(57)【要約】【課題】直流低圧電路に発生した絶縁不良や直流高圧の混触を的確に検出可能とする。【解決手段】直流低圧電路の＋側及び−側の各電路と大地との間に接続された第１、第２の抵抗を介して流れる第１、第２の直流電流を検出する第１、第２の直流電流検出手段と、定常時における第１、第２の直流電流に対して、直流低圧電路の絶縁不良により、その対地絶縁抵抗と、大地と、第１又は第２の抵抗とを介して直流低圧電路の＋側から−側に環流すべき低圧漏れ電流を重畳した場合における第１，第２の理論電流値の組を記憶させた電流値テーブル記憶手段とを備え、絶縁異常判定手段は、第１、第２の直流電流検出手段により検出された第１，第２の検出電流値の組と、電流値テーブル記憶手段の第１，第２の理論電流値の組とを比較することにより直流低圧電路における絶縁不良の有無を判定する。【選択図】図１
2009186282.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流低圧電路の＋側及び−側の各電路と大地との間に接続された第１、第２の抵抗を介して流れる第１、第２の直流電流を検出する第１、第２の直流電流検出手段と、
定常時における前記第１、第２の直流電流に対して、前記直流低圧電路の絶縁不良により、その対地絶縁抵抗と、大地と、前記第１又は第２の抵抗とを介して前記直流低圧電路の＋側から−側に環流すべき低圧漏れ電流を重畳した場合における第１，第２の理論電流値の組を記憶させた電流値テーブル記憶手段と、
前記第１、第２の直流電流検出手段により検出された第１，第２の検出電流値の組と、前記電流値テーブル記憶手段の第１，第２の理論電流値の組とを比較することにより前記直流低圧電路における絶縁不良の有無を判定する絶縁異常判定手段とを備えたことを特徴とする絶縁監視装置。
【請求項２】
直流低圧電路の＋側及び−側の各電路と大地との間に接続された第１、第２の抵抗を介して流れる第１、第２の直流電流を検出する第１、第２の直流電流検出手段と、
定常時における前記第１、第２の直流電流に対して、前記直流低圧電路に対する直流高圧電源の混触により、前記第１、第２の抵抗と、大地を介して前記直流高圧電源の＋側から−側に環流すべき高圧混触電流を重畳した場合における第１，第２の理論電流値の組を記憶させた電流値テーブル記憶手段と、
前記第１、第２の直流電流検出手段により検出された第１，第２の検出電流値の組と、前記電流値テーブル記憶手段の第１，第２の理論電流値の組とを比較することにより前記直流低圧電路に対する高圧電源の混触の有無を判定する絶縁異常判定手段とを備えたことを特徴とする絶縁監視装置。
【請求項３】
前記電流値テーブル記憶手段は、前記第１，第２の理論電流値の組に対して、前記直流低圧電路に対する直流高圧電源の混触により、前記第１、第２の抵抗と、大地を介して前記直流高圧電源の＋側から−側に環流すべき高圧混触電流を重畳した場合における第１，第２の理論電流値の組を更に記憶していることを特徴とする請求項１記載の絶縁監視装置。
【請求項４】
前記電流値テーブル記憶手段は、定常時における前記第１、第２の直流電流に対して、前記直流低圧電路の両電路の絶縁不良により、その対地絶縁抵抗と、大地と、前記第１及び第２の抵抗とを介して前記直流低圧電路の＋側から−側に環流すべき低圧漏れ電流を重畳した場合における第１，第２の理論電流値の組を更に記憶していることを特徴とする請求項１又は３記載の絶縁監視装置。
【請求項５】
前記絶縁異常判定手段は、前記第１、第２の直流電流検出手段により検出された第１，第２の検出電流値の組が、前記電流値テーブル記憶手段の第１，第２の理論電流値の組を中心とする所定の範囲内に含まれることにより直流低圧電路における絶縁不良有りと判定することを特徴とする請求項１記載の絶縁監視装置。
【請求項６】
前記絶縁異常判定手段は、前記第１、第２の直流電流検出手段により検出された第１，第２の検出電流値の組が、前記電流値テーブル記憶手段の第１，第２の理論電流値の組を中心とする所定の範囲内に含まれることにより直流低圧電路に対する高圧電源の混触有りと判定することを特徴とする請求項２記載の絶縁監視装置。
【請求項７】
前記第１、第２の抵抗を介して流れる第１、第２の直流電流に重畳された交流成分を検出する交流電流検出手段を更に備え、
前記絶縁異常判定手段は、前記交流電流検出手段が所定以上の交流成分を検出したことにより直流低圧電路に対する直流高圧電源の混触有りと判定することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一つ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、直流低圧電路が、この電路の対接地絶縁不良及び又は高圧電源の混触により所要の絶縁状態から逸脱したことを検出する絶縁監視装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道の運行に係る変電所の制御設備等では、制御用電源としての直流低圧電源（ＤＣ１００Ｖ等）と電車線のき電用電源としての直流高圧電源（ＤＣ１５００Ｖ等）が独立して設けられる。この種の設備では、直流低圧電路に絶縁不良が発生した場合はもとより、直流低圧電路に直流高圧電源が混触すると、大地を介して大きな電流が流れ、重大な事故となる。そこで、このような直流低圧電路の絶縁不良や直流高圧電源の混触を確実に検出可能な絶縁監視装置の提供が望まれる。
【０００３】
図１４，図１５は従来技術を説明する図（１）、（２）で、図１４は直流低圧電源に絶縁不良が発生した場合を示している。直流高圧電源（以下、ＨＶとも称す）３は車両のき電用の直流高圧電圧（例えば、ＤＣ１５００Ｖ）を発生すると共に、そのＨＶ＋側は直流高圧電路（架線）１に給電され、ＨＶ−側は不図示のレールに接続されることで、このレールの接地抵抗（数Ω程度）介して大地に接地されている。一方、直流低圧電源（以下、ＬＶとも称す）１２は、制御用の直流低圧（例えば、ＤＣ１００Ｖ）を発生すると共に、そのＬＶ＋側及びＬＶ−側は直流低圧電路１１を介して負荷機器１３に供給されている。ＬＶ１２とＨＶ３とは電気的に独立した系統で設けられており、これらの間は絶縁されている。
【０００４】
この様な構成では、ＬＶ＋側に絶縁不良が発生すると、図１４（Ａ）に示す如く、ＬＶ＋側から対接地絶縁抵抗Ｒｐ（≠∞）、大地、抵抗ｒ３，ｒ２を介してＬＶ−側に低圧漏れ電流ＩＬＲｐが環流する。また、ＬＶ-側に絶縁不良が発生すると、図１４（Ｂ）に示す如く、ＬＶ＋から抵抗ｒ１，ｒ３  大地、対接地絶縁抵抗Ｒｎ（≠∞）を介してＬＶ−側に低圧漏れ電流ＩＬＲｎが環流する。
【０００５】
従来は、抵抗ｒ３と直列に単一の直流変成器（以下、ＤＣＣＴとも称す）を設けると共に、このＤＣＣＴに上向き（−）の電流が流れた場合はＬＶ＋側に絶縁不良が発生したことを検知し、また、ＤＣＣＴに下向き（＋）の電流が流れた場合はＬＶ−側に絶縁不良が発生したことを検知していた。
【０００６】
ところで、この様な直流低圧電路１１に、ＨＶ＋が混触した場合は、大地に大きな電流が流れ、重大な事故につながるため、このような状態を確実に検出することが望まれる。図１５はＬＶ＋側の絶縁不良と同時にこのＬＶ＋側にＨＶ＋が混触した場合の電流の流れを示している。今、抵抗ｒ１〜ｒ３を各１０ｋΩとすると、一般に負荷機器１３の内部抵抗Ｒｉ≦１００Ωと十分に小さいため、このＲｉによる電圧降下も十分に小さい。そこで、ここでは、内部抵抗Ｒｉ≒０Ω、かつＲｉによる電圧降下≒０Ｖと近似する。
【０００７】
そうすると、ＨＶ＋より混触抵抗Ｒｃ、抵抗ｒ１〜ｒ３、大地を介してＨＶ−側に環流する高圧混触電流ＩＨは、抵抗ｒ１、ｒ３のルートを流れる第１の高圧混触電流ＩＨ１と、抵抗ｒ２、ｒ３のルートを流れる第２の高圧混触電流ＩＨ２とに等しく分流される。なお、ＬＶ＋側に対接地絶縁抵抗Ｒｐ（≠∞）が存在する場合は、このＲｐにも高圧漏れ電流ＩＨＲｐが分流するため、この電流ＩＨＲｐは抵抗ｒ１〜ｒ３の側に分流する第１、第２の高圧混触電流の和（ＩＨ１＋ＩＨ２）には影響を与えるが、ＩＨ１とＩＨ２との比（＝１：１）には影響を与えない。
【０００８】
このような状況下では、従来の構成であっても、もし、ＬＶ＋の絶縁不良による低圧漏れ電流ＩＬＲｐがＨＶ＋の混触による高圧混触電流ＩＨよりも十分に小さい場合には、単一のＤＣＣＴにも比較的大きな下向きの電流（≒ＩＨ）が流れるため、ＨＶ＋の混触を検知可能であった。
【特許文献１】特開平１０−１０４２８９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、ＬＶ＋の絶縁不良による低圧漏れ電流ＩＬＲｐ＋の混触による高圧混触電流ＩＨと略等しくなるような領域では、ＩＬＲｐとＩＨとの間で相殺が起こるため、単一のＤＣＣＴでは異常を検出できないばかりか、これよりも高圧混触電流ＩＨが増加した場合には、このＤＣＣＴはＩＨを検出したのかＩＬＲｎ（即ち、ＬＶ−側の絶縁不良）を検出したのかを区別できない。このように、上記従来技術では、直流低圧電路１１に高圧電源ＨＶ＋が混触した場合の異常を的確に検出できない場合があった。
【００１０】
なお、特許文献１には、直流電源の変動分を抑圧しながら、この直流電源装置に接続された複数のケーブルの絶縁不良を検出する絶縁抵抗装置が示されている。
【００１１】
本発明は上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、直流低圧電路に発生した絶縁不良や直流高圧の混触を的確に検出可能な絶縁監視装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するために、本発明の第１の態様による絶縁監視装置は、直流低圧電路の＋側及び−側の各電路と大地との間に接続された第１、第２の抵抗を介して流れる第１、第２の直流電流を検出する第１、第２の直流電流検出手段と、定常時における前記第１、第２の直流電流に対して、前記直流低圧電路の絶縁不良により、その対地絶縁抵抗と、大地と、前記第１又は第２の抵抗とを介して前記直流低圧電路の＋側から−側に環流すべき低圧漏れ電流を重畳した場合における第１，第２の理論電流値の組を記憶させた電流値テーブル記憶手段と、前記第１、第２の直流電流検出手段により検出された第１，第２の検出電流値の組と、前記電流値テーブル記憶手段の第１，第２の理論電流値の組とを比較することにより前記直流低圧電路における絶縁不良の有無を判定する絶縁異常判定手段とを備えたものである。
【００１３】
本発明では、直流低圧電路の＋側及び−側の各電路と大地との間に接続された第１、第２の抵抗を介して流れる第１、第２の直流電流を検出する第１、第２の直流電流検出手段を備える構成により、＋側電路が絶縁不良を起こした場合と−側電路が絶縁不良を起こした場合とでは何れか一方の電流検出手段にのみ逆向きの低圧漏れ電流が流れることになるため、絶縁不良を起こした電路の極性と絶縁不良の程度を独立して的確に判定できる。
【００１４】
また、本発明では、定常時における第１、第２の直流電流に対して、絶縁不良発生時に流れるべき低圧漏れ電流を重畳した場合における第１，第２の理論電流値の組を予め電流値テーブル記憶手段に記憶させておき、前記第１、第２の直流電流検出手段により検出した第１，第２の検出電流値の組と、電流値テーブル記憶手段の第１，第２の理論電流値の組とを比較する構成により、定常時における第１、第２の直流電流に対して、絶縁不良の発生が与えた影響（低圧漏れ電流）の極性と大きさを的確かつ正確に判定することが可能となる。
【００１５】
本発明の第２の態様による絶縁監視装置は、直流低圧電路の＋側及び−側の各電路と大地との間に接続された第１、第２の抵抗を介して流れる第１、第２の直流電流を検出する第１、第２の直流電流検出手段と、定常時における前記第１、第２の直流電流に対して、前記直流低圧電路に対する直流高圧電源の混触により、前記第１、第２の抵抗と、大地を介して前記直流高圧電源の＋側から−側に環流すべき高圧混触電流を重畳した場合における第１，第２の理論電流値の組を記憶させた電流値テーブル記憶手段と、前記第１、第２の直流電流検出手段により検出された第１，第２の検出電流値の組と、前記電流値テーブル記憶手段の第１，第２の理論電流値の組とを比較することにより前記直流低圧電路に対する高圧電源の混触の有無を判定する絶縁異常判定手段とを備えたものである。
【００１６】
本発明では、直流低圧電路の＋側及び−側の各電路と大地との間に接続された第１、第２の抵抗を介して流れる第１、第２の直流電流を検出する第１、第２の直流電流検出手段を備える構成により、前記直流低圧電路に対して直流高圧電源が混触した場合には、第１、第２の直流電流検出手段に同じ向きの高圧混触電流が流れることになるため、高圧混触の発生と混触の程度を的確に判定できる。
【００１７】
また、本発明では、定常時における第１、第２の直流電流に対して、直流高圧の混触発生時に流れるべき高圧混触電流を重畳した場合における第１，第２の理論電流値の組を予め電流値テーブル記憶手段に記憶させておき、前記第１、第２の直流電流検出手段により検出した第１，第２の検出電流値の組と、前記電流値テーブル記憶手段の第１，第２の理論電流値の組とを比較する構成により、定常時における第１、第２の直流電流に対して、直流高圧混触の発生が与えた影響（高圧混触電流）の極性と大きさを的確かつ正確に判定することが可能となる。
【００１８】
本発明の第３の態様では、前記電流値テーブル記憶手段は、前記第１，第２の理論電流値の組に対して、前記直流低圧電路に対する直流高圧電源の混触により、前記第１、第２の抵抗と、大地を介して前記直流高圧電源の＋側から−側に環流すべき高圧混触電流を重畳した場合における第１，第２の理論電流値の組を更に記憶している。
【００１９】
本発明によれば、直流低圧電路の絶縁不良のみならず、この絶縁不良に直流高圧の混触が重ねて発生した場合でも、それらの状況と大きさを的確かつ正確に判定することが可能となる。
【００２０】
本発明の第４の態様では、前記電流値テーブル記憶手段は、定常時における前記第１、第２の直流電流に対して、前記直流低圧電路の両電路の絶縁不良により、その対地絶縁抵抗と、大地と、前記第１及び第２の抵抗とを介して前記直流低圧電路の＋側から−側に環流すべき低圧漏れ電流を重畳した場合における第１，第２の理論電流値の組を更に記憶している。
【００２１】
本発明によれば、直流低圧電路の片側で絶縁不良が発生した場合のみならず、両側で絶縁不良が発生した場合でも、それらの状況と大きさを的確かつ正確に判定することが可能となる。
【００２２】
本発明の第５の態様では、前記絶縁異常判定手段は、前記第１、第２の直流電流検出手段により検出された第１，第２の検出電流値の組が、前記電流値テーブル記憶手段の第１，第２の理論電流値の組を中心とする所定の範囲内に含まれることにより直流低圧電路における絶縁不良有りと判定する。
【００２３】
本発明の第６の態様では、前記絶縁異常判定手段は、前記第１、第２の直流電流検出手段により検出された第１，第２の検出電流値の組が、前記電流値テーブル記憶手段の第１，第２の理論電流値の組を中心とする所定の範囲内に含まれることにより直流低圧電路に対する高圧電源の混触有りと判定する。
【００２４】
本発明の第７の態様では、前記第１、第２の抵抗を介して流れる第１、第２の直流電流に重畳された交流成分を検出する交流電流検出手段を更に備え、前記絶縁異常判定手段は、前記交流電流検出手段が所定以上の交流成分を検出したことにより直流低圧電路に対する直流高圧電源の混触有りと判定する。これにより、高圧混触の発生の判定を一層確実なものにすることができる。
【発明の効果】
【００２５】
以上述べた如く本発明によれば、直流低圧電路に発生した絶縁不良や直流高圧電源の混触を的確かつ高い精度で検出可能となるため、この種の電源を扱う設備の安全な運用に寄与するところが大きい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、添付図面を参照して本発明による実施の形態を詳細に説明する。図１は第１の実施の形態による絶縁監視装置を説明する図で、本発明の車両運行設備への適用例を示している。図において、直流高圧電源ＨＶ３はき電用の直流高圧電圧（例えば、ＤＣ１５００Ｖ）を発生すると共に、そのＨＶ＋側は直流高圧電路（架線）１に給電され、ＨＶ−側はレール２の接地抵抗ＲＬ（数Ω程度）を介して大地に接地されている。車両４は架線１とレール２とに接触しつつ、ＨＶ３により給電されて走行する。一方、直流低圧電源ＬＶ１２は、車両運行設備の制御用の直流低圧電圧（例えば、ＤＣ１００Ｖ）を発生すると共に、そのＬＶ＋側及びＬＶ−側は直流低圧電路１１を介して負荷機器１３に供給されている。このＬＶ１２とＨＶ３とは電気的に独立した系統で設けられており、これらの間は絶縁されている。
【００２７】
更に、この絶縁監視装置２０は、直流低圧電路１１の絶縁不良により大地を介してＬＶ＋とＬＶ−間に環流する低圧漏れ電流や、この直流低圧電路１１へのＨＶ＋の混触により大地を介してＨＶ＋とＨＶ−間に環流する高圧混触電流を検出するための電流監視回路２１を備える。この電流監視回路２１では、大地を介して環流する低圧漏れ電流や高圧混触電流を検出するための第１〜第３の抵抗ｒ１〜ｒ３を図示の如くスター接続すると共に、第１の抵抗ｒ１の他端をＬＶの＋側線路に接続し、かつ第２の抵抗ｒ２の他端をＬＶの−側線路に接続し、そして、第３の抵抗ｒ３の他端を大地に接地した構造を備える。更に、この第１の抵抗ｒ１のルートにＤＣＣＴ１を設け、かつ第２の抵抗ｒ２のルートにＤＣＣＴ２を設けている。ＤＣＣＴ１、ＤＣＣＴ２は抵抗ｒ１，ｒ２を流れる直流電流を非接触で検出するための直流変成器（DC Current Transformer）である。
【００２８】
直流電流検出部２２、２３は、ＤＣＣＴ１、ＤＣＣＴ２の各検出電流を増幅する増幅器（Ａ）２２ａ、２３ａと、ＤＣＣＴ１、ＤＣＣＴ２における直流電流の検出のために必要な所定の交流信号をＤＣＣＴ１、ＤＣＣＴ２に供給する検出制御部２２ｂ、２３ｂとを含み、ＤＣＣＴ１、ＤＣＣＴ２で検出された各直流電流の大きさと方向（±）を出力する。なお、ＤＣＣＴ１と直流電流検出部２２とからなる構成は本発明の第１の直流電流検出手段に相当し、ＤＣＣＴ２と直流電流検出部２３とからなる構成は本発明の第２の直流電流検出手段に相当する。これらの各検出電流はＡ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄ）２４，２５でＡ／Ｄ変換され、ＣＰＵ３１に入力される。
【００２９】
ＣＰＵ３１は、絶縁監視装置の主制御・処理を行うと共に、主メモリ（ＭＭ）３２に記憶された図１１，図１２に示すプログラムの実行により絶縁異常判定部３３の機能を実現する。また、この主メモリ３２は絶縁異常判定部３３が絶縁異常の判定を行う際に参照する図６〜図８の電流値テーブル記憶部３４を備える。この電流値テーブル記憶部３４は、少なくとも、定常時（正常時）に第１、第２の抵抗ｒ１、ｒ２に流れている第１、第２の直流電流に対して、直流低圧電路１１の絶縁不良により、その対接地絶縁抵抗と、大地と、前記第１又は第２の抵抗ｒ１／ｒ２とを介して直流低圧電路１１の＋側から−側に環流すべき低圧漏れ電流を重畳した場合における第１，第２の理論電流値の組を予め計算により求め、主メモリ３２に記憶させたものである。詳細は図６〜図１０に従って後述する。
【００３０】
更に、表示部３５は、ＤＣＣＴ１、ＤＣＣＴ２の検出（実測）電流値の他、ＬＶ＋側の絶縁不良、ＬＶ−側の絶縁不良、ＨＶ＋による混触の発生等の各種異常検出イベントの情報を表示する。そして、操作部３６は、ユーザが各種の測定パラメータ等を設定入力するためのものであり、直流低圧電路１１の絶縁不良や混触の検出（判定）に係る各種閾値ＴＨの情報や、監視電流の検出時間等の設定を行うことが可能である。係る構成により、以下に、第１の実施の形態による絶縁監視装置の動作を詳細に説明する。
【００３１】
図２は直流低圧電路における＋側絶縁不良発生時の電流の流れ図である。直流低圧電源１２により抵抗ｒ１〜ｒ３（電流監視回路２１）に流れる電流に着目すると、絶縁不良が無い正常（Ｒｐ＝∞）な状態ではＬＶ＋側より抵抗ｒ１、ｒ２を介してＬＶ−側に電流Ｉｒ１（＝−Ｉｒ２）が流れる。また、この状態で直流低圧電路１１の＋側に絶縁不良が発生し、その時の対接地絶縁抵抗をＲｐ（≠∞）とすると、この対接地絶縁抵抗Ｒｐの大きさに応じた低圧漏れ電流ＩＬＲｐがＬＶ＋側より対接地絶縁抵抗Ｒｐ、大地、抵抗ｒ３、ｒ２を介してＬＶ−側に環流する。これによりＤＣＣＴ２では上向き（−）の電流が検出される。
【００３２】
挿入図（ａ）に等価回路を示す。ＤＣＣＴ１、ＤＣＣＴ２、対接地絶縁抵抗Ｒｐを流れる各電流Ｉｒ１、Ｉｒ２、ＩＬＲｐは式（１）〜式（５）によって求められる。
【数１】
2009186282.tif 000003
【００３３】
但し、Ｚｐ：ＬＶから見た負荷回路の合成抵抗
Ｉｒ２：ｒ２（ＤＣＣＴ２）を流れる電流
Ｖｒ２：ｒ２の端子電圧
Ｉｒ１：ｒ１（ＤＣＣＴ１）を流れる電流
ＩＬＲｐ：Ｒｐを流れる漏れ電流
である。こうして、ＬＶ＋側の絶縁不良（Ｒｐ≠∞）の発生時にＤＣＣＴ１、ＤＣＣＴ２に流れる電流（本発明の第１、第２の理論電流値に相当）は予め計算によって正確に求められる。
【００３４】
図３は直流低圧電路における−側絶縁不良発生時の電流の流れ図である。直流低圧電源１２により抵抗ｒ１〜ｒ３（電流監視回路２１）に流れる電流に着目すると、絶縁不良が無い正常（Ｒｎ＝∞）な状態では上記図２と同様にＬＶ＋側より抵抗ｒ１、ｒ２を介してＬＶ−側に電流Ｉｒ１（＝−Ｉｒ２）が流れる。また、この状態で直流低圧電路１１の−側に絶縁不良が発生し、その時の対接地絶縁抵抗をＲｎ（≠∞）とすると、この対接地絶縁抵抗Ｒｎの大きさに応じた低圧漏れ電流ＩＬＲｎがＬＶ＋側より抵抗ｒ１、ｒ３、大地、対接地絶縁抵抗Ｒｎを介してＬＶ−側に環流する。これによりＤＣＣＴ１では下向き（＋）の電流が検出される。
【００３５】
挿入図（ａ）にその等価回路を示す。ＤＣＣＴ１、ＤＣＣＴ２、対接地絶縁抵抗Ｒｎを流れる各電流Ｉｒ１、Ｉｒ２、ＩＬＲｎは式（６）〜式（１０）によって求められる。
【数２】
2009186282.tif 000004
【００３６】
但し、Ｚｎ：ＬＶから見た負荷回路の合成抵抗
Ｉｒ１：ｒ１（ＤＣＣＴ１）を流れる電流
Ｖｒ１：ｒ１の端子電圧
Ｉｒ２：ｒ２（ＤＣＣＴ２）を流れる電流
ＩＬＲn：Ｒｎを流れる漏れ電流
である。こうして、ＬＶ−側の絶縁不良（Ｒｎ≠∞）の発生時にＤＣＣＴ１、ＤＣＣＴ２に流れる電流（本発明の第１、第２の理論電流値に相当）は予め計算によって正確に求められる。
【００３７】
図４は直流低圧電路における混触発生時の電流の流れ図であり、以下、直流低圧電路１１に直流高圧電路１の＋側（以下、ＨＶ＋とも称す）が混触した場合に抵抗ｒ１〜ｒ３（電流監視回路２１）に流れる電流を考察する。図４（Ａ）はＨＶ＋がＬＶ＋側に混触した場合を示す。例えば、電流監視回路２１の抵抗ｒ１〜ｒ３を各１０ｋΩとすると、一般に負荷機器１３の内部抵抗Ｒｉ≒１００Ω以下と十分に小さいため、この内部抵抗Ｒｉによる電圧降下も十分に小さい。そこで、ここでは、内部抵抗Ｒｉ≒０Ω、かつＲｉによる電圧降下≒０Ｖと近似する。
【００３８】
そうすると、ＨＶ＋より混触抵抗Ｒｃ、電流監視回路２１、接地を介してＨＶ−側に環流する高圧混触電流ＩＨは、抵抗ｒ１、ｒ３のルートを流れる第１の高圧混触電流ＩＨ１と、抵抗ｒ２、ｒ３のルートを流れる第２の高圧混触電流ＩＨ２とに等しく分流される。なお、ＬＶ＋側に対接地絶縁抵抗Ｒｐ（≠∞）が存在する場合は、このＲｐにも高圧漏れ電流ＩＨＲｐが分流するが、この高圧漏れ電流ＩＨＲｐは電流監視回路２１の側に流れる高圧混触電流ＩＨ１、ＩＨ２の和には影響を与えるが、ＩＨ１とＩＨ２の比（＝１：１）には影響を与えない。
【００３９】
こうして、混触発生時の高圧混触電流ＩＨはＨＶ＋の混触時の接触抵抗Ｒｃ（≠∞）に応じて変化すると共に、ｒ１〜ｒ３＝１０ｋΩとした場合の高圧混触電流ＩＨは０〜１００ｍＡの範囲で変化することになる。一方、電流監視回路２１の側に分流する第１、第２の高圧混触電流ＩＨ１、ＩＨ２は対接地絶縁抵抗Ｒｐの大きさに応じて変化する。但し、対接地絶縁抵抗Ｒｐ＝０となる場合は高圧混触電流ＩＨの全てが対接地絶縁抵抗Ｒｐの側に流れてしまうので、電流監視の対象外である。
【００４０】
図４（Ｂ）はＨＶ＋がＬＶ−側に混触した場合を示している。この場合も、上記同様にして内部抵抗Ｒｉ≒０Ω、Ｒｉによる電圧降下≒０Ｖの近似により、ＨＶ＋より混触抵抗Ｒｃ、電流監視回路２１、接地を介してＨＶ−側に環流する高圧混触電流ＩＨは、抵抗ｒ１、ｒ３のルートを流れる第１の高圧混触電流ＩＨ１と、抵抗ｒ２、ｒ３のルートを流れる第２の高圧混触電流ＩＨ２とに等しく分流される。なお、ＬＶ＋側に対接地絶縁抵抗Ｒｐ（≠∞）が存在する場合は、このＲｐにも高圧漏れ電流ＩＨＲｐが分流するが、この高圧漏れ電流ＩＨＲｐは電流監視回路２１に流れる高圧混触電流ＩＨ１、ＩＨ２の和には影響を与えるが、ＩＨ１とＩＨ２の比（＝１：１）には影響を与えない。以上からして、ＨＶ＋による混触の影響はＬＶ＋側に混触した場合でもＬＶ−側に混触した場合でも同様に取り扱うことが可能である。
【００４１】
図５は絶縁不良を有する直流低圧電路にＨＶ＋が混触した場合の電流の流れ図である。図５（Ａ）は絶縁不良のあるＬＶ＋側にＨＶ＋が混触した場合を示しており、この電流の流れ図は図２の低圧漏れ電流に図４（Ａ）の高圧混触電流を重ね合わせることで得られる。また、図５（Ｂ）は絶縁不良のあるＬＶ−側にＨＶ＋が混触した場合を示しており、この電流の流れ図は図３の低圧漏れ電流に図４（Ａ）の高圧混触電流を重ね合わせることで得られる。以上からして、絶縁不良が存在する直流低圧電路１１にＨＶ＋が混触した場合におけるＤＣＣＴ１、ＤＣＣＴ２に流れる各監視電流は、絶縁不良発生時の低圧電流（定常時の電流と漏れ電流）に混触発生による高圧混触電流を重ね合わせる（加算する）ことで容易に得られる。以上のことを前提として、以下に電流値テーブル記憶部３４の記憶内容を説明する。
【００４２】
図６は実施の形態による電流値テーブル記憶部を説明する図（１）で、電流監視回路２１の抵抗ｒ１〜ｒ３＝１０ｋΩとした場合における各第１，第２の理論電流値の組を示している。この電流値テーブル記憶部３４の左欄は、対接地絶縁抵抗Ｒｐ又はＲｎをそれぞれ∞〜０Ωに変化させた場合について、ＤＣＣＴ１とＤＣＣＴ２に流れる第１、第２の理論電流値の組を、予め図２（ａ）又は図３（ａ）の等価回路に基づいて計算により求め、これらを第１，第２の理論電流値の欄「ＣＴ１」、「ＣＴ２」に記憶させたものである。
【００４３】
また、この電流値テーブル記憶部３４の右欄は、上記左欄における第１，第２の理論電流値の組「ＣＴ１（ｍＡ）」、「ＣＴ２（ｍＡ）」に対して、ＨＶ＋の混触による第１，第２の高圧混触電流値の組「ＩＨ１（ｍＡ）」、「ＩＨ２（ｍＡ）」をそれぞれ重ね合わせたものであり、図６の電流値テーブル記憶部３４は、高圧混触により直流低圧電路１１の側に少なくとも３ｍＡ以上の高圧混触電流「ＩＨ（ｍＡ）」が流入した場合を混触発生と判定可能としている。
【００４４】
なお、図６において、「ＶＬ（Ｖ）」は直流低圧電圧（ここでは１１０Ｖとしている）、「Ｚ（ｋΩ）」は図２（ａ）、図３（ａ）の等価回路におけるＬＶから負荷側をみた合成抵抗、「ＩＨ（ｍＡ）」は直流低圧電路１１に流入する高圧混触電流、「Ｖ（Ｖ）」はこのＩＨにより電流監視回路２１の合成抵抗ｒ（Ω）（＝ｒ３＋ｒ１／／ｒ２）に現れる端子電圧、「Ｖｒ１２（Ｖ）」は同じく抵抗ｒ１、ｒ２に現れる各端電圧、「ＩＨ１（ｍＡ）」、「ＩＨ２（ｍＡ）」は抵抗ｒ１、ｒ２に分流する第１、第２の高圧混触電流、そして、「ＣＴ１＋（ｍＡ）」、「ＣＴ２＋（ｍＡ）」はＩＨ＝３ｍＡの混触発生時にＤＣＣＴ１、ＤＣＣＴ２を流れる第１，第２の理論電流値の組である。
【００４５】
上記同様にして、図７は電流監視回路２１の抵抗ｒ１〜ｒ３＝２０ｋΩとした場合の電流値テーブル記憶部３４の記憶内容を示し、図８は抵抗ｒ１〜ｒ３＝３０ｋΩとした場合の電流値テーブル記憶部３４の記憶内容を示している。
【００４６】
なお、図示しないが、定常時（Ｒｐ＝∞、Ｒｎ＝∞）における第１，第２の理論電流値の組に対して、高圧混触電流ＩＨ＝３、４、５、…ｍＡ等に各対応する第１、第２の高圧混触電流値の組を重畳すれば、定常時における第１、第２の直流電流に対して、直流低圧電路に対する直流高圧電源の混触により、第１、第２の抵抗ｒ１，ｒ２と、大地を介してＨＶ＋側からＨＶ−側に環流すべき高圧混触電流を重畳した場合における第１，第２の理論電流値の組「ＣＴ１＋」、「ＣＴ２＋」を記憶させた電流値テーブル記憶部３４を構成できる。このような電流値テーブル記憶部３４を使用すれば、定常時における直流高圧電源の混触を適正に検出できる。
【００４７】
図９、図１０は実施の形態による電流値テーブル記憶部のグラフ図（１）、（２）であり、図９は例えば図７（ｒ１〜ｒ３＝２０ｋΩ）の電流値テーブル記憶部の記憶内容をグラフに表している。縦軸はＤＣＣＴ１が検出すべき理論電流値ＣＴ１（ｍＡ）、横軸はＤＣＣＴ２が検出すべき理論電流値ＣＴ２（ｍＡ）を表す。対接地絶縁抵抗Ｒｐ、Ｒｎが共に∞（正常）の場合は、上記計算で求めた理論電流値ＣＴ１＝２．７５ｍＡ（下向き）、ＣＴ２＝−２．７５ｍＡ（上向き）が流れるはずであり、その位置を図９の点ｑに記号「◎」でプロットする。対接地絶縁抵抗Ｒｐが∞よりも小さくなると、計算で求めた理論電流値ＣＴ１は減少し、かつＣＴ２は−方向に増加する関係にある。一方、対接地絶縁抵抗Ｒｎが∞よりも小さくなると、計算で求めた理論電流値ＣＴ１は増加し、かつＣＴ２は−方向に減少する関係にある。図９は、これらの関係を記号「●」でプロットしている。
【００４８】
これに対して、ＨＶ＋の混触により少なくとも３ｍＡの高圧混触電流ＩＨが直流低圧電路１１に流入すると、上記計算で求めた各理論電流値ＣＴ１，ＣＴ２の組は、それぞれ第１，第２の高圧混触電流ＩＨ１、ＩＨ２の重畳（加算）により、それぞれ１．５ｍＡづつ＋側にシフトされることになる。これにより、記号「●」でプロットされた絶縁不良時の各理論電流値ＣＴ１，ＣＴ２の組は、記号「○」でプロットされた混触発生時の各理論電流値ＣＴ１，ＣＴ２の組にシフトされることになる。因みに、正常状態で３ｍＡの高圧混触のみが発生すると、理論電流値ＣＴ１，ＣＴ２の組は点ｑ’に移動する。
【００４９】
なお、図９の例では、ＬＶ−側絶縁不良（Ｒｎ≠∞）による理論電流値特性「●」と、高圧混触発生時の理論電流値特性「○」とが一部でオーバラップしているため、ＤＣＣＴ１、ＤＣＣＴ２の検出値の組がこの直線領域上にプロットされた場合には、ＬＶ−側絶縁不良（Ｒｎ≠∞）のみが発生したのか、或いはＬＶ｀＋側絶縁不良（Ｒｐ≠∞）と高圧混触とが同時に発生したのかを区別できない。上記図７のテーブルの太線で囲まれた範囲は、このように２つの特性が重なる領域を示している。この様な重なり領域を無くすには、例えば理論電流値ＣＴ１、ＣＴ２の低圧線路絶縁不良による動作レンジを狭くすれば良く、このためには、例えば図８のテーブル、即ち、図１０のグラフ図（２）に示す如く、電流監視回路２１の抵抗ｒ１〜ｒ３＝３０ｋΩと大きくすれば、両特性の重なり領域は発生していない。このことは、抵抗ｒ１〜ｒ３の抵抗値を変える代わりに、高圧混触電流ＩＨの検出最低値を４ｍＡ以上に引き上げることでも実現できる。一方、図６のテーブルは抵抗ｒ１〜ｒ３＝１０ｋΩと小さくした場合を示しており、両特性の重なり領域は図７の場合よりも広くなっている。これらの選択は、高圧混触電流の検出最低値ＩＨと、電流監視回路２１の検出感度とのトレードオフにより決定されることになる。
【００５０】
本第１の実施の形態では、このような電流値テーブル記憶部３４における絶縁不良発生時の各理論電流値ＣＴ１，ＣＴ２の組と，混触発生時の各理論電流値ＣＴ１＋、ＣＴ２＋の組を基準とすることで、ＤＣＣＴ１、ＤＣＣＴ２の各検出（実測）値の組が前記基準値を中心とする所定の範囲内にプロットされる場合は絶縁不良及び又は混触発生と判定し、それ以外の場合は、正常（定常）の場合を除き、異常発生を検出するものである。なお、この所定の範囲とは、例えば理論電流値の組を中心とする所定半径（例えば理論電流値の５％以下等）の大きさの円領域又はこれ相当の大きさの矩形領域を表す。以下、本第１の実施の形態による絶縁異常判定部３３の絶縁異常判定処理を詳細に説明する。
【００５１】
図１１は実施の形態による絶縁異常判定部のフローチャート（１）である。ステップＳ１１では後述の各種フラグをリセットする。ステップＳ１２ではＤＣＣＴ１とＤＣＣＴ２を実測する。ステップＳ１３ではＤＣＣＴ１とＤＣＣＴ２の各検出（実測）電流値を表示部３５に出力する。ステップＳ１４ではＤＣＣＴ１とＤＣＣＴ２の各検出電流値がそれぞれ正常値（混触も絶縁不良も無い状態）の理論電流値に略等しいか否かを判別し、ＹＥＳの場合はステップＳ１１に戻る。また、上記ステップＳ１４の判別がＮＯの場合は、更にステップＳ１５で、ＤＣＣＴ１の検出電流値が閾値ＴＨｐｌと閾値ＴＨｐｕで囲まれる範囲（ＬＶ＋側絶縁不良の範囲）内にあるか否かを判別し、範囲内にある場合はステップＳ１６でＲｐ絶縁不良フラグに論理１をセットする。但し、この時点のフラグセットは外部には知らせない仮のセット（以下も同様）である。また、ＮＯの場合は、ステップＳ１６の処理をスキップする。
【００５２】
ステップＳ１７では、ＤＣＣＴ１の検出電流値が閾値ＴＨｎｌと閾値ＴＨｎｕで囲まれる範囲（ＬＶ−側絶縁不良の範囲）内にあるか否かを判別し、範囲内にある場合はステップＳ１８でＲｎ絶縁不良フラグに論理１をセットする。また、ＮＯの場合は、ステップＳ１８の処理をスキップする。ステップＳ１９では、ＤＣＣＴ１の検出電流値が高圧混触の閾値ＴＨＨＶより大きいか否かを判別し、大きい場合はステップＳ２０で混触フラグに論理１をセットする。また、ＮＯの場合は、ステップＳ２０の処理をスキップする。
【００５３】
ステップＳ２１では、ＤＣＣＴ１の検出電流値で電流値テーブル記憶部３４を参照し、このＤＣＣＴ１の検出電流値と等しい理論電流値「ＣＴ１、ＣＴ１＋」の対応欄よりＤＣＣＴ２の推定値（理論電流値）を抽出する。ステップＳ２２では、ＤＣＣＴ２の検出電流値がＤＣＣＴ２の推定値と略等しい（所定範囲に含まれる）か否かを判別し、等しい（含まれる）場合はステップＳ２３で上記セットされていた論理１の各フラグ情報を表示部３５に出力する。即ち、異常判定の確定である。また、等しくない場合はステップＳ２４で定常では無い（即ち、何らかの異常が検出された）旨の異常検出フラグを論理１にセットして、そのフラグ情報を表示部３５に出力する。
【００５４】
再度、図９を参照するに、上記の絶縁異常判定処理によれば、ＤＣＣＴ１、ＤＣＣＴ２の各検出電流値の組が理論正常値を中心とする所定範囲内にプロットされた場合は、絶縁異常は検出されない。一方、ＤＣＣＴ１、ＤＣＣＴ２の各検出電流値の組がＬＶ＋側（Ｒｐ）絶縁不良の直線上の所定範囲内にプロットされる場合はＲｐ絶縁不良と判定され、またＤＣＣＴ１、ＤＣＣＴ２の各検出電流値の組がＬＶ−側（Ｒｎ）絶縁不良の直線上の所定範囲内にプロットされる場合はＲｎ絶縁不良と判定される。更に、ＤＣＣＴ１、ＤＣＣＴ２の各検出電流値の組が高圧混触の直線上の所定領域内にプロットされる場合は高圧混触と判定される。そして、図９に示す如く、Ｒｎ絶縁不良と高圧混触の各直線が一部重なる領域にプロットされた場合は、Ｒｎ絶縁不良と同時に高圧混触が判定され、外部に知らされる。
【００５５】
図１２は実施の形態による絶縁異常判定部のフローチャート（２）で、上記ステップＳ２４の処理で何らかの異常が検出されたと判定した領域を更に詳しく判定する場合を示している。ところで、上記図１１の絶縁異常判定処理では、ＤＣＣＴ１、ＤＣＣ２の各検出電流値の組が図９の各直線上の所定範囲内にプロットされる場合にのみ、絶縁不良及び又は高圧混触と判定し、それ以外の場合は、正常の場合を除き、異常検出と判定していた。ここでは、このような領域内を更に詳しく評価する。
【００５６】
即ち、ステップＳ３１ではＲｎ絶縁不良フラグ＝１（即ち、閾値ＴＨｎｌ＜ＤＣＣＴ１の検出電流値＜閾値ＴＨｎｕ）か否かを判別する。ＹＥＳの場合は更にステップＳ３２で閾値ＴＨｐｌ’＜ＤＣＣＴ２の検出電流値＜閾値ＴＨｐｕ’か否かを判別し、ＹＥＳの場合はステップＳ３３でＲｐ絶縁不良フラグ＝１を表示部３５に追加出力する。この場合は、Ｒｎ絶縁不良フラグ＝１とＲｐ絶縁不良フラグ＝１が外部に出力されることになり、ＬＶ＋とＬＶ−で同時に絶縁不良が生じたことを報知できる。また上記ステップＳ３１又はステップＳ３２の判別がＮＯの場合は、上記ステップＳ３３の処理をスキップする。ステップＳ３４では混触フラグ＝１か否かを判別する。ＹＥＳの場合は更にステップＳ３５で閾値ＴＨＨＶ＜ＤＣＣＴ２の検出電流値か否かを判別し、ＹＥＳの場合はステップＳ３６で混触フラグ＝１を表示部３５に追加出力する。また上記ステップＳ３４又はＳ３５の判別がＮＯの場合は、該当する異常領域が無いため、ステップＳ３７で異常検出フラグ＝１をセットして、表示部３５に出力する。
【００５７】
再度図９を参照するに、上記その他の異常検出処理Ｓ２４’によれば、Ｒｐ絶縁不良とＲｎ絶縁不良とが同時に発生している領域Θの異常判定を適正に行える。また、ＤＣＣＴ１、ＤＣＣＴ２に閾値ＴＨＨＶとＴＨＨＶ’以上の検出電流が流れる領域Ψでは、絶縁不良か高圧混触又は絶縁不良と高圧混触の両方が発生している可能性があるが、常に高圧混触発生と判定することで、より安全性を重視した判定を行える。
【００５８】
図１３は第２の実施の形態による絶縁監視装置を説明する図で、電流監視回路２１に流れる高圧混触電流に重畳する交流（リップル）成分を検出可能な場合を示している。図において、この電流監視回路２１は、第３の抵抗ｒ３の経路に交流変成器ＡＣＣＴを備えている。このＡＣＣＴは高圧混触電流（ＩＨ１＋ＩＨ２）に重畳する交流（リップル）成分を非接触で検出するための交流変成器である。ＡＣＣＴの検出出力をバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２６でフィルタリングしてＩＨに含まれるリップルの周波数成分を抽出する。更に、この抽出した交流成分をＡ／Ｄ変換器２７により少なくともリップル周波数の２倍の周波数（所謂、ナイキスト周波数）でＡ／Ｄ変換してＣＰＵ３１に取り込む。これらＡＣＣＴからＡ／Ｄ変換器２７に至る構成は本発明における交流電流検出手段に相当する。
【００５９】
一般に、鉄道車両４は、起動（力行）、起動後の慣性で走行する空動、減速時の発電電力を高圧電源３側に戻す回生動の各状態で運行されるが、特に直流高圧電源の容量の関係から起動時にはリップルが大きくなる傾向にある。ＨＶの直流電圧は例えば１５００Ｖと高いため、仮に１０％程度のリップルが重畳した場合でも交流（リップル）成分の振幅は約１５０Ｖ程度となり、抵抗ｒ３には十分なリップル電流が流れる。
【００６０】
本第２の実施の形態による絶縁異常判定部３３では、そのフローチャートを図示しないが、ＣＰＵ３１は、前記取り込んだ交流成分の振幅等を解析すると共に、所定以上の振幅（又は実効値）を検出したことにより、直流低圧電路１１に対する直流高圧電源３の混触が有ると判定する。好ましくは、所定以上のリップル成分が検出されたことを、上記図１１又は図１２の絶縁異常判定処理で、直流高圧電源による混触有りと判定されたことに対して、その判定結果に対して一層の確認を与えるように用いる。
【００６１】
なお、上記各実施の形態では、本発明の車両運行設備への適用例を述べたがこれに限らない。本発明は、相対的に低圧な直流電源と、相対的に高圧な直流電源とからなるような他の様々な電源設備の絶縁監視に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】第１の実施の形態による絶縁監視装置を説明する図である。
【図２】直流低圧電路における＋側絶縁不良発生時の電流の流れ図である。
【図３】直流低圧電路における−側絶縁不良発生時の電流の流れ図である。
【図４】直流低圧電路における混触発生時の電流の流れ図である。
【図５】直流低圧電路における絶縁不良と＋側混触発生時の電流の流れ図である。
【図６】実施の形態による電流値テーブル記憶部を説明する図（１）である。
【図７】実施の形態による電流値テーブル記憶部を説明する図（２）である。
【図８】実施の形態による電流値テーブル記憶部を説明する図（３）である。
【図９】実施の形態による電流値テーブルのグラフ図（１）である。
【図１０】実施の形態による電流値テーブルのグラフ図（２）である。
【図１１】実施の形態による絶縁異常判定部のフローチャート（１）である。
【図１２】実施の形態による絶縁異常判定部のフローチャート（２）である。
【図１３】第２の実施の形態による絶縁監視装置を説明する図である。
【図１４】従来技術を説明する図（１）である。
【図１５】従来技術を説明する図（２）である。
【符号の説明】
【００６３】
１  直流高圧電路（架線）
２  レール
３  直流高圧電源（ＨＶ）
１１  直流低圧電路
１２  直流低圧電源（ＬＶ）
２０  絶縁監視装置
２１  電流監視回路
２６  バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）
ＤＣＣＴ  直流変成器
ＡＣＣＴ  交流変成器
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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