(57)【要約】【課題】回転防止のスリットを持たない可動子を有する接地開閉器または断路器（接地断路器も含む）を備え、異常診断、特に可動子の異常診断ができるガス絶縁開閉装置を提供する。【解決手段】本発明によるガス絶縁開閉装置１０は、開閉装置として接地開閉器１１、接地断路器、及び断路器のうち少なくとも１つを備える。開閉装置１１は、直線移動可能な可動子４と、可動子４に接続され、回転することにより可動子４を直線移動させる棒状部材５ａと、棒状部材５ａを回転させるモータ６と、モータ６の負荷電流を測定する電流計測装置７と、電流計測装置７が測定した負荷電流を入力する計算機８とを備える。計算機８は、正常な可動子４が安定して移動する時間ｔの範囲内において、負荷電流が、任意に定めた所定の時間Δｔ以上、正常な可動子４が安定して移動するときの負荷電流Ｉａよりも大きい場合には、可動子４が異常であると判定するように構成されている。【選択図】図２
2020202635.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開閉装置として接地開閉器、接地断路器、及び断路器のうち少なくとも１つを備え、
前記開閉装置は、
直線移動可能な可動子と、
前記可動子に接続され、回転することにより前記可動子を直線移動させる棒状部材と、
前記棒状部材を回転させるモータと、
前記モータの負荷電流を測定する電流計測装置と、
前記電流計測装置が測定した前記負荷電流を入力する計算機と、
を備え、
前記計算機は、正常な前記可動子が安定して移動する時間範囲内において、前記負荷電流が、任意に定めた所定の時間以上、正常な前記可動子が安定して移動するときの前記負荷電流よりも大きい場合には、前記可動子が異常であると判定するように構成されている、
ことを特徴とするガス絶縁開閉装置。
【請求項２】
前記可動子は、筒状であり、長さ方向の全体において外側面が周方向に連続している、
請求項１に記載のガス絶縁開閉装置。
【請求項３】
前記計算機は、前記可動子が異常であると判定したときに、前記負荷電流が任意に定めた閾値より大きい場合には、前記可動子は移動速度が低下したと判定する、
請求項１に記載のガス絶縁開閉装置。
【請求項４】
前記計算機は、前記可動子が異常であると判定したときに、前記負荷電流が任意に定めた閾値より小さい場合には、前記可動子は移動を停止したと判定する、
請求項１に記載のガス絶縁開閉装置。
【請求項５】
前記可動子は、円筒状であり、
前記棒状部材は、前記可動子の中心軸の位置と異なる位置で前記可動子に接続されている、
請求項２に記載のガス絶縁開閉装置。
【請求項６】
前記可動子は、楕円筒状である、
請求項２に記載のガス絶縁開閉装置。
【請求項７】
前記可動子は、多角筒状である、
請求項２に記載のガス絶縁開閉装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス絶縁開閉装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス絶縁開閉装置は、電力系統において、落雷時の短絡故障等からの系統保護や、系統運用のための切替え制御などの、重要な役割を担う装置である。ガス遮断器、断路器、接地開閉器、高速接地開閉器、主母線、計器用変流器、計器用変圧器、及びケーブル接続部などの機器により、１相分が構成される。３相分が並列に配置されて１回路分となり、１個のサイトにおいて１０〜２０Ｂａｙのガス絶縁開閉装置が奥行き方向に主母線により接続される。各機器の接地タンクの内部には、絶縁性能の優れたＳＦ６ガスが封入されており、高電圧導体が絶縁スペーサや絶縁筒等で支持または固定されている。ＳＦ６ガスの絶縁性能は、大気圧（０．１ＭＰａ・ａｂｓ）の場合に、空気の約３倍である。ガス絶縁開閉装置では、ガス圧を０．６〜０．７ＭＰａ・ａｂｓまで高くしているので、電気絶縁に必要な絶縁距離が大気の１０分の１以下であり、気中絶縁式の開閉設備と比較して大幅にコンパクト化されている。また、ガス絶縁開閉装置は、密封構造であり外部環境の影響を受けないため、信頼性の高い機器として広く適用されている。
【０００３】
従来のガス絶縁開閉装置が備える接地開閉器や断路器の例は、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載の接地開閉装置では、側面にスリット状の開口部を有する筒状の可動子が、回動軸により直線駆動されることで固定子と接離を行い、開閉動作を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２３７８２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ガス絶縁開閉装置が備える接地開閉器や断路器は、例えば直流モータ（ＤＣモータ）で回転軸を回転させて、可動子を直線的に動かして開閉動作を行う。特許文献１に記載の接地開閉装置など、従来のガス絶縁開閉装置が備える接地開閉器や断路器では、可動子は、スリットを側面に有し、このスリットに回転防止の突起部材が嵌め入れられて回転が防止される。
【０００６】
可動子のスリットには、電界が集中する。可動子の耐電圧を向上させるためには、スリットをなくして電界を緩和する必要がある。しかし、可動子がスリットを備えないと、可動子が回転軸と一緒に回転して動作不良となる恐れがある。また、可動子の構成に工夫を施し、可動子がスリットを備えなくても回転しないようにすると、この工夫により可動子の動作に異常が起きる可能性がないとは言えない。このため、ガス絶縁開閉装置では、可動子の動作状態を診断する必要がある。
【０００７】
本発明は、可動子を有する開閉装置として接地開閉器、接地断路器、及び断路器のうち少なくとも１つを備え、可動子の異常診断ができるガス絶縁開閉装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によるガス絶縁開閉装置は、開閉装置として接地開閉器、接地断路器、及び断路器のうち少なくとも１つを備える。前記開閉装置は、直線移動可能な可動子と、前記可動子に接続され、回転することにより前記可動子を直線移動させる棒状部材と、前記棒状部材を回転させるモータと、前記モータの負荷電流を測定する電流計測装置と、前記電流計測装置が測定した前記負荷電流を入力する計算機とを備える。前記計算機は、正常な前記可動子が安定して移動する時間範囲内において、前記負荷電流が、任意に定めた所定の時間以上、正常な前記可動子が安定して移動するときの前記負荷電流よりも大きい場合には、前記可動子が異常であると判定するように構成されている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によると、可動子を有する開閉装置として接地開閉器、接地断路器、及び断路器のうち少なくとも１つを備え、可動子の異常診断ができるガス絶縁開閉装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例によるガス絶縁開閉装置の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の実施例によるガス絶縁開閉装置が備える接地開閉器の構成を示す断面図である。
【図３】円筒状の可動子、回転部（棒状部材）、導体、及び環状摺動部材の、棒状部材の長さ方向に垂直な断面図である。
【図４】可動子が正常状態であり、回転部が可動子を移動させているときの、直流モータの負荷電流の波形の例である。
【図５】回転部が可動子を移動させているときに、可動子が第１の異常状態となったときの、直流モータの負荷電流の波形の例である。
【図６】回転部が可動子を移動させているときに、可動子が第２の異常状態となったときの、直流モータの負荷電流の波形の例である。
【図７】楕円筒状の可動子、回転部（棒状部材）、導体、及び環状摺動部材の、棒状部材の長さ方向に垂直な断面図である。
【図８】多角筒状の可動子、回転部（棒状部材）、導体、及び環状摺動部材の、棒状部材の長さ方向に垂直な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明によるガス絶縁開閉装置は、開閉装置として、接地開閉器、接地断路器、及び断路器のうち少なくとも１つを備える。接地開閉器、接地断路器、及び断路器では、可動子に接続された回転軸を直流モータ（ＤＣモータ）で回転させることで可動子を直線移動させ、可動子が固定子と接離を行うことで開閉動作を行う。本発明によるガス絶縁開閉装置では、可動子は、回転防止のスリットを備えなくても回転軸と一緒に回転しない構成を備えることができる。本発明では、ガス絶縁開閉装置の可動子、特にこのような構成を備える可動子の異常診断を実施できる。
【００１２】
以下、本発明の実施例によるガス絶縁開閉装置について図面を用いて説明する。なお、以下に示す実施例は、あくまでも本発明の実施形態の例に過ぎず、本発明の内容は、以下の態様に限定されるものではない。
【実施例１】
【００１３】
図１は、本発明の実施例によるガス絶縁開閉装置１０の構成を示す断面図である。ガス絶縁開閉装置１０は、接地開閉器１１、断路器１２、遮断器１３、計器用変流器１４、計器用変圧器１５、及び接地タンク１６を備える。ガス絶縁開閉装置１０は、接地断路器を備えることもできる。接地タンク１６内には、絶縁性能の高いＳＦ６ガスが封入されている。なお、接地タンク１６にＳＦ６ガス以外の気体を封入してもよい。
【００１４】
以下では、接地開閉器１１、断路器１２、及び接地断路器を代表して、接地開閉器１１の構成について説明する。なお、以下の説明は、断路器１２と接地断路器にも適用することができる。
【００１５】
図２は、本実施例によるガス絶縁開閉装置１０が備える接地開閉器１１の構成を示す断面図である。図２には、電圧及び電流が遮断されている状態の接地開閉器１１を正面から見た断面図を示している。
【００１６】
接地開閉器１１は、可動子４、固定子２、導体３、回転部５、直流モータ６、負荷電流計測装置７、及び計算機８を備える。
【００１７】
可動子４は、円筒状の部材であり、長さ方向に延伸した中空部を備え、この中空部に回転部５が接続され、中空部の表面（可動子４の内面）に凹部４ａを備える。可動子４は、回転部５と併せてボールねじ構造を構成し、回転部５の回転により直線状に移動可能である。可動子４は、ボールねじ構造によって直線移動することで、固定子２と接離可能である。可動子４の周囲には、環状摺動部材９が設置されている。環状摺動部材９は、環状部材であり、可動子４に接触し、可動子４の直線移動を案内する。
【００１８】
固定子２は、接地電位となっており、可動子４と接離を行うことで接地開閉器１１が開閉される。
【００１９】
導体３は、可動子４に接触している。接地開閉器１１の高電圧側である導体３と可動子４は、可動子４が直線移動して固定子２に接触すると接地される。
【００２０】
可動子４、固定子２、導体３、及び環状摺動部材９は、固体絶縁物１により保持されている。
【００２１】
回転部５は、外面にねじ山（または、ねじ溝）を備える棒状部材５ａと、棒状部材５ａのねじ山の間（または、ねじ溝）と可動子４の内面の凹部４ａとに保持された球状部材５ｂとを備え、直流モータ６に接続されている。棒状部材５ａは、少なくとも一部が可動子４の中空部に位置し、球状部材５ｂを介して可動子４に接続されている。棒状部材５ａは、直流モータ６に駆動される回転軸であり、棒状部材５ａの中心軸の周りに回転可能である。
【００２２】
回転部５は、棒状部材５ａの回転運動を可動子４の直線運動に変換する。棒状部材５ａは、回転することにより、球状部材５ｂを介して、可動子４を棒状部材５ａの長さ方向に直線移動させる。可動子４は、棒状部材５ａが回転すると、球状部材５ｂが棒状部材５ａのねじ山（または、ねじ溝）に案内されて棒状部材５ａの長さ方向に移動することで、直線状に移動する。棒状部材５ａは、例えば、予め定められたプログラムに従って回転動作を行う。
【００２３】
直流モータ６は、直流電源（図示せず）により動作し、回転部５の棒状部材５ａを回転させる。
【００２４】
負荷電流計測装置７は、直流モータ６の負荷電流（直流モータ６に流れる電流）を測定する。
【００２５】
計算機８は、負荷電流計測装置７に接続され、負荷電流計測装置７が測定した直流モータ６の負荷電流を入力する。計算機８は、入力した直流モータ６の負荷電流を用いて、可動子４の異常診断（動作状態の診断）を行う。
【００２６】
接地開閉器１１は、開閉動作時（可動子４の直線移動時）に、可動子４が棒状部材５ａと一緒に回転すると、動作不良となる恐れがある。従来のガス絶縁開閉装置が備える接地開閉器では、可動子は、側面にスリット（スリット状の開口部）を備え、このスリットに回転防止の突起部材が嵌め入れられて回転が防止されている。
【００２７】
本実施例によるガス絶縁開閉装置１０では、可動子４は、電界の集中を防ぎ電界を緩和して耐電圧を向上させるために、回転防止のスリットを備えない。すなわち、円筒状の可動子４は、外側面に周方向で途切れた部分（スリット）を備えず、長さ方向の全体において外側面が周方向に連続している。可動子４は、スリットを備えなくても、棒状部材５ａと一緒に回転しない構成を備える。
【００２８】
図３は、可動子４、回転部５（棒状部材５ａ）、導体３、及び環状摺動部材９の、棒状部材５ａの長さ方向に垂直な断面図である。円筒状の可動子４は、周囲に環状摺動部材９が設置され、可動子４の中心軸から径方向に少しずれた位置に棒状部材５ａが接続されている。すなわち、棒状部材５ａの位置は、可動子４の中心軸の位置と異なる。このような構成では、棒状部材５ａの回転により可動子４が回転しても、可動子４は、棒状部材５ａを回転軸として回転するため外周が環状摺動部材９に接触し、回転が停止する。このため、可動子４は、棒状部材５ａと一緒に回転しない。
【００２９】
接地開閉器１１は、棒状部材５ａが可動子４の中心軸から少しずれた位置に設置されているので、可動子４がスリットを備えなくても、可動子４の回転を防止できる。可動子４は、スリットを備えないので電界が集中せず、電界を緩和できる。このため、本実施例によるガス絶縁開閉装置１０は、高電圧側と接地側の距離を従来よりも短くでき、小型化できる。
【００３０】
なお、棒状部材５ａが可動子４の中心軸から少しずれた位置に設置されても、棒状部材５ａの回転により可動子４が直線移動できることは、実験により確認している。棒状部材５ａが可動子４の中心軸からずれる距離は、接地開閉器１１の構成に応じて適宜定めることができる。
【００３１】
本実施例によるガス絶縁開閉装置１０では、棒状部材５ａが可動子４の中心軸から少しずれた位置に設置されているので、棒状部材５ａが可動子４の中心軸と同じ位置に設置されている構成と比べると、可動子４の動作に異常が起きる可能性が大きいかもしれない。このため、本実施例によるガス絶縁開閉装置１０では、可動子４に異常が起きてもすぐに異常を検出できるように、可動子４の異常診断（動作状態の診断）を実施する。
【００３２】
可動子４は、可動子４を移動させる回転部５を駆動する直流モータ６の負荷電流を測定することで、異常診断が行われる。直流モータ６の負荷電流は、負荷電流計測装置７が測定し、計算機８に入力される。
【００３３】
図４は、可動子４が正常状態であり、回転部５が可動子４を移動させているときの、直流モータ６の負荷電流の波形の例である。回転部５が可動子４を移動させ始めて可動子４が始動すると、直流モータ６にかかる負荷が大きくなるため、負荷電流は増加していく。可動子４が安定して移動すると、負荷電流は減少して一定の値Ｉａとなる。図４において、時間ｔは、正常状態の可動子４が安定して移動しており、負荷電流がほぼ一定の値Ｉａを示しているときの時間範囲である。回転部５によって可動子４が停止していくと、直流モータ６にかかる負荷が大きくなって再び負荷電流が増加していき、可動子４が停止すると、負荷電流はゼロになる。なお、直流モータ６は、負荷電流が過電流リミット値ＩＬを超えると、動作が停止する。
【００３４】
図５は、回転部５が可動子４を移動させているときに、可動子４が第１の異常状態となったときの、直流モータ６の負荷電流の波形の例である。図５には、可動子４が環状摺動部材９との接触部が摩耗して回転している場合の、負荷電流の波形の例を示している。可動子４は、環状摺動部材９との接触部が摩耗して回転すると、直線移動の速度が低下し、正常状態の場合よりも移動に時間がかかる。可動子４は、移動速度が低下しているという第１の異常状態になっている。
【００３５】
図５に示した時間Δｔ１は、回転部５が、回転している可動子４を移動させているときの時間範囲である。負荷電流は、可動子４が正常状態で安定して移動しているときは値Ｉａを示すが、時刻ｔ１で可動子４が回転しながら移動すると値Ｉａよりも増加する。すなわち、時間Δｔ１の間は、負荷電流は、可動子４が正常状態で安定して移動しているときの値Ｉａよりも大きい。また、負荷電流は、時間Δｔ１の範囲内では、可動子４が回転しながら移動しているため、所定の閾値Ｉｓよりも大きい値を示す。閾値Ｉｓは、可動子４、回転部５、及び直流モータ６の構成などに応じて任意に定めることができる。
【００３６】
図６は、回転部５が可動子４を移動させているときに、可動子４が第２の異常状態となったときの、直流モータ６の負荷電流の波形の例である。図６には、可動子４が回転部５と擦れ合って変形し、回転部５の棒状部材５ａが空回りして可動子４が直線移動を停止した場合の、負荷電流の波形の例を示している。可動子４は、棒状部材５ａが回転しているのに直線移動を停止しているという第２の異常状態になっている。
【００３７】
図６に示した時間Δｔ２は、回転部５が棒状部材５ａを回転させているが可動子４が直線移動していないときの時間範囲である。負荷電流は、可動子４が正常状態で安定して移動しているときは値Ｉａを示すが、時刻ｔ２で可動子４が変形して移動を停止すると値Ｉａよりも増加する。すなわち、時間Δｔ２の間は、負荷電流は、可動子４が正常状態で安定して移動しているときの値Ｉａよりも大きい。このとき、可動子４が移動を停止しているが、棒状部材５ａは、予め定められたプログラムに従って所定の時間だけ回転動作を続けており、空回りをしている。また、負荷電流は、時間Δｔ２の範囲内では、棒状部材５ａが空回りしているため、所定の閾値Ｉｓよりも小さい値を示す。
【００３８】
計算機８は、直流モータ６が回転部５の棒状部材５ａを回転させているときに、直流モータ６の負荷電流を用いて、可動子４の異常診断を行う。計算機８は、上述した時間ｔの範囲において、負荷電流が、所定の時間Δｔ以上続けて、可動子４が正常状態で安定して移動しているときの負荷電流の値Ｉａよりも大きい場合には、可動子４が異常であると判定する。負荷電流が時間Δｔ以上続けてＩａよりも大きい場合に可動子４が異常であると判定するのは、ノイズによる負荷電流の瞬時上昇を、判定に用いる負荷電流の増加から除外するためである。
【００３９】
時間ｔは、上述したように、直流モータ６が棒状部材５ａを回転させて、正常な可動子４が安定して移動する時間範囲（異常を起こさないで移動を完了する可動子４が、安定して移動する時間範囲）であり、棒状部材５ａを駆動するためのプログラムや事前に行った実験などから求めることができる。所定の時間Δｔは、予め任意に定めることができ、例えば１秒以上の値が一般的な数値である。なお、図５と図６に示した例では、Δｔ１≧Δｔであり、Δｔ２≧Δｔであるとする。
【００４０】
図５に示した例では、計算機８は、時間ｔの範囲内において負荷電流がＩａよりも大きく、Δｔ１≧Δｔであるので、可動子４が異常であると判定する。このとき、計算機８は、時間Δｔ１の間の負荷電流の値が閾値Ｉｓより大きいので、可動子４は回転しながら直線移動して移動速度が低下したと判定することもできる。
【００４１】
図６に示した例では、計算機８は、時間ｔの範囲内において負荷電流がＩａよりも大きく、Δｔ２≧Δｔであるので、可動子４が異常であると判定する。このとき、計算機８は、時間Δｔ２の間の負荷電流の値が閾値Ｉｓより小さいので、棒状部材５ａが空回りをしており、可動子４は移動を停止したと判定する。
【００４２】
計算機８は、このようにして、可動子４が異常か否かの判定を行うことができ、可動子４の異常の種類（移動速度の低下と移動の停止）の判別も行うことができる。計算機８は、表示部を備え、可動子４の判定結果と可動子４の異常の種類を表示部に表示することができる。
【００４３】
可動子４が、スリットを備えなくても棒状部材５ａと一緒に回転しない構成は、図３に示した構成に限らない。以下では、スリットを備えない可動子４が棒状部材５ａと一緒に回転しない構成の、図３に示したものと異なる構成の例を示す。
【００４４】
図７と図８は、可動子４、回転部５（棒状部材５ａ）、導体３、及び環状摺動部材９の、棒状部材５ａの長さ方向に垂直な断面図である。
【００４５】
図７に示した構成では、可動子４、導体３、及び環状摺動部材９は、棒状部材５ａの長さ方向に垂直な断面での形状が、楕円形である。すなわち、可動子４は、楕円筒状である。
【００４６】
図８に示した構成では、可動子４、導体３、及び環状摺動部材９は、棒状部材５ａの長さ方向に垂直な断面での形状が、多角形（図８では、一例として四角形）である。すなわち、可動子４は、多角筒状である。なお、図８に示した構成では、可動子４、導体３、及び環状摺動部材９は、電界集中を緩和するために、角に丸みを持つ。
【００４７】
図７と図８に示した構成では、棒状部材５ａの回転により可動子４が回転しても、可動子４は、外周が環状摺動部材９に接触し、回転が停止する。このため、可動子４は、棒状部材５ａと一緒に回転しない。
【００４８】
なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記の実施例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、本発明は、必ずしも説明した全ての構成を備える態様に限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能である。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、削除したり、他の構成を追加・置換したりすることが可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１…固体絶縁物、２…固定子、３…導体、４…可動子、４ａ…凹部、５…回転部、５ａ…棒状部材、５ｂ…球状部材、６…直流モータ、７…負荷電流計測装置、８…計算機、９…環状摺動部材、１０…ガス絶縁開閉装置、１１…接地開閉器、１２…断路器、１３…遮断器、１４…計器用変流器、１５…計器用変圧器、１６…接地タンク。
【図１】
2020202635.tif 000003
【図２】
2020202635.tif 000004
【図３】
2020202635.tif 000005
【図４】
2020202635.tif 000006
【図５】
2020202635.tif 000007
【図６】
2020202635.tif 000008
【図７】
2020202635.tif 000009
【図８】
2020202635.tif 000010