JP5183035B2

JP5183035B2 - 絶縁監視装置

Info

Publication number: JP5183035B2
Application number: JP2006121537A
Authority: JP
Inventors: 直大 ▲高▼鴨
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2006-04-26
Filing date: 2006-04-26
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2026-04-26
Also published as: JP2007292622A

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

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。
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。
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。
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。
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。
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。