JP4421769B2

JP4421769B2 - Ground resistance measuring device

Info

Publication number: JP4421769B2
Application number: JP2000383007A
Authority: JP
Inventors: 史彦東方
Original assignee: Hioki EE Corp
Current assignee: Hioki EE Corp
Priority date: 2000-12-18
Filing date: 2000-12-18
Publication date: 2010-02-24
Anticipated expiration: 2020-12-18
Also published as: JP2002181856A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、信号電圧比を用いて接地抵抗を測定する接地抵抗測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の接地抵抗測定装置として、図３に示す接地抵抗測定装置５１が従来から知られている。この接地抵抗測定装置５１は、補助電極を用いないで接地抵抗を測定可能に構成されており、第１端子２、装置アースに接続された第２端子３、操作部５４、信号発生部６、第１アンプ７、出力抵抗（抵抗値Ｒｏ：既知）８、同期検波部１０、第２アンプ１１、演算部５２、第３アンプ５３および表示部５５を備えている。また、第１端子２には、リード線１４が接続され、第２端子３には、リターン線１５が接続されている。さらに、リード線１４の先端には、金属棒等で構成され大地１７に埋設された被測定接地棒１６が接続されている。この場合、リターン線１５は、一定の長さ（通常、１０ｍ以上）を有する絶縁被覆付きの導線で構成され、絶縁状態で大地１７上に自由配置される。なお、リターン線１５に代えて、大地１７から絶縁された状態で大地１７上に配設可能な金属板を用いることもできる。
【０００３】
操作部５４は、周波数設定信号を出力する周波数設定手段（具体的には可変抵抗）を備え、この周波数設定手段はオペレータによって操作される。信号発生部６は、周波数設定信号によって特定される周波数の高周波正弦波（以下、「高周波信号ｖｃ」ともいう）を測定信号として生成する。したがって、信号発生部６は、操作部５４内の周波数設定手段が操作された際には、その操作に応じた周波数の高周波信号ｖｃを生成する。第１アンプ７は、バッファとして機能し、入力した高周波信号ｖｃを注入信号ｖｏとして低インピーダンスで出力する。出力抵抗８は、第１アンプ７と第１端子２との間に接続されている。したがって、第１アンプ７から出力された注入信号ｖｏは、出力抵抗８を介してリード線１４に供給される。また、リード線１４に供給された注入信号ｖｏは、被測定接地棒１６に注入され、リターン線１５と大地１７との大地間結合容量を介して、リターン線１５および第２端子３からなる経路を経て接地抵抗測定装置５１に帰還する。同期検波部１０は、第２端子３と第１端子２との間に発生する電圧Ｖｍを入力し、注入信号ｖｏで同期検波することにより、測定対象信号としての電圧Ｖｍの実数成分（以下、「直流電圧成分」ともいう）を抽出する。また、同期検波部１０は、例えば、図４に示すように、注入信号ｖｏの電圧Ｖｏと電圧Ｖｍとを乗算する乗算器１０ａと、乗算器１０ａにおける出力電圧の直流電圧成分を通過させる低域フィルタ１０ｂとで構成される。第２アンプ１１は、同期検波部１０によって生成された直流電圧成分の電圧レベルを調整し、最終的な直流電圧成分Ｖｍｒとして出力する。演算部５２は、例えば乗算器を用いて構成され、直流電圧成分Ｖｍｒを用いて予め決められた所定のアナログ演算処理を行い、接地抵抗Ｒｇの抵抗値の大小に比例する電圧を生成する。第３アンプ５３は、演算部５２によって生成された電圧に対してスケーリング調整を行う。表示部５５は、アナログメータで構成され、スケーリング調整後の電圧に応じてメータ針を振らすことによって接地抵抗Ｒｇを表示する。
【０００４】
次に、この接地抵抗測定装置５１を用いた接地抵抗測定方法の原理について説明する。最初に、接地抵抗測定装置５１、リード線１４、リターン線１５、大地１７および被測定接地棒１６を含めた測定系の等価回路を図５に示す。この場合、同図において、Ｒｇは被測定接地棒１６の接地抵抗、Ｌはリード線１４のインダクタンス成分、Ｃはリターン線１５の大地間結合容量、Ｒはリターン線１５の皮膜による絶縁抵抗を意味する。また、第１端子２および第２端子３間のインピーダンスＺｍ（つまり、リード線１４、被測定接地棒１６、大地１７およびリターン線１５からなるループのインピーダンス）は、下記の（１）式で表される。
Ｚｍ＝Ｒｍ＋Ｉｍ・・・・（１）式
ただし、Ｒｍは実数成分、Ｉｍは虚数成分を意味し、それぞれ下記の（２）式および（３）式で表される。
Ｒｍ＝Ｒｇ＋Ｒ／（１＋（ωＣＲ）^２）・・・・・・・・・（２）式
Ｉｍ＝ｊωＬ−ｊωＣＲ^２／（１＋（ωＣＲ）^２）・・・・（３）式
【０００５】
一方、上記インピーダンスＺｍを形成するループの共振周波数においては、Ｉｍ＝０となるため、（３）式より、下記の（４）式が成立する。
Ｒ／（１＋（ωＣＲ）^２）＝Ｌ／ＣＲ・・・・・・・・・・（４）式
この場合、（４）式は（２）式の右辺第２項と等しいため、ＣＲ≫Ｌの条件下では、（２）式の右辺第２項の値がゼロとなる。この結果、下記の式が成立する。
Ｒｍ≒Ｒｇ
したがって、被測定接地棒１６の接地抵抗Ｒｇは、出力抵抗８（抵抗値Ｒｏ）と接地抵抗Ｒｇとで注入信号ｖｏの電圧Ｖｏを分圧した電圧Ｖｍに基づいて算出することができる。このため、この接地抵抗測定装置５１では、まず、同期検波部１０が、注入信号ｖｏの周波数を上記したループの共振周波数と等しくした状態で、第１端子２での電圧Ｖｍを注入信号ｖｏの電圧Ｖｏで同期検波し、第２アンプ１１が、電圧レベルを調整することによって直流電圧成分Ｖｍｒを生成する。次いで、演算部５２が、下記の（５）式における右辺の（ｘ／（１−ｘ））をアナログ演算することによって直流電圧を生成し、第３アンプ５３が、演算部５２によって生成された直流電圧を所定利得で増幅することによって接地抵抗Ｒｇの抵抗値に応じた直流電圧を生成して表示部５５に出力する。この結果、表示部５５が接地抵抗Ｒｇの抵抗値を表示する。
Ｒｇ＝Ｒｏ×Ｖｍｒ／（Ｖｏ−Ｖｍｒ）＝Ｒｏ×ｘ／（１−ｘ）・・（５）式
ただし、ｘ＝Ｖｍｒ／Ｖｏ
【０００６】
この場合、接地抵抗Ｒｇの抵抗値は、図６に示すように、注入信号ｖｏの周波数がループの共振周波数と等しいときに最小となる。したがって、オペレータは、表示部５５に表示される接地抵抗Ｒｇの値を監視しつつ、操作部５４の周波数設定手段を操作して、共振周波数が存在すると予測される下限周波数から上限周波数までの範囲内で信号発生部６によって生成される高周波信号ｖｃの周波数を変化させ、表示された接地抵抗Ｒｇが最も小さくなる点（共振周波数）を探すことにより、その最も小さな値を接地抵抗Ｒｇとして測定する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、この従来の接地抵抗測定装置５１には、以下の問題点がある。すなわち、接地抵抗Ｒｇを測定する際に、オペレータは、表示部５５に表示される接地抵抗Ｒｇを監視しつつ、操作部５４の周波数設定手段を操作して信号発生部６によって生成される高周波信号ｖｃの周波数を徐々に変化させることにより、最も小さい接地抵抗Ｒｇを探し出す必要がある。したがって、測定作業が煩雑であり、しかも、測定に長時間を要するという問題点がある。
【０００８】
一方、演算部５２が信号発生部６を制御して高周波信号ｖｃの周波数を例えば測定精度に基づいて予め設定された周波数ステップずつ下限周波数から上限周波数まで徐々に変化させながら接地抵抗Ｒｇを自動探索する構成を採用することも考えられる。しかしながら、この構成を採用した場合には、測定作業の簡略化を図ることができるものの、測定精度を上げるために周波数ステップが細かくなることに起因して、測定すべき周波数ポイントが激増する結果、測定に膨大な時間を必要とするという問題が生じる。
【０００９】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、高精度で、しかも短時間で接地抵抗を自動的に測定可能な接地抵抗測定装置を提供することを主目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく請求項１記載の接地抵抗測定装置は、被測定接地棒に接続されるリード線、および絶縁状態で大地上に配置されるリターン導体が接続可能に構成されると共に前記被測定接地棒の接地抵抗を測定可能に構成され、交流信号を生成すると共にその周波数を可変制御可能に構成された信号発生部と、前記リード線または前記リターン導体と前記信号発生部との間に接続される出力抵抗と、当該出力抵抗の前記リード線または前記リターン導体側の出力端部の電圧を前記交流信号で同期検波することにより直流電圧成分を生成する同期検波部と、前記接地抵抗を算出する際に前記信号発生部における前記交流信号の測定用周波数を変化させると共に前記出力抵抗の抵抗値に前記直流電圧成分の電圧値を乗算した乗算値を前記交流信号の電圧値から前記直流電圧成分の電圧値を減算した減算値で除算した除算値の最小値を探索する演算制御部とを備えた接地抵抗測定装置であって、前記演算制御部は、予め設定された中心周波数と、当該中心周波数を中心として第１の周波数だけ高周波側および低周波側にそれぞれ位置する第１の高周波側周波数および第１の低周波側周波数と、前記中心周波数を中心として前記第１の周波数よりも大きい第２の周波数だけ高周波側および低周波側にそれぞれ位置する第２の高周波側周波数および第２の低周波側周波数とをそれぞれ前記測定用周波数として前記除算値を求めると共に当該各除算値における最小値を仮最小値として求める測定処理を実行し、前記仮最小値に対応する前記測定用周波数が前記中心周波数以外の他の前記測定用周波数のときに当該最小値に対応する前記測定用周波数を新たな前記中心周波数として前記測定処理を実行し、前記仮最小値に対応する前記測定用周波数が前記中心周波数のときであって前記第１の周波数が予め設定された基準周波数を超えるときに当該第１の周波数を小値化させて新たな前記第１の周波数として前記測定処理を実行し、前記仮最小値に対応する前記測定用周波数が前記中心周波数のときであって前記第１の周波数が前記基準周波数以下のときに当該仮最小値を前記除算値の最小値として探索することを特徴とする。
【００１１】
請求項２記載の接地抵抗測定装置は、請求項１記載の接地抵抗測定装置において、前記演算制御部は、前記各測定処理において、前記第２の周波数を一定値に維持して前記第２の高周波側周波数および前記第２の低周波側周波数を前記測定用周波数として設定することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る接地抵抗測定装置の好適な実施の形態について説明する。なお、従来の接地抵抗測定装置５１と同一の構成要素については同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
【００１３】
接地抵抗測定装置１は、図１に示すように、第１端子２、第２端子３、操作部４、表示部５、測定信号としての高周波信号ｖｃを生成する信号発生部６、高周波信号ｖｃを注入信号（交流信号）ｖｏとして出力する第１アンプ７、抵抗値Ｒｏの出力抵抗８、同期検波部１０、第２アンプ１１、および演算制御部１２を備えている。また、第１端子２には、リード線１４が接続され、第２端子３には、リターン線１５が接続されている。この場合、リード線１４は、大地１７に埋設された被測定接地棒１６に接続される。一方、リターン線１５は、大地１７と絶縁した状態で、その大地１７上に自由配置される。
【００１４】
表示部５は、例えばＬＣＤを用いて構成され、測定した接地抵抗Ｒｇを数値によってディジタル表示する。また、信号発生部６は、一例としてＤＤＳ（Direct Digital Synthesizer）を用いて構成され、演算制御部１２によって出力された周波数データＤF に応じた周波数の高周波信号ｖｃを生成する。また、操作部４は、演算制御部１２に対して接地抵抗Ｒｇの演算処理を開始させるための開始信号Ｓａを出力する演算開始スイッチ４１を備えている。同期検波部１０は、出力抵抗８の第１端子２側の出力端部の電圧Ｖｍを注入信号ｖｏで同期検波することによって直流電圧成分を生成する。第２アンプ１１は、同期検波部１０によって生成された直流電圧成分を直流電圧成分Ｖｍｒとして低インピーダンスで出力する。
【００１５】
演算制御部１２は、Ａ／Ｄコンバータと、所定のソフトウェアに従って動作するＣＰＵ（若しくはＤＳＰ）と、ソフトウェアやデータを格納するメモリとを備えて構成されている（いずれも図示せず）。この場合、Ａ／Ｄコンバータは、第２アンプ１１によって電圧レベル変換された直流電圧成分Ｖｍｒをディジタルデータに変換する。また、ＣＰＵは、演算開始スイッチ４１から開始信号Ｓａが入力された際に、メモリに記憶されている接地抵抗測定用プログラムを実行して、測定用周波数の設定、各測定用周波数に対応する周波数データＤF の信号発生部６への出力、および各測定周波数に対応する各測定ポイントにおける接地抵抗Ｒｇの演算を繰り返し行いながら接地抵抗Ｒｇの最小値を演算する。また、ＣＰＵは、接地抵抗Ｒｇを演算する際に、出力抵抗８の抵抗値Ｒｏと、注入信号ｖｏの電圧Ｖｏと、直流電圧成分Ｖｍｒとを用いて、等価的に、出力抵抗８の抵抗値Ｒｏに直流電圧成分Ｖｍｒを乗算した乗算値を、注入信号ｖｏの電圧値Ｖｏから直流電圧成分Ｖｍｒを減算した減算値で除算し、その除算値を接地抵抗Ｒｇとして算出する演算処理を行う。具体的には、上記（５）式に従い、接地抵抗Ｒｇをディジタル演算する処理を行う。
【００１６】
また、メモリには、後述する接地抵抗測定処理の際に信号発生部６によって生成される測定用周波数を決定するために予め設定された中心周波数の初期周波数ｆC （例えば、下限周波数および上限周波数のほぼ中心値とし、８００ｋＨｚとする）、中心周波数に対して加算または減算される第１の周波数の初期周波数ｆA （例えば１００ｋＨｚとする）、第１の周波数よりも大きい値であって中心周波数に対して加算または減算される第２の周波数ｆB （例えば、第２の周波数ｆB の２倍の周波数値が下限周波数から上限周波数までの周波数幅のほぼ１／２となる周波数とし、３００ｋＨｚとする）、および第１の周波数の初期周波数ｆA を段階的に小値化制御する（小さい値に制御する）ための複数の小値化制御用周波数（例えば５０ｋＨｚ、２０ｋＨｚ、１０ｋＨｚとする）が記憶されている。
【００１７】
次に、接地抵抗測定装置１による接地抵抗測定処理について、図２を参照して説明する。
【００１８】
最初に、測定に先立ち、第２端子３にリターン線１５を接続した後、リターン線１５を大地１７上に配設する。次いで、大地１７に打ち込まれた被測定接地棒１６と第１端子２とをリード線１４で接続する。この後、接地抵抗測定装置１の電源を投入する。
【００１９】
この接地抵抗測定処理では、まず、演算制御部１２が、中心周波数の初期周波数ｆC 、第１の周波数の初期周波数ｆA 、および第２の周波数の初期周波数ｆB をメモリから読み出して初期化する（ステップ５１）。次に、演算制御部１２は、中心周波数ｆC 、中心周波数ｆC を中心として第１の周波数ｆA だけ高周波側および低周波側にそれぞれ位置する第１の高周波側周波数ｆAHおよび第１の低周波側周波数ｆAL、および中心周波数ｆC を中心として第２の周波数ｆB だけ高周波側および低周波側にそれぞれ位置する第２の高周波側周波数ｆBHおよび第２の低周波側周波数ｆBLをそれぞれ周波数ポイントとして設定する（ステップ５２）。これにより、低周波側から順に、周波数ポイントｒ１（５００ｋＨｚ）、周波数ポイントｒ２（７００ｋＨｚ）、周波数ポイントｒ３（ｆC ：８００ｋＨｚ）、周波数ポイントｒ４（９００ｋＨｚ）、および周波数ポイントｒ５（１．１ＭＨｚ）の５つの周波数ポイントが設定される。次に、演算制御部１２は、各周波数ポイントｒ１〜ｒ５にそれぞれ対応する周波数データＤF を信号発生部６へ順次出力しつつ、各周波数ポイントにおける接地抵抗Ｒｇを順次測定する（ステップ５３）。
【００２０】
続いて、演算制御部１２は、測定した各周波数ポイントｒ１〜ｒ５の接地抵抗Ｒｇにおける最小値を仮最小値として求め、この仮最小値に対応する周波数ポイントが周波数ポイントｒ３であるか否かを判別する（ステップ５４）。仮最小値に対応する周波数ポイントが周波数ポイントｒ１，ｒ２，ｒ４，ｒ５のいずれかであると判別したときには、仮最小値に対応する周波数ポイントの周波数を新たな中心周波数ｆC に設定し（ステップ５５）、その後ステップ５２に戻り、各周波数ポイントｒ１〜ｒ５の再設定を行う。例えば、仮最小値に対応する周波数ポイントが周波数ポイントｒ１であると判別したときには、周波数ポイントｒ１〜ｒ５の再設定時には、周波数ポイントｒ１が新たな周波数ポイントｒ３となるため、低周波側から順に、周波数ポイントｒ１（２００ｋＨｚ）、周波数ポイントｒ２（４００ｋＨｚ）、周波数ポイントｒ３（５００ｋＨｚ）、周波数ポイントｒ４（６００ｋＨｚ）、および周波数ポイントｒ５（８００ｋＨｚ）の５つの周波数ポイントが新たに設定される。また、仮最小値に対応する周波数ポイントが周波数ポイントｒ４であると判別したときには、同様にして低周波側から順に、周波数ポイントｒ１（６００ｋＨｚ）、周波数ポイントｒ２（８００ｋＨｚ）、周波数ポイントｒ３（９００ｋＨｚ）、周波数ポイントｒ４（１ＭＨｚ）、および周波数ポイントｒ５（１．２ＭＨｚ）の５つの周波数ポイントが新たに設定される。したがって、再設定された周波数ポイントｒ３の周波数は、直前に設定された周波数ポイントｒ３の周波数と比較して、求める共振周波数に近づくことになる。
【００２１】
一方、ステップ５４において、仮最小値に対応する周波数ポイントが周波数ポイントｒ３であると判別した場合、演算制御部１２は、第１の周波数ｆA が予め設定された基準周波数ｆREF （例えば１０ｋＨｚ）以下であるか否かを判別する（ステップ５６）。この場合、基準周波数ｆREF は、共振周波数の測定精度に応じた周波数値に規定されている。つまり、測定精度に５ｋＨｚまで要求されるときには、基準周波数ｆREF は５ｋＨｚに規定される。第１の周波数ｆA が基準周波数ｆREF を超えると判別したときには、演算制御部１２は、メモリから小値化制御用周波数を読み出し、第１の周波数ｆA を小値化制御用周波数の内から１段階小さい周波数に小値化（最初の時点では、１００ｋＨｚから５０ｋＨｚ）して新たな第１の周波数ｆA とした後（ステップ５７）、ステップ５２の処理に移行する。この場合、演算制御部１２が、予め設定した一定の値を第１の周波数ｆA から減算して新たな第１の周波数ｆA に設定することもできる。
【００２２】
この際に、例えば、初期周波数ｆC が８００ｋＨｚの場合、第１の周波数ｆA を１００ｋＨｚから５０ｋＨｚに小値化したときには、ステップ５２における周波数ポイントの再設定によって、低周波側から順に、周波数ポイントｒ１（５００ｋＨｚ）、周波数ポイントｒ２（７５０ｋＨｚ）、周波数ポイントｒ３（８００ｋＨｚ）、周波数ポイントｒ４（８５０ｋＨｚ）、および周波数ポイントｒ５（１．１ＭＨｚ）の５つの新たな周波数ポイントが設定される。演算制御部１２は、これらのステップ５６，５７を実行した後、周波数ポイントｒ３（中心周波数ｆC ）が仮最小値に対応する周波数ポイントであると判別した都度、第１の周波数ｆA を小値化する。この結果、中心周波数ｆC と第１の高周波側周波数ｆAHおよび第１の低周波側周波数ｆALとの周波数差が小さくなるため、共振周波数の測定精度を次第に高めることができる。
【００２３】
演算制御部１２は、これらステップ５２〜５７を繰り返し行い、ステップ５６において第１の周波数ｆA が基準周波数ｆREF 以下になったと判別したときに、周波数ポイントｒ３における接地抵抗Ｒｇを求める接地抵抗Ｒｇとし（ステップ５８）、この接地抵抗Ｒｇを表示部５５に表示させて、この接地抵抗測定処理を終了する。
【００２４】
このように、この接地抵抗測定装置１によれば、初期周波数ｆC 、第１の高周波側周波数ｆAH、第１の低周波側周波数ｆAL、第２の高周波側周波数ｆBH、および第２の低周波側周波数ｆBLからなる５つの各周波数ポイントにおいて、第１の周波数ｆA が基準周波数ｆREF 以下となるまで接地抵抗Ｒｇを測定することにより、予め設定された周波数ステップずつ下限周波数から上限周波数まで徐々に変化させながら接地抵抗Ｒｇを自動探索する従来方法と比較して、基準周波数ｆREF の精度で、最小の接地抵抗Ｒｇを迅速に測定することができる。また、演算制御部１２が接地抵抗Ｒｇを自動測定するため、接地抵抗Ｒｇの測定が極めて容易となる。さらに、第２の周波数ｆB の値を固定しておくことにより、接地抵抗Ｒｇの測定中において測定条件の変動に起因して共振周波数が変化した場合であっても、仮最小値の周波数ポイント確認処理（ステップ５４）、および初期周波数ｆC を仮最小値に対応する周波数ポイントの周波数に変更する処理（ステップ５５）を実行することにより、その変化した共振周波数に自動追従して測定することができる。
【００２５】
なお、本発明は、上述した発明の実施の形態に示した構成に限定されない。例えば、第１端子２にリターン線１５を接続し、かつ、第２端子３にリード線１４を接続して接地抵抗Ｒｇを測定することができる。また、上記したステップ５７において、第１の周波数ｆA を急激に小さくしない限り、接地抵抗Ｒｇは、周波数ポイントｒ３を中心としてその両側に位置する周波数ポイントｒ２，ｒ４間の範囲内に存在すると考えられる。したがって、ステップ５４において、一旦、仮最小値に対応する周波数ポイントが周波数ポイントｒ３であると判別した後には、周波数ポイントｒ２〜ｒ４の３つの周波数ポイントのみに基づく処理（ステップ５２，５３）を実行して接地抵抗Ｒｇを求めることもできる。これにより、測定対象となる周波数ポイントが減少する結果、演算処理に要する時間を短縮することができるため、接地抵抗Ｒｇを短時間で求めることができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように、請求項１記載の接地抵抗測定装置によれば、演算制御部が、測定処理によって求めた仮最小値に対応する測定用周波数が中心周波数のときであって第１の周波数が予め設定された基準周波数を超えるときに第１の周波数を小値化させて新たな第１の周波数として測定処理を実行し、第１の周波数が基準周波数以下のときに仮最小値を除算値の最小値として探索することにより、高精度で、しかも短時間で接地抵抗を自動測定することができる。
【００２７】
また、請求項２記載の接地抵抗測定装置によれば、演算制御部が、各測定処理において、第２の周波数を一定値に維持して第２の高周波側周波数および第２の低周波側周波数を測定用周波数として設定することにより、測定中において測定条件の変動に起因して共振周波数が変化した場合であっても、その変化した共振周波数に自動追従して接地抵抗を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る接地抵抗測定装置１の構成を示すブロック図である。
【図２】接地抵抗測定装置１による接地抵抗測定処理のフローチャートである。
【図３】従来の接地抵抗測定装置５１の構成を示すブロック図である。
【図４】接地抵抗測定装置５１における同期検波部１０の構成を主として示すブロック図である。
【図５】接地抵抗Ｒｇを測定する測定系の等価回路図である。
【図６】高周波信号ｖｃの周波数に対する接地抵抗Ｒｇの分布イメージを示す説明図である。
【符号の説明】
１接地抵抗測定装置
４操作部
６信号発生部
８出力抵抗
１０同期検波部
１２演算制御部
１４リード線
１５リターン線
１６被測定接地棒
１７大地
ｒ１〜ｒ５周波数ポイント
Ｖｍｒ直流電圧成分
ｖｃ高周波信号
ｖｏ注入信号[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a ground resistance measuring apparatus that measures ground resistance using a signal voltage ratio.
[0002]
[Prior art]
As this type of ground resistance measuring device, a ground resistance measuring device 51 shown in FIG. 3 is conventionally known. The ground resistance measuring device 51 is configured to be able to measure the ground resistance without using an auxiliary electrode, and includes a first terminal 2, a second terminal 3 connected to the device ground, an operation unit 54, a signal generating unit 6, A first amplifier 7, an output resistance (resistance value Ro: known) 8, a synchronous detection unit 10, a second amplifier 11, a calculation unit 52, a third amplifier 53, and a display unit 55 are provided. The lead wire 14 is connected to the first terminal 2, and the return wire 15 is connected to the second terminal 3. Furthermore, a measured grounding rod 16 made of a metal rod or the like and embedded in the ground 17 is connected to the tip of the lead wire 14. In this case, the return line 15 is composed of a conductive wire with an insulation coating having a certain length (usually 10 m or more), and is freely arranged on the ground 17 in an insulated state. Instead of the return line 15, a metal plate that can be disposed on the ground 17 while being insulated from the ground 17 can also be used.
[0003]
The operation unit 54 includes frequency setting means (specifically, a variable resistor) that outputs a frequency setting signal, and this frequency setting means is operated by an operator. The signal generator 6 generates a high-frequency sine wave (hereinafter also referred to as “high-frequency signal vc”) having a frequency specified by the frequency setting signal as a measurement signal. Therefore, when the frequency setting means in the operation unit 54 is operated, the signal generator 6 generates a high frequency signal vc having a frequency corresponding to the operation. The first amplifier 7 functions as a buffer and outputs the input high frequency signal vc as an injection signal vo with low impedance. The output resistor 8 is connected between the first amplifier 7 and the first terminal 2. Therefore, the injection signal vo output from the first amplifier 7 is supplied to the lead wire 14 via the output resistor 8. Further, the injection signal vo supplied to the lead wire 14 is injected into the measured grounding rod 16, and is a path composed of the return line 15 and the second terminal 3 via the ground-to-ground coupling capacitance between the return line 15 and the ground 17. And then returns to the ground resistance measuring device 51. The synchronous detection unit 10 receives a voltage Vm generated between the second terminal 3 and the first terminal 2 and performs synchronous detection with the injection signal vo, thereby realizing a real component (hereinafter referred to as a measurement target signal) of the voltage Vm. (Also referred to as “DC voltage component”). Further, for example, as shown in FIG. 4, the synchronous detection unit 10 includes a multiplier 10 a that multiplies the voltage Vo and the voltage Vm of the injection signal vo, and a low-frequency band that passes the DC voltage component of the output voltage in the multiplier 10 a. And a filter 10b. The second amplifier 11 adjusts the voltage level of the DC voltage component generated by the synchronous detector 10 and outputs it as the final DC voltage component Vmr. The arithmetic unit 52 is configured using, for example, a multiplier, and performs a predetermined analog arithmetic process using a DC voltage component Vmr to generate a voltage proportional to the resistance value of the ground resistance Rg. The third amplifier 53 performs scaling adjustment on the voltage generated by the calculation unit 52. The display unit 55 is composed of an analog meter, and displays the ground resistance Rg by swinging the meter hand according to the voltage after scaling adjustment.
[0004]
Next, the principle of the ground resistance measuring method using the ground resistance measuring device 51 will be described. First, FIG. 5 shows an equivalent circuit of the measurement system including the ground resistance measuring device 51, the lead wire 14, the return wire 15, the ground 17, and the grounding rod 16 to be measured. In this case, in the figure, Rg represents the ground resistance of the grounding rod 16 to be measured, L represents the inductance component of the lead wire 14, C represents the ground-to-ground coupling capacitance of the return line 15, and R represents the insulation resistance due to the coating of the return line 15. To do. Further, the impedance Zm between the first terminal 2 and the second terminal 3 (that is, the impedance of the loop composed of the lead wire 14, the measured grounding rod 16, the ground 17 and the return wire 15) is expressed by the following equation (1). Is done.
Zm = Rm + Im (1) where Rm is a real component and Im is an imaginary component, which are represented by the following equations (2) and (3), respectively.
Rm = Rg + R / (1+ (ωCR) ² ) (2) Formula Im = jωL−jωCR ² / (1+ (ωCR) ² ) (3) Formula
On the other hand, since Im = 0 at the resonance frequency of the loop forming the impedance Zm, the following equation (4) is established from the equation (3).
R / (1+ (ωCR) ² ) = L / CR Equation (4) In this case, since Equation (4) is equal to the second term on the right side of Equation (2), CR >> Under the condition of L, the value of the second term on the right side of equation (2) is zero. As a result, the following formula is established.
Rm ≒ Rg
Therefore, the ground resistance Rg of the ground rod 16 to be measured can be calculated based on the voltage Vm obtained by dividing the voltage Vo of the injection signal vo by the output resistance 8 (resistance value Ro) and the ground resistance Rg. For this reason, in this ground resistance measurement device 51, first, the synchronous detection unit 10 applies the voltage Vm at the first terminal 2 to the injection signal vo in a state where the frequency of the injection signal vo is equal to the resonance frequency of the loop. Synchronous detection is performed with the voltage Vo, and the second amplifier 11 generates a DC voltage component Vmr by adjusting the voltage level. Next, the calculation unit 52 generates a DC voltage by performing an analog operation on (x / (1-x)) on the right side in the following equation (5), and the third amplifier 53 is generated by the calculation unit 52. By amplifying the DC voltage with a predetermined gain, a DC voltage corresponding to the resistance value of the grounding resistor Rg is generated and output to the display unit 55. As a result, the display unit 55 displays the resistance value of the grounding resistance Rg.
Rg = Ro * Vmr / (Vo-Vmr) = Ro * x / (1-x) (5) where x = Vmr / Vo
[0006]
In this case, as shown in FIG. 6, the resistance value of the grounding resistor Rg becomes minimum when the frequency of the injection signal vo is equal to the resonance frequency of the loop. Accordingly, the operator operates the frequency setting means of the operation unit 54 while monitoring the value of the ground resistance Rg displayed on the display unit 55, and ranges from the lower limit frequency to the upper limit frequency where the resonance frequency is predicted to exist. By changing the frequency of the high-frequency signal vc generated by the signal generator 6 and searching for the point (resonance frequency) at which the displayed ground resistance Rg is the smallest, the smallest value is measured as the ground resistance Rg. .
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, this conventional ground resistance measuring device 51 has the following problems. That is, when measuring the ground resistance Rg, the operator operates the frequency setting means of the operation unit 54 while monitoring the ground resistance Rg displayed on the display unit 55 and generates a high-frequency signal generated by the signal generation unit 6. It is necessary to find the smallest ground resistance Rg by gradually changing the frequency of vc. Therefore, there is a problem that the measurement work is complicated and the measurement takes a long time.
[0008]
On the other hand, the arithmetic unit 52 controls the signal generation unit 6 to automatically search for the grounding resistance Rg while gradually changing the frequency of the high frequency signal vc from the lower limit frequency to the upper limit frequency by a predetermined frequency step based on, for example, measurement accuracy. It is also possible to adopt a configuration that does this. However, when this configuration is adopted, although the measurement work can be simplified, the frequency points to be measured are greatly increased as a result of the frequency step becoming finer to increase the measurement accuracy, There arises a problem that a huge amount of time is required for measurement.
[0009]
The present invention has been made in view of such problems, and a main object of the present invention is to provide a ground resistance measuring device capable of automatically measuring the ground resistance with high accuracy and in a short time.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a ground resistance measuring apparatus according to claim 1 is configured such that a lead wire connected to a grounding rod to be measured and a return conductor arranged on the ground in an insulated state are connectable and A signal generator configured to be able to measure the ground resistance of the measurement ground rod, generating an AC signal and variably controlling its frequency, and between the lead wire or the return conductor and the signal generator. An output resistor to be connected; a synchronous detection unit that generates a DC voltage component by synchronously detecting the voltage of the output end of the output resistor on the lead wire or the return conductor side with the AC signal; and the grounding resistor. When calculating, the frequency for measuring the AC signal in the signal generating unit is changed, and a multiplication value obtained by multiplying the resistance value of the output resistance by the voltage value of the DC voltage component is used as the AC voltage. A ground resistance measuring device including a calculation control unit that searches for a minimum value of a division value obtained by subtracting a voltage value of the DC voltage component from a voltage value of a signal, and the calculation control unit The set center frequency, the first high-frequency side frequency and the first low-frequency side frequency that are located on the high-frequency side and the low-frequency side by the first frequency around the center frequency, and the center frequency as the center. The division value is obtained using the second high frequency side frequency and the second low frequency side frequency respectively positioned at the high frequency side and the low frequency side by a second frequency higher than the first frequency as the measurement frequencies. In addition, a measurement process for obtaining the minimum value in each divided value as a temporary minimum value is executed, and the measurement frequency corresponding to the temporary minimum value is other than the center frequency. The measurement process is performed using the measurement frequency corresponding to the minimum value as a new center frequency when the frequency is a measurement frequency, and the measurement frequency corresponding to the temporary minimum value is the center frequency, and When the first frequency exceeds a preset reference frequency, the first frequency is reduced to execute the measurement process as a new first frequency, and the measurement corresponding to the temporary minimum value The provisional minimum value is searched as the minimum value of the division value when the working frequency is the center frequency and the first frequency is equal to or lower than the reference frequency.
[0011]
The ground resistance measurement device according to claim 2 is the ground resistance measurement device according to claim 1, wherein the calculation control unit maintains the second frequency at a constant value in each measurement process. The high frequency side frequency and the second low frequency side frequency are set as the measurement frequency.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, a preferred embodiment of a ground resistance measuring device according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the component same as the conventional ground resistance measuring apparatus 51, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
[0013]
As shown in FIG. 1, the ground resistance measuring apparatus 1 includes a first terminal 2, a second terminal 3, an operation unit 4, a display unit 5, a signal generation unit 6 that generates a high-frequency signal vc as a measurement signal, and a high-frequency signal vc. Is output as an injection signal (AC signal) vo, an output resistor 8 having a resistance value Ro, a synchronous detection unit 10, a second amplifier 11, and an arithmetic control unit 12. The lead wire 14 is connected to the first terminal 2, and the return wire 15 is connected to the second terminal 3. In this case, the lead wire 14 is connected to the measured grounding rod 16 embedded in the ground 17. On the other hand, the return line 15 is freely arranged on the ground 17 while being insulated from the ground 17.
[0014]
The display unit 5 is configured using, for example, an LCD, and digitally displays the measured grounding resistance Rg numerically. The signal generator 6 is configured using a DDS (Direct Digital Synthesizer) as an example, and generates a high frequency signal vc having a frequency corresponding to the frequency data DF output by the arithmetic control unit 12. The operation unit 4 also includes a calculation start switch 41 that outputs a start signal Sa for causing the calculation control unit 12 to start calculation processing of the ground resistance Rg. The synchronous detection unit 10 generates a DC voltage component by synchronously detecting the voltage Vm at the output end of the output resistor 8 on the first terminal 2 side with the injection signal vo. The second amplifier 11 outputs the DC voltage component generated by the synchronous detection unit 10 as a DC voltage component Vmr with low impedance.
[0015]
The arithmetic control unit 12 includes an A / D converter, a CPU (or DSP) that operates according to predetermined software, and a memory that stores software and data (all not shown). In this case, the A / D converter converts the DC voltage component Vmr that has been voltage-level converted by the second amplifier 11 into digital data. Further, when the start signal Sa is input from the calculation start switch 41, the CPU executes the ground resistance measurement program stored in the memory, sets the measurement frequency, and the frequency corresponding to each measurement frequency. The minimum value of the ground resistance Rg is calculated while repeating the output of the data DF to the signal generator 6 and the calculation of the ground resistance Rg at each measurement point corresponding to each measurement frequency. Further, when calculating the ground resistance Rg, the CPU equivalently uses the resistance value Ro of the output resistor 8, the voltage Vo of the injection signal vo, and the DC voltage component Vmr, and the resistance value of the output resistor 8 is equivalent. A multiplication value obtained by multiplying Ro by the DC voltage component Vmr is divided by a subtraction value obtained by subtracting the DC voltage component Vmr from the voltage value Vo of the injection signal vo, and an arithmetic process is performed to calculate the divided value as the ground resistance Rg. Specifically, according to the above equation (5), processing for digitally calculating the ground resistance Rg is performed.
[0016]
In addition, the memory has an initial frequency fC (for example, lower limit frequency and upper limit frequency) set in advance to determine a measurement frequency generated by the signal generator 6 during a ground resistance measurement process described later. The initial frequency fA of the first frequency to be added to or subtracted from the center frequency (for example, 100 kHz), a value greater than the first frequency and relative to the center frequency. The second frequency fB to be added or subtracted (for example, the frequency value that is twice the second frequency fB is approximately half the frequency width from the lower limit frequency to the upper limit frequency, and is set to 300 kHz), And a plurality of miniaturization control frequencies (for example, 50 kHz) for controlling the initial frequency fA of the first frequency in a stepwise manner (control to a small value). 20 kHz and 10 kHz) are stored.
[0017]
Next, the ground resistance measurement process by the ground resistance measuring apparatus 1 will be described with reference to FIG.
[0018]
First, prior to measurement, after connecting the return line 15 to the second terminal 3, the return line 15 is disposed on the ground 17. Next, the measured grounding rod 16 driven into the ground 17 and the first terminal 2 are connected by the lead wire 14. Thereafter, the ground resistance measuring apparatus 1 is turned on.
[0019]
In this ground resistance measurement process, first, the arithmetic control unit 12 reads and initializes the initial frequency fC of the center frequency, the initial frequency fA of the first frequency, and the initial frequency fB of the second frequency from the memory (step). 51). Next, the arithmetic control unit 12 has the first high frequency fAH and the first low frequency located at the high frequency side and the low frequency side by the first frequency fA around the center frequency fC and the center frequency fC, respectively. The second high-frequency side frequency fBH and the second low-frequency side frequency fBL respectively positioned at the high-frequency side and the low-frequency side by the second frequency fB around the center frequency fC and the center frequency fC are set as frequency points (steps). 52). Thereby, in order from the low frequency side, the frequency point r1 (500 kHz), the frequency point r2 (700 kHz), the frequency point r3 (fC: 800 kHz), the frequency point r4 (900 kHz), and the frequency point r5 (1.1 MHz) 5 Two frequency points are set. Next, the arithmetic control unit 12 sequentially measures the ground resistance Rg at each frequency point while sequentially outputting the frequency data DF respectively corresponding to the frequency points r1 to r5 to the signal generating unit 6 (step 53).
[0020]
Subsequently, the arithmetic control unit 12 obtains the measured minimum value of the ground resistance Rg of each frequency point r1 to r5 as a temporary minimum value, and determines whether or not the frequency point corresponding to this temporary minimum value is the frequency point r3. A determination is made (step 54). When it is determined that the frequency point corresponding to the temporary minimum value is one of the frequency points r1, r2, r4, r5, the frequency of the frequency point corresponding to the temporary minimum value is set to the new center frequency fC (step 55). Then, the process returns to step 52 to reset the frequency points r1 to r5. For example, when it is determined that the frequency point corresponding to the provisional minimum value is the frequency point r1, when the frequency points r1 to r5 are reset, the frequency point r1 becomes the new frequency point r3. Five frequency points are newly set: a frequency point r1 (200 kHz), a frequency point r2 (400 kHz), a frequency point r3 (500 kHz), a frequency point r4 (600 kHz), and a frequency point r5 (800 kHz). Further, when it is determined that the frequency point corresponding to the provisional minimum value is the frequency point r4, the frequency point r1 (600 kHz), the frequency point r2 (800 kHz), and the frequency point r3 (900 kHz) are sequentially sequentially from the low frequency side. , Frequency point r4 (1 MHz) and frequency point r5 (1.2 MHz) are newly set. Therefore, the frequency of the reset frequency point r3 is closer to the desired resonance frequency than the frequency of the frequency point r3 set immediately before.
[0021]
On the other hand, when it is determined in step 54 that the frequency point corresponding to the provisional minimum value is the frequency point r3, the arithmetic control unit 12 determines that the first frequency fA is equal to or lower than a preset reference frequency fREF (for example, 10 kHz). It is determined whether or not there is (step 56). In this case, the reference frequency fREF is defined as a frequency value corresponding to the measurement accuracy of the resonance frequency. That is, when the measurement accuracy is required up to 5 kHz, the reference frequency fREF is defined as 5 kHz. When it is determined that the first frequency fA exceeds the reference frequency fREF, the arithmetic control unit 12 reads the frequency for controlling the reduction from the memory, and sets the first frequency fA to one level from the frequencies for the reduction control. After the value is reduced to a lower frequency (at the first time, from 100 kHz to 50 kHz) to a new first frequency fA (step 57), the process proceeds to step 52. In this case, the arithmetic control unit 12 can also set a new first frequency fA by subtracting a preset constant value from the first frequency fA.
[0022]
At this time, for example, when the initial frequency fC is 800 kHz, when the first frequency fA is reduced from 100 kHz to 50 kHz, the frequency points r1 ( Five new frequency points are set: 500 kHz), frequency point r2 (750 kHz), frequency point r3 (800 kHz), frequency point r4 (850 kHz), and frequency point r5 (1.1 MHz). After executing these steps 56 and 57, the arithmetic control unit 12 reduces the first frequency fA every time it determines that the frequency point r3 (center frequency fC) is a frequency point corresponding to the temporary minimum value. To do. As a result, the frequency difference between the center frequency fC and the first high frequency side frequency fAH and the first low frequency side frequency fAL becomes small, so that the measurement accuracy of the resonance frequency can be gradually increased.
[0023]
The arithmetic control unit 12 repeats these steps 52 to 57, and when it is determined in step 56 that the first frequency fA is equal to or lower than the reference frequency fREF, it is set as the ground resistance Rg for obtaining the ground resistance Rg at the frequency point r3 ( Step 58), this ground resistance Rg is displayed on the display unit 55, and this ground resistance measurement processing is terminated.
[0024]
Thus, according to the ground resistance measuring apparatus 1, the initial frequency fC, the first high frequency side frequency fAH, the first low frequency side frequency fAL, the second high frequency side frequency fBH, and the second low frequency side. By measuring the ground resistance Rg at each of the five frequency points consisting of the frequency fBL until the first frequency fA falls below the reference frequency fREF, the frequency is gradually changed from the lower limit frequency to the upper limit frequency by a preset frequency step. However, the minimum ground resistance Rg can be quickly measured with the accuracy of the reference frequency fREF as compared with the conventional method of automatically searching for the ground resistance Rg. Further, since the arithmetic control unit 12 automatically measures the ground resistance Rg, the measurement of the ground resistance Rg becomes extremely easy. Further, by fixing the value of the second frequency fB, even if the resonance frequency changes due to the change in the measurement conditions during the measurement of the ground resistance Rg, the frequency point confirmation of the temporary minimum value is confirmed. By executing the process (step 54) and the process of changing the initial frequency fC to the frequency of the frequency point corresponding to the temporary minimum value (step 55), it is possible to automatically follow and measure the changed resonance frequency. .
[0025]
The present invention is not limited to the configuration shown in the above-described embodiment of the invention. For example, the ground resistance Rg can be measured by connecting the return line 15 to the first terminal 2 and connecting the lead wire 14 to the second terminal 3. In step 57 described above, unless the first frequency fA is suddenly decreased, the ground resistance Rg is considered to exist within the range between the frequency points r2 and r4 located on both sides of the frequency point r3. . Therefore, once it is determined in step 54 that the frequency point corresponding to the provisional minimum value is the frequency point r3, processing based on only three frequency points r2 to r4 (steps 52 and 53) is executed. Thus, the ground resistance Rg can also be obtained. As a result, the frequency point to be measured is reduced, and as a result, the time required for the arithmetic processing can be shortened, so that the ground resistance Rg can be obtained in a short time.
[0026]
【The invention's effect】
As described above, according to the ground resistance measuring device of the first aspect, the calculation control unit has the first frequency when the measurement frequency corresponding to the temporary minimum value obtained by the measurement process is the center frequency. When the frequency exceeds a preset reference frequency, the first frequency is reduced and the measurement process is performed as a new first frequency. When the first frequency is equal to or lower than the reference frequency, the provisional minimum value is divided. By searching for the minimum value, the ground resistance can be automatically measured with high accuracy and in a short time.
[0027]
According to the ground resistance measuring apparatus of claim 2, the calculation control unit maintains the second frequency at a constant value in each measurement process, and the second high frequency side frequency and the second low frequency side frequency. By setting as the measurement frequency, even when the resonance frequency changes due to fluctuations in measurement conditions during measurement, the ground resistance can be measured by automatically following the changed resonance frequency. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a ground resistance measuring apparatus 1 according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart of a ground resistance measurement process performed by the ground resistance measurement apparatus 1;
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a conventional ground resistance measuring device 51. FIG.
4 is a block diagram mainly showing the configuration of the synchronous detection unit 10 in the ground resistance measuring device 51. FIG.
FIG. 5 is an equivalent circuit diagram of a measurement system for measuring a ground resistance Rg.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a distribution image of the ground resistance Rg with respect to the frequency of the high-frequency signal vc.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ground resistance measuring apparatus 4 Operation part 6 Signal generation part 8 Output resistance 10 Synchronous detection part 12 Operation control part 14 Lead wire 15 Return line 16 Grounding rod 17 to be measured Ground point r1-r5 Frequency point Vmr DC voltage component vc High frequency signal vo Injection signal

Claims

A lead wire connected to the measured ground bar and a return conductor arranged on the ground in an insulated state are configured to be connectable and configured to measure the ground resistance of the measured ground bar,
A signal generator configured to generate an AC signal and variably control its frequency, an output resistor connected between the lead wire or the return conductor and the signal generator, and the lead of the output resistor A synchronous detector that generates a DC voltage component by synchronously detecting the voltage at the output end of the line or the return conductor with the AC signal, and the AC signal in the signal generator when calculating the ground resistance. Dividing a multiplication value obtained by changing the measurement frequency and multiplying the resistance value of the output resistor by the voltage value of the DC voltage component by a subtraction value obtained by subtracting the voltage value of the DC voltage component from the voltage value of the AC signal A ground resistance measuring device including a calculation control unit for searching for a minimum value,
The calculation control unit includes a preset center frequency, and a first high frequency side frequency and a first low frequency side frequency that are respectively positioned on the high frequency side and the low frequency side by the first frequency with the center frequency as a center. The second high frequency side frequency and the second low frequency side frequency respectively positioned on the high frequency side and the low frequency side by a second frequency higher than the first frequency with the center frequency as the center are used for the measurement. A measurement process for obtaining the division value as a frequency and obtaining a minimum value in each division value as a provisional minimum value is performed.
When the measurement frequency corresponding to the temporary minimum value is the measurement frequency other than the center frequency, the measurement process corresponding to the minimum value is performed as the new center frequency, and the measurement process is performed.
When the measurement frequency corresponding to the temporary minimum value is the center frequency and the first frequency exceeds a preset reference frequency, the first frequency is reduced to a new value. Performing the measurement process as a first frequency;
When the measurement frequency corresponding to the temporary minimum value is the center frequency and the first frequency is equal to or lower than the reference frequency, the temporary minimum value is searched as the minimum value of the division value. Ground resistance measuring device.

In the measurement processes, the arithmetic control unit maintains the second frequency at a constant value and sets the second high frequency side frequency and the second low frequency side frequency as the measurement frequency. The ground resistance measuring device according to claim 1, wherein: