JP3196974B2 - 検電器 - Google Patents

検電器

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、導電性の被検電物、例
えば鉄道のトラフに収容されたケーブルに印加された電
圧信号を検出する検電器及び検電器の入力回路に関す
る。
【0002】
【従来の技術】通常、鉄道のトラフには、数十本のケー
ブルが収容されており、これらケーブルの中には、経時
変化によって寿命がきたり、障害が発生して使用できな
いものが含まれていることがある。このような状態で、
新たにケーブルを敷設する場合、上記不要なケーブルを
撤去しないと、新たなケーブルを敷設できないことが多
くある。ところが、このような場合に、どのケーブルが
必要で、どのケーブルが不要か判らないために、不要ケ
ーブルを撤去できなくなることが非常に増え、また使用
しているケーブルを誤って撤去してしまう事故も発生し
ており、任意の場所でトラフの蓋を開けて特定のケーブ
ルを捜し出すことができる装置が要望されていた。
【0003】従来では、上記要望に対し、撤去する目標
ケーブル10の心線に特定の電圧信号(信号電圧VS
を印加し、図8に示すように、ケーブル10の心線と信
号電極11との静電結合容量を利用する検電器によっ
て、上記特定電圧信号を検出して目標ケーブル10を確
認する方法があった。なお、13は、絶縁層を示す。上
記検電器の等価回路は、図9に示すようになり、その静
電容量は、非常に小さい(通常0.1[PF])ので、
通常入力インピーダンスの非常に高いJ(Junction)F
ETオペアンプ(又はJFETトランジスタ)12が用
いられる。検電器の入力回路14の入力インピーダンス
INは、オペアンプ12の入力インピーダンスと同じ
で、1012[Ω]である。図9の等価回路を用いて入力
電圧VINを求めると、 VIN=VS ・RIN/(RIN+ZA ) 但し、ZA :結合容量CA のインピーダンス となる。ここで、例えば印加する信号電圧VS の周波数
が10[KHZ ]で、結合容量CA が0.1[PF]の
場合には、インピーダンスZA は約160[MΩ]であ
る。また、RIN≫ZA なので、入力電圧VINはほぼ信号
電圧VS に等しくなる。このような検電器は、感度が非
常に高いので、通常のAC100[V]、50[HZ
を使うケーブルの検出に用いられていた。なお、15
は、印加電圧を示す。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記装置で
は、作業者に危害を与えないために、ケーブルに印加す
る特定周波数の信号電圧の振幅はかなり低く、通常約±
10[V]の範囲である。しかし、同じトラフ内には、
使用中のケーブルもあるので、電源電圧からの50[H
Z ]のノイズは非常に強く、この結果上記50[HZ
のノイズとケーブルに印加した特定周波数の信号電圧を
同時に入力回路が検出する。ここで、入力回路のオペア
ンプの電源は±15[V]を使っている。このため、V
INがVS と同じ設定の場合には、RINが大きすぎると、
±150[V]、50[HZ ]のノイズは簡単に入力回
路の出力電圧を飽和してしまって、上記50[HZ ]の
ノイズ信号上に乗っている、上記印加された特定周波数
の信号電圧を検出できなくなるという問題点があった。
【0005】そこで、信号電極とオペアンプの間に数1
0[MΩ]の抵抗を並設させる装置も考えられるが、こ
の場合には、上記小型の抵抗の製作がかなり困難であ
り、また複数の特定周波数の信号電圧を用いる場合に
は、信号周波数によって検出される信号電圧の大きさが
異なるという問題点があった。また、信号電極とオペア
ンプの間に数[PF]のコンデンサを並列に接続する装
置も考えられる。この場合には、検電器の信頼性、安定
性を高めるため、オペアンプを金属管内に内蔵させて、
樹脂でモールドする方法が用いられるが、小さい金属管
の中に上記オペアンプの他にコンデンサも同時に入れな
ければならず、組立に手間がかかるという問題点があっ
た。また、信号電極は、方向性を持たないので、あらゆ
る方向から信号電圧或いはノイズを検出してしまい、測
定ケーブルの識別には不向きであった。
【0006】本発明は、上記問題点に鑑みなされたもの
で、ケーブル等の被検電物に印加された特定周波数の信
号電圧を容易に検出できる検電器及び検電器の入力回路
を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、導電性の被検
電物の絶縁被覆体に信号電極を接触させて該被検電物に
直接印加された電圧信号を、前記被検電物と信号電極と
間の静電結合容量から検出する入力回路を備えた検電
器において、前記信号電極に絶縁層を介してアース電極
を付設すると共に、前記入力回路を囲繞する金属筒を上
記アース電極と一体に設け、前記入力回路の入力端に並
列に作用させて該入力回路の入力インピーダンスを決め
大容量のコンデンサを前記信号電極と上記アース電極
との間に等価的に形成した検電器が提供される。
【0008】
【作用】2つの導体(或いは導電性箔)である信号電極
とアース電極とによって等価的に形成されたコンデンサ
を、入力回路に並列に接続させ、被検電物に印加された
電圧信号を検出する。従って、コンデンサの容量を静電
結合容量の数十倍にすると、静電結合容量のインピーダ
ンスの大きさは、コンデンサ容量のインピーダンスのお
よそ数十倍なので、入力電圧は、印加された信号電圧の
数十倍の1になり、この結果50[H Z ]のノイズによ
る入力回路の出力電圧の飽和を防止することができる。
【0009】
【実施例】本発明の実施例を図1乃至図7の図面に基づ
き説明する。図1は、本発明に係る検電器の原理を示す
原理図である。図において、上記検電器では、ケーブル
20に絶縁層23を介して接触した信号電極21とアー
ス電極22は、2枚の金属板からなり、上記信号電極2
1とアース電極22の間に絶縁層23を介在させ、か
つ、上記アース電極22の中央部に小さい穴24を開け
て、信号電極21のリード線25を通過させる。上記リ
ード線25は、JFETオペアンプで構成したボルテー
ジフォロワ回路26の入力端子に接続させる。
【0010】図2の検電器の等価回路に示すように、信
号電極21とアース電極22は、検電器の入力回路27
に並列に接続されたコンデンサ28を形成しており、そ
の容量CINは、 CIN=Kε×8.855×10-12 ×S/d …(1) 但し、S:金属板の面積 d:絶縁層の厚さ Kε:絶縁層の比誘電率 で求められる。なお、図2において、VS はケーブルに
印加される信号電圧、V INは入力電圧、CA は静電結合
容量、RINはボルテージフォロワ回路26からなる入力
回路27の入力インピーダンス、29は印加電圧であ
る。
【0011】図1に示した検電器の具体的な実施例は、
図3(a) ,(b) に示すような構成になる。なお、図3に
おいて、図1と同様の構成部分については、同一符号と
する。また、図4乃至図7も、説明の都合上、同一符号
とする。図3において、信号電極21、絶縁層23及び
アース電極22は、それぞれ長方形状に形成され、上記
アース電極22には円筒状の金属板30が固設されてい
る。上記金属板30内には、検電器の信頼性、安定性を
高めるため、オペアンプ26を内蔵させて、絶縁樹脂3
1でモールドしている。
【0012】図3に示した実施例では、例えば信号電極
21とアース電極22の金属板の面積Sは、16[m
m]×30[mm]=480[mm2 ]で、絶縁層23
は、プラスチックのフィルムを使い、その厚さdは、
0.5[mm]で、比誘電率Kεは、2である。この場
合には、信号電極21とアース電極22とで形成される
コンデンサの容量CINは、(1) 式より、約17[PF]
となる。
【0013】上記容量CINの大きさは、およそ静電結合
容量CA の十数倍から数十倍が望ましい。ここで、容量
INのインピーダンスをZINとすると、ZIN<結合容量
AのインピーダンスZA なので、ZIN≪入力回路27
の入力インピーダンスRINとなるのは、明らかである。
それゆえに、入力電圧VINの近似値は、 VIN=VS ・ZIN/(ZIN+ZA ) で求められ、インピーダンスZA の大きさは、インピー
ダンスZINのおよそ数十倍なので、入力電圧VINは、印
加された信号電圧VS の数十倍の1になり、この結果5
0[HZ ]のノイズによる入力回路27の出力電圧を飽
和することが完全に不可能になる。もちろん、検出され
る信号電圧も数十倍の1になるが、図示しないバンドパ
スフィルタで信号電圧以外のノイズをカットした後、増
幅回路で簡単に増幅させることができる。また、インピ
ーダンスZINとZA は、信号周波数によって同じように
変動するので、入力電圧VINは信号周波数によらず、図
示しない後の信号処理には好都合となる。
【0014】従って、本実施例では、信号電極とアース
電極とによって等価的に形成されたコンデンサを、入力
回路に並列に接続させ、上記コンデンサの容量を静電結
合容量の数十倍にすると、静電結合容量のインピーダン
スの大きさは、コンデンサ容量のインピーダンスのおよ
そ数十倍なので、入力電圧は、印加された信号電圧の数
十倍の1になり、この結果50[HZ ]のノイズによる
入力回路の出力電圧の飽和を防止することができ、ケー
ブルに印加された電圧信号を検出することができる。
【0015】なお、本発明に係る検電器の具体的な実施
例を図3に示したが、本発明はこれに限らず、例えば図
4に示すように、アース電極と円筒状の金属板を一体に
して金属ケース32を形成したもの、図5に示すよう
に、信号電極21にプラスチックケース33を付設し、
上記プラスチックケース33の内壁に金属メッキ34を
施したもの、図6(a) ,(b) に示すように、信号電極2
1を円板状に形成し、上記信号電極21に円筒状のアー
ス電極22を付設したもの、図7(a) ,(b) に示すよう
に、被測定対象物であるケーブル20にぴったりと付設
できるように、信号電極21、絶縁層23及びアース電
極22を湾曲させたもの等を用いても良い。また被測定
対象物は、通常の電線等のケーブルの他、例えば鉄パイ
プ、プラスチックパイプの上に鉄線を巻き付けた鉄線鎧
装プラスチックパイプ、橋等のテンションワイヤーとし
て使用される鋼撚線(スチールワイヤー)、及び金属補
強流体輸送管等の導電性の被検電物であれば、本発明に
係る検電器による電圧信号の検出が可能となる。
【0016】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明では、導
電性の被検電物の絶縁被覆体に信号電極を接触させて
被検電物に直接印加された電圧信号を、前記被検電物と
信号電極との間の静電結合容量から検出する入力回路を
備えた検電器において、前記信号電極に絶縁層を介して
アース電極を付設すると共に、前記入力回路を囲繞する
金属筒を上記アース電極と一体に設け、前記入力回路
入力端に並列に作用させて該入力回路の入力インピーダ
ンスを決める大容量のコンデンサを前記信号電極と上記
アース電極との間に等価的に形成するので、ケーブル等
の被検電物に印加された特定周波数の信号電圧を容易に
検出できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る検電器の原理を示す原理図であ
る。
【図2】図1に示した検電器の等価回路を示す図であ
る。
【図3】図1に示した検電器の一実施例を示す図であ
る。
【図4】図1に示した検電器の他の実施例を示す図であ
る。
【図5】図1に示した検電器の他の実施例を示す図であ
る。
【図6】図1に示した検電器の他の実施例を示す図であ
る。
【図7】図1に示した検電器の他の実施例を示す図であ
る。
【図8】従来の検電器の原理を示す原理図である。
【図9】図8に示した検電器の等価回路を示す図であ
る。
【符号の説明】
10,20 ケーブル 11,21 信号電極 12,26 ボルテージフォロワ回路(オペアンプ) 13,23 絶縁層 14,27 入力回路 22 アース電極 28 コンデンサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01R 15/00 - 17/22 G01R 31/02 - 31/06

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 導電性の被検電物の絶縁被覆体に信号電
    極を接触させて該被検電物に直接印加された電圧信号
    を、前記被検電物と信号電極との間の静電結合容量から
    検出する入力回路を備えた検電器において、 前記信号電極に絶縁層を介してアース電極を付設すると
    共に、前記入力回路を囲繞する金属筒を上記アース電極
    と一体に設け、 前記入力回路の入力端に並列に作用させて該入力回路の
    入力インピーダンスを決める大容量のコンデンサを前記
    信号電極と上記アース電極との間に等価的に形成した
    とを特徴とする検電器。
  2. 【請求項2】 前記入力回路は、高入力インピーダンス
    のオペアンプからなり、 前記信号電極とアース電極との
    間に等価的に形成されるコンデンサは、前記被検電物と
    信号電極との間の静電結合容量に比較して十分に高い容
    量を有するものである請求項1に記載の検電器。
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