JPH08248091A - 避雷器漏れ電流センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 避雷器回路側で零相回路が形成できない場合
であっても零相電流の測定が可能な避雷器漏れ電流セン
サを提供する。 【構成】 各相の避雷器ＬＡａ−ＬＡｃごとに変流器Ｃ
Ｔａ−ＣＴｃを設け、変流器の２次側を並列接続して、
零相分電流を半導体発光素子１に流す。半導体発光素子
のインピーダンスを低下させるために、電池２から直流
バイアス電流が流される。半導体発光素子の光信号は、
光ファイバ５により監視部３に伝達される。監視部では
零相分漏れ電流を監視して避雷器の異常の有無を判定す
る。また、変流器の２次側にスイッチを挿入することに
より、各相ごとに避雷器の異常の判定を行うことも可能
となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、避雷器の状態を監視す
るため、避雷器の漏れ電流を検出する避雷器漏れ電流セ
ンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の避雷器漏れ電流センサの回路を図
９に示す。図９において、ＬＡａ，ＬＡｂ，ＬＡｃは３
相の避雷器であり、その接地側零相回路に１つの漏れ電
流変流器ＣＴが挿入される。漏れ電流変流器ＣＴの２次
電流は、発光ダイオード１により光信号に変換され、そ
の光信号は光ファイバ５により監視部３の光−電気変換
器４へ伝達される。

【０００３】発光ダイオード１には、そのインピーダン
ス値を低下させて測定電流を流れやすくするために、抵
抗Ｒを介して電池２から直流バイアス電流が流される。
また、漏れ電流変流器ＣＴと発光ダイオード１との間に
は、直流カット用のコンデンサＣが接続される。監視部
３では、光−電気変換器４により光信号を電気信号に変
換し、零相分漏れ電流に比例した出力を得る。

【０００４】以上のように構成された漏れ電流センサに
おいては、避雷器に異常が発生すると、各避雷器ＬＡ
ａ，ＬＡｂ，ＬＡｃに流れる電流のバランスが崩れて零
相電流が増大する。したがって、センサの検出する零相
分漏れ電流値が所定値を超えたときに、避雷器に異常が
発生したと判定できる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の避雷器漏れ
電流センサは、避雷器側で零相回路を形成する必要があ
るため、避雷器各相が別々に接地されている場合には、
避雷器側で零相回路が形成できず、漏れ電流センサを設
けることができなかった。また、零相電流だけしか測定
できないため、１相ごとの漏れ電流が測定できない。こ
のため、避雷器の異常を検出したとき、どの相の避雷器
に異常が発生したかを判別することができなかった。

【０００６】本発明は、避雷器回路側で零相回路が形成
できない場合であっても零相電流の測定が可能な避雷器
漏れ電流センサを提供することを目的とするものであ
る。また本発明は、避雷器漏れ電流センサにおいて、各
相ごとに漏れ電流の計測を可能とし、異常の発生した避
雷器を特定できるようにすることを目的とするものであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、多相の避雷器と、各相の避雷器ごとに設
けられた変流器と、半導体発光素子と、変流器の２次側
を並列接続し、変流器２次電流を半導体発光素子に流す
手段と、半導体発光素子に直流バイアス電流を流す手段
とから避雷器漏れ電流センサを構成する。

【０００８】本発明は、以上のように構成した避雷器漏
れ電流センサにおいて、多相の変流器の２次電流を各相
ごとにオンオフするスイッチ手段を設けることができ
る。または、本発明は、多相の変流器の内の１相を除い
た他の全ての相の２次電流を同時にオンオフするスイッ
チ手段を設けることができる。

【０００９】

【作用】各相の避雷器ごとに設けた変流器の２次側を並
列接続することにより、変流器の２次側で零相回路が形
成される。したがって、各相の避雷器が別々に接地され
ていて避雷器側で零相回路が形成できない場合であって
も、変流器の２次側から避雷器の零相分漏れ電流を得る
ことができる。

【００１０】零相分漏れ電流は微小電流であり、半導体
発光素子は微小電流に対しては高インピーダンスを示
す。これに対して半導体発光素子に直流バイアス電流を
流すことにより、そのインピーダンスが低減する。した
がって、零相分漏れ電流が半導体発光素子を容易に流れ
るようになる。半導体発光素子は、零相分漏れ電流と直
流バイアス電流が重畳した電気信号を光信号に変換す
る。この光信号は、光ファイバにより監視部に伝達され
る。

【００１１】監視部では、伝達された光信号から零相分
漏れ電流を取り出し、この値を監視することにより、避
雷器に異常が発生したか否かを判定する。また、多相の
変流器の２次電流を各相ごとにオンオフするスイッチ手
段を設けることにより、監視部において各相ごとの漏れ
電流の測定が可能となる。スイッチ手段をオンとした相
の避雷器の漏れ電流が半導体発光素子に流れ、光信号が
監視部に伝達される。監視部においては、伝達された光
信号から漏れ電流相当分を取り出し、この値を監視する
ことにより、各相ごとに避雷器に異常が発生したか否か
を判定する。これにより、異常が発生した避雷器を監視
部において特定することが可能となる。

【００１２】変流器の２次電流をオンオフするスイッチ
手段を、１相分を除いた残りの相に設けて、各スイッチ
を同時にオフさせることにより、スイッチ手段の数及
び、光信号を伝達する光ファイバの数を低減することが
できる。スイッチ手段をオフすると、スイッチ手段の接
続されていない相の１相分の漏れ電流が測定できる。ま
た、スイッチ手段をオンすると、多相の電流の合計値が
半導体発光素子に流れるので、零相漏れ電流を測定でき
る。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。な
お、以下の説明の各図において、同一機能を有するもの
には同一符号を付して、重複する説明を省略する。

【００１４】〔実施例１〕本発明の第１の実施例につい
て図１を用いて説明する。図１において、ＬＡａ，ＬＡ
ｂ，ＬＡｃは３相の避雷器で、ＣＴａ，ＣＴｂ，ＣＴｃ
は各相の避雷器に挿入された変流器である。変流器ＣＴ
ａ，ＣＴｂ，ＣＴｃの２次側は並列接続され、直流カッ
ト用のコンデンサＣを介して発光ダイオード１に接続さ
れる。発光ダイオード１には更に、抵抗Ｒを介して電池
２が接続される。

【００１５】発光ダイオード１の出力光は、光ファイバ
５により、監視部３の光−電気変換器４へ伝達される。
次に、図１の回路の動作について説明する。図２の等価
回路に示すように、避雷器の全漏れ電流Ｉｌは抵抗Ｒ分
の電流ＩｒとコンデンサＣ分の電流Ｉｃとに分けられ
る。この内、コンデンサＣ分の電流Ｉｃについては径年
変化は殆どなく、径年変化は抵抗Ｒ分の電流Ｉｒにおい
て顕著に表れる。また、コンデンサＣ分の電流Ｉｃは抵
抗Ｒ分の電流Ｉｒに比べると非常に大きい（Ｉｃ＞＞Ｉ
ｒ）。したがって、避雷器の全漏れ電流Ｉｌは径年変化
があってもほぼ一定となる。

【００１６】避雷器に異常が発生した場合、抵抗Ｒ分の
漏れ電流Ｉｒが増加する。この異常は、通常、全避雷器
ＬＡａ，ＬＡｂ，ＬＡｃに同時に発生することはなく１
つの避雷器に発生する。したがって、異常が発生すると
各相の漏れ電流にアンバランスが生じ、零相分漏れ電流
が増加する。また、避雷器の抵抗値は非線形特性を示す
ものであるから、異常が発生して漏れ電流値が増加する
と、電流波形に歪みが生じ、やはり零相電流として検出
できる。したがって、避雷器の異常を零相電流の増加と
して検出することができる。

【００１７】図１の回路においては、３つの変流器ＣＴ
ａ，ＣＴｂ，ＣＴｃの２次側で零相回路が形成され、各
相の漏れ電流の基本波成分はキャンセルされて、零相分
の電流が発光ダイオード１に流れる。この零相分の電流
値は微小である。発光ダイオード１はこのような微小電
流に対しては高インピーダンスを示す。これに対し、電
池２から抵抗Ｒを介して直流バイアス電流を流すことに
より、発光ダイオード１のインピーダンスが低下させら
れ、測定電流が流れやすくなる。なお、コンデンサＣ
は、電池２から各変流器ＣＴａ，ＣＴｂ，ＣＴｃに直流
電流が流れ込むのを防止する。

【００１８】発光ダイオード１には、零相分電流と直流
バイアス電流が重畳した電流が流れ、これが光信号に変
換される。この光信号は、光ファイバ５により監視部３
の光−電気変換器４に伝達される。このように光ファイ
バ５によりセンサ部と監視部３とを連結することによ
り、両者間の電気的絶縁が簡単に行えることとなる。監
視部３では、光−電気変換器４により光信号を電圧信号
に変換する。この電圧信号は、図３に示すように、零相
分漏れ電流に相当する電圧信号Ｖｏと、直流バイアス電
流に相当する電圧信号Ｖｂが重畳したものとなる。監視
部３ではこの電圧信号から交流成分のみを取り出すこと
により、零相分漏れ電流に相当する電圧信号Ｖｏを得
て、その値が所定値より大きくなったとき、避雷器に異
常が発生したと判定する。

【００１９】以上説明した避雷器漏れ電流センサによれ
ば、変流器ＣＴａ，ＣＴｂ，ＣＴｃの２次側で零相回路
を形成できる。したがって、各相の避雷器がそれぞれ別
々に接地されていて、避雷器回路で零相回路を形成する
ことができない場合でも、避雷器の漏れ電流の測定が可
能となる。

【００２０】〔実施例２〕上記実施例１では、３相の避
雷器ＬＡａ，ＬＡｂ，ＬＡｃの内、どの避雷器に異常が
発生したかを判定することができない。これに対し、異
常が発生した避雷器を特定することができるようにした
例を、本発明の第２の実施例として図５を用いて説明す
る。

【００２１】図５の回路が前述の図１の回路と異なる点
は以下のとおりである。図５において、変流器ＣＴａ，
ＣＴｂ，ＣＴｃの２次側には、各相ごとに、発光ダイオ
ード１との間に、コンデンサＣａ，Ｃｂ，Ｃｃとダイオ
ードＤａ，Ｄｂ，Ｄｃが直列に接続される。コンデンサ
Ｃａ，Ｃｂ，ＣｃとダイオードＤａ，Ｄｂ，Ｄｃとの接
続点のそれぞれと電池２の間に、フォトトランジスタＰ
Ｔａ，ＰＴｂ，ＰＴｃと抵抗Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃが直列に
接続される。

【００２２】監視部３には、各フォトトランジスタＰＴ
ａ，ＰＴｂ，ＰＴｃのオンオフを制御するコントローラ
６が設けられる。コントローラ６から光ファイバ７，
８，９を通って伝達される光信号により、各フォトトラ
ンジスタＰＴａ，ＰＴｂ，ＰＴｃは各相ごとにオンオフ
制御される。次に、図５の回路の動作について説明す
る。

【００２３】全フォトトランジスタＰＴａ，ＰＴｂ，Ｐ
Ｔｃがオフの場合、変流器ＣＴａ，ＣＴｂ，ＣＴｃの２
次電流は微小である。このような微小電流に対してはダ
イオードＤａ，Ｄｂ，Ｄｃは高インピーダンスを示す。
したがって、発光ダイオード１には変流器ＣＴａ，ＣＴ
ｂ，ＣＴｃの２次電流が流れない。いま、監視部３のコ
ントローラ６から、光ファイバ７を通して１つの相のフ
ォトトランジスタＰＴａに光信号を供給すると、そのフ
ォトトランジスタＰＴａはオンとなり、電池２から抵抗
Ｒａを通してダイオードＤａに直流バイアス電流が流れ
る。これにより、ダイオードＤａのインピーダンスが低
下して、その相の変流器ＣＴａの２次電流が発光ダイオ
ード１に流れるようになる。

【００２４】監視部３では、コントローラ６により順次
検出しようとする相のフォトトランジスタをオンさせ、
光ファイバ１１により伝達された光信号を光−電気変換
器４により電圧信号に変換する。この電気信号は、図４
に示すように、全漏れ電流に相当する電気信号Ｖａと、
直流バイアス電流に相当する電気信号Ｖｂが重畳したも
のとなる。監視部３では、この電圧信号から交流成分の
みを取り出すことにより、全漏れ電流に相当する電気信
号Ｖａを得て、各相ごとに避雷器に異常があるか否かを
判定することができる。

【００２５】ここで、各相ごとに観測される電流は、全
漏れ電流であって、図２のコンデンサ分の電流Ｉｃと抵
抗分の電流Ｉｒを含む。前述のように、コンデンサＣ分
の電流Ｉｃは径年変化によっても変動が少ないため、避
雷器の異常は抵抗分の漏れ電流Ｉｒにより判定する。抵
抗分の漏れ電流Ｉｒを取り出すために、両電流の位相差
を利用して抵抗分を取り出すか、抵抗の非線形特性によ
る波形の歪みを利用して抵抗分を取り出す。なお、この
方法は、公知のものであるので、ここでの詳細な説明は
省略する。

【００２６】監視部３では、取り出した抵抗分の漏れ電
流に基づいて、避雷器の異常の発生の有無を判定する。

【００２７】〔実施例３〕本発明の第３の実施例につい
て図６を用いて説明する。図６の回路が前述の図５の回
路と異なる点は以下のとおりである。図６の回路におい
ては、３相の変流器ＣＴａ，ＣＴｂ，ＣＴｃの内、１相
のａ相については、２次側にダイオードとフォトトラン
ジスタからなるスイッチ回路が設けられず、他の２相の
２次側にダイオードＤｂ，ＤｃとフォトトランジスタＰ
Ｔｂ，ＰＴｃが接続される。

【００２８】また、２つのフォトトランジスタＰＴｂ，
ＰＴｃは、１つの光ファイバ１１を経由して監視部３の
コントローラ１２により同時にオンオフ制御される。図
６の回路の動作について説明する。フォトトランジスタ
ＰＴｂ，ＰＴｃがオフの場合、ダイオードＤｂ，Ｄｃは
高インピーダンスを示すので、発光ダイオード１には、
変流器ＣＴａの検出した１相の全漏れ電流が流れる。ま
た、フォトトランジスタＰＴｂ，ＰＴｃがオンの場合、
ダイオードＤｂ，Ｄｃは低インピーダンスとなり、発光
ダイオード１には、３相の全漏れ電流の合計である零相
分の電流が流れる。

【００２９】したがって、監視部３では、フォトトラン
ジスタをオンしたとき、零相分漏れ電流が測定でき、オ
フしたとき１相分全漏れ電流が測定できる。監視部３に
おける、零相分漏れ電流を用いた判定方法及び、１相の
全漏れ電流を用いた判定方法については、前述の実施例
１又は２の方法により行うことができるので、ここでの
重複する説明は省略する。

【００３０】以上説明した図６の回路では、全漏れ電流
については３相の内１相分しか監視できないが、スイッ
チ回路の数及び光ファイバの数を低減することができ
る。また、本実施例では、１相分の全漏れ電流を参照値
とすることにより、避雷器の零相分電流値を計算により
推定することができる。１相の全漏れ電流による電圧信
号値をＶａとし、零相出力による電圧信号値をＶｏと
し、初期に測定した１相分の全漏れ電流をＩａとした場
合、零相分電流値Ｉｏは、 〔数１〕Ｉｏ＝Ｉａ・（Ｖｏ／Ｖａ） となる。

【００３１】ここで、Ｖｏ／Ｖａは測定値における全漏
れ電流と零相分漏れ電流の比である。この比はＩｏ／Ｉ
ａの比と同じであり、Ｉａは前述のように径年変化をし
ないから、上記〔数１〕により零相分電流値を計算によ
り推定することができる。

【００３２】〔実施例４〕以上説明した例は、測定する
相の選択を監視部のコントローラで行うため、センサ部
とコントローラ間の絶縁をとるため光ファイバを必要と
している。これに対して、コントローラをセンサ部に設
けることにより、スイッチ回路を制御するための光ファ
イバを省略することができる。

【００３３】その例を図７を用いて説明する。図７の回
路が前述の図５の回路と異なる点は以下のとおりであ
る。各相の選択を行うコントローラ１３がセンサ側に設
けられる。また、フォトトランジスタの代わりに、通常
のトランジスタＴａ，Ｔｂ，Ｔｃが使用される。コント
ローラ１３の電源としてセンサ部の電池２を共用する。
このように、コントローラ１３をセンサ側に設けた場合
は、コントローラ１３をセンサ部と絶縁する必要がなく
なる。したがって、コントローラ１３からの信号は通常
のメタルケーブルを使用し、スイッチとしてトランジス
タを使用することができるので、コストを低減すること
ができる。

【００３４】図７の回路の動作を説明する。コントロー
ラ１３は、相を選択する信号を、図８（ａ）に示すよう
な所定の順序でトランジスタＴａ，Ｔｂ，Ｔｃに供給す
る。図８の（ａ）は、１サイクルにおいて、順次トラン
ジスタＴａ，Ｔｂ，Ｔｃをオンさせ、その後、全部のト
ランジスタＴａ，Ｔｂ，Ｔｃを同時にオンさせることを
示している。これにより、発光ダイオードの光信号は、
（ｂ）に示すように、ａ相の全漏れ電流、ｂ相の全漏れ
電流、ｃ相の全漏れ電流、零相分の漏れ電流の順序で出
力される。

【００３５】監視部３では、光ファイバ５から伝達され
た光信号からａ相の全漏れ電流、ｂ相の全漏れ電流、ｃ
相の全漏れ電流、零相分の漏れ電流を識別し、各電流値
を用いて避雷器の異常を監視する。また、コントローラ
１３の１サイクルの動作の起動は、外部からの光ファイ
バ信号によって行ったりしてもよい。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、避雷器回路側で零相回
路が形成できない場合であっても零相電流の測定が可能
な避雷器漏れ電流センサを得ることができる。また本発
明によれば、避雷器漏れ電流センサにおいて、各相ごと
に漏れ電流の計測を可能とし、異常の発生した避雷器を
特定することができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の避雷器漏れ電流センサの実施例１の回
路図。

【図２】避雷器の等価回路図。

【図３】零相分漏れ電流測定時の発光ダイオードの光信
号の出力波形を示す図。

【図４】全漏れ電流測定時の発光ダイオードの光信号の
出力波形を示す図。

【図５】本発明の避雷器漏れ電流センサの実施例２の回
路図。

【図６】本発明の避雷器漏れ電流センサの実施例３の回
路図。

【図７】本発明の避雷器漏れ電流センサの実施例４の回
路図。

【図８】図７の動作を説明するためのタイミングチャー
ト。

【図９】従来の避雷器漏れ電流センサの回路図。

【符号の説明】

１…発光ダイオード ２…電池 ３…監視部 ４…光−電気変換器 ５，７，８，９，１１…光ファイバ ６，１２，１３…コントローラ ＬＡ…避雷器 ＣＴ…変流器 Ｔ…トランジスタ Ｃ…コンデンサ Ｄ…ダイオード Ｒ…抵抗 ＰＴ…フォトダイオード

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多相の避雷器と、各相の避雷器ごとに設
   けられた変流器と、半導体発光素子と、前記変流器の２
   次側を並列接続し、変流器２次電流を前記半導体発光素
   子に流す手段と、前記半導体発光素子に直流バイアス電
   流を流す手段とを具備する避雷器漏れ電流センサ。
2. 【請求項２】 前記多相の変流器の２次電流を各相ごと
   にオンオフするスイッチ手段を具備することを特徴とす
   る請求項１記載の避雷器漏れ電流センサ。
3. 【請求項３】 前記多相の変流器の内の１相を除いた他
   の全ての相の２次電流を同時にオンオフするスイッチ手
   段を具備することを特徴とする請求項１記載の避雷器漏
   れ電流センサ。