JP2007202298A - 開閉装置 - Google Patents

Abstract

【課題】保守点検の省力化及び主回路の運転を継続した状態で、開閉装置各部の異常の有無を検知することができる開閉装置を得る。
【解決手段】電磁操作方式遮断器を搭載したスイッチギヤ等の開閉装置において、電磁操作機構制御回路部２００の駆動電流センサ２０２からの入力に基づいて、遮断器動作時に電磁操作機構１０１内の駆動用コイルへの通電電流波形を分析して、遮断器の操作機構部、中間機構部、主回路可動部および主回路接点部の内、いずれか1ヶ所または２ヶ所以上の摩擦の変化、主回路接点損耗量の変化、動作速度の変化などの遮断器の状態を検出する駆動監視回路部と、電磁操作機構の固定子内に配設した磁束センサ１０１からの入力によって電磁操作機構内の磁束密度を監視する磁束監視回路部からなる状態監視装置４００を備えたものである。
【選択図】図１

Description

この発明は、電力の送配電および受電設備などに用いられる、電磁操作方式遮断器または電磁操作方式遮断器を搭載したスイッチギヤなどの開閉装置に関するものである。

従来の主回路状態検出機能を備えたスイッチギヤとして、例えば、特開２０００−２６１９２１号公報（以下、特許文献１と称す。）に示されるものがある。
この特許文献１に示されるものは、検電端子の位置を操作装置の近傍または内部とし、検電の操作性を向上させると同時に、当該検電端子の特定も容易に行えるようにするものであって、概略以下のように構成されている。
すなわち、絶縁スペーサによって区画されるとともに、少なくとも線路作業用接地開閉器操作装置および母線作業用接地開閉器操作装置を備えたガス絶縁開閉装置の検電装置において、絶縁スペーサの内部に内部電極が埋設されるとともに、外周表面上に電気的に浮いた状態で端子を設け、線路作業用接地開閉器操作装置および母線作業用接地開閉器操作装置の近傍または内部に、増幅器の測定端子部が取り付けられる検電端子を設け、端子と検電端子とを接続線２５、２６によって接続するよう構成されている。

特開２０００−２６１９２１号公報（図1）

しかしながら、従来の電磁操作方式遮断器または電磁操作方式遮断器を搭載したスイッチギヤなどの開閉装置においては、上記特許文献１に示されるように、主回路状態検出機能は備えていても、機構部を含めた機器の状態を確認する為には、定期的に保守員により点検を行なうことが必要で、保守点検作業に多大の労力を必要とするとともに、点検内容によっては主回路の停止を伴うために、定期的に停電を行なうことが必要となるなどの課題を有するものであった。

この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、電磁操作方式遮断器または電磁操作方式遮断器を搭載したスイッチギヤなどの開閉装置において、保守点検周期の延長および保守員による点検保守項目の削減を可能にして、保守点検の省力化を可能とした開閉装置を提供することを目的とする。

また、この発明は、電力供給を停止することなく、主回路の運転を継続した状態で、開閉装置各部の異常の有無を検知することができ、故障、事故を未然に防止することができる開閉装置を提供することを目的とする。

この発明は、電磁操作方式遮断器または電磁操作方式遮断器を搭載したスイッチギヤ等の開閉装置において、電磁操作機構制御回路部の駆動電流センサからの入力に基づいて、遮断器動作時に電磁操作機構内の駆動用コイルへの通電電流波形を分析して、遮断器の操作機構部、中間機構部、主回路可動部および主回路接点部の内、いずれか1ヶ所または２ヶ所以上の摩擦の変化、主回路接点損耗量の変化、動作速度の変化などの遮断器の状態を検出する駆動監視回路部と、電磁操作機構の固定子内に配設した磁束センサからの入力によって電磁操作機構内の磁束密度を監視する磁束監視回路部を具備する状態監視装置を備えたものである。

また、この発明は、上記状態監視装置に、主回路から絶縁して配置したアンテナ部によって検出した電圧または電磁波から主回路部での部分放電発生の有無を検知する部分放電検出回路部を備えたものである。

また、この発明は、上記状態監視装置に、電磁操作方式遮断器に接続した電動操作方式断路器および電動操作方式接地開閉器の駆動用モータの通電電流または通電時間の何れか１つまたは両方を監視する電動操作監視回路部を備えたものである。

この発明の開閉装置によれば、保守点検周期の延長および保守員による点検保守項目の削減をすることができ、保守点検の省力化を可能とすることができる。

また、この発明によれば、電力供給を停止することなく、主回路の運転を継続した状態で、開閉装置各部の異常の有無を検知することができ、保守の省力化に加えて、故障、事故を未然に防止することができる開閉装置を得る事ができる。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１の開閉装置（ガス絶縁スイッチギヤ）について図面を参照して説明する。
図１は、実施の形態１による電磁操作方式遮断器の構成を示す概略ブロック構成図である。
図１において、電磁操作機構１００の駆動コイルへの駆動電流Ｉｄは、駆動用コンデンサ３００の放電によって供給され、駆動用コンデンサ３００は、外部電源から電磁操作機構制御回路２００を介して充電され、また外部からの動作指令によって、電磁操作機構制御回路２００を介して放電するように構成されている。
電磁操作機構制御回路２００には、駆動用コンデンサ３００の端子間電圧を測定するコンデンサ電圧センサ２０１と、電磁操作機構１００の駆動コイルへの駆動電流を測定する駆動電流センサ２０２、および、電磁操作機構内の駆動コイルの抵抗値を測定するコイル抵抗センサ２０３を搭載している。また、電磁操作機構１００の固定子内には、電磁操作機構１００内の磁束密度を測定する磁束センサ１０１を埋設している。

コンデンサ電圧センサ２０１、駆動電流センサ２０２、コイル抵抗センサ２０３、および磁束センサ１０１の各出力は、状態監視装置４００に接続されている。
状態監視装置４００には、上記各センサからの入力情報を演算処理し、遮断器の駆動状態を監視する駆動回路監視部と、電磁操作機構１００内の磁束密度を監視する磁束監視回路部が設けられている。すなわち、駆動回路監視部は、コンデンサ電圧および駆動電流波形から、遮断器の操作機構部、中間機構部、主回路可動部および主回路接点部での摩擦の変化、主回路接点損耗量の変化、動作速度の変化などの遮断器の状態を監視し、磁束監視回路部は、磁束密度から電磁操作機構１００内の開閉極状態保持の状態を監視している。
上記状態監視において、摩擦、主回路接点損耗量、開閉極状態保持状態の変化量または絶対値が閾値を越えた場合には、状態監視装置４００本体に警報異常を表示すると共に、外部へ状態異常警報を出力するようなされている。

また、遮断器が動作していない間に生じる駆動用コンデンサ３００の自然放電等による端子間電圧の低下に対し、電磁操作機構制御回路２００では、駆動用コンデンサ３００の端子間電圧が一定の閾値を下回った場合に、駆動用コンデンサの補充電を行ない、駆動用コンデンサ３００の端子間電圧が一定の範囲内になるよう制御している。
状態監視装置４００には、静電容量監視回路４０１が設けられており、この静電容量監視回路４０１は、遮断器が動作していない間に生じる駆動用コンデンサ３００の端子間電圧の低下について、電磁操作機構制御回路２００のコンデンサ電圧センサ２０１からの入力を基に、一定時間毎の駆動用コンデンサ３００の端子間電圧を測定することによって駆動用コンデンサの静電容量を監視している。

一方、経年劣化および過通電等によって発生する可能性が有る駆動用コイルの絶縁劣化、断線などについては、遮断器が動作していない間に、電磁操作機構制御回路２００から開閉極保持状態および開閉極動作特性に影響の無い範囲で微小な電流ΔＩを電磁操作機構内の駆動用コイルへ通電し、電磁操作機構制御回路のコイル抵抗センサ２０３によって通電時の駆動用コイルの抵抗値を測定し、電磁操作機構制御回路のコイル抵抗センサ２０３からの入力を基に、状態監視装置４００に設けられたコイル抵抗監視回路４０２によって駆動用コイル抵抗の変化を監視し駆動用コイルの通電性能および絶縁性能を監視している。

また、状態監視装置４００には温度センサ４０３を搭載しており、駆動用コンデンサ３００の静電容量および駆動用コイル抵抗の監視は、静電容量監視回路４０１、コイル抵抗監視回路４０２にて演算処理を行なう際に、温度センサ４０３からの周囲温度を各演算時の補正値として静電容量監視回路４０１、コイル抵抗監視回路４０２に入力している。

以上のように、この発明の実施の形態１によれば、電磁操作方式遮断器または電磁操作方式遮断器を搭載したスイッチギヤ等の開閉装置において、電磁操作機構制御回路部２００の駆動電流センサ２０２からの入力に基づいて、遮断器動作時に電磁操作機構１００内の駆動用コイルへの通電電流波形を分析して、遮断器の操作機構部、中間機構部、主回路可動部および主回路接点部の内、いずれか1ヶ所または２ヶ所以上の摩擦の変化、主回路接点損耗量の変化、動作速度の変化などの遮断器の状態を検出する駆動監視回路部と、電磁操作機構の固定子内に配設した磁束センサ１０１からの入力によって電磁操作機構１００内の磁束密度を監視する磁束監視回路部からなる状態監視装置４００を備えるよう構成したので、以下のような優れた作用効果を得ることができる。

（１）電磁操作方式遮断器の操作機構部、中間機構部、主回路可動部への塵埃・異物等の付着による摩擦力の変化および、電磁操作機構の固定子と可動子間への塵埃・異物等の付着による固定子内の磁束密度の変化を監視することによって、これまで摩擦力および磁束密度の変化が性能に影響しない範囲であっても実施していた定期的点検保守を、摩擦力および磁束密度の変化が性能に影響を与えない範囲で延長することが可能となる。
また、定期的点検保守以前に何らかの異常が発生した場合に、摩擦力、磁束密度の異常な変化を検知し、適切に清掃・グリスアップなどの保守を行なうことができ、故障、事故を未然に防止することができる。
（２）金属容器・真空管などの密閉容器内に収納されている主接点部は、電流開閉によって損耗するが、これまで主接点部の損耗量を点検する為には主回路を停止し、機構部の寸法測定または主回路への電圧印加時の漏れ電流測定によって点検を行っていたが、遮断器駆動時の駆動電流によって接点損耗量を監視することによって、遮断器を開閉する毎に接点損耗量の変化を監視でき、点検のために主回路を停止する必要が無い。

（３）電磁操作方式遮断器の駆動用電源として駆動用コンデンサを搭載する場合、駆動用コンデンサの静電容量を監視することで、動作時の駆動エネルギー不足による不動作を未然に検知し、駆動用コンデンサ取替えなどの保守を行なうことによって、不動作の防止が可能となる。
（４）また、駆動用コイルの状態は、これまで定期的点検保守時にコイル抵抗測定によって点検保守を行なっていたが、開閉極保持状態および開閉極動作特性に影響の無い範囲で微小な電流を電磁操作機構内の駆動用コイルへ通電し、駆動用コイルの導電抵抗および接続状態を監視することによって、何らかの原因によって駆動用コイルの抵抗増大または断線が発生した場合に、これを検知し保守を行なうことによって、動作異常を未然に防止することが可能である。

実施の形態２．
図２は、この発明の実施の形態２の電磁操作方式遮断器の構成を示す概略構成図である。
図２において、主回路１はＳＦ６ガス、乾燥空気、窒素ガス、二酸化炭素ガスなどの絶縁性ガスを封入した金属容器２内に収納されており、遮断器３に接続される主回路１の一部に、主回路１から絶縁してアンテナ部４が設けられている。アンテナ部４からリード線５が、密封端子６などを用いて金属容器２から気密に金属容器外部に引出され、引出し部近傍に配置した変換器７を介して状態監視装置８に接続されている。
また、金属容器２の一部に、気密に圧力センサ９が取り付けられ、圧力センサ９からのリード線１０も状態監視装置８に接続されている。

状態監視装置８には、実施の形態１の状態監視装置と同様の機能に加えて、部分放電検出回路が設けられており、アンテナ部４で検出した電磁波を変換器７でパルス波に変換した後に状態監視装置８に入力し、一定時間内のパルス数およびパルス波の連続性から部分放電の発生を検出している。

また、同様の回路を用いて真空度監視回路が構成されており、真空劣化時に発生する電磁波を検出し、真空度を監視している。

また、圧力センサ９にて金属容器２内のガス圧力を測定し、圧力センサ９と接続した状態監視装置８内のガス圧力監視回路にてガス圧力監視を行なっている。
なお、状態監視装置８内には、実施の形態１と同様に温度センサを搭載しており、ガス圧力監視回路にて演算処理を行なう際に、温度センサからの周囲温度を各演算時の補正値としてガス圧力監視回路に入力している。

この発明の実施の形態２の開閉装置は上記のように構成されており、以下の如き優れた作用効果を得ることができる。
（５）主回路の絶縁性能の点検は、これまで回路を停止して絶縁抵抗測定および主回路支持絶縁物表面などの清掃を行っていたが、主回路から絶縁して配置したアンテナ部によって検出した電圧または電磁波から主回路部での部分放電発生の有無を検知する部分放電検出回路を備えたことによって、主回路運転継続状態で主回路の絶縁性能の異常の有無を検知することができ、絶縁性能の異常が検知されない間は、主回路支持絶縁物表面の清掃も必要ないので保守の省力化も可能である。

（６）真空遮断器の真空スイッチ管内の真空度の低下は消弧性能に大きく影響する。
これまで定期的点検保守時に主回路を停止して真空度の測定を行なっていたが、この発明によれば、主回路の運転を継続した状態で真空度異常の検知が可能であり、真空スイッチ管の消弧性能が不足する前に回路を停止して保守を行い、真空スイッチ管を取替えることができる。

（７）ガス絶縁スイッチギヤにおいて、絶縁性ガスの圧力は主回路の絶縁性能への影響が大きい。この絶縁性ガスの圧力は、これまで圧力スイッチ、圧力計などによって監視されていたが、一般的に圧力スイッチ、圧力計よりも高精度な圧力センサを用いて圧力を監視することによって、ガス漏れによるガス圧力低下が発生した場合に、微小に変化するガス圧力を検知し、保守によって絶縁性ガスを補充することで、絶縁性能の著しい低下を招くことなく運転を継続することができる。

（８）コンデンサ容量、導電抵抗、ガス圧力、に関する監視において、温度センサにて測定した周囲温度に基づき監視回路での演算処理時に温度補正を行なうことで、周囲温度の変化の影響を抑え、高精度に監視を行なうことができる。

実施の形態３．
図３は、この発明の実施の形態３による開閉装置の概略構成を示すもので、状態監視装置に電動操作方式断路器の電動操作監視回路を搭載したスイッチギヤの構成を示す概略ブロック構成図である。
図３において、電動断路器制御回路５００は、外部からの動作指令によってモータ駆動用接点５０１を閉じ、電動操作機構６００の駆動用モータを起動してモータに連結した主回路部７００の可動端子７０１を駆動する。主回路の可動端子７０１が動作完了位置まで動作すると、機構部に設けた動作完了検出スイッチＳＷによってモータ駆動用接点５０１を開き駆動用モータを停止する。
電動断路器制御回路５００には、駆動用モータ回路に設けられた変流器と、モータ駆動用接点５０１と連動する接点からなる駆動モータ電流センサ部５０２が設けられ、変流器の二次端子およびモータ駆動用接点と連動した接点は、状態監視装置８００に接続されている。

状態監視装置８００には、上述した実施の形態１と同様の機能に加え、電動操作監視回路８０１が搭載されている。この電動操作監視回路８０１は、駆動モータ電流センサ部５０２からの、すなわち変流器およびモータ駆動用接点と連動した接点からの入力情報を演算処理し、駆動用モータ電流波形および駆動用モータの起動から停止までの時間から、操作機構部、中間機構部、主回路可動端子および主回路接点部での摩擦の変化、動作速度の変化などの断路器の状態を監視するものである。
なお、８０２は、周囲温度に基づき監視回路での演算処理時に温度補正を行うための温度センサである。

以上のようにこの発明の実施の形態３の開閉装置は、状態監視装置として、実施の形態１の機能に加えて、電磁操作方式遮断器に接続した電動操作方式断路器および電動操作方式接地開閉器の駆動用モータの通電電流、または通電時間の何れか１つまたは両方を監視する電動操作監視回路を備えたものである。
電動操作方式断路器および電動操作方式接地開閉器用操作機構部は、遮断器の機構部と同様に大気中の塵埃・異物が可動部に付着した場合に摩擦力増大による性能の低下を招く。このため、これまでは定期的に点検保守を実施していた。
これに対し実施の形態３によれば、駆動用モータの通電電流および通電時間は、摩擦力の変化に伴って変化することから、駆動用モータの通電電流および通電時間を監視することで、摩擦力の変化が性能に影響を与えない範囲で点検保守周期の延長が可能となる。
また、保守点検以前に何らかの異常が発生した場合には、駆動用モータの通電電流および通電時間の異常な変化を検知し、適切に清掃・グリスアップなどの保守を行なうことができ、故障、事故を未然に防止することができる。

この発明は、電力の送配電および受電設備などに用いられる電磁操作方式遮断器および電磁操作方式遮断器を搭載したスイッチギヤに利用できる。

この発明の実施の形態１における電磁操作方式遮断器の概略ブロック構成図である。 この発明の実施の形態２の電磁操作方式遮断器の構成を示す概略構成図である。 この発明の実施の形態３による開閉装置の概略ブロック構成図である。

符号の説明

１：主回路、２：金属容器、３：遮断器、４：アンテナ部、５、１０：リード線、
６：密封端子、７：変換機、８：状態監視装置、９：圧力センサ、
１００：電磁操作機構、１０１：磁束センサ、２００：電磁操作機構制御回路、
２０１：コンデンサ電圧センサ、２０２：駆動電流センサ、
２０３：コイル抵抗センサ、３００：駆動用コンデンサ、４００：状態監視装置、
４０１：静電容量監視回路、４０２：コイル抵抗監視回路、４０３：温度センサ、 ５００：電動断路器制御回路、５０１：モータ駆動用接点、
５０２：駆動モータ電流センサ、６００：電動操作機構、
７００：主回路部、７０１：可動端子、ＳＷ：動作完了検出スイッチ、
８００：状態監視装置、８０１：電動操作監視回路、８０２：温度センサ

Claims (8)

1. 電磁操作方式遮断器または電磁操作方式遮断器を搭載したスイッチギヤ等の開閉装置において、電磁操作機構制御回路部の駆動電流センサからの入力に基づいて、遮断器動作時に電磁操作機構内の駆動用コイルへの通電電流波形を分析して、遮断器の操作機構部、中間機構部、主回路可動部および主回路接点部の内、いずれか1ヶ所または２ヶ所以上の摩擦の変化、主回路接点損耗量の変化、動作速度の変化などの遮断器の状態を検出する駆動監視回路部と、電磁操作機構の固定子内に配設した磁束センサからの入力によって電磁操作機構内の磁束密度を監視する磁束監視回路部を具備する状態監視装置を備えたことを特徴とする開閉装置。
2. 上記状態監視装置には、電磁操作方式遮断器の駆動用コンデンサの充電または放電時の時間と駆動用コンデンサの端子電圧を測定して駆動用コンデンサの静電容量を監視する静電容量監視回路部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の開閉装置。
3. 遮断器の開閉極保持状態および開閉極動作特性に影響の無い範囲で微小な電流を電磁操作機構内の駆動用コイルへ通電することによって駆動用コイルの抵抗値を測定し、上記状態監視装置には、測定された抵抗値入力に基づいて駆動用コイルの通電性能および接続状態の何れか１つまたは両方を監視するコイル抵抗監視回路部を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の開閉装置。
4. 上記状態監視装置には、主回路から絶縁して配置したアンテナ部によって検出した電圧または電磁波から主回路部での部分放電発生の有無を検知する部分放電検出回路部を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の開閉装置。
5. 電磁操作方式遮断器が真空遮断器であり、真空遮断器に接続した主回路に主回路から絶縁して電磁波検出用アンテナ部を設け、状態監視装置には、真空遮断器の真空スイッチ管内の真空度が低下した場合に発生する電磁波を上記アンテナ部からの入力によって検出し真空度を監視する真空度監視回路部を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の開閉装置。
6. 開閉装置が金属容器内にＳＦ６、乾燥空気、窒素ガス、二酸化炭素ガスなどの絶縁性ガスを大気圧より高い圧力で封入したガス絶縁スイッチギヤであり、金属容器の一部に金属容器内のガス圧力を測定する圧力センサを設け、状態監視装置には、上記圧力センサからの入力によってガス圧力を監視する圧力監視回路部を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の開閉装置。
7. 上記状態監視装置には、電磁操作方式遮断器に接続した電動操作方式断路器および電動操作方式接地開閉器の駆動用モータの通電電流または通電時間の何れか１つまたは両方を監視する電動操作監視回路部を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の開閉装置。
8. 上記状態監視装置は温度センサを搭載し、上記温度センサにて測定した周囲温度に基づき上記監視回路部での演算処理時に温度補正を行なうことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の開閉装置。

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