(57)【要約】【課題】  電線の線径の違いにより生じる電圧の測定誤差を補正して正確な電圧測定が可能な非接触電圧測定装置を実現する。【解決手段】  芯線が絶縁被覆された電線を検出プローブで挟み、前記芯線に印加される電圧を非接触で測定する非接触電圧測定装置において、前記電線の線径を測定する線径測定手段と、前記検出プローブと前記電線の線径の大きさによって変化する浮遊容量との相関を求め、その相関に基づいて決定した補正係数を記憶する補正係数記憶手段と、前記芯線に印加される電圧を測定する際は前記補正係数記憶手段に記憶した補正係数を用いて測定電圧を補正する電圧検出器を備えている。【選択図】            図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯線が絶縁被覆された電線を検出プローブで挟み、前記芯線に印加される電圧を非接触で測定する非接触電圧測定装置において、前記電線の線径を測定する線径測定手段と、前記検出プローブと前記電線の線径の大きさによって変化する浮遊容量との相関を求め、その相関に基づいて決定した補正係数を記憶する補正係数記憶手段と、前記芯線に印加される電圧を測定する際は前記補正係数記憶手段に記憶した補正係数を用いて測定電圧を補正する電圧検出器を備えたことを特徴とする非接触電圧測定装置。
【請求項２】
前記線径測定手段は、前記検出プローブを構成する測定電極間の距離を容量値に変換する容量値変換手段と、この容量値を周波数に変換する周波数変換手段からなることを特徴とする請求項１記載の非接触電圧測定装置。
【請求項３】
前記線径測定手段は前記測定電極が扇状に開口するように構成され、線径によって変化する前記測定電極の開口の角度を容量値に変換する容量値変換手段と、この容量値を周波数に変換する周波数変換手段からなることを特徴とする請求項２記載の非接触電圧測定装置。
【請求項４】
前記容量値変換手段は、導電部材と、この導電部材の外周を囲い導電部材とは非接触状態で配置されたコイルスプリングからなり、前記導電部材とコイルスプリングで形成される空間容積をコイルスプリングの伸縮によって変化させ、その空間容積の変化を容量値変化として検出するように構成したことを特徴とする請求項２又は３に記載の非接触電圧測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁被覆された電線の芯線を流れる電気信号を計測するために利用される測定装置に関し、詳しくは、線径の異なる電線を挟む検出プローブとの間に形成される浮遊容量を補正した非接触電圧測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
絶縁被覆された電線内の芯線に印加される交流電圧を測定する場合、絶縁被覆を破ることなく被覆上に検出プローブを当てて測定することができると、安全上有利であり、かつ簡便に測定することができる。
【０００３】
このような絶縁被覆上から芯線に印加される交流電圧を計測する非接触電圧測定装置の先行文献としてはとしては次のようなものがある。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２５５３４２号公報
【０００５】
以下、この先行文献に記載された発明について、概要を説明する。
図８（ａ，ｂ，ｃ）は従来の非接触電圧測定装置の一例を示す構成図で、図８（ａ）は検出プローブと絶縁被覆電線の関係を示す正面図、図８（ｂ）は同じく平面図、図８（ｃ）は図８（ａ）の等価回路図である。
【０００６】
図８（ａ，ｂ）において、電圧測定部１は芯線２を取り囲む絶縁被覆３ａからなる電線３を挟んで設けられた検出プローブ４に接続され、電圧検出回路５とこの電圧検出回路５にかかる電圧を検出する電圧検出器６により構成されている。電圧検出回路５は、電圧検出回路５自体の静電容量を変更することができる。
【０００７】
図８（ｃ）の等価回路において、芯線２には被測定電圧Ｖｘが印加されており、芯線２と検出プローブ４の間には結合容量Ｃｘが存在する。検出回路５にはＣ１，Ｃ２からなる既知容量の基準コンデンサが並列に接続されている。これらの基準コンデンサの一方は結合容量Ｃｘ及び増幅器７の一端に接続され、他方はスイッチ８によりいずれかの基準コンデンサが選択されて接地されるようになっている。増幅器７の他端には検出器６が接続されている。
【０００８】
上述の構成において、未知の結合容量Ｃｘは検出回路５の基準コンデンサＣ１，Ｃ２をスイッチ８で選択することにより静電容量を変更して増幅器７の出力Ｖ１，Ｖ２を求め、連立方程式を立てて測定対象の被測定電圧Ｖｘを検出器６により演算して求めている。なお、電圧測定部１と大地との間には浮遊容量があり、この浮遊容量も被測定電圧Ｖｘの測定値に影響を与えるが、ここでは、機器を接地して使用することで後述する浮遊容量Ｃｆに含めることが可能になるため省略する。接地した場合に低電圧電路を対象として十分安全性を確保すれば浮遊容量Ｃｆのみ考慮することで連立方程式が簡略化できる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、未知の結合容量としての静電容量Ｃｘは被測定電線の線径の違いにより変化し、また、検出プロープを構成する測定電極と大地間には線径の違いにより異なる浮遊容量が発生する。
【００１０】
図９（ａ，ｂ）は検出プローブを構成する測定電極４ａと被測定電線３の関係を示すもので、図９（ａ）は測定電極４ａに対して被測定電線３の断面積が比較的に大きく、これらの間には結合容量Ｃｘのみが発生している状態を示している。
また、図９（ｂ）は測定電極４ａに対して被測定電線３の断面積が比較的に小さく、これらの間には結合容量Ｃｘ及び大地との間で浮遊容量Ｃｆが発生している状態を示している。なお、図９（ａ,ｂ）において対向する一方の電極は省略して示している。
【００１１】
図９（ｃ）は図９（ｂ）の等価回路図である。図９（ｃ）に示すように、被測定電線３と電圧測定器１の間には結合容量Ｃｘ及び浮遊容量Ｃｆが存在する。この浮遊容量Ｃｆは電線の断面積の大きさに応じて変動する。
浮遊容量Ｃｆが変動すると測定電圧の分圧比が変化することから、測定パラメータや連立方程式の信頼性が低下する。その結果、演算して求めた測定値の信頼性が低いという問題があった。
【００１２】
従って、本発明が解決しようとする課題は、電線の線径の違いに応じて変化する浮遊容量を求めると共に浮遊容量に関連した補正係数を求め、この補正係数を用いて芯線に印加される電圧を補正した非接触電圧測定装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
芯線が絶縁被覆された電線を検出プローブで挟み、前記芯線に印加される電圧を非接触で測定する非接触電圧測定装置において、前記電線の線径を測定する線径測定手段と、前記検出プローブと前記電線の線径の大きさによって変化する浮遊容量との相関を求め、その相関に基づいて決定した補正係数を記憶する補正係数記憶手段と、前記芯線に印加される電圧を測定する際は前記補正係数記憶手段に記憶した補正係数を用いて測定電圧を補正する電圧検出器を備えたことを特徴としている。このことにより浮遊容量の影響を低減した電圧測定が可能となる。
【００１４】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の非接触電圧測定装において、
前記線径測定手段は、前記検出プローブを構成する測定電極間の距離を容量値に変換する容量値変換手段と、この容量値を周波数に変換する周波数変換手段を備えたことを特徴としている。
【００１５】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の非接触電圧測定装において、
前記線径測定手段は前記測定電極が扇状に開口するように構成され、線径によって変化する前記測定電極の開口の角度を容量値に変換する容量値変換手段と、この容量値を周波数に変換する周波数変換手段を備えたことを特徴としている。
【００１６】
請求項４記載の発明は、請求項２又は３に記載の非接触電圧測定装置において、
前記容量値変換手段は、導電部材と、この導電部材の外周を囲い導電部材とは非接触状態で配置されたコイルスプリングからなり、前記導電部材とコイルスプリングで形成される空間容積をコイルスプリングの伸縮によって変化させ、その空間容積の変化を容量値変化として検出するように構成したことを特徴とする請求項２又は３に記載の非接触電圧測定装置。前記線径測定手段は前記検出プローブを構成する電極間の容量値の変化に基づいて線径を求めることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したことから明らかなように本発明の請求項1によれば、
芯線が絶縁被覆された電線を検出プローブで挟み、前記芯線に印加される電圧を非接触で測定する非接触電圧測定装置において、前記電線の線径を測定する線径測定手段と、前記検出プローブと前記電線の線径の大きさによって変化する浮遊容量との相関を求め、その相関に基づいて決定した補正係数を記憶する補正係数記憶手段と、前記芯線に印加される電圧を測定する際は前記補正係数記憶手段に記憶した補正係数を用いて測定電圧を補正する電圧検出器を備ているので、電線の線径の違いにより生じる電圧の測定誤差を補正して正確な電圧測定が可能な非接触電圧測定装置を実現することができる。
【００１８】
本発明の請求項２乃至４によれば、
前記線径測定手段は、前記検出プローブを構成する測定電極間の距離を容量値に変換する容量値変換手段と、この容量値を周波数に変換する周波数変換手段を備えており、
前記線径測定手段は前記測定電極が扇状に開口するように構成され、線径によって変化する前記測定電極の開口の角度を容量値に変換する容量値変換手段と、この容量値を周波数に変換する周波数変換手段を備え、
前記容量値変換手段は、導電部材と、この導電部材の外周を囲い導電部材とは非接触状態で配置されたコイルスプリングからなり、前記導電部材とコイルスプリングで形成される空間容積をコイルスプリングの伸縮によって変化させ、その空間容積の変化を容量値変化として検出するように構成したので、簡単な構成で線径の測定が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。図１、図２は本発明に係る非接触電圧測定装置及び等価回路を示すものである。これらの図において図８，図９の従来例と同一要素には同一符号を付している。
【００２０】
図１，図２において、線径測定手段８は被測定電線３を一対の測定電極４ａで挟み、検出プローブに設けた容量の変化、若しくは一対のプローブを扇状に構成したときの開口時の角度などに基づいて線径を求める（線径測定手段の一例については後述する）。補正係数記憶手段９には検出プローブの測定電極４ａで線径の異なる複数の電線を挟んだときの浮遊容量の相関を求め、その相関に基づいて決定した補正係数が記憶されている。
【００２１】
図３は線径と浮遊容量及び補正係数の関係を模式的に示すもので、線径（ｍｍ）を縦軸、浮遊容量（Ｃｆ）を横軸として表示している。ここでは線径ａからｉに向かって線径が大きくなるものとし、浮遊容量（Ｃｆ）は線径が小さくなるにしたがって大きくなる。
【００２２】
そして、測定に先立って比較的に線径の大きな例えば２０ｍｍの電線を用いて芯線に電圧を加え、結合容量を含めて演算した芯線の電圧と実測した電圧の誤差を求める。次に、芯線の電圧を演算する演算式に任意の係数を加えながら演算を繰り返し、実測値との誤差が最小（ゼロ）となるような係数を求め、この係数（図３では１Ｃｆ）を浮遊容量補正係数として記憶させる。
【００２３】
次に比較的に線径の小さな例えば５ｍｍの電線を用いて芯線に電圧を加え、上述と同様に結合容量を含めて演算した芯線の電圧と実測した電圧の誤差を求める。次に、芯線の電圧を演算する演算式に任意の係数を加えながら演算を繰り返し、実測値との誤差が最小（ゼロ）となるような係数を求め、この係数（図３では９Ｃｆ）を浮遊容量補正係数として記憶させる。
【００２４】
また、線径が５〜２０ｍｍの途中の補正係数は求めた１Ｃｆと９Ｃｆを直線で結び、その間を等間隔に割り振って求める。なお、上述では２種類の線径に対する浮遊容量補正係数を求めて１Ｃｆ〜９Ｃｆを割り振ったが、中間の線径についても同様にして補正係数を決めておけば、より正確な電圧を測定することができる。その場合、１Ｃｆ〜９Ｃｆ間は必ずしも直線とは限らない。
【００２５】
次に浮遊容量の影響を含めた補正式について説明する。
はじめに従来の電圧測定方法について説明する。被覆電線の未知の結合容量Ｃｘと基準コンデンサＣ１，Ｃ２と検出回路５の出力Ｖ１，Ｖ２から未知結合容量Ｃｘを下記（１）〜（３）の連立方程式により求める。
Ｖ１＝Ｃｘ・Ｖｘ／｛Ｃｘ＋Ｃ１｝      ・・・（１）
Ｖ２＝Ｃｘ・Ｖｘ／｛Ｃｘ＋Ｃ２｝      ・・・（２）
Ｃｘ＝［｛Ｖ２・Ｃ２｝−｛Ｖ１・Ｃ１｝］／｛Ｖ１−Ｖ２｝      ・・・（３）
【００２６】
被測定電圧Ｖｘは上記の連立方程式により求めた結合容量（Ｃｘ）を用いて下式により演算する。
Ｖｘ＝｛Ｖ１・（Ｃ１＋Ｃｘ）｝／Ｃｘ
＝｛Ｖ２・（Ｃ２＋Ｃｘ）｝／Ｃｘ      ・・・（４）
本発明は上記（４）式に、線径から求めた補正係数（ｎＣｆ）を加えて補正する。例えば図３において線径がｅ（１０ｍｍ）の場合の補正係数は５Ｃｆなので、これを（４）式に加える。即ち、補正した被測定電圧Ｖｘ’は下記の通りとなる。
Ｖｘ’＝［Ｖ１・｛Ｃ１＋（５Ｃｆ）＋Ｃｘ｝］／Ｃｘ      ・・・（５）              
【００２７】
図４（ａ,ｂ）は測定電極として縦２０×横２５ｍｍの平行平板を使用して芯線に印加された電圧の実効値誤差（％）を測定した場合の例を示している。
図５は実験に用いた電線の種類であり、縦軸に芯線の公称断面積（ｍｍ２）を、横軸に線径（仕上がり外形）を示している。
【００２８】
図５において、□印は（ＩＶ：ＪＩＳ・Ｃ・３３０７・６００Ｖ・ビニル絶縁電線）、○印は（ＨＩＶ：ＪＩＳ・Ｃ・３３１７・６００Ｖ二種・ビニル絶縁電線）、◇印は（ＣＶ：ＪＩＳ・Ｃ・３６０５  ６００Ｖポリエチレンケーブル  架橋ポリエチレン絶縁シースケーブル）、×印は（２ＣＴ：ＪＩＳ  Ｃ・３３２７  ６００Ｖゴムキャブタイヤケーブル  ２種天然ゴム絶縁天然ゴムキャブタイヤケーブル）、△印は（２ＰＮＣＴ：ＪＩＳ  Ｃ・３３２７  ６００Ｖゴムキャブタイヤケーブル  ２種ＥＰゴム絶縁クロロプレンゴムキャブタイヤケーブル）を示している。
【００２９】
図４はこれらの種類の被覆線材を用いた電線の線径を変えて（５〜２０ｍｍの間の複数）同じ電圧１００Ｖを測定し、縦軸に実効値Ｖｘの測定誤差を、横軸に測定対象の線径をプロットしたデータである。図４（ａ）は浮遊容量補正係数を用いないで演算した結果を示し、図４（ｂ）は浮遊容量補正係数を加えて演算した結果を示している。
【００３０】
図４（ａ）によれば、線径と誤差の関係は反比例の状態となっている。即ち、Ｖｘの実効値誤差（％）は線径が大きいほど小さく、線径が小さくなるほど大きくなっており、このことは線径が小さくなると結合容量が減少して浮遊容量（Ｃｆ）の重みが増加して誤差が大きくなることを示している。
【００３１】
図４（ｂ）は上記（５）式を用い、測定された線径から浮遊容量（Ｃｆ）の影響を補正した場合を示すもので誤差の幅が縮小していることが分かる。
【００３２】
図６，図７は検出プローブ４の要部断面であり、被測定電線の線径測定手段を示すものである。図６の検出プローブ４は測定電極４ａが固定端Ａと移動端Ｂで構成されている。移動端Ｂ側には絶縁部材からなる支持板１０が設けられ、この支持板１０に導電部材からなる支柱１１が固定されている。また、この支持板１０には支柱１１を非接触状態で覆って導電部材からなるコイルスプリング１２の一端が固定されており、コイルスプリング１２の他端は絶縁部材からなる移動板１３に固定されている。
【００３３】
図６ａは移動板１３を動かすことにより移動端Ｂを右側にスライドしてコイルスプリングを圧縮し、測定電極４ａ間に隙間Ｈを形成している状態を示している。また、図６ｂは移動板１３を動かすことにより移動端Ｂを左側にスライドしてコイルスプリング１２を伸張し測定電極４ａ間の隙間を０とした状態を示している。このような構成によれば、測定電極４ａの開き具合（線径の大きさ）によりスプリング１２と支柱１１で形成される空間Ｃの容量が変化することになる。
【００３４】
図７（ａ,ｂ）は検出プローブ４の他の実施例を示すもので、測定電極４ａの固定端Ａと移動端Ｂを扇状に開閉するようにしたものである。この例においても絶縁部材からなる支持板１０が設けられ、この支持板１０に導電部材からなる支持部材１１が固定されている。そして、この支持板１０には支柱１１を非接触状態で覆って導電部材からなるコイルスプリング１２の一端が固定されており、コイルスプリング１２の他端は絶縁部材からなる紐１５の一端に係止されている。移動端Ｂの一端には係止部材１６が形成されており、固定金具１７に取り付けられた滑車１４を介して紐１５の他端が係止される。
【００３５】
図７ａは測定電極４ａを開いた状態を示しており、この状態ではコイルスプリング１２は縮んだ状態となっている。図７ｂは測定電極４ａを閉じた状態を示しており、コイルスプリング１２は伸びた状態となっている。このような構成においても、測定電極４ａの開き具合（線径の大きさ）によりスプリング１２と支柱１１で形成される空間Ｃの容量が変化することになる。
上述の線径測定手段では容量測定手段として支柱とスコイルスプリングとこれらの支持部材を用いるだけなので構成が簡単で、組み立ても容易である。
なお、図では省略するが本発明ではこれらの容量の変化を周波数の変化として検出する公知の手段を設けて線径を検出する。
【００３６】
本発明の以上の説明は、説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。したがって本発明はその本質から逸脱せずに多くの変更、変形をなし得ることは当業者に明らかである。例えば本実施例では線径に対する補正係数を２点を実測して求めた例を示したが、線径に対する補正係数は多いほどより正確な補正が可能となる。また、実施例では電線の線径を容量の変化として測定したが抵抗の変化として測定しても良い。特許請求の範囲の欄の記載により定義される本発明の範囲は、その範囲内の変更、変形を包含するものとする。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の非接触電圧測定装置の実施形態の一例を示すブロック構成図である。
【図２】図１の非接触電圧測定装置の等価回路を示す図である。
【図３】線径と浮遊容量と補正係数の関係を示す図である
【図４】従来の演算式で求めた電圧の測定誤差（ａ）と本発明の浮遊容量補正係数を用いて演算した電圧の測定誤差を示す図（ｂ）である。
【図５】実験に用いた電線の線径と芯線の公称断面積を示す図である。
【図６】検出プローブに設けた線径測定手段の構成図である。
【図７】検出プローブに設けた線径測定手段の他の構成図である。
【図８】従来の非接触電圧測定装置の構成図である。
【図９】電線の線径の違いに基づいて発生する浮遊容量の説明図である。
【符号の説明】
【００３８】
１    電圧測定部
２    芯線
３    電線
３ａ  絶縁被覆
４    検出プローブ
４ａ  測定電極
５    検出回路
６    検出器
７    増幅器
８    線径測定手段
９    補正係数記憶手段
１０  支持板（絶縁部材）
１１  支柱（導電部材）
１２  コイルスプリング
１３  移動板
１４  滑車
１５  紐
１６  係止部材
１７  固定金具
【図１】
2005214761.tif 000003
【図２】
2005214761.tif 000004
【図３】
2005214761.tif 000005
【図４】
2005214761.tif 000006
【図５】
2005214761.tif 000007
【図６】
2005214761.tif 000008
【図７】
2005214761.tif 000009
【図８】
2005214761.tif 000010
【図９】
2005214761.tif 000011