JPS593100B2 - 高電圧サイリスタバルブのサイリスタ故障検出方法 - Google Patents

高電圧サイリスタバルブのサイリスタ故障検出方法

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JPS593100B2
JPS593100B2 JP794276A JP794276A JPS593100B2 JP S593100 B2 JPS593100 B2 JP S593100B2 JP 794276 A JP794276 A JP 794276A JP 794276 A JP794276 A JP 794276A JP S593100 B2 JPS593100 B2 JP S593100B2
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voltage
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failure
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忠 高橋
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、直流送電、AC可変速電源、ACスイッチ、
スタティックスタータなど、多数個のサイリスタの直並
列接続を含む高電圧サイリスタバルブのサイリスタ故障
検出方法に関する。
フ 直流送電などの高電圧サイリスタバルブは、多数個
のサイリスタを直列接続したものが使用され、例えば1
00KV〜200に−Vバルブでは100〜400個の
サイリスタを直列接続する。
従つてサイリスタバルブの試験(工業試験、現地試験)
;において、又は運転中に、いずれかのサイリスタが破
損した場合この破損状態を適確に把握することは、バル
ブの信頼性の向上や、低廉化を図る観点からみて極めて
重要である。特に油冷サイリスタバルブ、ガス絶縁サイ
リスタバルブのように、J 密閉タンク内に収納された
サイリスタバルブでは通常外部に2つの端子(すなわち
アノード端子及びカソード端子)しか導出されていない
から、とりわけ有効である。従来この種のサイリスタバ
ルブの素子、すなわ・ ちサイリスタの破損の有無の検
出方法としては、大別して次の2つの方法があつた。
第1の方法は、本来直列接続されるべき個数のサイリス
タの外に、点検修理間隔(通常数年)と、サイリスタの
故障率とから算出したサイリスタ数ノ を余分に直列に
接続し、通常はサイリスタの故障のモニタリングを特に
は行わない。
尚余分に追加したサイリスタを以下マージンサイリスタ
と呼ぶ。第2の方法は、本来直列接続されるべき個数の
サイリスタのみを設け、常時サイリスタの故障の門 モ
ニタリングを正確に行う。これら従来の方法のうち第1
の方法は、通常10〜20%程度のマージンサイリスタ
をおくことになり、これがバルブ全体としての構成を複
雑にし、かつ価格を高める結果につながつている。
又第2の方法は、サイリスタの故障についてのモニタリ
ング装置を特設しなければならず、その為にバルブ全体
としての構成が複雑高価となるのみならず、現状ではモ
ニタリング動作の信頼性にも問題がある。この信頼性が
欠ける点を補うため現実には5〜10%程度のマージン
サイリスタを設けることが行われており、従つて実際上
構成の複雑高価性は回避し得ない。一般にかかる高電圧
サイリスタバルブにおいては、サイリスタが劣化若しく
は完全破壊するとそのサイリスタ部分のインピーダンス
の低下又は完全短絡が生ずるから、サイリスタの故障は
、加わる電圧ないしインピーダンスの変化として検出す
ることができる。
又、かかる故障が生じてもそのまま使用していると、サ
イリスタの劣化は時間と共に進行し、やがては完全破壊
(インピーダンスがOの状態)に移行するケースが多い
。従来の高電圧バルブはこの様な現象を利用して第1図
又は第2図に示す様な検出方式によつてサイリスタの故
障を検出する。
第1図は、運転中に素子の故障を検出するモニタリング
方式のもので、ブリツジ方式(第1図A)と、直接検出
方式(第1図B)と、ブツシング電圧比戟方式(第1図
C)とがある。
第1図においては説明のため、N個のサイリスタを直列
接続してなりかつ並列接続数が1の具体N例を示してあ
るが、1個のバルブはa=一個のユnニツト(1ユニツ
トはn個のサイリスタを直列接続してなる)を具えてい
るものと仮定する。
第1図において、Lはアノードリアクトル、Thはサイ
リスタ、Z1はサイリスタ用分圧器、Z2はダンピング
回路又はサージ分圧用回路、Z3(ま素子故障検出イン
ピーダンスをそれぞれ示す。第1図Aのブリツジ方式の
故障検出装置は、隣接するユニツト電圧をブリツジ型回
路によつて比較するもので、素子すなわちサイリスタが
健全であれば、A点及びB点間に電圧が発生せず、これ
に対していずれかのユニツトに含まれるサイリスタが破
壊すると、A点及びB点間に電圧が発生する。
この電圧はA点及びB点間に設けた発光ダイオードによ
つて光に変換され、光伝導材でなる光パイプLGを介し
てケース電位(又は大地電位)の発光ダイオードPDに
よつて電気信号に再変換される。A点及びB点間の電圧
の伝達手段としては絶縁トランスを用いても良い。この
第1図Aの方式の欠点は、サイリスタが健全であつても
分圧回路等の回路定数のバラツキによつてもA点及びB
点間に電圧が発生するので検出感度が余り良くないこと
、比較する2つのユニツト内のサイリスタが互いに同数
づつ故障するとA点及びB点間に電圧が発生しないこと
、検出装置Z3、信号伝達装置(発光ダイオードLDl
光NllパイプLGl受光ダイオードPD)が一・−ー
一a) N22だけ必
要で高価であること、サイリスタ用分圧器Z,に較べて
検出装置Z3のインピーダンスが低いためサイリスタが
破壊してもAB間電圧が比例して増加しないことである
第1図Bの直接検出方式の故障検出装置は、サイリスタ
電圧を直接かつ常時観測する方式(この実施例の場合は
1,1ニツトn個のサイリスタごとに観測をする)であ
る。
この方式の欠点は、サイ,jスタ用分圧器Z1に較べて
サージ分圧用回路Z2のインピーダンスが低いため検出
感度が悪いこと、信号伝達装置(この実施例の場合第1
図Aについて上述した光学系を利用しているが、絶縁ト
ランスでも良い)が常時動作状態にあるため信頼性に問
題があること、検出装置、信号伝達装置Nの数が多いた
め(この実施例の場合一個)高価でnあること、電源電
圧の変動が直接精度に影響することなどである。
第1図Cはブツシング電圧比較方式で、a点とb点との
間の電圧を比較することにより故障の有無を検出する。
これに対して第2図は、運転を停止したときのみ素子故
障検出動作を行う方式に類する故障検出装置で、第1図
において述べたと同じ機能を有する素子には同一符号を
付して示す。
第2図Aはユニツトインピーダンス方式のもので、端子
A及びK間に電圧を印加しない状態で、ユニツトごとの
インピーダンスを測定するため、ユニツト側の接触子C
s(固定)に2本の可動接触子CMを上下に摺動自在に
設けられ、可動接触子CMがケースの外から摺動制御さ
れる。
この可動接触子は運転時にはサイリスタ構成部分から離
しておく。この方式は、ケース外から可動接触子を摺動
制御するための構成が大がかりとなるを避け得ない。第
2図B(まバルブA−Kインピーダンス方式のもので、
第2図Aと比較して測定単位をユニツト単位からバルブ
端子に変更した構成を有する。
この方式は、素子故障の検出が容易である反面、検1N
出感度が第2図Aの場合に比し、−(a=一)にAn低
下する欠点を有する。
上述した従来の故障検出方法の問題点を考慮して本発明
は、第2図について上述した運転を停止したとき素子故
障検出動作を行う方式に基づいて、その欠点を改善した
故障検出方法を提案するものである。
以下図面について本発明の一例を詳述するに、第3図に
おいて、1は被検出装置となる高電圧サイリスタバルブ
、2は本発明に依るサイリスタ故障検出方法を実施する
ための装置をそれぞれ示す。
この場合高電圧サイリスタバルブ1は例えば油冷又はガ
ス絶縁型サイリスタバルブ(その他風冷気中型でも良い
)でなり、アノード端子Aと、カソード端子Kとをそれ
ぞれブツシングBuを通じてケースC1の外部へ導出し
ている。1つのバルブはN=NXa個のサイリスタTh
でなり、各サイリスタに抵抗R2と、抵抗R1及びコン
デンサC1の直列回路とをそれぞれ並列に接続し、分圧
回路を形成する。
又、各ユニツトには並列に、コンデンサC2と、抵抗R
3及びコンデンサC3の直列回路とがそれぞれ並列に接
続され、これによりサージ電圧抑制作用と、過電圧抑制
作用とを行う。
尚ここで抵抗R3及びコンデンサC3の直列回路をユニ
ツトごとに入れずに、アノード端子A及びカソード端子
K間に一括して一組だけ入れる様にしても良い。バルブ
1において、抵抗R2と抵抗R,及びコンデンサC1の
直列回路とは、第1図のサイリスタ用分圧器Z1に相当
し、コンデンサC1とコンデンサC3及び抵抗R3の直
列回路とは、第1図のダンピング回路Z2に相当する。
尚第3図においては、本発明の説明に不要な要素、例え
ばゲート系、冷却系などは図示省略してある。これに対
してサイリスタ故障検出装置2は、直流高圧発生器3と
、ブリツジ回路4からなる。
直流高圧発生器3は、AC入力を電圧調整器VSで可変
した後、変圧器Trで絶縁及びステツフプアツプを行う
変圧器Trの出力は保護抵抗Rsを介して単相全波整流
器D1〜D4のAC端子に接続され、整流器D,〜D4
の出力端子が一端をケースを通じて接地された平滑用コ
ンデンサCOの両端に接続される。コンデンサCOの正
及び負極端子はブリツジ回路4の電源側端子a及びbに
接続され、ブリツジ回路4の他の端子対c及びdに高感
度、低抵抗の電流検出器Gが接続される。
かくしてブリツジ回路4の端子a及びdはブリツジの一
辺である比例辺の両端を構成することになるが、これが
ブツシングBUl及びBU2によつて検出装置2のケー
スC2の外に取出され、被測定対象であるバルブ1のア
ノード端子A及びカソード端子Kにそれぞれ接続される
一方ブリツジ4の端子a及びc間の他の比例辺に(ま、
バルブ直流抵抗Rvに近い抵抗Rv′が接続され、又端
子d及びb間の可変辺、端子C及びb間の可変辺にはそ
れぞれ低抵抗値の可変抵抗が接続される。
尚この可変抵抗Rp,Rp″としては固定抵抗と可変抵
抗とを直列に接続した構成のものを用いても良い。実際
上、端子c及びb間、d及びb間、c及びd間の電圧を
数Vないし数百程度の低電圧に抑えるため、可変抵抗R
p,Rp″の値を、バルブ直流抵抗Rvとの関係におい
て且Pm丘Pm ご一=k ・・・・・・(1)RvRvk
=0.01〜0.001・・・・・・(2)に選定する
ことが望ましい。
ここでRpm,R′Pmは可変抵抗Rp,R′pの最大
抵抗値である。その他第3図において、PSはプツシユ
ボタンスイツチで、常時は閉じ、電流計Gによる測定時
開く。Arrはアレスタで、端子c及びd間、c及びb
間、d及びb間の要素を保護するものである。RGは電
流計Gの感度切換用の可変抵抗である。Aは直流電圧V
DC指示用の直流電流計、RAはその保護抵抗である。
直流高圧発生器3の出力電圧VDCとしては、その最大
値がバルブ1の定格電圧程度までにできれば理想である
が、かくすれば検出装置2が大型になるため、100〜
200kのバルブの場合、数kないし数+KVの範囲が
適当である。
抵抗R′V,Rp,R′pには、高精度、低温度係数、
低電圧係数のものを使用する。
以上の構成のサイリスタ故障検出装置2において、測定
は次の様にして行われる。
すなわち、先ずブツシングBUl,BU2を介してその
端子Tl,t2をサイリスタバルブ1のアノード端子A
及びカソード端子Kにそれぞれ接続してこれらの端子間
、従つてサイリスタに正極性の電圧を加える。そしてそ
の後電圧調整器VSによつて直流高圧発生器3の出力電
圧DCをステツプ状に上昇させ、その都度可変抵抗Rp
又はR″pを調整して電流検出器Gの出力が0になるよ
うにする。かかる平衡法によつて検出器Gの出力がOに
なつた状態では、サイリスタバルブ1の直流抵抗Rvは
抵抗Rp,R′pの値から、Rp RV=−・1e′V ・・・・・
(3)Wnとして求められる。
この直流抵抗Rvの値を高圧発生器3の出力がDc=0
〜Dcmax(例えば数KVないし敦+KV)となる範
囲で求めて、第4図に示す如く直流電圧が正の範囲で直
流電圧−バルブ直流抵抗曲線を求める。
次に、検出装置2の端子Tl,t2をそれぞれカソード
端子K1アノード端子Aに入れ換え接続する。
このときアノード端子A及びカソード端子K間、従つて
サイリスタには負極性の電圧が加えられる。この接続状
態において、正極性の接続について上述したと同様の平
衡法による測定を行うと共に、第4図に示す如き直流電
圧が負の範囲での直流電圧一バルブ直流抵抗曲線を求め
る。
しかるに第4図の曲線図において、サイリスタが正常な
第1の場合に正及び負領域の曲線は符号1,及び12で
示す如く、バルブ抵抗Rvの電圧依存性は非常に小さく
、また極性効果はない。
次にバルブ1のN個のサイリスタのうちの1個若しくは
それ以上のサイリスタが正極性のある電圧(VDCl)
以上で阻止能力を矢つたような場合には、正極性の曲線
が符号13で示す如く電圧(VDCl)で折れ曲ること
になる。しかし負電圧領域の特性は正常の場合と同様に
曲線12に一致する。次にバルブ1のN個のサイリスタ
のうち1個若しくはそれ以上のサイリスタが、電圧がほ
ぼ0近傍の領域から正及び負両極性共に、完全破壊(短
絡故障)しているとすると、正及び負領域における曲線
は符号14及びT5で示す如く、正常時の曲線11及び
12に比して低下した抵抗値を示すことになる。
以上の各曲線から次の判定ができる。
すなわち、正常時の曲線1,及び12と、完全破壊時の
曲線14及び八との差から、バルブ1のN個のサイリス
タのうち故障したサイリスタの数が求められる。又、正
常時の曲線11及び12と、正極性の領域で阻止能力を
失つた場合の曲線13及びT2とにより、順方向(正極
性)のサイリスタの故障数が求められる。
尚実際上正又は負方向のどちらか一方の特性が損われた
ときは、そのサイリスタは破損サイリスタであると判定
する。この様にして本発明に依れば、サイリスタの故障
を検出することができるが、その原理は、サイリスタは
故障の種類に応じて極性効果、及び電圧効果を呈するの
に対して、サイリスタ以外の回路素子(抵抗、コンデン
サ、リアクトル)には極性効果、及び電圧効果がほとん
どなく、又測定系の誤差要因にも、極性効果、及び電圧
効果がないことを利用して、バルブ1のサイリスタの故
障をバルブ単位、又はユニツト単位で測定し、その測定
結果からサイリスタの故障成分のみを抽出判定すること
にある。
尚、ブリツジ回路2の電源電圧を高圧にする理由は、前
述の様に低圧から高圧までの電圧依存性を調べるためで
ある以外に、測定の正確を期すための次の理由もある。
一般に、正常時のサイリスタの順方向及び逆方向抵抗は
並列分圧回路抵抗R2(第3図)より充分大きいと仮定
している(通常は抵抗R2をサイリスタの順及び逆抵抗
の1桁程度低い値に設計する)。しかし実際上、電圧の
値が小さい領域S(すなわちO〜数V)ではサイリスタ
は第5図Aに示す如く低抵抗特性を示し、上記の仮定を
満足しない場合がある(特に高温時に顕著である)。し
かるにこの場合は、第5図Bに示す如く、抵抗R2とサ
イリスタ抵抗との合成抵抗は破線で示す如く、高圧領域
では抵抗R2の曲線とほぱ同じであるが、低圧領域でサ
イリスタ抵抗Thの低下の影響を受けることになる。従
つてこの低電圧領域での測定は避ける必要がある。この
観点から、サイリスタの故障を測定する手段として、電
源電圧がO〜数程度のテスターデジタルテスター、ホイ
ートストンブリツジ等の既存の測定器を使用することは
原理的に適切ではないことが分る。上述せる如く本発明
に依れば、従来の検出方式に比し、次の効果を呈するサ
イリスタ故障検出方法を得ることができる。
第1に、検出感度が良くなることで、従来は3〜5%程
度であつたものが本発明に依れば0.05〜0.1%以
下にすることができる。
これにより200個のサイリスタを直列接続してなるバ
ルブの場合、従来6〜10個程度の故障の発生を検出で
きる程度であつたのに対して、これを0.1〜0.2個
程度に低減させることができる。かくし得る理由は、ブ
リツジを採用したことにより、メータ誤差、読取り誤差
、電源変動の影響が小さくなること、及び直流方式を採
用したことにより、サイリスタ故障の際のバルブインピ
ーダンス(抵抗)が大きくなることにある。
因みに後者の場合、例えば第2図の如く交流方式を採用
したときは、抵抗R2と、抵抗R1及びコンデンサC1
の直列回路とでなる並列回路のインピーダンスより、コ
ンデンサC2と、抵抗R3及びコンデンサC3の直列回
路とでなる並列回路のインピーダンスの方が低いため、
サイリスタが故障してもその故障出力が故障個数に比例
せず、そのインピーダンス変化も直流の場合より小さい
。これに対して直流方式の場合、抵抗R2の値は最も低
くなる(他の抵抗はほぼ無限大である)。本発明の第2
の効果は故障検出方法を実施するための装置自身の信頼
性が高いことで、第3図について上述した様に、故障率
の少ない構成を具えている。
又故障検出装置2はサイリスタバルブ1のケースC1の
外部におかれているので修理に要する手間が簡単である
。第3に本発明に依る故障検出方法はバルブ故障を精度
良く測定できるので、マージンサイリスタの数を0又は
従来より格段的に少なくすることができるので、この分
低廉なバルブを得ることができる。
又バルブの故障が精度良く把握できるのでバルブの信頼
性を一段と高め得ると共に、故障検出装置をバルブの内
部に配設する必要をなくし得るのでこの分更にバルブの
信頼性を高め得る。第4に本発明に依る故障検出方法を
実施するための装置は、第3図について上述した様に、
普通の素子を用いた比較的簡易な構成を有し、従つて従
来に比し低廉化し得る。第5に本発明に依れば、バルブ
直流抵抗の測定に加えて、電圧効果及び極性効果をも故
障判定を行う様にしたことにより、サイリスタの劣化、
故障の検出を確実にすることができる。
本発明に依る故障検出方法を実施するための装置2とし
て第6図のものを用いることもできる。
この装置2は、第3図において故障検出装置2の出力端
子t1及びT2を測定の過程において接続を入れ換える
ことに代え、直流高圧発生器3部分に極性反転機能を設
けたものである。第6図において、直流高圧発生器3の
整流器D1〜D4は、ダイオードブリツジの対向接続点
H及びG(入力端を構成する)を結ぶ仮想線を中心にし
てモータMによつて絶縁シヤフト1Sを通じて±180
0回転できる様になされ、これにより他の対向接続点E
及びF(出力端を構成する)位置に設けられた可動接触
子DP及びDNから、回転の前後において極性の異なる
直流出力を送出し得る様になされている。
第6図の構成に依れば、被測定用サイリスタバルブのア
ノード端子A及びカソード端子Kと、故障検出装置2の
端子tl及びT2との接続関係を変更することなく、バ
ルブ直流抵抗の極性効果が得られ、この分測定作業を一
段と簡便かつ能率良くなし得る。
又第6図において、ブリツジ回路4の出力の一端に接続
される可変辺の接続点1とケースC2との間に接点S1
が設けられ、又比例辺と可変辺の接続点dとケースC2
との間に接点S1と逆動作する連動接点S2が設けられ
ている(この接点S2は接続点cと、ケースC2との間
でも良い)。
これは測定者の安全の確保、ブリツジ低圧回路(すなわ
ち端子c及びd間、d及びb間、c及びb間の要素)の
保護のために必要とされる。第6図の故障検出装置2を
用いて、第7図に示す如き三相サイリスタブリツジ構成
のバルブを測定する場合の分離点を第8図の図表に示す
。例えばバルブX,Y,Z,U,,Wをそれぞれ測定す
るとき、各バルブのアノード端子A1カソード端子Kは
回路から分離する必要がある。すなわち点A,B,C,
D,E,F,J,K,L,M,O,P(合計12点)に
おいて切離す必要がある。しかるに第6図の故障検出装
置を用いた故障検出方法に依れば、第8図のように分離
点の数が少なくて済む。第9図は更に他の実施例を示し
たもので、この場合第6図に?いて抵抗Rv′を省略し
、端子Tl,d,d′を導出し、比例辺の2辺共サイリ
スタバルブ1に接続するようにしたものである。
第9図の構成に依れば、故障検出装置2に抵抗Rv″が
なくとも良く、この分構成を簡易小型化し得る。
又同一般計バルブを同一条件(温度、電圧が同一)で測
定するため測定精度が向上する。更に同時に2つのバル
ブの測定ができる。これらに加えてブスの分離箇所が少
なくて済む。因みに第9図の故障検出装置2を用いて、
第7図に示す如きバルブを測定する場合の分離点を第1
0図の図表に示す。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は従来のサイリスタ故障検出装置を示
す接続図、第3図は本発明に依る高電圧サイリスタバル
ブのサイリスタ故障検出方法を実施するための装置の一
例を示す接続図、第4図及び第5図はその動作の説明に
供する曲線図、第6図は本発明の他の実施例を示す故障
検出方法を実施するための装置の接続図、第7図は被測
定サイリスタバルブを示す接続図、第8図は第6図のサ
イリスタ故障検出装置を第7図のサイリスタバルブに適
用した場合の分離点を示す図表、第9図は本発明の更に
他の実施例を示す故障検出方法を実施するための装置の
接続図、第10図は第9図のサイリスタ故障検出装置を
第7図のサイリスタバルブに適用した場合の分離点を示
す図表である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 出力電圧可変の直流電圧発生器と、この直流電圧発
    生器の出力を電源として与えられ、上記直流電圧発生器
    の出力の一端に接続され、かつ可変低抗値でなる2つの
    可変辺と、高抵抗でなる1つの比例辺と、2つの測定端
    子を介してケースの外部へ導出されて被測定サイリスタ
    バルブのアノード端子及びカソード端子間に接続される
    残る1つの比例辺とで構成されたブリッジ回路とを用い
    、先ず上記被測定サイリスタバルブのアノード端子及び
    カソード端子間の電圧が所定の極性になるように上記ブ
    リッジ回路に上記直流電圧発生器の出力電圧を与えると
    共に、この出力電圧を可変してその可変範囲に対応する
    被測定サイリスタバルブの直流抵抗を平衡法によつて測
    定し、その後上記被測定サイリスタバルブのアノード端
    子及びカソード端子間の電圧極性を逆にして再度上記直
    流電圧発生器の出力電圧を可変してその可変範囲に対応
    する被測定サイリスタバルブの直流抵抗を平衡法によつ
    て測定し、かかる測定結果に基づく正常時と異常時の直
    流電圧−バルブ直流抵抗特性から被測定サイリスタバル
    ブのサイリスタの故障を判定することを特徴とする高電
    圧サイリスタバルブのサイリスタ故障検出方法。
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