JP5674935B2 - 温度監視装置および温度監視方法 - Google Patents

Description

この発明は、例えば金属閉鎖形スイッチギヤの高電圧主回路充電部である導体の温度を常時監視する温度監視装置ならびに温度監視方法に関するものである。

金属閉鎖形スイッチギヤは、筐体の内部に遮断器、主母線、計器用変流器、外線ケーブル等を収納し、主母線から遮断器、計器用変流器、および外線ケーブルを介して負荷に電力を供給する。遮断器は一般的に引出形が用いられており、遮断器に車輪を設けて筺体に押し込むとき、筐体内に配置されている固定枠の端子と遮断器の接触子にて電気的に接続することにより、回路を形成している。従って、金属閉鎖形スイッチギヤの高電圧主回路部は多くの接続部および接触部で構成されている。

高電圧主回路部の接続部は一般的にボルトで締め付けられているため、輸送時の振動によるボルトの緩みや、据付時の締め付け不良などにより接続部の接触抵抗の上昇から異常過熱につながることがある。また、高電圧主回路部の接触部はグリスの固化や、異物混入により端子と接触子との間の接触抵抗が上昇し、接続部と同様に異常過熱につながることがある。一般的なスイッチギヤとして、例えば特許文献１に示されたものがある。

特開２００６−３０４５２３号公報

金属閉鎖形スイッチギヤの高電圧主回路にある多くの導体接続部および接触部での接触抵抗増加による異常過熱を未然に防ぐためには、メンテナンスを定期的に実施することも一つの手段ではあるが、接続部および接触部の異常が確実に取り除かれたかどうかは定量的に示すことができない。またメンテナンスを定期的に実施するということは、停電が必要であり、設備全体としての生産効率が低下することになる。このため、高電圧主回路にある導体接続部および接触部に温度監視装置を設け、その出力を無線通信によりモニターすることにより導体の異常過熱を未然に防止することが望まれる。さらに、この温度監視装置は、小形で且つ堅牢であることが望ましい。この発明は、このような用途に適した温度監視装置および温度監視方法を提供しようとするものである。

この発明に係る温度監視装置は、被監視導体に近接してその温度を計測する温度センサと、該温度センサで得た温度データを無線通信にて送信する送信器を搭載した基板と、前記被監視導体を取り巻いて配置されたコアと、該コアに巻回され、前記被監視導体への通電電流を検出して前記送信器を起動させるコイルとを備え、前記温度センサは、前記コアの磁路の一部に設けられた隙間に絶縁物によって保持され、また、前記被監視導体と前記コアの配置は、前記コアの両側において前記コアを固定する一対の絶縁物ボビンにより規制されると共に、前記一対の絶縁物ボビンには、前記コイルが架装されているものである。

この発明に係る温度監視方法は、被監視導体に近接してその温度を計測する温度センサと、該温度センサで得た温度データを無線通信にて送信する送信器を搭載した基板と、前記被監視導体を取り巻いて配置されたコアと、該コアに巻回され、前記被監視導体への通電電流を検出して前記送信器を起動させるコイルとを備えた温度監視装置を用いて、前記コイルの出力電圧と前記被監視導体に流れる電流との関係から前記被監視導体への実負荷電流値を算出して、その電流値で前記温度センサで計測した温度値を定格電流値での温度値へ変換することで、定格電流値での温度を下記の式により推測するものである。
ΔT＝(To−Tx)×(I/Ix)n
ただし、
ΔT：定格電流Iでの温度上昇値（Ｋ）
To ：周囲温度（℃）
Tx ：実負荷電流Ixでの温度測定値（℃）
I ：定格電流（Ａ）
Ix ：実負荷電流（Ａ）
n ：乗数（1.0〜2.0）

この発明によれば、被監視導体の温度を計測し、その温度を無線を通して常時監視できる温度監視装置として、小形で、堅牢な温度監視装置を得ることができ、また、その温度監視装置を用いて、確実な温度監視が可能な温度監視方法が得られるので、メンテナンスを容易にする。

この発明の実施の形態１に係る温度監視装置を示す正面図である。 この発明の実施の形態１に係る温度監視装置を示す断面図である。 この発明の実施の形態１に係る温度監視装置を示す上面図である。 この発明の実施の形態１で使用される絶縁物ボビンを示す、（ａ）正面図、（ｂ）側面図、および（ｃ）上面図である。 この発明の動作を説明するフローチャートである。 この発明の実施の形態２に係る温度監視装置を示す正面図である。 この発明の実施の形態２に係る温度監視装置を示す断面図である。 この発明の実施の形態２に係る温度監視装置を示す上面図である。 この発明の実施の形態３に係る温度監視装置を示す正面図である。 この発明の実施の形態３に係る温度監視装置を示す断面図である。 この発明の実施の形態３に係る温度監視装置を示す上面図である。 この発明の実施例４に係る外部電源コイル装置を示す正面図である。 この発明の実施の形態４に係る温度監視装置を示す正面図である。 この発明の実施の形態５に係る温度監視装置の温度上昇値を示す図である。 この発明で使用される絶縁物ボビンと高電圧主回路導体とコアとの組合わせを示す斜視図である。

実施の形態１．
図１〜図４及び図１５はこの発明の実施の形態１に係る温度監視装置を示すものであり、図２は図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。この温度監視装置は、被監視導体である高電圧主回路導体１を取り巻くように配置されている、正面から見て略Ｃ字形をなすコア２を備えている。コア２のＣ字形磁路の切り離されている隙間２ａには絶縁物７が固定され、この絶縁物７に、例えばサーミスタからなる温度センサ６が取り付けられ、この温度センサ６が高電圧主回路導体１に接触して、高電圧主回路導体１の温度を計測するようになされている。

コア２は、その下側の一辺が、絶縁物からなる一対の絶縁物ボビン４により両側から挟むように支持されている。絶縁物ボビン４の形状は図４に正面図（ａ）、側面図（ｂ）、上面図（ｃ）として示しているように、扁平な形状をしており、両側に幅広部４ａと、これより幅狭で幅広部４ａをつなぐ連結部４ｂを有している。幅広部４ａの側面にはコア２の端部の形状に沿う半円形の凹部４ｃが設けられ、さらに、両側の幅広部４ａの上部には、後述するように、高電圧主回路導体１を受ける４半円形の円弧４ｄが形成されている。

絶縁物ボビン４と高電圧主回路導体１とコア２の関係を図１５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に斜視図で示している。図１〜図４及び図１５において、一対の絶縁物ボビン４は、コア２の一辺を凹部４ｃにより両側から挟むように支持している。絶縁物ボビン４はさらに、コア２内に挿通されている高電圧主回路導体１を図で下側から円弧４ｄで支え、高電圧主回路導体１を温度センサ６に押し付けるようにして固定する。温度センサ６の下端はコア２の下面よりわずかに突出しているため、コア２の下面は、高電圧主回路導体１との間にはギャップ８を隔てて対向する。絶縁物ボビン４の下面には基板５が固定されている。このように、高電圧主回路導体１とコア２の配置関係は、絶縁物ボビン４により位置規制され、基板５と合わせて一体に形成されることになる。

基板５には図示しない送信器が搭載されていて、温度センサ６から得られた温度データを盤内の制御室内の受信器に向けて無線で送信するようになされている。一方、前記一対の絶縁物ボビン４の連結部４ｂにはコア２を取り巻くように巻回されたコイル３（図１および図２では鎖線で示している、以下の図においても同様である）が架装されており、コイル３の出力は前記送信器の起動に供される。

実施の形態１における絶縁物ボビン４の役割は、高電圧主回路導体１を絶縁物ボビン４で支えることにより、高電圧主回路導体１を、コア２との間にギャップ８を介して位置決めすることである。また、基板５を固定することである。さらにまた、コイル３の巻枠となる。

コア２をＣ形にして、切り離した隙間２ａを設けているのは、高電圧主回路導体１の通電電流によってコア２に発生する渦電流による発熱を抑制するためであるが、その切り離されている隙間２ａを利用して温度センサ６の設置位置を確保している。なお、温度センサ６はサーミスタのほかに、熱電対やバイメタルなどでもよい。

この温度監視装置の動作を説明する。被監視導体である高電圧主回路導体１に通電が行われると、コア２に磁界が発生し、その発生した磁界によりコイル３に電圧が誘起される。この電圧を基板５に供給することにより送信器の起動回路を閉じ、高電圧主回路導体１の表面に接触している温度センサ６で得られた温度データを前記送信器から無線通信にて、盤内の制御室内に配置されている受信器に送る。通常、送信器は各監視部位に配置されているが、受信器は盤内に１つあるいは配列内で数個とする。受信器側にはアドレスを割り当て送受信時の混信を防ぐ。

この温度監視装置の送信器と受信器のやりとりをフローチャートで示すと図５のようになる。高電圧主回路導体１に通電が行われ、ある電流値に達すると（ステップＳ１）、コイル３の電圧により送信器の電源が立ち上がり、温度測定の準備状態となる（ステップＳ２）。受信器から各センサに割り当てられているアドレスに対して呼びかけを行い（ステップＳ４）、ある一定の期間内でアドレスの一致を送信器側で確認したら（ステップＳ３）、高電圧主回路導体１の温度を計測する（ステップＳ５）。その後、アドレスと温度データを受信器側に送信して（ステップＳ６）、受信器側ではそのデータを受信し保管する（ステップＳ７）。

この発明の実施の形態１の特徴は、絶縁物ボビン４と、コア２の隙間２ａに設けられた、温度センサ６を有する絶縁物７で高電圧主回路導体１を挟み込むことにより、高電圧主回路導体１に対して温度センサ６の位置決めをすることができ、また、絶縁物ボビン４に送信器を搭載した基板５を固定することにより、高電圧主回路導体１とコア２とを適切な配置関係に規制できることである。これにより、温度監視装置を小形で堅牢なものに構成できる。また、無線通信により温度データを常時監視して、高電圧主回路導体１が正常であるかどうかを知ることができる。したがって、計測温度の正常部位についてはメンテナンス周期を延長することができる。さらにまた、高電圧主回路導体１の異常兆候を事前に把握することができるため、事故に到る前にメンテナンスを計画することができる。

実施の形態２．
図６はこの発明の実施の形態２に係る温度監視装置を示す正面図、図７は図６のＡ−Ａ線における断面図、図８は図６の上面図である。実施の形態１と実施の形態２の違いは、実施の形態２は、コアが３つの部分に分割されている点であり、その他の構成は実施の形態１と同じである。

実施の形態２のコアは、正面から見てコ形の第１のコア２１と、Ｌ形の２個の第２のコア２２ａおよび第３のコア２２ｂからなる。Ｌ形の第２、第３のコア２２ａ、２２ｂは一辺がコ形の第１のコア２１の両端に、図示しない例えばボルトで固定されている。第２のコア２２ａと第３のコア２２ｂとの間には隙間２ａが設けられ、この隙間２ａに絶縁物７が嵌め込まれ、さらに、絶縁物７にサーミスタ等からなる温度センサ６が保持されている。温度センサ６の先端は高電圧主回路導体１に接触している。高電圧主回路導体１および第１のコア２１は絶縁物ボビン４に固定され、絶縁物ボビン４には基板５が固定されている。絶縁物ボビン４の構造は実施の形態１と同じである。また、絶縁物ボビン４には第１のコア２１に巻回されたコイル３が架装されている。

本実施の形態２の温度監視装置の動作は、実施の形態１と同様に、基板５に搭載された送信器が温度センサ６の温度データを受信器に向けて無線送信することにより、受信側で高電圧主回路導体１が正常温度範囲であるかどうか監視する。

実施の形態２の特徴は、コアを３つに分割した構造であり、これにより、高電圧主回路導体１と第１のコア２１と絶縁物ボビン４と基板５を一体に組み付けた後に、第２のコア２２ａおよび第３のコア２２ｂを絶縁物７および温度センサ６とともに組み付けられる点である。このため、高電圧主回路導体１への温度監視装置の取り付けが容易になり、新設盤への取り付けだけでなく、既設盤への取り付けの際にも、高電圧主回路導体１を外す必要がない。

実施の形態３．
図９〜図１１はこの発明の実施の形態３を示している。図９は温度監視装置の正面図、図１０は図９のＡ−Ａにおける断面図、図１１は図９の上面図である。実施の形態３と実施の形態２の違いは、基板５の設置位置であり、実施の形態３では基板５を絶縁物７１の上に設置している。

図において、絶縁物７１にはその上面の２箇所に突起７２を設け、突起７２上に、送信器を搭載した基板５をねじ止め等により固定している。その他の構成および動作は実施の形態１または実施の形態２と同じである。この構成により、Ｌ形の第２のコア２２ａおよび第３のコア２２ｂ間の空間を基板収容スペースとして有効に利用でき、温度監視装置の高さ方向の寸法を縮小化することができる。

実施の形態４．
図１２および図１３はこの発明の実施の形態４を示している。図１２はこの発明の実施の形態４に係る温度監視装置に使用される外部電源用コイルの正面図、図１３は前記外部電源用コイル装置をセットした温度監視装置を示す正面図である。

上述の実施の形態１〜３は、高電圧主回路導体１に電流が通電されないと基板５の発信器が起動しない。すなわち出荷試験や現地での試験のときには、高電圧主回路導体１に通電されないため、温度監視装置自身が正常に動作するか否か確認することができない。そこで、実施の形態２に示す温度監視装置に、図１２に示す外部電源用コイル装置９０をセットすることにより、試験時等の電源を確保している。

図１２に示す外部電源用コイル装置９０は、図６に示すＬ形の第１のコア２１と同じ幅のコ形をなす外部電源用コア９２と、この外部電源用コア９２の前後端に配置された一対の外部電源用絶縁物ボビン９４と、外部電源用コア９２に巻回され、外部電源用絶縁物ボビン９４に架装された外部電源用コイル９３と、この外部電源用コイル９３に電流を供給する外部電源９１とから構成されている。なお、外部電源用絶縁物ボビン９４の構造は絶縁物ボビン４と同じである。

高電圧主回路導体１に電流が通電されない出荷試験や現地での試験のときには、外部電源用コイル装置９０を図１３のように温度監視装置にセットして、外部電源９１から電流を供給し、コア２に磁界を発生させ、この磁界によりコイル３に誘起する電圧によって、基板５の送信器を起動させるようにする。これにより、高電圧主回路導体１に電流が流れない状態での温度監視装置の試験を行なうことができる。外部電源用コイル装置９０は取り外し可能なので、必要時にのみ使用することにより、温度監視装置のサイズを増すことはない。

実施の形態５．
実施の形態５は温度監視装置による温度測定方法に関するものである。図１４はこの発明の温度監視装置から受信したデータのグラフを示す。温度監視装置の送信器側から受信器側に送信されるデータとしては、高電圧主回路導体１の温度値だけではなく、基板５起動用のコイル３の出力電圧値も送信している。例えば、高電圧主回路導体１の定格電流６００Ａに対して、実負荷電流が２００Ａというように定格電流値よりも低い値の場合、高電圧主回路導体１の温度値も低い値となるため、温度値だけではその回路が正常か異常かを判断することはできない。そこでコイル３の出力電圧から被監視導体の実負荷電流値を算出して、その電流値での温度値を定格電流値での温度値へ変換することで、定格電流値での温度を推測し、その回路の状態を判断する。判定は各温度監視装置の計測温度値と盤外の周囲温度との差、つまり温度上昇値で判定する。その定格電流値での温度上昇値の推定は、以下の式により算出する。
ΔT＝(To−Tx)×(I/Ix)n
ただし、
ΔT：定格電流Iでの温度上昇値（Ｋ）
To ：周囲温度（℃）
Tx ：実負荷電流Ixでの温度測定値（℃）
I ：定格電流（Ａ）
Ix ：実負荷電流（Ａ）
n ：乗数（1.0〜2.0）

１ 高電圧主回路導体、 ２、２１、２２ａ、２２ｂ コア、
２ａ コアの隙間、 ３ コイル、
４ 絶縁物ボビン、 ４ａ 幅広部、
４ｂ 連結部、 ４ｃ 凹部、
４ｄ 円弧、 ５ 基板、
６ 温度センサ、 ７、７１ 絶縁物、
７２ 突起、 ８ ギャップ、
９０ 外部電源用コイル装置、 ９１ 外部電源、
９２ 外部電源用コア、 ９３ 外部電源用コイル、
９４ 外部電源用絶縁物ボビン。

Claims (6)

1. 被監視導体に近接してその温度を計測する温度センサと、該温度センサで得た温度データを無線通信にて送信する送信器を搭載した基板と、前記被監視導体を取り巻いて配置されたコアと、該コアに巻回され、前記被監視導体への通電電流を検出して前記送信器を起動させるコイルとを備え、前記温度センサは、前記コアの磁路の一部に設けられた隙間に絶縁物によって保持され、また、前記被監視導体と前記コアの配置は、前記コアの両側において前記コアを固定する一対の絶縁物ボビンにより規制されると共に、前記一対の絶縁物ボビンには、前記コイルが架装されていることを特徴とする温度監視装置。
2. 前記基板は、前記絶縁物ボビンに取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の温度監視装置。
3. 前記被監視導体は、前記コアとの間に所定のギャップをおいて配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の温度監視装置。
4. 前記コアは、コ形の第１のコアとＬ形の第２および第３のコアを組み合わせて前記被監視導体を取り巻くように配置され、前記第２のコアと第３のコアとの間に設けられた隙間に温度センサを保持する絶縁物が固定されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の温度監視装置。
5. 前記第２のコアと第３のコアで形成される磁路をバイパスするように組み合わされる外部電源用コアと、該外部電源用コアに巻回された外部電源用コイルと、該外部電源用コイルに電流を供給する外部電源とを備え、前記外部電源用コイルに流れる電流により、前記第１のコアに巻回されたコイルに電圧を発生させる外部電源用コイル装置を、請求項４に記載の温度監視装置に付設したことを特徴とする温度監視装置。
6. 被監視導体に近接してその温度を計測する温度センサと、該温度センサで得た温度データを無線通信にて送信する送信器を搭載した基板と、前記被監視導体を取り巻いて配置されたコアと、該コアに巻回され、前記被監視導体への通電電流を検出して前記送信器を起動させるコイルとを備えた温度監視装置を用いて、前記コイルの出力電圧と前記被監視導体に流れる電流との関係から前記被監視導体への実負荷電流値を算出して、その電流値で前記温度センサで計測した温度値を定格電流値での温度値へ変換することで、定格電流値での温度を下記の式により推測することを特徴とする温度監視方法。
   ΔT＝(To−Tx)×(I/Ix)n
   ただし、
   ΔT：定格電流値Iでの温度上昇値（Ｋ）
   To ：周囲温度（℃）
   Tx ：実負荷電流Ixでの温度測定値（℃）
   I ：定格電流（Ａ）
   Ix ：実負荷電流（Ａ）
   n ：乗数（1.0〜2.0）

Images