JP2004022468A - 直流高電圧電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置を大型化することなく、高い直流高電圧が効率的に得られるようにした直流高電圧電源装置を提供する。
【解決手段】昇圧回路１４の高電位部周辺をカバーするコロナシールドカバーを複数１７ａ，１７ｂに分割し、昇圧回路の高電位取出部２１と高電圧直流出力の供給先２４との間に直列接続する保護抵抗１９ａ，１９ｂの一部を、分割したコロナシールドカバー１７ａ，１７ｂ間に接続して配置した。ここで、コロナシールドカバーは、分割後のカバー断面がリング状をなして、相互に対面するように略等間隔に配置されていることが好ましい。
【選択図】　　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は直流高電圧電源装置に係り、特に電子線照射装置、または粒子線加速装置等の用途に好適な１０００〜５０００ｋＶ程度の直流高電圧を発生することができる直流高電圧電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば火力発電所等において、燃焼排ガス中から大気汚染物質を除去するために燃焼排ガスに電子線を照射する技術が知られている。このような用途の電子線照射装置では、例えば８００ｋＶの直流高電圧を加速管に与え、電子線を大気中に放出して燃焼排ガスに照射するようにしたものである。照射対象が水のような液体になると透過能力が１０００〜５０００ｋＶ程度の加速電圧を必要とする。
【０００３】
このような電子線照射装置には、１０００〜５０００ｋＶの直流高電圧を発生する電源装置が必要であり、整流昇圧回路としてコッククロフト回路が用いられるのが一般的である。コッククロフト回路は、コンデンサと整流素子とを組み合わせて多段直列接続した整流昇圧回路であり、その一端をトランスの二次巻線で駆動し、反対端より直流高電圧を取り出すようにしたものである。即ち、コッククロフト回路によればトランスの二次巻線に形成される交流電圧が半波ごとに整流され、コンデンサと整流素子とを組み合わせた多段直列回路により整流電圧が順次加算され、多段直列回路の最終段より直流高電圧が取り出される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
昇圧回路の最終段より取り出された直流高電圧は、加速管の高電圧入力部に保護抵抗（インピーダンス）を介して供給される。この保護抵抗は、加速管内で地絡が生じた場合にそのサージ電流で昇圧回路の整流素子等に損傷が生じないようにするための、サージ電流抑制用に設けられたものである。また、昇圧回路の最高電位部周辺には、これをカバーするコロナシールドカバーが配置され、接地部である金属製の圧力容器に対して高電位部周辺からの電位傾度を緩やかにするようになっている。従って、上記保護抵抗は、昇圧回路の最高電位部に接続されて、上記コロナシールドカバーの内部に収容されるという形で配置されている。ここで、例えば３０００ｋＶ級の直流高電圧電源においては、最高電位部周辺からの電位傾度を緩やかにするため３００〜５００ｍｍ程度の大きな曲率半径を有するコロナシールドカバーが用いられている。そして、コロナシールドカバーは電気的には保護抵抗から絶縁分離して配置されている。
【０００５】
ところで、保護抵抗は、例えば加速管が地絡した状態では１０００〜５０００ｋＶ級の直流高電圧が印加されることになり、例えば２０〜１００ｋΩ程度の抵抗器を用いると、直径が５０〜６０ｍｍφ程度のセラミック円筒形抵抗器でその長さが全体で１〜３ｍ程度必要となる。従って、この抵抗器を分割して、昇圧回路の最高電位取出部と高電圧直流出力の供給先である加速管との間に接続し、且つ上述したコロナシールドカバーとの間に絶縁耐圧を確保するようにして配置する必要がある。このため、保護抵抗の配置スペースとコロナシールドカバーとの間には絶縁設計上ある程度のスペースが必要であり、昇圧回路の最高電位部周辺で、コロナシールドカバーを含めてそのサイズが大型化するという問題があった。
【０００６】
本発明は上述した事情に鑑みて為されたもので、装置を大型化することなく、高い直流高電圧が効率的に得られるようにした直流高電圧電源装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の直流高電圧電源装置は、直流昇圧回路の高電位部周辺をカバーするコロナシールドカバーを複数に分割し、前記昇圧回路の高電位取出部と高電圧直流出力の供給先との間に直列接続する保護抵抗の一部を、前記分割したコロナシールドカバー間に接続して配置したことを特徴とする。ここで、前記コロナシールドカバーを、分割後のカバー断面がリング状をなして、相互に対面するように略等間隔に配置されていることが好ましい。
【０００８】
上述した本発明によれば、コロナシールドカバーを分割して、その間にサージ抑制用保護抵抗の一部分を接続するようにしたものである。分割後のコロナシールドカバーに保護抵抗の一部を接続するので、保護抵抗とコロナシールドカバー間の絶縁耐圧確保のためのスペースが不要となり、これによりコロナシールドカバーの高さを低減できる。なお、分割したコロナシールドカバー間に絶縁耐圧確保のためのスペースが必要となるが、分割したコロナシールドカバーは断面が相互にリング状をなして、相互に対面するように略等間隔に配置されていることから、その間隔を比較的狭くすることができ、上述したコロナシールドカバーの高さの低減を阻害するものではない。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照しながら説明する。
【００１０】
図１は、本発明の実施形態の直流高電圧電源装置を備えた電子線照射装置を示す。この装置は、圧力容器１１の内部に１０００〜５０００ｋＶ程度の直流高電圧を発生する直流高電圧電源装置１３と、その直流高電圧が供給される加速管１５とが収容されている。直流高電圧電源装置１３は、昇圧回路１４と、その出力段の直流電圧出力端子２１と加速管頂部の直流電圧入力端子２４との間に接続された保護抵抗１９ａ，１９ｂと、昇圧回路１４の頂部を覆う分割されたアルミ等の導電材によるコロナシールドカバー１７ａ，１７ｂを備えている。分割されたコロナシールドカバー１７ａ，１７ｂ間に保護抵抗１９ｂが接続されている。
【００１１】
昇圧回路１４は、図示しない変圧器の交流電圧を整流・昇圧するコッククロフト回路により、１０００〜５０００ｋＶの直流高電圧が得られるように構成されている。昇圧回路１４の高電位部周辺には、コロナシールドカバー１７ａ，１７ｂが配置され、昇圧回路１４の最高直流電位部と圧力容器１１との間に形成される電位分布の電位傾度を緩やかにする。即ち、最高電位取出部周辺の導体等の突状部に伴なう電位傾度を緩やかにすることで、電源装置全体としての絶縁耐圧を高めるようになっている。昇圧回路１４の最高電位取出部と高電圧直流出力の供給先である加速管頂部との間にサージ電流抑制用に直列接続した保護抵抗１９ａ，１９ｂが接続されている。容器１１内には、ＳＦ_６ガス等の絶縁ガスが充填され、十分な絶縁性が確保されている。
【００１２】
図２および図３は、直流電源回路の直流電圧出力端子と加速管頂部の直流電圧入力端子との間の保護抵抗の接続およびその配置を示し、図２は本発明の一実施形態であり、図３は比較例として従来例を示す。本発明の一実施形態では、コロナシールドカバーは、上述したように２分割され、上部１７ａと下部１７ｂとから構成されている。
【００１３】
即ち、半球面状のコロナシールドカバーを水平面に沿って切断したような状態で、上側のお椀を逆に伏せたような状態のカバー上部１７ａと、リング状のカバー下部１７ｂとに分割する。分割後のカバー断面がリング状をなして、相互に対面するように等間隔に配置されている。カバー上部１７ａとカバー下部１７ｂとは同一球面上に位置していることが好ましい。これにより、短絡事故等の存在しない通常運転時は、両カバー部は略同電位となり、一体としてのコロナシールドカバーと同等の機能を果たすことができる。
【００１４】
昇圧回路１４の出力段の直流電圧出力端子２１とコロナシールドカバー（下部）１７ｂの接続端子２２ａとの間にサージ電流抑制用保護抵抗の一部である抵抗１９ａが接続されている。カバー下部１７ｂの接続端子２２ｂとカバー上部１７ａの接続端子２３ａとの間には、保護抵抗１９ｂが接続されている。そして、カバー上部１７ａの接続端子２３ａと導通した中央の接続部２３ｂと加速管頂部の直流電圧入力端子２４との間は、導体２５により直接接続されている。なお、この部分には導体に替えて保護抵抗の一部を接続するようにしても良い。また、接続端子２２ａと２２ｂとの間も導体により接続され、電気的な損失が生じないようにしている。
【００１５】
図３に示す従来の構造と対比すると、従来例における保護抵抗１９ａ，１９ｂとコロナシールドカバー１７との間の絶縁耐圧確保のための寸法Ａ，Ｂがゼロとなっていることが分かる。これにより、従来のコロナシールドカバー１７の高さが１ｍ程度必要であったものが、本発明ではコロナシールドカバー１７ａ，１７ｂの高さを６０〜７０ｃｍ程度に低くすることができる。
【００１６】
次に、この保護抵抗およびコロナシールドカバーの絶縁設計について説明する。この保護抵抗１９ａ，１９ｂは、加速管が地絡を起こしたときに、即ち、加速管の直流電圧入力部２４が接地状態となった際に直流昇圧回路１４に流れるサージ電流を抑制するためのものである。従って、加速管１５が地絡した際には、保護抵抗に例えば１０００〜５０００ｋＶ程度の直流高電圧が印加される。従って、保護抵抗は２０００ｋＶ級の場合には、全体として２ｍ程度の長さが必要である。上述したように２本の抵抗１９ａ，１９ｂの直列接続によりこれを実現すると、その直径が５０〜６０ｍｍφ程度のセラミック抵抗となり、１本当たりの長さが１ｍとなる。そして、加速管１５が地絡した際に、例えば２０００ｋＶの直流電圧が供給されている場合には、それぞれの抵抗が１０００ｋＶ程度の電圧を分担することとなる。このため、２本の保護抵抗１９ａ，１９ｂは、図２（ｂ）に示すように互いに離隔した位置に配置される。なお、保護抵抗自体は、セラミック抵抗器が用いられている。係る抵抗器によれば、所要の絶縁耐圧が得られると共に、例えば、１本２０ｋΩ程度の所要の抵抗値が得られ、地絡事故等に際してサージ電流の発生を十分に抑制することができる。
【００１７】
加速管の地絡等によりコロナシールドカバー上部１７ａが接地電位となった場合には、リング状のコロナシールドカバー下部１７ｂには上記２本の保護抵抗１９ａ，１９ｂの分圧より例えば１０００ｋＶ程度の電圧が印加される。従って、カバー上部１７ａとカバー下部１７ｂとの間の十分な絶縁耐圧の確保が必要である。しかしながら、この場合には、カバー上部１７ａとカバー下部１７ｂとの間は円周方向に均一なギャップを有し、且つ両方の断面がリング状をなしていて、相互に対面するように配置され、この間に均一に分布した電界が形成される。このため、分割したカバー１７ａと１７ｂとの間隔ｄは、通常の凸状電極の場合と異なり、大幅に低減する。即ち、カバー１７ａと１７ｂとの間隔は従来の保護抵抗１９ａ，１９ｂとカバー１７との間隔に比較して狭い距離とすることが可能である。
【００１８】
この実施形態においては、カバー１７ａと１７ｂとの間に地絡時の絶縁確保のため離隔スペースｄを設けたが、このスペースはコロナシールドカバーの機能を損なうものではない。何故ならば、通常の動作時にはその動作電流に伴う保護抵抗部分による電位降下は極めて小さく、実質上カバー１７ａと１７ｂとは同電位である。このため、例えば接地状態の圧力容器に対する電位分布としては、カバー１７ａもカバー１７ｂも等電位面上に存在し、コロナシールドカバーの高電位部に対する電位傾度を緩やかにするという機能を阻害するものではない。
【００１９】
なお、この実施形態においては、コロナシールドカバーを２分割する例について述べたが、３分割以上にしても良い。また、同様に保護抵抗を２本に分割する例について説明したが、３本以上に分割して、コロナシールドカバー１７ａと加速管２４の直流高電圧入力端子間にもう一本の保護抵抗を配置するようにしてもよい。もちろん、コロナシールドカバーを３分割以上とした場合には、それぞれの分割要素間に保護抵抗を１本ずつ接続することが好ましい。
【００２０】
なお、上記実施形態は本発明の実施例の一態様を述べたもので、本発明の趣旨を逸脱することなく種々の変形実施例が可能なことは勿論である。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の直流高電圧電源においては、直流高電圧出力部周辺に設けられるコロナシールドカバーを分割して、保護抵抗の一部をこれに接続するようにしたものである。これにより、従来必要とされていた保護抵抗とコロナシールドカバー間の絶縁耐圧確保のための距離をなくすことができ、コロナシールドカバーの高さを低減し、直流高電圧電源装置を小型コンパクト化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の直流高電圧電源装置を示す図である。
【図２】図１の要部である保護抵抗の配置部分を示す、（ａ）は縦断面図であり、（ｂ）は平面図である。
【図３】比較例としての従来技術における保護抵抗の配置部分を示す、（ａ）は縦断面図であり、（ｂ）は平面図である。
【符号の説明】
１１　　　圧力容器
１３　　　直流高電圧電源
１４　　　昇圧回路
１５　　　加速管
１７，１７ａ，１７ｂ　　　コロナシールドカバー
１９ａ，１９ｂ　　　保護抵抗
２１　　　昇圧回路の高電圧出力端子
２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂ　　　接続部
２４　　　加速管の高電圧入力端子

Claims (2)

1. 直流昇圧回路の高電位部周辺をカバーするコロナシールドカバーを複数に分割し、前記昇圧回路の高電位取出部と高電圧直流出力の供給先との間に直列接続する保護抵抗の一部を、前記分割したコロナシールドカバー間に接続して、前記カバー内部に配置したことを特徴とする直流高電圧電源装置。
2. 前記コロナシールドカバーを、分割後のカバー断面がリング状をなして、相互に対面するように略等間隔に配置されていることを特徴とする請求項１記載の直流高電圧電源装置。

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