JP7159062B2

JP7159062B2 - 絶縁監視装置およびそのテスト方法

Info

Publication number: JP7159062B2
Application number: JP2019006333A
Authority: JP
Inventors: 幸司佐藤; 明樹皆川
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2019-01-17
Filing date: 2019-01-17
Publication date: 2022-10-24
Anticipated expiration: 2039-01-17
Also published as: JP2020115095A

Description

本発明は、絶縁監視装置の自己点検技術に関する。

基本波有効分方式（以下、Ｉ_ＯＲ方式と記載。）の絶縁監視機器は、零相変流器（ZCT）からの漏れ電流を入力し、基本波漏れ電流Ｉ_Ｏ、有効分漏れ電流Ｉ_ＯＲの演算を行い、この値の変化から配線、機器の劣化を判断し予防保全する機器である。正しく有効分漏れ電流Ｉ_ＯＲを計測するためには、計測する電路の電源位相が必要であり、電源位相を把握しながら、演算を行っている。

特許文献１には、漏電検出動作点検用のテスト信号を生成する漏電テスト装置を備えた漏電検出装置が開示されている。特許文献１の漏電テスト装置は、交流電路の電圧と同一周期を持ち、かつ交流電路の配線方式に応じて位相が選択的に切り換えられた信号を発生するテスト信号発生部を備えるものである。

特開２０１０－１７０９０２号公報

絶縁監視装置は予防保全するための機器であり、計測値が重要である。よって、機器設置後に、計測値が正しいかどうか点検しなければならない。設置後に機器の計測値が正しいかどうかを確認をするには、テスト電流が必要となる。テスト電流は、電源の位相を把握しながら流す必要がある。テスト電流は現地の単相３線式、三相３線式など電源事情により異なる位相で流さなければならない。このようなテスト電流出力機器を準備することが現地では困難である。

簡易的な方法として、電源位相と同一の位相でテスト電流を流す方法がある。現地の漏れ電流の方向によっては、テスト電流を流すことで、漏れ電流の計測値が減少する可能性があった。これにより、テスト電流を流して機器が正しく計測できているか容易に判定することができなかった。

本発明は、現地の漏れ電流の方向によらず、どのような現場でもテスト電流を流した計測値から絶縁監視装置が正しく計測できているかを判定することを目的とする。

上記課題を解決するための、本発明の「絶縁監視装置」の一例を挙げるならば、
交流電路に設けた零相変流器から取り込んだ漏れ電流と、交流電路から取り込んだ電圧信号に基づいて基本波有効分漏れ電流を求める絶縁監視装置であって、テスト装置を備え、前記テスト装置は、前記電圧信号を電流信号に変換し同一位相のテスト電流を生成するテスト電流生成部と、前記テスト電流の極性を切り替えて正方向および逆方向のテスト電流を零相変流器に供給する出力方向切替部と、零相変流器から取り込んだ漏れ電流と、交流電路から取り込んだ電圧信号に基づいて基本波有効分漏れ電流を求めて初期値とする有効分漏れ電流演算部と、正方向および逆方向のテスト電流を零相変流器に供給した際の漏れ電流の計測値を記憶する計測記憶部と、正逆のテスト電流を零相変流器に供給した際の漏れ電流の計測値の内、大きい方の計測値を選択し、選択した漏れ電流の大きい方の計測値が、前記初期値とテスト電流値の和である場合に、良判定とする判定処理部と、を備えるものである。

また、本発明の「絶縁監視装置のテスト方法」の一例を挙げるならば、
交流電路に設けた零相変流器から取り込んだ漏れ電流と、交流電路から取り込んだ電圧信号に基づいて基本波有効分漏れ電流を求める絶縁監視装置のテスト方法であって、零相変流器から取り込んだ漏れ電流と、交流電路から取り込んだ電圧信号に基づいて基本波有効分漏れ電流を求めて初期値とするステップと、前記電圧信号を電流信号に変換し同一位相のテスト電流を生成して正方向のテスト電流を零相変流器に供給し、漏れ電流の計測値を計測するステップと、テスト電流の極性を切り替えて逆方向のテスト電流を零相変流器に供給し、漏れ電流の計測値を計測するステップと、２つの漏れ電流の計測値の内、大きい方の漏れ電流の計測値を選択するステップと、選択した漏れ電流の大きい方の計測値が、前記初期値とテスト電流値の和である場合に、良判定とするステップと、を備えるものである。

本発明によれば、現地の漏れ電流の方向によらず、現地の単相３線式、三相３線式など電源事情にもよらず、どのような現場でもテスト電流を流した計測値から絶縁監視装置が正しく計測できているかを判定することができる。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の実施例の絶縁監視装置の構成図を示す。単相３線での各電流のベクトル図の一例を示す。三相３線での各電流のベクトル図の一例を示す。三相４線での各電流のベクトル図の一例を示す。ＣＰＵでの処理フローの一例を示す。図５の処理フローに対応するイメージを示す。

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。

本発明の実施例について、図１を用いて説明する。

図１は、交流電路を含む、実施例の絶縁監視装置の回路構成を示す図である。図１において、交流電路には零相変流器（ＺＣＴ）５０が設けられている。ＺＣＴ５０には絶縁監視装置１００の漏れ電流取込部１０３が接続され、漏れ電流を取り込む。また、交流電路の配線には絶縁監視装置１００の電源電圧取込部１０１が接続され、電圧信号を取り込む。取り込んだ漏れ電流と電圧信号に基づいて、ＣＰＵ１０４内のＩ_ＯＲ演算部１１２でＩ_ＯＲ（基本波有効分漏れ電流）を演算し、必要に応じて表示部（出力部）１０６に出力する。Ｉ_ＯＲの演算は、Ｉ_ＯＲ方式の通常の動作による。

次に、テスト装置を構成する、本実施例の特有の構成を説明する。絶縁監視装置１００は、電源電圧取込部１０１にて取り込んだ電源の電圧信号と同一位相の電圧信号をテスト電流生成部１０２に伝送する。電源位相と同一の位相で良いため、ＣＰＵにて信号取込処理や判定処理が不要となり、ＣＰＵは本信号に何か処理をする必要はない。次に、テスト電流生成部１０２にて、入力された電圧信号を電流に変換する。変換した電流は、電源位相と同じ位相の電流波形となる。この電流を出力方向切替部１０５を通して、テスト電流として出力する。出力方向切替部１０５では、テスト電流の出力方向を正方向および逆方向に切り替えることができる。本図ではリレーを使用する例を示している。出力方向切替部１０５のＡ側とＢ側を切り替えることで、出力するテスト電流の位相が電源位相と同一位相、または電源位相と逆位相に切り替えることができる。図ではリレーの例を示したが、スイッチなどを使用して出力方向を切り替えてもよい。

テスト電流の出力配線はＺＣＴ５０に配線されており、テスト電流はＺＣＴ５０を通るので、漏れ電流取込部１０３からテスト電流を流した際の漏れ電流を取り込むことができる。取り込んだ漏れ電流の計測値を計測記憶部１１１にて記憶する。計測値を記憶した後、出力方向切替制御部１１４の出力で出力方向切替部１０５を制御し、現在流している位相と逆位相でテスト電流を流すよう、リレーを切り替える。リレーを切り替えたのち、再度漏れ電流を取り込み、漏れ電流の計測値を計測記憶部に記憶する。ＣＰＵ１０４には、計測記憶部１１１の計測値とＩ_ＯＲ演算部１１２の演算値に基づいて判定処理を行う判定処理部１１３を備えている。判定処理部１１３の詳細は、後述する。判定処理部１１３の判定結果は、表示部（出力部）１０６に表示される。

次に、ＣＰＵでの判定処理について説明する。例として、図２のような単相３線式の電路での漏れ電流I_ORを使って説明する。符号２００は、Ｒ相からの漏れ電流I_Rを示す。符号２０１は、Ｔ相からの漏れ電流I_Tを示す。漏れ電流I_ORは、I_RとI_Tの合成となるので、実際の計測値は符号２０２のI_ORのベクトル値となる。現地では符号２０２の漏れ電流I_ORが流れているとする。ここに図１の絶縁監視装置から電源のＲ－Ｓ間と同一の位相でテスト電流を流すとする。すると、図２の符号２０３の方向に正方向のテスト電流I_VSが流れる。絶縁監視装置では、図２のベクトルから、符号２０５の計測される計測値A＝I_VS－I_ORが計測され、流したテスト電流値より減少する値となる。この計測値を図１の計測記憶部１１１にて一時保存する。次に、図１の出力方向切替制御部１１４から出力方向切替部１０５を制御し、現在流している位相と逆位相で逆方向のテスト電流を流すようリレーを切り替え、図２の符号２０４の方向（符号２０３の逆方向）にテスト電流I_{VS（逆方向）}を流す。この結果、絶縁監視装置では、符号２０６の計測される計測値B＝I_VS＋I_ORが計測され、現地の計測値に純粋にテスト電流I_VSが加算された計測値となる。この計測値を図１の計測記憶部１１１にて一時保存する。テスト電流I_VS２０３を流した漏れ電流の計測値と、テスト電流I_{VS（逆方向）}２０４を流した漏れ電流の計測値から、計測値が大きいほうのテスト電流方向が正しいとＣＰＵにて判定し、テスト電流を流す方向を決定する。次に、決定した方向にテスト電流を流す。絶縁監視装置からテスト電流を流すので、テスト電流の値は絶縁監視装置がわかっている。テスト電流によって計測される値は、「符号２０２の漏れ電流I_OR＋テスト電流I _{VS（逆方向）}」となるはずである。計測値がこの値と一致すれば点検合格となる。値が不一致の場合は、点検不合格となる。不合格の場合は、絶縁監視装置、ＺＣＴ、各機器への配線のいずれか不具合が原因であるため、機器の交換、配線の張替えを実施してもらうこととなる。

上記判定方法があれば、三相３線式（Δ結線）でも判定が可能となる。図３に三相３線式の場合のベクトルを記載する。符号３００のＲ相からの漏れ電流I_Rが流れており、符号３０１のＴ相から漏れ電流I_Tが流れている例にて説明する。合成された漏れ電流は、符号３０２のI_ORとなる。このI_ORを一旦単相３線式の漏れ電流値、電圧信号のベクトル方向の成分の漏れ電流値に変換する。変換すると符号３０３のI_OR一時の計測値（初期値）となる。このI_OR一時の計測値に対して、テスト電流を流す。まず初めに、符号３０４の正方向のテスト電流Ivsを流す。すると絶縁監視装置の計測値は、符号３０５の計測される電流A＝Ivs＋I_OR一時となる。この計測値を図１の計測記憶部１１１にて一時保存する。次に、図１の出力方向切替制御部１１４から出力方向切替部１０５を制御し、現在流している位相と逆位相でテスト電流を流すようリレーを切り替え、図３の符号３０６の方向（符号３０４の逆方向）に逆方向のテスト電流I_{VS（逆方向）}を流す。この結果、絶縁監視装置では、符号３０７の計測される計測値B＝I_OR 一時－I_VSとなる。この値を図１の計測記憶部１１１にて一時保存する。テスト電流I_VSを流した漏れ電流の計測値と、テスト電流I_{VS（逆方向）}を流した漏れ電流の計測値から、計測値が大きいほうのテスト電流方向が正しいとＣＰＵにて判定し、テスト電流を流す方向を決定する。決定した方向にテスト電流を流し、「I_OR一時＋テスト電流」が計測されれば、点検合格とする。

この方法を使用すれば、三相４線式（Ｙ結線）でも正しく点検することが可能となる。図４に三相４線式の場合のベクトルを記載する。符号４００のＲ相の漏れ電流I_Rが流れており、符号４０１のＳ相の漏れ電流I_Sが流れており、符号４０２のＴ相の漏れ電流I_Tが流れている例にて説明する。合成された漏れ電流は、符号４０３のI_ORとなる。このI_ORを一旦単相３線式の漏れ電流値、電圧信号のベクトル方向の成分の漏れ電流値に変換する。変換すると符号４０４のI_OR一時の計測値となる。このI_OR一時の値に対して、テスト電流を流す。まず初めに、符号４０５の正方向のテスト電流Ivsを流す。すると絶縁監視装置の計測値は、符号４０６の計測される電流A＝Ivs＋I_OR一時となる。この計測値を図１の計測記憶部１１１にて一時保存する。次に、図１の出力方向切替制御部１１４から出力方向切替部１０６を制御し、現在流している位相と逆位相でテスト電流を流すようリレーを切り替え、図４の符号４０７の方向（符号４０５の逆方向）に逆方向のテスト電流I_{VS（逆方向）}を流す。この結果、絶縁監視装置では、符号４０８の計測される計測値B＝I_OR 一時－I_VSとなる。この値を図１の計測記憶部１１１にて一時保存する。正方向のテスト電流Ivsを流した漏れ電流の計測値と、逆方向のテスト電流I_{VS（逆方向）}を流した漏れ電流の計測値から、計測値が大きいほうのテスト電流方向が正しいとＣＰＵにて判定し、テスト電流を流す方向を決定する。決定した方向にテスト電流を流し、「I_OR一時＋テスト電流」が計測されれば、点検合格とする。

図５に、演算および制御手段であるＣＰＵでのテスト処理フロー図を、図６に、図５のテスト処理フローに対応するイメージを示す。

図５において、Ｓ５０１でテストモードに遷移する。テストモードへの遷移は、モード切替ボタンなどで行えばよい。
Ｓ５０２で、テスト電流を流さない状態でＺＣＴから漏れ電流を測定し、Ｉ_OR演算部で有効分漏れ電流I_ORを演算する。そして、演算した有効分漏れ電流I_ORの値を、単相３線式の漏れ電流値に変換して、初期値として記憶する。(図６の（ａ）)
Ｓ５０３において、ＺＣＴへ正方向のテスト電流を流して、計測値Ａを記憶する。(図６の（ｂ）)
Ｓ５０４において、ＺＣＴへ逆方向のテスト電流を流して、計測値Ｂを記憶する。(図６の（ｂ）)
Ｓ５０５において、計測値Ａと計測値Ｂの内、大きい方の計測値を選択して計測値とする。
Ｓ５０６において、計測値＝初期値＋テスト電流値かを判定する。計測値＝初期値＋テスト電流値であれば、Ｓ５０７で試験合格表示を行う。計測値＝初期値＋テスト電流値でなければ、Ｓ５０８で試験不合格表示を行う。
その後、Ｓ５０９において、入力待ちに遷移する。

図６の例では、計測値Ａが計測値Ｂより大きいため、計測値Ａを選択し、「計測値Ａ＝初期値＋テスト電流値」であれば、試験合格となる。

本実施例によれば、交流電路から取り込んだ電圧信号に基づいて同一位相のテスト信号を生成するので、簡単な構成でテスト信号を作成することができる。また、テスト電流の極性を切り替えて正方向および逆方向のテスト電流を零相変流器に供給し、漏れ電流の計測値の内、大きい方の計測値を選択して良否の判定を行うので、現地の漏れ電流の方向によらず、どのような現場でもテスト電流を流した計測値から絶縁監視装置が正しく計測できているかを判定することができる。

５０…零相変流器（ＺＣＴ）
１００…絶縁監視装置
１０１…電源電圧取込部
１０２…テスト電流生成部
１０３…漏れ電流取込部
１０４…ＣＰＵ
１０５…出力方向切替部
１０６…表示部（出力部）
１１１…計測記憶部
１１２…Ｉ_OR演算部
１１３…判定処理部
１１４…出力方向切替制御部
２００…Ｒ相からの漏れ電流
２０１…Ｔ相からの漏れ電流
２０２…合成した漏れ電流
２０３…テスト電流Ivs_{（正方向）}
２０４…テスト電流Ivs_{（逆方向）}
２０５…絶縁監視装置で計測される漏れ電流Ａ
２０６…絶縁監視装置で計測される漏れ電流Ｂ
３００…Ｒ相からの漏れ電流
３０１…Ｔ相からの漏れ電流
３０２…合成した漏れ電流
３０３…単相３線に変換した一時漏れ電流
３０４…テスト電流Ivs_{（正方向）}
３０５…絶縁監視装置で計測される漏れ電流Ａ
３０６…テスト電流Ivs_{（逆方向）}
３０７…絶縁監視装置で計測される漏れ電流Ｂ
４００…Ｒ相からの漏れ電流
４０１…Ｓ相からの漏れ電流
４０２…Ｔ相からの漏れ電流
４０３…合成した漏れ電流
４０４…単相３線に変換した一時漏れ電流
４０５…テスト電流Ivs_{（正方向）}
４０６…絶縁監視装置で計測される漏れ電流Ａ
４０７…テスト電流Ivs_{（逆方向）}
４０８…絶縁監視装置で計測される漏れ電流Ｂ

Claims

交流電路に設けた零相変流器から取り込んだ漏れ電流と、交流電路から取り込んだ電圧信号に基づいて基本波有効分漏れ電流を求める絶縁監視装置であって、テスト装置を備え、
前記テスト装置は、
前記電圧信号を電流信号に変換し同一位相のテスト電流を生成するテスト電流生成部と、
前記テスト電流の極性を切り替えて正方向および逆方向のテスト電流を零相変流器に供給する出力方向切替部と、
零相変流器から取り込んだ漏れ電流と、交流電路から取り込んだ電圧信号に基づいて基本波有効分漏れ電流を求めて初期値とする有効分漏れ電流演算部と、
正方向および逆方向のテスト電流を零相変流器に供給した際の漏れ電流の計測値を記憶する計測記憶部と、
正逆のテスト電流を零相変流器に供給した際の漏れ電流の計測値の内、大きい方の計測値を選択し、選択した漏れ電流の大きい方の計測値が、前記初期値とテスト電流値の和である場合に、良判定とする判定処理部と、
を備えることを特徴とする絶縁監視装置。
請求項１に記載の絶縁監視装置において、
前記判定処理部の良否の判定結果を表示する表示部を備えることを特徴とする絶縁監視装置。
請求項１に記載の絶縁監視装置において、
前記テスト電流生成部は、電圧－電流変換器であることを特徴とする絶縁監視装置。
交流電路に設けた零相変流器から取り込んだ漏れ電流と、交流電路から取り込んだ電圧信号に基づいて基本波有効分漏れ電流を求める絶縁監視装置のテスト方法であって、
零相変流器から取り込んだ漏れ電流と、交流電路から取り込んだ電圧信号に基づいて基本波有効分漏れ電流を求めて初期値とするステップと、
前記電圧信号を電流信号に変換し同一位相のテスト電流を生成して正方向のテスト電流を零相変流器に供給し、漏れ電流の計測値を計測するステップと、
テスト電流の極性を切り替えて逆方向のテスト電流を零相変流器に供給し、漏れ電流の計測値を計測するステップと、
２つの漏れ電流の計測値の内、大きい方の漏れ電流の計測値を選択するステップと、
選択した漏れ電流の大きい方の計測値が、前記初期値とテスト電流値の和である場合に、良判定とするステップと、
を備えることを特徴とする絶縁監視装置のテスト方法。
請求項４に記載の絶縁監視装置のテスト方法において、
良否の判定結果を表示するステップを備えることを特徴とする絶縁監視装置のテスト方法。
請求項４に記載の絶縁監視装置のテスト方法において、
同一位相のテスト電流の生成は、前記電圧信号を電圧－電流変換することを特徴とする絶縁監視装置のテスト方法。