(57)【要約】【課題】避雷器の処理エネルギーや温度を監視可能な避雷器監視システムを提供するものである。【解決手段】実施形態の避雷器監視システムは、非直線抵抗体を有する避雷器の放電電流値を取得する放電電流取得部と、前記放電電流取得部により取得された放電電流値と時間との関係を示す電流波形を算出する電流波形算出部と、前記電流波形算出部により算出された前記電流波形と、前記非直線抵抗体の特性とから電圧波形を算出する電圧波形算出部と、前記電流波形算出部により算出された前記電流波形と、前記電圧波形算出部により算出された前記電圧波形とから前記避雷器の処理エネルギーを算出する処理エネルギー算出部と、前記処理エネルギー算出部により算出された前記処理エネルギーに基づいて前記避雷器の温度を算出する避雷器温度算出部とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非直線抵抗体を有する避雷器の放電電流値を取得する放電電流値取得部と、
前記放電電流取得部により取得された放電電流値と時間との関係を示す電流波形を算出する電流波形算出部と、
前記電流波形算出部により算出された前記電流波形と、前記非直線抵抗体の特性とから電圧波形を算出する電圧波形算出部と、
前記電流波形算出部により算出された前記電流波形と、前記電圧波形算出部により算出された前記電圧波形とから前記避雷器の処理エネルギーを算出する処理エネルギー算出部と、
前記処理エネルギー算出部により算出された前記処理エネルギーに基づいて前記避雷器の温度を算出する避雷器温度算出部と
を備える避雷器監視システム。
【請求項２】
前記処理エネルギー算出部により算出された前記処理エネルギーが予め設定された処理エネルギー閾値を超えたか否かを判定する処理エネルギー判定部をさらに有する請求項１に記載の避雷器監視システム。
【請求項３】
前記避雷器温度算出部により算出された前記温度が予め設定された温度閾値を超えたか否かを判定する温度判定部をさらに有する請求項１または請求項２に記載の避雷器監視システム。
【請求項４】
前記処理エネルギー判定部により前記処理エネルギーが予め設定された処理エネルギー閾値を超えたと判定された場合、あるいは前記温度判定部により前記温度が予め設定された温度閾値を超えたと判定された場合に、警告を表示する表示部をさらに有する請求項２または請求項３に記載の避雷器監視システム。
【請求項５】
非直線抵抗体を有する避雷器の放電電流値の光信号を取得し、電気信号に変換する変換器をさらに有し、
前記放電電流値取得部は、前記変換器により電気信号に変換された前記放電電流値を取得する請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の避雷器監視システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、避雷器監視システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
変電所等の電気施設には、雷サージ等の過電圧から変圧器等の主要設備を防護するために、避雷器が設けられている。この避雷器は、保護すべき機器の端子又は母線と大地との間に接続され、発生した過電圧をただちに大地に放電し、停電を生じさせることなく原状に復帰させる機能を有する。
【０００３】
このような避雷器は、基本的には非直線抵抗体を線間に直列に接続することによって構成される。非直線抵抗体は、電圧が増加するに従って抵抗値が著しく低下する非直線特性を持つ抵抗体であり、電力系統の高電圧化に伴い、保護特性、過電圧処理能力に優れた酸化亜鉛を主成分とした抵抗体が用いられている。
【０００４】
雷電流を測定する方法としては、磁鋼片を用いて測定する方法が知られている。避雷器においても劣化診断等のために、磁鋼片などにより放電電流の波高値が記録される。
【０００５】
しかし、避雷器が１秒間に数発といった短時間に連続した雷撃を受けた場合、本来の避雷器が持つ耐量値よりも低いエネルギーで非直線抵抗体が破損してしまう可能性がある。これは、非直線抵抗体の一部分が発熱した場合に、熱伝導により均一化される前に次の電撃を受けることで、発熱分布のバランスや熱膨張のバランスが悪くなることに起因する。
【０００６】
そのため、避雷器の処理エネルギーや温度を監視することが求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−３５７０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の実施形態はこれらの課題を解決するために、避雷器の処理エネルギーや温度を監視可能な避雷器監視システムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を達成するために、実施形態の避雷器監視システムは、非直線抵抗体を有する避雷器の放電電流値を取得する放電電流取得部と、前記放電電流取得部により取得された放電電流値と時間との関係を示す電流波形を算出する電流波形算出部と、前記電流波形算出部により算出された前記電流波形と、前記非直線抵抗体の特性とから電圧波形を算出する電圧波形算出部と、前記電流波形算出部により算出された前記電流波形と、前記電圧波形算出部により算出された前記電圧波形とから前記避雷器の処理エネルギーを算出する処理エネルギー算出部と、前記処理エネルギー算出部により算出された前記処理エネルギーに基づいて前記避雷器の温度を算出する避雷器温度算出部とを備える。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態に係る避雷器監視システムと周辺装置の関係を示す全体システム図。
【図２】本実施形態に係る避雷器監視システムの監視装置の構成を示すブロック図。
【図３】本実施形態に係る避雷器監視システムの監視装置における記憶部の構成を示すブロック図。
【図４】本実施形態に係る避雷器監視システムの監視装置における特性ＤＢの一例。
【図５】本実施形態に係る避雷器監視システムの監視装置の動作を示すフローチャート。
【図６】本実施形態に係る避雷器監視システムの監視装置における電流波形算出プログラムにより算出される電流波形の一例。
【図７】本実施形態に係る避雷器監視システムの監視装置における電圧波形算出プログラムにより算出される電圧波形の一例。
【図８】本実施形態に係る避雷器監視システムの監視装置における処理エネルギー算出プログラムにより算出される処理エネルギー波形の一例。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、実施形態について図面を用いて説明する。
【００１２】
（実施形態）
図１は本実施形態に係る避雷器監視システムと周辺装置の関係を示す全体システム図である。
【００１３】
避雷器監視システム１は、避雷器２を監視するシステムであり、監視装置１００、Ｏ／Ｅ（Ｏｐｔｉｃａｌ／Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ）変換器１０を有する。避雷器２には、正常な電圧下においては高い抵抗特性を示し、電撃等により異常電圧が印加された時には低抵抗特性を示す非直線抵抗体３が用いられ、電力系統４と大地５との間に接続される。非直線抵抗体３としては例えば酸化亜鉛素子が挙げられる。
【００１４】
非直線抵抗体３の低電圧部と大地５は接地線６で接続されており、避雷器２の放電電流を検出する変流器７が接地線６の間に通して設けられる。
【００１５】
変流器７は、定常運転時の漏れ電流のようなｍＡオーダーの電流から雷撃による雷電流のような数十、数百ｋＡの電流を検出できるような検出範囲の広いものを１台設けてもよいし、複数台設け、検出電流の値によって使い分けてもよい。
【００１６】
雷等により電力系統４に異常電圧が発生した場合は避雷器２の放電電流が接地線６を介して大地５に流れ異常電圧を制限する。雷撃による放電電流だけでなく、定常運転時の漏れ電流や系統操作時の開閉サージ電流についても同様である。
【００１７】
変流器７とＥ／Ｏ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ／Ｏｐｔｉｃａｌ）変換器８は伝送路９ａを介して接続され、Ｅ／Ｏ変換器８とＯ／Ｅ変換器１０は伝送路９ｂを介して接続される。伝送路９ｂは例えば、光ファイバーである。また、監視装置１００とＯ／Ｅ変換器１０は伝送路９ｃを介して接続される。
【００１８】
Ｅ／Ｏ変換器８は、例えば避雷器２が設置される現場に置かれ、Ｏ／Ｅ変換器１０は監視室に置かれる。Ｅ／Ｏ変換器８およびＯ／Ｅ変換器１０によって電気−光の変換が行われることで、現場と監視室が絶縁され、避雷器２が雷撃を受けた場合でも監視室の安全が保たれる。また、伝送路９ｂに光ファイバーが用いられることで、外的なノイズの影響を抑制することができる。
【００１９】
変流器７は、避雷器２の放電電流値を取得する。取得された放電電流値は電気信号として伝送路９ａを介してＥ／Ｏ変換器８に出力される。
【００２０】
Ｅ／Ｏ変換器８は、変流器７から放電電流値の電気信号を取得し、光信号に変換する。変換された光信号は伝送路９ｂを介してＯ／Ｅ変換器１０に出力される。
【００２１】
Ｏ／Ｅ変換器１０は、Ｅ／Ｏ変換器８から光信号を取得し、電気信号に変換する。変換された電気信号は伝送路９ｃを介して監視装置１００に出力される。
【００２２】
監視装置１００は、Ｏ／Ｅ変換器１０から電気信号として避雷器２の放電電流値を取得する。
【００２３】
図２は本実施形態に係る避雷器監視システムの監視装置の構成を示すブロック図である。
【００２４】
監視装置１００は、図２に示すように演算処理部１１、通信ＩＦ（インターフェース）１２、出力ＩＦ１３、表示部１４、記憶部１５を有する構成である。その他、ＵＳＢメモリ等の外部記憶装置を装着するＩＦを備えていてもよい。
【００２５】
演算処理部１１は、記憶部１５に格納された各プログラムを読み出し、演算処理を行うＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）などのプロセッサである。演算処理部１１は、機能に応じて複数備えていてもよい。また、内臓メモリを備えていてもよい。
【００２６】
通信ＩＦ１２は、伝送路９ｂを介して信号の授受を行う通信装置、通信手段である。
【００２７】
出力ＩＦ１３は、表示部１４と監視装置１００とを接続するインターフェースである。演算処理部１１から出力ＩＦ１３を介して表示部１４の制御が行われてもよいし、グラフィックボードなど描画処理を行うＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）（ＧＰＵ：Ｇｒａｐｈｉｃｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）により表示制御が行われてもよい。表示制御機能としては例えば、画像データを復号化するデコード機能がある。監視装置１００は、出力ＩＦ１３を使用せず、監視装置１００の内部に表示部１４が直接接続されていてもよい。
【００２８】
表示部１４は、液晶ディスプレイ、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレイ、プラズマディスプレイなどのモニターである。その他、音を発する機能を備えていてもよい。本実施形態では監視装置１００の外部に設置しているが、監視装置１００内に組み込まれていてもよい。
【００２９】
記憶部１５は、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）などの不揮発性の記憶装置、記憶手段である。この他、不揮発性の記憶手段に限られることなくフラッシュメモリなどの半導体メモリを利用してもよいし、半導体メモリとＨＤＤとを組み合せた形態の記憶媒体であってもよい。
【００３０】
図３は、本実施形態に係る避雷器監視システムの監視装置における記憶部の構成を示すブロック図である。
【００３１】
記憶部１５には、図３に示すように、演算処理部１１での処理に利用される放電電流値取得プログラム３１、電流波形算出プログラム３２、特性ＤＢ（Ｄａｔａ  Ｂａｓｅ：データベース）３３、電圧波形算出プログラム３４、処理エネルギー算出プログラム３５、避雷器温度算出プログラム３６、処理エネルギー判定プログラム３７、温度判定プログラム３８、警告出力プログラム３９が格納される。
【００３２】
放電電流値取得プログラム３１は、通信ＩＦ１２を介してＯ／Ｅ変換器１０から避雷器２の放電電流値を取得する機能を演算処理部１１に実行させる放電電流値取得部である。
【００３３】
電流波形算出プログラム３２は、放電電流値取得プログラム３１が取得した放電電流値から、放電電流値と時間の関係を示す電流波形を算出する機能を演算処理部１１に実行させる電流波形算出部である。この電流波形の算出は例えば、デジタルオシログラム等により行われてもよい。
【００３４】
特性ＤＢ３３には、図４に示すように非直性抵抗体３の電流と電圧の関係を示す特性データが格納される。
【００３５】
電圧波形算出プログラム３４は、電流波形算出プログラム３２により算出された電流波形と、特性ＤＢ３３から、電圧値と時間の関係を示す電圧波形を算出する機能を演算処理部１１に実行させる電圧波形算出部である。
【００３６】
処理エネルギー算出プログラム３５は、電流波形算出プログラム３２により算出された電流波形と、電圧波形算出プログラム３４により算出された電圧波形から避雷器２が処理した処理エネルギーを算出する機能を演算処理部１１に実行させる処理エネルギー算出部である。
【００３７】
避雷器温度算出プログラム３６は、処理エネルギー算出プログラム３５により算出された処理エネルギーに基づいて避雷器２の現在の温度を算出する機能を演算処理部１１に実行させる避雷器温度算出部である。
【００３８】
処理エネルギー判定プログラム３７は、処理エネルギー算出プログラム３５により算出された処理エネルギーが予め設定された処理エネルギー閾値を超えたか否かを判定する機能を演算処理部１１に実行させる処理エネルギー判定部である。
【００３９】
温度判定プログラム３８は、避雷器温度算出プログラム３６により算出された避雷器２の現在の温度が予め設定された温度閾値を超えたか否かを判定する機能を演算処理部１１に実行させる温度判定部である。
【００４０】
警告出力プログラム３９は、処理エネルギー判定プログラム３７により処理エネルギーが予め設定された処理エネルギー閾値を超えたと判定された場合、あるいは温度判定プログラム３８により避雷器２の温度が予め設定された温度閾値を超えたと判定された場合に、出力ＩＦ１３を介して警告を表示部１４に出力する機能を演算処理部１１に実行させる警告出力部である。
【００４１】
次に各構成要素の作用について、図５を用いて説明する。図５は本実施形態に係る避雷器監視システムの監視装置の動作を示すフローチャートである。
【００４２】
放電電流値取得プログラム３１は、通信ＩＦ１２を介してＯ／Ｅ変換器１０から避雷器２の放電電流値を取得する（ステップＳ１０１）。
【００４３】
電流波形算出プログラム３２は、放電電流値取得プログラム３１が取得した放電電流値から、放電電流値と時間の関係を示す電流波形を算出する（ステップＳ１０２）。
【００４４】
電流波形算出プログラム３２により算出される電流波形の一例を図６に示す。図６は時刻ｔ１に雷撃を受けた場合の例である。
【００４５】
電圧波形算出プログラム３４は、電流波形算出プログラム３２により算出された電流波形と、特性ＤＢ３３から、電圧値と時間の関係を示す電圧波形を算出する（ステップＳ１０３）。
【００４６】
図４に示すように特性ＤＢ３３から、電流値ｉに対応する電圧値ｖが算出され、電流波形算出プログラム３２により算出された電流波形に対応する電圧波形が算出される。
【００４７】
電圧波形算出プログラム３４により算出される電圧波形の一例を図７に示す。図７は時刻ｔ１に雷撃を受けた場合の例である。
【００４８】
処理エネルギー算出プログラム３５は、電流波形算出プログラム３２により算出された電流波形と、電圧波形算出プログラム３４により算出された電圧波形から避雷器２が処理した処理エネルギーを算出する（ステップＳ１０４）。
【００４９】
具体的に処理エネルギーＥは数式（１）に示すように電流値ｉと電圧値ｖの積の時間積分で求められる。
【数１】
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【００５０】
処理エネルギー算出プログラム３５は、処理エネルギーを図８に示すような波形として算出してもよい。図８は時刻ｔ１に雷撃を受けた場合の例である。
【００５１】
処理エネルギー算出プログラム３５は、避雷器２が処理した処理エネルギーから避雷器２が今後処理可能なエネルギー値を算出してもよい。
【００５２】
避雷器温度算出プログラム３６は、処理エネルギー算出プログラム３５により算出された処理エネルギーに基づいて避雷器２の現在の温度を算出する（ステップＳ１０５）。
【００５３】
避雷器２の温度変化Δｔは数式（２）により算出され、避雷器２の初期温度と温度変化Δｔから避雷器２の現在の温度が算出される。
【００５４】
Δｔ＝Ｅ／Ｃｖ            （２）
ここで、Ｅは避雷器２の処理エネルギー、Ｃｖは定積比熱である。
【００５５】
処理エネルギー判定プログラム３７は、処理エネルギー算出プログラム３５により算出された処理エネルギーが予め設定された処理エネルギー閾値を超えたか否かを判定し、温度判定プログラム３８は、避雷器温度算出プログラム３６により算出された避雷器２の現在の温度が予め設定された温度閾値を超えたか否かを判定する（ステップＳ１０６）。
【００５６】
処理エネルギー閾値の一例としては、多重雷を模擬した試験回路によって破壊試験を行い得られた非直線抵抗体３の短時間耐量値が挙げられる。ここで、短時間耐量値とは、予め設定された時間内に避雷器２が処理したエネルギー値である。
【００５７】
温度判定プログラム３８では、避雷器温度算出プログラム３６により算出された避雷器２の温度上昇値等の温度変化Δｔが予め設定された温度閾値を超えたか否かを判定してもよい。
【００５８】
温度閾値の一例としては、解析計算によって非直線抵抗体３の発熱分布と熱伝導率から求められる非直線抵抗体３の局所的な温度、あるいは局所的な温度上昇値が挙げられる。
【００５９】
警告出力プログラム３９は、処理エネルギー判定プログラム３７により処理エネルギーが予め設定された処理エネルギー閾値を超えたと判定された場合、あるいは温度判定プログラム３８により避雷器２の現在の温度が予め設定された温度閾値を超えたと判定された場合（ステップＳ１０６  ＹＥＳ）に、出力ＩＦ１３を介して警告を表示部１４に出力する（ステップＳ１０７）。
【００６０】
警告出力プログラム３９は、処理エネルギー算出プログラム３５により算出された処理エネルギーが処理エネルギー閾値に近づいた場合、あるいは避雷器温度算出プログラム３６により算出された避雷器２の現在の温度や温度変化Δｔが温度閾値に近づいた場合に、出力ＩＦ１３を介して警告を表示部１４に出力してもよい。
【００６１】
表示部１４は、警告出力プログラム３９から出力された警告を表示する（ステップＳ１０８）。
【００６２】
表示部１４は、警告出力プログラム３９から出力された警告に加えて、処理エネルギー算出プログラム３５により算出された避雷器２の処理エネルギー値、避雷器温度算出プログラム３６により算出された避雷器２の現在の温度、あるいは温度変化Δｔを表示してもよい。また、図６に示す電流波形算出プログラム３２により算出された電流波形、あるいは図７に示す電圧波形算出プログラム３４により算出された電圧波形を表示してもよい。
【００６３】
表示部１４により表示される避雷器２の処理エネルギー値は、図８に示すような処理エネルギー値と時間の関係を示す波形でもよく、予め設定された時間内に避雷器２によって処理された最大のエネルギー値でもよい。また、予め設定された時間内の最後に避雷器２によって処理されたエネルギー値でもよい。
【００６４】
ここで、予め設定された時間をｔ２とすると、予め設定された時間内に避雷器２によって処理された最大のエネルギー値とは図８中のＥ１を示し、予め設定された時間内の最後に避雷器２によって処理されたエネルギー値とは図８中のＥ２を示す。
【００６５】
さらに、処理エネルギー算出プログラム３５により避雷器２が今後処理可能なエネルギー値が算出された場合、表示部１４に表示させてもよい。
【００６６】
表示部１４に表示させる時間間隔は操作者が任意に設定可能である。
【００６７】
表示部１４の表示内容は通信ＩＦ１２を介して、他の避雷器監視システム、コンピュータ、端末機器等に出力可能な構成としてもよい。
【００６８】
以上説明したように、本実施形態に係る避雷器監視システムによれば、避雷器２の処理エネルギーや温度が監視可能であるため、単発の雷サージだけでなく複数の雷サージにより過負荷となり、劣化や損傷した可能性のある避雷器を早期に発見可能である。劣化や損傷した可能性のある避雷器を早期に発見することで地絡事故を未然に防ぐことができる。
【００６９】
さらに、表示部１４に表示させる時間間隔を変更することでリアルタイムでの監視も可能である。
【００７０】
なお、本実施形態で述べた各種機能や処理手順は、ハードウェアにより実現されてもよい。
【００７１】
本実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。本実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。本実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００７２】
１…避雷器監視システム
２…避雷器
３…非直線抵抗体
４…電力系統
５…大地
６…接地線
７…変流器
８…Ｅ／Ｏ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ／Ｏｐｔｉｃａｌ）変換器
９ａ，９ｂ，９ｃ…伝送路
１０…Ｏ／Ｅ（Ｏｐｔｉｃａｌ／Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ）変換器
１１…演算処理部
１２…通信ＩＦ（インターフェース）
１３…出力ＩＦ
１４…表示部
１５…記憶部
３１…放電電流値取得プログラム
３２…電流波形算出プログラム
３３…特性ＤＢ（Ｄａｔａ  Ｂａｓｅ：データベース）
３４…電圧波形算出プログラム
３５…処理エネルギー算出プログラム
３６…避雷器温度算出プログラム
３７…処理エネルギー判定プログラム
３８…温度判定プログラム
３９…警告出力プログラム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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