JP2004317466A

JP2004317466A - Insulation monitor

Info

Publication number: JP2004317466A
Application number: JP2003115452A
Authority: JP
Inventors: Ryuichi Nishiura; 竜一西浦; Satoru Inoue; 井上　　悟
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-04-21
Filing date: 2003-04-21
Publication date: 2004-11-11
Anticipated expiration: 2023-04-21
Also published as: JP4143463B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an insulation monitor which is small and is capable of identifying a phase, in which degradation in ground insulation has occurred. <P>SOLUTION: A zero-phase current of a three-phase electric path 7 is measured with a zero-phase current transformer (ZCT)1, while the voltage of each phase is measured with a voltage-measuring device 2. With the use of a bandpass filter 9, a fifth-order harmonics components which are harmonics components other than the fundamental wave component and a 3n-th order harmonics is extracted among the detected outputs of the ZCT1 and the voltage-measuring device 2. The phase relationship, between current and voltage of the frequency component that has been extracted, is acquired with a calculation processor 3. By analyzing in accordance with a prescribed analyzing algorithm, the amount of leakage current caused by a ground capacitance is removed from the leakage current of the three-phase electrical path 7, to calculate the amount of leakage current caused by a ground insulation resistance. At the same time, a phase where the ground insulation resistance, which is the cause of leakage current, has dropped is identified. No arrangement for applying a low-frequency voltage component for measurement is required, which results in reducing the size of the monitor. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、三相電路の対地絶縁抵抗を監視する絶縁監視装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の絶縁監視装置として、第３ｎ次（但し、ｎは整数）高調波成分を測定して、三相電路の各相における第３ｎ次高調波成分が、全ての相で同相となることを利用して、抵抗分と静電容量分を分離するものがある（例えば、特許文献１参照）。また、電路が一方の接地線と他方の接地線により接続され、該両接地線間に大地を通じて帰還する抵抗成分と静電容量の等価回路を形成し、この等価回路に低周波数電圧成分を印加して、等価回路に流れる低周波数電圧に起因する電流を測定することにより、電路の絶縁を監視するものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平０６−０４３１９６号公報（段落番号００１５、００１６、図１及び図２）
【０００４】
【特許文献２】
特開平１１−１４６８６号（段落番号００１７〜００１９、図１及び図６）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような第３ｎ次高調波成分を測定する絶縁監視装置にあっては、三相電路の各相を一括して測定しているため、絶縁の劣化が生じた相を特定することができないという問題点があった。また、抵抗成分と静電容量の等価回路に低周波数電圧成分を印加するものはそのための装置が必要であり、装置が大きくなるという問題点があった。
この発明は、上記のような問題点を解決して、小形化が可能で対地絶縁の劣化が生じた相を特定できる絶縁監視装置を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る絶縁監視装置においては、三相の電路の零相電流を検出する零相電流検出手段、電路の電圧を検出する電圧検出手段、零相電流及び電圧の中の第１及び第２の周波数成分を抽出するものであって第１の周波数成分は基本波又は第３次の整数倍の高調波成分以外の高調波成分であり第２の周波数成分は第３次の整数倍の高調波成分以外の高調波成分である指定周波数成分抽出手段、及び抽出された零相電流及び電圧の中の第１及び第２の周波数成分の位相、周波数及び電流に基づき三相のうちの二相の対地絶縁抵抗による漏れ電流を求める漏れ電流演算手段を備えたものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
この発明に係わる絶縁監視装置は、三相電路の各相の対地静電容量分の漏れ電流量は漏れ電流の周波数に依存する特性を利用し、漏れ電流の２種類以上の周波数成分、例えば第１の周波数成分として基本波成分を、第２の周波数成分として第５次高調波成分を抽出することで、対地静電容量が０である状態、すなわち対地静電容量の影響を除去して、対地絶縁抵抗分の漏れ電流量だけを算出する。これにより、三相電路の絶縁抵抗を知り、三相電路の絶縁の監視を行うことができる。
【０００８】
また、電流と電圧の、例えば基本波成分と、第３ｎ次以外の高調波成分として第５次高調波成分の２種類の周波数成分について抽出し、測定した漏れ電流の周波数依存性及び各周波数における漏れ電流ベクトルを合成したベクトルの方向特性にもとづいて解析を行う。これにより、各相の対地絶縁抵抗分だけの合成漏れ電流の位相を算出することができ、これを分離することで三相電路のうちの２相の対地絶縁抵抗分による漏洩電流を知ることができる。低圧配電線等の三相電路は、通常そのうちの一つの相（一線）が接地されているので、接地されていない二つの相（他の２線）の絶縁抵抗を知ることにより、三相電路の絶縁状態を監視できる。
【０００９】
さらに、第３ｎ次高調波成分以外の高調波成分では、各相の位相はそれぞれ１２０度ずれており、内２相の合成ベクトルと残りの１相のベクトルは逆向きの成分を持ち、互いに打ち消し合っている。上記の第１及び第２の周波数成分に加えて、第３の周波数成分として第３ｎ次高調波成分を抽出することで、打ち消しあっている量を算出することが可能であり、全ての相での対地絶縁抵抗分による漏洩電流を分離することが可能である。
【００１０】
また、一般に基本波成分に比較して高調波成分の含有量は非常に少なく相対的に精度が劣る。そこで高精度に測定できる基本波電圧に基づいて必要な次数の高調波電圧を作成することにより、より精度を向上させることができる。
以上のようなこの発明の絶縁監視装置について、以下に具体的に説明する。
【００１１】
実施の形態１．
図１〜図３は、この発明の実施の一形態を示すものであり、図１は絶縁監視装置の構成を示す構成図、図２は動作を説明するためのベクトル図、図３は絶縁監視装置の一実施例を示す構成図である。図１において、三相Δ結線された三相電源５のａ，ｂ，ｃ各相に三相電路７を介してΔ結線された負荷６が接続されている。また、三相電源５のｃ相は接地線８にて接地されている。
【００１２】
三相電路７の三相電源５に近い位置に零相変流器（ＺＣＴ）１が設置されており、三相電路７の零相電流を測定し、ＺＣＴ１からみて負荷６側の絶縁監視を行う。この零相電流は、三相電路７及び負荷６の対地絶縁抵抗と対地静電容量を経て、漏洩した漏れ電流である。そして、この漏れ電流は、この実施の形態においてはｃ相を接地しているので、三相電路７のａ相及びｂ相並びに負荷によるものである。また、三相電路７の各相の電圧を測定する電圧測定器２が設置されている。
【００１３】
ＺＣＴ１及び電圧測定器２の検出出力はそれぞれに対応して設けられた指定周波数抽出手段としての四つのバンドパスフィルタ９を経て演算処理装置３に接続されており、上記バンドパスフィルタ９にてＺＣＴ１及び電圧測定器２からの検出出力のうち所定の周波数成分として第１及び第２の周波数成分を抽出して上記第１及び第２の周波数成分の電流値及び電圧値を計測する。例えば、第１の周波数成分として基本波成分を、第２の周波数成分として第３ｎ次高調波以外の高調波成分である第５次高調波成分を選定する。
【００１４】
さらに、演算処理装置３にて電流と電圧の位相関係を求め、後述の解析アルゴリズムによって解析することで、三相電路７の漏れ電流から対地静電容量による漏れ電流分を除き、対地絶縁抵抗による漏れ電流分を算出する。そして、漏れ電流の原因となっている対地絶縁抵抗が低下した相を同定する。この実施の形態においては、三相電路７のうち二つの相（ａ，ｂ相）について対地絶縁抵抗の劣化の有無を分別可能である。三相全てについて判別するためには別の装置（後述）を用いるが、この実施の形態においては、ｃ相が接地されているので実質的にａ及びｂ相について判定できればよいことになる。そして、解析を行った結果、漏れ電流量が所定値を超えたことが判明すれば、その旨及び該当相を液晶装置で構成された表示装置４に表示する。
【００１５】
以下、演算処理装置３により漏れ電流が増加した相を同定するアルゴリズムの説明を行う。上記のような測定系を用いた場合、得られる情報は、漏れ電流及び三相電路７の電圧であり、これらよりバンドパスフィルタ９によって基本波成分、及び第３ｎ次高調波成分以外の高調波成分である第Ｍ次高調波成分を抽出する。以下、この発明において、計算式が汎用性を有するようにするために第Ｌ次高調波成分と表現し、Ｌ＝１とした場合は基本波成分であるということする。基本波成分、及び第Ｍ次高調波成分においては、三相電路７のａ，ｂ，ｃ各相で１２０度づつ位相が異なっている。
【００１６】
電圧位相の基準となる基準相として、測定した三相のうちの一つの相を選択する。基準相の選択基準はなく、いずれでも良い。この実施の形態ではａ相を基準相とする。そして、図２に示すように、基準相ａの電圧と第Ｌ次高調波漏れ電流成分Ｉ０ｌ（基本波成分）との位相差θｌ、及び基準相ａの電圧と第Ｍ次高調波漏れ電流成分Ｉ０ｍとの位相差θｍを求める。ここに、第Ｌ次高調波漏れ電流Ｉ０ｌ及び第Ｍ次高調波漏れ電流Ｉ０ｍは、バンドパスフィルタ９によって抽出された漏れ電流の各次数の高調波成分を、正規化したものである。この実施の形態では、三相電路７の電圧の高調波成分の計測を行っているが、高調波成分毎の含有率が異なるため、解析を行うためには正規化を行う必要がある。ここで言う正規化とは、選択した高調波成分の一方の電圧値と他方の電圧値が等しいときの電流値に補正することである。すなわち、第Ｌ次高調波電圧Ｖｌと第Ｍ次高調波電圧Ｖｍとが等しいときの電流に換算するために、抽出された漏れ電流の第Ｍ次高調波成分を第Ｌ次高調波電圧Ｖｌを基準にして（Ｖｌ／Ｖｍ）倍して第Ｍ次高調波漏れ電流Ｉ０ｍとしたものである。
【００１７】
電圧の測定については、各高調波成分とも同じ相から得られたものを用いればば良く、どの相の電圧を選択してもよい。また、正規化を行う上で基準となる電圧値は、できる限り大きな電圧値を持つ高調波電圧が好ましく、基本波成分を基準とするのが良い。このため、この実施の形態では、第Ｌ次高調波電圧Ｖｌ（Ｌ＝１であり、基本波の電圧である）を基準とする。このとき基準相、漏れ電流Ｉ０（第Ｌ次高調波漏れ電流Ｉ０ｌと第Ｍ次高調波漏れ電流Ｉ０ｍとのベクトル和）、対地絶縁抵抗による漏れ電流Ｉｒ、及び対地静電容量による漏れ電流Ｉｃ（第Ｌ次高調波漏れ電流Ｉｃｌと第Ｍ次高調波漏れ電流Ｉｃｍとのベクトル和）の関係は、図２のようになる。
【００１８】
対地絶縁抵抗及び対地静電容量による漏れ電流Ｉｒ、Ｉｃは複数の相によって合成されていることが多く、基準相に対する位相差は不明である。また、必ずしも電流ＩｒとＩｃ間の位相差が９０度とは限らない。対地絶縁抵抗は、三相電路７の高調波の周波数に依らず一定であり、対地静電容量は、三相電路の高調波の周波数に反比例する特性があり、対地静電容量による漏れ電流Ｉｃ（Ｉｃｌ、Ｉｃｍの合成）の量の比は、漏れ電流の次数（第Ｌ次高調波ならＬ）に依存するため、次の式（１）の関係が成立する。
Ｉｃｌ：Ｌ＝Ｉｃｍ：Ｍ・・（１）
【００１９】
また、漏れ電流ベクトルを電流Ｉｒ及びＩｃに分離すると平行四辺形となり、各漏れ電流ベクトルＩ０ｌ、Ｉ０ｍ及びＩｒの終点は一つの直線上に乗る。この平行四辺形より、Ｉ０ｌ及びＩ０ｍの終点をそれぞれ通りＩｒと平行な補助線を２本引いたとき、原点を通る任意の直線が上記２本の補助線にて切り取られる長さも、漏れ電流の次数に比例する。そして、以上の関係を満足するｘ（基準相と対地絶縁抵抗による漏れ電流Ｉｒとの位相差）は、一意に決定することができる。
【００２０】
具体的に以上の関係を用いて解析すると電流Ｉｒと基準相との間の位相差ｘは次の式（２）にて得ることが可能である。

但し、

【００２１】式（２）より、基準相とＩｒとの位相差ｘを得ることができ、漏れ電流Ｉ０ｌ（基準値）と位相差θｌ、θｍ及びｘと各漏れ電流の次数（Ｌ、Ｍ）より大きさ｜Ｉｒ｜を求めることができる。
｜Ｉｒ｜＝｛（｜Ｉ０ｌ｜×Ｌ×Ｍ）／（Ｍ−Ｌ）｝×｛Ｔａｎ（ｘ−θｌ）− Ｔａｎ（ｘ−θｍ）｝・・（４）
以上より、電流Ｉｒと基準相（ａ相）の電圧との位相差ｘ及び電流Ｉｒの大きさを求めることができる。
【００２２】
位相差ｘを用いて、電流Ｉｒを三相電源５の３相のうち２相のａ及びｂ相に分離することで、ａ及びｂ相での対地絶縁抵抗による第Ｌ次高調波電圧Ｖｌに対する漏れ電流を算出することができる。ここに、第Ｌ次高調波電圧Ｖｌは、上記正規化の基準にした基本波又は高調波の電圧値であり、バンドパスフィルタ９を介して電圧測定器２から得られた値である。そして、第Ｌ次高調波電圧Ｖｌを上記ａ及びｂ相に分離された各漏れ電流で除算することにより、三相電路７のａ，ｂ相の対地絶縁抵抗を求めることができる。なお、基準とする電圧を第Ｍ次高調波電圧Ｖｍを正規化（Ｖｌ／Ｖｍ倍）した電圧（＝Ｖｌ）を上記ａ及びｂ相に分離された各漏れ電流で除算することにより求めても良い。
【００２３】
そして、これら漏れ電流や対地絶縁抵抗が所定値を超えないかどうかを監視することにより三相電路７のａ及びｂ相の絶縁劣化の有無を監視し、異常があれば警報やその旨の表示をする。また、対地絶縁抵抗を求めることで、メガテストと同等の評価を行うことができる。メガテストとは、例えば所定のＤＣ電圧を電路に印加し、その漏れ電流量を求めることで、対象電路の絶縁状態を評価する試験のことである。
なお、メガテストと同等の評価を行うために対地絶縁抵抗を求める場合は上記のように三相電路７の各相の電圧情報が必要であるが、各相の漏れ電流だけを評価するだけであれば、位相差ｘの基準となる基準相の電圧だけを計測すればよい。
【００２４】
また、以上では演算処理装置３による解析に用いる周波数を基本波、及び第５次高調波としたが、周波数が既知であれば、直流以外の他の周波数を抽出して用いても、同様の方法にて解析を行うことが可能である。
【００２５】
さらに、従来の絶縁監視装置においては、三相電路の対地静電容量がアンバランスな場合、三相電路が健全な場合でも対地静電容量を経て流れる電流のアンバランスを検出して、誤動作により誤警報を発することがある。これに対し、この実施の形態に示した絶縁検出装置によれば、漏れ電流（ＺＣＴ１の出力）から対地静電容量による寄与分を除いた対地絶縁抵抗による漏れ電流だけを検出することができ、信頼性の高い絶縁監視を行うことができる。
また、このような絶縁監視装置を用いることで対地絶縁抵抗が劣化している相を２相まで同定することが可能であり、一線が接地された三相電路の対地絶縁抵抗の監視に好適である。
【００２６】
ＺＣＴ１及び電圧計測器２の出力から所定の周波数の出力を抽出する方法として、バンドパスフィルタ９を用いたが、これを用いず、演算処理装置３にて高速フーリエ変換（ＦＦＴ）等の周波数解析を行うことで所定の周波数の出力を抽出しても同様の結果が得られる。また、図１では、三相電路７の全ての相に電圧測定器２を設置しているが、三相電路７では、各相の電圧の位相が１２０度づつシフトしており、演算にて容易に導出することが可能であるため、一つの相（基準とする相）の電圧を計測するだけでもよい。
【００２７】
図１では、三相電路７の各相とグランド間の電圧を測定しているが、線間電圧を測定する方式でも良い。線間電圧であれば、三相電路７の各相とグランド間の電圧位相から６０度位相がシフトしており、この位相差を補正することで、同様に適用可能である。図１では、三相電源５及び負荷６が共にΔ結線であるが、他の結線方式であっても同様の効果を奏する。
【００２８】
この実施の形態では、零相電流を測定する電流検出手段として、ＺＣＴ１を用いたものを示しているが、零相電流が測定できるものであれば、他のものであってもよい。なお、表示装置４は、一般的に液晶装置などを用いるが、解析結果を報知できるものであれば、ディスプレイ、警報装置その他のものであってもよい。
【００２９】
なお、図１では、三相電路７にＺＣＴ１を設置しているものを示したが、図３の様に、接地線８にＺＣＴ１を設置しても同様の結果が得られる。図３において、ＺＣＴ１の設置場所が異なること以外は図１に示したものと同様のものである。
【００３０】
実施の形態２．
図４、図５は、さらにこの発明の他の実施の形態を示すものであり、図４は絶縁監視装置の構成を示す構成図、図５は動作を説明するためのベクトル図である。図４において、演算処理装置２３にＺＣＴ１及び電圧測定器２の検出出力がバンドパスフィルタ９を介して入力される。この演算装置２３は、解析アルゴリズムが図１に示した演算処理装置３とは異なる。その他の構成については、図１に示した実施の形態１と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。
【００３１】
この実施の形態は、次のような条件が満たされる場合に、実施の形態１に示したものよりも高速に処理を行うことができる。なお、この条件を満たさない場合は、実施の形態１と同様の動作をする。
（ア）図５のように対地絶縁抵抗による漏れ電流Ｉｒの位相と対地静電容量による漏れ電流Ｉｃの位相が一致するか、又は１８０度異なる場合。電流ＩｒとＩｃは複数相の電流が合成されたものであった場合、その合成割合によって如何なる位相にもなりうるので、この様な場合が存在しうる。
（イ）又は、対地静電容量による漏れ電流Ｉｃが三相間でバランスしており合成値が０となる場合。
なお、このとき測定される漏れ電流をＩ０としたとき、漏れ電流Ｉ０の基準相の電圧に対する位相差も０となるか、又は１８０度異なることになる。
【００３２】
次に、演算処理装置２３の動作について説明する。実施の形態１と同様に基本波成分（これを、以下の説明において便宜上、第Ｌ次高調波成分と呼ぶ場合がある）、及び第３ｎ次高調波成分以外の高調波成分である第Ｍ次高調波成分について、その電圧及び電流を測定する。
電圧の基準相として、測定した三相のうちの一つの相を選択する。この実施の形態ではａ相を基準相とする。
【００３３】
基準相の電圧と電流の各高調波成分の位相差θｌ及び位相差θｍを求める（図５参照）。次に求めた位相差θｌと位相差θｍとを比較し、それぞれの値が、０となるか、若しくは１８０度異なる場合、次の処理を用いて解析を行う。それ以外の場合は、実施の形態１と同様の動作を行い、各相毎の対地絶縁抵抗による漏れ電流を求める。この場合は、演算処理速度は実施の形態１のものと同様で速くならない。
【００３４】
各周波数の位相差が上記の分岐条件（０度若しくは１８０度）に合致した場合、抽出した周波数の漏れ電流及び三相電路７の電圧を求める。この場合は、以下に説明する処理を行うことで、漏れ電流の算出速度を高速化できる。漏れ電流Ｉ０（Ｉ０ｌ、Ｉ０ｍの合成）は、対地絶縁抵抗による漏れ電流Ｉｒ（Ｉｒｌ、Ｉｒｍの合成）のベクトルと対地静電容量Ｉｃ（Ｉｃｌ、Ｉｃｍの合成）のベクトルが合成されたものであるが、上記の分岐条件を満たす場合、Ｉ０はＩｒとＩｃのスカラー量の和又は差となる。
【００３５】
各周波数における電圧値Ｖｌ、Ｖｍが等しくなるように正規化した場合、対地絶縁抵抗は電流の周波数に依存せず一定であるので、ＩｒｌとＩｒｍは等しく（Ｉｒｌ＝Ｉｒｍ＝Ｉｒ）、式（５）の関係が成立する。

ゆえに、
Ｉｒ＝｛Ｌ／（Ｌ−Ｍ）｝×Ｉ０ｍ−｛Ｍ／（Ｌ−Ｍ）｝×Ｉ０ｌ・・（６）
【００３６】
各周波数の電圧を測定する相は、全ての周波数で同一の相の電圧を測定するのであれば、三相電路７のａ又はｂ何れの相でもよい。以上より、対地静電容量による漏れ電流を除き、対地絶縁抵抗による漏れ電流の量を求めることができる。また、この実施の形態では、電流ＩｒとＩｃの位相が重なっているため（ベクトルが同一方向若しくは逆方向であるため）、実測されるＩｒ及びＩｃはＩｒとＩｃとが合成された電流である漏れ電流Ｉ０と同位相である。よって、θｌ（＝θｍ）を用いて、Ｉｒを三相電源５の３相のうちａ及びｂの２相に分離することで、当該２相での対地絶縁抵抗の劣化による漏れ電流量を知ることができる。
【００３７】
なお、上記では分岐条件として、位相差が一致（０度差）、若しくは１８０度差としたが、上記の値を中心とした一定範囲内としても良い。例えば位相差の差が０±１度若しくは１８０度の場合、この実施の形態による解析を行い、違う場合、実施の形態１と同様の解析を行うなどである。
【００３８】
この実施の形態では、第１及び第２の周波数成分を、基本波成分、及び第３ｎ次高調波以外の高調波成分としたが、周波数が既知であれば、直流以外の他の周波数成分を抽出しても、同様の手法にて解析を行うことが可能である。
【００３９】
この実施の形態に示した絶縁監視装置を用いれば、漏れ電流のＩｒとＩｃ成分のベクトルが重なっている（同一方向若しくは逆方向）場合、若しくは、対地静電容量による漏れ電流Ｉｃがバランスしており、その合成値が０である場合における対地絶縁抵抗が劣化している相を２相まで簡略計算式により簡易な演算で高速に同定することが可能であり、それぞれの相の対地絶縁抵抗による漏れ電流を得て、当該二つの相の絶縁を監視することができる。
【００４０】
実施の形態３．
図６〜図９は、さらにこの発明の他の実施の形態を示すものであり、図６は絶縁監視装置の構成を示す構成図、図７〜図９は動作を説明するためのベクトル図である。この実施の形態では、実施の形態１に示した絶縁監視装置に、第３ｎ次高調波成分の測定手段を追加することにより、三相電路の全ての相について、対地絶縁抵抗による漏れ電流を求めるようにしたものである。
【００４１】
図６において、三相電源５及び三相電路７は、図１と同様にΔ結線されているが非接地系の三相電路である。絶縁監視装置は、演算処理装置３３及びバンドパスフィルタ３９を有する。ＺＣＴ１及び電圧測定器２の出力は、バンドパスフィルタ３９を介して演算処理装置３３に入力される。その他の構成については、図１に示した実施の形態１と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。
【００４２】
以下に、演算処理装置３３が行う解析アルゴリズムを具体的に説明する。ＺＣＴ１及び電圧測定器２によりバンドパスフィルタ３９を介して電圧及び漏れ電流の第１の周波数成分として基本波成分（第Ｌ次高調波成分）、及び第２の周波数成分として第３ｎ次高調波成分以外の高調波成分である第Ｍ次高調波成分を抽出する。第３の周波数成分である第３ｎ次高調波成分として第Ｘ次（但し、Ｘは３の整数倍）高調波成分を抽出する。
【００４３】
次に実施の形態１と同様の処理を施し、第Ｌ次及び第Ｍ次高調波成分を用いて、対地絶縁抵抗による漏れ電流Ｉｒを求める。この電流Ｉｒは三相電路７の全ての相における漏れ電流分を合成したベクトルである。この電流Ｉｒを三相電路７の全ての相に分離して、三相電路の各相における対地絶縁抵抗による漏れ電流を求める。この合成ベクトルＩｒの構成を図７に示す。
【００４４】
まず、この電流Ｉｒが存在する位相からその両隣にある２つの電圧位相（今回はａ相とｂ相とする）に分離し、Ｉｒａ１及びＩｒｂ１を求める。これらのベクトルは、本来３つのベクトルが合成されているものを、２つのベクトルに分離したのであるから、正確な値ではなく、残りの一相の漏れ電流ベクトルＩｒｃによって相殺された分、誤差を含む。
【００４５】
但し、この誤差Ｉｒａ２及びＩｒｂ２はＩｒｃとバランスしており、かつ、ベクトルＩｒａ２、ベクトルＩｒｂ２及びベクトルＩｒｃは、それぞれ１２０度の位相差がある。すなわち、ベクトルＩｒａ２、ベクトルＩｒｂ２及びベクトルＩｒｃからなる三角形は図８に示すように正三角形となり、次の式（７）の関係が成立する。
Ｉｒａ２＝Ｉｒｂ２＝Ｉｒｃ・・（７）
【００４６】
次に、第３ｎ次高調波成分を用いて、三相電路７の全ての相における対地絶縁抵抗による漏れ電流の合計値を求める。第３ｎ次高調波成分は、三相電路７において、全ての相で同相となるので、その高調波成分によって流れる対地絶縁抵抗分の漏れ電流、対地静電容量分の漏れ電流は各相とも同相となる。そして、図９に示すように対地絶縁抵抗分Ｉｒｔは、第３ｎ次高調波電圧Ｖｏと同相であり、対地静電容量分Ｉｃｔは９０度位相が進んでいる。従って、第３ｎ次高調波電圧Ｖｏとの位相差θを用いて、対地絶縁抵抗の三相電路７による漏れ電流の合計値Ｉｒｔが得られる。ＩｒｔとＩｒａ、Ｉｒｂ及びＩｒｃの関係を式（８）に示す。
Ｉｒｔ＝Ｉｒａ＋Ｉｒｂ＋Ｉｒｃ・・（８）
【００４７】
同様に、ＩｒｔをＩｒａ１、Ｉｒｂ１、Ｉｒａ２、Ｉｒｂ２及びＩｒｃを用いて記述すると式（９）となる。

ここに、式（９）の括弧内の値は、第３ｎ高調波成分以外では、バランスしており、計測できなかった値である。
式（８）及び式（９）より、残りの相における対地絶縁抵抗による漏れ電流Ｉｒｂを得ることができる。
【００４８】
また、
Ｉｒｂ＝（Ｉｒｔ−Ｉｒａ１＋Ｉｒｂ１）／３・・（１０）
であるので、式（１０）より、先に求めたＩｒａ１、Ｉｒｂ１を補正して、各相における正確な対地絶縁抵抗による漏れ電流Ｉｒａ、Ｉｒｂを求めることができる。すなわち、

以上より、三相電路７の全ての相における対地絶縁抵抗による漏れ電流を求めることが可能である。
【００４９】
但し、第３ｎ次高調波電流とその他の高調波電流若しくは基本波電流とでは、そのベクトル方向が異なるため、これら電流値により正規化することはできない。そこで、第Ｌ次高調波電圧Ｖｌ（実施の形態１記載の処理を施した際に、基準とした高調波成分（基本波成分のことである）の電圧）と第Ｘ次高調波電圧Ｖｏ（選択した第３ｎ次高調波成分の電圧）とが等しくなるように正規化し、連立方程式を解くことにより求めればよい。
【００５０】
また、第３ｎ次高調波電圧と、その他の高調波又は基本波の電圧成分を正規化する際に、基準とするのは、できる限り値の大きな電圧成分である方が好ましく、一般に漏れ電流や電圧において最も含有率が高いのは基本波成分であるので、基本波成分を基準とするのが好ましい。よって、正規化の基準を、基本波成分の電圧とする。
【００５１】
この実施の形態では、第１の周波数成分として基本波成分、第２の周波数成分として第３ｎ次以外の高調波成分を選択したが、周波数が既知であれば、直流以外の他の周波数成分を用いても、同様の手法にて解析を行うことが可能である。従来の絶縁監視装置においては、三相交流の電路において対地静電容量がアンバランスな場合、電路が健全な場合でも対地静電容量を経て流れる電流の不平衡により誤警報を発することがある。この実施の形態に示した絶縁検出装置を用いることで、漏れ電流（ＺＣＴ１出力）から対地静電容量による影響分を除いて対地絶縁抵抗による漏れ電流だけを検出することができ、信頼性の高い絶縁監視を行うことができる。さらに、この実施の形態に示した絶縁監視装置を用いることで三相電路７の全ての相に対する対地絶縁抵抗の劣化を求めることが可能である。
【００５２】
実施の形態４．
図１０、図１１は、さらにこの発明の他の実施の形態を示すものであり、図１０は絶縁監視装置の構成を示す構成図、図１１は動作を説明するためのベクトル図である。図１０において、三相電源５及び三相電路７は、図１と同様にΔ結線であるが接地されていない非接地系の電路である。絶縁監視装置は、演算処理装置４３及びバンドパスフィルタ３９を有する。ＺＣＴ１及び電圧測定器２の出力は、バンドパスフィルタ３９を介してバンドパスフィルタ４３に入力される。その他の構成については、図６に示した実施の形態１と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。
【００５３】
次に、演算処理装置４３が行う解析アルゴリズムを具体的に説明する。先の実施の形態３に示した絶縁監視装置（図６参照）は、第３ｎ次高調波成分の測定を追加することで、三相電路７の全ての相について、対地絶縁抵抗の劣化による漏れ電流を求めることができるようにしたものである。これに対し、この実施の形態においては、次のような条件が満たされる場合、高速に対地絶縁抵抗による漏れ電流を演算して求めることができる絶縁監視装置に関するものである。
【００５４】
（ア）図５のように対地絶縁抵抗による漏れ電流Ｉｒの位相と対地静電容量による漏れ電流Ｉｃの位相とが一致するか、又は１８０度異なる場合。この場合、測定される漏れ電流Ｉ０の位相も基準相の電圧の位相に一致するか、又は１８０度異なることになる。電流ＩｒとＩｃは複数相の電流が合成されたものであった場合、その合成割合によって如何なる位相にもなりうるので、この様な場合も存在しうる。
（イ）又は、対地静電容量による漏れ電流Ｉｃが三相間でバランスしており合成値が０である場合。
（ウ）さらに特殊な例として、図１１に示すように対地絶縁抵抗による漏れ電流Ｉｒがバランスして、合成値が０となる場合。
【００５５】
この実施の形態においては、演算処理装置４３にて行う解析アルゴリズムが図６の演算処理装置３３と異なる。以下に解析アルゴリズムを具体的に説明する。実施の形態３と同様に基本波成分（第Ｌ次と表す）、及び第３ｎ次高調波成分以外の高調波成分として第Ｍ次高調波成分を抽出する。これに加えて、第３ｎ次高調波成分として第Ｘ次高調波成分を抽出する。すなわち、第１、第２及び第３の周波数成分として、これら基本波成分（第Ｌ次高調波と表記）、第Ｍ次周波数成分及び第３ｎ次周波数成分を選択し抽出する。
【００５６】
次に、電圧の基準相として、測定したうち一つの相を選択する。この実施の形態ではａ相を基準相とする。基準相ａの電圧と電流の各抽出した第Ｌ次及び第Ｍ次周波成分との位相差θｌ及び位相差θｍを求める。次に、求めた位相差θｌと位相差θｍとを比較し、処理の分岐条件として、互いの値（位相）が一致するか又は１８０度異なる場合は、下記の処理を用いて解析を行う。それ以外の場合は、実施の形態３に示したものと同様の解析を行い、各相毎の対地絶縁抵抗による漏れ電流を求める。
【００５７】
なお、上記処理の分岐条件は、上記のように位相差が一致（０度差）若しくは１８０度差となった場合としないで、上記の値を中心とした一定範囲内の値としても良い。例えば、位相差の差が０±１度若しくは１８０度の場合、この実施の形態による解析を行い、違う場合、実施の形態３と同様の解析を行うなどである。
【００５８】
各周波数の位相差が上記の分岐条件（０度若しくは１８０度）に合致した場合、抽出した周波数の周波数の漏れ電流及び三相電路７の電圧を求める。次に、実施の形態２記載の処理を施してＩｒベクトルを求め、これを２つの相に分離する。今回はａ相及びｂ相に分離して、各相における対地絶縁抵抗による漏れ電流Ｉｒａ及びＩｒｂを得る。このＩｒａ及びＩｒｂは、実施の形態３における電流Ｉｒａ１及びＩｒｃ１に相当する。
【００５９】
このＩｒａ１（＝Ｉｒａ）及びＩｒｂ１（＝Ｉｒｂ）は、三相電路７の各相における対地絶縁抵抗による漏れ電流ベクトルがバランスして、見かけ上０である場合もあり、このときはＩｒａ１＝Ｉｒｂ１＝０となる。これらのベクトルは、本来３つのベクトルが合成されているものを、２つのベクトルに分離したのであるから、正確な値ではなく、残りの一相の漏れ電流ベクトルＩｒｂによって相殺された分、誤差を含む。
【００６０】
次に、この実施の形態では、第３ｎ次高調波成分として第Ｘ次高調波成分を抽出する。第Ｘ次高調波電流は、全ての相が同相となるため、各相の対地絶縁抵抗及び対地静電容量による漏れ電流Ｉｒ及びＩｃも同相となる。図９に示すように、対地絶縁抵抗分Ｉｒｔは第Ｘ次高調波電圧Ｖｏと同相であり、対地静電容量分Ｉｃｔは９０度位相が進んでいる。
【００６１】
次に、実施の形態３に示したものと同様の処理を施すことで、それぞれの相の対地絶縁抵抗による漏れ電流だけを得ることができ、三相電路７の全ての相のおける対地絶縁抵抗による漏れ電流を測定することができる。
そして、この実施の形態による絶縁監視装置を用いれば、漏れ電流のＩｒとＩｃ成分のベクトルが重なっている（同一方向若しくは逆方向）場合若しくは対地静電容量による漏れ電流Ｉｃがバランスしておりその合成値が０である場合、又は対地絶縁抵抗がバランスしておりその合成値が０である場合に、簡略計算式により高速に演算処理をして、対地絶縁抵抗が劣化している相を３相全て同定することが可能である。
【００６２】
実施の形態５．
図１２は、さらにこの発明の他の実施の形態である絶縁監視装置の構成を示す構成図である。図１２において、演算処理装置５３にＺＣＴ１及び電圧測定器５２の検出出力がバンドパスフィルタ５９を介して入力される。この演算処理装置５３は、その動作（解析アルゴリズム）が図１の演算処理装置３と異なる。また、電圧測定器５２は、その理由は後述するが、図１の電圧測定器２に比して要求される測定精度が低く安価なものを使用している。その他の構成については、図１に示した実施の形態１と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。
【００６３】
この実施の形態は、実施の形態１による絶縁監視装置に比して、零相変流器１による測定データから抽出する周波数成分のデータを一つ増やすことで、電圧測定器５２に要求される精度を低くできる絶縁監視装置である。以下に、具体的な例を用いて演算処理装置５３の解析アルゴリズムの説明を行う。図１２のような測定系を用いた場合、得られる情報は、漏れ電流及び三相電路７の電圧であり、これらよりバンドパスフィルタ５９によって、第１の周波数として基本波成分（第Ｌ次高調波）を、第２及び第４の周波数成分として第３ｎ次高調波成分以外の高調波成分である第Ｍ次（例えば第５次）及び第Ｎ次（例えば第７次）高調波成分を選定する。基本波成分、及び第３ｎ次高調波以外の高調波成分では、三相電路７の各相で１２０度づつ位相が異なっている。
【００６４】
電圧の基準相として、測定したうちのａ又はｂ相のうちの一方を選択する。基準相の選択基準はなく、ａ、ｂ２相のうちいずれでも良い。この実施の形態でｘｃはａ相を基準相とする。まず、基準相の電圧と電流の各選択した周波数成分である第Ｌ，Ｍ，Ｎ次漏れ電流との位相差θｌ、θｍ及びθｎを求める。
【００６５】
ところで、この実施の形態では、三相電路７の電圧の高調波成分の計測を行っているが、電圧の高調波成分毎の含有率が異なるため、解析を行うためには正規化を行う必要がある。ここで言う正規化とは、実際に測定（抽出）された第Ｌ，Ｍ，Ｎ次電流成分のうちの一つを基準として、他の電流成分を次のようにして調整することである。すなわち、電圧と電流に関する連立方程式を解いて、電圧分を消去することにより、高調波成分の含有率に影響されないようにする。この基準として使用する電流成分は、測定値ができる限り大きいものが良く、好ましくは含有率の最も高い基本波成分を基準とするのが良い。従って、この実施の形態では、基本波成分（計算式上は第Ｌ次高調波成分として表し（Ｌ＝１）、Ｉ０ｌとする）を基準とし、正規化された第Ｌ次、第Ｍ次及び第Ｎ次成分をそれぞれＩ０ｌ、Ｉ０ｍ、Ｉ０ｎで表すものとする。
【００６６】
すると、基準相、各漏れ電流Ｉ０（Ｉ０ｌ、Ｉ０ｍ、Ｉ０ｎの合成）、対地絶縁抵抗による漏れ電流Ｉｒ、及び対地静電容量による漏れ電流Ｉｃ（Ｉｃｌ、Ｉｃｍ、Ｉｃｎの合成）の関係は図１１のようになる。対地静電容量及び対地絶縁抵抗による漏れ電流Ｉｒ、Ｉｃは複数の相によって合成されている場合が多く、基準相に対する位相差は不明である。また、必ずしもＩｒとＩｃ間の位相差が９０度とは限らない。
【００６７】
対地絶縁抵抗は、電流の周波数に依らず一定であり、対地静電容量は、電流の周波数に反比例する特性があり、漏れ電流Ｉｃ（Ｉｃｌ、Ｉｃｍ、Ｉｃｎの合成）の量の比は、漏れ電流の次数（第Ｌ次高調波ならＬ）に依存するため、式（１２）の関係が成立する。
Ｉｃｌ：Ｌ＝Ｉｃｍ：Ｍ＝Ｉｃｎ：Ｎ・・（１２）
また、測定された各漏れ電流ベクトルをＩｒとＩｃに分離すると平行四辺形となり、各漏れ電流ベクトルＩ０ｌ、Ｉ０ｍ及び、Ｉ０ｎの終点は同一直線上に乗る。
【００６８】
以上の関係を満たすように各漏れ電流ベクトルＩ０ｌ、Ｉ０ｍ及び、Ｉ０ｎを決定すれば、それが正規化（調整）された漏れ電流値である。なお、解析に使用する漏れ電流ベクトルが２つだけでは、電流Ｉｒと基準相の間の位相差ｘが未知数であるため、無数に解が存在するため正確に正規化することはできない。そのため解析に使用する周波数は３つ以上必要である。言い換えれば、３つ以上の周波数に対し上記の条件を満足する解（Ｉｒベクトル）は一意に決定することができる。この実施の形態では、第Ｌ次（基本波成分）、第Ｍ次及び第Ｎ次の高調波成分を使用している。
【００６９】
具体的に以上の関係を用いて解析するとＩｒベクトルと基準相の間の位相差ｘは次式にて得ることができる。

但し、

【００７０】
式（１３）より、基準相とＩｒの位相差ｘを得ることができ、漏れ電流Ｉ０ｌ（基準値）と位相差θｌ、θｍ、θｎ及びｘと、各漏れ電流の次数（Ｌ、Ｍ、Ｎ）より次の式（１５）にて漏れ電流の大きさ｜Ｉｒ｜を求めることができる。
｜Ｉｒ｜＝｛（｜Ｉ０ｌ｜×Ｌ×Ｎ）／（Ｎ−Ｌ）｝×｛Ｔａｎ（ｘ−θｌ）− Ｔａｎ（ｘ−θｎ）｝・・（１５）
【００７１】
なお、式（１５）では、Ｌ次とＮ次の組み合わせを用いたが、他の組み合わせ（Ｌ次とＭ次等）でも同様の結果が得られる。
以上より、Ｉｒの位相差と大きさを求めることができる。位相差ｘを用いて、Ｉｒを三相電源５の３相のうち２相に分離することで、２相での対地絶縁抵抗の劣化による漏れ電流量を得ることができる。
【００７２】
以上では、第一の周波数成分、第３ｎ次高調波以外の高調波成分である第２の周波数成分としての第Ｍ次高調波成分の他にもう一つ第４の周波数成分である第Ｎ次周波数成分を使用している。しかし、実施の形態３あるいは実施の形態４に示したものと同様にこの実施の形態においても、第Ｎ次高調波成分に加えて第３の周波数成分としての第３次の整数倍の高調波成分（第Ｘ次高調波成分）例えば第３次高調波成分を測定（抽出）して所定の演算を行うようにすれば、同様に測定精度を要求されない安価な電圧測定器５２を使用して、三相電路７の全ての相における対地絶縁抵抗による漏れ電流を求めることができる。具体的には、指定周波数抽出手段としての四つのバンドパスフィルタ（図１２におけるバンドパスフィルタ５９に相当するもの）が、例えば、第１の周波数成分として基本波を、第２の周波数成分として第５次高調波成分を、第３の周波数成分として第３次高調波成分を、第４の周波数成分として第７次高調波成分を抽出する。
以上のようにこの実施の形態においては、必要とされる三相電路７の電圧情報は位相情報だけとすることが可能であり、実施の形態１等の電圧測定器２と比較して測定精度を要求されない安価な電圧測定器５２を使用することが可能である。
【００７３】
実施の形態６．
図１３、図１４は、さらにこの発明の他の実施の形態を示すものであり、図１３は絶縁監視装置の構成を示す構成図、図１４は動作を説明するためのベクトル図である。図１３において、電圧測定器５２は１台だけ設けられている。ＺＣＴ１及び電圧測定器５２の検出出力がバンドパスフィルタ９を介して演算処理装置１３に入力される。この実施の形態においては、三相電路７において漏れ電流の高調波成分含有率が既知である場合、すなわち三相電路７の電圧値の絶対値を必要としない場合に用いることができる絶縁監視装置に関するものである。
【００７４】
上記のように電圧の絶対値を必要としない場合、必要な情報は電圧の位相情報だけである。一般に漏れ電流に含まれる高調波成分の割合は、数％程度と非常に小さい。電圧測定器２の測定レンジは、測定対象である漏れ電流全体のスケールに合わせる必要があり、高調波成分は、この漏れ電流からバンドパスフィルタ９を用いて抽出するため、高調波成分で使用されるダイナミックレンジ（例えばＡ／Ｄ変換器が用いられる場合、そのレンジ）は通常の数十分の一となり、相対的に測定精度が低くなる。これらの高調波電圧の情報を得るためには、高精度の電圧測定器２が必要となる。
【００７５】
これに対し、この実施の形態においては、漏れ電流の周波数成分は基本波成分が数十％と大多数を占めており、比較的高精度の測定を行うことができることに着目し、この基本波成分を用いて他の高調波電圧の位相を擬似的に作成することによって、測定精度の低下を抑制する。
【００７６】
基本波成分と高調波成分の位相関係より、高調波成分は基本波成分を等分割した波形となる。例えば第３次高調波成分であれば、図１４に示すように基本波成分１０を３等分した波形１１となる。
以上の関係より、電圧計測器２にて三相電路７のうち一相の電圧を測定し、バンドパスフィルタ９によって基本波成分を抽出することにより、三相電路７の各相の電圧位相情報を擬似的に作成することが可能である。
【００７７】
この実施の形態の絶縁監視装置においては、高精度の電圧測定器２を多数用いなくても高調波電圧の位相情報を得ることが可能である。
この実施の形態は、実施の形態１における場合だけでなく、実施の形態２ないし実施の形態５に示した三相電路７において漏れ電流の高調波成分含有率が既知である場合、すなわち三相電路７の電圧値の絶対値を必要としない場合にも適用することができる。
【００７８】
【発明の効果】
この発明は以上説明したように、三相の電路の零相電流を検出する零相電流検出手段、電路の電圧を検出する電圧検出手段、零相電流及び電圧の中の第１及び第２の周波数成分を抽出するものであって第１の周波数成分は基本波又は第３次の整数倍の高調波成分以外の高調波成分であり第２の周波数成分は第３次の整数倍の高調波成分以外の高調波成分である指定周波数成分抽出手段、及び抽出された零相電流及び電圧の中の第１及び第２の周波数成分の位相、周波数及び電流に基づき三相のうちの二相の対地絶縁抵抗による漏れ電流を求める漏れ電流演算手段を備えたので、低周波数電圧成分を印加するための装置等が不要で小形化が可能で対地絶縁の劣化が生じた相を特定できる絶縁監視装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の一形態である絶縁監視装置の構成を示す構成図である。
【図２】動作を説明するためのベクトル図である。
【図３】絶縁監視装置の一変形例を示す構成図である。
【図４】この発明の他の実施の形態である絶縁監視装置の構成を示す構成図である。
【図５】図４の絶縁監視装置の動作を説明するためのベクトル図である。
【図６】さらに、この発明の他の実施の形態である絶縁監視装置の構成を示す構成図である。
【図７】図６の絶縁監視装置の動作を説明するためのベクトル図である。
【図８】図６の絶縁監視装置の動作を説明するためのベクトル図である。
【図９】図６の絶縁監視装置の動作を説明するためのベクトル図である。
【図１０】さらに、この発明の他の実施の形態である絶縁監視装置の構成を示す構成図である。
【図１１】図１０の絶縁監視装置の動作を説明するためのベクトル図である。
【図１２】さらに、この発明の他の実施の形態である絶縁監視装置の構成を示す構成図である。
【図１３】さらに、この発明の他の実施の形態である絶縁監視装置の構成を示す構成図である。
【図１４】図１３の絶縁監視装置の動作を説明するためのベクトル図である。
【符号の説明】
１ＺＣＴ、２，５２電圧測定器、
３，２３，３３，４３，５３，６３演算処理装置、５三相電源、
７三相電路、８接地線、９，３９，５９バンドパスフィルタ。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an insulation monitoring device for monitoring a ground insulation resistance of a three-phase circuit.
[0002]
[Prior art]
As a conventional insulation monitoring device, the 3nth (where n is an integer) harmonic component is measured, and the fact that the 3nth harmonic component in each phase of the three-phase circuit is in phase in all phases is used. Then, there is a device that separates a resistance component and a capacitance component (for example, see Patent Document 1). Further, the electric circuit is connected by one ground line and the other ground line, and an equivalent circuit of a resistance component and a capacitance that returns through the ground is formed between the two ground lines, and a low-frequency voltage component is applied to the equivalent circuit. There is known a method of monitoring the insulation of an electric circuit by measuring a current caused by a low-frequency voltage flowing in an equivalent circuit (for example, see Patent Document 2).
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-06-043196 (paragraphs 0015 and 0016, FIGS. 1 and 2)
[0004]
[Patent Document 2]
JP-A-11-14686 (paragraph numbers 0017 to 0019, FIGS. 1 and 6)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the insulation monitoring device for measuring the third n-th harmonic component as described above, since each phase of the three-phase electric circuit is collectively measured, it is not possible to specify the phase in which the insulation has deteriorated. There was a problem. Further, a device for applying a low-frequency voltage component to an equivalent circuit of a resistance component and a capacitance requires a device for that purpose, and there is a problem that the device becomes large.
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems and to provide an insulation monitoring device that can be downsized and that can specify a phase in which the ground insulation has deteriorated.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In the insulation monitoring device according to the present invention, the zero-phase current detecting means for detecting the zero-phase current of the three-phase circuit, the voltage detecting means for detecting the voltage of the circuit, and the first and second of the zero-phase current and the voltage. The first frequency component is a harmonic component other than a fundamental wave or a third-order integral multiple harmonic component, and the second frequency component is a third-order integral multiple harmonic component. A designated frequency component extracting means which is a harmonic component other than a wave component; and two phases among three phases based on the phases, frequencies and currents of the first and second frequency components in the extracted zero-phase current and voltage. And a leakage current calculating means for obtaining a leakage current due to the insulation resistance to the ground.
[0007]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The insulation monitoring device according to the present invention utilizes the characteristic that the amount of leakage current corresponding to the ground capacitance of each phase of the three-phase circuit depends on the frequency of the leakage current, and uses two or more types of frequency components of the leakage current, for example, By extracting the fundamental wave component as the frequency component of 1 and the fifth harmonic component as the second frequency component, the state where the ground capacitance is 0, that is, the influence of the ground capacitance is removed, Only the amount of leakage current for the insulation resistance to the ground is calculated. Thereby, the insulation resistance of the three-phase circuit can be known, and the insulation of the three-phase circuit can be monitored.
[0008]
In addition, two types of frequency components of a current and a voltage, for example, a fundamental component and a fifth harmonic component as a harmonic component other than the 3nth order are extracted, and the frequency dependency of the measured leakage current and the frequency dependency at each frequency are extracted. The analysis is performed based on the directional characteristics of the vector obtained by combining the leakage current vectors. As a result, it is possible to calculate the phase of the combined leakage current corresponding to the ground insulation resistance of each phase. By separating this, it is possible to know the leakage current due to the ground insulation resistance of two phases of the three-phase circuit. it can. In a three-phase circuit such as a low-voltage distribution line, one of the phases (one line) is usually grounded. Therefore, by knowing the insulation resistance of two ungrounded phases (the other two lines), the three-phase circuit is determined. Can monitor the insulation status of
[0009]
Further, in the harmonic components other than the third n-th harmonic component, the phases of the respective phases are shifted from each other by 120 degrees, and the combined vector of the two phases and the vector of the remaining one phase have components in opposite directions, and cancel each other. Matching. By extracting the third n-th harmonic component as the third frequency component in addition to the first and second frequency components, it is possible to calculate the amount of cancellation, and to calculate the amount of cancellation in all phases. It is possible to separate the leakage current due to the insulation resistance to the ground.
[0010]
In general, the content of the harmonic component is very small compared to the fundamental component, and the accuracy is relatively poor. Therefore, the accuracy can be further improved by creating a harmonic voltage of the required order based on the fundamental wave voltage that can be measured with high accuracy.
The insulation monitoring device of the present invention as described above will be specifically described below.
[0011]
Embodiment 1 FIG.
1 to 3 show an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration of an insulation monitoring device, FIG. 2 is a vector diagram for explaining an operation, and FIG. FIG. 2 is a configuration diagram illustrating an example of an apparatus. In FIG. 1, a load 6 that is Δ-connected via a three-phase electric circuit 7 is connected to each of the phases a, b, and c of a three-phase Δ-connected three-phase power supply 5. The c-phase of the three-phase power supply 5 is grounded by a ground line 8.
[0012]
A zero-phase current transformer (ZCT) 1 is installed at a position close to the three-phase power supply 5 on the three-phase circuit 7, measures the zero-phase current of the three-phase circuit 7, and monitors the insulation of the load 6 as viewed from the ZCT 1. Do. This zero-phase current is a leakage current that leaks through the three-phase electric circuit 7 and the ground insulation resistance and the ground capacitance of the load 6. In this embodiment, the leakage current is due to the phases a and b of the three-phase circuit 7 and the load, since the phase c is grounded in this embodiment. Further, a voltage measuring device 2 for measuring the voltage of each phase of the three-phase circuit 7 is provided.
[0013]
The detection outputs of the ZCT 1 and the voltage measuring device 2 are connected to the arithmetic processing unit 3 via four band-pass filters 9 as designated frequency extracting means provided corresponding to the respective components. Then, the first and second frequency components are extracted as predetermined frequency components from the detection output from the voltage measuring device 2, and the current value and the voltage value of the first and second frequency components are measured. For example, a fundamental wave component is selected as the first frequency component, and a fifth harmonic component that is a harmonic component other than the third n-th harmonic is selected as the second frequency component.
[0014]
Further, the arithmetic processing unit 3 obtains a phase relationship between the current and the voltage, and analyzes the phase relationship by an analysis algorithm described later to remove the leakage current due to the ground capacitance from the leakage current of the three-phase circuit 7 and to determine the leakage current due to the ground insulation resistance. Calculate the leakage current. Then, the phase in which the insulation resistance to the ground which causes the leakage current is reduced is identified. In this embodiment, it is possible to discriminate between the two phases (a and b phases) of the three-phase circuit 7 whether or not the insulation resistance to the ground has deteriorated. To determine all three phases, another device (described later) is used. In this embodiment, since the c phase is grounded, it is sufficient that the determination can be made substantially for the a and b phases. Then, as a result of the analysis, if it is found that the amount of leakage current exceeds a predetermined value, the fact and the corresponding phase are displayed on the display device 4 composed of a liquid crystal device.
[0015]
Hereinafter, an algorithm for identifying the phase in which the leakage current has been increased by the arithmetic processing unit 3 will be described. When the measurement system as described above is used, the information obtained is the leakage current and the voltage of the three-phase circuit 7, and the bandpass filter 9 uses the information to obtain the fundamental wave component and the harmonics other than the third nth harmonic component. The M-th harmonic component as a component is extracted. Hereinafter, in the present invention, the calculation formula is expressed as an L-th harmonic component in order to have versatility, and when L = 1, it is referred to as a fundamental wave component. In the fundamental wave component and the M-th harmonic component, the phases of the a, b, and c phases of the three-phase circuit 7 are different by 120 degrees.
[0016]
One of the three measured phases is selected as a reference phase serving as a reference for the voltage phase. There is no reference phase selection criterion, and any may be used. In this embodiment, the phase a is used as a reference phase. Then, as shown in FIG. 2, the phase difference θ1 between the voltage of the reference phase a and the Lth harmonic leakage current component I01 (fundamental wave component), and the voltage of the reference phase a and the Mth harmonic leakage current component The phase difference θm from I0m is obtained. Here, the L-th harmonic leakage current I01 and the M-th harmonic leakage current I0m are obtained by normalizing harmonic components of each order of the leakage current extracted by the band-pass filter 9. In this embodiment, the harmonic component of the voltage of the three-phase circuit 7 is measured. However, since the content ratio of each harmonic component is different, it is necessary to perform normalization in order to perform analysis. Here, the normalization is to correct a current value when one voltage value of the selected harmonic component is equal to the other voltage value. That is, in order to convert the current into a current when the L-th harmonic voltage Vl and the M-th harmonic voltage Vm are equal, the M-th harmonic component of the extracted leakage current is converted to the L-th harmonic voltage Vl. This is multiplied by (Vl / Vm) with reference to the M-th harmonic leakage current I0m.
[0017]
For the measurement of the voltage, it is only necessary to use those obtained from the same phase for each harmonic component, and the voltage of any phase may be selected. In addition, a voltage value to be a reference in performing the normalization is preferably a harmonic voltage having a voltage value as large as possible, and is preferably based on a fundamental wave component. Therefore, in this embodiment, the L-th order harmonic voltage Vl (L = 1, which is the voltage of the fundamental wave) is used as a reference. At this time, the reference phase, the leakage current I0 (the vector sum of the L-th harmonic leakage current I01 and the M-th harmonic leakage current I0m), the leakage current Ir due to the ground insulation resistance, and the leakage current Ic due to the ground capacitance ( The relationship between the L-th harmonic leakage current Icl and the M-th harmonic leakage current Icm (vector sum) is as shown in FIG.
[0018]
The leakage currents Ir and Ic due to the ground insulation resistance and the ground capacitance are often composed of a plurality of phases, and the phase difference from the reference phase is unknown. Further, the phase difference between the currents Ir and Ic is not always 90 degrees. The insulation resistance to the ground is constant irrespective of the frequency of the harmonics of the three-phase circuit 7, and the capacitance to the ground has a characteristic inversely proportional to the frequency of the harmonics of the three-phase circuit. Since the ratio of the amount of (combination of Icl and Icm) depends on the order of the leakage current (L for the Lth harmonic), the following equation (1) holds.
Icl: L = Icm: M (1)
[0019]
When the leakage current vector is separated into the currents Ir and Ic, a parallelogram is formed, and the end points of the leakage current vectors I01, I0m, and Ir are on one straight line. From this parallelogram, when two auxiliary lines passing through the end points of I01 and I0m, respectively, and parallel to Ir are drawn, the length of an arbitrary straight line passing through the origin is cut off by the two auxiliary lines, and the length of the leakage current It is proportional to the order. Then, x (the phase difference between the reference phase and the leakage current Ir due to the ground insulation resistance) that satisfies the above relationship can be uniquely determined.
[0020]
Specifically, by analyzing using the above relationship, the phase difference x between the current Ir and the reference phase can be obtained by the following equation (2).

However,

From equation (2), the phase difference x between the reference phase and Ir can be obtained. The leakage current I01 (reference value), the phase differences θ1, θm and x, and the order (L, M) of each leakage current The magnitude | Ir | can be obtained more.
| Ir | = {(| I01 | × L × M) / (ML)} × {Tan (x−θl) −Tan (x−θm)} (4)
As described above, the phase difference x between the current Ir and the voltage of the reference phase (a phase) and the magnitude of the current Ir can be obtained.
[0022]
By separating the current Ir into two phases a and b of the three phases of the three-phase power supply 5 using the phase difference x, the current Ir with respect to the L-th harmonic voltage Vl due to the ground insulation resistance in the a and b phases is reduced. The leakage current can be calculated. Here, the L-th harmonic voltage Vl is a voltage value of a fundamental wave or a harmonic which is a standard of the above-mentioned normalization, and is a value obtained from the voltage measuring device 2 via the band-pass filter 9. Then, by dividing the L-th harmonic voltage Vl by each of the leakage currents separated into the a and b phases, the ground insulation resistance of the a and b phases of the three-phase circuit 7 can be obtained. It should be noted that the reference voltage may be obtained by dividing the voltage (= Vl) obtained by normalizing the M-th harmonic voltage Vm (times Vl / Vm) by the leakage currents separated into the a and b phases. good.
[0023]
By monitoring whether or not the leakage current and the insulation resistance to the ground do not exceed predetermined values, the presence or absence of insulation deterioration of the a and b phases of the three-phase circuit 7 is monitored. do. In addition, by obtaining the insulation resistance to the ground, an evaluation equivalent to that of the mega test can be performed. The mega test is a test that evaluates the insulation state of a target circuit by applying a predetermined DC voltage to the circuit and determining the amount of leakage current.
In order to determine the ground insulation resistance in order to perform the same evaluation as the mega test, the voltage information of each phase of the three-phase circuit 7 is necessary as described above, but only the leakage current of each phase is evaluated. If there is, only the voltage of the reference phase serving as the reference of the phase difference x needs to be measured.
[0024]
In the above description, the frequencies used for the analysis by the arithmetic processing unit 3 are the fundamental wave and the fifth harmonic. However, if the frequencies are known, the same applies even if frequencies other than DC are extracted and used. It is possible to perform the analysis by the method.
[0025]
Furthermore, in the conventional insulation monitoring device, if the ground capacitance of the three-phase circuit is unbalanced, the imbalance of the current flowing through the ground capacitance is detected even when the three-phase circuit is sound, and a malfunction may occur. False alarms may be issued. On the other hand, according to the insulation detection device shown in this embodiment, it is possible to detect only the leakage current due to the ground insulation resistance, which is obtained by removing the contribution from the ground capacitance from the leakage current (output of ZCT1). Highly reliable insulation monitoring can be performed.
Further, by using such an insulation monitoring device, it is possible to identify up to two phases in which the ground insulation resistance is degraded, which is suitable for monitoring the ground insulation resistance of a three-phase circuit in which one line is grounded. is there.
[0026]
As a method of extracting an output of a predetermined frequency from the outputs of the ZCT 1 and the voltage measuring device 2, the band-pass filter 9 was used, but the frequency analysis such as fast Fourier transform (FFT) was performed by the arithmetic processing unit 3 without using the band-pass filter 9. , The same result can be obtained even if an output of a predetermined frequency is extracted. Also, in FIG. 1, the voltage measuring devices 2 are installed in all the phases of the three-phase circuit 7, but in the three-phase circuit 7, the phase of the voltage of each phase is shifted by 120 degrees, and the Since the voltage can be easily derived, only the voltage of one phase (reference phase) may be measured.
[0027]
In FIG. 1, the voltage between each phase of the three-phase circuit 7 and the ground is measured, but a method of measuring the line voltage may be used. In the case of the line voltage, the phase is shifted by 60 degrees from the voltage phase between each phase of the three-phase circuit 7 and the ground, and the present invention can be similarly applied by correcting this phase difference. In FIG. 1, the three-phase power supply 5 and the load 6 are both Δ-connected, but the same effect can be obtained by another connection method.
[0028]
In this embodiment, ZCT1 is used as the current detecting means for measuring the zero-sequence current. However, any other means may be used as long as the zero-sequence current can be measured. Note that the display device 4 generally uses a liquid crystal device or the like, but may be a display, an alarm device, or any other device as long as it can report the analysis result.
[0029]
Although FIG. 1 shows the case where the ZCT 1 is installed on the three-phase electric circuit 7, similar results can be obtained by installing the ZCT 1 on the ground wire 8 as shown in FIG. 3 is the same as that shown in FIG. 1 except that the installation location of ZCT1 is different.
[0030]
Embodiment 2 FIG.
4 and 5 show still another embodiment of the present invention. FIG. 4 is a configuration diagram showing a configuration of an insulation monitoring device, and FIG. 5 is a vector diagram for explaining an operation. In FIG. 4, the detection outputs of the ZCT 1 and the voltage measuring device 2 are input to the arithmetic processing unit 23 via the band pass filter 9. The arithmetic unit 23 has an analysis algorithm different from that of the arithmetic processing unit 3 shown in FIG. Other configurations are the same as those of the first embodiment shown in FIG. 1, and the corresponding components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
[0031]
In this embodiment, when the following condition is satisfied, processing can be performed faster than that shown in the first embodiment. When this condition is not satisfied, the same operation as in the first embodiment is performed.
(A) As shown in FIG. 5, when the phase of the leakage current Ir due to the ground insulation resistance and the phase of the leakage current Ic due to the ground capacitance match or differ by 180 degrees. In the case where the currents Ir and Ic are obtained by combining currents of a plurality of phases, the currents Ir and Ic can be in any phase depending on the combination ratio, and such a case may exist.
(A) Or, when the leakage current Ic due to the ground capacitance is balanced among the three phases and the combined value becomes zero.
If the leakage current measured at this time is I0, the phase difference of the leakage current I0 with respect to the voltage of the reference phase becomes 0 or differs by 180 degrees.
[0032]
Next, the operation of the arithmetic processing unit 23 will be described. Similarly to the first embodiment, a fundamental component (which may be referred to as an L-th harmonic component for convenience in the following description) and an M-th harmonic component other than the third n-th harmonic component The voltage and current of the harmonic component are measured.
One of the three measured phases is selected as the reference phase of the voltage. In this embodiment, the phase a is used as a reference phase.
[0033]
The phase difference θl and the phase difference θm of each harmonic component of the voltage and current of the reference phase are obtained (see FIG. 5). Next, the obtained phase difference θl is compared with the phase difference θm, and when the respective values become 0 or differ by 180 degrees, the analysis is performed using the following processing. Otherwise, the same operation as in the first embodiment is performed, and the leakage current due to the ground insulation resistance for each phase is obtained. In this case, the arithmetic processing speed is the same as that of the first embodiment and does not increase.
[0034]
When the phase difference of each frequency matches the above branch condition (0 degrees or 180 degrees), the leakage current of the extracted frequency and the voltage of the three-phase circuit 7 are obtained. In this case, the processing described below can increase the calculation speed of the leakage current. The leakage current I0 (combination of I01 and I0m) is obtained by combining a vector of the leakage current Ir (combination of Irl and Irm) due to the ground insulation resistance and a vector of the ground capacitance Ic (combination of Icl and Icm). However, when the above branch condition is satisfied, I0 is the sum or difference of the scalar amounts of Ir and Ic.
[0035]
When the voltage values Vl and Vm at each frequency are normalized to be equal, the insulation resistance to the ground is constant without depending on the frequency of the current. Therefore, Irl and Irm are equal (Irl = Irm = Ir), and equation (5) ) Holds.

therefore,
Ir = {L / (LM)} × I0m− {M / (LM)} × I01 (6)
[0036]
The phase for measuring the voltage of each frequency may be any one of the phases a and b of the three-phase circuit 7 as long as the same phase voltage is measured at all frequencies. As described above, the amount of leakage current due to the insulation resistance to the ground can be obtained except for the leakage current due to the capacitance to the ground. In this embodiment, since the phases of the currents Ir and Ic overlap (because the vectors are in the same direction or opposite directions), the actually measured Ir and Ic are the combined currents of Ir and Ic. It has the same phase as the leakage current I0. Therefore, by separating Ir into two phases a and b among the three phases of the three-phase power supply 5 using θl (= θm), the amount of leakage current due to the deterioration of the ground insulation resistance in the two phases is known. be able to.
[0037]
In the above description, the phase difference is set to match (0 degree difference) or 180 degree difference as the branching condition. However, the branching condition may be within a certain range around the above value. For example, when the difference of the phase difference is 0 ± 1 degrees or 180 degrees, the analysis according to the present embodiment is performed, and when the phase difference is different, the same analysis as in the first embodiment is performed.
[0038]
In this embodiment, the first and second frequency components are harmonic components other than the fundamental component and the third nth harmonic. However, if the frequency is known, other frequency components other than DC are used. Even if it is extracted, it is possible to perform analysis by the same method.
[0039]
If the insulation monitoring device described in this embodiment is used, when the Ir and Ic component vectors of the leakage current overlap (in the same direction or the opposite direction), or when the leakage current Ic due to the ground capacitance is balanced. In addition, it is possible to quickly identify up to two phases in which the ground insulation resistance is degraded when the combined value is 0 by a simple calculation using a simple calculation formula, and to determine the phase of each phase by the ground insulation resistance. The leakage current can be obtained to monitor the insulation of the two phases.
[0040]
Embodiment 3 FIG.
6 to 9 show still another embodiment of the present invention. FIG. 6 is a configuration diagram showing the configuration of an insulation monitoring device, and FIGS. 7 to 9 are vector diagrams for explaining the operation. is there. In this embodiment, the leakage current due to the insulation resistance to the ground is obtained for all phases of the three-phase circuit by adding means for measuring the third n-th harmonic component to the insulation monitoring device shown in the first embodiment. It is like that.
[0041]
In FIG. 6, the three-phase power supply 5 and the three-phase electric circuit 7 are Δ-connected as in FIG. 1, but are non-grounded three-phase electric circuits. The insulation monitoring device has an arithmetic processing device 33 and a bandpass filter 39. The outputs of the ZCT 1 and the voltage measuring device 2 are input to the arithmetic processing unit 33 via the band pass filter 39. Other configurations are the same as those of the first embodiment shown in FIG. 1, and the corresponding components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
[0042]
Hereinafter, the analysis algorithm performed by the arithmetic processing unit 33 will be specifically described. A fundamental component (L-th harmonic component) as a first frequency component and a third n-th harmonic component as a second frequency component of the voltage and the leakage current through the band-pass filter 39 by the ZCT 1 and the voltage measuring device 2 The M-th harmonic component, which is a harmonic component other than, is extracted. The X-th (where X is an integral multiple of 3) harmonic component is extracted as the 3n-th harmonic component, which is the third frequency component.
[0043]
Next, the same processing as in the first embodiment is performed, and the leakage current Ir due to the insulation resistance to the ground is obtained using the Lth and Mth harmonic components. This current Ir is a vector obtained by synthesizing leakage current components in all phases of the three-phase circuit 7. This current Ir is separated into all phases of the three-phase circuit 7, and the leakage current due to the ground insulation resistance in each phase of the three-phase circuit is determined. FIG. 7 shows the configuration of the composite vector Ir.
[0044]
First, the phase in which the current Ir exists is separated into two voltage phases on both sides thereof (here, a phase and b phase), and Ira1 and Irb1 are obtained. Since these vectors originally separate the three vectors combined into two vectors, the error is not an accurate value, and the error is offset by the remaining one-phase leakage current vector Irc. Including.
[0045]
However, the errors Ira2 and Irb2 are balanced with Irc, and the vectors Ira2, Irb2, and Irc have a phase difference of 120 degrees. That is, the triangle formed by the vector Ira2, the vector Irb2, and the vector Irc becomes an equilateral triangle as shown in FIG. 8, and the following equation (7) holds.
Ira2 = Irb2 = Irc (7)
[0046]
Next, the total value of the leakage current due to the ground insulation resistance in all phases of the three-phase circuit 7 is obtained by using the third n-th harmonic component. Since the third n-th harmonic component is in the same phase in all phases in the three-phase circuit 7, the leakage currents corresponding to the insulation resistance to the ground and the leakage currents corresponding to the electrostatic capacitance to the ground due to the harmonic components are the same in each phase. It becomes. Then, as shown in FIG. 9, the ground insulation resistance Irt is in phase with the third nth harmonic voltage Vo, and the ground capacitance Ict is advanced by 90 degrees. Therefore, the total value Irt of the leakage current due to the three-phase circuit 7 of the insulation resistance to the ground is obtained using the phase difference θ from the third nth harmonic voltage Vo. Equation (8) shows the relationship between Irt and Ira, Irb, and Irc.
Irt = Ira + Irb + Irc (8)
[0047]
Similarly, if Irt is described using Ira1, Irb1, Ira2, Irb2, and Irc, the equation (9) is obtained.

Here, the values in parentheses in the equation (9) are values that are balanced and cannot be measured except for the third n-th harmonic component.
From Equations (8) and (9), the leakage current Irb due to the insulation resistance to ground in the remaining phases can be obtained.
[0048]
Also,
Irb = (Irt−Ira1 + Irb1) / 3 (10)
Therefore, the leak currents Ira and Irb due to the ground insulation resistance in each phase can be obtained by correcting the previously obtained Ira1 and Irb1 from the equation (10). That is,

As described above, it is possible to obtain the leakage current due to the insulation resistance to the ground in all phases of the three-phase circuit 7.
[0049]
However, since the vector direction is different between the third n-th harmonic current and the other harmonic currents or fundamental wave currents, the current cannot be normalized by these current values. Thus, the L-th harmonic voltage Vl (the voltage of a harmonic component (which is a fundamental wave component) as a reference when the processing described in the first embodiment is performed) and the X-th harmonic voltage Vo ( The voltage may be obtained by normalizing so that the selected voltage becomes equal to the voltage of the selected third n-th harmonic component, and solving the simultaneous equations.
[0050]
When normalizing the voltage component of the third n-th harmonic voltage and other harmonics or fundamental waves, it is preferable that the reference be a voltage component having a value as large as possible. Since the fundamental wave component has the highest voltage content, it is preferable to use the fundamental wave component as a reference. Therefore, the standard of normalization is the voltage of the fundamental wave component.
[0051]
In this embodiment, a fundamental wave component is selected as the first frequency component, and a harmonic component other than the 3nth order is selected as the second frequency component. Even if it is used, it is possible to perform analysis by the same method. In the conventional insulation monitoring device, when the earth capacitance is unbalanced in the three-phase AC electric circuit, even if the electric circuit is sound, an erroneous alarm may be issued due to the imbalance of the current flowing through the earth capacitance. By using the insulation detection device shown in this embodiment, it is possible to detect only the leakage current due to the ground insulation resistance from the leakage current (ZCT1 output), excluding the influence due to the capacitance to the ground, which is highly reliable. Insulation monitoring can be performed. Further, by using the insulation monitoring device described in this embodiment, it is possible to determine the deterioration of the ground insulation resistance for all phases of the three-phase circuit 7.
[0052]
Embodiment 4 FIG.
FIGS. 10 and 11 show still another embodiment of the present invention. FIG. 10 is a configuration diagram showing a configuration of an insulation monitoring device, and FIG. 11 is a vector diagram for explaining the operation. In FIG. 10, the three-phase power supply 5 and the three-phase electric circuit 7 are non-grounded electric circuits that are Δ-connected but not grounded, as in FIG. The insulation monitoring device has an arithmetic processing unit 43 and a bandpass filter 39. The outputs of the ZCT 1 and the voltage measuring device 2 are input to the band pass filter 43 via the band pass filter 39. Other configurations are the same as those of the first embodiment shown in FIG. 6, and the corresponding components are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.
[0053]
Next, an analysis algorithm performed by the arithmetic processing unit 43 will be specifically described. The insulation monitoring device described in the third embodiment (see FIG. 6) adds the measurement of the third n-th harmonic component, thereby increasing the leakage of all phases of the three-phase circuit 7 due to the deterioration of the ground insulation resistance. The current can be obtained. On the other hand, the present embodiment relates to an insulation monitoring device capable of calculating and calculating a leakage current due to a ground insulation resistance at a high speed when the following condition is satisfied.
[0054]
(A) As shown in FIG. 5, the case where the phase of the leakage current Ir due to the ground insulation resistance and the phase of the leakage current Ic due to the ground capacitance match or differ by 180 degrees. In this case, the phase of the measured leakage current I0 also matches the phase of the voltage of the reference phase or differs by 180 degrees. If the currents Ir and Ic are a combination of currents of a plurality of phases, the currents Ir and Ic may be in any phase depending on the combination ratio, and such a case may also exist.
(A) Or, when the leakage current Ic due to the ground capacitance is balanced among the three phases and the combined value is 0.
(C) As a more specific example, a case where the leakage current Ir due to the insulation resistance to the ground is balanced and the combined value becomes 0 as shown in FIG.
[0055]
In this embodiment, the analysis algorithm performed by the arithmetic processing unit 43 is different from that of the arithmetic processing unit 33 in FIG. The analysis algorithm will be specifically described below. As in the third embodiment, the M-th harmonic component is extracted as a harmonic component other than the fundamental component (represented as the L-th order) and the 3n-th order harmonic component. In addition, the X-th harmonic component is extracted as the 3n-th harmonic component. That is, as the first, second, and third frequency components, these fundamental components (denoted as the L-th harmonic), the M-th frequency component, and the third n-th frequency component are selected and extracted.
[0056]
Next, one of the measured phases is selected as a voltage reference phase. In this embodiment, the phase a is used as a reference phase. A phase difference θl and a phase difference θm between the extracted Lth and Mth frequency components of the voltage and current of the reference phase a are obtained. Next, the obtained phase difference θl is compared with the phase difference θm, and when the values (phases) match or differ by 180 degrees as a branch condition of the processing, analysis is performed using the following processing. In other cases, the same analysis as that described in the third embodiment is performed, and the leakage current due to the ground insulation resistance for each phase is obtained.
[0057]
Note that the branching condition of the above processing may be a value within a certain range centered on the above value, instead of the case where the phase difference is equal (0 degree difference) or 180 degree difference as described above. For example, when the difference of the phase difference is 0 ± 1 degrees or 180 degrees, the analysis according to the present embodiment is performed, and when the phase difference is different, the same analysis as in the third embodiment is performed.
[0058]
When the phase difference of each frequency matches the above branch condition (0 degrees or 180 degrees), the leakage current of the frequency of the extracted frequency and the voltage of the three-phase circuit 7 are obtained. Next, the processing described in the second embodiment is performed to obtain an Ir vector, which is separated into two phases. In this case, the current is separated into the a phase and the b phase, and the leakage currents Ira and Irb due to the insulation resistance to the ground in each phase are obtained. These Ira and Irb correspond to the currents Ira1 and Irc1 in the third embodiment.
[0059]
Ira1 (= Ira) and Irb1 (= Irb) may be apparently zero due to the balance of the leakage current vectors due to the ground insulation resistance in each phase of the three-phase circuit 7, and in this case, Ira1 = Irb1 = It becomes 0. Since these vectors originally separate the three vectors combined into two vectors, the error is not an accurate value, and the error is offset by the remaining one-phase leakage current vector Irb. Including.
[0060]
Next, in this embodiment, the X-th harmonic component is extracted as the 3n-th harmonic component. Since all phases of the Xth harmonic current are in phase, the leakage currents Ir and Ic due to the ground insulation resistance and the ground capacitance of each phase are also in phase. As shown in FIG. 9, the ground insulation resistance Irt is in phase with the Xth harmonic voltage Vo, and the ground capacitance Ict is advanced by 90 degrees.
[0061]
Next, by performing the same processing as that described in the third embodiment, only the leakage current due to the ground insulation resistance of each phase can be obtained, and the ground insulation resistance of all the phases of the three-phase circuit 7 can be obtained. Leakage current can be measured.
When the insulation monitoring device according to the present embodiment is used, when the Ir current and the Ic component vector of the leakage current overlap (in the same direction or in the opposite direction), or the leakage current Ic due to the ground capacitance is balanced. When the combined value is 0, or when the ground insulation resistance is balanced and the combined value is 0, high-speed arithmetic processing is performed using a simplified calculation formula, and the phase in which the ground insulation resistance is degraded becomes 3 It is possible to identify all phases.
[0062]
Embodiment 5 FIG.
FIG. 12 is a configuration diagram showing a configuration of an insulation monitoring device according to another embodiment of the present invention. In FIG. 12, the detection outputs of the ZCT 1 and the voltage measuring device 52 are input to the arithmetic processing unit 53 via the band-pass filter 59. The operation (analysis algorithm) of the arithmetic processing device 53 is different from that of the arithmetic processing device 3 of FIG. Although the reason is described later, the voltage measuring device 52 uses an inexpensive device that requires lower measurement accuracy than the voltage measuring device 2 of FIG. Other configurations are the same as those of the first embodiment shown in FIG. 1, and the corresponding components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
[0063]
In this embodiment, the voltage measuring device 52 is required to increase the frequency component data extracted from the data measured by the zero-phase current transformer 1 by one as compared with the insulation monitoring device according to the first embodiment. This is an insulation monitoring device that can lower the accuracy. Hereinafter, the analysis algorithm of the arithmetic processing device 53 will be described using a specific example. When the measurement system as shown in FIG. 12 is used, the obtained information is the leakage current and the voltage of the three-phase circuit 7, and the fundamental frequency component (L-th harmonic) is used as the first frequency by the band-pass filter 59. As the second and fourth frequency components, the M-th (for example, fifth) and N-th (for example, seventh) harmonic components, which are harmonic components other than the third n-th harmonic component, are selected as the second and fourth frequency components. I do. The phases of the fundamental wave component and the harmonic components other than the third nth harmonic are different from each other by 120 degrees in each phase of the three-phase circuit 7.
[0064]
One of the measured a or b phase is selected as the voltage reference phase. There is no reference phase selection criterion, and any of the a and b2 phases may be used. In this embodiment, xc uses the a phase as a reference phase. First, the phase differences θ1, θm, and θn between the L-th, M-th, and N-th leakage currents, which are the selected frequency components of the reference phase voltage and current, are obtained.
[0065]
By the way, in this embodiment, the harmonic component of the voltage of the three-phase circuit 7 is measured. However, since the content ratio of each harmonic component of the voltage is different, it is necessary to perform normalization in order to perform the analysis. There is. Here, the normalization is to adjust one of the L, M, and N-th current components actually measured (extracted) as a reference and adjust the other current components as follows. That is, the simultaneous equations relating to the voltage and the current are solved to eliminate the voltage component so as not to be affected by the harmonic component content. The current component used as the reference is preferably one whose measured value is as large as possible, and preferably the fundamental component having the highest content. Therefore, in this embodiment, the normalized L-th, M-th, and L-th harmonic components are represented as L-th harmonic components (L = 1 in the calculation formula, and are assumed to be I01). The Nth-order components are represented by I01, I0m, and I0n, respectively.
[0066]
Then, the relationship among the reference phase, each leakage current I0 (combination of I01, I0m, I0n), leakage current Ir due to ground insulation resistance, and leakage current Ic due to ground capacitance (combination of Icl, Icm, Icn) is shown in FIG. become that way. The leakage currents Ir and Ic due to the ground capacitance and the ground insulation resistance are often composed of a plurality of phases, and the phase difference from the reference phase is unknown. Further, the phase difference between Ir and Ic is not always 90 degrees.
[0067]
The ground insulation resistance is constant regardless of the current frequency, and the ground capacitance has a characteristic that is inversely proportional to the current frequency. The ratio of the amount of leakage current Ic (combination of Icl, Icm, and Icn) depends on the leakage current. Since it depends on the order of the current (L for the L-th harmonic), the relationship of Expression (12) holds.
Icl: L = Icm: M = Icn: N (12)
Further, when the measured leakage current vectors are separated into Ir and Ic, a parallelogram is formed, and the end points of the leakage current vectors I01, I0m, and I0n are on the same straight line.
[0068]
If the respective leakage current vectors I01, I0m, and I0n are determined so as to satisfy the above relationship, they are normalized (adjusted) leakage current values. When only two leakage current vectors are used in the analysis, the phase difference x between the current Ir and the reference phase is an unknown number, and there is an infinite number of solutions, so that accurate normalization cannot be performed. Therefore, three or more frequencies are required for the analysis. In other words, a solution (Ir vector) that satisfies the above condition for three or more frequencies can be uniquely determined. In this embodiment, L-th (fundamental wave component), M-th and N-th harmonic components are used.
[0069]
Specifically, by analyzing using the above relationship, the phase difference x between the Ir vector and the reference phase can be obtained by the following equation.

However,

[0070]
From equation (13), the phase difference x between the reference phase and Ir can be obtained. The leakage current I01 (reference value), the phase differences θl, θm, θn and x, and the orders (L, M, N) of the respective leakage currents ), The magnitude | Ir | of the leakage current can be obtained by the following equation (15).
| Ir | = {(| I01 | × L × N) / (N−L)} × {Tan (x−θl) −Tan (x−θn)} (15)
[0071]
Note that, in Expression (15), the combination of the L-th order and the N-th order is used, but similar results are obtained with other combinations (the L-th order and the M-th order).
From the above, the phase difference and magnitude of Ir can be obtained. By separating Ir into two phases among the three phases of the three-phase power supply 5 using the phase difference x, it is possible to obtain the amount of leakage current due to the deterioration of the ground insulation resistance in the two phases.
[0072]
In the above description, in addition to the first frequency component, the M-th harmonic component as a second frequency component that is a harmonic component other than the third n-th harmonic, and the N-th harmonic component as another fourth frequency component, Uses frequency components. However, in this embodiment as well as in the third or fourth embodiment, in addition to the Nth harmonic component, the third harmonic component of the third integral multiple as the third frequency component is used. If a predetermined operation is performed by measuring (extracting) the component (Xth harmonic component), for example, the third harmonic component, an inexpensive voltage measuring device 52 that does not require measurement accuracy can be used. , The leakage current due to the insulation resistance to the ground in all phases of the three-phase circuit 7 can be obtained. Specifically, four band-pass filters (corresponding to the band-pass filter 59 in FIG. 12) serving as designated frequency extracting means include, for example, a fundamental wave as a first frequency component and a second frequency component as a second frequency component. A fifth harmonic component is extracted as a third frequency component, a third harmonic component is extracted, and a seventh harmonic component is extracted as a fourth frequency component.
As described above, in this embodiment, the required voltage information of the three-phase circuit 7 can be only the phase information, and the measurement accuracy is higher than that of the voltage measuring device 2 of the first embodiment. It is possible to use an inexpensive voltage measuring device 52 that does not require the following.
[0073]
Embodiment 6 FIG.
13 and 14 show still another embodiment of the present invention. FIG. 13 is a configuration diagram showing a configuration of the insulation monitoring device, and FIG. 14 is a vector diagram for explaining the operation. In FIG. 13, only one voltage measuring device 52 is provided. The detection outputs of the ZCT 1 and the voltage measuring device 52 are input to the arithmetic processing device 13 via the band pass filter 9. In this embodiment, an insulation monitoring device that can be used when the harmonic content of the leakage current in the three-phase circuit 7 is known, that is, when the absolute value of the voltage value of the three-phase circuit 7 is not required It is about.
[0074]
When the absolute value of the voltage is not required as described above, the only necessary information is the phase information of the voltage. Generally, the ratio of the harmonic component contained in the leakage current is as very small as about several percent. The measurement range of the voltmeter 2 needs to be adjusted to the scale of the entire leakage current to be measured, and the harmonic components are extracted from the leakage current using the band-pass filter 9, so that the harmonic components are used in the harmonic components. The dynamic range (for example, when an A / D converter is used) is one-tenth of a normal dynamic range, and the measurement accuracy is relatively low. In order to obtain information on these harmonic voltages, a highly accurate voltage measuring device 2 is required.
[0075]
On the other hand, in the present embodiment, the fundamental component of the frequency component of the leakage current is dozens of%, which is several tens of percent, and it is noted that relatively high-precision measurement can be performed. By simulating the phases of other harmonic voltages using the components, a decrease in measurement accuracy is suppressed.
[0076]
From the phase relationship between the fundamental component and the harmonic component, the harmonic component has a waveform obtained by equally dividing the fundamental component. For example, in the case of the third harmonic component, as shown in FIG. 14, a waveform 11 is obtained by dividing the fundamental component 10 into three equal parts.
From the above relationship, the voltage measuring device 2 measures the voltage of one phase of the three-phase electric circuit 7, and extracts the fundamental wave component by the band-pass filter 9 to obtain the voltage phase information of each phase of the three-phase electric circuit 7. Can be created in a pseudo manner.
[0077]
In the insulation monitoring device of this embodiment, it is possible to obtain the phase information of the harmonic voltage without using many high-precision voltage measuring devices 2.
This embodiment is applicable not only to the case of the first embodiment but also to the case where the harmonic component content of the leakage current is known in the three-phase circuit 7 shown in the second to fifth embodiments, The present invention can be applied to a case where the absolute value of the voltage value of the electric circuit 7 is not required.
[0078]
【The invention's effect】
As described above, the present invention provides a zero-phase current detecting means for detecting a zero-phase current of a three-phase circuit, a voltage detecting means for detecting a voltage of the circuit, and first and second of the zero-phase current and voltage. A frequency component is extracted, wherein a first frequency component is a harmonic component other than a fundamental wave or a third-order integral multiple harmonic component, and a second frequency component is a third-order integral multiple harmonic component. A designated frequency component extracting means which is a harmonic component other than the component, and two phases out of three phases based on the phases, frequencies and currents of the first and second frequency components in the extracted zero-phase current and voltage. Insulation monitoring device that is equipped with a leakage current calculation means for calculating the leakage current due to the ground insulation resistance, eliminating the need for a device for applying a low-frequency voltage component, making it possible to reduce the size, and specifying the phase in which the ground insulation has deteriorated. Can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration of an insulation monitoring device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a vector diagram for explaining an operation.
FIG. 3 is a configuration diagram showing a modification of the insulation monitoring device.
FIG. 4 is a configuration diagram showing a configuration of an insulation monitoring device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a vector diagram for explaining an operation of the insulation monitoring device of FIG. 4;
FIG. 6 is a configuration diagram showing a configuration of an insulation monitoring device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a vector diagram for explaining the operation of the insulation monitoring device of FIG. 6;
FIG. 8 is a vector diagram for explaining the operation of the insulation monitoring device of FIG. 6;
FIG. 9 is a vector diagram for explaining the operation of the insulation monitoring device of FIG. 6;
FIG. 10 is a configuration diagram showing a configuration of an insulation monitoring device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a vector diagram for explaining the operation of the insulation monitoring device of FIG. 10;
FIG. 12 is a configuration diagram showing a configuration of an insulation monitoring device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a configuration diagram showing a configuration of an insulation monitoring device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a vector diagram for explaining the operation of the insulation monitoring device of FIG.
[Explanation of symbols]
1 ZCT, 2,52 voltmeter,
3, 23, 33, 43, 53, 63 arithmetic processing unit, 5 three-phase power supply,
7 Three-phase circuit, 8 Ground wire, 9, 39, 59 Bandpass filter.

Claims

三相の電路の零相電流を検出する零相電流検出手段、上記電路の電圧を検出する電圧検出手段、上記零相電流及び上記電圧の中の第１及び第２の周波数成分を抽出するものであって上記第１の周波数成分は基本波又は第３次の整数倍の高調波成分以外の高調波成分であり上記第２の周波数成分は第３次の整数倍の高調波成分以外の高調波成分である指定周波数成分抽出手段、及び抽出された上記零相電流及び上記電圧の中の上記第１及び第２の周波数成分の位相、周波数及び電流に基づき上記三相のうちの二相の対地絶縁抵抗による漏れ電流を求める漏れ電流演算手段を備えた絶縁監視装置。Zero-phase current detecting means for detecting a zero-phase current of a three-phase circuit, voltage detecting means for detecting a voltage of the circuit, extracting first and second frequency components in the zero-phase current and the voltage Wherein the first frequency component is a harmonic component other than a fundamental wave or a third-order integral multiple harmonic component, and the second frequency component is a harmonic component other than a third-order integral multiple harmonic component. A specified frequency component extracting means which is a wave component, and two phases of the three phases based on the phases, frequencies and currents of the first and second frequency components in the extracted zero-phase current and the voltage. An insulation monitoring device provided with a leakage current calculation means for determining a leakage current due to a ground insulation resistance.

上記三相の電路は一相が接地された接地系電路であることを特徴とする請求項１に記載の絶縁監視装置。2. The insulation monitoring device according to claim 1, wherein the three-phase electric circuit is a grounded electric circuit in which one phase is grounded.

上記指定周波数成分抽出手段は、上記第１の周波数成分として基本波を、上記第２の周波数成分として第５次高調波成分を抽出するものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の絶縁監視装置。3. The designated frequency component extracting means for extracting a fundamental wave as the first frequency component and a fifth harmonic component as the second frequency component. 2. The insulation monitoring device according to claim 1.

上記指定周波数成分抽出手段は上記電圧及び上記電流の中の上記第１及び第２の周波数成分に加えて第３の周波数成分を抽出するものであって上記第３の周波数成分は第３次の整数倍の高調波成分であり、上記漏れ電流演算手段は抽出された上記零相電流及び上記電圧の中の上記第１ないし第３の周波数成分の位相、周波数及び電流に基づき上記三相のおのおのについて対地絶縁抵抗による漏れ電流を求めるものであることを特徴とする請求項１に記載の絶縁監視装置。The designated frequency component extracting means extracts a third frequency component in addition to the first and second frequency components in the voltage and the current, and the third frequency component is a third-order component. A harmonic component of an integral multiple, and the leakage current calculating means determines each of the three phases based on the phases, frequencies and currents of the first to third frequency components in the extracted zero-phase current and voltage. 2. The insulation monitoring device according to claim 1, wherein a leakage current due to an insulation resistance to the ground is determined for.

上記三相の電路は、非接地系電路であることを特徴とする請求項４に記載の絶縁監視装置。The insulation monitoring device according to claim 4, wherein the three-phase electric circuit is an ungrounded electric circuit.

上記指定周波数成分抽出手段は、上記第１の周波数成分として基本波を、上記第２の周波数成分として第５次高調波成分を、上記第３の周波数成分として第３次高調波成分を抽出するものであることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の絶縁監視装置。The designated frequency component extracting means extracts a fundamental wave as the first frequency component, a fifth harmonic component as the second frequency component, and a third harmonic component as the third frequency component. The insulation monitoring device according to claim 4, wherein the insulation monitoring device is a device.

上記漏れ電流演算手段は、上記零相電流中の上記第１の周波数成分であって上記電路の上記対地絶縁抵抗に基づく電流成分の位相と上記電路の上記対地静電容量に基づく電流成分の位相とのずれが所定の範囲にあるとき所定の簡略計算式を用いて上記二相又は三相について対地絶縁抵抗による漏れ電流を求めるものであることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の絶縁監視装置。The leakage current calculating means is configured to determine a phase of a current component of the zero-phase current based on the ground insulation resistance of the electric circuit and a phase of a current component of the electric circuit based on the ground capacitance. 7. The method according to claim 1, wherein when the deviation is within a predetermined range, a leakage current due to a ground insulation resistance is obtained for the two or three phases using a predetermined simplified calculation formula. The insulation monitoring device according to claim 1.

上記指定周波数成分抽出手段は上記電圧及び上記電流の中の上記第１及び第２の周波数成分に加えて第４の周波数成分を抽出するものであって上記第４の周波数成分は第３次の整数倍の高調波成分以外の周波数でかつ上記第１及び第２の周波数成分とは別の高調波成分であり、上記漏れ電流演算手段は抽出された上記零相電流及び上記電圧の中の上記第１、第２及び第４の周波数成分の位相、周波数及び電流に基づき上記三相のうちの二相について対地絶縁抵抗による漏れ電流を求めるものであることを特徴とする請求項１に記載の絶縁監視装置。The designated frequency component extracting means extracts a fourth frequency component in addition to the first and second frequency components in the voltage and the current, and the fourth frequency component is a third-order component. A frequency component other than an integral multiple harmonic component and a harmonic component different from the first and second frequency components, wherein the leakage current calculation means extracts the zero-phase current and the voltage 2. The method according to claim 1, wherein a leakage current due to a ground insulation resistance is obtained for two of the three phases based on the phases, frequencies, and currents of the first, second, and fourth frequency components. Insulation monitoring device.

上記指定周波数成分抽出手段は、上記第１の周波数成分として基本波を、上記第２の周波数成分として第５次高調波成分を、上記第４の周波数成分として第７次高調波成分を抽出するものであることを特徴とする請求項８に記載の絶縁監視装置。The designated frequency component extracting means extracts a fundamental wave as the first frequency component, a fifth harmonic component as the second frequency component, and a seventh harmonic component as the fourth frequency component. 9. The insulation monitoring device according to claim 8, wherein the insulation monitoring device is a device.

上記指定周波数成分抽出手段は上記電圧及び上記電流の中の上記第１及び第２の周波数成分に加えて第３及び第４の周波数成分を抽出するものであって上記第３の周波数成分は第３次の整数倍の高調波成分であり上記第４の周波数成分は第３次の整数倍の高調波成分以外の周波数でかつ上記第１及び第２の周波数成分とは別の高調波成分であり、上記漏れ電流演算手段は抽出された上記零相電流及び上記電圧の中の上記第１ないし第４の周波数成分の位相、周波数及び電流に基づき上記三相のおのおのについて対地絶縁抵抗による漏れ電流を求めるものであることを特徴とする請求項１に記載の絶縁監視装置。The designated frequency component extracting means extracts third and fourth frequency components in addition to the first and second frequency components in the voltage and the current, and the third frequency component is a third frequency component. The fourth-order frequency component is a third-order integral multiple harmonic component, and is a frequency other than the third-order integral multiple harmonic component, and is a harmonic component different from the first and second frequency components. The leakage current calculation means includes a leakage current due to a ground insulation resistance for each of the three phases based on the phases, frequencies and currents of the first to fourth frequency components in the extracted zero-phase current and the voltage. The insulation monitoring device according to claim 1, wherein the following is obtained.

上記指定周波数成分抽出手段は、上記第１の周波数成分として基本波を、上記第２の周波数成分として第５次高調波成分を、上記第３の周波数成分として第３次高調波成分を、上記第４の周波数成分として第７次高調波成分を抽出するものであることを特徴とする請求項１０に記載の絶縁監視装置。The designated frequency component extracting means includes: a fundamental wave as the first frequency component; a fifth harmonic component as the second frequency component; a third harmonic component as the third frequency component; The insulation monitoring device according to claim 10, wherein a seventh harmonic component is extracted as the fourth frequency component.

上記指定周波数成分抽出手段は上記電圧の中の基本波成分を抽出しこの抽出した基本波電圧の位相に基づいて上記第２ないし上記第４の周波数成分の電圧の位相の少なくとも一つを求めるものであることを特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれか１項に記載の絶縁監視装置。The designated frequency component extracting means extracts a fundamental wave component from the voltage and obtains at least one of the phases of the second to fourth frequency component voltages based on the phase of the extracted fundamental wave voltage. The insulation monitoring device according to any one of claims 1 to 11, wherein