JP2010102995A - ガス絶縁遮断器システムおよびガス絶縁遮断器監視方法 - Google Patents

Abstract

【課題】抵抗付ガス絶縁遮断器の抵抗体の温度を直接測定するためのセンサを必要とせず、遮断器抵抗体の温度や、必要待機時間を推測する。
【解決手段】ガス絶縁遮断器システムは、絶縁ガスを封入した容器１５と、容器１５内で主回路６を開閉する主接点２と、容器１５内で主接点２に対して並列に接続された抵抗接点３と、容器１５内で抵抗接点３に直列に接続されてその抵抗接点３と合わせて主接点２に対して並列に接続された抵抗体４と、抵抗体４周辺の温度を計測する温度センサ１６を有する。抵抗接点３は、主接点２が開いてから所定時間後に開き、主接点２が閉じる所定時間前に閉じる。主接点２の開閉動作のタイミングを表す接点信号と、主回路６の電流を表す電流信号と、温度センサ１６から出力される温度信号とに基づいて抵抗体温度が推定される。
【選択図】図１

Description

本発明は、抵抗付ガス絶縁遮断器システムおよびガス絶縁遮断器監視方法に関するものであって、特に、抵抗体の温度上昇を考慮して抵抗付ガス絶縁遮断器の運用性の向上を可能としたものである。

変電所で用いられているガス絶縁遮断器においては、接点の投入／遮断時のサージ電圧を抑制するため、抵抗接点と抵抗体とが直列に接続された抵抗接点連接体が主接点と並列に接続されており、投入時には、主接点より先に抵抗接点が投入され、遮断時には、抵抗接点が主接点の後に開極する構造となっている。この抵抗体には、動作時、大きなエネルギーが注入され、２００℃〜３００℃まで加熱される。したがって、前記２００℃〜３００℃の高温範囲において、抵抗体の抵抗値が大きい場合、過大電流が流れ、抵抗体が破壊に至ると、熱暴走を起こす可能性があった（たとえば、特許文献１参照）。
特開平５−４１３０２号公報

この従来の抵抗付ガス絶縁遮断器は、事故電流を遮断した後は、前記抵抗体の温度が次の操作による温度上昇で抵抗体が破壊に至らない温度に下がるまで待機する必要があるが、前記抵抗体の温度を把握する手段がないため、一定時間待機する必要があった。

本発明は、以上の課題を解決するためのものであって、抵抗体の温度を直接測定するための新たなセンサを必要とせず、遮断器抵抗体の温度、あるいは次の操作が可能となるまでの必要待機時間などを推測または予測して、抵抗付ガス絶縁遮断器の運用性の向上を図ることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係るガス絶縁遮断器システムは、絶縁ガスを封入した容器と、前記容器内に収容されて主回路を開閉する主接点と、前記容器内に収容され、前記主接点に対して並列に接続されて、前記主接点が開いてから所定時間後に開き、前記主接点が閉じる所定時間前に閉じるように構成された抵抗接点と、前記容器内に収容され、前記抵抗接点に直列に接続されてその抵抗接点と合わせて前記主接点に対して並列に接続された抵抗体と、前記抵抗体周辺の温度を計測する温度センサと、前記主接点の開閉動作のタイミングを表す接点信号と、前記主回路の電流を表す電流信号と、前記温度センサから出力される温度信号とに基づいて抵抗体温度を推定する温度推定部と、を有することを特徴とする。

また、本発明に係るガス絶縁遮断器監視方法は、絶縁ガスを封入した容器と、前記容器内に収容されて主回路を開閉する主接点と、前記容器内に収容され、前記主接点に対して並列に接続されて、前記主接点が開いてから所定時間後に開き、前記主接点が閉じる所定時間前に閉じるように構成された抵抗接点と、前記容器内に収容され、前記抵抗接点に直列に接続されてその抵抗接点と合わせて前記主接点に対して並列に接続された抵抗体と、を備えたガス絶縁遮断器を監視する方法であって、前記主接点の開閉動作のタイミングを表す接点信号を入力する接点信号入力ステップと、前記主回路の電流を表す電流信号を入力する主回路電流入力ステップと、前記抵抗体周辺の温度を計測する温度計測ステップと、前記温度計測ステップで得られた温度信号を入力する温度信号入力ステップと、前記接点信号と電流信号と温度信号とに基づいて抵抗体温度を推定する温度推定ステップと、を有することを特徴とする。

本発明によれば、抵抗体の温度を直接測定するための新たなセンサを必要とせず、遮断器抵抗体の温度、あるいは次の操作が可能となるまでの必要待機時間などを推測または予測して、抵抗付ガス絶縁遮断器の運用性の向上を図ることができる。

以下、図面を参照して本発明にガス絶縁遮断器システムの実施形態について説明する。ただし、同一または類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は省略する。

なお、これらの実施形態は単なる例示であって、本発明はこれらに限定されるものではない。

［第１の実施形態］
図１は、本発明に係るガス絶縁遮断器システムの第１の実施形態を示す模式的ブロック構成図である。また、図２は、図１の実施形態における主回路遮断時の主回路電流、補助開閉器および主接点の動作の一例を示すタイムチャートである。

この抵抗付ガス絶縁遮断器１は、内部に絶縁ガスを封入した金属容器１５内に配置されて主回路６の途中に接続された主接点２を含む。図示の例では、２個の主接点２が互いに直列に接続されている。各主接点２には、抵抗接点連接体３０が各主接点２に並列に接続され、各抵抗接点連接体３０は、抵抗体４と抵抗接点３とが互いに直列に接続されて構成されている。２組の主接点２および抵抗接点連接体３０は一つの共通の金属容器１５内に収納され、金属容器１５には温度センサ１６が取り付けられている。

主接点２および抵抗接点３がすべて閉じているときに、上位システム（図示せず）から遮断指令が出されると、初めに二つの主接点２が開き、所定の時間遅れの後に二つの抵抗接点３が開くように構成されている。また、主接点２および抵抗接点３がすべて開いているときに、上位システムから投入指令が出されると、初めに二つの抵抗接点３が閉じ、所定の時間遅れの後に二つの主接点２が閉じるように構成されている。

主回路の金属容器１５外には変流器３１を含む主回路電流計測回路７が配置され、この主回路電流計測回路７は図示しない保護リレーなどに接続されている。また、主回路電流計測回路７に補助変流器８が配置され、補助電流計測回路３２が構成されている。

この抵抗付ガス絶縁遮断器１の近傍に信号処理装置９が配置されている。信号処理装置９は、接点信号入力部１０と、電流信号入力部１１と、温度信号入力部１２と、演算／記憶部１３を含んでいる。また、演算／記憶部１３は、温度推定部２０と、待機時間算出部２１と記録部２２とを含んでいる。

補助開閉器５は主接点２と連動して開閉し、補助開閉器５の接点信号は接点信号入力部１０に入力されるようになっている。ここで入力された信号は接点信号入力部１０によりディジタル信号に変換され、演算／記憶部１３に入力されるようになっている。

補助変流器８から出力された主回路電流信号は、補助電流計測回路３２を介して電流信号入力部１１に入力され、内部でアナログ−ディジタル（Ａ／Ｄ）変換され、演算／記憶部１３に入力されるようになっている。

温度センサ１６からの信号は温度信号入力部１２に入力され、温度信号入力部１２の内部でＡ／Ｄ変換され、演算／記憶部１３に入力されるようになっている。さらに、演算／記憶部１３と図示しない上位システムとは伝送路１４により接続されている。

図２は、この実施形態において、演算／記憶部１３にて記録された電流情報と、補助開閉器５の動作情報、主接点２の動作情報をグラフ化して示したものである。以下では、図２を用いて、抵抗付ガス絶縁遮断器監視システムの抵抗体４の温度上昇算出処理の動作・作用について詳細に説明する。

抵抗体４の温度上昇ΔＴは次の（１）式により求めることができる。

ΔＴ ＝ ∫｛Ｉｒ（ｔ）｝^２ ｄｔ・Ｒ／α …（１）
なお、上記（１）式において、Ｉｒは抵抗体の通電電流、Ｒは抵抗体の抵抗値、αは抵抗体の比熱比である。

ここで、図２に示すように、遮断器が事故電流を遮断する場合の通電電流と、遮断器の主接点２等の変化の様子を示す。演算／記憶部１３において、通電電流を所定の周波数でサンプリングし、遮断器主接点２が開離し、抵抗接点３に転流した以降（図２の斜線部分）の通電電流について、（１）式の積分を行なうことにより、抵抗体の温度上昇ΔＴを計算する。転流のタイミングについては、主接点の補助開閉器５の信号変化から主接点２の開離タイミングを算出し、主接点２の開離タイミング以降で電流レベルが小さくなる前の零点を検出している。

次に、抵抗体温度Ｔｒ０は以下の（２）式により求めることができる。

Ｔｒ０ ＝ Ｔａｍｂ ＋ ΔＴ ＋ β …（２）
なお、上記（２）式において、Ｔａｍｂは温度センサにより求めた金属容器温度、βは通電、直射日光により想定される温度上昇である。

また、遮断器操作後の抵抗体温度Ｔｒの変化は、以下の（３）式により求めることができる。

Ｔｒ ＝ ΔＴ・ｅｘｐ（−ｔ／τ） ＋ Ｔａｍｂ ＋ β …（３）
なお、上記（３）式において、ｔは遮断器操作後の時間、τは抵抗体の冷却時定数である。

これらの演算を行なうことにより、信号処理装置９の温度推定部２０では、事故電流遮断後の抵抗体４の温度を推算することができる。さらに、待機時間算出部２１で、次の操作が可能となるまでの待機時間を算出することができる。そして、これらの計算結果は記録部２２に記録されるとともに、抵抗付ガス絶縁遮断器１の操作指令を出力する上位システムに対し、次の操作が可能となるまでの待機時間を、伝送路１４を介して伝送データとして通知することが可能となる。

さらに、上位システムに対し、待機時間内の抵抗付ガス絶縁遮断器１の操作を禁止するための信号を出力する禁止信号出力部２３を演算／記録部１３に設けてもよい。

以上のように、本実施の形態では、高電圧が印加されている抵抗体の温度を直接計測する必要がなく、すなわち、遮断器本体の構造を変更することなく、抵抗体の温度を推定することができる。したがって、遮断器操作判断の合理化を図り、遮断器の信頼性向上を図ることができる。

また、この実施形態では、主回路電流計測回路７に補助変流器８が配置され、補助変流器８から出力された主回路電流信号が、補助電流計測回路３２を介して電流信号入力部１１に入力される。そのため、電流信号入力部１１側から主回路電流計測回路７への干渉が排除される。一般に主回路電流計測回路７は上位システムに主回路電流情報を伝えるための重要な回路であるから、この実施形態で、上位システムに伝えられる主回路電流情報が信号処理装置９によって干渉されないことは重要である。

［第２の実施形態］
図３は、本発明に係るガス絶縁遮断器システムの第２の実施形態を示す模式的ブロック構成図である。この実施形態では、補助開閉器５の信号および主回路電流計測回路７の信号が保護リレー装置１７に送られる。そして、それらの信号に基づいて、主接点２の動作タイミング信号および主回路６の電流情報が保護リレー装置１７から伝送路１８を介して信号処理装置９の演算／記憶部１３に入力されるように構成されている。

この実施形態では、補助変流器８や補助電流計測回路３２が不要である。またこの実施形態では、主接点２の開閉動作のタイミングを表す接点信号（補助開閉器５の接点信号）および主回路６の電流を表す信号が保護リレー装置１７でディジタル信号に変換され、ディジタル信号として伝送路１８を介して信号処理装置９の演算／記憶部１３に入力される。そのため、この実施形態の信号処理装置９には、第１の実施形態における接点信号入力部１０や電流信号入力部１１のようなアナログ−ディジタル変換機能が不要である。よってこの実施形態によれば、構成の簡素なシステムを提供することができる。

［他の実施形態］
以上説明した実施形態は単なる例示であって、本発明はこれらに限定されるものではない。たとえば、上記実施形態では、主接点２および抵抗接点連接体３０を収容する金属容器１５に温度センサ１６を取り付けるものとしたが、温度センサ１６は、この金属容器１５に接続された他の容器または、この金属容器１５近傍の他の構造物に取り付けてもよい。

本発明に係るガス絶縁遮断器システムの第１の実施形態を示す模式的ブロック構成図である。 図１の実施形態における主回路遮断時の動作の一例を示すタイムチャートであって、（ａ）は主回路電流、（ｂ）は補助開閉器の動作、（ｃ）は主接点の動作を示す。 本発明に係るガス絶縁遮断器システムの第２の実施形態を示す模式的ブロック構成図である。

符号の説明

１…抵抗付ガス絶縁遮断器
２…主接点
３…抵抗接点
４…抵抗体
５…補助開閉器
６…主回路
７…主回路電流計測回路
８…補助変流器
９…信号処理装置
１０…接点信号入力部
１１…電流信号入力部
１２…温度信号入力部
１３…演算／記憶部
１４…伝送路
１５…金属容器
１６…温度センサ
１７…保護リレー装置
２０…温度推定部
２１…待機時間算出部
２２…記録部
２３…禁止信号出力部
３０…抵抗接点連接体
３１…変流器
３２…補助電流計測回路

Claims (9)

1. 絶縁ガスを封入した容器と、
   前記容器内に収容されて主回路を開閉する主接点と、
   前記容器内に収容され、前記主接点に対して並列に接続されて、前記主接点が開いてから所定時間後に開き、前記主接点が閉じる所定時間前に閉じるように構成された抵抗接点と、
   前記容器内に収容され、前記抵抗接点に直列に接続されてその抵抗接点と合わせて前記主接点に対して並列に接続された抵抗体と、
   前記抵抗体周辺の温度を計測する温度センサと、
   前記主接点の開閉動作のタイミングを表す接点信号と、前記主回路の電流を表す電流信号と、前記温度センサから出力される温度信号とに基づいて抵抗体温度を推定する温度推定部と、
   を有することを特徴とするガス絶縁遮断器システム。
2. 前記温度推定部の出力および温度信号に基づいて、前記主接点の次回の開閉動作が可能になるまでの待機時間を算出する待機時間算出部をさらに有することを特徴とする請求項１に記載のガス絶縁遮断器システム。
3. 前記主接点の開閉動作を制御する上位システムに対して、前記待機時間内に前記主接点の開閉動作が行われないように操作禁止信号を出力する、禁止信号出力部をさらに有することを特徴とする請求項２に記載のガス絶縁遮断器システム。
4. 前記容器外に配置されて前記主接点の開閉動作と連動して開閉する補助開閉器をさらに有し、
   前記接点信号は、前記補助開閉器の開閉動作のタイミングを表す信号であること、を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のガス絶縁遮断器システム。
5. 前記温度センサは前記容器または、前記容器に接続された構造物に取り付けられていること、を特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のガス絶縁遮断器システム。
6. 前記接点信号は、前記主接点の開極動作を必要とする事故発生時に、前記主接点の開極指令を出力する保護リレーから受け取った信号であること、を特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載のガス絶縁遮断器システム。
7. 前記主回路に取り付けられ、前記主接点の開極指令を出力する保護リレーに接続されて、前記主回路の電流を計測する、主回路電流計測回路と、
   前記主回路電流計測回路に取り付けられた補助変流器と、
   をさらに有し、
   前記電流信号は前記補助変流器の出力であること、を特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載のガス絶縁遮断器システム。
8. 前記主回路に取り付けられ、前記主接点の開極指令を出力する保護リレーに接続されて、前記主回路の電流を計測する、主回路電流計測回路をさらに有し、
   前記電流信号は前記保護リレーから入力されること、を特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載のガス絶縁遮断器システム。
9. 絶縁ガスを封入した容器と、
   前記容器内に収容されて主回路を開閉する主接点と、
   前記容器内に収容され、前記主接点に対して並列に接続されて、前記主接点が開いてから所定時間後に開き、前記主接点が閉じる所定時間前に閉じるように構成された抵抗接点と、
   前記容器内に収容され、前記抵抗接点に直列に接続されてその抵抗接点と合わせて前記主接点に対して並列に接続された抵抗体と、
   を備えたガス絶縁遮断器を監視する方法であって、
   前記主接点の開閉動作のタイミングを表す接点信号を入力する接点信号入力ステップと、
   前記主回路の電流を表す電流信号を入力する主回路電流入力部ステップと、
   前記抵抗体周辺の温度を計測する温度計測ステップと、
   前記温度計測ステップで得られた温度信号を入力する温度信号入力ステップと、
   前記接点信号と電流信号と温度信号とに基づいて抵抗体温度を推定する温度推定ステップと、
   を有することを特徴とするガス絶縁遮断器監視方法。

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