電気機器の絶縁の耐電圧性能の評価。

電気機器の絶縁耐電圧性能を試験し、評価するための技術的手段。機器の正常な動作を確保するには、すべての電気機器の充電部分を接地部分または他の非等電位の充電部分から絶縁するために絶縁構造を使用する必要があります。絶縁材料単体の耐電圧は、厚さ方向の平均破壊電界強度（単位はkV/cm）で表されます。発電機や変圧器の絶縁など、電気機器の絶縁構造はさまざまな材料で構成されており、その構造形状も非常に複雑です。絶縁構造が局所的に損傷すると、機器全体の絶縁性能が失われます。したがって、機器全体の絶縁能力は、一般的には耐えられる試験電圧（単位：kV）でしか表すことができません。絶縁耐圧試験電圧は機器が耐えられる電圧レベルを示すことができますが、機器の実際の絶縁強度と同等ではありません。電力システムの絶縁調整の具体的な要件は、さまざまな電気機器の絶縁耐力試験電圧を調整して定式化し、機器の絶縁レベル要件を示すことです。絶縁耐電圧試験は破壊試験です（絶縁試験を参照）。したがって、稼働中の一部の重要設備において、予備部品が不足していたり​​、修理に長期間を要する場合には、絶縁耐圧試験を実施するかどうかを慎重に検討する必要があります。

電力システム内のさまざまな電気機器が動作しているとき、AC または DC の動作電圧に耐えるだけでなく、さまざまな過電圧にも影響を受けます。これらの過電圧は振幅が大きいだけでなく、動作電圧とは大きく異なる波形と持続時間を持ちます。絶縁に対する影響や絶縁破壊を引き起こすメカニズムも異なります。したがって、電気機器の耐電圧試験を行うには、対応する試験電圧を使用する必要があります。中国の交流電源システム規格で規定されている絶縁耐電圧試験には、以下のものが含まれます。 ①短時間（1分間）の電源周波数耐電圧試験。 ②長期電源周波数耐電圧試験。 ③ 直流耐電圧試験。 ④動作衝撃波耐電圧試験。 ⑤雷衝撃波耐電圧試験。また、電源周波数動作電圧、一時的過電圧、動作過電圧における3～220kvの電気機器の絶縁性能は、一般に短時間の電源周波数耐電圧試験によって試験され、動作衝撃試験は不要と規定されている。 330 ～ 500kv の電気機器の場合、動作過電圧下での絶縁性能を確認する動作衝撃試験が必要です。長期電源周波耐電圧試験は、電気機器の内部絶縁劣化や外部絶縁汚れの状態を検査する試験です。

絶縁耐圧試験の規格には各国ごとに規定があります。中国の規格 (GB311.1-83) は、3 ～ 500kv の送電および変電設備のベースライン絶縁レベルを規定しています。 3-500kv送変電設備雷インパルス耐電圧、1分間電力周波数耐電圧;および 330 ～ 500kv の送電および変電設備 電気機器の動作のためのインパルス耐電圧。電気機器製造部門および電力系統運用部門は、規格に準拠して耐電圧試験項目および試験電圧値を選定する必要があります。

電源周波数耐電圧試験

電源周波数の電圧に耐える電気機器の絶縁能力をテストおよび評価するために使用されます。テスト電圧は正弦波である必要があり、周波数は電源システムの周波数と同じである必要があります。通常、絶縁体の短期耐電圧能力を試験する場合は1分間耐電圧試験、部分放電など絶縁内部の進行性劣化を試験する場合は長期耐電圧試験と規定されています。漏れ電流による損傷、誘電損失、熱損傷の可能性があります。屋外電力機器の外部絶縁は大気環境要因の影響を受けます。乾燥した表面状態での電源周波数耐電圧試験に加え、人工的に模擬された大気環境（濡れた状態や汚れた状態など）での耐電圧試験も必要です。

AC正弦波電圧は、ピーク値または実効値で表すことができます。ピーク値と実効値の比は平方根 2 です。実際に試験時に印加される試験電圧の波形や周波数は規格規定から逸脱することが避けられません。中国の規格 (GB311.3-83) では、試験電圧の周波数範囲は 45 ～ 55Hz であり、試験電圧の波形は正弦波に近い必要があると規定されています。条件は、正負の半波が全く同じであること、ピーク値と実効値が同じであることです。比率は±0.07に等しい。一般に、いわゆるテスト電圧値は、実効値をそのピーク値で割ったものを指します。

テストに使用される電源は、高電圧テスト用変圧器と電圧調整装置で構成されます。試験用トランスの原理は一般的な電源トランスと同じです。定格出力電圧はテスト要件を満たし、余裕を持たせる必要があります。テスト用変圧器の出力電圧は、電源の内部抵抗による放電前電流の電圧降下によって出力が変化しないように、十分に安定している必要があります。測定の困難を回避したり、放電プロセスに影響を与えたりすることを避けるために、電圧は大幅に変動します。したがって、テスト電源には十分な容量が必要であり、内部インピーダンスはできるだけ小さいことが必要です。一般に、試験用変圧器の容量の要件は、試験電圧下でどれだけの短絡電流を出力できるかによって決まります。たとえば、固体、液体、または混合絶縁体の少量サンプルを乾燥状態でテストする場合、装置の短絡電流は 0.1A である必要があります。乾燥状態での自己回復絶縁（絶縁体、絶縁スイッチなど）のテストでは、機器の短絡電流が0.1A以上必要です。外部絶縁人工降雨試験の場合、機器の短絡電流は0.5A以上である必要があります。より大きな寸法の試験片の試験の場合、装置の短絡電流は 1A である必要があります。一般に、定格電圧の低い試験用変圧器は、変圧器の高圧コイルに0.1Aを流し続ける0.1A方式を採用していることが多いです。たとえば、50kV の試験用変圧器の容量は 5kVA に設定され、100kV の試験用変圧器の容量は 10kVA に設定されます。より高い定格電圧の試験用変圧器は通常、変圧器の高電圧コイルに 1A を連続的に流す 1A システムを採用しています。たとえば、250kV 試験用変圧器の容量は 250kVA、500kV 試験用変圧器の容量は 500kVA です。高電圧試験装置の全体の寸法が大きいため、装置の等価静電容量も大きくなり、試験電源はより多くの負荷電流を供給する必要があります。単一のテスト用変圧器の定格電圧が高すぎるため、製造中に技術的および経済的問題が発生します。中国における単一試験用変圧器の最高電圧は 750kV であり、750kV を超える電圧を持つ単一試験用変圧器は世界でもほとんどありません。超高圧および超高圧電源機器の交流電圧試験のニーズを満たすために、通常、複数の試験用変圧器を直列に接続して高電圧を取得します。たとえば、3 つの 750kV 試験変圧器を直列に接続すると、2250kV の試験電圧が得られます。これを直列試験変圧器といいます。変圧器が直列に接続されている場合、内部インピーダンスは非常に急速に増加し、複数の変圧器のインピーダンスの代数和を大幅に超えます。したがって、直列に接続する変圧器の数は 3 つに制限されることがよくあります。テスト用変圧器を並列に接続して出力電流を増やしたり、△または Y 字に接続して三相動作させることもできます。

コンデンサやケーブル、大容量発電機など静電容量の大きなサンプルの電源周波耐電圧試験を行うため、電源装置には高電圧かつ大容量が求められます。このような電源装置の実現には困難が伴うだろう。一部の部門では、電源周波数高電圧直列共振試験装置を採用しています（交流高電圧直列共振試験装置を参照）。

雷インパルス耐電圧試験

電気機器の絶縁が雷インパルス電圧に耐えられるかどうかは、雷電流の波形とピーク値を人工的にシミュレートすることによってテストされます。雷放電の実測結果によれば、雷の波形は波頭長が数マイクロ秒、波尾長が数十マイクロ秒の単極双指数曲線であると考えられています。ほとんどの雷はマイナス極性です。世界中のさまざまな国の標準は、標準雷衝撃波を次のように校正しています。見かけの波面時間 T1=1.2μs、波頭時間としても知られています。見かけの半波ピーク時間 T2=50μs、波尾時間とも呼ばれます (図を参照)。実際の試験装置が生成する電圧の波高値および波形と標準波形との許容誤差は、波高値±3%、試験器が生成する波形との許容誤差は次のとおりです。波頭時間、±30%;半波ピーク時間、±20%;標準的な雷波形は通常 1.2 /50μs で表されます。

雷インパルス試験電圧はインパルス電圧発生器によって生成されます。インパルス電圧発生器の複数のコンデンサの並列から直列への変換は、多くの点火ボールギャップを通じて達成されます。つまり、点火ボールギャップが放電するように制御されるとき、複数のコンデンサは直列に接続されます。コンデンサ回路の抵抗値により、被測定物の電圧の上昇速度とピーク値からの電圧降下速度を調整できます。波頭に影響を与える抵抗を波頭抵抗、波尾に影響を与える抵抗を波尾抵抗といいます。試験時には、波頭抵抗と波尾抵抗の抵抗値を変化させることにより、標準インパルス電圧波の所定の波頭時間と半波ピーク時間を求めます。整流された電源出力電圧の極性と振幅を変えることにより、必要なインパルス電圧波の極性と波高値を得ることができます。これにより、数十万ボルトから数百万ボルト、さらには数千万ボルトの範囲のインパルス電圧発生器を実現できます。中国が設計・設置したインパルス電圧発生器の高圧は6000kVである。

雷インパルス電圧試験

内容は4点。 ①耐衝撃電圧試験：通常、変圧器やリアクトルなどの非自己修復絶縁に使用されます。これらの機器が絶縁等級で定められた電圧に耐えられるかどうかを試験することが目的です。 ② 50％衝撃フラッシュオーバー試験：通常、絶縁体やエアギャップなどの自己修復絶縁体が対象となります。目的は、フラッシュオーバ確率が 50% の電圧値 U を決定することです。この電圧値とフラッシュオーバー値の間の標準偏差を使用して、5% フラッシュオーバー電圧値など、他のフラッシュオーバー確率も決定できます。一般的にUは耐電圧とみなされます。 ③絶縁破壊試験：絶縁体の実際の強度を調べることが目的です。主に電気機器製造工場で行われます。 ④電圧−時間曲線試験（電圧−秒曲線試験）：電圧−時間曲線は、絶縁損傷（または磁器絶縁フラッシュオーバー）までの印加電圧と時間との関係を示します。ボルト秒曲線 (V-t 曲線) は、変圧器などの保護機器と避雷器などの保護機器間の絶縁調整を検討するための基礎を提供します。

雷インパルスの全波によるテストに加えて、変圧器やリアクトルなどの巻線を備えた電気機器は、2 ～ 5 μs の打ち切り時間の打ち切り波でもテストする必要がある場合があります。トランケーションは波形の最初または最後で発生する可能性があります。この切頭波の生成と測定、および機器に生じる損傷の程度の判定は、いずれも比較的複雑で困難です。雷インパルス電圧試験は、処理が高速で振幅が大きいため、試験と測定に高い技術要件が求められます。詳細なテスト手順、方法、規格は、テストを実施する際の参照および実装のために規定されることがよくあります。

動作インパルス過電圧試験

電力系統の動作インパルス過電圧波形を人工的にシミュレートすることにより、電気機器の絶縁が動作インパルス電圧に耐えられるかどうかをテストします。電力システムにはさまざまなタイプの動作過電圧波形とピークがあり、これらはラインパラメータとシステムステータスに関連しています。一般に、周波数が数十Hzから数kHzの減衰した振動波です。その振幅はシステム電圧に関連しており、通常は相電圧の数倍、最大で相電圧の 3 ～ 4 倍として表されます。動作衝撃波は雷衝撃波よりも長く持続し、電力システムの絶縁にさまざまな影響を与えます。 220kV 以下の電力システムの場合、短時間の電源周波数耐電圧試験を使用して、動作過電圧下での機器の絶縁状態をおおよそ試験できます。 330kV 以上の超高圧および超高圧システムおよび機器の場合、動作過電圧が絶縁に与える影響が大きくなり、短時間の電源周波数電圧試験は動作インパルス電圧試験のほぼ代替として使用できなくなりました。テストデータから、エアギャップが 2m を超える場合、動作放電電圧の非直線性が顕著であることがわかります。つまり、ギャップ距離が増加すると耐電圧がゆっくりと増加し、短期電源周波数よりもさらに低くなります。放電電圧。したがって、動作インパルス電圧をシミュレートして絶縁をテストする必要があります。

長いギャップ、絶縁体、および機器の外部絶縁の場合、動作過電圧をシミュレートする 2 つのテスト電圧波形があります。 ① 非周期的な指数関数的減衰波: 雷衝撃波に似ていますが、波頭時間と半値時間が雷衝撃波長よりもはるかに長い点が異なります。国際電気標準委員会は、動作インパルス電圧の標準波形を 250/2500μs と推奨しています。標準波形では研究要件を満たせない場合は、100/2500μs および 500/2500μs を使用できます。非周期的な指数関数的減衰波は、インパルス電圧発生器によって生成することもできます。雷衝撃波の発生原理は基本的に同じですが、波頭抵抗、波尾抵抗、帯電抵抗を何倍にも増加させる必要があります。インパルス電圧発生器のセットは高電圧実験室で一般的に使用されており、雷インパルス電圧の生成と動作インパルス電圧の生成の両方に 2 セットの抵抗が装備されています。規制によれば、生成される動作インパルス電圧波形と標準波形との間の許容偏差は、ピーク値 ±3% です。波頭、±20%;ハーフピーク時間、±60%。 ②減衰発振波：01半波の幅は2000～3000μs、02半波の振幅は01半波の振幅の80％程度が必要です。減衰した発振波は、コンデンサを使用してテスト用変圧器の低電圧側を放電することにより、高電圧側に誘導されます。この方法は主に変電所の現場での変圧器の動作波形試験に使用され、試験対象の変圧器自体を使用して試験波形を生成し、自身の耐電圧性能を試験します。

動作インパルス過電圧試験の内容は、①動作インパルス耐電圧試験、②動作インパルス耐電圧試験の5項目です。 ② 50% 動作インパルスフラッシュオーバー試験。 ③破壊試験。 ④電圧時間曲線試験（ボルト秒曲線試験）。 ⑤ 動作インパルス電圧波頭曲線テスト。最初の 4 つのテストは、雷インパルス電圧テストの対応するテスト要件と同じです。動作衝撃波の作用下での長いエアギャップの放電電圧は衝撃波頭によって変化するため、試験 No. 5 は動作衝撃放電特性に必要です。 150μs などの特定の波頭長では、放電電圧が低くなり、この波頭は臨界波頭と呼ばれます。臨界波長はギャップ長とともにわずかに増加します。

直流耐電圧試験

電気機器の絶縁性能をテストするには、DC 電源を使用します。その目的は次のとおりです。 ① 直流高電圧電気機器の直流電圧に耐える能力を判断する。 ② AC 試験電源容量の制限のため、大容量 AC 機器の耐電圧試験には AC 高電圧ではなく DC 高電圧を使用してください。

DC テスト電圧は通常、整流装置を介して AC 電源によって生成され、実際には単極性の脈動電圧です。波の山には電圧の最大値 U があり、波の谷には電圧の最小値 U があります。いわゆる DC テスト電圧値は、この脈動電圧の算術平均値を指します。つまり、明らかに脈動が大きすぎることは望ましくないため、DC テスト電圧の脈動係数 S は 3 を超えないよう規定されています。 %、つまり、直流電圧は正と負の極性に分けられます。極性が異なれば、さまざまな絶縁体に対する作用メカニズムも異なります。テストでは 1 つの極性を指定する必要があります。一般に、絶縁性能を厳しく試験する極性が試験に使用されます。

通常、高 DC 電圧を生成するには、単段の半波または全波整流回路が使用されます。コンデンサと高電圧シリコンスタックの定格電圧の制限により、この回路は一般に 200 ～ 300kV を出力できます。より高い DC 電圧が必要な場合は、カスケード方式を使用できます。カスケード DC 電圧発生器の出力電圧は、電源変圧器のピーク電圧の 2n 倍になります。ここで、n は直列接続の数を表します。このデバイスの出力電圧の電圧降下とリップル値は、直列数、負荷電流、および AC 主電源周波数の関数です。直列数が多すぎて電流が大きすぎると、電圧降下や脈動が許容できないレベルに達します。このカスケード DC 電圧発生装置は、約 2000 ～ 3000kV の電圧とわずか数十ミリアンペアの出力電流を出力できます。人工環境テストを行う場合、予備放電電流は数百ミリアンペア、場合によっては 1 アンペアに達することがあります。このとき、出力電圧の品質を向上させるために、サイリスタ電圧安定化デバイスを追加する必要があります。持続時間500ms、振幅500mAの場合、1秒間に1回の予備放電電流パルスが流れる際に生じる電圧降下が5%以下であることが必要です。

電力系統機器の絶縁予防試験（絶縁試験参照）では、直流高電圧を用いてケーブルやコンデンサなどの漏れ電流や絶縁抵抗を測定することが多く、絶縁耐電圧試験も行われます。周波数が 0.1 ～ 50Hz の範囲にある場合、多層媒体内の電圧分布は基本的に静電容量に応じて分布することが実験によって示されています。したがって、0.1Hzの超低周波を用いた耐電圧試験は電源周波耐電圧試験と同等となり、大きな耐電圧の使用を回避できます。容量交流耐電圧試験装置の難易度は、試験対象機器の絶縁状態も反映することがあります。現在、モータの端部絶縁には極低周波耐電圧試験が行われており、電源周波耐電圧試験よりも有効であると考えられています。

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