JPH0821280B2

JPH0821280B2 - 電力用遮断器の電極消耗率計測装置

Info

Publication number: JPH0821280B2
Application number: JP62169703A
Authority: JP
Inventors: 智芳尾; 功鎌田; 高明 ▲榊▼原
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-07-09
Filing date: 1987-07-09
Publication date: 1996-03-04
Anticipated expiration: 2011-03-04
Also published as: JPS6414832A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、送配電系統の電流を開閉する電力用遮断器
に係り、特に主接点の交換時期を、内部を目視する必要
なく外部より判定可能な電力用遮断器の電極消耗率計測
装置に関する。

（従来の技術）従来の電力用遮断器は、その組入れられた電力系統の
状態より年間当たりの動作回数は数回から数百回という
差がある上、各種の定格と形式の製品が存在するため、
開閉エネルギーによる主接点の電極消耗率は各種遮断器
により大きく異なっている。

従って、保守上問題となる主接点の交換に際しては、
適当な時期に遮断器内部を目視点検して、主接点の交換
の必要性有無を判定していたために、一律的に一定の作
業が要求され、保守員の確保や点検に伴う計画停電手続
と停止等の無駄な要素が生じていた。また、系統事故短
絡による遮断時には、カルパンチェ記録計により遮断電
流の大きさと時間を記録しているが、系統故障電流主体
の記録のため、各々の遮断器がどれだけの遮断電流を開
閉したのかは記録されておらず、また電流切換等による
負荷電流開閉記録も累積されていない。従って、各々の
遮断器の主接点消耗率も不明であった。

一方、近年、絶縁性のSF₆ガスを充填したタンク内に
主接点を収納したSF₆ガス遮断器の普及に伴い、単器当
たりの遮断性能が向上し、据付体積もコンパクト化した
反面、SF₆ガスの回収や充填作業の追加により点検のた
めの付帯作業時間が従来の空気遮断器よりも数倍要する
欠点も生じている。従って、その点検周期を減らすこと
が望ましく、各々の遮断器について、開閉アークエネル
ギーを詳細に実算累積し主接点の電極消耗に伴う主接点
交換時期を明確に外部から把握した上で点検作業を実施
する必要がある。

第５図は、以上の様なSF₆ガス遮断器の電流遮断状況
を示すものである。第５図において、固定部11と可動部
12からパッファ遮断器13が構成され、可動部12は、操作
ロッド14を介して油圧ポンプ15を有する操作機構16によ
って駆動される様になっている。ここで、図中17は引外
し用弁、18は投入用弁、19はアキュムレータである。ま
た、パッファ遮断部13は、SF₆ガスを封入された接地タ
ンク20内に収納され、固定部11と可動部12にそれぞれ主
回路導体21が接続されている。そして、遮断器引外し指
令が発せられると、引外し用弁17が励磁されることによ
り、操作機構16により、操作ロッド14を介して可動部12
が図中矢印方向へ移動する。この結果、可動部12に形成
されたパッファシリンダ22内のガス圧力が上昇し、主接
点部23に流れるガス流を高速化する。この高速ガス流に
より主接点部23に発生するアークを冷却し、消弧する。

この様な遮断器の主接点の電極消耗率を外部から計測
する方法としては、特公昭49-46583にその一例が提案さ
れている。この発明は、遮断器の接点寿命が、遮断した
電流値とその回数により概略決定されることに着目した
ものである。即ち、遮断電流をＥ、遮断回数をＮとする
と、Ｅ×Ｎ＝一定という式で接点寿命を概略算出でき
る。第６図はその関係を示す図である。第６図におい
て、例えば、遮断電流がe₁KAであればn₁回の遮断が可能
であり、遮断電流がe₂KAであればn₂回の遮断が可能であ
る。前記の発明（特公昭49-46583）は、この特性を利用
したもので、遮断器の動作時に、その遮断電流のピーク
値を計測しておき、その電流値を累積していくことを特
徴としている。

しかしながら、この発明には、以下の様な問題点があ
る。即ち、遮断電流のピーク値を単純に累積してゆくだ
けで、遮断時の遮断情報が無視されており、主接点の電
極消耗度を正確には捕えられないということである。つ
まり、遮断器が同じ電流を遮断するにしても、その時の
回路（系統）構成や負荷情況、及び遮断器の微妙な動作
タイミングや操作系の電源、駆動源等の違いにより、遮
断器の主接点部に発生するアークの性質は非常に異なっ
てくる。従って、前記の様な遮断時のアークに関する情
報を無視した方法では、接点消耗度を正確に計測するこ
とはできないものと考えられる。

この様な発明（特公昭49-46583）の欠点を補う方法と
して、特開昭55-32349が提案されている。これは、遮断
器動作時に発生するアークエネルギーを計測することに
より、主接点の消耗度を求めることを目的としたもので
ある。第７図は、特開昭55-32349の計測のタイムチャー
トを示したものであり、図中１は主回路電流波形、図中
２は補助接点信号である。

第７図において、t₁はそれぞれ遮断器固有の開極時間
であり、これは、遮断器補助接点等から計測することが
できる。t₂は遮断電流の大きさや、前述した遮断時の様
々な条件に起因して変化するアーク時間であり、t₀＝t₁
＋t₂という関係よりt₀を一般に遮断時間と言っている。

この発明では、遮断器近傍に通常配設される変流器の
出力信号から遮断電流信号を取出し、この信号を時間要
素と電流要素とに分離すると共に、この時間要素と前記
の開極時間とからアーク時間t₂を割出し、このアーク時
間と前記電流要素とから遮断器の接点消耗度を推定する
ことを特徴としている。

しかしながら、第７図の発明にも、以下の様な問題点
が存在している。即ち、遮断電流を計測し、その信号を
時間要素、電流要素に分離するには、高速のアナログ−
デジタル変換器（A/D変換器）やカウンタ、シフトレジ
スタ等が必要となり、計測回路が非常に複雑になると共
に、これらの電流計測回路に加えて、遮断器動作時間計
測回路が必要であり、この様な回路の複雑化に伴い、各
種の故障発生率も増大し、信頼性が低下する欠点があ
る。

（発明が解決しようとする問題点）上記の様に、従来の遮断器の電極消耗率計測方法にお
いては、正確な計測が不可能であったり、また、回路構
成が複雑化する等の問題点が存在していた。

本発明は、この様な従来技術の問題点を解決するため
に提案されたものであり、その目的は、遮断器動作時の
アークに関する情報を正確に計測可能とし、遮断器の主
接点部の寿命を推定でき、しかも構成の簡略な電力用遮
断器の電極消耗率計測装置を提供することである。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段）ところで、第８図は、遮断器の遮断動作時の指令電流
波形３及びストロークカーブ4,4′を示したものであ
る。ここでストロークカーブ４は無負荷遮断時を示し、
４′は有負荷遮断時を示している。このストロークカー
ブ４′の違いは以下の様な理由による。

即ち、第５図に示した様にSF₆ガス遮断器において
は、可動部12を駆動することで主接点部23に流れるガス
流を高速化し、この高速ガス流により主接点部23に発生
するアークを冷却し、消弧する訳で有るが、遮断電流が
大きくなってくると、主接点部23近傍のガス温が高温に
なり、パッファシリンダ22から流れ込んでくる高速ガス
流を流れ難くする。この現象は、パッファシリンダ22内
のガス圧力を介して遮断器の駆動系に対して一種の反力
を与えるため、遮断器が所定動作を完了するまでの時間
が延びることになる。

第８図における有負荷時（遮断電流が大きい時）のス
トロークカーブ４′は上記の様な場合に対応するもので
あり、その遮断器動作時間は、無負荷時の動作時間T₁か
らT₂に伸びている。この差ΔＴ＝T₂−T₁が電流遮断に起
因する、即ちアーク時間に関係するものであり、従って
このΔＴを計測すれば、遮断器電極の消耗率を推定する
ことができる。なお、図中T₀は、指令電流が発せられて
から遮断動作を開始するまでの時間である。

本発明による電力用遮断器の電極消耗率計測装置は、
以上の前提の下に提案されたものであり、次のような構
成の特徴を有する。

本発明の装置はまず、遮断器に流れる主回路商用周波
電流の各ピーク値を検出する主回路電流検出手段を備え
るとともに、遮断器の開閉動作部の動作位置を検出する
２箇所の動作位置検出センサと、この２箇所の動作位置
検出センサの出力信号から遮断器の動作時間を検出する
動作時間計測手段とを備える。ここで、２箇所の動作位
置検出センサは、遮断器の開閉動作部の一部を検出対象
部としてこの検出対象部のストローク両端部から全スト
ロークの15％以内の箇所にそれぞれ設けられる。また、
動作時間計測手段は、遮断器の無負荷遮断時と有負荷遮
断時のそれぞれにおいて、遮断器の動作時間および動作
終了時点を計測するように構成される。

本発明の装置はさらに、動作時間計測手段にて計測さ
れた遮断器動作終了時点に基づいて、主回路電流検出手
段にて検出された各ピーク値の中から、遮断器動作終了
時点に最も近いピーク値を遮断電流ピーク値として選択
すると共に、遮断器の無負荷遮断時と有負荷遮断時のそ
れぞれにおいて動作時間計測手段にて計測された各遮断
器動作時間と、それに関連する各遮断電流ピーク値とに
基づいて、電極消耗率を算出するデータ処理部を備え
る。

（作用）本発明は、以上の様な構成を有することにより、動作
位置検出センサの出力信号から動作時間計測手段にて計
測された各遮断器動作時間および各遮断器動作終了時点
と主回路電流検出手段にて検出された各ピーク値とに基
づいて、データ処理部にて、遮断器動作時のアークに関
する情報を正確に計測できる。

すなわち、遮断器の動作時間は、無負荷遮断時に比べ
て有負荷遮断時の方が長くなる。これに対して、本発明
においては、以上のように、無負荷遮断時と有負荷遮断
時のいずれの場合でも、遮断器の動作時間の長短に左右
されずに、動作位置検出センサによって開閉動作部の動
作位置を確実に検出することができる。そのため、無負
荷遮断時と有負荷遮断時のそれぞれにおいて、遮断器の
動作時間および動作終了時点を正確に検出することがで
き、それによって、遮断器動作終了時点に最も近い遮断
電流ピーク値を確実に求めることができる。したがっ
て、遮断器動作時のアークに関する情報として、無負荷
遮断時と有負荷遮断時のそれぞれにおいて得られた正確
な各遮断電流ピーク値と正確な各遮断器動作時間という
正確な情報に基づいて、正確な電極消耗率を算出するこ
とができる。

しかも、本発明の主要構成は、主回路電流検出手段、
動作位置検出センサ、動作時間計測手段、およびデータ
処理部だけであり、構成の簡略化が果されている。

（実施例）以上説明した様な、本発明による電力用遮断器の電極
消耗率計測装置の一実施例を第１図乃至第３図を用いて
具体的に説明する。

＊実施例の構成第１図は本実施例に使用する動作位置検出センサの取
付けを示す図であり、第２図は、第１図のA-A矢視図で
ある。

第１図及び第２図において、操作機構31の機構ケース
32外面には、ガイド33を介してセンサ取付板34が取付け
られ、このセンサ取付板34に、動作位置検出センサとし
て近接センサ35が取付けられている。一方、遮断器の操
作ロッド14の端部には接続フランジ36が設けられ、この
接続フランジ36の一端に、機構ケース32を貫通する取付
部材37を介して、位置検出器38が取付けられている。前
記近接センサ35は、この位置検出器38のストローク両端
部に対向する２箇所にそれぞれ取付けられ、位置検出器
38との間に微小間隔Ｘを有する様に設定されている。即
ち、この近接センサ35は、直接的には位置検出器38の動
作位置を検出することにより、遮断器の開閉動作部であ
る操作ロッド14の端部の動作位置を間接的に検出する様
になっている。さらに、この近接センサ35は、その近傍
に位置検出器38が到着すると内部スイッチが入切するよ
うになっており、この信号が、ケーブル39により第３図
に示す計測システムに伝送される様になっている。

第３図に本実施例の遮断器電極消耗率計測システムを
示す。本実施例のシステムは、第３図に示す様に、第１
図において近接センサ35として示した動作位置検出セン
サ50と、主回路に主回路電流検出手段として接続された
変流器51、及び制御回路の制御線に取付けられ、遮断器
動作指令電流を検出する変流器等で構成された指令電流
検出センサ52とを有している。

変流器51から出力された主回路電流値は、ピークホー
ルド回路53を介してアナログ入力インターフェイス55に
入り、その後、アナログ−デジタル（A/D）変換され、
データ処理部57に入力される様になっている。ここで、
ピークホールド回路53は、動作指令が入ってから遮断器
動作終了側に近い位置検出センサ出力が入るまでの時
間、主回路電流値の各ピーク値を商用周波電流の周期に
合せて出力する回路である。このようなピークホールド
回路53は、第４図に示すように、指令電流検出センサ52
及び動作位置検出センサ50の出力信号に対応して動作す
るアナログスイッチ60と、RCより成る積分回路61等より
比較的簡単に構成できる。

動作位置検出センサ50の出力は、動作時間計測手段で
あるカウンタ54に入力される様になっている。ここで、
カウンタ54は、指令電流検出センサ52の出力の立上がり
より時間計測を開始し、第７図に示す様な、指令電流が
発せられてから動作開始までの時間T₀と、無負荷遮断時
及び有負荷遮断時の各動作時間T₁,T₂及び各動作終了時
点とを計測するものである。このカウンタ54のカウント
値（デジタル値）は、デジタル入力インターフェイス56
を介してデータ処理部57に入力される様になっている。

データ処理部57としては、ΔＴ＝T₂−T₁の演算処理
や、主回路電流値の各ピーク値のうち遮断器動作終了時
点に最も近いピーク値の選択及びΔＴとの相関性算出等
をプログラムされたマイクロコンピュータが使用されて
いる。

＊実施例の作用以上の様な構成を有する本実施例の作用は次の通りで
ある。

即ち、指令電流検出センサ52の出力信号と動作位置検
出センサ50（近接センサ35）の出力信号とからカウンタ
54によって計測された無負荷遮断時及び有負荷遮断時の
各動作時間T₁,T₂及び各動作終了時点と、変流器51にて
得られ、ピークホールド回路53にてピークホールドされ
た主回路電流値とが共にデータ処理部57に送られるた
め、データ処理部57に設定されたプログラムにより、電
流遮断に起因する時間ΔＴを正確に求められる。従っ
て、従来困難であった遮断器電極の消耗率を推定するこ
とができる。しかも、本実施例では、動作位置検出セン
サ50として近接センサ35を使用し、このセンサ35を、遮
断器の動作部のストローク端部に取付けているため、ス
トローク時間の変化を的確に捕えることができる。

また、本実施例の主要構成は、動作位置検出センサ5
0、変流器51、カウンタ54、データ処理部57だけであ
り、構成の簡略化が果されている。ここで、カウンタ54
は、各センサ信号間の基準クロックの数を数えるだけで
あるため、極めて簡単な構成でよく、また、データ処理
部57に使用するマイクロコンピュータも、簡単な演算を
プログラムするだけであるため、極めて簡単な構成のも
ので足りる。さらに、本実施例において、主回路電流値
をA/D変換するために使用するA/D変換器についても、ピ
ークホールドされた主回路電流の波高値を商用周波の周
期、即ち10ms以内にA/D変換するだけであるため、特開
昭55-32349の発明で具体的に使用されているものに比
べ、リアルタイムでA/D変換する必要もなく、低速の、
極めて簡略な装置で充分である。

＊他の実施例なお、本発明は前記実施例に限定されるものではな
く、例えば、動作位置検出センサは、遮断器の開閉動作
部のストロークの両端部から15％以内の位置に設けられ
れば充分的確にその機能を果せる。また、動作位置検出
センサとしては、近接センサの他に、光方式のセンサを
使用する構成も可能である。例えば、第１図及び第２図
において、近接センサ35を投光と受光の２芯の光ファイ
バより成るセンサヘッドに置換え、位置検出器38を光反
射板に置換え、光反射板がセンサヘッド部を通過する
時、一方の投光用ファイバより投光された光が、光反射
板にて反射され、他方の受光用ファイバに入射される様
に設定すれば、近接センサと同様な計測が可能となる。
この様に、光方式を用いた場合、信号伝送が光ケーブル
により行なわれるため、電気ケーブルを使用する場合に
生ずる電磁誘導がなく、より信頼性の高い計測装置を得
られる。

［発明の効果］本発明は、遮断器動作終了時点に最も近い主回路電流
のピーク値から電極消耗率を算出するという簡単な構成
により、従来の計測装置では不可能であったアークに関
する正確な情報が得られるため、電極の消耗率を推定で
き、しかも構成の簡略化に貢献し得る様な、優れた電力
用遮断器の電極消耗率計測装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に使用する動作位置検出セン
サの取付けを示す側面図、第２図は第１図のA-A矢視
図、第３図は同実施例の計測システムを示すブロック
図、第４図は同実施例に使用するピークホールド回路を
示す回路図、第５図はSF₆ガス遮断器を示す概略断面
図、第６図は遮断電流と遮断回数との関係を示すグラ
フ、第７図は従来の計測方法のタイムチャート、第８図
は遮断器の遮断動作時の指令電流波形及びストロークカ
ーブを示す波形図である。３……指令電流波形、4,4′……ストロークカーブ、13
……パッファ遮断部、14……操作ロッド、16,31……操
作機構、21……主回路導体、22……パッファシリンダ、
23……主接点部、32……機構ケース、34……センサ取付
板、35……近接センサ、38……位置検出器、50……動作
位置検出センサ、51……変流器、52……指令電流検出セ
ンサ、53……ピークホールド回路、54……カウンタ、57
……データ処理部、60……アナログスイッチ、61……積
分回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭61−233914（ＪＰ，Ａ) 特開昭55−32349（ＪＰ，Ａ) 特開昭55−39148（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】送配電系統の電流を開閉する電力用遮断器
の動作回数と主接点の開閉電流値とから電極消耗率を計
測する装置において、前記遮断器に流れる主回路商用周波電流の各ピーク値を
検出する主回路電流検出手段と、前記遮断器の開閉動作部の一部を検出対象部としてこの
検出対象部のストローク両端部から全ストロークの15％
以内の箇所にそれぞれ設けられ、開閉動作部の動作位置
を検出する２箇所の動作位置検出センサと、前記遮断器の無負荷遮断時と有負荷遮断時のそれぞれに
おいて、前記２箇所の動作位置検出センサの出力信号か
ら前記遮断器の動作時間および動作終了時点を計測する
動作時間計測手段と、前記動作時間計測手段にて計測された遮断器動作終了時
点に基づいて、前記主回路電流検出手段にて検出された
各ピーク値の中から、遮断器動作終了時点に最も近いピ
ーク値を遮断電流ピーク値として選択すると共に、前記
遮断器の無負荷遮断時と有負荷遮断時のそれぞれにおい
て前記動作時間計測手段にて計測された各遮断器動作時
間と、それに関連する各遮断電流ピーク値とに基づい
て、電極消耗率を算出するデータ処理部を備えたことを特徴とする電力用遮断器の電極消耗率計
測装置。