JP2021110546A - 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、 所定の方向に向けて電車の屋根に設置され、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、前記電車の走行位置を取得して出力する位置検出部と、記録部と、前記受信部および前記位置検出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、所定の方向に向けて電車の屋根に設置され、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、前記電車の走行位置を取得して出力する位置検出部と、記録部と、前記受信部および前記位置検出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、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、前記受信部および前記位置検出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、所定の方向に向けて電車の屋根に設置され、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、前記電車の走行位置を取得して出力する位置検出部と、記録部とを用いて、処理部によって、前記受信部および前記位置検出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である。

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の電車Ｖへの設置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。

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２は、図１に示す放電検出装置１の電車Ｖへの設置例を示す模式図である。図１および図２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、制御部３を備える。制御部３は、処理部４と、位置検出部５と、記録部６を備える。

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、図２に示すように、所定の方向Ｄ１に向けて電車Ｖの屋根Ｖｒに設置され、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。

位置検出部５は、電車Ｖの走行位置を取得して出力する。位置検出部５は、例えば、電車Ｖの図示していない速度発電機からの車輪Ｖｈの回転信号から算出された位置信号や電柱１０２の位置を示す信号を取得して、処理部４に出力する。

なお、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電車Ｖに搭載された放電検出装置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。このトロリ線１０６には、電車ＶのパンタグラフＰが接触する。受信部２は、例えば、指向性の指向方向（利得が相対的に大きくなる方向）が所定の方向Ｄ１（例えば電車Ｖの進行方向と水平で所定の仰角を有する方向）に向くように電車Ｖの屋根Ｖｒに固定されている。また、制御部３は、電車Ｖの車内に設置されている。

処理部４は、受信部２および位置検出部５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４は、受信部２および位置検出部５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および位置検出部５の各出力を入力する。そして、処理部４は、例えば、受信部２が受信した所定の周波数帯域の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、位置検出部５が出力した所定の位置情報等を、例えば時刻情報等とともに自動的に記録部６に記録する。

また、処理部４は、がいしの設置位置を示す設備情報を参照し、受信部２および位置検出部５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４は、受信部２および位置検出部５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および位置検出部５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。

以上の構成によって、放電検出装置１は、電車Ｖを走行させながら、例えば、がいし等の放電が発生している部位の位置情報等を記憶部６に記録することができる。

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して記録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。

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。以下、構成の詳細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、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。

第２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。

以上のように、本発明の各実施形態によれば、所定の方向に向けて電車Ｖの屋根Ｖｒに設置され、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、電車Ｖの走行位置を取得して出力する位置検出部５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電車Ｖを走行させながら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 放電検出装置
２ 受信部
３ 制御部
４ 処理部
５ 位置検出部
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
１０３ がいし

Claims (6)

1. 所定の方向に向けて電車の屋根に設置され、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、
   前記電車の走行位置を取得して出力する位置検出部と、
   記録部と、
   前記受信部および前記位置検出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. 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、前記受信部および前記位置検出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４のいずれか１項に記載の放電検出装置。
6. 所定の方向に向けて電車の屋根に設置され、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、
   前記電車の走行位置を取得して出力する位置検出部と、
   記録部と
   を用いて、
   処理部によって、前記受信部および前記位置検出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。

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