JPS62214362A - 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胃することができると
ともに、構成が簡単かつ安価に帯電部電位に相似な信号
波形を正確に測定できる電圧センサの捕集電極を提供す
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空間を介して帯
電部から流入する変位電流を捕集する検出電極を、同検
出電極の変位電流流入部を除いて覆うとともに基準電位
点に保ったシールド雷雨の絶縁支持部材にて支持し、前
記検出電極には前記変位電流に相似な出力を生じさせる
増幅回路と、同増幅回路からの信号に基づいて所定の周
波数を得るとともに交流波形を出力するフィルタとから
構成した信号処理回路を接続したことを要旨としている
。

（作用） 前記構成により、帯電部に対し離間して配置される検出
電極と、同検出電極を内装するシールド電極によって他
の帯電部からの影響を受けることなく帯電部の電圧は検
出される。又、前記検出電極はシールド電極の下面から
突設した絶縁支持部材によって吊下げ支持されているの
で、変位電流流入部から雨水が侵入しても、絶縁支持部
材表面には雨水が直接付着することはなく、絶縁支持部
材表面を介して流れる漏洩電流は軽減される。

（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１ｕ。

ｌｖ、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　、Ｓｗは同一構成のため、電圧
センサＳＬ＋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とから構成されている。

検出部７のケース１は断面チャンネル状に形成され、そ
の互いに相対する両側壁１ａ上端には断面逆チヤンネル
状の検出電極支持部２が内方へ折曲形成されている。又
、前記側壁１ａの両端部及び底壁の両端部には取付片３
がそれぞれ内方へ直角に折曲形成されている。前記ケー
ス１の取１・１片３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Ｎ４がその両
端壁から挿通されるビス４ａにより締付固定され、同着
４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４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の中央部上面には前記検出電極支持部２の
内面両端部から突設された柱状の絶縁支持部材６を介し
て平板状の検出電極１０が吊下げ支持されたのち、ビス
１１にて固定されている。

さらに、前記絶縁支持部材６表面には絶縁ひだ６ａが複
数個環状に突出形成され、絶縁支持部材６と検出電極１
０との間の絶縁距離を長くしている。

又、前記検出電極１０は蓋４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４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、Ｉｊ電性ゴム等の１ｍ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。

前記ケース１．１４．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の検出電極１０にはリード線３１の一端が
接続され、同リード線３１はケース１がら導出されて後
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。この信号処理
回路８は各電圧センサＳｕ　、Ｓｖ　、Ｓｖ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
ルド電極を構成するケース１．蓋４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ＤＩ、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１０Ｐ１
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Ｒ１〜４、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
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、同演悼増幅器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１妄地線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２！１０Ｐ２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出
力端子ｐｕに接続されている。

そして、前記検出電極１０．信号処理回路８とにより電
圧センサ３　ｕ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３ｕ　、　３ｖ　。

３ｗから出力された所定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ｌｌ０Ｐ３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８１１　、　ＳＶ　、　ＳＶｔ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゜ＯＲ３
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、電源電圧へ０１００
Ｖに一次側が接続される電源変圧器２４の二次側には全
波差１ｉ？３２５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、？ＪＥ２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ＩＱＥ２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、三端子レギユレータ２６の出力端子と接地％ｌＥ
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１１Ｅ２１２１１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−Ｖ
ｃｃｊＭ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Ｅ　２　ｉ？ｆｆにはコンデン
サＣ１２及びコンデンサ０１３が接続されている。

さて、以上のように描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ｒｒｉ線路しＵ。

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氾にて離間配置されている。

配Ｔ、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ＬｔＪ、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ｆＪ
Ｃｕ　、ＣＶ　、ＣＷを介して流れる変位電流が変位流
部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に補集される。

そして、この変位電流は各電圧センサＳＵ、Ｓｖ、３ｗ
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から見た入力インピーダンス
は抵抗Ｒ１ど抵抗Ｒ２との並列値と考えられる。演練増
幅器の典型的な使用例においては、Ｒ２はにΩオーダー
の値である。閉ループ利１５　Ｒ４／Ｒ２は十分な出力
を得るために１０００程度に取られる。また、Ｒ１は検
出電極１ｏを支持する絶縁支持部材６の沿面漏洩抵抗よ
り低い１直に取られ、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１０にΩ以上のオーダーの
晴である。従って、上記の入力インピーダンスは事実上
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著しく小さけ
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６０１−１２
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６図参照）。この第６図におい
てα、β。

γは各相の配設電線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１ｑられる零相
電圧ＶＯは０となる。

次に配電線路１ｕ、ｌｖ、１ｗのうらいずれか一相の配
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Ｓ（１゜３ｖ、３ｗの信号処
理回路８を杼て零相電圧検出器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４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。

しかし、各電圧センサ３ｕ　、３ｖ　、３ｗ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。ま
た、各相電圧センナＳｕ　、　Ｓｖ　、　３ｗ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。

又、絶縁支持部材６はケース１−ヒ部に対し断面逆チヤ
ンネル状に形成した検出電極支持部２の内面両端部から
突設した絶縁支持部材６によって支持されているので、
窓５から雨水が浸入しても絶縁支持部材６表面には雨水
が直接付着することはなく、絶縁支持部材６表面を介し
て流れる漏洩電流は軽減される。

ざらに、前記検出電極１０を支持する絶縁支持部材６の
表面には絶縁ひだ６ａが設けられているので、検出電極
１０とシールド電（東としてのケース１及びＭ４との間
の絶縁距離が長くなるため、絶縁支持部材６表面を介し
た漏洩電流を軽減できる。

また、絶縁ひだ６ａの下面及び絶縁ひだ６ａと絶縁ひだ
６ａの間の部分には雨水や塵埃等か付着しにくいため、
支持部材の耐汚損性能に優れるとともに、汚損による漏
洩電流も軽減でき、正確な電圧検出が行なえる。

発明の効果 以ヒ詳述したように、この発明は検出電極がシールド電
極内に収納されているため、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、前記検出電極はシールド電極の絶縁支持部材を介し
て吊下げ支持されているので、変位電流流入部から雨水
が侵入しても、絶縁支持部材表面には雨水が直接付着す
ることはなく、絶縁支持部材表面を介した漏洩電流は軽
減される。

又、帯電部に対して離間して配置する非接触方式を採用
することができるため、構成が簡単かつ安価で正確な電
圧はンサを皿供することができる等、産業利用１浸れた
効果を奏する。

【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
各相配設電線の電圧オシログラフである。 １・・・ケース、４・・・蓋、５・・・変位電流流入部
、６・・・絶縁支持部材、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、Ｅｌ、Ｅ２・・
・接地線、ＯＰ１〜ＯＰ４・・・演算増幅器、Ｒ１−Ｒ
１６・・・抵抗、Ｃ１〜Ｃ１５・・・コンデンサ、Ｐｌ
・・・入力端子、Ｐ２・・・端子、ｐｕ　、　ｐｖ　、
　ｐｗ−・・出力端子、ＣＩＪ。 ＣＶ　、　ＣＷ　・・・静電客足、Ｌ［Ｉ、ＬＶ、イ゛
ｗ　−・・配電線路。 特許出願人　　　日本碍子　株式会社 株式会社　高松電気製作所 代　理　人　　　弁理士　　恩１）博宣第２図 第６図 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、空間を介して帯電部から流入する変位電流を捕集す
   る検出電極を、同検出電極の変位電流流入部を除いて覆
   うとともに基準電位点に保ったシールド電極の絶縁支持
   部材を介して吊下げ支持し、前記検出電極には前記変位
   電流に相似な出力を生じさせる増幅回路と、同増幅回路
   からの信号に基づいて所定の周波数を得るとともに交流
   波形を出力するフィルタとから構成した信号処理回路を
   接続したことを特徴とする電圧センサ。