JP2745920B2 - 超低周波発生装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、超高圧大容量電力ケ
ーブル線路の絶縁特性測定用の超低周波発生装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】以下、図面を参照して従来の超低周波発
生装置を説明する。超低周波発生装置の構成の一例を示
す図４の回路図において、交流高電圧電源１，１´には
コンデンサ２，２´、ダイオード４，４´および抵抗
６，６´がそれぞれ直列に接続されるとともに、コンデ
ンサ２，２´とダイオード４，４´間に並列にダイオー
ド３，３´が、ダイオード４，４´と抵抗６，６´間に
並列に平滑用コンデンサ５，５´が接続されている。そ
して、抵抗６，６´の共通端は切換スイッチ７を介し供
試コンデンサ８に接続され、さらに共通の接地線に接続
している。

【０００３】ここで、ダイオード４のコンデンサ５側に
は正極性の高電圧が生じ、同様にダイオード４´のコン
デンサ５´側には負極性の高電圧が生じる。切換スイッ
チ７を実線で示す抵抗６側には倒すと、抵抗６の抵抗値
Ｒおよび供試コンデンサ８の静電容量Ｃ₀ とすると、供
試コンデンサ８は時定数Ｔ＝Ｒ×Ｃ₀ で充電されること
になる。次に、切換スイッチ７を破線で示す抵抗６´側
に倒すと、抵抗６´の抵抗値と供試コンデササ８の静電
容量で決まる時定数で放電し、供試コンデンサ８は逆極
性に充電される。

【０００４】ここで、切り換えスイッチ７の切り換えを
例えば５秒に１回行なえば、１０秒で１サイクル、つま
り０．１Ｈｚの超低周波が生じることになる。この例で
は、抵抗６，６´および切換スイッチ７により超低周波
を発生させているが、固定抵抗６，６´の代りに非線形
抵抗素子であるツェナーダイオード，酸化亜鉛アレスタ
等を用いて切換スイッチ７を省略し、単に交流高圧電源
１，１´を変化させてツェナーダイオード，酸化亜鉛ア
レスタの抵抗値を変化させることで超低周波電圧を発生
させるものもある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した切
換スイッチ７と固定抵抗６，６´を用いて超低周波電圧
を発生させる場合には、「スイッチ切換でアークが発
生し、部分放電測定の妨げになる。波形がＣＲの時定
数で決まり、任意の波形が得にくい。供試コンデンサ
８の充電が固定抵抗６，６´を介して行なわれるため、
固定抵抗６，６´にジュール熱が生じてしまう。さら
に、非線形素子の場合には、任意の課電圧，供試静電
容量にマッチする素子の選択が困難で、また、任意の抵
抗値選定が困難であり、抵抗値の変化範囲においても制
限がある。このため、波形コントロールが困難で、充放
電時に発生するジュール発熱も無視できない。そして、
非線形素子の電力容量に制限があり、大型，大容量化が
困難である。また、固体素子のため強制冷却が困難であ
る。」等の不具合がある。

【０００６】この発明は、このような点に鑑みてなされ
たもので、充放電時のジュール発熱を無くし、切換スイ
ッチによるアークあるいはノイズの発生を無くし、しか
も任意の波形を発生することが可能な超低周波大容量発
生装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は、１次側低電
圧をトランスにより昇圧し、その２次高圧出力側端子に
正，負両極性用のダイオードを用いて各々半波整流し、
その出力を正，負用の各抵抗を介して供試絶縁物に課電
する装置を用い、１次側電圧を次第に昇圧して任意の昇
圧時電圧波形を発生させる回路において、昇圧用トラン
スは正，負用２台のトランスあるいは正，負極性兼用の
１台のトランスを用い、正，負用の抵抗体の抵抗値はそ
の抵抗体の有効断面積，有効長さあるいは固有抵抗を物
理的あるいは機械的に正，負極性用に各々独立してある
いは連動して変化させることにより高電圧系に貯えられ
た静電エネルギーを放電させ、任意の放電時電圧波形を
得るようにしたことを特徴とする超低周波発生装置であ
る。

【０００８】

【作用】正，負両極性用の各々の可変抵抗を抵抗体の有
効断面積，固有抵抗，抵抗体の実効長等を物理的あるい
は機械的に変化させることで、任意の値に、また、大幅
な変化を可能にする。これによりジュール発熱の少ない
高効率の任意波形大容量超低周波発生装置の実現を可能
にした。

【０００９】

【実施例】以下、図面に基づいてこの発明の実施例を説
明する。図１は超低周波大容量高電圧発生装置の構成を
示す回路図である。即ち、高電圧課電トランス１１の１
次側には電圧制御装置１６が接続され、この電圧制御装
置１６には抵抗値制御装置１５が接続されている。上記
高圧課電トランス１１の２次側には、正極性発生用ダイ
オード１２と可変抵抗器１４および負極性発生用ダイオ
ード１３と可変抵抗器１４´が並列に接続され、供試静
電容量８に接続される。この供試静電容量の他端は接地
されている。

【００１０】ここで、供試静電容量８の容量を７．５μ
Ｆとし、発生周波数０．１Ｈｚ，課電圧最大値３１０ｋ
Ｖ，実効値２２０ｋＶの正弦波発生装置とする。上記高
圧課電トランス１１は１次側電圧を電圧制御装置１６に
より調整して０．１Ｈｚの正弦波発生装置となり、電圧
制御装置１６は可変抵抗１４，１４´の抵抗値制御装置
１５と連動している。

【００１１】正極性発生用ダイオード１２側の可変抵抗
１４は零Ωになるように制御され、一方、負極性発生用
ダイオード１３側の可変抵抗１４´は最大にセットさ
れ、２ＭΩとなっている。ここで、課電トランス１１の
５０Ｈｚ電源を正弦波の０〜π／２位相角の波形になる
ように２．５秒間で昇圧すると、ダイオード１２の出力
側には正極性の０．１Ｈｚの０〜π／２の位相角に相当
する電圧が生じ、供試静電容量８に充電される。このダ
イオード１２の出力側の電圧はπ／２の位相で３１０ｋ
Ｖ（最大値）となり、実効値はその１／√２の約２２０
ｋＶになる。

【００１２】一方、この２．５秒の昇圧過程で２ＭΩが
接続されたダイオード１３を介して漏れ電流が課電トラ
ンス１１に逆流する。この逆流によって２ＭΩの可変抵
抗１４´には次の（１）式で示される発熱が生じる。

【００１３】

【数１】

【００１４】π／２の位相で充電が完了したら、課電ト
ランス１１の電源電圧を降して電源をオフにする。する
と、２ＭΩで放電し、次第に電圧が低下してくる。しか
し、この場合、放電時定数ｔ_CR＝７．５・１０^-6×２・
１０⁶ ＝１５秒となり、このままでは放電に要する時間
が長くなってしまう。そこで、抵抗値制御装置１５を調
節して２ＭΩより抵抗値を直線的に低下させ、２．５秒
後に零Ωになるようにしてやれば、供試静電容量８端の
電圧は零となり、位相角π／２に相当する電位になる。
なお、この間に可変抵抗器１４の抵抗値を上昇させてや
ればよいが、これは動作には関係がない。

【００１５】ここで、再び課電トランス１１を２．５秒
で昇圧すると、ダイオード１３の負極性電圧で、供試静
電容量８が充電され、負の最大値−３１０ｋＶになり、
３／２・πの位相に相当する電圧になる。ここで再び課
電トランス１１をオフにし、可変抵抗器１４の抵抗値を
２ＭΩから次第に低下させ、２．５秒後に零Ωとすると
電圧が零になり、位相角４／２・πに相当し、１サイク
ルが完了する。この間の各部電圧波形を図２に示す。

【００１６】ここで、正電圧の昇圧過程において可変抵
抗器１４´から２４．２ｋＷの発熱が２．５秒，負の昇
圧過程で２４．２ｋＷの発熱が２．５秒それぞれ生じ、
平均１２．１ｋＷの発熱になる。

【００１７】一方、供試静電容量８の静電エネルギーＰ
_Q は

【００１８】

【数２】

【００１９】となり、これを半サイクル、つまり５秒間
で可変抵抗器１４，１４´により消費させることになる
ので、平均７２ｋＷの発熱になる。これより可変抵抗器
１４，１４´による発熱は合計１２．１＋７２＝８４．
１ｋＷの発熱になる。

【００２０】次に、可変抵抗器の具体的な構成を図３に
示す。断面積１００ｃｍ² （有効半径５．６４ｃｍ），
有効長さ２００ｃｍの円筒液体抵抗１９が２つ直列に接
続され、その両端に固定電極２０，２０´が、中央部に
も白金固定メッシュ電極２１が設けられている。液体抵
抗部には、それぞれ白金製の可動メッシュ電極２２，２
２´が設けられ、その間には金属ロッド２３，絶縁ロッ
ド２４および金属ロッド２３´が設けられ、５秒間に
２．５秒の往移動、さらに５秒間に２．５秒の復移動が
矢印Ｐで示すように直線的にあり、この移動により抵抗
値が直線的に変化する。

【００２１】ここで、液体抵抗として１０⁶ Ωｃｍのも
の、例えばイオン交換水あるいは水とグリセリンの混合
液によって調合して用いれば、電極間距離２００ｃｍの
場合の抵抗値Ｒは

【００２２】

【数３】

【００２３】となり、電極間距離が０ｃｍで０Ωとな
る。この間の抵抗は距離、つまり移動時間に対し直線的
に変化する。この液体抵抗１９は課電時に発熱するの
で、パイプ２５で冷却装置２６および冷却用ポンプ２７
に連結され、外部に取り出して循環して冷却するように
構成されている。

【００２４】上述した実施例は、課電トランスを１台の
ものについて説明したがこれは勿論正，負専用に２台の
課電トランスを用いても良い。

【００２５】可変抵抗器１４，１４´は連動して互いに
逆方向に動作するように構成しても良く、単独で動作さ
せても良い。また、可変抵抗器を供試静電容量と並列に
接続して、その抵抗値を制御して放電する方法も可能で
あり、また、可変抵抗器と併用する方法も可能である。
さらに発生器電源としては商用周波を用いても良く、さ
らに高い周波数によりトランスを小型化することも可能
である。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したとおり、この発明の超低周
波発生装置は、可変抵抗体の物理的あるいは機械的な変
化を利用することにより、抵抗の可変範囲が例えば０〜
２ＭΩと極端に大幅にとることができる。また、液の固
有抵抗，液の断面積，抵抗体の長さの選択により任意の
抵抗値，可変範囲が容易にできる。さらに、液の外部へ
の取出しにより効果的な強制冷却が可能となる。そし
て、往復動移動速度の外部コントロールにより任意の波
形，正，負非対称の波形，周波数等が容易に選定可能に
なる。また、抵抗体の断面形状，長さ方向の形状が任意
に変化することができ、電極付近の電流密度の選定等が
任意に可能となる。

【００２７】これらのことにより、大容量，安定性およ
び外部制御性に優れた超低周波大容量発生装置が可能に
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例の超低周波発生装置の構成を
示す回路図、

【図２】各電圧位相での動作を示す説明図および電圧波
形図、

【図３】超低周波発生装置に使用される液体抵抗を用い
た可変抵抗器の構成を示す断面図、

【図４】従来の超低周波発生装置の一例の構成を示す回
路図である。

【符号の説明】

８ 供試静電容量 １１ 高圧課電トランス １２ 正発生用ダイオード １３ 負発生用ダイオード １４，１４´ 可変抵抗器 １５ 抵抗値制御装置 １６ 電圧制御装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 関井 康雄 茨城県日立市日高町５丁目１番１号「日 立電線株式会社パワーシステム研究所」 内 (72)発明者 鈴木 弘 茨城県日立市日高町５丁目１番１号「日 立電線株式会社パワーシステム研究所」 内 (72)発明者 佐藤 英男 茨城県日立市日高町５丁目１番１号「日 立電線株式会社パワーシステム研究所」 内 (72)発明者 丸茂 守忠 茨城県日立市日高町５丁目１番１号「日 立電線株式会社日高工場」内

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １次側低電圧をトランスにより昇圧し、
   その２次高圧出力側端子に正，負両極性用のダイオード
   を用いて各々半波整流し、その出力を正，負用の各抵抗
   を介して供試絶縁物に課電する装置を用い、１次側電圧
   を次第に昇圧して任意の昇圧時電圧波形を発生させる回
   路において、昇圧用トランスは正，負用２台のトランス
   あるいは正，負極性兼用の１台のトランスを用い、正，
   負用の抵抗体の抵抗値はその抵抗体の有効断面積，有効
   長さあるいは固有抵抗を物理的あるいは機械的に正，負
   極性用に各々独立してあるいは連動して変化させること
   により、高電圧系に貯えられた静電エネルギーを放電し
   て任意の放電時電圧波形を得るようにしたことを特徴と
   する超低周波発生装置。