JPS61120403A - ギヤツプレス避雷器の劣化検出装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の属する技術分野） 本発明は酸化亜鉛を主成分とする電圧非直線抵抗素子を
組み込んだギャップレス避雷器の劣化状態を検出する装
置に関する。

（従来技術とその問題点） 酸化亜鉛（ＺｎＯ）を主成分とし、これに数種の添加物
を加えた粉末から通常のセラミックス製造方法を用いて
得られる電圧非直線抵抗素子（以下抵抗素子と略称する
）は良好な電圧非直線性を有し、もれ電流が小さいので
ギャップレス（無間隙）避雷器の特性要素として多く用
いられている。このギャップレス避雷器の抵抗素子には
運転中に常時電圧がかかつているため長期間運転°を継
続すると抵抗素子が徐々に劣化するようになる。第４図
はこの様子を経過時間に対する電流または温度との関係
で表わした曲線であり、第４図に点線で示したもれ電流
変化面ＭＡのように抵抗素子が劣化するにしたがっても
れ電流は徐々に増加し、もれ電流の増加に伴い、実線で
示した温度変化曲線Ｂのように抵抗素子の温度ももれ電
流の約２乗に比例して増加する。ある温度以上になると
抵抗素子４ｉ発熱と放熱の均衡が保てなくなり、熱暴走
を起゛こしてギャップレス避雷器は逐には破壊に至る。

抵抗素子の温度変化は上記の課電による劣化に起因する
もののほかに次のような原因のものなどもある。その一
つは雷サージあるいは開閉サージのような異常電圧の吸
収により抵抗素子の温度が変化することである。この様
子を第５図の時間と温度の関係曲線で示す。異常電圧の
吸収による場合には、異常電圧の大きさや抵抗素子の発
熱や放熱特性によっても異なるが、抵抗素子の温度は第
５図に実線で示した曲線０のように、異常電圧を吸収し
た時点ｔ！Ｉから、比較的短時間に異常電圧の大きさや
抵抗素子の充放熱特性で定まる最高温度Ｔｐに達した後
下降し、はぼ異常電圧を吸収する以前の温度まで下がる
。勿論抵抗素子が定格以上の異常電圧を吸収したときは
、抵抗素子は瞬時に破壊したり、破壊しないまでも第５
図に点線で示した曲ＩＩＤのように発熱と放熱の均衡が
失われて熱暴走に至る。その他に抵抗素子の温度変化は
第６図に示した時間一温度関係曲線Ｅのように設備系統
の電圧変動によるもれ電流変化に起因するものまたは周
囲温度の変動に伴うものなどがある。

このように運転中のギャップレス避雷器の抵抗素子の温
度が上昇過程にあるとき、その温度上昇の原因が課電劣
化、Ｍ常電圧の吸収、股ｍ系統の電圧変動または周囲温
度の変動などいずれの場合も抵抗素子は熱暴走に至る可
能性をもっている０逆に抵抗素子の温度が下降過程にあ
ればその抵抗素子は劣化に対して健全であることは容易
に理解できる。

したがって抵抗素子の温度を連続的に測定し、ある温度
に達したときに抵抗素子の劣化と判断すればよいとも考
えられるが、例えば異常電圧の吸収などの場合の温度上
昇に対しては誤判断も起こしやすい。

（発明の目的） 本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、その目
的はギャップレス避雷器の抵抗素子の温度を測定するこ
とから抵抗素子の劣化状態を誤判断することなく、連続
かつ自動的に検出する装置を提供することにある。

（発明の要点） 本発明の装置は抵抗素子の温度を測定し、その温度を電
気信号に変換して増巾した後、時間で１同機分した電気
信号と２同機分した電気信号との双方を比較して出力す
ることにより、温度変化要因に対して誤判断することな
く、抵抗素子の劣化状態を連続的かつ自動的に検出でき
るようにしたものである。

（発明の実施例） 以下本発明を実施例に基づき説明する。

第１図は本発明によるギャップレス避雷器の劣化検出装
置の一実施例を示す構成図である。第１図においてギャ
ップレス避雷器１の絶縁容器２の中に複数個の抵抗素子
３が多段積みされて収納されており、その高圧側端子は
送電線４に接続され低圧側端子は接地される。抵抗素子
３のうち、接地線に接続する低電位の抵抗素子３αにそ
の位置の温度を測定するための温度測定素子例えば熱電
対５を設置する。熱電対５はその測定温度に比例した電
気信号を出力し、増巾器６で増巾され、増巾器６の出力
は微分器フに入力する。微分器７は入力された電気信号
を一定の時間で連続的に微分するようになっている。し
たがって微分器７の出力は、入力信号が時間とともに増
加するときは正の値となり、その値は単位時間当りの入
力信号の増加の割合の大きさに比例する。逆に入力信号
が時間とともに減少するときは、微分器７の出力は負の
値となり、単位時間当りの減少の割合が大きいときは負
の大きな値となる。入力信号が時間の経過に対して−ｉ
であるときは微分器７の出力は零である。微分器フの出
力は途中分岐して一方は比較器８０入力端子から入力し
、もう一方の微分器７の出力は微分器フと同じ性能をも
つ微分器９に入力する。微分器９の出力は比較器８の他
方の入力端子から入力するようにしであるので比較器８
には抵抗素子の温度変化が適当な時間で１同機分した電
気信号と２同機分した電気信号とが入力されることにな
る。比較器８は１回微分器７の出力と２回微分器９の出
力が後述する所定の条件を満たしたときに抵抗素子が劣
化状態であると判断して劣化信号を出力するように構成
したものである。但し微分器９はそれ自体は微分器７と
同じものであり１回微分を行なうのであるが本発明の構
成上２回微分するように作用するので以後２回微分器と
表わす。

第２図および第３図は第１図のギャップレス避雷器の劣
化検出装置の動作を説明するために、それぞれ　（６）
　＃　（７）　、　（９）　　の三つのＳ図をあげたも
のである。各Ｓｌ！！！！はいずれも横軸は時間、縦軸
は出力の大きさを表わす。第２図と第３図の（６）。

（’７）＋（９）はそれぞれ第１図の増巾器６，１回微
分器７，２回微分器９の出力に対応するものである。す
なわち、第２図　（６）は第４図に示した温度変化−＠
Ｂの増巾器６の出カ、第３図　（６）は第５図に示した
温度変化−Ｓａの増巾器６の出力を表わすものであり、
第２図　（７）、第３図　（７）はそれぞれ増巾器６の
上記各出力に対する１回微分器７の出力を表わし、第２
図　（９）、第３図（９）は１回微分器７の各出力に対
する２回微分器９の出力を表わすものである。また比較
器８には抵抗素子の充放熱特性、設備系統の電圧変動お
よび周囲温度変動などを堪案して第２図（７）、第３図
（７）に示したような適切な所定値αのレベルを設定す
る〇 一方第１図に示した抵抗素子３の劣化状態を判断する比
較器８は１回微分器７の出力が正の所定値を超え、かつ
２回微分器９の出力が零または正の値のとき抵抗素子５
が劣化状態であると判断して劣化信号を出力し、例えば
図示してない警報器などを作動させる。すなわち比較器
８の劣化判断条件は次の二つの関係式を同時に満たした
ときに劣化信号を出力する８゜ 第１の微分器７の出力　〉α−−−−−（１）第２の微
分器９の出力　４　ｏ　−−−−−（２）但しαは正の
所定値 上記の劣化判断条件を設定したのは次の理由に基づくも
のである。

再び第２図を参照して説明すると、時間ｔ１からもの区
間は増巾器６の出力は第２図　（６）のように時間とと
もにゆるやかに増加している。すなわち抵抗素子の温度
はゆるやかに上昇している区間であり劣化はまだ進行し
ていない。この区間では第２図　（））に示すように第
１の微分器７は正の値を出力するが、その値は小さく所
定値αを超えることはない。第２の微分器９の出力は単
位時間当りの抵抗素子の温度上昇の割合が一定のときは
零となり、加速度的に上昇するときは正の値となるがｔ
ｌからｔ、の区間では抵抗素子の温度は時間とともにほ
とんど一定の割合で上昇しているがら第２図　（９）の
ように出力値はほぼ零となる。いずれにしても時間ｔＩ
からｔ２の区間は１回微分器７の出力は所定値αを超え
ることがないので前述の式（１）　　は満たされること
なく、シたがって比較器８は劣化信号を出力しない。こ
の際比較器８に適正ナレベルの所定値αを設定すること
によす、抵抗素子の若干の温度上昇変化に対して劣化と
誤判断をすることがない。

時間ｔ、以降は増巾器６の出力は第２図　（６）のよう
に加速度的に増加している。すなわち抵抗素子の劣化が
進行し温度も加速度的に上昇し、抵抗素子は熱暴走の危
険性をもっている。＊　２１Ｊ　（６）の増巾器６の出
力が加速度的に増加し、単位時間当りの増加の割合も大
きいので第２図　（７）のように１回微分器７の出力も
増し、所定値αを超えるようになる。このとき第２図　
（９）に示す２回微分器９は正の値を出力する。増巾器
６の出力が第２図　（６）のような加速度的増加ではな
く、直線的な増加すなわち単位時間当りの出力増加の割
合が一定の場合、２回微分器９の出力は第２図（９）に
おいて零となるが、この場合でも抵抗素子の温度は飽和
する傾向ではないので熱暴走の可能性がある。かくして
１回微分器７の出力は前述の式（１）の関係を満足し、
２回微分器９の出力は式（２）を満たすから、比較器８
は式（１）と式（２）を同時に満足する時点第２図ｔ、
において即座に劣化信号を出力するのである。

次に抵抗素子が雷または開閉サージなどの異常電圧を吸
収し温度変化した場合を第３図を参照して説明する。第
３図　（６）は前述したように第５図の曲線Ｃに対応す
る増巾器６の出力を示したもので、あり、時間ｔ４から
ｔ！の区間は抵抗素子が温度上昇し始め増巾器６の出力
が増加を開始した時点から最高温度に達する時点までの
出力である。このｔ４からｔ、の区間で１回微分器７の
出力は正の値であって異常電圧が高いとき所定値αを超
えることも起り得るが第３図　（７）は所定値αを超え
た場合を示しである。しかしｔ、からｔ、の区間では単
位時間当りの温度上昇の割合が漸次減少しており、６１
時点ではその割合は零であるから第３図　（７）におけ
る１回微分器７の出力は減少し６５時点で零となる。し
たがってｔ４からｔ、の区間では２回微分器９で２回微
分された出力は第３図　（９）のように負の値を示す。

このことは１回微分器７の出力がたとえ第３図　（７）
のように所定値αを超えて式　（１）を満足したとして
も２回微分器９の出力は第３図　（９）のごとく負の値
であるから式（２）を満足することができず比較器８は
劣化信号を出力することがない。ここに抵抗素子の温度
変化を時間で２回微分する効果が発揮され、抵抗素子の
異常電圧などによる温度上昇に対して劣化であるとの誤
判断をする場合を避けることができる。したがって図示
を省略したが本発明の装置でハ、２回微分器として二つ
の微分器を直列につないだものを増巾器６と比較器８と
の間に１回微分器７と並列に接続して用いても効果は同
じである。

なお抵抗素子が定格以上の異常電圧を吸収し瞬時破壊に
至らず熱暴走を起こす第５図曲線ｐのように温度が上昇
する場合は第２図ｔ１時点以降の状態と同様であるから
抵抗素子は本発明の装置で劣化と判断されることは明ら
かである。

（発明の効果） 電圧非直線抵抗素子を複数個積み重ねてなるギャップレ
ス避雷器の抵抗素子が種々の°原因により温度上昇して
劣化するのを検出するために、本発明の装置を用いて抵
抗素子を測温しその温度を時間で１回微分した電気信号
と２回微分した電気信号を比較することにより抵抗素子
の劣化状態を正しく検出することができ、特に本発明の
装置では実施例で説明したように、異常電圧の吸収、系
統の電圧変動９周囲温度変動などの抵抗素子の温度変化
要因を堪案した上で、比較器に適切な出力値を設定して
おき、１回微分器の出力が設定値より大きく、２回微分
器の出力が零または正の値となるときのみ抵抗素子の劣
化と判断するようにしたために、たとえ１回微分器の出
力が設定値より大であっても、抵抗素子が劣化していな
いときは２回微分器の出力は負の値となって比較器は劣
化信号を出力しないから、温度上昇により抵抗素子が劣
化していない場合に劣化と誤判断することがない。この
ことは例えばギャップレス避雷器に異常電圧が負荷され
た場合などに、抵抗素子の劣化状態を正しく検出でき、
極めて有用な装置として作用するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるギャップレス避雷器の劣化検出装
置の構成図、第２図、第３図はいずれも第１図の本発明
装置の動作を説明するためのそれぞれ　（６）は増巾器
、（７）は１回微分器、（９）は２回微分器の出力線図
、＃！４図は課電中の抵抗素子のもれ電流変化および温
度変化を示す線図。 第５図は異常電圧を吸収した抵抗素子の温度変化を示す
線図、第６図は電圧変動や屑囲温度変動による抵抗素子
の温度変化を示す線図である。 １：ギャップレス避雷器、３，３α：抵抗素子、５：熱
電対、６：増巾器、７：１回微分器、８：比較器、９：
２回微分器０ ｔ、＋　　　　　　　　　　　　ｔＪ２→時間 ｗ−鴫−−一 四賊一

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）複数個の電圧非直線抵抗素子が絶縁容器内に積み重
   ねて配置されたギャップレス避雷器の課電中の劣化を検
   出するものにおいて、低電位に位置する電圧非直線抵抗
   素子の温度を測定する熱電対の電気信号を増巾する増巾
   器、増巾器に接続され増巾器の出力を１回微分する微分
   器、同じく２回微分する微分器、１回微分器と２回微分
   器に接続され１回微分器と２回微分器の出力がいずれも
   所定の条件を満足するとき出力する比較器を備えたこと
   を特徴とするギャップレス避雷器の劣化検出装置。 ２）特許請求の範囲第１項記載の装置において、比較器
   に設定した出力値αに対して １回微分器の出力＞α ２回微分器の出力≧０ のとき比較器が出力することを特徴とするギャップレス
   避雷器の劣化検出装置。