JPH0251075A - アレスタ監視装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、サージ電圧から電気機器を保護するアレス
タを監視するためのアレスタ監視装置に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

従来のアレスタ監視装置の一例を第５図に基づいて説明
する。

このアレスタ監視装置は、第５図に示すように、電流検
出器５１と基準電圧発生回路５２と差動増幅器５３とフ
ォトアイソレータ５４と微分回路５５とゲインコントロ
ールアンプ５６と乗算回路５７とピーク値検出回路５８
とメータ５９とから構成している。６２はアレスタ監視
装置本体を示している。５０はアレスタを示している。

６０は電源入力線を示し、６１は接地線を示している。

アレスタ５０は、電気機器（図示せず）の電源入力線６
０と接地線６１との間に設けられている。

また、電流検出器５１はアレスタ５０に接続された接地
線６１に設けられている。

このアレスタ監視装置は、接地＊６１に流れるアレスタ
５０の漏れ電流！を接地線６ｔに設けられた電流検出器
５１で検出する。ｆｔ電流出器５１は、検出したアレス
タ５０の漏れ電流ｌを電流信号１ｘに変換し、差動増幅
器５３の正入力端子に加える。

一方、基準電圧発生回路５２は、電源入力線６０の系統
電圧■を人力し、系統電圧Ｖに比例する基準電圧Ｅ、を
作成しフォトアイソレータ５４に加える。フォトアイソ
レータ５４は、基準電圧発生回路５２とアレスタ監視装
置本体６２とを電気的に絶縁し、基準電圧発生回路５２
から入力した基ｔ１！電圧Ｅ、を微分回路５５に加える
。微分回路５５は、フォトアイソレータ５４から入力し
た基準電圧Ｅ、の位相を９０度進ませ、アレスタ５０の
漏れｉｌｔ流Ｉに対応した電流信号！、に含まれる容量
性成分と位相の等しい電圧信号Ｂ、ｌにする。そして、
微分回路５５は、電圧信号Ｅ、′をゲインコントロール
アンプ５６に加える。ゲインコントロールアンプ５６は
、微分回路５５から入力した電圧信号Ｅｌ’の利得を調
整し、利得調整した電圧信号Ｇｏ　’　Ｅｓ　’を差動
増幅器５３の負入力端子に加える。

差動増幅器５３は、′Ｎ、流検比検出器５１入力した電
流信号■、とゲインコントロールアンプ５６から入力し
た電圧信号Ｇ０　・Ｅｓ’との差を取り、出力信号（ｌ
ｘ　−Ｇｏ　Ｅｓ　’　）を乗算回路５７に加える０乗
算回路５７は、差動増幅器５３から入力した出力信号（
ＩＸ　　ｃｏ　Ｅｓ　’　）に微分回路５５の出力の電
圧信号Ｅｓ’を乗算し、その積分値が零になるようにゲ
インコントロールアンプ５Ｇの利得を変化させる。そし
て、ゲインコントロールアンプ５６は、差動増幅器５３
の出力に電圧信号Ｅ、′と同相の成分、すなわち電流信
号ＩＸに含まれる容量性成分がなくなるように自動調整
する。これにより、差動増幅器５３は、電流信号ＩＸに
含まれる抵抗分電流１＋＋のみを出力することになる。

ピーク値検出回路５８は、差動増幅器５３から抵抗分電
流■、を入力し、この抵抗分電流Ｉ、のピーク値を検出
し、メータ５９にピーク値を指示させている。

（発明が解決しようとする課題〕 このアレスタ監視装置は、系統電圧Ｖに高調波成分（ひ
ずみ波成分）が印加された場合、抵抗分電流１．が正し
く測定されないため、高調波フィルタを使用している。

このため、アレスタ５０の漏れ電流Ｉに含まれる高調波
成分が測定できず、基本波だけでアレスタ５０の劣化を
判定していた。

したがって、系統電圧■に忠実なアレスタ５０に流れる
抵抗分電流を検出することができず、正確なアレスタ５
０の劣化の判定を行うことができないという問題があっ
た。

また、高調波フィルタを必要とするため、監視装置が大
型化し、コストが高くなるという問題があった。

したがって、この発明の目的は、装置を大型化せず、大
幅なコストアップなしで正確なアレスタの劣化の判定を
行うことのできるアレスタ監視装置を提供することであ
る。

〔課題を解決するための手段〕

この発明のアレスタ監視装置は、アレスタの電圧と電流
の１サイクル分をサンプリングしてサンプリングデータ
列を得るサンプリング手段と、前記サンプリングデータ
列をフーリエ変換して電圧・電流の各衣用波数成分を得
るフーリエ変換手段と、前記各衣用波数成分から容量分
電流係数を得る容量分電流係数算出手段と、前記各衣用
波数成分をフーリエ逆変換して電圧・電流の時間関数式
を得るフーリエ逆変換手段と、前記容量分電流係数およ
び前記時間関数式から容量分子Ｍ、流を得る容量分電流
算出手段と、前記電流から前記容量分電流を差し引いて
抵抗分電流を得る抵抗分電流算出手段と、前記抵抗分電
流のピーク値を得るピーク値算出手段と、前記ピーク値
と基準値とを比較してアレスタの劣化を判定する劣化判
定手段とを備えた構成としている。

〔作　用〕

この発明の構成によれば、サンプリング手段により、ア
レスタの電圧と電流の１サイクル分をサンプリングして
サンプリングデータ列を得るようにしたので、系統電圧
に忠実な、すなわち高調波を含んだアレスタの電圧およ
び電流のサンプリングデータを得ることができる。そし
て、フーリエ変換手段、容量分電流係数算出手段、フー
リエ逆変換手段および容量分電流算出手段により、サン
プリングデータ列からアレスタに流れる電流の容量分電
流を算出し、抵抗分電流算出手段により、アレスタの電
流から容量分電流を差し引いて抵抗分電流を算出するよ
うにしたので、この抵抗分電流には高調波成分が含まれ
ることになる。そして、ピーク値算出手段により、この
抵抗分電流のピーク値を算出するようにしたので、高調
波成分を含んだ抵抗分電流のピーク値を算出することが
できる。さらに、劣化判定手段により、抵抗分電流のピ
ーク値と基準値とを比較するようにしたので、系統電圧
に対応した正確なアレスタの劣化判定を行うことができ
る。

［実施例］ この発明のアレスタ監視装置を第１図ないし第４図に基
づいて説明する。

このアレスタ監視装置は、第１図に示すように、電流検
出器１と増幅器２と位相調整回路３とアナログ・デジタ
ル変換装置４とサンプリング手段５と演算装置６と電圧
検出装置７から構成している。

１１はアレスタ監視装置本体を示し、１０はアレスタを
示している。８は電気機器の電源入力線を示し、９は接
地線を示している。

サンプリング手段５は、例えばサンプリングとホールド
回路からなり、第３図（ａ）、　（ｂ）に示すように、
アレスタ１０の電圧ｖ　（ｔ）と電流１　（ｔ）の１サ
イクル分をサンプリングしてサンプリングデータ列。

ｖＩ＋Ｖ！＋Ｖｆｆ＋”’ＶＮ　４１＋、ｉｚ＋　ｉ３
−　ｉｎを得る。

演算装置６は、フーリエ変換手段と容量分電流係数算出
手段とフーリエ逆変換手段と容量分電流算出手段と抵抗
分電流算出手段とピーク値算出手段と劣化判定手段とを
備えている。

フーリエ変換手段は、サンプリング手段５で得られたサ
ンプリングデータ列。

■Ｉ＋Ｖ！＋Ｖ１．””Ｎ　　’　＋　１＋　’ｔ＋　
ｊ　２　”’　ＩＮをフーリエ変換してアレスタ１０の
電圧ｖ　（ｔ）　°電流ｉ　（ｔ）の各次局波数成分Ｖ
（ｎω）・Ｉ（ａω）を得る。

容量分電流係数算出手段は、フーリエ変換手段で得られ
た各次局波数成分Ｖ（ｎω）・Ｉ（Ｍω）の基本波成分
から容量分電流係数αを得る。

フーリエ逆変Ｉ＾手段は、フーリエ変換手段で得られた
各次局波数成分Ｖ（ｎω）・Ｉ（ｏ＋ω）をフーリエ逆
変換して電圧ｖ　（ｔ）・電流ｉ　（ｔ）の時間関数式
７式％ 容量分電流算出手段は、容量分電流係数算出手段で得ら
れた容量分電流係数αおよびフーリエ逆変換手段で得ら
れた時間関数式ｖ　（ｔ）　’　　・１（ｔ）’から第
３図（Ｃ）に示すような容量分電流＋　ｃ（１）を得る
。

抵抗分電流算出手段は、電流ｉ　（ｔ）から容量分電流
算出手段で得られた容量分電流１．（ｔ）を差し引いて
第３図（ｄ）に示すような抵抗分電流ｉ、（ｔ）を得る
。

ピーク値算出手段は、抵抗分電流算出手段で得られた抵
抗分電流ｉ、（ｔ）のピーク値ｉＲを算出す劣化判定手
段は、ピーク値算出手段で得られた抵抗分電流Ｌ（ｔ）
のピーク値ｉｌｌを基準値と比較してアレスタ１０の劣
化を判定する。

以下、このアレスタ監視装置の動作を具体的に説明する
。

このアレスタ監視装置は、電圧検出装置７で、第３図（
ａ）に示すような電源入力線８の系統電圧。

すなわちアレスタ１０に印加される電圧ｖ　（ｔ）を入
力し、電圧ｖ　（ｔ）に比例した電圧信号Ｖ　（ｔ）　
Ｉを作成する。そして、電圧検出装置７は、アナログ・
デジタル変換装置４に電圧信号ｖ（ｔ）＋を加える。ア
ナログ・デジタル変換装置４は、電圧検出装置７から入
力した電圧信号Ｖ（ｔ）ｌ、すなわちアレスタ１０の電
圧ｖ　（ｔ）をアナログ・デジタル変換し、サンプリン
グ手段５に加える。

これにより、サンプリング手段５は、アナログ・デジタ
ル変換された電圧ｖ　（ｔ）の１サイクル分を第３図（
ａ）に示すように、サンプリングしてサンプリングデー
タ列Ｖ　ｌ＋　Ｖ　１＋　ｖツ、・・・ｖ、を演算装置
６に加える。

一方、電流検出器１は、第３図〜）に示すようなアレス
タ１０の漏れ電流、すなわちアレスタｌＯの電流ｉ　（
ｔ）を検出し、電流１　（ｔ）に対応した電流信号１（
ｔ）＋を増幅器２に加える。増幅器２は、電流検出器１
から入力した電流信号１（１）＋を増幅し、位相調整回
路３に加える１位相調整回路３は、増幅器２で増幅され
た電流信号１（ｔ）１をアレスタ１０の電圧ｖ　（ｔ）
と同位相にしてアナログ・デジタル変換装置４に加える
。アナログ・デジタル変換装置４は、位相調整回路３か
ら入力したアレスタ１０の電圧ｖ　（ｔ）と同位相の電
流信号１（ｔ）＋、すなわち電圧ｖ　（ｔ）と同位相の
アレスタ１０の電流ｉ　（ｔ）をアナログ・デジタル変
換し、サンプリング手段５に加える。

サンプリング手段５は、電圧ｖ　（ｔ）と同位相のアナ
ログ・デジタル変換された電流ｉ　（ｔ）のｌサイクル
分を第３図（ｂ）に示すように、サンブリ・ングしてサ
ンプリングデータ列ＬＩ＋１ｔ−Ｘ３＋・・・ｒＮを演
算装置６に加える。

この場合、電圧ｖ（ｔ）、電流ｉ　（ｔ）のサンプリン
グは、ｌサイクルにつき３２点行っている。

つぎに、演算装置６の動作を第２図に示すフローチャー
トに基づいて説明する。

この演算装置６は、使用されるアレスタ１０の定格に対
応した許容漏れ電流、すなわち基準値ｋが初期設定され
ている。

そして、サンプリング手段５から電圧ｖ　（ｔ）・電流
ｉ　（ｔ）のｌサイクル分のサンプリングデータ列Ｖ＋
、　Ｖｚ、　Ｖｓ、−Ｖｖ　　’　ｉ　Ｉ＋　ｔｚ＋　
］　ｔ＋”’　ｊ、４を入力する（ステップＳ、）と、
フーリエ変換手段により、それぞれのサンプリングデー
タ列ｖｌ、ｖ□、■３゜・・・ｖ、−ｉ、、ｉ□、１１
．・・・ｉＨをそれぞれフーリエ変換して電圧・電流の
各次局波数成分Ｖ（ｎω）＋（ｓω）を求める（ステッ
プＳ２）、そして、フーリエ変換して得られた電圧・電
流の各次局波数成分Ｖ（ｎω）　・Ｉ（■ω）のそれぞ
れのフーリエ係数Ｖ　１１１＋　Ｖ　ｔｌ＋ｒ　　Ｉ　
１ａｉｎ　　Ｉ　（１１を算出する（ステップＳ、）、
つぎに、容量分電流係数算出手段により、電圧・電流の
各次局波数成分Ｖ（ｎω）・！（−ω）の基本波成分か
ら容量分電流係数αを求める（ステップＳ４）、さらに
、フーリエ逆変換手段により、フーリエ変換手段で得ら
れた各次局波数成分Ｖ（ｎω）・Ｉ（ｏｒω）をフーリ
エ逆変換して電圧・電流の時間関数式ｖ　（ｔ）　’　
　・１（ｔ）’を求める（ステップＳ、）。

そして、容量分電流算出手段により、容量分電流係数算
出手段で得られた容量分電流係数αと、フーリエ逆変換
手段で得られた電圧の時間関数式ｖ　（ｔ）　’から第
３図（Ｃ）に示すような波形の容量分電流の時間関数式
１ｃ（ｔ）を求める（ステップＳ、）。

つぎに、抵抗分電流算出手段により、容量分算出手段で
得られた容量分電流ｉ、（ｔ）とアレスタ１０の電流ｉ
　（ｔ）から第３図（ｄ）に示すような波形の抵抗分電
流の時間関数式、すなわち抵抗分電流ｉ、（ｔ）を求め
る（ステップＳ、）、このとき、抵抗分電流ｉ　、　（
ｔ）は、電流量（ｔ）から容量分電流１ｃ（ｔ）を差し
引くことにより求められる。

つぎに、ピーク値算出手段により、１サイクル中の抵抗
分電流１．（１）のピーク値ｉ、を算出する（ステップ
Ｓ、）、そして、劣化判定手段により、抵抗分電流のピ
ーク（Ｉｉ！ｉ　寅と初期設定された基準値にと比較す
る。このとき、抵抗分電流のピーク値１．が基準値によ
り大きければ、アレスタｌＯは劣化したものと判定する
。また、抵抗分電流ｉ、（ｔ）のピーク値ｉ、が基準値
ｋまたは基準（ａｋより小さければ正常と判定する（ス
テップＳＶ）。

そして、アレスタ１０が劣化と判定されると、劣化判定
手段は、警報を出力しくステップＳ１゜）、このときの
抵抗分電流のピーク値ｉ、のデータを出力する（ステッ
プＳ、）、そして、アレスタｌＯの交換後、ステップＳ
ｌに戻る。

また、劣化判定手段でアレスタｌＯが正常と判定された
ときは、ステップＳｌ＋に進み、抵抗分電流のピーク（
ａ　ｉ　＝のデータを出力を出力する。そして、ステッ
プＳＩに戻り、前述の動作を繰り返す。

ここで、サンプリング手段５で得られたアレスタ１０の
電圧ｖ　（ｔ）および電流１（ｔ）のｌサイクル分のサ
ンプリングデータ列。

Ｖｌ、Ｖｚ、　Ｖｔ、”’Ｖｎ　　’　　ｔ　＋、　ｆ
　ｔ、　ｆ　１．＋ｌｌ　ｉＮをフーリエ変換およびフ
ーリエ逆変換して演算処理を行うことにより、アレスタ
ｌＯの容量分電流１ｃ（ｔ）および抵抗分電流ｉ、（ｔ
）が求まることを第４図に基づいて説明する。

アレスタｌＯは、一般に、第４図に示すように、一定の
容量性成分Ｃと非線形抵抗成分Ｒ（ｔ）で等価されるこ
とが知られている。

いま、アレスタ１０の両端に電圧ｖ　（ｔ）が印加され
ており、アレスタ１０に流れる電流をｉ　（ｔ）とする
。

また、このとき、アレスタｌＯの非線形抵抗成分Ｒ（ｔ
）に流れる電流をｉ　、　（ｔ）とし、容量性成分Ｃに
流れる電流を１ｃ（ｔ）とする。

そして、アレスタｌＯの両端に印加された電圧ｖ　（ｔ
）と回路電流＋　（１）を時間間隔Δｔで１サイクルに
各Ｎ個すンプリングする。

このときのサンプリングデータ列をそれぞれ。

Ｖｌ、Ｖｘ＋Ｖ　３．””Ｖｓ　　＋ ＋１−１２．ｌ）＋・・・・ＬＨ とする。

この電圧ｖ（ｔ）、電流ｉ　（ｔ）のサンプリングデー
タ列、ＶｌｌＶ！、　■、、＋＋＋＋ｌ／Ｈ’　＋１．
Ｉｚ＋　ｉｘ＊””　ＩＮをフーリエ変換することによ
り、次のような各次局波数成分を得ることができる。

Ｖ　（ｒ＋ω）　　＝　Ｖ＊５ｓｉｎ　ｒ＋ωｔ　＋　
ｊ　Ｖｃ＊ｃｏｓ　ｎωｔ・・・（＋） １（ｍω）　　＝　Ｉ　５ａｓｊｎ　ｙｘωｔ　＋　Ｊ
　　Ｉ　ｃ、ｃｏｓ−ωＬ・・・（２） （ｓ、ｎ＝１．２，３．・・・　） ごこで、 Ｖ、、：Ｔ！圧のｎ番目の周波数のフーリエ係数（実数
部） Ｖ、、：？Ｉｉ圧のｎ番目の周波数のフーリエ係数（虚
数部） １１．：電流のｍ番目の周波数のフーリエ係数（実数部
） １　（１１：電流のｍ番目の周波数のフーリエ係数（虚
数部） ここで、電圧と電流の基本波成分に着目する。

また、アレスタ１０の容量分電２Ａ　ｉ　ｃ（ｔ）が電
圧の基本波に対してπ／２だけ位相の進んだ波に比例す
ることより、この比例係数、すなわち容量分電流係数を
αとすると、 α＝ωＣ＝ｌｅ、／Ｖ□　・・・（３）となる。

これにより、アレスタ１０の容量性成分Ｃが未知であっ
ても容１ｃを算出することができる′。

つぎに、電圧、電流の各次局波数成分Ｖ（ｎω）１（ｎ
＋ω）を各周波数成分ごとにフーリエ逆変換することに
より、電圧、電流の時間関数式ｖ　（ｔ）　’１（ｔ）
’が求まる。

電圧の各次局波数成分Ｖ（ｎω）を各周波数成分ごとに
フーリエ逆変換すると、 ｖ（ｔ）’＝ｖ。＋７Ｖ、　５ｉｎ（ｎωを一〇ｎ）・
・・（４）＋１１１ を得る。

ここで、 ■。：直流成分 ■、−Ｆ＝１璽／　ｅｌｌ” θ、　＝　　ｔａｎ　−’　（ｖ−、／　ｖ−）電流の
各次局波数成分Ｉ（−ω）を各周波数成分ごとにフーリ
エ逆変換すると、 ｉ　（ｔ）’　−ｉ　ｏ　＋ΣＩ　ａ　ｓｉｎ（ｍωｔ
−θ、　）　・（５）隋１ を得る。

ここで、 １０　：直流成分 Ｉ、＝「：１「ロア θ−＝　　Ｌａｎ　−’　（Ｉ　ｃ−／　Ｉ　５−）一
方、アレスタ１０の容量分電流ｉ、（Ｕは、（４）式か
ら ｉ　　ｃ（ｔ）＝αΣｎＶ、５ｉｎ（ｎω　Ｌ　　−０
ｍ　＋　’Ａ　π）ハｍｌ ・・・（６） として求められる。

ここで、電流は電圧のｎ次倍となる。

したがって、求めらる抵抗分電流ｉ、（ｔ）は、ｉ　、
　（ｔ）＝　ｉ　（ｔ）　　ｉ　ｃ（ｔ）−１０＋Σ１
．ｓｉｎ（ｍωを一θ、）鵡ｍｌ −αΣｎＶ、５ｉｎ（ｎωｔ−θ、＋　％　Ｋ　）・・
・（７） となる。

この（７）式は・高調波成分を含んだ抵抗弁１１流ｉ、
（ｔ）が求められることを示している。

これにより、（７）式より抵抗分電流ｉ、（ｔ）のピー
ク値ｉｎを求めることにより、高調波成分を含んだピー
ク値１．が得られることになる。

このように、このアレスタ監視装置は、サンプリング手
段５および演算装置６にフーリエ変換手段、容量分電流
係数算出手段、フーリエ逆変換手段、容量分電流算出手
段、抵抗分電流算出手段。

ピーク値算出手段、劣化判定手段を備えたので、アレス
タ１０の電圧ｖ　（ｔ）に高調波成分が印加された場合
でも、アレスタ１０の電流ｉ　（ｔ）から高調波成分を
含んだ抵抗分電流ｉ、（ｔ）のピーク値ｉＩｌを算出す
ることができ、この高調波成分を含んだピーク値ｉえを
アレスタ１０の基準値にと比較するため、系統電圧ｖ　
（ｔ）に対応した正確なアレスタ１０の劣化判定を行う
ことができる。しかも、演′ｎ装置６に前記各手段を備
えたので、装置を大型化せず、大幅なコストアップもな
い。

なお、この実施例においては、電源人力線９およびアレ
スタ１０を１つで説明したが、単相および３相電源を使
用してアレスタを２個または３個使用する場合でも同様
にアレスタの劣化を判定することができる。

また、この実施例においては、電圧ｖ　（ｔ）・電流ｉ
　（ｔ）のサンプリングを１サイクルにつき３２点とし
たが、演算袋！６の演算時間等によりサンプリング点数
を少なく、また多くしてもよい。

〔発明の効果〕

この発明のアレスタ監視装置は、サンプリング手段、フ
ーリエ変換手段、容量分電流係数算出手段、フーリエ逆
変換手段、容量分電流算出手段抵抗分電流算出手段、ピ
ーク値算出手段および劣化判定手段を備えた構成とした
ので、装置を大型化せず、大幅なコストアップなしで、
アレスタの高調波成分を含んだ抵抗分電流と基準値とを
比較。

判定することができ、正確なアレスタの劣化判定を行う
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例の構成を示すブロック図、第
２図は第１図の演算装置の動作を説明するためのフロー
チャート、第３図（ａ）はアレスタの電圧波形図、同図
（ｂ）はアレスタの電流波形図、同（Ｃ）は容量分電流
の波形図、同図（ｄ）は抵抗分電流の波形図、第４図は
アレスタの等価回路図、第５図は従来のアレスタ監視装
置の構成を示すブロック図である。 ５・・・サンプリング手段、１０・・・アレスタ、Ｖ（
υ・・・電圧、ｉ　（ｔ）　”−電流、Ｖ　Ｉｎ　Ｖ　
ｌ＋　Ｖ　２、−ｖ、・ｉ。 ’２＋’３＋・・・ｉＨ・・・サンプリングデータ列第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. アレスタの電圧と電流の１サイクル分をサンプリングし
   てサンプリングデータ列を得るサンプリング手段と、前
   記サンプリングデータ列をフーリエ変換して電圧・電流
   の各次周波数成分を得るフーリエ変換手段と、前記各次
   周波数成分から容量分電流係数を得る容量分電流係数算
   出手段と、前記各次周波数成分をフーリエ逆変換して電
   圧・電流の時間関数式を得るフーリエ逆変換手段と、前
   記容量分電流係数および前記時間関数式から容量分電流
   を得る容量分電流算出手段と、前記電流から前記容量分
   電流を差し引いて抵抗分電流を得る抵抗分電流算出手段
   と、前記抵抗分電流のピーク値を得るピーク値算出手段
   と、前記ピーク値と基準値とを比較してアレスタの劣化
   を判定する劣化判定手段とを備えたアレスタ監視装置。