JPH088464Y2

JPH088464Y2 - ガス絶縁開閉装置用事故点標定装置

Info

Publication number: JPH088464Y2
Application number: JP11217090U
Authority: JP
Inventors: 孝典角田; 克彦鵜野; 勉加村
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 1990-10-25
Filing date: 1990-10-25
Publication date: 1996-03-06
Anticipated expiration: 2005-10-25
Also published as: JPH0469780U

Description

【考案の詳細な説明】（ａ）産業上の利用分野この考案はSF₆ガスなどの絶縁ガスを使用したガス絶
縁開閉装置（以下GISと言う）用事故点標定装置に関す
る。

（ｂ）従来の技術一般に、GISは変電所の機器のうち遮断器，断路器，
変流器，計器用変圧器などの変圧器以外の機器を金属容
器に収納し、その収納空間にSF₆ガスなどの絶縁ガスを
封入したものであり、超小型化，高い信頼性および安全
性を実現している。しかし、このようなGISでも内部事
故の発生する確率が０ではない。事故の可能性として、
例えば容器内部異物による部分放電からの絶縁劣化によ
る尖絡（地絡または短絡）事故や、容器内部での母線接
続部の緩みによる接触不良から発生する局部過熱の進展
による導体溶断から尖絡に至ること等が考えられる。通
常、GIS内でこのような短絡や地絡事故が発生すると、
そのときにアークエネルギーによってガス圧力が上昇す
る。

一方、GISでは各エレメントを収納する容器が唯一の
ガス充填空間を形成するのではなく、保守などのことを
考慮して複数のガス区画に分けられているのが普通であ
る。そこでGIS内での事故発生を知るために従来のGISで
は、各ガス区画毎に衝撃圧力検出リレー（以下SPリレー
と言う。）が取り付けられていた。このSPリレーは、ガ
ス区画内にそのまま接続されている高圧側ペローズと、
チョークを介してガス区画内に接続されている低圧側ベ
ローズとを設け、両方のベローズの差圧を検出して事故
検出信号を出力するマイクロスイッチを作動させるよう
になっている。すなわち、ガス区画内の圧力上昇が生じ
た場合、低圧側ベローズ内の圧力上昇が遅れることを利
用して両方のベローズの差圧を検出し、その差圧が一定
以上になった場合にマイクロスイッチを作動させるもの
である。SPリレーにはこの他幾つかのタイプがあるが、
他のSPリレーにおいても上記と同様な差圧を検出するこ
とによりマイクロスイッチのアクチュエータを作動させ
るものであった。

（ｃ）考案が解決しようとする課題しかしながら、SPリレーなどの衝撃圧力を検出して事
故の発生したガス区画を判定する従来のGISでは、次の
問題があった。

圧力変化を検出するSPリレーは、高圧側ベローズ内
の圧力と低圧側ベローズ内の圧力との差圧を検出し、そ
の差圧が一定以上のときに事故発生を判定する構造であ
る。このため、圧力上昇が小さく0.005〜0.02Kg/cm³程
度の地絡事故時には、この手段のSPリレーではほとんど
検出することが困難であった。

差圧検出を行うSPリレーは各要素が構造体であるた
めに事故発生の判定レベルを調整することが極めて困難
であり、また微妙に調整することもほとんど不可能であ
る。

この考案の目的は、地絡事故によるガス圧力変化が小
さい場合でも容易にその地絡事故発生の判定を行うこと
ができ、また事故発生の判定レベルも任意にかつ容易に
設定することのできるGIS用事故点標定装置を提供する
ことにある。

（ｄ）課題を解決するための手段第１図はこの考案の構成図を示している。

GIS容器１はＡ〜Ｄの４つのガス区画に分けられ、各
ガス区画にはガスしゃ断器，断路器，接地装置などのエ
レメントが収納されている。各ガス区画Ａ〜Ｄは３つの
絶縁スペーサ２によって空間的に隔離されている。各ガ
ス区画Ａ〜Ｄにはバルブ３を通じてガス充排気部４が接
続されている。各ガス充排気部４にはガス区画Ａ〜Ｄの
ガス圧力を検出するガス圧力センサS1〜S4が接続されて
いる。

前記ガス圧力センサS1〜S4からの信号は通信ケーブル
を介して絶縁アンプ５に入力され、ここで適当なレベル
に増幅されてローパスフィルタLPFに出力される。ロー
パスフィルタLPFでは信号の高周波成分を除去する。

ローパスフィルタLPFの出力は直接マルチプレクサMPX
に入力されるとともに増幅回路20に入力される。増幅回
路20は、その一方の入力にはそれぞれデマルチプレクサ
DMPXから与えられる電圧信号をバイアス電圧として、こ
れとの差分を一定増幅率で増幅し、信号Ｐ′をマルチプ
レクサMPXへ入力する。マルチプレクサMPXの出力はAD変
換器によりディジタルデータに変換され、４つのローパ
スフィルタLPFの出力Ｐがそれぞれ増幅回路20のバイア
スデータPrefA〜PrefDとしてメモリ15に記憶される。こ
のメモリ15の記憶データは所定のタイミングでDA変換器
により電圧信号に変換され、デマルチプレクサDMPXを介
して４つの増幅回路20に対してそれぞれバイアス電圧と
して与えられる。またメモリ７は４つのブロックMA〜MD
に分割され、各ブロックは地絡事故発生前の各増幅回路
20の電圧値Ｐ′（−Ｔ）と地絡事故発生後の各増幅回路
20の出力値Ｐ′（Ｔ）をそれぞれ記憶するエリアで構成
されている。減算器10は地絡事故発生前後におけるある
一定時間のガス圧力の積分値の差を求める。比較器11は
減算器10の出力値が判定値12を上回る場合に地絡事故発
生信号を事故点出力回路13へ出力する。

（ｅ）作用通常GISには定格圧力４〜5kgf/cm²のSF₆ガスが封入さ
れており、事故発生時にはこのガス圧力をベースに上昇
変化する。

一線地絡事故時の圧力上昇値は電気協同研究39巻第６
号〔ガス絶縁開閉装置の標準化〕によれば ΔＰ＝0.01kgf/cm² 程度の値となる。

ただし故障継続時間ｔ＝0.13sec 故障ユニット容器の容積Ｖ＝1560l 故障電流Ｉ＝400Aとする。

圧力センサとして検出圧力０〜1kgf/cm²に対して出力
電圧が１〜5Vでリニアに変化する仕様のタイプを使用す
る場合、圧力0.01kgf/cm²の変化分は電圧信号としては4
mV程度の変化となって表れる。これは、上記したように
圧力10kgf/cm²変化に対して出力は4V（＝５−1V）変化
する。そして、出力電圧がリニアに変化すれば、（0.01kgf/cm²）／（10kgf/cm²）＝（xv）／（4V）とな
りｘ＝４×10^-3Ｖ＝4mVとなって導かれる。このように圧
力センサの出力信号を扱う場合、定格ガス圧力による圧
力センサの出力電圧がオフセットとして存在するため、
第１図に示した増幅回路20は定格ガス圧力によるオフセ
ット分を差し引いて利得を高める。

但し定格ガス圧力は常に一定ではなく、周囲温度によ
り変化する。ここで、ある温度Ｔにおけるガス圧力P_Tを
周囲温度が20℃の時における圧力P₂₀に換算する近似式
は、 P₂₀＝P_T＋0.005P_CONT（20−Ｔ）但し、P_CONTは当該ガス区画の定格圧力である。

この式をP_Tについて解くと、 P_T＝P₂₀＋0.005P_CONT（Ｔ−20）となる。

よって、圧力変化量ΔP_T（＝P_T−P₂₀）は、 ΔP_T＝P_T−P₂₀＝0.005P_CONT（Ｔ−20）となる。ここ
で、ガス区画の定格圧力が5kgf/cm²である場合、温度が
30℃変化したとする（１年の変化幅を−５℃〜55℃とす
る）と上式において、P_CONT＝5kgf/cm² （Ｔ−20）＝30℃であるから ΔP_T＝0.005P_CONT（Ｔ−20）＝0.005×５×30＝0.75kgf
/cm²となる。すなわち、ガス圧力の変化量は0.75kgf/cm
²となり、これは上記仕様の圧力センサを用いた場合電
圧変化で0.3V変動する。そのため、仮に定格ガス圧力分
を増幅部の入力段で差し引いておいても、周囲温度の変
化によりガス圧力が変化し大きなオフセットとして表れ
るため、増幅率の設定に限界が生じる。

そこでこの考案では、第１図に示したように現時点か
らある一定時間前のガス圧力センサの検出値Ｐをバイア
スデータPrefA〜PrefDとしてメモリ15に記憶し、これら
を増幅回路20のバイアス電圧としてそれぞれ与える。周
囲温度や接触抵抗の発熱によるガス圧力の変化は時定数
が長く、少なくとも十秒〜数分程度以上となるが一方、
地絡事故などによるガス圧力の変化は数十ｍ〜数百msec
と急激であり、事故点の判定も十秒以内で処理できる。
従って上記増幅回路に与えるバイアス電圧は十秒〜数分
間隔で更新すればよい。

なお、第１図においてマルチプレクサMPXの出力は事
故点出力回路13にも出力されているために、例えばエリ
アMAが選択されているときに比較器11の出力が出ている
と、ガス区画Ａにおいて地絡事故が発生したと判定する
ことができ、同様にエリアMBが選択されているときに比
較器11の出力が出ているときにはガス区画Ｂにおいて地
絡事故が発生していると判定することができる。

（ｆ）実施例第２図はこの考案の実施例のGISの概略側面図を示し
ている。このGISではガス区画がＡ〜Ｆの６区画が絶縁
スペーサ２によって分けられている。各ガス区画は独立
にガス充排気部（図示せず）に接続され、ガスしゃ断器
などのエレメントを収納する。本実施例ではＡ区画にガ
スしゃ断器（GCB）が収納され、Ｂ区画に断路器（DS）
および接地開閉器（ESW）が収納される。また、Ｃ〜Ｄ
区画には断路器（DS）が収納され、Ｆ区画にはケーブル
接続部（CHd）が収納される。各ガス区画Ａ〜Ｆに連結
されているガス充排気部にはガス圧力センサＳが接続さ
れ、各ガス圧力センサはそれぞれのガス区画の圧力を個
別に検出できるようになっている（第１図参照）。

第３図はGIS用事故点標定装置の制御部のブロック図
を示している。本実施例の制御部はマイクロコンピュー
タシステムで構成されている。合計６個のガス圧力セン
サS1〜S6はそれぞれガス区画Ａ〜Ｆのガス圧力を検出す
る。それらの出力はアンプ５によって適当なレベルに増
幅され、ローパスフィルタ６で高周波成分が除去され
る。ローパスフィルタ６を通過した信号は圧力エンベロ
ープ波となり、アンプ20でα倍されてマルチプレクサ21
に導かれる。また、ローパスフィルタ６を通過した信号
を、さらに、そのまま増幅回路20に必要なバイアス電圧
を測定するための信号および短絡検出用信号としてマル
チプレクサ21に導くようにしている。

前記マルチプレクサ21では、ローパスフィルタ６およ
びアンプ20の出力信号を順次選択しながら、後段のAD変
換器22を通じてCPU23に渡す。CPU23はローパスフィルタ
６の出力信号Ｐを増幅回路に与えるべきバイアス電圧の
データとしてRAMに記憶し、増幅回路20の出力信号Ｐ′
を読み取る際、DA変換器33およびデマルチプレクサ34を
通して増幅回路20へバイアス電圧として与える。

CPU23にはアプリケーションプログラム等が記憶され
るROM24と、センサによって検出されたガス圧力のサン
プリングデータが記憶されるRAM25と、接点出力回路26
と、操作パネルインターフェイス27と、上記AD変換器22
およびDA変換器33が内部バスで接続されている。接点出
力回路26は短絡事故や地絡事故の事故発生を検出した時
に事故発生信号を出力する。また、操作パネルインター
フェイス27には、表示器28および操作キー29を含む操作
パネル30が接続され、キー入力された地絡圧力上昇検出
整定値（判定値）ΔPG（判定レベル）をCPU23に渡した
りする。さらに、上記バスには外部に設けられている地
絡検出装置31および短絡検出装置32が接続されている。
これらの検出装置は、例えばリレー等で構成され、事故
点標定のAND条件として使用される。

第４図は事故発生の前後における各信号の波形を示し
ている。同図に示すように事故発生点t1から事故除去点
t2までの期間Ｔにおいて零相電流Ioが流れる。すると、
故障の発生したガス区画内のガス圧力が高まってゆくた
めにガス圧力センサの出力Ｐは図のように変化する。こ
れに伴いバイアス電圧との差分を一定増幅率で増幅した
ガス圧力変化信号Ｐ′は図に示すように上昇変化する。
GISに設けられている地絡検出装置（図示せず）の作動
開始タイミングt0を基準に直前および直後の過渡期間T
1,T2を除いた前後の期間は比較基準期間と標定期間とし
て設定され、この期間で信号Ｐ′が評価される。すなわ
ち、比較基準期間でのＮ点のサンプリングデータと標定
期間のＮ点のサンプリングデータとをそれぞれＰ′（−
Ｎ）〜Ｐ′（−１）とＰ′（１）〜Ｐ′（Ｎ）としてRA
M25の所定エリアに記憶する。尚、比較基準期間、T1、T
2、標定期間は例えばそれぞれ２秒程度である。

図に示すように、信号Ｐ′は、時刻t1で地絡事故が発
生してから徐々に上昇し、時刻t2で地絡事故が除去され
たときから徐々に下降する。従って、標定期間において
の各サンプリングデータＰ′（１）〜Ｐ′（Ｎ）のそれ
ぞれの大きさは、比較基準期間の各サンプリングデータ
Ｐ′（−Ｎ）〜Ｐ′（−１）のそれぞれの大きさよりも
少し大きい値をとる。

第５図は上記RAM25の一部構成図を示している。GISの
ガス区画はＡ〜Ｆの６区画であるために、各ガス区画の
サンプリングデータを記憶するためのエリアもMA〜MFの
６ブロックに分けられている。エリアMAは、ガス区画Ａ
におけるガス圧力センサS1に基づくガス圧力変化信号
Ｐ′のサンプリングデータの記憶エリアである。第４図
に示したように、本実施例では地絡検出装置31が地絡事
故を検出したタイミングt0の前後T1,T2の期間を過渡期
間として、この区間のデータを事故点標定のためのサン
プリングデータとして使用しないようにしている。この
ために、この区間のデータは実際にはエリアMAのT1,T2
の範囲に記憶されるが、演算に際して使用されることは
ない。なお、地絡事故発生タイミングt0から時間T3が経
過したとき（データＰ′（Ｎ）のサンプリングデータ終
了時点）に事故点標定のための演算が行われる。

第６図は上記RAM25の他の領域に相当する一部構成図
を示している。図においてToはバイアス更新を行ってか
ら事故発生を検出するまでの時間を記憶し、PrefA0〜Pr
efF0には前回のガス圧力変化信号Ｐ′のサンプリング時
に各増幅回路に与えたバイアス電圧のデータを記憶し、
PrefA1〜PrefF1にはガス圧力変化信号Ｐ′のサンプリン
グ時に各増幅回路に与える現在のバイアス電圧のデータ
を記憶する。

第７図はCPU23の動作を示すフローチャートである。

装置の動作がスタートすると、先ずバイアスデータの
更新タイミングであるか否か判定する（n1）。バイアス
データの更新は10秒〜数分の予め定められた時間ごとに
行われるが、そのタイミングとなれば、ガス圧力センサ
S1〜S6で検出された各ガス区画Ａ〜Ｆのガス圧力Ｐをそ
れぞれサンプリングし、RAM25の所定領域（第６図に示
したPrefA1〜PrefF1）に記憶する（n2→n3）。このバイ
アスデータの更新は下記のガス圧力変化信号Ｐ′のサン
プリングタイミングと合わせ、RAM25への記憶も同様と
し、使用するデータのみ所定のバイアスデータ更新時間
のタイミングで実施することも可能である。続いてタイ
マを０からスタートさせる（n4）。このタイマはバイア
スデータを更新してから地絡検出が行われるまでの時間
T0を計時するためのものである。その後ガス圧力変化信
号Ｐ′のサンプリングタイミングとなれば各増幅回路20
の出力信号Ｐ′をサンプリングし、それぞれRAM25の所
定領域に記憶する。すなわち第５図に示したようにガス
区画毎に下側から上側にむけて記憶していく。地絡検出
装置31が地絡事故を検出するまで上記動作を繰り返し、
例えば100msec毎に第５図に示したＰ′のサンプリング
データを更新していく（n5→n6→n7→n8→n1→n5・・・
・・）。また、次のバイアスデータ更新タイミングとな
れば、ガス圧力信号Ｐをそれぞれサンプリングし、これ
らを第６図に示したPrefA1〜PrefF1に記憶する。その
際、前回PrefA1〜PrefF1に記憶されていたバイアスデー
タはPrefA0〜PrefF0に移す（n1→n2→n3→n4）。このよ
うな動作を繰り返しているときに、地絡検出装置31が地
絡事故を検出すると（n8）、タイマ値をToとして記憶
し、再びタイマを０からスタートさせる（n8→n9→n1
0）。そして地絡検出タイミングt0から時間T3が経過す
るのを待つ（n12→n5→・・・・→n12→・・・・）。従
ってこの間においてもサンプリングデータＰ′をRAMの
各エリアに記憶していく。また一旦地絡検出が行われば
バイアスデータの更新は行わない。時間T3が経過する
と、比較基準期間においてのガス圧力積算値と標定期間
のガス圧力積算値との差ΔＰ′を演算する（n13）。そ
してその積算値の差と予め設定されている地絡圧力上昇
検出整定値ΔPGとの比較を行い（n14）、ΔＰ′がΔPG
よりも大きければ、続いて短絡検出装置32が動作してい
るか否かのチェックを行い（n15）、もし短絡検出装置3
2が動作していれば、その動作を優先し、短絡事故標定
処理へと移る（n16）。また、短絡検出装置32が動作し
ていなければ、地絡事故標定処理を行う（n17）。これ
らの標定処理ではその時にマルチプレクサ21が選択して
いるガス圧力センサ、すなわちガス区画を事故点（事故
発生ガス区画）と標定し、そのガス区画を表示すべき信
号を操作パネルインタフェース27に出力する。従って、
例えばガス区画Ａが事故点として標定されたときにはガ
ス区画Ａが表示される。なお、もちろんこのとき警報接
点や警報ランプにて事故が発生したことが報知される。

なお、上記ステップn13にて比較基準期間においての
ガス圧力積算値と標定期間のガス圧力積算値の差を演算
する際、途中でバイアスデータが更新された場合には、
そのバイアスデータに応じて補正を行わなければならな
い。例えばバイアスデータの更新が第４図における過渡
期間のT1内に行われた場合、実際に事故が発生してガス
圧力信号Ｐが上昇してから、すなわちt1〜t0の期間でバ
イアスデータが更新された可能性があるため、この場合
には標定期間において増幅回路20に与えるバイアス電圧
を比較基準期間に与えられていたバイアス電圧と等しく
するために、前回のバイアスデータPrefA0〜PrefF0を用
いる。また、その他の方法として演算によって補正して
もよい。その関係は次式で表される。

即ちＮ・α（Pref1−Pref0）の補正を行う。ここでサン
プリングデータ数Ｎと増幅回路の増幅率αは定数であ
り、Pref1およびPref0はRAM25内に記憶されている（第
６図参照）データPrefA1〜PrefF1およびPrefA0〜PrefF0
である。

また、第４図に示した比較基準期間内においてバイア
スデータが更新された場合、通常バイアス電圧の変化は
僅かであるから問題とはならないが、同一のバイアス電
圧が与えられたものとして補正する場合には上記Toおよ
び新旧のバイアスデータPref0,Pref1に基づいて補正値
を求めることができる。

（ｇ）考案の効果この考案によれば、事故点標定の処理のために、比較
的短時間周期で取り込む圧力信号を増幅する増幅部にお
いて、（上記短時間周期より長い）一定周期毎のガス圧
力センサの検出値を増幅回路のバイアス電圧として用い
たことにより、周囲温度の変化又は導体に流れる負荷電
流などによるガス圧力の変化に伴うオフセット分の変化
が抑えられ、増幅部の利得を高めることができ、これに
よりガス圧力の上昇変化の少ない地絡事故においても正
確に事故発生ガス区画の標定を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案に係るGIS用事故点標定装置の構成図
を示している。第２図はこの考案の実施例であるGISの
概略側面図を示し、第３図は同実施例の制御部の構成
図、第４図は同GIS用事故点標定装置の動作を説明する
ための図、第５図および第６図はRAMの一部構成図、第
７図は同実施例でのCPUの動作を示すフローチャートで
ある。１……GIS容器、２……絶縁スペーサ、S1〜S4……ガス
圧力センサ、20……増幅回路。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】各エレメントを収納する容器が複数のガス
区画に分けられたガス絶縁開閉装置の各ガス区画毎に設
けられたガス圧力を電圧値に変換して検出するガス圧力
検出用のガス圧力センサと、このガス圧力センサの検出値とバイアス電圧との差分を
一定増幅率で増幅する増幅回路と、上記ガス圧力センサの検出値を一定周期で読み取り、そ
の値を上記増幅回路のバイアス電圧として与えるバイア
ス電圧設定手段と、外部から地絡事故検出信号を受信したとき、その前後の
上記増幅回路の出力値の差を各ガス区画毎に求め、この
差を所定の判定値と比較することにより地絡事故発生の
ガス区画を判定する事故点判定手段と、を設けたことを特徴とするガス絶縁開閉装置用事故点標
定装置。