JP2012229951A - インパルス電圧試験装置及びその試験方法 - Google Patents

Abstract

【課題】試験対象の微小異常をも適切に検出できるインパルス電圧試験装置提供する。
【解決手段】試験対象１３である巻線機器と並列に異常検出用コンデンサ３１が設けられ、該コンデンサ３１の接地側の電流が電流測定センサ３２にて測定される。測定されたインパルス電圧印加に伴う電流変化に基づいて試験対象１３のインパルス電圧（サージ電圧）に対する耐性の良否判定が行われる。
【選択図】図１

Description

本発明は、インパルス電圧印加による試験対象の耐性試験を行うインパルス電圧試験装置及びその試験方法に関するものである。

電力伝送系路上に備えられる電力機器は、落雷による雷サージ電圧や、開閉器作動時に生じる開閉サージ電圧に対する耐性を備えていなければならない。そのため、従来より、雷サージ電圧や開閉サージ電圧に相当する人工のインパルス電圧を発生させて試験対象の電力機器に印加し、その試験対象の耐性試験を行うインパルス電圧試験装置が知られている。

例えば特許文献１に開示のインパルス電圧試験装置は、変圧器を試験対象とし雷インパルス電圧印加による耐性試験を行うものである。低インピーダンスの変圧器を試験対象とする場合では波頭長及び波尾長の短いインパルス電圧波形となるのを防止するために、同文献１の試験装置ではインパルス電圧発生回路と試験対象との間にリアクトル及び抵抗の並列回路が挿入され、インパルス電圧波形を伸長させるように構成されている。

特開２００９−１６８７３３号公報

ところで、上記の試験装置においては、試験対象の接地側にてインパルス電圧印加に伴う電流変化（電流波形）を測定して試験対象の異常検出が行われている。そのため、変圧器等の巻線機器内部で生じている微小な異常、例えば数百〜数千ターンの巻線のうちの数ターン分の巻線間短絡異常（部分放電）を検出しようとしても、巻線機器に流れる主電流が大きいため、主電流に重畳する微小異常の極めて小さな電流変化を検出するのは非常に困難であった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、試験対象の微小異常をも適切に検出することができるインパルス電圧試験装置及びその試験方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、インパルス電圧印加による試験対象の耐性試験を行うインパルス電圧試験装置であって、前記試験対象と並列に異常検出用コンデンサを設けるとともに、該コンデンサの接地側の電流を測定する電流測定センサを設け、前記電流測定センサにて測定した前記インパルス電圧印加に伴う電流変化に基づいて前記試験対象の耐性の良否判定を行うことをその要旨とする。

この発明では、試験対象と並列に異常検出用コンデンサが設けられ、該コンデンサの接地側の電流が電流測定センサにて測定される。そして、測定されたインパルス電圧印加に伴う電流変化に基づいて試験対象のインパルス電圧（サージ電圧）に対する耐性の良否判定が行われる。これにより、試験対象で生じた部分放電に伴い異常検出用コンデンサにて電流変化が生じるため、試験対象に流れる主電流変化とは異なる電流変化による異常検出が可能となる。つまり、試験対象に流れる主電流に重畳した電流変化による異常検出ではなくなるため、微小異常による小さな電流変化も適切に検出できるようになる。尚、異常検出用コンデンサは、小容量とすることで、試験対象と並列接続することによるインパルス電圧波形への影響も小さく抑えられる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のインパルス電圧試験装置において、前記試験対象は、巻線機器であり、巻線本体とそれに付随する付随部品とが分離可能な構造をなすものであり、前記異常検出用コンデンサの接地側の電流を測定する前記電流測定センサは第１の電流測定センサとして前記巻線本体の異常検出を行うとともに、前記付随部品の接地側の電流を測定する第２の電流測定センサを設け、前記第１及び第２の電流測定センサにて測定した前記インパルス電圧印加に伴う電流変化に基づいて前記試験対象の耐性の良否判定を行うことをその要旨とする。

この発明では、試験対象の巻線機器が巻線本体と付随部品とに分離可能な構造をなすものにおいては、巻線本体とは別に付随部品が接地され、第１の電流測定センサによる異常検出用コンデンサの接地側の電流測定にて、その巻線本体側の異常検出が行われる。一方、第２の電流測定センサによる付随部品の接地側の電流測定にて、その付随部品側の異常検出が行われる。これにより、各電流測定センサにて巻線本体と付随部品とに生じた異常が個別に検出でき、しかも各電流測定センサの配置から各異常に伴う電流変化は逆になるため、いずれの箇所に生じた異常かが容易に判別可能である。

請求項３に記載の発明は、インパルス電圧印加による試験対象の耐性試験を行うインパルス電圧試験方法であって、前記試験対象と並列に設けた異常検出用コンデンサの接地側の電流を電流測定センサにて測定し、その前記電流測定センサにて測定した前記インパルス電圧印加に伴う電流変化に基づいて前記試験対象の耐性の良否判定を行うようにしたことをその要旨とする。

この発明では、請求項１と同様の作用効果を得ることができる。

本発明によれば、試験対象の微小異常をも適切に検出することができるインパルス電圧試験装置及びその試験方法を提供することができる。

第１実施形態におけるインパルス電圧試験装置の回路図である。 同じくインパルス電圧試験装置の動作を説明するための波形図である。 第２実施形態におけるインパルス電圧試験装置の回路図である。 同じくインパルス電圧試験装置の動作を説明するための波形図である。

（第１実施形態）
以下、本発明を具体化した第１実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、本実施形態のインパルス電圧試験装置１０は、インパルス電圧発生回路１１と、該回路１１で発生させたインパルス電圧波形を伸長させる波形伸長回路１２とを備え、電路上の開閉器（図示略）の作動時における開閉サージ電圧に対する耐性を試験する装置である。

インパルス電圧発生回路１１は、ダイオード２１と、充電用コンデンサ２２と、抵抗２３，２４と、放電ギャップスイッチ２５とを備えている。例えば商用交流電源２０からの交流電力が供給される電源線Ｌａ，Ｌｂの内の高電位側の電源線Ｌａにはダイオード２１が設けられ、該ダイオード２１にて交流電力が整流されて直流電力に変換される。ダイオード２１の後段の電源線Ｌａ，Ｌｂ間には充電用コンデンサ２２が接続され、該コンデンサ２２はダイオード２１を経た直流電力に基づいて充電される。充電用コンデンサ２２の後段の電源線Ｌａ上には、抵抗２３と放電ギャップスイッチ２５とが設けられ、更にその後段の電源線Ｌａ，Ｌｂ間には抵抗２４が接続されている。

そして、交流電源２０からの電源供給に基づいて充電用コンデンサ２２が充電され、その充電電圧が所定の放電開始電圧に到達すると、放電ギャップスイッチ２５にて放電が生じて該スイッチ２５が瞬間的に導通状態となって、後段の波形伸長回路１２側に波頭長及び波尾長がともに短いインパルス電圧が出力される。

波形伸長回路１２は、抵抗２６，２７と、リアクトル２８とを備えている。抵抗２６（制動用抵抗）とリアクトル２８とは並列回路を構成して電源線Ｌａ上に設けられ、その後段の電源線Ｌａ，Ｌｂ間に抵抗２７が接続されている。そして、インパルス電圧発生回路１１から出力されたインパルス電圧は、リアクトル２８の電気特性から波頭長及び波尾長が伸長され、出力端子Ｔａ，Ｔｂに接続される試験対象１３、本実施形態では巻線機器（変圧器等）の低インピーダンス機器の耐性試験を行うのに好適なインパルス電圧波形に調整される。

ここで、従来より行われる一般的なインパルス電圧耐性試験では、試験対象１３の巻線機器の接地側に、パルスＣＴ等の変流器よりなる電流測定センサが設置され、該センサによる試験対象１３に流れる主電流の変化を検出し、インパルス電圧に対する耐性に異常があるか否かの判定が行われていた。しかしながら、このような主電流変化による異常検出では、電流値が大きいため、試験対象１３に生じた微小な異常による電流変化が本当に異常によってのものかノイズ等によるものか、重畳する主電流に対してその変化が小さすぎて異常判断が困難であるため、微小異常を見逃す虞もあった。

例えば、試験対象１３の巻線機器を１０００Ｔ（ターン）の巻線機器とし、その１０００Ｔ中の１Ｔで巻線間短絡異常が生じ、全ターン数の０．１％の微小な異常（部分放電）が生じているものとする。試験対象１３が巻線機器である場合、試験対象１３は、リアクトル成分（Ｌ成分）、容量成分（Ｃ成分）及び抵抗成分（Ｒ成分）の並列回路と等価である。試験対象１３の巻線機器に流れる主電流としては、Ｌ成分電流が主体となる。この場合、１Ｔの巻線間短絡異常によるＬ成分電流の増加分は、この０．１％となり、極めて小さい。因みに、この微小異常による電流変化を図２の矢印Ｘにて示すが、誇張してある。

そこで、本実施形態のインパルス電圧試験装置１０では、試験対象１３と並列となるように出力端子Ｔａ，Ｔｂ間に異常検出用コンデンサ３１を接続し、該コンデンサ３１の接地側（電源線Ｌｂ側）にパルスＣＴ等の変流器よりなる電流測定センサ３２を設置し、該センサ３２にて微小異常を含む異常判定を行うようにその手法が変更されている。

この場合、異常検出用コンデンサ３１に本実施形態では小容量のものが用いられる。上記と同様の微小異常に対し、電流測定センサ３２が測定したコンデンサ３１の電流（Ｃ電流）の値は、配線のインピーダンスで制約されるのみであり、大きなピーク電流値が得られる。図２の矢印Ｙにて示すように、この微小異常による電流変化は大きくなる。しかも、試験対象１３を流れる主電流とは独立したＣ電流として検出されるため、微小異常による電流変化が一層検出し易いようになる。結果、このような微小異常であっても、その異常の適切な検出が可能となっている。尚、図２に示すように、電流測定センサ３２での測定電流は、異常検出用コンデンサ３１の充電電流は正側に振れるのに対し、試験対象１３の異常変化は負側に振れる。また、異常検出用コンデンサ３１に小容量のものを使用していることから、インパルス電圧（電流）波形への影響は極めて小さいものとなっている。尚、試験対象１３の巻線機器の主電流を測定する電流測定センサの設置を省略できるが、先の電流測定センサ３２と併用してもよい。

次に、本実施形態の特徴的な効果を記載する。
（１）試験対象１３である巻線機器と並列に異常検出用コンデンサ３１が設けられ、該コンデンサ３１の接地側の電流が電流測定センサ３２にて測定される。そして、測定されたインパルス電圧印加に伴う電流変化に基づいて試験対象１３のインパルス電圧（サージ電圧）に対する耐性の良否判定が行われる。これにより、試験対象１３で生じた部分放電に伴い異常検出用コンデンサ３１にて電流変化が生じるため、試験対象１３に流れる主電流変化とは異なる電流変化による異常検出を行うことができる。つまり、試験対象１３に流れる主電流に重畳した電流変化による異常検出ではなくなるため、微小異常による小さな電流変化も適切に検出することができる。

（２）異常検出用コンデンサ３１には、微小異常（部分放電）においても好適な電流変化が生じるような小容量のものを用いているため、微小異常による電流変化が好適に生じるが、またこのように異常検出用コンデンサ３１を小容量とすることで、試験対象１３と並列接続することによるインパルス電圧波形への影響も小さく抑えることもできる。

（第２実施形態）
以下、本発明を具体化した第２実施形態を図面に従って説明する。
図３に示すように、本実施形態のインパルス電圧試験装置１０ａは、前記第１実施形態の試験装置１０と略同様な構成であり、試験対象１３の巻線機器が巻線本体１３ａとその巻線本体１３ａに付随する鉄心部やシールド等の付随部品１３ｂと分離可能な構造をなしている場合に適した試験装置（手法）となっている。

本実施形態の耐性試験時においては、巻線本体１３ａに対して付随部品１３ｂが分離され、この付随部品１３ｂは個別に接地される。因みに、巻線本体１３ａはＬ成分であるのに対し、鉄心やシールド等の付随部品１３ｂはその巻線本体１３ａと絶縁材料を介して設置されることから、容量成分となる。付随部品１３ｂの接地側にはパルスＣＴ等の変流器よりなる電流測定センサ３３が設置され、異常検出用コンデンサ３１の接地側に設けられる電流測定センサ３２とともに各箇所の電流測定が行われる。そして、各電流測定センサ３２，３３の測定電流（図４中、測定電流１，２）に基づいて、試験対象１３の巻線機器における微小異常を含む異常判定が行われるようになっている。

この場合、巻線本体１３ａ自体の異常判定は、電流測定センサ３２にて測定した異常検出用コンデンサ３１のＣ電流（測定電流１）にて行われ、巻線本体１３ａと付随部品１３ｂとの間や付随部品１３ｂ自身の異常判定は、電流測定センサ３３にて測定した付随部品１３ｂのＣ電流（測定電流２）にて行われる。このようにすると、巻線本体１３ａの異常により電流測定センサ３２の測定部分に流れる電流の方向は、図３の矢印ａ方向であり、付随部品１３ｂの異常により電流測定センサ３３の測定部分に流れる電流の方向は、図３の矢印ｂ方向となり、逆方向に流れる。

つまり、各センサ３２での測定電流の変化が、巻線本体１３ａと付随部品１３ｂとで、図４の矢印Ｙ１，Ｙ２のように異常に伴う電流波形の変化方向（極性）も逆になるため、試験対象１３の巻線機器に生じた異常が巻線本体１３ａ自体なのか、付随部品１３ｂにかかる部分なのかの判定も容易にできるようになっている。

次に、本実施形態の特徴的な効果を記載する。
（１）巻線本体１３ａと鉄心やシールド等の付随部品１３ｂとに分離可能な試験対象１３の巻線機器においては、巻線本体１３ａとは別に付随部品１３ｂが接地され、電流測定センサ３２による異常検出用コンデンサ３１の接地側の電流測定にて、その巻線本体１３ａ側の異常検出が行われる。一方、電流測定センサ３３による付随部品１３ｂの接地側の電流測定にて、その付随部品１３ｂ側の異常検出が行われる。これにより、各電流測定センサ３２，３３にて巻線本体１３ａと付随部品１３ｂとに生じた異常を個別に検出することができ、しかも各電流測定センサ３２，３３の配置から各異常に伴う電流変化は逆になるため、いずれの箇所に生じた異常かを容易に判別することができる。

尚、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記各実施形態の試験装置１０，１０ａの構成は一例であり、適宜変更してもよい。
例えば電流測定センサ３２，３３に変流器を用いたが、その他の電流測定を行うセンサを用いてもよい。

また特に言及しなかったが、抵抗２３，２４，２６，２７のいずれかに可変抵抗を用いて、インパルス電圧波形を調整可能としてもよい。
また上記第２実施形態において、図３に示すように付随部品１３ｂを１つのみ図示したが、付随部品１３ｂを異常検出を行う毎に２以上に分離させてもよく、この場合、分離させた付随部品１３ｂ毎に接地し、各付随部品１３ｂの接地側にそれぞれ電流測定センサ３３を設置して対応する。

・上記各実施形態では、試験対象１３に変圧器等の巻線機器としたが、巻線機器以外の機器を試験対象としてもよい。
・上記実施形態では、開閉サージ電圧に相当するインパルス電圧の耐性試験を行う試験装置１０，１０ａに適用したが、雷サージ電圧等、その他のサージ電圧に相当するインパルス電圧の耐性試験を行う試験装置に適用してもよい。

次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想を以下に追記する。
（イ） 請求項３に記載のインパルス電圧試験方法において、
前記試験対象は、巻線機器であり、巻線本体とそれに付随する付随部品とが分離可能な構造をなすものであり、
前記異常検出用コンデンサの接地側の電流を測定する前記電流測定センサは第１の電流測定センサとして前記巻線本体の異常検出を行うとともに、前記付随部品の接地側の電流を第２の電流測定センサにて測定し、
前記第１及び第２の電流測定センサにて測定した前記インパルス電圧印加に伴う電流変化に基づいて前記試験対象の耐性の良否判定を行うようにしたことを特徴とするインパルス電圧試験方法。

このようにすれば、請求項２と同様の作用効果を得ることができる。

１０，１０ａ…インパルス電圧試験装置、１３…試験対象、１３ａ…巻線本体、１３ｂ…付随部品、３１…異常検出用コンデンサ、３２…電流測定センサ（第１の電流測定センサ）、３３…電流測定センサ（第２の電流測定センサ）。

Claims (3)

1. インパルス電圧印加による試験対象の耐性試験を行うインパルス電圧試験装置であって、
   前記試験対象と並列に異常検出用コンデンサを設けるとともに、該コンデンサの接地側の電流を測定する電流測定センサを設け、
   前記電流測定センサにて測定した前記インパルス電圧印加に伴う電流変化に基づいて前記試験対象の耐性の良否判定を行うことを特徴とするインパルス電圧試験装置。
2. 請求項１に記載のインパルス電圧試験装置において、
   前記試験対象は、巻線機器であり、巻線本体とそれに付随する付随部品とが分離可能な構造をなすものであり、
   前記異常検出用コンデンサの接地側の電流を測定する前記電流測定センサは第１の電流測定センサとして前記巻線本体の異常検出を行うとともに、前記付随部品の接地側の電流を測定する第２の電流測定センサを設け、
   前記第１及び第２の電流測定センサにて測定した前記インパルス電圧印加に伴う電流変化に基づいて前記試験対象の耐性の良否判定を行うことを特徴とするインパルス電圧試験装置。
3. インパルス電圧印加による試験対象の耐性試験を行うインパルス電圧試験方法であって、
   前記試験対象と並列に設けた異常検出用コンデンサの接地側の電流を電流測定センサにて測定し、その前記電流測定センサにて測定した前記インパルス電圧印加に伴う電流変化に基づいて前記試験対象の耐性の良否判定を行うようにしたことを特徴とするインパルス電圧試験方法。

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