(57)【要約】【課題】電気的絶縁への配慮を最小限に抑えて構成の簡略化を図ると共に、変圧器運転中に切換開閉器の切換動作状態を監視可能として、切換開閉器の故障箇所および故障原因による異常兆候を的確に検出することができる優れた負荷時タップ切換器を提供する。【解決手段】限流抵抗器４は絶縁流体で満たされた容器５に収納されている。この容器５部には絶縁流体を流入させる絶縁管６ａと、絶縁流体を流出させる絶縁管６ｂが設けられている。絶縁管６ａ、６ｂには、容器５に流入する絶縁流体および容器５から流出する絶縁流体の温度差を検出する温度センサ７が設置されており、温度センサ７には、温度センサ７の検出結果に基づいて限流抵抗器４の発熱量を割り出し切換開閉器３の異常状態を判定する診断処理部９が設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タップ巻線のタップを選択するタップ選択器と、限流抵抗器を有する切換開閉器からなる負荷時タップ切換器において、
前記限流抵抗器を絶縁流体で満たされた容器に収納し、
前記容器に一定流量の絶縁流体を流すように構成し、
前記容器に流入する前記絶縁流体および前記容器から流出する前記絶縁流体の温度差を検出する温度センサを設置し、
前記温度センサの検出結果に基づいて前記切換開閉器の異常状態を判定する診断処理部を設けたことを特徴とする負荷時タップ切換器。
【請求項２】
前記診断処理部は、前記温度センサの検出結果に基づいて限流抵抗器の発熱量を算出すると共に、前記限流抵抗器における正常な発熱量の範囲を予め設定しておき、算出した限流抵抗器の発熱量と、設定された正常な発熱量の範囲とを比較して、切換開閉器の異常を診断するように構成したことを特徴とする請求項１記載の負荷時タップ切換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変圧器運転中に切換開閉器の動作異常を判定することが可能な負荷時タップ切換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、送配電系統には電圧を調整し安定化させるために、変圧器の負荷時タップ切換器が用いられている。負荷時タップ切換器は、タップ巻線のタップを選択するタップ選択器と、限流抵抗器を有する切換開閉器とから構成されており、ガス絶縁されたタンクに収納されている。ここで図２、図３を参照して、負荷時タップ切換器の従来例について具体的に説明する。
【０００３】
図２に示すように、負荷時タップ切換器は、変圧器タンク１４の中に納められており、変圧器タンク１４の外部に配置された電動操作機構１によって切換動作を行うようになっている。負荷時タップ切換器は、変圧器のタップ巻線と接続されるタップ選択器２と、限流抵抗器４を有する切換開閉器３とからなる。このうち、切換開閉器３は、変圧器運転中に接点を開閉しながら回路を切り換えるための機器であって、切換開閉器室１５内に配置されている。
【０００４】
図３は従来の切換開閉器３における切換回路および動作図を示している。図３に示す符号のうち、１０はタップ巻線であって、このタップ巻線１０より複数のタップ…Ｎ−１，Ｎ，Ｎ＋１…が引き出されている。各タップ…Ｎ−１，Ｎ，Ｎ＋１…はタップ選択器２を介して切換開閉器３の主接点１２および抵抗接点１３に接続されている。また、抵抗接点１３側に限流抵抗器４が設けられている。
【０００５】
このような切換開閉器３の切換回路は次のように動作する。まず、図３のＡでは、タップＮでの運転状態を表している。図３のＢでは、タップ選択器２が次のタップＮ＋１を選択した状態を示している。続いて、図３のＣでは、抵抗接点１３が閉極する。この時、限流抵抗器４を介してタップ間が橋絡し、限流抵抗器４には循環電流ＩＣが流れる。
【０００６】
次に、図３のＤでは、主接点１２が開極する。この時、限流抵抗器４を介した抵抗接点１３側の回路のみとなるので、限流抵抗器４には負荷電流ＩＬが流れる。図３のＥでは、切換スイッチ１１がタップＮからタップＮ＋１に移動する（回路を次のタップにする）。最後に図３のＦにおいて、主接点１２を閉極する。この時、抵抗接点１３側の回路の限流抵抗器４の抵抗値が、主接点１２側の通電抵抗値に比べて十分大きい。そのため、負荷電流ＩＬは主接点１２側の回路を流れることになり、限流抵抗器４側には流れることはない。
【０００７】
以上の切換動作は通常、数十ｍｓという短い時間で行われている。したがって、限流抵抗器４に循環電流ＩＣ、負荷電流ＩＬが通電されたとしても、限流抵抗器４への通電時間は非常に短く、その温度上昇は正規の値の範囲内に制限されることになる。しかしながら、切換動作が緩慢となった場合や途中停止の場合、限流抵抗器４への通電時間は長くなる。その結果、限流抵抗器４の温度上昇は正規の値を超えることになり、限流抵抗器４にて異常過熱が起きるおそれがある。
【０００８】
また、限流抵抗器４の抵抗値自体が何らかの異常で変化した場合、限流抵抗器４の発熱量が変化する。抵抗値の変化は主接点１２および抵抗接点１３の開閉責務にかかわる。つまり、抵抗値の変化が異常遮断を招く可能性があり、故障の原因となっていた。そこで、限流抵抗器４のみを液体冷媒で満たした密閉容器に収納した負荷時タップ切換器（特許文献１参照）や、限流抵抗器４の温度を測定することにより故障を事前に察知する異常検出装置を備えた負荷時タップ切換器が提案されている（特許文献２参照）。
【０００９】
特許文献２記載の従来技術では、図２に示した負荷時タップ切換器において、限流抵抗器４の温度を直接検出する温度検出器１６を設置したことに特徴がある。すなわち、限流抵抗器４には温度検出器１６が取り付けられており、この温度検出器１６は温度−光変換器１８に接続されている。また、温度−光変換器１８は電源回路１７に接続されている。なお、電源回路１７は、負荷時タップ切換器の電流を検出する変流器の出力から電圧を得るようになっている。
【００１０】
このような特許文献２記載の従来技術によれば、温度検出器１６から出力された限流抵抗器４の温度信号を、温度−光変換器１８によって光信号に変換し、切換開閉器室１５の外部へと引き出し、これを監視することにより限流抵抗器４の故障を事前に察知することが可能となる。
【特許文献１】特開平３−１１２１１２号公報
【特許文献２】特開平１−２４３８１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記特許文献２の従来技術では、温度検出器１６が限流抵抗器４の温度を直接検出するので、温度検出器１６に対して電気的絶縁を考慮する必要があり、温度検出器１６を含めた全体の構成が大型化することになった。また、限流抵抗器４は通常、切換開閉器３と共に切換開閉器室１５内に収納されているため、他部位通電経路の発熱影響を受け易い場所に設置されている。したがって、温度検出器１６から検出される信号では、異常箇所や原因の推定が困難であるといった問題が指摘されていた。
【００１２】
本発明は、以上の問題点を解消するために提案されたものであり、その目的は、限流抵抗器を絶縁流体で満たした容器に収納し、この容器に流出入する絶縁流体の温度差に基づいて限流抵抗器の発熱量を正確に検出することにより、電気的絶縁への配慮を最小限に抑えて構成の簡略化を図ると共に、変圧器運転中に切換開閉器の切換動作状態を監視可能として、切換開閉器の故障箇所および故障原因による異常兆候を的確に検出することができる優れた負荷時タップ切換器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、上記の目的を達成するために、タップ巻線のタップを選択するタップ選択器と、限流抵抗器を有する切換開閉器からなる負荷時タップ切換器において、前記限流抵抗器を絶縁流体で満たされた容器に収納し、前記容器に一定流量の絶縁流体を流すように構成し、前記容器に流入する前記絶縁流体および前記容器から流出する前記絶縁流体の温度差を検出する温度センサを設置し、前記温度センサの検出結果に基づいて前記切換開閉器の異常状態を判定する診断処理部を設けたことを特徴としている。
【００１４】
本発明では、限流抵抗器を収納した容器に対し流入および流出する絶縁流体の温度差を温度センサにより検出し、この温度差に基づき、下記に示す数式１から限流抵抗器の発熱量を算出して、判定処理部が切換開閉器の異常状態を判定する。すなわち、抵抗値Ｒ（Ω）の限流抵抗器に電流Ｉ（Ａ）が流れたとき、発熱量Ｗ（Ｗ）は周知の通り、I2Ｒとなる。これを流量の流体Ｑ（m3/s）で冷却した場合、限流抵抗器から奪った熱により上昇する温度上昇ΔＴ（Ｋ）は以下のようになる。
【００１５】
［数１］
ΔＴ＝（I2Ｒ×Ｒ）/（Ｃｐ×ρ×Ｑ）
ここで、Ｃｐは出入口平均温度における絶縁流体の比熱（Ｊ/ｋｇＫ）であり、ρは出入口平均温度における絶縁流体の密度（kg/m3）である。
【００１６】
すなわち、容器に流入する絶縁流体の流量Ｑと、容器に流入および流出する絶縁流体の温度差ΔＴが与えられれば、この数式１より、限流抵抗器の発熱量を算出することができる。そして、正常時の限流抵抗器の発熱量をベースにしてタップ切換ごとに生じる限流抵抗器の発熱量を比較し、異常の有無を診断することができる。さらに、診断結果から切換開閉器の状態を継続的に監視可能であり、異常の兆候を迅速且つ正確に察知することができる。
【００１７】
また、切換動作時には絶縁流体の流れが生じるので、熱伝達が促進され限流抵抗器の温度上昇も抑制することができ、コンパクトな限流抵抗器を選定することができる。しかも、切換時の発熱体である限流抵抗器および常時通電による発熱体を区分けするので、異常箇所や原因の推定が容易であり、異常兆候検出の精度が高くなり、信頼性が向上する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の負荷時タップ切換器によれば、変圧器を停止することなく運転中に切換開閉器の状態を監視可能であり、コンパクト化を実現しつつ、切換開閉器の故障箇所および故障原因による異常兆候を的確に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明に係る代表的な実施形態について、図１を参照して具体的に説明する。図１は、本発明に係る実施形態の構成図であり、図２に示した従来技術と同一部分に関しては同一符号を付して説明は省略する。
【００２０】
（構成）
図１に示すように、限流抵抗器４は絶縁流体で満たされた容器５に収納されている。この容器５の上部には絶縁流体を流入させるための絶縁管６ａが、容器５の下部には絶縁流体を流出させるための絶縁管６ｂが設けられている。これら絶縁管６ａ、６ｂの端部にはポンプ８が設置されており、容器５に対して常に一定流量の絶縁流体を流すように構成されている。
【００２１】
さらに、絶縁管６ａ、６ｂには、容器５に流入する絶縁流体および容器５から流出する絶縁流体の温度差を検出する温度センサ７が設置されている。温度センサ７には、温度センサ７の検出結果に基づいて限流抵抗器４の発熱量を割り出し切換開閉器３の異常状態を判定する診断処理部９が設けられている。診断処理部９は判定結果を変圧器タンク１４の外部へと引き出し、これを監視して切換開閉器３の異常状態を診断するように構成されている。
【００２２】
診断処理部９には、タップ番号、負荷率等から限流抵抗器４における正常な発熱量の範囲が予め設定されており、温度センサ７の検出結果に基づいて算出した実際の限流抵抗器４の発熱量がその範囲内に収まらない場合や、切換動作後にも発熱が続く場合に、切換開閉器３が異常であると診断するように構成されている。
【００２３】
（作用）
以上の構成を有する本実施形態の作用は次の通りである。すなわち、切換信号は電動操作機構１を介して絶縁流体を流す指令としてポンプ８に入る。この指令を受けてポンプ８が動作し、絶縁流体は絶縁管６ａを通り、容器５に入って限流抵抗器４を冷却して、絶縁管６ｂから流出する。このときの温度差ΔＴを温度センサ７で検出する。そして、検出した温度差ΔＴと、容器５に流入する絶縁流体の流量Ｑを求めた上で、上記数式１に基づき、限流抵抗器４の発熱量を算出する。この算出結果から診断処理部９が切換開閉器３の異常状態を判定することができる。
【００２４】
診断処理部９では、タップ番号、負荷率等から予め設定した正常な発熱量の範囲と比較して、算出した限流抵抗器４の発熱量が正常な発熱量の範囲を超過した場合には切換動作が緩慢である、あるいは抵抗値が変化した可能性があると判定し、切換開閉器３が要注意の状態であると診断する。
【００２５】
また、算出した限流抵抗器４の発熱量が予め設定した発熱量の範囲よりも少ない場合には遮断部の負荷が通常よりもはるかに小さいか、あるいは抵抗値が変化した可能性があると判定し、切換開閉器３は異常であると診断する。さらに、限流抵抗器４の発熱が切換動作後にも続いた場合は、中間停止である判定し、これも切換開閉器３の異常であると診断する。
【００２６】
（効果）
上記の本実施形に係る態負荷時タップ切換器によれば、容器５に流入する絶縁流体の流量Ｑと、容器５に流入および流出する絶縁流体の温度差ΔＴを求め、前記数式１より、限流抵抗器４の発熱量を算出し、正常時の限流抵抗器４の発熱量と比較することで、切換開閉器３の異常の有無を診断することができる。そして、診断結果から切換開閉器３の状態を継続的に監視することが可能であり、異常の兆候を迅速且つ正確に察知することができる。
【００２７】
また、切換動作時に絶縁流体の流れが生じるため、熱伝達が促進されて限流抵抗器４の温度上昇を抑えることができ、コンパクトな限流抵抗器４の選定が可能である。しかも、従来例のように限流抵抗器４の温度を直接検出するための温度検出器１６を設けないので、電気的絶縁を考慮する必要がない。したがって、センサ系の構成も簡略化でき、機器のコンパクト化が容易に実現する。
【００２８】
さらに、本実施形態では、切換動作時の発熱体である限流抵抗器４の発熱量を、絶縁流体の出入口での温度差ΔＴから割り出すので、限流抵抗器４の発熱に関して、常時通電による他部位通電経路からの影響を排除することが可能である。これにより、切換開閉器３の異常箇所や原因の推定が容易且つ確実であり、異常兆候検出の精度が高くなって、診断の信頼性がいっそう向上する。
【００２９】
（他の実施形態）
なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、診断処理部に設定される限流抵抗器の発熱量の正常な範囲等は適宜選択可能であり、また各部材の配置や構成も自由に変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る代表的な実施形態の構成図。
【図２】従来の負荷時タップ切換器の構成図。
【図３】従来の負荷時タップ切換器の切換開閉器における切換動作を示す回路図。
【符号の説明】
【００３１】
１…電動操作機構
２…タップ選択器
３…切換開閉器
４…限流抵抗器
５…容器
６ａ、６ｂ…絶縁管
７…温度センサ
８…ポンプ
９…診断処理部
１０…タップ巻線
１１…タップ選択器
１２…主接点
１３…抵抗接点
１４…限流抵抗器
１５…切換開閉器室
１６…温度検出器
１７…電源回路
１８…温度−光変換器
ＩＬ…負荷電流
ＩＣ…循環電流
【図１】
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【図２】
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【図３】
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