JP5459709B2 - Design support method, design support apparatus, and design support program for electric power equipment - Google Patents
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Description
本発明は電力機器の設計支援方法及び設計支援装置並びに設計支援プログラムに関し、特に地絡、短絡事故等により、その内部でアーク放電が発生する電力機器の容器の設計に適用して有用なものである。 The present invention relates to a design support method, a design support apparatus, and a design support program for a power device, and is particularly useful when applied to the design of a container for a power device in which arc discharge occurs due to a ground fault, a short-circuit accident, or the like. is there.
空間的に密閉に近い状態で使用される各種の電力機器においては、万一のアーク短絡発生時に、様々な公衆災害を引き起こす恐れのある急激な内部圧力の上昇が懸念される。そこで、地絡、短絡事故等により、その内部でアーク放電が発生する、例えば配電盤、変圧器、ガス絶縁線路等の電力機器の開発に際しては、アークの発生により電力機器の容器内に発生する圧力を想定した容器の設計が行われている。 In various types of power equipment used in a state close to space, there is a concern that sudden internal pressure that may cause various public disasters may occur when an arc short circuit occurs. Therefore, when developing power equipment such as switchboards, transformers, gas insulated lines, etc., in which arc discharge occurs due to ground faults, short circuit accidents, etc., pressure generated in the container of the power equipment due to the occurrence of arcs Container design that assumes
従来技術に係るこの種の電力機器の容器の開発設計に当たっては、想定されるアーク電流やアーク電圧から求められるアークエネルギーに比例して容器内の圧力も上昇するものとして耐圧設計等を行っている。 In the development and design of this type of power equipment container according to the prior art, the pressure resistance design etc. is performed on the assumption that the pressure in the container increases in proportion to the arc energy obtained from the assumed arc current and arc voltage. .
ちなみに、特許文献1には、『アークによる圧力上昇はアークエネルギーに比例する(第2頁、上欄の左欄第9〜10行目参照』旨が記載されている。また、特許文献2には、『アークによる圧力上昇値は電流に比例する(段落[0030]及び[0031]参照)』旨が記載されている。さらに、特許文献3には、『容器内の圧力振動は共振現象による(段落[0011]参照)』旨が記載されている。 Incidentally, Patent Document 1 describes that “the pressure increase due to the arc is proportional to the arc energy (refer to page 2, left column, lines 9 to 10 in the upper column”). Describes that “the pressure increase value due to the arc is proportional to the current (see paragraphs [0030] and [0031]).” Further, Patent Document 3 states that “the pressure vibration in the container is caused by a resonance phenomenon. (See paragraph [0011]).
一方、本願発明者等は、アークによる内部圧力上昇に関する特性解明及び評価方法の確立を目指し、一定の密閉容器サイズにおけるアーク電流値、電極ギャップ長等が及ぼす影響に関して検討を進めてきた。 On the other hand, the inventors of the present application have been studying the effects of the arc current value, the electrode gap length, etc. in a certain closed container size, aiming at the elucidation of the characteristics regarding the internal pressure increase due to the arc and the establishment of the evaluation method.
かかる特性解明の一環として、密閉容器サイズを変化させた場合の内部圧力上昇について検討した。一般に、密閉容器サイズが大きい程、その他の条件が同じであれば、内部圧力上昇値は小さくなるものと考えられるが、密閉容器の容積や形状によっては想定されるよりも大きな圧力上昇が発生する場合があることが分ってきた。 As part of this characteristic elucidation, the increase in internal pressure when the closed container size was changed was examined. Generally, the larger the size of the sealed container, the smaller the internal pressure rise value if the other conditions are the same. However, depending on the volume and shape of the sealed container, a larger pressure rise than expected is generated. I have found that there are cases.
したがって、想定されるアーク電流やアーク電圧から求められるアークエネルギーに比例して容器内の圧力も上昇することを前提として耐圧設計等を行っている従来の設計手法は必ずしも合理的でない場合があり、このような場合にはより適切な設計手法の提案が求められる。 Therefore, the conventional design method that performs pressure resistance design etc. on the assumption that the pressure in the container also increases in proportion to the arc energy obtained from the assumed arc current and arc voltage may not always be rational, In such a case, a proposal for a more appropriate design method is required.
同時に、例えばアークの消弧を行う場合等、アークエネルギーに基づく圧力を積極的に利用する用途においてもその合理的な設計に適用することができるものと考えられる。 At the same time, it is considered that the present invention can be applied to a rational design even in an application in which a pressure based on arc energy is positively used, for example, when the arc is extinguished.
本発明は、上記従来技術に鑑み、発生するアークをエネルギー源とする容器内の圧力変化の特性に基づき容器の設計をはじめ、この容器を含む電力機器の合理的な設計を行うための電力機器の設計支援方法及び設計支援装置並びに設計支援プログラムを提供することを目的とする。 In view of the above-described conventional technology, the present invention is a power device for rational design of a power device including a container design based on the characteristics of pressure change in the container using an generated arc as an energy source. An object of the present invention is to provide a design support method, a design support apparatus, and a design support program.
本発明は、アーク電流値及び電極の条件を一定として、密閉容器サイズを変化させた場合の容器内の圧力上昇について検討した結果として得られた知見を基礎とするものである。すなわち、アークエネルギーを一定として密閉容器容積を増加させた場合、内部圧力上昇最大値は、基本的には、容積の増加度合と同程度に低下していくが、ある特異的な条件においては、圧力上昇の振動波形の振幅が比較的大きくなり、容積の増加度合から想定されるよりも大きくなることが分った。 The present invention is based on the knowledge obtained as a result of examining the pressure increase in the container when the size of the sealed container is changed while the arc current value and the electrode conditions are constant. That is, when the closed vessel volume is increased with the arc energy constant, the maximum internal pressure rise basically decreases to the same extent as the increase in volume, but under certain specific conditions, It has been found that the amplitude of the vibration waveform of the pressure increase becomes relatively large and larger than expected from the degree of increase in volume.
そこで、所定容積の容器において、エネルギーが異なる複数種類のアークを発生させ、この場合の前記容器内の特定位置の時間的な圧力変化を表す圧力特性を検出し、各圧力特性における振動振幅と振動中心との比を求めた場合、アークのエネルギーに対する前記比の特性が極大値を持つことが判明した。したがって、前述の如き極大値を与えるアークのエネルギーを避けて適切な値に設定することで容器内の圧力上昇が急増しないような合理的な容器の設計を行うことができると考えられる。一方、この種の電力機器においてアークのエネルギーを積極的に利用する場合も考えられるが、かかる場合には、逆に極大値の近傍のアークのエネルギーを得る設計とすることにより、合理的な設計を行うことができると考えられる。 Therefore, a plurality of types of arcs having different energies are generated in a container having a predetermined volume, and a pressure characteristic representing a temporal pressure change at a specific position in the container in this case is detected, and vibration amplitude and vibration in each pressure characteristic are detected. When the ratio to the center was obtained, it was found that the characteristic of the ratio with respect to the arc energy had a maximum value. Therefore, it is considered that a rational container design can be performed so that the rise in pressure in the container does not increase rapidly by setting an appropriate value while avoiding the arc energy that gives the maximum value as described above. On the other hand, there is a case where the arc energy is actively used in this type of electric power equipment. In such a case, however, a rational design can be obtained by obtaining the arc energy near the maximum value. Can be done.
かかる知見に基づく本発明の第1の態様は、電力機器を収納する容器内の所定位置において電力に基づき発生するとともにエネルギーが異なり、同一時間持続する複数種類のアークによる前記容器内の特定位置の時間的な圧力変化を表す圧力特性に基づき特定の期間乃至瞬間における前記各圧力特性の振動振幅と振動中心との比を求め、前記エネルギーに対する前記比を表す特性における前記比の極大値を求め、この極大値を利用して前記容器を含む電力機器の設計を行うことを特徴とする電力機器の設計支援方法にある。 Based on such knowledge, the first aspect of the present invention is the generation of a specific position in the container by a plurality of types of arcs that are generated based on electric power and are different in energy and are maintained for the same time at a predetermined position in the container in which the power equipment is stored. Finding the ratio between the vibration amplitude and the vibration center of each pressure characteristic in a specific period or moment based on the pressure characteristic representing the temporal pressure change, obtaining the maximum value of the ratio in the characteristic representing the ratio to the energy, The power equipment design support method is characterized in that the power equipment including the container is designed using the maximum value.
本態様によれば、複数種類のアークエネルギーに基づく各圧力特性の振動振幅と振動中心との比の極大値を利用して容器を含む電力機器の設計を行うようにしたので、前記容器の場合には、極大値を与えるアーク条件を容易に回避して合理的な容器の設計を行うことができる。 According to this aspect, since the power device including the container is designed using the maximum value of the ratio between the vibration amplitude and the vibration center of each pressure characteristic based on a plurality of types of arc energy, the case of the container Therefore, it is possible to easily avoid the arc condition that gives the maximum value and to design a rational container.
一方、極大値を与えるアークエネルギーを積極的に利用することも可能になる。例えばアークにより発生する圧力をアークの消弧に利用する場合等には、極大値を与えるアーク条件の近傍で当該電力機器の所定の設計を行えば良い。 On the other hand, it is also possible to positively use arc energy that gives a maximum value. For example, when the pressure generated by the arc is used for extinguishing the arc, a predetermined design of the power device may be performed in the vicinity of the arc condition that gives the maximum value.
ここで、前記各圧力特性は、前記各圧力特性を与えるアークのエネルギーを前記アークの発生が想定される前記所定位置に模擬的に発生させて前記特定位置の圧力を計算することにより求めることができる。 Here, each of the pressure characteristics can be obtained by calculating the pressure at the specific position by generating the simulated energy of the arc that gives the pressure characteristics at the predetermined position where the generation of the arc is assumed. it can.
この場合には、特定位置の圧力を実験により求める必要がないので、その分迅速且つ低廉なコストで合理的な容器の設計を実現し得る。ちなみに、この種の実験は、多大な費用と時間を要し、また実験設備の制約により所望の実験を実施できない場合もある。 In this case, since it is not necessary to obtain the pressure at a specific position by experiment, it is possible to realize a rational container design at that speed and at a low cost. By the way, this type of experiment requires a great deal of cost and time, and there are cases where a desired experiment cannot be performed due to restrictions on the experimental equipment.
また、前記特定の期間乃至瞬間は、前記各アークの持続時間の終端を含む期間乃至瞬間であることが好ましい。 Further, it is preferable that the specific period or instant is a period or instant including the end of the duration of each arc.
この場合には、最も圧力が上昇する瞬間の情報を利用することができるので、その分前記比の特性も高精度で良好なものが得られるからである。 In this case, since the information at the moment when the pressure rises most can be used, the characteristic of the ratio can be obtained with high accuracy and good quality accordingly.
本発明の第2の態様は、電力機器を収納する容器内の所定位置において電力に基づき発生するとともにエネルギーが異なり、同一時間持続する複数種類のアークによる前記容器内の特定位置の時間的な圧力変化を表す圧力特性に基づき特定の期間乃至瞬間における前記各圧力特性の振動振幅と振動中心との比を求めるとともに、前記比を表す情報をそれぞれが対応する前記エネルギーを表す情報とともに出力する第1の演算手段と、前記比を表す情報と前記エネルギーを表す情報とに基づき前記エネルギーに対する前記比の極大値を求める第2の演算手段とを有することを特徴とする電力機器の容器の設計支援装置にある。 According to a second aspect of the present invention, the temporal pressure at a specific position in the container is generated by a plurality of types of arcs that are generated based on electric power at different positions in the container that houses the power equipment and that have different energy and last for the same time. First, a ratio between a vibration amplitude and a vibration center of each pressure characteristic in a specific period or moment is obtained based on a pressure characteristic representing a change, and information representing the ratio is output together with information representing the corresponding energy. And a second calculation means for obtaining a maximum value of the ratio with respect to the energy based on the information indicating the ratio and the information indicating the energy. It is in.
本態様によれば、極大値を与える振動振幅と振動中心との比が分るので、設計の対象が前記容器の場合には、前記比を与えるエネルギーを発生するアーク条件を回避するような設計をすることにより、容器内の不測の圧力上昇を抑制して合理的な容器設計に資することができる。 According to this aspect, since the ratio between the vibration amplitude that gives the maximum value and the vibration center is known, when the design target is the container, the design is such that the arc condition that generates the energy that gives the ratio is avoided. By doing this, it is possible to suppress an unexpected pressure increase in the container and contribute to a rational container design.
一方、極大値を与えるアークエネルギーを積極的に利用する場合、例えばアークにより発生する圧力をアークの消弧に利用する場合等には、極大値を与えるアーク条件の近傍で当該電力機器の所定の設計を行えば良い。 On the other hand, when the arc energy that gives the maximum value is actively used, for example, when the pressure generated by the arc is used for extinguishing the arc, a predetermined value of the electric power device is set near the arc condition that gives the maximum value. Design should be done.
ここで、前記容器を特定するためのパラメーターに関する情報、前記各圧力特性を与えるアークのエネルギーを表す情報、前記アークの持続時間を表す情報、前記各アークの発生を想定した容器内の所定位置を表す情報及び前記特定位置を表す情報に基づき前記所定位置に与えられた前記各アークのエネルギーにより前記特定位置の時間的な圧力変化をそれぞれ表す各圧力特性を演算して前記各圧力特性を表す情報を出力する第3の演算手段をさらに有し、前記第1の演算手段は、前記各圧力特性を表す情報に基づき、特定の瞬間における前記各圧力特性の振動振幅と振動中心との比を求めるとともに、前記比を表す情報をそれぞれが対応する前記エネルギーを表す情報とともに出力するように構成することができる。 Here, information on parameters for specifying the container, information representing the energy of the arc that gives the pressure characteristics, information representing the duration of the arc, and a predetermined position in the container assuming the occurrence of each arc. Information representing each pressure characteristic by calculating each pressure characteristic representing a temporal pressure change at the specific position by energy of each arc given to the predetermined position based on information representing and information representing the specific position The first calculation means obtains a ratio between the vibration amplitude and the vibration center of each pressure characteristic at a specific moment based on information representing each pressure characteristic. In addition, information representing the ratio can be output together with information representing the energy corresponding to the ratio.
この場合には、容器を特定するためのパラメーターに関する情報等、所定の基礎情報を第3の演算手段に入力するだけで、複数のアークエネルギーに関する圧力特性を演算(シミュレーション)により得ることができるので、特定位置の圧力を実験により求める必要がなく、その分迅速且つ低廉なコストで合理的な容器の設計を実現し得る。ちなみに、この種の実験は、多大な費用と時間を要し、また実験設備の制約により所望の実験を実施できない場合もある点に関しては前述の場合と同様である。 In this case, pressure characteristics related to a plurality of arc energies can be obtained by calculation (simulation) simply by inputting predetermined basic information such as information on parameters for specifying the container to the third calculation means. Therefore, it is not necessary to experimentally determine the pressure at a specific position, and a rational container design can be realized at that speed and at a low cost. Incidentally, this type of experiment is very expensive and time consuming, and is similar to the above-described case in that a desired experiment may not be performed due to restrictions on the experimental equipment.
また、前記特定の期間乃至瞬間は、前記各アークの持続時間の終端を含む期間乃至瞬間であることが望ましい。 Further, the specific period or moment is preferably a period or moment including an end of the duration of each arc.
この場合には、最も圧力が上昇する瞬間の情報を利用することができるので、その分前記比の特性も高精度で良好なものが得られるからである。 In this case, since the information at the moment when the pressure rises most can be used, the characteristic of the ratio can be obtained with high accuracy and good quality accordingly.
本発明の第3の態様は、電力機器を収納する容器内の所定位置において電力に基づき発生するとともにエネルギーが異なり、同一時間持続する複数種類のアークによる前記容器内の特定位置の時間的な圧力変化を表す圧力特性に基づき特定の期間乃至瞬間における前記各圧力特性の振動振幅と振動中心との比を電子計算機に演算させるための第1の処理ステップと、前記エネルギーに対する前記比を表す特性における前記比の極大値を電子計算機に演算させるための第2の処理ステップとを有することを特徴とする電力機器の容器の設計支援プログラムにある。 According to a third aspect of the present invention, a temporal pressure at a specific position in the container is generated by a plurality of types of arcs that are generated based on electric power at a predetermined position in a container that houses a power device and that has different energy and lasts the same time. A first processing step for causing an electronic calculator to calculate a ratio between a vibration amplitude and a vibration center of each pressure characteristic in a specific period or moment based on a pressure characteristic representing a change; and a characteristic representing the ratio to the energy And a second processing step for causing a computer to calculate the maximum value of the ratio.
本態様によれば、容器内の不測の圧力上昇を抑制して合理的な容器設計に資することができるばかりでなく、アークエネルギーを積極的に利用する場合においても、極大値を与える振動振幅と振動中心との比を電子計算機に演算させることができるので、この場合の所望の情報を迅速且つ安価に得ることができる。 According to this aspect, not only can the unexpected pressure rise in the container be suppressed and contribute to rational container design, but also when the arc energy is actively used, the vibration amplitude that gives the maximum value and Since the ratio to the vibration center can be calculated by an electronic computer, desired information in this case can be obtained quickly and inexpensively.
ここで、前記容器を特定するためのパラメーターに関する情報、前記各圧力特性を与えるアークのエネルギーを表す情報、前記アークの持続時間を表す情報、前記各アークの発生を想定した容器内の所定位置を表す情報及び前記特定位置を表す情報に基づき前記所定位置に与えられた前記各アークのエネルギーにより前記特定位置の時間的な圧力変化をそれぞれ表す各圧力特性を電子計算機に演算させて前記各圧力特性を表す情報を前記第1の処理ステップの入力情報として出力させる第3の処理ステップをさらに有することが望ましい。 Here, information on parameters for specifying the container, information representing the energy of the arc that gives the pressure characteristics, information representing the duration of the arc, and a predetermined position in the container assuming the occurrence of each arc. Each pressure characteristic is calculated by causing a computer to calculate each pressure characteristic representing a temporal pressure change at the specific position by the energy of each arc given to the predetermined position based on the information representing and the information representing the specific position. It is desirable to further include a third processing step for outputting information representing the above as input information for the first processing step.
この場合には、各圧力特性の振動振幅と振動中心との比を求めるための基礎となる圧力特性も電子計算機による演算により求めることができるので、容器内の不測の圧力上昇を抑制して合理的な容器設計に資することができる極大値を与える振動振幅と振動中心との比をさらに迅速且つ安価に電子計算機に演算させることができるからである。この結果、この場合の所望の情報をさらに迅速且つ安価に得ることができる。 In this case, the pressure characteristics that are the basis for determining the ratio between the vibration amplitude of each pressure characteristic and the vibration center can also be obtained by calculation using an electronic computer. This is because it is possible to cause the electronic computer to calculate the ratio between the vibration amplitude and the vibration center that gives a maximum value that can contribute to a typical container design more quickly and inexpensively. As a result, the desired information in this case can be obtained more quickly and inexpensively.
本発明によれば、容器内の圧力上昇の振動振幅が急激に上昇するアークエネルギーの値を考慮して容器を含む電力機器の設計を行うことができるので、アーク電流やアーク電圧から求められるアークエネルギーを適切な値に設定することができる。この結果、設計対象が容器の場合には、圧力上昇を可及的に抑制した合理的な容器の設計に資することができる。すなわち、アークエネルギー毎の圧力上昇を考慮して、アークエネルギーを適切な値に設定することにより、容器内の圧力上昇を抑制できるため、例えば、配電盤、変圧器、ガス絶縁線路などの電力機器の設計の適正化、当該機器の低コスト化などに大いに貢献できる。 According to the present invention, it is possible to design a power device including a container in consideration of the value of arc energy at which the vibration amplitude of the pressure increase in the container suddenly increases. Energy can be set to an appropriate value. As a result, when the design object is a container, it can contribute to the design of a rational container that suppresses the pressure rise as much as possible. That is, in consideration of the pressure increase for each arc energy, by setting the arc energy to an appropriate value, the pressure increase in the container can be suppressed. For example, power equipment such as switchboards, transformers, gas insulated lines, etc. It can greatly contribute to optimization of design and cost reduction of the equipment.
一方、極大値を与えるアークエネルギーを積極的に利用することも可能になる。例えばアークにより発生する圧力をアークの消弧に利用する場合等にも利用することができる。この場合には、極大値を与えるアーク条件の近傍で当該電力機器の所定の設計を行うことで、最も効率的なアークエネルギーの利用を実現し得る。 On the other hand, it is also possible to positively use arc energy that gives a maximum value. For example, the pressure generated by the arc can be used for extinguishing the arc. In this case, the most efficient use of arc energy can be realized by performing a predetermined design of the electric power device in the vicinity of the arc condition that gives the maximum value.
以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。本実施の形態は、設計対象を電力機器の容器の場合に関して説明するが、これに限る必要はない。密閉容器内でアークを発生する電力機器の各部の設計に広く適用可能である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. Although the present embodiment will be described with respect to the case where the design target is a container of a power device, it is not necessary to be limited to this. It can be widely applied to the design of each part of electric power equipment that generates an arc in a sealed container.
図1は本実施の形態による設計支援の対象となる電力機器の容器を概念的に示す説明図である。同図に示すように、当該容器Iは、その内部でアーク放電が発生する可能性を有する電力機器、例えば配電盤、変圧器、ガス絶縁線路等を構成する要素を収納するものである。本実施形態における容器Iは、直径0.496mの円筒を2本直交させて形成したもので、容積を0.52m3とし、商用周波数の交流電力により所定位置Aに発生する大きさが異なる複数種類のアークエネルギーを模擬的に付与し、この場合の容器I内の特定位置Bに発生する圧力の時間特性である圧力特性を模擬するためのものである。容器Iの形状及び容積は、勿論図1のものに限定するものではない。 FIG. 1 is an explanatory diagram conceptually showing a container of a power device that is a target of design support according to this embodiment. As shown in the figure, the container I stores power equipment having the possibility of arc discharge inside, for example, elements constituting a switchboard, a transformer, a gas insulated line, and the like. The container I in the present embodiment is formed by making two cylinders having a diameter of 0.496 m orthogonal to each other, has a volume of 0.52 m 3, and has a plurality of different sizes generated at a predetermined position A by AC power of commercial frequency. This is for simulating the kind of arc energy and simulating the pressure characteristic which is the time characteristic of the pressure generated at the specific position B in the container I in this case. Of course, the shape and volume of the container I are not limited to those shown in FIG.
図2は本発明の実施の形態に係る電力機器の容器の設計支援装置を示すブロック線図である。同図に示すように、入力装置1は、設計の対象となる容器Iを特定するためのパラメーターに関する情報(容器Iの前記形状、寸法乃至容積(図1に示すパラメータ)等)、容器I内に複数種類の圧力を発生させる各アークのエネルギーを表す情報、各アークの持続時間(各アーク間で同一である)を表す情報、各アークの発生を想定した容器I内の所定位置Aを表す情報及び特定位置Bを表す情報が入力され、入力された各情報を圧力特性演算部2に送出する。本形態においては、持続時間が0.1secのアークを、各エネルギーが95(kJ)、252(kJ)、475(kJ)、713(kJ)、951(kJ)の5種類に関して入力されるようにした。また、この場合のアークのエネルギーは50Hzの周波数の交流電流より与えられるものを模擬しており、このアークエネルギーに所定の係数kpを乗じて求めたものを所定位置Aに入力している。 FIG. 2 is a block diagram showing a design support apparatus for a container of a power device according to an embodiment of the present invention. As shown in the figure, the input device 1 includes information on parameters for specifying the container I to be designed (the shape, dimensions and volume (parameters shown in FIG. 1) of the container I, etc.), Represents information representing the energy of each arc that generates a plurality of types of pressure, information representing the duration of each arc (same between each arc), and a predetermined position A in the container I assuming the occurrence of each arc. Information and information indicating the specific position B are input, and each input information is sent to the pressure characteristic calculation unit 2. In this embodiment, an arc having a duration of 0.1 sec is input with respect to five types of energy of 95 (kJ), 252 (kJ), 475 (kJ), 713 (kJ), and 951 (kJ). I made it. Further, the arc energy in this case simulates that given by an alternating current having a frequency of 50 Hz, and the arc energy obtained by multiplying the arc energy by a predetermined coefficient k p is inputted to the predetermined position A.
圧力特性演算部2は入力装置1から入力された各情報に基づき所定位置Aに与えられた各アークのエネルギーにより特定位置Bの時間的な圧力変化をそれぞれ表す各圧力特性を演算して各圧力特性を表す情報を出力する。この圧力特性演算部2で得られた圧力特性の一例を図3に示す。同図は、エネルギーが475(kJ)の場合である。 The pressure characteristic calculation unit 2 calculates each pressure characteristic representing a temporal pressure change at the specific position B based on energy of each arc applied to the predetermined position A based on each information input from the input device 1 to calculate each pressure. Outputs information indicating characteristics. An example of the pressure characteristic obtained by the pressure characteristic calculation unit 2 is shown in FIG. This figure shows the case where the energy is 475 (kJ).
図3に示すように、当該圧力特性は容器I内を往復反射する圧力波に起因する周期Toscで振動しながら振動中心PMEANが直線的に上昇する特性を示している。ここで、図の錯綜を避けるため、475(kJ)以外の各エネルギーにおける圧力特性の図示は省略しているが、他のエネルギーに関しても同様の圧力特性が得られた。すなわち、商用の交流電流(50(Hz))に起因する周期で振動しながら振動中心PMEANが直線的に上昇する特性を示す。ここで、当然のことながらアークエネルギーが大きくなるに伴い振動中心PMEANの直線的な上昇特性は急傾斜の特性となったが、振幅は、最初はアークエネルギーが大きくなるに伴い大きくなるものの、途中からアークエネルギーが大きくなるに伴い小さくなるというシミュレーション結果を得た。シミュレーションと同様の条件で行った実験でも同様の結果が得られた。そこで、各アークエネルギーに関する圧力特性において振動振幅PAMPと振動中心PMEANとの比を比較することに思い至った。 As shown in FIG. 3, the pressure characteristic indicates a characteristic in which the vibration center P MEAN rises linearly while oscillating at a period T osc caused by a pressure wave reciprocally reflected in the container I. Here, in order to avoid complications in the figure, illustration of pressure characteristics at each energy other than 475 (kJ) is omitted, but similar pressure characteristics were obtained with respect to other energies. That is, the vibration center P MEAN rises linearly while oscillating at a period caused by a commercial alternating current (50 (Hz)). Here, as a matter of course, the linear rise characteristic of the vibration center PMEAN becomes a steep characteristic as the arc energy increases, but the amplitude initially increases as the arc energy increases. A simulation result was obtained that the arc energy became smaller as the arc energy increased. Similar results were obtained in experiments conducted under the same conditions as in the simulation. Then, it came to the idea to compare the ratio between the vibration amplitude P AMP and the vibration center P MEAN in the pressure characteristics for each arc energy.
図2に示す、振動振幅/振動中心演算部3は、圧力特性演算部2が出力する各アークに関する各圧力特性(本形態の場合5種類)に基づき特定の期間乃至瞬間における各圧力特性の振動振幅と振動中心との比(PAMP/PMEAN)を求めるとともに、比(PAMP/PMEAN)を表す情報をそれぞれが対応するアークエネルギーを表す情報とともに出力する。ここで、特定の期間乃至瞬間に特別な限定はないが、各アークの持続時間の終端を含む期間乃至瞬間が最適である。この場合には、最も圧力が上昇する期間のデータを利用することができるので、その分、比(PAMP/PMEAN)の特性も高精度で適正なものが得られるからである。本実施の形態の場合、特定の期間は、各アークエネルギーに対応する圧力特性における0.09sec〜0.11secとした。当該特定期間には、本形態におけるアークの持続時間である0.1secを含んでいる。ここで、比(PAMP/PMEAN)は特定の期間のものに限る必要はない。特定の瞬間(最も好ましくは最大圧力を与えるアークの持続時間の終端)の振動振幅PAMPと振動中心PMEANとの値を用いることもできる。 The vibration amplitude / vibration center calculation unit 3 shown in FIG. 2 is a vibration of each pressure characteristic in a specific period or moment based on each pressure characteristic (five types in the case of this embodiment) regarding each arc output from the pressure characteristic calculation unit 2. A ratio (P AMP / P MEAN ) between the amplitude and the vibration center is obtained, and information representing the ratio (P AMP / P MEAN ) is output together with information representing the corresponding arc energy. Here, there is no particular limitation on the specific period or moment, but the period or moment including the end of the duration of each arc is optimal. In this case, the data of the period during which the pressure rises most can be used, and accordingly, the characteristic of the ratio (P AMP / P MEAN ) can be obtained with high accuracy and appropriateness. In the case of the present embodiment, the specific period is set to 0.09 sec to 0.11 sec in the pressure characteristics corresponding to each arc energy. The specific period includes 0.1 sec, which is the arc duration in this embodiment. Here, the ratio (P AMP / P MEAN ) need not be limited to a specific period. It is also possible to use values of the vibration amplitude P AMP and the vibration center P MEAN at a specific moment (most preferably the end of the duration of the arc giving the maximum pressure).
極大値演算部4は、振動振幅/振動中心演算部3の出力である振動振幅と振動中心との比(PAMP/PMEAN)を表す情報と各比(PAMP/PMEAN)に対応するエネルギーを表す情報とに基づき各エネルギーに対する比(PAMP/PMEAN)の極大値を求め、この極大値の情報を出力表示部5に出力する。 The maximum value calculation unit 4 corresponds to information indicating the ratio (P AMP / P MEAN ) between the vibration amplitude and the vibration center, which is the output of the vibration amplitude / vibration center calculation unit 3, and each ratio (P AMP / P MEAN ). Based on the information representing energy, the maximum value of the ratio (P AMP / P MEAN ) for each energy is obtained, and information on this maximum value is output to the output display unit 5.
出力表示部5には前記極大値を与えるアークエネルギーの情報とともに、振動振幅/振動中心演算部3における所定の情報処理の結果が各アークエネルギーに対する比(PAMP/PMEAN)の特性を表すグラフとして可視化される。 The output display unit 5 is a graph representing the characteristic of the ratio (P AMP / P MEAN ) with respect to each arc energy as well as the arc energy information giving the maximum value and the result of the predetermined information processing in the vibration amplitude / vibration center calculation unit 3. Is visualized as
図4は出力表示部5に可視化して表示される特性を示すグラフである。同図に示すように当該グラフでは横軸に各エネルギーの値が、縦軸に振動振幅PAMPと振動中心PMEANとの比(PAMP/PMEAN)がとってある。したがって、容器Iの設計者は当該グラフを参照することで圧力の極大値を知ることができるとともに、この場合の比(PAMP/PMEAN)の特性(グラフの形状)を視認することができる。 FIG. 4 is a graph showing the characteristics visualized and displayed on the output display unit 5. As shown in the figure, in the graph, the horizontal axis represents the value of each energy, and the vertical axis represents the ratio (P AMP / P MEAN ) between the vibration amplitude P AMP and the vibration center P MEAN . Therefore, the designer of the container I can know the maximum value of the pressure by referring to the graph, and can also visually recognize the characteristic (graph shape) of the ratio (P AMP / P MEAN ) in this case. .
この結果、本実施の形態によれば、容器I内の圧力上昇の振動振幅が急激に上昇するアークエネルギーの値を考慮して容器Iの設計を行うことができる。すなわち、当該エネルギーを与えるアーク条件を回避するような設計を行うことでアーク電流やアーク電圧から求められるアークエネルギーを適切な値に設定することができる。この結果、圧力上昇を可及的に抑制した合理的な容器Iの設計を支援することができる。 As a result, according to the present embodiment, the container I can be designed in consideration of the value of arc energy at which the vibration amplitude of the pressure increase in the container I rapidly increases. That is, the arc energy obtained from the arc current and arc voltage can be set to an appropriate value by performing a design that avoids the arc condition that gives the energy. As a result, it is possible to support the rational design of the container I that suppresses the pressure rise as much as possible.
ここで、上述の如き実施の形態で実現した本発明に係る電力機器の容器の設計支援装置を構築するに当たり行った基礎実験及びシミュレーションの結果を説明しておく。 Here, the results of the basic experiments and simulations performed in constructing the power equipment container design support apparatus according to the present invention realized in the embodiment as described above will be described.
かかる基礎実験は図1に示す容器Iの所定位置Aに所定のエネルギーの複数種類のアークを発生させ、特定位置Bの圧力特性を圧力センサで検出することにより複数の圧力特性を得た。同様の条件のシミュレーションも行った。かかる実験乃至シミュレーションの条件は、例えば、配電盤等の実機器における事故条件を考慮したものである。シミュレーションでは図3及び図4に示す特性が得られる点については前述の通りである。 In this basic experiment, a plurality of types of arcs having a predetermined energy were generated at a predetermined position A of the container I shown in FIG. 1, and a plurality of pressure characteristics were obtained by detecting the pressure characteristics at a specific position B with a pressure sensor. A similar condition was also simulated. The conditions of such experiments or simulations are, for example, considering accident conditions in actual equipment such as a switchboard. As described above, the characteristics shown in FIGS. 3 and 4 can be obtained in the simulation.
ここでは、さらに振動中心PMEANのアークエネルギーに対する依存性を調べている。その結果を図5に示す。同図は、上記実施の形態と同様のアークエネルギーに対応する圧力特性における0.09sec〜0.11secの期間の平均値の特性である。 Here, the dependence of the vibration center P MEAN on the arc energy is further investigated. The result is shown in FIG. The figure shows the characteristic of the average value in the period of 0.09 sec to 0.11 sec in the pressure characteristic corresponding to the arc energy as in the above embodiment.
図5を参照すれば、振動中心PMEANはアークエネルギーの増加にほぼ比例して増加することが分かる。ここで、同図における、白丸印は実験結果(実験は設備の都合上、95(kJ)、252(kJ)、475(kJ)の3種類のみについて行った;以下同じ)であり、黒丸印のシミュレーション結果とほぼ一致している。 Referring to FIG. 5, it can be seen that the vibration center PMEAN increases almost in proportion to the increase in arc energy. Here, white circles in the figure are experimental results (experiment was conducted for only three types of 95 (kJ), 252 (kJ), and 475 (kJ) for convenience of equipment; the same applies hereinafter). The simulation results are almost the same.
一方、振動振幅PAMPのアークエネルギーに対する依存性は図6に示す通りである。同図も各アークエネルギーに対応する圧力特性における0sec〜0.11secの期間の平均値である。図6を参照すれば、振動振幅PAMPは、アークエネルギーの増加に比例するのではなく、アークエネルギーの値によっては、急増あるいは微増することがあることが分かる。ここで、同図における、白丸印は実験結果であり、黒丸印のシミュレーション結果とほぼ一致している。 On the other hand, the dependence of the vibration amplitude P AMP on the arc energy is as shown in FIG. This figure is also an average value of a period of 0 sec to 0.11 sec in the pressure characteristic corresponding to each arc energy. Referring to FIG. 6, it can be seen that the vibration amplitude P AMP is not proportional to the increase in arc energy, but may increase rapidly or slightly depending on the value of arc energy. Here, the white circles in the figure are the experimental results, which almost coincide with the simulation results of the black circles.
かかる図5及び図6の結果を参照すれば、図3に示す圧力特性を演算(シミュレーション)により求めても実際の現象を正確に反映していると考えられる。したがって、図2に示す電力機器の設計支援装置によれば、実際の現象を正確に反映したシミュレーションを行うことができる。 With reference to the results of FIG. 5 and FIG. 6, it is considered that the actual phenomenon is accurately reflected even if the pressure characteristics shown in FIG. 3 are obtained by calculation (simulation). Therefore, according to the power equipment design support apparatus shown in FIG. 2, it is possible to perform a simulation that accurately reflects an actual phenomenon.
この結果、当該設計支援のための情報を得る場合にはシミュレーションによるのが合理的であることが分かる。実験には多大な時間と費用を要し、また実験設備の制約により実験を実施できない場合があるからである。 As a result, it is understood that it is reasonable to use simulation when obtaining information for the design support. This is because the experiment requires a great amount of time and money, and the experiment may not be performed due to limitations of the experimental equipment.
以上の結果、内部でアークが発生する可能性がある電力機器の容器Iを設計する場合には、地絡・短絡事故等によりアークが発生した場合にも耐えられる機械的強度を見積もる必要があるので、アークにより発生する圧力の振動中心PMEANに対する振動振幅AMPの比(PAMP/PMEAN)を把握することが重要であることが明らかとなった。すなわち、図4の比(PAMP/PMEAN)のアークエネルギー依存性を示す特性によれば、アークエネルギーの増大とともに比(PAMP/PMEAN)が増大し、アークエネルギーが475(kJ)の場合に極大値を示し、それ以上のアークエネルギーでは微減する。この比(PAMP/PMEAN)の特性を考慮して、アークエネルギーが475(kJ)程度にならないように設定すれば比(PAMP/PMEAN)を小さく抑えることができる。例えば、アークエネルギーを252(kJ)に設定すれば、アークエネルギーが475(kJ)の場合の比(PAMP/PMEAN)の約1/2に低減できる。また、図5から分かるように、振動中心PMEANも約1/2に低減できる。このようにアークエネルギーを低く設定するためには、アーク電流やアーク電圧を低く抑える必要がある。アーク電流を低く抑えるためには、例えば、限流器等を利用することが考えられる。また、アーク電圧を低く抑えるためには、例えば、地絡、短絡事故が起こる可能性がある導体間の距離を短くすることが考えられる。 As a result of the above, when designing a container I of a power device that may generate an arc inside, it is necessary to estimate the mechanical strength that can withstand the occurrence of an arc due to a ground fault or short circuit accident. Therefore, it became clear that it is important to grasp the ratio (P AMP / P MEAN ) of the vibration amplitude AMP to the vibration center P MEAN of the pressure generated by the arc. That is, according to the characteristic indicative of an arcing energy dependence of the ratio in FIG. 4 (P AMP / P MEAN) , increases with increasing arc energy ratio (P AMP / P MEAN) is, the arc energy is 475 (kJ) In some cases, the maximum value is shown, and at higher arc energy, it decreases slightly. Considering the characteristics of this ratio (P AMP / P MEAN ), the ratio (P AMP / P MEAN ) can be kept small if the arc energy is set not to be about 475 (kJ). For example, if the arc energy is set to 252 (kJ), it can be reduced to about ½ of the ratio (P AMP / P MEAN ) when the arc energy is 475 (kJ). Further, as can be seen from FIG. 5, the vibration center P MEAN can also be reduced to about ½. Thus, in order to set the arc energy low, it is necessary to keep the arc current and arc voltage low. In order to keep the arc current low, for example, it is conceivable to use a current limiting device. In order to keep the arc voltage low, for example, it is conceivable to shorten the distance between conductors that may cause a ground fault or a short circuit accident.
なお、上記実施の形態では、アークを発生させる電力として商用の交流電力を使用する場合について説明したが、直流電力の場合でも同様に適用できる。 In the above-described embodiment, the case where commercial AC power is used as power for generating an arc has been described. However, the present invention can be similarly applied to DC power.
また、上記実施の形態では、各圧力特性も圧力特性演算部2による演算により求めるような構成としたが、少なくとも、振動振幅/振動中心演算部3と極大値演算部4とを有していれば比(PAMP/PMEAN)の極大値を与える所望のアークエネルギーを知ることができる。この場合、振動振幅/振動中心演算部3には、上記実施の形態における圧力特性演算部2が所定の演算の結果求めた出力情報と同様の情報を別途用意し、振動振幅/振動中心演算部3に入力してやる必要がある。圧力特性演算部2が所定の演算の結果求めた出力情報は、例えば容器Iの所定位置Aで所定のエネルギーの複数種類のアークを発生させ、このときの各アークによる特定位置Bの圧力を圧力センサで測定することにより得ることができる。 In the above embodiment, each pressure characteristic is obtained by calculation by the pressure characteristic calculation unit 2. However, at least the vibration amplitude / vibration center calculation unit 3 and the maximum value calculation unit 4 are provided. For example, the desired arc energy that gives the maximum value of the ratio (P AMP / P MEAN ) can be known. In this case, the vibration amplitude / vibration center calculation unit 3 separately prepares the same information as the output information obtained as a result of the predetermined calculation by the pressure characteristic calculation unit 2 in the above embodiment, and the vibration amplitude / vibration center calculation unit It is necessary to input to 3. The output information obtained as a result of the predetermined calculation by the pressure characteristic calculation unit 2 generates, for example, a plurality of types of arcs of a predetermined energy at a predetermined position A of the container I, and the pressure at a specific position B by each arc at this time is a pressure. It can be obtained by measuring with a sensor.
また、上記実施の形態における振動振幅/振動中心演算部3及び極大値演算部4、又は圧力特性演算部2、振動振幅/振動中心演算部3及び極大値演算部4の機能を電子計算機のプログラムで実現することもでき、この場合には、当該プログラムを搭載した電子計算機を、実質的に上記実施の形態に係る電力機器の容器の設計支援装置、すなわちシミュレータとして構築することができる。 In addition, the functions of the vibration amplitude / vibration center calculation unit 3 and the maximum value calculation unit 4 or the pressure characteristic calculation unit 2, the vibration amplitude / vibration center calculation unit 3 and the maximum value calculation unit 4 in the above embodiment are programmed in the computer program. In this case, the computer equipped with the program can be substantially constructed as a design support apparatus for a container of a power device according to the above embodiment, that is, a simulator.
なお、上記実施の形態では、比(PAMP/PMEAN)の極大値を検出し、この極大値を与えるアークエネルギーを避けるようなエネルギーで容器を設計する場合について説明したが、例えばアークエネルギーに起因する圧力を遮断器等におけるアークの消弧に積極的に利用する場合も考えられる。この場合には、極大値近傍のアークエネルギーを利用できるような電力機器の設計とすれば良い。 In the above-described embodiment, the case where the maximum value of the ratio (P AMP / P MEAN ) is detected and the container is designed with energy that avoids the arc energy that gives this maximum value has been described. It is also conceivable that the resulting pressure is actively used for arc extinction in a circuit breaker or the like. In this case, the power device may be designed so that arc energy near the maximum value can be used.
本発明は、内部でアークが発生する可能性がある電力機器の容器を設計・製造販売する産業分野において有効に利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be effectively used in an industrial field in which a container for a power device that may generate an arc inside is designed, manufactured, and sold.
I 容器
2 圧力特性演算部
3 振動振幅/振動中心演算部
4 極大値演算部
A 所定位置
B 特定位置
PAMP 振動振幅
PMEAN 振動中心
(PAMP/PMEAN) 比
I container 2 pressure characteristic calculation unit 3 vibration amplitude / vibration center calculation unit 4 maximum value calculation unit A predetermined position B specific position P AMP vibration amplitude P MEAN vibration center (P AMP / P MEAN ) ratio
Claims (8)
前記エネルギーに対する前記比を表す特性における前記比の極大値を求め、この極大値を利用して前記容器を含む電力機器の設計を行うことを特徴とする電力機器の設計支援方法。 It is generated on the basis of power at a predetermined position in a container for storing electric power equipment, and energy is different, and is specified based on a pressure characteristic representing a temporal pressure change at a specific position in the container due to a plurality of types of arcs that last for the same time Obtain the ratio of the vibration amplitude and vibration center of each pressure characteristic in the period or moment,
A power device design support method, wherein a maximum value of the ratio in the characteristic representing the ratio to the energy is obtained, and the power device including the container is designed using the maximum value.
前記各圧力特性は、前記各圧力特性を与えるアークのエネルギーを前記アークの発生が想定される前記所定位置に模擬的に発生させて前記特定位置の圧力を計算することにより求めることを特徴とする電力機器の設計支援方法。 In the electric power equipment design support method according to claim 1,
Each of the pressure characteristics is obtained by calculating the pressure at the specific position by simulating the energy of the arc giving the pressure characteristics at the predetermined position where the arc is assumed to be generated. Design support method for electric power equipment.
前記特定の期間乃至瞬間は、前記各アークの持続時間の終端を含む期間乃至瞬間であることを特徴とする電力機器の設計支援方法。 In the power equipment design support method according to claim 1 or 2,
The specified period or moment is a period or moment including the end of the duration of each arc.
前記比を表す情報と前記エネルギーを表す情報とに基づき前記エネルギーに対する前記比の極大値を求める第2の演算手段とを有することを特徴とする電力機器の設計支援装置。 It is generated on the basis of power at a predetermined position in a container for storing electric power equipment, and energy is different, and is specified based on a pressure characteristic representing a temporal pressure change at a specific position in the container due to a plurality of types of arcs that last for the same time. A first computing means for obtaining a ratio between a vibration amplitude and a vibration center of each pressure characteristic in a period or an instant, and outputting information representing the ratio together with information representing the energy corresponding thereto;
2. A power equipment design support apparatus comprising: a second computing unit that obtains a maximum value of the ratio with respect to the energy based on the information representing the ratio and the information representing the energy.
前記容器を特定するためのパラメーターに関する情報、前記各圧力特性を与えるアークのエネルギーを表す情報、前記アークの持続時間を表す情報、前記各アークの発生を想定した容器内の所定位置を表す情報及び前記特定位置を表す情報に基づき前記所定位置に与えられた前記各アークのエネルギーにより前記特定位置の時間的な圧力変化をそれぞれ表す各圧力特性を演算して前記各圧力特性を表す情報を出力する第3の演算手段をさらに有し、
前記第1の演算手段は、前記各圧力特性を表す情報に基づき、特定の瞬間における前記各圧力特性の振動振幅と振動中心との比を求めるとともに、前記比を表す情報をそれぞれが対応する前記エネルギーを表す情報とともに出力するように構成したことを特徴とする電力機器の設計支援装置。 In the design support apparatus of the electric power equipment described in Claim 4,
Information relating to parameters for specifying the vessel, information representing the energy of the arc giving each pressure characteristic, information representing the duration of the arc, information representing a predetermined position in the vessel assuming the occurrence of each arc, and Based on the information representing the specific position, each pressure characteristic representing the temporal pressure change at the specific position is calculated based on the energy of each arc applied to the predetermined position, and information representing the pressure characteristic is output. A third computing means;
The first calculation means obtains a ratio between the vibration amplitude and the vibration center of each pressure characteristic at a specific moment based on the information representing each pressure characteristic, and the information representing the ratio corresponds to each of the information A power equipment design support apparatus characterized by being configured to output together with information representing energy.
前記特定の期間乃至瞬間は、前記各アークの持続時間の終端を含む期間乃至瞬間であることを特徴とする電力機器の設計支援装置。 In the electric power equipment design support apparatus according to claim 4 or claim 5,
The power device design support apparatus characterized in that the specific period or moment is a period or moment including the end of the duration of each arc.
前記エネルギーに対する前記比を表す特性における前記比の極大値を電子計算機に演算させるための第2の処理ステップとを有することを特徴とする電力機器の設計支援プログラム。 It is generated on the basis of power at a predetermined position in a container for storing electric power equipment, and energy is different, and is specified based on a pressure characteristic representing a temporal pressure change at a specific position in the container due to a plurality of types of arcs that last for the same time. A first processing step for causing an electronic calculator to calculate a ratio between a vibration amplitude and a vibration center of each pressure characteristic in a period or moment;
And a second processing step for causing a computer to calculate a maximum value of the ratio in the characteristic representing the ratio to the energy.
前記容器を特定するためのパラメーターに関する情報、前記各圧力特性を与えるアークのエネルギーを表す情報、前記アークの持続時間を表す情報、前記各アークの発生を想定した容器内の所定位置を表す情報及び前記特定位置を表す情報に基づき前記所定位置に与えられた前記各アークのエネルギーにより前記特定位置の時間的な圧力変化をそれぞれ表す各圧力特性を電子計算機に演算させて前記各圧力特性を表す情報を前記第1の処理ステップの入力情報として出力させる第3の処理ステップをさらに有することを特徴とする電力機器の容器の設計支援プログラム。
In the electric power equipment design support program according to claim 7,
Information relating to parameters for specifying the vessel, information representing the energy of the arc giving each pressure characteristic, information representing the duration of the arc, information representing a predetermined position in the vessel assuming the occurrence of each arc, and Information representing each pressure characteristic by causing an electronic calculator to calculate each pressure characteristic representing a temporal pressure change at the specific position by the energy of each arc applied to the predetermined position based on the information representing the specific position. Is further output as input information of the first processing step, and the power equipment container design support program.
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