JP5889216B2

JP5889216B2 - 高電圧発電機負荷試験装置

Info

Publication number: JP5889216B2
Application number: JP2013007397A
Authority: JP
Inventors: 透間内; 力間内
Original assignee: 赤司電機株式会社
Priority date: 2013-01-18
Filing date: 2013-01-18
Publication date: 2016-03-22
Anticipated expiration: 2033-01-18
Also published as: JP2014137337A

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は、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（６６００／３^１／２）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

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。
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。
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。
請求項３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。