JP2017130353A - 真空バルブの真空度監視装置および監視方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 真空バルブから発生する電磁波を検出し、真空度を高感度で監視することができる真空バルブの真空度監視装置を得る。
【解決手段】 真空バルブ２に所定間隔を保って配置された電磁波検出センサ３と、電磁波検出センサ３に接続された真空度判定装置４とを有し、真空度判定装置４は、電磁波検出センサ３で検出された電磁波のピーク電圧値と第１波の立ち上り時間とを求める電磁波検出部５と、ピーク電圧値と第１波の立ち上り時間とを予め真空バルブ２の電極やアークシールドなどの各部位で求めておいた真空度曲線と比較する波形比較部６と、波形比較部６での判定に基づき真空バルブ２の真空度を高感度で判定する真空度判定部７と、で構成されることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明の実施形態は、接離自在の一対の接点を有する真空バルブの真空度を監視する真空バルブの真空度監視装置および監視方法に関する。

受配電設備に用いられる真空遮断器には、優れた遮断性能と絶縁性能を有する真空バルブが用いられている。しかしながら、真空度が劣化すると、これらの性能を発揮することが困難となる。

このため、従来から真空度を監視する提案が多々なされている。例えば、真空度の劣化に伴って発生する放電をアンテナで検出するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、放電の連続性や継続時間を検出してノイズ除去をしているものの、外来ノイズが重畳し易く真空バルブ内の放電との区分けが困難であり検出感度の向上には限界があった。また、アンテナで検出した信号に閾値を設けてノイズ除去を行うものが知られている（例えば、特許文献２参照）。しかしながら、閾値を下回る微弱な放電を検出することが困難であり、検出感度の向上には限界があった。

また、真空バルブにアンテナを近接して設置し、電磁波を検出するものが知られている（例えば、特許文献３参照）。しかしながら、信号処理にバンドパスフィルタを用い、真空度の劣化に伴って発生するマイクロ波帯を検出するようにしているので、検出する周波数帯が限定され、検出感度の向上には限界があった。また、ノイズとなる外部放電をローパスフィルタで減衰させ、真空バルブからの内部放電をアンテナで受信するものが知られている（例えば、特許文献４参照）。しかしながら、数ＭＨｚ〜数１００ＭＨｚと高い周波数帯域を検出し、真空度の劣化判定に閾値を設けているので、閾値を下回るような放電を検出することが困難であり、検出感度の向上には限界があった。

更には、真空バルブからの電磁波をアンテナで検出し、その信号を周波数分析し、真空度の推定を行うものが知られている（例えば、特許文献５参照）。しかしながら、主回路に印加した電圧の位相を複数に分割し、分割した位相においてそれぞれ周波数解析をしているので、解析装置が複雑になっていた。

このため、印加電圧の位相を分割するような複雑な装置を用いることなく、アンテナで検出した電磁波を簡素な方法で周波数解析するとともに、ノイズ除去のために回路にフィルタなどを接続したり、判定に閾値などを設けたりせず、真空バルブの真空度を高感度で検出することができるものが望まれていた。

特開２００２−１８４２７５号公報 特開２００５−３０２３３１号公報 特開平７−３１８４４７号公報 特許第５５９７３１１号公報 特開２０１５−１５１７２号公報

本発明が解決しようとする課題は、真空バルブから発生する電磁波をフィルタや閾値などを設けたりせず、微弱な電磁波を直接、アンテナにて高感度で検出し、真空度を監視することができる真空バルブの真空度監視装置および監視方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、実施形態の真空バルブの真空度監視装置は、真空バルブに所定間隔を保って配置された電磁波検出センサと、前記電磁波検出センサに接続された真空度判定装置とを有し、前記真空度判定装置は、電磁波検出センサで検出された電磁波のピーク電圧値と第１波の立ち上り時間とを求める電磁波検出部と、前記ピーク電圧値と前記第１波の立ち上り時間とを予め求めておいた真空度曲線と比較する波形比較部と、前記波形比較部での判定に基づき前記真空バルブの真空度を判定する真空度判定部と、で構成されることを特徴とする。

本発明の実施例１に係る真空バルブの真空度監視装置の構成を示す概略図。 本発明の実施例１に係る真空度と信号のピーク電圧値の関係を説明する図。 本発明の実施例１に係る真空度と信号の立ち上り時間の関係を説明する図。 本発明の実施例１に係る信号のピーク電圧値と立ち上り時間の関係を説明する図。 本発明の実施例１に係る電磁波の測定例。 本発明の実施例１に係る電磁波検出センサの角度を説明する図。 本発明の実施例１に係る電磁波検出センサの角度と出力電圧の関係を説明する図。 本発明の実施例２に係る真空バルブの真空度監視装置の構成を示す概略図。 本発明の実施例２に係る印加電圧と放電パルスの関係を説明する図。 本発明の実施例３に係る真空バルブの真空度監視装置の構成を示す概略図。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

先ず、本発明の実施例１に係る真空バルブの真空度監視装置を図１〜図７を参照して説明する。図１は、本発明の実施例１に係る本発明の実施例１に係る真空バルブの真空度監視装置の構成を示す概略図、図２は、本発明の実施例１に係る真空度と信号のピーク電圧値の関係を説明する図、図３は、本発明の実施例１に係る真空度と信号の立ち上り時間の関係を説明する図、図４は、本発明の実施例１に係る信号のピーク電圧値と立ち上り時間の関係を説明する図、図５は、本発明の実施例１に係る電磁波の測定例、図６は、本発明の実施例１に係る電磁波検出センサの角度を説明する図、図７は、本発明の実施例１に係る電磁波検出センサの角度と出力電圧の関係を説明する図である。

図１に示すように、金属製の箱体１内には、真空遮断器に搭載された真空バルブ２が収納されている。真空バルブ２には、これに近接してループアンテナのような電磁波検出センサ３が配置されている。電磁波検出センサ３の出力は、箱体１外に設けられた真空度判定装置４に接続されている。真空度判定装置４は、電磁波検出センサ３の出力に接続された電磁波のピーク電圧値と第１波の立ち上り時間を検出する電磁波検出部５、電磁波検出部５で検出した電磁波を真空度曲線と比較する波形比較部６、波形比較部６での情報に基づき真空度の劣化を判定する真空度判定部７で構成されている。

次に、電磁波検出センサで検出される電磁波と真空度の関係を図２〜図４を参照して説明する。各図は、両対数目盛である。

真空バルブ２の容器内の真空度を変化させ、放電による電磁波をループアンテナで検出すると、図２に示すように、真空度が劣化して大気圧に近づくと、電磁波のピーク電圧値は上昇する。ピーク電圧値は、第１波に形成され易いものの、第１波に限定されるものではない。また、図３に示すように、真空度が劣化して大気圧に近づくと、第１波の立ち上り時間は短くなる。

これより、電磁波のピーク電圧値と第１波の立ち上り時間の関係は、図４に示すように、第１波の立ち上り時間が短くなるにつれてピーク電圧値が上昇する。即ち、真空度の変化によって、第１波の立ち上り時間とピーク電圧値が変化する真空度曲線を得ることができる。この真空度曲線上に、公知のパッセェン曲線から放電開始電圧が上昇して安定する真空度（１０^−１Ｐａ以下）での値をプロットするとＡ点（２０ｍＶ、０．５μＳ）となる。Ａ点は、代表的な真空バルブ２からの電磁波である。

図５（ａ）（ｂ）に示すような真空度を変化させたときの値を図４の真空度曲線上にプロットすると、よく一致している。これらのデータは、フィルタなどを用いず、電磁波検出センサ３で直接検出した電磁波のピーク電圧と立ち上り時間を求めたものである。電磁波検出センサ３は、指向性を有し、また、電界と比較して高周波でシールドされ難い磁界成分を検出するので、高感度となる。周波数帯域は、真空放電（低真空から高真空）を基準とする３０ｋＨｚ〜２００ＭＨｚである。

なお、真空度の変化に伴って発生する電磁波のピーク電圧値と第１波の立ち上り時間は、アークシールドや電極など放電部位によって変化するので、予め代表的な放電部位での真空度曲線を求めておくものとする。一般的な真空バルブ２では、立ち上り時間０．５μＳ以上、ピーク電圧値２０ｍＶ以下において良好な真空度となる。ここで、電磁波が発生しない場合は、極めて良好な真空度である。

次に、電磁波検出センサ３の出力変化を図６〜図７を参照して説明する。

図６に示すように、真空バルブ２の軸方向に対し、電磁波検出センサ３のループ全体の断面を直交させて配置し、角度θを変化させると、図７に示すように出力電圧はコサイン曲線となる。ここで、一般的にノイズが重畳され易いこの種のものでは、測定誤差を１％に抑えれば充分であり、出力電圧をこの測定誤差内に収めようとすると、電磁波検出センサ３の角度はθ＝±８度変化させてもよいことになり、作業性を向上させることができる。また、真空バルブ２の軸方向に対する電磁波検出センサ３のループ全体の断面も±８度で配置することができる。なお、電磁波検出センサ３は、真空バルブ２から放電が点弧しない程度に充分に距離を確保した。

これらを、電磁波検出センサ３の断面を真空バルブ２の軸方向に対して所定角度でねじれ配置すると称する。

上記実施例１の真空バルブの真空度監視装置によれば、真空バルブ２の放電に伴って発生する電磁波を電磁波検出センサ３で検出し、真空度測定装置４でピーク電圧値と第１波の立ち上り時間を求め、予め求めておいた真空度曲線と比較して真空度を判定しているので、ノイズ除去用のフィルタなどを必要とせず、高感度で真空バルブ２の真空度を監視することができる。また、真空度測定装置４では、ピーク電圧値と第１波の立ち上り時間だけの検出でよいので、解析装置を簡素化させることができる。

次に、本発明の実施例２に係る真空バルブの真空度監視装置を図８、図９を参照して説明する。図８は、本発明の実施例２に係る真空バルブの真空度監視装置の構成を示す概略図、図９は、本発明の実施例２に係る印加電圧と放電パルスの関係を説明する図である。なお、この実施例２が実施例１と異なる点は、主回路に変流器を設けて放電の判定をするようにしたことである。図８において、実施例１と同様の構成部分においては、同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図８に示すように、真空バルブ２の周りには、所定の間隔を保って環状のＣＴ８を設け、分圧器９を介して真空度判定装置４に接続している。真空度判定装置４では、図９に示すように、主回路の運転電圧要素を取出し、ＣＴ８で検出される放電による重畳電流信号を検出する。

これにより、真空度の監視とともに、放電による重畳信号を検出しているので、真空度を確実に監視することができる。三相回路では、運転電圧の位相が異なるので、相を特定することができる。また、真空バルブ２の放電では、運転電圧の零クロス位相付近で同極性のパルス状の重畳信号が出るので、真空度の劣化を判定し易くなる。

上記実施例２の真空バルブの真空度監視装置によれば、実施例１による効果のほかに、真空度をより確実に検出することができる。

次に、本発明の実施例３に係る真空バルブの真空度監視装置を図１０を参照して説明する。図１０は、本発明の実施例３に係る真空バルブの真空度監視装置の構成を示す概略図である。なお、この実施例３が実施例１と異なる点は、主回路に分圧器を設けて放電の判定をおこなうようにしたことである。図１０において、実施例１と同様の構成部分においては、同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図１０に示すように、真空バルブ２の周りには、所定の間隔を保ってＶＴ１０を設け、Ｃ分担のような分圧器９を介して真空度判定装置４に接続している。真空度判定装置４では、図９と同様に主回路の運転電圧要素を取出し、ＶＴ１０で検出される放電による重畳信号を検出する。

上記実施例３の真空バルブの真空度監視装置によれば、実施例２と同様の効果を得ることができる。

以上述べたような実施形態によれば、真空バルブから放電に伴って発生する電磁波のピーク電圧値と第１波の立ち上り時間を電磁波検出センサで直接検出し、予め求めておいた真空度曲線に乗せて真空度を判定しているので、ノイズが重畳し難く、フィルタなどを不要とした簡素な装置で真空度を高感度で監視することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ 箱体
２ 真空バルブ
３ 電磁波検出センサ
４ 真空度判定装置
５ 電磁波検出部
６ 波形比較部
７ 真空度判定部
８ ＣＴ
９ 分圧器
１０ ＶＴ

Claims (8)

1. 真空バルブに所定間隔を保って配置された電磁波検出センサと、
   前記電磁波検出センサに接続された真空度判定装置とを有し、
   前記真空度判定装置は、電磁波検出センサで検出された電磁波のピーク電圧値と第１波の立ち上り時間とを求める電磁波検出部と、
   前記ピーク電圧値と前記第１波の立ち上り時間とを予め求めておいた真空度曲線と比較する波形比較部と、
   前記波形比較部での判定に基づき前記真空バルブの真空度を判定する真空度判定部と、で構成されることを特徴とする真空バルブの真空度監視装置。
2. 前記電磁波検出センサは、周波数帯域が３０ｋＨｚ〜２００ＭＨｚのループアンテナであることを特徴とする請求項１に記載の真空バルブの真空度監視装置。
3. 前記ピーク電圧値が所定値以下で、前記第１波の立ち上り時間が所定値以上において、前記真空バルブの真空度を判定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の真空バルブの真空度監視装置。
4. 前記真空バルブの軸方向に対して前記電磁波検出センサの断面を所定角度でねじれ配置することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の真空バルブの真空度監視装置。
5. 前記真空バルブに所定間隔を保って運転電圧の電圧要素を取出す分圧器を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の真空バルブの真空度監視装置。
6. 真空バルブに所定間隔を保って電磁波検出センサを配置し、
   先ず、前記電磁波検出センサで検出した電磁波のピーク電圧と第１波の立ち上り時間とを求め、
   次に、前記ピーク電圧と前記第１波の立ち上り時間とを予め求めておいた真空度曲線と比較して前記真空バルブの真空度を判定することを特徴とする真空バルブの真空度監視装置の真空度監視方法。
7. 前記ピーク電圧値が２０ｍＶ以下、前記第１波の立ち上り時間が０．５μＳ以上において真空度を良好とすることを特徴とする請求項６に記載の真空バルブの真空度監視装置の真空度監視方法。
8. 前記電磁波検出センサの断面を前記真空バルブの軸方向に対して±８度以内で配置したことを特徴とする請求項６または請求項７に記載の真空バルブの真空度監視装置の真空度監視方法。