JPS62201368A - 電圧センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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ザる電圧センサとしては
一般に商用周波において計器用変圧器（以下、ＰＴとい
う）、又はコンデンナ分圧形計器用変圧器（以下、Ｐ［
）という）が使用されており、又、近年ＰＴ以外ではオ
プトエレクトロニクス技術を応用したものも提案されて
いる。前記オプトエレクトロニクス技術のものは計測周
光変圧器（以下、光ＰＴという）と呼ばれ、多くのもの
が研究されている。

この光ＰＴはポッケルス効果を右する素子を電界中にお
き、これに電界と同じ方向に直線偏光を入射させると、
その直交二成分に対する屈折率が電界の強さに対して異
なる変化を示すとともに伝播速度も異なり、その結果、
光の直交二成分間に位相差が生じ、出射光は楕円偏光に
なることを利用したものである。

（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
もに重量が巾くなる問題があり、そのため取付作業に手
間がかかる問題がある。

又、後者の光ＰＴのものは非接触方式のものであり、絶
縁性には優れるが直線偏光を得るためにレーザ発振器等
が必要であり、装置全体としては高価になる問題がある
。

この発明は前記問題点を解消するためになされたもので
あって、帯電部に対し離間して配置することができると
ともに、構成が簡単でしかも安価な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） 前記問題点を解消するために第１発明では帯電部と基準
電位点との間に、同帯電部の絶縁のための空間の静電容
量を介して帯電部から流入する変位電流に比例した電位
差を生じさせる増幅回路を直列に接続し、同増幅回路に
は所定の周波数を１ｑるフィルタを接続したことを要旨
としている。

又、第２発明では前記第１発明の構成に加え、増幅回路
の入力端側には前記帯電部からの変位電流を捕集しうる
ようにした検出電極を具備させ、同検出電極の変位電流
流入部を除いて基￥＝電位点に保ったシールド電極で覆
うようにしたことを要旨としている。

（作用） 前記第１発明の構成により、帯電部と検出電極の間に生
じる空間の静電容量を介して増幅回路が接続されている
ので帯電部から検出される変位電流は増幅回路により増
幅され、その出力端子からは前記変位電流に比例した電
位差を漏えた信号が出力される。さらに、増幅回路によ
り増幅された信号はフィルタを介して所定の周波数を１
ｑる。

又、第２発明では前記第１発明の作用に加え、帯電部か
らの変位電流が検出電極にて捕集され、その検出電極を
介して変位電流は増幅回路に流れる。又、検出電極はそ
の変位電流流入部を除いて基準電位点に保ったシールド
電極で覆われているため、被測定対象物である帯電物以
外の帯電物からの変位電流の流入が防止される。

（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
化した第１実施例を第１図〜第７図に従って説明する。

各相の配電線路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Ｓｕ、ｓｖ、Ｓｗは同一
構成のため、電圧センサＳｕについて説明する。

電圧センサ３　ＬＪのケース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がその両端壁がら挿通されるビス４により締付固定さ
れ、同着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のシールド電極となっている。

前記ケース１の四隅上面には支持部材６を介して基板７
が固設され、同基板７には後記する信号処理回路８が設
けられている。又、前記基板７の四隅上には間隔保持部
材９が立設されており、同間隔保持部材９に対して平板
状の検出電極１０がビス１１により締付は固定されてい
る。従って、前記検出電極１０は蓋３に対して平行に配
置されるとともに、窓５を除いて前記ケース１及びＭ３
にて覆われるようになっている。

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も１成し、この実施例で
は加工しやすいアルミニウムが使用されている。そして
、前記のように基板７及び検出電極１０を組付けた後ケ
ース１内には高誘電率を備えた充填剤１２が充填されて
いる。

前記信号処理回路８について説明すると、この信号処理
回路８は大きく分けて増幅回路へとバンドパスフィルタ
回路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、その変位電流を積分して増幅し、変位電流に比例
した電位差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Ｐ１は可変抵抗Ｒ
１を介して接地Ｉ！１ｌＥ１に接続され、又、シールド
電極を構成するケース１及び蓋３は端子Ｐ２を介して接
地線［１に接続されている。前記可変抵抗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が過電圧を検出したと
きの保護回路となっている。

前記可変抵抗Ｒ１は演算増幅器ＯＰ１の反転入力端子に
接続されており、又、同演算増幅器ＯＰ１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。

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
されるとともに、同増幅回路Ａの出力端子は演算増幅器
ＯＰ２を使用した電圧ホロ７を介して次段のバンドパス
フィルタＢに接続されている。この電圧ホロ７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。

バンドパスフィルタＢは前記電圧ホロ７を構成する演算
増幅器ＯＰ２から変位電流に比例した電圧が印加される
と、その電圧に基づいて周波数６０Ｈ２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ＯＰ２の出力端子と演算増幅器ＯＰ３の反転入力
端子間にはコンデンサＣ２と抵抗Ｒ５の直列回路が接続
され、又、同演算増幅器ＯＰ３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ＯＰ３の反転入力端子と出力端子間には
コンデンサＣ３，Ｃ４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
記コンデンサＣ３，０４間のａ点と接地線Ｅ１との間に
は抵抗Ｒ９が接続され、前記抵抗Ｒ７，Ｒ８間のｂ点と
接地線Ｅ１との間にはコンデンサＣ５接続されている。

前記抵抗Ｒ５〜Ｒ９、コンデンサＣ２〜Ｃ５及び演算増
幅器ＯＰ３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の出力端子は演算増
幅器ＯＰ４を使用した電圧ホロ７を介して出力端子ｐｕ
に接続されている。

なお、この電圧ホロ７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。なお、他の電圧センサ３ｖ’、３ｗ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ＬＬＩ、ＬＶ、ＬＷに配置される電
圧ヒンサｓｕ、ｓｖ、ｓｗは零相検出器２０に接続され
ていて、同零相検出器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３ｕ、３ｖ。

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■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ＯＰ５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゜Ｒ１，３を介
して前記電圧センサＳｕ、Ｓｖ、Ｓｗの出力端子Ｐｕ、
Ｐｖ、Ｐｗが接続され、又、その非反転入力端子は抵抗
Ｒ１４を介して接地されている。なお、前記抵抗Ｒ１２
，抵抗Ｒ１３は互いに等しい抵抗値に設定されている。

又、演算増幅器ＯＰ５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ＯＰ５の出力端子は演算増幅器Ｏ
Ｐ６を使用した電圧ホロ７を及び抵抗［く１６を介して
出力端子Ｐに接続されている。この電圧ホロ７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。

＋Ｗｉ記抵抗抵抗Ｒ１１〜Ｒ１６演算増幅器ＯＰ５゜Ｏ
Ｒ３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、配電線路しＵに取着
された電流変成器ＣＴに対して一時側が接続される゛名
流変成器２４の二次側ｅは全波整流器２５が接続されて
いる。前記電流変成器２４の二次側にお【プる０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Ｃ６及び
コンデンサＣ７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１２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の出力端子は十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聞
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１２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１２間にはコンデン１すＣ１２及びコンデ
ン！す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１図では帯電部としての各相の配電線路しＵ。

ｌｖ、１ｗに対応して電圧センサｓｕ、ｓｖ、ｓＷはそ
れぞれほぼ同距離１にて離間配置されている。配電線路
に定常の負荷電流が流れている場合には配電線路１−ｕ
、ＬＶ、ＬＷと基準電位点であるアースとの間にそれぞ
れ静電容ｆｆ１ｃｕ、ｃｖ。

ＣＷが形成され、同静電容量　Ｃｕ　、　Ｃｖ　、　Ｃ
ｗ　ニ基づい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に出力され、増幅
回路Ａはその変位電流を積分して増幅し、変位電流に比
例した電位差を演算増幅器ＯＰ２に出力する。

次に、バンドパスフィルタＢは前記電圧ホロアを構成す
る演算増幅器ＯＰ２を介して変位電流に比例した電圧が
印加されると、その電圧に基づいて周波数６０Ｈｚ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ＶＯ倍信号出
力する（第７図参照）。この第７図においてα。

β、γは各配電線路１ｕ、ＬＶ、１ｗ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ｖＯはＯとなる。

次に配電線路ＬＬＪ、ｌ−Ｖ、ｌ−ｗ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３ｕ。

Ｓｖ、Ｓｗの信号処理回路８を経て零相検出器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３ｕ、　Ｓｖ、３ｗはケース１及び
Ｍ３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受ける
ことがない。

前記のような零相電圧検出装置にＪｊける電圧センサの
出力特性と、従来構成のポッケルス素子を利用した電圧
センサＸ及びＰＤの出力特性とを比較するために計測を
行った。すなわち、第８図に示すように各相の配電線路
ＬＬＪ、ＬＶ、１．ｗに対して電圧センサＸは直付状態
で取付し、又、Ｐ　Ｉ）は配電線路の絶縁被覆の外周に
取付する。又、本願の電圧センサの配電線路に対する配
置位置は各相の配電線路の真下方向でその離間距離１は
１０Ｑｍｍとした。そして、配電線路のうち一相を地絡
と同様の状態にし、各相に対応して配置された電圧セン
サ及びＰＤから出力された信号は前記実施例と同様の加
惇回路２２にて合成することにより胴側した。

そして、線間電圧をいずれも６．９ＫＶにしたとき、電
圧センサＸを使用した場合の残留電圧は６５ｍＶ、本願
の電圧センυ゛を使用した場合の残留電圧は１３．５ｍ
ｖ及びＰＤを使用した場合の残留電圧は４．３８１１１
Ｖであった。

次に第２実施例を第５図に従って説明する。

この実施例では前証第１実施例における電圧センサの増
幅回路への構成中、抵抗Ｒ１が省略され、検出電極１０
の出力端子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いるところのみが異なってい
る。

この実施例の作用については面記第１実施例と同様であ
る。

次に第３実施例を第６図に従って説明する。

前記第１実施例では充填剤１２をケース１内にのみ充填
するようにしたが、この第３実施例ではさらにケース１
及び縣３の外部をも同じ高誘電率を備える充填剤１２に
てモールド形成し、その上面には円弧状の曲面が形成さ
れているところが異なっている。

従って、この電圧センサを屋外に配置し！ご場合、この
ように電圧センサの上面が曲面に形成されていることに
より、電圧センナの上面に高話°電率を備えた雨水がた
まることが防止されるため、電圧センサの一定の検出感
度を維持することができる。

なお、この実施例ではモールド形成した上面を曲面に形
成したが、これに限定されるものではなく、例えば上面
を山型状にしたり、上面全体を斜状平面に形成したりし
て雨水が排除し１ｎる形状であればよい。

なお、この発明は前記各実施例に限定されるものではな
く以下のように構成してもよい。

（イ）検出電極１０よりも上方位ばである変位電流流入
部に高誘電率材を配置すること。

（ロ）例えば第１実施例においてはケース１内全体を高
誘電率を備えた充填剤１２にて充填したが、その代わり
に検出電極１０のみを高誘電率を備えたモールド材によ
りモールド形成すること。

前記（イ）　（ロ）においては被測定物である配電線路
と検出電極１０との間に高誘電率体が介在するため、検
出電極１０の検出感度を向上することができる。

（ハ）第１実施例の蓋３を省略し、その代りにケース１
を四方を囲む有底箱状に形成するとともに、その四方を
囲む側壁を検出電極１０の取付位置よりも高く形成し、
前記側壁の上端部にて囲まれる上端開口部を変位電流流
入部とすること。

発明の効果 以上詳述したように第１発明は帯電部に対しては離間し
て配置する非接触方式を採用することができ、゛構成が
簡単でしかも安価にすることができ、従来の電圧センサ
と置換えて種々の検知装置に採用することも可能である
。さらにこの電圧センサはコンパクトなものにできるた
め、増幅回路をバッテリー等にて駆動すれば携帯して使
用することも可能である。

又、第２発明では前記第１発明の効果に加え、検出電極
の変位電流流入部を除いて基準電位点に保ったシールド
電極にて覆ったため、帯電部の７ラツシオ一バ時におけ
る増幅回路の保護を図ることができるとともに増幅回路
のシールドも図ることができ、さらには被測定物である
帯電部以外の他の帯電部の電界を遮蔽してその悪影響を
排除することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１実施例の零相電圧検出装置の全
体図、第２図は電圧センサの断面図、第３図はモールド
材を除いた同じく電圧セン１ノの分解斜視図、第４図は
同じく電気回路図、第５図は増幅回路及びフィルタの電
気回路図、第６図は零相検出器の検出回路の電気回路図
、第７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、第８図ｔよ比較例
を説明するための概念図、第９図は第２実施例の電気回
路図、第１０図は第３実施例の断面図である。 １・・・ケース（シールド電極）、３・・・蓋（シール
ド電極）、５・・・窓（変位電流流入部）、７・・・基
板、８・・・信号処理回路、１０・・・検出電極、１２
・・・充填剤、２０・・・零相検出器、２１・・・開回
路、Ａ・・・増幅回路、Ｂ・・・バンドパスフィルタ、
Ｅｌ、Ｅ２・・・接地線、ＯＰ１〜ＯＰ６・・・演算増
幅器、Ｒ１−Ｒ１６・・・抵抗、Ｃ１〜Ｃ１３・・・コ
ンデンサ、Ｐｌ・・・入力端子、Ｐ２・・・端子、Ｐｕ
、ｐｖ、ｐｗ・・・出力端子、Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃｗ・・・
静電容量、ＬＬＪ、ＬＶ。 １−ｗ・・・配電線路。 特許出願人　　　株式会社　高松電気製作所代　理　人
　　　弁理士　　恩１）博宣第２図 ［株］Ｌｕ、〜、Ｌｗ １自５を手続ネ１１１正画 昭和６１年１月３１日 持訂庁長官　宇　賀　　道　部　殿 １、事件の表示　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　−Ｉ１１和６０年特ｎ願第２５１４９５号２
、発明の名称 電圧センサ ３、補正をする者 事件との関係：　　特許出願人 氏　名　　　株式会社　高松電気製作所（名　称） ４、代理人 住所　〒５００　　岐串市端詰町２番装置　　＜０５８
２＞６５−１８１０（代表）ファックス専用　＜０５８
２＞　６６−１３３９６、補正の内容 （１）明細書全文を別紙の通り補正する。 （２）図面中筒５，６図を別紙の通り補正する。 −’；−＋＋、、−１．、 明　　細　　書 １、発明の名称 電圧センサ ２、特許請求の範囲 １、帯電部と基準′電位点との間に、同帯電部の絶縁の
ための空間を介して帯電部から流入する変位゛逝流に相
似な出力を生じさせる増幅回路を直列るフィルタを接続
し、同帯電部の電位に相似な交流波形を出力するように
したことを特徴とする゛電圧センサ。 ２、帯電部と基準電位点との間に、同帯°心部の絶縁の
ための空間を介して帯電部から流入する変位電流に相似
な出力を生じさせる増幅回路を＋に列に接続し、同増幅
回路の入力端側には前記？ｆｌｒｊｒ部からの変位電流
を捕集しうるようにした検出電性を具備させ、同検出電
極の変位電流流入部を除いて基準電位点に保ったシール
ド電（由で覆うようにし、同増幅回路は低入力インピー
ダンス及び高量６４．、　ｆＨＩ増幅回路には所定周波
数の出力を得るフィルタを接続し、同帯電部の電位に相
似な交流波形を出ツノするようにしたことを特徴とする
電圧センサ。 ３、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電圧センサとしては一般
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）が使用されており、又、近年ＰＴ以外て１まオプト
エレクトロニクス技術を応用したものも提案されている
。前記オプトエレクトロニクス技術のものは計測月光変
圧器（以下、光ＰＴという）と呼ばれ、多くのものが研
究されている。 この光ＰＴはポッケルス効果を有する素子を電界中にお
き、これに電界と同じ方向ｔこ直線漏光を大剣きせると
、その直交二成分に対する屈折率が電界の強さに対して
異なる変化を示すとともに伝播速度も異なり、その結果
、光の直交二成分間に位相差が生じ、出射光は惰円鍋光
になることを利用したものである。 又、送電線等の高電位の帯電部に対しては、同帯電部の
絶縁のための空間が形成する静電容量に直列に分圧用の
静電容ωあるいは発光要素等を接続し、帯電部の帯電の
有無を検出するめだの＠電器形式のものが知られている
。 （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＠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
もに重但が重くなる問題があり、そのため取付作業に手
間がかかる問題がある。 又、光Ｐ］−は非接触方式のものであり、絶縁性には優
れるが直線偏光を得るためにレーザ発振器等が必要Ｃあ
り、装置全体としては高価になる問題がある。 ｅらに検゛竜器形式のものにあっては、空間の形成する
静電容量を介して検出された信号を増幅するための増幅
回路の入力インピーダンスは一般に高く形成されている
。このため、増幅回路の入力端子に直接に接続されてい
る支持物、構造材による漏洩抵抗の変化が増幅回路の実
効的な入力インピーダンスに影響し、特にセンサーを屋
外、器外に設置すると帯電部の電位の正確な瞬時値を得
ることは困難であった。 これを解決するために、単に入力インピーダンスを低減
させれば、出力°電圧が減少し、特に帯電部の電位が低
い配電系統に対しては安定かつ正確な電圧検出は不可能
であった。 一以上のような状況から非接触方式の上記検電器形式も
帯電部の電位のアナログ波形をその瞬時値。 位相差も含めて各相ごとに正確に検出測定し、その出力
を演算処理して、結果が系統の事故保護等の配電技術に
利用するまでに至っていない。 この発明は前記問題点を解消するためになされたもので
あって、帯電部に対し離間して配置することができると
ともに、構成が簡単で帯電部電位に相似な信号波形を正
確に測定でき、しかも安１曲な電圧センサを提供するこ
とを目的どしている。 発明の構成 く問題点を解決するための手段〉 前記問題点を解消するために第１発明では配電線等の所
定周波数の帯電部と基準′電位点との間に、同帯電部の
絶縁のための空間の静電容量を介して帯゛躍部から流入
する変位電流に相似な出力を生じさせる増幅回路を直列
に接続し、同増幅回路は低入力インピーダンス及び高閉
ループ利得を漏える負帰還増幅回路に構成し、さらに同
増幅回路には所定周波数の出力を得るフィルタを接続し
たことを要旨としている。 又、第２発明では前記第１発明の構成に加え、増幅回路
の入力端側には前記帯電部からの変位電流を捕集しうる
ようにした検出電極を具備させ、同検出゛心極の変位電
流流入部を除いて基準電位点に保ったシールド電極で覆
うようにしたことを要旨としている。 （作用） 前記第１発明の構成により、帯電部と検出電極の間に生
じる空間の静電容量を介して低入力インピーダンス、高
閉ループ利得の負帰還型増幅回路が接続されているので
帯電部から検出される変位電流は増幅回路により安定、
正確に増幅され、その出力端子からは前記変位電流に相
似な充分に大きい出力が得られる。さらに、増幅回路に
より増幅された信号はフィルタを介して所定周波数を得
る。 又、第２発明では前記第１発明の作用に加え、帯電部か
らの変位電流が検出電極にて捕集され、その検出電極を
介して変位電流は増幅回路に流れる。又、検出電極はそ
の変位電流流入部を除いて基準電位点に保ったシールド
電極で覆われているため、被測定対象物である帯電物以
外の帯電物からの変位電流の流入が防止さ机る。 （実施例） 以下、この弁明を零相電圧検出装置の電圧センサに具体
化した第１実施例を第１図〜第７図に従って説明する。 ６０Ｈ２の各相配電線路１ｕ、ＩＶ、１ｗに対しほぼ等
距離をおいて離間配置される電圧センサＳｕ、Ｓｖ、Ｓ
ｗは同一構成のため、電圧センサＳｕについて説明する
。 電圧センサＳｕのケース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ヤ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Ｎ３の上面には長方形状をなす変位電流流入部として
の窓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１
０のシールド電極となっている。 前記ケース１の四隅上面には支持部材６を介して基板７
が固設され、同基板７には後記する信号処理回路８が設
けられている。又、前記基板７の四隅上には間隔保持部
材９が立設されており、同間隔保持部材９に対して平板
状の検出電極１０がヒ′ス１１により締付は固定されて
いる。従って、前記検出電極１０は蓋３に対して平行に
配置されるとともに、窓５を除いて前記ケース１及び蓋
３にて覆われている。 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
加工しやすいアルミニウムが使用されている。そして、
前記のように基板７及び検出電極１０を組付けた後ケー
ス１内には高誘電率を備えた充填剤１２が充填されてい
る。 前記信号処理回路８について説明すると、この信号処理
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
回路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は可変抵抗Ｒ１を介して情地線Ｅ１に接続され、又、
シールド電極を構成するケース１及びＭ３は端子Ｐ２を
介して接地線Ｅ１に接続されている。前記可変抵抗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。 前記可変抵抗Ｒ１は演算増幅器ＯＰ１の反転入力端子に
接続されており、又、同演算増幅器ＯＰ１の非反転入力
端子は抵抗Ｒ３を介して接地′ｇＡＥ１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。 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
されるとともに、同増幅回路Ａの出力端子は演算増幅器
ＯＰ２を使用した電圧ホロアを介して次段のバンドパス
フィルタＢに接続されている。この電圧ホロ７は入力イ
ンピーダンスを高くして出力インピータンスを低くし、
インピータンスの変換を行っている。 バンドパスフィルタＢは前記電圧ホロアを構成する演算
増幅器○Ｐ２から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６０Ｈ２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ＯＰ２の出力端子と演算増幅器ＯＰ３の反転入力端
子間にはコンデンサＣ２と抵抗Ｒ５の直列回路が接続さ
れ、又、同演算増幅器Ｏ［〕３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ＯＰ３の反転入力端子と出力端子間には
コンデンサＣ３，Ｃ４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ごれている。又、前
記コンデンサＣ３，０４間のａ点と接地線Ｅ１との間に
は抵抗Ｒ９が接続され、前記抵抗Ｒ７，Ｒ８間のｂ点と
接地線Ｅ１との間にはコンデンサＣ５が接続されている
。 前記抵抗Ｒ５〜Ｒ９、コンデンサＣ２〜Ｃ５及び演算増
幅器ＯＰ３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日の出力端子は演算増
幅器ＯＰ４を使用した電圧ホロアを介して出力端子Ｐｕ
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。なお、他の電圧センサＳ。 Ｓｗの出力端子は説明の便宜上Ｐｕの代りにＰ。 Ｐｗで表わす。 ６η記各相の配電線路１ｕ、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゛心圧
センサ用の゛昆源回路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、Ｓ。 Ｓｗから出力された所定の周波数に選択されｔ、：信号
を合成してその出力端子Ｐに零（ｌ電圧ｖＯ信号を出ツ
ノ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。 丁なわち、演算増幅器ＯＰ５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３ｕ、ＳＶ、　Ｓｗの出力端子ｐｕ
、ｐｖ、ｐｗが接続され、又、その非反転入力端子は抵
抗Ｒ１４を介して接地されている。又、演算増幅器ＯＰ
５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○Ｐ５の出力端子は演算増幅器Ｏ
Ｐ６を使用した電圧ホロアを及び抵抗Ｒ１６を介して出
力端子Ｐに接続されている。この電圧小ロアは入力イン
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ＯＰ５゜ＯＲ３
により加算回路２２か構成されている。 電源回路２３について説明すると、１００ＶＡＣ電源端
子には電源変圧器２４が接続され、同電源変圧器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Ｅ
２との間には平滑コンデンサＣ６及びコンデンサＣ７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５２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の出力端子をよ＋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）〕端子と接地＃ｊ
ｌ　Ｅ　２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０１０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５２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５２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。 己で、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１図では帯′爪部としての各相の配電線路ＬＬＪ。 １−Ｖ、１ｗに対応して電圧センサＳｕ、Ｓｖ、ＳＷは
それぞれほぼ同罪Ｍｌ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定常の負
荷電流が流れている場合には配電線路ＬＬＪ、ｌｖ、１
ｗ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ｆｆ１ｃｕ、　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
を演算増幅器ＯＰ２に出力する。 この場合、端子Ｐｉ、Ｐ２からみた入力インピーダンス
は抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２どの並列値と考えられる。周知の
ように演算増幅器の典型的な使用例においては抵抗Ｒ２
はにΩオーダの値である。 閉ループ利得Ｒ４／Ｒ２は充分な出力を得るために１０
０Ｏｆ’ｉ！度に取られる。又、抵抗Ｒ１は検出電極を
支える部材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。 従って、上記の入力インピーダンスは率実上抵抗Ｒ２に
より充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０１〕１の出力には大きな信号が得ら
れる。なあ、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【プれば位
相差は無視され、変位電流に比例した出ノ〕が（ｑ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。いず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は前記電圧ホロアを構成す
る′＠暮増幅器ＯＰ２を介し−Ｃ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ａ６ｏｈｚ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Ｖｏ倍
信号出力する（第７図参照〉。この第７図においてα。 β、γは各配電線路ＬＬＪ、Ｌｖ、Ｌｗに印加された電
圧の波形である。 このように通帛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Ｒ相″
冷圧ＶｏはＯとなる。 次に配電線路Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗのうちいずれが一相の配
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３ｕ。 ＳＶ、ＳＷの信号処理回路８４！−経て零相電圧検出器
２０に出力された信号が加蓮回路２２にて合成８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口を
事実上受けることがない。 しかし、各電圧センサには僅かではあるが、位相の異な
る他相の変位電流も流入する。又、各相電圧センサの実
効利得にも多少の差が生じる。このような場合には各相
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
生ずるので、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。 前記のような零相電圧検出装置における電圧センサの出
力特性と、従来構成のポッケルス素子を利用した電圧セ
ンサＸあるいはＰＤの出力特性とを比較するために計測
を行った。Ｊなわち、第８図に示すように各相の配電線
路ＬＵ、Ｌｖ、Ｌｗに対して電圧センサＸは直付状態で
取付し、又、ＰＤは配電線路の絶縁液ｒＲの外周に取付
する。又、本願の電圧センサの配電４’Ｗ路に対する配
置位置は各相の配電線路の真下方向でその離間距離　は
１ＱＱｍｌｌｌとした。そして、配電線路のうち一相を
地絡と同様の状態にし、各相に対応して配置された電圧
センサＸあるいはＰＤから出力された信号は前記実施例
と同様の加算回路２２にて合成することにより計測した
。その結果、１０％地絡時の零相電圧は電圧センサＸを
使用した場合は３Ｖ、本願の電圧センサを使用した場合
はＩＶ、及びＰＤを使用した場合は１００１１１であっ
た。 又、線間電圧をいずれも６．９ＫＶにした健全時の残留
電圧は、電圧センサＸを使用した場合は６５ｍｖ、本願
の電圧センサを使用した場合は１３゜５ｍｖ及び１フＤ
を使用した場合は４．３８ｍｖであつノこ　。 次に第２実施例を第９図に従って説明する。 この実施例では前記第１実施例における電圧センサの増
幅回路Ａの構成中、抵抗Ｒ１が省略され、検出電極１０
の出力端子Ｐ１は抵抗Ｒ２を介して２Ｍ　締１１’ｊ　
ｆｉ４７．′：、ｒ２　Ｔ　ｊの反転入力端子に接続さ
れているところのみが異なっている。 この実施例の作用については前記第１実施例と同様であ
る。 次に第３実施例を第１０図に従って説明する。 前記第１実施例では充填剤１２をケース１内にのみ充填
するようにしたが、この第３実施例ではさらにケース１
及びＮ３の外部をも同じ高誘電率を備える充填剤１２に
てモールド形成し、その上面には円弧状の曲面が形成さ
れているところが異なっている。 従って、この゛電圧センサを屋外に配置した場合、この
ように電圧センサの上面が曲面に形成されていることに
より、電圧センサの上面に高誘電率を有する雨水がたま
ることが防止されるため、電圧センサの一定の検出感度
を維持覆ることができる。 なお、この実施例ではモールド形成した上面を曲面に形
成したが、これに限定されるものではなく、例えば上面
を山型状にしたり、上面全体を斜状平面に形成したりし
て雨水が排除し得る形状であればよい。 なお、この発明は前記各実施例に限定されるｂのではな
く以下のように構成してもよい。 （イ）検出電極１０よりも上方位置である変位電流流入
部に高誘電率材を配置すること。 （ロ）例えば第１実施例においてはケース１内全体を高
誘電率を喝えた充填剤１２にて充填したが、その代わり
に検出電極１０のみを高誘電率を備えたモールド材によ
りモールド形成すること。 前記（イ）（ロ）においては被測定物である配電′ｆＡ
路と検出電極１０との間に高誘電率体が介在するため、
検出電極１０の検出感度を向上することができる。 （ハ）第１実施例の蓋３を省略し、その代りにケース１
を四方を囲む有底箱状に形成するとともに、その四方を
囲む側壁を検出電極１０の取付位置よりも高く形成し、
前記側型の上端部にて囲まれる上端開口部を変位電流流
入部とすること。 発明の効果 以上詳述したように第１発明はセンサの絶縁上好ましい
非接触方式によって、帯電部の電位波形に相似な信号を
安定かつ正確に測定できるようにしたものであるから、
この発明による電圧センササは簡易な構成で安価に提供
でき、センサの出力波形の演篩処理を必要とＪるような
配電技術の多くの部分に従来のＰＴ、ＰＤに換えて利用
できるという利点がある。 又、第２発明では前記第１発明の効果に加え、検出電極
の変位電流流入部を除いて基準“電位点に保ったシール
ド電極にて覆ったため、帯電部のフラッジオーバ時にお
ける増幅回路の保護を図ることができるとともに増幅回
路のシールドも図ることができ、さらには被測定物であ
る帯電部以外の他の帯電部の電界をａ蔽してその悪影響
を排除することができる。 ４、図面の簡単な説明 第１図はこの発明の第１実施例のユτ相電圧検出装置の
全体図、第２図は電圧センサの断面図、第３図はモール
ド材を除いた同じく電圧センサの分解斜視図、第４図は
同じく電気回路図、第５図は増幅回路及びフィルタの“
電気回路図、第６図は零相電圧検出器の検出回路の電気
回路図、第７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、第８図は比
較例を説明するための概念図、第９図は第２実施例の電
気回路図、第１０図は第３実施例の断面図である。 １・・・ケース（シールド電極）、３・・・Ｎ（シール
ド電極）、５・・・窓く変位電流流入部）、７・・・基
板、８・・・信号処理回路、１０・・・検出電極、１２
・・・充填剤、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、Ｅｌ、Ｅ２・・・接地線、ＯＰ１〜ＯＰ６・・・
演算増幅器、Ｒ１−Ｒ１６・・・抵抗、Ｃ１〜Ｃ１３・
・・コンデンサ、Ｐｌ・・・入力端子、Ｐ２・・・端子
、ｐｕ、ｐｖ、ｐｗ・・・出力端子、Ｃｕ　、　ＣＶ　
、　（：、　Ｗ−・・静電容（６）、ＬＬＪ。 Ｌ　ｌ　Ｗ・・・配電線路。 特許出願人　　　株式会社　日松電気製作所代　理　人
　　　　　弁理士　　恩１）博宜自５で手続？ｉ’ｌｉ
正四 ２１発明の名称 電圧センサ ３、補正をする者 事件との関係：　特許出願人 氏　名　　　株式会社　高松電気製作所（名　称） ４、代理人 住所　〒５００　　岐串市端詰町２番装置　　＜０５８
２＞　６５−１８１０（代表）ファックス専用　＜０５
８２＞　６６’−１３３９６、補正の内容 のオーダの出である。Ｊと更に補正する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、帯電部と基準電位点との間に、同帯電部の絶縁のた
   めの空間を介して帯電部から流入する変位電流に比例し
   た電位差を生じさせる増幅回路を直列に接続し、同増幅
   回路には所定の周波数を得るフィルタを接続し、交流波
   形を出力するようにしたことを特徴とする電圧センサ。 ２、帯電部と基準電位点との間に、同帯電部の絶縁のた
   めの空間を介して帯電部から流入する変位電流に比例し
   た電位差を生じさせる増幅回路を直列に接続し、同増幅
   回路の入力端側には前記帯電部からの変位電流を捕集し
   うるようにした検出電極を具備させ、同検出電極の変位
   電流流入部を除いて基準電位点に保ったシールド電極で
   覆うようにし、同増幅回路には所定の周波数を得るフィ
   ルタを接続し、交流波形を出力するようにしたことを特
   徴とする電圧センサ。