JPS6030185B2 - 電圧抑制装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、変圧器２次側の高圧側端子に接続された供
試体（例えばコンデンサ、抵抗、ケープル等）において
、絶縁破壊又は設定値以上の放電電荷量の部分放電が発
生した場合に、この供謙体は低電位に保持して続流を抑
制又は部分放電を消滅させ、供試体の絶縁破壊電圧値又
は部分放電電圧値の標準偏差を少なするようにした電圧
抑制装置に関する。

従来より電力機器内において絶縁破壊が生じた場合は〜
その電力系統に放電電流が流れるが、機器等の保護のた
め、しや断器を作動させて電源をその電力系統から切り
放すように構成してあるのが一般的である。

しかし乍ら、供試体が絶縁破壊を生じてからしや断器が
動作するまでの時間（以下、動作時間とする）に電源側
から供試体に綿流が流入する。この続流によって電極表
面の損傷拡大や供試絶縁物の劣化跡の損傷拡大を生じる
。また、しや断器の動作時に電磁譲導作用のため変圧器
を介して２次側に誘起過電圧の発生が考えられ、この過
電圧によって更に電極表面の損傷や供試絶縁物の劣化跡
の損傷拡大をきたし、次回の絶縁破壊電値や部分放電電
圧値に影響を及ぼすという問題があった。また、このよ
うに続流が長時間続くということは、電極表面を不整に
したり、放電劣化生成物が得られるので、一定の条件で
の放電特性の究明は極めて不都合な問題であった。

上記の１次側しや断方式を改良した方法として、変圧器
の２次側の供試体を絶縁破壊が生じた場合、その放電電
流を利用して変圧器の１次側に並列に接続された半導体
素子を動作させ、電源をしや断する方法がある。

またこの方法を改良し、試験用変圧器の１次側に直列に
接続された半導体素子を動作させ、電源をしや断する方
法がある。これらの方法は試験用変圧器の１次側を高遠
しや断する方法であるので、試験用変圧器の２次側に前
記と同様に過電圧の誘起が考えられる。そこで、しや断
器の動作数の続流を直接制御する方法が必要となる。

こうした続流管の抑制方法として、供試体と並列に接続
された気中ギャップを、例えばサィラトロンを用いて制
御する方法が知られている。しかし、この方法において
も、気中ギャップを用いるためにギャップの火花電圧で
放電劣化生成分が形成され、供試体を一定の条件で制御
することができない。そこで、さらに上記サィラトロン
等を半導体素子に置き換えることが考えられた。

このような半導体素子としては、サィリスタ等の制御整
流素子（以下ＳＣＲという）が適当であるが、現在のと
ころＳＣＲの耐圧は、１８００ボルト程度であるため、
この耐電圧以上の電圧を１つのＳＣＲに印加させないた
めにＳＣＲを複数個直列接続して用いる必要がある。こ
のようにＳＣＲを複数個直列接続して用いる場合に、特
に問題となることは、ＳＣＲの全部を一斉にターンオン
させるための点弧手段に関してである。

すなわち、複数個直列に接続したＳＣＲについて、仮り
に各ＳＣＲの点弧が一斉になされなかったときは、点弧
されないＳＣＲに耐電圧以上の電圧が印加され、このＳ
ＣＲを破壊してしまうという不都合な問題点があったか
らである。そこで、従来からＳＣＲを複数個直列接続し
たこの種の装置においては、種々の点弧手段が開発され
提供されていた。第１には、直列又は並列に多数接続し
たＳＣＲを一斉に点弧する手段としてそのＳＣＲと同一
個数のパルス変圧器を設け、その各２次巻線をＳＣＲの
ゲート・カソード間に配設してなり、一次巻線を共通に
パルス電流発生器に接続した構成からなる点弧手段が提
供されている。

このような構成になる点弧の手段であると、特に直列接
続の場合は、高電圧で使用されることが多くパルス変圧
器の絶縁が困難となる結果、絶縁に要する費用が高価と
なり、加えて効率のよいパルス変圧器が得うれないとい
う不都合があった。

第２には、一個のＳＣＲを点弧しターンオンすると、こ
れによって次のＳＣＲが点弧されるというように順次点
弧させる追従点弧方式も考えられる。この方式によると
直列接続したＳＣＲの数が少し・ときには点弧の遅れ時
間が小さいので問題はないが、そのＳＣＲの数が多くな
ると最初のＳＣＲの点弧から順次遅れて点弧するので最
後のＳＣＲの点弧は最初のものからは相当遅れることに
なる。従って、そのＳＣＲには瞬時的に耐圧以上の電圧
が加わり、信頼性が低下するか或いは破壊されてしまう
問題点があった。このようなことから、第３にはＳＣＲ
を複数個直列接続し、各ＳＣＲの制御電極（以下「ゲー
ト」という。

）と陰極（以下「カソード」という。）間に抵抗と光信
号を電気信号に変換する光電素子を直列に配設し、且つ
そのカソードと前記抵抗・光電素子の接続点との間に点
弧用の電源を配し、この光電素子に可操性の光パイプで
点弧用の光信号を入力して点孤制御する方式も考えられ
るが、可操性の光パイプが非常に高価であるという不都
合があり、且つ可操性の光パイプを長くするときはその
光信号が減衰してしまうので十分大きな輝度をもつ光源
を必要とするという問題点があった。さらに、第４には
一斉点弧させる点弧手段として、ＳＣＲを複数個直列接
続し電波を利用し、点弧信号発生器を無線送信機とし、
点弧回路を無線受信機を含んだ点弧回路として構成し、
一斉点弧する手段が考えられるが、変調方式を振幅変調
方式にとれば雑音に弱くなり誤動作する塵れがあるとい
う不都合があり、これら周波数変調方式にすれば装置全
体が複雑になり、かつその費用が高価となるという不都
合があった。

そして、上記し、ずれの点弧手段とも、直流高電圧用の
ものであり、交流高電圧で使用することはでないという
極めて不都合な問題点があった。

本発明は、上述した点にかんがみてなされたもので、供
試体が絶縁破壊を生じてから１次側のしや断器が動作す
るまでの時間に供試体に流れる綾流又は、部分電流によ
る電流を完全に制御することができ、かつ供試体の電極
表面損傷を軽減して絶縁破壊電圧値又は部分放電電圧値
の経時変化を最小とし、電力機器の絶縁設計において経
済設計が容易となるとともに放電劣化生成物の形成を少
することの可能な電圧抑制装置を提供することを目的と
する。本発明は上記目的を達成するために、前記変圧器
２次側の電流変化を検出して変圧器１次側に設けたしや
断器を動作させる手段と、前記供試体に並列に設けられ
、一定方向に直列接続した複数の双方向制御整流素子と
、前記各双方向制御整流素子に並列に設けられた抵抗と
、各双方向制御整流素子の各制御電極に点弧用の電圧を
各々印加する複数の点弧用電源と、この点弧用電源と各
制御電極との結合を制御する光電素子と、前記供試体で
の放電電流を検出し、この検出信号を増幅して点弧信号
を発生する点弧信号形成回路と、前記光電素子に光結合
され、前記点弧信号に応じて該光電素子を制御する発光
素子とを具備したことを特徴とする装置である。

以下、本発明を図示の実施例について具体的に説明する
。

第１図において、符号１は交流電源装置、２はしや断器
、３は電圧調整器、４は電流検出器、５は試験用変圧器
であり、前記検出器４は、変圧器５の１次側を過大電流
を検出してしや断器２を動作させ、交流電源の変圧器５
への印加を停止できるようになっている。変圧器５は、
その２次側に電源電圧Ｖを導出し、一方の電圧ライン（
電圧端子ともいう）日には電流制限抵抗ＲＢが装架され
ている。この一方の電圧ライン日と他方の電圧ラインＬ
との間には以下のような回路が介装されている。すなわ
ち、ＳＳ，，ＳＳ２，・・・，ＳＳｎは、双方向制御整
流素子（以下「整流素子」という）であり、一定方向に
接続してある。

この、整流素子ＳＳ，のゲートＧ，側の端子Ｔ，を第１
端子として他方の端子Ｌを第２端子とし、各整流素子も
同様とすると整流素子ＳＳ，の端Ｔ，と整流素子ＳＳ２
の端子Ｔ２とを接続する。以下、ＳＳ２のＴ，とＳＳ３
のＴ２を、ＳＳ３のＴ，をＳＳ４のＴ２をというように
次々と接続する。そして、各整流素子ＳＳ，，ＳＳ２，
・・・，ＳＳｎの各端子Ｔ，，Ｔ２には、その分担電圧
を平均する抵抗Ｒ，，Ｒ２，・・・，Ｒｎが各々並列接
続されている。これら一定方向に直列接続された整流素
子ＳＳ，，ＳＳ２，…，ＳＳｎには、さらに抵抗Ｒ＾が
直列接続され、電圧端子Ｈ′−Ｌ間に配穀されている。
そして、電圧端子Ｈ′は、抵抗Ｒ８を介して電圧端子日
に援続している。そして、この電圧ラインＨ−Ｌ間に電
源Ｖが印加されるようになっている。次に、各整流素子
ＳＳ，，ＳＳ２，・・・，ＳＳｎの各ゲートＧ，，Ｇ２
，…，Ｇｎには、点弧用電源Ｅ．，Ｅ２，…，Ｅｎの各
負極が各ゲートＧ，，Ｇ２，・・・，Ｇｎに対応して接
続されている。

そして、それら点弧用電源Ｅ，，Ｅ２，・・・，Ｅｎの
各正極は、点弧制御用スイッチング素子として作用する
光電素子は，，瓜２，…，ＬＳｎと抵抗ｒ，，ｒ２，・
・・，ｒｎとを介して各整流素子ＳＳ，，ＳＳ２，・・
・，ＳＳｎのゲート側の各電極に各接続してある。そし
て、光電素子ＬＳ，，Ｂ２，・・・，ＬＳｎが導通した
ことによって各ゲートＧ，，○２，…，Ｇｎに点弧用電
極Ｅ．，Ｅ２，・・・，Ｅｎの各電圧が夫々印加される
ことになる。さらに、各光電素子ＬＳ，，ＬＳ２，・・
・，ＬＳｎに光信号を夫々供給する各光電素子ＬＤ，，
ＬＤ２，・・・ＬＤｎは、直列接続され、その一方を駆
動電源Ｅに介してトランジスタＴＲのヱミッタに接続し
、その他方を抵抗Ｒｃを介してトランジスタＴＲのコレ
ク外こ接続している。

このトランジスタＴＲが導適する毎に各発光素子ＬＤ．
，ＬＤ２，…，ＬＤｎには駆動電源Ｅの電圧が供給され
発光し、各光電素子は，，ＬＳ２，・・・，ＬＳｎを導
通させる。このトランジスタＴＲのベースーヱミツ夕闇
には、電源周波数に同期した制御信号が入力されるよう
に制御装置ＣＴＬの出力端子が接続されている。この制
御装置℃ＴＬの入力端子は、放電等を検出し増幅するた
め、一端を電圧端子Ｌに接続し、他端を結合コンデンサ
ＣＫを介して電圧端子Ｈ′に接続されている。また、こ
の制御装置ＣＴＬは、検出する放電電荷量を調整でき、
設定値以下の電荷は検出しないようにして点弧信号発生
回路ＰＯＩこその点弧信号を発生するか否かを制御でき
るようになっている。そして、その点弧信号は、電源Ｖ
の周波数に同期した点弧信号となるようになってたる。
また点弧信号は、ターンオンさせておきたい期間だけ単
に発光ダイオードを発光させたままにしておいてもよい
。また、供試体ＣＫ（例えばコンデンサ、抵抗、ケーブ
ル等）は、電圧端子Ｈ′−Ｌ間に接続ごてている。

さらに、この実施例では、発光素子ＬＤ，，ＬＤ２，…
，ＬＤｎと光電素子は，，は２，・・・，Ｂｎとの各一
対を加圧絶縁気体内に収納して構成するか、又は本実施
例装置全体を加圧絶縁性気体内に収納して構成すること
によって高絶縁とし且つ部分放電の発生を防止している
。

加えて「点弧用電極Ｅ，，Ｅ２？・・・，Ｅｎは、例え
ば太陽電池等で構成し、図示しない光源により常時光を
供給しおくことにより得ることができる。以上の構成に
なる本発明の実施例について、その動作を以下に説明す
る。

いま、供試体Ｃｘが何らかの原因で放電を開始すると結
合コンデンサＣＫから供試体ＣＸに放電電流が流れる。

この放電電流は点弧制御装置ＣＴＬを介して各整流素子
ＳＳ，，ＳＳ２，…，ＳＳｎの点弧を制御する点弧制御
信号を形成する。するとｔ この点弧制御信号により制
御装置ＣＴＬの出力端子には「電源Ｖに同期した点弧信
号が導出される。すなわち、電圧端子Ｈ′−Ｌ間に交流
電圧が印加される短に点孤信号が供給されるようにして
あるので、この点弧信号に応じて卜うンジス夕ＴＲがオ
ン。オフし「 発光素子ＬＤ，？ＬＤ２，…，ＬＤｎに
その都度駆動電源Ｅの電圧が供給されるため、これに従
って発光する。すると各光電素子は，，瓜２，…りＬＳ
ｎが夫々導通し、各ゲートＧ”Ｃ２，…，Ｇｎに点弧電
源Ｅ，？Ｅ２ヲ・・。；Ｅｎから電圧が印加されて各整
流素子ＳＳ，，ＳＳ２９ …，ＳＳｎは、電源Ｖの周波
数に同期して、その都度一斉にターンオンする。その結
果「電圧端子Ｈ′−Ｌ間は、各整流素子ＳＳ，，ＳＳ２
９…ヲＳＳｎの動作時抵抗と抵抗ＲＡとを加えた抵抗値
ＲＤにより結合された状態となる。

従って、低抗ＲＢと前記抵抗値Ｒｏとの電圧配分により
、Ｒｏ《ＲＢとしておけば電圧端子Ｍ−Ｌ間電圧は著し
く低下してしまうので供試体Ｃｘの両端電圧が放電を持
続できない電圧となり放電が停止する。さらに、抵抗Ｒ
Ａ？ 蟹Ｂの値を適当に設定することによって電圧端子
Ｈ′−Ｌ間の電圧を任意に設定するこも可能である。

一方「各ＳＣＲが短絡状態になるとト変圧器５の１次側
の電流が変化するので〜検出器４は、この変化を検出し
てしや断器２を駆動する。

このため、しや断器２は、交流電源装置ｉと変圧器５の
２次側とをしや断し、供試体Ｃｘに電圧Ｖが印加されな
くなる。したがって、絶縁破壊を起した供試体Ｃｘを装
置から取り外す際の安全性が高められるとともに、しや
断器２の動作時に変圧器６の２次側には誘起過電圧が発
生しない又、動作表示装置は、制御装置ＣＴＬを利用す
ることにより、或いは抵抗Ｒ＾の両端波形を観察するこ
とにより、その動作状態を容易に確認することができる
。

もちろん、制御装置ＣＴＬには、手動スイッチを設けら
れているので手動操作も可能である。

加えて、′点弧制御信号を適宜制御して交流電圧の犠牲
反転時に供給しないようにすれば各整流素子はターンオ
フしたままとなるから、しや断器等によって動作状態の
確認が容易にできる。こうして、供試体Ｃｘで放電が生
じた場合に、瞬時にその放電パルス電流を抑制又は消滅
できることになり「供試体Ｃｘの電極表面での放電劣化
生成物の発生を極めて少くすることができ、かつ「 供
試体Ｃｘの空隙の圧力変化を未然に防止することができ
る。

このため、供試体ＣＸは、放電劣化を生じることが少な
くなりｔ絶縁破壊電圧又は部分放電開始電圧のばらつき
小さく測定でき、この電圧値を目安に電力機器を設計す
れば絶縁材料の節約につながり、しいては省資源化と、
確実な絶縁設計を実現する。また、本発明により放電電
流が抑制される供試体は、その放電劣化生成物が放電の
回数に対応して斑点状に形成され、かつ「一箇所の小面
積に集中している。

した．がつてｔ多数回の放電によって生成された放電劣
化生成物が絶縁破壊電圧値又は部分放電開始電圧に与え
る影響を知ることが可能となる。この一つの結果として
「電極表面状態に差異があるにもかかわらず放電電流が
類似していることが判明した。第２図は「本発明装置の
動作時の電圧波形例であり、横議に時間ｔをとり、縦軸
に電圧（Ｈ−Ｌ間及びＨ′一Ｌ間）をとったものであっ
て図中１は〜電圧端子Ｈ−１間の電圧波形例「 Ｄ‘ま
電圧端子Ｈ′−Ｌ間の電圧波形例を示したものである。

第３図は「本発明の他の実施例であり、点弧制御手段に
一部回路を付加した以外は全て同一であるから同一符号
を付し「その説明を省略する。従って、その特徴部分の
みを説明する第３図いおいて、各整流素子ＳＳ，７ Ｓ
Ｓ２；・・・ＳＳｎの各ゲート○，？Ｇ２，・川，Ｇｎ
と各ゲート側の各電極との間に抵抗ｒ′，，ｒ′２，・
”，ｒ′ｎと光電素子Ｂ′，，ＬＳ′２，・・・，ＬＳ
ｎと電源Ｅ′，，８２，・・・，Ｅ′ｎとの直列回路を
付加して構成したもであり、電源Ｅ′，，８２，…，８
ｎの極性が各ゲートＧ，，Ｇ２，・・・，Ｇｎに正の電
圧を供給するようにしたものである。

また、この各光電素子は′，，ＬＳ′２，・・・，瓜′
ｎに光信号を供給する発光素子Ｌ〇，，Ｌ〇２，・・・
Ｌ〇ｎは直列接続され、前記の発光素子ＬＤ，，ＬＤ２
，・・・，ＬＤｎの直列回路に並列接続した構成となて
いる。

さらに、制御装置ＣＴＬの出力端子は、電源Ｖの周波数
に同期した信号を発生する点弧信号発生器ＰＧに接続さ
れ、この制御装置ＣＴＬの制御信号により点弧信号発生
器ＰＧから点弧信号が出力されるようになっている。

この点弧信号は、電圧端子Ｈ′側が正電圧のときにか、
各光電素子ＬＳ′，，Ｂ′２，・・・，ＬＳｎをオンさ
せて各ゲートＧ，，Ｇ２，…，Ｇｎに正電圧が印加され
るように発光素子Ｌ〇，，Ｌ〇２，・・・，Ｌ〇ｎを発
光させ、逆に、電圧端子Ｈ′側に負電圧のときには、各
光電素子は，，ＬＳ２，・・・，ＬＳｎをオンさせて各
ゲートＧ，，Ｇ２，…，Ｇｎに負電圧が印加されるよう
に発光素子ＬＤ，，ＬＤ２，・・・，ＬＤｎを発光させ
るように点弧信号発生器ＰＧを制御している。このよう
な構成によっても前述の実施例と同様の動作をさせるこ
とができる。

以上述べたように本発明によれば、供試体の放電開始時
の電流に基づいて、同供試体に印加される高電圧を高速
で短絡するようにしたので、放電発生の瞬間に放電電流
を抑制することができ、供試体表面の損傷を軽減して絶
縁破壊電圧値が経時的に変化することを抑え、電力機器
の絶縁設計が低コスト、かつ確実に実現するという効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示した回路図、第２図は第
１図の実施例の動作時における電源電圧と負荷電圧との
関係を説明した波形図、第３図は本発明の他の実施例を
示した回路図である。 １・・・・・・交流電源装置、２・…・・しや断器、３
・・・・・・電圧調整器、４・・・・・・電流検出器、
５・・・・・・試験用変圧器、ＳＳ，，ＳＳ２，・・・
，ＳＳｎ・・・・・・双方向制御整流素子、ＬＳ，，Ｌ
Ｓ２，・・・，ＬＳｎ、ＬＳ′，，ＬＳ２，・・・，Ｌ
Ｓ′ｎ・・・・・・光電素子、ＬＤ，，ＬＤ２，・・・
，ＬＤｎ、Ｌ〇，，Ｌ〇２，・・・，ＬＤ′ｎ・・・・
・・発光素子、Ｅ，，Ｅ２，・・・，Ｅｎ、Ｅ′，，Ｅ
′２，・・・，Ｅ′ｎ・・・・・・点弧用電源、ＣＬＴ
・・・・・・制御装置、ＰＧ・・・・・・点弧信号発生
器「 ＣＫ・・・・・・結合コンデンサ。 第２図 図 船 図 の 船

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 変圧器２次側の高圧側端子に接続された供試体にお
   いて、絶縁破壊又は設定値以上の放電電荷重の部分放電
   が発生した場合に、この供試体の高圧部を低電位に保持
   し、続流を抑制又は部分放電を消滅させるようにした装
   置であつて、 前記変圧器２次側の電流変化を検出して
   変圧器１次側に設けたしや断器を動作させる手段と、
   前記供試体に並列に設けられ、一定方向に直列接続した
   複数の双方向制御整流素子と、 前記各双方向制御整流
   素子に並列に設けられた抵抗と、 各双方向制御整流素
   子の各制御電極に点弧用の電圧を各々印加する複数の点
   弧用電源と、 この点弧用電源と各制御電極との結合を
   制御する光電素子と、 前記供試体での放電電流を検出
   し、この検出信号を増幅して点弧信号を発生する点弧信
   号形成回路と、 前記光電素子に光結合され、前記点弧
   信号に応じて該光電素子を制御する発光素子とを具備し
   たことを特徴とする電圧抑制装置。 ２ 少なくとも前記光電素子および発光素子は、絶縁性
   加圧気体内に収納したことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項に記載の絶縁破壊試験装置。