JP2010110181A - 閃絡検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】検出信号に対して連続的且つ高度な閃絡判定処理を行わずに閃絡を検出する。
【解決手段】検出対象機器に外部配置される閃絡検出装置であって、前記検出対象機器に発生する振動を検出する検出センサと、前記検出センサから検出された信号のピーク値を保持するピークホールド部と、を有して、閃絡検出装置を提供する。さらに閃絡を無線で通知する無線通信部を有する。また、太陽電池セルをさらに有し、該太陽電池セルは、上記検出センサと上記ピークホールド部に給電する。
【選択図】図１

Description

本発明は、閃絡検出装置に関するものである。

ガス絶縁開閉装置（以下「ＧＩＳ」と言う）は、接地電位の気密容器内にＳＦ６ガスなどの絶縁性ガスを封入し、その容器内に遮断器、断路器、接地開閉器などの開閉機器類を収納したものである。

地絡事故等による閃絡がＧＩＳ内で発生した場合、ＧＩＳの複数容器のうちどの容器の中で閃絡が発生したかを特定する事は、閃絡事故を生じた開閉機器を的確且つ迅速に復旧するために重要である。

そのため、閃絡箇所を検出する閃絡検出装置が提案されている。
複数の圧電複合材料センサを利用した、閃絡検出装置が提案されている（特許文献１）。この装置は、検出対象の機器の外部に、複数の圧電複合材料センサを配置し、複数の圧電複合材料センサと信号線で接続された信号処理部が機器の異常を判別する。圧電複合材料センサは、シート形状をしており複雑な形状を有する容器に対しても取り付け可能であり、また数１０Ｈｚから１ＭＨｚの広い周波数領域に亘って平坦な周波数特性を有するため、信号パターンを忠実に検出することができる。信号処理部は、事故発生要因となる各種の信号パターンを参照信号として記憶しており、検出した信号パターンと参照信号とを比較演算することで異常の有無を判別する。

しかしながら、提案されている装置は、センサおよびセンサに接続される信号処理部の破損を防ぐために高絶縁な構造を必要とするため、高価で大規模なシステム構成となる。

また、ＧＩＳの故障部位を検出する装置として、振動を検出する装置もある（特許文献２）。この装置は、検出対象の機器の内部に複数の圧電素子センサを備え、その圧電素子センサにより振動を連続的に検出し、複数の圧電素子センサと信号線で接続された装置で検出信号からノイズを除去し、事故により発生する地絡電流を検出する。

しかしながら、提案されている装置は、センサおよびセンサに接続される信号処理部の破損を防ぐために高絶縁な構造が必要となることに加え、ＧＩＳの正常動作時に発生する振動による誤動作を回避するために、容器内で検出した圧力とのレベル、タイミング、動作条件等の関係を判断する等の複雑な構成を有する。

上記のように、従来の閃絡検出装置は、複数センサで捕まえた信号を一箇所に集め、その後に検出信号に対する高度な判定処理を連続的に行うことで故障箇所の判別を行う。また、ＧＩＳへの閃絡検出装置の取り付けには、一箇所よりセンサに電源供給するため、電源、制御盤の設置や制御盤からセンサへの信号線及び給電線の配線工事、さらに、接地工事等の多額の費用と時間を要する。

特開平５−２０４７号広報 特開２００２−１９１１０５号広報

本発明は、検出信号に対して連続的且つ高度な閃絡判定処理を行わずに閃絡を検出することを目的とする。

上記課題を解決するために、閃絡検出装置が提供される。
本発明に係る閃絡検出装置は、下記の（１）〜（８）に記載のとおりである。

（１）検出対象機器に外部配置される閃絡検出装置であって、
上記検出対象機器に発生する振動を検出する検出センサと、
上記検出センサから検出された信号のピーク値を保持するピークホールド部と、
を有する閃絡検出装置。
（２）上記ピーク値が所定の閾値を超えた場合に上記検出対象機器に閃絡が生じたことを通知する処理部をさらに有する（１）に記載の閃絡検出装置。
（３）上記保持されたピーク値に相当する電圧を出力するホールド電圧出力端子をさらに有する（１）又は（２）に記載の閃絡検出装置。
（４）上記検出センサは、プラスチック容器に収められた圧電素子である（１）〜（３）のいずれかに記載の閃絡検出装置。
（５）上記閃絡を無線で通知する無線通信部をさらに有する（２）〜（４）のいずれかに記載の閃絡検出装置。
（６）上記ピークホールド部は、上記検出センサの上に収縮材もしくは緩衝材を介して配置される（１）〜（５）のいずれかに記載の閃絡検出装置。
（７）太陽電池セルをさらに有し、該太陽電池セルは、上記検出センサと上記ピークホールド部に給電する（１）〜（６）のいずれかに記載の閃絡検出装置。
（８）上記閃絡検出装置は、上記検出対象機器に収縮性のあるベルトで固定される（１）〜（７）のいずれかに記載の閃絡検出装置。

本発明は、検出信号に対して連続的な閃絡検出判定を行わずに閃絡を検出することが出来る。

以下、図面を参照して実施形態を説明する。

図１は、一実施形態に係る閃絡検出装置の側面図である。
図１に示される閃絡検出装置２０は、圧電素子１、バッテリ２、基板５、スポンジ１７を有する。圧電素子１は、圧電効果を利用した受動素子であり、圧電体に加えられた力を電圧に変換する。地絡事故が発生した容器の壁面には、１０Ｇを超える加速度振動が発生することが判っている。そのため、圧電素子１は、この加速度振動を検出できる程度の検出精度を有している。このような加速度振動検出能は、従来の振動波を検出するために要求される精度と比較して低い。そのため、圧電素子１は、例えば、圧電セラミックスと金属を貼り合わせたユニモルフ振動子のような簡易な構成を有した素子であって良く、圧電素子１はプラスチック容器にモールドして収めることで検出対象機器との高絶縁を保つことが出来る。

また、圧電素子１を上記のような構成とすることで、衝撃振動以外の外乱は検出しにくく、且つ、後述するように１枚の基板のグランドパターン内に全ての機能部を構成できるため、閃絡検出装置２０は、ノイズ侵入経路を絶ち、ノイズ等の誤動作防止が可能である。閃絡検出装置２０は、このような構成により、高い検出精度を提供することが出来る。

基板５は、圧電素子１から受信した電圧信号を用いて、地絡事故を判別するために、後述する回路及び／又はＭＰＵ（Micro Processing Unit）を有する。
バッテリ２は、圧電素子１や基板５に電力を給電するためのバッテリであり、筐体２１の中に収納される。閃絡検出装置２０は、従来の装置のように閃絡検出部と、センサ部とが離れて設置された構成を有さず、図１に示すように圧電素子１と基板５が一体となった構成である。そのため、図１に示すように、閃絡検出装置２０は、圧電素子１及び基板５に対する給電を行うために、バッテリ２も含んで全機能構成部を一体化させた構成を有する。

図１に示されるように、基板５は、弾力性のあるスポンジ１７を介して圧電素子１の上に固定される。また、基板５の四隅にゴム足１２を設け、基板５の中央の両端に固定バンド１６を通すバンド通し穴１３（図３で説明する）を設けることで、装置のＧＩＳ容器ヘの固定は、容器に１周させた固定バンド１６を基板５のバンド通し穴１３に面ファスナ１４、１５で固定できる。図示のように、閃絡検出装置２０を装着することで、管径の小さいＧＩＳ小径容器５０ａ又は管径の大きいＧＩＳ大径容器５０ｂに対しても容易に装着可能になる。
このように、４個のゴム足を基点に、圧電素子１をスポンジ１７で固定し、直径の異なる容器や、管路でなく平面でもセンサの検出面を確実に接触させ、水平又は垂直又は逆さに取り付けることができるため、多種の検出対象機器に対して取り付け出来る。

４個のゴム足１２で容器の芯を捉え、圧電素子１をスポンジ１７で適度に押しつけるため無調整で取り付けの再現性が保て、基板５上のスイッチ操作や電圧測定を行っても、圧電素子１には振動が伝わらないで、的確に容器と圧電素子１とを固定できる。このように、閃絡検出装置２０は取り付けが容易であるにも拘らず取り付けの再現性を確保し、且つ取り付け再現性により閃絡検出の再現性を確保することが出来る。

図２は、一実施形態に係る閃絡検出装置の上面図である。
図２に示される閃絡検出装置２０においては、基板５の上に、電源スイッチ３、リセットスイッチ４、調整抵抗６、ブザー７、ＬＥＤ表示器８、比較電圧端子９、ＧＮＤ端子１０、ホールド電圧端子１１、バンド通し穴１３が配置される。基板５の下には、圧電素子１、及びゴム足１２が配置される。
図２に示される一実施形態においては、基板５を縦８０ｍｍ×横７０ｍｍのサイズで形成することが出来、非常に小形である。

比較電圧端子９の設定電圧は、調整抵抗６にて設定できる。予め予想される閃絡により発生する加速度振動１０Ｇ（重力加速度）が圧電素子１に加わったとき、圧電素子１が発生する電圧よりもわずかに低い電圧を比較電圧端子９の設定電圧として設定する。実際の閃絡により発生した加速度振動１０Ｇが圧電素子１に加わったときに圧電素子１が発生する電圧が、比較電圧端子９の設定電圧より大きい場合、閃絡検出装置２０に閃絡が生じたと判断することが出来、これにより、閃絡が発生した容器を判別できる。また、閃絡による発生電圧が比較電圧端子９の設定電圧より大きい場合、閃絡容器に取付られた閃絡検出装置２０のＬＥＤ表示器８、ブザー７が反応するようにする。これにより、ＬＥＤ表示器８、ブザー７がＯＮになった閃絡検出装置２０を備えた閃絡容器と、隣接容器との判別を明確に行うことができる。

なお、電源スイッチ３をＯＮにすることで、バッテリ２から基板５上の各種機器が給電され、リセットスイッチ４をＯＮにすることで、後述するピークホールド回路３２で保持されるピーク値がリセットされる。閃絡検出装置２０を容器に取り付ける際は、電源スイッチ３にて電源を入れ、リセットスイッチ４を押し、ピークホールド電圧を放電させ、予め比較電圧端子９の設定電圧を、調整抵抗６にて設定する。
ホールド電圧端子１１は、ピークホールド回路３２で保持されるピーク電圧を出力する端子である。このホールド電圧端子１１の電圧を、電圧テスタで測定することで、容器に生じた加速度を確認出来、この測定電圧値が予め想定される電圧値より高い場合、閃絡検出と判別することも出来る。

このように、小形の基板１枚で構成でき、振動の検出センサを圧電素子とすることで、一般の加速度センサの１／１００程度の価格で振動検出できるため、閃絡検出装置２０は、従来の閃絡検出装置と比して非常に低コストに構成できる。従って、従来の閃絡検出装置に必要だった配線工事及び接地工事は不要となり、複数の閃絡検出装置２０をそれぞれ複数の検出対象機器に備え付ける方がはるかに経済的である。
また、閃絡検出装置２０は、コードレスなため、装置を容器に取付け、電源スイッチ３を入れるだけで容易な操作で閃絡検出を開始することが出来る。

図３は、固定バンドの詳細を示す図である。固定バンド１６には、面ファスナ１４、１５が付けられている。この固定バンド１６を図２に示したバンド通し穴１３に通して、面ファスナ１４と１５とを密着させることで、閃絡検出装置２０をＧＩＳ容器に装着することが出来る。

図４は、閃絡検出装置２０を容器に取り付けた例を示す図である。閃絡検出装置２０は、固定バンド１６により容器５０ｃの任意の位置に取り付けることが出来る。
閃絡検出装置２０を容器５０ｃに適用する場合、閃絡検出装置２０の両端にあるバンド通し穴１３がＧＩＳ容器の円周方向へ向く様に容器５０ｃ表面に取り付けるのが好ましい。容器５０ｃの全周に回した固定バンド１６の両端を閃絡検出装置２０のバンド通し穴１３の２つの穴にそれぞれ通し、固定バンド１６の両端の面ファスナ１４、１５を貼り合わせて装置２０を固定する。

このように、閃絡検出装置２０は、その取り付けに際し、固定バンド１６を使用し、取り付け制約が無く着脱も容易であり、電源スイッチ３やリセットスイッチ４のＯＮ操作など非常に簡単な調整で閃絡検出装置２０の取り付けが出来る。

図５は、閃絡装置の基板上に配置される回路のブロック図の一例である。図５では図示しない基板５上には、増幅回路３１、ピークホールド回路３２、比較回路３３、表示回路３４、太陽電池セル３５、電源回路３６が配置される。

増幅回路３１は、圧電素子１からの電圧入力を加速度換算しやすい電圧値へ増幅する。ピークホールド回路３２は、増幅回路３１から受信した電圧値のうち最も大きい電圧値を保持する回路である。ピークホールド回路３２で検出した最大電圧値は、リセットスイッチ４が押されるまで保持される。ピークホールド回路３２は、ピーク電圧値だけを保持することによって、増幅回路３１から送信される信号のフィルタリングを行う。

比較回路３３は、調整抵抗６及び比較電圧端子９を含み、ピークホールド回路３２で保持された最大電圧値と、調整抵抗６により設定された比較電圧端子９の電圧値とを比較する回路である。比較回路３３は、最大電圧値が設定電圧値よりも大きい場合、その結果を表示回路３４に信号伝達する。

表示回路３４は、比較回路３３から受信した設定電圧以上の最大電圧が発生したという結果を受信した場合、作業員に閃絡を通知するために、表示回路３４の出力に接続されたブザー７を鳴らし及び／又は表示回路３４の出力に接続されたＬＥＤ表示器８を点灯させるための出力回路である。
なお、閃絡検出装置２０でのブザー７やＬＥＤ表示器８の現場表示に代えて、又は、それらの現場表示に加えて、遠隔にある制御装置に閃絡検出を表示する場合は、比較回路３３に図示しない特定小電力発信装置が接続され、その発信装置によって閃絡検出信号が遠隔にある制御装置に送信される。発信装置は、無線ＬＡＮ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）等のプロトコルに従って閃絡検出信号を送信する機器であっても良い。

電源回路３６は、バッテリ２を搭載し、電源スイッチ３を含む。
なお、閃絡検出装置２０は、バッテリ２の充電および補助電源として太陽電池セル３５を備えても良い。このように、閃絡検出装置２０は、バッテリ２または太陽電池により電源を供給し、且つ圧電素子１をプラスチック容器に収めてモールドしたものとすることで、取付対象容器と閃絡検出装置２０間との絶縁を簡易に実現し、従来の閃絡検出装置のような接地工事は不要になる。

また、閃絡検出装置２０は、点線３７で示すように、ピークホールド回路３２、比較回路３３、表示回路３４の少なくとも１つの代わりに１つ又は複数のＭＰＵを実装しても良い。その場合、閃絡検出装置２０は、回路３２〜３４の少なくとも１つの機能を規定したプログラムを、ＭＰＵで実行することで回路３２〜３４の機能を実施することが出来る。

図６を用いて、閃絡検出装置をＧＩＳ容器に取り付けた一例を説明する。
ＧＩＳ５０ｄの各容器５０ｄ−１〜５０ｄ−４には、閃絡検出装置２０−１〜２０−４がそれぞれ取り付けられる。４３は容器内に発生した閃絡点を示す。ＧＩＳの金属容器は一般的にエポキシ製の絶縁スペーサ２２を介して接続されているため、エポキシの絶縁スペーサ２２を挟んだ隣の容器への振動伝搬は減衰が大きい。一般的には、閃絡した容器から伝搬した隣接した容器の振動値は、閃絡容器の半分以下の振動値となる。そのため容器間を絶縁スペーサ２２等、振動伝搬を減衰させる物質で接続するＧＩＳは、より明確な閃絡を生じた機器の判定が可能になる。

図示のように、閃絡４３を生じた容器５０ｄ−２に取り付けた閃絡検出装置２０−２のＬＥＤ表示器は点灯するが、他の容器５０ｄ−１、５０ｄ−３、５０ｄ−４に取り付けた閃絡検出装置２０−１、２０−３、２０−４は、設定された閾値を超える振動を検出できず、それらのＬＥＤは点灯しない。このように、閃絡を生じた容器５０ｄ−２に取り付けた閃絡検出装置２０−２のみが、予め設定したしきい値電圧を超えた電圧を検出することで閃絡を検出し且つＬＥＤ表示器を点灯するため、オペレータは、閃絡を生じた容器がＧＩＳ５０ｄのどの容器であるかを判定することが出来る。

図６に示される検出電圧値は、閃絡検出装置２０−１〜２０−４が検出し、ピークホールドした電圧を示す。各容器に取り付けた閃絡検出装置のホールド電圧端子１１の端子間のピークホールド電圧を、電圧テスタで測定することで、各容器の加速度の分布状態を確認出来る。閃絡事故が発生したとき、万が一、予想以上の振動を検出し複数の閃絡検出装置のＬＥＤ表示器が点灯した場合や、予想以上に検出レベルが小さいため、ＬＥＤ表示器が点灯しない場合でも、この端子１１間電圧を他の装置の電圧値と比較することで、検出電圧値が一番高い容器を閃絡点と判定することが出来る。
また、閾値を超えない弱い振動も、ＬＥＤ表示器が点灯しないが、衝撃のレベルは、測定された電圧値の相対的な評価で判定することによって、検出電圧値が一番高い容器を閃絡点として特定することが出来る。このように、閃絡検出装置２０は、検出対象容器毎に独立した一体型構成を有するので、完全分散型の閃絡検出手段として閃絡点標定が構成可能となり、閃絡及び閃絡発生箇所の検出精度を向上できる。

上記説明した閃絡検出装置は、ＧＩＳの閃絡した容器を判別する例で説明されたが、ＧＩＳの閃絡容器以外の高振動を発生して閃絡等の障害を発生する容器を検出するためにも適用可能である。

一実施形態による閃絡装置の側面図である。 一実施形態による閃絡装置の上面図である。 固定バンドを示す図である。 閃絡装置をＧＩＳに据え付けた一例を示す図である。 装置回路ブロック図の一例を示す図である。 閃絡装置をＧＩＳに据え付けた一例を示す図である。

符号の説明

１ 圧電素子
２ バッテリ
３ 電源スイッチ
４ リセットスイッチ
５ 基板
６ 調整抵抗
７ ブザー
８ ＬＥＤ表示器
９ 比較電圧端子
１０ ＧＮＤ端子
１１ ホールド電圧端子
１２ ゴム足
１３ バンド通し穴
１４、１５ 面ファスナ
１６ 固定バンド
１７ スポンジ
２０ 閃絡検出装置
２２ 絶縁スペーサ
３１ 増幅回路
３２ ピークホールド回路
３３ 比較回路
３４ 表示回路
３５ 太陽電池セル
３６ 電源回路
５０ ＧＩＳ
５０ａ、５０ｂ、５０ｃ 容器

Claims (8)

1. 検出対象機器に外部配置される閃絡検出装置であって、
   前記検出対象機器に発生する振動を検出する検出センサと、
   前記検出センサから検出された信号のピーク値を保持するピークホールド部と、
   を有する閃絡検出装置。
2. 前記ピーク値が所定の閾値を超えた場合に前記検出対象機器に閃絡が生じたことを通知する処理部をさらに有する請求項１に記載の閃絡検出装置。
3. 前記保持されたピーク値に相当する電圧を出力するホールド電圧出力端子をさらに有する請求項１又は２に記載の閃絡検出装置。
4. 前記検出センサは、プラスチック容器に収められた圧電素子である請求項１〜３のいずれかに記載の閃絡検出装置。
5. 前記閃絡を無線で通知する無線通信部をさらに有する請求項２〜４のいずれかに記載の閃絡検出装置。
6. 前記ピークホールド部は、前記検出センサの上に収縮材もしくは緩衝材を介して配置される請求項１〜５のいずれかに記載の閃絡検出装置。
7. 太陽電池セルをさらに有し、該太陽電池セルは、前記検出センサと前記ピークホールド部に給電する請求項１〜６のいずれかに記載の閃絡検出装置。
8. 前記閃絡検出装置は、前記検出対象機器に収縮性のあるベルトで固定される請求項１〜７のいずれかに記載の閃絡検出装置。

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