JP5889216B2 - 高電圧発電機負荷試験装置 - Google Patents

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Description

本発明は、高電圧発電機負荷試験装置に関する。ここで、高電圧発電機は、3000ボルト以上8000ボルト以下の電圧を発生する発電機をさす。
従来、発電機の負荷試験は、負荷に発電機の試験電圧を印加し、負荷で電力消費させる(電力加熱を生じさせる)ことにより行われている。ここで、負荷は、複数の抵抗器を並列接続して、抵抗総和が試験対象の発電機に与える試験負荷値(抵抗値)と同一になるように構成している(例えば、特許文献1参照)。
特許第4106471号公報
ここで、抵抗器が複数の単位抵抗を直列に接続して構成されており、しかも、発電機が3000〜8000ボルトの電圧を発生する高電圧発電機である場合、抵抗器を構成している単位抵抗の一つが断線すると、断線した単位抵抗の両端には高電圧(電源電圧)が印加されることになる。このため、単位抵抗内の断線箇所にアーク放電が生じ、単位抵抗が溶断するという問題が生じる。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、高電圧発電機の負荷を構成している単位抵抗に断線が生じても、単位抵抗内の断線箇所におけるアーク放電を防止することが可能な高電圧発電機負荷試験装置を提供することを目的とする。
前記目的に沿う本発明に係る高電圧発電機負荷試験装置は、3000ボルト以上8000ボルト以下の高電圧発電機の負荷として接続され、端部に端子を備えた単位抵抗を直列に接続した抵抗群を、更に複数並列に接続して構成された抵抗集合体を備える高電圧発電機負荷試験装置であって、
並列に接続した前記抵抗群にそれぞれ含まれる前記単位抵抗の等電位となる前記端子の全部又は一部を通電路で連結し、前記抵抗集合体をY結線又はΔ結線して構成された抵抗回路を複数有し、前記高電圧発電機のR相、S相及びT相の各出力に前記抵抗回路は並列に接続され、しかも、前記抵抗回路の各相には電流計が設けられ、該各電流計の測定値が定常状態からアンバランスになる場合、アンバランスが生じた前記抵抗回路を前記高電圧発電機から切り離している。
本発明に係る高電圧発電機負荷試験装置において、前記単位抵抗はフィン付シーズヒータであって、前記抵抗集合体は、前記フィン付シーズヒータを、該フィン付シーズヒータの長手方向を互いに平行にして水平及び上下方向に隙間を設けて配置することが好ましい。
本発明に係る高電圧発電機負荷試験装置において、前記抵抗回路は、前記抵抗集合体を上下方向に3段隙間を設けて配置することにより形成され、下段に位置する前記抵抗集合体の下方には強制風冷手段が配置されていることが好ましい。
また、複数の前記抵抗回路は、直方体のコンテナ内の幅方向両側に、該コンテナの長手方向に沿って並べて収納され、該コンテナの幅方向中央部には、該コンテナの長手方向に沿って機内通路が設けられていることが好ましい。
本発明に係る高電圧発電機負荷試験装置においては、並列に接続した抵抗群にそれぞれ含まれる単位抵抗の等電位となる端子の全部又は一部を通電路で連結しているので、各抵抗群を構成している単位抵抗の一部に断線が生じても、電流は断線した単位抵抗を迂回して流れ、断線した単位抵抗の端子間には電圧降下が生じて、高電圧発電機の電源電圧に相当する電位差は発生しない。このため、断線した単位抵抗の断線箇所におけるアーク放電の発生を防止でき、断線が生じた単位抵抗が溶断し、高電圧発電機負荷試験装置が損傷するという問題を回避できる。
本発明に係る高電圧発電機負荷試験装置において、単位抵抗がフィン付シーズヒータである場合、フィンを介して発生した熱量を効率的に大気に放散することができる。
また、抵抗集合体が、フィン付シーズヒータを、フィン付シーズヒータの長手方向を互いに平行にして水平及び上下方向に隙間を設けて配置することにより形成されている場合、フィンから放散された熱を、抵抗集合体内の隙間を介して抵抗集合体の外部に容易に排出することができる。
本発明に係る高電圧発電機負荷試験装置において、抵抗集合体をY結線又はΔ結線して構成された抵抗回路を複数有し、高電圧発電機のR相、S相及びT相の各出力に抵抗回路は並列に接続され、しかも、抵抗回路の各相には電流計が設けられているので、抵抗集合体を構成している単位抵抗に断線が生じると、断線が生じた単位抵抗を含む抵抗集合体の抵抗値が変化し、この抵抗集合体を流れる電流の測定値が定常状態から変化してアンバランスとなる。このため、電流計の測定値の変化から断線が生じた単位抵抗を含む抵抗集合体を特定することができる。
また、各電流計の測定値が定常状態からアンバランスになる場合、アンバランスが生じた抵抗回路を高電圧発電機から切り離すので、残りの抵抗回路を用いて高電圧発電機の負荷試験を続行することができる。そして、高電圧発電機から切り離された抵抗回路では、断線が生じた単位抵抗を含む抵抗集合体が特定できるので、断線が生じた単位抵抗を新しい単位抵抗と交換することにより抵抗回路を復旧することができる。これにより、高電圧発電機の負荷試験を設定された負荷容量で再開することができる。
本発明に係る高電圧発電機負荷試験装置において、抵抗回路が、抵抗集合体を上下方向に3段隙間を設けて配置することにより形成され、下段に位置する抵抗集合体の下方には強制風冷手段が配置されている場合、強制風冷手段で発生させた風は、下段、中段及び上段の各抵抗集合体をそれぞれ構成しているフィン付シーズヒータの隙間を順次通過して、上段の抵抗集合体から上方空間に到達することができ、その際に通過する風とフィン付シーズヒータとの間で熱交換が行われるため、フィン付シーズヒータの過熱断線を防止できる。
本発明に係る高電圧発電機負荷試験装置において、複数の抵抗回路が、直方体のコンテナ内の幅方向両側に、コンテナの長手方向に沿って並べて収納されている場合、高電圧発電機負荷試験装置の運搬、移設、積み下ろし等が容易になる。
また、コンテナの幅方向中央部に、コンテナの長手方向に沿って機内通路が設けられている場合、高電圧発電機負荷試験装置の電気的及び機械的なチェックを簡便かつ確実に行うことができる。
本発明の一実施の形態に係る高電圧発電機負荷試験装置の一部切り欠き平断面図である。 (A)、(B)及び(C)はそれぞれ、図1のO−O、P−P及びQ−Qの各矢視断面図である。 本発明の一実施の形態に係る高電圧発電機負荷試験装置に設けられる抵抗集合体の一部回路図である。 同高電圧発電機負荷試験装置に設けられる抵抗回路の説明図である。 抵抗回路において、3相交流発電機の各出力端子間に配置される抵抗集合体の説明図である。 従来例に係る高電圧発電機負荷試験装置の抵抗回路において、3相交流発電機の各出力端子間に配置される抵抗集合体の説明図である。
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図1〜図3に示すように、本発明の一実施の形態に係る高電圧発電機負荷試験装置10は、3000ボルト以上8000ボルト以下の高電圧発電機の一例であり、R相、S相及びT相の各出力を有する3相交流発電機(図示せず)の負荷として接続され、端部に端子11を備えた単位抵抗の一例であるフィン付シーズヒータ12を、接続線13を介して複数直列に接続した抵抗群14を複数並列に接続線15を介して接続して構成された抵抗集合体16を備えている。そして、抵抗集合体16では、並列に接続した抵抗群14の間で、隣り合う抵抗群14にそれぞれ含まれるフィン付シーズヒータ12の等電位となる端子11の全部が通電路17で連結されている。なお、図3では、接続線13を介して接続される各端子11は等電位となるので、通電路17は、隣り合う抵抗群14において、等電位となる端子11間を接続する接続線13の中央部同士を連結するように記載している。
ここで、高電圧発電機負荷試験装置10は、抵抗集合体16を、例えばY結線して構成された抵抗回路18(図4に示す)を、試験を行う3相交流発電機の負荷容量に合わせて複数有し、3相交流発電機のR相、S相及びT相の各出力に抵抗回路18は並列に接続されている。そして、抵抗回路18と3相交流発電機のR相、S相及びT相の出力端子を接続する接続路19、20、21には、電流計22がそれぞれ設けられると共に、各電流計22の測定値が定常状態からアンバランスになる場合を検知して、アンバランスが生じた抵抗回路18を3相交流発電機から切り離す遮断器23が設けられている。
図2(C)に示すように、フィン付シーズヒータ12は、側面視してU字状となって、長手方向の一端側に端子11が並べて設けられている。このため、フィン付シーズヒータ12の長手方向を互いに平行にして水平及び上下方向にそれぞれ隙間を設けて配置されるように、フィン付シーズヒータ12の一端側を図示しない絶縁部材を介して取付部材24に固定することにより、抵抗集合体16が形成されている。また、図2(A)、(C)に示すように、抵抗集合体16を、棚25を用いて上下方向に3段隙間を設けて配置することにより抵抗回路18が形成されている。更に、抵抗集合体16の下方、即ち、棚25の下部には、下段に位置する抵抗集合体16の下部に向けて風を送り込む強制風冷手段の一例である有圧換気扇26が配置されている。
そして、図1、図2(A)、(C)に示すように、複数の抵抗回路18は、直方体のコンテナ27内の幅方向両側に、コンテナ27の長手方向に沿って並べて収納されている。このため、コンテナ27の幅方向中央部には、コンテナ27の長手方向に沿って機内通路28が形成されている。
なお、図1において、符号29は、抵抗集合体16から放熱された熱をコンテナ27内から外部に排出するための換気を行う機内用換気扇、符号30は、3相交流発電機の電源電圧を必要に応じて降圧する変圧器、符号31は、負荷試験の際に、3相交流発電機から高電圧発電機負荷試験装置10に供給される電流を測定する変流器である。
また、図2(A)、(B)において、符号32は、高電圧発電機負荷試験装置10に過電流が流入するのを防止する電力ヒューズ、符号33は、抵抗回路18と3相交流発電機を接続する電路の開閉を行う高圧真空コンタクタ、符号34は計器用の変圧器、符号35は、3相交流発電機と高電圧発電機負荷試験装置10を接続する負荷ケーブル、符号36は、負荷ケーブルを接続する試験電源接続端子、符号37はコンテナ27の長手方向の一側に設けられた機内通路28に進入するための扉である。
続いて、本発明の一実施の形態に係る高電圧発電機負荷試験装置10の作用について説明する。
例えば、線間電圧が6600Vの3相交流発電機の負荷試験を行うに当たり、高電圧発電機負荷試験装置10の負荷容量を1000kWとし、この負荷容量を250kWの容量を有する抵抗回路を4個用いて構成した場合について説明する。なお、抵抗回路は、図4に示す抵抗回路18と同様、3個の抵抗集合体38(図5参照)をY結線することにより構成される。このとき、1相分の容量は250kW/3=83.333kWとなる。ここで、フィン付シーズヒータ12の容量を2.777kWとすると、1相分に必要なフィン付シーズヒータ12の本数は83.333/2.777から計算され、30本と求められる。
ここで、3相交流発電機の線間電圧が6600Vの場合、抵抗集合体38の両端には3810.5(6600/31/2)Vの電圧が印加される。このため、各フィン付シーズヒータ12に印加される電圧を、フィン付シーズヒータ12の許容電圧以下にしようとすると、抵抗集合体38は、例えば、図5に示すように、10本のフィン付シーズヒータ12の端子11同士を接続線13を介して直列に接続した抵抗群39が3個、接続線15を介して並列に接続され、並列に接続された抵抗群39の間で、隣り合う抵抗群39にそれぞれ含まれるフィン付シーズヒータ12の等電位となる端子11の全部が通電路17で連結されている構成とすることができる。
抵抗集合体38の両端の接続部40、41には、3810.5Vの電圧が印加されるので、各フィン付シーズヒータ12間で生じる電圧降下は381.05Vである。また、フィン付シーズヒータ12の容量は2.777kWであるから、フィン付シーズヒータ12の抵抗は52.28Ωであり、抵抗群39の抵抗は522.8Ωとなって抵抗集合体38の抵抗は174.2Ωとなる。その結果、抵抗集合体38には22Aの電流が流れることになる。なお、通電路17には電流は流れない。
ここで、図5に示す抵抗集合体38は、3本のフィン付シーズヒータ12を並列接続して形成した抵抗団を、直列に10個接続して構成されるとも考えられるので、抵抗集合体38を構成しているフィン付シーズヒータ12の1本に断線が生じた場合の抵抗集合体38の抵抗は、2本のフィン付シーズヒータ12を並列接続して形成した1個の抵抗団(26.14Ω)と9個の抵抗団(17.42Ω)を直列に接続した場合と同値となり、182.92Ωとなる。その結果、1本のフィン付シーズヒータ12が断線した抵抗集合体38を流れる電流は20.83Aとなる。従って、1本のフィン付シーズヒータ12が断線することで、損傷した抵抗集合体38に流れる電流は、22Aから20.83Aに変化するので、無損傷の抵抗集合体38を流れる電流を測定する電流計22の測定値との間にアンバランスが生じ、遮断器23が作動してアンバランスが生じた抵抗回路は、3相交流発電機から切り離される。
以上のように、抵抗集合体38では、フィン付シーズヒータ12が1本断線しても、断線したフィン付シーズヒータ12も両端子11間の電位差は約272Vとなる。このため、断線したフィン付シーズヒータ12の断線箇所でアーク放電が生じることはなく、断線したフィン付シーズヒータ12が溶断しないため、フィン付シーズヒータ12の溶断に伴う高電圧発電機負荷試験装置10の損傷も起こらない。なお、抵抗団を構成している3個のフィン付シーズヒータ12が全て断線するとアーク放電が発生するが、その発生確率は非常に小さく、実用上考慮する必要はないと解される。
また、アンバランスが生じた抵抗回路は、3相交流発電機から切り離されるので、切り離された抵抗回路内の断線したフィン付シーズヒータ12を新しいフィン付シーズヒータ12と交換して抵抗回路を復旧することができ、3相交流発電機に対して設定された負荷容量での試験を再開することができる。なお、アンバランスが生じた抵抗回路が切り離されても、残りの3個の抵抗回路は3相交流発電機に接続されているので、残りの抵抗回路を用いて3相交流発電機の負荷試験(ただし、負荷容量が750kWの負荷試験)を続行することができる。
従来方式の高電圧発電機負荷試験装置を用いて、線間電圧が6600Vの3相交流発電機の負荷試験を行うに当たり、高電圧発電機負荷試験装置の負荷容量を1000kWとし、この負荷容量を250kWの容量を有し、フィン付シーズヒータ12を用いて作製された抵抗回路を4個用いて構成する場合を考える。従来方式の高電圧発電機負荷試験装置の場合も、250kWの負荷容量の抵抗回路の1相分に必要なフィン付シーズヒータ12の本数は30本となる。また、各フィン付シーズヒータ12に印加される電圧を、フィン付シーズヒータ12の許容電圧以下にしようとすると、抵抗集合体42は、例えば、図6に示すように、10本のフィン付シーズヒータ12の端子11同士を接続線13を介して直列に接続した抵抗群43が3個、接続線15を介して並列に接続される構成となる。
抵抗集合体42の接続部44、45には、3810.5Vの電圧が印加されるので、各フィン付シーズヒータ12間で生じる電圧降下は381.05Vである。また、フィン付シーズヒータ12の容量は2.777kWであるから、フィン付シーズヒータ12の抵抗は52.28Ωであり、抵抗群43の抵抗は522.8Ωとなって抵抗集合体42の抵抗は174.2Ωとなる。その結果、抵抗集合体42には22Aの電流が流れることになる。
ここで、抵抗集合体42を構成しているフィン付シーズヒータ12の1本に断線が生じた場合、抵抗集合体42の抵抗は、2個の抵抗群43が並列接続された際の抵抗となり、261.4Ωとなる。また、断線したフィン付シーズヒータ12を含む抵抗群43には電流は流れず、断線したフィン付シーズヒータ12の両端には電源電圧6600Vが印加されるので、断線したフィン付シーズヒータ12の断線箇所には、6600Vの電圧差が発生する。このため、断線したフィン付シーズヒータ12の断線箇所でアーク放電が生じる可能性がある。従って、従来方式の高電圧発電機負荷試験装置では、フィン付シーズヒータ12の溶断に伴って高電圧発電機負荷試験装置に損傷が生じるという問題が起こる。
以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載した構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。
更に、本実施の形態とその他の実施の形態や変形例にそれぞれ含まれる構成要素を組合わせたものも、本発明に含まれる。
例えば、本実施の形態では、並列に接続した抵抗群の間で、隣り合う抵抗群にそれぞれ含まれるフィン付シーズヒータの等電位となる端子の全部を通電路で連結したが、等電位となる端子の一部を連結して、フィン付シーズヒータに断線が生じても、断線したフィン付シーズヒータを迂回して断線したフィン付シーズヒータを含む抵抗群に電流が流れるようにしてもよい。また、抵抗回路を抵抗集合体をY結線して構成したが、抵抗集合体をΔ結線して抵抗回路を構成することもできる。更に、強制風冷手段として、騒音を低減するために有圧換気扇を使用したが、フィン付シーズヒータからの放熱促進が重要となる場合は、有圧換気扇の代わりに軸流ファンを採用することが好ましい。
10:高電圧発電機負荷試験装置、11:端子、12:フィン付シーズヒータ、13:接続線、14:抵抗群、15:接続線、16:抵抗集合体、17:通電路、18:抵抗回路、19、20、21:接続路、22:電流計、23:遮断器、24:取付部材、25:棚、26:有圧換気扇、27:コンテナ、28:機内通路、29:機内用換気扇、30:変圧器、31:変流器、32:電力ヒューズ、33:高圧真空コンタクタ、34:計器用変圧器、35:負荷ケーブル、36:試験電源接続端子、37:扉、38:抵抗集合体、39:抵抗群、40、41:接続部、42:抵抗集合体、43:抵抗群、44、45:接続部

Claims (4)

  1. 3000ボルト以上8000ボルト以下の高電圧発電機の負荷として接続され、端部に端子を備えた単位抵抗を直列に接続した抵抗群を、更に複数並列に接続して構成された抵抗集合体を備える高電圧発電機負荷試験装置であって、
    並列に接続した前記抵抗群にそれぞれ含まれる前記単位抵抗の等電位となる前記端子の全部又は一部を通電路で連結し、前記抵抗集合体をY結線又はΔ結線して構成された抵抗回路を複数有し、前記高電圧発電機のR相、S相及びT相の各出力に前記抵抗回路は並列に接続され、しかも、前記抵抗回路の各相には電流計が設けられ、該各電流計の測定値が定常状態からアンバランスになる場合、アンバランスが生じた前記抵抗回路を前記高電圧発電機から切り離すことを特徴とする高電圧発電機負荷試験装置。
  2. 請求項1記載の高電圧発電機負荷試験装置において、前記単位抵抗はフィン付シーズヒータであって、前記抵抗集合体は、前記フィン付シーズヒータを、該フィン付シーズヒータの長手方向を互いに平行にして水平及び上下方向に隙間を設けて配置することにより形成されていることを特徴とする高電圧発電機負荷試験装置。
  3. 請求項1又は2記載の高電圧発電機負荷試験装置において、前記抵抗回路は、前記抵抗集合体を上下方向に3段隙間を設けて配置することにより形成され、下段に位置する前記抵抗集合体の下方には強制風冷手段が配置されていることを特徴とする高電圧発電機負荷試験装置。
  4. 請求項記載の高電圧発電機負荷試験装置において、複数の前記抵抗回路は、直方体のコンテナ内の幅方向両側に、該コンテナの長手方向に沿って並べて収納され、該コンテナの幅方向中央部には、該コンテナの長手方向に沿って機内通路が設けられていることを特徴とする高電圧発電機負荷試験装置。
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