JP2007273157A - 遮断器監視装置および遮断器監視方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 遮断器の動作時間を監視する可搬形の遮断器監視装置において、信号線の結線作業を簡略化し、既設の遮断器に設置し、動作時間の算出を行うことができる遮断器監視装置を得る。
【解決手段】 遮断器２が動作したときの動作音を検出する非接触の音響センサ１１の検出結果から算出した動作信号ｂと、遮断指令信号受信部１４が受信した遮断器２の遮断指令信号ａとに基づいて遮断器２の動作時間を算出し、遮断部２１の異常有無を簡易な装置構成で判定する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、ガス絶縁開閉装置等の遮断器動作時間を監視する遮断器監視装置および遮断器監視方法に関する。

従来の開閉装置等の遮断器の動作時間を監視する遮断器監視装置においては、遮断器の遮断部の動作が開始してから完了するまでの時間を測定するために、監視開始起点指令として励磁コイルに流れる電流、補助接点信号等の信号を、監視停止終点指令として浮遊コンデンサを流れる微小電流等の信号を取り込み、これらの信号に基づいて遮断器の動作時間を算出していた。
特開平６−２６７３６５号公報（第２−３頁、第１図参照）

従来の遮断器監視装置においては、監視開始起点指令としての励磁コイルに流れる電流、補助接点信号等の信号や、監視停止終点指令として浮遊コンデンサを流れる微小電流等の信号を取り込むために、遮断器との間でこれらの信号を取り込むためのセンサの設置や、信号線の結線作業が必要となる。

新設の遮断器であれば設置時にセンサ設置や信号線の結線作業を行えば、その後は継続監視が可能である。しかし、遮断器の動作頻度は通常、非常に低いために、遮断器を動作させるときのみにセンサ設置や結線作業を行いたいという要求が強かった。

しかし、従来の遮断器監視装置においては、センサの設置や信号線の結線作業を行っている際に、電力系統の異常に対して遮断器が自動動作をする可能性があるために、既設の遮断器を動作させたまま、センサ設置や信号線の結線作業を行うことは困難であるといった問題があった。

この発明は、上述のような問題を解決するためになされたもので、可搬形の遮断器監視装置において、信号線の結線作業を簡略化し、既設の遮断器に設置し、動作時間の算出を行うことができる遮断器監視装置を得るものである。

この発明に係る遮断器監視装置においては、遮断器の動作開始の指令時刻を示す遮断指令信号を受信する遮断指令信号受信部と、遮断器が動作する際の動作音を検出する音響センサと、遮断指令信号受信部が受信した遮断指令信号と音響センサが検出した動作音とに基づいて遮断器が動作するまでの動作時間を算出する演算部とを備えるものである。

この発明は、遮断器の動作時間を非接触の音響センサが検出した動作音に基づいて判断するために、可搬形の遮断器監視装置であっても取り付け作業を簡略化することができる。従って、既設の遮断器に対する取り付け作業において、動作している遮断器に対しても、設置することが可能であるといった効果を奏する。

実施の形態１．
図１は、この発明を実施するための実施の形態１における遮断器監視装置のシステムを示すものである。図１において、遮断部２１を有する遮断器２から所定距離離れた位置に、本実施の形態の遮断器監視装置１が設置されている。遮断器監視装置１は、遮断器２が動作する際の動作音を検出するマイクなどの音響センサ１１、音響センサ１１が検出した動作音の信号を処理する信号処理部１２、遮断器制御部３からの遮断器２の動作開始の時刻を指定し、制御するための遮断指令信号ａを受信する遮断指令信号受信部１３、信号処理部１２が処理した動作信号ｂと遮断指令信号受信部１３が受信した遮断指令信号ａとに基づいて遮断器が動作するまでの動作時間を算出する演算部１４、演算部１４が算出した動作時間に基づいて遮断器２の異常の有無を判定する判定部１５を備える。

次にこのように構成された遮断器監視装置１の動作について説明する。遮断器２は図２の上段に示すような、遮断器制御部３からのパルス状の遮断指令信号ａにより動作を開始する。図２は遮断器指令信号ａと後述する動作信号ｂの時間変化を表すものである。このとき、遮断器制御部３からの遮断指令信号ａは遮断器監視装置１内の演算部１４にも出力される。遮断器２からは遮断部２１を遮断するため、機構系のラッチを解除する動作音、その後にメインコンタクト動作時の動作音が発生する。音響センサ１１はこれら遮断器２からの動作音を検出する。図３に音響センサ１１が検出した動作音の音声レベル（ｄＢ単位）の時間変化を表す。

その後、信号処理部１２は図２の下段に示すような、音響センサ１１が遮断器２のメインコンタクト動作時の動作音を検出した時刻から立ち上がるステップ状の動作信号ｂを生成し、演算部１４に出力する。ここで、メインコンタクト動作の動作音を検出した時刻とは、音響センサ１１が検出した動作音の音声レベルが所定の閾値を超えた時刻であるとして動作信号ｂを生成する。このときの閾値は遮断器２のメインコンタクト動作時における衝撃の音声レベルに基づいて決定される。ここでは、遮断器２のメインコンタクト動作時における衝撃の音声レベルは１２０ｄＢを超える音声レベルであるので、閾値を例えば８０ｄＢとする。

次に、演算部１４は遮断器制御部３から送信された遮断指令信号ａと信号処理部１２から送信された動作信号ｂに基づいて遮断器２の動作時間を算出する。図３を参照して動作時間の算出方法について説明する。まず、遮断指令信号ａの立ち上がり時刻をｔ１、動作信号ｂの立ち上がり時刻をｔ２、遮断器２が遮断される時刻をｔ３とする。上述のように、遮断器２は遮断指令信号ａにより示された時刻から動作を開始し、メインコンタクト動作時の動作音が発生する。遮断器２の動作音の発生部と音響センサ１１とは所定距離離れて位置しているために、動作信号ｂの立ち上がりはメインコンタクト動作の動作音の音声レベルが閾値を超えた時刻より動作音が音響センサ１１に到達する時間だけ遅れることになる。従って、式（１）が成り立つ。
ｔ１＜ｔ３＜ｔ２・・・（１）

次に、式（２）によりｔ１とｔ２の時刻差Δｔ１を算出する。
Δｔ１＝ｔ２−ｔ１・・・（２）

いま、遮断器２の動作音の発生部と音響センサ１１とは所定距離だけ離れて位置しているために、動作信号ｂの立ち上がり時刻は、メインコンタクト動作時の動作音が閾値を超えた時刻よりもΔｔ２だけ遅れる。ここで、Δｔ２はメインコンタクト動作の動作音が音響センサに到達するまでの時間、すなわち（ｔ２−ｔ３）であるから、遮断器２の動作音発生部と音響センサ１１までの距離をＬ、空気中の音の速度をｖとすれば式（３）により表せる。また、ここでは空気中の音の速度ｖは３４０ｍ／ｓで一定であるものとする。また、遮断器２の動作音発生部と音響センサ１１までの距離Ｌは予め計測されており、演算部１４に入力しておく。
Δｔ２＝ｔ２−ｔ３＝Ｌ／ｖ・・・（３）

遮断器制御部３からの遮断指令信号ａが立ち上がり、メインコンタクトが動作するまで、すなわち遮断器２が遮断されるまでの時間ΔＴは式（４）を用いて算出することができる。
ΔＴ＝ｔ３−ｔ１
＝（ｔ２−ｔ１）−（ｔ２−ｔ３）
＝Δｔ１−Δｔ２・・・（４）

従って、遮断指令信号ａの立ち上がり時刻、音響センサ１１が検出した動作音の音声レベルが閾値を超えた時刻、空気中での音の速度、遮断器から音響センサまでの距離に基づいて、遮断器２が動作するまでの動作時間を算出することが可能となる。

また、上述の例では、信号処理部１２は音響センサ１１が遮断器２のメインコンタクト動作時の動作音を検出した時刻から立ち上がるステップ状の動作信号ｂを生成し演算部１４に送信する構成になっているが、必ずしもこのような動作信号ｂを生成する必要はない。すなわち、音響センサ１１が検出した動作音の音声レベルが所定の閾値を超えた時刻ｔ２のみを信号処理部１２から演算部１４に出力する構成にしても良い。同様に、遮断器制御部３から送信される遮断指令信号ａについても、遮断指令信号ａが立ち上がる時刻ｔ１のみを遮断指令信号受信部１３が受信し、演算部１４に送信するような構成にしてもよい。さらにまた、式（２）からも明らかなように、演算部１４で動作時間を算出するために必要な値はｔ１、ｔ２そのものではなく、（ｔ２−ｔ１）であるために、時刻差のみを送信するような構成にしても良い。

また、動作信号ｂはステップ状の信号であるので、次の遮断器２の動作音を検出するためには、所定の時刻で動作信号ｂをリセットしておけばよい。さらにまた、動作信号ｂは音響センサ１１が検出した音声レベルが所定の閾値を超えた時刻ｔ２から立ち上がるステップ状の信号であるとして説明したが、閾値を超えたときのみに立ち上がっているような信号であっても良い。このような信号にすることにより、動作信号ｂをリセットする必要が無くなる。

また、上記では遮断器２の閉動作について説明したが、開動作についても同様の手法を用いて動作時間を算出することが可能である。この場合、閾値を閉動作の際の値と異なるように設定しても良い。

次に、このように算出された遮断器２の動作時間Ｔ１と、従来の監視開始起点指令として励磁コイルに流れる電流、補助接点信号等の信号を、監視停止終点指令として浮遊コンデンサを流れる微小電流等の信号を用いて算出した動作時間Ｔ２について図４を用いて比較する。図４に本実施の形態１の遮断器監視装置１によって算出した動作時間Ｔ１を縦軸に、従来の手法により算出した動作時間Ｔ２を横軸にとった時の関係を示す。図４中の直線のグラフはＴ１＝Ｔ２のグラフであり、範囲４１内の点は開動作時の動作時間を、範囲４２内の点は閉動作時の動作時間をそれぞれ示すものである。また、Ｔ１１、Ｔ１２はそれぞれ本実施の形態１における遮断器監視装置１において算出した開動作時の動作時間の平均値、閉動作時の動作時間の平均値である。Ｔ２１、Ｔ２２はそれぞれ従来方法で算出した開動作時の動作時間の平均値、閉動作時の動作時間の平均値である。

本実施の形態１における遮断器監視装置１において算出した動作時間Ｔ１と従来法で算出した動作時間Ｔ２との間でのばらつきは、開動作で０．１７ｍｓ、開動作で０．２０ｍｓとなっており、いずれにおいても、ピーク−ピークで０．２ｍｓ（±０．１ｍｓ）以内に収まっている。尚、通常の算出される動作時間の誤差は±０．５ｍｓ程度であるので、本実施の形態１の遮断器監視装置１における測定精度は実用上、十分な精度が得られていることがわかる。

次に、演算部１４はこのように計測した動作時間ΔＴを判定部１５に送信し、判定部１５は初期の遮断器の性能から得られる動作時間ΔＴ０と比較して、この差が規定の範囲内にあるかどうかで、遮断器２の異常の有無を判定する。ΔＴとΔＴ０との差が規定の範囲を超えた場合には遮断器２に異常が発生したものと判定し、異常信号を出力する。

このように、本実施の形態１の遮断器監視装置１においては、遮断指令信号ａと、音響センサ１１の信号を入力するだけで、遮断器２に直接センサを取り付けたり、信号線の結線をしたりすることが不要となり、既設の遮断器２に対しても簡易に異常の有無が判定できるという効果を奏する。

また、以上述べた本実施の形態１における遮断器監視装置１は、各構成の機能を上述の説明どおりの順序のステップで行う遮断器監視方法としても実現が可能なことはいうまでも無い。

実施の形態２．
図５は、この発明を実施するための実施の形態２における遮断器監視装置のシステムを示すものである。図中、実施の形態１と同一の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。実施の形態１においては、式（３）で使用する空気中の音の速度を一定としたが、図５に示すように、遮断器監視装置１内に周囲の温度を計測する温度センサ１６を有し、周囲の温度に基づいて空気中の音の速度を補正するような構成にしても良い。

次に、空気中の音の速度の補正方法について説明する。気体中における音の速度ｖは比熱比κ、気体定数Ｒおよび気体温度Ｔに依存し、式（５）のように表される。
ｖ＝ｓｑｒｔ（κＲＴ）・・・（５）
また、式（５）を簡易化すると式（６）のように表される。
ｖ＝３３１．５＋０．６ｔ・・・（６）
ただしｔは気体の温度（℃）である。

このように音速ｖは温度の影響を受けるため、図５に示すように遮断監視装置１において温度センサ１６で周囲の温度を計測し、そのときの温度により音速ｖの値を補正し、補正後の音速を用いて式（３）により、メインコンタクト動作の動作音が音響センサ１１に到達するまでの時刻を算出することで、より厳密なΔＴを算出することが可能となる。この場合、温度センサ１６も遮断器２に直接取り付ける必要が無いので、実施の形態１と同様に、既設の遮断器２に対しても簡易に異常の有無が判定できるという効果を奏する。

実施の形態３．
図６は、この発明を実施するための実施の形態３における遮断器監視装置のシステムを示すものである。図中、実施の形態１と同一の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。実施の形態１では、遮断器２の動作時間を算出する起点として遮断指令信号ａを利用したが、この遮断指令信号ａの代わりに遮断器２の操作のために機構系のラッチを解除する動作音を利用しても良い。このような構成にした場合には、動作時間が遮断指令信号ａを利用せずに算出できるために、遮断指令信号受信部１３を設ける必要は無い。

遮断器２において、メインコンタクトの機械的な開閉動作はラッチ解除からスタートするために、信号処理部１２は音響センサ１１が遮断器２のラッチ解除をする際の動作音を検出した時刻から立ち上がるステップ状の動作信号を生成し、演算部１４に出力すればよい。ここで、ラッチ解除をする際の動作音を検出した時刻とは、音響センサ１１が検出した動作音の音声レベルが所定の閾値を超えた時刻であるとして動作信号を生成する。このときの閾値は、メインコンタクト動作の動作音を検出するための閾値よりも小さいものである。ここでは、この閾値を５０ｄＢとする。メインコンタクト動作の際の動作音の検出方法、動作信号ｂの生成方法については、実施の形態１と同様である。また、説明の都合上、メインコンタクト動作の動作音を第１の動作音、ラッチ解除をする際の動作音を第２の動作音、第１の動作音を検出するための閾値を第１の閾値、第２の動作音を検出するための閾値を第２の閾値、第１の動作音を検出した時刻から立ち上がるステップ状の信号を第１の動作信号、第２の動作音を検出した時刻から立ち上がるステップ状の信号を第２の動作信号と称する。

次に、演算部１４は信号処理部１２が生成した第１の動作信号、第２の動作信号に基づいて遮断器２の動作時間を算出する。動作時間ΔＴ２は、第１の動作信号が立ち上がる時刻をｔ４、第２の動作信号が立ち上がる時刻をｔ５とすると式（７）によって算出することが可能である。
ΔＴ２＝ｔ４−ｔ５・・・（７）

本実施の形態３においては、式（７）から明らかなように、動作時間を算出するために、音速や遮断器２までの距離のパラメータを利用する必要が無い。従って、これらのパラメータに起因する誤差を低減した動作時間を算出することが可能である。

また、第１の動作信号および第２の動作信号は音響センサ１１が検出した音声レベルが第１の閾値または第２の閾値を超えた時刻から立ちあがるステップ状の信号であると説明したが、これらの動作信号ｂは音声レベルがそれぞれの閾値を超えたときのみに立ち上がっているような信号であっても良い。このような構成にすることにより、信号処理部１１での信号処理が簡易になる。この場合、第１の閾値よりも第２の閾値のほうが小さいために、第２の動作信号は図７にも示すように、第２の動作音が発生するとき以外にも第１の動作音を発生したときにも立ち上がっているような信号となる。したがって、第２の動作音に対応する信号のみを用いる必要がある。そのためには、第２の動作信号のパルス幅の識別、第１の動作信号と第２の動作信号との排他的論理和演算等の既存の信号処理を利用すれば良い。

この発明の実施の形態１を示す遮断器監視装置のシステムを示す構成図である。 遮断指令信号および動作信号の時間変化を示す図である。 音響センサが検出した音声レベルの時間変化を示す図である。 この発明の実施の形態１の遮断器監視装置で算出した動作時間と従来の遮断器監視装置で算出した動作時間とを示す図である。 この発明の実施の形態２を示す遮断器監視装置のシステムを示す構成図である。 この発明の実施の形態３を示す遮断器監視装置のシステムを示す構成図である。 この発明の実施の形態３における動作信号を示す図である。

符号の説明

１ 遮断器監視装置、１１ 音響センサ、１３ 演算部、１４ 遮断指令信号受信部、１５ 判定部、１６ 温度センサ、２ 遮断器

Claims (7)

1. 遮断器の動作開始の指令時刻を示す遮断指令信号を受信する遮断指令信号受信部と、
   遮断器が動作する際の動作音を検出する音響センサと、
   前記遮断指令信号受信部が受信した遮断指令信号と前記音響センサが検出した動作音とに基づいて前記遮断器が動作するまでの動作時間を算出する演算部と
   を備えることを特徴とする遮断器監視装置。
2. 前記演算部は、
   前記遮断指令信号受信部が受信した遮断指令信号が示す前記遮断器の動作開始の指令時刻と、前記音響センサが検出した動作音のレベルが所定の閾値を超えた時刻とに基づいて前記遮断器が動作するまでの動作時間を算出することを特徴とする請求項１に記載の遮断器監視装置。
3. 周囲の温度を計測する温度センサを有し、
   前記演算部は前記温度センサが計測した周囲の温度に基づいて前記動作時間を補正することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の遮断器監視装置。
4. 遮断器が動作する際の動作音を検出する音響センサと、
   前記音響センサが検出した動作音のレベルが第１の閾値を超えた時刻と、前記動作音のレベルが前記第１の閾値とは異なる第２の閾値を超えた時刻と、に基づいて前記遮断器が動作するまでの動作時間を算出する演算部と
   を備えることを特徴とする遮断器監視装置。
5. 前記演算部が算出した動作時間に基づいて前記遮断器の異常の有無を判定する判定部をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の遮断器監視装置。
6. 遮断器からの遮断指令信号を受信する遮断指令信号受信ステップと、
   遮断器が動作する際の動作音を検出する動作音検出ステップと、
   前記遮断指令信号受信ステップにおいて受信した遮断指令信号と前記動作音検出ステップにおいて検出した動作音とに基づいて前記遮断器が動作するまでの動作時間を算出する演算ステップと
   を備えることを特徴とする遮断器監視方法。
7. 遮断器が動作する際の動作音を検出する動作音検出ステップと、
   前記動作音検出ステップで検出した動作音のレベルが第１の閾値を超えた時刻と、前記動作音のレベルが前記第１の閾値とは異なる第２の閾値を超えた時刻と、に基づいて前記遮断器が動作するまでの動作時間を算出する演算ステップと
   を備えることを特徴とする遮断器監視方法。
   

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