(57)【要約】【課題】  変圧器の出力側に接続された電路の絶縁状態を監視するための絶縁監視信号を、効率よく生成することができるようにする。【解決手段】  コンパレータ３４で生成されたパルス信号のレベルに応じて、第１のＭＯＳＦＥＴ３５ａと、第２のＭＯＳＦＥＴ３５ｂのスイッチング動作を制御し、第１のＭＯＳＦＥＴ３５ａがオンしているときには、直流電源ＶDDに基づくパルスを出力するとともに、第２のＭＯＳＦＥＴ３５ｂがオンしているときには、直流電源ＶSSに基づくパルスを出力して、前記パルス信号を増幅することにより、前記パルス信号を増幅する際に生じる損失を可及的に防止することができるようにして、大電力の絶縁監視信号を効率よく生成することができるようにする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用周波数と異なる周波数を有する信号を、絶縁監視信号として、変圧器の第２種接地線に注入する注入回路と、
前記注入回路により前記第２種接地線に注入された絶縁監視信号を含む信号を前記第２種接地線から検出する検出回路と、
前記検出回路により検出された信号から前記絶縁監視信号を抽出する抽出回路と、
前記注入回路により前記第２種接地線に注入された絶縁監視信号の電圧の位相を９０°進める位相シフト回路と、
前記位相シフト回路により位相が９０°進められた電圧に基づいて、前記抽出回路で抽出された絶縁監視信号の無効分を求め、求めた絶縁監視信号の無効分をパルス信号に変換する演算回路と、
前記演算回路により変換されたパルス信号のレベルに応じて、前記位相シフト回路により位相が９０°進められた電圧を正転出力及び反転出力する抑圧信号生成回路と、
前記抑圧信号生成回路により正転出力及び反転出力された電圧に基づく電流信号を抑圧信号として、前記検出回路に出力するインピーダンス回路とを有することを特徴とする絶縁監視装置。
【請求項２】
前記第２種接地線と、大地との間の電圧から、前記注入回路により前記第２種接地線に注入された絶縁監視信号の電圧を抽出する第２の抽出回路を有し、
前記位相シフト回路は、前記第２の抽出回路により抽出された前記絶縁監視信号の電圧の位相を９０°進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】
前記位相シフト回路により位相が９０°進められた電圧を増幅する増幅回路と、
前記増幅回路により増幅された電圧と、所定の信号とを比較し、比較した結果に応じたパルス信号を生成する比較回路とを有し、
前記演算回路は、前記比較回路により生成されたパルス信号に基づいて、前記抽出回路で抽出された絶縁監視信号の無効分を求めることを特徴とする請求項１又は２に記載の絶縁監視装置。
【請求項４】
前記演算回路は、前記位相シフト回路により位相が９０°進められた電圧を基準として、前記抽出回路で抽出された絶縁監視信号と、所定の周波数の信号とを乗算して、前記抽出回路で抽出された絶縁監視信号の無効分を求めることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の絶縁監視装置。
【請求項５】
前記抑圧信号生成回路は、前記演算回路により変換されたパルス信号のレベルに応じて、前記位相シフト回路により位相が９０°進められた電圧、及びグランド電位のうちの何れかを選択するスイッチ素子と、
前記スイッチ素子により、位相が９０°進められた電圧が選択されると、前記位相が９０°進められた電圧を出力し、前記スイッチ素子により、グランド電位が選択されると、前記位相が９０°進められた電圧を反転出力する出力回路とを有することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の絶縁監視装置。
【請求項６】
前記検出回路は、前記注入回路により前記第２種接地線に注入された絶縁監視信号を含む信号を前記第２種接地線から検出する２次巻線と、
前記抑圧信号を入力する３次巻線と、
前記２次巻線と、前記３次巻線とが巻き回されたコアとを有することを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の絶縁監視装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁監視装置に関し、特に、変圧器の出力側に接続された電路の対地絶縁抵抗を活線状態で監視するために用いて好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
送配電線により送電された高圧の電力を、受電変圧器で低圧にして負荷（例えば、工場や一般家庭）に供給することが一般的に行われている。このような場合、前記受電変圧器と前記負荷とを接続する電路における漏電をいち早く検出し、漏電事故等を未然に防止することが極めて重要である。
【０００３】
このため、従来から、前記のような受電変圧器には、絶縁監視装置を設けるようにしている。かかる絶縁監視装置の従来の構成を図９に示す（例えば、特許文献１を参照）。
図９において、絶縁監視装置は、分周器１１０と、増幅回路１１１と、注入用変成器１１２と、零相変成器１１３と、増幅回路１１４と、フィルタ１１５と、Ａ／Ｄ変換器１１６と、ＣＰＵ１１７と、Ｄ／Ａ変換器１１８と、乗算器１１９と、加算器１２０と、抵抗Ｒと、コンデンサＣとを有している。
【０００４】
なお、図９において、受電変圧器１２１の出力側の第１の電路１２２と、大地との間には、第２種接地線１２３が接続されている。また、受電変圧器１２１の出力側の第１の電路１２２と第２の電路１２４には、負荷１２５が接続されている。
【０００５】
分周器１１０は、商用周波数とは異なる周波数を有する低周波の信号を生成する。
増幅回路１１１は、分周器１１０で生成された低周波の信号を増幅する。
注入用変成器１１２の２次巻線１１２ａは、増幅回路１１１で増幅された低周波の信号を絶縁監視信号として第２種接地線１２３に注入する。これにより、第２の電路１２４と、大地と、第２種接地線１２３と、第１の電路１２２とを還流する漏電電流に、前記絶縁監視信号が重畳される。
【０００６】
零相変成器１１３は、前記絶縁監視信号が重畳された漏電電流を検出する。
増幅回路１１４は、零相変成器１１３で検出された漏電電流を増幅する。
フィルタ１１５は、増幅回路１１４で増幅された漏電電流から、前記絶縁監視信号を抽出する。
Ａ／Ｄ変換器１１６は、フィルタ１１５で抽出された絶縁監視信号をデジタル信号に変換する。
ＣＰＵ１１７は、第２種接地線１２３に注入した絶縁監視信号の位相０°、位相１８０°位相９０°、及び位相２７０°のタイミングで、フィルタ１１５で抽出された絶縁監視信号を検出することにより、前記絶縁監視信号の絶縁抵抗相当成分及び浮遊容量相当成分を検出する。
【０００７】
Ｄ／Ａ変換器１１８ａは、ＣＰＵ１１７で検出された前記絶縁監視信号の絶縁抵抗相当成分をアナログ信号に変換する。また、Ｄ／Ａ変換器１１８ｂは、ＣＰＵ１１７で検出された前記絶縁監視信号の浮遊容量相当成分をアナログ信号に変換する。
乗算器１１９ａは、Ｄ／Ａ変換器１１８ａでアナログ信号に変換された前記絶縁監視信号の絶縁抵抗相当成分に対して、注入用変成器１１２の３次巻線１１２ｂで検出された基準電圧を乗算処理する。また、乗算器１１９ｂは、Ｄ／Ａ変換器１１８ｂでアナログ信号に変換された前記絶縁監視信号の浮遊容量相当成分に対して、注入用変成器１１２の３次巻線１１２ｂで検出された基準電圧を乗算処理する。
加算器１２０は、抵抗Ｒにより抵抗分電流に変換された前記絶縁監視信号の絶縁抵抗相当成分と、コンデンサＣにより容量性電流に変換された前記絶縁監視信号の浮遊容量相当成分とを加算する。加算器１２０で加算された電流は、抑圧信号電流として、零相変成器１１３の一次側に供給される。
このようにして抑圧信号電流が零相変成器１１３に供給されると、第２種接地線１２３に注入された絶縁監視信号の絶縁抵抗成分（対地絶縁抵抗Ｒ0に基づく成分）と、浮遊容量成分（浮遊容量Ｃ0に基づく成分）とが抑圧される。そして、ＣＰＵ１１７は、前記絶縁抵抗相当成分を零とするのに要した抑圧量を、対地絶縁抵抗Ｒ0として検出する。
【０００８】
以上のように、従来の技術では、第２種接地線１２３に注入された絶縁監視信号の絶縁抵抗成分（対地絶縁抵抗Ｒ0に基づく成分）と、浮遊容量成分（浮遊容量Ｃ0に基づく成分）とを抑圧するための抑圧信号を生成して、対地絶縁抵抗Ｒ0を監視するようにしていた。
【０００９】
【特許文献１】特許第３０４３２７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、前記のような絶縁監視装置においては、第２種接地線１２３に注入された絶縁監視信号の有効分（対地絶縁抵抗Ｒ0に基づく成分）のみを抽出できれば、対地絶縁抵抗Ｒ0（又は対地絶縁抵抗Ｒ0に流れる電流）を正確に求めることができる。したがって、絶縁監視信号の無効分（浮遊容量Ｃ0に基づく成分）のみを抑圧することができればよい。
しかしながら、前述した特許文献１が提案された当時の技術では、絶縁監視信号の無効分のみを抑圧しようとすると、対地絶縁抵抗Ｒ0を正確に監視することが困難であった。
そこで、前述したように、特許文献１に記載されている技術では、絶縁監視信号の有効分と無効分の両方を抑圧するようにしていた。
このように、従来から、絶縁監視信号の無効分のみを容易に且つ確実に抑圧する技術が望まれていた。
また、前述した特許文献１に記載されている技術では、非常に高価であり且つ入手が困難な乗算器を使用して抑圧信号を生成している。したがって、前述した特許文献１に記載されている技術では、絶縁抵抗を監視するための装置が高価になってしまっていた。
【００１１】
本発明は、前記のような課題に鑑みてなされたものであり、変圧器の出力側に接続された電路の絶縁状態を監視するために、変圧器の第２種接地線に注入された絶縁監視信号の無効分を、容易に且つ確実に抑圧することができるようにすることを第１の目的とする。
また、前記絶縁監視信号の無効分を安価な装置で抑圧することができるようにすることを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
かかる目的と達成するため、本発明は、商用周波数と異なる周波数を有する信号を、絶縁監視信号として、変圧器の第２種接地線に注入する注入回路と、前記注入回路により前記第２種接地線に注入された絶縁監視信号を含む信号を前記第２種接地線から検出する検出回路と、前記検出回路により検出された信号から前記絶縁監視信号を抽出する抽出回路と、前記注入回路により前記第２種接地線に注入された絶縁監視信号の電圧の位相を９０°進める位相シフト回路と、前記位相シフト回路により位相が９０°進められた絶縁監視信号の電圧に基づいて、前記抽出回路で抽出された絶縁監視信号の無効分を求め、求めた絶縁監視信号の無効分をパルス信号に変換する演算回路と、前記演算回路により変換されたパルス信号のレベルに応じて、前記位相シフト回路により位相が９０°進められた電圧を正転出力及び反転出力する抑圧信号生成回路と、前記抑圧信号生成回路により正転出力及び反転出力された電圧に基づく電流信号を抑圧信号として、前記検出回路に出力するインピーダンス回路とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、変圧器の第２種接地線に注入した絶縁監視信号の電圧の位相を９０°進め、位相を９０°進めた電圧に基づいて、前記第２種接地線から抽出した絶縁監視信号の無効分を求め、求めた絶縁監視信号の無効分をパルス信号に変換し、そのパルス信号のレベルに応じて、前記位相を９０°進めた電圧を正転出力及び反転出力し、正転出力及び反転出力した電圧に基づく電流信号を抑圧信号として、前記第２種接地線に注入した絶縁監視信号を含む信号を検出する検出回路に出力するようにしたので、前記位相を９０°進めた電圧を正転出力して得られた抑圧信号を前記検出回路に出力すると、無効分が抑圧された絶縁監視信号を前記検出回路で検出することが可能になる一方、位相を９０°進めた電圧を反転出力して得られた抑圧信号を前記検出回路に出力すると、無効分が増大された絶縁監視信号を前記検出回路で検出することが可能になる。すなわち、前記パルス信号のデューティを制御することにより、前記絶縁監視信号の無効分の抑圧量を制御することが可能になる。したがって、前記絶縁監視信号の無効分を、容易に且つ確実に抑圧することができる。
また、従来のように乗算器を使用しなくても前記絶縁監視信号の無効分を、容易に且つ確実に抑圧することができるので、前記絶縁監視信号の無効分を安価な装置で抑圧することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、図面を参照しながら、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態における絶縁監視装置の概略構成の一例を示したブロック図である。
図１において、対地絶縁抵抗Ｒ0と対地浮遊容量Ｃ0との合成インピーダンスである対地インピーダンスＺ0を有する受電変圧器１の出力側には、負荷２が接続されている。また、受電変圧器１の出力側の第１の電路３は、第２種接地線４を介して接地されている。また、受電変圧器１、受電変圧器１の出力側の第２の電路５、大地、第２種接地線４、及び受電変圧器１の出力側の第１の電路３により形成される経路には、対地インピーダンスＺ0に基づく漏電電流が還流している。
【００１５】
（絶縁監視装置の概略構成）
本実施形態の絶縁監視装置１０は、信号発生回路２０と、増幅回路３０と、保護回路４０と、注入用変成器５０と、抑圧回路６０と、零相変成器７０と、フィルタ８０と、演算装置９０とを有している。
信号発生回路２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭから構成されるマイクロコンピュータなどを備えた演算装置９０で生成された所定周波数のクロックを分周して、商用周波数（５０Ｈｚ／６０Ｈｚ）と異なる周波数、好ましくは前記商標周波数よりも低周波（例えば２０Ｈｚ）の信号を生成するためのものである。
【００１６】
増幅回路３０は、信号発生回路２０で生成された信号を増幅するためのものである。
保護回路４０は、受電変圧器１の出力側の第２の電路５が地絡するなどして、第２種接地線４に流れている漏洩電流が増大した場合（地絡電流が流れた場合）に、前記増大した漏洩電流に基づく電力によって、増幅回路３０や信号発生回路２０が破損してしまうことを防止するためのものである。
【００１７】
注入用変成器５０は、前記増幅回路３０で増幅された信号を、絶縁監視信号として、第２種接地線４に注入するためのものである。これにより、前記漏洩電流に絶縁監視信号が重畳される。
抑圧回路６０は、前記絶縁監視信号の無効分を抑圧するための抑圧信号を生成するためのものである。
【００１８】
零相変成器７０は、２次巻線７１と、３次巻線７２とを有している。
３次巻線７２には、抑圧回路６０で生成された抑圧信号が入力される。
２次巻線７１は、前記絶縁監視信号が重畳された漏洩電流を、第２種接地線４から検出するためのものである。２次巻線７１で検出された漏電電流に重畳されている絶縁監視信号による電流は、３次巻線７２に入力された前記抑圧信号の作用によって、無効分が抑圧されたものになる。
【００１９】
フィルタ８０は、２次巻線７１で検出された漏洩電流から、前記絶縁監視信号による電流を分離して抽出するためのものである。なお、前記絶縁監視信号の電流は、微小であるので、増幅するようにするのが好ましい。また、以下の説明では、前記絶縁監視信号による電流を、絶縁監視電流信号と表す。
演算装置９０は、フィルタ８０で抽出された絶縁監視電流信号を入力し、抑圧回路６０で前記抑圧信号を生成させるための処理を行うとともに、第２の電路５における絶縁状態を監視するための処理を行う。具体的な処理の内容については後述する。
【００２０】
（増幅回路の構成）
次に、増幅回路３０の構成について説明する。図２は、増幅回路３０の概略構成の一例を示したブロック図である。
図２において、増幅回路３０は、加算器３１と、積分器３２と、三角波発生器３３と、コンパレータ（比較器）３４と、増幅器３５と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）３６、３７とを有している。
加算器３１は、信号発生回路２０で生成された信号と、増幅回路３０から出力された信号とを加算するためのものである。なお、増幅回路３０から出力された信号は、ローパスフィルタ３７で高周波成分が除去されて、加算器３１に入力される。
【００２１】
積分器３２は、グランド電位が入力される正相入力端子と、加算器３１で加算された絶縁監視信号が入力される逆相入力端子とを有する演算増幅器と、前記演算増幅器の逆相入力端子及び前記演算増幅器の出力端子の間に接続されたコンデンサとを有し、加算器３１で加算された信号を積分するためのものである。
このように、加算器３１と、積分器３２は、誤差増幅器３８として動作する。
【００２２】
三角波発生器３３は、三角波信号を発生させるためのものである。三角波発生器３３は、例えば、演算装置９０からの指示に基づいて動作する。
【００２３】
コンパレータ３４は、三角波発生器３３で発生された三角波信号と、積分器３２で積分された信号とを比較して、前記積分器で積分された信号を変調し、パルス信号を生成する。
具体例に説明すると、コンパレータ３４は、積分器３２で積分された信号ＩＳと、三角波発生器３３で発生された三角波信号ＴＳとを比較する（図３（ａ）、（ｂ）を参照）。そして、積分器３２で積分された信号ＩＳのレベル（値）よりも三角波信号ＴＳのレベル（値）の方が大きい点では、ハイレベル（高電圧）のパルスを発生する。一方、積分器３２で積分された信号ＩＳの値よりも三角波ＴＳの値の方が小さい点では、ローレベル（低電圧）のパルスを発生する（図３（ｃ）を参照）。これにより、積分器３２で積分された信号ＩＳのレベル情報がパルス幅という時間情報に変換される。
なお、積分器３２で積分された信号ＩＳのレベル情報がパルス幅という時間情報に変換するようにしていれば、必ずしも前述した方法でパルスを発生させる必要はない。
【００２４】
増幅器３５は、第１のＭＯＳＦＥＴ（電界効果トランジスタ）３５ａと、第２のＭＯＳＦＥＴ３５ｂと、駆動部（駆動回路）３５ｃとを有している。
第１のＭＯＳＦＥＴ３５ａのドレインには、直流電源ＶDDが供給され、第２のＭＯＳＦＥＴ３５ｂのソースには、直流電源ＶSSが供給される。また、第１のＭＯＳＦＥＴ３５ａのソースと、第２のＭＯＳＦＥＴ３５ｂのドレインとが相互に接続されている。なお、本実施形態では、直流電源ＶDDの電圧値と、直流電源ＶSSの電圧値との関係を、以下の（１式）のようにしている。
ＶDD＝−ＶSS、ＶDD＞ＶSS・・・（１式）
【００２５】
駆動部３５ｃは、コンパレータ３４により生成されたパルス信号のレベル（値）に応じて、第１のＭＯＳＦＥＴ（電界効果トランジスタ）３５ａのゲート、又は第２のＭＯＳＦＥＴ３５ｂのゲートを駆動する。
具体的に説明すると、駆動部３５ｃは、コンパレータ３４により生成されたパルス信号が、ハイレベル（高電圧）であるときには、第１のＭＯＳＦＥＴ３５ａのゲートにゲート駆動信号を送信する。これにより、第１のパワーＭＯＳＦＥＴ３５ａが閉動作（オン）し、直流電源ＶDDに基づくパルス信号が発生する。
【００２６】
一方、コンパレータ３４により生成されたパルス信号が、ローレベル（低電圧）であるときには、第２のＭＯＳＦＥＴ３５ｂのゲートにゲート駆動信号を送信する。これにより、第２のパワーＭＯＳＦＥＴ３５ｂが閉動作（オン）し、直流電源ＶSSに基づくパルス信号が発生する。
このようにして、直流電源ＶDDに基づくパルスと、直流電源ＶSSに基づくパルスとを交互に発生させて、コンパレータ３４により生成されたパルス信号を増幅する。
【００２７】
以上のような機能を実現するために、駆動部３５ｃは、デットタイム生成回路と、レベルシフタと、第１及び第２のゲートドライバとを有している。
前記デットタイム生成回路は、第１のＭＯＳＦＥＴ３５ａと第２のＭＯＳＦＥＴ３５ｂとが同時に閉動作（オン）するのを防止するために、コンパレータ３４により生成されたパルス信号にデットタイムを形成するためのものである。
前記レベルシフタは、前記デットタイム生成回路によりデットタイムが形成されたパルス信号における前記ハイレベルの値を、第１のＭＯＳＦＥＴ３５ａが駆動できる値に昇圧するためのものである。
前記第１のゲートドライバは、前記レベルシフタにより昇圧されたパルス信号に基づいて、第１のＭＯＳＦＥＴ３５ａのゲートを駆動させるためのものである。
前記第２のゲートドライバは、前記デットタイム生成回路によりデットタイムが形成されたパルス信号に基づいて、第２のＭＯＳＦＥＴ３５ｂのゲートを駆動させるためのものである。
【００２８】
ローパスフィルタ３６は、増幅器３５で増幅されたパルス信号に含まれる高周波成分を除去し、低周波成分のみを通過させるためのものである。例えば、図４（ａ）に示すようなパルス信号ＳＳは、ローパスフィルタ３６を通過することにより、図４（ｂ）に示すようなアナログの絶縁監視信号ＦＳとなる。
【００２９】
（保護回路の構成）
次に、保護回路４０の構成について説明する。図５は、増幅回路４０の概略構成の一例を示したブロック図である。
図５において、保護回路４０は、トライアック４１と、電流検出回路４２と、電圧検出回路４３と、リレー４４と、ヒューズ４５とを有している。
【００３０】
受電変圧器１の出力側の第２の電路５が地絡するなどして、第２種接地線４に流れている漏洩電流が増大した場合（地絡電流が発生した場合）、増幅回路３０で増幅されたパルス信号に基づく電力よりも、第２種接地線４に流れている漏洩電流に基づく電力の方が大きくなる。そうすると、前記漏電電流に基づく電力が、第２種接地線４から注入用変成器５０を介して絶縁監視装置１０に注入されることになる。保護回路４０は、このような場合に増幅回路３０や信号発生回路２０を保護するための動作を行う。以下にその動作の具体例を説明する。
【００３１】
まず、前記漏電電流に基づく電力が、第２種接地線４から注入用変成器５０を介して保護回路４０に注入され、保護回路４０に流れ込む電流（増幅回路３０の出力端の電圧）が所定の値にまで増大すると、トライアック４１は、閉動作する。これにより、増幅回路３０の出力端が短絡される。そうすると、注入用変成器５０と、リレー４４と、トライアック４１とにより形成される閉路に前記電流が流れ、増幅回路３０に大電流が流入することが防止される。
【００３２】
このようにして増幅回路３０の出力端が短絡され、注入用変成器５０と、リレー４４と、トライアック４１とにより形成される閉路に、所定の値の電流が流れたことを電流検出回路４３が検出すると、リレー４４の駆動部４４ａは、スイッチ部４４ｂを開動作させる。これにより、増幅回路３０と注入用変成器５０とが電気的に遮断される。そうすると、増幅回路３０の出力端が短絡されているか否かにかかわらず、増幅回路３０に大電流が流入することが防止される。
【００３３】
このようにして増幅回路３０と注入用変成器５０とが電気的に遮断されると、トライアック４１は、開動作する。これにより、増幅回路３０の出力端の短絡部が切断される。
その後、受電変圧器１の出力側の第２の電路５における地絡事故が復旧し、注入用変成器５０の巻線間に生じている電圧が所定の値より低くなったことを電圧検出回路４３が検出すると、リレー４４の駆動部４４ａは、スイッチ部４４ｂを閉動作させる。これにより、増幅回路３０と注入用変成器５０とが電気的に接続される。
【００３４】
ヒューズ４５は、第２種接地線４から注入用変成器５０を介して注入された電力によって、トライアック４１が破損してしまうほどの大きな電流が流れた場合に、増幅回路３０と注入用変成器５０とを電気的に遮断するためのものである。したがって、トライアック４１が破損してしまうことが防止されるように、ヒューズ４５の定格とトライアック４１の定格を決定するようにする。
【００３５】
（抑圧回路の構成）
次に、抑圧回路６０の構成について説明する。図６は、抑圧回路６０の概略構成の一例を示したブロック図である。
図６において、抑圧回路６０は、フィルタ６１と、シフタ６２と、増幅器６３と、コンパレータ６４と、抑圧信号注入回路６５とを有している。
【００３６】
フィルタ６１は、第２種接地線４と大地との間の電圧から、注入用変成器５０により注入された絶縁監視信号による電圧を分離して抽出するためのものである。なお、以下の説明では、前記絶縁監視信号による電圧を、絶縁監視電圧信号と表す。また、この絶縁監視信号電圧は、比較的大きな値を有するため、フィルタ６１の回路構成を単純化することができる。これにより、分離した絶縁監視電圧信号の位相が、分離前の位相とずれてしまうことを可及的に防止することができる。
【００３７】
シフタ６２は、フィルタ６１で抽出された絶縁監視電圧信号の位相を９０°進ませるためのものである。
増幅器６３は、シフタ６２で位相が９０°進められた絶縁監視電圧信号を、所定の大きさに増幅するためのものである。
コンパレータ（比較器）６４は、増幅器６３で増幅された絶縁監視電圧信号をパルス信号に変換するためのものである。具体的に説明すると、例えば、コンパレータ６４は、増幅器６３で増幅された絶縁監視電圧信号のレベルと、所定の信号のレベルとを、これらの信号の位相を合わせて比較することによって、パルス信号を生成する。これにより、絶縁監視電圧信号のレベル情報が、パルス幅という時間情報に変換される。
【００３８】
抑圧信号生成回路６５は、増幅器６３で増幅された絶縁監視電圧信号と、演算装置９０で生成されたパルス信号とを入力し、入力した信号に基づいて、前記抑圧信号を生成し、零相変成器７０の３次巻線７２に出力するためのものである。
【００３９】
ここで、演算装置９０により前記パルス信号を生成する際の処理について説明する。
まず、演算装置９０は、フィルタ８０で分離された絶縁監視電流信号を入力する。なお、この絶縁監視電流信号は、デジタル信号に変換されてから演算装置９０に入力される。
また、演算装置９０は、増幅器６３で増幅された絶縁監視電圧信号を入力する。前述したように、この絶縁監視電圧信号は、シフタ６２で９０°位相が進められている。
【００４０】
そして、演算装置９０は、前記絶縁監視電流信号と、予め設定してある所定の周波数（例えば２０Ｈｚ）の信号とを、前記絶縁監視電圧信号を基準として乗算して、前記絶縁監視電流信号の有効分と無効分とを抽出する。このように、前記絶縁監視電流信号と、前記予め設定してある所定の周波数の信号とを乗算するタイミングを、前記絶縁監視電圧信号を基準として決定することにより、前記絶縁監視電流信号と、前記予め設定してある所定の周波数の信号とを、可及的に位相差がない状態で乗算することができる。
【００４１】
例えば、前記絶縁監視電流信号と、前記予め設定してある所定の周波数の信号とが、ともにｓｉｎ波形である場合、これらを位相差がない状態で乗算すると、乗算した信号の直流分が前記絶縁監視電流信号の有効分となる。この絶縁監視電流信号の有効分を用いて、対地絶縁抵抗Ｒ0に流れる電流が求まる。また、この絶縁監視電流信号の有効分から、前記絶縁監視電流信号の無効分が求まる。
【００４２】
演算装置９０は、このようにして求めた絶縁監視電流信号の無効分が０（ゼロ）になるように、前記絶縁監視電流信号の無効分に応じたパルス幅（デューティ）を有するパルス信号を生成して、抑圧信号生成回路６５に出力する。
なお、前述したようにして求めた絶縁監視電流信号の無効分を記録媒体に記録しておくようにするのが好ましい。このようにすれば、今回求めた絶縁監視電流信号の無効分の方が、前回求めた絶縁監視電流信号の無効分よりも大きくなっている場合には、パルスを発生させるタイミングを前回と逆転させることができる（すなわち、前回生成したパルス信号に対し、オンデューティとオフデューティとを逆転させたパルス信号を生成することができる）。これにより、零相変成器７０の２次巻線７１と３次巻線の巻き順（極性）にかかわらず、絶縁監視電流信号の無効分が抑圧されるようなパルス信号を生成することができる。
【００４３】
ここで、抑圧信号生成回路６５の具体的な構成について説明する。
図６に示すように、抑圧信号生成回路６５は、スイッチ素子６５ａを含むスイッチ回路と、演算増幅器６５ｂ、６５ｃと、抵抗値ｒを有する抵抗６５ｄ〜６５ｆと、前記抵抗値ｒの２倍の抵抗値２ｒを有する抵抗６５ｇ、６５ｈとを有している。
スイッチ素子６５ａは、前述したようにして演算装置９０により生成されたパルス信号に基づいて、増幅器６３で増幅された絶縁監視電圧信号と、グランド電位との何れかを選択して入力するためのものである。具体的に説明すると、演算装置９０により生成されたパルス信号がハイレベルのときは、増幅器６３で増幅された絶縁監視電圧信号を入力し、ローレベルのときは、グランド電位を入力する。
【００４４】
演算増幅器６５ｃは、スイッチ素子６５ａの動作により、増幅器６３で増幅された絶縁監視電圧信号が入力された場合、その絶縁監視電圧信号の値を出力する。例えば、増幅器６３で増幅された絶縁監視電圧信号が１Ｖの場合、演算増幅器６５ｂは、１Ｖを出力する。
また、演算増幅器６５ｃは、スイッチ素子６５ａの動作により、グランド電位が入力された場合、前記絶縁監視電圧信号の値を正負逆にして出力する。例えば、増幅器６３で増幅された絶縁監視電圧信号が１Ｖの場合、演算増幅器６５ｂは、−１Ｖを出力する。
【００４５】
このように、抑圧信号生成回路６５は、増幅器６３で増幅された絶縁監視電圧信号が入力された場合には、その絶縁監視電圧信号を正転（非反転）出力する。一方、グランド電位が入力された場合には、その絶縁監視電圧信号を反転出力する。
そして、抑圧信号生成回路６５より出力された電圧信号に基づく電流信号が、抵抗６６を介して、前記抑圧信号として零相変成器７０の３次巻線７２に出力される。
【００４６】
以上のような動作を実現するために、スイッチ素子６５ａと、演算増幅器６５ｂの逆相入力端子との間には、抵抗６５ｄが接続される。演算増幅器６５ｂの正相入力端子にはグランド電位が接続される。演算増幅器６５ｂの出力端子と、逆相入力端子との間には、抵抗６５ｅが接続される。演算増幅器６５ｂの出力端子と、演算増幅器６５ｃの逆相入力端子との間には、抵抗６５ｆが接続される。演算増幅器６５ｃの逆相入力端子と、スイッチ素子６５ａとの間には、抵抗６５ｇが接続される。演算増幅器６５ｃの正相入力端子には大地（グランド電位）が接続される。演算増幅器６５ｃの出力端子と、逆相入力端子との間には、抵抗６５ｈが接続される。
【００４７】
（総括）
以上のように本実施形態では、シフタ６２により位相が９０°進められた絶縁監視電圧信号を基準として、前記絶縁監視電流信号と、予め設定してある所定の信号とを乗算して、前記絶縁監視電流信号の無効分を抽出し、抽出した前記絶縁監視電流信号の無効分に応じたパルス幅を有するパルス信号を生成し、生成したパルス信号がハイレベルのときは、位相が９０°進められた絶縁監視電圧信号を正転出力する一方、前記生成したパルス信号がローレベルのときは、位相が９０°進められた絶縁監視電圧信号を反転出力し、これら正転出力または反転出力された信号を、抵抗６６を介して、前記抑圧信号として零相変成器７０の３次巻線７２に出力するようにした。
これにより、例えば、位相が９０°進められた絶縁監視電圧信号を正転出力して得られた抑圧信号を３次巻線７２に流すと、無効分が抑圧された絶縁監視信号が２次巻線７１で検出される。一方、位相が９０°進められた絶縁監視電圧信号を反転出力して得られた抑圧信号を３次巻線７２に流すと、無効分が増大された絶縁監視電流信号が２次巻線７１で検出される。そして、このようにして検出された絶縁監視電流信号は、フィルタ８０で平均化されて、演算装置９０に出力される。
以上のことから、スイッチ素子６５ａを駆動するために生成されるパルス信号のハイレベルの時間とローレベルの時間とを制御することにより（すなわち、パルス信号のデューティを制御することにより）、前記絶縁監視信号の無効分の抑圧量を制御することができる。例えば、図７に示すように、前記ハイレベルの時間をローレベルの時間よりも長くして抑圧信号を生成すれば、前記絶縁監視信号の無効分を抑圧することができる（図７を参照）。また、図８に示すように、前記ハイレベルの時間とローレベルの時間とを同じにして抑圧信号を生成すれば、前記絶縁監視信号の無効分の抑圧量を０（ゼロ）にすることができ。
したがって、高価な部品を使用することなく、前記絶縁監視信号の無効分のみを抑圧することができる。これにより、前記絶縁監視信号の有効分を容易に抽出することができるようになり、受電変圧器１の出力側の第２の電路５における絶縁状態を確実に検出（監視）することができる。
【００４８】
また、本実施形態では、コンパレータ３４で生成されたパルス信号のレベルに応じて、第１のＭＯＳＦＥＴ３５ａと、第２のＭＯＳＦＥＴ３５ｂのスイッチング動作を制御し、第１のＭＯＳＦＥＴ３５ａがオンしているときには、直流電源ＶDDに基づくパルスを出力するとともに、第２のＭＯＳＦＥＴ３５ｂがオンしているときには、直流電源ＶSSに基づくパルスを出力して、前記パルス信号を増幅するようにしたので、前記パルス信号を増幅する際に生じる損失を可及的に防止することができる。これにより、前記パルス信号を効率よく増幅することができ、大電力の絶縁監視信号を効率よく生成することができる。
したがって、前述した分割型のコアにより構成された注入用変成器で生じる損失を考慮して、大電力の絶縁監視信号を生成しなければならない場合であっても、絶縁監視装置１０を可及的に小型化することができる。
また、加算器３１と積分器３２とを用いて、負帰還回路となるように増幅回路３０を構成するようにしたので、コンパレータ３４で生成されるパルス信号のパルス幅を増幅回路３０の入力値や出力値の変動に合わせて変えることができる。例えば、増幅回路３０の入力値や出力値が、三角波発生器３３で発生する三角波の歪みなどによって正規の値から変動しても、その変動分を補正するようなパルス幅を有するパルス信号を生成することができる。これにより、可及的に定常状態の絶縁監視信号を第２種接地線４に注入することができる。
さらに、本実施形態の増幅回路３０では、増幅器３５で増幅されたパルス信号に含まれる高周波成分を、ローパスフィルタ３６を用いて除去するようにしているので、例えば、第２種接地線４に地絡電流が流れ、この地絡電流に基づく信号が増幅回路３０の出力端に入力されたとしても、ローパスフィルタ３６が高いインピーダンスを有することになる。これにより、増幅回路３０に過電流が流れ込むことをより一層防止することができる。
【００４９】
また、本実施形態では、第２種接地線４に流れている漏洩電流が増大し、前記漏電電流に基づく電力が、第２種接地線４から注入用変成器５０を介して絶縁監視装置１０に注入された場合であっても、保護回路４０の動作により、増幅回路３０や信号発生回路２０を保護することができる。
すなわち、本実施形態では、増幅回路３０と注入用変成器５０とがリレー４４によって電気的に遮断されるまでの間、増幅回路３０の出力端をトライアック４１によって短絡するようにし、増幅回路３０と注入用変成器５０とがリレー４４によって遮断されると、増幅回路３０の出力端の短絡部をトライアック４１によって切断するようにして、トライアック４１とリレー４４とを協調して動作させるようにしたので、トライアック４１の閉動作の時間が可及的に短くなる。これにより、保護回路４０の部品が破損することを可及的に防止することができる。
また、前述したように、増幅回路３０と注入用変成器５０とがリレー４４によって電気的に遮断されるまでの間、増幅回路３０の出力端を、電気的に開閉動作を行うトライアック４１によって短絡するようにしたので、第２種接地線４に流れている電流が増大しても、可及的に短時間のうちに、増幅回路３０と信号発生回路２０を保護することができる。
さらに、トライアック４１が破損する虞があるような大きな電流が保護回路４０に突入した場合には、ヒューズ４５により増幅回路３０と注入用変成器５０とを遮断するようにしたので、トライアック４１が破損することをより確実に防止することができる。
【００５０】
なお、前述したように、本実施形態では、増幅回路３０や信号発生回路２０を確実に保護することを主たる目的として、増幅回路３０と注入用変成器５０との間に保護回路４０を設けるようにしたが、抑圧回路６０と零相変成器７０の３次巻線７２との間にも、図５に示した保護回路４０と同じ構成の保護回路を設けるようにしてもよい。さらに、フィルタ８０と零相変成器７０の２次巻線７１との間にも、図５に示した保護回路４０と同じ構成の保護回路を設けるようにしてもよい。このようにすれば、絶縁監視装置１０全体をより確実に保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施形態を示し、絶縁監視装置の概略構成の一例を示したブロック図である。
【図２】本発明の実施形態を示し、増幅回路の概略構成の一例を示したブロック図である。
【図３】本発明の実施形態を示し、コンパレータに入力される波形と、コンパレータから出力される波形の一例を示した図である。
【図４】本発明の実施形態を示し、フィルタに入力される波形と、フィルタから出力される波形の一例を示した図である。
【図５】本発明の実施形態を示し、増幅回路の概略構成の一例を示したブロック図である。
【図６】本発明の実施形態を示し、抑圧回路の概略構成の一例を示したブロック図である。
【図７】本発明の実施形態を示し、抑圧量を０にする場合の抑圧信号の波形の一例を示した図である。
【図８】本発明の実施形態を示し、抑圧量をプラスにする場合の抑圧信号の波形の一例を示した図である。
【図９】従来の技術を示し、絶縁監視装置の従来の構成を示したブロック図である。
【符号の説明】
【００５２】
１  受電変圧器
４  第２種接地線
１０  絶縁監視装置
２０  信号発生回路
３０  増幅回路
３１  加算器
３２  積分器
３３  三角波発生器
３４  コンパレータ
３５  増幅器
３６、３７  ローパスフィルタ
４０  保護回路
５０  注入用変成器
６０  抑圧回路
７０  零相変成器
７１  ２次巻線
７２  ３次巻線
８０  フィルタ
９０  演算装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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