JP7306872B2

JP7306872B2 - 交流電圧源接近検知方法及び同検知検電器

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Publication number: JP7306872B2
Application number: JP2019093144A
Authority: JP
Inventors: 洋治大浦; 真秀田中; 真克澤田; 龍三野田; 和顕松尾
Original assignee: CDN Corp
Current assignee: CDN Corp
Priority date: 2019-05-16
Filing date: 2019-05-16
Publication date: 2023-07-11
Anticipated expiration: 2039-05-16
Also published as: JP2020187067A

Description

特許法第３０条第２項適用（１）公開日：２０１９年４月３日公開方法：株式会社電設出版の田村氏に２０１９年５月５日発行の「電設技術５月号」に広告を掲載するため、出願に係る発明「交流電圧源接近検知検電器」の内容を開示公開者：三和電気計器株式会社（２）公開日：２０１９年４月５日公開方法：株式会社電設出版の田村氏に２０１９年５月２２日～２４日に開催される電設工業展で配布される「電設資材ＪＥＣＡガイドマップ」に広告を掲載するため、また、２０１９年５月１日発行の「電設資材５月号」に紹介記事を掲載するため、出願に係る発明「交流電圧源接近検知検電器」の内容を開示公開者：三和電気計器株式会社（３）公開日：２０１９年４月１０日公開方法：株式会社オーム社の横山氏に、２０１９年５月２２日～２４日に開催される電設工業展で配布される「電気と工事ＪＥＣＡ会場配布冊子」に広告を掲載するため、出願に係る発明「交流電圧源接近検知検電器」の内容を開示公開者：三和電気計器株式会社（４）公開日：２０１９年４月１５日公開方法：株式会社インサイトの井上氏等に三和電気計器株式会社のホームページ上の「ＪＥＣＡランデイングページ」に広告を掲載するため、出願に係る発明「交流電圧源接近検知検電器」の内容を開示公開者：三和電気計器株式会社（５）発行日：２０１９年４月２２日公開方法：電気新聞に出願に係る発明「交流電圧源接近検知検電器」の商品「近接センサＫＤＳＳ１」が掲載された「電設技術５月号」の広告を掲載発行者：一般社団法人日本電気協会新聞部公開者：三和電気計器株式会社（６）発行日：２０１９年５月１日公開方法：雑誌「電設資材５月号」に出願に係る発明「交流電圧源接近検知検電器」の商品「近接センサＫＤＳＳ１」を開示発行者：株式会社電設出版公開者：三和電気計器株式会社（７）発行日：２０１９年５月５日公開方法：雑誌「電設技術５月号」に出願に係る発明「交流電圧源接近検知検電器」の商品「近接センサＫＤＳＳ１」を開示発行者：一般社団法人日本電設工業協会公開者：三和電気計器株式会社

この発明は、ビルや工場等の電気設備の点検作業や、改修工事等の電気工事の際に、作業者の感電事故や設備事故を防ぐために、交流電圧源に作業者が接近した際警報を発する交流電圧源の接近検知方法及び同検知検電器に関するものである。

従来の交流電圧源の検電器は、図８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器の電極を接近させた際、充電部と検電器との間の静電容量Ｃ１、検電器と作業者との間の静電容量Ｃ２及び作業者と大地との間の静電容量Ｃ３を通じて流れる微小電流を検電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。

この方式の検電器は従来広く使用されており、特許文献１は、検電器を手首に装着し、検電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。

特開平８－２２０１５１号公報特許第６４６７４４７号公報

これらの検電器は、被測定物に作業者が装着した検電器をかざしたり、手に持った工具を接近させなければならない。即ち、作業者は検電を行うことを失念することなく、検電器を正しく使うことが要求される。これらのどちらかが欠けても前記事故につながる可能性が高くなる。

そこで、この発明は上述の課題を解決するため、作業者の体に装着するだけで作業者の意識に関係なく、電圧源が近くにあることを注意喚起できる方法及び検電器を提供することを目的としたものである。

従来の検電器は、電線等の交流電圧源の電圧を測定対象とし、前記電圧源と静電容量結合した人体への流入電流を測っているが、この発明の検電器は、図２に示す交流電圧源のＶ_０と、充電部と人体との間の静電容量Ｃ_０１と、人体と大地の間の静電容量Ｃ_０２によって人体に生じる電圧Ｖ_０２を測定対象とし、当該電圧によって生じる人体からの流出電流を測る点で大きく異なる。

具体的には、請求項１の発明は、交流電圧源の接近を検知する方法において、検出回路の第１電極で交流電圧源の接近によって人体に誘起された電圧を測定し、同回路の第２電極で大地に対する静電容量を介した電圧を測定し、これらの第１電極の電位と第２電極の電位差により流れる電流を前記検出回路で捉えて、大地から絶縁された人体が前記交流電圧源に接近した際前記検出回路から信号を出力する、交流電圧源接近検知方法とした。

また、請求項２の発明は、交流電圧源の接近を検知する検電器において、検出回路は交流電圧源の接近によって人体に誘起された電圧を測定対象とした第１電極と、大地に対する静電容量を介した電圧を測定対象とした第２電極とを有し、さらに、前記交流電圧源に人体が接近した際前記検出回路から信号を出力する回路を備えた、交流電圧源接近検知検電器とした。

また、請求項３に発明は、前記第１電極は人体に密着可能な一定面積を有する導体から成り、前記第２電極は第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導体から成ることを特徴とする、請求項２に記載の交流電圧源接近検知検電器とした。

また、請求項４の発明は、前記第１電極は二つの平板を間隔を空けて設け、これらの平板を細幅帯状の接続部で接続し、前記第２電極は第１電極の前記接続部に起立した円筒形状である、請求項３に記載の交流電圧源接近検知検電器とした。

また、請求項５の発明は、前記検電器が人体の腕、足、胴、頭、首のいずれかに巻き付ける帯状体に設けられている、請求項２～４のいずれかに記載の交流電圧源接近検知検電器とした。

請求項１及び２の各発明によれば、人体のどこかに当該検電器を装着しておけば、当該検電器を装着した作業員が電圧源に近づくと信号を出力する。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、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。

また、請求項３又は４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、人体に生じる電圧Ｖ_０を確実に捉えることができる。

また、請求項５の発明によれば、当該検電器を帯状体に設けているため、第１電極を人体により広範囲かつ密着できる構造にでき、人体に生じる電圧Ｖ_０２を確実に捉えることができる。

電圧源に人体が接近した際の人体に流れる電流及び人体から流れる電流が生じることを示す原理説明図である。この発明の実施の形態例１の人体に誘起される電圧に関する主回路の原理概略図である。（ａ）図はこの発明の実施の形態例１の検電器の検出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。（ａ）図はこの発明の実施の形態例１の検電器の外観正面図、（ｂ）図は同検電器の人体への装着状態図、（ｃ）図は同検電器の電極の分解図である。この発明の実施の形態例１の検電器の第２電極の形状例を示す斜視図である。この発明の実施の形態例１の検電器の第２電極の形状による感度の比較を示す比較表図である。この発明の実施の形態例１の検電器の検出回路の構成図である。従来の検電器の概略原理図である。

（実施の形態例１）
まず、この発明の実施の形態例１の検電方法及び検電器を図に基づいて説明する前に、人体の各部の電位を測定した。なお、実施の形態例１の検電器の主回路では、電圧や静電容量を示す場合にＶやＣに「_０」を入れて表示するが、検出回路ではＶやＣに「_０」を入れないで表示する。

まず、人体の電位分布がどのようになっているかを検討した。これには、図１に示すように、ＡＣ電位無線測定器を用いてＡＣ電線に近づいた人体の両手首、両足首、頭部の電位を測った。

その測定結果で、ＡＣ電線側に伸ばした手に電位が生じるのは当然の結果であるが、反対側の手にも電位が生じていることが確認できた。また、ＡＣ電線側に伸ばした手よりも、足側の電位が大きい体位が多くあった。これにより、人体全体で電位が生じていることが分かった。また、人体は大地から浮いた電位になっており、その電位は人体各部で異なっているということが分かった。

しかし、人体は数ｋΩの導体であり、ＡＣ電線や大地からは数ＭΩ以上のインピーダンスで隔離されていることを考えると、人体内で検電器が動作するような数十Ｖ以上の電位差が生じることは考えられない。

検討の結果、測定したＡＣ電位無線測定器は大地からの電極電位を測っているのではなく、電極を通過する電流レベルを示していることが分かった。また、人体電位は大地から浮いているが、人体自体は同電位状態で、周辺のインピーダンス関係に応じて人体各部を流れる電流値に大小が生じており、その電流値に応じてＡＣ電位無線測定器の測定値が変化していた。

図１示すように、人体Ｈが１００ＶのＡＣ電線Ｗに近づくと、腕、胴体、頭を通じてＡＣ電線Ｗからｉ_１、ｉ_２、ｉ_３の電流が人体Ｈに流れ込む。この電流によって人体Ｈは大地ＧからＡＣ電圧を持った状態になる。ここでは３０Ｖである。そして、その人体電位によって人体Ｈと大地Ｇ間容量を通じてＡＣ電線Ｗと逆側の腕、両足、頭を通じて電流ｉ_４、電流ｉ_５、電流ｉ_６、電流ｉ_７が流れ出す。

その電流比率は、ＡＣ電線Ｗと人体Ｈと大地Ｇの関係によって大きく変動するが、片手をＡＣ電線Ｗに近づけてＡＣ電線Ｗの反対側に壁が有る環境では、図１に示したような電流値になった。ｉ_１＝０．１μＡ、ｉ_２＝０．２μＡ、ｉ_３＝０．１μＡ、ｉ_４＝０．０２μＡ、ｉ_５＝０．１８μＡ、ｉ_６＝０．１８μＡ、ｉ_７＝０．０２μＡである。この結果、ＡＣ電線Ｗと反対側の腕に検電器を持っても検電動作ができ、さらにその腕よりも足の方が感度が良い状態となると考えらえる。

従来の一般の検電器では、ＡＣ電線に近づいた場合の電線からの電流ｉ_１、ｉ_２レベルを検知するように設定されているため、電流ｉ_４、ｉ_７の様な低レベルの人体からの流出電流を検知できずにいる。また、人体＝大地電位モデルで考えているため、電流レベルが比較的大きい電流ｉ_５、ｉ_６の流れを利用せずにいる。なお、図１では代表的な電流分布を示した。実際にはもっと多様な人体部位で電流の入出力が生じているのが現実である。

また、人体の絶縁が悪く、人体が大地と同電位となるような条件では電流ｉ_１、ｉ_２、ｉ_３の流入電流しか利用できないので、人体電位を検電することは出来ない。実際に裸足で人体を大地と同電位にしたところ、ＡＣ電線と反対側の検電器は反応しなかった。

この様に、人体が電圧源に近づくと、腕、胴体、頭を通じて電圧源から電流が人体に流れ込み、この電流によって人体は大地からＡＣ電位を持った状態になり、その人体電位によって人体と大地間容量を通じて電圧源と逆側の腕、両足、頭を通じて電流が流れ出すことが分かった。

この原理に基づいてこの発明はなされたものである。図２に示す電圧源Ｗから人体Ｈを通って大地Ｇに流れる閉回路（以下、主回路と言う）の合成容量（Ｃ_０１とＣ_０２の直列接続）Ｃ_０は、次の数１、数２となる。なお、Ｖ_０は電圧源Ｗの大地Ｇに対する電位、Ｖ_０１は電圧源Ｗと人体Ｈとの間の静電容量Ｃ_０１による電位、Ｖ_０２は人体Ｈの大地Ｇに対する静電容量Ｃ_０２による電位を示す。

よって数３及び数４となり、人体Ｈは大地Ｇに対して電位（Ｖ_０２）を有することが分かる。

また、数５、数６であるから、人体Ｈが充電部に近づく程（Ｃ_０１のｄが小さくなり、Ｃ_０１が大きくなる）Ｖ_０２が大きくなる。これにより、Ｖ_０２を検出できれば、「人（人体Ｈ）が充電部に近づくこと」を検出できる。

また、図３の（ａ）図は、図２のＡ部、即ち本発明の検電器Ａの検出原理を示す概略構成図である。この検電器Ａは人体Ｈの腕に巻き付ける腕章型であり、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は人体Ｈ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は人体Ｈと第２電極２間の静電容量、Ｃ_３１は第１電極１と大地Ｇ間の静電容量、Ｃ_３２は第２電極２と大地Ｇ間の静電容量である。

また、第１電極１と第２電極２の間に検出回路４が設けられている。そして、図４に示すように、腕章型の帯状体５の表面に前記第１電極１、第２電極２及び検出回路４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、作業者の腕に装着できるようになっている。

この検電器Ａの全体の合成容量は、次の数７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は数８となる。このＶ_Ｃ２が検出を可能にする電圧である。

上記数８から、Ｃ_１を大きくし、かつＣ_２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、検出回路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。

そこで、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、人体Ｈに巻き付くような（密着する）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４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。

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、人体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４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。

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を人体Ｈに直に当てて密着させた場合、前記Ｃ_１は無限大となり、前記数８に示すようにＶ_ｃ２は大きくなり、感度が良くなる。

なお、前記第１電極１の形状は図４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５の（ａ）図に示すように円板形状のものや、図５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。図５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。

図６はこれらの第２電極２が図５の（ａ）図のもの、（ｂ）図のもの、（ｃ）図のものから成る各検出器Ａを装着した人が、人体側（検出器Ａを装着していない腕の側）から一定の電圧を有する電圧源に近づいたとき、及びセンサ側（検出器Ａを装着した腕の側）から前記電圧源に近づいた際、警報ブザーが鳴った距離を測った。

その結果、３種類の第２電極２では、図５の（ｃ）図に示した円筒形状の第２電極２が一番感度が良いことが実証された。

また、前記検出回路４の構成は、図７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、当該検出回路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。

次に、本発明の検電器Ａによる交流電圧源の接近警報方法の説明をする。
当該検電器Ａを装着した作業者は、作業に際して、まず、検出回路４のスイッチ１２をオンにする。そして当該作業者が交流電圧源に接近すると、作業者に微小電流が流入する。この電流により人体はＶ_０２の電位となる。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を検出回路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。これにより検電器Ａを装着した作業者は交流電圧源に接近したことが分かる。また、作業者は前記スイッチ１２をオン状態にしていても、交流電圧源に接近し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。

なお、上記実施の形態例１では検電器Ａを腕章型としたが、これに限らず、人体の頭、首、胴、足、上半身、下半身のいずれかの部位に密着されるものであれば良い。また、上記実施の形態例１では検電器Ａを腕章型の帯状体５に取付けているが、これに限らず、第１電極１のみを人体に巻き付け、この第１電極１と第２電極２とを離して、第２電極２を別途人体の他の部位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。

また、上記実施の形態例１では検電器Ａ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、検出器Ａ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。

以上、実施の形態例１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。

Ａ検電器Ｇ大地
Ｈ人体Ｗ電圧源
１第１電極１ａ電極板
１ｂ接続部２第２電極
３基板４検出回路
５帯状体５ａ面ファスナー
５ｂ面ファスナー６増幅回路
７基準電圧発生回路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

Claims

交流電圧源の接近を検知する方法において、検出回路の第１電極で交流電圧源の接近によって人体に誘起された電圧を測定し、同回路の第２電極で大地に対する静電容量を介した電圧を測定し、これらの第１電極の電位と第２電極の電位差により流れる電流を前記検出回路で捉えて、大地から絶縁された人体が前記交流電圧源に接近した際前記検出回路から信号を出力することを特徴とする、交流電圧源接近検知方法。
交流電圧源の接近を検知する検電器において、検出回路は交流電圧源の接近によって人体に誘起された電圧を測定対象とした第１電極と、大地に対する静電容量を介した電圧を測定対象とした第２電極とを有し、さらに、前記交流電圧源に人体が接近した際前記検出回路から信号を出力する回路を備えたことを特徴とする、交流電圧源接近検知検電器。
前記第１電極は人体に密着可能な一定面積を有する導体から成り、前記第２電極は第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導体から成ることを特徴とする、請求項２に記載の交流電圧源接近検知検電器。
前記第１電極は二つの平板を間隔を空けて設け、これらの平板を細幅帯状の接続部で接続し、前記第２電極は第１電極の前記接続部に起立した円筒形状であることを特徴とする、請求項３に記載の交流電圧源接近検知検電器。
前記検電器が人体の腕、足、胴、頭、首のいずれかに巻き付ける帯状体に設けられていることを特徴とする、請求項２～４のいずれかに記載の交流電圧源接近検知検電器。