JP5539762B2 - 避雷装置の故障判定方法 - Google Patents

Description

本発明は、電力設備に用いられる避雷装置、特に、続流遮断機能を有する複数個の酸化亜鉛素子を直列に接続した避雷装置における、保守・メンテナンス技術に関する。

避雷装置が備える複数の素子は、雷撃により全てが同時に破損するわけではないため、雷撃によっては、完全破壊（全素子破壊）に至らず、部分破壊（一部素子破損）に留まる例も少なく無い。
部分破壊している避雷装置は、導入当初の性能を有していないため、電力設備に対する信頼度の低下を招く。

従来の故障を判定する方法のひとつとして、絶縁抵抗を測定する手法が挙げられる。
絶縁抵抗を測定する手法は、全てが完全に破損したときに初めて判定が可能となる。
よって、部分破壊の状態を判定するには、解体作業が必要であり、全ての避雷装置に実施するには多大な労力を要する。その上、部分破壊の状態を判定すると、正常品であっても、再度使用する事が不可能となり、結果として避雷装置の交換を余儀なくされる事態となる。
以上の如く、上記故障判定方法ではこの部分破壊の状態を判定することができない。

一方、避雷装置に流れる電流を測定する手法（例えば下記特許文献参照）も存在するが、部分破壊品と正常品との間で必ずしも大きな較差が出るとは限らず、故障を正確に検出することはできないこととなる。

特開平５−１５９９０９号公報

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、続流遮断機能を有する機器を直列に接続した装置において、正常品を使用不能とすることなく部分破壊の故障判定を正確に行なうことが出来る故障判定方法の提供を目的とする。

上記課題を解決するためになされた本発明による避雷装置の故障判定方法は、試料避雷装置のアース側端子とライン側端子に信号源を接続して約１ｋＨｚ未満から約１ＭＨｚを超える周波数に至る入力信号を印加し、それによって得た出力信号を数値化し、特性カーブ化して判定に用いるものである。

即ち、入力信号の印加によって得たアース側端子電圧Ｖinと、ライン側端子電圧Ｖoutと、前記ライン側端子電圧Ｖoutを取り出す測定回路におけるフィードバック抵抗たる既知抵抗ｒから、から、

・・・（１）
により試料避雷装置のインピーダンスを導くステップと、

・・・（２）
により試料避雷装置のアース側端子電圧Ｖinとライン側端子電圧Ｖout間の位相差を導くステップと、

・・・（３）
により試料避雷装置の直列成分抵抗値Ｒを導くステップと、
導かれた直列成分抵抗値Ｒを約１ｋＨｚ未満から約１ＭＨｚを超える周波数に至るまで両対数軸にプロットし試料避雷装置固有の周波数特性カーブを得るステップと、
試料避雷装置固有の周波数特性カーブと正常品避雷装置の周波数特性カーブに設定量以上の偏差が認められ、且つ、
その偏差が１ｋＨｚ以下で確認された場合には完全破壊品と判定する一方、
その偏差が１ｋＨｚ以下で確認されず、且つ１００ｋＨｚ以上で確認された場合には部分破壊品と判定するステップとを経ることを特徴とする。

約１ｋＨｚ未満から約１ＭＨｚを超える周波数に至る入力信号とは、避雷装置の仕様に応じて異なるものの、数Ｈｚ、数十Ｈｚ、又は数百Ｈｚから数ＭＨｚ、数十ＭＨｚ、又は数百ＭＨｚと、適宜変更可能である。

入力信号の周波数領域における出力信号を数値化したサンプリング数、及びプロット数については、実用的な演算速度を得る点で演算手段の能力が許容する限りにおいて、サンプルを数多く採取する事が望ましい。一方で、実用的な判定精度が得られる限り、必要以上に多くのサンプルを採取する必要は無い。従って、少なくとも正常品の周波数特性カーブを得た際のサンプリング数を確保し、少なくとも正常品の周波数特性カーブを得た際におけるサンプル取得時の周波数の全範囲にわたるサンプルを採取することが望ましい。

判定するステップにおいて、その偏差が１ｋＨｚ以下で確認された場合とは、１ｋＨｚ以下のどの点で確認されても良く、１００ｋＨｚ以上で確認された場合とは、１００ｋＨｚ以上のどの点で確認されても良い。

以上の如く、本発明による避雷装置の故障判定方法によれば、単なる数値の比較のみならず、特定周波数帯域の抵抗値格差を比較する処理を採用したことから、従来に増して正確な判定結果を得ることができるので、電力設備に用いられる避雷装置の保守・メンテナンスの技術向上及び効率化が図られる。
また、部分破壊に至っている避雷装置を発見することにより、電力設備の信頼度維持が図られる。

本発明による避雷装置の故障判定方法が用いられる避雷装置の内部等価回路である。 本発明による避雷装置の故障判定方法が用いられる避雷装置の周波数に対する直列成分抵抗値（計算値）の一例を示すグラフである。 本発明による避雷装置の故障判定方法が用いられる避雷装置（実送電線路に適用されていたもの）の周波数に対する直列成分抵抗値（実測値）の一例を示すグラフである。 本発明による避雷装置の故障判定方法に用いる測定器の一例を示すブロック図である。 本発明による避雷装置の故障判定方法に用いる測定回路の一例を示す電気回路図である。

以下、本発明による続流遮断機能を有する機器を直列に接続した装置（以下避雷装置と記す）の故障判定方法の実施の形態を図面に基づき説明する。
本発明は、避雷装置の電気的特性を測定することにより、部分破壊に至っている避雷装置の状態の判定を可能とする。

通常、避雷装置には、複数個の酸化亜鉛素子（以下素子と記す）を直列に接続してあり、図１に示す内部等価回路で表すことができる。
これは、抵抗分と静電容量分を並列に接続した回路であるが、複数個の素子を直列接続してなる避雷装置の等価回路は、これらを全て一括した直列成分抵抗値と、直列成分リアクタンス値に変換した形で表現することもできる。

その際、素子一個分の直列成分抵抗値と直列成分リアクタンス値は下記式（４）に示すものとなり、複数個の素子を直列接続した場合の直列成分抵抗値と直列成分リアクタンス値は下記式（５）に示すものとなる。

（酸化亜鉛素子一個分）

この式の直列成分抵抗値を用いて、正常品、完全破壊品、及び部分破壊品について計算し推定した結果を図２に示す。
尚、この測定結果は、
正常品（抵抗値２０ＭΩ／素子：静電容量値１２０ｐＦ）、
完全破壊品（抵抗値１６０ＭΩ／素子：静電容量値１２０ｐＦ）、
部分破壊品（抵抗値４ｋΩ／素子：静電容量値１２０ｐＦ
一個の素子のみ破壊
その他の素子は正常品と同様）を用いてのものである。

破壊された素子は閃絡により抵抗値が低下すると仮定すると、正常品とは、全ての素子の抵抗値が低下していない避雷装置であり、完全破壊品とは、全ての素子の抵抗値が低下している避雷装置であり、部分破壊品とは、素子の抵抗値が低下しているものと低下していないものが混在する避雷装置であるということになる。

そうすると、正常品では、周波数の増加に伴い静電容量分の抵抗値が低下していくことによって、直列抵抗成分が低下していく（図２参照）。
完全破壊品では、全ての素子が破壊され抵抗値が低下しているために、周波数が増加しても抵抗値が変化せず一定となる。
部分破壊品では、破壊されている素子と破壊されていない素子が直列に接続されて混在しており、各素子の特性の遷移点が異なるため、低い周波数では正常品と同様の傾向を示しているものの、高い周波数では完全破壊品と同様の傾向を示し、正常品との差異がはっきりしてくる。
以上の特性の相異を用いることにより、部分破壊に至っている避雷装置の判定が可能となる。

以下、本発明による避雷装置の故障判定方法の流れを具体的に説明する。
本実施の形態における故障判定方法は、試料を収集すると共に、測定器（図４参照）を準備し、図５に示す測定回路で測定した直列成分抵抗値−周波数特性（以下周波数特性と記す）を取得するものである。

測定器は、約１Ｈｚから約１０００ＭＨｚに至る交流信号を連続的に発生し得るジェネレータ１と、その入力信号に対する出力信号を検出するプローブ２と、出力信号に対して演算を施す演算手段３と、演算結果を共通の両対数軸にプロットした周波数特性カーブをメモリー上、又は画面上に実現するプロッタ４と、設定周波数以下及び、設定周波数以上の領域において正常品と試料の直流成分抵抗値格差を導く比較部５と、その比較結果から、正常品、部分破壊品、又は完全破壊品の判断を出力する判定部６とで構成される。

周波数特性は、送電線から切り離した避雷装置の両端へ測定器を接続し、ジェネレータ１によって、１００Ｈｚから１００ＭＨｚまで周波数を変化させつつ信号を供給する。
出力信号をプローブ２を経て検出し、演算手段３にて上記数式（１）乃至（３）により抵抗値を導く。

プロッタ４は、導かれた抵抗値を、メモリー上及びディスプレー上で仮想の両対数軸にプロットし、試料固有の周波数特性カーブを得る。

比較部５は、試料の実測周波数特性カーブを、予め保持していた正常品の特性カーブと比較し、判定部６は、相対的に、トレンドのズレ及び抵抗値の著しい増加、又は減少等の変化の相違を着眼点として、予め設定した判断基準に基づき判定を行なう。尚、正常品の特性カーブとは、試料と同様の手順を以って得た正常品の周波数特性を共通の両対数軸にプロットして得たものである。

本実施の形態における判断基準は、試料と正常品の特性カーブに設定量以上の偏差が認められた時、
（１）その偏差が１ｋＨｚ以下で確認された場合には完全破壊品と判定する。
（２）その偏差が１ｋＨｚ以下で確認されず、１００ｋＨｚ以上で確認された場合には、部分破壊品と判定する。
というものである。

これらの判断基準を反映する周波数及び抵抗値の偏差に関し、比較部５は、予め定めた設定値又は設定量を基準として比較する。基準の例としては、完全破壊品の判断における１ｋＨｚ以下の周波数帯においては、抵抗値の実測値の百倍程度であり、部分破壊品の判断における１００ｋＨｚ以上の周波数帯においては、抵抗値の正常値（実測周波数において正常値として予め定められた値）の五倍程度である。

判定部６は、その比較結果を受けて上記判断基準に基づき正常品、完全破壊品、又は部分破壊品に振り分ける判定処理を行なうものである。
上記基準の例を用いれば、１ｋＨｚ以下の周波数帯において抵抗値の実測値と正常値の間に実測値の百倍程度以上の偏差が断続的又は継続的にあれば（適宜分割した周波数帯域の平均値で判断しても良い）完全破壊品と判定し、１００ｋＨｚ以上において抵抗値の実測値と正常値の間に正常値の五倍程度以上の偏差が断続的又は継続的にあれば部分破壊品と判定する。判定結果は、アラーム又は表示など種々の手法を採ることが可能である。

尚、これらの比較処理及び判定処理は、測定者が目視で行うことも可能である。目視の場合は、必ずしも周波数に対する抵抗値の格差を判断する事を要せず、感覚的に正常品の周波数特性カーブと試料の周波数特性カーブとの隔たりで判断すれば良い。

図３は、実送電線に取り付けられていた避雷装置の特性試験結果である。
完全破壊品においては、１ｋＨｚ以下で正常品では２ＭΩ以上あることが実測からも確認されており、放爆品においては２ｋΩ程度が確認されている。
部分破壊品においては、理論式（図２参照）では破損した素子の抵抗値を２ｋΩと仮定した場合、１００ｋＨｚにおいて１０倍程度の偏差が確認でき、また、実績（図３参照）においても、周波数の増加に伴い抵抗値の格差が増加しており、且つ同周波数において５〜１０倍程度の偏差が確認できる特性変化の状況から、試料は部分破壊品であると確認することができる。

１ ジェネレータ，２ プローブ，３ 演算手段，４ プロッタ，
５ 比較部，６ 判定部，

Claims (1)

1. 信号源が、試料避雷装置のアース側端子に約１ｋＨｚ未満から約１ＭＨｚを超える周波数に至る入力信号を印加するステップと、
   演算手段が、前記入力信号の印加によって得たアース側端子電圧Ｖinと、ライン側端子電圧Ｖoutと、前記ライン側端子電圧Ｖoutを取り出す測定回路におけるフィードバック抵抗たる既知抵抗ｒから、
   

   

   により試料避雷装置のインピーダンスを導くステップと、
   前記演算手段が、
   

   

   により試料避雷装置のアース側端子電圧Ｖinとライン側端子電圧Ｖout間の位相差Φを導くステップと、
   前記演算手段が、
   

   

   により試料避雷装置の直列成分抵抗値Ｒを導くステップと、
   プロッタが、導かれた直列成分抵抗値Ｒを約１ｋＨｚ未満から約１ＭＨｚを超える周波数に至るまで両対数軸にプロットし試料避雷装置固有の周波数特性カーブを得るステップと、
   比較部が、設定周波数以下及び、設定周波数以上の領域において正常品と試料の直流成分抵抗値格差を導くステップと、
   判定部が、前記直流成分抵抗値較差を受けて正常品、完全破壊品、又は部分破壊品に振り分けるステップを経る避雷装置の故障判定方法であって、
   前記判定部は、前記直列成分抵抗値Ｒの実測値と正常値の間に設定量以上の相異が認められ、且つ、
   その相異が１ｋＨｚ以下で確認された場合には完全破壊品と判定する一方、
   その相異が１ｋＨｚ以下で確認されず、且つ１００ｋＨｚ以上で確認された場合には部分破壊品と判定するステップを経ることを特徴とする避雷装置の故障判定方法。

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