(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源を有する主回路とその主回路から分岐した複数の回線とを備えた直流回路の絶縁抵抗を前記回線ごとに活線状態で測定する直流用絶縁監視装置であって、前記直流電源の回路電圧により前記回線の正側電路または負側電路のいずれかの絶縁抵抗に電流を流すために切り替えるスイッチを前記主回路に設けると共に、前記スイッチの切り替えにより回線の正側電路または負側電路の絶縁抵抗に流れる電流を検出する直流用零相変流器を各回線に設け、その直流用零相変流器の検出出力に基づいて、正側電路または負側電路の絶縁抵抗を個別に測定可能とし、前記直流用零相変流器のオフセット誤差を補正する演算処理により回線の絶縁抵抗を算出可能としたことを特徴とする直流用絶縁監視装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば発変電所や工場の制御電源、通信用電源などを有する直流回路に設置され、主回路から分岐した複数の回線の絶縁抵抗を測定する直流用絶縁監視装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電気設備技術基準において、対地電圧（接地式電路では電線と大地間の電圧、非接地式電路では電線間の電圧をいう）が１５０Ｖ以下の場合、絶縁抵抗は、開閉器または過電流遮断器で区切ることができる電路ごとに０．１ＭΩ以上なければならないと規定されている。この規定を満足させるため、電源から給電される直流回路には、電路の絶縁劣化状態を把握するために絶縁抵抗を定期的に測定するようにしている。
【０００３】
例えば、図４に示すように発変電所、工場の制御電源や通信電源などの直流電源１を備えた直流回路では、主回路２から分岐した複数の回線ＡＭ（Ｍ＝１，２，３，…）を備え、それぞれの回線ＡＭには直流モータ等の負荷ＬＭ（Ｍ＝１，２，３，…）が、開閉器または過電流遮断器ＣＢＭ（Ｍ＝１，２，３，…）を介して接続されている。
【０００４】
従来、前述した直流回路では、複数の回線ＡＭごとに絶縁抵抗を測定しているのが主である。複数の回線ＡＭごとに絶縁抵抗を測定する場合、開閉器または過電流遮断器ＣＢＭを開放して回線ＡＭを主回路２から切り離した状態で、専用の絶縁抵抗計で回線ＡＭの絶縁抵抗を測定するようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
なお、複数の回線ＡＭごとに絶縁抵抗を絶縁抵抗計により測定する以外に、絶縁監視装置を用いて直流回路の絶縁抵抗を測定することも稀にある。この場合、主回路２および複数の回線ＡＭからなる回路全体について絶縁抵抗を測定するようにしている。
【０００６】
複数の回線ごとに絶縁抵抗を測定するに際しては、絶縁抵抗計の測定値を読み取ることにより回線の絶縁抵抗を測定することができ、また、回路全体の絶縁抵抗を測定するに際しては、絶縁監視装置で絶縁抵抗の測定値を表示すると共にその測定値が、例えば電気設備技術基準で定められた規定値より小さくなると、ランプまたはブザーによる警報を発するようにしている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平６−４３１９５号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述したように複数の回線ＡＭごとに絶縁抵抗を測定する場合、開閉器または過電流遮断器ＣＢＭを開放して回線ＡＭを主回路２から切り離した状態で、専用の絶縁抵抗計で回線ＡＭの絶縁抵抗を測定していたのでは、以下のような問題があった。つまり、回線ＡＭの絶縁抵抗測定時、開閉器または過電流遮断器ＣＢＭを開放して回線ＡＭを主回路２から切り離していることから、回線ＡＭの負荷ＬＭが停電状態となる。このように回線ＡＭを主回路２から切り離す作業が必要となり、時間と労力を要し、また、一定期間の連続運転が必要な負荷ＬＭの場合、絶縁抵抗測定のために負荷ＬＭを停電させることが困難であった。
【０００９】
また、絶縁監視装置を用いて直流回路の絶縁抵抗を測定する場合、主回路２およびその主回路２から分岐した複数の回線ＡＭからなる直流回路全体について絶縁抵抗を測定していたのでは、以下のような問題がある。つまり、前述した電気設備技術基準では、絶縁抵抗が開閉器または過電流遮断器で区切ることができる電路ごとに０．１ＭΩ以上なければならないと規定されている。このことから、前述したように複数の回線ＡＭごとに絶縁抵抗を測定する必要がある。従って、直流回路全体の絶縁抵抗を測定していたのでは、回線ＡＭごとの絶縁抵抗を測定していることにはならず、その直流回路の絶縁抵抗を正確に監視することが困難であり、電気設備技術基準を確実にクリアする程度の安全性を満たさない。
【００１０】
そこで、本発明は前述の問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、簡便な手段により、主回路から分岐した複数の回線ごとに絶縁抵抗を活線状態で測定し得る直流用絶縁監視装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための技術的手段として、本発明は、直流電源を有する主回路とその主回路から分岐した複数の回線とを備えた直流回路の絶縁抵抗を前記回線ごとに活線状態で測定する直流用絶縁監視装置であって、前記直流電源の回路電圧により前記回線の正側電路または負側電路のいずれかの絶縁抵抗に電流を流すために切り替えるスイッチを前記主回路に設けると共に、前記スイッチの切り替えにより回線の正側電路または負側電路の絶縁抵抗に流れる電流を検出する直流用零相変流器を各回線に設け、その直流用零相変流器の検出出力に基づいて正側電路または負側電路の絶縁抵抗を個別に測定可能とし、前記直流用零相変流器のオフセット誤差を補正する演算処理により回線の絶縁抵抗を算出可能としたことを特徴とする。
【００１２】
本発明では、主回路に設けられたスイッチの切り替えにより、各回線の正側電路または負側電路の絶縁抵抗に流れる電流を直流用零相変流器により検出し、その直流用零相変流器の検出出力に基づいて正側電路または負側電路の絶縁抵抗を個別に測定可能としたことから、簡便な手段により、主回路から分岐した複数の回線ごとに絶縁抵抗を活線状態で測定することができる。しかも、回線が絶縁劣化状態にある場合、その回線の正側電路または負側電路のいずれが絶縁劣化しているのかを判定することができる。
【００１３】
さらに、本発明では、直流用零相変流器のオフセット誤差を補正する演算処理により回線の絶縁抵抗を算出可能としたことにより、回線に設けられた直流用零相変流器がその温度特性によりオフセット誤差を有する場合でも、そのオフセット誤差を正側電路と負側電路の絶縁抵抗測定で相殺することができて正確な絶縁抵抗測定が可能となる。なお、前述したように電気設備技術基準では、絶縁抵抗が電路（回線）ごとに０．１ＭΩ以上なければならないと規定している。ここで規定された絶縁抵抗は、回線の正側電路の絶縁抵抗と負側電路の絶縁抵抗との合成抵抗と解釈することができ、その合成抵抗を測定することは、電気設備技術基準に適合するものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明に係る直流用絶縁監視装置の実施形態を以下に詳述する。なお、図４と同一部分には同一参照符号を付す。
【００１５】
図１に示す実施形態の絶縁監視装置は、例えば発変電所、工場の制御電源や通信用電源などの直流電源１を備えた直流回路の主回路２、およびその主回路２から分岐した複数の回線ＡＭ（Ｍ＝１，２，３，…）のそれぞれに設置され、主回路２から分岐した回線ＡＭごとに絶縁抵抗を活線状態で測定する。それぞれの回線ＡＭには、例えば直流モータ等の負荷ＬＭ（Ｍ＝１，２，３，…）が、開閉器または過電流遮断器ＣＢＭ（Ｍ＝１，２，３，…）を介して接続されている。なお、この実施形態では、回線ＡＭに負荷ＬＭが接続されている場合について説明するが、回線ＡＭに前述のような負荷が接続されていない場合もある。
【００１６】
この絶縁監視装置は、直流電源１の回路電圧Ｖにより回線ＡＭの正側電路ＳＰＭまたは負側電路ＳＮＭのいずれかの絶縁抵抗ＲＧＰＭ，ＲＧＮＭ（図２および図３参照）に電流ＩＧＰＭ，ＩＧＮＭを流すために直流電源１の正側（図中ではＰと表示）または負側（図中ではＮと表示）のいずれかに切り替えるスイッチ３を主回路２に設けると共に、スイッチ３の切り替えにより回線ＡＭの正側電路ＳＰＭまたは負側電路ＳＮＭの絶縁抵抗ＲＧＰＭ，ＲＧＮＭに流れる電流ＩＧＰＭ，ＩＧＮＭを検出する直流用零相変流器ＣＴＭを各回線ＡＭに設けた構成を具備する。
【００１７】
前述したスイッチ３は常時開の第一〜第四スイッチ３ａ〜３ｄで構成され、第一スイッチ３ａの一端が直流電源１の正側（図中ではＰと表示）に接続され、第二スイッチ３ｂと第四スイッチ３ｄの一端が直流電源１の負側（図中ではＮと表示）に接続され、第三スイッチ３ｃの一端が接地（図中ではＥと表示）接続されている。第一〜第四スイッチ３ａ〜３ｄの他端は制限抵抗Ｒを介してマルチプレクサ４に接続されている。このマルチプレクサ４には、各回線ＡＭの開閉器または過電流遮断器ＣＢＭの負荷側の正側電路ＳＰＭおよび負側電路ＳＮＭに取り付けられた零相変流器ＣＴＭが接続されている。このマルチプレクサ４の後段には、Ａ／Ｄ変換器５を介してＣＰＵ６が接続され、そのＣＰＵ６の出力側には表示器７が接続されている。
【００１８】
前述した第一〜第四スイッチ３ａ〜３ｄ、マルチプレクサ４、Ａ／Ｄ変換器５、ＣＰＵ６および表示器７を有する装置本体８が主回路２に接続され、また、その装置本体８に接続された零相変流器ＣＴＭは、リング状鉄心に巻線を装着した構造のもので、その鉄心内に回線ＡＭの正側電路ＳＰＭ（Ｍ＝１，２，３，…）と負側電路ＳＮＭ（Ｍ＝１，２，３，…）が貫挿されている。この零相変流器ＣＴＭには、本出願人が先に提案した直流地絡電流検出装置（例えば特開２０００−１８２５０３等参照）の変流器を使用することが可能である。
【００１９】
この実施形態の絶縁監視装置により、主回路２から分岐した回線ＡＭごとに絶縁抵抗を活線状態で測定するに際しては、回線ＡＭの正側電路ＳＰＭの絶縁抵抗ＲＧＰＭと負側電路ＳＮＭの絶縁抵抗ＲＧＮＭを測定する。以下、その測定時の絶縁監視装置の動作例を説明する。
【００２０】
まず、図２に示すように第一スイッチ３ａと第三スイッチ３ｃを閉成する。この第一スイッチ３ａを閉成することにより制限抵抗Ｒの一端を直流電源１の正側に接続し、第三スイッチ３ｃを閉成することにより制限抵抗Ｒの他端を接地接続する。これにより、直流電源１の回路電圧Ｖでもって直流電源１−第一スイッチ３ａ−制限抵抗Ｒ−第三スイッチ３ｃ−大地−回線ＡＭの負側電路ＳＮＭの絶縁抵抗ＲＧＮＭ−負側電路ＳＮＭ−直流電源１からなる経路で負側電路ＳＮＭの絶縁抵抗ＲＧＮＭに電流ＩＧＮＭが流れる。この絶縁抵抗ＲＧＮＭに流れる電流ＩＧＮＭは、直流電源１−回線ＡＭの正側電路ＳＰＭ−負荷ＬＭ−負側電路ＳＮＭ−直流電源１からなる経路で負側電路ＳＮＭに流れる電流ＩＭ＋ＩＧＮＭと、正側電路ＳＰＭに流れる電流ＩＭとの差電流である。
【００２１】
そこで、回線ＡＭの負側電路ＳＮＭの絶縁抵抗ＲＧＮＭに流れる電流ＩＧＮＭを直流用零相変流器ＣＴＭにより検出し、その直流用零相変流器ＣＴＭの検出出力、つまり、絶縁抵抗ＲＧＮＭに流れる電流ＩＧＮＭに基づいて負側電路ＳＮＭの絶縁抵抗ＲＧＮＭを測定する。ここで、絶縁抵抗ＲＧＮＭを測定するために回路電圧Ｖを測定する必要があるため、前述した絶縁抵抗ＲＧＮＭに流れる電流ＩＧＮＭの検出後、第一スイッチ３ａと第四スイッチ３ｄを閉成する。この第一スイッチ３ａを閉成することにより制限抵抗Ｒの一端を直流電源１の正側に接続し、第四スイッチ３ｄを閉成することにより制限抵抗Ｒの他端を直流電源１の負側に接続する。これにより、回路電圧Ｖを測定する。
【００２２】
このようにして零相変流器ＣＴＭで検出された電流ＩＧＮＭと、第一スイッチ３ａと第四スイッチ３ｄの閉成による回路電圧Ｖとをマルチプレクサ４に入力してＡ／Ｄ変換器５でデジタル変換した上で、ＣＰＵ６での演算処理により負側電路ＳＮＭの絶縁抵抗ＲＧＮＭを算出する。この絶縁抵抗ＲＧＮＭの測定値が表示器７により例えば液晶表示され、例えば電気設備技術基準で規定されている０．１ＭΩの規定値より小さければ、ランプまたはブザーによる警報を出力する。
【００２３】
次に、図３に示すように第二スイッチ３ｂと第三スイッチ３ｃを閉成する。この第二スイッチ３ｂを閉成することにより制限抵抗Ｒの一端を直流電源１の負側に接続し、第三スイッチ３ｃを閉成することにより制限抵抗Ｒの他端を接地接続する。これにより、直流電源１の回路電圧Ｖでもって直流電源１−回線ＡＭの正側電路ＳＰＭ−正側電路ＳＰＭの絶縁抵抗ＲＧＰＭ−大地−第三スイッチ３ｃ−制限抵抗Ｒ−第二スイッチ３ｂ−直流電源１からなる経路で正側電路ＳＰＭの絶縁抵抗ＲＧＰＭに電流ＩＧＰＭが流れる。この絶縁抵抗ＲＧＰＭに流れる電流ＩＧＰＭは、直流電源１−回線ＡＭの正側電路ＳＰＭ−負荷ＬＭ−負側電路ＳＮＭ−直流電源１からなる経路で正側電路ＳＰＭに流れる電流ＩＭ＋ＩＧＰＭと、負側電路ＳＮＭに流れる電流ＩＭとの差電流である。
【００２４】
そこで、回線ＡＭの正側電路ＳＰＭの絶縁抵抗ＲＧＰＭに流れる電流ＩＧＰＭを直流用零相変流器ＣＴＭにより検出し、その直流用零相変流器ＣＴＭの検出出力、つまり、絶縁抵抗ＲＧＰＭに流れる電流ＩＧＰＭに基づいて正側電路ＳＰＭの絶縁抵抗ＲＧＰＭを測定する。ここで、絶縁抵抗ＲＧＰＭを測定するために回路電圧Ｖを測定する必要があるため、前述した絶縁抵抗ＲＧＰＭに流れる電流ＩＧＰＭの検出後、第一スイッチ３ａと第四スイッチ３ｄを閉成する。この第一スイッチ３ａを閉成することにより制限抵抗Ｒの一端を直流電源１の正側に接続し、第四スイッチ３ｄを閉成することにより制限抵抗Ｒの他端を直流電源１の負側に接続する。これにより、回路電圧Ｖを測定する。
【００２５】
このようにして零相変流器ＣＴＭで検出された電流ＩＧＰＭと、第二スイッチ３ｂと第三スイッチ３ｃの閉成による回路電圧Ｖとをマルチプレクサ４に入力してＡ／Ｄ変換器５でデジタル変換した上で、ＣＰＵ６での演算処理により正側電路ＳＰＭの絶縁抵抗ＲＧＰＭを算出する。この絶縁抵抗ＲＧＰＭの測定値が表示器７により例えば液晶表示され、例えば電気設備技術基準で規定されている０．１ＭΩの規定値より小さければ、ランプまたはブザーによる警報を出力する。
【００２６】
この実施形態によれば、主回路２から分岐した回線ＡＭごとに絶縁抵抗ＲＧＰＭ，ＲＧＮＭを活線状態で測定することができ、しかも、正側電路ＳＰＭの絶縁抵抗ＲＧＰＭと負側電路ＳＮＭの絶縁抵抗ＲＧＮＭを個別に測定しているので、回線ＡＭが絶縁劣化状態にある場合、その回線ＡＭの正側電路ＳＰＭまたは負側電路ＳＮＭのいずれが絶縁劣化しているのかを判定することができるため、正側電路ＳＰＭまたは負側電路ＳＮＭのいずれかを交換するだけで済む。
【００２７】
前述したように回線ＡＭの正側電路ＳＰＭの絶縁抵抗ＲＧＰＭと負側電路ＳＮＭの絶縁抵抗ＲＧＮＭを個別に測定するには、各回線ＡＭに設けられた零相変流器ＣＴＭが、例えばオフセット誤差がない高精度を有する必要がある。このオフセット誤差を有する低精度の零相変流器ＣＴＭでは、直線性の出力特性を有するが、使用温度によりシフトして零点がずれる。前述したオフセット誤差とは、この零点からのずれ量という。
【００２８】
オフセット誤差がない高精度の零相変流器ＣＴＭであれば、直線性を有する出力特性における零点のずれがないので、正側電路ＳＰＭの絶縁抵抗ＲＧＰＭと負側電路ＳＮＭの絶縁抵抗ＲＧＮＭを個別に測定する場合、それら絶縁抵抗ＲＧＰＭ，ＲＧＮＭを正確に測定できるので問題はない。
【００２９】
これに対して、オフセット誤差を有する低精度の零相変流器ＣＴＭを使用する場合は、出力特性における零点のずれがあるので、正側電路ＳＰＭの絶縁抵抗ＲＧＰＭと負側電路ＳＮＭの絶縁抵抗ＲＧＮＭを個別に測定する場合には、それら絶縁抵抗ＲＧＰＭ，ＲＧＮＭを正確に測定することが困難となる。
【００３０】
例えば、回路電圧Ｖが１００Ｖの場合、絶縁抵抗ＲＧＰＭ，ＲＧＮＭが無限大であると、オフセット誤差がない高精度の零相変流器ＣＴＭで検出される電流ＩＧＰＭ，ＩＧＮＭは０Ａとなり、正側電路ＳＰＭの絶縁抵抗ＲＧＰＭと負側電路ＳＮＭの絶縁抵抗ＲＧＮＭを個別に測定する場合、それら絶縁抵抗ＲＧＰＭ，ＲＧＮＭが無限大であることを正確に測定することができる。
【００３１】
これに対して、例えば１ｍＡのオフセット誤差を有する零相変流器ＣＴＭを使用すると、その零相変流器ＣＴＭで検出される電流ＩＧＰＭ，ＩＧＮＭが１ｍＡとなるため、正側電路ＳＰＭの絶縁抵抗ＲＧＰＭと負側電路ＳＮＭの絶縁抵抗ＲＧＮＭを個別に測定する場合、それら絶縁抵抗ＲＧＰＭ，ＲＧＮＭが１００ｋΩ（１００Ｖ／１ｍＡ）となる。このように無限大であるべき絶縁抵抗ＲＧＰＭ，ＲＧＮＭが、零相変流器ＣＴＭにオフセット誤差があると、１００ｋΩとなって絶縁抵抗ＲＧＰＭ，ＲＧＮＭが無限大とならずに正確に測定することができない。
【００３２】
そこで、このようなオフセット誤差を有する低精度の零相変流器ＣＴＭを使用する場合には、その零相変流器ＣＴＭのオフセット誤差を補正するため、回線ＡＭの正側電路ＳＰＭの絶縁抵抗ＲＧＰＭと負側電路ＳＮＭの絶縁抵抗ＲＧＮＭの合成抵抗をＣＰＵ６で算出する。この合成抵抗を用いるのは以下の理由による。
【００３３】
正側電路ＳＰＭの絶縁抵抗ＲＧＰＭと負側電路ＳＮＭの絶縁抵抗ＲＧＮＭの合成抵抗をＲＧＭとすると、回路電圧Ｖ、正側電路ＳＰＭの絶縁抵抗ＲＧＰＭに流れる電流ＩＧＰＭ、負側電路ＳＮＭの絶縁抵抗ＲＧＮＭに流れる電流ＩＧＮＭから、絶縁抵抗ＲＧＰＭはＶ／ＩＧＰＭ、絶縁抵抗ＲＧＮＭは−Ｖ／ＩＧＮＭとなる。従って、合成抵抗ＲＧＭは、
【数１】
0003624190.tif 000002
で求められる。ここで、オフセット誤差△Ｉを有する低精度の零相変流器ＣＴＭを使用した場合、正側電路ＳＰＭの絶縁抵抗ＲＧＰＭに流れる電流ＩＧＰＭと、負側電路ＳＮＭの絶縁抵抗ＲＧＮＭに流れる電流ＩＧＮＭに前記オフセット誤差△Ｉが加算されることになるので、合成抵抗ＲＧＭは、
【数２】
0003624190.tif 000003
となる。このようにオフセット誤差△Ｉを有する場合の▲２▼式が、オフセット誤差△Ｉがない場合の前記▲１▼式と等しくなる。
【００３４】
例えば回路電圧Ｖが１００Ｖで、絶縁抵抗ＲＧＰＭ，ＲＧＮＭが無限大であれば、絶縁抵抗ＲＧＰＭ，ＲＧＮＭに流れる電流ＩＧＰＭ，ＩＧＮＭは０Ａであるが、例えば１ｍＡのオフセット誤差△Ｉを有する零相変流器ＣＴＭからの出力は、そのオフセット誤差△Ｉにより１ｍＡとなるが、ＣＰＵ６の演算処理により算出される合成抵抗ＲＧＭは、前記▲２▼式から、無限大となる。
【００３５】
前述のように正側電路ＳＰＭの絶縁抵抗ＲＧＰＭと負側電路ＳＮＭの絶縁抵抗ＲＧＮＭの合成抵抗ＲＧＭを求めれば、正側電路ＳＰＭの絶縁抵抗ＲＧＰＭに流れる電流ＩＧＰＭに付加されたオフセット誤差△Ｉと、負側電路ＳＮＭの絶縁抵抗ＲＧＮＭに流れる電流ＩＧＮＭに付加されたオフセット誤差△Ｉが相殺され、零相変流器ＣＴＭのオフセット誤差△Ｉがあっても、正確な絶縁抵抗を得ることができる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、主回路に設けられたスイッチの切り替えにより、各回線の正側電路または負側電路の絶縁抵抗に流れる電流を直流用零相変流器により検出し、その絶縁抵抗に流れる電流に基づいて正側電路または負側電路の絶縁抵抗を個別に測定可能としたことによって、主回路から分岐した複数の回線ごとに絶縁抵抗を活線状態で測定することができる。しかも、回線が絶縁劣化状態にある場合、その回線の正側電路または負側電路のいずれが絶縁劣化しているのかを判定することができる。
【００３７】
さらに、直流用零相変流器のオフセット誤差を補正する演算処理により回線の絶縁抵抗を算出可能としたことにより、回線に設けられた直流用零相変流器がその温度特性によりオフセット誤差を有する場合でも、そのオフセット誤差を正側電路と負側電路の絶縁抵抗測定で相殺することができて正確な絶縁抵抗測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る直流用絶縁監視装置の実施形態を示す回路図である。
【図２】本発明の実施形態で、各回線の負側電路の絶縁抵抗を測定する場合の動作説明をするための回路図である。
【図３】本発明の実施形態で、各回線の正側電路の絶縁抵抗を測定する場合の動作説明をするための回路図である。
【図４】主回路から分岐した複数の回線を備えた直流回路を示す回路図である。
【符号の説明】
１  電源
２  主回路
３  スイッチ
ＡＭ  回線
ＣＴＭ  直流用零相変流器
ＳＰＭ  正側電路
ＳＮＭ  負側電路
ＲＧＰＭ，ＲＧＮＭ  絶縁抵抗
ＩＧＰＭ，ＩＧＮＭ  絶縁抵抗に流れる電流
【図１】
0003624190.tif 000004
【図２】
0003624190.tif 000005
【図３】
0003624190.tif 000006
【図４】
0003624190.tif 000007