JP2012113964A - 開閉装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電磁操作機構の駆動コイル21に通電することによって可動鉄心23を駆動し、該可動鉄心に連結された遮断器10の可動接点12を動作させるようにした開閉装置であって、上記駆動コイルに鎖交する磁束と同一の磁束が鎖交するように上記駆動コイルに近接して設けられた誘導コイル30と、この誘導コイルに誘起された磁束変化に対応する信号を検知する信号検知手段41と、この信号検知手段の出力信号に基づいて上記遮断器または上記電磁操作機構を含む駆動系の状態量を推定する状態量推定手段42を備えるようにした。
【選択図】図1
Description
以下、本発明の実施の形態1に係る開閉装置について図面を参照して説明する。図1〜図4は本発明の実施の形態1に係る開閉装置とその動作を概念的に示す要部構成図であり、図1は投入開始時の状態、図2は投入完了時の状態、図3は開極開始時の状態、図4は開極完了時の状態をそれぞれ示している。図において、実施の形態1に係る開閉装置としての電磁操作式開閉装置100は、真空バルブ11内に固定接点12と可動接点13を有する真空遮断器(以下、単に遮断器10と云う)と、上記可動接点13を開閉動作させる電磁駆動装置(以下、アクチュエータ20と云う)と、アクチュエータ20を制御する制御装置(図示省略)を備えている。
ここで、信号検知手段41でサンプリング間隔Δt、量子化間隔ΔVでディジタル化された誘導コイル30の出力電圧をx(j)、j=0、1、2、…、 と定義する。このとき、誘導コイル30の出力電圧x(j)の時間変化量y(j)を(3)式で定義する。
y(j)=x(j+1)−x(j) …(3)
(b)フィルタ処理
上記y(j)に計測器内で発生するノイズ等が重畳している場合、フィルタ処理によって不要な成分を取り除く。ここでは、周波数領域において帯域制限を行う方法について説明する。まず、離散フーリエ変換の定義式を(4)式に示す。
Y(ki)=0 とする。但し、kiの範囲は、
接点開離時刻tdの推定では、はじめにフライホイール回路の作動時刻tfを算出する。フライホイール回路が作動すると、第2の駆動コイル21Bに流れる電流が急速に減衰する。このため、誘導コイル30に鎖交する磁束も急減衰する。従って、磁束変化の加速度は観測区間において最小値を取る。時刻tfにおけるインデックスをjmin、時刻tfでのz(j)をVminとすると、フライホイール回路の作動時刻tfの算出は、例えば図11に例示するフロー図によってなされる。なお、この図11及び次の図12は、共に配列データから目的の条件に合うデータを抽出する極一般的な手法であるので、その説明を省略する。
jmax=argmax(x(j)|j∈D) …(7)
td=jmax・Δt …(8)
ここで、Dはjmaxを含む任意のjの集合である。
接点開離時刻tdと同様に、ばね受け53と開放ダンパ55との接触時刻(開極終了とみなす時刻)teをz(j)から算出する。ここでフライホイール回路は、ばね受け53が開放ダンパ55と接触した時刻よりも十分早い時刻に作動したものとする。
フライホイール回路が作動すると、第2の駆動コイル21Bに流れる電流は急減衰する。第2の駆動コイル21Bに流れる電流の変化量dI/dt が大きいため、z(j)は極小値を取る。フライホイール回路が作動した後は、第2の駆動コイル21Bに流れる電流値が単調増加するため、z(j)は正定値ζで近似できる。
ここで、median(p)は配列pの中央値を表す。
ばね受け53が開放ダンパ55と接触すると、開放ダンパ55の反発力により、可動子23の変位の時間変化は緩やかになる。z(j)は、正の値から負の値へ変化する。このときのz(j)は(10)式のように直線で近似できる。
より、
te=je・Δt
となる。
図13に(9)式による近似直線、(10)式による近似直線、及び両近似直線の交点teを示す。以上のようにして求めた接点開離時刻td、フライホイール回路の作動時刻tf、開放ダンパ接触時刻teとz(j)との関係を図14に示す。
アクチュエータの動作開始時刻taは、第2の駆動コイル21Bへ通電開始してから信号z(j)が最初の極小値をとるまでの区間(図15のA領域)における変曲点として得られる。まず、アクチュエータが動き出す前の区間(図15のB領域)のz(j)の値を直線近似する。
η≒κj+ρ、 η,κ,ρ∈R …(12)
θ≒ξj+χ、 θ,ξ,χ∈R …(13)
(12)式と(13)式の交点がz(j)の最初の変曲点、即ち、アクチュエータの動作開始時刻taとなるので、時刻taに対応するインデックスをjaとすると、
ja=(χ―ρ)/(κ―ξ) …(14)
より、ta=ja・Δt となる。
Va=X(ja) …(15)
である。また、アクチュエータの動作開始時間taからm秒後(ta+m<td)の電圧値Vmは、
Vm=X(jm)、jm=ja+[m/Δt] …(16)
である。ここで、[w]はwを超えない最大の整数を表す。
(15)式、(16)式より、Vaに対するVmの減衰率γは、
γ=Vm/Va …(17)
と表される。
状態量推定手段42は、上記のような方法で算出した各パラメータを使って、接点損耗量及び7ms速度を推定する。接点損耗量は、少なくとも1つのパラメータを要素にもつ表を参照して推定する。接点損耗量の推定値ω^は、例えば図16のマトリックス図のように、実測された過去の統計データに基づいて予めメモリに蓄積しておいた接点開離時刻td及び電圧の減衰率γの値を要素にもつテーブルから、算出した接点開離時刻td及び電圧の減衰率γを参照して接点損耗量(mm)を得る。接点開離時刻tdと電圧の減衰率γの値が対応表になければ、線形または多項式曲線で内挿を行って接点損耗量を推定してもよい。
また、状態量監視装置40は、磁束変化の加速度波形から例えば、接点開離時刻、アクチュエータ20の動作開始時刻、開極完了時刻等の特徴点を抽出するようにしたので、可動子23の挙動を容易に把握することができる。
また、状態量推定手段42は、磁束変化の加速度情報から求めた特徴点の少なくとも1つを要素にもつテーブルから状態量を推定するようにしたので、演算が容易である。
また、磁束の時間変化を観察するための電流センサが不要になるため、製作コストを低減することができる。
さらに、システムの運転を止めることなく機器の状態を監視することができるので、定期的なメンテナンスの負担を低減することができる。
Claims (7)
- 電磁操作機構の駆動コイルに通電することによって可動鉄心を駆動し、該可動鉄心に連結された遮断器の可動接点を動作させるようにした開閉装置であって、上記駆動コイルに鎖交する磁束と同一の磁束が鎖交するように上記駆動コイルに近接して設けられた誘導コイルと、この誘導コイルに誘起された磁束変化に対応する信号を検知する信号検知手段と、この信号検知手段の出力信号に基づいて上記遮断器または上記電磁操作機構を含む駆動系の状態量を推定する状態量推定手段を備えたことを特徴とする開閉装置。
- 上記電磁操作機構は、上記駆動コイルの周りを囲み、該駆動コイルの中心部空間に軸方向に連なる挿通孔を有する固定鉄心からなるヨークと、上記駆動コイルの中心部を軸方向に移動可能に配設され軸方向の一端部が上記挿通孔から上記ヨークの外方に突出された可動鉄心と、上記ヨークにおける上記可動鉄心が突出された側の端部に固着され、上記遮断器の閉極時に上記可動鉄心の上記突出された一端部を吸着して閉極状態を保持する永久磁石とを備えてなり、上記誘導コイルは上記中心軸方向における上記永久磁石に近い位置に設置されていることを特徴とする請求項1に記載の開閉装置。
- 上記駆動コイルは、上記中心軸方向における上記永久磁石に近い位置に設置された第1の駆動コイルと、この第1の駆動コイルに対して上記永久磁石とは反対側に並設された第2の駆動コイルからなり、上記誘導コイルは上記第1の駆動コイルのボビンに巻回されていることを特徴とする請求項2に記載の開閉装置。
- 上記状態量推定手段は、上記信号検知手段によって検知された信号から得られる磁束変化の加速度情報を用いて、上記可動子の接点損耗量を含む状態量を推定することを特徴とする請求項1から請求項3の何れかに記載の開閉装置。
- 上記状態量推定手段は、上記加速度情報から、上記可動鉄心の動作開始時刻、上記遮断器の接点開離時刻、及び上記遮断器の開極完了時刻を含む特徴点を抽出することを特徴とする請求項4に記載の開閉装置。
- 上記状態量推定手段は、上記加速度情報から抽出された特徴点の少なくとも1つを要素にもつテーブルから上記可動子の接点損耗量を含む状態量を推定することを特徴とする請求項5に記載の開閉装置。
- 上記状態量推定手段で推定された状態量が、上記遮断器の動作の正常範囲に含まれているか否かを判定し、異常を検知した状態量に対応する情報を報知する判定手段を備えたことを特徴とする請求項1から請求項6の何れかに記載の開閉装置。
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