JPH0550708B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は絶縁抵抗及び静電容量測定装置の改良
に関し、殊に測定に用いる発振器の高調波を利用
することにより簡単な構成且つ方法にて絶縁抵抗
又は静電容量を測定する絶縁抵抗及び静電容量測
定装置に関する。

（従来の技術） 従来、電路の絶縁抵抗を測定するために同一出
願人に係る特願54−140614による方法がある。こ
れは電路に周波数の異なる２つの低周波信号を印
加するに当り２つの発振器を備えるか或は時分割
で印加する方法をとつており経済的でなかつた。

又、絶縁抵抗値そのものを演算でもとめるため
装置が複雑になる欠点を有していた。

以下このことを従来の方法を示し少しく説明す
る。

第２図は従来の電路絶縁抵抗測定方法の一例を
示すブロツク図であつて、周波数₁を発振する発
振器OSC₁、周波数₂を発振する発振器OSC₂の２
つの発振器を備えこの出力を電路２，３の一方例
えば３と大地間に接続した接地線４に挿入接続し
たトランス５を介して電路に印加する。このとき
両周波数の信号電圧が等しいとする。接地線４に
電路の絶縁抵抗Ｒ、対地静電容量Ｃを介して帰還
する漏洩電流を前記接地線４を貫通せしめた変流
器ZCTで検出し、その出力を増幅器AMPで増幅
し、周波数₁、₂の漏洩電流成分の夫々をフイル
タF₁，F₂個々に分離したのちその値e₁、e₂を２乗
回路SQ₁，SQ₂に入力し、該２乗回路よりe₁ ²，
e₂ ²を求め、更に係数回路ω₁ ²，ω₂₂に於いて
ω₂ ²e₁ ²，ω₁ ²e₂ ²を求めその差のルート、即ち√
ω₂ ²e₁ ²−ω₁ ²e₁ ²の演算を引算器SUBとルート回路
ROOTで実施し、絶縁抵抗を測定するものであ
る。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上述の如き従来の絶縁抵抗測定
方法では、正確な発振周波数信号をもつ発振器を
複数備えなければならず経済的に不利であるのみ
ならず、信号の処理が複雑であつた。

即ち、前記ω₂ ²e₁ ²及びω₁ ²e₂ ²の演算処理のため
に各信号成分に対し夫々係数回路ω₁ ²及びω₂ ²な
る装置が必要であつて測定精度の向上を阻害する
ものであつた。

（問題解決のための手段及びその作用） 本発明は上述の如き従来の絶縁抵抗測定方法の
問題を解決するためなされたものであつて、電路
への周波数の異なる２周波数信号の印加に当り、
印加信号の高調波成分を利用するように構成す
る。また、測定の結果電路の絶縁抵抗に逆比例し
た電圧、または電路の対地静電容量に比例した電
圧を得るようにすることによつて装置の経済化を
はかることを可能としたものである。

（実施例） 以下本発明の詳細を実施例にて詳述する。

第１図は本発明の一実施例を示すブロツク図で
ある。第１図において１は受電トランスであつて
その２次側低圧電路２，３は負荷Ｚに接続されて
いる。通常電路には大地に対して絶縁抵抗Ｒ及び
対地静電容量Ｃが存在する。そこで前記電路の一
方例えば３に発振器OSCを結合せしめた接地線
４を接続して測定用低周波信号を印加すると、前
記絶縁抵抗Ｒ及び静電容量Ｃを介して前記接地線
に前記測定用低周波信号の漏洩電流が流れるか
ら、この漏洩電流成分を検出することにより当該
電路の絶縁抵抗を測定することができる。

本発明では前記発振器として低周波の矩形波
（周波数₁）を発振する矩形波発振器OSCを接地
線４に結合したトランス５に接続する。

又前記接地線に変流器ZCTを接続せしめこの
出力を増幅器AMPを介してn₁（₁＝ω₁／2π）と
m₁とを夫々抽出するフイルタFnとFmに分流接
続すると共に、これらフイルタの出力を夫々２乗
検波回路SQ₁及びSQ₂に入力する。更に、これら
２乗検波回路の２つの出力を引き算器SUB₁にて
その差を求め、これをルート回路ROOT₁に入力
し、ここでその平方根を求め出力となす。

又、前記２乗検波回路SQ₁及びSQ₂の出力のう
ちSQ₁出力を減衰器ATTにてn²／m²だけ減衰せ
しめたのち両者の差を引き算回路SUB₂によつて
求め次にこの平方根をルート回路ROOT₂を介し
て出力する如く構成する。

以下このように構成した回路の動作を数式を用
いて更に詳細に説明する。

即ち、前記第１図に於ける発振器OSCの出力
する低周波信号電圧をＶ、電路電圧をV₀、かつ
商用周波数を₀とし、前記発振器OSCの矩形波デ
ユーテイー比を50％とすれば接地線４に帰還する
漏洩電流ｉは ｉ＝V₀／Ｒsinω₀t＋ω₀CV₀cosω₀t ＋V₁／Ｒsinω₁t＋V₃／Ｒsin3ω₁t＋ V₅／Ｒsin5ω₁t＋…… ＋Cω₁V₁cosω₁t＋3Cω₁V₃cos3ω₁t ＋5Cω₁V₅cos 5ω₁t＋…… ……(1) ここでＶ＝√₁ ²＋₃ ²＋₅₂＋…となる。

そこで変流器NCTの出力を増幅器AMPで増幅
すれば、AMP出力には(1)式に相当する出力もし
くは(1)式に比例する出力が得られる。増幅器
AMP出力を中心周波数n₁（₁＝ω₁／2π）ならびに m₁のフイルタFn、Fmに印加すれば各フイルタ
の出力χ_o，χ_nは χ_o＝V_o／Ｒω₁t＋_oCω₁V_ocos_oω₁t χ_n＝V_n／Ｒsin_nω₁t＋_nCω、V_ncos_nω₁t ……(2) となり、該フイルタの出力を２乗検波回路SQ₁，
SQ₂に加えれば、その出力は夫々 e_o ²＝V_o ²｛１／R₂＋（C_oω₁）²｝ e_n ²＝V_n ²｛１／R²＋（C_nω₁）²｝ ……(3) となる。なお、各フイルタ出力を直線検波し、そ
の出力を２乗回路に入力しても、(3)式に相当する
e_o ²，e_n ²は得られるが、いずれを採用するかは２
乗検波、または直線検波回路の精度のうち所望の
方をえらんで決定すれよい。

(3)を変形すると e_o ²−V_o ²／R²＝V_o ²（C_oω₁）² e_n ²−V_n ²／R²＝V_n ²（C_nω₁）² ……(4) が得られるからこの両者の比を求めれば次式とな
る。

e_o ²−V_o ²／R²／e_n ²−V_n ²／R²＝V_o ²／V_n ²・n²／m²……
(5) (5)式を更にｍ＞ｎとおいて変形すれば となる。

一方、電圧の実効値がＶであるデユーテイ50％
の矩形波をフーリユ級数に展開すると周知の如く 4V／π（sinω₁t＋１／３sin3ω₁t＋１／５5ω₁t＋…
…） となることから、前記(6)式右辺の一部は V_o ²／V_n ²・n²／m²＝１／n²／１／m²・n²／m²＝１ （ｎ，ｍは奇数） と置換することができ(6)式は V_o／Ｒ＝１／√１−n²／m²√_o ²−_n ² ……(7) となる。

したがつて、２乗回路SQ₁，SQ₂の出力の差e_o ²
−e_n ²を引算器SUB₁でもとめ、その出力をルート
回路ROOT₁に加えれば(6)式において は定数となるから、ルート回路ROOT出力OUT₁
には(6)式から明らかなように絶縁抵抗に逆比例し
た電圧を得ることができる。

ところで(7)式と(4)式から が得られる。(8)式から明らかなように は対地静電容量Ｃに比例することが分る。

又第１図に示す如く２乗回路SQ₁の出力を減衰
器ATTでn²／m²例えばｎ＝１、ｍ＝３のときは
１／９とする如く減衰させ２乗回路SQ₂の出力と該
減衰器ATTの出力の差を引算器SUB₂でとれば、
その出力はe_n ²−n²／m²e_o ²となり、引算器SUB₂の出 力をルート回路ROOT₂に加えればその出力
OUT₂は に相当し、これは対地静電容量Ｃに比例した電圧
を提供することになる。

なお、電路の絶縁抵抗の監視等において、基準
値以下に絶縁抵抗が劣化した場合警報を出す目的
のためには上述のルート回路は必しも設けなくて
もよく、引算器SUB₁の出力を基準電圧値と比較
する等してもよいことは明らかである。

なお、(7)式の右辺は V_o／Ｒ＝１／√１−n²／m²√（_o−_n）（_o＋_n
）
……(9) と表すことができるから、フイルタF_o，F_nの出
力を直線検波した出力e_o，e_nの和と差の出力の積
をかけ算器でとりその出力のルートをとつても絶
縁抵抗に逆比例した電圧が得られることは明らか
である。

又、絶縁劣化の警報を出す目的のためには、上
記かけ算器の出力を直線基準電圧と比較してもよ
い。

同様に(8)式は となるから、e_oをｎ／ｍに減衰した値とe_nとの和
と差を求めその積をかけ算器でとり、その結果の
ルートをとつても対地静電容量に比例した電圧を
得ることができる。

なお、上述の実施例に於いてはいづれも低周波
印加電圧として矩形波を用いたが、本発明は何ら
これに限定する必要はなく高調波成分を含む波形
の信号であればよい。

尚、以上の説明において静電容量を求める際に
ｎ＜ｍなる限定を加えたが、ｎ＞ｍであつても同
様に機能することは当然であり、このときはｎ／
ｍ＞１となつて、帰還する信号成分のうちレベル
が小さい方を増幅することになる。

（発明の効果） 本発明は以上説明したように構成しかつ機能す
るものであるから、従来の絶縁抵抗測定装置に比
べ簡単な構成とすることができ、簡員的な測定法
を得るうえで著効を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係かる絶縁抵抗測定装置の一
実施例を示すブロツク図、第２図は従来の絶縁抵
抗測定装置を示すブロツク図である。 ZCT……変流器、F_o，F_n……フイルタ、OSC，
OSC₁及びOSC₂……発振器、Ｒ……電路の絶縁抵
抗、Ｃ……電路と大地間の静電容量、ROOT₁及
びROOT₂……平方根（ルート）演算回路、
SUB₁及びSUB₂……引き算回路、SQ₁及びSQ₂…
…２乗回路、１：受電トランス、２，３：電路、
４：接地線、５：低周波印加トランス。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 接地線を介して一端が接地された電路に周波
   数f₁なる測定用低周波信号を印加する手段と、該
   接地線に還流する前記低周波信号及びその高調波
   のうち異なる２周波nf₁とmf₁の信号成分e_o、e_n
   （但しｎ、ｍは夫々高調波次数であつてｎ≠ｍ、
   ｎ＝１、２、………、ｍ＝１、２、３………）を
   抽出する手段と、該信号成分各々を２乗しe_o ²及
   びe_n ²を求める手段と、e_o ²−e_n ²なる引き算とそ
   の結果の平方根を求める手段を具えることによつ
   て、当該電路の対地絶縁抵抗に逆比例した信号を
   得ることを特徴とする絶縁抵抗測定装置。 ２ 前記信号成分を２乗する手段と、e_o ²−e_n ²な
   る引き算を行う手段とを除去し、代わりに前記信
   号成分e_o、e_nの和と差を求める手段と、該和と差
   の積を求めその結果の平方根を求める手段を具え
   ることによつて、電路の絶縁抵抗に逆比例する信
   号を得たことを特徴とする特許請求の範囲１項記
   載の絶縁抵抗測定装置。 ３ 前記平方根演算手段に置換して前記引き算手
   段の出力を基準電圧値と比較する手段を具え、そ
   の結果に基づいて絶縁劣化警報信号を発生するよ
   うに構成したことを特徴とする特許請求の範囲１
   又は２項記載の絶縁抵抗測定装置。 ４ 接地線を介して一端が接地された電路に周波
   数f₁なる測定用低周波信号を印加する手段と、該
   接地線に還流する前記低周波信号の高調波のうち
   異なる２周波nf₁とmf₁の信号成分e_o、e_n（但しｎ、
   ｍは夫々高調波次数であつてｎ≠ｍ、ｎ＝１、
   ２、３、………、ｍ＝１、、２、３………）を抽
   出する手段と、該信号成分各々を２乗しe_o ²及び
   e_n ²を求める手段と、前記信号成分e_o ²にn²／m²な
   る係数を乗ずる手段と、該係数倍した信号成分と
   前記他方の信号成分e_n ²との引き算を行うと共に
   その結果の平方根を求める手段とを具えることに
   よつて電路の対地静電容量に比例する信号を得た
   ことを特徴とする静電容量測定装置。 ５ 前記抽出した信号成分e_o、e_nを２乗する手段
   とe_o ²にn²／m²なる係数を乗ずる手段と該係数倍
   した信号成分と前記他方の信号成分e_n ²との引き
   算を行う手段とを除去し、代わりに前記抽出した
   信号e_oにｎ／ｍなる係数を乗ずる手段と、該係数
   倍した信号と前記他方の信号e_nの和と差を求め且
   つ該和と差の積を求める手段と、該積の平方根を
   求める手段を具えることによつて電路の対地静電
   容量に比例する信号を得たことを特徴とする特許
   請求の範囲４項記載の静電容量測定装置。