JPS598130B2 - 非接地直流回路の地絡監視用回路装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は整流器を介して単相又は三相交流系統に接続さ
れている非接地直流回路の地絡監視用回路装置に関する
ものである。

非接地電流回路の空間的に分布した対地容量により、妨
害信号が絶縁状態を監視するための測定回路中に入り込
み、誤った測定結果を生じることがある。

このことは特に整流器により給電される直流回路におい
て現われるもので、この場合妨害信号は給電系統の周波
数又は給電系統の周波数の整数倍の周波数を持っている
。

整流器によって入り込む妨害信号は比較的強い。

何故ならば転流動作はそれぞれ整流器の２つのブリッジ
半部の一方においてのみ生じるからである。

この妨害信号を抑制するには費用のかＮるフィルタ回路
を必要とする。

従って本発明の目的は、費用を要するフィルタ回路なし
に測定対象の対地抵抗の大きさに依存する電圧が得られ
るような地絡監視用回路装置を得ることにある。

この目的は本発明によれば、大地と測定対象との間に結
合要素と測定抵抗とを介して補助電圧源が接続され、補
助電圧線の周波数は給電系統周波数の整数分の１であり
、測定回路内の電流を模擬する測定電圧と測定回路から
取出される基準電圧とが評価回路に導かれ、この評価回
路は、基準電圧により制御され且つ位相に応じて動作す
る復調回路と、この復調回路の出力電圧を測定対象の対
地抵抗に対する尺度として受けこれを所定の地絡判定基
準と比較する比較回路とを有することによって達成され
る。

本発明による測定回路においては、測定回路の電流を位
相角に依存して検出することが行われる。

対地抵抗の大きさに対する尺度として、復調のための制
御信号と同じ位相にある測定回路の電流成分が検出され
る。

結合要素により、対地容量が比較的大きく且つ周波数が
小さいときにも、本来の測定対象である直流回路の絶縁
についての評価可能な電圧が生じる。

結合要素としては特に大電流回路の場合には容量結合要
素が設けられる。

周波数が給電系統周波数の整数分の１の補助電圧を使用
する場合には、位相に応じて動作する復調の際、妨害周
波数として系統周波数又はその整数倍の周波数を有する
妨害信号が平均値において抑制される。

すなわち、測定電圧には系統電圧や妨害信号による成分
と補助電圧による成分とが含まれるが、補助電圧の周波
数が系統周波数の整数分の１の場合には、補助電圧の半
サイクルあるいは１サイクルを考えて、補助電圧の極性
に対応させて半サイクルあるいは１サイクル時間分（１
サイクルの場合には半サイクル毎に反転させる）の電圧
時間種をとった場合に、系統電圧や妨害信号による成分
は互いに相殺されてしまうのである。

また、電圧時間積を求めるときには系統電圧や妨害信号
に対する位相位置関係を考える必要はまったくなく、い
かなる位相関係から開始しようとも、補助電圧の半サイ
クルあるいは１サイクルの時間分だけ電圧時間積をとれ
ば、系統電圧や妨害信号による成分を互いに相殺するこ
とができる。

例えば給電系統周波数５ ０ Ｈｚの場合には、補助電
圧の周波数は２ ５ Ｈｚ又は１２．５Ｈｚとなる。

補助電圧は矩形電圧とすることができ、それはその高調
波が位相に応じて動作する復調により影響を受けないま
まに止まるからである。

そのような矩形波補助電圧は例えばＪＫフリツプフロツ
プにより系統電圧から導出され得る。

本発明の一実施態様によれば評価回路は次の特徴を有す
る。

ａ）参照電圧として用いられる補助電圧は９０°の移相
を有する移相素子に導かれる。

ｂ）測定抵抗中の電流を模擬する測定電圧と、設定ポテ
ンショメータを介して導かれる移相素子の出力電圧とは
差形成器の入力側に導かれる。

Ｃ）差形成器の出力電圧は復調器忙導かれ、この復調器
は移相素子の出力電圧に対する極性検出器により制御さ
れる。

本発明による測定回路のこの実施態様においては、測定
回路における電流の無効成分が評価される。

この場合にポテンショメータは、対地抵抗に対する予め
与えた応動値において差形成器の出力の無効分が零にな
るように設定される。

このようにすれば、対地抵抗が応動値より大きいときは
、差形成器の出力（復調器の入力）は誘導性となり、こ
れと逆のときは容量性となる。

したがって、無効分を取り出す復調器の出力極性によっ
て地絡の有無を判別することができる。

本発明の別の実施態様においては次の特徴を有する評価
回路が設けられる。

ａ）測定抵抗の電流を模擬する測定電圧は第１の復調器
に導かれる。

ｂ）基準電圧として用いられ、測定対象における大地電
位に関する電圧は第２の復調器に導かれる。

Ｃ）位相調整される発振器は、第２の復調器の入力電力
に対して０°だけ位相をずらされた第１の復調器を制御
するための第１の制御信号と、第２の復調器の入力電圧
に対して９０°だけ位相をずらされた第２の復調器を制
御するための第２の制御信号とを発生する。

本発明による測定回路のこの実施態様においては、測定
回路から取り出される基準電圧が補助電圧と結合素子電
圧との和であり、したがって測定対象に印加される電圧
にほぼ相当することから、測定電流の有効分を取り出す
ことによって対地抵抗を流れる電流成分を得ることがで
きる。

したがって、この電流成分が所定の限界値を上回ってい
るか否かによって地絡の有無を判別することができる。

以下図面により本発明の実施例について説明する。

第１ａ図は本発明の実施例の原理的接続図で、測定対象
４は概略的に対地抵抗５と対地容量６として示されてい
る。

測定対象４は、整流器３を介して系統周波数ｆ１を有す
る交流電圧系統１に接続されている直流回路とする。

特に整流器３におげる転流現象により妨害信号が対地容
量６を介して測定回路に入り込む。

測定回路は補助電圧源２を有し、この補助電圧源は一方
では純粋な静電容量結合素子としてのコンデンサ７を介
して測定対象４に、又他方では測定抵抗９を介して大地
Ｍに接続されている。

コンデンサ７には抵抗を直列に接続してもよい。

補助電圧源２は周波数ｆ２を有する補助電圧Ｕ２を発圧
するが、この周波数は系統周波数ｆ１より整数比だけ小
さい。

さらに補助電圧源２には、検出器８により入力側に系統
電圧が導かれ、この検出器としては例えば同期用変圧器
を用いることができる。

電圧測定検出器１０は測定抵抗９の電圧降下、従って測
定回路における電流■を検出する。

別の測定検出器１３は補助電圧源２の補助電圧Ｕ２を検
出し、この補助電圧は基準電圧として位相に応じて動作
する復調器の制御に使用される。

電圧測定検出器１０により検出され測定回路中の電流■
を模擬する測定電圧は、差形成器ｌ９に導かれる。

さらに電圧測定検出器１３により検出された補助電圧Ｕ
２は、＋９０°の移相を有する移相素子１２、例えば積
分器と、設定ボテンショメータ１４とを介して差形成器
１９に導かれる。

差形成器１９の出力電圧はタ調器１５に導かれる。

復調器１５に対する制御信号は極性検出器１６により形
成され、この検出器１６の入力側には移相素子１２の出
力電圧が導かれる。

極性検出器１６は例えば限界値発信器として構成するこ
とができる。

従って差形成器１９の出力電圧の復調は移相素子１２の
出力電圧の符号によって行われる。

復調器１５の出力電圧は平滑素子１７を介して限界値検
知器１８に導かれる。

限界値検知器１８の入力電圧が予め与えられた応動値を
下回るやいなや、限界値検知器１８の出力信号が変化し
、対地抵抗が予め与えられた値を下回ったことを示す。

第１ａ図による測定回路の機能を第１ｂ図のベク１・ル
図により説明する。

対地抵抗５の値Ｒ５が予め与えられた応動値Ｒ．を下回
ると、測定回路は警報信号を発しなげればならない。

この応動値ＲＯに対しては、結合素子における電流の無
効成分が設定ポテンショメータ１４により補償される。

この設定ポテンショメータによる電流■の容量性無効成
分１ｋのこの簡単な設定は可能である。

何故ならば対地抵抗の予め与えられた応動値Ｒ．におい
ては結合素子と測定対象とからなる回路の容量性無効電
流は補助電圧より９０°進み、補助電圧の復調のための
制御信号はその基本振動に対して９０°遅れるからであ
る。

測定回路中の電流■と電流１ｋとのベクトル相は、設定
ポテンショメータ１４の前記設定が行われた予め与えら
れた応動値よりも測定された対地抵抗が小さいときはＲ
５＜Ｒｏ，容量性であり、測定された対地抵抗が応動値
より大きいときはＲ５＞ＲＯ、誘導性である。

この電流のベクトル和か容量性であるか、誘導性である
かということは、簡単に位相に応じて作用する復調によ
り得られる。

測定抵抗９におげる電流■と結合素子７における電流の
容量性無効成分の値に相当し補助電圧の符号を有する補
償電流Ｉｋとの差の復調は、＋１又は−１を乗ずること
に相当する。

復調器１５としては例えばＦＥＴ｝ランジスタが適して
いる。

第１ｂ図から判るように、測定回路の電流と補償電流Ｉ
ｋとのベクトル差は補助電圧Ｕ２と同相にある。

第１ａ図においては、測定電圧と基準電圧とはそれぞれ
概略的に計器用変圧器として示された電圧測定検出器を
介して取出される。

補助電圧源の補助電圧の振幅を適当に選ぶと、そのよう
な計器用変圧器は無くてもよい。

そのときは所望の電圧は測定回路から直接取出し、差形
成器又は積分器に導くことができる。

これら電圧は大地Ｍを基準としている。

第２図は本発明の別の実施例を示している。

対地抵抗５と対地容量６とを有する概略的に示された測
定対象４は、整流器３を介して交流電圧系統１に接続さ
れている。

補助電圧源２は一方では結合素子２７と抵抗２０とを介
して測定対象４に、又他方では測定抵抗９を介して大地
Ｍに接続されている。

抵抗２０は、短絡の場合、即ち対地抵抗が零の場合にも
測定回路に対する評価可能な電圧降下が存在するように
設けられている。

結合素子２７は抵抗２７ａとコンデンサ２７ｂとを有し
ている。

コンデンサ２７ｂは、高い直流電圧を有する測定対象の
場合にこの電圧を測定回路から離すために必要である。

測定対象として例えば運転電圧２４Ｖの低電圧装置が考
えられるときには、純抵抗の結合素子で充分である。

測定回路の電流を模擬する電圧は積分器２３に導かれる
。

測定電圧の復調を制御するための基準電圧として評価さ
れる測定対象４の電圧は積分器２１を介して導かれる。

２つの積分器２１と２３とにより、両電圧の間の位相角
が変えられることなく、より高い周波数の妨害信号は低
められる。

測定回路の電流を模擬し積分器２３により積分される測
定電圧は復調器２４に導かれ、この復調器は位相調整さ
れる発振器２８により制御される。

位相調整される発振器２８の入力側には復調器２２の出
力電圧が供給され、この復調器は又積分器２１に接続さ
れている。

位相調整される発振器２８はその出力端２８ａ及び２８
ｂに２つの復調器２２及び２４に対する互いに９００位
相のずらされた２つの制御信号を発生する。

位相調整される発振器２８は、復調器２２の出力電圧の
加えられる調整器２５を有する。

調整器２５の出力電圧は電圧周波数変換器２６により比
例したパルス列に変換される。

このパルス列のパルスはマルチバイブレータ２７の動的
入力端に作用する。

マルチバイブレータ２７の出力信号は電圧周波数変換器
２６によりパルスの各立下っ側縁において変化する。

マルチバイブレータ２７の一方の出力信号は別のマルチ
バイプレーク２９の動的入力端に供給され、マルチバイ
ブレータ２９の出力信号はその入力信号の各立下っ側縁
において変化する。

マルチバイブレータ２９の一方の出力信号は復調器２２
の入力信号と同じ位相にあり、復調器２４の制御に用い
られる。

マルチバイブレータ２９には別のマルチバイプレータ３
０が後置され、マルチバイブレーク３０の準備入力端は
マルチバイブレータ２９の出力端と接続され、またその
動的入力端はマルチバイブレーク２７の他の出力端と接
続されている。

マルチバイブレータ３０の出力信号は９０°位相のいず
れたマルチバイブレータ２９の出力信号に続《。

従って復調器２２の入力電圧に関する位相のずれも同様
に９０°である。

マルチバイブンータ３０の出力信号は復調器２２を制御
する。

復調器２４は同相成分を持たない出力電圧を発生する。

何故ならば積分器２３の出力電圧と復調器２４に対する
制御信号との間には９０°の位相差があるからである。

復調器２４の出力信号はまた平滑素子１７を介して限界
値検知器１８に導かれる。

限界値検知器１８は、その入力電圧が対地抵抗５の予め
与えられた値Ｒｏを下回ると出力信号を変える。

第２図の実施例においては測定対象における電圧と、測
定回路の電流を模擬する測定電圧とが先ず２つの同じ種
類の積分器２１と２３とに導かれる。

これにより、両電圧間の位相角は変えられることなく、
より高い周波数の妨害信号は低められる。

位相調整される発振器２８は、積分された測定電圧を復
調するために、測定対象４における積分された電圧に同
相の制御信号を生ずる。

位相調整のために、測定対象において積分された電圧は
発振器２８の９０°位相をずらされた別の制御信号によ
り復調される。

復調器はその入力電圧と制御信号との間の位相のずれが
９０°であると同相成分のない出力電圧を発生する。

第３図は、直流分巻機として示された回転電機の対地抵
抗を測定するために本発明による回路装置を適用した例
を示す。

回転電機３２は整流器用変圧器３０と整流器３１とを介
して三相交流系統から給電されている。

補助電圧源２は２つの部分素子３３ａと３３ｂとを有す
る対称結合素子に結合され、これらの部分素子はそれぞ
れオーム抵抗とコンデンサとの直列回路から成っている
。

補助電圧の対称的結合により、回転電機の分布された対
地容量と絶縁抵抗の自然の状態に相応する大地に対する
電圧分布が生ずる。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図は本発明の一実施例の原理的接続図、第１ｂ図
は第１ａ図の回路の機能を説明するためのベクトル図、
第２図は本発明の他の実施例の原理的接続図、第３図は
本発明を回転電機の絶縁抵抗の検出に適用した回路の接
続図である。 １・・・交流電圧系統、２・・・補助電圧源、３・・・
整流器、４・・・測定対象、５・・・対地抵抗、６・・
・対地容量、７・・・コンデンサ（結合素子）、９・・
・測定抵抗、１２・・・移相素子、１４・・・設定ポテ
ンショメータ、１５・・・復調器、１６・・・極性検出
器、１８・・・限界値検知器、１・９・・・差形成器、
２１．２３・・・積分器、２２ ． ２４・・・復調器
、２８・・・発振器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 整流器を介して単相又は三相交流系統に接続されて
   いる非接地直流回路の地絡監視用回路装置において、補
   助電圧源が大地と測定対象との間に結合素子と測定抵抗
   とを介して接続され、補助電圧の周波数は系統周波数の
   整数分の１であり、測定回路の電流を模擬する測定電圧
   と測定回路から取出される基準電圧とが評価回路に導か
   れ、この評価回路は基準電圧により制御され且つ位相に
   応じて動作する復調回路と、この復調回路の出力電圧を
   測定対象の対地抵抗に対する尺度として受けこれを所定
   の地絡判定基準と比較する比較回路とを有することを特
   徴とする非接地直流回路の地絡監視用回路装置。