JP2805862B2 - 並列コンデンサ用開閉器の寿命検出方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、並列コンデンサ用開閉器の寿命を検出する
方法に関するものである。

［従来の技術］ 第３図は、電力系統に設けられる並列コンデンサ設備
の構成を概略的に示したもので、同図においてEaないし
EcはそれぞれＡ相ないしＣ相の電源、CaないしCcは、そ
れぞれＡ相ないしＣ相の並列コンデンサ、SaないしScは
それぞれＡ相ないしＣ相の並列コンデンサ用開閉器（遮
断器を含む）、CTaないしCTcはそれぞれＡ相ないしＣ相
の主回路電流を検出する変流器である。尚通常開閉器Sa
ないしScと電源との間にそれぞれ断路器が設けられる
が、第１図においてはこれを省略してある。

第３図において、開閉器SaないしScを投入すると、コ
ンデンサCaないしCcには先行アークにより大きな突入電
流が流れ、開閉器の電極が損耗する。次に開閉器Saない
しScを開くと、開閉器の極間に一時遮断アークが生じた
後電流が零点で遮断される。この遮断アークが生じる際
にも開閉器の電極が損耗する。このように電極が損耗し
た開閉器が開かれた際には、電流が零点で一旦遮断され
た後電極間に第４図に示した過渡回復電圧Vaが印加され
る。この場合、極間の絶縁回復特性が例えば第４図の曲
線ａの通りで、過渡回復電圧Vaの上昇よりも早く極間の
絶縁耐力が回復すれば極間に閃絡が生じることなく、電
流の遮断に成功する。しかし極間の絶縁回復が第４図の
曲線ｃのように過渡回復電圧Vaの上昇よりも遅れると、
極間の絶縁が破壊されて閃絡が生じる。電流が遮断され
た後、万一1/4ないし1/2サイクルの期間に閃絡（電流遮
断後1/4ないし1/2サイクルの期間に生じた閃絡を再点弧
という。）が生じると、回路に異常電圧が生じ、回路の
構成機器の絶縁を脅かすことになる。

並列コンデンサ用開閉器（遮断器を含む）は、他の開
閉器に比べて苛酷な条件での開閉を行うことが必要とさ
れる上、圧倒的に多頻度の開閉責務を負っている。従っ
て並列コンデンサ用開閉器の寿命管理には万全を期して
いるが、万一寿命に達し、複数回の再点弧が生じた場合
には、回路に生じる異常な過電圧により、並列コンデン
サ設備の構成機器や変圧器等に多大な損害を与えること
になる。

従来は開閉器の開閉回数を目安にして開閉器の寿命を
管理し、開閉回数が設定された寿命回数に達したとき
に、開閉器を交換するようにしていた。

［発明が解決しようとする課題］ 開閉回数により開閉器の寿命を判定する場合、寿命回
数（寿命判定の基準とする開閉回数）は、開閉器の損耗
のばらつきや、開閉条件の変動等の諸条件をすべて考慮
して裕度を与えて設定する必要がある。そのため、寿命
回数はかなり少なめに設定されるのが常であり、多くの
開閉器はその寿命限界まで使用できないという問題があ
った。

本発明の目的は、並列コンデンサ用開閉器の寿命を適
確に検出し得るようにした並列コンデンサ用開閉器の寿
命検出方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 一般に用いられている並列コンデンサ用開閉器の電流
遮断後の絶縁回復特性は、新品のときには第４図の曲線
ａの通りであり、この状態では電流遮断後閃絡が生じる
ことはない。電極の損耗が進むと同図の曲線ｂのように
なり、絶縁回復特性曲線が過渡回復電圧Vaを示す曲線に
点Ｐで接するようになって、この点Ｐで極間に閃絡が生
じることになる。絶縁回復特性が曲線ｂのような場合、
閃絡が生じる点Ｐは電流遮断後1/4サイクル未満の期間
にある。この場合には、回路に異常電圧は生ぜず、次の
電流零点で遮断に成功する。このように電流遮断後1/4
サイクルが経過する前に発生する閃絡を再発弧と呼び、
遮断に失敗して回路に損害を与える異常過電圧を発生さ
せる再点弧（電流遮断後1/4サイクル以降に生じる閃
絡）と区別する。

第４図の曲線ｂの状態から更に電極の損耗が進むと極
間の絶縁回復特性は同図の曲線ｃのようになる。絶縁回
復特性が曲線ｃのようになった状態から更に電極の損耗
が進むと、電極が割れたり欠けたりして極間の絶縁が非
常に不安定になり、再点弧が生じ易くなる。また電極の
割れにより脱落した部品が開閉器の可動部に食い込んで
思わぬ事故が生じることがある。

上記のように、並列コンデンサ用開閉器では、電極の
損耗が進みと先ず電流遮断後1/4サイクルが経過した時
の時刻より前に再発弧が生じる状態になり、電極の損耗
が更に進むと再発弧時に電極の割れや欠けが生じるよう
になる。電極の割れや欠けが生じると、電流遮断後1/4
サイクルが経過した時の時刻以降に際点弧が生じる状態
になり、回路に異常過電圧が発生する。

これらの状態の内、再発弧が生じる状態では未だ開閉
器を使用しても差支えないが、この状態は寿命の到達が
近い状態であり、要注意の状態である。

そこで、本願第１の発明の方法では、開閉器を通して
流れる電流を検出する手段を設け、該開閉器が開かれて
一旦電流の検出が停止された時の時刻から再び電流が検
出された時の時刻までの時間を寿命判定時間として計測
する。そしてこの寿命判定時間が電流周波数の1/4サイ
クルに相当する時間未満のときに開閉器の電極が寿命到
達に近いことを検出する。

また本願第２の発明では、上記寿命判定時間が電源周
波数の1/4サイクルに相当する時間未満のときに開閉器
の電極が寿命到達に近いことを検出するとともに、寿命
判定時間が電源周波数の1/4サイクルに相当する時間以
上あるときに開閉器の電極が寿命に到達していることを
検出する。

上記の各発明では、寿命判定時間を計測しているが、
この時間を計測することなく、開閉器の回路により電流
の検出が一旦停止された場合に、所定の時間内に再度電
流が検出されるか否かを監視することによっても開閉器
の寿命を判定することができる。

そこで本願第３の発明では、開閉器を通して流れる電
流を検出する手段を設け、該開閉器の開路により電流の
検出が一旦停止された後、再度電流が検出されるか否か
を監視する。そして電流の検出が一旦停止された後電源
周波数の1/4サイクルに相当する時間が経過した時の時
刻より前に再度電流が検出されたときに開閉器の電極が
寿命到達に近いことを検出する。

また本願第４の発明では、電流の検出が一旦停止され
た後電源周波数の1/4サイクルに相当する時間が経過し
た時の時刻より前に再度電流が検出されたときに前記開
閉器の電極が寿命到達に近いことを検出するとともに、
電流の検出が一旦停止された後電源周波数の1/4サイク
ルに相当する時間が経過した時の時刻以降に再度電流が
検出されたときに開閉器の電極が寿命に到達しているこ
とを検出する。

［作 用］ 第３図の回路において、Ａ相の開閉器Saで最初に電流
が遮断されるものとすると、Ａ相ないしＣ相の電流Iaな
いしIcの波形は例えば第５図（Ａ）ないし（Ｃ）のよう
になる。時刻toにおいては電流Iaが遮断された後、極間
の電圧は第５図（Ｄ）のように上昇し、電極の損耗が進
んでいるときには時刻tpで閃絡が生じる。これにより開
閉器Saに電流i apが流れる。本発明では、時刻toからtp
までの時間（寿命判定時間）が電源周波数の1/4サイク
ルに相当する時間未満のとき、または電流の検出が一旦
停止された後電源周波数の1/4サイクルに相当する時間
が経過した時の時刻より前に再度電流が検出されたとき
に開閉器の電極が寿命到達に近いことを検出する。また
寿命判定時間が電源周波数の1/4サイクルに相当する時
間以上であるとき、または電流の検出が一旦停止された
後電源周波数の1/4サイクルに相当する時間が経過した
時の時刻以降に再度電流が検出されたときに開閉器の電
極が寿命に到達していることを検出する。

本発明の方法により開閉器の電極が寿命到達に近いこ
とが検出された場合には、運転継続のまま近日中に開閉
器の改修を行うことを計画することができる。また寿命
に到達したことが検出された場合には、直ちに運転を停
止して改修を行う。

上記のように、電極の損耗の進行に伴う再発弧及び再
点弧の発生時点の推移をとらえて開閉器の寿命を判定す
るようにすると、開閉器の電極の寿命到達が近いことま
たは寿命に到達したことを適確に評価できるため、開閉
器をその寿命一杯使用することができ、並列コンデンサ
設備の運用を経済的に行うことができる。

［実施例］ 以下添付図面を参照して本発明の実施例を説明する。

第１図は本発明の検出方法を実施する装置の構成例を
示したもので、同図において１は並列コンデンサ用開閉
器の操作器に開閉指令を与える開閉指令発生手段であ
る。開閉器を開く際には、この開閉指令発生手段１が時
刻t1で第６図（Ａ）のような開指令信号を発生する。監
視期間設定回路２は、この開指令信号Qoが発生した時刻
から設定された監視期間Tsの間継続する監視期間設定信
号Qdを出力する。

電流検出回路３は、各相の主回路電流を検出する変流
器（第３図のCTaないしCTc）の出力を入力として、各相
の開閉器を通して電流が流れている間継続する矩形波状
の電流検出信号QaないしQc（第６図ＢないしＣ）を出力
する回路で、この電流検出回路３は監視期間設定信号Qd
が発生している間だけ動作する。

カウンタ制御回路４は、電流検出信号の立ち上がり及
び立ち下がりを検出する回路を備えていて、電流検出信
号の立下がりでカウンタ５に計数開始指令信号を与え、
電流検出信号の立上がりでカウンタ５に計数停止指令信
号を与える。このカウンタ制御回路４も、監視期間設定
信号Qdが発生している間だけ動作可能な状態になるよう
にしておく。

カウンタ５は、監視期間設定信号Qdが発生している期
間動作可能な状態になり、カウンタ制御回路４から計数
開始指令が与えられたときに発振器６から与えられるク
ロックパルスの計数を開始し、カウンタ制御回路４から
計数停止指令信号が与えられたときに計数動作を停止す
る。このカウンタの計数値は、電流の検出が一旦停止さ
れた後再び検出されるまでの時間Txに相当している。こ
の時間Txを寿命判定時間とする。

この実施例においては、カウンタ制御回路４、カウン
タ５及び発振器６により、寿命判定時間計測回路７が構
成されている。

寿命判定回路８は、監視期間設定信号Qdが発生してい
る状態で、カウンタ５により検出された寿命判定時間Tx
を電源周波数の1/4サイクルの期間に相当する時間（寿
命判定基準時間、50Hzの場合5msec）と比較し、寿命判
定時間Txが該寿命判定基準時間未満であるときに開閉器
の電極の寿命到達が近いことを検出して寿命到達注意信
号を出力する。

また寿命判定時間Txが寿命判定基準時間以上であると
きに開閉器の電極が寿命に到達していることを示す寿命
到達検出信号を出力する。

開閉器が開かれた後最初の電流零点で電流が遮断され
た後再発弧が生じない場合には、寿命判定時間Txは検出
されないため、寿命判定回路８は検出信号を出力しない
（開閉器の接点が正常であることを示す） 上記寿命判定回路８は、カウンタ５の出力を寿命判定
基準信号と比較する比較器により構成できる。

第１図において、監視期間設定回路２は３相に共通に
設けられているが、電流検出回路３、寿命判定時間計測
回路７及び寿命判定回路８は、３相の各相毎に設けられ
ている。

上記の検出装置において、監視期間Tsは、開指令信号
が発生してから遮断が完了するまでの規定遮断時間に若
干の余裕を持たせた長さに設定しておく。

上記の説明では、寿命判定回路８から寿命到達注意信
号と寿命検出信号とを発生させるようにしたが、寿命到
達注意信号のみを発生させるようにしても良い。

上記の実施例において、開閉器が開かれて電流の検出
が一旦停止された後極めて短い時間内に電流が再度検出
された場合には、再発弧ではなく遮断アークの続流が検
出された可能性があり、そのような場合には寿命到達注
意信号を発生させないようにした方がよい。

従って、開閉器が開かれて電流の検出が一旦停止され
た後設定された時間が経過してから電流周波数の1/4サ
イクルに相当する時間未満の間に電流が再度検出された
ときにのみ、寿命到達注意信号を発生させるようにする
のが好ましい。上記設定時間は例えば電源周波数の1/10
サイクルに相当する時間に設定すればよい。この場合寿
命判定回路８は、寿命判定時間が1/10サイクルに相当す
る時間以上1/4サイクルに相当する時間未満のときに寿
命到達注意信号を発生するように構成する。

第２図は、本発明の方法を実施する装置の他の構成例
を示したもので、この実施例では、電流検出回路３の出
力が検出期間設定回路10と寿命検出信号出力回路11とに
入力されている。電流検出回路３及び寿命検出信号出力
回路11は監視期間設定回路２から監視期間設定回路Qd
（第６図Ｅに示したものと同様のもの）が与えられてい
る間のみ働くようになっている。検出期間設定回路10
は、開閉器が開かれて電流検出回路３が電流の検出を停
止した時点（電流遮断時点という。）から電源周波数の
1/10サイクルに相当する時間が経過した時の時刻で立ち
上がり、電流遮断時点から電源周波数の1/4サイクルに
相当する時間が経過した時の時刻で立ち下がる矩形波状
の第１の検出期間設定信号Qeと、電流遮断時点から電流
周波数の1/4サイクルに相当する時間が経過した時の時
刻で立ち上がって所定の時刻で（例えば電流遮断時点か
ら電源周波数の１サイクルに相当する時間が経過した時
刻で）立ち下がる矩形波状の第２の検出期間設定信号Qf
とを出力する。

寿命判定回路11は、第１の検出期間設定信号Qeが発生
している状態で電流検出回路３から電流検出信号が与え
られたときに開閉器の寿命到達が近いことを示す寿命到
達注意信号を出力する。また第２の検出期間設定信号Qf
が発生している状態で電流検出回路３から電流検出信号
が与えられたときには、開閉器の電極が寿命に到達した
ことを示す寿命検出信号を出力する。

尚第２図の実施例において、検出期間設定回路10が第
１の検出期間設定四号Qeのみを発生するようにして、電
流検出回路３が一旦電流の検出を停止した後、第１の検
出期間設定信号Qeが発生している状態で再度電流検出信
号が発生したときに、寿命判定回路11が寿命到達注意信
号を出力する（寿命検出信号は発生させない。）ように
構成してもよい。

上記検出期間設定回路10は、例えば、電流検出回路３
から得られる電流検出信号が立ち下がった後電源周波数
の1/10サイクルに相当する時間が経過した時刻から1/4
サイクルに相当する時間が経過した時刻まで時限動作を
行って時限動作中第１の検出期間設定信号Qeを出力する
タイマ回路と、該タイマ回路の時限動作が終了したとき
にトリガされて一定の時間幅の第２の検出期間設定信号
Qfを出力する矩形波発生回路とにより構成できる。

また上記寿命判定回路11は、アンド回路やオア回路等
の論理回路の組み合わせにより容易に構成できる。

［発明の効果］ 以上のように、本発明によれば、開閉器が開かれて一
旦電流が遮断された後再び流れる電流を検出することに
より電極の損耗の進行に伴う再発弧、再点弧の発生時点
の推移をとらえ、これにより開閉器の電極の寿命を判断
するようにしたので、開閉器の電極の寿命を適確に判定
することができ、開閉器をその寿命一杯使用して並列コ
ンデンサ設備の運用を経済的に行うことができる利点が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本願第１の発明を実施する装置の構成例を示し
たブロック図、第２図は本願第２の発明を実施する装置
の構成例を示したブロック図、第３図は並列コンデンサ
設備の構成を概略的に示した回路図、第４図は並列コン
デンサ用開閉器の使用に伴う電極間絶縁回復特性の推移
を過渡回復電圧と共に示した線図、第５図は並列コンデ
ンサ用開閉器を開いた際の電流波形及び過渡回復電圧波
形の一例を示した波形図、第６図は第１図の検出装置に
よる場合の検出動作を説明する信号波形図である。 Ea〜Ec……電源、Sa〜Sc……並列コンデンサ用開閉器、
Ca〜Cc……並列コンデンサ、CTa〜CTc……変流器、１…
…開閉指令発生手段、２……監視期間設定回路、３……
電流検出回路、４……カウンタ制御回路、５……カウン
タ、６……発振器、７……寿命判定時間計測回路、８…
…寿命判定回路、10……検出期間設定回路、11……寿命
判定回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01H 33/00 H02H 7/16

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電源と並列コンデンサとの間に設けられた
   並列コンデンサ用開閉器の寿命を検出する方法におい
   て、 前記開閉器を通して流れる電流を検出する手段を設け、 前記開閉器が開かれて一旦電流の検出が停止された時の
   時刻から再び電流が検出された時の時刻までの時間を寿
   命判定時間として計測し、 前記寿命判定時間が電源周波数の1/4サイクルに相当す
   る時間未満のときに前記開閉器の電極が寿命到達に近い
   ことを検出することを特徴とする並列コンデンサ用開閉
   器の寿命検出方法。
2. 【請求項２】電源と並列コンデンサとの間に設けられた
   並列コンデンサ用開閉器の寿命を検出する方法におい
   て、 前記開閉器を通して流れる電流を検出する手段を設け、 前記開閉器が開かれて一旦電流の検出が停止された時の
   時刻から再び電流が検出された時の時刻までの時間を寿
   命判定時間として計測し、 前記寿命判定時間が電源周波数の1/4サイクルに相当す
   る時間未満のときに前記開閉器の電極が寿命到達に近い
   ことを検出し、 前記寿命判定時間が電源周波数の1/4サイクルに相当す
   る時間以上あるときに前記開閉器の電極が寿命に到達し
   ていることを検出することを特徴とする並列コンデンサ
   用開閉器の寿命検出方法。
3. 【請求項３】電源と並列コンデンサとの間に設けられた
   並列コンデンサ用開閉器の寿命を検出する方法におい
   て、 前記開閉器を通して流れる電流を検出する手段を設け、 前記開閉器の開路により前記電流の検出が一旦停止され
   た後、再度電流が検出されるか否かを監視し、 前記電流の検出が一旦停止された後電源周波数の1/4サ
   イクルに相当する時間が経過した時の時刻より前に再度
   電流が検出されたときに前記開閉器の電極が寿命到達に
   近いことを検出することを特徴とする並列コンデンサ用
   開閉器の寿命検出方法。
4. 【請求項４】電源と並列コンデンサとの間に設けられた
   並列コンデンサ用開閉器の寿命を検出する方法におい
   て、 前記開閉器を通して流れる電流を検出する手段を設け、 前記開閉器の開路により前記電流の検出が一旦停止され
   た後、再度電流が検出されるか否かを監視し、 前記電流の検出が一旦停止された後電源周波数の1/4サ
   イクルに相当する時間が経過した時の時刻より前に再度
   電流が検出されたときに前記開閉器の電極が寿命到達に
   近いことを検出し、 前記電流の検出が一旦停止された後電源周波数の1/4サ
   イクルに相当する時間が経過した時の時刻以降に再度電
   流が検出されたときに前記開閉器の電極が寿命に到達し
   ていることを検出することを特徴とする並列コンデンサ
   用開閉器の寿命検出方法。