JP2012058196A - 直流用検電器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】直流用検電器1は、基準電位部80の電位を基準として、架線2の電位を計測することにより架線2の電圧を計測する計測部20と、基準電位部80の電位を基準として直流電源31より供給される電圧を昇圧した直流電圧を放電電極部に印加してプラス・マイナスイオンを生成し、プラス・マイナスイオンを放電電極部から放出する仮想接地部30とを備える。放電電極部は、プラスイオンを放出するプラス電極とマイナスイオンを放出するマイナス電極との組を複数備え、プラス電極とマイナス電極とは、円周上に配置されており、隣り合う電極の円の中心に対する角度がそれぞれ等しい角度となり、且つ、プラス電極とマイナス電極とが交互に配置されている。
【選択図】図1
Description
しかしながら、上述のような従来の直流用検電器では、架線の直流電圧の有無又は停電状態を検電する場合に、接地線をレールに接続する必要がある。そのため、直流電圧の有無又は停電状態の確認をすべき箇所が多いと、何度も接地線を介して接地する必要がある。例えば、接地線の取り付け及び取り外しを行う作業や接地線を巻き取って移動する作業が必要になる。さらに、直流電圧の有無又は停電状態の確認をすべき箇所が高所である場合には、延長のための接地線を接地線に接続して延長する必要が生じる。
このように、上述のような従来の直流用検電器は、接地線によって接地することにより、利便性が低下するという問題がある。
ここでは、計測対象が、電車に電源を供給する架線(直流電車線)である場合を例として説明する。
図1は、本実施形態による直流用検電器1を示す概略ブロック図である。
この図において、直流用検電器1は、引込電極10、接触端子11、計測部20、仮想接地部30、警報回路部40、テストスイッチ部51、除電スイッチ部52、及び基準電位部80を備えている。
チョッパー部(21、22)は、基準電位部80に接続された導体により形成される。チョッパー部(21、22)は、引込電極10と検出電極23との間に配置され、予め定められた所定の振動数によって振動する。なお、チョッパー部(21、22)が振動する方向は、例えば、検出電極23における引込電極10に対向する面と平行な向き、且つ、チョッパー部21とチョッパー部22が対向する向きである。このチョッパー部21とチョッパー部22とが振動することによって、チョッパー部21とチョッパー部22との間の距離間隔は、周期的に変化する。これにより、引込電極10から検出電極23に向かって、チョッパー部21とチョッパー部22との間を通過する電界が振動する。つまり、チョッパー部(21、22)は、引込電極10から放射される電界を振動させる。
計測回路部25は、検出電極23と基準電位部80との間に抵抗24を介して流れる電流の変化に基づいて、架線2の電位を計測する。これにより、計測回路部25は、架線2の(対地)電圧を計測する。また、計測回路部25は、計測した架線2の電圧が予め定められた値以上である場合に、警報回路部40に警報を出力させる制御信号を出力する。
接触端子11は、導体により形成され、引込電極10に接続されている。接触端子11は、例えば、フック状の形状であり、架線2に接触される。
また、仮想接地部30は、直流電源31、ダイオード32、コンデンサ33、発振回路部34、トランス部35、スイッチ部36、マイナス昇圧整流回路部100、プラス昇圧整流回路部200、抵抗(61、62)、及び放電電極部70を備えている。
ダイオード32は、アノード端子がスイッチ部36の他端に、カソード端子が発振回路部34の電圧供給線に、それぞれ接続されている。ダイオード32は、直流電源31から発振回路部34に流れる電流を整流する。
また、発振回路部34は、コンデンサ341、抵抗342、バイポーラトランジスタ343、及びダイオード344を備えている。
コンデンサ341と抵抗342とは、電圧供給線とトランス部35の一次側コイルの一端との間に直列に接続されている。抵抗342は、コンデンサ341に電荷を充電するための電流及びバイポーラトランジスタ343のベース電流を制限する。また、コンデンサ341は、電荷を充電することによって、バイポーラトランジスタ343のベース端子に電圧を供給する。抵抗342とコンデンサ341との時定数によって、間欠発振される時間間隔が設定されている。
ダイオード344は、アノード端子がバイポーラトランジスタ343のエミッタ端子に、カソード端子がバイポーラトランジスタ343のコレクタ端子に、それぞれ接続されている。ダイオード344は、バイポーラトランジスタ343のエミッタ端子がコレクタ端子より高い電位になった場合に、エミッタ端子とコレクタ端子との間を導通状態にする。
また、マイナス昇圧整流回路部100は、コンデンサ101〜105、及びダイオード111〜115を備えている。
ダイオード112〜115は、抵抗61からダイオード111に向かう向きが順方向になるように、ダイオード111のアノード端子と抵抗61の一端との間に、直列に接続されている。また、コンデンサ102は、ダイオード111のカソード端子とダイオード113のカソード端子との間に接続され、コンデンサ103は、ダイオード113のカソード端子とダイオード115のカソード端子との間に接続されている。また、コンデンサ104は、ダイオード112のカソード端子とダイオード114のカソード端子との間に接続され、コンデンサ105は、ダイオード114のカソード端子とダイオード115のアノード端子との間に接続されている。
ダイオード111〜115及びコンデンサ101〜105は、電圧逓倍回路を5段備えた5倍圧整流回路として機能する。
また、プラス昇圧整流回路部200は、コンデンサ201〜106、及びダイオード211〜216を備えている。
ダイオード212〜216は、ダイオード211から抵抗62に向かう向きが順方向になるように、ダイオード211のカソード端子と抵抗62の一端との間に、直列に接続されている。また、コンデンサ202は、ダイオード212のアノード端子とダイオード214のアノード端子との間に接続され、コンデンサ203は、ダイオード214のアノード端子とダイオード216のアノード端子との間に接続されている。また、コンデンサ204は、ダイオード211のアノード端子とダイオード213のアノード端子との間に接続され、コンデンサ205は、ダイオード213のアノード端子とダイオード215のアノード端子との間に接続されている。また、コンデンサ206は、ダイオード215のアノード端子とダイオード216のカソード端子との間に接続されている。
ダイオード211〜215及びコンデンサ201〜205は、電圧逓倍回路を6段備えた6倍圧整流回路として機能する。
なお、プラス電極(73、74)及びマイナス電極(71、72)の配置については、後述する。
また、警報回路部40は、直流電源41、発光ダイオード42、スピーカ43、及びスイッチ部44を備えている。
直流電源41は、例えば、電池であり、発光ダイオード42及びスピーカ43に電圧を供給する。発光ダイオード42は、警報として光を出力する。また、スピーカ43は、警報としてブザー音を出力する。
スイッチ部44は、発光ダイオード42及びスピーカ43と直流電源41との間に接続されている。スイッチ部44は、計測部20により予め定められた値以上の電圧が計測された場合に、発光ダイオード42及びスピーカ43と直流電源41との間を導通状態にする。これにより、発光ダイオード42及びスピーカ43は、警報を光とブザー音により出力する。また、スイッチ部44は、テストスイッチ部51から供給される信号に基づいて、発光ダイオード42及びスピーカ43と直流電源41との間を導通状態にする。
図2は、本実施形態による放電電極部70における電極の配置を示す構成図である。
この図において、プラス電極(73、74)とマイナス電極(71、72)とは、円周上に等間隔に配置されている。さらに、プラス電極(73、74)又はマイナス電極(71、72)である電極のうち、隣り合う電極における円Z1の中心に対する角度が、それぞれ等しい角度となっている。また、プラス電極73(又は74)とマイナス電極71(又は72)とが円周において交互に配置されている。すなわち、プラス電極(73、74)又はマイナス電極(71、72)である電極の数は、偶数個(例えば、4個)であり、各電極が偶数個の頂点を持つ正多角形(例えば、正方形)の各頂点に配置されている。また、プラス電極73(又は74)とマイナス電極71(又は72)とは、正多角形(例えば、正方形)の隣り合う頂点において交互に配置されている。
また、放電電極部70は、直流用検電器1が使用される場合に、大地に対向させて配置されている。
まず、直流用検電器1が架線2の電圧の有無又は停電状態の確認を行う検電動作について説明する。
また、引込電極10は、接触端子11を介して架線2に接触され、架線2と等しい電位になる。これにより、引込電極10は、検出電極23に向けて電界を放射する。チョッパー部(21、22)は、振動することによって、チョッパー部21とチョッパー部22との間を通過する電界を振動(変化)させる。検出電極23は、この電界の変化を受けて、電荷を集散させる。この電荷の集散により抵抗24にチョッパー部(21、22)の振動数と同じ周波数の交流電流が流れる。
計測回路部25は、検出電極23と基準電位部80との間に抵抗24を介して流れる電流の変化に基づいて、架線2の電位を計測する。これにより、計測回路部25は、架線2の(対地)電圧を計測する。また、計測回路部25は、計測した架線2の電圧が予め定められた値以上である場合に、警報回路部40に警報を出力させる制御信号を出力する。
また、テストスイッチ部51は、使用者によって押下された場合に、警報回路部40に警報(音と光による警報)を出力させる。
まず、スイッチ部36が、使用者によって導通状態にされると、直流電源31は、ダイオード32を介して、直流電圧を発振回路部34に供給する。これにより、発振回路部34のコンデンサ341に電荷が充電される。バイポーラトランジスタ343は、コンデンサ341に電荷が充電されて所定の電圧以上になると、コレクタ端子とエミッタ端子との間を導通状態にする。これにより、発振回路部34が自励発振により間欠的に高周波発振する。すなわち、発振回路部34は、バイポーラトランジスタ343のベース電流を少なくして間欠発振させるため抵抗342の値を大きくしてある。そして、発振回路部34は、ある電荷量がコンデンサ341に充電されると発振し、その充電された電荷が放電すると発振は停止する。これを繰り返すことで間欠発振(一次側交流電圧)となり、トランス部35は、一次側コイルに供給された一次側交流電圧を昇圧して、二次側コイルに二次側交流電圧を間欠的に出力する。
これにより、マイナス電極(71、72)は、マイナスイオンを放出し、プラス電極(73、74)はプラスイオンを放出する。
つまり、基準電位部80がプラス帯電している場合には、マイナス電極(71、72)の電位は大地との電位差が小さくなり、プラス電極(73、74)の電位は大地との電位差が大きくなる。これにより、仮想接地部30では、マイナス電極(71、72)によるマイナスイオンの放出が抑制され、プラス電極(73、74)によるプラスイオンの放出がマイナスイオンに対して多くなる。したがって、この場合に仮想接地部30では、プラス電極(73、74)のみから大地に向かって放電する。この結果、プラス電極(73、74)から放出されたプラスイオンが大地に達すると、基準電位部80からプラス電極(73、74)を通じて大地に至るプラスの空中電路が形成され、基準電位部80の正電荷が大地にと漏洩して除電される。つまり、仮想接地部30は、基準電位部80の電位を大地と等しい電位にして、仮想接地する。
この図において、グラフは、架線2の印加電圧と直流用検電器1を用いて計測した計測電圧の関係を示している。このグラフにおいて、横軸は、架線2に印加された印加電圧[V]を示している。また、縦軸の左辺は、直流用検電器1を用いて計測した計測電圧[V]を示し、縦軸の右辺は、計測を行った際の風速[m/s]を示している。
また、このグラフにおいて、白抜き四角は、計測値の最大を示し、黒三角は、計測値最小を示している。さらに、黒丸は、風速を示している。
このグラフが示すように、架線2の印加電圧と計測電圧とは比例関係にある。そのため、直流用検電器1は、架線2の電圧の有無又は停電状態の確認に使用することができる。
次に、本発明による直流用検電器の別の一例について説明する。
図4は、本実施形態による直流用検電器1aを示す概略ブロック図である。
この図において、直流用検電器1aは、接触端子11、計測部20a、仮想接地部30、警報回路部40、及び基準電位部80を備えている。この図において、図1と同じ構成には同一の符号を付す。また、放電電極部70における電極の配置は、図2に示される第1の実施形態と同様である。
抵抗26及び抵抗27は、架線2と基準電位部80との間に直列に接続されている。抵抗26及び抵抗27は、架線2の電圧を電圧計測部28によって測定できるレベルの電圧に、抵抗分圧する抵抗分圧器として機能する。
電圧計測部28は、抵抗27の両端の電圧を計測する。電圧計測部28は、抵抗26と抵抗27とによって抵抗分圧された電圧に基づいて、架線2の(対地)電圧を計測する。また、電圧計測部28は、計測した架線2の電圧が予め定められた値以上である場合に、警報回路部40に警報を出力させる制御信号を出力する。
これにより、引込電極10と検出電極23との距離間隔が常に一定になる。そのため、直流用検電器1は、精度よく安定して架線2の電圧を計測することができる。
これにより、引込電極10が基準電位部80と等しい電位に除電されるので、直流用検電器1は、正確に検電動作を行うことができる。
これにより、直流用検電器1は、警報出力部40が正常に動作するか否かを確認するのと一緒に、引込電極10を除電することができる。そのため、直流用検電器1は、工事やメンテナンスなどの作業を行う作業者の安全を確保しつつ、正確に検電動作を行うことができる。
これにより、直流用検電器1(又は1a)は、外乱による影響を低減することができる。また、導体部75は、プラス電極(73、74)及びマイナス電極(71、72)に風が当たることを防ぐため、直流用検電器1(又は1a)は、風の影響による基準電位部80の電位の変動を低減することができる。
これにより、プラスイオン又はマイナスイオンが、大地に到達し易くなるため、安定した仮想接地が得られる。また、放電電極部70にゴミや異物が付着することを低減することができる。
これにより、直流用検電器1(又は1a)は、効率よくプラス・マイナスイオンを放出することができる。
これにより、仮想接地が使用できない場合(例えば、雨天の場合など)においても、直流用検電器1(又は1a)は、架線2の電圧の有無又は停電状態の確認を行うことができる。
これにより、直流用検電器1aは、接地線によって接地する必要がなく、利便性を向上することができる。
また、上記の各実施形態において、放電電極部70は、直流用検電器1(又は1a)が使用される場合に、大地に対向させて配置される形態を説明したが、他の向きに配置して使用してもよい。また、接触端子11は、フック形状でもよいし、他の形状でもよい。
また、上記の各実施形態において、基準電位部80は、仮想接地部30によって仮想接地される形態を説明したが、仮想接地部30と、基準電位部80を接地線によって接地する接地部とを備え、いずれか一方を切り替えて使用する形態でもよい。これにより、仮想接地が使用できない場合(例えば、雨天の場合など)においても、直流用検電器1(又は1a)は、架線2の電圧の有無又は停電状態の確認を行うことができる。
また、上記の各実施形態において、仮想接地部30は、放電電極部70(71〜74)の周囲を覆う導体部75を備える形態を説明したが、導体の代わりに絶縁体を用いる形態でもよい。これにより、放電電極部70(71〜74)の周囲を覆う絶縁体部は、プラス電極(73、74)及びマイナス電極(71、72)に風が当たることを防ぐため、直流用検電器1(又は1a)は、風の影響による基準電位部80の電位の変動を低減することができる。
2 架線
10 引込電極
11 接触端子
20、20a 計測部
21、22 チョッパー部
23 検出電極
24、26、27、342 抵抗
25 計測回路部
30 仮想接地部
31、41 直流電源
32、344 ダイオード
33、341 コンデンサ
34 発振回路部
35 トランス部
36、44 スイッチ部
40 警報回路部
42 発光ダイオード
43 スピーカ
51 テストスイッチ部
52 除電スイッチ部
61、62 抵抗
70 放電電極
71、72 マイナス電極
73、74 プラス電極
75 導体部
80 基準電位部
100 マイナス昇圧整流回路部
200 プラス昇圧整流回路部
101、102、103、104、105 コンデンサ
111、112、113、114、115 ダイオード
201、202、203、204、205、206 コンデンサ
211、212、213、214、215、216 ダイオード
343 バイポーラトランジスタ
Claims (10)
- 基準電位部の電位を基準として、計測対象の電位を計測することにより前記計測対象の電圧を計測する計測部と、
前記基準電位部の電位を基準として直流電源より供給される電圧を昇圧した直流電圧を放電電極部に印加してプラス・マイナスイオンを生成し、生成した前記プラス・マイナスイオンを前記放電電極部から放出する仮想接地部と
を備え、
前記放電電極部は、
プラスイオンを放出するプラス電極とマイナスイオンを放出するマイナス電極との組を複数備え、
前記プラス電極と前記マイナス電極とは、
円周上に配置されており、前記プラス電極又は前記マイナス電極である電極のうち、隣り合う電極の前記円の中心に対する角度がそれぞれ等しい角度となり、且つ、前記プラス電極と前記マイナス電極とが前記円周において交互に配置されている
ことを特徴とする直流用検電器。 - 前記計測対象に接触された場合に、前記計測対象と等しい電位になる引込電極を備え、
前記計測部は、
前記引込電極から放射される電界を振動させるチョッパー部と、
前記チョッパー部によって振動された電界に応じて電荷を集散する検出電極と、
前記検出電極と前記基準電位部との間に流れる電流の変化に基づいて、前記計測対象の電圧を計測する計測回路部と
を備え、
前記引込電極は、
前記チョッパー部又は前記検出電極と予め定められた距離に配置されている
ことを特徴とする請求項1に記載の直流用検電器。 - 前記引込電極と前記基準電位部との間を導通状態にして、前記引込電極の電位を前記基準電位部と等しい電位にする除電スイッチ部を備える
ことを特徴とする請求項2に記載の直流用検電器。 - 前記計測部により予め定められた値以上の電圧が計測された場合に、警報を出力する警報出力部と、
前記警報出力部から前記警報を出力させるテストスイッチ部と
を備え、
前記除電スイッチ部は、前記テストスイッチ部によって前記警報を出力させる際に、前記引込電極と前記基準電位部との間を導通状態にする
ことを特徴とする請求項3に記載の直流用検電器。 - 前記仮想接地部は、
前記放電電極部の周囲を覆う導体部を備える
ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の直流用検電器。 - 前記放電電極部は、
前記直流用検電器が使用される場合に、大地に対向させて配置される
ことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の直流用検電器。 - 前記仮想接地部は、
連続発振又は間欠発振する一次側交流電圧を、前記直流電源から供給される電圧により生成する発振回路部と、
前記基準電位部にそれぞれ接続されている一次側コイル及び二次側コイルを備えており、前記一次側コイルに供給された前記一次側交流電圧を昇圧して、前記二次側コイルに二次側交流電圧として出力するトランス部と、
前記二次側交流電圧を、プラス整流及び昇圧して、前記プラス電極に印加するプラス昇圧整流回路部と、
前記二次側交流電圧を、マイナス整流及び昇圧して、前記マイナス電極に印加するマイナス昇圧整流回路部と
を備えることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の直流用検電器。 - 前記直流用検電器は、
前記基準電位部を接地する接地部を備える
ことを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の直流用検電器。 - 前記計測部は、
前記計測対象と前記基準電位部との間に直列に接続される第1の抵抗及び第2の抵抗と、
前記第1の抵抗と前記第2の抵抗とによって抵抗分圧された電圧に基づいて、前記計測対象の電圧を計測する電圧計測部と
を備えることを特徴とする請求項1及び請求項5から請求項8のいずれか1項に記載の直流用検電器。 - 前記放電電極部は、2つの前記組を備える
ことを特徴とする請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の直流用検電器。
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