JPH1125372A - 電力変換器の火災検知方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】電力変換器の電気部品が加熱して火災に至る前
に早期にこれを検知し、電力変換器の電気部品への損害
を極力最小限に抑える。 【解決手段】主回路導体２１ａ，２１ｂをボルト２３と
ナット２４で締め付けた接続部付近に過熱検知材２２を
塗布あるいは貼布する。過熱検知材２２はその個所にお
ける温度が最高使用温度を越すと、熱分解し粒子が空気
中に遊離する。 【効果】各電気部品が最高使用温度を越えた場合に、熱
分解し粒子が遊離する物質の過熱検知材を塗布あるいは
貼布しているので、火災の早期検知ができ、信頼性の高
い電力変換器を得ることが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイスお
よびその周辺電気部品で構成した電力変換器に係り、特
に電気部品の過熱による火災を防止するための火災検知
方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】直流送電あるいは周波数変換用などの、
大容量電力変換器の主回路構成例を図２に示す。アーム
１Ｕ〜１Ｚからなり、三相ブリッジ結線された変換器１
と、同じくアーム２Ｕ〜２Ｚからなる変換器２は直列に
接続される。そしてこれらの変換器群は、交流系統６に
接続された変換器用変圧器５ａ，５ｂと接続される。変
換器用変圧器５ａ，５ｂの二次側の出力電圧は高調波低
減のためお互いに位相をずらしている。この変換器群の
出力は、直流リアクトル７を介し、直流端子８，９によ
り他の変換器に接続される。アームは、半導体デバイス
（ここではサイリスタ）を数個直列接続したものを単位
とするモジュール３を、さらに複数個直列接続して構成
される。通常、サイリスタバルブは上，下のアームを積
み重ねて構成される。本例のように変換器が直列に接続
されている場合には、図のように二つの変換器のアー
ム、すなわち、アーム１Ｕ，１Ｘ，２Ｕ，２Ｘの四つの
アームを積み重ねて（４重積層）一つのバルブ４とす
る。アーム１Ｖ，１Ｙ，２Ｖ，２Ｙおよびアーム１Ｗ，
１Ｚ，２Ｗ，２Ｚも同様に積み重ね、計３台のバルブに
より変換器群を構成する。

【０００３】図３は、図２で述べたモジュール３内の構
成である。図において、サイリスタ１０には並列に、電
圧抑制用のスナッバコンデンサ１２とスナッバ抵抗１３
の直列回路と、直流分圧用の抵抗１４が接続される。ま
た、サイリスタ１０に直列に電流抑制用の可飽和形アノ
ードリアクトル１１が接続される。１５，１６はモジュ
ール３の出力端子である。モジュール３内のサイリスタ
１０とアノードリアクトル１１の直列回路およびモジュ
ール間の配線には主回路電流が流れるので、導体には断
面積の大きい銅バー（ブスバー）を使用する。

【０００４】このように多数の電気部品で構成されたサ
イリスタバルブ（変換器）を建家に収納した場合を図４
に示す。図には簡単のため、バルブ３台のうち１台のみ
を示してある。バルブ４は、磁器あるいはエポキシ樹脂
などの絶縁材碍子１８を介して、モジュール３を積み上
げる構造となっている。１７はバルブベース、１９は天
板で２０ａ〜２０ｃは各アームを仕切るアームベースで
ある。

【０００５】バルブ内で発生した熱は、モジュール内を
通る水冷却システム（図示せず）で吸収するが、それと
は別に建家４０内全体の空気調和のため、建家内空気を
循環させて空気の温度，湿度，塵埃などを管理してい
る。すなわち、建家４０の地下室４１に設けられた送風
機４２により、建家４０の床の空気吹き出し口４８ａ，
４８ｂから循環空気４９を送る。循環空気４９はバルブ
を含む建家全体を通過した後、吸い込み口４３に吸い込
まれダクト４５を通って空気調和機４４に送り込まれ
る。空気調和機４４では、温度，湿度があらかじめ設定
された値に整えられさらにフィルタで空気中の塵埃が除
去される。循環空気４９の温度は、冷却パイプ４６内を
通る冷却水４７によって冷却される。この循環空気４９
は、送風機４２により再び建家４０内に送り込まれる。

【０００６】火災検知は、この循環空気４９の一部をサ
ンプリングして行う。すなわち、サンプル空気５０は、
空気を導入するためのサンプリングヘッド５１により取
り込まれ、この空気をパイプ５２でセンサ５３へ送る。
センサ５３は、その空気中に含まれる粒子の状態を検知
する働きをするものである。そして、粒子の状態の情報
を監視装置５４に送り、異常な時は警報を出す。検知方
法はいろいろあるが、例えばサンプリングした空気中の
粒子を霧室内で結露させて大きくし、この粒子数の変化
を検出する方法や、あるいは、サンプリングした空気中
の粒子に光を当ててその光の減衰の度合いをみる方法な
どがある。これらの方法は、エア・サンプリング・シス
テムと呼ばれ、粒子の径がミクロンメータ以下のものま
で検出でき、従来の煙及び熱検知器に比べ桁違いに性能
がよいため検知の応答時間が速くなり、かなり初期の段
階で火災を検知できる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このエ
ア・サンプリング・システムにおいても検知できるのは
電気部品に使用されている不燃性または難燃性の材料が
高熱のために粒子を放出する時、すなわち火災初期であ
り、該当する部品やその回りの部品に大きな損害を与え
る。また、主回路導体等の接続部のゆるみによる接触抵
抗増大は接続部の過熱を引き起こし、極端な場合は接続
部が溶融してアークを発生し火災の原因となる。主回路
導体の接続部は銅のような金属のみなので、過熱しても
回りの部品が燃えるまでは検知できない。

【０００８】本発明の目的は、電気部品が過熱により火
災を発生する前、すなわち部品材料の発火温度よりも低
い温度で過熱の状態を検知し、部品の損害を阻止しよう
とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に対応する発明は、電力変換器の電気部品
に、該電気部品の最高使用温度を越すと該温度により、
粒子を遊離する物質を塗布あるいは貼布する火災検知方
式である。また、上記目的を達成するため、請求項２に
対応する発明は、塗布あるいは貼布する物質は有機絶縁
材料からなる火災検知方式である。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１に本発明の一実施例を示す電
気部品の実装図を示す。図１（ａ）において、２１ａ，
２１ｂは主回路導体であり材料は銅バーである。この主
回路導体21a,２１ｂをボルト２３とナット２４で締め付
けて接続する。主回路導体に流れる電流は大きい（数１
０００Ａになることもある）のでこの接続部が緩んでい
ると、接触抵抗によるジュール熱で過熱し、極端な場合
は接続部が溶融してアークを発生し火災の原因となる。
このため接続部付近に通常使用における最高使用温度を
越すと熱分解し、粒子が遊離する物質の過熱検知材２２
を塗布あるいは貼布する。この過熱検知材２２は絶縁
材，非絶縁材を問わずどのような材質でもよい。また、
塗布あるいは貼布する場所も前記接続部付近に限らず、
直接ボルト２３とナット２４に塗布してもよい。接続部
を含めて主回路導体の最高使用温度は普通１００℃を越
えることはないので、過熱検知材２２の熱分解温度は例
えば１５０〜２００℃程度とすれば他の電気部品に影響
を及ぼす前に過熱の検知が可能である。

【００１１】図１（ｂ）は、コンデンサ１２に過熱検知
材２２を塗布あるいは貼布した場合を示す。２６は外側
ケース、２７ａ，２７ｂは取付け金具、２８ａ，２８ｂ
は絶縁碍子、２９ａ，２９ｂは端子である。この場合は
外側ケース２６に過熱検知材２２を塗布あるいは貼布す
る。コンデンサの内部は絶縁油が満たされているので過
熱して発火する前に検知する必要がある。外側ケース２
６は一般に金属が使用されているので、過熱検知材２２
は（ａ）と同様絶縁材，非絶縁材を問わずどのような材
質でもよい。材質の熱分解温度は、絶縁油の絶縁特性が
劣化しない程度の温度とする。このようにすれば、特に
火災になると損害の大きい絶縁油の発火を防止できると
いう効果がある。

【００１２】図１（ｃ）は、アノードリアクトル１１に
過熱検知材２２を塗布あるいは貼布した場合を示す。ア
ノードリアクトル１１は鉄心に中空の銅パイプ３４ａ，
34ｂを巻き、その周囲をエポキシ樹脂３１で囲んでい
る。３２ａ，３２ｂは取付け金具、３３ａ，３３ｂは主
回路導体との接続用端子、３５ａ，３５ｂは水冷却回路
接続用端子である。このエポキシ樹脂３１に過熱検知材
２２を塗布あるいは貼布する。超難燃性のエポキシ樹脂
だと発火温度が５００℃以上、熱分解温度は350℃以上
となるので、過熱検知材２２の熱分解温度は３００℃以
下、望ましくは２５０℃前後のがよい。また、絶縁が必
要なので有機絶縁材がよい。この有機絶縁材は例えばポ
リメタクリル酸エステルがあり、加熱減量が２５％のと
きの温度でみると、ポリメタクリル酸メチルエステルと
すると２８５℃、ポリメタクリル酸エチルエステルとす
ると２３０℃と温度を変えることができる。このよう
に、絶縁が必要な場合はそれに応じた過熱検知材２２を
使用することにより、電気部品の加熱による特性劣化を
防ぐことができる。

【００１３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、各
電気部品が最高使用温度を越えた場合に、熱分解し粒子
が遊離する物質の過熱検知材を塗布あるいは貼布してい
るので、火災の早期検知ができ、信頼性の高い電力変換
器を得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す実装図。

【図２】従来例を説明するための主回路構成図。

【図３】従来例を説明するためのモジュールの構成図。

【図４】従来例を説明するためのサイリスタバルブの建
家収納説明図。

【符号の説明】

３…モジュール、４…サイリスタバルブ、１０…サイリ
スタ、１１…アノードリアクトル、１２…スナッバコン
デンサ、１３…スナッバ抵抗、２１ａ，２１ｂ…主回路
導体、２２…過熱検知材、２６…外側ケース、３１…エ
ポキシ樹脂。

フロントページの続き (72)発明者 大和 育男 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所電力・電機開発本部内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の電気部品から構成される電力変換器
   を収納した建家、該建家内を循環する空気中の物質の粒
   子の状態変化を検出することにより火災を検知する方式
   において、該電力変換器の電気部品に、該電気部品の最
   高使用温度を越すと該温度により、粒子を遊離する物質
   を塗布あるいは貼布することを特徴とする電力変換器の
   火災検知方式。
2. 【請求項２】特許請求第１項において、塗布あるいは貼
   布する物質は有機絶縁材料からなることを特徴とする電
   力変換器の火災検知方式。