JP5183035B2 - 絶縁監視装置 - Google Patents

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Description

本発明は、携帯可能な絶縁監視装置に関し、配電系統の配電線(電路)の電圧信号の相順を自動的に判断して漏れ電流の有効分を算出する技術に関する。
配電系統では漏電防止や感電防止のために絶縁状態を定期的に測定しているが、従来は停電して電路の配電線(ケーブル、電線)や負荷設備のメガリング(絶縁抵抗測定)を行っていた。近年では停電しないで、リークテスタや漏れ電流探査器により漏れ電流を活線で測定するようになっている。
特開2005−172617号公報 特開2003−177154号公報
上記特許文献1の公知例では、電圧信号のゼロクロス点を基にその実効値1となる正弦波波形のディジタルデータを30度進ませたものを記憶して漏れ電流の有効分成分(絶縁抵抗に相当するところに流れる漏れ電流)を算出したもので、即ち電圧の第1相(R相)と接地された第2相(中性相)を正しい順序で接続した場合に漏れ電流の有効分成分を算出できるものであって、この接続順序を間違えたり、第3相(T相)を接続したりすると、漏れ電流の有効分成分が誤った結果となる問題点があった。特に初期の配電線工事において第1相と第3相を誤って施工した場所で携帯可能な絶縁監視装置を用いて漏れ電流の有効分成分を測定する場合、相順が正しいものとして電圧信号線を接続するので、間違った結果を得ることになる。また、測定者が誤って電圧信号線を接続する場合もあり、同様に間違った結果を得ることになり正しい絶縁劣化状態を把握することができないという問題点があった。本発明の目的はこれらの問題点を解決することにある。
三相電源回路に接続された配電線と負荷設備の絶縁劣化を検出するための携帯可能な監視装置において、非測定回路に設置して漏れ電流を検出する零相変流器と、非測定回路の電圧信号のゼロクロス点を検出しサンプリング開始信号を出力する複数のゼロクロス検出手段と、前記複数のゼロクロス検出手段出力の時間差を検出する差分検出手段と、前記差分検出手段の結果から三相電源回路の相順を区別する手段を備えて解決するものである。
また三相電源回路に接続された配電線と負荷設備の絶縁劣化を検出するための携帯可能な監視装置において、非測定回路に設置して漏れ電流を検出する零相変流器と、非測定回路の電圧信号のゼロクロス点を検出しサンプリング開始信号を出力する複数のゼロクロス検出手段と、前記複数のゼロクロス検出手段出力の時間差を検出する差分検出手段と、その実効値が1となる複数の正弦波波形のディジタルデータを記憶する記憶部とを備え、前記差分検出手段の結果から前記記憶部の正弦波波形データの一つを選択して漏れ電流の有効分成分を算出することである。
また、三相電源回路に接続された配電線と負荷設備の絶縁劣化を検出するための携帯可能な監視装置において、非測定回路に設置して漏れ電流を検出する零相変流器と、非測定回路の電圧信号のゼロクロス点を検出しサンプリング開始信号を出力する複数のゼロクロス検出手段と、前記ゼロクロス検出回路に接続されたフリップフロップ回路と、前期フリップフロップ回路の結果から三相電源回路の相順を区別する手段を備えて解決するものである。
また、三相電源回路に接続された配電線と負荷設備の絶縁劣化を検出するための携帯可能な監視装置において、非測定回路に設置して漏れ電流を検出する零相変流器と、非測定回路の電圧信号のゼロクロス点を検出しサンプリング開始信号を出力する複数のゼロクロス検出手段と、前記ゼロクロス検出手段に接続されたフリップフロップ回路と、その実効値が1となる複数の正弦波波形のディジタルデータを記憶する記憶部とを備え、前期フリップフロップ回路の出力結果から前期記憶部の正弦波波形の一つを選択して漏れ電流の有効分成分を算出することである。
また、三相電源回路に接続された配電線と負荷設備の絶縁劣化を検出するための携帯可能な監視装置において、非測定回路に設置して漏れ電流を検出する零相変流器と、非測定回路の電圧信号を絶縁する複数の光学素子と、前記光学素子に接続されたフリップフロップ回路と、前期フリップフロップ回路の結果から三相電源回路の相順を区別する手段を備えて解決するものである。
さらに、三相電源回路に接続された配電線と負荷設備の絶縁劣化を検出するための携帯可能な監視装置において、非測定回路に設置して漏れ電流を検出する零相変流器と、非測定回路の電圧信号を絶縁する複数の光学素子と、前記光学素子に接続されたフリップフロップ回路と、その実効値が1となる複数の正弦波波形のディジタルデータを記憶する記憶部とを備え、前期フリップフロップ回路の出力結果から前期記憶部の正弦波波形の一つを選択して漏れ電流の有効分成分を算出することである。
以上のように、三相電源回路の相順を自動的に区別するので、配電線工事が誤って施工された場所でも漏れ電流の有効分成分を正しく算出できる。また、測定者が電圧信号線を誤って接続しても漏れ電流の有効分成分を正しく算出できるので、正しく絶縁劣化状態を知ることができる。
以下本発明を図を用いて説明する。
本発明の第一の実施例を図1乃至図5及び図10を用いて説明する。図1は、本発明の実施例を示す絶縁監視装置の概念構成図である。1は三相電源回路の電路で、配電線の第1相(R相)、第2相(S相;中性相;接地相)、第3相を示し、2は漏れ電流を検出する零相変流器(ZCT)、3は、本発明の第一の実施例による絶縁監視装置、4は前記電路1に接続して電圧信号を取り込む第一の電圧信号線、5及び6は、同様に電圧信号を取り込む第2、第3の電圧信号線である。7は、前記電路1の電圧を絶縁すると共に電圧を内部回路に適した大きさに降圧するアイソレーション部で、例えば補助変圧器を二つ備えたものである。8は、前記アイソレーション部の第一の出力と接続した第一のゼロクロス検出手段、9は前記アイソレーション7の他の出力に接続した第二のゼロクロス検出手段、10は前記ゼロクロス検出手段8と9の出力の時間差を検出する差分検出手段、11は前記零相変流器2の検出した漏れ電流(アナログ信号)を増幅し、ディジタル信号に変換する増幅・A/D変換手段、12は、前記ゼロクロス検出手段8及び9の出力に接続されてサンプリングの開始や、後述するところの漏れ電流の有効分成分を算出したりする制御手段である。13はその実効値が1となる正弦波波形データの記憶部で、電源回路が単相の場合に備えたものである。同様に14は三相用に備えたもので相順が進み用のもの、15は相順が遅れ用に備えたものである。16は、前記差分検出手段10の結果から前記記憶部13、14、15の一つを選択するための選択手段、17は、前記増幅・A/D変換手段11の出力と前記記憶部13、14,15のうちから選択された一つの実効値1の正弦波波形データとの演算を行なう演算手段である。18は算出された漏れ電流の有効分成分の結果を示す説明のためのものである。
図2は、図1をより具体的に示したもので、20は電路1の電圧を絶縁すると共に電圧を内部回路に適した大きさに降圧する補助変圧器で二つ備え、前記第一の電圧信号線4と一端が(1)(図の丸1に対応し、以下これに従う)で接続され、共通点(2)が第2の電圧信号線5と接続され、他端(3)が電圧信号線6と接続されている。また、補助変圧器20の出力の片端がスター接続され他端は抵抗21を経由して増幅器22、ダイオード23、24、抵抗25の増幅・整流回路を経由してさらに抵抗26、保護ダイオード27,28を経由して制御手段35に接続されている。前記抵抗21至る抵抗26が図1で説明したところのゼロクロス検出手段を構成したものである。29は前記零相変流器2で検出した漏れ電流を電圧信号に変換する抵抗、30、32は増幅抵抗で、31は増幅器、33は保護抵抗、34はサンプルホールド素子でこの出力が、前記制御手段35に接続されている。36は前記制御手段に内蔵されたタイマ回路で、前記(1)と(3)に対応して2つ設けたものである。37は前期36の2つのタイマから差分を検出する差分検出手段でタイマである。38は制御の中枢を掌るマイクロプロセッサー(以下CPUと称す)である。39はアナログ/ディジタル変換部で、40は後述する記憶部41の記憶データの一つを選択する選択部、41は、前記したその値が実効値1となる複数の正弦波波形データを記憶する記憶部である。
図3は、中性線(S相)が接地された電路1の電圧と漏れ電流の波形例を示し、大きさは簡略したものである。前記補助変圧器20の出力を、A点を基準にしてB点の位相関係を表すと、電圧信号線5((2))が中性線(S相)に、電圧信号線4((1))が第1相(R相)に、電圧信号線6((3))が第3相(T相)に接続した場合、120度進みとなる。
ところが、電圧信号線4((1))を第3相(T相)に、電圧信号線6((3))を第1相(R)相に接続した場合は、120度遅れた位相となる。
即ち、三相3線の中性線が接地されたデルタ回路では第3相は60度進んだ位相であるが、前記補助変圧器20の出力側をスター接続することにより120度となる。電流位相については、図10で後述する。
次に動作について図4、図5を用いて説明する。
図4は、前記したCPUの処理フローを示し、タイマ36と選択部40の処理を説明したものである。電圧入力信号に付した(1)、(3)の記号に対応したタイマ36の動作は、まず(1)のゼロクロス検出により割込みがかけられて開始し、ステップ1(S1)で(3)側のタイマ値を読み取り(今回)、S2で前回記憶したタイマ値(前回)を読出し、S3で(今回)タイマ値から(前回)タイマ値を減算することにより差分を検出する。またこの処理は(前回)の値が必要であるため2回繰り返すことが必要であるので、この判断をS5で行ない、2回でなければ(NO)処理を終了させ次の割込みを待つ。2回(YES)であればS6に進み前記差分値について判断する。ここで前期した60度進み・遅れの差分値について説明すると、交流1サイクルの時間は、50Hzでは20msなので、進み120度は6.67ms、遅れ120度は13.33msである。また60Hzでの進み120度は5.56msで、遅れ120度は11.1msである。以上の関係から誤差等を考慮して8msを境に判断すればよいことがわかる。次に差分値が2ms以下ならば、単相及び単相3線と判断する。この理由は、電圧信号(3)が入力されていない、若しくは電圧信号が180度の位相であることを意味し、この場合の差分値は0になるためである。しかし誤差等を考慮し、2ms以下としたものである。次に、S7では前記した差分値が8ms以下であるかを判断する。YESであれば、三相3線の進みとし、NOであればS8で16ms以下であるかを判断し、YESであれば三相3線の遅れと判断し、NOであれば単相及び単相3線と判断する。この理由は前記した内容のとおりである。
図5は、記憶部41に記憶したその実行値が1となる正弦波のディジタルデータを波形で表したもので、電圧信号が第2相(中性相)と第1相の関係が単相を基準とした波形2の単相(単3)、30度進めた波形1の30度進み(三相)、30度遅らせた波形3の30度遅れ(三相)である。
図10は前記30度の理由を説明するためのもので、図10(a)は、単相を説明するベクトル図、図10(b)は三相を説明するためのベクトル図である。図10(a)の単相では漏れ電流は第1相を基準として漏れ電流の有効分成分と無効分成分に展開することができ、また図10(b)の三相では第1相(R)を基準とすると第3相(T)は60度進みであるから単相で説明した漏れ電流はそれぞれの相の合成となるので第1相と第3相の中間点を基準とすれば漏れ電流の有効分成分と無効分成分を近似値として展開できる。即ち第1相から30度進んだところを基準とすれば漏れ電流の有効分成分を算出することができる。
ここで、以上の説明は電圧信号線4が電路1の第1相(R)に、電圧信号線6が第3相(T)に接続された場合であり、電圧信号線4が電路1の第3相(T)に、電圧信号線6が第1相(R)に接続された場合は、前記30度進みを基準にすると60度誤った位置で展開されることになる。
そこで本発明では、60度戻した位置、即ち第1相(R)から30度遅れのディジタルデータを設けて解決したものである。前記図4の処理フローにおいて選択されたその動作は、単相(単3)の場合は、図5の波形2の単相(単3)のディジタルデータと漏れ電流とで演算を行ない、三相3線の進みと判断した場合は図5の波形1である30度進み(三相)と漏れ電流とで演算を行ない、三相3線の遅れと判断した場合は図5の波形3である30度遅れ(三相)と漏れ電流とで演算を行うものである。なお、漏れ電流の有効分成分の算出即ち演算方法は、従来例と同じで行なうものである。
以上の処理動作により、電圧信号線4、6が電路1のいずれの相に接続されても正しく漏れ電流の有効分成分を測定することができる。
なお、電路1の中性相(S)は、遮断器の配線では必ず中央であるので誤ることはないので電圧信号線5の接続間違いはなく、また中性相であるため接地線または大地と接続してもよいことがわかる。
次に本発明の第二の実施例について図6乃至図8により説明する。
図6は、上記した第一の実施例のタイマ36、差分検出タイマ37、をDタイプフリップフロップ42,43で構成したものである。
図7はこのタイミングの図であり、図7(a)は前記した電圧信号線4が第1相(R)に、電圧信号線6が第3相(T)に接続された場合のものである。この動作は、電圧信号線4((1))がゼロクロス検出手段を経てクロック(CK)となり、同様に電圧信号線6((3))がデータ(D)となって該フリップフロップ42、43を動作させるものであるが、(3)の電圧信号線6が120度早く入力されることであり、波形(1)の立ち上がり(CK)のタイミングで波形(3)のデータ(D)が記憶されるもので、この場合フリップフロップ42の(3)が“1;HIレベル”であるため出力Q1は“1;HIレベル”となり、フリップフロップ43は(3)がクロック(CK)となるので立ち上がり時に出力Q2が“1;HIレベル”となる。そして、(1)、(3)の立下りでは、変化しないので、CPU38は次の(1)(CK)の立ち上がりを処理の開始タイミングにすることができる。
次に図7(b)は、前記した電圧信号線4が第3相(T)に、電圧信号線6が第1相(R)に接続された場合のもので、前記した説明の(3)は(3)‘になるので、120度遅く入力される。従って図7(b)からわかるように、フリップフロップ42の出力Q1は“0;LOWレベル”となり、フリップフロップ43の出力Q2は前記同様“1;HIレベル”となる。以上のことからゼロクロス検出手段の差分を検出することができる。
次に、電圧信号線6が接続されてない場合、即ち単相の時は、(3)((3)‘)の信号が無いので、フリップフロップ42のデータ(D)が“0”であり、出力Q1は“0”、またフリップフロップ43の出力Q2も“0”である。ここで単相3線は電圧信号線6を接続しないものとすると前記単相と同じである。図8はこの動作をフローチャート図で示したものであり、CPU38はS10で2回目の前記したクロック信号(CK)の立ち上がりを待って、YESならばS11に進みフリップフロップ43の出力Q2のレベルが“1”か否かを判断し、YESならばS12に進み、フリップフロップ42の出力Q1のレベルを判断し、YESならば三相3線進みと判断し、NOならばS14の三相遅れと判断するものである。また、S11でNOと判断するとS13に進み単相と判断するものである。そしてこの判断結果により記憶部41に記憶したその実効値が1となるサンプリングデータの1つを選択するものである。
なお、フリップフロップ42,43は、上記動作に先立ってCPU38からプリセット信号PRを出力してQ1、Q2を初期化(出力“0”)しておくものである。
次に本発明の第3の実施例について図9により説明する。
図9は第1の実施例を具体的に説明した図2の補助変圧器20及び抵抗21至る抵抗26で構成したゼロクロス検出手段を他の方法により実現したもので、44、45は抵抗、46,47はフォトカプラ、48、49はプルアップ抵抗である。ここで抵抗44,45は、電路1の電圧をフォトカプラ46,47に過電圧がかからないよう降圧するためのものである。フォトカプラ46,47のダイオード素子は単方向であるため電圧信号線4及び6の信号が絶縁されて出力側のトランジスタ素子に半波整流されて伝達され、前記した図7の波形タイミングを得ることができる。また、このフォトカプラのトランジスタ出力は、フリップフロップ42、43に接続され、前記第2の実施例と同様の動作を行なうものである。なお、フォトカプラ46,47の問題点として、汎用品は伝達率(増幅率)が悪い、また応答速度が遅い、などがあるが、高増幅率ものを使用し、また応答速度の速いものを使用すれば問題点は無くなる。また、応答速度が電路1の電圧位相に対し遅れるような場合は、変流器2の出力を増幅した後の抵抗33の出力部分に規定された遅れ分の遅延回路を設けることにより位相関係を保つことが可能である。
以上第1至る第3の実施例によれば、電路の相順を正しく認識できるので、測定者の電圧信号線の接続誤りや、初期の配電線工事において第1相と第3相を誤って施工した場合であっても漏れ電流の有効分成分を正しく計算でき、絶縁劣化状態を正しく把握することができる。
携帯可能な絶縁監視装置は、漏れ電流の漏洩場所探査に適しており、漏電を未然に防止するために有効であり、配電系統の配電線(電路)の電圧信号の相順を自動的に判断して漏れ電流の有効分成分を算出するので絶縁劣化状態を適切に判断することができるので、利用した場合の効果は大である。
本発明の第1の実施例を示す絶縁監視装置の構成図。 第1実施例の具体的構成図。 第1実施例を説明するための波形図。 第1実施例の処理動作を示すフローチャート図。 本発明の実施例で記憶するところのその実効値が1となる正弦波波形のディジタルデータと、漏れ電流を示す図。 本発明の第2実施例を示す図。 第2実施例を説明するためのタイミングチャート図で、(a)は第3相電圧が進み位相の場合を示し、(b)は第3相電圧が遅れ位相の場合を示す図。 第2実施例の処理動作を示すフローチャート図。 本発明の第3実施例を示す図。 本発明を説明するためのベクトル図で、(a)は単相(単相3線)、(b)は三相3線を示すベクトル図。
符号の説明
8,9‥ゼロクロス検出手段、
10‥差分検出タイマ手段、
11‥増幅・A/D変換手段、
12‥制御手段、
13〜15‥記憶手段に記憶されたディジタルデータ、
16‥演算手段、
42,43‥フリップフロップ、
44,45‥抵抗、
46,47‥フォトカプラ

Claims (6)

  1. 三相電源回路に接続された配電線と負荷設備の絶縁劣化を検出するための携帯可能な監視装置において、
    被測定回路に設置して漏れ電流を検出する零相変流器と、
    被測定回路の電圧信号のゼロクロス点を検出し、前記漏れ電流をサンプリングするサンプリング開始信号を出力する複数のゼロクロス検出手段と、
    前記複数のゼロクロス検出手段出力の時間差を検出する差分検出手段と、
    その実効値が1となる単相の正弦波波形のディジタルデータと、
    その実効値が1となる三相の相順が進みの正弦波波形のディジタルデータと、
    その実効値が1となる三相の相順が遅れの正弦波波形のディジタルデータと、
    を記憶する記憶部と
    を備え、
    前記差分検出手段の結果から前記記憶部の正弦波波形データの一つを選択して漏れ電流の有効分成分を算出する
    ことを特徴とする携帯形の絶縁監視装置。
  2. 三相電源回路に接続された配電線と負荷設備の絶縁劣化を検出するための携帯可能な監視装置において、
    被測定回路に設置して漏れ電流を検出する零相変流器と、
    被測定回路の電圧信号のゼロクロス点を検出し、前記漏れ電流をサンプリングするサンプリング開始信号を出力する複数のゼロクロス検出手段と、
    前記ゼロクロス検出手段に接続されたフリップフロップ回路と、
    その実効値が1となる単相の正弦波波形のディジタルデータと、
    その実効値が1となる三相の相順が進みの正弦波波形のディジタルデータと、
    その実効値が1となる三相の相順が遅れの正弦波波形のディジタルデータと、
    を記憶する記憶部
    を備え、
    前記フリップフロップ回路の出力結果から前記記憶部の正弦波波形データの一つを選択して漏れ電流の有効分成分を算出する
    ことを特徴とする携帯形の絶縁監視装置。
  3. 三相電源回路に接続された配電線と負荷設備の絶縁劣化を検出するための携帯可能な監視装置において、
    被測定回路に設置して漏れ電流を検出する零相変流器と、
    被測定回路の電圧信号を絶縁する複数の光学素子と、
    前記光学素子に接続されたフリップフロップ回路と、
    その実効値が1となる単相の正弦波波形のディジタルデータと、
    その実効値が1となる三相の相順が進みの正弦波波形のディジタルデータと、
    その実効値が1となる三相の相順が遅れの正弦波波形のディジタルデータと、
    を記憶する記憶部と
    を備え、
    前記フリップフロップ回路の出力結果から前記記憶部の正弦波波形データの一つを選択して漏れ電流の有効分成分を算出する
    ことを特徴とする携帯形の絶縁監視装置。
  4. 請求項1記載の携帯可能な監視装置において、
    前記差分検出手段の結果から三相電源回路の相順を区別する手段を備えた
    ことを特徴とする携帯形の絶縁監視装置。
  5. 請求項2記載の携帯可能な監視装置において、
    前記ゼロクロス検出手段に接続されたフリップフロップ回路と、
    前記フリップフロップ回路の結果から三相電源回路の相順を区別する手段を備えた
    ことを特徴とする携帯形の絶縁監視装置。
  6. 請求項3記載の携帯可能な監視装置において、
    被測定回路の電圧信号を絶縁する複数の光学素子と、
    前記光学素子に接続されたフリップフロップ回路と、
    前記フリップフロップ回路の結果から三相電源回路の相順を区別する手段を備えた
    ことを特徴とする携帯形の絶縁監視装置。
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