JPH0721521B2 - 絶縁抵抗測定方法 - Google Patents

絶縁抵抗測定方法

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JPH0721521B2
JPH0721521B2 JP30218486A JP30218486A JPH0721521B2 JP H0721521 B2 JPH0721521 B2 JP H0721521B2 JP 30218486 A JP30218486 A JP 30218486A JP 30218486 A JP30218486 A JP 30218486A JP H0721521 B2 JPH0721521 B2 JP H0721521B2
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辰治 松野
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は活線状態で電路等の絶縁抵抗を測定する装置の
温度変化或は回路特性の変化等に対する補償方法に関す
る。
(従来技術) 従来,漏電等の電路に於けるトラブルの早期発見の為に
例えば第4図に示す如き電路の絶縁抵抗測定方法を用い
電路状態を監視するのが一般的であった。
これはZなる負荷を有する受電変圧器Tの第2種接地線
LEを,商用電源周波数とは異なる周波数1なる測定用
低周波信号発振回路OSCに接続されたトランスOTに貫通
せしめるか,或いは前記接地線LEに直列に前記発振回路
を挿入接続する等して電路1及び電路2に測定用低周波
信号電圧を印加し,前記接地線LEを貫通せしめた変流器
ZCTによって電路と大地間に存在する絶縁抵抗Ro及び対
地浮遊容量Coを介して前記接地線に帰還する前記測定用
低周波信号の漏洩電流を検出しこれを増幅器AMPで増幅
したのち,フィルタFILによって周波数1の成分のみ
を選択し,これを例えば前記発振器OSCの出力信号を用
いて掛算器MULTで同期検波して漏洩電流中の有効分(即
ち,印加低周波電圧と同相の成分)を検出することによ
り電路の絶縁抵抗を測定するよう構成したものであっ
た。
本発明の理解を助けるためにその測定理論を更に説明す
る。
前記接地線LE印加される測定用低周波信号電圧を例えば
正弦波としてEsinω1t(ω1=2π1)とすれば,接
地点Eを介して接地線LEに帰還する周波数1の漏洩電
流Iは と表わされ,印加する交流電圧と同相の成分,即ち上記
(1)式の右辺第1項の成分に比例した値を同期検波等
の手段で検出すればこの値は絶縁抵抗Roに逆比例したも
のとなるから,これによって電路の絶縁抵抗値を求める
ことができる。しかしこのように前記接地線に帰還する
漏洩電流を変流器ZCTで検出し,更に変流器出力に含ま
れる周波数1の漏洩電流成分をフィルタFILで選択出
力する従来の方法では,通常変流器→増幅器→フィルタ
の系で周波数1の漏洩電流の位相がずれるから,これ
らの同期検波出力からRoに逆比例した値を得るためには
この位相ずれを補償する必要がある。このために同図に
示す如く同期検波器MULTの第1の入力端又は第2の入力
端に移相器PSを挿入し,これによって上記位相ずれを補
正することによって互いの同期をとっていた。即ちこの
移相器PSを設けることにより対地浮遊容量Coがない状態
(Co=0)にて,同期検波器の第1,第2の入力端に印加
される電圧の位相差が零となるように前もって設定して
おくものであった。
しかしながら上述の如き従来の方法では変流器ZCT,フィ
ルタFIL,移相器PS等の位相特性は温度変化または使用部
品特性の経年変化等によって変動するため,この結果最
初の調整値との位相誤差が発生し,正しい測定結果を提
供できなくなる欠点がありまた,変流器は一次電流が大
きくなると位相特性が変動する場合があった。これらに
対処するために従来は特性変動の少ない極めて高品質な
変流器或いはフィルタ等を採用することによって位相誤
差の影響を極力小さくしていたが,それでもその影響を
完全に除去することは困難であった。
(発明の目的) 本発明は以上説明したような従来の絶縁抵抗測定方法の
欠点を除去するためになされたものであって,高価な部
品を必要とせず安価に測定信号の位相ずれを常時補正
し,常に正確な測定結果をもたらしうる絶縁抵抗測定方
法に提供することを目的とする。
(発明の概要) 本発明はこの目的達成のため,前記被測定電路と接地線
の接地点間に所定値のリアクタンス素子例えばコンデン
サを挿入すると共にこの接続を繰返し周期Tの信号で断
接をくり返すか,又は前記測定用低周波電圧と90゜位相
の推移した所定値の大きさの電流を繰返し周期Tの信号
で変化させ,この電流の流れる導線を変流器に貫通させ
る。一方、変流器出力中の周波数f1の電流を抽出し、第
1及び第2の同期検波器の一方の入力端に入力すると共
に、第1同期検波器の他の入力端には前記測定用低周波
電圧を入力し、また第2同期検波器の他の入力端には前
記測定用低周波電圧を90゜移相せしめた電圧を入力する
ことにより、第1及び2同期検波器出力を得る。更に第
1の同期検波器の出力中に含まれる周波数1/Tの成分を
抽出し、前記繰り返し周期Tの信号を用いて第3の同期
検波器により同期検波することによって第3の同期検波
器出力を得、該第3の同期検波器出力が零となるように
前記第1及び第2の同期検波器に入力する信号の位相を
調整すると共に、前記第3の同期検波器出力を定数倍し
た信号と前記第2の同期検波器出力とを掛け算して得た
信号と、前記第1の同期検波器出力とを引き算した出力
を用いることにより対地浮遊容量の影響を除去した電路
の絶縁抵抗を測定する。
(実施例) 先ず本発明に係る測定方法を説明する前にその理解を助
ける為従来の方法及びその欠点を少しく詳細に説明す
る。
第(1)式にて示される周波数1の漏洩電流成分Iが
変流器ZCT,増幅器AMP,フィルタFILの系を通過する際発
生する位相ずれをθとすればフィルタFIL出力I1は となり,これは同期検波器MULTの第1の入力端に印加さ
れる。
また同期検波器の第2の入力端に印加される電圧を例え
ば一定振幅のaosin(ω1t+θ1)とすれば,同期検波
器の出力Dは 従ってθ=θ1のときの出力Doは となり,V,aoは一定となるから絶縁抵抗Roに逆比例した
値を測定することができる。したがって位相ずれθ−θ
1が零でない時の上記Doに対するDの誤差Eは となる。
今,例えばθ−θ1=1(度)のとき(6)式にて1
=25Hzで,Ro=20KΩ,Co=5μFとするときω1CoRo1
5.7となるから誤差εは27.4%となり著しく測定誤差が
大きくなることが分る。
本発明は上述の如き位相ずれに伴う誤差の発生を極力抑
える方法を提案するものである。
第1図は本発明に係る絶縁抵抗測定方法の一実施例を示
す回路図である。
同図において発振回路OSCで発生した周波数1なる低
周波電圧を位相変動特性の小さい電力増幅器PAMPで増幅
した後トランスOTを接地線LEに直列に接続して電圧Vsin
ω1tなる電圧を印加する。この際接地線LEに直列挿入さ
れるトランスOTの出力インピーダンスは十分に低く選
ぶ。前記変流器ZCT出力を周波数1を含む成分を通
し,商用周波成分を除去するフィルタFILに印加するこ
とにより(2)式に相当する出力が得られ,これを同期
検波器MULT1,MULT2の第1の入力端に印加する。
又,これら第1と第2の同期検波器MULT1とMULT2との基
準信号としては前記発振器OSCの出力を位相調整用移相
器PSを介して夫々に入力するが,第2の同期検波器MULT
2には更に90゜移相器PSOを介挿する。
一方,第1の同期検波器MULT1の出力を引算器SUBの一方
の入力端に印加し,その出力を求める信号として出力す
るが,該引算器SUBの他方入力端には,前記第1の同期
検波器MULT1の出力の一部をBPを介して第3の同期検波
器MULT3に入力しその出力を係数回路COFと掛算器MTとを
介して入力せしめる。
尚,この際前記第3の同期検波器MULT3の他方入力には
前記発振器OSCからの出力信号を又,前記掛算器MTには
前記第2の同期検波器MULT2の出力を夫々入力する。
更に,前記接地線LEと並列にコンデンサCとスイッチ回
路SWとからなる直列回路を接続すると共に該スイッチ回
路開閉を前記発振器OSCの出力であって第3の同期検波
器MULT3に入力したものと同一の信号によって制御する
ように構成する。
以下,このように構成した絶縁抵抗測定装置の動作を説
明する。今,例えば接地電路と接地点E間に挿入したス
イッチSWがオンのときを考えれば,接地線LEにはω1CVc
osω1tなる電流が追加されて流れることになり,変流器
の一次電流はその分増加し接地線に流れる印加低周波成
分の漏洩電流Ioは となる。したがってフィルタFILの出力I2は(2)式の
関係から となり,このときの同期検波器MULT1の出力D1は,
(4)式の関係から となる。
ここで,前記スイッチSWを発振回路OSCで発生した周期
T の繰返し信号でオン・オフして変調すれば,(9)式の
第2項に含まれるCの値が周期Tで変るため同期検波器
MULT1の出力D1には周波数1/Tの成分が生ずることになる
((9)式からも分るようにθ=θ1のときは,第2項
は零となるから周波数1/Tの成分は発生しないことにな
る。即ち前述の如く移相器PSによりθθ1となるよう
にセットしておく。)ところで同期検波器MULT1の出力
を周波数1/Tの成分のみをとり出すフィルタBPに印加す
れば該フィルタBPの出力Aは と表すことができる。ここでkは定数,φはフィルタ特
性等から定まる位相である。
ところでフィルタBPの出力を同期検波器MULT3の一方の
入力端に印加し,他の入力端にスイッチSWをオン・オフ
する周期Tの繰返し信号を印加すれば,同期検波器MULT
3の出力Soは と表す事ができ, =−Ko cosφ・sin(θ−θ1) ……(12) となる。
尚,ここで であり定数である。
また,同期検波器MULT2の第2の入力端に印加される電
圧は同期検波器MULT1の第2の入力端に印加される電圧a
osin(ω1t+θ1)を90゜移相器PSOを介したものであ
る。
今この信号をaocos(ω1t+θ1)とすれば同期検波器M
ULT2の出力HはスイッチSWがオフのとき, となる。また前記スイッチSWがオンのときのMULT2の出
力H2は となる。
また同期検波器MULT3の出力を係数回路COFで例えば 倍すれば係数回路の出力は−sin(θ−θ1)となる。
(上述の如くKo,cosφは定数と考えて差しつかえないた
め)したがって同期検波器MULT2の出力と係数回路出力
との積をかけ算器MTで演算し同期検波器MULT1の出力と
を引算器SUBにて引算すればスイッチSWがオフのときの
引算器SUBの出力OUT1は(4),(14)式から 一方スイッチSWがオンのときの引算器の出力OUT2は
(9),(15)式 となる。
上式に於いて|θ−θ1|が小さければsin(θ−θ1)
(θ−θ1),cos(θ−θ1)1,sin2(θ−θ1)
0とおけるから(16),(17)式で表わされる出力OU
Tは となる。
ところで,従来のように単に同期検波器MULT1の出力を
用いた場合スイッチオフのとき(14)式から 又スイッチオンのとき(9)式から となるから位相誤差(θ−θ1)の影響を受け大地静電
容量Coが大きいときθ−θ1を十分に小さくしないかぎ
り(18)式の出力OUTより誤差が大きくなり本発明の効
果が理解できよう。
即ち,従来の方法による測定誤差Eは(6)式で与えら
れるが1=25Hz,Ro=20KΩ,Co=5μFのときθ−θ
1=10(度)とすると,(6)式の誤差は271%とな
る。
一方,本発明による誤差E1は(16)式を用いると となる。上記の条件では,E1=2.66%となる。又(17)
式の如くコンデンサCが印加された状態での誤差E2は
(21)式のCo→Co→+Cとすればよい。例えばC=1μ
FとすればE2=3.49%となる。したがってθ−θ1=10
(度)程度あっても,本発明の方法による誤差は従来の
方法にくらべ約1/78と極めて小さくなる。
上記の如く本発明の絶縁抵抗測定方法によれば従来の方
法より位相誤差の影響を著しく受けにくいことになる。
尚前記説明では信号Soを用いたが,これに代る信号とし
て次の信号を用いることもできる。即ち前記Soと,同期
検波器MULT2の出力中に含まれる周波数1/Tの周波数成分
を別途設けたフィルタで検出し前記繰返し周期Tの信号
で別途同期検波することにより得た信号との積をとるこ
とにより得られる信号であってもよい。更に別の方法と
して前記同期検波器MULT1とMULT2の出力中に含まれる周
波数1/Tの成分を検出し,それぞれの積を求め,その直
流分を用いても同様な結果が得られるが詳述は省略す
る。
更に,移相器PSの挿入個所を第1図の如く発振回路OSC
の出力に挿入するのではなく,フィルタFILの出力に挿
入し移相器PSの出力を第1,第2の同期検波回路の夫々の
第1の入力端に印加しても同じ動作を行うことができる
ことは明らかである。
又,上述の説明ではコンデンサCを電路と接地点間に挿
入する場合を述べたが,本発明はこれに限定する必要は
なく例えば非接地電路と接地点間に挿入してもよい。た
だし,この場合はコンデンサCに商用電源が印加される
ためコンデンサC及びスイッチSWに流れる電流は著しく
大きくなるからこれに耐え得るものを使用する必要があ
る。
第2図は本発明の変形実施例を示す主要部分のブロック
図であり,前記コンデンサCならびにスイッチSWを介し
て測定用低周波信号電圧より90゜位相の推移した電流を
変流器ZCTの一次側に流すために印加トランスOTの代り
に第2の2次巻線を設けたOT′を用い,これより得られ
る測定用低周波信号電圧を印加する如くしたものであ
る。この例によれば第1図の実施例の如く,接地線LEに
コンデンサC,スイッチSWを接続する必要がないため設置
工事を簡易化することができる。
なお動作については,第1図の説明で述べたものと全く
同じである。
第3図は他の実施例を示しており,コンデンサC,スイッ
チSWを印加トランスOTの1次側に接続したものであり,1
次側の電圧が2次側の電圧より高い場合,その比率分だ
けコンデンサCの容量を小さくすることにより第1図の
実施例で述べた動作を同じにしたものである。またコン
デンサに接続された導線を変流器に貫通させるのではな
く,複数回巻線してもその分コンデンサの容量を小さく
することも可能である。
なお,コンデンサに印加する電圧は(7)式で示した如
くVとしたが,これに制約されないことは明らかであ
り,他の電圧であっても動作上は何ら問題ない。
さらに上記説明では測定用低周波信号電圧と90゜位相の
異なる電流を流すために,コンデンサ素子を用いたが,
必ずしもこれに限定されるものでなく他の回路網(例え
ば,インダクタンスとコンデンサとを組合せた回路)を
用いてもよい。また,他の電気回路で発生してもよいこ
とは明らかである。
また上記説明では測定用低周波信号電圧を正弦波として
説明したが,これに限定されるものではなく例えば矩形
波であってもよくその基本波成分或いは高調波成分を用
いてもよい。
なお,上記説明ではスイッチSWで,測定用低周波信号電
圧と90゜位相の推移した電流をオン・オフしたが,スイ
ッチを変調器にかえ繰返し周期Tの信号で変調してもよ
い。この場合繰返し周期Tの波形を単に矩形波とするの
ではなく,波形整形することにより変調を受けた上記電
流のスペクトルの広がりを小さくすることができ,フィ
ルタFIL出力の過渡現象をおさえることができる。
また上記実施例では単相2線式電路の場合で示したが,
単相3線式電路,3相3線式電路であってもよいことは自
明であろう。
(発明の効果) 以上説明したごとく,本発明は絶縁抵抗測定回路の位相
特性変動を抑圧することを可能にするものであるから極
めて安定なかつ正確な絶縁抵抗測定方法を実現するうえ
で著効を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示すブロック図,第2図及
び第3図は本発明の他の実施例を示す部分的ブロック
図,第4図は従来の絶縁抵抗を測定する方法を示すブロ
ック図である。 T……トランス,1,2……電路,LE……接地線,E……接地
点,ZCT……変流器,AMP……増幅器,FIL……フィルタ,MUL
T1,2,3……同期検波器,OSC……発振回路,OT,OT′……印
加トランス,PS……移相器,SW……スイッチ,MT……かけ
算器,BP……フィルタ,PSO……90゜移相器,SUB……引算
器,COF……係数回路,PAMP……電力増幅器。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電路に、商用周波数と異なる周波数f1なる
    測定用低周波信号電圧を印加し、前記電路と大地との間
    に挿入した所定のリアクタンス素子の値を繰り返し周期
    Tなる信号で変化させ、電路の接地線に結合せしめた変
    流器の出力中に含まれる前記周波数f1の漏洩電流成分を
    抽出すると共に、この抽出した漏洩電流出力を移相手段
    を介して位相調整した測定用低周波信号電圧で同期検波
    することにより第1の信号を得、前記漏洩電流出力を前
    記位相調整した測定用低周波信号電圧とは位相が90゜推
    移した電圧で同期検波することにより第2の信号を得る
    と共に、前記第1の信号中に含まれる周波数1/Tの周波
    数成分を抽出して前記繰り返し周期Tの信号で同期検波
    することにより第3の信号を得、該第3の信号を定数倍
    した信号と前記第2の信号との積をとる掛算器出力と前
    記第1の信号との差を用いて絶縁抵抗を測定する方法で
    あって、且つ前記漏洩電流成分を抽出する際に生じる信
    号の位相ずれθと、前記移相手段にて調整する位相調整
    量θ1とを等しく設定して電路の絶縁抵抗を測定したこ
    とを特徴とする位相補償した電路の絶縁抵抗測定方法。
  2. 【請求項2】電路に、商用周波数と異なる周波数f1なる
    測定用低周波信号電圧を印加し、該電路の接地線に帰還
    する前記周波数f1の漏洩電流成分を抽出すると共に、こ
    の抽出した出力を前記測定用低周波信号電圧で同期検波
    することにより得られる出力を用いて電路と大地間の絶
    縁抵抗を測定する方法において、 測定用低周波信号電圧を発生する手段と、 前記測定用低周波信号電圧発生手段出力を電路に印加す
    る低周波信号電圧印加手段と、 前記測定用低周波信号電圧発生手段出力を入力し、位相
    を推移せしめる移相手段と、 前記電路と大地との間に挿入した所定のリアクタンス素
    子及び該リアクタンス素子の値を繰り返し周期Tなる信
    号で変化させる電流印加手段と、 前記接地線に帰還する信号のうち、商用周波数成分を除
    去する漏洩電流抽出手段と、 前記漏洩電流抽出手段出力と前記移相手段出力とを入力
    し同期検波する第1の同期検波手段と、 前記移相手段出力とは位相が90゜推移した電圧と前記漏
    洩電流抽出手段出力とを入力し同期検波する第2の同期
    検波手段と、 前記第1の同期検波手段出力中に含まれる周波数1/Tの
    成分を検出するフィルタ手段と、 前記フィルタ手段出力及び前記繰り返し周期Tの信号を
    入力し同期検波する第3の同期検波手段と、 前記第3の同期検波手段出力を定数倍する係数手段と、 前記係数手段出力と前記第2の同期検波手段出力との積
    をとる掛け算手段と、 前記掛け算手段出力と前記第1の同期検波手段出力との
    差をとる引算手段とを備え、 前記移相手段における位相調整量θ1と周波数f1の漏洩
    電流成分が前記漏洩電流抽出手段を通過する際に発生す
    る位相ずれθとの関係が等しくなるように前記移相手段
    を設定し、前記引算手段の出力信号を用いて電路の絶縁
    抵抗を測定したことを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載の絶縁抵抗測定方法。
  3. 【請求項3】前記電流印加手段は、前記測定用低周波信
    号電圧と90゜位相の推移した所定の大きさの電流を繰り
    返し周期Tの信号で変化させ、該電流の流れる導線を前
    記変流器に貫通させ若しくは巻線したものであることを
    特徴とする特許請求の範囲第2項記載の位相補償した電
    路の絶縁抵抗測定方法。
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