JP6033499B2 - 絶縁劣化監視装置 - Google Patents

Description

この発明は、例えば、配電盤などの電気機器の充電部を支持する絶縁物の劣化状態を監視する絶縁劣化監視装置に関するものである。

配電盤のような重電機器の内部には、母線をはじめとして主回路機器の高圧充電部が多く存在し、これらは絶縁物によって接地側に支持されている。絶縁物は、高圧充電部を支持した状態で長期間使用することにより、絶縁性能が劣化して充電部側から絶縁物を通じ接地側に流れる漏れ電流が大きくなる。この漏れ電流の増大を放置すれば、さらに絶縁物の劣化が進み、最悪の場合は地絡事故の発生要因となる。このような地絡事故を事前に防止するためには、絶縁物の劣化状態を監視しておき、適切な期間で絶縁物を交換する必要がある。適切な交換のタイミングを認識することで受配電設備を効率よく運用できる。

受電設備における絶縁物の劣化の度合いを検知する従来技術としては、例えば、受電盤内の塵埃を採取し、この塵埃に含まれるイオン量と温度及び湿度履歴とから絶縁物の表面抵抗率を算出し、該絶縁物の表面抵抗率と新品時の絶縁物の表面抵抗率、絶縁物の使用経過年数及び塵埃の量から定まる閾値により、絶縁物の余寿命を推定し、適切な交換時期を判断する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、３相の真空遮断器を収容する絶縁フレームの相間部分に導電体を設け、この導電体を接地金属に接続し、絶縁フレームの絶縁劣化により絶縁フレームの外側あるいは内側を伝わって充電部相間に流れる漏れ電流を、導電体を通じて接地金属に導き、地絡継電器を動作させてその漏れ電流を検出することで、絶縁劣化度合いを把握する技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１４−２３４０１号公報（第３頁、図１） 特開２００３−８３８３１号公報（第３頁、図１−３）

上記特許文献１に記載の方法では、絶縁物の表面に付着した粉塵を採取するために受配電設備の停電が必要であり、絶縁物の清掃等の定期的なメンテナンスに合わせて作業しなければならず設備運用上の問題が発生する。これを避けるため、盤の床面と絶縁物表面の塵埃量の相関を把握しておき、床面から採取した塵埃から絶縁物表面の塵埃量を推定する技術も記載されているが、この場合でも、測定の度に塵埃を採取する必要があり、さらに、塵埃に含まれるイオン量と温度及び湿度のデータを取得しておく等の多くの手間が掛かるという問題があった。
また、上記特許文献２に記載の絶縁物の劣化監視技術では、３相の真空遮断器を収容するような絶縁フレームの絶縁監視には有効であるが、例えば、接地された配電盤の筐体内に、高圧充電部を支持する絶縁物が多数配置されているような構成では、劣化した絶縁物の特定が困難であり、充電部を支持する絶縁物一般に適用するには問題があった。

この発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、配電盤のように高圧充電部を支持する絶縁物が複数個有するような場合でも、簡単な構成で常時絶縁物の劣化状態を監視でき、劣化程度を判定できる絶縁劣化監視装置を得ることを目的とする。

この発明に係る絶縁劣化監視装置は、電気機器の高圧充電部を接地金属部材に絶縁支持する絶縁物の絶縁劣化監視装置であって、
前記絶縁物と前記接地金属部材との接続部に挿入されて、前記高圧充電部から前記絶縁物を通じて前記接地金属部材へ流れる漏れ電流を検出する円環状の電流センサと、
前記電流センサの出力側に接続されて、前記漏れ電流の値に基づき前記絶縁物の劣化程度を判定する判定手段と、を有し、
前記接地金属部材と接続する側の前記絶縁物の端部に、取付用のねじ穴を有する埋金が設けられ、前記埋金の前記接地金属部材との対向側が、前記絶縁物の端面より前記電流センサの厚さよりわずかに長く突出した突出部となっており、且つ、前記突出部の外形は、前記電流センサの内径より小さく構成されており、前記電流センサは、前記埋金の突出部と嵌合した状態で前記絶縁物と前記接地金属部材との間に配置されていることを特徴とするものである。

この発明の絶縁劣化監視装置によれば、絶縁物と接地金属部材との間に、電流センサが埋金の突出部と嵌合した状態で配置される構成を採用することにより、 配電盤のように高圧充電部を支持する絶縁物を複数個有する場合でも、簡単な構成で、常時絶縁物の劣化状態を個別に監視でき、漏れ電流の増加による絶縁物の劣化程度を判定できる絶縁劣化監視装置を実現できる。

この発明の実施の形態１による絶縁劣化監視装置を示す正面図である。 図１の絶縁劣化監視装置の接地側取付部の詳細を示す分解斜視図である。 絶縁劣化の判定方法の一例を説明する説明図である。 実施の形態２による絶縁劣化監視装置の電流センサ部を示す部分断面図である。 実施の形態３による絶縁劣化監視装置を示す正面図である。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１による絶縁劣化監視装置を示す正面図である。図２は、図１の絶縁劣化監視装置の接地側取付部の詳細図で、図１を下方から見た分解斜視図である。
図では、劣化監視の対象とする絶縁物として、配電盤などの電気機器の充電部を支持する絶縁物の場合を一例として示しており、高圧充電部１は、母線や主回路導体である。接地金属部材２は、配電盤の筐体の一部、またはその筐体に固定された支持金属部材等であり、接地されている。また、絶縁物３は、例えば支持碍子である。この絶縁物３を介して高圧充電部１が接地金属部材２に支持され固定されている。

高圧充電部１は、絶縁物３に充電部固定ボルト４により固定されている。また、絶縁物３と接地金属部材２とは接地部固定ボルト５により固定されている。
この絶縁物３と接地金属部材２との接続部に、電流センサ６が配置されている。電流センサ６は、円環状をした貫通型の電流検出器で構成され、具体的には、例えば小形の貫通型ＣＴであり、高圧充電部１から絶縁物３を通り接地金属部材２に流れる微小な漏れ電流を検出するものである。
電流センサ６の２次側である出力側は、リード線７を介して判定手段８に接続されている。
判定手段８は、例えば、この高圧充電部１及び絶縁物３が収容される電気機器の制御部内に設けられている。

次に、絶縁物３に電流センサ６を取り付ける取付部の詳細構造について、図２を参照しながら説明する。
接地金属部材２に接続される絶縁物３の端部には、円柱状の金属部材からなる埋金９が埋設されている。埋金９の中心には取付用の雌ねじが加工されている。埋金９の接地金属部材２との対向側は、取付側端部を絶縁物３の端面より突出させて、突出部９ａが形成されている。突出部９ａの突出長さは、電流センサ６の厚さよりわずかに長い寸法にするのが望ましい。突出部９ａの外径は、円環状をした電流センサ６の内径より小さくし、この突出部９ａに電流センサ６が容易に嵌合可能としている。
なお、絶縁物３の高圧充電部１との接続部側にも埋金が設けられているのが一般的であるが、本願発明の主要部ではないので、図示及び説明は省略する。

組立は、まず、絶縁物３に埋設された埋金９の突出部９ａに電流センサ６を嵌合させた状態で、接地金属部材２の取付穴２ａに埋金９のねじ穴を合わせ、接地部固定ボルト５で締め付けて固定する。突出部９ａの突出長さを電流センサ６の厚さより長くしておくことで、絶縁物３と接地金属部材２とは、埋金９の突出部９ａの先端で確実に接触した状態で固定され、締め付けにより電流センサ６に荷重が掛かることはなく、また、突出部９ａが漏れ電流の経路となる。
電流センサ６のリード線７は、判定手段８に接続する。リード線７は、接地金属部材２等に束線して充電部に対し絶縁距離を確保して配線されている。
組立後の状態は、図１のようになる。

次に動作について説明する。
高圧充電部１を支持する絶縁物３は、長期間の使用により経年劣化することで絶縁能力が低下してくる。これにより、高圧充電部１から接地側へ流れる漏れ電流が大きくなる。
そこで、この漏れ電流を電流センサ６で常時監視し、その変化を見ることにより絶縁物３の劣化を監視するようにしたものである。
漏れ電流は絶縁物３を通って高圧充電部１から接地金属部材２へ流れる。絶縁物３は、埋金９の突出部９ａの先端と接地金属部材２とを接触させて固定しているので、絶縁物３からの漏れ電流は、突出部９ａを介して接地金属部材２へと流れる。

電流センサ６は、突出部９ａに貫通させて設けており表面は絶縁されているので、絶縁物３から接地金属部材２に流れる微少な漏れ電流は、電気抵抗の低い埋金９の突出部９ａに集中して流れて電流センサ６の内側を通過することになる。したがって、微少な漏れ電流を精度よく、且つ、容易に電流センサ６で検出することができる。
電流センサ６で検出された漏れ電流の値は、リード線７を介して判定手段８に入力される。判定手段８には、予め取得しておいた絶縁物３の漏れ電流と劣化程度の相関データを記憶させている。そこで、この相関データと比較し、検出した漏れ電流の値が、所定の値を超えた場合に劣化が進行したと判断して、清掃や取り替えの目安とする。

判定手段８での判定方法の一例を、図３により説明する。図３は、絶縁劣化の判定方法の一例を説明する説明図である。
絶縁物３の劣化が進行すると絶縁抵抗が低下する。そこで、劣化程度のパラメータとして、絶縁抵抗値を利用するものである。絶縁物３の絶縁抵抗と漏れ電流の間には図３に太線で示すような相関関係がある。監視対象となる絶縁物３に対し、予め図３のような相関データを取得しておく。そして絶縁性能の維持に必要な絶縁抵抗の必要最小値に対する漏れ電流の値を基準値として定めておき、これらを判定手段８の記憶部に記憶させておく。
なお、基準値等は絶縁物の形状，材質等によって異なるので、相関データは種類の異なる絶縁物毎に取得しておく。また、必要最小値は、例えば、交換推奨時期や清掃推奨時期から決めればよい。

電流センサ６で検出した漏れ電流の値が基準値を超えた場合、所定以上に劣化が進行し、例えば、絶縁物３の交換推奨時期に達したと判断して、絶縁物３の交換に備えることができる。
電気機器の内部には、高圧充電部を支持する絶縁物が複数箇所に多数個用いられているのが一般的であるが、監視を必要とする絶縁物に同様の絶縁劣化監視装置を備えることで、劣化した絶縁物を容易に特定することが可能となる。絶縁物に対しては、小形の電流センサを設けるだけでよいので、設置は簡単である。

これまでの説明では、絶縁物３を支持碍子として説明したが、これに限定するものではなく、高圧充電部１を接地金属部材２に支持固定する絶縁物であれば、電気機器の一般的な絶縁支持体に適用可能である。絶縁物の材質も特に限定されず、磁器やエポキシ樹脂等の一般に知られた絶縁材料に広く適用できる。
また、電流センサ６は、貫通型ＣＴとして説明したが、これ以外に、例えばロゴスキーコイルであってもよい。

以上のように、実施の形態１によれば、電気機器の高圧充電部を接地金属部材に絶縁支持する絶縁物の絶縁劣化監視装置であって、絶縁物と接地金属部材との接続部に挿入されて、高圧充電部から絶縁物を通じて接地金属部材へ流れる漏れ電流を検出する電流センサと、電流センサの出力側に接続されて、漏れ電流の値に基づき絶縁物の劣化程度を判定する判定手段と、を有するので、高圧充電部から絶縁物を通じて接地金属部材へ流れる漏れ電流を常時監視でき、漏れ電流の増加により絶縁物の劣化度合いが判断可能となる。このため、絶縁劣化を早期に発見でき、地絡事故等が発生する前に絶縁物を交換するタイミングが推定できる。
また、複数の絶縁物を有する電気機器でも、容易に電流センサを設置でき、劣化した絶縁物の特定が容易となる。

また、接地金属部材と接続する絶縁物の端部に、取付用のねじ穴を有する埋金が設けられ、埋金の接地金属部材との対向側が、絶縁物の端面より突出した突出部となっており、電流センサは、貫通型の電流検出器で構成され、突出部に貫通させて絶縁物と接地金属部材との間に配置されているので、漏れ電流が電気抵抗の低い埋金の突出部に集中して流れて電流センサの内側を通過するため、漏れ電流の検出精度が向上する。また、絶縁物と接地金属部材との接続部に電流センサを容易に取り付けることができ、組立作業性に優れた絶縁劣化監視装置を得ることができる。

実施の形態２．
図４は、実施の形態２による絶縁物の劣化監視装置の電流センサ部を示す部分断面図である。図中の一点鎖線は軸対称線であり、図は左半分のみを示している。実施の形態１の図１または図２と同等部分は同一符号で示して詳細な説明は省略し、相違点を中心に説明する。なお、電流センサにつながるリード線７と判定手段８は省略している。

図４に示すように、本実施の形態の電流センサ１０は、外周部に複数のひだ１０ａを設けている。電流センサ１０の断面は、図のように中心部のコイルの外側が絶縁部材により覆われているので、この絶縁部材の外周側にひだ１０ａを設けたものである。
さらに、電流センサ１０の内周側と突出部９ａの外周側との隙間に、電気抵抗の低い筒状導電部材からなる導電スリーブ１１を挿入している。
埋金９の突出部９ａの突出長さと電流センサ１０の高さと導電スリーブ１１の長さの寸法関係は、導電スリーブ１１の長さを一番長くし、突出部９ａの突出長さと電流センサ１０の高さ寸法をそれより短くしている。これにより、図４のような取付状態において、導電スリーブ１１の一端が絶縁物３と接触し他端が接地金属部材２と接触するように構成されている。

次に、作用について説明する。
電流センサ１０の外周部にひだ１０ａを設けることで、外周部の沿面距離が内周部より長くなる。このため、もし絶縁物３と電流センサ１０が接触しても漏れ電流は主に電流センサ１０の内周部を流れることになる。
また、電流センサ１０の内側に導電スリーブ１１を設け、絶縁物３と導電スリーブ１１、及び導電スリーブ１１と接地金属部材２とを確実に接触させることで、漏れ電流は電気抵抗の低い導電スリーブ１１を通って接地金属部材２へと流れる。これにより、漏れ電流が、より確実に電流センサ１０の内側を流れるようになり、電流センサ１０で、絶縁物３に流れる微少な漏れ電流を精度よく検知できるため、絶縁物３の絶縁劣化状況を確実に判定することが可能となる。

また、導電スリーブ１１を介して接地金属部材２に接触させるので、突出部９ａの突出長さは、導電スリーブ１１の長さ以下であれば特に寸法の管理の必要はなく、製作が簡単となる。
さらに、既設の絶縁物で埋金に突起部を持たない場合でも、後から導電スリーブ１１を挿入して電流センサを取り付けることも可能である。

なお、図４では、電流センサ１０の外周部にひだ１０ａを設け、且つ、導電スリーブ１１を備えた構成としたが、導電スリーブ１１を設けずに、ひだ１０ａのみを設ける構成や、ひだ１０ａを設けずに、導電スリーブ１１のみを設けるような構成でもよく、その場合は、それぞれの効果を個別に得ることができる。

以上のように、実施の形態２の絶縁劣化監視装置によれば、電流センサの外周部には複数のひだが設けられているので、漏れ電流は主として電流センサの内周部側を流れるため、電流センサによる漏れ電流の検出精度が向上する。

また、電流センサの内周側に円筒状の導電スリーブが挿入され、導電スリーブの一端が絶縁物と接触し他端が接地金属部材と接触するように構成されているので、漏れ電流は電気抵抗の低い導電スリーブを通って接地金属部材へと流れるため、確実に電流センサの内側を流れるようになり、絶縁物に流れる漏れ電流を精度よく検知でき、絶縁物の絶縁劣化状況を精度よく判定することが可能となる。

実施の形態３．
図５は、実施の形態３による絶縁劣化監視装置を示す図である。図１，２と同等部分は同一符号を付して説明は省略する。電流センサ６につながるリード線７と判定手段８は省略している。
本実施の形態の監視対象となる絶縁物１２は、例えば複数の高圧充電部１３を支持し、複数箇所（図では両側の２箇所）で接地金属部材２に支持固定されている。このような絶縁物１２が使用される電気機器の具体例としては、例えば、筐体内に遮断器や母線が配置されたスイッチギヤ等が想定され、３相の遮断器に接続される３相の高圧充電部１３を、絶縁物１２を介して筐体側の接地金属部材２に取り付けるような場合である。

図５のように、例えば３相の主回路導体である高圧充電部１３は、１つの絶縁物１２に支持固定され、絶縁物１２の両側の２箇所が接地金属部材２に取り付けられている。ここで、図中に一点鎖線で囲った部分は、実施の形態１の取付部と同様に、絶縁物１２の側に設けた埋金９の突出部９ａ（図示せず）に電流センサ６を貫通させて固定している。なお、取付部の構成は、実施の形態２の図４の構成を採用しても良い。

このような構成とすることで、漏れ電流は左右の電流センサ６のいずれか、または両方に流れる。そこで、複数の電流センサ６により検出された漏れ電流を１個の判定手段（図示せず）に取り込みその値を積算することで、１つの絶縁物１２に流れる漏れ電流の電流値を求める。判定手段には、予め求めておいた漏れ電流と劣化程度の相関データを記憶しておき、判定手段において、例えば、実施の形態１で説明したような方法により、絶縁物１２の劣化の程度を判定する。

以上のように、実施の形態３の絶縁劣化監視装置によれば、絶縁物と接地金属部材とは、複数箇所で接続されて複数の接続部を有し、複数の接続部のそれぞれに電流センサが設けられ、判定手段では、複数の接続部において検出された漏れ電流の値を積算し、積算した漏れ電流の値に基づき絶縁物の劣化程度を判定するようにしたので、接地金属部材との接続部位が複数箇所あるような絶縁物に適用して、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

なお、本願発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変更、省略したりすることが可能である。

１ 高圧充電部、２ 接地金属部材、２ａ 取付穴、３ 絶縁物、４ 充電部固定ボルト、５ 接地部固定ボルト、６ 電流センサ、７ リード線、８ 判定手段、９ 埋金、９ａ 突出部、１０ 電流センサ、１０ａ ひだ、１１ 導電スリーブ、１２ 絶縁物、１３ 高圧充電部。

Claims (5)

1. 電気機器の高圧充電部を接地金属部材に絶縁支持する絶縁物の絶縁劣化監視装置であって、
   前記絶縁物と前記接地金属部材との接続部に挿入されて、前記高圧充電部から前記絶縁物を通じて前記接地金属部材へ流れる漏れ電流を検出する円環状の電流センサと、
   前記電流センサの出力側に接続されて、前記漏れ電流の値に基づき前記絶縁物の劣化程度を判定する判定手段と、を有し、
   前記接地金属部材と接続する側の前記絶縁物の端部に、取付用のねじ穴を有する埋金が設けられ、前記埋金の前記接地金属部材との対向側が、前記絶縁物の端面より前記電流センサの厚さよりわずかに長く突出した突出部となっており、且つ、前記突出部の外形は、前記電流センサの内径より小さく構成されており、前記電流センサは、前記埋金の突出部と嵌合した状態で前記絶縁物と前記接地金属部材との間に配置されていることを特徴とする絶縁劣化監視装置。
2. 前記電流センサの外周部には複数のひだが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の絶縁劣化監視装置。
3. 前記電流センサの内周側に円筒状の導電スリーブが挿入され、前記導電スリーブの一端が前記絶縁物と接触し他端が前記接地金属部材と接触するように構成されていることを特徴とする請求項１あるいは２に記載の絶縁劣化監視装置。
4. 電気機器の高圧充電部を接地金属部材に絶縁支持する絶縁物の絶縁劣化監視装置であって、
   前記絶縁物と前記接地金属部材との接続部に挿入されて、前記高圧充電部から前記絶縁物を通じて前記接地金属部材へ流れる漏れ電流を検出する電流センサと、
   前記電流センサの出力側に接続されて、前記漏れ電流の値に基づき前記絶縁物の劣化程度を判定する判定手段と、を有し、前記電流センサの外周部には複数のひだが設けられていることを特徴とする絶縁劣化監視装置。
5. 前記絶縁物と前記接地金属部材とは、複数箇所で接続されて複数の接続部を有し、
   前記複数の接続部のそれぞれに前記電流センサが設けられ、
   前記判定手段では、前記複数の接続部において検知された前記漏れ電流の値を積算し、前記積算した漏れ電流の値に基づき前記絶縁物の劣化程度を判定するようにしたことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の絶縁劣化監視装置。

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