JP2019047086A

JP2019047086A - タップ切換器の故障検出装置

Info

Publication number: JP2019047086A
Application number: JP2017172027A
Authority: JP
Inventors: 薫中村; Kaoru Nakamura; 康一郎桑原; Koichiro Kuwabara
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2017-09-07
Filing date: 2017-09-07
Publication date: 2019-03-22

Abstract

【課題】目視によらずタップ切換器の機構部の故障を検出するタップ切換器の故障検出装置を提供する。【解決手段】実施形態に係るタップ切換器の故障検出装置は、電動機によりタップ位置を切り換え可能なタップ切換器の故障を検出する故障検出装置である。この故障検出装置は、前記電動機に流れる電流を検出して、所定のしきい値と比較する電流検出器と、前記電流が前記所定のしきい値以上の場合に、前記電動機の動作電力を遮断する遮断信号を生成する停止指令回路と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、電動操作によってタップ切換を行うタップ切換器の機構部の故障を検出する故障検出装置に関する。

変圧器やリアクトルなどに用いられるタップ切換器は、用途により頻繁な切り換えが必要とされる場合、電動機によって切換操作を行う。タップ切換器による一般的なタップ切換システム１３０の構成の一例を図２に示す。図２のタップ切換器は、無電圧タップ切換器の例であるが、負荷時タップ切換器の場合もほぼ同様である。

図２に示すように、タップ切換システム１３０では、タップ切換器２は、かさ歯車３ａ，３ｂおよび駆動軸４ａ〜４ｃを介してギヤ装置５に接続されている。ギヤ装置５は、駆動軸４ｄを介して、電動機６によって駆動される。電動機６は、電動機電源用遮断器８および電動機用接触器９を介して電動機電源７に接続されている。電動機電源用遮断器８および電動機用接触器９は、外部からのタップ切換のための信号を含む制御信号にしたがって回路を閉じる。電動機６は、電動機電源用遮断器８および電動機用接触器９が動作し、回路を閉じることによって、電動機電源７から電動機６に電力が供給されて回転する。その結果、タップ切換器２が動作する。

タップ切換器２の切換部分の本体は、変圧器１内部の絶縁油内に設置されていることが多い。そのため、切換部分の本体の機構部に故障が発生した場合に、故障の状態を目視で確認することが困難である。

故障した状態で装置の切換操作を行うと、電動機６によりギヤ装置５が駆動されるがタップ切換器２が動作していない、あるいは、途中位置までしか動作していない状態となり得る。一方で、タップ切換器２の操作側では、切り換えが完了したか否かの判定を行っておらず、電動機６は、所定の回転位置まで回転するものとして動作する。その結果、タップ切換が行われておらず、駆動軸４ａ〜４ｄのいずれかがねじれた状態となっている。

他の保護装置が動作するまで故障検出をすることができないため、この状態で上位遮断器を投入すると変圧器やリアクトルの故障を含め重大事故に至るおそれがある。

特開昭６０−１７６２１３号公報特開平１−３１２４７３号公報特開平１−３１２４７４号公報

目視によらずタップ切換器の機構部の故障を検出するタップ切換器の故障検出装置を提供することを目的とする。

実施形態に係るタップ切換器の故障検出装置は、電動機によりタップ位置を切り換え可能なタップ切換器の故障を検出する故障検出装置である。この故障検出装置は、前記電動機に流れる電流を検出して、所定のしきい値と比較する電流検出器と、前記電流が前記所定のしきい値以上の場合に、前記電動機の動作電力を遮断する遮断信号を生成する停止指令回路と、を備える。

本実施形態では、故障検出装置は、電動機に流れる電流を検出して、所定のしきい値と比較する電流検出器を備えているので、電動機に流れる電流を高精度に検出することができる。故障検出装置は、電流が所定のしきい値以上の場合に、電動機の動作電力を遮断する遮断信号を生成する停止指令回路を備えているので、所定のしきい値を適切に設定することによって、目視によらなくても確実にタップ切換の動作を停止させることができる。

実施形態に係るタップ切換器の故障検出装置を例示するブロック図である。比較例のタップ切換器の故障検出装置のブロック図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。

図１は、本実施形態に係るタップ切換器の故障検出装置を例示するブロック図である。
図１には、故障検出装置２０と合わせて、タップ切換器２およびその駆動系を含むタップ切換システム３０の構成例が模式的に示されている。タップ切換器２およびその駆動系の構成については、図２の場合と同様である。タップ切換器２は、たとえば無電圧タップ切換器である。

タップ切換器２は、変圧器１内に設けられている。タップ切換器２は、無電圧タップ切換器の場合には、図示しないが、固定接触子と可動接触子とを含んでいる。たとえば、固定接触子は、複数個設けられている。複数の固定接触子は、円状に配置されている。各固定接触子は、変圧器１の各タップに電気的に接続されている。

可動接触子は、固定接触子に対して駆動軸４ａによって、その先端が円を描くように回転することができる。可動接触子の先端部は導電体で形成された電極であり、この先端部が複数の固定接触子のうちのいずれか２つの隣接する固定接触子の間にはめ合わされることによって、変圧器１のタップの位置を決定する。可動接触子が回転することによって、タップを切り換えることができる。

無電圧タップ切換器の場合には、たとえば、２つの固定接触子の間に１つの可動接触子の先端をはめ込むようにして、電気的に接続する。無電圧タップ切換器の故障の１つには、可動接触子の先端が、はめ込まれた固定接触子の間からはずれずに、次のタップに回転移動することができないことがある。あるいは、可動接触子の先端が回転移動し、次の固定接触子の間にはめ込まれるべきところ、はめ込まれなかったり、はめ込みが不十分であったり等することがある。

図１に示すように、タップ切換器２は、駆動軸４ａ〜４ｃを介して、ギヤ装置５に接続されている。ギヤ装置５は、駆動軸４ｄを介して、電動機６に接続されている。電動機６およびタップ切換器２の配置の関係に応じて、駆動軸４ａ〜４ｄは、屈曲させる必要がある。そのため、駆動軸４ａ〜４ｄは、かさ歯車３ａ，３ｂを介して回転駆動が伝達される。ギヤ装置５は、電動機６の回転を減速等して、伝達する駆動トルクを調整する。

電動機６は、電動機電源用遮断器８および電動機用接触器９を介して、電動機電源７に電気的に接続されている。電動機電源用遮断器８および電動機用接触器９が閉じることによって、電動機６には電動機電源７から電力が供給され、電動機６が駆動される。電動機電源用遮断器８または電動機用接触器９が開くことによって、電動機６には、電力の供給が停止され、電動機６は停止する。

本実施形態の故障検出装置２０では、電動機６に流れる電流Ｉを検出する変成器１０が電動機６と電動機電源７との間の電力供給線に設けられている。また、故障検出装置２０では、電動機６の駆動軸４ｄのトルクＴを検出するトルクセンサー１１が設けられている。故障検出装置２０は、変成器１０によって検出された電流Ｉのデータを入力する。また、故障検出装置２０は、トルクセンサー１１によって検出されたトルクＴのデータを入力する。故障検出装置２０は、電流ＩおよびトルクＴのデータにもとづいて、タップ切換器２の故障の有無を判定する。故障検出装置２０は、タップ切換器２に故障が発生していると判定した場合には、停止指令を生成し、停止指令によって、電動機電源用遮断器８を開放するように駆動して、電動機６への電力の供給を遮断する。

故障検出装置２０の詳細な構成について説明する。故障検出装置２０は、電流検出器１２と、トルク検出器１３と、ＯＲ回路１４と、停止指令回路１５と、を備える。

電流検出器１２は、変成器１０に電気的に接続されている。電流検出器１２は、あらかじめ設定された設定値Ｉｔｈを有する。電流検出器１２は、変成器１０から供給された電流Ｉのデータを設定値Ｉｔｈと比較する。たとえば、電流検出器１２は、電流Ｉのデータが設定値Ｉｔｈ以上の場合には、ハイレベルの信号を出力する。電流検出器１２は、電流Ｉのデータが設定値Ｉｔｈよりも小さい場合には、ローレベルの信号を出力する。

トルク検出器１３は、トルクセンサーに電気的に接続されている。トルク検出器１３は、あらかじめ設定された設定値Ｔｔｈを有する。トルク検出器１３は、トルクセンサー１１から供給された駆動トルクＴのデータを設定値Ｔｔｈと比較する。たとえば、トルク検出器１３は、駆動トルクＴのデータが設定値Ｔｔｈ以上の場合には、ハイレベルの信号を出力する。トルク検出器１３は、駆動トルクＴのデータが設定値Ｔｔｈよりも小さい場合には、ローレベルの信号を出力する。

ＯＲ回路１４は、電流検出器１２およびトルク検出器１３のそれぞれの出力に接続されている。ＯＲ回路１４は、電流検出器１２およびトルク検出器１３からそれぞれ出力された信号にもとづいて、タップ切換器２の故障の有無を表す信号を出力する。たとえば、ＯＲ回路１４は、電流検出器１２の出力およびトルク検出器１３の出力のうち少なくとも１つがハイレベルの信号である場合に、ハイレベルの信号を出力する。ＯＲ回路１４は、電流検出器１２の出力およびトルク検出器１３の出力の両方ともローレベルの信号の場合には、ローレベルの信号を出力する。

停止指令回路１５は、ＯＲ回路１４の出力に接続されている。たとえば、停止指令回路１５は、ＯＲ回路１４がハイレベルの信号を出力した場合には、停止指令を生成する。停止指令回路１５の出力は、電動機電源用遮断器８の制御入力に接続されている。停止指令回路１５が停止指令を出力した場合には、電動機電源用遮断器８は、回路を開いて、電動機６への電力の供給を遮断する。

故障検出装置２０は、たとえばプログラマブルコントローラ（ＰＬＣ）である。変成器１０やトルクセンサー１１からの電気信号をＰＬＣの入力モジュールによって入力し、生成された停止指令は、出力モジュールから電動機電源用遮断器８の駆動信号として出力する。電流検出器１２、トルク検出器１３、ＯＲ回路１４、および停止指令回路１５の一部またはすべては、ＰＬＣの動作のためのプログラムの１つ以上のステップによって実現されることができる。

上述では、一例として、ＯＲ回路１４を用いて、電流検出器１２の出力およびトルク検出器１３の出力のうち少なくとも１つについて、それぞれの設定値を超えることを検出し、その場合に、タップ切換器２が故障である旨の判定を行った。これに限らず、タップ切換器２の故障の状態等に応じて、故障判定の論理を設定することができる。たとえば、電流検出器１２の出力およびトルク検出器１３の出力の両方が設定値を超えた場合に、故障判定する論理としてもよい。さらに複数の電流設定値を設定し、すべての電流設定値を超えた上で、トルク設定値を超えた場合に、故障判定するようにしてもよい。

本実施形態の故障検出装置２０の効果について説明する。
本実施形態の故障検出装置２０は、電流検出器１２を備えている。電流検出器１２は、電動機６に過大な電流が流れた場合に、故障、または、故障の前兆（以下、故障等という。）であるとして、その旨の信号を出力する。これによって、電動機電源用遮断器８を動作させることができるので、より安全に、タップ切換器２の動作を停止させることができる。

故障検出装置２０は、トルク検出器１３をさらに備えている。トルク検出器１３は、電流検出器１２が故障等を検出できなかった場合であっても、トルク検出器１３によって過剰な駆動トルクを検出した場合には、タップ切換器２の故障等であるとして、その旨の信号を出力することができる。

トルクセンサー１１の機構上、駆動軸からのすべり等を生じ、精度よく駆動軸のトルクを検出することができない場合がある。また、タップ切換器が無電圧タップ切換器の場合には、故障時の駆動トルクが非常に大きくなる傾向にある。故障に至るまでの駆動トルクの変化は、線形的に増加するわけではないので、故障の前兆を駆動トルクの変化によって検出するのはトルクセンサーの精度上困難な場合が多い。

本実施形態の故障検出装置２０では、電動機６に流れる電流の変化によって、故障等を検出するので、検出精度を高めることができる。そのため、故障に至った場合に限らず、故障の前兆を検出して、タップ切換器２の保守点検等を行い、あらかじめ故障を予防することもできる。

故障検出装置２０をＰＬＣによって構成する場合には、上述の論理をプログラムによって容易に変更することができ、タップ切換器の故障発生の要因や、状況に応じて検出論理を修正することができる。

以上説明した実施形態によれば、故障停止する前に電力変換装置の電圧異常を検出できる電圧異常検出装置を実現することができる。

以上、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、その他のさまざま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およびその等価物の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。

１変圧器、２タップ切換器、３ａ，３ｂかさ歯車、４ａ〜４ｄ駆動軸、５ギヤ装置、６電動機、７電動機電源、８電動機電源用遮断器、９電動機用接触器、１０変成器、１１トルクセンサー、１２電流検出器、１３トルク検出器、１４ＯＲ回路、１５停止指令回路、２０故障検出装置、３０タップ切換システム

Claims

電動機によりタップ位置を切り換え可能なタップ切換器の故障検出装置であって、
前記電動機に流れる電流を検出して、所定のしきい値と比較する電流検出器と、
前記電流が前記所定のしきい値以上の場合に、前記電動機の動作電力を遮断する遮断信号を生成する停止指令回路と、
を備えたタップ切換器の故障検出装置。
前記電動機の回転軸に設けられたトルクセンサーが出力するトルクデータを入力し、所定のしきい値と比較するトルク検出器をさらに備え、
前記停止指令回路は、
前記電流が前記指定のしきい値以上の場合、または
前記トルクデータが所定のしきい値以上の場合に、前記遮断信号を生成する請求項１記載のタップ切換器の故障検出装置。
前記タップ切換器は、無電圧タップ切換器である請求項１または２に記載のタップ切換器の故障検出装置。