絶縁測定方法及び装置
【課題】正確に対地絶縁抵抗を測定できる絶縁測定方法及び装置を提供する。
【解決手段】信号発生・重畳手段３１により複数の周波数の信号を出力するとともに、該信号を電路に重畳し、この重畳された信号により電路１に発生した電圧信号Ｖｇ１と電流信号Ｉｇ１を活線絶縁診断装置３３の入力に与え、電圧信号Ｖｇ１と電流信号Ｉｇ１により各周波数における抵抗成分と静電容量成分を得るとともに、これら各周波数における抵抗成分と静電容量成分の結果と、前記電圧と電流を検出した箇所から見た電路の抵抗、静電容量、誘電損失の等価回路をフィッテングし、電路１の対地絶縁抵抗、対地静電容量、誘電損失の少なくともひとつを求める。
【解決手段】信号発生・重畳手段３１により複数の周波数の信号を出力するとともに、該信号を電路に重畳し、この重畳された信号により電路１に発生した電圧信号Ｖｇ１と電流信号Ｉｇ１を活線絶縁診断装置３３の入力に与え、電圧信号Ｖｇ１と電流信号Ｉｇ１により各周波数における抵抗成分と静電容量成分を得るとともに、これら各周波数における抵抗成分と静電容量成分の結果と、前記電圧と電流を検出した箇所から見た電路の抵抗、静電容量、誘電損失の等価回路をフィッテングし、電路１の対地絶縁抵抗、対地静電容量、誘電損失の少なくともひとつを求める。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電路の絶縁インピーダンスを測定する絶縁測定方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電路の絶縁診断は、電路における地絡事故を未然に防止するために重要な作業である。しかし、活線運転中の電路を停電状態にすると、例えば、工場などにおいては生産工程の中断などにより生産コストが上昇する等の損害が発生する。このため、停電状態とせずに活線状態のままで絶縁診断を行うことが望まれる。
【０００３】
そこで、電路が活線状態でも測定可能な絶縁測定装置が必要となり、それを実現する手段として、活線絶縁診断装置が用いられている。
【０００４】
図５（ａ）は、従来の活線絶縁診断装置の一例を説明するもので、装置の概略構成を示している。
図において、１は三相電路で、ここでは三相Ｙ結線された電路全体を表している。三相電路１の中性点２には、中性点２を接地するための接地線３が接続されている。この接地線３の途中には、信号発生・重畳手段４が接続されている。この信号発生・重畳手段４は、例えば周波数＝１Ｈｚの信号を発生する信号発生手段と、この信号を接地線３に重畳するための電源を有している。
【０００５】
このような三相電路１は、接地線３のみを通じて接地されており、接地線３をはずして電路側を見たときの対地絶縁抵抗は理想的には無限大で、対地静電容量も理想的にはゼロである。しかし、現実には、電路の絶縁材は理想的な絶縁体ではなく、また誘電率もゼロではない。このため実際は、電路と対地間の絶縁抵抗は有限の値になり、また対地静電容量も有限の値となる。
【０００６】
ここで、図５（ａ）に示すように、電路全体と対地間の絶縁抵抗５をＲｇ１、対地静電容量６をＣｇ１とした等価回路で置き換えて考えることとする。この場合、信号発生・重畳手段４より接地線３に対し周波数１Ｈｚの信号が重畳されたとき絶縁抵抗５に流れる電流、すなわちＲｇ１に流れる電流中の信号周波数成分の電流をＩｇＲ１とし、同様に、対地静電容量６に流れる電流、すなわちＣｇ１に流れる電流中の信号周波数成分の電流を、ＩｇＣ１とすると、接地線３に流れる信号周波数成分電流、すなわち零相電流Ｉｇ１は、ＩｇＲ１とＩｇＣ１のベクトル和となる。
【０００７】
これによりＩｇＲ１とＩｇＣ１は、図５（ｂ）に示すような関係となる。同図において、零相電流Ｉｇ１と対地静電容量６に流れる電流ＩｇＣのなす角度θは、
【数１】
で表わされる。
【０００８】
そこで、上述の対地絶縁抵抗Ｒｇ１を測定するために、以下に述べるような方法が用いられる。この場合、接地線３に発生する電圧信号をＶｇ１、接地線３に流れる零相電流をＩｇ１とすると、これら電圧信号Ｖｇ１と零相電流Ｉｇ１を、そのまま活線絶縁診断装置２０の入力に与える。ここで、零相電流Ｉｇ１の検出手段としてＺＣＴ（零相変流器）７が用いられている。
【０００９】
活線絶縁診断装置２０には、狭帯域増幅回路２１が設けられている。この狭帯域増幅回路２１には電圧信号Ｖｇ１が与えられ、信号発生・重畳手段４で印加した周波数成分（例えば１Ｈｚ）だけを取り出して、基準信号とする。狭帯域増幅回路２１は同時に、電圧信号Ｖｇ１からノイズを除去する働きも有している。
【００１０】
また、活線絶縁診断装置２０には、位相検波器、ＰＳＤ２２、ＰＳＤ２３が設けられている。これらＰＳＤ２２、ＰＳＤ２３には、ＺＣＴ７で検出された零相電流Ｉｇ１が与えられている。
【００１１】
ＰＳＤ２２には、狭帯域増幅回路２１の出力である基準信号がそのまま参照信号として印加されている。また、ＰＳＤ２３には、狭帯域増幅回路２１の出力である基準信号を９０度移相器２４によって９０度位相シフトした信号が参照信号として印加されている。
【００１２】
これらＰＳＤ２２、ＰＳＤ２３には、平均化回路２５、２６を各別に介して演算回路２７が接続されている。これにより、ＰＳＤ２２の出力を平均化回路２５で平均化すると、基準信号以外の周波数成分はキャンセルされ、基準信号の周波数成分に比例した電圧だけが残る。この結果、電圧信号Ｖｇ１と同相の成分、すなわち対地絶縁抵抗成分電流ＩｇＲ１に比例した出力が得られる。また、ＰＳＤ２３の出力を平均化回路２６で平均化すると、同様に、基準信号の周波数成分に比例した電圧だけが残る。ＰＳＤ２３は９０度位相シフトした参照信号で位相検波しているため、電圧信号Ｖｇ１とは９０度位相の異なった成分、すなわち対地容量成分電流ＩｇＣ１に比例した出力が得られる。
【００１３】
これら平均化回路２５、２６の出力は演算回路２７に与えられ、下記のような演算が行われる。
【００１４】
Ｒｇ１＝Ｖｇ１／ＩｇＲ１
Ｃｇ１＝ＩｇＣ１／２πｆＶｇ１
これにより、対地絶縁抵抗Ｒｇ、対地容量Ｃｇを知ることができ、これらの結果は表示回路２８に表示される。
【００１５】
このようにして、三相電路１の中性点２付近で電圧信号Ｖｇ１と零相電流Ｉｇ１を検出すれば、三相電路１全体の対地絶縁抵抗や対地容量を知ることができる。
なお、図５（ａ）において、電路の一部分、例えば遮断器９から負荷８へ通じる電路のみの、対地絶縁抵抗Ｒｇ２や対地静電容量Ｃｇ２を知るには、遮断器９付近で、上述したと同様にして電圧信号Ｖｇ２及び電流信号Ｉｇ２を検出し、活線絶縁診断装置２０にて同様に処理すればよい。ここで、１０は、電流電流Ｉｇ２を検出するためのＺＣＴである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
ところで、このような方法により求められる対地静電容量Ｃｇ１（Ｃｇ２）は、理想的な容量ではなく、実際には誘電損失Ｄが存在する。この誘電損失Ｄは、電路に使われる電材や設置場所などの条件により決まるので、測定箇所により異なった値を示す。
【００１７】
ここで誘電損失Ｄは周知の如く、下記のようなものである。
【００１８】
容量に交流電圧を加えると、損失がなければ電流の位相は電圧に対して９０°進み、電力を消費しない。しかし損失があるときには位相がδだけ遅れ、電力が消費される。ここでδは損失角である。誘電損失Ｄ＝ｔａｎδは損失の割合を表し、損失角の正接とも呼ぶ。
【００１９】
ある周波数の交流信号で絶縁測定を行う場合、誘電損失Ｄを考慮すると、抵抗分Ｒｄが上述した対地静電容量Ｃｇ１（Ｃｇ２）に並列に接続されているのと等価な状態となる。この等価的な抵抗分Ｒｄは、上述の対地絶縁抵抗Ｒｇ１（Ｒｇ２）とも並列に接続されていることになるので、従来の方法では対地絶縁抵抗Ｒｇだけを正確に測るのは困難であった。
【００２０】
一方、等価的な抵抗分Ｒｄは、抵抗値は周波数に反比例した値を示すが、位相は周波数によらず０°となる性質を有している。即ち、抵抗値の周波数特性は容量的であり、位相の周波数特性は抵抗的である。
【００２１】
これにより、ある周波数における誘電損失Ｄによる抵抗分をＲｄとすると、測定箇所の対地インピーダンス、つまり対地間の絶縁抵抗Ｒｇ、対地静電容量Ｃｇとした等価回路は、図６のように表すことができる。
【００２２】
ここで絶縁抵抗Ｒｇの逆数をＧｇ、誘電損失による抵抗分Ｒｄの逆数をＧｄとすると、Ｒｇ、Ｒｄ、Ｇｇ、Ｇｄの間には、
【数２】
という関係がある。
【００２３】
従来の方法で、このような等価回路の対地絶縁抵抗を測定した場合は、ＲｇとＲｄを区別することができないため、対地絶縁抵抗として得られる結果はＲｇではなく、ＲｇとＲｄが並列接続された値、（Ｒｇ・Ｒｄ）／（Ｒｇ＋Ｒｄ）となってしまう（逆数であるコンダクタンスは、Ｇｇ＋Ｇｄとなる。）。
【００２４】
このため、ＲｄがＲｇにくらべて充分大きいとみなせない限り、Ｒｄの影響を無視することはできず、対地間の絶縁抵抗としてこの方法で測定した値は常にＲｇよりも小さな値となる。このことが対地絶縁抵抗測定の測定限界を下げ、また測定の信頼性を損ねる大きな要因となっていた。
【００２５】
例えば、停電時にＤＣメガーで行った対地絶縁抵抗の測定値が１０ＭΩ程度であった箇所において、従来の方法により活線絶縁測定を行なうと、対地絶縁抵抗が１００ｋΩ程度の値を示すようなことも珍しくなく、著しく信頼性を欠く測定になっていた。
このように、従来の技術による活線絶縁診断装置は、誘電損失Ｄによって誤差を生じ易く、正確な対地絶縁抵抗を測定することができないという問題点があった。
【００２６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、活線状態で正確な対地絶縁抵抗を測定できる絶縁測定方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
請求項１記載の発明は、複数の周波数の信号を、順次もしくは同時に出力し、該信号を電路に重畳する第１のステップと、前記第１のステップで重畳された信号により前記電路に発生した電圧を知る第２のステップと、前記第１のステップで重畳された信号により前記電路に流れた電流を知る第３のステップと、前記第２及び第３のステップで得られた電圧と電流の各信号周波数成分により各周波数におけるインピーダンスと位相差、もしくは各周波数における抵抗成分と静電容量成分を得る第４のステップと、前記第４のステップで得られたインピーダンスと位相差、もしくは各周波数における抵抗成分と静電容量成分の結果と、前記電圧と電流を検出した箇所から見た電路の抵抗、静電容量、誘電損失の等価回路をフィッテングし、該電路の対地絶縁抵抗、対地静電容量、誘電損失の少なくともひとつを求める第５のステップと、を具備することを特徴としている。
【００２８】
請求項２記載の発明は、複数の周波数を、順次もしくは同時に出力可能な信号発生手段と、前記信号発生手段より発生される信号を電路に重畳する信号重畳手段と、前記電路に重畳された信号により電路に発生した電圧を知る電圧検出手段と、前記電路に重畳された信号により電路に流れた電流を知る電流検出手段と、前記電圧検出手段及び電流検出手段で得られた電圧と電流の各信号周波数成分により各周波数におけるインピーダンスと位相差、もしくは各周波数における抵抗成分と静電容量成分を得るとともに、これら得られたインピーダンスと位相差、もしくは各周波数における抵抗成分と静電容量成分の結果と、前記電圧と電流を検出した箇所から見た電路の抵抗、静電容量、誘電損失の等価回路をフィッテングし、該電路の対地絶縁抵抗、対地静電容量、誘電損失の少なくともひとつを求める演算手段と、を具備することを特徴としている。
【００２９】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記信号重畳手段に並列に、スイッチ手段を設けることを特徴としている。
【００３０】
請求項４記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記信号重畳手段は、トランスを介して前記電路に接続されることを特徴としている。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、正確な対地絶縁抵抗を活線状態で測定できる絶縁測定方法及び装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の実施の形態を図面に従い説明する。
【００３３】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態にかかる絶縁測定装置の概略構成を示すもので、図５と同一部分には、同符号を付している。
【００３４】
この場合、三相電路１の中性点２を接地するための接地線３の途中には、信号発生手段及び信号重畳手段としての信号発生・重畳手段３１が接続されている。この信号発生・重畳手段３１は、複数の異なる周波数の信号を発生する信号発生手段を有し、これら複数の周波数の信号を時間ごとに区切って複数回に分けて順次出力可能とし、また、これらの信号を接地線３に重畳するための電源を有している。
【００３５】
接地線３には、電流検出手段としてＺＣＴ３２が接続されている。このＺＣＴ３２は、接地線３に流れる零相電流、つまり電流信号Ｉｇ１を検出するものである。ＺＣＴ３２で検出される電流信号Ｉｇ１は、不図示の電圧検出手段により検出される接地線３の電圧信号Ｖｇ１とともに活線絶縁診断装置３３の入力に与えられる。
活線絶縁診断装置３３は、演算手段としての演算処理部３４と表示回路３５により構成されている。演算処理部３４は、電圧信号Ｖｇ１と電流信号Ｉｇ１から、信号周波数における抵抗成分と容量成分を演算するものである。表示回路３５は、演算処理部３４で演算した結果を表示するものである。
【００３６】
また、この場合の測定箇所の対地インピーダンスは、電路全体と対地間の絶縁抵抗５をＲｇ１、対地静電容量６をＣｇ１、信号周波数ｆにおける電路の誘電損失Ｄの抵抗分３６をＲｄ１（ｆ）で表わした等価回路Ａで考えることとする。
【００３７】
このような構成において、いま、ＺＣＴ３２で検出される電流信号Ｉｇ１と接地線３上に発生する電圧信号Ｖｇ１が活線絶縁診断装置３３の入力に与えられると、演算処理部３４は、電圧信号Ｖｇ１と電流信号Ｉｇ１をＡＤ変換し、得られたディジタルデータ列を、ディジタルフーリエ変換等を施すことによって、Ｖｇ１やＩｇ１の信号周波数成分を取り出し、これをもとに信号周波数における抵抗成分と静電容量成分を算出する。
【００３８】
具体例として、いま、図２に示すような信号周波数ｆ１における電圧信号Ｖｇ１と電流信号Ｉｇ１が演算処理部３４の入力に与えられると、演算処理部３４は、これら電圧信号Ｖｇ１と電流信号Ｉｇ１をサンプリングしてＡＤ変換し、該信号周波数ｆ１の電圧値と電流値をディジタルデータ列として求める。さらに電圧分を基準とした電流の位相θ（図示例では４５°）を求め、電圧値と電流値から求めたインピーダンスＺの絶対値と位相θから信号周波数ｆ１における抵抗成分と静電容量成分を算出する。以下、信号周波数ｆ２、ｆ３…での電圧信号Ｖｇ１と電流信号Ｉｇ１についても、同様にして抵抗成分と静電容量成分を算出する。
【００３９】
このような方法は、ディジタルフーリエ変換等の処理をソフトウェア的に切り替えるだけで複数の信号周波数に対応でき、回路の複雑化を避けることができるので、本発明に好適である。
演算処理部３４ではさらに、後述のように複数の周波数における抵抗成分と静電容量成分から、直流での対地絶縁抵抗の値、誘電損失の値、対地静電容量の値を算出する。なお、演算処理部３４では、各周波数におけるインピーダンスと位相差から対地絶縁抵抗、誘電損失、対地静電容量を算出することもできるが、ここでは、各周波数における抵抗成分と静電容量成分から算出する例を説明する。
【００４０】
以下に、直流での対地絶縁抵抗、誘電損失、及び対地静電容量の算出方法を説明する。
【００４１】
この場合、上述したように測定に用いる複数の信号周波数をｎ個とし、それぞれの周波数成分について求めた電圧及び電流値から静電容量成分と抵抗成分を個別に算出するが、そのときの静電容量分及び抵抗分を、それぞれＣｇｍ１、Ｃｇｍ２、…、Ｃｇｍｎ及びＲｍ１、Ｒｍ２、…、Ｒｍｎとし、それぞれの重畳信号の周波数をｆ１、ｆ２、…、ｆｎとする。また、上記抵抗分の逆数をそれぞれＧｍ１＝１／Ｒｍ１、Ｇｍ２＝１／Ｒｍ２、…、Ｇｍｎ＝１／Ｒｍｎとする。
【００４２】
いま、ｋ番目の周波数における誘電損失をＤｋ、この誘電損失による抵抗分の本等価回路における理論値をＲｄｋとおく。さらに、その逆数であるコンダクタンスをＧｄｋ（＝１／Ｒｄｋ）とおく。
【００４３】
このとき、コンダクタンスの測定値と、等価回路Ａであらわしたときの理論値との２乗誤差Ｉは
【数３】
と表すことができる。
【００４４】
この式中、Ｇｍｋは測定で得られる値であり、ｆｋは測定に際して測定者が指定する値であるので既知である。
【００４５】
またＣｋ及びＤｋは等価回路モデル上では一定なので、この両者の積に２πを掛けたもの（＝２πＣｋＤｋ）を定数αと置く。このαを用いてＩの式を書き直すと、
【数４】
となる。
【００４６】
ここからＩを最小にするようなＧｇ及びαを決めれば、そのＧｇ及びαが、この等価回路Ａのもとで、もっとも理論値との２乗誤差を小さくする値、言い換えると測定値から等価回路Ａの元で推定される妥当な値、ということができる。
【００４７】
そして、Ｒｇ＝１／Ｇｇの関係を用いれば、交流信号での複数の測定値から直流での絶縁抵抗の値を求めることができる。
【００４８】
Ｉに極値を取らせるようなＧｇ、αは、
【数５】
を満たす。
これを行列の形で書き直すと、
【数６】
となる。
【００４９】
この２つの条件から、α及びＧｇは、ｋ≧２のとき、すなわち複数の周波数で測定した時に、
【数７】
によって算出することができることがわかる。
Ｇｇは対地絶縁抵抗の逆数なので、複数の測定から求められる理論値との二乗誤差がもっとも小さくなるような対地絶縁抵抗Ｒｇの値を
【数８】
で与えることができる。
【００５０】
こうして得られたＲｇが、図１に示す等価回路ＡにおけるＲｇ１となる。
Ｃｇは、Ｃｇｍ１、Ｃｇｍ２、…、Ｃｇｍｎの平均値として得ることができ、図１に示す等価回路ＡにおけるＣｇ１となる。
【００５１】
対地容量の損失係数Ｄは、上述のα、Ｃｇから
【数９】
で求めることができる。
ある周波数ｆにおけるＲｄ、即ちＲｄ（ｆ）は、ＣｇとＤから、
Ｒｄ＝１／（２πｆＣｇＤ）＝１／（ｆα）
で求めることができ、図１に示す等価回路ＡにおけるＲｄ１（ｆ）となる。
【００５２】
したがって、このようにすれば、三相電路１の接地線３で測定される電圧信号Ｖｇ１と電流信号Ｉｇ１から求められる複数の周波数における抵抗成分と静電容量成分の結果と等価回路Ａをフィッテングする、いわゆる最小２乗法により、直流での対地絶縁抵抗Ｒｇ１、誘電損失の抵抗分Ｒｄ、対地静電容量Ｃｇ１を算出することができるので、従来の対地容量の誘電損失Ｄの存在を考慮していなかったものと比べ、対地静電容量Ｃｇ１に含まれる誘電損失Ｄを確実に区別して算出することができる。これにより、算出された誘電損失Ｄにより、該誘電損失Ｄの影響を補正することにより、対地絶縁抵抗をより正確に求めることが可能となる。
【００５３】
また、三相電路１の接地線３の電圧信号Ｖｇ１と電流信号Ｉｇ１を測定するのみで、三相電路１全体の対地絶縁抵抗Ｒｇ１や誘電損失を含む対地静電容量Ｃｇ１を知ることができるので、対地絶縁抵抗の測定を簡単に行なうことができる。
【００５４】
なお、上述では、三相電路１の中性点２での対地間の絶縁抵抗、対地静電容量やその誘電損失を知る方法について述べたが、電路の一部分、例えば、図１に示す遮断器９から負荷８へ通じる電路の対地絶縁抵抗Ｒｇ２、対地静電容量Ｃｇ２及び誘電損失の抵抗分Ｒｄ２を知るためには、遮断器９付近で、上述したと同様にして電圧信号Ｖｇ２と電流信号Ｉｇ２を検出し、活線絶縁診断装置３３の演算処理部３４にて同様に処理すればよい。ここで、３７は、零相電流Ｉｇ２を検出するためのＺＣＴである。
【００５５】
ところで、複数の周波数について求められた静電容量分Ｃｇｍ１、Ｃｇｍ２、…、Ｃｇｍｎについて考えると、これらは等価回路の元ではすべて一致するはずの性質のものである。しかし、現実には、等価回路と現実の測定対象は厳密に一致するとは限らず、周波数によって若干の変化を示す場合などがある。またノイズなどによる測定誤差もあるため、各周波数において得られた対地容量の値は、すべて同じになるとは限らない。
【００５６】
そこで、この対地容量の測定値のばらつき具合を、等価回路と現実の回路とのずれや測定誤差の度合いによるものと考えると、実際の測定の妥当性を示す尺度として考えることができる。
ｎ個の測定値のＣｇｍｋの平均値をＣｇＡＶ、標準偏差をσｃｇとして、ずれの度合い△を、△＝σｃｇ／ＣｇＡＶで定義する。△は、０に近いほど妥当性が高い。
この△によって、さまざまな条件の測定対象に対して対地容量の値によらず比較可能な指標を得ることができる。
△が大きい場合、即ち活線状態の測定結果が信頼できないときには、停電してＤＣメガーを用いて対地絶縁抵抗を測定せざるを得ない場合もあった。例えば△が０．１のとき、静電容量の測定結果は±１０％以上ばらついていることになる。±４σを基準として装置の測定確度を定める場合、このときの測定確度は±４０％となる。
【００５７】
一般的な測定器においては、±４０％という測定確度は、かなり悪い値である。しかし従来の活線絶縁測定においては、誘電損失の影響により、実際はこの程度の確度すら得られないこともあった。
より正確に対地絶縁抵抗を知りたい場合には、ＤＣメガーを用いて、直流で抵抗を測定する方法がある。しかしこの方法では停電状態として測定する必要があるため、大きな損害を伴うことがあった。
【００５８】
本発明によれば、ずれの度合い△により、測定結果がどの程度信頼できるものかを知ることができるので、活線状態のままでも的確な絶縁測定を行うことができ、損害を伴うことなく正確な電路の絶縁診断を実現することができる。
【００５９】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。
【００６０】
第１の実施の形態では、信号発生・重畳手段３１は、複数の周波数の信号を、時間ごとに区切って複数回に分けて順次出力するようにしていたが、これに代えて、複数の周波数の信号を重畳して同時に出力するようなものを用いることもできる。
【００６１】
この場合、活線絶縁診断装置３３の演算処理部３４では、第１の実施の形態と同様、まず、電圧信号Ｖｇ１と電流信号Ｉｇ１から、信号周波数における抵抗成分と容量成分を求める。この方法として、電圧信号Ｖｇ１と電流信号Ｉｇ１をＡＤ変換し、得られたディジタルデータ列を、ディジタルフーリエ変換等を施すことによって、Ｖｇ１やＩｇ１の信号周波数成分を取り出し、これをもとに信号周波数における抵抗成分と静電容量成分を算出する方法などが用いられる。
【００６２】
第１の実施の形態は、このような動作を周波数毎に繰り返し、抵抗成分と容量成分を得る処理を得る必要があったが、この第２の実施の形態では、複数の周波数を含む電圧信号Ｖｇ１と電流信号Ｉｇ１を一度に取得し、これらを各周波数毎に分離してそれぞれディジタルフーリエ変換等の処理により複数の信号周波数の抵抗成分と容量成分を得るようになる。これ以降の処理は、第１の実施の形態で述べたのと同様であり、ここでの説明を省略する。
このようにしても第１の実施の形態と同様な効果を得られる。さらに、複数の周波数を含む電圧信号Ｖｇ１と電流信号Ｉｇ１を一度に取得することができるので、絶縁測定作業の能率を飛躍的に向上させることもできる。
【００６３】
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。
【００６４】
第１の実施の形態では、三相電路１の中性点２を接地するための接地線３の途中に信号発生・重畳手段３１が接続されている。
【００６５】
この場合、信号発生・重畳手段３１を交換するには、接地線３を一度外す必要が生じる。しかし、活線状態で接地線３を外すことは極めて危険であり、このため、信号発生・重畳手段３１を交換するには、安全のために停電状態とする必要があった。
【００６６】
第３の実施の形態は、この問題を解決するためのもので、図３に示すように信号発生・重畳手段３１に並列にスイッチング手段としてのスイッチ３８を接続する。このスイッチ３８は、信号発生・重畳手段３１を動作させるときはオフ（開放）操作され、また、信号発生・重畳手段３１が動作していないときはオン（閉じ）操作されるようになっている。
【００６７】
このようにすれば、スイッチ３８がオン操作された状態では、スイッチ３８により信号発生・重畳手段３１の両端が短絡され、かつ中性点２が接地されるようになるため、信号発生・重畳手段３１を安全に取外して交換することができる。
【００６８】
なお、スイッチング手段としては、通常のスイッチの他、継電器（リレー）や、半導体素子からなる半導体スイッチなどを用いることもできる。
【００６９】
（第４の実施の形態）
次に、本発明の第４の実施の形態を説明する。
【００７０】
この第４の実施の形態も、第３の実施の形態と同様に信号発生・重畳手段３１を交換するため取り外しする際の安全性を確保するためのものである。この場合、図４に示すように一次巻線３９ａと二次巻線３９ｂを有するトランス３９を用い、あらかじめ二次巻線３９ｂを接地線に取付けておく。そして、非測定時は、一次巻線３９ａの両端を短絡しておくと、電路に異常があり接地線に大電流が流れた際も一次巻線３９ａ側に過大電圧は発生せず、安全な状態を保つことができる。
【００７１】
そして、測定時には、第３の実施の形態と同様、一次巻線３９ａの両端を短絡したまま信号発生・重畳手段３１を取付け、その後短絡していた一次巻線３９ａの両端を開放するようにし、取り外し時は、逆の手順をたどれば、安全に信号発生・重畳手段３１の着脱が可能である。
【００７２】
なお、上述では、一次巻線３９ａと二次巻線３９ｂを有するトランス３９を用いる例を述べたが、例えば、信号発生・重畳手段側が接続される巻線を有する環状コアの中空部に直接接地線を挿通、もしくは接地線を複数回環状コアに巻き付けたものでもよい。この場合、環状コアとして分割タイブのものを使用すれば、あらかじめ接地線にトランス３９の二次巻線３９ｂが取付けられていなくても、接地線への着脱を電路を停電させることなく行なうことができ、上述の安全性を兼ね備えたまま、より利便性を向上させることができる。
【００７３】
その他、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、実施段階では、その要旨を変更しない範囲で種々変形することが可能である。例えば、上述した実施の形態では、電圧信号Ｖｇ１と電流信号Ｉｇ１をＡＤ変換し、得られたディジタルデータ列を、ディジタルフーリエ変換等を施すことによって、Ｖｇ１やＩｇ１の信号周波数成分を取り出し、信号周波数における抵抗成分と静電容量成分を算出するような例を述べたが、例えば、図５で述べたように電圧信号Ｖｇ１の信号周波数成分を取り出し、ＰＳＤを使用することによって、同相成分と、９０度位相の異なった成分、つまり同相成分として抵抗成分、９０度位相の異なった成分として静電容量成分を求めるような方法を用いることもできる。
【００７４】
さらに、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示されている複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出できる。例えば、実施の形態に示されている全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題を解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出できる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる絶縁測定装置の概略構成を示す図。
【図２】第１の実施の形態の抵抗成分と静電容量成分の算出に用いられる電圧信号Ｖｇ１と電流信号Ｉｇ１を示す図。
【図３】本発明の第３の実施の形態の要部の概略構成を示す図。
【図４】本発明の第４の実施の形態の要部の概略構成を示す図。
【図５】従来の活線絶縁診断装置の一例の概略構成を示す図。
【図６】誘電損失Ｄを加味したときの等価回路を示す図。
【符号の説明】
【００７６】
１…三相電路、２…中性点、３…接地線
４…信号発生・重畳手段、５…絶縁抵抗
６…対地静電容量、７，１０…ＺＣＴ
８…負荷、９…遮断器、３１…信号発生・重畳手段
３２、３７…ＺＣＴ、３３…活線絶縁診断装置
３４…演算処理部、３５…表示回路
３６…誘電体損失、３８…スイッチ
３９ａ…一次巻線、３９ｂ…二次巻線
３９…トランス
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電路の絶縁インピーダンスを測定する絶縁測定方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電路の絶縁診断は、電路における地絡事故を未然に防止するために重要な作業である。しかし、活線運転中の電路を停電状態にすると、例えば、工場などにおいては生産工程の中断などにより生産コストが上昇する等の損害が発生する。このため、停電状態とせずに活線状態のままで絶縁診断を行うことが望まれる。
【０００３】
そこで、電路が活線状態でも測定可能な絶縁測定装置が必要となり、それを実現する手段として、活線絶縁診断装置が用いられている。
【０００４】
図５（ａ）は、従来の活線絶縁診断装置の一例を説明するもので、装置の概略構成を示している。
図において、１は三相電路で、ここでは三相Ｙ結線された電路全体を表している。三相電路１の中性点２には、中性点２を接地するための接地線３が接続されている。この接地線３の途中には、信号発生・重畳手段４が接続されている。この信号発生・重畳手段４は、例えば周波数＝１Ｈｚの信号を発生する信号発生手段と、この信号を接地線３に重畳するための電源を有している。
【０００５】
このような三相電路１は、接地線３のみを通じて接地されており、接地線３をはずして電路側を見たときの対地絶縁抵抗は理想的には無限大で、対地静電容量も理想的にはゼロである。しかし、現実には、電路の絶縁材は理想的な絶縁体ではなく、また誘電率もゼロではない。このため実際は、電路と対地間の絶縁抵抗は有限の値になり、また対地静電容量も有限の値となる。
【０００６】
ここで、図５（ａ）に示すように、電路全体と対地間の絶縁抵抗５をＲｇ１、対地静電容量６をＣｇ１とした等価回路で置き換えて考えることとする。この場合、信号発生・重畳手段４より接地線３に対し周波数１Ｈｚの信号が重畳されたとき絶縁抵抗５に流れる電流、すなわちＲｇ１に流れる電流中の信号周波数成分の電流をＩｇＲ１とし、同様に、対地静電容量６に流れる電流、すなわちＣｇ１に流れる電流中の信号周波数成分の電流を、ＩｇＣ１とすると、接地線３に流れる信号周波数成分電流、すなわち零相電流Ｉｇ１は、ＩｇＲ１とＩｇＣ１のベクトル和となる。
【０００７】
これによりＩｇＲ１とＩｇＣ１は、図５（ｂ）に示すような関係となる。同図において、零相電流Ｉｇ１と対地静電容量６に流れる電流ＩｇＣのなす角度θは、
【数１】
で表わされる。
【０００８】
そこで、上述の対地絶縁抵抗Ｒｇ１を測定するために、以下に述べるような方法が用いられる。この場合、接地線３に発生する電圧信号をＶｇ１、接地線３に流れる零相電流をＩｇ１とすると、これら電圧信号Ｖｇ１と零相電流Ｉｇ１を、そのまま活線絶縁診断装置２０の入力に与える。ここで、零相電流Ｉｇ１の検出手段としてＺＣＴ（零相変流器）７が用いられている。
【０００９】
活線絶縁診断装置２０には、狭帯域増幅回路２１が設けられている。この狭帯域増幅回路２１には電圧信号Ｖｇ１が与えられ、信号発生・重畳手段４で印加した周波数成分（例えば１Ｈｚ）だけを取り出して、基準信号とする。狭帯域増幅回路２１は同時に、電圧信号Ｖｇ１からノイズを除去する働きも有している。
【００１０】
また、活線絶縁診断装置２０には、位相検波器、ＰＳＤ２２、ＰＳＤ２３が設けられている。これらＰＳＤ２２、ＰＳＤ２３には、ＺＣＴ７で検出された零相電流Ｉｇ１が与えられている。
【００１１】
ＰＳＤ２２には、狭帯域増幅回路２１の出力である基準信号がそのまま参照信号として印加されている。また、ＰＳＤ２３には、狭帯域増幅回路２１の出力である基準信号を９０度移相器２４によって９０度位相シフトした信号が参照信号として印加されている。
【００１２】
これらＰＳＤ２２、ＰＳＤ２３には、平均化回路２５、２６を各別に介して演算回路２７が接続されている。これにより、ＰＳＤ２２の出力を平均化回路２５で平均化すると、基準信号以外の周波数成分はキャンセルされ、基準信号の周波数成分に比例した電圧だけが残る。この結果、電圧信号Ｖｇ１と同相の成分、すなわち対地絶縁抵抗成分電流ＩｇＲ１に比例した出力が得られる。また、ＰＳＤ２３の出力を平均化回路２６で平均化すると、同様に、基準信号の周波数成分に比例した電圧だけが残る。ＰＳＤ２３は９０度位相シフトした参照信号で位相検波しているため、電圧信号Ｖｇ１とは９０度位相の異なった成分、すなわち対地容量成分電流ＩｇＣ１に比例した出力が得られる。
【００１３】
これら平均化回路２５、２６の出力は演算回路２７に与えられ、下記のような演算が行われる。
【００１４】
Ｒｇ１＝Ｖｇ１／ＩｇＲ１
Ｃｇ１＝ＩｇＣ１／２πｆＶｇ１
これにより、対地絶縁抵抗Ｒｇ、対地容量Ｃｇを知ることができ、これらの結果は表示回路２８に表示される。
【００１５】
このようにして、三相電路１の中性点２付近で電圧信号Ｖｇ１と零相電流Ｉｇ１を検出すれば、三相電路１全体の対地絶縁抵抗や対地容量を知ることができる。
なお、図５（ａ）において、電路の一部分、例えば遮断器９から負荷８へ通じる電路のみの、対地絶縁抵抗Ｒｇ２や対地静電容量Ｃｇ２を知るには、遮断器９付近で、上述したと同様にして電圧信号Ｖｇ２及び電流信号Ｉｇ２を検出し、活線絶縁診断装置２０にて同様に処理すればよい。ここで、１０は、電流電流Ｉｇ２を検出するためのＺＣＴである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
ところで、このような方法により求められる対地静電容量Ｃｇ１（Ｃｇ２）は、理想的な容量ではなく、実際には誘電損失Ｄが存在する。この誘電損失Ｄは、電路に使われる電材や設置場所などの条件により決まるので、測定箇所により異なった値を示す。
【００１７】
ここで誘電損失Ｄは周知の如く、下記のようなものである。
【００１８】
容量に交流電圧を加えると、損失がなければ電流の位相は電圧に対して９０°進み、電力を消費しない。しかし損失があるときには位相がδだけ遅れ、電力が消費される。ここでδは損失角である。誘電損失Ｄ＝ｔａｎδは損失の割合を表し、損失角の正接とも呼ぶ。
【００１９】
ある周波数の交流信号で絶縁測定を行う場合、誘電損失Ｄを考慮すると、抵抗分Ｒｄが上述した対地静電容量Ｃｇ１（Ｃｇ２）に並列に接続されているのと等価な状態となる。この等価的な抵抗分Ｒｄは、上述の対地絶縁抵抗Ｒｇ１（Ｒｇ２）とも並列に接続されていることになるので、従来の方法では対地絶縁抵抗Ｒｇだけを正確に測るのは困難であった。
【００２０】
一方、等価的な抵抗分Ｒｄは、抵抗値は周波数に反比例した値を示すが、位相は周波数によらず０°となる性質を有している。即ち、抵抗値の周波数特性は容量的であり、位相の周波数特性は抵抗的である。
【００２１】
これにより、ある周波数における誘電損失Ｄによる抵抗分をＲｄとすると、測定箇所の対地インピーダンス、つまり対地間の絶縁抵抗Ｒｇ、対地静電容量Ｃｇとした等価回路は、図６のように表すことができる。
【００２２】
ここで絶縁抵抗Ｒｇの逆数をＧｇ、誘電損失による抵抗分Ｒｄの逆数をＧｄとすると、Ｒｇ、Ｒｄ、Ｇｇ、Ｇｄの間には、
【数２】
という関係がある。
【００２３】
従来の方法で、このような等価回路の対地絶縁抵抗を測定した場合は、ＲｇとＲｄを区別することができないため、対地絶縁抵抗として得られる結果はＲｇではなく、ＲｇとＲｄが並列接続された値、（Ｒｇ・Ｒｄ）／（Ｒｇ＋Ｒｄ）となってしまう（逆数であるコンダクタンスは、Ｇｇ＋Ｇｄとなる。）。
【００２４】
このため、ＲｄがＲｇにくらべて充分大きいとみなせない限り、Ｒｄの影響を無視することはできず、対地間の絶縁抵抗としてこの方法で測定した値は常にＲｇよりも小さな値となる。このことが対地絶縁抵抗測定の測定限界を下げ、また測定の信頼性を損ねる大きな要因となっていた。
【００２５】
例えば、停電時にＤＣメガーで行った対地絶縁抵抗の測定値が１０ＭΩ程度であった箇所において、従来の方法により活線絶縁測定を行なうと、対地絶縁抵抗が１００ｋΩ程度の値を示すようなことも珍しくなく、著しく信頼性を欠く測定になっていた。
このように、従来の技術による活線絶縁診断装置は、誘電損失Ｄによって誤差を生じ易く、正確な対地絶縁抵抗を測定することができないという問題点があった。
【００２６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、活線状態で正確な対地絶縁抵抗を測定できる絶縁測定方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
請求項１記載の発明は、複数の周波数の信号を、順次もしくは同時に出力し、該信号を電路に重畳する第１のステップと、前記第１のステップで重畳された信号により前記電路に発生した電圧を知る第２のステップと、前記第１のステップで重畳された信号により前記電路に流れた電流を知る第３のステップと、前記第２及び第３のステップで得られた電圧と電流の各信号周波数成分により各周波数におけるインピーダンスと位相差、もしくは各周波数における抵抗成分と静電容量成分を得る第４のステップと、前記第４のステップで得られたインピーダンスと位相差、もしくは各周波数における抵抗成分と静電容量成分の結果と、前記電圧と電流を検出した箇所から見た電路の抵抗、静電容量、誘電損失の等価回路をフィッテングし、該電路の対地絶縁抵抗、対地静電容量、誘電損失の少なくともひとつを求める第５のステップと、を具備することを特徴としている。
【００２８】
請求項２記載の発明は、複数の周波数を、順次もしくは同時に出力可能な信号発生手段と、前記信号発生手段より発生される信号を電路に重畳する信号重畳手段と、前記電路に重畳された信号により電路に発生した電圧を知る電圧検出手段と、前記電路に重畳された信号により電路に流れた電流を知る電流検出手段と、前記電圧検出手段及び電流検出手段で得られた電圧と電流の各信号周波数成分により各周波数におけるインピーダンスと位相差、もしくは各周波数における抵抗成分と静電容量成分を得るとともに、これら得られたインピーダンスと位相差、もしくは各周波数における抵抗成分と静電容量成分の結果と、前記電圧と電流を検出した箇所から見た電路の抵抗、静電容量、誘電損失の等価回路をフィッテングし、該電路の対地絶縁抵抗、対地静電容量、誘電損失の少なくともひとつを求める演算手段と、を具備することを特徴としている。
【００２９】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記信号重畳手段に並列に、スイッチ手段を設けることを特徴としている。
【００３０】
請求項４記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記信号重畳手段は、トランスを介して前記電路に接続されることを特徴としている。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、正確な対地絶縁抵抗を活線状態で測定できる絶縁測定方法及び装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の実施の形態を図面に従い説明する。
【００３３】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態にかかる絶縁測定装置の概略構成を示すもので、図５と同一部分には、同符号を付している。
【００３４】
この場合、三相電路１の中性点２を接地するための接地線３の途中には、信号発生手段及び信号重畳手段としての信号発生・重畳手段３１が接続されている。この信号発生・重畳手段３１は、複数の異なる周波数の信号を発生する信号発生手段を有し、これら複数の周波数の信号を時間ごとに区切って複数回に分けて順次出力可能とし、また、これらの信号を接地線３に重畳するための電源を有している。
【００３５】
接地線３には、電流検出手段としてＺＣＴ３２が接続されている。このＺＣＴ３２は、接地線３に流れる零相電流、つまり電流信号Ｉｇ１を検出するものである。ＺＣＴ３２で検出される電流信号Ｉｇ１は、不図示の電圧検出手段により検出される接地線３の電圧信号Ｖｇ１とともに活線絶縁診断装置３３の入力に与えられる。
活線絶縁診断装置３３は、演算手段としての演算処理部３４と表示回路３５により構成されている。演算処理部３４は、電圧信号Ｖｇ１と電流信号Ｉｇ１から、信号周波数における抵抗成分と容量成分を演算するものである。表示回路３５は、演算処理部３４で演算した結果を表示するものである。
【００３６】
また、この場合の測定箇所の対地インピーダンスは、電路全体と対地間の絶縁抵抗５をＲｇ１、対地静電容量６をＣｇ１、信号周波数ｆにおける電路の誘電損失Ｄの抵抗分３６をＲｄ１（ｆ）で表わした等価回路Ａで考えることとする。
【００３７】
このような構成において、いま、ＺＣＴ３２で検出される電流信号Ｉｇ１と接地線３上に発生する電圧信号Ｖｇ１が活線絶縁診断装置３３の入力に与えられると、演算処理部３４は、電圧信号Ｖｇ１と電流信号Ｉｇ１をＡＤ変換し、得られたディジタルデータ列を、ディジタルフーリエ変換等を施すことによって、Ｖｇ１やＩｇ１の信号周波数成分を取り出し、これをもとに信号周波数における抵抗成分と静電容量成分を算出する。
【００３８】
具体例として、いま、図２に示すような信号周波数ｆ１における電圧信号Ｖｇ１と電流信号Ｉｇ１が演算処理部３４の入力に与えられると、演算処理部３４は、これら電圧信号Ｖｇ１と電流信号Ｉｇ１をサンプリングしてＡＤ変換し、該信号周波数ｆ１の電圧値と電流値をディジタルデータ列として求める。さらに電圧分を基準とした電流の位相θ（図示例では４５°）を求め、電圧値と電流値から求めたインピーダンスＺの絶対値と位相θから信号周波数ｆ１における抵抗成分と静電容量成分を算出する。以下、信号周波数ｆ２、ｆ３…での電圧信号Ｖｇ１と電流信号Ｉｇ１についても、同様にして抵抗成分と静電容量成分を算出する。
【００３９】
このような方法は、ディジタルフーリエ変換等の処理をソフトウェア的に切り替えるだけで複数の信号周波数に対応でき、回路の複雑化を避けることができるので、本発明に好適である。
演算処理部３４ではさらに、後述のように複数の周波数における抵抗成分と静電容量成分から、直流での対地絶縁抵抗の値、誘電損失の値、対地静電容量の値を算出する。なお、演算処理部３４では、各周波数におけるインピーダンスと位相差から対地絶縁抵抗、誘電損失、対地静電容量を算出することもできるが、ここでは、各周波数における抵抗成分と静電容量成分から算出する例を説明する。
【００４０】
以下に、直流での対地絶縁抵抗、誘電損失、及び対地静電容量の算出方法を説明する。
【００４１】
この場合、上述したように測定に用いる複数の信号周波数をｎ個とし、それぞれの周波数成分について求めた電圧及び電流値から静電容量成分と抵抗成分を個別に算出するが、そのときの静電容量分及び抵抗分を、それぞれＣｇｍ１、Ｃｇｍ２、…、Ｃｇｍｎ及びＲｍ１、Ｒｍ２、…、Ｒｍｎとし、それぞれの重畳信号の周波数をｆ１、ｆ２、…、ｆｎとする。また、上記抵抗分の逆数をそれぞれＧｍ１＝１／Ｒｍ１、Ｇｍ２＝１／Ｒｍ２、…、Ｇｍｎ＝１／Ｒｍｎとする。
【００４２】
いま、ｋ番目の周波数における誘電損失をＤｋ、この誘電損失による抵抗分の本等価回路における理論値をＲｄｋとおく。さらに、その逆数であるコンダクタンスをＧｄｋ（＝１／Ｒｄｋ）とおく。
【００４３】
このとき、コンダクタンスの測定値と、等価回路Ａであらわしたときの理論値との２乗誤差Ｉは
【数３】
と表すことができる。
【００４４】
この式中、Ｇｍｋは測定で得られる値であり、ｆｋは測定に際して測定者が指定する値であるので既知である。
【００４５】
またＣｋ及びＤｋは等価回路モデル上では一定なので、この両者の積に２πを掛けたもの（＝２πＣｋＤｋ）を定数αと置く。このαを用いてＩの式を書き直すと、
【数４】
となる。
【００４６】
ここからＩを最小にするようなＧｇ及びαを決めれば、そのＧｇ及びαが、この等価回路Ａのもとで、もっとも理論値との２乗誤差を小さくする値、言い換えると測定値から等価回路Ａの元で推定される妥当な値、ということができる。
【００４７】
そして、Ｒｇ＝１／Ｇｇの関係を用いれば、交流信号での複数の測定値から直流での絶縁抵抗の値を求めることができる。
【００４８】
Ｉに極値を取らせるようなＧｇ、αは、
【数５】
を満たす。
これを行列の形で書き直すと、
【数６】
となる。
【００４９】
この２つの条件から、α及びＧｇは、ｋ≧２のとき、すなわち複数の周波数で測定した時に、
【数７】
によって算出することができることがわかる。
Ｇｇは対地絶縁抵抗の逆数なので、複数の測定から求められる理論値との二乗誤差がもっとも小さくなるような対地絶縁抵抗Ｒｇの値を
【数８】
で与えることができる。
【００５０】
こうして得られたＲｇが、図１に示す等価回路ＡにおけるＲｇ１となる。
Ｃｇは、Ｃｇｍ１、Ｃｇｍ２、…、Ｃｇｍｎの平均値として得ることができ、図１に示す等価回路ＡにおけるＣｇ１となる。
【００５１】
対地容量の損失係数Ｄは、上述のα、Ｃｇから
【数９】
で求めることができる。
ある周波数ｆにおけるＲｄ、即ちＲｄ（ｆ）は、ＣｇとＤから、
Ｒｄ＝１／（２πｆＣｇＤ）＝１／（ｆα）
で求めることができ、図１に示す等価回路ＡにおけるＲｄ１（ｆ）となる。
【００５２】
したがって、このようにすれば、三相電路１の接地線３で測定される電圧信号Ｖｇ１と電流信号Ｉｇ１から求められる複数の周波数における抵抗成分と静電容量成分の結果と等価回路Ａをフィッテングする、いわゆる最小２乗法により、直流での対地絶縁抵抗Ｒｇ１、誘電損失の抵抗分Ｒｄ、対地静電容量Ｃｇ１を算出することができるので、従来の対地容量の誘電損失Ｄの存在を考慮していなかったものと比べ、対地静電容量Ｃｇ１に含まれる誘電損失Ｄを確実に区別して算出することができる。これにより、算出された誘電損失Ｄにより、該誘電損失Ｄの影響を補正することにより、対地絶縁抵抗をより正確に求めることが可能となる。
【００５３】
また、三相電路１の接地線３の電圧信号Ｖｇ１と電流信号Ｉｇ１を測定するのみで、三相電路１全体の対地絶縁抵抗Ｒｇ１や誘電損失を含む対地静電容量Ｃｇ１を知ることができるので、対地絶縁抵抗の測定を簡単に行なうことができる。
【００５４】
なお、上述では、三相電路１の中性点２での対地間の絶縁抵抗、対地静電容量やその誘電損失を知る方法について述べたが、電路の一部分、例えば、図１に示す遮断器９から負荷８へ通じる電路の対地絶縁抵抗Ｒｇ２、対地静電容量Ｃｇ２及び誘電損失の抵抗分Ｒｄ２を知るためには、遮断器９付近で、上述したと同様にして電圧信号Ｖｇ２と電流信号Ｉｇ２を検出し、活線絶縁診断装置３３の演算処理部３４にて同様に処理すればよい。ここで、３７は、零相電流Ｉｇ２を検出するためのＺＣＴである。
【００５５】
ところで、複数の周波数について求められた静電容量分Ｃｇｍ１、Ｃｇｍ２、…、Ｃｇｍｎについて考えると、これらは等価回路の元ではすべて一致するはずの性質のものである。しかし、現実には、等価回路と現実の測定対象は厳密に一致するとは限らず、周波数によって若干の変化を示す場合などがある。またノイズなどによる測定誤差もあるため、各周波数において得られた対地容量の値は、すべて同じになるとは限らない。
【００５６】
そこで、この対地容量の測定値のばらつき具合を、等価回路と現実の回路とのずれや測定誤差の度合いによるものと考えると、実際の測定の妥当性を示す尺度として考えることができる。
ｎ個の測定値のＣｇｍｋの平均値をＣｇＡＶ、標準偏差をσｃｇとして、ずれの度合い△を、△＝σｃｇ／ＣｇＡＶで定義する。△は、０に近いほど妥当性が高い。
この△によって、さまざまな条件の測定対象に対して対地容量の値によらず比較可能な指標を得ることができる。
△が大きい場合、即ち活線状態の測定結果が信頼できないときには、停電してＤＣメガーを用いて対地絶縁抵抗を測定せざるを得ない場合もあった。例えば△が０．１のとき、静電容量の測定結果は±１０％以上ばらついていることになる。±４σを基準として装置の測定確度を定める場合、このときの測定確度は±４０％となる。
【００５７】
一般的な測定器においては、±４０％という測定確度は、かなり悪い値である。しかし従来の活線絶縁測定においては、誘電損失の影響により、実際はこの程度の確度すら得られないこともあった。
より正確に対地絶縁抵抗を知りたい場合には、ＤＣメガーを用いて、直流で抵抗を測定する方法がある。しかしこの方法では停電状態として測定する必要があるため、大きな損害を伴うことがあった。
【００５８】
本発明によれば、ずれの度合い△により、測定結果がどの程度信頼できるものかを知ることができるので、活線状態のままでも的確な絶縁測定を行うことができ、損害を伴うことなく正確な電路の絶縁診断を実現することができる。
【００５９】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。
【００６０】
第１の実施の形態では、信号発生・重畳手段３１は、複数の周波数の信号を、時間ごとに区切って複数回に分けて順次出力するようにしていたが、これに代えて、複数の周波数の信号を重畳して同時に出力するようなものを用いることもできる。
【００６１】
この場合、活線絶縁診断装置３３の演算処理部３４では、第１の実施の形態と同様、まず、電圧信号Ｖｇ１と電流信号Ｉｇ１から、信号周波数における抵抗成分と容量成分を求める。この方法として、電圧信号Ｖｇ１と電流信号Ｉｇ１をＡＤ変換し、得られたディジタルデータ列を、ディジタルフーリエ変換等を施すことによって、Ｖｇ１やＩｇ１の信号周波数成分を取り出し、これをもとに信号周波数における抵抗成分と静電容量成分を算出する方法などが用いられる。
【００６２】
第１の実施の形態は、このような動作を周波数毎に繰り返し、抵抗成分と容量成分を得る処理を得る必要があったが、この第２の実施の形態では、複数の周波数を含む電圧信号Ｖｇ１と電流信号Ｉｇ１を一度に取得し、これらを各周波数毎に分離してそれぞれディジタルフーリエ変換等の処理により複数の信号周波数の抵抗成分と容量成分を得るようになる。これ以降の処理は、第１の実施の形態で述べたのと同様であり、ここでの説明を省略する。
このようにしても第１の実施の形態と同様な効果を得られる。さらに、複数の周波数を含む電圧信号Ｖｇ１と電流信号Ｉｇ１を一度に取得することができるので、絶縁測定作業の能率を飛躍的に向上させることもできる。
【００６３】
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。
【００６４】
第１の実施の形態では、三相電路１の中性点２を接地するための接地線３の途中に信号発生・重畳手段３１が接続されている。
【００６５】
この場合、信号発生・重畳手段３１を交換するには、接地線３を一度外す必要が生じる。しかし、活線状態で接地線３を外すことは極めて危険であり、このため、信号発生・重畳手段３１を交換するには、安全のために停電状態とする必要があった。
【００６６】
第３の実施の形態は、この問題を解決するためのもので、図３に示すように信号発生・重畳手段３１に並列にスイッチング手段としてのスイッチ３８を接続する。このスイッチ３８は、信号発生・重畳手段３１を動作させるときはオフ（開放）操作され、また、信号発生・重畳手段３１が動作していないときはオン（閉じ）操作されるようになっている。
【００６７】
このようにすれば、スイッチ３８がオン操作された状態では、スイッチ３８により信号発生・重畳手段３１の両端が短絡され、かつ中性点２が接地されるようになるため、信号発生・重畳手段３１を安全に取外して交換することができる。
【００６８】
なお、スイッチング手段としては、通常のスイッチの他、継電器（リレー）や、半導体素子からなる半導体スイッチなどを用いることもできる。
【００６９】
（第４の実施の形態）
次に、本発明の第４の実施の形態を説明する。
【００７０】
この第４の実施の形態も、第３の実施の形態と同様に信号発生・重畳手段３１を交換するため取り外しする際の安全性を確保するためのものである。この場合、図４に示すように一次巻線３９ａと二次巻線３９ｂを有するトランス３９を用い、あらかじめ二次巻線３９ｂを接地線に取付けておく。そして、非測定時は、一次巻線３９ａの両端を短絡しておくと、電路に異常があり接地線に大電流が流れた際も一次巻線３９ａ側に過大電圧は発生せず、安全な状態を保つことができる。
【００７１】
そして、測定時には、第３の実施の形態と同様、一次巻線３９ａの両端を短絡したまま信号発生・重畳手段３１を取付け、その後短絡していた一次巻線３９ａの両端を開放するようにし、取り外し時は、逆の手順をたどれば、安全に信号発生・重畳手段３１の着脱が可能である。
【００７２】
なお、上述では、一次巻線３９ａと二次巻線３９ｂを有するトランス３９を用いる例を述べたが、例えば、信号発生・重畳手段側が接続される巻線を有する環状コアの中空部に直接接地線を挿通、もしくは接地線を複数回環状コアに巻き付けたものでもよい。この場合、環状コアとして分割タイブのものを使用すれば、あらかじめ接地線にトランス３９の二次巻線３９ｂが取付けられていなくても、接地線への着脱を電路を停電させることなく行なうことができ、上述の安全性を兼ね備えたまま、より利便性を向上させることができる。
【００７３】
その他、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、実施段階では、その要旨を変更しない範囲で種々変形することが可能である。例えば、上述した実施の形態では、電圧信号Ｖｇ１と電流信号Ｉｇ１をＡＤ変換し、得られたディジタルデータ列を、ディジタルフーリエ変換等を施すことによって、Ｖｇ１やＩｇ１の信号周波数成分を取り出し、信号周波数における抵抗成分と静電容量成分を算出するような例を述べたが、例えば、図５で述べたように電圧信号Ｖｇ１の信号周波数成分を取り出し、ＰＳＤを使用することによって、同相成分と、９０度位相の異なった成分、つまり同相成分として抵抗成分、９０度位相の異なった成分として静電容量成分を求めるような方法を用いることもできる。
【００７４】
さらに、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示されている複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出できる。例えば、実施の形態に示されている全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題を解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出できる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる絶縁測定装置の概略構成を示す図。
【図２】第１の実施の形態の抵抗成分と静電容量成分の算出に用いられる電圧信号Ｖｇ１と電流信号Ｉｇ１を示す図。
【図３】本発明の第３の実施の形態の要部の概略構成を示す図。
【図４】本発明の第４の実施の形態の要部の概略構成を示す図。
【図５】従来の活線絶縁診断装置の一例の概略構成を示す図。
【図６】誘電損失Ｄを加味したときの等価回路を示す図。
【符号の説明】
【００７６】
１…三相電路、２…中性点、３…接地線
４…信号発生・重畳手段、５…絶縁抵抗
６…対地静電容量、７，１０…ＺＣＴ
８…負荷、９…遮断器、３１…信号発生・重畳手段
３２、３７…ＺＣＴ、３３…活線絶縁診断装置
３４…演算処理部、３５…表示回路
３６…誘電体損失、３８…スイッチ
３９ａ…一次巻線、３９ｂ…二次巻線
３９…トランス
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の周波数の信号を、順次もしくは同時に出力し、該信号を電路に重畳する第１のステップと、
前記第１のステップで重畳された信号により前記電路に発生した電圧を知る第２のステップと、
前記第１のステップで重畳された信号により前記電路に流れた電流を知る第３のステップと、
前記第２及び第３のステップで得られた電圧と電流の各信号周波数成分により各周波数におけるインピーダンスと位相差、もしくは各周波数における抵抗成分と静電容量成分を得る第４のステップと、
前記第４のステップで得られたインピーダンスと位相差、もしくは各周波数における抵抗成分と静電容量成分の結果と、前記電圧と電流を検出した箇所から見た電路の抵抗、静電容量、誘電損失の等価回路をフィッテングし、該電路の対地絶縁抵抗、対地静電容量、誘電損失の少なくともひとつを求める第５のステップと、
を具備することを特徴とする絶縁測定方法。
【請求項２】
複数の周波数を、順次もしくは同時に出力可能な信号発生手段と、
前記信号発生手段より発生される信号を電路に重畳する信号重畳手段と、
前記電路に重畳された信号により電路に発生した電圧を知る電圧検出手段と、
前記電路に重畳された信号により電路に流れた電流を知る電流検出手段と、
前記電圧検出手段及び電流検出手段で得られた電圧と電流の各信号周波数成分により各周波数におけるインピーダンスと位相差、もしくは各周波数における抵抗成分と静電容量成分を得るとともに、これら得られたインピーダンスと位相差、もしくは各周波数における抵抗成分と静電容量成分の結果と、前記電圧と電流を検出した箇所から見た電路の抵抗、静電容量、誘電損失の等価回路をフィッテングし、該電路の対地絶縁抵抗、対地静電容量、誘電損失の少なくともひとつを求める演算手段と、
を具備することを特徴とする絶縁測定絶縁測定装置。
【請求項３】
前記信号重畳手段に並列に、スイッチ手段を設けることを特徴とする請求項２に記載の絶縁測定装置。
【請求項４】
前記信号重畳手段は、トランスを介して前記電路に接続されることを特徴とする請求項２に記載の絶縁測定装置。
【請求項１】
複数の周波数の信号を、順次もしくは同時に出力し、該信号を電路に重畳する第１のステップと、
前記第１のステップで重畳された信号により前記電路に発生した電圧を知る第２のステップと、
前記第１のステップで重畳された信号により前記電路に流れた電流を知る第３のステップと、
前記第２及び第３のステップで得られた電圧と電流の各信号周波数成分により各周波数におけるインピーダンスと位相差、もしくは各周波数における抵抗成分と静電容量成分を得る第４のステップと、
前記第４のステップで得られたインピーダンスと位相差、もしくは各周波数における抵抗成分と静電容量成分の結果と、前記電圧と電流を検出した箇所から見た電路の抵抗、静電容量、誘電損失の等価回路をフィッテングし、該電路の対地絶縁抵抗、対地静電容量、誘電損失の少なくともひとつを求める第５のステップと、
を具備することを特徴とする絶縁測定方法。
【請求項２】
複数の周波数を、順次もしくは同時に出力可能な信号発生手段と、
前記信号発生手段より発生される信号を電路に重畳する信号重畳手段と、
前記電路に重畳された信号により電路に発生した電圧を知る電圧検出手段と、
前記電路に重畳された信号により電路に流れた電流を知る電流検出手段と、
前記電圧検出手段及び電流検出手段で得られた電圧と電流の各信号周波数成分により各周波数におけるインピーダンスと位相差、もしくは各周波数における抵抗成分と静電容量成分を得るとともに、これら得られたインピーダンスと位相差、もしくは各周波数における抵抗成分と静電容量成分の結果と、前記電圧と電流を検出した箇所から見た電路の抵抗、静電容量、誘電損失の等価回路をフィッテングし、該電路の対地絶縁抵抗、対地静電容量、誘電損失の少なくともひとつを求める演算手段と、
を具備することを特徴とする絶縁測定絶縁測定装置。
【請求項３】
前記信号重畳手段に並列に、スイッチ手段を設けることを特徴とする請求項２に記載の絶縁測定装置。
【請求項４】
前記信号重畳手段は、トランスを介して前記電路に接続されることを特徴とする請求項２に記載の絶縁測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００７−７１７７４（Ｐ２００７−７１７７４Ａ）
【公開日】平成１９年３月２２日（２００７．３．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２６０９２２（Ｐ２００５−２６０９２２）
【出願日】平成１７年９月８日（２００５．９．８）
【出願人】（０００２１３２９７）中部電力株式会社 (811)
【出願人】（３９１０１９６５８）株式会社中部プラントサービス (28)
【出願人】（０００１２８０９４）株式会社エヌエフ回路設計ブロック (24)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年３月２２日（２００７．３．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月８日（２００５．９．８）
【出願人】（０００２１３２９７）中部電力株式会社 (811)
【出願人】（３９１０１９６５８）株式会社中部プラントサービス (28)
【出願人】（０００１２８０９４）株式会社エヌエフ回路設計ブロック (24)
【Ｆターム（参考）】
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