特開 2023-150792 交流設備の電圧充電表示装置

(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】P2023150792

(43)【公開日】2023-10-16

(54)【発明の名称】交流設備の電圧充電表示装置

(51)【国際特許分類】

   G01R 19/155 20060101AFI20231005BHJP

【ＦＩ】

G01R19/155

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022060072

(22)【出願日】2022-03-31

(71)【出願人】

【識別番号】000141060

【氏名又は名称】株式会社関電工

(71)【出願人】

【識別番号】500285727

【氏名又は名称】三和電気計器株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】597019609

【氏名又は名称】株式会社 シーディエヌ

(74)【代理人】

【識別番号】100075410

【弁理士】

【氏名又は名称】藤沢 則昭

(74)【代理人】

【識別番号】100135541

【弁理士】

【氏名又は名称】藤沢 昭太郎

(72)【発明者】

【氏名】大浦 洋治

(72)【発明者】

【氏名】於保 健一

(72)【発明者】

【氏名】澤田 真克

(72)【発明者】

【氏名】小島 正巳

(72)【発明者】

【氏名】関根 隆好

(72)【発明者】

【氏名】野田 龍三

(72)【発明者】

【氏名】松尾 和顕

【テーマコード（参考）】

2G035

【Ｆターム（参考）】

2G035AA21

2G035AB04

2G035AC03

2G035AD13

2G035AD20

2G035AD23

2G035AD56

(57)【要約】

【課題】ケーブルや電気機器など交流電源で使用されるもの（以下、交流設備という）に装着するだけで交流電圧が印加されていることを表示・警報する交流設備の電圧充電表示装置を提供する。
【解決手段】交流設備の電圧充電表示する装置において、検知回路の第１電極１で交流設備Ｋに印加された電圧を測定し、同回路の第２電極２で大地Ｇに対する電圧を測定し、これらの第１電極１の電位と第２電極２の電位差により流れる電流を前記検知回路４で捉えて、大地Ｇから絶縁された交流設備に電圧が印加された際、前記検知回路４から導出された出力を表示、警報する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

交流設備の電圧充電表示装置において、検知回路は交流設備に印加された電圧を測定対象とした第１電極と、大地に対する電圧を測定対象とした第２電極とを有し、前記交流設備に電圧が印加された際前記検知回路から信号を出力する回路を備え、前記第１電極は交流設備との間に誘電体を介して一定面積を有する板から成り、第２電極は前記第１電極に対する垂直投影面積を小さくし、かつ、大地に対する面積を大きくした形状としたことを特徴とする、交流設備の電圧充電表示装置。

【請求項2】

交流設備の電圧充電表示装置において、検知回路は交流設備に印加された電圧を測定対象とした第２電極と、大地に対する電圧を測定対象とした第１電極とを有し、前記交流設備に電圧が印加された際前記検知回路から信号を出力する回路を備え、前記第１電極は大地との間に誘電体を介して一定面積を有する板から成り、第２電極は前記第１電極に対する垂直投影面積を小さくし、かつ、交流設備の充電部に対する面積を大きくした形状としたことを特徴とする、交流設備の電圧充電表示装置。

【請求項3】

前記交流設備の間に介在する誘電体は、前記第１電極、第２電極を収納する絶縁容器と、交流設備の絶縁を保つための筐体や被覆の内の何れかであることを特徴とする、請求項１又は２に記載の交流設備の電圧充電表示装置。

【請求項4】

前記第１電極は平板とし、前記第２電極は第１電極の平板の上に起立したポール形状であることを特徴とする、請求項１～３のいずれかに記載の交流設備の電圧充電表示装置。

【請求項5】

前記第１電極は平板とし、前記第２電極は第１電極の平板の上に起立した円筒形状であることを特徴とする、請求項１～３のいずれかに記載の交流設備の電圧充電表示装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、ケーブルや電気機器など交流電源が使用されているもの（以下、交流設備という）に交流電圧が印加されていることを表示又は警報する交流設備の電圧充電表示装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

この電圧充電表示装置は、電気設備並びに電気設備工事においては感電防止のため、また、コンセントや電気機器などの充電表示は電気が通電されているか否かどうかの状態を視認できることを目的として設けている。

【0003】

従来、このような交流電圧充電状態を表示する電圧検知・表示機器としては、以下のものがある。

【0004】

交流設備に印加された電圧を、直接又は間接的に電圧源として表示装置を点灯させる接触型の電圧表示装置がある。これは印加された電圧源から電源を得るため、同電源と電気的に直接又は間接的に接続する必要がある。高電圧源の場合は、ＶＴ（変成器）が必要となる、機器のＡ種接地が必要となる、など設備が大がかりとなる。

【0005】

また、ケーブルを流れる電流によって電磁誘導の原理により表示装置を点灯させる非接触型の電流検知型の表示装置がある。この場合、充電したケーブルの電源とは非接触で検知可能だが、電流が流れていないと検知できない。つまり、電圧は印加されているが無負荷状態のときは検知できない。電気設備の定期点検などにおいては、このような状態が想定されるケースが多く、感電保護上用をなさない。

【0006】

また、静電容量結合の技術を用いた方法による非接触型の検電表示器や活線警報装置がある。これは図１０に示すように、大地と静電容量結合した人体を基準とし、被測定物である充電部に検電表示器の電極を接近させた際、充電部と検電表示器との静電容量Ｃ_０１１、検電器と作業者との間の静電容量Ｃ_０１２及び作業者と大地との静電容量Ｃ_０２を通じて流れる微小電流を検電表示器の検出回路が検出し、当該電流が一定値以上であれば、前記被測定物に電圧があると判定し、それを表示又は警報している。

【0007】

この方式の検電表示器は従来広く使用されており、特許文献１は検電表示器を手首に装着し、検電表示器本体から手先方向に電極を突出させたものであり、当該検電表示器を被測定物に接近させて検電するものである。また、特許文献２は工具の柄の部分に検電表示器の検電電極を密着させ、当該工具を握って作業者が工具を被測定物に接近させ、被測定物の電圧を検出、警報するものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開平８―２２０１５１号公報

【特許文献2】特許第６４６７４４７号公報

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

これらの検電表示器は電源→検知装置→人体→大地→電源の検知回路を構成する必要があり、当該検知回路に人体を介在させる必要がある。従って、作業者が交流設備やケーブル等の交流設備の電圧充電部に近づかなくても充電表示できる独立型の表示装置を構成することはできない。

【0010】

そこで、この発明は上述の課題を解決するため、交流設備の導電部に非接触で取り付けるだけで交流設備の電圧充電状況を表示する、持ち運びが可能で、交流設備であるケーブルや電気機器に取り付けが容易な装置を提供することを目的としたものである。

【課題を解決するための手段】

【0011】

具体的には、請求項１の発明は、交流設備の電圧充電表示装置において、検知回路は交流設備に印加された電圧を測定対象とした第１電極と、大地に対する電圧を測定対象とした第２電極とを有し、前記交流設備に電圧が印加された際前記検知回路から信号を出力する回路を備え、前記第１電極は交流設備との間に誘電体を介して一定面積を有する板から成り、第２電極は前記第１電極に対する垂直投影面積を小さくし、かつ、大地に対する面積を大きくした形状とした、交流設備の電圧充電表示装置とした。

【0012】

また、請求項２の発明は、交流設備の電圧充電表示装置において、検知回路は交流設備に印加された電圧を測定対象とした第２電極と、大地に対する電圧を測定対象とした第１電極とを有し、前記交流設備に電圧が印加された際前記検知回路から信号を出力する回路を備え、前記第１電極は大地との間に誘電体を介して一定面積を有する板から成り、第２電極は前記第１電極に対する垂直投影面積を小さくし、かつ、交流設備の充電部に対する面積を大きくした形状とした、交流設備の電圧充電表示装置とした。

【0013】

また、請求項３に発明は、前記交流設備との間に介在する誘電体は、前記第１電極、第２電極を収納する絶縁容器とケーブルの被覆や電気計器などの絶縁容器の内の何れかである、請求項１又は２に記載の交流設備の電圧充電表示装置とした。

【0014】

また、請求項４の発明は、前記第１電極は平板とし、前記第２電極は第１電極の平板の上に起立したポール形状である、請求項１～３のいずれかに記載の交流設備の電圧充電表示装置とした。

【0015】

また、請求項５の発明は、前記第１電極は平板とし、前記第２電極は第１電極の平板の上に起立した円筒形状である、請求項１～３のいずれかに記載の交流設備の電圧充電表示装置とした。

【発明の効果】

【0016】

請求項１又は２の発明によれば、交流設備のどこかに当該表示装置を取り付けておけば、当該表示装置を装着した交流設備に電圧が印加されると信号を出力する。従って、電気工事等において、作業者の失念によって充電部に近づいた場合でも、前記信号による表示や警報により注意喚起が可能となり、感電等の事故を未然に防ぐことが出来る。

【0017】

また、請求項３の発明によれば、前記ケーブルの被覆や電気機器などの絶縁容器は交流設備に必ず設けられているものであり、これらのいずれかに、第１電極と第２電極が収納された絶縁容器を装着すればよく、交流設備への装着が容易である。

【0018】

また、請求項４及び５の発明によれば、電極１と電極２との間に発生する電圧が大きくなり、交流設備に生じている電圧Ｖ_０２を確実に捉えることができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】（ａ）図はこの発明の実施の形態例１の表示装置の検知回路の原理を示す概略構成図、（ｂ）図は同等価回路図である。

【図2】（ａ）図はこの発明の実施の形態例１の表示装置の外観正面図、（ｂ）図は同表示装置の交流設備への装着状態図、（ｃ）図は同表示装置の電極の分解図である。

【図3】この発明の実施の形態例１の表示装置の第２電極の形状例を示す斜視図である。

【図4】この発明の実施の形態例１の表示装置の検知回路の構成図である。

【図5】この発明の実施の形態例２の表示装置の一例を示す概略縦断面図である。

【図6】この発明の実施の形態例２の表示装置の一例の電極を示す斜視図である。

【図7】この発明の実施の形態例２の表示装置の他の例を示す概略縦断面図である。

【図8】この発明の実施の形態例２の表示装置の他の例の電極を示す斜視図である。

【図9】（ａ）図はこの発明の実施の形態例３の表示装置の検知回路の原理を示す概略構成図、（ｂ）図は同等価回路図である。

【図10】従来の検電表示器の概略原理図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

（実施の形態例１）
以下、この発明の交流設備の電圧充電表示装置を図に基づいて説明する。

【0021】

図１の（ａ）図は、この発明の表示装置Ａの検知原理を示す概略構成図である。この表示装置Ａはケーブル等の交流設備Ｋに巻き付ける巻き付け型であり、第１電極１と第２電極２により構成されている。ここでＣ_１は交流設備Ｋと第１電極１間の静電容量、Ｃ_２１は第１電極１と第２電極２間の静電容量、Ｃ_２２は交流設備Ｋと第２電極２間の静電容量、Ｃ_３１は第１電極１と大地Ｇ又は接地された構造物間の静電容量、Ｃ_３２は第２電極２と大地Ｇ又は接地された構造物間の静電容量である。

【0022】

また、第１電極１と第２電極２の間に検知回路４が設けられている。そして、図２に示すように、巻き付け型の帯状体５の表面に前記第１電極１、第２電極２及び検知回路４（ただし、図２では図示省略）が取り付けられ、帯状体５の端部の表裏面に夫々設けた雄雌の面ファスナー５ａ、５ｂによって、交流設備Ｋに装着できるようになっている。なお、上記面ファスナー５ａ、５ｂに代えて、クリップで帯状体５を交流設備に取り付けるものでもよい。

【0023】

なお、静電容量Ｃは式１で表される。εは誘電率、Ｓは電極の面積、ｄは電極間の距離である。

【0024】

【数1】

【0025】

この表示装置Ａの全体の合成容量は、次式の式２となることが予想される。また、第１電極１と第２電極２の間に発生する電圧Ｖ_Ｃ２は式３となる。このＶ_Ｃ２が検出を可能にする電圧である。

【0026】

【数2】

【0027】

【数3】

【0028】

上記式３から、Ｃ_１を大きくし、かつＣ₂₁を小さくすれば、Ｖ_Ｃ２が大きくなり、検出に有効なＶ_Ｃ２を得ることが出来る。また、Ｃ_３２が大きければ、さらに有効なＶ_Ｃ２を得られる。また、Ｃ_２２が小さければ、検知回路４に流れる電流を大きくすることができ、検出に有利となる。

【0029】

そこで、上記Ｃ＝εＳ／ｄの「Ｓ」を大きくし、かつ、「ｄ」を小さくすることにより前記Ｃ_１を大きくする。このため第１電極１を、大きな面積を有し、かつ、交流設備Ｋに巻き付くような可とう性のある電極とし、第２電極２と接する電極形状を細くすることでＣ＝εＳ／ｄの「Ｓ」を小さくし、前記Ｃ_２１を小さくした。図２に示す第１電極１は両側の電極板１ａを四方形として面積を大きくし、これらの電極板１ａ、１ａを繋ぐ接続部１ｂを帯状の細い電極板とし、全体を可とう性を有するものとした。

【0030】

また、第２電極２は、第１電極１に対する垂直投影面積を小さくして上記「Ｓ」を小さくし、前記Ｃ_２１を小さくする。また、交流設備Ｋに対する垂直投影面積を小さくして上記「Ｓ」を小さくし、前記Ｃ_２２を小さくする。また、空間（大地）に対する面積（側面積）を確保し、これによってＣ_３２を大きくする。図２に示す第２電極２は円筒形状とし、前記第１電極１の接続部１ｂに起立させたものである。

【0031】

これらの構成によって、第１電極１と第２電極２の間に発生する電圧Ｖ_Ｃ２を大きくし、検出を可能にしている。また、前記第１電極１を交流設備Ｋに直に当てて密着させた場合、前記Ｃ_１は無限大となり、前記式３に示すようにＶ_ｃ２は大きくなり、感度が良くなる。

【0032】

なお、前記第１電極１の形状は図２に示すものに限らない。また、前記第２電極２の形状についても円筒形状に限らない。例えば、図３の（ａ）図に示すように円板形状のものや、図３の（ｂ）図に示すように、２枚の半円板を十字形状にクロスさせたものでも良い。また、図３の（ｃ）図は前記円筒形状の第２電極２を示す。これらの各第２電極２は夫々絶縁材から成る基板３を介して前記第１電極１の接続部１ｂに載置される。

【0033】

また、前記検知回路４の構成は、図４に示すように、前記第１電極１と第２電極２間のＣ_２１に流れる電流信号によって生じた電圧Ｖ_Ｃ２を増幅する増幅回路６、基準電圧発生回路７が夫々設けられ、前記増幅回路６の出力信号と前記基準電圧発生回路７の出力信号とを比較する比較回路８により、信号が出力された場合にのみ音声発生回路９及び点灯表示回路１０が作動する。また、当該検知回路４には電源１１を備えており、当該電源１１のスイッチ１２をオンにすることにより各回路に電源が供給される。

【0034】

次に、この発明の表示装置Ａによる交流設備Ｋの電圧充電状態を表示する方法の説明をする。
作業者は電気工事作業に際して、まず、当該表示装置Ａを交流設備Ｋに装着し、検知回路４のスイッチ１２をオンにする。図１の（ｂ）図に示すように、交流設備ＫはＶ_０２の電位とすると、第１電極１は電位Ｖ_０２から静電容量Ｃ_１を経由して分圧されて電位Ｖ_２となる。第２電極２の電圧は電位Ｖ_２により流出する電流がＣ_２１とＣ_３２によって分圧された電位となる。この流出電流ｉによって生じた静電容量Ｃ_２１間の電位差Ｖ_Ｃ２を検知回路４が検知し、流出電流ｉによる静電容量Ｃ_２１の電位差Ｖ_Ｃ２を増幅した出力信号が基準電圧より大きければ、音声発生回路９から警報音が発せられ、また、点灯表示回路１０が点灯する。これにより交流設備Ｋが充電されている状態であることが分かる。一方、前記スイッチ１２をオン状態にしていても、交流設備Ｋに電圧が印加されていなければ前記音声発生回路９及び点灯表示回路１０は作動しない。

【0035】

なお、上記実施の形態例１では表示装置Ａを巻き付け型としたが、これに限らず、交流設備Ｋのいずれかの箇所に装着されるものであれば良い。また、上記実施の形態例１では表示装置Ａを巻き付け型の帯状体５に取付けているが、これに限らず、第１電極１のみを交流設備Ｋに巻き付け、この第１電極１と第２電極２とを離して、第２電極２を別途交流設備Ｋの他の箇所に取付ける構成としてもよい。また、第１電極１は可とう性のある平板としたが、これに限らず、編組導体等、広く導体であればよい。

【0036】

（実施の形態例２）
次にこの発明の実施の形態例２の表示装置Ｂについて図５～図８に基づいて説明する。

【0037】

前記実施の形態例１では第１電極１を、大きな面積を有し、かつ、交流設備Ｋに巻き付くような可とう性のある電極とし、第２電極２と接する電極形状を細くすることでＣ＝εＳ／ｄの「Ｓ」を小さくし、前記Ｃ_２１を小さくした。しかしながら、第１電極を交流設備Ｋに密着させない場合でも前述の原理で検電が可能であることが分かった。これが実施の形態例２である。

【0038】

実施の形態例２における表示装置Ｂの一つの例は、図５及び図６に示すように、箱型の絶縁ケース１５の内部に円板から成る第１電極１６が収納され、当該第１電極１６の一面中央部に、垂直に棒状の第２電極１７が設けられ、さらに、これらの第１電極及び第２電極の間に電気的に接続された、実施の形態例１と同じ検知回路４が設けられている。また、前記絶縁ケース１５の側面にはクリップ１５ａが設けられている。

【0039】

また、実施の形態例２における表示装置Ｂの他の例は、図７及び図８に示すように、箱型の絶縁ケース１５の内部に円板から成る第１電極１８が収納され、当該第１電極１８の一面中央部に、垂直に筒状の第２電極１９が設けられ、さらに、これらの第１電極及び第２電極の間に電気的に接続された、実施の形態例１と同じ検知回路４が設けられている。また、前記絶縁ケース１５の側面にはクリップ１５ａが設けられている。

【0040】

（実施の形態例３）
次にこの発明の実施の形態例３の表示装置Ｃについて図９に基づいて説明する。この実施の形態例３の表示装置Ｃは、前記表示装置Ａの第１電極１と第２電極の２の位置を入れ替えたものであり、検知回路４は前記図４と同じものを用いる。

【0041】

図９の（ａ）図は、この発明の表示装置Ｃの検知原理を示す概略構成図である。この表示装置Ｃはケーブル等の交流設備Ｋに取り付けるものであり、ここでＣ_１は交流設備Ｋと第２電極１間の静電容量、Ｃ_２１は第２電極２と第１電極１間の静電容量、Ｃ_２２は交流設備Ｋと第１電極１間の静電容量、Ｃ_３１は第２電極２と大地Ｇ又は接地された構造物間の静電容量、Ｃ_３２は第１電極１と大地Ｇ又は接地された構造物間の静電容量である。

【0042】

この表示装置Ｃにおいても前記実施の形態例１の表示装置Ａと同様の動きをする。すなわち、作業者は電気工事作業に際して、まず、当該表示装置Ｃを交流設備Ｋに装着し、検知回路４のスイッチ１２をオンにする。図９の（ｂ）図に示すように、交流設備ＫはＶ_０２の電位とすると、第２電極２は電位Ｖ_０２から静電容量Ｃ_１を経由して分圧されて電位Ｖ_２となる。第１電極１の電圧は電位Ｖ_２により流出する電流がＣ_２１とＣ_３２によって分圧された電位となる。この流出電流ｉによって生じた静電容量Ｃ_２１間の電位差Ｖ_Ｃ２を検知回路４が検知し、流出電流ｉによる静電容量Ｃ_２１の電位差Ｖ_Ｃ２を増幅した出力信号が基準電圧より大きければ、音声発生回路９から警報音が発せられ、また、点灯表示回路１０が点灯する。これにより交流設備Ｋが充電されている状態であることが分かる。一方、前記スイッチ１２をオン状態にしていても、交流設備Ｋに電圧が印加されていなければ前記音声発生回路９及び点灯表示回路１０は作動しない。

【0043】

なお、上記実施の形態例１、２及び３では表示装置Ａ、Ｂ又はＣに音声発生回路９及び点灯表示回路１０を設けたが、これらを設けずに、比較回路８からの出力を送信部（図示省略）で受けて外部に無線で信号を飛ばし、表示装置Ａ、Ｂ又はＣとは別に設けた通信機器や端末機器でこれを受信し、当該機器で警報や表示する構成にすることもできる。

【0044】

以上、実施の形態例１～３を説明したが、これは例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この発明はその他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことが出来る。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0045】

Ａ 表示装置 Ｂ 表示装置
Ｃ 表示装置
Ｇ 大地 Ｋ 交流設備
１ 第１電極 １ａ 電極板
１ｂ 接続部 ２ 第２電極
３ 基板 ４ 検知回路
５ 帯状体 ５ａ 面ファスナー
５ｂ 面ファスナー ６ 増幅回路
７ 基準電流発生回路 ８ 比較回路
８ 音声発生回路 ９ 点灯表示回路
１１ 電源 １２ スイッチ
１５ 絶縁ケース １５ａ クリップ
１６ 第１電極 １７ 第２電極
１８ 第１電極 １９ 第２電極

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】