CN105026939A - 计测装置以及安装单元 - Google Patents
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Abstract
将计测电路(4)设置于传感器框体(5)中，其中计测电路(4)对根据在探针(6)中产生的与电力线(2)的电压对应的电流而所获得的电压进行计测，探针(6)安装于电力线(2)的包覆层且用于以非接触方式与电力线(2)的导体耦合，将计测电路(4)的信号用接地线(7)与金属板(8)连接，布置有电力线(2)，隔着由作为绝缘部件的树脂形成的传感器框体(5)而在被接地于大地的配电盘框体(1)与金属板(8)之间形成规定的静电电容，通过使噪声电流经由静电电容流入大地而能够降低流过计测电路(4)的噪声电流。
Description
技术领域
本发明涉及对电力线以非接触的方式计测设备的电压、消耗功率的计测装置、以及用于将计测装置安装于外部的配电盘等的安装单元。
背景技术
从节能的观点出发，要求逐个细致地计测设备的消耗功率。为了测定功率，需要计测电压。为此而想要直接与电力线接线时，需要电施工而必须使装置停止。为了避免这种情况，存在这样的方法：从电力线的布线包覆层上按压电极而利用电容耦合以非接触的方式计测电压。使用该方法以不实施电施工的方式设置传感器时，传感器电路的GND无法与大地的GND连接。
作为计测功率的方法，例如在专利文献1中对非接触电压计测方法进行了记载，在该非接触电压计测方法中，使用运算放大器使屏蔽物与探针之间的电位差为零而排除浮游电容的影响。在专利文献2中对非接触电压测定装置进行了记载，该非接触电压测定装置对利用非接触电压测定电极所测定的电压信号的相位差进行测定，来求出绝缘电线的电压信号的相位并进行校正，由此提高了精度。在专利文献3中对电压测定装置进行了记载，该电压测定装置计算出检测信号与参考电位之间的差分值，且利用可变电容电路来控制反馈环路的增益。
在使用上述任意一种方法的情况下，存在如下问题：外部的噪声源与计测电路的信号用接地线发生电容耦合、或者由于信号用接地线与大地的静电电容(浮游电容)变动而导致传感器输出变动、或者对计测精度造成恶劣影响。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许第3761470号公报
专利文献2：日本特许第4251961号公报
专利文献3：日本特许第4629625号公报
发明内容
发明要解决的课题
因此，本发明的目的在于提供一种在完全不需要布线施工的情况下能够防止噪声混入传感器输出中的计测装置、以及用于将计测装置安装于外部的配电盘等的安装单元。
用于解决课题的手段
本发明是计测装置，该计测装置具有：传感器，其用于通过与电力线进行电磁耦合而产生电流；计测电路，其用于对根据与电力线的电压对应地在传感器中产生的电流而所获得的电压、功率中的任意方进行计测；导电部件，其与计测电路的信号用接地线电连接；以及绝缘部件，其用于使导电部件与外部导电体接近且使导电部件与外部导电体绝缘。
在本发明中，将计测电路安装于外部导电体而能够对电压、功率中的任意方进行计测。
更优选的是，导电部件隔着绝缘部件而在与外部导电体之间形成静电电容。利用导电部件隔着绝缘部件而在与外部导电体之间形成静电电容，且使噪声电流经由该静电电容流入大地，由此能够降低流过计测电路的噪声电流，因此，不需要用于将导电部件接地于大地的施工，即使不具有高度的电气设备知识也能够容易地进行设置，能够在减少噪声影响的情况下高精度地进行电压、功率中的任意方的计测。
更优选的是，固定导电部件与外部导电体的相对位置。
更优选的是，导电部件是磁铁。能够利用磁铁将计测电路固定于外部导电体。
本发明的另一方面是一种安装单元，其将用于计测电压、电流或功率的计测电路安装于被接地于大地的外部导电体，该安装单元具有：导电部件，其与计测电路的信号用接地电连接；以及绝缘部件，其与导电部件接触而在与外部导电体之间形成静电电容。
通过使用该安装单元，能够容易地将市场上销售的计测装置安装于外部装置，且能够排除噪声影响而高精度地计测电压、功率等。
发明效果
根据本发明，在完全不需要布线施工的情况下能够防止噪声混入传感器输出中而高精度地计测电压、消耗功率。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式的计测装置的框图。
图2是用于说明本发明的一个实施方式的计测装置中的降低噪声的原理的电路图。
图3是示出在本发明的一个实施方式中利用磁铁结合了传感器框体与配电盘框体的情况下的噪声量的图、以及示出未将传感器框体安装于配电盘框体的情况下的噪声量的图。
图4是用于说明本发明的一个实施方式的计测装置的噪声降低效果的等效电路图。
图5是示出图1所示的静电电容与噪声电平之间的关系的图。
图6是示出静电电容与噪声峰值电压之间的关系的图。
图7是示出作为本发明的另一实施方式使用2个传感器来进行差动计测的例子的等效电路图。
图8是图7所示的实施方式的等效电路图。
图9是示出本发明的另一实施方式的计测装置的框图。
图10是示出本发明的其他另一实施方式的计测装置的框图。
图11是示出本发明的其他实施方式的计测装置的框图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施例进行说明。此外，在以下的说明中，对利用本发明的一个实施方式计测装置来计测消耗功率的例子进行说明，但也可以应用于计测电压的情况而并不限于消耗功率。
图1是本发明的一个实施方式的计测装置的框图。在图1中，配电盘框体1在内部内置有端子盘11等，且向多个电力分配线3分配经由电力线2输入的交流电压。电力分配线3与未图示的各种电气设备连接。配电盘框体1由铁等强磁性体形成而与大地(GND)连接，且作为外部导电体进行工作。为了计测从电力线2供给的功率，计测电路4设置于配电盘框体1内。
计测电路4收纳于传感器框体5中。计测电路4与作为传感器的一例进行工作的探针6连接，探针6通过与电力线2进行电磁耦合而产生电流。此外，探针6也可以与电力分配线3进行电磁耦合来计测利用电力分配线3分配的电气设备的消耗功率。
计测电路4根据探针6取出的电力线2的电压，来计测流动的电流。在传感器框体5设置有与计测电路4的信号用接地线7电连接的、作为导电部件进行工作的金属板8。使作为绝缘部件进行工作的树脂成型来构成传感器框体5，磁铁9固定于传感器框体5的侧面或底面，传感器框体5被磁铁9吸附于配电盘框体1的侧壁内侧。由于由强磁性体形成配电盘框体1，所以能够由磁铁9牢固地吸引配电盘框体1，能够减少传感器框体5与配电盘框体1偏离的可能性。
金属板8以铜、铝为材料，形成为板状(也可以打穿多个孔)、棒状、金属丝网状，但是，即使被分割成多个部分，只要将各个部分电连接即可。而且，金属板8也可以为采用了铁、钴、镍、钆等材料的磁铁。金属板8与被接地于大地的作为外部导电体进行工作的配电盘框体1对置地设置，隔着由作为绝缘部件的树脂形成的传感器框体5而在配电盘框体1与金属板8之间形成静电电容10。静电电容10起到降低噪声的作用。
图2是用于说明本发明的一个实施方式的计测装置中的降低噪声的原理的电路图。
参照图1、图2，对本发明的一个实施方式的动作进行说明。当在配电盘框体1内使探针6接近电力线2时，如图2所示，从探针6取出与电流成比例的输出信号，该电流是与向电力线2施加的电压VN对应地流动的电流。
在探针6与信号用接地线7之间连接有检测电阻Rs，在检测电阻Rs与信号用接地线7之间产生的电压成为计测电路4的输入信号。在该输入信号中混入各种外部噪声，该外部噪声混入计测电路4。在图2中，对外部噪声表示成电压Vn的噪声从噪声源11经由浮游电容Cf1而混入的情况。此外，在图1中，未图示噪声源11和浮游电容Cf1。
噪声电流In是从计测电路4流入电力线2的电流In1、与经由静电电容10流入GND的电流In2之和。在电力线2与金属板8之间形成的静电电容10具有电容Cf2。因噪声源11的电压Vn而电流In1从计测电路4流入电力线2，且电流In2经由金属板8与电力线2之间的静电电容10流入大地(GND)。
虽然电流In1对计测电路4造成影响，但电流In2不会流过计测电路4因此对计测电路4不会造成影响。由于电流In1、In2从噪声源11流出，所以使电流In2越大，则能够使流过计测电路4的电流In1越小。从而，通过使金属板8与配电盘框体1之间的静电电容10的电容Cf2增大而能够减少流过计测电路4的电流In1，因此，能够减轻噪声对计测电路4造成的影响。
图3的(A)是示出在本发明的一个实施方式中利用磁铁结合了传感器框体与配电盘框体的情况下的噪声量的图，图3的(B)是示出未将传感器框体安装于配电盘框体的情况下的噪声量的图，全都是横轴为时间轴且纵轴表示电位。
在本发明的一个实施方式中，存在通过利用磁铁9使传感器框体5吸附于配电盘框体1而产生的金属板8与配电盘框体1之间的静电电容10的电容Cf2，由此，如图3的(A)所示那样对于1.25V的传感器基准电位几乎不会出现噪声。与此相对，在未将传感器框体5安装于配电盘框体1的情况下，不存在静电电容Cf2，因此，如图3的(B)所示那样对于1.25V的传感器基准电位出现大约0.2V电位的噪声。因此，可以确认金属板8与配电盘框体1之间的静电电容10的电容Cf2的存在所产生的效果。
图4是用于说明本发明的一个实施方式的计测装置的噪声降低效果的等效电路图。
在图4所示的等效电路中，在电力线2与信号用接地线7之间存在探针6与布线的大约3pF左右的电容Cp、以及计测电路4的大约470kΩ的检测电阻Rs，因此，在电力线2与信号用接地线7之间存在的阻抗Z1由下式表示。
Z1＝Rs+1/jωCp
检测电阻Rs例如为470kΩ，相对于此，探针6与布线的电容Cp为几pF，因此，阻抗Z1大致取决于探针6和布线的电容Cp，成为比较大的值。
另一方面，在信号用接地线7与大地(GND)之间存在具有大约500～1000pF的电容Cf2的静电电容10，因此，阻抗Z2由下式表示。
Z2＝1/jωCf2
假如不存在静电电容Cf2的情况下，通常仅存在几pF的浮游电容，因此，针对阻抗Z2为几GΩ左右的情况，设置静电电容10，从而阻抗Z2成为几MΩ～几百MΩ。由于传感器输出取决于阻抗Z1与Z2的比例，所以如果Z1＞＞Z2，则可以忽略噪声对传感器输出造成的影响。
图5是示出图1所示的静电电容10与噪声的级别之间的关系的图，横轴是时间轴，纵轴表示噪声电位。图6是示出静电电容10的电容Cf2的电容值的变化与噪声峰值电压之间的关系的图，横轴表示静电电容Cf2的电容值，纵轴表示噪声峰值电压。
如图5所示，在静电电容10的电容Cf2电容值如1pF那样较小的情况下，出现大约90mV左右的噪声，当电容Cf2为50pF时，降低至5mV左右的噪声电平，当电容Cf2为1000pF那样的较大值时，噪声几乎不会出现。这种情况也从图6所示的静电电容10的电容Cf2的电容值的变化与噪声峰值电压之间的关系中可获知。如图6所示那样静电电容Cf2为0.1pF左右的较小值时出现0.12V左右的噪声峰值电压，相对于此，静电电容Cf2成为1000pF左右的较大值时，噪声峰值电压几乎为0电平。
图7是示出本发明的另一实施方式的计测装置的框图。图7所示的实施方式构成为使用1对探针6a、6b来取出电力线2与大地(GND)之间的电位。在传感器框体5中内置有具有差动放大电路的计测电路4a。除此以外的结构与图1相同。
图8是图7所示的实施方式的等效电路图。在图8中，并联地存在图7所示的探针6a与布线的电容CL、探针6b与布线的电容CN，在差动放大电路的一方输入端与信号用接地线7之间连接有例如100kΩ的检测电阻R1，在差动放大电路的另一方输入端与传感器接地7线之间连接有例如100kΩ的检测电阻R2。即使在探针6a、6b与布线的电容CL、CN并联地存在且成为Z3≠Z4的状态而差动电路处于不平衡的状态下，由于静电电容Cf2的值较大，所以也成为Z3+Z4＞＞Z2。即使在图7所示的实施方式中，流过静电电容Cf2的电流In2比流过检测电阻R1的电流In3与流过检测电阻R2的电流In4的合计大，因此可以忽略噪声对传感器输出造成的影响。此外，该结构也可以应用于对电力线2与其他电力线之间的差动电压进行计测的情况(例如测定三相交流的线间电压的情况)。
图9是示出本发明的另一实施方式的计测装置的框图。
在图9中，传感器框体5形成为长方形状，沿着传感器框体5的外侧的长度方向设置有金属板8，在该金属板8与配电盘框体1的侧面之间，由例如树脂构成的绝缘部件12与金属板8密接地设置。在图9中，在不使用磁铁9的情况下利用粘合剂等将金属板8和绝缘部件12固定于传感器框体5与配电盘框体1的侧面之间。
通过将绝缘部件12形成为与金属板8大致相同的形状，能够增大金属板8与配电盘框体1的侧面之间的静电电容Cf2。另外，能够利用绝缘部件12来固定金属板8与传感器框体5的相对位置。此外，在图9中省略图示了电力线2、探针6、端子盘11等。
图10是示出本发明的其他另一实施方式的计测装置的框图。
在图10中，以夹着设置于传感器框体5的金属板8的上下表面的方式在长度方向上分开的绝缘部件12a、12b设置于传感器框体5与配电盘框体1的侧面之间。在金属板8的配电盘框体1的侧面侧形成有间隙13。在本实施方式中，由在金属板8与配电盘框体1的侧面之间存在的绝缘部件12a、12b形成静电电容，间隙13形成金属板8与配电盘框体1的侧面之间的静电电容，因此能够使静电电容进一步增大。也可以代替间隙13而在该部分实施绝缘涂装、绝缘涂覆。
图9、图10所示的绝缘部件12、12a、12b例如使用对导电部件的表面进行了绝缘涂装或绝缘涂覆而成的部件等。另外，例如可以使用面接合件、双面胶带、粘合剂、吸盘、具有粘接性的片材等，将绝缘部件12、12a、12b固定于传感器框体5和配电盘框体1。或者，也可以在配电盘框体1设置突起(钩体)，将设置于绝缘部件12、12a、12b的孔挂扣在突起。而且，也可以将绝缘部件12、12a、12b螺丝紧固于配电盘框体1，或者以夹住绝缘部件12、12a、12b的方式利用磁铁安装于配电盘框体1。
如上所述，通过在设置于传感器框体5的金属板8与配电盘框体1之间配置绝缘部件12、12a、12b，在金属板8与配电盘框体1之间形成静电电容，使噪声电流流过静电电容，从而能够降低流过计测电路4的噪声电流。
在上述各实施方式中，虽然将传感器框体5配置于配电盘框体1的侧面内侧，但是，也可以将传感器框体5设置于侧面外侧、门部的内侧或者外侧等任意位置。
另外，虽然将计测电路4收纳于传感器框体5，使计测电路4的信号用接地线7与金属板8电连接，但是，即便为了在与外部导电体之间形成静电电容而进行绝缘部件与金属板8的单元化且将市场上销售的计测装置装配于该安装单元中、而且将计测装置的接地线与金属板8电连接，也能够降低混入计测装置的噪声。
图11是示出本发明的其他实施方式的计测装置的框图。本实施方式被构成为对电力线2的电压和流动电流进行计测来能够计测消耗功率，在图1所示的实施方式的结构的基础上，与探针6并行地作为传感器的其他例进行工作的电流检测器14与电力线2被电磁耦合。电流检测器14例如由变流器(CT)、霍尔元件等构成。
电流检测器14的输出信号经由检测电阻15被送至计测电路4b。计测电路4b与探针6连接，计测电路4b根据电流检测器14所检测出的电流、和通过在探针6中产生的电流所获得的电压，来计测电力线2中的消耗功率。在本实施方式中，也能够在不会受到混入计测电路4b的噪声的影响的情况下计测消耗功率。
此外，在本实施方式中，只要使探针6和电流检测器14以非接触的方式接近电力分配线3就能够计测从电力分配线3供给的功率。
产业上的可利用性
本发明的计测装置可利用于在完全不需要布线施工的情况下防止噪声混入传感器输出中并且对电力线以非接触的方式计测消耗功率的情况。
标号说明
1：配电盘框体；2：电力线；3：电力分配线；4、4a、4b：计测电路；5：传感器框体；6、6a、6b：探针；7：信号用接地线；8：金属板；9：磁铁；10：静电电容；11：噪声源；12、12a、12b：绝缘部件；13：间隙；14：电流检测器；15：检测电阻。
Claims (5)
1.一种计测装置，其中，该计测装置具有：
传感器，其用于通过与电力线进行电磁耦合而产生电流；
计测电路，其用于对根据与所述电力线的电压对应地在所述传感器中产生的电流而所获得的电压、功率中的任意方进行计测；
导电部件，其与所述计测电路的信号用接地线电连接；以及
绝缘部件，其用于使所述导电部件与外部导电体接近且使所述导电部件与所述外部导电体绝缘。
2.根据权利要求1所述的计测装置，其中，
所述导电部件隔着所述绝缘部件而在与所述外部导电体之间形成静电电容。
3.根据权利要求1或2所述的计测装置，其中，
所述绝缘部件固定所述导电部件与所述外部导电体的相对位置。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的计测装置，其中，
所述导电部件是磁铁。
5.一种安装单元，其将用于计测电压、功率中的任意方的计测电路安装于被接地于大地的外部导电体，其中，该安装单元具有：
导电部件，其与所述计测电路的信号用接地电连接；以及
绝缘部件，其与所述导电部件接触而在与外部导电体之间形成静电电容。
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