JPH06225447A - コンデンサバンクの保護装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 大容量直流コンデンサバンクの保護方法に関
して構成を簡素化し、低コスト化を図ること。 【構成】 単器コンデンサＣに異常が発生した場合、故
障した単器コンデンサＣに隣接する単器コンデンサＣか
らの流入電流や直流電源から故障電流が流入するため、
故障した単器コンデンサＣの故障部分でアーク放電が生
じ、分解ガスが発生し、ケースの内圧は上昇する。この
ケースの圧力上昇で膨張によるケース変形を利用して切
断片７を切断する。この切断片７の切断時、単体の単器
コンデンサＣの場合には、アーク電流が持続し、故障電
流の遮断が困難である。しかし大容量直流コンデンサバ
ンクでも単器コンデンサＣに並列に他の単器コンデンサ
Ｃを接続することで、アーク電流が他方の単器コンデン
サＣに吸収され、故障電流を確実に遮断できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば産業機器用イ
ンバータの電源部に使用される直流用のコンデンサを複
数用いて並列回路を構成したコンデンサバンクに関し、
より詳しくはコンデンサ（単器コンデンサ）の破壊時に
起こるケースの破裂による含浸剤の流出、焼損、あるい
は併設の他の機器へのその他の事故を未然に防止するた
めのコンデンサバンクの保護装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】異常発生時におけるケース膨張を利用し
て単器コンデンサと外部端子間の回路の遮断を行うコン
デンサの保護装置用に切断片を用いる従来例としては、
例えば実公昭５８−１８２８１号公報が挙げられる。こ
の従来例は、単器コンデンサと切断片とを直列に接続し
たものであり、単器コンデンサに異常が生じた場合にケ
ースの内圧が上昇してケースが膨張することで、絶縁支
持板間に固定された切断片が切断して回路遮断を行い、
これにより安全性を確保していた。かかる従来例は、電
源が交流電源の場合のみ使用されていて、電源が直流電
源の場合には安全に切断片を切断できないということ
で、直流電源の場合には使用されていなかった。

【０００３】まず図１０に大容量直流コンデンサバンク
の回路例を示すが、これは多数の単器コンデンサＣ_１・
・・Ｃ_ｎを並列に接続し、このコンデンサＣ_１・・の並
列回路により交流電源を整流する整流器１の整流出力を
平滑するものである。そして平滑した直流電圧をインバ
ータ２に供給し、インバータ２の出力をモータ３に印加
していた。なおインバータ回路等に使用される直流フィ
ルタコンデンサは、単器コンデンサＣ_１・・・Ｃ_ｎを数
十台並列接続して使用しているものである。ここで数十
台のうち、１台の単器コンデンサ（例えば、図１０に示
す単器コンデンサＣ_１）が故障したときは、並列に接続
されている他の単器コンデンサＣ_２・・及び電源から図
中矢印に示すように、故障電流が流入し、単器コンデン
サＣ_１の内部でのアーク放電により分解ガスが発生し、
ケースの膨張、破裂となり、噴油、火災などの事故に波
及するおそれがある。

【０００４】これを防止する方法として、直流コンデン
サバンクにおいては、種々の方法が従来よりとられてい
る。まず第１の方法は、図１１に示すように、２個の単
器コンデンサＣ_１、Ｃ_２を直列に接続して、この直列回
路を多数並列に接続したものにおいて、一方のコンデン
サＣ_１に電圧計４を並列に接続し、該コンデンサＣ_１の
端子電圧を計測し、その端子電圧の変化を検知すること
により故障コンデンサＣ_１への課電を停止するものであ
る。

【０００５】また第２の方法は、特公昭６３−２３７３
８号公報に開示される方法であり、図１２に示すよう
に、単器コンデンサＣ_１、Ｃ_２を２台並列接続したもの
を１組とし、１台の単器コンデンサＣ_１が故障したとき
に他方の単器コンデンサＣ_２から故障電流が流入する
が、この故障電流で単器コンデンサＣ_１の端子間を強制
的に短絡する保護スイッチ５を設け、単器コンデンサＣ
_１に故障電流が流入しないようにすることで、単器コン
デンサＣ_１の破裂を防止するものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらかかる従
来の大容量直流コンデンサバンクの保護方法は、図１１
の場合は、電圧計４及び該電圧計４の出力を処理して課
電を停止させるシステムが複雑となり、コスト的にも高
価になるという問題がある。

【０００７】また図１２の場合においては、２個の単器
コンデンサ毎に１つの保護スイッチ５が必要となり、数
十台の単器コンデンサを並列に接続して使用する大容量
直流コンデンサバンクのような場合には、非常に高価格
化するという問題があった。

【０００８】この発明は上記従来の欠点を解決するため
になされたものであって、その目的は、大容量直流コン
デンサバンクの保護に関して構成を簡素化し、低コスト
化を図ることが可能なコンデンサバンクの保護装置を提
供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そこでこの発明のコンデ
ンサバンクの保護装置は、異常発生時の内圧の上昇によ
るケースの膨張を利用して切断による回路遮断を行う切
断片７と、この切断片７と直列に接続される単器コンデ
ンサＣとでコンデンサ本体６を形成し、上記コンデンサ
本体６を複数接続して並列回路を形成し、この並列回路
の一端側に直流電源を接続すると共に、他端側には負荷
を接続したことを特徴としている。

【００１０】

【作用】上記コンデンサバンクの保護装置は以下のよう
に作用する。まず単器コンデンサＣに異常が発生した場
合、故障した単器コンデンサＣに隣接する単器コンデン
サＣからの流入電流や直流電源から故障電流が流入する
ため、故障した単器コンデンサＣの故障部分でアーク放
電が生じ、分解ガスが発生し、ケースの内圧は上昇す
る。このケースの圧力上昇で膨張によるケース変形を利
用して切断片７を切断するものであり、この切断片７の
切断時、単器コンデンサＣの場合には、切断片７が切断
されても直流電源であるためアーク電流が持続し、故障
電流の遮断が困難である。しかし大容量直流コンデンサ
バンクでも単器コンデンサＣに並列に他の単器コンデン
サＣが接続されていると、一方の単器コンデンサＣが故
障しても、他方の単器コンデンサＣが接続されているこ
とで、アーク電流が他方の単器コンデンサＣに吸収さ
れ、故障電流を確実に遮断することができる。そのため
故障した単器コンデンサＣは回路より迅速、かつ確実に
分離され、故障電流によるケースの破裂、噴油、火災等
が防止できる。しかも単器コンデンサＣと切断片７とを
直列に接続した構成であるから、構成を簡素化でき、低
コスト化を図ることができる。

【００１１】

【実施例】次にこの発明のコンデンサバンクの保護装置
の具体的な実施例について、図面を参照しつつ詳細に説
明する。この発明は多数の単器コンデンサにより大容量
直流コンデンサバンクを構成し、そのうちの単器コンデ
ンサの故障時、故障した単器コンデンサを回路から分離
するものであり、直流電流を遮断する保護装置である。

【００１２】図１はこの発明の例えば産業機器用インバ
ータの電源部に使用される大容量直流コンデンサバンク
の一回路例を示し、交流電源ＡＣを整流する整流器１の
出力側には、多数のコンデンサ本体６を並列接続した並
列回路が接続されており、この並列回路の出力側にイン
バータ２が接続されている。そしてインバータ２にはモ
ータ３が接続されている。大容量直流コンデンサバンク
を構成するコンデンサ本体６は、単器コンデンサＣと、
この単器コンデンサＣと直列に接続された切断片７とで
構成されている。この切断片７は図３に示すように、銅
片にて形成されていて、中央部は断面を略Ｕ字状に折曲
された切断部１０と、この切断部１０の両側の固定片８
から成っている。切断片７の固定片８には取付け用でネ
ジ挿通用の穴９が穿設されており、切断部１０の一端側
には、より確実に切断するために切欠部１１が形成され
ている。

【００１３】図４は切断片７の取付状態を示す要部斜視
図であり、ケース（図示せず）に固定された絶縁材から
成る絶縁支持板１２と端子１３との間に挟持され、ネジ
１４により切断片７を挟持固定するようになっている。
なお一方の端子１３は単器コンデンサＣに接続され、ま
た他方の端子１３は直流電源の正極側に接続されるよう
になっている。

【００１４】図２は１つの単器コンデンサＣが故障した
場合の等価回路図を示し、図中Ｌは回路のインダクタン
ス成分を、Ｒは抵抗分を示している。また右側のＣは、
並列接続されている他の単器コンデンサを示している。
ここで１つの単器コンデンサＣが故障したとき、故障し
た単器コンデンサＣに隣接するコンデンサ本体６の単器
コンデンサＣから流入電流があり、また直流電源（整流
器１の出力端）からも故障電流が流入する。このため単
器コンデンサＣの故障部分でアーク放電が生じ、分解ガ
スが発生し、ケースの内圧は上昇する。ケースの圧力上
昇で膨張によるケース変形を利用して切断片７の切断部
１０が切断される。

【００１５】このとき単器コンデンサＣに流れる電流は
直流電流であるため、通常（単器コンデンサＣが１つの
み、つまり他の単器コンデンサＣが並列接続されていな
い場合）では切断片７が切断されてもアーク電流が持続
し、故障電流の迅速な遮断は困難である。しかし本発明
のように故障した単器コンデンサＣに並列に他の単器コ
ンデンサＣを接続している場合には、他の単器コンデン
サＣにアーク電流が吸収され、故障電流を迅速かつ確実
に遮断することができる。これにより故障した単器コン
デンサＣは主回路より分離され、故障電流によるコンデ
ンサケースの破裂、噴油、火災等を防止することができ
る。しかも単器コンデンサＣと切断片７とを直列に接続
した構成であるため、構成を簡素化でき、低コスト化を
図ることができる。

【００１６】図５はこの発明のコンデンサバンクの測定
回路の概略構成を示し、６６ＫＶ、５０Ｈｚの交流高圧
電源２１を変圧器２２により１２００Ｖに降圧し、シリ
コン整流器２３を運転して試験用電源としている。上記
直流電源（上記シリコン整流器２３）に、投入器２４、
バックアップ直流遮断器２５、コンデンサ本体６の直列
回路を並列に接続し、１つのコンデンサ本体６に単器コ
ンデンサを接続しない場合と、単器コンデンサを接続し
た場合における故障電流の遮断について試験を行った。

【００１７】試験は以下のように行った。すなわちコン
デンサ保安器（コンデンサ本体６）の遮断動作試験は、
コンデンサ本体６内で電流が流れ、熱膨張を仮定し、試
験用に加工したコンデンサに空気圧力を送り込み、数秒
後、直流１５００Ｖを印加し、ある一定電流におけるコ
ンデンサ本体６の動作試験を行うもので、その手順は次
のとおりである。

【００１８】（１）準備 直流投入器２４の開放確認 試験用コンデンサ（コンデンサ本体６）のセット バックアップ直流遮断器２５の投入 交流高圧電源２１の投入

【００１９】（２）試験 空気圧力送り込み 直流投入器２４入り コンデンサ本体６（供試器）通電 ５〜９秒後、バックアップ直流遮断器２５の開放 交流電源２１の開放

【００２０】また図５において、３１、３２はアナライ
ジングレコーダであり、一方のアナライジングレコーダ
３１は連続測定用（サンプリング時間５．０ｍｓｅｃ）
であり、他方のアナライジングレコーダ３２は過渡時の
測定用（サンプリング時間０．５ｍｓｅｃ）である。図
５に示す各〜点において、アナライジングレコーダ
３１、３２により計測している。

【００２１】図８及び図９はコンデンサ本体６に単器コ
ンデンサを並列に接続しない場合の遮断波形を示し、図
８はアナライジングレコーダ３１で計測した連続測定時
の遮断波形を示し、図９はアナライジングレコーダ３２
で計測した過渡時の遮断波形を示している。図８（ａ）
は給与電圧を、（ｂ）は極間電圧を、（ｃ）は主回路に
おける電流を、（ｄ）はコンデンサ本体６のケース歪電
圧を、（ｅ）はコンデンサ本体６のケース内に空気を送
り込む電磁弁へのバルブ信号への波形をそれぞれ示して
いる。

【００２２】また図９は給与電圧、極間電圧、電流、ケ
ース歪電圧の過渡時における波形をそれぞれ示してい
る。図９に示す試験結果から、単器コンデンサを並列に
接続しない場合には、給与電圧が１６４０Ｖ、通電電流
が４９０Ａ、全インダクタンス値が１５ｍＨ、アーク電
圧最大値（極間電圧）が２５５０Ｖであり、遮断時間が
約１７０ｍｓｅｃと長くなっている。

【００２３】これに対してコンデンサ本体６に単器コン
デンサを並列に接続した場合には、図６及び図７に示す
ように、遮断時間は非常に短くなっている。なお図６及
び図７は、図８及び図９にそれぞれ対応している。すな
わち単器コンデンサを並列に接続した場合は、給与電圧
が１６３０Ｖ、通電電流が４９０Ａ、全インダクタンス
値が１５ｍＨ、並列に接続した単器コンデンサの容量が
２１００μＦ、アーク電圧最大値（極間電圧）が１９０
０Ｖであり、図７に示すように、遮断時間が単器コンデ
ンサを並列に接続しない場合と比べ、非常に短くなって
いる。

【００２４】以上のようにこの発明は、交流電源におけ
るコンデンサにおいて使用されていた保護方法が、従来
では直流電源のコンデンサバンクにおいては使用が不可
能であるとされていたのを、上述のように実験を行うこ
とで、故障時における遮断を迅速かつ確実に行えること
を知見してなされたものである。

【００２５】

【発明の効果】以上のようにこの発明のコンデンサバン
クの保護装置によれば、単器コンデンサに並列に他の単
器コンデンサが接続されているため、一方の単器コンデ
ンサが故障しても、アーク電流が他方の単器コンデンサ
に吸収されるので、故障電流を迅速かつ確実に遮断する
ことができる。そのため故障した単器コンデンサは迅速
かつ確実に回路より分離され、故障電流によるケースの
破裂、噴油、火災等が防止できる。しかも単器コンデン
サと切断片とを直列に接続した構成であるから、構成を
簡素化でき、低コスト化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例のコンデンサバンクの回路例
を示す図である。

【図２】この発明の実施例の単器コンデンサが故障した
場合の等価回路図である。

【図３】この発明の実施例の切断片の斜視図である。

【図４】この発明の実施例の切断片を配設した状態を示
す要部斜視図である。

【図５】この発明の実施例の試験、測定回路図である。

【図６】この発明の実施例の単器コンデンサを並列に接
続した場合の連続測定時の遮断波形を示す図である。

【図７】この発明の実施例の単器コンデンサを並列に接
続した場合の過渡時の遮断波形を示す図である。

【図８】単器コンデンサを並列に接続しない場合の連続
測定時の遮断波形を示す図である。

【図９】単器コンデンサを並列に接続しない場合の過渡
時の遮断波形を示す図である。

【図１０】従来例のコンデンサバンクの回路例を示す図
である。

【図１１】従来例の大容量直流コンデンサバンクにおけ
る保護方法を示す回路図である。

【図１２】他の従来例の大容量直流コンデンサバンクに
おける保護方法を示す回路図である。

【符号の説明】

６ コンデンサ本体 ７ 切断片 Ｃ 単器コンデンサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 異常発生時の内圧の上昇によるケースの
   膨張を利用して切断による回路遮断を行う切断片（７）
   と、この切断片（７）と直列に接続される単器コンデン
   サ（Ｃ）とでコンデンサ本体（６）を形成し、上記コン
   デンサ本体（６）を複数接続して並列回路を形成し、こ
   の並列回路の一端側に直流電源を接続すると共に、他端
   側には負荷を接続したことを特徴とするコンデンサバン
   クの保護装置。