JP2008054462A - ガス絶縁高電圧電気機器の監視装置及びその監視方法 - Google Patents

ガス絶縁高電圧電気機器の監視装置及びその監視方法 Download PDF

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Abstract

【課題】特殊環境下であるガス絶縁高電圧電気機器の金属容器内の温度、湿度、加速度や振動等をモニターして機器の寿命を予知することのできるガス絶縁高電圧電気機器の監視装置及びその監視方法を提供する。
【解決手段】ガス絶縁高電圧電気機器の監視装置は、ガス絶縁高電圧電気機器を構成する金属容器1と、金属容器1内において絶縁支持された高電圧導体2と、高電圧導体2の外表面に設けた凹部又は貫通孔に取り付けられたセンサ及び通信機能付きICタグ4と、を有する。
【選択図】図1

Description

本発明は、ガス絶縁開閉装置、ガス絶縁母線等の電気機器に使用される導体における温度や振動等の状態監視を行うガス絶縁高電圧電気機器の監視装置及びその監視方法に関する。
近年、変電所を構成する高電圧回路の開閉装置及び送電装置として、金属容器内に高電圧導体を配設し、この金属容器内に気体絶縁物を圧縮充填してなるガス絶縁開閉装置及びガス絶縁母線が多く使用されている。これらのガス絶縁開閉装置及びガス絶縁母線においては、その金属容器内に絶縁スペーサを介して高電圧導体が絶縁支持されている。
上記高電圧導体は絶縁スペーサに一体注型された通電部材に接続したり、延長用部材に接続して別の導体とつなぎ合わせたりすることで、曲がり部等の様々な形状の機器に対応している。
ところが、この接続部においては電気抵抗が大きくなり、発熱量が大きくなる傾向が見られる。すなわち、この接続部において導体温度が上昇し、機器の寿命が短くなる等の影響がある。このため、導体温度をモニターして機器の寿命を予知しようとする様々な診断システムが研究されている。
最近の診断システムの代表的なものとして、ICタグを利用したものがある。例えば、回転電機の転がり軸受けにICタグを設置し、回転速度や振動などを非接触の無線通信機能を用いて検出し、そのデータを送信して、回転電機の異常を診断する診断ユニットに関する技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。
また、商品を輸送・保管する際の周囲の温度、湿度、気圧、振動などをICタグにより管理し、保管環境を逸脱した場合に不可逆に変化する表示手段で表示を行い、その商品の品質を管理するものが知られている(例えば、特許文献2参照)。
その他、温度環境変化の有無を検出する非接触型のICタグに関する技術や遠隔集中管理が可能なICタグを用いた異常検査システムに関する技術が知られている(例えば、特許文献3、4参照)。
特開2005−227172号公報 特開2004−18253号公報 特開2006−58014号公報 特開2002−230675号公報
上述した従来の診断システムにおいて、回転電機の転がり軸受けにICタグを設置し、回転速度や振動などを非接触の無線通信機能を用いて検出し、そのデータを送信して、回転電機の異常を診断している。
しかしながら、上述した従来のICタグを利用した診断システムは、大気圧環境下で使用することを前提にしたものであり、上述のガス絶縁開閉装置、ガス絶縁母線等の電気機器にそのまま適用することはできない、という課題があった。
つまり、上記のICタグを利用した診断システムをガス絶縁高電圧電気機器に適用する場合には、診断・管理したい箇所が密閉容器の内部にあり、そこにICタグを設置したときには信号を検出することが難しいこと、密閉容器内も高ガス圧の絶縁ガス等の特殊環境にあるのでこの対策を講じなければならない、という課題があった。
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、特殊環境下であるガス絶縁高電圧電気機器の金属容器内の温度、湿度、加速度や振動等をモニターして機器の寿命を予知することのできるガス絶縁高電圧電気機器の監視装置及びその監視方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明のガス絶縁高電圧電気機器の監視装置においては、ガス絶縁高電圧電気機器を構成する金属容器と、この金属容器内において絶縁支持された高電圧導体と、この高電圧導体の外表面に設けた凹部又は貫通孔に取り付けられたセンサ機能及び通信機能付きICタグと、前記金属容器の外表面に固定又は非固定状態に設けられた通信機能付きICタグ又はICタグリーダ・ライタと、を有することを特徴とするものである。
また、上記目的を達成するため、本発明のガス絶縁高電圧電気機器の監視方法においては、ガス絶縁高電圧電気機器を構成する金属容器内において絶縁支持された高電圧導体に通電する通電ステップと、この通電によりセンサ機能及び通信機能付きICタグステップの電源部で発電し電源が投入される電源投入ステップと、この電源投入によりセンサ機能及び通信機能付きICタグのセンサ部で前記高電圧導体の温度を計測する計測ステップと、この計測されたデータを前記金属容器の外部に送信するデータ送信ステップと、を有することを特徴とするものである。
本発明のガス絶縁高電圧電気機器の監視装置及びその監視方法によれば、高電圧導体の通電時に電源が入るICタグにより、金属容器内の高電圧導体の温度を継続して計測でき、特殊環境下である金属容器内の温度、湿度、加速度や振動等をモニターして機器の寿命を予知することができる。
以下、本発明に係るガス絶縁高電圧電気機器の監視装置及びその監視方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。ここで、同一又は類似の部分には共通の符号を付すことにより、重複説明を省略する。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施の形態のガス絶縁高電圧電気機器の監視装置の概略構成を示す断面図であり、図2は、図1のA部(高電圧導体)を示す説明図で、(a)はその詳細図、(b)はその変形例の詳細図である。
図1、2に基づいて、センサ付きICタグを使用したガス絶縁高電圧電気機器の監視装置の実施の形態について説明する。ここでは、一例として、ガス絶縁高電圧電気機器として、ガス絶縁開閉装置やガス絶縁母線を対象とする。図1で示すようにこのガス絶縁高電圧電気機器を構成する金属容器1内に管状の高電圧導体2が配設されている。この金属容器1内にSF6ガス、窒素、炭酸ガス、空気等の絶縁ガス3が圧縮充填されている。
この高電圧導体2の外表面には、図2(a)、(b)に示すように、凹部又は貫通孔22が設けられている。この凹部又は貫通孔22には、センサ及び通信機能付きICタグ4が取り付けられている。さらに、ICタグ4に対向するように上記金属容器1の内側面と外側面には、図1に示すように、それぞれ通信機能付きICタグ5aとICタグリーダ・ライタ5bが取り付けられている。これらのICタグ、ICタグリーダ・ライタについては、後述する。
図3は、図1のB部(金属容器1)及びその内部の概略構成を示す側断面図である。
本図において、皿状の絶縁スペーサ6の中心部に一体注型された通電部材6aの両側に、管状の高電圧導体2a、2bが嵌合して接続されている。上記センサ及び通信機能付きICタグ4は、高電圧導体2aと通電部材6aの接続部付近で、かつ高電圧導体2aの外表面の上部位置に設置されている。そして、上記ICタグリーダ・ライタ5bが絶縁スペーサ6の外側表面の下部位置に設置されている。
図7は、第1の実施の形態で採用するICタグの概略構成を示す構成図である。
本図に示すように、センサ及び通信機能付きICタグ4は、温度センサや振動センサ等から構成されるセンサ部10を有している。このセンサ部10から取り込んだ信号は、AD変換部11に伝送される。また、アンテナ部12を介して取り込んだ信号は、通信回路13を経由してメモリ部14やCPU部15に伝送される。また、ICタグ4の両端に存在する電極17aには電源回路16が接続されている。
このように構成されたICタグ4において、CPU部15は、プログラムに従ってセンサ部10で感知した信号をデジタルデータとして内部に取り込んでいる。この取り込んだデータは通信回路13において電気信号に変換した後に、アンテナ部12を介して外部と送信を行っている。このために給電する電源部は、2つに分かれた電極17aを有しており、それぞれがICタグ4の長手方向両端部に設置されされている。両電極17a、17aの電位差、磁束差、磁界差や温度差等を利用して発電するものである。さらに、ICタグ4の保護のために、ICタグ4の一部をエポキシ樹脂等で樹脂モールド18を形成し気密状態にして、厳しい環境下でも破壊しないように対策を講じている。
また、上記通信機能付きICタグ5aは、特に図示しないが、基本的には上述したセンサ及び通信機能付きICタグ4の構成からセンサ機能を省略した構成である。また、ICタグリーダ・ライタ5bは、上述したセンサ及び通信機能付きICタグ4構成からセンサ機能を省略し、データ読出し・書込み機能を追加した構成からなるものである。したがって、センサ機能、送受信機能、データ読出し・書込み機能を有するICタグであれば、センサ及び通信機能付きICタグ、通信機能付きICタグ、ICタグリーダ・ライタをすべて兼ねることができる。
次に、このように構成された本実施の形態におけるガス絶縁高電圧電気機器の作用について説明する。
図3に示すように、高電圧導体2に電流が流れることにより電気抵抗に応じて発熱し、温度が上昇する。特に、高電圧導体2と通電部材6aとの接続部、高電圧導体2aと高電圧導体2bとの接続部においては、接触による電気抵抗が大きくなり、温度が高くなる傾向が見られる。すなわち、これらの接続部における導体温度の上昇が、機器の寿命に影響することになる。
そこで、ICタグ4の長手方向両端部に設けた電極17aの温度差を利用して発電し、センサ部10により測定した温度や振動に係るデータは、アンテナ部12を介して送信されると共に、定期的に不揮発性メモリに記録される。高電圧導体2に通電していないときには温度が上昇しないので、電源が投入されず、温度測定を行う必要がない。さらに、電源の投入や電池交換等の必要もなく、長期間のモニターが可能となる。温度以外の電位差、磁束差、磁界差などの物理量を利用して発電する場合も、通電時以外に電源が入らないのは同様である。
本実施の形態によれば、高電圧導体2の外表面に形成された凹部又は貫通孔22に高電圧導体2通電時に温度以外の電位差、磁束差等を利用して発電する電極を備えたセンサ及び通信機能付きICタグ4を取り付け、また金属容器1の外表面に通信機能付きICタグ5a又はICタグリーダ・ライタ5bを取り付けることにより、金属容器1内の高電圧導体2の温度を継続して計測できる。かくして、特殊環境下である金属容器1内の温度、湿度、加速度や振動等をモニターして機器の寿命を予知することができる。
また、高電圧導体2の凹部又は貫通孔22の中にICタグ4が設置されているために、ガス絶縁高電圧電気機器本体のサージ等の影響を受け難く故障し難いこと、ガス絶縁高電圧電気機器本体の絶縁性能に影響を及ぼさないこと、等の利点がある。
また、金属容器1内にICタグ4を設ける場合には、金属容器1によりデータ送受信用の電磁波が遮断されるために、計測したデータを外部に取り出すことが困難となる。このときは、図3に示すように、絶縁物である絶縁スペーサ6の外側表面にICタグリーダ・ライタ5bを設置する。かくして、高電圧導体2に設置したICタグ4より送信された温度データを絶縁スペーサ6を介して受信し、定期的に不揮発性メモリに記録すると共に、必要に応じてさらに外部に送信することができる。
(第2の実施形態)
図4は、本発明の第2の実施の形態のガス絶縁高電圧電気機器の監視装置の一例の概略構成を示す側断面図である。
本図に示すように、筒状の高電圧導体2aの外表面上部位置にICタグ4が設置され、金属容器1の下方部に設けられた分岐管20のフランジ部21の内側に通信機能付きICタグ5aが設置され、その外側にICタグリーダ・ライタ5bが設置されている。
金属容器1の内側に設置された送受信できる通信機能付きICタグ5aは、高電圧導体2に設置したICタグ4より送信された温度データを受信し、金属容器1の非金属部分を利用して外側に向かって送信することが可能である。これらのデータを金属容器1の外側のICタグリーダ・ライタ5bが受信し、定期的に不揮発性メモリーに記録すると共に、必要に応じてさらに外部に送信することもできる。これらの温度データを継続的にモニターすることにより、機器の異常を検出したり寿命を予知したりすることが可能となる。
図5は、本実施形態の他の分岐管20部分を示す断面図であり、図4と比べICタグリーダ・ライタが異なっている。
図5(a)においては、金属容器1に取り付けられた分岐管20のフランジ部21を貫通して設けられた貫通孔23内に通信機能付きICタグ又はICタグリーダ・ライタ5cが設置されている。また、図5(b)においては、フランジ部21を貫通してアンテナ部5dが設置されている。このアンテナ部5dと、金属容器1の外部に設置したICタグリーダ・ライタ5bとの間でデータを送受信する構成にすることもできる。
本実施の形態によれば、高電圧導体2の外表面に設けられた分岐管20の貫通孔23等に通信機能付きICタグ又はICタグリーダ・ライタ5cやアンテナ部5d等を取り付けることにより、第2の実施形態と同様に、金属容器1内の高電圧導体2の温度を継続して計測できる。かくして、特殊環境下である金属容器1内の温度、湿度、加速度や振動等をモニターして機器の寿命を予知することができる。
なお、図5(a)に示すように、金属容器1を貫通する貫通孔23を利用して通信機能付きICタグ又はICタグリーダ・ライタ5c等を取り付ける場合に、金属容器1又はこの金属容器1に設けた分岐管20のフランジ部21に取り付けられた通信機能付きICタグ又はICタグリーダ・ライタ5c等の周囲を密閉する必要がある。この場合、通信機能付きICタグ又はICタグリーダ・ライタ5cを含めた貫通孔23の内部を樹脂等でモールドし又は絶縁物を挿入してシールする等の密閉する対策を講じる必要がある。このようなときには、図5(a)に示す分岐管20のフランジ21に通信機能付きICタグ又はICタグリーダ・ライタ5cを取り付けるタイプの方が、直接的に金属容器1に取り付ける必要がないため、取り付け作業が容易になる等の利点がある。
また、設置する通信機能付きICタグ又はICタグリーダ・ライタ5cは、通信機能付きICタグ5aでも、ICタグリーダ・ライタ5bでもどちらでもよい。さらに、高電圧導体2に取り付けたセンサ及び通信機能付きICタグ4からの信号の感度がよいときには、上記貫通孔23には樹脂等の絶縁物のみを充填してもよい。このような場合には、外部に別途設置したICタグリーダ・ライタ5b又は人間が持ち歩くICタグリーダ・ライタ5bで信号を受信することが可能であり、必要に応じて随時測定することができる。
また、上記ICタグ4は、CPU部15、AD変換部11、通信回路13、電源回路16等の環境に弱い部分をエポキシ樹脂等で樹脂モールド18を形成し気密状態にして、センサ部10、アンテナ部12、電極17a、17b等を露出させている。このような対策を講じることにより、破壊し難く、かつ、精度の良いセンシング機能、送受信機能、発電機能を確保することができる。さらに、図8に示すように、ICタグ4全体を樹脂でモールドして、耐環境強度を向上させることも可能である。
また、図8に示した電極17bは、ICタグ4の長手方向に長い形状をしており、その両端の電位差、磁束差、磁界差、温度差等を利用して発電するタイプである。また、電極17bの導体設置面(高温)と充填ガス側の表面(低温)の温度差を利用して発電することも可能である。この場合の具体的な電極としては、熱変換素子が一般的である。また、左右の電極の温度差を利用する場合は、異種金属による発生起電力等が利用できる。
上述のように、主に、センサ及び通信機能付きICタグ4を高電圧導体2に設置する場合の作用を説明した。このICタグ4として、温度ではなく高電圧導体2の振動や部分放電を継続して測定することにより、上記と同様に機器の異常等を検出でき、寿命を診断することも可能となる。また、一つのICタグで温度、振動、部分放電のうち一つ以上の物理量を計測することや、それぞれの物理量に対応した複数のICタグを設置することにより、異常検出と寿命診断の精度を大幅に向上させることもできる。
(第3の実施形態)
図6は、本発明の第3の実施の形態のガス絶縁高電圧電気機器の監視装置を示す側断面図である。
図6(a)おいては、金属容器1を貫通して貫通孔23が開けられている。この貫通孔23の内部に通信機能付きICタグ5aが取り付けられている。金属容器1の外部にはICタグリーダ・ライタ5bが取り付けられている。なお、この通信機能付きICタグ5aとICタグリーダ・ライタ5bとの間には、絶縁物7が介在する。
また、図6(b)に示すように、金属容器1を貫通する貫通孔23を設けるときは、図5(a)と同様に、通信機能付きICタグ又はICタグリーダ・ライタ5cのどちらかを設置してもよい。通信機能付きICタグを設置するときには、金属容器1の外部にICタグリーダ・ライタ5bを設置する。または、人間が持ち歩くICタグリーダ・ライタ5bを用いて随時測定することも可能である。
本実施の形態によれば、高電圧導体2の外表面に設けられた分岐管20の貫通孔23等に通信機能付きICタグ又はICタグリーダ・ライタ5cやアンテナ部5d等を取り付けることにより、第2の実施の形態と同様に、金属容器1内の高電圧導体2の温度を継続して計測できる。かくして、特殊環境下である金属容器1内の温度、湿度、加速度や振動等をモニターして機器の寿命を予知することができる。
(第4の実施形態)
図9は、本発明の第4の実施の形態のガス絶縁高電圧電気機器の監視装置の概略構成を示す断面図である。
本図に示すように、金属容器1及び高電圧導体2の端部には、ブッシング8が設置されている。この金属導体2とブッシング8の接続部の付近で、センサ及び通信機能付きICタグ4が取り付けられている。また、ブッシング8の絶縁部の外表面にICタグリーダ・ライタ5bが取付けられている。かくして、絶縁物であるブッシング8を介して温度データ等に係る信号を受信することができる。
(第5の実施形態)
図10は、本発明の第5の実施の形態のガス絶縁高電圧電気機器の監視装置の金属容器のICタグの取付部を示す説明図で、(a)はその分岐管の断面図、(b)はその分岐管の変形例の断面図である。
本図に示すように、金属容器1の内側に非接触型の温度センサ及び通信機能付きICタグ5eを設置することも可能である。
本実施の形態によれば、高電圧導体2にはICタグを設置せずに、高電圧導体2の温度をモニターすることができ、より簡単な構造により温度監視システムを構成することができる。
また、図10(b)に示すように、分岐管20にバルブ9を介して非接触型の温度センサ及び通信機能付きICタグ5eを設置することも可能である。
本実施の形態によれば、ガス絶縁高電圧電気機器本体とセンサ部とをガス区分できる。かくして、金属容器1内のガスを抜かずにセンサを交換することが可能となる。高電圧導体2に設置したICタグからの信号を受信する場合も、同様な構成で、フランジ部21のセンサが交換でき、上記と同様の効果を得ることができる。
なお、金属容器の外部に設けられる通信機能付きICタグ又はICタグリーダ・ライタは、一箇所に固定せずに、監視員が持ち運ぶことで高電圧導体の各種物理量をモニタするようにしてもよい。
その他、本発明は、上述したような各実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の各実施例を組み合わせて、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
本発明の第1の実施の形態のガス絶縁高電圧電気機器の監視装置の概略構成を示す断面図。 図1のA部(高電圧導体)を示す説明図で、(a)はその詳細図、(b)はその変形例の詳細図。 図1のB部(金属容器)及びその内部の概略構成を示す側断面図。 本発明の第2の実施の形態のガス絶縁高電圧電気機器の監視装置の概略構成を示す側断面図。 本発明の第2の実施の形態のICタグの取付例を示す図で、(a)はその第2の例の断面図、(b)はその第3の例の断面図。 本発明の第3の実施の形態のICタグの取付例を示す図で、(a)はその第1の例の断面図、(b)はその第2の例の断面図。 図1のICタグの概略構成を示す構成図。 図1のICタグの変形例の概略構成を示す構成図。 本発明の第4の実施の形態のガス絶縁高電圧電気機器の監視装置の概略構成を示す断面図。 本発明の第5の実施の形態のガス絶縁高電圧電気機器の監視装置の金属容器のICタグの取付部を示す説明図で、(a)はその分岐管の断面図、(b)はその分岐管の変形例の断面図。
符号の説明
1…金属容器、2,2a,2b…高電圧導体、3…絶縁ガス、4…センサ及び通信機能付きICタグ、5a…通信機能付きICタグ、5b…ICタグリーダ・ライタ、5c…通信機能付きICタグ又はICタグリーダ・ライタ、5d…アンテナ部、5e…非接触型の温度センサ及び通信機能付きICタグ、6…絶縁スペーサ、6a…通電部材、7…絶縁物、8…ブッシング、9…バルブ、10…センサ部、11…AD変換部、12…アンテナ部、13…通信回路、14…メモリ部、15…CPU部、16…電源回路、17a,17b…電極、18…樹脂モールド、20…分岐管、21…フランジ部、22…凹部又は貫通孔、23…貫通孔。

Claims (12)

  1. ガス絶縁高電圧電気機器を構成する金属容器と、
    この金属容器内において絶縁支持された高電圧導体と、
    この高電圧導体の外表面に形成された凹部又は貫通孔に取り付けられたセンサ機能及び通信機能付きICタグと、
    前記金属容器の外表面に固定又は非固定状態に設けられた通信機能付きICタグ又はICタグリーダ・ライタと、
    を有することを特徴とするガス絶縁高電圧電気機器の監視装置。
  2. 前記通信機能付きICタグ又はICタグリーダ・ライタは、前記金属容器の外表面に取り付けられたことを特徴とする請求項1記載のガス絶縁高電圧電気機器の監視装置。
  3. 前記通信機能付きICタグ又はICタグリーダ・ライタは、前記金属容器又はこの金属容器に設けた分岐管のフランジを貫通する貫通孔に設けられた絶縁部の内側、外側又は内部に取り付けたことを特徴とする請求項1記載のガス絶縁高電圧電気機器の監視装置。
  4. 前記金属容器又はこの金属容器に設けた分岐管のフランジを貫通する貫通孔に設けられた絶縁部の内側に前記通信機能付きICタグ又はICタグリーダのアンテナ部を取り付け、さらに前記絶縁部の外側にICタグ本体又はICタグリーダ・ライタを取り付けたことを特徴とする請求項1記載のガス絶縁高電圧電気機器の監視装置。
  5. 前記金属容器又はこの金属容器に設けた分岐管のフランジを貫通する貫通孔に設けられた絶縁部の外側に設けられた通信機能付きICタグ又はICタグリーダ・ライタは、非固定状態に設けられることを特徴とする請求項1記載のガス絶縁高電圧電気機器の監視装置。
  6. 前記センサ機能及び通信機能付きICタグは、前記金属容器の内側に設けられ非接触型のセンサ機能及び通信機能を備えること、を特徴とする請求項1記載のガス絶縁高電圧電気機器の監視装置。
  7. 前記センサ機能及び通信機能付きICタグは、温度、振動及び部分放電のうち少なくとも一つをセンシングする機能を備えること、を特徴とする請求項1記載のガス絶縁高電圧電気機器の監視装置。
  8. 前記センサ機能及び通信機能付きICタグは、ICタグの長手方向両端部に配置した電極を含む電源部を具備すること、を特徴とする請求項1記載のガス絶縁高電圧電気機器の監視装置。
  9. 前記センサ機能及び通信機能付きICタグは、ICタグの長手方向に配置された電極を含む電源部を具備すること、を特徴とする請求項1記載のガス絶縁高電圧電気機器の監視装置。
  10. 前記電源部は、二つの電極の又は一つの電極の電位、磁束、磁界又は温度の差を利用して発電すること、を特徴とする請求項8又は9記載のガス絶縁高電圧電気機器の監視装置。
  11. 前記センサ機能及び通信機能付きICタグは、少なくとも一部が樹脂でモールドされて形成されること、を特徴とする請求項1、8乃至10のいずれかに記載のガス絶縁高電圧電気機器の監視装置。
  12. ガス絶縁高電圧電気機器を構成する金属容器内において絶縁支持された高電圧導体に通電する通電ステップと、
    この通電によりセンサ機能及び通信機能付きICタグステップの電源部で発電し電源が投入される電源投入ステップと、
    この電源投入によりセンサ機能及び通信機能付きICタグのセンサ部で前記高電圧導体の温度を計測する計測ステップと、
    この計測されたデータを前記金属容器の外部に送信するデータ送信ステップと、
    を有することを特徴とするガス絶縁高電圧電気機器の監視方法。
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