(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非直線抵抗体を避雷素子とする避雷器の全漏れ電流と、この全漏れ電流に含まれる容量性成分を検出し、該全漏れ電流から容量性成分を減ずることにより該全漏れ電流に含まれる抵抗性成分を求める避雷器の漏れ電流測定装置において、
避雷器の低圧部近傍に設けた電界センサにより空間の浮遊容量による静電誘導方式で避雷器が接続される系統の電圧波形を検出し、この電圧波形を微分して前記容量性成分を求める構成を特徴とする避雷器の漏れ電流測定装置。
【請求項２】
避雷器の接地線に設けた変流器により検出した全漏れ電流の検出波形及び前記系統電圧の検出波形をそれぞれフーリエ変換して各次数の高調波成分と位相を演算するフーリエ変換手段と、
前記演算から前記両検出波形の近似波形をそれぞれ求める波形近似手段と、
前記系統電圧の検出波形から求めた近似波形を微分することでキャンセル用の近似波形を求める微分手段と、
前記漏れ電流の近似波形とキャンセル用の近似波形の位相合わせを行う位相調整手段と、
前記漏れ電流の近似波形とキャンセル用の近似波形の基本波成分のレベルを合わせるレベル調整手段と、
前記位相とレベルを調整した漏れ電流の近似波形からキャンセル用の近似波形を減じて抵抗分電流を求める差分演算手段とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の避雷器の漏れ電流測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非直線抵抗体を避雷素子とした避雷器の漏れ電流測定装置に係り、特に避雷器の漏れ電流から抵抗分漏れ電流を測定する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の避雷器は、酸化亜鉛を主成分とする非直線抵抗体等を系統の定格電圧に応じた枚数だけ積層した構造とされ、電力系統に接続されて雷サージ等から電力系統を保護する。
【０００３】
この避雷器の監視や保守管理手段として、漏れ電流測定装置が設けられる。この種の避雷器では、避雷素子の劣化はその非直線性の低下として現れ、その結果として避雷器の漏れ電流が増加することを利用し、漏れ電流測定によって避雷素子の劣化の有無や度合いを検出し、さらに寿命を予測する。
【０００４】
非直線抵抗体を避雷素子とする避雷器の漏れ電流は、常規対地電圧において大部分が容量分電流であり、抵抗分電流はそれに比べてかなり小さい。ところが、避雷素子の温度が何らかの原因で上昇すると抵抗分電流が増加し、この抵抗分電流の増加が発熱量の増大として現れ、避雷素子の発熱量が避雷器の放熱能力を上回ると避雷器が熱暴走に至り、絶縁破壊を起こす。
【０００５】
このため、避雷器の監視や保守管理方法としては避雷器の漏れ電流から抵抗分電流を検出できることが望まれる。
【０００６】
避雷器の等価回路は、図２に示すように抵抗とコンデンサの並列回路になり、避雷器全漏れ電流Ｉを容量分電流ＩＣと抵抗分電流ＩＲの合成で表すことができる。このことから抵抗分電流ＩＲは、漏れ電流Ｉから容量分電流ＩＣを減じることで求めることができる。
【０００７】
漏れ電流Ｉから容量分電流ＩＣを減ずる方法としては、ＰＤ（ＰＴ）で得られた電圧信号（避雷器の端子電圧）を微分したキャンセル波（容量性成分）を検出し、このキャンセル波と漏れ電流Ｉの差を求めることで、抵抗分電流ＩＲを抽出する方法がある。
【０００８】
この方法による漏れ電流測定装置の一例を図３に示す。同図において、系統電圧が印加される母線１と接地間に避雷器２と電圧検出用の分圧器（ＰＤ又はＰＴ）３を設ける。
【０００９】
避雷器２の全漏れ電流は、変流器（ＣＴ）４と、この変流器からの検出電流を電圧信号に変換及び増幅するアンプ５によって検出する。分圧器３の検出電圧はアンプ６によって増幅し、この信号を微分回路７によって微分することにより位相を９０度進めた容量性成分の電圧信号を得る。レベル調整回路８は、アンプ５からの検出電圧波高値に対する微分回路７からの検出電圧波高値（容量性成分）を調整する。
【００１０】
差動アンプ９は、アンプ５に得る避雷器２の全漏れ電流Ｉの電圧信号とレベル調整回路８に得る避雷器２の容量分電流ＩＣの電圧信号との差分演算により抵抗分電流ＩＲの電圧信号を得る。この抵抗分電流ＩＲは、表示器１０に表示、さらには監視装置等に伝送する。
【００１１】
なお、アンプ５や６は、高調波除去フィルタを有して雷サージやノイズなどの高調波成分を除去する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
従来の漏れ電流測定装置では、避雷器の全漏れ電流測定と、キャンセル用の容量性電流測定において、以下の不都合がある。
【００１３】
（１）発変電所におけるＰＤは、母線３相、送電線引き込み口１相に設置される場合が多く、必ずしも避雷器の近傍には設置されていない。このため、キャンセル分電流を求めるための電圧信号は、ＰＤ２次側端子箱からケーブルを延長して漏れ電流測定装置本体に入力しなければならない。
【００１４】
（２）ＰＤ２次側端子接続時には、接続ミス等によるリレーの誤動作や感電事故が起きないように十分注意して作業しなければならない。
【００１５】
（３）定格電圧の高い碍子多段積み避雷器の場合、対地間の浮遊容量により避雷器高圧部の電位と低圧部の電位には若干位相差が生じている。さらに雷などにより酸化亜鉛素子が劣化（部分的）した場合、抵抗分電流が多く流れることで位相差も大きくなる（素子の電圧分担が変わる）。
【００１６】
一方、電圧波形もＰＤで測定される線路電圧（避雷器印加電圧）は正弦波（高調波分含むが）であるが、劣化が大きい箇所での電圧波形は、歪んだ波形となる。このことから、ＰＤ電圧波形をキャンセル波（容量性成分）とした場合、抵抗分電流値に誤差が生じてくる。
【００１７】
酸化亜鉛素子の枚数が多くなる（定格電圧が高くなると）につれて、対地間の浮遊容量により少しずつ電圧分担が不均一になるため、高圧部の素子と低圧部の素子では漏れ電流の値が異なる。このため、避雷器アース側で測定する全漏れ電流は、実際には低圧部付近の素子に流れる漏れ電流である。
【００１８】
（４）測定装置は、電流及び電圧ともノイズによる影響を抑えるため、高調波フィルタをかけているため、電圧に高調波が含まれていても漏れ電流波形及び電圧波形は正弦波に近い波形となり、正確な波形を測定することができない。
【００１９】
なお、高調波フィルタを設けない場合、電圧波形にノイズあるいは高調波の次数が高い成分が含まれると、キャンセル用として使用する電圧波形の微分波形は細かな振動が重畳した波形となってしまうため、抵抗分電流を測定することが困難である。
【００２０】
本発明の目的は、避雷器の全漏れ電流検出とキャンセル用の容量性電流検出を確実、容易にし、さらには高調波成分も考慮した正確な抵抗分電流測定ができる漏れ電流測定装置を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、避雷器周辺の空間の浮遊容量を利用してキャンセル用の電圧信号を検出することでＰＤやＰＴを使った検出を不要にし、さらに漏れ電流と容量性電流の検出に高調波成分も含めることにより正確な抵抗分電流を求めるようにしたもので、以下の構成を特徴とする。
【００２２】
非直線抵抗体を避雷素子とする避雷器の全漏れ電流と、この全漏れ電流に含まれる容量性成分を検出し、該全漏れ電流から容量性成分を減ずることにより該全漏れ電流に含まれる抵抗性成分を求める避雷器の漏れ電流測定装置において、
避雷器の低圧部近傍に設けた電界センサにより空間の浮遊容量による静電誘導方式で避雷器が接続される系統の電圧波形を検出し、この電圧波形を微分して前記容量性成分を求める構成を特徴とする。
【００２３】
避雷器の接地線に設けた変流器により検出した全漏れ電流の検出波形及び前記系統電圧の検出波形をそれぞれフーリエ変換して各次数の高調波成分と位相を演算するフーリエ変換手段と、
前記演算から前記両検出波形の近似波形をそれぞれ求める波形近似手段と、
前記系統電圧の検出波形から求めた近似波形を微分することでキャンセル用の近似波形を求める微分手段と、
前記漏れ電流の近似波形とキャンセル用の近似波形の位相合わせを行う位相調整手段と、
前記漏れ電流の近似波形とキャンセル用の近似波形の基本波成分のレベルを合わせるレベル調整手段と、
前記位相とレベルを調整した漏れ電流の近似波形からキャンセル用の近似波形を減じて抵抗分電流を求める差分演算手段とを備えたことを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態を示す装置構成図である。
【００２５】
系統電圧が印加される母線１１と接地間に設けられる避雷器は、避雷器本体１２が架台１３で支持される。この支持構造において、避雷器本体１２の全漏れ電流の検出は、従来と同様に、変流器１４からの検出電流を電圧信号で得る。
【００２６】
避雷器の全電流に含まれる容量性電流分の検出は、従来のＰＤやＰＴの電圧検出に代えて、空間の浮遊容量を使って電圧を測定する静電誘導方式で取り出す。この方式は、持ち運び可能な電界センサ１５を避雷器の近傍に設けあるいは架台１３に設け、この位置での母線１１との間の浮遊容量Ｃ１と、接地間の浮遊容量Ｃ２の比によって決まる以下の式により、系統電圧Ｖに比例した電界の強さＶＳの電圧信号を得る。
【００２７】
【数１】
ＶＳ＝Ｃ１＊Ｖ／（Ｃ１＋Ｃ２）
なお、電界センサ１５は、他相からの誘導電圧の防止と、検出に方向性を持たせるため、円筒状の金属容器内等に入れた（容器は接地）構造とする。この電界検出に方向性を持たせることにより、避雷器本体１２の母線側端子（あるいは多段積み避雷器の場合は中間の金属部分）の電位が測定可能となる。
【００２８】
以上までの構成は、漏れ電流検出とキャンセル用電圧検出のための構成になり、この構成を従来装置の検出部に適用すれば、避雷器の漏れ電流Ｉから容量性電流ＩＣを減じて抵抗分電流ＩＲを測定するためのキャンセル用電圧信号を得るのに、他相による検出誤差を無くしながら、従来装置で必要としたＰＤ端子からケーブルで測定装置位置までケーブルを敷設することなく避雷器位置で得ることができる。また、ＰＤ二次側端子への接続ミスも無くなる。
【００２９】
また、避雷器の全漏れ電流を検出する変流器１４とキャンセル用電圧を検出する電界センサ１５は、共に同じ低圧側部位で避雷器本体１２の避雷素子に流れる電流及び印加される電圧を検出する。これにより、避雷素子を多段積みした避雷器や素子の劣化で生じる高圧部と低圧部の電位の位相差や漏れ電流値の違いによる抵抗分電流の検出誤差を無くすことができる。
【００３０】
図１に戻って、演算要素１６〜２３は、変流器１４で検出した全漏れ電流の電圧信号と、電界センサ１５で検出したキャンセル用電圧信号から抵抗分電流ＩＲを求めるのに、系統電圧に高調波成分（ノイズ含む）が含まれる場合にも正確に抵抗分電流ＩＲを得るための構成である。
【００３１】
フーリエ変換部１６は、変流器１４で検出した全漏れ電流Ｉの電圧波形をフーリエ変換し、この信号に含まれる各高調波成分の含有率及び位相を計算する。同様に、フーリエ変換部１７は、電界センサ１５から得るキャンセル用の電圧波形をフーリエ変換し、この信号に含まれる各高調波成分の含有率及び位相を計算する。
【００３２】
波形近似部１８、１９は、フーリエ変換部１６、１７からのデータを使ってそれぞれの電圧波形に含まれる高調波成分を含めた歪み波を近似した電圧波形を得る。微分演算部２０は、フーリエ変換部１９で近似した電圧波形を微分し、キャンセル用の電圧波形を計算する。
【００３３】
位相調整部２１は、波形近似部１８からの漏れ電流の近似波形と、微分演算部２０からのキャンセル用電圧の近似波形の位相合わせを行う。この位相合わせは、基本波成分について行う。レベル調整部２２は、位相合わせした両近似波形のレベル（ピーク値）を合わせる。
【００３４】
差分演算部２３は、位相調整部２１及びレベル調整部２２を通した両近似波形の差分を演算する。すなわち、全漏れ電流の近似波形から電圧微分波形の近似波形より求めたキャンセル用波形を減ずることで抵抗分電流ＩＲを求める。
【００３５】
以上までの演算要素１６〜２３は、避雷器の全漏れ電流の検出信号とキャンセル用電圧の検出信号から基本波の近似波形を得て抵抗分電流ＩＲを求めるための構成になる。これにより、両検出信号に高調波成分が含まれる場合にも正確に抵抗分電流を求めることができる。
【００３６】
すなわち、従来装置では高調波やノイズを高調波フィルタで除去するため、漏れ電流に高調波が含まれる場合にも正弦波による比較になり、高調波成分も含めた漏れ電流と容量性電流の検出ができず、実際に避雷素子に流れる漏れ電流及び容量性電流からの抵抗分電流を求めることができない。これに対して、本実施形態では、高調波成分も含めた漏れ電流と容量性電流を検出して抵抗分電流を求めることにより、抵抗分電流を正確に求めることができる。
【００３７】
なお、実施形態における演算要素１６〜２３は、一部又は全部をアナログ回路構成又はコンピュータを利用したディジタル演算処理により実現される。
【００３８】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、避雷器周辺の空間の浮遊容量を利用してキャンセル用の電圧信号を検出するようにしたため、以下の効果がある。
【００３９】
（１）キャンセル用電圧信号をＰＤやＰＴ端子からケーブルを延長して取り出すことが不要になり、避雷器近傍で得ることができる。
【００４０】
（２）系統電圧（ＰＤ端子）に接続する必要がないため作業が簡単、安全である。
【００４１】
（３）避雷器の漏れ電流及びキャンセル用電圧を避雷器の低圧部付近で検出できるため、素子を多段積みした高圧用避雷器にあっても漏れ電流から容量分電流を正確にキャンセルすることができる。
【００４２】
また、本発明によれば、漏れ電流と容量性電流の検出に高調波成分も含めるようにしたため、系統電圧に高調波成分あるいはノイズが含まれても抵抗分電流を正確に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す避雷器の漏れ電流測定装置構成図。
【図２】避雷器の漏れ電流を説明するための等価回路図。
【図３】従来の避雷器の漏れ電流測定装置構成図。
【符号の説明】
１、１１…系統母線
１２…避雷器本体
１３…架台
１５…電界センサ
１６、１７…フーリエ変換部
１８、１９…波形近似部
２０…微分演算部
２１…位相調整部
２２…レベル調整部
２３…差分演算部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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