JP4625360B2 - 絶縁監視装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、回路（回路網を含む、以下同様）とグラウンド（接地）との間に不可避のオーム性及び容量性の絶縁抵抗を含む絶縁インピーダンスが存在する非接地の電気回路、例えばＤＣ及び／又はＡＣ回路の絶縁監視方法に関し、それによってパルス電圧形状の測定電圧が回路とグラウンドの間で監視されるべき回路に供給されるものである。本発明はまたそのような方法に基づいて機能する装置に関する。さらに、本発明はそのような装置の使用に関する。

従来技術において非接地ＡＣ回路での絶縁抵抗の監視はＤＣ参照電圧を導入し、その結果、既知の抵抗器を流れる電流を測定することによって行われる。そのような従来技術の装置は例えば“絶縁監視による保護手段”（Wolfgang Hofheinz, VDE Werlag, Berlin, 2. edition,2000）に開示されている。

しかしながら、そのような方法はＤＣ電圧が回路に含まれている場合にはなおのこと適切でない。

ヨーロッパ特許公報ＥＰ0654673Ｂ1は非接地の電気ＤＣ及びＡＣ回路の絶縁監視方法を開示している。この従来技術によれば測定電圧は、異なるパルス電圧値を伴うパルス交流電圧の形で回路、例えば位相接続部とアース（船の船体）との間に供給される。パルスが供給されたとき、過渡状態は本質的に一定の値に達しそれが測定されるまでの間監視される。その後すぐに電圧測定は次の電圧値に切り換えられてそして監視／測定ステップがこのパルスのために繰り返される。２つの測定値は絶縁抵抗を測定するために用いられる。２つのパルスの値の差が用いられるために、ＤＣ電圧、例えば回路に配置されたＤＣ発生器（発電機）の影響は無効化される。

そのような従来技術のさらなる例はドイツ特許公報ＤＥ10106200Ｃ1に開示されている。
"絶縁監視による保護手段(Protective Measures with Insulation Monitering)" Wolfgang Hofheinz, VDE Werlag, Berlin, 2. edition,2000 ヨーロッパ特許公報ＥＰ0654673Ｂ1 ドイツ特許公報ＤＥ10106200Ｃ1

しかしながら、これら従来技術の方法は絶縁抵抗の評価が行われる前に少なくとも２つの異なる測定パルスが供給されることを必要とする。パルスは過渡ステージが終了するまで維持されなければならず、そしてそのような過渡ステージは、関係する抵抗とキャパシタンスに対し比較的長いので、これら従来技術のシステムによれば評価は多くの時間を必要とする。

さらに、これら従来技術の方法はまた、回路に必要とされる発生可能な相当のＤＣ電圧レベルに対処するために、監視されるべき回路とグラウンドとの間に抵抗性の回路結合を適用することを要する。

本発明の目的は、回路とグラウンドとの間に不可避のオーム性（抵抗性）及び容量性の絶縁抵抗が存在する非接地の電気ＤＣ及び／又はＡＣ回路の絶縁監視のための方法及び装置を提供することであり、それによって上述の従来技術の改良がなされる。

本発明のさらなる目的はそのような方法及びそのような装置を提供することであり、それによって絶縁抵抗の評価は従来技術に比べてより短い時間で提供される。

さらに本発明のさらなる目的はそのような方法及びそのような装置を提供することであり、それによって例えばまたグラウンドへの容量性の漏れの評価を含む、絶縁インピーダンスの評価が実行される。

また、本発明の目的はそのような方法及びそのような装置を提供することであり、それによってさらなる柔軟性及び汎用性が実現される。

これら及び他の目的は以下に詳細に説明されているように本発明によって実現される。

本発明は回路とグラウンドとの間に不可避のオーム及び容量性の絶縁抵抗を含む絶縁インピーダンスが存在する非接地電気回路の絶縁監視方法に関し、パルス電圧形状の測定電圧が回路とグラウンドの間で監視されるべき回路に供給される。そのため、
はじめにオフセットＤＣ電圧が供給されて、監視されるべき回路に本来的に発生可能なＤＣ電圧が本質的に相殺されるまで調整され、
前記測定電圧の電圧パルスは回路とグラウンドの間の回路に供給され、
結果として生じた派生電流又はそれから生成された変数は所定のステージに達するまでの間監視され、
前記所定のステージで測定された派生電流又はそれから生成された変数は回路の絶縁インピーダンスの評価を確立するために用いられ、そして
ＤＣオフセット電圧の前記調整は前記回路の電流又はそれから生成された変数を監視している間に行われ、そして、監視されるべき回路に本来的に発生可能なＤＣ電圧は、前記ＤＣオフセット電圧が前記電流又はそれから生成された変数に本質的に対応する効果を提供するとき、相殺されたとみなされることを特徴とする。
また、請求項２に記載のように、前記非接地電気回路は、ＤＣ及び／又はＡＣ回路であってもよい。

これにより次のことが実現される。即ち、絶縁インピーダンス、例えばオーム性絶縁抵抗の評価は、測定電圧のただ１つのパルスを供給した後、例えば回路にただ１つの電圧パルスを重ね合わせることによって提供することができる。このようにして結果が提供され、例えば不良、特に破損をもたらすおそれある不良が発生した場合に重要となる相当の時間遅れを生じることなく表示される。不良このことの重要性はまた、そのようなシステムにおいて通常含まれる大きなキャパシタンスに起因して、測定電圧パルスが供給された後に過渡状態が終了するためにかかる時間が大きいという事実によって強調される。したがって、結果が得られる前にただ１つの電圧パルスを供給することの効果はとても重要である。

当然のことながらオフセットＤＣ電圧を供給及び調整するステップはゼロ電圧で開始され、これについての影響をチェックし、その後でオフセット電圧が調整される。これはまた、もし監視されるべき回路がＤＣ電源を備えていない場合、このステップは調整が行われることがないため即座に終了されるという長所を有する。したがって、このステップはそのような状況において実際は状況の確認（チェック）のみを含む。

有利には、請求項３に記載のように、正又は負である前記測定電圧の前記電圧パルスは、前記の所定のステージに達した際に終了される。

これにより次のことが実現される。即ち、測定電圧パルスの長さは、特定の環境において必要な長さまで減少させることができ、すなわち供給されたパルスの長さは、実際には多くの場合において過渡状態が終了するために不必要な特定の長さに固定される必要がない。したがって、これによってさらなる効率及び柔軟性が実現されている。

請求項４に記載のようにさらに効果的な実施形態に基づき、前記測定電圧の前記電圧パルスは異なる又は同じ極性を有する次の電圧パルスに追従されて、
前記次の電圧パルスに起因して生じた派生電流又はそれから生成された変数が所定のステージに達するまでの間監視され、そして
前記所定のステージで測定された派生電流又はそれから生成された変数は回路の絶縁インピーダンスの次の評価を確立することに用いられる。

これにより、結果を迅速に提供し、そして本質的に連続的又は略連続的に回路の監視を実現することができる。

より好ましい実施形態によれば、請求項５に記載のように、前記回路の絶縁インピーダンスの一回又は複数回の評価の結果が表示される。
また、請求項６に記載のように、前記結果は、評価に続いて即座に及び／又は少なくとも前記測定電圧の対応電圧パルスに続く読み出し期間の間に表示されてもよい。

さらにより好ましい実施形態によれば、請求項７に記載のように、前記方法は異なる極性を有する少なくとも２つの測定電圧パルスの適用を必要とし、そしてそれによって評価された絶縁インピーダンスが正及び負の測定電圧パルスそれぞれに応じて提供される。
また、請求項８に記載のように、前記評価された絶縁インピーダンスは読み出し及び／又は表示のために提供されてもよい。

これにより例えば正又は負の測定電圧に対応する詳細な結果を提供することが実現でき、それによって回路の絶縁状態に関するさらに有用な情報を提供することができる。

さらに有利な実施形態によれば、請求項９に記載のように、前記派生電流又はそれから生成された変数が所定値に達したときに、前記所定のステージに達する。

これにより、各測定パルスの終了基準が特定の要求及び／又は環境を考慮して、例えばまた客の要望及び仕様を考慮して確立されるため、さらなる柔軟性を実現できる。

有利には、請求項１０に記載のように、前記派生電流又はそれから生成された変数が本質的に一定の値に達したときに、前記所定のステージに達する。

これにより測定パルスは、例えばまた或るニーズ、期待、ユーザーの要望等を考慮して、過渡状態が完了したことが判断されると同時に終了する。したがって、例えば継続的なサンプルどうしの差又は同様のものが所定値、例えば１％、２％、５％等未満である又は差の絶対値が用いられるときに過渡ステージが終了することを決定することができる。さらに、測定された信号の時間微分は好ましいステージを決定することに同様に用いられる。

さらにより有利な実施形態によれば、請求項１１に記載のように、前記監視されるべき回路に本来的に発生可能なＤＣ電圧は、前記調整ステップにおいて、前記ＤＣオフセット電圧が提供する効果と前記電流又はそれから生成された変数との差が所定間隔内であるときに相殺されたとみなされる。
また、請求項１２に記載のように、前記監視されるべき回路に本来的に発生可能なＤＣ電圧は、前記調整ステップで前記ＤＣオフセット電圧が提供する効果と前記電流又はそれから生成された変数との差が本質的にゼロであるときに相殺されたとみなされてもよい。

当然ながらオフセットＤＣ電圧は複数の方法で供給され、そして回路のＤＣ電源の効果との比較は様々な方法で行われる。例えば、回路のＤＣ電源に起因する電流はオフセット電源、測定装置との関連の全てに起因する電流に匹敵する。また当然ながらオフセットＤＣ電圧は、回路のＤＣ電源に起因する測定された信号を相殺するための対応効果を確立する電流の形をとって供給される。

望ましくは、請求項１３に記載のように、前記測定電圧の電圧パルスの終了に続いて、監視されるべき回路に本来的に発生可能な可変ＤＣ電圧が前記オフセットＤＣ電圧によって相殺されているか否かが照合され、必要があれば調整が行われる。

これにより、次のことが実現される。即ち、オフセットＤＣ電源のレベルは規則正しく制御されて必要があれば調整され、そしてそのような制御は多数の方法で構成されている。例えば、オフセットＤＣ電圧レベルの確認（チェック）はそれぞれの測定電圧パルスの後、いくつかのそのようなパルスの後、所定時間間隔等の後、監視されるべき回路の特性及び／又はユーザーのニーズ等の全てに基づいて行われる。

さらにより有効な実施形態によれば、請求項１４に記載のように、回路の絶縁インピーダンスの前記評価は回路のオーム性絶縁抵抗の測定を提供する。

加えて又は代わりに、請求項１５に記載のように、回路の絶縁インピーダンスの前記評価は回路の容量性絶縁抵抗の測定を提供する。

これによりさらなる長所は、回路の容量性絶縁抵抗を監視することが求められている又は必要とされている場合に達成することができ、それは当業者にとって明らかな複数の方法で行うことができることである。例えば、過渡ステージの間に監視された又は測定された信号は分析及び評価され、それによって回路とグラウンドの間のインピーダンスの中のチャージに関係するキャパシタンスが決定される。

請求項１６に記載のように、監視されるべき前記非接地電気回路は整流器及び／又は他の変換器による負荷を含む。

当然のことながら本発明による方法はいかなるタイプの負荷及びいかなるタイプの回路でもともに利用することができる。また一方、例えば整流器及び／又は他の変換器といった負荷を含む回路は特に関係がある。

さらに、請求項１７に記載のように、監視されるべき前記非接地電気回路は１つ又はそれ以上の位相を含む。
また、請求項１８に記載のように、監視されるべき前記非接地電気回路は３相回路を含んでもよい。

以下に説明したように、回路が位相ラインを１つ以上有していても、単相ラインとグラウンドの間の監視／測定することによって本発明に基づき回路は監視される。したがって、１つの位相ラインのみに関して現れたインピーダンス不良は、例えば電源例えば発生器（発電機）における位相ラインどうしの接続のために測定が他の位相ラインとグラウンド／アースとの間で行われても、また本発明に基づいて検出される。したがって、本発明による方法でグラウンド／アースへに対する絶縁抵抗は、測定が行われる位相ラインだけでなく、回路システムに含まれる他の位相ラインに対しても監視される。

さらに好ましい実施形態によれば、請求項１９に記載のように、前記方法は、絶縁インピーダンスが所定の閾値以下である場合に、アラームを作動させるためのステップを含む。
また、請求項２０に記載のように、前記アラームは可聴式及び／又は可視式のアラームであってもよい。

他の好ましい実施形態によれば、請求項２１に記載のように、前記方法は、特定の不良の状況を検知し及び場合によっては表示するための少なくとも２つの所定の絶縁インピーダンスの値に基づいて評価を実行するステップを含む。
また、請求項２２に記載のように、前記特定の不良の状況は、変換器又は整流回路における正又は負の分岐（ブランチ）に関する不良であってもよい。

これによって、ユーザーはすぐに、例えば変換器又は整流回路、バッテリ等に特有の不良を伴う、ある特定の不良の状況を知らされるという長所を含む多くの付加的な特徴及び長所が実現される。

さらに、本発明は、回路とグラウンドとの間に不可避のオーム性及び容量性の絶縁抵抗を含む絶縁インピーダンスが存在する非接地電気回路の絶縁監視装置に関し、前記装置はパルス電圧形状の測定電圧を回路とグラウンドの間で監視されるべき回路に供給するための手段と結果として生じる派生電流又はそれから生成された変数を監視するための手段を含み、前記装置は調整可能なオフセットＤＣ電圧を供給するための手段を含み、前記装置はさらに前記オフセットＤＣ電圧の影響を監視するための手段及び調整可能なオフセットＤＣ電圧を回路に本来的に発生可能なＤＣ電圧が相殺されるまでの間自動的に調整するための手段を含み、
ＤＣオフセット電圧の前記調整は前記回路の電流又はそれから生成された変数を監視している間に行われ、そして、監視されるべき回路に本来的に発生可能なＤＣ電圧は、前記ＤＣオフセット電圧が前記電流又はそれから生成された変数に本質的に対応する効果を提供するとき、相殺されたとみなされることを特徴とする。
また、請求項２４に記載のように、前記非接地電気回路はＤＣ及び／又はＡＣ回路であってもよい。

これにより次のことが実現される。即ち、絶縁インピーダンスの評価、例えばオーム性絶縁抵抗の評価は、測定電圧の１つのパルスのみが供給された後で本装置によって提供することができる。このようにして、結果が提供され、例えば破損をもたらすおそれのある不良が発生した場合に重要となる相当な時間の遅れを生じることなく表示される。これに関する重要性はまた通常そのようなシステムにおいて含まれる大きなキャパシタンスのために、測定電圧パルスが供給された後で過渡状態の終了までに要する時間が多大であるという事実によって強調される。このため、結果に到達する前にただ１つの電圧パルスを供給することの効果はとても重要であり、そしてそれゆえに本発明による装置は絶縁インピーダンスの状態に関する情報を迅速で正確に提供することができる。

当然のことながらＤＣオフセット電圧の供給及び調整の手段は、ゼロ電圧がはじめに供給されてそしてこれの影響が確認された後、オフセット電圧が調整されるように予め設定されている。これはまた監視されるべき回路がＤＣ電源を含んでない場合には、調整が行われないためこのステップは迅速に終了されるという長所を有している。したがって、このステップはそのような場合において実際には状況の確認のみを含む。

好ましくは、請求項２５に記載のように、前記装置は特定のステージで予め設定されていた間隔で調整可能なオフセットＤＣ電圧の前記自動調整を実行するための制御手段を含む。
また、請求項２６に記載のように、好ましくは、前記特定のステージは測定電圧パルスの後に続き、かつ前記予め設定されていた間隔は多数の測定電圧が供給された後である。

これにより次のことが実現される。即ち、オフセットＤＣ電圧レベルはきちんと制御されまた必要に応じて調整され、そしてそのような制御は非常に多くの方法で構成されている。例えば、オフセットＤＣ電圧レベルの確認はそれぞれの測定電圧パルスの後、多数のそのようなパルスの後、所定時間間隔等の後、監視されるべき回路の特性及び／又はユーザーのニーズ等の全てに基づいて行われる。したがって、この方法で装置は自動的で柔軟性が高く正確に絶縁インピーダンスの監視を行う。

さらに好ましい実施形態によれば、請求項２７に記載のように、前記装置は、前記派生電流又はそれから生成された変数が所定のステージに達したときに測定を行うための手段と、これにしたがって前記測定パルス電圧を終了するための手段とを含む。
また、請求項２８に記載のように、前記所定のステージは前記派生電流又はそれから生成された変数の所定値及び／又は本質的に一定の値であってもよい。

これにより、測定パルス終了の基準が特定のニーズ及び／又は状況を考慮して、例えばまた顧客の要求及び仕様を考慮して確立されているため、さらなる柔軟性が達成されている。例えば測定パルスは過渡状態が終了したとみなされると同時に、例えばまた特定のニーズ、予想、ユーザーの要求等を考慮して、装置によって終了される。したがって、それは例えば装置によって、連続するサンプル間の差又は同様のものが所定値、例えば１％、２％、５％等未満、又は差の絶対値が用いられているときに、過渡ステージが終了していることが判断される。さらに、測定信号の時間微分は所望のステージの判断に同様に用いられる。

有利には、請求項２９に記載のように、前記装置は正及び／又は負の測定パルスを前記回路へ供給するための手段を含む。

これにより負だけでなく正の測定電圧、例えばそれぞれ別々に対応する装置によって詳細な結果を提供することが実現されており、それによってさらに回路の絶縁状態に関する有用な情報が提供される。

特に好ましい実施形態によれば、請求項３０に記載のように、前記装置は、１つ又はそれ以上の測定電圧パルスから生じた前記監視された派生電流又はそれから生成された変数に基づいて、回路の絶縁インピーダンスの評価を確立するための手段を含む。

これにより多数のさらなる特性、例えば測定電圧の極性にしたがって異なる、監視されたインピーダンスに関する情報を装置によって提供することが実現されており、そしてそれによって詳細な不良状況がユーザーに示される。さらに、インピーダンスレベルの進展がまたユーザーに示される。

有利には、請求項３１に記載のように、前記装置は前記絶縁インピーダンスの値を表示するための表示手段を含む。
また、請求項３２に記載のように、前記絶縁インピーダンスの表示される値はオーム性及び／又は容量性絶縁抵抗であってもよい。

さらに有利な態様としては、請求項３３に記載のように、前記装置が異なる測定電圧パルスに関する値を表示するための表示手段を含む。
また、請求項３４に記載のように、前記測定電圧パルスは負及び正の電圧パルスであってもよい。

また、請求項３５に記載のように、前記装置は特定の不良状況を示すための手段を含む。
また、請求項３６に記載のように、前記特定の不良状況を示すための手段は、可視及び／又は可聴式のアラーム手段であってもよい。
また、請求項３７に記載のように、好ましくは、前記特定の不良状況は、絶縁インピーダンスが所定の閾値以下であるときの不良及び／又は変換器又は整流回路における正又は負の分岐の不良に関するものであってよい。

さらにより好ましい実施形態によれば、請求項３８に記載のように、前記装置は請求項１から２２のいずれか一項に記載の方法にしたがって動作するように設計されている。

さらに、本発明はまた非接地電気回路における請求項２３から３８のいずれか一項に記載の装置の使用であって、前記回路は整流器及び／又はその他の変換器を含む様々な負荷を有することを特徴とする使用に関する。

当然のことながら本発明による方法及び装置はいかなるタイプの負荷及びいかなるタイプの回路にも接続して利用することができる。また、例えば整流器及び／又はその他の変換器といった負荷を含む回路には特に関係がある。

本発明はまた非接地電気回路、請求項２３から３８のいずれか一項に記載の装置の使用であって、前記回路が１つ又はそれ以上の位相ラインを有することを特徴とする使用に関する。

上述及び以下に説明したように、回路が１つ以上の位相ラインを含んでいる場合でも、本発明による１つの装置によって回路を監視することができる。例えば、１つの位相ラインに関して発生したインピーダンス不良は、例えば電源、例えば発生器（発電機）において位相ラインどうしの接続のために、他の位相ラインとグラウンド／アースとの間に接続された装置によって検出されることができる。したがって、本発明による装置は、それが接続されている位相ラインに対してだけでなく回路システムに含まれている他の位相ラインに対しても、グラウンド／アースに対する絶縁抵抗を監視するものである。

最後に、本発明はまた、船、移送手段、ビル、病院、産業施設、採掘施設、又は建設現場での非接地の電気回路における、請求項２３から３８のいずれか一項に記載の装置の使用に関する。
また、請求項４２に記載のように、前記移送手段は電車又はレール車両であってもよい。

非接地の電気回路は図１に一般的に示されており、その中には３つの固定子巻線１１、１２及び１３を備えた電気発生器（発電機）１０、例えばＡＣ発生器が図示されており、それぞれ３つの電力ラインＬ１、Ｌ２及びＬ３に接続されていて、そして共通のスターポイント１４に接続されている。このスターポイント１４はグラウンド１５、例えば船の船体、列車のシャーシ等に接続されていない。グラウンドまでの絶縁抵抗を監視するために、監視装置２０は位相ラインＬ１、Ｌ２又はＬ３の１つからグラウンドまでの間、例えばＬ１に接続された位相ターミナル２１とグラウンド１５に接続されたグラウンドターミナル２２でもって接続されている。これにより、以下により詳細に説明されるように、いずれの位相ラインとグラウンドとの間でも絶縁抵抗を監視し、例えばＬ２とグラウンド１５との間の１６において、漏電経路ができているかどうか及び／又は許容できない低い絶縁抵抗が存在しているかどうか検出することができる。

従来技術の絶縁抵抗監視装置又は絶縁抵抗計測器は図２に示されている。ここで、図示のＤＣ電源２３、例えば１２Ｖバッテリは、測定電圧を供給するためのＳＬターミナル２２に接続されている。この測定電圧はグラウンド１５と位相ラインとの間に供給され、それにより回路に対応漏れ電流が流れる。この漏れ電流は位相ターミナル２１に接続された測定手段で測定され、前記測定手段は本線の周波数が測定を妨げることを防ぐためのローパスフィルタ２４を含む。このローパスフィルタ２４はまた既知の抵抗、例えば許容量の小さな抵抗のような働きをする抵抗３０を含み、測定されるための適切な信号、例えば重畳パルス電圧に起因する電圧を供給する。さらに、信号は２５で増幅されて例えば可動コイル器とインジケータ２７及び２８、例えばＬＥＤインジケータを含むディスプレイ２６へ導かれる。機器２６のポインタ（指針）は絶縁抵抗を目盛り上に、例えばＭΩで及び／又は“許容範囲内／許容範囲外”のように示す。インジケータ２７及び２８は、例えば機器が待機中／作動中であること及び不良（故障）が発生したこと、即ち絶縁抵抗が所定のレベル以下であることを示す。

したがって、２つの導線の間のオーム抵抗は、ＤＣ参照電圧を導入して、その結果、既知の抵抗、例えば抵抗３０に流れる電流（これを派生電流という）を測定することによって測定される、この間、干渉ＡＣ電圧は例えばチョーク、フィルタ又はその同等物によって相殺されている。しかしながら、この原理は導線の間に電圧もＡＣ電圧も存在しない限りとてもよく機能するけれども、回路におけるいかなるＤＣ電圧もこの方法を不適切なものとする。そのようなＤＣ電圧は用いた参照電圧に正比例した誤差を招来する。さらに、例えば最大１０００Ｖに至るＤＣ電圧は最も標準的な抵抗測定器を破壊する。

図３は本発明の実施形態に基づく装置及び方法の原理を一般的に図示しているブロック線図であり、例えばＡＣ電源だけでなくＤＣ電源も含む回路において、絶縁インピーダンス、例えば一般的には抵抗の監視が可能である。

ここで、測定電圧はバッテリ又は他の形式の安定した電力源であるＤＣ電圧を含む電源４０によって代表されている。図に示されたようにこの電源４０はそれぞれ、ターミナル４２、４１及び４３によって示されたようにゼロ電圧、正の電圧及び／又は負の電圧を供給することができる。これらのターミナルは測定電圧又はゼロ電圧を供給するために図示のようにグラウンドターミナル２２（ＳＬ）に接続されている。

当然のことながらその接続は交換可能であるが、測定手段は位相ターミナル２１（Ｐ）に接続された従来技術（図２）に関して上述したことと同様である。上述のように、ローパスフィルタ２４はＡＣ電源、即ちＡＣ周波数の影響を相殺するための測定分岐（測定セクション）に含まれる。このローパスフィルタ２４はまた前述のように既知の抵抗３０を含む。ローパスフィルタ２４からの測定信号は４６で指示されたオフセット調整器へ導かれる。説明のためこれは正の電圧源４７、負の電圧源４９及び適切なＤＣオフセット電圧を設定するための可変抵抗４８及び５０を備えている。図示のようにオフセット調整器４６は論理制御器、マイクロプロセッサ又は同様の手段５４の形をとる制御手段によって制御される。

測定信号がオフセット調整器４６を経た後、さらに調整可能なローパスフィルタ５６が、測定信号が派生測定信号５７の形で制御手段５４へ達する前に配置されている。この派生測定信号５７はまた微分器５８、例えば信号５７の時間微分５９を確立するための手段への入力信号を作り、それは制御手段５４によって評価される。さらに、制御手段５４は、例えば従来技術に関して上述したように可動コイル器の形をとる表示手段６０に接続されている。この表示手段はまた他のインジケータ６１、６２及び６３、例えばＬＥＤインジケータを含み、その機能は以下に詳細に説明される。

図３に示されている装置はターミナル２１及び２２によってＤＣ電源だけでなくＡＣ電源も含む回路に接続されている。はじめに、測定電圧は回路に接続されず、例えば測定電圧源４０のゼロ電圧ターミナル４２が供給されている。ターミナル２１からの測定信号は、既に上述したように回路のＡＣ電源から生じるＡＣ成分を除去する効果を有するローパスフィルタ２４を経て、電圧源が１つも適用されていないオフセット調整手段４６を経て、そして調整可能なローパスフィルタ５６を経て派生測定信号５７として制御手段まで導かれる。システムのグラウンドと位相ラインとの間のキャパシタンスのために、測定信号５７はキャパシタンスが完全にチャージされるまでの間過渡的に変化し、その状態は、例えば微分器５８によって、信号５７の時間依存を観測することで測定される。これの出力５９が安定したレベル、例えば本質的にゼロへ達したとき、レベルが本質的に一定又は間隔（インターバル）毎に所定量以上変化しないとき、信号５７のレベルが測定される。もしこれがゼロ（実質的にゼロ）でない場合、ＤＣ電源が回路に存在し、そして絶縁抵抗は測定用のＤＣ電圧４０を単に供給することでは測定できない。信号５７の極性／符号に応じて、制御手段５４は制御又は通信ライン５２を介して正４７又は負４９のオフセット電圧を回路に供給し、そして測定信号５７のレベルがゼロ（実質的にゼロ）になるまでの間オフセット電圧を調整する（可変抵抗４８又は５０によって図示されている）。

これが確立されたとき、測定電圧パルスが供給され、正４１又は負４３の電圧のいずれもが、制御又は通信ライン５５を介して制御手段５４によって制御される。測定パルス電圧が供給されたとき、例えば時間微分５９又はその同等物を形成することによって、測定信号５７は観測される。そして測定信号５７のレベルが一定（又は本質的に一定）であることが測定されたとき、これは例えば一般的に知られておりまた従来技術において説明されている方法によって、回路システムの絶縁抵抗を測定するための適切な信号であるとみなされる。所望の測定信号が測定されたとき、測定パルス電圧は接続が絶たれてもよく、そして絶縁抵抗を表示装置６０に表示することができる。

調整可能なローパスフィルタ５６の機能についてこれより詳細に説明する。このフィルタ５６は測定の際に見込まれる変動、例えばノイズ信号等によって引き起こされる変動を相殺する働きをする。フィルタは測定信号、例えば測定されたＤＣ電圧、測定された絶縁抵抗、測定された電流等の変化を平均化する。調整可能なフィルタ５６は制御手段５４によって、監視のための迅速な応答時間を与えるフィルタの設定がはじめに行われるように制御される。もしこの設定が所望の結果を与えない場合、フィルタは信号を適切に平均化するために調整され、例えばまたそれによって応答時間を増加させる。例えば、フィルタは徐々に増加し、又は段階的に例えば５段階で調整され、これらのうちの最後は例えば０．０５Ｈｚの周波数の平均を提供する。

図３に示すように、表示装置は例えば可動コイル器のポインタに加えて複数のインジケータ６１、６２及び６３を含む。当然ながらそのような可動コイル器のかわりに絶縁抵抗の値を示す他の手段、例えばデジタル読み出し手段が利用されてもよい。インジケータ６１の一つは、装置が作動していることを示す働きをし、他方他の２つがそれぞれ絶縁抵抗不良の詳細なタイプ、例えば極性を示す働きをすることができる。例えば、変換回路における整流器の１つの特定の分岐に関する不良はインジケータ６２によって示され、さらに反対の分岐に関する不良はインジケータ６３によって示される。同様のことは回路等に本来含まれているバッテリに関する絶縁不良に関係する。これらの不良、例えば不良の極性は、正の測定電圧は測定された不良へ至らず、負の測定電圧が示された不良へ至り、そして絶縁抵抗におけるそのような不良にとって逆もまた同様であるため、異なる極性の測定パルス電圧を用いることで検出される。このように、異なる極性の測定パルス電圧を用いることとこれに関し生じた測定結果を評価することとによってそのような特定の不良状況に関してさらなる情報が提供されそして示される。さらに、注意すべきは、異なる値、例えば負の測定電圧及び正の測定電圧に対応する絶縁抵抗、絶縁抵抗及び絶縁キャパシタンス等は表示手段６０によって同時に表示してもよいことである。

図４は本発明のさらなる実施形態に基づく装置を示しており、その装置はしかしながら、図３に関連して上述した装置と同様の方法で作動する。図４において、装置又は機器は概して７４で指し示されており、位相ライン７０及び保護又はグラウンドライン１５（又は船の船体等）に接続されている。これら２つのラインの間には絶縁抵抗７２、例えば船体までの（等価）キャパシタンス７３、ＡＣ発生器１０及びＤＣ発生器７１が示されている。本発明の目的は、前述のように、絶縁抵抗７２を測定、監視又は評価することである。機器７４は一般的な筐体に内蔵されており、該筐体内にはまた表示手段、例えば可動コイル器、デジタル手段等（図４に不図示）が配置されており、それによって小型な構成が提供されている。

当然ながら図４に示されている装置は、図３に示されている対応手段によって行われる全ての機能が、例えばマイクロプロセッサによって行われるため、デジタル化された方法でそしてマイクロプロセッサ又は同等物７６によって作動し、それによってまたアナログフィルタ等の必要性を回避している。

上述のようにゼロ参照電圧は、最初又は１番目のステージにおいて、マイクロプロセッサ７６におけるデジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ−Ｂ）８０を経て増幅手段７７、抵抗器７８及びあるいはコイル７９を介して、導線１５及び７０へ供給される。

例えばターミナル２２、コイル８４及び抵抗８５を介して差動増幅器８２によって測定が行われ、そして増幅器８２の出力８６はアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）８７を介して提供される。もしこれが上述のようにゼロ（又は実質的にゼロ）でない場合、マイクロプロセッサ７６は差動増幅器８２の他の入力ゲートに対しデジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ−Ａ）８１及び抵抗８３によってオフセット調節を行う。マイクロプロセッサ７６は、差動増幅器８２の出力８６がゼロ、例えばＡＤＣ８７の出力になるまで自動的なオフセット調節を行うために制御される。

この後、ＤＣ電圧源７１の影響は本質的に除去されそして原則としてオームの測定が開始される。このようにして、このステージでは参照測定電圧が、例えばマイクロプロセッサ７６におけるデジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ−Ｂ）８０によって増幅手段７７、抵抗器７８及びコイル７９（任意）を経てターミナル２１へ供給され、そして差動増幅器８２又はＡＤＣ８７の出力が一定のレベルへ達したときに派生電流が測定される（ＡＤＣ８７からの出力に対応）。

測定及び測定の実行に丁度いい適切な時期の決定は、図３に関連して上述したように、例えば信号の時間微分が実質的にゼロのときに信号の時間微分を評価し測定すること、連続的な間隔（インターバル）又はそれと同様のもので測定された値を評価することによって行われる。実際には、狙った測定を決定するための適切な時間は、連続的なサンプルどうしの差が所定値よりも低くなる時期として決定される。

このようにして、測定された値、例えばＡＤＣ８７の出力は、過渡状態が終わったときに、例えば周知の手段によって絶縁抵抗７２を測定し、表示装置（図４に不図示）上にこれを表示するために用いられる。さらに、測定された値が所定の範囲を越えている際には、光学的な、例えばＬＥＤインジケータ、可聴の警報音等によって警報（アラーム）が発せられる。

さらに、図３に関連して上述したように、測定が行われた後、同じ又は反対の極性の新たな測定パルス電圧を供給することによって新たな測定が行われる、又は必要に応じて、最初のステージに関連して説明したようにオフセット調整が再確認され及び調整される。

さらに、注意することは、図４に示した実施形態と同様に図３に示した装置によっても回路の容量性絶縁抵抗を監視することができる。これは当業者に明らかな複数の方法によって行うことができる。例えば、過渡ステージの間監視された又は測定された信号は分析及び評価され、それにより回路とグラウンドとの間のインピーダンスの中のチャージに関係するキャパシタンスは例えばマイクロプロセッサ又はその同等物、例えば制御手段５４又はマイクロプロセッサ７６によって決定される。

本発明で利用可能なオプション及び実現された柔軟性をさらに図示するために、多くの測定シーケンスは本発明の実施形態に基づく装置の動作を図示した図５から８を参照して説明される。これらの図のそれぞれは問題となっている回路に供給されている参照又は測定電圧Ｕを表しており、そしてこの信号の下方は測定パルス電圧を適用している間の過渡状態を示す信号、例えば測定された電圧、例えば既知の抵抗器にかかる電圧の時間微分du/dt、連続的なサンプルどうしの差等が示されている。簡単のためこの信号は図５から８においてdu/dtと記されているが、当然ながら任意の過渡状態を示す適切な信号又は値が利用される。

図５に示されている例では最初にｔ１からｔ２までオフセット調整が上述のように行われ、その後正の測定又は参照電圧パルスが供給される。過渡状態は監視され、そしてｔ３において一定のレベルに達したことが測定される。したがって、測定電圧が除去されて絶縁抵抗の読み出しが行われる。時間ｔ４において新たな測定パルス電圧が供給され、過渡状態、例えばdu/dtが監視され、ｔ５において一定のレベルに達したときに、絶縁抵抗の新たに測定された値の読み出しが行われる。所定数の測定シーケンスの後、所定の時間間隔（タイム・インターバル）の後、又は他の要素に基づいて、オフセットの確認（チェック）が、例えばｔ８において示されるように行われ、そして可能な調整が時間ｔ９までの間行われ、その後測定電圧パルスが再び供給される。

当然のことながら最初のオフセット調整はオフセットの確認よりも長い時間を要する、というのは最初のオフセット調整が正確なセッティングを確保するための測定を必要とするためであり、他方オフセットの確認は極まれにセッティングにおいて変更を必要とするが、例えば回路におけるＤＣ電圧源のレベルが変化しない場合は再調整の必要がないからである。

さらに、当然のことながらたとえ測定パルス電圧が供給される時間間隔、例えばｔ２からｔ３、ｔ４からｔ５及びｔ６からｔ７は、図５において（及び以降の図面にも同様に）基本的に同じ長さで表されており、当然のことながらその長さは回路の特性、例えば供給された電圧まで回路とグラウンドとの間のキャパシタンスをチャージするために要する時間によって決まり、測定パルスは過渡ステージが終了したと判断されるまで単に供給されているだけである。

図６に示す例は測定電圧の極性が交替することを除き図５に対応する、例えば時間ｔ４’からｔ５’まで負の電圧が供給され、それにより上述した、極性に依存する不良状況に関するさらなる特性が得られる。

図７に図示した例は、オフセットの確認は正及び負の参照又は測定パルス電圧が供給された後で、対応する読み出し期間の後、例えば時間ｔ６’’で行われるという点で図６に表した例と異なる。

さらに、図８はそれぞれ測定電圧及び読み出し期間の後、例えば時間ｔ４’’’、時間ｔ７’’’等でオフセットの確認が行われる実施形態を示している。当然のことながらこれによって回路のＤＣ電圧レベルの変化によって生じるエラーの可能性は図５から７に示されている他の実施形態に比べて最小限に抑えられる。しかしながら、また当然のことながらそのような変化はまれである及び／又は少ないと予想される場合は、図８に示されている周期的にオフセットの確認を実行する必要がなくなる。

例示したように本発明に基づく方法及びシステムは自由にそして多数のバリエーションで適用可能で、これによって本発明は従来技術のシステムに比べてこれまでにない柔軟性が実現され、したがってまた方法及び装置をいろいろな特定の用途に適用することが可能となる。

このようにして、当然のことながら測定電圧パルスは、たとえそれらが図５から８において本質的に同様の振幅として図示された場合でも、振幅を変化できる。したがって、振幅は極性に基づいて異なり、また振幅は時間と共に、例えば回路の特性、用途、ユーザーの要望等に基づいて変化させることができる。

また、当然のことながら制御手段、例えばマイクロプロセッサは多数の異なる方法で作動し、また特定のニーズ、要望、用途等に基づいて作動するように設定することができる。

上記のように、本発明は図面に示したような具体的な実施形態に関して詳細に説明されている。それは当業者に明らかであるように、本発明は多くの他の形態及びバリエーションで実行され、先に図示した本発明の実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は請求項によって定義されるものである。

一般的な絶縁監視装置を備えた非接地の電気回路の一例を示す。 従来技術の絶縁監視の一例のブロック線図。 本発明の一実施形態に基づく装置及び方法の原理が概括的に描かれているブロック線図。 本発明のさらなる実施形態に基づく装置を同様の形で示す。 様々な測定シーケンスの形をとる本発明に基づく装置の動作を表す。 様々な測定シーケンスの形をとる本発明に基づく装置の動作を表す。 様々な測定シーケンスの形をとる本発明に基づく装置の動作を表す。 様々な測定シーケンスの形をとる本発明に基づく装置の動作を表す。

Claims (42)

1. 回路とグラウンドとの間に不可避のオーム性及び容量性の絶縁抵抗を含む絶縁インピーダンスが存在する非接地電気回路の絶縁監視方法であって、それによりパルス電圧形状の測定電圧が回路とグラウンドの間で監視されるべき回路に供給され、
   はじめにオフセットＤＣ電圧が供給されて、監視されるべき回路に本来的に発生可能な可変ＤＣ電圧が本質的に相殺されるまで調整され、
   前記測定電圧の電圧パルスは回路とグラウンドとの間の回路に供給され、
   結果として生じた派生電流又はそれから生成された変数は所定のステージに達するまでの間監視され、
   前記所定のステージで測定された前記派生電流又はそれから生成された変数は回路の絶縁インピーダンスの評価を確立するために用いられ、そして
   ＤＣオフセット電圧の前記調整は前記回路の電流又はそれから生成された変数を監視している間に行われ、そして、監視されるべき回路に本来的に発生可能なＤＣ電圧は、前記ＤＣオフセット電圧が前記電流又はそれから生成された変数に本質的に対応する効果を提供するとき、相殺されたとみなされることを特徴とする絶縁監視方法。
2. 前記非接地電気回路は、ＤＣ及び／又はＡＣ回路であることを特徴とする請求項１に記載の絶縁監視方法。
3. 正又は負である前記測定電圧の前記電圧パルスは、前記所定のステージに達した際に終了されることを特徴とする請求項１に記載の絶縁監視方法。
4. 前記測定電圧の前記電圧パルスは異なる又は同じ極性を有する次の電圧パルスに追従されて、
   前記次の電圧パルスに起因して生じた派生電流又はそれから生成された変数が所定のステージに達するまでの間監視され、そして
   前記所定のステージで測定された派生電流又はそれから生成された変数は回路の絶縁インピーダンスの次の評価を確立するために用いられることを特徴とする請求項１，２又は３に記載の絶縁監視方法。
5. 前記回路の絶縁インピーダンスの一回又は複数回の評価の結果が表示されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の絶縁監視方法。
6. 前記結果は、評価に続いて即座に及び／又は少なくとも前記測定電圧の対応電圧パルスに続く読み出し期間の間に表示されることを特徴とする請求項５に記載の絶縁監視方法。
7. 前記方法は異なる極性を有する少なくとも２つの測定電圧パルスの適用を必要とし、そしてそれによって評価された絶縁インピーダンスが、正及び負の測定電圧パルスそれぞれに応じて提供されることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の絶縁監視方法。
8. 前記評価された絶縁インピーダンスは読み出し及び／又は表示のために提供されることを特徴とする請求項７に記載の絶縁監視方法。
9. 前記派生電流又はそれから生成された変数が所定値に達したときに、前記所定のステージに達することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の絶縁監視方法。
10. 前記派生電流又はそれから生成された変数が本質的に一定の値に達したときに、前記所定のステージに達することを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の絶縁監視方法。
11. 前記監視されるべき回路に本来的に発生可能なＤＣ電圧は、前記調整ステップにおいて、前記ＤＣオフセット電圧が提供する効果と前記電流又はそれから生成された変数との差が所定間隔内であるときに相殺されたとみなされることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の絶縁監視方法。
12. 前記監視されるべき回路に本来的に発生可能なＤＣ電圧は、前記調整ステップで前記ＤＣオフセット電圧が提供する効果と前記電流又はそれから生成された変数との差が本質的にゼロであるときに相殺されたとみなされることを特徴とする請求項１１に記載の絶縁監視方法。
13. 測定電圧の電圧パルスの終了に続いて、監視されるべき回路に本来的に発生可能なＤＣ電圧が前記オフセットＤＣ電圧によって相殺されているか否かが照合され、必要があれば調整が行われることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の絶縁監視方法。
14. 回路の絶縁インピーダンスの前記評価は回路のオーム性絶縁抵抗の測定を提供することを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載の絶縁監視方法。
15. 回路の絶縁インピーダンスの前記評価は回路の容量性絶縁抵抗の測定を提供することを特徴とする請求項１から１４のいずれか１項に記載の絶縁監視方法。
16. 監視されるべき前記非接地電気回路は整流器及び／又は他の変換器による負荷を含むことを特徴とする請求項１から１５のいずれか１項に記載の絶縁監視方法。
17. 監視されるべき前記非接地電気回路は１つ又はそれ以上の位相を含むことを特徴とする請求項１から１６のいずれか１項に記載の絶縁監視方法。
18. 監視されるべき前記非接地電気回路は３相回路を含むことを特徴とする請求項１７に記載の絶縁監視方法。
19. 前記方法は、絶縁インピーダンスが所定の閾値以下である場合に、アラームを作動させるためのステップを含むことを特徴とする請求項１から１８のいずれか１項に記載の絶縁監視方法。
20. 前記アラームは可聴式及び／又は可視式のアラームであることを特徴とする請求項１９に記載の絶縁監視方法。
21. 前記方法は、特定の不良の状況を検知し及び場合によっては表示するための少なくとも２つの所定の絶縁インピーダンスの値に基づいて評価を実行するステップを含むことを特徴とする請求項１から２０のいずれか１項に記載の絶縁監視方法。
22. 前記特定の不良の状況は、変換器又は整流回路における正又は負の分岐に関する不良であることを特徴とする請求項２１に記載の絶縁監視方法。
23. 回路とグラウンドとの間に不可避のオーム性及び容量性の絶縁抵抗を含む絶縁インピーダンスが存在する非接地電気回路の絶縁監視装置であって、前記装置はパルス電圧形状の測定電圧を回路とグラウンドの間で監視されるべき回路に供給するための手段と結果として生じる派生電流又はそれから生成された変数を監視するための手段を含み、前記装置は調整可能なオフセットＤＣ電圧を供給するための手段を含み、前記装置はさらに前記オフセットＤＣ電圧の影響を監視するための手段及び調整可能なオフセットＤＣ電圧を回路に本来的に発生可能なＤＣ電圧が相殺されるまでの間自動的に調整するための手段を含み、
    ＤＣオフセット電圧の前記調整は前記回路の電流又はそれから生成された変数を監視している間に行われ、そして、監視されるべき回路に本来的に発生可能なＤＣ電圧は、前記ＤＣオフセット電圧が前記電流又はそれから生成された変数に本質的に対応する効果を提供するとき、相殺されたとみなされることを特徴とする絶縁監視装置。
24. 前記非接地電気回路はＤＣ及び／又はＡＣ回路であることを特徴とする請求項２３に記載の絶縁監視装置。
25. 前記装置は特定のステージで予め設定されていた間隔で調整可能なオフセットＤＣ電圧の前記自動調整を実行するための制御手段を含むことを特徴とする請求項２３又は２４に記載の絶縁監視装置。
26. 前記特定のステージは測定電圧パルスの後に続き、かつ前記予め設定されていた間隔は多数の測定電圧が供給された後であることを特徴とする請求項２５記載の絶縁監視装置。
27. 前記装置は、前記派生電流又はそれから生成された変数が所定のステージに達したときに測定を行うための手段と、これにしたがって前記測定パルス電圧を終了するための手段とを含むことを特徴とする請求項２３から２６のいずれか１項に記載の絶縁監視装置。
28. 前記所定のステージは前記派生電流又はそれから生成された変数の所定値及び／又は本質的に一定の値であることを特徴とする請求項２７に記載の絶縁監視装置。
29. 前記装置は正及び／又は負の測定パルスを前記回路へ供給するための手段を含むことを特徴とする請求項２３から２８のいずれか１項に記載の絶縁監視装置。
30. 前記装置は、１つ又はそれ以上の測定電圧パルスから生じた前記監視された派生電流又はそれから生成された変数に基づいて、回路の絶縁インピーダンスの評価を確立するための手段を含むことを特徴とする請求項２３から２９のいずれか１項に記載の絶縁監視装置。
31. 前記装置は前記絶縁インピーダンスの値を表示するための表示手段を含むことを特徴とする請求項２３から３０のいずれか１項に記載の絶縁監視装置。
32. 前記絶縁インピーダンスの表示される値はオーム性及び／又は容量性絶縁抵抗であることを特徴とする請求項３１に記載の絶縁監視装置。
33. 前記装置が異なる測定電圧パルスに関する値を表示するための表示手段を含むことを特徴とする請求項３１又は３２に記載の絶縁監視装置。
34. 前記測定電圧パルスは負及び正の電圧パルスであることを特徴とする請求項３３に記載の絶縁監視装置。
35. 前記装置は特定の不良状況を示すための手段を含むことを特徴とする請求項２３から３４のいずれか１項に記載の絶縁監視装置。
36. 前記特定の不良状況を示すための手段は、可視及び／又は可聴式のアラーム手段であることを特徴とする請求項３５に記載の絶縁監視装置。
37. 前記特定の不良状況は、絶縁インピーダンスが所定の閾値以下であるときの不良及び／又は変換器又は整流回路における正又は負の分岐の不良に関することを特徴とする請求項３５に記載の絶縁監視装置。
38. 前記装置は請求項１から２２のいずれか一項に記載の方法にしたがって動作するように設計されていることを特徴とする請求項２３から３７のいずれか１項に記載の絶縁監視装置。
39. 非接地電気回路における請求項２３から３８のいずれか一項に記載の装置の使用であって、前記回路は整流器及び／又はその他の変換器を含む様々な負荷を有することを特徴とする使用。
40. 非接地電気回路における請求項２３から３８のいずれか一項に記載の装置の使用であって、前記回路が１つ又はそれ以上の位相ラインを有することを特徴とする使用。
41. 船、移送手段、ビル、病院、産業施設、採掘施設、又は建設現場での非接地の電気回路における、請求項２３から３８のいずれか一項に記載の装置の使用。
42. 前記移送手段は電車又はレール車両であることを特徴とする請求項４１に記載の使用。

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