JP4611774B2

JP4611774B2 - 非接触型電圧検出方法及び非接触型電圧検出装置

Info

Publication number: JP4611774B2
Application number: JP2005061187A
Authority: JP
Inventors: 秀紀伊藤; 隆一小林; 淳司飯島
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone East Corp; Hioki EE Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone East Corp; Hioki EE Corp
Priority date: 2005-03-04
Filing date: 2005-03-04
Publication date: 2011-01-12
Anticipated expiration: 2025-03-04
Also published as: JP2006242855A

Description

本発明は、ケーブル導体上の信号、雑音等の電圧測定を行うための非接触型電圧検出方法及び非接触型電圧検出装置に関する。

情報通信装置は、半導体技術の進歩とともに高密度、高集積、大静電容量、低電圧駆動化が進んできている。また、複数の装置間を結ぶ接続ケーブルの増加や装置接続形態の複雑化も進んできている。そのため、装置に接続されるケーブルと大地間に、誘導等により発生したコモンモードの電磁妨害波が、ケーブルを伝搬して装置に侵入し故障を発生させる現象が生じている。特に大静電容量化により、１回の故障の与える社会的影響は大きくなり、また低電圧駆動化により、故障も発生しやすくなっている。このケーブルを伝搬する電磁妨害波を伝導性妨害波と呼び、この伝導性妨害波による装置の故障をなくすことが重要な課題となっている。

このような伝導性妨害波の対策のためには、装置に侵入する妨害波の電圧・電流を測定する必要がある。すなわち、妨害波による装置の誤動作の状況を把握するためには、サービス運用状態での妨害波の電圧・電流測定が必要である。
そこで、ケーブルを伝搬する伝導性妨害波、特に、大地との間に発生するコモンモード電圧を効率良く、しかも運用状態で通信信号に影響を与えず、簡便で精度良く測定できる電圧プローブ装置が提案されている（特許文献１、２参照）。

特許文献２に記載されている非接触型電圧プローブ装置のセンサ部の構成および、センサ部及びプローブ部を含む等価回路を図１０に示す。図１０（ａ）は、電圧プローブ装置のセンサ部の概略構成を示しており、同図において、センサ部１００は、円筒形に形成された内部電極１０１と、該内部電極１０１の外側に同軸に、かつ円筒形状に形成された外部電極１０２と、内部電極１０１の内側に配置され、被測定対象となるケーブルを挿通する貫通孔１０４を有するケーブル固定部１０３とを有している。ケーブル固定部１０３は絶縁材で形成され、その貫通孔１０４には被測定ケーブル１が挿通された状態にある。

ここで、被測定ケーブル１には大地との間に電圧Ｖｍが発生しているものとする。また、センサ部１００の外部電極１０２は接地されており、被測定ケーブル１と内部電極１０１との間には静電容量Ｃ０１が形成され、内部電極１０１と外部電極１０２との間には静電容量Ｃ０２が形成されている。
電圧プローブ装置のセンサ部１００及びプローブ部１１０の等価回路を図１０（ｂ）に示す。図１０（ｂ）において、Ｃinはプローブの入力容量、Ｒinはプローブの入力抵抗である。
図１０（ｂ）の等価回路から、上記電圧プローブ装置におけるプローブより出力される電圧Ｖoutは、

となる。ここで、式（１）において、ω（Ｃ1＋Ｃ２＋Ｃin）Ｒin≫１とすると、式（１）は、

となる。
特開平８−１４６０４６号公報特開２００３−９８１９４号公報

しかしながら、特許文献２に示す非接触型電圧プローブ装置にあっては、式（２）から明らかなように、測定電圧Ｖｍの検出感度は、センサ部１００における内部電極１０１に対する被測定ケーブル１の測定時における設置位置や、被測定ケーブル１の導体径、被測定ケーブル１の被覆部を形成する絶縁物の誘電率により、静電容量Ｃ０１の大きさが変化するために、左右され、被測定ケーブルの導体上に発生している電圧Ｖｍを正確に測定することができないという問題が有った。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、被測定ケーブルの電圧測定における被測定ケーブルと、電圧プローブの非接触電極との間の位置の変化に起因する検出感度の影響を除去し、被測定ケーブルの導体上に発生している電圧（コモンモード電圧）を正確に測定することができる非接触型電圧検出方法及び非接触型電圧検出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、少なくとも１線以上の被測定導体を有するケーブルと静電容量を形成する内部電極と、該内部電極と既知の静電容量を形成する外部電極とを有し、前記ケーブルの被測定導体に発生するコモンモード電圧を検出するための電圧プローブを二つ、使用し、前記二つの電圧プローブの外部電極間に既知の交流試験電圧を印加したときと、前記二つの電圧プローブにおける外部電極を同電位に設定したときの、前記二つの電圧プローブの各々における内部電極と外部電極とに発生する電圧を測定し、前記交流試験電圧をＶｔ、前記二つの電圧プローブの各々における内部電極と外部電極との間に形成される静電容量をＣＡ、ＣＢ、前記二つの電圧プローブの外部電極間に前記交流試験電圧を印加したときに測定した前記一の電圧プローブにおける内部電極と外部電極とに発生する電圧をＶｔ２、前記二つの電圧プローブにおける外部電極を同電位に設定したときに測定した前記二つの電圧プローブの各々における内部電極と外部電極とに発生する電圧をＶｓ１、Ｖｓ２とするとき、前記コモンモード電圧Ｖｍを、

によって演算して求めることを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、円筒形に形成された内部電極と、該内部電極の外側に同軸に、かつ円筒形状に形成された外部電極と、前記内部電極の内側に配置され、被測定対象となるケーブルを挿通するケーブル固定部とを有する電圧プローブを二つ、使用して前記ケーブルに発生するコモンモード電圧を測定する非接触型電圧検出方法であって、前記二つの電圧プローブのケーブル固定部に前記ケーブルを挿通させ、前記二つの電圧プローブにおける外部電極に既知の交流試験電圧を印加したときと、前記二つの電圧プローブにおける各外部電極を同電位に設定したときの、前記二つの電圧プローブの各々における内部電極と外部電極との間に発生する電圧を１回、測定し、前記交流試験電圧をＶｔ、前記二つの電圧プローブの各々における内部電極と外部電極との間に形成される静電容量をＣＡ、ＣＢ、前記二つの電圧プローブの外部電極間に前記交流試験電圧を印加したときに測定した前記一の電圧プローブにおける内部電極と外部電極とに発生する電圧をＶｔ２、前記二つの電圧プローブにおける外部電極を同電位に設定したときに測定した前記二つの電圧プローブの各々における内部電極と外部電極とに発生する電圧をＶｓ１、Ｖｓ２とするとき、前記コモンモード電圧Ｖｍを、

によって演算して求めることを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、円筒形に形成された内部電極と、該内部電極の外側に同軸に、かつ円筒形状に形成された外部電極と、前記内部電極の内側に配置され、被測定対象となるケーブルを挿通するケーブル固定部とを有する電圧プローブを二つ、使用して前記ケーブルに発生するコモンモード電圧を測定する非接触型電圧検出方法であって、前記二つの電圧プローブのケーブル固定部に前記ケーブルを挿通させ、前記二つの電圧プローブにおける外部電極に既知の交流試験電圧を印加したときと、前記二つの電圧プローブにおける各外部電極を同電位に設定したときの、前記二つの電圧プローブの各々における内部電極と外部電極との間に発生する電圧を複数回、測定し、測定毎の、前記交流試験電圧をＶｔ、前記二つの電圧プローブの各々における内部電極と外部電極との間に形成される静電容量をＣＡ、ＣＢ、前記二つの電圧プローブの外部電極間に前記交流試験電圧を印加したときに測定した前記一の電圧プローブにおける内部電極と外部電極とに発生する電圧をＶｔ２、前記二つの電圧プローブにおける外部電極を同電位に設定したときに測定した前記二つの電圧プローブの各々における内部電極と外部電極とに発生する電圧をＶｓ１、Ｖｓ２とするとき、前記コモンモード電圧Ｖｍを、

によって複数、演算し、該演算された複数のコモンモード電圧Ｖｍを統計処理して得られる値を前記コモンモード電圧の真値とすることを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の非接触型電圧検出方法において、前記二つの電圧プローブを一体型に構成したことを特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は、少なくとも１線以上の被測定導体を有するケーブルと静電容量を形成する内部電極と、該内部電極と既知の静電容量を形成する外部電極とを有し、前記ケーブルの被測定導体に発生するコモンモード電圧を検出するための二つの電圧プローブと、前記二つの電圧プローブの各々における内部電極と外部電極との間の電圧を検出する電圧検出手段と、前記二つの電圧プローブにおける外部電極に既知の交流試験電圧または同電位を供給する電圧供給手段と、前記二つの電圧プローブのケーブル固定部に前記ケーブルを挿通させた状態で、前記二つの電圧プローブにおける外部電極に前記交流試験電圧を供給し、または前記二つの電圧プローブにおける外部電極を同電位に設定するように前記電圧供給手段を制御する制御手段と、前記電圧供給手段によって供給された前記交流試験電圧をＶｔ、前記二つの電圧プローブの各々における内部電極と外部電極との間に形成される静電容量をＣＡ、ＣＢ、前記二つの電圧プローブの外部電極間に前記交流試験電圧を印加したときに測定した前記一の電圧プローブにおける内部電極と外部電極とに発生する電圧をＶｔ２、前記二つの電圧プローブにおける外部電極を同電位に設定したときに測定した前記二つの電圧プローブの各々における内部電極と外部電極とに発生する電圧をＶｓ１、Ｖｓ２とするとき、前記コモンモード電圧Ｖｍを、

によって演算して求める演算処理手段とを有することを特徴とする非接触型電圧検出装置である。

また、請求項６に記載の発明は、円筒形に形成された内部電極と、該内部電極の外側に同軸に、かつ円筒形状に形成された外部電極と、前記内部電極の内側に配置され、被測定対象となるケーブルを挿通するケーブル固定部とを有する二つの電圧プローブと、前記二つの電圧プローブの各々における内部電極と外部電極との間の電圧を検出する電圧検出手段と、前記二つの電圧プローブにおける外部電極に既知の交流試験電圧または同電位を供給する電圧供給手段と、前記二つの電圧プローブのケーブル固定部に前記ケーブルを挿通させた状態で、前記二つの電圧プローブにおける外部電極に前記交流試験電圧を供給し、または前記二つの電圧プローブにおける外部電極を同電位に設定するように前記電圧供給手段を制御する制御手段と、前記電圧供給手段によって供給された前記交流試験電圧をＶｔ、前記二つの電圧プローブの各々における内部電極と外部電極との間に形成される静電容量をＣＡ、ＣＢ、前記二つの電圧プローブのケーブル固定部に前記ケーブルを挿通させた状態で、前記電圧検出手段により１回だけ検出された、前記二つの電圧プローブの外部電極間に前記交流試験電圧を印加したときの前記一の電圧プローブにおける内部電極と外部電極とに発生する電圧をＶｔ２、前記二つの電圧プローブにおける外部電極を同電位に設定したときの前記二つの電圧プローブの夫々における内部電極と外部電極とに発生する電圧をＶｓ１、Ｖｓ２とするとき、前記ケーブルに発生するコモンモード電圧Ｖｍを、

また、請求項７に記載の発明は、円筒形に形成された内部電極と、該内部電極の外側に同軸に、かつ円筒形状に形成された外部電極と、前記内部電極の内側に配置され、被測定対象となるケーブルを挿通するケーブル固定部とを有する二つの電圧プローブと、前記二つの電圧プローブの各々における内部電極と外部電極との間の電圧を検出する電圧検出手段と、前記二つの電圧プローブにおける外部電極に既知の交流試験電圧または同電位を供給する電圧供給手段と、前記二つの電圧プローブのケーブル固定部に前記ケーブルを挿通させた状態で、前記二つの電圧プローブにおける外部電極に前記交流試験電圧を供給し、または前記二つの電圧プローブにおける外部電極を同電位に設定する状態を繰り返し複数回、行なうように前記電圧供給手段を制御する制御手段と、測定毎の、前記電圧供給手段によって供給された前記交流試験電圧をＶｔ、前記二つの電圧プローブの各々における内部電極と外部電極との間に形成される静電容量をＣＡ、ＣＢ、前記二つの電圧プローブのケーブル固定部に前記ケーブルを挿通させた状態で、前記電圧検出手段により複数回、検出された、前記二つの電圧プローブの外部電極間に前記交流試験電圧を印加したときの前記一の電圧プローブにおける内部電極と外部電極とに発生する電圧をＶｔ２、前記二つの電圧プローブにおける外部電極を同電位に設定したときの前記二つの電圧プローブの夫々における内部電極と外部電極とに発生する電圧をＶｓ１、Ｖｓ２とするとき、前記ケーブルに発生するコモンモード電圧Ｖｍを、

によって複数、演算し、該演算された複数のコモンモード電圧Ｖｍを統計処理して得られる値を前記コモンモード電圧の真値とする演算処理手段とを有することを特徴とする非接触型電圧検出装置である。

また、請求項８に記載の発明は、請求項５乃至７のいずれかに記載の非接触型電圧検出装置において、前記二つの電圧プローブを一体型に構成したことを特徴とする非接触型電圧検出装置である。

以上説明したように、本発明によれば、二つの電圧プローブのケーブル固定部に前記ケーブルを挿通させ、前記二つの電圧プローブにおける外部電極に既知の交流試験電圧を印加したときと、前記二つの電圧プローブにおける各外部電極を同電位に設定したときの、前記二つの電圧プローブの各々における内部電極と外部電極との間に発生する電圧を１回もしくは複数回、測定し、該測定電圧に基づいて前記ケーブル導体上の電圧を、各電圧プローブの内部電極と前記ケーブルとの間に形成される静電容量に無関係となるように演算して求めるようにしたので、被測定ケーブルの電圧測定における被測定ケーブルと、電圧プローブの非接触電極との間の位置の変化に起因する検出感度の影響を除去することができ、被測定ケーブルの導体上に発生している電圧を正確に測定することができる。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。本発明の実施形態に係る非接触型電圧検出装置の構成を図１に示す。本発明の実施形態に係る非接触型電圧検出装置は、被測定ケーブル１の導体上を伝搬するコモンモード電圧を検出するための二つの電圧プローブ１０、２０と、第１の電圧検出部１５と、第２の電圧検出部２５と、演算処理部３０と、制御部３１と、出力部３２と、信号発生部３３とを有している。
電圧プローブ１０、２０は、実際には、被測定ケーブルの導体上の電圧を検知するセンサ部と、センサ部で検知された電圧を外部に出力するプローブ部とから構成されるが、本実施形態では、説明の便宜上、センサ部のみを示している。

電圧プローブ１０は、図２に示すように、円筒形に形成された内部電極１１と、該内部電極１１の外側に同軸に、かつ円筒形状に形成された外部電極１２と、内部電極１１の内側に配置され、被測定ケーブル１を挿通する貫通孔１４を有するケーブル固定部１３とを有しており、被測定ケーブル１を挿通するために周方向に開閉可能に構成されている。
同様に、電圧プローブ２０は、円筒形に形成された内部電極２１と、該内部電極２１の外側に同軸に、かつ円筒形状に形成された外部電極２２と、内部電極２１の内側に配置され、被測定ケーブル１を挿通する貫通孔２４を有するケーブル固定部２３とを有している。電圧プローブ２０も電圧プローブ１０と同様に周方向に開閉可能に構成されている。
ケーブル固定部１３、２３は絶縁材で形成されており、ケーブル固定部１３、２３の貫通孔１４、２４には被測定ケーブル１が挿通された状態にある。

ここで、被測定ケーブル１には大地との間に電圧Ｖｍ（測定電圧）が発生しているものとする。また、被測定ケーブル１と電圧プローブ１０の内部電極１１との間には静電容量Ｃ１が形成され、内部電極１１と外部電極１２との間には静電容量ＣＡが形成されている。
また、測定ケーブル１と電圧プローブ２０の内部電極２１との間には静電容量Ｃ２が形成され、内部電極２１と外部電極２２との間には静電容量ＣＢが形成されている。

電圧プローブ１０、２０の外部電極１２、２２間はスイッチＳＷ１を介して信号発生部３３が接続され、または短絡されるように接続されている。
また、電圧プローブ２０の外部電極２２は、スイッチＳＷ２を介して接地されている。信号発生部３３は、既知の交流試験電圧Ｖtを発生する。
第１の電圧検出部１５は、電圧プローブ１０の内部電極１１と外部電極１２との間の電圧を検出する。
第２の電圧検出部２５は、電圧プローブ２０の内部電極２１と外部電極２２との間の電圧を検出する。

制御部３１は、スイッチＳＷ１、ＳＷ２の切り替えを行ない、外部電極１２．２２に信号発生部３３より交流試験電圧Ｖtを供給し、または外部電極１２．２２を同電位（例えば、本実施形態では接地電位）に設定するように制御する。
また、制御部３１は演算処理部３０の演算タイミングを制御するとともに、演算処理部３０の演算処理結果を出力部３２に出力する。
出力部３２は、例えば、表示部であり、演算処理部３０の演算処理結果を表示する。
演算処理部３０は、具体的には、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器、増幅器、乗算器、除算器、平均値演算部、実効値演算部、ＣＰＵ、ＤＳＰ等で構成されている。

演算処理部３０は、二つの電圧プローブのケーブル固定部に前記ケーブルを挿通させた状態で、第１の電圧検出部１５、第２の電圧検出部２５により検出された、電圧プローブ１０、２０における外部電極１２、２２に既知の交流試験電圧が印加されたときの電圧プローブ１０、２０における各々の内部電極１１、２１と外部電極１２、２２との間の電圧と、電圧プローブ１０、２０における外部電極１２、２２を同電位（接地電位）に設定されたときの電圧プローブ１０、２０における各々の内部電極１１、２１と外部電極１２、２２との間の電圧とに基づいてケーブル１の測定電圧を、各電圧プローブ１０、２０の内部電極１１、２１とケーブル１との間に形成される静電容量Ｃ１、Ｃ２に無関係となるように算出する。

以下、図１に示した本発明の実施形態に係る非接触型電圧検出装置の動作の一例を図６のフローチャートを参照して具体的に説明する。図６において、まず、信号発生部３３が出力する試験電圧Ｖtと、電圧プローブ１０、２０において、それぞれ内部電極１１と外部電極１２との間に形成される静電容量ＣＡと、内部電極２１と外部電極２２との間に形成される静電容量ＣＢを適切な値となるように設定する（ステップ６１）。

次いで、試験電圧Ｖtを電圧プローブ１０、２０の外部電極１２、２２に印加するように制御部３１は、スイッチＳＷ１を接点ａ側に切り替え、且つスイッチＳＷ２をオフ状態に切り替えるようにスイッチＳＷ１、ＳＷ２を制御する。この結果、図２に示すように電圧プローブ１０、２０の外部電極１２と外部電極２２との間には信号発生部３３より試験電圧Ｖtが印加され、電圧プローブ２０の内部電極２１と外部電極２２との間の電極間電圧Ｖt２が測定される（ステップ６２）。このときの等価回路を図４に示す。

電極間電圧Ｖt２の測定は、演算処理部３０が、第２の電圧検出部２５の出力をそのまま出力する。
すなわち、図４の等価回路において、静電容量Ｃ１、Ｃ２、ＣＡ、ＣＢのインピーダンスをＺ１、Ｚ２、ＺＡ、ＺＢとすると、電極間電圧Ｖt２は、

となる。上式（３）から

となり、さらに式（４）を変形して、

が得られる。
式（５）において、インピーダンスＺ１、Ｚ２、ＺＡ、ＺＢを静電容量Ｃ１、Ｃ２、ＣＡ、ＣＢに置き換えると、

となる。
次いで、制御部３１は、スイッチＳＷ１を接点ｂ側に切り替え、かつスイッチＳＷ２をオン状態とするようにスイッチＳＷ１、ＳＷ２を制御し、演算処理部３０は、電圧プローブ１０における内部電極１１と外部電極１２との間の電極間電圧Ｖs１、電圧プローブ２０における内部電極２１と外部電極２２との間の電極間電圧Ｖs２を測定する（ステップ６３）。このとき、電圧プローブ１０、２０の外部電極１２、外部電極２２は、図３に示すように、接地された状態となる。このときの等価回路を図５に示す。

電極間電圧Ｖs１、Ｖs２の測定は、演算処理部３０が、第１の電圧検出部１５、第２の電圧検出部２５の出力から演算により求める。
すなわち、図５の等価回路において、電極間電圧Ｖs１は、被測定ケーブル１と大地との間に発生している電圧Ｖｍを静電容量Ｃ１と静電容量ＣＡのインピーダンスで分圧した値となるので、

となる。
したがって、Ｃ１は式（７）より

となる。
また、電極間電圧Ｖs２は、電極間電圧Ｖs２は、被測定ケーブル１と大地との間に発生している電圧Ｖｍを静電容量Ｃ２と静電容量ＣＢのインピーダンスで分圧した値となるので、

となる。
したがって、Ｃ２は式（９）より

となる。
したがって、式（８）、（１０）よりＣ１＋Ｃ２は、

となり、Ｃ１×Ｃ２は、

となる。
したがって、式（１１）を式（１２）で辺々、割って式（６）に代入することにより電圧Ｖｍは、

となる。このようにして被測定ケーブル１の導体上に発生している電圧Ｖｍを演算処理部３０の演算により求める。式（１３）より、電圧Ｖｍは、実測値である電極間電圧Ｖｔ２、Ｖs１、Ｖs２と、設定値Ｖｔ、ＣＡ、ＣＢの値を代入することにより静電容量Ｃ１、Ｃ２の値に無関係に求まる。
すなわち、測定電圧Ｖｍは、各電圧プローブ１０、２０の内部電極と被測定ケーブルとの間に形成される静電容量に無関係となるように演算して求めることができる。
上記演算結果は、出力部３２により、実効値、あるいは平均値として表示する。また波形出力として表示するようにしてもよいし、音声で出力するようにしてもよい。

図１に示した本発明の実施形態に係る非接触型電圧検出装置の動作の他の例を図７のフローチャートに示す。図７において、ステップ７２〜７５は、図６におけるステップ６１〜６４と同一である。すなわち、この動作例では、図６に示した電圧Ｖｍの測定手順をＮ（＝ｉ）回、繰り返し（ステップ７１〜７８）、その結果、得られたＮ個の測定電圧Ｖｍを統計処理して得られる値を測定電圧の真値とする。具体的には、例えば、Ｎ個の測定電圧Ｖｍの平均値、あるいは最頻値を求め、これを真値とする（ステップ７９）ようにしている。

次に、図９に、本発明の実施形態に係る非接触型電圧検出装置（本方式）により被測定ケーブルの導体上に発生する電圧を測定した際における内部電極と被測定ケーブルの位置に起因する誤差を従来の非接触型電圧検出装置（従来方式）の場合と比較して示す。図９は、電圧測定時に、電圧プローブの中心部に被測定ケーブルを位置させた場合（図８（ａ）、（ｃ））を基準にして電圧プローブの内部電極側に被測定ケーブルを密接させた場合（図８（ｂ）、（ｄ））における周波数に対する測定誤差を示している。同図から明らかなように、従来の非接触型電圧検出装置の場合には５ｄＢ程度の誤差が生ずるのに対して本発明の実施形態に係る非接触型電圧検出装置では、広い周波数帯域にわたって±１ｄＢ以内におさまっていることが判る。

以上に説明したように、本発明の実施形態によれば、二つの電圧プローブのケーブル固定部に前記ケーブルを挿通させ、前記二つの電圧プローブにおける外部電極に既知の交流試験電圧を印加したときと、前記二つの電圧プローブにおける各外部電極を同電位に設定したときの、前記二つの電圧プローブの各々における内部電極と外部電極との間に発生する電圧を１回もしくは複数回、測定し、該測定電圧に基づいて前記ケーブル導体上の電圧を、各電圧プローブの内部電極と前記ケーブルとの間に形成される静電容量に無関係となるように演算して求めるようにしたので、被測定ケーブルの電圧測定における被測定ケーブルと、電圧プローブの非接触電極との間の位置の変化に起因するコモンモード電圧の検出感度の影響を除去することができ、非測定ケーブルの導体上に発生しているコモンモード電圧を正確に測定することができる。
なお、本発明の実施形態（非接触型電圧検出方法及び装置）では、被測定ケーブルの導体上に発生するコモンモード電圧を測定するために非接触の電圧プローブを二つ、使用しているが、この二つの電圧プローブを一体型とした、非接触型電圧検出装置に構成して、コモンモード電圧を検出するようにしても、同様の効果が得られることは勿論である。

本発明の実施形態に係る非接触型電圧検出装置の構成を示すブロック図。二つの電圧プローブの外部電極と外部電極との間に信号発生部より試験電圧が印加された状態を示す説明図。二つの電圧プローブの外部電極と外部電極とを接地した状態を示す説明図。図２の状態における被測定ケーブルと各電圧プローブの内部電極及び該内部電極と外部電極との間に形成される静電容量を含む等価回路を示す回路図。図３の状態における被測定ケーブルと各電圧プローブの内部電極及び該内部電極と外部電極との間に形成される静電容量を含む等価回路を示す回路図。図１に示した本発明の実施形態に係る非接触型電圧検出装置の動作の一例を示すフローチャート。図１に示した本発明の実施形態に係る非接触型電圧検出装置の動作の他の例を示すフローチャート。従来及び本発明に係る非接触型電圧検出装置において、電圧測定時に、電圧プローブの中心部に被測定ケーブルを位置させた状態と、電圧プローブの内部電極側に被測定ケーブルを密接させた状態とを示す説明図。電圧プローブの中心部に被測定ケーブルを位置させた場合を基準にして電圧プローブの内部電極側に被測定ケーブルを密接させた場合における周波数に対する測定誤差を従来例との比較において示す特性図。従来の非接触型電圧プローブ装置のセンサ部の構成および、センサ部及びプローブ部を含む等価回路を示す図。

符号の説明

１…被測定ケーブル、１０、２０…電圧プローブ、１１、２１…内部電極、１２、２２…外部電極、１３、２３…ケーブル固定部、１４、２４…貫通孔、１５…第１の電圧検出部、２５…第２の電圧検出部、３０…演算処理部、３１…制御部、３２…出力部、３３…信号発生部、ＳＷ１、ＳＷ２…スイッチ

Claims

少なくとも１線以上の被測定導体を有するケーブルと静電容量を形成する内部電極と、該内部電極と既知の静電容量を形成する外部電極とを有し、前記ケーブルの被測定導体に発生するコモンモード電圧を検出するための電圧プローブを二つ、使用し、前記二つの電圧プローブの外部電極間に既知の交流試験電圧を印加したときと、前記二つの電圧プローブにおける外部電極を同電位に設定したときの、前記二つの電圧プローブの各々における内部電極と外部電極とに発生する電圧を測定し、
前記交流試験電圧をＶｔ、前記二つの電圧プローブの各々における内部電極と外部電極との間に形成される静電容量をＣＡ、ＣＢ、前記二つの電圧プローブの外部電極間に前記交流試験電圧を印加したときに測定した前記一の電圧プローブにおける内部電極と外部電極とに発生する電圧をＶｔ２、前記二つの電圧プローブにおける外部電極を同電位に設定したときに測定した前記二つの電圧プローブの各々における内部電極と外部電極とに発生する電圧をＶｓ１、Ｖｓ２とするとき、前記コモンモード電圧Ｖｍを、

によって演算して求めることを特徴とする非接触型電圧検出方法。
円筒形に形成された内部電極と、該内部電極の外側に同軸に、かつ円筒形状に形成された外部電極と、前記内部電極の内側に配置され、被測定対象となるケーブルを挿通するケーブル固定部とを有する電圧プローブを二つ、使用して前記ケーブルに発生するコモンモード電圧を測定する非接触型電圧検出方法であって、
前記二つの電圧プローブのケーブル固定部に前記ケーブルを挿通させ、前記二つの電圧プローブにおける外部電極に既知の交流試験電圧を印加したときと、前記二つの電圧プローブにおける各外部電極を同電位に設定したときの、前記二つの電圧プローブの各々における内部電極と外部電極との間に発生する電圧を１回、測定し、
前記交流試験電圧をＶｔ、前記二つの電圧プローブの各々における内部電極と外部電極との間に形成される静電容量をＣＡ、ＣＢ、前記二つの電圧プローブの外部電極間に前記交流試験電圧を印加したときに測定した前記一の電圧プローブにおける内部電極と外部電極とに発生する電圧をＶｔ２、前記二つの電圧プローブにおける外部電極を同電位に設定したときに測定した前記二つの電圧プローブの各々における内部電極と外部電極とに発生する電圧をＶｓ１、Ｖｓ２とするとき、前記コモンモード電圧Ｖｍを、

によって演算して求めることを特徴とする非接触型電圧検出方法。
円筒形に形成された内部電極と、該内部電極の外側に同軸に、かつ円筒形状に形成された外部電極と、前記内部電極の内側に配置され、被測定対象となるケーブルを挿通するケーブル固定部とを有する電圧プローブを二つ、使用して前記ケーブルに発生するコモンモード電圧を測定する非接触型電圧検出方法であって、
前記二つの電圧プローブのケーブル固定部に前記ケーブルを挿通させ、前記二つの電圧プローブにおける外部電極に既知の交流試験電圧を印加したときと、前記二つの電圧プローブにおける各外部電極を同電位に設定したときの、前記二つの電圧プローブの各々における内部電極と外部電極との間に発生する電圧を複数回、測定し、
測定毎の、前記交流試験電圧をＶｔ、前記二つの電圧プローブの各々における内部電極と外部電極との間に形成される静電容量をＣＡ、ＣＢ、前記二つの電圧プローブの外部電極間に前記交流試験電圧を印加したときに測定した前記一の電圧プローブにおける内部電極と外部電極とに発生する電圧をＶｔ２、前記二つの電圧プローブにおける外部電極を同電位に設定したときに測定した前記二つの電圧プローブの各々における内部電極と外部電極とに発生する電圧をＶｓ１、Ｖｓ２とするとき、前記コモンモード電圧Ｖｍを、

によって複数、演算し、該演算された複数のコモンモード電圧Ｖｍを統計処理して得られる値を前記コモンモード電圧の真値とすることを特徴とする非接触型電圧検出方法。
前記二つの電圧プローブを一体型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型電圧検出方法。
少なくとも１線以上の被測定導体を有するケーブルと静電容量を形成する内部電極と、該内部電極と既知の静電容量を形成する外部電極とを有し、前記ケーブルの被測定導体に発生するコモンモード電圧を検出するための二つの電圧プローブと、
前記二つの電圧プローブの各々における内部電極と外部電極との間の電圧を検出する電圧検出手段と、
前記二つの電圧プローブにおける外部電極に既知の交流試験電圧または同電位を供給する電圧供給手段と、
前記二つの電圧プローブのケーブル固定部に前記ケーブルを挿通させた状態で、前記二つの電圧プローブにおける外部電極に前記交流試験電圧を供給し、または前記二つの電圧プローブにおける外部電極を同電位に設定するように前記電圧供給手段を制御する制御手段と、
前記電圧供給手段によって供給された前記交流試験電圧をＶｔ、前記二つの電圧プローブの各々における内部電極と外部電極との間に形成される静電容量をＣＡ、ＣＢ、前記二つの電圧プローブの外部電極間に前記交流試験電圧を印加したときに測定した前記一の電圧プローブにおける内部電極と外部電極とに発生する電圧をＶｔ２、
前記二つの電圧プローブにおける外部電極を同電位に設定したときに測定した前記二つの電圧プローブの各々における内部電極と外部電極とに発生する電圧をＶｓ１、Ｖｓ２とするとき、前記コモンモード電圧Ｖｍを、

によって演算して求める演算処理手段と、
を有することを特徴とする非接触型電圧検出装置。
円筒形に形成された内部電極と、該内部電極の外側に同軸に、かつ円筒形状に形成された外部電極と、前記内部電極の内側に配置され、被測定対象となるケーブルを挿通するケーブル固定部とを有する二つの電圧プローブと、
前記二つの電圧プローブの各々における内部電極と外部電極との間の電圧を検出する電圧検出手段と、
前記二つの電圧プローブにおける外部電極に既知の交流試験電圧または同電位を供給する電圧供給手段と、
前記二つの電圧プローブのケーブル固定部に前記ケーブルを挿通させた状態で、前記二つの電圧プローブにおける外部電極に前記交流試験電圧を供給し、または前記二つの電圧プローブにおける外部電極を同電位に設定するように前記電圧供給手段を制御する制御手段と、
前記電圧供給手段によって供給された前記交流試験電圧をＶｔ、前記二つの電圧プローブの各々における内部電極と外部電極との間に形成される静電容量をＣＡ、ＣＢ、前記二つの電圧プローブのケーブル固定部に前記ケーブルを挿通させた状態で、前記電圧検出手段により１回だけ検出された、前記二つの電圧プローブの外部電極間に前記交流試験電圧を印加したときの前記一の電圧プローブにおける内部電極と外部電極とに発生する電圧をＶｔ２、前記二つの電圧プローブにおける外部電極を同電位に設定したときの前記二つの電圧プローブの夫々における内部電極と外部電極とに発生する電圧をＶｓ１、Ｖｓ２とするとき、前記ケーブルに発生するコモンモード電圧Ｖｍを、

によって演算して求める演算処理手段と、
を有することを特徴とする非接触型電圧検出装置。
円筒形に形成された内部電極と、該内部電極の外側に同軸に、かつ円筒形状に形成された外部電極と、前記内部電極の内側に配置され、被測定対象となるケーブルを挿通するケーブル固定部とを有する二つの電圧プローブと、
前記二つの電圧プローブの各々における内部電極と外部電極との間の電圧を検出する電圧検出手段と、
前記二つの電圧プローブにおける外部電極に既知の交流試験電圧または同電位を供給する電圧供給手段と、
前記二つの電圧プローブのケーブル固定部に前記ケーブルを挿通させた状態で、前記二つの電圧プローブにおける外部電極に前記交流試験電圧を供給し、または前記二つの電圧プローブにおける外部電極を同電位に設定する状態を繰り返し複数回、行なうように前記電圧供給手段を制御する制御手段と、
測定毎の、前記電圧供給手段によって供給された前記交流試験電圧をＶｔ、前記二つの電圧プローブの各々における内部電極と外部電極との間に形成される静電容量をＣＡ、ＣＢ、前記二つの電圧プローブのケーブル固定部に前記ケーブルを挿通させた状態で、前記電圧検出手段により複数回、検出された、前記二つの電圧プローブの外部電極間に前記交流試験電圧を印加したときの前記一の電圧プローブにおける内部電極と外部電極とに発生する電圧をＶｔ２、前記二つの電圧プローブにおける外部電極を同電位に設定したときの前記二つの電圧プローブの夫々における内部電極と外部電極とに発生する電圧をＶｓ１、Ｖｓ２とするとき、前記ケーブルに発生するコモンモード電圧Ｖｍを、

によって複数、演算し、該演算された複数のコモンモード電圧Ｖｍを統計処理して得られる値を前記コモンモード電圧の真値とする演算処理手段と、
を有することを特徴とする非接触型電圧検出装置。
前記二つの電圧プローブを一体型に構成したことを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載の非接触型電圧検出装置。