JP2573789B2 - 絶縁抵抗測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はケーブルや電気機器の
絶縁抵抗を交流で測定する絶縁抵抗測定装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】ケーブルや電気機器の絶縁抵抗を測定す
る場合、対象が絶縁抵抗であるので微小な電流の検出が
要求されるので外来ノイズなどの影響を受けやすく、そ
のため測定方法としては外来ノイズなどの影響を受けに
くい高い直流電圧を使用するメガー法や直流重畳法が一
般に使用されている。

【０００３】しかしながら、ケーブルや電気機器の絶縁
を正しく評価するためには交流測定が好ましく、更には
ケーブルや電気機器に交流電源を印加した活線状態また
は運転状態における交流電圧に影響しない微小交流信号
で測定することが望ましい。

【０００４】ところで、交流での抵抗測定方法としては
ベクトルメータやＬＣＲメータなどが知られているが、
これらは絶縁抵抗の測定には適していない。また、交流
を使用する測定方法の一つとしてシェーリングブリッジ
等が知られており、このシェーリングブリッジを使用し
て高圧電気機器の交流絶縁抵抗の代用特性として機器の
tan δを測定して間接的に交流絶縁抵抗を求める方法は
あるが、この方法は交流絶縁抵抗そのものを測定する方
法とは言えない。

【０００５】このため、交流で直接ケーブルや電気機器
の絶縁抵抗を測定する方法として、これら被測定試料に
交流測定信号を印加して被測定試料に流れる交流測定信
号電流を測定して絶縁抵抗を算出する方法が採用されて
いる。この場合、交流測定信号電流の検出手段としては
一般に被測定試料に検出抵抗を直列接続して、交流測定
信号を被測定試料と検出抵抗との間に印加して検出抵抗
の両端に現れる電圧降下を測定する方法がとられてい
る。このような交流による絶縁抵抗測定の場合絶縁抵抗
による電流のほか容量分による電流が流れて測定誤差を
生じるので、この容量分電流と同相の９０°進相成分を
生成して容量分電流を打ち消して絶縁抵抗のみによる電
流を求めて絶縁抵抗を算出する方法が知られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように被測定試料
には絶縁抵抗に並列に容量分が存在するため容量分によ
る影響を除く必要がある問題ばかりでなく、一般に使用
状態にあるケーブルや電気機器などの被測定試料の絶縁
抵抗を交流で測定する場合は多くの場合はこれらケーブ
ルや電気機器と大地との間で測定する必要がある。この
場合、これら被測定試料と大地との間に検出抵抗を接続
して行うが、実際の使用状態にあるケーブルや電気機器
などの被測定試料は大地間容量も存在して、この大地間
容量が検出抵抗に並列に接続された形となり大地間容量
にも交流測定信号が流れて測定誤差となる。

【０００７】また、ケーブルや電気機器の絶縁抵抗を交
流で測定する場合、ケーブルや電気機器を電源に接続し
た活線状態で行う必要があることが多い。このような場
合、測定信号に電源周波数成分や外来ノイズが重畳して
絶縁抵抗の正確な測定が困難になることがあった。

【０００８】この発明は上記したような問題を解決する
ためになされたもので、被測定試料に被測定端子と基準
電位の間の容量や大地間容量が存在し、しかもノイズが
多少多くても絶縁抵抗を交流で正確に測定できる絶縁抵
抗測定装置の提供を目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明の上記した課題
を解決するための手段は、被測定試料の両端子間に交流
測定信号を印加して被測定試料を流れる交流測定信号電
流を測定して被測定試料の絶縁抵抗を算出する方式の絶
縁抵抗測定装置において、第１の周波数の交流測定信号
と第１の周波数より低い第２の周波数の交流測定信号と
を切替えて出力可能で出力端子の一方が被測定試料の一
方の被測定端子および基準キャパシタの一方の端子に接
続され他方が基準電位に接続される交流信号発生手段
と、被測定試料の他方の被測定端子と基準電位との間に
直列接続される第１の電流検出手段と、基準キャパシタ
の他方の端子と基準電位との間に直列接続される第２の
電流検出手段と、第２の電流検出手段の出力の振幅を調
整する利得調整手段および位相を調整する位相調整手段
と、第１および第２の電流検出手段のそれぞれの出力の
信号差を検出してその信号差のベクトル処理が可能な信
号差検出手段と、信号差検出手段の出力を演算処理して
処理結果に基づいて利得調整手段または位相調整手段を
制御するとともに絶縁抵抗を算出する演算処理部とを備
え、交流信号発生手段の出力を第１の周波数の交流測定
信号とした状態で位相調整手段および利得調整手段を演
算処理部の処理結果に基づいて制御して信号差検出手段
の出力を最小にする第１の測定手順と、交流信号発生手
段の出力を第２の周波数の交流測定信号にして信号差検
出手段の出力を求める第２の測定手順と、第２の測定手
順で求めた出力から絶縁抵抗を演算処理部の演算処理に
より算出する第３の測定手順によることを特徴としてい
る。

【００１０】また、第１の電流検出手段は抵抗器よりな
り、前記利得調整手段および位相調整手段を含む第２の
電流検出手段は可変抵抗器および可変キャパシタである
ことも特徴としている。

【００１１】また、第２の測定手順において位相調整手
段または利得調整手段を微小変化させて信号差検出手段
より少なくとも二つの出力を求め、第３の測定手順にお
いて求めた少なくとも二つのベクトル値から抵抗分を演
算して被測定試料の絶縁抵抗を算出することも特徴とし
ている。さらに、基準キャパシタとして被測定試料の未
劣化品と同等以上のものを使用することも特徴としてい
る。

【００１２】

【作用】このように構成することにより、第１の測定手
順において被測定試料と大地間の大地間容量の絶縁測定
に与える影響を打ち消し、第２の測定手順において被測
定試料自体の容量分の影響を減少させて被測定試料の絶
縁抵抗のみによる交流測定信号電流を測定し、第３の測
定手順において測定された交流測定信号電流に基づいて
被測定試料の絶縁抵抗を算出するものである。

【００１３】また、第１の電流検出手段を抵抗器で構成
し、利得調整手段および位相調整手段を含む第２の電流
検出手段を可変抵抗器および可変キャパシタで構成する
ことで装置を簡易化することができる。

【００１４】また、第２の測定手順において利得調整手
段または位相調整手段を微小変化させてノイズに影響さ
れない程度のレベルの出力を二つ以上求め、第３の測定
手順において求められた二つのベクトル値から抵抗分を
算出する方法によりノイズに影響されずに測定の精度を
上げることができる。さらに、被測定試料の未劣化品と
同等以上のものを基準キャパシタとすることで被測定試
料の絶縁抵抗の測定に適した基準キャパシタを容易に得
ることができる。

【００１５】

【実施例】以下、図面を参照しながらこの発明の実施例
を説明する。図１は第１の実施例の構成を示すブロック
回路図である。同図において１は同軸型の電力ケーブル
を一例とした被測定試料であり、また、２は電力ケーブ
ル１を活線状態において絶縁抵抗を測定するため電力ケ
ーブル１に印加される交流電源である。

【００１６】このような被測定試料である電力ケーブル
１に対して絶縁抵抗を測定するための交流測定信号が交
流信号発生器３より例えばトランス等で構成される信号
重畳回路４を介して印加されるようになっている。な
お、交流信号発生器３は切替えにより振幅が約２０Ｖrm
s で周波数が４０Ｈz と５Ｈz の２周波数の交流測定信
号を切替えて発生可能な信号発生器である。

【００１７】交流測定信号を電力ケーブル１に印加する
信号重畳回路４は一端が基準電位に接続されて帰線とな
り、他端が交流電源２を介して電力ケーブル１の導体側
に接続されている。また、電力ケーブル１の遮蔽層側は
一端が基準電位に接続されている検出抵抗５の他端に接
続されて直列回路を構成しており、電力ケーブル１は検
出抵抗５を介して交流測定信号が信号重畳回路４より印
加される。また、この電力ケーブル１と検出抵抗５の直
列回路に並列に基準キャパシタ６に直列に可変検出抵抗
７と可変補正キャパシタ８との並列回路が接続された直
列回路が設けられており、電力ケーブル１と検出抵抗５
および基準キャパシタ６と可変検出抵抗７，可変補正キ
ャパシタ８の並列回路は一種の橋絡回路を構成してい
る。また、電力ケーブル１と検出抵抗５の接続点Ａおよ
び基準キャパシタ６と可変検出抵抗７，可変補正キャパ
シタ８の並列回路との接続点Ｂはそれぞれ差動増幅器９
の二つの差動入力に接続されていて、接続点ＡとＢとに
おける信号電圧差を監視している。さらに差動増幅器９
の出力は２位相タイプのロックインアンプ１０の入力に
接続されている。このロックインアンプ１０には交流信
号発生器３から参照信号として交流測定信号が送られて
きており、この参照信号つまり交流測定信号の周波数お
よび位相に同期した入力信号のみを選択測定している。
実施例のロックインアンプ１０は２位相タイプのもので
あるので、ベクトル成分の処理が可能であり、その出力
は演算処理部１１に送られる。

【００１８】演算処理部１１は予め定められたプロラム
に基づいてロックインアンプ１０の出力を読み取り演算
処理するとともに、処理結果により必要に応じて可変検
出抵抗７または可変補正キャパシタ８を制御するもので
ある。

【００１９】電力ケーブル１の等価回路は同図に示すよ
うに、導体と遮蔽層間の絶縁抵抗Ｒx と導体と遮蔽層間
の静電容量Ｃx の並列回路で表せる。また、電力ケーブ
ル１の遮蔽層と大地間にはキャパシタンス成分である大
地間容量Ｃg が存在しており、この大地間容量Ｃg は検
出抵抗５に並列に挿入されたような等価回路を形成す
る。

【００２０】なお、この実施例において検出抵抗５は被
測定試料である電力ケーブル１の絶縁抵抗に比べて十分
に小さい値に設定されており、可変検出抵抗７も基準キ
ャパシタ６の周波数４０Ｈz におけるインピーダンスに
比べて十分に小さい値に設定されている。

【００２１】次に測定手順を説明する。第１の測定手順
として交流信号発生器３の出力周波数を４０Ｈz に設定
する。周波数４０Ｈz の交流測定信号は信号重畳回路４
を介し交流電源２を通して電力ケーブル１と検出抵抗５
の直列回路および基準キャパシタ６と可変検出抵抗７，
可変補正キャパシタ８との並列回路との直列回路に印加
される。電力ケーブル１においてはこの交流測定信号に
より絶縁抵抗Ｒx に流れる電流としてＩrxが、また静電
容量Ｃx の電流としてＩcxが流れ電力ケーブル１全体と
しては、図２(a) に示すように電力ケーブル１と検出抵
抗５の両端に印加される交流測定信号電圧Ｖo に対して
これらの電流を合成したＩx が流れ、このＩx は検出抵
抗５を流れて検出抵抗５の電圧降下分として接続点Ａと
基準電位間に現れる。一方、基準キャパシタ６にはこの
基準キャパシタ６のインピーダンスが調整用抵抗７より
十分に大きいので、図２(b) に示すように交流測定信号
電圧Ｖo に対してほぼ９０°の位相をなすＩs が流れ、
このＩs は可変検出抵抗７を流れて可変検出抵抗７の電
圧降下分として接続点Ｂと基準電位間に現れる。接続点
Ａ，Ｂの電圧は差動増幅器９において減算され、差動増
幅器９の出力には図２(c) に示すような出力が現れる。
つまり、基準キャパシタ６を流れる電流Ｉsは９０°位
相分のみであるので、電力ケーブル１に流れる電流のＩ
x の内９０°位相分である静電容量Ｃx を流れる電流Ｉ
cxが減算されて打消される形をとり、可変検出抵抗７を
調整することにより９０°位相分を見掛け上で零にする
ことができる。

【００２２】また、検出抵抗５には電力ケーブル１の遮
蔽層と大地間の大地間容量Ｃg が並列に接続された等価
回路を形成しているので、接続点Ａにおける位相はこの
大地間容量Ｃg の影響を受けて絶縁抵抗の測定に誤差を
与える。そのため、この大地間容量Ｃg の影響を補正す
るために可変検出抵抗７に並列に接続された可変補正キ
ャパシタ８を使用する。つまり、可変補正キャパシタ８
を調整し、接続点Ｂにおける位相が接続点Ａにおける位
相に等しくなるようにすることによって、大地間容量Ｃ
g の影響を無くすことができる。

【００２３】第１の測定手順は、上述した静電容量Ｃx
と大地間容量Ｃg の影響を除く操作である。具体的には
周波数４０Ｈz の交流測定信号を電力ケーブル１に印加
したときにロックインアンプ１０の出力に現れるベクト
ル値を演算処理部１１が読み取るとともに、このベクト
ルの大きさが最小になるように可変検出抵抗７および可
変補正キャパシタ８を制御する。この操作で静電容量Ｃ
x と大地間容量Ｃg の影響が除かれる。

【００２４】第２の測定手順では可変検出抵抗７および
可変補正キャパシタ８の制御を停止するとともに交流信
号発生器３の出力周波数を５Ｈz に切替える。第１の測
定手順において静電容量Ｃx と大地間容量Ｃg の影響が
除かれた状態であり、しかも交流測定信号の周波数を５
Ｈz に下げて静電容量Ｃx と大地間容量Ｃg に流れる電
流を小さくしたので、電力ケーブル１の絶縁抵抗Ｒx に
流れる電流Ｉrxが相対的に大きくなり精度が高まる。そ
して、この電流Ｉrxがロックインアンプ１０に出力され
て演算処理部１１で読み取られる。

【００２５】次の第３の測定手順で第２の測定手順で読
み取った値（電流Ｉrx）から絶縁抵抗Ｒx を算出する。
なお、さらに絶縁抵抗の測定に正確を期するために次の
方法をとることもできる。つまり、第２の測定手順の可
変検出抵抗７および可変補正キャパシタ８の制御を停止
した状態におけるロックインアンプ１０の出力を読み取
る前に、演算処理部１１は可変検出抵抗７の値を第１の
測定手順で設定した可変検出抵抗７の値を僅かに増加お
よび減少させるように制御して少なくとも二つのロック
インアンプ１０の出力を読み取る。この可変検出抵抗７
の値を増加および減少させる制御で得られた二つの測定
値（図３に示すベクトルＩa ，Ｉb ）を第３の測定手順
における演算処理において、図３に示すように二つのベ
クトルＩa ，Ｉb の絶対値と相対位相角φにより二つの
ベクトルＩa ，Ｉb を結ぶ直線に垂直な原点からの垂線
の長さを演算することにより、二つのベクトルＩa ，Ｉ
b の抵抗分電流成分、つまり絶縁抵抗Ｒx に流れる電流
Ｉrxを算出する。さらに、この電流Ｉrxから絶縁抵抗Ｒ
x が算出できる。ベクトルＩa ，Ｉb はそれぞれ極性が
異なるＩcx成分を持つベクトルで、その二つのベクトル
Ｉa ，Ｉb の相対位相角φが小さいほうが精度的に好ま
しいので、可変検出抵抗７を増加または減少させてこの
状態に近づけるようにする。

【００２６】サーボ系を構成して測定したベクトルの絶
対値が最小になるように動作させれば、その絶対値が電
流Ｉrxと一致するが、このようなサーボ系を使わず、上
記したように二つのベクトルＩa ，Ｉb から絶縁抵抗Ｒ
x を求める方法によれば、測定系の状態が安定している
のでノイズが大きい状況でも正確な値が得られ、結果的
に絶縁抵抗Ｒx を正確に求めることができる。

【００２７】図４は第２の実施例の構成を示すブロック
回路図である。同図において図１に示した第１の実施例
と同一部分には同一符号を付してその説明を一部省略す
る。この実施例では第１の実施例の検出抵抗５の代わり
に負帰還が施されたオペアンプ２１を使用している。そ
して負帰還抵抗Ｒf1が接続されたオペアンプ２１の反転
入力端子は電力ケーブル１の遮蔽層側に接続され、また
非反転入力端子は基準電位である信号重畳回路４の帰線
側に接続されている。このようなオペアンプ２１は電流
電圧変換回路として動作し反転入力端子に流入した電流
に比例した出力電圧を発生する。

【００２８】また、この実施例においては第１の実施例
の可変検出抵抗７と可変補正キャパシタ８の代わりに負
帰還が施されたオペアンプ２２とこのオペアンプ２２の
出力の後に設けられた移相回路２３と利得調整回路２４
を使用している。オペアンプ２２の負帰還抵抗Ｒf2が接
続された反転入力端子は基準キャパシタ６の下端に接続
され、また非反転入力端子は基準電位である信号重畳回
路４の帰線側に接続されている。このようなオペアンプ
２２は電流電圧変換回路として動作し反転入力端子に流
入した電流に比例した出力電圧を発生する。この出力は
移相回路２３を介して利得調整回路２４に送られて位相
と振幅が任意に調整される。また、これら移相回路２３
と利得調整回路２４は演算処理部１１により制御される
ようになっている。オペアンプ２１の出力と利得調整回
路２４の出力はそれぞれ第１の実施例と同様に差動増幅
器９の二つの差動入力に接続されている。

【００２９】このように構成された第２の実施例におい
て、電力ケーブル１の絶縁抵抗を測定する場合の測定手
順は第１の実施例の場合とほぼ同様であるが、第１の測
定手順において演算処理部１１が移相回路２３と利得調
整回路２４を制御してロックインアンプ１０の出力を最
小にする。この制御で静電容量Ｃx と大地間容量Ｃgの
影響が除かれる。以下の測定手順は第１の実施例におい
て説明した手順と同じである。

【００３０】この実施例は移相回路２３と利得調整回路
２４を使用しているで第１の実施例に比べて装置設計の
自由度を大きくとることができる。これらの実施例にお
いて、基準キャパシタ６として被測定試料である電力ケ
ーブル１の未劣化品と同等以上で絶縁性の良いものを使
用することもできる。このようにすれば測定に必要な適
切な基準キャパシタ６の入手が容易になる。

【００３１】また、三相用の電力ケーブルについては、
３線に一括して交流測定信号を電源に重畳し被覆導線を
共通にして漏れ電流を測定することにより３線の絶縁抵
抗を同時に測定することができる。

【００３２】なお、この発明は上記実施例に限定される
ものではなく、要旨を変更しない範囲で変形して実施で
きる。例えば、ロックインアンプの代わりに交流測定信
号の周波数成分のみを通過させる濾波器形の帯域増幅器
を用いることもできる。また、実施例では演算処理部が
利得調整手段および位相調整手段を全て制御するものを
説明したがこの制御の一部を手動で行うこともできる。

【００３３】

【発明の効果】この発明によれば、直流を使用すること
なく交流で直接的に交流絶縁抵抗を測定できるのでケー
ブルや電気機器の正しい評価が可能になる。また、ケー
ブルや電気機器に交流電源を印加した活線状態または運
転状態での測定が可能であるのでケーブルや電気機器の
より正しい評価ができる。さらに、直流測定のように高
電圧を必要としないので、測定により被測定物の絶縁劣
化を進行させることはない。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施例の構成を示すブロック
回路図。

【図２】被測定電力ケーブルと基準キャバシタに流れる
それぞれの電流および両電流の差電流のベクトル図。

【図３】第２の測定手順において可変検出抵抗を変化さ
せた場合の二つ出力ベクトルから絶縁抵抗による電流を
求める説明図。

【図４】第２の実施例の構成を示すブロック回路図。

【符号の説明】

１…電力ケーブル ２…交流電源 ３
…交流信号発生器 ４…信号重畳回路 ５…検出抵抗 ６
…基準キャパシタ ７…可変検出抵抗 ８…可変補正キャパシタ ９
…差動増幅器 １０…ロックインアンプ １１…演算処理部 ２１…オペアンプ ２２…オペアンプ ２
３…移相回路 ２４…利得調整回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 臼井 亮 神奈川県横浜市港北区綱島東６丁目３番 20号 株式会社エヌエフ回路設計ブロッ ク内 (56)参考文献 特開 平５−80113（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−218479（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−127968（ＪＰ，Ａ)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被測定試料の両端子間に交流測定信号を印
   加して被測定試料を流れる交流測定信号電流を測定して
   被測定試料の絶縁抵抗を算出する方式の絶縁抵抗測定装
   置において、 第１の周波数の交流測定信号と第１の周波数より低い第
   ２の周波数の交流測定信号とを切替えて出力可能で出力
   端子の一方が被測定試料の一方の被測定端子および基準
   キャパシタの一方の端子に接続され他方が基準電位に接
   続される交流信号発生手段と、 被測定試料の他方の被測定端子と基準電位との間に直列
   接続される第１の電流検出手段と、 基準キャパシタの他方の端子と基準電位との間に直列接
   続される第２の電流検出手段と、 第２の電流検出手段の出力の振幅を調整する利得調整手
   段および位相を調整する位相調整手段と、 第１および第２の電流検出手段のそれぞれの出力の信号
   差を検出してその信号差のベクトル処理が可能な信号差
   検出手段と、 信号差検出手段の出力を演算処理して処理結果に基づい
   て利得調整手段または位相調整手段を制御するとともに
   絶縁抵抗を算出する演算処理部と、 を備え、 前記交流信号発生手段の出力を第１の周波数の交流測定
   信号とした状態で前記位相調整手段および利得調整手段
   を演算処理部の処理結果に基づいて制御して前記信号差
   検出手段の出力を最小にする第１の測定手順と、 前記交流信号発生手段の出力を第２の周波数の交流測定
   信号にして前記信号差検出手段の出力を求める第２の測
   定手順と、 第２の測定手順で求めた出力から絶縁抵抗を演算処理部
   の演算処理により算出する第３の測定手順と、 により被測定試料の絶縁抵抗を求めることを特徴とした
   絶縁抵抗測定装置。
2. 【請求項２】前記第１の電流検出手段は抵抗器よりな
   り、前記利得調整手段および位相調整手段を含む前記第
   ２の電流検出手段は可変抵抗器および可変キャパシタで
   なることを特徴とした請求項１記載の絶縁抵抗測定装
   置。
3. 【請求項３】前記第２の測定手順において前記利得調整
   手段または位相調整手段を微小変化させて前記信号差検
   出手段より少なくとも二つの出力を求め、第３の測定手
   順において求めた少なくとも二つのベクトル値から抵抗
   分を演算して被測定試料の絶縁抵抗を算出することを特
   徴とした請求項１または請求項２に記載の絶縁抵抗測定
   装置。
4. 【請求項４】前記基準キャパシタとして被測定試料の未
   劣化品と同等以上のものを使用することを特徴とした請
   求項１乃至請求項３のいずれかに記載の絶縁抵抗測定装
   置。