JP2019045192A - 一線地絡電流センサおよびスイッチギヤ - Google Patents

Abstract

【課題】改良された一線地絡電流センサを得る。【解決手段】実施形態の一線地絡電流センサは、例えば、壁に取り付けられ当該壁を伝わる一線地絡電流を検出する一線地絡電流センサであって、複数の電極と、絶縁部と、検出部と、を備える。複数の電極は、一線地絡電流センサが壁に取り付けられた状態で当該壁の表面と接触する接触部をそれぞれ有する。絶縁部は、複数の電極を互いに絶縁する。検出部は、複数の電極に含まれる二つの電極間の電位差を検出する。【選択図】図２

Description

実施形態は、一線地絡電流センサおよびスイッチギヤに関する。

従来、遮断器ユニット等の電気機器が金属筐体内に収容された金属閉鎖形スイッチギヤが知られている。

特開２０１６−９６６９３号公報

金属閉鎖形スイッチギヤ等の機器においては、例えば、より簡素な構成を有するなど、改良された一線地絡電流センサが得られれば、有益である。

実施形態の一線地絡電流センサは、例えば、壁に取り付けられ当該壁を伝わる一線地絡電流を検出する一線地絡電流センサであって、複数の電極と、絶縁部と、検出部と、を備える。複数の電極は、一線地絡電流センサが壁に取り付けられた状態で当該壁の表面と接触する接触部をそれぞれ有する。絶縁部は、複数の電極を互いに絶縁する。検出部は、複数の電極に含まれる二つの電極間の電位差を検出する。

図１は、実施形態の一線地絡電流センサが取り付けられたスイッチギヤの模式的かつ例示的な斜視図である。 図２は、実施形態の一線地絡電流センサの模式的かつ例示的な斜視図である。 図３は、実施形態の一線地絡電流センサの、スイッチギヤのパネルに取り付けられた状態での模式的かつ例示的な側面図である。 図４は、実施形態の一線地絡電流センサの模式的かつ例示的なブロック図である。 図５は、実施形態の一線地絡電流センサの、パネルの外表面と交差する方向から見た、複数の電極の配置の一例を示す模式図である。 図６は、実施形態の変形例の一線地絡電流センサの、スイッチギヤのパネルに取り付けられた状態での模式的かつ例示的な側面図である。

以下、本発明の例示的な実施形態および変形例が開示される。以下に示される実施形態および変形例の構成や制御（技術的特徴）、ならびに当該構成や制御によってもたらされる作用および結果（効果）は、一例である。また、以下に示される複数の実施形態および変形例には、同様の構成要素が含まれている。よって、以下の複数の実施形態および変形例では、同様の構成要素に基づく同様の作用および効果が得られる。なお、以下では、同様の構成要素には共通の符号が付与され、重複する説明が省略される。

［実施形態］
図１は、スイッチギヤの斜視図である。図１に例示されるように、スイッチギヤ１０は、金属製の筐体２０を備えている。スイッチギヤ１０は、筐体２０内に電気機器が収容された所謂金属閉鎖型のスイッチギヤである。筐体２０内に収容されている電気機器としては、例えば、遮断器や、計器用変成器等を有し主に電力を受電する受電盤、負荷供給用のケーブルが引き出されるフィーダ盤、主母線を系統毎に遮断器によって切り分ける母線連絡盤等がある。筐体２は、盤や、閉鎖箱等とも称されうる。スイッチギヤ１０は、例えば、建物の電気室等に設置される。

筐体２０は、金属製のフレーム（不図示）と、フレームに固定された金属製のパネル２１と、を有している。パネル２１は、筐体２０の底壁（不図示）や、側壁２１ａ、天壁２１ｂ等を構成している。筐体２０の開口部２０ａは、ドア２２によって開閉可能に覆われている。ドア２２は、筐体２０の固定されたフレームに回動可能に支持されている。ドア２２も、フレームとパネル２１とを含んでおり、ドア２２が閉じた状態で、ドア２２のパネル２１も、筐体２０の側壁２１ａを構成している。底壁や、側壁２１ａ、天壁２１ｂ等は、壁の一例である。

筐体２０内には、互いに絶縁された三相の高圧電路（不図示）が設けられている。このような筐体２０内で、何らかの原因によって内部アーク事故等が生じた場合にあっては、筐体２０のパネル２１に一相地絡電流（単相地絡電流）が流れることがある。このような一相地絡電流を検出するため、本実施形態では、パネル２１の外表面２１ｃに、センサ３０が取り付けられている。センサ３０は、一線地絡電流センサの一例である。なお、センサ３０は、筐体２０内となるパネル２１の内表面２１ｄ（図３）に取り付けられてもよいし、外表面２１ｃおよび内表面２１ｄの双方に取り付けられてもよい。外表面２１ｃおよび内表面２１ｄは、表面の一例である。

図２は、センサ３０の斜視図である。また、図３は、パネル２１（壁）に取り付けられた状態でのセンサ３０の側面図である。図２に例示されるように、センサ３０は、電極３１、絶縁部３２、ハウジング３４、およびケーブル３５を有している。

センサ３０は、複数の電極３１を有する。電極３１の数は、本実施形態では四つであるが、これには限定されず、二つ以上であればよい。電極３１は、例えば、無酸素銅のような電気伝導率の比較的高い金属材料によって構成される。電極３１の電気伝導率は、筐体２０の壁の電気伝導率よりも高い。

また、電極３１は、それぞれ、パネル２１の外表面２１ｃとの接触部３１ａを有している。接触部３１ａの形状は、一例としては、略円形の平面状である。複数の電極３１は、それらの接触部３１ａが一平面上に並ぶように、配置されている。このような構成により、複数の接触部３１ａと外表面２１ｃとが互いに接触することができるとともに、接触部３１ａと外表面２１ｃとの接触面積をより大きくすることができる。接触部３１ａは、端面や接触面とも称されうる。なお、接触部３１ａは、凸曲面を有してもよい。

絶縁部３２は、電極３１の周囲を取り囲むとともに複数の電極３１の間に介在し、電極３１が短絡するのを抑制している。絶縁部３２は、碍子とも称され、例えば磁器や、ガラス、絶縁性合成樹脂のような、絶縁性材料によって構成される。

絶縁部３２は、露出した平面状の端面３２ａを有している。電極３１は、端面３２ａから突出している。電極３１の接触部３１ａと、絶縁部３２の端面３２ａとは、略平行である。

また、絶縁部３２の端面３２ａの中央部には、センサ３０のパネル２１への装着（結合）に利用される雌ねじ孔３３が設けられている。雌ねじ孔３３は、結合部の一例である。

図３に例示されるように、パネル２１には貫通孔２１ｅが設けられている。筐体２０内に臨むパネル２１の内表面２１ｄから貫通孔２１ｅを貫通したボルト４０の雄ねじ部４０ａが雌ねじ孔３３に挿入され、かつ結合される。これにより、複数の電極３１の接触部３１ａがパネル２１の外表面２１ｃと接触した状態で、センサ３０がパネル２１に取り付けられる。接触部３１ａとパネル２１の外表面２１ｃとの面圧は、ボルト４０の締め付けトルクによって調整することができる。なお、ボルト４０のヘッド部とパネル２１との間には、スプリングワッシャ等のワッシャが介在してもよい。また、結合部は雌ねじ孔３３には限定されず、雄ねじ部であってもよいし、例えばリベットのような、ねじ機構とは異なる結合部であってもよい。ボルト４０は、結合具とも称されうる。

複数の電極３１は、図２に例示されるように、雌ねじ孔３３の周囲を取り囲むように配置されている。言い換えると、雌ねじ孔３３は、複数の電極３１の間に配置されている。

複数の電極３１および絶縁部３２は、ハウジング３４内に収容されている。ハウジング３４の形状は、例えば円筒状であるが、これには限定されない。

ハウジング３４からは、電極３１の接触部３１ａの反対側に、ケーブル３５が突出している。ケーブル３５は、信号線（不図示）と、当該信号線を覆う被覆３５ａと、を含んでいる。

図４は、センサ３０のブロック図である。センサ３０は、複数の電極３１と、検出部３６と、を有している。検出部３６は、複数の電極３１に含まれる二つの電極３１の少なくとも一つの組み合わせ（例えば全ての組み合わせ）について、当該二つの電極３１間の電位差を検出することができる。本実施形態では、センサ３０は、四つの電極３１を有しているため、検出部３６は、四つの電極３１（３１Ａ〜３１Ｄ）のうち二つの電極３１の全ての組み合わせ、すなわち、電極３１Ａと電極３１Ｂとの組、電極３１Ａと電極３１Ｃとの組、電極３１Ａと電極３１Ｄとの組、電極３１Ｂと電極３１Ｃとの組、電極３１Ｂと電極３１Ｄとの組、および電極３１Ｃと電極３１Ｄとの組の、合計六つの組み合わせのそれぞれについて、二つの電極３１間の電位差を検出することができる。センサ３０内（検出部３６内）において、二つの電極３１間には抵抗器（不図示）が介在している。したがって、二つの電極３１間の電位差により、二つの電極３１間に流れた電流の大きさを検出することができる。なお、検出部３６において、複数の電極３１のうち二つの電極３１の全ての組み合わせについて電位差を検出することは必須ではない。

検出部３６は、二つの電極３１の組み合わせのうち少なくとも一つの電位差が所定の閾値以上であった場合に、筐体２０内に設けられた制御盤２３に、異常検出信号を出力する。

制御盤２３は、異常検出信号を受信した場合、例えば、警告を示す音声（警報音）を出力するよう不図示のスピーカのような音声出力部を制御したり、発光するようランプのような表示出力部を制御したり、警告を示す文字や画像を出力するようディスプレイのような表示出力部を制御したりすることができる。制御盤２３は、出力制御部の一例であり、制御装置や処理装置とも称されうる。

また、本実施形態では、検出部３６において、電位差を検出する部分と、異常検出信号を出力する部分とは、互いに絶縁されている。すなわち、電極３１を介して検出部３６に流れた電流が制御盤２３へ到達しないよう、検出部３６と制御盤２３との間が絶縁されている。これらの間の絶縁性を確保するため、検出部３６から制御盤２３へ送信される検出信号は、光信号であってもよい。この場合、検出部３６には電気信号を光信号に変換する変換部（不図示）が設けられ、ケーブル３５は光ファイバケーブルであり、ケーブル３５内には信号線として光ファイバが設けられる。

図５は、パネル２１の外表面２１ｃと交差する方向から見たセンサ３０の四つの電極３１の配置を示す模式図である。図５に例示されるように、センサ３０は、一直線上に並ばない四つの電極３１を有している。したがって、パネル２１に沿って流れる電流Ｉａ〜Ｉｄの方向によらず、少なくとも二つの電極３１の間で電位差が生じる。電流Ｉａ〜Ｉｄは、一線地絡電流の一例である。

具体的には、電流Ｉａまたはその反対方向の電流が生じた場合には、電流Ｉａの流れる方向に沿ってずれて配置された二つの電極３１の間、すなわち、電極３１Ａまたは電極３１Ｄと電極３１Ｂまたは電極３１Ｃとの間に、電位差が生じる。

また、例えば、電流Ｉｂまたはその反対方向の電流が生じた場合には、電流Ｉｂの流れる方向に沿ってずれて配置された二つの電極３１の間、すなわち、電極３１Ａと電極３１Ｂ〜３１Ｄのいずれかとの間、電極３１Ｂと電極３１Ｃとの間、電極３１Ｃと電極３１Ｄとの間に、電位差が生じる。

また、例えば、電流Ｉｃまたはその反対方向の電流が生じた場合には、電流Ｉｃの流れる方向に沿ってずれて配置された二つの電極３１の間、すなわち、電極３１Ａまたは電極３１Ｂと電極３１Ｃまたは電極３１Ｄとの間に、電位差が生じる。

また、例えば、電流Ｉｄまたはその反対方向の電流が生じた場合には、電流Ｉｄの流れる方向に沿ってずれて配置された二つの電極３１の間、すなわち、電極３１Ｂと電極３１Ａ，３１Ｃ，３１Ｄのいずれかとの間、電極３１Ｃと電極３１Ｄとの間、電極３１Ｄと電極３１Ａとの間に、電位差が生じる。

その他、電流Ｉａ〜Ｉｄのみならず、その他の方向に電流が流れた場合にあっても、一直線上に並ばない四つの電極３１には、任意の方向の電流に対して、電位差が生じる二つの電極３１が必ず含まれることになる。

なお、複数の電極３１は、四つの電極３１には限定されない。具体的には、一直線上に並ばない三つ以上の電極３１には、任意の方向の電流に対して、電位差が生じる二つの電極３１が必ず含まれることになるため、センサ３０には、一直線上に並ばない三つ以上の電極３１が含まれればよい。センサ３０が三つの電極３１を有する場合、当該三つの電極３１は、三角形の頂点と重なる位置に配置されればよい。

また、二つの電極３１のみを有したセンサ３０においても、当該二つの電極３１が並ぶ方向と交差する方向に流れる電流を検出することができる。よって、パネル２１に、二つの電極３１が並ぶ方向が互いに交差するように二つのセンサ３０を配置することにより、上述したような四つの電極３１Ａ〜３１Ｄを有したセンサ３０や、三つの電極３１を有したセンサ３０（不図示）と、同様の検出結果を得ることができる。

以上、説明したように、本実施形態のセンサ３０は、パネル２１（壁）の外表面２１ｃ（表面）と接触する接触部３１ａをそれぞれ有した複数の電極３１と、複数の電極３１を互いに絶縁した絶縁部３２と、複数の電極３１に含まれる二つの電極３１の組み合わせについて当該二つの電極３１間の電位差を検出する検出部３６と、を備えている。このような構成によれば、例えば、検出部３６によってパネル２１に沿って流れた一線地絡電流を検出することができる。そして、このような構成によれば、例えば、当該一線地絡電流を検出可能なセンサ３０を、比較的簡素な構成によって実現することができる。

また、本実施形態では、複数の電極３１は、接触部３１ａが互いに一直線上に並ばない三つ以上の電極３１である。このような構成によれば、例えば、三つ以上の電極３１に含まれる二つの電極３１の組み合わせのうち少なくとも一つにおいて、パネル２１を流れる任意の方向の電流によって生じる電位差を検出することができる。

特に、電極３１の数が三つである場合、パネル２１の外表面２１ｃによってセンサ３０（の接触部３１ａ）が三点で支持される状態が得られる。よって、このような構成によれば、複数の接触部３１ａのうちいずれかが外表面２１ｃと離間するような事態を回避することができ、三つの接触部３１ａと外表面２１ｃとのより確実な接触状態が得られるという利点もある。

また、本実施形態では、雌ねじ孔３３（結合部）が、複数の電極３１の間に設けられている。また、センサ３０が三つ以上の電極３１を有する場合、雌ねじ孔３３（結合部）の周囲に、複数の電極３１が配置されている。よって、このような構成によれば、比較的簡素な構成によって、複数の電極３１の接触部３１ａとパネル２１の外表面２１ｃとの間での所要の接触面圧が得られやすくなる。言い換えると、複数の接触部３１ａにおける接触面圧のばらつきをより小さく設定しやすい。

以上、本発明の実施形態を例示したが、上記実施形態は一例であって、発明の範囲を限定することは意図していない。上記実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、組み合わせ、変更を行うことができる。これら実施形態は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、各構成や形状等のスペック（構造や、種類、方向、形状、大きさ、長さ、幅、厚さ、高さ、数、配置、位置、材質等）は、適宜に変更して実施することができる。

例えば、スイッチギヤに一線地絡電流センサを取り付ける位置や、数、複数の一線地絡電流センサを取り付ける場合の配置等は、種々に設定することが可能である。

［変形例］
また、例えば、図６は、上記実施形態の変形例にかかるセンサ３０Ａの、パネル２１に取り付けられた状態での側面図であるが、当該図６に例示されるように、本変形例のセンサ３０Ａの電極３１は、板ばねとして構成されており、弾性的に曲げ変形可能な弾性変形部３１ｂ（屈曲部）を有している。弾性変形部３１ｂは、センサ３０Ａがパネル２１に取り付けられた状態で弾性変形し、パネル２１の外表面２１ｃに弾性力を与えている。このような構成により、接触部３１ａとパネル２１の外表面２１ｃとの間で所要の接触面圧が得られやすくなる。また、複数の接触部３１ａの外表面２１ｃとの接触面圧のばらつきが減りやすい。なお、弾性変形部３１ｂは、接触部３１ａから離れた位置に設けられてもよい。また、弾性変形部はコイルスプリングであってもよい。言い換えると、電極３１はコイルスプリングを有してもよい。

１０…スイッチギヤ、２０…筐体、２１…パネル（壁）、２１ｃ…外表面（表面）、２１ｄ…内表面（表面）、３０，３０Ａ…センサ、３１，３１Ａ〜３１Ｄ…電極、３１ａ…接触部、３１ｂ…弾性変形部、３２…絶縁部、３３…雌ねじ孔（結合部）、３６…検出部。

Claims (5)

1. 壁に取り付けられ当該壁を伝わる一線地絡電流を検出する一線地絡電流センサであって、
   前記一線地絡電流センサが前記壁に取り付けられた状態で当該壁の表面と接触する接触部をそれぞれ有した複数の電極と、
   前記複数の電極を互いに絶縁した絶縁部と、
   前記複数の電極に含まれる二つの電極間の電位差を検出する検出部と、
   を備えた、一線地絡電流センサ。
2. 前記複数の電極は、それぞれの前記接触部が一直線上に並ばない三つ以上の電極である、請求項１に記載の一線地絡電流センサ。
3. 前記電極は、取付状態で弾性変形し前記壁に弾性力を与える弾性変形部を有した、請求項２に記載の一線地絡電流センサ。
4. 前記複数の電極の間に位置された前記壁との結合部を備えた、請求項１〜３のうちいずれか一つに記載の一線地絡電流センサ。
5. 請求項１〜４のうちいずれか一つに記載の一線地絡電流センサと、
   前記一線地絡電流センサが結合された壁を有し電気機器を収容した筐体と、
   を備えた、スイッチギヤ。

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