JP6082882B1

JP6082882B1 - 劣化診断装置

Info

Publication number: JP6082882B1
Application number: JP2016012247A
Authority: JP
Inventors: 佳康古賀; 佐藤　智之; 智之佐藤; 征紀廣岡; 靖章米田
Original assignee: Otowa Electric Co Ltd; Tohoku Electric Power Co Inc
Current assignee: Otowa Electric Co Ltd; Tohoku Electric Power Co Inc
Priority date: 2016-01-26
Filing date: 2016-01-26
Publication date: 2017-02-22
Anticipated expiration: 2036-01-26
Also published as: JP2017134935A

Abstract

【課題】酸化亜鉛素子と放電ギャップとが直列接続された主要部を絶縁外被体で被覆した密封構造の避雷器について、簡易な手段でもって酸化亜鉛素子の劣化を判定する。【解決手段】酸化亜鉛素子１２と放電ギャップ１３とを直列接続した主要部が絶縁外被体１４で被覆された避雷器１１に試験電圧を印加し、その試験電圧を増大させた時の避雷器１１の電圧特性に基づいて避雷器１１の劣化状態を判定する劣化診断装置１７であって、避雷器１１に試験電圧を印加し、試験電圧を増大させて放電ギャップ１３の放電開始電圧に達した時点で試験電圧の印加を停止する電圧供給部１８と、試験電圧の印加停止直後に顕在化した残留電圧の規定時間範囲で電圧測定をする電圧計測部２０と、残留電圧の測定値に基づいて酸化亜鉛素子１２の劣化状態を判定する判定部２１とで構成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、配電線に設置された耐雷機材の一種である避雷器の劣化状態を判定する劣化診断装置に関する。

例えば、高圧配電線またはその付近への落雷などによって異常電圧が発生した際に、高圧配電線に接続された各種電気機器を雷サージから保護するための耐雷機材として、高圧配電線の課電側と接地側との間に避雷器を設置するのが一般的である。

この種の避雷器は、直撃雷や誘導雷による瞬間的な過電圧を制限してサージ電流を大地に放流するためのデバイスとして、酸化亜鉛素子（ＺｎＯ素子）と放電ギャップとを直列接続し、主要部を碍子などの絶縁外被体で被覆し、金属蓋で密封した構造のものがある。

このような構造を具備した避雷器では、サージ電圧が繰り返し印加されることによって劣化し、最終的には絶縁抵抗体ではなくなり、電流が常に流れる故障状態に至ることになる。このような避雷器が故障状態になると、金属蓋に膨らみが生じることから、避雷器を外部から目視したり、あるいは避雷器の絶縁抵抗が低抵抗となるので、その絶縁抵抗を測定したりすることで、避雷器の故障を判定するようにしている。

また、避雷器に直流電圧を印加することにより、避雷器の構成要素の一つである放電ギャップの放電開始電圧を測定することで、避雷器の劣化あるいは故障を判定するようにしている（例えば、特許文献１参照）。つまり、放電開始電圧の測定値が基準値よりも低ければ、放電ギャップが劣化していることになり、放電開始電圧の測定値が０であれば、故障していることになる。

特開２０１３−１３１３９１号公報

ところで、避雷器の点検では前述したように、避雷器を外部から目視したり、あるいは避雷器の絶縁抵抗を測定することにより、避雷器の故障を判定するようにしている。しかしながら、避雷器が故障状態に至るまでの劣化状態では、金属蓋に膨らみが生じず、また、放電ギャップが酸化亜鉛素子と直列接続されているので、酸化亜鉛素子の絶縁抵抗を直接測定することができず、絶縁抵抗の低下を検出できないため、避雷器の劣化を判定することができない。

一方、前述の特許文献１では、避雷器に直流電圧を印加して放電ギャップの放電開始電圧を測定することにより、避雷器の劣化を判定するようにしている。しかしながら、この避雷器の劣化は、避雷器の構成要素の一つである放電ギャップに起因するものである。避雷器の他の構成要素である酸化亜鉛素子は、放電ギャップよりも劣化しやすい傾向にある。従来では、酸化亜鉛素子と放電ギャップとが直列接続された主要部を絶縁外被体で被覆した避雷器について、放電ギャップよりも早く劣化する可能性がある酸化亜鉛素子の劣化を判定することができないというのが現状であった。

前述したように、劣化判定の対象物である避雷器は、酸化亜鉛素子と放電ギャップとが直列接続された主要部を絶縁外被体で被覆した密封構造を具備する。そのため、放電ギャップの劣化判定時のように、避雷器の課電側端子と接地側端子との間の両端電圧を取り出すことにより、放電ギャップの放電開始電圧を測定することができても、酸化亜鉛素子のみの劣化を判定するために、酸化亜鉛素子の両端電圧を取り出すことができない。

そこで、本発明は、前述の課題に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、酸化亜鉛素子と放電ギャップとが直列接続された主要部を絶縁外被体で被覆した密封構造の避雷器において、簡易な手段でもって酸化亜鉛素子の劣化を判定し得る劣化診断装置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、酸化亜鉛素子と放電ギャップとを直列接続した主要部が絶縁外被体で被覆された耐雷機材に試験電圧を印加し、その試験電圧を増大させた時の耐雷機材の電圧特性に基づいて耐雷機材の劣化状態を判定する劣化診断装置であって、耐雷機材に試験電圧を印加し、その試験電圧を増大させて放電ギャップの放電開始電圧に達した時点で試験電圧の印加を停止する電圧供給部と、試験電圧の印加停止直後に顕在化した残留電圧の規定時間範囲で電圧測定をする電圧計測部と、残留電圧の測定値に基づいて酸化亜鉛素子の劣化状態を判定する判定部とで構成されていることを特徴とする。

本発明において、電圧供給部では、耐雷機材に試験電圧を印加し、その試験電圧を増大させて放電ギャップの放電開始電圧に達した時点で試験電圧の印加を停止する。このギャップ放電後、試験電圧の印加停止により、耐雷機材の電圧は低下するが、酸化亜鉛素子の特性に応じた残留電圧が顕在化する。試験電圧の印加停止直後に顕在化する残留電圧の規定時間範囲での電圧を電圧計測部で測定する。

判定部では、この残留電圧の測定値に基づいて酸化亜鉛素子の劣化状態を判定する。つまり、酸化亜鉛素子が劣化している不良品における規定時間範囲での残留電圧は、酸化亜鉛素子が劣化していない良品における規定時間範囲での残留電圧よりも低いことから、測定値が良品よりも低い残留電圧であれば、酸化亜鉛素子が劣化していると判定することができる。

本発明における判定部は、放電ギャップの放電開始電圧の測定値に基づいて放電ギャップの劣化状態を判定するように構成することが望ましい。このような構成を採用すれば、酸化亜鉛素子の劣化を判定することに加えて、放電ギャップの劣化状態も判定することができる。これにより、耐雷機材の劣化を判定する上で信頼性の向上が図れる。

本発明によれば、耐雷機材に試験電圧を印加し、その試験電圧を増大させて放電ギャップの放電開始電圧に達した時点で試験電圧の印加を停止する電圧供給部と、試験電圧の印加停止直後に顕在化した残留電圧の規定時間範囲で電圧測定をする電圧計測部と、残留電圧の測定値に基づいて酸化亜鉛素子の劣化状態を判定する判定部とで構成したことにより、酸化亜鉛素子と放電ギャップとが直列接続された主要部を絶縁外被体で被覆した密封構造の耐雷機材についても、簡易な手段でもって酸化亜鉛素子の劣化を判定することができる。その結果、酸化亜鉛素子の劣化を的確に把握することができ、耐雷機材の劣化を判定する上で信頼性の向上が図れる。

本発明の実施形態で、劣化診断装置の概略構成を示すブロック図である。放電ギャップの劣化を判定する要領を示す動作フローチャートである。酸化亜鉛素子の劣化を判定する要領を示す動作フローチャートである。図１の劣化診断装置に接続された避雷器の出力特性を示す波形図である。図４のＡ部を拡大した避雷器の出力特性を示す波形図である。

本発明に係る劣化診断装置の実施形態を以下に詳述する。以下の実施形態では、劣化診断装置による劣化判定の対象物として、配電線に設置された耐雷機材の一種である避雷器を例示する。なお、本発明は、これに限定されることなく、避雷器以外の他の耐雷機材に対しても適用可能である。

避雷器１１は、図１に示すように、耐雷素子である酸化亜鉛素子１２（ＺｎＯ素子）と放電ギャップ１３とが直列接続された主要部を碍子などの絶縁外被体１４で被覆した密封構造を具備する。この避雷器１１は、配電線に接続される課電側端子１５と、大地に接続される接地側端子１６とを有する。

この実施形態の劣化診断装置１７は、前述した避雷器１１の課電側端子１５と接地側端子１６との間に接続される。この劣化診断装置１７は、放電ギャップ１３の劣化を判定する機能と、酸化亜鉛素子１２の劣化を判定する機能とを具備する。

劣化診断装置１７は、図１に示すように、避雷器１１の課電側端子１５と接地側端子１６との間に直流の試験電圧を印加し、その試験電圧を増大させて放電ギャップ１３の放電開始電圧に達した時点で試験電圧の印加を停止する電圧供給部１８と、放電ギャップ１３の劣化を判定する場合と酸化亜鉛素子１２の劣化を判定する場合とで電圧供給部１８のモードを切り替える切替部１９と、試験電圧の印加で放電ギャップ１３の放電開始電圧を測定すると共に、試験電圧の印加停止直後に顕在化した残留電圧の規定時間範囲で電圧測定をする電圧計測部２０と、放電開始電圧の測定値に基づいて放電ギャップ１３の劣化状態を判定すると共に、残留電圧の測定値に基づいて酸化亜鉛素子１２の劣化状態を判定する判定部２１とで構成されている。

この劣化診断装置における切替部１９は、機械式スイッチあるいは半導体スイッチのいずれであっても構成することが可能である。また、電圧供給部１８、電圧計測部２０および判定部２１は、ＣＰＵを含む回路構成でもってハードウェアあるいはソフトウェアのいずれであっても構築することが可能である。さらに、判定部２１では、図示しないが、劣化判定の結果を表示するランプあるいはブザー等が付設されている。

この実施形態の特徴的な構成を説明する前に、前述の劣化診断装置１７による放電ギャップ１３の劣化状態を判定する要領について、図２を参照しながら以下に詳述する。

まず、切替部１９により、放電ギャップ１３の劣化状態を判定するためのモードに設定する（STEP１）。このモードでは、電圧供給部１８により、避雷器１１の課電側端子１５と接地側端子１６との間に直流の試験電圧を印加する。このモードでの試験電圧の印加は、例えば１ｋＶ／ｓ程度の割合で試験電圧を徐々に増加させる（STEP２）。このように、試験電圧を徐々に増大させることにより、放電ギャップ１３の放電開始電圧のバラツキを抑制するようにしている。

この試験電圧を増大させて放電ギャップ１３の放電開始電圧に達した時点で試験電圧の印加を停止する（STEP３）。判定部２１では、放電ギャップ１３の放電開始電圧の測定値を判定値として、放電ギャップ１３の劣化状態を判定する（STEP４）。例えば、判定値が２０．０ｋＶ〜２９．９ｋＶの範囲内であれば、放電ギャップ１３が劣化していない良品として判定する（STEP５）。また、判定値が１９．９ｋＶ以下、あるいは３０．０ｋＶ以上であれば、放電ギャップ１３が劣化している不良品として判定する（STEP６）。

以上のように、放電ギャップ１３の放電開始電圧の測定値に基づいて放電ギャップ１３の劣化状態を判定することにより、後述する酸化亜鉛素子１２の劣化状態を判定することに加えて、放電ギャップ１３の劣化状態も判定することができる。これにより、避雷器１１の劣化を判定する上で信頼性の向上が図れる。

次に、この実施形態の特徴的な構成として、劣化診断装置１７による酸化亜鉛素子１２の劣化状態を判定する要領について、図３を参照しながら以下に詳述する。

切替部１９により、酸化亜鉛素子１２の劣化状態を判定するためのモードに設定する（STEP１）。このモードでは、電圧供給部１８により、避雷器１１の課電側端子１５と接地側端子１６との間に直流の試験電圧を印加する。このモードでの試験電圧の印加（１回目）は、例えば３０ｋＶ／ｓ程度の割合で試験電圧を一気に増加させる（STEP２）。このように、試験電圧を一気に増加させることにより、後述するように試験電圧の印加を複数回（例えば５回）繰り返す上で、処理時間の短縮化を図るようにしている。また、このモードでは、放電ギャップ１３の放電開始電圧のバラツキを考慮する必要がない。

この試験電圧を増大させて放電ギャップ１３の放電開始電圧に達した時点で試験電圧の印加を停止する（STEP３）。この試験電圧の印加停止により、避雷器１１の端子電圧、つまり、避雷器１１の課電側端子１５と接地側端子１６との間の両端電圧は低下して０となる。ギャップ放電から例えば２秒経過後、再度、試験電圧の印加（２回目）を開始して試験電圧を１回目と同様に一気に増加させる（STEP４）。この試験電圧を増大させて放電ギャップ１３の放電開始電圧に達した時点で試験電圧の印加を停止する（STEP５）。この測定電圧の印加停止により、避雷器１１の端子電圧は０となる。

前述した試験電圧の印加開始と印加停止を５回まで繰り返すことにより、図４の波形で示すような避雷器１１の出力特性が得られる。同図に示すように、１回目の放電開始電圧Ｖ１は、２回目以降の放電開始電圧Ｖ２〜Ｖ５よりも低くなることから、２回目以降で測定値のサンプリングを行う（STEP６）。２回目から５回目までの測定値のサンプリングは、電圧計測部２０にて次の要領でもって行われる。

図４に示す避雷器１１の電圧特性において、例えば２回目の波形のＡ部の時間軸を拡大したものを図５に示す。図５に示すように、ギャップ放電後、試験電圧の印加停止により、避雷器１１の両端電圧は低下するが、酸化亜鉛素子１２の特性に応じた残留電圧Ｖが極めて短時間であるが顕在化する。このギャップ放電から極めて短時間である一定時間経過後における残留電圧Ｖの規定時間範囲Ｔ（例えば１００μｓ〜２００μｓ）でその残留電圧Ｖを電圧計測部２０で測定する（STEP７）。これは、３回目、４回目および５回目についても同様である。

ここで、ギャップ放電から一定時間経過後の１００μｓ〜２００μｓの範囲をサンプリング期間とすることにより、準安定した残留電圧Ｖに基づいて測定値のサンプリングを行うことができる。つまり、ギャップ放電から１００μｓの時間が経過するまでは、残留電圧Ｖが安定していないので不適である。また、ギャップ放電から２００μｓの時間が経過した後では、残留電圧Ｖが低下していくので不適である。

この規定時間範囲Ｔ（１００μｓ〜２００μｓ）において、例えば５ポイントで残留電圧Ｖを測定する。判定部２１では、この５ポイントの測定値のうち、最大値および最小値を除く３ポイントの測定値を試験電圧の印加開始および印加停止の繰り返し（２回目から５回目までの４回分）について合算し、その合算値を測定値の総数（１２個）で除算した平均値を酸化亜鉛素子１２の劣化の判定値とする（STEP８）。

判定部２１では、この判定値に基づいて酸化亜鉛素子１２の劣化状態を判定する。つまり、酸化亜鉛素子１２が劣化している不良品における残留電圧Ｖは、酸化亜鉛素子１２が劣化していない良品における残留電圧Ｖよりも低いことから、測定値が良品よりも低い残留電圧Ｖであれば、酸化亜鉛素子１２が劣化していると判定することができる。例えば、判定値が１３．０ｋＶ以上であれば、酸化亜鉛素子１２が劣化していない良品として判定する（STEP９）。また、判定値が１２．９ｋＶ以下であれば、酸化亜鉛素子１２が劣化している不良品として判定する（STEP１０）。

以上のように、試験電圧の印加を複数回繰り返し、その試験電圧の印加繰り返しごとに、残留電圧Ｖの規定時間範囲Ｔにおける複数ポイントで残留電圧Ｖを測定し、複数個の測定値のうち、最大値および最小値を除く残余の測定値を試験電圧の印加繰り返しについて合算し、その合算値を測定値の総数で除算した平均値を酸化亜鉛素子１２の劣化の判定値とする。これにより、測定ごとに発生する残留電圧Ｖのバラツキによる測定誤差を抑制することができ、酸化亜鉛素子１２の劣化を精度よく判定することができる。

なお、酸化亜鉛素子１２の劣化は避雷器１１の極性によっても異なる。そのため、前述の場合とは逆極性で避雷器１１を劣化診断装置１７に接続した状態で、以上で説明した放電ギャップ１３の劣化判定および酸化亜鉛素子１２の劣化判定を実施することが有効である。この逆極性による放電ギャップ１３の劣化判定および酸化亜鉛素子１２の劣化判定の要領については、前述の場合と同様であるため、重複説明は省略する。

本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

１１耐雷機材（避雷器）
１２酸化亜鉛素子
１３放電ギャップ
１４絶縁外被体
１７劣化診断装置
１８電圧供給部
２０電圧計測部
２１判定部

Claims

酸化亜鉛素子と放電ギャップとを直列接続した主要部が絶縁外被体で被覆された耐雷機材に試験電圧を印加し、前記試験電圧を増大させた時の前記耐雷機材の電圧特性に基づいて耐雷機材の劣化状態を判定する劣化診断装置であって、
前記耐雷機材に試験電圧を印加し、前記試験電圧を増大させて放電ギャップの放電開始電圧に達した時点で試験電圧の印加を停止する電圧供給部と、前記試験電圧の印加停止直後に顕在化した残留電圧の規定時間範囲で電圧測定をする電圧計測部と、前記残留電圧の測定値に基づいて酸化亜鉛素子の劣化状態を判定する判定部とで構成されていることを特徴とする劣化診断装置。
前記判定部は、放電ギャップの放電開始電圧の測定値に基づいて放電ギャップの劣化状態を判定するように構成した請求項１に記載の劣化診断装置。