JPS586148B2 - 絶縁監視装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は漏電事故を未然に防止するための絶縁監視装置
に関するものである。

従来より用いられている漏電事故防止装置としては、例
えば第１図に示すような漏電遮断器ＥＬＢが知られてい
る。

この種の漏電遮断器ＥＬＢは通常零相変流器ＺＣＴ、増
巾器ＡＭＰ、引外し接点ＣＴＴａ，ＣＴＴｂなどにより
構成されている。

この漏電遮断器ＥＬＢが用いられた絶縁変圧器Ｔの出力
側に負荷Ｚ１，Ｚ２を接続し、この負荷Ｚ１，Ｚ２のそ
れぞれ両端に仮想絶縁抵抗ｒ１，ｒ２，ｒ３を想定した
回路についてみると、この仮想絶縁抵抗ｒ１，ｒ２，ｒ
３が無限大であれば絶縁変圧器Ｔ１の接地端子Ｅには電
流が流れない。

この場合零相変流器ＺＣＴの出力は零である。

例えば仮想絶縁抵抗ｒ１がある値をとった場合について
みると、絶縁変圧器Ｔ１の２次電流には負荷電流の他に
仮想絶縁抵抗ｒ１を介して接地端子Ｅに流れる漏洩電流
が加わる。

この漏洩電流は零相変流器ＺＣＴ内を一方向にしか流れ
ないため信号が発生し、それを増巾器ＡＭＰで増巾して
引外し接点ＣＴＴａ，ＣＴＴｂを動作させる。

仮想絶縁抵抗ｒが入った場合についても、接地端子Ｅを
通して流れる漏洩電流が零相変流器ＺＣＴ内を一方向に
流れて制御信号を発生させる。

しかるに、仮想絶縁抵抗ｒ３が入った場合は、その両端
が接地端子Ｅと同電位であるため漏洩電流が流れず、零
相変流器ＺＣＴに信号は現れない。

また、絶縁変圧器Ｔ１の出力側に接地端子Ｅを設けなけ
ればならなＧ）。

すなわち、この種漏電遮断器ＥＬＢを用いる場合は、配
線路あるいは負荷である電気機器などの絶縁劣化を完全
に監視することができず、しかも二次側非接地の回路に
おいては使用することができないという問題がある。

本発明はこのような事情に鑑み、二次側非接地の回路に
おいて絶縁劣化の監視を確実に実施できる装置を提供し
ようとするものである。

本発明は絶縁変圧器の二次側配線や接続される電気機器
に絶縁劣化が生じた場合、交流電圧の１サイクルを半サ
イクル毎に分離して漏洩電流を検出し１サイクルを基準
として表示装置、保護装置などを動作させようとするも
ので、特に微少電流の検出に効果を発揮するものである
。

第２図は本発明による絶縁監視装置をブロツク図で示し
たもので、図においてＴ１は絶縁変圧器、Ｚは絶縁変圧
器Ｔ１の二次側に接続される負荷で、例えばＭＥ機器、
計装用機器などが接続される。

１は波形弁別器で交流電源に基づく漏洩電流の１サイク
ルを半サイクル毎に分離して捕捉するためのもので、例
えば絶縁変圧器Ｔ１の一対の出力端子それぞれに接続さ
れ第１の弁別回路１１と第２の弁別回路１２とから構成
されている。

２は波形弁別器１の出力を電流信号から電圧信号に変換
するＩ／Ｖコンパータで、漏洩電流による信号は■／Ｖ
コンバータ２、波形弁別器１を通して与えられる。

なお、■／Ｖコンパータ２は前記第１、第２の弁別回路
１１，１２とそれぞれ直列に接続される第１、第２のコ
ンバータ回路２１，２２を備えている。

３はＩ／Ｖコンバータ２の電圧信号出力を受けてそのピ
ーク値を記憶するピーク記憶器で、第１、第２のコンバ
ータ回路２１，２２とそれぞれ直列に第１１第２のピー
クホールド回路３１，３２が接続される。

４はピーク記憶器３の出力を高インピーダンスで受け低
インピーダンスの電圧信号に変換するパツファ回路で、
第１、第２のピークホールド回路３１，３２とそれぞれ
直列にパツファアンプ４１，４２が接続される。

５は波形弁別器１で半サイクル毎に分離してそれぞれ低
インピーダンスの電圧信号として第１１第２のバツファ
アンプ４１，４２から出力された信号を加算する加算器
で、両方の和信号として表示メータ６を動作させる。

７はコンパレータで、表示メータ６に加えられる信号を
検出し外部制御回路８を動作させる。

９は絶縁監視装置の電源として使用される電源用変圧器
、１０は絶縁監視装置の自己テスト回路である。

このような構成になる装置によれば、例えば負荷Ｚに絶
縁不良が生じた場合、その場所が負荷Ｚのいずれの位置
であっても表示メータ６の表示は絶縁不良による漏洩抵
抗によって定まるという特徴がある。

これは半サイクル毎に漏洩電流信号を分離し、そのピー
ク値によって定められる電圧による直流電流を加算する
ためで、この点については次に示す実施例を用いて詳細
に説明する。

したがって表示メータ６の表示を見ることによって配線
や負荷の絶縁劣化の状態を知ることができ、さらに必要
に応じて警報その他の装置を動作させることが可能であ
る。

第３図に示す回路図は本発明による絶縁監視装置の具体
的実施例の要部を示すもので、第２図と同一部分は同一
符号を付してある。

図において、Ｔは絶縁変圧器、Ｚは負荷で、負荷Ｚは第
１の負荷Ｚ１と第２の負荷Ｚ２の直列負荷として示して
ある。

ｒ１，ｒ２，ｒ３はそれぞれ第１、第２、第３の仮想絶
縁抵抗を示すもので、第１の仮想絶縁抵抗ｒ１は第１の
負荷Ｚ１の電源側、第２の仮想絶縁抵抗ｒ２は第１、第
２の負荷ｚ１，Ｚ２の中間、第３の仮想絶縁抵抗ｒ３は
第２の負荷Ｚ２の電源側にそれぞれ接続され、他端が接
地されている。

第１、第２の弁別回路１１，１２はそれぞれ抵抗Ｒ１１
とダイオードＤ１１、抵抗Ｒ１２とダイオードＤ１２の
直列回路により構成され、第１の弁別回路１１は絶縁変
圧器Ｔ１の出力端で第３の仮想絶縁抵抗ｒ３が接続され
ている側に接続され、第２の弁別回路１２は絶縁変圧器
Ｔ１のもう一方の出力端で第１の仮想絶縁抵抗ｒ１が接
続されている側に接続されている。

第１、第２の弁別回路１１，１２の出力端にはそれぞれ
第１、第２のコンバータ回路２１，２２が接続されてい
る。

この第１１第２のコンパータ回路２１，２２はそれぞれ
オペアンプＱ１１，Ｑ１２で構成され、オペアンプＱ１
１，Ｑ１２の入力端子に加わる電流信号を電圧信号出力
として取り出す。

Ｒ２１，Ｒ２２はそれぞれ帰還抵抗を示す。

コンバータ回路２１，２２の出力として得られる電圧信
号は、ピークホールド回路３１，３２に加えられる。

このピークホールド回路３１，３２はそれぞれダイオー
ドＤ２１とコンデンサＣ１１、ダイオードＤ２２とコン
デンサＣ１２によって構成され、それぞれのコンデンサ
Ｃ１２，Ｃ１２はコンバータ回路２１，２２の出力電圧
のピーク値まで充電される。

これらのピーク電圧はバツファアンプ４１，４２を構成
するオペアンブＱ２１，Ｑ２２に入力される。

この入力インピーダンスは高インピーダンスであるので
、ピークホールド回路３１，３２を構成するコンデンサ
Ｃ１１，Ｃ１２の放電を押え、動作の安定性を高めてい
る。

Ｒ３１，Ｒ４１およびＲ３２，Ｒ４２はそれぞれ帰還抵
抗で、それぞれＧ１＝（Ｒ３１＋Ｒ４１）／Ｒ３１，Ｇ
２＝（Ｒ３２＋Ｒ４２）／Ｒ３２の比率で入力電圧を増
巾する。

Ｒ５１，Ｒ５２はバツファアンプ４１，４２の出力電圧
が印加される抵抗で、この抵抗Ｒ５１，Ｒ５２を流れる
電流を加算する加算器５を構成する。

６は表示メータで直流電流計が用いられる。

Ｒ６は検出用抵抗で、この端子電圧を信号として利用す
れば警報その他の保護装置を動作させることができる。

７はコンパレータで、オペアンプＱ３を利用し、検出用
抵抗Ｒ６から与えられる電圧信号と、あらかじめ抵抗馬
に与えられる基準電圧Ｖ０を比較して電圧信号が基準電
圧Ｖ０を越えたとき出力の正負が反転するように動作す
る。

Ｒ８，Ｒ９，Ｒ１０はそれぞれ抵抗を示す。

８はコンパレータ７の出力によって動作する外部制御回
路で、例えばトランジスタＱ４、リレーコイルＸ等によ
り構成される。

このような構成によれば、コンパレータ７の出力が負の
場合はトランジスタＱ４は開路状態にあり、正に変わつ
た場合に閉路してリレーコイルＸに電流を流して必要な
動作を行わしめる。

電源用変圧器９は絶縁変圧器Ｔの出力端に負荷Ｚと並列
に接続され、図示してはないがその出力電圧を整流して
絶縁監視装置の電源として利用する。

１０は電源用変圧器９の１次巻線に接続した自己テスト
回路で、模擬接地抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３をそれぞれ仮想
絶縁抵抗ｒ１，ｒ２，ｒ３に相当する位置に接続してい
る。

Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３はそれぞれ模擬接地抵抗Ｒ１，Ｒ２，
Ｒ３と直列に挿入されたスイッチである。

なお、電源用変圧器９の１次巻線にかえて、任意のイン
ピーダンスを利用することもできる。

次に以上のように構成された絶縁監視装置の動作を説明
する。

すなわち、負荷Ｚにおいて絶縁不良により仮想絶縁抵抗
ｒ１，ｒ２，ｒ３に相当する接地事故が生じたとすると
、負荷電流に加えて漏洩電流が流れる。

絶縁変圧器Ｔにおいては接地事故が１箇所であれば漏洩
電流は流れないはずであるが、絶縁監視装置のＩ／Ｖコ
ンバータ２の接地端子、波形弁別器１を経由して絶縁変
圧器Ｔ１への電路が形成されるためである。

このとき流れる漏洩電流は接地事故の位置と電源電圧の
正負の向きによって半サイクル毎に分離され、第１、第
２のコンバータ回路２１，２２を流れる。

この信号電流はＩ／Ｖコンハータ２により電圧に変換さ
れて出力され、ピーク記憶器３によってそのピーク電圧
が記憶される。

そしてその電圧をバツファ回路４で低インピーダンス電
圧信号に変換しこの電圧で直流電流を得て表示メータ６
を作動させるものである。

このとき、半サイクル毎に分離して得た信号は電流で加
算される。

ところで、この加算された電流信号が、例えば接地事故
が生じた位置によって接地抵抗が同一であるにもかゝわ
らず異なる値をとるようでは正しい判断ができなくなる
。

しかるに、本発明の構成によれば電流信号は接地事故の
位置には関係なく接地抵抗の値によってのみ定まるとい
う特徴がある。

例えば仮想絶縁抵抗ｒ２が挿入された場合について検討
してみる。

このときの漏洩電流Ｉ（ｒ）は、第１、第２のコンバー
タ回路２１，２２の接地電路を経由して分流する。

こ５で、第１のコンバータ回路２１、第１の弁別回路１
１を経由して流れる電流をＩ１（ｒ）、第２のコンバー
タ回路２２、第２の弁別回路１２を経由して流れる電流
をＩ２（ｒ）とすると、 Ｉ１（ｒ）＝〔Ｅｓ・Ｚ２／（Ｚ１＋Ｚ２）〕／（Ｒ１
１＋ｒ２）・・・・・・・・・（１） Ｉ２（ｒ）＝〔Ｅｓ・Ｚ１／（Ｚ１＋Ｚ２）〕／（Ｒ１
２＋ｒ２）・・・・・・・・・（２） となる。

但しＥｓは絶縁変圧器Ｔ２の２次電圧である。

したがって、第１、第２のコンバータ回路２１，２２の
出力電圧きしてはＲ２１・Ｉ１（ｒ）およびＲ２２・Ｉ
２（ｒ）が得られる。

このとき第１、第２のピークホールド回路３１，３２の
コンデンサＣ１１，Ｃ１２はそれぞれの出力電圧の■２
倍まで充電される。

この電圧を受ける第１、第２のバツファアンプ４１，４
２の増巾率は前述のようにＧ１，Ｇ２であるから、その
出力電圧Ｅ４１，Ｅ４２は次のようになる。

したがって、表示メータ６の内部抵抗ＲＭを考慮すれば
、これに流れる電流はそれぞれ次のようになる。

ＩＭ１＝Ｅ４１／（Ｒ５１＋ＲＭ＋Ｒ６）・・・・・・
・・・（５）ＩＭ２＝Ｅ４２／（Ｒ５２＋ＲＭ＋Ｒ６）
・・・・・・・・・（６）ところで、半サイクル毎に分
離して処理する一対の回路の特性は当然同じ特性を有す
るよう構成しなくてはならず、したがって Ｒ１１＝Ｒ１２・・・・・・・・・（７）Ｒ２１＝Ｒ２
２・・・・・・・・・（８）Ｇ１＝Ｇ２ ・・・・・
・・・・（９）Ｒ５１＝Ｒ５２・・・・・・・・・（■
０）とおけば、表示メータ６に流れる電流ＩＭはとなる
。

（１１）式より明らかなように、表示メータ６を流れる
電流ＩＭは第１１第２の負荷Ｚ１，Ｚ２には無関係とな
り、仮想絶縁抵抗ｒ２の値によってのみ変化することが
わかる。

なお、仮想絶縁抵抗ｒ１，ｒ３の場合は、第１の負荷Ｚ
１または第２の負荷Ｚ２の抵抗を零とした場合に相当す
ることは言うまでもない。

このような構成になる回路においては、例えば接地抵抗
零であっても第１、第２の弁別回路１１、１２の抵抗Ｒ
１１，Ｒ１２が（１），（２）式で示すように挿入され
るので、この抵抗Ｒ１１，Ｒ１２の値を適当に定めるこ
とにより漏洩電流の値を押えることができる。

これはＭＥ機器などを負荷として使用する場合極めて有
効で、医療の場で例えば心臓付近で使用される機器にお
いては数＋マイクロアンペアの電流でも危険と言われて
おり、漏洩電流の最大値を十分安全な値に選ぶことが可
能である。

自己テスト回路１０について説明すると、本発明による
絶縁監視装置を設置した場合、この装置の動作を確認す
る必要がある。

その場合に、この自己テスト回路１０のスイッチＳ１，
Ｓ２，Ｓ３をそれぞれ投入して表示メータ６の指示を読
むとよい。

例えば模擬接地抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３をそれぞれ同一の
ものを使用し、いずれのスイッチを閉じた場合でも指示
が変わらなければ動作は正常である。

なお、回路構成上は同一の模擬接地抵抗を使用する場合
は、スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓを前段におき、一個の抵抗
を後段において兼用することもできる。

また、コンパレータ７に信号を与える検出用抵抗Ｒ６は
外部制御回路８が不要な場合は必要ないことは勿論であ
る。

なお、外部制御回路８の制御対象としては、各種警報器
、回路遮断あるいは切換スイッチなどがある。

以上詳細に説明したように、本発明は二次側非接地で用
いられる絶縁変圧器の負荷の絶縁劣化を、交流電圧の１
サイクルを半サイクル毎に分離して漏洩電流を検出し、
両半サイクルの電流信号をそれぞれ直流電圧に変換し、
それに基づく直流電流を加算してその値により接地抵抗
の大きさを表示するものである。

すなわち、負荷における接地位置にかゝわらず接地抵抗
に加わる電圧は、その１サイクルの半サイクル毎の和を
とることによってピーク値として電源電圧に一致するこ
とになり、目的を達することができるものである。

また、本発明の絶縁監視装置によれば、数マイクロアン
ペアの漏洩電流検出が可能になり従来の零相変圧器によ
る検出より精度が向上しより安全性の高い回路保護が可
能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の漏電遮断器を用いた漏電検出回路図、第
２図は本発明による絶縁監視装置のブロツク図、第３図
は具体例を示す回路図で、図において、Ｔは絶縁変圧器
、Ｚ１は負荷、１は波形弁別器、２はＩ／Ｖコンパータ
、３はピーク記憶器、４はバツファ回路、５は加算器、
６は表示メータ、７はコンパレータ、８は外部制御回路
、９は電源用変圧器、１０は自己テスト回路である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 絶縁変圧器の２次側両端に接続される波形弁別器に
   、電源電圧の１サイクルを半サイクル毎に分離して漏洩
   電流を捕捉するＩ／Ｖコンバータを接続し、その電圧出
   力のピーク値に基づいて両半サイクル毎に直流電流を得
   、これらの直流電流を加算して漏洩電流を検出すること
   を特徴とする絶縁監視装置。 ２ 前記波形弁別器に抵抗を設け、該抵抗により漏洩電
   流を制限することを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の絶縁監視装置。 ３ 絶縁変圧器の２次側に任意のインピーダンスを接続
   し、模擬接地抵抗を備えた自己テスト回路を設けたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の絶縁監視装置
   。 ４ 前記加算された直流電流に基づく信号を基準値と比
   較するコンパレータを備え、基準値を越えたとき動作す
   る外部制御回路を設けたことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の絶縁監視装置。