(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
電力用開閉器の周囲に計測用マイクロホンを配置し、電力用開閉器の開閉時における動作音を計測用マイクロホンで計測し、計測された音圧と時間との関係を示すグラフに基づいて高速フーリエ変換により周波数と時間との関係を示すマップを作成し、そのマップに現れたピークの数又はピークの位置に基づいて電力用開閉器の動作異常を判別する電力用開閉器における動作異常の診断方法。
前記電力用開閉器は、トリガ動作でばね解放し、リンク動作によりストッパで停止して主回路が切動作し、一方トリガ動作でばね解放し、リンク動作によりラッチ係合して主回路が入動作するばね操作式の遮断器である請求項1に記載の電力用開閉器における動作異常の診断方法。
前記マップに現れたピークが2つである場合には切動作異常であると判断し、ピークが25msより前に位置する場合にはトリガ動作のみが行われる入動作異常であると判断し、ピークが100msより後に位置する場合にはリンク動作後にラッチ係合が行われない入動作異常であると判断する請求項2又は請求項3に記載の電力用開閉器における動作異常の診断方法。
前記高速フーリエ変換により音圧レベルと時間との関係を示す特性図を作成し、その特性図におけるピークの数及び正常時を基準として設定したしきい値に基づく音圧レベルにより電力用開閉器の動作異常を判別する請求項1に記載の電力用開閉器における動作異常の診断方法。
前記特性図は、電力用開閉器の固有振動周波数としての金属特有の共振周波数と局所的な振動音の周波数とは異なる周波数帯域における動作音に基づいて作成されるものである請求項5に記載の電力用開閉器における動作異常の診断方法。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【
図1】本発明の実施形態において、遮断器の動作異常時における周波数と時間との関係を示すマップであり、(a)は切動作異常を示すマップ、(b)はトリガのみが動作する入動作異常を示すマップ、(c)はリンク動作するが、ラッチが係合しない入動作異常を示すマップ。
【
図2】遮断器の正常動作時における周波数と時間との関係を示すマップであり、(a)は切動作時を示すマップ、(b)は入動作時を示すマップ。
【
図3】遮断器と計測用マイクロホンとの位置関係を示す概略説明図。
【
図4】遮断器の動作プロセスを示す説明図であり、(a)は切動作時の動作プロセスを示す説明図、(b)は入動作時の動作プロセスを示す説明図。
【
図5】(a)は遮断器のカバーを外した状態を示す概略斜視図、(b)は遮断器のカバーを付けた状態を示す概略斜視図、(c)は遮断器にカバーを付け、さらにそれに保護カバーを被せた状態を示す概略斜視図。
【
図6】(a)は遮断器のカバーを外した状態での正常時におけるマップ、(b)は遮断器のカバーを付けた状態での正常時におけるマップ、(c)は遮断器にカバーを付け、さらにそれに保護カバーを被せた状態での正常時におけるマップ。
【
図7】(a)は遮断器のカバーを外した状態での切動作異常時におけるマップ、(b)は遮断器のカバーを付けた状態での切動作異常時におけるマップ、(c)は遮断器にカバーを付け、さらにそれに保護カバーを被せた状態での切動作異常時におけるマップ。
【
図8】遮断器の正常時と切動作異常時について、音圧レベルと時間との関係を示す特性図。
【
図9】遮断器の正常時と2つの入動作異常時について、音圧レベルと時間との関係を示す特性図。
【
図10】(a)は残響が少ない静環境、計測用マイクロホンが近位置で遮断器のカバーを外した場合における音圧レベルと時間との関係を示す特性図、(b)は静環境、計測用マイクロホンが遠位置で遮断器のカバーを外した場合における音圧レベルと時間との関係を示す特性図、(c)は静環境、近位置で遮断器にカバーを付けた場合における音圧レベルと時間との関係を示す特性図、(d)は静環境、遠位置で遮断器にカバーを付けた場合における音圧レベルと時間との関係を示す特性図、(e)は静環境、近位置で遮断器にカバーを付け、それに保護カバーを被せた場合における音圧レベルと時間との関係を示す特性図、(f)は静環境、遠位置で遮断器にカバーを付け、それに保護カバーを被せた場合における音圧レベルと時間との関係を示す特性図。
【
図11】(a)は残響が多い響環境、近位置で遮断器のカバーを外した場合における音圧レベルと時間との関係を示す特性図、(b)は響環境、遠位置で遮断器のカバーを外した場合における音圧レベルと時間との関係を示す特性図、(c)は響環境、近位置で遮断器にカバーを付けた場合における音圧レベルと時間との関係を示す特性図、(d)は響環境、遠位置で遮断器にカバーを付けた場合における音圧レベルと時間との関係を示す特性図。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
この実施形態の電力用開閉器としての遮断器は、例えば30年間使用した既知の6.6kV電動ばね式真空遮断器が用いられる。この遮断器では、その遮断器本体に電動機が備えられ、その電動機の起動によって蓄勢されるばねが設けられている。また、遮断器本体には主回路と連動し前記ばねに接続されているリンクが設けられ、切動作では遮断完了位置でストッパにて停止する。またリンクは、入動作では投入完了位置でラッチに係合して入状態を保持する。
【0012】
具体的には、
図4(a)に示すように、遮断器の主回路を切動作させる場合には、指令信号(制御電流信号)等のトリガ動作11によりばね解放12、リンク動作13を経てストッパで停止14され、主回路が切動作15される。一方、
図4(b)に示すように、遮断器の主回路を入動作させる場合には、指令信号等のトリガ動作16によりばね解放17、リンク動作18を経てラッチ係合19され、主回路が入動作20される。なお、これら主回路の切動作15及び入動作20の後には、開放されたばねが電動機により蓄勢される。
【0013】
前記主回路の切動作15時にはばね解放12、リンク動作13及びストッパで停止14されるときなどにおいて動作音が生じ、主回路の入動作20時にはばね解放17、リンク動作18及びラッチ係合19されるときなどにおいて動作音が発生する。これらの動作音は短時間のうちに連続的に発生する。
【0014】
図3に示すように、この動作音を計測するために、遮断器21から前方に離間した位置、例えば遮断器21からの短離間距離Dが5cmの位置や遮断器21からの長離間距離Lが50cmの位置に計測用マイクロホン22が配置される。この計測用マイクロホン22としては、例えば周波数特性に優れた(株)小野測器の1/2インチマイクロホンや1/4インチマイクロホンなどが用いられる。この計測用マイクロホン22により遮断器21の動作音を計測し、動作音の特性を解析することができる。
【0015】
次に、この遮断器21における動作異常の診断方法について説明する。
この動作異常の診断方法では、まず前記遮断器21の周囲に計測用マイクロホン22を配置し、遮断器21の開閉時における動作音を計測用マイクロホン22で計測する。次いで、計測された音圧(Pa)と時間(s)との関係を示すグラフに基づいて高速フーリエ変換(FFT)の常法により周波数(Hz)と時間(s)との関係を示すマップ(カラーマップ)を作成するものである。すなわち、音圧特性の時間変化をFFTの常法に従って周波数特性の時間変化に変換するものである。このマップの作成は、音圧の時系列データを常法により編集、解析するソフト、例えば(株)小野測器の解析ソフトOscope2により行われる。そして、前記マップに現れたピークの数又はピークの時間的位置に基づいて遮断器21の動作異常を判別することができる。
【0016】
図2(a)に示すように、正常時において、遮断器21の切動作時には周波数と時間との関係を示すマップ中の二点鎖線で表されるように、ピーク23が1つ現れる。また、
図2(b)に示すように、正常時において、遮断器21の入動作時にはマップ中の二点鎖線で表されるように、ピーク23が1つ現れるとともに、そのピーク23が100msより前に位置している。
図2(a)及び
図2(b)に示すマップにおいて、右側縦軸の数値はカラーインデックスを表し、105又は110に近いほど赤色、25又は40に近いほど黒色になる。前記マップはカラーマップであることから、ピーク23の数や位置を目視により容易に認識することができる。なお、
図2(a)及び
図2(b)のカラーマップは、物件提出書に添付されている。
【0017】
一方、
図1(a)に示すように、遮断器21の切動作異常時にはマップ中の二点鎖線で表されるように、ピーク24が2つ現れる。このため、マップ中に現れるピーク24の数により切動作異常を判別することができる。
【0018】
また、
図1(b)に示すように、遮断器21の入動作異常のうち、トリガのみが動作する入動作異常時にはマップ中の二点鎖線で表されるようにピーク24の位置が25msより前に位置している。さらに、
図1(c)に示すように、遮断器21の入動作異常のうち、リンク動作後にラッチが係合されない入動作異常時にはマップ中の二点鎖線で表されるようにピーク24の位置が100msより後に位置している。このため、マップ中に現れるピーク24の位置により入動作異常を判別することができる。
【0019】
これら
図1(a)〜(c)のマップはカラーマップであるため、ピーク24の数や位置を目視により容易に認識することができる。なお、
図1(a)〜(c)のカラーマップは、物件提出書に添付されている。
【0020】
次に、
図5(a)に示すように遮断器21のカバーを外した場合(点検状態)A、
図5(b)に示すように遮断器21にカバー25を被せた場合B及び
図5(c)に示すように遮断器21にカバー25を被せ、それを保護ボックス26内に収容した場合(通常運転状態)Cにおいて、遮断器21の切動作異常について検討した。
【0021】
図6(a)に示すAの場合、
図6(b)に示すBの場合及び
図6(c)に示すCの場合において、遮断器21の正常時には前記マップ中のピーク23はいずれの場合にも1つ現れる。一方、
図7(a)に示すAの場合、
図7(b)に示すBの場合及び
図7(c)に示すCの場合において、遮断器21の切動作異常時には前記マップ中のピーク24はいずれの場合にも2つ現れる。
【0022】
このように、遮断器21のカバー25や保護ボックス26の有無に拘わらず、前述のマップを用い、ピーク数に基づいて遮断器21の切動作異常を容易に判別することができる。
【0023】
上記のようにして遮断器21に切動作異常又は入動作異常があると判別された場合には、特定周波数例えば13〜15kHz帯域の周波数に絞り込み、前記高速フーリエ変換(FFT)の常法により音圧レベル(dB)と時間(ms)との関係を示す特性図を作成する。この特性図は、音圧特性の時間変化をFFTの常法に従って音圧レベル特性の時間変化に変換するものである。この変換は、例えば前記(株)小野測器の解析ソフトにより行われる。前記特定周波数は、遮断器21の固有振動周波数としての金属特有の11.5kHz付近の共振周波数と19kHz以上の局所的な振動音(ノイズ)の周波数とは異なる周波数帯域、つまり動作音の計測を正確に行うために適した周波数帯域である。
【0024】
図8に示す実線は遮断器21の切動作について正常時における波形であり、音圧レベル85dB以上のピーク27が1つ現れる。一方、
図8の破線に示すように、遮断器21の切動作異常の場合には、音圧レベル85dB以上のピーク28が2つ現れるとともに、200ms以降の音圧レベルが正常時の150%以上である。このため、音圧レベルについて正常時の値に対する適切なしきい値を設定することにより、遮断器21の切動作異常を的確に判別することができる。なお、正常時及び切動作異常時ともに動作音を2回ずつ測定した。
【0025】
また、
図9の実線に示すように、遮断器21の入動作について正常時における波形を表し、音圧レベル85dB以上のピーク27が2つ現れる。一方、
図9の太破線に示すように、遮断器21のトリガのみが動作する入動作異常の場合には、その波形29に音圧レベル85dB以上のピークがなく、200ms以降の音圧レベルが正常時の10%以下である。
【0026】
さらに、
図9の細破線に示すように、遮断器21のリンク動作後にラッチ係合しない入動作異常の場合には、音圧レベル85dB以上のピーク28が3つ現れ、200ms以降の音圧レベルが正常時の115%以上である。このため、音圧レベルについて正常時の値に対する適切なしきい値を設定することにより、遮断器21の入動作異常を的確に判別することができる。なお、正常時及び入動作異常時ともに動作音を2回ずつ測定した。
【0027】
このように、遮断器21の切動作異常又は入動作異常を、音圧レベルと時間との関係を示す特性図を用い、ピーク数又は音圧レベルのしきい値に基づいて明瞭に判断することができる。
【0028】
次に、動作音の測定環境に関し、残響が少ない環境(静環境)と残響が多い環境(響環境)で、計測用マイクロホン22が遮断器21から短離間距離Dが5cmの位置(近位置)と長離間距離Lが50cmの位置(遠位置)で、さらに遮断器21が前記Aの場合、Bの場合及びCの場合について検討した。
【0029】
図10(a)は静環境、近位置でAの場合を示し、
図10(b)は静環境、遠位置でAの場合を示し、
図10(c)は静環境、近位置でBの場合を示し、
図10(d)は静環境、遠位置でBの場合を示し、
図10(e)は静環境、近位置でCの場合を示し、
図10(f)は静環境、遠位置でCの場合を示す。また、
図11(a)は響環境、近位置でAの場合を示し、
図11(b)は響環境、遠位置でAの場合を示し、
図11(c)は響環境、近位置でBの場合を示し、
図11(d)は響環境、遠位置でBの場合を示す。
【0030】
図10(a)〜(f)及び
図11(a)〜(d)において、実線は正常状態の波形30を表し、破線は切動作異常の波形31を示す。なお、波形30及び波形31ともに動作音を2回ずつ測定した結果である。
【0031】
これらの
図10(a)〜(f)と
図11(a)〜(d)との比較により、響環境の方が静環境よりも遮断器21の動作異常を判断しやすい傾向を示した。また、
図10(a)と
図10(b)との比較、
図10(c)と
図10(d)との比較、
図10(e)と
図10(f)との比較、
図11(a)と
図11(b)との比較、
図11(c)と
図11(d)との比較により、計測用マイクロホン22の位置は近位置よりも遠位置の方が遮断器21の動作異常を判別しやすい傾向を示した。
【0032】
続いて、前記遮断器21の動作異常の診断を行う具体的な手順について説明する。
1)遮断器21の正常状態での動作音を計測し、初期パターンを保有する。
2)経年使用した遮断器21について、遮断器21に常設された計測用マイクロホン22又は計測員が持参した計測用マイクロホン22で通電状態における遮断器21の動作音を計測する。
【0033】
3)計測データを解析装置で解析し、前記マップに基づいて初期パターンとの比較や異常パターンの照合により定性的に判別する。
4)前記3)で動作異常があると判断された場合には、特定周波数に絞り込んで音圧レベルと時間との関係を示す特性図に基づいて動作異常の様相をしきい値との比較により判断する。
【0034】
5)動作異常があると判別された遮断器21は、停電後に点検や手入れを行う。
次に、本実施形態の遮断器21における動作異常の診断方法について作用を説明する。
さて、遮断器21の動作異常を診断する場合には、遮断器21の周囲に計測用マイクロホン22を配置し、遮断器21の開閉時に発せられる動作音を計測する。そして、計測された音圧と時間との関係を示すグラフに基づいてFFTにより周波数と時間との関係を示すマップを作成する。得られたマップにより、マップ上に現れるピークの数又はピークの位置に基づいて遮断器21の動作異常を定性的に判別することができる。このマップはカラーマップであることから、ピークの数や位置を視覚で速やかに認識することができる。
【0035】
このようにして遮断器21の動作異常が定性的に判別された後、その動作異常をさらに明瞭に判別するときには、一定範囲の周波数に絞り込んでFFTにより音圧レベルと時間との関係を示す特性図を作成する。そして、得られた特性図により、その特性図におけるピークの数及び正常時を基準として設定したしきい値に基づく音圧レベルにより遮断器21の動作異常を的確に判別することができる。
【0036】
以上の実施形態により発揮される効果を以下にまとめて記載する。
(1)この実施形態の遮断器21における動作異常の診断方法では、遮断器21の周囲に計測用マイクロホン22を配置し、遮断器21の開閉時における動作音を計測用マイクロホン22で計測する。次いで、得られた音圧特性の時間変化を示すグラフに基づいてFFTにより周波数特性の時間変化を示すマップを作成する。そして、そのマップに現れたピークの数又はピークの位置に基づいて遮断器21の動作異常を判別することができる。
【0037】
このため、計測用マイクロホン22で得られた動作音のデータから容易かつ迅速にマップを作成することができ、そのマップに現れたピークにより遮断器21の動作異常を簡単に判別することができる。
【0038】
従って、実施形態の診断方法によれば、簡易な構成で、遮断器21の動作異常を的確に把握することができる。
(2)前記電力用開閉器は、トリガ動作11でばね解放12、リンク動作13によりストッパで停止14して主回路が切動作15し、一方トリガ動作16でばね解放17、リンク動作18によりラッチ係合19して主回路が入動作20するばね操作式の遮断器21である。この遮断器21の切動作時及び入動作時における動作音を計測することにより、遮断器21の切動作異常及び入動作異常を容易に判別することができる。
【0039】
(3)前記計測用マイクロホン22は、遮断器21から離間した位置に配置される。この場合には、遮断器21の振動音等のノイズを避けて遮断器21の動作音を計測用マイクロホン22で正確に計測することができる。さらに、通常運転の状態において、遮断器21の動作に支障を来たすことなく、遮断器21の動作異常を判別することができる。
【0040】
(4)前記マップに現れたピークが2つである場合には切動作異常であると判断し、ピークが25msより前に位置する場合にはトリガ動作のみが行われる入動作異常であると判断し、ピークが100msより後に位置する場合にはリンク動作後にラッチ係合が行われない入動作異常であると判別する。このため、マップに現れたピークの数又はピークの位置に基づいて遮断器21の動作異常を簡単に判別することができる。
【0041】
(5)前記FFTにより音圧レベルと時間との関係を示す特性図を作成し、その特性図におけるピークの数及び正常時を基準として設定したしきい値に基づく音圧レベルにより遮断器21の動作異常を判別する。従って、音圧レベルと時間との特性図を作成することにより、特性図に現れるピークの数と任意に設定したしきい値とに基づいて遮断器21の動作異常を的確に判別することができる。
【0042】
(6)前記特性図は、遮断器21の固有振動周波数としての金属特有の共振周波数と局所的な振動音の周波数とは異なる周波数帯域における動作音に基づいて作成されるものである。具体的には、周波数帯域は13〜15kHzの周波数帯域である。このため、遮断器21の固有振動周波数やノイズの周波数によって妨害されることがなく、特性図の信頼性を高めることができる。
【0043】
なお、前記実施形態を次のように変更して具体化することも可能である。
・前記マップを使用して遮断器21の動作異常を的確に判別できれば、音圧レベルと時間との関係を示す特性図の作成を省略してもよい。
【0044】
・前記計測用マイクロホン22を、遮断器21の側方位置に配置したり、後方位置に配置したりしてもよい。
・前記遮断器21として、前記電動ばね式真空遮断器のばねを油圧やエアで動作する構造に変更した遮断器を使用してもよい。
【0045】
・前記電力用開閉器として、スイッチ等の開閉器、断路器等を用いてもよい。