JP7243153B2 - 電気機器の有接点寿命診断方法及び装置 - Google Patents
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Description
電磁接触器の有接点の開閉動作を行うと、固定接点及び可動接点の間に短時間のアーク放電が生じ、このアーク放電が周囲の絶縁物の劣化、固定接点及び可動接点の溶融・蒸発による消耗・転移など悪影響を及ぼすことになり、有接点の開閉動作の回数が多いほど、有接点の電気的特性や動作特性が悪化していく。
有接点の寿命が近づくと、電磁接触器は動作不良(不動作、不導通、溶着など)を起こす可能性が高くなるので、有接点が寿命を迎える前に、交換や使用停止の対策を取る必要がある。
有接点の寿命を診断する従来の方法として、例えば、有接点を直接目視する方法や、有接点の開閉動作回数をカウントする方法が用いられている。
また、有接点の開閉動作回数をカウントする従来の寿命診断方法は、電気機器の用途、負荷、環境などの使用状況によって有接点の消耗具合が変わってしまうので、寿命診断の精度が低下するおそれがある。
そこで、本発明は、有接点の寿命診断を高精度、且つ短時間で行うことができる電気機器の有接点寿命診断方法及び装置を提供することを目的としている。
また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
図1は、電磁接触器1及び電子式過負荷継電器(電子式サーマルリレー)2からなる電磁開閉器3を示すものである。
電磁開閉器3を構成する電磁接触器1及び電子式サーマルリレー2は、電源4及び電動機5の間の電路(R,S,Tの3相)に直列に接続されている。
電磁開閉器3を構成する電磁接触器1は、ケース(不図示)内部に、固定鉄心(不図示)と、この固定鉄心に対向して配置された可動鉄心(不図示)と、固定鉄心の主脚外周に配置された励磁コイル6とが収納されている。
そして、電磁接触器1は、励磁コイル6を励磁して可動鉄心が固定鉄心に吸引されると、有接点11の固定接点9a及び可動接点10aの閉極動作が行なわれ、励磁コイル6への励磁動作を停止すると固定鉄心への可動鉄心の吸引が停止され、固定接点9a及び可動接点10aの開極動作が行なわれるようになっている。
なお、電磁接触器1の符号S1、S2は、押しボタンスイッチである。
電流センサ15は、電磁接触器1の二次側端子部8a~8cと電動機5に直列に接続される三相の電路18a~18cを流れる電流値Iを計測する。
電圧センサ16は、電源4及び電磁接触器1の一次側端子部7a~7cの間の電路の電圧値Vinと、電磁接触器1の二次側端子部8a~8c及び電子式サーマルリレー2の間の電路の電圧値Voutが入力することで、電磁接触器1の極間電圧Vを計測する。
これら制御部17の構成装置は、具体的にはパーソナルコンピュータやワークステーション等の汎用の情報処理装置によって実現されるものであり、例えばCPU、ROM、RAM等を主要構成部品としているとともに、ネットワークで接続され、データのやり取りが可能に構成されている。
遮断出力部19は、処理演算部18の遮断部23から電磁接触器1を開極動作させる指令が入力したときに、電磁接触器1の励磁コイル6に対して励磁電流の供給を停止する。
また、表示部22は、ディスプレイ(モニタ)などの表示手段である。
遮断部23は、電流センサ15から電路18a~18cに流れる電流値Iが入力し、電路18a~18cに過負荷電流IMAXが流れたときに、遮断出力部19に電磁接触器1を開極動作させる指令を出力する。
診断機種設定部24は、入力部21から入力した電磁接触器1の機種情報に基づき、記憶部20に予め記憶されている複数の情報の中から電磁接触器1の寿命診断に必要な診断データを選択して記憶する。
寿命診断部25は、有接点11(固定接触子9及び可動接触子10)の開極動作時に生じるアーク放電による有接点11の消耗量を推定して寿命を診断する。
電磁接触器の有接点11の開閉動作時には、固定接点9a及び可動接点10aの間にアーク放電が生じる。電磁接触器が長期に渡って使用されると、アーク放電の際に発生するアークエネルギーにより、固定接点9a及び可動接点10aは溶融・蒸発などによって消耗量が増大していく。
記憶部20には、図3(a)に示すように、特定の電磁接触器CT1に対してアーク放電を繰り返す実験を行うことで、累積アークエネルギーWACCと有接点11の消耗量CEとの関係を求めた消耗量推定データDTct1が記憶されている。この消耗量推定データDTCT1には、累積アークエネルギーの値がWACC-L(限界累積アークエネルギーWACC-L)のときに有接点11が動作不良(不動作、不導通、溶着など)を起こす可能性が高い限界消耗量CELが設定されている。
このように、記憶部20には、図3(b)に示すように、機種の異なる小型から大型の複数種類の電磁接触器CT1~CTnに対して、各々のアークエネルギーの累積値(累積アークエネルギーWACC)と、有接点11の消耗量CEとの関係を示す消耗量推定データDTct1~DTctnが蓄積されている。
次に、図4は、処理演算部18の診断機種設定部24が行う診断機種設定処理を示すものである。
この診断機種設定処理は、先ず、ステップST1において、寿命診断を行う電磁接触器の機種(診断機種)を、入力部21から入力する。なお、本実施形態では、図1の電磁接触器1を診断機種CT1とする。
次に、ステップST3に移行し、ステップST2で読み込んだ消耗量推定データDTct1の限界消耗量CELと、この限界消耗量CELに対応する限界累積アークエネルギーWACC-Lを記憶する。また、図3(a)で示すように、消耗量推定データDTct1において、限界消耗量CELより所定量だけ値が小さい値を警戒消耗量CEBとし、この警戒消耗量CEBに対応する累積アークエネルギーを警戒累積アークエネルギーWBとして記憶する。
この寿命診断処理は、先ずステップST10において、電流センサ15が計測した有接点11の開閉動作時に発生するアーク放電のアーク電流Iarcを読み込む。
次に、ステップST11に移行し、電圧センサ16が計測した有接点11の開閉動作時に発生するアーク放電のアーク電圧(極間電圧)Varcを読み込む。
次に、ステップST12に移行し、アーク放電で発生したアークエネルギー(以下、アークエネルギーの実測値Wnと称する)を、以下の式(1)で示すように、アーク電流Iarcとアーク電圧Varcとの積を、時間(開動作時間、或いは閉動作時間)で積分することで演算する。
Wn = ∫(Iarc×Varc)dt ……(1)
次に、ステップST14に移行し、アークエネルギーの累積実測値RWnと限界累積アークエネルギーWACC-Lとを比較する。そして、累積実測値RWnが限界累積アークエネルギーWACC-Lより下回る場合(RWn<WACC-L)にはステップST15に移行し、累積実測値RWnが限界累積アークエネルギーWACC-Lの値以上である場合(RWn≧WACC-L)にはステップST16に移行する。
そして、ステップST17では、有接点11の消耗量が限界消耗量CELには達していないが警戒する領域であると判断して、表示部22に「消耗量が警戒領域である」と表示する。
さらに、前述したステップST16では、有接点11の消耗量が限界消耗量CELに達していると判断して、表示部22に「消耗量が限界である」と表示する。
次に、本実施形態の電磁開閉器3の動作、及び電磁接触器1の有接点11の寿命診断方法について、図4から図6を参照して説明する。
電磁開閉器3を電源4及び電動機5の間に設置する前に、電子式サーマルリレー2の入力部21から寿命診断を行う診断機種(CT1)を入力する(図4のステップST1)。
入力部21から診断機種(CT1)を入力したことで、記憶部20のデータから入力診断機種CT1に対応する消耗量推定データDTct1が読み込まれる(図4のステップST2)。そして、読み込んだ消耗量推定データDTct1から、限界消耗量CELと、限界累積アークエネルギーWACC-Lと、警戒消耗量CEBと、警戒累積アークエネルギーWBとが記憶される(図4のステップST3)。
そして、本実施形態の電子式サーマルリレー2は、電磁接触器1の有接点11の開閉動作時に発生するアーク放電のアークエネルギーを演算、累積することで、長期に渡って使用される電磁接触器1(有接点11)の寿命診断を行う。
電子式サーマルリレー2の制御部17は、アーク放電時のアーク電流Iarcを読み込み(図5のステップST10)、アーク電圧Varcを読み込む(図5のステップST11)。また、アーク放電時に発生するアークエネルギーの実測値Wnを演算し(図5のステップST12)、この実測値Wnの累積値(アークエネルギーの累積実測値RWn)を演算する(図5のステップST13)。
ここで、本発明に記載されている電気機器が電磁接触器1に対応し、本発明に記載されているアークエネルギーの累積値が累積アークエネルギーWACCに対応している。また、本発明に記載されている実測値演算部が図5のステップST10~ステップST12に対応し、本発明に記載されている累積実測値演算部が図5のステップST13に対応している。また、本発明に記載されている消耗量推定部が図5のステップST14~ステップST17に対応し、本発明に記載されている消耗量データ選択部が図4の診断機種設定処理に対応している。
次に、本実施形態の有接点11の寿命診断方法の効果について説明する。
本実施形態は、電磁接触器1の有接点11の開閉動作時のアーク放電で発生するアークエネルギーの実測値Wnを演算し、このアークエネルギーの実測値Wnを累積したアークエネルギーの累積実測値RWnを、電磁接触器1の機種に対応した消耗量推定データDTct1の累積アークエネルギーWACCと比較し、消耗量推定データDTct1に記憶されている累積アークエネルギーWACCに対応した消耗量CEを、有接点11の消耗量と推定している。
また、有接点11の開閉動作時のアーク放電で発生するアークエネルギーの実測値Wnは、有接点11の開閉動作時に発生するアーク放電のアーク電流Iarc及びアーク電圧(極間電圧)Varcの積を、時間(開動作時間、或いは閉動作時間)で積分することで演算しており、例えば測定が困難である有接点11の温度測定でアークエネルギーの実測値を演算する方法と比較して、高精度にアークエネルギーの実測値Wnを実測することができる。
さらに、本実施形態の有接点11の寿命診断方法は、電子式サーマルリレー2を構成する電流センサ15及び制御部17に、電磁接触器1の極間電圧Vを計測する電圧センサ16を付加した装置で行われており、全て独自の装置で寿命診断を行う方法と比較して、コストの低減化を図ることができる。
また、制御部17を構成する出力部22は、本実施形態で説明したモニタなどのディスプレイの表示手段に限らず、LEDによるディスプレイの表示手段、ネットワーク通信線による外部への通知手段であってもよい。
2 電子式サーマルリレー
3 電磁開閉器
4 電源
5 電動機
6 励磁コイル
7a~7c 一次側端子部
8a~8c 二次側端子部
9 固定接触子
9a 固定接点
10 可動接触子
10a 可動接点
11 有接点
15 電流センサ
16 電圧センサ
17 制御部
18a~18c 電路
18 処理演算部
19 遮断出力部
20 記憶部
21 入力部
22 表示部
23 遮断部
24 診断機種設定部
25 寿命診断部
S1、S2 押しボタンスイッチ
CE 消耗量
CEB 警戒消耗量
CEL 限界消耗量
DTct1~DTctn 消耗量推定データ
Iarc アーク電流
Varc アーク電圧(極間電圧)
WACC 累積アークエネルギー
WB 警戒累積アークエネルギー
WACC-L 限界累積アークエネルギー
Wn アークエネルギーの実測値
RWn アークエネルギーの累積実測値
Claims (6)
- 電気機器の通電路に配置され、固定接点を有する固定接触子と、前記固定接点に接離する可動接点を有する可動接触子とを備えた有接点の寿命を診断する方法であって、
予め計測した、前記有接点の開路動作時及び閉路動作時のアーク放電で生じるアークエネルギーの累積値と、前記有接点の消耗量との関係を示す消耗量推定データを備えており、
前記有接点の開路動作及び閉路動作により前記アーク放電が生じたときの前記アークエネルギーの実測値を演算する工程と、
前記実測値を累積して前記アークエネルギーの累積実測値を演算する工程と、
前記累積実測値と前記消耗量推定データの前記累積値を比較して前記有接点の消耗量を推定する工程と、を備え、
前記有接点の消耗量を推定する工程では、前記有接点の消耗量が警戒する領域であると判断して警戒領域と表示、或いは消耗量が限界消耗量に達していると判断して消耗量が限界と表示することを特徴とする電気機器の有接点寿命診断方法。 - 前記消耗量推定データは、前記電気機器の機種によって、前記アークエネルギーの前記累積値及び前記有接点の前記消耗量との関係が異なる複数種類のデータを備えており、前記電気機器の機種に対応した消耗量推定データを選択する工程を備えていることを特徴とする請求項1記載の電気機器の有接点寿命診断方法。
- 前記アークエネルギーの前記実測値を演算する工程では、前記実測値を、アーク放電時のアーク電圧及びアーク電流の積を、アーク発生時間で積分して演算することを特徴とする請求項1又は2に記載の電気機器の有接点寿命診断方法。
- 電気機器の通電路に配置され、固定接点を有する固定接触子と、前記固定接点に接離する可動接点を有する可動接触子とを備えた有接点の寿命を診断する装置であって、
予め計測した、前記有接点の開路動作時及び閉路動作時のアーク放電で生じるアークエネルギーの累積値と、前記有接点の消耗量との関係を示す消耗量推定データを備えており、
前記有接点の開路動作及び閉路動作により前記アーク放電が生じたときの前記アークエネルギーの実測値を演算する実測値演算部と、
前記実測値を累積して前記アークエネルギーの累積実測値を演算する累積実測値演算部と、
前記累積実測値と前記消耗量推定データの前記累積値を比較して前記有接点の消耗量を推定する消耗量推定部と、を備え、
前記消耗量推定部は、前記有接点の消耗量が警戒する領域であると判断して警戒領域と表示し、或いは消耗量が限界消耗量に達していると判断して消耗量が限界と表示する表示部を備えていることを特徴とする電気機器の有接点寿命診断装置。 - 前記消耗量推定データは、前記電気機器の機種によって、前記アークエネルギーの前記累積値及び前記有接点の前記消耗量との関係が異なる複数種類のデータを備えており、前記電気機器の機種に対応した消耗量推定データを選択する消耗量推定データ選択部を備えていることを特徴とする請求項4記載の電気機器の有接点寿命診断装置。
- 前記電気機器の前記通電路に直列に接続されて電流値を計測する電流センサと、前記電気機器の極間電圧を計測する電圧センサと、を備え、
前記実測値演算部は、前記実測値を、前記電圧センサで計測したアーク放電時のアーク電圧と、前記電流センサで計測したアーク放電時のアーク電流の積を、アーク発生時間で積分して演算することを特徴とする請求項4又は5に記載の電気機器の有接点寿命診断装置。
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