セーフティハイテスタ 3258 1 セーフティハイテスタ 3258 北沢 真喜男 *1 要 旨 セーフ テ ィ ハ イ テ ス タ 3258 は， 測定対象を選ばず， 被覆電線の上か ら ， ま た金属露出 部で も 2 つの電圧プ ロ ーブ間の電圧差を測定で き る金属非接触電圧測定器であ る ． こ こ に 製品の特長 と 構成について解説す る ． 1. は じ めに 近年， 工場やビ ルの増改築に伴い， 電気工事現 場では， 作業効率 と 安全性が要求 さ れてい る ． 工 事の効率を求め る と き， かねてか ら 工事中の感電 事故， 短絡事故が危惧 さ れていた． 電圧測定時， む き 出 し に な っ て い る 電路の金属部 と の接触に よ り ， 短絡事故や感電事故が起 こ る 危険が あ る ため だ． セーフ テ ィ ハ イ テ ス タ 3258 は， 測定対象が金属 に限 ら ず被覆電線 の上か ら で も 電圧 を 測定 で き 3258 の外観 る ， 金属非接触電圧測定器であ る． 3258 の測定端 子には金属露出部がな く ， 絶縁樹脂で覆われてお り ， 危険な電路の金属露出部に触れ る こ と な く 測 定が可能 と な っ た． 危険回避を一番に考え た安全 ツールであ る． 3. 特長 電圧測定は， 一般に DMM ( デ ィ ジ タ ルマルチ メ ー タ ) を用いて金属プ ロ ーブ を被測定対象の金属 2. 概要 部分に当て て測定す る も のであ っ た． 3258 は， こ こ れ ま で電圧測定 と い えば， 被測定物の金属端 子に電圧測定器の測定プ ロ ーブの金属部を接触 さ せて電圧測定を行っ ていた． こ の測定方法では，金 属部同士の接触状態に よ っ ては測定プ ロ ーブが被 測定物の回路を短絡 さ せて し ま う 事例が報告 さ れ てお り ， 事故の回避， 危険回避が急務 と な っ てい た． そ こ で， 金属部への接触を行わな く て も 電圧 測定を可能 と す る 測定器 と し て 3258 を開発 し た． 3258 は， 2 本の電圧プ ロ ーブに よ っ て構成 さ れ， 2 本の電圧プ ロ ーブ間の電位差を測定す る ． 複数の 電圧 ラ イ ン が混在 し た場合の線間電圧や対地間電 圧確認用途に適 し てお り ， 工場や ビ ルの増設 ・ 移 設時だけ で な く ， 改築 ・ 減築 ・ 解体な ど 多様な現 場での電圧確認に活躍の場を広げてい る ． 特に危 険 と さ れ る AC 400 V 系電路では 3258 の安全性が 高 く 評価 さ れ， 2008 電設工業展においては 「( 財 ) 関西電気保安協会理事長賞」 を受賞 し た． れ ま で難 し い と さ れていた電線の被覆の上か ら 電 圧測定を可能 と し た技術を搭載 し ， 金属非接触交 流電圧測定器 と し て開発 し た． 感電事故や短絡事 故の危険性が指摘 さ れていた金属接触に よ る 電圧 測定に置 き 換わ り ， 電路の金属露出部で な く て も 電線の被覆の上か ら で も 電圧測定がで き， 安全か つ場所を選ばない電圧測定器であ る． 3258 の登場 に よ り ， 電気工事の現場では電圧確認作業に時間 を費やす こ と な く ， 作業時間の効率向上に寄与す る結果に結びついた． と こ ろ で 金属非接触 に よ る 電圧測定 におい て は， 電圧プ ロ ーブ を完全に測定対象に押 し 当て な く と も ， 至近に電圧が存在すれば， 検電器の よ う に静電誘導に よ り 反応す る も ので あ る． 数値を表 示す る 使命を持っ た 3258 では， 測定対象に電圧プ ロ ーブが接触 し てい る か を判断す る 機能を搭載 し てい る ． こ れは 「測っ てい る」 判断を促す も ので， 金属非接触電圧測定器 と し ては必須の機能 と な っ てい る ． *1 FMI 部 技術 5 課 日 置 技 報 VOL.30 2009 NO.1 2 セーフティハイテスタ 3258 図 1 電線 と 測定器の関係 図 3 電線 と 測定器の関係 図 2 電線 と 測定器の関係 図 4 電線 と 測定器の関係 4. 動作原理 し く な る ． こ の測定原理に よ っ て， 被測定対象の 3258 の基本動作は， 検電器 3480 や検相器 3129 な ど当社製品群で採用 し てい る 金属非接触電圧検 出方法 と 同様に静電誘導原理に よ る， 測定器部内 電線 と 測定器の距離が変わ っ た と し て も ， 安定 し た測定が可能 と な る ． 5. 構成 の検知電極 と 被測定対象の導電間の静電結合容量 を利用す る 電圧検出方法を基本 と し てい る ． 静電 5.1 電気回路 結合容量を利用す る だけでは測定の安定化や定量 図 5 に 3258 で採用 し た電圧検出方法のブ ロ ッ ク 化は難 し いため， 静電結合容量 を電気的に変化で 図を示す． 被測定対象 と 測定器内部の検知電極間 き る 素子 と ， 静電結合容量の変化を キ ャ ン セルす に存在す る静電結合容量 Cc に よ り 静電誘導電流を る フ ィ ー ド バ ッ ク 手法 と を組み合わせ る こ と で被 電圧変換す る イ ン ピーダ ン ス Z，可変容量素子C(t)， 測定対象の電圧を検出 し てい る ． キ ャ リ ア電圧 V(t) の復調回路お よ び増幅回路に よ 図 1 に被測定対象 と す る 電線の導電部断面 と 測 り 負帰還を構成 し てい る． 定器内部の検知電極を模式的に示す． 両者は離れ 増幅回路の出力 Va は Z に フ ィ ー ド バ ッ ク 電圧 と てお り ， さ ら に被測定対象の電線は絶縁被覆に覆 し て印加 さ れ， 増幅回路の増幅度が十分大 き な場 われ， 測定器内部の検知電極は絶縁樹脂に よ り 覆 合には V(t) がゼ ロ と な る よ う に動作す る ． こ の と われてい る ． 一見， 電気的に絶縁状態であ る が， 交 き ，負帰還は定常状態 と な り ，Va と 被測定電圧 Vm 流電圧の場合， わずかなが ら 電線 と 測定器間に電 は等 し く な る ． し たがっ て， Cc， C(t) お よ び Z で 流が流れ る ． こ の電流は静電誘導原理におけ る 静 構成 さ れ る直列回路の両端 (a-b 間 ) の電位差はゼ 電誘導電流 と 呼ばれてい る ． こ の電流を測定す る ロ と な り ， 電流 i(t) は流れない． こ と がで き れば電線の電圧を導 く こ と がで き そ う であ る が， 実際には図 2， 図 3 の よ う に， 測定器が 図 6 に 3258 のブ ロ ッ ク 図を示す． 図 5 に示 し た 電圧検出回路を 2 系統持ち， それぞれ電圧プ ロ ー 電線に近い と き には大 き な電流， 遠い と き には小 ブ と し て機能す る ． それぞれの電圧プ ロ ーブは静 さ な電流 と 両者間の距離に よ っ て変化す る ために 電結合容量 Cc1， Cc2 を介 し て被測定対象の電圧 正 し い静電誘導電流 を 測定す る こ と が で き な い． Vm1， Vm2 を検出 し ， 出力電圧 Va1， Va2 を得 る． こ の問題を解決す る ため， 測定器内部に電圧発生 差動ア ンプは Va1 と Va2 の差電圧 Va を出力す る． 器を設けてい る． 図 4 の よ う に， 電圧発生器を設 2 系統の差電圧を取得す る こ と か ら ，対地間電圧 と け る こ と で測定器か ら 被測定対象の電線に も 静電 誘導電流が流れ， 双方の静電誘導電流を相殺す る 線間電圧の ど ち ら も 測定で き る ． 得 ら れた差電圧 状況 を作 り 出 し てい る ． こ の と き， 測定器内部で 表示器に出力す る． Va は ソ フ ト ウ ェ ア処理を行い， 測定値 と し て LCD 発生 さ せた電圧は， 被測定対象の電線の電圧 と 等 日 置 技 報 VOL.30 2009 NO.1 セーフティハイテスタ 3258 3 図 6 ブ ロ ッ ク図 図 5 電圧検出ブ ロ ッ ク図 5.2 機能 金属非接触に よ る 電圧測定では， 検電器の よ う に静電誘導原理に よ り 電圧プ ロ ーブが被測定対象 表 1 被測定対象 と LCD， HOLD ラ ン プの表現 電圧プ ローブ と 電線 状態 に接触 し ない状態で も 検出がで き る ． こ れは使用 者に と っ て不安に思 う 部分で あ る ． 先述の測定原 理のみ を搭載 し た測定器 と し て し ま えば， その測 定器は周囲に あ る あ ら ゆ る 物 と 静電容量結合す る ため， 本当に測定 し たい箇所の測定値で あ る のか 電圧プ ロ ーブ 非活線状態 ( 測定前 ) 検電状態 電線 ( 活線に反応 ) 判断がで き ない状況が考え ら れ る． そ こ で， 被測 電線 定対象に電圧プ ロ ーブが接触 し てい る か を判断す 測定中 る 機能を搭載 し てい る ． （測定値表示） こ の機能を ソ フ ト ウ ェ ア処理に よ っ て実現 し て い る ． 測定に よ っ て得 た電圧の安定度 を 見極め， 3258 に搭載 し てい る HOLD ボ タ ンの発光 (HOLD LCD， HOLD ラ ン プの 状態 過大入力時 電線 と 電圧プ ロ ーブ が接触 測定値表示 (600 V 以上 ) 600 V 点滅 ラ ン プ )に よ り 判断で き る よ う に し た．表1にHOLD 5.3 機構 ラ ン プについて ま と めた． 電圧プ ロ ーブが電圧 を帯びてい る 物体に近づ く と HOLD ラ ンプが発光点滅を始め る ． こ の時点で は ま だ LCD 表示器に数値は表示 し ない．CPU では 電圧の変動を監視 し てお り ， 電圧が一定の安定条 件を満た し た と き ， HOLD ラ ン プは， 点滅か ら 常 時点灯へ と 切 り 替わ る． HOLD ラ ン プが点灯状態 にあ る と き ， 同時に LCD 表示器に測定値を表示す る プ ロ グ ラ ムが組ま れてい る ． ま た， HOLD ラ ン プが点灯 し てい る 状態のみ表 示値ホール ド が有効 と な る． HOLD ラ ン プが発光 し ていない状態や発光点滅状態では表示値ホール ド がで き ない． 金属非接触に よ る 電圧測定では， 測定原理のみ を搭載 し て も 数値を表示す る 測定器 と し ては満足 し ない． 測定値に対す る 使用者の不安を取 り 除 く 仕組みを取 り 入れて こ そ測定器 と し ての完成度を 高めてい る と 考え る． (1) 構造 金属非接触電圧測定の一番の有効性は 「安全」 で あ る ． 安全 を一番に考え た結果， 使用者が少 し で も 活電部か ら 離れて操作で き る よ う に柄の長い測 定器 と な っ てい る ． 図 7 に外観図を示す． 3258 は 2 本の電圧プ ロ ー ブで構成 し てい る ．片方の電圧プ ロ ーブ ( 表示側電 圧プ ロ ーブ ) には LCD 表示器 と POWER，HOLD ボ タ ン を有 し ， も う 一方 ( 電源側電圧プ ロ ーブ ) には 単 3 乾電池 6 本を収納す る 構造 と な っ てい る ． 図 8 に表示側電圧プ ロ ーブの内部構造図を示す． 電源側電圧プ ロ ーブ と の違いは指示板， LCD 表示 器， 各ボ タ ン で あ る ． パネルにおい てはボ タ ン は め こ み部を駒の入れ換え構造 と し てい る ので成形 金型は共通であ る ． こ れに よ り 2 筐体の共通化を 図っ てい る ． 日 置 技 報 VOL.30 2009 NO.1 4 セーフティハイテスタ 3258 図 7 外観図 図 8 構造図 ( 表示側電圧プ ローブ ) (2) 堅牢性 10 10 88 現場製品 と し て の位置づけ に よ る 設計 を 行い， の肉厚を増 し ， 強度 を確保 し てい る ． 特に電圧プ ロ ーブ先端のセ ン サ部は測定時に内部で被測定対 象 と 等 し い電圧が発生す る ため， 多少乱暴に扱わ 4 44 55Hz基準偏差 [%] ブ を落下 さ せて も 簡単に破損 し ない よ う 成形部品 55 Hz 基準偏差 [%] 使用者がむやみに振 り 回 し た り 片方の電圧プ ロ ー 66 22 00 -2 -2 -4 -4 -6 -6 -8 -8 れて も 破損や亀裂が入 ら ない よ う な堅牢性を備え -10 -10 てい る ． 10 100 1k 周波数 [Hz] 図 9 周波数特性 6. 特性 図 9 に周波数特性を示す． 製品仕様での確度保 証周波数範囲は 40 ～ 400 Hz と す る が， 電圧検出 特性 と 演算処理能力か ら 図 9 に示す範囲で表示可 能 と し てい る ． ただ し ， 400 Hz を超え る 周波数範 参考文献 囲については参考値 と す る ． 電圧検出部の特性に 1) 三木昭彦 ： 3120 検電器，日置技報，VOL.26 2005 NO.1,43/44 (2005) 2) 北澤真喜男 ： 3129 検相器， 日置技報， VOL.26 2005 NO.1,45/48 (2005) 3) 沓掛浩，柳沢浩一:可変容量素子 と フ ィ ー ド バ ッ ク に よ る電圧検出方法の検討， 計測自動制御学 会中部支部シ ン ポジ ウ ム 2007 講演論文集， 42/45 (2007) 4) 沓掛浩， 北澤真喜男 ： 安全性に優れた金属非接 触電圧計， 計測自動制御学会中部支部シ ン ポジ ウ ム 2008 講演論文集， 135/136 (2008) 加え， 演算処理上の特性が表れてい る ． 7. おわ り に 金属非接触で電圧測定を実現す る ため， 新た な 測定方法を当社開発部に よ っ て生み出 し ， 3258 と し て製品化 し た． 徹底 し た安全計測への切 り 札 と し て， 本製品が多様な市場で有効に活用 さ れ る こ と を期待す る と と も に， 金属非接触電圧測定技術 を応用 し た製品展開を考え てい く 予定であ る ． 沓掛 浩 *2，永井 健司 *3，永井 明博 *4 ，柳沢 浩一 *5 *2 *3 *4 *5 FMI 部 技術 5 課 技術本部 技術 9 課 技術本部 技術 10 課 開発部 日 置 技 報 VOL.30 2009 NO.1
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