JP2006020483A - Detection device of insulation degradation for inverter device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、インバータ制御電源を用いた負荷回路において、高周波成分や、アンバランスな浮遊静電容量が存在する系統においても、負荷の絶縁劣化を高感度に検出することが可能な絶縁劣化検出装置に関する。 The present invention relates to an insulation deterioration detection device capable of detecting an insulation deterioration of a load with high sensitivity even in a system in which a high-frequency component or an unbalanced stray capacitance exists in a load circuit using an inverter control power supply. About.
従来、インバータ制御電源を用いた負荷回路の絶縁劣化検出は、図5に示すようにインバータ制御装置の1次側(電源側)に設けた零相変流器の出力を、そのまま絶縁劣化検出ユニットに導入してその零相電流の大きさから負荷における絶縁劣化状態を判定していた。また、その他の手段として零相変流器の出力に高周波成分を阻止する低域フィルターを設けたものもあるが、何れも1次側(電源側)の工夫でしかなかった。(例えば特許文献1参照)
この方法によれば、零相変流器及び、絶縁劣化検出ユニットは従来から使用している商用周波数に応動する汎用タイプのものをそのまま使用できるという利点があったが、次の2つの理由によりインバータの負荷回路の絶縁劣化検出を高感度に行うことができなかった。 According to this method, the zero-phase current transformer and the insulation deterioration detection unit have the advantage that the general-purpose type that responds to the commercial frequency that has been used can be used as it is, but for the following two reasons: Insulation deterioration detection of the inverter load circuit could not be performed with high sensitivity.
理由の一つ目としてインバータ制御装置の電源側には、インバータ制御装置内部で生じた高調波電流成分を電源側に逆流させないためラインフィルターが使用される。ラインフィルター内の大地間の静電容量により、大地への漏れ電流が流れることになり負荷の絶縁劣化検出感度を鈍くする要因となってしまう。 As a first reason, a line filter is used on the power supply side of the inverter control device in order to prevent a harmonic current component generated in the inverter control device from flowing back to the power supply side. The capacitance between the grounds in the line filter causes a leakage current to flow to the ground, which causes a decrease in load insulation deterioration detection sensitivity.
理由の二つ目として、インバータ制御装置では当然商用周波数以外の周波数での運転を行うことが多く、特に周波数の高い領域では、インバータ制御装置内部における対地浮遊静電容量による漏れ電流が増大する。これは、対地浮遊静電容量の各相間における僅かなアンバランスは、通常の商用周波数においてはごく小さく無視可能であっても、高い周波数領域における運転時には数十倍から、時には数百倍以上の漏れ電流に相当してしまう。これらの関係は次のようになっている。 As a second reason, the inverter control device often operates at a frequency other than the commercial frequency, and particularly in a high frequency region, the leakage current due to the floating capacitance to the ground inside the inverter control device increases. This is because even if the slight imbalance between the phases of the floating electrostatic capacitance is very small and negligible at the normal commercial frequency, it is several tens of times when operating in the high frequency region, and sometimes several hundred times or more. It corresponds to the leakage current. These relationships are as follows.
従来方式の図5において、交流電源1は、接地抵抗21を介して大地に接地されている。この接地抵抗に流れる電流がこの系統の漏れ電流Ioであり、従来この電流は零相変流器6を用いて検出していた。いまラインフィルター2の大地間の静電容量によって流れる漏れ電流をIo1、インバータ制御装置3の内部における対地浮遊静電容量22−1、22−2、22−3による漏れ電流とインバータ制御装置内の絶縁抵抗分の漏れ電流の合計をIo2、負荷10における絶縁抵抗23による漏れ電流をIo3とすると
Io=Io1+Io2+Io3
となり、本来必要とする負荷における漏れ電流Io3に対して、Io1とIo2が不必要な漏れ電流分として加わっているため、負荷回路の絶縁劣化検出の値は、これら二つの漏れ電流Io1、Io2の影響を受けない範囲での検出値とならざるをえない。In the conventional system shown in FIG. 5, the AC power source 1 is grounded via the
Io = Io1 + Io2 + Io3
Since Io1 and Io2 are added as unnecessary leakage currents to the leakage current Io3 at the originally required load, the value of the insulation degradation detection of the load circuit is the value of these two leakage currents Io1 and Io2. It must be the detection value in the range that is not affected.
例えば、対地静電容量が1μFあると50Hz,100Vの電源においては 約31mAの大地漏れ電流が流れる。これは対地絶縁抵抗に換算すると絶縁状態としては、かなり悪い値である約3.2kΩに相当する。このように大きな大地漏れ電流が流れている中から、負荷回路の絶縁劣化状況を1MΩオーダーで検出することは不可能であった。これらIo1、Io2の漏れ電流が大きい設備で絶縁劣化検出を行う場合、感度を大幅に低下させざるを得ず、インバータ制御電源を用いた負荷回路の絶縁劣化検出を負荷回路を活かしたまま高感度に行うことはできないため、これらの設備では、負荷回路の絶縁劣化状況を把握するために、設備停止を行いインバータ制御装置を負荷回路から切り離して絶縁抵抗を測定する方法によらざるを得なかった。 For example, when the ground capacitance is 1 μF, a ground leakage current of about 31 mA flows in a 50 Hz, 100 V power supply. This corresponds to about 3.2 kΩ, which is a considerably bad value as an insulation state when converted to ground insulation resistance. It was impossible to detect the insulation deterioration status of the load circuit on the order of 1 MΩ from such a large ground leakage current. When detecting insulation deterioration in equipment with large leakage currents of these Io1 and Io2, the sensitivity must be greatly reduced, and the detection of insulation deterioration of the load circuit using the inverter control power supply is highly sensitive while utilizing the load circuit. In these facilities, in order to grasp the insulation deterioration status of the load circuit, it was necessary to stop the facility and disconnect the inverter control device from the load circuit to measure the insulation resistance. .
一方、Io3だけを検出するためにインバータ制御装置の負荷側に零相変流器を設置すると、負荷の絶縁状態を高感度に検出するためには、零相変流器の2次側電流は、μAオーダ以下となることより、周囲の電磁誘導の影響で正しく測定することができなかった。 On the other hand, if a zero-phase current transformer is installed on the load side of the inverter control device to detect only Io3, the secondary-side current of the zero-phase current transformer is Therefore, the measurement could not be performed correctly due to the influence of surrounding electromagnetic induction.
本発明の目的は、ラインフィルターにおける大地漏れ電流とインバータ制御装置内部における対地浮遊静電容量のアンバランスの影響を受けず、負荷回路の絶縁劣化検出を高感度に行うことを可能とし、絶縁劣化による機器の損傷や火災などの2次災害を未然に予防する装置及びその手段を提供することにある。 The object of the present invention is to be able to detect the insulation deterioration of the load circuit with high sensitivity without being affected by the ground leakage current in the line filter and the imbalance of the floating capacitance to the ground inside the inverter control device. It is an object of the present invention to provide a device for preventing secondary disasters such as damage to equipment and fire due to fire and its means.
上記課題を解決し目的を達成するために、本発明のインバータ用絶縁劣化検出装置は、以下のごとく構成されている。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the inverter insulation deterioration detection device of the present invention is configured as follows.
(1)インバータ出力により駆動されるモーターなどの負荷回路の絶縁劣化検出装置において、零相変流器と低域通過フィルターと増幅器とを一連に構成し、これらをインバータ制御回路の負荷側に設置し、前記増幅器の出力を絶縁劣化検出ユニットの入力とすることを特徴としてなるインバータ用絶縁劣化検出装置に関する。(1) In an insulation deterioration detection device for a load circuit such as a motor driven by an inverter output, a zero-phase current transformer, a low-pass filter, and an amplifier are configured in series and installed on the load side of the inverter control circuit. In addition, the present invention relates to an insulation deterioration detection device for an inverter, characterized in that the output of the amplifier is used as an input of an insulation deterioration detection unit.
(2)本発明のインバータ用絶縁劣化検出装置は上記(1)に記載の装置であり、零相変流器と低域通過フィルターと増幅器とを一連に構成し、これらを一体に構成される零相変流器収納部としてケースに収納したことを特徴とするインバータ用絶縁劣化検出装置に関する。(2) The insulation deterioration detecting device for an inverter according to the present invention is the device described in the above (1), and a zero-phase current transformer, a low-pass filter, and an amplifier are configured in series, and these are configured integrally. The present invention relates to an insulation deterioration detecting device for an inverter which is housed in a case as a zero-phase current transformer housing.
(3)本発明のインバータ用絶縁劣化検出装置は上記(1)(2)に記載の装置であり、かつ前記絶縁劣化検出ユニットにおける検出方法として電源電圧と同相成分である有効分電流による絶縁劣化検出としたことを特徴としている。(3) An insulation deterioration detecting device for an inverter according to the present invention is the device described in the above (1) and (2), and the insulation deterioration due to an effective current component having a component in phase with a power supply voltage as a detection method in the insulation deterioration detecting unit. It is characterized by detection.
(4)インバータ出力により駆動されるモーターなどの負荷回路の絶縁劣化検出装置において、零相変流器と低域通過フィルターと増幅器とを一連に構成し、これらを一体構成される零相変流器収納部をインバータ制御回路の負荷側に設置し、前記増幅器の出力を絶縁劣化検出ユニットの入力とすることを特徴としてなるインバータ用絶縁劣化検出方法に関する。(4) In an insulation deterioration detection device for a load circuit such as a motor driven by an inverter output, a zero phase current transformer, a low-pass filter, and an amplifier are configured in series, and these are integrally configured. The present invention relates to an insulation deterioration detection method for an inverter, characterized in that a storage unit is installed on a load side of an inverter control circuit, and an output of the amplifier is used as an input of an insulation deterioration detection unit.
本発明の零相変流器収納部を用いれば、電磁誘導の影響を軽減しかつ電源周波数領域の信号のみを増幅してS/N比の改善を図ることにより、インバータ制御装置を用いた負荷の絶縁劣化状況の検出において、1mA以下と言った高感度検出を容易に実現できる。 By using the zero-phase current transformer housing portion of the present invention, a load using an inverter control device can be improved by reducing the influence of electromagnetic induction and amplifying only the signal in the power supply frequency region to improve the S / N ratio. In the detection of the state of insulation deterioration, high sensitivity detection of 1 mA or less can be easily realized.
すなわち、本発明によれば、インバータ制御装置を用いた負荷回路の絶縁劣化状況を設備停止を行わず、可動部を持つコンタクタなどを動作位置に置き、さらには負荷回路に切削機器を使用している場合は冷却用の水を流している状態など、全ての負荷回路を稼働状態においたまま高感度検出ができるので、負荷回路の絶縁劣化による機器の損傷や火災などの2次災害の発生を未然に防止するための処置を行うことが可能となる。負荷回路の絶縁劣化状況を常に把握できることより、負荷設備を突然停止させることなく、予定した作業計画を立てられるので、負荷設備の運用信頼性を大きく向上させることができる。 That is, according to the present invention, the insulation deterioration state of the load circuit using the inverter control device is not stopped, the contactor having a movable part is placed at the operating position, and further the cutting circuit is used for the load circuit. If it is, it is possible to detect with high sensitivity while all the load circuits are running, such as when cooling water is flowing, so it is possible to prevent secondary disasters such as equipment damage or fire due to insulation deterioration of the load circuit. It is possible to take measures to prevent it. Since it is possible to constantly grasp the state of insulation deterioration of the load circuit, a scheduled work plan can be made without suddenly stopping the load facility, so that the operational reliability of the load facility can be greatly improved.
また、動作判定処理部に漏れ電流の有効分のみに応動する方式を適用すれば、負荷の絶縁劣化監視をさらに高感度化することが可能となる。 In addition, if a system that responds only to the effective amount of leakage current is applied to the operation determination processing unit, it is possible to further increase the sensitivity of load insulation deterioration monitoring.
図1は、本発明の絶縁劣化検出装置の一形態例を示す図である。この絶縁劣化検出装置は、インバータ負荷回路の絶縁劣化検出を行う。 FIG. 1 is a diagram showing an example of an insulation deterioration detection apparatus according to the present invention. This insulation deterioration detection device detects insulation deterioration of an inverter load circuit.
交流電源1から、ラインフィルター2を介して電源が供給されるインバータ制御装置3は、整流回路4とパワースイッチ手段5より構成され、大地との間には浮遊静電容量22−1,22−2,22−3をそれぞれ持っている。インバータ制御装置3の出力は零相変流器6を通ってモーターなどの負荷10に供給される。零相変流器6の2次側出力は低域通過フィルター7により高調波成分を除いたのち直ちに増幅器8により信号増幅する。零相変流器6と、低域通過フィルター7及び増幅器8は、配線距離をできるだけ短くし一連に構成し、これらを一体に構成される零相変流器収納部9として収納される。 The
増幅器8の出力は、制御盤やキュービクルのパネル面などメンテナンスのやりやすい位置に設置された絶縁劣化検出ユニット11に接続される。絶縁劣化検出ユニット11は帯域通過フィルター12、レベル検出部13、動作判定処理部14、出力処理部15によって構成され負荷10における絶縁抵抗低下に伴う漏れ電流が整定された所定の値より大きい時に出力16を出す。 The output of the
零相変流器6の設置位置をインバータ制御装置3の負荷側にすることにより、漏れ電流のうち、フィルター2に流れる漏れ電流Io1と、インバータ制御装置3の内部浮遊容量に流れる漏れ電流Io2を含まない負荷10に流れる漏れ電流Io3だけを検出できるので負荷10における絶縁監視を高感度に実施可能となる。 By setting the installation position of the zero-
さらに、零相変流器収納部9が設置される環境は、一般にモーターなどの負荷の近傍となることが多いため、電磁気的にはダーティであり電磁誘導の影響を受けやすい。特に零相変流器6の出力は通常1V以下のごく低い電圧領域であり、電磁誘導の影響を受けると正しい判定が不可能となってしまう。そこで、零相変流器6と低域通過フィルター7及び増幅器8をごく近くに配置し、電圧レベルの低い信号部分の引き回しをなくすことにより電磁誘導の影響を受けにくくするとともに、インバータ制御回路特有のキャリア周波数成分や、高調波成分を低域通過フィルターで除去したのち増幅することによりS/N比の大幅な改善を図ることができる。 Furthermore, since the environment in which the zero-phase
なお、零相変流器収納部9に内蔵する零相変流器6と、低域通過フィルター7および増幅器8を一括収納するケースの選択は、材質、形状など特に制限はないがシールドタイプのものがより好ましい。シールド処理を行うことにより、電磁誘導の影響をさらに軽減することができる。 The selection of the case for housing the zero-
また、絶縁劣化検出ユニット11内の動作判定処理部14で行う判定方法としては、漏れ電流の大きさのみで判定する方式(Io検出方式)としても良いし、有効分電流判定用電圧入力17を接続し、漏れ電流のうち電圧位相と同相方向にある有効分の漏れ電流のみを検出する方式(Ior検出方式)としても良い。いずれの方式においても、負荷10の絶縁劣化により流れる漏れ電流は、交流電源1における接地抵抗21から供給されることより、電源周波数に一致しているので、電源周波数に対応した絶縁劣化検出ユニット11を適用することができる。 Further, as a determination method performed by the operation
なお、本発明は上記実施の形態のみに限定されず、要旨を変更しない範囲で適宜変形して実施できる。 In addition, this invention is not limited only to the said embodiment, In the range which does not change a summary, it can deform | transform suitably and can be implemented.
1…交流電源、2…フィルター、3…インバータ制御装置、4…整流回路、5…パワースイッチ手段、6…零相変流器、7…低域通過フィルター、8…増幅器、9…零相変流器収納部、9’…シールド付零相変流器収納部、10…負荷、11…絶縁劣化検出ユニット、12…帯域通過フィルター、13…レベル検出部、14…動作判定処理部、15…出力処理部、16…絶縁劣化検出ユニットの出力、17…有効分電流判定用電圧入力、21…接地抵抗、22−1,22−2,22−3…浮遊静電容量、23…絶縁抵抗、24…シールド処理部、DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... AC power source, 2 ... Filter, 3 ... Inverter control device, 4 ... Rectifier circuit, 5 ... Power switch means, 6 ... Zero phase current transformer, 7 ... Low-pass filter, 8 ... Amplifier, 9 ... Zero phase change Current-carrying unit, 9 '... shielded zero-phase current transformer containing unit, 10 ... load, 11 ... insulation deterioration detection unit, 12 ... band-pass filter, 13 ... level detection unit, 14 ... operation determination processing unit, 15 ... Output processing unit, 16 ... output of insulation deterioration detection unit, 17 ... voltage input for determining effective current, 21 ... ground resistance, 22-1, 22-2, 22-3 ... floating capacitance, 23 ... insulation resistance, 24. Shield processing part,
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US8649130B2 (en) | 2010-03-31 | 2014-02-11 | Fanuc Corporation | Motor driving apparatus having fault diagnostic function |
KR200486953Y1 (en) * | 2017-09-08 | 2018-07-18 | 한국발전기술주식회사 | Apparatus for monitoring condition of electric motros |
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2004
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