(57)【要約】【課題】電線のグランドに接地せずに電線の電圧を計測する。【解決手段】電圧計測装置（１）は、基準電極（２１Ｎ）、計測電極（２１Ｌ）、電線の第１のグランドと絶縁されている第２のグランドに接地され、基準電極（２１Ｎ）の電圧を取得する基準電極電圧取得部（１０１Ｎ）、第２のグランドに接地され、計測電極（２１Ｌ）の電圧を取得する計測電極電圧取得部（１０１Ｌ）、両電圧の差電圧を取得する差動増幅器（１０２）、差電圧により交流電圧を求める計測電圧演算部（１０３）を備える。【選択図】図１
2015224933.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電線により供給される交流電圧を前記電線の絶縁被覆を通して計測する電圧計測装置において、
前記複数の電線のうちの基準とする電線の前記絶縁被覆の周りに配置される基準電極と、
前記複数の電線のうちの前記基準とする電線以外の全ての電線に配置される計測電極と、
前記電線のグランドである第１のグランドと絶縁されている第２のグランドに接地され、前記交流電圧により前記基準電極に誘起される基準電極電圧を取得する基準電極電圧取得部と、
前記第２のグランドに接地され、前記交流電圧により前記計測電極に誘起される計測電極電圧を取得する計測電極電圧取得部と、
前記基準電極電圧と前記計測電極電圧との差電圧を取得する差電圧取得部と、
前記差電圧を使用して前記交流電圧を求める計測電圧演算部とを備えていることを特徴とする電圧計測装置。
【請求項２】
前記基準電極として、第１基準電極および第２基準電極を備え、
前記計測電極として、第１計測電極および第２計測電極を備え、
前記基準電極電圧取得部は、前記第１基準電極から前記交流電圧の位相に対して位相が第１の量ずれて誘起される第１の基準電極電圧、および前記第２基準電極から前記交流電圧の位相に対して位相が第２の量ずれて誘起される第２の基準電極電圧をそれぞれ取得し、
前記計測電極電圧取得部は、前記第１計測電極から前記交流電圧の位相に対して位相が前記第１の量ずれて誘起される第１の計測電極電圧、および前記第２計測電極から前記交流電圧の位相に対して位相が前記第２の量ずれて誘起される第２の計測電極電圧をそれぞれ取得し、
前記差電圧取得部は、前記第１基準電極からの第１の基準電極電圧と前記第１計測電極からの第１の計測電極電圧との第１の差電圧を取得する第１の差電圧取得部と、前記第２基準電極からの第２の基準電極電圧と前記第２計測電極からの第２の計測電極電圧との第２の差電圧を取得する第２の差電圧取得部とを備え、
前記計測電圧演算部は、前記第１の差電圧と前記第２の差電圧との位相差から、前記電線の心線と前記第１計測電極との間の結合容量を求め、求めた結合容量および前記第１の差電圧により前記交流電圧を求めることを特徴とする請求項１に記載の電圧計測装置。
【請求項３】
前記基準電極、前記計測電極、前記基準電極電圧取得部および前記計測電極電圧取得部を含んでいる検出ユニットと、
前記検出ユニットとケーブルにより接続され、前記差電圧取得部および前記計測電圧演算部を含んでいる演算ユニットとを備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の電圧計測装置。
【請求項４】
複数の電線により供給される交流電圧を前記電線の絶縁被覆を通して計測する電圧計測方法において、
前記複数の電線のうちの基準とする電線の前記絶縁被覆の周りに基準電極を配置し、グランドを前記電線のグランドである第１のグランドと絶縁されている第２のグランドとした状態にて、前記交流電圧により前記基準電極に誘起される基準電極電圧を取得する基準電極電圧取得工程と、
前記複数の電線のうちの前記基準とする電線以外の全ての電線に計測電極を配置し、グランドを前記第２のグランドとした状態にて、前記交流電圧により前記計測電極に誘起される計測電極電圧を取得する計測電極電圧取得工程と、
前記基準電極電圧と前記計測電極電圧との差電圧を取得する差電圧取得工程と、
前記差電圧を使用して前記交流電圧を求める計測電圧演算工程とを備えていることを特徴とする電圧計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁被覆されている電線の導体に印加されている交流の電圧を計測する電圧計測装置および電圧計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１〜３に示されているように、計測電極を絶縁電線の導体に接触させることなく、絶縁電線に印加されている電圧を計測する技術が知られている。
【０００３】
特許文献１，２に記載の構成は、絶縁電線の絶縁被覆の一部の表面を覆うことが可能な検出電極および検出電極を覆うシールド電極を備えた検出プローブと、所定の周波数の信号を出力する発振器とを用いている。具体的には、発振器から所定の周波数の信号を出力し、その信号を検出プローブの検出電極に供給し、検出電極と導体との間のインピーダンスを計測している。さらに、絶縁電線の導体に印加された電圧に起因して検出電極から流出する電流を計測し、この電流と上記インピーダンスとから導体に印加されている電圧を計測している。
【０００４】
ここで、絶縁電線（計測電線）の各絶縁被覆の特性は、温度および湿度によって大きく変化する。このため、計測電線の計測電圧は温度および湿度によって大幅に変化する。また、計測電線の絶縁被覆の比誘電率は周波数特性を有し、しかも周波数特性は、絶縁被覆の材質によって異なる。特に、絶縁被覆として多用されているＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）は、周波数の違いに対する比誘電率の違いが顕著である。
【０００５】
上記のような要因によって計測電線の計測電圧が大きく左右される状況下において、特許文献１，２に記載の構成では、計測電線の計測電圧（例えば周波数６０Ｈｚ）とは周波数が大きく異なる高周波信号（例えば周波数６ｋＨｚ）を計測電線に印加することにより、計測電線の導体と検出電極との間のインピーダンスを計測し、そのインピーダンスに基づいて、導体の電圧（計測電圧）を求めている。このため、計測電線の電圧を正確に計測することができない。
【０００６】
一方、特許文献３に記載の構成では、電線の交流電圧を求め、基準交流電流と誘電損失電流との位相差から、電線を被覆する絶縁体の誘電正接を求め、この誘電正接の値により、先に求めた交流電圧を補正するようにしている。
【０００７】
具体的には、電線の絶縁体に配した電極からの入力信号により、電線の導体と電極との間の結合容量を求め、この結合容量の値に基づき交流電圧を求めている。また、交流電圧に対して９０°進んだ基準交流電流を絶縁体を通して検出している。また、絶縁体の誘電損失に伴う誘電損失電流を絶縁体を通して検出している。次に、これら基準交流電流（基準交流電圧）と誘電損失電流（誘電損失電圧）との位相差を求め、この位相差から絶縁体の誘電正接を算出している。さらに、誘電正接の値に基づき、先に求めた交流電圧値を補正している。したがって、このような特許文献３の構成によれば、特許文献１，２の構成が有する上記問題を回避できるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−２０６４６８号公報（１９９８年８月７日公開）
【特許文献２】特開２００２−３６５３１５号公報（２００２年１２月１８日公開）
【特許文献３】特開２００４−１７７３１０号公報（２００４年６月２４日公開）
【特許文献４】特開２０１４−４４１０２号公報（２０１４年３月１３日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１〜３の構成は、いずれも電線の交流電圧を計測する際に、電線のグランド（ＧＮＤ）と共通のグランドに計測装置を接地するものである。このため、計測装置を例えば分電盤に取り付ける作業は、電気工事とみなされ、資格を有する作業者が行う必要があり、使用に制限が課せられるという問題点を有している。
【００１０】
なお、特許文献４には、回路基板検査装置において、一対の電圧測定用プローブにて検出された電圧の差動電圧を取得する回路が記載されている。具体的には、回路基板の２個の半田ボールバンプに対してプローブを非接触に配置して、各半田ボールバンプに生じている電圧を取得し、それら電圧をバッファ回路を介して差動増幅回路に入力し、両電圧の差電圧を取得している。また、取得された差動電圧と、上記２個の半田ボールバンプに接触させたプローブからの電流とに基づいて、上記２個の半田ボールバンプ間の抵抗値を算出している。このように、特許文献４の記載の構成は、例えば回路基板上の２点間の抵抗値の測定に使用することができるものの、電線の交流電圧の計測に使用することができない。
【００１１】
したがって、本発明は、計測電線のグランドと共通のグランドに接地することなく計測電線の電圧を計測することができる電圧計測装置および電圧計測方法の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するために、本発明の電圧計測装置は、複数の電線により供給される交流電圧を前記電線の絶縁被覆を通して計測する電圧計測装置において、前記複数の電線のうちの基準とする電線の前記絶縁被覆の周りに配置される基準電極と、前記複数の電線のうちの前記基準とする電線以外の全ての電線に配置される計測電極と、前記電線のグランドである第１のグランドと絶縁されている第２のグランドに接地され、前記交流電圧により前記基準電極に誘起される基準電極電圧を取得する基準電極電圧取得部と、前記第２のグランドに接地され、前記交流電圧により前記計測電極に誘起される計測電極電圧を取得する計測電極電圧取得部と、前記基準電極電圧と前記計測電極電圧との差電圧を取得する差電圧取得部と、前記差電圧を使用して前記交流電圧を求める計測電圧演算部とを備えていることを特徴としている。
【００１３】
上記の構成によれば、基準電極電圧取得部は、電線（例えば単線２相のＮ相の電線）の交流電圧により基準電極に誘起される基準電極電圧を取得する。計測電極電圧取得部は、電線（例えば単線２相のＬ相の電線）の交流電圧により計測電極に誘起される計測電極電圧を取得する。これら、基準電極電圧および計測電極電圧は、基準電極電圧取得部および計測電極電圧取得部が、電線の第１のグランドとは絶縁されている第２のグランドに接地されていることにより、正弦波とはならない。そこで、差電圧取得部は、基準電極電圧と計測電極電圧との差を取り正弦波の差電圧を取得する。計測電圧演算部は、上記差電圧を使用して交流電圧を求める。
【００１４】
これにより、電線のグランドと共通のグランドに接地することなく電線の電圧を計測することができる。
【００１５】
上記の電圧計測装置は、前記基準電極として、第１基準電極および第２基準電極を備え、前記計測電極として、第１計測電極および第２計測電極を備え、前記基準電極電圧取得部は、前記第１基準電極から前記交流電圧の位相に対して位相が第１の量ずれて誘起される第１の基準電極電圧、および前記第２基準電極から前記交流電圧の位相に対して位相が第２の量ずれて誘起される第２の基準電極電圧をそれぞれ取得し、前記計測電極電圧取得部は、前記第１計測電極から前記交流電圧の位相に対して位相が前記第１の量ずれて誘起される第１の計測電極電圧、および前記第２計測電極から前記交流電圧の位相に対して位相が前記第２の量ずれて誘起される第２の計測電極電圧をそれぞれ取得し、前記差電圧取得部は、前記第１基準電極からの第１の基準電極電圧と前記第１計測電極からの第１の計測電極電圧との第１の差電圧を取得する第１の差電圧取得部と、前記第２基準電極からの第２の基準電極電圧と前記第２計測電極からの第２の計測電極電圧との第２の差電圧を取得する第２の差電圧取得部とを備え、前記計測電圧演算部は、前記第１の差電圧と前記第２の差電圧との位相差から、前記電線の心線と前記第１計測電極との間の結合容量を求め、求めた結合容量および前記第１の差電圧により前記交流電圧を求める構成としてもよい。
【００１６】
上記の構成によれば、基準電極電圧取得部は、第１基準電極から交流電圧の位相に対して位相が第１の量ずれて誘起される第１の基準電極電圧、および第２基準電極から交流電圧の位相に対して位相が第２の量ずれて誘起される第２の基準電極電圧をそれぞれ取得する。計測電極電圧取得部は、第１計測電極から交流電圧の位相に対して位相が第１の量ずれて誘起される第１の計測電極電圧、および第２計測電極から交流電圧の位相に対して位相が第２の量ずれて誘起される第２の計測電極電圧をそれぞれ取得する。第１の差電圧取得部は、第１基準電極からの第１の基準電極電圧と第１計測電極からの第１の計測電極電圧との第１の差電圧を取得する。第２の差電圧取得部は、第２基準電極からの第２の基準電極電圧と第２計測電極からの第２の計測電極電圧との第２の差電圧を取得する。計測電圧演算部は、第１の差電圧と第２の差電圧との位相差から、電線の心線と第１計測電極との間の結合容量を求め、求めた結合容量および第１の差電圧により交流電圧を求める。
【００１７】
したがって、電線の周りに配置した電極に電圧を与える構成や、電極に与えた電圧によって電極に生じる電圧を取得する構成、さらには電極に生じた複数の電圧を分離する構成等が不要となる。これにより、回路構成が簡素となり、回路基板を小型化することができる。この結果、簡単な構成にて電線の電圧を正確に計測することができる。
【００１８】
上記の電圧計測装置は、前記基準電極、前記計測電極、前記基準電極電圧取得部および前記計測電極電圧取得部を含んでいる検出ユニットと、前記検出ユニットとケーブルにより接続され、前記差電圧取得部および前記計測電圧演算部を含んでいる演算ユニットとを備えている構成としてもよい。
【００１９】
上記の構成によれば、検出ユニットおよび演算ユニットにより、電圧計測装置を適切に構成することができる。
【００２０】
本発明の電圧計測方法は、複数の電線により供給される交流電圧を前記電線の絶縁被覆を通して計測する電圧計測方法において、前記複数の電線のうちの基準とする電線の前記絶縁被覆の周りに基準電極を配置し、グランドを前記電線のグランドである第１のグランドと絶縁されている第２のグランドとした状態にて、前記交流電圧により前記基準電極に誘起される基準電極電圧を取得する基準電極電圧取得工程と、前記複数の電線のうちの前記基準とする電線以外の全ての電線に計測電極を配置し、グランドを前記第２のグランドとした状態にて、前記交流電圧により前記計測電極に誘起される計測電極電圧を取得する計測電極電圧取得工程と、前記基準電極電圧と前記計測電極電圧との差電圧を取得する差電圧取得工程と、前記差電圧を使用して前記交流電圧を求める計測電圧演算工程とを備えていることを特徴としている。
【００２１】
上記の構成によれば、上記電圧計測装置と同様の作用効果を奏する。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の構成によれば、計測電線のグランドと共通のグランドに接地することなく計測電線の電圧を計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態の電圧計測装置における、計測電線が単相２線の場合の電圧計測原理を示す回路図である。
【図２】本発明の実施の形態の電圧計測装置による、計測電線が単相２線の場合の計測電圧ＶＳの計測状態を示す模式図である。
【図３】図１および図２に示した電圧計測装置の構成を示すブロック図である。
【図４】図３に示した電圧計測装置の具体的構成の一例を示す回路図である。
【図５】図４に示した計測電圧ＶＳ、差電圧Ｖ１および差電圧Ｖ２の位相の関係を示す波形図である。
【図６】図４に示した各部の信号のタイミングチャートである。
【図７】図４に示した計測電圧ＶＳと差電圧Ｖ１と差電圧Ｖ２との位相の関係を示す説明図である。
【図８】図４に示した電圧計測装置の実体的な形態例を示す縦断面図である。
【図９】図８に示した検出ユニットの斜視図である。
【図１０】図３に示した電圧計測装置の具体的構成の他の例を示す回路図である。
【図１１】図１０に示した電圧計測装置の各部の電圧波形および位相を示す説明図である。
【図１２】図１０に示した回路Ｇの等価回路である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
〔実施の形態１〕
（電圧計測装置１の電圧測定原理）
本発明の実施の形態を図面に基づいて以下に説明する。図１は、本発明の実施の形態の電圧計測装置１における、計測電線が単相２線の場合の電圧計測原理を示す回路図である。図２は、本発明の実施の形態の電圧計測装置１による、計測電線が単相２線の場合の計測電圧ＶＳの計測状態を示す模式図である。
【００２５】
本実施形態において、接地については、計測電線（電圧計測対象の電線）１１のアースと同じアースへの接地（例えば図１のＧＮＤ１；以下、アース接続と称する）と、電圧計測装置１のフレームへの接地（例えば図１のＧＮＤ２；以下、フレーム接続と称する）とを区別して示している。これらアース接続とフレーム接続とは互いに電気的に絶縁されている。
【００２６】
電圧計測装置１は、電圧計測対象の被覆電線である計測電線（電線）１１の交流電圧を計測するものである。この場合、電圧計測装置１を、計測電線１１と同じＧＮＤ１に接続（アース接続）することなく、固有のＧＮＤ２に接続（フレーム接続）することにより、計測電線１１の電圧を計測可能となっている。すなわち、計測電線１１が単相２線の場合（図１、図２の例）には、計測電線１１のＮ相の電線から取得した電圧とＬ相の電線から取得した電圧との差動電圧を取得するにより、電圧計測装置１と計測電線１１とのＧＮＤを一致させることなく、計測電線１１の心線と電極２１との間の結合容量ＣＬを算出できるようにしている。
【００２７】
図１および図２に示すように、電圧計測装置１は、基準電極２１Ｎ、計測電極２１Ｌ、基準電極電圧取得部１０１Ｎ、計測電極電圧取得部１０１Ｌ、差動増幅器１０２および計測電圧演算部１０３を備えている。計測電線１１はブレーカ１０４に接続されている。
【００２８】
なお、図１において、基準電極電圧取得部１０１Ｎは、基準電極２１Ｎを抵抗ＲＳを介して接地（フレーム接続）する回路により、基準電極電圧ＶＮを取得している。同様に、計測電極電圧取得部１０１Ｌは、計測電極２１Ｌを抵抗ＲＳを介して接地（フレーム接続）する回路により、計測電極電圧ＶＬを取得している。
【００２９】
計測電圧ＶＳ（計測電線１１の電圧）を測定する場合、基準電極２１Ｎは、計測電線１１のＮ相の電線に配置され、計測電極２１Ｌは、計測電線１１のＬ相の電線に配置される。この場合のＮ相の電線の心線と基準電極２１Ｎとの間の結合容量を結合容量ＣＮ、Ｌ相の電線の心線と計測電極２１Ｌとの間の結合容量を結合容量ＣＬとする。
【００３０】
基準電極電圧取得部１０１Ｎは、Ｎ相の電線の交流電圧により基準電極２１Ｎに誘起された電圧（基準電極電圧ＶＮ）を取得し、その電圧を差動増幅器１０２の反転入力端子へ入力する。同様に、計測電極電圧取得部１０１Ｌは、Ｌ相の電線の交流電圧により計測電極２１Ｌに誘起された電圧（計測電極電圧ＶＬ）を取得し、その電圧を差動増幅器１０２の非反転入力端子へ入力する。差動増幅器１０２は、基準電極電圧ＶＮと計測電極電圧ＶＬとの差電圧を取得し、その差電圧を計測電圧演算部１０３へ出力する。
【００３１】
この場合、基準電極電圧ＶＮおよび計測電極電圧ＶＬは、基準電極電圧取得部１０１Ｎおよび計測電極電圧取得部１０１ＬのＧＮＤ２（フレーム接続）が計測電線１１のＧＮＤ１（アース接続）と一致していないため、正弦波とはならず、例えば図２に示すような不安定な電圧波形となる。そこで、差動増幅器１０２において、これら基準電極電圧ＶＮと計測電極電圧ＶＬとの差を取り、安定した正弦波の差電圧ＶＬＮを取得している。
【００３２】
計測電圧演算部１０３としては、従来周知の方式あるいは新規な方式の構成を採用することができる。基準電極電圧取得部１０１Ｎおよび計測電極電圧取得部１０１Ｌは、採用する計測電圧演算部１０３の方式に対応したものが採用される。
【００３３】
（電圧計測装置の具体的構成）
図３は、図１および図２に示した電圧計測装置１の構成を示すブロック図である。図４は、図３に示した電圧計測装置１の具体的構成の一例を示す回路図である。図３および図４に示すように、計測電圧演算部１０３は信号処理部１１１および例えばＣＰＵによって構成される計算部１１２を備えている。信号処理部１１１および計算部１１２は、図２に示した計測電圧演算部１０３を構成している。
【００３４】
図４に示す電圧計測装置２は、位相差方式により計測電線１１の電圧を求めるものである。電圧計測装置２は、図４に示すように、計測電線１１のＮ相の電線の周りに配置される第１基準電極２１Ｎおよび第２基準電極２２Ｎを備え、計測電線１１のＬ相の電線の周りに配置される第１計測電極２１Ｌおよび第２計測電極２２Ｌを備えている。これら第１基準電極２１Ｎ、第２基準電極２２Ｎ、第１計測電極２１Ｌおよび第２計測電極２２Ｌは、対応する電線の外周に配置できるように、例えば、電線の方向に所定幅を有する円弧形状となっている。なお、計測電極２１および基準電極２２の形状は、これに限定されず、例えば平板状など、計測電線１１に接することができる形状であればよい。
【００３５】
電圧計測装置２では、計測電線１１のＮ相の電線に対応する第１基準電極２１Ｎおよび第２基準電極２２Ｎを備えていることにより、基準電極電圧取得部１０１Ｎは、第１基準電極２１Ｎおよび第２基準電極２２Ｎに誘起された電圧を取得する回路をそれぞれ備えている。同様に、計測電線１１のＬ相の電線に対応する第１計測電極２１Ｌおよび第２計測電極２２Ｌを備えていることにより、計測電極電圧取得部１０１Ｌは、第１計測電極２１Ｌおよび第２計測電極２２Ｌに誘起された電圧を取得する回路をそれぞれ備えている。これら基準電極電圧取得部１０１Ｎおよび計測電極電圧取得部１０１Ｌの構成に対応して、前記差動増幅器１０２として、２個の差動増幅器１０２ａ，１０２ｂを備えている。
【００３６】
なお、基準電極電圧取得部１０１Ｎおよび計測電極電圧取得部１０１Ｌは、差動増幅器（第１の差電圧取得部）１０２ａおよび差動増幅器（第２の差電圧取得部）１０２ｂの耐圧を考慮して、計測電線１１の交流電圧を低下させて差動増幅器１０２ａおよび差動増幅器１０２ｂへ入力する機能を有している。
【００３７】
第１基準電極２１Ｎと差動増幅器１０２ａの非反転入力端子との間には、基準電極電圧取得部１０１Ｎの抵抗Ｒ１、並びに演算増幅器２５および抵抗Ｒ２が直列に設けられている。また、第１計測電極２１Ｌと差動増幅器１０２ａの反転入力端子との間には、計測電極電圧取得部１０１Ｌの抵抗Ｒ１、並びに演算増幅器２５および抵抗Ｒ２が直列に設けられている。
【００３８】
基準電極電圧取得部１０１Ｎおよび計測電極電圧取得部１０１Ｌにおいて、抵抗Ｒ１は、演算増幅器２５の反転入力端子に接続され、抵抗Ｒ２は、演算増幅器２５の反転入力端子と出力端子との間に接続されている。演算増幅器２５は、非反転入力端子がフレーム接続されている。基準電極電圧取得部１０１Ｎの演算増幅器２５の出力端子は、差動増幅器１０２ａの非反転入力端子に接続され、計測電極電圧取得部１０１Ｌの演算増幅器２５の出力端子は、差動増幅器１０２ａの反転入力端子に接続されている。
【００３９】
第２基準電極２２Ｎと差動増幅器１０２ｂの非反転入力端子との間には、演算増幅器２７および抵抗Ｒ０が設けられている。第２基準電極２２Ｎは演算増幅器２７の反転入力端子に接続されている。また、第２計測電極２２Ｌと差動増幅器１０２ｂの反転入力端子との間には、演算増幅器２７および抵抗Ｒ０が設けられている。第２計測電極２２Ｌは演算増幅器２７の反転入力端子に接続されている。基準電極電圧取得部１０１Ｎおよび計測電極電圧取得部１０１Ｌにおいて、抵抗Ｒ０は、演算増幅器２７の反転入力端子と出力端子との間に接続され、演算増幅器２７は、非反転入力端子がフレーム接続されている。
【００４０】
信号処理部１１１は、ＸＯＲ２４および比較器２６，２８を備えている。差動増幅器１０２ａの出力端子は、計算部１１２および比較器２８の反転入力端子に接続されている。これにより、差動増幅器１０２ａから出力される差電圧Ｖ１が計算部１１２および比較器２８の反転入力端子に入力されるようになっている。また、差動増幅器１０２ｂの出力端子は、比較器２８の反転入力端子に接続されている。
【００４１】
比較器２６は、非反転入力端子が抵抗Ｒ１１を介してフレーム接続され、出力端子がＸＯＲ２４の第１入力端子２４ａと接続されている。比較器２６の出力端子と非反転入力端子との間には、直列接続された抵抗Ｒ１５およびコンデンサＣ１１が設けられている。
【００４２】
比較器２８は、非反転入力端子が抵抗Ｒ１２を介してフレーム接続され、出力端子がＸＯＲ２４の第２入力端子２４ｂと接続されている。比較器２６の出力端子と非反転入力端子との間には、直列接続された抵抗Ｒ１６およびコンデンサＣ１２が設けられている。
【００４３】
ＸＯＲ２４の第１入力端子２４ａには抵抗Ｒ１３を介して電源電圧Ｖｃｃが供給され、ＸＯＲ２４の第２入力端子２４ｂには抵抗Ｒ１４を介して電源電圧Ｖｃｃが供給されている。ＸＯＲ２４から計算部２３へは位相差電圧Ｖｐｄが出力される。
【００４４】
（電圧計測装置２の動作）
上記の構成において、電圧計測装置２の動作について以下に説明する。電圧計測装置２により計測電圧ＶＳを計測する場合には、第１基準電極２１Ｎおよび第２基準電極２２Ｎを計測電線１１のＮ相の電線の周りに配置し、第１計測電極２１Ｌおよび第２計測電極２２Ｌを計測電線１１のＬ相の電線の周りに配置する。この場合のＮ相の電線の心線と第１基準電極２１Ｎとの間の結合容量をＣＮ１、Ｎ相の電線の心線と第２基準電極２２Ｎとの間の結合容量をＣＮ２、Ｌ相の電線の心線と第１計測電極２１Ｌとの間の結合容量を結合容量ＣＬ１、Ｌ相の電線の心線と第２計測電極２２Ｌとの間の結合容量を結合容量ＣＬ２とする。なお、結合容量ＣＮ１とＣＮ２とは一致している必要はなく、同様に、結合容量ＣＬ１とＣＬ２は一致している必要はない。
【００４５】
上記のように各電極を配置すると、第１基準電極２１Ｎに誘起された電圧により、基準電極電圧取得部１０１Ｎから差動増幅器１０２ａの非反転入力端子に電圧ＶＮ１（計測電圧ＶＳの位相に対して位相が第１の量ずれた電圧）が入力され、第１計測電極２１Ｌに誘起された電圧により、計測電極電圧取得部１０１Ｌから差動増幅器１０２ａの反転入力端子に電圧ＶＬ１（計測電圧ＶＳの位相に対して位相が第１の量ずれた電圧）が入力される。これにより、差動増幅器１０２ａから差電圧Ｖ１が出力される。
【００４６】
また、第２基準電極２２Ｎに誘起された電圧により、基準電極電圧取得部１０１Ｎから差動増幅器１０２ｂの非反転入力端子に電圧ＶＮ２（計測電圧ＶＳの位相に対して位相が第２の量ずれた電圧）が入力され、第２計測電極２２Ｌに誘起された電圧により、計測電極電圧取得部１０１Ｌから差動増幅器１０２ｂの反転入力端子に電圧ＶＬ２（計測電圧ＶＳの位相に対して位相が第２の量ずれた電圧）が入力される。これにより、差動増幅器１０２ｂから差電圧Ｖ２が出力される。
【００４７】
図４において、基準電極電圧取得部１０１Ｎを含む第１基準電極２１Ｎ側の回路は、結合容量ＣＮ１と抵抗Ｒ１とが直列であり、これら結合容量ＣＮ１、抵抗Ｒ１、演算増幅器２５および抵抗Ｒ２を含む反転増幅回路である。同様に、計測電極電圧取得部１０１Ｌを含む第１計測電極２１Ｌ側の回路は、結合容量ＣＬ１と抵抗Ｒ１とが直列であり、これら結合容量ＣＬ１、抵抗Ｒ１、演算増幅器２５および抵抗Ｒ２を含む反転増幅回路である。したがって、結合容量ＣＮ１＝ＣＬ１として、差電圧Ｖ１は、下記の式（１）のようになる。
【００４８】
【数１】
2015224933.tif 000003
【００４９】
この場合、差電圧Ｖ１の位相αは下記の式（２）となり、差電圧Ｖ１の振幅（絶対値）は下記の式（３）となる。
【００５０】
【数２】
2015224933.tif 000004
【００５１】
【数３】
2015224933.tif 000005
【００５２】
式（２）から分かるように、差電圧Ｖ１の位相αは、結合容量ＣＬ１の値によって変化する。すなわち、差電圧Ｖ１の位相αは、計測電線１１の電圧である計測電圧ＶＳの位相に対してずれた状態（第１の量ずれた状態）となる。
【００５３】
一方、第２基準電極２２Ｎに誘起された電圧により、基準電極電圧取得部１０１Ｎから差動増幅器１０２ｂの非反転入力端子に電圧ＶＮ２が入力され、第２計測電極２２Ｌに誘起された電圧により、計測電極電圧取得部１０１Ｌから差動増幅器１０２ｂの反転入力端子に電圧ＶＬ２が入力される。これにより、差動増幅器１０２ｂから差電圧Ｖ２が出力される。
【００５４】
この場合、基準電極電圧取得部１０１Ｎを含む第２基準電極２２Ｎ側の回路、および計測電極電圧取得部１０１Ｌを含む第２計測電極２２Ｌ側の回路には、抵抗Ｒ１に相当する抵抗Ｒが存在しない。したがって、結合容量ＣＮ２＝ＣＬ２として、差電圧Ｖ２の位相βは、式（２）において抵抗Ｒ１＝０であるから、ｔａｎ−１∞となり、９０°に漸近する。これにより、差電圧Ｖ２の位相βは、結合容量ＣＬ２（＝ＣＮ２）の影響を受けず、計測電圧ＶＳの位相に対して９０°（一定量）進んだ状態に固定される。
【００５５】
上記の計測電圧ＶＳ、差電圧Ｖ１および差電圧Ｖ２の位相の関係を示すと図５のようになる。図５は、計測電圧ＶＳ、差電圧Ｖ１および差電圧Ｖ２の位相の関係を示す波形図である。
【００５６】
図５において、Δαは、差電圧Ｖ１と差電圧Ｖ２との位相差を示している。そこで、差電圧Ｖ２の位相が計測電圧ＶＳの位相から９０°進んでいることを加味し、位相差Δαを結合容量ＣＬ１および抵抗Ｒ１によって表すと、式（４）のようになる。
【００５７】
【数４】
2015224933.tif 000006
【００５８】
図６は、差電圧Ｖ１、差電圧Ｖ２、比較器２６の出力信号ＣＯＭＰ１、比較器２８の出力信号ＣＯＭＰ２およびＸＯＲ２４から出力される位相差電圧Ｖｐｄのタイミングチャートである。
【００５９】
図６に示すように、差電圧Ｖ１と差電圧Ｖ２との間には、位相差ΔＴ（位相差Δαに相当）が存在する。比較器２６は、差電圧Ｖ１が入力されることにより、パルス波の出力信号ＣＯＭＰ１をＸＯＲ２４へ出力する。同様に、比較器２８は、差電圧Ｖ２が入力されることにより、パルス波の出力信号ＣＯＭＰ２をＸＯＲ２４へ出力する。なお、出力信号ＣＯＭＰ１，ＣＯＭＰ２における立ち上がりのレベルは、電源電圧Ｖｃｃである。
【００６０】
ＸＯＲ２４は、出力信号ＣＯＭＰ１と出力信号ＣＯＭＰ２とが入力されることにより、これら出力信号ＣＯＭＰ１，ＣＯＭＰ２の排他的論理和である位相差電圧Ｖｐｄを生成し、計算部２３へ出力する。位相差電圧Ｖｐｄは、差電圧Ｖ１と差電圧Ｖ２との位相差Δαに相当する幅（時間ΔＴ）のパルスを含むパルス信号である。
【００６１】
ここで、計測電圧ＶＳと差電圧Ｖ２との位相差は９０°、差電圧Ｖ１と差電圧Ｖ２の位相差はΔα、計測電圧ＶＳと差電圧Ｖ１との位相差は９０°−Δαである。したがって、式（４）を参照し、計測電圧ＶＳと差電圧Ｖ１と差電圧Ｖ２との位相の関係を整理すると、図７のようになる。
【００６２】
計算部２３は、まず、ＸＯＲ２４から入力された位相差電圧Ｖｐｄから、式（５）によって位相差Δαを求める。なお、ｆは計測電圧ＶＳの周波数である。
【００６３】
Δα＝ΔＴ×ｆ×３６０  ……  （５）
次に、計算部２３は、求めた位相差Δαを用いて、式（４）から、未知の結合容量ＣＬ１を求める。さらに、計算部２３は、求めた結合容量ＣＬ１を用いて、計測電圧ＶＳを求める。
【００６４】
この場合、差電圧Ｖ１の位相は式（２）、差電圧Ｖ１の振幅は式（３）である。また、計算部２３は、演算増幅器２５の出力端子から入力された差電圧Ｖ１をＡ／Ｄ変換して、差電圧Ｖ１の値を求める。
【００６５】
また、式（３）を計測電圧ＶＳについて整理すると、式（６）になる。
【００６６】
【数５】
2015224933.tif 000007
【００６７】
式（６）において、結合容量ＣＬ１および差電圧Ｖ１は既知となっている。したがって、計算部２３は、式（６）から計測電圧ＶＳを算出することができる。
【００６８】
以上のように、電圧計測装置２では、計測電線１１のグランド（ＧＮＤ１）と共通のグランドに接地することなく、計測電線１１の電圧を計測することができる。
【００６９】
また、電圧計測装置２では、計測電圧ＶＳの位相に対して位相が一定値（第２の量、例えば９０°）ずれた差電圧Ｖ２を取得している。また、比較器２６，２８およびＸＯＲ２４により、差電圧Ｖ１と差電圧Ｖ２の位相差Δαを求めている。次に、求めた位相差Δαから計測電線１１の心線と第１基準電極２１Ｎおよび第１計測電極２１Ｌとの間に生じる結合容量ＣＬ１（＝ＣＮ１）を求めている。また、計算部２３により、差電圧Ｖ１の値を求めている。さらに、計算部２３により、既知となった結合容量ＣＬ１および差電圧Ｖ１から計測電圧ＶＳを求めている。
【００７０】
したがって、計測電線１１の外周面に配置した電極に電圧を与える構成、前記電極に与えた電圧によって前記電極に生じる電圧を取得する構成、並びに前記電極に生じた複数の電圧を分離する構成等が不要となっている。したがって、回路構成が簡素となり、回路基板を小型化することができる。これにより、簡単な構成にて計測電圧ＶＳを正確に計測することができる。
【００７１】
なお、電圧計測装置２では、第１基準電極２１Ｎおよび第１計測電極２１Ｌは計測電線１１の絶縁被覆の外周面に接触させて配置する一方、第２基準電極２２Ｎおよび第２計測電極２２Ｌは、計測電線１１の外周面に接触させず、計測電線１１から例えば１〜２ｍｍ浮いた状態に配置されることが好ましい。すなわち、計測電線１１の絶縁被覆の表面から第１および第２基準電極２２Ｎ，２２Ｌを浮かせて、絶縁被覆と第１および第２基準電極２２Ｎ，２２Ｌとの間に空間が存在するようにした場合には、絶縁被覆と第１および第２基準電極２２Ｎ，２２Ｌとの間の電気抵抗が無限大となる。これにより、絶縁被覆の表面の抵抗値が環境の変化の影響を受けて変化することにより差電圧Ｖ２の位相が変化することを防止し、計測電圧ＶＳの位相に対する差電圧Ｖ２の位相のずれ量を固定し易くなる。
【００７２】
また、電圧計測装置２では、差電圧Ｖ１および差電圧Ｖ２から、位相差ΔαすなわちΔＴを容易に求めるために、演算増幅器２５，２７およびＸＯＲ２４を使用している。すなわち、電圧計測装置２では、演算増幅器２５，２７およびＸＯＲ２４を備えていることにより、位相差ΔαすなわちΔＴを求めるために、計算部２３を構成するＣＰＵの負担を軽減し、高速処理が可能かつ高価なＣＰＵではなく、廉価なＣＰＵにて計算部２３を構成可能としている。
【００７３】
一方、電圧計測装置２は、演算増幅器２５，２７およびＸＯＲ２４を備えず、計算部２３にて、差電圧Ｖ１および差電圧Ｖ２をＡ／Ｄ変換し、差電圧Ｖ１と差電圧Ｖ２とのゼロクロス点の時間差から、位相差ΔαすなわちΔＴを演算して求める構成としてもよい。
【００７４】
なお、上記の電圧計測装置２の例では、計測電線１１が単相２線の場合に対応し、第１基準電極２１Ｎ、第２基準電極２２Ｎ、第１計測電極２１Ｌおよび第２計測電極２２Ｌを備えた構成について説明した。一方、電圧計測装置２は、単相３線や三相３線など、計測電線１１の線数が３線以上単相３線の場合に対応可能である。この場合には、基準となる線（基準線）を設定し、その基準線と他の線との差電圧を取得し、取得した差電圧から位相差電圧Ｖｐｄを取得し、計測電圧ＶＳを求める構成とすればよい。
【００７５】
（電圧計測装置の実体的な形態例）
図８は、電圧計測装置２の実体的な形態例を示す縦断面図、図９は図８に示した検出ユニットの斜視図である。なお、図８および図９に示した構成は、他の実施の形態の電圧計測装置についても同様である。なお、以下の説明において、計測電極２１および基準電極２２は、第１基準電極２１Ｎおよび第２基準電極２２Ｎ、または第１計測電極２１Ｌおよび第２計測電極２２Ｌである。
【００７６】
図８に示すように、電圧計測装置２は、検出ユニット４１と演算ユニット５１とを備えている。検出ユニット４１は、上筐体部４３と下筐体部４４とに分離された筐体部４２を備えている。上筐体部４３と下筐体部４４とはヒンジ４５によって連結され、上筐体部４３は下筐体部４４に対して開閉可能となっている。また、筐体部４２の内面には、シールド板４６が設けられている。
【００７７】
下筐体部４４の上面部には基準電極２２が配置され、上筐体部４３の下面部には、基準電極２２と対向して計測電極２１が配置されている。これら計測電極２１および基準電極２２は、円筒を縦割りした形状の半円筒形に形成されている。したがって、下筐体部４４に対して上筐体部４３を閉じた場合に、計測電極２１と基準電極２２とにより円筒が形成され、計測電極２１と基準電極２２との間に計測電線１１を配置できるようになっている。なお、図８において、符号１２は計測電線１１の心線、符号１３は計測電線１１の絶縁被覆を示している。
【００７８】
下筐体部４４の内部には、検出回路基板４７が配置されている。検出回路基板４７は、下筐体部４４に設けられたコネクタ４８、およびケーブル４９を介して筐体部４２の外部に配置される演算ユニット５１と接続されている。検出回路基板４７には例えば電圧取得部１０１が設けられ、演算ユニット５１には、例えば差動増幅器１０２ａ，１０２ｂ、信号処理部１１１および計算部１１２が設けられている。
【００７９】
計測電線１１が単層２線の場合、検出ユニット４１は２セット使用され、演算ユニット５１は１セット使用される。すなわち、検出ユニット４１は線数分使用され、演算ユニット５１は、通常、一つのＣＰＵによって対応するので１セット使用される。なお、演算ユニット５１の使用セット数は、特に限定されない。この点は、以下の他の実施の形態の電圧計測装置においても同様である。
【００８０】
計測電線１１が単層２線の場合、二つの検出ユニット４１の一つはＮ相の電線に配置され、他の一つはＬ相に配置される。この場合、Ｎ相の電線に配置される検出回路基板４７の電圧取得部１０１は、基準電極電圧取得部１０１Ｎであり、Ｌ相の電線に配置される検出回路基板４７の電圧取得部１０１は、計測電極電圧取得部１０１Ｌである。
【００８１】
〔実施の形態２〕
本発明の他の実施の形態を図面に基づいて以下に説明する。本実施の形態の電圧計測装置３では、計測電線１１の電圧を求めるための電圧の処理に積分法を使用している。なお、前記の実施の形態に示した手段と同一の機能を有する手段には同一の符号を付記し、説明を省略している。
【００８２】
（電圧計測装置３の構成）
図１０は、図３に示した電圧計測装置１の具体的構成の他の例を示す回路図である。電圧計測装置３は、図４に示した電圧計測装置２の基準電極電圧取得部１０１Ｎ、計測電極電圧取得部１０１Ｌ、信号処理部１１１および計算部１１２に代えて、基準電極電圧取得部１２１Ｎ、計測電極電圧取得部１２１Ｌ、信号処理部１３１および計算部１３２を備えている。
【００８３】
なお、基準電極電圧取得部１２１Ｎおよび計測電極電圧取得部１２１Ｌは、差動増幅器１０２ａおよび差動増幅器１０２ｂの耐圧を考慮して、計測電線１１の交流電圧を低下させて差動増幅器１０２ａおよび差動増幅器１０２ｂへ入力する機能を有している。
【００８４】
第１基準電極２１Ｎと差動増幅器１０２ａの非反転入力端子との間、および第１計測電極２１Ｌと差動増幅器１０２ａの反転入力端子との間には、バッファを構成する演算増幅器２５がそれぞれ設けられている。
【００８５】
また、第２基準電極２２Ｎと差動増幅器１０２ｂの非反転入力端子との間、および第２計測電極２２Ｌと差動増幅器１０２ｂの反転入力端子との間には、演算増幅器２７および抵抗Ｒ０がそれぞれ設けられている。第２基準電極２２Ｎおよび第２計測電極２２Ｌは、対応する演算増幅器２７の反転入力端子に接続されている。抵抗Ｒ０は、演算増幅器２７の反転入力端子と出力端子との間に接続され、演算増幅器２７は、非反転入力端子がフレーム接続されている。
【００８６】
信号処理部１３１は、比較器１４１，１４２、第１および第２積分回路１４３，１４４および位相シフト回路１４５を備えている。
【００８７】
差動増幅器１０２ｂの出力部は、比較器１４２を介して第２積分回路１４４の入力部と接続され、また、位相シフト回路１４５の入力部と接続されている。位相シフト回路１４５の出力部は、計算部１３２の入力部と接続され、また、比較器１４１を介して第１積分回路１４３の入力部と接続されている。第１および第２積分回路１４３，１４４の出力部は、計算部１３２の入力部と接続されている。
【００８８】
さらに、位相シフト回路１４５の出力部は、各抵抗Ｒ３１を介して第１基準電極２１Ｎおよび第１計測電極２１Ｌと接続されている。
【００８９】
位相シフト回路１４５は、差動増幅器１０２ｂから入力された電圧の位相をシフトさせて位相シフト電圧（印加電圧、電圧Ｖｉｎ）を生成し、生成した位相シフト電圧を、比較器１４１、計算部１３２および抵抗Ｒ３１へ向かって出力する。本実施の形態では、位相シフト回路１４５は、入力された電圧の位相を９０°進める。
【００９０】
差動増幅器１０２ａの出力部は、第１および第２積分回路１４３，１４４の入力部と接続されている。計算部１３２は、第１積分回路１４３から出力される電圧Ｖ１、第２積分回路１４４から出力される電圧Ｖ２、および位相シフト回路１４５から出力される位相シフト電圧（Ｖｉｎ）に基づいて、計測電線１１の電圧を計算する。
【００９１】
（電圧計測装置３の動作）
上記の構成において、電圧計測装置３の動作について以下に説明する。図１１は図１０に示した電圧計測装置３の各部の電圧波形および位相を示す説明図である。
【００９２】
第１基準電極２１Ｎを計測電線１１のＮ相の電線の周りに配置し、第１計測電極２１ＬをＬ相の電線の周りに配置すると、計測電線１１の心線と第１基準電極２１Ｎおよび第１計測電極２１Ｌとの間の結合容量Ｃｓにより、第１基準電極２１Ｎおよび第１計測電極２１Ｌには計測電圧ＶＳに応じた電圧が誘起され、各抵抗Ｒ３１に電流Ｉｘが流れる。これにより、各抵抗Ｒ３１の両端には誘起電圧Ｖ３１（図１１の（ｃ）参照）が生じる。誘起電圧Ｖ３１は、抵抗Ｒ３１を結合容量Ｃｓのインピーダンスよりも十分小さい値（例えば１ＭΩ程度）にすることにより、位相が計測電圧ＶＳの位相に対して９０°進んだものとなる。
【００９３】
また、第２基準電極２２Ｎを計測電線１１のＮ相の電線の周りに配置し、第２計測電極２２ＬをＬ相の電線の周りに配置すると、計測電線１１の心線と第２基準電極２２Ｎおよび第２計測電極２２Ｌとの間の結合容量Ｃｓにより、第２基準電極２２Ｎおよび第２計測電極２２Ｌには計測電圧ＶＳに応じた誘起電圧が生じる。これら誘起電圧は、位相が計測電圧ＶＳの位相に対して９０°進んだものとなる。次に、これら誘起電圧が差動増幅器１０２ｂの反転入力端子および非反転入力端子に入力されることにより、差動増幅器１０２ｂからは差電圧Ｖ２１が出力される。
【００９４】
なお、本実施の形態において、計測電線１１の心線と第１基準電極２１Ｎと第２基準電極２２Ｎとの間の結合容量、および計測電線１１の心線と第１計測電極２１Ｌと第２計測電極２２Ｌとの間の結合容量は、それぞれ同じでなくてもよく、結合容量の存在により、第１基準電極２１Ｎおよび第２基準電極２２Ｎ、並びに第１計測電極２１Ｌおよび第２計測電極２２Ｌに所定レベルの電圧が得られればよい。
【００９５】
差電圧Ｖ２１は、位相シフト回路１４５へ入力され、位相シフト回路１４５は、入力された差電圧Ｖ２１の位相を９０°進めることにより、計測電圧ＶＳに対して位相がほぼ１８０°進んだ位相シフト電圧（電圧Ｖｉｎ）を出力する。
【００９６】
位相シフト電圧が、抵抗Ｒ３１を介して、第１基準電極２１Ｎおよび第１計測電極２１Ｌに印加されると、第１基準電極２１Ｎおよび第１計測電極２１Ｌと計測電線１１の心線との間の結合容量Ｃｓにより、第１基準電極２１Ｎおよび第１計測電極２１Ｌには位相シフト電圧に応じた電圧が誘起され、抵抗Ｒ３１に電流Ｉｓが流れる。これにより、抵抗Ｒ３１の両端には、誘起電圧Ｖ３３（図１１の（ｃ）参照）が生じる。誘起電圧Ｖ３３は、抵抗Ｒ３１を結合容量Ｃｓのインピーダンスより十分小さい値（例えば１ＭΩ）にすることにより、位相シフト電圧とほぼ同位相となる。すなわち、誘起電圧Ｖ３３は、計測電圧ＶＳに対して位相がほぼ１８０°進み、誘起電圧Ｖ３１に対して位相が９０°進むことになる。
【００９７】
したがって、第１基準電極２１Ｎおよび第１計測電極２１Ｌに接続された点Ａの電圧（以下、第１電極電圧と称する）は、図１１の（ｃ）に示すように、誘起電圧Ｖ３１と誘起電圧Ｖ３３とが混合された混合電圧となる。この第１電極電圧が差動増幅器１０２ａの反転入力端子および非反転入力端子に入力されることにより、差動増幅器１０２ａからは差電圧Ｖ１１が出力される。この差電圧Ｖ１１は、第１積分回路１４３および第２積分回路１４４に入力される。
【００９８】
第１積分回路１４３には、位相シフト回路１４５から出力された位相シフト電圧が、比較器１４１を介して、ＣＯＭＰ１として入力される。また、第２積分回路１４４には、差電圧Ｖ２１が、比較器１４２を介して、ＣＯＭＰ２として入力される。ＣＯＭＰ２、ＣＯＭＰ１は、それぞれ図１１の（ａ）（ｂ）に示すものである。
【００９９】
第１積分回路１４３は、差電圧Ｖ１１（第１電極電圧）をＣＯＭＰ１のオンの期間について積分することにより、差電圧Ｖ１１（第１電極電圧）から誘起電圧Ｖ３３のみを取り出し、誘起電圧Ｖ３３の積分値である電圧値Ｖ１を計算部１３２に出力する。
【０１００】
第２積分回路１４４は、差電圧Ｖ１１（第１電極電圧）をＣＯＭＰ２のオンの期間について積分することにより、差電圧Ｖ１１（第１電極電圧）から誘起電圧Ｖ３１のみを取り出し、誘起電圧Ｖ３１の積分値である電圧値Ｖ２を計算部１３２に出力する。
【０１０１】
次に、第２積分回路１４４での電圧値Ｖ２の求め方、および第１積分回路１４３での電圧値Ｖ１の求め方について説明する。
【０１０２】
差電圧Ｖ１１（第１電極電圧）は、
Ｖ１１＝Ａ・ｓｉｎ（ωｔ）＋Ｂ・ｃｏｓ（ωｔ）  ……  （７）
Ａ・ｓｉｎ（ωｔ）：誘起電圧Ｖ３３
Ｂ・ｃｏｓ（ωｔ）：誘起電圧Ｖ３１
となる。
【０１０３】
ここで、差電圧Ｖ１１（第１電極電圧）において、誘起電圧Ｖ３１は、差電圧Ｖ１１をＣＯＭＰ１のオンの期間について積分すれば消去される。これにより、誘起電圧Ｖ３３みを取り出すことができる。
【０１０４】
また、差電圧Ｖ１１（第１電極電圧）において、誘起電圧Ｖ３３は、差電圧Ｖ１１をＣＯＭＰ２のオンの期間について積分すれば消去される。これにより、誘起電圧Ｖ３１のみを取り出すことができる。
【０１０５】
そこで、下記の式（８）のように、差電圧Ｖ１１を０〜πまで積分して電圧Ｖ１を取得し、下記の式（９）のように、Ｖ１１をπ／２〜３π／２まで積分して電圧Ｖ２を取得する。この場合、電圧Ｖ１，Ｖ２は振幅のみとなる。
【０１０６】
【数６】
2015224933.tif 000008
【０１０７】
【数７】
2015224933.tif 000009
【０１０８】
次に、計算部１３２での計測電圧ＶＳの求め方について説明する。図１０の回路Ｇを等価回路にて示すと、図１２のようになる。図１２から、電圧Ｖ１は、電圧Ｖｉｎ（印加電圧）を結合容量Ｃｓおよび抵抗Ｒ３１にて分圧したものであるから、式（１０）のようになる。
【０１０９】
【数８】
2015224933.tif 000010
【０１１０】
式（１０）において、分数部分の分母および分子にｊωＣｓをかけると、式（１１）のようになる。
【０１１１】
【数９】
2015224933.tif 000011
【０１１２】
式（１１）からＶ１の振幅を求めると、式（１２）となる。
【０１１３】
【数１０】
2015224933.tif 000012
【０１１４】
式（１２）を結合容量Ｃｓについて解くと、式（１３）となる。
【０１１５】
【数１１】
2015224933.tif 000013
【０１１６】
式（１３）では、右辺が計算部１３２において全て既知の変数となるから、結合容量Ｃｓを算出することができる。
【０１１７】
さらに、別に求めた電圧Ｖ２より、計測電圧ＶＳに関して、式（１４）が成立する。
【０１１８】
【数１２】
2015224933.tif 000014
【０１１９】
そこで、式（１４）のＣｓに式（１１）のＣｓを代入することにより、計測電圧ＶＳを求めることができる。
【０１２０】
上記のように、電圧計測装置３では、計測電線１１のグランド（ＧＮＤ１）と共通のグランドに接地することなく、計測電線１１の電圧を計測することができる。
【０１２１】
また、電圧計測装置３では、第２基準電極２２Ｎおよび第２計測電極２２Ｌによって計測電線１１から取得した電圧、すなわち計測電線１１の電圧と周波数が同じ電圧を第１基準電極２１Ｎおよび第１計測電極２１Ｌから計測電線１１に印加することにより、計測電線１１の心線１２と第１基準電極２１Ｎおよび第１計測電極２１Ｌとの間の結合容量Ｃｓを求め、計測電線１１の電圧すなわち計測電圧ＶＳを求めている。これにより、周波数の違いに起因する計測電線１１の絶縁被覆１３の比誘電率の違いの影響を受けなくなり、計測電圧ＶＳを、温度、湿度変化の影響を受けずに、正確に計測することができる。
【０１２２】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２３】
本発明は、各種機器に供給されている商用電源等の交流電圧の測定機器として利用することができる。
【符号の説明】
【０１２４】
１    電圧計測装置
２    電圧計測装置
３    電圧計測装置
１１    計測電線
１２    心線
１３    絶縁被覆
２１Ｎ  基準電極、第１基準電極
２１Ｌ  計測電極、第１計測電極
２２Ｎ  第２基準電極
２２Ｌ  第２計測電極
２３    計算部（計測電圧演算手段）
４１    検出ユニット
４７    検出回路基板
４９    ケーブル
５１    演算ユニット
１０１Ｎ  基準電極電圧取得部
１０１Ｌ  計測電極電圧取得部
１０２    差動増幅器（差電圧取得部）
１０２ａ  差動増幅器（差電圧取得部、第１の差電圧取得部）
１０２ｂ  差動増幅器（差電圧取得部、第２の差電圧取得部）
１０３    計測電圧演算部
１１１    信号処理部
１１２    計算部
１２１Ｎ  基準電極電圧取得部
１２１Ｌ  計測電極電圧取得部
１３１    信号処理部
１３２    計算部
ＣＬ１    結合容量
ＣＬ２    結合容量
ＣＮ１    結合容量
ＣＮ２    結合容量
Ｃｓ    結合容量
【図１】
2015224933.tif 000015
【図２】
2015224933.tif 000016
【図３】
2015224933.tif 000017
【図４】
2015224933.tif 000018
【図５】
2015224933.tif 000019
【図６】
2015224933.tif 000020
【図７】
2015224933.tif 000021
【図８】
2015224933.tif 000022
【図９】
2015224933.tif 000023
【図１０】
2015224933.tif 000024
【図１１】
2015224933.tif 000025
【図１２】
2015224933.tif 000026