JP2021110545A - 放電検出装置および放電検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コストダウンを図る。【解決手段】本発明の一態様は、所定の指向性を有して所定の周波数帯域の電磁波を受信して電気信号に変換して出力する受信部と、前記受信部の位置情報を取得して出力する測位部と、前記受信部の現在の向きを特定する情報を取得して出力する取得部と、記録部と、前記受信部、前記測位部および前記取得部の各出力に基づく各情報を互いに対応づけて前記記録部に記録する処理部とを備える放電検出装置である。【選択図】図１

Description

本発明は、放電検出装置および放電検出方法に関する。

がいし（碍子）表面の汚損は、送受電設備、配電設備の不具合を引き起こす一つの要因である。近年発生した鉄道の送電トラブルは、台風の強風が海水を巻き上げるとともに、その海水が、がいし表面に付着したことに起因する。また、鉄道電力設備に関しては、トンネル内の漏水に起因した汚損による送電トラブルも発生している。いずれの場合も共通した項目として、「がいし表面が汚損し、水分を含んだ状態であること」「送電中であること」が挙げられる。

がいし表面に水分を含んだ汚損物質が付着した状況下において送電がなされている場合、加圧側（電位の高い側）から大地側（電位の低い側）に、がいし表面の汚損物質を経路とした微小な電流が流れる。微小電流によってがいしの表面では、水分の蒸発による電流の断やその逆の現象が多数回発生する。このとき、がいし表面からコロナ放電や電気ノイズが発生する。

このコロナ放電を検出する放電検出装置として、特許文献１に記載されている装置がある。同装置は、昼間に、コロナ放電の発生箇所を可視化することのできる点において優れている。一方でその価格が高いことが課題となっている。その要因の一つとして、同装置のコロナ検出部にイメージインテシファイアが用いられていることがある。

欧州特許第１１１２４５９号明細書

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、コストダウンを図ることができる放電検出装置および放電検出方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一態様は、所定の指向性を有して所定の周波数帯域の電磁波を受信して電気信号に変換して出力する受信部と、前記受信部の位置情報を取得して出力する測位部と、前記受信部の現在の向きを特定する情報を取得して出力する取得部と、記録部と、前記受信部、前記測位部および前記取得部の各出力に基づく各情報を互いに対応づけて前記記録部に記録する処理部とを備える放電検出装置である。

また、本発明の一態様は、上記放電検出装置であって、前記受信部が、紫外線検出部と前記紫外線検出部の受光方向に前記所定の指向性を持たせる光学系とを有し、前記紫外線検出部の出力信号を前記電気信号として出力する。

また、本発明の一態様は、上記放電検出装置であって、前記受信部が、前記所定の指向性を有するアンテナを有し、前記アンテナの出力信号を前記電気信号として出力する。

また、本発明の一態様は、上記放電検出装置であって、前記受信部が、紫外線検出部と前記紫外線検出部の受光方向に前記所定の指向性を持たせる光学系と、前記所定の指向性を有するアンテナとを有し、前記紫外線検出部の出力信号と前記アンテナの出力信号を前記電気信号として出力する。

また、本発明の一態様は、上記放電検出装置であって、表示部をさらに備え、前記取得部が、前記受信部の前記現在の向きを撮影して撮像信号を出力する撮像部であり、前記表示部が、前記撮像信号に基づく画像を表示する。

また、本発明の一態様は、上記放電検出装置であって、前記取得部が、前記受信部の前記現在の向きを検知して検知結果を出力する方向検知部である。

また、本発明の一態様は、上記放電検出装置であって、前記処理部が、がいしの設置位置を示す設備情報を参照し、前記受信部、前記測位部および前記取得部の各出力に基づいて、放電が発生しているがいしを特定して特定結果を示す情報を前記記録部に記録する。

また、本発明の一態様は、所定の指向性を有して所定の周波数帯域の電磁波を受信して電気信号に変換して出力する受信部と、前記受信部の位置情報を取得して出力する測位部と、前記受信部の現在の向きを特定する情報を取得して出力する取得部と、記録部とを用いて、処理部によって、前記受信部、前記測位部および前記取得部の各出力に基づく各情報を互いに対応づけて前記記録部に記録する。

本発明の各態様によれば、容易にコストダウンを図ることができる。

本発明に係る放電検出装置の実施形態の基本的構成例を示すブロック図である。 図１に示す放電検出装置１の使用例を示す模式図である。 本発明の第１実施形態の構成例を示すブロック図である。 本発明の第２実施形態の構成例を示すブロック図である。 本発明の第３実施形態の構成例を示すブロック図である。 本発明の第４実施形態の構成例を示すブロック図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、各図において、同一または対応する構成には、同一の符号を付けて説明を適宜省略する。

〈実施形態の基本的構成例〉
図１は、本発明に係る放電検出装置の実施形態の基本的構成例を示すブロック図である。図１に示す放電検出装置１は、コロナ放電等の放電（以下、代表してコロナ放電をあげる）を検出する装置であり、受信部２と、測位部３と、取得部４と、処理部５と、記録部６と、表示部７を備える。なお、放電検出装置１は、図示していないバッテリを備え、そのバッテリを電源として各部を動作させることで、可搬型の装置として用いることができる。

なお、コロナ放電は、気体放電の一種であり、部分放電等とも呼ばれ、導体間に不均一な電界が生じることで空気の絶縁が破壊されて発生する静かな放電現象である。コロナ放電の発生に伴い、電磁波、超音波等が生じることが知られている。

受信部２は、所定の指向性を有して、コロナ放電の発生に伴って生じる所定の周波数帯域の電磁波を受信して電気信号に変換して出力する。受信部２は、所定の周波数帯域の電磁波として、紫外線を受信して電気信号に変換して出力したり、電波を受信して電気信号に変換して出力したりする。ここで、紫外線は周波数が３×１０^１５〜３×１０^１６Ｈｚの電磁波であり、電波は周波数が３×１０^３〜３×１０^１２Ｈｚの電磁波である。なお、所定の指向性は、任意に設定することができる。なお、受信部２は、測定精度向上として、複数の周波数帯域の電磁波（例えば紫外線と電波の両方）を受信して、受信した帯域毎に電磁波を電気信号に変換して出力するものであってもよい。

なお、受信部２は、紫外線を受信する場合、太陽光にあまり含まれていない周波数帯域の紫外線を受信するような検出周波数特性を有することが望ましい。この場合、受信部２は、昼間であっても、太陽光の影響を大きく受けることなく、コロナ放電から発せられた紫外線を受信することができる。

測位部３は、受信部２の位置情報を取得して出力する。測位部３は、例えばＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）等の衛星測位システムの受信装置を有し、人工衛星から発射される信号を用いて位置を測定する。あるいは、測位部３は、例えば移動体通信や近距離通信の１または複数の基地局から送信された信号を用いて位置を測定する。

取得部４は、受信部２の現在の向きを特定する情報を取得して出力する。受信部２の現在の向きを特定する情報とは、受信部２に対して予め定めた向き（例えば受信部２の正面方向等）がどの方向を向いているのかということを特定する情報である。すなわち、取得部４は、例えば、ジャイロセンサ、加速度センサ、地磁気センサ等を用いて受信部２の向きを検知し、受信部２の現在の向きを特定する情報として例えば方位角と仰角を表す情報を取得して出力する。あるいは、取得部４は、例えば、受信部２の向きに合わせて撮影方向が設定されているカメラを用いて画像を撮影することで、受信部２の現在の向きを特定する情報として、受信部２に対して予め定めた向きに存在する空間を撮影した画像を取得して出力する。

処理部５は、受信部２、測位部３および取得部４の各出力に基づく各情報を互いに対応づけて記録部６に記録する。処理部５は、受信部２、測位部３および取得部４が出力したアナログあるいはデジタルの信号を入力するインターフェースを備え、受信部２、測位部３および取得部４の各出力を入力する。そして、処理部５は、例えば、図示していない操作部に対する操作者の所定の操作に応じて、受信部２が受信した電磁波の強さ等を表す情報、測位部３が測定した位置情報、取得部４が取得した受信部２の向きを特定する情報等を、時刻情報等とともに記録部６に記録する。あるいは、処理部５は、例えば、受信部２が受信した電磁波の強さが所定のしきい値を超えた場合に、受信部２が受信した電磁波の強さ等を表す情報、測位部３が測定した位置情報、取得部４が取得した受信部２の向きを特定する情報を、時刻情報等とともに記録部６に記録する。

また、処理部５は、がいしの設置位置を示す設備情報を参照し、受信部２、測位部３および取得部４の各出力に基づいて、放電が発生しているがいしを特定して特定結果を示す情報（がいしの識別情報やがいしが設置されている電柱等の識別情報等）を記録部６に記録してもよい。がいしの設置位置を示す設備情報は、例えば、記録部６に記録されていてもよいし、例えばモバイル通信の通信回線等を介して外部のサーバ等から取得するものであってもよい。また、処理部５は、受信部２、測位部３および取得部４の各出力に基づく各情報を、例えばモバイル通信の通信回線等を介して外部のサーバ等に記録してもよい。

記憶部６は、受信部２、測位部３および取得部４の各出力に基づく各情報を互いに対応づけて記録したり、がいしの設置位置を示す設備情報を記録したり、放電が発生しているがいしを特定した特定結果を示す情報を記録したりする。

表示部７は、受信部２の受信状態を表示したり、特定したがいしの識別情報を表示したり、取得部４が受信部２の現在の向きを撮影して撮像信号を出力する撮像部である場合にその撮像信号に基づく画像を表示したりする。

以上の構成によって、放電検出装置１は、例えば、がいし等の放電が発生している部位の位置や画像、識別情報を記憶部６に記録することができる。図２に放電検出装置１の使用例を示した。図２は、図１に示す放電検出装置１の使用例を示す模式図である。図２は、架線１００が備えるがいし１０３にコロナ放電が発生しているか否かを操作者１０が放電検出装置１を用いて検査している様子を模式的に示す。なお、図２に示す例では、がいし１０３が、線路１０１の近傍に設置された電柱１０２に所定の金具を介して設置されている。また、がいし１０３にはちょう架線１０４が取り付けられていて、ちょう架線１０４にはハンガ１０５を介してトロリ線１０６が取り付けられている。

操作者１０が放電検出装置１の向き（受信方向）Ｄ１をがいし１０３に向けることで、放電検出装置１は、がいし１０３方向から飛来する電磁波を受信し、例えば、所定の周波数帯域の電磁波の強度が所定のしきい値を超えている場合に、当該がいし１０３でコロナ放電が発生していると判断し、受信部２、測位部３および取得部４の各出力に基づく各情報を互いに対応づけて記録部６に記録する。

以上のように、本実施形態によれば、イメージインテシファイアを用いることなくコロナ放電の発生箇所を特定することができるので、放電検出装置のコストダウンを容易に図ることができる。

〈第１実施形態〉
次に、図３を参照して、本発明に係る放電検出装置１の第１実施形態（放電検出装置１ａとする）について説明する。なお、図３に示す放電検出装置１ａは、図１に示す放電検出装置１と基本的な構成が同一であり、一部の構成の詳細が異なる。以下、構成の詳細が異なる点について説明する。

図３に示す放電検出装置１ａは、受信部２として、紫外線検出部２１と、増幅回路２２と、出力変換部２３を備える。紫外線検出部２１は、紫外線を検出するセンサとその受光方向に所定の指向性を持たせる光学系とを有する。ここで、光学系は、例えば、レンズ、反射鏡等を含む。紫外線検出部２１は、受光した紫外線の強度に応じた電気信号（光電流）を出力する。増幅回路２２は、紫外線検出部２１が出力した電気信号を所定の増幅率で増幅して紫外線の強度を電圧値で示す信号として出力する。出力変換部２３は、増幅回路２２の出力信号を、電圧−電流変換し、紫外線の強度を電流値で示す信号として出力する。なお、出力変換部２３は、ノイズ対策として必要に応じて使用される。
感度波長範囲は185 nm〜260 nmと、紫外域のみに感度を有している。

一方、取得部４は、カメラ４１を備える。カメラ４１は、例えば、受信部２の指向性に対応する画角を有し、可視光画像あるいは赤外線画像を撮影する撮像部である。あるいは、可視光画像と赤外線画像の両方を撮影可能な撮像部とし、例えば昼間と夜間で撮像する画像の種類を変更できるようにしてもよい。カメラ４１は、例えば、撮像した動画像を表す画像信号を周期的に出力する。

第１実施形態では、コロナ放電が紫外線領域の光の強度が強いことを利用して、前記紫外線検出部２１として、例えば、金属の光電効果とガス増倍効果を利用して紫外線を検出するＵＶトロンが採用される。
なお、第１実施形態のＵＶトロンに代えて、紫外線のみを透過するフィルタが付帯したフォトダイオードを用いてコロナ放電を検出することも可能である。フォトダイオードは、イメージインテンシティファイアに比べて、安価であることに加えて、振動にも強い点が挙げられ、広範な実施方法が実現可能である。

〈第２実施形態〉
次に、図４を参照して、本発明に係る放電検出装置１の第２実施形態（放電検出装置１ｂとする）について説明する。なお、図４に示す放電検出装置１ｂは、図１に示す放電検出装置１と基本的な構成が同一であり、一部の構成の詳細が異なる。また、受信部２の構成は第１実施形態と同一である。以下、構成が異なる点について説明する。

図４に示す放電検出装置１ｂは、取得部４として、方向検知部４２を備える。方向検知部４２は、例えば、ジャイロセンサ、加速度センサ、地磁気センサ等を備え、受信部２の向きを検知し、受信部２の現在の向きを特定する情報として例えば方位角と仰角を表す情報を取得して出力する。

〈第３実施形態〉
次に、図５を参照して、本発明に係る放電検出装置１の第３実施形態（放電検出装置１ｃとする）について説明する。なお、図５に示す放電検出装置１ｃは、図１に示す放電検出装置１と基本的な構成が同一であり、一部の構成の詳細が異なる。以下、構成の詳細が異なる点について説明する。

図５に示す放電検出装置１ｃは、受信部２として、アンテナ２４と、増幅回路２５と、出力変換部２６を備える。アンテナ２４は、所定の指向性を有し、所定の周波数帯域の電波を受信して、電気信号（高周波信号）を出力する。アンテナの種類に限定はなく、例えば、八木アンテナ、ループアンテナ、マイクロストリップアレイアンテナ等の共振型アンテナや、ホーンアンテナ、パラボラアンテナ、レンズアンテナ等の非共振型アンテナとしてもよい。増幅回路２５は、アンテナ２４が出力した電気信号を所定の増幅率で増幅して電波の強度を電圧値で示す信号として出力する。出力変換部２６は、増幅回路２５の出力信号を、電圧−電流変換し、電波の強度を電流値で示す信号として出力する。なお、出力変換部２６は、ノイズ対策として必要に応じて使用される。

一方、取得部４は、第１実施形態と同様に、カメラ４１を備える。カメラ４１は、例えば、アンテナ２４の指向性に対応する画角を有し、可視光画像あるいは赤外線画像を撮影する撮像部である。あるいは、可視光画像と赤外線画像の両方を撮影可能な撮像部とし、例えば昼間と夜間で撮像する画像の種類を変更できるようにしてもよい。カメラ４１は、例えば、撮像した動画像を表す画像信号を周期的に出力する。

第３実施形態では、コロナ放電が発生する際に、電気ノイズも発生することを利用して、この電気ノイズをアンテナ２４で検出することでコロナ放電の発生を検出する。なお、測定精度向上として、ＵＶトロンによる紫外線に基づく検出と、アンテナによる電気ノイズに基づく検出を組み合わせてコロナ放電を検出してもよい。

〈第４実施形態〉
次に、図６を参照して、本発明に係る放電検出装置１の第４実施形態（放電検出装置１ｄとする）について説明する。なお、図６に示す放電検出装置１ｄは、図１に示す放電検出装置１と基本的な構成が同一であり、一部の構成の詳細が異なる。また、受信部２の構成は第３実施形態と同一である。以下、構成が異なる点について説明する。

図６に示す放電検出装置１ｄは、取得部４として、第２実施形態と同様に、方向検知部４２を備える。方向検知部４２は、例えば、ジャイロセンサ、加速度センサ、地磁気センサ等を備え、アンテナ２４の向きを検知し、アンテナ２４（受信部２）の現在の向きを特定する情報として例えば方位角と仰角を表す情報を取得して出力する。

以上のように、本発明の各実施形態によれば、所定の指向性を有して所定の周波数帯域の電磁波を受信して電気信号に変換して出力する受信部２と、受信部の現在の向きを特定する情報を取得して出力する取得部４とを設けることで、発生箇所（発生方向）を特定してコロナ放電の発生を検出することができる。この構成では、イメージインテシファイアを用いていないので、容易にコストダウンを図ることができる。

なお、本発明の各実施形態は、例えば、がいし表面の付着物に起因して生じる放電を検出する可搬式装置として用いて好適であり、また、例えば、電気鉄道を含む送受電ならびに配電設備のがいし汚損診断に用いて好適である。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して説明してきたが、具体的な構成は上記実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ 放電検出装置
２ 受信部
３ 測位部
４ 取得部
５ 処理部
６ 記録部
２１ 紫外線検出部
２２、２５ 増幅回路
２３、２６ 出力変換部
２４ アンテナ
４１ カメラ
４２ 方向検知部
１０３ がいし

Claims (8)

1. 所定の指向性を有して所定の周波数帯域の電磁波を受信して電気信号に変換して出力する受信部と、
   前記受信部の位置情報を取得して出力する測位部と、
   前記受信部の現在の向きを特定する情報を取得して出力する取得部と、
   記録部と、
   前記受信部、前記測位部および前記取得部の各出力に基づく各情報を互いに対応づけて前記記録部に記録する処理部と
   を備える放電検出装置。
2. 前記受信部が、紫外線検出部と、その受光方向に前記所定の指向性を持たせる光学系とを有し、前記紫外線検出部を構成するＵＶトロンの出力信号を前記電気信号として出力する
   請求項１に記載の放電検出装置。
3. 前記受信部が、前記所定の指向性を有するアンテナを有し、前記アンテナの出力信号を前記電気信号として出力する
   請求項１に記載の放電検出装置。
4. 前記受信部が、紫外線検出部と、その受光方向に前記所定の指向性を持たせる光学系と、前記所定の指向性を有するアンテナとを有し、前記紫外線検出部の出力信号と前記アンテナの出力信号を前記電気信号として出力する
   請求項１に記載の放電検出装置。
5. 表示部をさらに備え、
   前記取得部が、前記受信部の前記現在の向きを撮影して撮像信号を出力する撮像部であり、
   前記表示部が、前記撮像信号に基づく画像を表示する
   請求項１から４のいずれか１項に記載の放電検出装置。
6. 前記取得部が、前記受信部の前記現在の向きを検知して検知結果を出力する方向検知部である
   請求項１から４のいずれか１項に記載の放電検出装置。
7. 前記処理部が、がいしの設置位置を示す設備情報を参照し、前記受信部、前記測位部および前記取得部の各出力に基づいて、放電が発生しているがいしを特定して特定結果を示す情報を前記記録部に記録する
   請求項１から６のいずれか１項に記載の放電検出装置。
8. 所定の指向性を有して所定の周波数帯域の電磁波を受信して電気信号に変換して出力する受信部と、
   前記受信部の位置情報を取得して出力する測位部と、
   前記受信部の現在の向きを特定する情報を取得して出力する取得部と、
   記録部とを用いて、
   処理部によって、前記受信部、前記測位部および前記取得部の各出力に基づく各情報を互いに対応づけて前記記録部に記録する
   放電検出方法。

Images