JP5211846B2 - ケーブル磁界測定器 - Google Patents

Description

本発明は、ケーブルの通電（充電）状態を検知するケーブル検電装置に関する。

電力供給に用いられるケーブル、特に接続状態を視認することが困難な地中ケーブルの接続変更や交換に伴うケーブル切断時において、そのケーブルが通電状態であれば作業者は危険に晒されることとなる。従って、作業前にはその通電状態を把握しなければならない。また、電力を伝達するケーブルは通常３相以上の組合せで構成され、どのケーブルの通電が停止しているかを見極める必要もある。このときケーブルの被覆の色等によりケーブルを識別できれば通電していないケーブルを特定できるが、ケーブル切断時にはケーブルの通電状態を客観的に判断して安全性を確実に確保するのが望ましい。

ケーブルの通電状態を判断する手段の一例として、ケーブルの送電端と受電端とに治具を設定し、ケーブルの途中の切断現場において一つの装置により死活判別および相判別作業を実行することが可能な技術が開示されている（例えば、特許文献１）。

また、通電電流によってケーブル周囲に磁界が発生することを利用して、親局からケーブル終端の子局に発した線路電流の検知を磁気センサで行う技術も開示され（例えば、特許文献２）、線路電流の周波数を低周波数２０〜５０Ｈｚとすることで様々な種類の電力ケーブルに対応できること、および、その波形を矩形波とすることで容易に相判別ができることが示されている。

また、同様に磁気センサを用い、並行する２本のケーブルに流れる信号電流が還電流であることを利用して、２本のケーブルを一体的に覆った皮膜の外に２つの磁気センサを当て、それぞれの出力を加算および減算することで目的とするケーブルの死活を確認する技術も知られている（例えば、特許文献３）。
特開平５−０３７６１３号 特許第３００９１４４号 特開平５−０８５８７３号公報

このように、従来から、検電対象となるケーブルの通電電流を、磁気センサやサーチコイル等を用いて導出するケーブル検電装置が存在する。一般に利用されているケーブル検電装置は、例えばサーチコイルの出力を０〜１１０ｄＢ増幅する機能を有しているが、そのため本体の重量が大きく、また、他のケーブルの通電電流の影響を完全に防ぐことができないといった問題もあった。

従来のケーブルは亘長も長く、無負荷状態であっても数百ｍＡの通電（充電）電流が流れていたので、１５０ｍＡ以上の電流検知能力を有する従来のケーブル検電装置でもその機能を十分に果たしていた。しかし、近年、電力利用の多様化や景観改善および防災のためのケーブルの地中化により、ケーブル亘長が短くなる傾向にあり、それに伴って無負荷の通電電流も減少している。そうすると、現行のケーブル検電装置の感度では無負荷通電状態を検知できない虞が生じる。

本発明は、このような課題に鑑み、安価かつ携帯性に優れ、他のケーブルからの影響を受けることなく検電対象となるケーブルの電流を適切に検出可能な、ケーブル検電装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明のケーブル検電装置の代表的な構成は、複数の磁気センサと、複数の磁気センサそれぞれにおける検電対象ケーブルの中心からの距離が等しくなるように複数の磁気センサを支持するセンサ支持部と、センサ支持部に支持された複数の磁気センサそれぞれの測定値を取得する磁気センサ取得部と、磁気センサそれぞれの測定値の差分が所定範囲内であり、かつ測定値が所定閾値以下であれば検電対象ケーブルを非通電と判断する通電判断部と、を備えることを特徴とする。

当該複数の磁気センサは、検電対象となるケーブルの中心からの距離が等しくなるように配されるため、そのケーブルを通過する電流による磁力を等しく受ける。換言すれば、磁力を均等に受けていない場合、その磁力は検電対象ではない他のケーブルを通過する電流によるものと判断できる。従って、測定値の差分が所定範囲内にあるときのみその測定値を判断し、測定値が所定閾値以下であれば検電対象ケーブルを非通電と判断することができる。こうして、他のケーブルからの影響を受けることなく検電対象となるケーブルの電流を適切に検出することが可能となる。

センサ支持部は、検電対象ケーブルの太さに応じて、検電対象ケーブルの中心からの距離が等しくなるように変形自在であってもよい。また、センサ支持部は、複数のセンサの間隔を変更自在であってもよい。

本発明においては磁気センサ同士の位置関係を調整することができるので、ケーブルの太さに拘わらず、そのケーブルの電流値を適切に導出することが可能となる。

以上説明したように本発明のケーブル検電装置によれば、安価かつ携帯性に優れ、他のケーブルからの影響を受けることなく検電対象となるケーブルの電流を適切に検出することが可能となる。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

（ケーブル検電装置１００）
近年の電力利用の多様化やケーブルの地中化により、ケーブルの輻輳化、亘長短縮化が進んでいる。従って、通電状態と非通電状態をより正確にかつ精度良く検知できるケーブル検電装置が望まれる。本実施形態では、感度の高い磁気センサを適切な位置に配し、検知すべき磁界の特性を利用して検電対象となるケーブルの電流を適切に検出可能な、ケーブル検電装置１００を提供する。

図１は、ケーブル検電装置１００の外観を示した斜視図である。ケーブル検電装置１００は、大きくプローブ１１０と、本体１２０とから構成される。プローブ１１０には、磁気センサ１１２をそれぞれ備える複数のセンサブロック１１４と、センサ支持部１１６と、把持部１１８とを含んで構成される。

磁気センサ１１２は、磁気抵抗素子（ＭＲ）、磁気インピーダンス素子（ＭＩ）、ホール素子等から構成され、自体の検出軸方向における磁界の大きさを計測する。本実施形態では主として磁気センサ１１２を３つ備える構成を説明するが、かかる場合に限られず、２以上の様々な数を選択することができる。

また、磁気センサ１１２はセンサブロック１１４の測定面（検電対象ケーブルを嵌着する面）に埋設され、センサブロック１１４のその他の面は磁界を遮蔽するシールド材１５２で覆われている。近年の磁気センサ１１２は感度も高いが、形状も小さく、設置の自由度が高い。図１に示すように、磁気センサ１１２を測定面に埋設することで、プローブ１１０を検電対象ケーブル１５０に近接したときの磁力線の方向と、磁気センサ１１２の検出軸とを同一方向にできる。また、他の面をシールド材１５２で覆うことで検電対象ケーブル１５０以外のケーブルを通過する電流による磁界の影響を極力抑え、検電対象ケーブル１５０からの磁界のみを有効に検出することができる。従って、シールド材１５２はセンサブロック１１４の回りで繋がっていることが望ましく、複数のセンサブロック１１４間で繋がっているのがさらに望ましい。

センサ支持部１１６は、複数の磁気センサそれぞれにおける、検電対象ケーブル１５０の中心に位置する導線からの距離が等しくなるように複数の磁気センサ１１２を支持する。また、センサ支持部１１６は、変形可能な金属等によって、後述するように磁気センサ１１２の位置関係を変えることができる。

把持部１１８は、作業者が把持し易い形状に形成され、センサ支持部１１６を固定すると共に磁気センサ１１２と本体１２０との接続線を挿通する。

本体１２０は、磁気センサ１１２の出力を処理する電気回路で構成され（詳細は後述する。）、正面に設けられた操作パネル１２２を通じて動作モードを選択し、その測定結果を視認することができる。

操作パネル１２２には、主電源スイッチ１２４および感度設定スイッチ１２６の操作入力部と、主電源表示部１２８、感度表示部１３０、通電（充電）表示部１３２、均等表示部１３４、飽和表示部１３６の、ＬＥＤ(Light Emitting Diode)等表示器で構成される結果出力部とが設けられている。

主電源スイッチ１２４は、プッシュスイッチで構成され、押下の度、当該ケーブル検電装置１００の主電源の入切が切り換わる。このとき主電源の入切状態は主電源表示部１２８の点灯状態で把握することができる。感度設定スイッチ１２６は、例えば２段階の感度切り換えを実行でき、その切り換えの結果は感度表示部１３０の点灯状態で把握することができる。

本実施形態においては、感度として「低感度」と「高感度」の２つが設けられており、低感度では、電流換算すると４００ｍＡ以上、低感度では２０ｍＡ以上の電流を検出できる。非通電判定においては、まず感度設定スイッチ１２６が低感度に設定され、４００ｍＡ以上の電流の有無が測定される。検電対象ケーブル１５０に４００ｍＡの電流が流れた場合、その電流を所謂負荷電流と見なすことができ、負荷電流が流れている以上その検電対象ケーブル１５０を切断することはできない。

また、電流値が４００ｍＡ以下と判断されると、次に感度設定スイッチ１２６が高感度に切り換えられ、検電対象ケーブル１５０に２０ｍＡ以上の電流が流れているかどうかが判断される。上述した負荷電流が流れていない場合、即ち無負荷の状態であっても電源が接続されているときには、そのケーブル自体のインピーダンスによって無負荷電流（無負荷ではあるが通電している状態）が生じうる。本実施形態では２０ｍＡ以上の電流を検出できるので、１０〜２０ｍの亘長の無負荷電流も検出できることとなる。従って、現存するケーブルのみならず今後亘長が短くなり得るケーブルにおいても負荷電流を検出することができ、ケーブル切断の可否を確実に把握することが可能となる。

通電表示部１３２は、検電対象ケーブル１５０が通電状態であるとき点灯し、非通電状態で消灯する。均等表示部１３４は、磁気センサ１１２それぞれの測定値がほぼ均等、即ち、それぞれの測定値の差分が所定範囲内のときに点灯する。飽和表示部１３６は、感度設定スイッチ１２６で設定された感度における測定上限を超えた入力を検知し、測定結果が飽和したときに点灯する。ここでは、結果出力部が表示器等視覚的に表されているが、スピーカ等聴覚的に、またバイブレータ等感覚的に表されてもよい。

図２は、プローブ１１０と検電対象ケーブル１５０との位置関係と測定値との関係を説明するための説明図である。特に、図２（ａ）は、プローブ１１０における磁気センサの検出軸を、図２（ｂ）は、検電対象ケーブル１５０からの磁界の影響を、図２（ｃ）は、その他のケーブル１５４からの磁界の影響を表す。

図２（ａ）を参照すると、３つのセンサブロック１１４は、各磁気センサ１１２の図中白抜き矢印で示す検出軸が検電対象ケーブル１５０の外周に沿った方向となるように、センサ支持部１１６に固定される。検電対象ケーブル１５０は、様々な規格が準備され、その直径も２３〜１０９ｍｍと幅広い変化を伴う。従って、センサ支持部１１６は、検電対象ケーブル１５０の太さに応じて検電対象ケーブル１５０の中心からの距離が等しくなるように、センサ支持部１１６の一部を構成する金属バーを曲折させてセンサブロック１１４の角度を変える。また、その金属バー上を摺動させることでセンサブロック１１４同士の間隔を変更することもできる。こうして、ケーブルの太さに拘わらず、そのケーブルの電流値を適切に導出することが可能となる。

このようにしてセンサブロック１１４（磁気センサ１１２）の角度が調整されたプローブ１１０を図２（ｂ）のように検電対象ケーブル１５０に近接または当接すると（簡単のためセンサブロック１１４のみ表示する。）、検電対象ケーブル１５０を通過する電流によってケーブル周囲に磁界が形成され、各磁気センサ１１２には同一の磁力線が貫通する。従って、各磁気センサ１１２は電流値に比例したほぼ同一の測定値を示すことになる。

また、他のケーブル１５４にも磁界が生じる場合であっても、図２（ｃ）のように各磁気センサ１１２それぞれの検出軸と磁力線との方向が相異し、かつ検出する磁力線も相異するので各磁気センサ１１２の測定値はそれぞれ異なった値になる。

図２（ｂ）および図２（ｃ）を踏まえると、磁気センサ１１２それぞれの測定値の差分によって、その測定値が検電対象ケーブル１５０の電流値に相当するか否かを判断することができる。従って、本実施形態では、各磁気センサ１１２の差分が所定範囲内であれば検電対象ケーブル１５０を適切に検電できたと判断し、さらに、測定値が所定閾値以下であることをもって、検電対象ケーブル１５０が非通電であると判断する。ここで所定範囲は検電対象ケーブル１５０の太さや他のケーブル１５４との位置関係に応じて適応的に設定でき、所定閾値は磁気センサ１１２の感度を勘案して例えば電流値換算２０ｍＡ相当の測定値とすることができる。

このように、測定値の差分が所定範囲内にあるときのみその測定値を判断することとし、測定値が所定閾値以下であれば検電対象ケーブルを非通電と判断することで、他のケーブルからの影響を受けることなく検電対象となるケーブルの電流を適切に検出することが可能となる。

また、非通電の判定方法の他の一例として、複数の磁気センサ１１２の測定値の最小値が、所定閾値、例えば電流値２０ｍＡに相当する測定値以下であれば検電対象ケーブル１５０を非通電と判断してもよい。

当該複数の磁気センサ１１２は、図２を用いて説明したように、その検電対象ケーブル１５０を通過する電流による磁力は均等に受けるものの、他のケーブル１５４からの磁力は不均一になる。そこで、複数の磁気センサ１１２の測定値から不均一の部分のみを排除し、即ち複数の測定値の最小値を選ぶことで、検電対象であるケーブルに流れる電流を抽出することが可能となる。

かかる測定値の最小値を選択する構成では、複数の磁気センサ１１２の内、少なくとも１つの磁気センサ１１２に対する他のケーブル１５４の影響を最小限に抑えるのが望ましい。

図３は、検電対象ケーブル１５０に対するプローブ１１０の最適な位置を示した説明図である。特に、図３（ａ）ではケーブルが２本の場合、図３（ｂ）ではケーブルが３本の場合を示している。また、図３では、センサブロック１１４ではなく直接磁気センサ１１２を用いて説明している。

例えば図３（ａ）では、複数の磁気センサ１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃのうち少なくとも１つの磁気センサ１１２Ｃの検出軸（図中矢印で示す。）を他のケーブル１５４の中心と自体との延長線１６０上に重ねる。すると、他のケーブル１５４の磁力線１６２は磁気センサ１１２Ｃを垂直に貫通し、磁気センサ１１２の出力には他のケーブル１５４の出力が混入しないこととなる。従って、少なくとも磁気センサ１１２Ｃでは検電対象ケーブル１５０の電流のみが検出されるので全ての磁気センサ１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃの最小値を採ると検電対象ケーブル１５０の電流のみが残り、検電対象ケーブル１５０の通電状態を判断することができる。

また、図３（ｂ）においても、複数の磁気センサ１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃのうち少なくとも１つの磁気センサ１１２Ａの検出軸を、他の２本のケーブル１５４の中心と自体との２本の延長線１６４で形成される角を２等分する線１６６上に重ねる。すると、他の２本のケーブル１５４の磁力線は磁気センサ１１２Ａをほぼ垂直に貫通し、磁気センサ１１２の出力には他のケーブル１５４の出力が混入しないこととなる。従って、図３（ａ）同様、少なくとも磁気センサ１１２Ａでは検電対象ケーブル１５０の電流のみが検出されるので全ての磁気センサ１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃの最小値を採ると検電対象ケーブル１５０の通電状態を判断することができる。

図４は、ケーブル検電装置１００の電気的な接続を示した回路図である。操作パネル１２２の主電源スイッチ１２４を入れると、本体１２０に内蔵する電池２１０の例えば±９ＶＤＣ電力が電源回路２１２によって安定した±５ＶＤＣに降圧され、プローブ１１０を含むケーブル検電装置１００の各半導体素子に給電される。

磁気センサ取得部２２０は、増幅回路２２２、増幅器２２４、全波整流回路２２６、コンデンサ２２８、Ａ／Ｄ変換器２３０で構成され、センサ支持部１１６に支持された複数の磁気センサ１１２を検電対象ケーブルに近接した際の、複数の磁気センサ１１２それぞれの測定値を取得する。ここでは、まず、３つの磁気センサ１１２の出力がプローブ１１０内の増幅回路２２２で一旦増幅され、接続ケーブルを通じて本体１２０に入力される。本体１２０では、磁気センサ１１２の出力がそれぞれ独立して増幅器２２４で増幅され全波整流回路２２６で整流、コンデンサ２２８で平滑化された後、Ａ／Ｄ変換器２３０でデジタルデータに変換される。ここで増幅器２２４は、感度設定スイッチ１２６の設定に応じてその増幅率を変化させている。

通電判断部２４０は、ＣＰＵ２４２等の演算処理装置で構成され、ＣＰＵ２４２は、３つの磁気センサ１１２の出力自体を判定すると共にその差分を計算する。そして、その計算結果に応じて通電表示部１３２、均等表示部１３４、飽和表示部１３６をそれぞれ点灯する。

ここでは、３つの磁気センサ１１２の出力をそれぞれ独立してＡ／Ｄ変換する例を挙げているが、かかる場合に限られず、測定値のリアルタイム取得を要さない場合、アナログスイッチ等により複数の磁気センサ１１２の入力をそれぞれ時分割して（ただしコンデンサ２２８による平滑化が十分に落ち着く時間、アナログスイッチを切り換えない。）取得し、１つのＡ／Ｄ変換器２３０で当該測定回路を実現することもできる。

（検電装置チェッカ３００）
上述したケーブルの通電判定では、通電表示部１３２の点灯の有無によって検電対象ケーブル１５０の通電状態を把握できる。しかし、ケーブル検電装置１００が何らかの理由により正常に動作しなかった場合、通電状態を非通電状態と判断したり、非通電状態を通電状態と判断したりして作業者が危険に晒される可能性がある。そこで、本実施形態では、かかるケーブルの通電判定を実行する前に、検電装置チェッカ３００によってケーブル検電装置１００が正常に動作していることを確認する。

図５は、検電装置チェッカ３００の外観形状を示した外観図である。図５（ａ）に示した検電装置チェッカ３００のチェックスイッチ３１０を押下すると、マーキング３１２が施された部分の内部に埋設されたケーブルに５０ｍＡの交流電流が流れる。このように、検電装置チェッカ３００は、ある程度の耐久性や防水性を見込んで電線が埋設されている。

実際にケーブル検電装置１００を検査する際には、図５（ｂ）のようにケーブル検電装置１００のプローブ１１０の測定面に、磁気センサ１１２の検出軸と垂直となるように当該検電装置チェッカ３００を配置し、検電装置チェッカ３００に電流を流すと、ケーブル検電装置１００の高感度設定において通電表示部１３２が消灯から点灯に変化し、ケーブル検電装置１００が正常に動作することを確認することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、ケーブルの通電（充電）状態を検知するケーブル検電装置に利用することができる。

ケーブル検電装置の外観を示した斜視図である。 プローブと検電対象ケーブルとの位置関係と測定値との関係を説明するための説明図である。 検電対象ケーブルに対するプローブの最適な位置を示した説明図である。 ケーブル検電装置の電気的な接続を示した回路図である。 検電装置チェッカの外観形状を示した外観図である。

符号の説明

１００ …ケーブル検電装置
１１０ …プローブ
１１２ …磁気センサ
１１４ …センサブロック
１１６ …センサ支持部
１５０ …検電対象ケーブル
２２０ …磁気センサ取得部
２４０ …通電判断部

Claims (3)

1. 複数の磁気センサと、
   前記複数の磁気センサそれぞれにおける検電対象ケーブルの中心からの距離が等しくなるように該複数の磁気センサを支持するセンサ支持部と、
   前記センサ支持部に支持された複数の磁気センサそれぞれの測定値を取得する磁気センサ取得部と、
   前記磁気センサそれぞれの測定値の差分が所定範囲内であり、かつ該測定値が所定閾値以下であれば前記検電対象ケーブルを非通電と判断する通電判断部と、
   を備えることを特徴とするケーブル検電装置。
2. 前記センサ支持部は、前記検電対象ケーブルの太さに応じて、検電対象ケーブルの中心からの距離が等しくなるように変形自在であることを特徴とする請求項１に記載のケーブル検電装置。
3. 前記センサ支持部は、前記複数のセンサの間隔を変更自在であることを特徴とする請求項１または２に記載のケーブル検電装置。
   

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