特許 7595088 配電網の単相地絡故障アークの自己消弧特性のシミュレーション装置及び試験方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-27

(45)【発行日】2024-12-05

(54)【発明の名称】配電網の単相地絡故障アークの自己消弧特性のシミュレーション装置及び試験方法

(51)【国際特許分類】

   G01R 31/14 20060101AFI20241128BHJP

   G01R 31/12 20200101ALI20241128BHJP

   G01R 31/52 20200101ALI20241128BHJP

   G01R 31/58 20200101ALI20241128BHJP

【ＦＩ】

G01R31/14

G01R31/12 D

G01R31/52

G01R31/58

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2022567397

(86)(22)【出願日】2022-08-04

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-12-14

(86)【国際出願番号】 CN2022110121

(87)【国際公開番号】W WO2023077887

(87)【国際公開日】2023-05-11

【審査請求日】2022-11-02

(31)【優先権主張番号】202111303174.1

(32)【優先日】2021-11-05

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(73)【特許権者】

【識別番号】522431195

【氏名又は名称】国網遼寧省電力有限公司電力科学研究院

【氏名又は名称原語表記】ＳＴＡＴＥ ＧＲＩＤ ＬＩＡＯＮＩＮＧ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＰＯＷＥＲ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ

【住所又は居所原語表記】Ｎｏ．３９－７ Ｓｉｐｉｎｇ Ｓｔｒｅｅｔ， Ｈｅｐｉｎｇ Ｄｉｓｔｒｉｃｔ Ｓｈｅｎｙａｎｇ， Ｌｉａｏｎｉｎｇ １１０００６ Ｃｈｉｎａ

(74)【代理人】

【識別番号】110001139

【氏名又は名称】ＳＫ弁理士法人

(74)【代理人】

【識別番号】100130328

【弁理士】

【氏名又は名称】奥野 彰彦

(74)【代理人】

【識別番号】100130672

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 寛之

(72)【発明者】

【氏名】李冠華

(72)【発明者】

【氏名】陳浩然

(72)【発明者】

【氏名】徐凱

(72)【発明者】

【氏名】李斌

(72)【発明者】

【氏名】栗▲ガン▼

(72)【発明者】

【氏名】鐘雪

(72)【発明者】

【氏名】李勝川

(72)【発明者】

【氏名】楊▲ルゥ▼羽

(72)【発明者】

【氏名】金▲シン▼

(72)【発明者】

【氏名】劉▲ルゥイ▼▲トォン▼

(72)【発明者】

【氏名】黄珂

(72)【発明者】

【氏名】岳蕾

(72)【発明者】

【氏名】趙振威

(72)【発明者】

【氏名】劉権瑩

(72)【発明者】

【氏名】楊鶴

【審査官】越川 康弘

(56)【参考文献】

【文献】中国特許出願公開第１０１５８７１６０（ＣＮ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１２９６４９６４（ＣＮ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１０１６１３９３（ＣＮ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００８／０１００３０５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１０６０５４００６（ＣＮ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０４９１４３９１（ＣＮ，Ａ）

【文献】中国実用新案第２０８７５２０４１（ＣＮ，Ｕ）

【文献】中国特許出願公開第１１１５７９９７７（ＣＮ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０４０４９１８４（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｒ ３１／１４

Ｇ０１Ｒ ３１／１２

Ｇ０１Ｒ ３１／５２

Ｇ０１Ｒ ３１／５８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

配電網の単相地絡故障アークの自己消弧特性のシミュレーション装置であって、
ヒューズと、遮断器と、アークスタート装置と、ロゴスキーコイルと、抵抗容量分圧器と、コントローラとを含み、
前記アークスタート装置は、高圧電極、接地電極、ステッピングモータ、リードスクリュー、密閉タンク、リモートコントローラ及び絶縁ホルダを含み、
前記ステッピングモータは、前記リードスクリューを介して前記接地電極に接続され、
前記遮断器は、一端が前記ヒューズに接続され、他端が前記アークスタート装置の前記高圧電極に接続され、前記アークスタート装置の前記接地電極は、絶縁接地リード線を介して接地し、前記絶縁接地リード線には、前記ロゴスキーコイルが嵌設され、前記ロゴスキーコイルは、前記アークスタート装置を流れるリアルタイム電流信号値を測定し、測定したリアルタイム電流信号値を前記コントローラに伝送し、前記アークスタート装置の両端には、抵抗容量分圧器が並列接続されており、前記抵抗容量分圧器は、前記アークスタート装置の電圧を測定し、測定した電圧を前記コントローラに伝送し、前記コントローラの両端には、前記アークスタート装置及び前記遮断器がそれぞれ接続され、
前記コントローラは、前記高圧電極と前記接地電極との間の電極ギャップ距離を記録し、前記ステッピングモータを回転制御して、前記接地電極を水平移動させることで、前記高圧電極と前記接地電極との間の電極ギャップ距離を調整し、
前記コントローラは、設定電流信号値と前記ロゴスキーコイルによって測定されたリアルタイム電流信号値とを照合することにより、アークの点弧又は消弧を判断し、アーク点弧時刻及びアーク消弧時刻における電極ギャップ距離を記録し、
前記コントローラは、記録機能を備え、前記設定電流信号値と前記ロゴスキーコイルによって測定された、前記アークスタート装置を流れるリアルタイム電流信号値とを照合することにより、アークが点弧又は消弧したか否かを判断し、前記設定電流信号値として点弧電流値を設定し、前記コントローラによって受信された電流が設定された前記点弧電流値よりも大きい場合、アーク点弧と判定し、現在の時刻における前記高圧電極と前記接地電極との間の電極ギャップ距離を記録して、点弧距離として定義し、前記コントローラによって受信された電流が設定された前記点弧電流値よりも小さい場合、アーク消弧と判定し、現在の時刻における前記高圧電極と前記接地電極との間の電極ギャップ距離を記録して、消弧距離として定義し、
前記コントローラは、電極ギャップ風袋引き機能をさらに備え、前記電極ギャップ風袋引き機能がオンになると、前記高圧電極及び前記接地電極の両端に、直列接続された低圧直流電源と電流計が並列接続され、前記コントローラは、前記ステッピングモータを回転制御して、前記接地電極を前記高圧電極に接近させ、前記電流計によって電流が検出されると、前記ステッピングモータの回転を停止するように制御し、このときの前記高圧電極と前記接地電極との間の電極ギャップ距離は、０であると定義する、
ことを特徴とする配電網の単相地絡故障アークの自己消弧特性のシミュレーション装置。

【請求項2】

前記高圧電極は、高圧電極導電性ロッドと、交換可能な高圧電極端子とを含み、前記交換可能な高圧電極端子は第２電極ネジコネクタを介して前記高圧電極導電性ロッドに接続され、
前記接地電極は、接地電極導電性ロッドと、交換可能な接地電極端子とを含み、前記交換可能な接地電極端子は第１電極ネジコネクタを介して前記接地電極導電性ロッドに接続される、ことを特徴とする請求項１に記載の配電網の単相地絡故障アークの自己消弧特性のシミュレーション装置。

【請求項3】

前記高圧電極及び前記接地電極は真鍮で製造される、ことを特徴とする請求項１に記載の配電網の単相地絡故障アークの自己消弧特性のシミュレーション装置。

【請求項4】

前記絶縁ホルダは、ベース、サイドテーブル、絶縁支持柱及び絶縁接続部材を含み、前記絶縁支持柱は前記ベースに固定され、前記ベースの一方側に前記サイドテーブルが取り付けられ、前記サイドテーブルに前記ステッピングモータが取り付けられ、前記ステッピングモータ、前記リードスクリュー、前記絶縁接続部材は順次接続され、前記絶縁接続部材は前記接地電極導電性ロッドに接続され、前記コントローラは前記ステッピングモータを回転制御して、前記接地電極導電性ロッドを水平移動させる、ことを特徴とする請求項２に記載の配電網の単相地絡故障アークの自己消弧特性のシミュレーション装置。

【請求項5】

前記密閉タンクは円筒形タンクであり、前記接地電極導電性ロッドは動的シール材を通じてタンク本体の側面に固定され、前記接地電極導電性ロッドの前記密閉タンクから伸び出した部分が接地し、
前記高圧電極導電性ロッドは前記タンク本体の他方側に固定され、その前記密閉タンクから伸び出した部分が電源正極に接続され、
前記高圧電極導電性ロッド及び前記接地電極導電性ロッドは前記密閉タンク内に水平方向において対向するように配列される、ことを特徴とする請求項２に記載の配電網の単相地絡故障アークの自己消弧特性のシミュレーション装置。

【請求項6】

前記密閉タンクの前記タンク本体の下方の両端には、前記密閉タンク内へ媒体として試験ガスを導入する第１チューブと、前記密閉タンク内の試験ガスを排出する第２チューブとが接続され、
前記試験ガスは、六フッ化硫黄（ＳＦ_６）、真空又は乾燥空気を含み、さまざまな媒体での間欠故障アーク現象をシミュレーションする、ことを特徴とする請求項５に記載の配電網の単相地絡故障アークの自己消弧特性のシミュレーション装置。

【請求項7】

前記密閉タンクの前記タンク本体の上方に、前記タンク本体内の圧力を監視する圧力計が接続され、
前記密閉タンクの前記タンク本体の上方にリリーフ弁が接続され、
前記密閉タンクの前記タンク本体の側面には、前記交換可能な高圧電極端子、前記交換可能な接地電極端子の交換及びヒューズ線の接続を行うための操作窓が設けられる、ことを特徴とする請求項６に記載の配電網の単相地絡故障アークの自己消弧特性のシミュレーション装置。

【請求項8】

前記コントローラは、前記高圧電極と前記接地電極との間の電極ギャップ距離を記録し、前記リモートコントローラに遠隔送信し、前記リモートコントローラは、設定電極移動速度信号と設定電極移動方向信号を前記コントローラに送信し、前記コントローラは、前記設定電極移動速度信号と前記設定電極移動方向信号をパルス信号に変換して、前記リードスクリューを介して前記接地電極に接続された前記ステッピングモータに送信し、前記ステッピングモータを回転制御して、前記接地電極を水平移動させ、電極ギャップ距離を変化させる、ことを特徴とする請求項４に記載の配電網の単相地絡故障アークの自己消弧特性のシミュレーション装置。

【請求項9】

配電網の単相地絡故障アークの自己消弧特性の試験方法であって、
請求項１～８のいずれか１項に記載の配電網の単相地絡故障アークの自己消弧特性のシミュレーション装置を用い、
前記コントローラで電極ギャップ風袋引き機能をオンにして、電極ギャップをリセットしてクリアするステップ１と、
前記高圧電極と前記接地電極との間の電極ギャップ距離が試験値になるように制御するステップ２と、
前記コントローラで電流起動値を設定するステップ３と、
前記遮断器をオンにして前記アークスタート装置を電源正極に接続し、前記密閉タンク内へ設定圧力の試験ガスを注入するステップ４と、
前記アークスタート装置を起動して、前記高圧電極と前記接地電極とを設定速度で互いに接近させ、リアルタイム電流信号値が前記電流起動値よりも大きくなると、このときにアーク放電が発生したと判定し、前記ステッピングモータの回転を停止するように制御するステップ５と、
前記ステッピングモータを回転制御して、前記高圧電極と前記接地電極との間の電極ギャップを大きくし、リアルタイム電流信号値が前記電流起動値よりも小さくなると、前記ステッピングモータの回転を停止するように制御し、１ｓ遅延させるステップ６と、
前記１ｓ内にリアルタイム電流信号値が前記電流起動値よりも大きいか否かを判断し、前記電流起動値よりも大きい場合、アークが再点弧したと判定し、ステップ６を実行し、前記電流起動値未満である場合、ステップ８を実行するステップ７と、
前記ステッピングモータの逆転が継続するように制御して、電極ギャップが最大となるまで前記高圧電極と前記接地電極とを互いに離間させるステップ８と、
設定時間が経過した後に前記遮断器をオフにして、試験を終了するステップ９とを含む、ことを特徴とする配電網の単相地絡故障アークの自己消弧特性の試験方法。

【請求項10】

前記コントローラは、電極ギャップ風袋引き機能を備え、前記電極ギャップ風袋引き機能がオンになると、前記高圧電極と前記接地電極に低圧直流電源が印加され、前記接地電極が前記高圧電極に接近するように制御し、回路において電流が発生すると、前記コントローラは、前記ステッピングモータの回転を停止するように制御し、このときの前記高圧電極と前記接地電極との間の距離を、電極ギャップをリセットしてクリアしたものとして定義する、ことを特徴とする請求項９に記載の配電網の単相地絡故障アークの自己消弧特性の試験方法。

【請求項11】

前記コントローラは、設定された前記電流起動値に基づいてアーク点弧及びアーク消弧を自動的に判断し、リアルタイム電流信号値が前記電流起動値よりも大きい場合、アーク点弧と判定し、このときの電極ギャップ距離を記録し、リアルタイム電流信号値が前記電流起動値よりも小さい場合、アーク消弧と判定し、このときの電極ギャップ距離を記録する、ことを特徴とする請求項９に記載の配電網の単相地絡故障アークの自己消弧特性の試験方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は電力システム制御の分野に属し、具体的には、配電網の単相地絡故障アークの自己消弧特性のシミュレーション装置及び試験方法に関する。

【背景技術】

【0002】

配電網は広範なユーザに直接対応する重要な一環として、その安全性、安定性及び故障後の迅速な回復はますます多くの注目を集め、都市経済の安全、安定的な発展に対して極めて重要な現実的意義を持っている。配電網では、全故障のうち８０％は単相地絡故障が占めている。システムの運行中に単相地絡故障が発生すると、故障が発生した相の対地電圧が低下し、他の二相の対地電圧及び中性点での零相電圧が上昇する現象が発生し、これにより、システム中の三相の対地電圧のバランスが崩れる。しかし、線間電圧は短時間内で元の対称的な運転状態を継続し、ユーザへの電力供給に大きな影響を与えることはない。中国の規定によると、このような故障の場合、残留電流が１０Ａ以下であれば、システムは１～２時間の常時通電運転が可能である。このとき、アークが消滅しない、すなわち、故障点に放電アークが存在し続けると、絶縁破壊がさらに拡大し、アーク過電圧が発生する可能性がある。これにより発生した過電圧がネットワーク全体に亘って長時間持続し、これにより、絶縁破壊が生じ、相間に短絡故障が発生し、ひいては人身の安全、ユーザへの電力供給や関連設備に深刻な影響を与える。

【0003】

北東地域の６６ｋＶシステムは、システム電圧がより高いため、全体の静電容量電流レベルも理論的には他の地域の３５ｋＶシステムよりも高い。現在広く使用されている、残留電流を１０Ａ以下に抑えれば、単相地絡故障アークの自然消滅が可能であるという理論も、空気条件下での１０ｋＶと３５ｋＶシステムから得られたものであり、電圧レベルがより高く、電圧回復がより速い６６ｋＶシステムでは、この数値の適用性についてさらに深く検討する必要がある。現在の都市建設の高速化により、６６ｋＶシステムにおいて、架空線路や開放式変電所による伝統的な送変電方式の割合は次第に減少しており、ケーブルとＧＩＳを組み合わせた送変電方式が主流になりつつあるが、ケーブル、ＧＩＳ及び空気絶縁の媒体の回復速度と消弧能力はそれぞれ異なるため、従来の単相地絡故障アークの自己消弧のための限界残留電流１０Ａの標準はもはや適用されず、単相地絡の場合の空気アークの自己消弧のための限界電流をテストし、６６ｋＶシステムの消弧コイルを配置するために根拠を提供する必要がある。

【0004】

先行技術文献１（中国特許公開公報１１２９６４９６４Ａ、出願公開日は２０２１年６月１５日である）では、配電網の地絡故障アークのシミュレーション装置及びアーク処理設備の検証方法が開示されている。このシミュレーション装置は、第１電極と、第２電極と、ギャップ調整手段と、を備え、前記第１電極と前記第２電極は対向して設けられ、前記第２電極は前記ギャップ調整手段に接続され、前記ギャップ調整手段が前記第２電極を制御して前記第１電極に対して離間又は近接させる場合、前記第１電極と前記第２電極との間に形成されるギャップが大きく又は小さくなり、前記第１電極と前記第２電極との間に形成されるギャップには、絶縁性ガスが充填されており、前記第１電極と前記第２電極との間の電位差が予め設定された数値以上であり、また、前記ギャップ調整手段が前記第２電極を制御して前記第１電極に近接させ、かつ、前記第１電極と前記第２電極とのギャップが予め設定された数値以下である場合、前記ギャップ内の絶縁ガス中にアーク放電が発生する。先行技術文献１の欠点は、接地アークの消弧特性を定量的に測定することができず、アークの点弧距離及び消弧距離を分析して記録することができず、アーク燃焼過程におけるギャップ変化を定量的にシミュレートすることができないことである。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

従来技術に存在する欠点を解決するために、本発明は、配電網の単相地絡故障アークの自己消弧特性のシミュレーション装置及び試験方法を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明では、下記技術的解決手段を採用している。

【0007】

本発明に係る配電網の単相地絡故障アークの自己消弧特性のシミュレーション装置は、
ヒューズと、遮断器と、アークスタート装置と、ロゴスキーコイルと、抵抗容量分圧器と、コントローラとを含み、
アークスタート装置は、高圧電極と接地電極とを含み、
遮断器は、一端がヒューズに接続され、他端がアークスタート装置の高圧電極に接続され、アークスタート装置の接地電極は、絶縁接地リード線を介して接地し、絶縁接地リード線には、ロゴスキーコイルが嵌設され、ロゴスキーコイルは、アークスタート装置を流れるリアルタイム電流信号値を測定し、測定したリアルタイム電流信号値をコントローラに伝送し、アークスタート装置の両端には、抵抗容量分圧器が並列接続され、抵抗容量分圧器は、アークスタート装置の電圧を測定し、測定した電圧をコントローラに伝送し、コントローラの両端には、アークスタート装置及び遮断器がそれぞれ接続され、
コントローラは、高圧電極と低圧電極との間の電極ギャップ距離を記録し、接地電極を水平移動させるように制御することで、高圧電極と接地電極との間の電極ギャップ距離を調整し、
コントローラは、設定電流信号値とロゴスキーコイルによって測定されたリアルタイム電流信号値とを照合することによりアークの点弧又は消弧を判断し、アーク点弧時刻及びアーク消弧時刻における電極ギャップ距離を記録する。

【0008】

アークスタート装置は、ステッピングモータ、リードスクリュー、密閉タンク、リモートコントローラ及び絶縁ホルダをさらに含む。

【0009】

高圧電極は、高圧電極導電性ロッドと、交換可能な高圧電極端子とを含み、交換可能な高圧電極端子は第２電極ネジコネクタを介して高圧電極導電性ロッドに接続され、
接地電極は、接地電極導電性ロッドと、交換可能な接地電極端子とを含み、交換可能な接地電極端子は第１電極ネジコネクタを介して接地電極導電性ロッドに接続される。

【0010】

好ましくは、高圧電極及び接地電極は真鍮で製造される。

【0011】

絶縁ホルダは、ベース、サイドテーブル、絶縁支持柱及び絶縁接続部材を含み、絶縁支持柱はベースに固定され、ベースの一方側にサイドテーブルが取り付けられ、サイドテーブルにステッピングモータが取り付けられ、ステッピングモータ、リードスクリュー、絶縁接続部材は順次接続され、絶縁接続部材は接地電極導電性ロッドに接続され、コントローラはステッピングモータを回転制御して、接地電極導電性ロッドを水平移動させる。

【0012】

密閉タンクは、円筒形タンクであり、接地電極導電性ロッドは動的シール材を通じてタンク本体の側面に固定され、接地電極導電性ロッドの密閉タンクから伸び出した部分が接地し、
高圧電極導電性ロッドはタンク本体の他方側に固定され、その密閉タンクから伸び出した部分が電源正極に接続され、
高圧電極導電性ロッド及び接地電極導電性ロッドは密閉タンク内に水平方向において対向するように配列される。

【0013】

密閉タンクのタンク本体の下方の両端には、密閉タンク内へ試験ガスを導入する第１チューブと、密閉タンク内の試験ガスを排出する第２チューブとが接続され、
前記試験ガスは六フッ化硫黄（ＳＦ_６）、真空又は乾燥空気を含み、さまざまな媒体での間欠故障アーク現象をシミュレーションする。

【0014】

密閉タンクのタンク本体の上方に、タンク本体内の圧力を監視する圧力計が接続され、
密閉タンクのタンク本体の上方にリリーフ弁が接続され、
密閉タンクのタンク本体の側面に、電極の交換及びヒューズ線の接続を行うための操作窓が設けられる。

【0015】

コントローラは、高圧電極と低圧電極との間の電極ギャップ距離を記録し、リモートコントローラに遠隔送信し、リモートコントローラは、設定電極移動速度信号と設定電極移動方向信号をコントローラに送信し、コントローラは、設定電極移動速度信号と設定電極移動方向信号をパルス信号に変換して、リードスクリューを介して接地電極に接続されたステッピングモータに送信し、ステッピングモータを回転制御して、接地電極を水平移動させ、電極ギャップ距離を変化させる。

【0016】

コントローラは記録機能を備え、設定電流信号値とロゴスキーコイルによって測定された、アークスタート装置を流れるリアルタイム電流信号値とを照合することにより、アークが点弧又は消弧したか否かを判断し、点弧電流値を設定し、コントローラによって受信された電流が設定された点弧電流値よりも大きい場合、アーク点弧と判定し、現在の時刻における高圧電極と接地電極との間の電極ギャップ距離を記録して、点弧距離として定義し、コントローラによって受信された電流が設定された点弧電流値よりも小さい場合、アーク消弧と判定し、現在の時刻における高圧電極と接地電極との間の電極ギャップ距離を記録して、消弧距離として定義する。

【0017】

本発明に係る配電網の単相地絡故障アークの自己消弧特性の試験方法は、
上記のいずれか１項に記載の配電網の単相地絡故障アークの自己消弧特性のシミュレーション装置を用い、
コントローラで電極ギャップ風袋引き機能をオンにして、電極ギャップをリセットしてクリアするステップ１と、
高圧電極と接地電極との間の電極ギャップ距離が試験値になるように制御するステップ２と、
コントローラで電流起動値を設定するステップ３と、
遮断器をオンにしてアークスタート装置を故障回路に接続し、密閉タンク内へ設定圧力の試験ガスを注入するステップ４と、
アークスタート装置を起動して、高圧電極と接地電極とを設定速度で互いに接近させ、リアルタイム電流信号値が電流起動値よりも大きくなると、このときにアーク放電が発生したと判定し、ステッピングモータの回転を停止するように制御するステップ５と、
ステッピングモータを回転制御して、高圧電極と接地電極との間の電極ギャップを大きくし、リアルタイム電流信号値が電流起動値よりも小さくなると、ステッピングモータの回転を停止するように制御し、１ｓ遅延させるステップ６と、
１ｓ内にリアルタイム電流信号値が電流起動値よりも大きいか否かを判定し、電流起動値よりも大きい場合、アークが再点弧したと判定し、ステップ６を実行し、電流起動値未満である場合、ステップ８を実行するステップ７と、
ステッピングモータの逆転が継続するように制御して、電極ギャップが最大となるまで高圧電極と接地電極とを互いに離間させるステップ８と、
設定時間が経過した後に遮断器をオフにして、試験を終了するステップ９とを含む。

【0018】

コントローラは、電極ギャップ風袋引き機能を備え、風袋引き機能がオンになると、高圧電極と接地電極に低圧直流電源が印加され、接地電極が高圧電極に接近するように制御し、回路において電流が発生すると、コントローラはステッピングモータの回転を停止するように制御し、このときの高圧電極端子と接地電極端子との間の距離を、電極ギャップをリセットしてクリアしたものとして定義する。

【0019】

コントローラは、設定された電流起動値に基づいてアーク点弧及びアーク消弧を自動的に判断し、リアルタイム電流信号値が電流起動値よりも大きい場合、アーク点弧と判定し、このときの電極ギャップ距離を記録し、リアルタイム電流信号値が電流起動値よりも小さい場合、アーク消弧と判定し、このときの電極ギャップ距離を記録する。

【発明の効果】

【0020】

本発明の有益な効果としては、従来技術に比べて、本発明で提供された配電網の単相地絡故障アークの自己消弧特性のシミュレーション装置及び試験方法では、実際の配電線又は実機及びシミュレーションプラットフォームでさまざまな媒体での間欠故障アーク現象をシミュレーションし、単相地絡故障特定装置で時間変化アーク地絡を処理する性能をテストすることができるということにある。
本発明は、以下の有益な効果をさらに含む。
（１）点弧距離及び消弧距離を記録し、配電網の単相アーク地絡故障の消弧特性を研究するための試験データを提供する。
（２）本発明で提供される試験方法によれば、アークギャップの変化をより定量的にシミュレーションすることができ、また、アーク燃焼過程でギャップの変化をシミュレーションすることができる。
（３）コントローラによって電極を流れる電流信号を測定し、アークが点弧又は消弧したか否かを自動的に判別することができる。
（４）さまざまなガス媒体での動的なアーク放電プロセスをシミュレーションすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明に係る装置の試験プラットフォームへの接続の概略図である。

【図2】本発明に係る装置のアークスタート装置の構造概略図である。

【図3】本発明に係る装置のアークスタート装置の密閉タンクの概略図である。

【図4】本発明に係る装置のコントローラの電極ギャップ風袋引き機能の概略図である。

【図5】本発明に係る装置のコントローラの電極ギャップ風袋引き機能のフローチャートである。

【図6】本発明の具体実施例に係る配電網の単相地絡故障アークの自己消弧特性のシミュレーション試験方法のフローチャートである。

【図7】本発明の具体実施例に係るＳＦ_６における自己消弧特性の試験方法のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、図面を参照しながら本願についてさらに説明する。以下の実施例は本発明の技術的解決手段をより明確に説明するためのものに過ぎず、本願の保護範囲を限定するものではない。
実施例１

【0023】

配電網の単相地絡故障アークの自己消弧特性のシミュレーション装置は、図１及び図２に示すように、ヒューズ１と、遮断器２と、アークスタート装置３と、ロゴスキーコイル４と、抵抗容量分圧器５と、コントローラ６とを含む。

【0024】

ヒューズ１は、一端が金具及びケーブルを介して故障相の端子のアイソレータスイッチに接続され、他端が遮断器２に接続され、遮断器２の他端はアークスタート装置３の高圧電極に接続され、アークスタート装置の接地電極は絶縁接地リード線を介して接地する。絶縁接地リード線には、ロゴスキーコイル４が嵌設され、ロゴスキーコイル４はアークスタート装置を流れるリアルタイム電流信号値を測定し、測定したリアルタイム電流信号値をコントローラ６に伝送する。アークスタート装置３の両端は抵抗容量分圧器５に並列接続され、抵抗容量分圧器５はアークスタート装置の電圧を測定し、測定した電圧をコントローラ６に伝送する。コントローラ６は、それぞれアークスタート装置３及び遮断器２に接続される。コントローラは、高圧電極と低圧電極との間の電極ギャップ距離を記録し、接地電極を水平移動させるように制御することにより、高圧電極と接地電極との間の電極ギャップ距離を調整する。コントローラは、設定電流信号値とロゴスキーコイルによって測定されたリアルタイム電流信号値とを照合することによりアークの点弧又は消弧を判断し、アーク点弧時刻及びアーク消弧時刻における電極ギャップ距離を記録する。

【0025】

アークスタート装置は、ステッピングモータ、リードスクリュー２８、密閉タンク２１０、リモートコントローラ２１２及び絶縁ホルダをさらに含む。絶縁ホルダは、ベース２６、サイドテーブル２７、絶縁支持柱２５及び絶縁接続部材２９を含む。高圧電極は、高圧電極導電性ロッド２１と、交換可能な高圧電極端子２２とを含む。接地電極は、接地電極導電性ロッド２３と、交換可能な接地電極端子２４とを含む。高圧電極及び接地電極はいずれも真鍮材料で製造されるものである。交換可能な高圧電極端子２２は、第２電極ネジコネクタ３８を介して高圧電極導電性ロッド２１に接続され、交換可能な接地電極端子２４は、第１電極ネジコネクタ３６を介して接地電極導電性ロッド２３に接続され、高圧電極導電性ロッド２１及び接地電極導電性ロッド２３は部分的に密閉タンク２１０内に固定され、そして、密閉タンク２１０内で水平方向において対向するように配列されている。

【0026】

図３に示すように、密閉タンクは直径５００ｍｍの円筒形タンクであり、高圧電極導電性ロッド２１は動的シール材３１によって密閉タンクのタンク本体３０の側面に固定され、高圧電極導電性ロッドの密閉タンク２１０から伸び出した部分が電源正極に接続され、前記電源正極は配電網電源又は試験電源であり、具体的には、本実施例では、三相線路のうちのいずれか１つの相である。接地電極導電性ロッド２３は密閉タンクのタンク本体３０の他方側に固定され、その密閉タンクのタンク本体３０から伸び出した部分が接地し、密閉タンクのタンク本体３０の下方の両端には、密閉タンク内へ試験ガスを導入する第１チューブ３２と、密閉タンク内の試験ガスを排出する第２チューブ３３とが接続されている。当業者は、試験のニーズに応じて密閉タンク内に異なるガス（六フッ化硫黄（ＳＦ_６）、真空又は乾燥空気が挙げられるが、これらに限定されない）を給排することができ、これにより、さまざまな媒体での間欠故障アーク現象をシミュレーションし、単相地絡故障特定装置で時間変化アーク地絡を処理する性能をテストすることができる。密閉タンクのタンク本体３０の上方には、密閉タンクのタンク本体３０内の圧力を監視する圧力計３４が接続され、また、密閉タンクのタンク本体３０の上方にはリリーフ弁３５が接続され、電極導電性ロッドの内側には、接続電極を交換するための電極ネジコネクタ３６が設けられる。密閉タンクのタンク本体３０の側面には、試験前後にタンク内の電極の交換及びヒューズ線の接続を行うための操作窓３７が形成されている。

【0027】

絶縁支持柱２５は、ベース２６に固定され、ベースの一方側にサイドテーブル２７が取り付けられており、サイドテーブル２７にステッピングモータ２１０が取り付けられており、ステッピングモータ、リードスクリュー２８、絶縁接続部材２９は順次接続され、絶縁接続部材２９は接地電極導電性ロッド２３に接続され、コントローラはステッピングモータを回転制御して、接地電極導電性ロッド２３を水平移動させる。

【0028】

コントローラ６は密閉タンクのタンク本体３０に接続され、放電試験中に操作者がコントローラを直接操作することにより危険が発生する恐れがあるため、コントローラを遠隔制御することができるリモートコントローラ２１２を設置し、リモートコントローラ２１２はパラメータを設定して、コントローラに遠隔送信し、コントローラは制御パラメータをパルス信号に変換してステッピングモータを移動制御する。

【0029】

コントローラ６は遠隔制御機能を備える。コントローラ６は、現在の電極ギャップ距離をリアルタイムで記録して、リモートコントローラに遠隔送信し、リモートコントローラは現在の電極ギャップ距離を受信した後、ステッピングモータを正転・逆転制御することで、電極ギャップ距離を変化させるように高圧電極と接地電極とを互いに接近又は離間させる。リモートコントローラは、ステッピングモータを正転・逆転制御し、ステッピングモータはリードスクリューを介して高圧電極を水平移動させる。高圧電極と接地電極との間の最大距離は８００ｍｍに達する。

【0030】

コントローラは記録機能を備える。コントローラは、設定電流信号値とロゴスキーコイルによって測定された、アークスタート装置を流れるリアルタイム電流信号値とを照合することにより、アークが点弧又は消弧したか否かを判断する。具体的には、点弧電流値を設定し、コントローラによって受信されたリアルタイム電流信号値が設定された点弧電流値よりも大きい場合、アーク点弧と判定し、現在の時刻における高圧電極と接地電極との間の電極ギャップ距離を記録して、点弧距離として定義する。また、コントローラによって受信されたリアルタイム電流信号値が点弧電流値よりも小さい場合、アーク消弧と判定し、現在の時刻における高圧電極と接地電極との間の電極ギャップ距離を記録して、消弧距離として定義する。定義された点弧距離及び消弧距離は配電網の単相アーク地絡故障の消弧特性を研究するための試験データとしてもよい。

【0031】

コントローラは、高圧電極と低圧電極との間の電極ギャップ距離を記録し、リモートコントローラに遠隔送信する。リモートコントローラは、設定電極移動速度信号と設定電極移動方向信号をコントローラに送信する。コントローラは、設定電極移動速度信号と設定電極移動方向信号をパルス信号に変換してステッピングモータに送信する。ステッピングモータは、リードスクリューを介して接地電極に接続され、コントローラでステッピングモータを回転制御することにより、接地電極を水平移動させて、電極ギャップ距離を変化させる。

【0032】

コントローラは、パルス信号によってステッピングモータの回転数を制御することにより、アークギャップを制御し、これにより、試験中の電極ギャップの移動速度を調整する。具体的には、リモートコントローラは、設定された電極移動速度及び移動方向の信号をコントローラに送信し、コントローラは設定速度及び方向の信号を使用される型番のステッピングモータに適したパルス信号に変換し、そしてパルス信号をステッピングモータに送信してステッピングモータの回転数を制御し、ステッピングモータによりリードスクリューを駆動して試験中の電極ギャップの変化を制御する。

【0033】

コントローラは、電極ギャップ風袋引き機能を備え、この機能がオンになると、高圧電極と接地電極は互いに接近し、電流、即ち電極ギャップが０になると停止し、コントローラは復位し、現在の電極ギャップは０点になる。図４は、本発明のコントローラの電極ギャップ風袋引き機能を示す概略図である。高圧電極と接地電極には低圧直流電源４１が印加され、そして回路に電流計４２が直列接続され、コントローラは、交換可能な接地電極端子２４が矢印に示す方向に沿って交換可能な高圧電極端子２２に接近するようにステッピングモータを制御し、回路が導通して、電流計４２によって電流を検出したとき、コントローラは、ステッピングモータの回転を停止するように制御して、かつ、この時刻の交換可能な高圧電極端子２２と交換可能な接地電極端子２４との間の距離を、電極ギャップが０であるものとして定義する。電極ギャップ風袋引きフローを図５に示す。

【0034】

配電網の単相地絡故障アークの自己消弧特性のシミュレーション装置を用いた、配電網の単相地絡故障アークの自己消弧特性の試験方法は、以下のステップ１～９を含む。
ステップ１では、コントローラで電極ギャップ風袋引き機能をオンにして、電極ギャップをリセットしてクリアする。
ステップ２では、高圧電極と接地電極との間の電極ギャップ距離が試験値になるように制御する。
ステップ３では、コントローラで電流起動値を設定する。
ステップ４では、遮断器をオンにしてアークスタート装置を故障回路に接続し、密閉タンク内へ設定圧力の試験ガスを注入する。
ステップ５では、アークスタート装置を起動して、高圧電極と接地電極を設定速度で互いに接近させ、電流計により検出されたリアルタイム電流値が電流起動値よりも大きくなると、このときにアーク放電が発生したと判定し、ステッピングモータの回転を停止するように制御する。
ステップ６では、高圧電極と接地電極との間の電極ギャップを大きくするようにステッピングモータを回転制御し、電流計により検出されたリアルタイム電流値が電流起動値よりも小さくなると、ステッピングモータの回転を停止するように制御し、１ｓ遅延させる。
ステップ７では、１ｓ内に電流計により検出されたリアルタイム電流値が電流起動値よりも大きいか否かを判断し、電流起動値よりも大きい場合、アークが再点弧したと判定し、ステップ６を実行し、電流起動値未満である場合、ステップ８を実行する。
ステップ８では、ステッピングモータの逆転が継続するように制御して、電極ギャップが最大となるまで高圧電極と接地電極とを互いに離間させる。
ステップ９では、設定時間が経過した後に遮断器をオフにして、試験を終了する。
実施例２

【0035】

配電網の単相地絡故障アークの自己消弧特性のシミュレーション試験方法は、図６に示されるように、以下のステップ１～９を含む。
ステップ１では、コントローラで電極ギャップ風袋引き機能をオンにして、電極ギャップをリセットしてクリアし、これにより、電極端子の交換による端子間の距離の誤差をなくす。
具体的には、コントローラはステッピングモータを制御して、接地電極を高圧電極へ接近させ、回路中の電流計により電流が検出されると、ステッピングモータの回転を停止するように制御し、このときの高圧電極と接地電極との間の電極ギャップ距離を０に定義する。
ステップ２では、リモートコントローラを手動操作して電極ギャップが最大となるまで高圧電極と接地電極とを互いに離間させる。
ステップ３では、ロゴスキーコイルによって収集されたリアルタイム電流信号値に基づいて、コントローラで電流起動値を設定する。具体的には、誤起動を回避するために、電流起動値をロゴスキーコイルによって収集されたリアルタイム電流信号値よりも大きいようにする。
ステップ４では、遮断器をオンにしてアークスタート装置を故障回路に接続し、タンク本体の側面の操作窓を閉じて、第１チューブを介して密閉タンク内へ試験ガスを導入し、チューブ内の圧力を試験用の圧力値にする。
ステップ５では、アークスタート装置を起動してアーク試験を行い、高圧電極と接地電極とを設定速度で互いに接近させ、電流計により検出されたリアルタイム電流値が電流起動値よりも大きくなると、このときにアーク放電が発生したと判定し、ステッピングモータの回転を１秒停止するように制御して、そして、このときの高圧電極と接地電極との間の電極ギャップ距離を記録し、点弧距離として定義する。
ステップ６では、コントローラによってステッピングモータが逆転するように制御して、高圧電極と接地電極とを設定速度で互いに離間させるとともに、電流計により検出されたリアルタイム電流値を観察し、電流計により検出されたリアルタイム電流値が電流起動値よりも小さくなると、リモートコントローラによってステッピングモータの回転を停止するように制御し、１ｓ遅延させる。
ステップ７では、１ｓ内に電流計により検出されたリアルタイム電流値が電流起動値よりも大きいか否かを判断し、電流起動値よりも大きい場合、アークが再点弧したと判定し、ステップ６を実行し、電流起動値未満である場合、このときの高圧電極と接地電極との間の電極ギャップ距離を記録し、消弧距離として定義し、ステップ８を実行する。
ステップ８では、ステッピングモータの逆転が継続するように制御して、電極ギャップが最大となるまで高圧電極と接地電極とを互いに離間させる。
ステップ９では、設定時間が経過した後に遮断器をオフにして、試験を終了し、好ましくは、設定時間を１０秒にする。
実施例３

【0036】

前述の配電網の単相地絡故障アークの自己消弧特性のシミュレーション装置を用いた、試験ガスをＳＦ_６としたアークの自己消弧特性の試験方法は、図７に示されるように、以下のステップ１～９を含む。
ステップ１では、コントローラで電極ギャップ風袋引き機能をオンにして、電極ギャップをリセットしてクリアし、これにより、電極端子の交換による端子間の距離の誤差をなくす。
ステップ２では、リモートコントローラを利用して高圧電極と接地電極とのギャップを設定ギャップ値に設定し、設定ギャップ値は技術者が経験に従って設定したものである。
ステップ３では、高圧電極と接地電極との間にヒューズ線を接続し、ヒューズ線の規格は試験者によって決定される。
ステップ４では、密閉タンクのドアを閉じて、密閉タンク内へ設定圧力の試験ガスを導入し、当業者は、試験のニーズに応じて適切な圧力値のガスを選択してもよく、本実施例では、圧力の１ＭｐａのＳＦ_６ガスを用いる。
ステップ５では、配電網の単相地絡故障アークの自己消弧特性のシミュレーション装置を起動して、アーク自己消弧試験を行い、アーク電圧及び電流を測定し、高圧電極と接地電極との間でアーク放電が発生したか否かを観察し、アーク放電が発生した場合、ステップ６を実行し、アーク放電が発生していない場合、ステップ７を実行する。
ステップ６では、コントローラでステッピングモータを回転制御して、電極ギャップを小さくするように高圧電極と接地電極とを互いに接近させ、電極間でアーク放電が発生すると、アークが再点弧したと判定し、ステッピングモータの回転を停止するように制御し、このときにアークがすぐに消弧しない場合、このときの電極ギャップ値を、この作業状況での消弧距離の限界値として記録し、試験を終了する。
ステップ７では、コントローラでステッピングモータを回転制御して、電極ギャップを大きくするように高圧電極と接地電極とを互いに離間させ、電極間のアークが消弧不能な状態から安定燃焼不能な状態に変わると、ステッピングモータの回転を停止するように制御し、このときの電極ギャップ値を、この作業状況での消弧距離の限界値として記録する。
ステップ８では、ステッピングモータの回転が継続するように制御して、高圧電極と接地電極とを十分に離間させる。
ステップ９では、設定時間が経過した後に遮断器をオフにして、試験を終了し、好ましくは、設定時間を１０秒にする。

【0037】

本発明の出願人は、明細書の図面を参照しながら本発明の実施例を詳細に説明したが、当業者にとって明らかなように、以上の実施例は本発明の好適な実施形態に過ぎず、詳細な説明は読者が本発明の主旨をよりよく理解するためのものに過ぎず、本発明の保護範囲を制限するものではなく、むしろ、本発明における発明の主旨に基づいて行われる全ての改良や修飾は本発明の保護範囲に含まれるものとする。

【符号の説明】

【0038】

１ ヒューズ
２ 遮断器
３ アークスタート装置
４ ロゴスキーコイル
５ 抵抗容量分圧器
６ コントローラ
２１ 高圧電極導電性ロッド
２２ 交換可能な高圧電極端子
２３ 接地電極導電性ロッド
２４ 交換可能な接地電極端子
２５ 絶縁支持柱
２６ ベース
２７ サイドテーブル
２８ リードスクリュー
２９ 絶縁接続部材
２１０ 密閉タンク
２１２ リモートコントローラ
３０ 密閉タンクのタンク本体
３１ 動的シール材
３２ 第１チューブ
３３ 第２チューブ
３４ 圧力計
３５ リリーフ弁
３６ 第１電極ネジコネクタ
３７ 操作窓
３８ 第２電極ネジコネクタ
４１ 低圧直流電源
４２ 電流計

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】