JPH04212228A - 断路器の電極消耗率計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、ガス絶縁開閉装置に使用される断路器に係り
、特に、主接点の交換時期を外部より判定することので
きる断路器の電極消耗率計測装置に関するものである。

（従来の技術） 従来の電力用断路器は、それが組入れられた電力系の状
態により、年間当たりの動作回数は数回から数百回とい
う差がある上、各種の定格と形式の製品が存在するため
、開閉エネルギーによる主接点の電極消耗率は各種断路
器により大きく異なっている。保守上問題となる主接点
の交換に際しては、適当な時期に断路器内部を目視点検
して、主接点の交換の必要性の有無を判定していた。そ
のため、一律的に一定の点検作業が要求され、保守員の
確保や点検に伴う計画停電手続や機器の停止など、無駄
な要素が生じていた。

一方、近年、絶縁性に優れたＳＦ６ガスを充填したタン
ク内に主接点を収納した断路器の普及に伴い、据付スペ
ース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従来の
断路器に比べて数倍も必要となるという欠点も生じてい
た。従って、この様な点検回数を減らすことが望ましく
、各々の断路器について、開閉アークエネルギーを詳細
に実算累積し、主接点の電極消耗に伴う主接点交換時期
を明確に外部から把握した上で点検作業を実施する必要
がある。

ところで、電力系統に使用される断路器の電流開閉責務
の一つに、ループ電流開閉責務がある。

この様なループ電流開閉責務について、第５図（Ａ）〜
（Ｃ）に基づいて、複母線構成における母線切替時のル
ープ電流開閉責務を例にして説明する。なお、第５図に
おいては、発電機３が断路器４、５を介して第１の主母
線１及び第２の主母線２に接続され、また、変圧器１０
が断路器６、７を介して第１の主母線１及び第２の主母
線２に接続されている。また、第１の主母線１及び第２
主母線２は、遮断器８及び遮断電流測定用の変流器９を
含む母線連絡回線によって連結されている。

この様な構成を有する複母線方式の電力系統においては
、第５図（Ａ）に示した様に、母線連絡回線によって第
１の主母線１と第２の主母線２とが連結されている状態
で、断路器７が投入されると、第５図（Ｂ）に示した様
に、負荷電流Ｉはｉ１とｉ２に分流され、いわゆるルー
プが構成される。このｉ１とｉ２の分流比はループイン
ピーダンスに逆比例するが、大半がｉ１として流れる。

この状態で、断路器６が開路されると、第５図（Ｃ）に
示した様に、ループ電流ｉ１をｉ２経路側に転流させる
責務が生じる。従って、断路器の遮断すべきループ電流
値は、最大値として定格電流値まで考慮する必要がある
。

一方、遮断器、断路器などの開閉機器の主接点の電極消
耗率を外部から計測する方法としては、特公昭４９−４
６５８３号公報にその一例が提案されている。これは、
接点寿命が遮断した電流値とその回数により、概略決定
されることに着目したものである。即ち、遮断電流をＥ
、遮断回数をＮとすると、Ｅ×Ｎ＝一定という式で接点
寿命を概略算出することができる。この関係を第６図に
示した。即ち、遮断電流がｅ１ＫＡであれば、ｎ１回の
遮断が可能であり、遮断電流がｅ２ＫＡであれば、ｎ２
回の遮断が可能となる。

また、前述した様にループ電流開閉においては、定格電
流値に近い電流を遮断する必要があるため、進み小電流
開閉や遅れ小電流開閉などの責務と比較して、主接点寿
命に与える影響が大きい。そこで、ループ電流の遮断電
流値及び遮断回数の累積値を求めることにより、主接点
の電極消耗度を推定することが考えられる。電気協同研
究会報告（第３３巻第４号）によると、ループ電流開閉
責務に関して、無点検遮断回数は定格４０００Ａ以上に
ついては１００回、４０００Ａ未満については２００回
としているが、この方法により、各断路器毎の主接点の
電極消耗度を推定できれば、主接点の交換時期を明確に
把握できるため、点検や保守の周期を長期化することが
できる。

しかしながら、上記の様な主接点の電極消耗度を推定す
る方法を実施するには、以下に述べる様な解決すべき課
題があった。即ち、断路器が遮断するループ電流を計測
するためには、断路器に直列に変流器を追加して設置す
る必要があるが、ガス絶縁開閉装置に用いられる変流器
は、ケイ素鋼板にコイルを巻き付けて成る鉄心タイプの
変流器コアにより構成されているため、機器が複雑で大
型なものとなり、重量も大きくなり、コストも増大して
しまう。また、近年、光ファイバーを用いた計測技術が
注目されているが、光ファイバーが光電界部に配される
ため、絶縁信頼性の点で問題がある他、センサの熱歪特
性、電子回路の複雑化などの点で問題が残されており、
未だ実用化には至っていない。

そこで一部では、断路器に新たに変流器を付加すること
なく、母線連絡回線に設けた主回路電流検出手段を用い
、断路器の開路動作前後における回路電流の変化分を測
定し、その変化分を累積演算することによって接点寿命
を推定する方式の断路器の電極消耗率計測装置が提案さ
れている。

第７図ないし第９図は、従来のこの種の断路器の電極消
耗率計測装置を示すもので、この装置においては、第７
図に示した様に、母線連絡主回路１１に、主回路電流検
出手段として変流器１２と、断路器の開路動作のタイミ
ングを検出するための指令検出センサ１６及び開路状態
検出センサ１７が配設されている。前記指令検出センサ
１６は、貫通型の小形変流器で、断路器の制御回路の制
御線１５が貫通するように取付けられ、断路器動作指令
電流の立上がりのタイミングを検出するものである。ま
た、前記開路状態検出センサ１７はマイクロスイッチな
どの機械スイッチで、第８図に示した様に、断路器の主
軸２５に連動して動作し、開路完了状態でＯＮとなり、
他の状態ではＯＦＦとなるように構成され、操作機構部
内に配設されている。

また、前記変流器１２から出力された母線連絡回線の主
回路電流値は、ピークホールド回路１３を介してアナロ
グ入力インタフェース１４に入力され、その後、アナロ
グ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換され、データ処理部２１に
入力されるように構成されている。なお、前記ピークホ
ールド回路１３は、変流器１２の出力を全波整流して、
そのピーク値を出力するように構成され、システムに必
要な応答速度と測定波形の周期から、適当な減衰時定数
を有するように設定されている。

一方、前記指令検出センサ１６の出力は、受信器１８に
入力され、デジタル入力インタフェース２０を介してデ
ータ処理部２１に入力される。また、開路状態検出セン
サ１７の出力は、中継リレー１９に入り、デジタル入力
インタフェース２０を介してデータ処理部２１に入力さ
れる。これら指令検出センサ１６、開路状態検出センサ
１７、受信器１８、中継リレー１９、デジタル入力イン
タフェース２０は、それぞれループ電流開閉責務を有す
る断路器の数だけ設けられている。また、前記データ処
理部２１には、指令検出信号や動作位置検出信号が入力
された時点で計測されたピークホールド回路１３の出力
Ｉａ、Ｉｂを記憶し、また、ΔＩ＝Ｉｂ−Ｉａの演算処
理を行うプログラムを有するマイクロコンピュータが用
いられている。また、前記データ処理部２１は図示しな
い累積演算部に接続されている。

この様な構成を有する従来の断路器の電極消耗率計測装
置においては、以下に述べる様にして電気消耗率が計測
される。即ち、第５図（Ｂ）に示した様に、断路器６及
び断路器７の様に第１の主母線１と第２の主母線２を連
結する１組の断路器が、いずれも閉路状態であることが
開路状態検出センサ１７により検出されている状態にお
いて、いずれか一方の断路器の開路動作指令が検出され
ると、データ処理部２１はループ遮断電流算出処理を開
始する。そして、第９図に示したタイムチャートにおい
て、指令検出センサ１６が断路器開路動作指令を検出し
、その出力３０が変化すると、データ処理部２１では、
プログラムに従って、この時のピークホールド回路出力
３５の値Ｉａをデータ処理部２１内のメモリに記憶する
。

次に、断路器の接点が開いてループ電流が遮断され、開
路状態を検出する開路状態検出センサ１７の出力３２が
ＯＮされると、データ処理部２１では、プログラムに従
って、この時のピークホールド回路出力３５の値Ｉｂを
データ処理部２１内のメモリに記憶し、さらにループ遮
断電流値に相当するΔＩ＝Ｉｂ−Ｉａを演算により求め
る。そして、動作した断路器の識別コードをΔＩに付加
して、累積演算部（図示せず）に送出する。この累積演
算部においては、各断路器の累積遮断電流値をメモリに
記憶しており、データ処理部２１から送られてきた新し
いデータΔＩを、該当する断路器のデータに加算して主
接点の電極消耗度を推定する。

しかして、断路器開路動作の前後において、母線連絡回
線に設けられた変流器によって検出された電流値の差か
ら、断路器のループ遮断電流値を求めているので、断路
器毎に変流器などの電流検出手段を設置する必要がなく
、システムの構成が大幅に簡略化される。また、断路器
と同様に遮断器の電極消耗率の計測にも併用できるため
、システム構成はより簡略化できるという優れた特徴が
ある。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記の様な方法を、高信頼度を要求され
る重要な変電所である二重母線分割方式変電所に適用す
る際には、以下に述べる様な解決すべき課題があった。

以下、二重母線分割方式変電所に適用する際の課題につ
いて、第１０図に基づいて説明する。

なお、第１０図においては、発電機４１が断路器４２、
４３を介して第１の主母線３７及び第３の主母線３９に
接続され、また、変圧器５６が断路器４４、４５を介し
て第１の主母線３７及び第３の主母線３９に接続され、
また、第１の主母線３７及び第３の主母線３９は、遮断
器４８及び変流器５２を含む母線連絡回線にによって連
結されている。同様に、変圧器５７が断路器４６、４７
を介して第２の主母線３８と第４の主母線４０に接続さ
れ、また、第２の主母線３８及び第４の主母線４０は、
遮断器４９、変流器５３を含む母線連絡回線によって連
結されている。さらに、第１の主母線３７と第２の主母
線３８は、遮断器５０、変流器５４を含むセクション回
線６８によって連結され、また、第３の主母線３９及び
第４の主母線４０は、遮断器５１、変流器５５を含むセ
クション回線６９によって連結されている。

この様な構成を有する二重母線分割方式の電力系統にお
いては、第１０図（Ａ）に示した様に、第１の主母線３
７と第２の主母線３８及び第３の主母線３９と第４の主
母線４０が連結された状態で、変圧器５７を含む回線の
母線切替途中に、変圧器５６を含む回線の母線切替を行
なった場合には、第１０図（Ｂ）に示すように、変圧器
５６を含む回線の負荷電流Ｉはｉ１、ｉ２、ｉ３、ｉ４
に分流され、ループが構成される。ｉ１〜ｉ４の分流比
はループインピーダンスに逆比例するが、大半がｉ１と
して流れる。この状態で、断路器４４が開路されると、
第１０図（Ｃ）に示した様に、ループ電流ｉ１はｉ２〜
ｉ４の経路側に転流され、その結果ｉ２〜ｉ４はｉ２〜
ｉ４に変化する。この事から明らかなように、二重母線
分割方式の変電所の場合には、母線切替時のループ電流
が、複数の母線連絡回線を流れたり、母線連絡回線を含
まない径路を流れたりする場合があるので、第７図に示
す従来の実施例をそのまま適用すると大きな測定誤差を
生ずる可能性があった。

また、断路器の電極消耗率計測装置は、それ自体単独で
適用されることは一般に少なく、各機器の動作時間監視
や、ガス圧力監視、部分放電監視等を行なう変電用機器
総合監視装置のうちの一機能として適用されることが多
い。この場合、二重母線分割方式のような大規模変電所
においては、監視項目すなわち取扱うデータ量が膨大で
あるが故に、第１０図（Ａ）に示すようにセクション回
線を境として監視対象機器を２つのグループに分け、そ
れぞれ別々のデータ処理部で処理する場合が多い。この
様な構成においては、一方のデータ処理部が担当する機
器の状態や指令信号のタイミングは他方のデータ処理部
では取込めないので、第７図に示す従来の実施例をその
まま適用することは困難であった。

本発明は以上の欠点を解消するために提案されたものて
、その目的は、ループ電流遮断時の遮断電流値を正確に
計測でき、断路器の主接点部の寿命を推定することので
きる断路器の電極消耗率計測装置を提供することである
。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は前記目的を達成する手段として、断路器の動作
回数と主接点の開閉電流値とから、その電極消耗率を計
測する断路器の電極消耗率計測装置において、前記断路
器の開路動作のタイミングを検出するタイミング検出手
段と；母線連絡回線及びセクション回線に設けた主回路
電流検出手段と；前記タイミング検出手段によって開路
信号が送出された時に、前記主回路電流検出手段によっ
て主回路電流を測定し、断路器の開路動作前後における
母線連絡回線及びセクション回線の主回路電流の変化分
の加算値を算出するデータ処理部と、算出された主回路
電流の変化分の加算値を累積演算することにより接点寿
命を監視する累積演算部と、をそれぞれ設けるようにし
たことを特徴とする。

（作用） 本発明に係る断路器の電極消耗率計測装置においては、
母線連絡回線及びセクション回線に設けた主回路電流検
出手段により、断路器の開動作前後における主回路電流
の変化分の加算値が測定され、それぞれの変化分の加算
値が累積されて接点寿命が推定される。このため、ルー
プ電流遮断時の遮断電流値を正確に計測することが可能
となる。

（実施例） 以下、本発明の第１実施例を、第１図および第２図を参
照して説明する。

第１図は、本発明に係る断路器の電極消耗率計測装置の
一例を示すもので、この装置においては、母線連絡主回
路５８及びセクション回線主回路６０に、主回路電流検
出手段として変流器５９、６１がそれぞれ配設されてお
り、また断路器の開路動作のタイミングを検出するため
の指令検出センサ１６及び開路状態検出センサ１７が配
設されている。

前記指令検出センサ１６は、貫通型の小形変流器で、断
路器の制御回路の制御線１５が貫通するように取付けら
れ、断路器動作指令電流の立上がりのタイミングを検出
するものである。また、前記開路状態検出センサ１７は
マイクロスイッチなどの機械スイッチで、第８図に示し
た様に、断路器の主軸２５に連動して動作し、開路完了
状態でＯＮとなり、他の状態ではＯＦＦとなるように構
成され、操作機構部内に配設されている。

また、前記変流器５９から出力された母線連絡回線の主
回路電流値は、ピークホールド回路１３を介してアナロ
グ入力インタフェース１４に入力され、その後、アナロ
グ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換され、データ処理部６２に
入力されるように構成されている。同様に、前記変流器
６１から出力されたセクション回線の主回路電流も、ピ
ークホールド回路１３を介してアナログ入力インタフェ
ース１４に入力され、その後、アナログ−デジタル（Ａ
／Ｄ）変換され、データ処理部６２に入力されるように
構成されている。

なお、前記ピークホールド回路１３は、変流器１２の出
力を全波整流して、そのピーク値を出力するように構成
され、システムに必要な応答速度と測定波形の周期から
、適当な減衰時定数を有するように設定されている。

一方、前記指令検出センサ１６の出力は、受信器１８に
入力され、デジタル入力インタフェース２０を介してデ
ータ処理部２１に入力される。また、開路状態検出セン
サ１７の出力は、中継リレー１９に入り、デジタル入力
インタフェース２０を介してデータ処理部２１に入力さ
れる。これら指令検出センサ１６、開路状態検出センサ
１７、受信器１８、中継リレー１９、デジタル入力イン
タフェース２０は、それぞれセクション回線によって分
離される２つのユニットの一方に含まれるループ電流開
閉責務を有する断路器の数だけ設けられている。また、
前記データ処理部２１には、指令検出信号や動作位置検
出信号か入力された時点で計測されたピークホールド回
路１３の出力Ｉａ、Ｉｂを記憶し、また、ΔＩ＝Ｉｂ−
Ｉａの演算処理を行うプログラムを有するマイクロコン
ピュータが用いられている。また、前記データ処理部６
２は図示しない累積演算部に接続されている。

この様な構成を有する本実施例の断路器の電極消耗率計
測装置においては、以下に述べる様にして電極消耗率が
計測される。なお、ここでは、第１０図（Ａ）に示すデ
ータ処理部Ｎｏ．１監視範囲内の断路器の電極消耗率を
計測する場合について説明する。

第１０図（Ｂ）に示した様に、断路器４４及び断路器４
５の様に第１の主母線３７と第３の主母線３９を連結す
る１組の断路器が、いずれも閉路状態であることが開路
状態検出センサ１７により検出されている状態において
、いずれか一方の断路器の開路動作指令が検出されると
、データ処理部６２はループ遮断電流算出処理を開始す
る。そして、第２図に示したタイムチャートにおいて、
指令検出センサ１６が断路器開路動作指令検出し、その
出力３０が変化すると、データ処理部６２では、プログ
ラムに従って、この時のピークホールド回路出力６４の
値Ｉａ１をデータ処理部６２内のメモリに記憶する。同
様に、この時のピークホールド回路出力６６の値Ｉａ２
もデータ処理部６２内のメモリに記憶する。

次に、断路器の接点が開いてループ電流が遮断され、開
路状態を検出する開路状態検出センサ１７の出力３２が
ＯＮされると、データ処理部６２では、プログラムに従
って、この時のピークホールド回路出力６４の値Ｉｂ１
をデータ処理部６２内のメモリに記憶する。同様に、こ
の時のピークホールド回路出力６６の値Ｉｂ２もデータ
処理部６２内のメモリに記憶する。さらに、データ処理
部では、以上の記憶データを基に、ループ遮断電流値に
相当するΔＩ＝（Ｉｂ１＋Ｉｂ２）−（Ｉａ１＋Ｉａ２
）を演算により求める。そして、動作した断路器の識別
コードΔＩに付加して、累積演算部（図示せず）に送出
する。この累積演算部においては、各断路器の累積遮断
電流値をメモリに記憶しており、データ処理部６２から
送られてきた新しいデータΔＩを、該当する断路器のデ
ータに加算して主接点の電極消耗度を推定する。

この様に本実施例によれば、断路器開路動作の前後にお
いて、母線連絡回線及びセクション回線に設けられた変
流器によって検出された電流値の差から、断路器のルー
プ遮断電流値を求めているので、断路器毎に変流器など
の電流検出手段を設置する必要がなく、システムの構成
が大幅に簡略化される。また、セクション回線を境とし
て複数のデータ処理装置によって構成されるようなシス
テムにも適用することが可能である。

第３図は、本発明の第２実施例を示すもので、本実施例
においては、第３図に示した様に、第１実施例と同様の
回路において、中継リレー１９とデジタル入力インタフ
ェース２０の間に、遅延回路６７が設けられ、開路状態
検出センサ１７の出力かデータ処理部６２に入力される
時間を、任意の設定時間だけ遅らせることができるよう
に構成されている。

この様な構成を有する本実施例の断路器の電極消耗率計
測装置においては、開路状態検出センサ１７の出力が遅
延回路６７を介してデータ処理部６２に入力されるので
、断路器開路動作完了後の母線連絡主回路電流及びセク
ション回線主回路電流を検出するタイミングを任意の設
定時間Ｔ０だけ遅らせることができる。これは以下に述
べる理由による。即ち、断路器の接点が消耗してくると
、電流遮断時間が長くなるため、遮断完了から開路完了
までの時間が短くなる。また、ピークホールド回路１３
の出力６４、６６は、ある時定数を持っているため、電
流が急に変化した場合に、正確な出力値となるまでには
、ある程度の時間が必要であり、断路器開路完了の時点
ですぐにピークホールド回路の出力６４、６６の値を記
憶すると、測定誤差が大きくなる可能性があるからであ
る。

そのため、断路器開路完了時からＴ０だけ遅れた時点で
、ピークホールド回路の出力値６４、６６を記憶できる
ようにすることにより、測定精度を大幅に向上すること
ができる。

第４図は、本発明の第３実施例を示すもので、本実施例
においては、第４図に示した様に、第１実施例と同様の
回路において、指令検出センサ１６と受信器１８の代り
に、閉路状態検出センサ３６と中継リレー１９が配設さ
れている。また、閉路状態検出センサ３６は、マイクロ
スイッチなどの機械スイッチで、第８図に示した様に、
断路器の主軸２５に連動した動作し、閉路完了状態でＯ
Ｎとなり、他の状態ではＯＦＦとなるように操作機構部
内に取付けられている。そして、断路器が開路動作を開
始し、閉路状態検出センサ３６の出力がＯＮからＯＦＦ
に変化した時点で、断路器がループ電流を遮断する前の
母線連絡主回路電流値及びセクション回線主回路電流値
を検出するように構成されている。

この様な構成を有する本実施例の断路器の電極消耗率計
測装置は、閉路状態検出センサ３６の出力が変化してか
ら、断路器がループ電流を遮断するまでの時間が比較的
長く、主回路電流値を検出、記憶する時間的余裕が充分
である場合に有効であり、構成をより簡略化することが
できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、断路器の開路動作タイミ
ングを検出するタイミング検出手段によって開路信号が
送出された時に、主回路電流検出手段によって母線連絡
回線及びセクション回線の主回路電流を測定し、データ
処理部において、断路器の開路動作前後における母線連
絡回線及びセクション回線の主回路電流の変化分の加算
値を算出し、さらに累積演算部において、算出された主
回路電流の変化分の加算値を累積演算するようにしてい
るので、ループ電流遮断時の遮断電流値を正確に測定で
き、断路器の主接点部の寿命を推定することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例に係る断路器の電極消耗率
測定装置を示すブロック図、第２図は第１実施例の各部
の信号を示すタイムチャート、第３図は本発明の第２実
施例を示す第１図相当図、第４図は本発明の第３実施例
を示す第１図相当図、第５図はループ電流の経路を示す
単線結線図で、同図（Ａ）は片母線運転時の状態図、同
図（Ｂ）は両母線併用時の状態図、同図（Ｃ）は母線切
替後の状態図、第６図は遮断電流と遮断回数との関係を
示すグラフ、第７図は従来の断路器の電極消耗率計測装
置を示すブロック図、第８図は開路状態検出センサまた
は閉路状態検出センサの構成を示す主要部の分解斜視図
、第９図は従来装置における各部の信号を示すタイムチ
ャート、第１０図はループ電流の経路を示す単線結線図
で、同図（Ａ）は片母線運転時の状態図、同図（Ｂ）は
両母線併用時の状態図、同図（Ｃ）は母線切替後の状態
図である。 １６…指令検出センサ、１７…開路状態検出センサ、３
６…閉路状態検出センサ、５８…母線連絡主回路、５９
、６１…変流器、６０…セクション回線主回路、６２…
データ処理部、６７…遅延回路。 出願人　代理人　波多野久

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 断路器の動作回数と主接点の開閉電流値とから、その電
   極消耗率を計測する断路器の電極消耗率計測装置におい
   て、前記断路器の開路動作のタイミングを検出するタイ
   ミング検出手段と；母線連絡回線及びセクション回線に
   設けた主回路電流検出手段と；前記タイミング検出手段
   によって開路信号が送出された時に、前記主回路電流検
   出手段によって主回路電流を測定し、断路器の開路動作
   前後における母線連絡回線及びセクション回線の主回路
   電流の変化分の加算値を算出するデータ処理部と；算出
   された主回路電流の変化分の加算値を累積演算すること
   により接点寿命を監視する累積演算部と；を具備するこ
   とを特徴とする断路器の電極消耗率計測装置。