(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気設備の導体部に特定周波数の電磁波を照射して課電または通電されている電気設備の導体部に振動を発生させる電磁波発生器と、電気設備の導体部に波動を照射し入射波の振動数と反射波の振動数に基づいて前記電気設備の導体部の振動数および振動振幅を検出する振動検出器と、前記振動検出器で検出された前記電気設備の導体部の振動数および振動振幅に基づいて課電状態または通電状態を判定する演算処理装置と、前記演算処理装置で判定された課電状態または通電状態を出力する出力装置とを備えたことを特徴とする課電通電検出装置。
【請求項２】
電気設備の導体部に特定周波数の電磁波を照射して課電または通電されている電気設備の導体部に振動を発生させると共に前記電磁波の入射波振動数と反射波振動数に基づいて前記電気設備の導体部の振動数および振動振幅を検出する振動検出器と、前記振動検出器で検出された前記電気設備の導体部の振動数および振動振幅に基づいて課電状態または通電状態を判定する演算処理装置と、前記演算処理装置で判定された課電状態または通電状態を出力する出力装置とを備えたことを特徴とする課電通電検出装置。
【請求項３】
前記演算処理装置は、特定振動数の振動振幅が所定値を超えているときは、課電状態または通電状態であると判定すること特徴とする請求項１または請求項２記載の課電通電検出装置。
【請求項４】
前記出力装置は、前記演算処理装置で判定された課電状態または通電状態を前記振動振幅に対応して予め定められた色または数値で表示する表示装置を有していることを特徴とする請求項１または請求項２記載の課電通電検出装置。
【請求項５】
前記出力装置は、前記演算処理装置で判定された課電状態または通電状態を前記振動振幅に対応して予め定められた音で出力するスピーカを有していることを特徴とする請求項１または請求項２記載の課電通電検出装置。
【請求項６】
前記電気設備の映像を撮影するカメラを設け、前記表示装置は前記カメラで撮影された前記電気設備の振動部分に前記振動に対応した色または数値を表示することを特徴とする請求項４記載の課電通電検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力系統に設置される電気設備の導体部が課電または通電しているか否かを検出する課電通電検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電力系統には変電所や開閉所等の電気所が設けられ、これらの電気所には変圧器や開閉器等の電気設備が設置されている。そして、事故発生時や点検時にはこれらの電気所の電気設備の点検を行うことになる。
【０００３】
この場合、点検対象箇所の近傍に課電状態または通電状態の電気設備があるか否かを予め確認して、高圧が課電されている電気設備や電流が通電がされている電気設備に作業員が誤って近づかないように注意を促し作業員の安全を図っている。
【０００４】
電気設備の課電状態を認識する方法として、各種の検電器や計器用変成器（ＰＴ(potential transfomer)、ＰＤ(potentiol device)）が用いられている。検電器は、絶縁棒の先にネオン管などの検出部が取り付けられており、電気設備の導体部にその検出部を接触させて課電の有無を確認する。また、計器用変成器（ＰＴ、ＰＤ）は電気設備の導体部が接続された電路の電圧を降圧して電気設備の導体部の電圧を検出し、電気設備が課電されているか否かを判断する。
【０００５】
一方、電気設備の導体部に流れる電流を認識する方法として、各種の検流計や計器用変流器（ＣＴ(current transfomer)）が用いられている。検流計は、絶縁棒の先にＵ字型の強磁性体にコイルなどの検出部が取り付けられており、電気設備の導体部にその検出部を挟み込んで電流の大きさを検出する。また、計器用変流器（ＣＴ）は電気設備の導体部に直列に接続して電気設備の導体部の電流を検出し、電気設備の導体部に流れている電流の大きさを検出する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、検電器により電気設備の導体部に電圧が課電しているか否かを判断する場合や、検流計により電気設備の導体部に流れる電流の大きさを検出する場合には、電気設備が高電圧になればなるほど絶縁耐力の大きな検電器や検流計を使用しなければならないので検電器や検流計は大型となり重量も重くなる。従って、高所の電気設備の導体部の課電状態や通電状態を検出することは困難となる。
【０００７】
一方、計器用変成器の検出電圧により電気設備の導体部が課電しているか否かを判断する場合や、計器用変流器の検出電流により電気設備の導体部が通電しているか否かを判断する場合には、計器用変成器や計器用変流器を予め設置しておかなければならず、検出点も計器用変成器や計器用変流器の設置位置に限定される。また、計器用変成器や計器用変流器は高電圧になるほど大きな絶縁耐力を必要とし高価となる。
【０００８】
そこで、本出願人は、特願２００１−１９７８０５号により、電気設備が見通せる地上の任意の地点から電気設備の導体部が課電状態または通電状態にあるか否かを検出できる発明を開示した。この発明では、交流課電または交流通電されている電気設備の導体部が課電電圧または通電電流の２乗で自励振動していることに着目し、その振動を検出して交流の課電電圧または交流の通電電流を可視化するようにした。また、直流課電に対しても電気設備の導体部近傍の空気に含まれる気体分子や微粒子の帯電により電気設備の導体部が振動することに着目し、その振動を検出して直流の課電電圧を可視化するようにした。これにより、目に見えない電気の可視化を実現している。
【０００９】
ところで、課電物体の振動振幅は交流の課電電圧または交流の通電電流の２乗に比例するが、電気設備の導体部に課電または通電される交流の課電電圧または交流の通電電流が小さい場合には、課電物体の振動振幅が小さくなりノイズにより交流の課電電圧または交流の通電電流の検出が困難になる場合がある。また、直流課電の場合には、電気設備の導体部近傍の空気に含まれる気体分子や微粒子の帯電により電気設備の導体部の振動を検出しているので、直流の課電電圧が低い場合には、周囲の各種振動により直流の課電電圧の検出が困難になることがある。
【００１０】
本発明の目的は、電気設備の導体部の課電電圧や通電電流が小さい場合であっても、また交流および直流を問わず適正に課電状態や通電状態を検出できる課電通電検出装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係る課電通電検出装置は、電気設備の導体部に特定周波数の電磁波を照射して課電または通電されている電気設備の導体部に振動を発生させる電磁波発生器と、電気設備の導体部に波動を照射し入射波の振動数と反射波の振動数に基づいて前記電気設備の導体部の振動数および振動振幅を検出する振動検出器と、前記振動検出器で検出された前記電気設備の導体部の振動数および振動振幅に基づいて課電状態または通電状態を判定する演算処理装置と、前記演算処理装置で判定された課電状態または通電状態を出力する出力装置とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
請求項２の発明に係る課電通電検出装置は、電気設備の導体部に特定周波数の電磁波を照射して課電または通電されている電気設備の導体部に振動を発生させると共に前記電磁波の入射波振動数と反射波振動数に基づいて前記電気設備の導体部の振動数および振動振幅を検出する振動検出器と、前記振動検出器で検出された前記電気設備の導体部の振動数および振動振幅に基づいて課電状態または通電状態を判定する演算処理装置と、前記演算処理装置で判定された課電状態または通電状態を出力する出力装置とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
請求項３の発明に係る課電通電検出装置は、請求項１または請求項２の発明において、前記演算処理装置は、特定振動数の振動振幅が所定値を超えているときは、課電状態または通電状態であると判定すること特徴とする。
【００１４】
請求項４の発明に係る課電通電検出装置は、請求項１または請求項２の発明において、前記出力装置は、前記演算処理装置で判定された課電状態または通電状態を前記振動振幅に対応して予め定められた色または数値で表示する表示装置を有していることを特徴とする。
【００１５】
請求項５の発明に係る課電通電検出装置は、請求項１または請求項２の発明において、前記出力装置は、前記演算処理装置で判定された課電状態または通電状態を前記振動振幅に対応して予め定められた音で出力するスピーカを有していることを特徴とする。
【００１６】
請求項６の発明に係る課電通電検出装置は、請求項４の発明において、前記電気設備の映像を撮影するカメラを設け、前記表示装置は前記カメラで撮影された前記電気設備の振動部分に前記振動に対応した色または数値を表示することを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の実施の形態に係る課電通電検出装置の外観構成図である。課電通電検出装置１５は、課電状態または通電状態にある電気設備２ａ〜２ｃの導体部３ａ〜３ｃの振動を検出し表示出力するものであり、電気の存在の有無を可視化できるようにしたものである。
【００１８】
ここで、電圧が課電され課電状態にある電気設備２ａ〜２ｃの導体部３ａ〜３ｃは課電電圧により微少に振動している。また、電流が通電され通電状態にある電気設備２ａ〜２ｃの導体部３ａ〜３ｃは通電電流により微少に振動している。この自励振動に加え、課電通電検出装置１５には、電気設備２ａ〜２ｃの導体部３ａ〜３ｃに特定周波数の電磁波を照射して課電または通電されている電気設備２ａ〜２ｃの導体部３ａ〜３ｃに強制的に振動を発生させる電磁波発生器１６が設けられている。これら自励振動や強制振動の発生原理については後述する。
【００１９】
振動検出器１は電気設備２ａ〜２ｃの導体部３ａ〜３ｃに波動を照射し入射波の振動数と反射波の振動数に基づいて電気設備２ａ〜２ｃの導体部３ａ〜３ｃの振動を検出するものであり、課電電圧や通電電流による導体部３ａ〜３ｃの自励振動や、課電または通電されている電気設備２ａ〜２ｃの導体部３ａ〜３ｃへの電磁波発生器１６からの電磁波による強制振動の双方を検出する。
【００２０】
図１では、課電通電検出装置１５により、電気設備２ａ〜２ｃの導体部３ａ〜３ｃの課電状態を検出する場合を示しており、以下、課電状態を検出する場合について説明する。
【００２１】
振動検出器１から照射される電気設備２ａ〜２ｃの導体部３ａ〜３ｃの振動を検出するための振動検出用の波動としては、例えばレーザー光を使用する。いま、そのレーザー光の入射速度をｖ１、振動検出の対象物の振動速度をｖ２、レーザー光の波長をλとすると、レーザー光の入射振動数Ｓ１および反射振動数Ｓ２は下記の（１）式、（２）式で示される。
【００２２】
Ｓ１＝ｖ１／λ          …（１）
Ｓ２＝ｖ１／λ＋２ｖ２／λ  …（２）
振動検出器１は、下記の（３）式に示すように、レーザー光の入射振動数Ｓ１と反射振動数Ｓ２との差を演算して、電気設備２ａ〜２ｃの導体部３ａ〜３ｃの振動数Ｓを検出する。
【００２３】
Ｓ＝Ｓ２−Ｓ１
＝２ｖ２／λ  …（３）
振動検出器１は演算処理装置４に接続されており、振動検出器１で検出された電気設備２ａ〜２ｃの導体部３ａ〜３ｃの振動は演算処理装置４で処理され、電気設備２ａ〜２ｃの導体部３ａ〜３ｃが課電状態であるときは、その課電状態が出力装置１２である表示装置５やスピーカ６に出力される。
【００２４】
図１では、電気設備２ａ、２ｂの導体部３ａ、３ｂが課電状態にあり、その電圧は５０ｋＶである場合を示している。すなわち、出力装置１２である表示装置５には、課電状態にある導体部３ａ、３ｂが予め定められた色で表示され、その近傍に課電電圧値が数値で表示される。
【００２５】
図２は演算処理装置４のブロック構成図である。振動検出器１で検出された電気設備２ａ〜２ｃの導体部３ａ〜３ｃの振動は、演算処理装置４の振動判定手段７に入力される。振動判定手段７は振動検出器１で検出された振動数Ｓの振動振幅が予め定めた所定値を超えているか否かを判定する。そして、所定値を超えている場合には電気設備２ａ〜２ｃの導体部３ａ〜３ｃは課電状態であると判定する。
【００２６】
課電状態であるか否かだけの判断の場合には１個の所定値だけでよいが、課電電圧の大きさを視覚により直感的に分かるようにするために、通常は複数個の所定値を設ける。そして、入力された振動振幅がどの振幅範囲にあるかを判定するようにする。
【００２７】
このように、振動判定手段７は、所定値が１個の場合には、振動振幅値が所定値を超えていないときは「０」を出力し、所定値を超えたときは「１」を出力する。また、複数個の所定値が設けられているときは、振動振幅値がいずれの所定値未満であるときは「０」を出力し、第１の所定値を超え第２の所定値未満であるときは「１」を出力し、第２の所定値を超え第３の所定値未満であるときは「２」を出力し、以下同様に、第ｎの所定値を超え第ｎ＋１の所定値未満であるときは「ｎ」を出力する。
【００２８】
表示処理手段８は、振動判定手段７の出力信号に応じて予め定められた色を選択し、出力装置１２である表示装置５に表示出力する。例えば、所定値が１個の場合には、振動判定手段７の出力が「０」であるときには白色を出力し、振動判定手段７の出力が「１」であるときには赤色を出力する。これにより、対象物が課電状態や通電状態にあるときは赤色で表示されることになる。
【００２９】
一方、複数個の所定値を有する場合、例えば３個の所定値を有する場合には、振動判定手段７の出力が「０」であるときには白色を出力し、振動判定手段７の出力が「１」であるときには黄色を出力し、振動判定手段７の出力が「２」であるときには橙色を出力し、振動判定手段７の出力が「３」であるときには赤色を出力する。これにより、対象物の課電状態や通電状態の振動振幅に応じて色分け表示されることになる。
【００３０】
ここで、課電電圧の電圧値を数値で表示する場合には、予め入力装置１４から演算処理装置４の振動判定手段７に電気設備２ａ〜２ｃの導体部３ａ〜３ｃを特定する情報を入力する。これは、一般に、電圧が課電された課電物体の振動振幅は、課電電圧さらには電磁波発生器１６から照射される電磁波の電界に比例するが、導体部３ａ〜３ｃ間の距離や導体部３ａ〜３ｃの形状、重量、固有振動数によって課電電圧の電圧値は変化するからである。
【００３１】
すなわち、導体部３ａ〜３ｃごとに振動振幅と課電電圧との相関関係が異なるので、演算処理装置４の記憶部１３に導体部３ａ〜３ｃごとに予め振動振幅と課電電圧との相関関係を記憶しておく。そして、演算処理装置４の振動判定手段７は振動振幅が入力されたときは、入力装置１４で特定された導体部３ａ〜３ｃの振動振幅と課電電圧との相関関係を記憶部１３から取り出し、その相関関係に基づいて振動振幅を課電電圧に変換して、その電圧値を表示処理手段８を介して表示装置５に出力する。これにより、色で表された導体部３ａ〜３ｃの課電状態と共にその課電電圧値が数値で表示される。なお、色および数値の双方を表示する場合を示しているが、いずれか一方を表示するものであっても良いことは言うまでもない。
【００３２】
次に、出力音処理手段９は、振動判定手段７の出力信号に応じて予め定められた音を選択し、出力装置１２であるスピーカ６に出力する。例えば、所定値が１個の場合には、振動判定手段７の出力が「０」であるときには無音を出力し、振動判定手段７の出力が「１」であるときには大きい音を出力する。これにより、導体部３ａ〜３ｃが課電状態にあるときは大きな音が出力されることになる。
【００３３】
一方、複数個の所定値を有する場合、例えば３個の所定値を有する場合には、振動判定手段７の出力が「０」であるときには無音を出力し、振動判定手段７の出力が「１」であるときには小さな音を出力し、振動判定手段７の出力が「２」であるときには普通の音を出力し、振動判定手段７の出力が「３」であるときには大きな音を出力する。これにより、導体部３ａ〜３ｃの課電状態の振動振幅に応じて大きさの異なる音が出力されることになる。
【００３４】
ここで、振動検出器１から照射されるレーザー光を導体部３ａ〜３ｃに対して上下左右に移動させると、導体部３ａ〜３ｃが振動している場合には導体部３ａ〜３ｃの形状が把握できる。この場合、導体部３ａ〜３ｃが振動していない場合には導体部３ａ〜３ｃの形状は把握できない。
【００３５】
そこで、カメラ１０を設け、電気設備２ａ〜２ｃの映像を撮影し表示装置５に表示する。そして、表示処理手段８により表示装置５に表示された電気設備２ａ〜２ｃの振動部分に振動振幅に対応した色を表示する。これにより、作業員はより直感的に電気設備２ａ〜２ｃの導体部３ａ〜３ｃの課電状態を把握できるようになる。
【００３６】
以上の説明は、課電通電検出装置１５により、電気設備２ａ〜２ｃの導体部３ａ〜３ｃの課電状態を検出する場合について説明したが、電気設備２ａ〜２ｃの導体部３ａ〜３ｃに電流が流れている通電状態についても同様に検出できる。通電状態にある電気設備２ａ〜２ｃの導体部３ａ〜３ｃが自励振動する原理および電磁波発生器１６からの電磁波で強制振動する原理については後述する。
【００３７】
ここで、課電通電検出装置１５は、電気設備２ａ、２ｂの導体部３ａ、３ｂが課電状態であるとき、通電状態であるときのいずれの場合も、電気設備２ａ、２ｂの導体部３ａ、３ｂが振動しているか否かで判断することになる。従って、振動だけの検出では課電状態であるか通電状態であるのかの識別ができない。そこで、電気設備２ａ、２ｂの導体部３ａ、３ｂが課電状態であるか通電状態であるかの識別は、予め電気機器を特定することにより識別する。
【００３８】
電力設備には、活線状態で課電はされているが電流は流れない導体部３が存在し、例えば、コロナ放電防止のためのシールドリングや事故時の電流通路として設けられているアーキングホーンは、課電はされているが電流は流れない。これに対し、電路は活線状態で通電状態となる。
【００３９】
そこで、予め記憶部１３に電気設備ごとに課電状態の電気設備か通電状態の電気設備かを記憶しておき、振動の検出を行う際に入力装置１４から演算処理装置４に対し電気設備を特定する情報を入力することにより、課電状態であるか通電状態であるかを識別する。これにより、課電状態である電気機器の場合には課電電圧が表示され、通電状態である電気機器の場合には通電電流が表示装置５に表示される。
【００４０】
次に、交流電圧または直流電圧が課電された課電物体、交流電流または直流電流が通電された通電物体が振動する原理について説明する。
【００４１】
（１）交流電圧課電のとき
（ａ）電磁波により強制的に振動を発生させない場合
図３は交流電圧が課電されている場合に課電物体が自励振動する原理についての説明図である。図３（ａ）は、電気設備２ａ、２ｂとして碍子１１ａ、１１ｂに導体部３ａ、３ｂをそれぞれ配置し、同相の単相交流電圧を印加したものを示している。このような電気設備２ａ、２ｂを並列に配置し、同相の単相交流電圧を印加すると、課電電圧が同相であることから電圧極性がプラスのときもマイナスのときも導体部３ａ、３ｂには反発力が働く。この反発力は課電電圧の大きさの２乗に比例する。
【００４２】
図３（ｂ）は、電気設備２ａ、２ｂの導体部３ａ、３ｂに発生する振動周波数の説明図である。導体部３ａ、３ｂの反発力は、課電電圧の２乗に比例してプラスおよびマイナスのときの双方で発生することから、振動振幅は課電電圧の２乗に比例し、振動周波数は導体部３ａ、３ｂに通電される単相交流電圧周波数の２倍となる。
【００４３】
いま、導体部３ａ、３ｂに作用する力をＦ１、導体部３ａ、３ｂにチャージされる電荷をＱ、導体部３ａ、３ｂの表面の電界をＥ、導体部の電圧をＶｍcosω１ｔとすると、下記の（４）式〜（７）式が成立する。
【００４４】
Ｆ１＝Ｑ・Ｅ            …（４）
Ｑ∝Ｖｍcosω１ｔ        …（５）
Ｅ∝Ｖｍcosω１ｔ        …（６）
Ｆ１∝（Ｖｍcosω１ｔ）２  ＝Ｖｍ２cos２ω１ｔ
＝（Ｖｍ２／２）・（１＋cos２ω１ｔ）
＝（Ｖｍ２／２）・cos２ω１ｔ＋（Ｖｍ２／２）  …（７）
（７）式から分かるように、電気設備２ａ、２ｂの導体部３ａ、３ｂには角周波数２ω１で変化する力Ｆ１が加わるので、この角周波数２ω１の振動が発生する。電気設備２ａ、２ｂに印加される交流電圧の周波数ｆ１（ω１＝２πｆ１）が商用周波数の５０Ｈｚまたは６０Ｈｚであるときは、２倍の１００Ｈｚまたは１２０Ｈｚの振動周波数となる。振動検出器１は課電物体のこの振動数と振動振幅を検出することになる。
【００４５】
（ｂ）電磁波により強制的に振動を発生させる場合
交流電圧が課電された課電物体に対して、電磁波発生器１６から電磁波を照射して強制的に振動を発生させる原理について説明する。交流課電電圧Ｖｍcosω１ｔが印加されている導体部３ａ、３ｂに、電界がＥｍcos ω２ｔである電磁波を照射する。この場合、導体部３ａ、３ｂに作用する力Ｆ２は、（４）式および（５）式より下記の（８）式で示される。
【００４６】
Ｆ２＝Ｑ・Ｅ
∝Ｖｍcosω１ｔ・Ｅｍcos ω２ｔ
＝（Ｖｍ・Ｅｍ／２）｛cos（ω１＋ω２）ｔ＋cos（ω１−ω２）ｔ｝
…（８）
（８）式から分かるように、電磁波発生器１６から照射される電磁波により、振幅が（Ｖｍ・Ｅｍ／２）で、角周波数が（ω１＋ω２）と（ω１−ω２）との２種類の振動が発生する。いま、（８）式の第１項をＦ２１、第２項をＦ２２とすると、電気設備２ａ、２ｂに振動を与える力は、下記の（９）式、（１０）式、（１１）式で示される。なお、（９）式は（７）式と同じ式であり、交流電圧が課電され課電物体が自励振動する場合のものである。なお、Ｆ１、Ｆ２１、Ｆ２２は力を示しているが、以下の説明では便宜上、振動Ｆ１、Ｆ２１、Ｆ２２と呼ぶことにする。
【００４７】
Ｆ１∝（Ｖｍ２／２）・cos２ω１ｔ＋（Ｖｍ２／２）  …（９）
Ｆ２１∝（Ｖｍ・Ｅｍ／２）cos（ω１＋ω２）ｔ        …（１０）
Ｆ２２∝（Ｖｍ・Ｅｍ／２）cos（ω１−ω２）ｔ        …（１１）
図４は、各々の角周波数（絶対値）での振動振幅（絶対値）をスペクトルで示した振動スペクトル図である。まず、角周波数２ω１にて（９）式で示される自励振動が発生する。すなわち、電気設備２ａ、２ｂに印加される交流電圧の周波数ｆ１（ω１＝２πｆ１）が商用周波数の５０Ｈｚまたは６０Ｈｚであるときは、２倍の１００Ｈｚまたは１２０Ｈｚの振動周波数となる。この自励振動は角周波数２ω１において振幅が（Ｖｍ２／２）に比例する。振動検出器１は課電物体のこの振動数と振動振幅を検出することになる。なお、振動部分だけに着目することとなるので、（９）式の第２項は考慮に入れない。
【００４８】
また、電磁波の角周波数ω２による振動Ｆ２１、Ｆ２２が発生する。（１０）式および（１１）式から分かるように、電磁波による振動Ｆ２１は角周波数（ω１＋ω２）で振幅がＶｍ・Ｅｍ／２に比例し、振動Ｆ２２は角周波数｜ω１−ω２｜で振幅がＶｍ・Ｅｍ／２に比例する。通常、電磁波発生器１６からの電磁波の周波数は、課電電圧や課電電流の周波数（５０Ｈｚ、６０Ｈｚ）より大きい１０００Ｈｚ以上の周波数を用いる。つまり、電磁波の角周波数ω２ は（ω２＞３ω１）の領域の角周波数を用いるので、振動Ｆ２１の角周波数（ω１＋ω２）および振動Ｆ２２の角周波数｜ω１−ω２｜は、２ω１より大きい値となる。これにより、振動Ｆ２１の角周波数（ω１＋ω２）および振動Ｆ２２の角周波数｜ω１−ω２｜を通信用電波が使用されていない帯域に選択することによってノイズの少ない状態で振動を検出でき、交流電圧の値が小さい場合であっても振動検出器１で適正に検出できる。
【００４９】
（２）直流電圧課電のとき
（ａ）電磁波により強制的に振動を発生させない場合
直流電圧が電気設備２の導体部３に直流電圧が課電された場合に電気設備２の導体部３に自励振動が発生する原理を説明する。電気設備２の導体部３に直流電圧が通電されると、導体部３の近傍の空気に含まれる気体分子や微粒子が帯電され、直流電圧の極性と気体分子や微粒子の帯電極性との間でクーロン力による吸引および反発が発生する。この吸引力や反発力により電気設備２の導体部３に振動が発生する。この振動は振動周波数は特定されないが、直流電圧が課電されていない場合の風等による振動とは異なった特性の振動である。振動検出器１は、課電物体のこの振動周波数と振動振幅とを検出することになる。
【００５０】
（ｂ）電磁波により強制的に振動を発生させる場合
直流電圧が課電された課電物体に対して、電磁波発生器１６から電磁波を照射して強制的に振動を発生させる原理について説明する。直流課電電圧Ｖｍが印加されている導体部３に、電界がＥｍcos ω２ｔである電磁波を照射する。この場合、直流課電電圧Ｖｍにより導体部３にチャージされる電荷Ｑは直流課電電圧Ｖｍに比例することから、導体部３に作用する力Ｆ３は、（４）式より下記の（１２）式で示される。
【００５１】
Ｆ３＝Ｑ・Ｅ
∝Ｖｍ・Ｅｍcos ω２ｔ  …（１２）
（１２）式から分かるように、電磁波発生器１６から照射される電磁波により、振幅がＶｍ・Ｅｍに比例し、角周波数がω２の振動が発生する。振動検出器１は、直流電圧が課電物体のこの振動周波数と振動振幅とを検出することになる。
【００５２】
図５は、直流電圧が課電された導体部３ａ、３ｂに対して、電磁波発生器１６から角周波数ω２の電磁波が照射された場合の導体部３ａ、３ｂの振動スペクトルを示している。振動Ｆ１１、Ｆ１２は直流電圧Ｖｍが課電されたことによる自励振動であり、その角周波数は周囲の状況によって変化し特定されない。振動Ｆ３は電磁波発生器１６からの電磁波により発生した振動であり電磁波の角周波数ω２で振動する。電磁波の角周波数ω２を通信用電波が使用されていない帯域の角周波数に選択することによって、導体部３ａ、３ｂをノイズが少ない帯域で振動を検出することができる。また、振動振幅は照射する電磁波の電界Ｅｍを変化させることにより適切な値とすることができる。これにより、直流電圧が課電された状態を振動検出器１で適正に検出できる。
【００５３】
（３）交流電流通電のとき
（ａ）電磁波により強制的に振動を発生させない場合
図６は、交流電流の通電物体が自励振動する原理についての説明図である。図６（ａ）は、電気設備２ａ、２ｂとして碍子１１ａ、１１ｂに導体部３ａ、３ｂをそれぞれ配置し、同相の単相交流電流を通電した場合を示している。このような電気設備２ａ、２ｂを並列に配置し、導体部３ａ、３ｂに同相の単相交流電流を通電すると、通電電流が同相であることから電圧極性がプラスのときもマイナスのときも導体部３ａ、３ｂには吸引力が働く。この吸引力は通電電流の大きさの２乗に比例する。
【００５４】
図６（ｂ）は、この場合に電気設備２ａ、２ｂの導体部３ａ、３ｂに発生する振動周波数の説明図である。導体部３ａ、３ｂの吸引力は、通電電流の２乗に比例してプラスおよびマイナスのときの双方で発生することから、振動振幅は通電電流の２乗の関係に比例し、振動周波数は導体部３ａ、３ｂに通電される単相交流電流周波数の２倍となる。
【００５５】
いま、導体部３ａ、３ｂに作用する力をＦ１、導体部３の表面の磁束密度をＢ、導体部３の通電電流をＩｍcosω１ｔとすると、下記の（１３）式〜（１５）式が成立する。
【００５６】
Ｆ１＝Ｂ・Ｉｍcosω１ｔ         …（１３）
Ｂ∝Ｉｍcosω１ｔ              …（１４）
Ｆ１∝（Ｉｍcosω１ｔ）２  ＝Ｉｍ２cos２ω１ｔ
＝（Ｉｍ２／２）・（１＋cos２ω１ｔ）
＝（Ｉｍ２／２）・cos２ω１ｔ＋（Ｉｍ２／２）  …（１５）
（１５）式から分かるように、電気設備２ａ、２ｂの導体部３ａ、３ｂには角周波数２ω１で変化する力Ｆ１が加わるので、この角周波数２ω１の振動が発生する。電気設備２ａ、２ｂに通電される交流電流の周波数ｆ１（ω１＝２πｆ１）が商用周波数の５０Ｈｚまたは６０Ｈｚであるときは、２倍の１００Ｈｚまたは１２０Ｈｚの振動周波数となる。振動検出器１は通電物体のこの振動数と振動振幅を検出することになる。
【００５７】
（ｂ）電磁波により強制的に振動を発生させる場合
交流電流が通電された通電物体に対して、電磁波発生器１６から電磁波を照射して強制的に振動を発生させる原理について説明する。交流電流Ｉｍcosω１ｔが通電されている導体部３ａ、３ｂに磁界がＨｍcos ω２ｔである電磁波を照射する。この場合、導体部３の表面の磁束密度Ｂは、透磁率をμとすると、下記の（１６）式で示される。
【００５８】
Ｂ＝μＨｍcos ω２ｔ    …（１６）
従って、導体部３ａ、３ｂに作用する力Ｆ２は、（１３）式、（１４）式および（１６）式より下記の（１７）式で示される。
【００５９】
Ｆ２＝Ｂ・Ｉｍcosω１ｔ
∝Ｈｍcos ω２ｔ・Ｉｍcosω１ｔ
＝（Ｉｍ・Ｈｍ／２）｛cos（ω１＋ω２）ｔ＋cos（ω１−ω２）ｔ｝  …（１７）
（１７）式から分かるように、電磁波発生器１６から照射される電磁波により、振幅が（Ｉｍ・Ｈｍ／２）に比例し、角周波数が（ω１＋ω２）と（ω１−ω２）との２種類の振動が発生する。いま、（１７）式の第１項をＦ２１、第２項をＦ２２とすると、電気設備２ａ、２ｂに振動を与える力は、下記の（１８）式〜（２０）式で示される。なお、（１８）式は（１５）式と同じ式であり、交流電流が通電され通電物体が自励振動する場合のものである。
【００６０】
Ｆ１∝（Ｉｍ２／２）・cos２ω１ｔ＋（Ｉｍ２／２）  …（１８）
Ｆ２１∝（Ｉｍ・Ｈｍ／２）cos（ω１＋ω２）ｔ        …（１９）
Ｆ２２∝（Ｉｍ・Ｈｍ／２）cos（ω１−ω２）ｔ        …（２０）
これら（１８）式〜（２０）式は、交流電圧を課電した場合の（９）式〜（１１）式に相当し、（９）式〜（１１）式の電圧Ｖｍが電流Ｉｍに、電界Ｅｍが磁界Ｈｍに置き換わったものである。従って、各々の角周波数での振動スペクトルも図４で示した特性図と同様な特性となる。このことから、交流電流を通電させた通電物体の場合においても、交流電圧が課電された場合と同様に、その振動を検出することにより導体部３に交流電流が通電されているか否かの判定を行うことができる。
【００６１】
（４）直流電流通電のとき
図６に示した電気設備２ａ、２ｂの導体部３ａ、３ｂに直流電流Ｉｍを通電した場合には、導体部３ａ、３ｂに作用する力をＦ１、導体部３の表面の磁束密度をＢとすると、下記の（２１）式〜（２３）式が成立する。
【００６２】
Ｆ１＝Ｂ・Ｉｍ         …（２１）
Ｂ∝Ｉｍ              …（２２）
Ｆ１∝Ｉｍ２                      …（２３）
導体部３ａ、３ｂに作用する力Ｆ１は、導体部３ａ、３ｂに同一極性の直流電流が通電されている場合には吸引力が働き、逆極性の直流電流が通電されている場合には反発力が働く。しかしながら、導体部３ａ、３ｂに作用する力Ｆ１は時間的に変化しないので、直流電流Ｉｍを通電したことによる導体部３ａ、３ｂの振動は発生しない。
【００６３】
そこで、直流電流が通電された通電物体に対して、電磁波発生器１６から電磁波を照射して強制的に振動を発生させる。直流電流Ｉｍが通電されている導体部３に対し、磁界がＨｍcos ω２ｔである電磁波を照射する。この場合、導体部３の表面の時間的に変化する磁束密度Ｂは（１６）式で示されるので、導体部３ａ、３ｂに作用する時間的変化を伴う力Ｆ３は、下記の（２４）式で示される。
【００６４】
Ｆ３＝Ｂ・Ｉｍ
∝Ｉｍ・Ｈｍcos ω２ｔ    …（２４）
（２４）式から分かるように、電磁波発生器１６から照射される電磁波により、振幅がＩｍ・Ｈｍに比例し、角周波数がω２の振動が発生する。振動検出器１は、通電物体の振動周波数と振動振幅とを検出することになる。この（２４）式は、直流電圧を課電した場合の（１２）式に相当し、（１２）式の電圧Ｖｍが電流Ｉｍに、電界Ｅｍが磁界Ｈｍに置き換わったものである。
【００６５】
図７は、電磁波発生器１６から角周波数ω２の電磁波が導体部３に照射された場合の導体部３の振動特性を示している。振動Ｆ３は電磁波により強制的に導体部３に与えた振動であり、振動振幅は（２４）式に示すようにＩｍ・Ｈｍに比例し、振動数は電磁波の角周波数ω２で振動する。電磁波の角周波数ω２を通信用電波で使用されていない帯域の角周波数に選択することによって、導体部３をノイズが少ない帯域で振動を検出することができる。また、振動振幅は照射する電磁波の磁界Ｈｍを変化させることにより適切な値とすることができる。これにより、直流電圧が課電された状態を振動検出器１で適正に検出できる。
【００６６】
以上のように、電気機器の導体部の振動を検出することにより、その電気機器が課電状態にあるか通電状態にあるかを判定できる。また、入力装置１４から対象機器を特定することによって課電電圧または通電電流を併せて表示できる。
【００６７】
以上の説明では、振動検出器１はレーザー光を用いて入射振動数と反射振動数との差分により対象物の振動数を測定するようにしているが、レーザー光でなくてもドップラー効果が得られる波動であれば何でも良い。例えば、音波、超音波、レーザー光以外の電磁波等であっても良い。
【００６８】
また、電気設備２ａ、２ｂの導体部３ａ、３ｂを強制的に振動させる電磁波は、電磁波発生器１６から照射するようにしているが、振動検出器１の検出用波動として電磁波を用い、振動検出用と振動発生用の波動を兼用することも可能である。この場合には、電磁波発生装置１６を個別に設ける必要がない。
【００６９】
図８は、振動検出用と振動発生用とを兼用した振動検出器１Ａを用いて、電気設備２ａ〜２ｃの導体部３ａ〜３ｃに交流電流が通電されている通電状態を検出する場合の本発明の実施の形態に係る課電通電検出装置の外観構成図である。図８では、電気設備２ａ〜２ｃの導体部３ａ〜３ｂに電流が通電されている場合を示している。
【００７０】
図８に示すように、電流の通電状態を確認したい対象物に対し、振動検出器１Ａより電磁波を照射する。この電磁波により対象物である電気設備２ａ〜２ｃの導体部３ａ〜３ｃは、交流電流が通電されているときには（１８）式で、直流電流が通電されているときには（２４）式で振動する。
【００７１】
振動検出器１は、電磁波を照射した対象物からの電磁波の反射波を受信し、入射振動数と反射振動数との差分により各々の電気設備２ａ〜２ｃの導体部３ａ〜３ｃの振動数を検出する。そして、演算処理装置４は、振動検出器１Ａで検出された対象物の振動を処理し、対象物の電流の通電状態を出力装置１２である表示装置５やスピーカ６に出力する。
【００７２】
図８では、電気設備２ａ、２ｂの導体部３ａ、３ｂが通電状態にあり、その電圧は３０．０Ａである場合を示している。すなわち、出力装置１２である表示装置５には、通電状態にある導体部３ａ、３ｂが予め定められた色で表示され、その近傍に通電電流値が数値で表示される。以上の説明では、通電状態を検出する場合について説明したが、電圧が課電された課電状態を検出する場合にも同様に適用できる言うまでもない。
【００７３】
次に、本発明の課電通電検出装置１５は、小型の振動検出器１を使用し表示装置５として液晶表示装置を使用し、振動検出器１、電磁波発生器１６、演算処理装置４、表示装置５、スピーカ６を一体型に形成し一人で携行可能な小型の課電通電検出装置１５を構成する。
【００７４】
図９は、一体化した本発明の実施の形態に係る課電通電検出装置の外観構成図である。筐体１７の内部に、振動検出器１、電磁波発生器１６、演算処理装置４、表示装置５、スピーカ６の本体を組み込み、筐体１７の表面部に、振動検出器１や電磁波発生器１６の送受信部、振動検出器１や電磁波発生器１６の操作パネル１８、表示装置５ａの表示面やスピーカ６の出力部６ａを配置する。なお、振動検出器１や電磁波発生器１６の送受信部は、図９の右側面に配置されることになる。
【００７５】
これにより、作業員は電気所の現場において、小型の課電通電検出装置１５を携行し、電気設備２の導体部３に向けてレーザー光を照射できる。そして、電気設備２の導体部３を彩色などにより映像表示あるいは写真表示できるので、迅速かつ直感的に課電状態や通電状態を把握できる。従って、課電または通電されている導体部の見落としや錯覚も防止でき電気安全が格段に向上する。
【００７６】
また、高所や課電または通電されている導体部の接近作業を回避できるだけでなく、課電または通電されている導体部の確認が短時間に行えるので作業効率も向上する。また、計器用変成器ＰＴ、ＰＤの代わりに用いることも可能であり、その場合には、低コストで高電圧設備の電圧状態を監視できる。
【００７７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、電気設備の導体部に対し振動発生用の特定周波数の電磁波を照射して課電または通電されている電気設備の導体部に振動を発生させ、振動検出器から検出用波動を照射して、その振動振幅を遠方より検出して課電状態または通電状態を検出し表示するので、課電状態または通電状態を可視化でき、電気設備の使用や保守等にあたる作業員が通電範囲を適正に把握できる。また、振動用電磁波の特定周波数を放送用電波が使用されていない帯域を選択し使用できるので、ノイズの少ない領域での検出が可能となり、課電電圧や課電電流が小さい場合であっても精度良く検出できる。
【００７８】
従って、工場、ビル、家庭の電気設備、あるいは鉄道、車両、船舶などの電気設備において、これら電気設備の使用や保守等にあたる作業員の感電などの事故を防ぎ、電気安全の一層の向上と電気設備の運用操作の迅速的確化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る課電通電検出装置の外観構成図。
【図２】本発明の実施の形態における演算処理装置のブロック構成図。
【図３】交流電圧の課電物体が自励振動する原理についての説明図。
【図４】交流電圧の課電物体の振動スペクトル図。
【図５】直流電圧の課電物体の振動スペクトル図。
【図６】交流電流の通電物体が自励振動する原理についての説明図。
【図７】直流電流の通電物体が電磁波発生器から照射される電磁波により振動した場合の振動スペクトル図。
【図８】本発明の他の実施の形態に係る課電通電検出装置の外観構成図。
【図９】一体化した本発明の実施の形態に係る課電通電検出装置の外観構成図。
【符号の説明】
１…振動検出器、２…電気設備、３…導体部、４…演算処理装置、５…表示装置、６…スピーカ、７…振動判定手段、８…表示処理手段、９…出力音処理手段、１０…カメラ、１１…碍子、１２…出力装置、１３…記憶部、１４…入力装置、１５…課電通電検出装置、１６…電磁波発生器、１７…筐体、１８…操作パネル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0004161576.tif 000008
【図８】
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【図９】
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