JP2005214633A - ディジタルテスタの付属回路とディジタルテスタ - Google Patents

Abstract

【課題】 誘導電圧が発生している測定端子間でも、正常に導通試験や抵抗値測定試験を可能にする、ディジタルテスタを提供する。
【解決手段】 被測定機器を接続する測定端子４間の端子電圧が閾値を越えたときに、測定端子４間を一時的に短絡するスイッチング素子２１と、スイッチング動作により発生したサージ電圧を吸収して、測定端子４間の端子電圧を閾値以下に制限するろ波回路２３とを備える。この付属回路は、測定端子４間に加わる誘導電圧の上昇を閾値以下に制限する。これにより、ディジタルテスタによる機器の導通テストや電気抵抗測定の際に、誘導電圧のためにオーバーレンジになったり、測定不能になったりするのを防止できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、誘導電圧の有無にかかわらず、ディジタルテスタによる導通試験や抵抗測定を可能にする付属回路と、その付属回路を使用したディジタルテスタに関する。

高電圧機器の制御装置や保護装置等には、電流検出用の電流トランスと各種保護装置等が使用される。この装置の健全性を確認するためには、保護装置等が正常に動作するかどうかの動作試験の他に、電流トランスの導通試験が含まれる。これには、迅速で精密な計測作業が要求される。（特許文献１）
特開２００１−２３１１５３号公報

ところで、上記のような従来の技術には、次の様な解決すべき課題があった。
高電圧機器に取りつけられた保護装置の健全性確認試験では、通常、高電圧機器を動作させたままの状態（活線状態）で、高電圧機器に装着した電流トランスと保護装置とを切り離す。この状態で保護装置の動作試験を行うとともに、電流トランスの導通試験をする。高電圧機器は動作したままであり、電流トランスの測定端子には誘導電圧が現れる。この測定端子にディジタルテスタを接続して導通試験や抵抗値測定を行うと、測定不能になることがある。また、誘導電圧によって測定値が激しくふらついたり、オーバーレンジの表示が出て、測定値が表示されないことがある。

この誘導電流を低減するには、測定端子間に大容量のコンデンサを接続すればよい。しかしながら、高圧回路に装着された電流トランスの端子間に接続をして、誘導電圧を抑制するフィルタ機能を発揮させるには、耐圧の大きな大容量の大型コンデンサが必要になる。これでは測定器が大型化してしまう。さらに、測定終了後にコンデンサに蓄積されたエネルギが放電するとき、測定器の測定回路に悪影響を及ぼすこともある。電流トランスの導通テストに限らず、誘導電圧の重畳しやすい回路の抵抗値測定や導通測定を行なう場合には同様の問題が発生する。
本発明は、以上の点に着目してなされたもので、小型軽量で、精度が高く、電力機器の各種回路の電気測定に多用されている、ディジタルテスタを、許容値を越える誘導電圧が発生している測定端子間に接続して、正常に導通試験や抵抗値測定試験を可能にする、ディジタルテスタの付属回路と、改良されたディジタルテスタを提供することを目的とする。

本発明は次の構成により上記の課題を解決する。
〈構成１〉
被測定機器を接続する測定端子と、この測定端子間に接続された、端子電圧を検出する検出素子と、この検出素子により検出された端子電圧が閾値を越えたときに、上記測定端子間を一時的に短絡するスイッチング素子と、このスイッチング素子のスイッチング動作により生じた電圧を平滑化して、上記測定端子間の端子電圧を上記閾値以下に制限するろ波回路とを備えたことを特徴とする、ディジタルテスタの付属回路。

この付属回路は、サイリスタやトライアックのようなスイッチング素子によって測定端子間を一時的に短絡して、この測定端子間に加わる誘導電圧の上昇を閾値以下に制限する。これにより、ディジタルテスタによる機器の導通テストや電気抵抗測定の際に、誘導電圧のためにオーバーレンジになったり、測定不能になったりするのを防止できる。

〈構成２〉
被測定機器を接続する測定端子と、この測定端子間に接続された、端子電圧を検出する検出素子と、この検出素子により検出された端子電圧が閾値を越えたときに、上記測定端子間を短絡するスイッチング素子と、このスイッチング素子のスイッチング動作により生じた電圧を平滑化して、上記測定端子間の端子電圧を上記閾値以下に制限するろ波回路と、上記測定端子間に流れる電流値をディジタル値に変換するディジタル変換回路と、上記ディジタル値に対して所定の演算処理を行った結果を表示する表示器とを備えたことを特徴とするディジタルテスタ。

上記のような付属回路をつけることで、誘導電圧の大きい回路についても、小型軽量で操作性の良いディジタルテスタを用いた導通試験や抵抗値測定ができる。

〈構成３〉
構成２に記載のディジタルテスタにおいて、上記検出素子とスイッチング素子とろ波回路とを含む付属回路を、上記測定端子間に接続した状態と、上記接続端子間から切り離した状態とを切り替える、レンジ切り替え器を設けたことを特徴とするディジタルテスタ。

誘導電圧の影響が無い回路の測定には、付属回路は不要である。故に測定条件を切り替えるレンジ切り替え器に、付属回路を使用した状態と付属回路を外した状態とを選択できる機能を付加した。

〈構成４〉
構成１に記載のディジタルテスタにおいて、上記スイッチング素子が上記測定端子間を短絡している期間を除くタイミングで、上記ディジタル変換回路が電流値をディジタル変換することを特徴とするディジタルテスタ。

スイッチング素子が測定端子間を短絡するタイミングと、ディジタル変換回路が電流値をディジタル変換するタイミングとが一致すると、測定端子に接続された機器とスイッチング素子の並列回路の抵抗値を測定することになり、測定結果に誤差が生じる。そこで、両者のタイミングが一致しないように制御した。
〈構成４〉
構成１に記載のディジタルテスタにおいて、上記スイッチング素子が上記測定端子間を短絡している期間に、上記ディジタル変換回路が電流値をディジタル変換して得られた測定値を無効にすることを特徴とするディジタルテスタ。

スイッチング素子が測定端子間を短絡している間の測定値を無効にして、正確な測定値を得ることができる。

本発明は、一対の測定端子間に、端子電圧を検出する検出素子と、この検出素子により検出された端子電圧が閾値を越えたときに、測定端子間を一時的に短絡するスイッチング素子と、このスイッチング素子のスイッチング動作により発生したサージ電圧を吸収して、測定端子間の端子電圧を前記閾値以下に制限するろ波回路とを備えた、ディジタルテスタの付属回路を使用する。この付属回路により、測定端子間の端子電圧は閾値以下に抑えられ、誘導電圧によりディジタルテスタが測定不能になることがない。また、スイッチング素子を含む回路は十分小型化でき、ディジタルテスタに外付けすることも内蔵することもできる。また、ろ波回路に使用するコンデンサも、閾値の数倍程度の耐圧のものでよいから小型化できる。さらに、コンデンサの端子電圧はスイッチング素子により閾値以下に抑えられ、すみやかに放電されるから、蓄積された電荷による弊害がない。以下、本発明を、実施例を用いて詳細に説明する。

この実施例では、鉄道線路に電力供給を行う、き電区分所の電力機器に設備された、保護継電装置の健全性を確認する場合を例にとって説明する。

図１は、本発明のテスタの実施例を示す結線図である。
図において、電力機器１には接地線２が接続されており、この接地線２に電流トランス３が装着されている。電流トランス３の測定端子４には、常時は、保護継電回路５が接続されている。保護継電回路５の健全性を点検する作業では、保護継電回路５を測定端子４から切り離す。保護継電回路５の試験には、試験信号発生器１１が使用される。試験信号発生器１１は、事故電流波形を生成して保護継電回路５に供給する。保護継電回路５がこの事故電流波形に正常に対応する動作をすれば、点検が終了する。その後、保護継電回路５を測定端子４に接続するが、その前に、測定端子４間の導通試験あるいは抵抗測定試験を行う。

測定端子４の導通試験には、図の下側に示すディジタルテスタが使用される。測定端子４にはプローブ１２が接続される。このテスタは、付属回路２０と抵抗測定回路１５とディスプレイ１６とブザー回路１７を備える。測定端子４間の導通試験のときは、ロータリスイッチの接点１３と接点１４とが動作して、付属回路２０をプローブ１２と抵抗測定回路１５との間に挿入する。付属回路２０は、トライアック２１と電圧検出抵抗２２と電解コンデンサ２３とを備える。なお、テスタには、抵抗測定回路１５の他に、電圧測定回路や電流測定回路など様々な回路が含まれるが、この発明の説明に関係のない部分は図示およびその説明を省略した。

被測定機器としては、この実施例で説明する電流トランスのみならず、様々な電力機器を対象にすることができる。測定端子４は、被測定機器（ここでは電流トランス３）の測定対象となる端子である。測定時には、測定端子４と付属回路２０を、測定用のプローブ１２やケーブルで接続する。測定端子４間の端子電圧を検出する検出素子（ここでは電圧検出抵抗２２）は、測定端子４間に加わる誘導電圧が閾値まで上昇したときに、スイッチング素子（ここではトライアック２１）を動作させるためのもので、実施例の抵抗器の他に、コンデンサや半導体等の各種の素子を利用できる。

誘導電圧をできるだけ低く抑えるには、上記閾値は小さいほどよい。実施例のような回路で抵抗器を検出素子に用いて、スイッチング素子にトライアックを用いると、閾値はその特性上、自動的に１．７ボルト程度になる。スイッチング素子にサイリスタを用いると閾値は０．７ボルト程度になる。さらに閾値を下げたいときには、検出素子に直列にバイアス電源を接続して、例えば、測定端子間電圧が０．５ボルト以上でスイッチング素子が動作するというように制御することも可能である。

スイッチング素子（トライアック２１）は、検出素子（電圧検出抵抗２２）により検出された端子電圧が閾値を越えたときに、測定端子４間を短絡する機能を持つ。スイッチング素子には、実施例に示すトライアックの他、サイリスタ、トランジスタ、ＦＥＴ等の各種の半導体素子を使用することができる。電解コンデンサ２３からなるろ波回路は、このスイッチング素子のスイッチング動作により発生したサージ電圧を吸収して、測定端子４間の端子電圧を閾値以下に制限する機能を持つ。この電解コンデンサには、数千マイクロファラッド程度の大容量電解コンデンサ等が適する。

導通試験や抵抗値測定では、通常、測定端子４間に流れる電流値を検出する。ディジタルテスタでは、抵抗測定回路１５中に組み込まれたディジタル変換回路が、この電流値を所定のサンプリング周期でディジタル値に変換する。得られたディジタル値は電流値に対応するものであるから、抵抗値に換算する演算処理をしてから表示器に表示する。この演算処理器も抵抗測定回路１５に組み込まれている。表示器は液晶ディスプレイ１６等の結果出力用の装置である。なお、演算処理器は，複数のサンプリング結果から平均値を求めたり、最大値と最小値を除外する演算処理をすることが好ましい。

上記検出素子とスイッチング素子とろ波回路とを含む付属回路２０は、ディジタルテスタに外付けしてもよいし、内蔵させてもよい。付属回路２０を、内蔵させる場合には、テスタに多用されているレンジ切り替え器で、付属回路２０を測定端子４間に接続した状態と、接続端子４間から切り離した状態とを切り替えできるようにする。レンジ切り替え器には、上記のように、例えば、ロータリスイッチを用いればよい。

図２は、本発明のテスターの使用方法を示す説明図である。
図の斜視図に示したテスタ本体１０は、ディスプレイ１６とロータリスイッチ２５とを備えている。テスタ本体１０の側面に接続したプローブ１２を用いて、電圧、電流、電気抵抗などが測定できる。誘導電圧が高いと予測される機器の導通試験や電気抵抗測定の際には、ロータリスイッチ２５を回して、図の右側の、一点鎖線の円内に示したように、誘導電圧対応のレンジ表示２６が示されたレンジを選択する。テスタ本体１０の内部には、既に図１を用いて説明した付属回路２０が収容されている。もちろん、この付属回路は、市販のディジタルテスタの外付け回路として別体にしてもよい。

図の下側の、一点鎖線の円内に示したように、ロータリスイッチ２５を回して上記のレンジを選択すると、接点１３を介してプローブ１２と付属回路２０と抵抗測定回路１５とが接続される。プローブ１２を図１に示した測定端子４に接続すると、付属回路２０で誘導電圧が抑制されて、抵抗測定回路１５はその影響を受けない。導通試験のときは、ブザー回路１７が動作し、測定端子４間が導通していると、ブザー１８が鳴動する。電気抵抗測定の場合には、図１に示したディスプレイ１６（表示器）に抵抗値が表示される。なお、抵抗測定回路１５は、ディジタル変換回路３１と演算回路３５を備える。

図３は、本発明のテスタの動作を示す説明図である。（ａ）から（ｄ）の各グラフの縦軸は電圧、横軸は時間を示す。
（ａ）は測定端子４から入力する誘導電圧波形である。図の電圧波形３０の最大値Ｖ１は例えば約１０ボルトである。ここで、誘導電圧の閾値を１．７ボルトに設定しておく。電圧波形３０において、誘導電圧が０ボルトの状態から上昇を始めて１．７ボルトに達すると、図１の回路で、電圧検出抵抗２２がその電圧をトライアック２１のゲートに供給する。トライアック２１はこのタイミングでスイッチオンし、測定端子４間を短絡する。その結果、測定端子４間の電圧が図３（ｂ）の時刻ｔ１で急激に低下する。

図３（ｂ）の電圧波形３２において、トライアック２１は、誘導電圧の極性が反転する時刻ｔ２までオン状態を維持し、時刻ｔ１〜ｔ２の間、測定端子４間は短絡されたままになる。時刻ｔ２以後、トライアック２１はオフして、その後、誘導電圧がマイナス１．７ボルトに達すると、時刻ｔ３で再びトライアック２１がオンする。トライアック２１がオンしている間の測定端子４間の端子電圧Ｖ２は、閾値の１．７ボルト以下に抑えられる。

なお、図３の（ｂ）に示す電圧波形を可能な限り平滑化するために電解コンデンサ２３を設けている。その結果、図３（ｃ）に示すように、誘導電圧が、ピーク電圧Ｖ３が最大でも１．７ボルト程度の波形３３に抑制されて、ディジタルテスタの抵抗測定回路１５に入力する。このレベルの電圧では、抵抗測定回路１５の正常な動作を妨げることがない。

直流抵抗測定端子間の交流誘導電圧の影響を除去するために、大容量コンデンサ等のローパスフィルタを使用するだけであれば、直流的に見て、測定端子４間は絶縁されている。一方、本発明では、測定端子４間に並列にその回路を短絡するスイッチを挿入している。従って、スイッチング素子が測定端子間を短絡するタイミングと、抵抗測定回路１５のディジタル変換回路３１が電流値をサンプリングしてディジタル値に変換するタイミングとが完全に一致すると、測定端子に接続された機器とスイッチング素子の並列回路の抵抗値を測定することになり、測定結果に誤差が発生する。導通試験では、測定端子間が導通していなくても、導通しているという結果が出てしまう。

そこで、スイッチング素子が測定端子間を短絡している期間以外の期間で測定をした抵抗値を測定値として採用するように制御する必要がある。この実施例では、その一つの対策を説明する。例えば、図３（ｂ）に示す電圧波形３２を微分回路に導くと、図３（ｄ）に示すようなパルス信号３４が得られる。これは、ちょうど、トライアック２１がオンする直前に立ち上がり、オンしたタイミングで立ち下がる信号である。このパルスの立ち上がりのタイミングで、ディジタル変換回路３１が電流値をサンプリングしディジタル変換すると、精度の高い装置が可能である。

なお、例えば、ディジタルテスタのサンプリング周期が、誘導電圧の周期である商用周波数よりも十分に短く設定されているときは、スイッチング素子がオンしている間の測定データを無効にするとよい。また、一定時間サンプリングして収集した結果の平均値を測定値として出力する方式をとるテスタの場合には、測定値が最小値を示すデータ群を自動的に削除するように制御するとよい。

例えば、測定端子間の抵抗値が２オームであるとする。スイッチング素子がオンしているときは測定端子間の抵抗値はほぼ０オームである。従って、サンプリングしたデータには、２オーム近傍の測定値群と０オーム近傍の測定値群とが混在する。このとき、演算回路３５が、後者の測定値群を除外して、平均値を算出して、測定結果にするとよい。既存のディジタルテスタには、自動的に最大値と最小値とを除外して測定値を算出する機能を持つものがある。この機能を持つディジタルテスタには、上記の付属回路をそのまま外付けして、精度の高い測定が可能になる。即ち、本発明の付属回路は、既存のディジタルテスタの機能をそのまま利用して、誘導電圧を抑制して抵抗測定を可能にするという効果がある。

実際に、各種のテスタを使用して、き電設備の各部に接続した電流トランスの、端子間の電気抵抗を測定した。従来のディジタルテスタと本発明によるディジタルテスタとで測定して、その結果を比較した。従来のディジタルテスタは本発明による付属回路を備えていない。電流トランスの測定端子間で、誘導電圧は約６ボルトであった。従来のディジタルテスタでは、オーバーレンジとなり、測定不能なもの、測定値が安定せず測定データとして採用できないもの、異常に高い抵抗値を示すものがあった。従って、いずれも採用できなかった。一方、本発明のディジタルテスタでは、誘導電圧が４．５ボルト〜７．７ボルトの範囲であっても、いずれも、１．０オームという安定した測定値を得た。

ディジタルテスタはアナログテスタに比べて精度が高く、データの読み取りも簡単で取り扱いが容易である。また、小型軽量で高性能なものが市販されている。以上説明した本発明により、ディジタルテスタが誘導電圧の高い高圧機器の導通試験や抵抗測定にも利用できるようになるので、この種の点検管理業務の、いっそうの効率化を図ることが可能になる。

本発明のテスタの実施例を示す結線図である。 本発明のテスタの使用方法を示す説明図である。 本発明のテスタの動作を示す説明図である。

符号の説明

１ 電力機器
２ 接地線
３ 電流トランス
４ 測定端子
５ 保護継電回路
１０ テスタ本体
１１ 試験信号発生期
１２ プローブ
１３ 接点
１４ 接点
１５ 抵抗測定回路
１６ ディスプレイ
１７ ブザー回路
２０ 付属回路
２１ トライアック
２２ 電圧検出抵抗
２３ 電解コンデンサ
２５ ロータリスイッチ
２６ レンジ表示

Claims (5)

1. 被測定機器を接続する測定端子と、
   この測定端子間に接続された、端子電圧を検出する検出素子と、
   この検出素子により検出された端子電圧が閾値を越えたときに、前記測定端子間を一時的に短絡するスイッチング素子と、
   このスイッチング素子のスイッチング動作により生じた電圧を平滑化して、前記測定端子間の端子電圧を前記閾値以下に制限するろ波回路とを備えたことを特徴とする、ディジタルテスタの付属回路。
2. 被測定機器を接続する測定端子と、
   この測定端子間に接続された、端子電圧を検出する検出素子と、
   この検出素子により検出された端子電圧が閾値を越えたときに、前記測定端子間を短絡するスイッチング素子と、
   このスイッチング素子のスイッチング動作により生じた電圧を平滑化して、前記測定端子間の端子電圧を前記閾値以下に制限するろ波回路と、
   前記測定端子間に流れる電流値をディジタル値に変換するディジタル変換回路と、
   前記ディジタル値に対して所定の演算処理を行った結果を表示する表示器とを備えたことを特徴とするディジタルテスタ。
3. 請求項２に記載のディジタルテスタにおいて、
   前記検出素子とスイッチング素子とろ波回路とを含む付属回路を、前記測定端子間に接続した状態と、前記接続端子間から切り離した状態とを切り替える、レンジ切り替え器を設けたことを特徴とするディジタルテスタ。
4. 請求項２に記載のディジタルテスタにおいて、
   前記スイッチング素子が前記測定端子間を短絡している期間を除くタイミングで、前記ディジタル変換回路が電流値をディジタル変換することを特徴とするディジタルテスタ。
5. 請求項２に記載のディジタルテスタにおいて、
   前記スイッチング素子が前記測定端子間を短絡している期間に、前記ディジタル変換回路が電流値をディジタル変換して得られた測定値を無効にすることを特徴とするディジタルテスタ。

Images