(57)【要約】【課題】  従来技術では遮断電流値と遮断回数，接点の材質に依存した係数を用いた推定式から電極消耗量を保守的に見積もっている。電極消耗量を直接計測し，正確に見積もることで計画的な更新および補修を策定可能にする。【解決手段】  本発明では，アークの発する電磁波を検出できるアンテナを開閉器に設置し，主接点電極の閉極の直前または開極と同時に,主接点電極間に発生するアークの電磁波を計測する。アークの発する電磁波の信号からアークの発生時刻を計測し，アークの発生時刻と主接点電極の投入動作または開極動作の開始を知らせるトリップ信号の出力時刻の時間差から電極消耗量を導出する。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一電極と、
前記第一電極に対して相対移動可能な第二電極と、
開始信号に基づいて前記第二電極を駆動する駆動手段と、
前記第一電極と前記第二電極との間のアークを検出するアーク検出手段と、
前記第一電極と前記第二電極との相対速度と、前記アークの発生を検出した時刻と前記開始信号の時刻の時間差との比に基づいて、前記第一電極と前記第二電極の電極消耗量を演算する演算手段とを備えた開閉装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記アーク検出手段は、アークを電磁波又は光により検出することを特徴とする開閉装置。
【請求項３】
請求項２において、
ＳＦ６ガスが内部に充填されたタンクを備え、
前記第一電極と前記第二電極が、前記タンクの内部に設置されたことを特徴とする開閉装置。
【請求項４】
第一電極と、前記第一電極に対して相対移動可能な第二電極と、開始信号に基づいて前記第二電極を駆動する駆動手段と、前記第一電極と前記第二電極との間のアークを検出するアーク検出手段と、前記第一電極と前記第二電極との相対速度と、前記アークの発生を検出した時刻と前記開始信号の時刻の時間差との比に基づいて、前記第一電極と前記第二電極の電極消耗量を演算する演算手段とを備えた開閉装置の電極交換方法であって、
前記演算手段の出力に基づいて、前記第一電極と前記第二電極の交換時期を予測し、
前記予測に基づいて、前記第一電極と前記第二電極の交換を行うことを特徴とする開閉装置の電極交換方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，電力系統に用いられる開閉装置及びその電極交換方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力を安定供給するために, 電力系統では高い信頼性が求められている。電力系統を構成する開閉器などの電力機器は,電力の安定供給を実現するための中枢であり,開閉器が事故を引き起こした場合には停電事故によるさまざまな損失が生じる。近年では,開閉器の高経年運用が増加しており,開閉器の余寿命を正確に診断することで機器の更新および補修を促進し,経年劣化による事故を未然に防ぐことが重要となっている。
【０００３】
開閉器を構成する部品の中では,開閉器の健全性に与える影響度の高い機能損失のひとつが主接点電極の消耗量である。開閉器は, その組入れられた電力系統の状態より年間当たりの動作回数は数回から数百回という差があり，各種の定格と形式の製品が存在するため，単器あたりの主接点電極消耗量は大きく異なっている。主接点電極の交換に際しては，適当な時期に開閉器内部を目視点検することで主接点電極の交換の必要性の有無を判定していたため，一律的に一定の作業が要求され，保守員の確保や点検に伴う計画停電手続と停止等の無駄な要素が生じていた。近年，絶縁性能の高いSF6ガスをタンク内に充填したガス絶縁開閉装置やガス遮断器の普及に伴い，単器あたりの遮断性能が向上し，据付体積もコンパクト化した反面，SF6ガスの回収や充填作業の追加により点検のための付帯作業時間が長くなる欠点も生じている。従って，その点検周期を減らすことが望ましく，各々の開閉器について，主接点電極の消耗量に伴う主接点電極の交換時期を外部から明確に把握した上で点検作業を実施する必要がある。
【０００４】
特許文献１では，主接点電極の消耗量を目視点検することなく外部から把握することを目的とし，遮断電流値のピークツウピーク iP-P，接点材質によって決まる定数 α， β，アーク時間 t に基づいた電極消耗量の推定式{iP-P/2 ・21/2}β・t(α:接点材質，iP-P:遮断電流値，t:アーク時間)を電流の遮断ごとに算出し，遮断回数の積算値から開閉器の主接点電極の消耗量を計算している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平4-169027号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように,従来技術では遮断電流値と遮断回数，接点の材質に依存した係数を用いた推定式から主接点電極消耗量を見積もっている。推定式にはアークの継続時間や電流の非対称性による誤差が含まれており精度が低い場合がある。
【０００７】
本発明の目的は、精度の高い消耗量の推定を可能にする開閉装置及びその電極交換方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的は、第一電極と、前記第一電極に対して相対移動可能な第二電極と、開始信号に基づいて前記第二電極を駆動する駆動手段と、前記第一電極と前記第二電極との間のアークを検出するアーク検出手段と、前記第一電極と前記第二電極との相対速度と、前記アークの発生を検出した時刻と前記開始信号の時刻の時間差との比に基づいて、前記第一電極と前記第二電極の電極消耗量を演算する演算手段とを備えた開閉装置によって達成される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、精度の高い消耗量の推定を可能にする開閉装置及びその電極交換方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】ガス絶縁開閉装置の構成を示す断面図
【図２】遮断器の構成を示す断面図
【図３】遮断器の投入動作時の様子を示した拡大図
【図４】本実施例における主接点電極消耗量計測の実施形態を示す簡略図
【図５】投入動作時における主回路電流，先行アークが発する電磁波，投入動作開始を知らせるトリップ信号のタイミングを示す図
【図６】電極消耗前と電極消耗後の遮断位置における固定側電極先端から可動側電極先端までの距離の違いを示した図
【図７】主接点電極交換時期の予測方法を示した図
【図８】遮断器の開極動作時の様子を示した拡大図
【図９】開極動作時における主回路電流，アークが発する光，開極動作開始を知らせるトリップ信号のタイミングを示す図
【図１０】電極消耗前と電極消耗後の投入位置における固定側電極先端から可動側電極先端までの距離の違いを示した図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以上にて説明した開閉器の電極消耗量の計測について，ガス絶縁開閉装置およびガス絶縁開閉装置に組み込まれたガス遮断器を参考にし，図面を参照しつつ本実施例を説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は，実施形態に係るガス絶縁開閉装置の構成を示す断面図である。ガス絶縁開閉装置は，遮断器１，断路器２，接地開閉器３，計器用変流器４，計器用変圧器５などにより構成されている。高電圧導体６はアルミニウムや銅などの金属材料で構成された円筒形状の導体であり，円筒状の金属容器の接地タンク７の中に絶縁スペーサ８によって支持・固定されている。絶縁スペーサ８は接地タンク７間に挟みこまれることで，接地タンク７の軸線と直行した状態で接地タンク７内に取り付けられており，高電圧導体６は絶縁スペーサ８の埋め込み導体と接続され，接地タンク７の軸線と高電圧導体６の軸線が一致している。接地タンク７内には，絶縁性能の高いSF6ガスが封入されている。
【００１３】
図２は，実施形態に係る遮断器１の構成を示す断面図である。遮断器１は主接点の内の固定側電極１０と固定側電極１１, 可動側電極カバー１２, ノズル１３で構成される。固定側電極１０および固定側電極１１は操作ロッドを介して油圧操作器やばね操作器へと接続される。図１の遮断器１において，固定側電極１０および固定側電極１１は遮断位置にあり，投入動作には図中の矢印方向へそれぞれ移動する。
【００１４】
図３は，遮断器１の投入動作時の様子を示した図である。図３（a）では固定側電極１０と固定側電極１１が遮断位置にある。固定側電極１０と固定側電極１１の投入動作開始後，図３（b）のように固定側電極１０と固定側電極１１は近づく。固定側電極１０と固定側電極１１が近づくことにより，固定側電極１０と固定側電極１１の間には先行アーク１４が発生する。先行アーク１４は電磁波を発し，固定側電極１０と固定側電極１１の間には電流が流れる。図３（ｃ）は投入動作完了後の様子を示す。このとき，固定側電極１０と固定側電極１１は接続され閉状態となり，先行アーク１４は消滅する。
【００１５】
図４は，主接点電極消耗量計測の実施形態を示す図である。遮断器１は主回路１５に接続され，アークが発する電磁波計測用のアンテナ１６とトリップ回路１７は演算装置１８に接続される。図４(a)は，投入開始前の状態を示しており，トリップ回路は開極状態にある。投入動作が開始すると，図４(b)のようにトリップ回路は閉極する。投入動作開始と同時にトリップ回路１７の端子には電圧が印加される。演算装置１８にてこの電圧を計測する。アークが発する電磁波計測用のアンテナ１６と演算装置１８は図１におけるハンドホール９部に取り付けられている。
【００１６】
図５は，図４の投入動作時における主回路１５に流れる主回路電流の信号１９，アークが発する電磁波計測用のアンテナ１６を用いて計測した先行アーク１４が発する電磁波の信号１９，投入動作開始を知らせるトリップ信号２１のタイミングを示した図である。図６に示すように，投入動作開始時刻aにてトリップ信号２１が出力され，固定側電極１０と固定側電極１１が近づいたときに先行アーク１４が発生し，アークが発する電磁波計測用のアンテナ１６により先行アークが発する電磁波信号２０が出力される。先行アーク発生時刻と同時に主回路１５には主回路電流が流れる。図４の演算装置１８にて，投入動作開始時刻aおよび先行アーク発生時刻bの時間差Tabを計測する。このとき,投入動作開始時刻aがわかればよいので, 投入動作開始時刻aを計測する信号はトリップ信号に限るものではなく補助接点信号でもよい。また,先行アークの発生時刻bにおいても同様であり, 先行アークの発生時刻bを計測する検出器は, アークが発する電磁波計測用のアンテナ１６に限るものではなく,アークの発生時刻bを計測できる検出器であればよい。たとえば,光検出器を用いてもよい。アークが発する電磁波計測用のアンテナ１６と同様に，アークが発する光を計測する検出器も図１のハンドホール９部に取り付けられる。
【００１７】
図６は，電極消耗前と電極消耗後の遮断位置における固定側電極１０の先端から固定側電極１１の先端までの距離の違いを示した図である。図６（a）は電極消耗前の遮断位置，図６（b）は電極消耗後の遮断位置を示す。電極が消耗すると，電極消耗前の遮断位置における固定側電極１０の先端から固定側電極１１の先端までの距離Ｌ１に比べて電極消耗後の遮断位置における固定側電極１０の先端から固定側電極１１の先端までの距離Ｌ２は長くなる。Ｌ１とＬ２の差が電極消耗量ΔＬ１２となる。この電極消耗量ΔＬ１２は，投入動作時における固定側電極１０と固定側電極１１の移動速度から求めた相対速度Ｖ１と，投入動作開始時刻aおよび先行アーク発生時刻bの時間差Tabの比から求めることができる。あらかじめ，演算装置１８にはＬ１とＶ１を記憶させておき，投入動作開始時刻aおよび先行アーク発生時刻bの時間差Tabの計測後，Ｖ１とTabからＬ２を導出する。ΔL12は式（１）を用いて以下のように計算できる。
ΔL12 = L2 - L1
= Tab×V1 - L1                     (1)
【００１８】
図７に主接点電極交換時期の予測方法を示す。図７の横軸は日付，縦軸は電極消耗量である。図７に示すように，演算装置１８に記憶された電極消耗量ΔＬ12より，電極消耗量が閾値となる時期を直線近似してに求めることで電極消耗量の交換時期を予測する。
【実施例２】
【００１９】
図８は，遮断器１の開極動作時の様子を示した図である。図８（a）では固定側電極１０と固定側電極１１は接続され投入位置にある。開極動作開始後，固定側電極１０と固定側電極１１は図３（a）の矢印方向に移動する。この際，固定側電極１０と固定側電極１１の間にはアーク１３が発生する。アーク１３は光を発しし,このとき,主回路にはアーク１３よって主回路電流が流れている。図８（ｃ）は開極動作完了後の様子を示す。固定側電極１０と固定側電極１１は遮断位置にあり，固定側電極１０と固定側電極１１の距離も十分に長いことからアーク１３は消滅し,主回路電流もゼロとなる。
【００２０】
図９は，開極動作時における主回路１５に流れる主回路電流の信号１９，アークが発する光を計測する検出器２３を用いて計測したアーク光の信号２４，開極動作開始を知らせるトリップ信号２１のタイミングを示した図である。図９に示すように，開極動作開始時刻cにてトリップ信号２１が出力され，固定側電極１０と固定側電極１１が開極したと同時にアーク１３が発生する。アークが点いている間は主回路１５には主回路電流が流れるが,アーク消滅時刻eの直後では主回路電流はゼロとなる。図４の演算装置１８にて，開極動作開始時刻cおよびアーク発生時刻dの時間差Tcdを計測する。
【００２１】
図１０は，電極消耗前と電極消耗後の投入位置における固定側電極１０と固定側電極１１の距離の違いを示した図である。図１０（a）は電極消耗前の投入位置，図１０（b）は電極消耗後の投入位置を示す。電極が消耗すると，電極消耗前の投入位置における固定側電極１０の先端から固定側電極１１の先端までの距離Ｌ３に比べて電極消耗後の投入位置における固定側電極１０の先端から固定側電極１１の先端までの距離Ｌ４は短くなる。Ｌ３とＬ４の差が電極消耗量ΔＬ３４となる。この電極消耗量ΔＬ３４は，開極動作時における固定側電極１０と固定側電極１１の移動速度から求めた相対速度Ｖ3と，開極動作開始時刻cおよびアーク発生時刻dの時間差Tcdの比から求めることができる。あらかじめ，演算装置にはＬ３とＶ3を記憶させておき，開極動作開始時刻ｃおよびアーク発生時刻ｄの時間差Tcdの計測後，Ｖ３とTcdからＬ４を導出する。ΔL34は式（２）を用いて以下のように計算できる。
ΔL34 = -(L4 - L3)
= -(Tcd×V3 - L3)                     (2)
【００２２】
実施例によれば、主接点電極の消耗量をアークの発生時刻と主接点電極の動作開始時刻に基づき導出するため，主接点の電極消耗量を正確に外部から把握し,開閉器の内部を目視点検することなく主接点電極の交換時期や開閉器の余寿命を予測し, 計画的な更新および補修を策定可能にする。SF6ガスをタンク内に充填したガス絶縁開閉装置やガス遮断器においては，SF6ガスの回収や充填作業が不要となるため，点検のための付帯作業時間を短縮できる。
【符号の説明】
【００２３】
１．遮断器，
２．断路器，
３．接地開閉器，
４．計器用変流器，
５．計器用変圧器，
６．高電圧導体，
７．接地タンク，
８．絶縁スペーサ，
９．ハンドホール，
１０．固定側電極,
１１．可動側電極,
１２．可動側電極カバー，
１３．ノズル，
１４．先行アーク，
１５．主回路，
１６．アークが発する電磁波計測用のアンテナ，
１７．トリップ回路，
１８．演算装置，
１９．主回路電流の信号，
２０．先行アークが発する電磁波信号，
２１．トリップ信号，
２２．アーク,
２３．アークが発する光を計測する検出器,
２４．アーク光の信号,
a．投入動作開始時刻，
b．先行アーク発生時刻，
Ｌ１．電極消耗前の遮断位置における固定側電極の先端から可動側電極の先端までの距離，
Ｌ２．電極消耗後の遮断位置における固定側電極の先端から可動側電極の先端までの距離，
ΔＬ１２．電極消耗量,
Ｖ１．投入動作時における主接点電極の相対的な移動速度， 
c．開極動作開始時刻，
d．アーク発生時刻，
e．アーク消滅時刻, 
Ｌ３．電極消耗前の投入位置における固定側電極の先端から可動側電極の先端までの距離，
Ｌ４．電極消耗後の投入位置における固定側電極の先端から可動側電極の先端までの距離，
ΔＬ３４．電極消耗量,
Ｖ３．開極動作時における主接点電極の相対的な移動速度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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