JPS59116059A - ＺｎＯ素子の直流課電寿命計測方法 - Google Patents
ＺｎＯ素子の直流課電寿命計測方法Info
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- JPS59116059A JPS59116059A JP57232885A JP23288582A JPS59116059A JP S59116059 A JPS59116059 A JP S59116059A JP 57232885 A JP57232885 A JP 57232885A JP 23288582 A JP23288582 A JP 23288582A JP S59116059 A JPS59116059 A JP S59116059A
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- 238000004364 calculation method Methods 0.000 abstract description 6
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 abstract 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract 1
- 230000003252 repetitive effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 2
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- Testing Electric Properties And Detecting Electric Faults (AREA)
- Thermistors And Varistors (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は直流課電によるＺｎＯ素子の＠Ｉ＆昧電寿命
計測方法に関する。
計測方法に関する。
近年避電器にはＺｎＯ素子を用いて血夕１ｊギャップを
省略したものがある。この補の避雷器には系統電圧が常
時ＺｎＯ素子に印加されるために、漏れ電流がＺｎＯ素
子に流れる。交流の場合には厳しい課′亀を行っても前
記漏れ電流は初期には増加するが、その後は減少して漏
れ％ｉ［ｃは増大しない。
省略したものがある。この補の避雷器には系統電圧が常
時ＺｎＯ素子に印加されるために、漏れ電流がＺｎＯ素
子に流れる。交流の場合には厳しい課′亀を行っても前
記漏れ電流は初期には増加するが、その後は減少して漏
れ％ｉ［ｃは増大しない。
従って、交流系統に使用される上記構成の避雷器には寿
命特性の問題はほとんど生じない。ところか、直流の場
合には、課電条件によって確れ電ωしか次のように変化
する。第１図はその課電条件による朔れ電流のパターン
を不ずもので、特性曲線Ａ、Ｂ、Ｏはその課電条件に対
応したものである。
命特性の問題はほとんど生じない。ところか、直流の場
合には、課電条件によって確れ電ωしか次のように変化
する。第１図はその課電条件による朔れ電流のパターン
を不ずもので、特性曲線Ａ、Ｂ、Ｏはその課電条件に対
応したものである。
第１図において、特性曲線Ａは漏れ電流の増加が見られ
ない課電条件であり、％性曲線Ｂは課電条件が前記％性
曲＋ＷＡの場合よりきつい場合のものでるる。このよう
な課電条件のときには第１図のように漏れｔ派は一度増
力日した汝、Ｑｒ定時間故に減少して一定となり、その
後は漏れ電流は増大するパターンとなる。また、特性曲
線０は前記特性曲ｉＢよりさらにきつい課電条件のもの
で、図示のように漏れ電流は増加後一定となり、その後
は漏れ電流は急激に増大するパターンとなる。従って、
上記ＺｎＯ索子避雷器を直流の実系統に用いるには第１
図の特性曲線Ａのときの課！粂件のときである。この課
電条件は、雰囲気温度と課電率により決められる。ここ
で、昧を率とは系統で常時印加される電圧の■！ｍムの
電流を流したときの電圧）に対する割合である。なお、
実系統に用いられる避雷器において、第１番に計測され
る特性は寿命特性である。この寿命特性はＺｎＯ索子の
寿命を測定することによって推定している。その測定手
段として、従来はＺｎＯ素子を恒温槽内に置いて行った
高温、高峰電率の加速寿命試験データのアレニウスプロ
ットから外挿法により計測していた。
ない課電条件であり、％性曲線Ｂは課電条件が前記％性
曲＋ＷＡの場合よりきつい場合のものでるる。このよう
な課電条件のときには第１図のように漏れｔ派は一度増
力日した汝、Ｑｒ定時間故に減少して一定となり、その
後は漏れ電流は増大するパターンとなる。また、特性曲
線０は前記特性曲ｉＢよりさらにきつい課電条件のもの
で、図示のように漏れ電流は増加後一定となり、その後
は漏れ電流は急激に増大するパターンとなる。従って、
上記ＺｎＯ索子避雷器を直流の実系統に用いるには第１
図の特性曲線Ａのときの課！粂件のときである。この課
電条件は、雰囲気温度と課電率により決められる。ここ
で、昧を率とは系統で常時印加される電圧の■！ｍムの
電流を流したときの電圧）に対する割合である。なお、
実系統に用いられる避雷器において、第１番に計測され
る特性は寿命特性である。この寿命特性はＺｎＯ索子の
寿命を測定することによって推定している。その測定手
段として、従来はＺｎＯ素子を恒温槽内に置いて行った
高温、高峰電率の加速寿命試験データのアレニウスプロ
ットから外挿法により計測していた。
しかし、上記針側方法は下記のような問題点があるため
、好ましくない。
、好ましくない。
（１）恒温槽という１つの条件でのＺｎ○ 素子のデー
タであるから、碍子に収納されている実際の避雷器の寿
命に対応するとは限らない。
タであるから、碍子に収納されている実際の避雷器の寿
命に対応するとは限らない。
（２） 同様にガス光填式避雷器など、各種条件の異
なる場合の実情に合う保１がない。
なる場合の実情に合う保１がない。
（３） ある程贋の裕度（雰囲気温度を高目に見積る
場合や、素体温度を実測してそれを用いる場合等）ｔ−
見て、寿茄をアレニウスプロットにより推定しても、実
際にはどのくらい持つのかということでは具体性に欠け
る。
場合や、素体温度を実測してそれを用いる場合等）ｔ−
見て、寿茄をアレニウスプロットにより推定しても、実
際にはどのくらい持つのかということでは具体性に欠け
る。
この発明は上記の事情に勉みてなされたもので、課電条
件を決定すれば直ｌ＃Ｃ課亀寿命が具体的に算出できる
ようにして実系統に使用した際の安全率を明確にしたＺ
ｎＯ素子の直流課電寿命計測方法を提供することを目的
とする。
件を決定すれば直ｌ＃Ｃ課亀寿命が具体的に算出できる
ようにして実系統に使用した際の安全率を明確にしたＺ
ｎＯ素子の直流課電寿命計測方法を提供することを目的
とする。
以下図面を参照してこの発明の一実施例を説明するに、
この発明ではＺｎＯ素子に直ωＦ、課翫を行い、そのと
きに生じる漏れ゛電流が素子の電気特性変化により連続
的に増加することを利用し、この漏れ電流に素体の温夏
上昇を考慮させて、漏れ電流と課電時間との関係式を作
成することにめる。
この発明ではＺｎＯ素子に直ωＦ、課翫を行い、そのと
きに生じる漏れ゛電流が素子の電気特性変化により連続
的に増加することを利用し、この漏れ電流に素体の温夏
上昇を考慮させて、漏れ電流と課電時間との関係式を作
成することにめる。
また、実測の放熱条件を用いて、コンピュータにより、
繰返し演ｎを行わせて、電流一時間曲線を渇いて熱暴走
までの時間全算出するようにしたものである。以下具体
的な式に基づいて説明する。
繰返し演ｎを行わせて、電流一時間曲線を渇いて熱暴走
までの時間全算出するようにしたものである。以下具体
的な式に基づいて説明する。
ＺｎＯ索子を直流課電した時の漏れ電流工は次式で表わ
される。但しｔは時間である。
される。但しｔは時間である。
工＝ Ａ、 ｅｘｐ （Ｂ −ｔ ） ・
・・・・・・・・−（１１上記（１）式において、Ａ、
Ｂは昧電条件により決定される定数、ｎは素子試料の配
合、製作方法等により決定される定数である。また、′
１ｌｌＬ流と電圧の関係はＪｏ を定数、ｋをボルツ
マン定数、Ｔを温度とすると次式のようになる。
・・・・・・・・−（１１上記（１）式において、Ａ、
Ｂは昧電条件により決定される定数、ｎは素子試料の配
合、製作方法等により決定される定数である。また、′
１ｌｌＬ流と電圧の関係はＪｏ を定数、ｋをボルツ
マン定数、Ｔを温度とすると次式のようになる。
工＝、Ｔｏｅｘｐ（（−φ十β′！”’；ｊ ） ７ｋ
Ｔ ） 、、、、、、、、、 （２１（２）式
において、φとβ′ は試料の障壁特性（ＺｎＯ結晶の
粒界領域に存在する）によって決定される定数である。
Ｔ ） 、、、、、、、、、 （２１（２）式
において、φとβ′ は試料の障壁特性（ＺｎＯ結晶の
粒界領域に存在する）によって決定される定数である。
笑劇により、漏れ電流の堀・加はβ′ のｔｎ に比例
した変化で衣わされるので、β′−β０＋Δβ・ｔｎと
して（２）式を書き換えると、雰囲気温度と昧ｉｔ圧を
考慮した漏れ電流と課電時間の関係式が次式のように得
らビる。
した変化で衣わされるので、β′−β０＋Δβ・ｔｎと
して（２）式を書き換えると、雰囲気温度と昧ｉｔ圧を
考慮した漏れ電流と課電時間の関係式が次式のように得
らビる。
■＝Ｊｏ ｅｘｐ （（−４ｆｉ＋βｏ＃ ）、ｚｌｃ
Ｔ ） ｅｘｐ （（Δβｑ７ｗＴ） 、ｔｏ）・・・
・・・・・・（３） 前記（１）式と（３）式は常に等しいので、（１）式の
定数Ａ。
Ｔ ） ｅｘｐ （（Δβｑ７ｗＴ） 、ｔｏ）・・・
・・・・・・（３） 前記（１）式と（３）式は常に等しいので、（１）式の
定数Ａ。
Ｂは（４）式、（５）式のように表わされる。
Ａ＝Ｊｏｅｘｐ（（−φ＋β０５）７ｋＴ） −
−−−−−−−曲（４１Ｂ＝Δβσ／ｋＴ
・−・・・・・・・・・・（５）また、Δβは実
験結果より、”ｚ”！／：定数として次式で表わされる
。但し、Δβ０は定数である。
−−−−−−−曲（４１Ｂ＝Δβσ／ｋＴ
・−・・・・・・・・・・（５）また、Δβは実
験結果より、”ｚ”！／：定数として次式で表わされる
。但し、Δβ０は定数である。
Δβ≠Δβ０θｘｐ （（−Ｕ＋Ｈ−Ｖ ）／ｋ Ｔ
） ’−・−・・−（６）従って、種々の条件の加速
寿命試験を行って、’Ａ 、 Ｂ 、 ｎを求めると、
前記（４）式から（６）式により、ＪＯｙφ、β０．Δ
β（実際はΔβ。、−Ｕ、Ｈ）が算出できる。算出され
た値を前記（３）式に代入することにより、温度と電圧
と全考慮した漏れ電流の実験式が得られる。
） ’−・−・・−（６）従って、種々の条件の加速
寿命試験を行って、’Ａ 、 Ｂ 、 ｎを求めると、
前記（４）式から（６）式により、ＪＯｙφ、β０．Δ
β（実際はΔβ。、−Ｕ、Ｈ）が算出できる。算出され
た値を前記（３）式に代入することにより、温度と電圧
と全考慮した漏れ電流の実験式が得られる。
次にＺｎＯ素子の素体温度上昇について述べる。
避雷器用ＺｎＯ素子は大きな体積（例えば６４φ素子で
約７０ｄ）を有するので、ジュール熱により素体温度は
連続的に上昇する。しかし、上昇温度は非常にゆっくり
であるので、微少時＃ＪΔｔの間は・素体温度を一定と
みなすと、第２図に示すような方法によって温度上昇分
ΔＴが算出できる。温度上昇分ΔＴは微少時間Δを間に
発生する熱量（漏れ電流Ｉ ＝ Ｊ （Ｔｌによるジュ
ール熱）と、素体表面からの放熱分（ΔＴに依存する蓋
）ヲ基に算出される。第２図において、ｔ−０（課電直
後）ではＴ＝Ｔａ（雰囲気温度）、工ｏ ＝ Ｊ （Ｔ
ａ ）とすると、ｔ＝Δｔでは、Ｔ １ ＝Ｔ ａ十
ΔＴ、 （工。、ΔＴＯｚΔｔ）であり、’ｌ：＝＝ｎ
ｅΔｔ では、ＬＴｎ＝Ｔａ十ΔＴｎ（工ｎ−ｔ＝ Ｊ
（Ｔｎ−１） ％ ΔＴｎ−１ｐΔｔ）となる。ま
たＡＷｉｎ（ジュール熱）、Ｃ（素体の比熱）、Ｍ（素
体の１ｋｉｔ）、ａ（素体表面の放熱係数）とすれば、
これらの関係は次式の微分方程式で衣わされる。
約７０ｄ）を有するので、ジュール熱により素体温度は
連続的に上昇する。しかし、上昇温度は非常にゆっくり
であるので、微少時＃ＪΔｔの間は・素体温度を一定と
みなすと、第２図に示すような方法によって温度上昇分
ΔＴが算出できる。温度上昇分ΔＴは微少時間Δを間に
発生する熱量（漏れ電流Ｉ ＝ Ｊ （Ｔｌによるジュ
ール熱）と、素体表面からの放熱分（ΔＴに依存する蓋
）ヲ基に算出される。第２図において、ｔ−０（課電直
後）ではＴ＝Ｔａ（雰囲気温度）、工ｏ ＝ Ｊ （Ｔ
ａ ）とすると、ｔ＝Δｔでは、Ｔ １ ＝Ｔ ａ十
ΔＴ、 （工。、ΔＴＯｚΔｔ）であり、’ｌ：＝＝ｎ
ｅΔｔ では、ＬＴｎ＝Ｔａ十ΔＴｎ（工ｎ−ｔ＝ Ｊ
（Ｔｎ−１） ％ ΔＴｎ−１ｐΔｔ）となる。ま
たＡＷｉｎ（ジュール熱）、Ｃ（素体の比熱）、Ｍ（素
体の１ｋｉｔ）、ａ（素体表面の放熱係数）とすれば、
これらの関係は次式の微分方程式で衣わされる。
但し、Ｓ：素体放熱固執
Ｗｉｎ＝ＯＭｄ（ΔＴ）＋ａｓΔＴ、ｄｔ＝Ｖ工ｄ ｔ
、、■［７１（７）式において、工、ａともにΔＴ
の関数であるが、Δを間は一定とみなして、近似解を求
め、かつ初期条件を代入すると次式のようになる。
、、■［７１（７）式において、工、ａともにΔＴ
の関数であるが、Δを間は一定とみなして、近似解を求
め、かつ初期条件を代入すると次式のようになる。
・・・・・・・・・（８）
さらに、ａは実験式として対流の場合、ａ＝ａｏΔＴｍ
となり、定常状態ではｄ（ΔＴ）−〇であるから、Ｖ工
＝ ａ ＢΔＴとなる。
となり、定常状態ではｄ（ΔＴ）−〇であるから、Ｖ工
＝ ａ ＢΔＴとなる。
従って、Ｖ工＝ａ（ＩｓΔＴ１″Ｉｌ
・・・・・・・・・・・・（９）
上記（９）式は恒温槽中あるいは碍子中などにおけるワ
ットロスと素体温度の測足＃ｉ来より求められる。
ットロスと素体温度の測足＃ｉ来より求められる。
なお、第２図において、太線は床体温度変化の推移上水
す。
す。
以上のデータに基づいて素体温度が上昇する場合の副れ
電畠り特性音ボしたのが第３図でるる。この第３図によ
る漏れ電ηＬ増加の考え方に基づいて、Ｉｎ＝Ｊ（Ｔｎ
）ｙ算出することについて述べる。第３図中Ｔｏ、Ｔ１
．Ｔ２・・・・・曲 の線は各温度で素体温度に変化が
ない場合の漏れ電＃ｔ、変化を示す。また、図中、太い
笑線は漏れ寛ωＬの推移全示すもので、図示ａ、ｂ点間
の漏れ電流はＪ （Ｔｏ） で表わされる。ｂ点で素
体温度の上昇全８；慮すると、その温度はＴｏからＴ１
に変化する。そのときの漏れ電流は０点になる。Δｔと
２Δｔの間は雰囲気温度がＴ１ の場合の０点と等価
Ｃ′点からｄ′点までの線分に相似（一般的に＠線とは
限らない）にｄ点まで増加し、再び温度上昇を考慮する
と、素体温度はＴ２に変化する。このときの漏れ電流は
０点になる。以下同様に繰り返し演算を行うことにより
素体温度が上昇していくときのＩ−ｔＩｆｌｌ（ｍれ電
流対課電時間開ｉ）が得られる。ＺｎＯ素子の寿命は熱
バランスが取れない状態に至るまでのΔｔの８を寞（ｎ
・Δｔ）である。
電畠り特性音ボしたのが第３図でるる。この第３図によ
る漏れ電ηＬ増加の考え方に基づいて、Ｉｎ＝Ｊ（Ｔｎ
）ｙ算出することについて述べる。第３図中Ｔｏ、Ｔ１
．Ｔ２・・・・・曲 の線は各温度で素体温度に変化が
ない場合の漏れ電＃ｔ、変化を示す。また、図中、太い
笑線は漏れ寛ωＬの推移全示すもので、図示ａ、ｂ点間
の漏れ電流はＪ （Ｔｏ） で表わされる。ｂ点で素
体温度の上昇全８；慮すると、その温度はＴｏからＴ１
に変化する。そのときの漏れ電流は０点になる。Δｔと
２Δｔの間は雰囲気温度がＴ１ の場合の０点と等価
Ｃ′点からｄ′点までの線分に相似（一般的に＠線とは
限らない）にｄ点まで増加し、再び温度上昇を考慮する
と、素体温度はＴ２に変化する。このときの漏れ電流は
０点になる。以下同様に繰り返し演算を行うことにより
素体温度が上昇していくときのＩ−ｔＩｆｌｌ（ｍれ電
流対課電時間開ｉ）が得られる。ＺｎＯ素子の寿命は熱
バランスが取れない状態に至るまでのΔｔの８を寞（ｎ
・Δｔ）である。
第４図は前記ニーを曲１ｇＩを示す図で、図中丸印で示
したものはＺｎＯ素子として６４φ×２２ｔのものを使
用し、その素子を恒温槽中に収納して、Ｔａ＝１１０℃
、課電率８０％にて計測したときの漏れ電流である。ま
た、第４図中の実線は前述した各計算式を用いて得た計
算値で２９、はぼ実測値と同じとなる。この結果、上記
計算値を用いればＺｎＯ素子によるｈｗ器の寿命が推定
できる。因に４０℃で８０％の課電率で避雷器の碍子内
に６０枚のＺｎＯ素子を収納したときには約３４０年の
寿命となる。
したものはＺｎＯ素子として６４φ×２２ｔのものを使
用し、その素子を恒温槽中に収納して、Ｔａ＝１１０℃
、課電率８０％にて計測したときの漏れ電流である。ま
た、第４図中の実線は前述した各計算式を用いて得た計
算値で２９、はぼ実測値と同じとなる。この結果、上記
計算値を用いればＺｎＯ素子によるｈｗ器の寿命が推定
できる。因に４０℃で８０％の課電率で避雷器の碍子内
に６０枚のＺｎＯ素子を収納したときには約３４０年の
寿命となる。
以上述べたように、この発明によれば、ＺｎＯ素子に直
流を課電させた後、その素子の温度上昇状態とその素子
の電気特性の変化状態から漏れ電ｍＣヲ検知し、その−
流値が所定値以上になったときの計Ｙ５１す結果から素
子の寿命％性の判定を行うようにしたので、直流課電寿
命が数値として算出できるようになり、この結未笑系統
で使用される避雷器の安全率の明確化を図ることが可能
となる。
流を課電させた後、その素子の温度上昇状態とその素子
の電気特性の変化状態から漏れ電ｍＣヲ検知し、その−
流値が所定値以上になったときの計Ｙ５１す結果から素
子の寿命％性の判定を行うようにしたので、直流課電寿
命が数値として算出できるようになり、この結未笑系統
で使用される避雷器の安全率の明確化を図ることが可能
となる。
また、課電率を大きくしたときでも実系統で使用できる
寿命が明確になるので、適用範囲の拡大化が可能となる
。
寿命が明確になるので、適用範囲の拡大化が可能となる
。
第１図はＺｎＯ素子用避雷器の課電条件が異なる場合の
パターンを示す特性図、第２図および第３図はこの発明
の一実施例？胱明するだめのもので、第２図はＺｎＯ素
手の素体温度上昇の計算法を示す図、第３図は素体温度
が上昇する場合の漏れ電流のＷｔ算法を下す図、第４図
は実験と針具により求めた漏れ電流と昧′亀時間の特性
曲線図である。 第１図 第２図 ｎ電吟間− 第３図 諜屯吟間
パターンを示す特性図、第２図および第３図はこの発明
の一実施例？胱明するだめのもので、第２図はＺｎＯ素
手の素体温度上昇の計算法を示す図、第３図は素体温度
が上昇する場合の漏れ電流のＷｔ算法を下す図、第４図
は実験と針具により求めた漏れ電流と昧′亀時間の特性
曲線図である。 第１図 第２図 ｎ電吟間− 第３図 諜屯吟間
Claims (1)
- （１） ＺｎＯ素子に直流を課電した後、その素子の
温度上昇状態とその素子の電気特性の変化状態から漏れ
電流を算出し、その電流値が所定値以上になるはずの時
間により素子の寿命特性の判定を行うようにしたことを
特徴とするＺｎＯ素子の直流課電寿命計測方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57232885A JPS59116059A (ja) | 1982-12-22 | 1982-12-22 | ＺｎＯ素子の直流課電寿命計測方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57232885A JPS59116059A (ja) | 1982-12-22 | 1982-12-22 | ＺｎＯ素子の直流課電寿命計測方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59116059A true JPS59116059A (ja) | 1984-07-04 |
Family
ID=16946363
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57232885A Pending JPS59116059A (ja) | 1982-12-22 | 1982-12-22 | ＺｎＯ素子の直流課電寿命計測方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59116059A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6685577B1 (en) | 1995-12-04 | 2004-02-03 | David M. Scruggs | Golf club made of a bulk-solidifying amorphous metal |
| US7357731B2 (en) | 1995-12-04 | 2008-04-15 | Johnson William L | Golf club made of a bulk-solidifying amorphous metal |
-
1982
- 1982-12-22 JP JP57232885A patent/JPS59116059A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6685577B1 (en) | 1995-12-04 | 2004-02-03 | David M. Scruggs | Golf club made of a bulk-solidifying amorphous metal |
| US7357731B2 (en) | 1995-12-04 | 2008-04-15 | Johnson William L | Golf club made of a bulk-solidifying amorphous metal |
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