(57)【要約】【課題】広い帯域幅の外部積分回路を必要とすることなく、ロゴスキーコイルを用いて衝撃電流を高い精度で観測できる衝撃電流測定装置を提供すること。【解決手段】ロゴスキーコイルの両端に内部積分用抵抗体３を接続して得た起電力信号と、起電力信号をロゴスキーコイルの内部積分機能の低域カット周波数ｆ0を高域カット周波数ｆ0とする外部積分回路７で積分した信号とを加算手段６により加算するとともに、周波数ｆ0が６００〜７００Ｈｚで、また外部積分回路７の利得が７０〜８０ｄｂである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
衝撃電流をロゴスキーコイルの起電力を積分して検出する衝撃電流検出装置において、前記ロゴスキーコイルの両端に内部積分用抵抗体を接続して得た起電力信号と、前記起電力信号を前記ロゴスキーコイルの内部積分機能の低域カット周波数ｆ0を高域カット周波数ｆ0とする外部積分回路で積分した信号とを加算手段により加算するとともに、前記周波数ｆ0が６００〜７００Ｈｚで、また前記外部積分回路の利得が７０〜８０ｄｂである衝撃電流検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、落雷による衝撃電流を検出するのに適した衝撃電流検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロゴスキーコイルを用いた衝撃電流検出装置は、ロゴスキーコイルの起電力出力が衝撃電流の微分出力であるため、元の衝撃電流を観測するにはロゴスキーコイルの起電力の積分成分を取り出す必要がある。
【０００３】
このため、ロゴスキーコイルに所定値の抵抗体を直列に接続して、内部積分型ロゴスキーコイルを構成し、抵抗体の起電力を検出信号とすることが行われている。
しかし、内部積分型ロゴスキーコイルの周波数特性は図３に示したように１ＫＨｚ以下の低い周波数では微分特性の影響を受ける。なお、図３における楕円で示す領域の共振信号はフィルタ等の適宜の回路技術で除去されている。
このため、冬場の雪雲による雷のように波尾部の継続時間が１秒にも及ぶ電流をロゴスキコイルの内部積分機能を利用して取り出すと正確に再現することが困難である。
【０００４】
このため、特許文献１にみられるようにロゴスキーコイルの信号の高周波成分の積分に適した特性を有する第一の外部積分回路と低周波成分の積分に適した特性を有する第二の外部積分回路とを最適化して直列接続して組み合わせ、ロゴスキーコイルのからの信号をその周波数成分に応じて一方の外部積分回路で積分することが提案されている。
【０００５】
これによれば冬場の雷電流のような低い周波数成分の信号であっても電流波形を正確に再現できるものの、一方の積分回路で積分された信号が他方の積分回路で再び積分される不都合を回避する必要上、回路定数の合わせこみのための設定が極めて面倒であるという問題がある。
【０００６】
このため、特許文献２に見られるように低域周波ほどゲイン特性が大きくなる外部積分回路により積分して全体として低周波領域から高周波領域までの成分を正確に検出できる衝撃電流検出装置も提案されている。
しかしながら直流に近い０．１Ｈｚ程度から数ＭＫＨｚまでの７桁程度の帯域に平坦な利得を有する積分回路を実現することは、安定性やコストの面から困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平11-51975号公報
【特許文献２】特開2001-343403号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは広い帯域幅の積分回路を必要とすることなく、ロゴスキーコイルを用いて衝撃電流を高い精度で観測できる衝撃電流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】
このような課題を達成するために本発明は、ロゴスキーコイルの両端に内部積分用抵抗体を接続して得た起電力信号と、前記起電力信号を前記ロゴスキーコイルの内部積分機能の低域カット周波数ｆ0を高域カット周波数ｆ0とする外部積分回路で積分した信号とを加算手段により加算するとともに、前記周波数ｆ0が６００〜７００Ｈｚで、また前記外部積分回路の利得が７０〜８０ｄｂである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ロゴスキーコイルの内部積分回路の高域遮断周波数を５００〜７００Ｈｚ程度設定することにより、外部積分回路の垂下特性を積極的に利用して、限りなく直流に近い成分を含むテール部を高い精度で検出できるばかりでなく、外部積分回路はロゴスキーコイルの内部積分機能の０．１Ｈｚから４桁程度の帯域を補正するだけで済むから、広帯域の積分回路が不要となり安価に性能の高い衝撃電流測定装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、本発明の衝撃電流検出装置の一実施例を示すものであって、ロゴスキーコイル１（図ではインダクタンスＬ、内部抵抗Ｒとでシンボリックに表示されている）は、そのインダクタンスＬ及び内部抵抗Ｒともに内部積分回路２を形成する抵抗３がその両端に接続に接続されている。
【００１２】
抵抗３は、ロゴスキーコイル１のインダクタンス分及び内部抵抗分とにより内部積分回路２を構成した場合に図２（ａ）に示したように低域カット周波数が５００〜７００Ｈｚ（図２（ａ）の点線ａ）となる値に選定されている。
【００１３】
ロゴスキーコイル１の電気的特性は、この実施例ではインダクタンスＬが５００μＨで、  また抵抗３はロゴスキーコイル１の内部抵抗Ｒとの合成抵抗値が１Ωとなるように選定されている。これにより、内部積分回路２は、５００〜７００Ｈｚ程度から０．１Ｈｚまでの領域は−２０ｄｂ／ディケードの垂下特性を有している。
【００１４】
ロゴスキーコイル１と抵抗３との接続点には起電力検出用の抵抗４が接続され、抵抗４を介して内部積分回路２の起電力がバッファ５を介して加算回路６の一方の入力端子に出力している。
【００１５】
また抵抗４には外部積分回路７が接続され、その積分出力信号はバッファ８を介して加算回路６の他方の入力端子に出力している。この外部積分回路７は、図２（ｂ）に示したように高域カット周波数が内部積分回路２の低域カット周波数５００〜７００Ｈｚ（図２（ｂ）の点線ａ）に一致するように調整されている。
【００１６】
さらに、外部積分回路７はその利得、つまり積分回路を構成する演算増幅器の利得が７０〜８０ｄｂ程度に設定されている。利得がこれよりも大きい、例えば１２０ｄｂもあると１/ｆ雑音の影響が大きくなり、低周波成分つまり衝撃電流のテール部を高い精度で検出することが困難となり、また利得が７０〜８０ｄｂよりも低いと十分な積分効果を得ることができない。
【００１７】
以上のようにロゴスキーコイルの内部積分回路の低域カット周波数を５００〜７００Ｈｚに、また外部積分回路の高域カット周波数を０．１Ｈｚで、かつ利得を７０〜８０ｄｂ
に選択することにより、外部積分回路は、０．１Ｈｚ乃至の５００〜７００Ｈｚで利得が周波数に大きく依存するロゴスキーコイルからの信号の利得を安定に補正して出力することになる。
すなわち、加算回路６のゲインー周波数特性は、図３（ｃ）に示したように直流成分をカットしつつ０．１Ｈｚ以上が平坦となる。
【００１８】
この実施例においてロゴスキーコイル１を雷電流を監視すべき構築物に装着した状態で落雷などにより衝撃電流が発生すると、ロゴスキーコイル１の起電力として検出される。
この起電力は、ロゴスキーコイル１のインダクタンスＬ及びコイルの抵抗Ｒと抵抗体３との合成抵抗により形成される内部積分回路２により積分されて衝撃電流値に比例した信号として抵抗４に出力される。
この信号は、バッファ５を経由して加算回路６に一方の入力端子に入力するとともに、外部積分回路７で積分されてバッファ１０を経由して加算回路６の他方の入力端子に入力する。
【００１９】
雷電流の低周波成分では、ロゴスキーコイル１のリアクタンスがあまり大きく作用しないので、電流は内部抵抗Ｒと抵抗３とで決まるのでインダクタンスＬの両端電圧が、雷電流を微分した電圧となる。
【００２０】
衝撃電流のテール部は、ロゴスキーコイル１のインダクタンスＬ及びコイルの抵抗Ｒと抵抗体３との合成抵抗により形成される内部積分回路２の高域カット周波数５００〜７００Ｈｚ周波数よりも低い周波数の成分を多く含むため、内部積分回路２での積分利得は非常に小さく、実質的にはロゴスキーコイル１で検出した衝撃電流による起電力、つまり抵抗体３に印加した信号だけが外部積分回路７に入力することになる。
【００２１】
そして、外部積分回路７は、０．１Ｈｚを低域カット周波数、５００〜７００Ｈｚを高域カット周波数とし、−２０ｄｂ／ディケードの垂下特性を有するから、ロゴスキーコイル１のインダクタンスＬ及びコイルの抵抗Ｒと抵抗体３との合成抵抗により形成される内部積分回路２の垂下特性とは相反することになり、０．１Ｈｚ乃至５００〜７００Ｈｚでは平坦化した信号を出力することになる。
【００２２】
他方、雷電流の高周波成分では電流値は、インダクタンスＬが大きく作用するため、インダクタンスの両端電圧は電流微分に比例したものが誘起してほぼ入力とつりあっているから直列につないだ抵抗の両端電圧が積分値となる。
【００２３】
したがって、高い周波数成分の電流はロゴスキーコイルの内部積分機能により電圧信号に変換され、また継続時間が長く低い周波数成分の電流は外部積分回路２により電圧信号に変換され、これら両信号成分は加算器９で合成されて衝撃電流全体の波形パターンを正確に再現した電圧信号を得ることができる。
【００２４】
さらに、雷電流の周波数０．１Ｈｚ乃至５００〜７００Ｈｚのせいぜい４桁程度の領域だけを高利得な外部積分回路２で積分し、また周波数５００〜７００Ｈｚよりも高い周波数領域の成分はロゴスキコイル自体の利得が周波数特性に依存しない領域の内部積分機能を利用するため、安定な外部積分回路を容易に構成することができ、測定結果に対するトレイサビリティを確保できる測定装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の衝撃電流検出装置の一実施例を示すブロック図である。
【図２】図（ａ）乃至（ｃ）は、それぞれロゴスキーコイル、外部積分回路、及び加算器から出力される信号の周波数ーゲイン特性を示す線図である。
【図３】内部積分型ロゴスキコイルの周波数ーゲイン特性を示す線図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  ロゴスキーコイル    ２  内部積分回路    ４  検出用回路    ６  加算器    ７  外部積分回路    ５、８  バッファ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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