JP2013172140A

JP2013172140A - 避雷器および避雷器監視システム

Info

Publication number: JP2013172140A
Application number: JP2012037276A
Authority: JP
Inventors: Hidenori Hachiya; 英紀蜂屋
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2012-02-23
Filing date: 2012-02-23
Publication date: 2013-09-02

Abstract

【課題】避雷器および雷器監視システムを提供する。
【解決手段】避雷器は、非線形抵抗体、第１電流検出部、第２電流検出部、電光変換部を備える。前記非線形抵抗体は送電線に接続された高圧側端子と、アースに配線を介して接続された低底圧側端子とを有する。前記第１電流検出部は前記配線に定常的に流れる第１の電流を測定する。前記第２電流検出部は前記配線に突発的に流れる第２の電流を測定する。前記電光変換部は前記第１電流検出部および第２電流検出部により検出される第１の電流および第２の電流を光信号に変換し光ケーブルを通じて送信する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、送電線とアース間に介挿される避雷器および避雷器監視システムに関する。

例えば送電線などの電力を送電する系統には、系統の安全性を確保する目的から避雷器が用いられている。この種の避雷器は、通常の送電状態で印加されている連続使用電圧では高い抵抗特性を示し、一定値以上の電圧に対しては電気伝導特性を示す非線形抵抗体を用いることで、雷撃等の急峻な過電圧を抑制し、系統を異常電圧から保護している。

系統の定常運転時における数ｍＡ領域の避雷器を流れる電流を監視することは、避雷器の劣化等を識別する上において重要であり、保守点検作業等において実施されているが、雷撃時の系統保護下での大電流、すなわち雷撃電流の記録に関しては、雷撃の有無程度の簡易的な記録が実施されているだけであり、記録から得られる情報が少なく、雷撃の影響の解析が進まない。

したがって経年劣化を含めた避雷器の劣化状態を把握するには、避雷器に内蔵された非線形抵抗体を実際に目で見て確認するしかなく、避雷器が設置された場所に出向くしかないのが現状であり、保守のための作業効率が悪い。

特開２００８−１２８１３９号公報

本発明が解決しようとする課題は、避雷器からより多くのデータを収集して避雷器の劣化状態を把握すると共に、保守のための作業効率を向上することができる避雷器および避雷器監視システムを提供することにある。

実施形態の避雷器は、非線形抵抗体、第１電流検出部、第２電流検出部、電光変換部を備える。前記非線形抵抗体は送電線に接続された高圧側端子と、アースに配線を介して接続された低底圧側端子とを有する。前記第１電流検出部は前記配線に定常的に流れる第１の電流を検出する。前記第２電流検出部は前記配線に突発的に流れる第２の電流を検出する。前記電光変換部は前記第１電流検出部および第２電流検出部により検出される第１の電流および第２の電流を光信号に変換し光ケーブルを通じて送信する。

実施形態の避雷器監視システムの構成を示す図である。図１の避雷器監視システムの詳細な構成を示す図である。酸化亜鉛素子の電圧−電流特性を示す図である。

以下、図面を参照して、実施形態を詳細に説明する。
図１は実施形態の避雷器監視システムの構成を示す図、図２は図１の避雷器監視システムの詳細な構成を示す図である。

図１，２に示すように、この実施形態の避雷器監視システムは、避雷器本体１０と、この避雷器本体１０に取り付けられた計装箱２０と、この計装箱２０に光ケーブル２３を含む光アイソレーションシステム２５を介して接続された遠隔監視システム３０とを備える。避雷器本体１０と計装箱２０とで避雷器が構成される。なお光ケーブル２３の長さにもよるが、遠隔監視システム３０に光アイソレーションシステム２５の一部（Ｏ／Ｅ変換器２４など）を含む場合もある。

避雷器本体１０には、非線形抵抗体としての酸化亜鉛素子１１、接地線３および変流器２１ａ、２１ｂが収納されている。
酸化亜鉛素子１１は、送電系統が定常運転するときの電圧が印加されると高い抵抗特性を示し、雷撃等の過電圧に対してのみ放電特性を示す非線形抵抗体である。そして、この素子における電流１ｍＡ時の単位厚さ当たりの電圧を動作電圧Ｖ_０と言い、適用される機器に応じてさまざまなものが開発されているが、送電用のものとしてはＶ_０＝２００Ｖ／ｍｍ前後からそれ以上の動作電圧を有するものがある。また、その特性として、正常時は、図３に示すような電圧−電流特性（曲線Ｓ0）を示すものである。

酸化亜鉛素子１１は、劣化によって漏れ電流が変化（増加）する傾向があり、劣化時には、定常運転時の低い電圧が印加されるときに、正常時とは異なる特性（曲線Ｓ1）を示す。正常時と劣化時では、漏れ電流が１ｍＡ以下、例えば０．２ｍＡ付近での変化が大きいと言え、この付近の検出値を正常時の電流値と比較することで、劣化を判定できる。

酸化亜鉛素子１１の高電圧側の端子は、送電線に接続されている。送電元の電力設備が定常運転するときには、送電線から酸化亜鉛素子１１に常に電圧が印加されており、微弱な電流（漏れ電流）が流れている。

酸化亜鉛素子１１の低電圧側の端子は、導体または接地線３などの配線を介してアース４に接続されている。
避雷器本体１０は、送電線を酸化亜鉛素子１１（非線形抵抗体）および接地線３（配線）を介してアース４へ接続するものである。

すなわち、避雷器本体１０は、定常運転時（定時時）に流れる漏れ電流、系統操作時の開閉サージ電流、そして落雷などが送電線に落ちたときの突発的な雷撃電流を、酸化亜鉛素子１１および接地線３を通じてアース４に流すようになっている。接地線３の位置には、複数の変流器２１ａ、２１ｂが設けられている。詳細に説明すると、変流器２１ａ、２１ｂは、リング状のコイルを、酸化亜鉛素子１１の低電圧部とアース４を結ぶ接地線３に接触せずに通すように設けられている。

変流器２１ａ、２１ｂは、接地線３を流れる電流を検出する電流検出部として機能する。変流器２１ａ、２１ｂは、例えばロゴスキーコイルなどであり、コアレス電流検出の原理については既知である。変流器２１ａ、２１ｂは、検出電流の値によって使い分けるように複数設けられている。

変流器２１ｂは、通常の送電の際に流れる微弱な漏れ電流（第１の電流）を検出する第１電流検出部として機能する。漏れ電流は例えば０．１ｍＡ〜数ｍＡ程度のものである。変流器２１ｂは、酸化亜鉛素子１１とアース４間の接地線３に定常的に流れる第１の電流を検出する。

変流器２１ａは、落雷発生などの際に、瞬間的に大電流が流れる雷撃電流（第２の電流）を検出するものである。雷撃電流は例えば数十ｋＡから数百ｋＡ程度のものである。変流器２１ａは、酸化亜鉛素子１１とアース４間の接地線３に突発的に流れる第２の電流を検出する。

この例では、複数の変流器２１ａ、２１ｂを用いたが、これ以外に、変流器２１ａ、２１ｂは、定常運転時の漏れ電流のような０．数ｍＡオーダーの電流から雷撃時の数十から数百ｋＡの電流を検出できるワイドレンジのものを１つ用いてもよい。また変流器２１ａ、２１ｂは、２つに限らず検出対象の電流域を細かく区分し、目的に応じて３個以上設けてもよい。

変流器２１ａ、２１ｂは、計装箱２０のＥ／Ｏ変換器２２（光アイソレーションシステム２５の一部）を介して遠隔監視システム３０に接続されている。

光アイソレーションシステム２５は、Ｅ／Ｏ変換器２２と光ファイバーケーブル２３（以下「光ケーブル２３」と称す）とＯ／Ｅ変換器２４とで構成されている。

光ケーブル２３は、Ｅ／Ｏ変換器２２とＯ／Ｅ変換器２４の両者の間を接続し、光信号を送受するケーブルである。Ｅ／Ｏ変換器２２は計装箱２０に内蔵されている。つまりＥ／Ｏ変換器２２は避雷器本体１０が据え付けられている電力系統（変電設備など）の現場に設置されている。Ｅ／Ｏ変換器２２は変流器２１ａおよび変流器２１ｂにより検出される漏れ電流および雷撃電流を光信号に変換し光ケーブル２３を通じて外部へ送信する電光変換部である。

このような光アイソレーションシステム２５が用いられる理由は、雷撃電流の電気的威力があまりに大きいため、現場と監視室を絶縁することが安全上必須だからである。

Ｏ／Ｅ変換器２４は、人間が常駐する監視室等に置かれており、ＵＳＢケーブル２６などの通信線を介して遠隔監視システム３０に接続されている。Ｏ／Ｅ変換器２４は、避雷器本体１０から受信された光信号を電気信号に変換する光電変換器である。

遠隔監視システム３０は、デジタルオシログラム３１、コンピュータ３２、３４などから構成されている。デジタルオシログラム３１にはコンピュータ３２等のデータ蓄積および通信手段が接続されている。コンピュータ３２には公衆網３３などのネットワークを通じて、遠隔地に設置されたコンピュータ３４が接続されている。

デジタルオシログラム３１およびコンピュータ３２は、Ｏ／Ｅ変換器２４により変換された電気信号から検出情報を生成する検出情報生成部として機能する。コンピュータ３４は、コンピュータ３２により生成された検出情報に含まれる漏れ電流の電流値が予め設定された閾値の範囲を超えた場合、酸化亜鉛素子１１（非線形抵抗体）の劣化を報知する手段として機能する。

この遠隔監視システム３０では、Ｏ／Ｅ変換器２４の出力がデジタルオシログラム３１に入力され、デジタルオシログラム３１にて電流波形の観測およびコンピュータ３２により記録ができるようになっている。

なお、デジタルオシログラム３１およびコンピュータ３２等の観測および記録装置は、定常運転時の漏れ電流記録用や雷撃時の大電流記録用などというように個々に複数台設置して運用してもよい。

この実施形態の避雷器監視システムの動作を説明する。
この実施形態の場合、送電線に通常の電力が供給される定常運転時には、避雷器本体１０に漏れ電流が生じる。また落雷などが発生したときには大電流が避雷器本体１０の接地線３を流れ、それぞれの変流器２１ａ、２１ｂにより電流が検出される。

変流器２１ａ、２１ｂの出力は、光アイソレーションシステム２５のＥ／Ｏ変換器２２に入力されて光信号に変換され、光ケーブル２３を伝ってＯ／Ｅ変換器２４に入り、これによって元の電気信号に戻され、ＵＳＢケーブル２６を介して遠隔監視システム３０へ送信される。

遠隔監視システム３０では、Ｅ／Ｏ変換器２２からＵＳＢケーブル２６を通じて、変流器２１ａ、２１ｂにより検出された各電流値と検出時刻とを含む電気信号がデジタルオシログラム３１に入力され、それぞれの電流波形が観測される。

デジタルオシログラム３１で観測された電流波形は、コンピュータ３２へ送られ、コンピュータ３２のハードディスク装置に、各時刻毎の検出情報（検出時刻と電流値のペア）として随時蓄積される。

そして、遠隔地に設置されたコンピュータ３４に接続されており、遠隔地にいる人間がコンピュータ３４により受信された記録情報をモニタなどの表示装置に表示し保守員が閲覧して数値の変化を判定する。

またコンピュータ３４において記録情報をグラフ化して表示してもよい。さらにコンピュータ３４において、記録情報の落雷発生日時の前後で検出された漏れ電流の電流値と予め設定された漏れ電流の閾値とを比較して検出された漏れ電流の値が閾値を超えた場合に劣化として報知してもよい。

これにより、現場から離れたところにいる保守員が避雷器本体１０の劣化状況を把握することができ、正しい遠隔診断を実施することができる。

このようにこの実施形態によれば、雷撃等による過電圧が電力系統に発生した際に避雷器本体１０に流れる大電流の値と定常運転時の漏れ電流の値とを常に検出してデジタルオシログラム３１で高精度の検出データにしてコンピュータ３２に蓄積し、その蓄積した検出データをＬＡＮや公衆網などのネットワークを通じて遠隔地に設置したコンピュータ３４へ送って解析するようにしたので、避雷器本体１０から、より多くのデータを収集して、保守員が遠隔地にいながらにして避雷器本体１０の劣化状態を把握すると共に、避雷器本体１０の保守が必要になったときに出向くようにすることで、保守のための作業効率を向上することができる。

さらには、今後の電力系統設計への貢献ならびに電力の安定供給に寄与することができる。

本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

また上記実施形態に示した各構成要素のうち、計算または処理に関する要素をコンピュータのハードディスク装置などのストレージにインストールしたプログラムで実現してもよく、また上記プログラムを、コンピュータ読取可能な電子媒体：electronic mediaに記憶しておき、プログラムを電子媒体からコンピュータに読み取らせることで本発明の機能をコンピュータが実現するようにしてもよい。電子媒体としては、例えばＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体やフラッシュメモリ、リムーバブルメディア：Removable media等が含まれる。さらに、ネットワークを介して接続した異なるコンピュータに構成要素を分散して記憶し、各構成要素を機能させたコンピュータ間で通信することで実現してもよい。

１０…避雷器本体、１１…酸化亜鉛素子、３…接地線、４…アース、２１ａ，２１ｂ…変流器、２０…計装箱、２２…Ｅ／Ｏ変換器、２３…光ファイバーケーブル（光ケーブル）、２４…Ｏ／Ｅ変換器、２５…光アイソレーションシステム、３１…デジタルオシログラム。

Claims

送電線に接続された高圧側端子と、アースに配線を介して接続された低底圧側端子とを有する非線形抵抗体と、
前記配線に定常的に流れる第１の電流を検出する第１電流検出部と、
前記配線に突発的に生じる第２の電流を検出する第２電流検出部と、
前記第１電流検出部および第２電流検出部により検出される第１の電流および第２の電流を光信号に変換し光ケーブルを通じて外部へ送信する電光変換部と
を具備する避雷器。
前記第１の電流が定常的な送電による漏れ電流であり、前記第２の電流が系統操作時の開閉サージ電流または落雷による雷撃電流である請求項１記載の避雷器。
前記第１の電流は１ｍＡ以下の電流である請求項１記載の避雷器。
前記第２の電流は１０ｋＡ以上の電流である請求項１記載の避雷器。
を具備する請求項１記載の避雷器。
送電線を非線形抵抗体および配線を介してアースへ接地する避雷器とこの避雷器を監視する監視システムとを有する避雷器監視システムにおいて、
前記避雷器は、
避雷器監視システム前記非線形抵抗体と前記アース間の前記配線に定常的に流れる第１の電流を検出する第１電流検出部と、
前記配線に雷撃時に流れる第２の電流を検出する第２電流検出部と、
前記第１電流検出部および第２電流検出部により検出される第１の電流および第２の電流の電流値と検出時刻とを対応付けた検出情報を光信号に変換し光ケーブルを通じて外部へ送信する電光変換部とを備え、
前記監視システムは、
前記避雷器から受信された光信号を電気信号に変換する光電変換器と、
前記光電変換器により変換された電気信号から前記検出情報を生成する検出情報生成部と
を具備する避雷器監視システム。
前記検出情報生成部により生成された前記検出情報に含まれる第２の電流の電流値が予め設定された閾値の範囲を超えた場合、前記非線形抵抗体の劣化を報知する手段を具備する請求項５記載の避雷器監視システム。