特開 2022-144769 検出装置並びに絶縁抵抗試験方法およびシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022144769

(43)【公開日】2022-10-03

(54)【発明の名称】検出装置並びに絶縁抵抗試験方法およびシステム

(51)【国際特許分類】

   G01F 23/00 20220101AFI20220926BHJP

   G01F 23/26 20220101ALN20220926BHJP

【ＦＩ】

G01F23/00 Z

G01F23/26 B

【審査請求】有

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021045925

(22)【出願日】2021-03-19

(71)【出願人】

【識別番号】390000011

【氏名又は名称】ＪＦＥアドバンテック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106518

【弁理士】

【氏名又は名称】松谷 道子

(74)【代理人】

【識別番号】100111039

【弁理士】

【氏名又は名称】前堀 義之

(72)【発明者】

【氏名】澤邉 祐樹

(72)【発明者】

【氏名】藤本 茂樹

(72)【発明者】

【氏名】川原 眞博

【テーマコード（参考）】

2F014

【Ｆターム（参考）】

2F014AA16

2F014EB02

(57)【要約】

【課題】アース接続しても電食等の問題を発生させることのない耐雷性に優れた検出装置を提供する。
【解決手段】検出装置は、アースラインＥＬを介して接地された検出器１と、前記検出器１での検出信号を受信する受信器２と、前記アースラインの途中に接続され、アース電圧よりも大きく、サージ電圧よりも小さいブレークダウン電圧を有する切換器１４と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

アースラインを介して接地された検出器と、
前記検出器での検出信号を受信する受信器と、
前記アースラインの途中に接続され、アース電圧よりも大きく、サージ電圧よりも小さいブレークダウン電圧を有する切換器と、
を備える、検出装置。

【請求項2】

前記ブレークダウン電圧は、絶縁抵抗計の印加電圧よりも小さい、請求項１に記載の検出装置。

【請求項3】

前記切換器は、サージアブソーバダイオードである、請求項１又は２に記載の検出装置。

【請求項4】

前記検出器と受信器とを接続するケーブルを備え、
前記検出器は、導電材料からなる筐体を備え、
前記ケーブルは、信号線の周囲に導電材料からなるシールドを備え、
前記サージアブソーバダイオードの端子が、前記シールドと前記検出器の筐体とに電気接続されている、請求項３に記載の検出装置。

【請求項5】

前記検出器は、液中に配置される水位検出計であり、
前記受信器は、地上に配置される中継器及び変換器である、請求項１から４のいずれか１項に記載の検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、検出装置として、例えば、水位を検出するための投込圧力式水位計が公知である（例えば、特許文献１参照）。この種の水位計は、上下水道施設の水路、河川等、主として屋外で使用されるため、アース接続して耐雷性を高めるのが望ましい。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平１１－２０１８００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明者らは、単に水位計をアース接続するだけでは、アース電流が流れることにより、検出器の金属部分が電食されるという課題が発生することを知悉するに至った。

【0005】

そこで、本発明は、アース接続しても電食等の問題を発生させることのない耐雷性に優れた検出装置を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、前記課題を解決するための手段として、アースラインを介して接地された検出器と、前記検出器での検出信号を受信する受信器と、前記アースラインの途中に接続され、アース電圧よりも大きく、サージ電圧よりも小さいブレークダウン電圧を有する切換器と、を備える、検出装置を提供する。

【0007】

この構成によれば、アース電圧よりも大きいブレークダウン電圧を有する切換器により、検出器からアースラインを介してアース電流が流れることがない。したがって、検出器の金属部分が電食により損傷することを回避することができる。一方、ブレークダウン電圧はサージ電圧よりも小さいため、落雷等により雷サージが発生したときは、アースラインを介して電流を逃がすことができ、検出器の電子機器が損傷することを防止可能となる。つまり、耐雷性に優れている。

【0008】

前記ブレークダウン電圧は、絶縁抵抗計の印加電圧よりも小さいのが好ましい。

【0009】

この構成によれば、絶縁抵抗計により検出器に電圧を印加すれば、切換器での通電が可能となり、アースラインを介して電流が流れ、検出器での漏電状態を検出することができる。

【0010】

前記切換器は、サージアブソーバダイオードであればよい。

【0011】

前記検出器と受信器とを接続するケーブルを備え、前記検出器は、導電材料からなる筐体を備え、前記ケーブルは、信号線の周囲に導電材料からなるシールドを備え、前記サージアブソーバダイオードの端子が、前記シールドと前記検出器の筐体とに電気接続されていればよい。

【0012】

この構成によれば、編組シールドと筐体との間にサージアブソーバダイオードを電気接続するだけで、簡単に電食することのない耐雷性に優れた構成を提供することができる。

【0013】

前記検出器は、液中に配置される水位検出計であり、前記受信器は、地上に配置される中継器及び変換器であってもよい。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、切換器がアースラインの途中に接続され、アース電圧よりも大きく、サージ電圧よりも小さいブレークダウン電圧を有するので、アース接続しても電食等の問題を発生させることのない耐雷性に優れた構成とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本実施形態に係る検出装置の概略説明図。

【図2】図１の検出器の断面図。

【図3】図２の中空ケーブルの断面図。

【図4】図１の検出装置で絶縁抵抗試験を実施する場合の概略説明図。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明に係る実施形態を添付図面に従って説明する。なお、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物、あるいは、その用途を制限することを意図するものではない。また、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは相違している。

【0017】

図１は、本実施形態に係る検出装置を示す。この検出装置は、検出器１と受信器２とを備える。

【0018】

検出器１は、例えば、投込圧力式水位計である。投込圧力式水位計の基本的構成は従来同様である（例えば、特開平１１－２０１８００号公報参照）。投込圧力式水位計では、図２に示すように、導体である金属製の筐体３内が、中心孔７ａを有する仕切壁７によって上方室４と下方室５とに分割されている。上方室４には差動トランス６が配置されている。差動トランス６は、仕切壁７の上面に接合される筒体８を備える。筒体８は、金属製の導体であり、下方側にコイル９が配置されている。仕切壁７の下面にはベローズ１０が接合されている。ベローズ１０の下端上面と仕切壁７の下面との間にはスプリング１０ａが配置されている。これにより、ベローズ１０は下方側に向かって突出するように付勢される。ベローズ１０の下端上面には鉄心１１が一体化されている。鉄心１１は、ベローズ１０から中心孔７ａを介して筒体８内へと延び、先端部はコイル９内に位置している。なお、１２は、検出器１を保護するための枠体である。

【0019】

前記構成の検出器１では、ベローズ１０に水頭圧が作用して変形すると、ベローズ１０と共に鉄心１１が上下方向に変位する。鉄心１１の変位は周囲に配置したコイル９によって電気信号に変換される。変換された電気信号は、後述する信号線１３ａ、１３ｂから受信器２に出力される。

【0020】

本実施形態では、検出器１と受信器２の間には中空ケーブル１３が接続されている。中空ケーブル１３は、例えば、図３に示すように、２本の信号線１３ａ、１３ｂと１本の大気圧導入パイプ１３ｃの周囲を、押え巻テープ１３ｄ、編組シールド１３ｅ（例えば、スズメッキ軟鋼編組）及びシース１３ｆ（例えば、耐熱性ビニルシース）で被覆した構成である。

【0021】

編組シールド１３ｅには、図１及び図２に示すように、切換器１４が電気接続されている。切換器１４には、ツェナーダイオード、バリスタ、サージアブソーバダイオード等のサージアブソーバを使用することができる。本実施形態では、切換器１４には、サージアブソーバダイオード（以下、ＳＡＤと記載する。）が使用されている。ＳＡＤ１４の一端が編組シールド１３ｅに電気接続され、ＳＡＤ１４の他端が検出器１の筐体３に電気接続されている。これにより、検出器１を液中に投げ込んだ状態で、編組シールド１３ｅとアースとの間には、ＳＡＤ１４、筐体３及び液体で構成されるアースラインが形成される。なお、ＳＡＤ１４の接続は、既存の検出器１に対しても簡単に行うことができる。具体的には、シース１３ｆの一部を剥がし、露出した編組シールド１３ｅを束ねてＳＡＤ１４の一端を接続してハンダ付けし、ＳＡＤ１４の他端を差動トランス６の筒体８にネジ止めすればよい。

【0022】

受信器２は、中継器１５と変換器１６とを備える。中継器１５と変換器１６とは、ＣＶＶＳ等の伝送ケーブルや中空ケーブルを含む一般的なケーブル１７によって接続されている。ケーブル１７は、詳細については図示しないが、信号線の周囲を編組シールド及びシース等で被覆したものである。

【0023】

中継器１５は、詳細については図示しないが、筐体１５ａ内に基板を配置したものである。中継器１５には、中空ケーブル１３及びケーブル１７が接続されている。中空ケーブル１３の信号線１３ａ、１３ｂ及びケーブル１７の信号線は基板に接続され、中空ケーブル１３の大気圧導入パイプ１３ｃは中継器１５の筐体１５ａ内に連通されている。中空ケーブル１３の編組シールド１３ｅは第１アース線１８を介して接地されている。ケーブル１７の編組シールド１７ａは、第２アース線１９を介して接地されている。第１アース線１８は、例えば、スイッチＳＷにより第２アース線１９と、筐体１５ａに設けた第１端子１５ｂとに切替可能とすればよい。筐体１５ａには、中空ケーブル１３の信号線１３ａ、１３ｂにつながる第２端子１５ｃが設けられている。第１端子１５ｂと第２端子１５ｃには、後述する絶縁抵抗計２１の両端子をそれぞれ接続可能となっている。スイッチＳＷを切り替えて絶縁抵抗計２１を接続するだけで、絶縁抵抗の測定作業を容易に行うことができる。

【0024】

変換器１６は、詳細については図示しないが、筐体１６ａ内に電源基板が配置され、中継器１５とはケーブル１７によって接続されている。ケーブル１７内の信号線を介して中継器１５に電力を供給可能となっている。ケーブル１７の編組シールド１７ａは第３アース線２０を介して接地されている。変換器１６は、測定した水圧や、この水圧に基づいて演算した水位等を表示する表示部を備えてもよい。

【0025】

次に、前記構成からなる検出装置の使用方法について説明する。

【0026】

水位を測定する場合、検出器１を液中に配置する。液中に配置することにより、ベローズ１０が変位して鉄心１１が移動し、その周囲に配置したコイル９で電気信号に変換される。電気信号は、信号線を介して中継器１５へと送信される。中継器１５に入力された電気信号は変換器１６へと出力され、検出された水位が表示又は電圧・電流信号として出力される。

【0027】

検出装置では、アースラインにＳＡＤ１４が接続されている。検出器１と中継器１５の電位差から検出器１の金属部分に帯電することがある。このとき発生するアース電圧は０．１Ｖから１０Ｖである。これに対し、ＳＡＤ１４には、ブレークダウン電圧がアース電圧よりも大きい値、例えば、１０Ｖから５０Ｖであるものを使用している（実際には、アース電圧の最大値である１０Ｖよりも十分に大きいブレークダウン電圧を有するＳＡＤ１４を使用している。）。このため、アースラインをアース電流が流れることはない。したがって、アース電流により、検出器１の金属部分に電食は発生しない。

【0028】

また検出装置では、落雷等による雷サージが発生することがある。サージ電圧は、１００Ｖ以上の範囲が想定される。ＳＡＤ１４のブレークダウン電圧は、前述の通り、１０Ｖから５０Ｖであり、サージ電圧よりも小さい値である。サージ電圧よりもＳＡＤ１４のブレークダウン電圧が小さいため、アースラインを介して雷サージがアースへと流れる。このため、雷サージにより検出器１が損傷することがない。つまり、優れた耐雷性能を発揮する。

【0029】

ところで、検出装置では、定期的に検出器１内で漏電が発生していないか否かを確認するための絶縁抵抗試験を行う必要がある。

【0030】

絶縁抵抗試験は、図４に示すように、検出器１を液中から引き上げた状態で、中継器１５の第１端子及び第２端子に絶縁抵抗計２１を接続することにより行う。絶縁抵抗試験では、絶縁抵抗計２１により第１端子１５ｂと第２端子１５ｃとの間に電圧を印加する。印加電圧は、ブレークダウン電圧よりも大きく、サージ電圧よりも小さい値、例えば、１０Ｖから１００Ｖである。ブレークダウン電圧は、１０Ｖから５０Ｖの範囲とすることができるので、絶縁抵抗計２１による印加電圧には、この値と判別可能となる大きな値が選択される。これにより、第１端子から編組シールド１３ｅを介して電気接続された筐体３と、第２端子に接続される信号線１３ａ、１３ｂとの間で、絶縁抵抗の測定が可能となる。測定される絶縁抵抗が予め設定した基準値よりも大きければ、筐体３と信号線１３ａ、１３ｂとの間には所望の絶縁が確保されており、検出器１の絶縁状態は良好であると判断する。一方、測定される絶縁抵抗が基準値よりも小さければ、信号線１３ａ、１３ｂと編組シールド１３ｅが短絡したり、検出器１内に液体が流入し、滞留したりして、絶縁性が確保されていない状態であると判断する。この場合、ユーザやサービスマンに音声や表示等で警告するようにしてもよい。

【0031】

前記検出装置によれば、次のような効果を奏する。
（１）検出器１に切換器１４を接続しただけであるので、検出装置を構成が簡単で安価に製作することができる。また、切換器１４は既存の検出器１にも簡単に取り付けることができる。
（２）切換器１４は、アース電圧では導通しないので、検出器１からのアース電流で金属部分が電食されることがない。特に、検出器１と中継器１５とを接続する中空ケーブル１３が長い場合、電位差が大きくなってアース電流が流れやすくなるが、そのようなアース電流を切換器１４によって確実に遮断することができる。
（３）切換器１４は、落雷等が原因で発生するサージ電圧では通電するので、サージ電流をアースへと逃がすことができ、検出器１の損傷を防止することができる。つまり、耐雷性能に優れた構成とすることが可能となる。
（４）切換器１４は、絶縁抵抗計に接続して電圧を印加することにより導通するので、検出器１の絶縁抵抗試験を行うことができる。
（５）検出器１は、コイル９等を内蔵するだけの簡単な構成である。そして、電子機器としては、新たに搭載するＳＡＤ１４のみである。したがって、川や池等に投下される等の乱暴な取り扱いであっても故障しにくい。特に、サージ電圧が印加された場合であっても、そもそも故障する電子部品がない。

【0032】

なお、本発明は、前記実施形態に記載された構成に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。

【0033】

前記実施形態では、検出器１の例として投込圧力式水位計の例について説明したが、これに限らず、圧力検出、温度検出等、他の検出器１であっても同様に、前記構成の変換器１６を採用することが可能である。

【符号の説明】

【0034】

１ 検出器
２ 受信器
３ 筐体
４ 上方室
５ 下方室
６ 差動トランス
７ 仕切壁
８ 筒体
９ コイル
１０ ベローズ
１１ 鉄心
１２ 枠体
１３ 中空ケーブル
１３ａ、１３ｂ 信号線
１３ｃ 大気圧導入パイプ
１３ｄ 押え巻テープ
１３ｅ 編組シールド
１３ｆ シース
１４ 切換器
１５ 中継器
１５ａ 筐体
１５ｂ 第１端子
１５ｃ 第２端子
１６ 変換器
１７ ケーブル
１８ 第１アース線
１９ 第２アース線
２０ 第３アース線
２１ 絶縁抵抗計

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【手続補正書】

【提出日】2022-06-10

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

アースラインを介して接地された検出器と、
前記検出器での検出信号を受信し、接地された受信器と、
前記アースラインとの間で電気的な絶縁が確保されるようにして設けられ、前記検出信号を前記検出器から前記受信器に送信する信号線と、
前記アースラインの途中に接続され、アース電圧よりも大きく、サージ電圧よりも小さいブレークダウン電圧を有する切換器と、
を備える、検出装置。

【請求項2】

前記切換器は、サージアブソーバダイオードである、請求項１に記載の検出装置。

【請求項3】

アースラインを介して接地された検出器と、
前記検出器での検出信号を受信する受信器と、
前記アースラインの途中に接続され、アース電圧よりも大きく、サージ電圧よりも小さいブレークダウン電圧を有するサージアブソーバダイオードと、
前記検出器と前記受信器とを接続するケーブルとを備え、
前記検出器は、導電材料からなる筐体を備え、
前記ケーブルは、信号線の周囲に導電材料からなるシールドを備え、
前記サージアブソーバダイオードの端子が、前記シールドと前記検出器の前記筐体とに電気接続されている、検出装置。

【請求項4】

前記検出器は、液中に配置される水位検出計であり、
前記受信器は、地上に配置される中継器及び変換器である、請求項１から３のいずれか１項に記載の検出装置。

【請求項5】

アースラインを介して接地された検出器と、
前記検出器での検出信号を受信し、接地された受信器と、
前記アースラインとの間で電気的な絶縁が確保されるようにして設けられ、前記検出信号を前記検出器から前記受信器に送信する信号線と、
前記アースラインの途中に接続され、アース電圧よりも大きく、サージ電圧よりも小さいブレークダウン電圧を有する切換器と、を備える検出装置を準備し、
前記アースラインと接続された第１端子、および前記信号線と接続された第２端子に絶縁抵抗計を接続し、
前記絶縁抵抗計により前記第１端子と前記第２端子との間に前記ブレークダウン電圧よりも大きい印加電圧を印加し、前記アースラインと前記信号線との間の絶縁抵抗を測定する、絶縁抵抗試験方法。

【請求項6】

請求項１から４のいずれか１項に記載の検出装置と、
前記ブレークダウン電圧よりも大きい印加電圧を前記アースラインと前記信号線との間に印加する絶縁抵抗計と、を備える、
絶縁抵抗試験システム。

【手続補正3】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００１

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0001】

本発明は、検出装置、並びに絶縁抵抗試験方法およびシステムに関する。

【手続補正4】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００６

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0006】

本発明の一態様は、アースラインを介して接地された検出器と、前記検出器での検出信号を受信し、接地された受信器と、前記アースラインとの間で電気的な絶縁が確保されるようにして設けられ、前記検出信号を前記検出器から前記受信器に送信する信号線と、前記アースラインの途中に接続され、アース電圧よりも大きく、サージ電圧よりも小さいブレークダウン電圧を有する切換器と、を備える、検出装置を提供する。

【手続補正5】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００８

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0008】

本発明の別の態様は、上記の検出装置を準備し、前記アースラインと接続された第１端子、および前記信号線と接続された第２端子に絶縁抵抗計を接続し、前記絶縁抵抗計により前記第１端子と前記第２端子との間に前記ブレークダウン電圧よりも大きい印加電圧を印加し、前記アースラインと前記信号線との間の絶縁抵抗を測定する、絶縁抵抗試験方法を提供する。また、本発明の別の態様は、上記の検出装置と、前記ブレークダウン電圧よりも大きい印加電圧を前記アースラインと前記信号線との間に印加する絶縁抵抗計と、を備える、絶縁抵抗試験システムを提供する。

【手続補正6】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１１

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0011】

本発明の別の態様は、アースラインを介して接地された検出器と、前記検出器での検出信号を受信する受信器と、前記アースラインの途中に接続され、アース電圧よりも大きく、サージ電圧よりも小さいブレークダウン電圧を有するサージアブソーバダイオードと、前記検出器と前記受信器とを接続するケーブルとを備え、前記検出器は、導電材料からなる筐体を備え、前記ケーブルは、信号線の周囲に導電材料からなるシールドを備え、前記サージアブソーバダイオードの端子が、前記シールドと前記検出器の前記筐体とに電気接続されている、検出装置を提供する。