JPH067727B2 - 絶縁監視装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、例えば病院などにおいて、医用電気機器に電
力を供給するラインを感電防止などのために接地レベル
から半絶縁されている状態を監視するための装置に関す
る。

このような病院電気設備の安全基準は日本工業規格に定
められている。その規格では医用電気機器に電力を供給
するために用いられる絶縁トランスの２次出力ラインを
非接地式ラインとし、そのラインのいずれか一線の対地
インピーダンスが低下し、この状態でさらにもう一線が
地絡したと想定したとき流れる地絡電流の値が２ｍＡ以
上となるような状態となつたとき、警報を発生すること
と定められている。

典型的な先行技術は、実開昭５８−１１８８３８に開示
されており、これは簡略化されて図４に示されている。
絶縁トランス９１の２次側出力ライン９２，９３から負
荷に電力が供給され、その中性点９４には抵抗９５，９
６が接続され、ライン９７が接地される。Ｚ１，Ｚ２
は、対地絶縁インピーダンスを示しており、抵抗９５に
流れる電流をｉ２１，ｉ２２で示し、抵抗９５の抵抗値
をＲとし、抵抗９５の両端の電圧をＶ１とし、角周波数
をωとするとき、次式が成立する。

Ｖ１＝Ｒ・ｉ２１・ｓｉｎ（ωｔ＋π） ＋Ｒ・（−ｉ２２）・ｓｉｎωｔ 先行技術では、抵抗９５の電圧Ｖ１を検出している。こ
の電圧Ｖ１は、絶縁インピーダンスＺ１，Ｚ２の差に対
応している。したがつて絶縁インピーダンスＺ１，Ｚ２
の劣化が同一で進んで、それらの絶縁インピーダンスＺ
１，Ｚ２が同じ値であれば、絶縁インピーダンスＺ１，
Ｚ２が劣化しているにもかかわらず、そのことを検出す
ることが不可能となる。

本発明の目的は、絶縁トランスの２つの２次側出力ライ
ンの対地絶縁インピーダンスＺ１，Ｚ２が同一値であつ
ても、その劣化を確実に検出することができるようにし
た絶縁監視装置を提供することである。

本発明は、（ａ）絶縁トランス４の非接地２次側出力ラ
イン７，８間に直列の同一の抵抗値を有する第１および
第２抵抗Ｒ１，Ｒ２を接続し、 （ｂ）第１および第２抵抗Ｒ１，Ｒ２の相互の接続点３
０には第３および第４抵抗Ｒ３；ＶＲ１，Ｒ４を直列に
接続し、 （ｃ）第４抵抗Ｒ４の第３抵抗Ｒ３と反対側に一対の第
１および第２ダイオードＤ１，Ｄ２のアノードを接続
し、 （ｄ）第１および第２ダイオードＤ１，Ｄ２の各カソー
ドを前記２次側出力ライン７，８にそれぞれ接続し、 （ｅ）前記アノードは直列の第５抵抗Ｒ５，ＶＲ２およ
び第６抵抗Ｒ６，Ｒ３６を介して接地され、 （ｆ）第３および第４抵抗Ｒ３，Ｒ４の相互の接続点３
０ａと、第１および第２ダイオードＤ１，Ｄ２のアノー
ドの相互の接続点３１との間の電圧を基準電圧Ｖ１１と
し、第５および第６抵抗Ｒ５；Ｒ６，Ｒ３６の相互の接
続点３４と、第１および第２ダイオードＤ１，Ｄ２のア
ノードの相互の接続点３１との間の電圧を検出電圧Ｖ１
２とするとき、前記基準電圧Ｖ１１と前記検出電圧Ｖ１
２との差を求める差検出手段３８，３９，４０を備える
ことを特徴とする絶縁監視装置である。

第１図は、本発明の一実施例の電気回路図である。商用
交流電源からの電力は、ライン１，２から配線用しや断
器３を介して絶縁トランス４の１次巻線５に与えられ
る。絶縁トランス４の２次巻線６は、２次側出力ライン
７，８から配線用しや断器９，１０，１１を経て、医用
差込接続器１２，１３，１４から医用電気機器に電力が
供給される。医用接地センタ１５は、接地幹線１６を介
して接地される。２次側出力ライン７，８の接地レベル
との絶縁状態は、本発明に従う絶縁監視装置１９によつ
て監視される。２次側出力ライン７，８の地絡電流は、
メータ２０によつて表示される。地絡電流が２ｍＡ未満
であるときには、正常表示ランプ２１が点灯する。この
地絡電流が２ｍＡ以上となるような状態となつたとき異
常表示ランプ２２が点灯するとともに、ブザー２３が警
報音を発生する。ブザー２３の鳴動動作を停止するに
は、ブザー停止スイツチ２４を操作すればよい。テスト
スイツチ２５は、それを押圧操作することによつて一方
の２次出力ライン８に地絡電流が２ｍＡ以上となるよう
な状態を発生させ、これによつて絶縁監視装置１９が正
常に動作を行なうことができる状態になつていることが
確認された。

絶縁監視装置１９において、地絡電流が２ｍＡ以上とな
るような状態であることが検出され、したがつてブザー
２３が鳴動したときには、医用差込接続器１２，１３，
１４に接続されている医用電気機器を１つずつ外してい
く。外された医用電気機器が絶縁不良であるときには、
地絡電流は例えば１．７ｍＡ以下となり、これによつて
ブザー２３の鳴動が自動的に停止される。医用差込接続
器１２，１３，１４から医用電気機器を外してもなお絶
縁不良の状態が続いているときには、配線用しや断器
９，１０，１１を１つずつ遮断していき、ブザー２３の
鳴動の自動的な停止を調べる。このようにして絶縁不良
箇所を調べることができる。

第２図は、本発明の一実施例の絶縁監視装置１９の具体
的な構成を示す電気回路図である。絶縁トランス４の２
次巻線６に接続されている２次側出力ライン７，８間に
は、同一の抵抗値を有する直列の第１抵抗Ｒ１および第
２抵抗Ｒ２が接続される。第１および第２抵抗Ｒ１，Ｒ
２の相互の接続点３０は、抵抗Ｒ３を介して、接続点３
０ａに接続され、さらには可変抵抗ＶＲ１および抵抗Ｒ
４を介して、一対の第１ダイオードＤ１および第２ダイ
オードＤ２のアノードの接続点３１に接続される。抵抗
Ｒ３は第３抵抗、可変抵抗ＶＲ１および抵抗Ｒ４は、第
４抵抗を構成する。第１および第２ダイオードＤ１，Ｄ
２の各カソードは、２次側出力ライン７，８にそれぞれ
接続される。第１および第２ダイオードＤ１，Ｄ２のア
ノード接続点３１は、第５抵抗を構成する抵抗Ｒ５およ
び可変抵抗ＶＲ２、ならびに第６抵抗を構成する抵抗Ｒ
６、Ｒ３６を介して、ライン３２から接地される。接続
点３０ａは、ライン３３に接続される。第５抵抗を構成
する抵抗Ｒ５および可変抵抗ＶＲ２、ならびに第６抵抗
を構成する抵抗Ｒ６，Ｒ３６の接続点３４は、ライン３
５に接続される。

２次側出力ライン７，８と接地レベルとの間の絶縁イン
ピーダンスは、等価的に参照符Ｚ１，Ｚ２でそれぞれ示
されている。テストスイツチ２５と抵抗Ｒ７とは直列に
接続され、ライン３２と２次出力ライン８との間に介在
される。

ライン３３，３５間の電圧は、絶縁抵抗Ｚ１，Ｚ２が実
質的に無限大であるとき、零となつている。ライン８，
３２が前述のようにテストスイツチ２５の操作によつて
抵抗Ｒ７を介して導通したり、また絶縁抵抗Ｚ１，Ｚ２
が相互に異なる或る値または同一の或る値を有している
ときには、抵抗Ｒ３および可変抵抗ＶＲ１との接続点３
０ａと、接続点３１との間の電圧を基準電圧とし、接続
点３４と接続点３１との間の検出電圧と前記基準電圧と
の差を、次に述べる増幅回路３８，３９を介する比較回
路４０によつて検出する。

ライン３３，３５とライン７１との間には平滑用コンデ
ンサ３６，３７がそれぞれ接続される。ライン３３，３
５の出力は、増幅比較回路６１の増幅回路３８，３９に
よつてそれぞれ増幅され、差動増幅回路である比較回路
４０の入力端子４１，４２に与えられる。比較回路４０
の出力４３は、前記検出電圧と前記基準電圧との差の電
圧を有し、リレーＲｙ２のリレースイツチＳ８を介して
メータ出力回路４５に与えられる。

メータ出力回路４５は、メータ２０を含み、絶縁抵抗Ｚ
１およびＺ２にそれぞれ流れる電流の和に正比例した角
変位量だけメータ２０の指示針が角変位するように、比
較回路４０からリレースイツチＳ８を介する出力を補正
してメータ２０に与える。メータ出力回路４５からのラ
イン４５ａを介する出力は、警報回路４６において、比
較回路４７の一方の入力端子４８に与えられる。比較回
路４７の他方の入力端子４９には、抵抗Ｒ２８、Ｒ２９
および可変抵抗ＶＲ３によつて定まる基準電圧が与えら
れる。比較回路４７は、入力端子４８に与えられる電圧
が、絶縁抵抗Ｚ１およびＺ２に流れる地絡電流２ｍＡ以
上に対応したもう一つの入力端子４９に与えられている
基準電圧以上となつたとき、ローレベルの信号を出力ラ
イン５２に導出する。これによつてトランジスタ５１が
導通する。可変抵抗ＶＲ８は、比較回路４７に関連して
接続されており、入力端子48の電圧が絶縁抵抗Ｚ１，Ｚ
２に流れる１．７ｍＡの電流に対応した電圧に低下した
ときに、出力ライン５２をハイレベルとする働きをす
る。

トランジスタ５１にはリレーＲｙ１のリレーコイルＬ１
が直列に接続されている。このリレーコイルＬ１が励磁
されることによつて、リレースイツチＳ１の共通接点５
３は、リレーコイルＬ１の励磁期間中、個別接点５４か
ら個別接点５５に切換わつている。可動接点５４には、
正常表示ランプ２１が直列に接続されており、もう一つ
の可動接点５５には異常表示ランプ２２が接続される。
またリレーコイルＬ１の励磁によつてブザー２３に直列
のリレースイツチＳ２が導通する。ブザー停止スイツチ
２４は、その共通接点５６が個別接点５７に接続され、
これによつてリレースイツチＳ２を介する電力がブザー
２３に与えられて、ブザー２３が鳴動することができ
る。共通接点５６がもう１つの個別接点５８に切換えら
れると、ブザー停止表示ランプ２４ａが点灯する。ブザ
ー停止スイツチ２４の共通接点５６を個別接点５８に導
通することによつて、黄色のブザー停止表示ランプ２４
ａが点灯する。

ライン７，８に接続された電源回路６０からの出力は、
増幅比較回路６１、メータ出力回路４５および警報回路
４６に与えられるとともに、初期設定回路６２に与えら
れる。電源回路６０からの電力は、コンデンサ６４によ
つて充電され、その充電電圧はトランジスタ６５のベー
スに与えられる。トランジスタ６５に直列に接続されて
いる抵抗Ｒ３４との接続点６６は、電圧を設定するため
のツエナダイオードＺＤ１から抵抗Ｒ３５を介してトラ
ンジスタ６７のベースに与えられる。トランジスタ６７
には、直列にリレーＲｙ２のリレーコイルＬ２が接続さ
れる。

電源投入時には、トランジスタ６５のベース電圧は低
く、したがつてトランジスタ６５は遮断している。この
ときリレーＲｙ２のリレーコイルＬ２からトランジスタ
６７のエミツタおよびベース、さらに抵抗Ｒ３５および
ブレークダウンしているツエナダイオードＺＤ１を経
て、さらに接続点６６および抵抗Ｒ３４を経て電流が流
れ、トランジスタ６７が導通する。これによつてリレー
コイルＬ２が励磁され、リレースイツチＳ８の共通接点
７０は個別接点７２に導通してハイレベルとされ、増幅
比較回路６１における出力４３はメータ出力回路４５に
入力されない。したがつてメータ２０および警報回路４
６が誤動作することがない。

電源投入後にはコンデンサ６４の電圧が徐々に上昇して
いく。その充電電圧が高くなつて、たとえば電源投入後
１０秒経過すると、始めてトランジスタ６５が導通す
る。これによつて接続点６６の電圧が上昇し、トランジ
スタ６７においてエミツタからベースへの電流が流れな
くなる。そのためトランジスタ６７が遮断し、リレーコ
イルＬ２が遮断する。したがつてスイツチＳ８の共通接
点７０は、増幅比較回路６１の出力４３に接続された個
別接点７１が導通し、絶縁監視状態となる。

第３図は、第２図、第２Ａ図および第２Ｂ図に示される
本発明の一実施例の動作を説明するための簡略化した電
気回路図である。接続点３０ａ，３４にライン３３，３
５を介して接続される増幅比較回路６１の比較回路４０
によつて検出される電圧は、接続点３０ａ，３１間の電
圧Ｖ１１および接続点３４，３１間の電圧Ｖ１２の合計
２つの電圧に関連しており、接続点３０ａ，３１間の電
圧Ｖ１１を基準電圧とし、接続点３４，３１間の電圧Ｖ
１２を検出電圧とし、基準電圧Ｖ１１と検出電圧Ｖ１２
との差を差動増幅回路である比較回路４０に与えること
によつて、出力４３には、基準電圧Ｖ１１と検出電圧Ｖ
１２の差を増幅した出力が得られる。

Ｖ12＝(R5+VR2)・i13・sin(ωt+π) ＋(R5+VR2)・i14・sinωｔ この出力４３をメータ出力回路４５に与えてメータ２０
を動作させる。可変抵抗ＶＲ１，ＶＲ２は、固定的な抵
抗Ｒ１〜Ｒ４；Ｒ５，Ｒ６，Ｒ３６の誤差を補正するた
めに設けられる。

絶縁インピーダンスＺ１が低下してきた場合、もう１つ
の絶縁インピーダンスＺ２がきわめて大きいとき、出力
ライン７、絶縁インピーダンスＺ１、抵抗Ｒ３６、抵抗
Ｒ６、可変抵抗ＶＲ２、抵抗Ｒ５、接続点３１、ダイオ
ードＤ２を経て出力ライン８に電流が流れる。接続点３
０ａ，３１間の前記基準電圧Ｖ１１と接続点３４，３１
間の検出電圧Ｖ１２との差は、出力ライン７，８間の電
圧の変動に依存しては変化しないが、絶縁インピーダン
スＺ１が上述のように低下してくると、電流ｉ１３（前
述の第３図参照）が増大し、この基準電圧Ｖ１１と検出
電圧Ｖ１２との差を比較回路４０で増幅し、メータ出力
回路４５に与えて前述のようにメータ２０を動作させ
る。このように地絡電流が大きくなると、ライン３３，
３５間の電圧は上昇し、応じて比較回路４０の出力４３
の電圧は低下する。この地絡電流に対応した出力４３の
電圧は、スイツチＳ８からメータ出力回路４５に与えら
れ、地絡電流がメータ２０によつて表示される。

接地電流が２ｍＡ以上になると、警報回路４６の比較回
路４７の出力ライン５２がローレベルとなつてトランジ
スタ５１が導通し、リレーコイルＬ１が励磁される。そ
のためスイツチＳ１の共通接点５３が共通接点５５に導
通し、異常表示ランプ２２が点灯するとともに、リレー
スイツチＳ２の導通によつてブザー停止スイツチ２４の
共通接点５６から個別接点５７を経て供給される電力は
ブザー２３を鳴動する。この異常状態は、リレーＲｙ１
のリレーコイルＬ１によつて導通するもう一つのリレー
スイツチＳ５のスイツチング態様の変化によつて端子６
８，６９から遠隔地に伝送される。ブザー２３の鳴動状
態を停止するには、ブザー停止スイツチ２４の共通接点
５６を可動接点５８に切換えればよい。ブザー停止スイ
ツチ２４の押圧操作部分には、ブザー停止表示ランプ２
４ａが内蔵され、取扱いが容易となる。

以上のように本発明によれば、第３および第４抵抗Ｒ
３；ＶＲ１，Ｒ４の相互の接続点３０ａと、第１および
第２ダイオードＤ１，Ｄ２のアノードの相互の接続点３
１との間の電圧を基準電圧Ｖ１１とし、第５および第６
抵抗Ｒ５，ＶＲ２；Ｒ６，Ｒ３６の相互の接続点３４
と、第１および第２ダイオードＤ１，Ｄ２のアノードの
相互の接続点３１との間の電圧を検出電圧Ｖ１２とする
とき、基準電圧Ｖ１１と検出電圧Ｖ１２とは、絶縁トラ
ンス４の２次側出力ライン７，８間の電圧が変動する
と、変化するが、これらの基準電圧Ｖ１１と検出電圧Ｖ
１２との各変化分は、それらの基準電圧Ｖ１１と検出電
圧Ｖ１２との差を差検出手段３８，３９，４０によつて
求めることによつて相殺され、したがつてその差は、出
力ライン７，８間の電圧の変動に依存することはなく、
絶縁インピーダンスＺ１，Ｚ２の劣化に応じて変化し、
すなわち地絡電流が大きくなるにつれて、大きく変化
し、また２つの２次側出力ライン７，８の各絶縁インピ
ーダンスＺ１，Ｚ２が同じ値であつてかつその絶縁イン
ピーダンスＺ１，Ｚ２が低下したとき、およびこれらの
絶縁インピーダンスＺ１，Ｚ２が相互に異なつておりか
つそれらの絶縁インピーダンスＺ１，Ｚ２が低下したと
きにおいても、第５抵抗Ｒ５，ＶＲ２を流れる電流が増
大して検出電圧Ｖ１２が大きくなることになり、こうし
て基準電圧Ｖ１１と、第５抵抗Ｒ５，ＶＲ２の検出電圧
Ｖ１２との差を差検出手段３８，３９，４０によつて検
出することができるようになり、こうして絶縁インピー
ダンスＺ１，Ｚ２が同一の値で低下しても、また相互に
異なつた値で低下したときも、絶縁状態の監視を確実に
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の全体の電気回路図、第２図
は第２Ａ図および第２Ｂ図を組合せた状態を示す本発明
の一実施例の絶縁監視装置１９の具体的な電気的構成の
全体を示す図、第２Ａ図は本発明の一実施例の絶縁監視
装置１９の具体的な電気的構成の一部を示す電気回路
図、第２Ｂ図は絶縁監視装置１９の具体的な電気的構成
を示す残余の部分を示す電気回路図、第３図は第１図、
第２図、第２Ａ図および第２Ｂ図に示される実施例の動
作を説明するための簡略化した電気回路図、第４図は先
行技術の電気回路図である。 ４…絶縁トランス、７，８…２次出力ライン、１９…絶
縁監視装置、Ｒ１…第１抵抗、Ｒ２…第２抵抗、Ｄ１…
第１ダイオード、Ｄ２…第２ダイオード、Ｚ１，Ｚ２…
絶縁抵抗。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 実開 昭56−126126（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭57−114978（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭58−118838（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（ａ）絶縁トランス４の非接地２次側出力
   ライン７，８間に直列の同一の抵抗値を有する第１およ
   び第２抵抗Ｒ１，Ｒ２を接続し、 （ｂ）第１および第２抵抗Ｒ１，Ｒ２の相互の接続点３
   ０には第３および第４抵抗Ｒ３；ＶＲ１，Ｒ４を直列に
   接続し、 （ｃ）第４抵抗Ｒ４の第３抵抗Ｒ３と反対側に一対の第
   １および第２ダイオードＤ１，Ｄ２のアノードを接続
   し、 （ｄ）第１および第２ダイオードＤ１，Ｄ２の各カソー
   ドを前記２次側出力ライン７，８にそれぞれ接続し、 （ｅ）前記アノードは直列の第５抵抗Ｒ５，ＶＲ２およ
   び第６抵抗Ｒ６，Ｒ３６を介して接地され、 （ｆ）第３および第４抵抗Ｒ３，Ｒ４の相互の接続点３
   ０ａと、第１および第２ダイオードＤ１，Ｄ２のアノー
   ドの相互の接続点３１との間の電圧を基準電圧Ｖ１１と
   し、第５および第６抵抗Ｒ５；Ｒ６，Ｒ３６の相互の接
   続点３４と、第１および第２ダイオードＤ１，Ｄ２のア
   ノードの相互の接続点３１との間の電圧を検出電圧Ｖ１
   ２とするとき、前記基準電圧Ｖ１１と前記検出電圧Ｖ１
   ２との差を求める差検出手段３８，３９，４０を備える
   ことを特徴とする絶縁監視装置。