(57)【要約】【課題】直列成分ｒ＋ｃが存在する場合であっても送電線とグランドとの間の抵抗成分Ｒを高精度に求めることが可能な絶縁監視装置及び絶縁抵抗の演算方法を提供する。【解決手段】送電線１１ｂとグランドとを接続する接地線１１ｃに角周波数ω1の第１電圧監視信号を重畳し、この第１電圧監視信号により接地線１１ｃに流れる電流の有効成分、無効成分を検出する。また、接地線１１ｃに角周波数ω2の第２電圧監視信号を重畳し、この第２電圧監視信号により接地線１１ｃに流れる電流の有効成分、無効成分を検出する。そして、各有効成分、無効成分に基づいて、送電線１１ａ、１１ｂ間の絶縁抵抗Ｒを演算する。この手法を用いることにより、抵抗ｒの影響を受けることなく絶縁抵抗Ｒを求めることができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電力を送電する送電線の絶縁状態を監視する絶縁監視装置において、
前記送電線の接地線に、第１周波数の第１絶縁監視信号、及び第２周波数の第２絶縁監視信号を重畳する絶縁監視信号重畳手段と、
前記接地線に流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段で検出される前記第１絶縁監視信号を含む信号、及び前記第２絶縁監視信号を含む信号を検出する検出手段と、
前記電流検出手段で検出された電流の前記第１周波数成分についての有効成分、無効成分、及び前記第２周波数成分についての有効成分、無効成分を求め、各有効成分及び無効成分に基づいて、前記送電線の絶縁抵抗を求める絶縁抵抗演算手段と、
を有することを特徴とする絶縁監視装置。
【請求項２】
前記絶縁抵抗演算手段は、前記送電線と接地線との間のインピーダンスを、抵抗成分Ｒ、静電容量成分Ｃ0、及び抵抗ｒと静電容量ｃの直列成分ｒ＋ｃの等価回路とし、この等価回路の前記抵抗成分Ｒを絶縁抵抗として求めることを特徴とする請求項１に記載の絶縁監視装置。
【請求項３】
前記絶縁監視信号重畳手段は、所定時間で切り替えて前記第１周波数、第２周波数を重畳することを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の絶縁監視装置。
【請求項４】
交流電力を送電する送電線の絶縁抵抗を求める絶縁抵抗演算方法において、
前記送電線とグランドとを接続する接地線に第１周波数の第１電圧監視信号を重畳し、この第１周波数成分についての有効成分、無効成分を検出する工程と、
前記接地線に第２周波数の第２電圧監視信号を重畳し、この第２周波数成分についての有効成分、無効成分を検出する工程と、
前記各周波数成分の有効成分、無効成分に基づいて、前記送電線の絶縁抵抗を演算する工程と、
を備えることを特徴とする絶縁抵抗の演算方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電力を送電する送電線の絶縁状態を監視する絶縁監視装置、及び絶縁抵抗の演算方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、交流電力を送電する送電線では、絶縁状態が劣化すると漏電が発生する場合があるので、これを防止するために絶縁監視装置を設置し、絶縁抵抗が低下した場合には警報等を発することにより、いち早く作業者に通知する方式が採用されている。
【０００３】
このような絶縁監視装置として、例えば、特開２００５−１８１１４８号公報（特許文献１）に記載されたものが知られている。該特許文献１では、接地線に商用周波数（５０Ｈｚ、６０Ｈｚ等）とは異なる周波数の絶縁監視用電圧を重畳し、接地線に流れる電流の有効成分を検出することにより送電線とグランドとの間に生じる抵抗、即ち絶縁抵抗を求め、この絶縁抵抗が予め設定した閾値を下回った場合に、絶縁不良であるものと判断して警報等により作業者に通知するようにしている。
【０００４】
また、特許文献１では、送電線とグランドとの間に抵抗成分Ｒと静電容量成分Ｃ0が存在するものと仮定しており、接地線に流れる電流の有効成分は、全て抵抗成分Ｒを介して流れる電流と見なして、この抵抗成分Ｒ、即ち絶縁抵抗を求めている。
【０００５】
ところで、昨今においては、例えば太陽電池で発電された電力を送電線で送電する場合等には、送電線とグランドとの間に上述した抵抗成分Ｒ、静電容量成分Ｃ0に加えて、抵抗と静電容量とを直列に接続した成分（これを「直列成分ｒ＋ｃ」とする）が存在する場合がある。即ち、図２の等価回路に示すように、送電線とグランドとの間には、抵抗成分Ｒ、静電容量成分Ｃ0、及び直列成分ｒ＋ｃが存在することになる。
【０００６】
ここで、直列成分ｒ＋ｃは漏電に寄与しないので、存在しても大きな問題とならない。しかしながら、上述した特許文献１に記載された方法を用いて送電線とグランドとの間の絶縁抵抗を測定すると、接地線に流れる電流の有効成分として抵抗成分Ｒ以外に、直列成分ｒ＋ｃに含まれる抵抗ｒによる成分が含まれてしまい、抵抗成分Ｒのみを分離して求めることができなくなってしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−１８１１４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したように、送電線とグランドとの間に抵抗とコンデンサとを直列に接続した成分（直列成分ｒ＋ｃ）が存在する場合には、接地線に流れる電流の有効成分を求める際に、直列成分ｒ＋ｃに含まれる抵抗ｒの成分の影響を受けるので、抵抗成分Ｒのみを取り出して測定することが難しくなるという問題が発生し、より高精度に抵抗成分Ｒを検出したいという要望が高まりつつあった。
【０００９】
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、直列成分ｒ＋ｃが存在する場合であっても送電線とグランドとの間の絶縁抵抗（抵抗成分Ｒ）を高精度に求めることが可能な絶縁監視装置及び絶縁抵抗の演算方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本願請求項１に記載の絶縁監視装置は、交流電力を送電する送電線の絶縁状態を監視する絶縁監視装置（１００）において、前記送電線の接地線（１１ｃ）に、第１周波数の第１絶縁監視信号、及び第２周波数の第２絶縁監視信号を重畳する絶縁監視信号重畳手段（１２）と、前記接地線に流れる電流を検出する電流検出手段（１３）と、前記電流検出手段で検出される前記第１絶縁監視信号を含む信号、及び前記第２絶縁監視信号を含む信号を検出する検出手段（１４）と、前記電流検出手段で検出された電流の前記第１周波数成分についての有効成分、無効成分、及び前記第２周波数成分についての有効成分、無効成分を求め、各有効成分及び無効成分に基づいて、前記送電線の絶縁抵抗を求める絶縁抵抗演算手段（１５）と、を有することを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、前記絶縁抵抗演算手段は、前記送電線と接地線との間のインピーダンスを、抵抗成分Ｒ、静電容量成分Ｃ0、及び抵抗ｒと静電容量ｃの直列成分ｒ＋ｃの等価回路とし、この等価回路の前記抵抗成分Ｒを絶縁抵抗として求めることを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、前記絶縁監視信号重畳手段は、所定時間で切り替えて前記第１周波数、第２周波数を重畳することを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載の絶縁抵抗演算方法は、交流電力を送電する送電線の絶縁抵抗を求める絶縁抵抗演算方法において、前記送電線とグランドとを接続する接地線に第１周波数の第１電圧監視信号を重畳し、この第１周波数成分についての有効成分、無効成分を検出する工程と、前記接地線に第２周波数の第２電圧監視信号を重畳し、この第２周波数成分についての有効成分、無効成分を検出する工程と、前記各周波数成分の有効成分、無効成分に基づいて、前記送電線の絶縁抵抗を演算する工程と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１、４の発明では、接地線に互いに周波数の異なる第１絶縁監視信号（角周波数ω1）と第２絶縁監視信号（角周波数ω2）を重畳し、各絶縁監視信号により接地線に流れる電流を検出し、これらの有効成分、及び無効成分に基づいて、送電線の絶縁抵抗を算出する。この場合、それぞれの角周波数毎に方程式が得られるので、これらの方程式に基づいて、送電線とグランドとの間の絶縁抵抗Ｒを求めることができる。このため、送電線とグランドとの間にコンデンサと抵抗との直列成分が存在する場合であっても、この成分を除去した絶縁抵抗Ｒを精度良く求めることができる。
【００１５】
請求項２の発明では、送電線と接地線との間のインピーダンスを、抵抗成分Ｒ、静電容量成分Ｃ0、及び抵抗ｒと静電容量ｃの直列成分ｒ＋ｃの等価回路とし、この等価回路の中の抵抗成分Ｒを絶縁抵抗として求めるので、直列成分に含まれる抵抗ｒの成分の影響を受けずに、絶縁抵抗Ｒを精度良く求めることができる。
【００１６】
請求項３の発明では、絶縁監視信号重畳手段は、所定時間で切り替えて第１周波数、及び第２周波数を接地線に重畳するので、それぞれの周波数の絶縁監視信号を重畳するために、２つの絶縁監視信号重畳手段を設置する必要がなく、回路構成を簡素化し、装置の省スペース化、及びコストダウンを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係る絶縁監視装置及び電力送電回路の構成を示すブロック図である。
【図２】送電線とグランドとの間に存在するインピーダンスの等価回路を示す図である。
【図３】時分割で第１及び第２の絶縁監視信号を接地線に重畳する際の、タイミングチャートである。
【図４】本発明の変形例に係る絶縁監視装置及び電力送電回路の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る絶縁監視装置１００、及びこの絶縁監視装置が１００が接続される電力送電回路の構成を示すブロック図である。図１に示すように、電力送電回路は、例えば交流６６００Ｖを交流２００Ｖの電圧に降圧するトランスＴＲ１を備えており、該トランスＴＲ１の二次側巻き線には２本の送電線１１ａ、１１ｂが接続され、該送電線１１ａ、１１ｂは負荷１７に接続されている。また、送電線１１ｂは接地線１１ｃを介してグランドに接地されている。
【００１９】
送電線１１ａとグランドとの間には、抵抗成分Ｒ、静電容量成分Ｃ0が存在し、更に、抵抗ｒと静電容量ｃの直列成分「ｒ＋ｃ」が存在するので、図１ではこれらを等価回路で示している。また、送電線１１ｂは接地線１１ｃに接続されているので、該接地線１１ｃには零相電流が流れることになる。但し、漏電等が発生していない通常時にはこの零相電流はゼロであるので、接地線１１ｃには電流は流れない。
【００２０】
接地線１１ｃには、該接地線１１ｃに絶縁抵抗測定用の電圧信号（以下、絶縁監視信号という）を重畳するための絶縁監視電圧発生器（絶縁監視信号重畳手段）１２が設けられており、該絶縁監視電圧発生器１２により、予め設定した周波数の電圧信号（例えば、０．５Ｖ）を接地線１１ｃに重畳することができる。なお、絶縁監視電圧発生器１２は、図示省略の発振器に接続され、該発振器より出力されるパルス信号から所望の角周波数の電圧信号を生成して接地線１１ｃに重畳する。
【００２１】
本実施形態では、周波数ｆ1（例えば、１２．５［Ｈｚ］）の第１絶縁監視信号、及び周波数ｆ2（例えば、２０．０［Ｈｚ］）の第２絶縁監視信号の、２種類の周波数の絶縁監視信号を接地線１１ｃに重畳する。この際、絶縁監視電圧発生器は１２は、時分割（例えば、６〜１０秒周期）で第１絶縁監視信号、及び第２絶縁監視信号を切り替えて接地線１１ｃに重畳する。即ち、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、所定の周期Ｔ１で第１絶縁監視信号と第２絶縁監視信号とを切り替えて出力する。また、後述する変形例にて示すように、２つの絶縁監視電圧発生器１２ａ，１２ｂを設け、各絶縁監視電圧発生器１２ａ，１２ｂにより第１絶縁監視信号、及び第２絶縁監視信号を同時に発生して、接地線１１ｃに重畳するようにしても良い。
【００２２】
なお、上述した周波数ｆ1に２πを乗じた「２πｆ1」が後述する第１の角周波数ω1であり、周波数ｆ2に２πを乗じた「２πｆ2」が後述する第２の角周波数ω2となる。また、各検出信号の周波数ｆ1、ｆ2は、５０［Ｈｚ］、６０［Ｈｚ］といった商用周波数以外の周波数に設定すれば良く、上述した１２．５［Ｈｚ］、２０．０［Ｈｚ］に限定されない。
【００２３】
また、接地線１１ｃには、該接地線１１ｃに流れる零相電流を検出するための零相変流器１３（「ＺＣＴ」ともいう）が設けられ、該零相変流器１３により接地線１１ｃに流れる零相電流が検出される。該零相変流器１３は、フィルタ１４を介して演算器（絶縁抵抗演算手段）１５に接続され、該演算器１５により後述する演算手法で送電線１１ａ、１１ｂ間に存在する抵抗成分Ｒを算出する。
【００２４】
フィルタ１４は、零相変流器１３で検出される零相電流から、第１及び第２の絶縁監視信号に起因して発生する電流を分離して取り出し、演算器１５に出力する。また、演算器１５は警報器１６に接続されており、該警報器１６は、演算器１５で求められる絶縁抵抗が予め設定した閾値を下回った場合に、警報信号を出力する等により作業者に報知する。
【００２５】
そして、本実施形態に係る絶縁監視装置１００では、絶縁監視電圧発生器１２より、２種類の異なる周波数の電圧信号をそれぞれ時分割で接地線１１ｃに重畳し、接地線１１ｃに流れる電流の有効成分と無効成分を検出し、これらの検出結果に基づいて、送電線１１ａとグランドとの間の抵抗成分Ｒを演算により求める。
【００２６】
以下、具体的な演算方法について説明する。図１に示したように、送電線１１ａとグランドとの間に存在する抵抗成分Ｒ、静電容量成分Ｃ0、及び抵抗ｒと静電容量ｃの直列成分ｒ＋ｃを等価回路で示すと、図２に示すようになる。そして、直列成分ｒ＋ｃに流れる電流をＩ（これを経路ｐ１とする）、抵抗成分Ｒに流れる電流をＩg0（これを経路ｐ２とする）、静電容量成分Ｃ0に流れる電流をＩc0（これを経路ｐ３とする）とすると、各経路ｐ１〜ｐ３に流れる電流Ｉ、Ｉg0、Ｉc0は、次の（１）〜（３）式で示すことができる。
【数１】
2011220788.tif 000003
Ｉg0＝Ｖ／Ｒ    …（２）
Ｉc0＝Ｖ（ｊωＣ0）    …（３）
【００２７】
上記の（１）〜（３）式により、各経路ｐ１〜ｐ３の合計の電流の有効成分Ｉgは、（１）式の右辺第１項と（２）式を加算すれば良いので、次の（４）式となる。
【数２】
2011220788.tif 000004
【００２８】
また、各経路ｐ１〜ｐ３の合計の電流の無効成分Ｉcは、（１）式の右辺第２項と（３）式を加算すれば良いので、次の（５）式となる。
【数３】
2011220788.tif 000005
【００２９】
そして、接地線１１ｃに重畳する電圧監視信号の角周波数ωを第１の角周波数ω1とした場合、及び第２の角周波数ω2とした場合の、有効成分Ｉg1、Ｉg2、及び無効成分Ｉc1、Ｉc2は、次の（６）〜（９）式となる。
【数４】
2011220788.tif 000006
【００３０】
ここで、次のように、Ｘ、Ｙ、ｘ、ｙを設定する。
Ｘ＝Ｉg1−Ｉg0
Ｙ＝Ｉg2−Ｉg0
ｘ＝Ｉc1−Ｖω1Ｃ0
ｙ＝Ｉc2−Ｖω2Ｃ0
【００３１】
更に、下記（１０）式のように決める。
Ｘ／ｘ＝ω1ｋ、Ｙ／ｙ＝ω2ｋ、ｃｒ＝ｋ    …（１０）
すると、次の（１１）、（１２）式が成立する。
【数５】
2011220788.tif 000007
【００３２】
更に、上記（１１）、（１２）式より、次の（１３）式が得られる。
【数６】
2011220788.tif 000008
【００３３】
（１３）式に前述した（１０）式を代入すると、次の（１４）式が得られる。
【数７】
2011220788.tif 000009
【００３４】
更に、（１０）式に基づき次の（１５）式が得られる。
【数８】
2011220788.tif 000010
【００３５】
また、下記のようにα、β、γ、ｑを決めると、上記の（１４）、（１５）から、以下に示す（１６）式が得られる。
α＝ω12ω22（Ｉg1−Ｉg2）
β＝ω1ω2（ω2Ｉc1−ω1Ｉc2）
γ＝ω22Ｉg1−ω12Ｉg2
ｑ＝（ω22−ω12）Ｉg0
【数９】
2011220788.tif 000011
【００３６】
上記（１６）式よりｑを求めると、ｑ＝γ、或いはｑ＝γ＋（β2／α）となる。そして、ｑ＝γの場合には、下記の（１７）、（１８）式が成立する。これを解１とする。
【数１０】
2011220788.tif 000012
【００３７】
また、ｑ＝γ＋（β2／α）の場合には、下記の（１９）、（２０）式が成立する。これを解２とする。
【数１１】
2011220788.tif 000013
【００３８】
ここで、上記の解１は、ｃｒ＜＜１と見なせる場合に用いることができ、演算負荷の増大を望まない場合に採用するのが好適である。また、上記の解２は、ｃｒの大きさに関係なく用いることができる。但し、解２を採用する場合には、２つの角周波数ω1、ω2のそれぞれについて求められる電流Ｉg、Ｉcの双方の測定精度が大きく影響するので、高い検出精度が得られる場合には解２を用いることが良く、高い検出精度が得られないと判断される場合には解１を用いるのが良い。
【００３９】
こうして、（１７）、（１８）式、或いは（１９）、（２０）式を用いて、抵抗成分Ｒ、及び抵抗成分Ｒに流れる電流Ｉg0を演算により求めることができる。この抵抗成分Ｒは、抵抗と静電容量の直列成分ｒ＋ｃに起因する抵抗ｒの影響を受けないので、図２に示した抵抗成分Ｒとなる。
【００４０】
そして、図１に示した警報器１６では、上記の解１または解２のいずれかの演算により求められる抵抗成分Ｒに基づき、送電線１１ａ、１１ｂ間の絶縁抵抗が低くなり絶縁不良となった場合に、警報を発して絶縁抵抗が劣化していることを作業者に通知する。
【００４１】
このようにして、本実施形態に係る絶縁監視装置では、絶縁監視電圧発生器１２より、周波数の異なる２種類の絶縁監視信号を重畳し、各絶縁監視信号により接地線１１ｃに流れる電流を検出し、検出した電流の有効成分、及び無効成分に基づいて、抵抗成分Ｒを算出している。従って、送電線１１ａと送電線１１ｂ（グランド）との間に抵抗ｒと静電容量ｃとの直列成分ｒ＋ｃが存在する場合であっても、この抵抗ｒの影響を受けることなく、送電線１１ａ、１１ｂ間の絶縁抵抗である抵抗成分Ｒを求めることができる。
【００４２】
また、絶縁監視電圧発生器１２は、第１の角周波数ω1の第１の絶縁監視信号と、第２の角周波数ω2の第２の絶縁監視信号の双方を所定時間毎に切り替えて、接地線１１ｃに重畳するので、絶縁監視電圧発生器１２を複数個設ける必要がなく、回路構成を簡素化することができる。
【００４３】
次に、上述した実施形態の変形例について説明する。図４は、変形例に係る絶縁監視装置の構成を示す回路図である。
【００４４】
図４は、上述した実施形態の変形例に係る絶縁監視装置１００ａ、及びこの絶縁監視装置が１００ａが接続される電力送電回路の構成を示すブロック図である。図４に示す絶縁監視装置１００ａは、図１に示した絶縁監視装置１００と比較して、接地線１１ｃに、２つの絶縁監視電圧発生器、即ち、第１絶縁監視電圧発生器１２ａと第２絶縁監視電圧発生器１２ｂが接続されている点で相違する。
【００４５】
そして、この変形例では、第１絶縁監視電圧発生器１２ａにより、第１の角周波数ω1の絶縁監視信号を接地線１１ｃに重畳し、更に、第２絶縁監視電圧発生器１２ｂにより、第２の角周波数ω2の絶縁監視信号を接地線１１ｃに重畳する。そして、各絶縁監視電圧発生器１２ａ，１２ｂにより重畳された絶縁監視信号により流れる電流は、それぞれ零相変流器１３にて検出され、フィルタ１４を介して演算器１５に送信される。そして、上記の演算により絶縁抵抗Ｒを算出することができる。
【００４６】
このように、変形例に係る絶縁監視装置１００ａでは、第１絶縁監視電圧発生器１２ａ、及び第２絶縁監視電圧発生器１２ｂを設け、第１の角周波数ω1、及び第２の角周波数ω2の絶縁監視信号を同時に接地線１１ｃに重畳することができるので、時間差のないデータに基づいて絶縁抵抗Ｒを求めることができ、絶縁抵抗Ｒの測定精度を向上させることができる。
【００４７】
以上、本発明の絶縁監視装置及び絶縁抵抗の演算方法を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は同様の機能を有する任意の構成のものに置き換えることができる。
【００４８】
例えば、上述した実施形態では、周波数ｆ1を１２．５［Ｈｚ］とし、周波数ｆ2を２０．０［Ｈｚ］とする例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。また、２つの周波数ｆ1とｆ2の差が大きいほど、静電容量成分Ｃ0による影響が大きくなるので、高精度な検出が可能となり、周波数が低すぎると大きな電力が必要となるので、これらを考慮して２つの周波数を決定することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、送電線の絶縁抵抗を高精度に検出することに利用することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１１ａ  送電線
１１ｂ  送電線
１１ｃ  接地線
１２    絶縁監視電圧発生器
１３    零相変流器
１４    フィルタ
１５    演算器
ＴＲ１  トランス
１００  絶縁監視装置
【図１】
2011220788.tif 000014
【図２】
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【図３】
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【図４】
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