JP5413652B2 - 雷インパルス電圧試験装置および雷インパルス電圧試験方法 - Google Patents

Description

この発明は雷インパルス電圧試験装置および雷インパルス電圧試験方法に関し、特に、試験対象の電気機器の端子に雷インパルス電圧を印加する雷インパルス電圧試験装置および雷インパルス電圧試験方法に関する。

試験対象の変圧器の巻線の端子間に雷インパルス電圧を印加して、変圧器の雷サージ電圧に対する耐性を試験する場合、試験条件を統一するため、雷インパルス電圧波形の波頭長および波尾長を規定の範囲内に調整する必要がある。このため雷インパルス電圧試験装置には、雷インパルス電圧波形を調整するための抵抗素子やコンデンサが設けられている。

なお、雷インパルス電圧は、０Ｖから波高値まで急峻に上昇した後、緩やかに低下する。雷インパルス電圧波形の波頭長とは、電圧が０Ｖから波高点に至るまでの時間を言う。また、波高値の３０％点と９０％点を通る直線が時間軸と交わる規約原点から、その直線が波高値を示す直線と交わる点までの時間を規約波頭長と言う。以下、波頭長と称する場合は、規約波頭長を意味する。また、雷インパルス電圧波形の波尾長とは、波高点より後の部分の継続時間を言う。また、上記規約原点から、電圧が波高点を経て波高値の５０％まで低下するまでの時間を規約波尾長と言う。以下、波尾長と称する場合は、規約波尾長を意味する。

たとえば、試験対象の変圧器の巻線の静電容量値が大きい場合は、電圧の立ち上がりが遅延して雷インパルス電圧波形の波頭長が長くなるので、制動用抵抗素子の抵抗値を減らして供給電流を増加させる。また、変圧器の巻線のインダクタンスが小さい場合は、大きな電流が流れて雷インパルス電圧波形の波尾長が短くなるので、放電用抵抗素子の抵抗値を増大させたり、充電用コンデンサの静電容量値を増大させて、供給電流を増加させる（たとえば、特許文献１，２および非特許文献１参照）。

特開平３−１９４４８０号公報 特開平４−８１７６号公報

高電圧試験ハンドブック，電気学会編，６９頁，２．３．８項

ところで、近年、変圧器の大容量化およびコンパクト化に伴い、巻線の静電容量値は増大する傾向にある。このような変圧器を試験する場合に、波頭長を調整するために制動用抵抗素子の抵抗値を小さくすると、振動成分の抑制効果が弱まって波頭部にオーバシュートが重畳する。雷インパルス電圧試験の規格では、波頭部のオーバシュート含有率の上限値が設定されているので、波頭長を規格範囲内に調整できたとしても、オーバシュートが上限値を上回る場合には規定の雷インパルス電圧試験を実施できないと言う問題があった。

それゆえに、この発明の主たる目的は、試験対象の電気機器の静電容量値が大きい場合でも、波頭部に重畳する振動成分を抑制しながら規定の波頭長を得ることが可能な雷インパルス電圧試験装置および雷インパルス電圧試験方法を提供することである。

この発明に係る雷インパルス電圧試験装置は、試験対象の電気機器の端子に雷インパルス電圧を印加する雷インパルス電圧試験装置であって、雷インパルス電圧を出力するインパルス電圧発生装置と、インパルス電圧発生装置の出力端子と電気機器の端子との間に接続され、インパルス電圧発生装置から電気機器側を見た静電容量値を低減するための第１のコンデンサとを備えたものである。

また、この発明に係る雷インパルス電圧試験方法は、試験対象の電気機器の端子に雷インパルス電圧を印加する雷インパルス電圧試験方法であって、雷インパルス電圧を出力するインパルス電圧発生装置の出力端子と電気機器の端子との間にコンデンサを接続し、インパルス電圧発生装置から電気機器側を見た静電容量値を低減するものである。

この発明に係る雷インパルス電圧試験装置および雷インパルス電圧試験方法では、インパルス電圧発生装置の出力端子と試験対象の電気機器の端子との間にコンデンサを接続して、インパルス電圧発生装置から電気機器側を見た静電容量値を低減する。したがって、試験対象の電気機器の静電容量値が大きい場合でも、波頭部に重畳する振動成分を抑制しながら規定の波頭長を得ることができる。

この発明の一実施の形態による雷インパルス電圧試験装置の構成を示す回路図である。 図１に示した端子Ａ，Ｂ間を短絡した場合の雷インパルス電圧波形を示すタイムチャートである。 図１に示した端子Ａ，Ｂ間にコンデンサを接続した場合の雷インパルス電圧波形を示すタイムチャートである。 図１に示したコンデンサを示す回路図である。 図４に示したコンデンサの容量値の調整方法を説明するための図である。 図１に示した雷インパルス電圧試験装置の具体的構成を示す図である。

図１に示すように、この雷インパルス電圧試験装置は、インパルス電圧発生装置１と、コンデンサ８とを備える。インパルス電圧発生装置１は、放電スイッチ２、充電用コンデンサ５、制動用抵抗素子６、および放電用抵抗素子７を含む。

放電スイッチ２は、所定の放電ギャップを介して配置された２つの電極３，４を有する。電極３，４間の電圧が上昇して所定の放電開始電圧に到達すると、電極３，４間で放電が発生して電極３，４間が導通する。電極３，４間の電圧が下降して所定の放電停止電圧に到達すると、電極３，４間の放電が消えて電極３，４間が非導通になる。

充電用コンデンサ５は、放電スイッチ２の電極３と接地電圧ＧＮＤのラインとの間に接続される。充電用コンデンサ５は、雷インパルス電圧を生成するときに、充電器（図示せず）によって放電開始電圧に充電される。制動用抵抗素子６は、放電スイッチ２の電極４とインパルス電圧発生装置１の出力端子Ａとの間に接続される。制動用抵抗素子７は、電極４から出力端子Ａに流れる電流を調整するために設けられている。放電用抵抗素子７は、出力端子Ａと接地電圧ＧＮＤのラインとの間に接続されている。放電用抵抗素子６は、出力端子Ａから接地電圧ＧＮＤのラインに流出する電流を調整するために設けられている。

コンデンサ８は、インパルス電圧発生装置１の出力端子Ａと試験対象の変圧器９の巻線の一方端子Ｂとの間に接続される。コンデンサ８は、インパルス電圧発生装置１の出力端子Ａから変圧器９側を見た静電容量値を低減するために設けられている。試験対象の変圧器９の巻線の他方端子Ｃは、接地電圧ＧＮＤのラインに接続される。変圧器９の巻線の静電容量値は、図１ではコンデンサ１０で示されている。

次に、この雷インパルス電圧試験装置の動作について説明する。雷インパルス電圧試験装置と試験対象の変圧器９とを図１で示したように接続し、充電器（図示せず）をオンして充電用コンデンサ５の充電を開始する。充電用コンデンサ５の端子間電圧が放電開始電圧に到達すると、放電スイッチ２の電極３，４間で放電が生じ、電極３，４間が導通する。これにより、充電用コンデンサ５の端子間電圧が、放電スイッチ２、抵抗素子６，７、およびコンデンサ８を介して変圧器９の巻線の端子Ｂ，Ｃ間に印加される。

変圧器９の巻線の端子Ｂ，Ｃ間に印加される電圧ＶＢＣは、インパルス電圧発生装置１の出力電圧（端子Ａ，Ｃ間の電圧）ＶＡＣをコンデンサ８，１０で分圧した電圧になる。すなわち、コンデンサ８，１０の容量値をそれぞれＣ８，Ｃ１０とすると、ＶＢＣ＝ＶＡＣ×Ｃ８／（Ｃ８＋Ｃ１０）となる。充電用コンデンサ５の端子間電圧が低下して放電停止電圧に到達すると、電極３，４間の放電が停止して放電スイッチ２が非導通になり、雷インパルス電圧の印加が停止される。雷インパルス電圧の印加によって変圧器９が破損したか否かによって、その変圧器９の雷インパルス電圧に対する耐性の高低が判断される。

次に、試験対象の変圧器９の巻線の静電容量値が大きい場合に、雷インパルス電圧波形を調整する方法について説明する。まず、コンデンサ８を外してインパルス電圧発生装置１の出力端子Ａと変圧器９の巻線の一方端子Ｂとを直接接続し、制動用抵抗素子６の抵抗値を調整して波頭長が所望の範囲内（たとえば、規約波頭長：０．８４μs〜１．５６μs）になるように、変圧器９の巻線の端子Ｂ，Ｃ間の電圧ＶＢＣの波形を調整する。

図２（ａ）（ｂ）は、波頭長の調整が終了したときの雷インパルス電圧ＶＢＣの波形を例示するタイムチャートである。図２（ａ）（ｂ）では、制動用抵抗素子６の抵抗値の調整により波頭長Ｔ１は所望の範囲内の値（たとえば、１．２μｓｅｃ)となったが、制動用抵抗素子６の抵抗値が小さいため振動成分の抑制効果が弱まって波高点付近にオーバシュートが重畳している。この場合、オーバシュート含有率ＲＯが上限値（たとえば、５％）より大きな値（図では、１６％）になり、電圧波形を規定の範囲内に調整することができなかった。

次に、図１で示したように、インパルス電圧発生装置１の出力端子Ａと変圧器９の巻線の一方端子Ｂとの間にコンデンサ８を接続する。これにより、インパルス電圧発生装置１の出力端子Ａから変圧器９側を見た負荷静電容量値ＣＬは、２つのコンデンサ８，９の静電容量値の合成値となり、ＣＬ＝Ｃ８×Ｃ１０／（Ｃ８＋Ｃ１０）となる。たとえば、コンデンサ１０の静電容量値Ｃ１０が１００００ｐＦであるとき、コンデンサ８の静電容量値Ｃ８を１００００ｐＦに設定すれば、合成静電容量値ＣＬは５０００ｐＦとなる。

したがって、インパルス電圧発生装置１の出力端子Ａから変圧器９側を見た負荷静電容量ＣＬは、コンデンサ８が無い場合に比べて２分の１になるので、制動用抵抗素子６の抵抗値の調整によって雷インパルス電圧波形を規定の波形に調整することが十分可能となる。なお、この場合、変圧器９の巻線の端子Ｂ，Ｃ間電圧ＶＢＣはインパルス電圧発生装置１の出力電圧ＶＡＣの１／２になる。しかし、インパルス電圧発生装置１は変圧器９の巻線に印加すべき電圧の複数倍（たとえば、４倍）程度の電圧を出力できるので、巻線の電圧ＶＢＣが規格電圧になるようにインパルス電圧発生装置１の出力電圧ＶＡＣを調整するとよい。

図３（ａ）（ｂ）は、コンデンサ８を接続した状態で制動用抵抗素子６の抵抗値の調整が完了したときの雷インパルス電圧ＶＢＣの波形を例示するタイムチャートである。コンデンサ８を接続した状態ではインパルス電圧発生装置１の負荷静電容量値ＣＬがコンデンサ８を接続しない場合のたとえば１／２になっているので、制動用抵抗素子６の抵抗値を調整して波頭長を規定範囲に調整しても、制動用抵抗素子６の抵抗値は波頭部の重畳振動成分を抑制できる範囲内に収まる。図３（ａ）（ｂ）では、オーバシュート含有率ＲＯが規定の上限値（たとえば、５％）よりも小さな値（図では、２％）に収まっており、雷インパルス電圧波形が規定の範囲内に調整できたことが示されている。

図４は、コンデンサ８の構成を示す回路図である。図４において、コンデンサ８は、端子Ａ，Ｂ間に直列接続された複数（図では、４個）の碍子コンデンサ１１を含む。コンデンサ８の静電容量値Ｃ８の調整は、複数の碍子コンデンサ１１のうちの所望の数の碍子コンデンサ１１の各々の端子間を短絡することにより行なう。各碍子コンデンサ１１の容量値は、たとえば１００００ｐＦである。図４は、全ての碍子コンデンサ１１を直列接続してコンデンサ８の静電容量値Ｃ８を最小化した場合であり、コンデンサ８の静電容量値Ｃ８は２５００ｐＦとなる。

図５は、２個の碍子コンデンサ１１の各々の端子間を導電線１２で短絡した場合であり、コンデンサ８の静電容量値Ｃ８は５０００ｐＦとなる。また、３個の碍子コンデンサ１１の各々の端子間を導電線１２で短絡した場合、コンデンサ８の静電容量値Ｃ８は１００００ｐＦとなる。このようにして、コンデンサ８の静電容量値Ｃ８を２５００ｐＦから１００００ｐＦの間で調整し、雷インパルス電圧ＶＢＣの波形を調整する。なお、コンデンサ８の端子Ａ，Ｂ間の電圧ＶＡＢは、ＶＡＢ＝ＶＡＣ×Ｃ１０／（Ｃ８＋Ｃ１０）となるので、その電圧ＶＡＢがコンデンサ８の耐電圧を越えないようにコンデンサ８の静電容量値Ｃ８を設定する必要がある。

図６は、雷インパルス電圧試験装置の具体的構成を示す図である。図６において、コンデンサ８は直列接続された複数（図では４個）の碍子コンデンサ１１を含む。碍子コンデンサ１１では、２つの端子間の絶縁性を確保するため、２つの端子間は碍子で覆われている。隣接する２個の碍子コンデンサ１１の端子同士は、複数本のボルトで結合されている。コンデンサ８は、地面との間の絶縁性を確保するため、複数（図では２個）の長幹碍子２０、ワイヤなどを介してクレーンのアーム（図示せず）に吊り下げられている。

コンデンサ８の一方端子は、導電線２１を介してインパルス電圧発生装置１の上端の出力端子Ａに接続され、その他方端子は導電線２２を介して試験対象の大型変圧器９の１次巻線の入力端子Ｂに接続されている。変圧器９の１次巻線の入力端子Ｂと２次巻線の出力端子Ｄは、直方形の金属製の筐体９ａの上面からＶ字形に突出しており、端子Ｂ，Ｄの各々は碍子で覆われている。１次巻線および２次巻線は筐体９ａ内に収容されており、１次巻線の他方端子Ｃおよび筐体９ａは接地されている。

また、変圧器９の１次巻線の入力端子Ｂは、導電線２３を介して分圧器２４の上端の入力端子に接続される。分圧器２４の下端部の出力端子はオシロスコープ２５に接続される。雷インパルス電圧ＶＢＣの波形は、オシロスコープ２５の画面に表示されるとともに、レコーダ（図示せず）に記録される。

なお、変圧器９の２次巻線の出力端子Ｄの雷インパルス電圧試験を行なう場合は、コンデンサ８の他方端子は導電線２２を介して変圧器９の２次巻線の出力端子Ｄに接続される。

また、変圧器９には、２次巻線の内側に１次巻線が設けられ、１次巻線の内側に鉄心が設けられた内鉄型と、１次巻線と２次巻線が交互に設けられ、１次巻線および２次巻線の外側に鉄心が設けられた外鉄型とがある。

この実施の形態では、試験対象の変圧器９の巻線の静電容量値Ｃ１０が大きい場合、インパルス電圧発生装置１の出力端子Ａと変圧器９の巻線の一方端子Ｂとの間にコンデンサ８を接続して、インパルス電圧発生装置１の負荷静電容量値を低減する。したがって、制動用抵抗素子６の振動成分抑制効果が損なわれない範囲で制動用抵抗素子６の抵抗値を調整して、雷インパルス電圧ＶＢＣの波頭長を調整することができ、規定の雷インパルス電圧波形を得ることができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ インパルス電圧発生装置、２ 放電スイッチ、３，４ 電極、５ 充電用コンデンサ、６ 制動用抵抗素子、７ 放電用抵抗素子、８，１０ コンデンサ、９ 変圧器、９ａ 筐体、１１ 碍子コンデンサ、１２，２１〜２３ 導電線、２０ 長幹碍子、２４ 分圧器、２５ オシロスコープ。

Claims (6)

1. 試験対象の電気機器の端子に雷インパルス電圧を印加する雷インパルス電圧試験装置であって、
   雷インパルス電圧を出力するインパルス電圧発生装置と、
   前記インパルス電圧発生装置の出力端子と前記電気機器の端子との間に接続され、前記インパルス電圧発生装置から前記電気機器側を見た静電容量値を低減するための第１のコンデンサとを備える、雷インパルス電圧試験装置。
2. 前記第１のコンデンサの静電容量値は調整可能になっている、請求項１に記載の雷インパルス電圧試験装置。
3. 前記第１のコンデンサは、碍子を介して空中に吊り下げられ、直列接続された複数の碍子形コンデンサを含み、
   前記第１のコンデンサの静電容量値は、前記複数の碍子形コンデンサのうちの所望の数の碍子形コンデンサの端子間を短絡することによって調整される、請求項２に記載の雷インパルス電圧試験装置。
4. 前記インパルス電圧発生装置は、
   所定のギャップを開けて配置され、それらの間の電圧が放電開始電圧に到達したことに応じて導通する第１および第２の電極を有する放電スイッチと、
   前記第１の電極と基準電圧のラインとの間に接続された第２のコンデンサと、
   前記第２の電極と前記出力端子との間に接続された第１の抵抗素子と、
   前記出力端子と前記基準電圧のラインとの間に接続された第２の抵抗素子とを含み、
   前記第２のコンデンサが充電されて前記第１および第２の電極間の電圧が前記放電開始電圧に到達したことに応じて前記雷インパルス電圧が発生する、請求項１から請求項３までのいずれかに記載の雷インパルス電圧試験装置。
5. 前記電気機器の端子は、変圧器の巻線の端子である、請求項１から請求項４までのいずれかに記載の雷インパルス電圧試験装置。
6. 試験対象の電気機器の端子に雷インパルス電圧を印加する雷インパルス電圧試験方法であって、
   雷インパルス電圧を出力するインパルス電圧発生装置の出力端子と前記電気機器の端子との間にコンデンサを接続し、前記インパルス電圧発生装置から前記電気機器側を見た静電容量値を低減する、雷インパルス電圧試験方法。

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