JP2020136443A - 真空バルブ式負荷時タップ切換装置の切換開閉器の接点消耗量を推定する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 既存の真空バルブ式負荷時タップ切換装置を改良することなく、切換開閉器における接点の消耗量を推定できる方法を提供する。【解決手段】 真空バルブ式負荷時タップ切換装置は、切換開閉器の切換スイッチを機械的な動作によって駆動させてタップ選択器のタップを切換えているため、タップを切換えた時に切換スイッチの可動接点と固定接点間の摩擦により接点が消耗して金属粉が発生する。そして、接点の消耗が進行すると、絶縁油の劣化により生成されるスラッジ中の接点材料元素（例えば、銀、タングステン、銅など）の濃度が増加する。そこで、定期点検時などに負荷時タップ切換装置から絶縁油を採油し、採油した絶縁油中の金属の濃度の関係から接点の摩耗量を推定する。【選択図】 図３

Description

本発明は、真空バルブ式負荷時タップ切換装置の切換開閉器における接点の消耗量を推定するものである。

従来から、切換開閉器における接点の消耗量を判断するために、負荷時タップ切換装置の使用年数やタップ切換動作の回数を表示する計数器の数値を基準にして、これらの数値が一定値以上に達すると注意レベル又は交換レベルとしていた。しかし、負荷によって同じ切換動作回数においても接点の消耗量に差異があるので、切換回数と接点消耗量の関係に信頼性が乏しいという問題があった。

他方、このような問題を解決できる手段として、下記特許文献１の図１に示すように、切換開閉器の絶縁油を浄化する活線浄油機に、切換開閉器から活線浄油機に供給される絶縁油が含む金属粉の濃度を検知する検知部と、検知された金属粉濃度に基づき、接触子（以下、接点）の消耗度（以下、消耗量）を診断する診断部を備えた負荷時タップ切換装置の異常診断システムが提案されている。前記異常診断システムは、接点が消耗するタップ切換動作時に活線浄油機を起動させて、絶縁油の金属粉濃度を測定し、金属粉濃度を基準に切換開閉器の接点の消耗量を推定するので、定量的に接点の消耗量を推定できる。

特開２０１７−０５４８５７

然るに、上記特許文献１記載の解決手段において、絶縁油を浄化する活線浄油機のポンプを使用して絶縁油を検知部に供給しているので、活線浄油機を採用していない真空バルブ式負荷時タップ切換装置では接点の消耗度を推定できない問題がある。

本発明は、前述の問題点を解決できるものであり、真空バルブ式負荷時タップ切換装置の接点の消耗量を定量的に判断できる手段を提供するものである。

請求項１記載の発明は、真空バルブ式負荷時タップ切換装置を構成する切換開閉器室内から絶縁油を採油した後、採油した絶縁油に含まれるスラッジを回収して、前記スラッジに含まれる元素分析を行うことで、切換開閉器の接点に使用されている金属成分の濃度を求め、この金属成分の濃度から切換開閉器の接点消耗量を推定することを特徴とする真空バルブ式負荷時タップ切換装置の切換開閉器の接点消耗量を推定する方法。

請求項２記載の発明は、真空バルブ式負荷時タップ切換装置を構成する切換開閉器室内から絶縁油を採油した後、採油した絶縁油に含まれるスラッジを回収して、前記スラッジに含まれる元素分析を行うことで、切換開閉器の接点に使用されている金属成分の濃度比率を求め、この各金属成分の濃度比率から切換開閉器の接点消耗量を推定することを特徴とする真空バルブ式負荷時タップ切換装置の切換開閉器の接点消耗量を推定する方法。

請求項１記載の発明によれば、定期点検時などに採油した切換開閉器室内の絶縁油に含まれるスラッジを回収して、前記スラッジに含まれる元素分析を行い、切換開閉器の接点に使用されている金属成分の濃度を求めることで、定量的に真空バルブ式負荷時タップ切換装置の切換開閉器の接点消耗量を推定することができる。

請求項２記載の発明によれば、定期点検時などに採油した切換開閉器室内の絶縁油に含まれるスラッジを回収して、前記スラッジに含まれる元素分析を行い、切換開閉器の接点に使用されている金属成分の濃度比率を求めることで、定量的に真空バルブ式負荷時タップ切換装置の切換開閉器の接点消耗量を推定することができる。

真空バルブ式負荷時タップ切換装置の縦断面図である。 真空バルブ式負荷時タップ切換装置におけるタップ切換動作の一例を示す回路図である。 実機検証データとして得られた切換開閉器の接点消耗量とスラッジ中の金属成分濃度の関係を例示する説明図である。 実機検証データとして得られた切換開閉器の接点消耗量とスラッジ中の金属成分の濃度比率の関係を例示する説明図である。

本発明の実施例について図１及び図２を用いて説明する。図１は変圧器等の油入電気機器Ａに付属した既存の真空バルブ式負荷時タップ切換装置１の縦断面図である。図１において、２は油入電気機器Ａのタンク３に取り付けられた負荷時タップ切換装置１を構成する切換開閉器、４はタップ選択器である。

２ａは切換開閉器２の容器２ｂ内に収納される切換開閉器本体であり、５は容器２ｂ内から連通管６を介してコンサベータ７内に充填された絶縁油である。

８は切換開閉器本体２ａとタップ選択器４の動作を制御する電動操作機構、９は電動操作機構の動力を切換開閉器本体２ａとタップ選択器４に伝達する動力伝達機構である。

１０はコンサベータ７に呼吸管１１を介して接続される呼吸器であり、呼吸器１０内には図示しないシリカゲルやモレキュラーシーブ等の吸湿剤が充填されている。

図２は真空バルブ式負荷時タップ切換装置１におけるタップ切換動作の一例を示す回路図である。図２において、ＴＷは油入電気機器Ａのタップ巻線、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４，Ｔ５、Ｔ６・・・はタップ巻線ＴＷに複数備えるタップ、Ｍ１、Ｍ２はタップ選択器４の可動接点である。

Ｒは限流抵抗器、Ｖは真空バルブ、Ｃ１は真空バルブＶに直列接続された機械式の切換スイッチ（以下、第１の切換スイッチという）、Ｃ２は限流抵抗器Ｒに直列接続された機械式の切換スイッチ（以下、第２の切換スイッチという）である。

なお、図１では図示していないが、切換開閉器本体２ａは真空バルブＶ、真空バルブＶに直列接続された第１の切換スイッチＣ１、限流抵抗器Ｒに直列接続された第２の切換スイッチＣ２で構成されている。

タップ巻線ＴＷの偶数タップＴ２から奇数タップＴ３への切換動作について、図２で説明する。図２の左から順に示すように、初めに第２の切換スイッチＣ２を偶数タップ側接点Ｃ２−１から奇数タップ側接点Ｃ２−２へ切換える。次に真空バルブＶを開き通電停止の状態で第１の切換スイッチＣ１を偶数タップ側接点Ｃ１−１から奇数タップ側接点Ｃ２−２へ切換える。続いて、真空バルブＶを閉じて真空バルブＶに負荷電流を流す（通電する）ことで、偶数タップＴ２から奇数タップＴ３への切換動作を完了する。

タップを切換える際、切換開閉器２においては、図１に示す電動操作機構８による動力が図示しない蓄勢バネなどから構成される蓄勢機構に蓄えられ、この蓄勢力によって図２に示す切換スイッチＣ１及びＣ２において、偶数タップ側接点から奇数タップ側接点又は奇数タップ側接点から偶数タップ側接点へ切換えが高速で行われる。

この高速の接点切換により、切換スイッチＣ１及びＣ２の接点が摩擦により摩耗して接点において金属粉が発生し、この金属粉が絶縁油５の酸化等の経年劣化により発生する汚泥物質と共にスラッジとなる。

なお、スラッジはほとんど沈降しているので、実際に油中に浮遊しているのは一部分であり、正確な濃度測定のためには、沈降しているスラッジを何らかの方法で浮遊させ、分散させることで油中の濃度を均一にする必要がある。このため、撹拌、揺動、超音波振動子などにより容器２ｂ内で沈降しているスラッジを均一にし、絶縁油を採油しスラッジ中の金属量を定量する。接点切換回数と金属量の関係から金属濃度が一定水準に到達すれば、接点が損耗したことを示す。

また、分析に使用する測定装置は、ＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分析）装置が好適である。この装置を常圧条件で使用すれば、検出される元素はＮａ以上の原子番号を持つ元素となる。このため、スラッジの大半を占める炭素が検出されないため、金属を精度良く定量することができる。同様に比較的簡易な前処理で分析可能な分析手段であるフレームレスによる原子吸光法、ＷＤＸ（波長分散型Ｘ線分析）法でも良い。

つづいて、真空バルブ式負荷時タップ切換装置１の切換開閉器２の接点消耗量を推定する方法の具体例を図３により説明する。定期点検時などに切換開閉器２の容器２ｂ内の絶縁油５を撹拌してスラッジを均一にしてから絶縁油５を採油した後、採油した絶縁油５に含まれるスラッジをろ過などにより回収して、エネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ）装置等で前記スラッジに含まれる元素分析を行い、切換開閉器本体２ａの接点Ｃ１−１、Ｃ１−２、Ｃ２−１、Ｃ２−２に使用されている金属成分の濃度を求めることで、定量的に接点Ｃ１−１、Ｃ１−２、Ｃ２−１、Ｃ２−２の消耗量を推定することができる。

図３の説明図は切換開閉器の接点消耗量とスラッジ中の金属濃度の相関関係を示している。図３に示すとおり、前記相関関係は明瞭であるので、判断対象である切換開閉器の絶縁油に含まれるスラッジ中の金属濃度を測定すれば、図３の説明図を利用して接点の摩耗量を推定することが可能となる。

しかし、容器２ｂ内では切換開閉器本体２ａを構成するギヤ、駆動軸などにスラッジが付着することにより、撹拌を行っても沈降しているスラッジを完全に均一に浮遊させることが困難となり、絶縁油５の採取毎でのスラッジ中の金属濃度分析のバラツキが大きくなる場合がある。長年の経験をもとに、切換開閉器２の絶縁油５中に浮遊しているスラッジ中の構成元素と、切換接点の損耗の関係を調査したところ、構成元素の比率の結果と接点損耗量に相関の高い関係が得られた。構成元素の比率を利用すると、より精度が高く接点消耗量を推定することができる。

ここでは、銀メッキされた銅製の接点を例に挙げて説明する。図４は接点消耗量とＣｕ／Ａｇの関係を示している。接点の消耗が進むに連れて、接点の素材である銅濃度の比率が増加する。スラッジ中の金属（接点を構成する金属）濃度の比率が一定値に到達したところが、接点の寿命となるため、金属濃度の比率から接点の消耗量を推定することが可能となる。交換時期を適切にすることで、接点を寿命まで使用することができるので、合理的に設備を運用することができる。なお、接点に使用する金属の材質によって、接点損耗が進むに連れて変化する元素の比率が異なる。また、銅タングステン合金の接点の場合は、Ｗ／Ｃｕ、Ｃｕ／Ｓ、Ｃｕ／Ｓｉにも同様に切換回数と接点消耗量に相関性が認められた。このように使用する接点の金属の種類と消耗によって油中に浮遊する金属濃度の比率が変化する関係を切換接点の消耗量（寿命診断）に利用する。

つづいて、真空バルブ式負荷時タップ切換装置１の切換開閉器２の接点消耗量を推定する方法の具体例を図４により説明する。定期点検時などに切換開閉器２の容器２ｂ内から絶縁油５を採油した後、採油した絶縁油５に含まれるスラッジをろ過などにより回収して、エネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ）装置等で前記スラッジに含まれる元素分析を行い、切換開閉器本体２ａの接点Ｃ１−１、Ｃ１−２、Ｃ２−１、Ｃ２−２に使用されている金属元素の濃度比率を求めることで、定量的に接点Ｃ１−１、Ｃ１−２、Ｃ２−１、Ｃ２−２の消耗量を推定することができる。

図４の説明図は切換開閉器の接点消耗量とスラッジ中の金属元素の濃度比率の相関関係を示している。図４に示すとおり、前記相関関係は明瞭であるので、判断対象である切換開閉器の絶縁油に含まれるスラッジ中の金属濃度を測定して金属元素の濃度比率を求めれば、図４の説明図を利用して接点の摩耗量を推定することが可能となる。

真空バルブ式負荷時タップ切換装置を構成する切換開閉器の接点消耗量を定量的に判断して内部点検や接点の交換時期を適切に把握することで、真空バルブ式負荷時タップ切換装置の保守業務の負荷を低減する。経済合理性を考慮して点検周期や交換時期を判断できる。なお、接点消耗量とは、例えば接点が摩耗した量（μｍ）や摩耗した比率などをいう。

１ 真空バルブ式負荷時タップ切換装置
２ 切換開閉器
２ａ 切換開閉器本体
２ｂ 切換開閉器の容器
３ 油入電気機器のタンク
４ タップ選択器
５ 絶縁油
６ 連通管
７ コンサベータ
８ 電動操作機構
９ 動力伝達機構
１０ 呼吸器
１１ 呼吸管
Ａ 油入電気機器
ＴＷ タップ巻線
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６ タップ
Ｍ１、Ｍ２ タップ選択器の可動接点
Ｖ 真空バルブ
Ｒ 限流抵抗器
Ｃ１ 第１の切換スイッチ
Ｃ２ 第２の切換スイッチ
Ｃ１−１、Ｃ２−１ 偶数タップ側接点
Ｃ１−２、Ｃ２−２ 奇数タップ側接点

Claims (2)

1. 真空バルブ式負荷時タップ切換装置を構成する切換開閉器室内から絶縁油を採油した後、採油した絶縁油に含まれるスラッジを回収して、前記スラッジに含まれる元素分析を行うことで、切換開閉器の接点に使用されている金属成分の濃度を求め、この金属成分の濃度から切換開閉器の接点消耗量を推定することを特徴とする真空バルブ式負荷時タップ切換装置の切換開閉器の接点消耗量を推定する方法。
2. 真空バルブ式負荷時タップ切換装置を構成する切換開閉器室内から絶縁油を採油した後、採油した絶縁油に含まれるスラッジを回収して、前記スラッジに含まれる元素分析を行うことで、切換開閉器の接点に使用されている金属成分の濃度比率を求め、この各金属成分の濃度比率から切換開閉器の接点消耗量を推定することを特徴とする真空バルブ式負荷時タップ切換装置の切換開閉器の接点消耗量を推定する方法。

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