JP2012519835A - 高圧インパルス試験システムのシステム構成要素用の装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、好ましくは電力変圧器の品質を保証するための、高圧インパルス試験システムのシステム構成要素のための装置に関する。
本発明によれば、システム構成要素に共通したただ一つの頭部電極を有する共通の基礎フレームは、システム構成要素の空間結合部のために提案される。

Description

本発明は、好ましくは電力変圧器の品質を保証するための、高圧インパルス試験システムのシステム構成要素用の装置に関する。

高圧試験の目的は、三相交流回路における過渡的な過電圧を人工的に生じさせたインパルス状の衝撃を用いてシミュレーションすることである。その際模範的に、例えば落雷により生じる外部の過電圧と、回路内の切換え動作に基づいて生じる内部の回路過電圧は異なる。多数の過電圧現象は、試験目的にとっては規格化された雷サージ電圧と切換えサージ電圧に制限される。この試験電圧のために、特定の許容差内にある電圧上昇、振幅およびリュックアプファル（Ruckabfall）を説明する特性パラメータが規定される。極めて迅速な電圧変化をシミュレートすべきである遮断される雷サージ電圧において、別の特性パラメータとして遮断時間が加わる。パラメータの要求、電圧波形ならびに決定は、非特許文献１に規定されている。実施される規定の試験に応じて、そのために高圧インパルス試験システムは、遮断放電路（Abschneide-Funkenstrecke）のようなインパルス発生器兼補助構成部材、分圧器およびオーバーシュート補正部を備えている。

必要とされるインパルス状の衝撃電圧を発生させるために、年の経過において、特にマルクスの三相交流機が構築された。名前が同じ発明者により１９２３年に開発され、かつ特許文献１の下で特許を付与された切換えタイプは、複数の切換え工程で構成されておりこれらの工程は各々、連続して接続された状態で衝撃容量部と切換え機構、特に切換え放電路および衝撃容量部と切換え機構に対して平行に接続された状態で抵抗、ならびにそれに対して連続して接続された状態で抵抗を備えている。その際、相前後して後続している二つの工程は、平行に接続された状態で充電可能であり、かつ連続して接続された状態で放電可能であるように互いに接続している。

キャパシタは同じチャージ電圧で充電される。この場合、チャージ抵抗はチャージ電流だけを制限するのだけではなく、放電路を用いてキャパシタの短時間の直列接続も許容する。放電路の電撃の広さは、最大のチャージ電圧に達する際に真直ぐにはまだ突き抜けないように選定されている。

キャパシタが、結果として突き抜ける、電圧のほぼ固定した最終値に充電されている後に、最下部の放電路の放電が行われる。最も近い放電路に二重のチャージ電圧がたまり、従って安全性を備えたチャージ電圧が放電される。使用される工程の数とは関係なく、放電の過程は事前に放電した工程のチャージ電圧に基づいて最終工程まで続く。

このようにして、極めて短い時間と同時に大きい振幅の衝撃電圧インパルスが発生可能であり、この衝撃電圧インパルスは特に高圧技術における試験目的と実験に適しており、かつ電磁気的粘稠度における絶縁関係と安定性の証明にも適している。

さらに例えば特許文献２からは、過振動時に負荷容量、すなわち試験設備にかかる電圧が徐々に減ることにより、回路を追加して適当に記載されたマルクスの三相交流機の限定負荷容量を高めることが知られている。直列のオーバーシュート補正部であることを特徴とする回路の追加は、過振動の原因ではなく、補正された状態で負荷容量、すなわち試験設備における過振動を減らす。オーバーシュート補正部は、補正容量部とこの補正容量部に対して平行に接続された少なくとも一つの放電抵抗部、あるいは放電路から成り、回路の追加は試験対象に対して直列の構造でマルクスの増加回路内に取付けることができる。試験対象に対して直列に接続したオーバーシュート補正部のほかに、試験設備に対して平行に接続したこの構造形状を構成することが知られている。特にちょうど記載した構造形状において、このように形成されたオーバーシュート補正部の場合、補正容量部と少なくとも一つの放電抵抗部あるいは放電路は直列に配置されている。

さらに、通常作動時の過電圧の負荷を模造するために、かつ高圧部材の絶縁強度を証明するために、すでに説明したように試験対象に遮断された衝撃インパルス電圧をかけることが必要である。このような規準試験に必要な経過にとって、応力波の開始から経過する所望の時間のわずかマイクロ秒の許容差内の目標に置かれた電圧が遮断されることが必要である。このことは従来技術から、例えば特許文献３からすでに知られているような遮断放電路により技術的に実現されている。

さらに、高圧インパルス試験システムにおいて、試験対象と並んでマルクスの増加回路の最終工程に容量に関する緩衝されたインパルス分圧器も接続されており、このインパルス分圧器は工程の放電の際に生じる雷インパルス電圧を、測定機器および記録機器により処理できる値まで低下させる。

高圧インパルス試験システムの補強されるこれらのシステム構成部材は全て、注目すべき三次元的な大きさを有しており、かつ電圧レベルに依存した所定の最低間隔内で互いに試験場内に配置される必要がある。その上さらに、同じく特定の圧力に依存した、圧力をかけている部材と試験場の境界部の間の最低間隔を守らねばならない。それと同時に、共通の高圧インパルス試験システムの所要床面積も重要である。さらに、試験対象を交換するための変圧器を多数製造する際に、高圧インパルス試験システム全体を移動しなければならない。この場合、マルクスのジェネレータと三つの他の補助構成部材は試験ホールを通って個別に移動され、高圧インパルス試験システムとして再度新たに組立てられ、調節される。この過程は時間がかかり、取扱いが面倒である。

独国特許第４５５９３３号明細書 独国特許出願公開第１９６３９０２３号明細書 東独国特許第１４３１３０号明細書

ＩＣＥ６００６０−１ 出願人社内文書３．６２／４

本発明の課題は、試験ホールを効率よく使用できるように、補助構成部材、特に遮断放電路、オーバーシュート補正部および分圧器の、電圧に関して条件の付いた体積膨張を逓減し、同時に高圧インパルス試験システム全体の空間不足を減らすことである。さらに本発明の課題は、実現すべき直流電気的接続部の数を逓減し、同時に高圧インパルス試験システムの装置の際の時間を設備使用者にかからぬようにさせることである。

この課題は、請求項１の特徴を備えた高圧インパルス試験システムのシステム構成要素のための装置を備えることにより解決される。従属請求項は特に本発明の有利な他の形態に関する。

本発明の共通の構想は、これまで分離した基礎フレームと個々の補助構成部材の各々の頭部電極を、補助構成部材にとって共通な頭部電極を備えた共通の基礎フレームで置換えることにある。さらに補助構成部材すべてのための接続領域として、共通の直流電気的接続点を使用しなければならない。補助構成部材の接続領域が、共通の接続点内で一緒にされることにより、補助構成部材はこの接続領域内において実施される試験時に同一の電位を有する。従って、高圧インパルス試験システムを作動させるために、あとは発電機への接続と試験対象への接続だけが必要である。さらに補助構成部材を共通の基礎フレーム内へ構造的に一緒にすることにより、２〜３年前からある、僅かな所要床面積、容易な搬送性そしてそれに伴う短い設置時間を含めた、高圧インパルス試験システムへの要求に追従することができる。高圧インパルス試験システムの面積大きかったので、各補助構成部材の個別の頭部電極間の所定の電圧に依存した間隔はこれまで大きかった。これら複数の頭部電極を基礎フレームにおける唯一の頭部電極で置換え、さらに補助構成部材を基礎フレーム内で三次元的に一緒にするために、確かに以下の技術的な提起された問題を創意に富むように解決することが必要であった。

補助構成部材を単に三次元的に構成するだけでは、分圧器の精度に悪影響を与える余分な漂遊静電容量（Steukapazitat）が生じる。その際、実施される測定が発生する大きな漂遊静電容量にかかわらず高い精度を示すように、分圧器を調整しなければならない。このことは、本発明によれば、一方では補助構成部材の配設を空間的に限定することにより達せられ、従って寄生容量型作用（parasitare kapazitive Wirkung）は僅かであり、他方においては、使用される補助構成部材の内部の静電容量の設定を限定することにより達せられ、従って結果として生じる全静電容量が正確な測定を妨げない。さらにこのことは分圧器の静電容量と分圧器の抵抗を適切に選定することによっても達せられる。今挙げた調整が可能かどうかの欠けている直線的関係に基づいて、これらのパラメータを決定するための文献においては、たしかに近似モデルだけがあるにすぎず、これにより寄生容量の大きさはシミュレーションにより見積もらねばならない。これらのシミュレーションは引続き開発の試みにおいて検証しなければならない。したがって全体は反復的工程である。

さらに、発生する電圧弧絡（Spannungsuberschlag）を効果的に阻止するために、補助構成部材を三次元的に一緒にすることにより、生じる電磁場を制御しなければならない。特に遮断放電路（Abschneide-Funkenstrecke）の通弧（Durchzunden）は、複雑な過渡的過程と関連している。その際、遮断放電路は短時間の間ゼロ電位であるが、その他の補助構成部材には、固有の容量による条件付で高い電圧がかかっている。したがって、電磁場制御は、分圧器と遮断放電路、もしくはオーバーシュート補正部と遮断放電路の間の電圧弧絡を阻止するようにして最適化しなければならず、そのために広範囲の電磁場計算が必要である。最大の電磁場計算プログラムを使用して、固定したしかし過渡的な状況は、かなり不安定な磁場を計算できるので、これに対してもシミュレーションと構造的な変更の間の反復工程が必要である。この場合に、オーバーシュート補正部と分圧器を別の環状体でもって互いに電気的に保護すると有利であることがわかった。

確かに出願人の非特許文献２から、遮断放電路を雷サージインパルスのための分圧器と一体化することが公知であったが、この装置において、両補助構成部材は本発明のように同時には使用できない。従来技術から知られた遮断放電路は、通例特に抵抗と容量の組合せから成る支柱を備えており、かつ同時に容量を抑えられた分圧器のような同じ部材を有している。遮断放電路が通弧しないと、それにより遮断放電路の支柱を分圧器として使用可能である。しかしながら、応力波が遮断され、したがって遮断放電路が通弧すると、別の分圧器が試験の際になければならないという話になる。補助構成部材を三次元的に一緒にするための解決手段は、この文献からは読み取れない。

特に可能な三つの補助構成部材の二つだけを共通の基礎フレームにおいて三次元的に一緒にすることが本発明の範囲内において十分考えうる。なぜならオーバーシュート補正部の使用は、必ずしも機能的に必要であるとみなされているのではなく、生じる雷インパルスの品質をも高める。

本装置を以下模範的に図を用いてさらに詳細に説明する。

本発明による高圧インパルス試験システムのシステム構成要素用の装置の概略説明図である。 本発明による高圧インパルス試験システムのシステム構成要素用の装置の好ましい実施形態を示す図である。 本発明による高圧インパルス試験システムのシステム構成要素用の装置の好ましい実施形態を示す図である。

図１には遮断放電路２、分圧器３あるいはオーバーシュート補正部４のような複数の補助構成部材を収容するための、本発明による基礎フレーム１が形成されている。補助構成部材は図１においては明瞭性を出す理由から概略的に示してある。この場合、基礎フレーム１は安全な起立状態を保つために、互いに接続している鋼管５，６および７から成る例えば三角形の底部領域を備えている。遮断放電路２、分圧器３及びオーバーシュート補正部４は、基礎フレーム１の各角の頂点に配置されており、かつこれら角の頂点と導通するように接続している。さらに、相応する補助構成部材の上側端部は、電導性の支柱（Querstreben）８，９及び１０を用いて機械式に固定されている。他方において支柱８，９及び１０には、例えば環状体として形成されていてもよい頭部電極１１が接続している。従って電導性の支柱８，９及び１０は、頭部電極１１を機械式に保持するだけでなく、補助構成部材と頭部電極１１の間の等電位化（Potentialausgleich）を提供する課題を満足させる。頭部電極１１は図示した実施例においては、外側周囲部分が各角の頂点に配置された補助構成部材を越えて突出するように採寸されている。確かにこの採寸は各々の使用例、すなわち実験室の壁あるいは実験室の天井への距離、もしくは電圧レベルに依存して異なることがあり、従って模範的には評価されている。考えうる三つの補助構成部材のうち二つだけを三角形の底部領域の各角の頂点に固定するか、あるいは他方においては、本発明による基礎フレーム１を補助部材のためのたった二つだけの支持部だけでもって構造的に変更することも本発明のフレームにおいては十分考えられる。加えて、補助構成部材は、電導性の支柱８，９及び１０の領域内の共通の直流接続点を介して互いに電気的に接続しており、同時にこの領域内で等しい電位を有している。

図２ａおよび２ｂには、本発明の好ましい実施形態が示してあり、基礎フレーム１の底部領域は図１とは異なり三角形状ではなく、縦方向に延びるように、従って直線状に構成されている。基礎フレーム１の側方に固定された別の腕木（Ausleger）１２，１３，１４および１５により、変化したフレーム構造は安定した状態になっている。フレーム構造が二つの補助構成部材のための収容部によってのみ十分形成できるのはこの実施形態とみなされる。

従って、基礎フレームの構成は全て、本発明の共通の創意に富んだ構想に属していなければならず、これらの基礎フレームの構成により、これまで分離した基礎フレームと個々の補助構成部材の各々の頭部電極を、補助構成部材にとって共通な頭部電極を備えた共通の基礎フレームで置換えることができる。

Claims (6)

1. 高圧インパルス試験システムのシステム構成要素用の装置であって、
   この装置がインパルス発生器と補助構成部材、すなわち遮断放電路（２）、分圧器（３）及びオーバーシュート補正部（４）を備えた装置において、
   前記補助構成部材の少なくとも二つが、補助構成部材のために唯一の頭部電極（１４）を備えた共通の基礎フレーム（１）に配置されていることを特徴とする装置。
2. 基礎フレーム（１）が三角形の互いに接続された鋼管（５，６および７）の底部領域から形成されていること、
   基礎フレーム（１）の底部領域の各角の頂点には、補助構成部材のための収容部が設けられていること、および
   相応する補助構成部材の上側端部が、電導性の支柱（８，９及び１０）を用いて機械式に固定され、同時に機械式接続も補助構成部材と頭部電極（１１）の間の等電位化も提供されるように固定されることを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 基礎フレーム（１）の底部領域が直線状に構成されていること、
   基礎フレーム（１）の側方に複数の腕木（１２，１３，１４および１５）が固定されていること、
   直線状の基礎フレームが補助構成部材のための少なくとも二つの収容部を備えていること、
   相応する補助構成部材の上側端部が、電導性の支柱（８，９及び１０）を用いて機械式に固定され、同時に機械式接続も補助構成部材と頭部電極（１１）の間の等電位化も提供されるように固定されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
4. 唯一の頭部電極（１１）が電導性の支柱（８，９及び１０）に固定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
5. 頭部電極（１１）が環状体として構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の装置。
6. 補助構成部材のための電気的接続交差点として、共通の接続点が電導性の支柱（８，９及び１０）の領域内に設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の装置。

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