JP2629413B2 - 開閉機器の電磁コイル異常検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、主に高圧あるいは特高電圧以上の電気を
利用する工場，変電所等の受配電設備で使われている電
力用開閉機器すなわち遮断器，負荷開閉器，断路器など
の投入コイルや引外しコイルなど、操作もしくは制御用
電磁コイルの異常の有無を検出する電磁コイル異常検出
装置に関する。ここで、「操作」は開閉機器の可動接触
子を１つの位置から隣の位置へ移動させることを意味
し、「制御」は操作装置を動作させるための電磁コイル
などを操作の目的（開路か閉路か）に従って付勢あるい
は消勢することを意味するものとする。

〔従来の技術〕

従来、電力用開閉機器の投入コイルや引外しコイルな
ど、操作もしくは制御用電磁コイルの異常検出は、第４
図に例示する操作・制御回路において、例えば、開閉機
器を投入する場合、手動により投入スイッチ4aをONする
ことにより、投入操作用電磁コイルである投入コイル1a
に流れかつこの流れが電磁開閉器５のａ接点5aにより投
入スイッチ4aの途中off後も保持される投入操作電流
（以下単に投入電流もしくは投入コイル電流と記す）i_c
をセンサ7aで検出して第３図のピークホールド回路10ま
たは電流流通時間積算回路11に送り込み、 （１）投入電流i_cの最大値i_cp（第５図） （２）投入電流i_cの流れ始めてから開閉機器と機械的に
連動する補助開閉器のａ接点が閉じるまでの時間t_c（第
５図） のいずれかを、比較判定回路12（第３図）内に設定され
た基準値と比較することにより行っていた。投入コイル
1aが劣化して例えばレアショート（層間短絡）が生じて
いると投入コイルのインピーダンスが小さくなり、i_cp
が大きくなるとともにt_cが短くなる。i_cpが過大になる
と投入コイルの健全部が過熱し、またアレショートの範
囲が拡大するため、i_cpの許容上限値あるいはt_cの許容
下限値を基準値として設定し、この基準値とピークホー
ルド開路10からの出力もしくは電流流通時間積算回路11
からの出力とを比較しつつ電磁コイルの異常の進行を防
止していた。

尚、上述は引外しコイルの異常検出においても同様に
説明される。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、電力用開閉機器の操作もしくは制御電圧は
定格値が通常直流100Vであり、この電圧は蓄電池から供
給されるのが普通である。従って蓄電池の充電完了初期
と放電終期とでは操作もしくは制御電圧に差異が生じ、
操作もしくは制御電圧の変動が85〜140Vの範囲で生じう
る。このため、例えば、投入コイルが投入操作用電磁石
のコイルである場合には、このコイルを操作電圧が定格
値100Vのときに開閉機器が最適投入動作を行うように設
計すると、操作電圧が140Vのときには投入終端での機械
的衝撃が過大となるため、規格では操作電圧の許容変動
範囲を85〜110Vと狭く制限している。そして、この許容
変動範囲内で操作電圧が高い方へ変動するとi_cpが大き
くなり、t_cが短くなる。また操作電圧が低い方へ変動す
るとi_cpが小さくなり、t_cが長くなる。すなわち、i_cpま
たはt_cの正常値にもおのずと幅が存在する。従って、i
_cpおよびt_cなどの許容値すなわち異常判定のための基準
値は、電磁コイルが正常なときの操作もしくは制御電圧
の許容最大値における値に設定することになる。

第７図に、レアショートを生じている投入コイルのシ
ョート部分の層数とコイルの全層数との比すなわちレア
ショート率ηと、操作電圧をパラメータとした投入電流
流通時間t_cとの関係を手許の開閉機器を用いて求めた実
験結果を示す。図において、下限を示す曲線Ａは操作電
圧110Vに対するものであり、上限を示す曲線Ｂは操作電
圧85Vに対するものである。前述の基準値設定の仕方か
ら、t_cの基準値は84msとなり、従って、従来のように、
この値のみで異常の有無を検出しようとすると、操作電
圧が85Vの場合には、レアショート率η＝35％まではレ
アショートがあってもこれを検出できないことになる。
もちろん、これは最悪のケースであるけれども、このよ
うに操作電圧が変動した場合にもっとレアショート率が
小さいうちにレアショートの存在を検出することのでき
る方法ないしは装置の出現が望まれていた。

この発明の目的は、従来の電磁コイル異常検出装置と
比較して構成をさほど複雑化することなくレアショート
率など、電磁コイルの異常の程度が従来よりも小さいう
ちにこの異常を検出しうる電磁コイル異常検出装置の構
成を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、この発明においては、電
磁コイル異常検出装置を、開閉機器の開閉操作時に投入
コイルや引外しコイルなど、操作もしくは制御用電磁コ
イルに供給され開閉機器の可動接触子と連動して遮断さ
れる操作もしくは制御電流と相似な波形を有する電気信
号が入力され該信号波形の波高値を出力するピークホー
ルド回路または該信号波形の継続時間を出力する電流流
通時間積算回路と、前記信号波形の波高値または継続時
間と操作もしくは制御電圧とが入力され該操作もしくは
制御電圧と前記信号波形の波高値または継続時間とを用
いて所定の演算を行う演算回路と、該演算の結果を予め
設定された基準値と比較する比較判定回路とを備え、該
比較判定回路の出力から電磁コイルの異常を検出する装
置とするか、または、開閉機器の開閉操作時に投入コイ
ルや引外しコイルなど、操作もしくは制御用電磁コイル
に供給され開閉機器の可動接触子と連動して遮断される
操作もしくは制御電流と相似な波形を有する電気信号が
入力され該信号波形の波高値を出力するピークホールド
回路と、該信号波形の継続時間を出力する電流流通時間
積算回路と、前記両回路からそれぞれ出力された信号波
形の波高値と継続時間とを用いて所定の演算を行う演算
回路と、該演算の結果を予め設定された基準値と比較す
る比較判定回路とを備え、該比較判定回路の出力から電
磁コイルの異常を検出する装置とするものとする。

〔作用〕 この発明は、従来の異常検出の場合のように、異常の
有無を判定基準となる基準値を、操作もしくは制御電流
の流通時間や最大波高値などの単一量とするよりも、操
作もしくは制御電圧などの可変量や、この可変量によっ
て変化する操作もしくは制御電流流通時間，最大波高値
を適宜に組み合わせた複合量とすることにより、例えば
第７図における曲線ＡとＢのような、操作もしくは制御
電圧の上限と下限とで得られる２つの曲線の間隔を狭め
うる可能性に着目したものである。一例として、異常検
出の対象とする電磁コイルを投入操作用電磁石のコイル
とし、操作電圧v_o,操作電流流通時間t_c,操作電流波高値
i_cpの組合わせを、これら各量の積または商として検出
可能なレアショート率ηを求めた実験結果を第11図に示
す。この実験結果によれば、検出されるレアショート率
ηが従来よりも小さくなる各量の組合わせは、 （１） t_c×v_o （２） i_cp/v_o （３） t_c/i_cp,t_c/i_cp ² となることが分る。このようにして１つの電磁コイルに
おける基準値の与え方が求まれば、同種の電磁コイルの
異常検出を、この組合わせによる基準値を用いて行うこ
とにより、異常が大きく進行する前に異常の存在を知る
ことができる。

〔実施例〕

第１図に本発明による電磁コイル異常検出装置構成の
第１の実施例を示す。この構成は、電磁コイルが投入コ
イルのような操作用、引外しコイルのような制御用いず
れの場合であっても同じであり、図中括弧なしのものが
投入コイルに対応するもの、括弧付きのものが引外しコ
イルに対応するものを示す。

演算増幅器を用いて構成され投入コイル電流と相似な
波形を有する電気信号が入力されて該信号波形中の波高
値i_cpを出力するピークホールド回路10または同様に演
算増幅器を用いて構成され入力された信号波形の継続時
間t_cを出力する電流流通時間積算回路11と、前記i_cpま
たはt_cと操作電圧v_oとが入力され、i_cp/v_oまたはt_c×v_o
を演算して出力する演算回路13と、この演算回路13から
出力されたi_cp/v_oまたはt_c×v_oの値をそれぞれの基準値
と比較する，演算増幅器を用いて構成した比較判定回路
12とを用いて装置が構成されている。この装置構成によ
る実験結果を第８図に示す。第８図は異常検出をt_c×v_o
の値を用いて行う場合のレアシュート率ηとt_c×v_oとの
関係を、v_oをパラメータとして示したものであり、検出
可能なレアショート率ηが20％以下と、従来の35％を大
きく下まわることが分る。

第２図の本発明による電磁コイル異常検出装置構成の
第２の実施例を示す。この実施例においても装置を構成
する各回路はいずれも演算増幅器を用いて構成されてお
り、ピークホールド回路10と、電流流通時間積算回路11
と、これら両回路の出力i_cp,t_cを用いて、t_c/i_cpまたは
t_c/i_cp ²を演算して出力する演算回路13と、この演算回
路13から出力されたt_c/i_cpまたはt_c/i_cp ²の値をそれぞ
れの基準値と比較する比較判定回路12を用いて装置が構
成されている。この装置構成による実験結果を第９図お
よび第10図に示す。第９図および第10図はそれぞれ、異
常検出をt_c/i_cpおよびt_c/i_cp ²の値を用いて行う場合の
レアショート率ηとt_c/i_cpおよびt_c/i_cp ²との関係を、
操作電圧v_oをパラメータとして示したものである。この
場合には検出可能なレアショート率ηが25％以下と、や
はり従来と比べて大幅に小さくなることが分かる。

〔発明の効果〕

以上に述べたように、本発明においては、開閉機器の
操作もしくは制御用電磁コイル異常上検出装置を、開閉
機器の開閉操作時に投入コイルや引外しコイルなど、操
作もしくは制御用電磁コイルに供給され開閉機器の可動
接触子と連動して遮断される操作もしくは制御電流と相
似な波形を有する電気信号が入力され該信号波形の波高
値を出力するピークホールド回路または該信号波形の継
続時間を出力する電流流通時間積算回路と、前記信号波
形の波高値または継続時間と操作もしくは制御電圧とが
入力され該操作もしくは制御電圧と前記信号波形の波高
値または継続時間とを用いて所定の演算を行う演算回路
と、該演算の結果を予め設定された基準値と比較する比
較判定回路とを用いて構成するか、あるいは開閉機器の
開閉操作時に投入コイルや引外しコイルなど、操作もし
くは制御用電磁コイルに供給され開閉機器の可動接触子
と連動して遮断される操作もしくは制御電流と相似な波
形を有する電気信号が入力され該信号波形の波高値を出
力するピークホールド回路と、該信号波形の継続時間を
出力する電流流通時間積算回路と、前記両回路からそれ
ぞれ出力された信号波形の波高値と継続時間とを用いて
所定の演算を行う演算回路と、該演算の結果を予め設定
された基準値と比較する比較判定回路とを用いて構成
し、従来のように電磁コイルの異常検出をコイル電流の
波高値や流通時間などの単一量で行うのでなく、所定の
範囲内で変動することのある操作もしくは制御電圧と、
この電圧により変動するコイル電流の波高値または流通
時間とを組み合わせ、各量の積あるいは商などによる複
合量を基準値と比較して行うようにしたので、操作もし
くは制御電圧の上限と下限とで得られる２つの複合量の
異常率（レアショート率などの）依存曲線の間隔が狭ま
り、異常の程度が従来よりも大幅に小さいうちにこれを
検出することが可能になる。そしてこの効果を、従来の
検出装置に演算回路を追加しただけの簡素な装置構成で
得ることができる。

なお、上述の説明では、電磁コイル電流の流通時間と
して、電磁コイルに電流が流れ始めてから開閉機器本体
と連動する補助開閉器のａ接点が接触または開離するま
での時間を用いるものとしているが、開閉機器本体と連
動して遮断されるまでの時間（T_cまたはT_o）を用いても
同様の効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はそれぞれ本発明による電磁コイル
異常検出装置構成の異なる実施例を示すブロック回路
図、第３図は従来の電磁コイル異常検出装置構成の一例
を示すブロック回路図、第４図は開閉機器における操作
・制御回路の一例を示す回路図、第５図および第６図は
それぞれ投入コイル電流および引外しコイル電流におけ
る電流波高値ならびに電流流通時間の定義を示す説明
図、第７図は従来の電磁コイル異常検出装置における検
出量の一例と、この検出量と，電磁コイルが投入コイル
である場合のコイルのレアショート率との関係を実験に
より操作電圧をパラメータとして求めた線図、第８図，
第９図および第10図はそれぞれ本発明による電磁コイル
異常検出装置における検出量の異なる例と、それぞれの
検出量と，電磁コイルが投入コイルである場合のコイル
のレアショート率との関係を実験により操作電圧をパラ
メータとして求めた線図、第11図は異常検出対象の電磁
コイルを投入コイルとし、検出量が異なる場合の検出可
能なレアショート率を、従来および本発明による電磁コ
イル異常検出装置を用いて求めた実験結果を示す図であ
る。 1a:投入コイル、1b:引外しコイル、10:ピークホールド
回路、11:電流流通時間積算回路、12:比較判定回路、1
3:演算回路。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】開閉機器の開閉操作時に投入コイルや引外
   しコイルなど、操作もしくは制御用電磁コイルに供給さ
   れ開閉機器の可動接触子と連動して遮断される操作もし
   くは制御電流と相似な波形を有する電気信号が入力され
   該信号波形の波高値を出力するピークホールド回路また
   は該信号波形の継続時間を出力する電流流通時間積算回
   路と、前記信号波形の波高値または継続時間と操作もし
   くは制御電圧とが入力され該操作もしくは制御電圧と前
   記信号波形の波高値または継続時間とを用いて所定の演
   算を行う演算回路と、該演算の結果を予め設定された基
   準値と比較する比較判定回路とを備え、該比較判定回路
   の出力から電磁コイルの異常を検出する開閉機器の電磁
   コイル異常検出装置。
2. 【請求項２】開閉機器の開閉操作時に投入コイルや引外
   しコイルなど、操作もしくは制御用電磁コイルに供給さ
   れ開閉機器の可動接触子と連動して遮断される操作もし
   くは制御電流と相似な波形を有する電気信号が入力され
   該信号波形の波高値を出力するピークホールド回路と、
   該信号波形の継続時間を出力する電流流通時間積算回路
   と、前記両回路からそれぞれ出力された信号波形の波高
   値と継続時間とを用いて所定の演算を行う演算回路と、
   該演算の結果を予め設定された基準値と比較する比較判
   定回路とを備え、該比較判定回路の出力から電磁コイル
   の異常を検出する開閉機器の電磁コイル異常検出装置。