JP2002071726A - Voltage sensor - Google Patents
Voltage sensorInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は電圧センサおよびそ
れを用いた監視システムに関するもので、特に非接触・
非接地型の電圧センサに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a voltage sensor and a monitoring system using the same.
The present invention relates to a non-grounded voltage sensor.
【０００２】[0002]
【従来の技術】電圧を計測するセンサに関する公知例と
して、接地・接触型のセンサが電気学会放電研究会資料,
Vol.ED−97,No.1−13,pp.29−34(1997)、電気学会論文
誌,Vol.112,No.12,pp.1051−1055(1992)に記載されてい
る。また、非接地・非接触型のセンサがNational Techni
cal Report, Vol.38,No.2,pp.255−261(1992),電気学会
電力技術研究会資料,Vol.PE−88,No.75,pp.1−10(1988)
に記載されている。2. Description of the Related Art As a well-known example of a sensor for measuring a voltage, a grounding / contact type sensor is disclosed in the Institute of Electrical Discharge Research Society,
Vol. ED-97, No. 1-13, pp. 29-34 (1997), and IEEJ Transactions, Vol. 112, No. 12, pp. 1051-1055 (1992). In addition, non-grounding and non-contact sensors are available from National Techni
cal Report, Vol. 38, No. 2, pp. 255-261 (1992), IEICE Technical Report, Vol. PE-88, No. 75, pp. 1-10 (1988)
It is described in.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】さまざまな産業分野に
おいて、電圧のモニタリングに対するニーズが高まって
いる。例えば電力送電分野においては、配電制御を高度
化するため、電力系統の末端で電圧を検出する技術が重
要な開発課題になっている。The need for voltage monitoring is increasing in various industrial fields. For example, in the power transmission field, a technology for detecting a voltage at an end of a power system has become an important development issue in order to enhance power distribution control.
【０００４】上述した接地型の電圧センサは、センサを
設置するための工事（接地作業および送電線芯線とセン
サの接続作業）が必要である。また、送電線の地絡防止
のためセンサに極めて高い信頼性が要求され、高コスト
にならざるをえない。そのため、この方式の電圧センサ
は、変電所のような配電系統の幹の部分で使用されてい
るにすぎない。The above-mentioned grounding type voltage sensor requires construction work for installing the sensor (grounding work and work for connecting the sensor to the transmission line core wire). In addition, the sensor is required to have extremely high reliability in order to prevent a ground fault in the transmission line, which inevitably increases the cost. Therefore, this type of voltage sensor is used only in a trunk portion of a distribution system such as a substation.
【０００５】近年、広範な産業分野においてニーズが高
まっている電圧センサは、大地と直接的に繋がっておら
ず、高電圧部とセンサ内部の導体とが直接接触しない非
接地・非接触型の物である。[0005] In recent years, a voltage sensor, which has been increasingly required in a wide range of industrial fields, is a non-grounding / non-contact type voltage sensor which is not directly connected to the ground and does not directly contact a high voltage portion and a conductor inside the sensor. It is.
【０００６】上記公知例のセンサは、非接地・非接触型
ではあるが、センサと大地あるいはセンサ周辺の構造物
も含めた浮遊容量が既知であることが前提となっている
ため、その用途は限定される。The sensor of the above-mentioned known example is of a non-grounding and non-contact type, but it is premised that the sensor and the stray capacitance including the ground or the structure around the sensor are known, and therefore, the use of the sensor is intended. Limited.
【０００７】なお、特開平１０−２０６４６８号公報に
は、非接触で電源（高周波を印加）より電圧を加え、測
定対象物の電圧を計測する技術が開示されている。Japanese Patent Laid-Open Publication No. Hei 10-206468 discloses a technique for measuring the voltage of an object to be measured by applying a voltage from a power supply (applying a high frequency) in a non-contact manner.
【０００８】しかし、特開平１０−２０６４６８号公報
に記載の技術では、センサを測定対象物に取り付けたり
外したりといった操作を必要とし、かつセンサを開いた
状態と閉じた状態での浮遊容量の違いが考慮されておら
ず、測定精度の点で改善の余地が残されている。However, the technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-206468 requires an operation of attaching and detaching a sensor to and from a measurement object, and the difference in stray capacitance between an open state and a closed state of the sensor. Is not taken into account, leaving room for improvement in terms of measurement accuracy.
【０００９】また、特開平５−１３３９８２号公報、特
開平１０−３１０３７号公報には、測定対象物に分圧器
を配置し、大地間の分圧値を計算して測定対象物の電圧
を計測する技術が開示されている。Further, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. Hei 5-133982 and Hei 10-31037 disclose that a voltage divider is arranged on an object to be measured, and a divided voltage between the grounds is calculated to measure the voltage of the object to be measured. A technique for performing this is disclosed.
【００１０】しかし、特開平５−１３３９８２号公報に
記載の技術では、３以上の分圧インピーダンスを備えた
分圧器を備え、特開平１０−３１０３７号公報に記載の
技術では、分圧用コンデンサとして真空コンデンサを用
い、その低圧側、高圧側の一方、または両方を可変コン
デンサにするというものであり、以下に詳述する本発明
とは具体的構成を異にする。However, the technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 5-1339982 includes a voltage divider having three or more voltage dividing impedances, and the technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 10-31037 discloses a technique of using a vacuum as a voltage dividing capacitor. A capacitor is used, and one or both of the low-voltage side and the high-voltage side is a variable capacitor. The specific configuration differs from the present invention described in detail below.
【００１１】本発明の第１の目的は、センサと大地との
間の浮遊容量が未知であっても、センサを測定対象物に
取り付けたり外したりといった操作をすることなしに、
測定対象物の電圧（電位）を計測できる電圧センサを提
供することにある。A first object of the present invention is to provide a sensor without attaching or detaching a sensor to or from an object to be measured even if the stray capacitance between the sensor and the ground is unknown.
An object of the present invention is to provide a voltage sensor that can measure a voltage (potential) of a measurement object.
【００１２】本発明の第２の目的は、利便性に優れた高
精度の電圧センサを提供することにある。A second object of the present invention is to provide a highly accurate voltage sensor with excellent convenience.
【００１３】本発明の第３の目的は、センサと大地との
間の浮遊容量が未知であっても電圧を計測できる監視シ
ステムを提供することにある。A third object of the present invention is to provide a monitoring system capable of measuring a voltage even if the stray capacitance between a sensor and the ground is unknown.
【００１４】[0014]
【課題を解決するための手段】第１の目的を達成する第
１の手段は、電圧の測定対象物に導電性の物体を直接接
触させることなく電圧を計測する非接触型の電圧センサ
において、電圧の基準点に対する測定対象物の電圧もし
くは測定対象物を流れる電流に、センサから電圧もしく
は電流を重畳させ、測定対象物と静電的につながるとと
もに電圧の基準点と浮遊容量を介して静電的につながる
回路部品に加わる重畳された電圧もしくは電流を検出し
て測定対象物の電圧を計測することにある。A first means for achieving the first object is a non-contact type voltage sensor for measuring a voltage without directly bringing a conductive object into contact with an object to be measured. The voltage or current from the sensor is superimposed on the voltage of the measurement object with respect to the voltage reference point or the current flowing through the measurement object, and is electrostatically connected to the measurement object and electrostatically connected via the voltage reference point and the stray capacitance. An object of the present invention is to measure a voltage of an object to be measured by detecting a superimposed voltage or current applied to a circuit component that is electrically connected.
【００１５】第１の目的を達成する第２の手段は、第１
の目的を達成する第１の手段において、測定対象物が元
々有する電圧、電流とは異なる周波数の電圧、電流を重
畳させるか、断続的に電圧、電流を加えることにある。The second means for achieving the first object is the first means.
In the first means for achieving the above object, a voltage and a current having a frequency different from the voltage and the current of the object to be measured are superimposed or a voltage and a current are intermittently added.
【００１６】第１の目的を達成する第３の手段は、第１
の目的を達成する第２の手段において、測定対物が元々
有する電圧、電流に重畳させた成分をＦＦＴ（高速フー
リエ変換）による演算処理、もしくはハイパスフィル
タ、バンドパスフィルタ等の電気回路により選別する機
能を付与することにある。A third means for achieving the first object is the first means.
In the second means for achieving the object of (1), a function of selecting a component superimposed on a voltage and a current originally included in the measurement object by an FFT (Fast Fourier Transform) or an electric circuit such as a high-pass filter or a band-pass filter Is to be provided.
【００１７】第２の目的を達成する第１の手段は、第１
の目的を達成する第１の手段において、電圧の基準とな
る点を大地（アース）とし、大地に導電性の物体を直接
接触することなく測定対象物の対地電圧（電位）を求め
ることにある。The first means for achieving the second object is the first means.
In a first means for achieving the above object, a point serving as a voltage reference is set to ground (earth), and a ground voltage (potential) of an object to be measured is obtained without directly contacting a conductive object with the ground. .
【００１８】第２の目的を達成する第２の手段は、第２
の目的を達成する第１の手段において、センサと大地と
の間の浮遊容量を介して大地と測定対象物とを電気的に
接続することにある。A second means for achieving the second object is a second means.
In a first means for achieving the above object, the present invention is to electrically connect the earth and the object to be measured via a stray capacitance between the sensor and the earth.
【００１９】第２の目的を達成する第３の手段は、第１
の目的を達成する第１の手段において、センサ内部の電
圧もしくは電流を印加する手段と直列にコンデンサもし
くは抵抗を接続し、これらに加わる電圧もしくは電流を
検出することにある。A third means for achieving the second object is the first means.
In a first means for achieving the above object, a capacitor or a resistor is connected in series with a means for applying a voltage or a current inside the sensor, and a voltage or a current applied to these is detected.
【００２０】第２の目的を達成する第４の手段は、第１
の目的を達成する第１の手段において、昇圧手段を介し
て測定対象物と電圧の基準点との間に電圧を印加するこ
とにある。A fourth means for achieving the second object is the first means.
In a first means for achieving the above object, a voltage is applied between an object to be measured and a reference point of the voltage via a boosting means.
【００２１】第２の目的を達成する第５の手段は、第１
の目的を達成する第１の手段に対し、測定対象物に元々
印加されている電圧と同期させた電圧を断続的に印加
し、これによって生じるセンサ内部の部材の電圧変化を
検出し、電圧Ｖを次式から算出する演算機能を付与する
ことにある。A fifth means for achieving the second object is the first means.
Voltage intermittently applied to the object to be measured is synchronized with the voltage originally applied to the object to be measured, and a voltage change of a member inside the sensor caused by this is detected, and the voltage V Is provided from the following equation.
【００２２】[0022]
【数３】Ｖ＝Ｖω1×（ＶCω0／ＶCω1） ここで、Ｖω1はセンサ内部の電源から印加した電圧、
ＶCω1は電圧の印加によってコンデンサもしくは抵抗に
発生する電圧、ＶCω0は測定対象物に元々印加されてい
る電圧である。V = V ω1 × (V Cω0 / V Cω1 ) where V ω1 is a voltage applied from a power supply inside the sensor,
V Cω1 is a voltage generated in a capacitor or a resistor by application of a voltage, and V Cω0 is a voltage originally applied to the measurement object.
【００２３】第２の目的を達成する第６の手段は、第１
の目的を達成する第１の手段に対し、測定対象物に元々
印加されている電圧と異なる周波数の電圧を印加し、コ
ンデンサもしくは抵抗の電圧に対して周波数によるフィ
ルタリングを行い、電源より印加した電圧と同一周波数
の電圧を検出し、電圧Ｖを次式から算出する演算機能を
付与することにある。A sixth means for achieving the second object is the first means.
The first means for achieving the object of (1) is to apply a voltage having a frequency different from the voltage originally applied to the object to be measured, filter the voltage of the capacitor or the resistor by frequency, and apply the voltage applied from the power supply. And a calculation function for calculating a voltage V from the following equation.
【００２４】[0024]
【数４】Ｖ＝Ｖω1×（（ＶCω−ＶCω1）／ＶCω1） ここで、Ｖω1はセンサ内部の電源から印加した電圧、
ＶCωは電圧の印加時にコンデンサもしくは抵抗に発生
する電圧（測定対象物が元々有する電圧に対応する電圧
も含む）、ＶCω1はフィルタリングによって抽出された
コンデンサもしくは抵抗に発生する電圧である。Equation 4] where V = V ω1 × ((V Cω -V Cω1) / V Cω1), V ω1 is the voltage applied from the power source of the internal sensors,
V Cω is a voltage generated in the capacitor or the resistor when the voltage is applied (including a voltage corresponding to the voltage originally held by the object to be measured), and V Cω1 is a voltage generated in the capacitor or the resistance extracted by the filtering.
【００２５】第２の目的を達成する第７の手段は、第２
の目的を達成する第６、第７の手段において、複数個の
周波数において上記アルゴリズムにより系統電圧を求
め、得られた系統電圧値から周波数を外挿することによ
り測定対象物の電圧を算出する演算機能を付与すること
にある。A seventh means for achieving the second object is a second means.
In the sixth and seventh means for achieving the object, the system voltage is calculated at a plurality of frequencies by the above algorithm, and the voltage of the object to be measured is calculated by extrapolating the frequency from the obtained system voltage value. To provide functions.
【００２６】第３の目的を達成する第１の手段は、電圧
測定対象物に導電性の物体を直接接触させることなく電
圧計測を行うシステムにおいて、請求項１記載の電圧セ
ンサを用いた監視システムにすることにある。A first means for achieving the third object is a system for measuring a voltage without directly bringing a conductive object into contact with a voltage measurement object, and a monitoring system using the voltage sensor according to claim 1. It is to make.
【００２７】[0027]
【発明の実施の形態】本発明の実施例を図１により説明
する。本発明のセンサは、コンデンサ２０２、その電圧
を測定する電圧計１０１、コンデンサ２０２と直列に接
続されたコンデンサ２０３、その両端に電圧を印加する
電源１０３と電圧を測定する電圧計１０２で構成され
る。センサは浮遊容量２１１を介して、大地と静電的に
接続され、絶縁体２０１を介して測定対象物３０１と接
続する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The sensor of the present invention includes a capacitor 202, a voltmeter 101 for measuring the voltage thereof, a capacitor 203 connected in series with the capacitor 202, a power supply 103 for applying a voltage to both ends thereof, and a voltmeter 102 for measuring the voltage. . The sensor is electrostatically connected to the ground via the stray capacitance 211, and is connected to the measurement object 301 via the insulator 201.
【００２８】基本的な動作原理を図２を用いて説明す
る。電源１０３から電圧を印加していない状態では、絶
縁体２０１、コンデンサ２０２、コンデンサ２０３、浮
遊容量２１１の各静電容量と測定対象物３０１が有する
電圧によって決まる分圧がコンデンサ２０２に印加され
ている（図２の実線）。この状態に同期させて電源１０
３から電圧を印加すると、図２に示すように、コンデン
サ２０２に加わる電圧が変化する（図２の点線）。The basic operation principle will be described with reference to FIG. In a state where no voltage is applied from the power supply 103, a divided voltage determined by each capacitance of the insulator 201, the capacitor 202, the capacitor 203, and the stray capacitance 211 and the voltage of the measurement object 301 is applied to the capacitor 202. (Solid line in FIG. 2). The power supply 10 is synchronized with this state.
When a voltage is applied from No. 3, the voltage applied to the capacitor 202 changes as shown in FIG. 2 (dotted line in FIG. 2).
【００２９】この時に測定対象物３０１から大地の間の
部材（コンデンサ、浮遊容量等）の静電的な容量が変わ
らない場合、各部材に電圧が分配される割合は変わらな
い。At this time, if the electrostatic capacitance of the members (capacitors, stray capacitances, etc.) between the measuring object 301 and the ground does not change, the ratio of voltage distribution to each member does not change.
【００３０】電圧を印加しない時には、電圧計１０２で
検出される電圧は概略０Ｖであるので、電源１０３から
断続的に電圧を印加し、印加電圧（Ｖω1）を電圧計１
０２で検出し、電圧印加によってコンデンサに発生する
電圧（ＶCω1）、測定対象物の電圧によってコンデンサ
２０２に発生する電圧（ＶCω0）を、電圧無印加時に電
圧計１０１で検出することにより、次式から測定対象物
の電圧が求まる。When no voltage is applied, the voltage detected by the voltmeter 102 is approximately 0 V. Therefore, a voltage is intermittently applied from the power source 103 and the applied voltage (V ω1 ) is
Detected by 02, the voltage (V Cω1) generated in the capacitor by applying a voltage, a voltage generated in the capacitor 202 by the voltage of the measuring object (V Cω0), by detecting in the voltmeter 101 when no voltage is applied, the following The voltage of the measurement object is obtained from the equation.
【００３１】[0031]
【数５】Ｖ＝Ｖω1×（ＶCω0／ＶCω1） 近年の非接触・非接地で電圧を測定するニーズは、測定
対象物の電圧が比較的高電圧の場合が多い。この場合、
電圧の変化率（ＶCω0／ＶCω1）を高精度に求めるため
には高電圧を印加する必要があるが、価格、安全性等の
観点から比較的低電圧の電源でも高Ｓ／Ｎ比の信号が得
られるセンサが望まれている。V = V ω1 × (V Cω0 / V Cω1 ) In recent years, the need for measuring the voltage without contact and without grounding is often that the voltage of the object to be measured is relatively high. in this case,
In order to obtain the voltage change rate (V Cω0 / V Cω1 ) with high accuracy, it is necessary to apply a high voltage. However, from the viewpoint of cost, safety, etc., a power supply having a relatively low voltage has a high S / N ratio. A sensor that can obtain a signal is desired.
【００３２】この点を考慮したセンサの構成を図３に示
す。このセンサと図１記載のセンサの違いは、フィルタ
４０１を介して、コンデンサ２０２の電圧を測定する構
成になっていることである。また、電源１０３からは、
測定対象物に元々印加されている電圧（基本電圧）とは
異なる周波数の電圧を印加する。電圧計１０１はフィル
タ４０１を介して、基本電圧をフィルタリング（カッ
ト）した信号を検出し、電圧計１０４はコンデンサ２０
２の電圧をそのまま検出する。FIG. 3 shows the configuration of a sensor taking this point into account. The difference between this sensor and the sensor shown in FIG. 1 is that the sensor measures the voltage of the capacitor 202 via the filter 401. Also, from the power supply 103,
A voltage having a frequency different from the voltage (basic voltage) originally applied to the measurement target is applied. The voltmeter 101 detects a signal obtained by filtering (cutting) the basic voltage via a filter 401, and the voltmeter 104
2 is detected as it is.
【００３３】そして、電源１０３からの印加電圧（Ｖ
ω1）を電圧計１０２で検出し、電圧印加によってコン
デンサ２０２に発生する電圧（ＶCω1）をフィルタ４０
１を通して電圧計１０１で検出し、電圧計１０４によっ
てコンデンサ２０２に発生する電圧（ＶCω）を電圧計
１０４で検出し、次式から測定対象物の電圧が求まる。Then, the applied voltage (V
ω1 ) is detected by the voltmeter 102, and the voltage (V Cω1 ) generated in the capacitor 202 by the application of the voltage is
The voltage (V Cω ) generated in the capacitor 202 is detected by the voltmeter 104 by the voltmeter 104 by the voltmeter 104, and the voltage of the measurement object is obtained from the following equation.
【００３４】[0034]
【数６】Ｖ＝Ｖω1×（（ＶCω−ＶCω1）／ＶCω1） このシステムの場合、電圧計１０１において、基本電圧
がカットされるため、電源１０３からの電圧に対応する
信号成分を高精度に検出できる。したがって、同一Ｓ／
Ｎ比を得る場合、電源１０３から印加する電圧は１桁以
上小さくて良く、電源の低コスト化が図れる。V = V ω1 × ((V Cω −V Cω1 ) / V Cω1 ) In this system, the voltmeter 101 cuts off the basic voltage, so the signal component corresponding to the voltage from the power supply 103 is Can be detected with high accuracy. Therefore, the same S /
When the N ratio is obtained, the voltage applied from the power supply 103 may be lower by one digit or more, and the cost of the power supply can be reduced.
【００３５】また、図４のように昇圧手段５０１を用い
ることによって、さらに低電圧の電源を用いて高精度の
電圧計測が可能になる。なお、コンデンサ２０３につい
ては、電源保護用に設けたもので、電源側に保護回路が
あるか、電源１０３に耐電圧を超える電圧が加わらない
場合は、必ずしも設ける必要はなく、図５に示す構成に
しても良い。Further, by using the step-up means 501 as shown in FIG. 4, it is possible to perform a highly accurate voltage measurement using a lower voltage power supply. Note that the capacitor 203 is provided for power supply protection, and is not necessarily provided when there is a protection circuit on the power supply side or when a voltage exceeding the withstand voltage is not applied to the power supply 103. You may do it.
【００３６】さらに、フィルタリングは、バンドパスフ
ィルタ、ハイパスフィルタ等の電気回路で行っても良い
し、電圧計１０４の電圧を基にＦＦＴ（高速フーリエ変
換）によって電源１０３からの電圧信号成分のみを取り
出しても良い。Further, the filtering may be performed by an electric circuit such as a band-pass filter, a high-pass filter, or the like, or only a voltage signal component from the power supply 103 is extracted by FFT (fast Fourier transform) based on the voltage of the voltmeter 104. May be.
【００３７】ＦＦＴの場合、電圧計１０４で検出した電
圧から、電源１０３によって印加された成分と、元々測
定対象物が有する電圧成分とを求めることが可能で、こ
の場合は、次式から電圧が求まる。In the case of FFT, the component applied by the power supply 103 and the voltage component originally contained in the object to be measured can be obtained from the voltage detected by the voltmeter 104. In this case, the voltage is calculated from the following equation. I get it.
【００３８】[0038]
【数７】Ｖ＝Ｖω1×（ＶCω0／ＶCω1） ここで、Ｖω1は電源１０３から印加した電圧に対応す
る電圧成分、ＶCω0は測定対象物の基本電圧成分、Ｖ
Cω1は電源１０３から印加した電圧である。V = V ω1 × (V Cω0 / V Cω1 ) where V ω1 is a voltage component corresponding to the voltage applied from the power source 103, V Cω0 is a basic voltage component of the object to be measured, and V
Cω1 is a voltage applied from the power supply 103.
【００３９】数ｋＶ級の電圧を有し、その周りに絶縁体
（例えば被覆）を設けた物体の電圧測定を例に以下に詳
述する。コンデンサ２０２としては数nＦ〜数１０ｎＦ
の物を用い、電圧計１０４としては、フルスケール５Ｖ
の電圧計を用いる。電源１０３としては、５Ｖ程度印加
できるものを用い、図５に示すように昇圧比４０のトラ
ンス５０１の２次側をコンデンサ２０２と筐体５２０と
接続する。筐体５２０は大地と浮遊容量２１１を介して
静電的に接続される。The voltage measurement of an object having a voltage of the order of several kV and provided with an insulator (for example, a coating) around the voltage will be described in detail below as an example. Several nF to several tens nF for the capacitor 202
The voltmeter 104 is a full scale 5V
Use a voltmeter. As the power supply 103, a power supply capable of applying about 5 V is used, and the secondary side of the transformer 501 having a step-up ratio of 40 is connected to the capacitor 202 and the housing 520 as shown in FIG. The housing 520 is electrostatically connected to the ground via the stray capacitance 211.
【００４０】このセンサの筐体と大地との間に数１０ｐ
Ｆ程度の浮遊容量が存在するのであれば、電源１０３か
らの印加電圧に対応する数１０ｍＶの信号電圧を電圧計
１０１で検出でき、上述した式に基づいて、測定対象物
の電圧を求めることができる。Several tens of points are provided between the housing of the sensor and the ground.
If there is a stray capacitance of about F, a signal voltage of several tens of mV corresponding to the applied voltage from the power supply 103 can be detected by the voltmeter 101, and the voltage of the object to be measured can be obtained based on the above equation. it can.
【００４１】図６は、測定対象物の電圧を商用電源１０
０Ｖにより模擬し、昇圧トランスを介して電源より電圧
を重畳した時の結果である。図７は、この重畳した成分
を取り出し、浮遊容量の値を変えて得られる信号（系統
１）と理論的に算出される信号（系統２）とを比較した
結果で、２つの信号は浮遊容量に係わらず一致した。こ
のことから、上記手法で得られた信号から測定対象物の
有する電圧を浮遊容量に拘らず求められることがわかっ
た。FIG. 6 shows that the voltage of the object to be measured is
This is a result obtained when simulation is performed using 0 V and a voltage is superimposed from a power supply via a boosting transformer. FIG. 7 shows a result of comparing a signal obtained by changing the value of the stray capacitance (system 1) with a signal theoretically calculated (system 2) by extracting the superimposed component, and the two signals are stray capacitance. Regardless of From this, it was found that the voltage of the object to be measured can be obtained from the signal obtained by the above method regardless of the stray capacitance.
【００４２】また、本発明の別の実施例を図８に示す。
これは抵抗５１１の電流変化を検出する方式で、抵抗体
５１１の抵抗値、コンデンサ２０２の静電容量が既知の
場合、抵抗体５１１の両端電圧から抵抗体５１１に流れ
る電流を求め、これを時間積分し、その値をコンデンサ
２０２の静電容量で除することにより、コンデンサに加
わる電圧を算出する。本実施例の場合、電源１０３から
印加する電圧の周波数を上げることにより、抵抗５１１
に現れる信号強度が増大するため、比較的低電圧電源で
も、高Ｓ／Ｎ比で電源より印加した信号を検出できる。
例えば、６０００Ｖ級の電圧を有する測定対象物に２０
０Ｖ印加し、さらに周波数を上げると、図９に示すよう
に、電源１０３に対応する電圧成分が顕在化する。した
がって、高Ｓ／Ｎ比で電圧を算出できる。FIG. 8 shows another embodiment of the present invention.
This is a method of detecting a change in the current of the resistor 511. If the resistance value of the resistor 511 and the capacitance of the capacitor 202 are known, the current flowing through the resistor 511 is obtained from the voltage across the resistor 511, and this is calculated as time. By integrating and dividing the value by the capacitance of the capacitor 202, the voltage applied to the capacitor is calculated. In this embodiment, the resistance 511 is increased by increasing the frequency of the voltage applied from the power supply 103.
, The signal applied from the power supply can be detected at a high S / N ratio even with a relatively low voltage power supply.
For example, a measuring object having a voltage of
When 0 V is applied and the frequency is further increased, a voltage component corresponding to the power supply 103 becomes apparent as shown in FIG. Therefore, the voltage can be calculated at a high S / N ratio.
【００４３】また、測定系が図１０に示すようなリーク
抵抗６０１を有する場合もある。この場合、測定対象物
３０１の基本周波数と異なる周波数の電圧を電源１０３
から印加し、周波数の異なる点での電圧計測結果を内挿
あるいは外挿する。そして、測定対象物の基本周波数に
おける測定値を算出することにより、高精度の電圧が算
出できる。In some cases, the measuring system has a leak resistance 601 as shown in FIG. In this case, a voltage having a frequency different from the fundamental frequency of the measurement object 301 is supplied to the power supply 103.
And extrapolates or extrapolates the voltage measurement results at different frequencies. Then, a highly accurate voltage can be calculated by calculating the measurement value of the measurement object at the fundamental frequency.
【００４４】また、本発明によるセンサを高電圧の測定
対象物に装着し、得られた電圧情報を無線あるいは光フ
ァイバで信号伝送することにより、電圧監視システムを
構成できる。A voltage monitoring system can be configured by mounting the sensor according to the present invention on a high-voltage measurement object and transmitting the obtained voltage information by radio or optical fiber.
【００４５】[0045]
【発明の効果】本発明によれば、センサと大地との間の
浮遊容量が未知であっても、センサを測定対象物に取り
付けたり外したりといった操作をすることなしに、測定
対象物の電圧（電位）を非接触・非接地で高精度に測定
することができる。According to the present invention, even if the stray capacitance between the sensor and the ground is unknown, the voltage of the object to be measured can be changed without attaching or detaching the sensor to or from the object to be measured. (Potential) can be measured with high accuracy by non-contact and non-grounding.
【図１】本発明の第１の実施例である電圧センサの構成
を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a voltage sensor according to a first embodiment of the present invention.
【図２】図１に記載のセンサの動作を説明する図であ
る。FIG. 2 is a diagram illustrating the operation of the sensor shown in FIG.
【図３】本発明の第２の実施例である電圧センサの構成
を示すブロック図と各部材で検出される電圧信号を示す
図である。FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a voltage sensor according to a second embodiment of the present invention and a diagram showing voltage signals detected by respective members.
【図４】本発明の第３の実施例である電圧センサの構成
を示すブロック図である。FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration of a voltage sensor according to a third embodiment of the present invention.
【図５】本発明の第４の実施例である電圧センサの構成
を示すブロック図である。FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a voltage sensor according to a fourth embodiment of the present invention.
【図６】電圧センサの検出信号を示す実験結果である。FIG. 6 is an experimental result showing a detection signal of a voltage sensor.
【図７】電圧センサの原理確認試験の結果である。FIG. 7 shows the result of a principle confirmation test of a voltage sensor.
【図８】本発明の第５の実施例である電圧センサの構成
を示すブロック図である。FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of a voltage sensor according to a fifth embodiment of the present invention.
【図９】電圧センサにおける電圧信号の解析結果を示す
図である。FIG. 9 is a diagram showing an analysis result of a voltage signal in the voltage sensor.
【図１０】本発明の第６の実施例である電圧センサの構
成を示すブロック図である。FIG. 10 is a block diagram showing a configuration of a voltage sensor according to a sixth embodiment of the present invention.
１０１…電圧計、１０２…電圧計、１０３…電源、１０
４…電圧計、２０１…絶縁体、２０２…コンデンサ、２
０３…コンデンサ、２１１…浮遊容量、３０１…測定対
象物、４０１…フィルタ、５０１…昇圧手段、５１１…
抵抗、５２０…筐体、６０１…リーク抵抗。101 voltmeter, 102 voltmeter, 103 power supply, 10
4: voltmeter, 201: insulator, 202: capacitor, 2
03: condenser, 211: floating capacitance, 301: measuring object, 401: filter, 501: boosting means, 511 ...
Resistance: 520: housing, 601: leak resistance.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 和男 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 谷 正之 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 小川 謙治 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 Ｆターム(参考） 2G025 AA03 AA11 AA17 AB07 AC06 2G035 AA08 AA21 AB04 AB08 AC03 AD10 AD13 AD55 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Kazuo Kato 7-1-1, Omikacho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Inside the Hitachi Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Masayuki Tani 7-1 Omikamachi, Hitachi City, Ibaraki Prefecture No. 1 Hitachi, Ltd. Hitachi Research Laboratory (72) Inventor Kenji Ogawa 7-1-1, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture F-term in Hitachi Research Laboratory Hitachi Research Laboratory F-term (reference) 2G025 AA03 AA11 AA17 AB07 AC06 2G035 AA08 AA21 AB04 AB08 AC03 AD10 AD13 AD55
Claims (11)
接触させることなく電圧を計測する非接触型の電圧セン
サにおいて、 電圧の基準点に対する測定対象物の電圧もしくは測定対
象物を流れる電流に、センサから電圧もしくは電流を重
畳させ、 測定対象物と静電的につながるとともに電圧の基準点と
浮遊容量を介して静電的につながる回路部品に加わる重
畳された電圧もしくは電流を検出して測定対象物の電圧
を計測することを特徴とする電圧センサ。A non-contact type voltage sensor for measuring a voltage without directly bringing a conductive object into contact with an object to be measured, wherein a voltage of the object to be measured with respect to a reference point of the voltage or a current flowing through the object to be measured is provided. A voltage or current is superimposed from the sensor, and the superimposed voltage or current applied to the circuit component that is electrostatically connected to the object to be measured and electrostatically connected to the reference point of the voltage via the stray capacitance is detected. A voltage sensor for measuring a voltage of an object to be measured.
する電圧、電流とは異なる周波数の電圧、電流を重畳さ
せるか、断続的に電圧、電流を加えることを特徴とする
電圧センサ。2. The voltage sensor according to claim 1, wherein a voltage or current having a frequency different from that of the voltage or current originally included in the measurement target is superimposed or a voltage or current is intermittently applied.
る電圧、電流に重畳させた成分をＦＦＴ（高速フーリエ
変換）による演算処理、もしくはハイパスフィルタ、バ
ンドパスフィルタ等の電気回路により選別する機能を有
することを特徴とする電圧センサ。3. A function according to claim 2, wherein a component superimposed on the voltage and current originally possessed by the measurement object is subjected to arithmetic processing by FFT (Fast Fourier Transform) or a function of selecting by an electric circuit such as a high-pass filter or a band-pass filter. A voltage sensor comprising:
を大地（アース）とし、大地に導電性の物体を直接接触
することなく測定対象物の対地電圧（電位）を求めるこ
とを特徴とする電圧センサ。4. A method according to claim 1, wherein the reference point of the voltage is ground (earth), and a ground voltage (potential) of the object to be measured is obtained without directly contacting a conductive object with the ground. Voltage sensor.
の浮遊容量を介して大地と測定対象物とを電気的に接続
したことを特徴とする電圧センサ。5. The voltage sensor according to claim 4, wherein the ground and the object to be measured are electrically connected via a stray capacitance between the sensor and the ground.
しくは電流を印加する手段と直列にコンデンサもしくは
抵抗を接続し、これらに加わる電圧もしくは電流を検出
することを特徴とする電圧センサ。6. The voltage sensor according to claim 1, wherein a capacitor or a resistor is connected in series with a means for applying a voltage or a current inside the sensor, and a voltage or a current applied to the capacitor or the resistor is detected.
定対象物と電圧の基準点との間に電圧を印加することを
特徴とする電圧センサ。7. The voltage sensor according to claim 1, wherein a voltage is applied between the object to be measured and a reference point of the voltage via a booster.
加されている電圧と同期させた電圧を断続的に印加し、
これによって生じるセンサ内部の部材の電圧変化を検出
し、電圧Ｖを次式から算出する演算機能を有することを
特徴とする電圧センサ。 【数１】Ｖ＝Ｖω1×（ＶCω0／ＶCω1） ここで、Ｖω1はセンサ内部の電源から印加した電圧、
ＶCω1は電圧の印加によってコンデンサもしくは抵抗に
発生する電圧、ＶCω0は測定対象物が有する（元々印加
された）電圧によってコンデンサもしくは抵抗に発生す
る電圧である。8. The method according to claim 1, wherein a voltage synchronized with a voltage originally applied to the object to be measured is intermittently applied,
A voltage sensor having an arithmetic function of detecting a voltage change of a member inside the sensor caused by this and calculating a voltage V from the following equation. V = V ω1 × (V Cω0 / V Cω1 ) where V ω1 is a voltage applied from a power supply inside the sensor,
V Cω1 is a voltage generated on the capacitor or the resistor by the application of the voltage, and V Cω0 is a voltage generated on the capacitor or the resistor by the (original applied) voltage of the object to be measured.
加されている電圧と異なる周波数の電圧を印加し、コン
デンサもしくは抵抗の電圧に対して周波数によるフィル
タリングを行い、電源より印加した電圧と同一周波数の
電圧を検出し、電圧Ｖを次式から算出する演算機能を有
することを特徴とする電圧センサ。 【数２】Ｖ＝Ｖω1×（（ＶCω−ＶCω1）／ＶCω1） ここで、Ｖω1はセンサ内部の電源から印加した電圧、
ＶCωは電圧の印加時にコンデンサもしくは抵抗に発生
する電圧（測定対象物が元々有する電圧に対応する電圧
も含む）、ＶCω1はフィルタリングによって抽出された
コンデンサもしくは抵抗に発生する電圧である。9. The method according to claim 1, wherein a voltage having a frequency different from the voltage originally applied to the object to be measured is applied, the voltage of the capacitor or the resistor is filtered by frequency, and the same as the voltage applied from the power supply. A voltage sensor having a calculation function of detecting a voltage of a frequency and calculating a voltage V from the following equation. [Number 2] V = V where ω1 × ((V Cω -V Cω1 ) / V Cω1), V ω1 is the voltage applied from the power source of the internal sensors,
V Cω is a voltage generated in the capacitor or the resistor when the voltage is applied (including a voltage corresponding to the voltage originally held by the object to be measured), and V Cω1 is a voltage generated in the capacitor or the resistance extracted by the filtering.
数個の周波数において上記アルゴリズムにより電圧を求
め、得られた電圧から周波数を内挿あるいは外挿するこ
とにより測定対象物の電圧を算出する演算機能を有する
ことを特徴とする電圧センサ。10. An operation according to claim 8, wherein a voltage is obtained at a plurality of frequencies by the above algorithm, and the voltage of the measuring object is calculated by interpolating or extrapolating the frequency from the obtained voltage. A voltage sensor having a function.
接接触させることなく電圧計測を行うシステムにおい
て、請求項１記載の電圧センサを用いた監視システム。11. A monitoring system using the voltage sensor according to claim 1, wherein the voltage measurement is performed without directly bringing a conductive object into contact with a voltage measurement target.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000263252A JP2002071726A (en) | 2000-08-28 | 2000-08-28 | Voltage sensor |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP2000263252A JP2002071726A (en) | 2000-08-28 | 2000-08-28 | Voltage sensor |
Publications (1)
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|---|---|
| JP2002071726A true JP2002071726A (en) | 2002-03-12 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000263252A Pending JP2002071726A (en) | 2000-08-28 | 2000-08-28 | Voltage sensor |
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009281857A (en) * | 2008-05-22 | 2009-12-03 | Nissan Diesel Motor Co Ltd | Voltage measuring system of power storage device |
| CN108072783A (en) * | 2016-11-11 | 2018-05-25 | 弗兰克公司 | Use the contactless voltage measurement system of reference signal |
| US10534026B2 (en) * | 2017-09-06 | 2020-01-14 | Fluke Corporation | Multiple phase measurement device |
| US10605832B2 (en) | 2016-11-11 | 2020-03-31 | Fluke Corporation | Sensor subsystems for non-contact voltage measurement devices |
-
2000
- 2000-08-28 JP JP2000263252A patent/JP2002071726A/en active Pending
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| JP2018141769A (en) * | 2016-11-11 | 2018-09-13 | フルークコーポレイションＦｌｕｋｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ | Non-contact voltage measurement system using reference signal |
| US10605832B2 (en) | 2016-11-11 | 2020-03-31 | Fluke Corporation | Sensor subsystems for non-contact voltage measurement devices |
| JP7166751B2 (en) | 2016-11-11 | 2022-11-08 | フルークコーポレイション | Non-contact voltage measurement system using reference signal |
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