KR20140079486A

KR20140079486A - 전기기기의 상태감시장치

Info

Publication number: KR20140079486A
Application number: KR1020147013153A
Authority: KR
Inventors: 유이치 야마지
Original assignee: 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2011-10-17
Filing date: 2012-10-16
Publication date: 2014-06-26
Also published as: KR101621632B1; JP5748862B2; JPWO2013057925A1; WO2013057925A1

Abstract

본 발명은, 금속 폐쇄형 스위치 기어의 고전압 메인회로 충전부의 온도 및 먼지의 부착 상태를 상시 감시하기 위한 부착이나 제거를 용이하게 하기 위해서, 통전을 행하는 도체(33)의 주위에 배치된 제1 코어(21) 및 제2 코어(22)와, 상기 제2 코어(22)의 일부에 감겨져 상기 도체(33)의 통전에 의해 유도전압을 발생하는 코일(3)과, 상기 도체(33)의 온도를 계측하는 온도센서(6)와, 설치부의 진개의 부착량을 계측하는 진개센서(9)와, 상기 온도센서(6) 및 상기 진개센서(9)의 계측결과를 외부에 송신하는 송신부(42)를 구비하고, 제1 코어(21)와 상기 제2 코어(22)가 맞닿아 도체(33)의 주위를 둘러싸도록 배치한 것이다.

Description

전기기기의 상태감시장치 {STATE MONITORING DEVICE FOR ELECTRICAL DEVICE}

본 발명은 금속 폐쇄형 스위치 기어의 고전압 메인회로 충전부의 온도 및 먼지의 부착 상태를 상시 감시하기 위한 전기기기의 상태감시장치에 관한 것이다.

금속 폐쇄형 스위치 기어는, 일반적으로 케이스의 내부에 진공 차단기, 메인모선(母線), 계기(計器)용 변류기, 외선(外線) 케이블 등을 수납하고, 모선으로부터 진공 차단기, 계기용 변류기, 외선 케이블을 통하여 부하에 전력을 공급하는 구성이다.

진공 차단기는 일반적으로 인출형이 이용되며, 진공 차단기에 차륜(車輪)이 마련되어 있다. 케이스 내에 배치되어 있는 고정프레임의 1차 측 및 2차 측 단자와 접촉자를 통하여 전기적으로 접속하는 것에 의해, 회로를 형성하고, 접촉자가 떨어짐으로써 회로를 단로(斷路)하고 있다. 또, 그 진공 차단기에 탑재되어 있는 진공밸브 내부에 있는 접점에서 메인회로에 흐르는 전류의 온/오프(ON/OFF)를 행하고 있다.

진공 차단기에서는, 상기와 같이 단자와 접촉자가 접속과 해리(解離)를 반복하므로, 접촉부에는 그리스(grease)가 도포되어 있다. 진공 차단기를 장기간 사용하고 있는 동안에, 티끌나 사진(砂塵 : 모래 섞인 먼지) 등이 접촉부에 부착 또는 혼입하고, 또 그리스에 포함되는 유지분이 증발 건조하여 고착 상태가 되어, 접촉부가 높은 저항이 되어 발열한다. 이 상태인 채로 방치하면, 이상(異常) 가열에 의해 절연물의 소실까지 이를 우려가 있다.

이것에 대해서, 일반적으로는, 메인터넌스를 정기적으로 실시하여, 청소 및 주유함으로써 상기에 대한 대책을 행하고 있다. 그러나, 접촉부의 이상을 확실히 없앨 수 있는지 여부는 정량적으로 나타낼 수 없기 때문에, 확실히 소실을 방지할 수 있는 보증이 없다. 또 금속 폐쇄형 스위치 기어는 내부에 고압 충전부를 가지므로, 메인터넌스를 실시하는 데에는, 정전이 필요하고, 이것을 정기적으로 실시하려고 행하려고 하면 설비 전체로서의 생산 효율이 저하하게 된다.

이것을 해결하기 위해서 전기기기의 상태감시장치로서는, 내부에 각종의 센서를 매립한 절연물을 금속 폐쇄형 스위치 기어에 탑재함으로써, 센서로 절연물의 온도나 부분 방전에 의한 절연 열화 등을 계측하고, 그 데이터를 무선으로 각종의 데이터를 채취함으로써 이상의 확실한 제거를 확인할 수 있도록 하고 있었다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).

특허문헌 1 : 일본국 특허 제4488797호 공보(단락 0017, 도 2)

특허문헌 1에 개시된 바와 같은 종래의 금속 폐쇄형 스위치 기어에 탑재되는 전기기기의 상태감시장치에서는, 센서에 의한 각종 데이터의 채취를 가능하게 하고 있었지만, 절연물에 센서를 매립하기 위해 기존의 금속 폐쇄형 스위치 기어에 추가하는 것은 곤란하고, 또, 절연물 내의 센서의 고장 등으로 상태감시장치를 교환하는 것도 곤란했다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 부착이나 제거가 용이한 전기기기의 상태감시장치를 얻는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 관한 전기기기의 상태감시장치는, 통전(通電)을 행하는 도체의 주위에 배치된 제1 및 제2 코어와, 상기 제2 코어의 일부에 감겨져 상기 도체의 통전에 의해 유도전압을 발생하는 코일과, 상기 도체의 온도를 계측하는 온도센서와, 설치부의 진개(塵芥, 먼지와 티끌)의 부착량을 계측하는 진개센서와, 상기 온도센서 및 상기 진개센서의 계측결과를 외부에 송신하는 송신부를 구비하고, 상기 제1 코어와 상기 제2 코어가 맞닿아 상기 도체의 주위를 둘러싸도록 배치한 것이다.

본 발명에 의하면, 통전을 행하는 도체의 주위에 배치된 제1 및 제2 코어와, 상기 제2 코어의 일부에 감겨져 상기 도체의 통전에 의해 유도전압을 발생하는 코일과, 상기 도체의 온도를 계측하는 온도센서와, 설치부의 진개의 부착량을 계측하는 진개센서와, 상기 온도센서 및 상기 진개센서의 계측결과를 외부에 송신하는 송신부를 구비하고, 상기 제1 코어와 상기 제2 코어가 맞닿아 상기 도체의 주위를 둘러싸도록 배치했으므로, 부착이나 제거가 용이한 전기기기의 상태감시장치를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태 1을 나타내는 전기기기의 상태감시장치를 고정하는 진공 차단기의 측면도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태 1을 나타내는 전기기기의 상태감시장치의 정면도이다.
도 3은 도 2의 A-A선에 의한 전기기기의 상태감시장치의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시형태 1을 나타내는 전기기기의 상태감시장치의 하면도이다.
도 5는 본 발명의 실시형태 1의 보빈과 접촉자의 조합을 나타내는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시형태 1을 나타내는 먼지센서의 절연물 표면을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시형태 1을 나타내는 전기기기의 상태감시장치의 기판 표면을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시형태 2를 나타내는 전기기기의 상태감시장치의 정면도이다.
도 9는 도 8의 B-B선에 의한 전기기기의 상태감시장치의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 실시형태 2를 나타내는 전기기기의 상태감시장치의 기판 표면을 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시형태 3을 나타내는 전기기기의 상태감시장치의 기판 표면을 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시형태 3을 나타내는 전기기기의 상태감시장치의 기판 이면을 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시형태 3을 나타내는 전기기기의 상태감시장치의 기판 표면을 나타내는 다른 형상도이다.
도 14는 본 발명의 실시형태 4를 나타내는 전기기기의 상태감시장치의 기판 표면을 나타내는 도면이다.
도 15는 본 발명의 실시형태 4를 나타내는 전기기기의 상태감시장치의 기판 이면을 나타내는 도면이다.

이하에, 본 발명의 실시예를 구체적으로 설명한다.

실시형태 1.

금속 폐쇄형 스위치 기어(도시생략)의 내부에는, 도 1에 나타내는 진공 차단기(30)가 인출 가능하게 수납되어 있다. 금속 폐쇄형 스위치 기어에 마련된 스위치 기어 측 도체(46)와 진공 차단기(30)에 마련된 접촉자(2)를 접리시킴으로써 진공 차단기(30)는 금속 폐쇄형 스위치 기어의 메인회로와의 접속과 단로가 행해진다. 진공 차단기(30)에 마련된 접촉자(2)와 진공 차단기(30) 내의 메인회로를 전기적으로 접속하는 도체, 즉 메인회로도체(33)에 전기기기의 상태감시장치(1)를 마련한다. 전기기기의 상태감시장치는, 도 2 내지 도 4에 나타내는 바와 같이 메인회로도체(33)의 주위에 마련된 전원용의 코어로서 제1 코어, 즉 코어(21)와 제2 코어, 즉 코어(22A, 22B)로 구성되어 있다. 코어(21)는 'コ'자 모양을 하고 있고 메인회로도체(33)의 상방(上方) 및 측방(側方)을 둘러싸도록 배치되어 있다. 또, 코어(22A, 22B)는 메인회로도체(33)의 하방(下方)에 배치되며, 각각이 코어(21)에 도시하지 않은 나사로 체결되어 있다. 그 코어(21)에는 절연물로 제작된 보빈(4)이 고정되어 있다. 도 5에 나타내는 바와 같이 보빈(4)은 양단에 폭이 넓은 폭광부(幅廣部)(4A)와 그 폭광부(4A)를 연결하고, 폭광부보다는 가는 연결부(4B)로 이루어지며, 폭광부(4A)를 메인회로도체(33)에 맞닿게 하고 있고, 2개의 보빈(4)으로 코어(21)를 양측으로부터 끼워 넣는 구조로 되어 있다. 코어(21)를 양측으로부터 끼워 넣은 상태에서, 2개의 보빈(4)의 2개의 연결부(4B)를 걸치도록 코일(3)을 감음으로써, 코어(21)에 보빈(4)을 고정하고 있다. 또, 이 보빈(4)의 연결부(4B)에 코일(3)을 감는 것으로 코일(3)을 감는 범위가 결정되어 있다. 그 보빈(4)에는 다른 기능이 있으며, 한 개는 메인회로도체(33)에 보빈(4)을 맞닿는 것에 의해 메인회로도체(33)와 코어(21)와의 사이에 공간 갭을 마련하고, 코어(21) 내의 위치를 고정하고 있다. 다른 하나는 먼지센서(9)의 먼지센서용 절연물(8)을 보빈(4)에 고정할 수 있다. 그 먼지센서용 절연물(8)의 고정의 방향은 도 6에 나타내는 먼지센서의 절연물(8)의 표면(즐형(櫛形) 전극이 마련되어 있는 면)을 밖으로 향하고 또한 진개가 부착하기 쉽도록 상면을 향해서 보빈(4)에 고정한다. 이 먼지센서용 절연물(8)은 전기기기의 상태감시장치의 상면 전체를 덮는 크기로 하고 있다. 또, 코어(22A)와 코어(22B)의 사이는 메인회로도체(33)의 통전 전류에 의해서 발생하는 와전류에 의한 발열을 억제하기 위해서 분리되어 있다. 그 분리되어 있는 부분에 온도센서, 즉 서미스트(6)를 고정한 절연물(7)을 고정한다. 이 절연물(7)은 코어(22A), 코어(22B)와 반대 측에 돌기물(11)을 마련하고, 기판(5)을 나사 등으로 고정할 수 있는 형상으로 되어 있다. 이 기판(5)에는 서미스트(6)를 제어하는 온도계측부(43), 먼지센서(9)를 제어하는 누전류 검출부(41), 서미스트(6)나 진개센서(9)에서의 계측값을 무선통신으로, 반(盤) 내의 제어실 내에 배치되어 있는 수신기(도시생략)에 송신하는 송신부, 즉 무선통신부(42)가 장착되어 있다.

먼지센서(9)를 구성하는 먼지센서용 절연물(8) 표면에는 코일(3)로부터 출력된 전압이 인가되는 전극(40)이 구성되어 있다. 그 전극(40)은 각각의 전극 사이의 거리가 임의의 치수로 정해져 대향하여 배치되어 있는 즐형 전극(40A)과 즐형 전극(40B)으로 구성하고 있으며, 먼지센서용 절연물(8) 표면의 일부 혹은 전체에 배치되어 있다. 도 6에 그 전극을 나타낸다.

다음으로 이상과 같이 구성된 전기기기의 상태감시장치의 동작을 도 2 내지 도 7에서 설명한다.

메인회로도체(33)에 전류가 통전되면, 코어(21) 및 코어(22A), 코어(22B)에 전계가 발생하고, 그 발생한 전계에 의해 코일(3)의 단자 사이에 전압이 발생한다. 이 전압을 먼지센서용 절연물(8)의 표면의 즐형 전극(40A)과 즐형 전극(40B)에 인가한다. 전기기기의 상태감시장치를 설치하고 나서 오래되지 않으면, 절연물(8)의 표면에 진개가 부착하고 있지 않고, 즐형 전극(40A)과 즐형 전극(40B)의 사이는 절연이 유지되고 있으므로, 전극(40)에서는 누전류(漏電流)가 발생하지 않는다. 그러나, 먼지센서용 절연물(8)의 표면에 진개가 부착하면, 즐형 전극(40A)과 즐형 전극(40B)의 사이의 절연 저항이 감소하므로 전극(40)에서 누전류가 발생한다. 이 누전류를 누전류 검출부(41)로 검출한다. 또, 코일(3)의 단자 사이의 전압에 의해, 기판(5)이 기동(起動)하고, 메인회로도체(33)의 표면에 접촉하고 있는 서미스트(6)에서 얻어지는 정보를 상기의 누전류값과 함께 무선통신으로, 금속 폐쇄형 스위치 기어의 반(盤) 내의 제어실(도시생략) 내에 배치되어 있는 수신기(도시생략)에서 그 데이터를 수신한다.

전기기기의 상태감시장치는 각 측정 부위에 배치되어 있지만, 수신기는 반 내에 1개 혹은 금속 폐쇄형 스위치 기어를 복수 열의 반(盤)으로 한 배열 내에서 수개(數個)로 한다. 수신기 측에는 주소를 할당하여 송수신시의 혼신(混信)을 방지하고 있다.

실시형태 1에 의하면, 코어(21)와 코어(22A, 22B)로 메인회로도체(33)를 둘러싸도록 장착하고 있으므로, 기존의 금속 폐쇄형 스위치 기어에 전기기기의 상태감시장치를 용이하게 추가하는 것이 가능하고, 또, 전기기기의 상태감시장치의 고장 등으로 전기기기의 상태감시장치를 교환하는 것도 용이하다.

또한, 보빈(4)과 절연물(7)로 메인회로도체(33)를 끼워 넣는 것에 의해, 메인회로도체(33)에 대해서 전기기기의 상태감시장치의 위치 결정을 할 수 있으며, 게다가 무선통신을 하는 것에 의해 온도와 누전류를 상시 감시하여, 메인회로도체(33)의 정상적인 것을 알 수가 있다. 즉, 그 부위에 대해서는 정상인 것으로부터 메인터넌스 주기를 연장할 수 있다. 또 메인회로도체(33)의 이상 징조를 사전에 파악할 수 있기 때문에, 사고에 이르기 전에 메인터넌스를 계획할 수 있다.

또, 진공 차단기(30)의 접촉부 부근의 먼지나 사진이 많은 상태에서 진공 차단기(30)를 출입하면, 그 먼지나 사진이 그리스에 부착, 혼입하여 접촉 저항이 높아지는 경향이 있다. 그러나, 본원의 전기기기의 상태감시장치에서는 온도와 진개의 부착을 동시에 계측하는 것이 가능하므로, 온도에 이상이 없어도 진개의 부착에 의한 누전류값이 이상 판정으로 되면, 메인터넌스의 실시를 재촉할 수도 있고, 온도와 누전류의 관계로부터 이상 원인의 특정도 가능하게 된다. 또, 그 반대도 동일하다.

또한, 먼지센서용 절연물(8)을 전기기기의 상태감시장치 상면에 마련하여, 그 상면 전체를 덮는 크기로 하여, 먼지센서용 절연물(8)의 대략 전체 면에 즐형 전극(40A)과 즐형 전극(40B)을 마련하고 있으므로, 즐형 전극(40A)과 즐형 전극(40B)을 넓은 면적에 배치할 수 있어, 진개의 부착에 편향이 있어도 보다 정밀도 높게 진개의 부착을 검출할 수 있다.

또한, 여기에서는 온도를 계측하는 수단으로서 서미스트를 이용했지만, 이것에 한정하지 않고 열전대(熱電對)와 같은 것이라도 된다.

실시형태 2.

도 8은 실시형태 2에서의 전기기기의 상태감시장치의 정면도, 도 9는 도 8의 B-B선에 의한 단면도, 도 10은 전기기기의 상태감시장치의 기판 표면을 나타내고 있다. 또한, 도면 중 동일 부호는 동일 또는 상당 부분을 나타내며 그 설명을 생략하고 있다.

실시형태 1과의 차이는 먼지센서의 전극(40)으로서 마련하고 있던 즐형 전극(40A, 40B)을 기판(5)상에 마련한 것이다. 이 때문에, 즐형 전극(40A, 40B)을 마련한 기판(5)이 상면을 향하도록 실시형태 1과는 전기기기의 상태감시장치의 상하를 바꿔 넣고 있다. 또, 즐형 전극(40A, 40B)을 기판(5)상에 마련함으로써, 먼지센서용 절연물(8)을 생략하고 있다.

실시형태 2에 의하면, 먼지센서로서 즐형 전극을 마련하고 있던 먼지센서용 절연물(8)이 불필요하게 되어, 전기기기의 상태감시장치의 기판(5)상에 기능을 집약할 수 있어, 부품 점수를 삭감할 수 있다.

실시형태 3.

도 11은 실시형태 3에서의 전기기기의 상태감시장치의 기판(5)의 표면의 도면, 도 12는 도 11의 기판(5)의 이면의 도면이다. 도 13은 실시형태 3에서의 먼지센서의 기판(5)의 표면에서의 다른 형상도이다. 또한, 도면 중 동일 부호는 동일 또는 상당 부분을 나타내며 그 설명을 생략하고 있다.

실시형태 1, 2와의 차이는 전기기기의 상태감시장치의 기판상에 마련한 전극 형상이다. 기판(5)의 패턴을 이용하여, 표면은 도 11에 나타내는 바와 같이 주위 전극, 즉 4각형 모양 전극(44B)의 중심에 1점의 중심 전극(44A)을 마련하고 있다. 도 11에서는, 가로 7개, 세로 2개의 중심 전극(44A)과 4각형 모양 전극(44B)을 늘어놓고 있다. 4각형 모양 전극(44B)은 표측의 기판(5)의 패턴을 이용하여 누전류 검출부(41)와 배선을 행하고, 중심 전극(44A)은 도 12에 나타내는 바와 같이 이면 측의 기판(5)의 패턴을 이용하여 누전류 검출부(41)와 배선을 행하고 있다.

또, 전극(44)은 중심 전극(44A)과 4각형 모양 전극(44B)으로 구성되어 있으므로, 도 13에 나타내는 바와 같이, 전극(44)을 임의의 위치에 배치할 수 있다.

다음으로 이상과 같이 구성된 전기기기의 상태감시장치의 동작을 도 11에서 설명한다.

실시형태 1과 마찬가지로 메인회로도체(33)에 전류가 통전되면, 코어(21) 및 코어(22A), 코어(22B)에 전계가 발생하고, 그 발생한 전계에 의해 코일(3)의 단자 사이에 전압이 발생한다. 이 전압을 중심 전극(44A)과 4각형 모양 전극(44B)에 인가한다. 그러면, 4각형 모양 전극(44B) 내는 중심 전극(44A)을 중심으로 하는 동심원 모양의 전계가 형성된다. 여기에서도, 실시형태 1과 마찬가지로, 기판(5)의 표면에 진개가 부착하고 있지 않으면, 중심 전극(44A)과 4각형 모양 전극(44B)과의 사이는 절연이 유지되고 있으므로, 전극(44)에서는 누전류가 발생하지 않는다. 그러나, 기판(5)의 표면에 진개가 부착하면, 중심 전극(44A)과 4각형 모양 전극(44B)과의 사이의 절연 저항이 감소하므로 전극(44)에서 누전류가 발생한다. 이 누전류를 누전류 검출부(41)에서 검출한다.

실시형태 3에 의하면, 도 11에 나타내는 바와 같이 4각형 모양 전극(44B)을 베이스로 함으로써, 자유롭게 전극 형상을 형성할 수 있기 때문에, 기판(5)의 스페이스를 유효 활용할 수 있다.

또한, 여기에서는 주위 전극으로서 4각형 모양의 4각형 모양 전극으로 했지만, 중심 전극을 간격을 두고 둘러싸도록 배치할 수 있으면, 원형이라도 5각형과 같은 형상이라도 된다.

실시형태 4.

도 14는 실시형태 4에서의 전기기기의 상태감시장치의 기판(5)의 표면의 도면, 도 15는 도 14의 기판(5)의 이면의 도면이다.

실시형태 3과의 차이는 복수의 4각형 모양 전극(45B)의 각각의 중심으로 1점의 중심 전극(45A)을 마련하고 있지만, 각각의 중심 전극(45A)의 출력을 도 15에 나타내는 바와 같이 개별적으로 취출한 것이다.

실시형태 4에 의하면, 복수의 4각형 모양 전극(45B)을 베이스로 하여 각각의 중심 전극(45A)의 출력을 개별적으로 하는 것에 의해, 개개의 중심 전극(45A)의 누전류를 개별적으로 계측하는 것이 가능하게 된다. 이것에 의해 진개의 부착량의 분포 상태를 알 수 있어, 이 진개의 부착량의 분포 상태로부터 진개가 진입하는 부위에 가까우면, 진개가 부착하기 쉬운 등과 같이, 금속 폐쇄형 스위치 기어 내부의 먼지가 진입하는 부위나 방향을 특정할 수 있다.

1 전기기기의 상태감시장치 2 접촉자
3 코일 4 보빈
4A 폭광부 4B 연결부
5 기판 6 서미스트
7 절연물 8 먼지센서용 절연물
9 진개센서 11 돌기물
21, 22A, 22B 코어 30 진공 차단기
33 메인회로도체 40, 44, 45 전극
40A, 40B 즐형 전극 41 누전류 검출부
42 무선통신부 43 온도계측부
44A, 45A 중심 전극 44B, 45B 4각형 모양 전극
46 스위치 기어 측 도체

Claims

통전(通電)을 행하는 도체의 주위에 배치된 제1 및 제2 코어와,
상기 제2 코어의 일부에 감겨져 상기 도체의 통전에 의해 유도전압을 발생하는 코일과,
상기 도체의 온도를 계측하는 온도센서와,
설치부의 진개(塵芥)의 부착량을 계측하는 진개센서와,
상기 온도센서 및 상기 진개센서의 계측결과를 외부에 송신하는 송신부를 구비하고,
상기 제1 코어와 상기 제2 코어가 맞닿아 상기 도체의 주위를 둘러싸도록 배치된 전기기기의 상태감시장치.
청구항 1에 있어서,
상기 코일이 감겨지고, 상기 제1 코어를 사이에 끼우며, 상기 도체에 맞닿아 상기 제1 코어와 상기 도체를 간격을 두고 배치하고, 절연물로 이루어지는 한 쌍의 보빈을 구비한 것을 특징으로 하는 전기기기의 상태감시장치.
청구항 1 또는 2에 있어서,
상기 진개센서는 2개의 즐형 전극이 간격을 두고 대향하여 절연물의 표면에 배치된 것을 특징으로 하는 전기기기의 상태감시장치.
청구항 1 또는 2에 있어서,
상기 진개센서는 중심 전극과 그 주위에 간격을 두고 배치된 주위 전극으로 이루어져 절연물의 표면에 배치된 것을 특징으로 하는 전기기기의 상태감시장치.