JPH0628706Y2 - サージ測定装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔考案の目的〕 （産業上の利用分野） 本考案は発変電所に侵入あるいは発生するサージ電圧電
流波形を自動的に記録するサージ測定装置に関する。

（従来の技術） 電力系統に発生するサージ、特に送電線への落雷によっ
て発変電所に侵入してくる雷サージは、依然として電力
系統事故の大きな割合を占めており、その対策が望まれ
ている。発変電所機器の絶縁レベルは、現状では落雷時
の現象を大型計算機上でシュミレートした解析結果にも
とづいて検討されることが多い。近年シュミレーション
技術の進歩により解析精度の向上がはかられているが、
実測データが不足しているのが現状である。

雷観測は1900年代初頭より始まって数多くのデータの蓄
積があるが、それらは主に落雷時の電流波形に関するも
のがほとんどで、電圧波形を観測したものは一部試験用
の配電線を利用したものがあるのみで、実系統の電圧波
形を観測したものは皆無である。従って電力系統の絶縁
レベル合理化のために、実系統において発生するサージ
電圧波形を観測し、上記シュミレーション結果との対比
を行なうことが求められている。

この種のサージ測定装置にとっては下記の制約がある。

サージの発生タイミングがランダムであるため常時セ
ンサにより波形をとらえ、ある一定以上のレベルになっ
たときに波形メモリにトリガをかけ、波形をディジタイ
ズして記録する構成となるため、常時自動観測であるこ
と。

既設の運転中の設備を使用するケースが多いため、既
設の設備への干渉をもたらす可能性のある電源ケーブ
ル、制御ケーブル等をサージの侵入するセンサ部と、受
信部を設置する建屋間に敷設することはむずかしいこ
と。

電流の場合と異なり、電圧の場合常時かかっている商
用周波数の系統電圧を無視できないこと。

従来から使用されているサージ測定装置は上記の点で問
題がある。しかして、第７図に示す従来の装置は、金属
容器(1)に高電圧導体(2)が密閉されたガス絶縁開閉装置
において、高電圧導体(2)を支える絶縁スペーサ(3)内に
部分放電検出用の浮遊導体４を埋めこみ、この埋めこま
れた浮遊導体(4)と高電圧導体(2)の間に形成されるキャ
パシタンスを利用して、設置側に付加した二次コンデン
サ(5)との間で容量分圧し、この電圧を制限抵抗(6)を介
して逆並列接続された発光ダイオード(7)(8)に放電する
ことによって光波形に変換し、光ファイバーケーブル
(9)によって伝送するものである。

この第７図においては、電源が不要であるという利点が
ある半面、商用周波数の系統電圧波形がとれないという
欠点がある。すなわち、２次コンデンサ(5)の静電容量
をＣ_２，高電圧導体(2)と浮遊電極(4)間の静電容量をＣ
_１，系統電圧をＶ_０，発光ダイオード(7)(8)に流れる電
流をＩ_Ｌ，２次コンデンサ(5)の分圧電圧をＶ；制限抵
抗(6)をＲとすると、 発光ダイオード(7)(8)の光を電気に変換する受光ダイオ
ードの感度上から、電流Ｉ_Ｌに下限値があるためＣ_２・
Ｒ積には上限値がある。またこの回路では信号周波数が
低くなると制限抵抗(6)によって理想的な容量分圧から
はずれ、第９図に示す様にゲイン(G)は において３ｄＢ落ちる。典型的な数値（500KV系統用ガ
ス絶縁開閉装置）で検討すると、 となって商用周波数（50〜60Ｈｚ）の系統電圧がひろえ
ない。

また第８図に示す従来の装置は、バッファアンプ(10)を
用いることにより、その高入力インピーダンス特性を利
用して高抵抗のアッテネータ(11)を使用可能にし、上記
のカットオフ周波数ｃを商用周波数より低くして商用
周波数の系統電圧をひろえる様にしたものである。

しかしながら、この例ではバッファアンプ(10)の出力電
圧は高々10Ｖ程度であり、発光ダイオード(7)(8)のオン
電圧２〜３Ｖがきいてきて、第10図に示す様に高電圧導
体(2)の入力電圧Vinと光電変換後の出力電圧Voutの特性
に不感帯ができてしまうという欠点がある。またこの例
は人手による数時間の測定を念頭においており、通常バ
ッファアンプ(10)の電源としてバッテリーを使用してい
るため長年月の自動測定は不可能である。

（考案が解決しようとする課題） 上記した従来のサージ測定技術は、商用周波数の系統電
圧をひろえなかったり、不感帯が生じたり、長年月の自
動測定に使用不可能であるという問題点があった。

本考案の目的は、商用周波数の系統電圧を含むサージ波
形を不感帯なくとらえることができ、既設の運転中の設
備に干渉を与えるおそれのある電源ケーブル、制御ケー
ブル等を敷設することなく、長年月にわたる自動測定を
可能にするサージ測定装置を提供することである。

〔考案の構成〕

（課題を解決するための手段） 本考案のサージ測定装置においては、第１図に示す如
く、発光ダイオード(7)(8)をバッファアンプ(10)の出力
段への電源供給端子に直列に挿入し、電源を、太陽電池
(13)により充電されるバッテリー(14)を介して供給する
ことを特徴とする。

（作用） 本考案においては、発光ダイオード(7)(8)をバッファア
ンプ(10)の出力段への電源供給端子に直列に接続したこ
とから、発光ダイオード(7)(8)に出力電圧にほゞ比例し
た電流が流れて不感帯を生じることがない。また電気−
光変換部Ｅ／Ｏの電源は、太陽電池(13)により充電され
るバッテリー(14)を用いしかも太陽電池(13)およびバッ
テリー(14)を電気−光変換部Ｅ／Ｏの近傍に設けたこと
で、その信号伝送は光ファイバーケーブルで行ない、電
源ケーブルや制御ケーブルなどを敷設する必要がない。

（実施例） 以下本考案のサージ測定装置の構成と作用を第１図ない
し第３図および第５図に示す具体例を参照しながら説明
する。第１図ないし第３図および第５図において第６図
および第７図と同一箇所は同一番号を付して説明を省略
する。

第１図は本考案のサージ測定装置の電気−光変換部Ｅ／
Ｏの構成を示す図である。発光ダイオード(7)(8)はそれ
ぞれバッファアンプ(10)の出力段への正・負の電源供給
端子に直列に限流抵抗(12)を介して接続されている。電
源は、太陽電池(13)により常時充電されるバッテリー(1
4)を介し、定電圧回路(15)により安定化されて供給され
る。バッファアンプ(10)の出力には負荷抵抗(16)が接続
されている。

第２図は本考案のサージ測定装置の光−電気変換部Ｏ／
Ｅの構成を示す図である。光ファイバーケーブル(9)を
介して伝送されてきた光信号を受ける受光ダイオード(1
7)(18)が電気−光変換部Ｅ／Ｏの発光ダイオード(7)(8)
に対応して光ファイバーケーブル(9)に接続され、受光
ダイオード(17)(18)の両端はそれぞれバッファアンプ(1
9)の入力端子及び正・負の電源線(20)(21)に接続され
る。

受光ダイオード(17)のカソード側及び受光ダイオード(1
8)のアノード側は変換抵抗(22)を介して接地されてい
る。バッファアンプ(19)の出力端子(23)は図示しない波
形メモリの入力端子に同軸ケーブル等を介して接続され
る。

次に本考案のサージ測定装置の作用について説明する。
第３図はバッファアンプ(10)の一例（ＬＨ0063）の内部
回路を示したものであり、アッテネータ(11)を介して分
圧された電圧はバッファアンプ(10)の入力端子(24)に印
加され、相補型のＦＥＴトランジスタＱ_１，Ｑ_２による
入力段にはいり、バイポーラトランジスタＱ_６，Ｑ_７か
ら成る出力段を介して出力される。トランジスタＱ_６，
Ｑ_７はプッシュプル構成になっており、入力電圧が正極
性のときはトランジスタＱ_６がON，トランジスタＱ_７が
OFFになり、負極性のときはトランジスタＱ_６がOFF，ト
ランジスタＱ_７がONとなる。

トランジスタＱ_６，Ｑ_７への電源供給端子(25)(26)は他
の電源供給端子(27)(28)とは別になっており、外部から
の電流制限が可能になっている。電源供給端子(25)(26)
からは出力電圧にほぼ比例した電流が流れるため発光ダ
イオード(7)(8)にも出力電圧にほぼ比例した電流が流
れ、不感帯を生じることがない。

第１図の電気→光変換部Ｅ／Ｏと第２図の光−電気変換
部Ｏ／Ｅとを組み合わせて入出力特性を測定した結果、
第４図に示す如く入力電圧の小さいところで若干の非線
形性があるものの、不感帯をもつことなく良好な特性が
得られた。この入出力特性は信号周波数を換えても変化
しないで、波形メモリに記憶後にコンピュータにより校
正カーブを用いてリニアライズ処理を行えば、さらに良
好な結果が得られることは明らかである。

このバッファアンプ(10)の常時の消費電流は約20〜30mA
程度であり、電源電圧±15Ｖとして約60cm四方程度の太
陽電池(13)で十分供給可能な値である。従って太陽電池
(13)及びバッテリー(14)を電気−光変換部Ｅ／Ｏの近傍
に置くことが十分に可能であり、これにより受信部（光
−電気変換部Ｏ／Ｅ）の置かれる建屋まで敷設されるの
は光ファイバーケーブル(9)のみとなるため既設の設備
への干渉をほぼ完全になくすことができる。

又本実施例によれば系統電圧に応じた信号波形を常に受
信できるのでバッファアンプ(10)，発光ダイオード(7)
(8)の故障あるいは光ファイバーケーブル(9)の断線等に
よる測定系の異常の有無を随時手動あるいは自動的にチ
ェックすることができる。太陽電池(13)の使用により長
年月（５年以上）の自動観測が可能となる。

第５図は本考案のサージ測定装置の電気−光変換部の他
の実施例の構成図を示すものであり、高電圧線路(2)に
接続された避雷器(29)の接地線に流れる電流をサージ変
流器(30)で検出し変換抵抗(31)で電圧波形に変換後、同
軸ケーブル(32)で近傍の電気−光変換部Ｅ／Ｏに伝送し
ている。

第６図は本考案のサージ測定装置の電気−光変換部Ｅ／
Ｏのさらに他の実施例の構成を示す図である。第１図と
同一の部分は同一の番号を付して説明を省略する。アッ
テネータ(11)の出力はオペアンプ(33)の非反転入力端子
に入力され、オペアンプ(33)の出力はダイオード(34)、
抵抗(35)より成るアイドリング電流設定回路を介して出
力トランジスタ(36),(37)に接続され、帰還抵抗(38)に
よりオペアンプ(33)の反転入力端子へフィードバックさ
れ、全体として高入力インピーダンスのバッファアンプ
回路を構成している。発光ダイオード(7),(8)はそれぞ
れ出力トランジスタ(36),(37)のコレクタ側と電源との
間に接続されている。

本実施例の回路はオペアンプ(33)の入力にほぼ比例した
出力電圧が負荷抵抗(16)に出力され、この出力電圧にほ
ぼ比例した電流が発光ダイオード(7),(8)に流れるため
不感帯を生じることなく太陽電池(13)で駆動可能な省エ
ネタイプの電気−光変換部として使用できる。

〔考案の効果〕

以上のように本考案によれば、商用周波数の系統電圧を
含む電圧サージ波形を不感帯なくとらえることができ、
既設の運転中の設備に干渉を与えるおそれのある電源ケ
ーブル・制御ケーブル等を敷設することなく長年月にわ
たる自動測定を可能にするサージ測定装置を提供するこ
とができる。

高速の波形メモリ，コンピュータと組み合わせて電力系
統のオンライン波形自動収集システムを容易に構築する
ことを可能にし電力系統の絶縁合理化に大きな寄与をす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案のサージ測定装置の電気−光変換部の一
実施例を示す構成図、第２図は同じく本考案の光−電気
変換部の一実施例を示す構成図、第３図は本考案に使用
するバッファアンプの構成図、第４図は本考案のサージ
測定装置の入出力特性図、第５図及び第６図はいずれも
本考案のサージ測定装置の電気−光変換部の他の実施例
を示す構成図、第７図および第８図は従来のサージ測定
装置の電気−光変換部のそれぞれ異なる例を示す構成
図、第９図は第７図の従来例の周波数特性を示す特性
図、第10図は第８図の従来例の入出力特性を示す特性図
である。 ７，８……発光ダイオード ９……光バッファケーブル 10……バッファアンプ、13……太陽電池 14……バッテリー、17,18……受光ダイオード Ｅ／Ｏ……電気−光変換部 Ｏ／Ｅ……光−電気変換部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 岡部 成光 東京都調布市西つつじケ丘２丁目４番１号 東京電力株式会社内 (72)考案者 菅 雅弘 神奈川県川崎市川崎区浮島町２番１号 株 式会社東芝浜川崎工場内 (72)考案者 舛沢 弘一 神奈川県川崎市川崎区浮島町２番１号 株 式会社東芝浜川崎工場内

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】高電圧線路に発生または侵入するサージ電
   圧・電流を分圧または分流・変流し電圧波形に変換後光
   信号に変換し光ファイバーケーブルにて伝送し電気信号
   に変換して出力するサージ測定装置において、電気−光
   変換部におけるバッファアンプの出力段への電源供給端
   子に発光端子を直列に挿入するとともに、その電気−光
   変換部への給電はその近傍に設置された太陽電池とバッ
   テリーとよりなる電源から供給することを特徴とするサ
   ージ測定装置。