JPH09293630A - 電力用コンデンサ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電力用コンデンサにリアクトル機能を付与す
ることにより力率調整用の電力用コンデンサ設備の小型
化を図る。 【構成】 帯状の電極薄板１，３と絶縁シート２，４と
を重ねて、さらに２重に積層した積層帯状物Ａを所定回
数筒状に巻回するとともに、積層帯状物Ａの１層の電極
薄板１の巻始端部Ｓと他層の電極薄板３の巻終端部Ｅに
電極端子５，６を取り付けたコンデンサ素子１０を、ギ
ャップ付鉄心５０に嵌装し、電極端子５，６を３相結線
し、電力用コンデンサにリアクトルの機能を付与する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電力需要家において負
荷力率改善や高調波吸収フィルターに使用される電力用
コンデンサにリアクトル機能を付与した電力用コンデン
サ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より電力需要家においては、電力を
有効に利用して経済効率を高めるとともに、省エネルギ
ーをはかるような点から図７のように、電力用コンデン
サ３０１（以後、コンデンサという）を配電系統に設置
し力率を改善している。そして、負荷変動に応じ遮断器
を介して配電系統にコンデンサの投入，開放をするた
め、通常直列リアクトル３０２（以後、リアクトルとい
う）をコンデンサに直列に接続し、コンデンサ３０１を
配電系統に投入するときの突入電流を制限したり、開放
するときの前記遮断器の再点弧を防止していた。なお配
電系統の電源電圧が高調波を含んでいると、高調波電流
が流入してコンデンサ３０１が加熱したり、系統の電圧
や電流の波形の歪を助長する場合があるので、第５調波
を共振させて波形の歪みを防止するためこのリアクトル
３０２はコンデンサ３０１のオーム数に対し６％のもの
が一般的に用いられる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】力率改善のためコンデ
ンサを配電系統に接続するときは、通常リアクトルも付
属して接続されており、今日より３０年程前までは、リ
アクトルの大きさはコンデンサの１／１０程度で全体に
バランスのとれたコンデンサ設備であった。しかし、そ
の後コンデンサはオールフィルム化を始めとする技術改
善により大幅な小形化，低損失化が進んだ。

【０００４】それに対し、リアクトルは小形化すること
があまりできず、図７に示す６．６ｋＶ，２００ｋＶＡ
のコンデンサ設備例を見ると、付属品であるリアクトル
が本体であるコンデンサの３倍程度の大きさ（容積，重
量）であり、コンデンサ設備の改善が必要で、特にコン
デンサ設備の小形化は、このコンデンサ設備をキュービ
クル内に収納する場合に重要な要件となっている。

【０００５】本発明は、前記の問題点に鑑み、コンデン
サにリアクトル機能を付与して小形化をはかるようにし
た電力用コンデンサ装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記の課題を
解決するため、請求項１に記載の構成については、帯状
の電極薄板と絶縁シートとを重ね合せて、これを２層に
積層した積層帯状物を所定回数筒状に巻回するととも
に、前記積層帯状物の電極薄板の電極端子を１層におい
ては巻始端部に、他層においては巻終端部にそれぞれ接
続してコンデンサ素子を形成し、このコンデンサ素子を
鉄心脚に所定のギャップを具備した鉄心に嵌装し、前記
コンデンサ素子の電極端子を３相結線としたことを特徴
としている。

【０００７】請求項２に記載の構成については、帯状の
電極薄板と絶縁シートとを重ね合せて、これを２層に積
層した積層帯状物を分割して所定回数筒状に巻回すると
ともに、前記分割した各積層帯状物の電極薄板の電極端
子を１層においては巻始端部に、他層においては巻終端
部にそれぞれ接続してコンデンサ素子を形成し、更に、
巻始端部の電極端子と、巻終端部の電極端子を各々１括
接続するとともに、このコンデンサ素子を鉄心脚に所定
のギャップを具備した鉄心に嵌装し、前記１括接続した
コンデンサ素子の電極端子を３相結線としたことを特徴
としている。

【０００８】

【作用】請求項１の発明では、帯状の電極薄板に絶縁シ
ートを重ね合わせてこれを２層に積層することにより、
この積層帯状物の電極薄板において、１層の電極薄板の
長手方向の端部に接続された入力用電極端子に交流電圧
を印加すると、この電極薄板には、通電側の端部から長
手方向の他端部に向かって電流が流れる。この時、他層
の電極薄板においては、前記入力用の電極端子に対し長
手方向の他の端部に接続された出力用の電極端子に向か
って、電極端子の接続されていない長手方向の端部から
電流が流れるので、この積層帯状物の電極薄板では全体
として長手方向にかつ、同方向で電流が流れることにな
る。そして、この積層帯状物をギャップ付鉄心に巻回す
ることにより、鉄心が飽和しない範囲の電流に対してリ
アクタンスを一定に保つことができる。

【０００９】請求項２の発明では、所定の静電容量を有
す積層帯状物をギャップ付鉄心に巻回すると、静電容量
によっては巻回数が多くなりリアクタンスが過剰となる
ので、それを防ぐため積層帯状物を分割してギャップ付
鉄心に巻回している。この場合、積層帯状物を分割して
ギャップ付鉄心に巻回し、分割された積層帯状物を並列
接続すると、巻回された各積層帯状物のリアクタンス
が、ギャップ付鉄心に対し並列回路となるので、全体と
してリアクタンスを減らすことができる。そのため、積
層帯状物の分割数やギャップ付鉄心のギャップ長を調節
することにより所定の静電容量を保ったまま、過剰なリ
アクタンスを所定の値まで減少することができる。

【００１０】

【実施例】本発明の第１実施例を、図１ないし４に示
す。図４に示す電力用コンデンサ装置１００は、図１に
示すように、帯状のアルミニウム等非磁性薄板から成る
電極薄板１，３と、帯状の絶縁紙や絶縁フィルムから成
る絶縁シート２，４とを図１（ａ）に示すように重ね合
せ、これを、更に２層に積層して構成した積層帯状物Ａ
を、絶縁筒７を巻芯として、図示しない巻線機を用いて
図１（ｂ）に示すように筒状に所定回数巻回するととも
に、この積層帯状物Ａの電極薄板１においては巻始端部
Ｓに、電極薄板３においては巻終端部Ｅに、それぞれ図
１（ｃ）のように、電極端子５，６を冷間圧着等の手段
により止着して設けたコンデンサ素子１０と、図３に示
すように、けい素鋼板を３脚鉄心構造に積層するととも
に、前記コンデンサ装置１０を嵌装する各鉄心脚５１に
ギャップ５４を形成した３脚鉄心構造のギャップ付鉄心
５０とからなる。

【００１１】そして、前記ギャップ付鉄心５０の各鉄心
脚５１にコンデンサ素子１０をそれぞれ嵌装して、これ
を図４で示すように、絶縁油１０４を満たした密封容器
２００に収容設置し、更に、コンデンサ素子１０から導
出した電極端子５，６をそれぞれ３相結線処理して電力
用コンデンサ装置１００を構成するもので、図４中２０
３は密封容器２００の蓋体２０１に取付けたブッシング
である。

【００１２】次に、前述したコンデンサ素子１０の構成
を詳述する。最初に積層帯状物Ａは、図１（ａ）に示す
ように、電極薄板１、絶縁シート２、電極薄板３、絶縁
シート４の順序で積層することにより構成されている。
そして、前記積層帯状物Ａを構成する絶縁シート２，４
は、帯状の絶縁紙や絶縁フィルムからなり、また、電極
薄板１，３は、アルミニウム，銅等非磁性薄板を用いて
いる。更に、積層帯状物Ａの巻芯となる絶縁筒７は、絶
縁紙やプレスボードからなるシート状の絶縁物を脚鉄心
５１の形状に合せて巻回して形成する。電極端子５，６
は、電極薄板１，３の長手方向の１方の端部にアルミニ
ウムや銅の線又は条を用いて冷間圧着等により電気的に
接続する。前記積層帯状物Ａは絶縁筒７に巻回後、その
外周に接着剤を塗布した絶縁テープ８を巻回してコンデ
ンサ素子１０を形成するものである。

【００１３】ギャップ付鉄心５０はけい素鋼板を積層し
た３脚鉄心からなり、鉄心脚５１には、一つまたは複数
のギャップ５４が形成されており、このギャップ５４
は、振動や騒音を防止するため、フェノール樹脂積層
板、あるいは、プレスボードなどの図示しない間隔片を
ギャップ５４に挿入して鉄心脚５１と間隔片の相互間を
接着剤で強固に接着固定する。

【００１４】ギャップ付鉄心５０は、図３のように、各
鉄心脚５１にコンデンサ素子１０を嵌装後、鉄心脚５１
に上部ヨーク鉄心５２を接合させて閉磁路を構成してい
る。

【００１５】コンデンサ素子１０を嵌装したギャップ付
鉄心５０は、図４に示すように、ギャップ付鉄心５０を
固定するクランプ１０１，１０２において、上部クラン
プ１０１と蓋体２０１間を連結するスタッド１０３を介
して、蓋体２０１に垂設されている。また、コンデンサ
素子１０の電極端子５，６においては、図４の３相Ｙ結
線例の場合、巻始端部Ｓの電極端子５は、印加側として
蓋体２０１に取り付けたブッシング２０３に接続され、
更に、電極端子６は中性点側として３相を１括接続され
ている。

【００１６】次に動作について説明する。本発明の電力
用コンデンサ１００装置において、コンデンサ素子１０
の等価回路は図２（ｂ）で示すように、コンデンサ５ａ
を多数並列接続させたものとなる。そのため、このコン
デンサ素子１０の電極端子５，６間に交流電圧を印加す
ると、このコンデンサ素子１０の電極薄板上をオーム損
失（Ｉ² Ｒ損）として、電流ｉが流れるので、この電流
ｉの流れのようすを、コンデンサ素子１０の等価回路と
して示す図２（ｂ）中に矢印で示した。この電流の電極
薄板１，３上での密度分布は図２（ｃ）に示す通りで、
積層帯状物Ａを流れる電流は、図２（ｃ）において、
（１）と（２）を合計した（３）で示される密度分布が
一様な電流とみなすことができる。

【００１７】この電流により、積層帯状物Ａを巻回した
コンデンサ素子１０は、その巻芯部に発生する磁束によ
りリアクタンスを生じるので、この磁束を巻芯部に設置
したギャップ付鉄心５０の各鉄心脚５１に通すことによ
り、前記鉄心５０自体が飽和しない範囲の電流に対しリ
アクタンスを一定に保つことができる。この結果、所定
の静電容量を有す帯状積層物Ａの巻回数や、コンデンサ
素子１０を嵌装するギャップ付鉄心５０のギャップ長５
４を任意調整することにより、所定のリアクタンスを有
すことが可能となり、この結果、電力用コンデンサにリ
アクトル機能を容易に付与することができる。

【００１８】次に、第２実施例は積層帯状物Ａを分割し
た場合で、その説明図を図５に示す。同図に示したコン
デンサ素子２０は、積層帯状物Ａを長手方向に対し垂直
方向で分割（図面では２分割）し積層帯状物Ｂ１，Ｂ２
とし、それらを絶縁筒１７を巻芯として積層帯状物Ｂ１
を巻回後、続けて積層帯状物Ｂ２を巻回するとともに、
積層帯状物Ｂ１，Ｂ２において、各々巻始端部Ｓと巻終
端部Ｅには、第１実施例と同じ配置で電極端子１５，１
６，１５’，１６’を止着している。なお、積層帯状物
Ｂ２は、積層帯状物Ｂ１を巻回後、その上に続けて巻回
するが、この時電極端子１５と電極端子１５’、および
電極端子１６と電極端子１６’が各々、図５（ｃ）に示
すような重なった位置関係となるように巻回されてい
る。巻回後、巻始端部Ｓの電極端子１５，１５’と巻終
端部Ｅの電極端子１６，１６’は各々、１括接続すると
ともに、各端子を１つの端子１９，１９’に溶接などで
止着して引き出している。このコンデンサ素子２０は、
第１実施例と同様にギャップ付鉄心５０に嵌装後、３相
結線し、ブッシング２０３に接続後、絶縁油１０４を満
たした密封容器２００に収納されている。

【００１９】第３実施例は第２実施例の変形例でその説
明図を図６に示す。同図に示したコンデンサ素子３０
は、第２実施例で用いた積層帯状物Ｂ１，Ｂ２に実施例
２と同様に電極端子１５，１５’，１６，１６’を止着
するとともに、積層帯状物Ｂ１に積層帯状物Ｂ２を積層
後、それらを絶縁筒２７を巻芯として巻回している。巻
回後は第２実施例と同様、巻始端部Ｓの電極端子１５，
１５’および巻終端部Ｅの電極端子１６，１６’を各々
１括接続するとともに、各端子を１つの端子１９，１
９’に溶接して引き出している。このコンデンサ素子３
０は、第１実施例と同様にギャップ付鉄心５０に嵌装
後、３相結線し、ブッシング２０３に接続後絶縁油１０
４を満たした密封容器２００に収納されている。

【００２０】コンデンサ素子１０は、所定の静電容量を
得るために長尺状の積層帯状物Ａを第１実施例のように
多数回、巻回している。そのため、第１実施例のように
積層帯状物Ａを多数回、巻回したコンデンサ素子１０を
ギャップ付鉄心５０に嵌装し、リアクタンス機能を付与
すると、積層帯状物Ａの巻回数によっては、高調波電流
の流入抑制に必要なリアクタンス（コンデンサのオーム
数の６％）以上となり過剰となることがある。

【００２１】それに対し、第２，第３実施例では、積層
帯状物を分割に巻回し並列接続としているので、第１実
施例と同じ静電容量を確保するとともに、分割に巻回す
ることにより積層帯状物は鉄心に対し並列回路となりリ
アクタンスを減ずることができるので、分割数を調整す
ることにより、所定のリアクタンスを得ることができ
る。

【００２２】第３実施例では、積層帯状物Ｂ１，Ｂ２を
積層して同時に巻回するので、巻回数を第２実施例の約
１／２に短縮できる。ただし積層厚が２倍となっている
ので巻回開始時は多少作業性が低いが、これは、作業者
が熟練すれば解消できる。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、コンデンサの電極とな
る電極薄板がリアクトルのコイルを兼ることによりコン
デンサにリアクトル機能を付与することができる。従っ
て、従来コンデンサとリアクトルで別々のタンクを必要
としていたものを一つにすることができる。

【００２４】また、その結果として、ブッシングも、別
々のタンクの場合３相Ｙ結線仕様で９本（リアクトルで
６本，コンデンサで３本），３相△結線仕様で１２本
（リアクトルで６本，コンデンサで６本）必要であった
が、タンクが一つになったことにより、３相Ｙ結線仕様
および３相△結線仕様のいずれも３本に減らすことがで
きる。そのため、調相設備として電力用コンデンサ装置
をキュービクルに収納する場合は、キュービクル自体も
その設置面積や体積および重量を軽減することができ
る。

【００２５】更に、キュービクルを建物内に設置すると
きはその専有面積が縮少され、建物の有効利用もできる
ので調相設備導入のトータルコストの低減を図れるとい
った効果が生じる。以上は調相設備について述べたが、
類似の構成である直列共振形の高調波吸収フィルタ等に
ついても同様である。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例のコンデンサ素子の説明図並びに斜
視図である。

【図２】第１実施例のコンデンサ素子の説明図と等価回
路図並びに電極薄板の電流分布図である。

【図３】ギャップ付鉄心の正面図である。

【図４】第１実施例の３相Ｙ結線で使用される電力用コ
ンデンサ装置の断面図である。

【図５】第２実施例のコンデンサ素子の説明図並びに斜
視図である。

【図６】第３実施例のコンデンサ素子の説明図並びに斜
視図である。

【図７】従来の３相Ｙ結線で使用される電力用コンデン
サ装置の斜視図である。

【符号の説明】

１，３，１１，１３，１１’，１３’ 電極薄板 ２，４，１２，１４，１２’，１４’ 絶縁シート ５０ ギャップ付鉄心 ５２，５３ ヨーク鉄心 ５５ 接合部 １０１ 上部クランプ １０２ 下部クランプ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 帯状の電極薄板と絶縁シートとを重ね合
   せて、これを２層に積層した積層帯状物を所定回数筒状
   に巻回するとともに、前記積層帯状物の電極薄板の電極
   端子を１層においては巻始端部に、他層においては巻終
   端部にそれぞれ接続してコンデンサ素子を形成し、この
   コンデンサ素子を鉄心脚に所定のギャップを具備した鉄
   心に嵌装し、前記コンデンサ素子の電極端子を３相結線
   としたことを特徴とする電力用コンデンサ装置。
2. 【請求項２】 帯状の電極薄板と絶縁シートとを重ね合
   せて、これを２層に積層した積層帯状物を分割して所定
   回数筒状に巻回するとともに、前記分割した各積層帯状
   物の電極薄板の電極端子を１層においては巻始端部に、
   他層においては巻終端部にそれぞれ接続してコンデンサ
   素子を形成し、更に、巻始端部の電極端子と、巻終端部
   の電極端子を各々１括接続するとともに、このコンデン
   サ素子を鉄心脚に所定のギャップを具備した鉄心に嵌装
   し、前記１括接続したコンデンサ素子の電極端子を３相
   結線としたことを特徴とする電力用コンデンサ装置。