(57)【要約】【課題】ブスバーの熱モデルを自律的に設定して、個々のブスバーを効率的に監視できる受配電設備用導体監視装置を提供する。【解決手段】受配電設備用導体監視装置は、受配電設備に設置されたブスバー表面温度計測手段１１と、周囲空気温度計測手段１２と、ブスバー電流値計測手段１３と、演算装置２０と、記憶装置３０とを備え、受配電設備の正常状態におけるブスバー温度、電流値および周囲空気温度を計測して、ブスバーの熱モデルを規定する参照パラメータαｒ，βｒを算出した後、受配電設備の運用時におけるブスバー温度、電流値および周囲空気温度を計測して、ブスバーの熱モデルを規定する運用パラメータαｘ，βｘを算出し、該運用パラメータαｘ，βｘと参照パラメータαｒ，βｒとの比較によりブスバーの異常判定を行う。【選択図】図１
2009254104.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受配電設備に設置されたブスバーの温度を計測する手段と、
該ブスバーに流れる電流値を計測する手段と、
受配電設備の周囲空気温度を計測する手段と、
各計測値を演算する演算手段と、
計測値、演算結果およびブスバーの熱モデルを記憶する記憶手段とを備え、
受配電設備の正常状態におけるブスバー温度、電流値および周囲空気温度を計測して、ブスバーの熱モデルを規定する参照パラメータを算出した後、
受配電設備の運用時におけるブスバー温度、電流値および周囲空気温度を計測して、ブスバーの熱モデルを規定する運用パラメータを算出し、該運用パラメータと参照パラメータとの比較によりブスバーの異常判定を行うことを特徴とする受配電設備用導体監視装置。
【請求項２】
ブスバー周辺での風速を計測する手段と、
ブスバー周辺での輻射を計測する手段とをさらに備えることを特徴とする請求項１記載の受配電設備用導体監視装置。
【請求項３】
受配電設備の運用時の計測値に基づいて、ブスバーの発熱量を算出することを特徴とする請求項１または２記載の受配電設備用導体監視装置。
【請求項４】
受配電設備の運用時に計測したブスバー温度、電流値および周囲空気温度の履歴および前記参照パラメータを用いてブスバー温度の時間変化を予測し、該予測値と実測したブスバー温度値との比較によりブスバーの異常判定を行うことを特徴とする請求項１または２記載の受配電設備用導体監視装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、受配電設備に設置されたブスバー(bus-bar 母線）の異常を監視するための受配電設備用導体監視装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
受配電用盤内のブスバーの異常過熱を監視するために、ブスバー表面温度、電流値、周囲空気温度を計測し、これらの相関関係から、ボルトの緩みなどに起因する異常発熱を検出する手法が知られている。例えば、下記特許文献１では、赤外線センサ、空気温度センサ、電流値検出センサを用いて、ブスバー表面温度、周囲空気温度、電流値を記録し、これらの相関関係が正常時のものと異なる場合に異常を発報する閉鎖配電盤の異常過熱検出装置が提案されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平９−２８９７３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のように、計測したブスバー表面温度、周囲空気温度、電流値の相関関係を用いて正常／異常の判定を行う監視装置において、ブスバーが一定の熱容量を有することから、電流値が変化した場合にブスバーに温度変化が現れるまでにある程度時間を要する。例えば、電流値が急激に下がった場合には、ブスバー表面温度の判定値も低下する。しかし、実際のブスバー表面温度は、熱容量等に起因して即座には低下しないため、見かけ上、高温になっていると判定され、誤検知が生ずることになる。
【０００５】
このような誤検知を防ぐために、特許文献１では、ブスバーの電流値を計測する際、ブスバーの温度変化特性（熱容量）に対応した１次遅れフィルタを介在させることによって、実際に計測した電流値に対して時間応答補正を加えている。
【０００６】
ところが、一般の受配電設備にはサイズや形状が異なる複数のブスバーが設置されており、このようなブスバーの熱容量は主回路の構成によって千差万別である。そのため、個々のブスバーについて１次遅れフィルタの特性を個別に設定することは容易でない。即ち、現地の設置状況を調査し、個々のブスバーごとに最適なフィルタ特性を設定するなどの個別対応が必要となり、多大な労力と手間が不可欠となる。
【０００７】
本発明の目的は、上記のような課題を解決するため、ブスバーの熱モデルを自律的に設定して、個々のブスバーを効率的に監視できる受配電設備用導体監視装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明に係る受配電設備用導体監視装置は、受配電設備に設置されたブスバーの温度を計測する手段と、
該ブスバーに流れる電流値を計測する手段と、
受配電設備の周囲空気温度を計測する手段と、
各計測値を演算する演算手段と、
計測値、演算結果およびブスバーの熱モデルを記憶する記憶手段とを備え、
受配電設備の正常状態におけるブスバー温度、電流値および周囲空気温度を計測して、ブスバーの熱モデルを規定する参照パラメータを算出した後、
受配電設備の運用時におけるブスバー温度、電流値および周囲空気温度を計測して、ブスバーの熱モデルを規定する運用パラメータを算出し、該運用パラメータと参照パラメータとの比較によりブスバーの異常判定を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、受配電設備の正常状態におけるブスバー温度、電流値および周囲空気温度を計測して、ブスバーの熱モデルを規定する参照パラメータを算出することによって、個々のブスバーに関する熱モデルを自律的に設定できる。そのため、ブスバーの熱容量がそれぞれ異なっていても、設備の現状調査やフィルタ特性の個別設定を行うことなく、最適な判定基準を確立することができ、その結果、個々のブスバーを効率的に監視することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
まず、本発明に係る監視手法について説明する。１）監視対象となるブスバーの熱モデルを監視装置内部に保持する。受配電設備の正常状態において、例えば、導体温度、電流値、周囲空気温度、ブスバー周辺風速、輻射などの各物理量からこの熱モデルに基づいたパラメータ推定を行う。これにより正常状態における、ブスバー表面温度変化の時定数を含んだ、各物理量の相関関係を学習する。その後、受配電設備の運用を開始して、実際に計測した物理量をもとに正常状態で得られたパラメータと照合することで、異常判定を行う。
【００１１】
２）後の計測時に、上記１）と同様にパラメータ推定を行い、これと正常状態で得られたものとの差異により異常発熱を検出する。
【００１２】
３）得られたパラメータと周囲空気温度、電流値から導体温度変化を予測し、予測値と計測値の差異から異常発熱を検出する。
【００１３】
こうした手法により、１）１次遅れ量を含んだ熱モデルの推定が可能となるので、設置時の調査、フィルタ設定が不要となる。従って、作業者が監視対象の熱容量などを事前に把握することなく運用を開始できる。
【００１４】
２）熱モデルに基づいた判定を行うので、発熱量などを推定することができ、ブスバー電流が小さい場合でも異常検出が可能になる。
【００１５】
３）上記２）と同様に、ブスバー電流が小さい場合でも異常検出が可能になり、予測値との比較のみなので迅速な判定が可能になる。
【００１６】
実施の形態１．
図１は、本発明の第１実施形態を示す構成図である。受配電設備用導体監視装置は、ブスバー表面温度計測手段１１と、周囲空気温度計測手段１２と、ブスバー電流値計測手段１３と、演算装置２０と、記憶装置３０と、出力装置４０などで構成される。
【００１７】
ブスバー表面温度計測手段１１は、例えば、サーモパイルなどの赤外線センサ、サーミスタや熱電対などの温度センサなどで構成され、受配電設備に設置されたブスバーの表面温度Ｔｂを所定のサンプリング周期で計測する機能を有する。受配電設備に複数のブスバーが設置されている場合は、個々の監視箇所ごとに温度計測手段１１を設置してもよく、あるいは、単一の温度計測手段１１を走査機構に搭載して、複数の監視箇所に位置決めするようにしてもよい。
【００１８】
周囲空気温度計測手段１２は、例えば、サーミスタや熱電対などの温度センサなどで構成され、受配電設備の周囲空気温度Ｔａを所定のサンプリング周期で計測する機能を有する。受配電設備に単一の温度計測手段１２を設置してもよく、あるいは、複数の温度計測手段１２を設置して各計測値の平均を採用してもよい。
【００１９】
ブスバー電流値計測手段１３は、例えば、計測用変流器（ＣＴ）などで構成され、ブスバーに流れる電流値Ｉを所定のサンプリング周期で計測する機能を有する。受配電設備に複数のブスバーが設置されている場合は、同相で等しい電流が流れる主回路系統ごとに電流値計測手段１３を配置する。
【００２０】
演算装置２０は、例えば、マイクロプロセッサなどで構成され、所定のプログラムに従ってデータの演算処理を実行する機能を有する。デジタル信号処理に必要なＡＤ（アナログデジタル）変換器は、各計測手段に個別に組み込んでもよく、あるいは、演算装置２０に組み込んで、多入力をマルチプレクサで選択してもよい。
【００２１】
記憶装置３０は、例えば、半導体メモリやＨＤＤ（ハートディスクドライブ）などで構成され、各計測手段１１〜１３からの計測値、演算装置２０の実行プログラム、演算装置２０による演算結果、ブスバーの熱モデル等を記憶する機能を有する。
【００２２】
出力装置４０は、例えば、ディスプレイや通信インタフェースなどで構成され、演算装置２０の指令に従って所望のデータを表示したり、外部機器へ出力する。
【００２３】
図２は、監視動作の一例を示すフローチャートである。最初にブスバーの正常状態を学習するためのステップを実行する。まずステップｓ１において、受配電設備を通電して、初期運用を開始する。ステップｓ２において、ブスバー表面温度計測手段１１、周囲空気温度計測手段１２およびブスバー電流値計測手段１３を用いて計測を開始し、ステップｓ３において演算装置２０は、各計測値（周囲空気温度Ｔａ、表面温度Ｔｂ、電流値Ｉ）を取り込んで記憶装置３０に格納する。ステップｓ４において、演算装置２０は、各計測データを用いてブスバーの熱モデルを規定する参照パラメータを算出する。
【００２４】
図３は、ブスバーの熱モデルの一例を示す熱等価回路である。ここで、周囲空気温度Ｔａ、表面温度Ｔｂ、ブスバー／周囲空気の熱抵抗Ｒ、ブスバーの熱容量Ｃ、ブスバーの発熱量Ｐを用いて、ブスバーの熱モデルは、下記式（１）のように時間ｔに関する１次微分方程式で表される。
【００２５】
【数１】
2009254104.tif 000003
【００２６】
式（１）を整理すると、電流値Ｉ、未知のパラメータα，βを用いて、下記式（２）のように表される。
【００２７】
【数２】
2009254104.tif 000004
【００２８】
そこで、受配電設備の正常状態において、実際に計測した周囲空気温度Ｔａ、表面温度Ｔｂ、電流値Ｉおよびこれらの時間変化を式（２）に代入することにより、監視すべきブスバーの熱モデルを規定する参照パラメータαｒ，βｒを推定することができる。パラメータαｒ，βｒを推定する方法としては、最小二乗法などが利用できる。なお、パラメータαｒ，βｒが決まれば、式（１）の熱抵抗Ｒ、熱容量Ｃおよび発熱量Ｐも算出することができる。
【００２９】
次にステップｓ５において、得られた参照パラメータαｒ，βｒは、記憶装置３０内に「正常状態の熱モデルパラメータ」として格納される。こうして正常状態の学習が終了する。
【００３０】
続いて、ステップｓ１１において、受配電設備の通常運用を開始する。ステップｓ１２において、ブスバー表面温度計測手段１１、周囲空気温度計測手段１２およびブスバー電流値計測手段１３を用いて計測を開始し、ステップｓ１３において演算装置２０は、各計測値（周囲空気温度Ｔａ、表面温度Ｔｂ、電流値Ｉ）を取り込んで記憶装置３０に格納する。ステップｓ１４において、演算装置２０は、運用時の各計測データを式（２）に代入し、最小二乗法などを利用して、ブスバーの熱モデルを規定する運用パラメータαｘ，βｘを算出する。なお、パラメータαｘ，βｘが決まれば、式（１）の熱抵抗Ｒ、熱容量Ｃおよび発熱量Ｐも算出することができる。
【００３１】
次に、演算装置２０は、算出した運用パラメータαｘ，βｘと、学習した参照パラメータαｒ，βｒとを比較することによって、ブスバーの異常判定を行うことができる。例えば、判定閾値Ｄα，Ｄβを予め設定しておいて、｜αｘ−αｒ｜＞Ｄαまたは｜βｘ−βｒ｜＞Ｄβが成立した場合、「ブスバーの異常あり」と判定できる。
【００３２】
ステップｓ１５において、ブスバーの異常ありと判定した場合は、ステップｓ１６に移行して、演算装置２０は、出力装置４０を介して使用者や外部機器へ異常ありの警報を出力する。使用者は、異常ありの警報を認識すると、直ちに受配電設備の運用を停止することができる。
【００３３】
本実施形態では、ブスバーの正常状態を学習するステップを実行して、正常状態を表す参照パラメータαｒ，βｒを事前に設定し、続いて、通常運用時の各計測データを用いて運用パラメータαｘ，βｘを算出し、両者のパラメータを比較している。これにより受配電設備の初期設置時にブスバーの熱容量を知ることなく、運用を開始できる。
【００３４】
実施の形態２．
本実施形態では、ブスバー上の複数個所の表面温度を計測することによって、監視精度を向上している。
【００３５】
図４は、ブスバーの熱モデルの他の例を示す熱等価回路である。ブスバー上の比較的近い２点の表面温度を計測する場合、周囲空気温度Ｔａ、第１計測箇所での表面温度Ｔｂ１、第２計測箇所での表面温度Ｔｂ２、ブスバー／周囲空気の熱抵抗Ｒ、第１計測箇所と第２計測箇所の間の熱抵抗Ｒｂｂ、第１計測箇所でのブスバー熱容量Ｃ１、第２計測箇所でのブスバー熱容量Ｃ２、第１計測箇所でのブスバー発熱量Ｐ１、第２計測箇所でのブスバー発熱量Ｐ２を用いて、ブスバーの熱モデルは、下記式（３）のように時間ｔに関する連立１次微分方程式で表される。
【００３６】
【数３】
2009254104.tif 000005
【００３７】
式（３）を整理すると、電流値Ｉ、未知のパラメータα１，β１，γ１，α２，β２，γ２を用いて、下記式（４）のように表される。
【００３８】
【数４】
2009254104.tif 000006
【００３９】
監視動作は、図２のフローチャートと同様な手順で実施できる。即ち、ブスバーの正常状態を学習するステップｓ１〜ｓ５を実行して、正常状態を表す参照パラメータα１ｒ，β１ｒ，γ１ｒ，α２ｒ，β２ｒ，γ２ｒを事前に設定する。続いて、ステップｓ１１〜ｓ１４を実行して、通常運用時の各計測データを用いて運用パラメータα１ｘ，β１ｘ，γ１ｘ，α２ｘ，β２ｘ，γ２ｘを算出する。両者のパラメータを比較することによって、ブスバーの異常判定を行うことができる。本実施形態では、より現実に近い熱モデルを適用することで、誤検知の少ない、細やかな監視が可能になる。
【００４０】
実施の形態３．
図５は、本発明の第３実施形態を示す構成図である。受配電設備用導体監視装置は、ブスバー表面温度計測手段１１と、周囲空気温度計測手段１２と、ブスバー電流値計測手段１３と、ブスバー周辺風速計測手段１４と、ブスバー周辺輻射計測手段１５と、演算装置２０と、記憶装置３０と、出力装置４０などで構成される。
【００４１】
ブスバー表面温度計測手段１１、周囲空気温度計測手段１２、ブスバー電流値計測手段１３、演算装置２０、記憶装置３０および出力装置４０については、図１のものと同様であるため、重複説明を省略する。
【００４２】
ブスバー周辺風速計測手段１４は、例えば、サーミスタを自己加熱させ、風速に応じた温度変化を抵抗値変化で検出する風速センサなどで構成され、ブスバー周辺での風速を所定のサンプリング周期で計測する機能を有する。
【００４３】
ブスバー周辺輻射計測手段１５は、例えば、黒体温度計などで構成され、ブスバー周辺での輻射を所定のサンプリング周期で計測する機能を有する。ブスバー周辺輻射計測手段１５の検出部は、放射率がブスバーと同等となるように表面加工を施すことが好ましい。
【００４４】
図６は、風速および輻射を考慮したブスバーの熱モデルの一例を示す熱等価回路である。図３に示した熱等価回路と比べると、ブスバーの発熱量Ｐに対して並列に輻射による熱の流入Ｐｒａｄを追加し、さらに、ブスバー／周囲空気の熱抵抗Ｒが風速ｖに依存して可変にしている。
【００４５】
従って、式（１）において、ＰをＰ＋Ｐｒａｄに、Ｒを周囲風速ｖの関数Ｒ（ｖ）に書き換えることによって、式（１）と同様な取り扱いが可能である。また、複数個所を計測する場合は、式（３）において、Ｐ１をＰ１＋Ｐｒａｄに、Ｐ２をＰ２＋Ｐｒａｄに、Ｒを周囲風速ｖの関数Ｒ（ｖ）に書き換えることによって、式（３）と同様な取り扱いが可能である。
【００４６】
監視動作は、図２のフローチャートと同様な手順で実施できる。即ち、ブスバーの正常状態を学習するステップｓ１〜ｓ５を実行して、正常状態を表す参照パラメータαｒ，βｒを事前に設定する。続いて、ステップｓ１１〜ｓ１４を実行して、通常運用時の各計測データを用いて運用パラメータαｘ，βｘを算出する。両者のパラメータを比較することによって、ブスバーの異常判定を行うことができる。本実施形態では、より現実に近い熱モデルを適用することで、誤検知の少ない、細やかな監視が可能になる。
【００４７】
実施の形態４．
本実施形態では、図１または図５に示した監視装置においてブスバー温度の時間変化を予測することによって、迅速な判定を実現している。
【００４８】
図７は、本実施形態に係る監視動作の一例を示すフローチャートである。最初にブスバーの正常状態を学習するためのステップを実行する。まずステップｓ２１において、受配電設備を通電して、初期運用を開始する。ステップｓ２２において、ブスバー表面温度計測手段１１、周囲空気温度計測手段１２およびブスバー電流値計測手段１３を用いて、必要に応じてブスバー周辺風速計測手段１４およびブスバー周辺輻射計測手段１５を用いて計測を開始し、ステップｓ２３において演算装置２０は、各計測値（周囲空気温度Ｔａ、表面温度Ｔｂ、電流値Ｉ、周囲風速ｖ、輻射熱の流入Ｐｒａｄ等）を取り込んで記憶装置３０に格納する。ステップｓ２４において、演算装置２０は、各計測データを用いてブスバーの熱モデルを規定する参照パラメータ（例えば、式（２）のαｒ，βｒまたは式（４）のα１ｒ，β１ｒ，γ１ｒ，α２ｒ，β２ｒ，γ２ｒ）を算出する。
【００４９】
ステップｓ２５において、得られた参照パラメータは、記憶装置３０内に「正常状態の熱モデルパラメータ」として格納される。こうして正常状態の学習が終了する。
【００５０】
続いて、ステップｓ３１において、受配電設備の通常運用を開始する。ステップｓ３２において、ブスバー表面温度計測手段１１、周囲空気温度計測手段１２およびブスバー電流値計測手段１３を用いて、必要に応じてブスバー周辺風速計測手段１４およびブスバー周辺輻射計測手段１５を用いて計測を開始し、ステップｓ３３において演算装置２０は、各計測値（周囲空気温度Ｔａ、表面温度Ｔｂ、電流値Ｉ、周囲風速ｖ、輻射熱の流入Ｐｒａｄ等）を取り込んで記憶装置３０に格納する。
【００５１】
こうしたデータ記録を継続しながら、ステップｓ３４において、演算装置２０は、運用時の各計測値の履歴（時間変化）および学習した参照パラメータを用いて、ブスバー温度の時間変化を予測する。
【００５２】
次にステップｓ３５において、演算装置２０は、ブスバー温度の予測値と実測値とを比較することによって、ブスバーの異常判定を行う。
【００５３】
ステップｓ３６において、ブスバーの異常ありと判定した場合は、ステップｓ３６に移行して、演算装置２０は、出力装置４０を介して使用者や外部機器へ異常ありの警報を出力する。使用者は、異常ありの警報を認識すると、直ちに受配電設備の運用を停止することができる。
【００５４】
本実施形態では、正常状態の学習によって監視対象の熱モデルを規定する参照パラメータを予め設定し、続いて、運用時における各計測値の履歴（時間変化）を用いてブスバー温度を予測し、この予測値と実測値とを比較している。これにより受配電設備の初期設置時にブスバーの熱容量を知ることなく運用を開始できるとともに、予測値を用いた迅速な判定が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の第１実施形態を示す構成図である。
【図２】監視動作の一例を示すフローチャートである。
【図３】ブスバーの熱モデルの一例を示す熱等価回路である。
【図４】ブスバーの熱モデルの他の例を示す熱等価回路である。
【図５】本発明の第３実施形態を示す構成図である。
【図６】風速および輻射を考慮したブスバーの熱モデルの一例を示す熱等価回路である。
【図７】監視動作の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５６】
１１  ブスバー表面温度計測手段、  １２  周囲空気温度計測手段、
１３  ブスバー電流値計測手段、  １４  ブスバー周辺風速計測手段、
１５  ブスバー周辺輻射計測手段、  ２０  演算装置、  ３０  記憶装置
４０  出力装置。
【図１】
2009254104.tif 000007
【図２】
2009254104.tif 000008
【図３】
2009254104.tif 000009
【図４】
2009254104.tif 000010
【図５】
2009254104.tif 000011
【図６】
2009254104.tif 000012
【図７】
2009254104.tif 000013