(57)【要約】【課題】  続流遮断機能を有する避雷素子を直列に接続した避雷装置の故障判定方法において、正常品を使用不能とすることなく部分故障の故障判定の精度をより高めることができる故障判定方法の提供。【解決手段】  入力信号の印加によって導かれた判定対象である避雷装置固有の等価直列抵抗値Ｒの周波数特性を導くステップと、当該判定対象である避雷装置固有の周波数特性と同条件における正常品の周波数特性とを比較するステップと、完全故障品の周波数特性と同条件における正常品の周波数特性の交点を超える周波数帯域において前記判定対象である避雷装置固有の周波数特性と同条件における正常品の周波数特性に故障検出閾値以上の差が認められる場合に故障品と判定するステップを経る避雷装置の故障判定方法。【選択図】      図１
2014013164.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
続流遮断機能を有する避雷素子を直列に接続した避雷装置の故障判定装置において、
判定対象である避雷装置のアース側端子とライン側端子に信号源を接続して入力信号を印加し、入力信号の印加によって得たアース側端子電圧Ｖinとライン側端子電圧Ｖoutからなる出力信号から、
【数１】
2014013164.tif 000008
により判定対象である避雷装置のインピーダンスを導くステップと、
【数２】
2014013164.tif 000009
により判定対象である避雷装置のアース側端子電圧Ｖinとライン側端子電圧Ｖout間の位相差を導くステップと、
【数３】
2014013164.tif 000010
により判定対象である避雷装置固有の等価直列抵抗値Ｒの周波数特性を導くステップと、
当該判定対象である避雷装置固有の等価直列抵抗値Ｒの周波数特性と同条件における正常品の周波数特性とを比較するステップと、
前記比較の結果、
完全故障品の等価直列抵抗値Ｒの周波数特性と同条件における正常品の周波数特性の交点を超える周波数帯域において判定対象である避雷装置固有の等価直列抵抗値Ｒの周波数特性と同条件における正常品の周波数特性に故障検出閾値以上の差が認められる場合に故障品と判定するステップを経ることを特徴とする避雷装置の故障判定方法。
【請求項２】
前記比較の結果、
前記交点を下回る周波数帯域において判定対象である避雷装置固有の等価直列抵抗値Ｒの周波数特性と同条件における正常品の周波数特性に完全故障閾値以上の差が認められる場合に完全故障品と判定する一方、それ以外の故障品を部分故障品と判定するステップを経ることを特徴とする前記請求項１に記載の避雷装置の故障判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力設備に用いられる続流遮断機能を有する避雷素子（例えば、酸化亜鉛素子（酸化亜鉛を主成分とする避雷素子））を直列に接続した避雷装置における、保守・メンテナンス技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
前記避雷装置が備える複数の避雷素子は、雷撃により全てが同時に故障するわけではないため、雷撃によっては、完全故障（全素子故障）に至らず、部分故障（一部素子故障）に留まる例も少なく無い。
部分故障している避雷装置は、導入当初の性能を有していないため、電力設備に対する信頼度の低下を招く。
【０００３】
従来の故障を判定する方法のひとつとして、絶縁抵抗を測定する手法が挙げられる。
絶縁抵抗を測定する手法は、全ての避雷素子が完全に故障したときに初めて判定が可能となる。
そのため、部分故障の状態を判定するには、解体作業が必要であり、全ての避雷装置に実施するには多大な労力を要する。正常品であっても、解体によって再度使用する事が不可能となり、結果として避雷装置の交換を余儀なくされる事態となる。
【０００４】
一方、避雷装置に流れる電流を測定する手法（例えば、下記特許文献１参照。）も存在するが、部分故障品と正常品との間で必ずしも大きな差が出るとは限らず、故障を正確に検出することができない。
【０００５】
これに対して、入力信号の印加によって得たアース側端子電圧とライン側端子電圧（以下、出力信号と総称する。）から判定対象である避雷装置の等価直列抵抗値を導き、当該等価直列抵抗値の周波数特性を正常品と比較して故障を検出する方法が紹介された。これによって避雷装置の故障判定において、解体を伴うことなく、従前に比較して高い精度が得られることとなった（例えば、下記特許文献２参照。）。
しかしながら、より精度が高く、且つ供給メーカーや仕様で左右されないより汎用性の高い故障判定方法が要請されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０５−１５９９０９号公報
【特許文献２】特開２０１１−２０２９５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、続流遮断機能を有する避雷素子を直列に接続した避雷装置について、正常品を使用不能とすることなく部分故障の故障判定の精度をより高めることができる避雷装置の故障判定方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するためになされた本発明による避雷装置の故障判定方法は、続流遮断機能を有する避雷素子を直列に接続した避雷装置の故障判定方法において、判定対象である避雷装置のアース側端子とライン側端子に信号源を接続して入力信号を印加し、それによって得た出力信号を数値化し、その周波数特性を判定に用いるものである。
【０００９】
即ち、入力信号の印加によって得たアース側端子電圧Ｖinとライン側端子電圧Ｖoutからなる出力信号から、
【数１】
2014013164.tif 000003
により判定対象である避雷装置のインピーダンスを導くステップと、
【数２】
2014013164.tif 000004
により判定対象である避雷装置のアース側端子電圧Ｖinとライン側端子電圧Ｖout間の位相差を導くステップと、
【数３】
2014013164.tif 000005
により、判定対象である避雷装置固有の等価直列抵抗値Ｒの周波数特性（以下、等価直列抵抗値Ｒの周波数特性を周波数特性と記す。）を導くステップと、当該判定対象である避雷装置固有の周波数特性と同条件における正常品の周波数特性とを比較するステップと、前記比較の結果、完全故障品の周波数特性と同条件における正常品の周波数特性の交点を超える周波数帯域（以下、高周波領域と記す。）において判定対象である避雷装置固有の周波数特性と同条件における正常品の周波数特性に故障検出閾値以上の差が認められた場合に故障品と判定するステップを経ることを特徴とする。
【００１０】
上記の如く周波数特性のサンプルを検討した結果、部分故障品又は完全故障品については、前記高周波領域において所定の閾値（故障検出閾値）以上の差が認められる場合に、全ての故障品のうちの８０％の故障品（部分故障品及び完全故障品の双方を含む）を検出することができた。しかも、当該高周波領域における差が比較的大きく、多少のノイズには左右されない比較的明確な故障検出閾値を設定することができた。
【００１１】
尚、前記故障検出閾値は、避雷装置のメーカーや仕様等に応じ、前記高周波領域において、判定対象である避雷装置の等価直列抵抗値Ｒが、同条件における正常品の等価直列抵抗値Ｒの平均値の３倍から４倍となる様な差が生じる場合としておけば、正常品のバラツキの範囲外とみることができ、これを以って従来に比して高い精度で故障品（部分故障品及び完全故障品の双方を含む）と判定することができる。
【００１２】
上記の様な検討・評価に基づく上記手法に加えて、その前後のステップとして、更に以下の方法を経て完全故障品に仕分ける手法を採っても良い。
即ち、前記比較の結果、前記交点を下回る周波数帯域（以下、低周波領域と記す。）において判定対象である避雷装置固有の周波数特性と同条件における正常品の周波数特性に完全故障閾値以上の差が認められた場合に完全故障品と判定する一方、それ以外の故障品を部分故障品と判定するステップを経る避雷装置の故障判定方法である。
【００１３】
尚、前記完全故障閾値は、避雷装置のメーカーや仕様等に応じ、前記低周波領域において、判定対象である避雷装置の等価直列抵抗値Ｒが、同条件における正常品の等価直列抵抗値Ｒの平均値の１／２０以下となる様な差が生じる場合としておけば、正常品のバラツキの範囲外とみることができ、これを以って従来に比して高い精度で完全故障品と判定することができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上の如く、本発明による避雷装置の故障判定方法によれば、正常品と完全故障品と部分故障品を分別するに最適な閾値が設定できる様、正常品と完全故障品との周波数特性の交点を境とする低周波領域と高周波領域を分けて比較し判定する処理を採用したことによって、従来に増して正確な判定結果を得ることができるので、電力設備に用いられる避雷装置の保守・メンテナンスの技術向上及び効率化が図られる。
【００１５】
また、部分故障に至っている避雷装置を完全故障に至っている避雷装置を含めて精度よく発見できることにより、電力設備の信頼度維持が図られる。
更に、低周波領域を比較判定することにより、部分故障に至っている避雷装置と、完全故障に至っている避雷装置を正確に分別することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明による避雷装置の故障判定方法が用いられる避雷装置の内部等価回路である。
【図２】本発明による避雷装置の故障判定方法が用いられる避雷装置（試験にて故障させたもの）の周波数に対する等価直列抵抗値（計算値）の一例を示すグラフである。
【図３】本発明による避雷装置の故障判定方法が用いられる避雷装置（試験にて故障させたもの）の周波数に対する等価直列抵抗値（実測値）の一例を示すグラフである。
【図４】図３の要部拡大図である。
【図５】本発明による避雷装置の故障判定方法が用いられる避雷装置（試験にて故障させたもの）の周波数に対する等価直列抵抗値（実測値）の関係を示した一例であって、正常品の平均値に対する判定対象である避雷装置との差を倍率で示したグラフである。
【図６】本発明による避雷装置の故障判定方法による故障品（部分故障品及び完全故障品の双方を含む）の判定率を示す表である。
【図７】本発明による避雷装置の故障判定方法に用いる測定器の一例を示すブロック図である。
【図８】本発明による避雷装置の故障判定方法に用いる測定器の一例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明による続流遮断機能を有する避雷素子を直列に接続した避雷装置（以下、避雷装置と記す。）の故障判定方法の実施の形態を図面に基づき説明する。
本発明は、避雷装置の電気的特性を測定することにより、故障品を抽出すると共に、部分故障又は完全故障に至っている避雷装置の正確な分別判定を可能とするものである。
【００１８】
通常、避雷装置には、複数個の酸化亜鉛素子（以下、避雷素子と記す。）を直列に接続してあり、図１に示す内部等価回路で表すことができる。
これは、抵抗分と静電容量分を並列に接続した回路であるが、複数個の避雷素子を直列接続してなる避雷装置の等価回路は、これらを全て一括した等価直列抵抗値Ｒと、等価直列リアクタンス値Ｘに変換した形で表現することもできる。
【００１９】
その際、避雷素子一個におけるインピーダンスＺ１は、等価直列抵抗値Ｒ１と等価直列リアクタンス値Ｘ１により下記式（４）に示すものとなり、複数個（ｎ個）の避雷素子を直列接続した場合の等価直列抵抗値Ｒｎと等価直列リアクタンス値Ｘｎは下記式（５）に示すものとなる。
【００２０】
【数４】
2014013164.tif 000006
【００２１】
【数５】
2014013164.tif 000007
【００２２】
この式を用いて、正常品、完全故障品、及び部分故障品について等価直列抵抗値Ｒを計算し推定した結果を図２に示す。
尚、この計算結果は、正常品及び故障品に係る各避雷素子の抵抗値ｒ及び静電容量値ｃとして、測定により取得した周波数特性を用いてのものである（図１参照）。
【００２３】
統計上、故障した避雷素子は閃絡により抵抗値ｒが低下するものがその多くを占めており、正常品は、全ての避雷素子について抵抗値ｒが低下していない避雷装置、完全故障品は、全ての避雷素子について抵抗値ｒが低下している避雷装置、部分故障品は、避雷素子の抵抗値ｒが低下しているものと低下していないものが混在する避雷装置として分別することができる。
【００２４】
正常品では、周波数の増加に伴い等価直列抵抗値Ｒが低下していくが（図２又は図３参照）、完全故障品では、全ての避雷素子が故障し抵抗値ｒが低下しているために、周波数が増加しても等価直列抵抗値Ｒが変化せず一定となる（図２又は図３参照）。従って、等価直列抵抗値Ｒについての正常品と完全故障品の差は、それらの等価直列抵抗値Ｒについての周波数特性が描く軌跡の交点を境として、低周波領域側又は高周波領域側へ離れるに従って増大することとなる。
【００２５】
一方、部分故障品では、故障している避雷素子と故障していない避雷素子が直列に接続する形で混在しており、各避雷素子の特性の遷移点が異なるため、低周波領域では正常品とほぼ同様の傾向を示し、故障品を正確に分別するに足る差は得られない。従って、低周波領域では、部分故障品と正常品の判別は比較的困難と言えるが、高周波領域では完全故障品と同様の傾向を示し、正常品との差が比較的はっきりしてくるので（図２又は図３参照）、当該高周波領域においては、完全故障品のみならず、部分故障品にあっても正確に検出することができる。
【００２６】
上記周波数特性の傾向を有効に用いることで、故障判定の精度をより高めることが出来ると共に、完全故障品であるか、部分故障品であるかの分別についても高精度の判定が可能となる。
【００２７】
以下、本発明による避雷装置の故障判定方法の流れを具体的に説明する。
本実施の形態における故障判定方法は、先ず、故障判定の対象となる避雷装置を収集すると共に、図８に示す測定回路を構成し得る測定器（図７参照）を用い周波数特性を取得する。
【００２８】
測定器は、１００Ｈｚから１ＭＨｚに至る交流信号を連続的に発生し得るジェネレータ１と、その入力信号に対する出力信号を検出するプローブ２と、出力信号に対して演算を施す演算手段３と、当該演算手段３で導いた周波数特性を、データ又は画像として画面又は紙面に実現するプロッタ４と、設定周波数以下及び、設定周波数以上の領域において正常品と判定対象である避雷装置の同条件下における等価直列抵抗値Ｒの差を導く比較部５と、その比較結果から、正常品、部分故障品、又は完全故障品の判断を出力する判定部６とで構成される。
【００２９】
前記周波数特性は、送電線から切り離した避雷装置の両端へ測定器を接続し、ジェネレータ１によって、１００Ｈｚから１ＭＨｚまで周波数を変化させつつ信号を供給することによって行う。１ＭＨｚを上限としたのは、測定線などの外部因子の影響によって測定データに不要な共振現象が生じない範囲としたことによる。
【００３０】
当該測定器は、出力信号をプローブ２で検出し、演算手段３は、上記数式（１）乃至（３）の演算を経て等価直列抵抗値Ｒ及びその周波数特性を導く。
前記演算手段３が導く周波数特性は、導いた等価直列抵抗値Ｒを対応する周波数とともに、導いた等価直列抵抗値Ｒを縦軸、周波数を横軸として両対数軸にプロットした状態をシミュレーションできる様に体系的に構成しメモリー等に記録したものである。
【００３１】
前記比較部５は、判定対象である避雷装置の周波数特性を得た時と同条件下での完全故障品と正常品の周波数特性を予め保持し、前記設定周波数として、同条件下における完全故障品及び正常品の周波数特性が交わる周波数（前記高周波領域と低周波領域の境界である前記交点の周波数）を導くと共に、前記演算手段３で導いた判定対象である避雷装置の周波数特性を、予め保持していた前記正常品の周波数特性と比較する。
【００３２】
本実施の形態における比較部５による比較は、
（１）前記高周波領域において判定対象である避雷装置と正常品の周波数特性を比較する第一比較処理と、
（２）前記低周波領域において判定対象である避雷装置と正常品の周波数特性を比較する第二比較処理とを経るものである。
尚、前記正常品及び完全故障品の周波数特性とは、判定対象である避雷装置の周波数特性を導く際と同様の条件を以って得た正常品及び完全故障品の等価直列抵抗値Ｒを、判定対象である避雷装置の周波数特性と共通の両対数軸にプロットした状態をシミュレーションできる様に体系的に構成しメモリー等に記録したものである。
【００３３】
前記判定部６は、相対的に、正常品と故障品の傾向のズレ及び等価直列抵抗値Ｒの増減等変化の相違に着眼して、予め設定した判断基準に基づき判定を行なう。
【００３４】
本実施の形態における判定部６による判定は、前記比較部５の比較結果を受けて以下の判断基準に基づき正常品、完全故障品、又は部分故障品に振り分ける判定処理を行なうものである。
（１）前記比較の結果、それらの周波数特性の高周波領域において、判定対象である避雷装置の等価直列抵抗値Ｒが、同条件における正常品の等価直列抵抗値Ｒの平均値の３倍から４倍（故障検出閾値）となる様な差が生じる場合に、その判定対象である避雷装置を故障品（部分故障品と完全故障品の双方を含む）と判定する第一判定処理と、
（２）前記比較の結果、それらの周波数特性の低周波領域において、判定対象である避雷装置の等価直列抵抗値Ｒが、同条件における正常品の等価直列抵抗値Ｒの平均値の１／２０（完全故障閾値）以下となる様な差が生じる場合に、当該判定対象である避雷装置を完全故障品と判定する第二判定処理とを経るものである。
【００３５】
図８は、上記第一比較処理、第二比較処理、第一判定処理、第二判定処理の順で各々の処理を行った実施の形態の判定実績を、従来手法（絶縁抵抗測定）と比較した一例である。
表に示された通り、各々予め試験にて故障させた（部分故障及び完全故障を含む）３５個の避雷装置について行い、本発明による実施の形態においては、２８個（８０％）、従来手法においては、１１個（３１％）を故障品と判定するという結果を得た。これは、従来手法に比べて２．５倍という高い数値であって、本発明による避雷装置の故障判定方法の有効性を示している。そして、本発明にて故障品と判定した２８個のうちの６個を完全故障品、２２個を部分故障品として、比較的正確に判別できるとの結果も得た。
【符号の説明】
【００３６】
１  ジェネレータ，２  プローブ，３  演算手段，４  プロッタ，
５  比較部，６  判定部，
【図１】
2014013164.tif 000011
【図２】
2014013164.tif 000012
【図３】
2014013164.tif 000013
【図４】
2014013164.tif 000014
【図５】
2014013164.tif 000015
【図６】
2014013164.tif 000016
【図７】
2014013164.tif 000017
【図８】
2014013164.tif 000018