JP3624190B2 - DC insulation monitoring device - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば発変電所や工場の制御電源、通信用電源などを有する直流回路に設置され、主回路から分岐した複数の回線の絶縁抵抗を測定する直流用絶縁監視装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電気設備技術基準において、対地電圧（接地式電路では電線と大地間の電圧、非接地式電路では電線間の電圧をいう）が１５０Ｖ以下の場合、絶縁抵抗は、開閉器または過電流遮断器で区切ることができる電路ごとに０．１ＭΩ以上なければならないと規定されている。この規定を満足させるため、電源から給電される直流回路には、電路の絶縁劣化状態を把握するために絶縁抵抗を定期的に測定するようにしている。
【０００３】
例えば、図４に示すように発変電所、工場の制御電源や通信電源などの直流電源１を備えた直流回路では、主回路２から分岐した複数の回線Ａ_Ｍ（Ｍ＝１，２，３，…）を備え、それぞれの回線Ａ_Ｍには直流モータ等の負荷Ｌ_Ｍ（Ｍ＝１，２，３，…）が、開閉器または過電流遮断器ＣＢ_Ｍ（Ｍ＝１，２，３，…）を介して接続されている。
【０００４】
従来、前述した直流回路では、複数の回線Ａ_Ｍごとに絶縁抵抗を測定しているのが主である。複数の回線Ａ_Ｍごとに絶縁抵抗を測定する場合、開閉器または過電流遮断器ＣＢ_Ｍを開放して回線Ａ_Ｍを主回路２から切り離した状態で、専用の絶縁抵抗計で回線Ａ_Ｍの絶縁抵抗を測定するようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
なお、複数の回線Ａ_Ｍごとに絶縁抵抗を絶縁抵抗計により測定する以外に、絶縁監視装置を用いて直流回路の絶縁抵抗を測定することも稀にある。この場合、主回路２および複数の回線Ａ_Ｍからなる回路全体について絶縁抵抗を測定するようにしている。
【０００６】
複数の回線ごとに絶縁抵抗を測定するに際しては、絶縁抵抗計の測定値を読み取ることにより回線の絶縁抵抗を測定することができ、また、回路全体の絶縁抵抗を測定するに際しては、絶縁監視装置で絶縁抵抗の測定値を表示すると共にその測定値が、例えば電気設備技術基準で定められた規定値より小さくなると、ランプまたはブザーによる警報を発するようにしている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平６−４３１９５号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述したように複数の回線Ａ_Ｍごとに絶縁抵抗を測定する場合、開閉器または過電流遮断器ＣＢ_Ｍを開放して回線Ａ_Ｍを主回路２から切り離した状態で、専用の絶縁抵抗計で回線Ａ_Ｍの絶縁抵抗を測定していたのでは、以下のような問題があった。つまり、回線Ａ_Ｍの絶縁抵抗測定時、開閉器または過電流遮断器ＣＢ_Ｍを開放して回線Ａ_Ｍを主回路２から切り離していることから、回線Ａ_Ｍの負荷Ｌ_Ｍが停電状態となる。このように回線Ａ_Ｍを主回路２から切り離す作業が必要となり、時間と労力を要し、また、一定期間の連続運転が必要な負荷Ｌ_Ｍの場合、絶縁抵抗測定のために負荷Ｌ_Ｍを停電させることが困難であった。
【０００９】
また、絶縁監視装置を用いて直流回路の絶縁抵抗を測定する場合、主回路２およびその主回路２から分岐した複数の回線Ａ_Ｍからなる直流回路全体について絶縁抵抗を測定していたのでは、以下のような問題がある。つまり、前述した電気設備技術基準では、絶縁抵抗が開閉器または過電流遮断器で区切ることができる電路ごとに０．１ＭΩ以上なければならないと規定されている。このことから、前述したように複数の回線Ａ_Ｍごとに絶縁抵抗を測定する必要がある。従って、直流回路全体の絶縁抵抗を測定していたのでは、回線Ａ_Ｍごとの絶縁抵抗を測定していることにはならず、その直流回路の絶縁抵抗を正確に監視することが困難であり、電気設備技術基準を確実にクリアする程度の安全性を満たさない。
【００１０】
そこで、本発明は前述の問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、簡便な手段により、主回路から分岐した複数の回線ごとに絶縁抵抗を活線状態で測定し得る直流用絶縁監視装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための技術的手段として、本発明は、直流電源を有する主回路とその主回路から分岐した複数の回線とを備えた直流回路の絶縁抵抗を前記回線ごとに活線状態で測定する直流用絶縁監視装置であって、前記直流電源の回路電圧により前記回線の正側電路または負側電路のいずれかの絶縁抵抗に電流を流すために切り替えるスイッチを前記主回路に設けると共に、前記スイッチの切り替えにより回線の正側電路または負側電路の絶縁抵抗に流れる電流を検出する直流用零相変流器を各回線に設け、その直流用零相変流器の検出出力に基づいて正側電路または負側電路の絶縁抵抗を個別に測定可能とし、前記直流用零相変流器のオフセット誤差を補正する演算処理により回線の絶縁抵抗を算出可能としたことを特徴とする。
【００１２】
本発明では、主回路に設けられたスイッチの切り替えにより、各回線の正側電路または負側電路の絶縁抵抗に流れる電流を直流用零相変流器により検出し、その直流用零相変流器の検出出力に基づいて正側電路または負側電路の絶縁抵抗を個別に測定可能としたことから、簡便な手段により、主回路から分岐した複数の回線ごとに絶縁抵抗を活線状態で測定することができる。しかも、回線が絶縁劣化状態にある場合、その回線の正側電路または負側電路のいずれが絶縁劣化しているのかを判定することができる。
【００１３】
さらに、本発明では、直流用零相変流器のオフセット誤差を補正する演算処理により回線の絶縁抵抗を算出可能としたことにより、回線に設けられた直流用零相変流器がその温度特性によりオフセット誤差を有する場合でも、そのオフセット誤差を正側電路と負側電路の絶縁抵抗測定で相殺することができて正確な絶縁抵抗測定が可能となる。なお、前述したように電気設備技術基準では、絶縁抵抗が電路（回線）ごとに０．１ＭΩ以上なければならないと規定している。ここで規定された絶縁抵抗は、回線の正側電路の絶縁抵抗と負側電路の絶縁抵抗との合成抵抗と解釈することができ、その合成抵抗を測定することは、電気設備技術基準に適合するものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明に係る直流用絶縁監視装置の実施形態を以下に詳述する。なお、図４と同一部分には同一参照符号を付す。
【００１５】
図１に示す実施形態の絶縁監視装置は、例えば発変電所、工場の制御電源や通信用電源などの直流電源１を備えた直流回路の主回路２、およびその主回路２から分岐した複数の回線Ａ_Ｍ（Ｍ＝１，２，３，…）のそれぞれに設置され、主回路２から分岐した回線Ａ_Ｍごとに絶縁抵抗を活線状態で測定する。それぞれの回線Ａ_Ｍには、例えば直流モータ等の負荷Ｌ_Ｍ（Ｍ＝１，２，３，…）が、開閉器または過電流遮断器ＣＢ_Ｍ（Ｍ＝１，２，３，…）を介して接続されている。なお、この実施形態では、回線Ａ_Ｍに負荷Ｌ_Ｍが接続されている場合について説明するが、回線Ａ_Ｍに前述のような負荷が接続されていない場合もある。
【００１６】
この絶縁監視装置は、直流電源１の回路電圧Ｖにより回線Ａ_Ｍの正側電路Ｓ_ＰＭまたは負側電路Ｓ_ＮＭのいずれかの絶縁抵抗Ｒ_ＧＰＭ，Ｒ_ＧＮＭ（図２および図３参照）に電流Ｉ_ＧＰＭ，Ｉ_ＧＮＭを流すために直流電源１の正側（図中ではＰと表示）または負側（図中ではＮと表示）のいずれかに切り替えるスイッチ３を主回路２に設けると共に、スイッチ３の切り替えにより回線Ａ_Ｍの正側電路Ｓ_ＰＭまたは負側電路Ｓ_ＮＭの絶縁抵抗Ｒ_ＧＰＭ，Ｒ_ＧＮＭに流れる電流Ｉ_ＧＰＭ，Ｉ_ＧＮＭを検出する直流用零相変流器ＣＴ_Ｍを各回線Ａ_Ｍに設けた構成を具備する。
【００１７】
前述したスイッチ３は常時開の第一〜第四スイッチ３ａ〜３ｄで構成され、第一スイッチ３ａの一端が直流電源１の正側（図中ではＰと表示）に接続され、第二スイッチ３ｂと第四スイッチ３ｄの一端が直流電源１の負側（図中ではＮと表示）に接続され、第三スイッチ３ｃの一端が接地（図中ではＥと表示）接続されている。第一〜第四スイッチ３ａ〜３ｄの他端は制限抵抗Ｒを介してマルチプレクサ４に接続されている。このマルチプレクサ４には、各回線Ａ_Ｍの開閉器または過電流遮断器ＣＢ_Ｍの負荷側の正側電路Ｓ_ＰＭおよび負側電路Ｓ_ＮＭに取り付けられた零相変流器ＣＴ_Ｍが接続されている。このマルチプレクサ４の後段には、Ａ／Ｄ変換器５を介してＣＰＵ６が接続され、そのＣＰＵ６の出力側には表示器７が接続されている。
【００１８】
前述した第一〜第四スイッチ３ａ〜３ｄ、マルチプレクサ４、Ａ／Ｄ変換器５、ＣＰＵ６および表示器７を有する装置本体８が主回路２に接続され、また、その装置本体８に接続された零相変流器ＣＴ_Ｍは、リング状鉄心に巻線を装着した構造のもので、その鉄心内に回線Ａ_Ｍの正側電路Ｓ_ＰＭ（Ｍ＝１，２，３，…）と負側電路Ｓ_ＮＭ（Ｍ＝１，２，３，…）が貫挿されている。この零相変流器ＣＴ_Ｍには、本出願人が先に提案した直流地絡電流検出装置（例えば特開２０００−１８２５０３等参照）の変流器を使用することが可能である。
【００１９】
この実施形態の絶縁監視装置により、主回路２から分岐した回線Ａ_Ｍごとに絶縁抵抗を活線状態で測定するに際しては、回線Ａ_Ｍの正側電路Ｓ_ＰＭの絶縁抵抗Ｒ_ＧＰＭと負側電路Ｓ_ＮＭの絶縁抵抗Ｒ_ＧＮＭを測定する。以下、その測定時の絶縁監視装置の動作例を説明する。
【００２０】
まず、図２に示すように第一スイッチ３ａと第三スイッチ３ｃを閉成する。この第一スイッチ３ａを閉成することにより制限抵抗Ｒの一端を直流電源１の正側に接続し、第三スイッチ３ｃを閉成することにより制限抵抗Ｒの他端を接地接続する。これにより、直流電源１の回路電圧Ｖでもって直流電源１−第一スイッチ３ａ−制限抵抗Ｒ−第三スイッチ３ｃ−大地−回線Ａ_Ｍの負側電路Ｓ_ＮＭの絶縁抵抗Ｒ_ＧＮＭ−負側電路Ｓ_ＮＭ−直流電源１からなる経路で負側電路Ｓ_ＮＭの絶縁抵抗Ｒ_ＧＮＭに電流Ｉ_ＧＮＭが流れる。この絶縁抵抗Ｒ_ＧＮＭに流れる電流Ｉ_ＧＮＭは、直流電源１−回線Ａ_Ｍの正側電路Ｓ_ＰＭ−負荷Ｌ_Ｍ−負側電路Ｓ_ＮＭ−直流電源１からなる経路で負側電路Ｓ_ＮＭに流れる電流Ｉ_Ｍ＋Ｉ_ＧＮＭと、正側電路Ｓ_ＰＭに流れる電流Ｉ_Ｍとの差電流である。
【００２１】
そこで、回線Ａ_Ｍの負側電路Ｓ_ＮＭの絶縁抵抗Ｒ_ＧＮＭに流れる電流Ｉ_ＧＮＭを直流用零相変流器ＣＴ_Ｍにより検出し、その直流用零相変流器ＣＴ_Ｍの検出出力、つまり、絶縁抵抗Ｒ_ＧＮＭに流れる電流Ｉ_ＧＮＭに基づいて負側電路Ｓ_ＮＭの絶縁抵抗Ｒ_ＧＮＭを測定する。ここで、絶縁抵抗Ｒ_ＧＮＭを測定するために回路電圧Ｖを測定する必要があるため、前述した絶縁抵抗Ｒ_ＧＮＭに流れる電流Ｉ_ＧＮＭの検出後、第一スイッチ３ａと第四スイッチ３ｄを閉成する。この第一スイッチ３ａを閉成することにより制限抵抗Ｒの一端を直流電源１の正側に接続し、第四スイッチ３ｄを閉成することにより制限抵抗Ｒの他端を直流電源１の負側に接続する。これにより、回路電圧Ｖを測定する。
【００２２】
このようにして零相変流器ＣＴ_Ｍで検出された電流Ｉ_ＧＮＭと、第一スイッチ３ａと第四スイッチ３ｄの閉成による回路電圧Ｖとをマルチプレクサ４に入力してＡ／Ｄ変換器５でデジタル変換した上で、ＣＰＵ６での演算処理により負側電路Ｓ_ＮＭの絶縁抵抗Ｒ_ＧＮＭを算出する。この絶縁抵抗Ｒ_ＧＮＭの測定値が表示器７により例えば液晶表示され、例えば電気設備技術基準で規定されている０．１ＭΩの規定値より小さければ、ランプまたはブザーによる警報を出力する。
【００２３】
次に、図３に示すように第二スイッチ３ｂと第三スイッチ３ｃを閉成する。この第二スイッチ３ｂを閉成することにより制限抵抗Ｒの一端を直流電源１の負側に接続し、第三スイッチ３ｃを閉成することにより制限抵抗Ｒの他端を接地接続する。これにより、直流電源１の回路電圧Ｖでもって直流電源１−回線Ａ_Ｍの正側電路Ｓ_ＰＭ−正側電路Ｓ_ＰＭの絶縁抵抗Ｒ_ＧＰＭ−大地−第三スイッチ３ｃ−制限抵抗Ｒ−第二スイッチ３ｂ−直流電源１からなる経路で正側電路Ｓ_ＰＭの絶縁抵抗Ｒ_ＧＰＭに電流Ｉ_ＧＰＭが流れる。この絶縁抵抗Ｒ_ＧＰＭに流れる電流Ｉ_ＧＰＭは、直流電源１−回線Ａ_Ｍの正側電路Ｓ_ＰＭ−負荷Ｌ_Ｍ−負側電路Ｓ_ＮＭ−直流電源１からなる経路で正側電路Ｓ_ＰＭに流れる電流Ｉ_Ｍ＋Ｉ_ＧＰＭと、負側電路Ｓ_ＮＭに流れる電流Ｉ_Ｍとの差電流である。
【００２４】
そこで、回線Ａ_Ｍの正側電路Ｓ_ＰＭの絶縁抵抗Ｒ_ＧＰＭに流れる電流Ｉ_ＧＰＭを直流用零相変流器ＣＴ_Ｍにより検出し、その直流用零相変流器ＣＴ_Ｍの検出出力、つまり、絶縁抵抗Ｒ_ＧＰＭに流れる電流Ｉ_ＧＰＭに基づいて正側電路Ｓ_ＰＭの絶縁抵抗Ｒ_ＧＰＭを測定する。ここで、絶縁抵抗Ｒ_ＧＰＭを測定するために回路電圧Ｖを測定する必要があるため、前述した絶縁抵抗Ｒ_ＧＰＭに流れる電流Ｉ_ＧＰＭの検出後、第一スイッチ３ａと第四スイッチ３ｄを閉成する。この第一スイッチ３ａを閉成することにより制限抵抗Ｒの一端を直流電源１の正側に接続し、第四スイッチ３ｄを閉成することにより制限抵抗Ｒの他端を直流電源１の負側に接続する。これにより、回路電圧Ｖを測定する。
【００２５】
このようにして零相変流器ＣＴ_Ｍで検出された電流Ｉ_ＧＰＭと、第二スイッチ３ｂと第三スイッチ３ｃの閉成による回路電圧Ｖとをマルチプレクサ４に入力してＡ／Ｄ変換器５でデジタル変換した上で、ＣＰＵ６での演算処理により正側電路Ｓ_ＰＭの絶縁抵抗Ｒ_ＧＰＭを算出する。この絶縁抵抗Ｒ_ＧＰＭの測定値が表示器７により例えば液晶表示され、例えば電気設備技術基準で規定されている０．１ＭΩの規定値より小さければ、ランプまたはブザーによる警報を出力する。
【００２６】
この実施形態によれば、主回路２から分岐した回線Ａ_Ｍごとに絶縁抵抗Ｒ_ＧＰＭ，Ｒ_ＧＮＭを活線状態で測定することができ、しかも、正側電路Ｓ_ＰＭの絶縁抵抗Ｒ_ＧＰＭと負側電路Ｓ_ＮＭの絶縁抵抗Ｒ_ＧＮＭを個別に測定しているので、回線Ａ_Ｍが絶縁劣化状態にある場合、その回線Ａ_Ｍの正側電路Ｓ_ＰＭまたは負側電路Ｓ_ＮＭのいずれが絶縁劣化しているのかを判定することができるため、正側電路Ｓ_ＰＭまたは負側電路Ｓ_ＮＭのいずれかを交換するだけで済む。
【００２７】
前述したように回線Ａ_Ｍの正側電路Ｓ_ＰＭの絶縁抵抗Ｒ_ＧＰＭと負側電路Ｓ_ＮＭの絶縁抵抗Ｒ_ＧＮＭを個別に測定するには、各回線Ａ_Ｍに設けられた零相変流器ＣＴ_Ｍが、例えばオフセット誤差がない高精度を有する必要がある。このオフセット誤差を有する低精度の零相変流器ＣＴ_Ｍでは、直線性の出力特性を有するが、使用温度によりシフトして零点がずれる。前述したオフセット誤差とは、この零点からのずれ量という。
【００２８】
オフセット誤差がない高精度の零相変流器ＣＴ_Ｍであれば、直線性を有する出力特性における零点のずれがないので、正側電路Ｓ_ＰＭの絶縁抵抗Ｒ_ＧＰＭと負側電路Ｓ_ＮＭの絶縁抵抗Ｒ_ＧＮＭを個別に測定する場合、それら絶縁抵抗Ｒ_ＧＰＭ，Ｒ_ＧＮＭを正確に測定できるので問題はない。
【００２９】
これに対して、オフセット誤差を有する低精度の零相変流器ＣＴ_Ｍを使用する場合は、出力特性における零点のずれがあるので、正側電路Ｓ_ＰＭの絶縁抵抗Ｒ_ＧＰＭと負側電路Ｓ_ＮＭの絶縁抵抗Ｒ_ＧＮＭを個別に測定する場合には、それら絶縁抵抗Ｒ_ＧＰＭ，Ｒ_ＧＮＭを正確に測定することが困難となる。
【００３０】
例えば、回路電圧Ｖが１００Ｖの場合、絶縁抵抗Ｒ_ＧＰＭ，Ｒ_ＧＮＭが無限大であると、オフセット誤差がない高精度の零相変流器ＣＴ_Ｍで検出される電流Ｉ_ＧＰＭ，Ｉ_ＧＮＭは０Ａとなり、正側電路Ｓ_ＰＭの絶縁抵抗Ｒ_ＧＰＭと負側電路Ｓ_ＮＭの絶縁抵抗Ｒ_ＧＮＭを個別に測定する場合、それら絶縁抵抗Ｒ_ＧＰＭ，Ｒ_ＧＮＭが無限大であることを正確に測定することができる。
【００３１】
これに対して、例えば１ｍＡのオフセット誤差を有する零相変流器ＣＴ_Ｍを使用すると、その零相変流器ＣＴ_Ｍで検出される電流Ｉ_ＧＰＭ，Ｉ_ＧＮＭが１ｍＡとなるため、正側電路Ｓ_ＰＭの絶縁抵抗Ｒ_ＧＰＭと負側電路Ｓ_ＮＭの絶縁抵抗Ｒ_ＧＮＭを個別に測定する場合、それら絶縁抵抗Ｒ_ＧＰＭ，Ｒ_ＧＮＭが１００ｋΩ（１００Ｖ／１ｍＡ）となる。このように無限大であるべき絶縁抵抗Ｒ_ＧＰＭ，Ｒ_ＧＮＭが、零相変流器ＣＴ_Ｍにオフセット誤差があると、１００ｋΩとなって絶縁抵抗Ｒ_ＧＰＭ，Ｒ_ＧＮＭが無限大とならずに正確に測定することができない。
【００３２】
そこで、このようなオフセット誤差を有する低精度の零相変流器ＣＴ_Ｍを使用する場合には、その零相変流器ＣＴ_Ｍのオフセット誤差を補正するため、回線Ａ_Ｍの正側電路Ｓ_ＰＭの絶縁抵抗Ｒ_ＧＰＭと負側電路Ｓ_ＮＭの絶縁抵抗Ｒ_ＧＮＭの合成抵抗をＣＰＵ６で算出する。この合成抵抗を用いるのは以下の理由による。
【００３３】
正側電路Ｓ_ＰＭの絶縁抵抗Ｒ_ＧＰＭと負側電路Ｓ_ＮＭの絶縁抵抗Ｒ_ＧＮＭの合成抵抗をＲ_ＧＭとすると、回路電圧Ｖ、正側電路Ｓ_ＰＭの絶縁抵抗Ｒ_ＧＰＭに流れる電流Ｉ_ＧＰＭ、負側電路Ｓ_ＮＭの絶縁抵抗Ｒ_ＧＮＭに流れる電流Ｉ_ＧＮＭから、絶縁抵抗Ｒ_ＧＰＭはＶ／Ｉ_ＧＰＭ、絶縁抵抗Ｒ_ＧＮＭは−Ｖ／Ｉ_ＧＮＭとなる。従って、合成抵抗Ｒ_ＧＭは、
【数１】

で求められる。ここで、オフセット誤差△Ｉを有する低精度の零相変流器ＣＴ_Ｍを使用した場合、正側電路Ｓ_ＰＭの絶縁抵抗Ｒ_ＧＰＭに流れる電流Ｉ_ＧＰＭと、負側電路Ｓ_ＮＭの絶縁抵抗Ｒ_ＧＮＭに流れる電流Ｉ_ＧＮＭに前記オフセット誤差△Ｉが加算されることになるので、合成抵抗Ｒ_ＧＭは、
【数２】

となる。このようにオフセット誤差△Ｉを有する場合の▲２▼式が、オフセット誤差△Ｉがない場合の前記▲１▼式と等しくなる。
【００３４】
例えば回路電圧Ｖが１００Ｖで、絶縁抵抗Ｒ_ＧＰＭ，Ｒ_ＧＮＭが無限大であれば、絶縁抵抗Ｒ_ＧＰＭ，Ｒ_ＧＮＭに流れる電流Ｉ_ＧＰＭ，Ｉ_ＧＮＭは０Ａであるが、例えば１ｍＡのオフセット誤差△Ｉを有する零相変流器ＣＴ_Ｍからの出力は、そのオフセット誤差△Ｉにより１ｍＡとなるが、ＣＰＵ６の演算処理により算出される合成抵抗Ｒ_ＧＭは、前記▲２▼式から、無限大となる。
【００３５】
前述のように正側電路Ｓ_ＰＭの絶縁抵抗Ｒ_ＧＰＭと負側電路Ｓ_ＮＭの絶縁抵抗Ｒ_ＧＮＭの合成抵抗Ｒ_ＧＭを求めれば、正側電路Ｓ_ＰＭの絶縁抵抗Ｒ_ＧＰＭに流れる電流Ｉ_ＧＰＭに付加されたオフセット誤差△Ｉと、負側電路Ｓ_ＮＭの絶縁抵抗Ｒ_ＧＮＭに流れる電流Ｉ_ＧＮＭに付加されたオフセット誤差△Ｉが相殺され、零相変流器ＣＴ_Ｍのオフセット誤差△Ｉがあっても、正確な絶縁抵抗を得ることができる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、主回路に設けられたスイッチの切り替えにより、各回線の正側電路または負側電路の絶縁抵抗に流れる電流を直流用零相変流器により検出し、その絶縁抵抗に流れる電流に基づいて正側電路または負側電路の絶縁抵抗を個別に測定可能としたことによって、主回路から分岐した複数の回線ごとに絶縁抵抗を活線状態で測定することができる。しかも、回線が絶縁劣化状態にある場合、その回線の正側電路または負側電路のいずれが絶縁劣化しているのかを判定することができる。
【００３７】
さらに、直流用零相変流器のオフセット誤差を補正する演算処理により回線の絶縁抵抗を算出可能としたことにより、回線に設けられた直流用零相変流器がその温度特性によりオフセット誤差を有する場合でも、そのオフセット誤差を正側電路と負側電路の絶縁抵抗測定で相殺することができて正確な絶縁抵抗測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る直流用絶縁監視装置の実施形態を示す回路図である。
【図２】本発明の実施形態で、各回線の負側電路の絶縁抵抗を測定する場合の動作説明をするための回路図である。
【図３】本発明の実施形態で、各回線の正側電路の絶縁抵抗を測定する場合の動作説明をするための回路図である。
【図４】主回路から分岐した複数の回線を備えた直流回路を示す回路図である。
【符号の説明】
１ 電源
２ 主回路
３ スイッチ
Ａ_Ｍ 回線
ＣＴ_Ｍ 直流用零相変流器
Ｓ_ＰＭ 正側電路
Ｓ_ＮＭ 負側電路
Ｒ_ＧＰＭ，Ｒ_ＧＮＭ 絶縁抵抗
Ｉ_ＧＰＭ，Ｉ_ＧＮＭ 絶縁抵抗に流れる電流[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a DC insulation monitoring apparatus that is installed in a DC circuit having, for example, a control power source for a power generation substation or factory, a communication power source, and the like, and measures the insulation resistance of a plurality of lines branched from a main circuit.
[0002]
[Prior art]
In general, when the ground voltage (the voltage between the wire and ground in a grounded circuit or the voltage between wires in a non-grounded circuit) is 150 V or less according to the electrical equipment technical standards, the insulation resistance is a switch or overcurrent cutoff. It is stipulated that each electric circuit that can be separated by a device must be 0.1 MΩ or more. In order to satisfy this rule, the insulation resistance of a DC circuit fed from a power source is periodically measured in order to grasp the insulation deterioration state of the electric circuit.
[0003]
For example, in a DC circuit having a DC power source 1 such as a control power source or a communication power source of a power generation / substation, factory, as shown in FIG. 4, a plurality of lines A _M (M = 1, 2, 3) branched from the main circuit 2 ,..., And a load L _M (M = 1, 2, 3,...) Such as a DC motor is connected to each line A _M by a switch or overcurrent breaker CB _M (M = 1, 2, 3). ,...).
[0004]
Conventionally, in a DC circuit described above, it is mainly to measures the insulation resistance for each of a plurality of line A _M. When measuring the insulation resistance for each of a plurality of lines A _M, the line A _M by opening the switches or overcurrent breaker CB _M in a state disconnected from the main circuit 2, the line A _M in a dedicated insulation resistance meter The insulation resistance is measured (for example, refer to Patent Document 1).
[0005]
Note that the insulation resistance for each of a plurality of lines A _M in addition to measuring the insulation resistance tester, it is rare to measure the insulation resistance of the DC circuit by using an insulation monitoring device. In this case, so that the insulation resistance is measured for the entire circuit composed of the main circuit 2 and a plurality of line A _M.
[0006]
When measuring the insulation resistance for each of multiple lines, the insulation resistance of the line can be measured by reading the measured value of the insulation resistance meter, and when measuring the insulation resistance of the entire circuit, an insulation monitoring device The measured value of the insulation resistance is displayed, and if the measured value becomes smaller than a specified value determined by, for example, the electric equipment technical standard, an alarm by a lamp or a buzzer is issued.
[0007]
[Patent Document 1]
JP-A-6-43195 gazette
[Problems to be solved by the invention]
Meanwhile, when measuring insulation resistance for each of a plurality of line A _M as described above, the line A _M by opening the switches or overcurrent breaker CB _M in a state disconnected from the main circuit 2, a dedicated insulation resistance than was measured insulation resistance of the line a _M is total, it has the following problems. That is, when the insulation resistance measurement of the line A _M, the line A _M by opening the switches or overcurrent breaker CB _M since it is disconnected from the main circuit 2, a load L _M of the line A _M is a power failure state . Thus requires work to disconnect the line A _M from the main circuit 2, requires time and effort, and if continuous operation is required load L _M for a period of time, the load L _M for insulation resistance measurement It was difficult to make a power outage.
[0009]
Also, when measuring the insulation resistance of the DC circuit by using an insulation monitoring device, in the entire series circuit composed of a plurality of line A _M branched from the main circuit 2 and a main circuit 2 had been measured insulation resistance, There are the following problems. In other words, the electrical equipment technical standards described above stipulate that the insulation resistance must be 0.1 MΩ or more for each electric circuit that can be separated by a switch or an overcurrent circuit breaker. Therefore, it is necessary to measure the insulation resistance for each of a plurality of line A _M as described above. Accordingly, had measured the insulation resistance of the entire DC circuit must not be measures the insulation resistance of each line A _M, it is difficult to accurately monitor the insulation resistance of the DC circuit It does not meet the safety requirements to ensure that the electrical equipment technical standards are cleared.
[0010]
Therefore, the present invention has been proposed in view of the above-mentioned problems, and the object of the present invention is to measure the insulation resistance in a live state for each of a plurality of lines branched from the main circuit by a simple means. The object is to provide an insulation monitoring device for direct current.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
As a technical means for achieving the above object, the present invention provides an insulation resistance of a DC circuit including a main circuit having a DC power supply and a plurality of lines branched from the main circuit in a live line state for each line. A DC insulation monitoring device for measuring, wherein a switch is provided in the main circuit for switching the current to flow through the insulation resistance of either the positive side circuit or the negative side circuit of the line by the circuit voltage of the DC power supply, A DC zero-phase current transformer that detects the current flowing through the insulation resistance of the positive-side circuit or negative-side circuit by switching the switch is provided in each line, and based on the detection output of the DC zero-phase current transformer The insulation resistance of the positive side circuit or the negative side circuit can be individually measured, and the insulation resistance of the line can be calculated by a calculation process for correcting the offset error of the DC zero-phase current transformer .
[0012]
In the present invention, by switching the switch provided in the main circuit, the current flowing through the insulation resistance of the positive side circuit or the negative side circuit of each line is detected by the DC zero-phase current transformer, and the DC zero-phase current transformer Since the insulation resistance of the positive or negative circuit can be measured individually based on the detector output, the insulation resistance can be measured in a live state for each of the multiple lines branched from the main circuit by a simple means. can do. In addition, when the line is in an insulation deterioration state, it can be determined which of the positive side electric circuit or the negative side electric circuit of the line has undergone insulation deterioration.
[0013]
Furthermore, in the present invention , the insulation resistance of the line can be calculated by a calculation process that corrects the offset error of the DC zero-phase current transformer, so that the DC zero-phase current transformer provided in the line has its temperature characteristics. Thus, even when there is an offset error, the offset error can be canceled out by measuring the insulation resistance between the positive side circuit and the negative side circuit, and an accurate insulation resistance measurement can be performed. As described above, the electrical equipment technical standard stipulates that the insulation resistance must be 0.1 MΩ or more for each electric circuit (line). The insulation resistance specified here can be interpreted as the combined resistance of the insulation resistance of the positive circuit of the line and the insulation resistance of the negative circuit, and measuring the combined resistance conforms to the technical standards of electrical equipment. To do.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of a DC insulation monitoring apparatus according to the present invention will be described in detail below. The same parts as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals.
[0015]
The insulation monitoring apparatus of the embodiment shown in FIG. 1 includes a main circuit 2 of a DC circuit provided with a DC power source 1 such as a power plant / substation, a factory control power source and a communication power source, and a plurality of branches from the main circuit 2 The insulation resistance is measured in a live line state for each line A _M installed in each of the lines A _M (M = 1, 2, 3,...) And branched from the main circuit 2. Each line _AM has a load L _M (M = 1, 2, 3,...) Such as a DC motor, for example, and a switch or overcurrent breaker CB _M (M = 1, 2, 3,...). Connected through. In this embodiment, will be described the case where the load L _M to the line A _M is connected, there is a case where the load as described above the line A _M is not connected.
[0016]
The insulation monitoring device, either the insulation resistance _R GPM positive side electrical path _{S PM} or negative path _{S NM} line _{A M} by the circuit voltage V of the DC power source _1, current _{R GNM} (see FIGS. 2 and 3) The main circuit 2 is provided with a switch 3 for switching to either the positive side (indicated as P in the figure) or the negative side (indicated as N in the figure) of the DC power supply 1 in order to flow I _GPM and I _GNM . the third line switching _{a M} positive-side electrical path _{S PM} or negative path _{S NM} insulation resistance _{R GPM,} current flows through the _{R GNM I GPM,} each line of the DC residual current transformer for CT _M that detects the _{I GNM} comprising a structure in which the a _M.
[0017]
The aforementioned switch 3 is composed of normally open first to fourth switches 3a to 3d. One end of the first switch 3a is connected to the positive side (indicated as P in the drawing) of the DC power source 1, and the second switch 3b. And one end of the fourth switch 3d is connected to the negative side (indicated as N in the figure) of the DC power source 1, and one end of the third switch 3c is connected to ground (indicated as E in the figure). The other ends of the first to fourth switches 3a to 3d are connected to the multiplexer 4 via a limiting resistor R. This multiplexer 4, are switches or overcurrent breaker CB _M of the load side of the positive-side path S connected _PM and negative path S ZCT CT _M attached to _NM is for each line A _M Yes. A CPU 6 is connected to the subsequent stage of the multiplexer 4 via an A / D converter 5, and a display 7 is connected to the output side of the CPU 6.
[0018]
The device main body 8 having the first to fourth switches 3a to 3d, the multiplexer 4, the A / D converter 5, the CPU 6 and the display 7 is connected to the main circuit 2 and also connected to the device main body 8. zero-phase current transformer CT _M is of a structure equipped with a winding in a ring shape iron core, the positive-side path _{S PM (M = 1,2,3, ...} ) of the line _{a M} within its core the negative side An electric circuit S _NM (M = 1, 2, 3,...) Is inserted. The zero-phase current transformer CT _M, it is possible by the present applicant uses a current transformer of DC ground fault current detector previously proposed (see, for example, JP-2000-182503 etc.).
[0019]
The insulation monitoring device of this embodiment, when the insulation resistance is measured with a hot line state for each line A _M branched from the main circuit 2, the insulation resistance R _GPM and negative path of the positive side electrical path S _PM line A _M measuring the insulation resistance _{R GNM} of S _NM. Hereinafter, an example of the operation of the insulation monitoring apparatus during the measurement will be described.
[0020]
First, as shown in FIG. 2, the first switch 3a and the third switch 3c are closed. By closing the first switch 3a, one end of the limiting resistor R is connected to the positive side of the DC power source 1, and by closing the third switch 3c, the other end of the limiting resistor R is grounded. Thus, the DC power source 1 first switches 3a- limiting resistor R- third switch 3c- earth with the circuit voltage V of the DC power source 1 - the insulation resistance of the negative-side path _{S NM} line _{A M R GNM} - negative path A current I _GNM flows through the insulation resistance R _GNM of the negative side circuit S _NM through a path composed of S _{NM -DC} power supply 1. The current _{I GNM} flowing through the insulation resistance _{R GNM} includes a DC power supply 1 line _{A M} of the positive-side path _{S PM} - flows in the negative side electrical path _{S NM} in the route from the DC power source 1 - the load _{L M} - negative path _{S NM} This is a difference current between the current I _M + I _GNM and the current I _M flowing through the positive side circuit S _PM .
[0021]
Accordingly, line _A negative side electrical path _S current _{I GNM} flowing through the insulation resistance _{R GNM} of _NM detected by the DC ZCT for CT _M of _M, the detection output of the DC ZCT for CT _M, i.e. Then, the insulation resistance R _GNM of the negative side circuit S _NM is measured based on the current I _GNM flowing through the insulation resistance R _GNM . Here, it is necessary to measure the circuit voltage V in order to measure the insulation resistance R _GNM, after detection of the current I _GNM flowing through the insulation resistance R _GNM described above, closes the first switch 3a and the fourth switch 3d To do. By closing the first switch 3a, one end of the limiting resistor R is connected to the positive side of the DC power source 1, and by closing the fourth switch 3d, the other end of the limiting resistor R is connected to the negative side of the DC power source 1. Connect to. Thereby, the circuit voltage V is measured.
[0022]
A current I _GNM detected in this manner ZCT CT _M, and a circuit voltage V by closure of the first switch 3a and the fourth switch 3d is input to the multiplexer 4 A / D converter 5 Then, the insulation resistance R _GNM of the negative-side electric circuit S _NM is calculated by arithmetic processing in the CPU 6. The measured value of the insulation resistance _RGNM is displayed on a liquid crystal display, for example, by the display 7. If the measured value is smaller than a specified value of 0.1 MΩ specified by the electrical equipment technical standard, for example, an alarm by a lamp or a buzzer is output.
[0023]
Next, as shown in FIG. 3, the second switch 3b and the third switch 3c are closed. By closing the second switch 3b, one end of the limiting resistor R is connected to the negative side of the DC power supply 1, and by closing the third switch 3c, the other end of the limiting resistor R is grounded. Thus, the positive-side path _{S PM} of the DC power source 1 line _{A M} with the circuit voltage V of the DC power source 1 - positive path _S insulation resistance _{PM R GPM} - earth - the third switching 3c- limiting resistor R- second switch 3b- current _{I GPM} flows through the insulation resistance _{R GPM} positive side electrical path _{S PM} in the route from the DC power source 1. The insulation resistance _R current flowing through the _{GPM I GPM} is positive path _{S PM} of the DC power source 1 line _{A M} - flows to the positive-side path _{S PM} in the route from the DC power source 1 - the load _{L M} - negative path _{S NM} This is a difference current between the current I _M + I _GPM and the current I _M flowing in the negative side circuit S _NM .
[0024]
Accordingly, line _A positive a side path _S current _{I GPM} flowing through the insulation resistance _{R GPM} of _PM detected by the DC ZCT for CT _M of _M, the detection output of the DC ZCT for CT _M, i.e. the insulation resistance _{R GPM} positive side electrical path _{S PM} measured on the basis of the current _{I GPM} flowing through the insulation resistance _{R GPM.} Here, it is necessary to measure the circuit voltage V in order to measure the insulation resistance R _GPM, after detection of the current I _GPM flowing through the insulation resistance R _GPM described above, closes the first switch 3a and the fourth switch 3d To do. By closing the first switch 3a, one end of the limiting resistor R is connected to the positive side of the DC power source 1, and by closing the fourth switch 3d, the other end of the limiting resistor R is connected to the negative side of the DC power source 1. Connect to. Thereby, the circuit voltage V is measured.
[0025]
A current I _GPM detected in this manner ZCT CT _M, the second switch 3b and enter A / D converter and a circuit voltage V to the multiplexer 4 by closing the third switch 3c 5 Then, the insulation resistance R _GPM of the positive side electric circuit S _PM is calculated by arithmetic processing in the CPU 6. If the measured value of the insulation resistance R _GPM is displayed on a liquid crystal display, for example, by the display unit 7, for example, if it is smaller than a specified value of 0.1 MΩ specified by the electrical equipment technical standards, an alarm by a lamp or buzzer is output.
[0026]
According to this embodiment, branching from the main circuit 2 line _{A M} per the insulation resistance _{R GPM,} can measure the _{R GNM} live lines state, moreover, the insulation resistance _{R GPM} and negative positive path _{S PM} Since the insulation resistance R _GNM of the side circuit S _NM is individually measured, when the line A _M is in an insulation deterioration state, either the positive side circuit S _PM or the negative side circuit S _NM of the line A _M is insulated. it is possible to determine whether to have the need only to replace one of the positive path S _PM or negative path S _NM.
[0027]
To individually measure the insulation resistance _{R GNM} line _A insulation resistance of the positive-side path _{S PM} of _{M R GPM} and negative path _{S NM} As described above, the zero-phase current transformer provided for each line _{A M} CT _M, for example should have a high accuracy there is no offset error. In the low-precision zero-phase current transformer having an offset error CT _M, has the output characteristics of linearity, zero point is shifted to shift the operating temperature. The aforementioned offset error is referred to as a deviation amount from this zero point.
[0028]
If ZCT CT _M without offset error high precision, since there is no deviation of the zero point in the output characteristic with linearity, the insulation resistance R _GPM and negative electrical path S _NM positive side paths S _PM insulation When the resistance R _GNM is measured individually, there is no problem because the insulation resistances R _GPM and R _GNM can be accurately measured.
[0029]
In contrast, when using the low-precision zero-phase current transformer CT _M having an offset error, because there is a shift of zero point in the output characteristics, the positive path S insulation resistance _PM R _GPM and the negative path S _When measuring the insulation resistance R _{GNM of the NM} individually, it becomes difficult to accurately measure the insulation resistances R _GPM and R _GNM .
[0030]
For example, if the circuit voltage V is 100 V, the insulation resistance _{R GPM,} when _{R GNM} is infinite, the current _I GPM detected by the zero-phase current transformer CT _M without offset error _{precision, I GNM} is 0A next, when measuring separately the insulation resistance _{R GNM} positive-side path _{S PM} insulation resistance _{R GPM} and negative electrical path _{S NM,} to accurately measure that they insulation resistance _{R GPM, R GNM} is infinite Can do.
[0031]
In contrast, for example, by using the zero-phase current transformer CT _M having an offset error of 1 mA, a current _I GPM detected by the zero-phase current transformer CT _M, it is _{I GNM} becomes 1 mA, positive path when measuring the insulation resistance _{R GNM} of S _PM insulation resistance _{R GPM} and negative path _{S NM} individually, they insulation resistance _{R GPM, R GNM} is 100kΩ (100V / 1mA). Thus infinite which should be the insulation resistance _{R GPM, R GNM} is, when there is an offset error in the zero-phase current transformer CT _M, the insulation resistance becomes 100 k.OMEGA _{R GPM,} exactly not _{R GNM} is infinite Cannot be measured.
[0032]
Therefore, when using such a zero-phase low-precision with an offset error current transformer CT _M, in order to correct the offset error of the zero-phase current transformer CT _M, positive-side electrical path S of the line A _{M The} CPU 6 calculates a combined resistance of the insulation resistance R _{GPM of PM} and the insulation resistance R _GNM of the negative side circuit S _NM . This combined resistor is used for the following reason.
[0033]
If the combined resistance of the insulation resistance R _GPM of the positive side circuit S _PM and the insulation resistance R _GNM of the negative side circuit S _NM is R _GM , the circuit voltage V, the current I _GPM flowing through the insulation resistance R _GPM of the positive side circuit S _PM , From the current I _GNM flowing through the insulation resistance R _GNM of the negative side circuit S _NM , the insulation resistance R _GPM is V / I _GPM and the insulation resistance R _GNM is −V / I _GNM . Therefore, the combined resistance R _GM is
[Expression 1]

Is required. Here, when using the offset error △ zero-phase low-precision with I current transformer CT _M, current flowing through the insulation resistance _{R GPM} positive-side path _{S PM I GPM} and the insulation resistance R of the negative-side path _{S NM Since the} offset error _ΔI is added to the current I _GNM flowing through the _GNM , the combined resistance R _GM
[Expression 2]

It becomes. Thus, the equation (2) in the case of having the offset error ΔI is equal to the equation (1) in the case of no offset error ΔI.
[0034]
For example circuit voltage V is 100 V, the insulation resistance _{R GPM,} if _{R GNM} is infinite, the insulation resistance _{R GPM,} current flows through the _{R GNM I GPM,} although _{I GNM} is 0A, for example 1mA offset error △ I the output from the zero-phase current transformer CT _M with is a 1mA by the offset error △ I, comprising the combined resistance R _GM calculated by arithmetic processing CPU 6, from the ▲ 2 ▼ wherein infinity .
[0035]
By obtaining a combined resistance _{R GM} insulation resistance _{R GNM} insulation resistance _{R GPM} and negative electrical path _{S NM} the positive path _{S PM} as described above, the current _{I GPM} flowing through the insulation resistance _{R GPM} positive-side path _{S PM} and the added offset error △ I, negative path S _NM offset error △ I of the added to the current I _GNM flowing through the insulation resistance R _GNM of offset, there is an offset error △ I of ZCT CT _M However, an accurate insulation resistance can be obtained.
[0036]
【The invention's effect】
According to the present invention, by switching the switch provided in the main circuit, the current flowing through the insulation resistance of the positive side circuit or the negative side circuit of each line is detected by the DC zero-phase current transformer and flows through the insulation resistance. Since the insulation resistance of the positive side circuit or the negative side circuit can be individually measured based on the current, the insulation resistance can be measured in a live state for each of a plurality of lines branched from the main circuit. In addition, when the line is in an insulation deterioration state, it can be determined which of the positive side electric circuit or the negative side electric circuit of the line has undergone insulation deterioration.
[0037]
Further, by which enables calculating the insulation resistance of the line by the arithmetic processing for correcting an offset error of the zero-phase current transformer for direct current, the offset error zero-phase DC provided to the line current transformer by its temperature characteristic Even if it has, the offset error can be canceled out by the insulation resistance measurement of the positive side circuit and the negative side circuit, and an accurate insulation resistance measurement becomes possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of a DC insulation monitoring apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram for explaining the operation when measuring the insulation resistance of the negative circuit of each line in the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a circuit diagram for explaining the operation when measuring the insulation resistance of the positive circuit of each line in the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a circuit diagram showing a DC circuit including a plurality of lines branched from a main circuit.
[Explanation of symbols]
1 Power Supply 2 Main Circuit 3 Switch A _M Line CT _M Zero Phase Current Transformer S _PM Positive Side Circuit S _NM Negative Side Circuit R _GPM , _RGNM Insulation Resistance I _GPM , I _GNM Insulation Resistance

Claims (1)

直流電源を有する主回路とその主回路から分岐した複数の回線とを備えた直流回路の絶縁抵抗を前記回線ごとに活線状態で測定する直流用絶縁監視装置であって、前記直流電源の回路電圧により前記回線の正側電路または負側電路のいずれかの絶縁抵抗に電流を流すために切り替えるスイッチを前記主回路に設けると共に、前記スイッチの切り替えにより回線の正側電路または負側電路の絶縁抵抗に流れる電流を検出する直流用零相変流器を各回線に設け、その直流用零相変流器の検出出力に基づいて、正側電路または負側電路の絶縁抵抗を個別に測定可能とし、前記直流用零相変流器のオフセット誤差を補正する演算処理により回線の絶縁抵抗を算出可能としたことを特徴とする直流用絶縁監視装置。A DC insulation monitoring device for measuring an insulation resistance of a DC circuit having a main circuit having a DC power supply and a plurality of lines branched from the main circuit in a live state for each line, the circuit of the DC power supply The main circuit is provided with a switch for switching the current to flow through the insulation resistance of either the positive side circuit or the negative side circuit of the line depending on the voltage, and insulation of the positive side circuit or the negative side circuit of the line by switching the switch A DC zero-phase current transformer that detects the current flowing through the resistor is installed on each line, and based on the detection output of the DC zero-phase current transformer, the insulation resistance of the positive or negative circuit can be measured individually. And a DC insulation monitoring apparatus characterized in that the insulation resistance of the line can be calculated by a calculation process for correcting an offset error of the DC zero-phase current transformer .

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