JP2004219120A

JP2004219120A - Voltage sensor

Info

Publication number: JP2004219120A
Application number: JP2003003790A
Authority: JP
Inventors: Kunihiko Mizumoto; 州彦水本; Osamu Naganuma; 修長沼; Tatsufumi Yamaguchi; 達史山口; Yoshimasa Taniguchi; 吉正谷口; Masahide Yoshikawa; 昌秀吉川; Takao Hirai; 崇夫平井
Original assignee: Tokyo Electric Power Co Inc; Toko Electric Corp
Current assignee: Takaoka Toko Co Ltd; Tokyo Electric Power Co Holdings Inc
Priority date: 2003-01-10
Filing date: 2003-01-10
Publication date: 2004-08-05
Anticipated expiration: 2023-01-10
Also published as: JP4148358B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a voltage sensor capable of measuring lightning surge precisely. <P>SOLUTION: The voltage sensor comprises a sensor section 10 for emitting first and second light when voltage to be measured is positive and negative, respectively; an optical fiber cable 20 for transmitting the first and second light; and a signal processing circuit section 30 that converts the first and second light to first and second voltage signals, respectively, subtracts the second voltage signal from the first one for generating a surge voltage signal before correction, and performs correction for outputting a surge voltage signal. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、雷サージ測定に好適な電圧センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
雷サージ測定用の電圧センサとして、例えば、以下の（１）〜（５）に示すような方式が従来から存在している。
（１）抵抗分圧方式
（２）コンデンサ分圧方式
（３）コンデンサ分圧および光電圧センサ併用方式
（４）コンデンサ分圧およびＥ／Ｏ，Ｏ／Ｅ変換器併用方式
（５）ＬＥＤの発光強度の温度依存性による測定誤差を抑える方式
続いて、これら（１）〜（５）の方式について説明する。
【０００３】
（１）抵抗分圧方式
図６は抵抗分圧方式の電圧センサを説明する説明図である。
この電圧センサは、高圧側抵抗５１、低圧側抵抗５２、オシロスコープ５３を備えている。
高圧側抵抗５１および低圧側抵抗５２は、共に無誘導抵抗が使用されている。高圧側抵抗５１は、高圧側に配置される高耐圧用の抵抗であり、抵抗値が大きい。一方、低圧側抵抗５２は、低圧側に配置され、抵抗値は小さい。
これら高圧側抵抗５１および低圧側抵抗５２を直列に接続する。雷サージ電圧の測定は、低圧側抵抗５２の分担電圧をオシロスコープ５３で測定することにより行う。
【０００４】
（２）コンデンサ分圧方式
図７はコンデンサ分圧方式の電圧センサを説明する説明図である。
この電圧センサは、高圧側コンデンサ５４、低圧側コンデンサ５５、オシロスコープ５３を備えている。
高圧側コンデンサ５４には高耐圧のセラミックコンデンサが使用され、静電容量は小さい。
低圧側コンデンサ５５にはセラミックコンデンサやフィルムコンデンサが使用され、静電容量は大きい。
雷サージ電圧の測定は、これら高圧側コンデンサ５４および低圧側コンデンサ５５を直列に接続し、低圧側コンデンサ５５の分担電圧をオシロスコープ５３で測定することにより行う。
【０００５】
（３）コンデンサ分圧および光電圧センサ併用方式
図８はコンデンサ分圧および光電圧センサ併用方式の電圧センサを説明する説明図である。
この電圧センサは、高圧側コンデンサ５４、低圧側コンデンサ５５、光電圧センサ（センサ部）５６、光ファイバケーブル５７、光電圧センサ（計測部）５８、オシロスコープ５３を備えている。
【０００６】
図７を用いて説明したコンデンサ分圧方式の低圧側コンデンサ５５に電気光学効果（ポッケルス効果）を応用した光電圧センサ（センサ部）５６を接続する。
メタル線（同軸ケーブル）の代わりに光ファイバケーブル５７を介して光電圧センサ（計測部）５８に接続される。
このような電圧センサでは、光電圧センサ（センサ部）５６が電圧信号を光信号に変換して光ファイバケーブル５７に出力し、光電圧センサ（計測部）５８は光信号を電圧信号に変換して出力する。オシロスコープ５３は、この電圧信号により雷サージ電圧を測定する。
【０００７】
（４）コンデンサ分圧およびＥ／Ｏ（電気／光）変換器，Ｏ／Ｅ（光／電気）変換器併用方式
図９はコンデンサ分圧およびＥ／Ｏ，Ｏ／Ｅ変換器併用方式の電圧センサを説明する説明図である。
この電圧センサは、高圧側コンデンサ５４、低圧側コンデンサ５５、Ｅ／Ｏ変換器（送信部）５９、光ファイバケーブル５７、Ｏ／Ｅ変換器（受信部）６０、オシロスコープ５３を備えている。
【０００８】
図７を用いて説明したコンデンサ分圧方式の低圧側コンデンサ５５にＥ／Ｏ変換器（送信部）５９を並列接続する。メタル線（同軸ケーブル）の代わりに光ファイバケーブル５７を介してＥ／Ｏ変換器（受信部）６０に接続される。
このような電圧センサでは、Ｅ／Ｏ変換器（送信部）５９が電圧信号を光信号に変換して光ファイバケーブル５７に出力し、Ｅ／Ｏ変換器（受信部）６０は光信号を電圧信号に変換して出力する。オシロスコープ５３は、この電圧信号により雷サージ電圧を測定する。
【０００９】
（５）ＬＥＤの発光強度の温度依存性による測定誤差を抑える方式
さらに、図９で示したコンデンサ分圧およびＥ／Ｏ，Ｏ／Ｅ変換器併用方式において、Ｅ／Ｏ変換器の発光素子としてＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）を用いる場合、測定前にキャリブレーションを施し、ＬＥＤの発光強度の温度依存性による測定誤差を補正している。
【００１０】
これら（１）〜（５）の方式のうち、（４）に係る方式の従来技術が、例えば、光電圧センサ（特許文献１参照）として開示されている。
【００１１】
【特許文献１】
特開２０００−１９３６８５号公報
【００１２】
従来技術はこのようなものが存在していた。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来システムではそれぞれ次の問題点が挙げられる。
（１）抵抗分圧方式
雷サージ電圧が数十ｋＶと高電圧であるため、図６に示した抵抗分圧方式の電圧センサでは、抵抗の許容電力を考慮すると、高圧側抵抗５１の値を数十ｋΩ〜１００ｋΩ程度に設定する必要がある。
また、高耐圧の高圧側抵抗５１は外形が大きいため、無誘導抵抗を使用しても数百ｋＨｚ以上の高周波領域においては、そのインダクタンスが抵抗のインピーダンス増加につながり、測定誤差を生じる（周波数特性に問題がある。）
また、信号伝送が基本的に同軸ケーブル等のメタル線であり、高周波ノイズが測定精度に影響を及ぼす。
【００１４】
（２）コンデンサ分圧方式
図７に示したコンデンサ分圧方式の電圧センサでは、静電容量の最適化により数百ｋＨｚ〜数ＭＨｚの高周波領域まで測定が可能であるが、高電圧を分圧する関係上、低圧側コンデンサ５５の静電容量を大きくしなければならないため、センサ部の外形が大きくなる。
この問題を解決するために、低圧側コンデンサ５５の種類を高圧側コンデンサ５４と同様のセラミックコンデンサからフィルムコンデンサ等に変更する方法があるが、それぞれの静電容量の温度係数の違いから、温度特性が大きくなる。
また、抵抗分圧方式と同様に信号伝送が基本的に同軸ケーブル等のメタル線であり、高周波ノイズが測定精度に影響を及ぼす。
【００１５】
（３）コンデンサ分圧および光電圧センサ併用方式
図８で示すように、コンデンサ分圧および光電圧センサ（センサ部）５６，光電圧センサ（計測部）５８を併用する電圧センサとすることにより、信号伝送は同軸ケーブル等のメタル線から光ファイバケーブル５７となり高周波ノイズによる測定精度の問題が解決できる。また、光電圧センサ（センサ部）５６は電源が不要であるため、屋内、屋外を問わず適用可能である。
しかし、光電圧センサ（センサ部）５６，光電圧センサ（計測部）５８の周波数特性は数百ｋＨｚ程度であり、雷サージ測定用電圧センサの周波数特性も光電圧センサ（センサ部）５６，光電圧センサ（計測部）５８の周波数特性に依存するため、数ＭＨｚまで対応できなくなる。
【００１６】
（４）コンデンサ分圧およびＥ／Ｏ，Ｏ／Ｅ変換器併用方式
図９で示すように、コンデンサ分圧およびＥ／Ｏ，Ｏ／Ｅ変換器を併用する電圧センサとすることにより、信号伝送は同軸ケーブル等のメタル線から光ファイバケーブル５７となり高周波ノイズによる測定精度の問題が解決できる。また、Ｅ／Ｏ変換器（送信部）５９，Ｏ／Ｅ変換器（受信部）６０の周波数特性は数十〜百ＭＨｚ程度であり、コンデンサ分圧器の周波数特性の限界まで対応できる。
しかし、低圧側コンデンサに接続するＥ／Ｏ変換器（送信部）５９に電源が必要であり、電池を使用することとなる。したがって、定期的な電池交換が必要となるため屋外使用には適さない（雷サージ測定用電圧センサには適さない。）。
【００１７】
（５）ＬＥＤの発光強度の温度依存性による測定誤差を抑える方式
ＬＥＤの発光強度の温度依存性による測定誤差を抑える方法として、現在市販されている電気−光変換器（Ｅ／Ｏ変換器，Ｏ／Ｅ変換器）においては、測定前にキャリブレーションをかけることにより、ＬＥＤの発光強度の温度依存性による測定誤差を補正している。
しかし、本方式を雷サージ測定用電圧センサに適用した場合、分圧部分に接続するＥ／Ｏ変換器（送信部）５９にキャリブレーション用の回路とそれを動作させるための電源が必要となり、装置の大形化につながる。また、定期的な電池交換が必要となり、屋外使用には適さない（雷サージ測定用電圧センサには適さない。）。
上気した（１）〜（５）の方式ではそれぞれ問題があり、精度良い雷サージ電圧の測定が困難であるという問題があった。
【００１８】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、雷サージを精度良く測定できる電圧センサを提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の電圧センサによれば、
被測定電圧が正電圧の場合に発光して第１光を出射する正電圧測定用回路、および、被測定電圧が負電圧の場合に発光して第２光を出射する負電圧測定用回路を含むセンサ部と、
前記正電圧測定用回路から出射される第１光を伝達する光ファイバコード、および、前記負電圧測定用回路から出射される第２光を伝達する光ファイバコードを含む光ファイバケーブルと、
これら光ファイバケーブルを通じて伝達された第１光を変換して第１電圧信号に、また、第２光を変換して第２電圧信号にそれぞれ変換し、第１電圧信号から第２電圧信号を減算して補正前サージ電圧信号を生成し、補正を行ってサージ電圧信号として出力する信号処理回路部と、
を備えることを特徴とする。
【００２０】
また、請求項２記載の電圧センサによれば、
請求項１に記載の電圧センサにおいて、
前記正電圧測定用回路は、
被測定電圧が印加された場合に流れる電流を制限する電流制限抵抗と、
電流に応じて第１光を出射するＬＥＤモジュールと、
被測定電圧が負電圧の場合に流れる逆電流からＬＥＤモジュールを保護する保護ダイオードと、
を備え、また、
前記負電圧測定用回路は、
被測定電圧が印加された場合に流れる電流を制限する電流制限抵抗と、
電流に応じて第２光を出射するＬＥＤモジュールと、
被測定電圧が正電圧の場合に流れる逆電流からＬＥＤモジュールを保護する保護ダイオードと、
を備えることを特徴とする。
【００２１】
また、請求項３記載の電圧センサによれば、
請求項１または請求項２に記載の電圧センサにおいて、
温度に応じて変化する信号を出力する温度センサと、
信号に基づいて温度信号を出力する温度検出回路と、
温度信号に基づいてゲインを増減させる可変ゲイン回路と、
を含む温度補正回路部と、
高周波数帯域のゲインを増加させる高周波数帯域ゲイン回路、
を含む抵抗周波数特性補正回路部と、
を備え、
補正前サージ電圧信号を可変ゲイン回路および高周波数帯域ゲイン回路に入力してサージ電圧信号を生成することを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図に基づき説明する。図１は本発明の実施形態の電圧センサの信号処理ブロック図、図２は本発明の実施形態の電圧センサの説明図（外観および内部構造）、図３は補正回路の構成図、図４は印加電圧の波形図、図５は信号処理回路部出力電圧の波形図である。
【００２３】
電圧センサは、図１で示すように、センサ部１０、光ファイバケーブル２０、信号処理回路部３０を備えている。
センサ部１０は、さらに電流制限抵抗１１、ＬＥＤモジュール１２、保護ダイオード１３、電流制限抵抗１４、ＬＥＤモジュール１５、保護ダイオード１６を備えている。
これらは電流制限抵抗１１、ＬＥＤモジュール１２、保護ダイオード１３を含む正電圧測定用回路と、電流制限抵抗１４、ＬＥＤモジュール１５、保護ダイオード１６を含む負電圧測定用回路を備えている。
【００２４】
光ファイバケーブル２０は、詳しくは二系統を含むようになされており、光ファイバコード２１，２２を備えている。
【００２５】
信号処理回路部３０は、さらに、ＰＤ（ＰｈｏｔｏＤｉｏｄｅ）モジュール３１，３２、増幅回路３３，３４、減算回路３５、補正回路３６を備えている。
この補正回路３６は、図３で示すように、温度補正回路部と抵抗周波数特性補正回路部とを含むものである。
温度補正回路部は、温度センサ３６ａ、温度検出回路３６ｂ、可変ゲイン回路３６ｃを備えている。
抵抗周波数特性補正回路部は、高周波数帯域ゲイン回路３６ｄを備えている。
【００２６】
このような構成を有する電圧センサのうち、屋外に取り付けられるセンサ部１０の装置構造は図２に示すようになる。図２（ａ）で示すように、センサ部１０の外側には、低圧配電線に接続するリード線を収容するモールドコーン１０ａ、絶縁用の碍管１０ｂ、ケース１０ｃ、光コネクタ１０ｄ、接地端子１０ｅが設けられている。
【００２７】
また、内部構造は、図２（ｂ）で示すように、電流制限抵抗（高耐圧の無誘導抵抗）１１，１４、ＬＥＤ駆動回路（ＬＥＤモジュール１２，１５、逆電圧用の保護ダイオード１３，１６、端子台を実装した基板）を収容する回路収容部１０ｆ、および光ファイバコード１０ｇが設けられている。これら光ファイバコード１０ｇは光コネクタ１０ｄを介して光ファイバケーブル２０に接続される。
【００２８】
このような電圧センサの仕様は以下に示す表１のようになる。
【００２９】
【表１】

【００３０】
続いて、電圧センサの回路構成および動作原理について説明する。
先に図１を用いて説明したようにセンサ部１０は、正電圧測定用、負電圧測定用の２回路からなっている。
センサ部１０に雷サージ電圧が印加され、被測定電圧が正電圧である場合、正電圧測定用回路において、高耐圧の無誘導抵抗である電流制限抵抗１１のインピーダンスに応じた電流がＬＥＤモジュール１２の駆動電流となって流れる。
【００３１】
ＬＥＤモジュール１２に駆動電流が流れて第１光を出射し、その第１光が光ファイバコード２１に入射する。なお、負電圧測定用回路でも電流制限抵抗１４のインピーダンスに応じた電流が流れるが、保護ダイオード１５に電流が流れてＬＥＤモジュール１６に流れる電流は微量となる。
【００３２】
また、センサ部１０に雷サージ電圧が印加され、被測定電圧が負電圧である場合、負電圧測定用回路において、高耐圧の無誘導抵抗である電流制限抵抗１４のインピーダンスに応じた電流がＬＥＤモジュール１５の駆動電流となって流れる。
【００３３】
ＬＥＤモジュール１５に駆動電流が流れて第２光を出射し、その第２光が光ファイバコード２２に入射する。なお、正電圧測定用回路でも電流制限抵抗１１のインピーダンスに応じた電流が流れるが、保護ダイオード１３に電流が流れてＬＥＤモジュール１２に流れる電流は微量となる。
【００３４】
このようなＬＥＤモジュール１２，１５の駆動電流は、雷サージ電圧の大きさに比例するため、光ファイバケーブル２０に入射する光強度も同様に雷サージ電圧の大きさに比例する。したがって、信号処理回路で光−電気変換（Ｏ／Ｅ変換）することにより、雷サージ電圧を測定することができる。
また、正電圧測定用回路および負電圧測定用回路により、正負電圧にわたる広いレンジの雷サージ電圧を測定できる。
【００３５】
なお、広範な雷サージ電圧を測定するためにセンサ部１０の周波数帯域を１０ＭＨｚとしており、ＬＥＤモジュール１２，１５もその周波数特性を満足し、かつ駆動電流に対して直線性の良い機種を選定する必要がある。また、逆電圧に対する保護用ダイオード１３，１６は逆回復時間が遅いと雷サージ電圧波形の立ち上がりに誤差を生じるため、逆回復時間が極力短いスイッチングダイオードを選定する必要がある。
また、電流制限抵抗１１，１４、ＬＥＤモジュール１２，１５、および、保護ダイオード１３，１６は、抵抗値等の特性を一致させる必要があり、同一のものを二個づつ設ける。
【００３６】
光ファイバケーブル２０は、ＬＥＤモジュール１２から出射された第１光，および、ＬＥＤモジュール１５から出射された第２光を信号処理回路部３０へ伝達する。第１光はＰＤモジュール３１に、また、第２光はＰＤモジュール３２に、それぞれ入射される。
ＰＤモジュール３１は、光ファイバコード２１から入射した第１光を光−電気変換（Ｏ／Ｅ変換）して第１電圧信号に変換する。同様に、ＰＤモジュール３２は、光ファイバコード２２から入射した第２光を光−電気変換（Ｏ／Ｅ変換）して第２電圧信号に変換する。
【００３７】
増幅回路３３は、ＰＤモジュール３１から出力された第１電圧信号を増幅して、適正な変成比に調節した上で、減算回路３５のプラス入力部へ出力する。
同様に、増幅回路３４は、ＰＤモジュール３２から出力された第２電圧信号を増幅して、適正な変成比に調節した上で、減算回路３５のマイナス入力部へ出力する。
【００３８】
減算回路３５は、測定された負電圧測定波形（原理上、負の電圧が光の強度に変換されて正負の区別がなくなっており、正電圧として出力されている）を負電圧に変換するための差動増幅回路である。
負電圧測定用回路からの出力波形は、増幅回路３４から出力された時点では正電圧となっているため、正電圧測定用回路の増幅回路出力から負電圧測定用回路の増幅回路出力を減算して、負電圧出力波形の極性を合わせている。減算回路３５は、補正前サージ電圧信号を生成して出力する。
【００３９】
補正回路３６は、補正前サージ電圧信号を入力して、サージ電圧信号を出力することとなる。ここで補正について説明する。
この補正回路３６は、図３で示すように、ＬＥＤモジュール１２，１５の発光強度の温度依存性を補正する温度補正回路部と、電流制限抵抗の周波数特性を補正する抵抗周波数特性補正回路部と、により構成されている。
【００４０】
まず、温度補正回路部について説明する。
ＬＥＤモジュール１２，１５の発光強度の温度依存性は、２０±４０℃において±１２％（２０℃基準）程度依存する。そこで直線性の優れている白金薄膜温度センサ３６ａにより周囲温度を検出し、それに応じた信号を出力する。温度検出回路３６ｂは信号に基づいて温度信号を出力する。可変ゲイン回路３６ｃは温度信号に基づいてゲインを増減させる。
このゲインの増減とは、例えば、予め複数の特性のゲインを登録しておいて、ＣＰＵ（図示せず）の比較処理により温度信号に応じて切り換える、或いは温度変化に対してＬＥＤモジュールとＰＤモジュールの特性が線形変化するので関数演算処理により温度信号に応じて切り換える等処理することで、温度が上がればゲインも上がり、温度が下がればゲインも下がるように設定されている。
【００４１】
このように可変ゲイン回路３６ｃが周囲温度に応じて温度補正回路のゲインをコントロールすることにより、ＬＥＤモジュール１２，１５の発光強度の温度依存性を相殺する。
【００４２】
続いて、抵抗周波数特性補正回路部について説明する。
センサ部１０において電流制限抵抗１１，１４は高耐圧の無誘導抵抗を使用するが、１ＭＨｚを超える帯域ではインダクタンス分によりインピーダンスが増大するため、ＬＥＤモジュール１２，１５の駆動電流が減少し、発光強度が低下する。
【００４３】
そこで補正回路３６で電流制限抵抗１１，１４による周波数特性を補償・相殺するため、高周波帯域側でゲインを持ち上げる高周波数帯域ゲイン回路３６ｄを介在させる。この高周波数帯域ゲイン回路３６ｄの周波数特性は、電流制限抵抗１１（または１４）の周波数特性の逆特性となる。例えば、電流制限抵抗の伝達関数をＧ１（ｓ）と、また、高周波数帯域ゲイン回路３６ｄの伝達関数をＧ２（ｓ）とした場合、Ｇ１（ｓ）・Ｇ２（ｓ）≒１となるような特性である。このような補正を行ったのち、補正回路３６からサージ電圧信号が出力される。
【００４４】
このような電圧センサの動作を検証するため、擬似的に作った印加電圧（サージ電圧）をセンサ部１０に加え、信号処理回路部３０から出力された信号処理回路部出力電圧信号（サージ電圧信号）を計測した。擬似的なサージ電圧として図４で示すような印加電圧をセンサ部１０に加えたところ、信号処理回路部３０から出力された信号処理回路部出力電圧の波形（サージ電圧信号）は、図５で示すように、ほぼ同一の波形が出力されており、良好に動作することが確認されている。
【００４５】
【発明の効果】
本発明では従来方式と比較して以下の効果を得ることができる。
（１）抵抗分圧方式に対して
▲１▼本発明のＬＥＤ方式の電圧センサは、原理的に信号伝送における高周波ノイズの影響がなくなるので、測定精度の向上が図れる。（ＬＥＤ方式の信号伝送は光信号により行われるため、基本的に電磁界の影響を受けない。）
▲２▼本発明のＬＥＤ方式の電圧センサにおいても高耐圧の無誘導抵抗を使用するため、抵抗の周波数特性が重要であるが、受光回路後の信号処理回路部にて補正が可能であるため、抵抗の周波数特性を相殺することが可能である。
【００４６】
（２）コンデンサ分圧方式に対して
▲１▼本発明のＬＥＤ方式の電圧センサは、原理的に信号伝送における高周波ノイズの影響がなくなるので、測定精度の向上が図れる。（ＬＥＤ方式では信号伝送は光信号により行われるため、基本的に電磁界の影響を受けない。）
▲２▼本発明のＬＥＤ方式の電圧センサの基本構成は高耐圧の無誘導抵抗とＬＥＤモジュールを直列接続したものであり、コンデンサ分圧方式に比べて小形軽量である。
【００４７】
（３）コンデンサ分圧および光電圧センサ併用方式
▲１▼本発明のＬＥＤ方式の電圧センサの基本構成は、高耐圧の無誘導抵抗とＬＥＤモジュールを直列接続したものであり、コンデンサ分圧および光電圧センサ併用方式に比べて小形軽量化が図れる。
▲２▼本発明のＬＥＤ方式の電圧センサの周波数特性は２．５ＭＨｚ程度であり、コンデンサ分圧および光電圧センサ併用方式の数百ｋＨｚに対して大幅に向上している。
【００４８】
（４）コンデンサ分圧およびＥ／Ｏ，Ｏ／Ｅ変換器併用方式
▲１▼本発明のＬＥＤ方式の電圧センサの基本構成は高耐圧の無誘導抵抗とＬＥＤモジュールを直列接続したものであり、コンデンサ分圧およびＥ／Ｏ，Ｏ／Ｅ変換器併用方式に比べて、小形軽量化が図れる。
▲２▼本発明のＬＥＤ方式の電圧センサは、雷サージ電圧によりＬＥＤモジュールを駆動する方式であるため、センサ部に電源が不要であり、定期的な電池交換の必要がない。（屋外設置に適する）
【００４９】
（５）ＬＥＤの発光強度の温度依存性による測定誤差を抑える方法
ＬＥＤの発光強度の温度依存性に対して、信号処理回路部側に温度センサを備えて周囲温度を常に検出し、出力に温度補正を加えることにより測定誤差を抑制している。このため、電気−光変換器（Ｅ／Ｏ，Ｏ／Ｅ変換器）のようなキャリブレーションをかけることが不要となる。したがって、分圧部分にはキャリブレーション用の回路と電源が不要となり、装置の小形化が図れるとともに電池交換の必要がない。
【００５０】
総じて、雷サージを精度良く測定できるような電圧センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の電圧センサの信号処理ブロック図である。
【図２】本発明の実施形態の電圧センサの説明図（外観および内部構造）である。
【図３】補正回路の構成図である。
【図４】印加電圧の波形図である。
【図５】信号処理回路部出力電圧の波形図である。
【図６】抵抗分圧方式の電圧センサを説明する説明図である。
【図７】コンデンサ分圧方式の電圧センサを説明する説明図である。
【図８】コンデンサ分圧および光電圧センサ併用方式の電圧センサを説明する説明図である。
【図９】コンデンサ分圧およびＥ／Ｏ，Ｏ／Ｅ変換器併用方式の電圧センサを説明する説明図である。
【符号の説明】
１０センサ部
１０ａモールドコーン
１０ｂ碍管
１０ｃケース
１０ｄ光コネクタ
１０ｅ接地端子
１０ｆ回路収容部
１０ｇ光ファイバコード
１１電流制限抵抗
１２ＬＥＤモジュール
１３保護ダイオード
１４電流制限抵抗
１５ＬＥＤモジュール
１６保護ダイオード
２０光ファイバケーブル
２１光ファイバコード
２２光ファイバコード
３０信号処理回路部
３１ＰＤモジュール
３２ＰＤモジュール
３３増幅回路
３４増幅回路
３５減算回路
３６補正回路
３６ａ温度センサ
３６ｂ温度検出回路
３６ｃ可変ゲイン回路
３６ｄ高周波数帯域ゲイン回路
５１高圧側抵抗
５２低圧側抵抗
５３オシロスコープ
５４高圧側コンデンサ
５５低圧側コンデンサ
５６光電圧センサ（センサ部）
５７光ファイバケーブル
５８光電圧センサ（計測部）
５９Ｅ／Ｏ変換部（送信部）
６０Ｏ／Ｅ変換部（受信部）[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a voltage sensor suitable for lightning surge measurement.
[0002]
[Prior art]
As a voltage sensor for lightning surge measurement, for example, the following methods (1) to (5) have conventionally existed.
(1) Resistive voltage dividing method (2) Capacitor voltage dividing method (3) Combined voltage dividing method with capacitor and optical voltage sensor (4) Combined voltage dividing method with capacitor and E / O, O / E converter (5) LED light emission Method for Suppressing Measurement Error Due to Temperature Dependence of Strength Next, these methods (1) to (5) will be described.
[0003]
(1) Resistive voltage dividing method FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining a voltage sensor of the resistive voltage dividing method.
This voltage sensor includes a high-side resistor 51, a low-side resistor 52, and an oscilloscope 53.
Non-inductive resistors are used for both the high-voltage resistor 51 and the low-voltage resistor 52. The high-voltage side resistor 51 is a high-voltage-resistant resistor disposed on the high-voltage side, and has a large resistance value. On the other hand, the low voltage side resistor 52 is disposed on the low voltage side and has a small resistance value.
The high-voltage resistor 51 and the low-voltage resistor 52 are connected in series. The lightning surge voltage is measured by measuring the shared voltage of the low voltage side resistor 52 with an oscilloscope 53.
[0004]
(2) Capacitor voltage division method FIG. 7 is an explanatory diagram illustrating a capacitor voltage division type voltage sensor.
This voltage sensor includes a high-side capacitor 54, a low-side capacitor 55, and an oscilloscope 53.
A high withstand voltage ceramic capacitor is used for the high voltage side capacitor 54, and its capacitance is small.
A ceramic capacitor or a film capacitor is used for the low-voltage capacitor 55, and the capacitance is large.
The lightning surge voltage is measured by connecting the high-voltage capacitor 54 and the low-voltage capacitor 55 in series, and measuring the shared voltage of the low-voltage capacitor 55 with the oscilloscope 53.
[0005]
(3) Method of Combined Use of Capacitor Voltage Division and Photovoltaic Sensor FIG. 8 is an explanatory diagram for explaining a voltage sensor using a combination of capacitor voltage division and an optical voltage sensor.
The voltage sensor includes a high-side capacitor 54, a low-side capacitor 55, an optical voltage sensor (sensor unit) 56, an optical fiber cable 57, an optical voltage sensor (measuring unit) 58, and an oscilloscope 53.
[0006]
An optical voltage sensor (sensor unit) 56 applying the electro-optic effect (Pockels effect) is connected to the capacitor-divided low-voltage capacitor 55 described with reference to FIG.
It is connected to an optical voltage sensor (measuring unit) 58 via an optical fiber cable 57 instead of a metal wire (coaxial cable).
In such a voltage sensor, an optical voltage sensor (sensor unit) 56 converts a voltage signal into an optical signal and outputs it to an optical fiber cable 57, and an optical voltage sensor (measuring unit) 58 converts an optical signal into a voltage signal. Output. The oscilloscope 53 measures the lightning surge voltage based on the voltage signal.
[0007]
(4) Capacitor voltage division and combined use of E / O (electrical / optical) converter and O / E (optical / electrical) converter FIG. 9 shows voltage division of capacitor and combined use of E / O and O / E converters. It is explanatory drawing explaining a sensor.
This voltage sensor includes a high-side capacitor 54, a low-side capacitor 55, an E / O converter (transmitter) 59, an optical fiber cable 57, an O / E converter (receiver) 60, and an oscilloscope 53.
[0008]
An E / O converter (transmission unit) 59 is connected in parallel to the capacitor-divided low-voltage capacitor 55 described with reference to FIG. It is connected to an E / O converter (receiver) 60 via an optical fiber cable 57 instead of a metal wire (coaxial cable).
In such a voltage sensor, an E / O converter (transmitter) 59 converts a voltage signal into an optical signal and outputs the optical signal to the optical fiber cable 57, and an E / O converter (receiver) 60 converts the optical signal into a voltage. Convert to a signal and output. The oscilloscope 53 measures the lightning surge voltage based on the voltage signal.
[0009]
(5) Method for suppressing measurement error due to temperature dependence of LED light emission intensity Further, in the capacitor voltage division and E / O, O / E converter combined method shown in FIG. 9, as a light emitting element of an E / O converter When an LED (Light Emitting Diode) is used, calibration is performed before measurement to correct a measurement error due to temperature dependence of the light emission intensity of the LED.
[0010]
Among these methods (1) to (5), a conventional technique of the method according to (4) is disclosed as, for example, an optical voltage sensor (see Patent Document 1).
[0011]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-193885
Such a thing existed in prior art.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
The above conventional systems have the following problems.
(1) Resistive voltage division method Since the lightning surge voltage is as high as several tens of kV, the voltage sensor of the resistive voltage division method shown in FIG. It needs to be set to about several tens kΩ to 100 kΩ.
Further, since the high withstand voltage high-voltage side resistor 51 has a large outer shape, even when a non-inductive resistor is used, in a high-frequency region of several hundred kHz or more, its inductance leads to an increase in the impedance of the resistor, causing a measurement error (frequency characteristic). There is a problem.)
In addition, signal transmission is basically a metal wire such as a coaxial cable, and high-frequency noise affects measurement accuracy.
[0014]
(2) Capacitor voltage division method The capacitor voltage division type voltage sensor shown in FIG. 7 can measure a high frequency range of several hundred kHz to several MHz by optimizing the capacitance, but divides a high voltage. For this reason, since the capacitance of the low-voltage capacitor 55 must be increased, the outer shape of the sensor unit increases.
To solve this problem, there is a method of changing the type of the low voltage side capacitor 55 from a ceramic capacitor similar to the high voltage side capacitor 54 to a film capacitor or the like. Becomes larger.
In addition, as in the case of the resistance voltage division method, signal transmission is basically performed by a metal wire such as a coaxial cable, and high-frequency noise affects measurement accuracy.
[0015]
(3) Combined use of capacitor voltage division and optical voltage sensor As shown in FIG. 8, by using a voltage sensor that uses the capacitor voltage division and optical voltage sensor (sensor unit) 56 and optical voltage sensor (measurement unit) 58 together, For signal transmission, the optical fiber cable 57 is converted from a metal wire such as a coaxial cable to solve the problem of measurement accuracy due to high-frequency noise. Further, since the optical voltage sensor (sensor unit) 56 does not require a power source, it can be applied both indoors and outdoors.
However, the frequency characteristics of the optical voltage sensor (sensor unit) 56 and the optical voltage sensor (measuring unit) 58 are about several hundred kHz, and the frequency characteristics of the lightning surge measurement voltage sensor are also the optical voltage sensor (sensor unit) 56 and the optical voltage sensor. Since it depends on the frequency characteristics of the voltage sensor (measurement unit) 58, it cannot support up to several MHz.
[0016]
(4) Combined use of capacitor voltage divider and E / O, O / E converter As shown in FIG. 9, signal transmission is achieved by using a voltage sensor that uses both capacitor voltage divider and E / O, O / E converter. Is converted from a metal wire such as a coaxial cable to an optical fiber cable 57, which can solve the problem of measurement accuracy due to high frequency noise. Further, the frequency characteristics of the E / O converter (transmission unit) 59 and the O / E converter (reception unit) 60 are about several tens to hundreds of MHz, and can correspond to the limit of the frequency characteristics of the capacitor voltage divider.
However, a power source is required for the E / O converter (transmitting unit) 59 connected to the low-voltage side capacitor, and a battery is used. Therefore, it is not suitable for outdoor use because it requires periodic battery replacement (not suitable for a lightning surge measurement voltage sensor).
[0017]
(5) Method for Suppressing Measurement Error Due to Temperature Dependence of LED Light Intensity As a method of suppressing a measurement error due to temperature dependence of the light emission intensity of an LED, an electro-optical converter (E / O converter, The O / E converter corrects the measurement error due to the temperature dependence of the light emission intensity of the LED by performing calibration before the measurement.
However, when this method is applied to a voltage sensor for lightning surge measurement, a calibration circuit and a power supply for operating the E / O converter (transmitting unit) 59 connected to the voltage dividing portion are required. This leads to larger equipment. Also, it requires periodic battery replacement and is not suitable for outdoor use (not suitable for lightning surge measurement voltage sensors).
Each of the above-mentioned methods (1) to (5) has a problem, and it is difficult to accurately measure a lightning surge voltage.
[0018]
The present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is to provide a voltage sensor that can accurately measure a lightning surge.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, according to the voltage sensor according to claim 1,
A positive voltage measurement circuit that emits light when the measured voltage is a positive voltage and emits first light; and a negative voltage measurement circuit that emits light and emits a second light when the measured voltage is a negative voltage. Including a sensor unit,
An optical fiber cable transmitting a first light emitted from the positive voltage measuring circuit, and an optical fiber cable including an optical fiber cord transmitting a second light emitted from the negative voltage measuring circuit;
The first light transmitted through these optical fiber cables is converted to a first voltage signal, and the second light is converted to a second voltage signal, and the second voltage signal is subtracted from the first voltage signal. A signal processing circuit section for generating a pre-correction surge voltage signal, performing correction and outputting as a surge voltage signal,
It is characterized by having.
[0020]
According to the voltage sensor of the second aspect,
The voltage sensor according to claim 1,
The positive voltage measurement circuit,
A current limiting resistor for limiting a current flowing when the measured voltage is applied;
An LED module that emits first light according to an electric current;
A protection diode for protecting the LED module from a reverse current flowing when the measured voltage is a negative voltage;
And also
The negative voltage measurement circuit,
A current limiting resistor for limiting a current flowing when the measured voltage is applied;
An LED module that emits the second light according to the current;
A protection diode for protecting the LED module from a reverse current flowing when the measured voltage is a positive voltage;
It is characterized by having.
[0021]
According to the voltage sensor of the third aspect,
The voltage sensor according to claim 1 or 2,
A temperature sensor that outputs a signal that changes according to the temperature,
A temperature detection circuit that outputs a temperature signal based on the signal,
A variable gain circuit for increasing or decreasing the gain based on the temperature signal;
A temperature correction circuit section including:
A high frequency band gain circuit that increases the gain of the high frequency band,
A resistance frequency characteristic correction circuit section including:
With
The surge voltage signal before correction is input to a variable gain circuit and a high frequency band gain circuit to generate a surge voltage signal.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a signal processing block diagram of a voltage sensor according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram (appearance and internal structure) of a voltage sensor according to an embodiment of the present invention, FIG. 3 is a configuration diagram of a correction circuit, and FIG. FIG. 5 is a waveform diagram of the applied voltage, and FIG. 5 is a waveform diagram of the output voltage of the signal processing circuit unit.
[0023]
The voltage sensor includes a sensor unit 10, an optical fiber cable 20, and a signal processing circuit unit 30, as shown in FIG.
The sensor unit 10 further includes a current limiting resistor 11, an LED module 12, a protection diode 13, a current limiting resistor 14, an LED module 15, and a protection diode 16.
These circuits include a positive voltage measuring circuit including a current limiting resistor 11, an LED module 12, and a protection diode 13, and a negative voltage measuring circuit including a current limiting resistor 14, an LED module 15, and a protection diode 16.
[0024]
The optical fiber cable 20 specifically includes two systems, and includes

optical fiber cords

21 and 22.
[0025]
The signal processing circuit unit 30 further includes PD (Photo Diode)

modules

31, 32,

amplification circuits

33, 34, a subtraction circuit 35, and a correction circuit 36.
As shown in FIG. 3, the correction circuit 36 includes a temperature correction circuit section and a resistance frequency characteristic correction circuit section.
The temperature correction circuit section includes a temperature sensor 36a, a temperature detection circuit 36b, and a variable gain circuit 36c.
The resistance frequency characteristic correction circuit section includes a high frequency band gain circuit 36d.
[0026]
Among the voltage sensors having such a configuration, the device structure of the sensor unit 10 installed outdoors is as shown in FIG. As shown in FIG. 2A, a mold cone 10a for accommodating a lead wire connected to a low-voltage distribution line, an insulating porcelain tube 10b, a case 10c, an optical connector 10d, and a ground terminal 10e are provided outside the sensor unit 10. Is provided.
[0027]
As shown in FIG. 2B, the internal structure includes current limiting resistors (high-voltage non-inductive resistors) 11 and 14, LED driving circuits (

LED modules

12 and 15,

protection diodes

13 and 16 for reverse voltage). , A substrate on which a terminal block is mounted) and an optical fiber cord 10g. These optical fiber cords 10g are connected to an optical fiber cable 20 via an optical connector 10d.
[0028]
The specifications of such a voltage sensor are as shown in Table 1 below.
[0029]
[Table 1]

[0030]
Next, the circuit configuration and operation principle of the voltage sensor will be described.
As described above with reference to FIG. 1, the sensor unit 10 includes two circuits for positive voltage measurement and negative voltage measurement.
When a lightning surge voltage is applied to the sensor unit 10 and the voltage to be measured is a positive voltage, a current corresponding to the impedance of the current limiting resistor 11, which is a high withstand voltage non-inductive resistor, is applied to the LED module 12 in the positive voltage measuring circuit. And flows as the drive current.
[0031]
A drive current flows through the LED module 12 to emit first light, and the first light enters the optical fiber cord 21. Although a current corresponding to the impedance of the current limiting resistor 14 flows in the negative voltage measurement circuit, a current flows through the protection diode 15 and a small amount of current flows through the LED module 16.
[0032]
When a lightning surge voltage is applied to the sensor unit 10 and the voltage to be measured is a negative voltage, a current corresponding to the impedance of the current limiting resistor 14 which is a non-inductive resistor having a high withstand voltage is output by the LED in the negative voltage measuring circuit. The current flows as the drive current of the module 15.
[0033]
A driving current flows through the LED module 15 to emit second light, and the second light is incident on the optical fiber cord 22. Although a current corresponding to the impedance of the current limiting resistor 11 flows in the positive voltage measuring circuit, a small amount of current flows to the LED module 12 due to the current flowing to the protection diode 13.
[0034]
Since the drive current of

such LED modules

12 and 15 is proportional to the magnitude of the lightning surge voltage, the light intensity incident on the optical fiber cable 20 is also proportional to the magnitude of the lightning surge voltage. Therefore, the lightning surge voltage can be measured by performing optical-electrical conversion (O / E conversion) in the signal processing circuit.
Further, the circuit for measuring positive voltage and the circuit for measuring negative voltage can measure lightning surge voltage in a wide range over positive and negative voltages.
[0035]
In order to measure a wide range of lightning surge voltage, the frequency band of the sensor unit 10 is set to 10 MHz, and the

LED modules

12 and 15 also select a model that satisfies the frequency characteristics and has good linearity with respect to the drive current. There is a need. If the reverse recovery time of the

protection diodes

13 and 16 against the reverse voltage is long, an error occurs in the rise of the lightning surge voltage waveform. Therefore, it is necessary to select a switching diode whose reverse recovery time is as short as possible.
Further, the current limiting

resistors

11 and 14, the

LED modules

12 and 15, and the

protection diodes

13 and 16 need to have the same characteristics such as resistance values, and two identical ones are provided.
[0036]
The optical fiber cable 20 transmits the first light emitted from the LED module 12 and the second light emitted from the LED module 15 to the signal processing circuit unit 30. The first light is incident on the PD module 31, and the second light is incident on the PD module 32.
The PD module 31 converts the first light incident from the optical fiber cord 21 into a first voltage signal by performing optical-electrical conversion (O / E conversion). Similarly, the PD module 32 converts the second light incident from the optical fiber cord 22 into a second voltage signal by performing optical-electrical conversion (O / E conversion).
[0037]
The amplifying circuit 33 amplifies the first voltage signal output from the PD module 31, adjusts the first voltage signal to an appropriate transformation ratio, and outputs the signal to the plus input unit of the subtraction circuit 35.
Similarly, the amplification circuit 34 amplifies the second voltage signal output from the PD module 32, adjusts the second voltage signal to an appropriate transformation ratio, and outputs the signal to the minus input unit of the subtraction circuit 35.
[0038]
The subtraction circuit 35 converts the measured negative voltage measurement waveform (in principle, the negative voltage is converted into light intensity so that there is no distinction between positive and negative, and is output as a positive voltage), so as to convert it into a negative voltage. Is a differential amplifier circuit.
Since the output waveform from the negative voltage measurement circuit has a positive voltage when output from the amplifier circuit 34, the output of the negative voltage measurement circuit is subtracted from the output of the positive voltage measurement circuit. The polarity of the negative voltage output waveform is matched. The subtraction circuit 35 generates and outputs a pre-correction surge voltage signal.
[0039]
The correction circuit 36 receives the pre-correction surge voltage signal and outputs a surge voltage signal. Here, the correction will be described.
As shown in FIG. 3, the correction circuit 36 includes a temperature correction circuit for correcting the temperature dependency of the light emission intensity of the

LED modules

12 and 15, a resistance frequency characteristic correction circuit for correcting the frequency characteristic of the current limiting resistor. , Is constituted.
[0040]
First, the temperature correction circuit will be described.
The temperature dependency of the light emission intensity of the

LED modules

12 and 15 depends on about ± 12% (at 20 ° C.) at 20 ± 40 ° C. Therefore, the ambient temperature is detected by the platinum thin film temperature sensor 36a having excellent linearity, and a signal corresponding to the detected ambient temperature is output. The temperature detection circuit 36b outputs a temperature signal based on the signal. The variable gain circuit 36c increases or decreases the gain based on the temperature signal.
The increase / decrease of the gain means, for example, that gains of a plurality of characteristics are registered in advance, and switching is performed according to a temperature signal by a comparison process of a CPU (not shown), or an LED module and a PD module are used in response to a temperature change. Is linearly changed, so that by performing processing such as switching according to a temperature signal by function operation processing, the gain is increased when the temperature rises, and the gain is decreased when the temperature falls.
[0041]
As described above, the variable gain circuit 36c controls the gain of the temperature correction circuit in accordance with the ambient temperature, thereby canceling the temperature dependence of the light emission intensity of the

LED modules

12, 15.
[0042]
Subsequently, the resistance frequency characteristic correction circuit unit will be described.
In the sensor unit 10, the current limiting

resistors

11 and 14 use non-inductive resistors with high withstand voltage. However, in a band exceeding 1 MHz, the impedance increases due to the inductance, so that the driving current of the

LED modules

12 and 15 decreases, and the light emission intensity decreases. Decreases.
[0043]
Therefore, in order to compensate and cancel the frequency characteristics of the current limiting

resistors

11 and 14 in the correction circuit 36, a high frequency band gain circuit 36d for increasing the gain on the high frequency band side is interposed. The frequency characteristic of the high frequency band gain circuit 36d is the inverse characteristic of the frequency characteristic of the current limiting resistor 11 (or 14). For example, if the transfer function of the current limiting resistor is G1 (s) and the transfer function of the high frequency band gain circuit 36d is G2 (s), G1 (s) · G2 (s) ≒ 1. It is a characteristic. After performing such a correction, a surge voltage signal is output from the correction circuit 36.
[0044]
In order to verify the operation of such a voltage sensor, a simulated applied voltage (surge voltage) is applied to the sensor unit 10 and a signal processing circuit unit output voltage signal (surge voltage signal) output from the signal processing circuit unit 30 is output. ) Was measured. When an applied voltage as shown in FIG. 4 is applied to the sensor section 10 as a pseudo surge voltage, the waveform (surge voltage signal) of the signal processing circuit section output voltage output from the signal processing circuit section 30 is as shown in FIG. As shown, almost the same waveform is output, and it has been confirmed that the device operates well.
[0045]
【The invention's effect】
In the present invention, the following effects can be obtained as compared with the conventional method.
(1) In contrast to the resistance voltage division method, {circle around (1)} In the LED type voltage sensor of the present invention, the effect of high frequency noise in signal transmission is eliminated in principle, so that measurement accuracy can be improved. (Because the LED type signal transmission is performed by an optical signal, it is basically not affected by an electromagnetic field.)
(2) Even in the LED type voltage sensor of the present invention, since a high withstand voltage non-inductive resistor is used, the frequency characteristic of the resistor is important, but it can be corrected by the signal processing circuit unit after the light receiving circuit. , It is possible to offset the frequency characteristics of the resistors.
[0046]
(2) Compared with the capacitor voltage dividing method, (1) The LED type voltage sensor of the present invention is not affected by high-frequency noise in signal transmission in principle, so that measurement accuracy can be improved. (In the LED system, signal transmission is performed by an optical signal, so that it is basically not affected by an electromagnetic field.)
(2) The basic configuration of the LED type voltage sensor of the present invention is a series connection of a high-voltage non-inductive resistor and an LED module, and is smaller and lighter than a capacitor voltage dividing type.
[0047]
(3) Combined use of capacitor voltage division and optical voltage sensor (1) The basic structure of the LED voltage sensor of the present invention is a series connection of a high withstand voltage non-inductive resistor and an LED module. Smaller and lighter than the voltage sensor combined system.
{Circle around (2)} The frequency characteristic of the LED type voltage sensor of the present invention is about 2.5 MHz, which is significantly improved with respect to the capacitor voltage dividing and several hundred kHz of the optical voltage sensor combined type.
[0048]
(4) Capacitor voltage division and combined use of E / O and O / E converters {circle around (1)} The basic configuration of the LED type voltage sensor of the present invention is a series connection of a high withstand voltage non-inductive resistor and an LED module. The size and weight can be reduced as compared with the capacitor partial pressure and the combined use of the E / O and O / E converters.
(2) Since the LED type voltage sensor of the present invention drives the LED module by a lightning surge voltage, a power source is not required for the sensor unit, and there is no need for periodic battery replacement. (Suitable for outdoor installation)
[0049]
(5) A method for suppressing a measurement error due to the temperature dependence of the light emission intensity of the LED For the temperature dependence of the light emission intensity of the LED, a temperature sensor is always provided in the signal processing circuit side to detect the ambient temperature, and the temperature is output to The measurement error is suppressed by adding the correction. Therefore, it is not necessary to perform calibration such as an electro-optical converter (E / O, O / E converter). Therefore, a calibration circuit and a power supply are not required in the voltage dividing portion, so that the device can be downsized and the battery does not need to be replaced.
[0050]
In general, a voltage sensor that can accurately measure lightning surge can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a signal processing block diagram of a voltage sensor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram (appearance and internal structure) of a voltage sensor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a configuration diagram of a correction circuit.
FIG. 4 is a waveform diagram of an applied voltage.
FIG. 5 is a waveform diagram of an output voltage of a signal processing circuit unit.
FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining a voltage sensor of a resistance division type.
FIG. 7 is an explanatory diagram illustrating a capacitor voltage dividing type voltage sensor.
FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating a voltage sensor that uses a combination of a capacitor voltage divider and an optical voltage sensor.
FIG. 9 is an explanatory diagram for explaining a voltage sensor that uses a capacitor voltage divider and an E / O and O / E converter.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Sensor part 10a Mold cone 10b Insulator tube 10c Case 10d Optical connector 10e Grounding terminal 10f Circuit accommodating part 10g Optical fiber cord 11 Current limiting resistor 12 LED module 13 Protection diode 14 Current limiting resistor 15 LED module 16 Protection diode 20 Optical fiber cable 21 Light Fiber cord 22 Optical fiber cord 30 Signal processing circuit unit 31 PD module 32 PD module 33 Amplification circuit 34 Amplification circuit 35 Subtraction circuit 36 Correction circuit 36a Temperature sensor 36b Temperature detection circuit 36c Variable gain circuit 36d High frequency band gain circuit 51 High-side resistance 52 Low voltage side resistor 53 Oscilloscope 54 High voltage side capacitor 55 Low voltage side capacitor 56 Optical voltage sensor (sensor part)
57 Optical fiber cable 58 Optical voltage sensor (measuring unit)
59 E / O conversion unit (transmission unit)
60 O / E converter (receiver)

Claims

A positive voltage measurement circuit that emits light when the measured voltage is a positive voltage and emits first light; and a negative voltage measurement circuit that emits light and emits a second light when the measured voltage is a negative voltage. Including a sensor unit,
An optical fiber cable transmitting a first light emitted from the positive voltage measuring circuit, and an optical fiber cable including an optical fiber cord transmitting a second light emitted from the negative voltage measuring circuit;
The first light transmitted through these optical fiber cables is converted to a first voltage signal, and the second light is converted to a second voltage signal, and the second voltage signal is subtracted from the first voltage signal. A signal processing circuit section for generating a pre-correction surge voltage signal, performing correction and outputting as a surge voltage signal,
A voltage sensor comprising:

The voltage sensor according to claim 1,
The positive voltage measurement circuit,
A current limiting resistor for limiting a current flowing when the measured voltage is applied;
An LED module that emits first light according to an electric current;
A protection diode for protecting the LED module from a reverse current flowing when the measured voltage is a negative voltage;
And also
The negative voltage measurement circuit,
A current limiting resistor for limiting a current flowing when the measured voltage is applied;
An LED module that emits the second light according to the current;
A protection diode for protecting the LED module from a reverse current flowing when the measured voltage is a positive voltage;
A voltage sensor comprising:

The voltage sensor according to claim 1 or 2,
A temperature sensor that outputs a signal that changes according to the temperature,
A temperature detection circuit that outputs a temperature signal based on the signal,
A variable gain circuit for increasing or decreasing the gain based on the temperature signal;
A temperature correction circuit section including:
A high frequency band gain circuit that increases the gain of the high frequency band,
A resistance frequency characteristic correction circuit section including:
With
A temperature sensor for generating a surge voltage signal by inputting a pre-correction surge voltage signal to a variable gain circuit and a high frequency band gain circuit.