JP2787050B2 - 開閉機器の絶縁回復試験回路 - Google Patents

開閉機器の絶縁回復試験回路

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JP2787050B2
JP2787050B2 JP2034483A JP3448390A JP2787050B2 JP 2787050 B2 JP2787050 B2 JP 2787050B2 JP 2034483 A JP2034483 A JP 2034483A JP 3448390 A JP3448390 A JP 3448390A JP 2787050 B2 JP2787050 B2 JP 2787050B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、遮断器や開閉器などの開閉機器の電流遮
断において、アーク消滅直後からの極間の絶縁回復特性
を検証するための絶縁回復試験回路に関する。
〔従来の技術〕
開閉機器の電流遮断直後は、アークによって加熱され
た高温ガスやプラズマが極間に残留している。したがっ
て、電流零点でアークが消滅した直後、極間の絶縁耐力
は非常に低い状態にある。しかし、時間経過と共に極間
距離が増大し、ガスも冷却され、プラズマも再結合する
ので、極間の絶縁耐力は次第に回復してくる。このとき
の極間の絶縁耐力は絶縁回復電圧と称されている。一
方、遮断後の極間には、電力系統で発生する過渡回復電
圧がかかる。この過渡回復電圧が常に極間の絶縁回復電
圧以下であれば遮断は成功するが、それより高くなると
絶縁破壊によって極間に再びアークが発生し遮断不能と
なる。したがって、絶縁回復特性は、開閉機器の遮断性
能を示す重要な特性の一つであり、開閉機器の性能向上
や性能確認のために絶縁回復試験が実施される。
絶縁回復試験は、遮断電流,過渡回復電圧を実用線路
と同じように同一の電源から供給する回路による直接短
絡試験が望ましいが、試験設備の規模が大がかりとなる
ため実施が困難である。これに代わる有力な手段とし
て、遮断電流と過渡回復電圧とをそれぞれ別個の電源か
ら供給する回路による合成短絡試験法が用いられてい
る。
第3図は、従来の合成短絡試験法による絶縁回復試験
回路図(中川他「パッファ式ガス遮断器の電流遮断後の
極間過渡絶縁回復特性」電学論B,108巻11号昭63,P541)
であり、第4図は第3図の回路において発生する電圧お
よび電流の経時変化を示す波形図である。
第3図において、短絡発電機等の大電流電源2より直
列遮断器である保護遮断器3と電流源遮断器5,直列リア
クトル4を介して供試遮断器1に遮断電流26を供給する
電流源回路6と、直流電源7により所定の電圧に充電さ
れる電源コンデンサ8とこれに直列接続される始動ギャ
ップ9よりなる電圧源回路12と、始動ギャップ9に接続
された共振リアクトル21,整流器22,減衰抵抗器23,およ
び共振コンデンサ24の直列回路よりなる直列共振回路25
と、この直列共振回路25と供試遮断器1とを結ぶ制限抵
抗器13および供試遮断器1に並列接続された並列抵抗器
14および並列コンデンサ15の直列回路からなる回復電圧
波形調整回路16とで試験回路が構成されている。
従来例による試験方法を第3図の回路図と第4図の波
形図とに基づいて説明する。試験開始前にあらかじめ、
供試遮断器1と電流源遮断器5は投入状態としておくと
ともに、電源コンデンサ8にも所定の電圧を充電してお
く。保護遮断器3を投入し交流の遮断電流26を電流源回
路6に流した状態で、供試遮断器1と電流源遮断器5に
開極指令を出す。供試遮断器1と電流源遮断器5の開極
時刻(すなわち、アークが発生し始める時刻)をt1,遮
断時刻(すなわち、アークが消滅する最終の電流零点)
をt3とすると、遮断電流26はたとえば第4図における電
流波形201のようになる。ハッチングされた部分がアー
ク発生期間に対応し、時刻t3以降は電流源回路6からの
電流供給はなくなるので零となる。
遮断電流26の零点t3の直前の時刻t2において、始動パ
ルス発生器19より始動パルス信号20を発生させ始動ギャ
ップ9を放電させると、電源コンデンサ8に充電された
電荷が直列共振回路25を振動電流となって流れ、共振コ
ンデンサ24を充電する。共振コンデンサ24の端子電圧
は、第4図の電圧波形202のように振動電圧の第1波高
値まで充電されると、整流器22が逆極性の振動電流を阻
止するので共振コンデンサ24への充電は中断される。
一方、電源コンデンサ8に充電された電荷の一部は、
回復電圧波形調整回路16および供試遮断器1にも流れ
る。供試遮断器1の極間にかかる電圧は、第4図におけ
る電圧波形203のように時刻t3までは極間のアークによ
って短絡されているので零であるが、時刻t3以降にアー
クが消滅するので極間の絶縁が回復し、回復電圧波形調
整回路16のもつ時定数τによって立ち上がる。しか
し、供試遮断器1の端子間にかかる電圧は、それ自体の
もつ極間の絶縁回復電圧まで上昇すると絶縁破壊によっ
て一旦零となり、その後、再び時定数τで上昇し、以
後同様の経過を繰り返し電圧波形203となる。したがっ
て第4図において電圧波形203の絶縁破壊点を結んだ特
性曲線204が供試遮断器1の絶縁回復電圧の経時変化を
示す。
〔発明が解決しようとする課題〕
第3図における電圧源回路12では、電源コンデンサ8
に充電された電荷を整流器22を介して一旦共振コンデン
サ24に移し、共振コンデンサ24に充電された電荷を制限
抵抗器13を介して供試遮断器1に再度放電する回路とな
っている。電源コンデンサ8にEVなる電圧を充電したと
き、共振コンデンサ24に発生する電圧Eeの最大値E
emは、 Eem/EV=K・A ……(1) となる。ここで、 K=CV/(CV+Ce) ……(2) CV,Ceはそれぞれ電源コンデンサ8,共振コンデンサ24の
静電容量、LVは共振リアクトル21のインダクタンス、Re
は減衰抵抗器23の抵抗である。
ところで、供試遮断器1が絶縁破壊するごとに共振コ
ンデンサ24の電圧Eeが低下するが、n回絶縁破壊し、n
個の絶縁回復電圧のデータが得られた後の電圧EeをEen
とすると次の関係式が成立する。
となる。ここで、C0は並列コンデンサ15の静電容量、CS
は漂遊容量17も含めた供試遮断器1の静電容量である。
したがって、供試遮断器1に充電される電圧E0と電源コ
ンデンサ8に充電される電圧EVとの関係は、(1)式と
(4)式より となる。絶縁回復試験を実施する場合、供試遮断器1の
定格電圧が高くなるにつれてEenも高い電圧が必要とな
る。(5)式のEen/EVをできるだけ大きくするには、A
をできるだけ2に近づけると共に、CV≫Ce≫CS+C0とす
る必要がある。たとえば、Re≒0とすれば,A≒2となる
ので、CV=100Ce,Ce=100(CS+C0),n=5の場合,
(5)式より、 となり、電圧Ee5は電源コンデンサ8の充電電圧EVのほ
ぼ2倍となる。しかし、電源コンデンサ8の容量として
はCV=104・(CS+C0)となり、供試遮断器1の静電容
量より4桁以上も大きい設備が必要となる欠点がある。
さらに、振動波形の第1波高値の値を維持し、後続の
振動分をカットするために整流器22が必要である。この
整流器22としては、供試遮断器1の定格電圧が高くなる
につれて、高電圧および高周波電流の仕様に耐えるもの
とする必要があり、大型の整流器22を設備しなければな
らないという欠点がある。また、電圧を直列共振させる
ために共振リアクトル21も必要であり、試験回路の構成
が複雑化すると共に、多額の設備費を必要とする欠点が
ある。
この発明の目的は絶縁回復試験回路の回路構成を簡素
化し,設備費を低減することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記課題を解決するために、この発明によれば、直列
遮断器,リアクトルを介してアーク時間があらかじめ定
まる供試開閉機器に遮断電流を供給する電流源回路と、
直流電源により所定電圧に充電される電源コンデンサお
よびこれに直列接続され供試開閉機器がアーク遮断する
電流の零点直前に始動パルス信号により放電する始動ギ
ャップを含む電圧源回路と、供試開閉機器の極間に並列
接続された並列抵抗器と並列コンデンサとの直列回路お
よび前記電圧源回路と供試開閉機器とを結ぶ制限抵抗器
からなる回復電圧波形調整回路とからなり、供試開閉機
器の電流遮断後の絶縁回復電圧の経時変化を試験する回
路において、前記電圧源回路が、前記始動ギャップに対
して並列接続され前記電源コンデンサと前記制限抵抗器
との間に直列接続された直列抵抗器と直列コンデンサと
の直列回路を備えたものとする。
〔作用〕
上記手段において、漂遊容量を含めた供試開閉機器と
並列コンデンサに直列コンデンサを介して電源コンデン
サの充電電荷を直接給電するように構成したことによ
り、従来充電電圧の2倍の電圧を得るために必要とした
直列共振回路,とくに共振コンデンサが不要となり、電
源コンデンサの容量を数10分の1に低減できると共に、
共振リアクトルや整流器,減衰抵抗器が不要となり、電
圧源回路を簡素化することができる。また、共振コンデ
ンサを排除したことにより始動ギャップの放電電流が減
少し始動ギャップはその並列コンデンサへの充電電流を
持続して供給できなくなるが、始動ギャップに並列に直
列コンデンサと直列抵抗器との直列回路を設けたことに
より、これを介して並列コンデンサへの充電が継続的に
行われ、電源コンデンサおよび直列コンデンサの静電容
量を漂遊容量を含めた供試開閉機器と並列コンデンサと
の静電容量の和より充分に大きくしておくことにより、
電源コンデンサに充電した電圧をほとんど低下させずに
供試開閉機器側に移すことができる。
〔実施例〕
以下この発明を実施例に基づいて説明する。第1図は
この発明の実施例を示す絶縁回復試験回路図であり、第
2図は第1図の回路において発生する電圧および電流の
経時変化を示す波形図である。
第1図における試験回路は、大電流電源2より直列遮
断器である保護遮断器3と電流源遮断器5,直列リアクト
ル4を介して供試遮断器1に遮断電流26を供給する電流
源回路6と直流電源7により所定の電圧EVに充電される
電源コンデンサ8と、これに直列接続される始動ギャッ
プ9と、始動ギャップ9に並列接続された直列コンデン
サ10と直列抵抗器11との直列回路とからなる電圧源回路
12と、この電圧源回路12と供試遮断器1とを結ぶ制限抵
抗器13および供試遮断器1に並列接続された並列抵抗器
14および並列コンデンサ15の直列回路からなる回復電圧
波形調整回路16とで構成されている。
実施例による試験方法を第1図と第2図とに基づいて
説明する。試験開始前にあらかじめ供試遮断器1と電流
源遮断器5とを投入すると共に直流電源7により電源コ
ンデンサ8もEVに充電する。このとき、供試遮断器1が
閉じているので、直列抵抗器11,制限抵抗器13を介して
直列コンデンサ10もEVに充電される。保護遮断器3を投
入して交流の遮断電流26を電流源回路6に流した状態
で、供試遮断器1と電流源遮断器5に開極指令を出す。
供試遮断器1と電流源遮断器5の開極時刻をt1,遮断時
刻をt3とすると、遮断電流26はたとえば第2図における
電流波形201のようになる。ハッチングされた部分がア
ーク発生期間に対応し、時刻t3以降は電流源回路6から
の電流供給はなくなり供試遮断器1の絶縁が回復しはじ
める。
遮断電流26の零点t3の直前の時刻t2において、始動パ
ルス発生器19より始動パルス信号20を発生させ始動ギャ
ップ9を放電させると、直列コンデンサ10に充電されて
いる電荷が直列抵抗器11と始動ギャップ9との直列回路
で構成される閉回路に流れ、遮断時刻t3までに直列コン
デンサ10に充電されている電荷が放電して消滅するよう
に直列抵抗器11の抵抗値をあらかじめ選んでおくと、時
刻t3で直列コンデンサの端子電圧Eeは第2図の電圧波形
205のようにほぼ零となる。このとき、供試遮断器1は
極間の絶縁が回復しつつあり、始動ギャップ9を流れる
電流は制限抵抗器13の抵抗RV,並列抵抗器14の抵抗R0
介して並列コンデンサ15の静電容量C0(含む供試遮断器
1の静電容量CS)に流れる電流のみとなり、電流が著し
く減少するので、始動ギャップ9の放電は停止し、その
後は直列コンデンサ10および直列抵抗器11を介して並列
コンデンサ15の充電が行われることになる。
供試遮断器1の極間絶縁が回復してくると、極間にか
かる電圧は回路時定数τで上昇し、絶縁回復特性を得
ることができる。第2図の電圧波形203は供試遮断器1
の極間にかかる電圧E0の時間変化を示し、特性曲線204
が供試遮断器1の絶縁回復特性を示す。なお直列コンデ
ンサ10が電圧をあまり負担しないように、直列コンデン
サ10の静電容量Cgは、供試遮断器1および並列コンデン
サ15の静電容量の和(CS+C0)より充分に大きな値を選
ぶ。
電源コンデンサ8にEVの電圧が充電された場合、n回
絶縁破壊したのちの電源コンデンサ8の電圧をEVnとす
ると、次式の関係が成立する。
たとえば、CV=100(CS+C0),n=5とすると、
(7)式は となる。従来法の場合と同じように供試遮断器1に2倍
の電圧を印加するために、電源コンデンサ8の充電電圧
を2倍にすると、0.951×2=1.90となり、(6)式に
おける従来法の場合の発生電圧と同じとなる。しかし、
この発明における電源コンデンサ8の静電容量CVは、従
来法のそれより2桁小さくてすむので、コンデンサの容
量としては、4/100=1/25となり従来法より小さくて済
む。
〔発明の効果〕
この発明は前述のように電圧源回路として始動ギャッ
プに対して並列接続され電源コンデンサと制限抵抗器と
の間に直列接続された直列抵抗器と直列コンデンサとを
備え、試験開始前にあらかじめ直流電源により電源コン
デンサが充電され、並列コンデンサが直列コンデンサを
介して電源コンデンサの充電電荷により直接充電される
ように回路を構成した。
その結果、従来法と比べて電源コンデンサの静電容量
が100分の1,その電圧は2倍となるので、容量としては2
5分の1となり、電源コンデンサが小型かつ低価格とな
る効果が得られる。
また、従来法で必要であった大型の整流器や共振リア
クトルも共振回路を使わないので不要となり、簡素化さ
れた絶縁回復試験回路となるという効果も得られ、結果
的に開閉機器の絶縁回復試験回路の設備費が低減される
という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の実施例を示す遮断器の絶縁回復試験
回路図、第2図は第1図の回路において発生する電圧,
電流等の経時変化を示す波形図、第3図は従来例を示す
遮断器の絶縁回復試験回路図、第4図は第3図の回路に
おいて発生する電圧,電流等の経時変化を示す波形図で
ある。 1:供試遮断器(供試開閉機器)、2:交流電源、3:保護遮
断器、4:直列リアクトル、5:電流源遮断器、6:電流源回
路、7:直流電源、8:電源コンデンサ、9:始動ギャップ、
10:直列コンデンサ、11:直列抵抗器、12:電圧源回路、1
3:制限抵抗器、14:並列抵抗器、15:並列コンデンサ、1
6:回復電圧波形調整回路、17:漂遊容量、18:接地、19:
始動パルス発生器、20:始動パルス信号、21:共振リアク
トル、22:整流器、23:減衰抵抗器、24:共振コンデン
サ、25:直列共振回路、26:遮断電流。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】直列遮断器,リアクトルを介してアーク時
    間があらかじめ定まる供試開閉機器に遮断電流を供給す
    る電流源回路と、直流電源により所定電圧に充電される
    電源コンデンサおよびこれに直列接続され供試開閉機器
    がアーク遮断する電流の零点直前に始動パルス信号によ
    り放電する始動ギャップを含む電圧源回路と、供試開閉
    機器の極間に並列接続された並列抵抗器と並列コンデン
    サとの直列回路および前記電圧源回路と供試開閉機器と
    を結ぶ制限抵抗器からなる回復電圧波形調整回路とから
    なり、供試開閉機器の電流遮断後の絶縁回復電圧の経時
    変化を試験する回路において、前記電圧源回路が、前記
    始動ギャップに対して並列接続され前記電源コンデンサ
    と前記制限抵抗器との間に直列接続された直列抵抗器と
    直列コンデンサとの直列回路を備えたことを特徴とする
    開閉機器の絶縁回復試験回路。
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