JP3570691B2 - 直流高電圧極性反転試験装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、電力ケーブルや送変電機器の耐電圧試験、絶縁破壊試験に用いられる直流高電圧極性反転試験装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
直流送電は海底ケーブル等の長距離の電力ケーブルによる送電に採用されており、直流送電用の電力ケーブルや送変電機器の試験のために１０００ｋＶから２０００ｋＶの直流超高電圧を発生する装置が必要とされ、また、直流送電の実際の運転中に短時間で極性を反転する操作が行われるため、試験装置においても短時間に極性反転ができる機能が要求されている。この極性反転の時間は、通常０．１秒ないし数秒の範囲とされている。
【０００３】
従来、直流高電圧の極性反転試験は、極性の異なる２台の直流高電圧発生装置を用意して負荷供試物への接続を切り替えるか、極性反転機能を有する直流高電圧発生装置を使用して行われていた。この方法では、反転前の極性の電荷を放電し、その後逆極性に負荷供試物を充電するという手順を辿っていた。負荷供試物の静電容量が大きい場合、短時間で充電を完了するためには充電電流を大きくする必要があり、直流高電圧発生装置が大形かつ高価なものとなり、実際の試験での極性反転時間は１０秒以上を要するのが普通であった。
一例として長さ１０［ｋｍ］の電力用ケーブルは２［μＦ］程度の静電容量を有し、これを６００［ｋＶ］に充電するためには１２００［ｍＣ］の電荷が必要となり、出力電流１００［ｍＡ］の直流高電圧発生装置で１２秒かかる計算になる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
発明が解決しようとする課題は、従来の直流高電圧反転試験法では負荷供試物の静電容量が大きい場合、極性反転に要していた時間が長く、これを短縮することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
（１）開閉素子１１を介して交流電源１５に接続される試験用変圧器と、直流高電圧発生回路および極性反転回路と、上記交流電源に並列接続した位相検出器１２と、制御装置８とからなる直流高電圧極性反転試験装置であり、整流器５には並列接続した第１の高電圧スイッチ１と第２の高電圧スイッチ２、および第３の高電圧スイッチ３と第４の高電圧スイッチ４の各直列回路を有している。
上記回路は、上記第１と第２の高電圧スイッチの中間点と試験用変圧器６の二次側高電圧出力点とを結び、かつ第３と第４の高電圧スイッチの中間点に平滑コンデンサ１３を接続し、該接続点に直流高電圧出力端子７を設けて、これに負荷供試物１４を接続する。
上記回路の高電圧スイッチは第１と第４の高電圧スイッチ、および第２と第３の高電圧スイッチがそれぞれ同一方向に動作するように組み合わせし、交互開閉操作で直流出力電圧の極性を反転させる。
極性反転の前に、上記位相検出器１２の検出信号により、試験用変圧器の交流高電圧出力電圧が極性反転前の直流出力電圧とは逆極性となる半周期の終了直後に開閉素子１１を開放する制御装置８を有する直流高電圧極性反転試験装置である。
【０００６】
（２）また上記回路における試験用変圧器６の一次側に、リアクトル開閉器９を介してリアクトル１０を並列接続するようにした上記（１）の直流高電圧極性反転試験装置である。
【０００７】
【作用】
本発明は直流高電圧を発生し高速にその極性を反転するという目的を、４台の高電圧スイッチでブリッジ構成し、１台の整流器の接続極性を反転可能とし、平滑コンデンサおよび負荷供試物の静電容量と試験用変圧器のインダクタンスとの共振を利用して直流出力電圧の極性を反転させる。これは、試験用変圧器を電源から遮断する位相を制御して磁気飽和現象を避けることにより実現できる。
【０００８】
すなわち、図１の実施例の回路図と図２の動作説明図から、本発明の装置は、図１において、１〜４は各々第１から第４の高電圧スイッチ、５は整流器、６は試験用変圧器、７は直流高電圧出力端子、８は制御装置、９はリアクトル開閉器、１０はリアクトル、１１は開閉素子、１２は位相検出器、１３は平滑コンデンサ、１４は負荷供試物、１５は交流電源である。
【０００９】
初期の直流出力電圧の極性を正とする場合は第１の高電圧スイッチ１と第４の高電圧スイッチ４を閉じ、第２の高電圧スイッチ２と第３の高電圧スイッチ３を開いて正出力の半波整流回路を構成する。ここで開閉素子１１を投入すれば、直流高電圧出力端子７に正極性の直流高電圧が発生する。平滑コンデンサ１３と負荷供試物１４が試験用変圧器６の交流出力電圧のピーク値まで充電されると、直流高圧回路の電流は、通常数［ｍＡ］以下の漏れ電流とその分を補う充電電流だけとなる。
【００１０】
ここで、試験用変圧器６の交流高電圧出力端子の電圧が負となる半周期を終えた時点（図２のＴ１の時点）で開閉素子１１を開放して交流電源１５から遮断する。これは、続いて行う極性反転操作の際、試験用変圧器６の交流高電圧出力端子には、直流側から正の電圧が最初に印加されるので、連続して同じ極性の電圧が印加された場合に起こる変圧器鉄芯の磁気飽和現象による電流の急増を避けるためである。
【００１１】
開閉素子１１を開放して電流を遮断した後も、負荷供試物１４は平滑コンデンサ１３および負荷供試物１４の静電容量により充電状態を保つ。電圧低下の速度は漏れ電流によって決まるが、昇圧時の電圧上昇速度に比べてはるかに遅い。この状態で、第１の高電圧スイッチ１と第４の高電圧スイッチ４を開極し、完全に開極した後に、第２の高電圧スイッチ２と第３の高電圧スイッチ３を閉極する（図２のＴ２の時点）。この時、平滑コンデンサ１３および負荷供試物１４の静電容量と試験用変圧器６の励磁インダクタンスとが整流器５を通じて共振回路を構成し、正弦半波状の電流が流れて直流出力電圧が反転する。
【００１２】
ここで、試験用変圧器６の交流高電圧出力端子の電圧が正となる半周期を迎える時点（図２のＴ３の時点）で開閉素子１１を投入し、交流電源１５に接続する。これは、先の極性反転操作の際、試験用変圧器６の交流高電圧出力端子には、負の電圧が最後に印加されているので、連続して同じ極性の電圧が印加された場合に起こる変圧器鉄芯の磁気飽和現象による電流の急増を避けるためである。
高圧回路は既に負極性出力の半波整流回路となっているので、反転時のジュール損失や漏れ電流による直流出力電圧絶対値の低下を補い、負極性の直流出力電圧を維持することができる。
【００１３】
一般に、試験用変圧器の高電圧出力端子側から見た励磁インダクタンスは非常に高く数千［Ｈ］以上となることもある。負荷供試物の静電容量が大きい場合には、上記の共振反転の半周期が電源の周期を大きく上回って０．１秒を超えることがある。この条件では、電圧が高くなると試験用変圧器６は反転の途中で磁気飽和を起こしてしまい、電流値が急増することによって回路のジュール損失が増加し、反転後の直流出力電圧絶対値の低下が著しくなると同時に、整流器５の熱破壊が起こる危険性が生じる。これを避けるために、試験用変圧器６の一次側端子間に、リアクトル１０を接続することにより、インダクタンス値を低減して共振反転の周期を短かくし、試験用変圧器６の磁気飽和を避ける。
【００１４】
【実施例】
図１は本発明の一実施例の回路図で、回路動作および各作用は上記した通りである。
高電圧スイッチ１〜４および整流器５は非常に高い耐電圧が要求されるので、直列接続される複数のユニットに分割し、各ユニットに並列に分圧回路としてコンデンサや抵抗器を設けることが一般的である。また、図１の回路中、高電圧スイッチ１〜４および整流器５の部分を一纏めにしたユニットとして、これを直列接続される複数のユニットに分割する方法があり、試験装置の設置面積を低減させるために有効である。また、平滑コンデンサ１３として、直流電圧測定用の抵抗器を並列接続して周波数特性の良好な抵抗容量分圧器を構成する方法もある。
【００１５】
【発明の効果】
本発明により、従来実施困難と考えられていた、静電容量の大きな負荷供試物に対する直流高電圧の極性反転試験において、電圧反転時間の短縮が極めて容易となり、複数の試験装置を用意することもなく、高精度の試験ができるようになり、工業的ならびに実用的にその価値は大なるものがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の直流高電圧極性反転試験装置の一実施例の回路図である。
【図２】図２は、本発明の直流高電圧極性反転試験装置の一実施例の動作説明図である。
【符号の説明】
１ 第１の高電圧スイッチ
２ 第２の高電圧スイッチ
３ 第３の高電圧スイッチ
４ 第４の高電圧スイッチ
５ 整流器
６ 試験用変圧器
７ 直流高電圧出力端子
８ 制御装置
９ リアクトル開閉器
１０ リアクトル
１１ 開閉素子
１２ 位相検出器
１３ 平滑コンデンサ
１４ 負荷供試物
１５ 交流電源
【産業上の利用分野】
本発明は、電力ケーブルや送変電機器の耐電圧試験、絶縁破壊試験に用いられる直流高電圧極性反転試験装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
直流送電は海底ケーブル等の長距離の電力ケーブルによる送電に採用されており、直流送電用の電力ケーブルや送変電機器の試験のために１０００ｋＶから２０００ｋＶの直流超高電圧を発生する装置が必要とされ、また、直流送電の実際の運転中に短時間で極性を反転する操作が行われるため、試験装置においても短時間に極性反転ができる機能が要求されている。この極性反転の時間は、通常０．１秒ないし数秒の範囲とされている。
【０００３】
従来、直流高電圧の極性反転試験は、極性の異なる２台の直流高電圧発生装置を用意して負荷供試物への接続を切り替えるか、極性反転機能を有する直流高電圧発生装置を使用して行われていた。この方法では、反転前の極性の電荷を放電し、その後逆極性に負荷供試物を充電するという手順を辿っていた。負荷供試物の静電容量が大きい場合、短時間で充電を完了するためには充電電流を大きくする必要があり、直流高電圧発生装置が大形かつ高価なものとなり、実際の試験での極性反転時間は１０秒以上を要するのが普通であった。
一例として長さ１０［ｋｍ］の電力用ケーブルは２［μＦ］程度の静電容量を有し、これを６００［ｋＶ］に充電するためには１２００［ｍＣ］の電荷が必要となり、出力電流１００［ｍＡ］の直流高電圧発生装置で１２秒かかる計算になる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
発明が解決しようとする課題は、従来の直流高電圧反転試験法では負荷供試物の静電容量が大きい場合、極性反転に要していた時間が長く、これを短縮することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
（１）開閉素子１１を介して交流電源１５に接続される試験用変圧器と、直流高電圧発生回路および極性反転回路と、上記交流電源に並列接続した位相検出器１２と、制御装置８とからなる直流高電圧極性反転試験装置であり、整流器５には並列接続した第１の高電圧スイッチ１と第２の高電圧スイッチ２、および第３の高電圧スイッチ３と第４の高電圧スイッチ４の各直列回路を有している。
上記回路は、上記第１と第２の高電圧スイッチの中間点と試験用変圧器６の二次側高電圧出力点とを結び、かつ第３と第４の高電圧スイッチの中間点に平滑コンデンサ１３を接続し、該接続点に直流高電圧出力端子７を設けて、これに負荷供試物１４を接続する。
上記回路の高電圧スイッチは第１と第４の高電圧スイッチ、および第２と第３の高電圧スイッチがそれぞれ同一方向に動作するように組み合わせし、交互開閉操作で直流出力電圧の極性を反転させる。
極性反転の前に、上記位相検出器１２の検出信号により、試験用変圧器の交流高電圧出力電圧が極性反転前の直流出力電圧とは逆極性となる半周期の終了直後に開閉素子１１を開放する制御装置８を有する直流高電圧極性反転試験装置である。
【０００６】
（２）また上記回路における試験用変圧器６の一次側に、リアクトル開閉器９を介してリアクトル１０を並列接続するようにした上記（１）の直流高電圧極性反転試験装置である。
【０００７】
【作用】
本発明は直流高電圧を発生し高速にその極性を反転するという目的を、４台の高電圧スイッチでブリッジ構成し、１台の整流器の接続極性を反転可能とし、平滑コンデンサおよび負荷供試物の静電容量と試験用変圧器のインダクタンスとの共振を利用して直流出力電圧の極性を反転させる。これは、試験用変圧器を電源から遮断する位相を制御して磁気飽和現象を避けることにより実現できる。
【０００８】
すなわち、図１の実施例の回路図と図２の動作説明図から、本発明の装置は、図１において、１〜４は各々第１から第４の高電圧スイッチ、５は整流器、６は試験用変圧器、７は直流高電圧出力端子、８は制御装置、９はリアクトル開閉器、１０はリアクトル、１１は開閉素子、１２は位相検出器、１３は平滑コンデンサ、１４は負荷供試物、１５は交流電源である。
【０００９】
初期の直流出力電圧の極性を正とする場合は第１の高電圧スイッチ１と第４の高電圧スイッチ４を閉じ、第２の高電圧スイッチ２と第３の高電圧スイッチ３を開いて正出力の半波整流回路を構成する。ここで開閉素子１１を投入すれば、直流高電圧出力端子７に正極性の直流高電圧が発生する。平滑コンデンサ１３と負荷供試物１４が試験用変圧器６の交流出力電圧のピーク値まで充電されると、直流高圧回路の電流は、通常数［ｍＡ］以下の漏れ電流とその分を補う充電電流だけとなる。
【００１０】
ここで、試験用変圧器６の交流高電圧出力端子の電圧が負となる半周期を終えた時点（図２のＴ１の時点）で開閉素子１１を開放して交流電源１５から遮断する。これは、続いて行う極性反転操作の際、試験用変圧器６の交流高電圧出力端子には、直流側から正の電圧が最初に印加されるので、連続して同じ極性の電圧が印加された場合に起こる変圧器鉄芯の磁気飽和現象による電流の急増を避けるためである。
【００１１】
開閉素子１１を開放して電流を遮断した後も、負荷供試物１４は平滑コンデンサ１３および負荷供試物１４の静電容量により充電状態を保つ。電圧低下の速度は漏れ電流によって決まるが、昇圧時の電圧上昇速度に比べてはるかに遅い。この状態で、第１の高電圧スイッチ１と第４の高電圧スイッチ４を開極し、完全に開極した後に、第２の高電圧スイッチ２と第３の高電圧スイッチ３を閉極する（図２のＴ２の時点）。この時、平滑コンデンサ１３および負荷供試物１４の静電容量と試験用変圧器６の励磁インダクタンスとが整流器５を通じて共振回路を構成し、正弦半波状の電流が流れて直流出力電圧が反転する。
【００１２】
ここで、試験用変圧器６の交流高電圧出力端子の電圧が正となる半周期を迎える時点（図２のＴ３の時点）で開閉素子１１を投入し、交流電源１５に接続する。これは、先の極性反転操作の際、試験用変圧器６の交流高電圧出力端子には、負の電圧が最後に印加されているので、連続して同じ極性の電圧が印加された場合に起こる変圧器鉄芯の磁気飽和現象による電流の急増を避けるためである。
高圧回路は既に負極性出力の半波整流回路となっているので、反転時のジュール損失や漏れ電流による直流出力電圧絶対値の低下を補い、負極性の直流出力電圧を維持することができる。
【００１３】
一般に、試験用変圧器の高電圧出力端子側から見た励磁インダクタンスは非常に高く数千［Ｈ］以上となることもある。負荷供試物の静電容量が大きい場合には、上記の共振反転の半周期が電源の周期を大きく上回って０．１秒を超えることがある。この条件では、電圧が高くなると試験用変圧器６は反転の途中で磁気飽和を起こしてしまい、電流値が急増することによって回路のジュール損失が増加し、反転後の直流出力電圧絶対値の低下が著しくなると同時に、整流器５の熱破壊が起こる危険性が生じる。これを避けるために、試験用変圧器６の一次側端子間に、リアクトル１０を接続することにより、インダクタンス値を低減して共振反転の周期を短かくし、試験用変圧器６の磁気飽和を避ける。
【００１４】
【実施例】
図１は本発明の一実施例の回路図で、回路動作および各作用は上記した通りである。
高電圧スイッチ１〜４および整流器５は非常に高い耐電圧が要求されるので、直列接続される複数のユニットに分割し、各ユニットに並列に分圧回路としてコンデンサや抵抗器を設けることが一般的である。また、図１の回路中、高電圧スイッチ１〜４および整流器５の部分を一纏めにしたユニットとして、これを直列接続される複数のユニットに分割する方法があり、試験装置の設置面積を低減させるために有効である。また、平滑コンデンサ１３として、直流電圧測定用の抵抗器を並列接続して周波数特性の良好な抵抗容量分圧器を構成する方法もある。
【００１５】
【発明の効果】
本発明により、従来実施困難と考えられていた、静電容量の大きな負荷供試物に対する直流高電圧の極性反転試験において、電圧反転時間の短縮が極めて容易となり、複数の試験装置を用意することもなく、高精度の試験ができるようになり、工業的ならびに実用的にその価値は大なるものがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の直流高電圧極性反転試験装置の一実施例の回路図である。
【図２】図２は、本発明の直流高電圧極性反転試験装置の一実施例の動作説明図である。
【符号の説明】
１ 第１の高電圧スイッチ
２ 第２の高電圧スイッチ
３ 第３の高電圧スイッチ
４ 第４の高電圧スイッチ
５ 整流器
６ 試験用変圧器
７ 直流高電圧出力端子
８ 制御装置
９ リアクトル開閉器
１０ リアクトル
１１ 開閉素子
１２ 位相検出器
１３ 平滑コンデンサ
１４ 負荷供試物
１５ 交流電源
Claims (2)
- 開閉素子（１１）を介して交流電源（１５）に接続される試験用変圧器と、直流高電圧発生回路および極性反転回路と、上記交流電源に並列接続した位相検出器（１２）と、制御装置（８）とからなる直流高電圧極性反転試験装置であって、
整流器（５）には並列接続した第１の高電圧スイッチ（１）と第２の高電圧スイッチ（２）、および第３の高電圧スイッチ（３）と第４の高電圧スイッチ（４）の各直列回路を有し、
上記第１と第２の高電圧スイッチの中間点と試験用変圧器（６）の二次側高電圧出力点とを結び、かつ第３と第４の高電圧スイッチの中間点に平滑コンデンサ（１３）を接続し、該接続点に直流高電圧出力端子（７）を設けて負荷供試物（１４）を接続する。
上記回路の高電圧スイッチは、第１と第４の高電圧スイッチ、および第２と第３の高電圧スイッチがそれぞれ同一方向に動作するように組み合わせし、交互開閉操作で直流出力電圧の極性を反転させ、
極性反転前に、上記位相検出器（１２）の検出信号で、試験用変圧器の交流高電圧出力電圧が極性反転前の直流出力電圧とは逆極性となる半周期の終了直後に開閉素子（１１）を開放する制御装置（８）を有することを特徴とする直流高電圧極性反転試験装置。 - 試験用変圧器（６）の一次側にリアクトル開閉器（９）を介してリアクトル（１０）を並列接続することを特徴とする請求項１の直流高電圧極性反転試験装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25225194A JP3570691B2 (ja) | 1994-10-18 | 1994-10-18 | 直流高電圧極性反転試験装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25225194A JP3570691B2 (ja) | 1994-10-18 | 1994-10-18 | 直流高電圧極性反転試験装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08126353A JPH08126353A (ja) | 1996-05-17 |
| JP3570691B2 true JP3570691B2 (ja) | 2004-09-29 |
Family
ID=17234633
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25225194A Expired - Fee Related JP3570691B2 (ja) | 1994-10-18 | 1994-10-18 | 直流高電圧極性反転試験装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3570691B2 (ja) |
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| CN112834840B (zh) * | 2020-12-30 | 2024-02-02 | 西安布伦帕电力无功补偿技术有限公司 | 电容器极性反转试验回路及方法 |
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-
1994
- 1994-10-18 JP JP25225194A patent/JP3570691B2/ja not_active Expired - Fee Related
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