JP2006313130A - 波形測定方法及びこれを用いた保安器の劣化検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】雷サージ等の急峻な信号波形を、比較的簡単な構成で、精度良く測定する。
【解決手段】雷サージ印加時に、保安器３から接地線４へ放電される雷サージ電流が、検出器５で検出される。この検出信号vinは、絶対値回路１１で全波整流され、増幅器１２でゲイン調整される。この調整された電圧ｖ１２は、コンパレータ１３−１，１３−２、及びピークホールド回路１４へ与えられる。PICマイコン２０は、コンパレータ１３−１，１３−２の出力信号com1,com2に基づき、電圧ｖ１２の波形に追従して、D/Aコンバータ１５−１，１５−２から出力される２つのリファレンス電圧ref1,ref2を遷移させ、この２つのリファレンス電圧ref1,ref2の一定の電圧差brefにより、電圧ｖ１２の波形をサンプリングしてサンプリング時刻を求め、この時刻と第１、第２のリファレンス電圧ref1,ref2とを乗算し、この乗算値を電流値に変換して時間電流値積を算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、雷サージ等の急峻な信号波形の波形測定方法と、この方法を用いて、雷サージ波形等の急峻な波形のエネルギ量を測定して保安器の劣化状態を検出する、保安器の劣化検出装置とに関するものである。

避雷器といった保安器は、設備機器等に接続され、雷サージによる異常電圧が印加されると導通して、雷撃電流をグランド（アース）側に放電させ、設備機器等に加わる電圧を保護レベル以下に降下させて設備機器等を保護する。保安器に故障が発生すれば、設備機器等に被害が及ぶから、保守管理上、保安器の劣化を検出することが重要である。

従来、保安器の劣化を検出するために、劣化検出機能を内蔵させた保安器が知られている。又、保安器とは別個に劣化検出装置を用意し、保安器の近くに劣化検出装置を配設することで、保安器の劣化を検出する方式も知られている。

従来の劣化検出方式として、例えば、次の（ａ）〜（ｃ）のようなものがあった。
（ａ） 雷サージカウンタを設け、雷サージを受けた回数をカウント（計数）し、このカウントされた回数を表示する。
（ｂ） 保安器の構成部品であるバリスタ等の漏れ電流を検出し、漏れ電流が大きい場合には、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の表示部を点灯させる。
（ｃ） 雷サージ波形をアナログ／ディジタル（以下「Ａ／Ｄ」という。）変換器であるＡ／Ｄコンバータでサンプリングして時間電流値積を算出し、保安器の劣化程度を判定する。

このような保安器や、保安器の劣化検出装置は、例えば、以下の文献に開示されている。

特開平８−１７８９９０号公報 特開平９−２４５９３１号公報 特開２００１−２３４７９号公報 特開２００１−２１０５０３号公報 特開２００４−３７１６９号公報

特許文献１の図１には、避雷器装置の寿命を診断する避雷器診断装置の技術が記載されている。この避雷器診断装置は、放電管に流れる放電電流値を検出するフォトトランジスタと、このフォトトランジスタによって計数したその放電管の放電動作回数及び放電電流とからその放電管の寿命判断を行うマイクロプロセッサとを備えている。

特許文献２の図１には、目視により避雷器の破壊、劣化等を認識できる避雷器の技術が記載されている。この避雷器は、ある一定以上のサージ電流が一定時間以上流れた場合に溶断する警報ヒューズを、内部放電素子を経由してサージ電流の流れる回路に直列に接続し、且つ、警報ヒューズに並列に放電素子を接続している。

特許文献３の図１には、落雷による開閉器の劣化の程度を検出できる雷サージ検出装置の技術が記載されている。この雷サージ検出装置では、開閉器が接続された電源側配電線への落雷による異常電圧を避雷器に降下させ、この異常電圧を電圧検出部で検出し、この検出された電圧値に基づいて落雷の回数を回数積算部で積算することにより、落雷によるその開閉器が受ける劣化の程度を検出している。

特許文献４の図１には、避雷素子の劣化を診断できる避雷器の技術が記載されている。この避雷器では、避雷素子とリレーコイルが直列に接続された主回路と、そのリレー接点部と表示素子が直列に接続された表示回路と、が並列に接続され、避雷素子の漏れ電流が所定値を超えた場合にリレーが動作し、リレー接点部が閉じて表示素子が点灯するようになっている。

特許文献５の図８には、避雷器の動作監視装置の技術が記載されている。この動作監視装置では、避雷器を流れる雷サージ電流を電流検出器で検出し、この検出結果をＡ／Ｄコンバータでサンプリングして、中央処理装置（以下「ＣＰＵ」という。）により電流時間積値を算出し、この算出値を所定の閾値と比較して避雷器の劣化程度を判定するようになっている。

しかしながら、従来の技術では、次の（１）〜（３）のような課題があった。

（１） 前記（ａ）の方式の課題
雷サージを受けた回数を把握することはできるが、雷サージのエネルギ的な要素が考慮されていないので、受けた雷サージの大小は判別できない。そのため、保安器の劣化状態を正確に把握することができない。

（２） 前記（ｂ）の方式の課題
保安器の構成部品であるバリスタ等の漏れ電流の有無及び程度を検出することはできる。しかし、単に漏れ電流を検出しているのみなので、経年劣化により漏れ電流が生じたのか、或いは、雷サージによる劣化により漏れ電流が生じたのか判断できない不都合があり、更に、精度上の問題も有している。

（３） 前記（ｃ）の方式の課題
雷サージ波形をＡ／Ｄコンバータでサンプリングして時間電流値積を算出しているが、雷サージ波形は急峻なインパルス的な波形であり、この波形を正確に求めることは、通常のＡ／Ｄコンバータでは極めて困難である。これは、サンプリング間隔が限られており、雷サージ波形を十分にサンプリングできないからである。これに対し、特殊な高速用Ａ／Ｄコンバータによれば、サンプリング間隔が極めて短いため、雷サージ波形を正確に求めることができるが、このような高速用Ａ／Ｄコンバータは高価であり、構造も複雑で大型である。そのため、これを保安器へ適用するとなると、コストも高くなり、実状にあわない。

本発明は、前記従来技術の課題を解決し、雷サージ等の立ち上がりの急峻な信号波形でも、比較的簡単な構成で正確に測定できる波形測定方法を提供すると共に、この波形測定方法を用いて正確に保安器の劣化状態を検出することができる保安器の劣化検出装置を提供することを目的とする。

立ち上がりの急峻な信号波形として、例えば、雷サージ波形を測定する場合、保安器を通過する雷サージ波形のエネルギ量（時間電流値積）を算出するアルゴリズムとして、ピーク値（頂点値）とパルス幅から求められる三角形を用いた方式が考えられる。しかし、この方式だと、波形の違いによる測定誤差が一定ではないため、時間電流値積を積算していった際、トータル（合計）の誤差が大きくなると考えらる。又、実際の雷サージ波形においては、例えば、振動した波形等が入力された場合、誤差が大きくなる可能性がある。

一般的に、誤差を少なくするためには、波形を高速でサンプリングして積分していく方法が考えられるが、この方法を用いるためには、単純に高速なＡ／Ｄコンバータを使用するだけではだめで、例えば、演算処理を行うマイクロコンピュータ（以下「マイコン」という。）、及びこの周辺機器を含め、高速サンプリングに対応する必要があり、構成が複雑で、コスト的に高価な物になってしまう。

そこで、本願発明者は、比較的構成が簡単で、コスト的にはそれほど高価にならず、三角形を用いた算出方法より精度よく時間信号値積（例えば、時間電流値積、時間電圧値積、電力量等）を求めるため、所謂、二重閾値追従型の時間信号値積の算出アルゴリズムを開発した。

この二重閾値追従型の時間信号値積の算出アルゴリズムは、一定の閾値差を持った比較手段を２つ使用し、波形立ち上がり時は高い方の閾値を超えた時点で、低い方の閾値を高い方の閾値より一定差だけ上げ、更に閾値を超えた場合は、又、低い方の閾値を上げるということを繰り返す。これに対して、波形立ち下がり時には逆に、低い方の閾値を超えた場合、高い方の閾値を低い方の閾値より一定差だけ下げ、更に低い方の閾値を超えた場合は同様に高い方の閾値を下げる。このように、被測定対象となる信号波形に対して常に閾値を可変、追従させながら、各閾値を超えた時間を計測することによって、精度良く時間信号値積を算出するアルゴリズムである。

この方式を使用することにより、精度が良くなるばかりでなく、常に信号波形の立ち上り、立ち下りを監視しているため、実際の波形観測において考え得る振動した波形においても対応することが可能である。

このような二重閾値追従型の時間信号値積の算出アルゴリズムを用い、本発明の波形測定方法と、保安器の劣化検出装置とは、以下のように構成している。

即ち、本発明の波形観測方法は、時間の経過に伴い急峻に変化する信号値からなる信号波形を測定する波形測定方法において、前記信号値に対応した一定の閾値差を有する第１の閾値及び第２の閾値を、前記信号値の変化に追従して遷移させ、この遷移させた前記閾値差により、前記信号波形の前記信号値をサンプリングしてサンプリング時刻値を求め、このサンプリング時刻値を累算して前記信号波形を測定している。

本発明の他の波形測定方法は、時間の経過に伴い急峻に変化する信号値からなる信号波形を測定する波形測定方法において、前記信号値に対応した一定の閾値差を有する第１の閾値及び第２の閾値を、前記信号値の変化に追従して遷移させ、この遷移させた前記第１の閾値及び前記第２の閾値を超えた前記信号値の時間を計測し、この計測した時間と前記第１の閾値及び前記第２の閾値とを乗算して時間信号値積を算出している。

本発明の保安器の劣化検出装置は、一定レベルを超える雷サージが印加された時にこの雷サージ電流を接地線に放電する保安器の劣化状態を検出する、保安器の劣化検出装置において、前記雷サージ電流を検出する検出器の検出信号を入力し、前記検出信号を全波整流した後にゲイン調整を行って検出入力信号を出力する入力手段と、前記検出入力信号に対応した一定の閾値差を有する第１の閾値及び第２の閾値の内の、該第１の閾値と前記検出入力信号との大小関係を比較して第１の比較結果を出力する第１の比較手段と、前記第２の閾値と前記検出入力信号との大小関係を比較して第２の比較結果を出力する第２の比較手段と、演算制御手段とを備えている。

前記演算制御手段は、前記第１の比較結果及び前記第２の比較結果に基づき、前記第１の閾値及び前記第２の閾値を、前記検出入力信号の変化に追従して遷移させ、この遷移させた前記第１の閾値及び前記第２の閾値を超えた前記検出入力信号の時間を計測し、この計測した時間と前記第１の閾値及び前記第２の閾値とを乗算し、この乗算値を電流値に変換して時間電流値積を算出し、この算出した時間電流値積を累算して、この累算値が許容値以下か否かにより前記保安器の劣化状態を判定するものである。

本発明の波形測定方法によれば、時間の経過に伴い急峻に変化する信号波形は、時間軸に比べて信号軸から見ると緩やかに変化するので、この緩やかな変化に追従して一定の閾値差で信号波形をサンプリングして波形を測定している。そのため、高速用Ａ／Ｄコンバータを使用しなくても、雷サージ等の急峻な信号波形を正確に検出することができる。

本発明の保安器の劣化検出装置によれば、第１、第２の比較手段、及び演算制御手段により時間電流値積の算出アルゴリズムを実行して雷サージ電流の時間電流値積を求め、保安器の劣化状態を検出しているので、高速用Ａ／Ｄコンバータを使用しなくても、急峻なインパルス的な雷サージ波形を正確に把握することができる。そのため、保安器に印加された雷サージの時間電流値積の値（即ち、エネルギ値的な量）を正確に検出することができる。しかも、時間の経過に伴い、雷サージを受けて行くこととなるが、それぞれの雷サージによって受けたエネルギ値を累積計算していき、最終的に、累算値により保安器の劣化判定を行うため、正確に保安器の劣化状態を検出することができる。

本発明の最良の実施形態では、時間の経過に伴い急峻に変化する信号値からなる雷サージ等の信号波形を測定する波形測定方法において、前記信号値に対応した一定の閾値差を有する第１の閾値及び第２の閾値を、前記信号値の変化に追従して遷移させ、この遷移させた前記第１の閾値及び前記第２の閾値を超えた前記信号値の時間を計測する。そして、その計測した時間と前記第１の閾値及び前記第２の閾値とを乗算して、時間信号値積を算出している。

（実施例１の構成）
図１は、本発明の実施例１を示す保安器の劣化検出装置の概略の構成図である。

設備機器１に接続された電源線又は通信線等の２本のケーブル２−１，２−２の間には、その設備機器１を雷サージから保護するためのアレスタ等の保安器３が接続されている。保安器３の接地線４には、これに流れる雷サージ電流を検出してこの電流値に比例した検出電圧vinを出力するトロイダルコイル等の電流検出器５が取り付けられている。電流検出器５の入／出力変換比（＝雷サージ電流値／検出電圧値）は、例えば、２０キロアンペア（ＫＡ）／２０ボルト（Ｖ）＝１０００である。この電流検出器５には、同軸線等のケーブル６を介して劣化検出装置１０が接続されている。

劣化検出装置１０は、雷サージによる保安器３の劣化状態を検出して所定の出力データDA（例えば、今回の雷サージによる時間電流値積、今までの時間電流値積の累積値、保安器３の劣化状態等）を上位装置３０へ常時出力する装置である。

劣化検出装置１０は、ケーブル６に接続された入力手段（例えば、絶対値回路１１及び増幅器１２）を有している。絶対値回路１１は、ケーブル６から送られてくる雷サージの検出電圧vinを全波整流してその絶対値を求める回路であり、この出力側にゲイン（利得）調整用の増幅器１２が接続されている。増幅器１２は、絶対値回路１１の出力電圧を増幅して検出入力信号（例えば、電圧ｖ１２）を出力する回路であり、この出力側に第１、第２の比較手段（例えば、電圧比較器である第１、第２のコンパレータ）１３−１，１３−２、及びピークホールド回路１４が接続されている。第１のコンパレータ１３−１は、この入力側に第１のディジタル／アナログ（以下「Ｄ／Ａ」という。）変換器であるＤ／Ａコンバータ１５−１が接続され、増幅器１２の出力電圧ｖ１２と、そのＤ／Ａコンバータ１５−１から出力される第１の閾値（例えば、参照電圧である第１のリファレンス電圧）ref1との大小を比較して、比較結果である比較信号com1を出力する回路である。第２のコンパレータ１３−２は、この入力側に第２のＤ／Ａコンバータ１５−２が接続され、増幅器１２の出力電圧ｖ１２と、そのＤ／Ａコンバータ１５−２から出力される第２の閾値（例えば、第２のリファレンス電圧）ref2との大小を比較して、比較結果である比較信号com2を出力する回路である。ピークホールド回路１４は、増幅器１２の出力電圧のピーク値pvを検出してこれを保持する回路である。

これらのコンパレータ１３−１，１３−２、ピークホールド回路１４、及びＤ／Ａコンバータ１５−１，１５−２には、演算機能及び制御機能等を有する演算制御部（例えば、周辺インタフェース・コントローラ・マイクロコンピュータ（Peripheral Interface Controller microcomputer）、以下「PICマイコン」という。）２０が接続されている。

PICマイコン２０は、コンパレータ１３−１から出力される比較信号com1を入力する入力ポートin1、コンパレータ１３−２から出力される比較信号com2を入力する入力ポートin2、ピークホールド回路１４から出力されるピーク値pvを入力する入力ポートin3、Ｄ／Ａコンバータ１５−１から出力されるリファレンス電圧ref1の値を変更するためのパラレルな複数ビット（例えば、８bit）のセット信号rfs1を出力する出力ポートout1、Ｄ／Ａコンバータ１５−２から出力されるリファレンス電圧ref2の値を変更するためのパラレルな複数ビット（例えば、８bit）のセット信号rfs2を出力する出力ポートout2、ピークホールド回路１４をリセットするためのリセット信号restを出力する出力ポートout3、及び出力データDAを上位装置３０へ出力するための出力ポートout4等を有している。

図２は、図１中のPICマイコン２０を示す概略の構成図である。
このPICマイコン２０は、信号伝送用のバス２０ａを有し、このバス２０ａにＣＰＵ２１、プログラムメモリ２２、データメモリ２３、不揮発性メモリ２４、タイマ２５、及び入／出力（以下「Ｉ／Ｏ」という。）ポート２６等が接続されている。ＣＰＵ２１は、プログラムの命令の解読及び他の回路部の信号の授受等、PICマイコン全体の制御を行う制御部２１ａと、算術演算や論理演算を行う演算部２１ｂと、ＣＰＵ２１内におけるデータの読み書きを行うレジスタ部２１ｃとを有している。プログラムメモリ２２は、プログラムを格納するメモリであり、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、消去可能なメモリ（EPROM）等で構成されている。データメモリ２３は、ワーキングデータ等を格納するメモリであり、随時読み書き可能なメモリ（ＲＡＭ）で構成されている。不揮発性メモリ２４は、時間電流値積の値、この累算値等といった重要なデータを格納するメモリであり、再書き込み可能なメモリ（EEPROM）、フラッシュメモリ等で構成されている。

タイマ２５は、ＣＰＵ２１により制御されて時間を計時する回路である。Ｉ／Ｏポート２６は、複数の入力ポートin1，in2，in3、複数の出力ポートout1，out2，out3，out4、及び入力ポートin3から入力されるアナログのピーク値pvをディジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ２６ａ等を有し、外部との間で信号の授受（インタフェース）を行う回路である。

（実施例１の波形測定方法）
図３〜図１３は、図１において雷サージ波形印加時の時間電流値積の算出アルゴリズムの動作シーケンスを示す波形図である。

実施例１における保安器３の劣化検出装置１０を用いた波形測定方法では、次の（１）〜（８）のような測定処理が行われる。

（１） 雷サージ波形印加時
図３は、電圧ｖ１２の波形図であり、横軸が時間（ｔ）、縦軸が電圧値（ｖ）である。

図１において、ケーブル２−１又は２−２に、雷サージ電流（例えば、数十マイクロ秒（μｓ）の間に十数キロアンペア（ＫＡ）に達する急峻な電流）が印加され、これが保安器３の設定電流値を超えると、保安器３がオン状態になり、雷サージ電流が接地線４へ放電される。これにより、設備機器１が雷サージから保護される。その後、保安器３がオフ状態になって通常状態に戻る。

接地線４に雷サージ電流が流れると、電流検出器５に誘導電流が流れ、これが検出電圧vinとして出力され、ケーブル６を介して劣化検出装置１０へ送られる。検出電圧vinは、劣化検出装置１０内の絶対値回路１１により全波整流された後、増幅器１２により増幅（電圧ｖ１２）されて後段回路に適合するようゲイン調整される。電圧ｖ１２は、図３に示すように、雷サージ電流に比例した電圧であり、数十μｓの時間（ｔ）の間に急峻に立ち上がり、ピーク値に達した後に比較的緩慢に立ち下がっていく。この電圧ｖ１２は、コンパレータ１３−１，１３−２及びピークホールド回路１４へ与えられる。

（２） 初期状態
図４は、電圧ｖ１２の初期状態を示す波形図であり、横軸が時間（ｔ）、縦軸が電圧値（ｖ）である。

増幅器１２の出力電圧ｖ１２が立ち上がる前の初期状態では、PICマイコン２０から出力されるパラレルなセット信号rfs1，rfs2により、Ｄ／Ａコンバータ１５−１，１５−２から出力されるリファレンス電圧ref1，ref2が、次のように設定されている。
ref1 = トリガレベルtl
ref2 =ref1 +bref （但し、bref；リファレンス電圧ref1とref2の差）
又、コンパレータ１３−１，１３−２から出力される比較信号com1，com2は、デフォルト（defoult、既定値）で論理“Ｈ”状態である。この状態で、電圧ｖ１２の波形が入力される（電圧ｖ１２の波形がリファレンス電圧ref1を超え、コンパレータ１３−１の出力比較信号com1が論理“Ｌ”になる）のを待つ。

（３）トリガ検出時
図５は、電圧ｖ１２のトリガ検出時を示す波形図であり、横軸が時間（ｔ）、縦軸が電圧値（ｖ）である。

電圧ｖ１２の波形が立ち上がってリファレンス電圧ref1を超えると、コンパレータ１３−１の出力比較信号com1が“Ｌ”となる。これがPICマイコン２０の入力ポートin1に入力され、ＣＰＵ２１の制御によってタイマ２５が計時動作を開始する。このタイマ開始時の時刻をＴ０とする。この状態から、電圧ｖ１２の波形がリファレンス電圧ref2を超えてコンパレータ１３−２の出力比較信号com2が“Ｌ”（波形立ち上がり）になる、若しくは、電圧ｖ１２の波形がリファレンス電圧ref1を下回ってコンパレータ１３−１の出力比較信号com1が“Ｈ”（波形立ち下がり）になるのを待つ。

（４） 波形立ち上がり時
図６〜図８は、電圧ｖ１２の波形の立ち上がり時を示す波形図である。

図６において、電圧ｖ１２の波形がリファレンス電圧ref2を超えると、コンパレータ３−２の出力比較信号com2が“Ｌ”となる。この比較信号com2は、PICマイコン２０の入力ポートin2に入力され、ＣＰＵ２１の制御により、タイマ開始からの経過時間（この時刻をＴ１）が不揮発性メモリ２４に保存される。同時に、ＣＰＵ２１の制御により、現在のリファレンス電圧ref1（図６の旧ref1）の閾値cref1が不揮発性メモリ２４に保存される。次に、PICマイコン２０の出力ポートout1から出力されるセット信号rfs1により、Ｄ／Ａコンバータ１５−１から出力されるリファレンス電圧ref1が、
ref1=ref2＋bref
にセットされ、コンパレータ１３−１の出力比較信号com1が“Ｈ”になる。

この状態から、電圧ｖ１２の波形がリファレンス電圧ref1を超えて比較信号com1が“Ｌ”（波形立ち上がり）になる、若しくは、電圧ｖ１２の波形がリファレンス電圧ref2を下回って比較信号com2が“Ｈ”（波形立ち下がり）になるのを待つ。

図７において、更に、電圧ｖ１２の波形が立ち上がり、リファレンス電圧ref1を超えると、比較信号com1が“Ｌ”となる。図６のときと同様に、タイマ開始からの経過時間（時刻Ｔ２）と、現在のリファレンス電圧ref2（図７の旧ref2）の閾値cref2とが、不揮発性メモリ２４に保存される。次に、PICマイコン２０の出力ポートout2から出力されるセット信号rfs2により、Ｄ／Ａコンバータ１５−２から出力されるリファレンス電圧ref2を
ref2=ref1＋bref
にセットすると、コンパレータ１３−２の出力比較信号com2が“Ｈ”になる。

この状態から、電圧ｖ１２の波形がリファレンス電圧ref2を超えて比較信号com2が“Ｌ”（波形立ち上がり）になる、若しは、電圧ｖ１２の波形がリファレンス電圧ref1を下回って比較信号com1が“Ｈ”（波形立ち下がり）になるのを待つ。

図８において、上記の動作を繰り返して行くと、電圧ｖ１２の波形の立ち上がり時には、各リファレンス電圧旧ref2，ref1を超えた時刻Ｔ３，Ｔ４、その時の閾値cref3，cref4を得る。

この状態から、電圧ｖ１２の波形がリファレンス電圧ref2を超えてコンパレータ１３−２の出力比較信号com2が“Ｌ”（波形立ち上がり）になる、若しくは、電圧ｖ１２の波形がリファレンス電圧ref1を下回って比較信号com1が“Ｈ”（波形立ち下がり）になるのを待つ。

（５） 波形ピーク時
図９は、電圧ｖ１２の波形のピーク時を示す波形図である。

電圧ｖ１２の波形がピークに達すると、以後この波形が立ち下がり、波形立ち下がり監視のリファレンス電圧ref1を下回って比較信号com1が“Ｈ”になる。この時の経過時間（時刻Ｔ５）と、現在のリファレンス電圧ref1の閾値cref5とが不揮発性メモリ２４に保存される。次に、PICマイコン２０の出力ポートout2から出力されるセット信号rfs2により、Ｄ／Ａコンバータ１５−２から出力されるリファレンス電圧ref2が
ref2=ref1-bref
にセットされ、コンパレータ１３−２の出力比較信号com2が“Ｌ”になる。

この状態から、電圧ｖ１２の波形がリファレンス電圧ref2を下回って比較信号com2が“Ｈ”（波形立ち下がり）になる、若しくは、電圧ｖ１２の波形がリファレンス電圧ref1を超えて比較信号com1が“Ｌ”（波形立ち上がり）になるのを待つ。

（６） 波形立ち下がり時
図１０及び図１１は、電圧ｖ１２の波形の立ち下がり時を示す波形図である。

図１０において、更に、電圧ｖ１２の波形が立ち下がり、リファレンス電圧ref2を下回ると、コンパレータ１３−２の出力比較信号com2が“Ｈ”になる。この時の経過時間（時刻Ｔ６）と、現在のリファレンス電圧ref2の閾値cref6とが、不揮発性メモリ２４に保存される。次に、PICマイコン２０から出力されるセット信号rfs1により、Ｄ／Ａコンバータ１５−１から出力されるリファレンス電圧ref1が
ref1=ref2-bref
にセットされ、コンパレータ１３−１の出力比較信号com1が“Ｌ”になる。

この状態から、電圧ｖ１２の波形がリファレンス電圧ref1を下回って比較信号com1が“Ｈ”（波形立ち下がり）になる、若しくは、電圧ｖ１２の波形がリファレンス電圧ref2を超えて比較信号com2が“Ｌ”（波形立ち上がり）になるのを待つ。

図１１において、上記の動作を繰り返して行くと、電圧ｖ１２の波形の立ち下がり時には、各リファレンス電圧旧ref1，ref2を下回った時刻Ｔ７，Ｔ８、この時の閾値cref7，cref8を得る。

この状態から、電圧ｖ１２の波形がリファレンス電圧ref1を下回って比較信号com1が“Ｈ”（波形立ち下がり）になる、若しくは、電圧ｖ１２の波形がリファレンス電圧ref2を超えて比較信号com2が“Ｌ”（波形立ち上がり）になるのを待つ。

（７） １波形取得終了時
図１２は、電圧ｖ１２の１波形取得終了時を示す波形図である。

更に電圧ｖ１２の波形が立ち下がり、波形が（リファレンス電圧ref1=トリガレベルtl時の閾値）を下回った時、１波形取得が終了となる。又、この際一定時間、リファレンス電圧ref1が“Ｈ”になっているのかをＣＰＵ２１で監視することによって、トリガレベルtlを下回ってから更に立ち上がる振動波形に対しても対応が可能である。

リファレンス電圧ref1を下回ったときの経過時間（時刻Ｔ９）と、この時のリファレンス電圧ref1の閾値（＝トリガレベルtl）とが不揮発性メモリ２４に保存される。

（８） 波形時間電流値積（面積）計算
図１３は、電圧ｖ１２における波形時間電流値積（面積）の計算方法を示す波形図である。

（１）〜（７）までの測定を終えると、計測時刻Ｔ０〜Ｔ９、各計測時刻での閾値cref1〜cref8までが得られる。又、ピークホールド回路１４により、電圧ｖ１２における波形のピーク値pvが測定され、このピーク値pvが入力ポートin3に入力され、Ａ／Ｄコンバータ２６ａでディジタル信号に変換された後、不揮発性メモリ２４に保存される。

これらの値を用い、ＣＰＵ２１内の演算部２１ｂにて電圧ｖ１２の波形の面積が、次のようにして計算される。

図１３の長方形群の総面積Ｓ１は、次式から求まる。
Ｓ１＝｛［(T1-T0)+(T9-T8)］×tl｝ + ｛［(T2-T1)+(T8-T7)］×cref1｝
+ ｛［(T3-T2)+(T7-T6)］×cref2｝ + ｛［(T4-T3)+(T6-T5)］×cref3｝
+ ［(T5-T4)×cref4］

時刻Ｔ０〜Ｔ４間、及び時刻Ｔ５〜Ｔ９間における各頂部ほぼ三角形の総面積Ｓ２は、次式から求まる。
Ｓ２＝｛［(T1-T0)×bref］÷2｝+｛［(T2-T1)×bref］÷2｝
+｛［(T3-T2)×bref］÷2｝+｛［(T4-T3)×bref］÷2｝
+｛［(T6-T5)×bref］÷2｝+｛［(T7-T6)×bref］÷2｝
+｛［(T8-T7)×bref］÷2｝+｛［(T9-T8)×bref］÷2｝
=(T9-T0＋T4-T5)×bref÷2

時刻Ｔ４〜Ｔ５間における頂部ほぼ三角形の面積Ｓ３は、次式から求まる。
Ｓ３＝［(T5-T4) ×(pv−cref4) ÷2］

次に、図１３の時刻Ｔ９〜Ｔ１０間の三角形の面積Ｓ４は、次のようにして求められる。

先ず、時刻Ｔ８〜Ｔ９間の頂部三角形の傾きは、次式のようになる。
傾き＝bref／（T9−T8)

そこで、時刻Ｔ９（＝トリガレベルtl）から電圧０Ｖになるまで、この傾きで下降すると仮定すると、電圧０Ｖ時の時刻Ｔ１０は、次式のようになる。
T10=[(T9−T8)／bref]×tl＋T9

よって、時刻Ｔ９〜Ｔ１０間における頂部ほぼ三角形の面積Ｓ４は、次式のようになる。
S4=[(T9−T8)／(bref×２）]×tl2

上記の面積Ｓ１〜Ｓ４から、電圧ｖ１２の波形の時間電流値積は、次式のようになる。
電圧v12の波形の時間電流値積
＝（S1＋S2＋S3＋S4）×（電流検出器５の電流／電圧変換比）
（例えば、電流検出器５の電流／電圧変換比＝20(KA)／20(V)＝1000）

このようにして求められた電圧ｖ１２の波形の時間電流値積は、ＣＰＵ２１の制御により、不揮発性メモリ２４内に保存される。その後、ＣＰＵ２１の制御により、出力ポートout3からリセット信号restが出力されてピークホールド回路１４がリセットされ、次回の雷サージの印加に備える。

ＣＰＵ２１の制御により、雷サージの印加毎の時間電流値積値が不揮発性メモリ２４に保存され、各時間電流値積値が累算される。この累算値が許容値以下か否か、保安器３の劣化状態が判定され、この判定結果が不揮発性メモリ２４に保存される。これらの各時間電流値積値、累算値、及び、保安器３の劣化状態判定結果等の出力データDAは、出力ポートout4から出力され、外部の上位装置３０へ送られる。

（実施例１の効果）
本実施例１では、次の（i）、（ii）のような効果がある。

（i） PICマイコン２０により時間電流値積算出アルゴリズムを実行して雷サージ電流の時間電流値積を求め、保安器３の劣化状態を検出しているので、高速用Ａ／Ｄコンバータを使用しなくても、急峻なインパルス的な雷サージ波形を正確に把握することができる。そのため、保安器３に印加された雷サージの時間電流値積値（即ち、エネルギ値的な量）を正確に検出することができる。

（ii） 時間の経過に伴い、雷サージを受けて行くこととなるが、それぞれの雷サージによって受けたエネルギ値を累積計算していき、最終的に、累算値により保安器３の劣化判定を行うため、正確に保安器３の劣化状態を検出することができる。

本発明は、上記実施例１に限定されず、種々の変形が可能である。この変形例である実施例２としては、例えば、次の（Ａ）〜（Ｃ）のようなものがある。

（Ａ） 図１のPICマイコン２０は、図２以外の他の構成の演算制御手段により構成しても良い。

（Ｂ） 図３〜図１３に示す測定処理は、一例であって、他の処理手順や処理内容に変更しても良い。例えば、図１３の波形時間電流値積（面積）の計算において、電圧ｖ１２の波形と閾値差brefとの差分により生じる誤差（即ち、面積Ｓ２及びＳ３）を、面積Ｓ１に加える補正をしているが、精度が少し低下しても構成を簡単にしたければ、その補正処理を省略しても良い。

（Ｃ） 実施例１では、波形測定方法として、二重閾値追従型の時間信号値積（例えば、時間電流値積）の算出アルゴリズムを用いて雷サージ波形を検出する例を説明したが、本発明は、電流検出器５を他の検出器に変える等して、雷サージ波形以外の立ち上がりの急峻な信号波形全てに適用できる。例えば、急峻な電圧波形を検出する場合、この電圧を電圧検出器で検出し、この検出値に基づき、二重閾値追従型の時間電圧値積の算出アルゴリズムを実行すれば良い。

本発明の実施例１を示す保安器の劣化検出装置の概略の構成図である。 図１中のPICマイコン２０を示す概略の構成図である。 図１の動作シーケンスを示す電圧ｖ１２の波形図である。 図１の動作シーケンスを示す電圧ｖ１２の初期状態の波形図である。 図１の動作シーケンスを示す電圧ｖ１２のトリガ検出時の波形図である。 図１の動作シーケンスを示す電圧ｖ１２の立ち上がり時の波形図である。 図１の動作シーケンスを示す電圧ｖ１２の立ち上がり時の波形図である。 図１の動作シーケンスを示す電圧ｖ１２の立ち上がり時の波形図である。 図１の動作シーケンスを示す電圧ｖ１２のピーク時の波形図である。 図１の動作シーケンスを示す電圧ｖ１２の立ち下がり時の波形図である。 図１の動作シーケンスを示す電圧ｖ１２の立ち下がり時の波形図である。 図１の動作シーケンスを示す電圧ｖ１２の１波形取得終了時の波形図である。 図１の電圧ｖ１２における波形時間電流値積（面積）の計算方法を示す波形図である。

符号の説明

３ 保安器
４ 接地線
５ 電流検出器
１０ 劣化検出装置
１１ 絶対値回路
１２ 増幅器
１３−１，１３−２ コンパレータ
１４ ピークホールド回路
１５−１，１５−２ Ｄ／Ａコンバータ
２０ PICマイコン
３０ 上位装置

Claims (5)

1. 時間の経過に伴い急峻に変化する信号値からなる信号波形を測定する波形測定方法において、
   前記信号値に対応した一定の閾値差を有する第１の閾値及び第２の閾値を、前記信号値の変化に追従して遷移させ、この遷移させた前記閾値差により、前記信号波形の前記信号値をサンプリングしてサンプリング時刻値を求め、このサンプリング時刻値を累算して前記信号波形を測定することを特徴とする波形測定方法。
2. 時間の経過に伴い急峻に変化する信号値からなる信号波形を測定する波形測定方法において、
   前記信号値に対応した一定の閾値差を有する第１の閾値及び第２の閾値を、前記信号値の変化に追従して遷移させ、この遷移させた前記第１の閾値及び前記第２の閾値を超えた前記信号値の時間を計測し、この計測した時間と前記第１の閾値及び前記第２の閾値とを乗算して時間信号値積を算出することを特徴とする波形測定方法。
3. 請求項２記載の波形測定方法において、
   算出した前記時間信号値積に対して、前記信号波形と前記閾値差との差分により生じる誤差を、補正することを特徴とする波形測定方法。
4. 一定レベルを超える雷サージが印加された時にこの雷サージ電流を接地線に放電する保安器の劣化状態を検出する、保安器の劣化検出装置において、
   前記雷サージ電流を検出する検出器の検出信号を入力し、前記検出信号を全波整流した後にゲイン調整を行って検出入力信号を出力する入力手段と、
   前記検出入力信号に対応した一定の閾値差を有する第１の閾値及び第２の閾値の内の、該第１の閾値と前記検出入力信号との大小関係を比較して第１の比較結果を出力する第１の比較手段と、
   前記第２の閾値と前記検出入力信号との大小関係を比較して第２の比較結果を出力する第２の比較手段と、
   前記第１の比較結果及び前記第２の比較結果に基づき、前記第１の閾値及び前記第２の閾値を、前記検出入力信号の変化に追従して遷移させ、この遷移させた前記第１の閾値及び前記第２の閾値を超えた前記検出入力信号の時間を計測し、この計測した時間と前記第１の閾値及び前記第２の閾値とを乗算し、この乗算値を電流値に変換して時間電流値積を算出し、この算出した時間電流値積を累算して、この累算値が許容値以下か否かにより前記保安器の劣化状態を判定する演算制御手段と、
   を備えたことを特徴とする保安器の劣化検出装置。
5. 請求項４記載の保安器の劣化検出装置において、
   算出した前記時間電流値積に対して、前記検出入力信号と前記閾値差との差分により生じる誤差を、補正することを特徴とする保安器の劣化検出装置。

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