JP3657650B2 - 内部故障検出装置を備えた高圧コンデンサ - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
進相用やフィルタ用などに使用する高圧コンデンサの内部故障を検出し、重大な事故に至るまでにこれを警報して、該コンデンサを電源から遮断する事のできる高圧コンデンサの保護装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高圧コンデンサの内部は多数のコンデンサ素子が直並列に接続されており、この中の１個の素子の破壊による短絡や断線を検出するための方法は従来から各種のものが採用されており、例えば３相コンデンサでは内部素子を２重星形結線として中性点間の電流を検出するなどの方法が実用化されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
最近、大容量の電圧形インバータの普及に伴い直流フィルタ用高圧コンデンサが多数使用されるようになったが、直流用高圧コンデンサでは、従来から交流用コンデンサで用いていた電流検出による保護装置や、また、高圧部より外部に信号を取り出すのに交流用コンデンサで用いてきた電磁結合による方法も採用が困難であり、内部コンデンサ素子が絶縁破壊して短絡や断線などの故障を生じた時にその故障を確実に検知して電源から遮断することのできる手段を必要としていた。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
直流用コンデンサの場合は電流による１部コンデンサ素子の故障検出を行うことが困難であり、コンデンサ素子を２群に分けて直列接続し、これに２個直列接続した分圧抵抗を並列接続してブリッジ結線し、ブリッジ回路の２点間の平衡電位点の電位が、コンデンサ素子の故障により不平衡になったときに生ずる電位差を検知して発光する光検知によりコンデンサを保護する。
【０００５】
即ち、コンデンサ素子を複数個直列及び／又は並列接続したコンデンサ素子群１を２組直列接続してその両端をコンデンサ端子１０に接続し、これをケース９に収容するとともに、上記２組の直列コンデンサ素子群に２個直列接続した分圧抵抗２を並列接続し、上記２直列のコンデンサ素子群の中性点Ｎ１と、２直列した分圧抵抗の中性点Ｎ２との間に補助抵抗３・４を直列接続し、上記直列接続した２個の補助抵抗３・４の中間接続点と、上記分圧抵抗の中性点Ｎ２又は上記コンデンサ素子群の中性点Ｎ１との間にツェナダイオード又はバリスタ５と発光体６を直列にして接続し、上記発光体と、ケースに設けた光ガイド端末８との間を光ガイド７で結合して構成した内部故障検出装置を備えた高圧コンデンサである。
【０００６】
【作用】
高圧コンデンサの内部素子の短絡や断線による故障を、コンデンサ素子群を２群に分けて直列接続し、これに２個直列接続した分圧抵抗を並列接続してブリッジ結線し、このブリッジ回路のコンデンサ素子と分圧抵抗のそれぞれの電位中性点間を、コンデンサ素子が健全なときに平衡状態を保つように設定しておくと、コンデンサ素子の１部に異常が発生して短絡や断線したときに不平衡になり電位差を生じる。
この電位差で発光する発光体を、上記中性点間に補助抵抗及びツェナダイオードなどの定電圧素子を介して接続して光信号を発生させ、これを外部に伝送してこの光信号を用いて故障した直流高圧コンデンサの電源から遮断させる。
【０００７】
【実施例１】
本発明の１実施例のコンデンサ内部の結線を図１に、また、１実施例であるコンデンサの内部断面構造を図２に示す。
図１は、コンデンサ素子を複数個直列及び／又は並列接続したコンデンサ素子群１を２組直列接続してその両端をコンデンサ端子１０に接続し、これをケース９に収容するとともに、上記２組の直列コンデンサ群に２個直列接続した分圧抵抗２を並列接続し、上記２直列のコンデンサ素子群の中性点Ｎ１と、２直列した分圧抵抗の中性点Ｎ２との間に補助抵抗３・４を直列に接続して、この直列に接続した２個の補助抵抗３・４の中間接続点と、上記分圧抵抗の中性点Ｎ２又は上記コンデンサ素子群の中性点Ｎ１との間にツェナダイオード５と発光体６を直列にして接続し、この発光体と、ケースに設けた光ガイド端末８との間を光ファイバーからなる光ガイド７で結合して発生した光信号を外部に取り出すように構成したものである。尚、本実施例においては、発光体として発光ダイオードを使用した。
【０００８】
上記ツェナダイオードは、バリスタなどの定電圧で導通する素子であれば設計上の範囲で選択できる。
【０００９】
上記コンデンサ素子群１は正常時には分圧抵抗２とほぼ電位で平衡しており、ブリッジ回路の中性点Ｎ１・Ｎ２間には容量、抵抗の誤差による僅かな電圧しか発生しないのでツェナダイオード又はバリスタ５は導通せず、発光体６は発光しない。
しかし、コンデンサ素子の１部に異常が生じ短絡又は断線すればブリッジ回路が不平衡になり、上記２つの中性点間に電圧が発生して、ツェナダイオード又はバリスタが導通して発光体６が発光する。
そして、上記発光体の光信号が光ファイバーなどの光ガイド７を通じて光ガイド端末８に伝送される。
【００１０】
上記実施例１のコンデンサの内部断面を図２に示す。
１は２群直列接続のコンデンサ素子群、２は２個直列接続された分圧抵抗、３・４は上記コンデンサ素子群と分圧抵抗で形成したブリッジ回路の中性点間に接続される補助抵抗器、５はツェナダイオード又はバリスタ、６はツェナダイオード又はバリスタと直列接続される発光体、７は発光体６より導出される光ガイド（光ファイバー）、８は光ガイドの端末でコンデンサケースの外壁にとりつけられ、９はコンデンサを収容するケース、１０はコンデンサ端子である。
【００１１】
上記光ガイド端末には、直接又は光ガイド（光ファイバー）を介して光検知器が取り付けられ、この光検知器により動作するリレーなどによって警報が発せられたり、電源開閉器を自動的に開放して該コンデンサを電源から切り離して、コンデンサの破壊事故を未然に防止する。
尚、上記実施例においては、発光体として発光ダイオードを使用していたが、その他にもフォトカプラ、フォトトランジスタを使用してもよい。
【００１２】
【発明の効果】
複数個のコンデンサ素子で形成されたコンデンサ素子群の１部が故障した時の短絡や断線を確実に検知し、光信号を光ガイドで外部に導出するために故障検出部の絶縁構造が極めて簡単になり、また、確実、容易にコンデンサ内部の故障を検出して警報し、また故障コンデンサを電源から開放することが可能となり、従来から極めて困難とされていた直流回路に用いるコンデンサを事故時の破裂、あるいは噴油などの重大事故から保護することができる。
【００１３】
また、上記故障検出装置を備えたコンデンサは、直流用のみならず交流用にも用いられることは当然であり、工業的並びに実用的に価値大なるものがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の内部故障検出装置を備えた高圧コンデンサの１実施例の内部結線図である。
【図２】図２は、本発明の内部故障検出装置を備えた高圧コンデンサの１実施例の内部構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１ コンデンサ素子又はコンデンサ素子群
２ 分圧抵抗
３・４ 補助抵抗
５ ツェナダイオード又はバリスタ
６ 発光体
７ 光ガイド
８ 光ガイド端末
９ ケース
１０ コンデンサ端子
Ｎ１ コンデンサ素子群の中性点
Ｎ２ 分圧抵抗の中性点

Claims (1)

1. コンデンサ素子群（１）と、分圧抵抗（２）と、補助抵抗（３・４）と、ツェナダイオード又はバリスタ（５）と、発光体（６）と、光ガイド（７）と、光ガイド端末（８）と、ケース（９）と、コンデンサ端子（１０）とからなる内部故障検出装置を備えた高圧コンデンサであって、
   コンデンサ素子を複数個直列及び／又は並列接続したコンデンサ素子群（１）を２組直列接続してその両端をコンデンサ端子（１０）に接続し、これをケース（９）に収容するとともに、上記２組の直列コンデンサ素子群に２個直列接続した分圧抵抗（２）を並列接続し、
   上記、２直列のコンデンサ素子群の中性点（Ｎ１）と、２直列した分圧抵抗の中性点（Ｎ２）との間に補助抵抗（３・４）を直列接続し、
   上記直列接続した２個の補助抵抗（３・４）の中間接続点と、上記分圧抵抗の中性点（Ｎ２）又はコンデンサ素子群の中性点（Ｎ１）との間にツェナダイオード又はバリスタ（５）と発光体（６）とを直列にして接続し、
   上記発光体と、ケースに設けた光ガイド端末（８）との間を光ガイド（７）で結合して構成したことを特徴とする内部故障検出装置を備えた高圧コンデンサ。

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