(57)【要約】【課題】投入コイルの経年劣化状態を把握して、適切にメンテナンスすることを可能にする遮断器投入不良検出装置を提供する。【解決手段】実施形態に係る遮断器投入不良検出装置は、回路中に挿入された遮断器を投入する遮断器投入コイルに流れる電流の波形を取り込んで記録する電流記録回路と、前記電流記録回路に記録された前記電流の波形をあらかじめ設定された基準電流波形と比較するコイル電流比較部と、前記電流の波形が前記基準電流波形と相違する場合に、前記遮断器投入コイルに電源を供給する投入コイル電源開閉器を開放する開放信号を生成する開放信号生成部と、を備える。【選択図】図１
2019029263.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路中に挿入された遮断器を投入する遮断器投入コイルに流れる電流の波形を取り込んで記録する電流波形記録部と、
前記電流波形記録部に記録された前記電流の波形をあらかじめ設定された基準電流波形と比較する電流波形比較部と、
前記電流の波形が前記基準電流波形と不一致の場合に、前記遮断器投入コイルに電源を供給する投入コイル電源開閉器を開放する投入コイル電流遮断信号を生成する遮断指令生成部と、
を備えた遮断器投入不良検出装置。
【請求項２】
前記基準電流波形は、前記遮断器をプラントに設置し、設備調整した後に測定された前記遮断器投入コイルに流れる電流波形にもとづいて設定された請求項１記載の遮断器投入不良検出装置。
【請求項３】
前記基準電流波形は、前記遮断器の設備調整を行うたびに設定される請求項２記載の遮断器投入不良検出装置。
【請求項４】
前記遮断器の投入開始から投入完了までの時間を計測し、前記時間をあらかじめ設定された基準時間と比較する投入完了時間計測部をさらに備え、
前記時間があらかじめ設定された基準時間と相違する場合には、前記投入コイル電流遮断信号を生成する投入時間検出部をさらに備えた請求項１〜３のいずれか１つに記載の遮断器投入不良検出装置。
【請求項５】
前記投入コイル電流遮断信号が生成された場合には、アラーム信号が生成される請求項４記載の遮断器投入不良検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、遮断器の投入不良を検出する遮断器投入不良検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電流の異常等から電気回路を保護するために遮断器が用いられる。たとえば、製鋼用アーク炉の主回路を保護するための遮断器を含む保護装置が知られている（特許文献１等参照）。通常、このような保護装置は、主回路に過剰な電流が流れたことを検出して遮断器を開放させて主回路を保護する。
【０００３】
特許文献１の保護装置では、遮断器を投入するための投入コイルに流れる電流に異常が生じたことを検出して、投入コイルの焼損を防止する。投入コイルに流れる電流に異常が生じたことを検出することによって、投入コイルの焼損に至る前に遮断器のメンテナンスを行うことができるので、保護対象の設備の停止期間を短縮することができる。
【０００４】
投入コイルの異常電流を基準電流値と比較する特許文献１の方法の場合には、投入コイルに流れる電流は、基準値からどれくらい異なっているか、どれくらいの時間継続しているか等の情報を得ることができない。そのため、投入コイルの経年劣化状態の把握が困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１１４９０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
投入コイルの経年劣化状態を把握して、適切にメンテナンスすることを可能にする遮断器投入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】
実施形態に係る遮断器投入不良検出装置は、回路中に挿入された遮断器を投入する遮断器投入コイルに流れる電流の波形を取り込んで記録する電流波形記録部と、前記電流波形記録部に記録された前記電流の波形をあらかじめ設定された基準電流波形と比較する電流波形比較部と、前記電流の波形が前記基準電流波形と不一致の場合に、前記遮断器投入コイルに電源を供給する投入コイル電源開閉器を開放する投入コイル電流遮断信号を生成する遮断指令生成部と、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本実施形態では、遮断器投入不良検出装置は、電流波形記録回路と、電流波形比較回路と、を備えているので、投入コイルに流れる電流の波形が、どのように基準電流波形と異なるかの情報を得ることができる。そのため、投入コイルの劣化の状況に応じて、メンテナンスを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】遮断器を含むアーク炉のシステムを例示するブロック図である。
【図２】実施形態に係る遮断器投入不良検出装置を例示するブロック図である。
【図３】投入コイルに流れる電流の波形の例である。
【図４】実施形態の遮断器投入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。
【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、遮断器を含むアーク炉のシステムを例示するブロック図である。
図２は、実施形態に係る遮断器投入不良検出装置を例示するブロック図である。
図１には、製鋼用アーク炉と、これに電源を供給し、あるいは電源の供給を遮断する構成が、模式的に示されている。図２には、図１に概略示された遮断器投入不良検出装置の詳細な構成が示されている。
【００１２】
図１に示すように、製鋼用アーク炉３は、遮断器１および変圧器２を介して、電源１０１に接続される。製鋼用アーク炉３は、電極３１と、炉体３２と、を含む。炉体３２にはスクラップ３３が装入されている。電極３１とスクラップ３３とは、適切な距離に制御され、電極３１に電源が供給された後、電極３１は、スクラップ３３との間でアーク放電を発生する。発生したアーク放電の熱によってスクラップ３３は溶解され、溶解されたスクラップ３３はその後の工程に送られる。電源１０１は、たとえば交流電源である。電源１０１が交流電源の場合には、図１の構成のものが三相分設けられ、ＡＣアーク炉を構成する。
【００１３】
遮断器１は、製鋼用アーク炉３に供給される電流が過大な場合に電源１０１からの電源供給線を開放して、製鋼用アーク炉３への電源の供給を遮断する。遮断器１の操作は、監視盤４を介して送出された操作指令によって、コントロールされる。
【００１４】
遮断器１は、遮断器操作回路１１と、遮断器本体１２とを含む。遮断器本体１２は、電源１０１と製鋼用アーク炉３との間に接続されている。遮断器本体１２は、電気的接点を有し、遮断器操作回路１１により、回路を閉じ、あるいは回路を開放する。
【００１５】
遮断器操作回路１１は、監視盤４からの指令にもとづいて動作する。遮断器操作回路１１は、監視盤４からの指令によって、遮断器本体１２を駆動する。
【００１６】
監視盤４は、遮断器操作指令回路４１と、遮断器操作／トリップ指令回路４２と、遮断器投入不良検出装置４３と、を含む。
【００１７】
遮断器操作指令回路４１は、たとえばオペレータが手動で遮断器１を操作する場合のマンマシンインターフェースを提供する。遮断器操作指令回路４１は、オペレータが投入用押しボタンスイッチ等を押下した場合に、操作指令信号を生成する。遮断器操作指令回路４１は、オペレータがトリップ用押しボタンスイッチ等を押下した場合に、トリップ指令信号を生成する。トリップ指令信号は、遮断器１に回路を開放させるための信号である。
【００１８】
遮断器操作／トリップ指令回路４２は、遮断器１に対して、主回路を開閉するための指令、即ち、遮断器１を開放または投入するための指令を出力する。
【００１９】
遮断器投入不良検出装置４３は、遮断器操作回路１１から遮断器投入コイルに流れる電流の波形を取得する。遮断器投入不良検出装置４３は、取得された遮断器投入コイルに流れる電流波形にもとづいて、遮断信号を生成し、遮断器投入コイルへの電源供給を遮断し、遮断器１の動作を停止する。
【００２０】
図２に示すように、遮断器操作回路１１は、投入コイル電源開閉器１１１と、遮断器投入コイル電流検出回路１１２と、遮断器投入コイル１１３と、を含む。投入コイル電源開閉器１１１は、遮断器投入コイル１１３と直列に接続されている。投入コイル電源開閉器１１１が閉じることによって、遮断器投入コイル１１３に電流が供給される。投入コイル電源開閉器１１１が開くことによって、遮断器投入コイル１１３の電流が遮断される。
【００２１】
投入コイル電源開閉器１１１は、遮断器投入不良検出装置４３からの投入コイル電流遮断信号１２１が供給された場合に回路を開放する。投入コイル電源が遮断されることによって、遮断器投入コイル１１３への電流の供給が停止し、したがって、遮断器本体１２の投入動作も停止される。
【００２２】
遮断器投入コイル電流検出回路１１２は、遮断器投入コイル１１３に流れる遮断器投入コイル電流値１２２を検出する。検出された遮断器投入コイル電流値１２２は、遮断器投入不良検出装置４３に供給される。
【００２３】
遮断器投入不良検出装置４３は、遮断指令回路４３１と、電流波形記録回路４３２と、波形比較回路４３３と、を備える。
【００２４】
遮断指令回路４３１は、波形比較回路４３３の出力に接続されている。後述するように、波形比較回路４３３は、遮断器投入コイル電流検出回路１１２によって検出された遮断器投入コイル電流値１２２にもとづく電流波形が基準電流波形と不一致の場合に、投入コイル電流遮断内部信号ＳＤを出力する。投入コイル電流遮断内部信号ＳＤを受信した遮断指令回路４３１は、投入コイル電源遮断指令信号１２１を投入コイル電源開閉器１１１に供給する。
【００２５】
電流波形記録回路４３２には、遮断器投入コイル電流検出回路１１２によって検出された遮断器投入コイル１１３に流れる電流の波形を記録する。電流波形記録回路４３２は、遮断器操作指令信号ＯＣが入力されたときに、遮断器投入コイル電流値１２２のデータ取得を開始する。電流波形記録回路４３２は、たとえば、定周期で遮断器投入コイル電流値１２２を取得する。電流波形記録回路４３２は、たとえば、入力されたアナログ値である遮断器投入コイル電流値１２２をディジタル値に変換して、取得時間のデータとともに記録する。
【００２６】
波形比較回路４３３は、電流波形記録回路４３２から格納されている電流波形のデータを読み出す。波形比較回路４３３は、基準電流波形記録回路４３４にあらかじめ格納されている基準電流波形を読み出す。波形比較回路４３３は、取得した電流波形と、基準電流波形とを比較して、波形が不一致である場合には、投入コイル電流遮断内部信号ＳＤを出力する。出力された投入コイル電流遮断内部信号ＳＤは、投入コイル電源開閉器１１１に供給され、投入コイル電源開閉器１１１は、回路を開く。
【００２７】
基準電流波形記録回路４３４にあらかじめ記録される基準電流波形は、遮断器１が実装される製鋼用アーク炉３をプラント等に設置し、調整等を行う際に取得する電流の波形を用いることができる。その後の製鋼用アーク炉３の調整等のたびに電流波形を基準電流波形として記録するようにしてもよい。
【００２８】
遮断器投入不良検出装置４３は、遮断投入状態検出回路４３５と、投入完了時間測定回路４３６と、をさらに備える。遮断投入状態検出回路４３５は、遮断器操作回路１１の状態表示回路１１４の出力に接続されている。遮断投入状態検出回路４３５は、状態表示回路１１４から供給される遮断器状態信号１２３を入力する。遮断投入状態検出回路４３５は、遮断器操作指令信号ＯＣの入力によって、遮断器状態信号１２３の記録を開始する。
【００２９】
遮断投入状態検出回路４３５は、遮断器状態信号１２３によって、遮断器１が投入されたか否かの状態を検出する。遮断投入状態検出回路４３５は、遮断器状態信号１２３が入力されている期間では、アクティブとなる信号を出力する。
【００３０】
投入完了時間測定回路４３６は、遮断投入状態検出回路４３５の出力に接続されている。投入完了時間測定回路４３６は、入力される遮断器１の投入状態の信号がアクティブである投入状態時間を計測する。投入完了時間測定回路４３６は、あらかじめ完了時間記録回路４３７に格納されている完了時間基準値を読み出して、投入状態時間と比較する。投入完了時間測定回路４３６は、投入状態時間が完了時間基準値以上の場合には、投入コイル電流遮断内部信号ＳＤを生成する。投入コイル電流遮断内部信号ＳＤは、遮断指令回路４３１を介して、投入コイル電源開閉器１１１に供給される。
【００３１】
図３は、投入コイルに流れる電流の波形の例である。
図３に示すように、時刻ｔ０において、遮断器操作指令回路４１によって遮断器操作指令信号ＯＣが遮断器操作回路１１に供給される。遮断器投入コイル１１３には、時刻ｔ１において電流Ｉが流れ始める。
【００３２】
遮断器投入コイル１１３に流れる電流Ｉは、時刻ｔ２においてピーク値Ｉｐとなり、遮断器本体１２の投入が完了し、その後一旦電流Ｉが低下する。その後遮断器投入コイル１１３のインダクタンス値にしたがい、電流Ｉが流れ続ける。時刻ｔ３において遮断器操作指令信号ＯＣが停止することにともない、電流Ｉは遮断される。
【００３３】
遮断器投入コイル１１３の電流波形と基準電流波形との不一致の判定基準は、波形比較回路４３３で生成される。この判定基準は、たとえば、基準電流波形に対する許容範囲によって設定される。たとえばこの許容範囲は、基準電流波形に対して±２０％以内のように設定される。
【００３４】
許容範囲は、適切な範囲で任意に設定されることができる。たとえば、電流のピーク値Ｉｐが発生する時刻ｔ２の前後の期間（この期間はあらかじめ設定される）において、電流値の許容範囲が設定されてもよい。あるいは、ピーク値Ｉｐの発生後に低下する電流値のピーク値Ｉｐの割り合いを所定値として設定してもよい。
【００３５】
その他、両方の電流波形にもとづいて、双方の電流の平均値あるいは実効値を計算し、比較してもよいし、電流の傾斜（時間変化）を比較するようにしてもよい。さらに、これら複数の項目を比較してもよい。
【００３６】
これら設定された許容範囲において不一致と判定され異常ありとされた場合には、投入コイル電源遮断指令信号１２１が生成され、投入コイル電源開閉器１１１が回路を開く。
【００３７】
本実施形態の遮断器投入不良検出装置４３の動作について、フローチャートを参照して説明する。
図４は、本実施形態の遮断器投入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４の示すように、ステップＳ１において、遮断器操作指令回路４１は、遮断器操作指令信号ＯＣを遮断器操作／トリップ指令回路４２を介して遮断器操作回路１１に送出する。遮断器操作指令信号ＯＣは、遮断器投入不良検出装置４３にも供給される。
【００３８】
ステップＳ２において、電流波形記録回路４３２は、電流波形を取り込む。電流波形の取り込みは、遮断器操作指令回路４１から受信された遮断器操作指令信号ＯＣによって開始される。
【００３９】
ステップＳ３において、波形比較回路４３３は、電流波形記録回路４３２および基準電流波形記録回路４３４から、それぞれ遮断器投入コイル電流の電流波形および基準電流波形を読み出して、これらを比較する。
【００４０】
なお、準備ステップＰａにおいて、基準電流波形記録回路４３４には、プラント導入時等の調整後の電流を基準電流波形（基準データ）として記録する。
【００４１】
波形比較回路４３３は、遮断器投入コイル電流の電流波形が、基準電流波形と相違する場合には、投入コイル電流遮断内部信号ＳＤを遮断指令回路４３１に供給する。
【００４２】
ステップＳ５において、遮断指令回路４３１は、投入コイル電流遮断信号１２１を遮断器１に供給する。投入コイル電源はトリップされる。
【００４３】
ステップＳ６において、遮断指令回路４３１は、投入コイル電流遮断信号１２１を図示しないアラーム発報回路に供給し、アラーム発報回路は、遮断器投入コイル１１３に異常が生じたことを発報する。
【００４４】
ステップＳ３で、遮断器投入コイル電流の電流波形が基準電流波形と一致する場合には、処理はステップＳ４に遷移される。
【００４５】
遮断器操作指令信号ＯＣは、遮断投入状態検出回路４３５を起動して状態表示回路１１４から、遮断器１の状態の取得を開始する。ステップＳ４において、投入完了時間測定回路４３６は、遮断投入状態検出回路４３５および完了時間記録回路４３７からそれぞれデータを読み出して、これらを比較する。
【００４６】
なお、準備ステップＰｂにおいて、投入完了時間測定回路４３６には、プラント導入時等に遮断器投入完了時間を設定して記録する。
【００４７】
投入完了時間測定回路４３６は、遮断器１が投入完了時間を超えて投入が完了してない場合には、処理はステップＳ５に遷移され、異常処理が行われる。
【００４８】
投入完了時間測定回路４３６は、遮断器１が投入完了時間内に投入完了した場合には、処理を終了する。
【００４９】
このようにして、本実施形態の遮断器投入不良検出装置４３は、遮断器投入コイル１１３に流れる電流が異常である場合には、投入コイル電源開閉器１１１を開放して、遮断器投入コイル１１３の電流を遮断することができる。
【００５０】
遮断器投入不良検出装置４３は、たとえばプログラマブルコントローラ（ＰＬＣ）によって実現される。ＰＬＣの場合には上述した各構成要素や回路は、その一部または全部について、ＰＬＣのプログラムのステップによって実現される。
【００５１】
本実施形態の遮断器投入不良検出装置４３の効果について説明する。
本実施形態の遮断器投入不良検出装置４３は、電流波形記録回路４３２と、波形比較回路４３３と、を備えているので、遮断器投入コイル１１３に流れる電流波形を、あらかじめ設定された基準電流波形と比較して、一致するか不一致であるかを判定することができる。
【００５２】
たとえば、遮断器投入コイル１１３に流れる電流波形の良否の判定基準として、不具合の発生する場合の電流波形形状にもとづいて設定することによって、システムの停止時に迅速に不具合の内容を認識することができる。
【００５３】
遮断器投入コイル１１３に流れる電流の波形は、遮断器投入コイル１１３に劣化を生じ始めた場合に、初期の電流波形と顕著な相違を生ずることがある。たとえば、遮断器投入コイル１１３の劣化を生じ始めたときには、ピーク値Ｉｐ（図３）の値と、ピーク値の後に電流値が低下する度合いに有意な差が生じる場合がある。あるいは、電流の傾斜（時間変化）に顕著な差が出る場合がある。その他、設置されたプラントに応じて、故障の予兆を知るために、故障発生前の電流波形の変化をあらかじめデータ収集等することによって、適切な基準電流波形からの許容範囲や逸脱範囲の基準を設定することができる。
【００５４】
このように、基準電流波形に対する一致、不一致の基準を適切に設定することによって、遮断器投入コイル１１３の劣化状況を知ることができる。投入コイルの劣化状況を把握することによって、装置のメンテナンスを適切に行うことができ、稼働時の事故によって設備停止する期間を短縮することができる。
【００５５】
以上説明したような遮断器投入不良検出装置４３を、ＡＣアーク炉の遮断器に用いた場合には、遮断器投入コイル１１３の異常により、過大な電流が流れて焼損して不具合が広い範囲に波及することを防止することができる。そして、実際の不具合発生前の段階で、対応をとることができるので、プラントの停止期間を短縮し、システム稼働率を向上させることができる。
【００５６】
本実施形態の遮断器投入不良検出装置４３は、投入完了時間測定回路４３６をさらに備えるので、電流波形記録回路４３２に記録された電流波形がノイズ等により正確に取得できなかったような場合であっても、投入時間が設定値を超過することを検出することができる。したがって、より安全に遮断器の動作保護を行うことができる。
【００５７】
上述では、製鋼用アーク炉の電源供給用の遮断器の遮断器投入不良検出装置について説明をしたが、遮断器投入不良検出装置は、製鋼用アーク炉用の遮断器に用いられることに限られない。他のプラント用設備の遮断器の投入コイルの不良判定装置とすることができる。
【００５８】
以上説明した実施形態によれば、入コイルの経年劣化状態を把握して、適切にメンテナンスすることを可能にする遮断器投入不良検出装置を実現することができる。
【００５９】
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】
【００６０】
１  遮断器、２  変圧器、３  製鋼用アーク炉、１１  遮断器操作回路、１２  遮断器本体、３１  電極、３２  炉体、３３  スクラップ、４１  遮断器操作指令回路、４２  遮断器操作／トリップ指令回路、４３  遮断器投入不良検出装置、１１１  投入コイル電源開閉器、１１２  遮断器投入コイル電流検出回路、１１３  遮断器投入コイル、１１４  状態表示回路、１２１  遮断器投入コイル電源遮断指令信号、１２２  遮断器投入コイル電流値、１２３  遮断器状態信号、４３１  遮断指令回路、４３２  電流波形記録回路、４３３  波形比較回路、４３４  基準電流波形記録回路、４３５  遮断投入状態検出回路、４３６  投入完了時間測定回路、４３７  完了時間記録回路
【図１】
2019029263.tif 000003
【図２】
2019029263.tif 000004
【図３】
2019029263.tif 000005
【図４】
2019029263.tif 000006