(57)【要約】【課題】変圧器の中性点を接地しなくても低圧機器の対地絶縁を確保することができ、且つ接地点を共通化可能な電力変換装置を提供する。【解決手段】３相高圧電源１に接続された１次巻線２ａを有する変圧器２と、この変圧器２の２次巻線２ｂに接続された電気回路３と、変圧器２及び電気回路３を収納する接地された第１の筐体６ａと、電気回路３を収納し、第１の筐体６ａの内部に配置された第２の筐体６ｂとから構成し、第２の筐体６ｂと電気回路３の充電部をインピーダンスを介して接続するようにする。【選択図】  図１
2004194369.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高電圧の３相交流電源に接続された１次巻線及び低圧の２次巻線を有する変圧器と、
この変圧器の２次巻線に接続された電気回路と、
前記変圧器及び前記電気回路を収納する接地された第１の筐体と、
前記電気回路を収納し、前記第１の筐体の内部に配置された第２の筐体と
から構成され、
前記第２の筐体と前記電気回路の充電部を、インピーダンスを介して接続するようにしたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
高電圧の３相交流電源に接続された１次巻線及び複数個の低圧の２次巻線を有する変圧器と、
この変圧器の複数個の２次巻線に夫々接続された複数個の電気回路と、
前記変圧器及び前記複数個の電気回路を収納する接地された第１の筐体と、
前記複数個の電気回路を夫々収納し、前記第１の筐体の内部に配置された複数個の第２の筐体と
から構成され、
前記複数個の第２の筐体の夫々と前記複数個の電気回路の充電部の夫々を、インピーダンスを介して接続するようにしたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
高電圧の３相交流電源に接続された１次巻線及び低圧の２次巻線を有する変圧器と、
この変圧器の２次巻線に接続された電気回路と、
前記変圧器を収納する接地された第１の筐体と、
前記電気回路を収納する第２の筐体と、
この第２の筐体を収納する接地された第３の筐体と
から構成され、
前記第２の筐体と前記電気回路の充電部を、インピーダンスを介して接続するようにしたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
高電圧の３相交流電源に接続された１次巻線及び複数個の低圧の２次巻線を有する変圧器と、
この変圧器の複数個の２次巻線に夫々接続された複数個の電気回路と、
前記変圧器を収納する接地された第１の筐体と、
前記複数個の電気回路を夫々収納する複数個の第２の筐体と、
この複数個の第２の筐体を一括して収納する接地された第３の筐体と
から構成され、
前記複数個の第２の筐体の夫々と前記複数個の電気回路の充電部の夫々を、インピーダンスを介して接続するようにしたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
前記電気回路は、交流から直流に電力を変換するコンバータ回路を具備し、前記充電部は前記コンバータ回路の直流出力の中間電位部としたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記変圧器の１次巻線の電流、電圧、及び温度の少なくとも１つ、並びに前記電気回路の出力電流及び出力電圧の少なくとも１つを監視する監視回路の基準電位部を、前記第１の筐体にインピーダンスを介して接続したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記変圧器の２次巻線と前記電気回路を接続する３相結線のうち任意の２相の電流を検出する手段、及び任意の２相の電流を遮断する手段の少なくとも１つを設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電力変換装置に係り、特に、変圧器の１次巻線に高電圧を入力し、低電圧を出力する２次巻線に半導体電力変換回路等の電気回路が接続された電力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
変圧器の１次巻線に高電圧を入力し、２次巻線から低電圧を出力し、この低電圧側に電力変換回路等の電気回路を接続する方式は、例えば産業用の電動機ドライブ装置などで使用されている。このような方式では、変圧器の低圧側の中性点を接地するのが通常であった（例えば非特許文献１参照。）。これは、高電圧の１次巻線側と低電圧の２次巻線側が万一絶縁破壊などで接触するような事態（これを混触事故と称する。）があっても、低圧側の対地電位が高電圧とならないようにすることが主目的である。
【０００３】
しかしながら、変圧器の低圧側の２次巻線の中性点を接地すると、電気回路あるいは電動機の内部で地絡事故があった場合、過大な地絡電流が流れる場合があった。
【０００４】
また、上記地絡電流による中性点電位の変動の影響を受けないようにするため、
変圧器を収納する筐体及び電気回路を収納する筐体の接地は、前述の中性点の接地極とは異なる接地極に接続するようにしていた。更に、電源投入時等の過渡現象により、筐体の電位変動によるノイズが監視機器に悪影響を及ぼす場合があったが、これを軽減させるため、変圧器を収納する筐体の接地極と電気回路を収納する筐体の接地極を分離する場合もあった。このように、過渡変動等による対地電位の変動による回路の誤動作を防止するために接地点を分離する技術は、例えば特許文献１に記載されている。
【０００５】
【非特許文献１】
オーム社編、「２００１年秋版電気設備技術基準・解釈」、オーム社、平成１３年７月１５日、Ｐ．  ４、Ｐ．  ５１−５２
【０００６】
【特許文献１】
特公平２−２１２０６号公報（第２頁、第２図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、従来技術では２次巻線の３相中性点電位を接地することにより変圧器の２次側の電気回路を接地し、混触事故が発生した場合であっても、低圧機器の電気回路と、大地または筐体間に高電圧が発生しないようにしている。しかしながら、地絡電流による筐体の電圧上昇を抑えるための３相中性点の接地は、筐体の接地とは独立して設ける必要があり、また、過渡的な電位変動が低圧側に影響を及ぼさないように変圧器を収納する筐体の接地極と、電気回路を収納する筐体の接地極とを分離することが望まれていた。このように接地極を３個も設けると、接地工事が複雑になり、装置の据付配線工事に多大な労力やコストを要していた。
【０００８】
また、上記のように変圧器の筐体と電気回路の筐体の接地を分離すると共に、変圧器及び電気回路の動作状態を監視するための検出回路を設けて監視回路を共通にすると、２つの検出回路の対地電位差が異なるために監視回路が誤動作する恐れがあり、変圧器の監視回路と電気回路の監視回路を共通にすることができなかった。
【０００９】
更に、２次巻線の３相中性点電位を接地した場合、２次巻線出力や、電気回路に地絡故障が発生した時に、地絡点と３相中性点間の２点で大地と繋がり、このループには２次巻線の相電圧が印加されて大きな地絡電流が流れるが、３相の何れの相で地絡が発生しても、この地絡電流を検出し遮断することが必要である。従って安全のため、必ず３相全相にヒューズ等の地絡故障電流を遮断する機能を付加する必要があった。
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、変圧器の中性点を接地することなく低圧機器の対地絶縁を確保することができ、且つ接地点を共通化可能な電力変換装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の第１の発明は、高電圧の３相交流電源に接続された１次巻線及び低圧の２次巻線を有する変圧器と、この変圧器の２次巻線に接続された電気回路と、前記変圧器及び前記電気回路を収納する接地された第１の筐体と、前記電気回路を収納し、前記第１の筐体の内部に配置された第２の筐体とから構成され、前記第２の筐体と前記電気回路の充電部を、インピーダンスを介して接続するようにしたことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の第２の発明は、高電圧の３相交流電源に接続された１次巻線及び複数個の低圧の２次巻線を有する変圧器と、この変圧器の複数個の２次巻線に夫々接続された複数個の電気回路と、前記変圧器及び前記複数個の電気回路を収納する接地された第１の筐体と、前記複数個の電気回路を夫々収納し、前記第１の筐体の内部に配置された複数個の第２の筐体とから構成され、前記複数個の第２の筐体の夫々と前記複数個の電気回路の充電部の夫々を、インピーダンスを介して接続するようにしたことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の第３の発明は、高電圧の３相交流電源に接続された１次巻線及び低圧の２次巻線を有する変圧器と、この変圧器の２次巻線に接続された電気回路と、前記変圧器を収納する接地された第１の筐体と、前記電気回路を収納する第２の筐体と、この第２の筐体を収納する接地された第３の筐体とから構成され、
前記第２の筐体と前記電気回路の充電部を、インピーダンスを介して接続するようにしたことを特徴とする。
【００１４】
更に、本発明の第４の発明は、高電圧の３相交流電源に接続された１次巻線及び複数個の低圧の２次巻線を有する変圧器と、この変圧器の複数個の２次巻線に夫々接続された複数個の電気回路と、前記変圧器を収納する接地された第１の筐体と、前記複数個の電気回路を夫々収納する複数個の第２の筐体と、この複数個の第２の筐体を一括して収納する接地された第３の筐体とから構成され、前記複数個の第２の筐体の夫々と前記複数個の電気回路の充電部の夫々を、インピーダンスを介して接続するようにしたことを特徴とする。
【００１５】
本発明によれば、２次巻線の中性点を接地することなく、また、高圧または低圧の接地極をそれぞれ専用に設けることなく、１次巻線と２次巻線が混触した場合にも低圧機器の対地絶縁を確保することができる電力変換装置を提供することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１７】
（第１の実施の形態）
図１は本発明による電力変換装置の第１の実施の形態を示す回路構成図である。
【００１８】
高電圧の３相電源１から変圧器２を介して３相交流電力を電気回路３に供給する。
【００１９】
変圧器２は１次巻線２ａと２次巻線２ｂとを有し、２次巻線２ｂには３相のうち２相に接続されたヒューズ４介して電気回路３が接続されている。電気回路３は、パワーデバイス３ａをブリッジ接続したコンバータ回路と、その直流出力に並列に接続されている抵抗器９ａと９ｂから成る直列回路、及び負荷３ｂから構成されている。
【００２０】
変圧器２及び電気回路３は共通の筐体６ａに収納されており、この筐体６ａは接地極７ａに接続され接地されている。また、筐体６ａの内部には、電気回路３を収納した第２の筐体６ｂが配置されており、この筐体６ｂは、前述した抵抗器９ａと９ｂから成る直列回路の中点に接続されている。
【００２１】
変圧器２の入力電流は交流変流器ＣＴ１により検出され、また、電気回路３の負荷電流は直流変流器ＣＴ２により検出され、両者共監視回路５ａの入力となっている。監視回路５ａの基準電位は接地抵抗８ａを介し筐体６ａに接続されている。
【００２２】
以上の様な回路構成を採用し、筐体６ｂの電位を電気回路３の充電部の電位に固定することにより、変圧器の１次巻線と２次巻線に混触事故が発生した場合でも、筐体６ｂと電気回路３の間には高電圧が印加しなくなる。従って、電気回路３と筐体６ｂの絶縁耐圧は電気回路３の電圧だけで決まるため、電気回路３は低圧機器の絶縁設計基準を採用することが可能となる。この場合、筐体６ａと筐体６ｂの間の絶縁耐力は高圧化しておく。更に、筐体６ｂを、パワーデバイス３ａをブリッジ接続したコンバータ回路の直流出力電圧の中性点と接続する様にすれば、上記絶縁耐圧を低く抑えることができる。
【００２３】
尚、図１では、負荷３ｂを電気回路３の内部に含めて筐体６ｂ内に収納した構成としているが、例えば負荷３ｂが電動機であるような場合、負荷３ｂは筐体６ａ及び筐体６ｂの外部に配置する構成としても良い。
【００２４】
このように、本実施の形態によれば、１つの接地極７ａだけの構成が可能となり、変圧器２次巻線中性点、変圧器の筐体、及び電気回路の筐体と３箇所の接地極を必要としていた従来装置に比較し、接地配線、接地極の設置等、装置の据付配線工事が極めて容易となる。
【００２５】
また、変圧器２の１次巻線２ａに電源が投入された場合に、変圧器２の１次側と筐体６ａ間の浮遊容量や変圧器２の１次側と２次側回路の浮遊容量により、筐体６ａ及び、２次側回路は過渡的に大地に対して電圧変動を発生するが、監視回路５ａを含む全ての回路が筐体６ａに浮遊容量または接地インピーダンスを介して接続されているため、回路間での電位差の発生は少なくなる。従って、監視回路５ａを共通化しても監視回路５ａは正常に動作する。
【００２６】
尚、上記構成では、変圧器２及び電気回路３の動作状態を監視するための検出器は電流検出器を使用した例を示しているが、これは電圧あるいは温度を検出する検出器でも良く、またこれらを組み合わせて監視するようにしても良い。
【００２７】
更に、電気回路３に地絡故障が発生したときに、地絡点だけが大地に接続されるが、従来のように変圧器２の２次巻線２ｂの中性点が接地されていないので地絡電流が流れるループが形成されない為、地絡電流を遮断する必要性が無くなる。従って、故障電流の検出または遮断機能は、線間短絡故障時の短絡電流の遮断を専ら行えば良く、図１に示すようにヒューズ４は３相のうち任意の２相に設けるだけで足りる。また、ヒューズ４を省略し、３相のうち任意の２相の電流を検出し、その異常値により、変圧器２の入力の図示しないしゃ断器を作動させるようにする構成も採用できる。
【００２８】
（第２の実施の形態）
図２は本発明の第２の実施の形態に係る電力変換装置の回路構成図である。この第２の実施の形態の各部について、図１の第１の実施の形態に係る電力変換装置の各部と同一の部分は同一符号で示し、その説明を省略する。この第２の実施の形態が、第１の実施の形態と異なる点は、図１の筐体６ａに代えて、変圧器２を収納し、接地極７ｂに接続された筐体６ｃを設け、電気回路３及びこの電気回路３を収納する筐体６ｂを筐体６ｄ内に一括して収納し、この筐体６ｄを接地極７ｄに接続し点と、監視回路５ａに代えて、筐体６ｃに接地抵抗８ｂを介して接続するようにした監視回路５ｂを設けた点、更に筐体６ｄに接地抵抗８ｃを介してを接続するようにした監視回路６ｃ点を設けた点である。
【００２９】
この第２の実施の形態は、変圧器２と電気回路３の設置場所が離れ、これらを収納する筐体を列盤配置することが困難な場合に有効である。尚、図２では接地極７ｂと７ｃを別のものとしているが、これらは１つに共通化しても良い。この場合には１つの接地極、例えば７ｂに筐体６ｃ及び６ｄを接地線で接続する。
【００３０】
このような構成を採用しても、第１の実施の形態と同じように、電気回路３と筐体６ｄの絶縁は低圧機器の絶縁設計基準で良く、１つまたは２つの接地極だけの構成が可能となり、３つの接地極を必要とした従来装置に比較し、接地配線、接地極の設置等の装置の据付配線工事が容易となる。
【００３１】
また、電気回路３に地絡故障が発生したときに、地絡点だけが大地に接続されるが、従来のように変圧器２の２次巻線２ｂの中性点が接地されていないので地絡電流が流れるループは形成されない。従って、地絡電流を遮断する必要は無く、故障電流の検出または遮断機能については、線間短絡故障時の短絡電流の遮断を考慮すれば良く、電流検出または遮断機能は任意の２相に設けるだけで足りる。
【００３２】
以上の第１及び第２の実施の形態の説明では、変圧器２の２次巻線２ｂ、これに接続される電気回路３、及びこの電気回路３を収納する筐体６ｂは夫々１つとしていたが、これら全てが複数個あるような構成としても良い。この場合は複数個ある２次巻線２ｂの夫々に電気回路３が接続され、筐体６ｂが夫々の電気回路３を別個に収納するような構成となる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の電力変換装置によれば、変圧器の中性点を接地することなく低圧機器の対地絶縁を確保することができ、且つ接地点を共通化可能な電力変換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る電力変換装置の回路構成図。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る電力変換装置の回路構成図。
【符号の説明】
１  ３相高圧電源
２  変圧器
２ａ  １次巻線
２ｂ  ２次巻線
３  電気回路
３ａ  パワーデバイス
３ｂ  負荷
４  ヒューズ
５ａ、５ｂ  監視回路
６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ  筐体
７ａ、７ｂ、７ｃ  接地極
８ａ、８ｂ、８ｃ  接地抵抗
９ａ、９ｂ  抵抗器
【図１】
2004194369.tif 000003
【図２】
2004194369.tif 000004