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高電圧分配器

高電圧測定システム

交流、直流、およびインパルス測定用の高電圧分圧器

DEMIKSの高電圧分圧器は、高電圧を測定可能な低出力電圧に降圧します。抵抗型、容量型、低減衰容量型、RC型など、それぞれテスト対象の波形に合わせて設計されています。DC、AC、雷インパルス、スイッチングインパルスなど、どのような負荷であっても、スケールファクターはIEC 60060-2に準拠して特性評価され、インパルスパラメータはIEC 61083に準拠して評価されます。
DEMIKS 高電圧分圧器
ソリューションの概要
区切り線の種類: 抵抗性、容量性、低減衰容量性、RC
測定された波形: 直流、交流、雷インパルス(LI)、スイッチングインパルス(SI)
電圧クラス: 用途に合わせて構築、最大800kVまでの構成が可能
スケールファクター: 各測定範囲で特性が明らかにされる
規格: IEC 60060-1、IEC 60060-2、IEC 61083-1/-2、IEC 60052
付属: 低電圧アーム、測定ケーブル、等級リング
出力はピーク電圧計、オシロスコープ、またはデジタルレコーダーに送られます。
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高精度な高電圧測定が、見た目よりも難しい理由

高電圧分圧器システムの測定

高電圧分圧器は、高電圧を測定可能にする装置です。電圧を高電圧側と低電圧側に分割し、ピーク電圧計、オシロスコープ、またはデジタルレコーダーで低電圧側(下側のアーム)の電圧を読み取ります。この2つのアーム間の電圧比(スケールファクター)が、測定結果のすべてを決定します。

分圧器が測定対象の波形に合致していない場合に問題が発生します。例えば、直流で完全に平坦な比率を維持する純粋な抵抗分圧器は、雷インパルスの立ち上がり部分を歪ませ、不要な歪みを発生させる可能性があります。商用周波数の交流耐圧をきれいに処理する単純な容量分圧器を非常に高速な過渡現象に適用すると、不安定になり、リンギングが発生する可能性があります。波形に適さない低電圧アームを選択すると、比率がずれることで負荷誤差が静かに忍び込みます。高電圧アームにグレーディングリングを取り付けないと、迷走電荷が目に見えない誤差として空気中に漏れ出します。これらのいずれの場合も、分圧器は測定値を示しますが、それは間違った値です。

DEMIKSの分圧器は、まさにそのギャップを埋めるために設計されています。あらゆるイベントに対応する汎用分圧器を1つだけ用意するのではなく、DEMIKSシリーズは、使用する波形の種類と測定する電圧クラスに合わせて、抵抗型、容量型、低減衰容量型、またはRC分圧器を提供します。各分圧器は、スケールファクターと不確かさが工場で確立されるように綿密に特性評価され、管理者、エンジニア、購買部門が全員同じ認識を持てるように、証明書とともに出荷されます。

DEMIKS高電圧分圧器シリーズ ― 抵抗型、容量型、低減衰型、RC型

このシリーズのどの分圧器も、高電圧を比例した低電圧に変換することで測定可能にしますが、高電圧アームの構成によって、どの波形を良好に測定できるかが決まります。抵抗器は直流と商用周波数交流において正確な比率を維持し、コンデンサは交流において低損失で良好な周波数応答を実現します。この2つを組み合わせることで、使用可能な帯域幅をインパルス領域まで拡張できます。以下の4つのモデルを組み合わせることで、高電圧試験ラボにおけるあらゆる測定ニーズに対応できます。
抵抗式高電圧分圧器

抵抗式高電圧分圧器

抵抗分圧器は、高電圧側を精密抵抗器を直列に接続して構成し、低電圧側は下部からタップで接続します。直流電圧と商用周波数交流の両方で安定した分圧比を維持し、単一波形直流測定の場合には最も経済的な分圧器です。温度係数と低電圧係数が整合しているため、電圧や温度が変化しても抵抗値(およびそれに伴うスケールファクター)は安定します。

分割器選択マトリックス

区切り線の種類 一次波形 電圧クラス 最適な任務 コンパニオンDEMIKSシステム
抵抗性の 直流+商用周波数交流 低~中kV 直流耐圧および漏洩電流測定 HVDC試験システム
静電容量方式 交流(50/60Hz + 高周波) 中~高kV 交流耐圧試験および避雷器試験 交流共振試験システム
低減衰容量性 LI / SI インパルス + AC 高電圧、最大800kV構成 インパルス測定および基準システム インパルス電圧試験システム
RC(抵抗容量性) 交流/直流/インパルス 中~高kV 混合波形実験室 マルチシステムテストベイ
電圧クラスは顧客の用途に合わせて構成されます。DEMIKSは、可変周波数交流共振試験システムやインパルス発生器など幅広い製品群に加え、最大800kVまでの高電圧試験ラボ向け分圧器を製造しています。各分圧器には、低電圧アーム、適合する測定ケーブル、および電圧クラスのグレーディング用ハードウェアが付属しています。直流専用のラボでは、DEMIKSの抵抗分圧器は同社の直流高電圧試験装置と自然に組み合わせることができ、インパルス試験ラボでは、低減衰容量分圧器をインパルス電圧試験システムと組み合わせて使用​​します。

抵抗分圧器、容量分圧器、RC分圧器 ― 波形と精度による選択

高電圧測定において最も大きな損失につながるミスは、分圧器の種類を誤って選択し、波形の不一致によって生じた誤差を精度クラスのせいにすることです。この比較は、実際に判断を左右する2つの重要な問いに基づいています。それは、どのような波形を測定しているのか、そしてその測定における誤差要因は何なのか、ということです。精度は、マーケティング上の特長ではなく、誤差の原因として捉えるべきです。

選択要因 抵抗分圧器 容量分圧器 RC仕切り
DC測定 優れた—安定した比率 限定的 — 漏洩に依存 良い — 抵抗アームは直流電流を流します
交流耐性(50/60Hz) より低いkVで使用可能 優れた低損失 良い
雷/スイッチングパルス 前面を歪ませる 減衰のないリング 制振設計で良好
周波数応答 HFで落ちる ワイド ワイド
高電圧での自己発熱 大幅な電力損失 低損失 低〜中程度
レポートの波及効果 いいえ いいえ はい
相対コスト 最低 適度な 最高

技術ノート ― 精度等級の真の由来

市場全体で、DC分圧器の精度クラスは約0.01%から3%、AC分圧器は約0.2%から10%となっています。この差は価格帯の違いではなく、設計の違いによるものです。精度に影響を与えるパラメータは3つあります。抵抗素子の温度係数(標準的な高電圧抵抗器は1℃あたり30ppm以上の精度を持ち、絶対値よりも係数の一致が重要です)、電圧係数(印加電圧の上昇に伴って抵抗値は低下するため、ある電圧で校正された分圧器を別の電圧で使用すると、非線形誤差が内在します)、そして単一の測定点ではなく、割り当てられたすべての測定範囲の特性評価です。分圧器の精度は、部品が一致し、比率が文書化されているからこそ高く、製造場所によって決まるのではありません。DEMIKS分圧器を他の製品と比較検討する際は、この点を基準にすべきです。

この表をそのように読めば、答えは簡単です。直流試験室では抵抗分圧器が適しています。交流耐圧試験室では容量分圧器が必要です。1台で済むのに3台も機器を所有したくない試験室では、RC分圧器を真剣に検討すべきです。低減衰容量分圧器は、この3つの比較対象には含まれません。なぜなら、インパルス測定は別の問題であり、上記の分圧器の範囲で説明されているからです。これらはすべて机上の空論ではありません。分圧器の種類を波形に合わせることが、負荷誤差、周波数応答、コロナ放電挙動を試験証明書に記載された制限値内に収めるための鍵となります。

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変圧器、ケーブル、避雷器、GIS試験における高電圧分圧器の測定

分圧器は、それが可能にするテストによってその存在意義を確立します。以下の各事例は、高電圧実験室で分圧器がどのような役割を果たしているか、そしてその測定がオシロスコープ上の波形だけでなく、テスト結果そのものにとってなぜ重要なのかを示しています。

電力変圧器の容量分圧器の試験

変圧器のAC耐荷重

電力変圧器における容量分圧器の試験

電力変圧器の交流耐電圧試験および誘導電圧試験では、共振試験回路に負荷をかけない電圧測定が必要です。容量分圧器は消費電流がごくわずかであるため、印加電圧を乱すことなく測定でき、また損失が少ないため、抵抗分圧器が同程度の電圧を伝送した際に発生する自己発熱を回避できます。さらに、容量アームは試験電圧の高調波成分を追跡するため、実効値ではなくピーク値が合否判定基準となる場合に重要となります。

雷インパルス試験における低減衰容量分圧器

インパルス/絶縁協調

雷インパルス試験における低減衰容量分圧器

変圧器、ブッシング、GISに対する雷インパルス試験では、高速過渡現象の立ち上がり時間とピークを正確かつ忠実に取得する必要があります。低減衰容量分圧器は、標準的な容量分圧器と比較して、リンギングや歪みのない波形を提供し、その出力はIEC 61083-2に準拠したデジタルレコーダーからのインパルス関連データを提供します。また、基準分圧器としての機能において、この機器は、ラボの測定システムを自国の国家規格にトレーサビリティする機能も提供します。

RCおよび抵抗分配器を用いた混合試験プログラム

ケーブル、避雷器、GIS

RCおよび抵抗分配器を用いた混合試験プログラム

ケーブルやGISの試験所では、単一の波形しか測定しないことがほとんどです。RC分圧器を使用すれば、午前中にケーブルシースの直流耐圧を測定し、午後に避雷器の交流特性を測定し、直流電源のチェックが必要な際にはいつでもリップル率を報告できます。直流が支配的な作業(避雷器の基準電圧測定、ケーブル付属品の直流漏洩など)では、抵抗分圧器によって試験証明書の基準となる安定した比率が得られます。

TCOフレームワーク

所有、レンタル、または外部委託 ― 高電圧分配器のTCO(総所有コスト)に関する考察

購入価格は、ディバイダーにかかる費用のほんの一部に過ぎません。使用する測定システムは、所有者に関わらず継続的にコストがかかるため、賢明な判断は、研究室での使用頻度によって決まります。

  • ディバイダーを所有している場合、校正だけで測定システムが年間1~2か月間使用不能になり、これは機器価値の5~10%に相当する。一方、年間メンテナンス費用は約2~5%、減価償却費は年間約20~25%となる。
  • ディバイダーの使用率が約60~70%未満の場合、レンタルの方が通常は安くなります。なぜなら、校正、メンテナンス、保管といった作業がすべて供給業者側で行われるようになるからです。
  • 仕切り板が年間30~35週間以上、数年にわたって継続的に必要となる場合は、購入する方が安上がりになります。
  • ハイブリッド型の車両構成(稼働率の高い基準仕切り車両を自社所有し、残りをレンタルする)は、車両全体のコストを25~40%削減する傾向がある。

研究室管理者にとって、結論は明白です。頻繁に使用する分度器は所有する価値があり、定期的に校正する価値がありますが、年に数週間しか使用しない分度器は、そうする必要はほとんどありません。DEMIKSはどちらの場合でも特性データを提供するため、上記の校正コストは予測可能であり、予期せぬ出費になることはありません。


出典:高電圧試験装置のレンタル対購入コスト分析(Lakeland Engineering、RentalTec)。数値は計画策定のための業界平均値であり、DEMIKSの見積もりではありません。

規格および準拠規格 — IEC 60060-2、IEC 61083、IEC 60052

高電圧分圧器の信頼性は、その測定が準拠する規格のトレーサビリティによって決まります。DEMIKSの分圧器はすべて校正済みで、特性データが同梱されているため、下記に定めるIEC規格に準拠した認証済みの測定システムに組み込むことができます。

IEC 60060-1

高電圧試験技術 ― 直流、交流、およびインパルス電圧の定義と試験要件。

IEC 60060-2

測定システム ― スケールファクター、電圧比、および測定システムの承認方法と不確かさの推定方法。

IEC 61083-1

インパルス試験用計測機器 ― インパルス分配器で使用されるデジタル記録計の要件。

IEC 61083-2

インパルス試験用ソフトウェア ― 記録された波形からインパルスパラメータを評価する。

IEC 60052

球体ギャップ電圧測定 ― ピーク電圧を検証するための独立した基準方法。

技術解説 ― 「承認された計測システム」が実際に要求するものとは

IEC 60060-2は、分圧器単体を承認するものではありません。分圧器は測定システムの構成要素の一つとして扱われ、スケールファクターと測定電圧は相対不確かさとして表現され、ユーザーがシステムが対象となる試験レベルの不確かさ限界を満たしていることをどのように実証するかが規定されています。実際には、分圧器、その低電圧アーム、測定ケーブル、および記録計は単一のチェーンとして扱われます。そのため、DEMIKSは、これらを個別の部品として組み立てて試すのではなく、特性データとともに適合させた状態で供給しています。このチェーンの校正は国家標準にトレーサブルである必要があり、測定結果と測定終了時の記録を保持することで、スケールファクターの変動が試験報告書に反映される前に検出されます。

高電圧分圧器の購入 ― 価格決定要因、納期、および校正

分圧器はそれぞれ電圧クラスと波形に基づいて製造されるため、定価だけでは誤解を招く可能性があります。同じ「100kV分圧器」でも、精度や付属品によって価格は大きく異なります。以下に、価格決定要因のフレームワークを示します。これにより、購入者は問い合わせ前にプロジェクトの範囲を把握することができます。

高電圧分圧器の見積もり価格を決定する要因とは?

  • 電圧クラスは最も大きな決定要因であり、kV定格が高いほど、高電圧アームが長くなり、より多くのグレーディング機器が必要となり、より多くの特性評価作業が必要になります。
  • 分圧器の種類も重要です。抵抗型が最も安価ですが、低減衰容量型やRC型は部品点数が増え、設計の手間もかかります。
  • 精度クラスをより厳密にする(つまり、スケールファクターの不確かさを小さくする)には、より多くの測定範囲にわたる部品のマッチングと特性評価が必要となる。
  • 測定チェーンには、ピーク電圧計またはデジタルレコーダー、低電圧アーム、対応する測定ケーブルが含まれます。
  • 分圧リング、遮蔽電極、および支持構造は、分圧器の電圧クラスに合わせて設計され、安易に組み込まれるものではない。
  • 校正範囲が見積もりの​​最終項目となります。具体的には、製造時の特性データ、およびトレーサブル証明書がディバイダーに同梱されるかどうかです。

購入者向けアドバイス - リードタイムと校正間隔

リードタイムは価格と相関関係があります。電圧クラス、分圧器タイプ、精度クラスはすべて特性評価作業を必要とし、インパルス分圧器または基準分圧器は抵抗DCタイプよりもテストに時間がかかります。標準値ではなく、特定の用途に応じたリードタイムの​​見積もりをDEMIKSに依頼してください。分圧器の使用方法に応じて再校正間隔を設定してください。丁寧にメンテナンスされた基準ユニットは数年間スケールファクターを維持できますが、頻繁に使用されるユニットはより頻繁にチェックする必要があります。使用率、動作環境、精度要件、および機器の安定性履歴はすべて、その選択に影響します。DEMIKSは、分圧器が耐用期間中IEC 60060-2の制限内に収まるように再校正をサポートしています。

システムステータス:見積もり準備完了

DEMIKSに、電圧クラス、測定する波形、必要な精度、使用予定の記録機器をお送りください。そうすれば、画一的な定価ではなく、その用途に合わせた詳細な見積もりと納期の見積もりをお届けします。

DEMIKS高電圧分圧器を指定してください

波形、電圧クラス、精度目標、記録機器をお知らせいただければ、最適な分圧器の種類を選定し、納期目安を含む詳細な見積もりをお送りいたします。

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高電圧分圧器に関するよくある質問 — 選定、精度、規格、購入(すべての役割)

高電圧分圧器とは何ですか?また、どのように動作するのですか?

高電圧分圧器は、高電圧を比例した低電圧に縮小し、ピーク電圧計、オシロスコープ、またはデジタルレコーダーで読み取れるようにする測定器です。高電圧アームと低電圧アームで構成され、その比率(スケールファクター)がすべての測定の基準となります。分圧器を使用すると、変圧器、ケーブル、サージアレスターなどの機器の電圧を、メーターを高電圧にさらすことなく測定できます。また、測定ケーブルによって、縮小された出力が記録機器に送られます。単一アーム構成ではすべての波形を適切に処理できないため、DEMIKS社は抵抗型、容量型、低減衰容量型、およびRC分圧器を提供しており、DC、AC、またはインパルス電圧のいずれにも妥協することなく、実際に測定する電圧に合わせて分圧器の種類を選択できます。

抵抗型電圧分圧器と容量型電圧分圧器 ― どちらが必要でしょうか?

直流および商用周波数交流の測定には、抵抗分圧器を選択してください。安定した分圧比と低コストが利点となります。交流耐圧試験には、容量分圧器を選択してください。容量アームの低損失と良好な周波数応答により、発熱と誤差が低減されます。約100kVを超えると、純粋な抵抗分圧器で消費される電力は制御が難しくなるため、高電圧域では容量分圧器とRC分圧器が主流となります。複数の波形を測定する場合は、RC分圧器を使用すれば、1台の機器で交流、直流、インパルスを測定できます。

雷電圧と開閉インパルス電圧を測定する分圧器の種類はどれですか?

低減衰容量分圧器は、雷インパルス(LI)および開閉インパルス(SI)測定の標準的な選択肢です。その減衰抵抗は、単純な容量分圧器が高速過渡現象で示すリンギングや波形歪みを抑制し、記録される立ち上がり時間とピーク値を正確に保ちます。低減衰容量分圧器は、交流基準測定システムや高電圧試験システムの演算分圧器としても使用できます。抵抗インパルス分圧器も、主にトレーサブルな校正のための標準基準分圧器として使用されます。

DEMIKSの高電圧分圧器の精度はどの程度ですか?

精度は、IEC 60060-2 に準拠したスケールファクターとその測定不確かさで表されます。業界全体では、DC 分圧器の精度クラスは約 0.01% ~ 3%、AC 分圧器は約 0.2% ~ 10% で、電圧クラスと用途によって異なります。実際の精度を左右するのは、製造国ではなく、温度係数の一致、低電圧係数、および割り当てられたすべての測定範囲の特性です。DEMIKS 分圧器は、割り当てられた範囲全体で特性が評価され、校正データが付属しているため、使用する不確かさは想定されるものではなく、文書化されています。

DEMIKSの仕切り板はIEC 60060-2およびIEC 61083に準拠していますか?

はい。DEMIKSのディバイダーは、試験技術および測定システムに関するIEC 60060-1およびIEC 60060-2、インパルス計測器およびソフトウェアに関するIEC 61083-1およびIEC 61083-2、そして球ギャップ基準法に関するIEC 60052に準拠して設計されています。スケールファクターとステップ応答は、承認された測定システムで検証済みです。

測定可能な電圧範囲と波形は?

直流、交流、雷インパルス、開閉インパルスなど、あらゆる電圧に対応しています。各分圧器は顧客の電圧クラスに合わせて設計され、最大800kVまでの構成が可能です。タイプはまず波形、次に電圧クラス、そして精度によって選定されます。

校正間隔はどのくらいですか?また、トレーサビリティはありますか?

高電圧測定システムの校正は国家標準にトレーサブルである必要があり、その間隔は使用頻度、分圧器が動作する環境、要求される精度、および機器の安定性履歴によって異なります。安定していて使用頻度の低い基準分圧器は数年間校正を維持できますが、使用頻度の高い運用分圧器はより頻繁にチェックされます。DEMIKSは、構築済み特性データを提供し、再校正をサポートすることで、スケールファクターがIEC 60060-2の不確かさの範囲内に収まるようにします。

高電圧環境下での負荷エラーやコロナ放電を回避するにはどうすればよいですか?

負荷誤差は、メーターまたはレコーダーの入力インピーダンスが分圧器から電流を引き込み、比率をずらすことで発生します。これは、低電圧アームを記録機器に整合させ、測定ケーブルを正しく終端することで制御できます。コロナ放電(高電圧アーム周辺の空気への部分放電)は、電界を均一化するグレーディングリングとシールド電極によって抑制されます。DEMIKSの分圧器には、グレーディングハードウェアと推奨ケーブルが付属しているため、これらの誤差要因は最初から適切に管理されます。

1つの分圧器で交流と直流の両方を測定できますか?

はい、それが抵抗容量(RC)分圧器の目的です。抵抗素子によって安定した直流特性が得られ、容量素子によって良好な高周波応答が得られるため、1台のRC分圧器で交流、直流、およびインパルス電圧を測定できます。RC分圧器はリップル率と周波数特性も報告するため、様々な試験プログラムを実施するラボにとって最も柔軟な選択肢となります。単一波形の測定であれば、専用の抵抗分圧器または容量分圧器の方が通常は経済的です。

高電圧分圧器の価格はいくらですか?また、納期はどれくらいですか?

価格は、電圧クラス、分圧器の種類、精度クラス、付属のピーク電圧計または記録計、およびグレーディングリングと測定ケーブルセットの付属の有無によって異なります。電圧クラスが高く、精度が厳しいほど、特性評価作業が増え、コストと納期の両方が増加します。すべての分圧器はお客様の電圧と波形に合わせて製造されるため、DEMIKSは定価ではなく、特定の用途に応じた見積もりを提供しています。詳細な見積もりと納期の見積もりをご希望の場合は、電圧クラス、波形、および精度目標をお知らせください。

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