JPH05176536A - 超低周波発生装置 - Google Patents

超低周波発生装置

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JPH05176536A
JPH05176536A JP35427191A JP35427191A JPH05176536A JP H05176536 A JPH05176536 A JP H05176536A JP 35427191 A JP35427191 A JP 35427191A JP 35427191 A JP35427191 A JP 35427191A JP H05176536 A JPH05176536 A JP H05176536A
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Takeshi Endo
桓 遠藤
Tadayoshi Ikeda
忠禧 池田
Yasuo Sekii
康雄 関井
Hiroshi Suzuki
弘 鈴木
Hideo Sato
英男 佐藤
Moritada Marumo
守忠 丸茂
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 超高圧大容量電力ケーブル線路の絶縁特性測
定用の超低周波発生装置を提供する。 【構成】 1次側低電圧をトランスにより昇圧し、その
2次高圧出力側端子に正,負両極性用のダイオードを用
いて各々半波整流し、その出力を正,負用の各抵抗を介
して供試絶縁物に課電する装置を用い、1次側電圧を次
第に昇圧して任意の昇圧時電圧波形を発生させる回路に
おいて、昇圧用トランスは正,負用2台のトランスある
いは正,負極性兼用の1台のトランスを用い、正,負用
の抵抗体の抵抗値はその抵抗体の有効断面積,有効長さ
あるいは固有抵抗を物理的あるいは機械的に正,負極性
用に各々独立してあるいは連動して変化させることによ
り、高電圧系に貯えられた静電エネルギーを放電して任
意の放電時電圧波形を得るようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、超高圧大容量電力ケ
ーブル線路の絶縁特性測定用の超低周波発生装置に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】以下、図面を参照して従来の超低周波発
生装置を説明する。超低周波発生装置の構成の一例を示
す図4の回路図において、交流高電圧電源1,1´には
コンデンサ2,2´、ダイオード4,4´および抵抗
6,6´がそれぞれ直列に接続されるとともに、コンデ
ンサ2,2´とダイオード4,4´間に並列にダイオー
ド3,3´が、ダイオード4,4´と抵抗6,6´間に
並列に平滑用コンデンサ5,5´が接続されている。そ
して、抵抗6,6´の共通端は切換スイッチ7を介し供
試コンデンサ8に接続され、さらに共通の接地線に接続
している。
【0003】ここで、ダイオード4のコンデンサ5側に
は正極性の高電圧が生じ、同様にダイオード4´のコン
デンサ5´側には負極性の高電圧が生じる。切換スイッ
チ7を実線で示す抵抗6側には倒すと、抵抗6の抵抗値
Rおよび供試コンデンサ8の静電容量C0 とすると、供
試コンデンサ8は時定数T=R×C0 で充電されること
になる。次に、切換スイッチ7を破線で示す抵抗6´側
に倒すと、抵抗6´の抵抗値と供試コンデササ8の静電
容量で決まる時定数で放電し、供試コンデンサ8は逆極
性に充電される。
【0004】ここで、切り換えスイッチ7の切り換えを
例えば5秒に1回行なえば、10秒で1サイクル、つま
り0.1Hzの超低周波が生じることになる。この例で
は、抵抗6,6´および切換スイッチ7により超低周波
を発生させているが、固定抵抗6,6´の代りに非線形
抵抗素子であるツェナーダイオード,酸化亜鉛アレスタ
等を用いて切換スイッチ7を省略し、単に交流高圧電源
1,1´を変化させてツェナーダイオード,酸化亜鉛ア
レスタの抵抗値を変化させることで超低周波電圧を発生
させるものもある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した切
換スイッチ7と固定抵抗6,6´を用いて超低周波電圧
を発生させる場合には、「スイッチ切換でアークが発
生し、部分放電測定の妨げになる。波形がCRの時定
数で決まり、任意の波形が得にくい。供試コンデンサ
8の充電が固定抵抗6,6´を介して行なわれるため、
固定抵抗6,6´にジュール熱が生じてしまう。さら
に、非線形素子の場合には、任意の課電圧,供試静電
容量にマッチする素子の選択が困難で、また、任意の抵
抗値選定が困難であり、抵抗値の変化範囲においても制
限がある。このため、波形コントロールが困難で、充放
電時に発生するジュール発熱も無視できない。そして、
非線形素子の電力容量に制限があり、大型,大容量化が
困難である。また、固体素子のため強制冷却が困難であ
る。」等の不具合がある。
【0006】この発明は、このような点に鑑みてなされ
たもので、充放電時のジュール発熱を無くし、切換スイ
ッチによるアークあるいはノイズの発生を無くし、しか
も任意の波形を発生することが可能な超低周波大容量発
生装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】この発明は、1次側低電
圧をトランスにより昇圧し、その2次高圧出力側端子に
正,負両極性用のダイオードを用いて各々半波整流し、
その出力を正,負用の各抵抗を介して供試絶縁物に課電
する装置を用い、1次側電圧を次第に昇圧して任意の昇
圧時電圧波形を発生させる回路において、昇圧用トラン
スは正,負用2台のトランスあるいは正,負極性兼用の
1台のトランスを用い、正,負用の抵抗体の抵抗値はそ
の抵抗体の有効断面積,有効長さあるいは固有抵抗を物
理的あるいは機械的に正,負極性用に各々独立してある
いは連動して変化させることにより高電圧系に貯えられ
た静電エネルギーを放電させ、任意の放電時電圧波形を
得るようにしたことを特徴とする超低周波発生装置であ
る。
【0008】
【作用】正,負両極性用の各々の可変抵抗を抵抗体の有
効断面積,固有抵抗,抵抗体の実効長等を物理的あるい
は機械的に変化させることで、任意の値に、また、大幅
な変化を可能にする。これによりジュール発熱の少ない
高効率の任意波形大容量超低周波発生装置の実現を可能
にした。
【0009】
【実施例】以下、図面に基づいてこの発明の実施例を説
明する。図1は超低周波大容量高電圧発生装置の構成を
示す回路図である。即ち、高電圧課電トランス11の1
次側には電圧制御装置16が接続され、この電圧制御装
置16には抵抗値制御装置15が接続されている。上記
高圧課電トランス11の2次側には、正極性発生用ダイ
オード12と可変抵抗器14および負極性発生用ダイオ
ード13と可変抵抗器14´が並列に接続され、供試静
電容量8に接続される。この供試静電容量の他端は接地
されている。
【0010】ここで、供試静電容量8の容量を7.5μ
Fとし、発生周波数0.1Hz,課電圧最大値310k
V,実効値220kVの正弦波発生装置とする。上記高
圧課電トランス11は1次側電圧を電圧制御装置16に
より調整して0.1Hzの正弦波発生装置となり、電圧
制御装置16は可変抵抗14,14´の抵抗値制御装置
15と連動している。
【0011】正極性発生用ダイオード12側の可変抵抗
14は零Ωになるように制御され、一方、負極性発生用
ダイオード13側の可変抵抗14´は最大にセットさ
れ、2MΩとなっている。ここで、課電トランス11の
50Hz電源を正弦波の0〜π/2位相角の波形になる
ように2.5秒間で昇圧すると、ダイオード12の出力
側には正極性の0.1Hzの0〜π/2の位相角に相当
する電圧が生じ、供試静電容量8に充電される。このダ
イオード12の出力側の電圧はπ/2の位相で310k
V(最大値)となり、実効値はその1/√2の約220
kVになる。
【0012】一方、この2.5秒の昇圧過程で2MΩが
接続されたダイオード13を介して漏れ電流が課電トラ
ンス11に逆流する。この逆流によって2MΩの可変抵
抗14´には次の(1)式で示される発熱が生じる。
【0013】
【数1】
【0014】π/2の位相で充電が完了したら、課電ト
ランス11の電源電圧を降して電源をオフにする。する
と、2MΩで放電し、次第に電圧が低下してくる。しか
し、この場合、放電時定数tCR=7.5・10-6×2・
106 =15秒となり、このままでは放電に要する時間
が長くなってしまう。そこで、抵抗値制御装置15を調
節して2MΩより抵抗値を直線的に低下させ、2.5秒
後に零Ωになるようにしてやれば、供試静電容量8端の
電圧は零となり、位相角π/2に相当する電位になる。
なお、この間に可変抵抗器14の抵抗値を上昇させてや
ればよいが、これは動作には関係がない。
【0015】ここで、再び課電トランス11を2.5秒
で昇圧すると、ダイオード13の負極性電圧で、供試静
電容量8が充電され、負の最大値−310kVになり、
3/2・πの位相に相当する電圧になる。ここで再び課
電トランス11をオフにし、可変抵抗器14の抵抗値を
2MΩから次第に低下させ、2.5秒後に零Ωとすると
電圧が零になり、位相角4/2・πに相当し、1サイク
ルが完了する。この間の各部電圧波形を図2に示す。
【0016】ここで、正電圧の昇圧過程において可変抵
抗器14´から24.2kWの発熱が2.5秒,負の昇
圧過程で24.2kWの発熱が2.5秒それぞれ生じ、
平均12.1kWの発熱になる。
【0017】一方、供試静電容量8の静電エネルギーP
Q
【0018】
【数2】
【0019】となり、これを半サイクル、つまり5秒間
で可変抵抗器14,14´により消費させることになる
ので、平均72kWの発熱になる。これより可変抵抗器
14,14´による発熱は合計12.1+72=84.
1kWの発熱になる。
【0020】次に、可変抵抗器の具体的な構成を図3に
示す。断面積100cm2 (有効半径5.64cm),
有効長さ200cmの円筒液体抵抗19が2つ直列に接
続され、その両端に固定電極20,20´が、中央部に
も白金固定メッシュ電極21が設けられている。液体抵
抗部には、それぞれ白金製の可動メッシュ電極22,2
2´が設けられ、その間には金属ロッド23,絶縁ロッ
ド24および金属ロッド23´が設けられ、5秒間に
2.5秒の往移動、さらに5秒間に2.5秒の復移動が
矢印Pで示すように直線的にあり、この移動により抵抗
値が直線的に変化する。
【0021】ここで、液体抵抗として106 Ωcmのも
の、例えばイオン交換水あるいは水とグリセリンの混合
液によって調合して用いれば、電極間距離200cmの
場合の抵抗値Rは
【0022】
【数3】
【0023】となり、電極間距離が0cmで0Ωとな
る。この間の抵抗は距離、つまり移動時間に対し直線的
に変化する。この液体抵抗19は課電時に発熱するの
で、パイプ25で冷却装置26および冷却用ポンプ27
に連結され、外部に取り出して循環して冷却するように
構成されている。
【0024】上述した実施例は、課電トランスを1台の
ものについて説明したがこれは勿論正,負専用に2台の
課電トランスを用いても良い。
【0025】可変抵抗器14,14´は連動して互いに
逆方向に動作するように構成しても良く、単独で動作さ
せても良い。また、可変抵抗器を供試静電容量と並列に
接続して、その抵抗値を制御して放電する方法も可能で
あり、また、可変抵抗器と併用する方法も可能である。
さらに発生器電源としては商用周波を用いても良く、さ
らに高い周波数によりトランスを小型化することも可能
である。
【0026】
【発明の効果】以上説明したとおり、この発明の超低周
波発生装置は、可変抵抗体の物理的あるいは機械的な変
化を利用することにより、抵抗の可変範囲が例えば0〜
2MΩと極端に大幅にとることができる。また、液の固
有抵抗,液の断面積,抵抗体の長さの選択により任意の
抵抗値,可変範囲が容易にできる。さらに、液の外部へ
の取出しにより効果的な強制冷却が可能となる。そし
て、往復動移動速度の外部コントロールにより任意の波
形,正,負非対称の波形,周波数等が容易に選定可能に
なる。また、抵抗体の断面形状,長さ方向の形状が任意
に変化することができ、電極付近の電流密度の選定等が
任意に可能となる。
【0027】これらのことにより、大容量,安定性およ
び外部制御性に優れた超低周波大容量発生装置が可能に
なる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例の超低周波発生装置の構成を
示す回路図、
【図2】各電圧位相での動作を示す説明図および電圧波
形図、
【図3】超低周波発生装置に使用される液体抵抗を用い
た可変抵抗器の構成を示す断面図、
【図4】従来の超低周波発生装置の一例の構成を示す回
路図である。
【符号の説明】
8 供試静電容量 11 高圧課電トランス 12 正発生用ダイオード 13 負発生用ダイオード 14,14´ 可変抵抗器 15 抵抗値制御装置 16 電圧制御装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 弘 茨城県日立市日高町5丁目1番1号「日立 電線株式会社パワーシステム研究所」内 (72)発明者 佐藤 英男 茨城県日立市日高町5丁目1番1号「日立 電線株式会社パワーシステム研究所」内 (72)発明者 丸茂 守忠 茨城県日立市日高町5丁目1番1号「日立 電線株式会社日高工場」内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 1次側低電圧をトランスにより昇圧し、
    その2次高圧出力側端子に正,負両極性用のダイオード
    を用いて各々半波整流し、その出力を正,負用の各抵抗
    を介して供試絶縁物に課電する装置を用い、1次側電圧
    を次第に昇圧して任意の昇圧時電圧波形を発生させる回
    路において、昇圧用トランスは正,負用2台のトランス
    あるいは正,負極性兼用の1台のトランスを用い、正,
    負用の抵抗体の抵抗値はその抵抗体の有効断面積,有効
    長さあるいは固有抵抗を物理的あるいは機械的に正,負
    極性用に各々独立してあるいは連動して変化させること
    により、高電圧系に貯えられた静電エネルギーを放電し
    て任意の放電時電圧波形を得るようにしたことを特徴と
    する超低周波発生装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113899993A (zh) * 2021-03-04 2022-01-07 哈尔滨理工大学 电力电缆用超低频余弦方波耐压试验设备及方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113899993A (zh) * 2021-03-04 2022-01-07 哈尔滨理工大学 电力电缆用超低频余弦方波耐压试验设备及方法
CN113899993B (zh) * 2021-03-04 2024-03-26 哈尔滨理工大学 电力电缆用超低频余弦方波耐压试验设备及方法

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