I. 基本的な定義
結合コンデンサキャビネットのコアは a 高電圧標準カップリングコンデンサ 電圧分圧器、サンプリングユニット、接地スイッチ、および減衰抵抗器とともに、電源周波数耐電圧/部分放電試験回路に直列に接続され、コアコンポーネントです。 p部分放電検出および商用周波数耐電圧試験 これは、GIS、変圧器、開閉装置、およびケーブルの高電圧試験システムで広く使用されています。
II．5つの主要機能
1. 部分放電（PD）信号の結合と抽出（コアアプリケーション）
高電圧試験中、 部分放電 パルス電流は、試験対象物（GIS、遮断器、計器用変成器など）内部で発生し、直接測定することはできません。そのため、結合コンデンサを試験対象物の高電圧端子に並列に接続します。
- 耐電圧を達成するため、容量結合を介して試験サンプルに商用周波数高電圧を印加することができる。
- 部分放電の高周波パルス信号（MHzレベル）は、結合コンデンサによってシャントされ、 部分放電検出器 （部分放電計測器、パルス電流取得ユニット）
- これは50Hzの高電圧電源周波数信号を遮断し、弱い高周波部分放電信号のみを通過させることで、部分放電の振幅と放電周波数を定量的に検出することを可能にする。
2. 電源周波数分圧器および電圧サンプリング監視
低電圧分圧アームと組み合わせた結合コンデンサは、 容量性電圧分圧器 高電圧（U_{total}）は容量性リアクタンスの逆比に従って分配され、低電圧側からは低振幅の標準電圧信号が出力され、それが次の場所に送られます。
- デジタル電圧計
- 過電圧保護トリップ装置
- 制御盤のデータ収集モジュールにより、別途外部分圧器が不要となり、試験電圧のリアルタイム監視と閉ループ電圧制御を統合的に行うことができる。
3. 高電圧電源周波数を遮断し、部分放電検出装置を保護する。
試験回路の電圧は数十kVから数百kVに達することがあります。部分放電検出装置は低電圧精密機器であり、高電圧に直接接続することはできません。結合コンデンサキャビネット内のコンデンサは直流/商用周波数エネルギーを遮断し、弱い高周波パルスのみを伝送して電気的絶縁を形成します。 高電圧が検出ホストに入り込み、回路が焼損するのを防ぐ これにより、設備と人員の安全が確保される。
4. 高周波振動を抑制し、高電圧回路の共振を減衰させる。
高電圧試験用変圧器、リアクトル、試験用コンデンサは高周波共振を起こしやすく、真の部分放電信号を覆い隠す干渉ノイズを発生させます。キャビネットには、 ダンピング抵抗器とフィルタリング回路 .
- 吸収回路における振動スパイク。
- 外部コロナ放電およびスイッチング動作によって発生する電磁干渉を低減する。
- 背景雑音を低減し、部分放電検出における信号対雑音比を向上させる。
5. 安全接地および切断保護機能
キャビネットには 高電圧接地スイッチ .
- 試験後、接地スイッチを閉じて、結合コンデンサと試験サンプルの残留電荷を速やかに接地へ放電し、残留高電圧による感電事故を防いでください。
- メンテナンス中に強制的に接地を行い、明確に視認できる安全遮断部を設ける。
- 一部のキャビネットには過電流および絶縁破壊保護機能が備わっており、高電圧を迅速にバイパスして保護することができます。 試験変圧器 試験試料のフラッシュオーバーが発生した場合。
III．2つの典型的なアプリケーションシナリオ
シナリオ1：GIS/高電圧スイッチの部分放電および商用周波数耐電圧に関する統合試験システム
試験回路：商用周波数試験用トランス → カップリングコンデンサバンク → GIS試験サンプル
- 耐電圧段階では、カップリングコンデンサが電圧分割と電圧監視を担当します。
- 部分放電検出段階：放電信号を結合・抽出して、内部の部分放電欠陥をリアルタイムで監視します。
シナリオ2：電力ケーブルの耐電圧および部分放電検出システム
長いケーブルは接地に対する静電容量が大きいため、回路が共振しやすくなります。結合コンデンサバンクは、電圧分割とフィルタリングという二重の機能を持ち、ケーブルの充電干渉を除去し、ケーブルの接続部や絶縁層内の部分放電を正確に識別します。
IV．補足的な主要技術ロジックの比較
非結合コンデンサバンクの問題点：
- 部分放電信号は抽出できないため、 部分放電試験 実行できません。
- 内蔵の分圧回路がないため、電圧測定の精度が低い。
- 高電圧干渉が試験装置に直接侵入し、極めて大きなノイズを発生させ、欠陥の判定を不可能にする。
- 残留電荷の放電経路がないため、試験後に感電の危険性があります。
高電圧検出回路における分圧器の主要な役割、分類、および原理。
高電圧試験の電圧は、数千キロボルト、数十キロボルト、あるいは数百キロボルトに達することもあります。通常の電圧計やデータ収集チップは、高電圧に直接耐えることはできません。 分圧器は、高電圧検出システムの中核となる降圧サンプリング装置である。 これらは、超高電圧を正確な比率で低電圧信号に変換し、計測、保護、制御回路で使用できるようにしたものである。
I. 5つの主要機能
1. 安全な測定を実現するための高電圧低減（最も基本的な機能）
高電圧機器（耐電圧試験器、インパルス発生器、GIS、変圧器部分放電、直列共振装置）の出力 kVレベルの高電圧 従来の計測器やADC取得モジュールは、耐電圧が数十ボルトから数百ボルト程度しかないため、直接接続すると瞬時に破壊され、焼損します。分圧器は、抵抗/容量による電圧分割の原理を利用して、固定の分圧比kに従って、一次側の高電圧\(U_1\)を二次側の低電圧\(U_2\)に変換します。
\(U_2 = U_1 \times \frac{Z_2}{Z_1+Z_2}\) 例: 100kV/100V 電圧分圧器、入力 100kV 高電圧、出力は 100V 低電圧のみ、マルチメータとデータ収集カードで安全に読み取ることができます。
2. 電圧振幅の正確な校正と測定
分圧比は工場出荷時に0.2%/0.5%の精度で校正されており、 高圧計測基準 .
- 商用周波数耐電圧試験および誘導耐電圧試験中に実際に印加された高電圧をリアルタイムで読み取る。
- 雷インパルス電圧および開閉インパルス電圧のピーク値の測定。
- 変圧器および計器用変圧器の工場試験電圧はトレーサブルであり、GB/TおよびANSI高電圧試験規格の計量要件を満たしている。
3. 人員および機器の安全を確保するため、高電圧制御回路と低電圧制御回路を分離する。
高電圧と低電圧の電気的絶縁：高電圧側は試験サンプルに接続され、 低電圧側は、産業用制御、データ収集、およびヒューマンマシンインターフェースに接続されています。高電圧が低電圧弱電流システムに流入するのを防ぎます。 作業者への感電や低電圧計測制御基板の焼損を防ぎ、高電圧回路にとって不可欠な安全絶縁部品です。
4. 電圧フィードバックを提供し、閉ループ電圧調整／抑制制御を実現します。
高電圧電源（可変周波数共振型、直流高電圧源、インパルス電圧発生器）は、自動調整のためにリアルタイムの電圧フィードバックを必要とする。
- 分圧器は低電圧のサンプリング信号を出力し、それがコントローラに送られる。
- PLC/マイクロコントローラは、設定電圧と実際にサンプリングされた電圧を比較します。
- 昇圧電源ユニットの自動調整機能により、安定した高電圧出力が確保され、オーバーシュートや過圧による試料の損傷を防ぎます。分圧器がない場合、高電圧装置は自動閉ループ電圧調整を実現できず、大まかな手動電圧昇圧しかできません。
5. 保護回路と連携して、過電圧および絶縁破壊保護を提供します。
- 通常動作：分圧器の出力電圧は高電圧を直線的に反映します。
- サンプル破壊／フラッシュオーバーが発生した瞬間、高電圧が急激に低下し、分圧器のサンプリング電圧が同期して変化します。制御システムは直ちに故障を検知し、昇圧電源を迅速に遮断し、残留高電圧を放電して機器の損傷やさらなる損傷を防ぎます。
II. さまざまなタイプの適切なシナリオと追加機能 電圧分配器
1. 抵抗分圧器 （直流高電圧、商用周波数直流耐電圧）
- 適用対象：直流高電圧、緩やかに変化する商用周波数電圧。
- 追加機能: また、以下の機能も備えています。 残留電荷の放電 試験後、試料の静電容量に蓄積された高電圧は、残留感電を防ぐために分圧抵抗を通してゆっくりと放出される。
- 弱点：高周波の衝撃を受けるとかなりの熱を発生するため、落雷には適さない。
2. 容量性電圧分圧器 （商用周波数交流高電圧、GIS、直列共振）
- 適用対象: 50/60Hz 電源周波数 AC 耐電圧および 部分放電試験;
- 利点：損失が少なく、温度上昇も小さいため、長時間の連続高圧試験に適しています。
- 機能：抵抗分圧器における温度ドリフト誤差を排除し、長期試験中の安定した電圧測定を保証する。
3. 抵抗器・コンデンサ分圧回路 （交流・直流両用、雷インパルス電圧検出機能付き）
交流/直流測定と過渡衝撃測定の両方において、抵抗器とコンデンサーを組み合わせた整合構造が用いられる。
- 定常状態の商用周波数電圧の正確なサンプリング。
- ナノ秒レベルの雷インパルス電圧波形のピーク値を捉える。
- 振動を抑制し、波形の歪みを除去することは、インパルス電圧試験における標準的なサンプリング要素である。
III．補足：高電圧回路に不可欠な補助機能
- 波形復元 RC分圧器には位相歪みがなく、オシロスコープは部分放電およびインパルス波形解析のための高電圧波形を完全に取得できます。
- インピーダンス整合 信号反射による歪みを防ぐため、高電圧源の出力インピーダンスを下流のデータ収集機器の入力インピーダンスに一致させる。
- 分圧器標準機器：高精度標準分圧器は、 校正用光源 他の高電圧測定機器（高電圧計、変圧器）の校正を行う。
IV. まとめ
分圧器は基本的に 高電圧信号変換、絶縁、およびフィードバック装置 超高電圧を直接測定できないほどの高電圧を、安全な低電圧まで直線的に低減すると同時に、高電圧絶縁、電圧測定、閉ループ電圧調整、過電圧保護という4つの主要機能を実現します。あらゆる高電圧検出回路および高電圧試験回路において不可欠なキーデバイスです。
