JP2614449B2 - 接地抵抗を補償した絶縁抵抗測定方法 - Google Patents

接地抵抗を補償した絶縁抵抗測定方法

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は活線状態にて電路等の絶縁抵抗を測定する方
法,殊に対地浮遊容量大なる場合無視し得なくなる接地
抵抗を補償した絶縁抵抗測定方法に関する。
(従来技術) 従来,漏電等の早期発見の為には第4図に示す様に電
路の絶縁抵抗測定方法を用いるのが一般的であった。
即ち,Zなる負荷を有する受電変圧器Tの第2種接地線
LEを介して発振器OSCから商用周波数と異なった周波数
なる測定用低周波信号電圧V1sin(2π1t)を電
路L1及びL2に入力し,前記接地線LEを貫通せしめた変流
器ZCTにより,電路と大地間に存在する絶縁抵抗R及び
浮遊容量Cを介して帰還する漏洩電流を検出する。
この際前記変流器ZCTの出力に含まれる周波数
成分をフィルタ1にて検出し,その漏洩電流中の有効分
を,例えば前記発振器OSCの出力を用いて掛算器NULTで
同期検波して電路の絶縁抵抗を測定するものであった。
第2図の等価回路を用いて上記測定理論を説明する。
前記接地線LEの接地点を介して前記発振器OSCに帰
還する電流をI(t)とすると であるから,入力する交流電圧と同相の成分即ち,上記
(1)式右辺第1項に比例した値を同期検波等の方法を
用いて検出すれば絶縁抵抗Rに逆比例した測定値を得る
ことができる。
しかしながら,上記(1)式からも明らかな様に,こ
の測定法は接地線LEに大地を介して帰還する電流を測定
するにも拘らず接地抵抗を無視しているので,対抗浮遊
容量Cが大きくなると接地抵抗の影響が現われ測定値が
現実の電路の絶縁抵抗と甚しくかけ離れたものとなる。
この欠点を補う手段として同一出願人は特願58−145464
「絶縁抵抗測定方法」に於て接地抵抗を補償した絶縁抵
抗測定方法を提示している。その方法を第5図により簡
単に説明する。接地線LEに夫々及び
)なる低周波信号発生用の発振器OSC1及びOSC2から同
一電圧Vなる信号を入力する。一方,変流器ZCTの出力
を分枝して夫々及びのバンドパルスフィルタBF
P1及びBFP2を介して同期検波回路MULT1及びMULT2の一入
力端に入力すると共に前記両発振器OSC1及びOSC2の出力
を夫々前記同期検波回路MULT1及びMULT2の他の入力端に
入力する。これにより前記同期検波回路MULT1の出力か
ら同相分,即ち有効分ig1及びMULT2の出力からig2
得,その値を下記演算式に代入する。
これにより接地抵抗rの影響を補償して電路の絶縁抵
抗Rに逆比例したV/Rを測定することができる。
しかし,上記方法に於いては変圧器の接地線を介して
電路に入力する周波数及びなる低周波の測定信
号は共に似通った周波数帯の信号であり,従ってこれら
信号の供給源として2個の発振器OSC1,OSC2が必ず必要
となるので回路構成が複雑かつ高価となる欠点があっ
た。
(発明の目的) 本発明は上記のように従来の絶縁抵抗測定方法の欠点
を除去する為になされたものであって接地抵抗の影響を
補償して電路の絶縁抵抗を正確に測定し,更に接地線に
入力する2つの信号のうち一方をデータ伝送等に使用す
る無変調キャリア信号電圧で兼用することによって回路
構成を簡単にすることができる電路の絶縁抵抗測定方法
を提供することを目的とする。
(発明の概要) この目的を達成するために、本発明に係る接地抵抗を
補償した絶縁抵抗測定方法の特許請求の範囲第1項記載
の発明は、電路に周波数f1の低周波信号電圧と該周波数
f1より高い周波数f2の低周波信号電圧を印加し、電路の
接地線に帰還する周波数f1及びf2の漏洩電流を個別に検
出すると共に、該漏洩電流のうち周波数f1の漏洩電流を
電路に印加した周波数f1の低周波信号の同相信号により
同期検波して有効分ig1を抽出し、また前記漏洩電流の
うち周波数f1の漏洩電流を電路に印加した周波数f1の低
周波信号とは90゜移相した信号により同期検波して無効
分ic1を抽出し、前記有効分ig1、無効分ic1と前記周波
数f2の漏洩電流を整流して得た信号ioとを用いて所定の
演算を行うことにより、電路の絶縁抵抗を測定したこと
を特徴とする。
また特許請求の範囲第2項記載の発明は、特許請求の
範囲第1項記載の発明において、上記周波数f2の低周波
信号電圧をデータ伝送のための無変調キャリア信号電圧
を用いたことを特徴とする。
更に特許請求の範囲第3項記載の発明は特許請求の範
囲第1項及び第2項の発明において、上記所定の演算
が、 V1は周波数f1の入力信号電圧、V2は周波数f2の入力信
号電圧、ωは2πf1、ωは2πf2、kはV1 2/2、R
は絶縁抵抗であることを特徴とする。
(実施例) 以下図示した実施例に基づいて本発明を詳細に説明す
る。
先ず,本発明に係る絶縁抵抗測定方法を説明する前
に,その理解を助ける為従来の手法の欠陥を少しく詳細
に説明する。
第3図は接地抵抗rを考慮した場合の等価回路図であ
る。
この場合接地点Eを介して発振器OSCに帰還する電流
をI(t)と発振器電圧をV1sinω1tとすれば I1(t)=A1V1sinω1t+B1V1cosω1t ……(3) となる。このとき, であり(3)式で接地抵抗rを無視すれば前記(1)式
と同一になることはいうまでもない。
(4)式において,対地浮遊容量C=0のときAは となるが一般にR≫rであるからAは1/Rと考えてよく
前記(3)式の同相分はV/Rとなり,同相分を検出する
ことにより絶縁抵抗を測定することができる。しかし浮
遊容量Cが大きいときには同相分を検出しても(4)式
で示される如く正しい絶縁抵抗を測定していないことに
なる。
このような誤差が実際上どの程度になるかを以下に示
す。
一般にR≫rであるから(4)式においてR+r→R
とすると と表し得る。
ここで例えば=20Hz,C=5μF,r=100Ωとすると (ω1Cr)=(2π×20×5×10-6×100) 3.95×10-3 となり(ω1Cr)≪1である。
したがって(5)式は とみなしてよい。
従って,例えば=20Hz,C=5μF,R=100KΩ,r=1
00Ωの場合前記(6)式の{ }内は 1+(ω1C)2Rr=4.95 となり,同相分から検出されるべき絶縁抵抗値100KΩは
100KΩ/4.95=20.2KΩとして測定されてしまうことにな
る。
斯くの如く,従来の接地抵抗を無視した絶縁抵抗測定
方法では対地浮遊容量が大きい場合極めて測定誤差が大
きくなる欠陥を有すること前述の通りである。更に対地
浮遊容量には一般電子機器の電源回路に付加されるノイ
ズフィルタのキャパシタンスも含まれるので今後対地浮
遊容量は大きくなっていく傾向にあるから従来の方法で
はますます正確な測定結果が得られないことになる。
また接地抵抗は一般に季候等によってもその値は変化
することが知られており,これらの影響を受けずに正確
に絶縁抵抗を測定する方法が望まれていた。
次に,この欠点を除去するために同一出願人が既に提
案した方法(特願58−145464)について簡単に説明す
る。
即ち,第5図はこの方法に係かる絶縁抵抗測定装置の
ブロック図を示しこれは本発明と同様に接地抵抗の影響
を補償した絶縁抵抗測定手法に関するものである。
この方法は,接地線LEに2つの低周波発振器OSC,OSC2
を接続し,電路L1L2に互いに異なる周波数1,を印
加するとともに両信号の漏洩電流を接地線に供給した変
流器ZCTによって導出したのち,夫々の周波数信号のみ
をバンドパスフィルタBPF1,BPF2を介して抽出しかつ夫
々の信号源からの同相信号により同期検波することによ
ってその有効分ig1及びig2を得,更に引き算回路SUBに
於いて前記2式の演算を行う。
この方法によれば,詳細説明は省略するが結果的に電
路と大地間の容量成分を流れる電流が接地抵抗に流れる
ことによって生ずる測定誤差は,2つの低周波信号1,
夫々のものによって互いに相殺され測定結果から除去
されることになり,接地抵抗の影響のない正確な絶縁抵
抗値を求めることができる。
しかしながら,この手法に於いて用いた演算式(2)
は低周波信号1,が共にほゞ同一周波数帯に属する
場合に成り立つものであるため,装置内に両方の信号の
供給源を必要とし若干回路構成が複雑となる欠点がある
こと上述した通りである。
一方,電路の絶縁監視装置は一般的にビル屋上或は遠
隔地に設置されその結果を人が常駐する管理室等に電路
を介して伝送することが行なわれている。
この際電路に重畳する信号は数KHz或はそれ以上の搬
送波信号を監視結果にて変調するのが一般的である。
そこで,上述した絶縁測定手段に於ける2つの信号の
うちいづれか一方に前記搬送波を利用し得れば,回路構
成を簡単にしかつコストを低減することができる。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであっ
て,これを可能とするため絶縁抵抗を求める演算式を以
下のようにする。
周波数の入力信号電圧V1sinω1tによって得られ
る漏洩電流分の同相分,即ち有効分ig1は(2)式のI1
(t)を入力信号電圧で同期検波し,その直流分を求め
ることにより得る。
ここで (6)式から となる。
また,周波数の漏洩電流の無効分ic1は(3)式
のI1(t)と入力信号電圧V1sinω1tを90゜位相変調さ
せた電圧V1cosω1tで同期検波することにより求める。
ところで(4)式のB1は一般にR≫r,(ω1Cr)
1の条件によりω1Cとなるから ic1=kω1C ……(10) となる。
一方,周波数(≫)の入力信号電圧V2sinω2
t(ω=2π)による漏洩電流I2(t)は I2(t)=A2V2sinω2t+B2V2cosω2t ……(11) となる。A2,B2は(4)式A1,B1の式中のωをωに置
換することにより得る。の入力信号電圧のた
めω≫ωとなり,R≫rであっても(ω2Dr)≪1
となるとは限らず と近似される。
従って周波数の漏洩電流I2(t)を整流し,その
直流電圧ioを得れば(11)式から io2=V2 2(A2 2+B2 2)となる。
これに(12)式のA2,B2を代入すれば 一般に工場等の低圧電路(例えば500KVA以下)に於て
はおよそr=0〜100Ω,C=0〜10μF,Rは2kΩ以上とな
ることが測定されるのでを1〜3kHz程度とすれば
(14)式に於いて の関係が成立するため となり,(16)式より となる。
ところで電路の絶縁抵抗Rに逆比例した値k/Rは
(8)式から これに(17)式を代入すると (10)式から を(18)式に代入すると となる。従ってV1,V212,kは既知であるから検出
値ig1,ic1,ioを用いて(19)式の演算により電路の絶縁
抵抗を測定することができる。
第1図は本発明に係かる絶縁抵抗測定装置の一実施例
を示すブロック図である。
同図に於いて第4図及び第5図の同一の記号は同一の
意味をもつ。
即ち,発振周波数の発振器OSC1の出力と発振周波
の発振器OSC2の出力を電力増幅器PAMPの出力は注
入トランスOTを介して接地線LEに結合される。こうし
て,電路L1,L2と大地間には電圧V1sinω1tとV2sinω2t
の電圧が入力される。接地線LEが貫通せしめた変流器ZC
Tの出力中には周波数の漏洩電流I1(t)と周波数
の漏洩電流I2(t)が含まれており,周波数
成分を通すフィルタBP1の出力には(3)式に相当する
漏洩電流が検出される。
この検出された出力を同期検波器MULT1,MULT2の夫々
一方の入力端に入力し,MULT1の他の一方の入力端には発
振器OSC1の出力(V1sinω1t)を入力することにより,MU
LT1の出力には(8)式に相当する直流分ig1が出力され
る。MULT2の他の一方の入力端には発振器OSC1出力を90
゜移位器PSに入力し,得た90゜移位器PS出力V1cosω1t
を入力するとMULT2の出力には(10)式に相当する直流
分ic1が出力される。
一方,変流器ZCT出力を周波数を通すフィルタBP2
に入力する。BP2の出力には(12)式に相当する漏洩電
流成分が得られる。更にBP2出力を整流回路DETに入力す
ればその出力は(13)式に相当する直流分ioが得られ
る。以上のようにして得たig1,ic1,ioを演算回路AUに入
力し,既知のV1,V21を用いて(19)式の演算処
理を行なうことにより,演算回路AU出力には1/Rに比例
した出力を得,絶縁抵抗を測定することができる。
上記説明では周波数(≫)なる信号電圧を発
振器OSC2から得ている。しかし、同一出願人同一発明者
による特願59−231874の「監視信号の伝送装置」の如く
接地線に警報信号を復調出力するものがある。従って警
報信号データで変調しない無変調時の周波数のキャ
リア信号電圧を発振器OSC2の出力電圧の代替として使用
することもできる。
なお,実施例の説明では同期検波器MULT1,MULT2の他
の一方の入力端に入力する電圧を夫々V1sinω1t,V1cos
ω1tとし又,説明簡単の為単相2線の場合を示したが,
電圧の大きさV1は限定する必然性がない為任意の大きさ
の電圧で良く,又,結線は単相2線に限定する必然性は
全くなく単相3線或は3相3線の場合であっても同一の
原理に基づいて実施可能なことは明らかである。
(発明の効果) 本発明は以上説明した如き手法によって電路の絶縁抵
抗を測定するものであるから接地抵抗の影響を完全にキ
ャンセルすることが可能となるのみならず発振器等の出
力抵抗の影響をも接地抵抗に加味して補償するので対地
浮遊容量増大の傾向にある電子回路を含んだ電路等の絶
縁抵抗を正確に測定する上で著しい効果を発揮する。
更に実施例からも明らかな如く本発明の測定方法を実
現する測定用回路は極めて簡単,従って安価に供給可能
であるから工場等の電路の絶縁状態自動監視システムに
適用する際殊に効果的である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の絶縁抵抗測定方法を実現するための一
実施例を示すブロック図,第2図は電路の絶縁抵抗の等
価回路図,第3図は接地抵抗を考慮した場合の等価回路
図,第4図は従来の絶縁抵抗測定方法を説明する図,第
5図は特願58−145464「絶縁抵抗測定方向」を実現する
ための一実施例を示すブロック図である。 T……変圧器,L1,L2……電路,LE……接地線,OSC1,OSC2
……発振器,MULT1,MULT2……同期検波器,FIL……フィル
タ,BP1,BP2……フィルタ,PS……90゜移相器,PAMP……電
力増幅器OT……注入トランス,ZCT……変流器,DET……整
流器,AU……演算回路,SUB……引算回路。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電路に周波数f1の低周波信号電圧と該周波
    数f1より高い周波数f2の低周波信号電圧を印加し、電路
    の接地線に帰還する周波数f1及びf2の漏洩電流を個別に
    検出すると共に、該漏洩電流のうち周波数f1の漏洩電流
    を電路に印加した周波数f1の低周波信号の同相信号によ
    り同期検波して有効分ig1を抽出し、また前記漏洩電流
    のうち周波数f1の漏洩電流を電路に印加した周波数f1の
    低周波信号とは90゜移相した信号により同期検波して無
    効分ic1を抽出し、前記有効分ig1、無効分ic1と前記周
    波数f2の漏洩電流を整流して得た信号ioとを用いて所定
    の演算を行うことにより、電路の絶縁抵抗を測定したこ
    とを特徴とする接地抵抗を補償した絶縁抵抗測定方法。
  2. 【請求項2】上記周波数f2の低周波信号電圧をデータ伝
    送のための無変調キャリア信号電圧を用いたことを特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載の接地抵抗を補償した
    絶縁抵抗測定方法。
  3. 【請求項3】上記所定の演算が、 V1は周波数f1の入力信号電圧、V2は周波数f2の入力信号
    電圧、ωは2πf1、ωは2πf2、kはV1 2/2、Rは
    絶縁抵抗であることを特徴とする特許請求の範囲第1項
    及び第2項記載の接地抵抗を補償した絶縁抵抗測定方
    法。
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