JPS63153478A - 絶縁抵抗測定方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は活線状態で電路等の絶縁抵抗を測定する装置の
温度変化或は回路特性の変化等に対する補償方法に関す
る。

（従来技術） 従来、漏電等の電路に於けるトラブルの早期発見の為に
例えば第４図に示す如き電路の絶縁抵抗ｆｉｌＪ定方法
を用い電路状態を監視するのが一般的であった。

これはＺなる負荷を有する受電変圧器Ｔの第２種接地線
ＬＥを、商用電源周波数とは異なる周波数ｆ１なる測定
用低周波信号発振回路Ｏ８Ｃに接続されたトランスＯＴ
に貫通せしめるが。

或いは前記接地線ＬＥＫ直列に前記発振回路を挿入接続
する等して電路１及び電路２に測定用低周波信号電圧を
印加し、前記接地線ＬＥを貫通せしめた変流器ＺＣＴに
よって電路と大地間に存在する絶縁抵抗Ｒｏ及び対地浮
遊容量Ｃ０を介して前記接地線に帰還する前記測定用低
周波信号の漏洩電流を検出しこれを増幅器ＡＭＰで増幅
したのち、フィルタＦＩＬによって周波数ｆ１の成分の
みを選択し、これを例えば前記発振器０８Ｃの出力信号
を用いて掛算器ＭＵＬＴで同期検波して漏洩電流中の有
効分（即ち、印加低周波電圧と同相の成分）を検出する
ことにより電路の絶縁抵抗を測定するよう構成したもの
であった。

本発明の理′Ｉ＠を助けるためにその測定理論を更に説
明する。

前記接地線ＬＥに印加される測定用低周波信号電圧を例
えば正弦波としてＥｓ１Ｌｌω１ｔ（ωｌ＝２πｆｌ）
とすれは、接地点Ｅを介して接地線ＬＥに帰還する周波
数ｆｌの漏洩電流■は と表わされ、印加する交流電圧と同相の成分。

即ち上記（１）式の右辺第１項の成分に比例した値を同
期検波等の手段で検出すればこの値は絶縁抵抗Ｒｏに逆
比例したものとなるから、これによって電路の絶縁抵抗
値を求めることができる。

しかしこのように前記接地線に帰還する漏洩電流を変流
器ＺＣＴで検出し、更に変流器出力に含まれる周波数ｆ
１の漏洩電流成分をフィルタＦ　Ｉ　Ｌで選択出力する
従来の方法では１通常変流器→増幅器→フィルタの系で
周波数ｆ１の漏洩電流の位相がずれるから、これらの同
期検波出力からＲｏに逆比例した値を得るだめにはこの
位相ずれを補償する必要がある。このだめに同図に示す
如く同期検波器ＭＬＩＬＴＬ７）第１の入力端又は第２
の入力端に移相器ＰＳ”￥ｔｉｌｉ人し、これによって
上記位相ずれを補正することによって互いの同期をとっ
ていた。即ちとの移相器ＰＳを設けることによ多対地浮
遊容量Ｃｏが々い状態（Ｃｏ＝０）にて、同期検波器の
第１．第２の入力端に印加される電圧の位相差が零と々
るように前もって設定しておくものであった。

しかしながら上述の如き従来の方法では変流器　ＺＣＴ
　、フィルタＦＩＬ　、移相器ＰＳ等の位相特性は温度
肇化または使用部品特性の経年変化等によって変動する
ため、この結果最初の調整値との位相誤差が発生し、正
しい測定結果を提供できなくなる欠点があυまた。変流
器は一次電流が大きくなると位相特性が変動する場゛　
合があった。これらに対処するために従来は特性変動の
少々い極めて高品質な変流器或いはフィルタ等を採用す
ることによって位相誤差の影響’＆（ｆ力小さくしてい
たが、それでもその影響を完全に除去することは困難で
あった。

（発明の目的） 本発明は以上説明したような従来の絶縁抵抗測定方法の
欠点を除去するだめになされたものであって、高価な部
品を必要とせず安価に測定４Ｃ号の位相ずれを常時補正
し、常に正確な測定結果をもたらしうる絶縁抵抗測定方
法を提供することを目的とする。

（発明の概要） 本発明はこの目的達成のため、前記被６１ｊ１定電路と
接地線の接地点間に所定値のリアクタンス素子例えばコ
ンデンサ’ｅ　４ｔｌ−人すると共にこの接続を繰返し
周期′Ｖの信号で断接をくシ返すか。

又は前記計１定用低周波電圧と９００位相の推移した所
定値の大きさの電流を繰返し周期Ｔの信号で変化させ、
この電流の流れる導線を変流器に貫通させる。一方変流
器出力中の周波数ｆ１ならびにそれに係わる漏洩宙１流
を検出し、前記測定用か周波宙Ｆｆ−から得た電圧を用
いて第１の同期検波器で同期検波して第１の信号を得る
。また上記漏洩電流を前記測定用低周波電圧と９００艮 位相の推移し中電圧を用いて第２の同期検波器で同期検
波し第２の信号を得る。更に第１の信号中に含まれる周
波数１／Ｔの成分を検出し前記繰返し周期Ｔの信号を用
いて第３の同期検波器で同期検波し第３の信号を得る。

第２の信号と第３の信号の積をとシこれを定数倍した後
前記第１の信号との差をとる。このようにして得られた
信号を用いて電路の絶縁抵抗を測定するものである。

（実施例） 先ず本発明に係る測定方法を説明する前にその理解を助
ける為従来の方法及びその欠点を少しく詳細に説明する
。

第（１）式にて示される周波数ｆ１の漏洩電流成分■が
変流器ＺＣＴ、増幅器ＡＭＰ　、フィルタ１’　Ｉ　Ｌ
の系を通過する際発生する位相ずれをθとすればフィ・
ルタＦ’ＩＬ出カニ１は−７−””’″−（２１ となり、これは同期検波器ＭＬＩＬＴの第１の入力端に
印加される。

また同期検波器の第２の入力端に印加される電圧を例え
ば一定撮幅のａ。ｓｉｎ　（ω１ｉ−１−＋９１　）と
すれば、同期検波器の出力りは １−）コＩ　ｔ　Ｘ　ａｏｓｉｎ（ω１ｔ＋０１）　・
・・・・・・・・（３）（□は角周波数０１以上の 成分を除去することを意味す る） ・・・・・・・・・（４） 従ってθ−０１のときの出刃Ｄｏは とな、！１）ｌｖｌａｏは一定となるから絶縁担抗Ｒ。

に逆比例した値を測定することができる。したがって位
相ずれθ−０１が零でない時の上記り。

に対する１）の誤差Ｅは となる。

今１例えばθ−θ１＝１（度）のとき（６）式にてｆｘ
＝２５Ｈｚで、Ｒｏ＝２０にΩ、Ｃｏ＝５μＦ　　とす
るときωｘｃｏＲｏ；１５．７となるから誤差εは２７
．４％となり著しく測定誤差が大きくなることが分る。

本発明は上述の如き位相ずれに伴う誤差の発生な極力抑
える方法を提案するものである。

第１図は本発明に係る絶縁抵抗測定方法の一実施例を示
す回路図である。

同図において発振回路Ｏ８Ｃで発生した周波数ｆｘなる
低周波電圧な位相変動特性の小さい電力増幅器ＰＡＭＰ
で増幅した後トランスＯＴを接地線ＬＥＫ直列に接続し
て電圧Ｖ　ｓｉｎω１ｔ　なる電圧を印加する。この際
接地線Ｌｘに直列挿入されるトラジスＯＴの出力インピ
ーダンスは十分に低く選ぶ。前記変流器ＺＣＴ出力を周
波数ｆｌを含む成分を通し、商用周波成分を除去するフ
ィルタＦＩＬに印加することにより（２）式に相当する
出力が得られ、これを同期検波器ＭＬＩＬ’ｒ１　、Ｍ
ＬＪＬＴ２の第１の入力端に印加する。

又、これら第１と第２の同期検波器ＭＵＬＴＩとＭＵＬ
Ｔ２との基準信号としては前記発振器Ｏ８Ｃの出力を位
相調整用移相器ＰＳを介して夫々に入力するが、第２の
同期検波器ＭＩＪＬＴ２には更に９０°移相器Ｐ８０を
介挿する。

一方、第１の同期検波器ＭＵＬＴＩの出力を引算器ＳＵ
Ｂの一方の入力端に印加し、その出力を求める信号とし
て出力するが、該引算器５ＩＪＢの他方入力端には、前
記第１の同期検波器ＭＵＬＴ１の出力の一部をＢＰを介
して第３の同期検波器ＭＵＬＴ３に入力しその出力を係
数回路ＣＯＦと掛算器ＭＴとを介して入力せしめる。

伺、この際前記第３の同期検波器ＭＵＬＴ３の他方入力
には前記発振器Ｏ８Ｃからの出力信号を又、前記掛算器
ＭＴには前記第２の同期検波器Ｍ［Ｊ、ＬＴ２の出力を
夫々入力する。

更に、前記接地線Ｌｖと並列にコンデンサＣとスイッチ
回路ＳＷとからなる直列回路を接続すると゛共に該スイ
ッチ回路開閉を前記発振器Ｏ８Ｃの出力であって第３の
同期検波器ＭｔＪＬＴ３に入力したものと同一の信号に
よって制御するように構成する。

以下、このように構成した絶縁抵抗測定装置の動作を説
明する。今９例えば接地電路と接地点８間に挿入したス
イッチＳＷがオンのときを考えれば、接地線ＬＥにはω
ＩＣＶＣＯ３ω１ｔ　　なる電流が追加されて流れるこ
とになシ、変流器の一次電流はその分増加し接地線に流
れる印加低周波成分の漏洩電流ＩＯは ・・・・・・・・・（７） となる。したがってフィルタＦＩＬの出力■２は（２）
式の関係から （ω１を十〇）　　・・・・・・・・・　（８）となり
、このときの同期検波器ＭＵＬＴＩの出力Ｄ１は、（４
）式の関係から ・・・・・・・・・（９） とガる。

ここで、前記スイッチＳＷを発振回路ＯＳ　Ｃで発生し
た周期Ｔ（ここで゛［＞＞　’−）の繰返し信ω１ 号でオン・オフして変調すれば、（９）式の第２項に含
壕れるＣの値が周期Ｔで変るため同期検波器ＭＵＬ’ｌ
’ｌの出力Ｄ１には周波数１／Ｔの成分が生ずることに
なる（（９）式からも分るようにθ−θ１　のときは、
第２項は零となるから周波数１／１゛の成分は発生しな
いことになる。即ち前述の如く移相器ＰＳによシθ−θ
１となるようにセットしておく。）ところで同期検波器
ＭＵＬＴ１の出力を周波数］／Ｔの成分のみをとシ出す
フィルタＢＰに印加すれは該フィルタＢＰの出力Ａは ・・・・・・・・・　（１０ と表すことができる。ここで１（は定数、ψはフィルタ
特性等から定まる位相である。

ところでフィルタＢＰの出力を同期検波器ＭＴＪＬＴ３
の一方の入力端に印加し、他の入力端にスイッチＳＷを
オン・オンする周期Ｔの繰返し信号を印加すれば、同期
検波器ＭＬＩＬＴ３の出力Ｓｏは ８ｏ＝　ＡＸ５ｉｎ旦ｔ　　　−−−Ｑｌ）と表す事が
でき。

＝−ＫｏＣＯ５ψ・ｓｉｎ　（θ−θ１）　　・・・・
・・・・・（２）となる。

同、ここでＫｏ−ＨＣωＩＶａｏ　であυ定数である。

また、同期検波器ＭＵＬＴ２の第２の入力端に印加され
る電圧は同期検波器Ｍ、ＩＪＬＴ１の第２の入力端に印
加される電圧ａ。ｓｉｎ　（ω１ｔ＋０１）を９０゜移
相器ＰＳＯを介したものである。

の出力ＨはスイッチＳＷがオフのとき。

１１＝　Ｉ　Ｉ　Ｘ　ａｏｃｏｓ（ω１を十θ１）　　
・１回・　（至）・・・・・・・・　（２） となる。また前記スイッチＳＷがオンのときのＭＵＬＴ
２の出力Ｈ２は ・・・・・・・・・叩 となる。

また同期検波器ＭＵＬＴ３の出刃を係数回路ＣＯＦで例
えば□倍すれば係数回路の出刃Ｋｏｃｏｓψ は−ｓｉｎ　（θ−０１）となる。（上述の如（Ｋｏ　
、ｃｏｓψは定数と考えて差しつがえないため）したが
って同期検波器ＭＴＪ　Ｌ　’［”　２の出力と係数回
路出力との積をかけ算器Ｍ′ｒで演算し同期検波器Ｍｔ
ＪＬＴ１の出力とを引算器Ｓ［ＪＢにて引算すればスイ
ッチＳＷがオフのときの引算器Ｓ［ＪＢの出力〜１４− ０ＴＪＴ１は（４）、圓式から ０ＵＴＩ　＝Ｄ十Ｈ＠５ｉｎ（θ−０１）・・・・・・
・・・　α０ 一方スイッチＳＷがオンのときの引算器の出力０ＬＩＴ
２は（９１、０５１式 ％式％） 上式に於いて１θ−θ１１が小さければ５ｉｎ（θ−０
１）≧（θ−θ’　）　＋　ｃｏＳ（θ−’　”　）”
１　、５ｉｎ２（θ−０１）；０とおけるから叫、α９
式で表わされる出力ＯＵＴはと人る。

ところで、従来のように単に同期検波器ＭＩＪＬＴ１の
出力を用いた場合スイッチオンのときα４式から 又スイッチオンのとき（９）式から ・・・・・・・・・… となるから位相誤差（θ−θ１）の影響を受は太地静電
容−９ｉＣｏが太きいときθ−０１を十分に小さくしな
いかぎシ（ト）式の出力ＯＵＴよシ誤差が大きくなり本
発明の効果が理解できよう。

即ち、従来の方法による測定誤差Ｅは（６）式で与えら
れるがｆ　１−２５Ｈｚ、Ｒｏ＝２０にΩ、Ｃｏ＝５μ
Ｆのときθ−θ１＝１（１（度）とすると、（６）式の
誤差は２７１％となる。

一方９本発明による誤差Ｅｌは００式を用いると ＝＝　ｌ　−ｃｏｓ　（θ−θｓ　）　−５ｉｎ　”　
（θ−０１）−ωＩＣ０ＲＯｓｉｎ　（θ−θ１）（Ｃ
Ｏ５（θ−０１）　−１）・・・・・・・・・　■〕 と々る。上記の条件では、Ｅ１＝２．６６％となる。

又（１７式の如くコンデンサＣが印加された状態での誤
差Ｅ２は（イ）式のＣＯ→Ｃｏ＋Ｃとすればよい。

例えばＣ＝１μＦとすればＥ２＝３．４９％となる。

したがってθ−０１−１０（度）程度あっても２本発明
の方法による誤差は従来の方法にくらべ約１／７８と極
めて小さくなる。

上記の如く本発明の絶縁抵抗測定方法によれは従来の方
法よシ位相誤差の影響を著しく受けにくいことになる。

同前記説明では信号ＳＯを用いたが、これに代る信号と
して次の信号を用いることもできる。

即ち前記ＳＯと、同期検波器Ｍ　［Ｉ　Ｌ　’Ｉ’　２
の出力中に含まれる周波数ｌ／Ｔの周波数成分を別途設
けたフィルタで検出し前記繰返し周期Ｔの信号で別途同
期検波することにより得た信号との積をとることにより
得られる信号であってもよい。

更に別の方法として前記同期検波器ＭＵＬＴＩとＭｔＪ
ＬＴ２の出力中に含まれる周波数］／Ｔの成分を検出し
、それぞれの積を求め、その直流分を用いても同様な結
果が得られるが詳述は省略する。

更に、移相器ＰＳの挿入個所を第１図の如く発振回路Ｏ
８Ｃの出力に挿入するのではなく。

フィルタＦＩＬの出力にネ１１人し移相器ＰＳの出力を
第１．第２の同期検波回路の夫々の第１の入力端に印加
しても同じ動作を行うことができることは明らかである
。

又、上述の説明ではコンデンサＣを電路と接地点間にＩ
Ｆ４１人する場合を述べたが９本発明はこれに限定する
必装はなく例えば非接地電路と接地点間に１１１・入し
てもよい。ただし、この場合はコンデンサＣｈｉ用電源
か印加されるためコンデンサＣ及びスイッチＳＷに流れ
る電流は著しく大きくなるからこれに耐え得るものを使
用す−１ト る必要がある。

第２図は本発明の変形実施例を示す主要部分のブロック
図であシ、前記コンデンサＣならびにスイッチＳＷを介
して測定用低周波信号電圧よシ９０°位相の推移した電
流を変流器ＺＣＴの一次側に流すために印加トランスＯ
Ｔの代シに第２の２次巻線を設は九〇Ｔ’な用い、これ
よシ得られる測定用低周波信号電圧を印加する如くした
ものである。この例によれば第１図の実施例の如く、接
地線ＬＥにコンデンサＣ，スイッチＳＷを接続する必要
がないため設置工事を簡易化することができる。

なお動作については、第１図の説明で述べたものと全く
同じである。

第３図は他の実施例を示しておシ、コンデンサＣ，スイ
ッチＳＷを印加トランスＯＴの１次側に接続したもので
あシ、１次側の電圧が２次側の電圧よシ高い場合、その
比率分だけコンデンサＣの容量を小さくすることにより
第１図の実施例で述べた動作を同じにしたものである。

まだコンデンサに接続された導線を変流器に貫通させる
のではなく、複数回巻線してもその分コンデンサの容量
を小さくすることも可能である。

なお、コンデンサに印加する電圧は（７）式で示した如
く■としたが、これに制約されないことは明らかであシ
、他の電圧であっても動作上は何ら問題ない。

さらに上記説明では測定用低周波信号電圧と９０°位相
の異なる電流を流すために、コンデンサ素子を用いたが
、必ずしもこれに限定されるものでなく他の回路網（例
えは、インダクタンスとコンデンサとを組合せた回路）
を用いてもよい。また、他の市；気回路で発生してもよ
いことは明らかである。

また上記説明では測定用低周波信号電圧を正弦波として
説明しだが、これに限定されるものではなく例えば矩形
波であってもよくその基本波成分或いは高調波成分を用
いてもよい。

なお、上記説明ではスイッチＳＷで、測定用低周波信号
電圧と９０°位相の推移した電流をオン・オフしたが、
スイッチを変調器にかえ繰返し周期Ｔの信号で変調して
もよい。この場合繰返し周期Ｔの波形を単に矩形波とす
るのではなく、波形整形することにより変調を受けた上
記電流のスペクトルの広が）を小さくすることができ、
フィルタＦＩＬ出カの過渡現象をおさえることができる
。

また上記実施例では単相２線式電路の場合で示したが、
単相３線式電路、３相３線式電路であってもよいことは
自明であろう。

（発明の効果） 以上説明したごとく９本発明は絶縁抵抗測定回路の位相
特性変動を抑圧することを可能にするものであるから極
めて安定なかつ正確な絶縁抵抗測定方法を実現するうえ
で著効を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図及
び第３図は本発明の他の実施例な示す部分的ブロック図
、第４図は従来の絶縁抵抗を讃１１定する方法を示すブ
ロック図である。 ′［・・・・・・・・・トランス、　　　１，２・・・
・・・・・・電路。 ＬＥ・・・・・・・・・接地線、　　　Ｅ・・・・・・
・・・接地点。 ＺＣＴ・・・・・・・・・変流器、　　　　ＡＭＰ・・
・・・・・・・増幅器ＭＬＩＬ’ｌ’　１．２　、３・
・・・・・・・・同期検波曇播。 Ｏ２０・・・・・・・・・発振回路、　　　　ＯＴ、Ｏ
Ｔ’・・・・・・・・・印加トランス、　　　ＰＳ・・
・・・・・・・移相器。 ＳＷ−・・・・・・・・スイッチ、　　　　ＭＴ・・・
・・・・・・かけ算器ＢＰ・・・・・・・・・フィルタ
。 ＰＳＯ・・・・・・・・・９０°移相器、　　　　５Ｌ
ＡＢ・・・・・・・・・引ｑ−器、　　　　ＣＯＦ・・
・・・・・・・係数回路。 １）ＡＭＰ・・・・・・・・・電力増幅器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、変圧器の接地線を介して電路に商用周波数と異なる
   周波数ｆ＿１の測定用低周波信号電圧を電磁誘動或は直
   列結合等によって印加し、前記接地線に貫通する変流器
   に、前記測定用低周波信号電圧とは９０°位相の推移し
   た所定値の電流を繰返し周期Ｔの信号で変調して得た電
   流の流れる導線を貫通させると共に、前記変流器出力中
   の商用周波成分の電流を除去し、前記周波数ｆ＿１の成
   分を含む漏洩電流成分を前記低周波信号電圧で同期検波
   することにより第一の信号を得、上記漏洩電流成分を前
   記低周波信号電圧とは位相が９０°推移した電圧で同期
   検波することにより第２の信号を得ると共に、前記第１
   の信号中に含まれる周波数１／Ｔの周波数成分を検出し
   て、前記繰返し周期Ｔの信号で同期検波することにより
   得た第３の信号と前記第２の信号との積を定数倍した信
   号を前記第１の信号から差し引くことにより得られる信
   号を用いて電路の絶縁抵抗を測定する如く構成し、測定
   回路の位相特性の変動を補償したことを特徴とする絶縁
   抵抗測定方法。 ２、前記電路と前記接地線の接地点間に所定のリアクタ
   ンス素子を挿入すると共に、このリアクタンス素子の値
   を繰返し周期Ｔの信号で変化させることにより前記変流
   器に貫通せしめた導線及びこれに通電する信号を不要と
   したことを特徴とする特許請求の範囲１記載の絶縁抵抗
   測定方法。