JP2013105660A - Arc discharge monitoring apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、特に直流高圧遮断器で発生するアーク放電を監視するためのアーク放電監視装置に関する。 The present invention relates to an arc discharge monitoring apparatus for monitoring arc discharge generated in a DC high voltage circuit breaker.
電気鉄道に電力を供給する変電所等では、直流送電回路や直流電力機器等の保護のために、直流高圧遮断器が使用される。直流大電流を遮断するときに発生するアークは、接点を溶かしたり、周囲の絶縁物を発火させたりする。直流高圧遮断器ではアークが発生すると自動消滅し難く、強制的にアークを消滅させなければならない。放置すると、電気設備の火災を引き起こすおそれもある。そこで、アークの発生を電気的に検出する回路や、発生するアークを光ファイバで光学的に検出する装置が開発されている(特許文献1参照)。 In substations that supply power to electric railways, DC high-voltage circuit breakers are used to protect DC power transmission circuits, DC power equipment, and the like. An arc generated when a large direct current is interrupted melts the contacts and ignites surrounding insulators. In a DC high voltage circuit breaker, when an arc is generated, it is difficult to extinguish automatically, and the arc must be forcibly extinguished. If left unattended, there is a risk of fire in electrical equipment. Therefore, a circuit for electrically detecting the generation of an arc and a device for optically detecting the generated arc with an optical fiber have been developed (see Patent Document 1).
既知の従来の技術には、次のような解決すべき課題があった。
電気鉄道の運用のために、様々な場所で、直流高圧遮断器が使用されている。密閉された容器に収容した密閉式の遮断器も、接点が露出した開放型の遮断器もある。また、アークの発生箇所が必ずしも接点の近傍のみでないことがある。しかも、接点の周辺よりも、接点から離れた場所でのアーク放電のほうが、火災を引き起こしやすい。既知の光学的検出方法では、全てのアーク放電を漏れなく検出することが難しく、さらに、外乱光により誤検出が生じるという問題があった。
上記の課題を解決するために、本発明は、監視を必要とする場所の全てのアーク放電を漏れなく検出し、外乱光による誤検出を防止する、アーク放電監視装置を提供することを目的とする。
The known prior art has the following problems to be solved.
For the operation of electric railways, DC high voltage circuit breakers are used in various places. There are closed circuit breakers housed in sealed containers and open circuit breakers with exposed contacts. In addition, there are cases where the arc is not always generated in the vicinity of the contact. Moreover, arc discharge at a location far from the contact is more likely to cause a fire than around the contact. In the known optical detection method, it is difficult to detect all arc discharges without leakage, and there is a problem that erroneous detection occurs due to ambient light.
In order to solve the above problems, the present invention has an object to provide an arc discharge monitoring device that detects all arc discharges in a place where monitoring is required without omission and prevents erroneous detection due to ambient light. To do.
以下の構成はそれぞれ上記の課題を解決するための手段である。
〈構成1〉
アーク放電により発生する光を受光して検出信号を出力する光センサと、この光センサの出力する検出信号により警報表示をする表示装置と、前記アーク放電が発生する領域に受光端を配置し、他端を前記光センサに接続した光ガイドと、前記光ガイドの前記受光端側からみて、前記アーク放電が発生する領域を囲む閉ループを描いたとき、その閉ループに外接する円または多角形を底面とし前記受光端を頂点にした錐体を設定して、前記錐体の側面に囲まれた状態で、前記受光端から前記アーク放電が発生する領域を見通すことができる範囲の光のみを受光する集光レンズ系を、前記光ガイドの前記受光端に取りつけたことを特徴とするアーク放電監視装置。
The following configurations are means for solving the above-described problems.
<Configuration 1>
An optical sensor that receives light generated by arc discharge and outputs a detection signal, a display device that displays an alarm by the detection signal output by the optical sensor, and a light receiving end disposed in the region where the arc discharge occurs, When a light guide having the other end connected to the light sensor and a closed loop surrounding the region where the arc discharge is generated as viewed from the light receiving end side of the light guide, a circle or a polygon circumscribing the closed loop is formed on the bottom surface. A cone having the light receiving end as a vertex is set, and only light within a range in which the arc discharge can be seen from the light receiving end in a state surrounded by the side surface of the cone is received. An arc discharge monitoring apparatus, wherein a condenser lens system is attached to the light receiving end of the light guide.
〈構成2〉
構成1に記載のアーク放電監視装置において、前記集光レンズ系の一部に、紫外光を通過させ、それ以外の光を遮断する光学フィルタを組み込んだことを特徴とするアーク放電監視装置。
<Configuration 2>
The arc discharge monitoring apparatus according to Configuration 1, wherein an optical filter that allows ultraviolet light to pass through and blocks other light is incorporated into a part of the condenser lens system.
〈構成3〉
構成1または2に記載のアーク放電監視装置において、前記集光レンズ系は、前記光ガイドの受光端を頂点とする円錐または多角錘の一部の側面から成るフードであって、検出すべき波長の光を反射しない内壁を有するものと、前記受光端において、前記フードを通じて入射する光を、前記光ガイドの光軸に平行な光に変換する光学系を備えていることを特徴とするアーク放電監視装置。
<Configuration 3>
In the arc discharge monitoring apparatus according to Configuration 1 or 2, the condensing lens system is a hood formed of a side surface of a cone or a part of a polygonal pyramid having a light receiving end of the light guide as a vertex, and a wavelength to be detected. And an optical system that converts light incident through the hood into light parallel to the optical axis of the light guide at the light receiving end. Monitoring device.
〈構成4〉
構成3に記載のアーク放電監視装置において、前記光ガイドは、コアとクラッドを有する一本または複数本の光ファイバであって、受光端において、光軸に垂直な面で切断したものであることを特徴とするアーク放電監視装置。
<
In the arc discharge monitoring apparatus according to Configuration 3, the light guide is one or a plurality of optical fibers having a core and a clad, and is cut at a light receiving end at a plane perpendicular to the optical axis. An arc discharge monitoring device characterized by
〈構成1の効果〉
光ガイドの受光端を頂点とする円錐や多角錘の側面に囲まれた範囲で、アーク放電が発生する領域の光を受光するので、外乱光に妨げられずに、全てのアーク放電の発生を確実に検出できる。
〈構成2の効果〉
紫外光のみを受光端から受光すれば、紫外光成分の多いアーク放電を他の外光に紛らわされずに検出できる。
〈構成4の効果〉
光軸に垂直な面で切断した光ファイバの端面からは、開口角の範囲でのみ光が入力する。従って、上記の光学系により導かれた光のみを受け入れ、外乱光を遮断することができる。
<Effect of Configuration 1>
Since light in the area where arc discharge occurs is received within the range surrounded by the cone and the side surface of the polygonal pyramid with the light receiving end of the light guide as the apex, all arc discharges are generated without being disturbed by disturbance light. It can be detected reliably.
<Effect of Configuration 2>
If only the ultraviolet light is received from the light receiving end, the arc discharge having a large ultraviolet light component can be detected without being distracted by other external light.
<Effect of
From the end face of the optical fiber cut along a plane perpendicular to the optical axis, light is input only within the range of the aperture angle. Therefore, only the light guided by the above optical system can be accepted and the disturbance light can be blocked.
以下、本発明の実施の形態を実施例毎に詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail for each example.
図1(a)は遮断器12の外観斜視図、(b)はアーク放電監視装置10の概略説明図である。
アーク放電監視装置10は、例えば、図1(a)に示すような遮断器12に取りつけられる。遮断器12の内部には、直流高圧電流を断続するための接点14が配置され、例えば、遮蔽板15により電気的に遮蔽されている。接点14を開閉したときに、例えば、接点14と遮蔽板15との間にアーク放電16が発生することがある。これをアーク放電監視装置10が検出する。
FIG. 1A is an external perspective view of the
For example, the arc
アーク放電監視装置10は、アーク放電16により発生する光を受光して検出信号を出力する光センサ18と、この光センサ18の出力する検出信号により警報表示をする表示装置20を備える。アーク放電16により発生する光は、光ガイド28を通じて光センサ18に入力する。アーク放電16により生じる光は紫外光成分が多いので、光センサ18は紫外領域に近い光に対して高感度のものが好ましい。光ガイド28は、例えば、石英ガラス製の光ファイバを1本あるいは複数本束ねたものが適する。
The arc
光ガイド28は、アーク放電16が発生する領域に受光端24を配置し、他端26を光センサ18に接続している。光ガイド28の受光端24には、集光レンズ系40を取りつけている。
In the
図2は、集光レンズ系40の特性説明図である。
集光レンズ系40は、次のように設計する。まず、図1に示した光ガイド28の受光端24側からみて、アーク放電16が発生する領域を囲む閉ループ30を描く。次に、図2(a)に示すように、その閉ループ30に外接する円32を描く。この円32を底面とし受光端24を頂点37にした錐体36(ここでは円錐)を設定する。
FIG. 2 is a characteristic explanatory diagram of the
The
この錐体36の側面38に囲まれた状態で、受光端24からアーク放電16が発生する領域を見通すことができる範囲の光のみを受光するように構成する。その構成例は図3で説明する。なお、アーク放電16が発生する領域を囲む閉ループ30が多角形の場合には、例えば、図2(b)に示すように、多角形34を底面とし受光端24を頂点37にした錐体36を設定すればよい。なお、図2(b)では、アーク放電が発生する領域22が多角形34を形成しており、この多角形34を閉ループ30として錐体36を設定している。従って、図の該当する部分の符号を22(34)(30)とした。
In a state surrounded by the
即ち、図1に示すように、光ガイド28の受光端24を頂点37とする錐体36の側面38に囲まれた範囲で、アーク放電16が発生する領域の光を受光する。それ以外の場所から入射する光は、集光レンズ系40により遮断される。その結果、外乱光56に妨げられずに、アーク放電16の発生を確実に検出できる。
That is, as shown in FIG. 1, light in a region where the
上記のように、錐体36の底面は、楕円形でも四角形でも構わない。また、正多角形でなくて、凹凸のある変形した多角形であってもよい。可能な限り外乱光56を遮断して、アーク放電16が発生するおそれのある領域全てを監視対象にする。
As described above, the bottom surface of the
図3は集光レンズ系40の具体的な構造例を示す縦断面図である。
集光レンズ系40は、フード44と光学系48と光学フィルタ42を組み合わせたものである。光学フィルタ42側に光ファイバ54の受光端24が固定されている。光ファイバ54は、例えば、コア50とクラッド52とを有するプラスチック光ファイバである。即ち、この実施例では、光ガイド28に光ファイバ54を使用した。
FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a specific structural example of the
The
フード44は、例えば、金属あるいはプラスチックから構成され、光ファイバ54の受光端24を頂点37とする円錐の一部の側面38から成るフード44である。このフード44は、検出すべき波長の光を反射しない内壁46を有する。例えば、フード44を黒色のプラスチック成型体により構成すれば、この特性を実現できる。
The
光学系48は、光ファイバ54の受光端24において、フード44を通じて入射する光を、光ファイバ54の光軸に平行な光に変換する機能を有し、例えば、凹レンズにより構成する。プリズムやコリメータレンズ等により構成することもできる。これにより、フード44を通じて入射する全ての光を光ファイバ54のコア50に導入することができる。
The
光ファイバ54の端面は、特別の加工処理を必要としない。コア50とクラッド52を有する一本または複数本の光ファイバ54を、受光端24において、光軸に垂直な面でそのまま切断したものでよい。開口角の小さな光ファイバでも、入射する全ての光をコア50に受け入れることができる。同時に、光学系48により導かれた光のみを受け入れ、外乱光56を遮断することができる。
The end face of the
光学フィルタ42は、集光レンズ系40の一部に組み込まれる。光学フィルタ42には、紫外光を通過させ、それ以外の光を遮断するものを使用する。アーク放電16により生じる光には紫外光成分が多く含まれる。紫外光のみを受光端24から受光すれば、アーク放電16以外の原因で光が侵入しても、その光を光学フィルタ42で遮断するので、さらにアーク放電16の検出精度が向上する。
The
図4は、光ファイバ54の一端を接続した光センサ18と後続装置の説明図である。
光ファイバ54の一端は、光センサ18に固定されている。光センサ18が入射する光を検出すると、その端子から入射光の強度に比例した検出信号が出力される。これを増幅回路58で増幅する。
FIG. 4 is an explanatory diagram of the
One end of the
増幅回路58の出力は判定回路60に入力する。判定回路60は、増幅回路58の出力が一定のレベル以上の場合にスイッチ回路62を駆動して、スイッチをオンにする。これにより、例えば、パトライト(登録商標)により構成される表示装置20を駆動して、アークが発生していることを通報する。表示装置20は例えば、ブザーでもよい。また、遠隔地の監視センターに警報信号を送信する発信器であってもよい。
The output of the
以上の構成により、本発明のアーク放電監視装置は、遮断器12で発生するアーク放電による光を外乱光に妨害されることなく確実に検出して、監視員等に通知することができる。従って、アーク放電により発生する火災等を未然に防ぐことができる。
With the above configuration, the arc discharge monitoring apparatus of the present invention can reliably detect the light caused by the arc discharge generated in the
10 アーク放電監視装置
12 遮断器
14 接点
15 遮蔽板
16 アーク放電
18 光センサ
20 表示装置
22 アーク放電が発生する領域
24 受光端
26 他端
28 光ガイド
30 閉ループ
32 円
34 多角形
36 錐体
37 頂点
38 側面
40 集光レンズ系
42 光学フィルタ
44 フード
46 内壁
48 光学系
50 コア
52 クラッド
54 光ファイバ
56 外乱光
58 増幅回路
60 判定回路
62 スイッチ回路
DESCRIPTION OF
Claims (4)
この光センサの出力する検出信号により警報表示をする表示装置と、
前記アーク放電が発生する領域に受光端を配置し、他端を前記光センサに接続した光ガイドと、
前記光ガイドの前記受光端側からみて、前記アーク放電が発生する領域を囲む閉ループを描いたとき、その閉ループに外接する円または多角形を底面とし前記受光端を頂点にした錐体を設定して、前記錐体の側面に囲まれた状態で、前記受光端から前記アーク放電が発生する領域を見通すことができる範囲の光のみを受光する集光レンズ系を、前記光ガイドの前記受光端に取りつけたことを特徴とするアーク放電監視装置。 An optical sensor that receives light generated by arc discharge and outputs a detection signal;
A display device that displays an alarm according to a detection signal output from the optical sensor;
A light guide in which a light receiving end is arranged in a region where the arc discharge occurs, and the other end is connected to the photosensor;
When a closed loop surrounding the region where the arc discharge occurs is drawn as viewed from the light receiving end side of the light guide, a cone having a circle or polygon circumscribing the closed loop as a bottom and the light receiving end as a vertex is set. A condensing lens system that receives only light within a range in which the arc discharge can be seen from the light receiving end in a state surrounded by the side surface of the cone, and the light receiving end of the light guide. An arc discharge monitoring device characterized by being attached to
前記集光レンズ系の一部に、紫外光を通過させ、それ以外の光を遮断する光学フィルタを組み込んだことを特徴とするアーク放電監視装置。 In the arc discharge monitoring device according to claim 1,
An arc discharge monitoring apparatus, wherein an optical filter that allows ultraviolet light to pass through and blocks other light is incorporated into a part of the condenser lens system.
前記集光レンズ系は、前記光ガイドの受光端を頂点とする円錐または多角錘の一部の側面から成るフードであって、検出すべき波長の光を反射しない内壁を有するものと、前記受光端において、前記フードを通じて入射する光を、前記光ガイドの光軸に平行な光に変換する光学系を備えていることを特徴とするアーク放電監視装置。 In the arc discharge monitoring device according to claim 1 or 2,
The condensing lens system is a hood formed of a side surface of a cone or a part of a polygonal pyramid having a light receiving end of the light guide as a vertex, and has an inner wall that does not reflect light having a wavelength to be detected; An arc discharge monitoring apparatus comprising an optical system that converts light incident through the hood into light parallel to an optical axis of the light guide at an end.
前記光ガイドは、コアとクラッドを有する一本または複数本の光ファイバであって、受光端において、光軸に垂直な面で切断したものであることを特徴とするアーク放電監視装置。 In the arc discharge monitoring device according to claim 3,
An arc discharge monitoring apparatus, wherein the light guide is one or a plurality of optical fibers each having a core and a clad, and is cut at a light receiving end along a plane perpendicular to the optical axis.
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JP2019537702A (en) * | 2016-09-13 | 2019-12-26 | ロベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツングRobert Bosch Gmbh | How to drive a safety device |
KR20210019300A (en) * | 2019-08-12 | 2021-02-22 | 주식회사 큐아이티 | Method and apparatus for detecting arc in power system |
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- 2011-11-15 JP JP2011249658A patent/JP2013105660A/en active Pending
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KR20210019300A (en) * | 2019-08-12 | 2021-02-22 | 주식회사 큐아이티 | Method and apparatus for detecting arc in power system |
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