JP5039401B2

JP5039401B2 - 絶縁監視装置

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Publication number: JP5039401B2
Application number: JP2007062428A
Authority: JP
Inventors: 利夫我妻
Original assignee: ミドリ電子株式会社
Priority date: 2007-03-12
Filing date: 2007-03-12
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2027-03-12
Also published as: JP2008224392A

Description

この発明は、変圧器の低圧側電路の対地絶縁抵抗を活線状態で監視する絶縁監視装置に関するものである。

送配電線により送電された高圧の電力を、受電変圧器で低圧にして負荷（例えば、工場や一般家庭）に供給することが一般的に行われている。このような場合、前記受電変圧器と前記負荷とを接続する電路における漏電をいち早く検出し、漏電事故等を未然に防止することが極めて重要である。

このため、従来から、前記のような受電変圧器には、絶縁監視装置を設けるようにしている。従来のこの種の絶縁監視装置の一例を図４に示す。

図４に示すように、従来の絶縁監視装置は、分周器２１０と、増幅回路２１１と、注入用変成器２１２と、零相変成器２１３と、増幅回路２１４と、フィルタ２１５と、Ａ／Ｄ変換器２１６と、ＣＰＵ２１７と、Ｄ／Ａ変換器２１８と、乗算器２１９と、加算器２２０と、抵抗Ｒと、コンデンサＣとを有している。

なお、図４において、受電変圧器２２１の出力側の第１の電路２２２と、大地との間には、Ｂ種接地線２２３が接続されている。また、受電変圧器２２１の出力側の第１の電路２２２と第２の電路２２４には、負荷２２５が接続されている。

分周器２１０は、商用周波数とは異なる周波数を有する低周波の信号を生成する。増幅回路２１１は、分周器２１０で生成された低周波の信号を増幅する。

注入用変成器２１２の１次巻線２１２ａは、増幅回路２１１で増幅された低周波の信号を絶縁監視信号としてＢ種接地線２２３に注入する。これにより、第２の電路２２４と、大地と、Ｂ種接地線２２３と、第１の電路２２２とを還流する漏電電流に、前記絶縁監視信号が重畳される。

零相変成器２１３は、前記絶縁監視信号に基づく漏電電流を検出する。増幅回路２１４は、零相変成器２１３で検出された漏電電流を増幅する。フィルタ２１５は、増幅回路２１４で増幅された漏電電流から、前記絶縁監視信号を抽出する。Ａ／Ｄ変換器２１６は、フィルタ２１５で抽出された絶縁監視信号をデジタル信号に変換する。

ＣＰＵ２１７は、Ｂ種接地線２２３に注入した絶縁監視信号の位相０°、位相１８０°、位相９０°、及び位相２７０°のタイミングで、フィルタ２１５で抽出された絶縁監視信号を検出し、有効成分及び無効成分が共に零になるようにＤ／Ａ変換器２１８ａの出力を制御する。

Ｄ／Ａ変換器２１８ａは、ＣＰＵ２１７で検出された前記絶縁監視信号の絶縁抵抗相当成分をアナログ信号に変換する。また、Ｄ／Ａ変換器２１８ｂは、ＣＰＵ２１７で検出された前記絶縁監視信号の浮遊容量相当成分をアナログ信号に変換する。

乗算器２１９ａは、Ｄ／Ａ変換器２１８ａでアナログ信号に変換された前記絶縁監視信号の絶縁抵抗相当成分に対して、注入用変成器２１２の３次巻線２１２ｂで検出された基準電圧を乗算処理する。また、乗算器２１９ｂは、Ｄ／Ａ変換器２１８ｂでアナログ信号に変換された前記絶縁監視信号の浮遊容量相当成分に対して、注入用変成器２１２の３次巻線２１２ｂで検出された基準電圧を乗算処理する。

加算器２２０は、抵抗Ｒにより抵抗分電流に変換された前記絶縁監視信号の絶縁抵抗相当成分と、コンデンサＣにより容量性電流に変換された前記絶縁監視信号の浮遊容量相当成分とを加算する。加算器２２０で加算された電流は、抑圧信号電流として、零相変成器２１３の三次側に供給される。

このようにして抑圧信号電流が零相変成器２１３に供給されると、零相変成器２１３内で磁束的に打消されＢ種接地線２２３に注入された絶縁監視信号の絶縁抵抗成分（対地絶縁抵抗Ｒ０に基づく成分）と、浮遊容量成分（対地静電容量Ｃ０に基づく成分）とが抑圧される。そして、ＣＰＵ２１７は、前記絶縁抵抗相当成分を零とするのに要した抑圧量を、対地絶縁抵抗Ｒ０として検出する。

以上のように、従来の技術では、Ｂ種接地線２２３に注入された絶縁監視信号の絶縁抵抗成分（対地絶縁抵抗Ｒ０に基づく成分）と、浮遊容量成分（対地静電容量Ｃ０に基づく成分）とを抑圧するための抑圧信号を生成して、対地絶縁抵抗Ｒ０を監視するようにしていた。
特開２００５−１８１１４８号公報

ところで、前記のような絶縁監視装置においては、Ｂ種接地線２２３に注入された絶縁監視信号の有効分（対地絶縁抵抗Ｒ０に基づく成分）のみを抽出できれば、対地絶縁抵抗Ｒ０（又は対地絶縁抵抗Ｒ０に流れる電流）を正確に求めることができる。したがって、絶縁監視信号の無効分（対地静電容量Ｃ０に基づく成分）のみを抑圧することができればよい。

しかしながら、前述した特許文献１が提案された当時の技術では、絶縁監視信号の無効分の抑圧信号をコンデンサで生成していたので、正確な抑圧信号を生成することができず、対地絶縁抵抗Ｒ０を正確に監視することが困難であった。

このように、従来から、絶縁監視信号の無効分のみを容易に且つ確実に安定して抑圧する技術が望まれていた。

この発明は、上記課題を解決するために為されたものであり、変圧器の出力側に接続された電路の絶縁状態を監視するために、変圧器のＢ種接地線に注入された絶縁監視信号の無効分を、容易に且つ確実に抑圧することのできる絶縁監視装置を提供することを目的とする。

この発明の請求項１に係る絶縁監視装置は、商用周波数と異なる周波数の監視信号を変圧器のＢ種接地線に注入する監視信号発生回路と、前記Ｂ種接地線から取り込まれるＤ種接地基準入力から前記監視信号に相当する基準信号を抽出し、且つこの基準信号から、商用周波数成分を除去し、更に、あらかじめ決められたクロック周波数に基づいて、前記基準信号の位相タイミングを前記変圧器の低圧側電路の対地静電容量の位相タイミングに合わせるスイッチト・キャパシタ・フィルタと、前記スイッチト・キャパシタ・フィルタの前段に設けられ、該スイッチト・キャパシタ・フィルタで誤動作を起こす周波数成分を除去するエイリアスフィルタと、前記Ｂ種接地線に流れる電流を検出する検出手段と、前記検出手段の検出出力から商用周波数およびその高調波等の不要成分を除去して測定信号を検出する測定信号検出回路と、前記スイッチト・キャパシタ・フィルタから出力される前記基準信号に基づいて、前記測定信号に含まれる前記対地静電容量を打ち消すための抑圧信号を発生し、当該抑圧信号を前記検出手段の抑圧部に供給する抑圧信号発生回路と、前記抑圧信号の供給により前記対地静電容量が打ち消された前記検出手段の検出出力に基づく前記測定信号から、前記変圧器の低圧側電路の対地絶縁抵抗を求める演算処理回路と、を備えたことを特徴とする。

この発明の請求項２に係る絶縁監視装置は、請求項１記載の絶縁監視装置において、前記スイッチト・キャパシタ・フィルタから出力される前記基準信号に基づいて、前記測定信号に含まれる前記対地絶縁抵抗と前記対地静電容量とを分離するための同期信号を発生する同期信号発生回路をさらに備えたことを特徴とする。

この発明の請求項３に係る絶縁監視装置は、請求項２記載の絶縁監視装置において、前記演算処理回路は、前記測定信号および前記同期信号に基づいて、前記測定信号に含まれる前記対地絶縁抵抗と前記対地静電容量とを分離することを特徴とする。

この発明の請求項４に係る絶縁監視装置は、請求項３記載の絶縁監視装置において、前記演算処理回路は、前記対地絶縁抵抗と分離した前記対地静電容量がゼロになるように前記抑圧信号発生回路に対して前記抑圧信号による抑圧レベルをリアルタイム制御することを特徴とする。

この発明の請求項５に係る絶縁監視装置は、請求項１〜４のいずれか１項記載の絶縁監視装置において、前記スイッチト・キャパシタ・フィルタは、前記演算処理回路から入力される前記あらかじめ決められたクロック周波数に基づいて、前記基準信号の位相のタイミングを調整することを特徴とする。

この発明の請求項６に係る絶縁監視装置は、請求項１〜５のいずれか１項記載の絶縁監視装置において、前記検出手段は、前記Ｂ種接地線に電磁結合され、前記抑圧信号が三次側に供給されることを特徴とする。

この発明の請求項７に係る絶縁監視装置は、請求項１〜６のいずれか１項記載の絶縁監視装置において、前記監視信号発生回路は、注入手段を介して前記監視信号を前記Ｂ種接地線に注入するものであり、出力段に、前記Ｂ種接地線から前記注入手段を介して逆に注入される異常電流から当該監視信号発生回路を保護する保護回路を備えたことを特徴とする。

この発明の請求項８に係る絶縁監視装置は、商用周波数と異なる周波数の監視信号を変圧器のＢ種接地線に注入する監視信号発生回路と、前記Ｂ種接地線から取り込まれるＤ種接地基準入力から前記監視信号に相当する基準信号を抽出し、且つこの基準信号から、商用周波数成分を除去し、更に、あらかじめ決められたクロック周波数に基づいて、前記基準信号の位相を前記変圧器の低圧側電路の対地静電容量の位相の逆位相に合わせるスイッチト・キャパシタ・フィルタと、前記スイッチト・キャパシタ・フィルタの前段に設けられ、該スイッチト・キャパシタ・フィルタで誤動作を起こす周波数成分を除去するエイリアスフィルタと、前記Ｂ種接地線に流れる電流を検出する検出手段と、前記検出手段の検出出力から商用周波数およびその高調波等の不要成分を除去して測定信号を検出する測定信号検出回路と、前記スイッチト・キャパシタ・フィルタから出力される前記基準信号に基づいて、前記測定信号に含まれる前記変圧器の低圧側電路の対地絶縁抵抗と前記対地静電容量とを分離するための同期信号を発生する同期信号発生回路と、前記スイッチト・キャパシタ・フィルタから出力される前記基準信号に基づいて、前記測定信号に含まれる前記対地静電容量を打ち消すための抑圧信号を発生し、当該抑圧信号を前記検出手段の抑圧部に供給する抑圧信号発生回路と、前記測定信号および前記同期信号に基づいて、前記測定信号に含まれる前記対地絶縁抵抗と前記対地静電容量とを分離し、前記対地静電容量がゼロになるように前記抑圧信号発生回路に対して前記抑圧信号による抑圧レベルをリアルタイム制御し、前記抑圧信号の供給により前記対地静電容量が打ち消された前記検出手段の検出出力に基づく前記測定信号から前記対地絶縁抵抗を求める演算処理回路と、を備えたことを特徴とする。

この発明の請求項９に係る絶縁監視装置は、請求項８記載の絶縁監視装置において、前記スイッチト・キャパシタ・フィルタは、前記演算処理回路から入力される前記あらかじめ決められたクロック周波数に基づいて、前記基準信号の位相のタイミングを調整することを特徴とする。

この発明の請求項１０に係る絶縁監視装置は、請求項９記載の絶縁監視装置において、前記検出手段は、前記Ｂ種接地線に電磁結合され、前記抑圧信号が三次側に供給されることを特徴とする。

この発明の請求項１１に係る絶縁監視装置は、請求項８〜１０のいずれか１項記載の絶縁監視装置において、前記監視信号発生回路は、注入手段を介して前記監視信号を前記Ｂ種接地線に注入するものであり、出力段に、前記Ｂ種接地線から前記注入手段を介して逆に注入される異常電流から当該監視信号発生回路を保護する保護回路を備えたことを特徴とする。

この発明は以上のように、商用周波数と異なる周波数の監視信号を変圧器のＢ種接地線に注入する監視信号発生回路と、前記Ｂ種接地線から取り込まれるＤ種接地基準入力から前記監視信号に相当する基準信号を抽出し、あらかじめ決められたクロック周波数に基づいて、当該基準信号の位相のタイミングを前記変圧器の低圧側電路の対地静電容量の位相のタイミングに合わせる位相調整回路と、前記Ｂ種接地線に流れる電流を検出する検出手段と、前記検出手段の検出出力から商用周波数およびその高調波等の不要成分を除去して測定信号を発生する測定信号発生回路と、前記位相調整回路から出力される前記基準信号に基づいて、前記測定信号に含まれる前記対地静電容量を打ち消すための抑圧信号を発生し、当該抑圧信号を前記検出手段の検出部に供給する抑圧信号発生回路と、前記抑圧信号の供給により前記対地静電容量が打ち消された前記検出手段の検出出力に基づく前記測定信号から、前記変圧器の低圧側電路の対地絶縁抵抗を求める演算処理回路と、を備えた構成としたので、変圧器の出力側に接続された電路の絶縁状態を監視するために、変圧器のＢ種接地線に注入された絶縁監視信号の無効分を、容易に且つ確実に抑圧することができる。

この発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。

図１は、この発明による絶縁監視装置の一実施形態を示すブロック図であり、この絶縁監視装置１０は、対地絶縁抵抗Ｒ０と対地静電容量（浮遊容量）Ｃ０との合成である対地インピーダンスＺ０を有する受電変圧器１の低圧側のＢ種接地線４に設けられるものである。

受電変圧器１の出力側（低圧側）には、負荷２が接続されている。また、受電変圧器１の低圧側の第１の電路３は、Ｂ種接地線４を介して接地されている。また、受電変圧器１の低圧側の第２の電路５、大地、Ｂ種接地線４、および第１の電路３により形成される経路には、対地インピーダンスＺ０に基づく漏電電流が還流する。

この絶縁監視装置１０は、商用周波数と異なる周波数の監視信号Ｗを、注入手段としての重畳トランス（ＣＴ）３０を介して変圧器１のＢ種接地線４に注入する監視信号発生回路２０を備えている。

監視信号発生回路２０は、電路に重畳する信号を発生する発振器（ＯＳＣ）２１と、発振器（ＯＳＣ）２１で発生した信号を、重畳トランス（ＣＴ）３０をドライブできるように電力増幅するパワーアンプ２２とを備えている。発振器（ＯＳＣ）２１は、後述する演算処理回路（ＭＰＵ）９０に付属した図示しない水晶発振器を基に生成されるクロック信号を分周するなどして、所要周波数（例えば２０Ｈｚ）の信号を発生するものである。

監視信号発生回路２０はまた、設備の地絡事故等によりＢ種接地線４に大電流が流れた場合に、重畳トランス（ＣＴ）３０を介して逆流するエネルギーによりパワーアンプ２２が損傷しないように保護する保護回路２３を備えている。保護回路２３の具体的構成については後述する。

また、絶縁監視装置１０は、Ｂ種接地線４から取り込まれるＤ種接地基準入力から、監視信号Ｗに相当する基準信号Ｂを抽出し、あらかじめ決められたクロック周波数に基づいて、基準信号Ｂの位相のタイミングを変圧器１の低圧側電路５の対地静電容量の位相のタイミングに合わせる位相調整回路４０を備えている。

位相調整回路４０は、エイリアスフィルタ４１と、スイッチト・キャパシタ・フィルタ（ＳＣＦ）４２とで構成される。エイリアスフィルタ４１は、Ｂ種接地線４から取り込まれるＤ種接地基準入力から、次段のスイッチト・キャパシタ・フィルタ（ＳＣＦ）４２で誤動作を起こす周波数成分を事前に除去するものである。

スイッチト・キャパシタ・フィルタ（ＳＣＦ）４２は、ローパスフィルタとしての機能と、あらかじめ決められたクロック周波数に基づいて、信号の位相を調整する位相シフタとしての機能を有する。すなわち、スイッチト・キャパシタ・フィルタ（ＳＣＦ）４２は、図２（ａ）に示すように、ローパスフィルタとして機能する減衰特性を有する。また、スイッチト・キャパシタ・フィルタ（ＳＣＦ）４２は、図２（ｂ）に示すように、位相シフタとして機能するクロック周波数−位相特性を有する。

ローパスフィルタ機能により、スイッチト・キャパシタ・フィルタ（ＳＣＦ）４２は、Ｂ種接地線４から取り込まれるＤ種接地基準入力から、商用周波数およびその高調波等の不要成分を除去して、監視信号Ｗに相当する基準信号Ｂを抽出することができる。

これと同時に、スイッチト・キャパシタ・フィルタ（ＳＣＦ）４２は、位相シフタ機能により、基準信号Ｂの位相のタイミングを変圧器１の低圧側電路５の対地静電容量の位相のタイミングに合わせることができる。すなわち、基準信号Ｂの位相を変圧器１の低圧側電路５の対地静電容量の位相の逆位相に合わせることで、対地静電容量を打ち消すための正確な位相を生成することができる。

そして、スイッチト・キャパシタ・フィルタ（ＳＣＦ）４２は、あらかじめ決められたクロック周波数に基づいて信号の位相を調整するものであり、しかもそのクロック周波数は、後述する演算処理回路（ＭＰＵ）９０から指令されるものであるから、製品出荷時にメーカで設定済み（調整済み）のクロック周波数は、その後の温度変化や経年変化によって変化しない。

つまり、温度変化や経年変化に対し高安定な水晶発振器を基に生成されるクロック周波数を用いその周波数を微調整することにより、スイッチト・キャパシタ・フィルタ（ＳＣＦ）４２による位相合わせは、きわめて正確且つ、高安定に実現することができる。アナログ式の従来の位相シフタにより実現可能な位相合わせの精度に比べて、ディジタル式のスイッチト・キャパシタ・フィルタ（ＳＣＦ）４２による位相合わせの精度は、文字通り桁が違うのである。

また、絶縁監視装置１０は、Ｂ種接地線４に流れる電流を検出する検出手段としての零相変流器（ＺＣＴ）５０を備えている。

また、絶縁監視装置１０は、零相変流器（ＺＣＴ）５０の検出出力から商用周波数およびその高調波等の不要成分を除去して測定信号Ｍを検出する測定信号検出回路６０を備えている。

測定信号検出回路６０は、ヘッドアンプ６１と、フィルタ６２と、レベル変換器６３とで構成される。ヘッドアンプ６１は、零相変流器（ＺＣＴ）５０で検出された電流を電圧に変換し次段で必要なレベルまで増幅するものである。フィルタ６２は、ヘッドアンプ６１の出力から商用周波数およびその高調波等の測定信号Ｍ以外の不要成分を除去するとともに、測定信号Ｍを増幅するものである。レベル変換器６３は、フィルタ６２の出力すなわちアナログ信号のレベルを、後述する演算処理回路（ＭＰＵ）９０でディジタル処理できるレベルに変換するものである。

また、絶縁監視装置１０は、位相調整回路４０から出力される基準信号Ｂに基づいて、測定信号Ｍに含まれる変圧器１の低圧側電路５の対地絶縁抵抗と対地静電容量とを分離するための同期信号Ｓを発生する同期信号発生回路７０を備えている。

同期信号発生回路７０は、後述する演算処理回路（ＭＰＵ）９０内で有効成分（対地絶縁抵抗）と無効成分（対地静電容量）とを分離するための同期信号Ｓとなるもので、位相調整回路４０から出力される基準信号Ｂをゼロクロスにより方形波に変換し、得られた同期信号Ｓを後述する演算処理回路（ＭＰＵ）９０に供給するものである。

また、絶縁監視装置１０は、位相調整回路４０から出力される基準信号Ｂに基づいて、測定信号Ｍに含まれる対地静電容量を打ち消すための抑圧信号Ｐを発生し、この抑圧信号Ｐを零相変流器（ＺＣＴ）５０の抑圧部に供給する抑圧信号発生回路８０を備えている。

抑圧信号発生回路８０は、位相調整回路４０のスイッチト・キャパシタ・フィルタ（ＳＣＦ）４２で生成された正確な打ち消し信号の出力レベルを制御する回路であり、零相変流器（ＺＣＴ）５０で対地静電容量の成分である電流（無効成分電流）が磁束的にゼロとなるように、後述する演算処理回路（ＭＰＵ）９０によりリアルタイムに連続制御されるものである。このような抑圧信号発生回路８０は、例えば、乗算器により構成される。

さらに、絶縁監視装置１０は、演算処理回路（ＭＰＵ）９０を備えている。演算処理回路（ＭＰＵ）９０は、位相調整回路４０のスイッチト・キャパシタ・フィルタ（ＳＣＦ）４２に対し、信号の位相を調整するための基準となるクロック周波数を指令するものである。このクロック周波数は、製品出荷時にメーカで設定済み（調整済み）とするものであり、その後の温度変化や経年変化によって変化しない。

演算処理回路（ＭＰＵ）９０はまた、零相変流器（ＺＣＴ）５０の検出出力からヘッドアンプ６１を介してフィルタ６２により抽出され、レベル変換器６３から入力される測定信号Ｍと、位相調整回路４０から出力される基準信号Ｂに基づき同期信号発生回路７０から入力される同期信号Ｓとに基づいて、測定信号Ｍに含まれる変圧器１の低圧側電路５の対地絶縁抵抗と対地静電容量とを分離するものである。

そして、演算処理回路（ＭＰＵ）９０は、測定信号Ｍに含まれる対地絶縁抵抗と対地静電容量とを分離した後、その対地静電容量がゼロになるように、抑圧信号発生回路８０に対して抑圧信号Ｐによる抑圧レベルをリアルタイム制御する。

この抑圧信号発生回路８０に対する演算処理回路（ＭＰＵ）９０によるリアルタイム制御によって、抑圧信号発生回路８０から零相変流器（ＺＣＴ）５０の抑圧部に供給される抑圧信号Ｐ、すなわち、零相変流器（ＺＣＴ）５０の三次側に供給される抑圧電流Ｐは、対地静電容量がゼロになるように的確に制御される。

これにより、零相変流器（ＺＣＴ）５０の検出出力は対地静電容量が打ち消されたものとなり、演算処理回路（ＭＰＵ）９０は、この検出出力に基づく測定信号（対地静電容量が打ち消された測定信号）Ｍから対地絶縁抵抗を求める。

その他、演算処理回路（ＭＰＵ）９０は、表示部１０１および操作部１０２の機能等を制御する他、警報出力１０３等を制御するものである。

ここで、保護回路２３の構成について図３を参照して説明する。図３は、保護回路２３の概略構成の一例を示したブロック図である。

図３において、保護回路２３は、トライアック２４と、電流検出回路２５と、電圧検出回路２６と、リレー２７と、ヒューズ２８とを有している。

変圧器１の出力側の第２の電路５が地絡するなどして、Ｂ種接地線４に流れている漏洩電流が増大した場合（地絡電流が発生した場合）、この漏電電流に基づく電力が、Ｂ種接地線４から重畳トランス（ＣＴ）３０を介して絶縁監視装置１０に注入されることになる。保護回路２３は、このような場合にパワーアンプ２２や発振器（ＯＳＣ）２１を保護するためのものである。以下にその動作の具体例を説明する。

まず、地絡により発生する電圧を検出した場合、リレー２７の駆動部２７ａは、スイッチ部２７ｂを開動作させる。これにより、パワーアンプ２２と重畳トランス（ＣＴ）３０とが電気的に遮断され、パワーアンプ２２に大電流が流入することが防止される。

次に、大地絡時等の漏電電流に基づく電力が、Ｂ種接地線４から重畳トランス（ＣＴ）３０を介して保護回路２３に注入されたリレー２７の開動作が間に合わない場合、保護回路２３に流れ込む電流（パワーアンプ２２の出力端の電圧）が所定の値にまで増大すると、トライアック２４は閉動作する。

このようにしてパワーアンプ２２の出力端が短絡され、重畳トランス（ＣＴ）３０と、リレー２７と、トライアック２４とにより閉路が形成されると電圧がなくなるので、今度は電流検出回路２５で所定の電流が流れたことを検出し、リレー２７の駆動部２７ａは、スイッチ部２７ｂを開動作させる。これにより、パワーアンプ２２と重畳トランス（ＣＴ）３０とが電気的に遮断される。そうすると、パワーアンプ２２の出力端が短絡されているか否かにかかわらず、パワーアンプ２２に大電流が流入することが防止される。

リレー２７が開動作されると電流が流れなくなり電流検出ができなくなるが、再び電圧が上昇するので、電圧検出によりリレー２７は開動作を継続する。

更に大電流地絡の場合は、トライアックが焼損する前にヒューズを溶断して保護する。

その後、変圧器１の出力側の第２の電路５における地絡事故が復旧し、重畳トランス（ＣＴ）３０の巻線間に生じている電圧が所定の値より低くなったことを電圧検出回路２６が検出すると、リレー２７の駆動部２７ａは、スイッチ部２７ｂを閉動作させる。これにより、パワーアンプ２２と重畳トランス（ＣＴ）３０とが電気的に接続される。

ヒューズ２８は、Ｂ種接地線４から重畳トランス（ＣＴ）３０を介して注入された電力によって、トライアック２４が破損してしまうほどの大きな電流が流れた場合に、パワーアンプ２２と重畳トランス（ＣＴ）３０とを電気的に遮断するためのものである。したがって、トライアック２４が破損してしまうことが防止されるように、ヒューズ２８の定格とトライアック２４の定格を決定するようにする。

次に、上記のように構成された絶縁監視装置１０の動作について説明する。

まず、監視信号発生回路２０の発振器（ＯＳＣ）２１が、演算処理回路（ＭＰＵ）９０のクロック信号に基づいて、商用周波数と異なる所要周波数（例えば２０Ｈｚの正弦波）の監視信号Ｗを発生する。つぎに、この監視信号Ｗを、重畳トランス（ＣＴ）３０をドライブできるようにパワーアンプ２２が電力増幅する。そして、保護回路２３を経て、監視信号発生回路２０から、注入手段としての重畳トランス（ＣＴ）３０を介して、監視信号Ｗを変圧器１のＢ種接地線４に注入する。

また、位相調整回路４０のエイリアスフィルタ４１が、Ｂ種接地線４から取り込まれるＤ種接地基準入力から、スイッチト・キャパシタ・フィルタ（ＳＣＦ）４２で誤動作を起こす周波数成分を事前に除去する。つぎに、スイッチト・キャパシタ・フィルタ（ＳＣＦ）４２が、ローパスフィルタ機能により、エイリアスフィルタ４１の出力から、商用周波数およびその高調波等の不要成分を除去して、監視信号Ｗに相当する基準信号Ｂを抽出する。

これと同時に、スイッチト・キャパシタ・フィルタ（ＳＣＦ）４２が、位相シフタ機能により、基準信号Ｂの位相のタイミングを変圧器１の低圧側電路５の対地静電容量の位相のタイミングに合わせる。すなわち、基準信号Ｂの位相を変圧器１の低圧側電路５の対地静電容量の位相の逆位相に合わせることで、対地静電容量を打ち消すための正確な位相を生成する。

このとき、スイッチト・キャパシタ・フィルタ（ＳＣＦ）４２は、演算処理回路（ＭＰＵ）９０から指令されるあらかじめ決められたクロック周波数に基づいて信号の位相を調整するため、製品出荷時にメーカで設定済み（調整済み）のクロック周波数は、その後の温度変化や経年変化によって変化しない。

つまり、演算処理回路（ＭＰＵ）９０から、温度変化や経年変化に対し高安定な水晶発振器を基に生成され、指令されるクロック周波数を用いることで、スイッチト・キャパシタ・フィルタ（ＳＣＦ）４２による位相合わせは、きわめて正確に行われる。

一方、検出手段としての零相変流器（ＺＣＴ）５０が、Ｂ種接地線４に流れる電流を検出する。すなわち、このＢ種接地線４に流れる電流には、変圧器１の低圧側の第２の電路５、大地、Ｂ種接地線４、および第１の電路３により形成される経路を還流する、対地インピーダンスＺ０に基づく漏電電流が含まれる。そのため、零相変流器（ＺＣＴ）５０の検出電流には、対地インピーダンスＺ０に基づく漏電電流が含まれる。

そして、測定信号検出回路６０のヘッドアンプ６１が、零相変流器（ＺＣＴ）５０で検出された電流を電圧に変換し次段で必要なレベルまで増幅する。つぎに、フィルタ６２が、ヘッドアンプ６１の出力から商用周波数およびその高調波等の測定信号Ｍ以外の不要成分を除去するとともに、測定信号Ｍを増幅する。そして、レベル変換器６３が、フィルタ６２の出力すなわちアナログ信号のレベルを、演算処理回路（ＭＰＵ）９０でディジタル処理できるレベルに変換する。すなわち、測定信号検出回路６０は、レベル変換器６３の出力において、対地インピーダンスＺ０に基づく漏電電流が含まれた零相変流器（ＺＣＴ）５０検出電流から、それに基づく測定信号Ｍを発生する。

また、同期信号発生回路７０が、位相調整回路４０から出力される基準信号Ｂに基づいて、測定信号検出回路６０から出力される測定信号Ｍに含まれる変圧器１の低圧側電路５の対地インピーダンスＺ０、すなわち対地絶縁抵抗Ｒ０と対地静電容量Ｃ０とを分離するための同期信号Ｓを発生する。つまり、同期信号発生回路７０は、位相調整回路４０から出力される基準信号Ｂをゼロクロスにより方形波に変換し、得られた同期信号Ｓを演算処理回路（ＭＰＵ）９０に供給する。

このような状態で、演算処理回路（ＭＰＵ）９０が、零相変流器（ＺＣＴ）５０の検出出力から測定信号検出回路６０を経て得られる測定信号Ｍと、Ｂ種接地線４から取り込まれるＤ種接地基準入力から、位相調整回路４０を経て出力される基準信号Ｂに基づき同期信号発生回路７０から入力される同期信号Ｓとに基づいて、測定信号Ｍに含まれる変圧器１の低圧側電路５の対地絶縁抵抗Ｒ０と対地静電容量Ｃ０とを分離する。

そして、演算処理回路（ＭＰＵ）９０が、測定信号Ｍに含まれる対地絶縁抵抗Ｒ０と対地静電容量Ｃ０とを分離した後、その対地静電容量Ｃ０がゼロになるように、抑圧信号発生回路８０に対して抑圧信号Ｐによる抑圧レベルをリアルタイム制御する。すなわち、零相変流器（ＺＣＴ）５０で対地静電容量Ｃ０の成分である電流（無効成分電流）が磁束的にゼロとなるように、演算処理回路（ＭＰＵ）９０が抑圧信号発生回路８０をリアルタイム制御する。

この抑圧信号発生回路８０に対する演算処理回路（ＭＰＵ）９０によるリアルタイム制御によって、抑圧信号発生回路８０は、測定信号Ｍに含まれる対地静電容量を打ち消すための抑圧信号Ｐを発生する。この抑圧信号Ｐは、抑圧信号発生回路８０から零相変流器（ＺＣＴ）５０の三次側に抑圧電流Ｐとして供給され、零相変流器（ＺＣＴ）５０において対地静電容量Ｃ０が磁束的にゼロとなるよう抑圧する。結果として、零相変流器（ＺＣＴ）５０における対地静電容量Ｃ０が磁束的にゼロとなる。

これにより、零相変流器（ＺＣＴ）５０の検出出力は対地静電容量Ｃ０が打ち消されたものとなり、演算処理回路（ＭＰＵ）９０は、この検出出力に基づく測定信号（対地静電容量Ｃ０が打ち消された測定信号）Ｍから対地絶縁抵抗Ｒ０を求める。

なお、上記の実施形態では、スイッチト・キャパシタ・フィルタ（ＳＣＦ）４２が、位相シフタ機能により、基準信号Ｂの位相を変圧器１の低圧側電路５の対地静電容量の位相の逆位相に合わせることで、対地静電容量を打ち消すための正確な位相を生成するように構成したが、これに限定するものでない。すなわち、例えば、基準信号Ｂの位相を変圧器１の低圧側電路５の対地静電容量の位相と同位相に合わせることも可能である。この場合も、対地静電容量を打ち消すために必要な正確な位相を生成することができる。

そして、この場合は、位相調整回路のスイッチト・キャパシタ・フィルタ（ＳＣＦ）４２の後段、または抑圧信号発生回路８０の前段に、適宜の位相反転回路を設けることで、位相合わせに加えて、基準信号Ｂの位相を変圧器１の低圧側電路５の対地静電容量の位相の逆位相に整合することができる。

この発明による絶縁監視装置の一実施形態を示すブロック図である。位相調整回路のスイッチト・キャパシタ・フィルタ（ＳＣＦ）の特性の一例を示すグラフである。保護回路の一例を示すブロック図である。従来の絶縁監視装置の一例を示すブロック図である。

符号の説明

１変圧器（受電変圧器）
２負荷
３第１の電路
４Ｂ種接地線
５第２の電路
１０絶縁監視装置
２０監視信号発生回路
２１発振器（ＯＳＣ）
２２パワーアンプ
２３保護回路
３０注入手段（重畳トランス；ＣＴ）
４０位相調整回路
４１エイリアスフィルタ
４２スイッチト・キャパシタ・フィルタ（ＳＣＦ）
５０検出手段（零相変流器；ＺＣＴ）
６０測定信号検出回路
６１ヘッドアンプ
６２フィルタ
６３レベル変換器
７０同期信号発生回路
８０抑圧信号発生回路
９０演算処理回路（ＭＰＵ）

Claims

商用周波数と異なる周波数の監視信号を変圧器のＢ種接地線に注入する監視信号発生回路と、
前記Ｂ種接地線から取り込まれるＤ種接地基準入力から前記監視信号に相当する基準信号を抽出し、且つこの基準信号から、商用周波数成分を除去し、更に、あらかじめ決められたクロック周波数に基づいて、前記基準信号の位相タイミングを前記変圧器の低圧側電路の対地静電容量の位相タイミングに合わせるスイッチト・キャパシタ・フィルタと、
前記スイッチト・キャパシタ・フィルタの前段に設けられ、該スイッチト・キャパシタ・フィルタで誤動作を起こす周波数成分を除去するエイリアスフィルタと、
前記Ｂ種接地線に流れる電流を検出する検出手段と、
前記検出手段の検出出力から商用周波数およびその高調波等の不要成分を除去して測定信号を検出する測定信号検出回路と、
前記スイッチト・キャパシタ・フィルタから出力される前記基準信号に基づいて、前記測定信号に含まれる前記対地静電容量を打ち消すための抑圧信号を発生し、当該抑圧信号を前記検出手段の抑圧部に供給する抑圧信号発生回路と、
前記抑圧信号の供給により前記対地静電容量が打ち消された前記検出手段の検出出力に基づく前記測定信号から、前記変圧器の低圧側電路の対地絶縁抵抗を求める演算処理回路と、
を備えたことを特徴とする絶縁監視装置。
前記スイッチト・キャパシタ・フィルタから出力される前記基準信号に基づいて、前記測定信号に含まれる前記対地絶縁抵抗と前記対地静電容量とを分離するための同期信号を発生する同期信号発生回路をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の絶縁監視装置。
前記演算処理回路は、前記測定信号および前記同期信号に基づいて、前記測定信号に含まれる前記対地絶縁抵抗と前記対地静電容量とを分離することを特徴とする請求項２記載の絶縁監視装置。
前記演算処理回路は、前記対地絶縁抵抗と分離した前記対地静電容量がゼロになるように前記抑圧信号発生回路に対して前記抑圧信号による抑圧レベルをリアルタイム制御することを特徴とする請求項３記載の絶縁監視装置。
前記スイッチ・トキャパシタ・フィルタは、前記演算処理回路から入力される前記あらかじめ決められたクロック周波数に基づいて、前記基準信号の位相のタイミングを調整することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の絶縁監視装置。
前記検出手段は、前記Ｂ種接地線に電磁結合され、前記抑圧信号が三次側に供給されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の絶縁監視装置。
前記監視信号発生回路は、注入手段を介して前記監視信号を前記Ｂ種接地線に注入するものであり、出力段に、前記Ｂ種接地線から前記注入手段を介して逆に注入される異常電流から当該監視信号発生回路を保護する保護回路を備えたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載の絶縁監視装置。
商用周波数と異なる周波数の監視信号を変圧器のＢ種接地線に注入する監視信号発生回路と、
前記Ｂ種接地線から取り込まれるＤ種接地基準入力から前記監視信号に相当する基準信号を抽出し、且つこの基準信号から、商用周波数成分を除去し、更に、あらかじめ決められたクロック周波数に基づいて、前記基準信号の位相を前記変圧器の低圧側電路の対地静電容量の位相の逆位相に合わせるスイッチト・キャパシタ・フィルタと、
前記スイッチト・キャパシタ・フィルタの前段に設けられ、該スイッチト・キャパシタ・フィルタで誤動作を起こす周波数成分を除去するエイリアスフィルタと、
前記Ｂ種接地線に流れる電流を検出する検出手段と、
前記検出手段の検出出力から商用周波数およびその高調波等の不要成分を除去して測定信号を検出する測定信号検出回路と、
前記スイッチト・キャパシタ・フィルタから出力される前記基準信号に基づいて、前記測定信号に含まれる前記変圧器の低圧側電路の対地絶縁抵抗と前記対地静電容量とを分離するための同期信号を発生する同期信号発生回路と、
前記スイッチト・キャパシタ・フィルタから出力される前記基準信号に基づいて、前記測定信号に含まれる前記対地静電容量を打ち消すための抑圧信号を発生し、当該抑圧信号を前記検出手段の抑圧部に供給する抑圧信号発生回路と、
前記測定信号および前記同期信号に基づいて、前記測定信号に含まれる前記対地絶縁抵抗と前記対地静電容量とを分離し、前記対地静電容量がゼロになるように前記抑圧信号発生回路に対して前記抑圧信号による抑圧レベルをリアルタイム制御し、前記抑圧信号の供給により前記対地静電容量が打ち消された前記検出手段の検出出力に基づく前記測定信号から前記対地絶縁抵抗を求める演算処理回路と、
を備えたことを特徴とする絶縁監視装置。
前記スイッチト・キャパシタ・フィルタは、前記演算処理回路から入力される前記あらかじめ決められたクロック周波数に基づいて、前記基準信号の位相のタイミングを調整することを特徴とする請求項８記載の絶縁監視装置。
前記検出手段は、前記Ｂ種接地線に電磁結合され、前記抑圧信号が三次側に供給されることを特徴とする請求項８または請求項９記載の絶縁監視装置。
前記監視信号発生回路は、注入手段を介して前記監視信号を前記Ｂ種接地線に注入するものであり、出力段に、前記Ｂ種接地線から前記注入手段を介して逆に注入される異常電流から当該監視信号発生回路を保護する保護回路を備えたことを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項記載の絶縁監視装置。