JPS6366473A - 絶縁抵抗測定装置の位相調整方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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に
於ける温度変化或は回路定数の経年変化等に対する調整
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５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　ｉｃ　、商用ｔｌ１周波数と別違の周波数ｆｘな
る測定用低周波信号発振器Ｏ８Ｃを接続したトランスＯ
Ｔを挿入するか、或いは前記接地ｆ＠Ｌｖ、に直列に前
記発揚器Ｏ８Ｃを挿入接続するか又は前記電路１．２を
前記発振器を接続したトロイダルコアトランスに貫通す
る等して電路ｌ及び電路２に徂１定用低周波電圧を印加
し、前記接地線ＬＥを貫通せしめた零相変流器ＺＣＴ　
Ｋ、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
定用低周吸信号の漏洩電流を検出し、これを増幅器ＡＭ
Ｐで増幅したのち、フィルタＦＩＬによって周波数ｆ１
の成分のみを選択し、これを例えば前記発振器Ｏ８Ｃの
出力信号を用いて掛算器ＭＵＬＴで同期検波して漏洩電
流分中の有効分（０１）Ｔｌ）　（即ち、印加低周波電
圧と同相の成分）を検出するととＫ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ＬＫに印加される測定用信号電圧を例えば正
弦波としてＶｓｉａω１１（ω１＝２πｆｌ）とすれば
、接地点Ｅを介して接地線ＬＥＫ帰還する周波数ｆ１の
漏洩電流工は 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
比例したものと力るから、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な零相
変流器ＺＣＴで検出し、これに含まれる周波数ｆ１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９通常零相変流器→増幅器→フィルタの系で周波数
ｆ１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。このために従来同図に示す如
く同期検波器ＭＬＩＬＴの第１の入力端に又は、第２の
入力端に移相器ＰＳを挿入することによって上記位相ず
れを補正し互いの同期をとっていた。即ちこの移相器Ｐ
Ｓを設けることにより対地浮遊容ｔＣＯがない状態（Ｃ
。

＝０）にて、同期検波器の第１．ｙＩＪ２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
ておくものであっ九。

しかしながら上述の如き従来の方法では零相変流器ＺＣ
Ｔ　、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った。これ
らに対処する光めに従来は特性変動の少ない極めて高品
質な零相変流器或いはフィルタ等を採用することにより
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罠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ケもたらしうる絶縁抵抗測定装置
の位相調整方法を提供することを目的とする。

（発明の概要） 本発明はこの目的を達成するため原理的には前記被測定
電路と大地間に強制的に所定値のりアクタ／ス素子（例
えばコンデンサ等）を挿入し前記低周波電圧と９０°位
相の異なる電流を流すと共に、この電流を一定周期Ｔ又
は所定間隔Ｔでランダムに断接をくり返し、箪１の同期
検波器出力中に含まれる周波数１／Ｔの周波数成分と、
前記周波数ｆ＝の漏洩１！流成分を前記低周Ｒ電圧より
９０°位相のシフトした電圧で第２の同期検波器にて同
期検波することにより得られる出力中に含まれる周波数
１／Ｔの周波数成分との積をとりその直流分が零に近づ
くように前記第１の同期検波器に印加する前記低周波電
圧ならびに第２の同期検波器に印加する前記低周波電圧
より９０°位相のシフトと゛した電圧の位相を自動的に
調整するように構成するものである。

（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ｆ１の漏洩１流成分工が
零相変流器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０とすればフィル
タＦＩＬ出カニ１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ａ。５ｉｎ（ωｔ　ｔ−Ｈｔ　）とすれば
、同期検波器の出力即ち有効成分りはＤ　＝　Ｉ　ｔ　
ｘａｏｓｉｎ（ωｘｔ＋θ１）　　・−・・−・（３１
（□は角周波数０１以上の成 分を除去することを意味する） ・・・−・・・・・（４） 従って０＝０１のときの出力ＤＯは となり＃　ｖ＃　ａＱは一定となるから絶縁抵抗ＲＯに
逆比例し念値を測定することができる。したがって位相
ずれθ−θｌが零でない時の上記り。

に対するＤの誤差Ｅは ＝１−ωＳ（θ−θｌ）−ω５ｃｏＲｏｓｉｎ（θ−０
１）　−−−−−−（６）となる。

今１例えばθ−θｌ＝１　（度）のとき（６）式にてｆ
ｔ＝２５Ｈｚで、Ｒｏ＝２０にΩ、Ｃｏ：５＃Ｆとする
ときωｔＣｏＲｏ＝１５．７となるから誤差ｅは２７．
４俤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回は本発明に係る絶縁抵抗測定装置の一実施例を示
す回路図である。これは前記第５図と同じように１周波
数ｆｌなる低周波発生用の発振器Ｏ８Ｃを結合した低イ
ンピーダンスのトラ／スＯＴを前記接地線ＬＥに直列に
挿入することによって前記電路１，２に電圧■なる低周
波信号を印加し、前記接地線ＬｘＫ帰還する低周波信号
の漏洩信号から、該接地線Ｌｒ、に結合した零相変流器
、フィルタＦＩＬ及び第１の同期検波器によって前記ｍ
路の絶縁抵抗に逆比例した同相（有効）成分を抽出する
ものであるが、本実施例では更に以下の装置を付加する
。

即ち、前記接地線Ｌｍの電路２との接続点と大地の接地
点Ｅとの間に、コンデンサＣとスイッチＳＷとの直列回
路を挿入するとともに、該スイッチＳＷｇ所要周期Ｔに
て０Ｎ−ＯＦＦ”せしめる。又、前記低周波発振器Ｏ８
Ｃの出力の一部を前記同期検波器ＭＵＬＴ１に印加する
際、前記移Ｔｔ１”６　Ｐ　Ｓに置換して自動移相制御
回路ＰＣを介して行うとともに、前記同期検波器ＭＬ！
ＬＴ１の出力Ｄ１を１／Ｔなる周波数のみを通過するバ
ンドパスフィルタＢＰｌを介してｍけｇｓＭＩＪ　Ｌ　
Ｔ　２の一入力端に入力する。

更に、前記同期検波器ＭＵＬＴＩの入力、即ちフィルタ
ＦＩＬの出力の一部を第２の同期検波器ＭＵＬＴ３の一
人力となし、該部出力を１／Ｔ周波数を通過する第２の
バンドパスフィルタＢＰｘを経て前記掛は算器ＭＵＬ’
Ｌ”２の他方入力とするとともに、該部は算器ＭＵＬＴ
２の出力をローパスフィルタＬＦ１ｔ（通過せしめろこ
とによって得た直流成分信号で前記自動移相制御回路Ｐ
Ｃを制御し、かつ該自動移相制御回路ＰＣの一部を９０
°移相器ＰＳＳを介して前記第２の同期検波器Ｍ　Ｕ　
Ｌ　Ｔ　３の他方入力となす如く接続構成したものであ
る。

このように構成した電路の絶縁抵抗が１１定装置の動作
、殊に位相調整方法について以下詳細に説明する。

同図に於いて、前記接地線ＬＥと並列に接続したスイッ
チＳＷをＯＮとすれば、前記接地線ＬｘにはωｌｃＶω
５ａｌｔなる電流が追加されて流れることになり、この
とき接地線に流れる印加低周波成分の漏洩電流Ｉｏは ・・・・・・・・・（７） となる。したがって零相変流器ＺＣＴ　、増幅器ＡＭＰ
及びフィルタＦＩＬＯ系で発生する位相ずれを考慮する
とフィルタＦＩＬの出カニ２は（２）式の関係から （ω１１＋θ）・・・・・・・・・（８）となり、この
ときの同期検波器ＭＵＬＴＩの出力Ｄｌは、（４）式の
関係から ｓｉｎ　（０−θ１）　・−・−（９１となる。

今、前記スイッチＳＷを周期Ｔ（ここでＴ）まれるＣの
項が周期Ｔで有・無を繰り返すため同期検波器ＭＵＬＴ
Ｉの出力Ｄｔ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＝０１のときは、藁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）。

ところで同期検波器ＭＵＬＴ　１の出力を周波数１／Ｔ
のみをとり出すフィルタ１３Ｐ１に印加すれげ該フィル
タＢＰＩの出力Ａは次式−にて表わされる。

・・・・・・・・・叫 但し、ここでｋは定数、ψはフィ／’／夕特性等から定
まる位相である。

一方、＠記フィルタＦＩＬの出方から分岐した出力は＠
２の同期検波器〜１ＴＪＬＴａに入力するが、核部に於
ける同期信号は前記第１の同期検波器ＭＵＬＴ　ｌに対
する信号ａ　５ｉｎ（ωｔｔ＋０１）を９０°移相器Ｐ
ＳＳを通過せしめて得たものであるからａ。■Ｓ（ω１
ｔ−ＩＪ１）となる。従って該第２の同期検波器Ｍｔｌ
ＬＴ３の出力即ち無効成分Ｄ２はＤｚ＝Ｉｚｘａｏｃｏ
ｓ（ωｓｔ＋ｅ）１）−・−・−・−０１１伺、この式
に於いては前記（３）式と同様に角周波数０１以上の成
分を除去することを意味するもので、その結果上式は ｃｏｓ（θ−θｌ）　　・・・・・・・・・　（財）と
表わされるが、上述し友如くこの式のＣの項は周期Ｔで
有無を繰り返すため、同期検波器ＭＵＬＴ３の出力を周
波数ｌ／Ｔの成分のみをとり出すフィルタＢＰ２に印加
すれば、該フィルタＢＰ２の出力Ｂは ・・・・・・・・・口） と表すことができる。ここでに、ψけ（至）式の関係と
同じである。このようにして得たバンドパスフィルタＢ
Ｐ２の出力Ｂｉ２式と前記バンドパスフィルタＢＰＩの
出力ＡＣ［ｌ１式とを掛算回路ＭＵＬＴ２の入力端にそ
れぞれ印加すれば、該掛算回路Ｍ［ＪＬＴ　２の出力Ｄ
３は Ｄ３＝ＡＸＢ ・５ｉｎ（θ−θｌ） となる。したがって掛算回路ＭＵＬＴ２の出力をローパ
スフィルタＬＦに印加することにより得る直流分Ｄ４Ｆ
ｉ と表わすことができる。

そこで、前記自動位相制御回路ＰＣによって２つの同期
検波器ＭＯＬＴｌとＭＵＬ’［’３に入力せしめる同期
基準信号ａ。ｓｉｎ　（ω１ｔ＋θ１）　、　３ｏｃｏ
ｓ（ω１ｔ＋θ１）の位相０１を調整し前記ローパスフ
ィルタＬＦ出力Ｄ４が零となる如く、即ちθ＝θｌとな
るようにすれば前記（４）式にて表わされる前記第１の
同期検波器ＭｔＪＬＴ　ｌの出力０１）Ｔ２のＤに於け
る第２項は零となって正確な検出信号を得ることができ
る。

湖、ここで必要な自動位相調整回路ＰＣに於いては第１
図中の閉ループ、即ち第１の同期検ａｉＭＵＬＴ　１．
　第１のバンドパスフィルタＤＰＩ、掛は算器ＭＵＬＴ
　２及びローパスフィルタＬＦと９０’移相器ｐｓｓ　
、ボ２の同期検波器ＭＵＬＴ３、第２のバンドパスフィ
ルタＢＰ２．＠け算器ＭＩＪＬＴ２及びローパスフィル
タＬＦを介して得る直流成分Ｄ４が零になるよう２つの
同期検波器へ供給する前記低周波発振器Ｏ８Ｃの出力信
号の位相を自動的に調整するものであればよく、この自
動位相調整回路は既存の技術によって容易に実現できる
からその説明は省略する。

尚更に、上記説明では単にコンデ／すＣを周期Ｔでオン
・オフしたが、コンデンサＣの値を周期Ｔで連続的に（
例えば、正弦状Ｋ）変化させる等しても上記位相制御方
法を適用することができ、このときコンデンサＣの代り
に可変容量素子を用いればよい。

またある一定期間上記位相調整を実施しθ−σｌ＝０と
なったらθ！を固定し、また一定期間後ランダムに位相
調整を行うごとく上述の位相調整を間欠的に行うよう構
成してもよい。

又上述の説明ではコンデンサＣを接地電路と大地間に挿
入する場合を述べたが１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大地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／すＣ及びスづツチ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。

又現実には、電路と大地間に挿入した前記コンデ／すＣ
に接続線等の影響等により若干の抵抗分が直列に挿入さ
れることがあるがこの場合、印加低周波電圧に対してコ
ンデンサＣＫ流れる電流が正確に９００位相推移しなく
なって僅かながら誤差を生ずることがあるがこの誤差は
一般に測定には支障のない程度に微少である。

第２図は本発明の変形実施例を示すブロック図であって
、電路と大地との間に接続するコンデンサとスイッチと
の直列回路の挿入方法の他の実施例を示すものである。

この実施例では、前記接地線Ｌｚに低周波信号を印加す
るために用いたトランスＯＴの代りに２次巻線を設けた
ＯＴ’を用い、該２次巻線にコンデンサＣとスイッチＳ
Ｗとの直列回路をその一部が前記零相変流器ＺＣＴ内を
貫通するよう接続したものである。

この例によれば第１図の実施例の如く、接地線ＬＥＫコ
ンデンサＣ，スイッチＳＷを直接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図は同様の部分についての他の実施例を示したもの
で、コンデンサＣとスイッチＳＷとを直列接続した回路
を、前記接地線Ｌｇに低周波を印加するためのトランス
ＯＴの一次側に接続し几ものである。このとき−次側の
電圧が二次側の電圧より高い場合、その比率分だけコン
デンサＣの容量を小さいものとすれば前記第１図及びそ
の説明に示した動作と同一にすることができる。

伺、コンデ／すＣに印加する電圧を（７１式に於いてＦ
ｉｖとしたが本発明の実施にあ九つでは。

これに制約されず他の電圧でありても動作上は何ら問題
はない。

ま九、前記自動位相制御回路ＰＣから２つの同期検波器
ＭＯＬＴ　１とＭｔＪＬＴ３へ入力する同期信号は互い
に正確に９０°移相したものとなるようにかつ前記ロー
パスフィルタ出力が零となるように前もりで調整してお
き、その後の温度変化或は経年変化等によって生ずる前
記位相のずれを上述した自動位相制御方法にて補償すれ
ば、位相同期の期間を短縮することができる。

伺、上記説明ではｍｌｌ定用低周波電圧と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１１４（
例えば、インダクタンスとコンデ／すとを組合せた回路
）を用いてもよいことは明らかである。更に印加低周波
電圧と９０゜位相の異なる電流を発生するために発振器
Ｏ８Ｃで９０°移相の推移した電圧を発生し、これを抵
抗等を介して周期Ｔで零相変流器に流し込んでもよい。

又、上記説明においては位相調整をするに当り、同期検
波器の第２の入力に印加される信号の位相を調整する如
くしたが、同期検波器の第１の入力に印加される信号の
位相を調整しても同一の結果が得られることは明らかで
ある。

第４図は本発明の他の変形実施例を示すブロック図であ
って、接地線に帰還する漏洩電流検出系に９０°移相し
た低周波信号を印加する手段として、低周波発掘器Ｏ８
Ｃから直接９０°移相した信号を導出しこれをス１ツチ
ＳＷに挿入しかつ零相変流器ＺＣＴ　Ｋ！通せしめた信
号線に印加するとともに、更に前記自動位相制御回路Ｐ
Ｃを前記第１の同期検波器〜１ＵＬＴ　ｌの入力端に挿
入するよう構成したものである。

この構成によっても前記第１図、第２図及び第３図に示
しｔものと同様にローパスフィ〃りＬＦ比出力零になる
ように自動位相制御回路ＰＣを制御すれば同様に正確に
電路の絶縁抵抗を測定することができる。

また上記説明では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。

又１以上の説明では漏洩信号導出系に印加する９０’移
相信号を周期Ｔで断続する場合を示したが、この断続す
るタ１ミ／グは種々の方法が考えられる。

第１の方法は常時この断続を繰り返えす方法で、前記ロ
ーハスフィルタＬＰの直流成分を常圧監視しておきこれ
が零若しくは最小となるように自動位相制御回路を機能
せしめる方法、第２の方法は所定間隔にて間欠的にこれ
を行う方法、或は周波数成分１／Ｔを含むランダム間隔
にて断続をくりかえし上述した位相調整操作な繰返えす
方法等が考えられるが、これら以外の方法を用いてもよ
いこと自明であろう。

また上記実施例では単相２線式を路の場合を示したが、
低圧側一端接地した単相３線式を路、３相３線式電路で
あっても同様に本発明を実施することができる。

（発明の効果） 以上説明し念ごとく９本発明は絶縁抵抗測定回路の位相
特性変動を自動的に調整をするよう構成したものである
から常時極めて安定かつ正確な絶縁抵抗測定装置を実現
するうえで著効を奏する。

【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、
第３図及び第４図は本発明の他の実施例を示す部分的ブ
ロック図、第５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。 Ｌｘ・・・・・・・・・接地線、　　　Ｅ・・・・・・
・・・接地点。 ＺＣＴ・・・・・・・・・零相変流器、　　　　ＡＭＰ
・・・・・・・・・増幅器、　　　　ＦＩＬ・・・・・
・・・・フィルタ。 ＭＵＬＴ　ｌ　、及びＭＵＬＴ　３・・・・・・・・・
同期検波器。 ＭＵＬＴ３・・・・・・・・・掛算器、　　　　ＰＣ・
−・・・・・・・自動位相制御回路、　　　　ＢＰｌ、
ＢＰｚ・・・・・・・・・フィルタ、　　　　ＤＥＴ・
・・・・・・・・整流回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、変圧器の接地線等を介して電路に商用周波数と異な
   る周波数ｆ＿１なる低周波信号電圧を印加し、前記接地
   線に帰還する該低周波信号の有効成分を抽出することに
   よって前記電路と大地との間の絶縁抵抗を測定する方法
   に於いて、前記電路に印加した低周波信号と９０°位相
   がシフトした信号を前記接地線に帰還する低周信号の漏
   洩電流を検出する回路に周期Ｔで連続的に又は所定間隔
   にて若しくは周波数成分１／Ｔを含むランダム間隔で間
   欠的に印加するとともに、前記有効成分中に含まれる周
   波数１／Ｔの成分と、前記有効成分を抽出するのに用い
   た基準信号と９０°移相した信号に基づいて前記帰還し
   た低周波信号の漏洩電流から抽出した無効成分中に含ま
   れる周波数１／Ｔの周波数成分との積を求め該積出力中
   の直流分が零となるように前記有効成分ならびに無効成
   分を抽出するために用いた基準信号の位相を手動により
   又は自動的に調整したことを特徴とする絶縁抵抗測定装
   置の位相調製方法。 ２、前記接地線に帰還する低周波信号の漏洩電流成分を
   検出する回路に前記９０°移相した信号を印加する手段
   が、前記電路と大地との間に可変リアクタンスを挿入し
   、該可変リアクタンスの値を周期Ｔで連続的に又は所定
   間隔にて若しくは周波数成分１／Ｔを含むランダム間隔
   で間欠的に変化せしめたことを特徴とする特許請求の範
   囲１項記載の絶縁抵抗測定装置の位相調整方法。 ３、前記可変リアクタンスに換置して固定リアクタンス
   とスイッチング手段とからなる回路を挿入し、該スイッ
   チング手段を周期Ｔで連続的に又は所定間隔にて若しく
   はランダム間隔で間欠的に開閉せしめたことを特徴とす
   る特許請求の範囲２項記載の絶縁抵抗測定装置の位相調
   整方法。 ４、前記接地線に帰還する低周波信号の漏洩電流成分を
   検出する手段が該接地線に結合せしめた零相変流器を介
   して行うものである場合該零相変流器に貫通せしめた信
   号線に前記可変リアクタンス素子又は固定リアクタンス
   とスイッチング手段とからなる回路を挿入せしめたこと
   を特徴とする特許請求の範囲１、２又は３項記載の絶縁
   抵抗測定装置の位相調整方法。 ５、前記積出力中の直流分を零とする手段が前記有効成
   分ならびに無効成分を抽出するための基準信号の位相を
   調整する代りに前記接地線に帰還する低周波信号の漏洩
   電流成分の位相を調整したものであることを特徴とする
   特許請求の範囲１項乃至４項記載の絶縁抵抗測定装置に
   於ける位相調整方法。