電力機器の設計支援方法及び設計支援装置並びに設計支援プログラム
【課題】 発生するアークをエネルギー源とする容器内の圧力変化の特性に基づき容器を含む電力機器の合理的な設計を行うための電力機器の設計支援装置を提供する。
【解決手段】 電力機器を収納する容器内の所定位置において電力に基づき発生するとともにエネルギーが異なり、同一時間持続する複数種類のアークによる前記容器内の特定位置の時間的な圧力変化を表す圧力特性に基づき特定の期間乃至瞬間における前記各圧力特性の振動振幅と振動中心との比を求めるとともに、前記比を表す情報をそれぞれが対応する前記エネルギーを表す情報とともに出力する振動振幅／振動中心演算部３と、前記比を表す情報と前記エネルギーを表す情報とに基づき前記エネルギーに対する前記比の極大値を求める極大値演算部４とを有する。
【解決手段】 電力機器を収納する容器内の所定位置において電力に基づき発生するとともにエネルギーが異なり、同一時間持続する複数種類のアークによる前記容器内の特定位置の時間的な圧力変化を表す圧力特性に基づき特定の期間乃至瞬間における前記各圧力特性の振動振幅と振動中心との比を求めるとともに、前記比を表す情報をそれぞれが対応する前記エネルギーを表す情報とともに出力する振動振幅／振動中心演算部３と、前記比を表す情報と前記エネルギーを表す情報とに基づき前記エネルギーに対する前記比の極大値を求める極大値演算部４とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電力機器の設計支援方法及び設計支援装置並びに設計支援プログラムに関し、特に地絡、短絡事故等により、その内部でアーク放電が発生する電力機器の容器の設計に適用して有用なものである。
【背景技術】
【０００２】
空間的に密閉に近い状態で使用される各種の電力機器においては、万一のアーク短絡発生時に、様々な公衆災害を引き起こす恐れのある急激な内部圧力の上昇が懸念される。そこで、地絡、短絡事故等により、その内部でアーク放電が発生する、例えば配電盤、変圧器、ガス絶縁線路等の電力機器の開発に際しては、アークの発生により電力機器の容器内に発生する圧力を想定した容器の設計が行われている。
【０００３】
従来技術に係るこの種の電力機器の容器の開発設計に当たっては、想定されるアーク電流やアーク電圧から求められるアークエネルギーに比例して容器内の圧力も上昇するものとして耐圧設計等を行っている。
【０００４】
ちなみに、特許文献１には、『アークによる圧力上昇はアークエネルギーに比例する(第２頁、上欄の左欄第９〜１０行目参照』旨が記載されている。また、特許文献２には、『アークによる圧力上昇値は電流に比例する（段落［００３０］及び［００３１］参照）』旨が記載されている。さらに、特許文献３には、『容器内の圧力振動は共振現象による（段落［００１１］参照）』旨が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５９−４１１０６号公報
【特許文献２】特開平６−２８９０９０号公報
【特許文献３】特開平９−１６８２１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一方、本願発明者等は、アークによる内部圧力上昇に関する特性解明及び評価方法の確立を目指し、一定の密閉容器サイズにおけるアーク電流値、電極ギャップ長等が及ぼす影響に関して検討を進めてきた。
【０００７】
かかる特性解明の一環として、密閉容器サイズを変化させた場合の内部圧力上昇について検討した。一般に、密閉容器サイズが大きい程、その他の条件が同じであれば、内部圧力上昇値は小さくなるものと考えられるが、密閉容器の容積や形状によっては想定されるよりも大きな圧力上昇が発生する場合があることが分ってきた。
【０００８】
したがって、想定されるアーク電流やアーク電圧から求められるアークエネルギーに比例して容器内の圧力も上昇することを前提として耐圧設計等を行っている従来の設計手法は必ずしも合理的でない場合があり、このような場合にはより適切な設計手法の提案が求められる。
【０００９】
同時に、例えばアークの消弧を行う場合等、アークエネルギーに基づく圧力を積極的に利用する用途においてもその合理的な設計に適用することができるものと考えられる。
【００１０】
本発明は、上記従来技術に鑑み、発生するアークをエネルギー源とする容器内の圧力変化の特性に基づき容器の設計をはじめ、この容器を含む電力機器の合理的な設計を行うための電力機器の設計支援方法及び設計支援装置並びに設計支援プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、アーク電流値及び電極の条件を一定として、密閉容器サイズを変化させた場合の容器内の圧力上昇について検討した結果として得られた知見を基礎とするものである。すなわち、アークエネルギーを一定として密閉容器容積を増加させた場合、内部圧力上昇最大値は、基本的には、容積の増加度合と同程度に低下していくが、ある特異的な条件においては、圧力上昇の振動波形の振幅が比較的大きくなり、容積の増加度合から想定されるよりも大きくなることが分った。
【００１２】
そこで、所定容積の容器において、エネルギーが異なる複数種類のアークを発生させ、この場合の前記容器内の特定位置の時間的な圧力変化を表す圧力特性を検出し、各圧力特性における振動振幅と振動中心との比を求めた場合、アークのエネルギーに対する前記比の特性が極大値を持つことが判明した。したがって、前述の如き極大値を与えるアークのエネルギーを避けて適切な値に設定することで容器内の圧力上昇が急増しないような合理的な容器の設計を行うことができると考えられる。一方、この種の電力機器においてアークのエネルギーを積極的に利用する場合も考えられるが、かかる場合には、逆に極大値の近傍のアークのエネルギーを得る設計とすることにより、合理的な設計を行うことができると考えられる。
【００１３】
かかる知見に基づく本発明の第１の態様は、電力機器を収納する容器内の所定位置において電力に基づき発生するとともにエネルギーが異なり、同一時間持続する複数種類のアークによる前記容器内の特定位置の時間的な圧力変化を表す圧力特性に基づき特定の期間乃至瞬間における前記各圧力特性の振動振幅と振動中心との比を求め、前記エネルギーに対する前記比を表す特性における前記比の極大値を求め、この極大値を利用して前記容器を含む電力機器の設計を行うことを特徴とする電力機器の設計支援方法にある。
【００１４】
本態様によれば、複数種類のアークエネルギーに基づく各圧力特性の振動振幅と振動中心との比の極大値を利用して容器を含む電力機器の設計を行うようにしたので、前記容器の場合には、極大値を与えるアーク条件を容易に回避して合理的な容器の設計を行うことができる。
【００１５】
一方、極大値を与えるアークエネルギーを積極的に利用することも可能になる。例えばアークにより発生する圧力をアークの消弧に利用する場合等には、極大値を与えるアーク条件の近傍で当該電力機器の所定の設計を行えば良い。
【００１６】
ここで、前記各圧力特性は、前記各圧力特性を与えるアークのエネルギーを前記アークの発生が想定される前記所定位置に模擬的に発生させて前記特定位置の圧力を計算することにより求めることができる。
【００１７】
この場合には、特定位置の圧力を実験により求める必要がないので、その分迅速且つ低廉なコストで合理的な容器の設計を実現し得る。ちなみに、この種の実験は、多大な費用と時間を要し、また実験設備の制約により所望の実験を実施できない場合もある。
【００１８】
また、前記特定の期間乃至瞬間は、前記各アークの持続時間の終端を含む期間乃至瞬間であることが好ましい。
【００１９】
この場合には、最も圧力が上昇する瞬間の情報を利用することができるので、その分前記比の特性も高精度で良好なものが得られるからである。
【００２０】
本発明の第２の態様は、電力機器を収納する容器内の所定位置において電力に基づき発生するとともにエネルギーが異なり、同一時間持続する複数種類のアークによる前記容器内の特定位置の時間的な圧力変化を表す圧力特性に基づき特定の期間乃至瞬間における前記各圧力特性の振動振幅と振動中心との比を求めるとともに、前記比を表す情報をそれぞれが対応する前記エネルギーを表す情報とともに出力する第１の演算手段と、前記比を表す情報と前記エネルギーを表す情報とに基づき前記エネルギーに対する前記比の極大値を求める第２の演算手段とを有することを特徴とする電力機器の容器の設計支援装置にある。
【００２１】
本態様によれば、極大値を与える振動振幅と振動中心との比が分るので、設計の対象が前記容器の場合には、前記比を与えるエネルギーを発生するアーク条件を回避するような設計をすることにより、容器内の不測の圧力上昇を抑制して合理的な容器設計に資することができる。
【００２２】
一方、極大値を与えるアークエネルギーを積極的に利用する場合、例えばアークにより発生する圧力をアークの消弧に利用する場合等には、極大値を与えるアーク条件の近傍で当該電力機器の所定の設計を行えば良い。
【００２３】
ここで、前記容器を特定するためのパラメーターに関する情報、前記各圧力特性を与えるアークのエネルギーを表す情報、前記アークの持続時間を表す情報、前記各アークの発生を想定した容器内の所定位置を表す情報及び前記特定位置を表す情報に基づき前記所定位置に与えられた前記各アークのエネルギーにより前記特定位置の時間的な圧力変化をそれぞれ表す各圧力特性を演算して前記各圧力特性を表す情報を出力する第３の演算手段をさらに有し、前記第１の演算手段は、前記各圧力特性を表す情報に基づき、特定の瞬間における前記各圧力特性の振動振幅と振動中心との比を求めるとともに、前記比を表す情報をそれぞれが対応する前記エネルギーを表す情報とともに出力するように構成することができる。
【００２４】
この場合には、容器を特定するためのパラメーターに関する情報等、所定の基礎情報を第３の演算手段に入力するだけで、複数のアークエネルギーに関する圧力特性を演算（シミュレーション）により得ることができるので、特定位置の圧力を実験により求める必要がなく、その分迅速且つ低廉なコストで合理的な容器の設計を実現し得る。ちなみに、この種の実験は、多大な費用と時間を要し、また実験設備の制約により所望の実験を実施できない場合もある点に関しては前述の場合と同様である。
【００２５】
また、前記特定の期間乃至瞬間は、前記各アークの持続時間の終端を含む期間乃至瞬間であることが望ましい。
【００２６】
この場合には、最も圧力が上昇する瞬間の情報を利用することができるので、その分前記比の特性も高精度で良好なものが得られるからである。
【００２７】
本発明の第３の態様は、電力機器を収納する容器内の所定位置において電力に基づき発生するとともにエネルギーが異なり、同一時間持続する複数種類のアークによる前記容器内の特定位置の時間的な圧力変化を表す圧力特性に基づき特定の期間乃至瞬間における前記各圧力特性の振動振幅と振動中心との比を電子計算機に演算させるための第１の処理ステップと、前記エネルギーに対する前記比を表す特性における前記比の極大値を電子計算機に演算させるための第２の処理ステップとを有することを特徴とする電力機器の容器の設計支援プログラムにある。
【００２８】
本態様によれば、容器内の不測の圧力上昇を抑制して合理的な容器設計に資することができるばかりでなく、アークエネルギーを積極的に利用する場合においても、極大値を与える振動振幅と振動中心との比を電子計算機に演算させることができるので、この場合の所望の情報を迅速且つ安価に得ることができる。
【００２９】
ここで、前記容器を特定するためのパラメーターに関する情報、前記各圧力特性を与えるアークのエネルギーを表す情報、前記アークの持続時間を表す情報、前記各アークの発生を想定した容器内の所定位置を表す情報及び前記特定位置を表す情報に基づき前記所定位置に与えられた前記各アークのエネルギーにより前記特定位置の時間的な圧力変化をそれぞれ表す各圧力特性を電子計算機に演算させて前記各圧力特性を表す情報を前記第１の処理ステップの入力情報として出力させる第３の処理ステップをさらに有することが望ましい。
【００３０】
この場合には、各圧力特性の振動振幅と振動中心との比を求めるための基礎となる圧力特性も電子計算機による演算により求めることができるので、容器内の不測の圧力上昇を抑制して合理的な容器設計に資することができる極大値を与える振動振幅と振動中心との比をさらに迅速且つ安価に電子計算機に演算させることができるからである。この結果、この場合の所望の情報をさらに迅速且つ安価に得ることができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、容器内の圧力上昇の振動振幅が急激に上昇するアークエネルギーの値を考慮して容器を含む電力機器の設計を行うことができるので、アーク電流やアーク電圧から求められるアークエネルギーを適切な値に設定することができる。この結果、設計対象が容器の場合には、圧力上昇を可及的に抑制した合理的な容器の設計に資することができる。すなわち、アークエネルギー毎の圧力上昇を考慮して、アークエネルギーを適切な値に設定することにより、容器内の圧力上昇を抑制できるため、例えば、配電盤、変圧器、ガス絶縁線路などの電力機器の設計の適正化、当該機器の低コスト化などに大いに貢献できる。
【００３２】
一方、極大値を与えるアークエネルギーを積極的に利用することも可能になる。例えばアークにより発生する圧力をアークの消弧に利用する場合等にも利用することができる。この場合には、極大値を与えるアーク条件の近傍で当該電力機器の所定の設計を行うことで、最も効率的なアークエネルギーの利用を実現し得る。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の各種の特性の基礎的な情報を得るために構築した電力機器の容器の一例を示す説明図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る電力機器の容器の設計支援装置を示すブロック線図である。
【図３】特定のエネルギーのアークを発生させた場合における容器内の特定位置における圧力の時間的変化である圧力特性を示すグラフである。
【図４】各アークエネルギーに関する容器内の特定位置における圧力特性の、特定の期間における振動振幅の平均値と振動中心の平均値との比を示すグラフである。
【図５】各アークエネルギーに関する容器内の特定位置における圧力特性の、特定の期間における平均値を示すグラフである。
【図６】各アークエネルギーに関する容器内の特定位置における圧力特性の、特定の期間における振動振幅の平均値を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。本実施の形態は、設計対象を電力機器の容器の場合に関して説明するが、これに限る必要はない。密閉容器内でアークを発生する電力機器の各部の設計に広く適用可能である。
【００３５】
図１は本実施の形態による設計支援の対象となる電力機器の容器を概念的に示す説明図である。同図に示すように、当該容器Ｉは、その内部でアーク放電が発生する可能性を有する電力機器、例えば配電盤、変圧器、ガス絶縁線路等を構成する要素を収納するものである。本実施形態における容器Ｉは、直径０．４９６ｍの円筒を２本直交させて形成したもので、容積を０．５２ｍ３とし、商用周波数の交流電力により所定位置Ａに発生する大きさが異なる複数種類のアークエネルギーを模擬的に付与し、この場合の容器Ｉ内の特定位置Ｂに発生する圧力の時間特性である圧力特性を模擬するためのものである。容器Ｉの形状及び容積は、勿論図１のものに限定するものではない。
【００３６】
図２は本発明の実施の形態に係る電力機器の容器の設計支援装置を示すブロック線図である。同図に示すように、入力装置１は、設計の対象となる容器Ｉを特定するためのパラメーターに関する情報（容器Ｉの前記形状、寸法乃至容積（図１に示すパラメータ）等）、容器Ｉ内に複数種類の圧力を発生させる各アークのエネルギーを表す情報、各アークの持続時間（各アーク間で同一である）を表す情報、各アークの発生を想定した容器Ｉ内の所定位置Ａを表す情報及び特定位置Ｂを表す情報が入力され、入力された各情報を圧力特性演算部２に送出する。本形態においては、持続時間が０．１ｓｅｃのアークを、各エネルギーが９５（ｋＪ）、２５２（ｋＪ）、４７５（ｋＪ）、７１３（ｋＪ）、９５１（ｋＪ）の５種類に関して入力されるようにした。また、この場合のアークのエネルギーは５０Ｈｚの周波数の交流電流より与えられるものを模擬しており、このアークエネルギーに所定の係数ｋｐを乗じて求めたものを所定位置Ａに入力している。
【００３７】
圧力特性演算部２は入力装置１から入力された各情報に基づき所定位置Ａに与えられた各アークのエネルギーにより特定位置Ｂの時間的な圧力変化をそれぞれ表す各圧力特性を演算して各圧力特性を表す情報を出力する。この圧力特性演算部２で得られた圧力特性の一例を図３に示す。同図は、エネルギーが４７５（ｋＪ）の場合である。
【００３８】
図３に示すように、当該圧力特性は容器Ｉ内を往復反射する圧力波に起因する周期Ｔｏｓｃで振動しながら振動中心ＰＭＥＡＮが直線的に上昇する特性を示している。ここで、図の錯綜を避けるため、４７５（ｋＪ）以外の各エネルギーにおける圧力特性の図示は省略しているが、他のエネルギーに関しても同様の圧力特性が得られた。すなわち、商用の交流電流（５０（Ｈｚ））に起因する周期で振動しながら振動中心ＰＭＥＡＮが直線的に上昇する特性を示す。ここで、当然のことながらアークエネルギーが大きくなるに伴い振動中心ＰＭＥＡＮの直線的な上昇特性は急傾斜の特性となったが、振幅は、最初はアークエネルギーが大きくなるに伴い大きくなるものの、途中からアークエネルギーが大きくなるに伴い小さくなるというシミュレーション結果を得た。シミュレーションと同様の条件で行った実験でも同様の結果が得られた。そこで、各アークエネルギーに関する圧力特性において振動振幅ＰＡＭＰと振動中心ＰＭＥＡＮとの比を比較することに思い至った。
【００３９】
図２に示す、振動振幅／振動中心演算部３は、圧力特性演算部２が出力する各アークに関する各圧力特性（本形態の場合５種類）に基づき特定の期間乃至瞬間における各圧力特性の振動振幅と振動中心との比（ＰＡＭＰ／ＰＭＥＡＮ）を求めるとともに、比（ＰＡＭＰ／ＰＭＥＡＮ）を表す情報をそれぞれが対応するアークエネルギーを表す情報とともに出力する。ここで、特定の期間乃至瞬間に特別な限定はないが、各アークの持続時間の終端を含む期間乃至瞬間が最適である。この場合には、最も圧力が上昇する期間のデータを利用することができるので、その分、比（ＰＡＭＰ／ＰＭＥＡＮ）の特性も高精度で適正なものが得られるからである。本実施の形態の場合、特定の期間は、各アークエネルギーに対応する圧力特性における０．０９ｓｅｃ〜０．１１ｓｅｃとした。当該特定期間には、本形態におけるアークの持続時間である０．１ｓｅｃを含んでいる。ここで、比（ＰＡＭＰ／ＰＭＥＡＮ）は特定の期間のものに限る必要はない。特定の瞬間（最も好ましくは最大圧力を与えるアークの持続時間の終端）の振動振幅ＰＡＭＰと振動中心ＰＭＥＡＮとの値を用いることもできる。
【００４０】
極大値演算部４は、振動振幅／振動中心演算部３の出力である振動振幅と振動中心との比（ＰＡＭＰ／ＰＭＥＡＮ）を表す情報と各比（ＰＡＭＰ／ＰＭＥＡＮ）に対応するエネルギーを表す情報とに基づき各エネルギーに対する比（ＰＡＭＰ／ＰＭＥＡＮ）の極大値を求め、この極大値の情報を出力表示部５に出力する。
【００４１】
出力表示部５には前記極大値を与えるアークエネルギーの情報とともに、振動振幅／振動中心演算部３における所定の情報処理の結果が各アークエネルギーに対する比（ＰＡＭＰ／ＰＭＥＡＮ）の特性を表すグラフとして可視化される。
【００４２】
図４は出力表示部５に可視化して表示される特性を示すグラフである。同図に示すように当該グラフでは横軸に各エネルギーの値が、縦軸に振動振幅ＰＡＭＰと振動中心ＰＭＥＡＮとの比（ＰＡＭＰ／ＰＭＥＡＮ）がとってある。したがって、容器Ｉの設計者は当該グラフを参照することで圧力の極大値を知ることができるとともに、この場合の比（ＰＡＭＰ／ＰＭＥＡＮ）の特性（グラフの形状）を視認することができる。
【００４３】
この結果、本実施の形態によれば、容器Ｉ内の圧力上昇の振動振幅が急激に上昇するアークエネルギーの値を考慮して容器Ｉの設計を行うことができる。すなわち、当該エネルギーを与えるアーク条件を回避するような設計を行うことでアーク電流やアーク電圧から求められるアークエネルギーを適切な値に設定することができる。この結果、圧力上昇を可及的に抑制した合理的な容器Ｉの設計を支援することができる。
【００４４】
ここで、上述の如き実施の形態で実現した本発明に係る電力機器の容器の設計支援装置を構築するに当たり行った基礎実験及びシミュレーションの結果を説明しておく。
【００４５】
かかる基礎実験は図１に示す容器Ｉの所定位置Ａに所定のエネルギーの複数種類のアークを発生させ、特定位置Ｂの圧力特性を圧力センサで検出することにより複数の圧力特性を得た。同様の条件のシミュレーションも行った。かかる実験乃至シミュレーションの条件は、例えば、配電盤等の実機器における事故条件を考慮したものである。シミュレーションでは図３及び図４に示す特性が得られる点については前述の通りである。
【００４６】
ここでは、さらに振動中心ＰＭＥＡＮのアークエネルギーに対する依存性を調べている。その結果を図５に示す。同図は、上記実施の形態と同様のアークエネルギーに対応する圧力特性における０．０９ｓｅｃ〜０．１１ｓｅｃの期間の平均値の特性である。
【００４７】
図５を参照すれば、振動中心ＰＭＥＡＮはアークエネルギーの増加にほぼ比例して増加することが分かる。ここで、同図における、白丸印は実験結果（実験は設備の都合上、９５（ｋＪ）、２５２（ｋＪ）、４７５（ｋＪ）の３種類のみについて行った；以下同じ）であり、黒丸印のシミュレーション結果とほぼ一致している。
【００４８】
一方、振動振幅ＰＡＭＰのアークエネルギーに対する依存性は図６に示す通りである。同図も各アークエネルギーに対応する圧力特性における０ｓｅｃ〜０．１１ｓｅｃの期間の平均値である。図６を参照すれば、振動振幅ＰＡＭＰは、アークエネルギーの増加に比例するのではなく、アークエネルギーの値によっては、急増あるいは微増することがあることが分かる。ここで、同図における、白丸印は実験結果であり、黒丸印のシミュレーション結果とほぼ一致している。
【００４９】
かかる図５及び図６の結果を参照すれば、図３に示す圧力特性を演算（シミュレーション）により求めても実際の現象を正確に反映していると考えられる。したがって、図２に示す電力機器の設計支援装置によれば、実際の現象を正確に反映したシミュレーションを行うことができる。
【００５０】
この結果、当該設計支援のための情報を得る場合にはシミュレーションによるのが合理的であることが分かる。実験には多大な時間と費用を要し、また実験設備の制約により実験を実施できない場合があるからである。
【００５１】
以上の結果、内部でアークが発生する可能性がある電力機器の容器Ｉを設計する場合には、地絡・短絡事故等によりアークが発生した場合にも耐えられる機械的強度を見積もる必要があるので、アークにより発生する圧力の振動中心ＰＭＥＡＮに対する振動振幅ＡＭＰの比（ＰＡＭＰ／ＰＭＥＡＮ）を把握することが重要であることが明らかとなった。すなわち、図４の比（ＰＡＭＰ／ＰＭＥＡＮ）のアークエネルギー依存性を示す特性によれば、アークエネルギーの増大とともに比（ＰＡＭＰ／ＰＭＥＡＮ）が増大し、アークエネルギーが４７５（ｋＪ）の場合に極大値を示し、それ以上のアークエネルギーでは微減する。この比（ＰＡＭＰ／ＰＭＥＡＮ）の特性を考慮して、アークエネルギーが４７５（ｋＪ）程度にならないように設定すれば比（ＰＡＭＰ／ＰＭＥＡＮ）を小さく抑えることができる。例えば、アークエネルギーを２５２（ｋＪ）に設定すれば、アークエネルギーが４７５（ｋＪ）の場合の比（ＰＡＭＰ／ＰＭＥＡＮ）の約１／２に低減できる。また、図５から分かるように、振動中心ＰＭＥＡＮも約１／２に低減できる。このようにアークエネルギーを低く設定するためには、アーク電流やアーク電圧を低く抑える必要がある。アーク電流を低く抑えるためには、例えば、限流器等を利用することが考えられる。また、アーク電圧を低く抑えるためには、例えば、地絡、短絡事故が起こる可能性がある導体間の距離を短くすることが考えられる。
【００５２】
なお、上記実施の形態では、アークを発生させる電力として商用の交流電力を使用する場合について説明したが、直流電力の場合でも同様に適用できる。
【００５３】
また、上記実施の形態では、各圧力特性も圧力特性演算部２による演算により求めるような構成としたが、少なくとも、振動振幅／振動中心演算部３と極大値演算部４とを有していれば比（ＰＡＭＰ／ＰＭＥＡＮ）の極大値を与える所望のアークエネルギーを知ることができる。この場合、振動振幅／振動中心演算部３には、上記実施の形態における圧力特性演算部２が所定の演算の結果求めた出力情報と同様の情報を別途用意し、振動振幅／振動中心演算部３に入力してやる必要がある。圧力特性演算部２が所定の演算の結果求めた出力情報は、例えば容器Ｉの所定位置Ａで所定のエネルギーの複数種類のアークを発生させ、このときの各アークによる特定位置Ｂの圧力を圧力センサで測定することにより得ることができる。
【００５４】
また、上記実施の形態における振動振幅／振動中心演算部３及び極大値演算部４、又は圧力特性演算部２、振動振幅／振動中心演算部３及び極大値演算部４の機能を電子計算機のプログラムで実現することもでき、この場合には、当該プログラムを搭載した電子計算機を、実質的に上記実施の形態に係る電力機器の容器の設計支援装置、すなわちシミュレータとして構築することができる。
【００５５】
なお、上記実施の形態では、比（ＰＡＭＰ／ＰＭＥＡＮ）の極大値を検出し、この極大値を与えるアークエネルギーを避けるようなエネルギーで容器を設計する場合について説明したが、例えばアークエネルギーに起因する圧力を遮断器等におけるアークの消弧に積極的に利用する場合も考えられる。この場合には、極大値近傍のアークエネルギーを利用できるような電力機器の設計とすれば良い。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、内部でアークが発生する可能性がある電力機器の容器を設計・製造販売する産業分野において有効に利用することができる。
【符号の説明】
【００５７】
Ｉ 容器
２ 圧力特性演算部
３ 振動振幅／振動中心演算部
４ 極大値演算部
Ａ 所定位置
Ｂ 特定位置
ＰＡＭＰ 振動振幅
ＰＭＥＡＮ 振動中心
（ＰＡＭＰ／ＰＭＥＡＮ） 比
【技術分野】
【０００１】
本発明は電力機器の設計支援方法及び設計支援装置並びに設計支援プログラムに関し、特に地絡、短絡事故等により、その内部でアーク放電が発生する電力機器の容器の設計に適用して有用なものである。
【背景技術】
【０００２】
空間的に密閉に近い状態で使用される各種の電力機器においては、万一のアーク短絡発生時に、様々な公衆災害を引き起こす恐れのある急激な内部圧力の上昇が懸念される。そこで、地絡、短絡事故等により、その内部でアーク放電が発生する、例えば配電盤、変圧器、ガス絶縁線路等の電力機器の開発に際しては、アークの発生により電力機器の容器内に発生する圧力を想定した容器の設計が行われている。
【０００３】
従来技術に係るこの種の電力機器の容器の開発設計に当たっては、想定されるアーク電流やアーク電圧から求められるアークエネルギーに比例して容器内の圧力も上昇するものとして耐圧設計等を行っている。
【０００４】
ちなみに、特許文献１には、『アークによる圧力上昇はアークエネルギーに比例する(第２頁、上欄の左欄第９〜１０行目参照』旨が記載されている。また、特許文献２には、『アークによる圧力上昇値は電流に比例する（段落［００３０］及び［００３１］参照）』旨が記載されている。さらに、特許文献３には、『容器内の圧力振動は共振現象による（段落［００１１］参照）』旨が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５９−４１１０６号公報
【特許文献２】特開平６−２８９０９０号公報
【特許文献３】特開平９−１６８２１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一方、本願発明者等は、アークによる内部圧力上昇に関する特性解明及び評価方法の確立を目指し、一定の密閉容器サイズにおけるアーク電流値、電極ギャップ長等が及ぼす影響に関して検討を進めてきた。
【０００７】
かかる特性解明の一環として、密閉容器サイズを変化させた場合の内部圧力上昇について検討した。一般に、密閉容器サイズが大きい程、その他の条件が同じであれば、内部圧力上昇値は小さくなるものと考えられるが、密閉容器の容積や形状によっては想定されるよりも大きな圧力上昇が発生する場合があることが分ってきた。
【０００８】
したがって、想定されるアーク電流やアーク電圧から求められるアークエネルギーに比例して容器内の圧力も上昇することを前提として耐圧設計等を行っている従来の設計手法は必ずしも合理的でない場合があり、このような場合にはより適切な設計手法の提案が求められる。
【０００９】
同時に、例えばアークの消弧を行う場合等、アークエネルギーに基づく圧力を積極的に利用する用途においてもその合理的な設計に適用することができるものと考えられる。
【００１０】
本発明は、上記従来技術に鑑み、発生するアークをエネルギー源とする容器内の圧力変化の特性に基づき容器の設計をはじめ、この容器を含む電力機器の合理的な設計を行うための電力機器の設計支援方法及び設計支援装置並びに設計支援プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、アーク電流値及び電極の条件を一定として、密閉容器サイズを変化させた場合の容器内の圧力上昇について検討した結果として得られた知見を基礎とするものである。すなわち、アークエネルギーを一定として密閉容器容積を増加させた場合、内部圧力上昇最大値は、基本的には、容積の増加度合と同程度に低下していくが、ある特異的な条件においては、圧力上昇の振動波形の振幅が比較的大きくなり、容積の増加度合から想定されるよりも大きくなることが分った。
【００１２】
そこで、所定容積の容器において、エネルギーが異なる複数種類のアークを発生させ、この場合の前記容器内の特定位置の時間的な圧力変化を表す圧力特性を検出し、各圧力特性における振動振幅と振動中心との比を求めた場合、アークのエネルギーに対する前記比の特性が極大値を持つことが判明した。したがって、前述の如き極大値を与えるアークのエネルギーを避けて適切な値に設定することで容器内の圧力上昇が急増しないような合理的な容器の設計を行うことができると考えられる。一方、この種の電力機器においてアークのエネルギーを積極的に利用する場合も考えられるが、かかる場合には、逆に極大値の近傍のアークのエネルギーを得る設計とすることにより、合理的な設計を行うことができると考えられる。
【００１３】
かかる知見に基づく本発明の第１の態様は、電力機器を収納する容器内の所定位置において電力に基づき発生するとともにエネルギーが異なり、同一時間持続する複数種類のアークによる前記容器内の特定位置の時間的な圧力変化を表す圧力特性に基づき特定の期間乃至瞬間における前記各圧力特性の振動振幅と振動中心との比を求め、前記エネルギーに対する前記比を表す特性における前記比の極大値を求め、この極大値を利用して前記容器を含む電力機器の設計を行うことを特徴とする電力機器の設計支援方法にある。
【００１４】
本態様によれば、複数種類のアークエネルギーに基づく各圧力特性の振動振幅と振動中心との比の極大値を利用して容器を含む電力機器の設計を行うようにしたので、前記容器の場合には、極大値を与えるアーク条件を容易に回避して合理的な容器の設計を行うことができる。
【００１５】
一方、極大値を与えるアークエネルギーを積極的に利用することも可能になる。例えばアークにより発生する圧力をアークの消弧に利用する場合等には、極大値を与えるアーク条件の近傍で当該電力機器の所定の設計を行えば良い。
【００１６】
ここで、前記各圧力特性は、前記各圧力特性を与えるアークのエネルギーを前記アークの発生が想定される前記所定位置に模擬的に発生させて前記特定位置の圧力を計算することにより求めることができる。
【００１７】
この場合には、特定位置の圧力を実験により求める必要がないので、その分迅速且つ低廉なコストで合理的な容器の設計を実現し得る。ちなみに、この種の実験は、多大な費用と時間を要し、また実験設備の制約により所望の実験を実施できない場合もある。
【００１８】
また、前記特定の期間乃至瞬間は、前記各アークの持続時間の終端を含む期間乃至瞬間であることが好ましい。
【００１９】
この場合には、最も圧力が上昇する瞬間の情報を利用することができるので、その分前記比の特性も高精度で良好なものが得られるからである。
【００２０】
本発明の第２の態様は、電力機器を収納する容器内の所定位置において電力に基づき発生するとともにエネルギーが異なり、同一時間持続する複数種類のアークによる前記容器内の特定位置の時間的な圧力変化を表す圧力特性に基づき特定の期間乃至瞬間における前記各圧力特性の振動振幅と振動中心との比を求めるとともに、前記比を表す情報をそれぞれが対応する前記エネルギーを表す情報とともに出力する第１の演算手段と、前記比を表す情報と前記エネルギーを表す情報とに基づき前記エネルギーに対する前記比の極大値を求める第２の演算手段とを有することを特徴とする電力機器の容器の設計支援装置にある。
【００２１】
本態様によれば、極大値を与える振動振幅と振動中心との比が分るので、設計の対象が前記容器の場合には、前記比を与えるエネルギーを発生するアーク条件を回避するような設計をすることにより、容器内の不測の圧力上昇を抑制して合理的な容器設計に資することができる。
【００２２】
一方、極大値を与えるアークエネルギーを積極的に利用する場合、例えばアークにより発生する圧力をアークの消弧に利用する場合等には、極大値を与えるアーク条件の近傍で当該電力機器の所定の設計を行えば良い。
【００２３】
ここで、前記容器を特定するためのパラメーターに関する情報、前記各圧力特性を与えるアークのエネルギーを表す情報、前記アークの持続時間を表す情報、前記各アークの発生を想定した容器内の所定位置を表す情報及び前記特定位置を表す情報に基づき前記所定位置に与えられた前記各アークのエネルギーにより前記特定位置の時間的な圧力変化をそれぞれ表す各圧力特性を演算して前記各圧力特性を表す情報を出力する第３の演算手段をさらに有し、前記第１の演算手段は、前記各圧力特性を表す情報に基づき、特定の瞬間における前記各圧力特性の振動振幅と振動中心との比を求めるとともに、前記比を表す情報をそれぞれが対応する前記エネルギーを表す情報とともに出力するように構成することができる。
【００２４】
この場合には、容器を特定するためのパラメーターに関する情報等、所定の基礎情報を第３の演算手段に入力するだけで、複数のアークエネルギーに関する圧力特性を演算（シミュレーション）により得ることができるので、特定位置の圧力を実験により求める必要がなく、その分迅速且つ低廉なコストで合理的な容器の設計を実現し得る。ちなみに、この種の実験は、多大な費用と時間を要し、また実験設備の制約により所望の実験を実施できない場合もある点に関しては前述の場合と同様である。
【００２５】
また、前記特定の期間乃至瞬間は、前記各アークの持続時間の終端を含む期間乃至瞬間であることが望ましい。
【００２６】
この場合には、最も圧力が上昇する瞬間の情報を利用することができるので、その分前記比の特性も高精度で良好なものが得られるからである。
【００２７】
本発明の第３の態様は、電力機器を収納する容器内の所定位置において電力に基づき発生するとともにエネルギーが異なり、同一時間持続する複数種類のアークによる前記容器内の特定位置の時間的な圧力変化を表す圧力特性に基づき特定の期間乃至瞬間における前記各圧力特性の振動振幅と振動中心との比を電子計算機に演算させるための第１の処理ステップと、前記エネルギーに対する前記比を表す特性における前記比の極大値を電子計算機に演算させるための第２の処理ステップとを有することを特徴とする電力機器の容器の設計支援プログラムにある。
【００２８】
本態様によれば、容器内の不測の圧力上昇を抑制して合理的な容器設計に資することができるばかりでなく、アークエネルギーを積極的に利用する場合においても、極大値を与える振動振幅と振動中心との比を電子計算機に演算させることができるので、この場合の所望の情報を迅速且つ安価に得ることができる。
【００２９】
ここで、前記容器を特定するためのパラメーターに関する情報、前記各圧力特性を与えるアークのエネルギーを表す情報、前記アークの持続時間を表す情報、前記各アークの発生を想定した容器内の所定位置を表す情報及び前記特定位置を表す情報に基づき前記所定位置に与えられた前記各アークのエネルギーにより前記特定位置の時間的な圧力変化をそれぞれ表す各圧力特性を電子計算機に演算させて前記各圧力特性を表す情報を前記第１の処理ステップの入力情報として出力させる第３の処理ステップをさらに有することが望ましい。
【００３０】
この場合には、各圧力特性の振動振幅と振動中心との比を求めるための基礎となる圧力特性も電子計算機による演算により求めることができるので、容器内の不測の圧力上昇を抑制して合理的な容器設計に資することができる極大値を与える振動振幅と振動中心との比をさらに迅速且つ安価に電子計算機に演算させることができるからである。この結果、この場合の所望の情報をさらに迅速且つ安価に得ることができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、容器内の圧力上昇の振動振幅が急激に上昇するアークエネルギーの値を考慮して容器を含む電力機器の設計を行うことができるので、アーク電流やアーク電圧から求められるアークエネルギーを適切な値に設定することができる。この結果、設計対象が容器の場合には、圧力上昇を可及的に抑制した合理的な容器の設計に資することができる。すなわち、アークエネルギー毎の圧力上昇を考慮して、アークエネルギーを適切な値に設定することにより、容器内の圧力上昇を抑制できるため、例えば、配電盤、変圧器、ガス絶縁線路などの電力機器の設計の適正化、当該機器の低コスト化などに大いに貢献できる。
【００３２】
一方、極大値を与えるアークエネルギーを積極的に利用することも可能になる。例えばアークにより発生する圧力をアークの消弧に利用する場合等にも利用することができる。この場合には、極大値を与えるアーク条件の近傍で当該電力機器の所定の設計を行うことで、最も効率的なアークエネルギーの利用を実現し得る。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の各種の特性の基礎的な情報を得るために構築した電力機器の容器の一例を示す説明図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る電力機器の容器の設計支援装置を示すブロック線図である。
【図３】特定のエネルギーのアークを発生させた場合における容器内の特定位置における圧力の時間的変化である圧力特性を示すグラフである。
【図４】各アークエネルギーに関する容器内の特定位置における圧力特性の、特定の期間における振動振幅の平均値と振動中心の平均値との比を示すグラフである。
【図５】各アークエネルギーに関する容器内の特定位置における圧力特性の、特定の期間における平均値を示すグラフである。
【図６】各アークエネルギーに関する容器内の特定位置における圧力特性の、特定の期間における振動振幅の平均値を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。本実施の形態は、設計対象を電力機器の容器の場合に関して説明するが、これに限る必要はない。密閉容器内でアークを発生する電力機器の各部の設計に広く適用可能である。
【００３５】
図１は本実施の形態による設計支援の対象となる電力機器の容器を概念的に示す説明図である。同図に示すように、当該容器Ｉは、その内部でアーク放電が発生する可能性を有する電力機器、例えば配電盤、変圧器、ガス絶縁線路等を構成する要素を収納するものである。本実施形態における容器Ｉは、直径０．４９６ｍの円筒を２本直交させて形成したもので、容積を０．５２ｍ３とし、商用周波数の交流電力により所定位置Ａに発生する大きさが異なる複数種類のアークエネルギーを模擬的に付与し、この場合の容器Ｉ内の特定位置Ｂに発生する圧力の時間特性である圧力特性を模擬するためのものである。容器Ｉの形状及び容積は、勿論図１のものに限定するものではない。
【００３６】
図２は本発明の実施の形態に係る電力機器の容器の設計支援装置を示すブロック線図である。同図に示すように、入力装置１は、設計の対象となる容器Ｉを特定するためのパラメーターに関する情報（容器Ｉの前記形状、寸法乃至容積（図１に示すパラメータ）等）、容器Ｉ内に複数種類の圧力を発生させる各アークのエネルギーを表す情報、各アークの持続時間（各アーク間で同一である）を表す情報、各アークの発生を想定した容器Ｉ内の所定位置Ａを表す情報及び特定位置Ｂを表す情報が入力され、入力された各情報を圧力特性演算部２に送出する。本形態においては、持続時間が０．１ｓｅｃのアークを、各エネルギーが９５（ｋＪ）、２５２（ｋＪ）、４７５（ｋＪ）、７１３（ｋＪ）、９５１（ｋＪ）の５種類に関して入力されるようにした。また、この場合のアークのエネルギーは５０Ｈｚの周波数の交流電流より与えられるものを模擬しており、このアークエネルギーに所定の係数ｋｐを乗じて求めたものを所定位置Ａに入力している。
【００３７】
圧力特性演算部２は入力装置１から入力された各情報に基づき所定位置Ａに与えられた各アークのエネルギーにより特定位置Ｂの時間的な圧力変化をそれぞれ表す各圧力特性を演算して各圧力特性を表す情報を出力する。この圧力特性演算部２で得られた圧力特性の一例を図３に示す。同図は、エネルギーが４７５（ｋＪ）の場合である。
【００３８】
図３に示すように、当該圧力特性は容器Ｉ内を往復反射する圧力波に起因する周期Ｔｏｓｃで振動しながら振動中心ＰＭＥＡＮが直線的に上昇する特性を示している。ここで、図の錯綜を避けるため、４７５（ｋＪ）以外の各エネルギーにおける圧力特性の図示は省略しているが、他のエネルギーに関しても同様の圧力特性が得られた。すなわち、商用の交流電流（５０（Ｈｚ））に起因する周期で振動しながら振動中心ＰＭＥＡＮが直線的に上昇する特性を示す。ここで、当然のことながらアークエネルギーが大きくなるに伴い振動中心ＰＭＥＡＮの直線的な上昇特性は急傾斜の特性となったが、振幅は、最初はアークエネルギーが大きくなるに伴い大きくなるものの、途中からアークエネルギーが大きくなるに伴い小さくなるというシミュレーション結果を得た。シミュレーションと同様の条件で行った実験でも同様の結果が得られた。そこで、各アークエネルギーに関する圧力特性において振動振幅ＰＡＭＰと振動中心ＰＭＥＡＮとの比を比較することに思い至った。
【００３９】
図２に示す、振動振幅／振動中心演算部３は、圧力特性演算部２が出力する各アークに関する各圧力特性（本形態の場合５種類）に基づき特定の期間乃至瞬間における各圧力特性の振動振幅と振動中心との比（ＰＡＭＰ／ＰＭＥＡＮ）を求めるとともに、比（ＰＡＭＰ／ＰＭＥＡＮ）を表す情報をそれぞれが対応するアークエネルギーを表す情報とともに出力する。ここで、特定の期間乃至瞬間に特別な限定はないが、各アークの持続時間の終端を含む期間乃至瞬間が最適である。この場合には、最も圧力が上昇する期間のデータを利用することができるので、その分、比（ＰＡＭＰ／ＰＭＥＡＮ）の特性も高精度で適正なものが得られるからである。本実施の形態の場合、特定の期間は、各アークエネルギーに対応する圧力特性における０．０９ｓｅｃ〜０．１１ｓｅｃとした。当該特定期間には、本形態におけるアークの持続時間である０．１ｓｅｃを含んでいる。ここで、比（ＰＡＭＰ／ＰＭＥＡＮ）は特定の期間のものに限る必要はない。特定の瞬間（最も好ましくは最大圧力を与えるアークの持続時間の終端）の振動振幅ＰＡＭＰと振動中心ＰＭＥＡＮとの値を用いることもできる。
【００４０】
極大値演算部４は、振動振幅／振動中心演算部３の出力である振動振幅と振動中心との比（ＰＡＭＰ／ＰＭＥＡＮ）を表す情報と各比（ＰＡＭＰ／ＰＭＥＡＮ）に対応するエネルギーを表す情報とに基づき各エネルギーに対する比（ＰＡＭＰ／ＰＭＥＡＮ）の極大値を求め、この極大値の情報を出力表示部５に出力する。
【００４１】
出力表示部５には前記極大値を与えるアークエネルギーの情報とともに、振動振幅／振動中心演算部３における所定の情報処理の結果が各アークエネルギーに対する比（ＰＡＭＰ／ＰＭＥＡＮ）の特性を表すグラフとして可視化される。
【００４２】
図４は出力表示部５に可視化して表示される特性を示すグラフである。同図に示すように当該グラフでは横軸に各エネルギーの値が、縦軸に振動振幅ＰＡＭＰと振動中心ＰＭＥＡＮとの比（ＰＡＭＰ／ＰＭＥＡＮ）がとってある。したがって、容器Ｉの設計者は当該グラフを参照することで圧力の極大値を知ることができるとともに、この場合の比（ＰＡＭＰ／ＰＭＥＡＮ）の特性（グラフの形状）を視認することができる。
【００４３】
この結果、本実施の形態によれば、容器Ｉ内の圧力上昇の振動振幅が急激に上昇するアークエネルギーの値を考慮して容器Ｉの設計を行うことができる。すなわち、当該エネルギーを与えるアーク条件を回避するような設計を行うことでアーク電流やアーク電圧から求められるアークエネルギーを適切な値に設定することができる。この結果、圧力上昇を可及的に抑制した合理的な容器Ｉの設計を支援することができる。
【００４４】
ここで、上述の如き実施の形態で実現した本発明に係る電力機器の容器の設計支援装置を構築するに当たり行った基礎実験及びシミュレーションの結果を説明しておく。
【００４５】
かかる基礎実験は図１に示す容器Ｉの所定位置Ａに所定のエネルギーの複数種類のアークを発生させ、特定位置Ｂの圧力特性を圧力センサで検出することにより複数の圧力特性を得た。同様の条件のシミュレーションも行った。かかる実験乃至シミュレーションの条件は、例えば、配電盤等の実機器における事故条件を考慮したものである。シミュレーションでは図３及び図４に示す特性が得られる点については前述の通りである。
【００４６】
ここでは、さらに振動中心ＰＭＥＡＮのアークエネルギーに対する依存性を調べている。その結果を図５に示す。同図は、上記実施の形態と同様のアークエネルギーに対応する圧力特性における０．０９ｓｅｃ〜０．１１ｓｅｃの期間の平均値の特性である。
【００４７】
図５を参照すれば、振動中心ＰＭＥＡＮはアークエネルギーの増加にほぼ比例して増加することが分かる。ここで、同図における、白丸印は実験結果（実験は設備の都合上、９５（ｋＪ）、２５２（ｋＪ）、４７５（ｋＪ）の３種類のみについて行った；以下同じ）であり、黒丸印のシミュレーション結果とほぼ一致している。
【００４８】
一方、振動振幅ＰＡＭＰのアークエネルギーに対する依存性は図６に示す通りである。同図も各アークエネルギーに対応する圧力特性における０ｓｅｃ〜０．１１ｓｅｃの期間の平均値である。図６を参照すれば、振動振幅ＰＡＭＰは、アークエネルギーの増加に比例するのではなく、アークエネルギーの値によっては、急増あるいは微増することがあることが分かる。ここで、同図における、白丸印は実験結果であり、黒丸印のシミュレーション結果とほぼ一致している。
【００４９】
かかる図５及び図６の結果を参照すれば、図３に示す圧力特性を演算（シミュレーション）により求めても実際の現象を正確に反映していると考えられる。したがって、図２に示す電力機器の設計支援装置によれば、実際の現象を正確に反映したシミュレーションを行うことができる。
【００５０】
この結果、当該設計支援のための情報を得る場合にはシミュレーションによるのが合理的であることが分かる。実験には多大な時間と費用を要し、また実験設備の制約により実験を実施できない場合があるからである。
【００５１】
以上の結果、内部でアークが発生する可能性がある電力機器の容器Ｉを設計する場合には、地絡・短絡事故等によりアークが発生した場合にも耐えられる機械的強度を見積もる必要があるので、アークにより発生する圧力の振動中心ＰＭＥＡＮに対する振動振幅ＡＭＰの比（ＰＡＭＰ／ＰＭＥＡＮ）を把握することが重要であることが明らかとなった。すなわち、図４の比（ＰＡＭＰ／ＰＭＥＡＮ）のアークエネルギー依存性を示す特性によれば、アークエネルギーの増大とともに比（ＰＡＭＰ／ＰＭＥＡＮ）が増大し、アークエネルギーが４７５（ｋＪ）の場合に極大値を示し、それ以上のアークエネルギーでは微減する。この比（ＰＡＭＰ／ＰＭＥＡＮ）の特性を考慮して、アークエネルギーが４７５（ｋＪ）程度にならないように設定すれば比（ＰＡＭＰ／ＰＭＥＡＮ）を小さく抑えることができる。例えば、アークエネルギーを２５２（ｋＪ）に設定すれば、アークエネルギーが４７５（ｋＪ）の場合の比（ＰＡＭＰ／ＰＭＥＡＮ）の約１／２に低減できる。また、図５から分かるように、振動中心ＰＭＥＡＮも約１／２に低減できる。このようにアークエネルギーを低く設定するためには、アーク電流やアーク電圧を低く抑える必要がある。アーク電流を低く抑えるためには、例えば、限流器等を利用することが考えられる。また、アーク電圧を低く抑えるためには、例えば、地絡、短絡事故が起こる可能性がある導体間の距離を短くすることが考えられる。
【００５２】
なお、上記実施の形態では、アークを発生させる電力として商用の交流電力を使用する場合について説明したが、直流電力の場合でも同様に適用できる。
【００５３】
また、上記実施の形態では、各圧力特性も圧力特性演算部２による演算により求めるような構成としたが、少なくとも、振動振幅／振動中心演算部３と極大値演算部４とを有していれば比（ＰＡＭＰ／ＰＭＥＡＮ）の極大値を与える所望のアークエネルギーを知ることができる。この場合、振動振幅／振動中心演算部３には、上記実施の形態における圧力特性演算部２が所定の演算の結果求めた出力情報と同様の情報を別途用意し、振動振幅／振動中心演算部３に入力してやる必要がある。圧力特性演算部２が所定の演算の結果求めた出力情報は、例えば容器Ｉの所定位置Ａで所定のエネルギーの複数種類のアークを発生させ、このときの各アークによる特定位置Ｂの圧力を圧力センサで測定することにより得ることができる。
【００５４】
また、上記実施の形態における振動振幅／振動中心演算部３及び極大値演算部４、又は圧力特性演算部２、振動振幅／振動中心演算部３及び極大値演算部４の機能を電子計算機のプログラムで実現することもでき、この場合には、当該プログラムを搭載した電子計算機を、実質的に上記実施の形態に係る電力機器の容器の設計支援装置、すなわちシミュレータとして構築することができる。
【００５５】
なお、上記実施の形態では、比（ＰＡＭＰ／ＰＭＥＡＮ）の極大値を検出し、この極大値を与えるアークエネルギーを避けるようなエネルギーで容器を設計する場合について説明したが、例えばアークエネルギーに起因する圧力を遮断器等におけるアークの消弧に積極的に利用する場合も考えられる。この場合には、極大値近傍のアークエネルギーを利用できるような電力機器の設計とすれば良い。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、内部でアークが発生する可能性がある電力機器の容器を設計・製造販売する産業分野において有効に利用することができる。
【符号の説明】
【００５７】
Ｉ 容器
２ 圧力特性演算部
３ 振動振幅／振動中心演算部
４ 極大値演算部
Ａ 所定位置
Ｂ 特定位置
ＰＡＭＰ 振動振幅
ＰＭＥＡＮ 振動中心
（ＰＡＭＰ／ＰＭＥＡＮ） 比
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力機器を収納する容器内の所定位置において電力に基づき発生するとともにエネルギーが異なり、同一時間持続する複数種類のアークによる前記容器内の特定位置の時間的な圧力変化を表す圧力特性に基づき特定の期間乃至瞬間における前記各圧力特性の振動振幅と振動中心との比を求め、
前記エネルギーに対する前記比を表す特性における前記比の極大値を求め、この極大値を利用して前記容器を含む電力機器の設計を行うことを特徴とする電力機器の設計支援方法。
【請求項２】
請求項１に記載する電力機器の設計支援方法において、
前記各圧力特性は、前記各圧力特性を与えるアークのエネルギーを前記アークの発生が想定される前記所定位置に模擬的に発生させて前記特定位置の圧力を計算することにより求めることを特徴とする電力機器の設計支援方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載する電力機器の設計支援方法において、
前記特定の期間乃至瞬間は、前記各アークの持続時間の終端を含む期間乃至瞬間であることを特徴とする電力機器の設計支援方法。
【請求項４】
電力機器を収納する容器内の所定位置において電力に基づき発生するとともにエネルギーが異なり、同一時間持続する複数種類のアークによる前記容器内の特定位置の時間的な圧力変化を表す圧力特性に基づき特定の期間乃至瞬間における前記各圧力特性の振動振幅と振動中心との比を求めるとともに、前記比を表す情報をそれぞれが対応する前記エネルギーを表す情報とともに出力する第１の演算手段と、
前記比を表す情報と前記エネルギーを表す情報とに基づき前記エネルギーに対する前記比の極大値を求める第２の演算手段とを有することを特徴とする電力機器の設計支援装置。
【請求項５】
請求項４に記載する電力機器の設計支援装置において、
前記容器を特定するためのパラメーターに関する情報、前記各圧力特性を与えるアークのエネルギーを表す情報、前記アークの持続時間を表す情報、前記各アークの発生を想定した容器内の所定位置を表す情報及び前記特定位置を表す情報に基づき前記所定位置に与えられた前記各アークのエネルギーにより前記特定位置の時間的な圧力変化をそれぞれ表す各圧力特性を演算して前記各圧力特性を表す情報を出力する第３の演算手段をさらに有し、
前記第１の演算手段は、前記各圧力特性を表す情報に基づき、特定の瞬間における前記各圧力特性の振動振幅と振動中心との比を求めるとともに、前記比を表す情報をそれぞれが対応する前記エネルギーを表す情報とともに出力するように構成したことを特徴とする電力機器の設計支援装置。
【請求項６】
請求項４又は請求項５に記載する電力機器の設計支援装置において、
前記特定の期間乃至瞬間は、前記各アークの持続時間の終端を含む期間乃至瞬間であることを特徴とする電力機器の設計支援装置。
【請求項７】
電力機器を収納する容器内の所定位置において電力に基づき発生するとともにエネルギーが異なり、同一時間持続する複数種類のアークによる前記容器内の特定位置の時間的な圧力変化を表す圧力特性に基づき特定の期間乃至瞬間における前記各圧力特性の振動振幅と振動中心との比を電子計算機に演算させるための第１の処理ステップと、
前記エネルギーに対する前記比を表す特性における前記比の極大値を電子計算機に演算させるための第２の処理ステップとを有することを特徴とする電力機器の設計支援プログラム。
【請求項８】
請求項７に記載する電力機器の設計支援プログラムにおいて、
前記容器を特定するためのパラメーターに関する情報、前記各圧力特性を与えるアークのエネルギーを表す情報、前記アークの持続時間を表す情報、前記各アークの発生を想定した容器内の所定位置を表す情報及び前記特定位置を表す情報に基づき前記所定位置に与えられた前記各アークのエネルギーにより前記特定位置の時間的な圧力変化をそれぞれ表す各圧力特性を電子計算機に演算させて前記各圧力特性を表す情報を前記第１の処理ステップの入力情報として出力させる第３の処理ステップをさらに有することを特徴とする電力機器の容器の設計支援プログラム。
【請求項１】
電力機器を収納する容器内の所定位置において電力に基づき発生するとともにエネルギーが異なり、同一時間持続する複数種類のアークによる前記容器内の特定位置の時間的な圧力変化を表す圧力特性に基づき特定の期間乃至瞬間における前記各圧力特性の振動振幅と振動中心との比を求め、
前記エネルギーに対する前記比を表す特性における前記比の極大値を求め、この極大値を利用して前記容器を含む電力機器の設計を行うことを特徴とする電力機器の設計支援方法。
【請求項２】
請求項１に記載する電力機器の設計支援方法において、
前記各圧力特性は、前記各圧力特性を与えるアークのエネルギーを前記アークの発生が想定される前記所定位置に模擬的に発生させて前記特定位置の圧力を計算することにより求めることを特徴とする電力機器の設計支援方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載する電力機器の設計支援方法において、
前記特定の期間乃至瞬間は、前記各アークの持続時間の終端を含む期間乃至瞬間であることを特徴とする電力機器の設計支援方法。
【請求項４】
電力機器を収納する容器内の所定位置において電力に基づき発生するとともにエネルギーが異なり、同一時間持続する複数種類のアークによる前記容器内の特定位置の時間的な圧力変化を表す圧力特性に基づき特定の期間乃至瞬間における前記各圧力特性の振動振幅と振動中心との比を求めるとともに、前記比を表す情報をそれぞれが対応する前記エネルギーを表す情報とともに出力する第１の演算手段と、
前記比を表す情報と前記エネルギーを表す情報とに基づき前記エネルギーに対する前記比の極大値を求める第２の演算手段とを有することを特徴とする電力機器の設計支援装置。
【請求項５】
請求項４に記載する電力機器の設計支援装置において、
前記容器を特定するためのパラメーターに関する情報、前記各圧力特性を与えるアークのエネルギーを表す情報、前記アークの持続時間を表す情報、前記各アークの発生を想定した容器内の所定位置を表す情報及び前記特定位置を表す情報に基づき前記所定位置に与えられた前記各アークのエネルギーにより前記特定位置の時間的な圧力変化をそれぞれ表す各圧力特性を演算して前記各圧力特性を表す情報を出力する第３の演算手段をさらに有し、
前記第１の演算手段は、前記各圧力特性を表す情報に基づき、特定の瞬間における前記各圧力特性の振動振幅と振動中心との比を求めるとともに、前記比を表す情報をそれぞれが対応する前記エネルギーを表す情報とともに出力するように構成したことを特徴とする電力機器の設計支援装置。
【請求項６】
請求項４又は請求項５に記載する電力機器の設計支援装置において、
前記特定の期間乃至瞬間は、前記各アークの持続時間の終端を含む期間乃至瞬間であることを特徴とする電力機器の設計支援装置。
【請求項７】
電力機器を収納する容器内の所定位置において電力に基づき発生するとともにエネルギーが異なり、同一時間持続する複数種類のアークによる前記容器内の特定位置の時間的な圧力変化を表す圧力特性に基づき特定の期間乃至瞬間における前記各圧力特性の振動振幅と振動中心との比を電子計算機に演算させるための第１の処理ステップと、
前記エネルギーに対する前記比を表す特性における前記比の極大値を電子計算機に演算させるための第２の処理ステップとを有することを特徴とする電力機器の設計支援プログラム。
【請求項８】
請求項７に記載する電力機器の設計支援プログラムにおいて、
前記容器を特定するためのパラメーターに関する情報、前記各圧力特性を与えるアークのエネルギーを表す情報、前記アークの持続時間を表す情報、前記各アークの発生を想定した容器内の所定位置を表す情報及び前記特定位置を表す情報に基づき前記所定位置に与えられた前記各アークのエネルギーにより前記特定位置の時間的な圧力変化をそれぞれ表す各圧力特性を電子計算機に演算させて前記各圧力特性を表す情報を前記第１の処理ステップの入力情報として出力させる第３の処理ステップをさらに有することを特徴とする電力機器の容器の設計支援プログラム。
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図１】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図１】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−２０５８０２（Ｐ２０１１−２０５８０２Ａ）
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７１０４９（Ｐ２０１０−７１０４９）
【出願日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 社団法人電気学会、平成２２年電気学会全国大会講演論文集、第６分冊、平成２２年３月５日
【出願人】（０００１７３８０９）財団法人電力中央研究所 (1,040)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 社団法人電気学会、平成２２年電気学会全国大会講演論文集、第６分冊、平成２２年３月５日
【出願人】（０００１７３８０９）財団法人電力中央研究所 (1,040)
【Ｆターム（参考）】
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