JPS62214361A - 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Ｗｉ　） 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。

（発明が解決しにうとする問題点） 前記のような従来のＰＴ又はＰＤは配電線路に対しては
直）妄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、
ｆ）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＠量が重くなる問題があり、そのため取イ」作業に
手間がかかることから、配電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Ｊｇ塵埃地域といった幅広い範
囲を考ＦＩＲする必要があり、特に雨水による検出出力
に及ぼ１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点を踏まえ構成が簡単であリ、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） 前記問題点を解消するためにこの発明は導電性部材から
なり電気的に接地されたシールド容器の上面に窓孔を透
設し、同容器内には同容器に対し絶縁材からなる細い棒
状支持部材にて支持された板状の検出電極を配し、同検
出電極の上面にて前記窓孔を前記容器内面との間に空隙
を介して閉塞するよう辷装置するとともに、前記検出電
極には（作用） 前記構成により配電線等の帯１部に対し１ｌｌｌｉ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を
閉塞するように検出電極が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支持
部材への付着が抑えられるとともに、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イ」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５０１−１　ｚの各相配電線路Ｌ（」
。

ＬＶ、ＬＷに対しほぼ等距離をおいてｍｔ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。この電圧センサ３ｕ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は断面ヂ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１０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Ｍ３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孔５が透設
されている。このケース１とＭ３とはアルミニウム咎の
１ｆｆｉ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絶縁支持部材６を介して平板状
の検出電極１０がビス１１により固定されており、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１７′５としている。そして、前
記検出電極１０Ｇ、を蓋３に対して平行に配置されると
ともに、ケース１及び蓋３に対し空隙を介して窓孔５を
内方より閉塞するように配置されている。なお、前記検
出電極１０は金属、Ｓ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１！線３１の
心線は検出電極１０に接続され、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蔦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３ｕ　、３ｖ　、３ｗ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へとバンドパス
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？ｔｉ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。ずなわち、信号処理回路８の入力端
子Ｐ１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づるケース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○Ｐ１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Ｊ３、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Δ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６０１」Ｚあるいは５０１１ｚを中心周波数として選
択的に増幅して取り出ず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○Ｐ２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。面記演筒増幅器○
Ｐ２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Ｃ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、前記検出電極１０．信号処理回路８とにより電
圧センサ３ｕ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３ｕ、３ｖ、３ｗ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。

すなわら、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、その非反転入ツノ端子は抵抗
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。この電圧ボロアは入力インピ
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、Ｍ課電圧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の出力端子は十ＶＣＣＥ子に接続ざ゛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１ｕ。

ＬＶ、１ｗに対応して電圧センサｓｕ、ｓｖ、ｓＷはそ
れぞれほぼ同距１１！互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Ｊｖ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、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Ｐｉ、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はにΩオー
ダの値である。閉ループ利１０Ｒ４／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
検出器ｗｉ１０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１０にΩ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１７られる。なお、周知のように演算増幅器ＯＰ
１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６０Ｈ２ある
いは５０１−１　ｚ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、３ｗ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ＶＯはＯとなる。

次に配電線路しＬＪ、Ｌｖ、ＬＷ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１１れるため、各電圧セン１すＳｕ。

３ｖ、３ｗ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尊回路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
。従つて、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３１１．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をそれぞれ変化さばて
、零相出力がなるべく零に近づくように調整する。

（第二実施例） 次に、第二実施例について前記実施例と異なるところに
ついてのみ説明すると、本実施例においては第７図に示
すように絶縁支持部材６の表面に円盤状の絶縁ひだ６ａ
を設けている。

そして、検出電極１０は前記絶縁支持部材６に対しポル
１〜３３にて固定されるとともに、単心シールトドｊ電
線３１の心線が接続されている。

従って、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塩水さらには塵埃等が付着
しにくいため、絶縁支持部材６の耐汚損性能は優れたも
のとなり、汚損による漏洩電流経路をしゃ断できる。、
さらに、絶縁ひだ６ａにより検出電極１ｏとシールド電
極としてのケース１及び蓋３との間の絶縁距離が長くな
るため１、絶縁支持部材６表面を介した沿面漏洩抵抗を
充分に確保でき、正確な電圧検出が行なえる。その他の
作用効果は前記第一実施例と同様である。

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ケース内
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、
検出電極は絶縁材よりなる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。ざらに、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、構成が間中かつ安価で正確な電圧センサを提
供することができる産業利用１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図は電圧ヒンサの分解斜視図、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、第７図は第二実施例を
示す電号処理回路、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、Ｅｌ、Ｒ２・・・接地
線、ＯＰ１〜ＯＰ４・・・演算増幅器、Ｒ１−Ｒ１６・
・・抵抗、Ｃ１〜・Ｃ１５・・・コンデンサ、Ｐｌ・・
・入力端子、Ｒ２・・・端子、ｐｕ、ｐｖ、ｐｗ・・・
出力端子、Ｃｕ、ｃｖ。 Ｃｗ・・・０電容ω、Ｌｕ＋　ＬＶ、ＬＷ・・・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１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、導電性部材からなり電気的に接地されたシールド容
   器の上面に窓孔を透設し、同容器内には同容器に対し絶
   縁材からなる細い棒状支持部材にて支持された板状の検
   出電極を配し、同検出電極の上面にて前記窓孔を前記容
   器内面との間に空隙を介して閉塞するように配置すると
   ともに、前記検出電極には増幅回路とバンドパスフィル
   タとからなる信号処理回路を接続したことを特徴とする
   電圧センサ。 ２、支持部材は表面に絶縁ひだを備えたものである特許
   請求の範囲第１項記載の電圧センサ。