(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電路の漏洩電流信号を電圧信号として検出する漏洩電流検出手段と、前記電路の電圧信号を検出する電圧信号検出手段と、前記漏洩電流が電圧信号に変換された周波数信号を入力し基本波成分のみを出力するバンドパスフィルタと、前記電圧信号検出手段が検出した電路の電圧信号に同期して前記基本波成分の中心周波数を制御する周波数信号を出力するとともに前記漏洩電流に含まれるキャパシタンス成分の位相と逆位相の波形を生成する位相器を含むＰＬＬ回路と、前記位相器からの出力に基づいて前記基本波成分に含まれるキャパシタンス成分を除去するキャパシタンス成分除去手段と、からなり、前記漏洩電流信号に含まれる抵抗成分と前記電圧信号検出手段で検出した電圧に基づいて絶縁抵抗を求めることを特徴とする絶縁抵抗測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、漏洩電流計を用いて電路の保守点検を行う装置に関し、更に詳しくは電路の電圧信号と漏洩電流信号のみを利用して電路の絶縁抵抗を測定できるようにした絶縁抵抗測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電路の保守点検として、電路の絶縁診断が多く行われる。電路の絶縁診断は電路の電源を切断し、絶縁抵抗計でその電路の抵抗値を計る方法が一般的である。しかし、最近は
（ａ）産業の発展と共に一般家庭でもコンピュータ，或いはタイマー等が使用されるようになっており、電源を切るとこれらの電子機器がリセットされてしまう。
（ｂ）留守家庭が多く、点検時に電源を切って試験をする了解が得られない。
等の理由により、やたらに電源を切れない状況にある。
【０００３】
そこで、従来より電路の電源を切断することなく，即ち活線の状態で電路の絶縁抵抗を測定することの出来る活線絶縁抵抗計が開発され、発売されてきた。しかし、活線絶縁抵抗計は高価であるうえに、電路においては電源のオンとオフとでは電路の条件が異なる為、電源を切断して測定した抵抗と活線絶縁抵抗計を用いて測定した抵抗とではその値が異なり、その結果、活線絶縁抵抗計での測定値は公には認知されていない状況にある。
【０００４】
その為、電路を漏洩して流れる，いわゆる漏洩電流の値を電路の絶縁抵抗と見做し、図２で示す如くクランプ式漏洩電流計Ａで電路Ｂをクランプすることにより電路を流れる漏洩電流Ｉｏを検出し、その漏洩電流Ｉｏより絶縁抵抗を求める方法がこれも非公式ではあるが行われてきた。このようなクランプ式の漏洩電流計は活線絶縁抵抗計に比較して遙に簡単な構成で、安価に得られるものである。なお、クランプ式漏洩電流計Ａは、鉄心にコイルが巻回され電路Ｂをクランプする変流器Ａ１部分と、変流器Ａ１の出力を計測する測定器Ａ２部分とよりなっている。Ｒｌは負荷抵抗である。
【０００５】
しかし、このようなクランプ式漏洩電流計Ａでの測定は絶縁抵抗のチェックに過ぎず、正確な絶縁抵抗の測定にはならない。それは、一般に電路Ｂには静電容量があり、その為図２に示す如く機器又は電路の絶縁抵抗Ｒｚに流れる漏洩電流成分Ｉｚと、電路容量によるリアクタンスＸｃに流れる電流Ｉｃ成分とがあり、クランプ式漏洩電流計Ａで電路Ｂをクランプすると、電路の漏洩電流Ｉｏ，即ちＩｚに加えて電路容量による電流Ｉｃも検出するからである。従って、電路Ｂの絶縁抵抗Ｒｚを正確に測定するには、容量による電流ＩｃをＩｚより分離し、Ｉｚ成分のみを測定する必要がある。
【０００６】
ＩｃをＩｚより分離する１つの手段として、電力を測定し、その有効電力より絶縁抵抗Ｒｚを求める方法が知られている。そのブロック図を図３に示す。図において、１は図２に示す電路Ｂの電圧Ｖと電流Ｉが入力される入力回路、２はＶとＩを掛け算して電力Ｗを求める演算回路、３は演算回路２の出力を平滑するフイルター、４はフイルターの出力をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器、５はＡ／Ｄ変換器４の出力値を表示する表示器である。
【０００７】
このような構成の電力計において、演算回路２より得られる電力Ｗは
Ｗ＝ＶＩＣＯＳθ                                        …（１）
となる。（１）式において、ＣＯＳθ（θはＶとＩの位相角）は力率、Ｗは有効電力を示す。有効電力Ｗと電圧Ｖ及び電流Ｉはこの電力計回路で求められるので、演算回路２よりそのＷとＶ及びＩを元にして力率ＣＯＳθが求められる。従って、図２において電路Ｂを流れ、クランプ電流計Ａでその電路をクランプすることにより得られる漏洩電流をＩｏとすると、
Ｉｚ＝ＩｏＣＯＳθ                                      …（２）
となり、これより絶縁抵抗Ｒｚを流れる漏洩電流Ｉｚを求めることができる。よって、この電流Ｉｚを絶縁抵抗の値に換算すれば、電路の絶縁抵抗Ｒｚを求めるることができる。
しかし、この方法では図２に示すクランプ式漏洩電流計Ａに図３の電力を測定する手段を付加しなければならず、構成が複雑で高価になり、簡易型の絶縁抵抗計として実用的ではない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は電圧信号入力端子を有するクランプ式の漏洩電流計に簡単な手段を付加することにより、漏洩電流の表示と共に、この漏洩電流を元にして電路の絶縁抵抗を測定することのできる絶縁抵抗測定装置を提供することを課題としたものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電路の漏洩電流信号を電圧信号として検出する漏洩電流検出手段と、前記電路の電圧信号を検出する電圧信号検出手段と、前記漏洩電流が電圧信号に変換された周波数信号を入力し基本波成分のみを出力するバンドパスフィルタと、前記電圧信号検出手段が検出した電路の電圧信号に同期して前記基本波成分の中心周波数を制御する周波数信号を出力するとともに前記漏洩電流に含まれるキャパシタンス成分の位相と逆位相の波形を生成する位相器を含むＰＬＬ回路と、前記位相器からの出力に基づいて前記基本波成分に含まれるキャパシタンス成分を除去するキャパシタンス成分除去手段と、からなり、前記漏洩電流信号に含まれる抵抗成分と前記電圧信号検出手段で検出した電圧に基づいて絶縁抵抗を求めることを特徴とするものである。
以下、図面により本発明を説明する。
【００１０】
図１は本発明に係わる絶縁抵抗測定装置の実施の形態を示す図である。
図において、１０は電路（図示せず）をクランプするクランプ式変流器（図２でＡ１として示す）であり、クランプした電路を流れる漏洩電流Ｉ０を検出する。１１は変流器１０の出力を電圧信号として検出する抵抗素子、１２は抵抗素子１１により検出された電圧信号の高調波成分を取り除き基本波成分のみを出力するバンドパスフィルタ（ＢＰＦ１）、１３はバンドパスフィルタ（ＢＰＦ１）１２の出力を一方の端子に入力する減算器（ＤＤ）である。
【００１１】
尚、この減算器（ＤＤ）１３はバンドパスフィルタ（ＢＰＦ１）１２を通過した基本成分のうち、容量成分により位相が９０度進んだ電流成分を除去（キャンセル）するためのもので、他方の端子には同レベル，同位相の信号が入力されるが、この減算器（ＤＤ）１３を加算器として同レベル，逆位相の信号を入力してもよい。
【００１２】
１４は図２に示す電路Ｂの電圧Ｖが加えられる電圧入力端子、１５はその電圧を分圧する分圧器（ＡＴＴ）で、この分圧器（ＡＴＴ）１５により得られる電圧信号（例えば１００Ｖ入力では０．１〜１Ｖ程度に分圧する…測定しようとするライン電圧の大きさと測定器の電源電圧により任意の値に決定する）Ｖａは波形整形器（ＣＯＭＰ）１６で電路電圧Ｖと同相の方形波ｆに変換される。
【００１３】
１７は電圧制御発信器（ＶＣＯ）１８，分周期（ＣＯＵＮＴ）１９，移相器（ＰＳ）２０からなるＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ  ｌｏｃｋｅｄ  ｌｏｏｐ）回路で、このＰＬＬ回路に入力した方形波ｆは例えば１００倍（バンドパスフィルタの種類により異なる）の周波数信号ｆ１００となる。この周波数信号ｆ１００はバンドパスフィルタ（ＢＰＦ１）１２，２１（ＢＰＦ２）の中心周波数を制御する。
【００１４】
これらのバンドパスフィルタ（ＢＰＦ１）１２，２１（ＢＰＦ２）は例えばスイッチドキャパシタフィルタになっており、中心周波数の１００倍の外部クロック周波数により中心周波数を制御する方式となっている。また、バンドパスフィルタの中心周波数において入力信号と出力信号の位相差は０°になるように調整してある。尚バンドパスフィルタ１２，２１は例えばボルテージコントロールフィルタやデジタルフイルタでも良いが、その場合回路が複雑になる。
【００１５】
ＰＬＬ回路１７は方形波信号ｆと移相器（ＰＳ）２０の出力ｆ０の位相差を零にするように構成されている。移相器（ＰＳ）２０はディジタル回路により出力信号ｆ０と位相が９０度ずれたｆ９０の信号を発生し、この位相の異なった信号ｆ０，ｆ９０は位相検波器２２（ＰＤ０），２３（ＰＤ９０）に入力され参照信号となる。
【００１６】
クランプ式変流器１０で検出されたキャパシタンス成分はバンドパスフィルタ（ＢＰＦ１）１２，減算器（ＤＤ）１３を通り位相検波器（ＰＤ９０）２３により位相検波され、ローパスフィルタ２５（ＬＰＦ２）により検出される。この検出された信号は誤差増幅器（ＡＭＰ）２６により零Ｖと比較され増幅される。増幅された信号は掛算器（ＭＵＬＴ）２７に入力される。尚、減算器（ＤＤ）１３，位相検波器（ＰＤ９０）２３，ローパスフィルタ（ＬＰＦ２）２５，誤差増幅器２６，掛算器（ＭＵＬＴ）２７で構成される閉ループはローパスフィルタ２５（ＬＰＦ２）の出力が零になるように機能する回路であり、誤差増幅器２６の増幅率はこの閉ループゲインをどの程度にするかにより決定する（２０ｄＢ〜６０ｄＢ程度）。
【００１７】
一方バンドパスフィルタ（ＢＰＦ２）２１に出力される移相器（ＰＳ）２０からの信号ｆ９０は掛算器（ＭＵＬＴ）２７で分圧されて減算器１３の他方の入力端子に入力する。これにより減算器（ＤＤ）１３の出力信号にはキャパシタンス成分がなくなり抵抗成分のみとなる（漏洩電流の成分ＩＺとＩＣを比較すると一般にはＩＣはＩＺよりはるかに大きな値であり、位相検波器（ＰＤ０）２２の性能に大きな影響を与えて誤差を発生させる要因となる。従って、キャパシタンス成分Ｉｃを減算器（ＤＤ）１３で除去した後、位相検波器（ＰＤ０）２２に入力する）。この抵抗成分の信号は電路の電圧Ｖと同相の出力信号ｆ０の参照信号により位相検波器（ＰＤ０）２２で検波され、ローパスフィルタ（ＬＰＦ１）２４により直流信号Ｅ０に変換される。
【００１８】
従って抵抗成分Ｅ０は絶縁抵抗に逆比例した信号となり、電路の電圧Ｖａと演算することにより正確な絶縁抵抗（ＲＺ）を得ることができる。
即ち、絶縁抵抗ＲＺ＝｛Ｖａ×（１／分圧比）｝／Ｅ０＝Ｖ／ＩＲ
Ｅ０＝ＩＲ（ｍＡ）なので、
ＲＺ＝Ｖ／ＩＲ
なお、電路の周波数が例えば５０⇔６０Ｈｚと変わった場合や常に変動（±０．２％程度）している電路の周波数の場合、単なるバンドパスフィルタでは中心周波数を切り替える必要があるが、本発明ではＰＬＬ回路が電路の周波数に素早く同期してスイッチドキャパシタフィルタの中心周波数を電路の周波数に自動的に合わせるのでいかなる操作も必要としない。
【００１９】
また、測定対象の電圧が１００→２００Ｖに変わった場合の絶縁抵抗（ＲＺ）は、
ＲＺ＝Ｖ（１００）／ＩＲ  →２Ｖ（１００）／ＩＲ
となり、ＩＲが同じなら２倍の絶縁抵抗となる。
なお、ＰＬＬ回路の分周比を変更すればバンドパスフィルタの中心周波数が変わるので基本波，２次高調波，３次高調波の信号を測定することができるので、高調波電流計としても使用することができる。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、電路の漏洩電流信号を電圧信号として検出する漏洩電流検出手段と、前記電路の電圧信号を検出する電圧信号検出手段と、前記漏洩電流が電圧信号に変換された周波数信号を入力し基本波成分のみを出力するバンドパスフィルタと、前記電圧信号検出手段が検出した電路の電圧信号に同期して前記基本波成分の中心周波数を制御する周波数信号を出力するとともに前記漏洩電流に含まれるキャパシタンス成分の位相と逆位相の波形を生成する位相器を含むＰＬＬ回路と、前記位相器からの出力に基づいて前記基本波成分に含まれるキャパシタンス成分を除去するキャパシタンス成分除去手段と、からなり、前記漏洩電流信号に含まれる抵抗成分と前記電圧信号検出手段で検出した電圧に基づいて絶縁抵抗を求めるようにした、その結果、従来５０〜１５０万円程度の活線メガーに対して１０〜２０万円程度の安価な絶縁抵抗測定装置を実現することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる絶縁抵抗測定装置の実施の形態を示した構成図である。
【図２】本発明装置の動作を説明する為の漏洩電流計の構成を示す図である。
【図３】力率を求める為の電力計の回路構成図である。
【符号の説明】
１０  クランプ式変流器
１１  抵抗素子
１２，２１  バンドパスフィルタ
１３  減算器
１４  電圧入力端子
１５  分圧器
１６  波形整形器
１７  フェーズロックドループ回路
１８  電圧制御発信器
１９  分周器
２０  移相器
２２、２３  位相検波器
２４、２５  ローパスフィルタ
２６  誤差増幅器
２７  掛算器
【図１】
0003545886.tif 000002
【図２】
0003545886.tif 000003
【図３】
0003545886.tif 000004