JPS6039313A - 電力線への接近を検知する装置と方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 本発明は１本またはそれ以上の高電圧電線への対象体の
接近の検知に関し、更に詳しくは高電圧交流電線への接
近を検知する装置と方法に関する。本発明はこのような
電線の環境にある電機器装置の操作者にこのような高′
亀圧電線にあまＤＫも接近しすぎている機器装置の部分
の危険を信号で知らせる装置を提供するものでおる。

従来の技術 人間が操作しているか又は立っている機器装置が高電圧
電線に接触すれすれにあるとき又はあまシにも接近しす
ぎているとき、心気ショックから危害を受けて身体上の
又は心理的な損傷を起す作業者が毎年増大しつつある。

クレーンまたはブーム付き乗物をこのような高電圧線の
付近で操作する場合にこのような事故が多い。この危険
を減少させようとして、種々の接近検知装置が開発され
使用されていた。このような装置は等電位電圧測定原理
にもとづいて作動する回路を使用している。電力線のま
わりに電場が蓄積し、このような電場の強度は等電位線
にそって減少することが知られている。測定装置を電力
線にどんどん接近するように移動させながら電場の電圧
を測定すると電場の電圧は測定装置の移動につれて増大
し、測定アンテナがこの電力線にふれるときに最大強度
の電圧かえられる。従来知られている検知回路において
は、アンテナによって受信される等電位電圧が測定され
て既知の値と比較され、既知の値よりも高いすべての測
定電圧が警報器を作動させる。

このような検知装置の主な欠点の１つは、アンテナによ
って受信される電圧が大地底圧への線である限界値に向
って減衰してゆくことである。すなわち、電圧の異なる
２本の電線が存在する場合、警報器の作動なしに最低電
圧の電線にふれる危険がある。これらの電線のうち電圧
の高い力の電線について警報を発生させるに必要な電位
が他方の電線についての実際の電圧よりも高いことがあ
りうると考えられる。また、等電位電圧は近隣の金属構
造物（たとえば鉄塔）によって混乱を受けやすいことも
指摘される。これらのすべての不都合に加えて、非常に
高いインピーダンス回路の必要性による等電位電圧測定
の困難性も存在する。

本発明の１つの特徴は従来の技術における上記の不都合
を実質的に克服することにある。それ故に本発明は生き
た電力線から発生する静電容量電流を測定することによ
って交流電線への対象体の接近を検知する装置と方法を
提供するものである。所定゛電圧のおる与えられた電線
について、静電容量電流の強度は受信用アンテナ装置と
′電力線との間の距離の関数である。それ故、このよう
な配列により、電力線と受信用アンテナ装置との間の距
離を検査するだめの情報を利用することができる。

本発明の検知方法は、静電容量電流の強度が受信用アン
テナ装置と電線との間の距離の減少につれて迅速に増大
し、距離がゼロになると理論的に無限大になるという理
由のために、等電位電圧測定法に比べて重要な改良をも
たらす。

本発明の方法によれば、存在する電線にこれ以上接近す
ると危険であるという値を示す閾値が心線の電圧とは無
関係に常にえられる。その上、静電容量電流の測定原理
は周囲の構造物によって生ずる受信信号混乱効果をかな
シ低減させる。

〔発明の構成および効果〕

本発明は交流電圧を搬送し生成電場を作る電力線への対
象体の接近を検知する装置を提供する。この装置は電流
強度が主として受信用アンテナ装置と電線との間の距離
の関数である電流を静電容量効果によって受信しうる受
信用アンテナ装置を備える。この装置は更に電流をコー
ド信号に変える測定および調整用の回路を備える。この
コード信号があらかじめ定めた貯蔵値に達したときに警
報を発生するように警報装置をこの測定および調整用の
回路によって作動させる。

本発明はまた交流電圧をもち生成電場を作る電力線への
対象体の接近を検知する方法を提供する。この方法は電
流強度が受信用アンテナ装置と（社）力線との間の距離
の関数である電流を静電容量効果によって受信する工程
を含む。その後に、受信電流の強度を測定および調整用
の回路において測定する。この測定値は同じ測定および
調整用の回路において調整およびコード化してコード信
号として制御装置に送り、あらかじめ貯蔵したコード信
号値と比較する。このコード信号が主制御局の記憶装置
に貯蔵されているあらかじめ定めたコード値を越えてい
たら、警報を発生させる。

実施例 本発明の好ましい具体例を添付図面を参照して以下に述
べる。

第１図は電力線の環境におる、本発明の接近検知装置を
装備したりし・−ンの図式説明図である。

第２Ａ図は電力線から受信用アンテナ装置をへたてる距
離の関数として、従来技術の等電位測定測定法の信号曲
線を示すグラフである。

第２Ｂ図は電力線から受信用アンテナ装置をへだでる距
離の関数として、静電容量電流を測定したときの信号曲
線を示すグラフである。

第３図は等電位電圧および静電容量電流を測定するため
にセンサ装置として使用する金属器のインピーダンスを
示す説明図である。

第４図は等電位測定および静電容量電流測定の両者につ
いての、受信用アンテナ装置と金属ブームとの間の距１
１ｉｌ（ｄ）〔第１図〕の関数としての測定信号の曲線
を示すグラフである。

第５図は測定および調整用回路（この明細書では支局と
呼ぶこともある）のブロックダイヤグラムである。

第６図は本発明の検知装置の代表的な設置例を示すブロ
ックダイヤグラムである。

第１図を参照して、そこには静電容量電流測定によって
電線（１）への接近を検知する方法が図式的に示しであ
る。

クレーン（２）は電線（１）に接近して配置され、その
ブーム（５）の端部に受信用アンテナ装置（３）を備え
ている。このアンテナは電力線（１）から距離（Ｄ）を
おいて、且つ金属ブーム（５）から距離（ｄ）をおいて
配置されている。電線（１）からのある距離において、
電線の電圧は受信用アンテナ装置（３）中に電流を誘導
し、この誘導電流の強度は受信用アンテナ装置（３）に
接近して配置される支局（４）中の測定および調整用の
回路を使用することによって測定される。主制御局（６
）はケーブル（７）によって支局に接続されている。

主制御局（６）は警報器回路（図示していない）にも接
続していて危険が存在するときに操作者に警報を与える
ようになっており、そして更に支局の適正な操作を確認
するだめの自己検査回路をも備えている。

電線と受信用アンテナ装置（３）との組合せはキャパシ
タ（Ｃ）を形成する。このキャパシタは次式によって表
わされる静電容量をもつ。

Ｃ＝Ｇ’　（ＤＨｄ、ｓ、　Ｅｒｐ　ＴＩＴ　Ｔ２　）
ただし式中のＤは電線（１）と受信用アンテナ装置（３
）との間の距離であり、ｄは受信用アンテナ装置（３）
と金属ブーム（５）との間の距離であシ、Ｓはセンサ装
置（３）の表面であシ、Ｅｒは誘電常数であシ、Ｔ！は
電線の幾何学構造からの効果であり、Ｔ２はセンサ装置
のまわりの金属の幾何学構造からの効果である。本発明
の検知装置において、これらのパラメータのいくつかは
固定され、その他は任意に固定され、そしていくつかは
無視しうるか又は使用する測定法によって無視しうるも
のとなる。従って唯一の重要なパラメータは受信用アン
テナ装置（３）と電線（１）との間の距離、すなわち距
離（Ｄ）である。それ故、上記の式は次のように簡単に
することができる。

Ｃ＝Ｇ（Ｄ） この関係式により、受信用アンテナ装置に受信される電
流を、電線（１）から受信用アンテナ装置（３）をへだ
てる距＃（Ｄ）と電線の電圧（Ｖ）との関数である電流
強度工。とじて推論することができる。これは次の方程
式によって表わすことができる。

Ｉ（＝（２ｙｒ　ｆ　Ｖ　）Ｃ，Ｃ＝Ｇ　（Ｄ）ここに
Ｃは電線と受信用アンテナ装置との間の静電容量（キャ
パシタンス）であシ、Ｄは電線と受信用アンテナ装置と
の間の距離であ如、ＩＣは静電容量電流であり、ｆは電
圧Ｖの電線の周波数である。

本発明の静電容量電流測定装置は、等電位電圧の測定に
もとづ〈従来技術の装置に比べて、かなりな利点を与え
る。

第２Ａ図は等電位電圧の測定値を受信用アンテナ装置と
電線との間の距離の関数として示すグラフである。この
グラフは受信用アンテナ装置が２３０ＫＶの電線の近傍
に又は２５ＫＶの電線の近傍にあるときの信号電圧（■
ｃ）を示している。電線からの機器装置の距離をＤｌな
る値に限定するために警報を発するように基準電圧をｖ
ｌに設定したときは、この基準電圧Ｖ！は２５ＫＶ電線
の電圧より高水準にあるため２５Ｋｖ電線への接近に使
用したとき操作不能であることがわかる。これは非常に
危険な状態をもたらす。

それは警報の発生なしに機器装置が２５ＫＶ’４線にふ
れることができるためである。

本発明で用いるように静電容量電流を測定することによ
って、このような危険な状態はなくなる。第２Ｂ図は電
流強度が受信用アンテナ装置と電線の間の距離および電
線の電圧の関数である静電電流工。を示す。この図は２
本の特定の電線すなわち２３０Ｋｖ電線および２５ＫＶ
電線についての信号Ｉｃの強度分布を示している。この
実例において、２３０Ｋｖ電線の場合に乗物のブームを
距離Ｄｌ内に限定するために警報を発生させる基準点を
たとえ１．なる値に固定したとしても、この基準点が２
５ＫＶ電線の環境での操作のためにたとえ矯正されなく
ても２５ＫＶ電線の環境で距１ｉ１１Ｄ＋内で警報が発
生される。従って、距離Ｄ２が２５ＫＶ電線に対して許
される必要距離よりもたとえ小さいとしてさえ、警報が
発生されるのである。

本発明の重要な特徴は、静電容量電流Ｉ。が理論的無限
大値に向う傾向があり、等電位電圧を測定する場合のよ
うに固定値に向うのではないという事実である。従って
、静電容量電流を測定することによって、電線への接近
を検知する手段を改良することができるのである。

静電容量電流を測定することによって電線への接近を検
知する本発明の原理け、装置に使用する測定および調整
用の回路の構造を考えるとき他の重要な利点を与える。

この方法に伴なう重要な特徴は、支局中の測定用回路の
入力インピーダンスの値にある。等電位電圧を測定する
とき、電圧測定の場合も同様であるが、電源インピーダ
ンスに比べて高い入力インピーダンス回路が必要である
。等電位電圧測定の場合には、測定装置によってみえる
電源インピーダンスは非常に高く、数百メガオームであ
る。それ故、このような測定を行なうに適切な測定装置
を設計することは著るしく困難である。他方、静電容量
電流の測定は電源インピーダンスに比べて非常に低いイ
ンピーダンス回路を必要とし、これは非常に有利である
。

第３図は受信用アンテナ装置において静電容量電流を測
定する際の別の利点を実証している。第３図は受信用ア
ンテナ装置（３）〔ここでは金属器アンテナとも呼ぶ〕
Ｋ存在する信号に及ぼす金属構造体の存在によって生ず
る効果の電気的モデルを示している。受信用アンテナ（
３）と電線（１）との間の距離を表わすための信頼性あ
る信号の測定をうるためには、アンテナ（３）の周囲の
金属構造体を介して地中に信号を流す静電容量の洩れＣ
Ｆと抵抗の洩れＪとを最小にすることが必要である。等
電位電圧を測定する場合、測定用回路（８）の入力イン
ピーダンス（Ｚｉ　）は非常に高く、洩れが測定にかな
り悪影響を及ぼし、従ってその測定は受信用アンテナの
周囲に金属構造体が存在するときは許容されない。洩れ
容量ｃＦは金属構造体に対するアンテナの位置に主とし
て依存する可変値であることが知られているので、測定
した等電位電圧は受信用アンテナを金属構造体（すなわ
ちクレーンのブーム）からへたてる距離に非常に依存す
る。然しなから、静電容量電流を測定する場合には、測
定用回路（８）の入力インピーダンス（Ｚｉ）は非常に
低く、（ブームのような）金属構造体への洩れはかなシ
減少し、従って測定にめだった悪影響は及ぼさず、その
測定をよシ信頼の高いものとする。

第４図は等電位電圧を測定する従来技術と比較した、本
発明の方法による測定用信号の信頼性を実証している。

曲線Ｂは静電容量電流を使用したときの測定用信号を示
し、曲線Ａは等電位電圧測定法を使用したときの測定用
信号を示す。曲線Ｂの測定は金属構造体の存在によって
混乱され難いことがわかる。それ故、この信号を使用す
ることの別の利点は、受信用アンテナを乗物の金属ブー
ムまたは金属構造体にもつと接近して配置することがで
き、これによって不便さが少なくなることである。

本発明において、入力信号は２つの異なった工程におい
゛Ｃ処理される。第１に、アンテナ（３）の受信した静
電容量電流はアンテナ（３）に近接して配置した測定お
よび調整用の回路（４）〔第５図参照〕中で一連の変換
を受ける。信号の最終処理段階ならびに警報発生回路は
第６図に示すように主制御局（６）中に配置される。こ
の主制御局は乗物の操作者の手にとどく所にあシ、操作
者は符号（１５）で示すような制御が与えられて装置を
操作することができる。

第５図を参照して、支局（４）が静電容量電流を受信す
るアンテナ（３）に接続され且つケーブル（７）を介し
て主制御局（６）に接続されているっ支局（４）は電流
測定用回路（８）をもっている。この回路（８）の出力
信号は、測定信号を制御回路（１０）から得てこの測定
信号を主制御局（６）に送るべきコード信号に変えるた
めに、調整用回路（９ンに供給される。制御回路（１０
）はマイクロプロセッサを備え、接続用回路に連結して
、ケーブル（７）による信号搬送を包含する支局（４）
の操作を制御する。自己検査回路（１１）は制御回路（
１０）と協働して支局（４）の副回路の適切な機能達成
ならびにアンテナ（３）の適切な操作を保証する。

第６図は測定装置の代表的な設置例を示す図式的ダイヤ
グラムである。この図に示すように、複数個の支局（４
）、ここには４Ａ、４Ｂ、４Ｃとして示しである、のそ
れぞれは受信用アンテナ（３Ａ）、（３Ｂ）、（３Ｇ）
をそれぞれ備え、ケーブル（７）によって相互に接続さ
れている。これらの支局（４Ａ、４Ｂ、４Ｃ）は重機た
とえばクレーンのブームにそって或いはその種々の重要
な点において接続されている。

第５図および第６図に示すような検知装装置は電線への
乗物の接近を検知する役割を提供する点で乗物の操作者
を補佐している。

これらの支局は静電容量電流の測定ならびに主制御局に
対して信頼あるものとするための測定信号の調整を与え
る。

支局における副回路の第１段階は静電容量電流を約１０
０ｄＢの動的範囲にわたって測定する。この操作は自動
増進制御電流−電圧変換回路（８）によって行なわれる
。変換装置（８）は制御および命令の回路（１０）によ
って操作され、装置に要求される正確さで大きな動的範
囲にわたって信号を測定しうる。ノイズ効果をなくすた
めに、支局はフィルタ回路（図示していない）を含む。

ノイズ排除け３工程で行なわれる。第１に、１つのフィ
ルタを備えてアナログ信号を濾過し、測定回路（８）中
にくみ入れる。第２に、デジタルフィルタ類を制御回路
中に備える。第３に、調整用回路（９）と制御回路（１
０）を′亀線心圧の周波数に同期させる。

この同期化は電線の周波数に同期していないノイズをな
くすのに役立つ。自己検査回路は支局の操作を連続的に
確認して、回路中に欠陥栄件が存在するときに操作者に
信号を与える。第５図に示すような場合に、回路（１１
）によるこのＳ認はアンテナ人力（３ンから出カケーブ
ル（７）まで行なわれる。アンテナのこの確認は、測定
される信号の周波数帯域外の信号でアンテナを分極させ
ることによって行なわれ、そしてこれは自己検査回路（
１１）によって遂行される。

この方法により、アンテナ上のショート回路もしくは開
放回路の状態は直ちに検出される。この信号はまた、装
置の残余の作動状態を連続的に検査することも可能にす
る。装置は確認信号の連続的存在を認識しなければなら
ないからである。制御回路（１０）の機能不良は主制御
局（６）によって検知される。

主制御局（６）において、その中の回路は支局から搬送
される信号の有効性の確認のために与えられている。主
制御局はまた必要なときに警報装置（１４）を作動させ
るために必要な信号の操作と計算も行なう。主制御局（
６）は主としてマイクロプロセッサと付属回路とから成
る。入力線（７）上の信号は、前述の如く、支局の機能
に関する情報ならびに測定した静電容量電流に対応する
測定信号を含むコード化メツセージである。それ故、主
制御局はコード信号を含むメツセージの第１の部分を分
析することによって４Ａ〜４Ｃのような支局の適正な機
能について決定を行なうことができる。支局の機能が良
好であれば、主制御局は次いでメツセージの第２の部分
を使用して電線に対するクレーンの接近状態を調べ、必
要ならば警報装置（１４）を作動させる。上記の複合信
号の第１の部分の性質によって支局の操作が不適切であ
ると判然されたならば、制御パネル（図示していない）
に特定の指示を与えることによって乗物の操作者に通知
が行なわれる。主制御局はまた支局に命令して回路の確
認もしくは回路の調整あるいは磨製なその他の機能を開
始させる。

最後に、この装置の信頼性を保証するために、主制御局
は確認装置（図示していない）をも備えている。

本発明の検知装置を機器装置に備えて利用する毎に、操
作者はこの検知装置を手動制御（１５）によりセットす
る簡単な作業を行なわなければならない。手動制御（１
５）を使用して、操作者は基準の静電容量電流の値の記
憶化を開始する。これらの値は警報装置を作動させるた
めに、および電線への接近の遂次相対的指示を与えるだ
めに、使用される。

以上に述べた好ましい態様の実施例についての任意の自
明の変形もそれらが特許請求の範囲に入る限択本発明の
範囲に包含される。

【図面の簡単な説明】

第１図は電力線の環境にある、本発明の接近検知装置を
装備したクレーンの図式説明図である。 第２Ａ図は心力線から受信用アンテナ装置をへだでる距
離の関数として、従来技術の等電位測定測定法の信号曲
線を示すグラフである。 第２Ｂ図は電力線から受信用アンテナ装置をへだてる距
離の関数として、静電容量電流を測定したときの信号曲
線を示すグラフである。 第３′図は等電位電圧および静電容量電流を測定するた
めにセンサ装置として使用する金属器のインピーダンス
を示す説明図である。 第４図は等電位測定および静電容量電流測定の両者につ
いての、受信用アンテナ装置と金属ブームとの間の距１
１ｉＩ（ｄ）〔第１図〕の関数としての測定信号の曲線
を示すグラフである。 第５図は測定および調整用回路（この明細書では支局と
呼ぶこともある）のブロックダイヤグラムである。 第６図は本発明の検知装置ｌの代表的な設置例を示すブ
ロックダイヤグラムである。 図中において； １・・・電線　；２・・・クレーン　；３・・・アンテ
ナ；４・・・支局　；５・・・ブーム　；６−・・主制
御局；７・・・ケーブル　；８・・・測定用回路　；９
・・・調整用回路；１０・・・制御回路；１工・・・自
己検査回路；１４・・・警報装置；１５・・・手動制御
；　３　ＡＴ　３　Ｌ　３　ｃ・・・アンテナ；４Ａ、
４Ｂ、４Ｃ・・・支局。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、生成電場を作る交流電力電線への対象体の接近を検
   知する装置であって；電流強度が電線から受信アンテナ
   装置をへだでる距離の関数である電流を静電容量効果に
   よって受信しうる受信アンテナ装置と、受信電流をコー
   ド信号に変える測定および調整用の回路と、この測定お
   よび調整用の回路と連合してコード信号があらかじめ定
   めた貯蔵値に達したとき警報信号を発生する警報装置と
   を備えて成る検知装置。 ２、測定および調整用の回路が電源インピーダンスに対
   して低い入力インピーダンスをもち、受信アンテナの支
   持構造体を通しての漏電の影響がかなシ減少せしめられ
   る特許請求の範囲第１項記載の検知装置。 ３、測定および調整用の回路が、受信電流をコード信号
   に変えて警報装置を備える主制御局に搬送するだめの自
   動増進制御電流−電圧変換器と調整および制御用の回路
   とをもつ特許請求の範囲第２項記載の検知装ｒｉ。 ４、警報装置が主制御局に接続され、コード信号があら
   かじめ定めた貯蔵値と比較される特許請求の範囲第３項
   記載の検知装置。 ５、検知装置を設置した機器装置が電線の新しい環境に
   配置されるたびに、あらかじめ定めた貯蔵値が操業者に
   よる要求に応じて決定される特許請求の範囲第４項記載
   の検知装置。 ６、複数の支局を備え、それぞれの支局が電流強度が電
   線から受信アンテナ装置をへだてる距離の関数である電
   流を静電容量効果によって受信する上記の受信アンテナ
   装置の１つをもち、主制御局が接続用ケーブルによって
   支局のそれぞれに接続され、そして主制御局が警報装置
   を備えていて主制御局による命令の際に警報を発生する
   特許請求の範囲第３項記載の検知装置。 ７、それぞれの支局が自己検査回路を備え、この回路が
   受信装置によって測定される信号の周波数帯域の外側の
   且つ主制御局によって確認される連続確認信号を与える
   特許請求の範囲第３項記載の検知装置。 ８、生成電場を作る交流電圧をもつ電線への対象体の接
   近を検知する方法であって；電流強度が電線から受信ア
   ンテナ装置をへたてる距離の関数である電流を静電容量
   効果によって受信する工程；この受信電流の強度を測定
   および調整用の回路によって測定する工程；この受信電
   流を調整してコード信号を与え、これを主制御局に搬送
   する工程；主制御局においてこのコード信号を分析し、
   それによって該信号をあらかじめ定めた貯蔵値と比較す
   る工程；およびコード信号が警報発生を必要とする情報
   を含む際に警報装置を作動させる工程；から成ることを
   特徴とする検知方法。 ９、静電容量電流を低いインピーダンスにおいて測定す
   る特許請求の範囲第８項記載の検知方法。 １０、検知装置の操作を装置中に注入した確認信号によ
   って連続的に確認し、且つその際の確認信号を受信アン
   テナ装置によって測定される信号の周波数帯域の外側に
   設定する特許請求の範囲第９項記載の検知方法。 １１、複数個の受信アンテナ装置と複数個の測定および
   調整用の回路とによって複数個の異なった信号を測定し
   て主制御局に供給すべき複数個のコード信号を与える特
   許請求の範囲第１０項記載の検知方法。 鯰、主制御局でコード信号を分析して装置の適正な機能
   を決定する特許請求の範囲第１０項記載の検知方法。 Ｂ０機器装置を使用する作業区域をえらぶことによって
   あらかじめ足めた貯蔵値を決定し、そして主制御局の記
   憶容量にこのような信号を貯蔵する特許請求の範囲第８
   項記載の検知方法。