JPH076852A - 避雷装置及びその劣化検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 サイリスタバルブ４とバルブの制御回路27と
を備えた交直変換器に、酸化亜鉛を主成分とする非直線
抵抗体を備えたバルブ保護用避雷器７を配設し、バルブ
保護用避雷器７の低圧側に漏れ電流検出回路９を接続
し、漏れ電流検出回路９と受信回路20を光ファイバケー
ブル19で接続し、受信回路20と制御回路27を接続した避
雷装置。 【効果】 制御回路27から交直変換器がフローティング
状態にあることを伝達できるため、バルブ保護用避雷器
７の劣化状態を正確に把握できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は直流送電あるいは周波数
変換装置に使用される交直変換器用の避雷装置及びその
劣化検出方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】交直変換器の回路は例えば図４に示すよ
うに構成されている。すなわち、交流系統母線１に変換
用変圧器２，３をそれぞれ接続し、この変換用変圧器
２，３を介して交流系統母線１にサイリスタバルブ４を
接続する。サイリスタバルブ４は必要枚数だけ直列接続
し、高圧側からは高圧側母線５を、低圧側からは低圧側
母線６を引き出す。各々のサイリスタバルブ４にはバル
ブ保護用避雷器７を並列接続し、サイリスタバルブ４と
バルブ保護用避雷器７でブリッジ回路を形成し、このブ
リッジ回路を保護するために各々のブリッジ回路と並列
にブリッジ保護用避雷器８を接続する。このブリッジ保
護用避雷器８の低圧側は接地する。

【０００３】交直変換は図示していないバルブ制御装置
によってサイリスタバルブ４の点弧角を制御して、電力
潮流の向きおよび大きさを調整する事によって行う。こ
のサイリスタバルブ４はサージ性の過電圧に弱く、一度
プレークダウンすると水銀バルブと異なり回復不能とな
るため、バルブ保護用避雷器７およびブリッジ保護用避
雷器８を接続して保護する。

【０００４】これらのバルブ保護用避雷器７およびブリ
ッジ保護用避雷器８には酸化亜鉛を主成分とする非直線
抵抗体が使用され始めている。交直変換器の経済性の要
はサイリスタバルブ４であるため、保護特性の良いバル
ブ保護用避雷器７およびブリッジ保護用避雷器８を使用
して、直列接続するサイリスタバルブ４の数を少なくす
る事が望ましい。

【０００５】しかしながらこのような使用条件下におい
てはバルブ保護用避雷器７およびブリッジ保護用避雷器
８は常時高ストレス状態におかれるので避雷器の劣化検
出が可能な避雷装置が望まれていた。

【０００６】ところでバルブ保護用避雷器７は高圧側、
低圧側ともに大地から絶縁されているため、劣化診断す
るためには交直変換器から取り外さなければならず、劣
化検出は事実上不可能であった。その上、バルブ保護用
避雷器７の低圧側に電流計を接続する事ができたとして
も、バルブ保護用避雷器７の電圧波形は図５に示すよう
に点弧角αの大きさによって大幅に変化する。このため
点弧角αの大きさに伴って漏れ電流値が変化してしまい
正確な劣化検出を行うことができないという問題があっ
た。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のように従来の交
直変換器においてはバルブ保護用避雷器の劣化検出は事
実上不可能であった。そこで本発明の目的は、交直変換
器に接続したまま正確な劣化検出を行うことができ、し
かも劣化検出の出力を容易に確認できる避雷装置および
その劣化検出方法を提供する事にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明においては、サイリスタバルブとこのサイリス
タバルブの点弧角を制御するバルブ制御装置とを備えた
交直変換器に配設された避雷器において、前記避雷器が
酸化亜鉛を主成分とする非直線抵抗体を備え、この避雷
器の低圧側に避雷器監視回路が接続され、この避雷器監
視回路が受信回路に接続され、この受信回路が前記バル
ブ制御装置と接続され、このバルブ制御装置から前記受
信回路に前記交直変換器がフローティング状態にあるこ
とを示す信号が伝達されることを特徴とする避雷装置を
提供する。

【０００９】また前記受信回路が地上近傍に設置され、
この受信回路と前記避雷器監視回路と光ファイバケーブ
ルによって光接続されている避雷装置を提供する。避雷
器監視回路は漏れ電流検出回路あるいは漏れ電流検出回
路と放電電流回路との直列回路で構成されていることが
望ましい。

【００１０】

【作用】フローティング状態においては、避雷装置には
商用周波数の電圧が印加されるので交流系統用の避雷装
置と同様に劣化検出を行うことができる。本発明におい
ては劣化判定を行う受信回路とバルブ制御装置が接続さ
れているので、受信回路に、交直変換器がフローティン
グ状態であることを伝達でき、フローティング状態にあ
る場合にのみ劣化判定を行う。このため避雷器を交直変
換器から取り外すことなく正確な劣化検出をすることが
可能となる。

【００１１】また、避雷器監視回路と受信回路は光ファ
イバケーブルで光接続されているため避雷器監視回路の
設置位置にかかわらず、劣化判定を出力する受信回路を
地上近傍に設置することができ、受信回路の出力を容易
に把握できる。

【００１２】

【実施例】以下に本発明の一実施例を図１を参照して説
明する。図１に示すように、大地から絶縁された２つの
電位間に配設されたバルブ保護用避雷器７の低圧側に漏
れ電流検出回路９が接続されている。漏れ電流検出回路
９は、保護素子である放電管10、抵抗11，12、コンデン
サ13、保護抵抗14，15、ツェナーダイオード16、発光ダ
イオード17，18を備えており、抵抗12、コンデンサ13お
よびツェナーダイオード16と保護抵抗14の直列接続体を
並列接続し、さらにツェナーダイオード16に並列に、保
護抵抗15を介して発光ダイオード17，18を接続する。発
光ダイオード17，18は互いに逆極性になるようにして並
列に接続する。抵抗12は抵抗11と直列接続し、抵抗11，
12と並列に放電管10を接続する。

【００１３】発光ダイオード17，18の光出力は光ファイ
バケーブル19を介して地上に設置された受信回路20に入
力される。受信回路20は、発光ダイオード21，22、増幅
器23，24、加算回路25、判定回路26を備え、発光ダイオ
ード22の出力電流は増幅器23，24で電圧に変換・増幅さ
れ、増幅器23，24の出力は加算回路25に入力され、加算
回路25の出力が判定回路26に入力される。

【００１４】サイリスタバルブの制御回路27と受信回路
20は電気的に接続されており、制御回路27からは交直変
換器がフローティング状態か否かを示す信号が出力さ
れ、これが受信回路20の判定回路26に入力される。

【００１５】次に作用について述べる。バルブ保護用避
雷器７に流れる漏れ電流は、コンデンサ11、抵抗12、発
光ダイオード17，18に分流する。抵抗14，15とコンデン
サ13はローパスフィルタを構成し、電圧波形の階段上の
変化によって生ずる高周波性のスパイクの電流をバイパ
スして発光ダイオード17，18には商用周波数に近い成分
のみを流す。発光ダイオード17は正極性の電流で発光
し、発光ダイオード18は負極性の電流で発光する。

【００１６】発光ダイオード17，18の光出力は光ファイ
バケーブル19により受信回路20の受光ダイオード21，22
に伝送され、増幅器23，24で電圧に変換・増幅され、加
算回路25で加算され、漏れ電流に相当する波形として判
定回路26に入力される。

【００１７】判定回路26はあらかじめ設定された漏れ電
流の上限値と判定回路26に入力された漏れ電流値を比較
し上限値を越える場合でしかもサイリスタバルブの制御
回路27からのフローティング状態信号が入力されている
ときは警報を出す。

【００１８】フローティング状態では図４に示すすべて
のサイリスタバルブ４がオフの状態にあるため、すべて
のバルブ保護用避雷器７には変換用変圧器２，３の２次
側線間電圧の１／３の商用周波数電圧がかかっている。
変換用変圧器２，３の２次側線間電圧値は変圧器のタッ
プ制御により常に一定の値に保たれていること、電圧波
形が商用周波数電圧であることから、この状態での漏れ
電流測定値はかなり正確である。したがってバルブ保護
用避雷器７の正確な劣化判定が可能になる。低圧母線と
受信回路20の電気的な絶縁は光ファイバケーブル19によ
って保持されている。

【００１９】バルブ保護用避雷器７が過電圧によって動
作するとサージ性の放電電流が漏れ電流検出回路９に流
れるが、その場合には抵抗11，12の電圧降下が放電管10
の放電電圧（約1000ボルト）を越え、放電管10が放電し
て電圧はほぼゼロに等しくなる。放電管10が放電するま
での間はツェナーダイオード16が動作し電圧を数ボルト
に制限して発光ダイオード17，18を保護する。漏れ電流
検出回路９において、放電管10の代わりに非直線抵抗素
子を用いた回路が提案されているが、非直線抵抗素子の
漏れ電流のために発光ダイオード17，18の発光が検出し
にくくなるため好ましくない。保護抵抗14，15はそれぞ
れツェナーダイオード16、発光ダイオード17，18に流れ
るサージ電流を制限し、破壊を防止する。

【００２０】サイリスタバルブの制御回路27ではバルブ
運転中（ゲートパルスがでている状態）か否かの信号が
使用されているのでこれを外部に引き出す事は、簡単な
保護回路を付加する程度で容易に可能である。通常、電
力融通を目的とした周波数変換所では、交直変換器は昼
間運転し夜間はフローティングの状態にあるため、少な
くとも１日に１回は漏れ電流の測定、劣化判定が可能で
ある。一方、発電所などの電源線につながる交直変換所
では通常ほとんど運転状態にあるが、１月、５月などの
軽負荷時にはフローティング状態になる事もあるので、
少なくとも１年に２回程度の漏れ電流の測定、劣化判定
が可能である。通常避雷器の劣化進展過程は緩やかなも
ので、交流系統の変電所でも３年に１回程度の漏れ電流
測定で運用されている事を考えると１年に２回程度でも
避雷器の劣化判定には十分な頻度であり、劣化判定のた
めに特に交直変換器を停止しなくても避雷装置の劣化検
出を正確に行うことができる。

【００２１】次に他の実施例を図２を参照して説明す
る。なお図１と同一部分については同一の番号を付与し
て説明を省略する。図２に示すように本実施例では、漏
れ電流検出回路９と直列に、バルブ保護用避雷器７が動
作したときに流れる放電電流を検出する放電電流検出回
路29を接続している。漏れ電流検出回路９でも避雷器放
電電流が流れると何らかの出力が得られるが、ローパス
フィルターを介しているために急峻な放電電流の場合に
感度が落ちてしまう。放電電流検出回路29は漏れ電流検
出回路と同様の構成をとるが、コンデンサ13がない点で
異なる。抵抗31，32，33，35の値も漏れ電流とはレンジ
が異なるので（漏れ電流は１〜10ＭＡ程度、放電電流は
20〜2000Ａ程度）異なる値のものとする。発光ダイオー
ド36，37の光出力は漏れ電流回路９の光出力と同じ光フ
ァイバー19により地上付近設置の受信回路20に伝送され
る。受信回路20には放電電流検出回路29からの光出力を
受けるために、受光ダイオード38，39、増幅器40，41、
加算回路42、計数回路43が追加されている。計数回路43
はバルブ保護用避雷器７の動作回路を表示するが、加算
回路42の出力には放電電流波形に相当する波形が出力さ
れるので、これから放電電流の波高値を計測することも
可能である。

【００２２】これによれば放電計数器の表示を地上から
双眼鏡で見る必要がなくなり保守が簡易化される。また
500ｋＶクラスの交直変換器では最上部の避雷器は地上
より20〜30ｍのところに設置されるので双眼鏡で見る方
法では交直変換器を停止しないと避雷器の動作回数を確
認できなかった。しかしながら本実施例の構成によれば
地上近傍に設置された受信回路で放電計数器の表示を確
認できるため運転中でも容易に避雷器の動作回数を確認
できる。

【００２３】さらに他の実施例を図３を参照して説明す
る。サイリスタバルブ４、バルブ保護用避雷器７は電極
板44、絶縁支柱45に支持されて４重バルブとして組み立
てられている。サイリスタバルブ４の制御用信号と漏れ
電流検出回路９、放電電流検出回路29の光出力は光ファ
イバケーブル19を介して地上近傍に設置の制御盤46内の
サイリスタバルブの制御回路27、受信回路20に接続され
ている。この構成によれば、新たに避雷器監視信号用に
光ファイバケーブル19のルートを確保する必要がなくな
り、構造の簡素化、さらに信頼性が向上するという効果
を奏する。

【００２４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、受信回路
がバルブ制御装置と接続され、このバルブ制御装置から
受信回路に交直変換器がフローティング状態にあること
を示す信号が伝達されるので、避雷装置の劣化検出のた
めに交直変換器の運転を停止することなく正確にせずに
避雷装置の状態を把握することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す避雷装置の構成図

【図２】本発明の第２の実施例を示す避雷装置の構成図

【図３】本発明の第３の実施例を示す避雷装置の構成図

【図４】交直変換器の回路構成図

【図５】（ａ）（ｂ）（ｃ）ともに交直変換器の動作中
にバルブ保護用避雷器に印加される電圧波形

【符号の説明】

４…サイリスタバルブ、７…バルブ保護用避雷器、９…
漏れ電流検出回路、19…光ファイバケーブル、20…受信
回路、27…制御回路。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 サイリスタバルブとこのサイリスタバル
   ブの点弧角を制御するバルブ制御装置とを備えた交直変
   換器に配設される避雷器において、 前記避雷器が酸化亜鉛を主成分とする非直線抵抗体を備
   え、この避雷器の低圧側に避雷器監視回路が接続され、
   この避雷器監視回路が受信回路に接続され、この受信回
   路が前記バルブ制御装置と接続され、このバルブ制御装
   置から前記受信回路に前記交直変換器がフローティング
   状態にあることを示す信号が伝達されることを特徴とす
   る避雷装置。
2. 【請求項２】 前記受信回路が地上近傍に設置され、こ
   の受信回路が前記避雷器監視回路と光ファイバケーブル
   によって光接続されていることを特徴とする請求項１記
   載の避雷装置。
3. 【請求項３】 前記避雷器監視回路が漏れ電流検出回路
   からなり、この漏れ電流検出回路が発光ダイオード、放
   電管、抵抗及びツェナーダイオードを備えていることを
   特徴とする請求項１または請求項２記載の避雷装置。
4. 【請求項４】 前記避雷器監視回路が漏れ電流検出回路
   と放電電流回路との直列回路で構成され、この漏れ電流
   検出回路が発光ダイオード、放電管、抵抗及びツェナー
   ダイオードを備えていることを特徴とする請求項１また
   は請求項２記載の避雷装置。
5. 【請求項５】 前記避雷装置が前記サイリスタバルブに
   搭載され、このサイリスタバルブと前記バルブ制御装置
   が光ファイバケーブルで光接続され、この光ファイバケ
   ーブルで前記避雷器監視回路と前記受信回路が光接続さ
   れていることを特徴とする請求項３または請求項４記載
   の避雷装置。
6. 【請求項６】 サイリスタバルブとこのサイリスタバル
   ブの点弧角を制御するバルブ制御装置とを備えた交直変
   換器に配設された避雷器において、 前記避雷器が酸化亜鉛を主成分とする非直線抵抗体を備
   え、この避雷器の低圧側に避雷器監視回路を接続し、こ
   の避雷器監視回路を地上近傍に設置された受信回路と光
   ファイバケーブルによって光接続し、この受信回路を前
   記バルブ制御装置と接続し、このバルブ制御装置から前
   記交直変換器がフローティング状態にあることを示す信
   号が前記受信回路に入力されると前記避雷器監視回路の
   出力によって前記受信回路で劣化判定を行うことを特徴
   とする避雷装置の劣化検出方法。