(57)【要約】【課題】ＣＲサプレッサ用抵抗器の異常を早期に発見して焼損を未然に防止するＣＲサプレッサ用抵抗器不良検出装置を提供する。【解決手段】実施形態に係るＣＲサプレッサ用抵抗器不良検出装置は、三相交流電源と負荷設備との間に設けられ、前記三相交流電源の各相と前記負荷設備との間をそれぞれ開閉する遮断器と、直列に接続された抵抗器およびコンデンサを含み、前記遮断器に相ごとに設けられたＣＲサプレッサと、を含む受変電設備に用いられる。このＣＲサプレッサ用抵抗器不良検出装置は、前記三相交流電源の各相に設けられた前記ＣＲサプレッサの前記抵抗器の両端の電圧データを入力し、前記電圧データの合成値を算出し、前記電圧データの合成値の大きさとあらかじめ設定されたしきい値とを比較し、前記電圧データの合成値の大きさが前記しきい値を超えた場合に、アラーム信号を生成する抵抗器異常判定回路を備える。【選択図】図１
2020137245.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相交流電源と負荷設備との間に設けられ、前記三相交流電源の各相と前記負荷設備との間をそれぞれ開閉する遮断器と、直列に接続された抵抗器およびコンデンサを含み、前記遮断器に相ごとに設けられたＣＲサプレッサと、を含む受変電設備のＣＲサプレッサ用抵抗器不良検出装置であって、
前記三相交流電源の各相に設けられた前記ＣＲサプレッサの前記抵抗器の両端の電圧データを入力し、
前記電圧データの合成値を算出し、
前記電圧データの合成値の大きさとあらかじめ設定されたしきい値とを比較し、
前記電圧データの合成値の大きさが前記しきい値を超えた場合に、アラーム信号を生成する抵抗器異常判定回路を備えたＣＲサプレッサ用抵抗器不良検出装置。
【請求項２】
前記抵抗器異常判定回路は、前記電圧データの合成値の大きさが前記しきい値を超えている期間があらかじめ設定された時間を超えた場合に前記アラーム信号を生成する請求項１記載のＣＲサプレッサ用抵抗器不良検出装置。
【請求項３】
前記抵抗器異常判定回路は、前記抵抗器の両端の電圧データのベクトルを計算して、前記電圧データの合成値として前記電圧データのベクトルの合成値を算出する請求項１または２に記載のＣＲサプレッサ用抵抗器不良検出装置。
【請求項４】
前記抵抗器異常判定回路は、前記抵抗器の両端の電圧データの瞬時値を取得して、前記電圧データの合成値として前記瞬時値の加算値を算出する請求項１または２に記載のＣＲサプレッサ用抵抗器不良検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、受変電設備のＣＲサプレッサ用抵抗器不良検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図３は、工場等に設けられる一般的な電力系統の概略図である。図３に示すように、負荷設備３には、遮断器１および変圧器２を介して、一次側の交流電源（図示せず）が供給される。遮断器１は、遮断器１、変圧器２および負荷設備３からなる主回路に流れる負荷電流や短絡電流等の故障電流を遮断するために使用されている。遮断器１は、遮断器操作回路１１を有しており、遮断器操作回路１１は、監視盤４の遮断器操作指令生成回路４１によって生成される投入指令および遮断指令にしたがって遮断回路１１３を投入し、開放する。通常、遮断回路１１３が開閉する際には、開閉サージが発生する。そのため、主回路には、開閉サージ低減用にＣＲサプレッサ５が設けられている。
【０００３】
コンデンサ５ａおよび抵抗器５ｂの直列回路がＣＲサプレッサ５を構成している。従来、ＣＲサプレッサ５に用いられる抵抗器５ｂの異常を検出するシステムはなく、異常が発生して初めて原因調査を開始し、抵抗器の焼損などの異常が判明する場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１−１０７６１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このようなＣＲサプレッサ５の抵抗器５ｂには無誘導抵抗器が用いられることが多く、無誘導抵抗器は、経年劣化により抵抗値が上昇することが知られている。経年劣化によって、抵抗器５ｂの抵抗値が上昇し、抵抗値の上昇によって抵抗器５ｂ自体の温度が上昇しても、焼損するまで異常状況が分からず、調査および抵抗器の交換を含めた復旧に時間を要することがある。また、ＣＲサプレッサ５の故障によって、開閉サージの抑制機能が失われると、主回路に並列に接続された他設備に遮断器の開閉サージの影響が波及するおそれがある。このように、不具合が拡大した時点で操業を停止しても、不具合原因の特定がより困難になり、復旧にさらに時間を要することともなる。
【０００６】
この発明の実施形態は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、ＣＲサプレッサ用抵抗器の異常を早期に発見して焼損を未然に防止するＣＲサプレッサ用抵抗器不良検出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】
【０００７】
実施形態に係るＣＲサプレッサ用抵抗器不良検出装置は、三相交流電源と負荷設備との間に設けられ、前記三相交流電源の各相と前記負荷設備との間をそれぞれ開閉する遮断器と、直列に接続された抵抗器およびコンデンサを含み、前記遮断器に相ごとに設けられたＣＲサプレッサと、を含む受変電設備に用いられる。このＣＲサプレッサ用抵抗器不良検出装置は、前記三相交流電源の各相に設けられた前記ＣＲサプレッサの前記抵抗器の両端の電圧データを入力し、前記電圧データの合成値を算出し、前記電圧データの合成値の大きさとあらかじめ設定されたしきい値とを比較し、前記電圧データの合成値大きさが前記しきい値を超えた場合に、アラーム信号を生成する抵抗器異常判定回路を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本実施形態では、ＣＲサプレッサ用抵抗器の異常を早期に発見して焼損を未然に防止するＣＲサプレッサ用抵抗器不良検出装置が実現される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態に係るＣＲサプレッサ用抵抗器不良検出装置を例示する模式図なブロック図である。
【図２】実施形態のＣＲサプレッサ用抵抗器不良検出装置の動作を説明するためのフローチャートの例である。
【図３】一般的なＣＲサプレッサ用抵抗器不良検出装置を例示する模式的なブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。
【００１１】
図１は、実施形態に係るＣＲサプレッサ用抵抗器不良検出装置を例示する模式図なブロック図である。
図１には、ＣＲサプレッサ用抵抗器不良検出装置４２とともに、ＡＣアーク炉の主回路を含む受変電設備の概略の構成が示されている。ＣＲサプレッサ用抵抗器不良検出装置４２は、たとえば監視盤４内に設けられている。この例では、ＡＣアーク炉を含む受変電設備は特別高圧受変電設備である。負荷設備３は好適にはＡＣアーク炉であるが、これに限定されるものではなく、本発明の実施形態は、受変電設備一般に適用することができる。
【００１２】
負荷設備３は、遮断器１および変圧器２を介して図示しない交流電源に接続されている。変圧器２の一次側に遮断器１が接続され、変圧器２の二次側に負荷設備３が接続されている。このように直列に接続された遮断器１、変圧器２および負荷設備３を主回路ということがある。図では、１つの相の主回路について示されているが、主回路は、三相の交流電源の各相に設けられている。ＣＲサプレッサ５も各相の主回路に設けられている。以下では、特に断らない限り、三相（Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相）のうちＲ相の構成について説明するが、他相の構成も同様である。
【００１３】
遮断器１は、遮断器操作回路１１と、遮断回路１１３と、を含む。遮断器操作回路１１は、監視盤４から出力される遮断器投入指令にしたがって遮断回路１１３を閉じる。遮断器操作回路１１は、監視盤４から出力される遮断指令にしたがって、遮断回路１１３を開放する。遮断回路１１３は開閉することによって、主回路が開閉され、負荷設備３に交流電力が供給され、遮断される。
【００１４】
たとえば、ＡＣアーク炉の場合には、遮断回路１１３を閉じることによって、負荷設備３内のスクラップに電源を供給してアーク熱によりスクラップを溶解する。また、遮断回路１１３を開放することによって、負荷設備３内のスクラップへの電源供給を停止する。主回路に短絡電流のような過大な電流が流れた場合にも、遮断回路１１３を開放して、負荷設備３への電源供給を遮断する。
【００１５】
ＣＲサプレッサ５は、遮断器１の二次側、つまり変圧器２の一次側とアースとの間に接続されている。ＣＲサプレッサ５は、コンデンサ５ａと、抵抗器５ｂと、を含んでいる。コンデンサ５ａおよび抵抗器５ｂは、直列に接続されている。ＣＲサプレッサ５は、コンデンサ５ａの静電容量値および抵抗器５ｂの抵抗値による時定数回路である。ＣＲサプレッサ５は、遮断器１が開閉される場合に発生する開閉サージを低減する。
【００１６】
抵抗器５ｂの両端には、電圧検出器５１が接続されている。電圧検出器５１は、抵抗器５ｂの両端の電圧を検出して、検出した電圧データをＣＲサプレッサ用抵抗器不良検出装置４２に供給する。電圧検出器５１は、たとえば計器用変圧器である。
【００１７】
監視盤４は、遮断器操作指令生成回路４１と、抵抗器異常判定回路４２１と、を含む。遮断器操作指令生成回路４１は、操作者が運転開始のための操作を行ったことにしたがって、遮断器操作指令を生成する。生成された遮断器操作指令は、遮断器操作回路１１に入力される。遮断器操作指令を受けた遮断器操作回路１１は、遮断回路１１３を投入する。交流電源は、遮断器１および変圧器２を介して負荷設備３に供給される。
【００１８】
遮断器操作指令生成回路４１は、操作者またはプログラムが遮断のための操作を行ったことにしたがって、遮断指令を生成する。生成された遮断指令は、遮断器操作回路１１に入力される。遮断指令を受けた遮断器操作回路１１は、遮断回路１１３を遮断する。負荷設備３は、遮断器１によって交流電源の供給を遮断される。
【００１９】
遮断器操作指令生成回路４１は、上述のほか、系統の異常発生時、一例として、故障電流等により主回路に流れる電流が所定の電流値を超えたことを検出した場合には、保護回路が動作し、遮断指令を生成する。遮断器操作指令生成回路４１には、生成された遮断指令が入力され、遮断指令にもとづいて遮断回路１１３が遮断される。
【００２０】
遮断器操作指令生成回路４１は、遮断器操作指令を生成すると、遮断器操作指令を、遮断器操作回路１１に供給するとともに、抵抗器異常判定回路４２１にも供給する。抵抗器異常判定回路４２１は、遮断器操作指令にしたがって、動作を開始する。
【００２１】
抵抗器異常判定回路４２１は、遮断器操作指令に応じて、各相の主回路に接続された電圧検出器５１によって取得された抵抗器５ｂ両端の電圧データを入力する。抵抗器異常判定回路４２１は、三相すべての相の電圧データにもとづいて、不平衡があるか否かを判定する。
【００２２】
より具体的には、抵抗器異常判定回路４２１は、零相電圧に相当する電圧値をあらかじめ設定されたしきい値と比較する。零相電圧に相当する電圧値は、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の電圧データをすべて加算し、合成した電圧値（合成値）である。しきい値はたとえば０Ｖである。計算された零相電圧に相当する電圧値（合成値の大きさ）がしきい値を超えた場合に、不平衡であると判定する。その不平衡状態を生成している相の電圧データを出力している抵抗器５ｂは、何らかの異常を有するものと判定される。
【００２３】
しきい値は０Ｖに限らず、適切な任意の値とすることができる。たとえば、電圧データの検出精度等を考慮して、±Ｖ０（Ｖ０＞０）とし、零相電圧に相当する電圧が＋Ｖ０以上または−Ｖ０以下の場合に、異常と判定するようにしてもよい。
【００２４】
電圧データは、適切な任意の手法で、零相電圧に相当する電圧を算出することができる。たとえば、交流電源の１周期または数周期分の瞬時値を取得し、そのデータにもとづいて、振幅および位相を算出、つまり電圧ベクトルを算出し、ベクトル加算して零相電圧に相当する電圧値を算出するようにしてもよい。あるいは、各相の電圧の瞬時値を取得するごとに、各相の電圧データを加算し、１周期または数周期分の平均値を算出するようにしてもよい。
【００２５】
図２は、実施形態のＣＲサプレッサ用抵抗器不良検出装置の動作を説明するためのフローチャートの例である。
実施形態のＣＲサプレッサ用抵抗器不良検出装置４２の動作について、フローチャートを参照して説明する。
【００２６】
図２に示すように、ステップＳ１において、遮断器操作指令生成回路４１は、操作者の操作にしたがって、遮断器投入指令を生成する。生成された遮断器投入指令は、各相の遮断器操作回路１１に入力され、遮断器操作回路１１は、遮断回路１１３を閉じる。各相の主回路には、交流電源が供給される。
【００２７】
ステップＳ２において、抵抗器異常判定回路４２１は、Ｒ相の電圧検出器５１を介して、電圧データを取得する。
【００２８】
ステップＳ３において、抵抗器異常判定回路４２１は、Ｓ相の電圧検出器５１を介して、電圧データを取得する。
【００２９】
ステップＳ４において、抵抗器異常判定回路４２１は、Ｔ相の電圧検出器５１を介して、電圧データを取得する。
【００３０】
ここで、ステップＳ２〜Ｓ４は、上述の順序に限らず、任意の順序で各相の電圧データを取得してもよい。また、各相の電圧データを順次取得する場合に限らず、同時に取得できる場合には、同時に各相の電圧データを取得し、取得した電圧データを同時に、あるいは、順次、抵抗器異常判定回路４２１に入力するようにしてもよい。
【００３１】
ステップＳ５において、抵抗器異常判定回路４２１は、取得した各相の電圧データを加算する。電圧データを加算する場合には、上述したように、電圧ベクトルに変換した後に加算してもよいし、取得するごとに加算してもよい。
【００３２】
ステップＳ６において、抵抗器異常判定回路４２１は、各相の電圧データを加算することによって算出した零相電圧に相当する電圧値が０Ｖに等しいか否かを判定する。
【００３３】
ステップＳ６で、零相電圧に相当する電圧が０Ｖに等しい場合には、ステップＳ７において、抵抗器異常判定回路４２１は、各相のＣＲサプレッサ５の抵抗器５ｂには、異常なく正常である旨の判定をする。
【００３４】
ステップＳ６で、零相電圧に相当する電圧値が０Ｖでない場合には、処理はステップＳ８に遷移される。ステップＳ８では、抵抗器異常判定回路４２１は、零相電圧に相当する電圧値が０Ｖでない状態が、あらかじめ設定された時間Ｔ以上継続するか否かを判定する。
【００３５】
ステップＳ８で、零相電圧に相当する電圧値が０Ｖでない状態が時間Ｔ以上継続した場合には、処理はステップＳ９に遷移される。ステップＳ９において、抵抗器異常判定回路４２１は、いずれかの相のＣＲサプレッサ５の抵抗器５ｂに異常があると判定する。ステップＳ８を実行することによって、瞬時的な不平衡状態を誤検出することなく、より確実に抵抗器５ｂの異常の有無を判定することができる。
【００３６】
ステップＳ１０において、いずれかの相の抵抗器５ｂに異常ありと判定したことにもとづいて、抵抗器異常判定回路４２１は、アラーム信号を生成する。アラーム信号は、たとえば、監視盤４に接続されたＨＭＩ端末（図示せず）に送信され、アラーム信号を受信したＨＭＩ端末は、ＨＭＩ画面上に「抵抗器不良可能性あり」のような表示をするようにしてもよいし、音声で知らせるようにしてもよい。
【００３７】
上述では、零相電圧に相当する電圧値に対するしきい値を１つとしたが、複数のしきい値を設けて、段階的にアラームを発報するようにしてもよい。たとえば、しきい値０Ｖを超えた場合には、ＨＭＩ画面上の文字によるアラームとし、しきい値±Ｖ０（Ｖ０＞０）を超えた場合には、さらに音声アラームを追加し、しきい値±Ｖ１(Ｖ１＞＞Ｖ０）を超えた場合には、遮断器操作指令生成回路４１に対して遮断指令を生成させるようにしてもよい。
【００３８】
各相に設けられたＣＲサプレッサ５の抵抗器５ｂが有する抵抗値は、相ごとに異なる値を有していると考えられる。そこで、各相の電圧データを取得する前に初期値として零相電圧に相当する電圧値が０Ｖとなるように、初期の測定値にもとづいて補正係数等を算出することが好ましい。
【００３９】
実施形態のＣＲサプレッサ用抵抗器不良検出装置４２の効果について説明する。
実施形態のＣＲサプレッサ用抵抗器不良検出装置４２は、各相のＣＲサプレッサ５の抵抗器５ｂの両端電圧を検出して、すべての相の電圧データを加算して、零相電圧に相当する電圧値が０または所定のしきい値を超えているか否かを判定する。ＣＲサプレッサ５には、たとえば無誘導抵抗器が用いられる。無誘導抵抗器は、経年変化により劣化すると、抵抗値が上昇することが知られている。抵抗器５ｂの経年劣化により、抵抗値が増大すると、印加される交流電圧が各相等しい場合には、増大レベルの大きい抵抗器に流れる電流が小さくなり、それに伴い両端の電圧も低下する。
【００４０】
このため、抵抗値の変化の相違により、各相の抵抗器の両端電圧は変化して、不平衡状態が現れる。実施形態のＣＲサプレッサ用抵抗器不良検出装置４２では、抵抗器異常判定回路４２１によって、各相の電圧データを加算して、零相電圧に相当する電圧値を算出し、不平衡状態が発生しているか否かを判定することができる。不平衡状態が発生しているのであれば、各相の抵抗器の抵抗値の変化がアンバランスを生じていることが推察され、あらかじめＣＲサプレッサ５の調査を実施することによって、抵抗器５ｂの異常を未然に発見し、故障を防止することができる。
【００４１】
このような遮断器を備えた受変電設備をＡＣアーク炉に用いる場合には、他の一般的な受変電設備に比べて、遮断器の開閉頻度が大幅に多くなる。遮断器の開閉頻度が多いことから、ＣＲサプレッサ５によって吸収すべきサージが多数回発生し、ＣＲサプレッサ５に用いられる抵抗器５ｂの経年劣化も他の用途の場合よりも著しいことが考えられる。実施形態のＣＲサプレッサ用抵抗器不良検出装置４２では、上述のように、各相に電圧検出器５１を追加し、監視盤４に抵抗器異常判定回路４２１を追加することによって容易に実現することができる。監視盤４は、通常の場合には、プログラマブルコントローラ（ＰＬＣ）によって実現され、抵抗器異常判定回路４２１を追加は、ＰＬＣのプログラムの追加修正により容易に実現が可能である。
【００４２】
ＡＣアーク炉以外の場合においても、プラントによっては、経年劣化等によってＣＲサプレッサ５の抵抗器５ｂの抵抗値が増加する場合があるため、各相の電圧データを取得して、不平衡の有無を判定することによって、抵抗器５ｂの異常を早期に発見することが可能になる。
【００４３】
抵抗器５ｂの異常を早期に発見し、ＣＲサプレッサ５の交換や修理等をあらかじめ実施する等によって、ＣＲサプレッサ５故障による被害の拡大を防止することができ、プラントやラインの運転を継続することができる。
【００４４】
プラント等に問題が生じた場合であっても、ＣＲサプレッサ５の故障を除外することができ、故障原因の特定を早め、運転停止期間を短縮することができる。
【００４５】
以上説明した実施形態によれば、ＣＲサプレッサ用抵抗器の異常を早期に発見して焼損を未然に防止するＣＲサプレッサ用抵抗器不良検出装置を実現することができる。
【００４６】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他のさまざまな形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明およびその等価物の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１  遮断器、２  変圧器、３  負荷設備、４  監視盤、５  ＣＲサプレッサ、５ａ  コンデンサ、５ｂ  抵抗器、１１  遮断器操作回路、４１  遮断器操作指令生成回路、４２  ＣＲサプレッサ用抵抗器不良検出装置、５１  電圧検出器、１１３  遮断回路、４２１  抵抗器異常判定回路
【図１】
2020137245.tif 000003
【図２】
2020137245.tif 000004
【図３】
2020137245.tif 000005