、第１の実施形態と同様である。

図４は、３相△（あるいはＶ）結線時（図４はＢ相接地の場合）の受電トランス１における電圧、電流ベクトルの状態と、模擬ベクトルの生成方法を示すベクトル図である。この図４に示すように、対地充電電流分Ｉｃは、非接地相間電圧Ｖｃａと略同位相であり、ＶａｂはＩｃに対し１２０°遅れ、ＶｂｃはＩｃに対し６０°遅れとなる。したがって、電圧計測手段１２により取込む電圧相によって、模擬ベクトル生成手段１３での模擬ベクトル生成時における移相の角度を切り替える必要が出てくる。この点が、第１の実施形態と異なる点である。

すなわち、本実施形態において、移相演算手段１７は、電圧入力がＡＢ相である場合に「１２０°進みの移相演算」、ＢＣ相である場合に「６０°進みの移相演算」を行う。これによって、模擬ベクトル生成手段１３は、対地充電電流分Ｉｃと同相の充電電流模擬ベクトルを生成することができる。また、電圧入力がＣＡ相の非接地相間電圧Ｖｃａである場合は、対地充電電流分Ｉｃと略同位相であるため、移相演算手段１７により移相演算を行う必要はない。この場合に、模擬ベクトル生成手段１３は、この非接地相間電圧Ｖｃａをそのまま用いて対地充電電流分Ｉｃと同相の充電電流模擬ベクトルを容易に生成することができる。

したがって、ＣＡ相電圧を入力するようにすれば、前記のとおり移相演算を行う必要がないため、移相演算手段１７を省略でき、絶縁監視装置１０の構成が簡略になる。また、電圧計測手段１２に取込む電圧相を限定し、この限定した電圧相に応じて模擬ベクトル生成手段１３での移相演算方法を固定化してもよい。

なお、本実施形態において、電流計測手段１１の動作、および、模擬ベクトル生成手段１３以降の直交成分演算手段１４、絶縁監視手段１５、警報出力手段１６の動作は、第１の実施形態と同様である。

以上のような第２の実施形態に係る絶縁監視装置によれば、第１の実施形態の効果に加えて、さらに、次のような効果が得られる。すなわち、取込む電圧相に応じた移相演算を行うことによって、対地充電電流分Ｉｃと同相の充電電流模擬ベクトルを生成することができ、特に、対地充電電流分Ｉｃと略同位相である非接地相間電圧Ｖｃａを取込むことにより、対地充電電流分Ｉｃと同相の充電電流模擬ベクトルを容易に生成することができる。

［３．第３の実施形態］
図５は、本発明を適用した第３の実施形態に係る絶縁監視装置を電気設備に設置した状態を示す回路図と絶縁監視装置の構成を示すブロック図である。この図５に示すように、本実施形態は、監視対象となる電気設備の受電トランス１Ａが３相△（あるいはＶ）回路であるのに対し、電圧計測手段１２による電圧の取込み先が単相変圧器である別の受電トランス１Ｂの回路である点で、第２の実施形態と相違するが、他の構成は、第２の実施形態と同様である。ただし、この構成は、受電トランス１Ａと受電トランス１Ｂの１次側が同一系統である（受電トランス１Ｂが監視対象となる電気設備につながっている）ことを前提条件としている。

この場合、監視対象の受電トランス１Ａの構成および電圧取込み先の受電トランス１Ｂの構成、および電圧の取込み相から、受電トランス１Ａ，１Ｂの２次側電圧相互の位相差を認識し、移相演算手段１７によりその位相差に応じた移相演算を実施し、模擬ベクトル生成手段１３により模擬ベクトルを生成することになる。

なお、本実施形態において、電流計測手段１１の動作、および、模擬ベクトル生成手段１３以降の直交成分演算手段１４、絶縁監視手段１５、警報出力手段１６の動作は、第１の実施形態と同様である。

以上のような第３の実施形態に係る絶縁監視装置によれば、第１、第２の実施形態の効果に加えて、さらに、次のような効果が得られる。すなわち、３相変圧器と単相変圧器の高圧回路が同一電力系統に接続されている場合に、当該変圧器の２次側電圧相互の位相差は、変圧器の結線法と接続相により固定的に決まる。したがって、監視対象の電気設備の変圧器が３相変圧器である場合に、この３相変圧器の電圧を導入せずに、当該電気設備につながる単相変圧器の電圧を導入して、当該３相変圧器回路の充電電流模擬ベクトルを容易に生成することができる。

［４．第４の実施形態］
図６は、本発明を適用した第４の実施形態に係る絶縁監視装置を電気設備に設置した状態を示す回路図と絶縁監視装置の構成を示すブロック図である。この図６に示すように、本実施形態は、第１の実施形態に係る絶縁監視装置に、直交成分演算手段１４で算出された直交成分のデータを出力する直交成分データ出力手段１８を設けたものであり、他の構成は、第１の実施形態と同様である。

ここで、直交成分データ出力手段１８の具体的な構成は適宜選択可能である。すなわち、直交成分データ出力手段１８は、絶縁監視装置１０に観測端子等を取付けることによって実現することもできるし、表示器等を使って数値で直接目視確認できるようにしてもよい。また、有線、無線の通信手段を使って、パソコンあるいは遠隔地に直交成分データを伝送して確認できるようにしてもよい。

以上のような第４の実施形態に係る絶縁監視装置によれば、第１の実施形態の効果に加えて、さらに、監視対象設備の絶縁状態を容易に把握できるという効果が得られる。以下には、この点について説明する。

すなわち、絶縁監視装置１０のユーザは、直交成分データ出力手段１８を通して、監視対象設備の対地絶縁抵抗の低下に伴う漏れ電流値をいつでも容易に確認できる。また、絶縁監視装置１０を設置する際には、設置の申請を行うために監視対象設備の対地絶縁抵抗の低下に伴う漏れ電流値を測定する必要があるが、直交成分データ出力手段１８を設けることによって、この測定作業を簡略化することができる。さらに、絶縁監視警報が発生した場合にも、直交成分データ出力手段１８によって、その時点の漏洩電流を正確に把握することができるので、不良箇所の特定調査、設備改修要否の判断等の参考情報として有効に活用することができる。

このように、本実施形態によれば、直交成分データ出力手段１８により直交成分のデータを出力することにより、特別な付帯設備なしに充電電流に影響されない漏洩電流に比例した電流値を容易に確認することが可能となり、設備の絶縁状態を容易に把握することができる。

［５．第５の実施形態］
図７は、本発明を適用した第５の実施形態に係る絶縁監視装置を電気設備に設置した状態を示す回路図と絶縁監視装置の構成を示すブロック図である。この図７に示すように、本実施形態は、第２の実施形態に係る絶縁監視装置において、絶縁監視装置１０を監視対象設備に設置する際に絶縁監視装置１０の外部に設けた電圧計測手段１２により模擬ベクトルを生成する際の位相基準となる設備側電圧を一時的に取込み、取込んだ電圧を絶縁監視装置１０の内部に設けた電圧記憶手段１９で記憶するように構成したものである。

第２の実施形態のように、電圧計測手段１２を絶縁監視装置１０の内部に設けた場合には、絶縁監視装置１０を監視対象設備に設置する際、電圧計測手段１２に電圧を取込むために配線接続を行う必要があるが、本実施形態においては、電圧計測手段１２を、例えば、コネクタ、クリップ等を使って絶縁監視装置１０と接続することで一時的に電圧を取込み、取込んだ電圧を電圧記憶手段１９で記憶する。

図７は、監視対象設備の受電トランス１が３相△（あるいはＶ）回路である場合を示しており、第２の実施形態について前述したように、電圧計測手段１２での取得電圧を非接地相間の電圧に限定することで、移相演算手段１７を省略し、絶縁監視装置１０の構成を簡略化している。なお、他の構成は、第２の実施形態と同様である。

以上のような第５の実施形態に係る絶縁監視装置によれば、第１、第２の実施形態の効果に加えて、さらに、次のような効果が得られる。まず、電圧取込み用の配線接続を行う必要がなくなるため、絶縁監視装置の設置作業が容易になる。また、電圧計測手段１２を絶縁監視装置１０の外部に出すことで、絶縁監視装置１０自体のハードウェア規模を縮小できるため、監視装置のコンパクト化を図ることができる。

さらに、変形例として、電圧計測手段１２あるいは電圧記憶手段１９の何れかに、取得電圧が非接地相であることを確認する機能を持たせることにより、装置構成の一層の簡略化を図れると共に、監視装置設置時の誤作業防止を図ることができる。

［６．第６の実施形態］
図８は、本発明を適用した第６の実施形態に係る絶縁監視装置を電気設備に設置した状態を示す回路図と絶縁監視装置の構成を示すブロック図である。この図８に示すように、本実施形態は、第５の実施形態に係る絶縁監視装置において、電圧計測手段１２に、電気設備の通電の有無を判定する検電手段２１と、当該電気設備が通電中であると判定した場合に、当該電気設備の電圧を導入する電圧導入手段２２を設けたものであり、他の構成は、第５の実施形態と同様である。

以上のような第６の実施形態に係る絶縁監視装置によれば、第５の実施形態の効果に加えて、さらに、基準量とする電圧の記憶ミス等を防止できるという効果が得られる。以下には、この点について説明する。

すなわち、絶縁監視装置の設置作業は、比較的設備点検等の、設備を停電させるときに行われるケースが多い。そのため、基準量とする電圧を一時記憶させたつもりが、停電であるために正常に記憶できないなどのミスを生じる可能性があり、その結果、絶縁監視装置を正常に運用できなくなる場合があった。

これに対して、本実施形態においては、電圧計測手段１２に設けた検電手段２１により、電圧を導入する際に設備電圧が生きていることを確認した上で、電圧導入手段２２により電圧導入することによって、電圧の記憶ミスを防止することができる。また、前述したように導入する電圧相を限定する構成とした場合、導入する電圧相を誤るという可能性があるが、本実施形態においては、検電手段２１に導入相を確認する機能を実装することにより、そのような導入電圧相誤りも同時に防止できる。

なお、本実施形態においては、電圧計測手段１２を絶縁監視装置１０の外部に設けた場合について説明したが、第１〜第４の実施形態で示したような絶縁監視装置１０内部に設けた電圧計測手段１２に、同様の検電手段２１と電圧導入手段２２を設ける構成も可能である。この場合には、基準電圧を常時導入する場合の導入電圧相誤りを同様に防止することができる。

［７．他の実施形態］
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で他にも多種多様な変形例が実施可能である。すなわち、図面に示した絶縁監視装置の構成は、一例にすぎず、本発明の絶縁監視装置は、電気設備の電圧サンプリング値を用いて電気設備の充電電流模擬ベクトルを生成し、電気設備の接地線に流れる零相電流サンプリング値の充電電流模擬ベクトルに対する直交成分をディジタル演算して絶縁監視を行うものである限り、その具体的な装置構成は適宜選択可能である。

本発明を適用した第１の実施形態に係る絶縁監視装置を電気設備に設置した状態を示す回路図と絶縁監視装置の構成を示すブロック図。 図１に示す単相回路の受電トランスに対する模擬ベクトルの生成方法を示すベクトル図。 本発明を適用した第２の実施形態に係る絶縁監視装置を電気設備に設置した状態を示す回路図と絶縁監視装置の構成を示すブロック図。 図３に示す３相△（あるいはＶ）結線時の受電トランスにおける模擬ベクトルの生成方法を示すベクトル図。 本発明を適用した第３の実施形態に係る絶縁監視装置を電気設備に設置した状態を示す回路図と絶縁監視装置の構成を示すブロック図。 本発明を適用した第４の実施形態に係る絶縁監視装置を電気設備に設置した状態を示す回路図と絶縁監視装置の構成を示すブロック図。 本発明を適用した第５の実施形態に係る絶縁監視装置を電気設備に設置した状態を示す回路図と絶縁監視装置の構成を示すブロック図。 本発明を適用した第６の実施形態に係る絶縁監視装置を電気設備に設置した状態を示す回路図と絶縁監視装置の構成を示すブロック図。 電気設備における零相電流の状態を説明するベクトル図。

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂ…受電トランス
２…ケーブル
３…データ参照処理部
４…零相変流器（ＺＣＴ）
１０…絶縁監視装置
１１…電流計測手段
１２…電圧計測手段
１３…模擬ベクトル生成手段
１４…直交成分演算手段
１５…絶縁監視手段
１６…警報出力手段
１７…移相演算手段
１８…直交成分出力手段
１９…電圧記憶手段
２１…検電手段
２２…電圧導入手段

Claims (8)

1. 変圧器を含む電気設備の絶縁監視を行う絶縁監視装置において、
   前記変圧器の接地線に結合した変流器からの零相電流を所定の時間間隔でサンプリングして計測し、零相電流サンプリング値を得る電流計測手段と、
   前記電気設備の電圧を所定の時間間隔でサンプリングして計測し、電圧サンプリング値を得る電圧計測手段、または、電圧計測手段により一時的に取込まれた電気設備の電圧を所定の時間間隔でサンプリングし、得られた電圧サンプリング値を記憶する電圧記憶手段を含む電圧データ取得手段と
   前記電圧サンプリング値を用いて前記電気設備の対地充電電流と略同位相の充電電流模擬ベクトルを生成する模擬ベクトル生成手段と、
   前記零相電流サンプリング値の前記充電電流模擬ベクトルに対する直交成分を算出する直交成分演算手段と、
   前記直交成分に基づいて電気設備の絶縁不良の有無を判定する絶縁監視手段と、
   前記絶縁不良ありと判定された場合に警報を出力する警報出力手段
   を備えたことを特徴とする電気設備の絶縁監視装置。
2. 前記電圧データ取得手段は、前記サンプリングの前記時間間隔を、商用周波数の電気角３０°またはこれに自然数を乗除した電気角として、前記電圧サンプリング値を得るように構成され、
   前記模擬ベクトル生成手段は、前記電圧サンプリング値に対するディジタル移相演算により前記充電電流模擬ベクトルを生成するように構成される
   ことを特徴とする請求項１に記載の電気設備の絶縁監視装置。
3. 前記電圧データ取得手段は、前記変圧器の低圧側巻線の構成が３相ΔまたはＶ結線の場合に、当該低圧側巻線の非接地相の線間電圧を前記電気設備の電圧として前記電圧サンプリング値を取得するように構成される
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電気設備の絶縁監視装置。
4. 前記電圧データ取得手段は、前記変圧器が３相変圧器の場合に、前記電気設備につながる単相変圧器の線間電圧または相電圧を前記電気設備の電圧として前記電圧サンプリング値を取得するように構成される
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電気設備の絶縁監視装置。
5. 前記直交成分のデータを出力する直交成分データ出力手段
   を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の電気設備の絶縁監視装置。
6. 前記電圧データ取得手段は、装置本体の外部に設けられて前記電気設備の電圧を一時的に取込む前記電圧計測手段と、装置本体の内部に設けられた前記電圧記憶手段を含む
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の電気設備の絶縁監視装置。
7. 前記電圧計測手段は、前記電気設備の通電の有無を判定する検電手段と、当該電気設備が通電中であると判定した場合に、当該電気設備の電圧を導入する電圧導入手段を含む
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の電気設備の絶縁監視装置。
8. 変圧器を含む電気設備の絶縁監視を行う絶縁監視方法において、
   電流計測手段、電圧データ取得手段、模擬ベクトル生成手段、直交成分演算手段、絶縁監視手段、警報出力手段を備えた絶縁監視装置を用いて、
   前記電流計測手段により前記変圧器の接地線に結合した変流器からの零相電流を所定の時間間隔でサンプリングして計測し、零相電流サンプリング値を得る電流計測ステップと、
   前記電圧データ取得手段により前記電気設備の電圧を所定の時間間隔でサンプリングして計測し、電圧サンプリング値を得る電圧計測処理、または、電圧データ取得手段により電気設備の電圧を一時的に取込み、この取込まれた電圧を所定の時間間隔でサンプリングして、得られた電圧サンプリング値を記憶する電圧記憶処理を含む電圧データ取得ステップと
   前記模擬ベクトル生成手段により前記電圧サンプリング値を用いて前記電気設備の対地充電電流と略同位相の充電電流模擬ベクトルを生成する模擬ベクトル生成ステップと、
   前記直交成分演算手段により前記零相電流サンプリング値の前記充電電流模擬ベクトルに対する直交成分を算出する直交成分演算ステップと、
   前記絶縁監視手段により前記直交成分に基づいて電気設備の絶縁不良の有無を判定する絶縁監視ステップと、
   前記絶縁不良ありと判定された場合に、前記警報出力手段により警報を出力する警報出力ステップ
   を含むことを特徴とする電気設備の絶縁監視方法。

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