JP2019124629A - 送電線の絶縁状態検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】送電線の潜在的な絶縁不良を簡易な構成により早期に検知することが可能な絶縁状態検知装置を提供する。【解決手段】本発明による送電線の絶縁状態検知装置１０は、磁気抵抗素子を含み、絶縁被覆された送電線からコロナ放電を含む部分放電が発生した際に生じる磁気変化を検知する磁気センサ１１と、前記磁気センサ１１の出力信号から部分放電による特徴的な周波数成分を含む周波数帯域を取り出す第１フィルタ１３とを備えている。【選択図】図２

Description

本発明は、送電線の絶縁不良の予兆を検知するための絶縁状態検知装置に関するものである。

送電線には局部的な絶縁不良が生じることがある。絶縁不良の原因は、送電線と送電線との接続部の劣化や、架橋ポリエチレン等の絶縁体の劣化など様々であるが、絶縁不良を早期に検知するための様々な方法が提案されている。

送電線の絶縁不良を早期に検知する方法の一つとして、コロナ放電を含む部分放電を監視する方法が知られている。例えば特許文献１及び２には、電力伝送経路の絶縁性能が低下した部位に発生するコロナ放電に起因して発生する進行波を検出することにより絶縁不良を早期に検知する方法が記載されている。進行波検出用のセンサは、送電線を取り囲む環状コアと、環状コアに巻回された第１巻線及び第２巻線を有し、第１巻線の両端は短絡しており、第２巻線の両端部から進行波の通過に伴う信号を検出することによって電力伝送経路の絶縁状態が検知される。

また、特許文献３には、ヘリコプターにコロナ放電検出用のアンテナを搭載し、ヘリコプターで飛行しながら架空送電線及びその設備から異常コロナ放電に起因して発生する電波をアンテナで受信することにより、架空送電線及びその設備の異常個所を探査する方法が記載されている。

特開平１−２１７２７１号公報 特開平１−２２１６８０号公報 特開平３−２３７３７２号公報

しかしながら、特許文献１、２に記載された従来の検知方法は、センサを構成する環状コアが非常に高価であるため、送電線に沿って多数のセンサを設置することが難しい。そのため、絶縁不良個所を具体的に特定するためには、センサの着脱作業を行って送電線上の設置位置を変えながら検査を行う必要があるが、環状コアは大型で重量も重く、送電線への取り付け作業が大変であるため、多大な労力と時間がかかるという問題がある。特許文献３に記載の検知方法は、アンテナを含む装置全体が大型であるため、公共インフラとしての送電線の検査には好適でなく、地中送電線に対する適用も困難である。

したがって、本発明の目的は、送電線の潜在的な絶縁不良を簡易な構成により早期に検知することが可能な絶縁状態検知装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明による送電線の絶縁状態検知装置は、磁気抵抗素子を含み、絶縁被覆された送電線からコロナ放電を含む部分放電が発生した際に生じる磁気変化を検知する磁気センサと、前記磁気センサの出力信号から前記部分放電による特徴的な周波数成分を含む周波数帯域を取り出す第１フィルタとを備えることを特徴とする。

本発明によれば、送電線の絶縁不良個所で発生する部分放電によって生じる送電線の周囲の磁気変化を磁気センサで検知するので、装置の低コスト化を図ることができ、装置の設置も容易である。また、磁気センサの出力信号から部分放電に起因する周波数成分を取り出す第１フィルタを設けたので、送電線に流れる電流等により生じるノイズの影響を排除することができ、送電線の絶縁不良の予兆を早期に検知することができる。

本発明において、前記磁気センサは、前記送電線の外周の一部又は前記送電線のジョイント部に取り付けられ、前記部分放電が発生した際に生じる前記送電線の周囲の磁気変化を検知してもよく、前記送電線の絶縁被覆部又はジョイント部を接地するための接地線の外周の一部に取り付けられ、前記部分放電が発生した際に生じる前記接地線の周囲の磁気変化を検知してもよい。これにより、送電線の絶縁不良の予兆を検知することができる。

本発明による絶縁状態検知装置は、前記磁気センサの出力信号から商用周波数成分を含む周波数帯域を取り出す第２フィルタをさらに備えることが好ましい。この場合において、前記第１フィルタは、前記部分放電による特徴的な周波数成分を通過させるバンドパスフィルタ又はハイパスフィルタであり、前記第２フィルタは、前記商用周波数成分を通過させるローパスフィルタであることが好ましい。この構成によれば、送電線の絶縁不良の予兆と商用電流とを同時に監視することができ、絶縁状態検知装置の機能性を向上させることができる。

前記磁気センサは、４つの磁気抵抗素子のホイートストンブリッジ回路を含むことが好ましい。この構成によれば、寄生抵抗による電圧降下を相殺して感度を向上させることができる。また送電線の周囲に発生する磁気の検出感度が最大となるように４つの磁気抵抗素子の各々の向きが設定されているので、微小な磁気変化を高い感度で検知することができる。

本発明による絶縁状態検知装置は、前記磁気センサの出力信号を増幅する計装アンプをさらに備えることが好ましい。この構成によれば、磁気センサからの微小な出力信号をハイインピーダンスで受けて確実に広帯域に増幅することができる。

本発明による絶縁状態検知装置は、前記第１フィルタによってフィルタリングされた前記出力信号のピークレベルを一定時間保持するピークホールド回路と、ピークレベルが保持された前記出力信号を閾値と比較する比較器と、前記出力信号が閾値よりも大きい場合に警報信号を出力する警報部とをさらに備えることが好ましい。この構成によれば、送電線の絶縁不良の予兆の有無を判定して通知することができる。

本発明において、前記警報部は、前記警報信号を無線で送信する無線通信部を含むことが好ましい。この構成によれば、送電線に沿って略等間隔に設置された複数の絶縁状態検知装置からの警報信号を管理サーバが容易に収集することができ、これにより送電線上の絶縁不良地点を特定することができる。

本発明によれば、送電線の潜在的な絶縁不良を簡易な構成により早期に検知することが可能な絶縁状態検知装置を提供することができる。

図１は、本発明の実施の形態による送電線の絶縁状態検知システムの構成の概略図である。 図２は、本発明の第１の実施の形態による絶縁状態検知装置の構成を示すブロック図である。 図３は、図２の絶縁状態検知装置の構成（警報部を除く）を示す回路図である。 図４は、本発明の第２の実施の形態による絶縁状態検知装置の構成を示すブロック図である。 図５は、図４の絶縁状態検知装置の構成（警報部を除く）を示す回路図である。 図６は、絶縁状態検知装置の取り付け方法の他の例を示す模式図である。 図７は、本発明の第３の実施の形態による絶縁状態検知装置の構成を示すブロック図である。 図８は、図７の絶縁状態検知装置の構成を示す回路図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態による送電線の絶縁状態検知システムの構成の概略図である。

図１に示すように、この絶縁状態検知システム１は、送電線２の外周面に取り付けられた複数の絶縁状態検知装置１０（１０Ａ〜１０Ｄ）と、複数の絶縁状態検知装置１０（１０Ａ〜１０Ｄ）と無線通信可能な中継局３と、インターネット等の通信ネットワーク４を介して中継局３に接続された管理サーバ５とを備えている。複数の絶縁状態検知装置１０は、送電線２に沿って略等間隔に配置されている。絶縁状態検知装置１０による送電線２の絶縁状態の検知結果は中継局３を介して管理サーバ５に転送されるので、管理サーバ５は複数の絶縁状態検知装置１０からの絶縁不良に関する情報を容易に収集することができる。また絶縁状態検知装置１０は中継局３に距離や通信状態の要因で無線通信出来ない場合には、絶縁状態検知装置１０の情報をバケツリレーのように情報を伝送するマルチホップルーティングも可能とする。

送電線２は例えば地中送電線であり、芯線２ａと絶縁被覆部２ｂとを有している。絶縁被覆部２ｂに囲まれることよって芯線２ａの絶縁状態が保たれているが、絶縁被覆部２ｂの局所的な劣化により送電線２からコロナ放電等の部分放電が発生する。絶縁不良地点Ｘで部分放電が発生している場合、絶縁不良地点Ｘに近い絶縁状態検知装置１０Ｃ及び１０Ｄが部分放電によって生じる送電線２の周囲の磁気変化を検知するので、絶縁状態検知装置１０Ｃと１０Ｄとの間に絶縁不良地点Ｘあると判断することができる。このように、絶縁不良地点を特定するには、送電線２上の複数の地点で検出を行わなければならず、従来のように環状コアを用いた電流センサを付け替えながら検知作業を行った場合には作業効率が非常に悪い。しかし、本実施形態のように、送電線２に沿って絶縁状態検知装置１０を等間隔に常設しておくことにより、部分放電を容易に検知することができる。

図２は、本発明の第１の実施の形態による絶縁状態検知装置の構成を示すブロック図である。また図３は、図２の絶縁状態検知装置の構成（警報部１６を除く）を示す回路図である。

図２及び図３に示すように、絶縁状態検知装置１０は、磁気センサ１１、計装アンプ１２、フィルタ１３、ピークホールド回路１４、比較器１５、警報部１６を備えており、警報部１６は無線通信部１６ａを含む。絶縁状態検知装置１０のこれらの構成要素は、例えば１０×１０ｍｍ程度の非常に小さなパッケージ内に収容されており、送電線２の外周面（絶縁被覆部２ｂの表面）に取り付けられる。絶縁状態検知装置１０に電力を供給する手段は特に限定されず、環境電池と二次電池との組み合わせであってもよく、一次電池であってもよい。

磁気センサ１１は、磁気に応じて抵抗値が変化する磁気抵抗素子を用いて構成されたものである。本実施形態において、磁気センサ１１は４つの磁気抵抗素子Ｍ１〜Ｍ４のホイートストンブリッジ回路を用いて構成されているので、寄生抵抗による電圧降下を相殺して感度を向上させることができる。また４つの磁気抵抗素子Ｍ１〜Ｍ４の各々は、送電線２の周囲に発生する磁気の検出感度が最大となる向きで設置されるので、微小な磁気変化を高い感度で検知することが可能である。

磁気センサ１１の出力信号は計装アンプ１２に入力される。一般的なオペアンプと異なり、計装アンプ１２の入力インピーダンスは非常に高いので、磁気センサ１１からの微小な出力信号をハイインピーダンスで受けて確実に広帯域に増幅することができる。

フィルタ１３はバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）であり、部分放電に起因する特徴的な周波数成分を含む周波数帯域を通過させ、それ以外の帯域を阻止する。これにより、送電線２に流れる電流により生じる商用周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）等のノイズや目的以外の信号の影響を排除することができ、絶縁不良の予兆の検知精度を高めることができる。

コロナ放電を含む部分放電の周波数帯域は、数ＭＨｚから１ＧＨｚ以上の帯域であることが知られている。しかしながら、実際の送電線用ケーブルの絶縁被覆部２ｂに使用される架橋ポリエチレンのエポキシ樹脂内部で発生する部分放電のうち、事故に至る電気トリー進展を伴う部分放電の周波数成分は２００〜４５０ＭＨｚとされ、また絶縁油中で発生する部分放電の周波数成分は１５０ＭＨｚ前後で顕著に表れるとされている。そのため、バンドパスフィルタの周波数通過帯域は、部分放電の種類及び絶縁被覆部２ｂの材質を考慮して決定する必要がある。

ピークホールド回路１４は、フィルタリング後の出力信号のピークレベルを一定時間保持する。ピーク信号は比較器１５によって閾値と比較され、閾値よりも大きい場合には検知信号が出力がされる。検知信号が入力された警報部１６は、光や音などで警報を出力する。また警報部１６は警報信号を無線で送信する無線通信部１６ａを含むことが好ましい。この場合、図１に示したように、無線送信された警報信号は中継局３を介して管理サーバ５に送信される。

送電線２が三相交流の高圧送電線である場合、３本を一組とする多数本の送電線２がまとめて配線される。このとき、個々の送電線２に対して取り付けられる複数の絶縁状態検知装置１０は、各送電線の配線方向の略同じ位置に設置されることが好ましい。また、絶縁状態検知装置１０は、自身が取り付けられた送電線２の部分放電のみならず、隣接する送電線２からの部分放電を検知するものであってもよい。すなわち、複数本の送電線２に対して共通の絶縁状態検知装置１０であってもよい。

また警報部１６の無線通信部１６ａは、複数の絶縁状態検知装置１０に対する共通の外部装置として提供されてもよい。あるいは、警報部１６の全体が複数の絶縁状態検知装置１０に対する共通の外部装置として提供されてもよい。複数の絶縁状態検知装置１０に共通の無線通信部１６ａ又は警報部１６を用意することにより、個々の絶縁状態検知装置１０の小型化及び低コスト化を図ることができる。

図４は、本発明の第２の実施の形態による絶縁状態検知装置１０の構成を示すブロック図である。また図５は、図４の絶縁状態検知装置１０の構成（警報部１６を除く）を示す回路図である。

図４及び図５に示すように、この絶縁状態検知装置１０の特徴は、フィルタ１３がハイパスフィルタ（ＨＰＦ）であり、部分放電に起因する特徴的な周波数成分以上の周波数帯域を通過させ、当該周波数通過帯域よりも低い低周波帯域を阻止する点にある。このような構成であっても、送電線２に流れる電流により生じる商用周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）等のノイズや目的以外の信号の影響を排除することができ、絶縁不良の予兆の検知精度を高めることができる。

図６（ａ）及び（ｂ）は、絶縁状態検知装置１０の設置方法の他の例を示す模式図である。

図６（ａ）に示すように、絶縁状態検知装置１０は、送電線自身にではなく送電線２Ａ，２Ｂのジョイント部２Ｃに取り付けられてもよい。また図６（ｂ）に示すように、絶縁状態検知装置１０は、送電線２Ａ，２Ｂのジョイント部２Ｃから伸びる接地線６に取り付けられてもよい。一般に、長い送電線は、短い送電線を連結することにより構成されており、２本の送電線の端部同士をつなぐジョイント部２Ｃは絶縁カバー（接続箱）で保護され、当該絶縁カバーは接地線６を介して接地されている。絶縁状態検知装置１０がこのようなジョイント部２Ｃ又は接地線６に取り付けられることにより、送電線２の絶縁不良を間接的に検知することができる。

以上説明したように、本実施形態による絶縁状態検知装置１０は、送電線２の部分放電によって発生する磁気変化を検知する磁気センサ１１と、磁気センサ１１の出力信号から部分放電に特徴的な周波数成分を取り出すフィルタ１３とを備え、フィルタリングされた出力信号のピークレベルが閾値よりも大きい場合に警報を出力するので、送電線２からの部分放電を検知することができ、送電線２の絶縁不良の予兆を早期に検知することができる。

図７は、本発明の第３の実施の形態による絶縁状態検知装置の構成を示すブロック図である。また、図８は、図７の絶縁状態検知装置の構成を示す回路図である。

図７及び図８に示すように、この絶縁状態検知装置１０の特徴は、商用電流検知部を構成するフィルタ１３Ｂ（第２フィルタ）及びバッファ１８Ｂをさらに備えている点にある。また磁気センサ１１の出力信号から部分放電に起因する周波数成分を取り出すフィルタ１３Ａ（第１フィルタ）の後段にはバッファ１８Ａが設けられており、ピークホールド回路１４、比較器１５及び警報部１６は省略されている。その他の構成は第１の実施の形態と同様である。

フィルタ１３Ｂは、商用周波数を含む低周波帯域を通過させ、それよりも高い周波数帯域を阻止するローパスフィルタである。バッファ１８Ｂからは商用電流に起因する検知信号が出力される。また上記のように、フィルタ１３Ａにはバンドパスフィルタ（又はハイパスフィルタ）を用いることができる。

本実施形態による絶縁状態検知装置１０は、送電線２の外周面又はその近傍に取り付けられることが好ましい。送電線２のジョイント部２Ｃや接地線６に取り付けた場合には、商用電流検知部を正しく動作させることができないからである。

バッファ１８Ａからは部分放電に起因する検知信号が出力される。バッファ１８Ａの出力信号に基づいて部分放電が発生しているか否かを判定する場合には、第１の実施の形態と同様に、バッファ１８Ａ（又はフィルタ１３Ａ）の後段にピークホールド回路１４、比較器１５及び警報部１６を順に設ければよい。さらに、商用電流検知部においても商用電流が正常に流れているか否かを判定するための判定回路をバッファ１８Ｂ（又はフィルタ１３Ｂ）の後段に設けてもよい。

従来の環状コアを用いた磁気センサは、そのコアの材質により周波数特性が決まり、広帯域の周波数特性を持つことができない。しかし、本発明のように磁気抵抗素子を用いた磁気センサの場合、その周波数帯域は数ＧＨｚ以上であるため、広い周波数帯域の中から任意の帯域を取り出すことが可能であり、本実施形態の構成を実現可能である。

以上説明したように、本実施形態による絶縁状態検知装置１０は、フィルタ１３Ｂを含む商用電流検知部をさらに備えているので、磁気センサ１１の出力信号から部分放電のみならず商用電流の電流量を検知することができる。すなわち、送電線２の絶縁不良の予兆と商用電流とを同時に監視することができ、絶縁状態検知装置１０の機能性を向上させることができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

例えば、上記実施形態においては、磁気センサ１１は４つの磁気抵抗素子Ｍ１〜Ｍ４を用いて構成されているが、磁気抵抗素子の数は特に限定されずいくつであってもよい。

１ 絶縁状態検知システム
２，２Ａ，２Ｂ 送電線
２Ｃ ジョイント部
２ａ 芯線
２ｂ 絶縁被覆部
３ 中継局
４ 通信ネットワーク
５ 管理サーバ
６ 接地線
１０，１０Ａ〜１０Ｄ 絶縁状態検知装置
１１ 磁気センサ
１２ 計装アンプ
１３，１３Ａ，１３Ｂ フィルタ
１４ ピークホールド回路
１５ 比較器
１６ 警報部
１６ａ 無線通信部
１８Ａ バッファ
１８Ｂ バッファ
Ｍ１〜Ｍ４ 磁気抵抗素子
Ｘ 絶縁不良地点

Claims (9)

1. 磁気抵抗素子を含み、絶縁被覆された送電線からコロナ放電を含む部分放電が発生した際に生じる磁気変化を検知する磁気センサと、
   前記磁気センサの出力信号から前記部分放電による特徴的な周波数成分を含む周波数帯域を取り出す第１フィルタとを備えることを特徴とする送電線の絶縁状態検知装置。
2. 前記磁気センサは、前記送電線の外周の一部又は前記送電線のジョイント部に取り付けられ、前記部分放電が発生した際に生じる前記送電線の周囲の磁気変化を検知する、請求項１に記載の絶縁状態検知装置。
3. 前記磁気センサの出力信号から商用周波数成分を含む周波数帯域を取り出す第２フィルタをさらに備える、請求項１又は２に記載の絶縁状態検知装置。
4. 前記第１フィルタは、前記部分放電による特徴的な周波数成分を通過させるバンドパスフィルタ又はハイパスフィルタであり、
   前記第２フィルタは、前記商用周波数成分を通過させるローパスフィルタである、請求項３に記載の絶縁状態検知装置。
5. 前記磁気センサは、前記送電線の絶縁被覆部又はジョイント部を接地するための接地線の外周の一部に取り付けられ、前記部分放電が発生した際に生じる前記接地線の周囲の磁気変化を検知する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の絶縁状態検知装置。
6. 前記磁気センサは、４つの磁気抵抗素子のホイートストンブリッジ回路を含む、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の絶縁状態検知装置。
7. 前記磁気センサの出力信号を増幅する計装アンプをさらに備える、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の絶縁状態検知装置。
8. 前記第１フィルタによってフィルタリングされた前記出力信号のピークレベルを一定時間保持するピークホールド回路と、
   ピークレベルが保持された前記出力信号を閾値と比較する比較器と、
   前記出力信号が閾値よりも大きい場合に警報信号を出力する警報部とをさらに備える、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の絶縁状態検知装置。
9. 前記警報部は、前記警報信号を無線で送信する無線通信部を含む、請求項８に記載の絶縁状態検知装置。

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