JP4298549B2

JP4298549B2 - 避雷器の評価方法

Info

Publication number: JP4298549B2
Application number: JP2004067675A
Authority: JP
Inventors: 利春多田
Original assignee: Kansai Electric Power Co Inc
Current assignee: Kansai Electric Power Co Inc
Priority date: 2004-03-10
Filing date: 2004-03-10
Publication date: 2009-07-22
Anticipated expiration: 2024-03-10
Also published as: JP2005257391A

Description

本発明は、避雷器の評価方法に関し、詳しくは、酸化亜鉛を主成分とする複数の限流素子を積層した避雷器に対して、その限流素子にかかる課電圧を推測する評価、並びに限流素子の寿命を推測する評価を実施する避雷器の評価方法に関する。

例えば変電所などに設置される避雷器は、落雷による雷サージや、開閉器、遮断器などの入り切りによる開閉サージに起因して異常電圧が発生した際にその周辺設備をサージから保護するものである。

この避雷器は、サージ電圧に対しては低抵抗、通常の対地電圧に対しては高抵抗を示す非直線性の電流電圧特性を有する酸化亜鉛（ＺｎＯ）を主成分とする複数の限流素子を積層し、その積層体の外周面に、弾性を有するポリマーやＥＰＤＭ等の絶縁外被体を被着した構造を有する。

雷サージや開閉サージによる異常電圧が発生すると、サージ電流が限流素子を介して大地へ流れる。このとき、異常電圧に対して限流素子が低抵抗値となってこれを瞬時に大地に逃がし、その異常電圧が消滅すれば、限流素子が高抵抗値となって通常の対地電圧を遮断する。この弁作用により、変電所に設置された避雷器の周辺設備を保護している。

一方、前述の避雷器を製造する避雷器工場では、製品の出荷前に避雷器について限流素子の初期劣化を検査しているのが一般的である。この避雷器における限流素子の初期劣化は、その先駆け指標として、直流電圧によるＶ₁₀μ_A測定によってその限流素子に流れる抵抗分電流を算出し、その抵抗分電流に基づいて判定されている。

ところで、従来では、前述したように限流素子の劣化の先駆け指標として、直流電圧によるＶ₁₀μ_A測定によってその限流素子に流れる抵抗分電流を算出し、その抵抗分電流に基づいて限流素子の劣化度合や寿命を評価するようにしている。ここで、前述したＶ₁₀μ_A測定は直流であるために測定が容易であるが、抵抗分電流は交流電圧印加による全漏れ電流から分離する必要があり、Ｖ₁₀μ_Aと比較すればその測定が容易ではない。

従って、この抵抗分電流を演算により算出することになるが、面倒な回路定数の設定や複雑な回路計算を必要とすることから、抵抗分電流の算出も容易なことではない。また、この抵抗分電流は限流素子にかかる課電圧によっても変わるため、その課電圧を推定することが限流素子の劣化度合や寿命を評価する上で非常に重要である。

そこで、本発明は、前述の問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、面倒な回路定数の設定や複雑な回路計算を必要とすることなく、簡単な手段により、限流素子にかかる課電圧および寿命を容易に推測し得る避雷器の評価方法を提供することにある。

前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明は、複数の限流素子を積層した避雷器に系統電圧相当の課電圧を印加してその抵抗分電流を測定すると共に、前記限流素子のＶ₁₀μ_Aを測定する第一のステップと、前記避雷器を構成する複数の限流素子を多段階に強制劣化させ、各限流素子ごとに抵抗分電流およびＶ₁₀μ_Aを測定し、その抵抗分電流の測定時に印加した課電圧ごとに抵抗分電流の逆数とＶ₁₀μ_Aの関係を作成する第二のステップと、その抵抗分電流の逆数とＶ₁₀μ_Aの関係から、第一のステップで測定したＶ₁₀μ_Aに相当する抵抗分電流を求め、抵抗分電流と課電圧の関係を作成する第三のステップと、その抵抗分電流と課電圧の関係から、第一のステップで測定した抵抗分電流に相当する課電圧を求める第四のステップとからなることを特徴とする。ここで、「Ｖ₁₀μ_A」とは、限流素子に直流１０μＡを流した時の電圧降下分を意味する。

本発明では、第二のステップで抵抗分電流の逆数とＶ₁₀μ_Aの関係を課電圧ごとに作成することにより、第三のステップで抵抗分電流と課電圧の関係を作成することができ、その抵抗分電流と課電圧の関係から、第四のステップで避雷器の抵抗分電流に相当する課電圧を求めることができる。このように面倒な回路定数の設定や複雑な回路計算を必要とすることなく、前述の各ステップからなる簡単な手段により、限流素子にかかる課電圧を求めることができるので、避雷器の課電圧を推測することが容易となり、限流素子の劣化判定が迅速かつ容易に行える。

また、前述の第二のステップで得られた抵抗分電流の逆数とＶ₁₀μ_Aの関係と、抵抗分電流と経過年数の関係に基づいて、Ｖ₁₀μ_Aと経過年数の関係を作成し、そのＶ₁₀μ_Aと経過年数の関係から、避雷器を構成する限流素子を強制劣化させてそのＶ₁₀μ_Aを経過年数相当まで低下させ、雷サージまたは開閉サージの動作責務試験を実施することにより寿命を推測することができる。

本発明によれば、第二のステップで抵抗分電流の逆数とＶ₁₀μ_Aの関係を課電圧ごとに作成することにより、第三のステップで抵抗分電流と課電圧の関係を作成することができ、その抵抗分電流と課電圧の関係から、第四のステップで避雷器の抵抗分電流に相当する課電圧を求めることができる。このように面倒な回路定数の設定や複雑な回路計算を必要とすることなく、前述の各ステップからなる簡単な手段により、限流素子にかかる課電圧を求めることができるので、避雷器の課電圧を推測することが容易となる。その結果、限流素子の初期劣化を判定することが簡単になり、避雷器の品質や信頼性を大幅に向上させることができる。

以下、本発明の実施形態を詳述する。

この実施形態で使用する避雷器１は、図２（ａ）に示すようにサージ電圧に対しては低抵抗、通常の対地電圧に対しては高抵抗を示す非直線性の電流電圧特性を有する酸化亜鉛（ＺｎＯ）を主成分とする複数の限流素子２を積層し、その積層体〔同図（ｂ）参照〕の外周面を、弾性を有するポリマーやＥＰＤＭ等の絶縁外被体３で被覆した構造を有し、雷サージや開閉サージによる異常電圧が発生すると、サージ電流が限流素子２を介して大地へ流れる。このとき、異常電圧に対して限流素子２が低抵抗値となってこれを瞬時に大地に逃がし、その異常電圧が消滅すれば、限流素子２が高抵抗値となって通常の対地電圧を遮断する。この弁作用により、変電所に設置された避雷器１の周辺設備を保護している。

例えば、この避雷器１を製造する避雷器工場では、製品の出荷前に完成済みの避雷器１について限流素子２の初期劣化を検査するが、この避雷器１における限流素子２の初期劣化は、以下に詳述する方法でもって、限流素子２にかかる課電圧および寿命を推測することにより判定される。
《第一のステップ》

まず、完成済みの避雷器１に系統電圧に相当する課電圧を印加してその抵抗分電流を測定する。ここで、図３（ａ）は避雷器１の等価回路、（ｂ）はその避雷器１に流れる漏れ電流波形を示す。前述した抵抗分電流の測定は、同図（ａ）（ｂ）に示すように避雷器１に流れる全漏れ電流から分離することにより得られる。つまり、全漏れ電流は、抵抗分電流と容量分電流の合計であるため、抵抗分電流は、全漏れ電流から容量分電流をキャンセルすることにより得られる。

次に、抵抗分電流を測定した避雷器１を分解することによりその避雷器１に内蔵された複数の限流素子２を個々に取り出し可能とし、それにより得られた限流素子２のＶ₁₀μ_Aを測定する。ここで、避雷器１の抵抗分電流は、一般的にその避雷器１の下部に位置する限流素子２に流れる値であり、また、限流素子２の劣化は、避雷器１に内蔵された複数の限流素子２のうち、避雷器１の下部に位置する限流素子２について顕著であることから、限流素子２のＶ₁₀μ_A測定については、避雷器１の下部に位置する限流素子２について行う。
《第二のステップ》

一方、避雷器１に内蔵された複数の限流素子２から抽出された個々の限流素子２について、温度と電圧を付与することにより多段階に亘って強制劣化させる。多段階に亘って強制的に劣化した個々の限流素子２について、前述のようにして抵抗分電流とＶ₁₀μ_Aを測定する。この測定により得られた結果から、抵抗分電流を測定する際に印加した課電圧ごとに、抵抗分電流の逆数とＶ₁₀μ_Aの関係を作成する。

この抵抗分電流の逆数１／ｉｒとＶ₁₀μ_Aの関係を図１に示す。図１では、１p.u、１．２p.u、１．４p.u、１．７p.u（p.uとは連続使用電圧を１p.uとして、課電圧の倍数を示す）の課電圧を印加した場合について、多段階の劣化状態にある各限流素子２についてＶ₁₀μ_Aを測定し、そのＶ₁₀μ_Aに対する抵抗分電流を測定してその逆数をプロットしたものである。その結果、抵抗分電流の逆数１／ｉｒとＶ₁₀μ_Aの関係では、
１／ｉｒ＝ａ×（Ｖ₁₀μ_A）＋ｂ
という計算式が成立する（但し、ａ，ｂは係数）。具体的に、抵抗分電流の逆数１／ｉｒをｙ、Ｖ₁₀μ_Aをｘとした関数で表記すると、図１に示すように、
（１）１p.uの場合、ｙ＝５．５１６７ｘ−６．０９２６
（２）１．２p.uの場合、ｙ＝３．９９３ｘ−５．９４６
（３）１．４p.uの場合、ｙ＝２．４７５４ｘ−４．０８８１
（４）１．７p.uの場合、ｙ＝０．８９３９ｘ−１．５５７５
となる。
《第三のステップ》

この抵抗分電流の逆数１／ｉｒとＶ₁₀μ_Aの関係（図１参照）から、前述の《第一のステップ》で測定したＶ₁₀μ_A（図１のＡで示す）に相当する抵抗分電流を求めることにより、抵抗分電流ｉｒと課電圧の関係を作成する。この抵抗分電流ｉｒと課電圧の関係を図４に示す。図４において、抵抗分電流ｉｒをｙ、課電圧をｘとした関数で表記すると、
ｙ＝１．９４１ｘ³−６．３８９８ｘ²＋７．２５２４ｘ−２．７２４７
となる。
《第四のステップ》

この抵抗分電流ｉｒと課電圧の関係（図４参照）から、前述の《第一のステップ》で測定した抵抗分電流ｉｒ（図４のＢで示す）に相当する課電圧（図４のＣで示す）を求める。これにより、避雷器１の課電圧を推測することができ、この課電圧を推測することにより、課電圧の値が大きければ大きいほど、その限流素子２の劣化が顕著であることから、この課電圧の大小によって限流素子２の初期劣化の状態を判定することができる。

このように抵抗分電流の逆数１／ｉｒとＶ₁₀μ_Aの関係（図１参照）を課電圧ごとに作成することにより、その抵抗分電流ｉｒと課電圧の関係（図４参照）を作成することができ、その抵抗分電流ｉｒと課電圧の関係から、抵抗分電流ｉｒに相当する課電圧を求めることで、面倒な回路定数の設定や複雑な回路計算を必要とすることなく、前述した各ステップからなる簡単な手段により、限流素子２にかかる課電圧を求めることができるので、限流素子２の初期劣化状態を容易に判定することができる。

以上で説明した避雷器１の課電圧を推測する方法で用いた抵抗分電流の逆数１／ｉｒとＶ₁₀μ_Aの関係を利用して、限流素子２の寿命を推測することも可能である。以下、その限流素子２の寿命を推測する方法について説明する。

前述の抵抗分電流ｉｒの逆数１／ｉｒとＶ₁₀μ_Aの関係から得られた計算式１／ｉｒ＝ａ×（Ｖ₁₀μ_A）＋ｂと、抵抗分電流ｉｒと経過年数ｔとの関係から得られるｉｒ＝ｉｒ₀（１＋ｈ√ｔ）とに基づいて、Ｖ₁₀μ_Aと経過年数ｔの関係を作成する。このＶ₁₀μ_Aと経過年数ｔの関係は、前述の二式から、
Ｖ₁₀μ_A＝［１／｛ｉｒ₀（１＋ｈ√ｔ）｝−ｂ］／ａ
となる。このＶ₁₀μ_Aと経過年数ｔの関係から、避雷器１の分解により得られた限流素子２を強制的に劣化させ、そのＶ₁₀μ_Aを経過年数相当まで低下させ、その限流素子２について雷サージまたは開閉サージの動作責務試験を実施することにより限流素子２の寿命を推測することができる。

本発明の実施形態で、抵抗分電流の逆数とＶ_１０μＡの関係を示す特性図である。（ａ）は避雷器を示す一部断面を含む正面図、（ｂ）は避雷器に内蔵された複数の限流素子を積層した状態を示す正面図である。限流素子の漏れ電流を説明するためのもので、（ａ）は等価回路、（ｂ）は漏れ電流波形をそれぞれ示す。抵抗分電流と課電圧の関係を示す特性図である。

符号の説明

１避雷器
２限流素子

Claims

複数の限流素子を積層した避雷器に系統電圧相当の課電圧を印加してその抵抗分電流を測定すると共に、前記限流素子のＶ_１０μＡを測定する第一のステップと、前記避雷器を構成する複数の限流素子を多段階に強制劣化させ、各限流素子ごとに抵抗分電流およびＶ_１０μＡを測定し、その抵抗分電流の測定時に印加した課電圧ごとに抵抗分電流の逆数とＶ_１０μＡの関係を作成する第二のステップと、その抵抗分電流の逆数とＶ_１０μＡの関係から、第一のステップで測定したＶ_１０μＡに相当する抵抗分電流を求め、抵抗分電流と課電圧の関係を作成する第三のステップと、その抵抗分電流と課電圧の関係から、第一のステップで測定した抵抗分電流に相当する課電圧を求める第四のステップとからなることを特徴とする避雷器の評価方法。
前記抵抗分電流の逆数とＶ_１０μＡの関係と、抵抗分電流と経過年数の関係に基づいて、Ｖ_１０μＡと経過年数の関係を作成し、そのＶ_１０μＡと経過年数の関係から、避雷器を構成する限流素子を強制劣化させてそのＶ_１０μＡを経過年数相当まで低下させ、雷サージまたは開閉サージの動作責務試験を実施することにより寿命を推測する請求項１に記載の避雷器の評価方法。