JP2011058957A - 避雷器の劣化検出方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】酸化亜鉛形の避雷器の劣化状況を、活線状態でも停止線状態でも正確に検出することができるうえ、作業性や経済性にも優れた避雷器の劣化検出方法及び装置を提供する。
【解決手段】高周波電源８と、この高周波電源８と測定用抵抗１３を介して接続され、避雷器３の端子に当接される一対の検出端子１２と、これらの検出端子１２を避雷器３の端子に当接したときの測定用抵抗１３の端子間電圧を取り出す電圧検出回路と、この電圧を基準値と比較して良否の判定を行う判定回路とからなる避雷器の劣化検出装置である。高周波電源８により電力線の運転周波数よりも十分に高い周波数の電圧を発生させて避雷器３に印加し、酸化亜鉛素子の劣化に伴う電気物性の変化を容量性電流を含めた電流の変化として検出し、良否の判定を行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、碍子装置に取り付けて用いられている酸化亜鉛形の避雷器の劣化状態を正確かつ簡便に検出することができる避雷器の劣化検出方法及び装置に関するものである。

送電線などの電力線を絶縁支持する碍子装置を落雷から保護するとともに、落雷時の続流による送電線などの溶断を防止するために、碍子装置には酸化亜鉛形の避雷器が取り付けられている。周知のように、酸化亜鉛形の避雷器は非直線の電圧−電流特性を持つ酸化亜鉛素子（避雷要素）を多数直列に接続し、避雷要素部の外周を絶縁物製容器に収納し、ゴムや樹脂等で絶縁被覆したものである。

このような酸化亜鉛形の避雷器は通常は碍子装置の接地側に取り付けられ、その先端の放電用電極が気中ギャップＧを介して課電側の放電用電極と対向配置されている。この気中ギャップＧにより、酸化亜鉛形の避雷器は電力線から常時切り離された状態にあり、常時は運転電圧がこの避雷器に直接印加されることはない。

しかし落雷時に高い雷サージ電圧を受けると酸化亜鉛素子の抵抗値が小さくなって導体となり、気中ギャップ間で放電を生じさせて雷サージ電流を接地側に逃がし、碍子装置を保護することができる。

上記のように酸化亜鉛形の避雷器は電力線から常時切り離された状態で碍子装置に取り付けられているので、常時課電に起因する酸化亜鉛素子や樹脂製外被の劣化はなく、主たる劣化モードは過大な雷サージ動作責務による酸化亜鉛素子の部分的な損傷である。このため外観により避雷器の劣化状況を判別することはできない。

そこで特許文献１に示されるように、避雷器の端子に一対の検出端子を当接し、その絶縁抵抗を測定して避雷器の劣化状況を判断する避雷器の劣化検出器が開発されている。しかしこの方法では避雷器の外被表面の湿潤や汚損による沿面絶縁抵抗の低下も検出してしまい、避雷器自体の劣化のみを区別して検出することができないため、実用には至っていない。

また特許文献２に示されるように、避雷器と並列接続された電圧発生器と、この電圧発生器と並列接続された対地インピーダンスと、この対地インピーダンスに直列接続されたコンデンサとを備え、電圧発生器が印加した電圧により避雷器に流れる電流をＣＴで検出して避雷器の故障を監視する装置も提案されている。

しかしこの装置は避雷器に常時併設して故障を監視する装置であり、避雷器にＣＴなどの電流センサーを組み込まねばならない。このような方式では、個々に避雷器内部に電流センサーなどの本来避雷器の機能には必要としない機材を内蔵させるため、信頼性および経済的理由によりやはり実用には至っていない。

特許第２９４２０３０号公報 特許第２９４３４６５号公報

従って本発明の目的は上記した従来の問題点を解決し、碍子装置に取り付けられている酸化亜鉛形の避雷器の劣化状況を、活線状態でも停止線状態でも正確に検出することができるうえ、作業性および経済性にも優れた避雷器の劣化検出方法及び装置を提供することである。

上記の課題を解決するためになされた本発明の避雷器の劣化検出方法は、電力線から常時切り離された状態で碍子装置に取り付けられている酸化亜鉛形の避雷器に対して、電力線の運転周波数よりも十分に高い周波数の電圧を印加し、内部の酸化亜鉛素子の劣化に伴う静電容量を含めた電気的特性の変化を、避雷器に流れる容量性電流を含めた電流の変化として検出し、良否の判定を行うことを特徴とするものである。なお請求項２のように、避雷器に印加する電圧の周波数を、運転周波数の１００倍以上とすることが好ましい。

また上記の課題を解決するためになされた本発明の避雷器の劣化検出装置は、電力線から常時切り離された状態で碍子装置に取り付けられている酸化亜鉛形の避雷器の劣化検出装置であって、高周波電源と、この高周波電源と測定用抵抗を介して接続され、避雷器の端子に当接される一対の検出端子と、これらの検出端子を避雷器の端子に当接したときの測定用抵抗の端子間電圧の波高値、平均値あるいは波形などの情報量を取り出す電圧検出部と、これと正常品について予め記憶または設定した基準値と比較して良否の判定を行う判定部とからなることを特徴とするものである。

なお請求項４のように、検出装置を小型化するために高周波電源が、電池と、発振回路と、高周波トランスとからなるものであることが好ましい。また請求項５のように、点検作業の安全性と検出信号に十分なSN比を両立する観点から、高周波電源の電圧が避雷器の動作開始電圧または1mAにおけるバリスタ電圧よりも十分（１桁以下）低く、かつ、高周波電源からの電流供給能力が０．１〜１０ｍＡの範囲となるように設定されていることが好ましい。また請求項６のように、一対の接触端子の間に、高周波電源を含む検出装置のサージ保護のために、サージアブソーバを設けることが好ましい。さらに請求項７のように、電圧検出回路が、高周波電源からの電流だけで信号成分を検出できるバンドパスフィルターを備えたものであることが好ましい。

本発明によれば、酸化亜鉛形の避雷器に対して電力線の運転周波数よりも十分に高い周波数の電圧を印加し、酸化亜鉛素子の劣化に伴う静電容量と抵抗値の変化を、避雷器に流れる容量性電流を含めた電流の変化として検出して良否の判定を行う。避雷器に印加する電圧の周波数を、運転周波数の１００倍以上高くすることにより、静電容量による酸化亜鉛素子のインピーダンスを見掛け上小さくすることができる。

これにより、外被表面の湿潤や汚損による沿面漏れ抵抗の影響を無視することが可能となり、避雷要素部を構成する酸化亜鉛素子そのものの劣化状況を正確に検出することができる。また１００〜１０００Ｖ程度の比較的低い電源電圧でも検出に十分な負荷電流（数ｍＡ程度）を供給することができ、装置全体を小型化することができる。またこの電源電圧領域における避雷器に流れる電流成分は、容量性電流が支配的となり、実質的に抵抗性電流は無視できる。さらに、運転周波数よりも十分に高い周波数で容量性電流を検出するため、電力線からの商用周波数の誘導電流や誘導電圧ノイズを容易に除去することができ、活線状態においても信頼性の高い検出が可能である。

このように本発明では劣化検出装置を小型化することができ、しかも特許文献２のように避雷器自体に電流センサーなどの本来必要としない機材を内蔵することがない。

避雷器の一例を示す説明図である。 本発明の実施形態を示す回路構成図である。

以下に本発明の好ましい実施形態を示すが、先ず図１を参照しつつ碍子装置への避雷器の取付け状態を説明する。

図１は、懸垂碍子連１の接地側（鉄塔側）金具２に酸化亜鉛形の避雷器３を取付けた様子を示す図面である。避雷器３は前記のとおり、非直線の電圧−電流特性を持つ酸化亜鉛素子（避雷要素）を多数直列に接続し、避雷要素部の外周を樹脂製外被４により絶縁被覆したものである。避雷器３の先端には放電用電極５が設けられ、懸垂碍子連１の課電側の放電用電極６との間に所定の放電ギャップＧが形成されている。この放電ギャップＧにより、避雷器３は電力線から電気的に常時切り離された状態で、碍子装置に取り付けられていることとなる。

図２はこのような避雷器３の劣化検出に用いられる劣化検出装置の実施形態を示す回路図であり、この図では避雷器３は避雷要素部の等価抵抗Ｒと等価静電容量Ｃｓとで表現されている。等価抵抗Ｒは通常は１０００MΩ以上であり、等価静電容量Ｃｓは１０〜１００ｐＦである。なおＥは線路の常規対地電圧である。また７は電力線である。

本発明の劣化検出装置は、高周波電源８を備えている。この高周波電源８は、電池９と、発振回路１０と、高周波トランス１１とからなる。電池９はこの実施形態では１２Ｖの小型電池であるが、これに限定されるものではない。発振回路１０は高周波を生成する回路であり、高周波トランス１１は生成された高周波を昇圧する装置である。ただし昇圧電圧は避雷器３の動作開始電圧である数十ｋＶよりも十分に低い数十〜数ｋＶ程度、すなわち、避雷器の動作開始電圧または1mAにおけるバリスタ電圧よりも十分（１桁以下）低くし、避雷器３が高抵抗体とみなせる領域において測定できるようにしておく。周波数は電力線の運転周波数よりも十分に高くしておく。電力線の運転周波数は５０Ｈｚまたは６０Ｈｚであり、その１００倍以上の周波数、例えば５ｋＨｚ〜数１００ｋＨｚの高周波を高周波電源８により発生させる。

１２は避雷器３の設置側端子及び先端の放電用電極５に当接される一対の検出端子である。高周波電源８と検出端子１２とは測定用抵抗１３を介して接続されている。この実施形態ではＲ２が測定用抵抗１３であるが、これと直列にＲ１の保護抵抗１４が接続されている。高周波電源８が発生する数百Ｖの電圧領域においては、避雷器３は１０００MΩ以上の抵抗を持つ絶縁物であるから、避雷要素部のインピーダンスは静電容量分（１／２πｆＣｓ）で表わすことができる。ここでｆは周波数、Ｃｓは避雷要素部の等価静電容量である。なお保護抵抗１４は検出端子１２、１２間を誤って短絡させたときに検出回路に過大な電流が流れないようにするためのもので、避雷要素部のインピーダンス（１／２πｆＣｓ）と同程度かやや低く設定しておく。

図２のように検出端子１２、１２を避雷器３の両端に接触させると、上記のインピーダンスに応じた容量性電流を含む電流が流れ、その電流値を測定用抵抗１３の端子間電圧により検出する。本発明では高周波電源８からの電流供給能力が０．１〜１０ｍＡの範囲とすることにより、点検作業の安全性と検出信号に十分なSN比を両立可能となる。

１６はバイパス用インピーダンスであり、活線状態で使用したときに系統電圧によって避雷器３の端子間に誘起される電圧を抑制させるためのものである。停止線状態での測定を行う場合にはバイパス用インピーダンス１６は不要であるから、取り外すかスイッチを直列に設けてオフとしておけばよい。

測定用抵抗１３の端子間電圧は、電圧検出部を構成するバンドパスフィルター１７により系統電圧の誘導分を取り除き、高周波電源８の電源周波数成分のみを取り出し、整流回路１８により直流信号電圧に変換する。なお、バンドパスフィルター１７は高周波電源８の発振周波数を中心周波数とするものとする。その電圧を信号処理部１９から入力される予め記憶または設定した正常品についての基準値と比較する。もし避雷器３の避雷要素部が劣化し健全状態よりも静電容量が大きくなると、インピーダンス（１／２πｆＣｓ）が小さくなるので容量性電流を含む電流が増加する。その結果、直流信号電圧が高くなるので判定回路を構成する比較器２０が劣化と判定し、ＬＥＤ等の表示手段２１により作業者に知らせることができるようにしておく。なお、波形データを取り込む場合には整流回路をバイパスできる構成としておき、上記と同様に予めメモリに記憶または設定した正常品についての基準波形と比較、判定、表示させる。

以上に説明したように、本発明では避雷器の運転電圧の周波数（５０Ｈｚ/６０Ｈｚ）よりも十分に高い周波数（例えば３０ｋＨｚ）の電圧を印加して劣化検出を行うので、１０〜１００ｐＦの静電容量を持つ避雷要素部に対し、数百Ｖ程度の比較的低い電圧でも十分な負荷電流（数ｍＡ）を供給することができる。このため高周波電源８に必要な出力は数Ｗ程度で済むこととなり、汎用の小型蓄電池で駆動できるコンパクトな電源を実現できる。従って劣化検出装置を小型化して独立電源で動作させ、活線工具の先端に取り付けて点検作業を行うことができ、鉄塔上での使用に便利なものとすることができる。

また上記の条件で劣化検出を行う場合には、避雷要素部のインピーダンスを数百Ωとみなすことができるので、避雷器３の樹脂製外被４の汚損や湿潤による沿面絶縁抵抗の低下（通常、数十ＭΩ〜数百ＭΩ）に較べて十分に小さく、汚損や湿潤による影響を無視することが可能となり、正確な劣化検出ができる。

なお本発明による劣化検出は活線状態においても、停止線状態においても正確に行うことができる。

１ 懸垂碍子連
２ 接地側金具
３ 避雷器
４ 樹脂製外被
５ 放電用電極
６ 放電用電極
７ 電力線
８ 高周波電源
９ 電池
１０ 発振回路
１１ 高周波トランス
１２ 検出端子
１３ 測定用抵抗
１４ 保護抵抗
１５ サージアブソーバ
１６ バイパス用インピーダンス
１７ バンドパスフィルター
１８ 整流回路
１９ 信号処理部
２０ 比較器
２１ 表示手段

Claims (7)

1. 電力線から常時切り離された状態で碍子装置に取り付けられている酸化亜鉛形の避雷器に対して、電力線の運転周波数よりも十分に高い周波数の電圧を印加し、内部の酸化亜鉛素子の劣化に伴う静電容量を含めた電気的特性の変化を、避雷器に流れる容量性電流を含めた電流の変化として検出し、良否の判定を行うことを特徴とする避雷器の劣化検出方法。
2. 避雷器に印加する電圧の周波数を、運転周波数の１００倍以上とすることを特徴とする請求項１記載の避雷器の劣化検出方法。
3. 電力線から常時切り離された状態で碍子装置に取り付けられている酸化亜鉛形の避雷器の劣化検出装置であって、高周波電源と、この高周波電源と測定用抵抗を介して接続され、避雷器の端子に当接される一対の検出端子と、これらの検出端子を避雷器の端子に当接したときの測定用抵抗の端子間電圧の波高値、平均値あるいは波形などの情報量を取り出す電圧検出部と、この電圧を予め記憶または設定した正常品についての基準値と比較して良否の判定を行う判定部とからなることを特徴とする避雷器の劣化検出装置。
4. 高周波電源が、電池と、発振回路と、高周波トランスとからなるものであることを特徴とする請求項３記載の避雷器の劣化検出装置。
5. 高周波電源の電圧が、避雷器の動作開始電圧または1mAにおけるバリスタ電圧よりも十分（１桁以下）低く、かつ、高周波電源からの電流供給能力が０．１〜１０ｍＡの範囲となるように設定されていることを特徴とする請求項３記載の避雷器の劣化検出装置。
6. 一対の接触端子の間に、サージアブソーバを設けたことを特徴とする請求項３記載の避雷器の劣化検出装置。
7. 電圧検出部が、高周波電源の発振周波数を中心周波数とするバンドパスフィルターを備えたものであることを特徴とする請求項３記載の避雷器の劣化検出装置。

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