絶縁監視方法及び絶縁監視装置
【課題】大量のデータを必要とせず、漏洩電流中の抵抗成分電流をディジタルフィルタ処理及び有効分・無効分の演算により高精度に求めて絶縁劣化状態を活線状態で監視する。
【解決手段】低周波数の監視信号を配電用電路に重畳したときに接地線を流れる漏洩電流を検出し、抵抗成分電流及び容量成分電流をそれぞれ分離・抽出して抵抗成分電流の大きさから電路の絶縁劣化状態を監視する方法において、接地線を流れる漏洩電流の商用周波数成分及び接地線の電圧の商用周波数成分をアナログフィルタによりそれぞれ除去して漏洩電流及び電圧の監視信号周波数成分を抽出し、これらの監視信号周波数成分をディジタル信号に変換してディジタルフィルタ処理すると共に、その出力を用いて監視信号周波数成分の有効分及び無効分をそれぞれ求め、有効分を抵抗成分電流とし、無効分を容量成分電流として電路の絶縁劣化状態を監視する。
【解決手段】低周波数の監視信号を配電用電路に重畳したときに接地線を流れる漏洩電流を検出し、抵抗成分電流及び容量成分電流をそれぞれ分離・抽出して抵抗成分電流の大きさから電路の絶縁劣化状態を監視する方法において、接地線を流れる漏洩電流の商用周波数成分及び接地線の電圧の商用周波数成分をアナログフィルタによりそれぞれ除去して漏洩電流及び電圧の監視信号周波数成分を抽出し、これらの監視信号周波数成分をディジタル信号に変換してディジタルフィルタ処理すると共に、その出力を用いて監視信号周波数成分の有効分及び無効分をそれぞれ求め、有効分を抵抗成分電流とし、無効分を容量成分電流として電路の絶縁劣化状態を監視する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、監視対象である配電用電路の接地線に商用周波数より低い周波数の監視信号を重畳し、そのときに接地点及び電路を介して還流する漏洩電流を測定することにより電路（電路に接続された負荷を含む）の絶縁劣化状態を監視する絶縁監視方法及び絶縁監視装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の絶縁監視装置としては、測定した漏洩電流Ｉgのうちの抵抗成分電流（監視信号電圧と同位相の電流）Ｉgrが絶縁劣化電流に相当することに着目し、漏洩電流Ｉgから容量成分電流（監視信号電圧より位相が９０度進んだ電流）Ｉgcを除去して求めた抵抗成分電流Ｉgrの大きさに基づき、電路の絶縁劣化状態を監視するＩgr形絶縁監視装置が知られている。このＩgr形絶縁監視装置は、三相４線，三相３線，単相３線，単相２線等の相線式を問わず、各種電路の絶縁劣化状態を監視するために広く使用されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、変圧器の低圧側電路に、接地線を介して第１の低周波数及び第２の低周波数の監視信号を注入し、接地線に帰還する漏洩電流のうち第１の低周波数成分から有効分、無効分を求め、これらの有効分、無効分と、漏洩電流のうち第２の低周波数成分とを用いて所定の演算を行うことにより、活線状態にて電路の絶縁抵抗を測定するようにした絶縁抵抗測定方法が記載されている。
特許文献２には、電路に注入した低周波数の監視信号と同一周波数の漏洩電流を検出して抵抗成分電流、容量成分電流を分離・抽出し、これら各成分と監視信号電圧等を用いて生成した抑圧電流によって各成分を打ち消すことにより、抵抗成分電流を打ち消すのに要した抑圧量を絶縁抵抗値として検出する絶縁監視装置が記載されている。
特許文献３には、低周波数の監視信号と同一周波数成分の漏洩電流を検出する際の検出信号レベルや零相変流器（ＺＣＴ）の特性を改善するために、零相変流器の一次側に監視信号とは異なる周波数の補正用信号を重畳し、零相変流器の二次側から検出した補正用信号の変化分により検出信号を補正するようにした絶縁状態監視装置が記載されている。
【０００４】
更に、特許文献４には、小電力の絶縁監視信号を用いて高精度な絶縁監視を可能にした絶縁監視装置が開示されている。
ここで、図４は、特許文献４に記載された絶縁監視装置のブロック図であり、１は変圧器、２は負荷、３，５は変圧器１の二次側電路、４はＢ種接地線、１０は絶縁監視装置、３０は重畳変成器、５０はＺＣＴ、Ｃは電路の対地静電容量、Ｒは対地絶縁抵抗である。
【０００５】
絶縁監視装置１０の構成及び動作を略述すると、発振器２１及び増幅器２２からなる監視信号発生部２０が商用周波数より低い周波数の監視信号Ｗを生成し、重畳トランス３０を介して変圧器１のＢ種接地線４に重畳する。ＺＣＴ５０は、電路の対地インピーダンス及び大地を介してＢ種接地線４に還流する漏洩電流を検出し、この漏洩電流（測定信号Ｍ）を、ヘッドアンプ６１、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）６２、Ａ／Ｄ変換器６３からなる測定信号検出手段６０により処理してディジタル信号に変換する。
【０００６】
基準信号検出手段４０では、基準入力ｂとしてＢ種接地線４の電圧が与えられる商用成分除去部４１を介して、スイッチドキャパシタフィルタ（ＳＣＦ）４６により商用周波数及びその高調波等の不要成分を除去し、基準信号Ｂを得る。なお、４２はアンチエイリアスフィルタ（ＡＡＦ）、４３はアッテネータ（ＡＴＴ）、４４はバンドエリミネーションフィルタ（ＢＥＦ）、４５は増幅器を示す。
基準信号Ｂは、抑圧信号生成部８０に送られると共に、同期信号生成部７０にも入力されて同期信号Ｓが演算処理部９０に送られる。
【０００７】
演算処理部９０では、基準信号Ｂの所定位相に同期して基準信号ｎサイクル分の測定信号Ｍを使用したＤＦＴ（離散フーリエ変換）演算を行い、測定信号Ｍに含まれる抵抗成分 電流Ｉgr及び容量成分電流Ｉgcを分離・抽出する。
抑圧信号生成部８０では、演算処理部９０から出力される容量成分電流Ｉgcに基づき基準信号Ｂの振幅を調整すると共に、抑圧電流信号ＰをＺＣＴ５０の抑圧部に逆位相で加えることにより、測定信号Ｍ中の容量成分電流Ｉgcが磁気的に相殺されるようにフィードバック制御する。
このため、演算処理部９０では、容量成分電流Ｉgcが充分に抑圧された状態の測定信号Ｍを用いて演算を行うことにより、監視信号の周波数を有する抵抗成分電流Ｉgrのみを高精度に求めることが可能になる。なお、図４において、１０１は表示部、１０２は操作部、１０３は警報出力部である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭６３−２８９４６５号公報（第２頁右下欄第１行〜第１７行、第１図等）
【特許文献２】特開平９−３１８６８４号公報（段落［００２７］〜［００４０］、図１等）
【特許文献３】特開２００３−２１５１９６号公報（段落［００１５］〜［００２２］、図１，図２等）
【特許文献４】特開２０１０−６６１６２号公報（段落［００４３］〜［００４７］、図１，図２等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
さて、前述のように商用周波数と異なる周波数の監視信号を電路に注入して絶縁劣化状態を監視する装置において、検出したい抵抗成分電流とそれ以外の容量成分電流の大きさは、次のような関係となる。
すなわち、電路定格電圧の周波数（商用周波数）が５０［Ｈｚ］、実効値が２００［Ｖ］、電路の静電容量が１［μＦ］、電路の絶縁抵抗が１［ＭΩ］、監視信号の周波数が２０［Ｈｚ］、実効値が０．５［Ｖ］の場合、
（１）漏洩電流における商用周波数成分：
抵抗成分電流……２００［Ｖ］／１［ＭΩ］＝０．２［ｍＡ］
容量成分電流……２００［Ｖ］／｛１／（２・π・５０［Ｈｚ］・１×１０−６）｝＝６２．８３［ｍＡ］
（２）漏洩電流における監視信号周波数成分：
抵抗成分電流……０．５［Ｖ］／１［ＭΩ］＝０．５［μＡ］
容量成分電流……０．５［Ｖ］／｛１／（２・π・２０［Ｈｚ］・１×１０−６）｝＝６２．８３［μＡ］
となる。
【００１０】
上記の例から明らかなように、漏洩電流における商用周波数成分と監視信号周波数成分との比は約１０００対１であるため、検出された漏洩電流から如何にして商用周波数成分を除去するかが一つの課題となっている。
更に、漏洩電流における監視信号周波数成分だけに着目した場合、抵抗成分電流と容量成分電流との比は１対１００であり、求めたい抵抗成分電流を精度良く検出するためには、容量成分電流を確実に除去することも大きな課題である。
これらを実現するためには、ハードウェアとソフトウェアとを適宜組み合わせて抵抗成分電流を高精度に検出することが必要であり、前述した特許文献１〜４でも、各種のフィルタやフーリエ変換処理によって課題の解決を図っている。
【００１１】
ここで、例えば特許文献４に記載されているようにＤＦＴ演算等のフーリエ変換によって特定の周波数成分を抽出する場合、解析周波数の間隔を粗く設定すると、目的とする周波数（監視信号の周波数）成分だけでなくその周辺の周波数成分まで検出してしまい、これらがノイズとなって測定精度が著しく低下する。従って、測定精度を高めるためには、解析周波数の間隔をできるだけ短く、例えば１［Ｈｚ］間隔とすることが望まれるが、この周波数間隔で波形を一周期測定するには１秒間分のデータを蓄積する必要があり、解析周波数の間隔が短くなるほどデータの蓄積対象時間も長くなる。
また、抽出または除去する周波数成分に対しては、波形をその周波数の数倍の周波数でサンプリングするため、ある程度の細かいサンプリング周期と周辺周波数の影響を抑制するための時間幅とが必要になり、結果として数１００から数１０００点のデータを蓄積しなくてはならず、大容量のメモリを用意する必要がある。
【００１２】
なお、フーリエ変換後のデータから抵抗成分電流を算出する場合、漏洩電流の位相値を用いて三角関数演算を行う方法が考えられるが、位相値を使用すると位相０度及び９０度に近い部分における誤差の影響が極めて大きくなるので、このような方法によって抵抗成分電流を算出することは極力避けるべきであると言える。
【００１３】
そこで、本発明の解決課題は、フーリエ変換のように大量のデータを必要とせず、漏洩電流のベクトル成分である抵抗成分電流及び容量成分電流をディジタルフィルタ処理及び有効分・無効分の演算等のディジタル演算により高精度に求めて絶縁劣化状態を監視可能とし、また、必要に応じて監視動作の良否を試験できるようにした絶縁監視方法及び絶縁監視装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するため、請求項１に係る絶縁監視方法は、絶縁監視対象である活線状態の配電用電路に商用周波数より低い周波数の監視信号を重畳したときに前記電路の接地線を流れる漏洩電流を検出し、前記漏洩電流の成分として、前記監視信号の周波数を有し、かつ、前記電路の対地絶縁抵抗に相当する抵抗成分電流及び前記電路の対地静電容量に相当する容量成分電流をそれぞれ分離・抽出し、抽出した前記抵抗成分電流の大きさに基づいて前記電路の絶縁劣化状態を監視する絶縁監視方法において、
前記接地線を流れる漏洩電流の商用周波数成分及び前記接地線の電圧の商用周波数成分をアナログフィルタによりそれぞれ除去して前記漏洩電流及び電圧の監視信号周波数成分を抽出し、これらの監視信号周波数成分をディジタル信号に変換してディジタルフィルタ処理すると共に、演算処理手段のディジタル演算により、前記ディジタルフィルタの出力を用いて前記監視信号周波数成分の有効分及び無効分をそれぞれ求め、前記有効分を前記抵抗成分電流とし、前記無効分を前記容量成分電流として同定するものである。
【００１５】
請求項２に係る絶縁監視方法は、請求項１に記載した絶縁監視方法において、同定された前記容量成分電流に対し、大きさが同じで逆位相の抑制電流を前記演算処理手段にて生成し、この抑制電流を前記電路に注入することにより、前記容量成分電流を打ち消すものである。
【００１６】
請求項３に係る絶縁監視方法は、請求項２に記載した絶縁監視方法において、前記抑制電流と前記演算処理手段が生成した抵抗分試験電流とをベクトル加算して前記電路に注入することにより、前記容量成分電流を打ち消すと共に、前記抵抗分試験電流と前記抵抗成分電流との合計値を所定の絶縁監視レベルと比較して監視動作の良否を試験するものである。
【００１７】
請求項４に係る絶縁監視方法は、請求項２に記載した絶縁監視方法において、前記抑制電流と前記演算処理手段が生成した抵抗分試験電流とをベクトル加算して前記電路に注入することにより、前記容量成分電流を打ち消すと共に、前記抵抗分試験電流と前記抵抗成分電流との合計値を所定の絶縁監視レベルと比較して監視精度の良否を判定するものである。
【００１８】
請求項５に係る絶縁監視方法は、請求項３または４に記載した絶縁監視方法において、前記抵抗分試験電流と前記抵抗成分電流との合計値が所定の絶縁監視レベルを超えたときに監視出力を発生させて監視動作の良否または監視精度の良否を確認するものである。
【００１９】
請求項６に係る絶縁監視装置は、絶縁監視対象である活線状態の配電用電路に商用周波数より低い周波数の監視信号を重畳する手段と、
前記監視信号を前記電路に重畳したときに前記電路の接地線を流れる漏洩電流を検出する手段と、
検出した前記漏洩電流から商用周波数成分を除去すると共に、前記漏洩電流の成分として、前記監視信号の周波数を有し、かつ、前記電路の対地絶縁抵抗に相当する抵抗成分電流及び前記電路の対地静電容量に相当する容量成分電流をそれぞれ分離して抽出する分離・抽出手段と、を備え、
抽出した前記抵抗成分電流の大きさに基づいて前記電路の絶縁劣化状態を監視する絶縁監視装置において、
前記分離・抽出手段を、
前記接地線を流れる漏洩電流の商用周波数成分及び前記接地線の電圧の商用周波数成分をそれぞれ除去するアナログフィルタと、
前記アナログフィルタの出力をディジタル信号に変換するＡＤ変換手段と、
前記ＡＤ変換手段の出力をディジタル演算処理して前記漏洩電流及び電圧の監視信号周波数成分を抽出するディジタルフィルタと、
前記ディジタルフィルタの出力から前記監視信号周波数成分の有効分及び無効分をそれぞれ求める有効分演算手段及び無効分演算手段と、により構成し、
前記有効分を前記抵抗成分電流とし、前記無効分を前記容量成分電流として同定するものである。
【００２０】
請求項７に係る絶縁監視装置は、請求項６に記載した絶縁監視装置において、同定された前記容量成分電流に対し、大きさが同じで逆位相の抑制電流を生成する手段と、前記容量成分電流を打ち消すために前記抑制電流を前記電路に注入する手段と、を備えたものである。
【００２１】
請求項８に係る絶縁監視装置は、請求項７に記載した絶縁監視装置において、所定の大きさの抵抗分試験電流を生成する手段と、前記抵抗分試験電流と前記抑制電流とをベクトル加算する手段と、前記抵抗分試験電流と前記抑制電流とのベクトル加算結果を前記電路に注入する手段と、を備え、
前記監視信号周波数成分の有効分として同定された前記抵抗成分電流と前記抵抗分試験電流との合計値を前記電路から検出し、前記合計値を所定の絶縁監視レベルと比較して監視動作の良否を試験するものである。
【００２２】
請求項９に係る絶縁監視装置は、請求項８に記載した絶縁監視装置において、前記抵抗分試験電流と前記抑制電流とのベクトル加算結果を前記電路に注入する手段は、前記抑制電流を前記電路に注入する手段を兼用していることを特徴とする。
【００２３】
請求項１０に係る絶縁監視装置は、請求項６〜９のいずれか１項に記載した絶縁監視装置において、前記抵抗成分電流と前記抵抗分試験電流との合計値が前記絶縁監視レベルを超えたときに、前記監視動作としての接点出力または警報出力をロックするものである。
【００２４】
請求項１１に係る絶縁監視装置は、請求項６〜１０のいずれか１項に記載した絶縁監視装置において、前記アナログフィルタの出力側に増幅手段を設け、前記増幅手段の出力を前記ＡＤ変換手段及び前記ディジタルフィルタを介して前記有効分演算手段に入力するものである。
【００２５】
請求項１２に係る絶縁監視装置は、請求項６〜１１のいずれか１項に記載した絶縁監視装置において、前記ディジタルフィルタがＦＩＲフィルタであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明は、特許文献４のように比較的長い時間にわたって蓄積した大量のデータを必要とするフーリエ変換処理や、三角関数演算を用いずに、アナログフィルタ及びディジタルフィルタを組み合わせ、更に、漏洩電流の監視信号周波数成分の有効分・無効分を演算することによって抵抗成分電流及び容量成分電流をそれぞれ分離・抽出するものである。
このため、大容量のメモリが不要であり、コストの低減が可能であると共に、応答性の向上にも寄与する。
また、漏洩電流から容量電流成分を十分に抑制して目的とする抵抗成分電流のみから監視信号周波数成分を抽出しているので、ＡＤ変換手段への入力信号のフルスケールを最大限小さくすることができ、絶縁劣化状態の指標としての抵抗成分電流を高精度に算出することができる。
更に、抽出した抵抗成分電流に抵抗分試験電流を重畳して電路に注入し、これらの合計値が所定の絶縁監視レベルを超えた時に実際の監視出力が得られるか否かを検出することにより、絶縁監視装置としての監視動作の良否や監視精度の良否を確認することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施形態を示すブロック図である。
【図２】実施形態の動作を示す電圧、電流のベクトル図である。
【図３】実施形態における動作確認試験時の電圧、電流のベクトル図である。
【図４】特許文献４に記載された従来技術を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図１は、この実施形態の構成を示すブロック図である。図１において、一次側電路が配電系統に接続された変圧器１の二次側電路３，５には、負荷２が接続されている。
電路３にはＢ種接地線４が接続されており、本実施形態に係る絶縁監視装置は、Ｂ種接地線４に商用周波数より低い周波数の絶縁監視信号を重畳したときに電路３，５及び接地電位Ｅｄ，Ｅｂを介して還流する漏洩電流から抵抗成分電流Ｉgrを抽出し、その大きさに基づいて電路（電路に接続された負荷を含む）の絶縁劣化状態を監視するものである。
【００２９】
次に、絶縁監視装置本体２００の構成及び動作を説明する。
ＣＰＵ２１０内の第１の波形生成手段２１１により生成された監視信号データは、Ｄ／Ａ変換器２２１によりアナログ信号に変換される。このアナログ信号は、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２２２によりスムージングされて低周波数（例えば２０［Ｈｚ］）の絶縁監視信号となり、重畳変成器３０を介してＢ種接地線４に注入される。
【００３０】
Ｂ種接地線４の電圧は基準電圧としてＬＰＦ２２３及びＢＰＦ２２４を介しＡ／Ｄ変換器２２５に入力され、ディジタル信号に変換されてＣＰＵ２１０に入力される。また、Ｂ種接地線４を流れる漏洩電流は零相変流器（ＺＣＴ）５０により検出される。この漏洩電流は、ＺＣＴ５０の二次側からＬＰＦ２２６及びＢＰＦ２２７を介して、Ａ／Ｄ変換器２２９によりディジタル信号に変換されてＣＰＵ２１０に入力されると共に、増幅器２２８にて増幅された後にＡ／Ｄ変換器２３０を介してＣＰＵ２１０に入力される。
ここで、ＬＰＦ２２３，２２６は、測定した電流・電圧から高調波を除去するためのものである。
また、ＢＰＦ２２４，２２７は、ＬＰＦ２２３，２２６の出力から商用周波数成分をそれぞれ除去するために、監視信号の周波数をカットオフ周波数として商用周波数成分を−６０〜−８０[ｄＢ]程度まで低減し、通過させる監視信号周波数成分よりも低いレベルにするものであり、商用周波数成分を従来の１／１０００〜１／１００００程度まで減少させる。なお、商用周波数成分を除去するには、通常のアクティブフィルタ（ＢＰＦ，ＬＰＦ，ＨＰＦなど）を多段で用いるか、または、特許文献４に記載されているＳＣＦを用いてもよい。
【００３１】
Ａ／Ｄ変換器２２５，２２９，２３０によりディジタル信号に変換された電圧・電流は、ＣＰＵ２１０内の有限インパルス応答フィルタ（ＦＩＲフィルタ）２１２，２１３，２１４に入力され、ディジタルフィルタ処理が行われる。これらのＦＩＲフィルタ２１２，２１３，２１４により、監視信号周波数成分を通過させると共に商用周波数成分をほぼ完全に除去する。上記構成により、例えば、２０[Ｈｚ]の監視信号に対して、５０[Ｈｚ]または６０[Ｈｚ]の商用周波数成分を選択的に除去することが可能であり、ＤＦＴ演算やＦＦＴ演算のように大量のデータを使用するフーリエ変換処理は不要となる。
【００３２】
こうして求められた、Ｂ種接地線４と接地電位Ｅｄとの間の基準電圧の瞬時値と、漏洩電流の監視信号周波数成分とを用いて、有効分演算手段２１６及び無効分演算手段２１５により、例えば数式１，２の演算をそれぞれ行う。
なお、これらの数式において、Ｖｎｅは基準電圧の瞬時値、Ｉ０は漏洩電流（＝Ｉg）、ｎは現在のサンプリング時点、ｎ−９０°は電気角で９０°前のサンプリング時点である。
[数１]
Iｇｒ(n)＝{Vｎｅ(n)・I０(n)+Vｎｅ(n-90°)・I０(n-90°) }/√{Vｎｅ(n)２+Vｎｅ(n-90°) ２}
[数２]
Iｇｃ(n)＝{Vｎｅ(n)・I０(n-90°)-Vｎｅ(n-90°)・I０(n) }/√{Vｎｅ(n)２+Vｎｅ(n-90°) ２}
【００３３】
数式１，２に示すように、基準電圧及び漏洩電流を用いた単純積和演算により、抵抗成分電流Ｉgr及び容量成分電流Ｉgcを監視信号周波数成分の有効分、無効分としてそれぞれ算出することができる。
有効分演算手段２１６により算出された抵抗成分電流Ｉgrは、監視対象である電路の絶縁劣化状態を示しており、その値は表示部２４０によりディジタル表示されると共に、所定の絶縁監視レベルを超えた場合には監視出力部２５０を動作させて接点出力や警報出力を行わせる。
【００３４】
また、無効分演算手段２１５により算出された容量成分電流Ｉgcは、ＦＩＲフィルタ２１２から出力される基準電圧と共に第２の波形生成手段２１７に入力されている。この波形生成手段２１７は、容量成分電流Ｉgcの大きさと基準電圧のゼロクロスタイミングとを用いて、９０°進み位相に移相した容量成分電流波形を再現し、これを実際の容量成分電流Ｉgcに対して逆位相で流すようにＺＣＴ５０の一次側に重畳するための信号を生成する。
【００３５】
そして、波形生成手段２１７の出力信号はＤ／Ａ変換器２３１によりアナログ信号に変換され、更にＢＰＦ２３２を介してＺＣＴ５０の一次側に供給される。これにより、容量成分電流Ｉgcを打ち消すための抑制電流が通流されることになり、ＺＣＴ５０により検出される漏洩電流から容量成分電流Ｉgcを確実に除去することができる。
ここで、ＢＰＦ２３２は、前記ＢＰＦ２２２と同様に、ＤＡ変換後の波形をスムージングする機能を有する。なお、ＤＡ変換器２３１（ＤＡ変換器２２１も同様）の代わりに、波形生成手段２１７（及び波形生成手段２１１）の出力波形を方形波としてＢＰＦ２３２（及びＢＰＦ２２２）に与えても良い。
【００３６】
なお、図２は、Ｂ種接地線４を介して検出した基準電圧Ｖ（基準Ｖ）及び漏洩電流Ｉg（電路Ｉg）と、前述の有効分演算手段２１６、無効分演算手段２１５により漏洩電流Ｉgのベクトル成分として算出される抵抗成分電流Ｉgr（電路Ｉgr）及び容量成分電流Ｉgc（電路Ｉgc）と、この容量成分電流Ｉgcを打ち消すために波形生成手段２１７により生成される抑制電流Ｉgc（抑制Ｉgc）と、を示すベクトル図である。
【００３７】
再び図１において、２１８は試験信号生成手段である。この試験信号生成手段２１８は、有効分演算手段２１６により検出した抵抗成分電流Ｉgrと同位相で所定の大きさの抵抗分試験電流Ｉgr’を生成するものであり、この抵抗分試験電流Ｉgr’を、波形生成手段２１７により生成した抑制用の容量成分電流Ｉgcにベクトル加算してＺＣＴ５０に注入するように構成されている。
これにより、Ｂ種接地線４には、容量成分電流Ｉgcが打ち消される結果、有効分演算手段２１６により検出した抵抗成分Ｉgrと試験信号生成手段２１８により生成した抵抗分試験電流Ｉgr’との合計値のみが流れることになる。従って、抵抗分試験電流Ｉgr’の値を、監視出力部２５０における絶縁監視レベルと有効分演算手段２１６により検出した抵抗成分電流Ｉgrとの差以上に設定したときの監視出力部２５０の動作の有無を検出することで、絶縁監視機能の良否、すなわち動作確認を行うことができる。
【００３８】
図３は、上記試験時におけるベクトル図であり、Ｉgrと抵抗分試験電流Ｉgr’との合計値（Ｉgr＋Ｉgr’）が絶縁監視レベルを超えるようなＩgr’を試験信号生成手段２１８により生成して重畳した場合を示している。
この場合、監視出力部２５０が動作して接点出力等が行われることとなるが、試験信号生成手段２１８を用いた試験時には、監視出力部２５０の出力をロックする等の設定を追加することで、運用状態に支障なく装置の動作確認が可能になる。
【００３９】
上記のように、本実施形態によれば、ＬＰＦ２２６及びＢＰＦ２２７により、漏洩電流の商用周波数成分を従来の１／１０００〜１／１００００とすることができ、ほぼ１対１かそれ以上の比で、商用周波数成分よりも監視信号周波数成分の方を大きい値にすることが可能である。
このため、図１における増幅器２２８のゲインを所定値に選んでＡＤ変換器２３０に入力することにより、ＡＤ変換のフルスケールを抵抗成分電流Ｉgrの計測最大値付近まで小さくすることができ、結果として抵抗成分電流Ｉgrの検出精度を向上させることができる。
【００４０】
また、ＡＤ変換器２２９，２３０のアナログ入力信号を、後続するＦＩＲフィルタ２１３，２１４の入力が飽和しない程度のディジタル値に変換すれば、これらのＦＩＲフィルタ２１３，２１４によって商用周波数成分を更に選択的に除去できるうえ、応答速度の高速化も可能である。
例えば、監視信号の周波数が２０［Ｈｚ］であれば、次の数式３，数式４で表される演算式のＦＩＲフィルタを用いることにより、漏洩電流の商用周波数成分を完全に除去することができる。
［数３］（商用周波数が５０［Ｈｚ］の場合）
Ｉ（ｎ）＝ｉ（ｎ）＋ｉ（ｎ−７２°）
［数４］（商用周波数が６０［Ｈｚ］の場合）
Ｉ（ｎ）＝ｉ（ｎ）＋ｉ（ｎ−６０°）
これらの数式において、ｎは現在のサンプリング時点であり、「ｎ−７２°」，「ｎ−６０°」は、それぞれ電気角で７２°前，６０°前のサンプリング時点を示している。
上述した７２°，６０°という値は監視信号周波数によって変わるが、この位相角θは、θ＝１８０°／（商用周波数／監視信号周波数）という一般式で表現することができ、ここで求められた位相角を基準にして数倍のサンプリング間隔でＡＤ変換を行えば、ＦＩＲフィルタによる演算を容易に行うことができる。
【００４１】
更に、本実施形態における各演算処理は、ＤＦＴ演算やＦＦＴ演算等のフーリエ変換処理を行う必要がなく、概ね０．５周期分のサンプリングデータがあれば、抵抗成分電流、容量成分電流ともにそれぞれ実効値相当の演算結果が得られる。このため、多周期にわたる多数のデータを蓄積することで実現可能なフーリエ変換に比べて、メモリ容量を削減でき、かつ、応答性にも優れたものになる。
【００４２】
加えて、抵抗分試験電流を抑制電流にベクトル加算して電路に注入することにより、容量成分電流を打ち消しながら、抵抗分試験電流と抵抗成分電流との合計値を絶縁監視レベルと比較して所定の監視出力が得られるか否かを試験することができるので、信頼性の高い絶縁監視装置を実現することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１：変圧器
２：負荷
３，５：二次側電路
４：Ｂ種接地線
３０：重畳変成器
５０：零相変流器（ＺＣＴ）
２００：絶縁監視装置本体
２１０：ＣＰＵ
２１１，２１７：波形生成手段
２１２，２１３，２１４：有限インパルス応答フィルタ（ＦＩＲフィルタ）
２１５：有効分演算手段
２１６：無効分演算手段
２１８：試験信号生成手段
２２１，２３１：Ｄ／Ａ変換器
２２２，２２４，２２７，２３２：バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）
２２３，２２６：ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
２２５，２２９，２３０：Ａ／Ｄ変換器
２２８：増幅器
２４０：表示部
２５０：監視出力部
Ｃ：対地静電容量
Ｒ：対地絶縁抵抗
【技術分野】
【０００１】
本発明は、監視対象である配電用電路の接地線に商用周波数より低い周波数の監視信号を重畳し、そのときに接地点及び電路を介して還流する漏洩電流を測定することにより電路（電路に接続された負荷を含む）の絶縁劣化状態を監視する絶縁監視方法及び絶縁監視装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の絶縁監視装置としては、測定した漏洩電流Ｉgのうちの抵抗成分電流（監視信号電圧と同位相の電流）Ｉgrが絶縁劣化電流に相当することに着目し、漏洩電流Ｉgから容量成分電流（監視信号電圧より位相が９０度進んだ電流）Ｉgcを除去して求めた抵抗成分電流Ｉgrの大きさに基づき、電路の絶縁劣化状態を監視するＩgr形絶縁監視装置が知られている。このＩgr形絶縁監視装置は、三相４線，三相３線，単相３線，単相２線等の相線式を問わず、各種電路の絶縁劣化状態を監視するために広く使用されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、変圧器の低圧側電路に、接地線を介して第１の低周波数及び第２の低周波数の監視信号を注入し、接地線に帰還する漏洩電流のうち第１の低周波数成分から有効分、無効分を求め、これらの有効分、無効分と、漏洩電流のうち第２の低周波数成分とを用いて所定の演算を行うことにより、活線状態にて電路の絶縁抵抗を測定するようにした絶縁抵抗測定方法が記載されている。
特許文献２には、電路に注入した低周波数の監視信号と同一周波数の漏洩電流を検出して抵抗成分電流、容量成分電流を分離・抽出し、これら各成分と監視信号電圧等を用いて生成した抑圧電流によって各成分を打ち消すことにより、抵抗成分電流を打ち消すのに要した抑圧量を絶縁抵抗値として検出する絶縁監視装置が記載されている。
特許文献３には、低周波数の監視信号と同一周波数成分の漏洩電流を検出する際の検出信号レベルや零相変流器（ＺＣＴ）の特性を改善するために、零相変流器の一次側に監視信号とは異なる周波数の補正用信号を重畳し、零相変流器の二次側から検出した補正用信号の変化分により検出信号を補正するようにした絶縁状態監視装置が記載されている。
【０００４】
更に、特許文献４には、小電力の絶縁監視信号を用いて高精度な絶縁監視を可能にした絶縁監視装置が開示されている。
ここで、図４は、特許文献４に記載された絶縁監視装置のブロック図であり、１は変圧器、２は負荷、３，５は変圧器１の二次側電路、４はＢ種接地線、１０は絶縁監視装置、３０は重畳変成器、５０はＺＣＴ、Ｃは電路の対地静電容量、Ｒは対地絶縁抵抗である。
【０００５】
絶縁監視装置１０の構成及び動作を略述すると、発振器２１及び増幅器２２からなる監視信号発生部２０が商用周波数より低い周波数の監視信号Ｗを生成し、重畳トランス３０を介して変圧器１のＢ種接地線４に重畳する。ＺＣＴ５０は、電路の対地インピーダンス及び大地を介してＢ種接地線４に還流する漏洩電流を検出し、この漏洩電流（測定信号Ｍ）を、ヘッドアンプ６１、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）６２、Ａ／Ｄ変換器６３からなる測定信号検出手段６０により処理してディジタル信号に変換する。
【０００６】
基準信号検出手段４０では、基準入力ｂとしてＢ種接地線４の電圧が与えられる商用成分除去部４１を介して、スイッチドキャパシタフィルタ（ＳＣＦ）４６により商用周波数及びその高調波等の不要成分を除去し、基準信号Ｂを得る。なお、４２はアンチエイリアスフィルタ（ＡＡＦ）、４３はアッテネータ（ＡＴＴ）、４４はバンドエリミネーションフィルタ（ＢＥＦ）、４５は増幅器を示す。
基準信号Ｂは、抑圧信号生成部８０に送られると共に、同期信号生成部７０にも入力されて同期信号Ｓが演算処理部９０に送られる。
【０００７】
演算処理部９０では、基準信号Ｂの所定位相に同期して基準信号ｎサイクル分の測定信号Ｍを使用したＤＦＴ（離散フーリエ変換）演算を行い、測定信号Ｍに含まれる抵抗成分 電流Ｉgr及び容量成分電流Ｉgcを分離・抽出する。
抑圧信号生成部８０では、演算処理部９０から出力される容量成分電流Ｉgcに基づき基準信号Ｂの振幅を調整すると共に、抑圧電流信号ＰをＺＣＴ５０の抑圧部に逆位相で加えることにより、測定信号Ｍ中の容量成分電流Ｉgcが磁気的に相殺されるようにフィードバック制御する。
このため、演算処理部９０では、容量成分電流Ｉgcが充分に抑圧された状態の測定信号Ｍを用いて演算を行うことにより、監視信号の周波数を有する抵抗成分電流Ｉgrのみを高精度に求めることが可能になる。なお、図４において、１０１は表示部、１０２は操作部、１０３は警報出力部である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭６３−２８９４６５号公報（第２頁右下欄第１行〜第１７行、第１図等）
【特許文献２】特開平９−３１８６８４号公報（段落［００２７］〜［００４０］、図１等）
【特許文献３】特開２００３−２１５１９６号公報（段落［００１５］〜［００２２］、図１，図２等）
【特許文献４】特開２０１０−６６１６２号公報（段落［００４３］〜［００４７］、図１，図２等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
さて、前述のように商用周波数と異なる周波数の監視信号を電路に注入して絶縁劣化状態を監視する装置において、検出したい抵抗成分電流とそれ以外の容量成分電流の大きさは、次のような関係となる。
すなわち、電路定格電圧の周波数（商用周波数）が５０［Ｈｚ］、実効値が２００［Ｖ］、電路の静電容量が１［μＦ］、電路の絶縁抵抗が１［ＭΩ］、監視信号の周波数が２０［Ｈｚ］、実効値が０．５［Ｖ］の場合、
（１）漏洩電流における商用周波数成分：
抵抗成分電流……２００［Ｖ］／１［ＭΩ］＝０．２［ｍＡ］
容量成分電流……２００［Ｖ］／｛１／（２・π・５０［Ｈｚ］・１×１０−６）｝＝６２．８３［ｍＡ］
（２）漏洩電流における監視信号周波数成分：
抵抗成分電流……０．５［Ｖ］／１［ＭΩ］＝０．５［μＡ］
容量成分電流……０．５［Ｖ］／｛１／（２・π・２０［Ｈｚ］・１×１０−６）｝＝６２．８３［μＡ］
となる。
【００１０】
上記の例から明らかなように、漏洩電流における商用周波数成分と監視信号周波数成分との比は約１０００対１であるため、検出された漏洩電流から如何にして商用周波数成分を除去するかが一つの課題となっている。
更に、漏洩電流における監視信号周波数成分だけに着目した場合、抵抗成分電流と容量成分電流との比は１対１００であり、求めたい抵抗成分電流を精度良く検出するためには、容量成分電流を確実に除去することも大きな課題である。
これらを実現するためには、ハードウェアとソフトウェアとを適宜組み合わせて抵抗成分電流を高精度に検出することが必要であり、前述した特許文献１〜４でも、各種のフィルタやフーリエ変換処理によって課題の解決を図っている。
【００１１】
ここで、例えば特許文献４に記載されているようにＤＦＴ演算等のフーリエ変換によって特定の周波数成分を抽出する場合、解析周波数の間隔を粗く設定すると、目的とする周波数（監視信号の周波数）成分だけでなくその周辺の周波数成分まで検出してしまい、これらがノイズとなって測定精度が著しく低下する。従って、測定精度を高めるためには、解析周波数の間隔をできるだけ短く、例えば１［Ｈｚ］間隔とすることが望まれるが、この周波数間隔で波形を一周期測定するには１秒間分のデータを蓄積する必要があり、解析周波数の間隔が短くなるほどデータの蓄積対象時間も長くなる。
また、抽出または除去する周波数成分に対しては、波形をその周波数の数倍の周波数でサンプリングするため、ある程度の細かいサンプリング周期と周辺周波数の影響を抑制するための時間幅とが必要になり、結果として数１００から数１０００点のデータを蓄積しなくてはならず、大容量のメモリを用意する必要がある。
【００１２】
なお、フーリエ変換後のデータから抵抗成分電流を算出する場合、漏洩電流の位相値を用いて三角関数演算を行う方法が考えられるが、位相値を使用すると位相０度及び９０度に近い部分における誤差の影響が極めて大きくなるので、このような方法によって抵抗成分電流を算出することは極力避けるべきであると言える。
【００１３】
そこで、本発明の解決課題は、フーリエ変換のように大量のデータを必要とせず、漏洩電流のベクトル成分である抵抗成分電流及び容量成分電流をディジタルフィルタ処理及び有効分・無効分の演算等のディジタル演算により高精度に求めて絶縁劣化状態を監視可能とし、また、必要に応じて監視動作の良否を試験できるようにした絶縁監視方法及び絶縁監視装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するため、請求項１に係る絶縁監視方法は、絶縁監視対象である活線状態の配電用電路に商用周波数より低い周波数の監視信号を重畳したときに前記電路の接地線を流れる漏洩電流を検出し、前記漏洩電流の成分として、前記監視信号の周波数を有し、かつ、前記電路の対地絶縁抵抗に相当する抵抗成分電流及び前記電路の対地静電容量に相当する容量成分電流をそれぞれ分離・抽出し、抽出した前記抵抗成分電流の大きさに基づいて前記電路の絶縁劣化状態を監視する絶縁監視方法において、
前記接地線を流れる漏洩電流の商用周波数成分及び前記接地線の電圧の商用周波数成分をアナログフィルタによりそれぞれ除去して前記漏洩電流及び電圧の監視信号周波数成分を抽出し、これらの監視信号周波数成分をディジタル信号に変換してディジタルフィルタ処理すると共に、演算処理手段のディジタル演算により、前記ディジタルフィルタの出力を用いて前記監視信号周波数成分の有効分及び無効分をそれぞれ求め、前記有効分を前記抵抗成分電流とし、前記無効分を前記容量成分電流として同定するものである。
【００１５】
請求項２に係る絶縁監視方法は、請求項１に記載した絶縁監視方法において、同定された前記容量成分電流に対し、大きさが同じで逆位相の抑制電流を前記演算処理手段にて生成し、この抑制電流を前記電路に注入することにより、前記容量成分電流を打ち消すものである。
【００１６】
請求項３に係る絶縁監視方法は、請求項２に記載した絶縁監視方法において、前記抑制電流と前記演算処理手段が生成した抵抗分試験電流とをベクトル加算して前記電路に注入することにより、前記容量成分電流を打ち消すと共に、前記抵抗分試験電流と前記抵抗成分電流との合計値を所定の絶縁監視レベルと比較して監視動作の良否を試験するものである。
【００１７】
請求項４に係る絶縁監視方法は、請求項２に記載した絶縁監視方法において、前記抑制電流と前記演算処理手段が生成した抵抗分試験電流とをベクトル加算して前記電路に注入することにより、前記容量成分電流を打ち消すと共に、前記抵抗分試験電流と前記抵抗成分電流との合計値を所定の絶縁監視レベルと比較して監視精度の良否を判定するものである。
【００１８】
請求項５に係る絶縁監視方法は、請求項３または４に記載した絶縁監視方法において、前記抵抗分試験電流と前記抵抗成分電流との合計値が所定の絶縁監視レベルを超えたときに監視出力を発生させて監視動作の良否または監視精度の良否を確認するものである。
【００１９】
請求項６に係る絶縁監視装置は、絶縁監視対象である活線状態の配電用電路に商用周波数より低い周波数の監視信号を重畳する手段と、
前記監視信号を前記電路に重畳したときに前記電路の接地線を流れる漏洩電流を検出する手段と、
検出した前記漏洩電流から商用周波数成分を除去すると共に、前記漏洩電流の成分として、前記監視信号の周波数を有し、かつ、前記電路の対地絶縁抵抗に相当する抵抗成分電流及び前記電路の対地静電容量に相当する容量成分電流をそれぞれ分離して抽出する分離・抽出手段と、を備え、
抽出した前記抵抗成分電流の大きさに基づいて前記電路の絶縁劣化状態を監視する絶縁監視装置において、
前記分離・抽出手段を、
前記接地線を流れる漏洩電流の商用周波数成分及び前記接地線の電圧の商用周波数成分をそれぞれ除去するアナログフィルタと、
前記アナログフィルタの出力をディジタル信号に変換するＡＤ変換手段と、
前記ＡＤ変換手段の出力をディジタル演算処理して前記漏洩電流及び電圧の監視信号周波数成分を抽出するディジタルフィルタと、
前記ディジタルフィルタの出力から前記監視信号周波数成分の有効分及び無効分をそれぞれ求める有効分演算手段及び無効分演算手段と、により構成し、
前記有効分を前記抵抗成分電流とし、前記無効分を前記容量成分電流として同定するものである。
【００２０】
請求項７に係る絶縁監視装置は、請求項６に記載した絶縁監視装置において、同定された前記容量成分電流に対し、大きさが同じで逆位相の抑制電流を生成する手段と、前記容量成分電流を打ち消すために前記抑制電流を前記電路に注入する手段と、を備えたものである。
【００２１】
請求項８に係る絶縁監視装置は、請求項７に記載した絶縁監視装置において、所定の大きさの抵抗分試験電流を生成する手段と、前記抵抗分試験電流と前記抑制電流とをベクトル加算する手段と、前記抵抗分試験電流と前記抑制電流とのベクトル加算結果を前記電路に注入する手段と、を備え、
前記監視信号周波数成分の有効分として同定された前記抵抗成分電流と前記抵抗分試験電流との合計値を前記電路から検出し、前記合計値を所定の絶縁監視レベルと比較して監視動作の良否を試験するものである。
【００２２】
請求項９に係る絶縁監視装置は、請求項８に記載した絶縁監視装置において、前記抵抗分試験電流と前記抑制電流とのベクトル加算結果を前記電路に注入する手段は、前記抑制電流を前記電路に注入する手段を兼用していることを特徴とする。
【００２３】
請求項１０に係る絶縁監視装置は、請求項６〜９のいずれか１項に記載した絶縁監視装置において、前記抵抗成分電流と前記抵抗分試験電流との合計値が前記絶縁監視レベルを超えたときに、前記監視動作としての接点出力または警報出力をロックするものである。
【００２４】
請求項１１に係る絶縁監視装置は、請求項６〜１０のいずれか１項に記載した絶縁監視装置において、前記アナログフィルタの出力側に増幅手段を設け、前記増幅手段の出力を前記ＡＤ変換手段及び前記ディジタルフィルタを介して前記有効分演算手段に入力するものである。
【００２５】
請求項１２に係る絶縁監視装置は、請求項６〜１１のいずれか１項に記載した絶縁監視装置において、前記ディジタルフィルタがＦＩＲフィルタであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明は、特許文献４のように比較的長い時間にわたって蓄積した大量のデータを必要とするフーリエ変換処理や、三角関数演算を用いずに、アナログフィルタ及びディジタルフィルタを組み合わせ、更に、漏洩電流の監視信号周波数成分の有効分・無効分を演算することによって抵抗成分電流及び容量成分電流をそれぞれ分離・抽出するものである。
このため、大容量のメモリが不要であり、コストの低減が可能であると共に、応答性の向上にも寄与する。
また、漏洩電流から容量電流成分を十分に抑制して目的とする抵抗成分電流のみから監視信号周波数成分を抽出しているので、ＡＤ変換手段への入力信号のフルスケールを最大限小さくすることができ、絶縁劣化状態の指標としての抵抗成分電流を高精度に算出することができる。
更に、抽出した抵抗成分電流に抵抗分試験電流を重畳して電路に注入し、これらの合計値が所定の絶縁監視レベルを超えた時に実際の監視出力が得られるか否かを検出することにより、絶縁監視装置としての監視動作の良否や監視精度の良否を確認することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施形態を示すブロック図である。
【図２】実施形態の動作を示す電圧、電流のベクトル図である。
【図３】実施形態における動作確認試験時の電圧、電流のベクトル図である。
【図４】特許文献４に記載された従来技術を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図１は、この実施形態の構成を示すブロック図である。図１において、一次側電路が配電系統に接続された変圧器１の二次側電路３，５には、負荷２が接続されている。
電路３にはＢ種接地線４が接続されており、本実施形態に係る絶縁監視装置は、Ｂ種接地線４に商用周波数より低い周波数の絶縁監視信号を重畳したときに電路３，５及び接地電位Ｅｄ，Ｅｂを介して還流する漏洩電流から抵抗成分電流Ｉgrを抽出し、その大きさに基づいて電路（電路に接続された負荷を含む）の絶縁劣化状態を監視するものである。
【００２９】
次に、絶縁監視装置本体２００の構成及び動作を説明する。
ＣＰＵ２１０内の第１の波形生成手段２１１により生成された監視信号データは、Ｄ／Ａ変換器２２１によりアナログ信号に変換される。このアナログ信号は、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２２２によりスムージングされて低周波数（例えば２０［Ｈｚ］）の絶縁監視信号となり、重畳変成器３０を介してＢ種接地線４に注入される。
【００３０】
Ｂ種接地線４の電圧は基準電圧としてＬＰＦ２２３及びＢＰＦ２２４を介しＡ／Ｄ変換器２２５に入力され、ディジタル信号に変換されてＣＰＵ２１０に入力される。また、Ｂ種接地線４を流れる漏洩電流は零相変流器（ＺＣＴ）５０により検出される。この漏洩電流は、ＺＣＴ５０の二次側からＬＰＦ２２６及びＢＰＦ２２７を介して、Ａ／Ｄ変換器２２９によりディジタル信号に変換されてＣＰＵ２１０に入力されると共に、増幅器２２８にて増幅された後にＡ／Ｄ変換器２３０を介してＣＰＵ２１０に入力される。
ここで、ＬＰＦ２２３，２２６は、測定した電流・電圧から高調波を除去するためのものである。
また、ＢＰＦ２２４，２２７は、ＬＰＦ２２３，２２６の出力から商用周波数成分をそれぞれ除去するために、監視信号の周波数をカットオフ周波数として商用周波数成分を−６０〜−８０[ｄＢ]程度まで低減し、通過させる監視信号周波数成分よりも低いレベルにするものであり、商用周波数成分を従来の１／１０００〜１／１００００程度まで減少させる。なお、商用周波数成分を除去するには、通常のアクティブフィルタ（ＢＰＦ，ＬＰＦ，ＨＰＦなど）を多段で用いるか、または、特許文献４に記載されているＳＣＦを用いてもよい。
【００３１】
Ａ／Ｄ変換器２２５，２２９，２３０によりディジタル信号に変換された電圧・電流は、ＣＰＵ２１０内の有限インパルス応答フィルタ（ＦＩＲフィルタ）２１２，２１３，２１４に入力され、ディジタルフィルタ処理が行われる。これらのＦＩＲフィルタ２１２，２１３，２１４により、監視信号周波数成分を通過させると共に商用周波数成分をほぼ完全に除去する。上記構成により、例えば、２０[Ｈｚ]の監視信号に対して、５０[Ｈｚ]または６０[Ｈｚ]の商用周波数成分を選択的に除去することが可能であり、ＤＦＴ演算やＦＦＴ演算のように大量のデータを使用するフーリエ変換処理は不要となる。
【００３２】
こうして求められた、Ｂ種接地線４と接地電位Ｅｄとの間の基準電圧の瞬時値と、漏洩電流の監視信号周波数成分とを用いて、有効分演算手段２１６及び無効分演算手段２１５により、例えば数式１，２の演算をそれぞれ行う。
なお、これらの数式において、Ｖｎｅは基準電圧の瞬時値、Ｉ０は漏洩電流（＝Ｉg）、ｎは現在のサンプリング時点、ｎ−９０°は電気角で９０°前のサンプリング時点である。
[数１]
Iｇｒ(n)＝{Vｎｅ(n)・I０(n)+Vｎｅ(n-90°)・I０(n-90°) }/√{Vｎｅ(n)２+Vｎｅ(n-90°) ２}
[数２]
Iｇｃ(n)＝{Vｎｅ(n)・I０(n-90°)-Vｎｅ(n-90°)・I０(n) }/√{Vｎｅ(n)２+Vｎｅ(n-90°) ２}
【００３３】
数式１，２に示すように、基準電圧及び漏洩電流を用いた単純積和演算により、抵抗成分電流Ｉgr及び容量成分電流Ｉgcを監視信号周波数成分の有効分、無効分としてそれぞれ算出することができる。
有効分演算手段２１６により算出された抵抗成分電流Ｉgrは、監視対象である電路の絶縁劣化状態を示しており、その値は表示部２４０によりディジタル表示されると共に、所定の絶縁監視レベルを超えた場合には監視出力部２５０を動作させて接点出力や警報出力を行わせる。
【００３４】
また、無効分演算手段２１５により算出された容量成分電流Ｉgcは、ＦＩＲフィルタ２１２から出力される基準電圧と共に第２の波形生成手段２１７に入力されている。この波形生成手段２１７は、容量成分電流Ｉgcの大きさと基準電圧のゼロクロスタイミングとを用いて、９０°進み位相に移相した容量成分電流波形を再現し、これを実際の容量成分電流Ｉgcに対して逆位相で流すようにＺＣＴ５０の一次側に重畳するための信号を生成する。
【００３５】
そして、波形生成手段２１７の出力信号はＤ／Ａ変換器２３１によりアナログ信号に変換され、更にＢＰＦ２３２を介してＺＣＴ５０の一次側に供給される。これにより、容量成分電流Ｉgcを打ち消すための抑制電流が通流されることになり、ＺＣＴ５０により検出される漏洩電流から容量成分電流Ｉgcを確実に除去することができる。
ここで、ＢＰＦ２３２は、前記ＢＰＦ２２２と同様に、ＤＡ変換後の波形をスムージングする機能を有する。なお、ＤＡ変換器２３１（ＤＡ変換器２２１も同様）の代わりに、波形生成手段２１７（及び波形生成手段２１１）の出力波形を方形波としてＢＰＦ２３２（及びＢＰＦ２２２）に与えても良い。
【００３６】
なお、図２は、Ｂ種接地線４を介して検出した基準電圧Ｖ（基準Ｖ）及び漏洩電流Ｉg（電路Ｉg）と、前述の有効分演算手段２１６、無効分演算手段２１５により漏洩電流Ｉgのベクトル成分として算出される抵抗成分電流Ｉgr（電路Ｉgr）及び容量成分電流Ｉgc（電路Ｉgc）と、この容量成分電流Ｉgcを打ち消すために波形生成手段２１７により生成される抑制電流Ｉgc（抑制Ｉgc）と、を示すベクトル図である。
【００３７】
再び図１において、２１８は試験信号生成手段である。この試験信号生成手段２１８は、有効分演算手段２１６により検出した抵抗成分電流Ｉgrと同位相で所定の大きさの抵抗分試験電流Ｉgr’を生成するものであり、この抵抗分試験電流Ｉgr’を、波形生成手段２１７により生成した抑制用の容量成分電流Ｉgcにベクトル加算してＺＣＴ５０に注入するように構成されている。
これにより、Ｂ種接地線４には、容量成分電流Ｉgcが打ち消される結果、有効分演算手段２１６により検出した抵抗成分Ｉgrと試験信号生成手段２１８により生成した抵抗分試験電流Ｉgr’との合計値のみが流れることになる。従って、抵抗分試験電流Ｉgr’の値を、監視出力部２５０における絶縁監視レベルと有効分演算手段２１６により検出した抵抗成分電流Ｉgrとの差以上に設定したときの監視出力部２５０の動作の有無を検出することで、絶縁監視機能の良否、すなわち動作確認を行うことができる。
【００３８】
図３は、上記試験時におけるベクトル図であり、Ｉgrと抵抗分試験電流Ｉgr’との合計値（Ｉgr＋Ｉgr’）が絶縁監視レベルを超えるようなＩgr’を試験信号生成手段２１８により生成して重畳した場合を示している。
この場合、監視出力部２５０が動作して接点出力等が行われることとなるが、試験信号生成手段２１８を用いた試験時には、監視出力部２５０の出力をロックする等の設定を追加することで、運用状態に支障なく装置の動作確認が可能になる。
【００３９】
上記のように、本実施形態によれば、ＬＰＦ２２６及びＢＰＦ２２７により、漏洩電流の商用周波数成分を従来の１／１０００〜１／１００００とすることができ、ほぼ１対１かそれ以上の比で、商用周波数成分よりも監視信号周波数成分の方を大きい値にすることが可能である。
このため、図１における増幅器２２８のゲインを所定値に選んでＡＤ変換器２３０に入力することにより、ＡＤ変換のフルスケールを抵抗成分電流Ｉgrの計測最大値付近まで小さくすることができ、結果として抵抗成分電流Ｉgrの検出精度を向上させることができる。
【００４０】
また、ＡＤ変換器２２９，２３０のアナログ入力信号を、後続するＦＩＲフィルタ２１３，２１４の入力が飽和しない程度のディジタル値に変換すれば、これらのＦＩＲフィルタ２１３，２１４によって商用周波数成分を更に選択的に除去できるうえ、応答速度の高速化も可能である。
例えば、監視信号の周波数が２０［Ｈｚ］であれば、次の数式３，数式４で表される演算式のＦＩＲフィルタを用いることにより、漏洩電流の商用周波数成分を完全に除去することができる。
［数３］（商用周波数が５０［Ｈｚ］の場合）
Ｉ（ｎ）＝ｉ（ｎ）＋ｉ（ｎ−７２°）
［数４］（商用周波数が６０［Ｈｚ］の場合）
Ｉ（ｎ）＝ｉ（ｎ）＋ｉ（ｎ−６０°）
これらの数式において、ｎは現在のサンプリング時点であり、「ｎ−７２°」，「ｎ−６０°」は、それぞれ電気角で７２°前，６０°前のサンプリング時点を示している。
上述した７２°，６０°という値は監視信号周波数によって変わるが、この位相角θは、θ＝１８０°／（商用周波数／監視信号周波数）という一般式で表現することができ、ここで求められた位相角を基準にして数倍のサンプリング間隔でＡＤ変換を行えば、ＦＩＲフィルタによる演算を容易に行うことができる。
【００４１】
更に、本実施形態における各演算処理は、ＤＦＴ演算やＦＦＴ演算等のフーリエ変換処理を行う必要がなく、概ね０．５周期分のサンプリングデータがあれば、抵抗成分電流、容量成分電流ともにそれぞれ実効値相当の演算結果が得られる。このため、多周期にわたる多数のデータを蓄積することで実現可能なフーリエ変換に比べて、メモリ容量を削減でき、かつ、応答性にも優れたものになる。
【００４２】
加えて、抵抗分試験電流を抑制電流にベクトル加算して電路に注入することにより、容量成分電流を打ち消しながら、抵抗分試験電流と抵抗成分電流との合計値を絶縁監視レベルと比較して所定の監視出力が得られるか否かを試験することができるので、信頼性の高い絶縁監視装置を実現することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１：変圧器
２：負荷
３，５：二次側電路
４：Ｂ種接地線
３０：重畳変成器
５０：零相変流器（ＺＣＴ）
２００：絶縁監視装置本体
２１０：ＣＰＵ
２１１，２１７：波形生成手段
２１２，２１３，２１４：有限インパルス応答フィルタ（ＦＩＲフィルタ）
２１５：有効分演算手段
２１６：無効分演算手段
２１８：試験信号生成手段
２２１，２３１：Ｄ／Ａ変換器
２２２，２２４，２２７，２３２：バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）
２２３，２２６：ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
２２５，２２９，２３０：Ａ／Ｄ変換器
２２８：増幅器
２４０：表示部
２５０：監視出力部
Ｃ：対地静電容量
Ｒ：対地絶縁抵抗
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁監視対象である活線状態の配電用電路に商用周波数より低い周波数の監視信号を重畳したときに前記電路の接地線を流れる漏洩電流を検出し、前記漏洩電流の成分として、前記監視信号の周波数を有し、かつ、前記電路の対地絶縁抵抗に相当する抵抗成分電流及び前記電路の対地静電容量に相当する容量成分電流をそれぞれ分離・抽出し、抽出した前記抵抗成分電流の大きさに基づいて前記電路の絶縁劣化状態を監視する絶縁監視方法において、
前記接地線を流れる漏洩電流の商用周波数成分及び前記接地線の電圧の商用周波数成分をアナログフィルタによりそれぞれ除去して前記漏洩電流及び電圧の監視信号周波数成分を抽出し、これらの監視信号周波数成分をディジタル信号に変換してディジタルフィルタ処理すると共に、演算処理手段のディジタル演算により、前記ディジタルフィルタの出力を用いて前記監視信号周波数成分の有効分及び無効分をそれぞれ求め、前記有効分を前記抵抗成分電流とし、前記無効分を前記容量成分電流として同定することを特徴とする絶縁監視方法。
【請求項２】
請求項１に記載した絶縁監視方法において、
同定された前記容量成分電流に対し、大きさが同じで逆位相の抑制電流を前記演算処理手段にて生成し、この抑制電流を前記電路に注入することにより、前記容量成分電流を打ち消すことを特徴とする絶縁監視方法。
【請求項３】
請求項２に記載した絶縁監視方法において、
前記抑制電流と前記演算処理手段が生成した抵抗分試験電流とをベクトル加算して前記電路に注入することにより、前記容量成分電流を打ち消すと共に、前記抵抗分試験電流と前記抵抗成分電流との合計値を所定の絶縁監視レベルと比較して監視動作の良否を試験することを特徴とする絶縁監視方法。
【請求項４】
請求項２に記載した絶縁監視方法において、
前記抑制電流と前記演算処理手段が生成した抵抗分試験電流とをベクトル加算して前記電路に注入することにより、前記容量成分電流を打ち消すと共に、前記抵抗分試験電流と前記抵抗成分電流との合計値を所定の絶縁監視レベルと比較して監視精度の良否を判定することを特徴とする絶縁監視方法。
【請求項５】
請求項３または４に記載した絶縁監視方法において、
前記抵抗分試験電流と前記抵抗成分電流との合計値が所定の絶縁監視レベルを上回ったときに監視出力を発生させて監視動作の良否または監視精度の良否を確認することを特徴とする絶縁監視方法。
【請求項６】
絶縁監視対象である活線状態の配電用電路に商用周波数より低い周波数の監視信号を重畳する手段と、
前記監視信号を前記電路に重畳したときに前記電路の接地線を流れる漏洩電流を検出する手段と、
検出した前記漏洩電流から商用周波数成分を除去すると共に、前記漏洩電流の成分として、前記監視信号の周波数を有し、かつ、前記電路の対地絶縁抵抗に相当する抵抗成分電流及び前記電路の対地静電容量に相当する容量成分電流をそれぞれ分離して抽出する分離・抽出手段と、を備え、
抽出した前記抵抗成分電流の大きさに基づいて前記電路の絶縁劣化状態を監視する絶縁監視装置において、
前記分離・抽出手段を、
前記接地線を流れる漏洩電流の商用周波数成分及び前記接地線の電圧の商用周波数成分をそれぞれ除去するアナログフィルタと、
前記アナログフィルタの出力をディジタル信号に変換するＡＤ変換手段と、
前記ＡＤ変換手段の出力をディジタル演算処理して前記漏洩電流及び電圧の監視信号周波数成分を抽出するディジタルフィルタと、
前記ディジタルフィルタの出力から前記監視信号周波数成分の有効分及び無効分をそれぞれ求める有効分演算手段及び無効分演算手段と、により構成し、
前記有効分を前記抵抗成分電流とし、前記無効分を前記容量成分電流として同定することを特徴とする絶縁監視装置。
【請求項７】
請求項６に記載した絶縁監視装置において、
同定された前記容量成分電流に対し、大きさが同じで逆位相の抑制電流を生成する手段と、
前記容量成分電流を打ち消すために前記抑制電流を前記電路に注入する手段と、
を備えたことを特徴とする絶縁監視装置。
【請求項８】
請求項７に記載した絶縁監視装置において、
所定の大きさの抵抗分試験電流を生成する手段と、
前記抵抗分試験電流と前記抑制電流とをベクトル加算する手段と、
前記抵抗分試験電流と前記抑制電流とのベクトル加算結果を前記電路に注入する手段と、を備え、
前記監視信号周波数成分の有効分として同定された前記抵抗成分電流と前記抵抗分試験電流との合計値を前記電路から検出し、前記合計値を所定の絶縁監視レベルと比較して監視動作の良否を試験することを特徴とする絶縁監視装置。
【請求項９】
請求項８に記載した絶縁監視装置において、
前記抵抗分試験電流と前記抑制電流とのベクトル加算結果を前記電路に注入する手段は、前記抑制電流を前記電路に注入する手段を兼用していることを特徴とする絶縁監視装置。
【請求項１０】
請求項６〜９のいずれか１項に記載した絶縁監視装置において、
前記抵抗成分電流と前記抵抗分試験電流との合計値が前記絶縁監視レベルを超えたときに、前記監視動作としての接点出力または警報出力をロックすることを特徴とする絶縁監視装置。
【請求項１１】
請求項６〜１０のいずれか１項に記載した絶縁監視装置において、
前記アナログフィルタの出力側に増幅手段を設け、前記増幅手段の出力を前記ＡＤ変換手段及び前記ディジタルフィルタを介して前記有効分演算手段に入力することを特徴とする絶縁監視装置。
【請求項１２】
請求項６〜１１のいずれか１項に記載した絶縁監視装置において、
前記ディジタルフィルタがＦＩＲフィルタであることを特徴とする絶縁監視装置。
【請求項１】
絶縁監視対象である活線状態の配電用電路に商用周波数より低い周波数の監視信号を重畳したときに前記電路の接地線を流れる漏洩電流を検出し、前記漏洩電流の成分として、前記監視信号の周波数を有し、かつ、前記電路の対地絶縁抵抗に相当する抵抗成分電流及び前記電路の対地静電容量に相当する容量成分電流をそれぞれ分離・抽出し、抽出した前記抵抗成分電流の大きさに基づいて前記電路の絶縁劣化状態を監視する絶縁監視方法において、
前記接地線を流れる漏洩電流の商用周波数成分及び前記接地線の電圧の商用周波数成分をアナログフィルタによりそれぞれ除去して前記漏洩電流及び電圧の監視信号周波数成分を抽出し、これらの監視信号周波数成分をディジタル信号に変換してディジタルフィルタ処理すると共に、演算処理手段のディジタル演算により、前記ディジタルフィルタの出力を用いて前記監視信号周波数成分の有効分及び無効分をそれぞれ求め、前記有効分を前記抵抗成分電流とし、前記無効分を前記容量成分電流として同定することを特徴とする絶縁監視方法。
【請求項２】
請求項１に記載した絶縁監視方法において、
同定された前記容量成分電流に対し、大きさが同じで逆位相の抑制電流を前記演算処理手段にて生成し、この抑制電流を前記電路に注入することにより、前記容量成分電流を打ち消すことを特徴とする絶縁監視方法。
【請求項３】
請求項２に記載した絶縁監視方法において、
前記抑制電流と前記演算処理手段が生成した抵抗分試験電流とをベクトル加算して前記電路に注入することにより、前記容量成分電流を打ち消すと共に、前記抵抗分試験電流と前記抵抗成分電流との合計値を所定の絶縁監視レベルと比較して監視動作の良否を試験することを特徴とする絶縁監視方法。
【請求項４】
請求項２に記載した絶縁監視方法において、
前記抑制電流と前記演算処理手段が生成した抵抗分試験電流とをベクトル加算して前記電路に注入することにより、前記容量成分電流を打ち消すと共に、前記抵抗分試験電流と前記抵抗成分電流との合計値を所定の絶縁監視レベルと比較して監視精度の良否を判定することを特徴とする絶縁監視方法。
【請求項５】
請求項３または４に記載した絶縁監視方法において、
前記抵抗分試験電流と前記抵抗成分電流との合計値が所定の絶縁監視レベルを上回ったときに監視出力を発生させて監視動作の良否または監視精度の良否を確認することを特徴とする絶縁監視方法。
【請求項６】
絶縁監視対象である活線状態の配電用電路に商用周波数より低い周波数の監視信号を重畳する手段と、
前記監視信号を前記電路に重畳したときに前記電路の接地線を流れる漏洩電流を検出する手段と、
検出した前記漏洩電流から商用周波数成分を除去すると共に、前記漏洩電流の成分として、前記監視信号の周波数を有し、かつ、前記電路の対地絶縁抵抗に相当する抵抗成分電流及び前記電路の対地静電容量に相当する容量成分電流をそれぞれ分離して抽出する分離・抽出手段と、を備え、
抽出した前記抵抗成分電流の大きさに基づいて前記電路の絶縁劣化状態を監視する絶縁監視装置において、
前記分離・抽出手段を、
前記接地線を流れる漏洩電流の商用周波数成分及び前記接地線の電圧の商用周波数成分をそれぞれ除去するアナログフィルタと、
前記アナログフィルタの出力をディジタル信号に変換するＡＤ変換手段と、
前記ＡＤ変換手段の出力をディジタル演算処理して前記漏洩電流及び電圧の監視信号周波数成分を抽出するディジタルフィルタと、
前記ディジタルフィルタの出力から前記監視信号周波数成分の有効分及び無効分をそれぞれ求める有効分演算手段及び無効分演算手段と、により構成し、
前記有効分を前記抵抗成分電流とし、前記無効分を前記容量成分電流として同定することを特徴とする絶縁監視装置。
【請求項７】
請求項６に記載した絶縁監視装置において、
同定された前記容量成分電流に対し、大きさが同じで逆位相の抑制電流を生成する手段と、
前記容量成分電流を打ち消すために前記抑制電流を前記電路に注入する手段と、
を備えたことを特徴とする絶縁監視装置。
【請求項８】
請求項７に記載した絶縁監視装置において、
所定の大きさの抵抗分試験電流を生成する手段と、
前記抵抗分試験電流と前記抑制電流とをベクトル加算する手段と、
前記抵抗分試験電流と前記抑制電流とのベクトル加算結果を前記電路に注入する手段と、を備え、
前記監視信号周波数成分の有効分として同定された前記抵抗成分電流と前記抵抗分試験電流との合計値を前記電路から検出し、前記合計値を所定の絶縁監視レベルと比較して監視動作の良否を試験することを特徴とする絶縁監視装置。
【請求項９】
請求項８に記載した絶縁監視装置において、
前記抵抗分試験電流と前記抑制電流とのベクトル加算結果を前記電路に注入する手段は、前記抑制電流を前記電路に注入する手段を兼用していることを特徴とする絶縁監視装置。
【請求項１０】
請求項６〜９のいずれか１項に記載した絶縁監視装置において、
前記抵抗成分電流と前記抵抗分試験電流との合計値が前記絶縁監視レベルを超えたときに、前記監視動作としての接点出力または警報出力をロックすることを特徴とする絶縁監視装置。
【請求項１１】
請求項６〜１０のいずれか１項に記載した絶縁監視装置において、
前記アナログフィルタの出力側に増幅手段を設け、前記増幅手段の出力を前記ＡＤ変換手段及び前記ディジタルフィルタを介して前記有効分演算手段に入力することを特徴とする絶縁監視装置。
【請求項１２】
請求項６〜１１のいずれか１項に記載した絶縁監視装置において、
前記ディジタルフィルタがＦＩＲフィルタであることを特徴とする絶縁監視装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−３６８８４（Ｐ２０１３−３６８８４Ａ）
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７３８１３（Ｐ２０１１−１７３８１３）
【出願日】平成２３年８月９日（２０１１．８．９）
【出願人】（５０８２９６７３８）富士電機機器制御株式会社 (299)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月９日（２０１１．８．９）
【出願人】（５０８２９６７３８）富士電機機器制御株式会社 (299)
【Ｆターム（参考）】
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