JP5502669B2 - ガス絶縁開閉装置の寿命評価方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、ガス絶縁開閉装置の寿命評価方法に関する。

ガス絶縁開閉装置（ＧＩＳ：gas insulated switchgear）は、遮断器、母線、断路器その他多数の機器を単一の接地容器内に収めた縮小形開閉設備である。ガス絶縁開閉装置では、接地容器内に封入した六フッ化硫黄（ＳＦ６）ガスにより、絶縁ならびに消弧（電流遮断）を行う。ガス絶縁開閉装置の断路器は、通常の運転状態においてループ電流や充電電流を遮断する場合に、多数回の動作により機器内部の接点部分（電流を遮断する部分）が劣化する。この接点の劣化は最終的に地絡などの重大な事故に至るため、適切な時期に点検を行う必要がある。

この接点の要修後・点検時を知るためには、接点の劣化損耗の程度を内部点検で実際に確認する必要がある。しかし、接点の内部点検は、断路器を分解するなど作業上の負担が大である。そこで、接点の要修後・点検時は、開閉動作が予め定められた動作回数（以下、寿命回数という）に至る時である、と推定する寿命評価方法が考えられている。この方法においては、ＧＩＳの断路器の内部点検をすることなく、開閉動作回数が寿命回数に至ったときに、断路器接触部の交換などにより接点の修復をする。

上述の寿命回数は、例えば、電気規格調査会(ＪＥＣ（Japanese Electrotechnical Committee）)、国際電気標準会議(ＩＥＣ（International Eectrotechnical Commission）)などの規格、或いはＧＩＳの製造者が採用している試験条件により予め定められた試験電圧Ｖ_Ｔ及び試験電流Ｉ_Ｔに応じて定められる。この試験電圧Ｖ_Ｔと試験電流Ｉ_Ｔ値に基づいて定められた寿命回数を本明細書中では、試験寿命回数Ｑ_Ｔと呼ぶ。

また、試験寿命回数Ｑ_Ｔによる判定以外に、ＧＩＳの接点の交換時期を外部より判定するために、ループ遮断電流を測定し接点の寿命を推定する電極消耗率計測装置が提案されている。この装置は、データ処理部において、ループ遮断電流を累積加算することにより接点の消耗率を推定している。一方、ＧＩＳの接点の損耗を評価する方法として、接点材料と遮断電流とアーク時間とにより接点の損耗量を算出し、その結果から適切な時期に接点の点検及び修復をする方法が提案されている。

特開平７−６６６４号公報

社団法人電気協同研究会発刊第３３巻４号「ＳＦ６ガス絶縁機器保守基準」

上述のＧＩＳの寿命評価方法において、接点の要修後・点検時に至る動作回数（試験寿命回数Ｑ_Ｔ）は、前述の試験電流Ｉ_Ｔ及び試験電圧Ｖ_Ｔで運用された場合を前提としている。しかし、実際のＧＩＳの運用状態において、ループ遮断電流などの負荷電流や回復電圧は、試験電流Ｉ_Ｔや試験電圧Ｖ_Ｔとは異なるのが一般的である。

そのため、従来の寿命評価方法のように、一定値である試験電圧Ｖ_Ｔや試験電流Ｉ_Ｔに基づいて一律に断路器動作回数を定め、長期間の設備停止時間を必要とする接点の要修後・点検時を決定することは不適切である。本発明は、適切な接点の要修後・点検時の判定が可能となるＧＩＳの寿命評価方法を提供することを目的とする。

本発明の実施形態は、接点の開閉試験時に印加する試験電圧Ｖ_Ｔと試験電流Ｉ_Ｔのそれぞれについて、その一方を固定した条件下で他方を変化させながら複数回の開閉試験を行い、電圧値または電流値の変化量と接点の損耗量ｗとの相関に基づいて、電流補正係数βと電圧補正係数γとを求め、
運用状態における回復電圧Ｖと負荷電流Ｉ、前記試験電圧Ｖ_Ｔと試験電流Ｉ_Ｔ、前記試験電圧Ｖ_Ｔと試験電流Ｉ_Ｔによって算定した試験寿命回数Ｑ_Ｔ、及び前記電流補正係数βと電圧補正係数γに基づいて、
推定寿命回数Ｑ＝試験寿命回数Ｑ_Ｔ×（１／（負荷電流Ｉ／試験電流Ｉ_Ｔ）^β）×（１／（回復電圧Ｖ／試験電圧Ｖ_Ｔ）^γ）
により、推定寿命回数Ｑを推定することを特徴とする。

本発明の実施形態に係る断路器遮断部を説明する図である。 本発明の実施形態に係る電流補正係数βを説明する図である。 本発明の実施形態に係る電圧補正係数γを説明する図である。 前記実施形態において、複数のガス絶縁開閉装置の推定寿命回数を示す図である。

図１は、本実施形態を適用する断路器の遮断部１０の一例を説明する図である。図に示すように、断路器遮断部１０は、可動側接触部２０ａ、固定側接触部２０ｂ、可動側接触子３０ａ、固定側接触子３０ｂ及び可動ロッド４０を有している。この図において、可動ロッド４０は固定側接触子３０ｂに接触しており、断路器の閉路状態を示している。

可動ロッド４０は、図示されていないリンクなどを介して回転レバーに接続されている。可動ロッド４０は、外部からの回転力が回転レバーに伝達されることにより、固定側接触子３０ｂに対して、入りと切り、すなわち断路器遮断部１０の開閉動作をする。

このような断路器遮断部１０の開閉動作により、電流が遮断される際に、固定側接触子３０ｂと可動ロッド４０との接触部分、すなわち、接点は、アークにより損耗する。この損耗量は、負荷電流Ｉ及び回復電圧Ｖのそれぞれとの間に相関がある。本実施形態のＧＩＳの寿命評価方法は、上述の相関から従来の試験寿命回数Ｑ_Ｔをより効果的なものに補正する補正係数β，γを求める。本実施形態において、接点の寿命回数を求める計算式である寿命評価一般式は、これらの補正係数β，γを含んでいる。

以下、本実施形態のＧＩＳの寿命評価方法について説明する。
図２は、本実施形態に係る電流補正係数を説明する図である。すなわち、回復電圧Ｖを一定値（試験電圧Ｖ_Ｔ）とした場合における負荷電流Ｉの変化に対する接点の損耗量の変化を示すもので、横軸は負荷電流Ｉ（Ａ）であり、縦軸は接点の損耗量（ｍｇ／回数）である。

図２に示すように、この場合、一定値とする回復電圧Ｖとしては、ＪＥＣやＩＥＣで定められた試験電圧Ｖ_ＴやＧＩＳの製造者が定めた試験条件で定められた試験電圧Ｖ_Ｔが使用される。回復電圧Ｖを一定とした場合、負荷電流Ｉの変化に対して、損耗量ｗは累乗的に変化しており、これらの負荷電流Ｉと損耗量ｗとから電流依存を示す電流補正係数βが求められる。

電流補正係数βを求める累乗近似式は、「ｗ＝ａ×Ｉ^β」である。この式において、ｗは損耗量、ａは定数、Ｉは負荷電流、βは電流補正係数である。この式に、上述の負荷電流Ｉとそれに対応した損耗量ｗを代入することにより、電流補正係数βは求められる。なお、図２に示す回帰曲線は、この累乗近似式を示す累乗近似曲線である。

図３は、本実施形態に係る電圧補正係数γ説明する図である。すなわち、図３は、前記電流補正係数βの場合とは逆に、負荷電流Ｉを一定値（試験電流Ｉ_Ｔ）とした場合における回復電圧Ｖの変化に対する接点の損耗量の変化を示すもので、横軸は回復電圧Ｖ（Ｖ）であり、縦軸は接点の損耗量（ｍｇ／回数）である。本実施形態に係る電圧補正係数γを求める例についての説明は、電流補正係数αを求める例と共通しており、説明は省略する。この電圧補正係数γに係る累乗近似式は、「ｗ＝ｂ×Ｖ^γ」である。この式において、ｗは損耗量、ｂは定数、Ｖは回復電圧、γは電圧補正係数である。

本実施形態では、前記図２、図３のようにして求めた補正係数β，γから、寿命評価一般式
「推定寿命回数Ｑ＝試験寿命回数Ｑ_Ｔ×α×１／（負荷電流Ｉ／試験電流Ｉ_Ｔ）^β×１／（回復電圧Ｖ／試験電圧Ｖ_Ｔ）^γ
但し、α＝限界動作回数Ｑ_Ｌ／試験寿命回数Ｑ_Ｔ」
を求める。

寿命評価一般式に含まれるαは限界回数に関する補正係数である。この補正係数αは、限界動作回数Ｑ_Ｌを予め定められた断路器の動作回数、すなわち試験寿命回数Ｑ_Ｔで除した値である。限界動作回数Ｑ_Ｌとは、例えば、ＧＩＳの規格試験などにおいて規定の動作回数Ｑ_Ｔを超えた場合に、性能上の限界を示す動作回数に至った回数である。

この限界動作回数は、例えば、
（１）開閉速度管理値の範囲内であること。
（２）断路器主回路接触抵抗が管理値以内であること。
（３）断路器の絶縁性能が試験後も規格値を満足すること。
（４）電流開閉の開離度が規格上の基準以下であること。
などの条件に基づいて求められる。寿命評価一般式にこの限界回数に関する補正係数αを含ませることは、推定寿命回数Ｑがより現実的となり、より適切な接点の要修後・点検時の推定が可能となる。

なお、限界動作回数試験の前後で少なくともＧＩＳの規格上の耐電圧性能が確保できていれば、この項目以外にも管理基準が含まれていてもよく、また少なくても良い。また、ＪＥＣ等の規格がない場合や、現在より低い規格・基準で開発し製造していた過去の開閉装置に現在の規格を当てはめると限界値が低い場合には、補正係数αの値が１より小さくなるが、その場合でも同様に接点損耗状態が推測でき、寿命を評価することができる。

前記の寿命評価一般式を用いて、接点の寿命を判定する場合には、この式に含まれる負荷電流Ｉ及び回復電圧Ｖに、ＧＩＳのモニタリング装置などで入手した実フィールドにおける実際の負荷電流値Ｉ及び回復電圧値Ｖを入力し、さらに、規格試験上での電流Ｉ_Ｔと電圧Ｖ_Ｔ、及び試験寿命回数Ｑ_Ｔを入力する。これにより、求められた推定寿命回数Ｑと現実の開閉回数とを比較することにより、接点の交換、補修時期を知ることができる。

また、本実施形態を前記のようなフィールドでの寿命評価以外に、各種の運用条件下における接点の寿命を評価するシミュレーションに使用することも可能であり、その場合には、前記式の負荷電流Ｉや回復電流Ｖにシミュレートする電圧値や電流値を代入する。

以上が、本発明のＧＩＳの寿命評価方法についての一例であるが、本発明は、上述した実施形態に限られず、例えば、以下の変形例を包含する。

（１）接点の材質、開閉速度が近似しているＧＩＳ（例えば、線路ループ電流開閉責務を有する機器や、誘導電流開閉責務を有する接地開閉器など）においては、ＧＩＳ毎に上述の限界回数の補正係数αを求めることなく、既に求められている補正係数αを転用してもよい。これにより、近似したＧＩＳの接点の要修後・点検時は、新たに補正係数αを求めることなく、本発明の寿命評価方法を使用して推定できる。

（２）推定寿命回数が異なる複数のＧＩＳを使用する場合において、これらの推定寿命回数を比較することにより、複数のＧＩＳ間で修復作業の優先順位付けをしてもよい。この優先順位付けにより接点の修復作業を適切かつ効率的にすることができる。この点に付いて、以下、図４を用いて説明する。

図４は、複数のＧＩＳの推定寿命回数を示す図である。図の横軸は負荷電流Ｉ（Ａ）であり、縦軸は回復電圧Ｖ（Ｖ）である。図に示す曲線は、推定寿命回数が２００回と２０００回とに該当する場合の負荷電流Ｉと回復電圧Ｖとの組み合わせを示す。これらの曲線を境にして、推定寿命回数が２００回未満、２００回以上２０００回未満、２０００回以上などの領域に分類している。

この図４中に、運用状態にあるＧＩＳ（図の例では、断路器Ａ〜Ｃ）毎の負荷電流Ｉと回復電圧Ｖをプロットする。例えば、断路器Ａは回復電圧Ｖと負荷電流が小さいので推定寿命回数が１００００回程度、断路器Ｂは回復電圧Ｖと負荷電流が中程度なので推定寿命回数が１０００回程度、断路器Ｃは回復電圧Ｖと負荷電流が大きいので推定寿命回数が１００回程度であることが、一目瞭然に判別することができる。このようにして、プロットされた各点を比較することで、各ＧＩＳの接点の修復作業の優先順位付け、すなわち寿命回数の少ない断路器ほど優先的に点検・補修を実施する必要があることが容易に判別できる。

１０…断路器遮断部、２０ａ…可動側接触部、２０ｂ…固定側接触部、３０ａ…可動側接触子、３０ｂ…固定側接触子、４０…可動ロッド

Claims (3)

1. 予め定められた試験電流と試験電圧とに応じて定められた開閉器動作回数である試験寿命回数に基づいて接点の寿命を推定するガス絶縁開閉装置の寿命評価方法であって、
   接点の開閉試験時に印加する試験電圧Ｖ_Ｔと試験電流Ｉ_Ｔのそれぞれについて、その一方を固定した条件下で他方を変化させながら複数回の開閉試験を行い、電圧値または電流値の変化量と接点の損耗量ｗとの相関に基づいて、電流補正係数βと電圧補正係数γとを求め、
   運用状態における回復電圧Ｖと負荷電流Ｉ、前記試験電圧Ｖ_Ｔと試験電流Ｉ_Ｔ、前記試験電圧Ｖ_Ｔと試験電流Ｉ_Ｔによって算定した試験寿命回数Ｑ_Ｔ、及び前記電流補正係数βと電圧補正係数γに基づいて、
   推定寿命回数Ｑ＝試験寿命回数Ｑ_Ｔ×（１／（負荷電流Ｉ／試験電流Ｉ_Ｔ）^β）×（１／（回復電圧Ｖ／試験電圧Ｖ_Ｔ）^γ）
   により、推定寿命回数Ｑを推定することを特徴とするガス絶縁開閉装置の寿命評価方法。
2. 前記電流補正係数βは、前記試験電圧Ｖ_Ｔにおいて、前記負荷電流Ｉと前記損耗量ｗとの相関に基づいた累乗近似から求める定数であり、かつ、前記電圧補正係数γは、前記試験電流Ｉ_Ｔにおいて、前記回復電圧Ｖと前記損耗量ｗとの相関に基づいた累乗近似から求める定数であることを特徴とする請求項１に記載のガス絶縁開閉装置の寿命評価方法。
3. 開閉器開閉動作の限界である限界動作回数Ｑ_Ｌを前記試験寿命回数Ｑ_Ｔで除した値である限界回数の補正係数αを求め、
   推定寿命回数Ｑ＝試験寿命回数Ｑ_Ｔ×α×（１／（負荷電流Ｉ／試験電流Ｉ_Ｔ）^β）×（１／（回復電圧Ｖ／試験電圧Ｖ_Ｔ）^γ）
   により、推定寿命回数Ｑを推定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガス絶縁開閉装置の寿命評価方法。

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