(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電路の正極Ｐ・負極Ｎおよび接地極Ｅに接続され、該直流電路における負極Ｎを基準にしたときの地絡点の電圧を地絡電圧、該直流電路における地絡抵抗を地絡抵抗としたときの、地絡抵抗及び地絡電圧を測定する測定回路におけるＰ−Ｅ間とＥーＮ間の内部抵抗を一致（中点接地）させた状態で電路の地絡抵抗及び地絡電圧を測定する「通常測定」での測定値を第一のデータとし、地絡側（例えばＰ側が地絡の場合はＰ−Ｅ間）の内部抵抗を非地絡側（前記例ではＥーＮ間）の内部抵抗より小さくさせた状態で地絡抵抗及び地絡電圧を測定する「２次測定」での測定値を第二のデータとして、前記第一のデータと第二のデータから「詳細測定」として測定値を算出する地絡抵抗及び地絡電圧の測定装置において、「通常測定」におけるＰーＥ間およびＥーＮ間の抵抗を直流地絡継電器（日本電機工業規格ＪＥＭの呼称：６４Ｄ、以下６４Ｄと呼ぶ）の正極Ｐおよび負極Ｎの内部抵抗（６４ＤのＰ−ＥおよびＥ−Ｎ間の内部抵抗）より大きい値とし「２次測定」における非接地側の抵抗（前記例では測定装置のＥーＮ間の内部抵抗）を前記６４Ｄの内部抵抗（前記例では６４ＤのＥ−Ｎ間の内部抵抗）より大きい値としたことを特徴とする直流電路における地絡抵抗及び地絡電圧の測定装置。
【請求項２】
上記の地絡抵抗及び地絡電圧の測定装置において、「詳細測定」の指令を受けたとき、１．測定装置の始動開始時など「通常測定」でのデータがまだ安定状態に達していない場合では、データが安定したときの測定データを１つのデータとし、内部抵抗を切り替えておこなう「２次測定」でのデータが安定状態に達したときの測定データをもう１つのデータとして「詳細測定」をおこない、２．測定装置を以前から稼働させているなど「通常測定」でのデータが安定状態に達している場合では、そのときの測定データを１つのデータとし、内部抵抗を切り替えておこなう「２次測定」でのデータが安定状態に達したときの測定データをもう１つのデータとして「詳細測定」をおこない、３．その指令の直前に「２次測定」をおこなっている場合では、直前におこなった「２次測定」での測定データを１つのデータとし、指令後の「通常測定」でのデータが安定状態に達したときのデータをもう１つのデータとして「詳細測定」をおこなう、ことを特徴とする請求項１の直流電路における地絡抵抗及び地絡電圧の測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
発・変電所やプラント工場などで使用される直流電路において使用され、制御機器や警報・表示装置の絶縁劣化等によって発生する地絡事故において地絡抵抗及び地絡電圧を測定するための測定装置に関する。なお、該測定装置は、前記地絡抵抗及び地絡電圧のほか、Ｐ極地絡抵抗、Ｎ極地絡抵抗、地絡率などの、電路における地絡の状態を表す値を演算により求めるものである。従って、本測定装置は太陽電池の一部において地絡が発生したときの地絡電圧なども測定することもできるものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術として，特許出願番号
特願平１ー３１９８５５「直流回路の地絡抵抗の表示装置」がある。この技術によって、直流電路における地絡抵抗などの値が測定できる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の方法では次に示すような二つの欠点があった。
【０００４】
第一の欠点は、直流電路の負荷回路に使用されている制御用リレーのコイル回路に地絡が発生した場合、地絡電流は例えばＰ極・前記制御用リレーコイル・地絡点・６４Ｄ接地線・６４Ｄ・Ｎ極を流れ、次に接地線が６４Ｄから測定器に切り替わってＰ極・前記制御用リレーコイル・地絡点・測定器接地線・測定器・Ｎ極を流れ、地絡電流が大きいときには前記制御用リレーが動作（誤動作）して予期しない事故が発生する危険性があった。
【０００５】
第二の欠点は、直流電路の対地静電容量が大きい場合への対応として、内部抵抗の切り替えを２回おこなうことにより測定精度を上げる方法を採用しているために測定時間が長くかかり、特願平１ー３１９８５５号の測定器では１回の測定に約２分の時間を要していた。
【０００６】
【発明の目的】
前記第一の欠点のうち、６４Ｄを介しての前記制御用リレー誤動作は別の問題として別途検討することとし、本発明では地絡が発生して接地線が６４Ｄから測定器に切り替わったときに前記制御用リレーが誤動作しないことを第一の目的とし、地絡抵抗及び地絡電圧の測定時間を短縮することを第二の目的とした。
【０００７】
【目的を達成するための手段および作用】
直流電路（一般的に、後述する６４Ｄで接地されている以外は非接地）の正極Ｐ・負極Ｎおよび接地極Ｅに接続され、該直流電路における負極Ｎを基準にしたときの地絡点の電圧を地絡電圧、該直流電路における地絡抵抗を地絡抵抗としたときの、地絡抵抗及び地絡電圧を測定する測定回路におけるＰ−Ｅ間とＥーＮ間の内部抵抗を一致（中点接地）させた状態で電路に地絡が発生したとき、該地絡抵抗及び地絡電圧を測定する「通常測定」での測定値を第一のデータとし、地絡側（例えばＰ側が地絡の場合はＰ−Ｅ間）の内部抵抗を非地絡側（前記例ではＥーＮ間）の内部抵抗より小さくさせた状態で地絡抵抗及び地絡電圧を測定する「２次測定」での測定値を第二のデータとして、前記第一のデータと第二のデータから「詳細測定」として測定値を算出する地絡抵抗及び地絡電圧の測定装置において、「通常測定」におけるＰーＥ間およびＥーＮ間の抵抗を６４Ｄの正極Ｐおよび負極Ｎの内部抵抗（６４ＤのＰ−Ｅ間およびＥ−Ｎ間の内部抵抗）以上の値とし「２次測定」における非接地側の抵抗（前記例では測定装置のＥーＮ間の内部抵抗）を前記６４Ｄの内部抵抗（前記例では６４ＤのＥ−Ｎ間の内部抵抗）以上の値とすることにより地絡電流が前記６４Ｄを介したときよりも小さくなるので、例えば地絡点が前記制御用リレー回路であった場合でも前記制御用リレーが動作（誤動作）することがなく第一の目的が達成できる。また、上記の地絡抵抗及び地絡電圧の測定装置において、「詳細測定」の指令を受けたとき、１．測定装置の始動開始時など「通常測定」でのデータがまだ安定状態に達していない場合では、データが安定したときの測定データを１つのデータとし、内部抵抗を切り替えておこなう「２次測定」でのデータが安定状態に達したときの測定データをもう１つのデータとして「詳細測定」をおこない、２．測定装置を以前から稼働させているなど「通常測定」でのデータが安定状態に達している場合では、そのときの測定データを１つのデータとし、内部抵抗を切り替えておこなう「２次測定」でのデータが安定状態に達したときの測定データをもう１つのデータとして「詳細測定」をおこない、３．その指令の直前に「２次測定」をおこなっている場合では、直前におこなった「２次測定」での測定データを１つのデータとし、指令後の「通常測定」でのデータが安定状態に達したときのデータをもう１つのデータとして「詳細測定」をおこなうようにすれば、不要な測定を行わないので測定時間が短縮されて第二の目的が達成できる。
【０００８】
【実施例の説明】
本発明の説明に鳳・テブナンの定理を用いるので、図１に鳳・テブナンの定理を図示する。図１において、Ｖ１にＲ１で接続されＶ２にＲ２で接続されている回路は、Ｖ４＝（Ｖ１＊Ｒ２＋Ｖ２＊Ｒ１）／（Ｒ１＋Ｒ２）にＲ３＝Ｒ１＊Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）が接続された回路に等しい。図２・図３のＶ２２が地絡極で、Ｖ２１が非地絡極だとする。Ｖ２５は片極地絡のときには、Ｖ２２に一致する。両極地絡でＶ２２の地絡の方が主たる地絡のときには、Ｖ２１よりもＶ２２に近い電圧となる。片極地絡のとき、Ｒ２５は地絡抵抗である。両極地絡のとき、Ｒ２５は合成地絡抵抗である。
【０００９】
まず、「通常測定」で本発明の装置の各極の内部抵抗が６４Ｄ（直流地絡継電器）の各極の内部抵抗と同じの場合、６４Ｄと本発明の装置とを置き換えても電気的に差が生じないので地絡電流は同じである。
【００１０】
また、「通常測定」で本発明の装置の各極の内部抵抗を６４Ｄの各極の内部抵抗よりも大きくした場合について図２で説明する。図２においてＲ２１＝Ｒ２２とするとＶ２４＝（Ｖ２１＋Ｖ２２）／２であり６４Ｄでも本発明の装置でも変わらない。ところが、Ｒ２４＝Ｒ２１／２であり本発明の装置の内部抵抗が６４Ｄの内部抵抗よりも大であるのでＶ２３が、
Ｖ２５に近づいて地絡電圧からアース電圧を引いた電圧、即ち、地絡抵抗Ｒ２５の両端にかかる地絡両端電圧が６４Ｄの場合よりも小となり、地絡電流も６４Ｄの場合よりも小となる。
【００１１】
次に「２次測定」で、非地絡極側の抵抗を６４Ｄの値よりも大にし、地絡極側の抵抗をそれよりも小さくした場合について図３で説明する。本発明の非地絡極の抵抗をＲ２１とし、本発明の地絡極側の抵抗をＲ２１に等しいＲ２２とＲ２７との合成抵抗だとする。Ｒ２７のない場合は、「通常測定」の図２と同じであり、図２を用いて説明したとおり地絡電流は６４Ｄの場合よりも小である。図３においてＲ２７のある場合、前記負極Ｎを基準にしたときのアース点の電圧はＲ２７がない図２の場合よりも地絡極側（Ｖ２２側）に移動して地絡抵抗Ｒ２５の両端にかかる地絡両端電圧が６４Ｄの場合と比べて小となって地絡電流が小となる。以上をまとめると、非地絡極側の抵抗を６４Ｄの値よりも大にし、地絡極側の抵抗をそれよりも小さくすることにより６４Ｄが接続されている場合に比べて地絡電流が小さくなり、前記制御用リレーコイル回路に地絡が発生したときに前記制御用リレーが動作する可能性がなくなって安全性が確保される。
【００１２】
６４Ｄの各極の内部抵抗はメーカや機種によって異なっているが、一般的な６４Ｄの各極の内部抵抗は３０ｋΩが主流である。そこで、本発明の装置の内部抵抗を例えば５０ｋΩとして設計しておけば、ほとんどの場合６４Ｄの内部抵抗よりも大きくなるので、６４Ｄを接続した場合の地絡電流よりも小さい地絡電流とすることができ、本発明の第一の目的が達成された装置を得ることができる。
【００１３】
なお、「通常測定」のときの鳳・テブナンの定理で計算した本装置に関する内部抵抗と、「２次測定」のときの鳳・テブナンの定理で計算した本装置に関する内部抵抗とを一致させておくと直流回路の対地静電容量に対して時定数が同じになり安定時間が等しくなる。安定時間が等しくなれば測定時に待ち時間を変えるなどの配慮をする必要がなく測定が簡単になる。
【００１４】
図４は本発明の請求項１を説明するための１例の図である。図４では抵抗とスイッチを用いて示しているが、スイッチを用いず電子的に制御する回路としても同様である（図示せず）。説明を簡単にするためにＮ極地絡であるとする。また、図４の抵抗の抵抗値を全て同じ抵抗値としその抵抗値を５０ｋΩとする。「通常測定」において、Ｓ３とＳ６をＯＮにし、ＰーＥ間の抵抗を５０ｋΩ・ＮーＥ間の抵抗を５０ｋΩとすると、鳳・テブナンの定理で計算した内部抵抗は２５ｋΩとなり図４中のアースを外したときの負極Ｎからアース引き出し点までの電圧を内部電圧とした場合、内部電圧は０．５Ｖｐｎとなる。この状態では、ほとんどの６４Ｄの内部抵抗よりも値が大である。「２次測定」において、Ｓ２・Ｓ５・Ｓ６をＯＮすると、ＰーＥ間抵抗が１００ｋΩ、ＮーＥ間抵抗が１００／３ｋΩとなり、本発明の請求項１を満足する。鳳・テブナンの定理で計算した内部抵抗は２５ｋΩ、内部電圧は０．２５Ｖｐｎとなる。この場合、内部抵抗は「通常測定」と「２次測定」の２つの状態で変わらないため、状態を切り替えたときの時定数が同じとなって安定時間が同じになる。「２次測定」において、Ｓ２・Ｓ４・Ｓ６をＯＮすると、ＰーＥ間の抵抗が１００ｋΩ、ＮーＥ間の抵抗が２５ｋΩとなり、本発明の請求項１を満足する。鳳・テブナンの定理で計算した内部抵抗は２０ｋΩ、内部電圧は０．２Ｖｐｎとなる。２つの状態の内部電圧差が０．３Ｖｐｎと大きく、しかも内部抵抗が「通常測定」の場合に近いので、安定時間があまり違わないのにより精度の高い測定ができる。
【００１５】
図５は、従来の特願平１ー３１９８５５の直流回路の地絡抵抗表示装置に例示されている２つの状態の出力電圧の平均がＰーＮ間電圧の中間電圧になるような場合の前記負極Ｎを基準にしたときのアース点の電圧の変化の１例を示す図である。地絡抵抗はＮ極側で無限大に近い値としている。通常は「通常測定」により６４Ｄで測定している方法と同じ方式（Ｐ−Ｅ間の内部抵抗＝Ｅ−Ｎ間の内部抵抗）で常時地絡抵抗を測定表示しており、測定ボタンを押すなどして「詳細測定」を指令したときはＰ−Ｅ間の内部抵抗＜Ｅ−Ｎ間の内部抵抗での測定とＰ−Ｅ間の内部抵抗＞Ｅ−Ｎ間の内部抵抗での測定と２回の測定をおこないその２つのデータから地絡抵抗及び地絡電圧の測定値を表示している。この場合、内部抵抗の切り替えによる安定時間待ちが２回必要である。また、図５では、地絡抵抗はＮ極側で無限大に近い値としたが、地絡が発生して地絡抵抗が低くなると、図５に示す前記負極Ｎを基準にしたときのアース点の電圧波形はＰ側に移動して前半の測定時の地絡抵抗Ｒ２５の両端にかかる地絡両端電圧が高くなり、６４Ｄに接続されていたときの地絡抵抗Ｒ２５の両端にかかる地絡両端電圧を超えて、リレーが誤動作する原因となっている。
【００１６】
図６は、本発明の装置による前記負極Ｎを基準にしたときのアース点の電圧の変化の１例を示す図である。同様に地絡抵抗はＮ極側で無限大に近い値としている。通常は「通常測定」により６４Ｄで測定している方法と同じ方式で地絡抵抗値を測定表示しており、測定ボタンを押すなどして「詳細測定」を指令したときは地絡抵抗及び地絡電圧の地絡に関する値を測定・表示し「詳細測定」後「通常測定」に戻るので本発明では「通常測定」の値をそのまま１つの測定値とし、「２次測定」の値をもう１つの測定値とするので、内部抵抗の切り替えによる安定時間待ちが１回で済み、前項で説明した従来の測定方法に比べて測定時間が約半分になる。
【００１７】
図７は、図６で「詳細測定」した直後に再び「詳細測定」の指令を出した本発明の装置による前記負極Ｎを基準にしたときのアース点の電圧の変化の１例を示す図である。同様に地絡抵抗はＮ極側で無限大に近い値としている。図７の測定時間の前に示した電圧波形は、直前の「２次測定」の前記負極Ｎを基準にしたときのアース点の電圧波形で、この「２次測定」の値をそのまま一つの測定値とし、指令後安定した状態に達したときの「通常測定」の値をもう一つの測定値とするので、このときには内部抵抗の切り替えによる安定時間待ちが不要となり、更に測定時間が短くなる。
【００１８】
本装置の一般的な使用方法は、電源が以前から投入されていて安定した状態で常に「通常測定」をおこなって第一のデータを出力し続けており、このような状態で「詳細測定」の指令を出すと瞬時に内部抵抗の切り替えをおこなって「２次測定」を開始し、状態が安定したとき第二のデータを出力し、これら第一のデータと第二のデータとを計算して地絡抵抗及び地絡電圧の値を出力・表示するものである。このとき、内部抵抗の切り替えによる待ち時間は１回であるので、従来の待ち時間が２回ある測定方法に比べると測定時間は約半分になる。
【００１９】
その他の使用方法として、地絡事故がなく６４Ｄが動作していないときに本装置によって「詳細測定」を実行し、地絡事故に対する予防保全に役立てる場合がある。この場合においても、Ｐ−Ｅ間の電圧とＥＮ間の電圧が等しく（Ｖｐｅ＝Ｖｅｎ）、内部抵抗を切り替えても地絡電流はながれない（Ｉｅ＝０）ので、前記制御用リレーコイル回路に電流が流れることはなく従って前記制御用リレーが誤動作することもない。また、測定時間も上述の通り従来に比べて約半分である。さらに、本発明の装置の別の使用方法として、連続して「詳細測定」をおこない、地絡に関する値を刻々計算・表示することもできる。
【００２０】
以上、説明したことをさらに流れ図によって説明する。
【００２１】
図８は、従来の方法の流れ図の一例である。「詳細測定」の指令があると、Ｐ極側に内部電圧を寄せて「２次測定」をおこない、次にＮ極側に内部電圧を寄せて「３次測定」をおこなってそれぞれのデータから「詳細測定」のデータを算出・表示する。この方法では、地絡極ではない極に内部電圧を寄せたとき、地絡電流が６４Ｄの場合に比べて大きくなり前記制御用リレーが誤動作する危険性がある。
【００２２】
図９は、本発明の方法の流れ図の一例で、請求項１、および請求項２の３項目目に対応した流れを示している。図８に比べて「３次測定」がないので、測定時間を従来に比べて半分以下にすることができる。また、非地絡極側へ内部電圧を寄せることがないので、地絡電流が６４Ｄの場合に比べて小さいので前記制御用リレーが誤動作することがない。
【００２３】
【発明の効果】
直流電路には、本発明の装置が接続される前においては６４Ｄが接続され、接地線が中性接地されている。本装置は、地絡が発生したときなど、前記６４Ｄに代えて地絡抵抗及び地絡電圧を測定・表示する。まず第一に、本発明の装置に接地線をつなぎ代えた場合の地絡電流が６４Ｄの場合の地絡電流以下であるので、負荷回路に使用されている制御用リレーのコイル回路に地絡が発生しても前記リレーが誤動作することはなく、前記制御用リレー誤動作により二次的に発生する事故もない。次に、本発明の装置により「詳細測定」をおこなうときは、「２次測定」の切り替えが１回であるので、測定時間が従来のものに比べて約半分に短縮され、また、連続して「詳細測定」をおこなうときには、更に測定時間が短縮される。第三に、前記負極Ｎを基準にしたときのアース点の電圧の差は、十分大きく取っているので測定精度が低下することもない。第四に、本発明の装置は、太陽電池の地絡電圧なども測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】鳳・テブナンの定理の説明図
【図２】地絡両端電圧の説明図
【図３】本発明の請求項１の説明のための地絡両端電圧図
【図４】本発明の請求項２の１実施例
【図５】従来の特願平１ー３１９８５５の直流回路の地絡抵抗表示装置に例示されている２つの状態の出力電圧がＰーＮ間電圧の中間電圧になるような場合のタイム・チャート
【図６】本発明の請求項１・請求項２のタイム・チャートの１例
【図７】連続して測定する場合の、本発明の請求項１・請求項２のタイム・チャートの１例
【図８】従来の測定方法の流れ図の一例
【図９】本発明の測定方法の流れ図の一例
【符号の説明】
Ｒ：抵抗
Ｖ：電圧
Ｐ：直流回路の正極
Ｎ：直流回路の負極
Ｅ：直流回路の接地極
Ｓ：スイッチ
Ｖｐｅ：正極ー接地極間の電圧
Ｖｅｎ：接地極ー負極間の電圧
Ｉｅ：地絡電流（接地極を流れる電流）
【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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