JPS6229986B2 - - 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、ケーブ
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、この供試体
を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く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続流
が流入する。この続流によつ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誘導作用のため変圧
器を介して２次側に誘起過電圧の発生が考えら
れ、この過電圧によつ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
縁破壊電圧値や部分放電電圧値に影響を及ぼすと
いう問題があつた。

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には
極めて不都合な問題であつた。

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次側の供試体で絶縁破壊が生じた
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次側を高速しや
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、しや断器の動作後の続流を直接抑制す
る方法が必要となる。こうした続流等の抑制方法
として、供試体と並列に接続された気中ギヤツプ
を、例えばサイ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
中ギヤツプを用いるためにギヤツプの火花電圧で
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、さらに上記サイ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、サイ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、
この耐圧電圧以上の電圧を一つの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
なかつたときは、点弧されないSCRに耐圧電圧
以上の電圧が印加され、このSCRを破壊してし
まうという不都合な問題点があつたからである。

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
ルス変圧器が得られないという不都合があつた。

第２には、一個のSCRを点弧しターンオンす
ると、これによつて次の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
少い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。従つて、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
れてしまうという問題点があつた。

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、この光電素子に可撓性の光パイプで点弧用
の光信号を入力して点弧制御する方式も考えられ
るが、可撓性の光パイプが非常に高価であるとい
う不都合があり、且つ可撓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
あつた。

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虞れがある
という不都合があり、さらに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つた。

そして、上記い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
できないという極めて不都合な問題点があつた。

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続
流又は、部分放電による電流を完全に抑制するこ
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
なくするための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、供試体で
生じた放電電流を検出して変圧器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、制御整流素子を複数個順方向に直列
接続した回路に抵抗を直列接続してなる第１の回
路と、この第１の回路とは逆方向に並列接続し前
記第１の回路と同一回路構成を有する第２の回路
と、前記第１および第２の回路の各制御整流素子
に並列に設けられた抵抗と、各制御整流素子の各
制御電極に点弧用の電圧を印加する電圧源と、こ
の電圧源と制御電極との結合を制御する光電素子
と、前記供試体から放電電流を検出し増幅して点
弧信号と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電圧抑制装置で
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次側の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つている。変圧器５は、そ
の２次側に電源電圧V₀を導出し、一方の電圧ラ
イン（電圧端子ともいう）Ｈには電流制限抵抗Ｒ
_Dが接続されている。この電圧ラインＨ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、SR₁₁，SR₁₂，…，SR_1oは、SCRで
あり、その極性を順方向に直列接続してなり、そ
の各SCR（SR₁₁，SR₁₂，…，SR_1o）には各SCR
の分担電圧を平均する抵抗R₁₁，R₁₂，…，Ｒ_1oが
夫々並列接続されている。このSCR（SR₁₁，
SR₁₂，…，SR_1o）と抵抗（R₁₁，R₁₂，…，Ｒ_1o）
との直列並列回路に抵抗Ｒ_Aをさらに直列接続し
て構成された第１の回路は、電圧端子Ｈ―Ｌ間に
その順方向特性を電圧端子Ｈから同端子Ｌに向け
て配接されている。

そして、各SCR（SR₁₁，SR₁₂，…，SR_1o）の
各ゲートには、点弧用の電源E₁₁，E₁₂，…，Ｅ_1o
の各正極が夫々接続され、その各カソードには、
抵抗Ｒ_a1，Ｒ_a2，…，Ｒ_aoの各一端が夫々接続さ
れている。この抵抗Ｒ_a1，Ｒ_a2，…，Ｒ_aoの各他
端は、点弧制御用スイツチング素子として作用す
る光電素子LS₁₁，LS₁₂，…，LS_1oを介して電源
E₁₁，E₁₂，…，Ｅ_1oの負極に接続しており、光電
素子LS₁₁，LS₁₂，…，LS_1oが導通したことによ
つてゲートに点弧用の電圧が印加されるようにな
つている。

次に、第２の回路は、第１の回路の構成と同一
であり、その異なる点は、順方向特性を電圧端子
Ｌから同端子Ｈに向うように電圧端子Ｌ―Ｈ間に
設けられていることである。

すなわち、SCR（SR₂₁，SR₂₂，…，SR_2o）を
順方向直列接続し、これらSCRには、各SCRの
分担電圧を均等化する抵抗R₂₁，R₂₂，…，Ｒ_2oが
夫々並列接続されている。この抵抗R₂₁，R₂₂，
…，Ｒ_2o）とSCR（SR₂₁，SR₂₂，…，SR_2o）と
の直列回路に抵抗Ｒ_Bをさらに直列接続して第２
の回路を構成している。

また、各SCR（SR₂₁，SR₂₂，…，SR_2o）の各
ゲートと各カソーードとの間には、点弧用電源
E₂₁，E₂₂，…，Ｅ_2oと、点弧制御用であつて前記
点弧用電源を結合制御する光電素子LS₂₁，
LS₂₂，…，LS_2oと、抵抗Ｒ_b1，Ｒ_b2，…，Ｒ_boと
からなる各符号の副字ごとの直列回路を構成し、
すなわちE₂₁―LS₂₁―Ｒ_b1を一組とした直列回
路、E₂₂―LS₂₂―Ｒ_b2を一組とした直列回路等の
ように構成され、これら直列回路が各SCRの符
号の副字に対応した各SCRのゲート・カソード
間に配接されている。

次に、これらのSCR（SR₁₁，SR₁₂，…，
SR_1o、SR₂₁，SR₂₂，…，SR_2o）を点弧する光源
としては、発光素子LD₁₁，LD₁₂，…，LD_1o、
LD₂₁，LD₂₂，…，LD_2oを直列接続してなり、加
えて光源用の電源E₀と光源の点滅を制御する点
弧制御用SCR（SR_C）とが直列接続されている。
このSCR（SR_C）のゲート・カソード間には、放
電電流等を検出して点弧制御する点弧制御装置
CTLが接続されている。

点弧制御用の制御装置CTLの他端には、放電
等を検出するための入力端が設けられており、一
端を電圧端子Ｌに他端を結合コンデンサＣ_Kを介
して電圧端子Ｈに接続されている。さらに電圧端
子Ｈ―Ｌ間には例えばコンデンサ、ケーブル等の
供試体Ｃ_Xが接続された構成となつている。

さらに、本実施例では、光電素子LS₁₁，
LS₁₂，…，LS_1oと発光素子LD₁₁，LD₁₂，…，
LD_1oとの各一対ごとと及び光電素子LS₂₁，
LS₂₂，…，LS_2oと発光素子LD₂₁，LD₂₂，…，
LD_2oとは絶縁性気体を封入した加圧容器内に収
納して構成し、又は、この装置全体を絶縁性加圧
気体内に収納して構成している。これは、Ｖ_S＝
ｆ（Pd）なるパツシエン則に従い、加圧条件と
通常条件とで同じ絶縁破壊電圧Ｖ_Sであつても光
電素子と発光素子との距離ｄを短くできることか
ら、小型で効率の良い点弧手段を得ることができ
る。尚、Ｐは圧力である。

また、点弧用電源（E₁₁，E₁₂，…，Ｅ_1o、
E₂₁，E₂₂，…，Ｅ_2o）は、太陽電池等で構成し、
図示しない光源により常時光を入射させることに
よつて得られる。

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Ｃ_Xが何らかの原因で（部分）放
電を開始すると結合コンデンサＣ_Kから供試体Ｃ_X
に放電電流が流れることになる。この電流は点弧
制御装置CTLを介して点弧制御信号として形成
させる。

この点弧制御装置CTLによつて形成された点
弧制御信号は、点弧制御用SCR（SR_C）のゲー
ト・カソード間に印加される。するとSCR
（SR_C）はターンオンし、各発光素子LD₁₁，
LD₁₂，…，LD_1o、LD₂₁，LD₂₂，…，LD_2oは光源
用の電源E₀から電流が供給され発光する。

そして、光電素子LS₁₁，LS₁₂，…，LS_1o、
LS₂₁，LS₂₂，…，LS_2oが各瞬間毎に導通し、各
SCR（SR₁₁，SR₁₂，…，SR_1o、SR₂₁，SR₂₂，
…，SR_2o）の各ゲート・カソード間に点弧用電
源E₁₁，E₁₂，…，Ｅ_1o、E₂₁，E₂₂，…，Ｅ_2oから
電流が夫々供給される。この場合、各SCR
（SR₁₁，SR₁₂，…，SR_1o、SR₂₁，SR₂₂，…，
SR_2o）のゲート・カソードには、ターンオン時
間を早めるため、予めターンオンしない程度の電
流が抵抗Ｒ_a1〜Ｒ_ao，Ｒ_b1〜Ｒ_boによつて設定さ
れるようにしてある。

前述のように、そのSCRのゲート・カソード
間に電流が供給されるとSCR（SR₁₁，SR₁₂，
…，SR_1o、SR₂₁，SR₂₂，…，SR_2o）は、瞬時
（マイクロ秒台）である。）に各周期毎に一斉にタ
ーンオンすることになる。

その結果、電圧端子Ｈ―Ｌは、第１の整流回路
の抵抗値〔各SCR（SR₁₁，SR₁₂，…，SR_1o）の
順方向抵抗分と抵抗Ｒ_Aとを加えた抵抗値〕又は
第２の整流回路の抵抗値〔各SCR（SR₂₁，
SR₂₂，…，SR_2o）の順方向抵抗分と抵抗Ｒ_Bとを
加えた抵抗値〕を以つて短絡状態的に結合される
ことになる。

従つて、抵抗Ｒ_Dとこの電圧抑制装置の各SCR
の導通作用とにより電圧端子Ｈ―Ｌ間の電圧は低
下してしまうので供試体Ｃ_Xの両端電圧が放電開
始電圧値以下となるので放電を停止させることが
でき、続流の発生を阻止することができる。

さらに、抵抗Ｒ_Dと抵抗Ｒ_A，Ｒ_Bとの抵抗値の
配分により高電圧抑制回路の動作時の電圧端子Ｈ
―Ｌ間電圧Ｖ_Xを所望の値に設定できる。

第２図において、横軸は時間ｔを表わし、縦軸
は、電圧Ｖを表わしている。

第２図イにおいての波形は、電源V₀の電圧
波形例を表わしており、の波形は、本発明の２
次側回路が動作し、電圧端子Ｈ―Ｌ間の電圧が抑
制されたことを示している。

第２図ロにおいて、の波形例は、抵抗Ｒ_Aの
両端電圧を示し、の波形例は抵抗Ｒ_Bの両端電
圧を示したものである。

第１の回路が動作しているときは、抵抗Ｒ_Aに
電圧が表われロ（）のように正弦波部分が表わ
れ、第２の回路が動作しているときはロ（）の
ように正弦波部分が表われる。

また、動作表示装置は点弧制御装置CTLを利
用すること等によつて簡単に取付が可能なこと
と、抵抗Ｒ_A，Ｒ_Bに動作表示装置を付加すること
によつて動作状態の確認が容易にできる。

こうして、供試体Ｃ_X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Ｃ_X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Ｃ_X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Ｃ_Xは、放電
劣化を生じることが少なくなり、絶縁破壊電圧又
は部分放電開始電圧のばらつきを小さく設定で
き、この電圧値を目安に電力機器を設計すれば絶
縁材料の節減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、多数回の放電によつて
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。

以上述べたように本発明によれば、供試体の放
電開始時の放電電流に基づいて、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
低コストで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図イは電源と電圧端子との関係を示した図、第
２図ロは抵抗Ｒ_A，Ｒ_Bの両端電圧波形を示した図
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、
SR₁₁，SR₁₂，…，SR_1o、SR₂₁，SR₂₂，…，SR_2o
…制御整流素子、LS₁₁，LS₁₂，…，LS_1o、
LS₂₁，LS₂₂，…，LS_2o…光電素子、LD₁₁，
LD₁₂，…，LD_1o、LD₂₁，LD₂₂，…，LD_2o…発光
素子、E₁₁，E₁₂，…，Ｅ_1o、E₂₁，E₂₂，…，Ｅ_2o
…点弧用電源、Ｃ_K…結合コンデンサ、SR_C…点
弧制御用サイリスタ、E₀…光源用電源。

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
   量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、 前記供試体に並列に設けられ、制御整流素子を
   複数個順方向に直列接続した回路に、そのターン
   オン時の端子間電圧を設定する抵抗を直列接続し
   てなる第１の回路と、 この第１の回路とは逆方向に並列接続し前記第
   １の回路と同一回路構成を有する第２の回路と、 前記第１および第２の回路の各制御整流素子に
   並列に設けられた電圧分担抵抗と、 各制御整流素子の各制御電極と一方の主電極と
   の間に点弧用の電圧源を介して接続された光電素
   子と、 前記供試体に並列に接続した結合コンデンサか
   らの放電電流を検出し増幅して点弧信号とする点
   弧信号形成回路と、 前記光電素子に夫々光結合されると共に直列に
   接続された発光素子と、 これら発光素子の直列接続に発光用電圧源を介
   して直列に接続されたスイツチであつて、その開
   閉が前記点弧信号形成回路からの信号によつて制
   御されるスイツチング手段とを具備し、 前記光電素子と受光素子とを絶縁加圧気体に収
   納したことを特徴とする電圧抑制装置。