事故点標定装置および事故点標定方法
【課題】遮断器動作時のパッファ動作による圧力上昇値を考慮に入れ、より精度の高い標定を行う事故点標定装置を得ること。
【解決手段】事故点標定装置は、ガス絶縁開閉装置１０内で発生した閃絡事故の事故点を標定する事故点標定装置であって、圧力検出器からの圧力信号に基づいて、ガス区画内の圧力を計測する圧力計測部１３と、圧力計測部で計測された圧力の圧力上昇値が所定の整定値より大きいとき圧力信号が検出されたガス区画で閃絡事故が発生したと判定する判定部１４と、を備え、整定値は、事故アークのエネルギーによるガス圧力上昇値とパッファ動作によるガス圧力上昇値との和の下限値より小さく、かつ、遮断アークのエネルギーによるガス圧力上昇値とパッファ動作によるガス圧力上昇値との和の上限値より大きい値に設定されている。
【解決手段】事故点標定装置は、ガス絶縁開閉装置１０内で発生した閃絡事故の事故点を標定する事故点標定装置であって、圧力検出器からの圧力信号に基づいて、ガス区画内の圧力を計測する圧力計測部１３と、圧力計測部で計測された圧力の圧力上昇値が所定の整定値より大きいとき圧力信号が検出されたガス区画で閃絡事故が発生したと判定する判定部１４と、を備え、整定値は、事故アークのエネルギーによるガス圧力上昇値とパッファ動作によるガス圧力上昇値との和の下限値より小さく、かつ、遮断アークのエネルギーによるガス圧力上昇値とパッファ動作によるガス圧力上昇値との和の上限値より大きい値に設定されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス絶縁開閉装置で発生した閃絡事故の部位を標定する事故点標定装置および事故点標定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、遮断器などの変電機器を密閉容器内に収納し絶縁性ガスを用いて据え付け体積を小型化したガス絶縁開閉装置が広く普及している。このガス絶縁開閉装置は、接地電位にある筒状の金属容器の内部に、中心導体である高電圧の課電導体が１相分または３相分収納され、金属容器と課電導体との間の空間に絶縁ガスが封入されている。そして、課電導体は、金属容器内を複数に仕切る絶縁スペーサによって支持される形で金属容器内に収納されているので、金属容器内には、絶縁スペーサで仕切られた複数のガス区画が画成されている。
【０００３】
ところで、ガス絶縁開閉装置では、運用時に絶縁ガスの絶縁性能が低下すると、局部的な絶縁破壊によって部分放電（いわゆるアーク）が発生することがある。このアークが発生すると、１相分の課電導体を収納するガス絶縁開閉装置では、課電導体の金属容器への地絡事故が発生することになる。また３相分の課電導体を収納するガス絶縁開閉装置では、課電導体の金属容器への地絡事故の他に、異相の課電導体間での短絡事故も発生することになる。なお、本明細書中においては、ガス区画内で発生した地絡事故および短絡事故をガス区画内事故と称する。
【０００４】
このガス区画内事故が発生した事故部位は、遮断器内のガス圧力を検出してそのガス圧力が上昇したか否かによって特定できるようにも思われるが、ガス圧力の上昇は、ガス区画内事故で発生した事故アークに起因する他に、系統で事故が発生して遮断器が事故電流を遮断した際に発生した遮断アークにも起因する。そのため、ガス圧力の上昇を単に検出するだけでは、ガス区画内の事故であるかガス区画外の事故であるかを判定することが困難である。
【０００５】
このような課題を解決する手段として、下記特許文献１に開示される事故点標定装置は、遮断電流センサおよび補助接点からの信号に基づいて遮断電流を計測する遮断電流計測部と、ガス圧力センサからの圧力信号を入力としてガス圧力を計測するガス圧力計測部とを有し、遮断器内でのガス圧力上昇が、ガス区画内事故で発生した事故アークに起因するものか、遮断器が事故電流を遮断した際に発生した遮断アークに起因するものかを判定することができるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−１２６８９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に開示される故障点標定システムは、遮断器動作による圧力上昇分を考慮に入れておらず、圧力上昇がごく僅かな事故であった場合には誤動作を引き起こす可能性があった。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、遮断器動作時のパッファ動作による圧力上昇値を考慮に入れ、より精度の高い標定を行う事故点標定装置および事故点標定方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、絶縁ガスが充填された筒状の金属容器内に通電導体が配置されるとともに、遮断動作時に絶縁ガスをアークに吹き付けて消弧させるパッファ室を備えるガス絶縁開閉装置内で発生した閃絡事故の事故点を標定する事故点標定装置であって、金属容器内に画成されるガス区画に設置された圧力検出器からの圧力信号に基づいて、ガス区画内の圧力を計測する圧力計測部と、圧力計測部で計測された圧力の圧力上昇値が所定の整定値より大きいとき圧力信号が検出されたガス区画で閃絡事故が発生したと判定する判定部と、を備え、整定値は、閃絡事故発生時点から閃絡事故発生に伴うアークが消弧するまでの期間と、閃絡事故発生時に通電導体に印加される電圧と、閃絡事故発生時に通電導体に流れる電流とに基づいて算出される圧力上昇値と遮断動作時のパッファ室の体積変化に基づいて算出される圧力上昇値との和の下限値より小さく、かつ、ガス区画に設置された遮断器に対する動作開始指令が出力されてから遮断器の遮断動作に伴うアークが消弧するまでの期間と、遮断動作時のアーク電圧と、遮断動作時のアーク電流とに基づいて算出される圧力上昇値と遮断動作時のパッファ動作によるエネルギー増加分に基づいて算出される圧力上昇値との和の上限値より大きい値に設定されていること、を特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、圧力上昇の値として、遮断器のパッファ動作によるエネルギー増加分に基づく圧力上昇値を加味するようにしたので、判定の際により精度の高い判定を実施することができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の実施の形態にかかる事故点標定装置の構成を示す図である。
【図２】図２は、ガス圧力計測部で計測されたガス圧力の推移と、判定処理部で演算されたガス圧力上昇値との関係を示す図である。
【図３】図３は、判定処理部で実施される判定動作を説明するための図である。
【図４】図４は、遮断器部分の部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明にかかる事故点標定装置および事故点標定方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１３】
実施の形態．
図１は、本発明の実施の形態にかかる事故点標定装置の構成を示す図である。筒状の金属容器１は、ガス絶縁開閉装置１０のいわゆる筐体であって、接地電位にある外部導体として機能する。この金属容器１には、金属容器１と課電導体４とを絶縁するための絶縁ガス５が封入されると共に、例えば、計器用変成器、変流器などの各種の電気機器が収納されている。図１では、一例として、金属容器１内に配置される中心導体である高電圧の課電導体４と、課電導体４に流れる電流を遮断する遮断器３とが示されている。
【００１４】
課電導体４は、金属容器１の長手方向に所定間隔で設置されガス空間を区分する絶縁スペーサ２に支持されている。金属容器１には、絶縁スペーサ２で画設された複数のガス区画が設けられている。なお、課電導体４は、１相分設けられる場合と３相分の設けられる場合とがあるが、図１には、便宜上１相分の課電導体４が示されている。また、図１では、遮断器３を収納したガス区画が１箇所のみ示されているが、他の回線のガス区画にも遮断器３が設置されているものとする。
【００１５】
さらに図１には、ガス区画内で発生した事故アーク６と、遮断器３の遮断動作時に発生した遮断アーク７と、各ガス区画内で発生したアークに起因するガス圧力を検出してガス圧力信号１６として出力するガス圧力センサ（圧力検出器）１１と、信号処理部１５とが示されている。
【００１６】
本実施の形態にかかる事故点標定装置は、このガス圧力センサ１１と信号処理部１５で構成され、信号処理部１５は、主たる構成として、１または複数のガス圧力センサ１１からのガス圧力信号１６を集約しアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１２と、Ａ／Ｄ変換器１２でデジタル信号に変換されたガス圧力信号に基づき各ガス区画のガス圧力値を計測するガス圧力計測部１３と、ガス圧力計測部１３からのガス圧力値に基づいてガス区画内における事故の有無を判定する判定処理部（判定部）１４と、を有して構成されている。
【００１７】
次に、図２および図３を用いて、ガス圧力計測部１３で計測されるガス圧力値と、判定処理部１４の判定動作を詳細に説明する。
【００１８】
図２は、ガス圧力計測部１３で計測されたガス圧力の推移と、判定処理部１４で演算されたガス圧力上昇値との関係を示す図である。図３は、判定処理部１４で実施される判定動作を説明するための図であり、図３（ａ）には事故電流ＩＧと遮断電流ＩＳとガス圧力上昇値ΔＰとの関係が示され、図３（ｂ）にはガス圧力上昇値の具体例が示されている。
【００１９】
以下の説明では、図２を用いて判定処理部１４で算出されるガス圧力上昇値ΔＰを説明した上で、図３を用いてガス区画内事故に起因する第１のガス圧力上昇値ΔＰ１と遮断動作に起因する第２のガス圧力上昇値ΔＰ２とを説明する。
【００２０】
図２には、ガス圧力計測部１３で連続的に計測されたガス圧力値が示され、一方のガス圧力値は、事故が発生したガス区画のガス圧力、すなわちガス区画内事故に起因するガス圧力の推移である。他方のガス圧力値は、事故が発生していないガス区画内のガス圧力の推移である。
【００２１】
さらに、図２には、判定処理部１４におけるガス圧力値算出インターバルとガス圧力値計測タイミングとが示されている。判定処理部１４は、一定の時間インターバルでガス圧力値をサンプリングしており、そのインターバルは例えば１秒間隔である。図２には、そのインターバルで計測されたガス圧力値が８つ示されている。なお、本実施の形態では、判定処理部１４の圧力値算出インターバルを１秒としているが、これに限定されるものではない。
【００２２】
以下、事故が発生した区画のガス圧力の推移と、判定処理部１４によって求められるガス圧力上昇値ΔＰを説明する。まず、事故発生前は、ガス圧力計測部１３では一定のガス圧力値が計測される。これは、ガス区画内に絶縁ガス５が充填されているためである。次に、事故が発生した場合、ガス圧力計測部１３では事故に起因して上昇するガス圧力値が計測される。このときのガス圧力上昇値ΔＰは、事故アーク６に起因するものであり、判定処理部１４によって求められ、以下の計算式で表すことができる。
ガス圧力上昇値ΔＰ＝Ｐｋ−Ｐｍ
ただし、Ｐｋはガス区画内事故発生後のガス圧力を示し、Ｐｍはガス区画内事故発生前のガス圧力を示す。なお、図２では、ガス圧力Ｐｋとガス圧力Ｐｍとの時間差を例えば約７秒としている。
【００２３】
ここで、ガス区画内で発生するアークは、上述したように事故アーク６と遮断アーク７とに分類することができる。
【００２４】
事故アーク６のエネルギーによるガス圧力上昇値をΔＰＧと定義すると、一般に、ガス圧力上昇値ΔＰＧは、（１）式で表される。
ΔＰＧ＝Ｃ・Ｖａｒｃ・ＩＧ・ｔＧ／Ｖ×０．０９８・・・（１）
ΔＰＧ：圧力上昇値（ｋＰａ）
Ｃ：係数（＝０．６）
Ｖａｒｃ：アーク電圧（Ｖ）
ＩＧ：事故電流（Ａ）
ｔＧ：事故アーク時間（ｓｅｃ）
Ｖ：タンク容量（リットル）
アーク電圧Ｖａｒｃは、事故アーク６の地絡電圧である。
事故電流ＩＧは、ガス絶縁開閉装置が設置される変電所の電力系統上の位置により、ほぼ決定され、非有効接地系の一線地絡事故の場合、その最小値はＩＧ＝数百Ａ程度である。
【００２５】
事故アーク時間ｔＧは、保護リレーの動作時間と遮断器３の電流遮断時間とにより、ほぼ決定される。具体的に説明すると、例えば、ガス絶縁開閉装置が運用中にガス区画内事故が発生した場合、図１に示すような事故アーク６が発生する。このときの課電導体４に流れる電流は変流器でモニタされ、その電流値が所定の値を超えたとき図示しない保護リレーが動作する。そして、保護リレーから遮断器３に対してＣＢ動作指令が出力され、遮断器３はＣＢ動作指令によって開放され、事故アーク６が消弧される。なお、保護リレーが動作してからＣＢ動作指令が出力されるまでの時間は、数百ｍｓ程度であり、ＣＢ動作指令が出力されてから事故アーク６が消弧されるまでの時間は、数十ｍｓ程度である。従って、事故アーク時間ｔＧは、保護リレーが動作してから事故アーク６が消弧されるまでの時間（数百ｍｓ）となる。
【００２６】
このため、各ガス区画のタンク容量Ｖが決まれば、ガス圧力上昇値ΔＰＧを求めることができる。非有効接地系の一線地絡事故の場合、例えば、ＩＧ＝数百Ａ、ｔＧ＝数百ｍｓ、Ｖａｒｃ＝数千Ｖ（距離ｄ＝数ｃｍ、電界強度Ｅ＝数百Ｖ／ｃｍ）と設定することができる。
【００２７】
遮断アーク７のエネルギーによるガス圧力上昇値をΔＰＡＲＣと定義すると、ガス圧力上昇値 ΔＰＡＲＣは、（２）式で表される。
ΔＰＡＲＣ＝Ｃ・Ｖａｒｃ・ＩＳ・ｔＳ／Ｖ×０．０９８・・・（２）
Ｃ：係数（＝０．６）
Ｖａｒｃ：アーク電圧（Ｖ）
ＩＳ：遮断電流（Ａ）
ｔＳ：遮断アーク時間（ｓｅｃ）
Ｖ：タンク容量（リットル）
アーク電圧Ｖａｒｃは、遮断器３の遮断動作時の電圧である。
遮断電流ＩＳは、遮断器３が遮断動作をする際に課電導体４に流れる電流である。
遮断アーク時間ｔＳは、ＣＢ動作指令が出力されてから遮断アーク７が消えるまでの時間（数十ｍｓ）である。
【００２８】
このため、各ガス区画のタンク容量Ｖが決まれば、ガス圧力上昇値をΔＰＧと同様に、ガス圧力上昇値ΔＰＡＲＣを求めることができる。非有効接地系の一線地絡事故の場合、例えば、ＩＳ＝０〜数千Ａ、ｔＳ＝数十ｍｓ、Ｖａｒｃ＝数百Ｖ（距離ｄ＝数ｃｍ、電界強度Ｅ＝数十Ｖ／ｃｍ）と設定することができる。
【００２９】
ここで、ガス区画内事故が発生した場合、ガス圧力センサ１１によって検出されるガス圧力は、事故アーク６に起因するガス圧力だけでなく、遮断器３の遮断動作によって発生する遮断アーク７に起因するガス圧力も含まれる。この遮断器３の遮断動作は、事故アーク６の発生に伴うものである。すなわち、ガス区画内事故が発生した場合、ガス圧力計測部１３では、事故アーク６に起因するガス圧力上昇値ΔＰＧだけでなく、遮断アーク７に起因するガス圧力上昇値ΔＰＡＲＣも計測される。
【００３０】
また、アーク遮断によるガス圧力の上昇に加えて、遮断器３が動作した場合には、遮断時のアークを効果的に切るためのパッファによるガス圧力の上昇もある。すなわち、遮断器３による遮断動作時に、アークをより効果的に切るために、パッファによってＳＦ６ガスをアークに吹き付ける動作により、ガス圧力が上昇する。したがって、ガス区画内事故が発生した場合、ガス圧力計測部１３では、事故アーク６に起因するガス圧力上昇値ΔＰＧ、遮断アーク７に起因するガス圧力上昇値ΔＰＡＲＣだけでなくパッファ動作によるガス圧力上昇値ΔＰpufも計測される。
【００３１】
図４は、遮断器３部分を拡大した部分拡大図であって、パッファ動作について説明するための図である。図４に示すように、遮断器３は、固定電極３１、可動電極３２、ノズル３３、パッファシリンダ３４、ピストン３５、ピストンロッド３６を有して構成される。
【００３２】
図４に示すように、可動電極３２が固定電極３１から離間する際に、ノズル３３、パッファシリンダ３４、およびピストンロッド３６が可動電極３２と一体に動作する。その際、パッファシリンダ３４の内側でピストン３５との間に形成された空間（パッファ室３７）の体積が縮小して、ＳＦ６ガスが噴出し、アーク７に吹き付けられ、アーク７が消弧される。
【００３３】
ここで、パッファ動作によるガス圧力上昇値ΔＰpufは、可動電極３２の動作時にパッファに差圧が発生し、パッファシリンダ３４がこの差圧に抗してガス中で動作するため、ガス内部エネルギーが増大し、ガス圧力の上昇となることで生じるものである。このエネルギー増加分ΔＱは、パッファ室３７内の圧力をＰＡとし、パッファ室３７外の圧力をＰＢとすると、ガス体積変化（パッファ室３７体積変化）分ΔＶから、以下の計算式で表される。すなわち、遮断器が開の動作をするとき、ΔＱは、
ΔＱ＝（ＰＢ−ＰＡ）×ΔＶ
ＰＢ−ＰＡ：パッファ内外差圧
ΔＶ：パッファ内外ガス体積変化
【００３４】
ここで、ΔＱを(１)式のエネルギー(＝Ｖａｒｃ・ＩＧ・ｔＧ[Ｊ])部分に代入すると、パッファ動作によるガス圧力上昇値ΔＰpufは、（３）式で表される。
ΔＰpuf＝Ｃ・ΔＱ／Ｖ×３×０．０９８・・・（３）
【００３５】
なお、ガス圧力上昇値ΔＰpufは、遮断器３が毎回略同じ動作を示すため、（３）式に示す変数であるΔＱやＶも動作ごとに略一定となる。したがって、ガス圧力上昇値ΔＰpufは略定数と考えてよい。
【００３６】
以下、このことを図３と関連付けて説明する。
まず、遮断器３でガス区画内事故が発生した場合、そのガス区画の第１のガス圧力上昇値ΔＰ１は、（４）式で表される。
ΔＰ１＝ΔＰＧ＋ΔＰＡＲＣ＋ΔＰpuf・・・（４）
一方、ガス区画外の遮断器で事故が発生した場合、遮断アーク７が発生したガス区画の第２のガス圧力上昇値ΔＰ２は、（５）式で表される。
ΔＰ２＝ΔＰＡＲＣ＋ΔＰpuf・・・（５）
【００３７】
（４）式に含まれるガス圧力上昇値ΔＰＧは、前述した（１）式によって得られる値である。（４）式および（５）式に含まれるガス圧力上昇値ΔＰＡＲＣは、（２）式によって得られる値である。また、（４）式および（５）式に含まれるガス圧力上昇値ΔＰpufは、（３）式によって得られる値である。ただし、ガス圧力上昇値ΔＰＡＲＣ＋ΔＰpufの上限値は、図３（ａ）に示すようにガス圧力上昇値ΔＰＧ＋ΔＰpufの下限値よりも低い値となる傾向がある。これは、事故アーク時間ｔＧと遮断アーク時間ｔｓとの差が約２０倍であることによる。すなわち、非有効接地系の一線地絡事故の場合、ガス圧力上昇値ΔＰＡＲＣとガス圧力上昇値ΔＰＧを求める各パラメータの中で、アーク時間（ｔＧ、ｔｓ）の差分が他のパラメータ差分よりも支配的となるためである。
【００３８】
なお、図３（ａ）に示すガス圧力上昇値ΔＰＧ＋ΔＰpufの下限値は、非有効接地系の一線地絡事故の場合において、各パラメータを例えばｔＧ＝数百ｍｓ、Ｖａｒｃ＝数千Ｖとしたときのガス圧力上昇値を、概念的に表したものであり、事故電流ＩＧが例えばＸ（Ａ）からＹ（Ａ）まで増加したときの値となる。なお、上述したように、ガス圧力上昇値ΔＰpufは略定数であるため、ガス圧力上昇値ΔＰＧ＋ΔＰpufの下限値は、ガス圧力上昇値ΔＰＧの下限値にガス圧力上昇値ΔＰpufを加えたものとなっている。
【００３９】
また、図３（ａ）に示すガス圧力上昇値ΔＰＡＲＣ＋ΔＰpufの上限値は、上述同様に、各パラメータを例えばｔＳ＝数十ｍｓ、Ｖａｒｃ＝数百Ｖとしたときのガス圧力上昇値を、概念的に表したものであり、遮断電流Ｉｓが例えば０から数千（Ａ）まで増加したときの値となる。ただし、これらの数値は一例であり、これらに限定されるものではない。なお、上述したように、ガス圧力上昇値ΔＰpufは略定数であるため、ガス圧力上昇値ΔＰＡＲＣ＋ΔＰpufの上限値は、ガス圧力上昇値ΔＰＡＲＣの上限値にガス圧力上昇値ΔＰpufを加えたものとなっている。
【００４０】
次に、図３（ａ）の上側に示される斜線部分は、（４）式で得られる第１のガス圧力上昇値ΔＰ１の値である。ガス圧力上昇値ΔＰＧ＋ΔＰpufの下限値より上側全体が斜線で示されている理由は以下の通りである。すなわち、（４）式で得られる第１のガス圧力上昇値ΔＰ１は、ガス圧力上昇値ΔＰpufは略定数であるものの、ガス圧力上昇値ΔＰＧ、およびガス圧力上昇値ΔＰＡＲＣが上述した各パラメータにより変わりうるため、必ずしも一意に決まるものではないからである。
【００４１】
また、図３（ａ）の下側に示される斜線部分は、（５）式で得られる第２のガス圧力上昇値ΔＰ２の値である。ガス圧力上昇値ΔＰＡＲＣ＋ΔＰpufの上限値より下側全体が斜線で示されている理由は以下の通りである。遮断器３の遮断タイミングは、課電導体４に流れる交流電流の零点周期に応じて変動するため、ガス圧力上昇値ΔＰＡＲＣ＋ΔＰpufの上限値が、例えば遮断アーク時間ｔＳ＝数十ｍｓのときの値である場合、遮断アーク時間ｔＳ＝数ｍｓのときのガス圧力上昇値ΔＰＡＲＣ＋ΔＰpufは、図３（ａ）に示されるガス圧力上昇値ΔＰＡＲＣ＋ΔＰpufの上限値よりも低い値となるからである。
【００４２】
図３（ｂ）は、図３（ａ）に示されるガス圧力上昇値ΔＰＡＲＣ＋ΔＰpufとガス圧力上昇値ΔＰＧ＋ΔＰpufとの関係を具体的に説明するための図である。２点鎖線は、遮断アーク時間ｔＳ＝数十ｍｓのときのガス圧力上昇値ΔＰＡＲＣ＋ΔＰpufを示し、実線は、事故アーク時間ｔＧ＝数百ｍｓのときのガス圧力上昇値ΔＰＧ＋ΔＰpufを示す。１点鎖線は、これらのガス圧力上昇値ΔＰＡＲＣとガス圧力上昇値ΔＰＧとガス圧力上昇値ΔＰpufを加算した値である。
【００４３】
このように、ガス圧力上昇値ΔＰＧ＋ΔＰpufの下限値は、ガス圧力上昇値ΔＰＡＲＣ＋ΔＰpufの上限値よりも高くなる傾向があるため、ガス圧力上昇値ΔＰＧ＋ΔＰpufの下限値とガス圧力上昇値ΔＰＡＲＣ＋ΔＰpufの上限値との間には、図３（ａ）に示すように、何れの領域（斜線部分）にも属さない領域が存在し、その領域のガス圧力上昇値ΔＰは一意に決まる値となることがわかる。
【００４４】
換言すれば、その領域のガス圧力上昇値ΔＰは、閃絡事故発生時点から閃絡事故発生に伴うアークが消弧するまでの期間（事故アーク時間ｔＧ）と、閃絡事故発生時に通電導体に印加されるアーク電圧Ｖａｒｃと、閃絡事故発生時に通電導体に流れる事故電流ＩＧとに基づいて算出されるガス圧力上昇値ΔＰＧ＋ΔＰpufの下限値より小さく、かつ、ガス区画に設置された遮断器３に対する動作開始指令が出力されてから遮断器３の遮断動作に伴うアークが消弧するまでの期間（遮断アーク時間ｔｓ）と、遮断器３の遮断動作時のアーク電圧Ｖａｒｃと、遮断器３が遮断動作をする際の遮断電流（アーク電流）Ｉｓとに基づいて算出されるガス圧力上昇値ΔＰＡＲＣ＋ΔＰpufの上限値より大きい値となる。
【００４５】
本実施の形態にかかる事故点標定装置は、このガス圧力上昇値ΔＰＧ＋ΔＰpufの下限値より小さく、かつ、ガス圧力上昇値ΔＰＡＲＣ＋ΔＰpufの上限値より大きいガス圧力上昇値ΔＰ（整定値ΔＰ０）を用いて、ガス区画内事故であるかガス区画外事故であるかを判定するように構成されている。例えば、判定処理部１４には、図３に示すように適切な整定値ΔＰ０が設定される。
【００４６】
遮断電流ＩＳが所定の電流値Ｉ０（例えば数千Ａ）以下の場合、この整定値ΔＰ０と第１のガス圧力上昇値ΔＰ１と第２のガス圧力上昇値ΔＰ２との間には、以下の関係が成り立つ。
ΔＰ１＞ΔＰ０＞ΔＰ２
従って、判定処理部１４は、整定値ΔＰ０よりも高いガス圧力上昇値ΔＰが検出されたガス区画ではガス区画内事故が発生した、と判定することが可能である。
【００４７】
なお、一般的に、非有効接地系（系統の中性点を、抵抗器等を通して接地する方式で事故電流を抑制）の低い電圧階級（例えば定格電圧２２ｋＶ〜１５４ｋＶ）のガス絶縁開閉装置の場合、遮断電流ＩＳが所定の電流値Ｉ０（例えば数千Ａ）以上になることはほとんどないものの、遮断電流ＩＳが所定の電流値Ｉ０以上となった場合には、整定値ΔＰ０と第２のガス圧力上昇値ΔＰ２との間には、以下の関係が成り立つ。
ΔＰ２＞ΔＰ０
このように、極まれに第２のガス圧力上昇値ΔＰ２が整定値ΔＰ０を上回ることがある。したがって、判定処理部１４は、ガス区画内事故が発生していない正常な区画を含む複数の区画でガス区画内事故が発生した、と判定する蓋然性はある。ただし、判定処理部１４がこのように判定した場合でも、このように判定される区画数は、全体の区画数と比較して十分少数であるので、ガス区画内事故が発生した区画を絞り込むことは容易であり、このような判定が迅速な事故復旧の妨げとなることはない。
【００４８】
次に動作を説明する。
ガス圧力センサ１１は、絶縁スペーサ２で区切られた各ガス区画内のガス圧力をモニタしており、ガス圧力センサ１１によって検出されたガス圧力は、ガス圧力信号１６（アナログ）としてＡ／Ｄ変換器１２に取り込まれる。Ａ／Ｄ変換器１２に取り込まれたガス圧力信号１６は、Ａ／Ｄ変換器１２によってデジタル信号に変換されガス圧力計測部１３に出力される。ガス圧力計測部１３は、Ａ／Ｄ変換器１２からのガス圧力信号に基づいて、各ガス区画のガス圧力値を常時計測しており、ガス圧力計測部１３で計測されたガス圧力値は、判定処理部１４に取り込まれる。判定処理部１４では、図２に示す通り、ある一定の時間インターバルで圧力のサンプリングを行い、ある時刻で計測された圧力Ｐｋと圧力Ｐｋのｍ秒前に計測された圧力Ｐｍとに基づいてガス圧力上昇値ΔＰを算出する。
【００４９】
ここで、ガス区画内事故が発生したガス区画では、事故アーク６のエネルギーによって、図２に示すようにガス圧力が上昇するため、判定処理部１４では（４）式のガス圧力上昇値ΔＰ１（＝ΔＰＧ＋ΔＰＡＲＣ＋ΔＰpuf）に相当するガス圧力上昇値ΔＰが算出される。この算出されたガス圧力上昇値ΔＰは、図３で説明したように整定値ΔＰ０より高い値となるので、判定処理部１４は、このガス圧力上昇値ΔＰが検出されたガス区画ではガス区画内事故が発生した、と判定することができる。
【００５０】
他方、ガス区画外で事故が発生した場合、遮断アーク７が発生したガス区画では、遮断アーク７のエネルギーによりガス圧力が上昇する。判定処理部１４では（５）式のガス圧力上昇値ΔＰ２（＝ΔＰＡＲＣ＋ΔＰpuf）に相当するガス圧力上昇値ΔＰが算出される。このガス圧力上昇値ΔＰは、図３で説明したように整定値ΔＰ０より低い値となるので、判定処理部１４は、このガス圧力上昇値ΔＰが検出されたガス区画ではガス区画内事故が発生していない、と判定することができる。
【００５１】
以上に説明したように、本実施の形態にかかる事故点標定装置は、各ガス区画内で発生したアークに起因するガス圧力を検出してガス圧力信号１６として出力するガス圧力センサ１１と、事故アーク時間ｔＧと遮断アーク時間ｔＳとの時間差に基づく適切な整定値ΔＰ０が設定されガス圧力センサ１１からのガス圧力信号１６に基づいてガス区画内事故の有無を判定する判定処理部１４を有する信号処理部１５とを備えるようにしたので、電流センサなどの複数種類のセンサを用いることなく、ガス圧力センサ１１のみでガス区画内の事故であるかガス区画外の事故であるかを判定することが可能となる。従来の技術では、複数種類のセンサの設置および改修に伴うコストが必要となるだけでなく、センサの種類が多いためガス圧力を適切に計測するためにはソフトウェアの改修が大がかりになるという問題があった。本実施の形態にかかる事故点標定装置によれば、ガス圧力センサ１１のみ用いればよいため、センサの設置が容易でありソフトウェアの改修規模が最小限で済むため、ガス区画内事故の有無を簡易な装置構成で判定する事が可能である。
【００５２】
また、本実施の形態で、整定値ΔＰ０を設定する際に加味しているガス圧力上昇値ΔＰpufは、実際には０．１ｋＰａ程度のものである。しかし、事故の規模が小さくなると、ガス圧力上昇値ΔＰpufの影響は大きくなる。したがって、パッファ動作によるガス圧力上昇も加味することで、より精度のよい事故点標定を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
以上のように、本発明は、ガス絶縁開閉装置で発生した閃絡事故の事故部位を特定する事故点標定装置および事故点標定方法に適用可能であり、特に、ガス圧力センサからの圧力信号のみでガス区画内の事故であるか系統内の事故であるかを判定することができる発明として有用である。
【符号の説明】
【００５４】
１ 金属容器
２ 絶縁スペーサ
３ 遮断器
４ 課電導体
５ 絶縁ガス
６ 事故アーク
７ 遮断アーク
１０ ガス絶縁開閉装置
１１ ガス圧力センサ（圧力検出器）
１２ Ａ／Ｄ変換器
１３ ガス圧力計測部
１４ 判定処理部（判定部）
１５ 信号処理部
１６ ガス圧力信号
３１ 固定電極
３２ 可動電極
３３ ノズル
３４ パッファシリンダ
３５ ピストン
３６ ピストンロッド
３７ パッファ室
ＩＧ 事故電流
ＩＳ 遮断電流
ΔＰ ガス圧力上昇値
ΔＰ０ 整定値
ΔＰ１ 第１のガス圧力上昇値
ΔＰ２ 第２のガス圧力上昇値
Ｐｋ ガス区画内事故発生後のガス圧力
Ｐｍ ガス区画内事故発生前のガス圧力
ΔＰＡＲＣ 遮断アークのエネルギーによるガス圧力上昇値
ΔＰＧ 事故アークのエネルギーによるガス圧力上昇値
ΔＰpuf パッファ動作によるガス圧力上昇値
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス絶縁開閉装置で発生した閃絡事故の部位を標定する事故点標定装置および事故点標定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、遮断器などの変電機器を密閉容器内に収納し絶縁性ガスを用いて据え付け体積を小型化したガス絶縁開閉装置が広く普及している。このガス絶縁開閉装置は、接地電位にある筒状の金属容器の内部に、中心導体である高電圧の課電導体が１相分または３相分収納され、金属容器と課電導体との間の空間に絶縁ガスが封入されている。そして、課電導体は、金属容器内を複数に仕切る絶縁スペーサによって支持される形で金属容器内に収納されているので、金属容器内には、絶縁スペーサで仕切られた複数のガス区画が画成されている。
【０００３】
ところで、ガス絶縁開閉装置では、運用時に絶縁ガスの絶縁性能が低下すると、局部的な絶縁破壊によって部分放電（いわゆるアーク）が発生することがある。このアークが発生すると、１相分の課電導体を収納するガス絶縁開閉装置では、課電導体の金属容器への地絡事故が発生することになる。また３相分の課電導体を収納するガス絶縁開閉装置では、課電導体の金属容器への地絡事故の他に、異相の課電導体間での短絡事故も発生することになる。なお、本明細書中においては、ガス区画内で発生した地絡事故および短絡事故をガス区画内事故と称する。
【０００４】
このガス区画内事故が発生した事故部位は、遮断器内のガス圧力を検出してそのガス圧力が上昇したか否かによって特定できるようにも思われるが、ガス圧力の上昇は、ガス区画内事故で発生した事故アークに起因する他に、系統で事故が発生して遮断器が事故電流を遮断した際に発生した遮断アークにも起因する。そのため、ガス圧力の上昇を単に検出するだけでは、ガス区画内の事故であるかガス区画外の事故であるかを判定することが困難である。
【０００５】
このような課題を解決する手段として、下記特許文献１に開示される事故点標定装置は、遮断電流センサおよび補助接点からの信号に基づいて遮断電流を計測する遮断電流計測部と、ガス圧力センサからの圧力信号を入力としてガス圧力を計測するガス圧力計測部とを有し、遮断器内でのガス圧力上昇が、ガス区画内事故で発生した事故アークに起因するものか、遮断器が事故電流を遮断した際に発生した遮断アークに起因するものかを判定することができるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−１２６８９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に開示される故障点標定システムは、遮断器動作による圧力上昇分を考慮に入れておらず、圧力上昇がごく僅かな事故であった場合には誤動作を引き起こす可能性があった。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、遮断器動作時のパッファ動作による圧力上昇値を考慮に入れ、より精度の高い標定を行う事故点標定装置および事故点標定方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、絶縁ガスが充填された筒状の金属容器内に通電導体が配置されるとともに、遮断動作時に絶縁ガスをアークに吹き付けて消弧させるパッファ室を備えるガス絶縁開閉装置内で発生した閃絡事故の事故点を標定する事故点標定装置であって、金属容器内に画成されるガス区画に設置された圧力検出器からの圧力信号に基づいて、ガス区画内の圧力を計測する圧力計測部と、圧力計測部で計測された圧力の圧力上昇値が所定の整定値より大きいとき圧力信号が検出されたガス区画で閃絡事故が発生したと判定する判定部と、を備え、整定値は、閃絡事故発生時点から閃絡事故発生に伴うアークが消弧するまでの期間と、閃絡事故発生時に通電導体に印加される電圧と、閃絡事故発生時に通電導体に流れる電流とに基づいて算出される圧力上昇値と遮断動作時のパッファ室の体積変化に基づいて算出される圧力上昇値との和の下限値より小さく、かつ、ガス区画に設置された遮断器に対する動作開始指令が出力されてから遮断器の遮断動作に伴うアークが消弧するまでの期間と、遮断動作時のアーク電圧と、遮断動作時のアーク電流とに基づいて算出される圧力上昇値と遮断動作時のパッファ動作によるエネルギー増加分に基づいて算出される圧力上昇値との和の上限値より大きい値に設定されていること、を特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、圧力上昇の値として、遮断器のパッファ動作によるエネルギー増加分に基づく圧力上昇値を加味するようにしたので、判定の際により精度の高い判定を実施することができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の実施の形態にかかる事故点標定装置の構成を示す図である。
【図２】図２は、ガス圧力計測部で計測されたガス圧力の推移と、判定処理部で演算されたガス圧力上昇値との関係を示す図である。
【図３】図３は、判定処理部で実施される判定動作を説明するための図である。
【図４】図４は、遮断器部分の部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明にかかる事故点標定装置および事故点標定方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１３】
実施の形態．
図１は、本発明の実施の形態にかかる事故点標定装置の構成を示す図である。筒状の金属容器１は、ガス絶縁開閉装置１０のいわゆる筐体であって、接地電位にある外部導体として機能する。この金属容器１には、金属容器１と課電導体４とを絶縁するための絶縁ガス５が封入されると共に、例えば、計器用変成器、変流器などの各種の電気機器が収納されている。図１では、一例として、金属容器１内に配置される中心導体である高電圧の課電導体４と、課電導体４に流れる電流を遮断する遮断器３とが示されている。
【００１４】
課電導体４は、金属容器１の長手方向に所定間隔で設置されガス空間を区分する絶縁スペーサ２に支持されている。金属容器１には、絶縁スペーサ２で画設された複数のガス区画が設けられている。なお、課電導体４は、１相分設けられる場合と３相分の設けられる場合とがあるが、図１には、便宜上１相分の課電導体４が示されている。また、図１では、遮断器３を収納したガス区画が１箇所のみ示されているが、他の回線のガス区画にも遮断器３が設置されているものとする。
【００１５】
さらに図１には、ガス区画内で発生した事故アーク６と、遮断器３の遮断動作時に発生した遮断アーク７と、各ガス区画内で発生したアークに起因するガス圧力を検出してガス圧力信号１６として出力するガス圧力センサ（圧力検出器）１１と、信号処理部１５とが示されている。
【００１６】
本実施の形態にかかる事故点標定装置は、このガス圧力センサ１１と信号処理部１５で構成され、信号処理部１５は、主たる構成として、１または複数のガス圧力センサ１１からのガス圧力信号１６を集約しアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１２と、Ａ／Ｄ変換器１２でデジタル信号に変換されたガス圧力信号に基づき各ガス区画のガス圧力値を計測するガス圧力計測部１３と、ガス圧力計測部１３からのガス圧力値に基づいてガス区画内における事故の有無を判定する判定処理部（判定部）１４と、を有して構成されている。
【００１７】
次に、図２および図３を用いて、ガス圧力計測部１３で計測されるガス圧力値と、判定処理部１４の判定動作を詳細に説明する。
【００１８】
図２は、ガス圧力計測部１３で計測されたガス圧力の推移と、判定処理部１４で演算されたガス圧力上昇値との関係を示す図である。図３は、判定処理部１４で実施される判定動作を説明するための図であり、図３（ａ）には事故電流ＩＧと遮断電流ＩＳとガス圧力上昇値ΔＰとの関係が示され、図３（ｂ）にはガス圧力上昇値の具体例が示されている。
【００１９】
以下の説明では、図２を用いて判定処理部１４で算出されるガス圧力上昇値ΔＰを説明した上で、図３を用いてガス区画内事故に起因する第１のガス圧力上昇値ΔＰ１と遮断動作に起因する第２のガス圧力上昇値ΔＰ２とを説明する。
【００２０】
図２には、ガス圧力計測部１３で連続的に計測されたガス圧力値が示され、一方のガス圧力値は、事故が発生したガス区画のガス圧力、すなわちガス区画内事故に起因するガス圧力の推移である。他方のガス圧力値は、事故が発生していないガス区画内のガス圧力の推移である。
【００２１】
さらに、図２には、判定処理部１４におけるガス圧力値算出インターバルとガス圧力値計測タイミングとが示されている。判定処理部１４は、一定の時間インターバルでガス圧力値をサンプリングしており、そのインターバルは例えば１秒間隔である。図２には、そのインターバルで計測されたガス圧力値が８つ示されている。なお、本実施の形態では、判定処理部１４の圧力値算出インターバルを１秒としているが、これに限定されるものではない。
【００２２】
以下、事故が発生した区画のガス圧力の推移と、判定処理部１４によって求められるガス圧力上昇値ΔＰを説明する。まず、事故発生前は、ガス圧力計測部１３では一定のガス圧力値が計測される。これは、ガス区画内に絶縁ガス５が充填されているためである。次に、事故が発生した場合、ガス圧力計測部１３では事故に起因して上昇するガス圧力値が計測される。このときのガス圧力上昇値ΔＰは、事故アーク６に起因するものであり、判定処理部１４によって求められ、以下の計算式で表すことができる。
ガス圧力上昇値ΔＰ＝Ｐｋ−Ｐｍ
ただし、Ｐｋはガス区画内事故発生後のガス圧力を示し、Ｐｍはガス区画内事故発生前のガス圧力を示す。なお、図２では、ガス圧力Ｐｋとガス圧力Ｐｍとの時間差を例えば約７秒としている。
【００２３】
ここで、ガス区画内で発生するアークは、上述したように事故アーク６と遮断アーク７とに分類することができる。
【００２４】
事故アーク６のエネルギーによるガス圧力上昇値をΔＰＧと定義すると、一般に、ガス圧力上昇値ΔＰＧは、（１）式で表される。
ΔＰＧ＝Ｃ・Ｖａｒｃ・ＩＧ・ｔＧ／Ｖ×０．０９８・・・（１）
ΔＰＧ：圧力上昇値（ｋＰａ）
Ｃ：係数（＝０．６）
Ｖａｒｃ：アーク電圧（Ｖ）
ＩＧ：事故電流（Ａ）
ｔＧ：事故アーク時間（ｓｅｃ）
Ｖ：タンク容量（リットル）
アーク電圧Ｖａｒｃは、事故アーク６の地絡電圧である。
事故電流ＩＧは、ガス絶縁開閉装置が設置される変電所の電力系統上の位置により、ほぼ決定され、非有効接地系の一線地絡事故の場合、その最小値はＩＧ＝数百Ａ程度である。
【００２５】
事故アーク時間ｔＧは、保護リレーの動作時間と遮断器３の電流遮断時間とにより、ほぼ決定される。具体的に説明すると、例えば、ガス絶縁開閉装置が運用中にガス区画内事故が発生した場合、図１に示すような事故アーク６が発生する。このときの課電導体４に流れる電流は変流器でモニタされ、その電流値が所定の値を超えたとき図示しない保護リレーが動作する。そして、保護リレーから遮断器３に対してＣＢ動作指令が出力され、遮断器３はＣＢ動作指令によって開放され、事故アーク６が消弧される。なお、保護リレーが動作してからＣＢ動作指令が出力されるまでの時間は、数百ｍｓ程度であり、ＣＢ動作指令が出力されてから事故アーク６が消弧されるまでの時間は、数十ｍｓ程度である。従って、事故アーク時間ｔＧは、保護リレーが動作してから事故アーク６が消弧されるまでの時間（数百ｍｓ）となる。
【００２６】
このため、各ガス区画のタンク容量Ｖが決まれば、ガス圧力上昇値ΔＰＧを求めることができる。非有効接地系の一線地絡事故の場合、例えば、ＩＧ＝数百Ａ、ｔＧ＝数百ｍｓ、Ｖａｒｃ＝数千Ｖ（距離ｄ＝数ｃｍ、電界強度Ｅ＝数百Ｖ／ｃｍ）と設定することができる。
【００２７】
遮断アーク７のエネルギーによるガス圧力上昇値をΔＰＡＲＣと定義すると、ガス圧力上昇値 ΔＰＡＲＣは、（２）式で表される。
ΔＰＡＲＣ＝Ｃ・Ｖａｒｃ・ＩＳ・ｔＳ／Ｖ×０．０９８・・・（２）
Ｃ：係数（＝０．６）
Ｖａｒｃ：アーク電圧（Ｖ）
ＩＳ：遮断電流（Ａ）
ｔＳ：遮断アーク時間（ｓｅｃ）
Ｖ：タンク容量（リットル）
アーク電圧Ｖａｒｃは、遮断器３の遮断動作時の電圧である。
遮断電流ＩＳは、遮断器３が遮断動作をする際に課電導体４に流れる電流である。
遮断アーク時間ｔＳは、ＣＢ動作指令が出力されてから遮断アーク７が消えるまでの時間（数十ｍｓ）である。
【００２８】
このため、各ガス区画のタンク容量Ｖが決まれば、ガス圧力上昇値をΔＰＧと同様に、ガス圧力上昇値ΔＰＡＲＣを求めることができる。非有効接地系の一線地絡事故の場合、例えば、ＩＳ＝０〜数千Ａ、ｔＳ＝数十ｍｓ、Ｖａｒｃ＝数百Ｖ（距離ｄ＝数ｃｍ、電界強度Ｅ＝数十Ｖ／ｃｍ）と設定することができる。
【００２９】
ここで、ガス区画内事故が発生した場合、ガス圧力センサ１１によって検出されるガス圧力は、事故アーク６に起因するガス圧力だけでなく、遮断器３の遮断動作によって発生する遮断アーク７に起因するガス圧力も含まれる。この遮断器３の遮断動作は、事故アーク６の発生に伴うものである。すなわち、ガス区画内事故が発生した場合、ガス圧力計測部１３では、事故アーク６に起因するガス圧力上昇値ΔＰＧだけでなく、遮断アーク７に起因するガス圧力上昇値ΔＰＡＲＣも計測される。
【００３０】
また、アーク遮断によるガス圧力の上昇に加えて、遮断器３が動作した場合には、遮断時のアークを効果的に切るためのパッファによるガス圧力の上昇もある。すなわち、遮断器３による遮断動作時に、アークをより効果的に切るために、パッファによってＳＦ６ガスをアークに吹き付ける動作により、ガス圧力が上昇する。したがって、ガス区画内事故が発生した場合、ガス圧力計測部１３では、事故アーク６に起因するガス圧力上昇値ΔＰＧ、遮断アーク７に起因するガス圧力上昇値ΔＰＡＲＣだけでなくパッファ動作によるガス圧力上昇値ΔＰpufも計測される。
【００３１】
図４は、遮断器３部分を拡大した部分拡大図であって、パッファ動作について説明するための図である。図４に示すように、遮断器３は、固定電極３１、可動電極３２、ノズル３３、パッファシリンダ３４、ピストン３５、ピストンロッド３６を有して構成される。
【００３２】
図４に示すように、可動電極３２が固定電極３１から離間する際に、ノズル３３、パッファシリンダ３４、およびピストンロッド３６が可動電極３２と一体に動作する。その際、パッファシリンダ３４の内側でピストン３５との間に形成された空間（パッファ室３７）の体積が縮小して、ＳＦ６ガスが噴出し、アーク７に吹き付けられ、アーク７が消弧される。
【００３３】
ここで、パッファ動作によるガス圧力上昇値ΔＰpufは、可動電極３２の動作時にパッファに差圧が発生し、パッファシリンダ３４がこの差圧に抗してガス中で動作するため、ガス内部エネルギーが増大し、ガス圧力の上昇となることで生じるものである。このエネルギー増加分ΔＱは、パッファ室３７内の圧力をＰＡとし、パッファ室３７外の圧力をＰＢとすると、ガス体積変化（パッファ室３７体積変化）分ΔＶから、以下の計算式で表される。すなわち、遮断器が開の動作をするとき、ΔＱは、
ΔＱ＝（ＰＢ−ＰＡ）×ΔＶ
ＰＢ−ＰＡ：パッファ内外差圧
ΔＶ：パッファ内外ガス体積変化
【００３４】
ここで、ΔＱを(１)式のエネルギー(＝Ｖａｒｃ・ＩＧ・ｔＧ[Ｊ])部分に代入すると、パッファ動作によるガス圧力上昇値ΔＰpufは、（３）式で表される。
ΔＰpuf＝Ｃ・ΔＱ／Ｖ×３×０．０９８・・・（３）
【００３５】
なお、ガス圧力上昇値ΔＰpufは、遮断器３が毎回略同じ動作を示すため、（３）式に示す変数であるΔＱやＶも動作ごとに略一定となる。したがって、ガス圧力上昇値ΔＰpufは略定数と考えてよい。
【００３６】
以下、このことを図３と関連付けて説明する。
まず、遮断器３でガス区画内事故が発生した場合、そのガス区画の第１のガス圧力上昇値ΔＰ１は、（４）式で表される。
ΔＰ１＝ΔＰＧ＋ΔＰＡＲＣ＋ΔＰpuf・・・（４）
一方、ガス区画外の遮断器で事故が発生した場合、遮断アーク７が発生したガス区画の第２のガス圧力上昇値ΔＰ２は、（５）式で表される。
ΔＰ２＝ΔＰＡＲＣ＋ΔＰpuf・・・（５）
【００３７】
（４）式に含まれるガス圧力上昇値ΔＰＧは、前述した（１）式によって得られる値である。（４）式および（５）式に含まれるガス圧力上昇値ΔＰＡＲＣは、（２）式によって得られる値である。また、（４）式および（５）式に含まれるガス圧力上昇値ΔＰpufは、（３）式によって得られる値である。ただし、ガス圧力上昇値ΔＰＡＲＣ＋ΔＰpufの上限値は、図３（ａ）に示すようにガス圧力上昇値ΔＰＧ＋ΔＰpufの下限値よりも低い値となる傾向がある。これは、事故アーク時間ｔＧと遮断アーク時間ｔｓとの差が約２０倍であることによる。すなわち、非有効接地系の一線地絡事故の場合、ガス圧力上昇値ΔＰＡＲＣとガス圧力上昇値ΔＰＧを求める各パラメータの中で、アーク時間（ｔＧ、ｔｓ）の差分が他のパラメータ差分よりも支配的となるためである。
【００３８】
なお、図３（ａ）に示すガス圧力上昇値ΔＰＧ＋ΔＰpufの下限値は、非有効接地系の一線地絡事故の場合において、各パラメータを例えばｔＧ＝数百ｍｓ、Ｖａｒｃ＝数千Ｖとしたときのガス圧力上昇値を、概念的に表したものであり、事故電流ＩＧが例えばＸ（Ａ）からＹ（Ａ）まで増加したときの値となる。なお、上述したように、ガス圧力上昇値ΔＰpufは略定数であるため、ガス圧力上昇値ΔＰＧ＋ΔＰpufの下限値は、ガス圧力上昇値ΔＰＧの下限値にガス圧力上昇値ΔＰpufを加えたものとなっている。
【００３９】
また、図３（ａ）に示すガス圧力上昇値ΔＰＡＲＣ＋ΔＰpufの上限値は、上述同様に、各パラメータを例えばｔＳ＝数十ｍｓ、Ｖａｒｃ＝数百Ｖとしたときのガス圧力上昇値を、概念的に表したものであり、遮断電流Ｉｓが例えば０から数千（Ａ）まで増加したときの値となる。ただし、これらの数値は一例であり、これらに限定されるものではない。なお、上述したように、ガス圧力上昇値ΔＰpufは略定数であるため、ガス圧力上昇値ΔＰＡＲＣ＋ΔＰpufの上限値は、ガス圧力上昇値ΔＰＡＲＣの上限値にガス圧力上昇値ΔＰpufを加えたものとなっている。
【００４０】
次に、図３（ａ）の上側に示される斜線部分は、（４）式で得られる第１のガス圧力上昇値ΔＰ１の値である。ガス圧力上昇値ΔＰＧ＋ΔＰpufの下限値より上側全体が斜線で示されている理由は以下の通りである。すなわち、（４）式で得られる第１のガス圧力上昇値ΔＰ１は、ガス圧力上昇値ΔＰpufは略定数であるものの、ガス圧力上昇値ΔＰＧ、およびガス圧力上昇値ΔＰＡＲＣが上述した各パラメータにより変わりうるため、必ずしも一意に決まるものではないからである。
【００４１】
また、図３（ａ）の下側に示される斜線部分は、（５）式で得られる第２のガス圧力上昇値ΔＰ２の値である。ガス圧力上昇値ΔＰＡＲＣ＋ΔＰpufの上限値より下側全体が斜線で示されている理由は以下の通りである。遮断器３の遮断タイミングは、課電導体４に流れる交流電流の零点周期に応じて変動するため、ガス圧力上昇値ΔＰＡＲＣ＋ΔＰpufの上限値が、例えば遮断アーク時間ｔＳ＝数十ｍｓのときの値である場合、遮断アーク時間ｔＳ＝数ｍｓのときのガス圧力上昇値ΔＰＡＲＣ＋ΔＰpufは、図３（ａ）に示されるガス圧力上昇値ΔＰＡＲＣ＋ΔＰpufの上限値よりも低い値となるからである。
【００４２】
図３（ｂ）は、図３（ａ）に示されるガス圧力上昇値ΔＰＡＲＣ＋ΔＰpufとガス圧力上昇値ΔＰＧ＋ΔＰpufとの関係を具体的に説明するための図である。２点鎖線は、遮断アーク時間ｔＳ＝数十ｍｓのときのガス圧力上昇値ΔＰＡＲＣ＋ΔＰpufを示し、実線は、事故アーク時間ｔＧ＝数百ｍｓのときのガス圧力上昇値ΔＰＧ＋ΔＰpufを示す。１点鎖線は、これらのガス圧力上昇値ΔＰＡＲＣとガス圧力上昇値ΔＰＧとガス圧力上昇値ΔＰpufを加算した値である。
【００４３】
このように、ガス圧力上昇値ΔＰＧ＋ΔＰpufの下限値は、ガス圧力上昇値ΔＰＡＲＣ＋ΔＰpufの上限値よりも高くなる傾向があるため、ガス圧力上昇値ΔＰＧ＋ΔＰpufの下限値とガス圧力上昇値ΔＰＡＲＣ＋ΔＰpufの上限値との間には、図３（ａ）に示すように、何れの領域（斜線部分）にも属さない領域が存在し、その領域のガス圧力上昇値ΔＰは一意に決まる値となることがわかる。
【００４４】
換言すれば、その領域のガス圧力上昇値ΔＰは、閃絡事故発生時点から閃絡事故発生に伴うアークが消弧するまでの期間（事故アーク時間ｔＧ）と、閃絡事故発生時に通電導体に印加されるアーク電圧Ｖａｒｃと、閃絡事故発生時に通電導体に流れる事故電流ＩＧとに基づいて算出されるガス圧力上昇値ΔＰＧ＋ΔＰpufの下限値より小さく、かつ、ガス区画に設置された遮断器３に対する動作開始指令が出力されてから遮断器３の遮断動作に伴うアークが消弧するまでの期間（遮断アーク時間ｔｓ）と、遮断器３の遮断動作時のアーク電圧Ｖａｒｃと、遮断器３が遮断動作をする際の遮断電流（アーク電流）Ｉｓとに基づいて算出されるガス圧力上昇値ΔＰＡＲＣ＋ΔＰpufの上限値より大きい値となる。
【００４５】
本実施の形態にかかる事故点標定装置は、このガス圧力上昇値ΔＰＧ＋ΔＰpufの下限値より小さく、かつ、ガス圧力上昇値ΔＰＡＲＣ＋ΔＰpufの上限値より大きいガス圧力上昇値ΔＰ（整定値ΔＰ０）を用いて、ガス区画内事故であるかガス区画外事故であるかを判定するように構成されている。例えば、判定処理部１４には、図３に示すように適切な整定値ΔＰ０が設定される。
【００４６】
遮断電流ＩＳが所定の電流値Ｉ０（例えば数千Ａ）以下の場合、この整定値ΔＰ０と第１のガス圧力上昇値ΔＰ１と第２のガス圧力上昇値ΔＰ２との間には、以下の関係が成り立つ。
ΔＰ１＞ΔＰ０＞ΔＰ２
従って、判定処理部１４は、整定値ΔＰ０よりも高いガス圧力上昇値ΔＰが検出されたガス区画ではガス区画内事故が発生した、と判定することが可能である。
【００４７】
なお、一般的に、非有効接地系（系統の中性点を、抵抗器等を通して接地する方式で事故電流を抑制）の低い電圧階級（例えば定格電圧２２ｋＶ〜１５４ｋＶ）のガス絶縁開閉装置の場合、遮断電流ＩＳが所定の電流値Ｉ０（例えば数千Ａ）以上になることはほとんどないものの、遮断電流ＩＳが所定の電流値Ｉ０以上となった場合には、整定値ΔＰ０と第２のガス圧力上昇値ΔＰ２との間には、以下の関係が成り立つ。
ΔＰ２＞ΔＰ０
このように、極まれに第２のガス圧力上昇値ΔＰ２が整定値ΔＰ０を上回ることがある。したがって、判定処理部１４は、ガス区画内事故が発生していない正常な区画を含む複数の区画でガス区画内事故が発生した、と判定する蓋然性はある。ただし、判定処理部１４がこのように判定した場合でも、このように判定される区画数は、全体の区画数と比較して十分少数であるので、ガス区画内事故が発生した区画を絞り込むことは容易であり、このような判定が迅速な事故復旧の妨げとなることはない。
【００４８】
次に動作を説明する。
ガス圧力センサ１１は、絶縁スペーサ２で区切られた各ガス区画内のガス圧力をモニタしており、ガス圧力センサ１１によって検出されたガス圧力は、ガス圧力信号１６（アナログ）としてＡ／Ｄ変換器１２に取り込まれる。Ａ／Ｄ変換器１２に取り込まれたガス圧力信号１６は、Ａ／Ｄ変換器１２によってデジタル信号に変換されガス圧力計測部１３に出力される。ガス圧力計測部１３は、Ａ／Ｄ変換器１２からのガス圧力信号に基づいて、各ガス区画のガス圧力値を常時計測しており、ガス圧力計測部１３で計測されたガス圧力値は、判定処理部１４に取り込まれる。判定処理部１４では、図２に示す通り、ある一定の時間インターバルで圧力のサンプリングを行い、ある時刻で計測された圧力Ｐｋと圧力Ｐｋのｍ秒前に計測された圧力Ｐｍとに基づいてガス圧力上昇値ΔＰを算出する。
【００４９】
ここで、ガス区画内事故が発生したガス区画では、事故アーク６のエネルギーによって、図２に示すようにガス圧力が上昇するため、判定処理部１４では（４）式のガス圧力上昇値ΔＰ１（＝ΔＰＧ＋ΔＰＡＲＣ＋ΔＰpuf）に相当するガス圧力上昇値ΔＰが算出される。この算出されたガス圧力上昇値ΔＰは、図３で説明したように整定値ΔＰ０より高い値となるので、判定処理部１４は、このガス圧力上昇値ΔＰが検出されたガス区画ではガス区画内事故が発生した、と判定することができる。
【００５０】
他方、ガス区画外で事故が発生した場合、遮断アーク７が発生したガス区画では、遮断アーク７のエネルギーによりガス圧力が上昇する。判定処理部１４では（５）式のガス圧力上昇値ΔＰ２（＝ΔＰＡＲＣ＋ΔＰpuf）に相当するガス圧力上昇値ΔＰが算出される。このガス圧力上昇値ΔＰは、図３で説明したように整定値ΔＰ０より低い値となるので、判定処理部１４は、このガス圧力上昇値ΔＰが検出されたガス区画ではガス区画内事故が発生していない、と判定することができる。
【００５１】
以上に説明したように、本実施の形態にかかる事故点標定装置は、各ガス区画内で発生したアークに起因するガス圧力を検出してガス圧力信号１６として出力するガス圧力センサ１１と、事故アーク時間ｔＧと遮断アーク時間ｔＳとの時間差に基づく適切な整定値ΔＰ０が設定されガス圧力センサ１１からのガス圧力信号１６に基づいてガス区画内事故の有無を判定する判定処理部１４を有する信号処理部１５とを備えるようにしたので、電流センサなどの複数種類のセンサを用いることなく、ガス圧力センサ１１のみでガス区画内の事故であるかガス区画外の事故であるかを判定することが可能となる。従来の技術では、複数種類のセンサの設置および改修に伴うコストが必要となるだけでなく、センサの種類が多いためガス圧力を適切に計測するためにはソフトウェアの改修が大がかりになるという問題があった。本実施の形態にかかる事故点標定装置によれば、ガス圧力センサ１１のみ用いればよいため、センサの設置が容易でありソフトウェアの改修規模が最小限で済むため、ガス区画内事故の有無を簡易な装置構成で判定する事が可能である。
【００５２】
また、本実施の形態で、整定値ΔＰ０を設定する際に加味しているガス圧力上昇値ΔＰpufは、実際には０．１ｋＰａ程度のものである。しかし、事故の規模が小さくなると、ガス圧力上昇値ΔＰpufの影響は大きくなる。したがって、パッファ動作によるガス圧力上昇も加味することで、より精度のよい事故点標定を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
以上のように、本発明は、ガス絶縁開閉装置で発生した閃絡事故の事故部位を特定する事故点標定装置および事故点標定方法に適用可能であり、特に、ガス圧力センサからの圧力信号のみでガス区画内の事故であるか系統内の事故であるかを判定することができる発明として有用である。
【符号の説明】
【００５４】
１ 金属容器
２ 絶縁スペーサ
３ 遮断器
４ 課電導体
５ 絶縁ガス
６ 事故アーク
７ 遮断アーク
１０ ガス絶縁開閉装置
１１ ガス圧力センサ（圧力検出器）
１２ Ａ／Ｄ変換器
１３ ガス圧力計測部
１４ 判定処理部（判定部）
１５ 信号処理部
１６ ガス圧力信号
３１ 固定電極
３２ 可動電極
３３ ノズル
３４ パッファシリンダ
３５ ピストン
３６ ピストンロッド
３７ パッファ室
ＩＧ 事故電流
ＩＳ 遮断電流
ΔＰ ガス圧力上昇値
ΔＰ０ 整定値
ΔＰ１ 第１のガス圧力上昇値
ΔＰ２ 第２のガス圧力上昇値
Ｐｋ ガス区画内事故発生後のガス圧力
Ｐｍ ガス区画内事故発生前のガス圧力
ΔＰＡＲＣ 遮断アークのエネルギーによるガス圧力上昇値
ΔＰＧ 事故アークのエネルギーによるガス圧力上昇値
ΔＰpuf パッファ動作によるガス圧力上昇値
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁ガスが充填された筒状の金属容器内に通電導体が配置されるとともに、遮断動作時に前記絶縁ガスをアークに吹き付けて消弧させるパッファ室を備えるガス絶縁開閉装置内で発生した閃絡事故の事故点を標定する事故点標定装置であって、
前記金属容器内に画成されるガス区画に設置された圧力検出器からの圧力信号に基づいて、前記ガス区画内の圧力を計測する圧力計測部と、
前記圧力計測部で計測された圧力の圧力上昇値が所定の整定値より大きいとき圧力信号が検出されたガス区画で閃絡事故が発生したと判定する判定部と、
を備え、
前記整定値は、閃絡事故発生時点から閃絡事故発生に伴うアークが消弧するまでの期間と、閃絡事故発生時に通電導体に印加される電圧と、閃絡事故発生時に通電導体に流れる電流とに基づいて算出される圧力上昇値と遮断動作時のパッファ動作によるエネルギーの増加分に基づいて算出される圧力上昇値との和の下限値より小さく、かつ、前記ガス区画に設置された遮断器に対する動作開始指令が出力されてから前記遮断器の遮断動作に伴うアークが消弧するまでの期間と、遮断動作時のアーク電圧と、遮断動作時のアーク電流とに基づいて算出される圧力上昇値と遮断動作時のパッファ動作によるエネルギーの増加分に基づいて算出される圧力上昇値との和の上限値より大きい値に設定されていること、を特徴とする事故点標定装置。
【請求項２】
前記判定部は、前記圧力上昇値が前記整定値より小さいとき圧力信号が検出されたガス区画で閃絡事故が発生していないと判定すること、を特徴とする請求項１に記載の事故点標定装置。
【請求項３】
絶縁ガスが充填された筒状の金属容器内に通電導体が配置されるとともに、遮断動作時に前記絶縁ガスをアークに吹き付けて消弧させるパッファ室を備えるガス絶縁開閉装置内で発生した閃絡事故の事故点を標定する事故点標定装置に適用可能な事故点標定方法であって、
前記金属容器内に画成されるガス区画に設置された圧力検出器からの圧力信号を受信する圧力信号受信ステップと、
前記圧力信号に基づき、ガス区画内の圧力を計測する圧力計測ステップと、
前記圧力計測ステップにて計測された圧力の圧力値を所定のタイミングで算出する圧力値算出ステップと、
前記圧力値算出ステップにて算出された圧力値に基づいて圧力上昇値を演算する圧力上昇値演算ステップと、
閃絡事故発生時点から閃絡事故発生に伴うアークが消弧するまでの期間と、閃絡事故発生時に通電導体に印加される電圧と、閃絡事故発生時に通電導体に流れる電流とに基づいて算出される圧力上昇値と遮断動作時のパッファ動作によるエネルギーの増加分に基づいて算出される圧力上昇値との和の下限値より小さく、かつ、前記ガス区画に設置された遮断器に対する動作開始指令が出力されてから前記遮断器の遮断動作に伴うアークが消弧するまでの期間と、遮断動作時のアーク電圧と、遮断動作時のアーク電流とに基づいて算出される圧力上昇値と遮断動作時のパッファ動作によるエネルギーの増加分に基づいて算出される圧力上昇値との和の上限値より大きい整定値と、前記圧力上昇値演算ステップにて演算された圧力上昇値と、を比較する比較ステップと、
を含むことを特徴とする事故点標定方法。
【請求項４】
前記比較ステップは、前記圧力上昇値演算ステップにて演算された圧力上昇値が前記整定値より大きいとき圧力信号が検出されたガス区画で閃絡事故が発生したと判定し、前記圧力上昇値演算ステップにて演算された圧力上昇値が前記整定値より小さいとき圧力信号が検出されたガス区画で閃絡事故が発生していないと判定する判定ステップを含むこと、を特徴とする請求項３に記載の事故点標定方法。
【請求項１】
絶縁ガスが充填された筒状の金属容器内に通電導体が配置されるとともに、遮断動作時に前記絶縁ガスをアークに吹き付けて消弧させるパッファ室を備えるガス絶縁開閉装置内で発生した閃絡事故の事故点を標定する事故点標定装置であって、
前記金属容器内に画成されるガス区画に設置された圧力検出器からの圧力信号に基づいて、前記ガス区画内の圧力を計測する圧力計測部と、
前記圧力計測部で計測された圧力の圧力上昇値が所定の整定値より大きいとき圧力信号が検出されたガス区画で閃絡事故が発生したと判定する判定部と、
を備え、
前記整定値は、閃絡事故発生時点から閃絡事故発生に伴うアークが消弧するまでの期間と、閃絡事故発生時に通電導体に印加される電圧と、閃絡事故発生時に通電導体に流れる電流とに基づいて算出される圧力上昇値と遮断動作時のパッファ動作によるエネルギーの増加分に基づいて算出される圧力上昇値との和の下限値より小さく、かつ、前記ガス区画に設置された遮断器に対する動作開始指令が出力されてから前記遮断器の遮断動作に伴うアークが消弧するまでの期間と、遮断動作時のアーク電圧と、遮断動作時のアーク電流とに基づいて算出される圧力上昇値と遮断動作時のパッファ動作によるエネルギーの増加分に基づいて算出される圧力上昇値との和の上限値より大きい値に設定されていること、を特徴とする事故点標定装置。
【請求項２】
前記判定部は、前記圧力上昇値が前記整定値より小さいとき圧力信号が検出されたガス区画で閃絡事故が発生していないと判定すること、を特徴とする請求項１に記載の事故点標定装置。
【請求項３】
絶縁ガスが充填された筒状の金属容器内に通電導体が配置されるとともに、遮断動作時に前記絶縁ガスをアークに吹き付けて消弧させるパッファ室を備えるガス絶縁開閉装置内で発生した閃絡事故の事故点を標定する事故点標定装置に適用可能な事故点標定方法であって、
前記金属容器内に画成されるガス区画に設置された圧力検出器からの圧力信号を受信する圧力信号受信ステップと、
前記圧力信号に基づき、ガス区画内の圧力を計測する圧力計測ステップと、
前記圧力計測ステップにて計測された圧力の圧力値を所定のタイミングで算出する圧力値算出ステップと、
前記圧力値算出ステップにて算出された圧力値に基づいて圧力上昇値を演算する圧力上昇値演算ステップと、
閃絡事故発生時点から閃絡事故発生に伴うアークが消弧するまでの期間と、閃絡事故発生時に通電導体に印加される電圧と、閃絡事故発生時に通電導体に流れる電流とに基づいて算出される圧力上昇値と遮断動作時のパッファ動作によるエネルギーの増加分に基づいて算出される圧力上昇値との和の下限値より小さく、かつ、前記ガス区画に設置された遮断器に対する動作開始指令が出力されてから前記遮断器の遮断動作に伴うアークが消弧するまでの期間と、遮断動作時のアーク電圧と、遮断動作時のアーク電流とに基づいて算出される圧力上昇値と遮断動作時のパッファ動作によるエネルギーの増加分に基づいて算出される圧力上昇値との和の上限値より大きい整定値と、前記圧力上昇値演算ステップにて演算された圧力上昇値と、を比較する比較ステップと、
を含むことを特徴とする事故点標定方法。
【請求項４】
前記比較ステップは、前記圧力上昇値演算ステップにて演算された圧力上昇値が前記整定値より大きいとき圧力信号が検出されたガス区画で閃絡事故が発生したと判定し、前記圧力上昇値演算ステップにて演算された圧力上昇値が前記整定値より小さいとき圧力信号が検出されたガス区画で閃絡事故が発生していないと判定する判定ステップを含むこと、を特徴とする請求項３に記載の事故点標定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−７５２３３（Ｐ２０１２−７５２３３Ａ）
【公開日】平成２４年４月１２日（２０１２．４．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１７２８５（Ｐ２０１０−２１７２８５）
【出願日】平成２２年９月２８日（２０１０．９．２８）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１２日（２０１２．４．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２８日（２０１０．９．２８）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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