JPWO2018116357A1 - 監視装置および監視方法 - Google Patents

Abstract

監視装置（２）は、密閉タンク（１１）内に複数の素子（１３）が並べて設けられた避雷器（１）を監視する監視装置（２）であって、密閉タンク（１１）の内部状態を検出する検出部（１５）と、検出部（１５）によって検出された検出結果に基づいて、雷撃による素子（１３）の破損を判断する破損判断部（４２）と、素子（１３）が破損したと判断されたあとに雷撃が処理されたか否かを判断する処理判断部（４３）と、を備える。

Description

本発明は、雷撃を処理する避雷器を監視する監視装置および監視方法に関するものである。

従来、絶縁ガスが封入された密閉タンクの内部に複数の非直線抵抗素子が並べて設けられた避雷器が用いられている。避雷器は、雷撃時に非直線抵抗素子を通して過電流をグランドに放電することで、避雷器を備える系統に接続された機器を過電圧、過電流から保護する。なお、以下の説明において、雷撃時に過電流をグランドに放電することを、雷撃を処理するとも表現する。

避雷器では、雷撃によって非直線抵抗素子が破損する場合がある。非直線抵抗素子が破損すると、系統が有する機器を次の雷撃時に保護できなくなるおそれがある。そこで、特許文献１に開示された避雷器の監視装置では、避雷器に雷撃があった際の絶縁ガスの温度の上昇に基づいて、複数の非直線抵抗素子のうちの一部の非直線抵抗素子の破損を検出する構成が開示されている。

特開２０１５−１５８４５５号公報

特許文献１に開示された構成では、密閉タンク内での絶縁ガスの温度の上昇に伴うガス圧力の上昇が、避雷器の熱時定数に依存することを検出した場合に一部の非直線抵抗素子が破損したと判定している。しかしながら、熱時定数に依存した密閉タンク内でのガス圧力の上昇は、非直線抵抗素子の一部が破損した場合であっても全部が健全な場合であっても生じる現象である。したがって、非直線抵抗素子の一部が破損したのか、あるいは全部が健全なのかを明確に判別することは困難である。非直線抵抗素子の一部が破損した場合と、全部が健全な場合とでは、その後の避雷器の耐量に影響を与えるため、非直線抵抗素子の一部が破損したことを検出できることが望まれる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、避雷器が備える複数の非直線抵抗素子のうち一部の非直線抵抗素子の破損を検出できる監視装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、密閉タンク内に複数の素子が並べて設けられた避雷器を監視する監視装置であって、密閉タンクの内部状態を検出する検出部と、検出部によって検出された検出結果に基づいて、雷撃による素子の破損を判断する破損判断部と、素子が破損したと判断されたあとに雷撃が処理されたか否かを判断する処理判断部と、を備えることを特徴とする。

本発明にかかる監視装置によれば、避雷器が備える複数の非直線抵抗素子のうち一部の非直線抵抗素子の破損を検出できるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１にかかる監視装置および監視装置に監視される避雷器の概略構成を示す図 避雷器が雷撃を処理した場合のＬＡタンク内でのガス圧力の変化の一例を示す図 避雷器が雷撃を受けた際に、素子群のうちの一部の非直線抵抗素子が破損した場合のＬＡタンク内でのガス圧力の変化の一例を示す図 判断部のハードウェア構成を示すブロック図 本発明の実施の形態２にかかる監視装置および監視装置に監視される避雷器の概略構成を示す図 本発明の実施の形態３にかかる監視装置および監視装置に監視される避雷器の概略構成を示す図

以下に、本発明の実施の形態にかかる監視装置および監視方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる監視装置および監視装置に監視される避雷器の概略構成を示す図である。図１に示す避雷器１と監視装置２とを備えて監視システムが構成される。

まず、避雷器（ＬＡ：Ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ Ａｒｒｅｓｔｅｒ）１について説明する。避雷器１は、密閉タンクであるＬＡタンク１１と、複数の素子である複数の非直線抵抗素子１３とを備えている。ＬＡタンク１１は、密閉された金属容器である。ＬＡタンク１１の内部には、絶縁性の絶縁ガスが封入されている。絶縁ガスには、六フッ化硫黄（ＳＦ_６）ガスが挙げられる。

複数の非直線抵抗素子１３は、ＬＡタンク１１の内部に直列に並べて設けられている。非直線抵抗素子１３には、酸化亜鉛（ＺｎＯ）素子が挙げられる。図１では、１０個の非直線抵抗素子１３が設けられた例を示しているが、非直線抵抗素子１３の個数は適宜変更可能である。以下の説明において並べて設けられた非直線抵抗素子１３をまとめて素子群１２と呼ぶ。

素子群１２の一端１２ａは、高圧導体１０に接続されている。素子群１２の他端１２ｂは、接地線１６を介してグランドに接続されている。なお、高圧導体１０には、高圧導体１０を通して電力が供給される図示を省略した機器が接続されている。避雷器１は、高圧導体１０に雷撃があった際に、素子群１２を通して過電流をグランドに放電することで、高圧導体１０に接続された機器の過電圧、過電流による破損を抑制する。

ここで、避雷器１が雷撃を処理した場合のＬＡタンク１１内でのガス圧力の変化について説明する。図２は、避雷器１が雷撃を処理した場合のＬＡタンク１１内でのガス圧力の変化の一例を示す図である。避雷器１が雷撃を処理すると、雷のエネルギーを吸収した非直線抵抗素子１３の温度が上昇する。非直線抵抗素子１３の温度が上昇することでＬＡタンク１１内の絶縁ガスの温度が上昇する。ＬＡタンク１１の容量は一定であるため、図２に示すように、絶縁ガスの温度が上昇することでＬＡタンク１１内のガス圧力が上昇し、その後の外気への放熱によってＬＡタンク１１およびガスの温度低下に伴ってＬＡタンク１１内のガス圧力も下降する。

このときのＬＡタンク１１内のガス圧力の変化は、避雷器１の熱時定数に依存した変化を示す。避雷器１の熱時定数とは、避雷器１が備えるＬＡタンク１１、素子群１２および絶縁ガスの各構成要素から算出されるその避雷器１固有の温度変化を示す指標である。この熱時定数に応じた絶縁ガスの温度変化に応じて、ＬＡタンク１１内のガス圧力が変化することで、ＬＡタンク１１内のガス圧力の変化も避雷器１の熱時定数に依存することになる。

次に、避雷器１が雷撃を受けた際に、素子群１２のうちの一部の非直線抵抗素子１３が破損した場合のＬＡタンク１１内でのガス圧力の変化について説明する。図３は、避雷器１が雷撃を受けた際に、素子群１２のうちの一部の非直線抵抗素子１３が破損した場合のＬＡタンク１１内でのガス圧力の変化の一例を示す図である。

避雷器１が雷撃を受けて非直線抵抗素子１３が一部破損すると、その非直線抵抗素子１３の沿面でアーク２２が発生する。アーク２２が発生することで衝撃波が発生し、ＬＡタンク１１内のガス圧力が上昇する。図３に示すように、アーク２２の発生によるガス圧力の上昇は、熱時定数に依存したガス圧力の上昇に比べて急激なものとなる。また、アーク２２の発生によって発生した衝撃波は、ＬＡタンク１１内で衝突と反射を繰り返した後に消滅することで、ＬＡタンク１１内のガス圧力は下降する。ＬＡタンク１１内のガス圧力は下降も、熱時定数に依存したガス圧力の下降に比べて急激なものとなる。なお、衝撃波のピーク時間幅は、避雷器１が雷撃を受けている時間に相当し、その時間は百マイクロ秒程度となる。図３では、雷撃を受けてから時間ｔｐまでにガス圧力の上昇と下降が行われている。

また、素子群１２のうち一部の非直線抵抗素子１３が破損した場合であっても、他の非直線抵抗素子１３は健全なまま残る場合がある。この場合には、避雷器１が受けた雷撃は残った非直線抵抗素子１３によって処理されるため、図３に示すようにアーク２２の発生によるガス圧力の変動に続いて、熱時定数に応じてＬＡタンク１１内のガス圧力が変動する。すなわち、避雷器１が雷撃を受けてから時間ｔｐまでのガス圧力変動は衝撃波による影響が支配的であり、時間ｔｐ以降は素子群１２の温度上昇による影響が支配的である。

次に、非直線抵抗素子１３の破損を監視する監視装置２について説明する。図１に戻って、監視装置２は、避雷器１が備える非直線抵抗素子１３が雷撃によって破損したか否かを監視する。監視装置２は、ガス圧力検出部であるガス圧力センサ１５と、判断部４０とを備える。ガス圧力センサ１５は、ＬＡタンク１１の内部状態であるＬＡタンク１１内のガス圧力を検出する検出部である。ガス圧力センサ１５は、検出したガス圧力を示す情報を判断部４０に送信する。

判断部４０は、記憶部４１と、破損判断部４２と、処理判断部４３、一部破損判断部４４とを備える。記憶部４１には、第１の規定時間Ｔ１、素子破損の基準となる閾値Ｐ１、第２の規定時間Ｔ２、および雷撃処理の基準となる閾値Ｐ２を示す情報が記憶されている。

破損判断部４２は、ガス圧力センサ１５から送られてきた情報に基づいて、ＬＡタンク１１内のガス圧力を規定の周期でサンプリングする。破損判断部４２は、第１の規定時間Ｔ１内でのＬＡタンク１１内のガス圧力の上昇値が素子破損の基準となる閾値Ｐ１を超えた場合に、雷撃によって非直線抵抗素子１３が破損したと判断する。第１の規定時間Ｔ１は、時間ｔｐよりも短い時間に設定されている。素子破損の基準となる閾値Ｐ１は、ＬＡタンク１１内で１つの非直線抵抗素子１３が規定のエネルギーを受けてアーク２２が発生するという条件で算出または検証されたガス圧力の上昇値である。

処理判断部４３は、ガス圧力センサ１５から送られてきた情報に基づいて、ＬＡタンク１１内のガス圧力を規定の周期でサンプリングする。処理判断部４３は、雷撃によって非直線抵抗素子１３が破損したと判断されてから、第２の規定時間Ｔ２が経過するまでに、ＬＡタンク１１内のガス圧力の上昇値が雷撃処理の基準となる閾値Ｐ２を超えた場合に、健全な非直線抵抗素子１３によって避雷器１が雷撃を処理したものと判断する。雷撃処理の基準となる閾値Ｐ２は、素子群１２が規定のエネルギーを吸収する場合に、避雷器１の熱時定数に基づいて算出されたガス圧力の上昇値である。

一部破損判断部４４は、非直線抵抗素子１３が破損したと破損判断部４２で判断され、かつ避雷器１が雷撃を処理したものと処理判断部４３で判断された場合には、素子群１２のうち一部の非直線抵抗素子１３が破損したと判断する。一部破損判断部４４は、一部の非直線抵抗素子１３が破損したことを示す情報を送出して、図示を省略した報知部等によって一部の非直線抵抗素子１３が破損したことを報知させてもよい。報知部には、例えば画像および文字を表示する表示装置、音声を発生するスピーカ装置が挙げられる。また、非直線抵抗素子１３が破損したと判断され、かつ避雷器１が雷撃を処理したものと判断されなかった場合には、すべてまたはほとんどの非直線抵抗素子１３が破損し、雷撃が適切に処理されなかったものと判断する。なお、雷撃が適切に処理されなかったことは、高圧導体１０に接続された短絡を監視する他の装置によって判断されてもよい。

なお、素子群１２に含まれるすべてまたはほとんどの非直線抵抗素子１３が破損した場合には、すべての雷撃のエネルギーを吸収する前に短絡状態となるため、ＬＡタンク１１内のガス圧力の上昇と下降が急激に進み、第２の規定時間Ｔ２が経過するまでに雷撃処理の基準となる閾値Ｐ２を超えない。また、雷撃によって非直線抵抗素子１３が破損しない場合には、アーク２２が発生しないため衝撃波も発生しない。

図４は、判断部４０のハードウェア構成を示すブロック図である。判断部４０は、演算装置５１、記憶装置５２を備える。演算装置５１には、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）が例示される。上述した破損判断部４２、処理判断部４３、一部破損判断部４４の機能は、演算装置５１によって実現される。記憶装置５２には、半導体メモリ、磁気ディスク、光ディスクが例示される。上述した記憶部４１の機能は、記憶装置５２によって実現される。また、記憶装置５２には、演算装置５１に上記機能を発揮させるプログラムが記憶されている。記憶装置５２は、演算装置５１がプログラムを実行する際の一次記憶領域としても使用される。プログラムには、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせが例示される。

以上説明した監視装置２では、一部の非直線抵抗素子１３の破損を、すべてまたはほとんどの非直線抵抗素子１３が破損した場合と明確に区別して検出することができる。

実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２にかかる監視装置および監視装置に監視される避雷器の概略構成を示す図である。なお、上記実施の形態１と同様の構成については、同様の符号を付して詳細な説明を省略する。

実施の形態２にかかる監視装置２Ａは、実施の形態１で説明した監視装置２に加えて光検出部である受光センサ１７を備える。受光センサ１７は、内部状態であるＬＡタンク１１内での発光を検出する検出部である。受光センサ１７は、ＬＡタンク１１内での発光を検出した場合に、発光を検出したことを示す情報を判断部４０に送信する。

破損判断部４２は、ＬＡタンク１１内での発光が検出された場合に、非直線抵抗素子１３が破損したと判断する。上述したように、雷撃によって非直線抵抗素子１３が破損する場合には、非直線抵抗素子１３の沿面でアーク２２が発生する。本実施の形態２では、このアーク２２の発生を発光によって検出し、非直線抵抗素子１３が破損したか否かの判断に用いている。なお、処理判断部４３および一部破損判断部４４による雷撃の処理が行われたことの判断および一部の非直線抵抗素子１３が破損したことの判断は、実施の形態１と同様の基準で行われる。

以上説明した監視装置２Ａによれば、受光センサ１７を用いて、一部の非直線抵抗素子１３の破損を、すべてまたはほとんどの非直線抵抗素子１３が破損した場合と明確に区別して検出することができる。

実施の形態３．
図６は、本発明の実施の形態３にかかる監視装置および監視装置に監視される避雷器の概略構成を示す図である。なお、上記実施の形態１または上記実施の形態２と同様の構成については、同様の符号を付して詳細な説明を省略する。

実施の形態３にかかる監視装置２Ｂは、避雷器１が接続された系統の電流および系統の電圧を監視して、雷撃時に系統への電力の供給を遮断し、遮断後に系統への電力の供給を復旧させる系統保護部である変電所監視制御装置６０に接続されている。避雷器１および高圧導体１０は、変電所監視制御装置６０に監視された変電所の系統に含まれている。変電所監視制御装置６０は、変電所の系統電流、系統電圧を常時モニタするとともに、雷撃時に系統を保護する操作が成功したか否かを検出している。一般的な変電所では、このような変電所監視制御装置６０が配備されて運用されている。

ここで系統を保護する操作が成功した場合とは、雷撃後に高速で電力系統の復帰ができた場合である。これは、素子群１２にとっては、一部の非直線抵抗素子１３が破損したが他の非直線抵抗素子１３が健全なままである場合、またはすべての非直線抵抗素子１３が健全な状態である場合となる。一方、系統を保護する操作が成功しなかった場合とは、素子群１２にとっては、雷撃によってすべての非直線抵抗素子１３が破損、またはほとんどの非直線抵抗素子１３が破損して絶縁破壊された場合である。

本実施の形態３では、雷撃時に系統を保護する操作が成功したと変電所監視制御装置６０によって判断された場合に、雷撃が適切に処理されたと処理判断部４３が判断する。なお、破損判断部４２による非直線抵抗素子１３の破損の判断および一部破損判断部４４による一部の非直線抵抗素子１３が破損したことの判断の手順は、実施の形態１と同様の手順で行われる。

以上説明した監視装置２Ｂによれば、ガス圧力センサ１５の検出結果および変電所監視制御装置６０の判断結果に基づいて、一部の非直線抵抗素子１３の破損を、すべてまたはほとんどの非直線抵抗素子１３が破損した場合と明確に区別して検出することができる。

なお、ガス圧力センサ１５に代えて受光センサ１７を設けて、ＬＡタンク１１内の発光に基づいて破損判断部４２が非直線抵抗素子１３の破損を判断するように構成してもよい。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ 避雷器、２ 監視装置、１０ 高圧導体、１１ ＬＡタンク、１２ 素子群、１２ａ 一端、１２ｂ 他端、１３ 非直線抵抗素子、１５ ガス圧力センサ、１７ 受光センサ、４０ 判断部、４１ 記憶部、４２ 破損判断部、４３ 処理判断部、４４ 一部破損判断部、５１ 演算装置、５２ 記憶装置、６０ 変電所監視制御装置。

Claims (7)

1. 密閉タンク内に複数の素子が並べて設けられた避雷器を監視する監視装置であって、
   前記密閉タンクの内部状態を検出する検出部と、
   前記検出部によって検出された検出結果に基づいて、雷撃による素子の破損を判断する破損判断部と、
   素子が破損したと判断されたあとに雷撃が処理されたか否かを判断する処理判断部と、を備えることを特徴とする監視装置。
2. 前記検出部は、前記内部状態である前記密閉タンク内のガス圧力を検出するガス圧力検出部であり、
   前記破損判断部は、規定時間内での前記密閉タンク内のガス圧力の上昇値が素子破損の基準となる閾値を超えた場合に、雷撃によって前記素子が破損したと判断し、
   前記処理判断部は、前記素子が破損したと判断されてからの前記密閉タンク内のガス圧力の上昇が、前記密閉タンク内の熱時定数に応じたガス圧力の上昇である場合に雷撃が処理されたと判断することを特徴とする請求項１に記載の監視装置。
3. 前記密閉タンク内のガス圧力を検出するガス圧力検出部をさらに備え、
   前記検出部は、前記内部状態である前記密閉タンク内での発光を検出する光検出部であり、
   前記破損判断部は、前記密閉タンク内での発光が検出された場合に、雷撃によって前記素子が破損したと判断し、
   前記処理判断部は、前記素子が破損したと判断されてからの前記密閉タンク内のガス圧力の上昇が、前記密閉タンク内の熱時定数に応じたガス圧力の上昇である場合に雷撃が処理されたと判断することを特徴とする請求項１に記載の監視装置。
4. 前記避雷器が接続された系統の電流および電圧を監視して、雷撃時に前記系統への電力の供給を遮断し、遮断後に前記系統への電力の供給を復旧させる系統保護部をさらに備え、
   前記検出部は、前記内部状態である前記密閉タンク内のガス圧力を検出するガス圧力検出部であり、
   前記破損判断部は、規定時間内での前記密閉タンク内のガス圧力の上昇値が素子破損の基準となる閾値を超えた場合に、雷撃によって前記素子が破損したと判断し、
   前記処理判断部は、前記系統保護部によって前記系統への電力の供給が復旧された場合に雷撃が処理されたと判断することを特徴とする請求項１に記載の監視装置。
5. 前記避雷器が接続された系統の電流および電圧を監視して、雷撃時に前記系統への電力の供給を遮断し、遮断後に前記系統への電力の供給を復旧させる系統保護部をさらに備え、
   前記検出部は、前記内部状態である前記密閉タンク内での発光を検出する光検出部であり、
   前記破損判断部は、前記密閉タンク内での発光が検出された場合に、雷撃によって前記素子が破損したと判断し、
   前記処理判断部は、前記系統保護部によって前記系統への電力の供給が復旧された場合に雷撃が処理されたと判断することを特徴とする請求項１に記載の監視装置。
6. 前記破損判断部によって前記素子が破損したと判断され、かつ前記処理判断部によって雷撃が処理されたと判断された場合に、前記複数の素子のうち一部の素子が破損していると判断する一部破損判断部をさらに備えることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１つに記載の監視装置。
7. 密閉タンク内に複数の素子が並べて設けられた避雷器を監視する監視方法であって、
   前記密閉タンクの内部状態を検出するステップと、
   検出された前記内部状態に基づいて、雷撃による素子の破損を判断するステップと、
   前記素子が破損したと判断されたあとに雷撃が処理されたか否かを判断するステップと、を備えることを特徴とする監視方法。

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