JPH08146072A - 高絶縁型漏れ電流検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 信号的な高絶縁化だけでなく電源から見た高
絶縁化を行うことができ、また検出センサを構成する能
動素子などの部品の点数を削減して長期的、環境的に見
て信頼性を向上させることができるとともに、小型化を
容易に実現することができ、さらに精度よく漏れ電流を
検出することができる高絶縁型漏れ電流検出装置を提供
する。 【構成】 アレスタの非直線抵抗素子の劣化や構造部品
の絶縁劣化に起因する漏れ電流を検出する漏れ電流検出
用ＣＴ１１の出力端に発光ダイオード１４を接続し、発
光ダイオード１４に直流バイアス電流を与える太陽電池
２２を接続し、太陽電池２２に光を与える発光ダイオー
ド２０を設け、発光ダイオード１４に直流バイアス電流
に漏れ電流検出用ＣＴ１１の２次出力を重畳して流す。
発光ダイオード１４の光出力を光ファイバ３を通して受
光素子２４まで導き、受光素子２４の出力から交流分と
直流分を分離する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、受変電設備に設けら
れるアレスタやガス絶縁開閉装置における絶縁スペーサ
等の絶縁劣化に伴う漏れ電流を検出して表示、警報等を
行うための高絶縁型漏れ電流検出装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】図３に従来の絶縁型漏れ電流検出装置の
一例を示す。この絶縁型漏れ電流検出装置は、図３に示
すように、例えば受変電設備に設けられたアレスタ５１
の漏れ電流を検出する検出センサ５２と、検出センサ５
２の出力を伝送する光ファイバ５３と、光ファイバ５３
を通して伝送された光信号に基づいて漏れ電流の大きさ
等の判定を行う判定装置５４とで構成されている。

【０００３】検出センサ５２は、アレスタ５１と直列に
設けられてアレスタ５１の漏れ電流を検出する漏れ電流
検出用ＣＴ５５と、漏れ電流検出用ＣＴ５５の２次電流
を増幅して電圧信号に変換する絶縁アンプ５６と、絶縁
アンプ５６の出力電圧を増幅するバッファアンプ５７
と、バッファアンプ５７の出力電圧の瞬時値の変化を周
波数偏位に変換する電圧／周波数変換器（Ｖ／Ｆ）５８
と、電圧／周波数変換器５８の出力電圧を光信号に変換
する電気／光変換器（Ｅ／Ｏ）５９とで構成され、電気
／光変換器５９の出力の光信号は光ファイバ５３へ送ら
れる。

【０００４】判定装置５４は、光ファイバ５３の出力の
光信号を電圧に変換する光／電気変換器（Ｏ／Ｅ）６０
と、光／電気変換器６０の出力電圧の周波数偏位を瞬時
値の変化に変換する周波数／電圧変換器（Ｆ／Ｖ）６１
と、周波数／電圧変換器６１の出力電圧に対して各種ア
ナログ処理またはデジタル処理を行い、警報出力や表示
出力を行う信号判定回路６２とで構成されている。

【０００５】上記の判定装置５４の電源は、ＡＣ１００
Ｖの商用電源から供給し、検出センサ５２の電源は、Ａ
Ｃ１００Ｖの商用電源から供給するか、または判定装置
５４の２次直流電源（例えば、ＤＣ±１５Ｖ）から供給
する。なお、ＡＣ１００Ｖの商用電源から供給する場合
には、検出センサ５２の内部に、ＡＣ１００Ｖの電圧を
例えば±１５Ｖの直流電圧に変換する回路を内蔵してい
る。判定装置５４についても、図示はしていないが、Ａ
Ｃ１００Ｖの電圧を所望の直流電圧に変換する回路を内
蔵している。

【０００６】以上のような構成の絶縁型漏れ電流検出装
置において、アレスタ５１の漏れ電流が流れると、漏れ
電流検出用ＣＴ５５の２次側にも電流が流れることにな
る。この漏れ電流検出用ＣＴ５５の２次電流が絶縁アン
プ５６、バッファアンプ５７および電圧／周波数変換器
５８を介して電気／光変換器５９に伝達され、電気／光
変換器５９で光信号に変換された後光ファイバ５３を通
して光／電気変換器６０へ送られ、光／電気変換器６０
から周波数／電圧変換器６１を介して信号判定回路６２
へ送られる。信号判定回路６２では、アナログ処理また
はデジタル処理を行う等して入力信号レベルをしきい値
と比較して警報出力を発生して報知器を鳴動させるか、
もしくは漏れ電流値を表示器（図示せず）に表示させ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
絶縁型漏れ電流検出装置は、検出センサ５２の電源が判
定装置５４からのメタルケーブルによる供給（例えば、
±１５Ｖの低圧直流電源）またはＤＣ１００Ｖ，ＡＣ１
００Ｖなどのメタルケーブルによる供給であるため、信
号系は光化されて絶縁されているものの、電源から見で
高絶縁化がなされていなかった。

【０００８】また、検出センサ５２は、絶縁アンプ５
６、バッファアンプ５７やその他多くの能動素子から構
成されていて、それらは不良の原因を招き、長期的、環
境的に見て、信頼性を損ねていた。また、多くの部品点
数と絶縁の確保のため、小型化が容易でなかった。さら
に、検出センサ５２は、微少電流での誤差を小さくする
ため、漏れ電流検出用ＣＴ５５の巻数が数百ないし数千
ターンとしており、検出電流が非常に小さく、逆にノイ
ズ分が大きくＳ／Ｎが悪い信号を能動素子で増幅するた
め、誤差が大きく、精度よく漏れ電流を検出することが
困難であった。

【０００９】この発明の目的は、電源から見た高絶縁化
も行うことができる高絶縁型漏れ電流検出装置を提供す
ることである。この発明の他の目的は、検出センサを構
成する能動素子などの部品の点数を削減して長期的、環
境的に見て信頼性を向上させることができるとともに、
小型化を容易に実現することができる高絶縁型漏れ電流
検出装置を提供することである。

【００１０】この発明のさらに他の目的は、単純回路構
成で精度よく漏れ電流を検出することができる高絶縁型
漏れ電流検出装置を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の高絶縁型
漏れ電流検出装置は、アレスタの非直線抵抗素子の劣化
や構造部品の絶縁劣化に起因する漏れ電流を検出する漏
れ電流検出用ＣＴを設け、漏れ電流検出用ＣＴの出力端
に発光ダイオードを接続し、発光ダイオードに直流バイ
アス電流を与える太陽電池を設け、太陽電池に光を与え
る光源を設け、発光ダイオードの光を導出する第１の光
ファイバを設け、第１の光ファイバの導出光を検出する
第１の検出手段を設け、第１の検出手段の出力から交流
分と直流分を分離する交直分離手段を設けている。

【００１２】請求項２記載の高絶縁型漏れ電流検出装置
は、請求項１記載の高絶縁型漏れ電流検出装置におい
て、光源の光を導出する第２の光ファイバを付設し、第
２の光ファイバの導出光を検出する第２の検出手段を設
けている。

【００１３】

【作用】請求項１記載の構成によれば、不良を招く確率
の高い能動素子を使用せず、漏れ電流検出用ＣＴの２次
電流（微少検出信号）を直接発光ダイオードに与えると
ともに、光源からの光が照射される太陽電池の出力を発
光ダイオードに直流バイアス電流として与え、発光ダイ
オードから出力される光信号を第１の光ファイバで第１
の検出手段まで導く。このとき、漏れ電流検出用ＣＴか
ら発光ダイオードまでの系はインピーダンスが十分に低
い状態となり、直流バイアス電流に応じてた光量を中心
として漏れ電流の波形の周期的変化に応じて光量が後段
の回路で検出可能な程度に十分に変化することになる。
そして、第１の検出手段の出力信号を交流分と直流分と
に分離する。交流分は漏れ電流に相当し、直流分は直流
バイアス電流に相当し、両者の比から漏れ電流の大きさ
がわかる。この際、光源と太陽電池とは光結合している
のみであり、発光ダイオードへ直流バイアス電流を流す
ための回路は電源から見て電気的に絶縁される。

【００１４】請求項２記載の構成によれば、光源の光量
を第２の光ファイバを通して第２の検出手段で検出で
き、第１の検出手段の出力信号の直流分とともにその値
を監視することにより、太陽電池、発光ダイオード、光
源への入力電源等の異常を検出することができる。

【００１５】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図面を参照しな
がら説明する。図１にこの発明の一実施例の高絶縁型漏
れ電流検出装置の構成を示す。この高絶縁型漏れ電流検
出装置は、図１に示すように、例えば受変電設備に設け
られたアレスタ１の漏れ電流を検出する検出センサ２
と、検出センサ２の出力を伝送する光ファイバ３と、光
ファイバ３を通して伝送された光信号に基づいて漏れ電
流の大きさの判定等を行う判定装置４と、検出センサ２
へ給電するフロート電源５と、フロート電源５と判定装
置４とを結ぶ光ファイバ６で構成されている。

【００１６】検出センサ２は、アレスタ１に一次側を直
列接続した漏れ電流検出用ＣＴ１１の２次電流ｉＡをサ
ージ保護用ダイオード１３Ｂ，直流カット用のコンデン
サ１２および逆電圧保護用のダイオード１３を介して光
伝送用の発光ダイオード１４に供給し、漏れ電流検出用
ＣＴ１１の２次電流の周期的変化に応じて発光ダイオー
ド１４の光出力を変化させるようにしている。発光ダイ
オード１４には、フロート電源５から平滑用のコンデン
サ１５，電流制限用の抵抗１６およびダイオード１３を
介して既知の直流バイアス電流ｉＢを流し、発光ダイオ
ード１４のインピーダンスを下げて漏れ電流検出用ＣＴ
１１から発光ダイオード１４までの回路系のインピーダ
ンスを十分に低くしている。上記直流バイアス電流ｉＢ
は、コンデンサ１２で遮断されて漏れ電流検出用ＣＴ１
１へ流れ込むことはない。

【００１７】この結果、発光ダイオード１４は、直流バ
イアス電流ｉＢの値に応じた光量を中心として、漏れ電
流検出用ＣＴ１１の２次電流ｉＡの周期的変化（商用周
波数）に応じて光量が商用周波数で変化することにな
る。この際、発光ダイオード１４のインピーダンスは直
流バイアス電流により十分に低くなっているので、微少
な漏れ電流検出用ＣＴ１１の２次電流の変化に対して光
量を後段の回路で十分に検出可能な程度に変化させるこ
とができ、光ファイバ３を通して判定装置４までノイズ
の少ない微少交流波形を伝送することができる。

【００１８】図２（ａ）は漏れ電流検出用ＣＴ１１の２
次電流ｉＡを示し、同図（ｂ）はフロート電源５から供
給される直流バイアス電流ｉＢを示し、同図（ｃ）は発
光ダイオード１４に流入する電流（ｉＡ＋ｉＢ）を示し
ている。つぎに、フロート電源５は、整流ブリッジ１７
により入力電源（Ｐ，Ｎ）が交流および直流のどちらで
もよい構成とし、整流ブリッジ１７の整流出力を電流制
限抵抗１８および逆電圧保護用のダイオード１９を介し
て光源用の多数の発光ダイオード２０および光伝送用の
例えば１個の発光ダイオード２１の直並列回路に対して
供給し、発光ダイオード２０および発光ダイオード２１
をそれぞれ発光させ、多数の発光ダイオード２０の光出
力を太陽電池２２に照射して太陽電池２２を発電させ、
太陽電池２２の出力を出力調整用の可変抵抗２３を介し
て検出センサ２へ発光ダイオード１４の直流バイアス電
流として供給し、また、発光ダイオード２１の光出力を
光ファイバ６を通して判定装置４まで伝送するようにし
ている。

【００１９】この場合、整流ブリッジ１７の通過後に電
流制限抵抗１８によって発光ダイオード２０および発光
ダイオード２１に流す電流値を決定する。この際、発光
ダイオード２０および発光ダイオード２１の各１個に流
れる電流値が検出センサ２の発光ダイオード１４の電流
値と同じになるように、入力電源の電圧値に応じて発光
ダイオード２０，２１群の並びの構成を変えたものを準
備することにより、ＤＣ１００Ｖ、ＡＣ１００Ｖ、ＤＣ
２４Ｖなどの各種の電源に対応することができる。

【００２０】なお、太陽電池２２の受光部、発光ダイオ
ード２０，２１の発光部には外部光が入らない構造とし
て、太陽電池２２の受光部には、発光ダイオード２０の
出力光しか入らず、光ファイバ６には発光ダイオード２
１の出力光しか入らないようにして、外部光の影響を受
けないようにしている。検出センサ２側の発光ダイオー
ド１４の発光部についても同様であり、光ファイバ３に
は発光ダイオード１４の出力光しか入射しないようにし
ている。

【００２１】つぎに、判定装置４は、検出センサ２の発
光ダイオード１４から光ファイバ３を通して伝送された
光信号を第１の検出手段であるホトダイオード等の受光
素子２４で検出するとともに、フロート電源５の発光ダ
イオード２１から光ファイバ６を通して伝送された光信
号を第２の検出手段であるホトダイオード等の受光素子
２５で検出するようにしている。

【００２２】受光素子２４の出力信号は、以下に示す交
直分離手段で直流バイアス電流に対応する直流分と漏れ
電流に対応する交流分とに分けられる。まず、受光素子
２４の出力信号のうちの交流分は、バッファ２６で増幅
された後、直流遮断用のコンデンサ２７を通してゲイン
アンプ２８で既知のゲインで増幅され、例えばカットオ
フ周波数３００Ｈｚのローパスフィルタ（ＬＰＦ）２９
を通して絶対値回路３０に加えられ、絶対値回路３０で
全波整流された後平滑用のコンデンサ３１で平滑直流化
されてＡ／Ｄ変換器３２へ供給される。このＡ／Ｄ変換
器３２への入力は、漏れ電流に相当する値となる。

【００２３】一方、受光素子２４の出力信号のうちの直
流分は、バッファ３３で増幅された後、例えばカットオ
フ周波数１Ｈｚのローパスフィルタ３４を通ることでノ
イズが除去され、その後平滑用のコンデンサ３５で平滑
されてＡ／Ｄ変換器３２へ供給される。このＡ／Ｄ変換
器３２への入力は、直流バイアス電流に相当する値とな
る。

【００２４】以上の受光素子２４の後段のバッファ２
６，３３からローパスフィルタ２９，３４までの回路が
交直分離手段を構成している。また、受光素子２５の出
力信号は、フロート電源５の発光ダイオード２１の光信
号を受光するが、フロート電源５への入力電源（ＡＣま
たはＤＣ）の違いにより、発光ダイオード２１の光信号
は全波整流信号または直流信号の何れかとなり、受光素
子２５の出力信号も、全波整流信号または直流信号の何
れかとなる。何れにしても、受光素子２５の出力信号
は、バッファ３６で増幅された後、例えばカットオフ周
波数１Ｈｚのローパスフィルタ３７を通ることでノイズ
が除去され、その後平滑用のコンデンサ３８で平滑さ
れ、安定した直流電圧となってＡ／Ｄ変換器３２へ供給
される。このＡ／Ｄ変換器３２への入力は、発光ダイオ
ード２１の光信号レベルに相当する値となる。

【００２５】Ａ／Ｄ変換器３２では、上記３種の入力が
それぞれアナログ／デジタル変換されてデジタル信号と
なった後、バス３９を通してＣＰＵ４０ないしメモリ４
１へ送られ、各種処理が行われ、その処理結果が、バス
３９を通しパネルインターフェース４２を介して操作・
表示パネル４３へ送られ、例えば漏れ電流の値を表示す
る。なお、警報を発する場合もある。

【００２６】既知の電流ｉＢおよび、Ａ／Ｄ変換器３２
から得られる電流ｉＡに対応するデジタル値と電流ｉＢ
に対応するデジタル値との比に基づいて、アレスタ１に
実際に流れる漏れ電流の値に換算して表示することがで
きる。漏れ電流の値を所定のしきい値と比較すること
で、警報を発することもできる。また、上記２種の直流
入力を監視することで、各種不良の発生を検出すること
ができる。例えば、太陽電池２２もしくは発光ダイオー
ド１４の不良は電流ｉＣがあり、電流ｉＢがないことを
検出することで検出できる。また、フロート電源５への
入力電源の不良は、電流ｉＣの値で管理が可能である。

【００２７】この実施例の高絶縁型漏れ電流検出装置に
よれば、検出センサ２には発光ダイオード１４以外には
不良を招く確率の高い能動素子を使用せず、微少な漏れ
電流検出用ＣＴ１１の２次電流を直接発光ダイオード１
４に与え、発光ダイオード１４から出力される光信号を
第１の光ファイバ３で受光素子２４まで導いているの
で、検出センサ２を構成する能動素子などの部品の点数
を削減して長期的、環境的に見て信頼性を向上させるこ
とができるとともに、小型化を容易に実現することがで
きる。

【００２８】また、光源である発光ダイオード２０の光
を太陽電池２２に照射し、太陽電池２２の出力を発光ダ
イオード１４に供給するようにしているので、発光ダイ
オード２０と太陽電池２２との間が電気的に絶縁される
ことになり、電源から見たときの検出センサ２の絶縁も
行うことができる。さらに、発光ダイオード１４に太陽
電池２２から既知の直流バイアス電流を流して発光ダイ
オード１４のインピーダンスを低くし、この状態で微少
な漏れ電流検出用ＣＴ１１の２次電流を重畳させ、この
重畳電流で発光ダイオード１４を点灯させる構成である
ので、微少な漏れ電流検出用ＣＴ１１の２次電流の周期
的変化を発光ダイオード１４の光信号の変化として取り
出すことができ、第１の検出手段である受光素子２４の
出力信号を交流分と直流分とに分離して両信号の比を求
めることから、微少な漏れ電流検出用ＣＴ１１の２次電
流の周期的変化を精度よく検出することができる。

【００２９】また、発光ダイオード２０の光を光ファイ
バ６を介して受光素子２５で検出する構成であるので、
受光素子２４の出力信号の中の直流分と受光素子２５の
出力信号とを監視することにより、太陽電池２２の劣
化、発光ダイオード１４の異常、入力電源異常などを検
出することができ、信頼性を一層高めることができる。
また、判定装置４と検出センサ２を光ファイバ３で完全
に電気的に絶縁でき、信号伝送経路の電気的絶縁も確実
に行える。

【００３０】また、検出センサ２への供給電源となるフ
ロート電源５の出力とその入力用の電源（ＤＣまたはＡ
Ｃ）を完全に空間的に絶縁できる。また、検出センサ２
から判定装置４へ光信号で伝送するので、サージノイズ
は全く入らない。また、フロート電源５の光源用の発光
ダイオード２０の電流値が把握できるため、入力電源電
圧および温度の影響による発光量の減衰がわかり、検出
センサ２の光信号の直流分の信号と比較することによ
り、故障発生時の部位が限定しやすい。

【００３１】なお、発光ダイオード２１の光信号を判定
装置４に供給する構成は、フロート電源５を定電流出力
とすれば、特に必要なものではなく、無くてもよい。

【００３２】

【発明の効果】請求項１記載の高絶縁型漏れ電流検出装
置によれば、発光ダイオード以外には不良を招く確率の
高い能動素子を使用せず、微少な漏れ電流検出用ＣＴの
２次電流を直接発光ダイオードに与え、発光ダイオード
から出力される光信号を第１の光ファイバで第１の検出
手段まで導いているので、検出センサを構成する能動素
子などの部品の点数を削減して長期的、環境的に見て信
頼性を向上させることができるとともに、小型化を容易
に実現することができる。

【００３３】また、光源の光を太陽電池に照射し、太陽
電池の出力を発光ダイオードに供給するようにしている
ので、光源と太陽電池との間が電気的に絶縁されること
になり、電源から見た検出センサの絶縁も行うことがで
きる。さらに、発光ダイオードに太陽電池から既知の直
流バイアス電流を流して発光ダイオードのインピーダン
スを低くし、この状態で微少な漏れ電流検出用ＣＴの２
次電流を重畳させ、この重畳電流で発光ダイオードを点
灯させる構成であるので、微少な漏れ電流検出用ＣＴの
２次電流の変化を発光ダイオードの光信号の変化として
取り出すことができ、第１の検出手段の出力信号を交流
分と直流分とに分離して両信号の比を求めることから、
微少な漏れ電流検出用ＣＴの２次電流の変化を精度よく
検出することができる。

【００３４】請求項２記載の高絶縁型漏れ電流検出装置
によれば、光源の光を第２の光ファイバを介して第２の
検出手段で検出する構成であるので、第１の検出手段の
出力信号の中の直流分と第２の検出手段の出力信号とを
監視することにより、太陽電池の劣化、発光ダイオード
の異常、入力電源異常などを検出することができ、信頼
性を一層高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例の高絶縁型漏れ電流検出装
置の構成を示すブロック図である。

【図２】図１の高絶縁型漏れ電流検出装置の各部の波形
図である。

【図３】従来の高絶縁型漏れ電流検出装置の一例の構成
を示すブロック図である。

【符号の説明】

１ アレスタ ２ 検出センサ ３ 光ファイバ ４ 判定装置 ５ フロート電源 ６ 光ファイバ １１ 漏れ電流検出用ＣＴ １２ コンデンサ １３ ダイオード １４ 発光ダイオード １５ コンデンサ １６ 抵抗 １７ 全波整流器 １８ 抵抗 １９ ダイオード ２０ 発光ダイオード ２１ 発光ダイオード ２２ 太陽電池 ２３ 可変抵抗 ２４ 受光素子 ２５ 受光素子 ２６ バッファ ２７ コンデンサ ２８ ゲインアンプ ２９ ローパスフィルタ ３０ 絶対値回路 ３１ コンデンサ ３２ Ａ／Ｄ変換器 ３３ バッファ ３４ ローパスフィルタ ３５ コンデンサ ３６ バッファ ３７ ローパスフィルタ ３８ コンデンサ ３９ バス ４０ ＣＰＵ ４１ メモリ ４２ パネルインターフェース ４３ 操作・表示パネル

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アレスタの非直線抵抗素子の劣化や構造
   部品の絶縁劣化に起因する漏れ電流を検出する漏れ電流
   検出用ＣＴと、前記漏れ電流検出用ＣＴの出力端に接続
   された発光ダイオードと、前記発光ダイオードに直流バ
   イアス電流を与える太陽電池と、前記太陽電池に光を与
   える光源と、前記発光ダイオードの光を導出する第１の
   光ファイバと、前記第１の光ファイバの導出光を検出す
   る第１の検出手段と、前記第１の検出手段の出力から交
   流分と直流分を分離する交直分離手段とを備えた高絶縁
   型漏れ電流検出装置。
2. 【請求項２】 光源の光を導出する第２の光ファイバ
   と、前記第２の光ファイバの導出光を検出する第２の検
   出手段とを備えた請求項１記載の高絶縁型漏れ電流検出
   装置。