JP6656247B2 - 受配電機器の短絡余寿命診断方法および短絡余寿命診断システム - Google Patents
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Description
本実施の形態1に係る短絡余寿命診断方法は、絶縁体を含む受配電機器の短絡余寿命を診断する方法である。
例えば、図5で湿度50%RH(図5中のP)の表面抵抗率は約1×10+11Ωであるが、湿度が図5中のQ%RHに上昇すると表面抵抗率は1×10+9Ω(図5中のRs)に低下する。
次に、上述した短絡余寿命診断方法を使用して受配電機器の短絡余寿命診断を実現するためのシステムについて説明する。
(1)まず、入力部111によりデータ入力された、診断対象である受配電機器の定格電圧、使用周波数および受配電機器に含まれている絶縁体の厚さ、沿面距離、誘電率に基づいて、放電が発生する表面抵抗率を算出する。
(2)次に、入力部111によりパラメータとして入力された、診断対象である受配電機器の絶縁体の硝酸イオン付着量、硫酸イオン付着量、色彩データに基づいてマハラノビスの距離が演算されて、図2で説明した表面抵抗率とマハラビノスの距離との所定の相関式に基づいて表面抵抗率を算出する。
(4)比較演算結果に従って、診断対象である受配電機器の絶縁体の硝酸イオン付着量、硫酸イオン付着量、色彩データに基づく算出された表面抵抗率の方が、放電が発生する表面抵抗率よりも大きい場合には、硝酸イオン付着量に対する硫酸イオン付着量、色彩データの比を算出する。
(6)そして、算出した環境の見かけの大気中NOx濃度Aを式(1)に代入した受配電機器の絶縁体の環境要因による硝酸イオン付着量の時間依存性式を導出する。
(8)そして、次に、上述した硝酸イオン付着量、硫酸イオン付着量、色彩データの時間依存性式に基づいて、図4で説明したように環境要因による受配電機器に含まれる絶縁体の表面変化率の時間依存性曲線を導出する。
(10)そして、次に、図6で説明した電気室の湿度モニター結果に基づく式(2)に従って、相対湿度に応じた年間の放電発生時間を算出する。
(12)そして、次に、前述した手順に従って、環境要因による硝酸イオン付着量、硫酸イオン付着量、色彩データと、放電による硝酸イオン付着量とに基づいて、放電発生後の表面抵抗率を算出する。
(14)そして、導出した絶縁体の表面抵抗率の時間依存曲線と入力部111により入力データとして入力されたあらかじめ定められた短絡閾値とから短絡余寿命を演算する。
(15)そして、演算結果を例えば表示デバイスである出力部114に出力する。
上記実施の形態1では短絡余寿命診断方法を、実施の形態2では短絡余寿命の診断システムについて説明したが、実施の形態1で述べた診断方法を受配電機器内で使用する絶縁物の全てを対象に適用する場合、実施の形態1において説明したステップS2における診断用データの採取対象箇所が多いため診断作業が大掛かりになる。このため診断対象の受配電機器の診断用データの採取箇所を限定することができれば受配電機器の診断作業を効率よく実施することができる。本実施の形態3において、受配電機器の診断箇所を限定して診断作業を効率化する方法を図12〜図15を用いて説明する。
各単位スイッチギヤユニット131のほぼ中央部には、スイッチギヤ130の水平横方向(図13では紙面の奥行方向)に給電母線132が配置されている。給電母線132は三相であり、上下方向に並置して配置された3本の各相母線(132a、132b、132c)で構成されている。3本の各相母線(132a、132b、132c)は、それぞれ各相の略称としてR相、S相、T相と称する。
また、絶縁碍子148は、第1、第3、第4の各接続導体143、145、146を接地部位に対して絶縁状態に支持している。また、支持部材149は絶縁碍子148などを筺体140内の所定位置に支持する。さらに、仕切板150は、給電母線132、第1の接続導体143、第2の接続導体144を囲うように母線室151を形成する。
ここでは、他の部位に比べて絶縁性能劣化の進行が速い部位を高劣化部位と称し、以下の説明でもこの用語を使用する。
この絶縁性能劣化の進行は、スイッチギヤの構造(内部換気構造、ケーブル引込構造等)と関連があり、湿気等の絶縁性能劣化因子をもつ外気がスイッチギヤ130内に侵入しやすい箇所が他の箇所と比べて絶縁劣化進行が速い傾向があることを見出した。
湿気等の絶縁性能劣化因子をもつ外気がスイッチギヤ130内に侵入しやすい箇所としては、スイッチギヤ130内に外気を取り込む換気口の設置箇所、あるいはスイッチギヤ130内へのケーブル引込箇所がある。これらの場所に近い絶縁物は、他の位置の絶縁物に比べて絶縁性能劣化速度が速いということを見出した。
なお、上記の説明では、下部接続端子163のうちの中央相(S相)が高劣化部位となり、他の部位(R相、T相)に比べて絶縁劣化の進行が速いことを見出したが、実施の形態1のステップS2におけるサンプル採取では、比較のために同一の真空遮断器133の上部接続端子162の中央相(S相)のサンプルも採取する。
なお、上記は真空遮断器133の事例で説明したが、真空遮断器133のような3本の接続端子を有するものであれば、真空電磁接触器(VCS)あるいはその他の収納機器であっても同様の効果を得ることが出来る。
[絶縁性能劣化が比較的早い箇所(高劣化部位)]
P1:単位スイッチギヤユニットの下部
P2:上記P1において、接続端子(上部、下部)を有する収納機器の場合は下部端子側
P3:上記P2において、三相対応で3本の導体を並置するものは中央相
[絶縁性能劣化が比較的遅い箇所]
P4:単位スイッチギヤユニットの最上段
P5:上記P4において、接続端子(上部、下部)を有する収納機器の場合は上部端子側
P6:上記P5において、三相対応で3本の導体を並置するものは中央相(同一相で比較)
上記のような方法で、サンプル採取位置(S1〜S5)及びサンプル採取箇所(P1〜P6、すなわち上下位置、サンプル採取相等)を選定し、診断対象である受配電機器の絶縁体の硝酸イオン付着量、硫酸イオン付着量、色彩データの測定(図1におけるステップS2すなわちサンプル採取)を上記のP1〜P6の位置にて行うことで、余寿命診断のためのサンプル採取の作業が大幅に効率化でき、絶縁物の短絡余寿命診断を効率良く実施することが可能になるという効果がある。
上記の実施の形態3では、接続端子を有する収納機器を有するものについて説明したが、実施の形態4では、給電母線132あるいは関連する導体を絶縁支持する絶縁支持体に係る短絡余寿命診断のためのサンプル採取の効率的な方法について、図16乃至図19を用いて説明する。
図16は、電気室内に設置される他の一般的なスイッチギヤの構成を示す三相主回路の単線接続図である。また、図16は図12とは別構成のスイッチギヤの構成を示すものであるが、基本的な図面の見方については図12と同様である。
各単位スイッチギヤユニット131内を貫通する形で横方向に配置された三相の給電母線132は、各単位スイッチギヤユニット131に給電をする。なお、給電母線132は各単位スイッチギヤユニット131の幅程度に分割されており、分割された各給電母線132の相互間を接続して、図16に示すようなスイッチギヤ130内において横方向に延在する給電母線132を形成する。各単位スイッチギヤユニット131内に収納する収納機器は図12と同様であるため、説明を省略する。
特に、図18、図19に示すように、三相各相の導体は互いに平行しかつ所定の仮想平面上に並べて配置し、図17〜図19に示すように水平連絡母線170と垂直連絡母線171は絶縁碍子148にて支持している。
上記のようなスイッチギヤ130の構成において、実施の形態3と同様に、多数のユーザにおけるスイッチギヤの使用状態と絶縁物の劣化状態を調査した結果、このように三相各相の導体を互いに平行しかつ所定の仮想平面上に並べて配置した場合には、絶縁碍子148の絶縁劣化進行は、両側相に比べて中央相の方が速いことを見出した。これは、両側相に比べて中央相の電界ストレスが高くなるためと推定される。
また、実施の形態3、実施の形態4における短絡余寿命診断方法は、実施の形態2で説明したシステムを適応することによって実施可能である。
Claims (17)
- 絶縁体を含む受配電機器の短絡余寿命を診断する短絡余寿命診断方法であって、
診断対象である受配電機器の使用条件および前記受配電機器の絶縁体のパラメータ条件を入力するステップと、
入力された前記使用条件および前記パラメータ条件に基づいて前記絶縁体の放電が発生する表面抵抗率を算出するステップと、
前記絶縁体の硝酸イオン付着量、硫酸イオン付着量、前記絶縁体の色パラメータを測定するステップと、
前記測定の結果に応じて、前記絶縁体の表面抵抗率を算出するステップと、
算出された前記絶縁体の表面抵抗率が前記絶縁体の放電が発生する表面抵抗率よりも大きいか否かを判断するステップと、
前記判断するステップにより、前記算出した前記絶縁体の表面抵抗率が前記絶縁体の放電が発生する表面抵抗率よりも大きいと判断された場合には、前記絶縁体の硝酸イオン付着量、硫酸イオン付着量および前記絶縁体の色パラメータに対する時間依存性式を導出するステップと、
導出された前記時間依存性式に基づいて、環境要因による前記絶縁体の表面変化率の第1の時間依存性曲線を導出するステップと、
あらかじめ定められた環境条件における湿度データから放電発生時間を算出するステップと、
算出された前記放電発生時間から放電による硝酸イオン付着量を算出するステップと、
算出された放電による前記硝酸イオン付着量と環境による硝酸イオン付着量、硫酸イオン付着量および前記絶縁体の色パラメータに基づいて、前記絶縁体の表面抵抗率の第2の時間依存性曲線を導出するステップと、
前記第2の時間依存性曲線に基づいて、算出された前記絶縁体の表面抵抗率とあらかじめ定められた短絡閾値とから短絡余寿命を算出するステップを備えたことを特徴とする受配電機器の短絡余寿命診断方法。 - 前記判断するステップにより、算出された前記絶縁体の表面抵抗率が前記絶縁体の放電が発生する表面抵抗率以下の場合には、前記放電が発生する表面抵抗率よりも大きくなる、前記絶縁体の別の領域の硝酸イオン付着量、硫酸イオン付着量、前記絶縁体の色パラメータを測定し、前記絶縁体の表面抵抗率を算出するステップをさらに備えたことを特徴とする請求項1に記載の受配電機器の短絡余寿命診断方法。
- 前記絶縁体の硝酸イオン付着量、硫酸イオン付着量および前記絶縁体の色パラメータに対する前記時間依存性式を導出するステップは、
前記絶縁体の硝酸イオン付着量に対する硫酸イオン付着量および前記絶縁体の色パラメータの比を算出するステップと、
前記絶縁体の硝酸イオン付着量に対する時間依存性式を算出するステップと、
算出された硝酸イオン付着量に対する前記時間依存性式に基づいて、算出された前記比を用いて、前記硫酸イオン付着量および前記絶縁体の色パラメータに対する時間依存性式を算出するステップを含むことを特徴とする請求項1に記載の受配電機器の短絡余寿命診断方法。 - あらかじめ定められた環境条件における湿度データから放電発生時間を算出するステップは、公的機関から発表されている各地域の湿度データを用いて放電が発生する放電発生時間を算出することを特徴とする請求項1に記載の受配電機器の短絡余寿命診断方法。
- 算出された前記放電発生時間から放電による硝酸イオン付着量を算出するステップは、湿度および放電発生時間に対する、前記絶縁体に付着する硝酸イオン付着量の相関式を導出するステップと、
前記相関式に対する前記放電発生時間および前記湿度から放電による硝酸イオン付着量を算出するステップを含むことを特徴とする請求項1に記載の受配電機器の短絡余寿命診断方法。 - 前記相関式は、前記絶縁体に対してあらかじめ硝酸曝露試験と短絡加速試験による放電実験を実行することにより、測定された硝酸イオン付着量に基づいて導出されることを特徴とする請求項6または請求項7に記載の受配電機器の短絡余寿命診断方法。
- 前記短絡閾値は、前記放電実験により前記絶縁体について短絡に至ったときの表面抵抗率に設定されることを特徴とする請求項8に記載の受配電機器の短絡余寿命診断方法。
- 前記測定するステップは、受配電機器の高劣化部位を選択して前記絶縁体の硝酸イオン付着量、硫酸イオン付着量、前記絶縁体の色パラメータを測定することを特徴とする請求項1に記載の受配電機器の短絡余寿命診断方法。
- 前記受配電機器は複数の単位スイッチギヤユニットが横方向に複数並置して構成されたスイッチギヤであることを特徴とする請求項10に記載の受配電機器の短絡余寿命診断方法。
- 受配電機器の前記高劣化部位は、複数の前記単位スイッチギヤユニットが横方向に複数並置しで構成された前記スイッチギヤにおける最両側及び中央の単位スイッチギヤユニットにあるとみなして、前記絶縁体の硝酸イオン付着量、硫酸イオン付着量、前記絶縁体の色パラメータを測定することを特徴とする請求項11に記載の受配電機器の短絡余寿命診断方法。
- 前記高劣化部位は、選定された複数の各単位スイッチギヤユニットに収納された収納機器及び絶縁支持物であるとみなして、前記絶縁体の硝酸イオン付着量、硫酸イオン付着量、前記絶縁体の色パラメータを測定することを特徴とする請求項12に記載の受配電機器の短絡余寿命診断方法。
- 選定された複数の各単位スイッチギヤユニットが収納機器を2段積み以上の複数段の段積み構造にて収納する場合において、前記高劣化部位は前記複数段のうち最下段にあるとみなして、前記絶縁体の硝酸イオン付着量、硫酸イオン付着量、前記絶縁体の色パラメータを測定することを特徴とする請求項12または請求項13に記載の受配電機器の短絡余寿命診断方法。
- 前記各単位スイッチギヤユニットの三相用主回路導体が互いに間隔をおいて同一平面上に配置されるものにおいて、収納機器及び絶縁支持物の高劣化部位は三相のうち中央相用であるとみなして、前記絶縁体の硝酸イオン付着量、硫酸イオン付着量、前記絶縁体の色パラメータを測定することを特徴とする請求項13または請求項14に記載の受配電機器の短絡余寿命診断方法。
- 前記絶縁体の硝酸イオン付着量、硫酸イオン付着量、前記絶縁体の色パラメータの測定におけるサンプル採取場所は、前記複数の単位スイッチギヤユニットを横方向に複数並置して構成された前記スイッチギヤにおける最両側及び中央の他に、診断中に新たに発見した絶縁性能劣化の場所も加えることを特徴とする請求項12から請求項15のいずれか一項に記載の受配電機器の短絡余寿命診断方法。
- 絶縁体を含む受配電機器の短絡余寿命を診断する短絡余寿命診断システムであって、
診断対象である受配電機器の使用条件および前記受配電機器の絶縁体のパラメータ条件および測定された前記絶縁体の硝酸イオン付着量、硫酸イオン付着量、前記絶縁体の色パラメータを入力する手段と、短絡余寿命を診断するための制御手段を備え、
前記制御手段は、
入力された使用条件およびパラメータ条件に基づいて前記絶縁体の放電が発生する表面抵抗率を算出する手段と、
測定された前記絶縁体の硝酸イオン付着量、硫酸イオン付着量、前記絶縁体の色パラメータに応じて、前記絶縁体の表面抵抗率を算出する手段と、
算出された前記絶縁体の表面抵抗率が前記絶縁体の放電が発生する表面抵抗率よりも大きいか否かを判断する手段と、
前記判断する手段により、前記算出した前記絶縁体の表面抵抗率が前記絶縁体の放電が発生する表面抵抗率よりも大きいと判断した場合には、前記絶縁体の硝酸イオン付着量、硫酸イオン付着量および前記絶縁体の色パラメータに対する時間依存性式を導出する手段と、
導出された前記時間依存性式に基づいて、環境要因による前記絶縁体の表面変化率の第1の時間依存性曲線を導出する手段と、
あらかじめ定められた環境条件における湿度データから放電発生時間を算出する手段と、
算出された前記放電発生時間から放電による硝酸イオン付着量を算出する手段と、
算出された放電による前記硝酸イオン付着量と環境による硝酸イオン付着量、硫酸イオン付着量および前記絶縁体の色パラメータに基づいて、前記絶縁体の表面抵抗率の第2の時間依存性曲線を導出する手段と、
前記第2の時間依存性曲線に基づいて、算出された前記絶縁体の表面抵抗率とあらかじめ定められた短絡閾値とから短絡余寿命を算出する手段を含むことを特徴とする受配電機器の短絡余寿命診断システム。
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