(57)【要約】【課題】仮設発電機に対応する単相三線式給電回路に触れて実技学習することができる電機機器の模擬実技回路及びその使用方法を提供する。【解決手段】商用電源に使用される単相三線式給電回路の出力線に設けられた遮断器と、出力線の中性線と前記遮断器との間に設けられた中性線開閉器と、遮断器を経由した出力線の前記中性線とその両側の電源供給線との間に複数個設けられた、印加電圧の変化が目視できる負荷及び負荷開閉器で構成される直列回路とを備え、中性線開閉器を開放し、中性線を中心として対になった負荷開閉器を閉じ、負荷開閉器以外の奇数個の負荷開閉器を閉じ、このときの負荷への印加電圧状況を目視する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用電源に使用される単相三線式給電回路の出力線に設けられた遮断器と、
前記出力線の中性線と前記遮断器との間に設けられた中性線開閉器と、
前記遮断器を経由した前記出力線の前記中性線とその両側の電源供給線との間に複数個設けられた、印加電圧の変化が目視できる負荷及び負荷開閉器で構成される直列回路とを備えた
電機機器の模擬実技回路。
【請求項２】
前記両側の電源供給線間に設けられた、負荷及び負荷開閉器で構成される直列回路をさらに備えた
請求項１に記載の電機機器の模擬実技回路。
模擬実技回路。
【請求項３】
前記負荷は、電球である
請求項１に記載の電機機器の模擬実技回路。
【請求項４】
前記負荷のいずれかに静電容量が含まれている
請求項１に記載の電機機器の模擬実技回路。
【請求項５】
前記遮断器が複数個設けられており、それらの遮断器間に１個以上のコネクタが設けられているとともに、各遮断器の入力側又は出力側に電圧計を接続するための端子が設けられている
請求項１に記載の電機機器の模擬実技回路。
【請求項６】
請求項１に記載の電機機器の模擬実技回路の使用方法であって、
前記中性線開閉器を開放し、
前記中性線を中心として対になった前記負荷開閉器を閉じ、
前記閉じた負荷開閉器以外の奇数個の負荷開閉器を閉じ、
このときの負荷への印加電圧状況を目視する
電機機器の模擬実技回路の使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電機機器の模擬実技回路及びその使用方法に関し、特に単相三線給電式回路において模擬的に事故を発生させることで電気配線の仕組みを理解するための電機機器の模擬実技回路及びその使用方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、実際の家屋と家電製品を縮小し、電気配線毎の電流等を制御して模擬的に事故を発生させることで電気配線の仕組みを容易に理解でき、この電気配線とこれに接続した家電製品に生じる短絡・地絡等の事故に関する理解と模擬的な事故を体験できる体感型家庭電気設備模擬装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、容易に安全機器の機能を理解できるとともに、安全回路の構築を容易に習得できる安全機器教育用ツールとその組み立てキットも知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
さらに、電気工事・維持作業時に電気事故を発生させる行動とその結果起こる事故減少と、実際の事故では見えないところのその現象を起こす事故メカニズムと遮断器、保護具などの作用を理解させ、電気の怖さを安全に体感させる電気事故防止シミュレータが知られている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１９１１９９号公報
【特許文献２】特開２００９−２１０６２１号公報
【特許文献３】特開２０１０−２３７２９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような従来の模擬装置又は組み立てキットは、現場作業において仮設発電機の結線を間違えて客先機器を焼損させることがないように対策を講じる場合、社内で実機体験できるように小型モデルを作成するためには、大き過ぎるとともに複雑な機材を必要とするという課題があった。
【０００７】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、仮設発電機に対応する単相三線式給電回路に触れて実技学習することができる電機機器の模擬実技回路及びその使用方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するため、本発明に係る電機機器の模擬実技回路は、商用電源に使用される単相三線式給電回路の出力線に設けられた遮断器と、前記出力線の中性線と前記遮断器との間に設けられた中性線開閉器と、前記遮断器を経由した前記出力線の前記中性線とその両側の電源供給線との間に複数個設けられた、印加電圧の変化が目視できる負荷及び負荷開閉器で構成される直列回路とを備えたものである。
【０００９】
また、上記の目的を達成するため、上記の本発明に係る電機機器の模擬実技回路の使用方法は、中性線開閉器を開放し、中性線を中心として対になった負荷開閉器を閉じ、前記閉じた負荷開閉器以外の奇数個の負荷開閉器を閉じ、このときの負荷への印加電圧状況を目視するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る電機機器の模擬実技回路及びその使用方法によれば、商用電源に接続される単相三線式給電回路の出力線の中性線と遮断器との間に中性線開閉器を設け、遮断器の出力側において、中性線とその両側の電源供給線との間に負荷及び負荷開閉器で構成される直列回路を複数個設けるように構成したので、社内や家庭内において机上で、中性線を切ってしまったときなどの負荷の平衡状態／不平衡状態を模擬的に目視確認することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る電機機器の模擬実技回路及びその使用方法の実施の形態１によるハードウェアの構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示した電機機器の模擬実技回路及びその使用方法における、電源の接断、電源電圧測定結果、負荷の接断、中性線の接断、及び負荷電流値との関係を表で示した図（その１）である。
【図３】図１に示した電機機器の模擬実技回路及びその使用方法における、電源の接断、電源電圧測定結果、負荷の接断、中性線の接断、及び負荷電流値との関係を表で示した図（その２）である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係る電機機器の模擬実技回路及びその使用方法を実施するための形態について、図面に基づいて説明する。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、本発明に係る電機機器の模擬実技回路及びその使用方法の実施の形態１をハードウェア構成で示したもので、本実施の形態では、まず電源側において、ビル又は家庭の単相１００Ｖ電源に接続された電源遮断器（以下、遮断器をＭＣＣＢと略称する。）１１を用いる。この電源ＭＣＣＢ１１の出力電圧１００Ｖはトランス１２及び１３にそれぞれ共通して入力される。これらのトランス１２及び１３のそれぞれの一端は共通接続されて中性線を構成し、以てトランス１２及び１３により単相三線式給電回路を構成する。従って、この単相三線式給電回路の中性線の両側の電源電圧線には２００Ｖが出力される。この単相三線式給電回路の中性線には中性線開閉器ＳＷ−０が挿入されている。そして、全三線出力は送電ＭＣＣＢ１４に接続される。
【００１４】
この電源側は、仮設発電機に相当しており、ここでは、上記の単相三線式給電回路、特にトランス１２及び１３に置き換えており、トランスの二次巻線を発電機の出力巻線と想定したものである。
【００１５】
上記の電源側から負荷側までのケーブルは、送電ＭＣＣＢ１４から、赤色の配線Ｌ１、白色の中性線Ｌ２、及び黒色の配線Ｌ３で示す三線が、スイッチ付の中継端子（ジスター）１５及び１６を経由して、負荷側に接続されている。
これらの三線Ｌ１〜Ｌ３は、図示のように、コネクタＤ〜Ｆで接続されており、この例では、コネクタＤ−Ｅ間は４０ｍで、コネクタＥ−Ｆ間は１０ｍである。なお、図示のＣは、ケーブルの浮遊静電容量を示している。
また、中継端子１５及び１６の入力側又は出力側には、それぞれ、電圧計（例えば、デジボル）Ｖ１及びＶ２が接続できる端子が設けられている。
【００１６】
負荷側においては、中継端子１６からの上記三線のケーブル（Ｌ１〜Ｌ３）を受電ＭＣＣＢ１７を経由して中継端子１８に接続している。この中継端子１８からは、配線Ｌ１又は配線Ｌ３と中性線Ｌ２との間に、負荷と開閉器とで構成された直列回路が複数個並列に接続されている。図示の例では、配線Ｌ１と中性線Ｌ２との間に、負荷１と開閉器ＳＷ−１とで構成された直列回路と、負荷２と開閉器ＳＷ−２とで構成された直列回路とが並列に接続されている。同様に、配線Ｌ３と中性線Ｌ２との間に、負荷３と開閉器ＳＷ−３とで構成された直列回路と、負荷４と開閉器ＳＷ−４とで構成された直列回路とが並列に接続されている。さらに、配線Ｌ１と配線Ｌ３との間に、負荷５と開閉器ＳＷ−５とで構成される直列回路が接続されている。なお、負荷１及び２が負荷Ａ群を構成し、負荷３及び４が負荷Ｂ群を構成している。負荷１及び３〜５は、例えば、電球であり、負荷２はコンデンサである。また、過電圧検出リード（クリップ）１９が受電ＭＣＣＢ１７（単相三線電用ＭＣＣＢ）より出ており中性線Ｌ２に接続可能になっている。
【００１７】
なお、図示のように、中継端子１８から負荷側の各電流路には、電流測定箇所Ａ１〜Ａ８が設定されており、その時の電流値を実技者が目視できるようなっている。なお、この電流測定箇所とともに、負荷１〜５も、例えば、電球を使用することで、印加電圧又は通過電流の大きさを簡単に目視確認できるようになっている。
【００１８】
次に、上記の実施の形態の動作を、図２及び図３の表に沿って説明する。なお、図２（Ａ）は下記の動作１〜８、同（Ｂ）は動作９〜１１、図３（Ａ）は動作１２〜１４、同（Ｂ）は動作１５〜１８、同（Ｃ）は動作１９〜２１をそれぞれ示している。
［１］正常な給電状況における各部の電圧・電流の測定：
【００１９】
１．電源電圧確認：実技回路にＡＣ１００Ｖを接続し、電源ＭＣＣＢ１１を投入することにより、トランス１２及び１３が充電され単相三線式給電回路として電圧を発生し、トランス１２及び１３の三線出力端子から、電圧計（図示せず）により、受電電源電圧を確認する。
【００２０】
２．負荷側へ送電：上記１の状態で、送電ＭＣＣＢ１４を投入し、ケーブル（Ｌ１〜Ｌ３）により中継端子１５及び１６を経て受電ＭＣＣＢ１７まで送電する。ここでは、まだ開閉器ＳＷ−１〜ＳＷ−５は投入されておらず無負荷状態である。
【００２１】
３．負荷Ａ群へ給電：上記２の状態で、受電ＭＣＣＢ１７並びに開閉器ＳＷ−１及びＳＷ−２を投入すると、それぞれ負荷１及び２を流れる電流値を電流測定箇所Ａ１及びＡ２でそれぞれ測定する。中性線（Ｎ線）には負荷１及び２の合計電流が流れるので、これを電流測定箇所Ａ６で測定する。その後、開閉器ＳＷ−１及びＳＷ−２を切る。
【００２２】
４．負荷Ｂ群へ給電：上記３の状態で、開閉器ＳＷ−３及びＳＷ−４を投入することにより、負荷３と負荷４に流れる電流値を電流測定箇所Ａ３及びＡ４でそれぞれ測定し、同時に中性線に流れる合計電流を電流測定箇所Ａ６で測定する。その後、開閉器ＳＷ−３及びＳＷ−４を切る。
【００２３】
５．負荷５へ給電：上記４の状態で、開閉器ＳＷ−５を投入することにより、負荷５に流れる電流を電流測定箇所Ａ５で測定する。このとき、負荷５には電圧２００Ｖが印加される。この場合、中性線は切ってあるので、中性線電流はゼロである。その後、開閉器ＳＷ−５を切り、無負荷状態に戻す。
【００２４】
６．負荷Ａ群及びＢ群へ給電：上記５の状態で、開閉器ＳＷ−１及びＳＷ−３を投入することにより、負荷１と負荷３に流れる電流及び中性線電流をそれぞれ電流測定箇所Ａ１，Ａ３、及びＡ６、Ａ７、Ａ８で測定する。この場合、中性線電流はゼロである。その後、開閉器ＳＷ−１及びＳＷ−３を切る。
【００２５】
７．負荷Ａ群及びＢ群へ給電：上記６の状態で、開閉器ＳＷ−２及びＳＷ−４を投入することにより、負荷２と負荷４に流れる電流及び中性線電流をそれぞれ電流測定箇所Ａ２，Ａ４、及びＡ６、Ａ７、Ａ８で測定する。この場合、負荷２にはコンデンサＣが直列接続されているため、このコンデンサＣの静電容量により負荷２を流れる電流と、負荷４を流れる電流とは同相にならないため、中性線電流はゼロにはならない。その後、開閉器ＳＷ−２及びＳＷ−４を切る。
【００２６】
８．全負荷給電：上記７の状態で、負荷関係の開閉器ＳＷ１〜ＳＷ−５を全て投入して、それぞれの電流を電流測定箇所Ａ１〜Ａ８で測定する。その後、全開閉器ＳＷ１〜ＳＷ−５を切り、無負荷状態に戻す。
【００２７】
以上の実技で、正常な回路では負荷Ａ群と負荷Ｂ群の負荷電流は合成されて、中性線へ戻って行く。このとき、負荷Ａ群及びＢ群が全く同じ負荷なら中性線電流はゼロとなるが現実では起こり得ないので、電流測定箇所Ａ６での測定値がゼロのときは、何らかの異常が存在すると考える。これは、例えば、中性線の回路が形成されていないことがその原因と考えられる。
【００２８】
［２］中性線開閉器ＳＷ−０を切り、中性線（Ｎ相）欠相給電状況における各部の電圧・電流の測定：
９．送電ＭＣＣＢ１４を投入し、受電ＭＣＣＢ１７及び全ての開閉器ＳＷ−１〜ＳＷ−５を切った状態で、電源ＭＣＣＢ１１を投入して単相三線電圧を発生させる。
【００２９】
１０．スイッチ付中継端子１５を投入し、受電ＭＣＣＢ１７の入力側の中継端子１６で電圧Ｖ２を確認する。この場合、０Ｖであれば中性線は切れていると判断できるが、高インピーダンスのデジタルマルチメーターだと、ケーブル（Ｌ１〜Ｌ３）の静電容量により、１００Ｖの電圧が測定されてしまい、正常電圧と判断してしまう。また、この電圧は、電圧計が低インピーダンスのアナログメーターだと、ケーブル（Ｌ１〜Ｌ３）の静電容量に影響されて変動する。
スイッチ付中継端子１５を開放し、ケーブル（Ｌ１〜ｌ３）を切り離し、スイッチ付中継端子１５の送電ＭＣＣＢ１４側で電圧計測すると静電容量に影響されず計測できることが確認できる。
【００３０】
１１．負荷Ａ群へ給電するため、受電ＭＣＣＢ１７及び開閉器ＳＷ−１のみを投入して負荷１を動作させる。この場合、中性線が断状態のため中性線には電流が流れず、負荷１の電球は点灯しない。その後、受電ＭＣＣＢ１７及び開閉器ＳＷ−１を切る。
【００３１】
上記１１では、電球負荷が点灯しないので異常に気づく。しかし、単相三線式給電回路は家電品（テレビ冷蔵庫の類）・照明などが主体で負荷回路を無負荷にして順次電源を活かすことはできないので、開閉器が投入されたままの電気製品に給電するが、電源は入らないことになる。
【００３２】
１２．負荷Ａ群及びＢ群へ給電するため、開閉器ＳＷ−１とＳＷ−３を投入しておき、すなわち負荷１と３を動作状態にしておき、受電ＭＣＣＢ１７を投入する。この場合、負荷１及び負荷３はそれぞれ１／２電圧を分担し、１００Ｖが印加されるので、負荷１及び３の電球は恰も正常であるかのように点灯する。
従って、負荷１及び３のインピーダンスがほぼ同じだと、中性線が断、すなわち中性線電流がゼロでも、電圧測定では発見が難しい。
【００３３】
１３．続いて、開閉器ＳＷ−４を投入する。この場合、異常点灯となるので開閉器ＳＷ−４を即座に切る。すなわち、負荷１と負荷３、４の並列回路とのインピーダンス比は１：０．５となり、２００Ｖが１３３Ｖと６７Ｖに分圧して掛かるので、負荷１には負荷２の約２倍の高い電圧が印加され、負荷１の電球は異常点灯する。
【００３４】
１４．中性線欠相給電を保護するため、受電ＭＣＣＢ１７の過電圧検出リード１９を負荷中継端子１８の中性線（白相線）につないで再度開閉器ＳＷ−４を投入する。異常電圧を検知して受電ＭＣＣＢ１７がトリップする。受電ＭＣＣＢ１７（単相三線電用ＭＣＣＢ）は、負荷Ａ群／Ｂ群の電圧比が大きくなると自動遮断する。その後、受電ＭＣＣＢ１７を切る。
【００３５】
上記のように、Ａ群とＢ群の負荷が同じだと異常に気付かず、通常Ａ群とＢ群は同じ値になるよう分配される。一方に大きな負荷が掛かるとＡＢ比が崩れる。
【００３６】
１５．上記２と同様に、単相三線電源を投入した状態で受電端子電圧Ｖ１及びＶ２を測定し、正常であることを確認する。
【００３７】
１６．そして、開閉器ＳＷ−０を開放して中性線欠相状態を作り、電圧Ｖ１及びＶ２をデジタルマルチメーターで測定する。中性線が欠相されているのに、恰も正常であるかのように電圧１００Ｖが出る。これは、ケーブル内での静電誘導電圧を、デジタルマルチメーターが入力インピーダンスが高いために測ってしまうことが原因である。
【００３８】
１７．スイッチ付中継端子１５を全相断にして、電圧Ｖ２を測定する。中継端子ＳＷ以降は電圧が出ない。これは、電線が繋がっていないいのであるから、当然の結果である。
【００３９】
１８．中性線欠相を発見するための電圧測定法として、中継端子ＳＷを投入して、電圧Ｖ１及びＶ２を測定する。
【００４０】
以上で、ケーブル電線間の静電誘導で、あたかも電圧があるように測定できてしまう不具合を認識する。しかし、低インピーダンスの計測器類を使用すれば異常を発見出来る。
【００４１】
１９．開閉器ＳＷ−０のみを投入し、電源ＭＣＣＢ１１を含む全ての開閉器類を断にする。
【００４２】
２０．電源ＭＣＣＢ１１を開放させ、コネクタＤ〜Ｆにより、ケーブル接続を行って、電圧発生が出来ない状態にする。負荷側受電ＭＣＣＢ１７端子から電源側の導通を測る。正常であれば、赤−白−黒間に単相トランス１２、１３の巻線抵抗値が出る（赤−白＝白−黒Ω）。
【００４３】
２１．開閉器ＳＷ−０が切ってあると、巻線抵抗値が出ないので「異常有」の判定となる。
【００４４】
なお、電圧確認法でも導通確認法でも、負荷に給電すると同時に、中性線電流を測定し、ゼロ電流であればすぐに給電を止める。
【符号の説明】
【００４５】
１〜５  負荷；ＳＷ−０〜ＳＷ−５  開閉器；１１，１４，１７  遮断器（ＭＣＣＢ）；１２，１３  トランス；１５  スイッチ付き中継端子；１６，１８  中継端子；Ａ１〜Ａ８  電流測定箇所；Ｖ１，Ｖ２  電圧測定箇所；Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３  ケーブル。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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