WO2019043828A1 - コンデンサ容量測定装置及び電力用機器 - Google Patents

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WO2019043828A1
WO2019043828A1 PCT/JP2017/031160 JP2017031160W WO2019043828A1 WO 2019043828 A1 WO2019043828 A1 WO 2019043828A1 JP 2017031160 W JP2017031160 W JP 2017031160W WO 2019043828 A1 WO2019043828 A1 WO 2019043828A1
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discharge
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怜 永安
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三菱電機株式会社
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    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/60—Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66—Vacuum switches
    • H01H33/666—Operating arrangements
    • H01H33/6662—Operating arrangements using bistable electromagnetic actuators, e.g. linear polarised electromagnetic actuators

Definitions

  • the present invention relates to a capacitor capacity measuring device for measuring the capacity of a capacitor in a state in which energy is stored, and a power device provided with the capacitor capacity measuring device.
  • the power equipment used for the transmission system is required to have long-term reliability.
  • an electromagnetic force is generated by supplying energy stored in a capacitor by charging to a coil, and the circuit breaker is operated by this electromagnetic force. Since the energy required to operate the circuit breaker depends on the energy stored in the capacitor, it can not supply the energy required for operation when the capacity of the capacitor decreases, and normal operation should be performed. Will not be able to For this reason, periodic measurement of the capacitor capacity is essential. However, to check the capacity of the capacitor with an LCR meter or the like, it is necessary to stop the power equipment. If energy can be measured in the capacitor with little or no effect on the energy stored in the capacitor, the reliability of the power device can be achieved without stopping the power device.
  • the applicant has proposed a capacitor capacity measuring device shown in Patent Document 1, and even if the electromagnetic operation mechanism of the power device in operation is driven by the capacitor, the drive is not disturbed regularly.
  • the present invention has realized the provision of a capacitance measuring device capable of measuring the capacitance of the capacitor.
  • this capacitor capacity measuring device it is possible to measure the capacity during use of the capacitor by discharging the capacitor for a predetermined time at the time of measuring the capacitor capacity and suppressing the voltage drop value within the predetermined value.
  • this capacitor capacity measuring device By applying this capacitor capacity measuring device to the capacity measurement of the capacitor used in the electromagnetic operation mechanism of the power equipment, it is possible to periodically measure the capacitor capacity during the operation of the power equipment.
  • high accuracy is required for capacitor capacitance measurement. .
  • the accuracy of the measurement result is improved, the accuracy of the determination of the quality of the capacitor is also improved, unnecessary replacement of the capacitor is eliminated, and it is possible to expect optimization of the replacement time of the capacitor.
  • the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and even if the capacitor voltage temporarily fluctuates due to, for example, a contact failure of a wiring connection or a surge at the timing of measurement of the capacitor capacity.
  • the purpose is to enable correct / incorrect judgment of the measurement of the capacitor capacity itself in consideration of the fluctuation. Furthermore, it aims at realizing the measurement of the capacitor capacity with high accuracy, discarding the capacitor which lacks capacity, etc. and ensuring the judgment of the capacitor replacement time.
  • the capacitance measuring device for capacitors comprises a discharge resistance and a discharge switch connected in series, and a discharge circuit connected in parallel with the capacitor, a first resistance and a second resistance connected in series.
  • a resistor voltage divider circuit connected in parallel with the capacitor which is constituted by a resistor, stops charging the capacitor, and discharges the energy charged in the capacitor by turning on the discharge switch, the resistor
  • a control device that measures the voltage at the voltage dividing point of the voltage dividing circuit and calculates the capacitor capacity from the voltage at the voltage dividing point, and the voltage value of the capacitor decreases due to the discharge of the energy charged in the capacitor.
  • the capacitor is discharged for a predetermined time within the time to reach a predetermined value, and the voltage dividing point of the resistance voltage dividing circuit measured within the predetermined time
  • the capacitor voltage value calculated from the voltage is used as a measurement capacitor voltage, and the difference between the measurement capacitor voltage during the measurement time during the predetermined time is compared with a preset threshold value, and the capacitor capacitance value calculated by the control device It is determined whether or not is correct.
  • the power device includes the capacitor capacity measuring device having the function of determining whether the calculated capacitor capacity value is correct or incorrect, and also includes an electromagnetic operation mechanism operated by the energy charged in the capacitor.
  • the capacitor capacity measuring device having the function of determining whether the calculated capacitor capacity value is correct or incorrect is provided, if the disturbance such as noise occurs during measurement of the capacitor capacity, is the calculated capacitor capacity value correct? It can be determined whether or not. That is, even if the capacitor voltage temporarily fluctuates, it is possible to judge whether the measurement of the capacitor capacity itself is correct or incorrect in consideration of the fluctuation, and it is possible to realize the measurement of the capacitor capacity with high accuracy.
  • FIG. 4 it is a figure explaining a mode that the fluctuation
  • FIG. 1 is a circuit diagram showing an outline of a capacitor capacity measuring apparatus according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing a hardware configuration of a control device of the capacitor capacity measuring device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing a change in voltage due to discharge of the capacitor in the capacitor measuring apparatus.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a method of determining the capacitance of the capacitor in the capacitor measurement device.
  • FIG. 5 is a view for explaining a state in which the capacitor voltage fluctuates due to the occurrence of an abnormality due to a contact failure, a surge or the like in FIG.
  • a capacitor capacity measuring device 10 is connected to a charging circuit 2 for charging a capacitor 1 and a capacitor 1.
  • the capacitor capacity measuring device 10 is connected in parallel to the capacitor 1 and a discharge circuit 5 in which a discharge switch 3 for discharging the charge energy of the capacitor 1 and a discharge resistor 4 are connected in series, , A resistor voltage dividing circuit 8 in which a first resistor 6 and a second resistor 7 are connected in series for measuring a capacitor voltage drop value at the time of discharge;
  • the control circuit 9 outputs a conduction command to the discharge switch 4 of the circuit 5 and measures the voltage V a at the voltage dividing point A of the resistance voltage dividing circuit 8 to calculate the capacity of the capacitor 1.
  • the control circuit 9 is realized by hardware as shown in FIG.
  • the processor 91 the memory 92 in which programs and data executed by the processor 91 are stored, and the input / output device 93 are connected by the data bus 94.
  • transmission of a command signal for stopping charging of the capacitor 1 to the charging circuit 2 data processing for data calculation of the capacitance of the capacitor 1, and the like are performed.
  • the capacitor 1 to be measured is always charged to its rated voltage by the charging circuit 2.
  • the energy stored in the capacitor 1 is periodically discharged instantaneously.
  • the charging stop command of the time t 0 to the capacitor 1 to the charging circuit 2 is issued, at the same time, conduction command is issued to the discharge switch 3 of the discharge circuit 5.
  • the energy stored in the capacitor 1 flows through the discharge resistor 4 as the discharge current i, and the voltage V c across the capacitor 1 decreases.
  • FIG. 3 shows the relationship between the on time of the discharge switch 3 of the discharge circuit 5, the time of the charge stop command to the charge circuit 2, and the capacitor voltage to be measured.
  • the discharge time T is set to, for example, about 200 ms, which is a very short time less than 1 s (seconds) which does not disturb the operation of the power device utilizing the energy of the capacitor 1.
  • the time during which the operation of the power device does not disturb means that the power device can be operated with the lowered capacitor voltage within that time, and if the capacitor voltage is further lowered, the power device can be operated. It is a time until reaching a predetermined voltage (threshold) which disappears.
  • the time during the charge stop command that is, the charge stop time for the capacitor 1 and the time for which the discharge switch 3 of the discharge circuit 5 is on are the same. While the switch 3 of the discharge circuit is turned on, the first resistor 6, the change of the voltage V a of the dividing point A of the second resistor 7 (voltage drop) is input as the measurement data to the control circuit 9 Ru.
  • FIG. 4 shows how the capacitor voltage V c in the charge stop period T of the capacitor 1 decreases.
  • the capacitor voltages V 0 and V n are voltages at times t 0 and t n , respectively, and are voltages before and after the discharge.
  • the capacitor voltages V 1 and V n-1 are voltages at times t 1 and t n-1 , respectively.
  • the capacitor voltage V c can be calculated using the measurement data V a input to the control circuit 9.
  • Equation (5) is an equation obtained by solving equation (4) for the capacitor capacitance C.
  • the discharge current i, the average capacitor voltage V c * and i from the resistance R d of the discharge resistor 4 V c * / R d next during discharge, the relation and the equation (2) using When it represents, it becomes Formula (6).
  • the capacitor capacity can be calculated from the capacitor voltage V c (average capacitor voltage V c *) while the switch of the discharge circuit is on.
  • C ⁇ V c Q ⁇ Formula (3)
  • C i ⁇ T ⁇ (V 0- V n ) ⁇ ⁇ ⁇ Formula (5)
  • C V c * / (R d ⁇ ⁇ V c) ⁇ (6)
  • the average capacitor voltage V c * can be calculated by dividing the sum of V c calculated by equation (1) from V a measured in time T by the number of measurement points.
  • the slope ⁇ V c of the capacitor voltage drop can be calculated using data of the measured capacitor voltage V c calculated from the measured V a .
  • the data of the measured capacitor voltage V c may be approximated to a straight line by the method of least squares.
  • the number of measurement points for instance 2 equally divided data of the measuring capacitor voltage V c in time T, the difference between the average value and the average value of the second half of the measurement capacitor voltage V c of the first half of the measurement capacitor voltage V c T / It can be calculated by the moving average divided by 2.
  • FIG. 5 shows how the capacitor voltage Vc falls in the charging stop period T of the capacitor 1 as in FIG.
  • (a) is a case where an abnormality such as a contact failure of a wiring connection or a surge does not occur during measurement of a capacitor capacity
  • (b) and (c) are cases where an abnormality occurs.
  • the dotted line in the graph is the capacitor voltage V c (shown as a measured value in the figure) calculated at each time from the measured V a , and the solid line is the ⁇ V c in the period T.
  • the measured capacitor voltage V c data is used, for example, a linear approximation by the least square method.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining a method of determining whether the capacitor capacitance calculated using the example of (b) in FIG. 5 is correct.
  • (A) in FIG. 6 shows how the capacitor voltage V c falls in the charge stop period T of the capacitor 1 in (b) in FIG. 5, and the inside of the region Xa is enlarged in FIG. b).
  • the capacitor voltage difference at times t k and t k + 1 is V k -V k + 1 , and the slope is ⁇ V x ⁇ (V k -V k + 1 ) / ⁇ t And becomes larger than ⁇ V x .
  • the capacitor voltage difference at time tk + 1 and tk + 2 is V k + 1 -V k + 2 , and the absolute value of this slope is ⁇ V x ⁇
  • the slope of the drop of the capacitor voltage measured between certain times is greater than ⁇ V x means that the line of the voltage drop deviates from the straight line.
  • the fixed time interval ⁇ t is used for simplicity, the time difference of the voltage may be determined using an arbitrary time interval.
  • the description has been given focusing on the inside of the region Xa shown in FIG. 6A in FIG. 6 where the time variation of the capacitor voltage is large due to the noise generation, the discharge switch 3 is turned on. Check the differences sequentially for the capacitor voltage.
  • the voltage drop of the capacitor voltage in the capacitor charge stop period can be approximated by a straight line, and the slope is ⁇ V x and the voltage difference at ⁇ t is V m ⁇ V m + 1.
  • a threshold may be determined in advance for the difference from V m -V m + 1 .
  • the voltage difference is calculated during the period T and compared with the threshold value, and if the maximum value is five or more times V m- V m + 1 It can be determined that the capacitance of the capacitor is incorrect. Therefore, it is possible to determine whether the measured capacitance value of the capacitor is correct.
  • the threshold value is reduced, small noise occurrence that hardly affects the capacitor capacitance measurement will also be detected. As a result of repeating the measurement, if it is 5 times, it is an effective threshold value as a value which can clearly determine the noise generation affecting the capacitance measurement as shown in FIG.
  • the discharge voltage is turned on in the charging stop period T of the capacitor 1 by turning on the discharge switch 3, and the difference in the capacitor voltage between the measurement times during this period is used. Can be determined based on whether or not it is equal to or greater than the threshold value, and it can be determined whether or not the capacitor capacity calculated in this period is correct. As a result, the calculation accuracy of the capacitor capacity is improved, and it is not determined that the capacitor capacity is insufficient due to an erroneous determination, and there is an effect that unnecessary replacement of the capacitor is eliminated.
  • the difference in the capacitor voltage between measurement times is checked during the charge stop period T of the capacitor 1 which has made the discharge switch 3 conductive, and whether there is an abnormality or not is determined depending on whether it is equal to or more than the threshold value.
  • the method of determining whether the capacitor capacity calculated in the period is correct has been described.
  • the difference in capacitor voltage between measurement times is integrated during charging stop period T of capacitor 1 conducting discharge switch 3, and whether the sum (integrated value) is equal to or greater than a predetermined threshold value
  • a method of determining the presence or absence of an abnormality and determining whether or not the capacitor capacity calculated in this period is correct will be described with reference to FIGS.
  • That the sum of the absolute values of the decrease in the slope of the capacitor voltage measured between a certain time is greater than n ⁇ [Delta] V x means that the position departing from a line voltage drop at the measuring time region is present.
  • the threshold value may be set in advance as being acceptable up to three times. The sum of the voltage differences is calculated during the period T, and when the value is three times or more of the sum (n ⁇ ⁇ V x ) of the originally occurring differences, it can be judged that the calculated capacitor capacity is incorrect.
  • the occurrence of an abnormality such as that shown in (c) in FIG. 5 which causes a gradual change unlike noise is also evaluated as to whether there is an abnormality or not and the capacitor capacity calculated in this period is It can be judged whether it is correct or not.
  • the sum ⁇ c of the absolute values of the differences in the capacitor voltage during the measurement time is represented as follows. A large difference is not from [Delta] V y to time t y is the potential difference every time as can be seen from figure 5 (c), the slope is increased after t y, the absolute value of the time difference of the original capacitor voltage as a result of It becomes larger than the sum (n ⁇ ⁇ V y ).
  • a threshold value is set in advance when it is possible to allow up to three times the sum (n ⁇ ⁇ V y ) of the absolute value of the time difference of the original capacitor voltage.
  • the sum of time differences of the measured capacitor voltage for each measurement time is calculated, the integrated value is compared with the threshold, and when the integrated value exceeds the threshold, it can be determined that the calculated capacitor capacity is incorrect.
  • n ⁇ ⁇ V y has been exemplified as the threshold value, if the threshold value is reduced, those having almost no influence on the capacitor capacitance measurement will also be detected as abnormal.
  • it is a threshold value effective as a value which can eliminate 90% of the contact failure which influences capacitor capacity measurement shown by (c) in FIG.
  • the discharge voltage of the capacitor 1 is reduced linearly during the charge stop period T of the capacitor 1 by turning on the discharge switch 3.
  • the absolute value of the difference between the measured capacitor voltages is integrated, and the presence or absence of an abnormality can be determined by whether the sum is greater than or equal to the threshold value, and it can be determined whether the capacitor capacity calculated in this period is correct.
  • the calculation accuracy of the capacitor capacity is improved, and there is an effect that the replacement of the capacitor which has been determined to be insufficient due to an erroneous judgment is eliminated and the capacitor replacement is not necessary.
  • the difference of the measured capacitor voltage between the measurement times is confirmed, or The sum of the absolute values of the differences was obtained, and it was judged whether or not an abnormality occurred depending on whether it was within the predetermined threshold or not, and it was judged whether the capacitor capacity calculated in this period was correct.
  • data on the measured capacitor voltage at each measurement time and the slope (straight line) of the capacitor voltage calculated using the data are used to calculate the presence or absence of abnormality occurrence and the capacitor calculated in this period. A method of determining whether the capacity is correct will be described.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining a method of determining whether the measured capacitor capacity is correct or incorrect according to the third embodiment, wherein the measurement capacitor at each measurement time during the charge stop period T of the capacitor 1 which conducts the discharge switch 3
  • the transition of voltage data (dotted line) and the slope ⁇ V cb (solid line) of the capacitor voltage drop calculated using this data are illustrated.
  • an abnormality occurs (noise is generated).
  • ⁇ V cb is measured by the least squares method or the moving average using the measured capacitor voltage as described in the first embodiment. It is approximated by a straight line.
  • the threshold for judging that an abnormality has occurred may be determined in advance. For example, if the threshold value is set as being acceptable up to 5 times the measurement error, if the maximum value of the measured capacitor voltage and the capacitor voltage on the ⁇ V cb line during the period T becomes 5 or more times the measurement error, It can be determined that the calculated capacitance of the capacitor is not correct. Therefore, it is possible to determine whether the calculated capacitor capacity is correct. As in the first embodiment, five times the measurement error is exemplified as the threshold value. However, when the threshold value is reduced, a small noise generation that hardly affects the capacitor capacitance measurement is also detected. As a result of repeating the measurement, if it is 5 times, it is an effective threshold value as a value which can clearly determine the noise generation affecting the capacitance measurement as shown in FIG.
  • the discharge voltage is turned on in the charging stop period T of the capacitor 1 by turning on the discharge switch 3, and every measurement time in this period is used. Based on whether or not the maximum value of the difference between the measured capacitor voltage data and the voltage on the slope straight line of the capacitor voltage calculated using this is greater than or equal to the It can also be determined whether or not the capacitor capacity is correct. As a result, the calculation accuracy of the capacitor capacity is improved, and there is an effect that the replacement of the capacitor which has been determined to be insufficient due to an erroneous judgment is eliminated and the capacitor replacement is not necessary.
  • the maximum value of the difference between the measured measured capacitor voltage and the calculated capacitor voltage on the capacitor voltage on the ⁇ V cb straight line during the charging stop period T of the capacitor 1 when the discharge switch 3 is conducted is predetermined. It was judged whether or not there was an abnormality occurrence and whether or not the capacitor capacity calculated in this period was correct depending on whether or not the threshold value was exceeded.
  • the difference between the capacitor voltage by sampling and the capacitor voltage on the calculated slope ⁇ V of the capacitor voltage is a measurement error During the period T, the sum from time t 0 to t n is a sufficiently small value.
  • the integrated value of the measurement error as a reference value, in FIG. 7, from the period T during the time t 0 of t n up by the measuring capacitor voltage and capacitor voltage calculated by using the measured capacitor voltage measurement gradient [Delta] V cb straight line of Find the sum of the absolute value of the difference from the capacitor voltage.
  • the threshold value is set in advance as being acceptable up to three times the reference value, the absolute value of the difference between the measured capacitor voltage by measurement during period T and the capacitor voltage on the calculated slope ⁇ V cb line of the capacitor voltage The integrated value of the value and the threshold value are compared, and when the threshold value is exceeded, it can be determined that the calculated capacitor capacity is not correct.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining the fourth embodiment using (c) in FIG. In the figure, the transition of data of the measured capacitor voltage (dotted line) at each measurement time and the slope ⁇ V cc (solid line) of the capacitor voltage drop calculated using this data are illustrated. For example obtaining a difference between the measured capacitor voltage V j1 and [Delta] V cc straight line of the capacitor voltage V J1C by measuring at the time t j1.
  • the reference value may be set an acceptable when beforehand threshold, [Delta] V cc straight is the slope of the measured capacitor voltage and the calculated capacitor voltage by the measurement during the period T as in FIG. 7
  • the integrated value of the absolute value of the difference with the upper capacitor voltage is compared with the threshold, and if the integrated value exceeds the threshold, it can be determined that the calculated capacitor capacity is not correct.
  • the threshold value is made smaller, those having little influence on the capacitor capacitance measurement will be detected as abnormal.
  • it is 3 times it is a threshold value effective as a value which can eliminate 90% of the contact failure which influences capacitor capacity measurement shown by (c) in FIG.
  • the discharge voltage is turned on in the charging stop period T of the capacitor 1 by turning on the discharge switch 3, and every measurement time in this period is utilized.
  • the absolute value of the difference between the measured capacitor voltage data and the voltage on the slope of the capacitor voltage calculated using this data is integrated, and the presence or absence of an abnormality is determined by whether the integrated value is equal to or greater than a predetermined threshold value. It can be determined. Furthermore, it can be determined whether or not the capacitor capacity calculated in this period is correct. As a result, the calculation accuracy of the capacitor capacity is improved, and there is an effect that the replacement of the capacitor which has been determined to be insufficient due to an erroneous judgment is eliminated and the capacitor replacement is not necessary.
  • the slope ⁇ V of the capacitor voltage calculated for the period T (solid lines in FIGS. 5, 6 and 7) is determined by the least squares method using the measured capacitor voltage V c data in the period T.
  • the linear approximation is used, it may be calculated by another method.
  • a moving average may be used.
  • V c * calculated by dividing the sum of V c calculated from V a measured within time T by the number of measurement points
  • time T is divided into two halves
  • a value obtained by dividing the difference between the average value of the voltage and the average value of the voltage of the capacitor in the second half by half of the time T (moving average) may be used as the time change value ⁇ V of the voltage of the capacitor.
  • any ⁇ V is linearly approximated by data including the measured capacitor voltage generated due to noise etc., if the difference between the measured capacitor voltage and the measured capacitor voltage is calculated at each measurement time, the difference at the time of abnormality occurrence will be large. It can be used.
  • the threshold value is not limited to this. It may be determined from the past data, or may be determined from the variation average or progress of the capacitor voltage for each period T.
  • Embodiment 5 In the fifth embodiment, an example of a vacuum circuit breaker (VCB: Vacuum Circuit Breaker) will be described as an example of a power device including the capacitor capacity measuring device according to the first to fourth embodiments.
  • VB Vacuum Circuit Breaker
  • FIG. 9 is a configuration diagram showing an outline of a vacuum circuit breaker 100 including a capacitor capacity measuring device which is a power device according to the fifth embodiment.
  • the vacuum breaker 100 operates the electromagnetic operating mechanism by the energy stored in the capacitor 1.
  • a vacuum circuit breaker 100 is installed in a tank shielding wall 101, and a vacuum switching tube (VST: Vacuum Switching Tube) 105 in which a fixed contact 102 and a movable contact 104 attached to a movable shaft 103 are opened and closed.
  • VST Vacuum Switching Tube
  • a fixed iron core 111, a tripping coil 112 and a closing coil 113 installed inside the fixed iron core 111, provided outside the tank shielding wall 101, a capacitor 1 for supplying electric power to the tripping coil 112, and a capacitor 1.
  • Instrument current transformer (CT: Current Transformer) 115 that measures current when the tripping coil 112 is energized by the switch 114, and a movable shaft installed so as to penetrate the coils 112 and 113.
  • CT Current Transformer
  • 116 a permanent magnet 117 attached to the movable shaft 116, a movable iron core 118, and a contact attached to the movable shaft 116.
  • An electromagnetic operation mechanism 110 having a function of opening and closing contacts 102 and 104 of a vacuum switch tube 105 by a spring 119, a charging device 2 for charging the capacitor 1, and a capacitor capacity measuring device 10 for measuring the capacity of the capacitor 1 .
  • the configuration of the capacitor capacity measuring device 10 is as described in the first embodiment, and the description is omitted here.
  • the operating principle of the vacuum circuit breaker according to the fifth embodiment will now be described with reference to FIG.
  • the open / close operation of the vacuum circuit breaker 100 is performed by the electromagnetic force by the electromagnetic coils 112 and 113 of the electromagnetic operation mechanism 110, and the open / close state is held by the magnetic force of the permanent magnet 117.
  • the movable core 116 provided with the tripping coil 112 and the closing coil 113 of the electromagnetic coil on the fixed core 111 and the movable core 118 and the permanent magnet 117 attached is moved between the tripping coil 112 and the closing coil 113 It is set to be able to.
  • the movable shaft 116 is connected to the movable shaft 103 on the vacuum switch tube 105 side connected to the movable contact 104 opposed to the fixed contact 102 of the vacuum switch tube 105 through the pressure contact spring 119.
  • the movable core 118 is adsorbed and held on the side of the stationary core 111 by the permanent magnet 117.
  • the tripping coil 112 is energized from the capacitor 1 by a tripping command to open the vacuum switch tube 105, and the movable iron core 118 is attracted to the opening side by its magnetic force, and tripped by the permanent magnet 117.
  • the movable iron core 118 is attracted and held on the open side even after the current supply to the coil 112 is stopped.
  • the movable shaft 116 to which the movable iron core 118 is attached is moved, and the contacts of the vacuum switch tube 105 are in the open state.
  • the closing coil 113 is energized, the vacuum switch tube 105 is closed in the reverse operation.
  • the capacity of the capacitor 1 supplied to the tripping coil 112 is periodically measured by the capacitor capacity measuring device 10 described in the first to fourth embodiments, and the reliability can be maintained. Furthermore, it is possible to determine whether or not an abnormality has occurred during measurement of the capacitor capacity, and it is possible to determine whether the capacitor capacity calculated in this period is correct.
  • the calculation accuracy of the capacitor capacity is improved, and there is an effect that the replacement of the capacitor which has been determined to be insufficient due to an erroneous judgment is eliminated and the capacitor replacement is not necessary.
  • the instrument current transformer 115 In order to monitor the current supplied by the capacitor 1, it is measured by the instrument current transformer 115. The operation of the capacitor capacity measuring apparatus 10 has been described in the first embodiment and thus will not be described.
  • a voltage drop value ⁇ V due to discharge at the time of capacity measurement is set so that the capacitor 1 does not interfere with the electromagnetic operation drive.
  • the conduction time T of the discharge switch is determined so as to fall within the range of the voltage drop value ⁇ V due to the discharge necessary for measuring the capacitor capacity, the conduction time of the discharge switch of 200 ms described in the first to fourth embodiments is If it is, it will be sufficiently within the range of the voltage drop value ⁇ V.
  • the capacity of the capacitor for driving is periodically also during operation of the vacuum circuit breaker without removing the capacitor. Since it is possible to measure and judge the appropriateness of the capacity and check the incorrectness of the capacity appropriateness due to the occurrence of an abnormality such as noise at the time of the capacity measurement, it is remarkable that the reliability of power equipment can be improved over the long term. It produces an effect.
  • the above embodiment has described the case where the capacitor is charged to the rated voltage, when the capacitor is operated at a voltage lower than the rated voltage, the rated voltage may be read as the operating voltage. .

Abstract

コンデンサ容量測定装置１０は、コンデンサ１に充電する充電回路２と、コンデンサ１に並列に接続され、コンデンサ１の充電エネルギを放電させるための放電スイッチ３と放電抵抗４とが直列に接続された放電回路５と、コンデンサ１に並列接続され、放電時のコンデンサ電圧低下値を計測するための、第一抵抗６と第二の抵抗７が直列接続された抵抗分圧回路８と、充電回路２にコンデンサ１への充電の停止指令及び放電回路５の放電スイッチ４に導通指令を出すとともに抵抗分圧回路８の分圧点Ａの電圧Ｖａを計測し、放電中のコンデンサ１の電圧低下からコンデンサ１の容量を算出する制御回路９とから構成される。容量測定中のコンデンサ電圧の低下は直線で近似されることを利用し、コンデンサ電圧低下の時間差分が閾値以内かで測定中のノイズ等の外乱発生を判断し、コンデンサ容量測定の正誤判定を行う。

Description

コンデンサ容量測定装置及び電力用機器
　本発明は、エネルギが蓄えられた状態でコンデンサの容量を測定するコンデンサ容量測定装置及びこのコンデンサ容量測定装置を備えた電力用機器に関するものである。
　送電系統に使用される電力用機器は長期にわたっての信頼性が要求される。例えば、電磁操作機構を有する遮断器では、充電によりコンデンサに蓄えられたエネルギをコイルに通電することで電磁力を生み出し、この電磁力により遮断器を動作させている。遮断器を動作させるために必要なエネルギは、コンデンサに蓄積されたエネルギに依存しているため、コンデンサの容量が低下すると動作に必要なエネルギを供給することができず、正常な動作を行うことができなくなってしまう。このため、コンデンサ容量の定期的な測定が欠かせない。しかしながら、ＬＣＲメータ等でコンデンサの容量のチェックを行うには、電力用機器を停止する必要がある。コンデンサにエネルギが蓄えられた状態で、かつ、コンデンサに蓄えられたエネルギにほとんど影響を与えずにコンデンサの容量を測定することができれば、電力用機器を停止させることなく、電力用機器の信頼性の確保が期待できる。そして、コンデンサの容量が必要なエネルギ未満となる前に、検知することで、計画的にコンデンサの交換が実施でき、電力用機器の安定的な運用に繋げることができる。
　この課題に対し、出願人は特許文献１に示すコンデンサ容量測定装置を提案し、運用中の電力用機器の電磁操作機構がコンデンサによって駆動されている状態でもその駆動に支障を与えずに、定期的にコンデンサの容量測定が可能なコンデンサ容量測定装置の提供を実現している。
特開２０１３－６８４９５号公報
　このコンデンサ容量の測定装置では、コンデンサ容量の測定時にコンデンサを所定時間放電させ、電圧低下値を所定の値以内に抑えることにより、コンデンサの使用中に容量測定を行うことが可能であり、また、このコンデンサ容量測定装置を電力用機器の電磁操作機構に使用されるコンデンサの容量測定に適用することにより、電力用機器の運用中に定期的にコンデンサ容量の測定を行うことができる。
　しかし、近年では配線接続の接触不良や、サージなどにより、コンデンサ電圧もしくはコンデンサ電圧の計測回路における電圧が一時的に変動してしまった場合においても、コンデンサ容量測定には高い精度が求められている。また、測定結果の精度が向上すれば、コンデンサの良否の判定の精度も向上し、不要なコンデンサの交換がなくなり、コンデンサの交換時期の適正化が期待できる。
　この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、コンデンサ容量の測定のタイミングで、例えば配線接続の接触不良や、サージなどの影響でコンデンサ電圧が一時的に変動してもその変動を考慮して、コンデンサ容量の測定そのものの正誤判定を可能とすることを目的としている。さらに、精度の高いコンデンサ容量の測定を実現し、容量不足のコンデンサは破棄するなどを実施し、コンデンサ交換時期の判断を確実にすることを目的としている。
　この発明のコンデンサ容量測定装置は、直列に接続された放電抵抗と放電スイッチとにより構成されると共に、コンデンサに並列に接続された放電回路と、直列に接続された第一の抵抗及び第二の抵抗により構成されると共に、前記コンデンサに並列に接続された抵抗分圧回路と、前記コンデンサの充電を停止し、前記放電スイッチを導通させることにより前記コンデンサに充電されたエネルギを放電させ、前記抵抗分圧回路の分圧点の電圧を計測するとともにこの分圧点の電圧からコンデンサ容量を算出する制御装置と、を備え、前記コンデンサに充電されたエネルギの放電により低下する前記コンデンサの電圧値が所定値となる時間以内の所定時間、前記コンデンサを放電させ、前記所定時間内に計測された前記抵抗分圧回路の分圧点の電圧から算出されたコンデンサ電圧を計測コンデンサ電圧とし、前記所定時間中の計測時刻間の計測コンデンサ電圧の差と、予め設定された閾値とを比較し、前記制御装置で算出された前記コンデンサ容量値が正しいか否か判定するものである。
　この発明の電力用機器は、上記算出されたコンデンサ容量値の正誤判定機能を有するコンデンサ容量測定装置を備えるとともに、前記コンデンサに充電されたエネルギによって操作される電磁操作機構を備えたものである。
　この発明によれば、算出されたコンデンサ容量値の正誤判定機能を有するコンデンサ容量測定装置を備えるので、コンデンサ容量測定中にノイズ等の外乱が生じた場合に、算出されたコンデンサ容量値が正しいか否かを判断することができる。すなわち、コンデンサ電圧が一時的に変動してもその変動を考慮して、コンデンサ容量の測定そのものの正誤の判断を可能とし、精度の高いコンデンサ容量の測定を実現できる。
本発明の実施の形態１に係るコンデンサ容量の測定回路の構成図である。 図１における制御回路のハードウエア構成図である。 本発明の実施の形態１に係るコンデンサ容量測定装置におけるコンデンサの放電による電圧の変化を示す図である。 本発明の実施の形態１に係るコンデンサ容量測定装置におけるコンデンサの容量を求める方法を説明する図である。 図４において、接触不良やサージなどの異常が発生した場合のコンデンサ電圧に変動が生じた様子を説明する図である。 本発明の実施の形態１に係るコンデンサ容量測定の正誤判定を行う方法を説明するための図である。 本発明の実施の形態３に係るコンデンサ容量測定の正誤判定を行う方法を説明するための図である。 本発明の実施の形態４に係るコンデンサ容量測定の正誤判定を行う方法を説明するための図である。 本発明の実施の形態５に係るコンデンサ容量測定装置を備えた電力用機器の概略を示す構成図である。
　以下、図面を参照して本発明の実施の形態に係る正誤判定機能を有するコンデンサ容量測定装置及びこのコンデンサ容量測定装置を備えた電力用機器について説明する。
　図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
実施の形態１．
　図１は、本発明の実施の形態１に係るコンデンサ容量測定装置の概略を示す回路構成図である。図２は、本発明の実施の形態１に係るコンデンサ容量測定装置の制御装置のハードウエア構成を示す図である。図３は、コンデンサ容量測定装置におけるコンデンサの放電による電圧の変化を示す図である。図４は、コンデンサ容量測定装置におけるコンデンサの容量を求める方法を説明する図である。また、図５は、図４において、接触不良やサージなどによる異常が発生したことによりコンデンサ電圧に変動が生じた様子を説明する図である。
　図１において、コンデンサ容量測定装置１０は、コンデンサ１及びコンデンサ１に充電する充電回路２に接続される。コンデンサ容量測定装置１０は、コンデンサ１に並列に接続され、コンデンサ１の充電エネルギを放電させるための放電スイッチ３と放電抵抗４とが直列に接続された放電回路５と、コンデンサ１に並列接続され、放電時のコンデンサ電圧低下値を計測するための、第一抵抗６と第二の抵抗７が直列接続された抵抗分圧回路８と、充電回路２にコンデンサ１への充電の停止指令及び放電回路５の放電スイッチ４に導通指令を出すとともに抵抗分圧回路８の分圧点Ａの電圧Ｖａを計測しコンデンサ１の容量を算出する制御回路９とからなる。
　なお、制御回路９は、図２に示すようなハードウエアによって実現される。すなわち、プロセッサ９１と、プロセッサ９１で実行されるプログラムやデータの蓄積されるメモリ９２と、入出力デバイス９３とがデータバス９４によって接続されている。プロセッサ９１による制御によって、充電回路２にコンデンサ１への充電を停止する指令信号の送信や、コンデンサ１の容量算出等のためのデータ処理やデータ伝送が行われる。
［コンデンサ容量の測定：定常動作］
　次に、図１、図３及び図４を参照して、実施の形態１におけるコンデンサ容量測定装置１０の動作原理について説明する。測定対象であるコンデンサ１は、常時、充電回路２によりその定格電圧まで充電されている。このコンデンサ１の容量変化を経過観測するため、定期的にコンデンサ１に充電されているエネルギを瞬時に放電させる。まず、制御回路９の指令により、時刻ｔ０に充電回路２にコンデンサ１への充電停止命令が出され、同時に、放電回路５の放電スイッチ３に導通指令が出される。これにより、コンデンサ１に蓄えられたエネルギは、放電電流ｉとして放電抵抗４を流れ、コンデンサ１の両端の電圧Ｖｃは低下する。この間、コンデンサ１に並列に接続された抵抗分圧回路８の第一の抵抗６及び第二の抵抗７の分圧点Ａの電圧Ｖａが計測され、制御回路９に入力される。所定の導通時間（放電時間Ｔ）経過後の時刻ｔｎで制御回路９の指令により、放電スイッチ３は開放され、放電電流ｉは停止し、コンデンサ１の充電は充電回路２により再開される。
　図３は放電回路５の放電スイッチ３のオン時間、充電回路２への充電停止指令の時間及び測定対象のコンデンサ電圧との関係を示したものである。放電時間Ｔは、このコンデンサ１のエネルギを利用する電力用機器の動作に支障をきたさない１ｓ（秒）未満のきわめて短い時間、例えば、２００ｍｓ程度に設定される。電力用機器の動作に支障をきたさない時間とは、その時間内であれば、低下したコンデンサ電圧でも電力用機器を動作させることができ、それ以上コンデンサ電圧がさらに低下すると電力用機器を動作できなくなる所定の電圧（閾値）に達するまでの時間である。
　充電停止指令中の時間すなわちコンデンサ１への充電停止時間と放電回路５の放電スイッチ３をオンしている時間は同じである。この放電回路のスイッチ３がオンしている間、第一の抵抗６、第二の抵抗７の分圧点Ａの電圧Ｖａの変化（電圧低下）が、制御回路９に計測データとして入力される。
　次に、制御装置９に入力された分圧点Ａの電圧Ｖａからコンデンサ容量Ｃを算出する方法について図４を用いて説明する。
　図４は、コンデンサ１の充電停止期間Ｔでのコンデンサ電圧Ｖｃが低下する様子を示したものである。コンデンサ電圧Ｖ０、Ｖｎはそれぞれ、時刻ｔ０、ｔｎでの電圧であり、放電前後の電圧である。コンデンサ電圧Ｖ1、Ｖｎ－１はそれぞれ、時刻ｔ１、ｔｎ－１での電圧である。
　この期間Ｔ中のコンデンサ１の電圧Ｖｃは、第一の抵抗６及び第二の抵抗７の抵抗値をそれぞれＲ１、Ｒ２とすると、
　　Ｖｃ＝（Ｒ１＋Ｒ２）×Ｖａ／Ｒ１　　　・・・　式（１）
と、表わされるから、制御回路９に入力される計測データＶａを用いて、コンデンサ電圧Ｖｃを算出できる。この期間の電圧低下の傾きΔＶｃは、
　　ΔＶｃ＝（Ｖ０－Ｖｎ）／Ｔ　　　　　　・・・　式（２）である。
　放電回路５の放電スイッチ３をきわめて短い時間導通するため、測定対象のコンデンサ１から放電抵抗４へはほぼ一定の電流で放電すると見做せる。そのため、図４に示すように直線に近似できる。
　式（３）で表されるコンデンサ容量Ｃとコンデンサ電圧Ｖｃとコンデンサ１に蓄えられた電荷Ｑの関係式から、式（４）で表される放電前のコンデンサ電圧Ｖ０と放電後のコンデンサ電圧Ｖｎと放電時の電流ｉと放電する時間Ｔの関係式を求めることができる。
　式（５）は式（４）をコンデンサ容量Ｃについて解いた式である。式（５）において、放電電流ｉは、放電中の平均コンデンサ電圧Ｖｃ＊と放電抵抗４の抵抗値Ｒｄからｉ＝Ｖｃ＊／Ｒｄとなり、この関係式と式（２）を用いて表記すると式（６）となる。すなわち式（６）を用いることで放電回路のスイッチがオンしている間のコンデンサ電圧Ｖｃ（平均コンデンサ電圧Ｖｃ＊）からコンデンサ容量を算出することができる。
　　Ｃ×Ｖｃ　＝　Ｑ　　　　　　　　　　　　　　・・・　式（３）
　　Ｃ×（Ｖ０－Ｖｎ）　＝　∫ｉｄｔ　＝　ｉ×Ｔ　・・・　式（４）
　　Ｃ　＝　ｉ×Ｔ÷（Ｖ０－Ｖｎ）　　　　　　　　・・・　式（５）
　　Ｃ　＝　Ｖｃ＊／（Ｒｄ・ΔＶｃ）　　　　　　　・・・　式（６）
なお、平均コンデンサ電圧Ｖｃ＊は、時間Ｔ内に計測されたＶａから式（１）で算出されたＶｃの和を測定点数で除することにより算出できる。また、コンデンサ電圧低下の傾きΔＶｃは計測されたＶａから算出された計測コンデンサ電圧Ｖｃのデータを用いて算出できる。前述したように、コンデンサ電圧低下の傾きΔＶｃは直線に近似できることから、計測コンデンサ電圧Ｖｃのデータを最小二乗法で直線に近似すればよい。あるいは、時間Ｔ内の計測コンデンサ電圧Ｖｃのデータの計測点数を例えば２等分し、前半の計測コンデンサ電圧Ｖｃの平均値と後半の計測コンデンサ電圧Ｖｃの平均値との差をＴ／２で除した移動平均により算出できる。
［コンデンサ電圧の変動：異常発生時］
　次に、放電回路５の放電スイッチ３を導通してコンデンサ容量を算出している時に、配線接続の接触不良や、サージなどにより、コンデンサ電圧もしくはコンデンサ電圧の計測回路の電圧に一時的に変動が生じた場合（以下異常発生と称す）について説明する。
　図５は、図４と同様コンデンサ１の充電停止期間Ｔでのコンデンサ電圧Ｖｃが低下する様子を示したものである。図中（ａ）はコンデンサ容量測定中に配線接続の接触不良や、サージなどの異常が発生していない場合、（ｂ）、（ｃ）は異常発生が発生した場合のものである。図中グラフのうち点線は計測されたＶａから時刻毎に算出されたコンデンサ電圧Ｖｃ（図中では計測値と示す）、実線は期間Ｔ内のΔＶｃを図示したもので、期間Ｔ内の計測コンデンサ電圧Ｖｃデータ用い、例えば最小二乗法で直線近似したものである。
　図５において、異常が発生していない場合（ａ）では、期間Ｔ内における計測時刻毎に算出された計測コンデンサ電圧Ｖｃ（計測値）から読み取れる電圧低下である傾きは、算出されたΔＶｃａと同じである。
　図５において、異常が発生した（ｂ）では、期間Ｔ内における測定時刻毎に算出された計測コンデンサ電圧Ｖｃ（計測値）では、時刻ｔｘで例えばノイズの発生が認められ、Ｖｃは図中Ｘで示すような挙動を示す。そのため、このノイズ発生部分を考慮して求められたΔＶｃｂ＝（Ｖ０－Ｖｎ１）／Ｔは、計測データであるＶｃのノイズ部分Ｘを除いて算出されるΔＶｘ＝（Ｖ０－Ｖｎｘ）／Ｔより大きくなる。そのため、コンデンサ容量は本来のコンデンサ容量より小さく算出されることになる。
　上述のようなノイズ発生の場合、コンデンサ容量が所定より低下していると判断され、コンデンサ不良やコンデンサ交換時期と誤判断されることになってしまう。
　また、図５において、異常が発生した（ｃ）では、期間Ｔ内における計測時刻毎に算出された計測コンデンサ電圧Ｖｃ（計測値）では、時刻ｔｙで例えば配線接続の接触不良が生じ、それ以降ではＶｃは図中Ｙで示すような挙動を示す。そのため、この異常発生を考慮して求められたΔＶｃｃ＝（Ｖ０－Ｖｎ２）／Ｔは、計測データであるＶｃの異常発生がなかったとして時刻ｔｙ以降を無視して算出されるΔＶｙ＝（Ｖ０－Ｖｎｙ）／Ｔより大きくなる。そのため、本来のコンデンサ容量より小さく算出されることになる。
　この場合も、コンデンサ容量が所定より低下していると判断され、コンデンサ不良やコンデンサ交換時期と誤判断されることになってしまう。
［コンデンサ容量測定の正誤判定］
　次に、算出されたコンデンサ容量が正しいか否かの判定方法について図を用いて説明する。放電スイッチ３が導通している、コンデンサ１の充電停止期間Ｔでは図４で説明したように、コンデンサの電圧は直線的に低下する。このことを利用し、計測コンデンサ電圧のデータの時間差分をチェックすることで、ノイズ発生のような直線状からはずれた現象を確認することができる。
　図６は、図５中（ｂ）の例を用いて算出されたコンデンサ容量が正しいか否かの判断する方法を説明する図である。図６中（ａ）は、図５中（ｂ）のコンデンサ１の充電停止期間Ｔでのコンデンサ電圧Ｖｃが低下する様子を示したもので、領域Ｘａ内部を拡大したのが図６中（ｂ）である。
　図６中（ｂ）において、簡単のため、時間間隔Δｔは、
　　Δｔ＝ｔｍ＋１―ｔｍ＝ｔｍ＋２―ｔｍ＋１＝ｔｋ＋１―ｔｋ＝ｔｋ＋２―ｔｋ＋１
とする。時刻ｔｍとｔｍ＋１でのコンデンサ電圧差はＶｍ－Ｖｍ＋１であり、この傾きは、
　　ΔＶｘ＝（Ｖｍ－Ｖｍ＋１）／Δｔ
である。次の時間ステップである時刻ｔｍ＋２についてみると、時刻ｔｍ＋１とｔｍ＋２でのコンデンサ電圧差はＶｍ＋１－Ｖｍ＋２であり、この傾きはΔＶｘとほぼ等しくなる。
　ノイズの発生した時間帯を見ると、時刻ｔｋとｔｋ＋１でのコンデンサ電圧差はＶｋ－Ｖｋ＋１であり、この傾きは
　　ΔＶｘ＜（Ｖｋ－Ｖｋ＋１）／Δｔ
でΔＶｘより大となる。また、同様に次の時間ステップである時刻ｔｋ＋２についてみると、時刻ｔｋ＋１とｔｋ＋２でのコンデンサ電圧差はＶｋ＋１－Ｖｋ＋２であり、この傾きの絶対値は、
　　ΔＶｘ＜｜Ｖｋ＋１－Ｖｋ＋２｜／Δｔ
となり、ΔＶｘより大となる。ある時刻間で計測されたコンデンサ電圧の低下の傾きがΔＶｘより大となるということは、ここで電圧低下の直線からはずれることを意味する。
　なお、ここでは簡単のため一定の時間間隔Δｔを用いたが、任意の時間間隔を用いて、電圧の時間差分を求めてもよい。
　また、ノイズ発生によりコンデンサ電圧の時間変化の大きな図６中（ａ）に示す領域Ｘａ内部に着目して説明したが、放電スイッチ３を導通し、コンデンサ１の充電停止期間Ｔを通して計測時刻間のコンデンサ電圧について順次差分の確認を行う。
　以上のように、コンデンサ充電停止期間中のコンデンサ電圧の電圧低下は直線で近似でき、その傾きはΔＶｘであり、Δｔにおける電圧差はＶｍ－Ｖｍ＋１であるので、計測時刻間のコンデンサ電圧の差について順次確認を行う。Ｖｍ－Ｖｍ＋１と差異が生じれば、すなわち、直線からはずれるような挙動を示せば、この期間Ｔ中に何らかの異常が発生し、この期間での平均コンデンサ電圧を用いて算出されたコンデンサ容量は正しくないと判断できる。
　Ｖｍ－Ｖｍ＋１との差異については、予め閾値を決めておけばよい。例えば、５倍までは許容できると閾値を設定しておけば、期間Ｔ中に電圧差を計算して閾値と比較し、その最大値がＶｍ－Ｖｍ＋１の５倍以上となれば、算出されたコンデンサ容量は正しくないと判断できる。
　従って、測定されたコンデンサ容量値の正誤判定が可能となる。
　閾値としてＶｍ－Ｖｍ＋１の５倍を例示したが、閾値を小さくすると、コンデンサ容量測定に影響ほとんどない小さなノイズ発生も検知してしまう。測定を重ねた結果、５倍であれば、図６で示すような、コンデンサ容量測定に影響を及ぼすノイズ発生を明確に判断できる値として有効な閾値であった。
　本実施の形態１によれば、放電スイッチ３を導通し、コンデンサ１の充電停止期間Ｔに、コンデンサ電圧は直線状に低下することを利用し、この期間中の計測時刻間のコンデンサ電圧の差をチェックし、それが閾値以上か否かにより、異常発生の有無を判断でき、この期間に算出されたコンデンサ容量が正しいか否か判断できる。これにより、コンデンサ容量の算出精度が向上し、誤判断でコンデンサ容量不足と判断されてしまうことがなくなり、不要なコンデンサの交換がなくなるという効果がある。
実施の形態２．
　実施の形態１では、放電スイッチ３を導通したコンデンサ１の充電停止期間Ｔ中の、計測時刻間のコンデンサ電圧の差をチェックし、それが閾値以上か否かにより、異常発生の有無をおよびこの期間に算出されたコンデンサ容量が正しいか否か判定する方法を説明した。本実施の形態２では、放電スイッチ３を導通したコンデンサ１の充電停止期間Ｔ中の、計測時刻間のコンデンサ電圧の差を積算し、その和（積算値）が所定の閾値以上か否かにより、異常発生の有無をおよびこの期間に算出されたコンデンサ容量が正しいか否か判定する方法について、図５、６を用いて説明する。
　図５において、（ａ）の異常がない場合は、停止期間をｔ０からｔｎとすると、その期間の計測時刻毎のコンデンサ電圧の時間差分の絶対値の積算値σaは、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
となる。
　一方、（ｂ）の異常が発生した場合、計測時刻毎のコンデンサ電圧の時間差分の絶対値の積算値σｂは、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
となり、図６中（ｂ）で示されるように、時刻ｔｋ～ｔｋ＋４でコンデンサ電圧の時間変化が大きくなるため、このノイズ発生の時間域を除いた本来のコンデンサ電圧の時間差分の和ｎ・ΔＶｘより大きくなる。ある時刻間で計測されたコンデンサ電圧の低下の傾きの絶対値の和がｎ・ΔＶｘより大となるということは、計測時間域で電圧低下の直線からはずれる箇所が存在することを意味する。
　ここで、例えば、３倍までは許容できると予め閾値を設定しておけばよい。期間Ｔ中に電圧差の和を計算し、その値が本来生じる差の合計（ｎ・ΔＶｘ）の３倍以上である場合に、算出されたコンデンサ容量は正しくないと判断できる。
　本実施の形態２の方法では、図５中（ｃ）のような、ノイズと違って緩やかな変化を生じるような異常発生についても、異常発生の有無をおよびこの期間に算出されたコンデンサ容量が正しいか否か判断可能となる。図５中（ｃ）の場合、計測時刻間のコンデンサ電圧の差の絶対値の和σｃは次のように表わされる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
図５中（ｃ）からわかるように時刻ｔｙまでは時間毎の電位差はΔＶｙから大きな差はないが、ｔｙ以降傾きが大きくなり、結果として本来のコンデンサ電圧の時間差分の絶対値の和（ｎ・ΔＶｙ）より大きくなる。
　そのため、図中５（ｂ）と同様に、例えば、本来のコンデンサ電圧の時間差分の絶対値の和（ｎ・ΔＶｙ）の３倍までは許容できると予め閾値を設定しておき、期間Ｔ中に計測時間毎の計測コンデンサ電圧の時間差分の和を計算し、その積算値と閾値とを比較し、積算値が閾値を超えた場合に、算出されたコンデンサ容量は正しくないと判断できる。
　閾値としてｎ・ΔＶｙの３倍を例示したが、閾値を小さくすると、コンデンサ容量測定に影響がほとんどないものも異常として検知してしまう。測定を重ねた結果、３倍であれば、図５中（ｃ）で示す、コンデンサ容量測定に影響を及ぼす接触不良を９０％排除可能な値として有効な閾値であった。
　上記説明では、計測時刻間の計測コンデンサ電圧の差の絶対値の合計を単純に総和として計算したが、二乗和とすることで計測時刻間の計測コンデンサ電圧の時間差分が強調され、判断をより明確にすることができる。
　以上のように、本実施の形態２によれば、放電スイッチ３を導通し、コンデンサ１の充電停止期間Ｔに、コンデンサ電圧は直線的に低下することを利用し、この期間中の計測時刻間の計測コンデンサ電圧の差の絶対値を積算し、その和が閾値以上か否かにより、異常発生の有無を判断でき、この期間に算出されたコンデンサ容量が正しいか否か判断できる。これにより、コンデンサ容量の算出精度が向上し、本来ならば、コンデンサの交換が不要なところ、誤判断でコンデンサ容量不足と判断されて発生していたコンデンサの交換がなくなるという効果がある。
実施の形態３．
　実施の形態１、２では、放電スイッチ３を導通したコンデンサ１の充電停止期間Ｔ中の、計測時刻毎の計測コンデンサ電圧のデータ自身を用い、計測時刻間の計測コンデンサ電圧の差を確認、あるいは差の絶対値の和を求めて、所定の閾値内か否かにより、異常発生の有無を判断し、この期間に算出されたコンデンサ容量が正しいか否か判断した。実施の形態３では、計測時刻毎の計測コンデンサ電圧のデータと、そのデータを用いて算出されたコンデンサ電圧の傾き（直線）とを用いて、異常発生の有無をおよびこの期間に算出されたコンデンサ容量が正しいか否か判定する方法について説明する。
　図７は、実施の形態３により、測定されたコンデンサ容量を正誤判定する方法を説明するための図で、放電スイッチ３を導通したコンデンサ１の充電停止期間Ｔ中の、計測時刻毎の計測コンデンサ電圧のデータの推移（点線）と、このデータを用いて算出されたコンデンサ電圧低下の傾きΔＶｃｂ（実線）を図示したものある。コンデンサ１の充電停止期間Ｔ中には、図５中（ｂ）と同様に異常が発生（ノイズが発生）した場合の例である。
　ΔＶｃｂは、放電スイッチ３がオンしている期間中は、コンデンサの電圧は直線状に低下するため、実施の形態１で説明したように、計測コンデンサ電圧を用い、最小二乗法や移動平均により直線に近似される。
　図において、時刻ｔｍにおける計測コンデンサ電圧ＶｍとΔＶｃｂ直線上のコンデンサ電圧Ｖｍｃとの差を求める。計測時刻毎にこの差を求めていく。時刻ｔｋ＋１では、時刻ｔｍ差のときよりもその差が大となる。
　図５中（ａ）のように異常がない場合は、この差は、非常に小さく、測定誤差程度となる。従って、コンデンサ１の充電停止期間Ｔ中の計測コンデンサ電圧とΔＶｃｂ直線上のコンデンサ電圧との差を計測時刻毎に所定の閾値と比較していく。この差の最大値が所定の閾値以上であれば、この期間Ｔ中に異常が発生したと判断する。異常発生であると判断する閾値は、予め決めておけばよい。例えば、測定誤差の５倍までは許容できると閾値を設定しておけば、期間Ｔ中に計測コンデンサ電圧とΔＶｃｂ直線上のコンデンサ電圧との最大値が測定誤差の５倍以上となれば、算出されたコンデンサ容量は正しくないと判断できる。
　従って、算出されたコンデンサ容量の正誤を判定することができる。
　実施の形態１と同様に、閾値として測定誤差の５倍を例示したが、閾値を小さくすると、コンデンサ容量測定に影響ほとんどない小さなノイズ発生も検知してしまう。測定を重ねた結果、５倍であれば、図６で示すような、コンデンサ容量測定に影響を及ぼすノイズ発生を明確に判断できる値として有効な閾値であった。
　以上のように、本実施の形態３によれば、放電スイッチ３を導通し、コンデンサ１の充電停止期間Ｔに、コンデンサ電圧は直線的に低下することを利用し、この期間中の計測時刻毎の計測コンデンサ電圧のデータと、これを用いて算出されたコンデンサ電圧の傾き直線上の電圧との差の最大値が閾値以上か否かにより、異常発生の有無を判定でき、この期間に算出されたコンデンサ容量が正しいか否かの判定も行うことができる。これにより、コンデンサ容量の算出精度が向上し、本来ならば、コンデンサの交換が不要なところ、誤判断でコンデンサ容量不足と判断されて発生していたコンデンサの交換がなくなるという効果がある。
実施の形態４．
　実施の形態３では、放電スイッチ３を導通したコンデンサ１の充電停止期間Ｔ中の、計測よる計測コンデンサ電圧と算出されたコンデンサ電圧の傾きΔＶｃｂ直線上のコンデンサ電圧との差の最大値が所定の閾値以上否かにより、異常発生の有無をおよびこの期間に算出されたコンデンサ容量が正しいか否かの判定を行った。本実施の形態４では、放電スイッチ３を導通したコンデンサ１の充電停止期間Ｔ中の、計測よるコンデンサ電圧とそれを用いて算出されたコンデンサ電圧の傾きΔＶｃｂ直線上のコンデンサ電圧との差の絶対値を積算し、その和が所定の閾値以上か否かにより、異常発生の有無をおよびこの期間に算出されたコンデンサ容量が正しいか否か判定する方法について、図７、８を用いて説明する。
　実施の形態３で説明したように、図５中（ａ）のように異常がない場合は、サンプリングによるコンデンサ電圧と算出されたコンデンサ電圧の傾きΔＶ直線上のコンデンサ電圧との差は測定誤差程度であり、これを期間Ｔ中時刻ｔ０からｔｎまでの和は求めても十分小さな値である。この測定誤差の積算値を基準値とし、図７において、期間Ｔ中時刻ｔ０からｔｎまで計測による計測コンデンサ電圧とこの計測コンデンサ電圧を用いて算出されたコンデンサ電圧の傾きΔＶｃｂ直線上のコンデンサ電圧との差の絶対値の和を求める。例えば、基準値の３倍までは許容できると予め閾値を設定しておくと、期間Ｔ中の計測による計測コンデンサ電圧と算出されたコンデンサ電圧の傾きΔＶｃｂ直線上のコンデンサ電圧との差の絶対値の積算値と閾値とを比較し、閾値を超えた場合に、算出されたコンデンサ容量は正しくないと判断できる。
　本実施の形態４の方法では、図５中（ｃ）のような、ノイズと違って緩やかな変化を生じるような異常発生についても、異常発生の有無をおよびこの期間に算出されたコンデンサ容量が正しいか否かの判定が可能となる。
　図８は、図５中（ｃ）を用いて、本実施の形態４を説明するための図である。図において、計測時刻毎の計測コンデンサ電圧のデータの推移（点線）と、このデータを用いて算出されたコンデンサ電圧低下の傾きΔＶｃｃ（実線）を図示したものある。例えば時刻ｔｊ１における計測による計測コンデンサ電圧Ｖｊ１とΔＶｃｃ直線上のコンデンサ電圧Ｖｊ１ｃとの差を求める。同様に、時刻ｔｊ２における計測に計測コンデンサ電圧Ｖｊ２とΔＶｃｃ直線上のコンデンサ電圧Ｖｊ２ｃとの差を求める。電圧に緩やかな変化を生じるような異常の場合、実施の形態３ではこのＶｊ１―Ｖｊ１ｃや｜Ｖｊ２―Ｖｊ２ｃ｜のような単純差では異常と判断されない場合が生じる。しかし、本実施の形態では、時間毎のこの差（の絶対値）を積算するので、判定が可能となる。すなわち、図７と同様に、例えば、基準値の３倍までは許容できると予め閾値を設定しておき、期間Ｔ中に計測による計測コンデンサ電圧と算出されたコンデンサ電圧の傾きであるΔＶｃｃ直線上のコンデンサ電圧との差の絶対値の積算値と閾値とを比較し、その積算値が閾値を超えた場合に、算出されたコンデンサ容量は正しくないと判断できる。
　実施の形態２と同様に、閾値として基準値の３倍を例示したが、閾値を小さくすると、コンデンサ容量測定に影響がほとんどないものも異常として検知してしまう。測定を重ねた結果、３倍であれば、図５中（ｃ）で示す、コンデンサ容量測定に影響を及ぼす接触不良を９０％排除可能な値として有効な閾値であった。
　上記説明では、計測による計測コンデンサ電圧と算出されたコンデンサ電圧の傾きΔＶｃｃ直線上のコンデンサ電圧との差の絶対値の積算値を単純に総和として計算したが、二乗和とすることで、計測コンデンサ電圧とΔＶｃｃ直線上のコンデンサ電圧との差がより顕著になり判断を明確にすることができる。
　以上のように、本実施の形態４によれば、放電スイッチ３を導通し、コンデンサ１の充電停止期間Ｔに、コンデンサ電圧は直線的に低下することを利用し、この期間中の計測時刻毎の計測コンデンサ電圧のデータと、このデータを用い算出されたコンデンサ電圧の傾き上の電圧との差の絶対値を積算し、その積算値が所定の閾値以上か否かにより、異常発生の有無を判定することができる。さらに、この期間に算出されたコンデンサ容量が正しいか否か判定することができる。これにより、コンデンサ容量の算出精度が向上し、本来ならば、コンデンサの交換が不要なところ、誤判断でコンデンサ容量不足と判断されて発生していたコンデンサの交換がなくなるという効果がある。
　上記実施の形態３、４では、期間Ｔの算出されたコンデンサ電圧の傾きΔＶ（図５、図６、図７における実線）は、期間Ｔ内の計測コンデンサ電圧Ｖｃデータ用い、最小二乗法で直線近似したものを用いたが別の手法で算出してもよい。例えば、移動平均を用いてもよい。時間Ｔ内に計測されたＶａから算出されたＶｃの和を測定点数で除することにより算出した平均コンデンサ電圧Ｖｃ＊を用い、時間Ｔを二等分し、前半半分の前記コンデンサの電圧の平均値と後半半分の前記コンデンサの電圧の平均値の差を時間Ｔの２分の１で割った値（移動平均）をコンデンサの電圧の時間変化値ΔＶとしてもよい。
　いずれのΔＶもノイズ等で発生した計測コンデンサ電圧を含むデータで直線近似するため、計測時刻毎に計測コンデンサ電圧と差分を算出すると、異常発生時の差は大きくなるので、コンデンサ容量の正誤判定に用いることができる。
　また、上記実施の形態態３、４では、算出されたコンデンサ容量が正しいか否か判定する閾値を決める基準値として計測誤差を用いたが、閾値はこれに限るものではない。過去のデータから、決めてもよいし、期間Ｔ毎のコンデンサ電圧の変動平均や経過から決めてもよい。
実施の形態５．
　実施の形態５では、実施の形態１から４に記載のコンデンサ容量測定装置を備えた電力用機器の例として、真空遮断器（ＶＣＢ：Vacuum　Circuit　Breaker）の例について説明する。
　図９は、本実施の形態５に係る電力用機器であるコンデンサ容量測定装置を備えた真空遮断器１００の概略を示す構成図である。真空遮断器１００はコンデンサ１に蓄積されたエネルギにより電磁操作機構が動作される。
　図において、真空遮断器１００は、タンク遮蔽壁１０１内に設置され、固定接点１０２と可動軸１０３に取り付けられた可動接点１０４とが開閉される真空スイッチ管（ＶＳＴ：Vacuum　Switching　Tube）１０５と、タンク遮蔽壁１０１外に設けられ、固定鉄心１１１とこの固定鉄心１１１内に設置された引外し用コイル１１２及び投入用コイル１１３と、この引外し用コイル１１２に電力を供給するコンデンサ１と、コンデンサ１から引外し用コイル１１２にスイッチ１１４により通電された場合に電流を計測する計器用変流器（ＣＴ:Current　Transformer）１１５と、これらのコイル１１２、１１３を貫通するように設置された可動軸１１６と、この可動軸１１６に取り付けられた永久磁石１１７と可動鉄心１１８と、可動軸１１６に取り付けられた接圧バネ１１９により真空スイッチ管１０５の接点１０２、１０４を開閉する機能を持つ電磁操作機構１１０と、コンデンサ１の充電を行う充電装置２と、コンデンサ１の容量を測定するコンデンサ容量測定装置１０とを備える。なお、コンデンサ容量測定装置１０の構成は、実施の形態１で説明したとおりであり、ここでは説明を省略する。
　次に、図９を参照して、実施の形態５における真空遮断器の動作原理について説明する。真空遮断器１００の開閉操作は電磁操作機構１１０の電磁コイル１１２，１１３による電磁力で行い、開閉状態は永久磁石１１７の磁力によって保持される。固定鉄心１１１に電磁コイルの引外し用コイル１１２と投入用コイル１１３が設けられ、可動鉄心１１８と永久磁石１１７が取り付けられた可動軸１１６は、引外し用コイル１１２と投入用コイル１１３間を移動できるように設定されている。この可動軸１１６は接圧バネ１１９を介して真空スイッチ管１０５の固定接点１０２と対抗する可動接点１０４に繋がっている真空スイッチ管１０５側の可動軸１０３に接続されている。真空スイッチ管１０５の投入状態では、可動鉄心１１８は固定鉄心１１１の投入側に永久磁石１１７により吸着保持されている。真空スイッチ管１０５を開放状態にするために引外し指令により、引外し用コイル１１２にコンデンサ１から通電することにより、その磁力により可動鉄心１１８が開極側に吸引され、永久磁石１１７により引外し用コイル１１２への通電停止後も可動鉄心１１８は開極側に吸着保持される。これにより、可動鉄心１１８が取り付けられている可動軸１１６が移動することになり、真空スイッチ管１０５の接点は開放状態となる。投入用コイル１１３に通電すれば、逆の動作で真空スイッチ管１０５は投入状態となる。引外し用コイル１１２に通電するコンデンサ１は上述した実施の形態１から４に記載のコンデンサ容量測定装置１０により定期的に容量が測定され信頼性の維持が図られる。さらに、コンデンサ容量測定中の異常発生の有無を判断でき、この期間に算出されたコンデンサ容量が正しいか否かの判定が可能となる。これにより、コンデンサ容量の算出精度が向上し、本来ならば、コンデンサの交換が不要なところ、誤判断でコンデンサ容量不足と判断されて発生していたコンデンサの交換がなくなるという効果がある。
　コンデンサ１により通電された電流をモニタするため計器用変流器１１５にて計測される。コンデンサ容量測定装置１０の動作については、実施の形態１で説明したので省略する。
　真空遮断器１００において、例えば、コンデンサ１が電磁操作駆動に支障が生じないよう容量測定時の放電による電圧低下値ΔＶが設定される。例えば、本実施の形態５で、ＤＣ電圧７７．５Ｖとすると、放電による電圧低下値として１Ｖあればコンデンサ容量の測定が可能である。したがって、コンデンサ容量測定に必要な放電による電圧低下値ΔＶの範囲内となるよう放電スイッチの導通時間Ｔは決定されるが、上記実施の形態１から４で説明した２００ｍｓの放電スイッチの導通時間であれば電圧低下値ΔＶの範囲内に十分収まる。
　このように、本発明の実施の形態５におけるコンデンサ容量測定装置を備えた電力用機器である真空遮断器では、コンデンサを取り外すことなく真空遮断器の運用中も定期的に駆動用のコンデンサの容量測定を行い、容量の適否を判定と容量測定時のノイズ等の異常発生に起因する容量適否の誤判断をチェックすることができるので、長期的な電力用機器の信頼性向上が図れるといった顕著な効果を奏するものである。
　なお、上記実施の形態では電力用機器として真空遮断器の駆動用のコンデンサの容量測定に適用する場合について述べたが、コンデンサを駆動エネルギとして使用する機器であれば他の電力用機器にも適用可能である。また、自動車等、車両用のコンデンサに適用して、運用中にコンデンサ容量の測定を行うことにより信頼性向上を図ることも可能である。
　なお、上記実施の形態では、コンデンサが定格電圧まで充電されている場合について説明したが、定格電圧より低い電圧でコンデンサが運用されている場合には、上記定格電圧を運用電圧と読み替えてもよい。
　また、この発明は、その発明の範囲内において、実施の形態に示した構成要素を自由に組み合わせたり、実施の形態の任意の構成要素を適宜、変更または省略したりすることが可能である。
　１　コンデンサ、２　充電回路、３　放電スイッチ、４　放電抵抗、５　放電回路、６　第一の抵抗、７　第二の抵抗、８　抵抗分圧回路、９　制御回路、１０　コンデンサ容量測定装置、９１　プロセッサ、９２　メモリ、９３　入出力デバイス、９４　データバス、１００　真空遮断器、１０１　タンク遮蔽壁、１０２　固定接点、１０３　可動軸、１０４　可動接点、１０５　真空スイッチ管、１１０　電磁操作機構、１１１　固定鉄心、１１２　引外し用コイル、１１３　投入用コイル、１１４　スイッチ、１１５　計器用変流器、１１６　可動軸、１１７　永久磁石、１１８　可動鉄心、１１９　接圧バネ、Ａ　分圧点、Ｃ　コンデンサ容量、ｉ　放電電流、Ｑ　電荷、Ｒ１　第一の抵抗の抵抗値、Ｒ２　第二の抵抗の抵抗値、Ｒｄ　放電抵抗の抵抗値、Ｖａ　分圧点の電圧、Ｔ　コンデンサ充電停止期間（放電時間）、Ｖｃ　コンデンサ電圧、Ｖｃ＊　平均コンデンサ電圧、ΔＶｃ、ΔＶｃａ、ΔＶｃｂ、ΔＶｃｃ、ΔＶｘ、ΔＶｙ　コンデンサ電圧低下の傾き。

Claims (6)

  1. 　直列に接続された放電抵抗と放電スイッチとにより構成されると共に、コンデンサに並列に接続された放電回路と、
    直列に接続された第一の抵抗及び第二の抵抗により構成されると共に、前記コンデンサに並列に接続された抵抗分圧回路と、
    前記コンデンサの充電を停止し、前記放電スイッチを導通させることにより前記コンデンサに充電されたエネルギを放電させ、前記抵抗分圧回路の分圧点の電圧を計測するとともにこの分圧点の電圧からコンデンサ容量を算出する制御装置と、を備え、
    　前記コンデンサに充電されたエネルギの放電により低下する前記コンデンサの電圧値が所定値となる時間以内の所定時間、前記コンデンサを放電させ、
    前記所定時間内に計測された前記抵抗分圧回路の分圧点の電圧から算出されたコンデンサ電圧を計測コンデンサ電圧とし、
    前記所定時間内の計測時刻間の計測コンデンサ電圧の差と、予め設定された閾値とを比較し、前記制御装置で算出された前記コンデンサ容量値が正しいか否か判定することを特徴とするコンデンサ容量測定装置。
  2. 　前記所定時間内の計測時刻間の計測コンデンサ電圧値の差の絶対値の積算値と、予め設定された閾値とを比較し、前記制御装置で算出されたコンデンサ容量値が正しいか否か判定することを特徴とする請求項１に記載のコンデンサ容量測定装置。
  3. 　直列に接続された放電抵抗と放電スイッチとにより構成されると共に、コンデンサに並列に接続された放電回路と、
    直列に接続された第一の抵抗及び第二の抵抗により構成されると共に、前記コンデンサに並列に接続された抵抗分圧回路と、
    前記コンデンサの充電を停止し、前記放電スイッチを導通させることにより前記コンデンサに充電されたエネルギを放電させ、前記抵抗分圧回路の分圧点の電圧を計測するとともにこの分圧点の電圧からコンデンサ容量を算出する制御装置と、を備え、
    　前記コンデンサに充電されたエネルギの放電により低下する前記コンデンサの電圧値が所定値となる時間以内の所定時間、前記コンデンサを放電させ、
    前記所定時間内に計測された前記抵抗分圧回路の分圧点の電圧から算出されたコンデンサ電圧を計測コンデンサ電圧値とし、
    前記所定時間内に計測された前記抵抗分圧回路の分圧点の電圧の前記所定時間の平均値を用いてコンデンサ電圧の低下の傾きを示す直線を算出し、
    同時刻の前記計測コンデンサ電圧値と前記直線上のコンデンサ電圧との差の絶対値を予め設定された閾値とを比較し、前記制御装置で算出された前記コンデンサ容量値が正しいか否か判定することを特徴とするコンデンサ容量測定装置。
  4. 　同時刻の前記計測コンデンサ電圧値と前記直線上のコンデンサ電圧との差の絶対値を前記所定時間積算し、この積算値と予め設定された閾値とを比較し、前記制御装置で算出されたコンデンサ容量値が正しいか否か判定することを特徴とする請求項３に記載のコンデンサ容量測定装置。
  5. 　請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のコンデンサ容量測定装置を備え、前記コンデンサに充電されたエネルギによって操作される電磁操作機構を備えた電力用機器。
  6. 　前記コンデンサを放電させる所定時間は、前記放電により低下する前記コンデンサの電圧が所定値となる時間以内に設定され、前記所定値は、この値以上で前記電磁操作機構の動作が可能である電圧値であることを特徴とする請求項５に記載の電力用機器。
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