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技術 避雷器の劣化診断方法

出願人 関西電力株式会社
発明者 多田利春
出願日 2004年10月14日 (15年8ヶ月経過) 出願番号 2004-300107
公開日 2006年4月27日 (14年2ヶ月経過) 公開番号 2006-112904
状態 特許登録済
技術分野 短絡、断線、漏洩,誤接続の試験 絶縁性に関する試験 電気的手段による材料の調査、分析
主要キーワード インパルス電流 全漏れ電流 周辺設備 課電状態 絶縁外被体 開閉サージ 対地電圧 劣化度合
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2006年4月27日)のものです。
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図面 (4)

課題

抵抗漏れ電流あるいは全漏れ電流課電時間と共に減衰する性質を有するタイプの避雷器についても経時的な劣化簡便かつ低コストで判定する。

解決手段

酸化亜鉛を主成分とする限流素子で構成され、漏れ電流が経時的に減衰する特性を有する避雷器の劣化診断方法であって、課電中にある避雷器に対して一定の無課電期間を設け、その無課電期間中における避雷器の酸素イオンの吸収量を測定し、その酸素イオンの吸収量に基づいて避雷器の劣化状態を判定する。

概要

背景

例えば変電所などに設置される避雷器は、落雷による雷サージや、開閉器遮断器などの入り切りによる開閉サージに起因して異常電圧が発生した際にその周辺設備サージから保護するものである。

この避雷器は、サージ電圧に対しては低抵抗、通常の対地電圧に対しては高抵抗を示す非直線性電流電圧特性を有する酸化亜鉛(ZnO)を主成分とする複数の限流素子を積層し、その積層体外周面に、弾性を有するポリマーやEPDM等の絶縁外被体被着した構造を有する。

雷サージや開閉サージによる異常電圧が発生すると、サージ電流が限流素子を介して大地へ流れる。このとき、異常電圧に対して限流素子が低抵抗値となってこれを瞬時に大地に逃がし、その異常電圧が消滅すれば、限流素子が高抵抗値となって通常の対地電圧を遮断する。この弁作用により、変電所に設置された避雷器の周辺設備を保護している。

この避雷器を構成する限流素子の経時的な劣化は、抵抗漏れ電流あるいは全漏れ電流が限流素子への課電時間と共に上昇する性質を利用することにより、その抵抗漏れ電流あるいは全漏れ電流が、ある一定の閾値管理値)に達した時点で、経時的な劣化による寿命として診断するようにしている。

抵抗漏れ電流を利用する場合、その初期値をir0、課電時間をtとすると、抵抗漏れ電流irは、ir=ir0(1+h√t)の関係式(hは係数)を満足するように課電時間と共に上昇する。また、全漏れ電流の場合でも、その初期値をia0、課電時間をtとすると、全漏れ電流iaは、ia=A・ia0+H√tの関係式(A、hは係数)を満足するように課電時間と共に上昇する。

なお、上式のように抵抗漏れ電流あるいは全漏れ電流が課電時間tの平方根√tに比例するのは、限流素子内の亜鉛イオンがその濃度勾配に比例して拡散するためである。従来では、この亜鉛イオンの拡散による抵抗漏れ電流あるいは全漏れ電流の上昇でもって、経時的な劣化を判定するようにしている。

概要

抵抗漏れ電流あるいは全漏れ電流が課電時間と共に減衰する性質を有するタイプの避雷器についても経時的な劣化を簡便かつ低コストで判定する。酸化亜鉛を主成分とする限流素子で構成され、漏れ電流が経時的に減衰する特性を有する避雷器の劣化診断方法であって、課電中にある避雷器に対して一定の無課電期間を設け、その無課電期間中における避雷器の酸素イオンの吸収量を測定し、その酸素イオンの吸収量に基づいて避雷器の劣化状態を判定する。 なし

目的

そこで、本発明は、前述の問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、抵抗漏れ電流あるいは全漏れ電流が課電時間と共に減衰する性質を有するタイプの避雷器についても、経時的な劣化を簡便かつ低コストで判定し得る避雷器の劣化診断方法を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
1件

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請求項1

酸化亜鉛を主成分とする限流素子で構成され、漏れ電流が経時的に減衰する特性を有する避雷器劣化診断方法であって、課電中にある避雷器に対して一定の無課電期間を設け、その無課電期間中における避雷器の酸素イオンの吸収量を測定し、その酸素イオンの吸収量に基づいて避雷器の劣化状態を判定することを特徴とする避雷器の劣化診断方法。

請求項2

前記無課電期間中における避雷器の酸素イオンの吸収量は、その無課電期間直後における漏れ電流の初期値および減衰勾配を測定し、前記無課電期間前における漏れ電流の初期値および減衰勾配との比較により算出する請求項1に記載の避雷器の劣化診断方法。

請求項3

前記漏れ電流は、抵抗漏れ電流あるいは全漏れ電流のいずれかである請求項1又は2に記載の避雷器の劣化診断方法。

技術分野

0001

本発明は、避雷器劣化診断方法に関し、詳しくは、酸化亜鉛を主成分とする限流素子で構成された避雷器に対して、その限流素子の経時的な劣化を判定するための避雷器の劣化診断方法に関する。

背景技術

0002

例えば変電所などに設置される避雷器は、落雷による雷サージや、開閉器遮断器などの入り切りによる開閉サージに起因して異常電圧が発生した際にその周辺設備サージから保護するものである。

0003

この避雷器は、サージ電圧に対しては低抵抗、通常の対地電圧に対しては高抵抗を示す非直線性電流電圧特性を有する酸化亜鉛(ZnO)を主成分とする複数の限流素子を積層し、その積層体外周面に、弾性を有するポリマーやEPDM等の絶縁外被体被着した構造を有する。

0004

雷サージや開閉サージによる異常電圧が発生すると、サージ電流が限流素子を介して大地へ流れる。このとき、異常電圧に対して限流素子が低抵抗値となってこれを瞬時に大地に逃がし、その異常電圧が消滅すれば、限流素子が高抵抗値となって通常の対地電圧を遮断する。この弁作用により、変電所に設置された避雷器の周辺設備を保護している。

0005

この避雷器を構成する限流素子の経時的な劣化は、抵抗漏れ電流あるいは全漏れ電流が限流素子への課電時間と共に上昇する性質を利用することにより、その抵抗漏れ電流あるいは全漏れ電流が、ある一定の閾値管理値)に達した時点で、経時的な劣化による寿命として診断するようにしている。

0006

抵抗漏れ電流を利用する場合、その初期値をir0、課電時間をtとすると、抵抗漏れ電流irは、ir=ir0(1+h√t)の関係式(hは係数)を満足するように課電時間と共に上昇する。また、全漏れ電流の場合でも、その初期値をia0、課電時間をtとすると、全漏れ電流iaは、ia=A・ia0+H√tの関係式(A、hは係数)を満足するように課電時間と共に上昇する。

0007

なお、上式のように抵抗漏れ電流あるいは全漏れ電流が課電時間tの平方根√tに比例するのは、限流素子内の亜鉛イオンがその濃度勾配に比例して拡散するためである。従来では、この亜鉛イオンの拡散による抵抗漏れ電流あるいは全漏れ電流の上昇でもって、経時的な劣化を判定するようにしている。

発明が解決しようとする課題

0008

前述したように、従来では、抵抗漏れ電流あるいは全漏れ電流が課電時間に比例して増加する性質を利用することにより、限流素子の劣化を判定するようにしているが、この方法は、抵抗漏れ電流あるいは全漏れ電流が課電時間と共に増加する限流素子で構成された避雷器について有効である。

0009

しかしながら、一般的に、前述したように抵抗漏れ電流あるいは全漏れ電流が課電時間と共に増加する限流素子で構成された避雷器(第一世代)以外に、抵抗漏れ電流あるいは全漏れ電流が課電時間と共に減衰する限流素子で構成された避雷器(第二世代)もある。

0010

この第二世代の避雷器では、抵抗漏れ電流あるいは全漏れ電流が課電時間と共に減衰する性質を有するため、第一世代の避雷器のように抵抗漏れ電流あるいは全漏れ電流が課電時間と共に増加する場合に適用した従来方法を使用することが困難となる。

0011

この第二世代の避雷器について、従来方法を使用しようとすると、抵抗漏れ電流あるいは全漏れ電流が課電時間と共に減衰するため、課電時間が経過すればするほど、限流素子の性能が向上するという矛盾した判定となる。

0012

この第二世代の避雷器を診断する別の方法としては、大規模試験装置を使ってインパルス電流試験を行うことが可能であるが、変電所などに設置されている避雷器について劣化診断する場合、その試験日数、試験費用の面などでも実施することが困難であり、また、避雷器自体も試験によって劣化させることになるので好ましい手段ではなかった。

0013

そこで、本発明は、前述の問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、抵抗漏れ電流あるいは全漏れ電流が課電時間と共に減衰する性質を有するタイプの避雷器についても、経時的な劣化を簡便かつ低コストで判定し得る避雷器の劣化診断方法を提供することにある。

課題を解決するための手段

0014

前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明は、酸化亜鉛を主成分とする限流素子で構成され、漏れ電流が経時的に減衰する特性を有する避雷器の劣化診断方法であって、課電中にある避雷器に対して一定の無課電期間を設け、その無課電期間中における避雷器の酸素イオンの吸収量を測定し、その酸素イオンの吸収量に基づいて避雷器の劣化状態を判定することを特徴とする。ここで、前述した全漏れ電流とは、抵抗漏れ電流と容量漏れ電流の合計であり、抵抗漏れ電流は、全漏れ電流から容量漏れ電流をキャンセルすることにより得られる。

0015

本発明は、抵抗漏れ電流あるいは全漏れ電流が課電時間と共に減衰する限流素子で構成された避雷器(第二世代)に対して適用することが有効である。この第二世代の避雷器では、限流素子への課電により酸素イオンが拡散して放出されるが、無課電状態で限流素子を放置しておけば、逆に酸素イオンを吸収して回復する。このときの酸素イオンの吸収量を測定すれば、その酸素イオンの吸収量に応じて限流素子の経時的な劣化状態を判定することができる。つまり、酸素イオンの吸収量が少なければ、その限流素子における劣化状態の程度が小さく、逆に、酸素イオンの吸収量が多ければ、その限流素子における劣化状態の程度が大きい。

0016

本発明では、前述したように課電中にある避雷器に対して一定の無課電期間を設け、その無課電期間中における避雷器の酸素イオンの吸収量を測定し、その酸素イオンの吸収量に基づいて避雷器の劣化状態を判定するが、その無課電期間中における避雷器の酸素イオンの吸収量は、その無課電期間直後における漏れ電流の初期値および減衰勾配を測定し、前記無課電期間前における漏れ電流の初期値および減衰勾配との比較により算出することが可能である。

0017

また、前述の構成における漏れ電流は、抵抗漏れ電流あるいは全漏れ電流のいずれかである。つまり、全漏れ電流は、抵抗漏れ電流と容量漏れ電流の合計であり、容量漏れ電流は劣化に関係なく一定であるため、抵抗漏れ電流あるいは全漏れ電流のいずれでも利用することが可能である。

発明の効果

0018

本発明によれば、抵抗漏れ電流あるいは全漏れ電流が課電時間と共に減衰する限流素子で構成された避雷器(第二世代)であっても、課電中にある避雷器に対して一定の無課電期間を設け、その無課電期間中における避雷器の酸素イオンの吸収量を測定し、その酸素イオンの吸収量に基づいて避雷器の劣化状態を簡便かつ低コストで判定することができるので、その実用的価値は大きい。

発明を実施するための最良の形態

0019

以下、本発明の実施形態を詳述する。

0020

この実施形態で使用する避雷器1は、図1(a)に示すようにサージ電圧に対しては低抵抗、通常の対地電圧に対しては高抵抗を示す非直線性の電流電圧特性を有する酸化亜鉛(ZnO)を主成分とする複数の限流素子2を積層し、その積層体〔同図(b)参照〕の外周面を、弾性を有するポリマーやEPDM等の絶縁外被体3で被覆した構造を有する。

0021

この避雷器1では、雷サージや開閉サージによる異常電圧が発生すると、サージ電流が限流素子2を介して大地へ流れる。このとき、異常電圧に対して限流素子2が低抵抗値となってこれを瞬時に大地に逃がし、その異常電圧が消滅すれば、限流素子2が高抵抗値となって通常の対地電圧を遮断する。この弁作用により、変電所に設置された避雷器1の周辺設備を保護している。

0022

この実施形態では、抵抗漏れ電流あるいは全漏れ電流が課電時間と共に減衰する限流素子2で構成された避雷器1(第二世代)を劣化診断の対象とする。この第二世代の避雷器1では、限流素子2への課電により酸素イオンが拡散して放出されるが、無課電状態で限流素子2を放置しておけば、逆に酸素イオンを吸収して回復する。

0023

そこで、このタイプの避雷器1の劣化診断方法としては、課電中にある避雷器1に対して一定の無課電期間を設け、その無課電期間中における避雷器1の酸素イオンの吸収量を測定し、その酸素イオンの吸収量に基づいて避雷器1の劣化状態を判定する。つまり、この避雷器1において、酸素イオンの吸収量が少なければ、その限流素子2における劣化状態の程度が小さいと判定でき、逆に、酸素イオンの吸収量が多ければ、その限流素子2における劣化状態の程度が大きいと判定できる。

0024

前述した無課電期間中における避雷器1の酸素イオンの吸収量は、その無課電期間直後における抵抗漏れ電流の初期値ir0および減衰勾配を測定し、その無課電期間前における抵抗漏れ電流の初期値および減衰勾配との比較により算出することが可能である。

0025

つまり、酸素イオンが拡散して放出することによる抵抗漏れ電流irは、その初期値をir0、課電時間をtとすると、ir=ir0・e-H・tの関係式(Hは係数)を満足するように課電時間と共に減衰する。この初期値ir0は、図2に示すように限流素子2の劣化度合に比例し、図3に示すように時定数1/Hは、劣化度合に関係なく一定である。

0026

図2は、限流素子2のV10μAに対する抵抗漏れ電流の初期値ir0の関係を示す。ここで、「V10μA」とは、限流素子2に直流10μAを流した時の電圧降下分を意味し、このV10μAの値が小さければ小さいほど、限流素子2の劣化が大きいことを意味する。同図において、劣化度合が異なる三つの試料で無課電期間trを異ならせた四つのケース(◇:tr=24h、□:tr=48h、△:tr=96h、×:tr=216h)について、抵抗漏れ電流の初期値ir0をy、V10μAをxとした関数表記すると、
(1)◇:tr=24hの場合、y=−0.0085x+0.0758
(2)□:tr=48hの場合、y=−0.0181x+0.1307
(3)△:tr=96hの場合、y=−0.0237x+0.155
(4)×:tr=216hの場合、y=−0.039x+0.2396
となり、初期値ir0が、限流素子2の劣化度合に比例することを示している。

0027

図3は、無課電期間trに対する係数Hの関係を示す。同図において、劣化が小さい試料A(図中の◇)と劣化が大きい試料B(図中の△)について、無課電期間trに対して係数Hの値がほぼ同一であることから、時定数1/Hは、劣化度合に関係なく一定であることを示している。

0028

避雷器1の酸素イオンは、課電により拡散して限流素子2から放出されるが、無課電状態のままで限流素子2を放置すると、逆に、限流素子2が酸素イオンを吸収して回復する。この放出する酸素イオンによる抵抗漏れ電流の初期値ir0は、図4に示すように無課電期間trに対してir0=α・(1−e-β・tr)の指数関数(α、βは係数)でもって増加する。

0029

図4は、無課電期間trに対する抵抗漏れ電流ir0の関係を示す。同図において、劣化が小さい試料A(図中の◇)と劣化が大きい試料B(図中の△)について、無課電期間trに対して抵抗漏れ電流ir0が指数関数的に増加していることを示している。

0030

従って、無課電期間中における避雷器1の酸素イオンの吸収量は、その無課電期間直後における抵抗漏れ電流の初期値ir0および減衰勾配を測定し、その無課電期間前における抵抗漏れ電流の初期値ir0および減衰勾配との比較により算出することができる。

0031

なお、前述では、抵抗漏れ電流について説明したが、全漏れ電流が、抵抗漏れ電流と容量漏れ電流の合計であり、容量漏れ電流は劣化に関係なく一定であることから、抵抗漏れ電流の代わりに全漏れ電流を利用することも可能である。

図面の簡単な説明

0032

(a)は避雷器を示す一部断面を含む正面図、(b)は避雷器に内蔵された複数の限流素子を積層した状態を示す正面図である。
本発明の実施形態で、限流素子のV10μAに対する抵抗漏れ電流の初期値ir0の関係を示す特性図である。
本発明の実施形態で、無課電期間trに対する係数Hの関係を示す特性図である。
本発明の実施形態で、無課電期間trに対する抵抗漏れ電流ir0の関係を示す特性図である。

符号の説明

0033

1避雷器
2 限流素子

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