JP2015025795A - 絶縁検査方法及び絶縁検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽光発電ユニットにおける絶縁不良箇所の探査を可能にする絶縁検査装置を提供する。
【解決手段】ＣＰＵ１０１は、高圧発生回路１４０から太陽光発電ユニット５０に第１電圧を供給させたときの第１電流と、第２電圧を供給させたときの第２電流とを入出力回路１６０で検出し、ディジタルの電流値として取得する。ＣＰＵ１０１は、第１電圧と第２電圧との差分電圧値に対する第１電流と第２電流との差分電流値の変化勾配を導出し、この変化勾配に基づき、第１電流又は第２電流の電流値が有値からゼロ値になるときの仮想電圧値を導出する。そして、この仮想電圧値と太陽光発電ユニット５０の端子間電圧値とを比較することにより、絶縁不良箇所を判別する。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば太陽光発電ユニットのように、複数の電力発電体を接続して成る直流電力発電ユニットの絶縁検査を行うための方法及び装置に関する。

近年の太陽光発電ユニットは、数百ボルトで数千ワットの大電力を出力することが可能となっている。そのため、漏電事故を防止する観点から、太陽光発電ユニットは、設置後も適宜絶縁抵抗値を測定して、絶縁不良が生じていないかどうかを定期的に検査する必要がある。絶縁抵抗の値の測定には、一般的には「メガー」と呼ばれる絶縁抵抗計が用いられる。

しかし、太陽光発電ユニットは、設置後は大地から絶縁されるため、電路を含めて帯電する。つまり、太陽光発電ユニットを構成する太陽電池モジュール又は太陽電池セルに電荷が溜まる。電荷は、必ずしも太陽光発電ユニットの正極端子及び負極端子に対して平衡しておらず、また、貯まる電荷の量も天候によって変化する。そのため、絶縁検査を屋外で行おうとすると、太陽光が照射されている日中は、絶縁抵抗値の測定結果に大きな誤差が生じるという問題がある。

この問題を解決する従来技術として、特許文献１に開示された太陽電池モジュールの絶縁抵抗の測定方法及び装置がある。この測定方法は、太陽電池モジュールに抵抗器を介してアース線を接続し、溜まった電荷をアース線を介して放電し、放電完了後に絶縁抵抗の測定を行うというものである。
しかし、溜まった電荷を放電しても、絶縁検査を日中に行う場合には、依然として太陽電池モジュールが発電し続けるため、正しい絶縁抵抗値を測定することが困難となる。絶縁抵抗の測定中の発電の問題を解消するには、日中であれば太陽光発電ユニットを遮光布等で覆うか、夜間に測定作業を実施すれば良い。しかし、太陽光発電ユニットが屋外の高所に設置されている場合には、遮光布等で覆ったり、視界が十分でない夜間の測定作業は非常に危険なものとなる。

特許文献２に開示された絶縁抵抗測定装置は、上記の危険を解消するために、絶縁抵抗値を、任意の時点において安全に検査できるようにしたものである。すなわち、特許文献１に開示された絶縁抵抗測定装置では、太陽光発電ユニットの正極端子と接地部位との間に検査電圧を印加した状態で流れる電流（第１電流値）と、検査電圧の印加を停止した状態で流れる電流（第２電流値）とを測定する。そして、両電流値の差分である電流（第３電流値）と、印加した検査電圧の電圧値とに基づいて正極端子と接地部位との間の絶縁抵抗値を演算する。
これにより、太陽光発電ユニットを遮光布で覆う作業が不要となり、太陽光の照射を避けて夜間に測定作業を実施する必要もないことから、太陽光発電ユニットの絶縁抵抗値を安全かつ簡便に測定することができるとされている。

特許文献２には、また、検査電圧の電圧値を変更しつつ、変更した検査電圧を印加した状態において正極端子と接地部位との間を流れる各電流値を直線近似処理して第１電流値とすることも記載されている。

特開２０１２−１４６９３１号公報 特開２０１１−１２７９８３号公報

太陽光発電ユニットは、通常は、非接地電路となる。そのため、電路の途中、例えば負極端子側で絶縁不良が生じ、絶縁抵抗値が規格限度を越えて小さくなったとしても、当該太陽光発電ユニットには、直流の電流（漏れ電流）が流れない。つまり、絶縁不良が生じただけでは、太陽光発電ユニットに接続された機器や回路、例えばリレー等の誤動作は発生しない。
一方、太陽光発電ユニットの絶縁抵抗を計測するために、絶縁抵抗計の正端子を太陽光発電ユニットの正極端子、負端子を接地部位に接続すると、接続前には流れなかった電流が、絶縁抵抗計を通じて流れ始める。この電流の大きさによっては、上記機器の焼損や上記回路の誤動作が発生する。これを防止するため、絶縁抵抗計は、接地部位との間に大容量の抵抗器を介在するものとしなければならない。しかし、そうすると、計器本体の質量が大きく、かつ、高価なものにならざるを得ないばかりでなく、作業性にも影響を与えるという問題を生じさせる。

特許文献２に開示された絶縁抵抗測定装置は、太陽光発電ユニットが発電している最中に絶縁抵抗値を測定するものである。すなわち、検査電圧の印加を停止した状態で絶縁抵抗測定装置を接続することにより、太陽光発電ユニットの出力端子と接地部位との間に、発電電圧に起因する大きさの直流電流（第２電流値）が流れることが前提となっている（特許文献２の段落００３１）。そのため、この絶縁抵抗測定装置は、発電電圧の値ならびに絶縁不良時の電流の値を考慮して、大容量の抵抗器を備えなければならず、計器本体を小型、軽量化するには、限界がある。
また、特許文献２に開示された絶縁抵抗測定装置では、太陽光発電ユニットが発電しない天候のときや夜間には、使用できないという問題がある。

特許文献２に開示された絶縁抵抗測定装置では、また、絶縁抵抗値を演算により求めることができるとされているが、絶縁不良が生じている場合に、それがどの箇所で生じているのかを探査することができない。この点は、特許文献１に開示された測定装置においても同様である。

本発明は、上記課題を解決するものであり、直流電力発電ユニットの絶縁抵抗を計測する際に流れる漏れ電流を抑制させ、これにより、発電設備側への影響を低減させるとともに、計器本体の小型、軽量化を図ることができるようにすることを目的とする。
本発明の他の目的は、直流電力発電ユニットの絶縁不良の箇所の探査を可能にする絶縁検査技術を提供することにある。

本発明の絶縁検査方法は、複数の電力発電体が接続された直流電力発電ユニットにおける電圧及び電流の計測が可能な装置が実行する方法であって、前記直流電力発電ユニットが有する一対の出力端子のうちいずれかの端子と接地部位との間の電路に、前記端子に表れる電圧の振幅を小さくする検査電圧を、所定の時間間隔で２回以上、それぞれ異なる値で供給し、これにより前記電路に流れる電流の差分を表す差分電流値を検出する工程と、この電流差分値と変化した前記検査電圧の差分を表す差分電圧値とに基づいて前記電路の絶縁抵抗値を導出する工程とを含む方法である。

本発明の絶縁検査装置は、複数の電力発電体が接続された直流電力発電ユニットが有する一対の出力端子のうちいずれかの端子と接地部位との間の電路に、前記端子に表れる電圧の振幅を小さくする値の検査電圧を、所定の時間間隔で２回以上、異なる値で供給する電圧供給手段と、供給された前記検査電圧の値が変化した際に前記電路に流れる電流の差分を表す差分電流値を検出する電流検出手段と、この電流差分値と変化した前記検査電圧の差分を表す差分電圧値とに基づいて前記電路の絶縁抵抗値を導出する絶縁抵抗値導出手段と、を有する装置である。

本発明の絶縁検査方法及び絶縁検査装置では、直流電力発電ユニットに対して、出力端子のうち一方の端子に表れる電圧の振幅を小さくする（相殺する）値の検査電圧を少なくとも２回供給することにより変化する電流の差分により、絶縁抵抗値を導出する。そのため、絶縁検査の際に、検査電圧を供給しない場合を含む検査手法（例えば特許文献２に開示された発明のように検査電圧をゼロにする場合）に比べて直流電力発電ユニットに流れる漏れ電流が抑制されるので、漏れ電流に起因するトラブルの発生が防止される。また、計器本体に流れる電流も小さくなるので、計器本体に大容量の抵抗器を備える必要が無くなり、計器本体の小型、軽量化が可能となる。
また、２回以上、検査電圧を直流電力発電ユニットに供給し、そのときに流れる電流の差分を検出するので、発電電圧が十分でない天候や夜間においても、絶縁検査ができるようになる。
また、探索手段を備えた構成では、仮想電圧値と直流電力発電ユニットの端子間電圧値との比較により、絶縁不良箇所の相対位置を特定することができるので、簡易な手法で絶縁不良箇所を探査することができる。

本実施形態による絶縁検査装置の外観図。 電子回路部の構成図。 直流電力発電ユニットの一例となる太陽光発電ユニットの構成図。 太陽光発電ユニットへの絶縁検査装置の接続状況を示す説明図。 絶縁監視を行うときの太陽光発電ユニットと絶縁検査装置との実質的な接続状態を示す説明図。 太陽電池モジュールにおいて絶縁不良が生じている状態を示す説明図。 絶縁不良が発生したときの表示器の表示例を示す説明図。 電圧値Ｖ１，Ｖ２及び電流値Ｉ１，Ｉ２の計測結果をグラフ。 絶縁不良箇所の違いによる上記直線の変化の様子を示したグラフ。 擬似的に絶縁不良を生じさせたときの実測結果を示すグラフ。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態例を説明する。
図１は、本実施形態による絶縁検査装置１の外観図である。この絶縁検査装置１は、絶縁抵抗値の計測のほか、直流電力発電ユニットの絶縁不良があったときの絶縁不良箇所の探査を可能とする電子回路部を筐体１０に内蔵している。

筐体１０の操作面には、表示器１１０、測定スイッチ１２０、測定項目及び測定レンジの切換スイッチ１２１その他のスイッチが設けられている。
表示器１１０は、絶縁検査の結果を視覚的に把握できるようにするものである。例えば、絶縁不良箇所の探査では、絶縁抵抗値と絶縁不良の監視結果が表示される。絶縁不良の監視結果は、本実施形態では、直流電力発電ユニットを構成する複数の電力発電体の全体に対する絶縁不良を起こしている電力発電体の相対位置を表すＬＥＤ（発光ダイオード）が発光するものとする。
測定スイッチ１２０は、測定内容を定めるためのスイッチである。測定内容については、後述する。切換スイッチ１２１は、電源断、メガワットクラスの高い電力の直流電力発電ユニットの絶縁検査（ＰＶＨ）、１０００［Ｗ］未満の比較的低電力の直流電力発電ユニットの絶縁検査（ＰＶＬ）のいずれかを選択的に切り換えるためのスイッチである。

筐体１０の所定部位、例えば筐体１０の上端には、Ｐプローブ１１、Ｎプローブ１２、及び、Ｅプローブ１３が設けられている。Ｐプローブ１１は、その先端部５０１を直流電力発電ユニットの一対の出力端子のうち一方の端子、すなわち正極端子に当接するためのプローブである。Ｎプローブ１２は、その先端部５０２を上記一対の出力端子のうち他方の端子、すなわち負極端子にクリップするためのプローブである。Ｅプローブ１３は、その先端部をアース線（接地部位）に接続するためのプローブである。

筐体１０に内蔵される電子回路部の構成例を図２に示す。電子回路部は、主制御回路であるＣＰＵ（Central Processing Unit）１０１を含む。ＣＰＵ１０１は、発振器１０２から出力されるクロックのタイミングで動作する。このＣＰＵ１０１には、レジスタ１０３と、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）などで構成される不揮発性のメモリ１０４が接続されている。

メモリ１０４には、ＣＰＵ１０１に読み取られて実行される絶縁不良箇所探査用のコンピュータプログラムが格納されている。このコンピュータプログラムは、絶縁検査の自動実行を可能にするための制御手順を規定したものである。制御手順の詳細については後述する。メモリ１０４には、数値の加減乗除を行う際に読み出される複数の演算ルール、検査対象となる直流電力発電ユニットの構造を記憶するための構造ファイルが格納されている。メモリ１０４には、また、後述する計測結果をディジタルデータとして記憶する計測ファイル、及び、計測した絶縁抵抗値が正常であると判別するための基準抵抗値Ｒ０も格納されている。構造ファイルは、例えば直流電力発電体が直列に（あるいは並列に）どの位の段数が接続されているかとか、発電される定格電力（あるいは電圧値）がどの位かという内容のものである。
レジスタ１０３は、ＣＰＵ１０１の処理対象となるデータを一旦格納するものであり、バッファとして機能するものである。

ＣＰＵ１０１には、図１に示した表示器１１０、測定スイッチ１２０、切換スイッチ１２１が接続されている。ＣＰＵ１０１は、ユーザによる測定スイッチ１２０及び切換スイッチ１２１の操作内容を認識し、これにより、シーケンス手順による絶縁検査のための制御を可能にする。絶縁検査の結果は、表示器１１０に表示される。

電子回路部は、また、ドライバー１３０を有する。ドライバー１３０は、ＣＰＵ１０１の制御により、高圧発生回路１４０及び入出力回路１６０に、それぞれ制御信号を出力する。高圧発生回路１４０は、例えば電源部１５０から供給された電圧と上記の制御信号とをもとに、予め設定された値及び極性の検査電圧を生成し、入出力回路１６０へ出力する電源部１５０とは別に電力を発生するものであっても良い。

入出力回路１６０は、Ｐプローブ１１に接続するためのＰ端子１２、Ｎプローブ１２に接続するためのＮ端子１４、及び、Ｅプローブ１３に接続するためのＥ端子１６と導通している。そして、上記の制御信号により、外部との間で電圧の入力と出力とを切り換えたり、電流を検出したりする。すなわち、高圧発生回路１４０から出力される検査電圧をＰ端子１２を経てＰプローブ１１に供給する。また、Ｐ端子１２及びＮ端子１４を経て入力したアナログ電圧、あるいは、Ｐ端子１２／Ｎ端子１４とＥ端子１６とを経て入力したアナログ電流を検出する。そして、これらをＢＰＦ（Band-Pass Filter）及びＡ／Ｄコンバータ（Analog-to-Digital converter）１８０を介してＣＰＵ１０１に伝達する。

なお、図示を省略しているが、入出力回路１６０には、Ｎ端子１４とＮプローブ１２との間の電路を開閉するための開閉スイッチが挿入接続されている。この開閉スイッチは、測定スイッチ１２０と連動して動作するオン・オフ切換スイッチである。例えば測定スイッチ１２０を１回押す（オンにする）ことにより開閉スイッチがオンとなり、Ｎ端子１４とＮプローブ１２との間の電路を閉じる。他方、測定スイッチ１２０をもう１回押す（オフにする）ことにより開閉スイッチがオフとなり、当該電路を開く。
これにより、Ｎプローブ１２をＮ端子１４に接続したままで、それを取り外したと同じ効果を奏するので、絶縁検査時のＮプローブ１２の接続及びその取り外しの作業を軽減することができる。

ＢＰＦ１７０は、ノイズ除去用の帯域通過フィルタであり、Ａ／Ｄコンバータ１８０は、ノイズ除去後のアナログ信号又はノイズ除去を要しないアナログ信号をＣＰＵ１０１が処理可能なデジタル信号に変換するものである。

ＣＰＵ１０１は、絶縁不良箇所探査用のコンピュータプログラムを読み取って実行することにより、絶縁検査装置１を、検査電圧を供給するための制御を行う電圧供給手段、電路に流れる電流の差分を表す差分電流値を検出する電流検出手段として機能させる。また、検査電圧と差分電流値により電路の絶縁抵抗値を導出する絶縁抵抗値導出手段、端子間電圧値保持手段、絶縁不良箇所を判別可能にする探査手段として機能させる。これらの機能については後述する。

［直流電力発電ユニット］
ここで、絶縁検査装置１の被検査対象となる直流電力発電ユニットについて説明する。本実施形態では、図３に示す太陽光発電ユニットを直流電力発電ユニットとする場合の例を挙げる。太陽光発電ユニット５０は、それぞれ電力発電体であるｎ個の太陽電池セル５３を直列接続した太陽電池モジュールを、さらに、ｍ行に直列接続したものである。つまり、太陽電池セル５３をｍ行ｎ列（ｎ，ｍは２以上の自然数）に配したものであり、これにより、数百ボルトで数千ワット又は数メガワットの大電力を出力することが可能なものである。

太陽電池セル５３は、光電変換ダイオードを主たる要素として含む。太陽電池モジュール毎に正極端子と負極端子とを有するほか、太陽光発電ユニットとしても全体として、正極端子５１と負極端子５２とを有している。太陽電池モジュール間には、正極端子５１の方向がカソードとなり、負極端子５２の方向がアノードとなるバイパスダイオード５４が接続されている。電流は、アノードからカソードに向けて流れる。バイパスダイオード５４は、日射量の影響などで、ある太陽電池モジュールにおける発生電圧が相対的に低いときに、その太陽電池モジュールを迂回させるために設けられる。
太陽光発電ユニット５０において発電された直流電力は、図示しないパワーコンディショナで交流電力に変換される。

［絶縁検査方法］
次に、上記のように構成される絶縁検査装置１を用いた絶縁検査方法を説明する。
検査対象となる太陽光発電ユニット５０は、屋外に設置されており、所定値の直流電力を発生させているものとする。図４は、屋外で行う太陽光発電ユニット５０への絶縁検査装置１の接続状況を示す説明図である。
検査時には、ユーザが、図１に示したとおり、Ｐプローブ１１、Ｎプローブ１２、Ｅプローブ１３を筐体１０に接続する。太陽光発電ユニット５０とパワーコンディショナ６０との間の電路を遮断した上で、太陽光発電ユニット５０の負極端子５２に繋がる電路ＮにＮプローブ１２の先端５０２をクリップするとともに、Ｅプローブ１３をアース線に接続する（接地電位にする）。そして、正極端子５１に繋がる電路ＰにＰプローブ１１の先端５０１を当接させる。

この状態で、ユーザが、切換スイッチ１２１を絶縁不良箇所の探査（ＰＶ）に切り換える。すると、絶縁検査装置１のＣＰＵ１０１は、絶縁検査用のコンピュータプログラムに従い、上記の電圧供給手段、電流検出手段、絶縁抵抗値導出手段、端子間電圧値保持手段及び探査手段としての動作を開始する。
すなわち、ユーザが測定スイッチ１２０を１回押した（入出力回路１６０における開閉スイッチをオンにして、Ｎプローブ１２と筐体１０内部のＮ端子とが導通する状態になった）とする。この状態を認識すると、ＣＰＵ１０１は、太陽光発電ユニット５０の正極端子５１と負極端子５２との端子間電圧値を取得する。そして、それをメモリ１０４に格納させる。
具体的には、ドライバー１３０及び入出力回路１６０を制御して、電路Ｐ−Ｎ間の電圧を取り込ませる。取り込まれた電圧は、ＢＰＦ１７０でノイズ除去され、Ａ／Ｄコンバータ１８０でディジタルデータに変換された後、メモリ１０４の計測ファイルに、ＣＰＵ１０１が内蔵するタイマから出力される計測時刻と共に格納される。ディジタルデータに変換された電圧値が端子間電圧値Ｖ０となる。

ユーザが、測定スイッチ１２０をもう１回押すと、太陽光発電ユニット５０と絶縁検査装置１との接続状態は図５のようになる。ＣＰＵ１０１は、この接続状態（上記の開閉スイッチがオフになり、Ｎプローブ１２と筐体１０内部のＮ端子とが非導通の状態になった状態）を認識する。そして、ドライバー１３０を通じて高圧発生回路１４０及び入出力回路１６０を制御し、正（プラス）の第１検査電圧をＰ端子１２に供給させる。このときの第１検査電圧の電圧値をＶ１とする。

Ｐ端子１２に供給された第１検査電圧は、Ｐプローブ１１の先端部５０１及び電路Ｐを通じて太陽光発電ユニット５０の正極端子５１に供給（印加）される。上述したとおり、太陽光発電ユニット５０は非接地電路である。そのため、電路の一部が短絡しない限り、通常は太陽光発電ユニット５０に電流は流れない。しかし、Ｐプローブ１１の先端部５０１を接続することにより、太陽光発電ユニット５０を構成する各太陽電池モジュールとアース線Ｅとの間に電流が流れる。ＣＰＵ１０１は、この電流をＥプローブ１３及びＥ端子１６を通じて入出力回路１６０で検出させ、Ａ／Ｄコンバータ１８０でディジタルデータに変換させる。ディジタルデータに変換された電流値をＩ１とする。ＣＰＵ１０１は、この電流値Ｉ１を第１検査電圧の電圧値Ｖ１及び計測時刻と共に、メモリ１０４の計測ファイルに記憶する。

なお、太陽光発電ユニット５０の正極端子５１と接地部位との間の電路に第１検査電圧を供給するのは、正極端子５１に表れる電圧の振幅を小さくし、これにより漏れ電流を少なくするためである。また、バイパスダイオード５４の影響を抑制することも理由に挙げられる。すなわち、太陽光発電ユニット５０では、太陽電池モジュール間がバイパスダイオード５４で接続されている。バイパスダイオード５４は、そのカソードが各太陽電池モジュールの正極端子、アノードが負極端子に接続される。そのため、ある太陽電池モジュールの正極端子−負極端子間の電路を流れる電流がバイパスダイオード５４を通ってしまうと、当該太陽電池モジュールにおける太陽電池セル５３がバイパスされる。その結果、後述する絶縁不良箇所の探査ができなくなってしまう。そのため，本実施形態では、正極端子５１に第１検査電圧を供給させる。この第１検査電圧は、正極端子５１に表れる電圧と合算したときに、その振幅がゼロを超え、かつ、太陽光発電ユニット５０において発電可能な電圧の振幅未満となる値の電圧である。つまり、正極端子５１に表れる電圧を相殺するように供給される。

第１検査電圧の電圧値Ｖ１と検出した電流値Ｉ１のメモリ１４０への記憶が完了すると、ＣＰＵ１０１は、第１検査電圧と異なる電圧値の第２検査電圧をＰ端子１２に供給させる。第２検査電圧もまた、正極端子５１に表れる電圧と合算したときに、その振幅がゼロを超え、かつ、太陽光発電ユニット５０において発電可能な電圧の振幅未満となる値の電圧であることは、第１検査電圧の場合と同じである。
この第２検査電圧の電圧値をＶ２とする。

Ｐ端子１２に供給された第２検査電圧は、Ｐプローブ１１の先端部５０１及び電路Ｐを通じて太陽光発電ユニット５０の正極端子５１に供給される。これにより、太陽光発電ユニット５０の各太陽電池モジュールとアース線Ｅとの間に電流が流れる。この電流は、Ｅプローブ１３及びＥ端子１６を通じて入出力回路１６０で検出され、Ａ／Ｄコンバータ１８０でディジタルデータに変換される。ディジタルデータに変換された電流値をＩ２とする。ＣＰＵ１０１は、この電流値Ｉ２を第２検査電圧の電圧値Ｖ２及び計測時刻と共に、メモリ１０４の計測ファイルに記憶する。

計測ファイルに、端子間電圧値Ｖ０、電圧値Ｖ１，Ｖ２、電流値Ｉ１，Ｉ２が記憶されると、ＣＰＵ１０１は、以下の制御手順で、絶縁抵抗値の導出と、絶縁不良箇所の探査とを行う。
例えば、図６に示すように、太陽光発電ユニット５０の正極端子５１からみて、ｍ行に直列接続された太陽電池モジュールのうち、相対的に３０％の行に配置されている太陽電池モジュールにおいて絶縁不良が生じ、これにより絶縁抵抗値がＲｘになったとする。また、絶縁不良箇所５００から正極端子５１までの仮想電圧値をＶｘとする。この場合、上記各種データの間には、以下の関係式が成り立つ。

Ｉ１＝（Ｖ１−Ｖｘ）／Ｒｘ ・・・(1)
Ｉ２＝（Ｖ２−Ｖｘ）／Ｒｘ ・・・(2)
(1)式及び(2)式より、
Ｖｘ＝Ｖ１−Ｉ１・Ｒｘ
＝Ｖ２−Ｉ２・Ｒｘ ・・・(3)
Ｒｘ＝（Ｖ２−Ｖ１）／（Ｉ２−Ｉ１）・・・(4)
Ｖｘ＝Ｖ１−Ｉ１・（Ｖ２−Ｖ１）／（Ｉ２−Ｉ１）
＝Ｖ２−Ｉ２・（Ｖ２−Ｖ１）／（Ｉ２−Ｉ１）・・・(5)

ＣＰＵ１０１は、上記(4)式より、絶縁抵抗値Ｒｘを導出する。また、仮想電圧値Ｖｘと端子間電圧値Ｖ０とを比較し、比較結果とメモリ１０４に格納された構造ファイルとに基づいて、太陽光発電ユニット５０の正極端子５１から複数の太陽電池モジュールを経て負極端子５２に至る経路における絶縁不良箇所を判別可能にする。判別できた場合は、絶縁不良箇所を表示器１１０に表示させる。本例では、仮想電圧値Ｖｘが端子間電圧値Ｖ０の３０［％］となる。そのため、正極端子５１を起点として、全体（ｍ行）のうち３０［％］の行に配置されている太陽電池モジュールを絶縁不良箇所と判別することができる。その後、ＣＰＵ１０１は、図７に示されるように、正極端子５１である「Ｐ」を始点として、１０個中３番目のＬＥＤを発光させる。
なお、ＬＥＤの数を多くすれば、絶縁不良箇所をより細かく表示することができる。例えば、太陽電池モジュールを構成する太陽電池セル５３のうち、どの太陽電池モジュールのどの太陽電池セル５３に絶縁不良が生じたかをどうかを判別することもできる。

図６に示した部分以外の絶縁不良箇所については、以下のようにして判別することになる。すなわち、仮想電圧値Ｖｘがゼロ値のときは、図６を参照すると正極端子５１ということになるから、正極端子５１を絶縁不良が発生している箇所と判別する。また、仮想電圧値Ｖｘが端子間電圧値Ｖ０と等しいときは、負極端子５２において絶縁不良が発生していると判別する。

また、上記(4)式より導出した絶縁抵抗値Ｒｘが基準抵抗値Ｒ０と比較して明らかに絶縁不良を起こしていないと判定できる場合、ＣＰＵ１０１は、仮想電圧値Ｖｘの電圧値に関わらず、絶縁不良箇所の探査を止める。この場合、表示器１１０のどのＬＥＤも発光しない。

各検査電圧の電圧値Ｖ１，Ｖ２及び電流値Ｉ１，Ｉ２の計測結果をグラフ化すると図８のようになる。図８において、横軸は、太陽光発電ユニット５０の正極端子５１に供給される検査電圧（印加電圧）の電圧値Ｖである。また、縦軸は、印加電圧をＶ１，Ｖ２としたときに、それぞれ太陽光発電ユニット５０とアース線との間に流れる電流の電流値Ｉ（Ｉ１、Ｉ２）である。電圧値Ｖ１の検査電圧が供給されたときに電流値Ｉ１となる計測点をＱ１、電圧値Ｖ２の検査電圧が供給されたときに電流値Ｉ２となる計測点をＱ２とすると、Ｑ１とＱ２とを結ぶ直線（以下、「特性直線」と称する。）は、次式で表すことができる。

Ｉ＝（Ｖ／Ｒｘ）−（Ｖｘ／Ｒｘ） ・・・(6)
この特性直線の変化勾配が絶縁抵抗値Ｒｘ、この特性直線が横軸と交わる箇所、すなわち、電流値Ｉ（Ｉ１，Ｉ２）が有値からゼロ値になるときの電圧値が仮想電圧値Ｖｘとなる。なお、(6)式は、(1)式を変形しても導き出すことができる。
このように、(5)式から仮想電圧値Ｖｘを算定しても良いが、(6)式の特性直線の変化勾配に基づき、電流値Ｉが有値からゼロ値になるときの電圧値を仮想電圧値Ｖｘとして導出することもできる。その際、(6)式の特性直線の変化勾配から導出される絶縁抵抗値が上述した基準抵抗値Ｒ０以上であれば、その時点で絶縁不良が生じていないと判別して、そのときの絶縁抵抗値を表示器１１０に表示させ、絶縁不良箇所の探査を終了することができる。

図９は、絶縁不良箇所の違いによる上記特性直線の変化の様子を示したグラフである。横軸は正極端子５１に供給される検査電圧（印加電圧）の電圧値（Ｖ）であり、縦軸は電流値（Ｉ）を表す。太陽光発電ユニット５０の正極端子５１が絶縁不良のときは、破線で示すように、特性直線の変化勾配が基準抵抗値Ｒ０未満であれば、いずれの変化勾配であっても、電流値Ｉが有値からゼロ値になるときの仮想電圧値Ｖｘがゼロ値となる。
同様に、負極端子５２が絶縁不良のときは、一点鎖線で示すように仮想電圧値Ｖｘが端子間電圧値Ｖ０と同じ値となり、いずれかの太陽電池モジュール間が絶縁不良のときは、実線で示すように、仮想電圧値Ｖｘが端子間電圧値Ｖ０となる。
つまり、絶縁不良の探査を行う上で重要なのは、特性直線の変化勾配であり、この変化勾配さえ特定することができれば、電圧値Ｖ１，Ｖ２、電流値Ｉ１，Ｉ２は、それを記録した時間が所定時間内であれば、大きくとも小さくとも構わないことになる。

図１０は、擬似的に絶縁不良を生じさせたときの実証実験の結果を示すグラフである。実証実験は、発電する直流電圧値、すなわち、端子間電圧値Ｖ０が３８６［Ｖ］の太陽光発電ユニット５０を対象とし、当該太陽光発電ユニット５０の全面の受光面に太陽光が照射している状態で行った。擬似的な絶縁不良は、１［ｋΩ］の抵抗値を持ち、一方端をアース線に接続した絶縁抵抗器の他端を正極端子５１、及び、負極端子５２に選択的に接続することにより生じさせている。検査電圧は、上述した理由により、正極端子５１だけに供給した。

図１０の横軸は、正極端子５１に供給した検査電圧の電圧値（Ｖ）、縦軸は太陽光発電ユニット５０に流れる漏れ電流の電流値（μＡ）である。なお、このときの電流値は、当該絶縁抵抗器の両端の電圧［ｍＶ］を計測することによっても導出することができる。
正極端子５１への検査電圧は、それぞれ電圧値を変えて１０回以上供給したが、それによる電流の変化を表す特性直線の変化勾配は、図１０に示すように、回数に関わらず一定であった。また、正極端子５１の絶縁不良のときの仮想電圧値Ｖｘは０［Ｖ］であり、負極端子５２の絶縁不良のときの仮想電圧値Ｖｘは、端子間電圧Ｖ０と同じ３８６［Ｖ]となることが実証された。他方、負極端子５２の絶縁不良のときに供給する検査電圧の極性は、負（マイナス）であっても、正（プラス）の場合と同様の変化勾配となり、同じ値の仮想電圧値Ｖ０が得られた。つまり、太陽光発電ユニット５０に、正（プラス）の検査電圧（電圧値Ｖ１，Ｖ２）を供給する場合に限定されず、負（マイナス）の検査電圧を供給するようにしても良いことがわかる。

このように、本実施形態では、絶縁検査装置１が、太陽光発電ユニット５０の正極端子５１又は負極端子５２と接地部位との間の電路に、検査電圧を、所定の時間間隔で２回以上、異なる値で供給する（第１検査電圧、第２検査電圧）。これらの検査電圧は、いずれも正極端子５１又は負極端子５２に表れる電圧の振幅を小さくする値の電圧である。そして、供給された検査電圧の値が変化した際に電路に流れる漏れ電流の差分を表す差分電流値を検出し、この電流差分値と変化した検査電圧の差分を表す差分電圧値とに基づいて電路の絶縁抵抗値を導出する。

例えば、図１０を参照し、太陽光発電ユニット５０の発生電圧が４００［ｖ]、Ｎ端子５２側で絶縁不良が生じ、そのときの絶縁抵抗値Ｒｘが０．１［ＭΩ］であったとする。この場合、検査電圧を供給しないと（例えば特許文献２に開示された発明において、検査電圧をゼロにすると）、電路及び絶縁検査装置１の内部には、４［ｍＡ］の漏れ電流が流れる。これに対し、本実施形態のように、２５０［ｖ］の第１検査電圧Ｖ１と５００［ｖ］の第２検査電圧Ｖ２とを、それぞれ正極端子５１がプラスになるように、正極端子５１と接地部位との間に供給すると、漏れ電流は抑制される。すなわち、第１検査電圧Ｖ１を供給したときに流れる漏れ電流（第１電流）Ｉ１は１．５（＝（４００−２５０）／１００）［ｍＡ］となる。また、第２検査電圧Ｖ２を供給したときに流れる漏れ電流（第２電流Ｉ２）は、−１．０（＝（４００−５００）／１００）［ｍＡ］となる。

このように、検査電圧を供給することにより、電路及び絶縁検査装置１の内部に流れる漏れ電流は、検査電圧を供給しない場合よりも小さくなる。そのため、漏れ電流に起因する発電設備側に与える影響を抑制することができる。また、絶縁検査装置１に大容量の抵抗器を内蔵させる必要が無いので計器本体の小型、軽量化が容易となり、絶縁検査時の作業性を向上させることができる。

本実施形態の絶縁検査装置１では、また、仮想電圧値Ｖｘと端子間電圧値Ｖ０とを比較することにより、正極端子５１から複数の太陽光発電モジュールないしセルを経て負極端子５２に至る経路における絶縁不良箇所を判別可能にした。そのため、図３に示されるように膨大な数の太陽電池セル５３で構成されていたり、複数の太陽電池モジュールが直列接続される太陽光発電ユニット５０であっても、絶縁不良箇所をほぼピンポイントで判別することができる。

また、上記経路における絶縁不良箇所があるときにそのときの絶縁抵抗値Ｒｘと当該絶縁不良箇所の相対位置とを視覚的に表す表示器１１０を有するので、絶縁不良状態を直感的に把握することができる。

また、本実施形態の絶縁検査装置１では、Ｐプローブ１１、Ｎプローブ１２、Ｅプローブ１３のほか、Ｎ端子１４とＮプローブ１２との間の電路を開閉するための開閉スイッチが挿入接続されている。そして、Ｐプローブ１１を正極端子５１に接続し、Ｎプローブ１２を負極端子５１２に接続し、Ｅプローブ１３を接地部位に接続した状態で開閉スイッチをオンにすることにより、端子間電圧値Ｖ０の取得を可能とする。また、開閉スイッチをオフにすることにより各電流の値の取得を可能にする。これにより、絶縁検査の際に、各プローブ１１，１２，１３を取り外す作業を省略することができ、作業性を格段に向上させることができる。

なお、検査電圧の供給とそのときの電流値の計測は２回ずつだけでなく、それぞれ異なる電圧値で３回以上供給し、そのときの電流値を計測するようにしても良い。このようにすれば、上記の特性直線の変化勾配がより正確なものとなる。

本発明は、太陽光発電ユニット５０以外の直流電力発電ユニットにおいても、同様に適用することができるものである。

１・・・絶縁検査装置、１０・・・筐体、１１０・・・表示器、１２０・・・測定スイッチ、１２１・・・切換スイッチ、１１・・・Ｐプローブ、１２・・・Ｎプローブ、１３・・・Ｅプローブ、１０１・・・ＣＰＵ、１４０・・・高圧発生回路、１６０・・・入出力回路、１８０・・・Ａ／Ｄコンバータ。

本発明の絶縁検査方法は、複数の電力発電体が接続された直流電力発電ユニットと、この直流電力発電ユニットが有する一対の出力端子に接続された負荷とを有する発電システムにおける電圧及び電流の計測が可能な装置が実行する方法であって、前記一対の出力端子から前記負荷を遮断する工程と、前記負荷が遮断された一対の出力端子の端子間電圧値を取得する工程と、前記負荷が遮断された一対の出力端子のうちいずれかの端子と接地部位との間の電路に、当該端子に表れる電圧の振幅を小さくする検査電圧を、所定の時間間隔で２回以上、それぞれ異なる値で供給し、これにより前記電路に流れる電流の差分を表す差分電流値を検出するとともに、前記差分電圧値と前記差分電流値の一方に対する他方の変化勾配に基づいて前記電流の値が有値からゼロ値になるときの仮想電圧値を導出する工程と、この仮想電圧値と前記端子間電圧値とを比較することにより、前記出力端子の一方の端子から前記複数の電力発電体を経て前記出力端子の他方の端子に至る経路における絶縁不良箇所を判別可能にする工程とを有する方法である。

本発明の絶縁検査装置は、複数の電力発電体が接続された直流電力発電ユニットが有する一対の出力端子から負荷を遮断した状態で前記一対の出力端子の端子間電圧値を取得する端子間電圧値保持手段と、前記負荷を遮断した状態で前記一対の出力端子のうちいずれかの端子と接地部位との間の電路に、前記端子に表れる電圧の振幅を小さくする値の検査電圧を、所定の時間間隔で２回以上、異なる値で供給する電圧供給手段と、供給された前記検査電圧の値が変化した際に前記電路に流れる電流の差分を表す差分電流値を検出する電流検出手段と、前記差分電圧値と前記差分電流値の一方に対する他方の変化勾配に基づいて前記電流の値が有値からゼロ値になるときの仮想電圧値を導出し、この仮想電圧値と前記端子間電圧値とを比較することにより、前記出力端子の一方の端子から前記複数の電力発電体を経て前記出力端子の他方の端子に至る経路における絶縁不良箇所を判別可能にする探査手段と、を有する装置である。

本発明の絶縁検査方法及び絶縁検査装置では、仮想電圧値と直流電力発電ユニットの端子間電圧値との比較により、絶縁不良箇所の相対位置を特定することができるので、簡易な手法で絶縁不良箇所を探査することができる。

本発明の絶縁検査方法は、複数の電力発電体が接続された直流電力発電ユニットと、この直流電力発電ユニットが有する一対の出力端子に接続された負荷とを有する発電システムにおける電圧及び電流の計測が可能な装置が実行する方法であって、前記一対の出力端子から前記負荷を遮断する工程と、前記負荷が遮断された一対の出力端子との端子間電圧値を取得する工程と、前記負荷が遮断された一対の出力端子のうちいずれかの端子と接地部位との間の電路に、当該端子に表れる電圧の振幅を小さくすることにより前記接地部位を通じて流れる漏れ電流を少なくする検査電圧を、所定の時間間隔で２回以上、それぞれ異なる値で供給し、これにより前記電路に流れる電流の差分を表す差分電流値と前記異なる値の電圧の差分を表す差分電圧値とを検出するとともに、前記差分電圧値と前記差分電流値の一方に対する他方の変化勾配に基づいて前記電流の値が有値からゼロ値になるときの仮想電圧値を導出する工程と、この仮想電圧値と前記端子間電圧値とを比較することにより、前記出力端子の一方の端子から前記複数の電力発電体を経て前記出力端子の他方の端子に至る経路における絶縁不良箇所を判別可能にする工程とを有する方法である。

本発明の絶縁検査装置は、複数の電力発電体が接続された直流電力発電ユニットが有する一対の出力端子から負荷を遮断した状態で前記一対の出力端子の端子間電圧値を取得する端子間電圧値保持手段と、前記負荷が遮断された一対の出力端子のうちいずれかの端子と接地部位との間の電路に、当該端子に表れる電圧の振幅を小さくすることにより前記接地部位を通じて流れる漏れ電流を少なくする検査電圧を、所定の時間間隔で２回以上、異なる値で供給する電圧供給手段と、供給された前記検査電圧の値が変化した際に前記電路に流れる電流の差分を表す差分電流値と前記異なる値の電圧の差分を表す差分電圧値とを検出する電流検出手段と、前記差分電圧値と前記差分電流値の一方に対する他方の変化勾配に基づいて前記電流の値が有値からゼロ値になるときの仮想電圧値を導出し、この仮想電圧値と前記端子間電圧値とを比較することにより、前記出力端子の一方の端子から前記複数の電力発電体を経て前記出力端子の他方の端子に至る経路における絶縁不良箇所を判別可能にする探査手段と、を有する装置である。

本発明の絶縁検査方法は、複数の電力発電体が接続された直流電力発電ユニットと、この直流電力発電ユニットが有する一対の出力端子に接続された負荷とを有する発電システムにおける電圧及び電流の計測が可能な装置が実行する方法であって、前記一対の出力端子から前記負荷を遮断する工程と、前記負荷が遮断された一対の出力端子の端子間電圧値を取得する工程と、前記負荷が遮断された一対の出力端子のうちいずれかの端子と接地部位との間の電路に、それぞれ前記端子に表れる電圧と合算したときにその振幅がゼロを超え、かつ、前記直流電力発電ユニットにおいて発電可能な電圧の振幅未満となる検査電圧を、所定の時間間隔で２回以上、当該電路に流れる電流の振幅が前回よりも小さくなるように異なる値で供給し、これにより前記電路に流れる電流の差分を表す差分電流値と前記異なる値の電圧の差分を表す差分電圧値とを検出するとともに、前記差分電圧値と前記差分電流値の一方に対する他方の変化勾配に基づいて前記電流の値が有値からゼロ値になるときの仮想電圧値を導出する工程と、この仮想電圧値と前記端子間電圧値とを比較することにより、前記出力端子の一方の端子から前記複数の電力発電体を経て前記出力端子の他方の端子に至る経路における絶縁不良箇所を判別可能にする工程とを有する方法である。

本発明の絶縁検査装置は、複数の電力発電体が接続された直流電力発電ユニットが有する一対の出力端子から負荷を遮断した状態で前記一対の出力端子の端子間電圧値を取得する端子間電圧値保持手段と、前記負荷を遮断した状態で前記一対の出力端子のうちいずれかの端子と接地部位との間の電路に、それぞれ前記端子に表れる電圧と合算したときにその振幅がゼロを超え、かつ、前記直流電力発電ユニットにおいて発電可能な電圧の振幅未満となる検査電圧を、所定の時間間隔で２回以上、当該電路に流れる電流の振幅が前回よりも小さくなるように異なる値で供給する電圧供給手段と、供給された前記検査電圧の値が変化した際に前記電路に流れる電流の差分を表す差分電流値と前記異なる値の電圧の差分を表す差分電圧値とを検出する電流検出手段と、前記差分電圧値と前記差分電流値の一方に対する他方の変化勾配に基づいて前記電流の値が有値からゼロ値になるときの仮想電圧値を導出し、この仮想電圧値と前記端子間電圧値とを比較することにより、前記出力端子の一方の端子から前記複数の電力発電体を経て前記出力端子の他方の端子に至る経路における絶縁不良箇所を判別可能にする探査手段と、を有する装置である。

Claims (8)

1. 複数の電力発電体が接続された直流電力発電ユニットにおける電圧及び電流の計測が可能な装置が実行する方法であって、
   前記直流電力発電ユニットが有する一対の出力端子のうちいずれかの端子と接地部位との間の電路に、前記端子に表れる電圧の振幅を小さくする検査電圧を、所定の時間間隔で２回以上、それぞれ異なる値で供給し、これにより前記電路に流れる電流の差分を表す差分電流値を検出する工程と、
   この電流差分値と変化した前記検査電圧の差分を表す差分電圧値とに基づいて前記電路の絶縁抵抗値を導出する工程とを含む、
   絶縁検査方法。
2. ２回以上供給する前記検査電圧は、いずれも前記端子に表れる電圧と合算したときにその振幅がゼロを超え、かつ、前記直流電力発電ユニットにおいて発電可能な電圧の振幅未満となる値の電圧であり、それぞれ前記端子に表れる電圧を相殺するように供給される、
   請求項１記載の絶縁検査方法。
3. 前記一対の出力端子の端子間電圧値を取得し、取得した端子間電圧値を記憶する工程と、
   前記差分電圧値と前記差分電流値の一方に対する他方の変化勾配に基づいて前記電流の値が有値からゼロ値になるときの仮想電圧値を導出し、この仮想電圧値と前記記憶されている端子間電圧値とを比較することにより、前記出力端子の一方の端子から前記複数の電力発電体を経て前記出力端子の他方の端子に至る経路における絶縁不良箇所を判別可能にする工程とをさらに含む、
   請求項１又は２記載の絶縁検査方法。
4. 複数の電力発電体が接続された直流電力発電ユニットが有する一対の出力端子のうちいずれかの端子と接地部位との間の電路に、前記端子に表れる電圧の振幅を小さくする値の検査電圧を、所定の時間間隔で２回以上、異なる値で供給する電圧供給手段と、
   供給された前記検査電圧の値が変化した際に前記電路に流れる電流の差分を表す差分電流値を検出する電流検出手段と、
   この電流差分値と変化した前記検査電圧の差分を表す差分電圧値とに基づいて前記電路の絶縁抵抗値を導出する絶縁抵抗値導出手段と、
   を有する絶縁検査装置。
5. 前記一対の出力端子の間の端子間電圧値を取得し、取得した端子間電圧値を記憶する端子間電圧値保持手段と、
   前記差分電圧値と前記差分電流値の一方に対する他方の変化勾配に基づいて前記電流の値が有値からゼロ値になるときの仮想電圧値を導出し、この仮想電圧値と前記記憶されている端子間電圧値とを比較することにより、前記出力端子の一方の端子から前記複数の電力発電体を経て前記出力端子の他方の端子に至る経路における絶縁不良箇所を判別可能にする探査手段と、
   をさらに有する、請求項４記載の絶縁検査装置。
6. 前記経路における前記絶縁不良箇所があるときに当該絶縁不良箇所の相対位置を視覚的に表す表示器をさらに有する、
   請求項５記載の絶縁検査装置。
7. 前記絶縁抵抗値導出手段で導出された絶縁抵抗値を前記相対位置と共に前記表示器に表示させる、
   請求項６記載の絶縁検査装置。
8. 前記一対の出力端子の一方と前記電圧供給手段とを接続する第１プローブと、
   前記一対の出力端子の他方と前記電圧供給手段とを接続する第２プローブと、
   接地部位と前記電流検出手段とを接続する第３プローブと、
   前記第２プローブと前記電圧供給手段との間に挿入接続された開閉スイッチとを有し、
   前記開閉スイッチをオンにすることにより前記端子間電圧値の取得を可能とし、
   前記開閉スイッチをオフにすることにより前記電路に流れる電流の値の取得を可能とする、
   請求項４ないし７のいずれかの項記載の絶縁検査装置。

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