JPH0668504B2 - 電圧センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の目的 （産業上の利用分野） この発明は電圧センサに関するものである。

（従来の技術） 従来から交流の電圧検出をする方法としては一般に商用
周波において計器用変圧器（以下、ＰＴという）、又は
コンデンサ分圧形計器用変圧器（以下、ＰＤという）が
使用されている。

（発明が解決しようとする問題点） 前記のような従来のＰＴ又はＰＤは配電線路に対しては
直接ケーブル等の帯電部に取着する接触方式であり、そ
のため、絶縁を考慮する必要があるばかりか、ＰＴ，Ｐ
Ｄにおいてはコイル，鉄芯，コンデンサ等を使用するこ
とから全体が大型化するとともに重量が重くなる問題が
あり、そのため取付作業に手間がかかることから、配線
線等帯電部と空間を介して検出電極を配置し、空間の静
電容量を介して前記帯電部から流入する変位電流を利用
する検出手段が発明されるに至った。しかしながら、こ
の電圧センサの使用場所としては、屋内外あるいは塩塵
埃地域といった幅広い範囲を考慮する必要があり、特に
雨水による検出出力に及ぼす影響回避が問題視されると
ころである。

この発明は前記問題を踏まえ構成が簡単であり、かつ安
価にして正確なる検出動作を得る電圧センサを提供する
ことを目的としている。発明の構成 （問題点を解決するための手段） 前記問題点を解決するためにこの発明は、配電線路等の
帯電部と所定の離間距離を保って配置され、電気的に接
地されるとともに上面に窓孔を穿設した箱体状のシール
ド容器内に、前記窓孔より大きくした板状の検出電極
を、この窓孔を隠蔽し、かつシールド容器内の各内面に
接することなくその上面が前記窓孔と平行に対向するよ
うに一本の絶縁部材からなる棒状支持部材にて、シール
ド容器内底面よりその中心部を支えて立設するととも
に、前記検出電極には前記棒状支持部材内部を通してリ
ード線を接続し、同リード線のシールド容器外の導出部
分に信号処理回路を介装したことを特徴とする電圧セン
サの構成を採用した。

前記構成により配電線等の帯電部に対し離間して配置さ
れる本発明の電圧センサは検出電極がシールド容器の窓
孔を介して対向するため、他の帯電部からの影響を受け
ることはなく、又、屋外使用にあっては窓孔より大きな
検出電極が窓孔と平行に対応するように配置されること
からこのシールド容器内への雨水あるいは汚損物の侵入
が阻まれ、雨水あるいは汚損物の前記検出電極の裏面に
位置する細い一本の棒状支持部材への付着が抑えられる
とともに、同支持部材は検出電極の裏面中心部に位置す
るため、検出電極上面より一番長い沿面距離が確保さ
れ、充分な漏洩抵抗が得られる。また、同支持部材は細
い棒状であることから表面積は小であり、かりに雨水が
付着したとしてもその付着面積は小さく検出出力に与え
る影響はない。

（実施例） 以下、この発明を零相電圧検出装置の電圧センサに具体
化した実施例を第１図〜第６図に従って説明する。

６０Hzあるいは５０Hzの各相配電線路Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗ
に対しほぼ等距離をおいて離間配置される電圧センサＳ
ｕ，Ｓｖ，Ｓｗは同一構成のため、電圧センサＳｕにつ
いて説明する。この電圧センサＳｕは検出部７と信号処
理回路８から構成されている。

ケース１は断面チャンネル状に形成され、互いに相対す
る側壁の両端部及び底壁の両端部には取付片２がそれぞ
れ内方へ直角に折曲げ形成されている。前記ケース１の
取付片２にはケース１の両端開口部及び上方を覆うよう
に逆チャンネル状に形成された蓋３がその両端壁から挿
通されるビス４により締付固定され、同蓋３の上面には
長方形状をなす変位電流流入部としての窓孔５が透設さ
れている。このケース１と蓋３とはアルミニウム等の導
電体にて形成され、後記する検出電極１０のシールド容
器となっている。

前記ケース１の中央部上面には合成樹脂等の絶縁材から
細い丸棒状に形成された細い一本の棒状支持部材として
の絶縁支持部材６を介して前記窓孔５の開口部分より大
きく長方形で平板状をなす検出電極１０がビス１１によ
りその中心部を支えられ、シールド容器底面より立設さ
れている。前記絶縁支持部材６はできる限りその表面積
を小さくするのが好ましく実験においては検出電極の短
辺寸法に対し、絶縁支持部材の直径を1/5としている。
そして、前記検出電極１０はシールド容器内の各内面に
接することなく、窓孔５と平行に所定の空隙を持って対
向するように配置されている。なお、前記検出電極１０
は金属，導電性樹脂，導電性ゴム等の導電性部材にて構
成し、この実施例ではステンレスが使用されている。

そして前記ケース１，蓋３，検出電極１０等により検出
部７が構成されている。

前記検出部７の絶縁支持部材６の内部には単心シールド
付電線３１が挿通され、同単心シールド付電線３１が挿
通されて配置され、検出電極とシールド容器内面間に不
要な介在物の存在を抑えている。同単心シールド付電極
３１はケース１から導出されて後記零相電圧検出器２０
のケース（図示しない）内に内装される信号処理回路８
に接続されている。又、前記単心シールド付電線３１の
シールド編組線はケース１に接続されている。この信号
処理回路８は各電圧センサＳｕ，Ｓｖ，Ｓｗとも同一構
成のため、検出電極１０に接続される信号処理回路８に
ついて説明する。

信号処理回路８は大きく分けて増幅回路Ａとバンドパス
フィルタＢとから構成されている。

増幅回路Ａは前記検出電極１０からの変位電流を入力す
ると、その変位電流を増幅し、変位電流に相似な波形を
出力するようになっており、具体的には以下のように構
成されている。すなわち、信号処理回路８の入力端子Ｐ
１は抵抗Ｒ１を介して接地線Ｅ１に接続され、又、シー
ルド容器を構成するケース１は端子Ｐ２を介して接地線
Ｅ１に接続されている。前記抵抗Ｒ１の両端子間には互
いに逆を向く一対のダイオードＤ１，Ｄ２の並列回路が
接続され、検出電極１０からの過大入力阻止のための保
護回路となっている。

前記入力端子Ｐ１は抵抗Ｒ２を介して演算増幅器ＯＰ１
の反転入力端子に接続されており、又、同演算増幅器Ｏ
Ｐ１の非反転入力端子は抵抗Ｒ３を介して接地線Ｅ１に
接続されている。前記演算増幅器ＯＰ１の反転入力端子
と出力端子間にはコンデンサＣ１と抵抗Ｒ４との並列回
路が接続されている。なお、コンデンサＣ２，Ｃ３は前
記演算増幅器ＯＰ１の電源安定用である。

前記抵抗Ｒ１〜Ｒ４、ダイオードＤ１，Ｄ２、コンデン
サＣ１及び演算増幅器ＯＰ１とにより増幅回路Ａが構成
されている。

バンドパスフィルタＢは前記増幅回路Ａから変位電流に
比例した信号が印加されると、その信号に基づいて周波
数６０Hzあるいは５０Hzを中心周波数として選択的に増
幅して取り出すように設定されており、具体的には次の
ように構成されている。すなわち、演算増幅器ＯＰ１の
出力端子と演算増幅器ＯＰ２の反転入力端子間にはコン
デンサＣ６と抵抗Ｒ５の直列回路が接続され、又、同演
算増幅器ＯＰ２の非反転入力端子は抵抗Ｒ６を介して接
地線Ｅ１に接続されている。前記演算増幅器ＯＰ２の反
転入力端子と出力端子間にはコンデンサＣ４，Ｃ５の直
列回路と、抵抗Ｒ７，Ｒ８の直列回路とからなる並列回
路が接続されている。又、前記抵抗Ｒ７，Ｒ８間のａ点
と接地線Ｅ１との間にはコンデンサＣ７が接続されてい
る。

前記抵抗Ｒ５〜Ｒ９、コンデンサＣ４〜Ｃ７及び演算増
幅器ＯＰ２とによりバンドパスフィルタＢが構成される
とともに、同バンドパスフィルタＢの出力端子は出力端
子Ｐｕに接続されている。そして、前記演算検出電極１
０，信号処理回路８とにより電圧センサＳｕが構成され
ている。なお、他の電圧センサＳｖ，Ｓｗの出力端子は
説明の便宜上Ｐｕの代りにＰｖ，Ｐｗで表わす。

前記各相の配電線路Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗに配置される電圧
センサＳｕ，Ｓｖ，Ｓｗは零相電圧検出器２０に接続さ
れていて、同零相電圧検出器２０に内装される検出回路
２１は加算回路２２と、同加算回路２２，前記電圧セン
サ用の電源回路２３とから構成されている。

前記加算回路２２は各電圧センサＳｕ，Ｓｖ，Ｓｗから
出力された所定の周波数に選択された信号を合成してそ
の出力端子Ｐに零相電圧Ｖ_０信号を出力するようになっ
ている。具体的には加算回路２２は次のようになってい
る。

すなわち、演算増幅器ＯＰ３の反転入力端子のＧ点には
それぞれ可変の入力抵抗Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３を介し
て前記電圧センサＳｕ，Ｓｖ，Ｓｗの出力端子Ｐｕ，Ｐ
ｖ，Ｐｗが接続され、又、その非反転入力端子は抵抗Ｒ
１４を介して接地されている。

又、演算増幅器ＯＰ３の出力端子は抵抗Ｒ１５を介して
前記Ｇ点に接続されている。

さらに前記演算増幅器ＯＰ３の出力端子は演算増幅器Ｏ
Ｐ４を使用した電圧ホロア及び抵抗Ｒ１６を介して出力
端子Ｐに接続されている。この電圧ホロアは入力インピ
ーダンスを高くして出力インピーダンスを低くし、イン
ピーダンスの変換を行っている。

前記抵抗Ｒ１１〜Ｒ１６及び演算増幅器ＯＰ３，ＯＰ４
により加算回路２２が構成されている。

電源回路２３について説明すると、電源電圧ＡＣ１００
Ｖに一次側が接続される電源変圧器２４の二次側には全
波整流器２５が接続されている。前記電源変圧器２４の
二次側におけるｄ点は接地線Ｅ２が接続されていて、前
記全波整流器２５のプラス端子と接地線Ｅ２との間には
平滑コンデンサＣ１４及びコンデンサＣ１５が接続され
ている。

又、全波整流器２５のプラス端子と接地線Ｅ２間には三
端子レギュレータ２６が接続され、その三端子レギュレ
ータ２６の出力端子は＋Ｖｃｃ端子に接続されるととも
に、三端子レギュレータ２６の出力端子と接地線Ｅ２間
にはコンデンサＣ８及びコンデンサＣ９が接続されてい
る。

又、前記全波整流器２５のマイナス端子と接地線Ｅ２と
の間には平滑コンデンサＣ１０及びコンデンサＣ１１が
接続されている。又、全波整流器２５のマイナス端子と
接地線Ｅ２間には三端子レギュレータ２７が接続され、
その三端子レギュレータ２７の出力端子は−Ｖｃｃ端子
に接続されるとともに、三端子レギュレータ２７の出力
端子と接地線Ｅ２間にはコンデンサＣ１２及びコンデン
サＣ１３が接続されている。

さて、以上のように構成された零相電圧検出装置の作用
について説明する。

第３図では帯電部としての各相の配電線路Ｌｕ，Ｌｖ，
Ｌｗに対応して電圧センサＳｕ，Ｓｖ，Ｓｗはそれぞれ
ほぼ同距離にて離間配置されている。配電線路に通常
の相回転に従った三相電圧が印加されている場合には配
電線路Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗと基準電位点であるアースとの
間にそれぞれ形成される静電容量Ｃｕ，Ｃｖ，Ｃｗを介
して流れる変位電流が変位電流流入部としての各電圧セ
ンサＳｕ，Ｓｖ，Ｓｗの窓孔５を通して検出電極１０に
捕集される。

そして、この変位電流は各電圧センサＳｕ，Ｓｖ，Ｓｗ
における信号処理回路８の増幅回路Ａに与えられ、増幅
回路Ａはその変位電流を増幅し、変位電流に相似な波形
をバンドパスフィルタＢに出力する。

この場合、端子Ｐ１，Ｐ２からみた入力インピーダンス
は抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との並列値と考えられる。演算増
幅器の典型的な使用例においては、抵抗Ｒ２はＫΩオー
ダの値である。閉ループ利得Ｒ４／Ｒ２は十分な出力を
得るために１０００程度に取られる。又、抵抗Ｒ１は検
出電極１０を支持する絶縁支持部材６の沿面漏洩抵抗よ
り低い値に取られ、入力の安定化あるいは出力の微調整
に利用されるが、その値は１０ＫΩ以上のオーダーの量
である。従って、上記の入力インピーダンスは事実上抵
抗Ｒ２により十分に低い値に保たれ、しかも高い閉ルー
プ利得のために演算増幅器ＯＰ１の出力には大きな信号
が得られる。なお、周知のように演算増幅器ＯＰ１の入
出力の位相差は抵抗Ｒ４，コンデンサＣ１のインピーダ
ンスの大小関係により変化し前者が相対的に小さければ
位相差は無視され、変位電流に比例した出力が得られ
る。逆の場合には位相差は９０°に近く、出力には変位
電流の積分値すなわち配電線路の電位に比例した値が得
られる。何れにしてもこの出力には変位電流に相似な波
形が得られる。

次に、バンドパスフィルタＢは変位電流に相似な信号が
印加されると、その信号に基づいて周波数６０Hzあるい
は５０Hzを中心周波数とする信号を選択的に増幅して取
り出す。そして、零相電圧検出器２０の加算回路２２は
各電圧センサＳｕ，Ｓｖ，Ｓｗから出力された所定の周
波数に選択された信号を合成してその出力端子Ｐに零相
電圧Ｖ_０信号を出力する（第６図参照）。この第６図に
おいてα，β，γは各相の配電線路に印加された電圧の
波形である。

このように通常の場合には各相の対地電圧が平衡である
ため、加算回路２２において合成されて得られる零相電
圧Ｖ_０は０となる。

次に配電線路Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗのうちいずれか一相の配
電線路に地絡故障が生ずると、各相の対地電圧の平衡が
崩れるため、各電圧センサＳｕ，Ｓｖ，Ｓｗの信号処理
回路８を経て零相電圧検出器２０に出力された信号が加
算回路２２にて合成されると、零相電圧が検出される。
そのことにより配電線路に地絡故障が生じたことが検知
される。

又、前記電圧センサＳｕ，Ｓｖ，Ｓｗはケース１及び蓋
３がシールド電極となっており、被測定物である配電線
路以外からの変位電流の流入を効果的に防止するため、
被測定物である配電線路以外の他の配電線路の悪影響を
事実上受けることがない。

さらに、前記検出電極１０は細い丸棒状の絶縁支持部材
６にてケース１に支持されているため、窓孔５より雨水
あるいは汚損物が侵入しても検出電極１０裏面に位置す
ることから、絶縁支持部材６に付着しにくく、又付着し
たとしてもその表面積は小さくなっているので、検出電
極１０とケース１との間の沿面漏洩抵抗は充分保たれ
る。従って、この電圧センサにおいては雨に濡れても正
確な電圧検出を行うことができる。

又、各相電圧センサＳｕ，Ｓｖ，Ｓｗの実効利得に多少
の差が生じ、各相の対地電圧が平衡していても出力端子
Ｐには零相出力が生ずるようなことがあったとしても、
抵抗Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３をそれぞれ変化させて、零
相出力がなるべく零に近づくように調整する。

発明の効果 以上詳述したようにこの発明は検出電極が接地接地され
たシールド容器内に前記のようにして収納されているた
め雨水の浸入が防止されるばかりでなく、他の帯電部か
らの影響を受けることなく目的の帯電部の電圧を正確に
測定できる。又、検出電極は絶縁材よりなる細い棒状の
支持部材にて支持されているため、絶縁状態が充分に確
保され、同支持部材が検出出力に影響を与えることはな
い。さらに、帯電部に対して離間して配置する非接触方
式であるので、他に取付部材を必要としない等構成が簡
単かつ安価で正確な電圧センサを提供するできるばかり
でなく、検出電極とシールド容器内面間には、リード線
を内装し、かつ直径が細く表面積が小さい一本の支持部
材が存在するだけとなり、雨水等の付着箇所を少なく抑
え、付着してもその付着面積が小さく検出出力に影響を
与えることがないという産業利用上優れた発明である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第一実施例を示す電圧センサの断面
図、第２図は電圧センサの分解斜視図、第３図は零相電
圧検出装置の全体図、第４図は電圧センサの電気回路
図、第５図は零相電圧検出器の検出回路の電気回路図、
第６図はこの零相電圧検出装置にて検出された零相電圧
と各相配電線の電圧オシログラフである。 １……ケース、５……窓孔、６……支持部材、８……信
号処理回路、１０……検出電極、２０……零相電圧検出
器、２１……検出回路、Ａ……増幅回路、Ｂ……バンド
パスフィルタ、Ｅ１，Ｅ２……接地線、ＯＰ１〜ＯＰ４
……演算増幅器、Ｒ１〜Ｒ１６……抵抗、Ｃ１〜Ｃ１５
……コンデンサ、Ｐ１……入力端子、Ｐ２……端子、Ｐ
ｕ，Ｐｖ、Ｐｗ……出力端子、Ｃｕ，Ｃｖ，Ｃｗ……静
電容量、Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗ……配電線路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 青木 勝則 愛知県犬山市字上小針１番地 株式会社高 松電気製作所内 (56)参考文献 特開 昭62−112072（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−201368（ＪＰ，Ａ) 実開 昭51−36378（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭58−4073（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】配電線路等の帯電部と所定の離間距離を保
   って配置され、電気的に接地されるとともに上面に窓孔
   を穿設した箱体状のシールド容器内に、前記窓孔より大
   きくした板状の検出電極を、この窓孔を隠蔽し、かつシ
   ールド容器内の各内面に接することなくその上面が前記
   窓孔と平行に対向するように一本の絶縁部材からなる棒
   状支持部材にて、シールド容器内底面よりその中心部を
   支えて立設するとともに、前記検出電極には前記棒状支
   持部材内部を通してリード線を接続し、同リード線のシ
   ールド容器外の導出部分に信号処理回路を介装したこと
   を特徴とする電圧センサ。