JP4715587B2 - Circuit breaker monitoring device and circuit breaker monitoring method - Google Patents
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Description
この発明は、ガス絶縁開閉装置等の遮断器動作時間を監視する遮断器監視装置および遮断器監視方法に関する。 The present invention relates to a circuit breaker monitoring device and a circuit breaker monitoring method for monitoring a circuit breaker operating time of a gas insulated switchgear or the like.
従来の開閉装置等の遮断器の動作時間を監視する遮断器監視装置においては、遮断器の遮断部の動作が開始してから完了するまでの時間を測定するために、監視開始起点指令として励磁コイルに流れる電流、補助接点信号等の信号を、監視停止終点指令として浮遊コンデンサを流れる微小電流等の信号を取り込み、これらの信号に基づいて遮断器の動作時間を算出していた。
従来の遮断器監視装置においては、監視開始起点指令としての励磁コイルに流れる電流、補助接点信号等の信号や、監視停止終点指令として浮遊コンデンサを流れる微小電流等の信号を取り込むために、遮断器との間でこれらの信号を取り込むためのセンサの設置や、信号線の結線作業が必要となる。 In a conventional circuit breaker monitoring device, a circuit breaker is used to capture a signal such as a current flowing through an exciting coil as a monitoring start point command, a signal such as an auxiliary contact signal, or a minute current flowing through a floating capacitor as a monitoring stop end point command. It is necessary to install a sensor for capturing these signals between them and to connect the signal lines.
新設の遮断器であれば設置時にセンサ設置や信号線の結線作業を行えば、その後は継続監視が可能である。しかし、遮断器の動作頻度は通常、非常に低いために、遮断器を動作させるときのみにセンサ設置や結線作業を行いたいという要求が強かった。 If it is a new circuit breaker, continuous monitoring is possible after sensor installation and signal line connection work at the time of installation. However, since the operation frequency of the circuit breaker is usually very low, there is a strong demand to perform sensor installation and wiring work only when the circuit breaker is operated.
しかし、従来の遮断器監視装置においては、センサの設置や信号線の結線作業を行っている際に、電力系統の異常に対して遮断器が自動動作をする可能性があるために、既設の遮断器を動作させたまま、センサ設置や信号線の結線作業を行うことは困難であるといった問題があった。 However, in the conventional circuit breaker monitoring device, when the sensor is installed or the signal line is connected, the circuit breaker may automatically operate in response to an abnormality in the power system. There is a problem that it is difficult to perform sensor installation and signal line connection work while the circuit breaker is operated.
この発明は、上述のような問題を解決するためになされたもので、可搬形の遮断器監視装置において、信号線の結線作業を簡略化し、既設の遮断器に設置し、動作時間の算出を行うことができる遮断器監視装置を得るものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems. In a portable circuit breaker monitoring apparatus, signal line connection work is simplified, installed in an existing circuit breaker, and operation time is calculated. A circuit breaker monitoring device that can be performed is obtained.
この発明に係る遮断器監視装置においては、遮断器の動作開始の指令時刻を示す遮断指令信号を受信する遮断指令信号受信部と、遮断器に対して非接触であり遮断器が動作する際の動作音を検出する音響センサと、遮断指令信号受信部が受信した遮断指令信号と音響センサが検出した動作音とに基づいて遮断器が動作するまでの動作時間を算出する演算部とを備えるものである。
In the circuit breaker monitoring device according to the present invention, the circuit breaker command signal receiving unit for receiving the circuit breaker command signal indicating the operation start command time of the circuit breaker, and the circuit breaker that is not in contact with the circuit breaker and operates An acoustic sensor that detects an operation sound, and a calculation unit that calculates an operation time until the circuit breaker operates based on the interruption command signal received by the interruption command signal reception unit and the operation sound detected by the acoustic sensor It is.
この発明は、遮断器の動作時間を非接触の音響センサが検出した動作音に基づいて判断するために、可搬形の遮断器監視装置であっても取り付け作業を簡略化することができる。従って、既設の遮断器に対する取り付け作業において、動作している遮断器に対しても、設置することが可能であるといった効果を奏する。 Since this invention judges the operation time of a circuit breaker based on the operation sound which the non-contact acoustic sensor detected, even if it is a portable circuit breaker monitoring apparatus, attachment work can be simplified. Therefore, in the attachment work with respect to the existing circuit breaker, there is an effect that the circuit breaker that is operating can be installed.
実施の形態1.
図1は、この発明を実施するための実施の形態1における遮断器監視装置のシステムを示すものである。図1において、遮断部21を有する遮断器2から所定距離離れた位置に、本実施の形態の遮断器監視装置1が設置されている。遮断器監視装置1は、遮断器2が動作する際の動作音を検出するマイクなどの音響センサ11、音響センサ11が検出した動作音の信号を処理する信号処理部12、遮断器制御部3からの遮断器2の動作開始の時刻を指定し、制御するための遮断指令信号aを受信する遮断指令信号受信部13、信号処理部12が処理した動作信号bと遮断指令信号受信部13が受信した遮断指令信号aとに基づいて遮断器が動作するまでの動作時間を算出する演算部14、演算部14が算出した動作時間に基づいて遮断器2の異常の有無を判定する判定部15を備える。
FIG. 1 shows a system for a circuit breaker monitoring apparatus according to Embodiment 1 for carrying out the present invention. In FIG. 1, the circuit
次にこのように構成された遮断器監視装置1の動作について説明する。遮断器2は図2の上段に示すような、遮断器制御部3からのパルス状の遮断指令信号aにより動作を開始する。図2は遮断器指令信号aと後述する動作信号bの時間変化を表すものである。このとき、遮断器制御部3からの遮断指令信号aは遮断器監視装置1内の演算部14にも出力される。遮断器2からは遮断部21を遮断するため、機構系のラッチを解除する動作音、その後にメインコンタクト動作時の動作音が発生する。音響センサ11はこれら遮断器2からの動作音を検出する。図3に音響センサ11が検出した動作音の音声レベル(dB単位)の時間変化を表す。
Next, operation | movement of the circuit
その後、信号処理部12は図2の下段に示すような、音響センサ11が遮断器2のメインコンタクト動作時の動作音を検出した時刻から立ち上がるステップ状の動作信号bを生成し、演算部14に出力する。ここで、メインコンタクト動作の動作音を検出した時刻とは、音響センサ11が検出した動作音の音声レベルが所定の閾値を超えた時刻であるとして動作信号bを生成する。このときの閾値は遮断器2のメインコンタクト動作時における衝撃の音声レベルに基づいて決定される。ここでは、遮断器2のメインコンタクト動作時における衝撃の音声レベルは120dBを超える音声レベルであるので、閾値を例えば80dBとする。
Thereafter, the
次に、演算部14は遮断器制御部3から送信された遮断指令信号aと信号処理部12から送信された動作信号bに基づいて遮断器2の動作時間を算出する。図3を参照して動作時間の算出方法について説明する。まず、遮断指令信号aの立ち上がり時刻をt1、動作信号bの立ち上がり時刻をt2、遮断器2が遮断される時刻をt3とする。上述のように、遮断器2は遮断指令信号aにより示された時刻から動作を開始し、メインコンタクト動作時の動作音が発生する。遮断器2の動作音の発生部と音響センサ11とは所定距離離れて位置しているために、動作信号bの立ち上がりはメインコンタクト動作の動作音の音声レベルが閾値を超えた時刻より動作音が音響センサ11に到達する時間だけ遅れることになる。従って、式(1)が成り立つ。
t1<t3<t2・・・(1)
Next, the
t1 <t3 <t2 (1)
次に、式(2)によりt1とt2の時刻差Δt1を算出する。
Δt1=t2−t1・・・(2)
Next, the time difference Δt1 between t1 and t2 is calculated by the equation (2).
Δt1 = t2−t1 (2)
いま、遮断器2の動作音の発生部と音響センサ11とは所定距離だけ離れて位置しているために、動作信号bの立ち上がり時刻は、メインコンタクト動作時の動作音が閾値を超えた時刻よりもΔt2だけ遅れる。ここで、Δt2はメインコンタクト動作の動作音が音響センサに到達するまでの時間、すなわち(t2−t3)であるから、遮断器2の動作音発生部と音響センサ11までの距離をL、空気中の音の速度をvとすれば式(3)により表せる。また、ここでは空気中の音の速度vは340m/sで一定であるものとする。また、遮断器2の動作音発生部と音響センサ11までの距離Lは予め計測されており、演算部14に入力しておく。
Δt2=t2−t3=L/v・・・(3)
Now, since the operation sound generation part of the
Δt2 = t2−t3 = L / v (3)
遮断器制御部3からの遮断指令信号aが立ち上がり、メインコンタクトが動作するまで、すなわち遮断器2が遮断されるまでの時間ΔTは式(4)を用いて算出することができる。
ΔT=t3−t1
=(t2−t1)−(t2−t3)
=Δt1−Δt2・・・(4)
The time ΔT until the interruption command signal a from the circuit
ΔT = t3-t1
= (T2-t1)-(t2-t3)
= Δt1-Δt2 (4)
従って、遮断指令信号aの立ち上がり時刻、音響センサ11が検出した動作音の音声レベルが閾値を超えた時刻、空気中での音の速度、遮断器から音響センサまでの距離に基づいて、遮断器2が動作するまでの動作時間を算出することが可能となる。
Therefore, based on the rise time of the interruption command signal a, the time when the sound level of the operation sound detected by the
また、上述の例では、信号処理部12は音響センサ11が遮断器2のメインコンタクト動作時の動作音を検出した時刻から立ち上がるステップ状の動作信号bを生成し演算部14に送信する構成になっているが、必ずしもこのような動作信号bを生成する必要はない。すなわち、音響センサ11が検出した動作音の音声レベルが所定の閾値を超えた時刻t2のみを信号処理部12から演算部14に出力する構成にしても良い。同様に、遮断器制御部3から送信される遮断指令信号aについても、遮断指令信号aが立ち上がる時刻t1のみを遮断指令信号受信部13が受信し、演算部14に送信するような構成にしてもよい。さらにまた、式(2)からも明らかなように、演算部14で動作時間を算出するために必要な値はt1、t2そのものではなく、(t2−t1)であるために、時刻差のみを送信するような構成にしても良い。
Further, in the above-described example, the
また、動作信号bはステップ状の信号であるので、次の遮断器2の動作音を検出するためには、所定の時刻で動作信号bをリセットしておけばよい。さらにまた、動作信号bは音響センサ11が検出した音声レベルが所定の閾値を超えた時刻t2から立ち上がるステップ状の信号であるとして説明したが、閾値を超えたときのみに立ち上がっているような信号であっても良い。このような信号にすることにより、動作信号bをリセットする必要が無くなる。
Since the operation signal b is a step-like signal, the operation signal b may be reset at a predetermined time in order to detect the next operation sound of the
また、上記では遮断器2の閉動作について説明したが、開動作についても同様の手法を用いて動作時間を算出することが可能である。この場合、閾値を閉動作の際の値と異なるように設定しても良い。
Moreover, although the closing operation of the
次に、このように算出された遮断器2の動作時間T1と、従来の監視開始起点指令として励磁コイルに流れる電流、補助接点信号等の信号を、監視停止終点指令として浮遊コンデンサを流れる微小電流等の信号を用いて算出した動作時間T2について図4を用いて比較する。図4に本実施の形態1の遮断器監視装置1によって算出した動作時間T1を縦軸に、従来の手法により算出した動作時間T2を横軸にとった時の関係を示す。図4中の直線のグラフはT1=T2のグラフであり、範囲41内の点は開動作時の動作時間を、範囲42内の点は閉動作時の動作時間をそれぞれ示すものである。また、T11、T12はそれぞれ本実施の形態1における遮断器監視装置1において算出した開動作時の動作時間の平均値、閉動作時の動作時間の平均値である。T21、T22はそれぞれ従来方法で算出した開動作時の動作時間の平均値、閉動作時の動作時間の平均値である。
Next, the operation time T1 of the
本実施の形態1における遮断器監視装置1において算出した動作時間T1と従来法で算出した動作時間T2との間でのばらつきは、開動作で0.17ms、開動作で0.20msとなっており、いずれにおいても、ピーク−ピークで0.2ms(±0.1ms)以内に収まっている。尚、通常の算出される動作時間の誤差は±0.5ms程度であるので、本実施の形態1の遮断器監視装置1における測定精度は実用上、十分な精度が得られていることがわかる。
The variation between the operation time T1 calculated in the circuit
次に、演算部14はこのように計測した動作時間ΔTを判定部15に送信し、判定部15は初期の遮断器の性能から得られる動作時間ΔT0と比較して、この差が規定の範囲内にあるかどうかで、遮断器2の異常の有無を判定する。ΔTとΔT0との差が規定の範囲を超えた場合には遮断器2に異常が発生したものと判定し、異常信号を出力する。
Next, the
このように、本実施の形態1の遮断器監視装置1においては、遮断指令信号aと、音響センサ11の信号を入力するだけで、遮断器2に直接センサを取り付けたり、信号線の結線をしたりすることが不要となり、既設の遮断器2に対しても簡易に異常の有無が判定できるという効果を奏する。
As described above, in the circuit
また、以上述べた本実施の形態1における遮断器監視装置1は、各構成の機能を上述の説明どおりの順序のステップで行う遮断器監視方法としても実現が可能なことはいうまでも無い。
Moreover, it cannot be overemphasized that the circuit
実施の形態2.
図5は、この発明を実施するための実施の形態2における遮断器監視装置のシステムを示すものである。図中、実施の形態1と同一の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。実施の形態1においては、式(3)で使用する空気中の音の速度を一定としたが、図5に示すように、遮断器監視装置1内に周囲の温度を計測する温度センサ16を有し、周囲の温度に基づいて空気中の音の速度を補正するような構成にしても良い。
FIG. 5 shows a system for a circuit breaker monitoring apparatus according to
次に、空気中の音の速度の補正方法について説明する。気体中における音の速度vは比熱比κ、気体定数Rおよび気体温度Tに依存し、式(5)のように表される。
v=sqrt(κRT)・・・(5)
また、式(5)を簡易化すると式(6)のように表される。
v=331.5+0.6t・・・(6)
ただしtは気体の温度(℃)である。
Next, a method for correcting the speed of sound in the air will be described. The speed of sound v in the gas depends on the specific heat ratio κ, the gas constant R, and the gas temperature T, and is expressed as in equation (5).
v = sqrt (κRT) (5)
Moreover, when Formula (5) is simplified, it is expressed as Formula (6).
v = 331.5 + 0.6t (6)
Where t is the gas temperature (° C.).
このように音速vは温度の影響を受けるため、図5に示すように遮断監視装置1において温度センサ16で周囲の温度を計測し、そのときの温度により音速vの値を補正し、補正後の音速を用いて式(3)により、メインコンタクト動作の動作音が音響センサ11に到達するまでの時刻を算出することで、より厳密なΔTを算出することが可能となる。この場合、温度センサ16も遮断器2に直接取り付ける必要が無いので、実施の形態1と同様に、既設の遮断器2に対しても簡易に異常の有無が判定できるという効果を奏する。
Since the sound velocity v is affected by the temperature in this way, the ambient temperature is measured by the
実施の形態3.
図6は、この発明を実施するための実施の形態3における遮断器監視装置のシステムを示すものである。図中、実施の形態1と同一の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。実施の形態1では、遮断器2の動作時間を算出する起点として遮断指令信号aを利用したが、この遮断指令信号aの代わりに遮断器2の操作のために機構系のラッチを解除する動作音を利用しても良い。このような構成にした場合には、動作時間が遮断指令信号aを利用せずに算出できるために、遮断指令信号受信部13を設ける必要は無い。
FIG. 6 shows a system for a circuit breaker monitoring apparatus according to
遮断器2において、メインコンタクトの機械的な開閉動作はラッチ解除からスタートするために、信号処理部12は音響センサ11が遮断器2のラッチ解除をする際の動作音を検出した時刻から立ち上がるステップ状の動作信号を生成し、演算部14に出力すればよい。ここで、ラッチ解除をする際の動作音を検出した時刻とは、音響センサ11が検出した動作音の音声レベルが所定の閾値を超えた時刻であるとして動作信号を生成する。このときの閾値は、メインコンタクト動作の動作音を検出するための閾値よりも小さいものである。ここでは、この閾値を50dBとする。メインコンタクト動作の際の動作音の検出方法、動作信号bの生成方法については、実施の形態1と同様である。また、説明の都合上、メインコンタクト動作の動作音を第1の動作音、ラッチ解除をする際の動作音を第2の動作音、第1の動作音を検出するための閾値を第1の閾値、第2の動作音を検出するための閾値を第2の閾値、第1の動作音を検出した時刻から立ち上がるステップ状の信号を第1の動作信号、第2の動作音を検出した時刻から立ち上がるステップ状の信号を第2の動作信号と称する。
In the
次に、演算部14は信号処理部12が生成した第1の動作信号、第2の動作信号に基づいて遮断器2の動作時間を算出する。動作時間ΔT2は、第1の動作信号が立ち上がる時刻をt4、第2の動作信号が立ち上がる時刻をt5とすると式(7)によって算出することが可能である。
ΔT2=t4−t5・・・(7)
Next, the
ΔT2 = t4-t5 (7)
本実施の形態3においては、式(7)から明らかなように、動作時間を算出するために、音速や遮断器2までの距離のパラメータを利用する必要が無い。従って、これらのパラメータに起因する誤差を低減した動作時間を算出することが可能である。
In the third embodiment, as is apparent from the equation (7), it is not necessary to use parameters of the sound speed and the distance to the
また、第1の動作信号および第2の動作信号は音響センサ11が検出した音声レベルが第1の閾値または第2の閾値を超えた時刻から立ちあがるステップ状の信号であると説明したが、これらの動作信号bは音声レベルがそれぞれの閾値を超えたときのみに立ち上がっているような信号であっても良い。このような構成にすることにより、信号処理部11での信号処理が簡易になる。この場合、第1の閾値よりも第2の閾値のほうが小さいために、第2の動作信号は図7にも示すように、第2の動作音が発生するとき以外にも第1の動作音を発生したときにも立ち上がっているような信号となる。したがって、第2の動作音に対応する信号のみを用いる必要がある。そのためには、第2の動作信号のパルス幅の識別、第1の動作信号と第2の動作信号との排他的論理和演算等の既存の信号処理を利用すれば良い。
In addition, the first operation signal and the second operation signal have been described as step-like signals that rise from the time when the sound level detected by the
1 遮断器監視装置、11 音響センサ、13 演算部、14 遮断指令信号受信部、15 判定部、16 温度センサ、2 遮断器
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記遮断器に対して非接触であり、前記遮断器が動作する際の動作音を検出する音響センサと、
前記遮断指令信号受信部が受信した遮断指令信号と前記音響センサが検出した動作音とに基づいて前記遮断器が動作するまでの動作時間を算出する演算部と
を備えることを特徴とする遮断器監視装置。 A shut-off command signal receiving unit for receiving a shut-off command signal indicating a command time for starting operation of the circuit breaker;
An acoustic sensor that is non-contacting with respect to the circuit breaker and detects an operation sound when the circuit breaker operates;
A circuit breaker comprising: an operation unit that calculates an operation time until the circuit breaker operates based on a circuit break command signal received by the circuit break command signal receiving unit and an operation sound detected by the acoustic sensor. Monitoring device.
前記遮断指令信号受信部が受信した遮断指令信号が示す前記遮断器の動作開始の指令時刻と、前記音響センサが検出した動作音のレベルが所定の閾値を超えた時刻とに基づいて前記遮断器が動作するまでの動作時間を算出することを特徴とする請求項1に記載の遮断器監視装置。 The computing unit is
The circuit breaker based on a command time for starting the operation of the circuit breaker indicated by a circuit break command signal received by the circuit break command signal receiving unit and a time when the level of the operation sound detected by the acoustic sensor exceeds a predetermined threshold The circuit breaker monitoring device according to claim 1, wherein an operation time until the operation is calculated.
前記演算部は前記温度センサが計測した周囲の温度に基づいて前記動作時間を補正することを特徴とする請求項1 または請求項2 に記載の遮断器監視装置。 It has a temperature sensor that measures the ambient temperature,
The circuit breaker monitoring device according to claim 1, wherein the calculation unit corrects the operation time based on an ambient temperature measured by the temperature sensor.
前記音響センサが検出した動作音のレベルが第1の閾値を超えた時刻と、前記動作音のレベルが前記第1の閾値とは異なる第2の閾値を超えた時刻と、に基づいて前記遮断器が動作するまでの動作時間を算出する演算部と
を備えることを特徴とする遮断器監視装置。 An acoustic sensor for detecting an operating sound when the circuit breaker operates;
Based on the time when the level of the operating sound detected by the acoustic sensor exceeds a first threshold and the time when the level of the operating sound exceeds a second threshold different from the first threshold A circuit breaker monitoring device comprising: an operation unit that calculates an operation time until the device operates.
前記遮断器に対して非接触である音響センサにより前記遮断器が動作する際の動作音を検出する動作音検出ステップと、
前記遮断指令信号受信ステップにおいて受信した遮断指令信号と前記動作音検出ステップにおいて検出した動作音とに基づいて前記遮断器が動作するまでの動作時間を算出する演算ステップと
を備えることを特徴とする遮断器監視方法。 A break command signal receiving step for receiving a break command signal from the circuit breaker;
An operation sound detection step of detecting an operation sound when the circuit breaker is operated by an acoustic sensor that is non-contact with the circuit breaker;
And a calculation step of calculating an operation time until the circuit breaker operates based on the interruption command signal received in the interruption command signal reception step and the operation sound detected in the operation sound detection step. Circuit breaker monitoring method.
前記動作音検出ステップで検出した動作音のレベルが第1の閾値を超えた時刻と、前記動作音のレベルが前記第1の閾値とは異なる第2の閾値を超えた時刻と、に基づいて前記遮断器が動作するまでの動作時間を算出する演算ステップと
を備えることを特徴とする遮断器監視方法。 An operation sound detection step for detecting an operation sound when the circuit breaker operates;
Based on the time when the level of the operation sound detected in the operation sound detection step exceeds a first threshold and the time when the level of the operation sound exceeds a second threshold different from the first threshold A circuit breaker monitoring method comprising: an operation step of calculating an operation time until the circuit breaker operates.
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