(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源路と接地線との間に接続され、前記電源路に侵入するサージ電圧を前記接地線へ放電して保護対象機器を保護するための、非線形の抵抗素子及び漂遊静電容量の並列回路により表される避雷器に対し、
前記避雷器の全漏れ電流を検出する避雷器漏れ電流検出方法であって、
前記避雷器が正常状態の場合であって且つ時刻情報に基づいた所定時刻に、前記漂遊静電容量を流れる静電容量分電流と前記抵抗素子を流れる抵抗分電流とが合算された全漏れ電流を測定し、基準波形の電流を求めて予め記憶する全漏れ電流測定記憶処理と、
前記時刻情報に基づいた任意の日の前記所定時刻に、前記避雷器の前記全漏れ電流を測定して、比較波形の電流を出力する全漏れ電流測定処理と、
前記全漏れ電流測定記憶処理で記憶された前記基準波形と前記比較波形との高次高調波をそれぞれ除去する前記全漏れ電流における高次高調波除去処理と、
前記高次高調波除去後の前記基準波形と前記高次高調波除去後の前記比較波形との位相及び振幅の波形調整を行う全漏れ電流波形調整処理と、
前記波形調整後の前記基準波形と前記波形調整後の前記比較波形との差分を検出する全漏れ電流差分検出処理と、
前記差分から、前記抵抗分電流を検出する前記全漏れ電流における抵抗分電流検出処理と、
を有することを特徴とする避雷器漏れ電流検出方法。
【請求項２】
請求項１記載の避雷器漏れ電流検出方法において、
前記全漏れ電流測定記憶処理では、
前記基準波形の前記高次高調波を除去した後に予め記憶しておき、
前記高次高調波除去処理では、
前記比較波形の前記高次高調波のみを除去する、
ことを特徴とする避雷器漏れ電流検出方法。
【請求項３】
前記全漏れ電流波形調整処理では、
前記高次高調波除去後の前記基準波形と前記高次高調波除去後の前記比較波形とにおける、前記抵抗分電流が発生しない範囲において、前記基準波形と前記比較波形との差分が最小となるように前記基準波形と前記比較波形との前記位相及び前記振幅の前記波形調整を行うことを特徴とする請求項１又は２記載の避雷器漏れ電流検出方法。
【請求項４】
電源路と接地線との間に接続され、前記電源路に侵入するサージ電圧を前記接地線へ放電して保護対象機器を保護するための、非線形の抵抗素子及び漂遊静電容量の並列回路により表される避雷器に対し、
前記避雷器の全漏れ電流を検出する避雷器漏れ電流検出装置であって、
前記避雷器が正常状態の場合であって且つ時刻情報に基づいた所定時刻に、前記漂遊静電容量を流れる静電容量分電流と前記抵抗素子を流れる抵抗分電流とが合算された全漏れ電流を測定して、基準波形の電流を出力し、更に、前記時刻情報に基づいた任意の日の前記所定時刻に、前記避雷器の前記全漏れ電流を測定して、比較波形の電流を出力する全漏れ電流測定部と、
前記基準波形を記憶する全漏れ電流記憶部と、
前記全漏れ電流記憶部に記憶された前記基準波形と前記比較波形との高次高調波をそれぞれ除去する前記全漏れ電流における高次高調波除去部と、
前記高次高調波除去後の前記基準波形と前記高次高調波除去後の前記比較波形との位相及び振幅の波形調整を行う全漏れ電流波形調整部と、
前記波形調整後の前記基準波形と前記波形調整後の前記比較波形との差分を検出する全漏れ電流差分検出部と、
前記差分から、前記抵抗分電流を検出する前記全漏れ電流における抵抗分電流検出部と、
を有し、
前記全漏れ電流波形調整部では、
前記高次高調波除去後の前記基準波形と前記高次高調波除去後の前記比較波形とにおける、前記抵抗分電流が発生しない範囲において、前記基準波形と前記比較波形との差分が最小となるように前記基準波形と前記比較波形との前記位相及び前記振幅の前記波形調整を行うことを特徴とする避雷器漏れ電流検出装置。
【請求項５】
請求項４記載の避雷器漏れ電流検出装置と、
前記時刻情報を送信する時刻情報送信部と、
前記全漏れ電流記憶部に記憶された情報を外部へ送信する送信部と、
を備えることを特徴とする避雷器漏れ電流監視装置。
【請求項６】
請求項５記載の避雷器漏れ電流監視装置は、更に、
前記サージ電圧の発生時に、前記電源路から前記避雷器を通して前記接地線へ流れるサージ電流を測定するサージ電流測定部と、
前記サージ電流測定部で測定された前記サージ電流に対してレベル変換及び極性変換を行ってサージ電流波形データを取得し、前記時刻情報送信部から受信した前記時刻情報と共に、前記サージ電流波形データを、前記全漏れ電流記憶部に記憶させるサージ電流波形データ取得部と、
を備えることを特徴とする避雷器漏れ電流監視装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、新幹線の変電所等に設置されている、き電線用避雷器の劣化を診断するための避雷器漏れ電流検出方法、避雷器漏れ電流検出装置、及び避雷器漏れ電流監視装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図２は、一般的な新幹線き電線用避雷器の設置位置を示す図である。
新幹線では、電車１が通過するレール２の上方に、その電車１のパンタグラフに対して交流電力を供給するトロリ線３が架設されている。トロリ線３の異電源突き合わせ箇所には、約１ｋｍの切替セクション（切替電流区分装置）４が設けられている。トロリ線３は、例えばＡ電源用の単巻変圧器（Auto-Transformer、以下「ＡＴ」という。）５−１，Ｂ電源用のＡＴ５−２から電力が供給される。き電線６において、２つのＡＴ５−１，５−２間の切替セクション４には、２つの切替開閉器７−１，７−２が設けられている。き電線６と接地線８との間には、複数のき電線用避雷器１０（＝１０−１〜１０−５）が接続されている。
【０００３】
切替セクション４は、電車１が矢印方向に進むにつれて、２つの切替開閉器７−１，７−２により、その切替セクション４へ供給される電源がＡ電源からＢ電源に切り替えられるものである。複数の避雷器１０は、通常の使用状態のき電線６及びトロリ線３のき電電圧Ｅでは絶縁体と同様に電流を流さず、過大な雷サージ電圧がき電線６及びトロリ線３に侵入した際に接地線８側へ放電することにより（このような性質を「非直線抵抗特性」という。）、過電圧を抑制して保護対象機器の絶縁破壊を防護する機能を有している。これらの避雷器１０には、切替開閉器動作時のサージ電圧により、放電電流が流れる場合がある。
【０００４】
図３は、図２中のき電線用避雷器１０の等価回路を示す図である。
【０００５】
現在用いられているき電線用避雷器１０のほとんどは、酸化亜鉛形ギャップレス避雷器というタイプ（形式）のものである。酸化亜鉛形ギャップレス避雷器１０は、酸化亜鉛素子を絶縁用のがい管に気密収納した構造になっており、等価的に、酸化亜鉛の抵抗素子１１（抵抗値Ｒ）と漂遊静電容量１２（容量値Ｃ）の並列回路で表すことができる。抵抗素子１１は、印加電圧によって抵抗値が変化すると共に、この抵抗素子１１の劣化によっても抵抗値Ｒが変化する特徴を有している。き電線６と接地線８との間に接続された避雷器１０の接地回路において、測定できる電流は、静電容量分電流Ｉｃと抵抗分電流Ｉｒとが合算された全漏れ電流Ｉｏである。なお、図３中のＶは、き電線６及びトロリ線３と接地線８との間の電圧（以下「避雷器電圧」という。）である。
【０００６】
従来、新幹線き電線用の避雷器漏れ電流検出方法には、以下の（１）、（２）の方法がある。
【０００７】
（１）  避雷器漏れ電流検出方法
き電線用避雷器１０の劣化を診断するための避雷器漏れ電流検出方法には、主に、次の（ａ）、（ｂ）の２通りの方法が知られている。
【０００８】
（ａ）  避雷器１０と接地線８との間に流れるサージ電流の事象数を、カウンタにより計数する方法（言い換えれば、避雷器１０の放電回数を、カウンタの動作回数により把握する方法）。
【０００９】
（ｂ）  避雷器１０から流れる全漏れ電流Ｉｏを測定し、その増加量を検出することで避雷器１０の劣化を診断する方法。この方法では、避雷器１０が劣化すると、全漏れ電流Ｉｏが増加するので、その全漏れ電流Ｉｏの増加を検出して、避雷器１０の劣化を診断している。
【００１０】
前記（ａ）、（ｂ）の方法において、前記（ａ）の方法では、劣化に影響の無い小さなサージ電圧（例えば、切替開閉器動作時のサージ電圧である開閉サージ）でも、避雷器１０が動作する場合がある。このような場合、カウンタがその動作についてもカウントしてしまう、避雷器１０の劣化とカウンタの動作回数との間には明確な関係性が無い、といった点から、診断精度に問題がある。そのため、避雷器１０の劣化診断には、前記（ｂ）の方法を用いる方が有効であるとされている。
【００１１】
（２）  漏れ電流測定による避雷器漏れ電流検出方法
図３に示すように、避雷器１０と接地線８との間に流れる全漏れ電流Ｉｏは、避雷器１０の抵抗素子１１に流れる抵抗分電流Ｉｒと、避雷器自身が持つ漂遊静電容量１２に流れる静電容量分電流Ｉｃとが、合算された値である。
【００１２】
避雷器１０が劣化すると、抵抗素子１１の抵抗値Ｒが低下し、抵抗分電流Ｉｒが増加する。その結果、抵抗分電流Ｉｒと静電容量分電流Ｉｃとの合算値である全漏れ電流Ｉｏが増加するので、この全漏れ電流Ｉｏの増加量を見ることで、避雷器１０の劣化具合を診断できる。しかし、交流電流計等の測定器を用いて全漏れ電流Ｉｏの実効値を測定し、その増加量を見る方法では、後述のような問題点があり、避雷器の劣化を早期に発見することができない。
【００１３】
図４Ａは、避雷器１０の正常時に流れる全漏れ電流Ｉｏを示すベクトル図である。更に、図４Ｂは、避雷器１０の劣化時に流れる全漏れ電流Ｉｏを示すベクトル図である。
【００１４】
図４Ａ及び図４Ｂにおいて、Ｉｏ（１）ｒｍｓは避雷器正常時の全漏れ電流Ｉｏの実効値、Ｉｏｒｍｓは避雷器劣化時の全漏れ電流Ｉｏの実効値、ΔＩｒは避雷器劣化時の抵抗分電流Ｉｒの増加量、及び、ΔＩｏはΔＩｒが増加したときの全漏れ電流Ｉｏの増加量である。
【００１５】
避雷器１０が正常状態の時の全漏れ電流Ｉｏの実効値Ｉｏ（１）ｒｍｓは、抵抗分電流Ｉｒと静電容量分電流Ｉｃとの合算値であり、更に、静電容量分電流Ｉｃは抵抗分電流Ｉｒに対して位相が９０°進んでいるため、図４Ａのように表すことができる。又、避雷器１０が正常状態の時は、抵抗分電流Ｉｒが少量（例えば、静電容量分電流Ｉｃの１０％程度）しか流れておらず、全漏れ電流Ｉｏの大部分は静電容量分電流Ｉｃで占められている。
【００１６】
これに対し、図４Ｂに示すように、避雷器１０が劣化すると、抵抗分電流Ｉｒが増加し、それに伴って全漏れ電流Ｉｏも実効値Ｉｏｒｍｓまで増加するが、抵抗分電流Ｉｒの増加量ΔＩｒに対して全漏れ電流Ｉｏの増加量ΔＩｏが非常に小さいので、避雷器１０の劣化が軽度の場合、これを検出することが難しい。そのため、避雷器１０の劣化を早期に発見するためには、全漏れ電流Ｉｏではなく、抵抗分電流Ｉｒの増加量ΔＩｒを検出する必要がある。
【００１７】
そこで、従来、抵抗分電流Ｉｒの把握を目的に、例えば、全漏れ電流Ｉｏから抵抗分電流Ｉｒ成分のみを検出するための様々な方法（例えば、非特許文献１の方法（Ｉ）、及び、特許文献１の方法（ＩＩ））が考えられている。
【００１８】
（Ｉ）  非特許文献１の方法
図５は、非特許文献１に記載された抵抗分電流Ｉｒの検出イメージを示す図である。
【００１９】
非特許文献１の方法では、ステップＳ１で、避雷器電圧Ｖを測定し、同時に、ステップＳ２で、全漏れ電流Ｉｏを測定し、次のステップＳ３で、避雷器電圧Ｖの波形から静電容量分電流Ｉｃの波形を求める。次に、ステップＳ４で、全漏れ電流Ｉｏの波形と静電容量分電流Ｉｃの波形との差分を検出した後、ステップＳ５で、抵抗分電流Ｉｒの波形を検出している。
【００２０】
即ち、避雷器１０の静電容量分電流Ｉｃ（瞬時値ｉｃ）、抵抗分電流Ｉｒ（瞬時値ｉｒ）、及び全漏れ電流Ｉｏ（瞬時値ｉｏ）の関係は、次式（１）で表すことができる。
ｉｏ＝ｉｒ＋ｉｃ・・・（１）
【００２１】
式（１）より、抵抗分電流ｉｒは次式（２）で表すことができる。
ｉｒ＝ｉｏ−ｉｃ・・・（２）
又、静電容量分電流ｉｃは次式（３）で表すことができる。
ｉｃ＝Ｃ（ｄｖ／ｄｔ）・・・（３）
【００２２】
よって式（２）及び式（３）より、抵抗分電流ｉｒは次式（４）で表すことができる。
ｉｒ＝ｉｏ−Ｃ（ｄｖ／ｄｔ）・・・（４）
【００２３】
非特許文献１の方法では、以上の式を適用し、避雷器電圧Ｖの波形から静電容量分電流Ｉｃの波形を求め、この静電容量分電流Ｉｃの波形を、全漏れ電流Ｉｏの波形から差し引くことで、抵抗分電流Ｉｒの波形を検出している。
【００２４】
図６は、図５において実際に測定で使用する電圧測定のイメージを示す図である。
【００２５】
前述したように、非特許文献１の方法では、抵抗分電流Ｉｒの検出に、避雷器電圧Ｖの測定を必要とする。しかし、避雷器電圧Ｖは高圧であるため、トロリ線３及び接地Ｇ間に電圧計を並列に追設して直接測定することは危険で困難である。通常、レール２と接地Ｇとの電位差は、概ね１００Ｖ以下であることから等電位と見做せるため、トロリ線３及び接地Ｇ間の避雷器電圧Ｖとトロリ線３及びレール２間の電圧Ｖｔｎとは、同等の値になる。
【００２６】
そこで実際には、既設の計器用変圧器（以下「Ｔｒ」という。）１３によって降圧された電圧Ｖｔｒを測定し、この電圧Ｖｔｒを使用して、避雷器電圧Ｖと同等であるトロリ線３及びレール２間の電圧Ｖｔｎの波形を得ることで、抵抗分電流Ｉｒの検出に必要な電圧波形を得ている。
【００２７】
（ＩＩ）  特許文献１の方法
図７は、特許文献１に記載された避雷器漏れ電流検出装置を示す構成図である。
【００２８】
この避雷器漏れ電流検出装置では、送電線２１と接地Ｇとの間に接続された酸化亜鉛形の避雷器１０に対して直列に、検出器２２が接続されている。検出器２２は、避雷器１０に流れる全漏れ電流Ｉｏを検出するものである。避雷器１０と検出器２２との接続点には、アナログ／デジタル（以下「Ａ／Ｄ」という。）変換器２３と、中央処理装置（以下「ＣＰＵ」という。）２４ａ及び記憶装置であるメモリ２４ｂを有するワンチップのマイクロコンピュータ（以下「マイコン」という。）２４と、デジタル表示器２５と、が直列に接続されている。
【００２９】
図８は、図７の避雷器漏れ電流検出装置を用いた抵抗分電流Ｉｒの検出イメージを示す図である。
【００３０】
この図８の検出イメージでは、ステップＳ１１において、検出器２２により全漏れ電流Ｉｏを測定し、この測定結果を、Ａ／Ｄ変換器２３によりデジタル信号に変換してマイコン２４に与える。ステップＳ１２において、マイコン２４により、デジタル信号変換後の全漏れ電流Ｉｏに対して複数の処理を施すことで、静電容量分電流Ｉｃの波形を生成する。次に、マイコン２４により、ステップＳ１３で、静電容量分電流Ｉｃの波形と、メモリ２４ｂに記憶された全漏れ電流Ｉｏの波形と、の差分を取り、ステップＳ１４で、抵抗分電流Ｉｒの波形を検出し、デジタル表示器２５に表示している。
【００３１】
即ち、図８の検出方法では、全漏れ電流Ｉｏを測定し、測定した全漏れ電流Ｉｏの波形に複数の処理を施すことで、静電容量分電流Ｉｃの波形を生成し、この生成した静電容量分電流Ｉｃの波形と、全漏れ電流Ｉｏの波形との差分をとることで、抵抗分電流Ｉｒを検出している。
【００３２】
図９は、図８の方法の具体的な処理を示すフローチャートである。
図７の避雷器漏れ電流検出装置を用いた図８の方法では、ステップＳ１０〜Ｓ１４の処理が行われる。
【００３３】
先ず、ステップＳ１０において、全漏れ電流Ｉｏの基本波成分と静電容量分電流Ｉｃとの位相差と、歪み度の関係を図７中のメモリ２４ｂに記憶しておく。ステップＳ１１において、検出器２２により、全漏れ電流Ｉｏを測定し、Ａ／Ｄ変換器２３により、その測定結果をデジタル信号に変換する。
【００３４】
全漏れ電流Ｉｏから静電容量分電流Ｉｃを生成するためのＣＰＵ２４ａの処理のステップＳ１２（＝Ｓ１２ａ〜Ｓ１２ｈ）において、ステップＳ１２ａで、全漏れ電流Ｉｏの基本波成分と高調波成分とを演算し、ステップＳ１２ｂで、全漏れ電流Ｉｏの歪み度を演算する。ステップＳ１２ｃで、全漏れ電流Ｉｏと静電容量分電流Ｉｃとの位相差を演算し、ステップＳ１２ｄで、静電容量分電流Ｉｃの波高値を演算する。ステップＳ１２ｅで、全漏れ電流Ｉｏの瞬時値と容量分漏れ電流Ｉｃの波高値が等しくなる基準位相を検出し、ステップＳ１２ｆで、位相調整して、全漏れ電流Ｉｏの位相を基準位相に合わせる。ステップＳ１２ｇで、位相調整を施した全漏れ電流Ｉｏの波高値を調整し、容量分漏れ電流Ｉｃの波高値と一致させる。ステップＳ１２ｈで、静電容量分電流Ｉｃの波形を生成する。その後、ステップＳ１３で、全漏れ電流Ｉｏと静電容量分電流Ｉｃとの差分を検出し、ステップＳ１４で、抵抗分電流Ｉｒを検出している。
【００３５】
この特許文献１の方法では、非特許文献１の方法とは異なり、全漏れ電流Ｉｏの測定のみで抵抗分電流Ｉｒの検出を行うために、避雷器電圧Ｖの測定が不要になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３６】
【特許文献１】特開平１０−２９２３号公報
【非特許文献】
【００３７】
【非特許文献１】鉄道総研報告（２０１２年６月号）「新幹線き電回路用避雷器の劣化監視装置の開発」
【非特許文献２】平成２３年電気学会産業応用部門大会（２０１１年９月）Ｎｏ．３−４６「交流き電用避雷器劣化管理手法の適正化」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３８】
しかしながら、従来の非特許文献１及び特許文献１の方法では、次の（Ｉ）、（ＩＩ）のような課題があった。
【００３９】
（Ｉ）  非特許文献１の課題（図５及び図６の課題）
非特許文献１の方法では、抵抗分電流Ｉｒを検出するために、全漏れ電流Ｉｏの波形と避雷器電圧Ｖの波形とを同時に測定する必要がある。しかし、前述の通り、避雷器電圧Ｖを測定することは困難であるため、実際には、避雷器１０から１００ｍ程度離れた位置に設置されたＴｒ１３から、必要な電圧波形を得ることになる。そのため、測定器は、避雷器接地Ｇ側とＴｒ１３側の両方に接続しなければならず、それに伴い、配線が非常に長くなるので、配線ルートの確保等に手間が掛かってしまう。
【００４０】
又、Ｔｒ１３から得られる電圧Ｖｔｒは、トロリ線３とレール２との間に発生する電圧Ｖｔｎが降圧されたものであり、トロリ線３と接地Ｇとの間に発生する避雷器電圧Ｖとは厳密には異なるものである。そのため、最終的な測定結果に多少の誤差が生じる恐れがある。
【００４１】
（ＩＩ）  特許文献１の課題（図７〜図９の課題）
特許文献１の方法では、全漏れ電流Ｉｏの測定のみで、抵抗分電流Ｉｒの検出が可能であり、避雷器電圧Ｖの測定を必要としない。しかし、全漏れ電流Ｉｏの波形から静電容量分電流Ｉｃの波形を生成する際に必要な処理（図９のステップＳ１２ａ〜Ｓ１２ｈ）が多く、マイコン２４に組み込むプログラムが複雑になってしまう。又、複雑なプログラムを処理するためには、高性能のマイコン２４が必要になるので、設計に掛かるコストが高くなってしまう。
【課題を解決するための手段】
【００４２】
本発明の避雷器漏れ電流検出方法は、電源路と接地線との間に接続され、前記電源路に侵入するサージ電圧を前記接地線へ放電して保護対象機器を保護するための、非線形の抵抗素子及び漂遊静電容量の並列回路により表される避雷器に対し、前記避雷器の全漏れ電流を検出する方法であって、全漏れ電流測定記憶処理と、全漏れ電流測定処理と、前記全漏れ電流における高次高調波除去処理と、全漏れ電流波形調整処理と、全漏れ電流差分検出処理と、前記全漏れ電流における抵抗分電流検出処理と、を有することを特徴とする。
【００４３】
ここで、前記全漏れ電流測定記憶処理では、前記避雷器が正常状態の場合であって且つ時刻情報に基づいた所定時刻に、前記漂遊静電容量を流れる静電容量分電流と前記抵抗素子を流れる抵抗分電流とが合算された全漏れ電流を測定し、基準波形の電流を求めて予め記憶する。前記全漏れ電流測定処理では、前記時刻情報に基づいた任意の日の前記所定時刻に、前記避雷器の前記全漏れ電流を測定して、比較波形の電流を出力する。
【００４４】
前記高次高調波除去処理では、前記全漏れ電流測定記憶処理で記憶された前記基準波形と前記比較波形との高次高調波（即ち、高周波ノイズ等の除去すべき不要な成分）をそれぞれ除去する。前記全漏れ電流波形調整処理では、前記高次高調波除去後の前記基準波形と前記高次高調波除去後の前記比較波形との位相及び振幅の波形調整を行う。前記全漏れ電流差分検出処理では、前記波形調整後の前記基準波形と前記波形調整後の前記比較波形との差分を検出する。更に、前記抵抗分電流検出処理では、前記差分から、前記抵抗分電流を検出する。
【００４５】
本発明の避雷器漏れ電流検出装置は、電源路と接地線との間に接続され、前記電源路に侵入するサージ電圧を前記接地線へ放電して保護対象機器を保護するための、非線形の抵抗素子及び漂遊静電容量の並列回路により表される避雷器に対し、前記避雷器の全漏れ電流を検出する装置であり、全漏れ電流測定部と、全漏れ電流記憶部と、前記全漏れ電流における高次高調波除去部と、全漏れ電流波形調整部と、全漏れ電流差分検出部と、前記全漏れ電流における抵抗分電流検出部と、を有している。
【００４６】
ここで、前記全漏れ電流測定部は、前記避雷器が正常状態の場合であって且つ時刻情報に基づいた所定時刻に、前記漂遊静電容量を流れる静電容量分電流と前記抵抗素子を流れる抵抗分電流とが合算された全漏れ電流を測定して、基準波形の電流を出力し、更に、前記時刻情報に基づいた任意の日の前記所定時刻に、前記避雷器の前記全漏れ電流を測定して、比較波形の電流を出力する。前記全漏れ電流記憶部は、前記基準波形を記憶する。
【００４７】
前記高次高調波除去部は、前記全漏れ電流記憶部に記憶された前記基準波形と前記比較波形との高次高調波（即ち、高周波ノイズ等の除去すべき不要な成分）をそれぞれ除去する。前記全漏れ電流波形調整部は、前記高次高調波除去後の前記基準波形と前記高次高調波除去後の前記比較波形との位相及び振幅の波形調整を行う。前記全漏れ電流差分検出部は、前記波形調整後の前記基準波形と前記波形調整後の前記比較波形との差分を検出する。更に、前記抵抗分電流検出部は、前記差分から、前記抵抗分電流を検出する。
【００４８】
そして、前記全漏れ電流波形調整部では、前記高次高調波除去後の前記基準波形と前記高次高調波除去後の前記比較波形とにおける、前記抵抗分電流が発生しない範囲において、前記基準波形と前記比較波形との差分が最小となるように前記基準波形と前記比較波形との前記位相及び前記振幅の前記波形調整を行うことを特徴とする。
【００４９】
更に、本発明の避雷器漏れ電流監視装置は、前記避雷器漏れ電流検出装置と、前記時刻情報を送信する時刻情報送信部と、前記全漏れ電流記憶部に記憶された情報を外部へ送信する送信部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００５０】
本発明の避雷器漏れ電流検出方法、避雷器漏れ電流検出装置、及び避雷器漏れ電流監視装置によれば、簡単且つ的確に、避雷器の抵抗分電流を得ることができる。更に、避雷器の劣化と抵抗分電流は、大きな相関関係があると考えられることから、得られた抵抗分電流等に基づき、避雷器の劣化を早期に捉えることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】図１は、本発明の実施例１における避雷器漏れ電流検出装置３０を示す概略の構成図である。
【図２】図２は、一般的な新幹線き電線用避雷器の設置位置を示す図である。
【図３】図３は、図２中のき電線用避雷器１０の等価回路を示す図である。
【図４Ａ】図４Ａは、避雷器１０の正常時に流れる全漏れ電流Ｉｏを示すベクトル図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、避雷器１０の劣化時に流れる全漏れ電流Ｉｏを示すベクトル図である。
【図５】図５は、非特許文献１に記載された抵抗分電流Ｉｒの検出イメージを示す図である。
【図６】図６は、図５において実際に測定で使用する電圧測定のイメージを示す図である。
【図７】図７は、特許文献１に記載された避雷器漏れ電流検出装置を示す構成図である。
【図８】図８は、図７の避雷器漏れ電流検出装置を用いた抵抗分電流Ｉｒの検出イメージを示す図である。
【図９】図９は、図８の方法の処理を示すフローチャートである。
【図１０】図１０は、全漏れ電流測定部３１により測定された基準波形ＳＷと比較波形ＣＷを示す図である。
【図１１】図１１は、高次高調波除去後の基準波形ＳＷ（１）と比較波形ＣＷ（１）を示す図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、位相調整前の基準波形ＳＷ（１）と比較波形ＣＷ（１）を示す図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、位相調整後の基準波形ＳＷ（２）と比較波形ＣＷ（２）を示す図である。
【図１３Ａ】図１３Ａは、振幅調整前の基準波形ＳＷ（２）と比較波形ＣＷ（２）を示す図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、振幅調整後の基準波形ＳＷ（３）と比較波形ＣＷ（３）を示す図である。
【図１４】図１４は、基準波形ＳＷ（３）と比較波形ＣＷ（３）との差分波形ＤＷを示す図である。
【図１５】図１５は、図１の避雷器漏れ電流検出装置３０における避雷器漏れ電流検出方法を示すフローチャートである。
【図１６】図１６は、避雷器漏れ電流の模擬発生回路を示す図である。
【図１７Ａ】図１７Ａは、き電電圧Ｅに対して新幹線変電所用避雷器の全漏れ電流Ｉｏの実測波形を示す図である。
【図１７Ｂ】図１７Ｂは、新幹線き電回線用避雷器の性能を示す図である。
【図１８Ａ】図１８Ａは、交流電気鉄道変電所用（き電線側）避雷器の性能を示す図である。
【図１８Ｂ】図１８Ｂは、酸化亜鉛形避雷器における保護性能を示す図である。
【図１９】図１９は、本発明の実施例２における避雷器漏れ電流検出装置を示す概略の構成図である。
【図２０】図２０は、本発明の実施例３における避雷器漏れ電流監視装置を示す概略の構成図である。
【図２１】図２１は、図２０の避雷器漏れ電流監視装置の構成例を示す機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
本発明を実施するための形態は、以下の好ましい実施例の説明を添付図面と照らし合わせて読むと、明らかになるであろう。但し、図面はもっぱら解説のためのものであって、本発明の範囲を限定するものではない。
【実施例１】
【００５３】
（実施例１の構成）
図１は、本発明の実施例１における避雷器漏れ電流検出装置３０を示す概略の構成図である。
【００５４】
この避雷器漏れ電流検出装置３０は、従来の図３と同様の避雷器１０の漏れ電流を検出する装置である。避雷器１０は、電源路としてのトロリ線３と接地線８との間に接続され、そのトロリ線３に侵入するサージ電圧を接地線８へ放電して保護対象機器を保護するものであり、非線形の抵抗素子１１及び漂遊静電容量１２の並列回路により表される。抵抗素子１１の抵抗値はＲであり、漂遊静電容量１２の容量値はＣである。
【００５５】
接地線８には、全漏れ電流測定部３１が設けられている。全漏れ電流測定部３１は、避雷器１０が正常状態の場合であって且つ外部から与えられる時刻情報ＩＴに基づいた所定時刻に、漂遊静電容量１２を流れる静電容量分電流Ｉｃと抵抗素子１１を流れる抵抗分電流Ｉｒとが合算された全漏れ電流Ｉｏを測定して、基準波形ＳＷの電流を出力し、更に、前記時刻情報ＩＴに基づいた任意の日の前記所定時刻に、避雷器１０の全漏れ電流Ｉｏを測定して、比較波形ＣＷの電流を出力するものであり、変流器（以下「ＣＴ」という。）等により構成されている。
【００５６】
全漏れ電流測定部３１には、全漏れ電流記憶部としての記憶部３２と、高次高調波除去部３３と、が接続され、更に、その高次高調波除去部３３に、全漏れ電流波形調整部としての波形調整部３４、全漏れ電流差分検出部としての差分検出部３５、及び抵抗分電流検出部３６が接続されている。
【００５７】
記憶部３２は、全漏れ電流測定部３１で測定された基準波形ＳＷ等を記憶するものであり、この出力側に、高次高調波除去部３３が接続されている。高次高調波除去部３３は、記憶部３２に記憶された基準波形ＳＷと、全漏れ電流測定部３１で測定された比較波形ＣＷと、の高次高調波（即ち、高周波ノイズ等の除去すべき不要な成分）をそれぞれ除去し、高次高調波除去後の基準波形ＳＷ（１）及び比較波形ＣＷ（１）を出力するものであり、この出力側に、波形調整部３４が接続されている。
【００５８】
波形調整部３４は、高次高調波除去部３３から出力された高次高調波除去後の基準波形ＳＷ（１）と比較波形ＣＷ（１）との位相及び振幅の波形調整を行うものであり、位相調整部３４ａと振幅調整部３４ｂとにより構成されている。位相調整部３４ａは、高次高調波除去後の基準波形ＳＷ（１）と比較波形ＣＷ（１）との位相調整を行うものであり、この出力側に、振幅調整部３４ｂが接続されている。振幅調整部３４ｂは、位相調整後の基準波形ＳＷ（２）と比較波形ＣＷ（２）との振幅調整を行うものである。
【００５９】
このような波形調整部３４では、高次高調波除去後の基準波形ＳＷ（１）と比較波形ＣＷ（１）とにおける、抵抗分電流Ｉｒが発生しない範囲（例えば、比較波形ＣＷ（１）の波高値の３０％〜８０％の範囲）において、基準波形ＳＷ（１）と比較波形ＣＷ（１）との差分が最小となるように、その基準波形ＳＷ（１）と比較波形ＣＷ（１）との位相及び振幅の波形調整を行うようになっている。振幅調整部３４ｂの出力側には、差分検出部３５が接続されている。
【００６０】
差分検出部３５は、振幅調整後の基準波形ＳＷ（３）と比較波形ＣＷ（３）との差分を検出して差分波形ＤＷを出力するものであり、この出力側に、抵抗分電流検出部３６が接続されている。抵抗分電流検出部３６は、差分波形ＤＷから抵抗分電流Ｉｒを検出するものである。
【００６１】
（実施例１の避雷器漏れ電流検出方法の原理）
従来の図５に示す非特許文献１の方法、及び図８に示す特許文献１の方法では、図３の避雷器１０における全漏れ電流Ｉｏの波形と静電容量分電流Ｉｃの波形との差分を採ることで、抵抗分電流Ｉｒを検出している。しかし、上述した課題があるため、これを解決するために、本実施例１の避雷器漏れ電流検出方法では、避雷器１０が正常状態の時の全漏れ電流Ｉｏの波形（基準波形ＳＷ）を記憶しておき、その後任意の日時に測定する全漏れ電流Ｉｏの波形（比較波形ＣＷ）と、基準波形ＳＷとの差分（つまり、全漏れ電流波形同士の差分）を採ることで、抵抗分電流Ｉｒの波形を検出している。
【００６２】
このように、本実施例１の避雷器漏れ電流検出方法は、基準波形ＳＷと比較波形ＣＷとの差分をとることで、抵抗分電流Ｉｒを検出しているが、単純に基準波形ＳＷと比較波形ＣＷとの差分を採るだけでは、両波形に含まれる高次高調波成分や避雷器１０に掛かる避雷器電圧Ｖの違い等が影響し、抵抗分電流Ｉｒを正確に検出することができない。そこで、両波形の差分をとる前に、高次高調波除去処理と、位相調整処理及び振幅調整処理からなる全漏れ電流波形調整処理としての波形調整処理と、を行って検出精度を高めている。
【００６３】
（実施例１の避雷器漏れ電流検出処理）
図１０は、全漏れ電流測定部３１により測定された基準波形ＳＷと比較波形ＣＷを示す図、図１１は、高次高調波除去後の基準波形ＳＷ（１）と比較波形ＣＷ（１）を示す図、図１２Ａは、位相調整前の基準波形ＳＷ（１）と比較波形ＣＷ（１）を示す図、図１２Ｂは、位相調整後の基準波形ＳＷ（２）と比較波形ＣＷ（２）を示す図である。図１３Ａは、振幅調整前の基準波形ＳＷ（２）と比較波形ＣＷ（２）を示す図、図１３Ｂは、振幅調整後の基準波形ＳＷ（３）と比較波形ＣＷ（３）を示す図、更に、図１４は、基準波形ＳＷ（３）と比較波形ＣＷ（３）との差分波形ＤＷ（即ち、抵抗分電流Ｉｒの波形）を示す図である。これらの図１０〜図１４において、横軸は時間（ｍｓ）、及び縦軸は電流（ｍＡ）である。
【００６４】
図１５は、図１の避雷器漏れ電流検出装置３０における避雷器漏れ電流検出方法を示すフローチャートである。以下、図１５のフローチャートを参照しつつ、避雷器漏れ電流検出方法の処理（ステップＳ２０〜Ｓ２５）を説明する。
【００６５】
（１）  全漏れ電流測定記憶処理としての測定記憶処理（ステップＳ２０）
前準備として、図１に示す避雷器１０が正常状態の場合であって且つ時刻情報ＩＴに基づいた所定時刻に、全漏れ電流測定部３１により、全漏れ電流Ｉｏの波形を測定し、この基準波形ＳＷの電流を、予め、記憶部３２に記憶しておく。測定された基準波形ＳＷが、図１０に示されている。
【００６６】
全漏れ電流Ｉｏにおける基準波形ＳＷの測定において、正確な波形データを得るためには、図２に示すように、電車１が在線していない時間帯で波形を取得することが望ましいので、時刻情報ＩＴに基づいて所定時刻に測定する。
【００６７】
（２）  全漏れ電流測定処理（ステップＳ２１）
前記時刻情報ＩＴに基づいた任意の日の前記所定時刻に、全漏れ電流測定部３１により、全漏れ電流Ｉｏの比較波形ＣＷを測定する。この比較波形ＣＷが、図１０に示されている。
【００６８】
全漏れ電流Ｉｏにおける比較波形ＣＷの測定は、例えば、１日１回、行われるが、正確な波形データを得るために、前記時刻情報ＩＴに基づいて前記と同一の所定時刻に測定することが望ましい。
【００６９】
前記図１０の波形は、図１６、図１７Ａ、及び図１７Ｂに示すように、以下のようにして求めたものである。なお、従来、避雷器漏れ電流の常時監視は行われていないため、避雷器劣化の傾向や過程を示すデータは得られていない。そこで、次のような避雷器劣化を模擬する回路を構成し、本実施例１の処理の流れを説明したものである。
【００７０】
図１６は、避雷器漏れ電流の模擬発生回路４０を示す図である。
この模擬発生回路４０は、交流電圧（ＡＣ１００Ｖ、５０Ｈｚ）が１次側に印加された電圧調整用変圧器４１と、この電圧調整用変圧器４１の２次側に接続された絶縁変圧器４２（１次１００Ｖ／２次１００Ｖ）と、を備えている。絶縁変圧器４２の２次側から出力された避雷器電圧Ｖは、模擬的なき電回線用避雷器１０Ａに印加される。避雷器１０Ａは、抵抗素子１１に相当する電圧制限素子としてのバリスタ１１Ａ（Ｖ１ｍＡ；１２０Ｖ）と、漂遊静電容量１２に相当するコンデンサ１２Ａ（０．０２２μＦ）と、スイッチ４３と、により構成されている。
【００７１】
図１７Ａは、非特許文献２に記載されているように、き電電圧Ｅに対して新幹線変電所用避雷器の全漏れ電流Ｉｏの実測波形を示す図である。更に、図１７Ｂは、新幹線き電回線用避雷器の性能を示す図である。
【００７２】
図１０の波形は、図１６の模擬発生回路４０で取得したものである。模擬発生回路４０を構成しているコンデンサ１２Ａの定数、及びバリスタ１１Ａの特性は、新幹線変電所において使用されているき電回線用避雷器（磁器がい管タイプ）と同等の漏れ電流が流れるように選定されている。
【００７３】
（３）  高次高調波除去処理（ステップＳ２２）
高次高調波除去部３３により、記憶部３２に記憶された基準波形ＳＷと測定された比較波形ＣＷとから、それぞれ高次高調波成分を除去し、波形の歪みを最小限にする。
【００７４】
高次高調波成分を除去する方法には、例えば、デジタルフィルタにより、移動平均処理を用いる方法とフーリエ解析を用いる方法とがある。本実施例１では、例えば、移動平均処理を用いる方法で、３点の単純移動平均処理を１００回繰り返し、高次高調波成分を除去した。この高次高調波除去後の基準波形ＳＷ（１）と比較波形ＣＷ（１）が、図１１に示されている。
【００７５】
（４）  全漏れ電流波形調整処理としての波形調整処理（ステップＳ２３）
ステップＳ２３において、波形調整部３４により、高次高調波除去後の基準波形ＳＷ（１）と比較波形ＣＷ（１）との波形を調整するために、ステップＳ２３ａにおいて、位相調整部３４ａによって位相調整処理を行い、次のステップＳ２３ｂにおいて、振幅調整部３４ｂによって振幅調整処理を行う。
【００７６】
先ず、ステップＳ２３ａの位相調整処理では、基準波形ＳＷ（１）と比較波形ＣＷ（１）との差分が最小となる位置を、両波形が同位相となる場所として、位相を調整する。しかし、放電前において、避雷器はほぼ容量性負荷として近似されることから、全漏れ電流位相と電圧位相とは９０°異なるので、全漏れ電流波形のゼロクロス付近で最大電圧が抵抗素子に印加される結果、瞬間的に避雷器が放電（抵抗値が低下）し、波形が歪む。即ち、抵抗分電流Ｉｒがゼロクロス付近に発生している（電流波形に歪みが生じている）ため、この歪みの部分も含めて波形全体で差分を採ってしまうと、うまく位相を合わせることができない。そのため、抵抗分電流Ｉｒが発生しない範囲（領域Ａ１，Ａ２以外）で、両波形の差分を採る必要がある。
【００７７】
図１２Ａ及び図１２Ｂは、新幹線変電所き電回線用避雷器（磁器がい管タイプ）をモデルとした波形である。この図１２Ａ及び図１２Ｂにおいて、丸枠のＡ１，Ａ２は、抵抗分電流Ｉｒの発生する領域、電流値が０．４ｍＡの太い実線は、比較波形波高値の５０％ライン、斜線部分のＢは、基準波形ＳＷ（１），ＳＷ（２）と比較波形ＣＷ（１），ＣＷ（２）との差分の領域、更に、期間Ｈは、両波形の差分比較範囲である。
【００７８】
図１２Ａの領域Ａ１，Ａ２に示すように、抵抗分電流Ｉｒは、基準波形ＳＷ（１）及び比較波形ＣＷ（１）の両者共にそれぞれゼロクロス（０ｍＡ）付近にのみ発生する。そのため、例えば、電流値が０．４ｍＡの太い実線で描かれた比較波形波高値の５０％ラインを基準にして、両波形の差分比較範囲である期間Ｈにおいて、基準波形ＳＷ（１）と比較波形ＣＷ（１）（波高値の５０％以上の部分のみ）との差分（斜線部分の領域Ｂ）を採ることで、抵抗分電流Ｉｒ成分の影響を最小限に抑えることができる。差分（領域Ｂ）の面積が最小になるように位相を調整した時の基準波形ＳＷ（２）及び比較波形ＣＷ（２）が、図１２Ｂに示されている。
【００７９】
次に、ステップＳ２３ｂの振幅調整処理において、振幅調整部３４ｂにより、位相調整後の基準波形ＳＷ（２）と比較波形ＣＷ（２）との振幅を合わせる。
【００８０】
避雷器電圧Ｖは負荷電流の影響等により変化し、これに伴って全漏れ電流値Ｉｏも変化するため、基準波形ＳＷ（２）と比較波形ＣＷ（２）の振幅は異なることがある。しかし、避雷器電圧Ｖの変化による全漏れ電流Ｉｏの振幅変動は、避雷器１０の劣化とは無関係である。そのため、両波形の振幅を合わせて避雷器電圧Ｖの変化による全漏れ電流Ｉｏの振幅変動分を除去する必要がある。この理由により、振幅調整処理を行うものである。
【００８１】
図１３Ａ及び図１３Ｂは、図１２Ａ及び図１２Ｂと同様に、新幹線変電所き電回線用避雷器（磁器がい管タイプ）をモデルとした波形である。この図１３Ａ及び図１３Ｂにおいて、丸枠のＡ１，Ａ２は、抵抗分電流Ｉｒの発生する領域、電流値が０．４ｍＡの太い実線は、比較波形波高値の５０％ライン、斜線部分のＢは、基準波形ＳＷ（２），ＳＷ（３）と比較波形ＣＷ（２），ＣＷ（３）との差分の領域、更に、期間Ｈは、両波形の差分比較範囲である。
【００８２】
振幅を合わせる方法には、例えば、基準波形ＳＷ（２）の振幅を、両波形の差分が最小となるように調整する方法がある。しかし、抵抗分電流Ｉｒがゼロクロス付近に発生している（電流波形に歪みが生じている）ため、この歪みの部分も含めて波形全体で差分を採ってしまうと、うまく振幅を合わせることができない。そのため、抵抗分電流Ｉｒが発生しない範囲（領域Ａ１，Ａ２以外）で、両波形の差分をとる必要がある。例えば、図１３Ａ及び図１３Ｂに示すように、両波形の差分比較範囲である期間Ｈにおいて、両波形の差分（領域Ｂ）が最小となるように振幅を調整することで、抵抗分電流Ｉｒ成分への影響を最小限に抑えることができる。
【００８３】
なお、図１２Ａ、図１２Ｂ、図１３Ａ、及び図１３Ｂに示されている波形比較領域の適正レベルは、避雷器の種類によって異なる。図１２Ａ、図１２Ｂ、図１３Ａ、及び図１３Ｂの波形は、新幹線変電所き電回線用避雷器（磁器がい管タイプ）をモデルとした波形であり、この場合は、前記のように５０％以上を比較領域とすることで良好な結果を得ている。
【００８４】
図１８Ａは、交流電気鉄道変電所用（き電線側）避雷器の性能を示す図である。更に、図１８Ｂは、電気規格調査会（Japanese  Electrotechnical  Committee；ＪＥＣ）のＪＥＣ−２１７規格に表示された酸化亜鉛形避雷器における保護性能を示す図である。
図１８Ａには、交流電気鉄道の変電所で使用されているき電回線用避雷器の種類（一例）が示されている。抵抗分電流Ｉｒが発生する領域は、図１８Ａ及び図１８Ｂをはじめとした避雷器の種類（がい管材質の違いを含む）によって異なるため、比較領域はこの特性を考慮して適切に設定する必要が有る。本発明者は、試験により、比較波形波高値が３０％〜８０％の範囲において比較領域を設定すれば良好な結果が得られることが分かった。
【００８５】
（５）  全漏れ電流差分検出処理としての差分検出処理（ステップＳ２４）
ステップ２４の差分検出処理において、差分検出部３５により、振幅調整後の基準波形ＳＷ（３）と比較波形ＣＷ（３）との差分を検出し、差分波形ＤＷを求める。
【００８６】
（６）抵抗分電流検出処理（ステップＳ２５）
ステップＳ２５の抵抗分電流検出処理において、抵抗分電流検出部３６により、差分波形ＤＷから、図１４の丸枠で示すように、抵抗分電流Ｉｒの波形を検出する。
【００８７】
（実施例１の変形例）
本実施例１では、次の（ａ）〜（ｄ）のように変形しても良い。
【００８８】
（ａ）  図１において、全漏れ電流測定部３１で測定された比較波形ＣＷは、一旦、記憶部３２に記憶した後、高次高調波除去部３３において、記憶部３２に記憶された基準波形ＳＷと、記憶部３２に記憶された比較波形ＣＷと、の高次高調波をそれぞれ除去しても良い。
【００８９】
（ｂ）  図１において、高次高調波除去後の基準波形ＳＷ（１）と比較波形ＣＷ（１）は、一旦、記憶部３２に記憶した後、波形調整部３４により、その記憶された基準波形ＳＷ（１）と比較波形ＣＷ（１）との波形調整を行っても良い。
【００９０】
（ｃ）  図１及び図１５において、波形調整部３４によるステップＳ２３の波形調整処理では、振幅調整を行った後に、位相調整を行っても良く、これにより、前記と同様の波形調整結果が得られる。
【００９１】
（ｄ）  図１５において、基準波形ＳＷについては、ステップＳ２０の測定記憶処理の段階で、予め高次高調波成分を除去した波形を記憶して用意しておいても良い。この場合、ステップＳ２２の高次高調波除去処理では、比較波形ＣＷの高次高調波のみが除去される。
【００９２】
（実施例１の効果）
本実施例１では、従来の非特許文献１及び特許文献１の方法及び装置に比べて、次の（１）〜（３）のような優位性（効果）がある。
【００９３】
（１）  従来の非特許文献１との比較
従来の非特許文献１の方法では、抵抗分電流Ｉｒを検出するために、全漏れ電流Ｉｏの波形に加えて、測定することが難しい避雷器電圧Ｖの波形が必要であり、この避雷器電圧Ｖの測定がネックとなっていた。これに対し、本実施例１の方法では、抵抗分電流Ｉｒの検出に必要となる基準波形ＳＷと比較波形ＣＷは両波形とも全漏れ電流Ｉｏから得られるデータであり、その他の避雷器電圧Ｖ等のデータを必要としないため、測定作業を容易に行えるようになる。
【００９４】
従来の非特許文献１で必須であった、「測定器」と「避雷器から離れた位置にある計器用変圧器」との接続が不要になり、測定を実施する際の配線作業の手間を低減できる。
【００９５】
又、従来の非特許文献１のような、避雷器電圧Ｖの測定を必要とする方法では、直接、避雷器電圧Ｖを測定することが困難であり、別系統の同等の電圧波形で代用せざるを得なかったため、測定結果の精度に多少の誤差が生じる恐れがある。これに対し、本実施例１では、代用データを使用することが無いので、高い精度で抵抗分電流Ｉｒを検出できる。
【００９６】
（２）  従来の特許文献１との比較
本実施例１の方法と従来の特許文献１の方法とを比較した場合、抵抗分電流Ｉｒの検出を、全漏れ電流Ｉｏの測定のみで行えるという点では同じである。しかし、本実施例１の方法を示す図１５と、従来の特許文献１の方法を示す図９と、を比較すれば、抵抗分電流Ｉｒを検出するまでに掛かる処理の数が大きく異なる。図１５及び図９から明らかなように、本実施例１の方法による抵抗分電流Ｉｒの検出は、従来の特許文献１の方法より、格段に処理数が少ないことが分かる。これは、本実施例１の方法では、全漏れ電流波形をスムージングし、それを基準波形と整合し、その差分から抵抗電流成分を求めているからであり、更に、整合処理においては、「歪み部分」を除いた部分で整合することで処理を簡素化しているからである。そのため、例えば、図１５のステップをマイコン等のプロセッサを用いて処理する場合、本実施例１の方が、プロセッサに組み込むプログラムを簡素化できる。
【００９７】
このように、本実施例１では、抵抗分電流Ｉｒを検出するために必要な処理が簡素で且つ少ないため、プロセッサに組み込むプログラムの作成が比較的容易になる。その結果、プログラムの内容が簡素化されることで、高性能なプロセッサではなく、汎用的なプロセッサで避雷器漏れ電流検出装置３０を構成できるようになり、コストの削減が可能になる。
【００９８】
（３）  その他の効果
避雷器１０の劣化には、サージ電圧の印加により、抵抗素子１１の抵抗値Ｒが低下して抵抗分電流Ｉｒが増加する場合と、避雷器１０は屋外に設置されることが多いので、水分等の浸入により、抵抗素子１１の抵抗値Ｒが低下して抵抗分電流Ｉｒが増加する場合と、が考えられる。本実施例１では、水分等の浸入によって抵抗分電流Ｉｒが増加した場合にも、簡単且つ的確にそれを検出することができる。
【実施例２】
【００９９】
（実施例２の構成）
図１９は、本発明の実施例２における避雷器漏れ電流検出装置を示す概略の構成図である。
【０１００】
本実施例２の避雷器漏れ電流検出装置５０は、実施例１を示す図１の避雷器漏れ電流検出装置３０に対して、デジタル処理が容易に行える構成になっている。
【０１０１】
本実施例２の避雷器漏れ電流検出装置５０は、避雷器１０の接地線８に設けられた実施例１の全漏れ電流測定部３１と同様の全漏れ電流測定部５１を有している。全漏れ電流測定部５１には、実施例１の高次高調波除去部３２に対応する高次高調波除去部５２、Ａ／Ｄ変換部５３、実施例１の記憶部３２に対応する全漏れ電流記憶部としての記憶部５４、実施例１の波形調整部３４に対応する全漏れ電流波形調整部としての波形調整部５５、実施例１の差分検出部３５に対応する全漏れ電流差分検出部としての差分検出部５６、及び、実施例１の抵抗分電流検出部３６に対応する抵抗分電流検出部５７が接続されている。
【０１０２】
全漏れ電流測定部５１は、避雷器１０が正常状態の場合であって、且つ外部から与えられる時刻情報ＩＴに基づいた所定時刻に、避雷器１０の全漏れ電流Ｉｏの波形を測定して、この測定結果である基準波形ＳＷの電流を出力し、更に、時刻情報ＩＴに基づいた任意の日の所定時刻に、全漏れ電流Ｉｏの波形を測定して、この測定結果である比較波形ＣＷの電流を出力するものである。全漏れ電流測定部５１は、例えば、全漏れ電流Ｉｏを検出するＣＴ、及びこのＣＴの出力電流を取り込む制御手段等により構成され、この出力側に、高次高調波除去部５２が接続されている。
【０１０３】
高次高調波除去部５２は、全漏れ電流測定部５１から出力される基準波形ＳＷの電流と比較波形ＣＷの電流との高次高調波をそれぞれ除去して、高次高調波除去後の基準波形ＳＷ（１）の電流及び比較波形ＣＷ（１）の電流を出力するものである。高次高調波除去部５２の出力側には、Ａ／Ｄ変換部５３が接続され、更に、このＡ／Ｄ変換部５３に、記憶部５４が接続されている。
【０１０４】
Ａ／Ｄ変換部５３は、高次高調波除去後の基準波形ＳＷ（１）の電流をデジタル信号に変換して基準波形データＤｓｗ（１）を求めると共に、高次高調波除去後の比較波形ＣＷ（１）の電流をデジタル信号に変換して比較波形データＤｃｗ（１）を求め、これらの基準波形データＤｓｗ（１）及び比較波形データＤｃｗ（１）を、記憶部５４に記憶するものである。
【０１０５】
記憶部５４は、基準波形データＤｓｗ（１）、比較波形データＤｃｗ（１）、前記時刻情報ＩＴ、及び前記所定時刻等を記憶するものであり、半導体メモリ等により構成されている。記憶部５４には、波形調整部５５、及び抵抗分電流検出部５７が接続されている。
【０１０６】
波形調整部５５は、位相調整部５５ａ及び振幅調整部５５ｂにより構成されている。
【０１０７】
位相調整部５５ａは、記憶部５４に記憶された高次高調波除去後の基準波形データＤｓｗ（１）と比較波形データＤｃｗ（１）との位相調整を行うものである。位相調整部５５ａは、例えば、高次高調波除去後の基準波形データＤｓｗ（１）と比較波形データＤｃｗ（１）とにおける、抵抗分電流Ｉｒが発生しない範囲（例えば、比較波形Ｄｃｗ（１）の波高値の３０％〜８０％（好ましくは５０％以上）の範囲）において、基準波形データＤｓｗ（１）と比較波形データＤｃｗ（１）との差分が最小となるように、基準波形データＤｓｗ（１）と比較波形データＤｃｗ（１）の位相を調整するものである。位相調整部５５ａの出力側には、振幅調整部５５ｂが接続されている。
【０１０８】
振幅調整部５５ｂは、位相調整後の基準波形データＤｓｗ（２）と比較波形データＤｃｗ（２）の振幅調整を行うものである。振幅調整部５５ｂは、例えば、位相調整後の基準波形データＤｓｗ（２）と比較波形データＤｃｗ（２）とにおける、抵抗分電流Ｉｒが発生しない範囲（例えば、比較波形Ｄｃｗ（２）の波高値の３０％〜８０％（好ましくは５０％以上）の範囲）において、基準波形データＤｃｗ（２）と比較波形データＤｃｗ（２）との差分が最小となるように、基準波形データＤｓｗ（２）と比較波形データＤｃｗ（２）の振幅を調整するものである。振幅調整部５５ｂの出力側には、差分検出部５６が接続されている。
【０１０９】
差分検出部５６は、振幅調整後の基準波形データＤｓｗ（３）と比較波形データＤｃｗ（３）との差分を検出して差分波形データＤｄｗを出力するものであり、この出力側に、抵抗分電流検出部５７が接続されている。抵抗分電流検出部５７は、差分波形データＤｄｗから、抵抗分電流Ｉｒの抵抗分電流波形データＤｉｒを検出して、記憶部５４に記憶させる機能を有している。
【０１１０】
（実施例２の動作）
先ず、基準波形ＳＷを取得するために、全漏れ電流測定部５１により、時刻情報ＩＴに基づいて所定の時刻に、避雷器１０の接地線８に常時流れる全漏れ電流Ｉｏを検出し、この検出した全漏れ電流Ｉｏから最低１周期分の全漏れ電流波形（即ち、基準波形ＳＷ）を抽出する。抽出された基準波形ＳＷは、高次高調波除去部５２による平滑処理により、高次高調波成分が除去される。高次高調波除去後の基準波形ＳＷ（１）は、Ａ／Ｄ変換部５３により、デジタル信号に変換されて基準波形データＤｓｗ（１）が生成される。生成された基準波形データＤｓｗ（１）は、時刻情報ＩＴと共に、記憶部５４に記憶される。
【０１１１】
次に、比較波形ＣＷを取得するために、全漏れ電流測定部５１により、時刻情報ＩＴに基づいて任意の日の所定の時刻に（例えば、１日１回）、接地線８に常時流れる全漏れ電流Ｉｏを検出し、この検出した全漏れ電流Ｉｏから最低１周期分の全漏れ電流波形（即ち、比較波形ＣＷ）を抽出する。抽出された比較波形ＣＷは、高次高調波除去部５２による平滑処理により、高次高調波成分が除去される。高次高調波除去後の比較波形ＣＷ（１）は、Ａ／Ｄ変換部５３により、デジタル信号に変換されて比較波形データＤｃｗ（１）が生成される。生成された比較波形データＤｃｗ（１）は、時刻情報ＩＴと共に、記憶部５４に記憶される。
【０１１２】
記憶部５４に記憶された基準波形データＤｓｗ（１）と比較波形データＤｃｗ（１）とは、波形調整部５５内の位相調整部５５ａによる位相調整により、位相が合わせられる。位相調整後の基準波形データＤｓｗ（２）と比較波形データＤｃｗ（２）とは、波形調整部５５内の振幅調整部５５ｂによる振幅調整により、振幅が合わせられる。振幅調整後の基準波形データＤｓｗ（３）と比較波形データＤｃｗ（３）とは、差分検出部５６により、差分が取られて差分波形ＤＷの差分波形データＤｄｗが生成される。生成された差分波形データＤｄｗから、抵抗分電流検出部５７によって、抵抗分電流波形データＤｉｒが検出される。検出された抵抗分電流波形データＤｉｒは、時刻情報ＩＴと共に、記憶部５４に記憶される。
【０１１３】
（実施例２の変形例）
波形調整部５５において、位相調整部５５ａと振幅調整部５５ｂとを入れ代え、先に振幅調整を行い、後に、位相調整を行うような構成に変更しても良い。
【０１１４】
（実施例２の効果）
本実施例２の避雷器漏れ電流検出装置５０によれば、実施例１と略同様の効果がある。更に、デジタル処理が容易に行える構成になっているので、マイコン等のプロセッサによるプログラム制御が可能になる。
【実施例３】
【０１１５】
本発明の実施例３は、実施例２の避雷器漏れ電流検出装置５０を備える避雷器漏れ電流監視装置に関するものである。
【０１１６】
（実施例３の構成）
図２０は、本発明の実施例３における避雷器漏れ電流監視装置を示す概略の構成図である。この図２０において、実施例２を示す図１９中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。
【０１１７】
本実施例３の避雷器漏れ電流監視装置は、実施例２の避雷器漏れ電流検出装置５０と、時刻情報送信部１１０と、送信部としてのデータ送信部１２０と、を備えている。
【０１１８】
避雷器漏れ電流検出装置５０は、避雷器１０の接地線８に設けられた全漏れ電流測定用のＣＴ７１及びサージ電流測定用のＣＴ９１に接続されている。全漏れ電流測定用のＣＴ７１は、避雷器１０から接地線８へと常時流れる全漏れ電流Ｉｏを測定して、この全漏れ電流Ｉｏに対応する電流を出力するものである。サージ電流測定用のＣＴ９１は、雷サージが発生した際に、トロリ線３から避雷器１０を通して接地線８へと流れるサージ電流Ｉｓを測定してこれに対応する電流を出力するものである。
【０１１９】
避雷器漏れ電流検出装置５０は、検出された波形データ等を記憶する記憶部５４と、この記憶部５４に対するデータのアクセス（読み書き）を制御し、検出された波形データの処理や時刻情報ＩＴの管理等を行う制御部６０と、を有している。制御部６０は、例えば、マイコン等のプロセッサにより構成されている。
【０１２０】
時刻情報送信部１１０は、最新の時刻情報ＩＴを制御部６０へ送信し続けるものであり、例えば、時刻情報等を送信するＧＰＳ（Global  Positioning  System）モジュール等により構成されている。データ送信部１２０は、記憶部５４に記憶された記憶データＤｍを遠方へ送信するものであり、例えば、無線ＬＡＮ（Local  Area  Network）の規格の一つであるｗｉｆｉ（Wireless  Fidelity）モジュール等により構成されている。
【０１２１】
図２１は、図２０の避雷器漏れ電流監視装置における具体的な構成例を示す機能ブロック図である。
【０１２２】
避雷器漏れ電流検出装置５０内の制御部６０は、全漏れ電流測定用のＣＴ７１に接続された基準波形データ取得部７０及び比較波形データ取得部８０と、サージ電流測定用のＣＴ９１に接続されたサージ電流波形データ取得部９０と、記憶部５４に接続された抵抗分電流波形データ取得部１００と、を有している。
【０１２３】
基準波形データ取得部７０は、ＣＴ７１の出力電流から、基準波形データＤｓｗ（１）を取得するものであり、増幅器（以下「アンプ」という。）７２、高次高調波除去部５２ａ、及びＡ／Ｄ変換部５３ａを有している。
【０１２４】
アンプ７２は、ＣＴ７１の出力電流を増幅して、基準波形ＳＷの電流を出力する回路であり、この出力側に、高次高調波除去部５２ａが接続されている。高次高調波除去部５２ａは、図１９中の高次高調波除去部５２と同様に、アンプ７２から出力される基準波形ＳＷの電流の高次高調波を除去して、高次高調波除去後の基準波形ＳＷ（１）の電流を出力するものであり、この出力側に、Ａ／Ｄ変換部５３ａが接続されている。Ａ／Ｄ変換部５３ａは、図１９中のＡ／Ｄ変換部５３と同様に、高次高調波除去後の基準波形ＳＷ（１）の電流をデジタル信号に変換して基準波形データＤｓｗ（１）を出力するものであり、この出力側に、記憶部５４が接続されている。
【０１２５】
比較波形データ取得部８０は、ＣＴ７１の出力電流から、比較波形データＤｃｗ（１）を取得するものであり、アンプ８２、高次高調波除去部５２ｂ、及びＡ／Ｄ変換部５３ｂを有している。
【０１２６】
アンプ８２は、ＣＴ７１の出力電流を増幅して、比較波形ＣＷの電流を出力する回路であり、この出力側に、高次高調波除去部５２ｂが接続されている。高次高調波除去部５２ｂは、図１９中の高次高調波除去部５２と同様に、アンプ８２から出力される比較波形ＣＷの電流の高次高調波を除去して、高次高調波除去後の比較波形ＣＷ（１）の電流を出力するものであり、この出力側に、Ａ／Ｄ変換部５３ｂが接続されている。Ａ／Ｄ変換部５３ｂは、図１９中のＡ／Ｄ変換部５３と同様に、高次高調波除去後の比較波形ＣＷ（１）の電流をデジタル信号に変換して比較波形データＤｃｗ（１）を出力するものであり、この出力側に、記憶部５４が接続されている。
【０１２７】
サージ電流波形データ取得部９０は、ＣＴ９１の出力電流から、サージ電流波形データＤｉｓを取得するものであり、レベル変換部９２、極性変換部９３、及びＡ／Ｄ変換部９４を有している。
【０１２８】
レベル変換部９２は、ＣＴ９１の出力電流のレベルを変換する回路であり、この出力側に、極性変換部９３が接続されている。極性変換部９３は、レベル変換部９２の出力電流の極性を揃えるための回路（例えば、出力電流が負極性のものについては正極性に変換し、全て正極性に揃えるための回路）であり、この出力側に、Ａ／Ｄ変換部９４が接続されている。Ａ／Ｄ変換部９４は、極性変換部９３の出力電流をデジタル信号に変換してサージ電流波形データＤｉｓを出力するものであり、この出力側に、記憶部５４が接続されている。
【０１２９】
抵抗分電流波形データ取得部１００は、記憶部５４に記憶された高次高調波除去後の基準波形データＤｓｗ（１）と比較波形データＤｃｗ（１）とに基づき、抵抗分電流Ｉｒの抵抗分電流波形データＤｉｒを取得して、記憶部５４に記憶させるものである。この抵抗分電流波形データ取得部１００は、図１９中のものと同様の、位相調整部５５ａ及び振幅調整部５５ｂからなる波形調整部５５と、差分検出部５６と、抵抗分電流検出部５７と、を有している。
【０１３０】
時刻情報送信部１１０から出力される時刻情報ＩＴは、制御部６０の制御によって記憶部５４に記憶される。データ送信部１２０は、制御部６０の制御によって記憶部５４から読み出された記憶データＤｍを遠方へ送信する機能を有している。
【０１３１】
（実施例３の動作）
本実施例３の避雷器漏れ電流監視装置において、基準波形取得時の動作（Ｉ）と、比較波形取得時の動作（ＩＩ）と、サージ電流検出時の動作（ＩＩＩ）と、について説明する。
【０１３２】
（Ｉ）  基準波形取得時の動作
実施例２と同様に、ＣＴ７１により、時刻情報送信部１１０から送信される時刻情報ＩＴに基づき、所定の時刻に、避雷器１０に接続された接地線８に常時流れる全漏れ電流Ｉｏを検出し、この検出した全漏れ電流Ｉｏから最低１周期分の全漏れ電流波形（即ち、基準波形ＳＷ）を抽出する。
【０１３３】
抽出された基準波形ＳＷは、基準波形データ取得部７０内において、アンプ７２により増幅された後、高次高調波除去部５２ａによる平滑処理により、高次高調波成分が除去される。高次高調波除去後の基準波形ＳＷ（１）は、Ａ／Ｄ変換部５３ａにより、デジタル信号に変換されて基準波形データＤｓｗ（１）が生成される。生成された基準波形データＤｓｗ（１）は、時刻情報送信部１１０から得た時刻情報ＩＴと共に、記憶部５４に記憶される。
【０１３４】
記憶部５４に記憶された基準波形データＤｓｗ（１）及び時刻情報ＩＴの記憶データＤｍは、データ送信部１２０を通して遠方へ送信される。
【０１３５】
（ＩＩ）  比較波形取得時の動作
実施例２と同様に、ＣＴ７１により、時刻情報送信部１１０から送信される時刻情報ＩＴに基づき、任意の日の所定の時刻に（例えば、１日１回）、接地線８に常時流れる全漏れ電流Ｉｏを検出し、この検出した全漏れ電流Ｉｏから最低１周期分の全漏れ電流波形（即ち、比較波形ＣＷ）を抽出する。
【０１３６】
抽出された比較波形ＣＷは、比較波形データ取得部８０内において、アンプ８２により増幅された後、高次高調波除去部５２ｂによる平滑処理により、高次高調波成分が除去される。高次高調波除去後の比較波形ＣＷ（１）は、Ａ／Ｄ変換部５３ｂにより、デジタル信号に変換されて比較波形データＤｃｗ（１）が生成される。生成された比較波形データＤｃｗ（１）は、時刻情報ＩＴと共に、記憶部５４に記憶される。
【０１３７】
記憶部５４に記憶された基準波形データＤｓｗ（１）と比較波形データＤｃｗ（１）とは、抵抗分電流波形データ取得部１００内において、実施例２と同様に、波形調整部５５内の位相調整部５５ａによる位相調整により、位相が合わせられる。位相調整後の基準波形データＤｓｗ（２）と比較波形データＤｃｗ（２）とは、波形調整部５５内の振幅調整部５５ｂによる振幅調整により、振幅が合わせられる。
【０１３８】
振幅調整後の基準波形データＤｓｗ（３）と比較波形データＤｃｗ（３）とは、差分検出部５６により、差分が取られて差分波形ＤＷの差分波形データＤｄｗが生成される。生成された差分波形データＤｄｗから、抵抗分電流検出部５７によって、抵抗分電流波形データＤｉｒが検出される。検出された抵抗分電流波形データＤｉｒは、時刻情報ＩＴと共に、記憶部５４に記憶される。
【０１３９】
記憶部５４に記憶された前記の比較波形データＤｃｗ（１）、抵抗分電流波形データＤｉｒ、及び時刻情報ＩＴの記憶データＤｍは、データ送信部１２０を通して遠方へ送信される。
【０１４０】
（ＩＩＩ）  サージ電流検出時の動作
例えば、トロリ線３と接地Ｇとの間に、過大な雷サージ電圧が発生すると、避雷器１０が放電し、接地線８にサージ電流Ｉｓが流れる。接地線８に流れるサージ電流Ｉｓは、ＣＴ９１で測定される。測定されたサージ電流波形ＩＳＷは、サージ電流波形データ取得部９０内において、レベル変換部９２によってレベル変換された後、極性変換部９３によって極性変換される。
【０１４１】
極性変換された電流波形は、Ａ／Ｄ変換部９４により、デジタル信号に変換されてサージ電流波形データＤｉｓが生成される。生成されたサージ電流波形データＤｉｓは、時刻情報送信部１１０から送信される時刻情報ＩＴと共に、記憶部５４に記憶される。
【０１４２】
記憶部５４に記憶された前記のサージ電流波形データＤｉｓ、及び時刻情報ＩＴの記憶データＤｍは、データ送信部１２０を通して遠方へ送信される。
【０１４３】
（実施例３の変形例）
実施例２の変形例と同様に、波形調整部５５において、位相調整部５５ａと振幅調整部５５ｂとを入れ代え、先に振幅調整を行い、後に、位相調整を行うような構成に変更しても良い。
【０１４４】
（実施例３の効果）
本実施例３の避雷器漏れ電流監視装置によれば、実施例２と同様の効果がある。更に、避雷器１０の劣化と抵抗分電流Ｉｒは、大きな相関関係があると考えられることから、得られた抵抗分電流波形データＤｉｒ等に基づき、避雷器１０の劣化を容易に且つ早期に発見できるようになる。これにより避雷器の損傷を未然に防ぐことができ、ひいては、避雷器の損傷による電力系統の故障についても未然に防ぐことができる。そのため、設備の安定稼動を実現することができる。
【符号の説明】
【０１４５】
３      トロリ線
８      接地線
１０      避雷器
１１      抵抗素子
１２      漂遊静電容量
３０，５０      避雷器漏れ電流検出装置
３１，５１      全漏れ電流測定部
３２，５４      記憶部
３３，５２      高次高調波除去部
３４，５５      波形調整部
３４ａ，５５ａ      位相調整部
３４ｂ，５５ｂ      振幅調整部
３５，５６      差分検出部
３６，５７      抵抗分電流検出部
６０      制御部
７０      基準波形データ取得部
８０      比較波形データ取得部
９０      サージ電流波形データ取得部
１００      抵抗分電流波形データ取得部
１１０      時刻情報送信部
１２０      データ送信部
【図１】
0006616193.tif 000002
【図２】
0006616193.tif 000003
【図３】
0006616193.tif 000004
【図４Ａ】
0006616193.tif 000005
【図４Ｂ】
0006616193.tif 000006
【図５】
0006616193.tif 000007
【図６】
0006616193.tif 000008
【図７】
0006616193.tif 000009
【図８】
0006616193.tif 000010
【図９】
0006616193.tif 000011
【図１０】
0006616193.tif 000012
【図１１】
0006616193.tif 000013
【図１２Ａ】
0006616193.tif 000014
【図１２Ｂ】
0006616193.tif 000015
【図１３Ａ】
0006616193.tif 000016
【図１３Ｂ】
0006616193.tif 000017
【図１４】
0006616193.tif 000018
【図１５】
0006616193.tif 000019
【図１６】
0006616193.tif 000020
【図１７Ａ】
0006616193.tif 000021
【図１７Ｂ】
0006616193.tif 000022
【図１８Ａ】
0006616193.tif 000023
【図１８Ｂ】
0006616193.tif 000024
【図１９】
0006616193.tif 000025
【図２０】
0006616193.tif 000026
【図２１】
0006616193.tif 000027