JP2006049008A - 遮断器測定器およびそれを備えた遮断器測定システム - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は抵抗投入時および抵抗短絡時における遮断器の状態を監視するとともにその際に生じる不良をも検知することが可能な遮断器測定器および遮断器測定システムを提供する。
【解決手段】 本発明の遮断器測定器および遮断器測定システムは、サージ抑制のための抵抗素子と電気的に結合される抵抗投入時に抵抗分圧により抵抗素子１０に生じる印加電圧を測定し、また、抵抗短絡時に抵抗素子１０に生じる印加電圧を測定する。これにより、それぞれ抵抗素子１０に生じる印加電圧は異なる電圧レベルであるため容易に遮断器の状態を測定することができる。また、電圧レベルを測定するため異常な電圧レベルを検知した場合に容易に不良を検知することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電力系統に使用される遮断器に関し、特に遮断器の状態を検出することが可能な遮断器測定器およびそれを備えた遮断器測定システムに関するものである。

電力系統は、系統切換、故障除去、送電線の保守など種々の目的で開閉操作が行なわれる。このような場合に電力系統には絶縁性能を著しく低下させる開閉サージといわれる急峻な振動性の過電圧が発生する。このような過電圧に基づく大電流が機器に流入するのを防止するために電力系統の到る箇所で遮断器が設けられている。この遮断器は、平常時（通常時）においては必要に応じて電力系統の連結を行なうとともに、指示を受けて自動的に連結を遮断し、接続された電気機器に大電流が流入するのを防止している。

図６は、従来の遮断器の主要部を説明する概念図である。

図６（ａ）は、連結状態の遮断器を説明する概念図である。

図６（ａ）に示されるように、固定主接触子１０１と、可動主接触子１０４とが電気的に結合され、電力系統が連結されている。また、可動主接触子１０４と可動アーク主接触子１０３とは互いに結合されている。また、可動アーク主接触子１０３と固定アーク接触子１０７とが電気的に結合されている。したがって、一方側の固定主接触子１０１と固定アーク接触子１０７とが可動主接触子１０４および可動アーク主接触子１０３を介して電気的に結合される。上記の構成については、図６（ａ）の遮断器の一方側の構成について説明したが、他方側の構成についても同様に固定アーク接触子と他方側の固定主接触子とが可動主接触子および可動アーク主接触子を介して電気的に結合されている。

次に、遮断指示により、この閉路状態から図６（ｂ）のようにパッファシリンダ１０５が矢印の方向（図では右側方向）に動き、固定ピストン１０６とパッファシリンダ１０５との間の消弧ガスが圧縮される。この圧縮された消弧ガスは絶縁ノズル１０２を通して図６（ｃ）のように固定アーク接触子１０７に吹きつけられる。これにより、アークを消弧する。なお、消弧ガスは、可動アーク主接触子１０３とパッファシリンダ１０５の中空軸の内部を通り排気される。

また、遮断器は可動アーク主接触子１０３が固定アーク接触子１０７から遮断可能距離だけ解離するまでは消弧ガスは噴出されないようにされており、所定の解離距離が得られた時点で、固定アーク接触子１０７側へ噴出されるガス流と、可動アーク主接触子１０３の中空部を通って排気されるガス流とを同時に引起す構造となっている。この結果、パッファシリンダ１０５内の圧力が十分に高まった状態で可動アーク主接触子１０３に消弧ガスが噴出されるので瞬時に大電流を遮断することが可能である。

しかし、この遮断器の制御を行なう際においても、接触の際に生じるサージ電圧の問題を考慮する必要がある。それゆえ、遮断器の連結動作時において抵抗を予め投入する方式が採用されている。

具体的には、このような遮断制御に伴う過電圧を抑制する目的で固定主接触子を連結する前にまず抵抗を介して送電線を接続し、その後所定期間遅れてこの抵抗を短絡して連結を完了する方式が採用されている。

特開平８−８７９３３号公報においては、このような抵抗付遮断器の構成において、抵抗投入時および抵抗短絡時における位置検出器を設けることによりその抵抗投入時および短絡時の遮断器の状態を監視する方式が開示されている。
特開平８−８７９３３号公報

しかしながら、当該公報においては、抵抗投入時および短絡時の位置検出により遮断器の状態を監視する方式が説明されているが、上記方式は抵抗素子の接点における位置検出であるため当該期間における電圧異常や誤作動を監視することは不可能である。

本発明はこのような問題を解決するためになされたものであって抵抗投入時および抵抗短絡時における遮断器の状態を監視するとともにその際に生じる不良をも検知することが可能な遮断器測定器およびそれを備えた遮断器測定システムを提供することを目的とする。

本発明の遮断器測定器は、電源系統の開閉制御を行なう遮断器の状態を検出するための遮断器測定器であって、電源系統は、遮断器において電気的に連結状態となる際にサージ抑制のための抵抗素子を介して所定期間連結され、遮断器と電気的に結合される内部抵抗と、電源系統が電気的に開放状態から連結状態となるまでの所定期間を含む期間、内部抵抗に印加される電圧レベルを測定する測定部とを含む。

本発明の遮断器測定システムは、電源系統の開閉制御を行なう遮断器と、遮断器の状態を検出するための遮断器測定器とを備え、遮断器は、所定の抵抗値を有する抵抗部を含み、電源系統は、遮断器において電気的に連結状態となる際にサージ抑制のための抵抗素子を介して所定期間連結され、遮断器測定器は、遮断器と電気的に結合される内部抵抗と、電源系統が電気的に開放状態から連結状態となるまでの所定期間を含む期間、内部抵抗に印加される電圧レベルを測定する測定部とを含む。

本発明の遮断器測定器および遮断器測定システムは、遮断器と電気的に結合される内部抵抗に印加される電圧レベルを測定する。電源系統の連結状態の際において、所定期間中と所定期間後とで内部抵抗と抵抗素子との分圧に基づいて内部抵抗に印加される電圧レベルが変化する。したがって、この電圧レベルの変化を検知することにより容易に遮断器の状態を検出することができる。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付し、その説明は繰返さない。

図１は、本発明の実施の形態に従う遮断器測定器５０およびその周辺回路の概略構成図である。

図１を参照して、第１電力系統ユニット１５と第２電力系統ユニット１６との間に３相交流用に設けられた遮断器群１が設けられる。第１電力系統ユニット１５と第２電力系統ユニット１６とは、送電線Ｌ１〜Ｌ３を介して電気的に接続されており、各送電線に対して、遮断器１Ａ〜１Ｃがそれぞれ対応付けて設けられている。この遮断器１Ａ〜１Ｃは、上述した図６の遮断器と同様の機能を有し、大電流の流入を防止することができる。また、遮断器１Ａ〜１Ｃは、抵抗器付遮断器である。ここで、遮断器群１および遮断器測定器５０は遮断器測定システムを構成する。

図２は、抵抗器付遮断器の構成を模式的に説明する概念図である。

図２（ａ）を参照して、ここでは開放状態における抵抗付遮断器の構成が示されている。図６で説明した遮断器にさらに抵抗器が新たに付加された構成である。具体的には、投入抵抗１１０と、パッファシリンダ１０５と連結され、内部で可動主接触子１０４と電気的に結合されている投入抵抗可動接触子１１２と、投入抵抗１１０と投入抵抗可動接触子１１２とを電気的に結合する投入抵抗固定接触子１１１とが新たに設けられる。ここで、投入抵抗固定接触子１１１は、図示しないばね等の弾性体と連結され、投入抵抗可動接触子１１２と連結された後、ばね等の弾性体の弾性力に従って縮む。

図２（ｂ）を参照して、ここでは抵抗投入状態における抵抗付遮断器の構成が示されている。

図２（ｂ）に示されるように、投入抵抗可動接触子１１２がパッファシリンダ１０５とともに図の左側に移動する。これに伴い、投入抵抗可動接触子１１２と投入抵抗固定接触子１１１とが接触し、投入抵抗１１０が投入されるすなわち電気的に結合される。これにより、投入抵抗１１０を介して電力系統が連結されるため過大なサージ電圧に基づく大電流を防止することができる。なお、投入抵抗１１０は、過大なサージ電圧を防止すべく比較的大きな抵抗値を有する抵抗素子が設けられる。

図２（ｃ）を参照して、ここでは通常状態における抵抗付遮断器の構成が示されている。

図２（ｃ）に示されるように、さらにパッファシリンダ１０５が図の左側に移動する。これにより、可動アーク主接触子１０３と固定アーク接触子１０７とが電気的に結合される。これにより、通常の電力系統の連結が実行される。

再び図１を参照して、遮断器測定器５０は、誘導電圧防止回路２と、電圧測定回路３と、測定制御回路４とを備える。

測定制御回路４は、抵抗部７と、電源部１３と、スイッチＳＷ１とを備える。

抵抗部７は、送電線Ｌ１〜Ｌ３にそれぞれ対応して設けられた抵抗素子１０〜１２を含む。抵抗素子１０は、接続ノードＮ１と接続ノードＮ４との間に設けられる。また、抵抗素子１１は、接続ノードＮ２と接続ノードＮ４との間に設けられる。抵抗素子１２は、接続ノードＮ３と接続ノードＮ４との間に設けられる。接続ノードＮ５は、接地電圧ＧＮＤと電気的に結合される。スイッチＳＷ１と電源部１３とは接続ノードＮ４と接続ノードＮ５との間に設けられる。なお、抵抗素子１０〜１２の各々は、熱的容量および機械的強度が優れているホーロー抵抗を用いることも可能である。

誘導電圧防止回路２は、コンデンサ２０〜２２を含む。コンデンサ２０は、送電線Ｌ１と電気的に結合される接続ノードＮ９と接地電圧ＧＮＤとの間に設けられる。コンデンサ２１は、送電線Ｌ２と電気的に結合される接続ノードＮ１０と接地電圧ＧＮＤとの間に設けられる。コンデンサ２２は、送電線Ｌ３と電気的に結合される接続ノードＮ１１と接地電圧ＧＮＤとの間に設けられる。

電圧測定回路３は、遮断器群１等の内部の主接触子との間における抵抗器操作過程での抵抗値変化を電気的に読み取る手段と、遮断器群への電気操作指令の開始タイミングを読み取る手段とで構成される。具体的には、ＯＭ１〜ＯＭ３にて抵抗器操作過程での抵抗値変化を計測し、計測部ＩＮＴおよびＯＰＴにて遮断器群への電気操作指令の開始タイミングを計測する。計測部ＯＭ１〜ＯＭ３は、遮断器１Ａ〜１Ｃのそれぞれの動作時に変化する接続ノードＮ１〜Ｎ３と接続ノードＮ４間の電圧変化を測定する。計測部ＩＮＴおよびＯＰＴは、後述する制御信号Ｉおよび制御信号Ｏに応答して遮断器群操作指令時すなわち遮断器の連結もしくは開放状態に発生する負電圧から正電圧への変化をそれぞれ測定する。測定結果は各々電圧波形として示され、５つの各計測部における電圧波形の比較に基づいてそれぞれの動作タイミングおよび波高値に基づく電力系統の連結状態の良否を判定することができる。

また、遮断器群１の測定試験を実行するための電気操作指令を電圧測定回路３に対して出力する測定計５と、遮断器群１を制御する信号等が入力される制御入力端子群６とが設けられる。

制御入力端子群６は、端子ＩＮ１，ＯＴ１，Ｐ，Ｎを有する。端子ＩＮ１およびＯＴ１は、それぞれ遮断器の連結すなわち通常状態、および遮断器の遮断すなわち開放状態を指示する制御信号がそれぞれ入力される。また、端子ＰおよびＮには、計測に用いるための正および負の電圧信号がそれぞれ与えられる。

測定計５において、接続ノードＮ１２は、計測部ＩＮＴと接続されるとともに、端子ＩＮ１とも接続される。接続ノードＮ１３は、計測部ＯＰＴと接続されるとともに、端子ＯＴ１とも接続される。接続ノードＮ７，Ｎ８と電気的に結合され、接続ノードＮ１４，Ｎ１５は、端子Ｐ，Ｎとそれぞれ電気的に結合される。

測定計５は、遮断器の連結時に入力される制御信号Ｉおよび遮断器の開放状態時に入力される制御信号Ｏに応答して計測部ＩＮＴおよびＯＰＴに対して正の電圧を供給する。計測部ＩＮＴおよびＯＰＴの接続ノードＮ６は、負の電圧が供給される接続ノードＮ１５と接続されている。すなわち、制御信号Ｉおよび制御信号Ｏに応答して計測部ＩＮＴおよびＯＰＴにおいて電圧差を計測することができる。したがって、計測部ＩＮＴおよびＯＰＴにおいて、遮断器の連結もしくは開放状態の操作タイミングを電圧測定回路３で電圧波形にて取得することができる。

以下、本発明の遮断器の状態を測定する方式について説明する。

ここでは、代表的に送電線Ｌ１を用いて説明する。

測定制御回路４において、スイッチＳＷ１がオンする。これに応答して、遮断器１Ａ〜送電線〜接続ノードＮ９，Ｎ１〜抵抗素子１０〜接続ノードＮ４〜電源部１３〜スイッチＳＷ１〜接続ノードＮ５〜接地電圧ＧＮＤの電流経路が形成される。電圧測定回路３は、接続ノードＮ１および接続ノードＮ４と電気的に結合され、抵抗素子１０に印加される電圧レベルを測定する。

図３は、遮断器１Ａの各状態における抵抗素子１０に印加される電圧レベルを説明する図である。なお、図２に示される投入抵抗１１０の抵抗値はＲ１、図１に示される抵抗素子１０の抵抗値はＲ２、起電力はＥ［Ｖ］であり既値であるものとする。

図３（ａ）は、遮断器１Ａが遮断状態である場合を説明する図である。図３（ａ）に示されるようにこの場合には、抵抗素子１０には電圧が印加されないため０［Ｖ］である。

図３（ｂ）は、投入抵抗１１０を接続した場合すなわち抵抗投入状態を説明する図である。図３（ｂ）に示されるようにこの場合には、抵抗素子１０には遮断器側の抵抗との抵抗分圧に基づいて（Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２））×Ｅ［Ｖ］の電圧が印加される。

図３（ｃ）は、遮断器１Ａが通常状態である場合を説明する図である。図３（ｃ）に示されるようにこの場合には、遮断器側の抵抗は短絡されるため抵抗素子１０にはＥ［Ｖ］の電圧が印加される。

したがって、図４の電圧測定回路３における電圧波形図に示されるように遮断状態、抵抗投入状態および通常状態（抵抗短絡時）でそれぞれ電圧レベルが異なるため、この抵抗素子１０に印加される電圧レベルを検知することにより、容易に遮断器の状態を検出することができる。

また、図１に示される抵抗素子１０に印加される電圧レベルが最初のステップから次のステップに移行するまでの所定の一定レベルである期間を計測することにより、抵抗投入状態の期間を計測することが可能である。また、この電圧レベルを計測することにより、期待値と異なる値が検知された場合には異常（不良）であることも判別することが可能である。

本例においては、遮断器１Ａの状態について、抵抗素子１０を用いて説明したが、遮断器１Ｂおよび１Ｃの状態についても抵抗素子１１，１２を用いて同様に計測可能である。

図５は、遮断器１Ａに作用する容量値を説明する図である。

図５（ａ）を参照して、ここでは、遮断状態の遮断器１Ａにおいて作用する浮遊容量Ｃ１と、対地容量Ｃ２が示されている。本実施の形態においては、上述したように誘導防止回路２のコンデンサ２０を接続ノードＮ９と接地電圧ＧＮＤとの間に設ける。

図５（ｂ）は、図５（ａ）と等価な回路図である。図５（ｂ）を参照して、接続ノードＮ９に生じる誘起電圧Ｅａは次式として求められる。

したがって、コンデンサ２０の容量値Ｃ３の値を大きくすることにより、接続ノードＮ９に誘起される誘起電圧の電圧レベルを十分に抑制することができ、誤動作等の不良の要因を除去することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態に従う遮断器測定器５０およびその周辺回路の概略構成図である。 抵抗器付遮断器の構成を模式的に説明する概念図である。 遮断器１Ａの各状態における抵抗素子１０に印加される電圧レベルを説明する図である。 電圧測定回路３における電圧波形図である。 遮断器１Ａに働く容量値を説明する図である。 従来の遮断器の主要部を説明する概念図である。

符号の説明

１ 遮断器群、１Ａ〜１Ｃ 遮断器、２ 誘起電圧防止部、３ 電圧測定回路、４ 測定制御回路、５ 測定計、６ 制御入力端子群、７ 抵抗部、８ 切替制御部、５０ 遮断器測定器。

Claims (7)

1. 電源系統の開閉制御を行なう遮断器の状態を検出するための遮断器測定器であって、
   前記電源系統は、前記遮断器において電気的に連結状態となる際にサージ抑制のための抵抗素子を介して所定期間連結され、
   前記遮断器と電気的に結合される内部抵抗と、
   前記電源系統が電気的に開放状態から連結状態となるまでの前記所定期間を含む期間、前記内部抵抗に印加される電圧レベルを測定する測定部とを含む、遮断器測定器。
2. 前記遮断器からの誘導電圧を抑制する誘導防止部をさらに備える、請求項１記載の遮断器測定器。
3. 前記誘導防止部は、前記遮断器と接地電圧との間に設けられたコンデンサを含む、請求項２記載の遮断器測定器。
4. 前記内部抵抗と電気的に結合される電源部をさらに備え、
   前記電源部は前記所定電圧の起電力を有する電池を含む、請求項１記載の遮断器測定器。
5. 前記内部抵抗は、ホーロー抵抗に相当する、請求項１記載の遮断器測定器。
6. 電源系統の開閉制御を行なう遮断器と、
   前記遮断器の状態を検出するための遮断器測定器とを備え、
   前記遮断器は、所定の抵抗値を有する抵抗部を含み、
   前記電源系統は、前記遮断器において電気的に連結状態となる際にサージ抑制のための抵抗素子を介して所定期間連結され、
   前記遮断器測定器は、
   前記遮断器と電気的に結合される内部抵抗と、
   前記電源系統が電気的に開放状態から連結状態となるまでの前記所定期間を含む期間、前記内部抵抗に印加される電圧レベルを測定する測定部とを含む、遮断器測定システム。
7. 前記遮断器は、
   固定接触子と、
   前記抵抗部を短絡するとともに、前記固定接触子と接触して前記電源系統を連結状態とするように移動する可動接触子とを含み、
   前記抵抗部は、
   前記所定の抵抗値を有する抵抗素子と、
   前記可動接触子と連結されるとともに前記遮断器において電気的に連結状態となる際に前記抵抗素子と接触する可動抵抗接触子とを含む、請求項６記載の遮断器測定システム。

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