特開 2023-111324 地絡検出装置、地絡監視装置および地絡監視システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023111324

(43)【公開日】2023-08-10

(54)【発明の名称】地絡検出装置、地絡監視装置および地絡監視システム

(51)【国際特許分類】

   G01R 31/08 20200101AFI20230803BHJP

【ＦＩ】

G01R31/08

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022013126

(22)【出願日】2022-01-31

(71)【出願人】

【識別番号】000144991

【氏名又は名称】株式会社四国総合研究所

(71)【出願人】

【識別番号】000221546

【氏名又は名称】東電設計株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100123984

【弁理士】

【氏名又は名称】須藤 晃伸

(74)【代理人】

【識別番号】100102314

【弁理士】

【氏名又は名称】須藤 阿佐子

(74)【代理人】

【識別番号】100159178

【弁理士】

【氏名又は名称】榛葉 貴宏

(72)【発明者】

【氏名】中西 美一

(72)【発明者】

【氏名】二村 喜博

【テーマコード（参考）】

2G033

【Ｆターム（参考）】

2G033AA01

2G033AB01

2G033AC02

2G033AD18

2G033AD21

2G033AE01

2G033AF02

(57)【要約】

【課題】落雷による地絡と、鳥獣などの飛来物の接触による地絡の両方を安定して検出することができる地絡検出装置、地絡監視装置、および地絡監視システムを提供する。
【解決手段】送電鉄塔２の鉄塔脚に設置され、地絡を検出する地絡検出装置であって、鉄塔脚に流れた電流をトリガーとして、起動信号を出力する地絡電流検出部１２，１４と、地絡電流による磁束密度を計測する磁気センサー１６，１７と、地絡電流検出部１２，１４から起動信号を受信した場合に、磁気センサー１６，１７に地絡電流による磁束密度を計測させる制御部１５とを有する、地絡検出装置。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

送電鉄塔の鉄塔脚に設置され、地絡を検出する地絡検出装置であって、
前記鉄塔脚に流れた電流をトリガーとして、起動信号を出力する地絡電流検出部と、
地絡電流による磁束密度を計測する磁気センサーと、
前記地絡電流検出部から前記起動信号を受信した場合に、前記磁気センサーに前記地絡電流による磁束密度を計測させる制御部と、を有する地絡検出装置。

【請求項2】

遠隔地にデータを送信可能な通信部をさらに有し、
前記制御部は、前記磁束密度の計測データに基づく、地絡電流の大きさを加味した地絡監視データを、前記通信部に送信させる、請求項１に記載の地絡検出装置。

【請求項3】

前記地絡電流検出部は電流トランスを有する、請求項１または２に記載の地絡検出装置。

【請求項4】

前記磁気センサーは複数の計測軸を有しており、
前記制御部は、前記磁気センサーから取得した前記複数の計測軸における磁束密度の計測データを合成することで地絡監視データを生成する、請求項１ないし３のいずれかに記載の地絡検出装置。

【請求項5】

前記制御部は、前記磁気センサーの計測データに基づく時系列データに基づいて、地絡電流の波形を加味した地絡監視データを生成する、請求項１ないし４のいずれかに記載の地絡検出装置。

【請求項6】

前記制御部は、消費電力を抑制する待機モードと、前記地絡電流検出部から出力された前記起動信号により起動し、地絡電流を計測する計測モードと、を有し、
前記制御部は、前記磁気センサーの計測データに基づいて地絡監視データを生成し、
前記地絡監視データは、磁束密度の計測データに基づくデータを第１の時間間隔ごとに積算して得られた第１の地絡監視データと、前記第１の時間間隔よりも間隔の狭い第２の時間間隔ごとに積算して得られた第２の地絡監視データとから構成される、請求項１ないし５のいずれかに記載の地絡検出装置。

【請求項7】

前記第１の地絡監視データは、前記起動信号による起動から第１時間が経過するまでの間に得られた時系列データであり、
前記第２の地絡監視データは、前記起動信号による起動から前記第１時間よりも短い第２時間が経過するまでの間に得られた時系列データである、請求項６に記載の地絡検出装置。

【請求項8】

請求項１ないし７のいずれかに記載の複数の地絡検出装置と通信可能に構成された地絡監視装置であって、
前記複数の地絡検出装置から受信した地絡監視データに基づいて、地絡電流が発生した送電鉄塔を特定し、発生した地絡電流に関する情報を出力する、地絡監視装置。

【請求項9】

請求項１ないし７のいずれかに記載の複数の地絡検出装置と、
前記複数の地絡検出装置と通信可能に構成された地絡監視装置と、を備え、
前記地絡監視装置は、前記複数の地絡検出装置から受信した地絡監視データに基づいて、地絡電流が発生した送電鉄塔を特定し、発生した地絡電流に関する情報を出力する、地絡監視システム。

【請求項10】

前記複数の地絡検出装置は、送電鉄塔の碍子よりも上部に取り付けられており、
前記地絡監視装置は、前記複数の地絡検出装置のうち、上方向の地絡電流が検出された地絡検出装置が取り付けられた送電鉄塔を地絡の発生地点として検出する、請求項９に記載の地絡監視システム。

【請求項11】

前記複数の地絡検出装置は、前記地絡監視データを送信する際の送信遅延時間の情報を予め記憶しており、前記送信遅延時間が経過した後に、前記地絡監視データを送信する、請求項９または１０に記載の地絡監視システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、送電鉄塔における落雷や鳥獣などに起因する地絡を検出する地絡検出装置、地絡監視装置、および地絡監視システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、送電鉄塔に流れる地絡電流や、当該地絡電流により生じた電界や磁界を検出することで、地絡の発生を検出する技術が知られている（たとえば、特許文献１～３）。
ここで、地絡電流は、送電鉄塔の碍子の絶縁が破壊され、送電線から電流が鉄塔脚および架空地線を通って地面へ流れる現象であり、碍子の絶縁が破壊される要因としては、送電鉄塔への落雷や、鳥獣などの飛来物の碍子への衝突などが挙げられる。送電鉄塔への雷撃電流は、数千～数万Ａと大きいため、簡易なサーチコイルを用いた検知装置が既に製品化されているが、鳥獣などの飛来物による碍子接触を起因とする微小地絡では鉄塔脚に流れる電流が数十Ａと小さく、また、その継続時間が数サイクル以下と短いため、有効な検知・計測手段は実用化されていない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平８－１３６６０５号公報

【特許文献2】特開２０１３－１９７５３号公報

【特許文献3】特開２００７－１６３３８１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

近年、落雷による地絡と、鳥獣などの飛来物による接触による地絡の両方を適切に検出することができる地絡検出装置が希求されているが、鳥獣などの飛来物の接触により生じる微小な地絡電流を計測するためには、高感度の電流トランス（ＣＴ）を使用する必要がある。しかしながら、鳥獣などの飛来物の接触により生じる地絡電流を検出するために高感度の電流トランスを鉄塔脚に取り付けた場合、落雷時には、巨大なｄｉ／ｄｔ（電流変化率）により電流トランスのコイルで巨大なインパルス電圧が誘起され計測回路を破壊してしまうおそれがあり、落雷による地絡と、鳥獣などの飛来物による接触による地絡の両方を検出することは困難であった。また、雷撃電流に続いて地絡電流が発生する場合には、電流トランスのコアが雷撃電流により発生する磁界の影響で飽和してしまい、一時的に電流トランスが動作不良となるため、地絡電流を計測できないという問題もあった。

【0005】

さらに、従来は、地絡電流の発生の有無を検出することはできるが、微小地絡の発生原因や、碍子などへの被害度合いの推定のためには、地絡電流の発生の有無を検知するだけでは十分ではなく、地絡電流の大きさや地絡電流の波形（地絡電流の大きさの時間変化）を示す地絡監視データを出力できることが望ましい。加えて、メンテナンスの面から、当該地絡監視データを遠隔地まで送信できることが好ましい。

【0006】

本発明は、落雷による地絡と、鳥獣などの飛来物の接触による地絡の両方を安定して検出することができ、検出した地絡電流の大きさを加味した地絡監視データを遠隔に送信することができる地絡検出装置、地絡監視装置および地絡監視システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係る地絡検出装置は、送電鉄塔の鉄塔脚に設置され、地絡を検出する地絡検出装置であって、前記鉄塔脚に流れた電流をトリガーとして、起動信号を出力する地絡電流検出部と、地絡電流による磁束密度を計測する磁気センサーと、前記地絡電流検出部から前記起動信号を受信した場合に、前記磁気センサーに前記地絡電流による磁束密度を計測させる制御部と、を有する。
上記地絡検出装置において、遠隔地にデータを送信可能な通信部をさらに有し、前記制御部は、前記磁束密度の計測データに基づく、地絡電流の大きさを加味した地絡監視データを、前記通信部に送信させる構成とすることができる。
上記地絡検出装置において、前記地絡電流検出部は電流トランスを有する構成とすることができる。
上記地絡検出装置において、前記磁気センサーは複数の計測軸を有しており、前記制御部は、前記磁気センサーから取得した前記複数の計測軸における磁束密度の計測データを合成することで、地絡監視データを生成する構成とすることができる。
上記地絡検出装置において、前記磁気センサーの計測データに基づく時系列データに基づいて、地絡電流の波形を加味した地絡監視データを生成する構成とすることができる。
上記地絡検出装置において、前記制御部は、消費電力を抑制する待機モードと、前記地絡電流検出部から出力された前記起動信号により起動し、地絡電流を計測する計測モードと、を有し、前記制御部は、前記磁気センサーの計測データに基づいて地絡監視データを生成し、前記地絡監視データは、磁束密度の計測データに基づくデータを第１の時間間隔ごとに積算して得られた第１の地絡監視データと、前記第１の時間間隔よりも間隔の狭い第２の時間間隔ごとに積算して得られた第２の地絡監視データとから構成される構成とすることができる。
上記地絡検出装置において、前記第１の地絡監視データは、前記起動信号による起動から第１時間が経過するまでの間に得られた時系列データであり、前記第２地絡監視データは、前記起動信号による起動から前記第１時間よりも短い第２時間が経過するまでの間に得られた時系列データである構成とすることができる。
本発明に係る地絡監視装置は、上記複数の地絡検出装置と通信可能に構成された地絡監視装置であって、前記複数の地絡検出装置から受信した地絡監視データに基づいて、地絡電流が発生した送電鉄塔を特定し、発生した地絡電流に関する情報を出力する。
本発明に係る地絡監視システムは、上記複数の地絡検出装置と、前記複数の地絡検出装置と通信可能に構成された地絡監視装置と、を備え、前記地絡監視装置は、前記複数の地絡検出装置から受信した地絡監視データに基づいて、地絡電流が発生した送電鉄塔を特定し、発生した地絡電流に関する情報を出力する。
上記地絡監視システムにおいて、前記複数の地絡検出装置は、送電鉄塔の碍子よりも上部に取り付けられており、前記地絡監視装置は、前記複数の地絡検出装置のうち、上方向の地絡電流が検出された地絡検出装置が取り付けられた送電鉄塔を地絡の発生地点として検出する構成とすることができる。
上記地絡監視システムにおいて、前記複数の地絡検出装置は、前記地絡監視データを送信する際の送信遅延時間の情報を予め記憶しており、前記送信遅延時間が経過した後に、前記地絡監視データを送信する構成とすることができる。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、電流トランスで検出した地絡電流をトリガーとして磁気センサーに地絡電流の磁束密度を計測させることができるため、低感度の電流トランスを用いても、飛来物の衝突などによる微小な地絡電流も検出することができ、落雷による地絡と飛来物の接触による地絡の両方を安定して検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本実施形態に係る地絡監視システムの構成図である。

【図2】本実施形態に係る地絡検出装置の取り付け状態を説明するための図である。

【図3】本実施形態に係る地絡検出装置の取り付け方法を説明するための図である。

【図4】本実施形態に係る地絡検出装置の構成図である。

【図5】本実施形態に係る地絡電流検出回路の電気回路を示す図である。

【図6】本実施形態に係る地絡検出装置における、地絡電流の発生から制御回路の起動までにかかる時間を説明するためのグラフである。

【図7】地絡監視データの作成方法を説明するためのグラフである。

【図8】本実施形態に係る地絡監視処理を示すフローチャートである。

【図9】実施例において計測した磁束密度の計測結果の一例を示すグラフである。

【図10】実施例において計測した磁束密度の計測時間と地絡観測データとの関係を示すグラフである。

【図11】耐雷撃試験の試験結果を示す図である。

【図12】地絡の発生地点の検出方法を説明するための図である。

【図13】地絡監視データの送信遅延時間を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下に、図に基づいて、本実施形態に係る地絡監視システム１について説明する。図１は、本実施形態に係る地絡監視システム１の構成図である。図１に示すように、本実施形態に係る地絡監視システム１は、地絡検出装置１０，１０ａ、広域通信網中継装置２０、および地絡監視装置３０から構成される。なお、図１に示す地絡検出装置１０，１０ａは、無線中継機能を有していないものを符号１０で、無線中継機能を有しているものを符号１０ａで示している。また、広域通信網中継装置２０は、４Ｇ、５Ｇ、光ファイバなどの通信が可能な通信装置である。

【0011】

本実施形態では、図１に示すように、地絡検出装置１０，１０ａおよび広域通信網中継装置２０は、送電鉄塔２に取り付けられており、無線通信により互いに情報の授受が可能となっている。また、広域通信網中継装置２０は、遠隔地に設置された地絡監視装置３０と、４Ｇ、５Ｇなどの無線通信または光ファイバなど有線通信により情報の授受が可能となっている。本実施形態では、数個から数十個の地絡検出装置１０に対して、１台の無線中継機能付きの地絡検出装置１０ａが設置されている。地絡検出装置１０と無線中継機能付きの地絡検出装置１０ａとは５ｋｍ以内に設置され、また、無線中継機能付きの地絡検出装置１０ａ同士は５０ｋｍ以内に設置されることが好ましい。また、無線通信で接続された無線中継機能付きの地絡検出装置１０ａの１つには広域通信網中継装置２０が無線または有線にて接続されている。なお、図１に示す例では、広域通信網中継装置２０が、送電鉄塔２に取り付けられている構成を例示しているが、送電鉄塔２から離れた地点に設置する構成とすることもできる。以下においては、まず、本実施形態に係る地絡検出装置１０，１０ａについて説明する。

【0012】

図２は、本実施形態に係る地絡検出装置１０，１０ａの送電鉄塔２への取り付け状態を示す図である。本実施形態に係る地絡検出装置１０，１０ａは、図２に示すように、付属の取付アーム２１，２２により、送電鉄塔２に固設される。また、地絡検出装置１０，１０ａは、図２に示すように、主に、装置本体１１と、電流トランス１２とから構成され、装置本体１１と電流トランス１２との間に配線ケーブル１３が介装されている。

【0013】

図３に、本実施形態に係る地絡検出装置１０，１０ａの取り付け方法について説明する。図３（Ａ）は、本実施形態に係る地絡検出装置１０，１０ａを送電鉄塔２に取り付けた状態を上から見た図であり、図３（Ｂ）は、本実施形態に係る地絡検出装置１０，１０ａを送電鉄塔２に取り付けた状態を横から見た図である。図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、取付アーム２１，２２は、長手部２１１，２２１と、端部が略直角に２つに分岐した取付部２１２，２２２とを有している。取付部２１２，２２２は、図３（Ｂ）に示すように、長手部２１１，２２１の幅Ｈ１よりも広い幅Ｈ２を有しており、取付部２１２，２２２を送電鉄塔２に押し当てた状態でステンレスベルト２３を巻いて固定することで、取付アーム２１，２２を送電鉄塔２に簡単に取り付け可能となっている。なお、取付アーム２１，２２は、非磁性体の素材であれば特に限定されず、たとえば、アルミニウムやアルミニウム合金などの金具で形成することができる。

【0014】

電流トランス１２は、送電鉄塔２の鉄塔脚に取り付けられ、電流トランス１２のコアの内側に、送電鉄塔２の鉄塔脚が挿通されるように設置される。送電鉄塔２の鉄塔脚に、地絡電流が流れると、地絡電流が発生した瞬間のｄｉ／ｄｔ（電流変化率）により、電流トランス１２のコイルに誘起電圧が生じ、二次電流が配線ケーブル１３を介して、装置本体１１へと出力される。なお、地絡電流は碍子の絶縁破壊により発生し、鳥獣などの飛来物の接触による微小地絡である場合でも、地絡電流の発生時のｄｉ／ｄｔ（電流変化率）は大きくなる。そのため、鳥獣などの飛来物の接触により地絡電流が生じた場合でも、装置本体１１へと二次電流を出力することができる。

【0015】

本実施形態に係る電流トランス１２は、地絡電流の有無を検出することができるものであれば十分であり、たとえば、電磁鋼板などをコアとした低感度の電流トランスを用いている。ここで、電流トランスで地絡電流そのものを計測しようとすると、コアを貫通する電線に流れる電流から発生する磁界でコアが飽和しないように、計測しようとする電流の大きさに比例してコアの断面積を大きくする必要があり、発生する磁界が大きい雷撃電流を検出する場合には、電流トランスは、非常に重く、高価なものを使用する必要があった。しかしながら、本実施形態において、電流トランス１２は、雷撃電流および地絡電流の立ち上がり（または雷撃電流および地絡電流の有無）を検知するだけの構成であるため、従来の電流トランスに比べてコアの断面積を小さくすることができ、また、コアの材料もフェライトのような高価な材料ではなく、安価な電磁鋼板を利用することができる。なお、電磁鋼板は、非透磁率は非常に高いが、磁気飽和を起こした瞬間に非透磁率が１となる性質を有するため、地絡電流の立ち上がり検知時（比較的低い磁界に曝される場合）には高い透磁率で地絡電流を検出することができ、また、雷撃電流のような強い磁界に曝された場合は、非透磁率が１となり余分なエネルギーがコイルに伝わることを防ぐことができる。さらに、電流トランスのコイルに誘起される電圧はコアを貫通する電流の電流変化率（ｄｉ／ｄｔ）に比例して発生するため、本実施形態において低感度の電流トランス１２を用いた場合でも、地絡電流または雷撃電流の開始時の大きなｄｉ／ｄｔによって、装置本体１１の起動に必要十分な電圧を得ることができる。加えて、本実施形態に係る電流トランス１２では、コアの断面積が小さいことで、ある程度以上の電流が流れるとその磁界でコアが飽和し、その瞬間にコアの比透磁率が１になるため、必要以上に大きなエネルギーがコイルへと伝わることが防止され、コイルへの誘起電圧を抑制することが可能となる。

【0016】

図４は、本実施形態に係る地絡検出装置１０，１０ａの構成図である。地絡検出装置１０，１０ａの装置本体１１は、図４に示すように、地絡電流検出回路１４と、制御回路１５と、磁気センサー１６，１７と、通信部１８と、記憶部１９と、乾電池１１０とを内蔵する。なお、本実施形態においては、電流トランス１２および地絡電流検出回路１４を併せて地絡電流検出部とも称す。

【0017】

図５は、地絡電流検出回路１４の回路構成図である。地絡電流検出回路１４は、地絡電流により生じた電流トランス１２の誘起電圧を検出する回路であるとともに、過電圧保護回路としても機能する回路である。地絡電流検出回路１４は、図５に示すように、電圧抑制バリスタ１４１と、電圧抑制ツェナーダイオード１４２と、光絶縁１４３とを有する。電圧抑制バリスタ１４１および電圧抑制ツェナーダイオード１４２は、地絡電流により電流トランス１２に生じた誘起電圧を抑制し、制御回路１５の起動に必要な起動信号を出力するための電圧を得る機能を有する。また、光絶縁１４３は、たとえばフォトカプラやデジタルアイソレータを用いて構成することができ、回路を物理的に絶縁するとともに、地絡電流による電流トランス１２の誘起電圧に基づいて、乾電池１４４の電圧による電気信号を、制御回路１５の起動信号として、制御回路１５側へと出力する。このように、本実施形態では、地絡電流検出回路１４を、バリスタ、ダイオード、抵抗、トランジスタ、フォトカプラなどで構成することができ、雷撃によるインパルス電圧から装置を保護することが可能となっている。

【0018】

制御回路１５は、地絡電流が発生した場合に、磁気センサー１６，１７から磁束密度の計測データを取得し、当該計測データに基づく地絡監視データを、通信部１８を介して、広域通信網中継装置２０へと送信する機能を有する。また、本実施形態において、制御回路１５は、乾電池１１０と接続しており、通常時（地絡電流が発生していない場合）は、最低限の消費電力で待機状態となっている。そして、地絡電流検出回路１４から起動信号が送信されると、制御回路１５は動作状態へと移行し、磁気センサー１６，１７を動作させ、磁束密度の計測を開始させる。また、制御回路１５は、磁気センサー１６，１７による磁束密度の計測データを受信すると、計測データを記憶部１９（たとえば、ｍｉｃｒｏＳＤ（登録商標）などの外付けの記憶デバイス）に記憶するとともに、計測データに基づく地絡監視データを生成する。なお、地絡監視データの生成方法の詳細については後述する。さらに、制御回路１５は、磁気センサー１６，１７による磁束密度の計測が開始されてから一定期間が経過すると、磁気センサー１６，１７の動作を終了させ、再び待機状態へと移行する。なお、制御回路１５は、通常時は、２０μＡ程度の極低消費電力で待機状態とすることができる。この場合、単三型リチウム乾電池４本で１０年以上の動作が可能である。

【0019】

ここで、本実施形態に係る磁気センサー１６，１７について説明する。磁気センサー１６，１７は、送電鉄塔２の鉄塔脚における磁束密度を計測するセンサーである。本実施形態において、磁気センサー１６，１７は、３軸方向（本実施形態では、Ｘ軸方向（送電線の延伸方向）、Ｙ軸方向（鉄塔脚の延伸方向）、およびＺ軸方向（送電線の延伸方向と略水平面上で交差する方向））の磁束密度を計測可能なセンサーである。この場合、送電線電流により生じる磁束密度は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向で計測することができ、地絡による磁束密度は、Ｚ軸方向で計測することができる。そのため、磁気センサー１６，１７または制御回路１５は、Ｚ軸方向の磁束密度を、地絡による磁束密度として、送電線電流による磁束密度とは分けて、計測することができる。ただし、本実施形態では、地絡検出装置１０，１０ａ（より正確には磁気センサー１６，１７）の傾きの誤差を考慮して、３軸の磁束密度を計測するが、磁気センサー１６，１７としては、３軸方向の磁束密度を計測する磁気センサーに限定されず、Ｚ軸方向のみを計測する１軸方向の磁束を計測する磁気センサーを用いることもできる（詳細は後述する。）。

【0020】

磁気センサー１６，１７は、一定の時間間隔（たとえば２ミリ秒間隔）で、磁束密度を計測することができ、計測した磁束密度を順次制御回路１５へと出力する。磁気センサー１６，１７の種類は、特に限定されず、たとえば、ＡＭＲ磁気センサー、ＧＭＲ磁気センサー、ＴＭＲ磁気センサーなどを用いることができるが、本実施形態では、高感度のＴＭＲ磁気センサーを用いることとする。なお、本実施形態では、２つの磁気センサー１６，１７を有する構成を例示したが、この構成に限定されず、１つまたは３つ以上の磁気センサーを有する構成とすることができる。

【0021】

また、鉄塔脚から磁気センサー１６，１７までの距離は、特に限定されないが、５０～１５０ｍｍとすることが好ましい。本実施形態では、鉄塔脚から磁気センサー１６，１７までの距離がそれぞれ異なるように、磁気センサー１６，１７が配置される。磁気センサー１６，１７を鉄塔脚から異なる距離に複数個配置することで、磁気センサー１６，１７による磁束密度の計測範囲を任意に拡大可能とすることができる。すなわち、鉄塔脚から磁気センサー１６，１７までの距離が遠いほど、地絡電流による磁束密度は減衰し、たとえば、鉄塔脚から磁気センサー１６，１７までの距離が遠いほど、電流値の高い地絡電流を計測することができる。このような性質を利用して、磁気センサー１６，１７を鉄塔脚から異なる距離に複数個配置することで、電流値の異なる地絡電流を（たとえば鉄塔脚からの距離を５０ｍｍとすることで０．２～３００Ａの地絡電流を、距離を１００ｍｍとすることで０．５～６００Ａの地絡電流を）、磁気センサー１６，１７で計測することが可能となる。

【0022】

ここで、図６は、本実施形態に係る地絡検出装置１０，１０ａにおける、地絡電流の発生から制御回路１５の起動までにかかる時間を説明するためのグラフである。また、図６（Ａ）は、絶縁破壊が交流ゼロクロス点から離れて発生した場合の、地絡電流、電流トランス１２の誘起電圧および起動信号の出力の一例を示し、図６（Ｂ）は、絶縁破壊が交流ゼロクロス点で発生した場合の、地絡電流、電流トランス１２の誘起電圧（ＣＴ電圧）および起動信号（起動トリガー）の出力の一例を示す。

【0023】

図６（Ａ）に示すように、絶縁破壊が交流ゼロクロス点から離れて発生した場合には、地絡電流はステップ状に立ち上がるため、地絡電流が極大となる前に、電流トランス１２にスパイク上の誘起電圧が発生し、地絡電流検出回路１４から起動信号が出力される。この場合、図６（Ａ）に示すように、地絡電流の発生から約１０マイクロ秒程度で磁気センサー１６，１７により磁束密度の計測が開始される。一般に、地絡電流による磁束密度は、地絡電流の発生から約１秒程度は観測することができるため、本実施形態に係る構成では、地絡電流による磁束密度を十分に検出できることがわかる。また、稀ではあるが、図６（Ｂ）に示すように、絶縁破壊が交流ゼロクロス点で発生した場合でも、地絡電流が一定以上となるタイミングで、地絡電流検出回路１４から起動信号が制御回路１５へと出力され、磁気センサー１６，１７による計測が開始される。この場合、地絡電流の電流値の大きさによっても変わるが、たとえば、地絡電流が１０Ａとなった場合に起動信号が出力される設定では、図６（Ｂ）に示すように、地絡電流が発生してから約５ミリ秒程度で磁気センサー１６，１７による磁束密度の計測を開始することができ、また、地絡電流が２０Ａとなった場合に起動信号が出力される設定では、地絡電流が発生してから約３ミリ秒程度で磁気センサー１６，１７による磁束密度の計測を開始することができる。

【0024】

次に、制御回路１５による地絡監視データの作成方法について説明する。ここで、図７は、地絡監視データの作成方法を説明するためのグラフであり、図７（Ａ）は磁気センサー１６，１７から出力された磁束密度の計測データ（１軸での磁束密度）を示し、図７（Ｂ）は、磁気センサー１６，１７による磁束密度の計測開始から２秒経過まで、０．１秒間隔で取得した磁束密度の計測データに基づく地絡監視データを示し、図７（Ｃ）は、磁気センサー１６，１７による計測開始から０．２秒経過まで、０．０１秒間隔で取得した磁束密度の計測データに基づく地絡監視データを示す。

【0025】

本実施形態において、制御回路１５は、まず、図７（Ａ）に示すように、磁気センサー１６，１７から出力された３軸方向の磁束密度の計測結果を取得し、３軸方向の磁束密度の計測結果を、記録開始日時をファイル名として、制御回路１５に備える記憶部１９に記憶する。なお、制御回路１５が記憶する磁束密度の計測データのデータ量は、たとえば、２バイト×３軸×５００Ｈｚ×２秒＝６０００バイトとすることができる。また、磁束密度の計測データのゼロ点は環境磁場、センサドリフトの影響で変動するため、制御回路１５は、計測軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）ごとに、２秒間の全データの平均値をゼロ点とすることができる。

【0026】

さらに、制御回路１５は、３軸での磁束密度の計測データを合成することで、地絡監視データを生成する。具体的には、制御回路１５は、所定時間ごとに、３軸の磁束密度瞬時値を取得し、取得した３軸の磁束密度瞬時値のベクトル長を合計した数値（Σ√（Ｘ^２+Ｙ^２＋Ｚ^２））を、地絡監視データとして算出する。このように、３軸の磁束密度瞬時値のベクトル長の合計を、地絡監視データとして算出することで、磁気センサー１６，１７の電流重心軸に対する取り付け角度の影響を低減することができる。

【0027】

また、制御回路１５は、図７（Ｂ）に示すように、磁気センサー１６，１７による磁束密度の計測開始から２秒経過するまでは、３軸の磁束密度の瞬時値を合成した合成値を０．１秒間隔で積算し、積算した積算値の時系列データを、地絡監視データ（第１の地絡監視データ）として出力する。具体的には、制御回路１５は、磁気センサー１６，１７による磁束密度の計測開始から２秒経過するまでは、０．００２秒（５００Ｈｚ）間隔で得られた３軸の磁束密度の瞬時値を合成して合成値を得るとともに、０．００２秒間隔で得られた合成値を０．１秒間隔で積算する。そして、制御回路１５は、算出した積算値の時系列データを、第１の地絡監視データとして出力する。さらに、制御回路１５は、これと並行して、図７（Ｃ）に示すように、磁気センサー１６，１７による磁束密度の計測開始から０．２秒経過までにおいては、３軸の磁束密度の瞬時値（計測データ）を合成した合成値を、０．０１秒間隔で積算し、積算した積算値の時系列データを、地絡監視データ（第２の地絡監視データ）として出力する。具体的には、制御回路１５は、磁気センサー１６，１７による磁束密度の計測開始から０．２秒経過するまでは、０．００２秒（５００Ｈｚ）間隔で得られた３軸の磁束密度の瞬時値を合成し合成値を得るとともに、０．００２秒間隔で得られた合成値を０．０１秒間隔で積算する。そして制御回路１５は、算出した積算値の時系列データを、第２の地絡監視データとして出力する。そして、制御回路１５は、通信部１８を介して、地絡監視データ（第１の地絡監視データおよび第２の地絡監視データ）を、広域通信網中継装置２０を介して地絡監視装置３０へと送信する。

【0028】

なお、本実施形態において、制御回路１５は、計測開始から開始後２秒まで０．１秒間隔で３軸の磁束密度瞬時値（計測データ）を取得し、地絡監視データを生成するため、これに対する地絡監視データの数は２０となる。また、並行して、制御回路１５は、計測開始から最初の０．２秒間について、０．０１秒間隔でも３軸の磁束密度瞬時値（計測データ）を取得し、地絡監視データを生成するため、これに対する、地絡監視データの数も２０となる。すなわち、本実施形態において、制御回路１５は、磁気センサー１６，１７による磁束密度の計測開始から２秒経過まで、４０回分の地絡監視データを生成する。さらに、本実施形態では、１回分の地絡監視データは２バイトで表現されるため、磁気センサー１６，１７による磁束密度の計測開始から２秒経過までの地絡監視データのデータ量は２×４０＝８０バイトとなる。上述したように、本実施形態では、磁気センサー１６，１７による磁束密度の計測開始から２秒経過までの磁束密度の計測データは６０００バイトであるため、磁束密度の計測データに基づいて地絡監視データを生成することで、データ量を大幅に低減されることとなる。

【0029】

通信部１８は、制御回路１５から出力された地絡監視データを、他の地絡検出装置１０，１０ａまたは広域通信網中継装置２０を介して、地絡監視装置３０へと送信する。また、本実施形態において、通信部１８は、ＬｏＲａ通信規格などのＬＰＷＡ無線通信を行うことが可能となっており、地絡監視データを、たとえば２パケットで送信することができる。本実施形態では、３軸での磁束密度の計測データ（たとえば６０００バイトのデータ量）を合成して地絡監視データ（たとえば８０バイトのデータ量）を生成するため、通信部１８が送信する地絡監視データのデータ量を低減することが可能となっており、その結果、比較的低速なＬＰＷＡ無線通信が使用可能となっている。なお、通信部１８による無線通信の通信距離は、機種などにより適宜異なるが、最大で５ｋｍ、好ましくは５０ｋｍまで無線通信することが可能な機種が好ましい。たとえば、図１に示す例においては、５ｋｍ以下の通信に好ましい、比較的安価な通信部１８を備える地絡検出装置を地絡検出装置１０とし、５０ｋｍ以下の通信に好ましい、比較的高価な通信部１８を有する無線中継機能付きの地絡検出装置を地絡検出装置１０ａとして図示している。この場合、５ｋｍ以下の通信に好ましい地絡検出装置１０の通信装置１８は、たとえば電波出力を２０ｍＷとすることができ、５０ｋｍ以下の通信に好ましい無線中継機能付きの地絡検出装置１０ａの通信装置１８は、たとえば電波出力を２５０ｍＷとすることができる。また、５ｋｍ以下の通信に好ましい地絡検出装置１０の通信装置１８は、消費電力が少ないため乾電池１１０で動作させることができるが、必要に応じて、電波出力を２０ｍＷから２５０ｍＷに変更して地絡監視データを送信する構成とすることができ、この場合も、乾電池１１０で動作させることが可能となっている。一方、無線中継機能付きの地絡検出装置１０ａは地絡検出装置１０からの無線通信を中継するために通信装置１８を常に動作状態としておく必要があり消費電力が大きくなるため、乾電池１１０に代えて、たとえば太陽電池と蓄電池の組み合わせからなる電源を備える構成とすることが望ましい。

【0030】

広域通信網中継装置２０は、地絡検出装置１０，１０ａから受信した地絡監視データを、有線通信または無線通信により、遠隔地にある地絡監視装置３０に送信する。広域通信網中継装置２０は、たとえばＬＴＥ／ＷｉＦｉルーターを有しており、５０ｋｍを超えて、地絡監視データを地絡監視装置３０まで送信可能となっている。

【0031】

地絡監視装置３０は、遠隔地に設置されたパソコンなどの情報端末であり、広域通信網中継装置２０から各地絡検出装置１０，１０ａで生成された地絡監視データを受信する。地絡監視装置３０は、処理装置と、送電鉄塔２の位置情報および各地絡検出装置１０，１０ａの位置情報が付された送電鉄塔マップデータを記憶した記憶装置とを備えている。そして、地絡監視装置３０は、受信した地絡監視データに基づく監視情報を、図１に示すような送電鉄塔マップデータと共にディスプレイ等の表示装置に表示することで、地絡監視システム１の監視者に、地絡の発生や発生地点を把握させることができる。また、地絡監視装置３０は、ユーザーが地絡の発生した送電鉄塔２を指定すると、地絡電流の詳細を示す情報（たとえば、地絡電流の瞬時値、継続時間、あるいは地絡電流の波形情報）をディスプレイに表示させる地絡電流表示機能を備えている。
なお、地絡監視装置３０は、監視者が携帯するスマートフォンやタブレットとすることもでき、地絡監視データに基づくアラートデータを、メールで受信する構成とすることもできる。

【0032】

次に、本実施形態に係る地絡監視システム１の地絡電流監視処理について説明する。図８は、本実施形態に係る地絡監視処理を示すフローチャートである。なお、以下に示すフローチャートは、送電鉄塔２に落雷または鳥獣などの衝突により地絡電流が発生することで開始される。なお、本実施形態において、ステップＳ１０１～Ｓ１０７は、地絡検出装置１０，１０ａにより実行され、ステップＳ１０８およびステップＳ１０９は、地絡監視装置３０により実行される。

【0033】

ステップＳ１０１では、地絡電流が発生したことで、地絡検出装置１０，１０ａの電流トランス１２のコイルに誘起電圧が生じ、誘起電圧に応じた二次電流が配線ケーブル１３を介して、装置本体１１の地絡電流検出回路１４へと出力される。ステップＳ１０２では、地絡電流検出回路１４により、二次電流に基づいて、起動信号を制御回路１５へと出力する処理が行われる。そして、ステップＳ１０３では、制御回路１５により、起動信号が受信され、制御回路１５が待機状態から動作状態へと変更される。

【0034】

ステップＳ１０４では、制御回路１５により、磁気センサー１６，１７の動作が開始され、地絡電流に応じた磁束密度の計測が開始される。なお、磁気センサー１６，１７は、磁束密度を繰り返し計測し、随時、磁束密度の計測データを制御回路１５へと出力する。また、本実施形態では、磁気センサー１６，１７は、３軸の磁束密度を計測しており、３軸の磁束密度の計測データを制御回路１５へと出力する。

【0035】

ステップＳ１０５では、制御回路１５により、ステップＳ１０４で取得された３軸の磁気密度の計測データに基づいて、地絡監視データの生成が行われる。具体的には、本実施形態では、磁気センサー１６，１７は０．００２秒間隔で３軸の磁束密度を計測しており、制御回路１５は、３軸の磁束密度を合成した合成値を０．１秒間隔で積算し、算出した積算値の時系列データを第１の地絡監視データとして生成する。また、制御回路１５は、３軸の磁束密度を合成した合成値を０．０１秒間隔で積算した積算値の時系列データを第２の地絡監視データとして生成する。そして、制御回路１５は、生成した地絡監視データ（第１の地絡監視データおよび第２の地絡監視データ）を、通信装置１８や広域通信網中継装置２０を介して、地絡監視装置３０に送信する。なお、本実施形態では、制御回路１５は、起動信号による起動から２秒が経過するまで、０．１秒ごとに第１の地絡監視データを生成し、起動信号による起動から０．１秒が経過するまで、０．０１秒ごとに第２の地絡監視データを生成する。

【0036】

ステップＳ１０６では、制御回路１５により、起動信号による起動から２秒が経過したか否かの判断が行われる。２秒が経過していない場合は、ステップＳ１０５に戻り、第１の地絡監視データおよび／または第２の地絡監視データを生成する。そして、起動信号による起動から２秒が経過した場合には、ステップＳ１０７に進み、制御回路１５が動作状態から待機状態へと変更される。

【0037】

ステップＳ１０８では、地絡監視装置３０により、各地絡検出装置１０，１０ａから受信した地絡監視データの取得が行われる。なお、図８に示すフローチャートでは、説明の便宜のため、ステップＳ１０８において地絡監視データを受信する工程を例示しているが、実際には、ステップＳ１０５で地絡監視データが送信され次第、適宜、地絡監視装置３０により地絡監視データの受信が行われる。そして、ステップＳ１０９では、受信した地絡監視データを、地絡監視装置３０が有するモニタなどに表示することで、監視者に、地絡監視データに基づく地絡監視情報を把握させることができる。

【実施例0038】

次に、本実施形態に係る地絡検出装置１０，１０ａの実施例について説明する。本実施例では、地絡検出装置１０，１０ａの試作品を製作し、鉄塔脚試験材に電流トランス１２を取り付け、鉄塔脚試験材に模擬地絡電流を通電させた。図９は、模擬地絡電流を発生させた際の本実施例において計測した３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）の磁束密度瞬時値を示すグラフである。なお、図９に示すように、本実施例では、本実施形態に係る地絡検出装置１０，１０ａと同様に、磁気センサー１６，１７が起動してから２秒後が経過するまで磁束密度を計測した。また、本実施例でも、Ｚ軸方向を、送電線の延伸方向と略水平面上で交差する方向とし、Ｚ軸方向において、地絡電流の磁束密度が計測できるように、地絡検出装置１０，１０ａを配置したため、Ｚ軸方向の磁束密度が大きく計測されている。

【0039】

また、図１０は、模擬地絡電流を発生させた際に、本実施例において計測した磁束密度の計測時間と磁束密度の計測データとの関係を示すグラフである。具体的には、図１０（Ａ）では、磁束密度の計測開始から２秒経過するまでにおいて、０．１秒間隔で積算した磁束密度の計測データ（３軸の磁束密度瞬時値）に基づく地絡監視データを示し、図１０（Ｂ）では、計測開始から０．２秒経過までにおいて、０．０１秒間隔で積算した３軸の磁束密度瞬時値に基づく地絡監視データを示す。図９および図１０に示すように、本実施形態に係る地絡検出装置１０，１０ａでは、地絡電流が発生した場合に、制御回路１５が起動し、磁気センサー１６，１７により地絡電流に応じた磁束密度が計測されるとともに、地絡電流に応じた地絡監視データを生成することができることがわかった。

【0040】

また、上記試作品を用いて、本実施形態に係る地絡検出装置１０，１０ａの耐雷撃試験も行った。具体的には、まず、鉄塔脚試験材に、試作品を取り付け、２００Ｖ／１０Ａの模擬地絡電流を流し、試験材表面から２００ｍｍの位置で磁束密度を計測した。計測結果を図１１（Ａ）に示す。図１１（Ａ）に示すように、模擬地絡電流に対して、磁束密度を計測することができた。次に、この試作品に対して、３．８７３ｋＡの模擬雷撃電流を流した。図１１（Ｂ）に計測結果を示す。模擬雷撃電流は、通常の雷撃電流と同様に、１００マイクロ秒以内に０となるように設定されたところ、図１１（Ｂ）には、模擬雷撃電流による磁束密度が計測された。このことから、本実施形態に係る地絡検出装置１０，１０ａでは、雷撃から１００マイクロ秒以内に磁束密度の計測を開始することができ、雷撃の有無を検出することが可能であることがわかった。また、本実施形態に係る地絡検出装置１０，１０ａおよび試作品の磁気センサー１６，１７は、２ミリ秒間隔で磁束密度を計測しているが、図１１（Ｂ）に示すように、２回目の磁束密度の計測（磁気センサー１６，１７の計測開始から２ミリ秒経過後の磁束密度の計測）では、磁束密度の計測値はほぼ０となった。このことから、雷撃電流による強い磁場が磁気センサー１６，１７に与える影響は２ミリ秒以上は継続せず、雷撃電流に続く地絡電流も適切に計測できると考えられる。なお、図１１（Ｂ）において、図１１（Ａ）に示す磁束密度に対して、計測値は非常に低くなっているが、これは、図１１（Ｂ）では、磁束密度変化が１００マイクロ秒しか継続しないため、磁気センサーの応答が追従していないことが原因であると考えられる。

【0041】

図１１（Ｃ）は、１０ｋＡ程度の模擬雷撃電流を複数回印加した後に、模擬地絡電流を流し、磁束密度を計測した結果を示すグラフである。図１１（Ｃ）に示すように、１０ｋＡ程度の模擬雷撃電流を複数回印加した後も、磁束密度の検知は、模擬雷撃電流を流す前の図１１（Ａ）に示す計測値と大きな差異もなく、模擬雷撃電流による電流トランス１２のコアの特性変化、電流トランス１２のコイル、地絡電流検出回路１４、磁気センサー１６，１７などへのダメージは見られず、雷撃電流に続いて発生する地絡電流に対しても、実用可能であることがわかった。

【0042】

次に、図１２を参照して、本実施形態における地絡監視システム１における地絡の発生地点の検出方法について説明する。地絡が発生した場合、地絡が発生した送電鉄塔２から当該送電鉄塔２に隣接する送電鉄塔に、架空地線を経由して地絡電流が伝わり、隣接する送電鉄塔２に順次地絡電流が流れることとなる。たとえば、図１２に示す例では、中央の送電鉄塔２に地絡が発生すると、左右に隣接する送電鉄塔２にも地絡電流が架空地線を経由して伝わることとなる。この場合、図１２に示すように、地絡電流の電流値は、地絡が発生した碍子から上下方向に分かれるため、地絡が発生した碍子の上下方向で分流し、さらに、地絡が発生した送電鉄塔２から隣接する送電鉄塔２へはそれぞれ左右に分流する。このように、地絡が発生した送電鉄塔２から離れた送電鉄塔２ほど地絡電流は減衰するため、地絡監視装置３０は、各送電鉄塔２の地絡電流の電流値を比較することで、地絡が発生した送電鉄塔２を特定する構成とすることができる。

【0043】

また、図１２に示すように、地絡が発生した送電鉄塔２では、地絡が発生した碍子よりも上部の位置においては、上方向に地絡電流が流れ、上方向の地絡電流に応じた位相の磁束密度が計測されることとなる（図１２の下部参照）。これに対して、地絡が発生していない送電鉄塔２では、碍子よりも上部に地絡検出装置１０，１０ａを設置している場合でも、下方向に地絡電流が流れるため、下方向の地絡電流に応じた位相の磁束密度が計測されることとなる（図１２の下部参照）。そのため、本実施形態では、各地絡検出装置１０，１０ａを碍子よりも上部に配置し、地絡監視装置３０において、上方向の地絡電流に応じた磁束密度が計測された地絡検出装置１０，１０ａを検出することで、地絡が発生した送電鉄塔２に取り付けられた地絡検出装置１０，１０ａを特定する構成とすることもできる。また、地絡監視装置３０は、各送電鉄塔２の地絡検出装置１０，１０ａで検出した地絡電流の電流値を比較すること、および、上方向の地絡電流に応じた磁束密度が計測された地絡検出装置１０，１０ａを検出することを組み合わせることで、地絡が発生した送電鉄塔２をより高い精度で特定する構成とすることもできる。

【0044】

また、上述したように、地絡電流が発生した場合、架空地線を介して、隣接する送電鉄塔２に順次地絡電流が流れるため、各送電鉄塔２で一斉に地絡監視データの送信が行われ、地絡監視データの衝突が生じてしまうおそれがある。そこで、本実施形態では、地絡検出装置１０，１０ａごとに、地絡監視データの送信タイミングを変更する制御が行われる。具体的には、地絡検出装置１０，１０ａは、それぞれ異なる、地絡監視データの送信遅延時間の情報を予め記憶しており、決められた送信遅延時間が経過してから地絡監視データを送信する構成となっている。

【0045】

たとえば、図１３に示すように、各送電鉄塔２に取り付けられた各地絡検出装置１０，１０ａは、地絡監視データの送信遅延時間の情報として、特定の遅延番号を予め記憶している。そして、各地絡検出装置１０，１０ａは、地絡電流の検出があった場合には、地絡監視データを、予め記憶された遅延番号×２０秒後に送信する構成とすることができる。たとえば、図１３に示す例では、遅延番号として「３番」が付与された地絡検出装置１０，１０ａ（地絡が発生した送電鉄塔２に取り付けられた地絡検出装置１０，１０ａ）では、３×２０＝６０秒が経過した後に、地絡監視データを送信する構成とすることができ、また、遅延番号として「４番」が付与された地絡検出装置１０，１０ａでは、４×２０＝８０秒が経過した後に、地絡監視データを送信する構成とすることができるため、地絡監視データの送信データの衝突を回避することができる。なお、遅延番号は、図１３に示すように、たとえば７つ隣となる地絡検出装置１０，１０ａまでで、０～６の数字となるように設定することができる。この場合、７つ離れた送電鉄塔２に取り付けられた各地絡検出装置１０，１０ａまでで送信が完了するのは１４０秒となる。なお、地絡電流が発生した送電鉄塔２から７つ離れた送電鉄塔２では、仮に各鉄塔での地絡電流の分流比を１／２とすると、地絡が発生した送電鉄塔２の地絡電流の１／２５６の値となるため、地絡はほぼ検出されないと想定されるため、８つ以上離れた送電鉄塔２に８以上の遅延番号を用いる必要性は低いと考えられる。

【0046】

以上のように、本実施形態に係る地絡検出装置１０，１０ａは、地絡電流を検出する電流トランス１２と、電流トランス１２と電気的に接続し、地絡電流をトリガーとして起動信号を出力する地絡電流検出回路１４と、地絡電流による磁束密度を計測する磁気センサー１６，１７と、起動信号を受信した場合に、磁気センサー１６，１７に地絡電流による磁束密度を計測させる制御回路１５とを有する。これにより、本実施形態に係る地絡検出装置１０，１０ａでは、電流トランス１２は、地絡電流の電流値まで計測する必要がなく、地絡電流の有無のみを検出することができればよいため、大型で高価な高感度の電流トランスは不要となり、雷撃による地絡電流も、鳥獣などの飛来物の衝突による地絡も検出することができる。また、本実施形態において、電流トランス１２は、地絡電流の有無のみを検出することができればよいため、コアの磁気飽和や整流回路の特性を考慮する必要もなく、簡易な構成とすることができるとともに、雷撃時には、電流トランス１２のコアが飽和することで、コイルの誘起電圧が抑制され、過電圧からの装置保護も可能となっている。さらに、本実施形態では、電流トランス１２が、５０／６０Ｈｚの電流変化を計測する必要もないため、電流トランス１２のコアの断面積を小さくすることができ、またコイルの巻き数も少なくすることができ、その結果、地絡検出装置１０，１０ａを安価に製造することが可能となる。このように、本実施形態に係る地絡検出装置１０，１０ａでは、比較的簡易な装置構成でも、落雷による地絡に対しても、鳥獣などの飛来物の接触による地絡に対しても、安定した検出を実現することができる。

【0047】

また、微小地絡の発生原因や、碍子などへの被害度合いを推定するためには、地絡電流の発生を検知するだけでは十分ではなく、地絡電流の大きさや波形（地絡電流の大きさの時系列データ）を計測する必要がある。本実施形態では、磁気センサー１６，１７により地絡電流の磁束密度を計測し、地絡電流の大きさや波形に基づく監視データを生成することができ、地絡電流の有無のみならず、地絡電流の特徴を監視者に把握させることができる。また、通常、地絡電流の波形を検出するためには、センサー系を常時動作させる必要があり、このような構成を採用する場合、電力消費が増大するため、たとえば太陽電池と蓄電池とを組み合わせた電源装置が必須となるが、このような電源装置を用いる構成では、送電鉄塔への設置やメンテナンスが困難となってしまうという問題があった。これに対して、本実施形態に係る地絡検出装置１０，１０ａでは、制御回路１５が、地絡電流をトリガーとして地絡電流検出回路１４から出力された起動信号を受信した場合に起動し、磁気センサー１６，１７に、地絡電流の磁束密度の計測を開始させるため、本実施形態での電力消費量は相対的に低くなり、乾電池１１０を内蔵する構成であっても長期間（たとえば１０年以上）乾電池１１０を交換することなく、地絡電流の検出が可能となる。その結果、太陽電池と蓄電池との組み合わせによる電源装置は不要となり、装置の小型化が可能となるため、地絡検出装置１０，１０ａの設置容易性やメンテナンス性を高めることもできる。

【0048】

さらに、本実施形態に係る地絡検出装置１０，１０ａでは、地絡電流が発生してから５ミリ秒程度という短時間で、地絡電流の磁束密度の計測を開始することができるため、雷撃電流に続く地絡電流を計測することが可能となっている。なお、本実施形態に係る地絡検出装置１０，１０ａにおいては、継続時間が０．１ミリ秒以下である雷撃電流に応じた波形までは計測することはできないが、図１１（Ｂ）に示すように、雷撃自体の検出と記録は可能であるため、たとえば、別途、サーチコイルとコンデンサを組み合わせた雷電流センサーを併用することで、雷電流のおおよその大きさも計測することは可能となる。また、近年は、落雷や飛来物による地絡から電力系統を保護するために、碍子に、雷害防止ホーン付きのアークホーンが設置される場合もあり、このような雷害防止ホーンを取り付けた送電鉄塔では、落雷や飛来物による地絡が発生しても、送電線電圧の低下がほとんど生じず（半サイクル以内にアークが消弧してしまい）、地絡の発生を検出できない場合があった。しかしながら、本実施形態に係る地絡検出装置１０，１０ａでは、地絡電流が発生してから１０マイクロ秒程度で、地絡を検出することができるため、このような雷害防止ホーン付きのアークホーンが設置された送電鉄塔においても地絡を適切に検出することできる。

【0049】

加えて、本実施形態に係る地絡検出装置１０，１０ａでは、磁気センサー１６，１７の３軸方向（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）の磁束密度瞬時値のベクトル長の合計値（Σ√（Ｘ^２+Ｙ^２＋Ｚ^２））とすることで、磁気センサー１６，１７の傾きや、鉄塔脚の形状の影響を排除して、地絡電流による磁束密度を評価することができる。また、本実施形態では、磁気センサー１６，１７の計測軸が送電線電流による磁界のベクトルと直交するように、磁気センサー１６，１７を配置することで、送電線電流による磁界の影響が大きい場合でも、地絡電流を送電線電流と分離して計測することが可能となっている。

【0050】

また、本実施形態に係る地絡検出装置１０，１０ａでは、３軸の磁束密度の計測結果を合成して、データ量の小さい地絡監視データを作成するため、低電力消費のＬＰＷＡ通信で送信することができ、電池交換によるメンテナンスの回数を低減することができる。また、遠隔地の地絡監視装置３０へと無線通信により地絡監視データを送信する構成のため、作業者が送電鉄塔２まで赴かなくても、遠隔地で地絡に関する情報を監視することができ、メンテナンスなどの作業性を高めることができる。

【0051】

以上、本発明の好ましい実施形態例について説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態の記載に限定されるものではない。上記実施形態例には様々な変更・改良を加えることが可能であり、そのような変更または改良を加えた形態のものも本発明の技術的範囲に含まれる。

【0052】

たとえば、上述した実施形態では、３軸の磁束密度瞬時値のベクトル長の合計値（Σ√(Ｘ^２+Ｙ^２＋Ｚ^２)）を、地絡監視データとして算出する構成を例示したが、この構成に限定されず、たとえば、取付アーム２１，２２により地絡検出装置１０，１０ａの傾きを固定し、地絡電流による磁束密度を、送電線電流による磁束密度と分離して、１軸（たとえばＺ軸方向）だけで検出できるようにした場合には、地絡電流による磁束密度の絶対値（たとえばΣ|Ｚ|）を、地絡監視データとして算出する構成とすることもできる。

【0053】

また、上述した実施形態では、磁気センサー１６，１７を起動してから２秒間、磁気センサー１６，１７により磁束密度を計測する構成を例示したが、送電線からの交流磁界の影響が大きい場合には、地絡電流が終了した後にさらに１秒間程度（たとえば、磁気センサー１６，１７を起動してから３秒間程度まで）、磁気センサー１６，１７による磁束密度の計測を継続し、地絡電流が終了した後の１秒間で計測した計測値をバックグランド（ノイズ成分）として、磁気センサー１６，１７を起動してから２秒間までの送電線電流によるノイズを除去する構成とすることもできる。

【0054】

さらに、上述した実施形態では、制御回路１５は、地絡電流検出回路１４から起動信号を受信することで起動する構成を例示したが、この構成に加えて、制御回路１５が、校正や診断のために、所定の時間間隔ごとに、自動で起動する構成としてもよい。たとえば、制御回路１５は、１日１回などの所定の頻度で定期起動し、内部時計を親局と同期させる処理や、図示しない加速度センサーから磁気センサー１６，１７の姿勢を検出する処理や、ハードウェアの自己診断を行う構成とすることができる。また、制御回路１５は、磁気センサー１６，１７の姿勢や、ハードウェアの自己診断の結果を、通信部１８を介して、地絡監視装置３０へと送信する構成とすることもできる。なお、定期起動した際の処理は数秒間程度で完了することができ、定期起動後には待機状態へと戻ることができる。また、定期起動中に地絡が発生する可能性もあるため、制御回路１５は、定期起動した後は直ぐに、地絡電流の有無にかかわらず、磁気センサー１６，１７に５００ｋＨｚで地絡電流の計測を開始させ、地絡が発生した場合には、地絡監視データを生成し、地絡監視装置３０へと送信する構成とすることができる。また、この場合、地絡が発生しない場合には、磁気センサー１６，１７による計測結果は破棄する構成とすることができる。なお、定期起動処理と地絡電流の磁束密度の計測処理とは並列処理することができるため、地絡電流を計測できない時間帯は発生しないこととなる。

【0055】

加えて、上述した実施形態では、地絡電流検出部の一部として低感度の電流トランスを用いる構成を例示したが、この構成に限定されず、たとえば、電流トランスに代えて、サーチコイルやロゴスキーコイルを用いる構成とすることもできる。しかしながら、電流トランスに比べて、サーチコイルやロゴスキーコイルは、飛来物による微小な地絡電流を検出するには感度が低すぎてしまうため、別途、消費電力の大きく高価で脆弱な増幅アンプが必要になる場合があるため、電流トランスを用いる構成の方が好ましい。

【符号の説明】

【0056】

１…地絡監視システム
１０，１０ａ…地絡検出装置
１２…電流トランス
１３…配線ケーブル
１４…地絡電流検出回路
１４１…電圧抑制バリスタ
１４２…電圧抑制ツェナーダイオード
１４３…光絶縁
１４４…乾電池
１５…制御回路
１６，１７…磁気センサー
１８…通信部
１９…記憶部
１１０…乾電池
２１，２２…取付アーム
２１１，２２１…長手部
２１２，２２２…取付部
２３…ステンレスベルト
２０…広域通信網中継装置
３０…地絡監視装置
２…送電鉄塔

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】