JP5748862B2

JP5748862B2 - 電気機器の状態監視装置

Info

Publication number: JP5748862B2
Application number: JP2013539527A
Authority: JP
Inventors: 山地　祐一; 祐一山地
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-10-17
Filing date: 2012-10-16
Publication date: 2015-07-15
Anticipated expiration: 2032-10-16
Also published as: KR20140079486A; JPWO2013057925A1; WO2013057925A1; KR101621632B1

Description

本発明は金属閉鎖形スイッチギヤの高電圧主回路充電部の温度及び塵埃の付着状態を常時監視するための電気機器の状態監視装置に関する。

金属閉鎖形スイッチギヤは、一般的に筐体の内部に真空遮断器、主母線、計器用変流器、外線ケーブル等を収納し、母線から真空遮断器、計器用変流器、外線ケーブルを介して負荷に電力を供給する構成である。
真空遮断器は一般的に引出形が用いられ、真空遮断器に車輪が設けられている。筐体内に配置されている固定枠の一次側及び二次側端子と接触子を介して電気的に接続することにより、回路を形成し、接触子が離れることで回路を断路している。また、その真空遮断器に搭載されている真空バルブ内部にある接点で主回路に流れる電流の入り切りを行っている。

真空遮断器では、上記のように端子と接触子が接続と解離を繰り返すので、接触部にはグリスが塗布されている。真空遮断器を長期間使用している間に、埃や砂塵などの塵埃が接触部に付着または混入し、またグリスに含まれる油脂分が蒸発乾燥して固着状態になり、接触部が高抵抗となって発熱する。この状態のまま放置すると、異常加熱により絶縁物の焼損にまで至る恐れが有る。
これに対して、一般的には、メンテナンスを定期的に実施して、清掃及び注油することで上記に対する対策を行っている。しかし、接触部の異常を確実に取り除くことができたかどうかは定量的に示すことができないため、確実に焼損を防止出来る保証が無い。また金属閉鎖形スイッチギヤは、内部に高圧充電部を有するので、メンテナンスを実施するには、停電が必要であり、これを定期的に行おうとすると設備全体としての生産効率が低下することになる。
これを解決するために電気機器の状態監視装置としては、内部に各種のセンサを埋め込んだ絶縁物を金属閉鎖形スイッチギヤに搭載することで、センサで絶縁物の温度や部分放電による絶縁劣化などを計測し、そのデータを無線にて各種のデータを採取することで異常の確実な除去を確認出来るようにしていた(例えば、特許文献１参照)。

特許第４４８８７９７号公報（段落００１７，図２）

特許文献１に開示されたような従来の金属閉鎖形スイッチギヤに搭載される電気機器の状態監視装置では、センサによる各種データの採取を可能とはしていたが、絶縁物にセンサを埋め込むため既存の金属閉鎖形スイッチギヤに追加することは困難で有り、また、絶縁物内のセンサの故障等で状態監視装置を交換することも困難であった。

この発明は上記のような問題を解決するためになされたもので、取付けや取外しが容易な電気機器の状態監視装置を得ることを目的とする。

この発明に係わる電気機器の状態監視装置は、通電を行う導体の周囲に配設された第１及び第２のコアと、前記第２のコアの一部に巻回され前記導体の通電により誘導電圧を発生するコイルと、前記導体の温度を計測する温度センサと、設置部の塵埃の付着量を計測する塵埃センサと、前記温度センサ及び前記塵埃センサの計測結果を外部に送信する送信部とを備え、前記第１のコアと前記第２のコアとが当接して前記導体の周囲を囲むように配設されたものである。

この発明によれば、通電を行う導体の周囲に配設された第１及び第２のコアと、前記第２のコアの一部に巻回され前記導体の通電により誘導電圧を発生するコイルと、前記導体の温度を計測する温度センサと、設置部の塵埃の付着量を計測する塵埃センサと、前記温度センサ及び前記塵埃センサの計測結果を外部に送信する送信部とを備え、前記第１のコアと前記第２のコアとが当接して前記導体の周囲を囲むように配設されているので、取付けや取外しが容易な電気機器の状態監視装置を得ることが出来る。

この発明の実施の形態１を示す電気機器の状態監視装置を固定する真空遮断器の側面図である。この発明の実施の形態１を示す電気機器の状態監視装置の正面図である。図２のＡ−Ａ線による電気機器の状態監視装置の断面図である。この発明の実施の形態１を示す電気機器の状態監視装置の下面図である。この発明の実施の形態１のボビンと接触子の組み合わせを示す斜視図である。この発明の実施の形態１を示す塵埃センサの絶縁物表面を示す図である。この発明の実施の形態１を示す電気機器の状態監視装置の基板表面を示す図である。この発明の実施の形態２を示す電気機器の状態監視装置の正面図である。図８のＢ−Ｂ線による電気機器の状態監視装置の断面図である。この発明の実施の形態２を示す電気機器の状態監視装置の基板表面を示す図である。この発明の実施の形態３を示す電気機器の状態監視装置の基板表面を示す図である。この発明の実施の形態３を示す電気機器の状態監視装置の基板裏面を示す図である。この発明の実施の形態３を示す電気機器の状態監視装置の基板表面を示す別の形状図である。この発明の実施の形態４を示す電気機器の状態監視装置の基板表面を示す図である。この発明の実施の形態４を示す電気機器の状態監視装置の基板裏面を示す図である。

以下に、本発明の実施例を具体的に説明する。

実施の形態１．
金属閉鎖形スイッチギヤ（図示せず）の内部には、図１に示す真空遮断器３０が引出可能に収納されている。金属閉鎖形スイッチギヤに設けられたスイッチギヤ側導体４６と真空遮断器３０に設けられた接触子２とを接離させることで真空遮断器３０は、金属閉鎖形スイッチギヤの主回路との接続と断路とが行われる。真空遮断器３０に設けられた接触子２と真空遮断器３０内の主回路とを電気的に接続する導体すなわち主回路導体３３に電気機器の状態監視装置１を設ける。電気機器の状態監視装置は、図２ないし図４に示すように主回路導体３３の周囲に設けられた電源用のコアとして第１のコアすなわちコア２１と第２のコアすなわちコア２２Ａ，２２Ｂで構成されている。コア２１は、コの字状をしており主回路導体３３の上方及び側方を囲むように配置されている。また、コア２２Ａ，２２Ｂは、主回路導体３３の下方に配置され、それぞれがコア２１に図示しないネジで締結されている。そのコア２１には絶縁物で製作されたボビン４が固定されている。図５に示すようにボビン４は、両端に幅広の幅広部４Ａとその幅広部４Ａを連結し、幅広部よりは細い連結部４Ｂからなり、幅広部４Ａを主回路導体３３に当接させており、２つのボビン４でコア２１を両側から挟みこむ構造となっている。コア２１を両側から挟みこんだ状態で、２つのボビン４の２つの連結部４Ｂを跨るようにコイル３を巻きつけることで、コア２１にボビン４を固定している。また、このボビン４の連結部Ｂにコイル３を巻きつけることでコイル３を巻きつける範囲が決められている。そのボビン４には別の機能があり、一つは主回路導体３３にボビン４を当てることにより主回路導体３３とコア２１との間に空間ギャップを設け、コア２１内の位置を固定している。もう一つは塵埃センサ９の塵埃センサ用絶縁物８をボビン４に固定することが出来る。その塵埃センサ用絶縁物８の固定の向きは、図６に示す塵埃センサ用絶縁物８の表面（櫛形電極が設けられている面）を外向きかつ塵埃が付着し易いように上面に向けてボビン４に固定する。この塵埃センサ用絶縁物８は、電気機器の状態監視装置の上面全体を覆う大きさとしている。また、コア２２Ａとコア２２Ｂの間は主回路導体３３の通電電流によって発生する渦電流による発熱を抑制するために切り離されている。その切り離されている部分に温度センサすなわちサーミスタ６を固定した絶縁物７を固定する。この絶縁物７はコア２２Ａ，コア２２Ｂと反対側に突起物１１を設け、基板５をネジ等で固定出来る形状になっている。この基板５には、サーミスタ６を制御する温度計測部４３、塵埃センサ９を制御する漏れ電流検出部４１、サーミスタ６や塵埃センサ９での計測値を無線通信にて、盤内の制御室内に配置されている受信器（図示せず）に送信する送信部すなわち無線通信部４２が取り付けられている。
塵埃センサ９を構成する塵埃センサ用絶縁物８表面にはコイル３から出力された電圧が印加されるような電極４０が構成されている。その電極４０は、それぞれの電極間の距離が任意の寸法で定められて対向して配置されている櫛形電極４０Ａと櫛形電極４０Ｂとで構成しており、塵埃センサ用絶縁物８表面の一部あるいは全体に配置されている。図６にその電極を示す。

次に以上のように構成された電気機器の状態監視装置の動作を図２ないし図７で説明する。
主回路導体３３に電流が通電されると、コア２１及びコア２２Ａ、コア２２Ｂに電界が発生し、その発生した電界によりコイル３の端子間に電圧が発生する。この電圧を塵埃センサ用絶縁物８の表面の櫛形電極４０Ａと櫛形電極４０Ｂとに印加する。電気機器の状態監視装置を設置してから日が浅ければ、塵埃センサ用絶縁物８の表面に塵埃が付着しておらず、櫛形電極４０Ａと櫛形電極４０Ｂとの間は絶縁が保たれているので、電極４０では漏れ電流が発生しない。しかし、塵埃センサ用絶縁物８の表面に塵埃が付着すると、櫛形電極４０Ａと櫛形電極４０Ｂとの間の絶縁抵抗が減少するので電極４０で漏れ電流が発生する。この漏れ電流を漏れ電流検出部４１で検出する。また、コイル３の端子間の電圧により、基板５が起動し、主回路導体３３の表面に接触しているサーミスタ６で得られる情報を前記の漏れ電流値と共に無線通信にて、金属閉鎖形スイッチギヤの盤内の制御室（図示せず）内に配置されている受信器（図示せず）でそのデータを受信する。
電気機器の状態監視装置は各測定部位に配置されているが、受信器は盤内に１つあるいは金属閉鎖形スイッチギヤを複数列盤した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いでいる。

実施の形態１によれば、コア２１とコア２２Ａ，２２Ｂとで、主回路導体３３を囲むように取り付けているので、既存の金属閉鎖形スイッチギヤに電気機器の状態監視装置を容易に追加するが可能で、また、電気機器の状態監視装置の故障等で電気機器の状態監視装置を交換することも容易である。
更に、ボビン４と絶縁物７で主回路導体３３を挟み込むことにより、主回路導体３３に対して電気機器の状態監視装置の位置決めをすることができ、しかも無線通信をすることにより温度と漏れ電流を常時監視して、主回路導体３３の正常であることを知る事が出来る。つまり、その部位については正常であることからメンテナンス周期を延長することが出来る。また主回路導体３３の異常兆候を事前に把握することが出来るため、事故に到る前にメンテナンスを計画することが出来る。
また、真空遮断器３０の接触部付近の埃や砂塵が多い状態で真空遮断器３０を出し入れすると、その埃や砂塵がグリスに付着、混入して接触抵抗が高くなる傾向にある。しかし、本願の電気機器の状態監視装置では温度と塵埃の付着を同時に計測することが可能なので、温度に異常がなくても塵埃の付着による漏れ電流値が異常判定となれば、メンテナンスの実施を促すことも出来るし、温度と漏れ電流の関係から異常原因の特定も可能となる。また、その逆も同じである。
更に、塵埃センサ用絶縁物８を電気機器の状態監視装置上面に設けて、その上面全体を覆う大きさとして、塵埃センサ用絶縁物８のほぼ全面に櫛形電極４０Ａと櫛形電極４０Ｂを設けているので、櫛形電極４０Ａと櫛形電極４０Ｂとを広い面積に配置することが出来、塵埃の付着に偏りが有ってもより精度高く塵埃の付着を検出することが出来る。

なお、ここでは温度を計測する手段としてサーミスタを用いたが、これに限らず熱電対のようなものでも良い。

実施の形態２．
図８は実施の形態２における電気機器の状態監視装置の正面図、図９は図８のＢ−Ｂ線による断面図、図１０は電気機器の状態監視装置の基板表面を示している。なお、図中同一符号は、同一または相当部分を示しその説明を省略している。
実施の形態１との違いは、塵埃センサの電極４０として設けていた櫛形電極４０Ａ，４０Ｂを基板５上に設けたことである。このため、櫛形電極４０Ａ，４０Ｂを設けた基板５が上面を向くように実施の形態１とは電気機器の状態監視装置の上下を入れ替えている。また、櫛形電極４０Ａ，４０Ｂを基板５上に設けたので、塵埃センサ用絶縁物８を省略している。

実施の形態２によれば、塵埃センサとして櫛形電極を設けていた塵埃センサ用絶縁物８が不要になり、電気機器の状態監視装置の基板５上に機能を集約することが出来て、部品点数を削減することが出来る。

実施の形態３．
図１１は実施の形態３における電気機器の状態監視装置の基板５の表面の図、図１２は図１１の基板５の裏面の図である。図１３は実施の形態３における塵埃センサの基板５の表面における別の形状図である。なお、図中同一符号は、同一または相当部分を示しその説明を省略している。
実施の形態１，２との違いは、電気機器の状態監視装置の基板上に設けた電極形状である。基板５のパターンを利用して、表面は図１１に示されるように周囲電極すなわち四角形状電極４４Ｂの中心に１点の中心電極４４Ａを設けている。図１１では、横７個、縦２個の中心電極４４Ａと四角形状電極４４Ｂを並べている。四角形状電極４４Ｂは表側の基板５のパターンを利用して漏れ電流検出部４１と配線を行い、中心電極４４Ａは図１２に示すように、裏側の基板５のパターンを利用して漏れ電流検出部４１と配線を行っている。
また、電極４４は中心電極４４Ａと四角形状電極４４Ｂとで構成されているので、図１３に示すように、電極４４を任意の位置に配置することが出来る。

次に以上のように構成された電気機器の状態監視装置の動作を図１１で説明する。
実施の形態１と同様に主回路導体３３に電流が通電されると、コア２１及びコア２２Ａ、コア２２Ｂに電界が発生し、その発生した電界によりコイル３の端子間に電圧が発生する。この電圧を中心電極４４Ａと四角形状電極４４Ｂに印加する。すると、四角形状電極４４Ｂ内は中心電極４４Ａを中心とする同心円状の電界が形成される。ここでも、実施の形態１と同様に、基板５の表面に塵埃が付着していなければ、中心電極４４Ａと四角形状電極４４Ｂとの間は絶縁が保たれているので、電極４４では漏れ電流が発生しない。しかし、基板５の表面に塵埃が付着すると、中心電極４４Ａと四角形状電極４４Ｂとの間の絶縁抵抗が減少するので電極４４で漏れ電流が発生する。この漏れ電流を漏れ電流検出部４１で検出する。

実施の形態３によれば、図１１に示すように四角形状電極４４Ｂをベースにすることで、自由に電極形状を形成することが出来るため、基板５のスペースを有効活用することが出来る。

なお、ここでは周囲電極として四角形状の四角形状電極としたが、中心電極を間隔を空けて取り囲むように配置出来れば、円形でも五角形のような形状でも良い。

実施の形態４．
図１４は実施の形態４における電気機器の状態監視装置の基板５の表面の図、図１５は図１４の基板５の裏面の図である。
実施の形態３との違いは、複数の四角形状電極４５Ｂのそれぞれの中心に１点の中心電極４５Ａを設けているが、それぞれの中心電極４５Ａの出力を図１５に示すように別々に取り出したことである。

実施の形態４によれば、複数の四角形状電極４５Ｂをベースとしてそれぞれの中心電極４５Ａの出力を別々にすることにより、個々の中心電極４５Ａの漏れ電流を個別に計測することが可能となる。これにより塵埃の付着量の分布状態がわかり、この塵埃の付着量の分布状態から、塵埃が進入する部位に近ければ、塵埃が付着し易いなどのように、金属閉鎖形スイッチギヤ内部の塵埃が進入する部位や方向を特定することが出来る。

１電気機器の状態監視装置、２接触子、３コイル、４ボビン、
４Ａ幅広部、４Ｂ連結部、５基板、６サーミスタ、７絶縁物、
８塵埃センサ用絶縁物、９塵埃センサ、１１突起物、
２１，２２Ａ，２２Ｂコア、３０真空遮断器、３３主回路導体、
４０，４４，４５電極、４０Ａ，４０Ｂ櫛形電極、４１漏れ電流検出部、
４２無線通信部、４３温度計測部、４４Ａ，４５Ａ中心電極、
４４Ｂ，４５Ｂ四角形状電極、４６スイッチギヤ側導体。

Claims

通電を行う導体の周囲に配設された第１及び第２のコアと、
前記第２のコアの一部に巻回され前記導体の通電により誘導電圧を発生するコイルと、
前記導体の温度を計測する温度センサと、
設置部の塵埃の付着量を計測する塵埃センサと、
前記温度センサ及び前記塵埃センサの計測結果を外部に送信する送信部とを備え、
前記第１のコアと前記第２のコアとが当接して前記導体の周囲を囲むように配設された電気機器の状態監視装置。
前記コイルが巻回され、前記第１のコアを挟み、前記導体に当接して前記第１のコアと前記導体とを間隔を空けて配置し、絶縁物からなる一対のボビンを備えたことを特徴とする請求項１に記載の電気機器の状態監視装置。
前記塵埃センサは、２つの櫛形電極が間隔を空けて対向して絶縁物の表面に配置されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の電気機器の状態監視装置。
前記塵埃センサは、中心電極とその周囲に間隔を空けて配置された周囲電極とからなり絶縁物の表面に配置されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の電気機器の状態監視装置。