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JP5777600B2 - Non-contact voltage measurement probe - Google Patents

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JP5777600B2 JP2012275916A JP2012275916A JP5777600B2 JP 5777600 B2 JP5777600 B2 JP 5777600B2 JP 2012275916 A JP2012275916 A JP 2012275916A JP 2012275916 A JP2012275916 A JP 2012275916A JP 5777600 B2 JP5777600 B2 JP 5777600B2
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康直 鈴木
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将樹 香西
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Description

本発明は、2本の電線の線間に加わる交流電圧波形を、それらの芯線に電気的に接触することなく、非接触で測定する非接触電圧測定プローブに関する。   The present invention relates to a non-contact voltage measuring probe that measures an AC voltage waveform applied between two wires without contacting the core wires in a non-contact manner.

近年、電力利用の効率化や省エネの観点から、一般家庭やオフィス等の電力需要家の宅内に電力センサを設置し、電力の効率的利用や電気機器の遠隔制御を図るHEMS(Home Energy Management System)や、電力網の制御を行うスマートグリッド技術に関する開発、検討が進んでいる。一般に、HEMS等に使用する電力センサは、家庭内の分電盤や個々の家電機器に設置されるが、消費電力の正確な測定には、少なくとも商用電源の1周期分の電流波形と電圧波形が必要である。   In recent years, from the viewpoint of efficient use of power and energy saving, HEMS (Home Energy Management System) has been installed to install power sensors in the homes of power consumers such as ordinary households and offices, and to make efficient use of power and remote control of electrical equipment. ) And smart grid technology for power grid control is being developed and studied. In general, power sensors used in HEMS and the like are installed on a distribution board in a home or individual home appliances. However, for accurate measurement of power consumption, current waveforms and voltage waveforms for at least one cycle of a commercial power supply are used. is necessary.

電力線を流れる電流を非接触で測定する手段としては、トランスの原理を用いた電流プローブや、ホール素子などの磁気検出素子を用いた電流センサが知られており、HEMS用のセンサとして実用化されている。   As a means for measuring the current flowing through the power line in a non-contact manner, a current probe using the principle of a transformer and a current sensor using a magnetic detection element such as a Hall element are known and put into practical use as a sensor for HEMS. ing.

一方、2線間の電力をモニタするには、直接2つの電源線に接触して電圧を測定できれば正確な電圧波形が得られるが、既存の分電盤などに新たなセンサを取り付けたい場合など、直接電源線に接触する工事を行うためには電気工事士の資格が必要であったり、また安全のためには一旦通電を停止してから工事を行う必要があったりするなど、実際上の制約や負担が大きく、センサ導入の障壁となっている。   On the other hand, in order to monitor the power between two wires, an accurate voltage waveform can be obtained if the voltage can be measured by directly touching the two power wires, but if you want to install a new sensor on an existing distribution board, etc. In order to carry out construction work that directly contacts the power line, it is necessary to be qualified as an electrician, or for safety, it is necessary to carry out construction work after stopping energization. There are large restrictions and burdens, which are barriers to sensor introduction.

実際には電流値のみをモニタし、電圧は正弦波で近似して電力を算出することが行われている場合もあるが、商用電源の電圧波形は歪んで正弦波と異なる波形となっていることも多く、また電流波形は電圧波形と同期した形で電力を計算しないと精度の良い電力値が得られないことから、少なくとも電圧のゼロクロス点等の同期タイミングを検出できることが望ましい。   Actually, only the current value is monitored, and the voltage may be approximated by a sine wave to calculate the power. However, the voltage waveform of the commercial power supply is distorted and differs from the sine wave. In many cases, it is desirable to be able to detect at least the synchronization timing such as the zero-cross point of the voltage because the power waveform cannot be obtained unless the power is calculated in a form in which the current waveform is synchronized with the voltage waveform.

以上のようなことから、電源線等に非接触で電圧波形の取得が可能な手段が必要とされている。   In view of the above, there is a need for means capable of acquiring a voltage waveform without contact with a power supply line or the like.

非接触で電圧を測定する従来の手段としては、容量結合の原理を利用した容量性電圧プローブ(非特許文献1)が知られている。容量性電圧プローブは、電力線や通信線に重畳されているコモンモード電圧(対象の電線と大地間に生じた電圧)を測定するのに適した手段であり、EMCに関連した妨害波測定等に用いられている。   As a conventional means for measuring voltage without contact, a capacitive voltage probe (Non-Patent Document 1) using the principle of capacitive coupling is known. The capacitive voltage probe is a means suitable for measuring a common mode voltage (voltage generated between a target electric wire and the ground) superimposed on a power line or a communication line, and is used for measuring an interference wave related to EMC. It is used.

小林、田島、広島、桑原、服部、「容量性電圧プローブの開発とその特性」、社団法人電子情報通信学会、1998年、電子情報通信学会技術報告、EMCJ98−25(1998−06)Kobayashi, Tajima, Hiroshima, Kuwabara, Hattori, “Development and Characteristics of Capacitive Voltage Probe”, The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, 1998, Technical Report of IEICE, EMCJ 98-25 (1998-06)

しかしながら、この容量性電圧プローブは、2線間の電圧を非接触で測定する用途に適用できる形態になってはいないという課題がある。   However, this capacitive voltage probe has a problem that it is not in a form that can be applied to the use of measuring the voltage between two wires in a non-contact manner.

また、非接触で交流電圧を測定する別の手段として、容量結合を用いて検知した誘導電圧の測定結果から基準電圧を算出し、その基準電圧をセンサにフィードバックし、フィードバック利得を変化させることで電圧値を測定する方法が知られている。このような方法は、電圧測定のばらつきは少なくなるものの、可変容量回路や発振回路を用いた基準電圧生成手段やフィードバック回路が必要となり、回路規模や消費電力が増加すると共に、センサ自体も大きくなるという課題がある。   In addition, as another means of measuring AC voltage in a non-contact manner, a reference voltage is calculated from the measurement result of the induced voltage detected using capacitive coupling, the reference voltage is fed back to the sensor, and the feedback gain is changed. A method for measuring a voltage value is known. Such a method reduces the variation in voltage measurement, but requires a reference voltage generation means and a feedback circuit using a variable capacitance circuit and an oscillation circuit, which increases the circuit scale and power consumption, and increases the sensor itself. There is a problem.

また、電線の近傍に電界強度に応じて光学特性が変化する材料を配置し、光の特性を利用して電圧計測を行う方法もあるが、光の送受信装置が必要となることから、大きさやコストが大きくなるという課題がある。   In addition, there is a method in which a material whose optical characteristics change according to the electric field strength is arranged in the vicinity of the electric wire, and voltage measurement is performed using the characteristics of the light. There is a problem that costs increase.

上記のように、従来、2線間の交流電圧波形を非接触で測定する簡易な手段が存在せず、電力の精度の良いセンシングや高電圧の安全な測定に支障をきたしていた。   As described above, conventionally, there is no simple means for measuring an AC voltage waveform between two wires in a non-contact manner, which has hindered accurate sensing of power and safe measurement of high voltage.

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、簡単な非接触なセンサ構成で2線間の電圧波形を測定する非接触電圧測定プローブを提供することにある。   The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide a non-contact voltage measuring probe for measuring a voltage waveform between two wires with a simple non-contact sensor configuration. is there.

上記課題を解決するために、本発明は、2本の電線の線間に加わる交流電圧波形を測定するための非接触電圧測定プローブであって、第1の電線を囲む円筒形の第1の電極であって、前記第1の電線とは電気的に接続しないよう設置した第1の電極と、第2の電線を囲む円筒形の第2の電極であって、前記第2の電線とは電気的に接続しないように設置した第2の電極と、前記第1の電極と前記第2の電極との間の電圧を測定する電圧測定器と、前記第1の電極の外側を囲む円筒形の第1のシールド電極であって、前記第1の電線および前記第1の電極と電気的に接続しないように設置した第1のシールド電極と、前記第1のシールド電極と前記第2の電極とを電気的に接続する手段と、を備え、前記電圧測定器によって測定された電圧が、前記第1の電線と前記第2の電線との間に生じる電圧が前記第1の電線と前記第1の電極との間の静電容量C1と、前記第2の電線と前記第2の電極との間の静電容量C2と、前記電圧測定器の入力容量Cpおよび入力抵抗Rpが並列接続された入力インピーダンスとが直列に接続された回路によって分圧された結果であることに基づき、前記第1の電極と前記第2の電極との間に生じる電圧を検出することによって、前記第1の電線と前記第2の電線との間の交流電圧波形を間接的に測定することを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problem, the present invention is a non-contact voltage measuring probe for measuring an alternating voltage waveform applied between two electric wires, and is a cylindrical first electrode surrounding the first electric wire. A first electrode disposed so as not to be electrically connected to the first electric wire, and a cylindrical second electrode surrounding the second electric wire, wherein the second electric wire is A second electrode installed so as not to be electrically connected, a voltage measuring device for measuring a voltage between the first electrode and the second electrode, and a cylindrical shape surrounding the outside of the first electrode A first shield electrode installed so as not to be electrically connected to the first electric wire and the first electrode, and the first shield electrode and the second electrode. and means for electrically connecting the door, the voltage measured by the voltage measuring device, The voltage generated between the first electric wire and the second electric wire is a capacitance C1 between the first electric wire and the first electrode, and the second electric wire and the second electrode. And the input capacitance Cp of the voltage measuring instrument and the input impedance in which the input resistance Rp are connected in parallel are divided by a circuit connected in series. An AC voltage waveform between the first electric wire and the second electric wire is indirectly measured by detecting a voltage generated between the first electrode and the second electrode. To do.

請求項2に記載の発明は、2本の電線の線間に加わる交流電圧波形を測定するための非接触電圧測定プローブであって、第1の電線を囲む円筒形の第1の電極であって、前記第1の電線とは電気的に接続しないよう設置した第1の電極と、第2の電線を囲む円筒形の第2の電極であって、前記第2の電線とは電気的に接続しないように設置した第2の電極と、前記第1の電極と前記第2の電極との間の電圧を測定する電圧測定器と、前記第1の電極の外側を囲む円筒形の第1のシールド電極であって、前記第1の電線および前記第1の電極と電気的に接続しないように設置した第1のシールド電極と、前記第2の電極の外側を囲む円筒形の第2のシールド電極であって、前記第2の電線および前記第2の電極と電気的に接続しないように設置した第2のシールド電極と、前記第1のシールド電極と前記第2のシールド電極とを電気的に接続する手段と、を備え、前記電圧測定器によって測定された電圧が、前記第1の電線と前記第2の電線との間に生じる電圧が前記第1の電線と前記第1の電極との間の静電容量C1と、前記第2の電線と前記第2の電極との間の静電容量C2と、前記電圧測定器の入力容量Cpおよび入力抵抗Rpが並列接続された入力インピーダンスとが直列に接続された回路によって分圧された結果であることに基づき、前記第1の電極と前記第2の電極との間に生じる電圧を検出することによって、前記第1の電線と前記第2の電線との間の交流電圧波形を間接的に測定することを特徴とする。
The invention described in claim 2 is a non-contact voltage measuring probe for measuring an AC voltage waveform applied between two electric wires, and is a cylindrical first electrode surrounding the first electric wire. A first electrode installed so as not to be electrically connected to the first electric wire, and a cylindrical second electrode surrounding the second electric wire, wherein the second electric wire is electrically A second electrode placed so as not to be connected, a voltage measuring device for measuring a voltage between the first electrode and the second electrode, and a cylindrical first surrounding the outside of the first electrode A first shield electrode installed so as not to be electrically connected to the first electric wire and the first electrode, and a cylindrical second electrode surrounding an outer side of the second electrode Shield electrode installed so as not to be electrically connected to the second electric wire and the second electrode The second shield electrode, and means for electrically connecting the first shield electrode and the second shield electrode, and the voltage measured by the voltage measuring instrument is the first electric wire. Voltage generated between the second electric wire and the second electric wire is a capacitance C1 between the first electric wire and the first electrode, and a static voltage between the second electric wire and the second electrode. Based on the fact that the capacitance C2 and the input impedance in which the input capacitance Cp and the input resistance Rp of the voltage measuring instrument are connected in parallel are divided by a circuit connected in series, An AC voltage waveform between the first electric wire and the second electric wire is indirectly measured by detecting a voltage generated between the second electrode and the second electrode.

請求項に記載の発明は、2本の電線の線間に加わる交流電圧を測定するための非接触電圧測定プローブであって、第1の電線を囲む円筒形の第1の電極であって、前記第1の電線とは電気的に接続しないよう設置した第1の電極と、第2の電線を囲む円筒形の第2の電極であって、前記第2の電線とは電気的に接続しないように設置した第2の電極と、前記第1の電極の外側を囲む円筒形の第1のシールド電極であって、前記第1の電線および前記第1の電極と電気的に接続しないように設置した第1のシールド電極と、前記第2の電極の外側を囲む円筒形の第2のシールド電極であって、前記第2の電線および前記第2の電極と電気的に接続しないように設置した第2のシールド電極と、前記第1のシールド電極と前記第2のシールド電極とを電気的に接続する手段と、前記第1の電極と前記第1のシールド電極との間の電圧を測定する第1の電圧測定器と、前記第2の電極と前記第2のシールド電極との間の電圧を測定する第2の電圧測定器と、を備え、前記第1の電圧測定器により測定した電圧と前記第2の電圧測定器により測定した電圧との差分が、前記第1の電線と前記第2の電線との間に生じる電圧が前記第1の電線と前記第1の電極との間の静電容量C1と、前記第2の電線と前記第2の電極との間の静電容量C2と、前記第1の電圧測定器の入力容量Cp1および入力抵抗Rp1が並列接続された第1の入力インピーダンスと、前記第2の電圧測定器の入力容量Cp2および入力抵抗Rp2が並列接続された第2の入力インピーダンスとが直列に接続された回路によって分圧された結果であることに基づき、前記第1の電線と前記第2の電線との間の交流電圧波形を間接的に測定することを特徴とする。
The invention described in claim 3 is a non-contact voltage measuring probe for measuring an alternating voltage applied between two electric wires, and is a cylindrical first electrode surrounding the first electric wire, A first electrode installed so as not to be electrically connected to the first electric wire, and a cylindrical second electrode surrounding the second electric wire, and electrically connected to the second electric wire A second electrode disposed so as not to be closed, and a cylindrical first shield electrode surrounding the first electrode so as not to be electrically connected to the first electric wire and the first electrode. And a cylindrical second shield electrode surrounding the outside of the second electrode so as not to be electrically connected to the second electric wire and the second electrode. A second shield electrode installed; the first shield electrode; and the second shield electrode. A first voltage measuring device for measuring a voltage between the first electrode and the first shield electrode, the second electrode, and the second shield electrode. A second voltage measuring device that measures a voltage between the first voltage measuring device and a difference between the voltage measured by the first voltage measuring device and the voltage measured by the second voltage measuring device. The voltage generated between the second electric wire and the second electric wire is a capacitance C1 between the first electric wire and the first electrode, and between the second electric wire and the second electrode. Capacitance C2, first input impedance Cp1 and input resistance Rp1 of the first voltage measuring instrument connected in parallel, input capacitance Cp2 and input resistance Rp2 of the second voltage measuring instrument A circuit in which a second input impedance connected in parallel is connected in series Thus based on the fact that the result obtained by dividing, characterized in that to indirectly measure the AC voltage waveform between said first wire and the second wire.

請求項に記載の発明は、請求項又はに記載の非接触電圧測定プローブにおいて、前記第1の電線と前記第1の電極との間の静電容量をC10、前記第1の電極と前記第1のシールド電極との間の静電容量をC11、前記第2の電線と前記第2の電極との間の静電容量をC20、前記第2の電極と前記第2のシールド電極との間の静電容量をC21としたとき、それらがC10/C11=C20/C21の関係を満たすよう構成されたことを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the non-contact voltage measurement probe according to the second or third aspect , the capacitance between the first electric wire and the first electrode is C10, and the first electrode Between the first electrode and the first shield electrode is C11, the capacitance between the second electric wire and the second electrode is C20, and the second electrode and the second shield electrode. When the capacitance between them is C21, they are configured to satisfy the relationship of C10 / C11 = C20 / C21.

請求項に記載の発明は、請求項に記載の非接触電圧測定プローブにおいて、前記電圧測定器は、出力インピーダンスが入力インピーダンスよりも低くなるよう構成されたバッファ回路を備えたことを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, in the non-contact voltage measuring probe according to the third aspect , the voltage measuring device includes a buffer circuit configured such that the output impedance is lower than the input impedance. To do.

請求項に記載の発明は、請求項1乃至のいずれかに記載の非接触電圧測定プローブにおいて、前記電圧測定器の出力信号から所望の周波数帯域より高い周波数成分を除去するローパスフィルタを備えたことを特徴とする。
請求項に記載の発明は、第1の電線を囲む円筒形の第1の電極であって、前記第1の電線とは電気的に接続しないよう設置した第1の電極と、第2の電線を囲む円筒形の第2の電極であって、前記第2の電線とは電気的に接続しないように設置した第2の電極と、前記第1の電極の外側を囲む円筒形の第1のシールド電極であって、前記第1の電線および前記第1の電極と電気的に接続しないように設置した第1のシールド電極と、前記第2の電極の外側を囲む円筒形の第2のシールド電極であって、前記第2の電線および前記第2の電極と電気的に接続しないように設置した第2のシールド電極と、前記第1のシールド電極と前記第2のシールド電極とを電気的に接続する手段と、前記第1の電極と前記第1のシールド電極との間の電圧を測定する第1の電圧測定器と、前記第2の電極と前記第2のシールド電極との間の電圧を測定する第2の電圧測定器とを備えた非接触電圧測定プローブを用いて、2本の電線の線間に加わる交流電圧を測定するための非接触電圧測定方法であって、前記第1の電圧測定器により測定した電圧と前記第2の電圧測定器により測定した電圧との差分が、前記第1の電線と前記第2の電線との間に生じる電圧が前記第1の電線と前記第1の電極との間の静電容量C1と、前記第2の電線と前記第2の電極との間の静電容量C2と、前記第1の電圧測定器の入力容量Cp1および入力抵抗Rp1が並列接続された第1の入力インピーダンスと、前記第2の電圧測定器の入力容量Cp2および入力抵抗Rp2が並列接続された第2の入力インピーダンスとが直列に接続された回路によって分圧された結果であることに基づき、前記第1の電線と前記第2の電線との間の交流電圧波形を間接的に測定することを特徴とする。
A sixth aspect of the present invention is the non-contact voltage measurement probe according to any one of the first to fifth aspects, further comprising a low-pass filter that removes a frequency component higher than a desired frequency band from the output signal of the voltage measuring device. It is characterized by that.
The invention according to claim 7 is a cylindrical first electrode surrounding the first electric wire, the first electrode installed so as not to be electrically connected to the first electric wire, and the second electrode A cylindrical second electrode surrounding the electric wire, the second electrode installed so as not to be electrically connected to the second electric wire, and the cylindrical first electrode surrounding the outside of the first electrode A first shield electrode installed so as not to be electrically connected to the first electric wire and the first electrode, and a cylindrical second electrode surrounding an outer side of the second electrode A second shield electrode installed so as not to be electrically connected to the second electric wire and the second electrode; and the first shield electrode and the second shield electrode are electrically connected And a voltage between the first electrode and the first shield electrode Using a non-contact voltage measuring probe comprising a first voltage measuring device for measuring and a second voltage measuring device for measuring a voltage between the second electrode and the second shield electrode, 2 A non-contact voltage measuring method for measuring an alternating voltage applied between wires of a wire, the difference between a voltage measured by the first voltage measuring instrument and a voltage measured by the second voltage measuring instrument However, the voltage generated between the first electric wire and the second electric wire is a capacitance C1 between the first electric wire and the first electrode, the second electric wire, and the second electric wire. A capacitance C2 between the first voltage measuring device, a first input impedance in which an input capacitance Cp1 and an input resistance Rp1 of the first voltage measuring device are connected in parallel, and an input capacitance Cp2 of the second voltage measuring device And a second input impedance in which an input resistor Rp2 is connected in parallel Doo is based on the fact that the result was divided by a circuit connected in series, characterized in that to indirectly measure the AC voltage waveform between said first wire and the second wire.

本発明は、簡単な非接触なセンサ構成で2線間の電圧波形を測定可能にする効果を奏する。   The present invention has an effect of making it possible to measure a voltage waveform between two wires with a simple non-contact sensor configuration.

(a)は、本発明の実施形態1に係る非接触電圧測定プローブの基本構成の模式図であり、(b)は、その原理を説明する図である。(A) is a schematic diagram of the basic composition of the non-contact voltage measurement probe concerning Embodiment 1 of the present invention, and (b) is a figure explaining the principle. 本発明の実施形態1に係る非接触電圧測定プローブの周波数特性を測定した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having measured the frequency characteristic of the non-contact voltage measuring probe which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施形態2に係る非接触電圧測定プローブの構成図である。It is a block diagram of the non-contact voltage measurement probe which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施形態2に係る非接触電圧測定プローブの等価回路を示す図である。It is a figure which shows the equivalent circuit of the non-contact voltage measurement probe which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施形態3に係る非接触電圧測定プローブの構成図である。It is a block diagram of the non-contact voltage measurement probe which concerns on Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施形態3に係る非接触電圧測定プローブの等価回路を示す図である。It is a figure which shows the equivalent circuit of the non-contact voltage measurement probe which concerns on Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施形態3に係る非接触電圧測定プローブの、入力抵抗Rp、入力容量Cp、および電圧源Voを省略し、簡略化した等価回路を示す図である。It is a figure which shows the equivalent circuit simplified by abbreviate | omitting input resistance Rp, input capacity | capacitance Cp, and voltage source Vo of the non-contact voltage measurement probe which concerns on Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施形態4に係る非接触電圧測定プローブの構成図である。It is a block diagram of the non-contact voltage measurement probe which concerns on Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施形態4に係る非接触電圧測定プローブの等価回路を示す図である。It is a figure which shows the equivalent circuit of the non-contact voltage measurement probe which concerns on Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施形態4に係る非接触電圧測定プローブにおいて、シールドケーブルを用いて系全体のシールド効果を高めた構成例を示す構成図である。In the non-contact voltage measurement probe which concerns on Embodiment 4 of this invention, it is a block diagram which shows the structural example which improved the shielding effect of the whole system | strain using the shield cable. 本発明の実施形態5に係る非接触電圧測定プローブの構成図である。It is a block diagram of the non-contact voltage measurement probe which concerns on Embodiment 5 of this invention. 本発明の実施形態6に係る非接触電圧測定プローブの構成図である。It is a block diagram of the non-contact voltage measurement probe which concerns on Embodiment 6 of this invention.

上記に述べた課題を解決するため、本発明の非接触電圧測定プローブにおいては、2本の電線のそれぞれを取り囲むように設置した、2つの円筒状の電極を用いて、それらの電極間に生じる静電誘導電圧を測定することにより、上記電線の線間に加わる交流電圧波形を間接的に測定するものである。静電結合を利用した測定を行うため、電線に電気的に接触することなく測定が可能となる。   In order to solve the problems described above, in the non-contact voltage measurement probe of the present invention, two cylindrical electrodes installed so as to surround each of the two electric wires are used, and are generated between the electrodes. By measuring the electrostatic induction voltage, the AC voltage waveform applied between the wires is indirectly measured. Since measurement using electrostatic coupling is performed, measurement can be performed without electrical contact with the electric wire.

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.

(実施形態1)
図1(a)に、本発明の実施形態1に係る非接触電圧測定プローブの基本構成の模式図を示し、図1(b)に、その原理を説明する図を示す。
(Embodiment 1)
FIG. 1A shows a schematic diagram of a basic configuration of a non-contact voltage measurement probe according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 1B shows a diagram for explaining the principle thereof.

本発明の非接触電圧測定プローブの基本構成は、図1(a)に示すように、測定対象の2本の電線L1、L2のそれぞれを取り囲み、またそれぞれの電線と中心軸がほぼ一致する状態で、円筒形をした電極101、電極102をそれぞれ設けたものである。この電極101と電極102との間の電圧を、電圧測定器110を用いて測定することにより、電線L1と電線L2との間の線間電圧Voを間接的に測定する。   As shown in FIG. 1A, the basic configuration of the non-contact voltage measuring probe of the present invention surrounds each of the two electric wires L1 and L2 to be measured, and the respective electric wires and the central axis substantially coincide with each other. The cylindrical electrode 101 and the electrode 102 are provided respectively. By measuring the voltage between the electrode 101 and the electrode 102 using the voltage measuring device 110, the line voltage Vo between the electric wire L1 and the electric wire L2 is indirectly measured.

なお、一般にこれらの電線L1、L2には絶縁体の被覆がある場合が多く、その場合電極101、102とは電気的に接触しないが、被覆のない電線L1、L2を測定する場合などには、電極101、102と電線L1、L2の間の接触を防ぐために、絶縁体や誘電体をスペーサとして挟んでも良い。誘電体を挟む場合には、それが無い場合に比べて静電容量C1、C2の値が大きくなり、感度が向上する。また、これらのスペーサの形状を電線L1、L2に合わせて適切に設計すれば、電極101、102の中心軸上に電線を固定することが容易になる。   In general, these electric wires L1 and L2 are often covered with an insulator. In this case, the electric wires L1 and L2 are not in electrical contact with the electrodes 101 and 102. In order to prevent contact between the electrodes 101 and 102 and the electric wires L1 and L2, an insulator or a dielectric may be sandwiched as a spacer. When the dielectric is sandwiched, the values of the capacitances C1 and C2 are larger than when there is no dielectric, and the sensitivity is improved. Moreover, if the shape of these spacers is appropriately designed according to the electric wires L1 and L2, it becomes easy to fix the electric wires on the central axes of the electrodes 101 and 102.

電極101と電極102には、それらの間の電圧を測定するための、電圧測定器110を設ける。前述の通り、電圧測定器110の入力インピーダンスは出来るだけ高くしておくことが、感度向上の点で望ましい。電圧測定器110としては、高い入力インピーダンスを持つオペアンプやバッファアンプ、計測用アンプ等を用いることが出来る。また、電圧測定器110では、読み取った測定電圧値Vをそのまま表示させても良いし、電圧値やアナログ・ディジタル変換した電圧値を出力し、後段に接続する装置で処理や表示を行っても良い。   The electrode 101 and the electrode 102 are provided with a voltage measuring device 110 for measuring the voltage between them. As described above, it is desirable to increase the input impedance of the voltage measuring instrument 110 as much as possible in terms of improving sensitivity. As the voltage measuring device 110, an operational amplifier, a buffer amplifier, a measurement amplifier, or the like having a high input impedance can be used. The voltage measuring device 110 may display the read measured voltage value V as it is, or may output the voltage value or the analog / digital converted voltage value, and perform processing or display with a device connected to the subsequent stage. good.

電圧測定器110は、電極101および電極102と出来るだけ近い位置に設けることが、外来雑音の侵入防止や感度向上の面で有利であるが、電極101および電極102に測定用ケーブルを接続し、離れた場所に電圧測定機能を設けて、測定ケーブルを介した測定を行っても良い。ただしこの場合、測定ケーブルによって電極101と電極102との間の浮遊容量が増加し、感度の悪化等につながるため、浮遊容量がなるべく増えないような測定ケーブルの配置等を工夫する必要がある。   Although it is advantageous to provide the voltage measuring device 110 as close as possible to the electrode 101 and the electrode 102 in terms of preventing intrusion of external noise and improving sensitivity, a measurement cable is connected to the electrode 101 and the electrode 102, A voltage measurement function may be provided at a remote location, and measurement may be performed via a measurement cable. However, in this case, since the stray capacitance between the electrode 101 and the electrode 102 is increased by the measurement cable, leading to deterioration of sensitivity, it is necessary to devise the arrangement of the measurement cable so that the stray capacitance does not increase as much as possible.

図1(b)は、図1(a)の断面図および等価回路であり、C1およびC2は、それぞれ電線L1と電極101との間、および電線L2と電極102との間の静電容量を示している。また、図1(b)には電圧測定器110の入力容量をCp、入力抵抗をRpとして示している。   FIG. 1B is a cross-sectional view and an equivalent circuit of FIG. 1A, and C1 and C2 indicate the capacitance between the electric wire L1 and the electrode 101 and between the electric wire L2 and the electrode 102, respectively. Show. FIG. 1B shows the input capacitance of the voltage measuring instrument 110 as Cp and the input resistance as Rp.

図1(b)に示すように、測定する対象である線間電圧Voは、C1と電圧測定器110の入力インピーダンス(CpおよびRp)とC2が直列に接続された回路に印加されている。そのため、測定電圧VはこれらのインピーダンスによってVoが分圧された結果として、   As shown in FIG. 1B, the line voltage Vo to be measured is applied to a circuit in which C1, the input impedance (Cp and Rp) of the voltage measuring device 110, and C2 are connected in series. Therefore, the measurement voltage V is obtained as a result of dividing Vo by these impedances.

Figure 0005777600
Figure 0005777600

と表される。ここで、C12はC1とC2とを直列接続した場合の合成容量で
C12=C1C2/(C1+C2)
であり、ωは各周波数を示している。(jは虚数単位)
(1)式より、電圧測定器110の入力インピーダンスが高くなる、すなわち入力容量Cpが小さく、入力抵抗Rpが大きくなるに従って、分母は合成容量C12に近づき、測定電圧Vは線間電圧Voに近づく。
It is expressed. Here, C12 is a combined capacity when C1 and C2 are connected in series. C12 = C1C2 / (C1 + C2)
Ω represents each frequency. (J is an imaginary unit)
From equation (1), as the input impedance of the voltage measuring instrument 110 increases, that is, as the input capacitance Cp decreases and the input resistance Rp increases, the denominator approaches the combined capacitance C12, and the measurement voltage V approaches the line voltage Vo. .

また、被測定電圧の周波数が高い場合(ω>>1/(Rp(C12+Cp))となる場合)には、(1)式は、   Further, when the frequency of the voltage to be measured is high (when ω >> 1 / (Rp (C12 + Cp)), the expression (1) is

Figure 0005777600
Figure 0005777600

と近似でき、高周波領域では電圧の変換感度が周波数に依存しない一定値になる。 In the high frequency region, the voltage conversion sensitivity becomes a constant value that does not depend on the frequency.

実際に、図1(a)に示す構成の非接触電圧測定プローブを作成し、その周波数特性を測定した結果を図2に示す。図2には、静電容量C1、C2、入力容量Cp、入力抵抗Rpの各パラメータをフィッティングした場合の(1)式に基づく計算の結果も併せて示している。図2の振幅特性は電圧の変換感度を示したものであるが、上述した通り、10kHzを超える高周波領域では、フラットな振幅周波数特性が得られている。   Actually, a non-contact voltage measurement probe having the configuration shown in FIG. 1A is prepared, and the frequency characteristics thereof are measured, and the result is shown in FIG. FIG. 2 also shows the result of calculation based on equation (1) when the parameters of capacitances C1 and C2, input capacitance Cp, and input resistance Rp are fitted. The amplitude characteristic in FIG. 2 shows the voltage conversion sensitivity. As described above, a flat amplitude frequency characteristic is obtained in a high-frequency region exceeding 10 kHz.

以上のように、電圧測定器110で測定された測定電圧Vは、電圧測定器110の入力インピーダンスが十分に高い場合には線間電圧Voにほぼ等しくなり、静電容量C1、C2の値に関わらず線間電圧値Voを測定することが可能である。また、入力インピーダンスとして上記のような十分に高い値が得られない場合についても、周波数が十分に高い領域であれば、電圧の感度は周波数に依らずほぼ一定値をとることから、歪みのない電圧波形の測定が可能となる。   As described above, the measured voltage V measured by the voltage measuring device 110 is substantially equal to the line voltage Vo when the input impedance of the voltage measuring device 110 is sufficiently high, and becomes the values of the capacitances C1 and C2. Regardless, the line voltage value Vo can be measured. In addition, even when the input impedance is not sufficiently high as described above, if the frequency is sufficiently high, the voltage sensitivity is almost constant regardless of the frequency, so there is no distortion. The voltage waveform can be measured.

なお、一般商用電源のように周波数の低い(50/60Hz)の領域においても、商用電源のように周波数帯域が狭い信号であれば、電圧の変換感度は落ちるものの、電圧波形や位相情報を(1)式に応じた測定電圧Vとして得られることになる。   Even in a low frequency (50/60 Hz) region like a general commercial power source, if the frequency band is a narrow signal like a commercial power source, the voltage conversion sensitivity is lowered, but the voltage waveform and phase information are 1) It is obtained as a measurement voltage V according to the equation.

また、上述したような入力インピーダンスの高い測定系においては、外部で発生した高周波ノイズを拾いやすく、ノイズの多い場所では測定結果に影響が出る場合がある。本発明の非接触電圧測定プローブにおいては、上記の電極101、電極102の外側に、同心円筒状のシールド電極を設け、シールド電極の接続や、各電極101、102との間の静電容量を特定の値に設計することで、外部から誘導されるノイズの影響を抑えることができ、精度の高い電圧波形測定が可能となる。   In the measurement system having a high input impedance as described above, it is easy to pick up high-frequency noise generated outside, and the measurement result may be affected in a place with a lot of noise. In the non-contact voltage measurement probe of the present invention, a concentric cylindrical shield electrode is provided outside the electrodes 101 and 102, and the connection between the shield electrodes and the capacitance between the electrodes 101 and 102 are increased. By designing to a specific value, the influence of externally induced noise can be suppressed, and voltage waveform measurement with high accuracy is possible.

(実施形態2)
図3に、本発明の実施形態2に係る非接触電圧測定プローブの構成図を示す。また、図4に、本発明の実施形態2に係る非接触電圧測定プローブの等価回路を示す。
(Embodiment 2)
FIG. 3 shows a configuration diagram of a non-contact voltage measurement probe according to Embodiment 2 of the present invention. FIG. 4 shows an equivalent circuit of the non-contact voltage measurement probe according to Embodiment 2 of the present invention.

図3では、円筒形の電極101の外側に、これと中心軸が一致するように円筒形のシールド電極103を設ける。シールド電極103は、電線L1にも電極101にも電気的に接触させないが、電線等により電極102と電気的に接触させる。なお、電線L1にも電極101との物理的配置は固定しておくことが望ましいため、間隙にスペーサ等を設けて物理的に固定しても良い。なお、電極101とシールド電極103の間の静電容量を、容量C1および係数αを用いてαC1とした。   In FIG. 3, a cylindrical shield electrode 103 is provided outside the cylindrical electrode 101 so that the central axis thereof coincides with the cylindrical electrode 101. The shield electrode 103 is not in electrical contact with either the electric wire L1 or the electrode 101, but is in electrical contact with the electrode 102 by an electric wire or the like. In addition, since it is desirable to fix the physical arrangement | positioning with the electrode 101 also to the electric wire L1, you may provide a spacer etc. in a gap | interval and may fix physically. The capacitance between the electrode 101 and the shield electrode 103 was αC1 using the capacitance C1 and the coefficient α.

なお、一般家庭向けの商用電源(単相3線)の電圧を測定する場合、AC100Vの片側(コールド側)は中性点として接地されている。このような場合は、コールド側を電線L2として使用することが望ましい。また、通信線等でも片線が回路アース等に接続されている場合については、アース側を電線L2として使用することが望ましい。これは、シールド電極103が外来ノイズ、特にコモンモードノイズの影響を防ぐために設置するものであり、それが電極102と接続されていることから、電極102の大地に対するインピーダンスが低い方が、ノイズ除去効果が高くなるためである。   When measuring the voltage of a commercial power supply (single-phase three-wire) for general households, one side (cold side) of AC100V is grounded as a neutral point. In such a case, it is desirable to use the cold side as the electric wire L2. In addition, when a single line is connected to a circuit ground or the like, it is desirable to use the ground side as the electric wire L2. This is because the shield electrode 103 is installed to prevent the influence of external noise, particularly common mode noise, and since it is connected to the electrode 102, the lower the impedance of the electrode 102 with respect to the ground, the more noise is removed. This is because the effect becomes high.

なお、電圧測定器110の片側は、シールド電極103に接続しても、電極102に接続しても(図中点線)、どちらでも構わない。   Note that one side of the voltage measuring device 110 may be connected to the shield electrode 103 or to the electrode 102 (dotted line in the figure).

図3中には、ノイズ源として、コモンモードのノイズ電圧VNが生じている導体Nが示してある。ノイズ源である導体Nは静電誘導によってノイズの影響をもたらすが、図3ではそれを左右する導体Nとシールド電極103の間の結合容量をCNとしている。 FIG. 3 shows a conductor N in which a common mode noise voltage V N is generated as a noise source. Conductor N is a noise source results in the influence of the noise by electrostatic induction, but the coupling capacitance between the FIG. 3 affects it conductor N and the shield electrode 103 and the C N.

コモンモードのノイズ電圧VNは、電線L1や電線L2の大地に対するコモンモードインピーダンスが高い場合、電極101とシールド電極103のコモンモードインピーダンスはほぼ同等とみなせるため、ノイズ電圧VNが電極101とシールド電極103間の電圧である測定電圧Vに及ぼす影響は小さい。 Noise voltage V N of the common mode, when the common mode impedance to earth wire L1 and line L2 is high, because the common-mode impedance of the electrode 101 and the shield electrode 103 can be regarded as substantially equal, the noise voltage V N and the electrode 101 shields The influence on the measurement voltage V which is the voltage between the electrodes 103 is small.

一方で商用電源線などでは、前述の通りその一方(この場合電線L2)が接地されているため、電極102のコモンモードインピーダンスは低く、それに接続しているシールド電極101も同様である。ノイズ電圧VNによるノイズ電流は結合容量CNからC2を介してアースに流れるため、容量C2が結合容量CNに比べて十分大きな値であれば、ノイズ電圧VNが測定電圧Vに与える影響を小さくすることが出来る。なお、可能であれば電極102の接地を取るか、接地されている電線L2と接続させることが出来れば、理想的なノイズのシールドが可能である。 On the other hand, since one of the commercial power lines is grounded as described above (in this case, the electric wire L2), the common mode impedance of the electrode 102 is low, and the shield electrode 101 connected thereto is the same. Since the noise current due to the noise voltage V N flows from the coupling capacitance C N to the ground via C 2 , the noise voltage V N gives the measurement voltage V if the capacitance C 2 is sufficiently larger than the coupling capacitance C N. The influence can be reduced. Note that, if possible, ideal noise shielding is possible if the electrode 102 is grounded or can be connected to the grounded electric wire L2.

(実施形態3)
次に、図5に、本発明の実施形態3に係る非接触電圧測定プローブの構成図を示す。また、図6に、本発明の実施形態3に係る非接触電圧測定プローブの等価回路を示す。
(Embodiment 3)
Next, FIG. 5 shows a configuration diagram of a non-contact voltage measurement probe according to Embodiment 3 of the present invention. FIG. 6 shows an equivalent circuit of the non-contact voltage measurement probe according to Embodiment 3 of the present invention.

図5では、実施形態2と同様に円筒形の電極101の外側にシールド電極103を設けたことに加え、円筒形の電極102の外側に、これと中心軸が一致するように円筒形のシールド電極104を設ける。シールド電極104は、電線L2にも電極102にも電気的に接触させないが、電線等によりシールド電極103と電気的に接触させる。なお、電極101とシールド電極103の間の静電容量を係数α1および容量C1を用いてα1C1とし、電極102とシールド電極104の間の静電容量を係数α2および容量C2を用いてα2C2とした。   In FIG. 5, in addition to the shield electrode 103 provided outside the cylindrical electrode 101 as in the second embodiment, the cylindrical shield is arranged outside the cylindrical electrode 102 so that the central axis thereof coincides with the shield electrode 103. An electrode 104 is provided. The shield electrode 104 is not in electrical contact with either the electric wire L2 or the electrode 102, but is in electrical contact with the shield electrode 103 with an electric wire or the like. The capacitance between the electrode 101 and the shield electrode 103 is α1C1 using the coefficient α1 and the capacitance C1, and the capacitance between the electrode 102 and the shield electrode 104 is α2C2 using the coefficient α2 and the capacitance C2. .

図5には前述と同様のノイズ源Nのコモンモードノイズ電圧VNが、結合容量CNを介して影響を与える場合を示している。本実施例では、シールド電極103とシールド電極104が電気的に接続されており、その等価回路は図6のようになる。 FIG. 5 shows a case where the common mode noise voltage V N of the noise source N similar to the above affects via the coupling capacitor C N. In this embodiment, the shield electrode 103 and the shield electrode 104 are electrically connected, and an equivalent circuit thereof is as shown in FIG.

図6においてノイズ電圧VNが測定電圧Vに与える影響のみを調べるため、図7に、入力抵抗Rp、入力容量Cp、および電圧源Voを省略し、簡略化した本実施形態の等価回路を示す。図7には、電極101および電極102にノイズ電圧VNによって生じるアースに対する電圧を、それぞれV1、V2と示してある。このとき、 In order to examine only the influence of the noise voltage V N on the measurement voltage V in FIG. 6, the input equivalent circuit Rp, the input capacitance Cp, and the voltage source Vo are omitted from FIG. . In FIG. 7, voltages with respect to the ground caused by the noise voltage V N at the electrode 101 and the electrode 102 are respectively indicated as V1 and V2. At this time,

Figure 0005777600
Figure 0005777600

Figure 0005777600
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がそれぞれ成立するため、測定電圧Vは、 Therefore, the measured voltage V is

Figure 0005777600
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となる。α1=α2のとき、()式はV=0となり、測定電圧Vはノイズ電圧Vの影響を受けなくなる。以上のことから、電極およびシールド電極の構造を、α1=α2となるように設計しておくことにより、外来ノイズをキャンセルすることができる。 It becomes. When α1 = α2, (5) formula V = 0, and the measured voltage V is not affected by the noise voltage V N. From the above, the external noise can be canceled by designing the structure of the electrode and the shield electrode so that α1 = α2.

なお、α1=α2という条件を言い換えると、電線L1と電極101との間の静電容量をC10、電極101とシールド電極103との間の静電容量をC11、電線L2と電極102との間の静電容量をC20、電極102とシールド電極104との間の静電容量をC21、とそれぞれしたときに、これらの静電容量の間に   In other words, in other words, α1 = α2, the capacitance between the wire L1 and the electrode 101 is C10, the capacitance between the electrode 101 and the shield electrode 103 is C11, and between the wire L2 and the electrode 102. When the capacitance between the electrode 102 and the shield electrode 104 is C21, and

Figure 0005777600
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の関係があることと同様である。 It is the same as having the relationship.

(実施形態4)
次に、図8に、本発明の実施形態4に係る非接触電圧測定プローブの構成図を示す。また、図9に、本発明の実施形態4に係る非接触電圧測定プローブの等価回路を示す。
(Embodiment 4)
Next, FIG. 8 shows a configuration diagram of a non-contact voltage measurement probe according to Embodiment 4 of the present invention. FIG. 9 shows an equivalent circuit of the non-contact voltage measurement probe according to Embodiment 4 of the present invention.

図8では、電極とシールド電極については図5に示した実施形態3と同等であるが、2つの電圧測定器113a、113bを設け、電圧測定器113aで電極101とシールド電極103の間の電圧を測定し、電圧測定器113bで電極102とシールド電極104の間の電圧を測定する。差分算出装置130は、それぞれの電圧の測定結果をVp1、Vp2としたときに、その差分
V=Vp1−Vp2
を測定結果として出力する。
In FIG. 8, the electrode and the shield electrode are the same as in the third embodiment shown in FIG. 5, but two voltage measuring devices 113a and 113b are provided, and the voltage between the electrode 101 and the shield electrode 103 is provided by the voltage measuring device 113a. The voltage between the electrode 102 and the shield electrode 104 is measured by the voltage measuring device 113b. When the difference calculation device 130 sets the measurement results of the respective voltages to Vp1 and Vp2, the difference V = Vp1−Vp2
Is output as a measurement result.

電圧測定器113a、113bとそれぞれの電線L1、L2毎に分けたことにより、2本の電線L1、L2の距離が離れているときでも、近接した電極とシールド電極との間の電圧を測定すればよいことから、電線間にハイインピーダンスな測定ケーブルを引き回すことで外部ノイズを拾いやすくなる問題を防ぐことができる。   By dividing the voltage measuring devices 113a and 113b and the respective electric wires L1 and L2, the voltage between the adjacent electrodes and the shield electrode can be measured even when the distance between the two electric wires L1 and L2 is long. Therefore, it is possible to prevent the problem of easily picking up external noise by routing a high-impedance measurement cable between the wires.

また、シールド電極を図8、図9に一点鎖線で示したように接地することができれば、装置全体でのシールド効果を高めることができる。   Further, if the shield electrode can be grounded as shown by the one-dot chain line in FIGS. 8 and 9, the shielding effect of the entire apparatus can be enhanced.

図10に、このような構成で、シールドケーブルを用いて系全体のシールド効果を高めた構成例を示す。円筒形の電極102の外側に、これと中心軸が一致するように円筒形のシールド電極104を設ける。シールド電極104は、電線L2にも電極102にも電気的に接触させないが、電線等によりシールド電極103と電気的に接触させる。なお、電極101とシールド電極103の間の静電容量を係数α1および容量C1を用いてα1C1とし、電極102とシールド電極104の間の静電容量を係数α2および容量C2を用いてα2C2とした。   FIG. 10 shows a configuration example in which the shielding effect of the entire system is enhanced using a shielded cable with such a configuration. A cylindrical shield electrode 104 is provided outside the cylindrical electrode 102 so that the central axis thereof coincides with the cylindrical electrode 102. The shield electrode 104 is not in electrical contact with either the electric wire L2 or the electrode 102, but is in electrical contact with the shield electrode 103 with an electric wire or the like. The capacitance between the electrode 101 and the shield electrode 103 is α1C1 using the coefficient α1 and the capacitance C1, and the capacitance between the electrode 102 and the shield electrode 104 is α2C2 using the coefficient α2 and the capacitance C2. .

電極101、シールド電極103と電圧測定器113aとの間、および電極102、シールド電極104と電圧測定器113bとの間は、シールドケーブル120で接続し、シールドケーブル120のシールド部分を接地している。   The electrode 101, the shield electrode 103 and the voltage measuring device 113a, and the electrode 102, the shield electrode 104 and the voltage measuring device 113b are connected by a shield cable 120, and the shield portion of the shield cable 120 is grounded. .

(実施形態5)
図11に、本発明の実施形態5に係る非接触電圧測定プローブの構成図を示す。
(Embodiment 5)
In FIG. 11, the block diagram of the non-contact voltage measurement probe which concerns on Embodiment 5 of this invention is shown.

図11では、電圧測定器114a、114bが、高い入力インピーダンスで電圧を測定し、その結果を低い出力インピーダンスで出力するアンプ回路、もしくはバッファ回路を備えている。電圧測定器114a、114bは、そのアンプ回路もしくはバッファ回路を電極101、102およびシールド電極103、104に直接接続して電圧を測定する。電圧測定器114a、114bと差分算出装置130との間は、ローインピーダンス伝送線路で接続する。   In FIG. 11, the voltage measuring devices 114a and 114b include an amplifier circuit or a buffer circuit that measures a voltage with a high input impedance and outputs the result with a low output impedance. The voltage measuring devices 114a and 114b measure the voltage by directly connecting the amplifier circuit or the buffer circuit to the electrodes 101 and 102 and the shield electrodes 103 and 104, respectively. The voltage measuring devices 114a and 114b and the difference calculating device 130 are connected by a low impedance transmission line.

実施形態5では、ハイインピーダンスな部分が極力短く出来るため、外来ノイズを拾いにくい。また、出力インピーダンスが低いため、ペアケーブル等のシールドの無い安価なケーブルを用いて測定結果を送ることができる。   In the fifth embodiment, since the high impedance portion can be shortened as much as possible, it is difficult to pick up external noise. Further, since the output impedance is low, the measurement result can be sent using an inexpensive cable without a shield such as a pair cable.

(実施形態6)
図12に、本発明の実施形態6に係る非接触電圧測定プローブの構成図を示す。
(Embodiment 6)
In FIG. 12, the block diagram of the non-contact voltage measurement probe which concerns on Embodiment 6 of this invention is shown.

特にAC電源電圧などの低周波な電圧波形を測定する場合、測定対象の線間電圧波形Voが正弦波に近い形状であっても、図2に示したような周波数特性のために、測定系に重畳する特に高周波の外来ノイズなどの影響を受けやすく、測定後の波形にノイズや歪みが発生していることがある。このような場合、高周波ノイズの影響を抑圧するために、所望の周波数帯域より高い周波数成分を除去する機能を持ったローパスフィルタ140を通すことで、図12に示したように元の波形に近い波形を再生することが出来る。   In particular, when measuring a low-frequency voltage waveform such as an AC power supply voltage, the measurement system has a frequency characteristic as shown in FIG. In particular, it is easily affected by external high-frequency noise superimposed on the waveform, and noise and distortion may occur in the measured waveform. In such a case, in order to suppress the influence of the high frequency noise, it is close to the original waveform as shown in FIG. 12 by passing the low pass filter 140 having a function of removing a frequency component higher than a desired frequency band. Waveform can be played back.

なお、本発明における電極101、102の直径や長さは、電線L1、L2からの静電誘導が必要十分な強度で検出できるものであれば良い。   In addition, the diameters and lengths of the electrodes 101 and 102 in the present invention are not limited as long as electrostatic induction from the electric wires L1 and L2 can be detected with necessary and sufficient strength.

以上述べたように、本発明の非接触電圧プローブを用いることで、電源線の電圧波形や、通信信号電圧波形などの測定を、電源線や通信線の通常の動作に影響を与えずに、非接触で測定することができる。また、電気的接触による測定を行う際に電気工事士などの資格が必要な場合や、測定に危険を伴う高電圧の測定などについても、非接触であるため特殊な資格や技能なく測定でき、これらのモニタ、監視や確認試験を簡易に行うことができる。   As described above, by using the non-contact voltage probe of the present invention, it is possible to measure the voltage waveform of the power line, the communication signal voltage waveform, etc. without affecting the normal operation of the power line or the communication line. It can be measured without contact. In addition, it is possible to measure without special qualifications and skills because it is non-contact, even if it requires qualifications such as an electrician when performing measurement by electrical contact, or measurement of high voltage that is dangerous to measurement, etc. These monitors, monitoring and confirmation tests can be easily performed.

また、本発明の非接触電圧プローブには、外来ノイズをシールドする効果やキャンセルする効果があることから、外来ノイズの影響を受けにくく、精度の高い電圧測定が可能となる。   In addition, since the non-contact voltage probe of the present invention has an effect of shielding or canceling external noise, it is difficult to be affected by external noise and enables highly accurate voltage measurement.

L1、L2 電線
101、102 電極
103、104 シールド電極
110〜114 電圧測定器
120 シールドケーブル
130 差分算出装置
140 ローパスフィルタ
L1, L2 Electric wire 101, 102 Electrode 103, 104 Shield electrode 110-114 Voltage measuring device 120 Shield cable 130 Difference calculation device 140 Low pass filter

Claims (7)

2本の電線の線間に加わる交流電圧波形を測定するための非接触電圧測定プローブであって、
第1の電線を囲む円筒形の第1の電極であって、前記第1の電線とは電気的に接続しないよう設置した第1の電極と、
第2の電線を囲む円筒形の第2の電極であって、前記第2の電線とは電気的に接続しないように設置した第2の電極と、
前記第1の電極と前記第2の電極との間の電圧を測定する電圧測定器と、
前記第1の電極の外側を囲む円筒形の第1のシールド電極であって、前記第1の電線および前記第1の電極と電気的に接続しないように設置した第1のシールド電極と、
前記第1のシールド電極と前記第2の電極とを電気的に接続する手段と、
を備え、
前記電圧測定器によって測定された電圧が、前記第1の電線と前記第2の電線との間に生じる電圧が前記第1の電線と前記第1の電極との間の静電容量C1と、前記第2の電線と前記第2の電極との間の静電容量C2と、前記電圧測定器の入力容量Cpおよび入力抵抗Rpが並列接続された入力インピーダンスとが直列に接続された回路によって分圧された結果であることに基づき、前記第1の電極と前記第2の電極との間に生じる電圧を検出することによって、前記第1の電線と前記第2の電線との間の交流電圧波形を間接的に測定することを特徴とする非接触電圧測定プローブ。
A non-contact voltage measurement probe for measuring an alternating voltage waveform applied between two wires,
A cylindrical first electrode surrounding the first electric wire, the first electrode installed so as not to be electrically connected to the first electric wire;
A cylindrical second electrode surrounding the second electric wire, the second electrode installed so as not to be electrically connected to the second electric wire;
A voltage measuring device for measuring a voltage between the first electrode and the second electrode;
A first shield electrode having a cylindrical shape surrounding the outside of the first electrode, the first shield electrode installed so as not to be electrically connected to the first electric wire and the first electrode;
Means for electrically connecting the first shield electrode and the second electrode;
With
The voltage measured by the voltage measuring device is a voltage generated between the first electric wire and the second electric wire, and a capacitance C1 between the first electric wire and the first electrode; The capacitance C2 between the second electric wire and the second electrode and the input impedance in which the input capacitance Cp and the input resistance Rp of the voltage measuring device are connected in parallel are separated by a circuit connected in series. An AC voltage between the first electric wire and the second electric wire by detecting a voltage generated between the first electrode and the second electrode on the basis of the pressed result. A non-contact voltage measuring probe characterized by indirectly measuring a waveform.
2本の電線の線間に加わる交流電圧波形を測定するための非接触電圧測定プローブであって、A non-contact voltage measurement probe for measuring an alternating voltage waveform applied between two wires,
第1の電線を囲む円筒形の第1の電極であって、前記第1の電線とは電気的に接続しないよう設置した第1の電極と、A cylindrical first electrode surrounding the first electric wire, the first electrode installed so as not to be electrically connected to the first electric wire;
第2の電線を囲む円筒形の第2の電極であって、前記第2の電線とは電気的に接続しないように設置した第2の電極と、A cylindrical second electrode surrounding the second electric wire, the second electrode installed so as not to be electrically connected to the second electric wire;
前記第1の電極と前記第2の電極との間の電圧を測定する電圧測定器と、A voltage measuring device for measuring a voltage between the first electrode and the second electrode;
前記第1の電極の外側を囲む円筒形の第1のシールド電極であって、前記第1の電線および前記第1の電極と電気的に接続しないように設置した第1のシールド電極と、A first shield electrode having a cylindrical shape surrounding the outside of the first electrode, the first shield electrode installed so as not to be electrically connected to the first electric wire and the first electrode;
前記第2の電極の外側を囲む円筒形の第2のシールド電極であって、前記第2の電線および前記第2の電極と電気的に接続しないように設置した第2のシールド電極と、A second shield electrode having a cylindrical shape surrounding the outside of the second electrode, the second shield electrode installed so as not to be electrically connected to the second electric wire and the second electrode;
前記第1のシールド電極と前記第2のシールド電極とを電気的に接続する手段と、Means for electrically connecting the first shield electrode and the second shield electrode;
を備え、With
前記電圧測定器によって測定された電圧が、前記第1の電線と前記第2の電線との間に生じる電圧が前記第1の電線と前記第1の電極との間の静電容量C1と、前記第2の電線と前記第2の電極との間の静電容量C2と、前記電圧測定器の入力容量Cpおよび入力抵抗Rpが並列接続された入力インピーダンスとが直列に接続された回路によって分圧された結果であることに基づき、前記第1の電極と前記第2の電極との間に生じる電圧を検出することによって、前記第1の電線と前記第2の電線との間の交流電圧波形を間接的に測定することを特徴とする非接触電圧測定プローブ。The voltage measured by the voltage measuring device is a voltage generated between the first electric wire and the second electric wire, and a capacitance C1 between the first electric wire and the first electrode; The capacitance C2 between the second electric wire and the second electrode and the input impedance in which the input capacitance Cp and the input resistance Rp of the voltage measuring device are connected in parallel are separated by a circuit connected in series. An AC voltage between the first electric wire and the second electric wire by detecting a voltage generated between the first electrode and the second electrode on the basis of the pressed result. A non-contact voltage measuring probe characterized by indirectly measuring a waveform.
2本の電線の線間に加わる交流電圧を測定するための非接触電圧測定プローブであって、
第1の電線を囲む円筒形の第1の電極であって、前記第1の電線とは電気的に接続しないよう設置した第1の電極と、
第2の電線を囲む円筒形の第2の電極であって、前記第2の電線とは電気的に接続しないように設置した第2の電極と、
前記第1の電極の外側を囲む円筒形の第1のシールド電極であって、前記第1の電線および前記第1の電極と電気的に接続しないように設置した第1のシールド電極と、
前記第2の電極の外側を囲む円筒形の第2のシールド電極であって、前記第2の電線および前記第2の電極と電気的に接続しないように設置した第2のシールド電極と、
前記第1のシールド電極と前記第2のシールド電極とを電気的に接続する手段と、
前記第1の電極と前記第1のシールド電極との間の電圧を測定する第1の電圧測定器と、
前記第2の電極と前記第2のシールド電極との間の電圧を測定する第2の電圧測定器と、
を備え、
前記第1の電圧測定器により測定した電圧と前記第2の電圧測定器により測定した電圧との差分が、前記第1の電線と前記第2の電線との間に生じる電圧が前記第1の電線と前記第1の電極との間の静電容量C1と、前記第2の電線と前記第2の電極との間の静電容量C2と、前記第1の電圧測定器の入力容量Cp1および入力抵抗Rp1が並列接続された第1の入力インピーダンスと、前記第2の電圧測定器の入力容量Cp2および入力抵抗Rp2が並列接続された第2の入力インピーダンスとが直列に接続された回路によって分圧された結果であることに基づき、前記第1の電線と前記第2の電線との間の交流電圧波形を間接的に測定することを特徴とする非接触電圧測定プローブ。
A non-contact voltage measuring probe for measuring an alternating voltage applied between two wires,
A cylindrical first electrode surrounding the first electric wire, the first electrode installed so as not to be electrically connected to the first electric wire;
A cylindrical second electrode surrounding the second electric wire, the second electrode installed so as not to be electrically connected to the second electric wire;
A first shield electrode having a cylindrical shape surrounding the outside of the first electrode, the first shield electrode installed so as not to be electrically connected to the first electric wire and the first electrode;
A second shield electrode having a cylindrical shape surrounding the outside of the second electrode, the second shield electrode installed so as not to be electrically connected to the second electric wire and the second electrode;
Means for electrically connecting the first shield electrode and the second shield electrode;
A first voltage measuring device for measuring a voltage between the first electrode and the first shield electrode;
A second voltage measuring device for measuring a voltage between the second electrode and the second shield electrode;
With
The difference between the voltage measured by the first voltage measuring instrument and the voltage measured by the second voltage measuring instrument is the voltage generated between the first electric wire and the second electric wire. A capacitance C1 between the electric wire and the first electrode, a capacitance C2 between the second electric wire and the second electrode, an input capacitance Cp1 of the first voltage measuring device, and A first input impedance in which the input resistor Rp1 is connected in parallel and a second input impedance in which the input capacitor Cp2 and the input resistor Rp2 of the second voltage measuring device are connected in parallel are separated by a circuit connected in series. A non-contact voltage measuring probe that indirectly measures an alternating voltage waveform between the first electric wire and the second electric wire based on the pressed result.
前記第1の電線と前記第1の電極との間の静電容量をC10、前記第1の電極と前記第1のシールド電極との間の静電容量をC11、前記第2の電線と前記第2の電極との間の静電容量をC20、前記第2の電極と前記第2のシールド電極との間の静電容量をC21としたとき、それらが
C10/C11=C20/C21
の関係を満たすよう構成されたことを特徴とする請求項又はに記載の非接触電圧測定プローブ。
The capacitance between the first wire and the first electrode is C10, the capacitance between the first electrode and the first shield electrode is C11, the second wire and the Assuming that the capacitance between the second electrode is C20 and the capacitance between the second electrode and the second shield electrode is C21, they are C10 / C11 = C20 / C21.
Non-contact voltage measurement probe according to claim 2 or 3, characterized in that it is configured to satisfy a relationship.
前記電圧測定器は、出力インピーダンスが入力インピーダンスよりも低くなるよう構成されたバッファ回路を備えたことを特徴とする請求項に記載の非接触電圧測定プローブ。
The non-contact voltage measuring probe according to claim 3 , wherein the voltage measuring device includes a buffer circuit configured such that an output impedance is lower than an input impedance.
前記電圧測定器の出力信号から所望の周波数帯域より高い周波数成分を除去するローパスフィルタを備えたことを特徴とする請求項1乃至のいずれかに記載の非接触電圧測定プローブ。
Non-contact voltage measurement probe according to any one of claims 1 to 5, characterized in that a low-pass filter for removing frequency components higher than a desired frequency band from the output signal of the voltage measuring device.
第1の電線を囲む円筒形の第1の電極であって、前記第1の電線とは電気的に接続しないよう設置した第1の電極と、
第2の電線を囲む円筒形の第2の電極であって、前記第2の電線とは電気的に接続しないように設置した第2の電極と、
前記第1の電極の外側を囲む円筒形の第1のシールド電極であって、前記第1の電線および前記第1の電極と電気的に接続しないように設置した第1のシールド電極と、
前記第2の電極の外側を囲む円筒形の第2のシールド電極であって、前記第2の電線および前記第2の電極と電気的に接続しないように設置した第2のシールド電極と、
前記第1のシールド電極と前記第2のシールド電極とを電気的に接続する手段と、
前記第1の電極と前記第1のシールド電極との間の電圧を測定する第1の電圧測定器と、
前記第2の電極と前記第2のシールド電極との間の電圧を測定する第2の電圧測定器とを備えた非接触電圧測定プローブを用いて、
2本の電線の線間に加わる交流電圧を測定するための非接触電圧測定方法であって、
前記第1の電圧測定器により測定した電圧と前記第2の電圧測定器により測定した電圧との差分が、前記第1の電線と前記第2の電線との間に生じる電圧が前記第1の電線と前記第1の電極との間の静電容量C1と、前記第2の電線と前記第2の電極との間の静電容量C2と、前記第1の電圧測定器の入力容量Cp1および入力抵抗Rp1が並列接続された第1の入力インピーダンスと、前記第2の電圧測定器の入力容量Cp2および入力抵抗Rp2が並列接続された第2の入力インピーダンスとが直列に接続された回路によって分圧された結果であることに基づき、前記第1の電線と前記第2の電線との間の交流電圧波形を間接的に測定することを特徴とする非接触電圧測定方法。
A cylindrical first electrode surrounding the first electric wire, the first electrode installed so as not to be electrically connected to the first electric wire;
A cylindrical second electrode surrounding the second electric wire, the second electrode installed so as not to be electrically connected to the second electric wire;
A first shield electrode having a cylindrical shape surrounding the outside of the first electrode, the first shield electrode installed so as not to be electrically connected to the first electric wire and the first electrode;
A second shield electrode having a cylindrical shape surrounding the outside of the second electrode, the second shield electrode installed so as not to be electrically connected to the second electric wire and the second electrode;
Means for electrically connecting the first shield electrode and the second shield electrode;
A first voltage measuring device for measuring a voltage between the first electrode and the first shield electrode;
Using a non-contact voltage measuring probe comprising a second voltage measuring device for measuring a voltage between the second electrode and the second shield electrode,
A non-contact voltage measuring method for measuring an alternating voltage applied between two wires,
The difference between the voltage measured by the first voltage measuring instrument and the voltage measured by the second voltage measuring instrument is the voltage generated between the first electric wire and the second electric wire. A capacitance C1 between the electric wire and the first electrode, a capacitance C2 between the second electric wire and the second electrode, an input capacitance Cp1 of the first voltage measuring device, and A first input impedance in which the input resistor Rp1 is connected in parallel and a second input impedance in which the input capacitor Cp2 and the input resistor Rp2 of the second voltage measuring device are connected in parallel are separated by a circuit connected in series. A non-contact voltage measuring method characterized by indirectly measuring an AC voltage waveform between the first electric wire and the second electric wire based on the pressed result.
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