JP3246309B2

JP3246309B2 - 酸化亜鉛形避雷器の劣化検出装置

Info

Publication number: JP3246309B2
Application number: JP00729996A
Authority: JP
Inventors: 務江頭
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1996-01-19
Filing date: 1996-01-19
Publication date: 2002-01-15
Anticipated expiration: 2016-01-19
Also published as: JPH09196988A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、直流送電変換所
の母線保護等に用いられる酸化亜鉛形避雷器の劣化検出
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は酸化亜鉛形避雷器の等価回路図で
ある。図に示すように、強い電圧依存性を有する非直線
抵抗成分Ｒとセラミックコンデンサに匹敵するキャパシ
タンスを有する容量成分Ｃの並列回路として表わされ
る。そして、使用中は常規対地電圧によって漏れ電流が
流れる。このうちの抵抗分電流をＩｒ、容量分電流をＩ
ｃとすると全漏れ電流ＩｔはＩｒとＩｃの和として表す
ことができる。

【０００３】図６は交流電圧が課電された酸化亜鉛形避
雷器の漏れ電流特性図であり、横軸に時間ｔをとったと
きの、（Ａ）は課電電圧、（Ｂ）は漏れ電流を示す。全
漏れ電流Ｉｔは課電電圧Ｖと同相の抵抗分電流Ｉｒとπ
／２位相の進んだ容量分電流Ｉｃとが合成さたものであ
る。酸化亜鉛形避雷器の素子は責務を越える過大なサー
ジや、課電ストレス、吸湿等によって劣化が始まると、
その劣化程度に応じて漏れ電流が変化する。一般的にこ
の変化は抵抗分電流Ｉｒの増大として現れ、容量分電流
Ｉｃは変化しない。そこで、酸化亜鉛形避雷器の劣化を
検出するためには全漏れ電流Ｉｔのうちの抵抗分電流Ｉ
ｒを測定するのが有効な手段である。

【０００４】図７は特開平２−２４７５７８号公報に示
された従来の酸化亜鉛形避雷器の劣化診断方法を示す図
である。図において、１は母線、２は酸化亜鉛形避雷
器、３はアース、４は電流検出器、５は酸化亜鉛形避雷
器２に流れる漏れ電流から抵抗分電流を検出するための
抵抗分電流検出装置である。この抵抗分電流検出装置５
は電流検出器４によって検出された漏れ電流検出信号か
ら高周波ノイズをカットするローパスフィルタ６と、そ
の出力信号をデジタル変換するＡ／Ｄ変換器７と、Ａ／
Ｄ変換器７の出力信号が入力されるＣＰＵ８とで構成さ
れている。

【０００５】次に、動作について説明する。電流検出器
４からローパスフィルタ６、Ａ／Ｄ変換器７を通って酸
化亜鉛形避雷器の漏れ電流信号をＣＰＵ８に取り込ん
で、その波形の正極波高値から次の負極波高値までの半
サイクルのデータを順次記憶しておき、上記負極波高値
から次の正極波高値までの半サイクル中に順次入力され
るデータと、記憶されたデータを逆の順序で呼び出した
データとの差分を求める。こうすることにより、容量分
電流を除去して抵抗分電流のみを抽出することができ、
この処理を多数回繰り返して得られた抵抗分電流の平均
値をとって、ノイズの影響の少ない抵抗分電流を検出し
酸化亜鉛形避雷器の劣化状態を診断するものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の酸化亜鉛形避雷
器の劣化診断は以上のように行われていたので、これを
交直変換所等の保護に用いられる直流用の酸化亜鉛形避
雷器の劣化検出装置に適用するには、次のような問題点
がある。

【０００７】母線に課電される路線電圧が直流で完全に
平滑であるならば、容量分電流Ｉｃ＝０となるので漏れ
電流の測定値は抵抗分電流Ｉｒのみとなり、漏れ電流を
測定することによって酸化亜鉛形避雷器の劣化を知るこ
とができる。ところが、直流電圧にリプルが存在する
と、抵抗分電流Ｉｒよりはるかに大きい容量分電流Ｉｃ
が流れるようになる。このため、全漏れ電流Ｉｔはほと
んど容量分電流Ｉｃ成分で占められ劣化の判定に必要な
抵抗分電流Ｉｒの変化を精度よく知ることができなくな
る。以下、このことについて説明する。

【０００８】図８はリプルが重畳した直流電圧が課電さ
れる酸化亜鉛形避雷器の漏れ電流の説明図であり、横軸
ｔは時間を示す。図において、ｖは酸化亜鉛形避雷器に
課電されるリプル電圧の波形であり説明のために誇張し
て表示している。Ｅ₀はリプルが存在しない場合の直流
課電電圧である。Ｉｒ₀は直流課電電圧Ｅ₀が課電された
場合の抵抗分漏れ電流、すなわち定常抵抗分電流であ
る。また、Ｉｒはリプルが存在する場合の全漏れ電流Ｉ
ｔをフーリエ展開により分離して得た抵抗分電流、Ｉｃ
はそのときの容量分電流である。容量分電流Ｉｃはリプ
ル電圧ｖより位相がπ／２進んでいるので、容量分電流
Ｉｃがピークのときリプル電圧ｖは零となり、そのとき
の電圧値はＥ₀に一致する。

【０００９】従って、全漏れ電流Ｉｔの正極の波高値を
Ｉｔ₁、負極の波高値をＩｔ₂とすれば、容量分電流Ｉｃ
の波高値Ｉｃ_pは、Ｉｃ_p＝（Ｉｔ₁＋Ｉｔ₂）／２・・・・（１）また、定常抵抗分電流Ｉｒ₀はＩｒ₀＝（Ｉｔ₁−Ｉｔ₂）／２・・・・（２）となり、式（１）（２）よりＩｃ_p＝Ｉｔ₁−Ｉｒ₀＝Ｉ
ｔ₂＋Ｉｒ₀が得られる。即ち、容量分電流ＩｃはＩｒ₀
を軸として正負に振動していることがわかる。

【００１０】一方、リプルによる抵抗分電流Ｉｒは、リ
プル電圧ｖと同相で、やはり、定常抵抗分電流Ｉｒ₀を
軸として正負に振動している。リプルによる周期的な変
動成分電流をＩｖとすると、Ｉｖ＝Ｉｃ＋Ｉｒであり、
リプルの重畳した直流用の酸化亜鉛形避雷器の全漏れ電
流Ｉｔは、Ｉｔ＝Ｉｒ₀＋Ｉｖ・・・・（３）と表すことができる。そして、Ｉｖの内そのほとんどが
容量分電流Ｉｃである。

【００１１】例えば、直流電圧にＡＣ３６０Ｈｚの電圧
を重畳し、脈動率を４％にして実測したデータによれ
ば、容量分電流の波高値Ｉｃ_pは２９５μＡ、定常抵抗
分電流Ｉｒ₀は１５μＡであった。すなわち、容量分電
流の波高値Ｉｃ_pに対して定常抵抗分電流Ｉｒ₀の割合
は、わずか５％であることがわかる。直流用避雷器の劣
化検出においては、定常抵抗分電流Ｉｒ₀を精度よく検
出する必要がある。

【００１２】従来の技術による劣化検出方法は、もとも
と交流用避雷器の漏れ電流を対象としたものなので、図
８のＩｒに相当する抵抗分電流は検出するが定常抵抗分
電流Ｉｒ₀は検出することができない。直流用避雷器で
はリプルによる抵抗分電流Ｉｒはごく小さいので、従来
の方法では検出精度がきわめて悪くなり、避雷器の劣化
の早期発見が阻害されるおそれがあった。

【００１３】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、リプルの重畳した直流電圧が課
電される避雷器，例えば交直変換所の母線保護用等の避
雷器の劣化検出を精度よく行うことができる酸化亜鉛形
避雷器の劣化検出装置を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】第１の発明に係る酸化亜
鉛形避雷器の劣化検出装置では、酸化亜鉛形避雷器の接
地側端子とアース間に変流器の一次側と検出抵抗を直列
に接続し、変流器の二次側の両端間に負荷抵抗を接続
し、検出抵抗の両端に発生する酸化亜鉛形避雷器の全漏
れ電流に対応する電圧と、負荷抵抗の両端に発生する全
漏れ電流のうちの変動成分に対応する電圧とを差動的に
重畳させて得られる電圧を電圧検出器によって検出する
ようにしたものである。

【００１５】また、第２の発明では、変流器の一次側の
巻数をｎ₁、二次側の巻数をｎ₂とし、検出抵抗の抵抗値
をＲ₁、負荷抵抗の抵抗値をＲ₂とするとき、Ｒ₂＝（ｎ₂
／ｎ₁）×Ｒ₁の関係式を満足するようにしたものであ
る。

【００１６】また、第３の発明では、電圧検出器に入力
される電圧から脈動分を除去するフィルタを、電圧検出
器の前段に設けたものである。

【００１７】また、第４の発明では、負荷抵抗の両端に
発生する電圧と検出抵抗の両端に発生する電圧の位相を
合わせる位相調整器を、電圧検出器の前段に設けたもの
である。

【００１８】更にまた、第５の発明では、検出抵抗の両
端に発生する酸化亜鉛形避雷器の全漏れ電流に対応する
電圧の波高値を第１のピークホールド回路で測定し、負
荷抵抗の両端に発生する全漏れ電流のうちの変動成分に
対応する電圧の波高値を第２のピークホールド回路で測
定し、両ピークホールド回路による測定値を減算器で減
算して得られる電圧を電圧検出器によって検出するよう
にしたものである。

【００１９】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．以下、この発明の実施の形態を図につい
て説明する。図１は実施の形態１による酸化亜鉛形避雷
器の劣化検出装置の回路図である。図において、１は母
線、２は酸化亜鉛形避雷器、３はアース、９は変流器
で、一次側の一端を酸化亜鉛形避雷器２の接地側に接続
し他端を検出抵抗１０を介してアース３に接続してい
る。この変流器９は、一次側と二次側の巻数を等しく設
定し、また、二次側に発生する電圧は一次側と逆向きに
なるように極性を設定している。１１は変流器９の二次
側の両端間に接続した負荷抵抗であり、抵抗値を検出抵
抗１０の抵抗値と合わせてある。そして、負荷抵抗１１
は検出抵抗１０と直列になるように、その一端を変流器
９の一次側と検出抵抗１０との接続点に接続している。
１２は検出抵抗１０と負荷抵抗１１の直列回路の両端に
接続した直流電圧計である。１３は酸化亜鉛形避雷器２
とアース３を結ぶバイパス回路に設けた漏れ電流測定用
スイッチである。

【００２０】次に、動作について説明する。通常は漏れ
電流測定用スイッチ１３は「閉」にして酸化亜鉛形避雷
器２に流れるサージ電流をバイパスさせている。漏れ電
流を測定する時にこの漏れ電流測定用スイッチ１３を
「開」にすると、酸化亜鉛形避雷器２の全漏れ電流Ｉｔ
は、変流器９の一次側から検出抵抗１０を通りアース３
に流れる。上記式（３）のように全漏れ電流Ｉｔは定常
抵抗分電流Ｉｒ₀と変動成分電流Ｉｖの和である。変流
器９の二次側には一次側に流れる全漏れ電流Ｉｔのうち
の変動成分電流Ｉｖによって発生する磁束変化を打ち消
すべく二次電流が流れる。ここで、一次側と二次側の巻
数を等しくしているので、二次側にはＩｖとほぼ同じ大
きさの電流が得られる。変流器９の巻数を十分に大きく
して励磁アドミタンスを小さくすれば、励磁電流が一次
電流に比較して十分小さくなり、一次電流と二次電流は
ほとんど等しくなる。このとき、一次側の定常抵抗分電
流Ｉｒ₀は磁束の変化に関与しないので二次側には無関
係な存在である。

【００２１】検出抵抗１０の抵抗値をＲ₁とし、その両
端の電圧をｅ₁とすると、ｅ₁＝Ｉｒ₀Ｒ₁＋ＩｖＲ₁であ
る。一方、変流器９の二次側に接続した負荷抵抗１１の
抵抗値をＲ₂とし、その両端の電圧をｅ₂とすると、ｅ₂
＝ＩｖＲ₂である。

【００２２】変流器９の巻線の極性を調整して二次側は
一次側と逆向きの電圧が得られるようにしているので、
直流電圧計１２により検出抵抗１０と負荷抵抗１１の両
端の電圧を直流電圧計１２で測定し、その電圧をｅ₀と
すると、ｅ₀＝ｅ₁−ｅ₂＝Ｉｒ₀Ｒ₁＋Ｉｖ（Ｒ₁−Ｒ₂）
となる。ここで、Ｒ₁とＲ₂の抵抗値を等しく設定してい
るので、ｅ₀＝Ｉｒ₀Ｒ₁となり、定常抵抗分電流Ｉｒ₀に
比例した出力電圧が得られることになる。従って、この
電圧の変化を定期的に観測することによって避雷器の劣
化を検出することができる。

【００２３】なお、上記説明では、変流器９の一次と二
次の巻数を等しくしたが、一次と二次の巻数が異なる変
流器でも次のようにすれば適用が可能となる。すなわ
ち、変流器９の一次側の巻数をｎ₁、二次側の巻数をｎ₂
とするときＲ₂＝（ｎ₂／ｎ₁）×Ｒ₁ ・・・・（４）となるようにする。負荷抵抗１１に流れる電流はＩｖの
（ｎ₁／ｎ₂）倍なので、ｅ₂＝Ｉｖ×（ｎ₁／ｎ₂）×
（ｎ₂／ｎ₁）×Ｒ₁＝ＩｖＲ₁となり、上記の巻数を等し
くした場合と同じ結果となる。実際には、例えば、Ｒ₂
を可変抵抗にしておき、一次側と二次側の巻数比により
式（４）でＲ₂を求めてその値に設定すればよい。

【００２４】実施の形態２．図２は実施の形態２による
酸化亜鉛形避雷器の劣化検出装置の回路図である。図に
おいて、１〜３及び９〜１３は実施の形態１で示した図
１と同じである。１４は直流電圧計１２に並列に接続し
たコンデンサである。

【００２５】漏れ電流の検出動作は実施の形態１と同様
なので説明を省略する。変流器９の二次電流は、励磁電
流の影響等により、一次電流と厳密には同じではないの
で、直流電圧計１２で検出しようとする電圧に、わずか
の変動成分が除去されずに脈流となって残る場合があ
る。コンデンサ１４はこの変動成分を除去するフィルタ
の役目をするもので、コンデンサ１４を直流電圧計１２
の前段に並列に挿入することにより直流電圧計１２に入
力される電圧から脈動成分が除去され、直流電圧を精度
よく検出することができる。

【００２６】フィルタとして、上記のコンデンサに替え
て、ＲＣフィルタ、ＬＣフィルタ、アクティブフィルタ
ー等を使用すれば、更にフィルタ効果が期待でき、より
完全に脈動成分が除去され、直流電圧を精度よく検出す
ることができる。

【００２７】実施の形態３．図３は実施の形態３による
酸化亜鉛形避雷器の劣化検出装置の回路図である。図に
おいて、１〜３及び９〜１３は実施の形態１で示した図
１と同じである。１５は負荷抵抗１１の両端の電圧の位
相を調整する位相調整器である。

【００２８】次に動作について説明する。漏れ電流の検
出動作は実施の形態１と同様なので説明を省略する。実
施の形態２で説明したように、直流電圧計１２で検出す
る電圧に、わずかの変動成分が除去されずに脈流となっ
て残る場合がある。この変動成分が高周波であると、変
流器９の一次電流と二次電流とのわずかな位相差が問題
となってくる。そこで、本実施の形態では、変流器９の
二次側に接続した負荷抵抗１１の両端の電圧を位相調整
器１５によって位相調整し、検出抵抗１０の両端の電圧
の位相に合わせて、差動的に重畳させるものである。こ
うすることにより、変動成分が完全にキャンセルされ
て、全漏れ電流Ｉｔのうちの定常抵抗分電流Ｉｒ₀に比
例した電圧のみが検出できる。

【００２９】なお、位相調整器１５は、検出抵抗１０の
両端側に設けて、その電圧の位相を負荷抵抗１１の両端
の電圧の位相に合わせるように構成しても同様の効果を
得ることができる。

【００３０】実施の形態４．図４は実施の形態４による
酸化亜鉛形避雷器の劣化検出装置の回路図である。図に
おいて、１〜３及び９〜１３は実施の形態１で示した図
１と同じである。１６は検出抵抗１０の両端の電圧の波
高値をホールドする第１のピークホールド回路、１７は
負荷抵抗１１の両端の電圧の波高値をホールドする第２
のピークホールド回路、そして、１８は両ピークホール
ド回路１６，１７で得られたそれぞれのピーク値を減算
する減算器である。

【００３１】変流器９の一次電流と二次電流は、励磁電
流のために位相が完全に同じではない。このため、前述
のように変動成分の周波数が高くなれば、検出精度に大
きく影響が出てくる。そこで、本実施の形態では、位相
差の影響を排除するために、検出抵抗１０と負荷抵抗１
１のそれぞれの両端の電圧の波高値をピークホールド回
路１６，１７によりホールドして、それらのピーク値を
減算器１８で減算するようにしたものである。このよう
にすれば、位相ずれに係らず差分を正確に検出すること
ができ、全漏れ電流のうちから定常抵抗分電流に対応し
た電圧を精度よく検出できる。

【００３２】

【発明の効果】以上のように、第１の発明によれば、酸
化亜鉛形避雷器の接地側に変流器の一次側と検出抵抗器
を直列に接続し、変流器の二次側に負荷抵抗を接続し、
負荷抵抗の両端に発生する電圧と、検出抵抗の両端に発
生する電圧とを差動的に重畳させて、変動成分をキャン
セルした電圧を電圧検出器で検出するようにしたので、
全漏れ電流のうちから定常抵抗分電流に対応した電圧を
取り出すことができ、リプルの重畳した直流電圧が課電
される酸化亜鉛形避雷器の劣化検出を精度よく行うこと
ができる。

【００３３】また、第２の発明によれば、変流器の一次
側及び二次側の巻数と検出抵抗及び負荷抵抗の抵抗値と
の関係を関係式を用いて設定するようにしたので、負荷
抵抗の両端にて得られる電圧をそのまま検出抵抗の両端
で得られる電圧に差動的に重畳させることができ、簡単
な構成で定常抵抗分電流を取り出すことができる。

【００３４】また、第３の発明によれば、電圧検出器で
検出する電圧にわずかに残る変動成分をフィルタによっ
て除去するようにしたので、検出精度を向上させること
ができる。

【００３５】また、第４の発明によれば、検出抵抗の両
端にて得られる電圧と負荷抵抗の両端にて得られる電圧
の位相を位相調整器によって合わせたので、全漏れ電流
の内の変動成分がキャンセルされて、定常抵抗分電流に
対応した電圧が検出でき、検出精度を向上させることが
できる。

【００３６】更にまた、第５の発明によれば、検出抵抗
の両端にて得られる電圧の波高値と負荷抵抗の両端にて
得られる電圧の波高値をホールドして減算するようにし
たので、変流器の一次側と二次側の位相ずれに係らず全
漏れ電流の内の定常抵抗分電流に対応した電圧が検出で
き、リプルの重畳した直流電圧が課電される酸化亜鉛形
避雷器の劣化検出を精度よく行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態１による酸化亜鉛形避雷器の劣化
検出装置の回路図である。

【図２】実施の形態２による酸化亜鉛形避雷器の劣化
検出装置の回路図である。

【図３】実施の形態３による酸化亜鉛形避雷器の劣化
検出装置の回路図である。

【図４】実施の形態４による酸化亜鉛形避雷器の劣化
検出装置の回路図である。

【図５】酸化亜鉛形避雷器の等価回路図である。

【図６】酸化亜鉛形避雷器の漏れ電流特性図である。

【図７】従来の酸化亜鉛形避雷器の劣化診断方法を示
す図である。

【図８】リプルが重畳した直流電圧が課電される酸化
亜鉛形避雷器の漏れ電流の説明図である。

【符号の説明】

２酸化亜鉛形避雷器９変流器１０検出抵抗１１負荷抵抗１２直流電圧計１４コンデン
サ１５位相調整器１６第１のピ
ークホールド回路１７第２のピークホールド回路１８減算器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01R 31/00 H01C 7/12 G01R 31/02 G01R 31/12 G01R 27/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】酸化亜鉛形避雷器の接地側端子とアース
間に変流器の一次側と検出抵抗を直列に接続し、上記変
流器の二次側の両端間に負荷抵抗を接続し、上記検出抵
抗の両端に発生する上記酸化亜鉛形避雷器の全漏れ電流
に対応する電圧と、上記負荷抵抗の両端に発生する上記
全漏れ電流のうちの変動成分に対応する電圧とを差動的
に重畳させて得られる電圧を電圧検出器によって検出す
るようにした酸化亜鉛形避雷器の劣化検出装置。
【請求項２】請求項１に記載の酸化亜鉛形避雷器の劣
化検出装置において、上記変流器の一次側の巻数を
ｎ₁、二次側の巻数をｎ₂とし、上記検出抵抗の抵抗値を
Ｒ₁、上記負荷抵抗の抵抗値をＲ₂とするとき、Ｒ₂＝
（ｎ₂／ｎ₁）×Ｒ₁の関係式を満足するようにしたこと
を特徴とする酸化亜鉛形避雷器の劣化検出装置。
【請求項３】請求項１または請求項２に記載の酸化亜
鉛形避雷器の劣化検出装置において、上記電圧検出器に
入力される電圧から脈動分を除去するフィルタを、上記
電圧検出器の前段に設けたことを特徴とする酸化亜鉛形
避雷器の劣化検出装置。
【請求項４】請求項１または請求項２に記載の酸化亜
鉛形避雷器の劣化検出装置において、上記負荷抵抗の両
端に発生する電圧と上記検出抵抗の両端に発生する電圧
の位相を合わせる位相調整器を、上記電圧検出器の前段
に設けたことを特徴とする酸化亜鉛形避雷器の劣化検出
装置。
【請求項５】酸化亜鉛形避雷器の接地側端子とアース
間に変流器の一次側と検出抵抗を直列に接続し、上記変
流器の二次側の両端間に負荷抵抗を接続し、上記検出抵
抗の両端に発生する上記酸化亜鉛形避雷器の全漏れ電流
に対応する電圧の波高値を第１のピークホールド回路で
測定し、上記負荷抵抗の両端に発生する上記全漏れ電流
のうちの変動成分に対応する電圧の波高値を第２のピー
クホールド回路で測定し、上記両ピークホールド回路に
よる測定値を減算器で減算して得られる電圧を電圧検出
器によって検出するようにした酸化亜鉛形避雷器の劣化
検出装置。