(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の負荷装置から成る負荷装置群へ給電線を分岐することによって電源から前記複数の負荷装置へ電力を供給する給電システムに接続され、前記負荷装置内において前記給電線を構成する正極線とアースとの間に接続されたコンデンサの容量の前記負荷装置群としての合計である正極側合計容量と、前記負荷装置内において前記給電線を構成する負極線とアースとの間に接続されたコンデンサの容量の前記負荷装置群としての合計である負極側合計容量との合計容量を算出し、該算出した合計容量を外部に通知する容量算出装置であって、
交流電源と該交流電源に直列に接続された抵抗とを備え、一端が、前記給電線が分岐される位置よりも前記電源側で前記正極線または前記負極線に接続され、他端がアースに接続された交流電源部と、
前記抵抗の両端間の電圧値を検出する電圧値検出部と、
周波数を変化させながら所定の電圧値で前記交流電源から電流を出力させ、前記検出された電圧値と前記所定の電圧値との比が所定の値になったときの周波数である容量算出用周波数と、前記抵抗の抵抗値とを用いて前記合計容量を算出する制御部と、
前記算出された合計容量を外部に通知するための出力を行う出力部と、を有する容量算出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の容量算出装置において、
前記制御部は、前記検出された電圧値が前記所定の電圧値の半分の値になったときの周波数を前記容量算出用周波数とする容量算出装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の容量算出装置において、
前記出力部は、前記算出された合計容量が所定の容量以上である場合、警報を出力する容量算出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷装置内のコンデンサの容量を算出する容量算出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電源から給電線を介して電力が供給される負荷装置には、給電線を介してノイズが伝達されてくる。このノイズは、負荷装置に様々な悪影響を及ぼす。そこで、負荷装置には通常、このノイズを除去するためのコンデンサが備えられている。
【０００３】
ノイズのうち、給電線を構成する正極線と負極線との両方を介して負荷装置へ伝達されてくるノイズのことをコモンモードノイズという。そして、このコモンモードノイズを除去するために、負荷装置内において正極線とアースとの間に接続されるコンデンサ、及び、負極線とアースとの間に接続されるコンデンサのことをＹコンデンサという。
【０００４】
Ｙコンデンサをノイズの除去に利用するための技術が例えば、非特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】http://www.okayaelec.co.jp/product/tech/lib-805.html（岡谷電機産業  技術情報ライブラリー）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、Ｙコンデンサは、負荷装置に様々な悪影響を及ぼすノイズを除去するために備えられている。
【０００７】
ここで、複数の負荷装置に電力を供給する給電システムにおいては、負荷装置の数に応じてＹコンデンサが並列に接続されることとなり、Ｙコンデンサの合計容量が大きくなる。上述したようにＹコンデンサは、給電線とアースとの間に接続されるため、Ｙコンデンサの合計容量が大きくなると、感電時の被害が甚大なものになる。
【０００８】
そこで、複数の負荷装置に電力を供給する給電システムにおいては、Ｙコンデンサの合計容量を把握しておく必要がある。この場合、複数の負荷装置のそれぞれが備えるＹコンデンサの容量を把握することは可能なので、複数の負荷装置のそれぞれが備えるＹコンデンサの容量からＹコンデンサの合計容量を求めておけばよい。
【０００９】
しかしながら、負荷装置は様々な人によって増設されたり、撤去されたりするため、その度に、複数の負荷装置のそれぞれが備えるＹコンデンサの容量からＹコンデンサの合計容量を求めるのは、非常に手間がかかるという問題点がある。
【００１０】
本発明は、複数の負荷装置に電力を供給する給電システムにおけるＹコンデンサの合計容量を容易に把握することを可能にする容量算出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために本発明の容量算出装置は、複数の負荷装置から成る負荷装置群へ給電線を分岐することによって電源から前記複数の負荷装置へ電力を供給する給電システムに接続され、前記負荷装置内において前記給電線を構成する正極線とアースとの間に接続されたコンデンサの容量の前記負荷装置群としての合計である正極側合計容量と、前記負荷装置内において前記給電線を構成する負極線とアースとの間に接続されたコンデンサの容量の前記負荷装置群としての合計である負極側合計容量との合計容量を算出し、該算出した合計容量を外部に通知する容量算出装置であって、
交流電源と該交流電源に直列に接続された抵抗とを備え、一端が、前記給電線が分岐される位置よりも前記電源側で前記正極線または前記負極線に接続され、他端がアースに接続された交流電源部と、
前記抵抗の両端間の電圧値を検出する電圧値検出部と、
周波数を変化させながら所定の電圧値で前記交流電源から電流を出力させ、前記検出された電圧値と前記所定の電圧値との比が所定の値になったときの周波数である容量算出用周波数と、前記抵抗の抵抗値とを用いて前記合計容量を算出する制御部と、
前記算出された合計容量を外部に通知するための出力を行う出力部と、を有する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は以上説明したように構成されているので、複数の負荷装置に電力を供給する給電システムにおけるＹコンデンサの合計容量を容易に把握することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の容量算出装置の実施の一形態の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示した容量算出装置の一構成例を説明するためのブロック図である。
【図３】電圧値Ｖoutと周波数ｆとの間の関係をコンデンサの容量毎にシミュレートした結果の一例を示す図である。
【図４】本発明の容量算出装置の他の構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は、本発明の容量算出装置の実施の一形態の構成を示すブロック図である。
【００１６】
本実施形態の容量算出装置３０は図１に示すように、電源１０と、給電線を分岐することによって電源１０から電力を供給される負荷装置群２０とを備えた給電システム１００に接続されている。
【００１７】
具体的には、容量算出装置３０は、給電線が分岐される位置よりも電源１０側で、正極線５１に接続される。
【００１８】
負荷装置群２０を成す負荷装置２０−１〜２０−ｎのそれぞれは、給電線を構成する正極線５１とアース（不図示）との間に接続されたＹコンデンサ（不図示）及び、負極線５２とアースとの間に接続されたＹコンデンサ（不図示）を有している。
【００１９】
図２は、図１に示した容量算出装置３０の一構成例を説明するためのブロック図である。
【００２０】
図２では、負荷装置２０−１〜２０−ｎ内において正極線５１とアースとの間に接続されたＹコンデンサが負荷装置２０−１〜２０−ｎの数に応じた数だけ並列に接続されたものをコンデンサ２１として表している。なお、複数のコンデンサが並列に接続された場合、合計容量は、その複数のコンデンサの容量の和となる。以降、コンデンサ２１の容量のことを正極側合計容量という。また、正極側合計容量をＣ１と表記する。
【００２１】
同様に、図２では、負荷装置２０−１〜２０−ｎ内において負極線５２とアースとの間に接続されたＹコンデンサが負荷装置２０−１〜２０−ｎの数に応じた数だけ並列に接続されたものをコンデンサ２２として表している。以降、コンデンサ２２の容量のことを負極側合計容量という。また、負極側容量をＣ２と表記する。
【００２２】
容量算出装置３０は、交流電源部を構成する交流電源３１及び抵抗３２と、電圧値検出部である電圧計３３と、制御部３４と、出力部３５とを備えている。
【００２３】
交流電源３１は、正極線５１に接続されている。交流電源３１は、制御部３４からの指示により、周波数ｆを変化させながら所定の電圧値で電流を出力する。以降、この所定の電圧値のことをＶinと表記する。
【００２４】
抵抗３２は、一端が交流電源３１と直列に接続され、他端がアースと接続されている。なお、ここでは、交流電源３１が正極線５１と接続され、抵抗３２がアースと接続されているが、抵抗３２が正極線５１と接続され、交流電源３１がアースと接続されていてもよい。以降、抵抗３２の抵抗値をＲ0と表記する。
【００２５】
電圧計３３は、抵抗３２と並列に接続され、抵抗３２の両端間の電圧値を検出する。以降、電圧計３３にて検出された電圧値をＶoutと表記する。
【００２６】
制御部３４は、周波数ｆを変化させながら所定の電圧値Ｖinで交流電源３１から電流を出力させる。そして、電圧値Ｖoutが電圧値Ｖinの半分の値になったときの周波数である容量算出用周波数と抵抗値Ｒ0とを用いて正極側合計容量Ｃ１と負極側合計容量Ｃ２との合計容量Ｃを算出する。なお、以降、容量算出用周波数のことをｆaと表記する。
【００２７】
出力部３５は、例えば警報機であり、制御部３４にて算出された合計容量Ｃが所定の容量以上であった場合に警報を出力する。なお、出力部３５は、警報を出力するものに限られず、制御部３４にて算出された合計容量Ｃを外部に通知するための出力を行う機能を有していればよい。例えば出力部３５は、画面を備え、制御部３４にて算出された合計容量Ｃをその画面に表示するものであってもよい。
【００２８】
なお、図１及び図２において容量算出装置３０は正極線５１に接続されているが、容量算出装置３０は負極線５２に接続されていてもよい。この場合でも、合計容量Ｃを算出することができる。
【００２９】
上述したように、制御部３４は、電圧値Ｖoutが電圧値Ｖinの半分の値になったときの周波数である容量算出用周波数ｆaを用いて合計容量Ｃを算出する。以下に、制御部３４が、電圧値Ｖoutが電圧値Ｖinの半分の値になったときの周波数を容量算出用周波数ｆaとして合計容量Ｃを算出する理由について説明する。
【００３０】
図２を参照すると、コンデンサ２１とコンデンサ２２とが並列に接続された回路と、交流電源３１と、抵抗３２とが直列回路を構成しているとみなすことができる。以降、この直列回路のことを直列回路Ａという。
【００３１】
このとき、直列回路ＡのインピーダンスをＺallとし、抵抗３２のインピーダンスをＺRとすると、電圧値Ｖoutと電圧値Ｖinとの間の関係は以下の式（１）にて表される。なお、給電線の抵抗やインダクタンスは十分に小さいため無視している。
【００３２】
【数１】
0005372888.tif 000002
【００３３】
ここで、上記の式（１）のＺallは、コンデンサ２１とコンデンサ２２とが並列に接続された回路のインピーダンスをＺCとすると、（ＺR＋ＺC）と表される。また、直列回路Ａにおいては、（ＺR＝Ｒ0）であり、（ＺC＝１／（２πｆＣ））である。
【００３４】
従って、上記の式（１）は、以下に示す式（２）で表すことができる。
【００３５】
【数２】
0005372888.tif 000003
【００３６】
上記の式（２）が表しているように、電圧値Ｖoutは、交流電源３１の周波数ｆの関数となる。
【００３７】
図３は、電圧値Ｖoutと周波数ｆとの間の関係をコンデンサの容量毎にシミュレートした結果の一例を示す図である。なお、図３では電圧値Ｖinを１（Ｖ）としている。
【００３８】
図３に示すように、電圧値Ｖoutと周波数ｆとの関係を示す曲線は、コンデンサの容量に応じて異なる。
【００３９】
図３を参照すると、例えばコンデンサの容量が１（μＦ）である場合、周波数ｆが１（Ｈｚ）〜１０（Ｈｚ）程度のとき、周波数ｆの変化量に対する電圧値Ｖoutの変化量が他の周波数ｆに比べて大きくなる。つまり、１（Ｈｚ）〜１０（Ｈｚ）程度の周波数ｆを用いると、他の周波数ｆを用いた場合に比べ、１（μＦ）を正確に読み取ることが可能となる。
【００４０】
同様に、例えばコンデンサの容量が０.１（μＦ）の場合、周波数が１０（Ｈｚ）〜１００（Ｈｚ）程度のとき、周波数ｆの変化量に対する電圧値Ｖoutの変化量が他の周波数ｆに比べて大きくなる。つまり、１０（Ｈｚ）〜１００（Ｈｚ）程度の周波数ｆを用いると、他の周波数ｆを用いた場合に比べ、０.１（μＦ）を正確に読み取ることが可能となる。
【００４１】
このように、コンデンサの容量に応じ、その容量を正確に読み取ることができる周波数ｆが異なる。これを踏まえ、コンデンサの容量を最も正確に算出できる周波数ｆを導いてみる。
【００４２】
まず、周波数ｆの変化量に対する電圧値Ｖoutの変化量を求めるために、上記の式（２）を周波数ｆで微分し、その結果を以下の式（３）に示す。なお、ここでは、電圧値Ｖinを１としている。また、ここでは、ｌｏｇスケールで微分するものとする。
【００４３】
【数３】
0005372888.tif 000004
【００４４】
次に、周波数ｆの変化量に対する電圧値Ｖoutの変化量が最大になる周波数ｆを求める。そのために、上記の式（３）をさらに微分し、その結果を以下の式（４）に示す。
【００４５】
【数４】
0005372888.tif 000005
【００４６】
周波数ｆの変化量に対する電圧値Ｖoutの変化量が最大になるのは、上記の式（４）が０になるときである。周波数ｆが０である場合を除外すると、周波数ｆの変化量に対する電圧値Ｖoutの変化量が最大になるのは、（ｆ＝１／（２πＲ0Ｃ））が成立するときである。
【００４７】
ここで、直列回路Ａにおいては上述したように、（ＺR＝Ｒ0）であり、（ＺC＝１／（２πｆＣ））であるため、（ｆ＝１／（２πＲ0Ｃ））は（ＺR＝ＺC）と同意である。そして、（ＺR＝ＺC）が成立するのは、電圧値Ｖoutが電圧値Ｖinの半分の値になったときである。
【００４８】
従って、電圧値Ｖoutが電圧値Ｖinの半分の値になったときの周波数を容量算出用周波数ｆaとし、容量算出用周波数ｆaと抵抗３２の抵抗値Ｒ0とを、上記の式（２）に代入することにより、合計容量Ｃを最も正確に算出することができる。
【００４９】
なお、給電線のインピーダンスを考慮する必要がある場合、電圧値Ｖoutが電圧値Ｖinの半分の値になったときの周波数ではなく、電圧値Ｖoutと電圧値Ｖinとの比が、給電線のインピーダンスを考慮した所定の値になったときの周波数を容量算出用周波数ｆaとすればよい。
【００５０】
このように本実施形態において容量算出装置３０は、交流電源３１と交流電源３１に直列に接続された抵抗３２とを備え、一端が、給電線が分岐される位置よりも電源１０側で正極線５１または負極線５２に接続され、他端がアースに接続された交流電源部を有する。また、容量算出装置３０は、抵抗３２の両端間の電圧値を検出する電圧計３３を有する。
【００５１】
そして、容量算出装置３０は、周波数を変化させながら所定の電圧値Ｖinで交流電源３１から電流を出力させ、検出された電圧値Ｖoutと所定の電圧値Ｖinとの比が所定の値になったときの周波数である容量算出用周波数ｆaと、抵抗３２の抵抗値Ｒ0とを用いて、正極側合計容量Ｃ１と負極側合計容量Ｃ２との合計容量Ｃを算出する。そして、容量算出装置３０は、算出された合計容量Ｃを外部に通知するための出力を行う。
【００５２】
これにより、複数の負荷装置に電力を供給する給電システムにおけるＹコンデンサの合計容量を容易に把握することが可能となる。
【００５３】
なお、負荷装置２０−１〜２０−ｎ内の絶縁抵抗の抵抗値が低下している場合、その絶縁抵抗に流れる電流も考慮する必要がある。直列回路Ａに負荷装置２０−１〜２０−ｎ内の絶縁抵抗を含めた回路のインピーダンスＺ'allは、コンデンサ２１と絶縁抵抗とが並列接続されることになるので、その絶縁抵抗の抵抗値をＲ1とすると、以下の式（５）で表される。
【００５４】
【数５】
0005372888.tif 000006
【００５５】
上記の式（５）においては、合計容量Ｃと絶縁抵抗の抵抗値Ｒ1との２つが未知数となる。この場合、容量算出用周波数ｆaを２つ用いることにより、合計容量Ｃを算出することができる。
【００５６】
具体的には、制御部３４は、まず、低周波数の電流を電圧値Ｖinで交流電源３１から出力させる。このときに電圧計３３にて検出された電圧値ＶoutをＶ0とする。
【００５７】
次に、制御部３４は、上述した場合と同様に、周波数を変化させながら電圧値Ｖinで交流電源３１から電流を出力させる。
【００５８】
そして、制御部３４は、電圧値Ｖoutが電圧値Ｖ0と電圧値Ｖinとの中間程度の値になったときの２つの周波数ｆを容量算出用周波数ｆaとして、合計容量Ｃを算出する。
【００５９】
また、容量算出装置の構成は、図２に示したものに限定されない。
【００６０】
図４は、本発明の容量算出装置の他の構成例を示すブロック図である。
【００６１】
図４に示す容量算出装置３０−１は、図２に示した容量算出装置３０と比べると、抵抗３６を備えている点が異なる。容量算出装置３０−１のような構成にすることにより、交流電源３１側の電路に障害が発生した場合でも、電路を確保することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１０    電源
２０    負荷装置群
２０−１〜２０−ｎ    負荷装置
２１，２２    コンデンサ
３０，３０−１    容量算出装置
３１    交流電源
３２，３６    抵抗
３３    電圧計
３４    制御部
３５    出力部
５１    正極線
５２    負極線
１００    給電システム
【図１】
0005372888.tif 000007
【図２】
0005372888.tif 000008
【図３】
0005372888.tif 000009
【図４】
0005372888.tif 000010