JP2017122666A - 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 - Google Patents
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Abstract
Description
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。
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。
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。
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。
io=ir+ic・・・(1)
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)
ir=io−C(dv/dt)・・・(4)
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
本実施例1では、次の(a)〜(d)のように変形しても良い。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
Claims (6)
- 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。 - 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。 - 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。
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