JPS58502109A - 絶縁抵抗アナライザ装置及び使用方法 - 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】 絶縁抵抗アナライザ装置及び使用方法 本発明は、試験片の絶縁抵抗ならひにこれに関連するその他の諸性質を測定する ことに関し、本発明による方法、好ましくは、本発明による新規な絶縁アナライ ザ装置を用いて行う測定に関する。

発明の背景 今世紀初頭以来、絶縁測定は、高度に発達した技術ならびにＪａｍｅｓ　Ｇ、　 Ｂｉｄｄｌｅ社販売のメガ−（Ｍｅｇｇｅｒ）などの、この種の目的のために特 に設計された測定器を用いて行われてきた。信頼できる測定値を得るためには、 この測定器では、操作員の能力に高度の知識と技術が要求され、かつ骨のおれる 手順をたどることにより、絶縁抵抗測定の精度を高めることができる。この方法 を実施しうる技術と忍耐力を有する人は、だんだん得難くなっている。

１９５８年にＥ、　Ｂ、　Ｃｕｒｄｔｓは、”　Ｄ−Ｃ手法による絶縁試験”と 称する絶縁試験の技術的解析を行っている。Ｃｕｒｄ　ｔｓは、この論文を改訂 し、Ｂｉｄｄｌｅ技術公報２２Ｔ１で１９６４年に再版している。この公報にお いて、Ｃｕｒｄ　ｔｓは、ｄ、ｃ、電圧が印加されるとき容量性（ｃａｐａｃｉ ｔａｔｉｖｅ）試験片の絶縁部分に存在する電流は、常に三成分よりなることを 示した。即ち、幾何容量性−電流（ｉｇ）、吸収電流（ｉ岬、導電あるいは漏れ 電流（１２）の三成分である。これら電流については詳細に後述するが、を測定 していることが理解されるであろう。従来の全ての絶縁テスターが（ｉ　）を測 定している理由で、（ｉ）と（０Ｔ ｉａ）との存在下で（ｉｃ）の値を評価するために、種々の精巧な技術が利用さ れている。典型的な例としては、時−抵抗試験、ステップ−電圧試験、分極指数 と誘電吸収化試験などある。これら試験は、かなりの精度が得られるまで開発さ れてきており、熟練した技術をもってすれば、優れた結果が得られる。しかしな がら、これら試験は、非常に長時間かかる短所があり、測定とその解析にかなり の熟練を要し、非常に注意深く行わなければならない。

るので、定数（ｎ）（０から１．０の値をもつ）は、ｌｏｇ−ｌｏｇ座標上にプ ロットした電流一時間曲線の直線の勾配となることを示している。

漏れ電流（ｉｏ）は、この曲線からの偏りを表わすすものであり、下記式 から計算でき、ここで、（ｉ　、’　、ｔ　）は、ソノ添１　３．１６　１０ 字数、即ち１分、３．１６分、１０分を乗じた時間の定数単位に基づいて、異な る時間の時点で測定した（ｉ　）の三つの値ＯＴ である。

以下の条件下では、この関係は、正しい。即ちａ、（ｉ、）が（ｉａ）と（ｉｏ ）に比して無視し得る（ｎｅｇｌｉ−ｇｉｂｌｅ　）こと、即ちこれは、 ｂ、（ｉａ）と（ｉｏ）に対して比較した時にその電圧レベルにおいても無視し うろこと。

本発明の特徴 本発明は、以上の試験を自動的に行う装置を包含する。特に、本発明は、高電圧 直流電源を使用した絶縁アナライザ装置を用いている。電流感知手段を使用し、 絶縁試験片を、電源に対して、電流感知手段と直列に接続するように試験片端子 を設けている。電圧比較器が試験片端末を渡るように接続され、試験片を渡る実 効電圧を感知するようになす。タイミング（計時）手段も設けられている。さら に、タイミング手段からの入力を回復させる計算手段、電流感知手段、および、 絶縁電流計算のための、絶縁試験片を通る全電流の経過時間測定値の関数として の絶縁電流ならびに試験片の絶縁の絶縁抵抗とを計算する電圧比較器とが設けら れている。高電圧直流電源を調整する装置も設けられている。表示手段も設けて あり試験片の各種絶縁ならびに他の諸性質の読みを可能とする。

本発明によれば、上記アナライザ装置を用いて実施される、絶縁試験片の解析を 行う以下の方法が提案される。第一に、試験片から吸収電荷を全て除去する。次 ぎに、試験電圧（Ｅ）を、この電圧（Ｅ）と直列の固定抵抗（Ｒ）を介して印加 する。それから、試験片を渡る■−ｏがらＶ−０，６３２Ｅまでの間隔の時間を 計る。周知の如く、これは配置した抵抗とコンデンサの組合せでの一つの時定数 に等しい。次に、式　１−ＣｘＲ（ここで（１）は、秒単位とする）を用いて、 （Ｃ）を計算し、ＣＲにＣをストアーする。　次に、任意のステップとして、（ １００ＣＲ）の値を計算し表示し、（’１００ＣＲ）からゼ・ヴとなるまでの時 間を計りがっディスプレイをカウントする。この秒読みの過程で、（Ｅ）を一定 に保ち、１．３゜１６．１０、例えば（１ＯＣＲ）、（３，１６ＣＲ）、（１０ ０ＣＲ）と段階的（ｔ工、ｔ２、Ｌ３）に関係づけて時間増分ごとに（ｉ、ＩＯ ｒる。即ち、 ここでは、 となる。

本発明をより良く理解するために、図面を参照することにする。図中、 に関するプロットならびにこれら電流の総和のプロットである。

第２図は、三成分電流の各電流経路に分けられた絶縁試験片と生じうる付加電流 （ｉ）（以下で定義する）とを与える等何回路であり、−これに加えて電源とシ ステム抵抗を示す。

第３図は、本発明の絶縁アナライザのブロック図である。

第１図を参照するに、四電流のプロットが図示されている。

これら電流は、下記の如く説明できる。

幾何容量性電流（ｉｇ） これは、電極と絶縁の誘電定数との幾何学的構造による電ここで、Ｅ−直流電源 の開放回路電圧 Ｒ−総内部直列抵抗 を一時間 Ｃ−試験片の容量 ｉ 吸収電流（ａ） この電流は、誘導体の分子鎖状結合内の分極（ｐｏｌａｒｉｚａ−ｔｉｏｎ）に 帰因する、不完全誘電体内の吸収によるものであり、ｉ　−△ＶＣＤｔ−”＝　 Ａｔ” ここで、■＝印加電圧の増分 Ｃ−試験片の容量 Ｄ＝印加電圧の各ユニットベースと 試験片の容量に帰因する比例因子。

これは、絶縁の型式とその状態と 温度に依存する。

を一時間 導電又は漏れ電流（ｉｏ） この電流は、絶縁のかさくｂｕｌｋ）全体あるいは端子絶縁体などのような表面 上の抵抗性電流であり、１ｏ＝４、 Ｓ ここで、Ｒ５−印加直流電圧（試験片の端末位置において）Ｒ５−試験中の試験 片の絶縁抵抗 ＡＳＴＭ−ＳＴＰ　６６０第１１章でＲ、Ｊ　、　Ｄ　ｅｎｓｌｅｙが論じてい るように、（Ｅ　）の値が、試験片の部分放電開始電圧以上となると付加成分が 生じる。

ｉ＝ｎ ここで、ｆｉ−放電場所′ｉ）に生じる大きさくｑｉ）の放電反復率。

はとんどの場合１、部分放電電流（ｉｑ）は、無視しうるちのであり、１０ソト 　（ｉｔｌは、（ｉ、）と等価となる。なお第１図は、対数目盛りでプロットし たものである。

第２図を参照するに、電流は、試験片を通ってわかれているように可視化できる 。既述のごとく、（１２は、はとんとの場合、無視しうるように取扱われ、そし て大部分の場合、これは、許容しうる。試験器具に関していえば、ＩＭΩの内部 直列抵抗を試験電源（Ｅ）に与えるような作動可能領域とすることが典型的であ る。試験片の容量性負荷（Ｃ）は、最少の１０ｐＦと最大１０μＦの間の領域と なる。よって、絶縁抵抗の影響を無視することによって、このシステムは、時定 数最少ＲＣ＝　１０−　秒から最大ＲＣ＝ｌＯ秒までの領域を与える。以上の設 定は、例示的なもので、機器の作動上で臨界的なものではない。しかしながら、 必要に応し、それぞれの状況に合わせて設計される機器の最終的仕様に実際的な 値を使用することが可能である。

本発明の方法は、その単純な作動モードとしては、下記段階で特定できるもので ある。

段階１：　試験片の条件づけ。三通りの方法の一つによって残っている吸収電荷 の全てを除去する。すなわち、逆直流電圧を印加し振幅をゼロに減少させるか、 交流電圧を印加しゼロに減少させるか、あるいは、かなりの時間試験片を短絡さ せるかする。前者の二通りの方法は、明らかにより望ましいものである。何故な ら所要時間が短いからである。

段階Ｉ　Ｒを介して試験電圧を印加する。　ゼロからＶ、＝　０　．６３２　Ｅ になるまでの時押間隔を測定する。この時間間隔は、ｔ　（秒’５−ＣＸＲ（１ ０Ω） となる。（Ｃ）を計算し、（ＣＲ）と（Ｃ）とをメモリにストアーする。

段階３：　時間計測を開始する。

（１００ＣＲ）を計算しく１００　ＣＲ＞を表示（ディスプレイ）する。

ゼロとなるまで（試験終了）ディスプレイをカウントする。

段階４：　（Ｅ）を一定に保ち、段階的（１１１）な１　２　３ １．３．１６．１０に関係した例えば、ｌ０ＣＲ１３１，６ＣＲ８１００ＣＲの 時間増分ごとに、（ｉ　）を測定する。

ＯＴ 下記式から真の絶縁抵抗（Ｒ工Ｒ）を計算する。すなわちここでは、 となる。なお（Ｒ）は、第２図（１２ｂ）で示す抵抗である。

段階５　：　（Ｅ、　ＲＩＲ，Ｃ）あるいは、ゼロ周波数力率、ｊａｎδなど、 これら値から計算できるその他の値を表示及び／又はプリントする。吸収電流の 勾配（ｒ）を計算することができる。この値は、ある種の絶縁には興味深いもの と言える。

複雑な作動モードの作動も可能であり、この場合には、単純な作動モードにおけ る測定値を、部分放電開始以下に選択して、電圧（Ｅ）で反復し、結果をストア ーする。電圧を、段階的に増大し、各電圧ごとに（Ｒ”　’）の値をその前の値 工Ｒ と比較する。減少が検出される点は、部分放電開始に相当する。試験終了後測定 を読む。すなわち （Ｃ）、（Ｒ工Ｒ）部分放電開始、所定電圧における部分放電。

（△、）（部分放電を表わす）は、１ク一ロン／秒−１アンＣ ペア（定義による）にもとづくからである（△ｉｏ）の検出には、例えば、Ｊａ ｍｅｓ　Ｇ、　Ｂｉｄｄｌｅ社、カタログ番号６６５７００−００の部分放電ブ リッジなどの従来の部分放電測定における、すでに開発されている技術を用いる ことが必要である。

測定の評価 はとんどの測定は、その遅れが無視しうる程度の短期間のものである。例えば、 ０．１μＦの容量性試験片では、約１０秒の総測定時間が、単純モードにおいて 要され、１０Ｖの段階での全解析では、単に１分４０秒である。１０μＦ試験片 が最長の場合で、この場合、１６．６分の時間が単純測定のために要する。この 時間は、許容しうるちのと考えられる。なぜなら、この試験は、大型の発電機や 長尺のケーブルが必要となり、非常に例外的な測定を意味するからである。この 試験の間操作員が介入する必要はない。

（ＩＯＣＲ）から例えば（５ＣＲ）（精度がある程度失われる）まで初期値を減 少させるか、（Ｒ）を減少させることによって、時間計測を少なくすることは極 めて簡単である。ポータプルの現場用装置では、安全性のために５　ｍＡ以下の 電流で測定が可能なように、（Ｒ）の値を選定すべきである。

基本の概念から多くの変更が可能である。

ａ、（Ｅ）用の定電圧源の代りに、定電流発電機を使用できる。これによって幾 分計算が修正されることになるが、しかしながら概念の変更とはならない。この ための決定は、実際上の経済的考慮による。

ｂ、　もしくＣＲ）の初期値が、実際のマイクロプロセッサのクロック周波数（ 例えば、４　ＭＨｚ　）での精確な時間計測には短か過ぎる場合には、段階１に もどって（Ｒ）に高い値を持たせて段階を繰返す。同様に、（ＣＲ）が非常に大 きい場合は、わずかながら精度を落して、総計（５０ＣＲ＞まで測定を自動的に 変化させることができる。

ｃ、（Ｃ）の測定に高精度が必要な場合、（ＲＩＲ）の影響を無視する初期計算 を（Ｒ工Ｒ）を考慮に入れて再計算をしなおすことができる。（（ＣＲ）の初期 決定の低精度が（Ｒ）の値に影響しないことに注意。なぜなら、それは単１Ｒ に比例的誤差であるからである）。

ｄ、ノイズがある場合、反復測定を自動的に行わせて結果を平均化するようにす ると有利である。

測定装置の説明 概略的に絶縁アナライザシステムを示す第３図を参照する。

機器の典型的実施例として、単純モードのみに用いられる最大５ｋＶ、５ｍＡ電 源の現場用ポータプル軽量機器を示す。複雑モード動作のより精巧なポータプル 装置としては、３０ｋＶ３０ｍＡの仕様となる。

本システムは、抵抗器（］、２ｂ）に直列に接続した調節された可調整電圧源（ １２ａ）で構成するプログラム可能の調節した高電圧直流電源（１２）を含む。

電源の電圧は、内蔵フィードハックループによりせまい許容公差で調節されてい る。電圧レベルは、基準電圧でセットされるが、この基準電圧は、コネクタ（１ ８ａ）を介してマイクロプロセッサから発するデジタル信号で制御される。

絶縁特性と容量を吟味すべく測定する試験片（１０）を、電源（１２）に電流セ ンサ（１４）と直列に接続する。電流センサは、典型的高精度抵抗器であって、 抵抗値は、抵抗（Ｒ１２ｂ）に比べて小さい。

電子式電圧比較器（１６）を、試験片（１０）と電流センサ（１４）とに並列に 接続する。これは、試験片（１０）と電流センサ（１４）とを渡る電圧と基準電 圧とを比較するものである。

電圧が（０，６３２Ｅ）　（ここでＥは、（１２ａ　）における現在値）に達す ると、コネクション（１６ａ）によりデジタル信号が伝達される。電流センサ（ １４）の出力は感知型／Ｍ、（第２図の（１））に直接比例するアナログ電圧の 型式であり、これＯＴ をアナログ（′デジタル・コンバータ（２１）に接続する。このコンバータの出 力はデジタル型式であり、これをマイクロプロセッサ（１８）にコネクション（ ２１ａ）によって接続する。

マイクロプロセッサシステム（１８）と関連のメモリ　（２０）で、測定に要さ れるコントロール、計算ならびに計時機能をなさしめる。メモリ２０の読み出し 専用部には、前述の段階１から段階５までに記載した動作を遂行するプログラム がストアーされている。

マイクロプロセッサ、関連の集積回路、読み出し専用メモリ、ランダムアクセス メモリは、現在入手しうるマイクロプロセッサ用機器の種々のものを広い範囲で 使用しうる。例えば、米国のＲａｄｉｏ　ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎのＣＯ３ＭＡ Ｃマイクロプロセッサの１８０２タイプ、ハンドブ・ツクＭＰ０１８０Ｃ“ＣＯ ３ＭＡＣマイクロプロセッサの１８０２タイプ製品ガイド”などが参考となる。

第２例としては、Ｅ、　Ａ、　Ｎ１ｃｈｏｌｓ。

Ｊ　、　Ｃ，Ｎ　１ｃｈｏｌｓ及びＰ、Ｒ，Ｒｏｎｙ著の“マイクロプロセッサ のプログラミングとインタフェーシングの第１巻及び第２巻、ならびにＪ、　Ａ 、　Ｔｉｔｕｓ、　Ｃ，Ａ、　Ｔｉｔｕｓ、　Ｐ、　Ｒ。

Ｒｏｎｙ　、　Ｌ　ａｒｓｅｎ等の著の手引書“マイクロコンピュータとアナロ グコンバータのソフトウェアとハードウェアインターフェーシングなどがあり、 これらの書物は、全てインディアナ州インディアナポリスのＨｏｗａｒｄ　Ｗ、 　Ｓ　ａｍｓ社によって出版されている。ここに用いられている一般的原理とい うものは、ニュー−シャーシー州、イングルウッド・クリットのＰ　ｒｅｎｔｉ ｃｅ　−Ｈａｌ１社発行のＪ、　Ｒ、Ｈ１ｌｂｏｒｎ、　Ｐ、　Ｍ。

Ｔ　ｕｌｉｃｈ　著“マイクロコンピュータ／マイクロプロセツサ。

ハードウェア、ソフトウェア及びその応用”に記載された内容と同様である。

前述の段階１から段階５までを実施するプログラムは使用するマイクロプロセッ サに合わせて適当に構成しうる。

上記マイクロプロセッサ（１８）の代りに、ハードワイヤロジックのシステムや 適当な計時装置とレコーダを用いたアナログ測定方法が利用でき、前述のプログ ラムの段階１から段階５を実施することによって同し結果が双方の場合において 得られる。

この新規の機器は、簡単に七ノドアンプでき、特別な諸々の操作員に要される熟 練技術を必要とせずかつ絶縁的性質の真の結果を与える値をもって測定できる点 で有利である。

従来では、同しデータを得るのに、複雑で時間のかかる一連の測定を行うことに よってようやく得られていたものである。

新規な機器では、部分放電による損失のＪす定ならびに部分放電開始の設定を行 う装置が同様に提供される。

これらの長所は、現存の技術よりも小型で軽量かつ廉価の機器で達成することが できる。

ＦＩＧ、１ 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）絶縁アナライザ装置であって、 高電圧直流電源と、 電流感知手段と、 該電源に対して絶縁試験片を該電流感知手段と直列に接続するための試験片端末 と、 該試験端末を渡るように接続され、該試験片を渡る実効電圧を感知する電圧比較 器と、 時間計測手段と、 該時間計測手段、該電流感知手段及び電圧比較器からの入力を受け、□・該絶縁 試験片を通る全電流の経過時間測定を含む、該絶縁試験片の絶縁電流と絶縁抵抗 を計算するための、公式を用いて絶縁電流を計算する計算手段と、該高電圧直流 電源を調節する装置並びに、絶縁電流及び絶縁抵抗を表示しうる表示装置と、 を有して成る絶縁アナライザ装置。 （２）請求の範囲第１項に記載の絶縁アナライザ装置であって、前記計算手段は 、プログラム可能の計算機である、絶縁アナライザ装置。 （３）　請求の範囲第１項に記載の絶縁アナライザ装置であって、前記計算手段 は、ロジック回路である、絶縁アナライザ装置。 （４）請求の範囲第１項に記載の絶縁アナライザ装置であって、前記高電圧直流 電源において、（Ｅ）が一定に保持される、絶縁アナライザ装置。 （５）請求の範囲第１項に記載の絶縁アナライザ装置であって、前記高電圧直流 電源の出力電流が一定に保持されている、絶縁アナライザ装置。 （６）請求の範囲第１項に記載の絶縁アナライザ装置であって、前記時間計測手 段は、所定の期間に設定され、かつ前記計算手段は、該計測時間の結果が充分で あるかを決するための値を変化させて自動的に変化させる構成の、絶縁アナライ ザ装置。 （７）請求の範囲第１項に記載の絶縁７ナライザ装置であって、前記時間計測手 段は、所定の期間に設定され、かつ前記計算手段は、該計測時間の結果が充分で あるかを決するための基準をあらかじめ設定しており、もって、（ＣＲ）の初期 値が使用上の都合上で長すぎる場合に、該スケールを（Ｒ）の値を変化させて自 動的に変更させる構成の、絶縁アナライザ装置。 （８）部分放電開始の検出を行う方法であって、（Ｅ）の５量を増大せしめる段 階と、 各（Ｅ）の値ごとに（Ｒ）を計算する段階と、工Ｒ 電圧の関数として（Ｒ）の値が減少することにょつ工Ｒ て生じる部分放電開始の時を漏洩する段階と、を有する部分放電開始の検出方法 。 （９）絶縁試験片の解析を行う方法であって、該試験片より吸収電荷を全て除去 する段階と、システム抵抗（Ｒ）を通して試験電圧（Ｅ）を印加する段階と、 一連の電源における任意の三点で乗じられた選定時間において生じる時間間隔ご との（ＩＴｏＴ）を（Ｅ）を一定に保って保持しながら感知する段階と、 下記公式により絶縁抵抗（Ｒ）を計算し表示する段Ｒ 階 とから成る方法。 （１０）請求の範囲第９項に記載の方法であって、一連の動力における前記三点 とは、■、３．１６及び　１０の比率で選定される方法。 （１１）絶縁試験片を解析する方法であって、該試験片から吸収電荷を全て除去 する段階と、システム抵抗Ｒを通して試験電圧Ｅを印加する段階と、該試験片を 渡る規定電圧レヘルが別のレヘルに達するまでの間隔を時間計測し、公式ｔ−Ｃ ｘＲ（ここで（ｔｌは、秒単位の時間であり、（Ｃ）は計算される）を用いる段 階と、（Ｃ）の値を表示する段階と、 （ｎＣＲ）からゼロまで時間計測し表示をカウントする段階と、 （Ｅ）を一定に保った状態となし、（ｎＣＲ：　０．１　ｎＣＲ及び０．３１６ 　ｎＣＲ）の時間間隔毎に（ｉＴｏＴ）を測定する段階と、 下記公式から抵抗（Ｒ工Ｒ）を計算し表示する段階と、ここで、 から成る、絶縁試験片を解析する方法。 （１２）請求の範囲第１１項に記載の方法であって、ｎ、　＝　１００である、 方法。 （１３）請求の範囲第１２項に記載の方法であって、（１００ＣＲ）が同様に表 示され（−ＣＲ）づつゼロまで増加させ試験のタイミングを表示する、方法。 値を考慮して（ｃ）の計算を修正する、方法。 （１５）請求の範囲第９項に記載の方法であって、多数の代替測定がなされ、そ の結果を平均し、電気的ノイズの影響を減少する、方法。