WO2020217292A1

WO2020217292A1 - スイッチギヤ及びスイッチギヤ群

Info

Publication number: WO2020217292A1
Application number: PCT/JP2019/017119
Authority: WO
Inventors: 孝幸甲斐; 誠金丸; 堀之内　克彦; 透木村
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2019-04-23
Filing date: 2019-04-23
Publication date: 2020-10-29
Also published as: JP6896184B2; JPWO2020217292A1; JPWO2020217836A1; DE112020002076T5; WO2020217836A1

Abstract

内部アークの発生を誤動作なく検出することができるスイッチギヤ（１０）を得る。　受電側遮断器（２）及び受電側電流センサ（４）及び接地スイッチ（３）からなる受電回路（１４）を有し、外部から電力供給を受ける受電盤（１）と、フィーダ側遮断器（５）及びフィーダ側電流センサ（６）からなり負荷（７）を接続する負荷回路（１５）を有し、受電盤（１）から電力供給を受けるフィーダ盤（９ａ、９ｂ、９ｃ）と、を備え、受電側電流センサ（４）の電流値から、フィーダ側電流センサ（６）の電流値を減じた差異を検出した場合に、内部アークの発生と判断する検出器（８）を備えたことを特徴とするスイッチギヤ（１０）。

Description

スイッチギヤ及びスイッチギヤ群

　本願は、内部アークの検出器を備えたスイッチギヤ及びスイッチギヤ群に関するものである。

　スイッチギヤ内の短絡事故等により、内部アークが発生した場合、急激に装置内圧力が上昇し、同時に温度上昇も生じる。そのため、内部アークによる被害を防止するために、内部アークの発光を検知し、高速に消滅させる内部アークの抑制システムが開示されている（特許文献１）。

特開平５－２９７０５５号公報

　従来の、光センサを用いた内部アークの検出器では、内部アークの発光を光センサで検知するため、照明及びカメラのフラッシュ等が周囲に配置されている場合には、誤動作することが考えられ、配電系統内で発生した地絡及び相関短絡等を正確に捉えることができないという問題があった。

　本願は、上記のような課題を解決するためになされたものであって、内部アークを誤動作なく検出することができるスイッチギヤ及びスイッチギヤ群を得ることを目的とする。

　本願のスイッチギヤは、受電側遮断器及び受電側電流センサ及び接地スイッチからなる受電回路を有し、外部から電力供給を受ける受電盤と、フィーダ側遮断器及びフィーダ側電流センサからなり負荷を接続する負荷回路を有し、受電盤から電力供給を受けるフィーダ盤と、を備え、受電側電流センサの電流値から、フィーダ側電流センサの電流値を減じた差異を検出した場合に、内部アークの発生と判断する検出器を備えたものである。

　本願のスイッチギヤは、内部アークの発生を誤動作なく検出することができる。

実施の形態１に係るスイッチギヤの単線結線図である。実施の形態１に係る内部アークの抑制フローを示す図である。実施の形態２に係るスイッチギヤ群の単線結線図である。実施の形態２に係る内部アークの抑制フローを示す図である。実施の形態２に係る内部アークの抑制フローを示す図である。実施の形態１及び２に係る検出器のハードウェア図である。

　実施の形態の説明及び各図において、同一の符号を付した部分は、同一又は相当する部分を示すものである。

実施の形態１．
　本実施の形態について、図１及び図２を用いて説明する。
＜スイッチギヤの概略構成＞
　図１は、本実施の形態のスイッチギヤ１０の構成を単線結線図で示したものである。
　スイッチギヤ１０は、上部の破線で囲んだ受電盤１と、下部の破線で囲んだフィーダ盤９ａ、９ｂ、９ｃとで構成される。

　受電盤１は、スイッチギヤ１０の電力供給側に位置し、受電側回路１４として、受電側遮断器２と、受電側遮断器２のフィーダ側に隣接する受電側電流センサ４と接地スイッチ３とを備えている。受電側電流センサ４は、後述するフィーダ側電流センサ６と同様に、検出器８に接続されており、電流値を測定して測定結果を検出器８へ入力する。

　フィーダ盤９ａ、９ｂ、９ｃは、受電盤１から接続された配線を分岐し、負荷７へ給電する複数の負荷回路１５が接続されている。各々の負荷回路１５は、フィーダ側遮断器５、フィーダ側電流センサ６とを経て、負荷７へ接続する構造となっており、上述のように、フィーダ側電流センサ６で測定した電流値は、検出器８へ入力される。なお、図１においてフィーダ側遮断器５はスイッチとして記載されているが、これに限定するものではなく、ヒューズも用いることができる。

　本実施の形態において、検出器８は、各電流センサの測定結果に基づいて演算を実施して内部アークの発生の有無を検知し、後述のように接地スイッチ３に対する信号を出力する機能を有する。ただし、一体としてこれらの機能を有する必要はなく、複数の機器に分散した形態として、これらの機能を有してもよい。
　また、本実施の形態においては、受電盤１に負荷回路１５が各々形成されたフィーダ盤９ａ、９ｂ、９ｃが３つ接続された構成を示した。これは一例であり、接続されるフィーダ盤９ａ、９ｂ、９ｃの数は変えることができる。

　受電盤１に配置された受電側回路１４の受電側遮断器２が「閉」状態の場合、スイッチギヤ１０の上部から、３つのフィーダ盤９ａ、９ｂ、９ｃに電力供給され、フィーダ盤９ａ、９ｂ、９ｃに配置された負荷回路１５のうち、フィーダ側遮断器５が「閉」状態の負荷回路１５に接続された負荷７に電力が供給され、稼働状態となる。

＜内部アークの抑制フロー＞
　図２に本実施の形態での内部アークの抑制フローを示す。
　本実施の形態においては、一例として、３つの負荷回路１５のフィーダ側遮断器５がすべて「閉」状態の場合について述べる。なお、受電側電流センサ４の電流値はＩｕ、フィーダ側電流センサ６の電流値はＩｄとする。また、電流センサの最大電流値をＩｍａｘとし、電流センサの電流値がこの最大電流値Ｉｍａｘに至っていない場合に、電流が飽和することなく正しく動作していると判断する。

　まず、ステップＳ１０１において、最大電流値Ｉｍａｘより、フィーダ側電流センサ６の電流値Ｉｄが小さいことを確認し、飽和していないとみなす。
　次に、ステップＳ１０２において、受電側電流センサ４の電流値Ｉｕと全フィーダ側電流センサ６の電流値の和ΣＩｄとを差を検出器８により演算する。地絡及び相間短絡が生じていない場合は、受電側電流センサ４の電流値Ｉｕと全フィーダ側電流センサ６の電流値の和ΣＩｄは等しくなる。しかし、地絡及び相間短絡が生じ、内部アークが発生すると、アークを介して電流が流れるため、全フィーダ側電流センサの電流値の和ΣＩｄは低下する。

　そこで、受電側電流センサ４の電流値Ｉｕから、全フィーダ側電流センサの電流値の和ΣＩｄを減じた差異が検出可能であった場合、内部アークが生じていると判断することができる。さらに、この差異の検出の信頼性を高めるために、電流値の差異が一定のしきい値Ｉｔｈを超えた場合に、内部アークが発生したとみなすこともできる。
　内部アークが生じていると判断した場合、ステップＳ１０３において、受電側回路１４の接地スイッチ３へ信号を出力し「閉」状態としてフローを終了する。

　本実施の形態においては、受電側電流センサ４とフィーダ側電流センサ６との間の電流値の差異を検出器８で求め、一定のしきい値以上となった場合に、接地スイッチ３に信号を出力し「閉」状態とする。そのため、従来の光学的評価により内部アークを検知する場合のように外乱の影響により誤動作を生じることがなく、確実に内部アークを抑制することができる。

　また、遮断器の動作時間は下位遮断器との保護協調のために上位遮断器ほど遅れて動作させる必要がある。そのため、内部アークが発生した場合、電流が遮断されるまでに、スイッチギヤが大きく損傷してしまうが、遮断器が動作する前に高速に接地することで電流が遮断されるまで内部アークを抑制する。

実施の形態２．
　本実施の形態について、図３、図４Ａ及び図４Ｂを用いて説明する。
＜スイッチギヤ群の概略構成＞
　図３は、本実施の形態のスイッチギヤ１０、３０を用いたスイッチギヤ群６０の構成を単線結線図で示したものであり、左側に位置する第一のスイッチギヤ１０と右側に位置する第二のスイッチギヤ３０が、接続部５０を介して配置された構造を示している。

　本実施の形態では、第一のスイッチギヤ１０と第二のスイッチギヤ３０の各々の構成は同じであり、第一のスイッチギヤが、受電側遮断器２、接地スイッチ３及び受電側電流センサ４からなる受電回路１４と、フィーダ側遮断器５、フィーダ側電流センサ６からなり負荷７と接続した負荷回路１５と、さらに各電流センサが接続される検出器８を備えている。
　一方、第二のスイッチギヤ３０も、受電側遮断器２２、接地スイッチ２３及び受電側電流センサ２４からなる受電回路３４と、フィーダ側遮断器２５、フィーダ側電流センサ２６からなり負荷２７に接続した負荷回路３５と、各電流センサが接続される検出器２８とを備えている。

　第一のスイッチギヤ１０は受電盤１とフィーダ盤９ａ、９ｂ、９ｃで構成されているのと同様に、第二のスイッチギヤ３０も受電盤２１とフィーダ盤２９ａ、２９ｂ、２９ｃで構成されている。
　なお、図３においてフィーダ側遮断器５、２５はスイッチとして記載されているが、これに限定するものではなく、ヒューズも用いることができる。

　２つのスイッチギヤ１０、３０の間に配置する接続部５０は、接続用遮断器４１と接続用電流センサ４２とからなる接続回路４３を備え、接続用電流センサ４２は、第一のスイッチギヤ１０の検出器８と第二のスイッチギヤ３０の検出器２８の両者と接続されており、接続用電流センサ４２で得られた電流値はいずれの検出器８、２８へも入力することができる。
　本実施の形態において、検出器８、２８は、実施の形態１と同様に、内部アークの発生の有無の判断に用いる。

　本実施の形態では、複数のスイッチギヤ１０、３０と、各々の間に接続部５０を有し、スイッチギヤ群６０を構成する点で実施の形態１と異なっている。図３では、スイッチギヤ１０、３０の配置数が２つのスイッチギヤ群を例を示したがこれに限定されるものではなく、３つ以上のスイッチギヤ１０、３０を配置し、それぞれの間に接続部５０を配置したスイッチギヤ群６０も用いることもできる。
　本実施の形態においては、説明を容易とするために、上述のように２つのスイッチギヤ１０、３０を用いた構成のスイッチギヤ群６０を例に説明する。

　図３に示した第一のスイッチギヤ１０と第二のスイッチギヤ３０を備えたスイッチギヤ群６０は、通常の駆動時においては、接続部５０に配置した接続用遮断器４１を「開」状態としており、第一のスイッチギヤ１０と第二のスイッチギヤ３０とは切り離して、個別のスイッチギヤとして用いていることができる。

　つまり、第一のスイッチギヤ１０においては、受電側回路１４を経て電力が供給される。本実施の形態の場合、供給された電力は３つに分岐し、それぞれをモータ等の負荷７に接続して駆動している。また、第二のスイッチギヤ３０も同様に、受電側回路３４を経て電力が供給され、分岐後、モータ等の負荷２７に接続して駆動している。

　しかし、電力供給源が故障した場合、または電力供給源の点検等を行う場合、上記の通常の駆動方法では、電力の供給を休止しているスイッチギヤに接続されている負荷は駆動することができない。そこで、接続部５０の接続用遮断器４１を「閉」状態とする。ここでは第一のスイッチギヤ１０の電力供給源が停止し、接続用遮断器４１を「閉」状態として駆動する場合を例に用いて、図４Ａ及び図４Ｂに示す内部アークの抑制フローを説明する。逆に第二のスイッチギヤ３０が停止した場合も基本的に同様に取り扱うことができる。

＜内部アークの抑制フロー＞　
　図４Ａ及び図４Ｂに本実施の形態でのスイッチギヤ群６０の内部アークの抑制フローを示す。図４Ａは第一のスイッチギヤ１０の検出器８、図４Ｂは第二のスイッチギヤ３０の検出器２８でのフローを示している。
　本実施の形態においては、第一のスイッチギヤ１０の受電側回路１４には電力供給はなく、第一のスイッチギヤ１０の負荷回路１５には、第二のスイッチギヤ３０から接続部５０を介して電力が供給されている構成を例として説明する。

　図４Ａ及び図４Ｂの説明において、スイッチギヤ群６０を構成する第一及び第二のスイッチギヤ１０、３０の受電側回路１４、３４に配置する受電側電流センサ４、２４の電流値を各々のＩｕ１及びＩｕ２、第一及び第二のスイッチギヤ１０、３０の複数のフィーダ側電流センサ６、２６の各々の電流値の和をΣＩｄ１、ΣＩｄ２で表している。また、各フィーダ側電流センサの最大電流値をＩｍａｘとし、接続部５０に配置された接続用電流センサ４２の電流値をＩｍで表している。

　図４Ａ及び図４ＢのステップＳ２０１において、各々のフィーダ側電流センサ６、２６の電流値Ｉｄ１、Ｉｄ２は、最大電流値Ｉｍａｘより小さく、正しく動作しているとみなして、次のステップＳ２０２又はステップＳ２０３へ進む。

　次に、ステップＳ２０２では、接続部５０を経て第一のスイッチギヤ１０のフィーダ盤へ流れた接続用電流センサ４２の電流値Ｉｍから、第一のスイッチギヤ１０に配置されたフィーダ側電流センサ６の電流値の和ΣＩｄ１を減じた差異を求める。ここでは差異の検出の信頼性を高めるため、一定のしきい値Ｉｔｈ１を超えたか否かを検出器８で演算し、差異の有無を判断している。

　しきい値Ｉｔｈ１を超えた場合、フィーダ盤９ａ、９ｂ、９ｃ内で測定される電流値の和が低下しており、内部アークが生じているとみなす。そこで、ステップＳ２０４において、第一のスイッチギヤ１０に含まれる接地スイッチ３へ信号を検出器８から出力して「閉」状態とし、内部アークへの電流を遮断する。これにより内部アークは抑制され、図４Ａのフローを終了する。

　この時、同時に接続部５０の接続用遮断器４１を「開」とし、フィーダ盤９ａ、９ｂ、９ｃの負荷回路１５への電力供給を遮断することも、内部アークの抑制には有効である。

　ステップＳ２０２において、しきい値Ｉｔｈ１を超える電流値の低下が観察されない場合、図４Ｂに示したステップＳ２０３において次の判断を実施することができる。
　ステップＳ２０３においては、第二のスイッチギヤ３０の負荷回路３５と接続回路４３へ流れた電流が、地絡及び相間短絡により内部アークを生じていないかを確認する。

　図４ＢのステップＳ２０３では、第二のスイッチギヤの受電側電流センサ２４の電流値Ｉｕ２から、接続部５０の接続回路４３を経て第一のスイッチギヤに流れた電流Ｉｍ及び第二のスイッチギヤ３０に配置されたフィーダ側電流センサ２６の電流値の和ΣＩｄ２を減じた差異を検出器２８で求める。しきい値Ｉｔｈ２を超えたか否かを検出器２８で演算し、差異の有無を判断している。

　しきい値Ｉｔｈ２を超えた場合、ステップＳ２０５において、第二のスイッチギヤ３０に含まれる接地スイッチ２３へ、接地スイッチ２３を「閉」としてする信号を検出器２８から出力し、内部アークへの電流を遮断する。これにより内部アークを抑制され、フローを終了する。
　しきい値Ｉｔｈ２を超えない場合、内部アークは発生していないと判断され、そのままフローを終了する。

　本実施の形態においては、受電側電流センサ２４と接続用電流センサ４２及びフィーダ側電流センサ６、２６との間の電流値を検出器８、２８によって演算することで、接地スイッチ３、２３を「閉」状態とする。そのため、従来の光学的評価によりアークを検知する場合のように誤動作を生じることがない。また、高速に「閉」状態とすることができ、内部アークによる装置の破損を少なくすることができる。

　なお、本実施の形態において、２つの検出器８、２８でのフローをそれぞれ図４Ａ及び図４Ｂに記載した。これらは異なったフローではなく、同じフローということができる。
　つまり、図４Ｂのフローを第一のスイッチギヤ１０の検出器８に適用する場合、添え字は第一のスイッチギヤを表す「１」となり、図４ＢのステップＳ２０１はＩｄ１＜Ｉｍａｘとなるため図４Ａの記載と同一となる。
　また、ステップＳ２０３は、Ｉｕ１－Ｉｍ－ΣＩｄ１＞Ｉｔｈ１となる。第一のスイッチギヤ１０の受電回路１４には電力は供給されないので、受電側電流センサ４の電流値Ｉｕ１は零となり、Ｉｍは逆符号となるので、Ｉｍ－ΣＩｄ１＞Ｉｔｈ１となり、図４ＡのステップＳ２０２と同じになる。
　以上より、図４Ｂのフローは、２つの検出器８、２８で共通して用いることができる。

　本願の実施の形態１及び２において、電流センサでのデータ収集及び入力タイミング、接地スイッチの動作信号等、各種データ処理等の演算を行う検出器８、２８を構成するハードウェア５１の一例を図５に示す。ここではデジタル処理を用いる例を示すが、アナログ回路によっても本願を実施することができる。
　図に示すように、検出器８、２８を構成するハードウェア５１は、プロセッサ５２と記憶装置５３から構成される。記憶装置は図示していないが、ランダムアクセスメモリ等の揮発性記憶装置と、フラッシュメモリ等の不揮発性の補助記憶装置とを具備する。また、フラッシュメモリの代わりにハードディスクの補助記憶装置を具備してもよい。プロセッサ５２は、記憶装置５３から入力されたプログラムを実行する。この場合、補助記憶装置から揮発性記憶装置を介してプロセッサ５２にプログラムが入力される。また、プロセッサ５２は、演算結果等のデータを記憶装置５３の揮発性記憶装置に出力してもよいし、揮発性記憶装置を介して補助記憶装置にデータを保存してもよい。

　本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つまたは複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
　従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１，２１　受電盤、２，２２　受電側遮断器、３，２３　接地スイッチ、４，２４　受電側電流センサ、５，２５　フィーダ側遮断器、６，２６　フィーダ側電流センサ、７，２７　負荷、８，２８　検出器、９ａ，９ｂ，９ｃ，２９ａ，２９ｂ，２９ｃ　フィーダ盤、１０，３０　スイッチギヤ、１４，３４　受電回路、１５，３５　負荷回路、４１　接続用遮断器、４２　接続用電流センサ、４３　接続回路、５０　接続部、５１　ハードウェア、５２　プロセッサ、５３　記憶装置、６０　スイッチギヤ群。

Claims

　受電側遮断器及び受電側電流センサ及び接地スイッチからなる受電回路を有し、外部から電力供給を受ける受電盤と、
　フィーダ側遮断器及びフィーダ側電流センサからなり負荷を接続する負荷回路を有し、前記受電盤から電力供給を受けるフィーダ盤と、を備え、
　前記受電側電流センサの電流値から、前記フィーダ側電流センサの電流値を減じた差異を検出した場合に、内部アークの発生と判断する検出器を備えたことを特徴とするスイッチギヤ。
　前記検出器は、前記受電側電流センサの電流値から、複数の前記フィーダ側電流センサの電流値の和を減じた差異を検出した場合に、内部アークの発生と判断することを特徴とする請求項１に記載のスイッチギヤ。
　前記検出器が、内部アークの発生と判断した場合に、前記受電回路の接地スイッチを導通状態とすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のスイッチギヤ。
　前記受電回路の接地スイッチは、前記受電側遮断器の前記フィーダ盤の側に配置されていることを特徴とする請求項３に記載のスイッチギヤ。
　前記受電回路の接地スイッチは、前記受電側電流センサの前記フィーダ盤の側に配置されていることを特徴とする請求項３に記載のスイッチギヤ。
　受電側遮断器及び受電側電流センサ及び接地スイッチからなる受電回路を有し、外部から電力供給を受ける受電盤と、
　フィーダ側遮断器及びフィーダ側電流センサからなり負荷を接続する負荷回路を有し、前記受電盤から電力供給を受けるフィーダ盤と、を各々備えた第一のスイッチギヤと第二のスイッチギヤを備え、
　各々のフィーダ盤の間を、接続用遮断器と接続用電流センサとを有する接続部により相互に接続するスイッチギヤ群であって、
　前記第一のスイッチギヤの受電側遮断器が不通状態であり、前記接続部を通じて前記第二のスイッチギヤから、前記第一のスイッチギヤのフィーダ盤に電力を供給し、
　前記接続部の接続用電流センサの電流値から、前記第一のスイッチギヤのフィーダ側電流センサの電流値を減じた差異を検出した場合に、内部アークの発生と判断する検出器を備えたことを特徴とするスイッチギヤ群。
　前記検出器は、前記接続用電流センサの電流値から、前記第一のスイッチギヤの複数のフィーダ側電流センサの電流値の和を減じた差異を検出した場合に、内部アークの発生と判断することを特徴とする請求項６に記載のスイッチギヤ群。
　前記検出器が、内部アークの発生と判断した場合に、前記第一のスイッチギヤの受電回路の接地スイッチを導通状態とすることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載のスイッチギヤ群。
　前記第一のスイッチギヤの受電回路の接地スイッチは、前記受電側遮断器の前記フィーダ盤の側に配置されていることを特徴とする請求項８に記載のスイッチギヤ群。
　受電側遮断器及び受電側電流センサ及び接地スイッチからなる受電回路を有し、外部から電力供給を受ける受電盤と、
　フィーダ側遮断器及びフィーダ側電流センサからなり負荷を接続する負荷回路を有し、前記受電盤から電力供給を受けるフィーダ盤と、を各々備えた第一のスイッチギヤと第二のスイッチギヤを備え、
　各々のフィーダ盤の間を、接続用遮断器と接続用電流センサとを有する接続部により相互に接続するスイッチギヤ群であって、
　前記第一のスイッチギヤの受電側遮断器が不通状態であり、前記接続部を通じて前記第二のスイッチギヤから、前記第一のスイッチギヤのフィーダ盤に電力を供給し、
　前記接続部の接続用電流センサの電流値から、前記第一のスイッチギヤのフィーダ側電流センサの電流値を減じた差異を検出できず、
　前記第二のスイッチギヤの受電側電流センサの電流値から、前記第二のスイッチギヤのフィーダ側電流センサの電流値と前記接続用電流センサの電流値とを減じた差異を検出した場合に、内部アークの発生と判断する検出器を備えたことを特徴とするスイッチギヤ群。
　前記検出器は、前記受電側電流センサの電流値から、前記第一のスイッチギヤの複数のフィーダ側電流センサの電流値の和を減じた差異を検出できず、
　前記第二のスイッチギヤの受電側電流センサの電流値から、前記第二のスイッチギヤのフィーダ側電流センサの電流値と前記接続用電流センサの電流値とを減じた差異を検出した場合に、内部アークの発生と判断することを特徴とする請求項１０に記載のスイッチギヤ群。
　前記検出器は、前記第二のスイッチギヤの受電側電流センサの電流値から、前記第二のスイッチギヤの複数のフィーダ側電流センサの電流値の和と前記接続用電流センサの電流値とを減じた差異を検出した場合に、内部アークの発生と判断することを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載のスイッチギヤ群。
　前記検出器が、内部アークの発生と判断した場合に、前記第二のスイッチギヤの受電回路の接地スイッチを導通状態とすることを特徴とする請求項１０から請求項１２のいずれか１項に記載のスイッチギヤ群。
　前記第二のスイッチギヤの受電回路の接地スイッチは、前記第二のスイッチギヤの受電側遮断器の前記フィーダ盤の側に配置されていることを特徴とする請求項１３に記載のスイッチギヤ群。