JP2019149264A - Switching device and electrode replacement method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は,電力系統に用いられる開閉装置及びその電極交換方法に関する。 The present invention relates to a switchgear used in a power system and an electrode replacement method thereof.
電力を安定供給するために, 電力系統では高い信頼性が求められている。電力系統を構成する開閉器などの電力機器は,電力の安定供給を実現するための中枢であり,開閉器が事故を引き起こした場合には停電事故によるさまざまな損失が生じる。近年では,開閉器の高経年運用が増加しており,開閉器の余寿命を正確に診断することで機器の更新および補修を促進し,経年劣化による事故を未然に防ぐことが重要となっている。 In order to supply power stably, high reliability is required in the power system. Electric power equipment such as a switch constituting the power system is the center for realizing a stable supply of electric power, and when the switch causes an accident, various losses due to a power failure occur. In recent years, switch aging operation has increased, and it is important to promote equipment renewal and repair by accurately diagnosing the remaining life of the switch and prevent accidents due to aging. Yes.
開閉器を構成する部品の中では,開閉器の健全性に与える影響度の高い機能損失のひとつが主接点電極の消耗量である。開閉器は, その組入れられた電力系統の状態より年間当たりの動作回数は数回から数百回という差があり,各種の定格と形式の製品が存在するため,単器あたりの主接点電極消耗量は大きく異なっている。主接点電極の交換に際しては,適当な時期に開閉器内部を目視点検することで主接点電極の交換の必要性の有無を判定していたため,一律的に一定の作業が要求され,保守員の確保や点検に伴う計画停電手続と停止等の無駄な要素が生じていた。近年,絶縁性能の高いSF6ガスをタンク内に充填したガス絶縁開閉装置やガス遮断器の普及に伴い,単器あたりの遮断性能が向上し,据付体積もコンパクト化した反面,SF6ガスの回収や充填作業の追加により点検のための付帯作業時間が長くなる欠点も生じている。従って,その点検周期を減らすことが望ましく,各々の開閉器について,主接点電極の消耗量に伴う主接点電極の交換時期を外部から明確に把握した上で点検作業を実施する必要がある。 Among the components that make up a switch, one of the functional losses that has a high impact on the health of the switch is the amount of wear of the main contact electrode. Since the number of operations per year varies from several to several hundred times depending on the state of the installed power system, and there are products of various ratings and types, the main contact electrode consumption per unit The amount is very different. When replacing the main contact electrode, the inside of the switch was visually inspected at an appropriate time to determine whether or not the main contact electrode needs to be replaced. There were wasted elements such as planned power outage procedures and outages associated with securing and inspection. In recent years, with the spread of gas insulated switchgear and gas circuit breakers filled with highly insulating SF 6 gas in the tank, the shut-off performance per unit has improved and the installation volume has been reduced, while the SF 6 gas There is also a drawback that the additional work time for inspection becomes longer due to the addition of the collection and filling work. Therefore, it is desirable to reduce the inspection cycle. For each switch, it is necessary to carry out the inspection work after clearly knowing from the outside the replacement timing of the main contact electrode according to the amount of consumption of the main contact electrode.
特許文献1では,主接点電極の消耗量を目視点検することなく外部から把握することを目的とし,遮断電流値のピークツウピーク iP-P,接点材質によって決まる定数 α, β,アーク時間 t に基づいた電極消耗量の推定式{iP-P/2 ・21/2}β・t(α:接点材質,iP-P:遮断電流値,t:アーク時間)を電流の遮断ごとに算出し,遮断回数の積算値から開閉器の主接点電極の消耗量を計算している。
In
上記のように,従来技術では遮断電流値と遮断回数,接点の材質に依存した係数を用いた推定式から主接点電極消耗量を見積もっている。推定式にはアークの継続時間や電流の非対称性による誤差が含まれており精度が低い場合がある。 As described above, in the prior art, the consumption amount of the main contact electrode is estimated from an estimation formula using a cutoff current value, the number of interruptions, and a coefficient depending on the contact material. The estimation formula includes errors due to arc duration and current asymmetry, and may have low accuracy.
本発明の目的は、精度の高い消耗量の推定を可能にする開閉装置及びその電極交換方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a switchgear and an electrode replacement method for the switchgear that make it possible to estimate a consumption amount with high accuracy.
上記目的は、第一電極と、前記第一電極に対して相対移動可能な第二電極と、開始信号に基づいて前記第二電極を駆動する駆動手段と、前記第一電極と前記第二電極との間のアークを検出するアーク検出手段と、前記第一電極と前記第二電極との相対速度と、前記アークの発生を検出した時刻と前記開始信号の時刻の時間差との比に基づいて、前記第一電極と前記第二電極の電極消耗量を演算する演算手段とを備えた開閉装置によって達成される。 The object is to provide a first electrode, a second electrode movable relative to the first electrode, a driving means for driving the second electrode based on a start signal, the first electrode and the second electrode. Arc detecting means for detecting an arc between the first electrode and the second electrode, and a ratio of a time difference between the time when the occurrence of the arc is detected and the time of the start signal. This is achieved by a switchgear provided with a calculation means for calculating an electrode consumption amount of the first electrode and the second electrode.
本発明によれば、精度の高い消耗量の推定を可能にする開閉装置及びその電極交換方法を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a switchgear and an electrode replacement method thereof that enable estimation of a consumption amount with high accuracy.
以上にて説明した開閉器の電極消耗量の計測について,ガス絶縁開閉装置およびガス絶縁開閉装置に組み込まれたガス遮断器を参考にし,図面を参照しつつ本実施例を説明する。 Regarding the measurement of the electrode consumption of the switch described above, this embodiment will be described with reference to the drawings with reference to the gas insulated switchgear and the gas circuit breaker incorporated in the gas insulated switchgear.
図1は,実施形態に係るガス絶縁開閉装置の構成を示す断面図である。ガス絶縁開閉装置は,遮断器1,断路器2,接地開閉器3,計器用変流器4,計器用変圧器5などにより構成されている。高電圧導体6はアルミニウムや銅などの金属材料で構成された円筒形状の導体であり,円筒状の金属容器の接地タンク7の中に絶縁スペーサ8によって支持・固定されている。絶縁スペーサ8は接地タンク7間に挟みこまれることで,接地タンク7の軸線と直行した状態で接地タンク7内に取り付けられており,高電圧導体6は絶縁スペーサ8の埋め込み導体と接続され,接地タンク7の軸線と高電圧導体6の軸線が一致している。接地タンク7内には,絶縁性能の高いSF6ガスが封入されている。
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a gas insulated switchgear according to an embodiment. The gas insulated switchgear includes a
図2は,実施形態に係る遮断器1の構成を示す断面図である。遮断器1は主接点の内の固定側電極10と固定側電極11, 可動側電極カバー12, ノズル13で構成される。固定側電極10および固定側電極11は操作ロッドを介して油圧操作器やばね操作器へと接続される。図1の遮断器1において,固定側電極10および固定側電極11は遮断位置にあり,投入動作には図中の矢印方向へそれぞれ移動する。
図3は,遮断器1の投入動作時の様子を示した図である。図3(a)では固定側電極10と固定側電極11が遮断位置にある。固定側電極10と固定側電極11の投入動作開始後,図3(b)のように固定側電極10と固定側電極11は近づく。固定側電極10と固定側電極11が近づくことにより,固定側電極10と固定側電極11の間には先行アーク14が発生する。先行アーク14は電磁波を発し,固定側電極10と固定側電極11の間には電流が流れる。図3(c)は投入動作完了後の様子を示す。このとき,固定側電極10と固定側電極11は接続され閉状態となり,先行アーク14は消滅する。
FIG. 3 is a diagram showing a state during the closing operation of the
図4は,主接点電極消耗量計測の実施形態を示す図である。遮断器1は主回路15に接続され,アークが発する電磁波計測用のアンテナ16とトリップ回路17は演算装置18に接続される。図4(a)は,投入開始前の状態を示しており,トリップ回路は開極状態にある。投入動作が開始すると,図4(b)のようにトリップ回路は閉極する。投入動作開始と同時にトリップ回路17の端子には電圧が印加される。演算装置18にてこの電圧を計測する。アークが発する電磁波計測用のアンテナ16と演算装置18は図1におけるハンドホール9部に取り付けられている。
FIG. 4 is a diagram showing an embodiment of main contact electrode consumption measurement. The
図5は,図4の投入動作時における主回路15に流れる主回路電流の信号19,アークが発する電磁波計測用のアンテナ16を用いて計測した先行アーク14が発する電磁波の信号19,投入動作開始を知らせるトリップ信号21のタイミングを示した図である。図6に示すように,投入動作開始時刻aにてトリップ信号21が出力され,固定側電極10と固定側電極11が近づいたときに先行アーク14が発生し,アークが発する電磁波計測用のアンテナ16により先行アークが発する電磁波信号20が出力される。先行アーク発生時刻と同時に主回路15には主回路電流が流れる。図4の演算装置18にて,投入動作開始時刻aおよび先行アーク発生時刻bの時間差Tabを計測する。このとき,投入動作開始時刻aがわかればよいので, 投入動作開始時刻aを計測する信号はトリップ信号に限るものではなく補助接点信号でもよい。また,先行アークの発生時刻bにおいても同様であり, 先行アークの発生時刻bを計測する検出器は, アークが発する電磁波計測用のアンテナ16に限るものではなく,アークの発生時刻bを計測できる検出器であればよい。たとえば,光検出器を用いてもよい。アークが発する電磁波計測用のアンテナ16と同様に,アークが発する光を計測する検出器も図1のハンドホール9部に取り付けられる。
FIG. 5 shows the
図6は,電極消耗前と電極消耗後の遮断位置における固定側電極10の先端から固定側電極11の先端までの距離の違いを示した図である。図6(a)は電極消耗前の遮断位置,図6(b)は電極消耗後の遮断位置を示す。電極が消耗すると,電極消耗前の遮断位置における固定側電極10の先端から固定側電極11の先端までの距離L1に比べて電極消耗後の遮断位置における固定側電極10の先端から固定側電極11の先端までの距離L2は長くなる。L1とL2の差が電極消耗量ΔL12となる。この電極消耗量ΔL12は,投入動作時における固定側電極10と固定側電極11の移動速度から求めた相対速度V1と,投入動作開始時刻aおよび先行アーク発生時刻bの時間差Tabの比から求めることができる。あらかじめ,演算装置18にはL1とV1を記憶させておき,投入動作開始時刻aおよび先行アーク発生時刻bの時間差Tabの計測後,V1とTabからL2を導出する。ΔL12は式(1)を用いて以下のように計算できる。
ΔL12 = L2 - L1
= Tab×V1 - L1 (1)
FIG. 6 is a diagram showing the difference in distance from the tip of the
ΔL 12 = L 2 -L 1
= Tab × V 1 -L 1 (1)
図7に主接点電極交換時期の予測方法を示す。図7の横軸は日付,縦軸は電極消耗量である。図7に示すように,演算装置18に記憶された電極消耗量ΔL12より,電極消耗量が閾値となる時期を直線近似してに求めることで電極消耗量の交換時期を予測する。
FIG. 7 shows a method of predicting the main contact electrode replacement time. The horizontal axis in FIG. 7 is the date, and the vertical axis is the amount of electrode consumption. As shown in FIG. 7, from the electrode consumption amount ΔL 12 stored in the
図8は,遮断器1の開極動作時の様子を示した図である。図8(a)では固定側電極10と固定側電極11は接続され投入位置にある。開極動作開始後,固定側電極10と固定側電極11は図3(a)の矢印方向に移動する。この際,固定側電極10と固定側電極11の間にはアーク13が発生する。アーク13は光を発しし,このとき,主回路にはアーク13よって主回路電流が流れている。図8(c)は開極動作完了後の様子を示す。固定側電極10と固定側電極11は遮断位置にあり,固定側電極10と固定側電極11の距離も十分に長いことからアーク13は消滅し,主回路電流もゼロとなる。
FIG. 8 is a diagram illustrating a state in which the
図9は,開極動作時における主回路15に流れる主回路電流の信号19,アークが発する光を計測する検出器23を用いて計測したアーク光の信号24,開極動作開始を知らせるトリップ信号21のタイミングを示した図である。図9に示すように,開極動作開始時刻cにてトリップ信号21が出力され,固定側電極10と固定側電極11が開極したと同時にアーク13が発生する。アークが点いている間は主回路15には主回路電流が流れるが,アーク消滅時刻eの直後では主回路電流はゼロとなる。図4の演算装置18にて,開極動作開始時刻cおよびアーク発生時刻dの時間差Tcdを計測する。
FIG. 9 shows a
図10は,電極消耗前と電極消耗後の投入位置における固定側電極10と固定側電極11の距離の違いを示した図である。図10(a)は電極消耗前の投入位置,図10(b)は電極消耗後の投入位置を示す。電極が消耗すると,電極消耗前の投入位置における固定側電極10の先端から固定側電極11の先端までの距離L3に比べて電極消耗後の投入位置における固定側電極10の先端から固定側電極11の先端までの距離L4は短くなる。L3とL4の差が電極消耗量ΔL34となる。この電極消耗量ΔL34は,開極動作時における固定側電極10と固定側電極11の移動速度から求めた相対速度V3と,開極動作開始時刻cおよびアーク発生時刻dの時間差Tcdの比から求めることができる。あらかじめ,演算装置にはL3とV3を記憶させておき,開極動作開始時刻cおよびアーク発生時刻dの時間差Tcdの計測後,V3とTcdからL4を導出する。ΔL34は式(2)を用いて以下のように計算できる。
ΔL34 = -(L4 - L3)
= -(Tcd×V3 - L3) (2)
FIG. 10 is a diagram showing a difference in distance between the fixed
ΔL 34 =-(L 4 -L 3 )
=-(Tcd × V 3 -L 3 ) (2)
実施例によれば、主接点電極の消耗量をアークの発生時刻と主接点電極の動作開始時刻に基づき導出するため,主接点の電極消耗量を正確に外部から把握し,開閉器の内部を目視点検することなく主接点電極の交換時期や開閉器の余寿命を予測し, 計画的な更新および補修を策定可能にする。SF6ガスをタンク内に充填したガス絶縁開閉装置やガス遮断器においては,SF6ガスの回収や充填作業が不要となるため,点検のための付帯作業時間を短縮できる。 According to the embodiment, the amount of consumption of the main contact electrode is derived based on the arc occurrence time and the operation start time of the main contact electrode. Without visual inspection, it is possible to predict the replacement timing of the main contact electrode and the remaining life of the switch, and to make planned updates and repairs. The SF 6 gas in the gas insulated switchgear and gas circuit breaker which is filled in the tank, since the collection and filling work of the SF 6 gas is not required, can be shortened supplementary work time for inspection.
1.遮断器,
2.断路器,
3.接地開閉器,
4.計器用変流器,
5.計器用変圧器,
6.高電圧導体,
7.接地タンク,
8.絶縁スペーサ,
9.ハンドホール,
10.固定側電極,
11.可動側電極,
12.可動側電極カバー,
13.ノズル,
14.先行アーク,
15.主回路,
16.アークが発する電磁波計測用のアンテナ,
17.トリップ回路,
18.演算装置,
19.主回路電流の信号,
20.先行アークが発する電磁波信号,
21.トリップ信号,
22.アーク,
23.アークが発する光を計測する検出器,
24.アーク光の信号,
a.投入動作開始時刻,
b.先行アーク発生時刻,
L1.電極消耗前の遮断位置における固定側電極の先端から可動側電極の先端までの距離,
L2.電極消耗後の遮断位置における固定側電極の先端から可動側電極の先端までの距離,
ΔL12.電極消耗量,
V1.投入動作時における主接点電極の相対的な移動速度,
c.開極動作開始時刻,
d.アーク発生時刻,
e.アーク消滅時刻,
L3.電極消耗前の投入位置における固定側電極の先端から可動側電極の先端までの距離,
L4.電極消耗後の投入位置における固定側電極の先端から可動側電極の先端までの距離,
ΔL34.電極消耗量,
V3.開極動作時における主接点電極の相対的な移動速度
1. Circuit breaker,
2. Disconnector,
3. Ground switch,
4). Current transformer for instrument,
5. Instrument transformers,
6). High voltage conductor,
7). Ground tank,
8). Insulation spacer,
9. Handhole,
10. Fixed electrode,
11. Movable electrode,
12 Movable electrode cover,
13. nozzle,
14 Leading arc,
15. Main circuit,
16. Antenna for measuring electromagnetic waves generated by arcs,
17. Trip circuit,
18. Arithmetic unit,
19. Main circuit current signal,
20. Electromagnetic wave signal emitted by the leading arc,
21. Trip signal,
22. arc,
23. Detector to measure the light emitted by the arc,
24. Arc light signal,
a. Input operation start time,
b. Preceding arc occurrence time,
L 1 . The distance from the tip of the fixed electrode to the tip of the movable electrode at the blocking position before electrode consumption,
L 2 . The distance from the tip of the fixed electrode to the tip of the movable electrode at the blocking position after electrode consumption,
ΔL 12 . Electrode consumption,
V 1 . The relative movement speed of the main contact electrode during the closing operation,
c. Opening operation start time,
d. Arc occurrence time,
e. Arc extinction time,
L 3 . The distance from the tip of the fixed electrode to the tip of the movable electrode at the loading position before electrode consumption,
L 4 . The distance from the tip of the fixed electrode to the tip of the movable electrode at the loading position after electrode consumption,
ΔL 34 . Electrode consumption,
V 3 . Relative moving speed of main contact electrode during opening operation
Claims (4)
前記第一電極に対して相対移動可能な第二電極と、
開始信号に基づいて前記第二電極を駆動する駆動手段と、
前記第一電極と前記第二電極との間のアークを検出するアーク検出手段と、
前記第一電極と前記第二電極との相対速度と、前記アークの発生を検出した時刻と前記開始信号の時刻の時間差との比に基づいて、前記第一電極と前記第二電極の電極消耗量を演算する演算手段とを備えた開閉装置。 A first electrode;
A second electrode movable relative to the first electrode;
Driving means for driving the second electrode based on a start signal;
Arc detecting means for detecting an arc between the first electrode and the second electrode;
Based on the relative speed between the first electrode and the second electrode, and the ratio of the time difference between the time when the occurrence of the arc is detected and the time of the start signal, the electrode wear of the first electrode and the second electrode An opening / closing device comprising a calculation means for calculating a quantity.
前記アーク検出手段は、アークを電磁波又は光により検出することを特徴とする開閉装置。 In claim 1,
The arc detecting means detects an arc by electromagnetic waves or light.
SF6ガスが内部に充填されたタンクを備え、
前記第一電極と前記第二電極が、前記タンクの内部に設置されたことを特徴とする開閉装置。 In claim 2,
Equipped with a tank filled with SF 6 gas,
The switchgear characterized in that the first electrode and the second electrode are installed inside the tank.
前記演算手段の出力に基づいて、前記第一電極と前記第二電極の交換時期を予測し、
前記予測に基づいて、前記第一電極と前記第二電極の交換を行うことを特徴とする開閉装置の電極交換方法。 A first electrode; a second electrode movable relative to the first electrode; a driving means for driving the second electrode based on a start signal; and between the first electrode and the second electrode Based on the arc detection means for detecting the arc, the relative speed between the first electrode and the second electrode, and the ratio of the time difference between the time when the occurrence of the arc is detected and the time of the start signal, An electrode exchange method for a switchgear comprising an electrode and a calculation means for calculating an electrode consumption amount of the second electrode,
Based on the output of the computing means, predict the replacement time of the first electrode and the second electrode,
An electrode exchange method for a switchgear, wherein the first electrode and the second electrode are exchanged based on the prediction.
Priority Applications (1)
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JP2018032697A JP2019149264A (en) | 2018-02-27 | 2018-02-27 | Switching device and electrode replacement method thereof |
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