电源电容器静电电容测量装置和电源电容器静电电容测量方法与流程

1.本发明涉及对开关装置等所使用的电源电容器的静电电容进行测量的装置和方法。


背景技术：

2.在开关装置中设置有真空断路器，真空断路器通过电磁操作机构进行动作。作为使真空断路器动作的电磁操作机构，使用电源电容器。在测量电源电容器的静电电容时，从电源电容器取下充放电引线，用静电电容测量量静电电容，所以需要设备的停止。
3.作为解决该问题的技术，例如有专利文献1所记载的技术。在专利文献1中，通过与电源电容器并联连接的放电电路，使电源电容器放电一定时间，测量此时的电源电容器的电压，由此测量静电电容。
4.现有技术文献
5.专利文献
6.专利文献1：wo2010/150599


技术实现要素：

7.发明要解决的课题
8.然而，在专利文献1所记载的技术中，为了测量电源电容器的静电电容，相对于电源电容器并联地另外连接放电电路，所以存在伴随放电电路的追加的故障这样的风险，存在可靠性降低这样的课题。
9.另外，如果在连接放电电路时电源电容器的初始电压产生偏差，则使放电电路放电一定时间后的电源电容器的电压值也产生偏差，存在电源电容器的静电电容测量产生误差的课题。
10.本发明的目的在于提供一种能够抑制可靠性的降低、抑制电源电容器的静电电容测量误差的电源电容器静电电容测量装置和电源电容器静电电容测量方法。
11.用于解决课题的技术方案
12.为了实现上述目的，本发明的特征在于，由电源电容器、对所述电源电容器进行充电的电源、以及对所述电源与所述电源电容器的连接进行通断的充电开关构成充电电路，在所述充电电路中设置有用于检测所述电源电容器的充电电流的电流传感器，基于对所述电源电容器开始充电到所述电流传感器检测到第1电流值为止所用的第1时间、对所述电源电容器开始充电到所述电流传感器检测到第2电流值为止所用的第2时间、以及所述第1时间与所述第2时间的时间差，来测量所述电源电容器的静电电容。
13.发明效果
14.根据本发明，能够提供一种能够抑制可靠性降低并抑制电源电容器的静电电容测量误差的电源电容器静电电容测量装置和电源电容器静电电容测量方法。
附图说明
15.图1是包括实施例1的真空断路器的开关装置的纵截面图。
16.图2是表示实施例1的真空断路器的详细结构的图。
17.图3是实施例1的真空断路器的纵正截面图。
18.图4是表示实施例1的充放电电路的图。
19.图5是实施例1的保存/比较部的框图。
20.图6是表示实施例1的电源电容器的充电时的电压和电流的时间特性的图。
21.图7是表示实施例1的电源电容器的充电时的电压和电流的时间特性的图。
22.图8是表示实施例1的电源电容器的充电时的电压和电流的时间特性的图。
23.图9是实施例2的保存/比较部的框图。
24.图10是表示实施例3的电流传感器的结构的立体图。
25.图11是表示实施例4的电流传感器的结构的立体图。
26.图12是表示实施例5的电流传感器的结构的立体图。
具体实施方式
27.以下，使用附图对在实施本发明的基础上优选的实施例进行说明。另外，下述只不过是实施的例子，发明的内容并不限定于下述具体的方式。本发明当然能够变形为包括下述方式在内的各种方式。
28.(实施例1)
29.使用图1至图7对实施例1进行说明。
30.图1是包括本发明的实施例1的真空断路器的开关装置的纵截面图。
31.如图1所示，开关装置150被划分为断路器室154、配置在断路器室154的上方的测量器室152、配置在断路器室154和测量器室152的背面侧的母线室153和电缆室155。
32.在断路器室154内设置有真空断路器156。
33.在测量器室152内设置有控制真空断路器156的主触点的开闭的控制部220；判定真空断路器156的状态中有无异常、异常的种类的保存/比较部221；在由保存/比较部221判定为真空断路器156的状态异常的情况下，通过灯点亮(或熄灭)、图像、声音等显示真空断路器156为异常状态的异常状态显示部222。保存/比较部221依次保存电源电容器静电电容的测量结果，将新测量出的结果与过去保存的结果进行比较，由此检测异常。
34.在母线室153中设置有与真空断路器156中的真空阀9的固定触点7电连接的母线162、和与真空断路器156中的真空阀9的可动触点8电连接的配电用电缆161。
35.而且，在开关装置150的壳体正面(图1中的右侧)设置有门，如果打开门，则设置于真空断路器156正面的包括开关类等的操作面板露出。在维护检修时，作业人员能够打开门而拉出真空断路器156。
36.接着，对真空断路器156的详细结构进行说明。图2是表示实施例1的真空断路器的详细结构的图。
37.如图2所示，本实施例的真空断路器156大致包括：在内部具有主电路开闭部(固定触点7和可动触点8)的真空阀9；对该真空阀9的主电路开闭部(固定触点7和可动触点8)进行开闭操作的电磁操作装置1；和连结电磁操作装置1和真空阀9的连杆机构2。
38.电磁操作装置1的可动铁心302和固定铁心306相对配置，主要由与在铅垂方向上升降的可动铁心302连结的电磁操作装置侧杆3和可动平板317、电磁铁线圈17(负载)、永磁铁304收纳于壳305而成的电磁铁14构成，经由销19、连结部件21、连杆机构2与第1杆22连接。它们配置在壳体10内。
39.另外，如果向电磁铁线圈17供给励磁电流，则可动铁心302下降，在与可动铁心302连结的电磁操作装置侧杆3下降时，通过第2杆23旋转，连结部件24和真空阀侧杆114上升，设置在真空阀9内的固定触点7与可动触点8接触。
40.在绝缘框架130上，包括由断路部131、132、固定导体133、真空阀9、可动侧导体134构成的主电路部，另外，为了将真空阀9的可动触点8与固定触点7分离自如地驱动，包括真空阀侧杆114、摩擦弹簧59、轴25、断路弹簧60。
41.在真空断路器156的接通动作中，摩擦弹簧59和断路弹簧60被压缩，积蓄弹性能，通过该弹性能进行断路动作。在真空阀9的开闭部处于接通状态时，通过永磁铁304的吸引力来保持可动铁心302和可动平板317。
42.在电磁操作式的真空断路器156的断路动作中，通过在电磁铁线圈17中流动与接通动作相反方向的电流，在抵消永磁铁304的吸引力的方向上产生磁通，保存在摩擦弹簧59和断路弹簧60中的弹性能被释放，由此电磁操作装置侧杆3上升，设置在真空阀9内的固定触点7和可动触点8分离。
43.当电磁操作装置侧杆3上升时，轴25向上方移动，第3杆(未图示)与轴25的移动相应地旋转。第3杆和辅助开关20联动，辅助开关20兼具真空阀9的开闭部的状态检测和流过电磁铁线圈17的电流的控制。在进入动作中，第4杆(未图示)以销为中心逆时针旋转，移动到从正面侧能够看到显示板(未图示)的“接通”的文字的位置。
44.另外，上述的辅助开关20基于辅助开关20的作为信号触点的常开触点和常闭触点的动作时刻与控制部220(参照图1)生成的接通指令和切断指令(断开指令)的时刻的时间差，测量真空断路器156的接通动作时间和切断动作时间。基于测量的接通动作时间和切断动作时间的时间变化，判定真空阀9内的固定触点7和可动触点8的消耗、真空阀9的真空泄漏、可动触点8的驱动机构部的摩擦增加等真空断路器156的状态。
45.图3是实施例1的真空断路器156的纵向正截面图。在壳体10固定有在铅垂方向上延伸的控制基板18。引线514从控制基板18延伸，引线514与辅助开关20、电源电容器16、电磁铁线圈17连接。在引线514中的供电源电容器16的充电电流流动的引线514a上安装有电流传感器504、505。
46.图4是表示实施例1的充放电电路的图。充放电电路通过引线514a、514b连接各设备。充电开关501、充电电阻502、电源电容器16通过引线514a与直流电源500(电源)连接，形成充电电路。并且，通过充电开关501导通，电源电容器16被充电。当电源电容器16被充电时，充电开关501断开。
47.另外，放电开关503、电磁铁线圈17(负载)通过引线514b与电源电容器16连接，形成放电电路。然后，通过导通放电开关503，从电源电容器16向电磁铁线圈17(负载)供给电流，电磁铁14进行动作。电磁铁14动作后，断开放电开关503，导通充电开关501，由此电源电容器16被再充电。此时的充电电流由电流传感器504、505测量。
48.接着，使用图5和图6对电源电容器16的静电电容测量方法进行说明。图5是实施例
1的保存/比较部221的框图，图6是表示实施例1的电源电容器的充电时的电压和电流的时间特性的图。
49.在图5中，设为使用了多个数字电流传感器的例子。如图6所示，在电源电容器的初始电压为0v的情况下，电源电容器充电电流507具有如下特性：从直流电源电压除以充电电阻而得到的值到0a为止，随着时间经过以时间常数cr逐渐减小。另一方面，电源电容器电压506具有随着时间经过以时间常数cr从0v逐渐增加到规定的直流电源电压的特性。
50.电流传感器504、505检测对电源电容器16充电的充电电流。电流传感器504、505例如使用具有检测出的电流值的灵敏度互不相同的常开触点的传感器。
51.如图6所示，随着电源电容器充电电流507以时间常数cr逐渐减小，在电流传感器504(第1电流传感器)的输出信号601a横切电流值i1(第1电流值)时，从闭切换为开。同样地，在电流传感器505(第2电流传感器)的输出信号602横切电流值i2时，从闭切换为开。电流传感器504(第1电流传感器)的输出信号601a和电流传感器505(第2电流传感器)的输出信号602以时间差dt从闭切换为开。
52.在实施例1中，组合使用2个电流传感器。电流传感器504、505被调整为在电源电容器充电电流507分别横切电流值i1、i2时数字式地切换输出。
53.然后，当电流传感器504、505分别检测到不同的电流值时，传感器从闭切换为开。然后，如果测量电流传感器504从闭切换为开的时刻与电流传感器505从闭切换为开的时刻之差，则能够计算电源电容器静电电容。
54.电流传感器504、505检测出的检测结果分别存储于保存/比较部221的保存部520、521。
55.在保存部520中，除了预先决定的电流值i1(第1电流值)以外，还存储开始对电源电容器16进行充电且成为电流传感器504(第1电流传感器)检测到预先决定的电流值i1(第1电流值)为止所用的第1时间的时间t1(横切电流值i1的时间)。
56.在保存部521中，除了预先决定的电流值i2(第2电流值)以外，还存储开始对电源电容器16进行充电且成为电流传感器505(第2电流传感器)检测到预先决定的电流值i2(第2电流值)为止所用的第2时间的时间t2(横切电流值i2的时间)。
57.电流值i1(第1电流值)和电流值i2(第2电流值)为不同的值。存储在保存部520、521中的各个检测结果被发送到差运算部522。
58.在差运算部522中，根据电流值i1、i2与横切电流值i1、i2的时间t1、t2的时间差dt，通过下式运算电源电容器16的静电电容c。
59.c＝(1/r)
·
dt/(ln(i1/i2))
60.在此，如果将电流值i1、i2、充电电阻r固定，则能够通过测量时间差dt来计算电源电容器静电电容c。
61.接着，将由差运算部522计算出的电源电容器静电电容c发送到比较部523，在比较部523中对计算出的电源电容器静电电容c与预先决定的时间差判定值524进行比较。在比较部523中，判定计算出的电源电容器静电电容c是否低于时间差判定值524，如果计算出的电源电容器静电电容c低于时间差判定值524，则向异常状态显示部222输出显示异常的指令信号。在异常状态显示部222中，在接收到指令信号后，通知电源电容器的异常。
62.在上述的实施例中，作为电流传感器504、505都使用了常开触点的传感器，但例如
也可以将电流传感器504设为常闭触点的传感器，将电流传感器505设为常开触点的传感器，使各个传感器检测的电流值的灵敏度不同。如图6所示，随着电源电容器充电电流507以时间常数cr逐渐减小，在电流传感器504(第1电流传感器)的输出信号601b成为10s时，从开切换为闭。同样地，在电流传感器505(第2电流传感器)的输出信号602成为15s时，从闭切换为开。并且，如果监视电流传感器504(第1电流传感器)的输出信号601b与电流传感器505(第2电流传感器)的输出信号602的逻辑与603，则能够测量时间差dt，能够计算电源电容器16的静电电容。如果电流传感器504、505是触点输出，则通过将各自的输出串联连接，能够容易地得到逻辑与603。
63.另外，本实施例也可以将电流传感器504设为常开触点的传感器，将电流传感器505设为常闭触点的传感器。即，电流传感器504(第1电流传感器)和电流传感器505(第2电流传感器)中的任一者包括常闭触点，另一者包括常开触点即可。
64.在本实施例中，即使在电源电容器16的静电电容不同的情况下，也能够测量电源电容器16的静电电容。
65.图7是表示实施例1的电源电容器的充电时的电压和电流的时间特性的图，表示包括比图6中使用的电源电容器的静电电容小的值的静电电容的电源电容器的特性。在图6中，如果将电流值i1、i2设定为与图6相等，则计算出的时间差dt与电源电容器的静电电容成比例地变小。
66.图8是表示实施例1的电源电容器的充电时的电压和电流的时间特性的图，表示电源电容器16的初始电压包括比图7高的值的静电电容的电源电容器的特性。在该情况下，时刻t1、t2均向零移动，但其时间差dt保持与图7相同的值，所以能够在抑制了由电源电容器16的初始电压的差异引起的静电电容的偏差的状态下测量静电电容。
67.根据本实施例，由于测量电源电容器充电电流507横切电流值i1、i2的时刻t1、t2的时间差dt，所以能够在抑制电源电容器的初始电压的影响的基础上，计算电源电容器16的静电电容。
68.另外，根据本实施例，在测量电源电容器的静电电容时，不需要新设置放电电路，所以能够提供抑制了可靠性的降低的电源电容器静电电容测量装置。
69.(实施例2)
70.接着，使用图9对实施例2进行说明。对与实施例1共同的结构标注相同的附图标记，并省略其详细的说明。图9是实施例2的保存/比较部221的框图。与实施例1的不同之处在于，将电流传感器的设置个数设为单一(1个)。
71.在实施例2中，仅设置1个能够连续地测量电流的电流传感器，通过微型计算机连续地监视其输出，运算电源电容器充电电流507横切电流值i1、i2的时间差。
72.在图9中，采用了使用单一的模拟电流传感器的例子。在图9中，由电流传感器901连续地检测出的检测值被发送到比较部902、903，分别与电流判定值904、905进行比较。在电流判定值904、905中分别存储有电流值i1、i2，将由电流传感器901连续地检测出的检测值与电流值i1、i2进行比较。
73.在比较部902中，判定从电流传感器901连续地输出的模拟的电流值成为电流值i1(第1电流值)的时间，并存储于保存部520。同样地，在比较部903中，判定从电流传感器901连续地输出的模拟的电流值成为电流值i2(第2电流值)的时间，并存储于保存部521。之后
的处理与实施例1相同，所以省略详细的说明。
74.根据本实施例，由于测量电源电容器充电电流507横切电流值i1、i2的时刻t1、t2的时间差dt，所以能够在抑制电源电容器的初始电压的影响的基础上，计算电源电容器16的静电电容。另外，由于通过1个电流传感器来实现电源电容器16的静电电容的计算，所以能够降低成本。
75.进而，根据本实施例，在测量电源电容器的静电电容时，不需要新设置放电电路，所以能够提供抑制了可靠性的降低的电源电容器静电电容测量装置。
76.(实施例3)
77.接着，使用图10对实施例3进行说明。图10是表示实施例3的电流传感器的结构的立体图。
78.在图10中，实施例3的电流传感器由簧片开关401和环状磁芯402构成。在环状磁芯402形成有环状磁芯402的外周的一部分向径向外侧开放的狭缝部403和在径向上与狭缝部403连通的中空部404，在中空部404以贯通中空部404的方式配置有引线514。狭缝部403中的间隙形成为比引线514的直径大，引线514从该狭缝部403插入，位于中空部404。中空部404也形成为比引线514的直径大。
79.电流传感器通过从狭缝部403泄漏的磁通使簧片开关401动作。
80.簧片开关401的外廓由玻璃管形成，在玻璃管的内部配置有2根铁磁性体簧片。
81.在簧片开关401始终为常开触点的情况下，2根铁磁性体簧片以具有一定触点间隔的方式相对。如果从外部对常开触点的引线施加磁场，则引线被磁化，相对的自由端相互吸收而接触，能够将电路闭合，如果消除磁场，则能够通过引线的弹性将电路断开。
82.在簧片开关401为常闭触点的情况下，2根铁磁性体簧片的触点接触而相对。如果从外部对常闭触点的引线施加磁场，则引线被磁化，相对的自由端相互分离，能够打开电路，如果消除磁场，则能够通过引线的弹性关闭电路。
83.为了测量电源电容器16的充电电流，在实施例3中使引线514贯通环状磁芯402，利用从环状磁芯402的狭缝部403泄漏的磁通，使与环状磁芯402相邻配置的簧片开关401的引线磁化并动作。而且，在应用于实施例1的情况下，包括2个实施例3的电流传感器。
84.根据实施例3，能够以非接触的方式测量电流。
85.另外，根据实施例3，通过在环状磁芯402和簧片开关401的一部分上设置使引线514在横向上穿过的间隙，并且对于狭缝部403也确保使引线514在横向上穿过的宽度，从而能够在不拆卸现有的引线514的情况下后续安装电流传感器。
86.并且，根据实施例3，由于簧片开关是密封结构，所以能够提高可靠性。
87.另外，根据实施例3，通过调整狭缝部403的宽度、环状磁芯402与簧片开关401的间隙，能够调整灵敏度。
88.(实施例4)
89.接着，使用图11对实施例4进行说明。对与实施例3共同的结构标注相同的附图标记，并省略其详细的说明。图11是表示实施例4的电流传感器的结构的立体图。与实施例3的不同之处在于，将环状磁芯设为2个。
90.在实施例4中，包括第1环状磁芯402a和第2环状磁芯402b这2个环状磁芯，在第1环状磁芯402a与第2环状磁芯402b之间配置簧片开关401。
91.在第1环状磁芯402a形成有第1环状磁芯402a的外周的一部分向径向外侧开放的狭缝部403a和在径向上与狭缝部403a连通的中空部404a，在中空部404a以贯通中空部404a的方式配置有引线514。狭缝部403a中的间隙形成为比引线514的直径大，引线514从该狭缝部403a插入，位于中空部404a。中空部404a也形成为比引线514的直径大。
92.同样地，在第2环状磁芯402b上形成有第2环状磁芯402b的外周的一部分向径向外侧开放的狭缝部403b和在径向上与狭缝部403b连通的中空部404b，在中空部404b上以贯通中空部404b的方式配置有引线514。狭缝部403b中的间隙形成得比引线514的直径大，引线514从该狭缝部403b插入，位于中空部404b。中空部404b也形成为比引线514的直径大。
93.根据实施例3，以夹着簧片开关401的方式配置第1环状磁芯402a和第2环状磁芯402b，所以能够提高电流传感器的灵敏度。
94.(实施例5)
95.接着，使用图12对实施例5进行说明。对与实施例3共同的结构标注相同的附图标记，并省略其详细的说明。图12是表示实施例5的电流传感器的结构的立体图。与实施例3的不同之处在于，将簧片开关设为2个。
96.在实施例5中，包括第1簧片开关401a和第2簧片开关401b这2个簧片开关，在第1簧片开关401a与第2簧片开关401b之间配置有环状磁芯402。
97.在将第1簧片开关401a与环状磁芯402之间的间隙设为g1，将第2簧片开关401b与环状磁芯402之间的间隙设为g2时，通过改变g1与g2的距离，能够改变第1簧片开关401a动作的电流值和第2簧片开关401b动作的电流值。
98.即，根据实施例5，通过改变g1与g2的距离，能够得到灵敏度不同的两个输出信号。
99.另外，根据实施例5，与如实施例3那样安装两个电流传感器的情况相比，能够进一步小型化。
100.另外，本发明并不限定于上述的实施例，包含各种变形例。
101.上述的实施例是为了容易理解地说明本发明而详细说明的，并不限定于必须包括所说明的全部结构。
102.附图标记说明
[0103]1…
电磁操作装置、2
…
连杆机构、3
…
电磁操作装置侧杆、7
…
固定触点、8
…
可动触点、9
…
真空阀、10
…
壳体、14
…
电磁铁、16
…
电源电容器、17
…
电磁铁线圈、18
…
控制基板、19
…
销、20
…
辅助开关、21
…
连结部件、22
…
第1杆、23
…
第2杆、24
…
连结部件、25
…
轴、59
…
摩擦弹簧、60
…
断路弹簧、114
…
真空阀侧杆、130
…
绝缘框架、131
…
断路部、132
…
断路部、133
…
固定导体、134
…
可动侧导体、150
…
开关装置、152
…
测量器室、153
…
母线室、154
…
断路器室、155
…
电缆室、156
…
真空断路器、161
…
配电用电缆、162
…
母线、220
…
控制部、221
…
保存/比较部、222
…
异常状态显示部、302
…
可动铁心、304
…
永磁铁、305
…
壳、306
…
固定铁心、317
…
可动平板、401
…
簧片开关、401a
…
第1簧片开关、401b
…
第2簧片开关、402
…
环状磁芯、402a
…
第1环状磁芯、402b
…
第2环状磁芯、403
…
狭缝部、403b
…
狭缝部、404
…
中空部、404a
…
中空部、404b
…
中空部、500
…
直流电源、501
…
充电开关、502
…
充电电阻、503
…
放电开关、504
…
电流传感器、505
…
电流传感器、506
…
电源电容器电压、507
…
电源电容器充电电流、514
…
引线、514a
…
引线、514b
…
引线、520
…
保存部、521
…
保存部、522
…
差运算部、523
…
比较部、524
…
时间差判定值、603
…
逻辑与、901
…
电流传感器、902
…
比较部、903
…
比较部、904
…
电流判定值、905
…
电流判定值。