JP5655229B2 - 外部ギャップ式避雷装置の劣化診断工具 - Google Patents

Description

本発明は、送電線を絶縁支持する碍子装置に取り付けられている外部ギャップ式避雷装置の劣化状況を、活線状態のまま正確かつ安全に測定することができる外部ギャップ式避雷装置の劣化診断工具に関するものである。

送電線を絶縁支持する碍子装置を落雷から保護するとともに、落雷時の続流による送電線の溶断を防止するために、碍子装置には酸化亜鉛形の避雷装置が取り付けられている。周知のように、酸化亜鉛形の避雷装置は非直線の電圧−電流特性を持つ酸化亜鉛素子（避雷要素）を多数直列に接続し、避雷要素部の外周を絶縁物製容器に収納し、ゴムや樹脂等で絶縁被覆したものである。

このような避雷装置は通常は碍子装置の接地側に取り付けられ、その先端の放電用電極が気中ギャップＧを介して課電側の放電用電極と対向配置されている。この気中ギャップＧにより、酸化亜鉛形の避雷装置は電力線から常時切り離された状態にあり、常時は運転電圧がこの避雷装置に直接印加されることはない。しかし落雷時に高い雷サージ電圧を受けると気中ギャップ間で放電を生じさせて酸化亜鉛素子の抵抗値が小さくなって導体となり、雷サージ電流を接地側に逃がし、碍子装置を保護することができる。このような避雷装置を外部ギャップ式避雷装置という。

上記のような外部ギャップ式避雷装置は永年にわたり送電用鉄塔上に設置されるものであるが、過大な繰り返し雷撃を受けると酸化亜鉛素子が劣化して所期の避雷効果を達成できなくなるおそれがある。そこでその劣化状況を活線状態のままで測定できる装置が求められている。

この要求に応えるために、例えばＤＣ１０００Ｖ等の直流高電圧による絶縁抵抗測定機器を絶縁性の活線工具の先端に配置する方式（特許文献１）の装置が検討されてきた。しかしこの方式では活線測定時には測定電源の投入や開放を行うことができず、これらの操作は活線工具の先端を手元に引き寄せて行う必要がある。このため鉄塔上の高所作業においては作業性、安全性ともに良好であるとはいえない。また試験電圧を印加する時間は数秒で十分であるが、上記の動作を行うには電源投入から開放までに時間がかかり、その分だけ電池などの駆動電源が大型化して軽量性が損なわれ、操作性も低下することとなっていた。

特許第２９４２０３０号公報

従って本発明の目的は上記した従来の問題点を解決し、碍子装置に取り付けられている外部ギャップ式避雷装置の劣化状況を活線状態のまま、正確かつ安全に測定することができ、しかも軽量で操作性に優れた外部ギャップ式避雷装置の劣化診断工具を提供することである。

上記の課題を解決するためになされた本発明は、送電線を絶縁支持する碍子装置に取り付けられている外部ギャップ式避雷装置の劣化状況を活線で測定する劣化診断工具であって、絶縁性の活線工具の先端に測定部を設けるとともに、活線工具の基部には無線通信手段によりこの測定部を操作する操作部を設け、この測定部は外部ギャップ式避雷装置の両端に接触する検出端子と、これらの検出端子に高周波電圧を印加する電源部と、検出端子間に流れる電流を検出する検出部とを備え、前記高周波電圧の周波数を、商用周波数の１００倍以上高くしこれらの検出端子間のインピーダンスを１００ｋΩ以下とすることにより、系統電圧に対する外部ギャップ式避雷装置の避雷要素部への誘導電圧に影響されることなく、避雷要素部を構成する酸化亜鉛素子そのものの劣化状況を正確に検出可能としたことを特徴とするものである。

なお請求項２のように、電源部が高周波電圧の周波数切替回路を備え、操作部から測定周波数の切替を可能とすることが好ましい。さらに請求項３のように、電源部が投入操作後、所定時間を経過したときに高周波電圧を自動遮断する手段を備えたものであることが好ましい。

本発明の外部ギャップ式避雷装置の劣化診断工具は、絶縁性の活線工具の先端に測定部を設けるとともに、活線工具の基部には無線通信手段によりこの測定部を操作する操作部を設けた構造であるため、遠隔操作により測定電源の投入や測定条件の設定変更などを、大きく姿勢を変えることなく行うことができる。このため鉄塔上の高所での劣化診断作業を安全かつ操作性よく行うことができる。

また本発明の外部ギャップ式避雷装置の劣化診断工具は、測定電圧として高周波電圧を用いるとともに、検出端子間のインピーダンスを、系統電圧に対する外部ギャップ式避雷装置の避雷要素部への誘導電圧を無視できる値、例えば１００ｋΩ以下とした測定部を採用した。これにより外部ギャップ式避雷装置の分担電圧を大幅に低減することができ、活線工具の先端の電位を接地電位付近とすることができる。したがって安全性が高まるとともに、検出精度を高めることが可能となる。

また、避雷装置に印加する電圧の周波数を、商用周波数の１００倍以上高くすることにより、静電容量による避雷装置のインピーダンスを見掛け上小さくすることができる。これにより、外被表面の湿潤や汚損による沿面漏れ抵抗の影響を無視することが可能となり、避雷要素部を構成する酸化亜鉛素子そのものの劣化状況を正確に検出することができる。また１００〜１０００Ｖ程度の比較的低い電源電圧でも検出に十分な負荷電流（数ｍＡ程度）を供給することができ、装置全体を小型化することができる。また商用周波数よりも十分に高い周波数で容量性電流を検出するため、電力線からの商用周波数の誘導電流や誘導電圧ノイズを容易に除去することができ、活線状態においても信頼性の高い検出が可能である。

さらに請求項２のように電源部が高周波電圧の周波数切替回路を備えたものとしておけば、検出感度の周波数特性に起因する検出誤差を防止することができ、検出精度を向上させることができる。

さらに請求項３のように電源部が投入操作後、所定時間を経過したときに高周波電圧を自動遮断する手段を備えたものとしておけば、電池の電流供給容量を大幅に低減することができ、軽量化とそれによる操作性の向上とを達成することができる。

本発明の実施形態を示す全体図である。 測定部の回路構成図である。

以下に本発明の好ましい実施形態を示す。
図２に示されるように、外部ギャップ式避雷装置１は送電線２を絶縁支持する碍子装置３と並列に取付けられるもので、外部に直列ギャップ４を備えている。この直列ギャップ４より、外部ギャップ式避雷装置１は送電線２から電気的に常時切り離された状態で、送電用鉄塔５上に取り付けられている。なお外部ギャップ式避雷装置１と直列ギャップ４はそれぞれ静電容量を有するので、常時は外部ギャップ式避雷装置１にも送電線２の運転電圧Ｖがこれらの静電容量に応じて分割された分担電圧が作用している。

図１は本発明の実施形態を示す全体図であり、１０はＦＲＰ等の絶縁性材料からなる棒状の活線工具である。その先端には測定部１１が設けられ、基部には操作部１２が設けられている。測定部１１は検出端子１３と、電源部１４と、検出部１５とを備えている。測定部１１と操作部１２とはFM波や赤外線などの無線通信手段により操作信号や検出信号の遣り取りができるようになっている。このため操作部１２から電源部１４の投入を行うことができ、検出部１５に対して測定周波数の設定ステータス及び劣化判定表示の復帰制御指令を伝達することができる。なお測定部１１と操作部１２との距離は、活線作業に必要となる絶縁離隔距離を確保できるように設定しておくことはいうまでもない。

検出端子１３は外部ギャップ式避雷装置１の両端に接触される金属製端子であり、活線工具１０の最先端に測定対象となる外部ギャップ式避雷装置１のサイズに対応させて所定間隔で設けられている。電源部１４はこれらの検出端子１３間に高周波電圧を印加するためのもので、検出部１５は高周波電圧を外部ギャップ式避雷装置１に印加した際に外部ギャップ式避雷装置１を通じて検出端子１３間に流れる電流を検出する機能を有するものである。

図２に示すように、電源部１４は電池１６と、発振回路１７と、高周波トランス１８とからなる。発振回路１７は高周波を生成する回路であり、高周波トランス１８は生成された高周波を昇圧する装置である。ただし昇圧電圧は外部ギャップ式避雷装置１の動作開始電圧である数ｋＶ〜数十ｋＶよりも十分に低い数十〜数百Ｖ程度、すなわち、外部ギャップ式避雷装置１の動作開始電圧または1mAにおけるバリスタ電圧よりも十分（１桁以下）低くし、外部ギャップ式避雷装置１が高抵抗体とみなせる領域において測定できるようにしておく。周波数は電力線の商用周波数よりも十分に高くしておく。電力線の商用周波数は５０Ｈｚまたは６０Ｈｚであり、その１００倍以上の周波数、例えば５ｋＨｚ〜数１００ｋＨｚの高周波を発振回路１７により発生させる。

発振回路１７には高周波電圧の周波数切替回路１９を設けておき、外部ギャップ式避雷装置１に印加される高周波電圧を操作部１２からの遠隔操作によって複数段階に変更できるようにしておくことが好ましい。この切り替えにより検出感度の周波数特性による誤差をキャンセルすることができる。

また電源部１４には、投入操作後に所定時間を経過したときに高周波電圧を自動遮断する手段２０を設けておくことが好ましい。この実施形態では投入操作後３秒を経過すると自動遮断を行うように設定してあり、従来品に比較して電池１６の電流供給容量を大幅に低減させることを可能とした。測定中に手元に引き寄せている間に電圧が遮断されるので、操作時の安全性にも配慮できる。実際の測定に要する時間は１秒以下であるから、自動遮断を行っても全く支障はない。

高周波トランス１８と検出端子１３との間には測定用抵抗２１と保護抵抗２２とが直列に設けられている。測定用抵抗２１は外部ギャップ式避雷装置１に高周波電圧を印加したときに外部ギャップ式避雷装置１に流れる電流を電圧に変換して検出部１５に受け渡すためのものであり、保護抵抗２２に対して十分小さくなるように１００Ω程度のものを用いればよい。

本発明では、検出端子１３間のインピーダンスを小さくすることにより、系統電圧に対する外部ギャップ式避雷装置１の避雷要素部への誘導電圧を無視できるようにする。このインピーダンスは主として保護抵抗素子２２により決定されるので、保護抵抗素子２２の抵抗値を１ｋΩ〜１００ｋΩ程度とすることにより、検出端子１３間のインピーダンスを好ましくは１００ｋΩ以下に設定する。

この点につきさらに説明すると、商用周波数における系統電圧に対する外部ギャップ式避雷装置１の静電容量を１０ｐＦ、直列ギャップ４の静電容量を１ｐＦ程度とすると、前記したように外部ギャップ式避雷装置１の分担電圧率は１／１１となり、系統電圧の９．１％に相当する電圧が外部ギャップ式避雷装置１の端子間に発生することになる。このため外部ギャップ式避雷装置１の端子に検出端子１３を接触させて測定を行う際に感電の危険があるばかりでなく、測定精度への影響も懸念される。しかし外部ギャップ式避雷装置１の避雷要素部への誘導電圧に対しては、外部ギャップ式避雷装置１はほぼ絶縁物と見なせることから、そのインピーダンスは静電容量分（１／２πｆＣｓ）で表わすことができる。ここでｆは周波数、Ｃｓは等価静電容量である。このため上記のように検出端子１３間のインピーダンスを十分に小さくしておけば、検出端子１３を接触させた瞬間に外部ギャップ式避雷装置１と検出電源の合成インピーダンスが減少し、外部ギャップ式避雷装置１の分担電圧率は０に近づく。その計算結果を表１に示す。

このように、本発明では検出端子１３間のインピーダンスを十分に小さく、例えば１００ｋΩ以下としておくことにより系統電圧に対する外部ギャップ式避雷装置１の避雷要素部への誘導電圧を実質的に無視することができ、安全かつ精度のよい測定が可能となる。

測定用抵抗２１の端子間電圧は、検出部１５のバンドパスフィルター３０により系統電圧の誘導分を取り除き、Ａ／Ｄ変換部３１にて整流・平滑化処理を施してアナログ波高値をデジタルデータに変換する。信号処理部３２では予めメモリ３３に格納してある判定閾値を呼び出して先のデジタルデータとの比較を行い、所定時間連続して閾値を超えたときに劣化と判定するとともに、表示部３４に表示する。

以上に説明したように、本発明の劣化診断工具を用いれば、碍子装置３に取り付けられている外部ギャップ式避雷装置１の劣化状況を活線状態のまま、正確かつ安全に測定することができる、しかも本発明の劣化診断工具は軽量で操作性に優れたものであり、高所作業における安全性を確保することができる。

１ 外部ギャップ式避雷装置
２ 送電線
３ 碍子装置
４ 直列ギャップ
５ 送電用鉄塔
１０ 活線工具
１１ 測定部
１２ 操作部
１３ 検出端子
１４ 電源部
１５ 検出部
１６ 電池
１７ 発振回路
１８ 高周波トランス
１９ 周波数切替回路
２０ 高周波電圧を自動遮断する手段
２１ 測定用抵抗
２２ 保護抵抗
３０ バンドパスフィルター
３１ Ａ／Ｄ変換部
３２ 信号処理部
３３ メモリ

Claims (3)

1. 送電線を絶縁支持する碍子装置に取り付けられている外部ギャップ式避雷装置の劣化状況を活線で測定する劣化診断工具であって、
   絶縁性の活線工具の先端に測定部を設けるとともに、活線工具の基部には無線通信手段によりこの測定部を操作する操作部を設け、
   この測定部は外部ギャップ式避雷装置の両端に接触する検出端子と、これらの検出端子に高周波電圧を印加する電源部と、検出端子間に流れる電流を検出する検出部とを備え、
   前記高周波電圧の周波数を、商用周波数の１００倍以上高くし、これらの検出端子間のインピーダンスを１００ｋΩ以下とすることにより、系統電圧に対する外部ギャップ式避雷装置の避雷要素部への誘導電圧に影響されることなく、避雷要素部を構成する酸化亜鉛素子そのものの劣化状況を正確に検出可能としたことを特徴とする外部ギャップ式避雷装置の劣化診断工具。
2. 電源部が高周波電圧の周波数切替回路を備え、操作部から測定周波数の切替を可能としたことを特徴とする請求項１記載の外部ギャップ式避雷装置の劣化診断工具。
3. 電源部が投入操作後、所定時間を経過したときに高周波電圧を自動遮断する手段を備えたものであることを特徴とする請求項１記載の外部ギャップ式避雷装置の劣化診断工具。