CN111033280B - 电容器容量测定装置及电力用设备 - Google Patents

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Abstract

电容器容量测定装置(10)包括：对电容器(1)进行充电的充电电路(2)；与电容器(1)并联连接、用于使电容器1的充电能量放电的放电开关(3)和放电电阻(4)串联连接而得到的放电电路(5)；与电容器(1)并联连接、用于测量放电时的电容器电压下降值的第一电阻(6)和第二电阻(7)串联连接而得到的电阻分压电路(8)；以及向充电电路(2)发出对电容器(1)充电的停止指令以及向放电电路(5)的放电开关(3)发出导通指令、并且测量电阻分压电路(8)的分压点(A)的电压(Va)并根据放电中的电容器(1)的电压下降计算电容器(1)的容量的控制装置(9)。利用容量测定中的电容器电压的下降近似为直线这一情况，根据电容器电压下降的时间差分是否在阈值以内来判断测定中的噪声等干扰的发生，从而进行电容器容量测定的正误判定。

Description

电容器容量测定装置及电力用设备
技术领域
本发明涉及一种在能量被积蓄的状态下测定电容器的容量的电容器容量测定装置以及具备该电容器容量测定装置的电力用设备。
背景技术
对于供电系统中使用的电力用设备要求具有长期的可靠性。例如，在具有电磁操作机构的断路器中，将通过充电而积蓄在电容器中的能量对线圈通电，由此产生电磁力，并利用该电磁力使断路器动作。使断路器动作所需的能量依赖于积蓄在电容器中的能量，因此，如果电容器的容量下降，则无法提供动作所需的能量，无法进行正常的动作。因此，电容器容量的定期测定是必不可少的。然而，为了利用LCR测量仪等检查电容器的容量，需要停止电力用设备。如果能够在电容器中积蓄了能量的状态下、且在对电容器中积蓄的能量几乎不造成影响的情况下测量电容器的容量，则可以期待在不停止电力用设备的情况下确保电力用设备的可靠性。而且，在电容器的容量变得小于所需能量之前，通过检测，可以有计划地实施电容器的更换，从而可以实现电力用设备的稳定运用。
针对该问题，申请人提出了专利文献1所示的电容器容量测定装置，实现了提供一种即使在运用过程中的电力用设备的电磁操作机构由电容器驱动的状态下也不会对其驱动造成障碍，能够定期地进行电容器的容量测定的电容器容量测定装置。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2013-68495号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
在该电容器容量的测定装置中，在测定电容器容量时使电容器放电规定时间，将电压下降值抑制在规定值以内，由此，能够在电容器的使用过程中进行容量测定，此外，通过将该电容器容量测定装置应用于在电力用设备的电磁操作机构中使用的电容器的容量测定，从而能够在电力用设备的运用过程中定期地进行电容器容量的测定。
然而，近年来，在因布线连接的接触不良、浪涌等而导致电容器电压或电容器电压的测量电路中的电压暂时发生变动的情况下，也要求电容器容量测定具有高精度。另外，如果测定结果的精度提高，则电容器好坏的判定精度也提高，可避免不必要的电容器的更换，能够期待电容器的更换时期的适当化。
本发明是为了解决上述那样的问题而完成的，其目的在于，在电容器容量的测定的定时，即使例如因布线连接的接触不良、浪涌等的影响而导致电容器电压暂时发生变动，也能够将该变动考虑在内，来进行电容器容量的测定本身的正误判定。本发明的目的还在于，实现高精度的电容器容量的测定，对于容量不足的电容器实施丢弃等，可靠地进行电容器更换时期的判断。
解决技术问题的技术方案
本发明的电容器容量测定装置包括：放电电路，该放电电路由串联连接的放电电阻和放电开关构成，并且与电容器并联连接；电阻分压电路，该电阻分压电路由串联连接的第一电阻及第二电阻构成，并且与所述电容器并联连接；以及控制装置，该控制装置停止所述电容器的充电，通过使所述放电开关导通，使充电到所述电容器的能量放电，测量所述电阻分压电路的分压点的电压，并且根据该分压点的电压计算电容器容量，在因充电到所述电容器中的能量的放电而下降的所述电容器的电压值成为规定值的时间以内的规定时间内，使所述电容器放电，将根据在所述规定时间内测量到的所述电阻分压电路的分压点的电压计算出的电容器电压作为测量电容器电压，将所述规定时间内的测量时刻间的测量电容器电压的差与预先设定的阈值进行比较，判定由所述控制装置计算出的所述电容器容量的值是否正确。
本发明的电力用设备包括：具有上述计算出的电容器容量的值的正误判定功能的电容器容量测定装置；以及利用充电到所述电容器的能量进行操作的电磁操作机构。
发明效果
根据本发明，由于包括具有计算出的电容器容量的值的正误判定功能的电容器容量测定装置，因此，在电容器容量测定过程中发生了噪声等干扰时，可以判断计算出的电容器容量的值是否正确。即，即使电容器电压暂时发生变动，也能够将该变动考虑在内，来判断电容器容量的测定本身的正误，能够实现高精度的电容器容量的测定。
附图说明
图1是本发明实施方式1所涉及的电容器容量的测定装置的结构图。
图2是说明图1的控制装置的功能的框图。
图3是图1中的控制装置的硬件结构图。
图4是表示本发明实施方式1所涉及的电容器容量测定装置中的电容器放电所引起的电压变化的图。
图5是说明求出本发明实施方式1所涉及的电容器容量测定装置中的电容器的容量的方法的图。
图6是说明在图5中发生了接触不良、浪涌等异常的情况下的电容器电压发生了变动的情况的图。
图7是用于说明进行本发明实施方式1所涉及的电容器容量测定的正误判定的方法的图。
图8是用于说明进行本发明实施方式3所涉及的电容器容量测定的正误判定的方法的图。
图9是用于说明进行本发明实施方式4所涉及的电容器容量测定的正误判定的方法的图。
图10是说明本发明实施方式5所涉及的电容器容量测定装置中的控制装置的功能的框图。
图11是表示本发明实施方式5所涉及的电容器容量测定装置的动作工序的流程图。
图12是表示本发明实施方式6所涉及的具备电容器容量测定装置的电力用设备的概要的结构图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明实施方式所涉及的具有正误判定功能的电容器容量测定装置以及具备该电容器容量测定装置的电力用设备进行说明。
图中，相同的标号表示相同或者相当的部分。
实施方式1
图1是表示本发明实施方式1所涉及的电容器容量测定装置的概要的电路结构图。图2是说明本发明实施方式1所涉及的电容器容量测定装置的控制装置的功能的框图，图3是表示控制装置的硬件结构的图。图4是表示电容器容量测定装置中的电容器的放电所引起的电压的变化的图。图5是说明求出电容器容量测定装置中的电容器的容量的方法的图。另外，图6是说明在图5中因发生了接触不良、浪涌等异常而导致电容器电压产生了变动的情况的图。
在图1中，电容器容量测定装置10与电容器1和对电容器1进行充电的充电电路2连接。电容器容量测定装置10包括：放电电路5，该放电电路5与电容器1并联连接，并串联连接有用于使电容器1的充电能量放电的放电开关3和放电电阻4；电阻分压电路8，该电阻分压电路8与电容器1并联连接，并串联连接有用于测量放电时的电容器电压下降值的第一电阻6和第二电阻7；以及控制装置9，该控制装置9向充电电路2发出对电容器1充电的停止指令并向放电电路5的放电开关3发出导通指令，并且测量电阻分压电路8的分压点A的电压Va来计算电容器1的容量。
此外，控制装置9具备计算电容器容量的电容器容量计算部901、向充电电路2发出向电容器1充电的停止指令以及向放电电路5的放电开关3发出导通指令等信号的信号指令部902、以及在后文中进行详细阐述的判定所计算出的电容器容量是否正确的测定正误判定部903的功能。
另外，控制装置9的功能通过图3所示的硬件来实现。即，处理器91、存储由处理器91执行的程序和数据的存储器92、输入输出设备93通过数据总线94相连接。通过处理器91的控制，向充电电路2发送停止对电容器1充电的指令信号、并进行用于电容器1的容量计算等的数据处理和数据传输。
[电容器容量的测定：正常动作]
接着，参照图1、图4以及图5，对实施方式1中的电容器容量测定装置10的动作原理进行说明。作为测定对象的电容器1通常由充电电路2充电到其额定电压为止。为了观测该电容器1的容量变化，定期地使充电到电容器1中的能量瞬时放电。首先，根据控制装置9的指令，在时刻t0向充电电路2发出对电容器1的充电停止命令，同时向放电电路5的放电开关3发出导通指令。由此，电容器1中蓄积的能量作为放电电流i流过放电电阻4，电容器1的两端的电压Vc下降。在此期间，测量与电容器1并联连接的电阻分压电路8的第一电阻6以及第二电阻7的分压点A的电压Va，并将其输入到控制装置9。在经过规定的导通时间(放电时间T)后的时刻tn，根据控制装置9的指令，放电开关3断开，放电电流i停止，由充电电路2再次开始电容器1的充电。
图4示出了放电电路5的放电开关3的导通时间、向充电电路2发出的充电停止指令的时间以及测定对象的电容器电压之间的关系。放电时间T被设定为不会对利用该电容器1的能量的电力用设备的动作造成障碍的不足1s(秒)的极短的时间，例如200ms左右。不会对电力用设备的动作造成障碍的时间是指在该时间内，即使利用下降后的电容器电压也可以使电力用设备工作，是直到达到若电容器电压进一步下降则电力用设备无法动作的规定电压(阈值)为止的时间。
充电停止指令中的时间即对电容器1的充电停止时间与使放电电路5的放电开关3导通的时间相同。在该放电电路的开关3导通的期间，第一电阻6、第二电阻7的分压点A的电压Va的变化(电压下降)作为测量数据被输入到控制装置9。
下面，利用图5说明根据输入到控制装置9的分压点A的电压Va来计算电容器容量C的方法。
图5表示电容器1的充电停止期间T内的电容器电压Vc下降的情况。电容器电压V0、Vn分别是时刻t0、tn下的电压，是放电前后的电压。电容器电压V1、Vn-1分别是时刻t1、tn-1下的电压。
若将第一电阻6和第二电阻7的电阻值分别设为R1、R2，则该期间T中的电容器1的电压Vc表示为
Vc＝(R1+R2)×Va/R1···式(1)，
因此，能够使用输入到控制装置9的测量数据Va来计算电容器电压Vc。该期间的电压下降的斜率ΔVc表示为
ΔVc＝(V0-Vn)/T···式(2)。
由于使放电电路5的放电开关3在极短时间内导通，因此，可以看作从测定对象的电容器1向放电电阻4以大致恒定的电流进行放电。因此，如图5所示，能够近似为直线。
根据由式(3)表示的电容器容量C、电容器电压Vc和电容器1中蓄积的电荷Q的关系式，能够求出由式(4)表示的放电前的电容器电压V0、放电后的电容器电压Vn、放电时的电流i和放电时间T的关系式。
式(5)是对电容器容量C求解式(4)的公式。在式(5)中，放电电流i根据放电中的平均电容器电压Vc＊和放电电阻4的电阻值Rd成为i＝Vc＊/Rd，如果使用该关系式和式(2)来表述，则成为式(6)。即，通过使用式(6)，从而能够根据放电电路5的放电开关3导通的期间的电容器电压Vc(平均电容器电压Vc＊)来计算电容器容量C。
C×Vc＝Q···式(3)
C×(V0-Vn)＝∫idt＝i×T···式(4)
C＝i×T÷(V0-Vn)···式(5)
C＝Vc＊/(Rd·ΔVc)···式(6)
此外，平均电容器电压Vc＊能够通过将根据在时间T内测量出的Va利用式(1)来计算出的Vc之和除以测定点数来计算。另外，电容器电压下降的斜率ΔVc可以使用根据测量到的Va计算出的测量电容器电压Vc的数据来计算。如上所述，由于电容器电压下降的斜率ΔVc能够近似为直线，因此，只要用最小二乘法使测量电容器电压Vc的数据近似为直线即可。或者，例如可以将时间T内的测量电容器电压Vc的数据的测量点数2等分，并用前一半测量电容器电压Vc的平均值与后一半测量电容器电压Vc的平均值之差除以T/2后得到的移动平均来计算。
[电容器电压的变动：异常发生时]
接着，对在使放电电路5的放电开关3导通来计算电容器容量时，因布线连接的接触不良、浪涌等而导致电容器电压或者电容器电压的测量电路的电压暂时产生变动的情况(以下称为异常发生)进行说明。
图6与图5相同，示出了电容器1的充电停止期间T内的电容器电压Vc下降的情况。图中(a)是在电容器容量测定中未发生布线连接的接触不良、浪涌等异常的情况，(b)、(c)是发生了异常的情况。图中曲线中的虚线表示根据测量出的Va在每个时刻计算出的电容器电压Vc(图中表示为测量值)，实线(图中表示为计算值)表示期间T内的ΔVc，使用期间T内的测量电容器电压Vc数据，例如通过最小二乘法来进行直线近似。
在图6中，在未发生异常的情况(a)下，从在期间T内的每个测量时刻计算出的测量电容器电压Vc(测量值)读取的电压下降即斜率与计算出的ΔVca相同。
在图6中，在发生了异常的(b)中，在期间T内的每个测定时刻计算出的测量电容器电压Vc(测量值)中，在时刻tx例如认为产生了噪声，Vc示出图中X所示的举动。因此，考虑该噪声发生部分而求得的ΔVcb＝(V0-Vn1)/T大于除以作为测量数据的Vc的噪声部分X而计算出的ΔVx＝(V0-Vnx)/T。因此，电容器容量被计算为比本来的电容器容量要小。
在上述那样的产生噪声的情况下，判断为电容器容量比规定要低，从而误判断为电容器不良或电容器更换时期。
此外，在图6中，在发生了异常的(c)中，在期间T内的每个测量时刻计算出的测量电容器电压Vc(测量值)中，在时刻ty例如产生布线连接的接触不良，在此之后Vc示出图中Y所示的举动。因此，考虑该发生异常而求出的ΔVcc＝(V0-Vn2)/T大于设作为测量数据的Vc没有发生异常而忽略时刻ty以后所计算出的ΔVy＝(V0-Vny)/T。因此，电容器容量被计算为比本来的电容器容量要小。
在这种情况下，也会判断为电容器容量比规定要低，从而误判断为电容器不良或电容器更换时期。
[电容器容量测定的正误判定]
接着，使用附图说明计算出的电容器容量是否正确的判定方法。在放电开关3导通的电容器1的充电停止期间T，如图5中所说明的那样，电容器的电压直线下降。利用这一点，通过检查测量电容器电压的数据的时间差分，从而能够确认如产生噪声那样的与直线状偏离的现象。
图7是说明对使用图6中(b)的示例计算出的电容器容量是否正确进行判断的方法的图。图7中(a)表示图6中(b)的电容器1的充电停止期间T内的电容器电压Vc下降的情况，图7中(b)放大了区域Xa内部。
在图7中(b)，简单起见，时间间隔Δt设为
Δt＝tm+1-tm＝tm+2-tm+1＝tk+1-tk＝tk+2-tk+1。
时刻tm和tm+1之间的电容器电压差为Vm-Vm+1，其斜率为
ΔVx＝(Vm-Vm+1)/Δt。
从作为下一时间步长的时刻tm+2来看，时刻tm+1与tm+2之间的电容器电压差为Vm+1-Vm+2，其斜率与ΔVx大致相等。
若观察产生噪声的时间段，则时刻tk和tk+1之间的电容器电压差为Vk-Vk+1，其斜率为
ΔVx＜(Vk-Vk+1)/Δt，
比ΔVx大。另外，同样地，如果观察作为下一时间步长的时刻tk+2，则在时刻tk+1和tk+2之间的电容器电压差为Vk+1-Vk+2，其斜率的绝对值为
ΔVx＜|Vk+1-Vk+2|/Δt，
比ΔVx大。在某个时刻间测量出的电容器电压的下降的斜率比ΔVx大意味着此处从电压下降的直线偏离。
另外，此处为了简单起见而使用了固定的时间间隔Δt，但也可以使用任意的时间间隔来求出电压的时间差分。
另外，着眼于因产生噪声而导致电容器电压的时间变化较大的图7中(a)所示的区域Xa内部进行了说明，但使放电开关3导通，并在电容器1的充电停止期间T内对测量时刻间的电容器电压依次进行差分的确认。
如上所述，电容器充电停止期间中的电容器电压的电压下降能够近似为直线，其斜率为ΔVx，Δt中的电压差为Vm-Vm+1，因此，可对测量时刻间的电容器电压的差依次进行确认。如果与Vm-Vm+1产生差异，即、如果示出偏离直线的举动，则能够判断为在该期间T中发生某种异常，使用该期间中的平均电容器电压所计算出的电容器容量并不正确。
关于与Vm-Vm+1的差异，预先决定阈值即可。例如，如果预先设定阈值以能够允许达到5倍，则在期间T中计算电压差并与阈值进行比较，若其最大值为Vm-Vm+1的5倍以上，则能够判断为所计算出的电容器容量并不正确。
因此，能够进行所测定的电容器容量的值的正误判定。
作为阈值例示出了Vm-Vm+1的5倍，然而，如果减小阈值，则对电容器容量测定几乎没有影响的较小的噪声产生也会被检测到。如果重复测定的结果是5倍，则作为如图7所示的、能够明确地判断对电容器容量测定造成影响的噪声产生的值，是有效的阈值。
根据本实施方式1，在使放电开关3导通的电容器1的充电停止期间T中，利用电容器电压呈直线状下降这一情况，检查该期间中的测量时刻间的电容器电压的差，根据其是否为阈值以上，能够判断有无异常发生，能够判断在该期间计算出的电容器容量是否正确。由此，具有如下效果：电容器容量的计算精度得以提高，不会因误判断而导致判断为电容器容量不足，可避免不必要的电容器的更换。
实施方式2
实施方式1中，对如下方法进行了说明：检查使放电开关3导通的电容器1的充电停止期间T中的、测量时刻间的电容器电压的差，根据其是否为阈值以上，来判定有无异常发生以及在该期间计算出的电容器容量是否正确。在本实施方式2中，使用图6、7来说明如下方法：对使放电开关3导通的电容器1的充电停止期间T中的、测量时刻间的电容器电压的差进行累计，根据其和(累计值)是否为规定的阈值以上，来判定有无异常发生以及在该期间计算出的电容器容量是否正确。
在图6中，在(a)的没有异常的情况下，如果将停止期间设为从t0到tn，则该期间的每个测量时刻的电容器电压的时间差分的绝对值的累计值σa为
[数学式1]
Figure GDA0002388882810000111
另一方面，在(b)的发生了异常的情况下，每个测量时刻的电容器电压的时间差分的绝对值的累计值σb为
[数学式2]
Figure GDA0002388882810000112
如图7中(b)所示那样，在时刻tk～tk+4，电容器电压的时间变化变大，因此，变得比除了该噪声产生的时间区域以外的本来的电容器电压的时间差分之和n·ΔVx要大。在某时刻间测量出的电容器电压的下降的斜率的绝对值之和大于n·ΔVx意味着在测量时间区域中存在从电压下降的直线偏离的部位。
在此，例如，可以预先设定阈值，以允许达到3倍。在期间T中计算电压差之和，在该值为本来产生的差的合计(n·ΔVx)的3倍以上的情况下，能够判断为所计算出的电容器容量并不正确。
在本实施方式2的方法中，即使对于图6中(c)那样的、与噪声不同地产生缓慢的变化那样的异常发生，也能够判断有无异常发生以及在该期间计算出的电容器容量是否正确。在图6中(c)的情况下，测量时刻间的电容器电压的差的绝对值之和σc表示为如下那样。
[数学式3]
Figure GDA0002388882810000121
从图6中(c)可知，到时刻ty为止每个时间的电位差与ΔVy之间没有大的差异，但ty以后斜率变大，其结果是，变得大于本来的电容器电压的时间差分的绝对值之和(n·ΔVy)。
因此，与图中6(b)同样地，例如，预先设定阈值，以能够允许达到本来的电容器电压的时间差分的绝对值之和(n·ΔVy)的3倍，在期间T中计算每个测量时间的测量电容器电压的时间差分之和，并比较其累计值与阈值，在累计值超过阈值的情况下，能够判断为所计算出的电容器容量并不正确。
作为阈值例示了n·ΔVy的3倍，但如果减小阈值，则对电容器容量测定几乎没有影响的情况也会被检测为异常。如果重复测定的结果是3倍，则作为图6中(c)所示的、能够将对电容器容量测定造成影响的接触不良排除90％的值，是有效的阈值。
在上述说明中，将测量时刻间的测量电容器电压的差的绝对值的合计单纯地作为总和进行计算，但可以通过设为平方和来强调测量时刻间的测量电容器电压的时间差分，能使判断更明确。
如上所述，根据本实施方式2，在使放电开关3导通的电容器1的充电停止期间T，利用电容器电压直线性下降这一情况，对该期间中的测量时刻间的测量电容器电压的差的绝对值进行累计，根据其和是否为阈值以上，能够判断有无异常发生，能够判断在该期间计算出的电容器容量是否正确。由此，具有如下效果：电容器容量的计算精度得以提高，可避免本来不需要更换电容器、但因误判断而导致判断为电容器容量不足而发生的电容器的更换。
实施方式3
在实施方式1、2中，使用使放电开关3导通的电容器1的充电停止期间T中的、每个测量时刻的测量电容器电压的数据本身，确认测量时刻间的测量电容器电压的差，或者求出差的绝对值之和，根据是否在规定的阈值内，来判断有无异常发生，判断在该期间计算出的电容器容量是否正确。在实施方式3中，对如下方法进行说明：使用每个测量时刻的测量电容器电压的数据、以及使用该数据计算出的电容器电压的斜率(直线)，来判定有无异常发生以及在该期间计算出的电容器容量是否正确。
图8是用于说明根据实施方式3对测定出的电容器容量进行正误判定的方法的图，图示了使放电开关3导通的电容器1的充电停止期间T中的、每个测量时刻的测量电容器电压的数据的推移(虚线)、和使用该数据计算出的电容器电压下降的斜率ΔVcb(实线)。在电容器1的充电停止期间T中，与图6中(b)同样地，是发生了异常(产生噪声)的情况的示例。
在放电开关3导通的期间中，电容器的电压呈直线状下降，因此，对于ΔVcb，如实施方式1中所说明的那样，使用测量电容器电压，通过最小二乘法或移动平均来近似为直线。
在图中，求出时刻tm的测量电容器电压Vm与ΔVcb直线上的电容器电压Vmc之差。对每个测量时刻求出该差。在时刻tk+1，其差比时刻tm时要大。
如图6中(a)所示那样，在没有异常的情况下，该差非常小，为测定误差左右。因此，将电容器1的充电停止期间T中的测量电容器电压与ΔVcb直线上的电容器电压的差在每个测量时刻同规定的阈值进行比较。如果该差的最大值为规定的阈值以上，则判断为在该期间T中发生了异常。判断为发生异常的阈值可以预先决定。例如，如果预先设定阈值以能够允许达到测定误差的5倍，则在期间T中测量电容器电压与ΔVcb直线上的电容器电压之差的最大值成为测定误差的5倍以上时，能够判断为计算出的电容器容量并不正确。
因此，可以判定所计算出的电容器容量的正误。
与实施方式1同样地，作为阈值，例示出了测定误差的5倍，但如果减小阈值，则对电容器容量测定几乎没有影响的较小的噪声产生也会被检测到。如果重复测定的结果是5倍，则作为如图7、8所示的、能够明确地判断对电容器容量测定造成影响的噪声产生的值，是有效的阈值。
如上所述，根据本实施方式3，在使放电开关3导通的电容器1的充电停止期间T，利用电容器电压直线性下降这一情况，根据该期间中的每个测量时刻的测量电容器电压的数据、与使用该数据计算出的电容器电压的斜率直线上的电压之差的最大值是否为阈值以上，能够判定有无异常发生，也能够判定在该期间计算出的电容器容量是否正确。由此，具有如下效果：电容器容量的计算精度得以提高，可避免本来不需要更换电容器、但因误判断而导致判断为电容器容量不足而发生的电容器的更换。
实施方式4
在实施方式3中，根据使放电开关3导通的电容器1的充电停止期间T中的、测量得到的测量电容器电压与计算出的电容器电压的斜率ΔVcb直线上的电容器电压之差的最大值是否为规定的阈值以上，来判定有无异常发生以及在该期间计算出的电容器容量是否正确。在本实施方式4中，使用图8、9对如下方法进行说明：对使放电开关3导通的电容器1的充电停止期间T中的、测量得到的电容器电压与使用该电容器电压计算出的电容器电压的斜率ΔVcb直线上的电容器电压之差的绝对值进行累计，根据其和是否为规定的阈值以上，来判定有无异常发生以及在该期间计算出的电容器容量是否正确。
如实施方式3中所说明那样，入图6中(a)那样，在没有异常的情况下，采样的电容器电压与计算出的电容器电压的斜率ΔV直线上的电容器电压之差为测定误差左右，即使求出其在期间T中从时刻t0到tn的和，也是足够小的值。以该测定误差的累计值为基准值，在图8中，求出期间T中从时刻t0到tn测量得到的测量电容器电压与使用该测量电容器电压计算出的电容器电压的斜率ΔVcb直线上的电容器电压之差的绝对值之和。例如，如果预先设定阈值，以能够允许达到基准值的3倍，则将期间T中的测量得到的测量电容器电压与计算出的电容器电压的斜率ΔVcb直线上的电容器电压之差的绝对值的累计值同阈值进行比较，在超过阈值的情况下，能够判断为计算出的电容器容量并不正确。
在本实施方式4的方法中，即使对于图6中(c)那样的、与噪声不同地产生缓慢的变化那样的异常发生，也能够判定有无异常发生以及在该期间计算出的电容器容量是否正确。
图9是用于使用图6中(c)来说明本实施方式4的图。在图中，图示出了每个测量时刻的测量电容器电压的数据的推移(虚线)和使用该数据计算出的电容器电压下降的斜率ΔVcc(实线)。例如，求出时刻tj1的测量得到的测量电容器电压Vj1与ΔVcc直线上的电容器电压Vj1c之差。同样地，求出时刻tj2的测量得到的测量电容器电压Vj2与ΔVcc直线上的电容器电压Vj2c之差。在电压产生缓慢变化这样的异常的情况下，在实施方式3中，会出现利用该Vj1―Vj1c、|Vj2―Vj2c|这样的单纯差无法判断为异常的情况。然而，在本实施方式中，由于对每个时间的该差(的绝对值)进行累计，因此能够进行判定。即，与图8同样地，例如，预先设定阈值，以能够允许达到基准值的3倍，将期间T中测量得到的测量电容器电压与计算出的电容器电压的斜率即ΔVcc直线上的电容器电压之差的绝对值的累计值同阈值进行比较，在该累计值超过阈值的情况下，能够判断为计算出的电容器容量并不正确。
与实施方式2同样地，作为阈值例示出了基准值的3倍，但如果减小阈值，则对电容器容量测定几乎没有影响的情况也会被检测为异常。如果重复测定的结果是3倍，则作为图6中(c)所示的、能够将对电容器容量测定造成影响的接触不良排除90％的值，是有效的阈值。
在上述说明中，将测量得到的测量电容器电压与计算出的电容器电压的斜率ΔVcc直线上的电容器电压之差的绝对值的累计值单纯地作为总和进行计算，但可以通过设为平方和，使得测量电容器电压与ΔVcc直线上的电容器电压之差变得更显著，能使判断变得明确。
如上所述，根据本实施方式4，在使放电开关3导通的电容器1的充电停止期间T，利用电容器电压直线性下降这一情况，对该期间中的每个测量时刻的测量电容器电压的数据与使用该数据计算出的电容器电压的斜率上的电压之差的绝对值进行累计，根据该累计值是否为规定的阈值以上，能够判定有无异常发生。进而，能够判定在该期间计算出的电容器容量是否正确。由此，具有如下效果：电容器容量的计算精度得以提高，可避免本来不需要更换电容器、但因误判断而导致判断为电容器容量不足而发生的电容器的更换。
在上述实施方式3、4中，期间T的计算出的电容器电压的斜率ΔV(图6、图7、图8中的实线)利用了使用期间T内的测量电容器电压Vc数据，通过最小二乘法进行直线近似后得到的斜率，但也可以用其它方法来计算。例如，也可以使用移动平均。也可以使用通过将根据在时间T内测量到的Va计算出的Vc之和除以测定点数而计算出的平均电容器电压Vc＊，将时间T二等分，将前半部分的上述电容器的电压的平均值与后半部分的上述电容器的电压的平均值之差除以时间T的2分之1而得到的值(移动平均)作为电容器的电压的时间变化值ΔV。
由于任意的ΔV都利用包含因噪声等而产生的测量电容器电压在内的数据来进行直线近似，因此，若在每个测量时刻计算测量电容器电压与差分，则异常发生时的差变大，所以能够用于电容器容量的正误判定。
另外，在上述实施方式3、4中，作为决定对所计算出的电容器容量是否正确进行判定的阈值的基准值，使用了测量误差，但阈值并不限定于此。可以根据过去的数据来决定，也可以根据每个期间T的电容器电压的变动平均或经过来决定。
实施方式5
在实施方式1至4中，控制装置9中，计算电容器容量，并判定计算出的电容器容量是否正确，即、进行电容器容量的测定的正误判定。在本实施方式5中，基于该正误判定，进一步计算正确的电容器容量，并判定电容器容量是否不足。使用图10、11来说明该方法。
图10是说明本发明实施方式5所涉及的电容器容量测定装置的控制装置的功能的框图。在图中，控制装置9除了图2所示的功能以外，还具备：异常判定部910，其在由测定正误判定部903判定为错误的情况下，判断是否发生了异常；正确电容器容量计算部911，其在由测定正误判定部903判定为正确的情况下，进一步计算正确的电容器容量；以及电容器容量不足判定部912，其基于由正确电容器容量计算部911计算出的电容器容量，来判定电容器容量是否不足。在判定为伴随电容器容量的下降，需要警告容量不足的情况下，在电容器容量测定装置10的显示装置11中进行显示并通知。显示装置11显示的内容不限于电容器容量不足。
图11是表示本发明实施方式5中的动作的流程图。
在图11中，电容器容量测定装置的控制装置9中，步骤S001至步骤S002由电容器容量计算部901执行处理，步骤S003由测定正误判定部903执行处理，步骤S004至步骤S007由异常判定部910执行处理，步骤S008至步骤S010由正确电容器容量计算部911执行处理，步骤S011至步骤S015由电容器容量不足判定部912执行处理。
在处理工序中，首先，在步骤S001中，设定正确测定规定次数nCC、误测定规定次数nCF、电容器容量阈值CCS、以及容量不足规定次数nCU。
正确测定规定次数nCC是用于计算电容器容量的中央值或平均值的测定次数。即使在测定正确的情况下，电容器容量也有可能成为异常值，为了减少它们的影响而测定nCC次。在此，将正确测定规定次数nCC设为16次。
误测定规定次数nCF是在电容器容量的测定不正确的情况下，判断为其原因并非布线连接的接触不良或浪涌的次数。
在每1小时实施1次电容器容量的测定的情况下，如果电容器容量不正确的原因是布线连接的接触不良或浪涌，则在10天以内排除原因，并将误测定规定次数nCF设为240次。
电容器容量阈值CCS是应警告电容器容量的容量不足的值，该值根据电容器在电路中应确保的最低限度的容量来设定。
容量不足规定次数nCU是在电容器容量小于电容器容量阈值CCS的情况下，连续几次才被判定为需要警告容量不足的次数。
电容器容量随着变动而逐渐下降，为了可靠地警告容量不足，将容量不足规定次数nCU设为3次。
在步骤S002中，通过实施方式1至4中的任意方法来测定电容器容量C0，并判断测定是否正确。
在步骤S003中，在步骤S002的结果为电容器容量的测定正确的情况下进入步骤S004，在不正确的情况下进入步骤S005。
在步骤S004中，从测定错误的的累计即误测定次数nF减去1，并进入步骤S008。如果从误测定次数nF减去1的结果是负数，则设为0，进入步骤S008。
在步骤S005中，将误测定次数nF加上1，进入步骤S006。
在步骤S006中，判定误测定次数nF是否达到误测定规定次数nCF。在未达到的情况下，继续进行电容器容量测定(返回步骤S002)。在达到的情况下，判断为异常，进入步骤S007。
另外，上述误测定次数nF的计算中，虽然示出在测定错误时加上1(在此以设定值为1进行说明)、在测定正确时减去1的示例，但也可以仅在测定错误时加上1，或者也可以进行测定连续错误的次数的累计。
在步骤S007中，为了通知异常而对显示装置11传送表示异常的信号，显示装置11实施表示异常的显示，结束测定。
在步骤S008中，对测定正确的次数的累计即正确测定次数nC加上1，并进入步骤S009。
在步骤S009中，判定正确测定次数nC是否达到正确测定规定次数nCC，在未达到的情况下，继续进行电容器容量测定(返回步骤S002)，在达到的情况下，进入步骤S010。
另外，上述的正确测定次数nC的计算示出了在测定正确的情况下加上1的示例，但也可以设为测定连续正确的次数的累计。
在步骤S010中，作为实施了正确测定规定次数nCC次的测定的结果，计算正确测定规定次数nCC个电容器容量C0的中央值，将其作为正确电容器容量CF，进入步骤S011。
另外，上述的正确电容器容量CF的计算示出了电容器容量C0的中央值的计算的示例，但也可以是平均值的计算。
在步骤S011中，对正确电容器容量CF和电容器容量阈值CCS进行比较。如果正确电容器容量CF为电容器容量阈值CCS以上，则判定为电容器容量没有不足，进入步骤S012，在小于电容器容量阈值CCS的情况下，进入步骤S013。
在步骤S013中，对正确电容器容量CF小于电容器容量阈值CCS的连续次数即容量不足次数nU加上1，进入步骤S014。
在步骤S014中，判定容量不足次数nU是否达到了容量不足规定次数nCU。在达到的情况下，判定为需要警告电容器容量不足，进入步骤S015。在未达到的情况下，继续进行电容器容量测定(返回步骤S002)。
另外，上述的容量不足次数nU的计算示出了连续小于电容器容量阈值CCS时的次数被累计的示例，但也可以是不连续的累计，或者也可以设为在小于电容器容量阈值CCS时加上1、在电容器容量阈值CCS以上时减去1的累计。
在步骤S015中，向显示装置11传送电容器容量CF、以及用于警告电容器容量不足的信号。显示装置11实施正确电容器容量CF和表示电容器容量不足的警告显示，结束测定。
另一方面，在步骤S011中判定为电容器容量没有不足时，在步骤S012中，对容量不足次数nU设定用于次数复位的0，继续电容器容量测定(返回步骤S002)。
另外，在本实施方式中，也可以省略异常判定部或者正确电容器容量计算部。在省略了正确电容器容量计算部的情况下，在步骤S011中，正确电容器容量CF的值变为电容器容量C0的值。
如上所述，根据本实施方式，对电容器容量测定装置设置计算正确电容器容量的电容器容量计算部、判定异常的异常判定部、判定是否需要警告电容器容量不足的电容器容量不足判定部、以及显示上述结果的显示装置。由此，仅通过定期地实施电容器的测定，就能进行电容器容量不足的警告显示，因此能可靠地判断电容器更换时期。
实施方式6
在实施形态6中，作为具备实施方式1至5所记载的电容器容量测定装置的电力用设备的示例，说明真空断路器(VCB：Vacuum Circuit Breaker)的示例。
图12是表示本发明实施方式6所涉及的电力用设备即包括电容器容量测定装置的真空断路器100的概要的结构图。真空断路器100利用电容器1中所积蓄的能量使电磁操作机构动作。
在图中，真空断路器100包括：设置在箱体屏蔽壁101内，使固定触点102和安装在可动轴103上的可动触点104进行开关的真空开关管(VST：Vacuum Switching Tube)105；设置在箱体屏蔽壁101外的、固定铁心111及设置在该固定铁心111内的跳闸用线圈112和接通用线圈113；向该跳闸用线圈112供电的电容器1；通过使开关114导通而从电容器1向跳闸用线圈112通电的情况下测量电流的仪表用变流器(CT：Current Transformer)115；以贯通这些线圈112、113的方式设置的可动轴116；安装在该可动轴116上的永磁体117和可动铁心118；具有利用安装在可动轴116上的压接弹簧119对真空开关管105的触点102、104进行开关的功能的电磁操作机构110；进行电容器1的充电的充电电路2；以及测定电容器1的容量的电容器容量测定装置10。另外，电容器容量测定装置10的结构与实施方式1至5中说明的相同，在此省略说明。
接着，参照图12，说明实施方式6中的真空断路器的动作原理。真空断路器100的开关操作由电磁操作机构110的电磁线圈112、113所产生的电磁力来进行，其开关状态由永磁体117的磁力来保持。在固定铁心111上设有电磁线圈的跳闸用线圈112和接通用线圈113，安装有可动铁心118和永磁体117的可动轴116被设定为可在跳闸用线圈112和接通用线圈113之间移动。该可动轴116通过压接弹簧119与真空开关管105侧的可动轴103连接，该可动轴103与对抗真空开关管105的固定触点102的可动触点104相连接。
在真空开关管105的接通状态下，可动铁心118被永磁体117吸附并保持于固定铁心111的接通侧。为了使真空开关管105成为开路状态，根据跳闸指令，从电容器1向跳闸用线圈112电容器进行通电，从而利用该磁力将可动铁心118吸引至开路侧，即使在停止向跳闸用线圈112的通电后，也可利用永磁体117将可动铁心118吸附并保持于开路侧。由此，安装有可动铁心118的可动轴116进行移动，真空开关管105的触点成为开路状态。若向接通用线圈113通电，则以相反的动作使真空开关管105成为接通状态。
向跳闸用线圈112通电的电容器1利用上述实施方式1至4所记载的电容器容量测定装置10来定期地测定容量，力图维持可靠性。并且，能够判断电容器容量测定中有无异常发生，能够判定在该期间计算出的电容器容量是否正确。由此，具有如下效果：电容器容量的计算精度得以提高，可避免本来不需要更换电容器、但因误判断而导致判断为电容器容量不足而发生的电容器的更换。
为了监测由电容器1进行通电的电流，使用仪表用变流器115进行测量。对于电容器容量测定装置10的动作，由于在实施方式1至5中进行了说明，因此省略。
在真空断路器100中，例如，为了使电容器1不会对电磁操作驱动产生障碍，设定由容量测定时的放电引起的电压下降值ΔV。例如，在本实施方式6中，若设DC电压为77.5V，则作为放电引起的电压下降值，如果有1V，则能够测定电容器容量。因此，虽然决定放电开关的导通时间T，使得在电容器容量测定所需的放电所引起的电压下降值ΔV的范围内，但如果是上述实施方式1至4中所说明的200ms的放电开关的导通时间，则充分收敛在电压下降值ΔV的范围内。
如上所述，在本发明实施方式6的具备电容器容量测定装置的电力用设备即真空断路器中，由于不需要取出电容器，而是在真空断路器的运用过程中也能定期地进行驱动用的电容器的容量测定，判定容量是否适当，并检查因容量测定时的噪声等异常发生而引起的容量是否适当的误判断，因此，具有能够力图提高电力用设备的长期可靠性的显著效果。
此外，在上述的实施方式中，作为电力用设备，对应用于真空断路器的驱动用的电容器的容量测定的情况进行了说明，但是只要是使用电容器作为驱动能量的设备，则也可应用于其它电力用设备。另外，也可应用于汽车等车辆用的电容器，通过在运用过程中进行电容器容量的测定，也能够力图提高可靠性。
另外，在上述实施方式中，对电容器被充电至额定电压的情况进行了说明，但在以低于额定电压的电压运用电容器的情况下，也可以将上述额定电压替换为运用电压。
另外，本发明在其发明的范围内，能够自由地组合各实施方式所示的构成要素，或者适当变更或省略各实施方式的任意的构成要素。
标号说明
1电容器，2充电电路，3放电开关，4放电电阻，5放电电路，6第一电阻，7第二电阻，8电阻分压电路，9控制装置，10电容器容量测定装置，11显示装置，91处理器，92存储器，93输入输出设备，94数据总线，100真空断路器，101箱体屏蔽壁，102固定触点，103可动轴，104可动触点，105真空开关管，110电磁操作机构，111固定铁心，112跳闸用线圈，113接通用线圈，114开关，115仪表用变流器，116可动轴，117永磁体，118可动铁心，119压接弹簧，901电容器容量计算部，902信号指令部，903测定正误判定部，910异常判定部，911正确电容器容量计算部，912电容器容量不足判定部，A分压点，C电容器容量，i放电电流，Q电荷，R1第一电阻的电阻值，R2第二电阻的电阻值，Rd放电电阻的电阻值，Va分压点的电压，T电容器充电停止期间(放电时间)，Vc电容器电压，Vc＊平均电容器电压，ΔVc、ΔVca、ΔVcb、ΔVcc、ΔVx、ΔVy电容器电压下降的斜率。

Claims (14)

1.一种电容器容量测定装置，其特征在于，包括：
放电电路，该放电电路由串联连接的放电电阻和放电开关构成，并且与电容器并联连接；
电阻分压电路，该电阻分压电路由串联连接的第一电阻及第二电阻构成，并且与所述电容器并联连接；以及
控制装置，该控制装置停止所述电容器的充电，通过使所述放电开关导通来使充电到所述电容器的能量放电，测量所述电阻分压电路的分压点的电压，并且根据该分压点的电压计算电容器容量，
在因充电到所述电容器中的能量的放电而下降的所述电容器的电压值成为规定值的时间以内的规定时间，使所述电容器放电，
将根据在所述规定时间内测量到的所述电阻分压电路的分压点的电压计算出的电容器电压作为测量电容器电压，
将所述规定时间内的测量时刻间的测量电容器电压的差与预先设定的阈值进行比较，判定由所述控制装置计算出的所述电容器容量的值是否正确。
2.如权利要求1所述的电容器容量测定装置，其特征在于，
将所述规定时间内的测量时刻间的测量电容器电压的差的绝对值的累计值同预先设定的阈值进行比较，判定由所述控制装置计算出的电容器容量的值是否正确。
3.如权利要求1或2所述的电容器容量测定装置，其特征在于，
所述控制装置具有正确电容器容量计算部，该正确电容器容量计算部在判定由所述控制装置计算出的所述电容器容量的值是否正确的结果为正确的情况下，根据判定为正确的所述电容器容量的多个值的中央值或平均值来计算正确电容器容量。
4.如权利要求1或2所述的电容器容量测定装置，其特征在于，
所述控制装置具有异常判定部，该异常判定部在判定由所述控制装置计算出的所述电容器容量的值是否正确的结果为不正确的情况下对误测定次数加上设定值，在为正确的情况下从误测定次数中减去设定值，来得到误测定次数，并在所述误测定次数达到预先设定的误测定规定次数时，判定为异常。
5.如权利要求3所述的电容器容量测定装置，其特征在于，
所述控制装置具有电容器容量不足判定部，该电容器容量不足判定部在由所述控制装置计算出的所述正确电容器容量小于预先设定的电容器容量阈值的容量不足次数达到预先设定的容量不足规定次数时，判定为需要警告所述电容器容量不足。
6.一种电力用设备，其特征在于，包括：
权利要求1至5中任一项所述的电容器容量测定装置；以及利用充电至所述电容器的能量进行操作的电磁操作机构。
7.如权利要求6所述的电力用设备，其特征在于，
使所述电容器放电的规定时间设定为因所述放电而下降的所述电容器的电压成为规定值的时间以内，所述规定值是当所述电容器的电压在该值以上时能够使所述电磁操作机构进行动作的电压值。
8.一种电容器容量测定装置，其特征在于，包括：
放电电路，该放电电路由串联连接的放电电阻和放电开关构成，并且与电容器并联连接；
电阻分压电路，该电阻分压电路由串联连接的第一电阻及第二电阻构成，并且与所述电容器并联连接；以及
控制装置，该控制装置停止所述电容器的充电，通过使所述放电开关导通来使充电到所述电容器的能量放电，测量所述电阻分压电路的分压点的电压，并且根据该分压点的电压计算电容器容量，
在因充电到所述电容器中的能量的放电而下降的所述电容器的电压值成为规定值的时间以内的规定时间，使所述电容器放电，
将根据在所述规定时间内测量到的所述电阻分压电路的分压点的电压计算出的电容器电压作为测量电容器电压，
使用在所述规定时间内测量到的所述电阻分压电路的分压点的电压在所述规定时间的平均值来计算表示电容器电压的下降的斜率的直线，
将同一时刻的所述测量电容器电压与所述直线上的电容器电压之差的绝对值同预先设定的阈值进行比较，判定由所述控制装置计算出的所述电容器容量的值是否正确。
9.如权利要求8所述的电容器容量测定装置，其特征在于，
将同一时刻的所述测量电容器电压与所述直线上的电容器电压之差的绝对值在所述规定时间内进行累计，将该累计值与预先设定的阈值进行比较，判定由所述控制装置计算出的电容器容量的值是否正确。
10.如权利要求8或9所述的电容器容量测定装置，其特征在于，
所述控制装置具有正确电容器容量计算部，该正确电容器容量计算部在判定由所述控制装置计算出的所述电容器容量的值是否正确的结果为正确的情况下，根据判定为正确的所述电容器容量的多个值的中央值或平均值来计算正确电容器容量。
11.如权利要求8或9所述的电容器容量测定装置，其特征在于，
所述控制装置具有异常判定部，该异常判定部在判定由所述控制装置计算出的所述电容器容量的值是否正确的结果为不正确的情况下对误测定次数加上设定值，在为正确的情况下从误测定次数中减去设定值，来得到误测定次数，并在所述误测定次数达到预先设定的误测定规定次数时，判定为异常。
12.如权利要求10所述的电容器容量测定装置，其特征在于，
所述控制装置具有电容器容量不足判定部，该电容器容量不足判定部在由所述控制装置计算出的所述正确电容器容量小于预先设定的电容器容量阈值的容量不足次数达到预先设定的容量不足规定次数时，判定为需要警告所述电容器容量不足。
13.一种电力用设备，其特征在于，包括：
权利要求8至12中任一项所述的电容器容量测定装置；以及利用充电至所述电容器的能量进行操作的电磁操作机构。
14.如权利要求13所述的电力用设备，其特征在于，
使所述电容器放电的规定时间设定为因所述放电而下降的所述电容器的电压成为规定值的时间以内，所述规定值是当所述电容器的电压在该值以上时能够使所述电磁操作机构进行动作的电压值。
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