JP4593923B2

JP4593923B2 - 中圧統合開閉装置

Info

Publication number: JP4593923B2
Application number: JP2003557078A
Authority: JP
Inventors: ジェムメ、カルロ; グリッティ、パオロ; コロムボ、アレッサンドロ; ルーバー、クリスティアン; マホネン、ペンティ; トリベッテ、マーティ
Original assignee: ABB T&D Technology AG
Current assignee: ABB Technology AG
Priority date: 2001-12-28
Filing date: 2002-12-27
Publication date: 2010-12-08
Anticipated expiration: 2022-12-27
Also published as: EP1468479B1; WO2003056676A1; US20050001489A1; AU2002364754A1; RU2004123200A; EP1468479A1; JP2005513997A; CN1610998A; US7813818B2; RU2304335C2; CN100448131C

Description

本発明は高いレベルの統合機能性を有する中圧分配配電盤に関する。

今までの電気エネルギー配電システム構造では、電気配電盤はノードとして作動し、ケーブルと頭上の線は様々なノードの接続を表す。
この方式によると、配電盤の中では、電気エネルギー分配のために扱われなければならないすべての必要なシステム管理機能が集中している。これらの機能は2つの異なったタイプ、一次および二次機能に歴史的に分割されている。

一次の機能は主電圧、電流、および電力分配に関連するすべての機能と呼ばれるが、二次機能は補助および制御の特徴に関連するすべての機能と呼ばれる。
一次機能のいくつかの例は以下の通りである：公称電流の導電を投入、遮断すること、ある時間短絡回路電流に耐えること、切断、接地、交換または試験のための接続と切断、生きている部分のオペレータからの絶縁。

いくつかの二次機能は以下の通りである：保護、インターロック、管理(ローカルまたはリモート)、制御(ローカルまたはリモート)、オートメーション、測定、計量、診断、通信。
これらのすべての機能が数個の機能的なユニットで構成される配電盤によって提供される。

異なった機能は、配電盤の機能的なユニット内で異なったコンポーネント間に通常、以下の方法で細分される:
・1個以上の金属包囲が電気装置を含みかつ閉じ込めるように使用されて、オペレータからそれを絶縁し、この方法で安全操作を許容する；
・切換または接地ユニットが機能的なユニット毎に必要である1つ以上のいくつかの時に、切換ユニットが投入、遮断および切断のような一次機能を許容する;
・配電盤制御ユニット(SCU)が測定、保護、制御、および通信のように二次機能の多くを統合する;
・電流および電圧変成器(CT、VT)は、それらの寸法が通常適切であることを考慮に入れて、配電盤の便利な位置に置かれる。

上記のすべてのコンポーネントは、特定の性能型試験により示された標準の特徴と特性を有して、非常に工業化された方法で製造される。
さらにいくつかの電気および機械コンポーネントが、シャッター、接触子、ブスバー、取外し可能なプラグなどとして配電盤を完成するために必要である。

これらのコンポーネントのかなりの部分は二次機能を実行する:それらはワイヤのバンドルを通して接続され(機能的なユニットの中の内部パネルの垂直なケーブル張り)、およびワイヤの別のバンドルはそれぞれの機能的なユニットを同じ配電盤の他のものと接続する(配電盤の中の相互パネルの水平なケーブル張り)。

一次配電単一パネルの今までの解決策は、図2aに単一の線図と関連して図2bで報告される。図2bでは、取外し可能なCBがスプリング操作または磁気的に作動されることができ；第２の場合（図2a）、制御電子装置(CE)およびエネルギー格納コンデンサ(SC)が磁気作動装置(MA)を制御および給電するように搭載統合されている。

電圧測定は選択的特徴(図2aにおいて灰色)であり、通常ブスタイCBおよび入来フィーダーにおけるブスバー電圧測定のために要求される。
異なったコンポーネント間の異なった機能を拡張することは物自体での簡素化に通じるが、全体としてシステムを非常に複雑にする。これは、多くのコンポーネントの存在のため、広い空間占有と高いコストをもたらし、それぞれ特定の顧客アプリケーションのための機能的なユニットの少なくとも二次技術のために、必要とされるケーブル張りおよび配線、および特別な設計を開発する必要がある。

今までの解決策では、知能電子装置(IED)によって制御された切換装置を含む機能的なユニットがあるが、そのようなIEDは切換装置の制御と命令に向けられるだけであって、例えば、一次電流と電圧値のような機能的なユニットの他の部分から来る他の情報にアクセスも持っていない。そのうえ、今までの解決策では、このIEDは、通常別々の区画に、即ち低い電圧区画に置かれる(機能的なユニットの)保護と制御ユニットに割当てられる監視、制御、および保護機能を実行するために専心されない。この場合、機能的なユニットは互いに通信および整合しなければならない２つの別々のIEDを含み、例えば、リモート操作命令は切換装置コントローラユニットにそれらを再送しなければならない保護ユニットに到着し；これは、整合と通信のどんな問題も回避するユニークなIEDに集結されるように設計され得る機能性を実行するために、重複知能による追加された複雑さとコストを伴う。

発明は、今までの解決策において、それらの各々が機能的なユニットの異なった部分に拡散されたすべての機能性を統合する切換装置区画3を含む機能的なユニット2を備えている中圧配電盤1を提供することを目的とする。

本発明によると、切換装置区画3は知能電子装置4を備え、切換装置37と全体の機能的なユニットを制御することができ、機能的なユニットに関連してその異なった部分から来るすべての情報の集中ポイントとして作動する。２つの電子装置が同じ機能的なユニットにある今までの解決策を参照すると、同じ機能性が整合と通信のどんな問題も回避するユニークなIEDに集結されるように設計されるので、重複した知能のため追加の複雑さおよびコストが本発明の配電盤で避けられる。

また、電圧と電流センサ36は切換装置と統合され、この解決策は発明の残りと共に完全なシステムを提供し、特定のアプリケーションによって必要とされる評定電流と電圧に適した測定器具の選択と設置の問題を除去することを許容する。これは、全要求範囲を同じハードウェアでカバーする、標準装置を使用することができることを意味する。
結果としての目的物、即ち切換装置とその統合機能性は、今までの解決策、即ち切換装置区画プラス他の装置、センサ、機能的なユニットの中に現に張られているケーブル配置に比較して、よりコンパクトである最適化された方法で設計することができる。コンパクトさ、したがって空間の節約は利点としてユーザによって理解され、実際にコンパクトな配電盤は、通常他のものより高い価格を有する。

配電盤の設計に関して、現にどんなアプリケーションも配電盤の機能的なユニットと特別な実現のために特定の設計を必要とする。これは、例えば端末のブロックへの補助的な接触子のケーブル張り、測定装置の設置とケーブル張り、機能的なユニット、保護および制御ユニットに対するすべての入力と出力のケーブル張り、センサの接触位置、例えばインタロックのために必要とされる端子またはリレーの接触位置へのケーブル張りのような多くのカスタム化作業を含む。

統合切換装置区画により、多くケーブル張り活動は生産サイトで一度だけ実行される。例えば、インターロック位置センサ34はIED 4にケーブル張りされ、測定装置36はIED 4に設置および接続され、存在するなら機能的なユニット端末ブロック22、または例えば温度やガス圧力センサのような他のセンサ50がプロセス通信システム101に接続される。

これは、顧客アプリケーションに関して配電盤を実現する今までの解決策で必要とされたエンジニアリングと通信活動のかなりの部分が、この統合切換装置で節約されて、これが重要なコスト減少に導くことを意味する。そのうえ、統合解決策は産業生産から来るすべてのスケール経済を利用することができる標準の製品を持たせ、一層のコスト減少を許容する。

通信システムはIEDによって収集されかつ練られたすべての情報を移送することができる。通信システムで送られる情報の構成と、例えば、保護、制御、監視機能のような異なったIED機能の構成は、ローカル構成ポイント32を通して、あるいはステーション通信システム13を通してコンピュータで実現される。アプリケーションの特定の機能的な要求はこの構成により応じることができ、したがって、より簡単な方法で、要求される現在のケーブル張りおよび配線作業に関して実現、修正および変更するすることができる。発明のこの態様は設計と製作委託時間を減少する利点を提示する。

本発明に従った配電盤は、図1および図３乃至6のブロック図で詳細に説明される。前記図を参照すると、配電盤1は少なくとも機能的なユニット(パネル)2、切換装置区画3、および知的な特質の電子装置4を含む。ブロック10は補助給電ユニットを表す。他の可能な代替手段は配電盤レベル11に集中されるか、切換区画レベル12に分散されることができる自己給電ユニットにより表される。通信回線100と101は知能装置4とステーションオペレータコンピュータ13および／または配電盤レベルにおける人間マシンインターフェース14との通信、および他の知能電子装置15との通信を許容する。また、他の入力50も可能である。機能的なユニットレベルにおいて、ブロック21がロック作動装置機能を表し、22はパネル/配電盤端末ブロックである。切換装置区画レベル3では、ブロック32がローカル構成ポイントの機能性を表し、35は電圧/電流センサからの入力であり、36は電圧/電流センサを表し、33は他のセンサ入力であり、34はパネルの中のインタロック入力であり、37は回路遮断機か切換装置であり、38は前記回路遮断機か切換装置37のための作動装置である。知能電子装置レベル4では、ブロック41が制御ユニットを表し、42が電源の機能性であり、43が作動装置38の電源の機能性であり、ブロック44は通信機能を表し、ブロック45が切換装置区画レベルにおいて人間マシンインターフェースであり、46は入出力（I/O）機能である。

本発明に従った配電盤は、図１に示されるように、切換装置37、切換装置作動装置38、ローカル構成ポイント32、ローカル通信チャネル、電圧および電流センサ36、インタロック情報34を発生させる位置センサおよび知能電子装置4(IED) を含む切換装置3区画を含んでいる１つ以上の機能的なユニット2を含む。１つ以上の端末ブロック22が示された配電盤に存在している。
IEDは制御ユニット41、入出力機能的ブロック46、通信機能的ブロック44、人間マシンインターフェース 45、電源ブロック42、および切換装置電力駆動ブロック43を含む。

プロセス通信システム101は機能的なユニットにまたがって延在し、実施された通信システムに接続することができるすべての機能的なユニットと結合する。
ステーション通信システム100は、機能的なユニットにまたがって延在し、かつステーションレベルオペレータ/管理ワークステーションまたはコンピュータ13に接続するIED通信ブロック44により付加されることができかつ支持される。このように、配電盤はステーションオペレータのコンピュータによって表されたより高い制御レベルにインタフェースを持つことができ、配電盤レベル人間マシンインターフェース 14を持つことができる。

配電盤は外部の補助電源10を備えている; 配電盤への内部の自己給電システム11、12 は補助電源のバックアップとして機能するように付加されることができる。
結果として配電盤は図１で表現される。図1の全体のシステムは以下で単独で説明される異なったコンポーネントに切り離される。発明の統合配電盤の主なコンポーネントは知能電子装置4;電源部；入出力部; 通信部である。

知能電子装置(IED)は発明のコア対象の1つである。それは機能的なユニットの異なった部分からのすべての情報を収集し、集中しかつ管理するのと同様に全体の機能的なユニットの監視、保護、および制御に専念される。それは切換装置自体に搭載された切換装置区画の中に物理的に位置する。図3を参照すると、IEDは望ましくは以下に詳細に説明される制御ユニットを含む。

制御ユニットは、例えば、永久的で揮発性のメモリ、レジスタのような特定のハードウェア、および機能的なユニットに関連する一連の異なった機能を実現するソフトウェアによって構成される電子ブロックである。制御ユニットは、例えば：一次回路の作動と切換え;断路機能、接地機能および一般にすべてのロック装置の監視、インターロックおよび操作；安全手順と操作手順の実現のような、すべての操作機能と機能的なユニットのコンポーネントの制御を特に実現する。

また、制御ユニットは保護機能の実現を通して特定のアプリケーションに従って回路の保護を実現する。例えば、電圧と電流センサおよびことによると他のセンサ、例えば、ガス圧力センサから来る入力から受信される情報の事前に定義されたアルゴリズムに従って、保護機能は精巧に制御ユニットによって実現される。

制御ユニットは切換装置に接続されて、アプリケーションと切換装置のタイプに特定の、要求された論理に基づいて操作コマンドを管理するタスクを有する。
制御ユニットは、例えば、必要とされる論理に基づいて接地切換装置のような機能的なユニットに存在している他の断路器またはスイッチの操作と制御を管理することができる。

制御ユニットは、機能的なユニットの中の入力から受け取られた情報、および/または通信システムを通して受信された他のIEDの情報の精巧さに基づいてインタロック機能を実現する。インタロック機能は単一の機能的なユニットに関連することができるか、または相互機能的なユニットのインターロック論理を実現することができる。

制御ユニットは、ローカル構成ポイントによるユーザPCから受信されたか、またはそれが存在しているとき、ステーション通信システムに接続された管理ステーションレベルワークステーションから受信された構成情報に従って、例えば、保護、インタロック、切換装置制御、通信のようなその機能の大部分に関係するようにパラメタ設定を通して構成されるように設計される。

制御ユニットは、切換装置と作動装置連鎖から受け取られる情報を通して監視と診断機能を実現し、例えば特定のアプリケーションに従って、切換え操作の数のような誤りと出来事を記録することができる。
制御ユニットはそれ自身の機能性と機能的な管理の自己チェックを実現することができる。

図4を参照すると、電源部は、例えば、切換装置の制御と保護、IED機能および他のすべての付属装置のような、二次および一次機能のため機能的なユニットにより利用される補助電源、および/または自己給電によって供給される電源を許容する連鎖を強調する。補助電源は切換装置の操作、制御保護と他のすべての電気的に供給される付属装置のために必要とされる電力を供給する配電盤の外の、今までの解決策で位置する外部の電源回路である。

一次回路からシステム内にエネルギーを取る自己給電システムは、補助電源のバックアップとして存在し作動することができる。存在するとき、自己給電機能は配電盤の中に配置され、機能的なユニットに(この機能のために専用されたパネルに集中された自己給電)、または各切換装置内に(分散された自己給電)統合され、MVブスバーから電力を引き出して補助電源に高い信頼性を提供し、またはことによると補助電源が利用可能でないところでシステムにおける唯一の電源として作動する。IEDは高い利用可能およびほとんど中断不可能な電源供給を必要とする。

補助電源は電源IEDブロックに接続され、それは電子装置へ、即ち、制御ユニットおよびそれを通してIEDの任意の部分へ、および切換装置駆動電源ブロックへ電力供給の条件と適合を実現する任意の電子装置に通常存在する典型的なブロックである。
切換装置駆動電源はIEDの中のブロックであり、それは切換装置作動装置へのエネルギー供給を管理し、特定の作動装置要件と必要な操作に従って電源を調節して、それによって切換装置作動装置を制御する。それは今までの解決策でいつも存在している切換装置のエネルギー格納装置の充電/再充電も管理し、例えばO-C-O（開/閉/開）操作シーケンスのような、必要な操作シーケンスを可能にするために必要である。

切換装置作動装置ブロックは、機械的または電気的エネルギー格納装置(作動装置を作動させるために必要である)と共に、切換装置の電気接触子へ運動学的な連鎖によって接続される機械的または磁気的作動装置システムを表す。
図5を参照すると、入出力(I/O)部は、すべての機能的なユニットの情報と信号がいかにIEDに集中されるかを強調する。I/O IEDブロックはアナログデジタル変換およびデジタルアナログ変換、および信号の条件付けを実現する。受信された入力信号はそれを精巧にする制御ユニットに渡される。出力信号は制御ユニットによって受信された情報に基づいて発生される。このブロックに到着する入力は切換装置区画の内外の両方で生成され、同じものが出力のために保持する。

電圧と電流センサがこの部分の一部であり、切換装置に搭載されて統合される。最大限の必要な検出範囲をカバーする標準装置が使用されているので、電圧と電流センサの統合は可能である。センサは切換装置に付加された分離された部分であるか、またはことによると、例えば、鋳込みによりポールに統合されることができる。それらは測定と保護に使用されるべき一次電流と電圧を表す信号を提供する。

電圧(V)および電流(I)センサからの入力はVとIセンサによって提供される信号を表し、入出力ブロックに利用可能にされる。
機能的なユニットの中のインタロック入力は、例示的配線回路から、および複数の位置/状態センサから接続された信号であり、切換装置位置(開/閉)、接地切換装置状態(開/閉)、断路器状態(開/閉)、インタロック接触子(切換装置区画のドア位置とことによると他のもの)の信号を含んでいる。

ロック作動装置は、それらがI/O IEDブロックから受信するインタロック信号に基づいて機械的なブロックを物理的に実現し、I/O IEDブロックは(インターロック機能性からの)制御ユニット信号に従ってそれを伝送する。このブロックは、例えば、メンテナンスまたはテスト目的のために機能的なユニットにアクセスする人間オペレータに対して、安全要件を確実にするのに必要である。異なったロック作動装置が切換装置区画の内外に配置されることができる。

HMI(人間マシンインターフェース)はIEDに論理的かつ物理的に(配線により、ことによると切換装置が取外し可能な場合に移動コネクタで)接続され、かつ切換装置区画カバーに配置され、この理由で図においてIED境界に表される。それは、機能的なユニット状態、ネットワーク量(電圧、電流)に関する情報を得て、切換装置を操作するために例えば、人間オペレータに与える。HMIに提供される情報は例えば以下の指示を含むことができる:
・スイッチ状態(開/閉)
・断路器状態(固定切換装置の場合における開/閉、または取外し可能な切換装置の場合における切換装置の取外し/挿入)
・接地スイッチ状態(接地に開/閉)
・IEDの準備状態(IEDの利用価値と正しい機能性)
・IEDの準備状態指示(切換装置位置と作動装置/駆動準備)
・他の任意の指示(電圧存在指示、電流振幅)
・パネル操作可能な装置のすべてについて操作コマンドボタン(開/閉)。
各指示は明確で誤解していない方法で2以上の間の特定の状態を表すLEDか他の可視装置を通して提供することができる。

切換装置区画の中に任意に存在することができる他のセンサはI/O IEDブロックに接続される信号を発生させる。これらのセンサの例は温度センサとガス密度センサである。
図6を参照すると、通信部がIEDと切換装置区画に入る知能ユニットとの通信を実現する。さらにそれは、標準の解決策におけるIED I/Oブロックに接続されるべき予知できない装置へ、または装置から情報を受信して提供することを許容するが、機能的なユニットの中に付加することができ、かつプロセス通信システムの特定のネットワーク管理規則に従って、簡単な方法でプロセス通信システムと結合することができる。

IED通信ブロックは、IEDが機能的なユニットの情報を機能的なユニットの残りと配電盤、特に他のIEDおよび任意にシステムのより高いレベル(ステーションレベル制御センターまたは遠隔制御センター)と交換(提供および受取る)ことを可能にする。また、ブロックは通信プロトコルを管理する。

プロセス通信システムは単一の機能的なユニットの情報を他の機能的なユニットへ、または他の機能的なユニットから伝える。それはフレキシブルで構成可能な方法で知的な装置の相互接続を可能にし：通信システムの装置の数とタイプを変更し、および/または、なんらハードウェアの再設計なしにかつシステムのレイアウトに非常に小さいインパクトを与えるでけで、それらの間で、それらとIED通信ブロックの再構成/プログラミングにより簡単に交換された情報を変更することを可能にする。

この通信システム上で共有される情報はいくつかの機能性、即ちインターロック機能、オートメーションシーケンス管理、同期の機能性、非臨界的アナログ測定(選択的)を目的とされる。
プロセス通信システムに接続されるいくつかのブロックがあり得る：知的端末ブロックは機能的なユニット内に、またはプロセス通信システムを通して機能的なユニットに情報を受信する配電盤レベルにおいて存在することができ、外部的に利用可能な必要な端末ブロック信号（接点）にそれを変換することができる。通信システムの柔軟性と構成可能性のおかげで、端末ブロックで利用可能な信号は特定のソフトウェアを通して構成可能である。

同じ配電盤の機能的なユニットの中のいかなる他のIEDも、機能的なユニットの情報を受取るおよび/またはプロセス通信システムを通して情報をその機能的なユニットに送ることができる。通信システムの柔軟性/構成可能性のため、発明で記述されたように備えられた新しい機能的なユニットは、配電盤に容易に付加され、通信された情報と含まれたIED内にそれを使用する関連機能をまさにリプログラミングする通信システムに接続することができる。

IEDに入力を供給する他の任意の知能装置はプロセス通信システム、例えば非臨界的アナログ測定装置に接続することができる。
ローカル構成ポイントは、人間のオペレータが適当なコンピュータでローカル通信チャネルを通してIED制御ユニットと通信することを可能にする。例えば、IED機能の構成(任意の機能、機能の中のパラメタ、通信…)、ソフトウェアの更新、IEDに記録された情報のアップロード、任意のブロックに送信される入出力の構成のようないくつかの機能性はそれを通して実行することができる。コンピュータは単にローカル通信ポイントに接続されるが、通信は可能である。

ステーション通信システムは、全体の配電盤の監視、管理および遠隔制御を許容するために選択的に存在している。また、新しい装置がそれに加えられるとき、このシステムはフレキシブルであって、ソフトウェアを通して構成可能である。例えば、この通信システムにおいて、配電盤レベルまたはステーションレベルのHMIがあることができ、それはIEDで利用可能などんな情報もオペレータにとって利用可能にし、HMIで受信された情報はIEDのソフトウェアを通して構成可能であり、例えば切換装置状態、断路器状態、電圧と電流測定値、IED状態を含むことができる。

ステーションオペレータのコンピュータはまた、ステーション通信システムに存在することができ、ステーション通信システムに結合されたどんな機能的なユニットにもローカル通信ポイントを通して利用可能な同じ構成の機能性を実行することができる。

本発明の配電盤のブロック図である。従来の一次配電単一パネルの線図である。従来の一次配電単一パネルの構造である。本発明の配電盤の知能電子装置のブロック図である。本発明の配電盤の電源部のブロック図である。本発明の配電盤の入出力部のブロック図である。本発明の配電盤の通信部のブロック図である。

符号の説明

１…配電盤２…機能的なユニット３…切換装置区画４…知能電子装置

Claims

配電盤の機能的パネルと、
電流を切換える切換装置を備えた切換装置区画と、
電源部と、
前記切換装置に搭載され、且つ前記切換装置区画内に物理的に配置された知能電子装置と、
を含む、統合中圧配電盤であって、
前記知能電子装置は、
アナログ／デジタル変換と、デジタル／アナログ変換と、信号調整とを行い、前記知能電子装置に渡された入力信号を受け取って、かつ受け取られた前記入力信号に基づいて出力信号を生成する入出力部と、
前記知能電子装置と、前記切換装置区画の外側にある知能ユニットとの通信を行う通信部と、
を含み、
前記知能電子装置は、
前記機能的パネルを監視、保護および制御するために、前記機能的パネルの複数の構成要素からの情報を収集、集中および管理する、
統合中圧配電盤。
前記知能電子装置が制御ユニットを含むことを特徴とする請求項１による統合中圧配電盤。
人間マシンインターフェースを含むことを特徴とする請求項1または２による統合中圧配電盤。
前記人間マシンインターフェースが前記知能電子装置に接続されて、切換装置区画カバーに配置されることを特徴とする請求項３による統合中圧配電盤。
前記電源部が自己給電ユニットを含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか1項による統合中圧配電盤。
前記入出力部が前記切換装置に搭載されて配置された電圧および電流センサを含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか1項による統合中圧配電盤。
前記通信部がステーション通信システムを含むことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか1項による統合中圧配電盤。