(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電線の心線に加わる交流電圧を測定する非接触型交流電圧測定装置であって、前記非接触型交流電圧測定装置は、
前記電線の外側に設けられて前記心線との間に容量が未知である第１結合容量を形成する第１電極と、
第１コンデンサと前記第１コンデンサにコンデンサを介さないで並列に接続された開閉手段を有する並列回路と、
タイミング信号を発生するタイミング信号発生手段と、
前記タイミング信号に従って前記開閉手段の開閉を制御する開閉制御手段と、
を有していて、前記開閉手段が閉じた状態で前記並列回路を流れる第１電流と、前記開閉手段が開いた状態で前記並列回路を流れる第２電流とを測定し、前記測定した第１電流と第２電流とに基づいて前記電線の前記心線に加わる前記交流電圧を求め、
前記タイミング信号発生手段は、前記電線の前記心線に加わる交流電圧のゼロクロス状態を検知するゼロクロス状態検知手段を有し、
前記開閉制御手段は前記ゼロクロス状態検知手段の出力に基づいて前記第１コンデンサに加わる電圧が所定値以下の状態で前記開閉手段の開閉動作を制御する、ことを特徴とする非接触型交流電圧測定装置。
【請求項２】
電線の心線に加わる交流電圧を測定する非接触型交流電圧測定装置であって、前記非接触型交流電圧測定装置は、
前記電線の外側に設けられて前記心線との間に容量が未知である第１結合容量を形成する第１電極と、
前記第１電極のさらに外側に設けられて前記第１電極との間に第２結合容量を形成する第２電極と、
前記第２結合容量にコンデンサを介さないで並列に接続された開閉手段と、
前記第２結合容量と前記開閉手段とにより形成される並列回路と、
前記開閉手段の開閉を制御する開閉制御手段と、
を有していて、前記開閉手段が閉じた状態で前記並列回路を流れる第１電流と、前記開閉手段が開いた状態で前記並列回路を流れる第２電流とを測定し、前記測定した第１電流と第２電流とに基づいて前記電線の前記心線に加わる前記交流電圧を求め、
前記非接触型交流電圧測定装置は、前記電線の前記心線に加わる交流電圧のゼロクロス状態を検知するゼロクロス状態検知手段をさらに有し、
前記開閉制御手段は、前記ゼロクロス状態検知手段の出力に基づいて前記第２結合容量に並列に接続された前記開閉手段の開閉動作を、前記第２結合容量に加わる電圧が所定値以下の状態で制御する、ことを特徴とする非接触型交流電圧測定装置。
【請求項３】
請求項１に記載の非接触型交流電圧測定装置において、
前記非接触型交流電圧測定装置は、前記第１電流と前記第２電流を測定するための電流測定手段と、
測定された前記第１電流と前記第２電流に基づいて前記電線の前記心線に加わる交流電圧を演算により求める演算処理手段と、をさらに有し、
前記第１電極により形成された前記第１結合容量と前記並列回路が直列に接続され、
前記並列回路の前記第１コンデンサに、前記開閉手段が並列に接続され、前記開閉手段が閉じることにより前記第１コンデンサが並列に接続された前記開閉手段を介して短絡される、ことを特徴とする非接触型交流電圧測定装置。
【請求項４】
請求項２に記載の非接触型交流電圧測定装置において、
前記非接触型交流電圧測定装置は、前記第１電流と前記第２電流を測定するための電流測定手段と、
測定された前記第１電流と前記第２電流に基づいて前記電線の前記心線に加わる交流電圧を演算により求める演算処理手段と、をさらに有し、
前記第１電極により形成された前記第１結合容量と前記並列回路が直列に接続され、
前記並列回路の前記第２結合容量に前記開閉手段が並列に接続され、前記開閉手段が閉じることにより前記第２結合容量が並列に接続された前記開閉手段を介して短絡される、ことを特徴とする非接触型交流電圧測定装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４の内の一に記載の非接触型交流電圧測定装置において、
前記非接触型交流電圧測定装置は、前記第１電極を覆うようにあるいは前記第１電極に加えて前記第２結合容量を覆うように設けられたシールド電極と、基準電位点として作用する接地点と、をさらに有し、
前記シールド電極が設けられることにより前記第１電極と前記接地点との間に第３結合容量が形成され、
さらに前記並列回路と前記第３結合容量が前記第１結合容量と前記接地点との間において並列接続の関係となる、ことを特徴とする非接触型交流電圧測定装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５の内の一に記載の非接触型交流電圧測定装置において、
前記非接触型交流電圧測定装置は、さらに前記心線の交流電圧の状態をモニタするモニタ装置を有する、ことを特徴とする非接触型交流電圧測定装置。
【請求項７】
請求項６に記載の非接触型交流電圧測定装置において、前記モニタ装置は表示手段を有し、前記表示手段に前記心線の交流電圧の波形を表示する、ことを特徴とする非接触型交流電圧測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送電される交流電力の例えば電圧などを測定する測定技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、絶縁被覆された電線内の導体に印加された交流電圧を測定する測定装置が提案されており、一例として特許文献１に前記測定装置が開示されている。特許文献１に開示された前記測定装置に関する技術の概要は次のとおりである。なお特許文献１に関する記載で使用する符号は特許文献１の実施例に記載されている符号であり、以下の本願の実施形態で使用している符号と異なる。【０００３】
容量値の異なる少なくとも２つのコンデンサ１３と１４を設けられ、検出プローブと共通電位点との間に、前記容量値の異なる少なくとも２つのコンデンサ１３と１４を選択的に接続する。前記検出プローブと被測定電圧が印加された導体との間に形成された結合容量１２と前記選択的に接続されたコンデンサ１３あるいは１４とで構成された分圧回路により、前記被測定電圧が分圧される。前記選択的に接続されたコンデンサ１３あるいは１４の接続を切り替えたときの分圧された電圧の値と、前記２つのコンデンサの容量値とから前記結合容量１２を演算し、演算して求めた前記結合容量１２から前記被測定電圧を求める。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−０２８９００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
理解を助けるために特許文献１に開示の公知技術を一例として挙げこれを基に説明する。なお上記「背景技術」の記載と同様本項目の説明で使用されている符号は特許文献１の実施例に記載されている符号であり、以下の本願の実施形態で使用している符号と異なる。特許文献１に開示された測定装置は、特許文献１に記載された解決しようとする課題を解決するものと考えるが、測定精度をさらに向上するとの観点では、さらに解決すべき課題が存在していると考える。特許文献１には、測定装置が容量値の異なる少なくとも２つのコンデンサ１３と１４を有し、２つのコンデンサ１３と１４を選択的に接続することにより、結合容量１２を演算し、演算により求めた結合容量１２から最終的に被測定電圧を求める、と記載されている。【０００６】
容量値が異なる２つのコンデンサ１３と１４を切り替えて結合容量１２を演算し、演算された結合容量１２から被測定電圧を求める方式は、２つのコンデンサ１３と１４の実際の容量値と演算で使用する容量の公称値との間に誤差があるとこの誤差は測定誤差となって現れる。このため２つのコンデンサ１３と１４の容量の公称値が実際の容量値に一致するように、容量の公称値を常に高い精度で管理することが必要となる。現実にはこれは大変難しく、その結果として従来の測定方式は、測定精度が低下する問題を有していた。例えば測定に使用する２つのコンデンサ１３と１４を測定装置に組み込む際に、各コンデンサと各コンデンサの周囲に存在する他の部品や配線、などの装置との間に漂遊容量が存在し、この漂遊容量の影響により、２つのコンデンサ１３と１４の容量の公称値の精度が低下するなどの問題があった。測定精度の低下を防ぐためには、測定精度の低下の要因をできるだけ少なくすることが重要である。【０００７】
上述のように２つのコンデンサ１３と１４を選択的に切り替えて接続する方法は、測定装置として最も重要である測定精度の維持の点で、難しい問題を抱えている。以上の説明では、一例として特許文献１を示し、これを基に本発明が解決しようとする課題を説明したが、特許文献１に開示の公知技術はあくまでも一例として示したものであり、特許文献１に開示された従来方法を含め、今まで使用されてきた従来技術においては、測定精度を高い状態に維持する上で大きな課題を抱えていた。このように従来の測定装置では、測定精度を高く維持することが非常に難しいとの問題を抱えていた。【０００８】
本発明の目的は、より高い精度で測定できる非接触型交流電圧測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決する第１発明は、電線の心線に加わる交流電圧を測定する非接触型交流電圧測定装置であって、前記非接触型交流電圧測定装置は、前記電線の外側に設けられて前記心線との間に容量が未知である第１結合容量を形成する第１電極と、第１コンデンサと前記第１コンデンサにコンデンサを介さないで並列に接続された開閉手段を有する並列回路と、タイミング信号を発生するタイミング信号発生手段と、前記タイミング信号に従って前記開閉手段の開閉を制御する開閉制御手段と、を有していて、前記開閉手段が閉じた状態で前記並列回路を流れる第１電流と、前記開閉手段が開いた状態で前記並列回路を流れる第２電流とを測定し、前記測定した第１電流と第２電流とに基づいて前記電線の前記心線に加わる前記交流電圧を求め、前記タイミング信号発生手段は、前記電線の前記心線に加わる交流電圧のゼロクロス状態を検知するゼロクロス状態検知手段を有し、前記開閉制御手段は前記ゼロクロス状態検知手段の出力に基づいて前記第１コンデンサに加わる電圧が所定値以下の状態で前記開閉手段の開閉動作を制御する、ことを特徴とする非接触型交流電圧測定装置、である。
【００１０】
前記課題を解決する第２発明は、電線の心線に加わる交流電圧を測定する非接触型交流電圧測定装置であって、前記非接触型交流電圧測定装置は、前記電線の外側に設けられて前記心線との間に容量が未知である第１結合容量を形成する第１電極と、前記第１電極のさらに外側に設けられて前記第１電極との間に第２結合容量を形成する第２電極と、前記第２結合容量にコンデンサを介さないで並列に接続された開閉手段と、前記第２結合容量と前記開閉手段とにより形成される並列回路と、前記開閉手段の開閉を制御する開閉制御手段と、を有していて、前記開閉手段が閉じた状態で前記並列回路を流れる第１電流と、前記開閉手段が開いた状態で前記並列回路を流れる第２電流とを測定し、前記測定した第１電流と第２電流とに基づいて前記電線の前記心線に加わる前記交流電圧を求め、前記非接触型交流電圧測定装置は、前記電線の前記心線に加わる交流電圧のゼロクロス状態を検知するゼロクロス状態検知手段をさらに有し、前記開閉制御手段は、前記ゼロクロス状態検知手段の出力に基づいて前記第２結合容量に並列に接続された前記開閉手段の開閉動作を、前記第２結合容量に加わる電圧が所定値以下の状態で制御する、ことを特徴とする非接触型交流電圧測定装置、である。
【００１１】
前記課題を解決する第３発明は、第１発明の非接触型交流電圧測定装置において、前記非接触型交流電圧測定装置は、前記第１電流と前記第２電流を測定するための電流測定手段と、測定された前記第１電流と前記第２電流に基づいて前記電線の前記心線に加わる交流電圧を演算により求める演算処理手段と、をさらに有し、前記第１電極により形成された前記第１結合容量と前記並列回路が直列に接続され、前記並列回路の前記第１コンデンサに、前記開閉手段が並列に接続され、前記開閉手段が閉じることにより前記第１コンデンサが並列に接続された前記開閉手段を介して短絡される、ことを特徴とする非接触型交流電圧測定装置、である。
【００１２】
前記課題を解決する第４発明は、第２発明の非接触型交流電圧測定装置において、前記非接触型交流電圧測定装置は、前記第１電流と前記第２電流を測定するための電流測定手段と、測定された前記第１電流と前記第２電流に基づいて前記電線の前記心線に加わる交流電圧を演算により求める演算処理手段と、をさらに有し、前記第１電極により形成された前記第１結合容量と前記並列回路が直列に接続され、前記並列回路の前記第２結合容量に前記開閉手段が並列に接続され、前記開閉手段が閉じることにより前記第２結合容量が並列に接続された前記開閉手段を介して短絡される、ことを特徴とする非接触型交流電圧測定装置、である。
【００１３】
前記課題を解決する第５発明は、第１発明乃至第４発明の内の一の発明の非接触型交流電圧測定装置において、前記非接触型交流電圧測定装置は、前記第１電極を覆うようにあるいは前記第１電極に加えて前記第２結合容量を覆うように設けられたシールド電極と、基準電位点として作用する接地点と、をさらに有し、前記シールド電極が設けられることにより前記第１電極と前記接地点との間に第３結合容量が形成され、さらに前記並列回路と前記第３結合容量が前記第１結合容量と前記接地点との間において並列接続の関係となる、ことを特徴とする非接触型交流電圧測定装置、である。
【００１４】
前記課題を解決する第６発明は、第１発明乃至第５発明の内の一の発明の非接触型交流電圧測定装置において、前記非接触型交流電圧測定装置は、さらに前記心線の交流電圧の状態をモニタするモニタ装置を有する、ことを特徴とする非接触型交流電圧測定装置、である。
【００１５】
前記課題を解決する第７発明は、第６発明の非接触型交流電圧測定装置において、前記モニタ装置は表示手段を有し、前記表示手段に前記心線の交流電圧の波形を表示する、ことを特徴とする非接触型交流電圧測定装置、である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明による非接触型交流電圧測定装置はより高い精度で測定を行うことができる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一の実施例に係る測定装置の構成を説明する説明図である。
【図２】図１に記載の測定装置の等価回路を説明する説明図である。
【図３】本発明が適用された測定装置１００の他の実施例を説明する説明図である。
【図４】本発明が適用されたさらに他の実施例を説明する説明図である。
【図５】本発明が適用されたさらに他の実施例を説明する説明図である。
【図６】本発明が適用された測定装置１００の使用例の一つを説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
１．はじめに
次に本発明を実施するための形態（本明細書では実施例と記す）を、添付図面を参照して説明する。添付図面において略同じ構成には同じ符号を付す。同じ符号が付された構成は略同じ作用を為し、略同じ効果を奏する。同じ符号が付された構成について繰り返しの説明を省略する場合がある。
【００１９】
本明細書では用語「測定」を用語「計測」の概念も含めた広い概念で使用する。また用語「演算」あるいは用語「演算処理」は、四則演算などの代数計算だけでなく、色々な計算を含む広い概念で使用し、所定の条件や所定のパラメータに基づいて目的とする値やデータを得る処理を含む広い概念で使用する。例えば予め所定の条件や所定のパラメータに基づいて演算や実験などにより目的とする値やデータを得てこれを記憶しておき、記憶内容を検索して目的とする値やデータを得る処理も、本明細書では用語「演算」あるいは用語「演算処理」の概念に含まれるものとする。本明細書では用語「接続」は直接的な接続だけでなく、間接的につながる状態や間接的なつながりにより電気回路が形成される状態も含める広い概念で使用する。
【００２０】
以下で説明する実施例は、色々な課題を解決し、また色々な効果を奏する。解決される課題には、上述の「発明が解決しようとする課題」の欄に記載の範囲と異なるものや範囲を超えるものも含まれている。また以下の実施例が奏する効果には、上述の「発明の効果」の欄に記載の範囲と異なるものや範囲を超えるものも含まれている。
【００２１】
２．本発明に係る一実施例の基本構成の説明
（１）測定対象の一例の説明
図１は、本発明の一実施例に係る測定装置１００の基本構成を説明する説明図である。測定装置１００は、原理的に例えば商用交流電力などよりさらに低い周波数の交流電力から高周波までの幅広い周波数の交流電力における電圧などの測定に適用できる。また本発明は、例えば数V以下の低い電圧から数百キロVを超える高い電圧までの、広い範囲の電圧の測定に適用できる。このように本発明の測定対象が特定の対象に限定されるものではないが、一例として送電している交流電力の電圧の測定に適用した例を基に、以下本発明の基本構成を説明する。
【００２２】
交流電力の送電方式には、例えば単相２線式や三相３線式など、色々な方式がある。図１に記載の回路構成はこれらの色々な方式に適応される測定回路の基本となる回路構成を示すものである。交流電力を送電する電線１６は、絶縁被覆１４とその外周が絶縁被覆１４によって覆われた心線１２を備えている。測定対象の交流電圧である被測定電圧８が、電源１０から電線の心線１２に印加される。被測定電圧８をＥ（Ｖ）とすると、基準電位点２０と心線１２との間に、電源１０から被測定電圧８である交流電圧Ｅ（Ｖ）が印加され、電線１６を介して送電される。本発明が適用された一実施例である測定装置１００は、任意の位置で、電線１６によって送られる交流電圧Ｅ（Ｖ）を測定することができる。
【００２３】
（２）測定装置１００の構成の説明
以下で説明する測定装置１００は、心線１２が絶縁被覆１４により覆われた状態で、即ち非接触の状態で、心線１２に印加された交流電圧Ｅ（Ｖ）を測定することができる。なお図１に記載の実施例では煩雑さを避け動作原理を理解し易くするために、心線１２を単純な円筒形状で表し、心線１２を覆う絶縁被覆１４をまた単純な円筒形状として表している。しかしこれら形状は一例であり、被測定電圧８が印加される心線１２やその外周を覆う絶縁被覆１４の形状が円筒形状に限定されるものではない。例えば心線１２は撚線であっても良いし、絶縁被覆１４は円筒形状以外の角型形状や楕円形状であっても良い。
【００２４】
次に測定装置１００の構成を説明する。測定装置１００は絶縁被覆１４に対向して設けられた電極３２を有している。これにより心線１２と電極３２との間に結合容量３４が形成される。測定装置１００は、さらに基準電位点２０と一定の関係を有する基準電位点、例えば同電位の関係を有する基準電位点２２を有する。例えば基準電位点２０と基準電位点２２とは互いに接地状態であっても良い。測定装置１００はさらに心線１２と基準電位点２２との間に、結合容量３４と直列接続されるコンデンサ４０や、コンデンサ４０に並列に接続される開閉手段５０を有する。コンデンサ４０と開閉手段５０は並列回路３８を形成する。測定装置１００はさらにまた、並列回路３８を流れる電流を測定する電流測定手段６０と、電流測定手段６０の測定結果から被測定電圧８を演算する演算処理手段７０と、演算処理手段７０からの指示に基づき開閉手段５０の開閉を制御する開閉制御手段５２を有する。なお図１で破線は情報の流れあるいは制御指令の流れを示す。
【００２５】
測定装置１００は、開閉手段５０を閉じた状態で心線１２から結合容量３４と並列回路３８を介して基準電位点２２へ流れる電流Ｉ１と、開閉手段５０を開いた状態で心線１２から結合容量３４と並列回路３８を介して基準電位点２２へ流れる電流Ｉ2とを、電流測定手段６０によって測定し、測定した電流Ｉ１と電流Ｉ2とを基に演算処理手段７０によって被測定電圧８を演算する。本構成に係る演算処理の説明は以下で行うが、本構成による被測定電圧８の測定方式は次に記載の効果を奏する。
【００２６】
（３）前記本構成が奏する効果の説明
電極３２を設けることにより形成される結合容量３４と、コンデンサ４０と開閉手段５０とを有する並列回路３８を設けることにより、心線１２に非接触状態で、心線１２の電圧を測定することができる。心線１２に直接接続することを要しないで、電線１６における必要な位置で電線１６が絶縁被覆１４で覆われた状態のままでその位置における被測定電圧８を測定することができる。心線１２の形状に関わらず、あるいは絶縁被覆１４の材質などに関わらず、被測定電圧８を測定することができる。
【００２７】
２つのコンデンサを切り替えて接続する方式に比べ、１つのコンデンサ４０と開閉手段５０の並列回路３８を利用して被測定電圧８を測定することができるので、測定精度の向上が容易である。開閉手段５０を閉じた状態と開いた状態における並列回路３８を流れる電流値を使用して心線１２の基準電位点２０に対する電圧を求めているので、１つのコンデンサ４０の容量値Ｃ１２を高い精度で維持することにより、高い測定精度の維持が可能である。
【００２８】
２つのコンデンサを切り替える方式では２つのコンデンサの容量の公称値を高い精度で維持することが必要となる。１つのコンデンサであれば、コンデンサの実際の容量値を実測するなどして、コンデンサの容量の公称値を高い精度で管理することは比較的容易であるが、２つのコンデンサ以上のコンデンサの容量の公称値を高い精度で管理することは非常に大変である。
【００２９】
本発明では、開閉手段５０を設け、コンデンサ４０の端子間を開放するか短絡するかの切り替えを行ってこれらの状態の電流を測定し、被測定電圧８の電圧値Ｅを算出する。コンデンサ４０の端子間を開閉手段５０によって短絡した状態では、環境の状態で特に温度の影響を受けて並列回路３８の電気的特性が大きく変化することが起き難い。すなわち開閉手段５０が閉じた状態では、並列回路３８の電気的特性が大きく変化し、これにより測定精度を低下するなどの状態が生じ難い。２つのコンデンサを切り替える方式に比べ、測定精度を容易に向上できる大きな効果を有する。
【００３０】
上述のように、コンデンサ４０の端子間を短絡した場合の並列回路３８の電気的特性を大きく変化させる要因が極めて少ないことは、本発明を適用した製品を生産する上で、従来に比べ生産性が非常に優れている。また本発明を適用した製品はメンテナンスが容易であり、測定作業における作業性においても優れている。
【００３１】
（４）基本回路を構成する各構成についての具体的な構造や改良点、代案、などの説明
〔電極３２に関する説明〕
電極３２は心線１２との間に結合容量３４を形成する目的で設けられる。このため電極３２は心線１２に対向して配置されていることが望ましく、また心線１２に近接して心線１２の近傍に配置されることが望ましい。図１に示す電極３２の構造では、電線１６の外周全体を覆う形状を為している。このようにすることで心線１２に対向した大きな面積を確保でき、結合容量３４の容量値を大きくできる効果がある。しかし、電線１６の外周を全周に渡って覆う形状は決して本発明において必須の条件では無い。電極３２が心線１２に対向する面積を大きくして結合容量３４の容量値を所定の値より大きくすることは高い測定精度を維持する上で望ましいことではあるが、電極３２が心線１２に対向した所定の面積を有することが可能であれは、測定に必要な容量値を有する結合容量３４を形成することができる。前記電極３２が心線１２に対向した所定の面積を得るのに電線１６の外周をどの程度覆うことが必要かはケースバイケースで異なる。ただし、電極３２が電線１６の外周を全周に渡ってあるいはほぼ全周に渡って覆う形状はより大きな容量値の結合容量３４を形成するうえで、優れた効果を有している。
【００３２】
結合容量３４の容量値を大きくする上では、電極３２と絶縁被覆１４の外周とが近接していることが望ましい。また測定動作中に電線１６と電極３２との位置関係が一定に維持されることが望ましい。このためには、電極３２が電線１６の外周に接して固定される構造が望ましい。あるいは電極３２の内側に弾力性を有する絶縁体を設け、前記弾力性を有する絶縁体が電線１６の外周に接して、電極３２と電線１６との位置関係が固定されるようにしても良い。例えば以下で説明するシールド電極４２と電極３２とが共に分割可能な構造をしていて、電線１６を挟み込む形で前記分割構造のそれぞれを組み合わせて、図１に記載のように電極３２と心線１２との間に結合容量３４が形成され、以下で説明するようにシールド電極４２と電極３２との間に結合容量４４が形成されるようにしても良い。この際に電極３２と電線１６の外周との間に弾力性を有する絶縁体を配置して、挟み込むことにより、電線１６と電極３２やシールド電極４２との位置関係が固定されるようにすることが好ましい。
【００３３】
電極３２やシールド電極４２は、図１やその他の図において、図示の煩雑さを避けるために円筒形状で表示しているが、これは好ましい形状ではあるが必須ではない。電極３２やシールド電極４２は、心線１２に沿う方向の垂直断面形状において、円形や円形に近い形状であることが望ましいが、例えば多角形の形状であっても良いし、あるいは楕円形状、その他の形状であっても良い。
【００３４】
ただし、心線１２を絶縁被覆１４で覆った形状が一般的に円筒形状に近い形状なので、心線１２に対向して配置される電極３２をできるだけ心線１２に近接して配置するためには電極３２が心線１２に垂直な断面の形状が円形や円形に近い形状であることが好ましい。また電極３２を覆うシールド電極４２も心線１２に垂直な断面の形状が円形や円形に形状であることが好ましい。以上の説明内容は以下の図３に記載する電極３６に付いても同様である。
【００３５】
〔コンデンサ４０に関する説明〕
コンデンサ４０をどのようにして形成するか、コンデンサ４０はどのような構造を成しているかは、本発明において必須の条件ではなく、本発明のコンデンサ４０はコンデンサの種類や形状に限定されるものではない。ただ測定装置１００が高い測定精度を維持するためには、コンデンサ４０の容量値が高い精度で管理されていることが望ましい。定期的にコンデンサ４０の容量値を他の測定器で測定してコンデンサ４０の容量の公称値をメンテナンスしても良いし、コンデンサ４０の容量値を高い精度で測定する機能を測定装置１００が有していても良い。測定装置１００の使用環境に合わせて、適宜望ましい種類の、また好ましい容量値の、さらにまた好ましい形状のコンデンサをコンデンサ４０として使用することができる。
【００３６】
〔開閉手段５０に関する説明〕
開閉手段５０は機械的に回路を開閉する、例えばリレーのような開閉手段であっても良いし、半導体スイッチにより構成された開閉手段であっても良い。測定動作を制御する演算処理手段７０からの指令に従って開閉制御手段５２が動作し、開閉制御手段５２の動作に基づいて上述した開閉手段５０が動作する。開閉制御手段５２は上述した開閉手段５０として動作するリレーのような開閉手段あるいは半導体により構成された開閉手段の駆動回路として動作する。
【００３７】
例えば開閉手段５０がリレーのような開閉手段である場合には、開閉手段５０から開閉手段５０へリレーを動作させるための電流が供給される。また開閉手段５０が半導体スイッチの場合には、半導体スイッチを動作させるための駆動電流が、開閉制御手段５２から供給される。
【００３８】
〔電流測定手段６０に関する説明〕
電流測定手段６０は、開閉手段５０が閉じた状態の並列回路３８を流れる電流Ｉ１および開閉手段５０が開いた状態の並列回路３８を流れる電流Ｉ2を測定する。電流測定手段６０は並列回路３８を流れる電流そのものを電流値として計測しても良いし、電流Ｉ１および電流Ｉ2に対応して変化する例えば電圧の形で測定しても良い。
【００３９】
例えば電流測定手段６０が有する電流測定用素子としてコンデンサを使用した場合には、前記コンデンサの電圧は、被測定電圧８を分圧した電圧となる。並列回路３８の開閉手段５０を閉じた状態の前記コンデンサの電圧をＶ１とし、並列回路３８の開閉手段５０を開いた状態の前記コンデンサの電圧をＶ２として、電圧Ｖ１とＶ２とから、以下で説明する電流Ｉ１およびＩ2を使用した考え方と同様の考え方により、被測定電圧８の電圧値を求めることができる。
【００４０】
以下の説明では理解し易いようにとの観点から、電流Ｉ１およびＩ2を使用した方法により、本発明の動作原理を説明する。しかし本発明の動作原理を色々の考え方で説明することができることは言うまでもない。上述したように電圧Ｖ１と電圧Ｖ２とに基づいても本発明の動作原理を説明することが可能である。しかし説明の重複を避けるため、電流Ｉ１およびＩ2を使用した説明に止める。
【００４１】
また前記コンデンサを流れる電流Ｉ１およびＩ2は、前記電圧Ｖ１およびＶ２とそれぞれ一定の関係、すなわち関数関係にある。従って前記電圧Ｖ１およびＶ２は電流Ｉ１およびＩ2を表していると考えることができ、電流Ｉ１およびＩ2を使用した下記記載の方法で、前記電圧Ｖ１およびＶ２を測定した場合も、説明することができる。
【００４２】
以上の理由から本明細書では、電圧を測定結果として出力する手段であっても出力される前記電圧が並列回路３８を流れる電流と関数関係にある場合には、電流測定手段６０として記載する。また本明細書では、電流Ｉ１およびＩ2の概念は、電流Ｉ１およびＩ2と関数関係にある電圧、例えば前記電圧Ｖ１およびＶ２をも含むものとして扱う。
【００４３】
以上説明したように、電流測定手段６０が電流を測定する場合に、既知のインピーダンスの値を有する回路部品を被測定電流が流れる回路に配置し、前記回路部品により生じる電圧を被測定電流の値として測定しても良い。前記回路部品としては抵抗であっても良いし、コイルやコンデンサであっても良い。なお電流Ｉ１および電流Ｉ2を測定するために使用するインピーダンスはその値が小さいほど、結合容量３４と並列回路３８との直列回路に及ぼす影響が小さくなる。従って小さい値のインピーダンスを使用することが望ましい。
【００４４】
また図４を使用して以下で説明する実施例では、交流電圧のゼロクロス点を測定するために電圧検出手段６２を設ける。電圧検出手段６２の出力は交流電圧波形に基づいて周期的に変化するだけでなく、電圧検出手段６２の出力は並列回路３８を流れる電流値に基づいて変化する。従って電流測定手段６０の代わりに電圧検出手段６２の出力を利用して電流Ｉ１や電流Ｉ2を測定することができる。電圧検出手段６２と電流測定手段６０をそれぞれ設けるより、電圧検出手段６２の出力に基づいて、ゼロクロス点の情報に加え並列回路３８を流れる電流の情報を得ることの方が、結合容量３４と並列回路３８との直列回路に与える影響を小さくすることができる。さらに回路の簡素化などの点でも効果がある。
【００４５】
〔演算処理手段７０に関する説明〕
演算処理手段７０は、例えば、測定装置１００の計測動作全体を制御する機能と、上述した電流Ｉ１および電流Ｉ2に基づいて演算により被測定電圧８を算出する機能、さらに測定装置１００に対してデータを入力したり上記演算結果やその他処理結果さらには異常などの測定装置１００における色々な状態を出力したりする機能を備えている。演算処理手段７０は入出力装置や通信装置、記憶装置を備えていても良く、例えば、パーソナルコンピュータのような、内部にＣＰＵのような中央演算処理部を備える電子計算機であっても良い。
【００４６】
演算処理手段７０は、測定動作が操作者により開始されると、予め設定されている測定シーケンスに従って開閉制御手段５２を制御して開閉手段５０を開状態あるいは閉状態に制御し、並列回路３８を流れる電流の計測結果を上述した電流Ｉ１および電流Ｉ2として電流測定手段６０から取り込む。さらに予め設定されている測定シーケンスに従って、取り込んだ電流Ｉ１および電流Ｉ2に基づいて被測定電圧８を算出する。算出された被測定電圧８は記載を省略している演算処理手段７０の入出力装置に表示しても良いし、演算処理手段７０の有する通信機能により予め設定されている外部機器や外部システムへ送信しても良い。
【００４７】
３．外部からのノイズ対策の説明
（１）ノイズ対策の重要性の説明
上述した構成による測定動作に対する外部からの電気的なノイズの影響により、測定動作に大きな障害がもたらされる可能性があることが、本発明の発明者らの検討の結果明らかになった。本発明を適用することにより、電線１６の心線１２に対して非接触の状態でしかも高い精度で被測定電圧８を測定できる。心線１２に対して非接触の状態で測定できるので、電線１６の任意の位置で心線１２の電圧を測定することができる。しかし、実際には電線１６が設けられている場所の近くに電気的なノイズ発生源が存在する場合が多々ある。電線１６の任意の位置で心線１２の電圧を高精度で計測可能とするためには、電気的なノイズの影響をできるだけ受けなくすることが重要である。
【００４８】
（２）ノイズ対策に係る一実施例の説明
図１において電極３２を覆うようにしてシールド電極４２を設け、シールド電極４２を基準電位点２２に電気的に接続する。このような構成とすることにより、電極３２および結合容量３４への外部ノイズの影響を大幅に低減することができる。シールド電極４２を設けることにより、シールド電極４２と電極３２との間に結合容量４４が生じるが、結合容量４４が生じても、電流測定手段６０により測定された電流Ｉ１および電流Ｉ2に基づいて被測定電圧８を高い精度で算出することができる。これについては以下で説明する。
【００４９】
シールド電極４２は材料として通常の電気的な導体を用いることができる。またシールド電極４２の形状は特に限定されるものではない。外部ノイズが入り込むのをできるだけ防止できるように電極３２をできるだけ多く覆う、望ましくは電極３２の全体を覆う構造とする。図１では、電線１６に沿う方向の電極３２の長さとシールド電極４２の長さをほぼ同じに記載しているが、これは一例であり、電極３２の電線１６に沿う方向の長さより、シールド電極４２の電線１６に沿う方向の長さを長くすることにより、電極３２や結合容量３４の外部ノイズによる影響をより低減できる。
【００５０】
４．図１に記載の構成の等価回路の説明
図２は、図１に記載の測定装置１００の等価回路を説明する説明図である。基準電位点２０と心線１２とに電源１０から被測定電圧８が加えられる。心線１２と基準電位点２２との間に、電極３２を設けたことにより形成された結合容量３４と、開閉手段５０およびコンデンサ４０を有する並列回路３８と、が直列に接続されている。またシールド電極４２を設けたことにより形成された結合容量４４が電極３２と基準電位点２２との間に接続されていて、結合容量４４は並列回路３８に対して並列に接続されている。
【００５１】
開閉手段５０が閉じた状態で並列回路３８を流れる電流を上述したとおり電流Ｉ１とし、５０が開いた状態で並列回路３８を流れる電流を上述したとおり電流Ｉ２とする。開閉手段５０が閉じた状態では、心線１２に印加された被測定電圧８に基づいて結合容量３４および並列回路３８の開閉手段５０を介して電流Ｉ１が流れる。一方開閉手段５０が開いた状態では、心線１２に印加された被測定電圧８に基づいて結合容量３４および並列回路３８のコンデンサ４０を介して電流Ｉ２が流れる。上述したように電流Ｉ１や電流Ｉ２は電流測定手段６０によって測定され、計測結果に基づいて被測定電圧８の電圧値Ｅが演算される。
【００５２】
なおここでＥは被測定電圧８の電圧値であり、Ｃ１は結合容量３４の容量値であり、Ｃ１２はコンデンサ４０の容量値であり、Ｃ１０は結合容量４４の容量値である。被測定電圧８の電圧値Ｅは、電流測定手段６０により測定された２つの電流Ｉ１、Ｉ２と、コンデンサ４０の容量値Ｃ１２と結合容量４４の容量値Ｃ１０に依存する２つの定数αならびにβと、を用いて下記演算式（１）から求めることができる。
【００５３】
Ｅ＝βＩ１／（Ｉ１／Ｉ２−α）  ・・・・・（１）
上記２つの定数αならびにβは、例えば電線１６の心線１２の径が異なるなどして心線１２と電極３２との間に形成される結合容量の容量値Ｃ１が異なった少なくとも２つの電線に対し、既知の電圧を印加して上記２つの電流値を測定することで予め求めておくことができる。αならびにβの求め方の詳細は後述する。
【００５４】
電流Ｉ１および電流Ｉ２は等価回路に基づき、一般の回路計算の手法により求めることができる。等価回路に基づき一般の回路計算の手法により求めた電流Ｉ２に対する電流Ｉ１の比を求めるとその演算結果は次の式（２）のようになる。
0005847339.tif 000002
【００５５】
ここで、コンデンサ４４の容量値Ｃ１０とコンデンサ４０の容量値Ｃ１２は定数として扱えるから、次式（３）で与えられる定数αを定義する。
0005847339.tif 000003
【００５６】
上記の式（２）から、αを用いてＣ１を表すと次式となる。
0005847339.tif 000004
【００５７】
よって、交流電圧源１０の角周波数をωとすると、求める被測定電圧８の電圧値Ｅは次式（５）となり、前記式（１）が導かれる。
0005847339.tif 000005
【００５８】
ここで、βは次式（６）で与えられ、角周波数ωが一定の条件下で定数となる。
0005847339.tif 000006
【００５９】
なお、電流測定手段６０から得られた電流を電圧に変換して出力したり、あるいは増幅して出力したりする場合には、βは上記式（６）に対して定数倍された値となる。しかし基本的な考え方は同じである。
【００６０】
これらの定数αとβは、たとえば電線１６の心線１２の径が異なるなどして心線１２と電極３２との間に形成される結合容量の容量値Ｃ１が異なった少なくとも２つの電線に対し、等しい電圧値Ｅ０が印加された際の開閉手段５０が閉の場合と開の場合の電流Ｉ１、Ｉ２とＩ`１、Ｉ`２から、次のように予め求めておくことができる。
Ｅ０を、演算式（１）を用いてＩ１、Ｉ２とＩ`１、Ｉ`２とで表すと、次式（７）となる。
0005847339.tif 000007
【００６１】
この式よりαを求めると次式（８）のようになり、αは、Ｉ１、Ｉ２ならびにＩ`１、Ｉ`２から式（８）を用いて求めることができる。
0005847339.tif 000008
【００６２】
また、βは、Ｉ１、Ｉ２ならびにＥ０から式（９）を用いて求められる。
0005847339.tif 000009
【００６３】
電流測定手段６０により測定される電流は、電極３２やシールド電極４２の大きさ、電線１６の太さ、あるいは被測定電圧８の電圧値Ｅや周波数によって異なるが、たとえば結合容量Ｃ１が１ｐＦ、被測定電圧８の大きさＥが１００Ｖ、周波数を５０Ｈｚとすると、Ｉ１の値は３１．４ｎＡとなる。数１０ｎＡ程度の交流電流であれば、たとえば大きさが無視できるインピーダンスを用いて電圧に変換し、その電圧をオペアンプなどの使用により増幅するなどの手法で、測定が可能である。
【００６４】
５．試作に基づく検討結果の説明
（１）試作内容の説明
以下に示す表１は、図１に示す測定装置１００を試作して得た測定結果の一例である。この測定において被測定電圧Ｅは１００Ｖ、周波数６０Ｈｚの正弦波交流電圧であり、表１には、心線の断面積が０．７５ｍｍ２、２ｍｍ２、５．５ｍｍ２のＫＩＶ線に対して得られた電流の実測値と、演算式（１）を適用して得られた計算値が示されている。このとき、予め求めておいた定数αとβは、それぞれ、α＝１．６７１、β＝０．４３６０  ＧΩであった。
【００６５】
【表１】
0005847339.tif 000010
【００６６】
表１から、コンデンサ４０が１つだけ設けられ、シールド電極４２が外部ノイズの対策のために設けられた構成において、電線１６の心線１２の径に関わらず、心線１２に非接触の状態で、電圧測定が適切になされていることが確認できる。
【００６７】
（２）試作に基づく検討結果の説明
本試作に基づく検討の結果、測定精度に関して次に記載の非常に重要なことが明らかとなった。この装置に用いたコンデンサ４０の容量の公称値は５ｐＦであるが、式（６）を用いて求めたコンデンサ４０の容量値Ｃ１２は６．０８４ｐＦとなり、公称値と異なる値であった。このようにコンデンサ４０の容量の公称値とコンデンサ４０の容量値Ｃ１２との間に差があったにも関わらず、精度の高い電圧測定が実現できることが明らかとなった。すなわちコンデンサ４０に関して容量の公称値と実際の値との間に差があったにも関わらず、本発明を適用した測定装置では、この差による測定精度の低下への影響が少ないことが分かった。
【００６８】
（３）本発明が適用された実施例が奏する効果の説明
本発明が適用された実施例によれば、コンデンサの容量値に公称値との誤差があったとしても、前記誤差に基づく測定誤差への影響が少なくなる効果がある。これは極めて重要な効果である。例えば装置の製造工程において、コンデンサ４０が組み込まれた際に漂遊容量の影響などによりコンデンサ４０の容量の公称値に対して実際のコンデンサ４０の容量値Ｃ１２が少し変化したとしても、本発明が適用された測定器では前記容量値Ｃ１２の変化が、測定精度の低下に繋がる影響が少ない、優れた効果を有している。
【００６９】
また本発明が適用された実施例によれば、電線１６の心線１２の径が異なるなどして心線と電極３２との間に形成される結合容量３４の容量値Ｃ１が異なった少なくとも２つの電線に対し、既知の電圧を印加して前記２つの電流値を測定することで演算式（１）に必要な定数を予め求めておくことができ、測定時には、前記２つの電流Ｉ１とＩ２を測定すれば演算式（１）を用いた簡単な演算処理を経て被測定電圧８の電圧値Ｅを求められる。
【００７０】
また本発明が適用された実施例によれば、温度などの周囲条件が変化して結合容量３４の容量値が異なっても、例えば電線１６の心線１２の径が異なるなどして心線１２と電極３２との間に形成される結合容量３４の容量値Ｃ１が異なった少なくとも２つの電線に対し、既知の電圧を印加して前記２つの電流値を測定することで簡単に校正が可能である。
【００７１】
さらに本発明が適用された実施例によれば、シールド電極４２は、電極３２を覆うようにして設けられているため、ノイズ源が近くにあっても、被測定電圧を高い精度で測定することが可能である。
【００７２】
６．本発明が適用された他の実施例の説明
図３は、本発明が適用された測定装置１００の他の実施例の構成を示す説明図である。本実施例の測定装置１００は、図１に記載のコンデンサ４０と同様の作用をする結合容量４１を、新たな電極３６を設けることにより電極３２と電極３６との間に形成したものである。なお図３において図１と同じ符号の構成はほぼ同じ作用をする。図１においてコンデンサ４０と開閉手段５０とにより並列回路３８が形成された。図３では並列回路３８の表示が煩雑になるのを避けるために省略したが、開閉手段５０と結合容量４１は並列接続の関係にあり、並列回路３８が同様に形成される。
【００７３】
図３に記載の測定装置１００において、心線１２と基準電位点２０との間に印加された被測定電圧８を測定する基本動作は図１や図２を用いて説明した内容と同じであり、測定の原理や動作に係る説明の重複は避ける。なお図３に記載の測定装置１００は、図１や図２を用いて説明した課題の解決についても同様であり、効果についても同様である。これらについても重複説明を避ける。上述のとおり結合容量４１はコンデンサ４０と同様の作用をなし、コンデンサ４０と同様の効果を奏する。なおコンデンサ４０の容量値Ｃ１２と結合容量４１の容量値とは本来異なるが、コンデンサ４０と結合容量４１は作用が同じであり、結合容量４１の容量値も同じＣ１２として説明する。
【００７４】
図３に記載の実施例においても先の実施例と同様に、開閉手段５０が閉の状態で、心線１２から、電極３２を設けることによって形成される結合容量３４および表示を省略した並列回路３８を構成する開閉手段５０を介して電流Ｉ１が基準電位点２２に流れ、電流測定手段６０によって電流Ｉ１が測定される。さらに開閉手段５０が開の状態で、心線１２から、結合容量３４および表示を省略した並列回路３８を構成する結合容量４１を介して電流Ｉ２が基準電位点２２に流れ、電流測定手段６０によって電流Ｉ２が測定される。上述の実施例と同様、電流測定手段６０により測定された電流Ｉ１と電流Ｉ２とから上記式（１）を用いて被測定電圧８の電圧値Ｅを求めることができる。
【００７５】
本実施例において、例えば電線１６の心線１２の径が異なるなどして心線１２と電極３２との間に形成される結合容量３４の容量値Ｃ１が異なった少なくとも２つの電線に対して、既知の電圧をそれぞれ印加して前記２つの電流Ｉ１、電流Ｉ２を測定することにより、電極３６と電極３２との間に形成される結合容量４１の容量値Ｃ１２が未知であっても、この結合容量の容量値Ｃ１２を測定することなく被測定電圧８の電圧値Ｅを求める際に使用する２つの定数αならびにβを予め求めておくことができる。また本実施例では、結合容量４１の容量値Ｃ１２は電極３２と電極３６と間の結合容量となるため、先の実施例のようにコンデンサそのものを用いるときに比べて、結合容量４１の容量値Ｃ１２の自由度を増すことができるという利点がある。
【００７６】
本実施例によれば、電極３６と電極３２との間に形成される結合容量の容量値Ｃ１２が未知であっても、あるいは電極３２とシールド電極４２との間の結合容量の容量値Ｃ１０が未知であっても、前記２つの電流Ｉ１、Ｉ２と前記定数αならびにβから演算式（１）を用いた簡単な演算処理により、被測定電圧８の電圧値Ｅを求めることができる。さらに電極３６および電極３６により作られる結合容量４１がシールド電極４２により覆われているので、仮に近くにノイズ源があっても外部ノイズの影響を低減でき、高い精度で測定することができる。本実施例では結合容量３４だけでなく結合容量４１も外部ノイズの影響を受け難いので、ノイズ源の有無に関わらず必要と思われる場所で電線１６の電圧を高い精度で計測することができる。なお測定装置１００が有する他の構成、例えば開閉手段５０や電流測定手段６０、演算処理手段７０、開閉制御手段５２は測定装置１００の装置内に配置できるので、これらを金属ケースで覆うなどの一般に用いられる方法により、外部ノイズの影響を低減できる。このことは先の実施例も同様である。なお図１に記載の先の実施例ではコンデンサ４０を測定装置１００の装置内に配置できるので、コンデンサ４０は一般に用いられる方法により外部ノイズの影響を低減でき、シールド電極４２で覆うことを必要としない。
【００７７】
先の実施例と同様本実施例においても、温度などの周囲条件が変化して結合容量３４や結合容量４１の容量値が変化したとしても、上述のとおり例えば電線の心線１２の径が異なるなどして心線１２と電極３２により形成される結合容量の容量値Ｃ１が異なった少なくとも２つの電線に対し、既知の電圧を印加して前記２つの電流Ｉ１、Ｉ２を測定することで簡単に校正が可能である。
【００７８】
７．本発明が適用されたさらに他の実施例の説明
（１）新たな課題である開閉手段５０の開閉動作による過渡状態の対策の説明
図４は、本発明が適用されたさらに他の実施例を説明する説明図である。図４に記載の実施例の改良点は、開閉手段５０の開閉動作に伴う過渡状態をできるだけ抑制することである。コンデンサ４０の端子間を開閉手段５０により開閉する方法は、上述したように色々な効果を奏する。しかし例えばコンデンサ４０の端子間に大きな電圧が生じている状態で開閉手段５０を閉じると、開閉手段５０を介して短絡電流が流れる。このように大きな過渡電流が流れると、例えば定常状態に戻るために時間が掛かる。あるいは過渡電流によりノイズが発生し、他の機器などへ影響を及ぼす可能性がある。
【００７９】
電圧検出手段６２を設けコンデンサ４０の端子間電圧が所定の電圧以下の状態で開閉制御手段５２は開閉手段５０を開閉する制御を行う。例えば電源１０から電線１６に供給される交流電圧が一定の周波数の交流である場合に、計測位置における電線１６の交流電圧がゼロ（Ｖ）に近い状態では、コンデンサ４０の端子間電圧もゼロ（Ｖ）に近い状態となる。従って電圧検出手段６２が、電線１６の交流電圧がゼロ（Ｖ）に近い状態、あるいはコンデンサ４０の端子間電圧がゼロ（Ｖ）に近い状態となるタイミングを検出する機能を有していれば、電圧検出手段６２の検出結果に基づいて開閉手段５０の開閉を制御することができる。電圧検出手段６２は上述のように電圧がゼロ（Ｖ）に近い状態あるいは電圧がゼロ（Ｖ）に近い状態となるタイミング、すなわちゼロクロス点あるいはゼロクロス点に近い点を表す信号を出力する手段として動作する。
【００８０】
図４に記載の電圧検出手段６２が接続されている位置は一例を示すものである。電圧検出手段６２がどこに接続されていて、どのような入力情報を使用するかはあまり重要ではなく、コンデンサ４０の端子電圧あるいは被測定電圧８の電圧値Ｅがゼロ（Ｖ）あるいはそれに近い所定電圧以下の状態となるタイミングを表す情報を電圧検出手段６２が出力することが重要である。開閉制御手段５２は、電圧検出手段６２の出力である、コンデンサ４０の端子電圧あるいは被測定電圧８の電圧値Ｅがゼロ（Ｖ）あるいはそれに近い所定電圧以下の状態となるタイミングの情報に基づいて開閉手段５０を開閉する。
【００８１】
開閉手段５０が閉じる場合にコンデンサ４０の端子電圧がゼロ（Ｖ）に近い状態であれば、開閉手段５０の閉動作に伴い大きな電流が過渡電流として流れることが無く、短時間に定常状態となる。一方開閉手段５０が開動作をする場合に、コンデンサ４０に加わる電圧がゼロ（Ｖ）に近い小さい状態であれば開閉手段５０の開動作による過渡電流が小さく、短時間に定常状態となる。過渡状態がおさまるまで電流測定手段６０による測定動作を行うことができない。従って測定動作を速やかに進めるためには過渡状態を速やかに定常状態に移行させることが望ましい。
【００８２】
電圧検出手段６２としては、上述したように被測定電圧８の電圧のゼロクロス点あるいはそれに近い状態となるタイミングが検出できれば良い。検出方式や検出回路は色々存在すると思われるが、例えば電流測定手段６０の電流検出への影響が小さくなるように容量値の大きなコンデンサを接続して被測定電圧を分圧するようにして構成することで検出することができる。この場合に電圧検出手段６２の構成として接続した前記コンデンサの電圧は、被測定電圧８と同相となることから、前記コンデンサの電圧がゼロ（Ｖ）あるいはそれに近い電圧となるタイミングを検出することができる。電圧検出手段６２の検出結果である前記タイミングで、開閉制御手段５２により開閉手段５０の開閉を制御することにより、上述した条件で開閉手段５０を開閉することが可能となり、短時間で過渡状態から定常状態に移行することができる。
【００８３】
電圧検出手段６２の動作目的で設けた上記コンデンサの電圧は、上記コンデンサを流れる電流をパラメータとして変化する。従って上記コンデンサを、電圧検出手段６２のタイミングの検出だけでなく、電流測定手段６０の電流測定手段としても使用できる。このようにすることで、測定装置１００を構成する電気部品を減らすことができ、生産性が向上し、さらにメンテナンスが容易となる。
【００８４】
図４では、電圧検出手段６２の出力が開閉制御手段５２に送られ、開閉制御手段５２が開動作あるいは閉動作をする指示を演算処理手段７０から受け、開閉制御手段５２は電圧検出手段６２の出力に基づくタイミングで演算処理手段７０の指示に従って開閉手段５０を制御する。しかしこれは一例であって電圧検出手段６２の出力を演算処理手段７０に送り、演算処理手段７０は電圧検出手段６２の出力に基づくタイミングで開または閉の指令信号を開閉制御手段５２に送るようにしても良い。この場合は、開閉制御手段５２は演算処理手段７０からの開または閉の指令に基づいてさらに演算処理手段７０からのタイミングに基づいて開閉手段５０を駆動し、開閉手段５０の開または閉の動作を制御する。
【００８５】
（２）試作による検討結果の説明
図４を用いて説明した被測定電圧８のゼロクロス状態を検出して半導体スイッチで構成した開閉手段５０を制御する試作を実際に行い、その結果を検証した。上記被測定電圧８のゼロクロス状態で開閉手段５０として設けた半導体スイッチを開状態から閉状態に切り替えた直後と、閉状態から開状態に切り替えた直後において、コンデンサなどに蓄積された電荷などのエネルギに起因する過渡電流を観測したところ、１０ｍｓより短い時間で定常状態に達することが確認できた。
【００８６】
したがって、例えば周波数が５０Ｈｚの商用電源に対して、開閉手段５０を構成する半導体スイッチが開状態あるいは閉状態のときに、結合容量３４や並列回路３８を介して基準電位点２２に流れる電流Ｉ１あるいは電流Ｉ２を５０Ｈｚの１周期である２０ｍｓずつ測定し、この時間にさらに開閉手段５０を構成する半導体スイッチの開閉状態の切り替えに伴う過渡状態を定常状態にするための時間（デッドタイムと記す）などを含め、最小６０ｍｓ間隔で被測定電圧８の測定結果を出力することが可能となる。例えば交流電圧の３周期にあたる６０ｍｓより長い時間で電圧が変動した場合に、その変動に追随して被測定電圧値を計測することができる。即ち商用交流電源が、商用周波数の前記数周期より長い時間で電圧変動する場合には、この変動に追随して電圧変動を測定することが可能である。
【００８７】
このように被測定電圧８の周期的な変化に同期させて、被測定電圧８すなわち並列回路３８に加わる電圧変動のゼロクロス点あるいはその近くのタイミングで開閉手段５０の開閉動作を行うことにより、開閉手段５０の開閉動作に伴う過渡状態から速やかに定常状態に戻すことができ、測定に要する時間を短縮することができる。また開閉手段５０の開閉動作に伴う過渡状態で発生するノイズなどを抑制でき、他の機器への悪影響などを防止することができる。
【００８８】
８．本発明が適用されたさらに他の実施例の説明
図５は、本発明が適用された測定装置１００のさらに他の実施例を説明する説明図である。先の実施例と同じ符号の構成は同じ作用を為し、同じ効果を奏する。同じ符号の構成に関する説明の繰り返しは避ける。電流測定手段６０で測定された電流Ｉ１やＩ２は、演算処理手段７０に取り込まれ、被測定電圧８の電圧値Ｅが演算処理手段７０で演算される。本実施例ではさらに液晶ディスプレーなどの表示手段８２を備えるモニタ装置８０が設けられており、モニタ装置８０は電圧波形や電流波形をモニタするとともに、表示手段８２に表示することができる。もちろん演算処理手段７０で演算された演算結果を波形としてあるいは数値として表示手段８２に表示しても良い。
【００８９】
電流測定手段６０が出力した電流Ｉ１あるいは電流Ｉ２を所定時間間隔でサンプリングしてモニタ装置８０に取り込み表示手段８２に表示することにより、電流Ｉ１あるいは電流Ｉ２の波形を表示しても良い。電流Ｉ１あるいは電流Ｉ２の波形は、電線１６の心線１２に印加されている被測定電圧８に依存しているので、被測定電圧８の電圧波形の状態をモニタすることができる。もちろん演算処理手段７０の演算結果をグラフ形式で表示手段８２に表示しても良い。あるいは先に説明した電圧検出手段６２の出力を取り込んで表示手段８２に表示しても良い。上述した波形などをモニタ装置８０に取り込むことにより、例えば波形の状態を監視し、何か異常がある場合にモニタ装置８０が異常を知らせる動作をするようにしても良い。
【００９０】
演算処理手段７０とモニタ装置８０との情報の授受を、配線基板を使用した配線回路を使用して行っても良いし、通信回路７２を使用した有線あるいは無線通信を利用して行っても良い。また前記情報の授受は専用ラインを使用しても良いし、有線ＬＡＮや無線ＬＡＮを使用しても良い。
【００９１】
９．本発明が適用された測定装置１００の使用例の説明
本発明が適用された測定装置１００をどのようにして使用するかは、特に限定されるものではない。測定装置１００の使用例の一つを、図６を用いて説明する。本実施例は二つの電線１６Ａと１６Ｂの線間の電圧ＥＡＢを測定する例である。この例では、二つの測定装置１００Ａと１００Ｂを使用している。各測定装置１００Ａあるいは１００Ｂはそれぞれ、上述した測定装置１００に対応しており、測定装置１００に関して説明した構成を備え、効果を奏する。
【００９２】
測定装置１００Ａの各構成は、測定装置１００の各構成の符号にさらに文字「Ａ」を追加した符号で示しており、これらは互いに対応する。従って測定装置１００Ａの各構成の説明は省略する。同様に測定装置１００Ｂの各構成は、測定装置１００の各構成の符号にさらに文字「Ｂ」を追加した符号で示しており、これらは互いに対応する。従って測定装置１００Ｂの各構成の説明は省略する。
【００９３】
上述した方法により、測定装置１００Ａにより基準電位点２０Ａと心線１２Ａとの間の電圧ＶＡを心線１２Ａに非接触状態で測定することができ、測定装置１００Ｂにより基準電位点２０Ｂと心線１２Ｂとの間の電圧ＶＢを心線１２Ｂに非接触状態で測定することができる。測定された電圧ＶＡと電圧ＶＢとから、二つの電線１６Ａと１６Ｂの線間の電圧ＥＡＢを演算により算出することができる。また測定装置１００Ａおよび測定装置１００Ｂはそれぞれシールド電極４２Ａやシールド電極４２Ｂを有しているので、外部ノイズの影響を低減できる。
【００９４】
図６に記載した実施例は、先に説明した測定装置１００を二つ使用し、二つの電線１６Ａと１６Ｂとの線間の電圧ＥＡＢを測定する例である。三相３線式の送電系において、接地されている中性点と３線のそれぞれとの間の電圧は、先に図１〜図５を用いて説明した構成により測定することができる。また三相３線式の送電系の各線間電圧は、図６で説明したと同様の考え方で、前記３線にそれぞれ測定装置１００を設けることにより、測定することができる。
【００９５】
１０．最後に
以上のように、本発明が適用された上述の実施例の測定装置によれば、電線１６の心線１２の太さや絶縁被覆１４の物質の違いに依存せず、電線１６の心線１２に印加される基準電位点２０に対する被測定電圧８の電圧値Ｅを、被覆物質に覆われた状態で心線１２に直接接触することなく、簡単な演算処理を経て高い精度で、得ることができる。なお基準電位点２０や基準電位点２２は例えば接地点である。
【００９６】
前記図１〜図６に基づいて説明した測定装置１００で測定された電圧の情報は、色々な用途の制御システムあるいは監視システムにおいて使用することができる。また前記測定装置１００では演算処理手段７０が被測定電圧８の電圧値Ｅを演算するとして動作を説明した。本発明で重要なことは電線１６の心線１２に対して非接触でしかも高い精度で測定できることであり、電流測定手段６０で測定された電流Ｉ１とＩ２から被測定電圧８の電圧値Ｅを演算する処理は、例えば前記色々な用途の制御システムあるいは監視システムにおいて行われても、高い精度で電圧値Ｅを得るとの本発明の目的を達成することができる。上述したように、並列回路３８が有する開閉手段５０が閉じた状態で並列回路３８を流れる電流Ｉ１を測定し、開閉手段５０が開いた状態で並列回路３８を流れる電流Ｉ2を測定することが重要である。上述のようにして測定された電流Ｉ１とＩ２から被測定電圧８の電圧値Ｅを演算する処理が、例え他の装置で演算されたとしても、前記電流Ｉ１とＩ２が計測された時点で本発明の課題の解決は確実な状態となり、また本発明の効果が達成されることが確実な状態となる。
【符号の説明】
【００９７】
８…被測定電圧、１０…電源、１２…電線の心線、１４…絶縁被覆、１６…電線、２０…基準電位点、２２…基準電位点、３２…電極、３４…結合容量、３６…電極、３８…並列回路、４０…コンデンサ、４１…結合容量、４２…シールド電極、４４…結合容量、５０…開閉手段、５２…開閉制御手段、６０…電流測定手段、６２…電圧検出手段、７０…演算処理手段、７２…通信回路、８０…モニタ装置、８２…表示手段、１００…測定装置。
【要約】
交流電圧が印加された電線の心線と非接触で心線の径や絶縁被覆の物質に依存せずに被測定電圧を測定できる、非接触型交流電圧測定装置を提供する。
電線１６の心線１２に加わる交流電圧８を測定する非接触型交流電圧測定装置１００であって、前記非接触型交流電圧測定装置１００は、前記電線１６の外側に第１電極３２を設けることにより、前記心線１２と前記第１電極３２との間に結合容量３４を形成し、またコンデンサ４０と前記コンデンサ４０に並列接続された開閉手段５０を有する並列回路３８を設けると共に、前記並列回路を前記結合容量に直列に接続し、前記並列回路３８の前記開閉手段５０が閉じた状態で前記並列回路３８を流れる第１電流Ｉ１と、前記並列回路３８の前記開閉手段５０が開いた状態で前記並列回路３８を流れる第２電流Ｉ２とを、前記電線１６の心線１２に加わる交流電圧８を測定する目的で計測する、ことを特徴とする。【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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