特開 2023-83093 絶縁監視装置および絶縁監視装置の制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023083093

(43)【公開日】2023-06-15

(54)【発明の名称】絶縁監視装置および絶縁監視装置の制御方法

(51)【国際特許分類】

   G01R 31/52 20200101AFI20230608BHJP

   G01R 31/58 20200101ALI20230608BHJP

   H02H 3/40 20060101ALI20230608BHJP

【ＦＩ】

G01R31/52

G01R31/58

H02H3/40 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021197241

(22)【出願日】2021-12-03

(71)【出願人】

【識別番号】502129933

【氏名又は名称】株式会社日立産機システム

(74)【代理人】

【識別番号】110001689

【氏名又は名称】青稜弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】皆川 明樹

【テーマコード（参考）】

2G014

5G058

【Ｆターム（参考）】

2G014AA15

2G014AA19

2G014AB33

2G014AC19

5G058AA02

5G058BB05

5G058BC16

5G058CC03

5G058CC09

(57)【要約】

【課題】
配線の絶縁監視において、各相の有効分漏れ電流を演算し、精度の高い絶縁監視を行うことを目的とする。
【解決手段】
単相３線式配線の合成漏れ電流と電圧とから有効分漏れ電流を求めて絶縁監視を行う場合に、配線のＲ相とＴ相の各相電流を検出する電流検出器を設け、これら合成漏れ電流、電圧、および各相電流に基づいて、ベクトル演算によりＲ相有効分漏れ電流とＴ相有効分漏れ電流とを求め、このＲ相有効分漏れ電流とＴ相有効分漏れ電流を夫々閾値と比較し、その比較結果により絶縁不良か否かを判断するようにした。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

零相変流器により配線の漏れ電流を検出する漏れ電流検出器と、配線の電圧を検出する電圧検出器とを備え、前記漏れ電流と前記電圧に基づき絶縁監視を行う監視演算処理部を備えた絶縁監視装置において、
前記配線を構成するＲ相とＴ相の各相電流を検出する電流検出器を設け、
前記監視演算処理部は、前記漏れ電流と前記電圧と前記各相電流とに基づいて、Ｒ相有効分漏れ電流およびＴ相有効分漏れ電流を演算し、該演算された前記Ｒ相有効分漏れ電流および前記Ｔ相有効分漏れ電流を使用して前記配線の絶縁監視を行う絶縁監視装置。

【請求項2】

請求項１に記載された絶縁監視装置において、
前記監視演算処理部は、前記Ｒ相有効分漏れ電流と前記Ｔ相有効分漏れ電流のいずれかが予め定めた閾値を超えている場合に絶縁不良と判断することを特徴とする絶縁監視装置。

【請求項3】

請求項１に記載された絶縁監視装置において、
前記監視演算処理部は、前記漏れ電流と前記電圧に基づき有効分漏れ電流を演算し、前記有効分漏れ電流、前記Ｒ相ｂ有効分漏れ電流、前記Ｔ相有効分漏れ電流の内のいずれかが予め定めた閾値を超えている場合に絶縁不良と判断することを特徴とする絶縁監視装置。

【請求項4】

請求項２に記載された絶縁監視装置において、
前記監視演算処理部は、前記判断の結果を表示部に表示するとともに、外部装置に伝送するようにしたことを特徴とする絶縁監視装置。

【請求項5】

零相変流器により配線の漏れ電流を検出する漏れ電流検出器と、配線の電圧を検出する電圧検出器とを備え、前記漏れ電流と前記電圧に基づき絶縁監視を行う監視演算処理部を備えた絶縁監視装置、配線の電圧を検出する電圧検出器とを備え、前記漏れ電流と前記電圧に基づき絶縁監視を行う絶縁監視装置の制御方法であって、
前記配線を構成するＲ相とＴ相の各相電流を検出し、前記漏れ電流と前記電圧と前記各相電流とに基づいて、Ｒ相有効分漏れ電流およびＴ相有効分漏れ電流を演算し、該演算された前記Ｒ相有効分漏れ電流および前記Ｔ相有効分漏れ電流に基づき前記配線の絶縁監視を行うようにした絶縁監視装置の制御方法。

【請求項6】

請求項５に記載された絶縁監視装置の制御方法において、
前記Ｒ相有効分漏れ電流と前記Ｔ相有効分漏れ電流のいずれかが予め定めた閾値を超えている場合に絶縁不良と判断することを特徴とする絶縁監視装置の制御方法。

【請求項7】

請求項５に記載された絶縁監視装置の制御方法において、
前記漏れ電流と前記電圧に基づき有効分漏れ電流を演算し、前記有効分漏れ電流、前記Ｒ相有効分漏れ電流、前記Ｔ相有効分漏れ電流のいずれかが予め定めた閾値を超えている場合に絶縁不良と判断することを特徴とする絶縁監視装置の制御方法。

【請求項8】

請求項６に記載された絶縁監視装置の制御方法において、
前記判断の結果を表示部に表示するとともに、外部装置に伝送するようにしたことを特徴とする絶縁監視装置の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、絶縁監視装置および絶縁監視装置の制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

零相変流器（ＺＣＴ）に基づき基本波の漏れ電流I0を検出し絶縁監視（絶縁不良発生の有無の判定）を行う基本波漏れ電流方式（I0方式）や、基本波の漏れ電流I0から有効分（抵抗分）の漏れ電流I0rを求めて絶縁監視を行う基本波有効分漏れ電流方式（I0r方式）が知られている。

【0003】

I0r方式の絶縁監視装置は、零相変流器による（合成）漏れ電流から基本波漏れ電流I0を演算し、この基本波漏れ電流I0と系統電圧（配線電圧）とに基づき基本波の有効分漏れ電流I0rの演算を行い、この有効分漏れ電流I0rの変化から配線、機器の絶縁劣化を判断し予防保全する機器である。I0r方式は、火災や感電の原因になる抵抗分（有効分）である有効分漏れ電流I0rを用いて絶縁監視を行うため、I0方式に比べて、より精度の高い絶縁監視を実現できる。このようなI0r方式の絶縁監視技術は、例えば、特開２０２０－８４４２号公報（特許文献１）に開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００２－８４４２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、上述した基本波有効分漏れ電流方式（I0r方式）では、例えば、単相３線式配線（電路）の絶縁監視を行う場合、各相（中性線Ｎの両側の線路であるＲ相、Ｔ相）で漏れ電流が発生したとしても、Ｒ相とＴ相における漏れ電流が打消し合い、有効分漏れ電流I0rが流れていないように見える事がある。すなわち、単相３線式電路における二つの非接地電線（電圧線）に漏れ電流が存在していたとしても、零相変流器により計測される漏れ電流Ｉ0は全相の成分が合成された漏れ電流を計測しているので、Ｒ相とＴ相の漏れ電流の大きさを独立して計測することはできない。このように、従来のI0r方式による絶縁監視方法では、相毎の漏れ電流を考慮して絶縁状態を適切に監視することはできていなかった。

【0006】

そこで、本発明の目的は、各相（Ｒ相、Ｔ相）の有効分漏れ電流を演算し、この各相の有効分漏れ電流を使用して絶縁監視を行うようにした絶縁監視装置および絶縁監視装置の制御方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、その一例を挙げると、零相変流器により配線の漏れ電流を検出する漏れ電流検出器と、配線の電圧を検出する電圧検出器とを備え、前記漏れ電流と前記電圧に基づき絶縁監視を行う監視演算処理部を備えた絶縁監視装置において、前記配線を構成するＲ相とＴ相の各相電流を検出する電流検出器を設け、前記監視演算処理部は、前記漏れ電流と前記電圧と前記各相電流とに基づいて、Ｒ相有効分漏れ電流およびＴ相有効分漏れ電流を演算し、該演算された前記Ｒ相有効分漏れ電流および前記Ｔ相有効分漏れ電流を使用して前記配線の絶縁監視を行う絶縁監視装置である。

【0008】

また、本発明の他の一例を挙げると、配線における漏れ電流を検出する零相漏れ電流検出器と、配線の電圧を検出する電圧検出器とを備え、前記漏れ電流と前記電圧に基づき絶縁監視を行う絶縁監視装置の制御方法であって、前記配線を構成するＲ相とＴ相の各相電流を検出し、前記漏れ電流と前記電圧と前記各相電流とに基づいて、Ｒ相有効分漏れ電流およびＴ相有効分漏れ電流を演算し、該演算された前記Ｒ相有効分漏れ電流および前記Ｔ相有効分漏れ電流に基づき前記配線の絶縁監視を行うようにした絶縁監視装置の制御方法である。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、配線を構成する各相の有効分漏れ電流を演算し、これら各相の有効分漏れ電流を使用して絶縁監視を行うことができるので、より精度の高い絶縁監視装置および絶縁監視装置の制御方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施例における絶縁監視装置の構成図である。

【図2】実施例１の演算処理部の機能を示す図である。

【図3】実施例１の演算処理部の演算処理動作のフローを示す図である。

【図4】各相の有効漏れ電流を演算する方法を説明するためのベクトル図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施形態（実施例）について図１～図４を用いて詳細に説明する。図１は、本発明の実施例における絶縁監視装置全体の構成を示す図である。図２は、図１の実施例における演算処理部の処理機能を示す図である。図３は、演算処理部の動作フローを示す図である。図４は、各相の有効分漏れ電流の演算方法を説明するためのベクトル図である。

【0012】

ここで、本発明は、以下に説明する実施例の記載内容に限定して解釈されるものではない。本発明の技術思想ないし趣旨から逸脱しない範囲で、その構成を変更しうることは当業者であれば容易に理解される。

【0013】

また、以下に説明する実施例の説明に使用する図面において、同一機器又は同様の機能を有する部分には同一の符号を共通して用い、すでに説明した内容については重複する説明を省略することがある。

【0014】

まず、図１により、実施例における絶縁監視装置の全体構成を説明する。図１において、配線１０１は、単相３線式の電路を構成する。１０２は、漏れ電流の合成電流を検出する零相変流器（ＺＣＴ）である。変流器１０３と変流器１０４は、夫々Ｒ相電流とＴ相電流を検出するために設けられる。１０５は、零相変流器１０２からの入力信号線である。１０６，１０７は、それぞれの変流器からの入力信号線である。また、１０８は電圧信号線である。漏れ電流計測回路１１１は、零相変流器１０２の電流信号を入力し変換増幅して合成された漏れ電流を検出する。電流計測回路１１２,１１３は、変流器１０３,１０４の電流信号を入力し、変換増幅を行いＲ相,Ｔ相の電流を計測する。電圧入力回路１１４は、電圧信号を変換増幅し、Ｒ－Ｎ間の電圧を検出する。

【0015】

そして、漏れ電流計測回路１１１の出力である漏れ電流、電圧入力回路１１４の出力である線間電圧、電流計測回路１１２の出力であるＲ相電流、および電流計測回路１１３の出力であるＴ相電流は、Ａ／Ｄ変換器１１５に入力される。

【0016】

Ａ／Ｄ変換器１１５は、入力される各計測値（アナログ値）を入力し、デジタル信号に変換する。ここで、検出された電流はノイズや高調波成分が含まれているので、各検出値について、デジタルフィルタ等の技術を用いて基本波成分のみを取り出す。したがって、Ａ／Ｄ変換器１１５の出力は、高調波やノイズを取り除いたデジタル化された、基本波の合成漏れ電流、電圧、Ｒ相電流、Ｔ相電流である。

【0017】

監視演算処理部１２０は、Ａ／Ｄ変換器１１５の出力値（I0、Ｖ、ＩR、およびＩT）を所定タイミング毎に取込んで内部メモリに記憶し、これらの検出値を用いて、基本波の有効漏れ電流I0r、Ｒ相の有効漏れ電流I0r(R)、Ｔ相の有効分漏れ電流I0r(T)を演算する。この演算方法については後述する。

【0018】

そして、監視演算処理部１２０は、これらの有効分漏れ電流をそれぞれ閾値と比較し、比較結果に応じて配線、機器の絶縁劣化の状態を判断し絶縁監視を行う。すなわち、例えば、有効分漏れ電流I0rが閾値（判断の基準値）を超えていない場合でも、Ｒ相有効分漏れ電流I0r(R)、Ｔ相有効分漏れ電流I0r(T)のいずれかが閾値を超えている場合には絶縁不良であると判断する。この判断結果は、表示部に表示し、上位装置に伝送するなどの対応を行う。また、絶縁不良を判断した場合には、監視演算処理部１２０により、供給電力を遮断する電路遮断を行うようにしても良い。

【0019】

監視演算処理部１２０は、具体的にはコンピュータ、ＰＬＣ、プロセッサなどの計算機機能を有するもので実現することができる。この図１の実施例の場合の監視演算処理部１２０は、メモリ１２１、中央演算処理装置（以下、ＣＰＵ）１２２、設定部１２３、表示部１２４、通信入出力部（以下、Ｉ／Ｏ）１２５、およびバス１２６で構成する。

【0020】

メモリ１２１は、ＣＰＵ１２２による演算処理を実行するためのプログラムを記憶する。また、メモリ１２１は、設定部１２３により設定された設定情報、Ａ／Ｄ変換器１１５の出力値、ＣＰＵ１２２の演算処理結果、等の情報（データ）を記憶する。

【0021】

ＣＰＵ１２２は、記憶されたプログラムに従い監視のための演算処理を実行する。具体的には、ＣＰＵ１２２は、記憶されたＡ／Ｄ変換器１１５の出力値（I0、Ｖ、ＩR、およびＩT）に基づいて、有効分漏れ電流I0r、Ｒ相有効分漏れ電流I0r(R)、Ｔ相有効分漏れ電流I0r(T)を演算し、配線（電路）の絶縁状態の診断を行う。この演算処理結果は、メモリ１２１に記憶する。

【0022】

さらに、ＣＰＵ１２２は、この記憶された情報を表示部１２４に表示し、またそれらの情報を上位装置に送信するなどの制御を行う。表示部１２４は、メモリに記憶された計測値や演算処理結果等の情報を表示するために設けられる。また、I／Ｏ１２５は、計測値や演算処理結果等の情報を外部装置（この例では、上位装置）に送信するための通信制御を実行する。

【0023】

なお、監視演算処理部１２０における有効分漏れ電流I0r、Ｒ相有効分漏れ電流I0r(R)、Ｔ相有効分漏れ電流I0r(T)の演算方法については、後述する。

【0024】

ここで、図１に示す監視演算処理部１２０の主な機能を図２により説明する。図２において、監視演算処理部１２０は、計測処理部２２１、メモリ部２２２、演算処理部２２３、設定処理部２２４、表示処理部２２５、通信処理部２２６の機能を有する。

【0025】

まず、メモリ部２２２は、プログラムを格納し、計測（検出）したデータや情報、および演算処理結果を格納する等を格納（記憶）する機能を有する。計測処理部２２１では、計測した値を処理してメモリ部２２２に格納する機能である。

【0026】

設定処理部２２４は、設定部により設定された設定情報をメモリ部２２２に格納する機能である。

【0027】

そして、演算処理部２２３は、メモリ部に格納された計測値を使用して、基本波の有効分漏れ電流I0r、Ｒ相有効漏れ電流I0r(R)、Ｔ相有効漏れ電流I0r(T)を演算し、メモリ部２２２に記憶する機能を有する。さらに、演算処理部２２３は、これらの演算結果を用いて電路の絶縁状態の診断を行い、その判断結果をメモリ部２２２に格納する機能を有する。

【0028】

通信処理部２２６は、メモリ部２２２に格納された計測値、絶縁状態の判断結果などの情報を外部装置に送信する機能である。表示処理部２２５は、メモリ部２２２に格納された計測値、絶縁状態の判断結果などのデータや情報を表示する機能である。

【0029】

次に、図１に示す監視演算処理部１２０内の、有効分漏れ電流、および各相（Ｒ相、Ｔ相）の有効分漏れ電流の演算の処理フローを、図３および図４を用いて説明する。図３は演算処理動作のフロー図であり、図４は動作説明のためのベクトル図である。なお、図３の動作フローと、図４のベクトル演算との関係を対応付けるために、図３の各ステップ番号に対応させて、図４に（ ）書きで記載している。

【0030】

まず、図３のステップＳ３０１において、記憶されている基本波の漏れ電流I0と電圧とからベクトル演算により、有効分漏れ電流I0rを計算する。すなわち、図４の（ステップＳ３０１）に示すように、基本波の漏れ電流Ｉ0と配線の電圧に基づき、有効分漏れ電流Ｉ0rを求める。なお、図４のＩ0cは静電容量分漏れ電流である。

【0031】

次に、ステップＳ３０２において、電圧とＲ相電流Ｉ(R)の位相差角度Ａを計算する。これは、図４における（Ｓ３０２）である。なお、図４に示すように、Ｒ－Ｎ線間電圧ＶTの位相は、Ｔ－Ｎ線間電圧ＶRの位相とは逆位相の関係である。

【0032】

次に、図３のステップＳ３０３に進み、基本波漏れ電流I0の先端を通る角度Ａの直線とＴ相電流ＩTとの交点を求め、その交点の値をＴ相分の漏れ電流I0(T)とする。すなわち、図４の（Ｓ３０３）において、I0の先端位置を通りＩRの位相に平行に直線を引き、その直線がＴ相電流ＩTと交わる位置を、Ｔ相の漏れ電流I0(T)として求める。

【0033】

次に、図３のステップＳ３０４において、Ｔ相の漏れ電流I0(T)からＴ相の有効分漏れ電流I0r(T)をベクトル演算により求める。すなわち、図４の（Ｓ３０４）示すように、Ｔ相の漏れ電流I0(T)の電圧位相分であるＴ相有効分漏れ電流値I0r(T)をベクトル演算により求める。

【0034】

続いて、図３のステップＳ３０５において、基本波の有効分漏れ電流I0rからＴ相有効分漏れ電流値I0r(T)を差し引くことにより、Ｒ相有効分漏れ電流値I0r(R)を求める。つまり、図４の（Ｓ３０５）に示すように、「I0r(R)＝I0r － I0r(T) 」の演算によりI0r(R)を求める。

【0035】

このようにして、監視演算処理部１２０は、図３に示す演算動作を実行し、有効分漏れ電流Ｉ0r、Ｔ相有効分漏れ電流値Ｉ0r(T)、Ｒ相有効分漏れ電流値Ｉ0r(R)を演算することができる。

【0036】

監視演算処理部１２０は、これらの演算結果に基づき、配線電路の絶縁状態を監視する。すなわち、上述したように、これらの値と、予めメモリに記憶しておいた閾値とを比較し、閾値を超えているか否かにより絶縁状態の良否を判断する。判断の結果、いずれかの演算値が閾値を超えている場合には、絶縁不良と判断し、そうでない場合は絶縁に問題はないと判断する。その判断結果は表示部に表示される。さらに、その判断結果は、通信制御部を介して上位装置に伝送される。絶縁不良であると判断された場合、監視演算処理部１２０あるいは上位装置は、遮断器等を操作して、配線１０１に供給される電力を遮断する。

【0037】

上述した本発明の実施例における絶縁監視装置によれば、単相３線式の配線の絶縁監視を行う場合に、各相の漏れ電流が合成された零相有効電流だけでなく、各相の有効分漏れ電流を演算することができるので、これら各相の有効分漏れ電流を使用して、より精度の高い絶縁監視を実現することができる。

【0038】

以上本発明の実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、本発明は様々な変形例が含まれる。また、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されない。

【符号の説明】

【0039】

１００…絶縁監視装置、１０１…配線、１０２…零相変流器、１０３…変流器、１０４…変流器、１０５～１０７…入力信号線、１０８…電圧信号線、１１１…漏れ電流計測回路、１１２…電流計測回路、１１３…電流計測回路、１１４…電圧入力回路、１１５…Ａ／Ｄ変換器、１２０…監視演算処理部、１２１…メモリ、１２２…ＣＰＵ、１２３…設定部、１２４…表示部、１２５…Ｉ／Ｏ、１２６…バス、２２１…計測処理部、２２２…メモリ部、２２３…演算処理部、２２４…設定処理部、２２５…表示処理部、２２６…通信処理部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】