(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極と負極との間に、高い抵抗値を持つ第１抵抗器と低い抵抗値を持つ第２抵抗器とが直列に接続されてなる組を２組直列に接続し、これら２組の検出抵抗器の中性点に低い抵抗値を持つ第３抵抗器を接続し、その１端を接地してなるＴ型検出回路を備え、
前記正極側，負極側の第２抵抗器および第３抵抗器の抵抗値を同じ値にしたときに正極側，負極側第２抵抗器の各両端と第３抵抗器の両端にそれぞれ発生する電圧を検出し、
正極側第２抵抗器の電圧対第３抵抗器の電圧比、または、負極側第２抵抗器の電圧対第３抵抗器の電圧比を演算し、これらの電圧比のいずれかに第１抵抗器と同じ値の定数Ｋ値を乗算し、
絶縁抵抗値を得ることを特徴とする絶縁抵抗測定方法。
【請求項２】
正極と負極との間に、高い抵抗値を持つ第１抵抗器と低い抵抗値を持つ第２抵抗器とが直列に接続されてなる組が２組直列に接続され、これら２組の検出抵抗器の中性点に低い抵抗値を持つ第３抵抗器が接続され、その１端が接地されたＴ型検出回路と、
前記正極側，負極側の第２抵抗器および第３抵抗器の抵抗値を同じ値にしたときに正極側，負極側第２抵抗器の各両端と第３抵抗器の両端にそれぞれ発生する電圧を検出する電圧検出手段と、
正極側第２抵抗器の電圧対第３抵抗器の電圧比を演算する第１演算手段と、
負極側第２抵抗器の電圧対第３抵抗器の電圧比を演算する第２演算手段と、
前記第１演算手段からの電圧比に正極側第１抵抗器と同じ値の定数Ｋ値を乗算する第３演算手段と、
前記第２演算手段からの電圧比に負極側第１抵抗器と同じ値の定数Ｋ値を乗算する第４演算手段と、
第３または第４演算手段のいずれか一方の出力を絶縁抵抗値として表示する表示手段とを有することを特徴とする絶縁抵抗測定装置。
【請求項３】
前記第３抵抗器に発生する電圧の極性を判別する極性判別手段を設け、正極性のときは正極側の演算および表示を可能として負極側の演算および表示をロックし、負極性のときは負極側の演算および表示を可能として正極側の演算および表示をロックすることを特徴とする請求項２に記載の絶縁抵抗測定装置。
【請求項４】
前記絶縁抵抗値が予め設定された設定値より低下したことを判別して警報を発する警報手段を設けたことを特徴とする請求項２または３に記載の絶縁抵抗測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、システムの運転状態、つまり活線状態で回路の絶縁抵抗を測定する測定方法および装置に関する。例えば、直流電源を用いた電気推進船舶などにおいては、運転中の安全確認の見地から、電源回路はいつでも活線状態で、しかも連続的に絶縁抵抗を監視できることが要求されるが、この発明はこのような用途に使用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
絶縁抵抗の測定方法としては、通称メガーと称する図４のような絶縁抵抗計を用いる方法が一般的である。また、システムの運転状態で絶縁抵抗を測定する方法は通称活線メグと言い、図５に示すブリッジ原理を用いるものが知られている。
前者の絶縁抵抗計によるものは、絶縁抵抗計内の一定電源Ｓ（５００Ｖまたは１０００Ｖが一般的）によって、絶縁抵抗ＲＰＸを流れる電流ｉの電流計指示値から間接的に絶縁抵抗を計測する方法であるため、電源停止状態で絶縁抵抗を測定する必要がある。このため、システムの運転中には絶縁抵抗の測定ができないという問題がある。
【０００３】
一方、後者の活線メグは、ブリッジ回路内の電流計Ｍの指示が０となるよう可変抵抗器ＶＲを調節して、電流計指示が０となったときのＶＲ抵抗値から間接的に絶縁抵抗ＲＰＸを測定する方法であるため、煩雑な測定操作（調節操作）を必要とする一方、連続的な測定ができないという問題がある。
そこで、上記のような煩雑な測定操作を必要としないものも、例えば特許文献１に開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平０１−１６５９７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載のものは、電源変動に対して何らの考慮もしていないので、電源変動の影響を受け易いという問題がある。
したがって、この発明の課題は、絶縁抵抗を煩雑な測定操作をすることなく連続的に、しかも電源変動を受けず安定に測定可能とすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような課題を解決するため、請求項１の発明では、正極と負極との間に、高い抵抗値を持つ第１抵抗器と低い抵抗値を持つ第２抵抗器とが直列に接続されてなる組を２組直列に接続し、これら２組の検出抵抗器の中性点に低い抵抗値を持つ第３抵抗器を接続し、その１端を接地してなるＴ型検出回路を備え、
前記正極側，負極側の第２抵抗器および第３抵抗器の抵抗値を同じ値にしたときに正極側，負極側第２抵抗器の各両端と第３抵抗器の両端にそれぞれ発生する電圧を検出し、正極側第２抵抗器の電圧対第３抵抗器の電圧比、または、負極側第２抵抗器の電圧対第３抵抗器の電圧比を演算し、これらの電圧比のいずれかに第１抵抗器と同じ値の定数Ｋ値を乗算し、絶縁抵抗値を得ることを特徴とする。
【０００７】
請求項２の発明では、正極と負極との間に、高い抵抗値を持つ第１抵抗器と低い抵抗値を持つ第２抵抗器とが直列に接続されてなる組が２組直列に接続され、これら２組の検出抵抗器の中性点に低い抵抗値を持つ第３抵抗器が接続され、その１端が接地されたＴ型検出回路と、前記正極側，負極側の第２抵抗器および第３抵抗器の抵抗値を同じ値にしたときに正極側，負極側第２抵抗器の各両端と第３抵抗器の両端にそれぞれ発生する電圧を検出する電圧検出手段と、正極側第２抵抗器の電圧対第３抵抗器の電圧比を演算する第１演算手段と、負極側第２抵抗器の電圧対第３抵抗器の電圧比を演算する第２演算手段と、前記第１演算手段からの電圧比に正極側第１抵抗器と同じ値の定数Ｋ値を乗算する第３演算手段と、前記第２演算手段からの電圧比に負極側第１抵抗器と同じ値の定数Ｋ値を乗算する第４演算手段と、第３または第４演算手段のいずれか一方の出力を絶縁抵抗値として表示する表示手段とを有することを特徴とする。
【０００８】
上記請求項２の発明においては、前記第３抵抗器に発生する電圧の極性を判別する極性判別手段を設け、正極性のときは正極側の演算および表示を可能として負極側の演算および表示をロックし、負極性のときは負極側の演算および表示を可能として正極側の演算および表示をロックすることができ（請求項３の発明）、請求項２または３の発明においては、前記絶縁抵抗値が予め設定された設定値より低下したことを判別して警報を発する警報手段を設けることができる（請求項４の発明）。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、システムの運転中に絶縁抵抗を連続的に測定できるので、システムの安全確認を常時行なうことが可能となる。また、煩雑な測定操作が不要であるだけでなく、電源変動の影響も受けないように工夫したので、安定な測定が可能になるという利点もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１はこの発明の実施の形態を示す構成図である。
検出抵抗１（Ｒ１１）〜５（Ｒ３）によってＴ型検出回路を構成し、抵抗２（Ｒ１２），４（Ｒ２２）および５（Ｒ３）の各々から信号６（電圧ＶＲ１２），８（電圧ＶＲ２２）および７（電圧ＶＲ３）をそれぞれ得る。これら信号６〜８は絶縁変換器９（ＩＡＰ），１０（ＩＡＭ），１１（ＩＡＮ）の一次側に入力され、それぞれ絶縁変換されて二次信号１２〜１４となる。
【００１１】
二次信号１２〜１４は、ローパスフィルタ１５（ＬＰＰ）〜１８（ＬＰＮ）により高調波成分が除去されて信号１９〜２１となり、そのうち信号１９と２０が正極側割算器２５（ＤＰ）に、また信号２０と２１が負極側割算器２６（ＤＮ）に入力され、割算が実行される。また、極性判別器２２（ＰＣ）は信号２０の極性を判別し、信号２０が（＋）方向のとき、すなわち電圧ＶＲ３が（＋）方向のときは信号２３（ＯＮ）を出力し、（−）方向のときは信号２４（ＯＮ）を出力する。
【００１２】
極性判別器２２（ＰＣ）が（＋）方向の信号２３を出力したときは、正極側の演算器２５，３１や表示装置（ＩＮＤ）３５，警報装置（ＡＬ）３６を動作させ、負極側をロックする。同様に、極性判別器２２（ＰＣ）が（−）方向の信号２４を出力したときは、負極側の演算器２６，３２や表示装置３５，警報装置３６を動作させ、正極側をロックする。
以下、極性判別器２２（ＰＣ）が（＋）方向の信号２３を出力し、正極側絶縁抵抗を測定する場合について説明する。
【００１３】
図２（ａ）は正極側絶縁抵抗を測定する場合の説明図である。
ここで、正極側の抵抗Ｒ１１対Ｒ１２、または、負極側の抵抗Ｒ２１対Ｒ２２の比をそれぞれ１：１／１００〜１：１／２５程度とするが、これは測定しようとする回路電圧値、または測定しようとする絶縁抵抗値の範囲などによって最適な値を選定する。詳細は、後述する。
【００１４】
例えば、直流電圧５００Ｖ回路の絶縁抵抗を測定する場合、検出抵抗値をＲ１１，Ｒ２１＝１ＭΩ、Ｒ１２，Ｒ２２＝１０ＫΩに選定したとき、絶縁抵抗が無限大の場合にはＲＰＸ＝∞であるから、図２（ａ）に示す電流ＩＲＸは流れない。その結果、検出抵抗Ｒ１２，Ｒ２２の両端電圧ＶＲ１２，ＶＲ２２はＶＲ１２＝ＶＲ２２で、検出抵抗値Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ２１，Ｒ２２に流れる電流ＩＰは、ＩＰ≒Ｖ÷（Ｒ１１＋Ｒ１２＋Ｒ２１＋Ｒ２２）であり、Ｍ電位はＶＰ＝ＶＮ＝２５０Ｖで、抵抗Ｒ１１とＲ１２の抵抗比１：１／１００から、抵抗Ｒ１２，Ｒ２２には、２５０Ｖ／１００≒２．５Ｖの電圧が発生することになる。
【００１５】
いま、電源回路の正極側絶縁抵抗ＲＰＸが低下したとすると、接地回路には接地電流ＩＲＸ＝Ｖ÷（ＲＰＸ＋Ｒ３＋Ｒ２１＋Ｒ２２）が流れ、検出抵抗Ｒ３の両端にはＶＲ３＝ＩＲＸ×Ｒ３の電圧が発生する。このとき、検出抵抗Ｒ１２の両端電圧ＶＲ１２は電流ＩＰで決定され、検出抵抗Ｒ３の両端電圧ＶＲ３は電流ＩＲＸで決定される。すなわち、Ｒ１１，ＲＰＸがそれぞれＲ１２，Ｒ３よりも充分に大きい場合、Ｒ１２＝Ｒ３とすれば、ＶＲ１２とＶＲ３の電圧値の割合はＲ１１とＲＰＸの抵抗値の割合の逆数と考えられるから、ＶＲ１２とＶＲ３の電圧比ｎ（ＶＲ１２／ＶＲ３）を求め、この比ｎに検出抵抗Ｒ１１を乗じること、すなわちｎ×Ｒ１１＝ＲＰＸなる計算から絶縁抵抗値を求めることができる。
【００１６】
以上のことは、図１の回路では、以下のように実行される。
すなわち、検出抵抗Ｒ１２の両端電圧ＶＲ１２の信号６が、絶縁変換器９→信号１２→ローパスフィルタ１５を介して信号１９となり、割算器２５の一方に入力される。また、電流ＩＲＸによって発生する検出抵抗Ｒ３の両端電圧ＶＲ３の信号７が絶縁変換器１０→信号１３→ローパスフィルタ１６を介して信号２０となり、割算器２５の他方に入力されるとともに、極性判別器２２へ入力される。
【００１７】
このとき、信号２０が正極（＋）方向であるから、極性判別器２２が（＋）方向を判別して信号２３（ＯＮ）を出力し、割算器２５および掛算器３１を演算状態とし、表示装置３５および警報装置３６を正極側に切替える。また、信号２４（ＯＦＦ）により、割算器２６および掛算器３２を非演算状態とし、表示装置３５および警報装置３６の負極側の動作をロックする。
【００１８】
上記切替えによって、割算器２５では信号１９と信号２０との比であるＶＲ１２／ＶＲ３を示す信号２７を出力し、掛算器３１の一方に入力する。定数設定器２９（Ｆ）は、設定値Ｋを検出抵抗Ｒ１１およびＲ２１と同値とする信号３０を出力し、掛算器３１の他方に入力する。従って、掛算器３１は割算器２５からの出力信号２７と、定数設定器２９からの定数Ｋを示す信号３０とを掛け合わせ、信号３３を出力する。
【００１９】
信号３３は、求めるべき絶縁抵抗値ＲＰＸ＝（ＶＲ１２／ＶＲ３）×Ｋ（Ｒ１１の抵抗値）を示しており、これは表示装置３５に与えられて表示される一方、警報装置３６では予め設定した絶縁抵抗値よりも低下したら警報を発するとともに、出力信号３７で時系列に変化する絶縁抵抗値を記録するなど、安全管理のための処理をする。なお、図１のように、測定用電源３８（Ｓ）および電源スイッチ３９（ＳＷ）を設けておき、これらを使用することで無通電状態、つまり活線状態でない状態での電路，機器または装置の絶縁抵抗の測定が可能となる。
【００２０】
図２（ｂ）は負極側絶縁抵抗を測定する場合の説明図である。
この場合、測定しようとする絶縁抵抗はＲＮｘであり、これに電流ＩＲＸが流れることにより、抵抗Ｒ１２を抵抗Ｒ２２に置き換えることで上記と同様の関係から、求めるべき絶縁抵抗値ＲＮＸは、
ＲＮＸ＝（ＶＲ２２／ＶＲ３）×Ｋ（Ｒ２１の抵抗値）
として求めることができる。
【００２１】
図１の回路も、信号６，１２，１９，２７および３３を信号８，１４，２１，２８および３４に、演算回路２５，３１を演算回路２６，３２に、また信号２３をＯＦＦ，信号２４をＯＮにそれぞれ置き換えることにより、正極側絶縁抵抗を測定する場合と全く同様にして負極側絶縁抵抗を測定することができる。
【００２２】
図３に電圧検出特性と電圧倍率ｎの計算例を示す。
絶縁抵抗の抵抗値ＲＰＸ＝１ＭΩであるとし、Ｒ１１＝ＲＰＸ＝１ＭΩ、Ｒ１２＝Ｒ３＝１０ＫΩとすると、図３（ａ）からＶＲ１２＝ＶＲ３≒１．６５と求められ、電圧比ｎ＝ＶＲ１２／ＶＲ３＝１．６５／１．６５＝１となるので、ＲＰＸ＝Ｋ（Ｒ１１＝１ＭΩ）×１＝１ＭΩとして求められる。
【００２３】
同様に、電圧比ｎ＝ＶＲ１２／ＶＲ３＝１０では、ＲＰＸ＝Ｋ（１ＭΩ）×１０＝１０ＭΩ、電圧比ｎ＝ＶＲ１２／ＶＲ３＝１００では、ＲＰＸ＝Ｋ（１ＭΩ）×１００＝１００ＭΩ、電圧比ｎ＝０．１では０．１ＭΩのように求めることができる（図３（ｂ）参照）。
なお、電源回路の電圧が変動した場合、これに比例して電流ＩＰ，ＩＲＸが変動してＶＲ１２，ＶＲ３も変動するが、電圧比ｎ＝ＶＲ１２／ＶＲ３は変わらない。従って、この発明によれば、測定しようとする回路電圧が変動しても測定値はその影響を受けないので、安定した絶縁抵抗の測定が可能となる利点が得られる。
【００２４】
次に、各抵抗Ｒ１１〜Ｒ２２の選定について説明する。
以上では、電圧５００Ｖの回路を抵抗Ｒ１１，Ｒ２１＝１ＭΩ、抵抗Ｒ１２，Ｒ２２＝１０ＫΩとして測定する場合について説明した。このとき、絶縁抵抗ＲＰＸ，ＲＮＸが無限大のときは、中性点Ｍの電位は２５０Ｖ、検出電圧ＶＲ１２＝ＶＲ２２≒２．５Ｖである。
【００２５】
ここで、電圧５００Ｖの電圧が６００Ｖ（＋２０％）〜４００（−２０％）の範囲で変動した場合、絶縁抵抗ＲＰＸ，ＲＮＸが無限大では、検出電圧ＶＲ１２＝ＶＲ２２≒３Ｖ〜２．５Ｖ〜２Ｖの範囲で変動する。しかし、検出電圧比ｎは変わらないので、測定値への影響はない。また、電圧１０００Ｖの回路の絶縁抵抗を測定するときは、Ｍの電位は５００Ｖ、検出電圧ＶＲ１２＝ＶＲ２２＝５００／１００≒５Ｖとなるが、この場合も検出電圧比ｎは変わらないので、測定値への影響はない。
【００２６】
さらに、各抵抗値をＲ１１，Ｒ２１＝１ＭΩとし、抵抗Ｒ１２，Ｒ２２＝１０ＫΩの抵抗比１：１／１００を１：１／５０、すなわち抵抗Ｒ１２，Ｒ２２＝２０ＫΩにすれば、ＶＲ１２，ＶＲ２２は２．５Ｖから５Ｖ、また抵抗比を１：１／２５、抵抗Ｒ１２，Ｒ２２＝４０ＫΩにすれば、ＶＲ１２，ＶＲ２２は２．５Ｖから１０Ｖのように検出電圧は変わるが、電圧比は不変なので、測定への影響はない。
【００２７】
以上では、抵抗Ｒ１１，Ｒ２１の抵抗値を固定し、抵抗Ｒ１２，Ｒ２２の抵抗値を変更したが、抵抗Ｒ１２，Ｒ２２の抵抗値を固定し、抵抗Ｒ１１，Ｒ２１の抵抗値を変更しても良いのは言うまでもない。すなわち、Ｒ１１，Ｒ２１およびＲ１２，Ｒ２２の抵抗値は、測定回路の電圧と最適な検出電圧を得るため最適値に選択することができる。
【００２８】
なお、この発明は非接地回路を対象とするもので、一線接地回路では測定すべき絶縁抵抗が短絡されることから適用できず、また、正極側絶縁抵抗および負極側絶縁抵抗の両方が同程度に低下する場合は、接地回路（抵抗Ｒ３）に電流が流れないことにより、適用できないものである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】この発明の実施の形態を示す構成図
【図２】図１の正極側，負極側絶縁抵抗の測定動作説明図
【図３】図１の電圧検出特性および電圧検出倍率の説明図
【図４】メガーの説明図
【図５】活線メグの説明図
【符号の説明】
【００３０】
１〜５…抵抗器、６〜８，１２〜１４，１９〜２１，２３，２４，２７，２８，３０，３３，３４，３７…信号、９〜１１…絶縁変換器、１５〜１８…ローパスフィルタ、２２…極性判別器、２５，２６…割算器、２９…定数設定器、３１，３２…掛算器、３５…表示装置、３６…警報装置、３８…測定用電源、３９…電源スイッチ。
【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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