JPH05199650A - 高圧電源装置およびその異常検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 変圧器の二次巻線の線間短絡、過負荷、負荷
機器の絶縁劣化などを確実に検出して、これによる変圧
器や負荷機器の焼損、連鎖故障などを防止する。 【構成】 高圧変圧器13の二次出力電圧を検出回路14お
よび増幅回路15によって検出し、比較回路16においてこ
の二次出力電圧の検出値を所定の異常判断基準値と比較
し、二次出力電圧の検出値が所定の異常判断時間以上連
続して異常判断基準値以下になった二次出力電圧異常時
に、主動作・遮断回路17がスイッチ回路12を介して高圧
変圧器13への入力を遮断する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、漏洩型単相変圧器な
どを使用した異常検出機能付きの高圧電源装置および高
圧電源装置の異常検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術および発明の課題】たとえば漏洩型単相変
圧器を使用した高圧電源装置においては、変圧器の二次
巻線の線間短絡、過負荷、負荷機器および配線などの絶
縁劣化、短絡、地絡、接触不良、スパークなどが生じる
と、変圧器、負荷機器および配線などの焼損、火災事故
の火源になるなどの連鎖故障などの種々の不都合が生じ
るが、これを確実にしかも早期に防止できる装置はなか
った。

【０００３】この発明の目的は、上記の問題を解決し、
変圧器の二次巻線の線間短絡、過負荷、負荷機器および
配線などの絶縁劣化、短絡、地絡、接触不良、スパーク
などを確実に検出して、これによる変圧器や負荷機器の
焼損、連鎖故障などを早期に防止できる高圧電源装置お
よびその異常検出装置を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この発明による高圧電源
装置は、高圧変圧器、高圧変圧器の二次出力電圧を直接
または分圧して検出する二次出力電圧検出手段、および
この二次出力電圧検出手段により検出された高圧変圧器
の二次出力電圧が所定の異常判断時間以上連続して所定
の異常判断基準値以下になったときに二次出力電圧異常
であると判断して高圧変圧器への入力を遮断する入力遮
断手段を備えており、この入力遮断手段が、上記異常判
断時間を調整するための感度時間調整手段、上記異常判
断基準値を調整するための感度レベル調整手段、および
二次出力電圧異常時に異常信号を出力する出力端子を備
えているものである。

【０００５】この発明による高圧電源装置の異常検出装
置は、高圧変圧器の二次出力電圧を直接または分圧して
検出する二次出力電圧検出手段、およびこの二次出力電
圧検出手段により検出された高圧変圧器の二次出力電圧
が所定の異常判断時間以上連続して所定の異常判断基準
値以下になったときに二次出力電圧異常であると判断し
て高圧変圧器への入力を遮断する入力遮断手段を備えて
おり、この入力遮断手段が、上記異常判断時間を調整す
るための感度時間調整手段、上記異常判断基準値を調整
するための感度レベル調整手段、および二次出力電圧異
常時に異常信号を出力する出力端子を備えているもので
ある。

【０００６】

【作用】高圧変圧器の二次巻線の線間短絡、過負荷、負
荷機器および配線などの絶縁劣化などが生じると、高圧
変圧器の二次出力電圧が低下する。そして、高圧変圧器
の二次出力電圧を所定の異常判断基準値と比較し、二次
出力電圧が所定の異常判断時間以上連続して異常判断基
準値以下になるかどうかを調べることによって、二次出
力電圧の異常を検出することができ、二次出力電圧異常
時に高圧変圧器への入力を遮断することにより、変圧器
や負荷機器の焼損、連鎖故障などが防止される。瞬時停
電やノイズにより、高圧変圧器の二次出力電圧が瞬間的
に低下することがあるが、二次出力電圧が異常判断時間
以上連続して異常判断基準値以下になったときに二次出
力電圧異常であると判断しているので、このような電源
事情などに影響されずに上記のような真の異常だけを検
出することができる。しかも異常判断時間および異常判
断基準値の調整手段を備えているので、これらを使用目
的や負荷に合わせて最適な値に調整することができる。
また、二次出力電圧異常時に異常信号を出力する検出出
力端子を備えているので、これに警報機器などを接続し
て、二次出力電圧異常時に警報を発するようにすること
ができる。

【０００７】

【実施例】以下、図面を参照して、この発明の実施例に
ついて説明する。

【０００８】図１は、高圧電源装置の１例を示すブロッ
ク図である。

【０００９】この例の高圧電源装置には、３つの交流電
源入力端子(1)(2)(3) 、２つの高圧出力端子(4)(5)、接
地出力端子(6) 、２つの検出出力端子(7)(8)、ヒューズ
(9)、手動スイッチ(10)、補助電源回路(11)、スイッチ
回路(12)、高圧変圧器(13)、検出回路(14)、増幅回路(1
5)、比較回路(16)、主動作・遮断回路(17)、感度時間調
整回路(18)および検出出力回路(19)が設けられており、
これらが１つの電源ユニットとして構成されている。

【００１０】図示は省略したが、電源入力端子(1)(2)
(3) は交流電源に、高圧出力端子(4)(5)および接地出力
端子(6) はたとえば静電気除去装置などの負荷機器に、
検出出力端子(7)(8)は警報装置に接続される。

【００１１】検出回路(14)および増幅回路(15)は、変圧
器(13)の二次出力電圧を直接または分圧して検出する二
次出力電圧検出手段を構成している。スイッチ回路(1
2)、比較回路(16)、主動作・遮断回路(17)、感度時間調
整回路(18)および検出出力回路(19)は、変圧器(13)の二
次出力電圧の検出結果に基づき二次出力電圧異常時に変
圧器(13)への入力を遮断する入力遮断手段を構成してい
る。

【００１２】手動スイッチ(10)をオンする（閉じる）
と、補助電源回路(11)に単相交流電圧が印加される。補
助電源回路(11)は高圧電源装置の異常検出部分を駆動す
るためのものであり、図示は省略したが、補助変圧器、
整流回路、平滑回路および安定化回路を備えている。そ
して、補助電源回路(11)の出力端子からスイッチ回路(1
2)、検出回路(14)、増幅回路(15)、比較回路(16)、主動
作・遮断回路(17)、感度時間調整回路(18)および検出出
力回路(19)に直流電源電圧Ｖccが供給される。このよう
に補助電源回路(11)から直流電源電圧Ｖccが出力される
と、まず、スイッチ回路(12)がオン状態（閉鎖状態）に
なり、変圧器(13)の一次巻線に単相交流電圧が印加され
る。これにより、変圧器(13)の二次巻線に高圧交流電圧
が発生し、これが高圧出力端子(4)(5)および接地出力端
子(6) を通して負荷機器に供給される。検出回路(14)
は、変圧器(13)の二次出力電圧を直接または分圧して検
出する。増幅回路(15)は、検出回路(14)の出力を増幅し
て、比較回路(16)に出力する。比較回路(16)は、増幅回
路(15)の出力すなわち変圧器(13)の二次出力電圧を所定
の異常判断基準値と比較し、二次出力電圧が異常判断基
準値より大きいときはＨ(High)レベルの信号を出力し、
そうでないときはＬ(Low) レベルの信号を出力する。な
お、増幅回路(15)の出力すなわち二次出力電圧の検出電
圧をS1、比較回路(16)の出力をS2とする。異常判断基準
値はたとえば静電気除去装置では変圧器(13)の定格二次
出力電圧の６０〜８０％程度が好ましく、これを外部か
ら調整できるようにする。異常判断基準値を外部から調
整できるようにすることにより、各種の負荷に適用でき
る。主動作・遮断回路(17)は、比較回路(16)の出力S2に
基づいて次のようにスイッチ回路(12)および検出出力回
路(19)を制御し、これによって変圧器(13)への交流電圧
の入力および検出出力端子(7)(8)の状態を制御する。す
なわち、比較回路(16)の出力S2がＨレベルの間は、主動
作・遮断回路(17)はスイッチ回路(12)をオン状態に保持
し、検出出力回路(19)を正常状態に保持する。これによ
り、変圧器(13)の一次巻線への交流電圧の入力が継続
し、検出出力端子(7)(8)が正常状態になる。また、比較
回路(16)の出力S2が所定の異常判断時間以上連続してＬ
レベルの状態が続けば、主動作・遮断回路(17)はスイッ
チ回路(12)をオフ状態（遮断状態）に切替え、検出出力
回路(19)を異常状態に切替える。これにより、変圧器(1
3)の一次巻線への交流電圧の入力が遮断され、検出出力
端子(7)(8)が異常状態に切替えられる。そして、検出出
力端子(7)(8)が正常状態である間は警報装置から警報は
発せられないが、検出出力端子(7)(8)が異常状態になる
と警報装置から警報が発せられる。

【００１３】変圧器(13)の二次巻線および負荷機器の短
絡や絶縁劣化などが生じると、変圧器(13)の二次出力電
圧が定格値より低下する。このような異常が生じた場
合、上記のように変圧器(13)の一次巻線への入力が遮断
され、変圧器(13)や負荷機器の焼損、連鎖故障などが早
期に防止される。このような真の異常だけではなく、瞬
時停電やノイズによっても変圧器(13)の二次出力電圧が
低下する。しかしながら、このような電源事情による電
圧低下は瞬間的であり、持続時間が短いので、上記異常
判断時間を電源事情による電圧低下の持続時間より長く
調整しておけば、電源事情などによる瞬間的な電圧低下
に影響されずに上記のような真の異常だけを検出するこ
とができる。

【００１４】図２は、上記の高圧電源装置から補助電源
回路(11)、検出回路(14)および増幅回路(15)を除いた部
分の具体的な回路の１例を示したものである。

【００１５】図２において、図１と同じ部分には同一の
符号を付している。スイッチ回路(12)において、(TR1)
はトライアック、(LE1) は第１ＬＥＤ（発光ダイオー
ド）、(PTR1)はこのＬＥＤ(LE1) とフォトカプラを構成
するフォトトライアック、(R1)〜(R3)は抵抗、(C1)はコ
ンデンサ、(D1)はダイオードである。高圧変圧器(13)に
おいて、(20)は一次巻線、(21)は二次巻線、(22)は入力
電圧切替え用タップ部、(23)はたとえばネオンランプな
どを使用した表示ランプである。比較回路(16)におい
て、(IC1) は比較器、(ZD1) は定電圧ダイオード、(VR
1) は可変抵抗である。主動作・遮断回路(17)におい
て、(Q1)〜(Q4)はトランジスタ、(R4)〜(R11) は抵抗、
(D2)はダイオード、(ZD2) および(ZD3) は定電圧ダイオ
ード、(C2)はコンデンサである。感度時間調整回路(18)
において、(C3)はコンデンサ、(R12) および(R13) は抵
抗、(D3)はダイオード、(VR2) は可変抵抗である。検出
出力回路(19)において、(Q5)はトランジスタ、(D4)はダ
イオード、(ZD4) は定電圧ダイオード、(C4)はコンデン
サ、(R14) 〜(R16) は抵抗、(24)はリレー(RL1) の励磁
コイル、(25)は常開接点である。

【００１６】次に、図２を参照して、前記の動作をさら
に詳しく説明する。

【００１７】図２において、前記のように手動スイッチ
(10)をオンして、補助電源回路(11)から直流電源電圧Ｖ
ccが出力されると、まず、主動作・遮断回路(17)の抵抗
(R6)およびコンデンサ(C2)を通じトランジスタ(Q2)が一
定時間（たとえば数百msec）オンする。トランジスタ(Q
2)がオンすると、順に、トランジスタ(Q3)がオフ、トラ
ンジスタ(Q4)がオンになる。トランジスタ(Q4)がオンに
なると、スイッチ回路(12)の第１ＬＥＤ(LE1) がオンに
なり、これによりフォトトライアック(PTR1)がオンにな
って、スイッチ回路(12)がオン状態になる。これによ
り、変圧器(13)の一次巻線(20)および表示ランプ(23)に
単相交流電圧が供給され、トランジスタ(Q2)がオンにな
っている間に、変圧器(13)の二次巻線(21)に高圧出力が
発生し、検出回路(14)および増幅回路(15)を通して変圧
器(13)の二次出力電圧の検出電圧S1が比較回路(16)の比
較器(IC1) の非反転入力端子(+) に送られる。一方、比
較器(IC1) の反転入力端子(-) には異常判断基準値に対
応する基準電圧V1が入力しており、検出電圧S1が基準電
圧V1より大きいときには比較器(IC1) の出力S2はＨレベ
ル、そうでないときには比較器(IC1) の出力S2はＬレベ
ルになる。基準電圧V1は感度レベル調整手段を構成する
定電圧ダイオード(ZD1) と可変抵抗(VR1) によって設定
され、可変抵抗(VR1) によって基準電圧V1すなわち異常
検出の感度レベルを調整することができる。

【００１８】高圧電源装置や負荷機器などに異常が生じ
ていない場合は、検出電圧S1は基準電圧V1より大きく、
比較器(IC1) の出力S2はＨレベルになる。このことによ
って、トランジスタ(Q1)がオンになり、トランジスタ(Q
2)がオフになっても、トランジスタ(Q3)(Q4)は上記の状
態に保持され、スイッチ回路(12)もオン状態に保持さ
れ、変圧器(13)の一次巻線(20)および表示ランプ(23)へ
の単相交流電圧の供給が継続される。このように比較器
(IC1) の出力S2がＨレベルになっている正常状態では、
トランジスタ(Q4)がオンになっているために、検出出力
回路(19)のトランジスタ(Q5)はオフになっており、リレ
ー(RL1) の励磁コイル(24)はオフになっている。このた
め、リレー(RL1) の接点(25)がオフになり、検出出力端
子(7)(8)は正常状態（開放状態）になっている。すなわ
ち、検出出力端子(7)(8)から正常信号が出力されてい
る。

【００１９】トランジスタ(Q1)がオンになって、トラン
ジスタ(Q2)がオフになっている状態で、高圧電源装置や
負荷機器などに異常が発生して、検出電圧S1が基準電圧
V1以下になると、比較器(IC1) の出力S2がＬレベルにな
る。比較器(IC1) の出力S2がＬレベルになると、トラン
ジスタ(Q1)がオフし、感度時間調整回路(18)のコンデン
サ(C3)に抵抗(R12) および可変抵抗(VR2) を通じ充電が
行なわれる。そして、一定の異常判定時間（たとえば数
十msec）の間連続して比較器(IC1) の出力S2がＬレベル
であれば、異常判定時間が経過したときに、コンデンサ
(C3)の電圧が定電圧ダイオード(ZD3) の降伏電圧を越
え、トランジスタ(Q3)がオンし、トランジスタ(Q4)がオ
フする。このため、第１ＬＥＤ(LE1) がオフになって、
フォトトライアック(PTR1)がオフになり、スイッチ回路
(12)がオフ状態になる。これにより、変圧器(13)および
表示ランプ(23)への入力が遮断され、変圧器(13)の二次
出力電圧は０Ｖになる。変圧器(13)の二次出力電圧が０
Ｖになると、そのままスイッチ回路(12)がオフ状態に保
持され、変圧器(13)の一次巻線(20)に入力電圧が供給さ
れることはない。このように比較器(IC1) の出力S2がＬ
レベルのまま異常判断時間が経過した異常状態では、異
常判断時間が経過してトランジスタ(Q3)がオフからオン
になると、トランジスタ(Q4)がオフし、一定時間後、検
出出力回路(19)のトランジスタ(Q5)がオンになり、リレ
ー(RL1) の励磁コイル(25)がオンになる。このため、リ
レー(RL1) の接点(25)がオンになり、検出出力端子(7)
(8)は異常状態（短絡状態）になる。すなわち、検出出
力端子(7)(8)から異常信号が出力される。検出電圧S1が
基準電圧V1以下になってから異常判定時間が経過する前
に検出電圧S1が基準電圧V1より大きい正常状態に復帰し
た場合、コンデンサ(C3)の電圧が定電圧ダイオード(ZD
3) の降伏電圧を越える前に比較器(IC1) の出力S2がＨ
レベルになり、トランジスタ(Q1)がオンになる。このた
め、トランジスタ(Q3)がオフ、トランジスタ(Q4)がオン
の状態のままに保持され、変圧器(13)への単相交流電圧
の供給が継続される。このように、瞬時停電やノイズに
より検出電圧V1が異常判断時間より短い間だけ瞬間的に
基準電圧V1より低下した場合は、異常とは判断されず、
変圧器(13)への入力は遮断されない。なお、異常判断時
間は、感度時間調整手段を構成する感度時間調整回路(1
8)の可変抵抗(VR2) によって調整される。

【００２０】トランス(13)の二次出力の異常として負荷
機器の短絡や絶縁劣化およびこれに伴うアーク放電があ
るが、放電状態のときには、検出電圧S1は異常判断時間
より非常に短い周期で基準値V1より大きい状態と基準値
V1以下の状態とを繰返し、比較器(IC1) の出力S2はＨレ
ベルとＬレベルとを繰返す。このため、トランジスタ(Q
1)はオン、オフを繰返すことになり、トランジスタ(Q1)
のオフの間にコンデンサ(C3)が充電され、コンデンサ(C
3)の電圧は時間とともに段階的に上昇する。そして、異
常判断時間が経過して、コンデンサ(C3)の電圧が定電圧
ダイオード(ZD3) の降伏電圧を越えると、トランジスタ
(Q3)がオンし、上記と同様の順の動作により、変圧器(1
3)への入力が遮断されるとともに、検出出力端子(27)(2
8)から異常信号が出力される。ダイオード(D3)は、この
ときにコンデンサ(C3)に蓄えられた電荷がトランジスタ
(Q1)のオン・オフによって放電してしまうのを阻止する
ためのものである。放電状態が異常判断時間より短い間
だけ継続して正常状態に復帰した場合は、コンデンサ(C
3)の電圧が定電圧ダイオード(ZD3) の降伏電圧を越える
ことがなく、トランジスタ(Q3)がオフ、トランジスタ(Q
4)がオンの状態の状態のままに保持され、変圧器(13)へ
の単相交流電圧の供給が継続される。すなわち、このよ
うな場合も、異常とは判断されない。

【００２１】上記のような異常状態によって変圧器(13)
の一次巻線(20)への入力が遮断され、警報装置から警報
が発せられた場合は、一旦手動スイッチ(10)をオフし、
再びこれをオンするリセット動作を行なう。スイッチ(1
0)がオフになると、補助電源回路(11)への入力も遮断さ
れるため、再びスイッチ(10)をオンすると、前に説明し
たように、一定時間だけトランジスタ(Q2)がオンにな
り、スイッチ回路(12)がオン状態になる。そして、この
ときに正常状態に戻っていれば、トランジスタ(Q2)がオ
フになる前に、トランジスタ(Q1)がオンになって、スイ
ッチ回路(12)がオン状態に保持され、変圧器(13)への単
相交流電圧の供給が継続される。リセット動作を行なっ
たときに異常状態のままであれば、トランジスタ(Q2)が
オフになってから異常判断時間が経過したときに、前に
説明したように、スイッチ回路(12)がオフ状態になり、
変圧器(13)への入力が遮断される。このようにリセット
動作を行なっても入力が遮断される場合は、異常発生箇
所の探索を行なう。たとえば、高圧電源装置に複数の静
電気除去装置を接続して除電作業を行なっているような
場合には、静電気除去装置または接続部品を順に回路か
ら取除き、その都度、上記のようなリセット動作を行な
う。そして、リセット動作によって変圧器(13)の一次巻
線(20)に正常に入力が供給されるようになった場合は、
そのときに取外した部品に異常が発生していると判断
し、それを取除くかまたは正常な部品と取替えて、除電
作業を再開する。上記の高圧電源装置では、このよう
に、異常が発生した場合に、速やかに異常箇所を取除い
て除電作業を再開することができ、静電気除去装置が稼
働していない時間を大幅に短縮することができる。

【００２２】図３は高圧電源装置の他の１例を示すブロ
ック図であり、図１のものと同じ部分には同一の符号を
付している。

【００２３】この例の高圧電源装置は、既存の高圧変圧
器(13)とこれに付加される異常検出装置(26)に分けられ
ている。異常検出装置(26)には、２つの変圧器用出力端
子(27)(28)と２つの変圧器用入力端子(29)(30)が付加さ
れており、変圧器(13)の電源入力端子(31)(32)が異常検
出装置(26)の変圧器用出力端子(27)(28)に、変圧器(13)
の高圧出力端子(33)および接地出力端子(34)が異常検出
装置(26)の変圧器用入力端子(29)(30)に接続されてい
る。そして、このように接続された状態の全体構成は、
図１の場合と同じになっている。

【００２４】

【発明の効果】この発明の高圧電源装置およびその異常
検出装置によれば、上述のように、高圧変圧器の二次出
力電圧の異常を確実に検出して、二次出力電圧異常時に
高圧変圧器への入力を遮断することができ、よって変圧
器や負荷機器の焼損、連鎖故障などを早期に防止するこ
とができる。また、高圧変圧器の二次出力電圧が所定の
異常判断時間以上連続して所定の異常判断基準値以下に
なったときに二次出力電圧異常であると判断することに
より、瞬時停電やノイズなどの電源事情などに影響され
ずに真の異常だけを検出することができ、しかもこの異
常判断時間および異常判断基準値を調整することによ
り、種々の負荷に対応することができる。さらに、検出
出力端子に警報機器などを接続して、二次出力電圧異常
時に警報を発するようにすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例を示す高圧電源装置の電気ブ
ロック図である。

【図２】図１の高圧電源装置の主要部を示す電気回路図
である。

【図３】この発明の他の実施例を示す高圧電源装置の電
気ブロック図である。

【符号の説明】

(1)(2)(3) 交流入力端子 (4)(5) 高圧出力端子 (6) 接地出力端子 (7)(8) 検出出力端子 (12) スイッチ回路 (13) 高圧変圧器 (14) 検出回路 (15) 増幅回路 (16) 比較回路 (17) 主動作・遮断回路 (18) 感度時間調整回路 (19) 検出出力回路 (20) 一次巻線 (21) 二次巻線 (26) 異常検出装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高圧変圧器、高圧変圧器の二次出力電圧を
   直接または分圧して検出する二次出力電圧検出手段、お
   よびこの二次出力電圧検出手段により検出された高圧変
   圧器の二次出力電圧が所定の異常判断時間以上連続して
   所定の異常判断基準値以下になったときに二次出力電圧
   異常であると判断して高圧変圧器への入力を遮断する入
   力遮断手段を備えており、この入力遮断手段が、上記異
   常判断時間を調整するための感度時間調整手段、上記異
   常判断基準値を調整するための感度レベル調整手段、お
   よび二次出力電圧異常時に異常信号を出力する出力端子
   を備えている高圧電源装置。
2. 【請求項２】高圧変圧器の二次出力電圧を直接または分
   圧して検出する二次出力電圧検出手段、およびこの二次
   出力電圧検出手段により検出された高圧変圧器の二次出
   力電圧が所定の異常判断時間以上連続して所定の異常判
   断基準値以下になったときに二次出力電圧異常であると
   判断して高圧変圧器への入力を遮断する入力遮断手段を
   備えており、この入力遮断手段が、上記異常判断時間を
   調整するための感度時間調整手段、上記異常判断基準値
   を調整するための感度レベル調整手段、および二次出力
   電圧異常時に異常信号を出力する出力端子を備えている
   高圧電源装置の異常検出装置。