JP6643327B2 - 電圧の欠如を確認するためのシステム - Google Patents

Description

本発明は、一般に、電圧検出システムに関し、より具体的には、振幅変調手法を使用した電圧検出システムに関する。

電気設備／電気装置に対して作業を行う前に、作業者は、装置が電気的に安全な状態にあることを確認する必要がある。そうではないことが証明されるまで、作業者は、装置には電圧が印加されていると仮定し、適切な個人用保護具（ＰＰＥ）を使用することを含む、すべての必要な予防処置を取らなければならない。電気的に安全な作業状態を確認することの一部は、電圧の欠如のテストを伴う。このテストは、訓練を受けた資格のある電気技師により、適切な定格電圧テスタ、通常は携帯型電圧計またはマルチメータを使用して行われる。電気技師は、最初に、自身の計測器を、既知の、電圧が印加されているソースでテストして、計測器が適切に動作していることを確かめる。彼／彼女は、その後、電気装置内の電圧が欠如していることを、相間と相アース間とを測定することによって確認する。最後に、彼は、自身の計測器を、既知の、電圧が印加されているソースで再びテストして、計測器がまだ適切に動作しており、テスト中に損傷していないことを確かめる。電圧確認は、ＮＦＰＡ７０Ｅの要件であり、ベストプラクティスであるとみなされているが、それでもテスト自体は害を及ぼし、それは、テストのうちの電流が流れている期間中に電圧テスタを使用している時に、作業者が、電圧が印加されている回路と導体とに曝されるからである。

一次（単相または多相の交流または直流）電圧の存在を検出し、その欠如を確認し、特定の電気区画内の電圧の状態を確実に示すことができる、永久的に設置されたデバイスは、この種のアプリケーションに対して有益である。

信号の欠如を確認する重要なステップのうちの１つは、デバイス／テスタが既知の電圧ユニットを検出することができることを確認するチェックを行う（テスタをテストする）ことである。他のもう１つのステップは、ユニットが実際に信号を測定しており、知らないうちに切断されていないことを確認することである（接続性テスト）。

電圧の欠如を確認するためのシステムは、第１のインピーダンスと、第１のインピーダンスに電気的に接続された振幅制限器と、第１のインピーダンスと振幅制限器とに電気的に接続された第２のインピーダンスと、第２のインピーダンスに電気的に接続されたバラクタ回路と、第２のインピーダンスとバラクタ回路とに電気的に接続された絶縁コンデンサと、絶縁回路にバッファを介して接続された電圧検出回路を有するエンベロープ回路と、ＲＦ発振器と、を含む。振幅制限器は、バラクタ回路に印加される電圧を制限するように構成されている。ＲＦ発振器は、変調回路を、バッファとエンベロープ回路とのために作るために、バラクタ回路と相互作用するように構成されている。エンベロープ回路は、信号を電圧検出回路のために復調するように構成されている。

電圧の欠如を確認するためのシステムの概略図である。 図１のシステムに類似だが、誘導子をバラクタダイオードに直列に追加した、電圧の欠如を確認するためのシステムの概略図である。 図２のシステムに類似だが、電荷ポンプ回路を追加した、電圧の欠如を確認するためのシステムの概略図である。 図３のシステムに類似だが、電力線からアースへの追加的な高インピーダンス経路を追加した、電圧の欠如を確認するためのシステムの概略図である。 上記のシステムを三相電力線に適用することができる方法を示した図である。

図１は、電圧の欠如を確認するためのシステム１０の一実施形態を示している。システム１０は、電力線１０１（本アプリケーションでは、電力線は、システム１０によって検出される電源である）と、振幅制限器１０４と、バラクタ回路１０７と、絶縁コンデンサ１１０と、ＲＦ発振器回路１１２と、エンベロープ検出回路１１５と、を含む。

振幅制限器１０４は、バラクタ回路１０７に適用される信号の振幅を制限する。

バラクタ回路１０７は、２つの逆向きのバラクタダイオード１０８を含む。バラクタダイオードは、電圧制御コンデンサとして動作し、それらの容量は、バラクタダイオードに印加される逆電圧が減少するにつれて増加する。結果として、逆電圧が減少すると、ＲＦ発振器回路１１２のためのインピーダンス経路も減少する。したがって、発振器回路の抵抗１１３が一定のままであるため（また、分圧器が抵抗１１３とバラクタ回路１０７との間に作られるため）、エンベロープ検出回路１１５のための変調信号が作られ、それは、バラクタ回路１０７に印加される電圧を反映している。

エンベロープ検出回路１１５は、復調器として動作し、システム１０の検出電圧に依存する出力を有する。エンベロープ検出回路１１５の出力電圧を監視することによって、また、ベースの大きさまたは校正した大きさを知ることによって、電力信号からの電圧が存在するかどうかを、判断することができる。

絶縁コンデンサ１１０は、ＲＦ発振器回路１１２とエンベロープ検出回路１１５とを、振幅制限器１０４とバラクタ回路１０７とからの低周波数信号と直流信号とから絶縁する。

図１は、電力信号１２１が、どのようにシステム１０内のさまざまな位置で変えられるのかを示している。図１は、電力信号１２１を表している、変えられていない正弦波を示している。振幅制限回路１０４は、次いで、電力信号のピーク電圧を制限し、振幅制限電圧１２２を作る。振幅変調信号１２３は、ＲＦ発振回路１１２とバラクタ回路１０７とから作られる。振幅変調回路１２３は、次いで、エンベロープ検出回路１０５によって、電圧検出信号１２４に変えられる。

そのようなシステムの感度を、図２に示す（零ボルトなどの）特定の電圧レベルの辺りで最適化することができる。図２は、図１のシステム１０に類似だが、バラクタ回路２０７内に追加された誘導子２０８を有する、電圧の欠如を確認するためのシステム２０を示している。追加誘導子２０８は、共振周波数で短絡回路として動作する共振回路を作る。一実施形態では、共振周波数は、ＲＦ発振回路１１２によって生成される信号と同じ周波数である。システム２０の感度を、さらに、ＲＦ発振回路１１２と（追加の誘導子を有する）バラクタ回路２０７とによって作られるＬＣＲ回路のＱ値を調整することによって、最適化することができる。

電圧表示器が無いと、さまざまなテストを行って、デバイスが適切に動作していることを示す手助けをする必要があり得る。これらのテストは、自動で、または手動で（ユーザによって開始される）、行うことができる。図３は、電荷ポンプ回路３１６を図２のシステムに追加した、電圧の欠如を確認するためのシステム３０を示している。電荷ポンプ回路３１６は、システム３０が検出しようとする電圧と類似の電圧を提供することができる。電荷ポンプ回路３１６からの電圧を検出することは、システムが意図した通りに動作していることを証明する助けになる。

別のテストは、電力線１０１とシステムの残りのものとの間の連続性をテストすることを伴う。図４は、電力線１０１からアースへの独立高インピーダンス経路４１７を追加したこと以外は図３のシステム３０に類似である、電圧の欠如を確認するためのシステム４０を示している。独立高インピーダンス経路４１７を追加すると、電荷ポンプ回路３１６への分圧器として動作する。電荷ポンプ回路３１６から検出された電圧が分圧されていない場合、システム４０の残りの部分が電力線１０１に接続されていない、と判断することができる。

上記のシステムを、図５に示す三相電力線に適用することができる。電圧の欠如を確実に示すために、別の電源を使用して、システムを動作させることができる。電圧の欠如の確実な指示を、ディスプレイ上に、または出力信号として、示すことができる。一実施形態では、システムを、テストボタンまたは押しボタンを使用して、またはテスト要求信号をシステムに送信することを通して、始動させることができる（図５は、押しボタンを使用する実施形態を示している）。システムを始動させた後、システムは、電荷ポンプ回路の動作のテスト及び連続性のテストなどの、一連のテストを行うことができる。

耐故障性要件を満たすために、またデバイスの機能に対する高い信頼性を提供するために、システムの機能を、２つの独立した分枝回路に分けることができる。１つの回路は、電圧検出機能を実行するためであり、他方は、さまざまな状態を提供し、電圧検出分枝回路が意図した通りに機能していることを監視することによって、システム機能をテストするためである。さまざまな状態は、各相に対する接続性テストと、各相におけるデバイスの電圧テスト容易性と、他の自己テスト機能と、を含むことができる。

本発明の特定の実施形態とアプリケーションとを例示し、説明したが、本発明は、本明細書で開示した正確な構造と構成とに限定されず、さまざまな修正、変更、及び変形が、説明された本発明の精神と範囲とから逸脱することなしに、前述から明らかになり得る、ということを理解すべきである。

１０，２０，３０，４０ 電圧の欠如を確認するためのシステム
１０１ 電力線
１０４ 振幅制限器
１０７ バラクタ回路
１０８ バラクタダイオード
１１０ 絶縁コンデンサ
１１２ ＲＦ発振器回路
１１３ 抵抗
１１５ エンベロープ検出回路
１２１ 電力信号
１２２ 振幅制限電圧
１２３ 振幅変調信号
１２４ 電圧検出信号
２０７ バラクタ回路
２０９ 追加された誘導子
３１６ 電荷ポンプ回路
４１７ 独立高インピーダンス経路

Claims (4)

1. 電圧の欠如を確認するためのシステムであって、
   電源に接続された第１のインピーダンスと、
   前記第１のインピーダンスに電気的に接続された振幅制限器と、
   前記第１のインピーダンスと前記振幅制限器とに電気的に接続された第２のインピーダンスと、
   前記第２のインピーダンスに電気的に接続されたバラクタ回路と、
   前記第２のインピーダンスと前記バラクタ回路とに電気的に接続された絶縁コンデンサと、
   前記絶縁コンデンサに電気的に接続されたＲＦ発振器と、
   前記ＲＦ発振器と前記絶縁コンデンサとに電気的に接続されたエンベロープ回路と、
   前記エンベロープ回路に接続された電圧検出回路と、
   を備え、
   前記振幅制限器が、前記バラクタ回路に印加される電圧を制限するように構成されており、前記ＲＦ発振器が、前記バラクタ回路と相互作用して、前記エンベロープ回路のための変調信号を作るように構成されており、前記エンベロープ回路が、前記信号を前記電圧検出回路のために復調するように構成されており、
   前記バラクタ回路が、共振回路を作るように構成された誘導子を含む、システム。
2. 前記エンベロープ回路が、前記ＲＦ発振器と前記絶縁コンデンサとに、バッファを介して電気的に接続されている、請求項１に記載のシステム。
3. 前記システムによって検出される予定の電圧に類似の電圧を作るように構成された電荷ポンプ回路をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
4. 前記電荷ポンプ回路への分圧器を作るように構成された、前記電荷ポンプ回路のための、アースへの独立高インピーダンス経路をさらに備える、請求項３に記載のシステム。