高電圧（HV）試験用変圧器は、商用周波数の高電圧を発生させるために設計された専用装置であり、略して試験用変圧器と呼ばれます。昇圧変圧器に分類され、主な機能としては、電気製品の絶縁性能試験、商用周波数耐電圧試験、部分放電測定などがあり、短時間動作特性を特徴としています。
これらの変圧器は、一次側で0.4kV～10kVの動作電圧範囲をカバーし、二次側では100～2000kV以上まで対応可能で、容量は3kVA～9000kVAの範囲です。変圧器は、油入式自己冷却型またはSF₆ガス絶縁型構造を採用しています。
高電圧巻線は多層タワーコイル設計を採用し、通常は片端が接地されています。一方、低電圧巻線は外部に取り付けられています。10 kVAを超える容量のモデルには可動式の鉄輪が装備されており、コンパクトで軽量な特長を備えています。単体のインピーダンス電圧は4.5%～10%で、複数台を直列接続すると30%～40%に達します。出力電圧波形はほぼ正弦波です。巻線絶縁材にはポリエステルエナメル線と高電圧耐性複合材を使用しています。変圧器本体は真空乾燥処理が施されており、100 kVを超える定格電圧の製品には真空油充填が必要です。
- 構造形式による分類
- 油入式高電圧試験用変圧器
最も一般的なタイプでは、変圧器本体は絶縁油に浸されており、この油は絶縁媒体と放熱媒体の両方の役割を果たします。
利点：優れた絶縁性能、大容量、高耐電圧。商用周波数耐電圧試験に適しており、発電所、変電所、高電圧電気機器メーカーなどで幅広く使用されています。
デメリット：容積が大きく、重量があり、輸送や設置が比較的困難である。
- 乾式高電圧試験用変圧器
エポキシ樹脂などの固体絶縁材料を鋳造または巻き付けて封入されており、絶縁油は含まれていません。
利点：コンパクトサイズ、軽量、無公害、メンテナンスが容易、耐湿性・耐汚染性に優れています。実験室試験、室内試験、または湿度の高い環境に適しています。
デメリット：油入式製品と比較して容量と定格電圧が限られている。また、同仕様の油入式製品よりも若干高価である。
- ガス絶縁高電圧試験用変圧器
六フッ化硫黄（SF₆）や窒素などの断熱ガスは、断熱材および冷却媒体として使用され、金属製の筐体内に密閉される。
利点：高い絶縁強度、優れた放熱効果、コンパクトな構造、油漏れの危険性がない。高地や防爆現場などの特殊な環境に適しています。
欠点：ガスシールに対する要求水準が高く、運転中は定期的なガス圧力監視が必要となるため、メンテナンスコストが比較的高くなる。
- カスケード型高電圧試験用変圧器
複数の単体テストトランスを直列に接続して構成されており、段階的な電圧昇圧によって超高出力電圧を実現している。
利点：数十万ボルトから数百万ボルトまでの超高出力電圧を生成でき、超高電圧機器の試験要件を満たします。
欠点：構造が複雑、電圧調整と制御が非常に困難、絶縁と電圧均等化設計に対する要求が厳しい。
| 油浸式高電圧 テストトランスフォーマー | 乾式高電圧試験用変圧器 | ガス絶縁高電圧試験用変圧器 | カスケード型高電圧試験用変圧器 |
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- 電圧調整モードによる分類
オートトランス制御式試験用変圧器
内蔵のオートトランスを搭載しており、一次巻線の巻数を変えることで入力電圧を調整し、それによって出力高電圧を変化させる。
利点：シンプルな構造、簡単な操作、低コスト。小規模から中規模の容量、低電圧レベルの試験シナリオに適しています。
個別に制御される試験用変圧器
変圧器本体は電圧調整器とは分離されており、電圧調整器には通常、電気式電圧調整器または誘導式電圧調整器が採用される。
利点：高精度な電圧調整、安定した出力電圧、リモートコントロール対応。大容量かつ高電圧レベルの精密試験に適しています。
III. テスト波形/周波数による分類
商用周波数試験用変圧器
これらは50Hz/60Hzの正弦波交流を出力し、電気機器の商用周波数耐電圧試験に使用されます。これらは最も基本的なタイプの試験用変圧器です。
可変周波数直列共振試験用変圧器
共振昇圧装置として、これらは試験用変圧器、励磁用変圧器、リアクトル、コンデンサ分圧器、およびその他の構成要素から構成され、共振回路を形成する。
利点：コンパクトなサイズ、軽量、高い容量利用率。長尺ケーブル、コンデンサ、発電機などの容量性試験対象物の耐電圧試験に適しており、試験装置の容量要求を効果的に低減できます。
インパルス試験用変圧器
雷インパルス電圧や開閉インパルス電圧を発生させるように特別に設計されており、電力系統における過電圧サージをシミュレートします。
特徴：瞬間的な出力電圧のピーク値が高く、持続時間が短い。インパルス電圧発生器と併用する必要があり、変圧器や避雷器などの機器のインパルス耐電圧試験に用いられる。
- その他の特殊タイプ
携帯型高電圧試験用変圧器：主に乾式または小型油入式で、コンパクトかつ軽量で、現場での試験のために容易に移動できます。送電線や配電設備の現場での検査に適しています。
AC/DC両用テストトランス：AC高電圧またはDC高電圧を出力でき、整流器を介して切り替え可能です。1台で複数の用途に対応できるため、設備投資を節約できます。
基本的な紹介
電気機器は、工場出荷後、引き渡し後、または大規模メンテナンス後に交流耐電圧試験を受け、実際の過電圧に対する絶縁レベルを評価する必要があります。そのため、交流耐電圧試験装置は、製造部門と運用部門の両方の高電圧試験室または試験場に設置する必要があります。
高電圧試験用変圧器は、略して試験用変圧器と呼ばれ、一般的には昇圧変圧器です。これらの試験用変圧器は、二次側に誘起される商用周波数の高電圧を利用して、様々な電気製品や絶縁材料の絶縁性能試験を行います。
試験用変圧器は、モーター、変圧器、電気製品の保守および製造における耐電圧試験に不可欠な電気機器です。
試験用変圧器の主な用途としては、電気製品の商用周波数耐電圧試験、部分放電測定、絶縁媒体の熱安定性試験などが挙げられます。中周波および高周波電気機器の場合、特殊な周波数の試験用変圧器を用いて耐電圧試験や関連する電気的パラメータの測定を行うこともできます。
試験用変圧器は、一次巻線と二次巻線の電圧比が大きいのが特徴です。一次電圧は0.4kV、3kV、6kV、10kVの範囲で変化し、二次電圧は100～2000kV以上、容量は3kVAから9000kVAまで設計可能です。
電力機器の現場試験には、一般的に軽量の試験用変圧器が使用されます。6kVや10kVの変圧器などの電力機器の耐電圧試験には、50kV昇圧試験用変圧器が使用されます。35kVを超える電圧レベルの高電圧および超高電圧電力機器の耐電圧試験には、試験対象機器の一次定格電圧の5倍以上の電圧を持つ超高電圧試験用変圧器、例えば特定の容量レベルの500kV、700kV、800kV昇圧試験用変圧器が採用されます。
試験用変圧器の動作原理は電力用変圧器と同じです。違いとしては、試験用変圧器は動作電圧が高く、使用時間が短く、温度上昇が小さいこと、そして一般的に放熱器を備えていないことが挙げられます。さらに、試験用変圧器は負荷が小さく、主に容量性負荷であり、容量も電力用変圧器に比べて比較的小さいです。
特長
高電圧：試験用変圧器の一次電圧は220Vまたは380Vですが、単体の試験用変圧器の二次電圧は数千Vから数万Vに達することがよくあります。二次電圧が750kVを超える試験用変圧器は、通常、複数台の変圧器を直列接続した構造を採用しています。
低電流：試験用変圧器の定格電流は、実際には試験対象の容量性電流であるため、一般的には1A未満です。ただし、ケーブルや大型モーターの試験、外部絶縁汚染試験、ラインコロナ試験などのプロジェクトで使用される試験用変圧器は、数アンペアの二次電流を持つ場合があります。
短時間動作：試験対象製品の耐電圧時間が短いため、試験用変圧器は、外部絶縁汚染試験、ラインコロナ試験、ケーブル試験で使用されるものを除き、一般的に0.5時間または1時間の短時間動作システムを採用しています。
単相・屋内設置：試験用変圧器は一般的に単相・屋内設置型（一部は屋外設置型）です。いずれも油浸式自己冷却構造で、巻線絶縁層が厚く、高電圧巻線は通常片側が接地されています。
二次巻線の絶縁レベルの不均一性：二次巻線の先端は高電位であり、後端は直接接地されているか、電流計を介して接地されている。
高い設計・製造要件：高電圧で動作するため、絶縁構造は試験用変圧器の全体サイズに決定的な影響を与えます。変圧器本体は一般的に真空乾燥が必要であり、100kVを超える製品では真空油充填が必須となります。
欠陥種類の識別
構造別：鉄製試験用変圧器と絶縁筐体入り試験用変圧器。
電源周波数別：電源周波数、周波数逓倍、中周波数、高周波などの周波数レベルで変圧器を試験します。
電圧レベル別：低電圧、高電圧、超高電圧の試験用変圧器。
申請書による申請：軽量移動式および固定式。単体で使用するための試験用変圧器、および2台以上のユニットをカスケード接続して使用する試験用変圧器。
試験用変圧器は一般的に単相の屋内設置型機器で、油浸式自己冷却構造を採用している。動作電圧が高いため、巻線の絶縁層は比較的厚く、高電圧巻線の一端は接地されている。
試験用変圧器の具体的な構造タイプは、一般的にシングルブッシング型、ダブルブッシング型、絶縁円筒型の3種類に分類されます。
技術要件
出力電圧波形：試験用変圧器の出力電圧波形は、できる限り正弦波に近づける必要があります。無負荷電流の高調波成分が電圧調整器と変圧器のインピーダンスを通過する際に発生する高調波電圧による電圧波形の歪みを低減するために、鉄心磁化曲線の線形部分における磁束密度を選択する必要があります。同時に、波形歪みの小さい電圧調整装置を採用し、必要に応じてフィルタ装置を追加することもできます。
インピーダンス電圧：試験用変圧器の二次電流は一般的に容量性電流です。二次電流が電圧レギュレータと試験用変圧器のインピーダンスを通過すると、出力電圧は電圧比で定められた値を超えます。そのため、試験用変圧器のインピーダンス電圧が高すぎると、試験結果の精度に影響を与えたり、試験装置の短絡容量が低下したりする可能性があります。しかし、インピーダンス電圧が低すぎると、試験対象が破壊またはフラッシュオーバーした際に短絡電流が増加する可能性があります。単体の試験用変圧器のインピーダンス電圧は一般的に4.5～10%ですが、複数台をカスケード接続すると30～40%に達することがあります。
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