JP2005127784A - 非接触電圧測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 絶縁電線線径の違いにより電極間隔が変化しても、浮遊静電容量の変化のない非接触電圧測定装置を実現する
【解決手段】 絶縁被覆された導体に印加される電圧を非接触で測定するための検出プローブを有する非接触電圧測定装置において、
前記検出プローブは固定電極と、この固定電極に接続部材を介して電気的に接続された可動電極を備えており、前記接続部材は前記導体の径の大小に応じて変化するアース間の浮遊静電容量が一定となるように構成した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、絶縁被覆された導線を流れる電気信号を計測するために利用される測定装置に関し、詳しくは、絶縁被覆導線を挟む検出プローブの構成に関するものである。

絶縁被覆された電線内の導体に印加される交流電圧を測定する場合、絶縁被覆を破ることなく被覆上にプローブを当てて測定することができると、安全上有利であり、かつ簡便に測定することができる。

このような絶縁被覆上から導体に印加される交流電圧を計測する非接触電圧測定装置の先行文献としてはとしては次のようなものがある。

特開２００３−２８９００号公報

以下、この先行文献に記載された発明について、概要を説明する。
図５は本発明が適用される非接触電圧測定装置の一例を示す構成図である。図５において、１は入力部、２は入力部１の出力が入力されるブーストラップ回路である。このブーストラップ回路の出力が計測した電圧値になる。

入力部１は入力端子１０、コンデンサ１３，１４およびスイッチ（ＳＷ）１５で構成される。１１は絶縁被覆された電線の芯線（導体）である。１２は検出プローブと絶縁被覆された電線との間に形成される結合容量を表したものであり、Ｃｘはその容量値を表す。

１３，１４はそれぞれＣ１、Ｃ２の容量値を有するコンデンサであり、その一端は結合容量１２の芯線１１と反対側、すなわち検出プローブに接続され、他端はそれぞれスイッチ１５の接点Ａ、同Ｂに接続される。スイッチ１５の共通接点Ｃは共通電位点に接続される。

ブーストラップ回路２は抵抗２１および２２，コンデンサ２３およびアンプ２４から構成される。抵抗２１，２２は直列接続され、この直列接続された抵抗の一端には入力部１の出力が印加され、他端は共通電位点に接続される。

アンプ２４の非反転入力端子には入力部１の出力が印加される。また、アンプ２４の出力端子と反転入力端子は共通接続され、この共通接続点と抵抗２１と２２の接続点の間にはコンデンサ２３が接続される。

このような構成により、ブーストラップ回路２の入力インピーダンスは帰還作用によって非常に高い値になる。すなわち、入力部１の動作はブーストラップ回路２が接続されることによって影響を受けることはなくなる。

ところで、このような非接触電圧測定装置に用いられる検出プローブは、原理的に絶縁電線と静電容量で結合している。この結合している静電容量と検出プローブ内の固定コンデンサで分圧して出力電圧を得ている。

図６、図７は従来の非接触電圧測定装置の検出プローブの構成を示すもので、検出プローブは、対向して平行に配置した固定電極３０と可動電極３１で構成されている。２つの電極は一方が固定され、他方が機械的に動くようになっており、これらの電極は、絶縁電線３２をクランプした状態でスプリング３３を介して接触している。絶縁電線３２は太さにより約２ｍｍ〜数十ｍｍまで定格電流に応じて多くの種類がある。

検出プローブ内の固定コンデンサ（図５に１３，１４で示す容量Ｃ１，Ｃ２のコンデンサ）は固定電極３０と可動電極３１に接続されており、電極の浮遊静電容量３４も固定コンデンサの静電容量１３（Ｃ１）または１４（Ｃ２）に加算される。
尚、固定電極３０は絶縁物でケース（図示省略）に固定されており、分圧用の固定コンデンサ１３，１４は絶縁電線３２にクランプする前にキャパシタ−周波数変換回路で静電容量を測定する。絶縁電線３２に接続した状態では電線の印加電圧の影響で測定ができない。

可動電極３１に接続する配線はプローブ内で可動電極と共に移動する。この移動により配線の浮遊静電容量３４が変化するので、絶縁電線３２の外径寸法を測定してこの浮遊静電容量変化分を補正しないと電圧測定誤差が生じる。
実際には可動電極３１への配線は伸縮するスプリングで接続しており、可動電極３１の移動による配線の浮遊静電容量３４の変化量は少ない。

しかし、浮遊静電容量の変化量はゼロではないので電圧測定演算での誤差が生じる。
そのため、あらかじめプローブごとに線径と固定コンデンサ静電容量の変化量を測定し、電圧測定時に固定コンデンサ静電容量を補正する必要がある。その場合、プローブ内に線径を測定する機能も備えなければならない。という問題があった。
従って、本発明が解決しようとする課題は、絶縁電線線径の違いにより電極間隔が変化しても、スプリングとケース（アース）間の浮遊静電容量の変化のない非接触電圧測定装置を実現することにある。

このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
絶縁被覆された導体に印加される電圧を非接触で測定するための検出プローブを有する非接触電圧測定装置において、
前記プローブは固定電極と、この固定電極に接続部材を介して電気的に接続された可動電極を備えており、前記接続部材は前記導体の径の大小に応じて変化するアース間の浮遊静電容量が一定となるように構成したことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項1記載の非接触電圧測定装置において、
前記接続部材は導電部材で構成され、平行に配置された固定電極と可動電極の一端同士を接続するとともに前記可動電極の変位方向に延長され他端が固定部材に固定されたことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１または２に記載の非接触電圧測定装置において、
前記固定電極と可動電極の一端同士を接続する部分の接続部材を第１接続部材、可動電極と固定部材を結ぶ接続部材を第２接続部材としたときに、これら第１接続部材と第２接続部材を加えた長さは前記導体の径の大小にかかわらず一定となるように構成したことを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の非接触電圧測定装置において、
前記導電部材は伸縮可能なスプリングであることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の非接触電圧測定装置において、
前記接続部材は直線状の電線とされ、該電線に電気的に接続された可動電極の一端が前記電線に接触した状態でスライドするように構成したことを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の非接触電圧測定装置において、
前記接続部材は基板上に形成された直線状の導電体とされ、該導電体に電気的に接続された可動電極の一端が前記導電体に接触した状態でスライドするように構成したことを特徴とする。

以上説明したことから明らかなように本発明の請求項1乃至６によれば、固定電極と可動電極の一端同士を接続する部分の接続部材を第１接続部材、可動電極と固定部材を結ぶ接続部材を第２接続部材としたときに、これら第１接続部材と第２接続部材を加えた長さを前記導体の径の大小にかかわらず一定となるように構成し、絶縁被覆された導体の径の大小に応じて変化するアース間の浮遊静電容量が一定となるようにしたので、簡単な構成で導体の径の大小にかかわらずコンデンサの静電容量を正確に測定することができ、精度の高い非接触電圧測定装置を実現することができる。

以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。図１、図２は本発明に係る非接触電圧測定装置の検出プローブを示すものである。これらの図において図６，７の従来例と同一要素には同一符号を付している。

図１において、３３ａは第１接続部材であり、図６、図７に示すスプリング３３と同等である。３８は固定部材であり可動電極３１の変位方向に延長された所定の位置に配置されている。３３ｂは第２接続部材であり、一端は第１接続部材３３ａと可動電極３１が接続された個所に接続され、他端は固定部材３８に接続されている。

図２は固定電極３０と可動電極３１の間に太い径の絶縁電線３２ａを挟んだ状態を示すもので、この状態では第１接続部材３３ａが伸び固定部材３８と可動電極３１の間に配置された第２接続部材３３ｂは縮んだ状態となっている。

図に示すように、固定部材３８と可動電極３１の間の距離（第２接続部材３３ｂの長さ）および第１接続部材３３ａの長さは絶縁電線３２の線径により変動するが、固定部材３８と固定電極３０間の距離は変動しない。なお第２接続部材３３ｂとアース間にも浮遊静電容量３４が存在し、この浮遊静電容量３４は第１、第２接続部材の伸縮に応じて変化するが、固定電極３１と固定部材３８間の距離は変化しない。
従って、固定電極３０と固定部材３８間に発生する浮遊静電容量３４の量は線径に関わらず常に一定となる。

図３（ａ，ｂ）は従来の非接触電圧測定装置で用いていた検出プローブと、本発明で使用する検出プローブを用いて絶縁電線の線径を変化させた場合（実験では０〜２０ｍｍとした）の２つの電極間距離と浮遊静電容量および０ｍｍからの静電容量の変化量を示すものである。図３ａに示すように従来の検出プローブでは電極間の距離が広がるに従って浮遊静電容量が１７．９０ｐＦ〜１８．３１ｐＦと変化し０ｍｍからの静電容量も０．００ｐＦ〜０．４１ｐＦと変化している。

しかし本発明の非接触電圧測定装置で用いる検出プローブでは浮遊静電容量も０ｍｍからの静電容量もほとんど変化しておらず、従来の検出プローブでは線径２０ｍｍで変化量が０．４１ｐＦに対して本発明で使用する検出プローブでは０．０２ｐＦであり、およそ１／２０に減少していることが分かる。

図４は他の実施例を示すもので、この例では図１，図２に示すようなスプリングを用いた第１、第２接続部材の替わりに一本の裸電線３９を用いている。なお、この場合は可動電極３１と裸電線３９との電気的結合は接触子４０により行う。

この場合も固定電極３０と固定部材３８の間の距離は絶縁電線３２の線径に関係なく一定なので、図１に示す検出プローブと同様の効果を得ることができる。
なお、裸電線の替わりに基板上に直線状の導電体を形成し、この導電体に可動電極の一端を電気的に接続させてスライドするように構成してもよい。

本発明の以上の説明は、説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。したがって本発明はその本質から逸脱せずに多くの変更、変形をなし得ることは当業者に明らかである。例えば本実施例では固定電極と可動電極を棒状として平行に配置したが電極の形や配置は本例に限るものではない。特許請求の範囲の欄の記載により定義される本発明の範囲は、その範囲内の変更、変形を包含するものとする。

本発明の非接触電圧測定装置で使用する検出プローブの実施形態の一例を示す要部構成図である。 図１の検出プローブの被覆絶縁体の線径が異なった場合を示す図である。 本発明と従来例による浮遊静電容量と変化量の実験値を示す図である 他の実施例を示す要部構成図である。 検出プローブが適用される非接触電圧測定装置の構成図である。 従来の検出プローブの一例を示す要部構成図である。 図６の検出プローブの被覆絶縁体の線径が異なった場合を示す図である。

符号の説明

１０ 入力端子
３０ 固定電極
３１ 可動電極
３２ 絶縁電線
３３ スプリング
３４ 浮遊静電容量
３８ 固定部材
３９ 裸電線
４０ 接触子

Claims (6)

1. 絶縁被覆された導体に印加される電圧を非接触で測定するための検出プローブを有する非接触電圧測定装置において、
   前記プローブは固定電極と、この固定電極に接続部材を介して電気的に接続された可動電極を備えており、前記接続部材は前記導体の径の大小に応じて変化するアース間の浮遊静電容量が一定となるように構成したことを特徴とする非接触電圧測定装置。
2. 前記接続部材は導電部材で構成され、平行に配置された固定電極と可動電極の一端同士を接続するとともに前記可動電極の変位方向に延長され他端が固定部材に固定されたことを特徴とする請求項１記載の非接触電圧測定装置。
3. 前記固定電極と可動電極の一端同士を接続する部分の接続部材を第１接続部材、可動電極と固定部材を結ぶ接続部材を第２接続部材としたときに、これら第１接続部材と第２接続部材を加えた長さは前記導体の径の大小にかかわらず一定となるように構成したことを特徴とする請求項１または２に記載の非接触電圧測定装置。
4. 前記導電部材は伸縮可能なスプリングであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の非接触電圧測定装置。
5. 前記接続部材は直線状の電線とされ、該電線に電気的に接続された可動電極の一端が前記電線に接触した状態でスライドするように構成したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の非接触電圧測定装置。
6. 前記接続部材は基板上に形成された直線状の導電体とされ、該導電体に電気的に接続された可動電極の一端が前記導電体に接触した状態でスライドするように構成したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の非接触電圧測定装置。
   

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