JP2002090402A - 容量測定装置 - Google Patents

容量測定装置

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JP2002090402A
JP2002090402A JP2000284992A JP2000284992A JP2002090402A JP 2002090402 A JP2002090402 A JP 2002090402A JP 2000284992 A JP2000284992 A JP 2000284992A JP 2000284992 A JP2000284992 A JP 2000284992A JP 2002090402 A JP2002090402 A JP 2002090402A
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JP
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line
signal
capacitance
telephone line
measuring device
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JP2000284992A
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Satoru Yoshitake
哲 吉武
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Yokogawa Electric Corp
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Yokogawa Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 装荷線輪の影響を受けずに電話回線の線間容
量又は対地間容量が正確に測定できる容量測定装置を提
供する。 【解決手段】 信号発生器2は、電流計3を経由して、
0vから5vに立ち上がるステップ信号101を電話回
線6の線路に印加する。電流計3は、ステップ信号10
1の電流値を注入電流信号102として、積分回路4に
入力する。積分回路4は、注入電流信号102を積分
し、注入電荷信号103として演算回路5に入力する。
演算回路5は、注入電荷信号103及びステップ信号1
01の電位差に基づいて、電話回線6の線間容量を求め
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、容量測定装置に関
し、より詳細には、電話回線の線間容量又は対地間容量
を測定する際に好適な容量測定装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】電話回線は、伝送される信号に雑音や歪
みの発生が少ないことが要求される。電話回線の線間容
量又は対地間容量は、伝送品質に影響を与える重要な測
定項目の1つであり、設計や保守の際に測定される。
【0003】図3は、従来の容量測定装置による電話回
線の測定を示す。測定対象を成す電話回線35の線路
は、ツイストペアを成すチップ線及びリング線から成
り、寄生キャパシタCa〜Ccが合成した線間容量を有す
る。容量測定装置31の測定端子は、電話回線35の双
方の線路の一方に夫々接続され、電話回線35の他方
は、開放している。低周波発振器32から測定端子を介
して、周波数fの正弦波低周波信号を電話回線35の線
路に印加する。
【0004】容量測定装置31は、電流計33で電話回
線35の線路に流れる線間電流を測定し、電圧計34で
電話回線35の線路に加わる線間電圧を測定する。測定
された線間電流及び線間電圧に基づいて、電話回線35
の線路のインピーダンスを計算することにより、線間容
量を求めることができる。
【0005】図4(a)及び(b)は、図3の電話回線
35の線路の等価回路である。同図(a)に示すよう
に、抵抗R1及びインダクタL1が両方の線上に直列に分
布し、抵抗R2及びキャパシタCが線路に並列に分布す
る。同図(a)の等価回路を便宜上簡単化すると同図
(b)に示すように、抵抗R1及びインダクタL1に対し
て2倍の値を有する抵抗R3及びインダクタL2が片方の
線上に直列に分布する。
【0006】図3の線路インピーダンスZは、図4
(b)の回路に基づいて、下記のような連分数で求めら
れる。
【0007】
【数1】
【0008】電話回線35の他方を開放したことにより
loadが無限大であり、R3=0.3Ω/m、C=60
pF/m、L2=780nH/m程度であるので、下記
に示す関係が成り立つ。
【0009】
【数2】
【0010】距離をNとし、式(2)から線路インピー
ダンスZを簡略化すると、下記のようになる。
【0011】 Z=R3+sL2+1/(sC×N)・・・・(3)
【0012】距離Nを10km未満にし、測定周波数f
を1kHzにすると、式(3)の第1項及び第2項の大
きさは、第3項に比してかなり小さいので、下記のよう
になる。
【0013】Z=1/(sC×N)・・・・(4)
【0014】容量測定装置31は、式(4)から線間容
量Cを求める。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】長い電話回線には、一
般的に約800mから1km毎に150mH程度の装荷
線輪が設置されている。上記従来の容量測定装置では、
装荷線輪が設置されている電話回線を測定する場合、線
路インピーダンスZが式(4)に示す値と異なり、線間
容量Cを正確に求めることができない。
【0016】本発明は、上記したような従来の技術が有
する問題点を解決するためになされたものであり、装荷
線輪の影響を受けずに電話回線の線間容量又は対地間容
量が正確に測定できる容量測定装置を提供することを目
的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の容量測定装置は、線路間又は線路と大地間
にステップ状の電圧波形を印加する電源装置と、該電源
装置から流入する流入電流を測定する電流測定装置と、
前記流入電流を時間で積分して流入電荷を求める積分装
置と、前記積分装置で得られた流入電荷と前記ステップ
状に印加された電圧波形の電圧値とに基づいて容量を演
算する演算装置とを備えることを特徴とする。
【0018】本発明の容量測定装置は、線路間又は線路
と大地間にステップ状の電圧波形を印加し、そのときに
流入する電流値を積分して電荷量を求める。ステップ状
電圧の電位差及び電荷量に基づいて、線間容量又は対地
間容量を演算するので、装荷線輪の影響を受けずに電話
回線の線間容量又は対地間容量が正確に測定できる。
【0019】本発明の容量測定装置では、前記積分装置
は、流入電流の方向が反転すると積分を終了することが
好ましい。この場合、電荷量を求める積分動作が注入期
間だけで行われるので、測定時間を短縮できる。
【0020】前記演算装置は、線路のリーク電流に基づ
いて前記流入電荷を修正することも本発明の好ましい態
様である。この場合、容量の演算が更に正確になる。
【0021】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態例に基づ
いて、本発明の容量測定装置について図面を参照して説
明する。図1は、本発明の一実施形態例の容量測定装置
による電話回線の測定を示す。本実施形態例の容量測定
装置1は、信号発生器(電源装置)2、電流計(電流測
定装置)3、積分回路(積分装置)4、及び、演算回路
(演算装置)5で構成される。測定対象を成す電話回線
6は、装荷線輪7、しゃへい層8、及び、チップ線及び
リング線から成る線路で構成され、10kmの長さを有
する。
【0022】しゃへい層8は、金属性テープや編み線か
ら成り、電話回線6の外周部分に配置され、グランドに
接続される。線路は、ツイストペアから成るチップ線及
びリング線が電話回線6の中心部分に配置される。装荷
線輪7は、電話回線6の約800mから1km毎に設置
され、電話回線6の線路のインダクタンス分を増加させ
て、伝送される信号の減衰を低減する。装荷線輪7は、
チップ線側及びリング線側の双方で、150mH程度の
値を有する。
【0023】チップ線とリング線との間、リング線とグ
ランドとの間、及び、チップ線とグランドとの間には、
寄生キャパシタCa、寄生キャパシタCb、及び、寄生キ
ャパシタCcが存在する。線間容量は、寄生キャパシタ
a〜Ccを合成した容量として測定される。
【0024】信号発生器2の一方の出力端子は、演算回
路5の電圧入力端子に接続され、電流計3を介してチッ
プ線の一方に接続される。信号発生器2の他方の出力端
子は、リング線の一方に接続される。電流計3の信号出
力端子は、積分回路4を介して演算回路5の信号入力端
子に接続される。チップ線及びリング線の他方は、開放
にする。
【0025】信号発生器2は、電流計3を経由して、ス
テップ信号101をチップ線及びリング線の一方に印加
する。電流計3は、ステップ信号101の電流値に応じ
て振幅が変化する注入電流信号102を発生し、信号出
力端子から注入電流信号102を積分回路4に入力す
る。
【0026】図2は、注入電流信号102のタイムチャ
ートである。縦軸は、振幅(任意単位)を示し、横軸
は、測定開始からの経過時間(μs)を示す。ステップ
信号101は、測定開始時に、グランド電位にあり、1
00μs経過時に、5vの電位に立ち上がる。注入電流
信号102は、約300μs経過時までに正方向の第1
ピークを有し、約400μs経過時までに負方向の第2
ピークを有し、約500μs経過時までに正方向の第3
ピークを有し、約600μs経過時までに負方向の第4
ピークを有し、約700μs経過時までに正方向の第5
ピークを有する。
【0027】注入電流信号102の第1ピークは、5v
の電位差で電話回線6の線間容量に電荷が充電される注
入期間である。注入電流信号102の第2〜第5ピーク
は、電荷の充電満了後、電話回線6の線間容量を電荷が
過渡的に入出力する振動分減衰期間である。注入電流信
号102の約700μs経過時以降は、電荷の移動がな
い安定期間である。
【0028】積分回路4は、注入電流信号102の大き
さが所定の値を越えると、注入電流信号102から注入
電荷信号103を求める積分動作を開始し、予め決めら
れた積分時間が満了すると、積分動作を終了する。積分
回路4は、積分動作の終了後、求められた注入電荷信号
103を演算回路5に入力する。積分時間は、注入期
間、振動分減衰期間、及び、安定期間を含む1000μ
s程度に設定する。注入電流信号102は、電話回線6
の線路に流れた注入電流に対応するので、注入電荷信号
103は、電話回線6に供給された注入電荷量に対応す
る。
【0029】線間容量Cは、線路の充電電荷量をQ1
し、線間の電位差をVとすると、下記のように示され
る。
【0030】C=Q1/V・・・・(5)
【0031】充電電荷量Q1は、線路の注入電流をiと
し、線路のリーク電流をIleakとすると、下記のように
求められる。
【0032】
【数3】
【0033】式(6)は、0から積分時間Tまで積分す
る。線路のリーク電流Ileakは、一定の値である。充電
電荷量Q1は、注入電荷量をQ2とすると、下記のように
なる。
【0034】Q1=Q2−(Ileak×T)・・・・(7)
【0035】線路のリーク電流Ileakは、予め測定され
る。演算回路5は、注入電荷量Q2及び積分時間Tに基
づいて、式(7)から充電電荷量Q1を求め、線間の電
位差Vに基づいて、式(5)から線間容量Cを求める。
【0036】また、積分回路4の積分動作の終了時刻を
変更することもできる。積分回路4は、積分動作の開始
後に、注入電流信号102の方向が反転すると、積分動
作を終了して注入電荷信号103を発生する。更に、積
分回路4は、積分動作の開始から終了までの積分時間T
を演算回路5に入力すれば、演算回路5がより正確に線
間容量Cを求められる。
【0037】注入電流信号102は、注入期間、振動分
減衰期間、及び、安定期間を有する。積分動作の開始後
に、注入電流信号102の方向が反転する時点で終了す
れば、注入期間だけの積分動作になる。この場合、電荷
量を求める積分動作が注入期間だけで行われるので、測
定時間を短縮できる。
【0038】上記実施形態例によれば、線路間又は線路
と大地間にステップ状の電圧波形を印加し、そのときに
流入する電流値を積分して電荷量を求める。ステップ状
電圧の電位差及び電荷量に基づいて、線間容量又は対地
間容量を演算するので、装荷線輪の影響を受けずに電話
回線の線間容量又は対地間容量が正確に測定できる。
【0039】なお、上記実施形態例では、0vから5v
に立ち上がるステップ信号を用いた測定について説明し
たが、5vから0vに立ち下がるステップ信号を用いた
測定についても同様な効果が得られる。また、信号発生
器2は、ステップ状以外の電圧波形を印加することもで
きる。
【0040】以上、本発明をその好適な実施形態例に基
づいて説明したが、本発明の容量測定装置は、上記実施
形態例の構成にのみ限定されるものでなく、上記実施形
態例の構成から種々の修正及び変更を施した容量測定装
置も、本発明の範囲に含まれる。
【0041】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の容量測定
装置では、線路間又は線路と大地間にステップ状の電圧
波形を印加し、そのときに流入する電流値を積分して電
荷量を求める。ステップ状電圧の電位差及び電荷量に基
づいて、線間容量又は対地間容量を演算するので、装荷
線輪の影響を受けずに電話回線の線間容量又は対地間容
量が正確に測定できる。また、電荷量を求める積分動作
が注入期間だけで行われるので、測定時間を短縮でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態例の容量測定装置による電
話回線の測定を示す。
【図2】注入電流信号102のタイムチャートである。
【図3】従来の容量測定装置による電話回線の測定を示
す。
【図4】同図(a)及び(b)は、図3の電話回線35
の線路の等価回路である。
【符号の説明】
1、31 容量測定装置 2 信号発生器(電源装置) 3 電流計(電流測定装置) 4 積分回路(積分装置) 5 演算回路(演算装置) 6、35 電話回線 7 装荷線輪 8、36 しゃへい層 32 低周波発振器 33 電流計 34 電圧計 101 ステップ信号 102 注入電流信号 103 注入電荷信号 Ca、Cb、Cc 寄生キャパシタ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】線路間又は線路と大地間にステップ状の電
    圧波形を印加する電源装置と、該電源装置から流入する
    流入電流を測定する電流測定装置と、前記流入電流を時
    間で積分して流入電荷を求める積分装置と、前記積分装
    置で得られた流入電荷と前記ステップ状に印加された電
    圧波形の電圧値とに基づいて容量を演算する演算装置と
    を備えることを特徴とする容量測定装置。
  2. 【請求項2】前記積分装置は、流入電流の方向が反転す
    ると積分を終了する、請求項1に記載の容量測定装置。
  3. 【請求項3】前記演算装置は、線路のリーク電流に基づ
    いて前記流入電荷を修正する、請求項1又は2に記載の
    容量測定装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2417568A (en) * 2004-08-28 2006-03-01 Siemens Ag Method of measuring motor supply line capacitance in AC drives
EP4012926A1 (de) * 2020-12-09 2022-06-15 Siemens Aktiengesellschaft Gleichstromschalter

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