JPH0783975A - 非接地配線方式の電路の絶縁監視装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 対地インピーダンスを安定して監視し、かつ
監視電流を小さくする。 【構成】 絶縁トランスの２次出力間に、中性点を得る
ための一対の高抵抗値を有する抵抗から成る直列回路を
接続し、その中性点と大地との間に、直流電圧と１１０
Ｈｚの交流電圧とを交互に発生する監視用電源を接続す
るとともに、この監視用電源には直列に、電流検出用抵
抗を接続し、この電流検出用抵抗の出力電圧を、ローパ
スフィルタを介して第１減算手段に与えて予め定める第
１電圧を減算し、またハイパスフィルタから第２減算手
段に与えて予め定める第２電圧を減算し、こうして対地
インピーダンスの実数部と虚数部とが、前記中性点を得
るための一対の抵抗の抵抗値に比べて相対的に小さくて
も、その対地インピーダンスを正確に検出することがで
き、第１および第２減算手段の出力はサンプルホールド
手段でそれぞれ保持して１つの加算手段に与え、その
後、レベル弁別する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、非接地配線方式の電路
の絶縁監視装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】病院電気設備の安全基準は、日本工業規
格ＪＩＳ Ｔ １０２２に規定されており、電路に地絡
電流が流れて電源が遮断すると、医療に重大な支障をき
たすおそれのある医用電気機器を使用する医用室のコン
セント回路は、非接地配線方式とすることとされ、非接
地式電路の電源側には、絶縁監視装置を設けることと規
定されている。この絶縁監視装置は、電路の対地インピ
ーダンスを計測・監視する方式であり、それに設けられ
る警報装置は、非接地式電路のいずれかの一線を低イン
ピーダンスの導体で大地へ接続した場合に流れる地絡電
流の値が２ｍＡとなるような状態となったとき、動作す
るものでなければならないものとされている。

【０００３】典型的な先行技術は特公平１−１６０８８
に開示されており、この先行技術ではたとえば５０Ｈｚ
の非接地電路の中性点と大地との間に、その周波数より
僅かに離れた周波数であるたとえば５５Ｈｚを有し、か
つ電圧が電路の大地電圧とほぼ等しい補助電圧を印加す
る補助電圧源と、前記中性点と大地との間を流れる電流
を検出する電流検出器と、非接地電路に人体が接触して
も人体が流れる電流が２ｍＡ以下となるようにする電流
制限器とが直列に接続されて構成される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような先行技術で
は、監視のために前記電流制限器によって中性点と大地
との間の電流が２ｍＡ以下となるようにしており、実際
には約２ｍＡ程度の電流を常時流している構成となって
いるものと推測され、したがってその監視電流が大き
く、このことは非接地電路の絶縁を劣化していることに
なる。

【０００５】本発明の目的は、対地インピーダンスを安
定して監視することができ、しかも非接地電路に大きな
監視電流を流さなくてもよいようにした非接地配線方式
の電路の絶縁監視装置を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、１次入力に電
源電力が与えられる絶縁トランスと、絶縁トランスの２
次出力間に接続され、監視すべき地絡電流値よりも充分
に小さい電流を流すように大きな抵抗値をそれぞれ有す
る一対の抵抗から成る直列回路と、直列回路の前記一対
の抵抗の相互の接続点と、接地との間に介在され、直流
電圧と、前記電源とは異なる周波数を有する交流電圧と
を、交互に切換えて与える監視用電源と、監視用電源に
流れる直流および交流の電流を検出する電流検出手段
と、電流検出手段の検出出力を予め定めるレベルでレベ
ル弁別する手段とを含むことを特徴とする非接地配線方
式の電路の絶縁監視装置である。

【０００７】また本発明は、監視用電源の周波数は、前
記電源の周波数の２倍の高調波周波数の近傍であって、
その高調波周波数とは異なる値に定められることを特徴
とする。

【０００８】また本発明は、電流検出手段は、監視用電
源に直列に接続される電流検出用抵抗と、電流検出用抵
抗の両端間の電圧が与えられ、前記電源の周波数よりも
低い遮断周波数を有するローパスフィルタと、ローパス
フィルタの出力から予め定める第１電圧を減算する第１
減算手段と、電流検出用抵抗の両端間の電圧が与えら
れ、前記交流電圧の周波数を濾波して取出すフィルタ
と、前記交流電圧周波数濾波フィルタの出力から予め定
める第２電圧を減算する第２減算手段と、第１および第
２減算手段の各出力を加算する手段とを含むことを特徴
とする。

【０００９】また本発明は、第１および第２減算手段の
各出力をそれぞれ保持するサンプルホールド手段をさら
に備えることを特徴とする。

【００１０】また本発明は、電流検出手段は、監視用電
源に直列に接続される電流検出用抵抗と、電流検出用抵
抗の両端間の電圧が与えられ、前記電源の周波数よりも
低い遮断周波数を有するローパスフィルタと、ローパス
フィルタの出力を、出力レベルが高いほど、分解能を高
めてデジタル値に変換する第１のアナログ／デジタル変
換手段と、電流検出用抵抗の両端間の電圧が与えられ、
前記交流電圧の周波数を濾波して取出すフィルタと、前
記交流電圧周波数濾波フィルタの出力を、出力レベルが
高いほど、分解能を高めてデジタル値に変換する第２の
アナログ／デジタル変換手段と、第１および第２のアナ
ログ／デジタル変換手段の各出力を加算する手段とを含
むことを特徴とする。

【００１１】

【作用】本発明に従えば、絶縁トランスの２次出力間
に、一対の抵抗から成る直列回路を設け、この一対の抵
抗の相互の接続点である中性点と、接地、すなわち大地
との間に、直流電圧と交流電圧とを、交互に切換えて与
える監視用電源を接続するとともに、その監視用電源に
流れる電流を電流検出手段によって検出し、検出電流を
レベル弁別する構成を有し、したがって前記一対の各抵
抗の抵抗値を充分大きな値にそれぞれ選ぶことによっ
て、絶縁トランスの２次出力である非接地電路に人体が
接触したときに人体に流れる電流を、たとえば１０４μ
Ａ以下にして安全性を確保するとともに、そのような電
流値が小さいので非接地電路の絶縁の劣化をきたすこと
がなく、前述の１０４μＡは、監視すべき地絡電流値で
あるたとえば２ｍＡよりも充分に小さい値である。

【００１２】また本発明に従えば、監視用電源は直流電
圧と交流電圧とを、中性点と大地との間に与え、したが
って２つの各非接地電路と大地間の対地インピーダンス
の実数成分である抵抗分および虚数成分であるキャパシ
タンスによる絶縁監視を行うことができる。

【００１３】また本発明に従えば、絶縁トランスの２次
出力である２つの各非接地電路と大地との間の各対地イ
ンピーダンスの監視をそれぞれ行うことが可能であり、
すなわち一方の非接地電路と大地間との絶縁劣化だけで
なく、両非接地電路と大地間の各絶縁劣化を監視するこ
ともまた可能である。

【００１４】監視用電源の周波数は、系統電源の周波
数、たとえば６０Ｈｚまたは５０Ｈｚの２倍の高調波周
波数、すなわち１２０Ｈｚまたは１００Ｈｚの近傍であ
って、その高調波周波数とは異なる値、たとえば１１０
Ｈｚに定められる。もしも仮に監視用電源の交流電圧の
周波数を、絶縁トランスの２次出力電圧すなわち系統電
源の周波数と同一またはその近傍の値に選ぶとすれば、
監視用電源の交流電圧と系統電源の出力との位相のずれ
が問題となり、位相がずれてうなりを生じることによっ
て検出電流が変動するおそれがあり、したがって監視用
電源の交流電圧の周波数と系統電源の周波数とは充分に
離す必要がある。絶縁トランスの２次出力電圧で、監視
すべき地絡電流値、たとえば前述の２ｍＡとなる対地直
流抵抗５０ｋΩ未満になったことをレベル弁別して警報
を発生するように構成する。また電路を長く布設したこ
となどによる浮遊容量による対地キャパシタンスは、系
統電源の周波数である６０Ｈｚまたは５０Ｈｚにおいて
対地インピーダンスが同様に５０ｋΩとなるのは０．０
５３μＦまたは０．０６３μＦであり、この対地キャパ
シタンス以上で警報を発生するように構成する場合、監
視用電源の交流電圧出力時に、その対地キャパシタンス
で、前述の直流抵抗５０ｋΩを超えないようにして誤検
出を防ぐためには、監視用電源の交流電圧周波数は、系
統電源の周波数を超える必要があり、しかしながら周波
数が高すぎると、前述の対地キャパシタンスでのインピ
ーダンスが小さくなり、中性点を得るための前記一対の
各抵抗の高抵抗値に比べて相対的に小さくなりすぎて検
出が困難となる。そこで監視用電源の交流電圧の周波数
を、上述のように設定することが好都合である。

【００１５】さらに本発明に従えば、電流検出手段は、
監視用電源に直列に接続される電流検出用抵抗を有し、
この電流検出用抵抗に流れる電流によって生じる両端電
圧をローパスフィルタに与えて対地インピーダンスの実
数部に対応する電圧を検出するようにし、さらに第１減
算手段によってローパスフィルタの出力から予め定める
第１電圧を減算することによって、その前述の中性点を
得るための前記一対の各抵抗の高抵抗値に比べて対地イ
ンピーダンスである直流抵抗が相対的に小さくても、レ
ベル弁別を容易に行うことができることを可能にし、こ
のことと同様に、交流電圧の周波数を濾波して取出すフ
ィルタであるハイパスフィルタまたはバンドパスフィル
タなどからの出力を第２減算手段で予め定める第２電圧
だけ減算するように構成して対地インピーダンスの虚数
部である対地キャパシタンスの検出を容易に可能にす
る。

【００１６】さらに本発明に従えば、第１および第２減
算手段の出力を加算し、その後、レベル弁別を行うこと
によって、加算手段を単一個として、構成を簡略化する
こともまた可能となる。

【００１７】さらに本発明に従えば、第１および第２減
算手段の各出力を個別的に保持するサンプルホールド手
段をさらに備え、これらのサンプルホールド手段の出力
を、後続する加算回路で加算することによって、実数部
と虚数部との和である対地インピーダンスを正確にレベ
ル弁別することが可能となる。

【００１８】さらに本発明に従えば、電流検出手段をマ
イクロコンピュータなどの処理手段によって実現するに
あたっては、ローパスフィルタおよび交流電圧周波数濾
波フィルタの出力を、出力レベルが高いほど、分解能を
高めてデジタル値に変換する第１および第２のアナログ
／デジタル変換手段を用いることによって、中性点を得
るための前記一対の各抵抗値の高抵抗値に比べて対地イ
ンピーダンスが相対的に小さくてもレベル弁別を容易に
行うことが可能になる。

【００１９】

【実施例】図１は、本発明の一実施例の全体の構成を示
すブロック図である。商用交流電源１からの実効値１０
０Ｖの電力は絶縁トランス２の１次コイル３に与えられ
る。商用交流電源１の周波数ｆ１，ｆ２は、ｆ１＝５０
Ｈｚまたはｆ２＝６０Ｈｚである。絶縁トランス２の２
次コイル４の出力は電路５，６から病院および診療所な
どの電気設備７に供給される。電路５，６は非接地配線
方式であり、これらの電路５，６が大地８との間で対地
インピーダンスＺ１，Ｚ２を本発明による絶縁監視装置
９によって計測・監視する。絶縁トランス２の２次コイ
ル４の出力電圧は実効値１００Ｖである。

【００２０】図２に簡略化して示されるように電路５の
対地インピーダンスをＺ１とするとき、もう１つの電路
６に人体１０が接触して電路６が地絡したとき、絶縁ト
ランス２の２次コイル４から電路５、対地インピーダン
スＺ１、大地、人体１０および電路６を経て参照符Ｉ１
で示される地絡電流が流れる。この地絡電流の値が非接
地式電路のいずれかの一線を低インピーダンスの導体で
大地へ接続した場合に流れる地絡電流の値が２ｍＡとな
るような状態となったとき、本件絶縁監視装置９は警報
手段１１によって警報を発生する。このような警報動作
が行われる対地インピーダンスＺ１またはＺ２は、５０
ｋΩ（＝１００Ｖ／２ｍＡ）である。再び図１を参照し
て、絶縁トランス２の２次コイル４の出力である電路
５，６間には、直列回路１２が接続される。この直列回
路１２は、一対の抵抗Ｒ１，Ｒ２およびＲ３０から成
り、監視すべき地絡電流値２ｍＡよりも充分に小さい電
流、たとえば１１３μＡしか流さないように大きな抵抗
値を有し、この実施例ではＲ１＝Ｒ２＝１ＭΩ、Ｒ３０
＝４７ｋΩである。

【００２１】監視用電源１３は、直列回路１２の前記一
対の抵抗Ｒ１，Ｒ２の中性点である接続点１４と大地１
５との間に介在される。この監視用電源１３は、直流電
圧を出力する直流電源１６と、前記系統電源である商用
交流電源１、したがって絶縁トランス２の２次コイル４
の出力とは異なる周波数ｆ３を有する交流電圧を出力す
る交流電源１７とを、印加時期をずらして出力する。こ
の実施例では監視用電源１３では、直流電圧と交流電圧
とを、交互に切換えて出力するために等価的に切換えス
イッチ１８が示されており、後述の実施例では、直流電
圧と交流電圧とが交互に繰返されて出力される。監視用
電源１３の交流電源１７の周波数ｆ３は、商用交流電源
１の周波数ｆ１，ｆ２の２倍の高調波周波数２・ｆ１，
２・ｆ２の近傍であって、その高調波周波数とは異なる
値に定められる。

【００２２】 ２・ｆ１＜ｆ３＜２・ｆ２ …（１） この実施例ではｆ３＝１１０Ｈｚである。

【００２３】監視用電源１３に流れる電流を検出する電
流検出手段１９は、監視用電源１３と大地１５との間に
直列に介在される電流検出用抵抗Ｒ３０を含む。抵抗Ｒ
３０には並列に、ノイズ除去用コンデンサＣ１５が並列
に接続される。この明細書では、抵抗およびコンデンサ
の各参照符によってそれらの抵抗値および静電容量を表
すことがある。たとえばＲ３０＝４７ｋΩ、Ｃ１５＝
０．０１μＦである。

【００２４】電流検出手段１９において、大地１５には
ライン２２が接続され、接続点２０はライン２３に接続
される。この電流検出手段１９において、電流検出用抵
抗Ｒ３０の両端間の電圧は、ローパスフィルタ２４に与
えられ、電源周波数ｆ１，ｆ２よりも低い遮断周波数ｆ
ｃ１、たとえば７Ｈｚを有する。ローパスフィルタ２４
の出力は、第１減算手段２５に与えられ、ここでローパ
スフィルタ２４の出力Ｖ１から、予め定める第１電圧Ｖ
２を減算する。第１減算手段２５の出力はサンプルホー
ルド手段２６に与えられて保持されて加算手段２７に与
えられる。

【００２５】電流検出用抵抗Ｒ３０の両端間の電圧はま
た、ハイパスフィルタ２８に与えられる。このハイパス
フィルタ２８は、監視用電源１３の交流電圧の周波数ｆ
３を濾波して取出す働きをし、その遮断周波数ｆｃ２
は、交流電源１７の周波数ｆ３に等しく選ばれ、すなわ
ち１１０Ｈｚである。このハイパスフィルタ２８の出力
は第２減算手段２９に与えられ、ここでハイパスフィル
タ２８の出力Ｖ３から予め定める第２電圧Ｖ４を減算す
る。第２減算手段２９の出力はサンプルホールド手段３
０に与えられて保持され、さらに加算手段２７に与えら
れ、ここで各サンプルホールド手段２６，３０の出力が
加算される。こうして電流検出手段１９は、電流検出用
抵抗Ｒ３０、ノイズ除去用コンデンサＣ１５、を含むと
ともに、各構成要素２４〜３０を含む。

【００２６】電流検出手段１９の加算手段２７からの出
力は、レベル弁別手段３１に与えられて予め定めるレベ
ルでレベル弁別され、こうして非接地式電路５，６のい
ずれかの一線を低インピーダンスの導体で大地に接続し
た場合に流れる地絡電流の値が２ｍＡとなるような状態
になったとき、レベル弁別手段３１からのレベル弁別出
力が得られ、警報手段１１によって音響または目視表示
の警報が発生される。

【００２７】図３は、監視用電源１３などの具体的な構
成を示す電気回路図である。電路５，６にはＡＣ／ＤＣ
コンバータ３２が接続され、ライン３３，３４に、正負
の直流電圧が出力され、その直流電力によって絶縁監視
装置９の電気回路に電力が供給される。

【００２８】監視用電源１３は基本的には、直流電源１
６と交流電源１７と、バッファ１８とを有する。直流電
源１６は、抵抗Ｒ６〜Ｒ１０、コンデンサＣ１３，Ｃ１
４、トランジスタＴＲ１，ＴＲ２、ホトカプラＰＣ１お
よびダイオードＤ３を含み、ライン３５からのタイマ信
号がローレベルであるとき、ライン３６に直流電圧を出
力する。

【００２９】交流電源１７は、周波数ｆ３の正弦波を常
時発生する構成を有し、その交流電源１７の正弦波出力
は、ライン３７に導出され、ライン３６からの直流電圧
と重畳されてバッファ１８に与えられて増幅される。バ
ッファ１８の出力は、接続点１４に与えられる。

【００３０】図４はライン３５にタイマ信号を与えるタ
イマ３８などを示す電気回路図である。タイマ３８は、
ライン３５に図５（１）に示される周期（Ｔ１＋Ｔ２）
のパルスを導出する。たとえばこの実施例ではＴ１＝Ｔ
２＝５ｓｅｃである。このタイマ信号３５が直流電源１
６に与えられることによって、ライン３６には図５
（２）に示される直流電圧が出力される。ライン３７に
導出される交流電源１７からの交流電圧波形は図５
（３）に示され、こうしてバッファ１８の入力端３９に
は、図５（２）の直流電圧と図５（３）の直流電圧とが
加算されて重畳され、図５（４）で示される波形が与え
られる。バッファ１８は、ライン３９の入力電圧が１２
Ｖで飽和する特性を有し、したがって接続点１４には図
５（５）に示される直流電圧波形４０と交流電圧波形４
１とが周期的に繰返される波形が与えられることにな
る。

【００３１】タイマ３８の出力はまた、前述の図４に示
されるタイミング発生回路４２に与えられ、これによっ
てライン４３からは図５（６）のタイミング信号が導出
され、ライン４４からは図５（７）のタイミング信号が
導出される。図５（６）および図５（７）において、Ｔ
３＝Ｔ５＝４．５ｓｅｃ、Ｔ４＝Ｔ６＝０．５ｓｅｃで
ある。時間Ｔ３，Ｔ４は、直流電源１６および交流電源
１７による絶縁監視のための動作が安定するに要する時
間よりも長く選ばれている。

【００３２】図６は、ローパスフィルタ２４および第１
減算手段２５の具体的な構成を示す電気回路図である。
電流検出用抵抗Ｒ３０の地絡電流に対応する電圧は、ロ
ーパスフィルタ２４のバッファ４５に与えられ、演算増
幅器４６に関連して接続される抵抗Ｒ３２，Ｒ３３およ
びコンデンサＣ１６，Ｃ１７とによって定められた遮断
周波数ｆｃ１で濾波され、その出力はライン４７から演
算増幅器４８およびダイオードＤ６を経て半波整流さ
れ、コンデンサＣ１８で平滑され、バッファ４９から抵
抗Ｒ３８を経てライン５０に、ローパスフィルタ２４の
出力電圧Ｖ１として導出される。

【００３３】第１減算手段２５では、ライン５０からの
ローパスフィルタ２４の出力が減算回路５２の一方の入
力に与えられ、また他方の入力には、電圧発生回路５３
からライン５４を介するたとえば０．５〜１Ｖの予め定
める電圧Ｖ２が与えられ、こうして減算回路５２からバ
ッファ５５を経てライン５６には、電圧（Ｖ１−Ｖ２）
が増幅されて導出される。バッファ５５は増幅機能を有
し、ローパスフィルタ２４の出力電圧Ｖ１から電圧Ｖ２
が減算されて増幅されることによって、対地インピーダ
ンスＺ１，Ｚ２が直列回路１２の各抵抗Ｒ１，Ｒ２の抵
抗値に比べて小さい値であっても、バッファ５５におい
てその対地インピーダンスＺ１，Ｚ２に依存する電流検
出用抵抗Ｒ３０に流れる電流を増幅して検出することが
容易に可能になる。ライン５６の出力は、ダイオードＤ
７を経てコンデンサＣ１９によって平滑安定化され、ラ
イン５７を介して後続のサンプルホールド手段２６に与
えられる。

【００３４】図７は、ハイパスフィルタ２８と第２減算
手段２９との具体的な構成を示す電気回路図である。前
述の図６に示されるバッファ４５からの電流検出用抵抗
Ｒ３０の両端電圧に対応する信号は、ライン５８からハ
イパスフィルタ２８に与えられる。このハイパスフィル
タ２８は３つの演算増幅器５９，６０，６１が縦続接続
され、前述のように交流電源１７の発振周波数ｆ３に等
しい遮断周波数ｆｃ２を有し、しかもそのＱが大きく定
められる。演算増幅器６１の出力は、全波整流回路６２
に与えられ、その後、コンデンサＣ３６と演算増幅器６
３とから成る平滑回路９３によって平滑され、ライン６
４から第２減算手段２９に与えられる。

【００３５】第２減算手段２９は、ハイパスフィルタ２
８のライン６４から導出される電圧Ｖ３から電圧発生回
路６５の出力電圧Ｖ４を減算する減算回路６６を備え、
その出力はバッファ６７で増幅され、さらにダイオード
Ｄ１１を経てコンデンサＣ３７で平滑安定化され、ライ
ン６８に導出される。電圧発生回路６５の出力電圧Ｖ４
は、たとえば６．２〜７．２Ｖに定められる。減算回路
２９を備えることによって、対地インピーダンスＺ１，
Ｚ２が直列回路１２の抵抗Ｒ１，Ｒ２の抵抗値に比べて
小さいときであっても、その対地インピーダンスＺ１，
Ｚ２に依存する電流検出用抵抗Ｒ３０に流れる電流を、
バッファ６７の飽和をきたすことなく、容易に増幅して
検出することが可能である。

【００３６】第１減算手段２５からのライン５７を介す
る出力と第２減算回路３０のライン６８を介する出力と
は、図８に示されるサンプルホールド手段２６，３０の
スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２にそれぞれ与えられ、
コンデンサＣ２０，Ｃ３８によって保持され、これらの
サンプルホールド手段２６，３０は演算増幅器６９，７
０を含む。スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２は、図４に
示されるタイミング信号発生回路４２からライン４３，
４４を介するハイレベルのタイミング信号が与えられた
とき導通してサンプリング動作を行う働きをする。

【００３７】これらのサンプルホールド手段２６，３０
の各出力は、ライン７１，７２を介して加算回路７３に
与えられて加算される。加算回路７３は演算増幅器７４
を有し、その出力はコンデンサＣ２１によって安定化さ
れる。加算手段７３の出力はライン７５からレベル弁別
手段３１の演算増幅器７６の一方の入力に与えられる。
演算増幅器７６の他方の入力には、抵抗Ｒ９６，Ｒ９７
によって設定される基準電圧が与えられ、レベル弁別さ
れ、ライン７５の電圧レベルが抵抗Ｒ９６，Ｒ９７によ
って設定される基準電圧である弁別レベルを超えると、
ライン７７にハイレベルの信号を導出してトランジスタ
ＴＲ５を導通させる。

【００３８】トランジスタＴＲ５が導通することによっ
てリレー７８のリレーコイル７９が励磁され、リレース
イッチ８０が導通して警報手段１１が動作して音響およ
び目視の表示が行われる。

【００３９】加算手段２７のライン７５からの出力は、
メータ回路８１を介して電流計８２に与えられ、これに
よって対地インピーダンスＺ１，Ｚ２の和が電流計８２
に表示される。

【００４０】動作中、対地インピーダンスＺ１が直流抵
抗５０ｋΩを超える値であり、対地インピーダンスＺ２
が無限大であるときには直流電源１６から図５（２）の
期間Ｔ１において直流電圧が中性点である接続点１４に
与えられ、そのとき電流検出用抵抗Ｒ３０に流れる電流
は１０４μＡであり、その電流検出用抵抗Ｒ３０の両端
電圧は、ローパスフィルタ２４および第１減算手段２５
を経てサンプルホールド手段２６で図５（６）の時間Ｔ
４でサンプリングされて、その後、保持され、加算回路
２７に与えられる。次の期間Ｔ２では、交流電源１７か
らの交流電圧が接続点１４に与えられ、これによって発
生される電流検出用抵抗Ｒ３０の両端電圧はハイパスフ
ィルタ２８および第２減算手段２９を経てサンプルホー
ルド手段３０に与えられ、期間Ｔ６でサンプリングされ
て、その後、保持され、加算回路２７に与えられる。こ
うして加算回路２７では、直流電源１６の直流電圧が接
続点１４に与えられたとき、および交流電源１７の交流
電圧が与えられたときの電流検出用抵抗Ｒ３０の各両端
電圧が加算手段２７で加算され、レベル弁別手段３１で
レベル弁別される。上述のように対地インピーダンスＺ
１が直流抵抗５０ｋΩを超え、対地インピーダンスＺ２
が無限大であるとき、加算手段２７の出力はレベル弁別
手段３１の弁別レベル未満であり、警報手段１１は不能
動化されている。

【００４１】対地インピーダンスＺ１が直流抵抗５０ｋ
Ω未満であって、対地インピーダンスＺ２が無限大であ
るときを想定すると、このときには加算手段２７の出力
電圧は前記弁別レベル以上となり、したがって警報手段
１１が能動化されて警報が発生される。このような動作
は、対地インピーダンスＺ２が直流抵抗５０ｋΩ以下で
あり、対地インピーダンスＺ１が無限大であるときもま
た同様である。

【００４２】さらにまた対地インピーダンスＺ１，Ｚ２
の和である直流抵抗が５０ｋΩ以下であるときにも同様
な警報動作が行われる。

【００４３】次に対地インピーダンスＺ１が系統周波数
ｆ１，ｆ２で５０ｋΩである浮遊容量などのキャパシタ
ンス０．０５３μＦまたは０．０６３μＦ以上であり、
もう１つの対地インピーダンスＺ２が無限大であるとき
を想定する。直流電源１６の直流電圧が接続点１４に与
えられる期間Ｔ１では、電流検出用抵抗Ｒ３０の両端電
圧は零である。次の期間Ｔ２で交流電源１７からの交流
電圧が接続点１４に与えられるとき、その周波数ｆ３に
おける対地インピーダンスＺ１＝２７ｋΩに対応する交
流電流が電流検出用抵抗Ｒ３０に流れ、その交流電圧が
ハイパスフィルタ２８を濾波し、第２減算手段２９を経
てサンプルホールド手段３０で保持されて加算手段２７
に与えられ、こうしてレベル弁別回路３１でレベル弁別
され、警報手段１１が動作される。

【００４４】対地インピーダンスＺ１が前述のようにた
とえば０．０５３μＦ以上であり、対地インピーダンス
Ｚ２が無限大であるとき、交流電源１７の周波数ｆ３が
系統周波数ｆ１，ｆ２に比べて非常に高いとき、たとえ
ばｆ３＝６００Ｈｚであるとすれば、その対地インピー
ダンスＺ１は５ｋΩ程度となり、この対地インピーダン
スＺ１＝５ｋΩは、抵抗Ｒ１の抵抗値、たとえば１ＭΩ
に比べて検出するには非常に小さすぎるので、第２減算
手段２９での減算動作を行っても、バッファ６７（前述
の図７参照）における増幅度を大きなものにせざるを得
ないために、温度ドリフト等の影響を受け、確実に検出
を行うことが困難となる。

【００４５】これとは逆に交流電源１７の周波数ｆ３が
系統電源周波数ｆ１，ｆ２に比べて極めて低いとき、た
とえばｆ３＝６Ｈｚであるときには、対地インピーダン
スＺ１は、０．０５３μＦに対応する５００ｋΩとな
り、このとき対地インピーダンスＺ２が無限大であると
すると、レベル弁別手段３１は、サンプルホールド手段
３０から加算回路２７に与えられて導出される電圧レベ
ルが対地インピーダンスＺ１＝５００ｋΩに対応した弁
別レベルに設定されなければならない。そうすると、対
地インピーダンスＺ１が直流抵抗５００ｋΩ以下になっ
たとき、各サンプルホールド手段２６，３０からの各出
力が加算手段２７で加算され、レベル弁別手段３１でレ
ベル弁別されて警報手段１１が動作されてしまうことに
なる。すなわち監視電流１０４μＡよりも小さい電流が
抵抗Ｒ３０に流れるとき、警報が発生されてしまう。こ
のような誤動作が生じないように、交流電源１７の周波
数ｆ３が前述のように式１で示される値に定められる。

【００４６】図９は、本発明の他の実施例の一部のブロ
ック図である。この実施例は、前述の図１〜図８に示さ
れる実施例に類似するけれども、注目すべきは第１およ
び第２減算手段２５，２９の出力をレベル弁別手段８
４，８５でそれぞれレベル弁別してメモリ８６，８７に
ストアし、警報手段１１ａ，１１ｂをそれぞれ動作させ
る。

【００４７】図１０は、本発明の他の実施例の全体の構
成を示すブロック図である。この実施例は前述の実施例
に類似し、対応する部分には同一の参照符を付す。注目
すべきはこの実施例では、ローパスフィルタ２４の出力
をアナログ／デジタル変換手段８９に与え、またハイパ
スフィルタ２６の出力をもう１つのアナログ／デジタル
変換手段９０に与え、それらの各デジタル値を表す信号
を処理回路９１に与えて演算処理を行い、加算およびレ
ベル弁別動作を行わせ、警報手段１１を動作させる。

【００４８】図１１は、アナログ／デジタル変換手段８
９の分解能を示す図である。ローパスフィルタ２４から
の出力レベル、したがってアナログ／デジタル変換手段
８９の入力レベルが高いほど、小さいレベル差ΔＶ毎に
デジタル値毎に変換して分解能を高める。これによって
対地インピーダンスＺ１，Ｚ２が小さく、直列回路１２
の抵抗Ｒ１，Ｒ２に比べて相対的に小さくても、その対
地インピーダンスＺ１，Ｚ２を確実に計測・監視するこ
とができる。このことはアナログ／デジタル変換手段９
０に関しても同様である。

【００４９】処理回路９１は、たとえばマイクロコンピ
ュータなどによって実現され、アナログ／デジタル変換
手段８９，９０の各出力をメモリにストアし、それらの
デジタル値を加算して監視すべき地絡電流値が２ｍＡを
超える値になったとき警報手段１１を能動化する。ハイ
パスフィルタ２８に代えて、交流電源１７の周波数ｆ３
の成分を取出して濾波するバンドパスフィルタなどであ
ってもよい。

【００５０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、絶縁トラ
ンスの２次出力間に接続される一対の抵抗から成る直列
回路によって得られる中性点と接地である大地との間
に、直流電圧と、前記絶縁トランスの２次出力である系
統電源の周波数ｆ１，ｆ２とは異なる周波数ｆ３を有す
る交流電圧とを、繰返して交互に、または切換えスイッ
チを用いることなどによって、交互に切換えて監視用電
源から与え、その直流および交流の電流を電流検出手段
によって検出してレベル弁別するようにしたので、絶縁
トランスの２次側に接続される非接地電路と大地間の絶
縁インピーダンスを、安定して検出することが可能であ
るとともに、前記一対の抵抗の抵抗値を高くして、電路
に人体が接触しても監視すべき地絡電流値であるたとえ
ば２ｍＡを超える電流が流れる危険を防ぐことができ
る。

【００５１】さらに本発明によれば、監視用電源の周波
数を、前記電源の２次高調波周波数の近傍であって、そ
の２次高調波周波数とは異なる値に定め、これによって
うなりが生じて検出電流が不安定になることはない。

【００５２】さらに本発明によれば、中性点を得るため
の前記一対の各抵抗の高抵抗値に比べて対地インピーダ
ンスが小さくても、第１および第２減算回路によって、
検出が容易に可能になり、さらにまた本発明によれば第
１および第２減算手段の各出力を１つの加算手段に与え
ることによって構成の簡略化を図ることができる。

【００５３】さらに本発明に従えば、第１および第２減
算手段の各出力をサンプルホールド手段でそれぞれ保持
して後続の加算手段に与えることによって、対地インピ
ーダンスの実数部と虚数部との和のレベル弁別を行うこ
とが可能となり、絶縁監視を正確に行うことができる。

【００５４】さらに本発明に従えば、ローパスフィルタ
の出力と交流電圧周波数濾波フィルタの出力とを、第１
および第２アナログ／デジタル変換手段に与え、これら
の第１および第２アナログ／デジタル変換手段は、出力
レベルが高いほど、分解能を高めてデジタル値に変換す
るように構成し、したがって前述の中性点を得るための
一対の各抵抗の高い抵抗値に比べて、対地インピーダン
スが相対的に小さくても、その対地インピーダンスのレ
ベル弁別を高精度で誤りなく行うことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の全体の構成を示すブロック
図である。

【図２】地絡電流が流れる状態を示す図１に示される実
施例の一部を示す電気回路図である。

【図３】監視用電源１３の具体的な構成を示す電気回路
図である。

【図４】監視用電源１３の直流電源１６を制御するタイ
マ信号を発生するタイマ３８およびサンプルホールド手
段２６，３０にタイミング信号を与えるタイミング信号
発生回路４２の具体的な構成を示す電気回路図である。

【図５】図３に示される監視用電源１３の動作を説明す
るための波形図である。

【図６】電流検出手段１９に含まれる電流検出用抵抗Ｒ
３０とローパスフィルタ２４と第１減算手段２５との具
体的な構成を示す電気回路図である。

【図７】ハイパスフィルタ２８と第２減算手段２９の具
体的な構成を示す電気回路図である。

【図８】サンプルホールド手段２６，３０と加算手段２
７とレベル弁別手段３１などの具体的な構成を示す電気
回路図である。

【図９】本発明の他の実施例の構成を示す電気回路図で
ある。

【図１０】本発明のさらに他の実施例の構成を示すブロ
ック図である。

【図１１】アナログ／デジタル変換手段８９の特性を示
す図である。

【符号の説明】

１ 商用交流電源 ２ 絶縁トランス ３ １次コイル ４ ２次コイル ５，６ 非接地電路 ７ 電気設備 ８，１５ 大地 ９ 絶縁監視装置 １０ 人体 １１ 警報手段 １３ 監視用電源 １４ 接続点 １６ 直流電源 １７ 交流電源 １９ 電流検出手段 ２１ 接地 ２４ ローパスフィルタ ２５ 第１減算手段 ２６ サンプルホールド手段 ２７ 加算手段 ２８ ハイパスフィルタ ２９ 第２減算手段 ３０ サンプルホールド手段 ３１ レベル弁別手段 Ｒ３０ 電流検出用抵抗 Ｚ１，Ｚ２ 対地インピーダンス

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １次入力に電源電力が与えられる絶縁ト
   ランスと、 絶縁トランスの２次出力間に接続され、監視すべき地絡
   電流値よりも充分に小さい電流を流すように大きな抵抗
   値をそれぞれ有する一対の抵抗から成る直列回路と、 直列回路の前記一対の抵抗の相互の接続点と、接地との
   間に介在され、直流電圧と、前記電源とは異なる周波数
   を有する交流電圧とを、交互に切換えて与える監視用電
   源と、 監視用電源に流れる直流および交流の電流を検出する電
   流検出手段と、 電流検出手段の検出出力を予め定めるレベルでレベル弁
   別する手段とを含むことを特徴とする非接地配線方式の
   電路の絶縁監視装置。
2. 【請求項２】 監視用電源の周波数は、前記電源の周波
   数の２倍の高調波周波数の近傍であって、その高調波周
   波数とは異なる値に定められることを特徴とする請求項
   １記載の非接地配線方式の電路の絶縁監視装置。
3. 【請求項３】 電流検出手段は、 監視用電源に直列に接続される電流検出用抵抗と、 電流検出用抵抗の両端間の電圧が与えられ、前記電源の
   周波数よりも低い遮断周波数を有するローパスフィルタ
   と、 ローパスフィルタの出力から予め定める第１電圧を減算
   する第１減算手段と、 電流検出用抵抗の両端間の電圧が与えられ、前記交流電
   圧の周波数を濾波して取出すフィルタと、 前記交流電圧周波数濾波フィルタの出力から予め定める
   第２電圧を減算する第２減算手段と、 第１および第２減算手段の各出力を加算する手段とを含
   むことを特徴とする請求項１記載の非接地配線方式の電
   路の絶縁監視装置。
4. 【請求項４】 第１および第２減算手段の各出力をそれ
   ぞれ保持するサンプルホールド手段をさらに備えること
   を特徴とする請求項３記載の非接地配線方式の電路の絶
   縁監視装置。
5. 【請求項５】 電流検出手段は、 監視用電源に直列に接続される電流検出用抵抗と、 電流検出用抵抗の両端間の電圧が与えられ、前記電源の
   周波数よりも低い遮断周波数を有するローパスフィルタ
   と、 ローパスフィルタの出力を、出力レベルが高いほど、分
   解能を高めてデジタル値に変換する第１のアナログ／デ
   ジタル変換手段と、 電流検出用抵抗の両端間の電圧が与えられ、前記交流電
   圧の周波数を濾波して取出すフィルタと、 前記交流電圧周波数濾波フィルタの出力を、出力レベル
   が高いほど、分解能を高めてデジタル値に変換する第２
   のアナログ／デジタル変換手段と、 第１および第２のアナログ／デジタル変換手段の各出力
   を加算する手段とを含むことを特徴とする請求項１記載
   の非接地配線方式の電路の絶縁監視装置。