JP5872184B2

JP5872184B2 - 耐雷性能試験装置及び試験方法

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Publication number: JP5872184B2
Application number: JP2011095105A
Authority: JP
Inventors: 健作宮崎; 喜悦工藤; 賢宏種子田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2011-04-21
Filing date: 2011-04-21
Publication date: 2016-03-01
Anticipated expiration: 2031-04-21
Also published as: JP2012225830A

Description

本発明の実施形態は、電力系統への多数回の落雷時、事故系統を分離する落雷電力用遮断器または電力用開閉器の耐雷性能を評価する試験装置及び試験方法に関する。

電力系統に落雷があった場合、過電圧は避雷器で保護し、短絡事故が発生した場合には遮断器で事故系統を分離する保護システムが一般的に確立しているが、電力系統の信頼性をより一層向上させるために、１回目の落雷に付随して発生する２回目以降の落雷に対する多重雷対策が注目されており、従来から、短絡事故電流遮断直後の落雷に対する遮断器の性能を検証するための検証試験がおこなわれている。

特開平７−３５８３１号公報特開平８−７７１２号公報

「多重雷を考慮した遮断器の対策と試験方法」電気学会開閉保護装置研究会SPD−９１−２宮地厳植村哲夫松久孝司（原稿受付日平成２年１２月２５日）

従来の試験装置に適用される回路図を図１３に示す。この試験回路は、試験に用いられる落雷電力用遮断器または電力用開閉器（以下、「供試器」という。）２２に対して、短絡発電機１を電源として短絡電流を供給する電流源回路２３と、インパルス電圧を印加する雷インパルス発生回路１８とから構成されている。

この従来例においては、落雷試験時に所定の手順で短絡電流を遮断した後、雷インパルス発生回路１８によりインパルス電圧を供試器２２に印加する。そして、どの程度のインパルス電圧に耐えたかどうかで電気的耐電圧特性などの耐雷性能が評価される。

ところで、供試器２２の端子間でどの程度のインパルス電圧に耐え得るかどうかを評価する場合、このような試験回路では、限界電流値を求める際、より短期間で製品レベルでの電気的耐電圧特性を把握するため、印加する電圧が過剰になることがある。このとき、雷インパルス発生回路１８に印加された過剰なインパルス電圧は、補助開閉器１６にも同様に印加される。従って補助開閉器１６は印加されるインパルス電圧では閃絡しないように供試器２２より耐電圧性能の高い補助開閉器１６を使用する必要がある。例えば供試器２２の定格電圧が５５０ＫＶの場合、補助開閉器１６はそれ以上の性能を有する必要があり、試験装置が大型化し、試験のためのコストも高くなるという課題があった。

上記課題を解決するために各実施形態では、電力用遮断器または電力用開閉器からなる供試器と、初回の落雷試験時に短絡電流を前記供試器に供給する電流源回路と、２回目以降の落雷試験時に前記供試器の一方の端子に極性の異なる雷インパルス電圧をそれぞれ印加する複数の雷インパルス発生回路と、前記供試器と前記複数の雷インパルス発生回路との間にそれぞれ接続された補助開閉器と、前記供試器の他方の端子に、前記雷インパルス発生回路により印加する前記雷インパルス電圧の極性の逆極性の交流電圧を印加する電圧回路とを備えている。

以下に述べる各実施形態は、上記課題を解決するためになされたものであり、多重雷発生時の耐雷性能を既存の耐雷性能試験装置に所定の電圧回路を追加するだけで、試験装置のコンパクト化が図られ、迅速かつ的確に試験をすることができる。

第１の実施形態に係る多重雷発生時の耐雷性能試験装置の回路図。第１の実施形態に係る電圧、電流波形を示す波形図（オシログラム）と図１の回路部品のオン・オフタイミングを表す図。第２の実施形態に係る多重雷発生時の耐雷性能試験装置の回路図。第２の実施形態に係る電圧、電流波形を示す波形図（オシログラム）と図３の回路部品のオン・オフタイミングを表す図。第３の実施形態に係る多重雷発生時の耐雷性能試験装置の回路図。第３の実施形態に係る電圧、電流波形を示す波形図（オシログラム）と図５の回路部品のオン・オフタイミングを表す図。第４の実施形態に係る多重雷発生時の耐雷性能試験装置の回路図。第４の実施形態に係る電圧、電流波形を示す波形図（オシログラム）と図７の回路部品のオン・オフタイミングを表す図。第５の実施形態に係る多重雷発生時の耐雷性能試験装置の回路図。第５の実施形態に係る電圧、電流波形を示す波形図（オシログラム）と図９の回路部品のオン・オフタイミングを表す図。第６の実施形態に係る多重雷発生時の耐雷性能試験装置の回路図。第６の実施形態に係る電圧、電流波形を示す波形図（オシログラム）と図１１の回路部品のオン・オフタイミングを表す図。従来の多重雷発生時の耐雷性能試験装置の回路図。

以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る多重雷発生時の耐雷性能試験装置を、図１〜２を用いて説明する。

図１において、耐雷性能試験装置は、従来の回路図（図１３）と同一構成部分である電流源回路２３については説明を省略する。図２は、第１の実施形態に係る試験での電圧、電流波形を示す波形図（オシログラム）と図１の回路部品のオン・オフタイミングを表す図である。

本実施形態において、電流源回路２３と例えば電力用遮断機からなる供試器２２との間には、補助開閉器（SA2）１４と接地点と電流測定器２１が直列接続されている。供試器２２が短絡電流を遮断した後、供試器２２の一方の端子に交流電圧を印加させるAC電圧印加回路２４は、電源に短絡発電機（Gen2）２を用い、保護遮断器（SB2）４、投入開閉器（SM2）６、電流抑制用リアクトル（L2）８、試験用変圧器（Tr2）１２、電流抑制用抵抗（Rv1）１０、及び補助開閉器（SA3）１５とが供試器機２２に対し直列接続されている。

試験用変圧器（Tr2）１２の２次側片方の端子は接地している。ここでは、電源に短絡発電機（Gen2）２を用いたが、商用電源から誘導電圧調整器（IVR）を用いることも可能である。

また、供試器２２と雷インパルス発生回路（IG１）１８との間に直列接続される補助開閉器（SA4）１６は、短絡電流遮断直後に発生する電流源回路２３の回復電圧が雷インパルス発生回路（IG１）１８に印加されないようにするためのスイッチである。補助開閉器（SA4）１６は、単なる開閉器でもよいが、ここでは、ギャップスイッチを用いている。このギャップスイッチは、例えば、一定のギャップを設けて対向配置された電極の近傍に、トリガー電極を配置し、両電極には高電圧が印加されている。

AC電圧印加回路２４により印加される電圧の極性（例えば、プラス）は、前記雷インパルス発生回路１８により印加する雷インパルス電圧の極性（例えば、マイナス）とは逆極性である。また、その大きさは任意ではあるが例えば、AC電圧波高値とすることにより、従来のように電力用遮断器に対し、一方の端子からのみ雷インパルス電圧を対アース間で印加することなく、電力用遮断器２２の両端子からそれぞれ逆特性の電圧を印加さすることにより電力用遮断器には所望の電圧を印加することができる。

ここで、電力用遮断器２２と接続されている補助開閉器１３〜１５にはAC電圧のみが、また補助開閉器１６にはインパルス電圧のみが印加されるが、それぞれの電圧を比較的低く設定できるので、各補助開閉器１３〜１６のいずれにおいても閃絡することは無い。このように、極性の異なる電圧を供試器の両端子に印加することで、所望の大きさの電圧を供試器に印加し、閃絡試験をおこなうことにより、供試器２２の端子間の閃絡電圧を把握することができる。

ここで、図２を参照して、第１の実施形態の耐雷性能試験装置による試験手順（１）〜（７）を説明する。

（１）所定の短絡電流となるように電流抑制用リアクトル（L1）７を選定する。保護遮断器（SB2）４をON、投入開閉器（SM2）６をON 、AC電圧印加回路２４の補助開閉器（SA3）１５をOFF、雷インパルス発生回路（IG１）１８の補助開閉器（SA4）１６をOFFとし、試験前に雷インパルス発生回路（IG1）１８を所定の充電電圧に充電完了させ、短絡発電機（Gen1）１、短絡発電機（Gen2）２および試験用変圧器（Tr2）１２は所定の励磁状態とする。

（２）電流源回路２３の保護遮断器（SB１）３をON、投入開閉器（SM1）５をOFF、補助開閉器（SA1）１３をOFF、供試器２２をON、補助開閉器（SA2）１４をONとする。

（３）試験シーケンスを起動し、最初に時点t1で補助開閉器（SA1）１３をONとする。時点t2で投入開閉器（SM1）５をONとする。この時点t2で短絡発電機（Gen1）１により交流の短絡電流を供試器２２に供給する。

（４）時点t3で供試器２２を所定のアーク時間となるように開極させ、短絡電流を遮断させる。

（５）時点t4で補助開閉器（SA1）１３, 及び補助開閉器（SA2）１４を共にOFFにし、電流源回路２３と供試器２２を分離させる。

（６）時点t5で補助開閉器（SA3）１５をONにし、AC電圧印加回路２４を供試器２２の一方の端子に接続する。

（７）時点t6で補助開閉器（SA4）１６をONにし、雷インパルス発生回路（IG１）１８において雷インパルス電圧を、AC電圧と逆極性となる電圧極性及びAC電圧波高値で印加し、短絡電流遮断後数十ミリ秒後に雷インパルス発生回路（IG１）１８を始動させる。印加タイミングとしては、例えば、分圧器（不図示）で測定された電圧、雷インパルス発生回路（IG１）の始動指令を充電放電制御装置（不図示）が検出し、充電放電制御装置に入力されたタイミングで印加する。

以上説明したように、本第１の実施形態によれば、極性の異なるＡＣ電圧と雷インパルス電圧を供試器の両端子に印加することで所望の大きさの電圧を供試器に印加し、これにより、耐電圧特性の低い小型の補助開閉器を使用することができるため、耐雷性能試験装置の小型化及び低コスト化を図ることができるとともに、信頼性の高い耐雷性能試験装置を提供することができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る多重雷発生時の耐雷性能試験装置を、図３〜４を用いて説明する。
本実施形態の回路図を図３に示す。図４は、第２の実施形態に係る電圧、電流波形を示す波形図（オシログラム）と図３の回路部品のオン・オフタイミングを表す図である。

本実施形態が第１の実施形態と異なる点は電圧回路として、AC電圧印加回路２４に代えて直流電圧を発生させるDC電圧印加回路２５を用いたことである。
本第２の実施形態によれば、第１の実施形態で述べた作用効果に加え、供試器の一方の端子に雷インパルス電圧の極性とは逆の極性のDC電圧を印加することで、電圧回路の構成が簡便になると共に、雷インパルスを始動するタイミングはｔ５〜ｔ６の期間はいつでも可能となる等、制御が簡便な耐雷性能試験装置を提供することができる。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態に係る多重雷発生時の耐雷性能試験装置を、図５〜６を用いて説明する。
本実施形態の回路図を図５に示す。図６は、第３の実施形態に係る電圧、電流波形を示す波形図（オシログラム）と図５の回路部品のオン・オフタイミングを表す図である。

本実施形態が第１の実施形態と異なる点は電圧回路２８として、AC電圧印加回路２４に代えて雷インパルス発生回路（IG２）１９を用いたことである。
本第３の実施形態によれば、第１の実施形態で延べた作用効果に加えて、供試器２２の両側に雷インパルス発生回路１８，１９を用いることにより、２組の雷インパルス発生回路の充電極性は互いに逆極性とし、両雷インパルス発生回路１８，１９に対し同一の始動信号で制御できる。また、補助開閉器（SA3）１５として第１の実施形態と同様にギャップスイッチを用いる事が可能となる等、より制御が簡単な耐雷性能試験装置を提供することができる。

（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態を図面に基づいて説明する。
本実施形態の回路図を図７に示す。図８は、第４の実施形態に係る電圧、電流波形を示す波形図（オシログラム）と図７の回路部品のオン・オフタイミングを表す図である。

本実施形態が第１の実施形態と異なる点は雷インパルス発生回路を複数組用いたことである。ここでは二組の雷インパルス発生回路を用いた例について説明する。二組の雷インパルス発生回路を制御するために、雷インパルス発生回路１８と雷インパルス発生回路２０の始動信号はそれぞれ別々に制御することになる。また、補助開閉器（SA5）１７が追加されるため、補助開閉器（SA4）１６とはそれぞれ別々に制御する。

第１の実施形態では補助開閉器（SA4）１６はギャップスイッチを用いているが、本実施形態の場合、雷インパルス発生回路１８始動時に雷インパルス発生回路２０に電圧が印加されないように絶縁を確保する補助開閉器（SA5）１７を用いており、また逆に雷インパルス発生回路２０始動時に雷インパルス発生回路１８に電圧が印加されないように絶縁を確保する補助開閉器（SA4）１６を用いている。
以下は本実施形態に係る試験の手順であるが、基本的に第１の実施形態の手順と同様であるが、異なる点について第１の実施形態の手順を修正している。

（１）所定の短絡電流となる様に電流抑制用リアクトル（L1）７を選定する。保護遮断器（SB2）４をON、投入開閉器（SM2）６をON、AC電圧印加回路２４の補助開閉器（SA3）１５をOFF、雷インパルス発生回路（IG１）１８の補助開閉器（SA4）１６及び雷インパルス発生回路（IG３）２０の補助開閉器（SA5）１７をOFFとし、試験前に雷インパルス発生回路（IG1,IG3）１８，２０を所定の充電電圧に充電完了させ、短絡発電機１，２及び試験用変圧器（Tr2）１２は所定の励磁状態とする。
（２）〜（５）は第１の実施形態と同様である。

（６）時点t5で補助開閉器（SA3,SA4）１５，１６をONさせ、AC電圧印加回路２４を供試器２２の一方の端子に、及び雷インパルス発生回路（IG1）１８を供試器２２の他方の端子にそれぞれ接続する。

（７）第１の実施形態と同様に、雷インパルス発生回路（IG１）１８の電圧極性と逆極性となるAC電圧波高値（時点t6）で雷インパルス発生回路（IG1）１８を始動させる。

（８）次に、補助開閉器（SA4）１６をOFF、補助開閉器（SA5）１７をONさせ、雷インパルス発生回路（IG3）２０の電圧極性と逆極性となるAC電圧波高値（時点t７）でインパルス（IG3）２０を始動させる。

本第４の実施形態によれば、第１の実施形態で述べた効果に加え、１度の検証試験で２回の耐雷性能を評価、すなわち、雷インパルス発生回路（IG１）１８始動時の耐雷性能と雷インパルス発生回路（IG3）２０始動時の耐雷性能を同時に検証することが出来る。また、雷インパルス発生回路（IG１）１８始動時に供試器２２が閃絡しなかった場合に、雷インパルス発生回路（IG3）２０を始動することで確実に試験を行うことができ、有効なバックアップ手段とすることができる。さらに、雷インパルス発生回路の個数を任意に接続することで、耐雷性能評価を任意の回数まで行うことができる。

（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態を図面に基づいて説明する。
本実施形態の回路図を図９に示す。図１０は、第５の実施形態に係る電圧、電流波形を示す波形図（オシログラム）と図９の回路部品のオン・オフタイミングを表す図である。

本実施形態が第４の実施形態と異なる点は、AC電圧印加回路に代えて直流電圧を発生させるDC電圧印加回路２５を用いたことである。
本第５の実施形態によれば、第４の実施形態で述べた効果に加え、雷インパルス発生回路（IG1,IG3）１８，２０を始動するタイミングはｔ5〜ｔ6の期間はいつでも可能となる。

（第６の実施形態）
最後に、本発明の第６の実施形態を図面に基づいて説明する。
本実施形態の回路図を図１１に示す。図１２は、第６の実施形態に係る電圧、電流波形を示す波形図（オシログラム）と図１１の回路部品のオン・オフタイミングを表す図である。

本実施形態が第４の実施形態と異なる点は、電流源回路が１回目の落雷試験時に短絡電流を前記供試器に供給すると共に２回目の落雷試験時に交流電流を前記供試器に供給する点、短絡電流を供給する短絡試験用変圧器１１とAC電圧を供給する試験用変圧器１２とを兼用する多数タップ付変圧器２７とする点である。

本第６の実施形態によれば、第４の実施形態で述べた効果に加え、短絡発電機や変圧器などの構成部品が電流源回路と共有でき、耐雷性能試験装置が簡素化できる。
なお、上記の各実施形態では、２回目の落雷に対する耐雷性能を評価する試験について説明しているが、供試器の性能劣化などを勘案して必要に応じて３回目以降についても２回目と同様の耐雷性能を評価する試験を行うことは可能である。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…短絡発電機（Gen1）、２…短絡発電機（Gen2）、３…保護遮断器（SB1）、４…保護遮断器（SB2）、５…投入開閉器（SM1）、６…投入開閉器（SM2）、７…電流抑制用リアクトル（L1）、８…電流抑制用リアクトル（L2）、９…アーク延長回路（ML）、１０…電流抑制用抵抗（Rv1）、１１…短絡試験用変圧器（Tr1）、１２…試験用変圧器（Tr2）、１３…補助開閉器（SA1）、１４…補助開閉器（SA2）、１５…補助開閉器（SA3）、１６…補助開閉器（SA４）、１７…補助開閉器（SA5）、１８…雷インパルス発生回路（IG1）、１９…雷インパルス発生回路（IG2）、２０…雷インパルス発生回路（IG3）、２１…電流測定器（CT）、２２…供試器、２３…電流源回路、２４…ＡＣ電圧印加回路（電圧回路）、２５…ＤＣ電圧印加回路（電圧回路）、２６…ＤＣ電源、２７…多数タップ付き変圧器、２８…電圧回路。

Claims

電力用遮断器または電力用開閉器からなる供試器と、初回の落雷試験時に短絡電流を前記供試器に供給する電流源回路と、２回目以降の落雷試験時に前記供試器の一方の端子に極性の異なる雷インパルス電圧をそれぞれ印加する複数の雷インパルス発生回路と、前記供試器と前記複数の雷インパルス発生回路との間にそれぞれ接続された補助開閉器と、前記供試器の他方の端子に、前記雷インパルス発生回路により印加する前記雷インパルス電圧の極性の逆極性の交流電圧を印加する電圧回路とを備えたことを特徴とする耐雷性能試験装置。
電力用遮断器または電力用開閉器からなる供試器と、初回の落雷試験時に短絡電流を前記供試器に供給する電流源回路と、２回目以降の落雷試験時に前記供試器の一方の端子に極性の同じ雷インパルス電圧をそれぞれ印加する複数の雷インパルス発生回路と、前記供試器と前記複数の雷インパルス発生回路との間にそれぞれ接続された補助開閉器と、前記供試器の他方の端子に、前記雷インパルス発生回路により印加する前記雷インパルス電圧の極性の逆極性の直流電圧を印加する電圧回路とを備えたことを特徴とする耐雷性能試験装置。
電力用遮断器または電力用開閉器からなる供試器に対し初回の落雷試験時に、電流源回路により短絡電流を供給し、２回目以降の落雷試験時に、複数の雷インパルス発生回路により前記供試器の一方の端子に極性の異なる雷インパルス電圧を補助開閉器を介してそれぞれ印加し、電圧回路により、前記供試器の他方の端子に前記雷インパルス発生回路により印加する前記雷インパルス電圧の極性の逆極性の交流電圧を印加することを特徴とする耐雷性能試験方法。