JP2017004708A - 電力開閉装置の制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】開閉動作時の補正に必要なモータ電流値を小さく抑えながら、回路網の電流又は電圧位相に同期した信頼性の高い開閉動作が実現できること。【解決手段】本発明の電力開閉装置の制御方法は、上記課題を解決するために、所定の平均開閉速度で目標位相に固定アーク接触子に対する可動アーク接触子を開閉動作させる際に、前記目標位相直前の所定位置(Xs)に到達する目標時刻(Ts)を時刻演算部で設定し、動作開始時刻(T0)から目標時刻(Ts)までは、前記目標位相直前の平均開閉速度以下の速度にモータ制御部で制御することを特徴とする。【選択図】図3
Description
本発明は電力開閉装置の制御方法に係り、特に、遮断器などの送電又は配電回路網用の電力開閉装置の開閉動作を電動モータで行うものに好適な電力開閉装置の制御方法に関する。
一般に、電力開閉装置の操作器には、ばね力や油圧が利用されてきたが、近年の省操作力化の要求から、操作性に優れ、かつ、部品点数の削減による信頼性の向上が見込める電動モータによる操作技術が開発され、例えば、主回路導体を流れる電流値を検出し、この検出電流値と閾値を比較し、その大小に基づいて電動モータの操作力を制御することが特許文献1に記載されている。
一方、開閉動作時、電流又は電圧の目標位相に対して、操作器を動作させるタイミングを制御する位相制御が公知である。例えば、特許文献2には、電力系統の位相情報から開閉動作時間を定め、目標電圧位相と投入動作の閉極時刻をある範囲で一致させるように動作開始時間を遅延させる制御方法が記載されている。
しかしながら、特許文献1では、電動モータの操作力を制御することは記載されているが、より信頼性の高い開閉動作を実現することについては、何ら言及されていない。一方、特許文献2では、遅延時間を設けて所定の開閉時間で動作させるため、動作開始時の電極同士等の摩擦及び経年・環境変化などによって、操作器が受ける影響に対して動作を補正する際、定格の操作力及びモータ電流値に対して許容値を十分大きくとる必要があった。
本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、開閉動作時の補正に必要なモータ電流値を小さく抑えながら、回路網の電流又は電圧位相に同期した信頼性の高い開閉動作が実現できる電力開閉装置の制御方法を提供することにある。
本発明の電力開閉装置の制御方法は、上記目的を達成するために、絶縁性ガスが充填されている密閉タンクと、該密閉タンク内に配置された固定側導体に設置されている固定アーク接触子及び該固定アーク接触子に対して接触(閉極)又は開離(開極)する可動側導体に設置されている可動アーク接触子から成る遮断部と、前記可動アーク接触子を動作するために駆動力を発生させる電動モータと、該電動モータを駆動するドライブ回路と、前記電動モータの電動モータ可動子の位置を検出する位置検出装置と、該位置検出装置で検出された前記電動モータ可動子の位置情報に基づいて、前記電動モータに供給する電圧、電流及び位相の少なくとも1つを制御する制御部とを備え、前記制御部は、回路網の電圧又は電流を検出する電流・電圧モニターからの前記回路網の電流又は電圧の時刻列を所定の時間から現在の時間まで蓄積し、少なくとも位相を解析する位相解析部と、目標時刻を演算する時刻演算部と、前記ドライブ回路を介して前記電動モータを制御するモータ制御部とから成る電力開閉装置を制御する方法であって、所定の平均開閉速度で目標位相に前記固定アーク接触子に対する前記可動アーク接触子を開閉動作させる際に、前記目標位相直前の所定位置(Xs)に到達する目標時刻(Ts)を前記時刻演算部で設定し、動作開始時刻(T0)から前記目標時刻(Ts)までは、前記目標位相直前の平均開閉速度以下の速度に前記モータ制御部で制御することを特徴とする。
本発明によれば、開閉動作時の補正に必要なモータ電流値を小さく抑えながら、回路網の電流又は電圧位相に同期した信頼性の高い開閉動作が実現できる。
以下、図示した実施例に基づいて本発明の電力開閉装置の制御方法を説明する。なお、下記はあくまでも実施の例であり、発明の内容を下記する具体的態様に限定することを意図する趣旨ではない。発明自体は、特許請求の範囲に記載された内容に即した限りにおいて、種々の態様で実施することが可能である。
図1は、本発明の電力開閉装置の制御方法を実現する電力開閉装置の実施例であるガス遮断器1の構成を示すものである。図1の(a)はガス遮断器1の投入状態、図1の(b)は固定アーク接触子5aに対して可動アーク接触子が距離dだけ相対的に移動したガス遮断器1の遮断状態を、それぞれ示す。
図1の(a)及び(b)に示すように、本実施例のガス遮断器1は、故障電流を遮断又は異なる回路網(例えば、電力系統)を接続するための遮断部100と、この遮断部100を操作するための操作部101とに大別される。
遮断部100は、内部に絶縁性ガスであるSF6ガスを封入した密閉タンク2内に、密閉タンク2の端部に設けられた絶縁スペーサ3に固定された固定側導体4と、この固定側導体4の先端に設けられた固定主接触子13aと、この固定主接触子13aに対向配置され、固定主接触子13aに対して接触(閉極)または開離(開極)する可動主接触子13bと、固定側導体4に設置された固定アーク接触子5aと、この固定アーク接触子5aと対向配置され、固定アーク接触子5aに対して接触(閉極)または開離(開極)する可動アーク接触子5bと、この可動アーク接触子5bが可動電極16を介して設置される可動側導体8と、可動アーク接触子5bの先端に設けられ、開極時に固定アーク接触子5aと可動アーク接触子5bの間に発生するアークに消弧性ガスを吹き付けて消弧するノズル12と、操作部101側に接続されると共に、可動側導体8からパッファシャフト9を介して接続される絶縁ロッド10を覆うように配置されている絶縁筒6と、可動主接触子13bに接続され、主回路の一部を構成する主回路導体(図示せず)とから概略構成されている。なお、11はパッファピストンである。
遮断部100において、可動主接触子13b、可動アーク接触子5b、可動電極16、ノズル12及びパッファシャフト9が可動部102である。可動部102は、絶縁ロッド10を介して操作部101からの操作力を受けて図中矢印xの方向(以下、x方向という)に移動する。可動主接触子13bは、固定主接触子13aに対して、可動アーク接触子5bは固定アーク接触子5aに対して電気的に開閉することにより、電流の遮断(開極)と投入(閉極)が行われるものである。このとき、遮断動作時には、可動主接触子13bは可動アーク接触子5bよりも早く開極し、投入動作時には、可動主接触子13bは可動アーク接触子5bよりも遅く閉極するように配置されている。
一方、操作部101は、タンク2に隣接して設けられる操作器ケース22と、この操作ケース22内に設置された電動モータ(例えば、リニアモータ)20と、この電動モータ20の内部に配置された電動モータ20の電動モータ可動子23と、この電動モータ可動子23の周囲に設置され、電動モータ可動子23の位置を検出する位置検出装置29と、この位置検出装置29で検出された電動モータ可動子23の位置情報に基づいて、電動モータ20に供給する電圧、電流及び位相の少なくとも1つを制御する制御部27と、この制御部27からの制御信号を受けて、電動モータ20を駆動するドライブ回路28とから概略構成されている。
そして、電動モータ可動子23は、密閉タンク2の気密を保ったまま駆動できるように設けられるガスシールユニット24を通じて遮断部100の絶縁ロッド10に接続されている(ガスシールユニット24は、電動モータ可動子23の動作は許容し、密閉タンク2内の気密は保つものである)。
また、電動モータ20は、操作器ケース22に気密を保ったまま操作器ケース22の外部のドライブ回路28と配線接続ができるように設けられる密封端子25を通じて、モータ接続線及び位置検出装置29のケーブルを含む制御ケーブル26と電気的に接続され、制御ケーブル26は、制御部27と接続されており、制御部27へ位置信号を送信する構成となっている。
図1を用いて、本実施例における遮断器の遮断動作について説明する。
図1の(a)は、ガス遮断器1の投入状態を示し、固定主接触子13aと可動主接触子13b、固定アーク接触子5aと可動アーク接触子5bは閉極している。このとき、電流は固定主接触子13aと可動主接触子13bを流れている。電流を遮断するために遮断動作が開始されると、電動モータ20の電動モータ可動子23、この電動モータ可動子23につながる絶縁ロッド10、絶縁ロッド10につながるパッファシャフト9、パッファシャフト9につながる可動主接触子13b、可動アーク接触子5b、可動電極16及びノズル12からなる可動部102が移動する。
また、図1の(b)に示すように、電動モータ可動子23が閉極から開極までの距離dを移動する間に、まず可動主接触子13bと固定主接触子13aが開極し、電流が固定アーク接触子5aと可動アーク接触子5bに流れるようになる。その後、可動アーク接触子5bと固定アーク接触子5aが開極して、可動アーク接触子5bと固定アーク接触子5aとの間にアークが発生する。ガス遮断器1では、この遮断動作によるパッファ室15の圧縮によりSF6ガスをアークに吹き付けてアークを消弧する。図1の(b)は完全遮断位置にある。
ガス遮断器1の投入動作では、SF6ガスをパッファ室15内に吸引しながら可動部102が移動し、まず、可動アーク接触子5bと固定アーク接触子5aが閉極する。更に、電動モータ可動子23は、可動主接触子13bと固定主接触子13aが閉極した後、完全投入位置まで移動する。
また、固定側導体4、固定アーク接触子5a及び固定主接触子13aは、可動であっても良く、その場合は、開閉時の相対速度を増加させることができるため、相対的に操作力を削減することができる。
図2に、回路網(例えば、電力系統)33に接続された遮断部100を開閉動作させる操作器101と制御部27の詳細な構成を示す。
該図において、制御部27は、電流・電圧モニター31から回路網33の電流又は電圧の時刻列を所定の時間から現在の時間まで蓄積し、周波数、位相、変調などに関する解析を行う位相解析部27aと、目標時刻を演算する時刻演算部27bとドライブ回路28を介して電動モータ20を制御するモータ制御部27cとから構成されている。
ドライブ回路28は、モータ制御部27cからの制御信号を受けて、その信号通りに内部の素子のスイッチングを行い図示しない電源から電動モータ20に電流を供給する。また、位置検出装置29は、電動モータ20の電動モータ可動子23に貼り付けたセンサで電動スケールの位置を読み取ることで電動モータ可動子23の位置を把握して、モータ制御部27cに電動モータ可動子23の位置情報を伝達することができる。この位置情報を基に、モータ制御部27cでは速度制御を実行する。ドライブ回路28にはモータ電流センサが設けられており、このモータ電流センサで検出されたモータ電流値は、モータ制御部27cに伝達され、電動モータ20の制御に反映される構成となっている。電動モータ20の駆動力は、モータ電流値及びモータ位相から計算されるq軸電流で制御され、モータ推力はq軸電流に比例する。
図3に、本実施例における電流又は電圧波形と開閉動作開始指令を受けるタイミングに対する目標位相及び前記目標位相直前の所定位置Xsに到達すべき目標時刻Tsの演算方法を示す。
即ち、電動モータ20の電動モータ可動子23は、開閉動作開始位置X0から目標時刻Tsに到達する所定位置Xsまでは現在時刻をT0として、初期速度V0=(Xs−X0)/(Ts−T0)で移動させ、所定位置Xsから開極及び閉極位置までは所定の開閉速度V1で操作する。
図2及び図3を用いて目標位相及び目標時刻の演算方法を説明する。
該図において、指令部32からランダムな開閉動作開始指令A0が時刻演算部27bに出力されると、時刻演算部27bは位相解析部27aから回路網33の電流又は電圧及びその周期及び/又は位相情報を受け取り、電動モータ可動子23の速度Vが所定の開閉速度V1を超えず、また、図2に示すモータ電流値J1が制限モータ電流値Jmaxを超過せずに到達可能な目標位相、目標時刻Tsを演算する。演算手段からの開閉動作開始指令がB1の場合は、目標位相A2では開閉速度V1を超過するので目標位相はB2となる。即ち、図3で、目標位相A2における開極及び閉極位置Xtが、開閉速度V1を超えており、開閉動作開始指令がB1の場合は、目標位相はB2となる(図3の点線)ことが分かる。
また、所定の開閉速度V1は、電流又は電圧及びその周波数を用いて決定され、目標時刻Tsは電極間の絶縁構造に依存し、例えば、4分の1周期前の時刻となる。なお、開閉速度V1は、平均の速度であっても良い。
上述した所定の開閉速度V1は、回路網の定格電圧と電極間絶縁破壊電圧より計算される。図4に、所定の開閉速度V1の計算例を示す。
該図に示すように、先行放電を抑制するため、先行放電時電圧を定格電圧の40%以下にするように投入動作させる。この場合、定格電圧の40%域に到達するまで極間耐電圧Vb=Vs−Ex・V1が、電源電圧絶対値VdがSin(2πft)(f[Hz]は周波数)以上となる場合のV1を計算する。ここで、Vsは目標位相直前の所定位置での極間耐電圧、Exはそのときの平均電界である。実際には、放電のばらつきを考慮した最小耐電圧を用いる。
遮断動作の場合は、少なくとも3/4サイクル以上の時間にわたり、電極間耐電圧が回路網電圧の3倍以上高くなるような開閉速度V1を維持させる。
任意の開閉動作開始指令のタイミングに対して目標位相を演算しているので、いかなるタイミングであっても適切に目標位相に同期した開閉動作を実現させることができる。
開閉動作開始位置X0から目標位相直前の所定位置Xsまでの速度は、所定の開閉速度V1以下(例えば、半分以下)とすることで、動作開始時に外乱を受けた際、補正に必要な操作力及びモータ電流値を抑えることができる。必要操作力及びモータ電流値の低減は、装置寿命を延ばし信頼性向上に寄与する。
開閉動作開始位置X0から所定位置Xsまでを加速度一定に制御させることも可能であり、この場合、所定位置Xsでの速度変化を緩やか(直線ではない)にして、モータ電流値を小さく抑えることが可能である。
図5に、本実施例における制御フローを示す。図2、図3及び図5に沿って、本実施例における制御フローの詳細を説明する。本実施例における制御フローは、以下のようにして行われる。
即ち、図2に示す指令部32から時刻演算部27bに開閉動作開始指令を出力する第1の工程(S1)。図2に示す電流・電圧モニター31が回路網33に関する情報を検出し、位置検出装置29が電動モータ20の電動モータ可動子23の位置XRを検出する第2の工程(S2)。図2に示す位置検出装置29は、常に第2の工程(S2)で検出する電動モータ可動子23の位置XRを監視し、その後、時刻演算部27bは、回路網33の情報から目標位相と目標動作直前の目標時刻Ts及び目標位相直前の所定位置Xsから決まる速度Vを演算する第3の工程(S3)。モータ制御部27cに、第3の工程(S3)で演算した速度Vを実現するモータ電流値J1を出力する第4の工程(S4)。モータ電流値J1を制限モータ電流値Jmaxと比較する第5の工程(S5)。この第5の工程(S5)でJ1>Jmaxであれば、目標位相を次の時刻の目標位相に変更し、目標時刻Tsを演算する第6の工程(S6)。第5の工程(S5)でJ1<Jmaxであれば、現在の電動モータ可動子23の位置XRと所定位置Xsを比較する第7の工程(S7)。この第7の工程(S7)でXR>Xsでなければ第4の工程(S4)に戻り、第7の工程(S7)でXR>Xsであれば、速度が開閉速度V1となるようにドライブ回路28を駆動する第88の工程(S8)。現在の電動モータ可動子23の位置XRと開極及び閉極位置Xtを比較する第9の工程(S9)。第9の工程(S9)でXR≧Xtでなければ、第8の工程(S8)に戻り、第9の工程(S9)でXR≧Xtであれば、速度Vを0に制御する第10の工程(S10)。
このような本実施例の電力開閉装置の制御方法によれば、指令部32から制御部27が任意の時刻に開閉動作開始指令を受けた後、動作中に補正の必要性が生じたとき、モータ電流値を小さく抑えながら、回路網33の電流又は電圧の目標位相に同期した開閉動作を実現させることができる。また、動作開始時から所定時刻までの間に、摩擦や経年・環境変化によって操作器が受ける影響をより少ない操作力で補正することができ、目標位相に同期した開閉動作の信頼性を高めることができる。更に、モータ電流値の著しい増加を防止することができる。
従って、本実施例とすることにより、開閉動作時の補正に必要なモータ電流値を小さく抑えながら、回路網の電流又は電圧位相に同期した信頼性の高い開閉動作が実現できる効果が得られる。
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。すなわち、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
1…ガス遮断器、2…密閉タンク、3…絶縁スペーサ、4…固定側導体、5a…固定アーク接触子、5b…可動アーク接触子、6…絶縁筒、8…可動側導体、9…パッファシャフト、10…絶縁ロッド、11…パッファピストン、12…ノズル、13a…固定主接触子、13b…可動主接触子、15…パッファ室、16…可動電極、20…電動モータ、22…操作器ケース、23…電動モータ可動子、24…ガスシールユニット、25…密封端子、26…制御ケーブル、27…制御部、27a…位相解析部、27b…時刻演算部、27c…モータ制御部、28…ドライブ回路、29…位置検出装置、30…モータ接続線、31…電流・電圧モニター、32…指令部、33…回路網、100…遮断部、101…操作部、102…可動部。
Claims (8)
- 絶縁性ガスが充填されている密閉タンクと、該密閉タンク内に配置された固定側導体に設置されている固定アーク接触子及び該固定アーク接触子に対して接触(閉極)又は開離(開極)する可動側導体に設置されている可動アーク接触子から成る遮断部と、前記可動アーク接触子を動作するために駆動力を発生させる電動モータと、該電動モータを駆動するドライブ回路と、前記電動モータの電動モータ可動子の位置を検出する位置検出装置と、該位置検出装置で検出された前記電動モータ可動子の位置情報に基づいて、前記電動モータに供給する電圧、電流及び位相の少なくとも1つを制御する制御部とを備え、
前記制御部は、回路網の電圧又は電流を検出する電流・電圧モニターからの前記回路網の電流又は電圧の時刻列を所定の時間から現在の時間まで蓄積し、少なくとも位相を解析する位相解析部と、目標時刻を演算する時刻演算部と、前記ドライブ回路を介して前記電動モータを制御するモータ制御部とから成る電力開閉装置を制御する方法であって、
所定の平均開閉速度で目標位相に前記固定アーク接触子に対する前記可動アーク接触子を開閉動作させる際に、前記目標位相直前の所定位置(Xs)に到達する目標時刻(Ts)を前記時刻演算部で設定し、動作開始時刻(T0)から前記目標時刻(Ts)までは、前記目標位相直前の平均開閉速度以下の速度に前記モータ制御部で制御することを特徴とする電力開閉装置の制御方法。 - 請求項1に記載の電力開閉装置の制御方法において、
前記ドライブ回路は、前記モータ制御部からの制御信号を受けて、その信号通りに内部の素子のスイッチングを行い電源から前記電動モータに電流を供給すると共に、前記位置検出装置は、前記電動モータ可動子に貼り付けたセンサで電動スケールの位置を読み取ることで前記電動モータ可動子の位置を把握して、前記モータ制御部に前記電動モータ可動子の位置情報を伝達し、かつ、この位置情報を基に、前記モータ制御部で速度制御を実行することを特徴とする電力開閉装置の制御方法。 - 請求項2に記載の電力開閉装置の制御方法において、
前記ドライブ回路にはモータ電流センサが設けられており、このモータ電流センサで検出されたモータ電流値は、前記モータ制御部に伝達されて前記電動モータが制御されることを特徴とする電力開閉装置の制御方法。 - 請求項1に記載の電力開閉装置の制御方法において、
前記制御方法は、指令部から前記時刻演算部に開閉動作開始指令を出力する第1の工程と、前記電流・電圧モニターが前記回路網に関する情報を検出し、前記位置検出装置が前記電動モータ可動子の位置(XR)を検出する第2の工程と、前記位置検出装置は、常に前記第2の工程で検出する前記XRを監視し、その後、前記時刻演算部は、前記回路網の情報から目標位相と前記目標動作直前の目標時刻(Ts)及び前記目標位相直前の所定位置(Xs)から決まる速度(V)を演算する第3の工程と、前記モータ制御部に、前記第3の工程で演算した前記速度(V)を実現するモータ電流値(J1)を出力する第4の工程と、前記モータ電流値(J1)を制限モータ電流値(Jmax)と比較する第5の工程と、前記第5の工程でJ1>Jmaxであれば、前記目標位相を次の時刻の目標位相に変更し、目標時刻(Ts)を演算する第6の工程と、前記第5の工程でJ1<Jmaxであれば、現在の前記電動モータ可動子の位置(XR)と前記所定位置(Xs)を比較する第7の工程と、前記第7の工程でXR>Xsでなければ前記第4の工程に戻り、かつ、前記第7の工程でXR>Xsであれば、速度が開閉速度(V1)となるように前記ドライブ回路を駆動する第8の工程と、前記XRと開極及び閉極位置(Xt)を比較する第9の工程と、前記第9の工程でXR≧Xtでなければ、前記第8の工程に戻り、かつ、前記第9の工程でXR≧Xtであれば前記速度(V)を0に制御する第10の工程を行うことを特徴とする電力開閉装置の制御方法。 - 請求項1に記載の電力開閉装置の制御方法において、
前記電動モータ可動子は、開閉動作開始位置(X0)から前記目標時刻(Ts)に到達する所定位置(Xs)までは現在時刻をT0として、初期速度V0=(Xs−X0)/(Ts−T0)で移動し、前記所定位置(Xs)から開極及び閉極位置までは所定の開閉速度(V1)で操作することを特徴とする電力開閉装置の制御方法。 - 請求項1に記載の電力開閉装置の制御方法において、
前記目標位相直前の所定位置(Xs)に到達する前記目標時刻(Ts)を、前記目標位相直前の1/4周期以内の時間に設定することを特徴とする電力開閉装置の制御方法。 - 請求項1に記載の電力開閉装置の制御方法において、
開閉動作開始後、前記目標時刻までの時間内に制限モータ電流値を超過した場合は、少なくとも半周期分前記目標位相を遅らせ、かつ、前記目標位相及び前記目標位相直前の所定位置に到達する目標時刻(Ts)を再計算することを特徴とする電力開閉装置の制御方法。 - 請求項1に記載の電力開閉装置の制御方法おいて、
開閉動作開始位置(X0)から前記所定位置(Xs)への速度(V0)は、制限モータ電流値以下で前記電動モータ可動子を加速度一定に制御させることを特徴とする電力開閉装置の制御方法。
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