(57)【要約】【課題】インダクタンスを含む試験対象機器に対して適切な電圧を印加できるインパルス電圧試験装置を提供する。【解決手段】インパルス電圧試験装置１００は、試験対象機器１０１にインパルス電圧を印加する試験装置１００である。インパルス電圧試験装置１００は、放電ギャップＧｓと、放電ギャップＧｓにおいて放電が開始された後に放電ギャップＧｓの電極間に遮断物を挿入し、アーク放電を遮断する遮断装置８とを備える。遮断物を駆動する駆動機構は、第１の遮断板に対して第２の遮断板の位置を相対的に変化させるように構成される。第１の遮断板は、固定されている。駆動機構は、第２の遮断板を回転させるモータを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験対象機器にインパルス電圧を印加するインパルス電圧試験装置であって、
第１の放電ギャップと、
前記第１の放電ギャップにおいて放電が開始された後に前記第１の放電ギャップの電極間に遮断物を挿入し、アーク放電を遮断する遮断装置とを備える、インパルス電圧試験装置。
【請求項２】
前記第１の放電ギャップは、
第１電極と第２電極とを含み、
前記遮断装置は、
前記第１電極と前記第２電極とを隔てるように配置され、第１の透過部が設けられた第１の遮断板と、
前記第１の遮断板と平行に、前記第１電極と前記第２電極とを隔てるように配置され、第２の透過部が設けられた第２の遮断板と、
前記第１の遮断板に対して前記第２の遮断板の位置を相対的に変化させる駆動機構とを含み、
前記駆動機構は、前記第１の透過部と前記第２の透過部の少なくとも一部が重なり、前記第１電極と前記第２電極との間の放電経路が形成された第１状態から、前記第１の透過部と前記第２の透過部の位置がずれて前記第１電極と前記第２電極との放電経路が遮断された第２状態に遷移するように、前記第１の遮断板と前記第２の遮断板の位置関係を変更する、請求項１に記載のインパルス電圧試験装置。
【請求項３】
前記第１の遮断板は、固定されており、
前記駆動機構は、前記第２の遮断板を回転させるモータを備える、請求項２に記載のインパルス電圧試験装置。
【請求項４】
前記第２の遮断板が前記モータによって回転されている場合において、前記第１の遮断板と前記第２の遮断板の位置関係が前記第１状態になったときに、前記第１の放電ギャップの放電を開始させる放電トリガ装置をさらに備える、請求項３に記載のインパルス電圧試験装置。
【請求項５】
前記インパルス電圧試験装置は、
複数のキャパシタと、
複数の放電ギャップとをさらに備え、
前記複数の放電ギャップは、前記複数の放電ギャップが一斉に導通すると前記複数のキャパシタを直列接続する経路を形成するように構成され、
前記遮断装置が配置される前記第１の放電ギャップは、前記複数の放電ギャップのうちの１つである、請求項１に記載のインパルス電圧試験装置。
【請求項６】
前記インパルス電圧試験装置は、
前記第１の放電ギャップに放電を開始させる放電トリガ装置をさらに備え、
前記第１の放電ギャップは、前記複数の放電ギャップのうちの接地電位にいちばん近い放電ギャップである、請求項５に記載のインパルス電圧試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、インパルス電圧試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
大きなインダクタンスを有する静止誘導機器等にインパルス電圧試験を行なう場合、インパルス電圧（試験電圧の極性ピーク値：１．０ｐ．ｕ．）は振動性になって、逆極性の電圧レベルが時として０．６ｐ．ｕ．近くまで上昇する場合がある。この場合は、試験対象機器に対し必要以上に電圧を印加してしまうことになり、試験対象機器に与える電気的ストレスが増大する。
【０００３】
従来、球ギャップや棒ギャップを用いて放電やレーザー照射等の信号により始動用火花を発生させ、ギャップ間で意図的に放電を発生させることによって、電圧波形を裁断する方法が知られている。例えば特開２０１６−５２２４３号公報（特許文献１）の要約には「始動信号Ｓ１に応答してインパルス電圧ＶＩＰを出力するインパルス電圧発生装置１０と、始動信号Ｓ１を遅延させた第１の裁断信号Ｓ２を出力する裁断信号発生器３と、インパルス電圧ＶＩＰに応答して第２の裁断信号Ｓ３を出力する裁断信号発生器４と、インパルス電圧ＶＩＰが出力されている場合において裁断信号Ｓ２またはＳ３が出力されたときにインパルス電圧ＶＩＰを裁断する裁断装置１５とを備える。したがって、インパルス電圧ＶＩＰを確実に裁断できる」と記載されている。また特開平１−２７０７７３号公報（特許文献２）の作用欄には「雷インパルス電圧発生器による雷インパルス電圧が上部球に印加されると共に、中間球に放電抵抗の両端電圧を中間タップで分圧した電圧が印加され、雷インパルス電圧の波頭において、下部球の始動ギャップの放電により中間球、下部球間が放電し、さらに上部球、中間球間が放電し雷インパルス電圧が波頭さい断される」旨が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−５２２４３号公報
【特許文献２】特開平１−２７０７７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記の方法は逆極性の電圧を抑制するものではなく、裁断用のギャップ設備を用意しても、ギャップ間の電圧が低いゼロクロス付近（Ｖ＝０に近い点）では、電圧を裁断できない（始動用火花を与えても、ギャップが放電しないため）。逆極性の電圧が試験対象機器に印加されることによって、試験対象機器が破損することもある。しかし、逆極性の電圧は試験に必要な電圧ではない。逆極性電圧にも耐えるように試験対象機器を設計することは、品質過剰な製品となり、コストの増大を招くとともに製品の体格も大きくなってしまう。
【０００６】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、インダクタンスを含む試験対象機器に対して適切な電圧を印加できるインパルス電圧試験装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示は、試験対象機器にインパルス電圧を印加するインパルス電圧試験装置に関するものである。インパルス電圧試験装置は、第１の放電ギャップと、第１の放電ギャップにおいて放電が開始された後に第１の放電ギャップの電極間に遮断物を挿入し、アーク放電を遮断する遮断装置とを備える。
【発明の効果】
【０００８】
本開示のインパルス電圧試験装置によれば、試験波形の逆極性電圧成分を抑制することができ、適切な試験を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１に係るインパルス電圧試験装置の構成例を示す回路図である。
【図２】インパルス電圧試験装置が発生する電圧波形を示した波形図である。
【図３】放電ギャップについて説明するための図である。
【図４】遮断装置の構成を示した図である。
【図５】シャッター機構１２の形状を示す図である。
【図６】インパルス電圧試験装置が発生する電圧波形を示す波形図である。
【図７】インパルス電圧発生前（時刻ｔ１より前）の状態（ＳＴＡ）を示す図である。
【図８】インパルス電圧発生開始直後（時刻ｔ２）の状態（ＳＴＢ）を示す図である。
【図９】回転ディスクによる遮断動作直後（時刻ｔ３）の状態（ＳＴＣ）を示す図である。
【図１０】回転ディスクによる遮断動作（時刻ｔ３より後）の状態（ＳＴＤ）を示す図である。
【図１１】シャッター機構の変形例を示す図である。
【図１２】実施の形態２のインパルス電圧試験装置に使用するシャッター機構の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るインパルス電圧試験装置の構成例を示す回路図である。インパルス電圧試験装置１００は、試験対象機器１０１にインパルス電圧ＰＶを印加する試験装置である。インパルス電圧試験装置１００は、放電ギャップＧｓ、Ｇ１〜Ｇｎと、放電ギャップＧｓにおいて放電が開始された後に放電ギャップＧｓの電極間に遮断物を挿入し、アーク放電を遮断する遮断装置８とを備える。
【００１２】
図２は、インパルス電圧試験装置が発生する電圧波形を示した波形図である。図２のようにインパルス電圧が発生する。電圧波形のうち、試験対象となるのはフェーズＰ１である。フェーズＰ２以降は、いわば余計な電圧である。試験対象機器１０１の静電容量やインダクタンスが大きいと図２の点線で示す波形Ｗ０のように、大きな振動性波形となる場合がある。そこで、本実施の形態では、遮断装置８において、フェーズＰ１からＰ２への移行時に放電ギャップの間に遮断物を挿入する。すると、フェーズＰ２で発生する電圧は、遮断装置８が無い場合と比較して、実線で示す波形Ｗ１のように低減される。
【００１３】
本実施の形態のインパルス電圧試験装置は、振動性のインパルス電圧が逆極性に振れたあとの電圧ピーク値を抑制するために、インパルス電圧発生装置（ＩＶＧ）の球ギャップの一つにアーク放電を遮断するディスクを挿入するシャッター機構を取り付け、逆極性電圧を抑制する。機器に印加したインパルス電圧が逆極性に振れた直後、ディスクに設けたスリットが閉じるようにし、アーク放電をディスクで遮断することでインパルス電圧を低減し、逆極性電圧のピーク値を抑制する。通常ＩＶＧは複数の直列球ギャップを有するが、アーク放電で連結して放電していないとインパルス電圧を維持できないため、ディスク構造を挿入するのは図１の複数のギャップＧ１〜Ｇｎのうちの一つの球ギャップ間のみでよい。また、ディスクは全て誘電体（以降、ディスクは全て誘電体として記述する）である。
【００１４】
図３は、放電ギャップについて説明するための図である。
インパルス電圧試験装置１００は、直列放電球ギャップで構成される。図３に示すように、インパルス電圧が発生している間は、全ての球ギャップ間がアーク放電で連結されている。図１に示すように、この球電極には、球ギャップ間で最も近接する部位に火花放電を生じさせる放電トリガ装置４と、その時間をコントロールする制御部２とが付随している。
【００１５】
図１、図３を参照してインパルス電圧試験装置１００は、複数のキャパシタＣ１〜Ｃｎと複数の放電ギャップ（Ｇｓ、Ｇ１〜Ｇｎ）とを備える。複数の放電ギャップ（Ｇｓ、Ｇ１〜Ｇｎ）は、複数の放電ギャップ（Ｇｓ、Ｇ１〜Ｇｎ）が一斉に導通すると複数のキャパシタＣ１〜Ｃｎを端子Ｔ１と端子Ｔ２との間に直列接続する経路を形成するように構成される。遮断装置８は、複数の放電ギャップの１つ（Ｇ１）に配置される。なお、遮断装置８を設ける位置は、いずれのギャップでも構わないが、好ましくは絶縁、メンテナンス、制御信号入力の容易等の理由により、接地側に近い方が好ましい。
【００１６】
図１では、放電トリガ装置４を配置するギャップと遮断装置８を設けるギャップとを同じにしたが、複数の放電ギャップを有する構成であれば、放電トリガ装置４を配置するギャップと、遮断装置８を設けるギャップとを別々にしても良い。
【００１７】
図４は、遮断装置の構成を示した図である。放電ギャップＧ１は、第１電極１０Ａと第２電極１０Ｂとを含む。遮断装置８は、シャッター機構１２と駆動機構（Ｍ１）とを含む。シャッター機構１２は、第１の遮断板１２Ａと、第２の遮断板１２Ｂとを含む。
【００１８】
図５は、シャッター機構１２の形状を示す図である。図４、図５を参照して、第１の遮断板１２Ａは、第１電極１０Ａと第２電極１０Ｂとを隔てるように配置される。
【００１９】
本実施の形態では、図４に示すように、直列放電球ギャップのうちの一つの球ギャップＧｓ間に２枚の円形ディスク（１２Ａ，１２Ｂ）を挿入する。ディスクには固定されているディスク（１２Ｂ）と回転するディスク（１２Ａ）があり、２枚のディスクは僅かな距離を隔てて重なっている。図５に示す位置Ｌ１（Ｌ１＝０．５ｍ）にスリット（幅Ｌ２＝０．０５ｍ）が両方のディスクに設けられている。２枚のディスクの離隔距離は１００μｍ程度とし、球ギャップＧｓで放電させるトリガ信号を発生するタイミングを決めるため、レーザー１３（発光素子３０と受光素子３１を配置してスリットの開閉を検知する構造）を用いている。
【００２０】
スリットの位置Ｌ１は、インパルス電圧試験装置１００へ組み込むことができる大きさのディスクとするため、仮にここでは０．５ｍとした。スリット幅については、ディスクの回転数とインパルス電圧が逆極性電圧になる時間を考慮して決定する。
【００２１】
インパルス波形の発生からゼロクロスする位置までの時間を１００μｓと仮定する。例えば１００００ｒｐｍで回転する場合に、１００μｓスリットを開口させようとすれば、ディスクの中心から０．５ｍの位置にスリットがあるときにはスリット幅は５．３ｃｍほど必要である。つまり、１００００回転／分であるため１６６．６７回転／ｓで、長さＬ１＝０．５ｍなら、円周は２π＊Ｌ１＝３．１４ｍ、スリットの移動速度は、３．１４ｍ×１６７回／ｓ＝５２５ｍ／ｓである。１００μｓなら、スリットの移動距離は０．０５２５ｍとなる。故に、およそ５．３ｃｍのスリットをディスクに設ければ、スリットが開口している１００μｓの間、インパルス電圧を発生させることができる。また両ディスクの距離（１００μｍ）はこの値に限らず、両ディスクで取り得る最小値でよい。
【００２２】
図６は、インパルス電圧試験装置が発生する電圧波形を示す波形図である。図６において、インパルス電圧ＰＶと放電トリガ装置へのトリガ信号Ｓｔと、シャッター機構１２に設けられたスリットの開閉状態とが示され、横軸には時間が示される。
【００２３】
時刻ｔ１において制御部２がトリガ信号Ｓｔを放電トリガ装置４に送信すると、時間Ｔｉ後の時刻ｔ２において、シャッター機構１２のスリットが閉状態から開状態に変化し、放電が開始することによってインパルス電圧ＰＶが出力開始される。
【００２４】
時刻ｔ２〜ｔ３では、スリットが開状態であり、この間に正電圧のインパルス電圧ＰＶは出力される。時刻ｔ３では、スリットは開状態から閉状態に変化する。この時刻ｔ３がちょうどインパルス電圧ＰＶのゼロクロス点となるように、シャッター機構のスリット開閉時間が設定されている。シャッター機構１２を設けない場合には、破線で示す波形Ｗ０のように逆極性電圧（負電圧）のピークが下方向に大きいが、シャッター機構１２を設けることによって実線で示す波形Ｗ１のように、逆極性電圧のピーク値が抑制される。
【００２５】
図７〜図１０を用いて、遮断板の位置関係が変化する様子を説明する。図７は、インパルス電圧発生前（時刻ｔ１より前）の状態（ＳＴＡ）を示す図である。
【００２６】
図７に示すように、第１の遮断板１２Ａには、第１の透過部１１Ａが設けられる。第２の遮断板１２Ｂは、第１の遮断板１２Ａと平行に、第１電極１０Ａと第２電極１０Ｂとを隔てるように配置され、第２の透過部１１Ｂが設けられる。駆動機構（Ｍ１）は、第１の遮断板１２Ａに対して第２の遮断板１２Ｂの位置を相対的に変化させるように構成される。
【００２７】
第１の遮断板１２Ａは、高速回転する回転ディスクであり、第２の遮断板１２Ｂは、固定ディスクである。駆動機構は、第１の遮断板１２Ａを回転させるモータＭ１を備える。
【００２８】
インパルス電圧の発生前の時点（〜ｔ１）において、回転ディスクは高速回転（例：１００００ｒｐｍ）して安定した回転状態にあり、もう一つのディスクは動いていない状態である。
【００２９】
図８は、インパルス電圧発生開始直後（時刻ｔ２）の状態（ＳＴＢ）を示す図である。インパルス電圧を発生させるタイミングは、高速回転するディスク（１２Ａ）に設けられたスリットが、もう一つの固定ディスク（１２Ｂ）に設けられた同一寸法のスリットと同じ位置に来たとき（図８）である。例えば、固定ディスク（１２Ｂ）と回転ディスク（１２Ａ）を挟んで各球電極の近傍に発光素子３０と受光素子３１を配置しておく。発光素子３０からレーザー１３をディスクへ照射して、図８のスリット全開の状態で受光素子３１が感光して放電トリガ装置４にトリガ信号Ｓｔを送るようにシャッター機構１２を構成する。ほぼ同時に（実際には時間遅れがあるが、数μｓであり、無視できる）インパルス電圧ＰＶが発生し、ディスクのスリットを通ってアーク放電２０が形成される。
【００３０】
図９は、回転ディスクによる遮断動作直後（時刻ｔ３）の状態（ＳＴＣ）を示す図である。時刻ｔ２から１００μｓ後、スリットは図９に示す位置となり、スリットが閉じた状態となる。この状態においては、アーク放電２０は切れておらず、放電路が変えられ変形している。放電路が変えられると、アーク放電は長くなり、その分抵抗値が増加する。抵抗値が増加するため、放電回路全体の抵抗値も増加するので、シャッター機構１２が無い場合に比べて逆極性のインパルス電圧を低減させることができる。
【００３１】
図１０は、回転ディスクによる遮断動作（時刻ｔ３より後）の状態（ＳＴＤ）を示す図である。図１０の状態になると、破線で示すアーク放電２１は変形し、抵抗値も増大するため、アーク放電２１は遮断される可能性が高くなる。もし遮断されなくてもアーク放電の変形が著しく抵抗値も増加するため、シャッター機構１２が無い場合に比べて逆極性のインパルス電圧を低減させることができる。
【００３２】
以上説明したように、駆動機構（Ｍ１）は、第１の透過部１１Ａと第２の透過部１１Ｂの少なくとも一部が重なり、第１電極１０Ａと第２電極１０Ｂとの間の放電経路が形成された第１状態（図８：ＳＴＢ）から、第１の透過部と第２の透過部の位置がずれて第１電極１０Ａと第２電極１０Ｂとの放電経路が遮断された第２状態（図１０：ＳＴＤ）に遷移するように、第１の遮断板１２Ａと第２の遮断板１２Ｂの位置関係を変更する。
【００３３】
放電トリガ装置４は、第２の遮断板１２ＢがモータＭ１によって回転されている場合において、第１の遮断板１２Ａと第２の遮断板１２Ｂの位置関係が第１状態（ＳＴＢ）になったときに、放電ギャップＧｓの放電を開始させる。好ましくは、放電ギャップＧｓは、遮断装置を配置した放電ギャップであり、一番接地電位に近い放電ギャップである。なお、遮断装置８を配置するギャップは、放電ギャップＧ１〜Ｇｎでも良いが、これらに配置する場合でもより接地電位に近い側が好ましい。
【００３４】
図１１は、シャッター機構の変形例を示す図である。図１１に示すシャッター機構１１２のように、スリット１１１とスリット１１３の２つのスリットを形成し、スリット１１１が開状態となったときにスリット１１３も開状態となるようにしておく。スリット１１１を電極１０Ａと電極１０Ｂとの間の放電経路に配置し、それとは異なる位置で放電経路にならない位置にスリット１１３を配置する。スリット１１３は、発光素子３０と受光素子３１との間のレーザー光の透過経路に配置する。
【００３５】
図１１に示す変形例では、電極１０Ａ，１０Ｂから発光素子３０および受光素子３１を離して配置することができるので、放電による発光素子３０および受光素子３１の故障などの可能性が低くなる。なお、図１１には、スリット１１３をスリット１１１に対して回転中心に対して対称となる位置に配置した例を示したが、必ずしもこのような位置でなくても良く、スリット１１３はスリット１１１と異なる位置であれば良い。
【００３６】
実施の形態２．
図１２は、実施の形態２のインパルス電圧試験装置に使用するシャッター機構の構成を示す図である。図１２のように回転するディスク（１２Ａ１，１２Ａ２）と固定するディスク（１２Ｂ１，１２Ｂ２）を多重構造とし、アーク放電の変形量を大きくして、抵抗値を増大させ、さらに逆極性の電圧値を低減できるようにしてもよい。
【００３７】
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明でなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００３８】
２  制御部、４  放電トリガ装置、８  遮断装置、１０  インパルス電圧発生装置、１０Ａ，１０Ｂ  電極、１１Ａ，１１Ｂ  透過部、１２，１１２  シャッター機構、１２Ａ，１２Ｂ  の遮断板、３０  発光素子、３１  受光素子、１００  インパルス電圧試験装置、１０１  試験対象機器、１１１，１１３  スリット、Ｃ１〜Ｃｎ  キャパシタ、Ｇｓ，Ｇ１〜Ｇｎ  放電ギャップ、Ｍ１  モータ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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