JP2005214689A - 非接触電圧測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 結合容量の変動を軽減すると共に測定電極が誤って危険な生きた金属部に接触しても検出回路が同電位になることのない非接触電圧測定装置を実現する。
【解決手段】 芯線が絶縁被覆された電線を一対の検出プローブで挟み、前記芯線に印加される電圧を非接触で測定する非接触電圧測定装置において、前記検出プローブとこの検出プローブが検出した電気信号に基づいて前記芯線に流れる電気信号を演算する電圧測定部の間に直列に補助コンデンサを設けた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、芯線が絶縁被覆された電線の芯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、絶縁被覆された電線を挟む検出プローブと絶縁被覆された芯線の間に形成される結合容量の安定化を図った非接触電圧測定装置に関するものである。

絶縁被覆電線の芯線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芯線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次のようなものが知られている。

特開２００１−２５５３４２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４（ａ，ｂ，ｃ）は従来の非接触電圧測定装置の一例を示す構成図で、図（ａ）は検出プローブと絶縁被覆電線の関係を示す正面図、図（ｂ）は同じく平面図、図（ｃ）は図（ａ）の等価回路図である。

図４（ａ，ｂ）において、電圧測定部１は電線３の芯線２を取り囲む絶縁被覆３ａを挟んで設けられた検出プローブ４に接続されている。電圧測定部１は、電圧検出回路５とこの電圧検出回路５にかかる電圧を検出する電圧検出器６により構成されている。電圧検出回路５は、電圧検出回路５自体の静電容量を変更することができる。

図４（ｃ）の等価回路において、芯線２に被測定電圧Ｖｘが印加されており、芯線２と検出プローブ４の間には結合容量Ｃｘが存在する。検出回路５にはＣ１，Ｃ２からなる既知容量の基準コンデンサが並列に接続されている。これらの基準コンデンサの一方は結合容量Ｃｘ及び増幅器７の一端に接続され、他方はスイッチ８によりいずれかの基準コンデンサが選択されて接地されるようになっている。増幅器７の他端には検出器６が接続されている。

上述の構成において、未知の結合容量Ｃｘは検出回路５の基準コンデンサＣ１，Ｃ２を交互にスイッチ８で選択することにより増幅器７の出力Ｖ１，Ｖ２を求め、連立方程式を立てて測定対象の被測定電圧Ｖｘを検出器６により演算して求めている。なお、電圧測定部１と大地との間には浮遊容量があり、この浮遊容量も被測定電圧Ｖｘの測定値に影響を与えるが、ここでは、連立方程式が簡略化できること、接地した場合でも低電圧電路が対象であれば十分安全性が確保されるので省略する。

ところで、未知の結合容量としての静電容量Ｃｘは被測定電線の線径・材質・汚れ・周囲温度・電極の固定状態など種々の条件により必ずしも安定しているとは限らない。
結合容量が安定しないと測定電圧の分圧比が変化することから、測定パラメータや連立方程式の信頼性が低下する。その結果、演算して求めた測定値の信頼性が低いという問題があった。

更に、測定対象が存在する例えば配電盤などの付近には被覆がない危険な生きた金属部（例えば裸電線など）が混在する場合がある。そのような場所では誤って測定電極と危険な生きた金属部が接触する危険性があり、接触した場合、検出回路は危険な生きた金属部の電圧と同電位になるため、オペレータが装置を操作中に感電する恐れがあるという問題があった。

図５（ａ，ｂ，ｃ）は上記従来例の非接触電圧測定装置の一例を示すもので、図５（ａ）は検出プローブ４の要部断面図、図５（ｂ，ｃ）は等価回路図である。
図５（ａ）に示すように、検出プローブ４は表面に露出した測定電極８及び絶縁部材９でコーティングされたシールド１０により形成されている。

図５（ｂ）の等価回路図は検出プローブ４と被測定電線３の間に結合容量Ｃｘのほかに結合容量の変化分Ｃｙが存在することを示している。また、図５（ｃ）は測定電極が危険な生きている金属部１１に接触した状態を示している。なお、図５（ｂ，ｃ）では検出回路５の基準コンデンサは可変コンデンサとして示している。
従って、本発明が解決しようとする課題は、結合容量の変動を軽減すると共に測定電極８が誤って裸電線のような危険な生きた金属部に接触しても検出回路５が同電位になることのない安全な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、
芯線が絶縁被覆された電線を一対の検出プローブで挟み、前記芯線に印加される電圧を非接触で測定する非接触電圧測定装置において、前記検出プローブとこの検出プローブが検出した電気信号に基づいて前記芯線に流れる電気信号を演算する電圧測定部の間に直列に補助コンデンサを設け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、前記補助コンデンサは検出プローブに設け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、
前記補助コンデンサは前記検出プローブの一部を構成する絶縁部材を前記絶縁被覆部分に接する測定電極と導電部材で挟んで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３によれば、
芯線が絶縁被覆された電線を一対の検出プローブで挟み、前記芯線に印加される電圧を非接触で測定する非接触電圧測定装置において、前記検出プローブとこの検出プローブが検出した電気信号に基づいて前記芯線に流れる電気信号を演算する電圧測定部の間に直列に補助コンデンサを設け、補助コンデンサは検出プローブの一部を構成する絶縁部材を絶縁被覆部分に接する測定電極と導電部材で挟んで構成したので、結合容量の変化を軽減すると共に測定電極が誤って危険な生きた金属部（例えば裸電線など）に接触しても検出回路が同電位になることのな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及び等価回路を示すものである。これらの図において図４，５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、検出プローブ４ａにはシールド１０と測定電極８の間の絶縁部材９中に補助コンデンサ電極としての導電部材１５が設けられ、測定電極８と導電部材１５の間に所定容量の補助コンデンサが形成されている。

図２の等価回路は結合容量Ｃｘと電圧測定装置１の間に補助コンデンサＣａが形成されている状態を示している。このような構成によれば、測定電極８と導電部材１５間で使用する絶縁部材として適切なものを用いる（実施例ではポリプロピレン）ことで安定したコンデンサが形成可能となる。

結合容量Ｃｘは測定電極８の形状と測定対象の被測定電線（図４ａ参照）から、おおよその範囲が決定される。図２に示すように結合容量の最大値程度の安定した補助コンデンサを直列に挿入することで、電線との結合容量の変動値の影響を半分以下に薄めることができるので安定した測定状態を維持することができる。
検出回路５と被測定電線３間の容量は、以下の式で表される

検出回路５の基準コンデンサと上記の合成容量で測定電圧が分圧され、電圧測定部１に印加される。

補助コンデンサＣａの一端は等価的に検出回路５に接続されるが、測定電極８とは絶縁部材で分離されているため誤って測定電極が危険な生きた金属部に触れても電圧測定部に危険な電圧が印加されることがない。また、このような補助コンデンサは安全対策としてプローブの沿面・離間などを設計する際の自由度が高く、構造的に寄生容量や浮遊容量の影響を少なくすることができる。

図３aは結合容量Ｃｘが１〜１０ｐＦの範囲の場合、補助コンデンサの容量Ｃａを１０ｐＦにした場合の合成容量Ｃtotalの計算値を表している。このＣｘの範囲では、結合容量Ｃｘの値が１％変動した場合（結合容量の変動分Ｃｙ＝±Ｃｘ×0.01の場合）、合成容量Ｃtotalとして変化する割合を計算すると図３bの値となる。補助コンデンサＣａがない場合は、Ｃｘの変化分Ｃｙにより測定電圧は1％の影響が生じる。一方、補助コンデンサＣａがある場合は、Ｃｘの変化分Ｃｙは合成容量Ｃtotalとして吸収されるため、結合容量の変動の割合は最大半分以下に圧縮されることが分かる。

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。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。 本発明の非接触電圧測定装置の等価回路図である。 本発明による補助コンデンサを設けた場合の結合容量と合成容量の誤差の計算結果を示す図である 従来の非接触電圧測定装置の一例を示す要部構成図及び等価回路図である。 従来の非接触電圧測定装置での検出プローブと結合容量の変動分を考慮した等価回路の一例を示す図である。

符号の説明

１ 電圧測定部
２ 芯線
３ 絶縁被覆
４ 検出プローブ
５ 検出回路
６ 検出器
７ 増幅器
８ 測定電極
９ 絶縁部材
１０ シールド
１１ 危険な生きている金属部

Claims (3)

1. 芯線が絶縁被覆された電線を一対の検出プローブで挟み、前記芯線に印加される電圧を非接触で測定する非接触電圧測定装置において、前記検出プローブとこの検出プローブが検出した電気信号に基づいて前記芯線に流れる電気信号を演算する電圧測定部の間に直列に補助コンデンサを設けたことを特徴とする非接触電圧測定装置。
2. 前記補助コンデンサは検出プローブに設け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. 前記補助コンデンサは前記検出プローブの一部を構成する絶縁部材を前記絶縁被覆部分に接する測定電極と導電部材で挟んで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。
   

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