(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３相系統の各相線それぞれに２個の抵抗の一端及び直列リアクトルの一端を接続し、
前記両抵抗の他端にそれぞれ主キャパシタの一端を接続し、
前記直列リアクトルの他端と前記両抵抗の他端との間にそれぞれ副キャパシタを設け、
各相の一方の前記主キャパシタの他端をスター結線して非接地の一方の中性点を形成し、
各相の他方の前記主キャパシタの他端をスター結線して前記一方の中性点に接続された非接地の他方の中性点を形成し、
前記両中性点間の電流から前記主キャパシタ，前記副キャパシタの故障を検出する手段と、
前記故障の検出により各相の前記両抵抗の一端及び前記直列リアクトルの一端を前記系統から切り離す手段と
を備えたことを特徴とするハイパスフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力用の交流フィルタとしてのハイパスフィルタに関し、詳しくは、そのキャパシタの故障対策に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、サイクロコンバータ，アーク炉，サイリスタ設備等の電力設備は３次，５次，７次等の整数次の高調波及びそれらの中間次数の非整数次の高調波を発生し、これら複数次数の高調波を吸収して電力系統への影響を防止するため、従来、図３に示すいわゆる高次の交流フィルタ構成のハイパスフィルタが用いられる。
【０００３】
この従来フィルタにおいては、３相系統１の各相線１ａ，１ｂ，１ｃの各接続点ａ，ｂ，ｃに遮断器２ａ，２ｂ，２ｃを介して各相の抵抗３ａ，３ｂ，３ｃの一端及び直列リアクトル４ａ，４ｂ，４ｃの一端を接続し、抵抗３ａ〜３ｃの他端に各相の２個の主キャパシタ５ａと６ａ，５ｂと６ｂ，５ｃと６ｃの一端を接続する。
【０００４】
なお、キャパシタ５ａ〜５ｃとキャパシタ６ａ〜６ｃとは同一又は異なる容量である。
【０００５】
また、各相の一方のキャパシタ５ａ〜５ｃの他端がスター結線（星形結線）されて非接地の一方の中性点７を形成し、各相の他方の主キャパシタ６ａ〜６ｃの他端がスター結線されて非接地の他方の中性点８を形成し、両中性点７，８を計器用変流器９を介して接続線１０により接続する。
【０００６】
さらに、各相の抵抗３ａ〜３ｃの他端と直列リアクトル４ａ〜４ｃの他端との間に、副キャパシタ１１ａ，１１ｂ，１１ｃを設ける。
【０００７】
なお、副キャパシタ１１ａ〜１１ｃの容量は、例えば主キャパシタ５ａ〜５ｃ，６ａ〜６ｃの合成容量の１／１０程度である。
【０００８】
そして、抵抗３ａ〜３ｃ及び直列リアクトル４ａ〜４ｃ，主キャパシタ５ａ〜５ｃ，６ａ〜６ｃ，副キャパシタ１１ａ〜１１ｃが形成する高調波直列共振回路により、各相の一定周波数以上の周波数の複数次数の高調波が吸収されて減衰する。
【０００９】
このとき、抵抗３ａ〜３ｃにより前記高調波直列共振回路の特性（ハイパスフィルタ特性）が調整されて設定される。
【００１０】
つぎに、直列接続された直列リアクトル４ａ〜４ｃと副キャパシタ１１ａ〜１１ｃとは、系統１の基本波において、直列リアクトル４ａ〜４ｃのリアクタンスＸL （複素数表記ではｊＸL）（Ω）の絶対値｜ＸL｜と、副キャパシタ１１ａ〜１１ｃのリアクタンスＸｃ（複素数表記では−ｊＸｃ）（Ω）の絶対値｜Ｘｃ｜とが等しく、その直列合成リアクタンス（ｊＸL −ｊＸｃ）が０になって基本波直列共振回路を形成する。
【００１１】
そして、直列リアクトル４ａ〜４ｃ，副キャパシタ１１ａ〜１１ｃが各相の基本波電流に対して抵抗３ａ〜３ｃのバイパス路（短絡路）を形成し、各相の基本波電流は抵抗３ａ〜３ｃを通らず、直列リアクトル４ａ〜４ｃ，副キャパシタ１１ａ〜１１ｃを通る。
そのため、抵抗３ａ〜３ｃの基本波損失が大幅に低減されて少なくなる。
【００１２】
つぎに、主キャパシタ５ａ〜５ｃ，６ａ〜６ｃに故障が発生した場合について説明する。
まず、故障のない正常時は、中性点７，８それぞれの基本波の３相電流が３相平衡状態にあり、ほぼ０になることから、中性点７，８間の中性点電流がほぼ０になり、接続導体１０に電流は流れない。
【００１３】
つぎに、主キャパシタ５ａ〜５ｃ，６ａ〜６ｃのいずれかに短絡等の故障が発生し、前記３相電流が３相不平衡の状態になると、接続導体１０に電流が流れる。
【００１４】
そして、接続導体１０の電流が計器用変流器９により検出され、この変流器９の検出出力により電流継電器１２が動作して遮断器２ａ〜２ｃが開放され、このフィルタが系統１から切り離され、故障の拡大が防止されて早期保護が図られる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
前記図３の従来フィルタの場合、主キャパシタ５ａ〜５ｃ，６ａ〜６ｃの故障が発生したときは、その発生初期にフィルタが系統１から切り離されてすみやかにその保護が図られるが、副キャパシタ１１ａ〜１１ｃの故障が発生したときは、系統１から切り離されず、その故障から保護されない問題点がある。
【００１６】
すなわち、副キャパシタ１１ａ〜１１ｃのいずれかに故障が発生したときは、その影響が主キャパシタ５ａ〜５ｃ，６ａ〜６ｃを介して中性点７，８に共に出現するため、中性点７，８間の接続導体１０には電流が流れない。
【００１７】
したがって、電流継電器１２が動作せず、遮断器２ａ〜２ｃが閉成保持されてこの従来フィルタは系統１から切り離されず、副キャパシタ１１ａ〜１１ｃの故障が拡大し、保護が図られない。
【００１８】
ところで、主キャパシタ５ａ〜５ｃ，６ａ〜６ｃ及び副キャパシタ１１ａ〜１１ｃは、容量等の面から、通常、小容量の複数のキャパシタ（以下単位キャパシタという）の直並列接続回路によって形成される。
【００１９】
そして、図４に示すように、例えば副キャパシタ１１ａ〜１１ｃそれぞれの各単位キャパシタ１３に直列に外付け又は内蔵のヒューズ１４を接続し、故障発生時、短絡した一部の単位キャパシタ１３のヒューズ１４の溶断により、故障した単位キャパシタ１３を早期に回路から切り離すことが考えられる。
【００２０】
しかし、この場合は、ヒューズ１４の溶断によって故障した副キャパシタ１１ａ〜１１ｃの容量が変化し、直列リアクトル４ａ〜４ｃとの間で構成する基本波共振回路がくずれ、ヒューズ１４の溶断後、遮断器２ａ〜２ｃを開放してこのフィルタを系統１から切り離すまでの間、抵抗３ａ〜３ｃをほぼフィルタ容量に相当する基本波電流が流れ、場合によっては、抵抗３ａ〜３ｃが異常過熱してその焼損等が生じるおそれがある。
【００２１】
本発明は、各相の基本波直列共振回路を形成するキャパシタ（副キャパシタ）の故障発生時にも、その故障の発生を迅速に検出してハイパスフィルタを系統からすみやかに切り離し、そのキャパシタの早期の故障検出を図るとともに、ハイパスフィルタ特性を設定する抵抗の基本波電流の通流による異常過熱等の発生を防止することを課題とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、本発明のハイパスフィルタは、３相系統の各相線それぞれに２個の抵抗の一端及び直列リアクトルの一端を接続し、
前記両抵抗の他端にそれぞれ主キャパシタの一端を接続し、
前記直列リアクトルの他端と前記両抵抗の他端との間にそれぞれ副キャパシタを設け、
各相の一方の前記主キャパシタの他端をスター結線して非接地の一方の中性点を形成し、
各相の他方の前記主キャパシタの他端をスター結線して前記一方の中性点に接続された非接地の他方の中性点を形成し、
前記両中性点間の電流から前記主キャパシタ，前記副キャパシタの故障を検出する手段と、
前記故障の検出により各相の前記両抵抗の一端及び前記直列リアクトルの一端を前記系統から切り離す手段とを備える。
【００２３】
したがって、各相のハイパスフィルタ特性を設定する抵抗及び基本波直列共振回路の副キャパシタが、各相の主キャパシタと同様に、それぞれ２個に分割される。
【００２４】
そして、各相の直列リアクトル及び両副キャパシタが基本波直列共振回路を形成し、故障のない正常時は、基本波電流が、一方の抵抗に並列接続された直列リアクトル，一方の副キャパシタの直列回路と、他方の抵抗に並列接続された前記直列リアクトル，他方の副キャパシタの直列回路とを通り、両抵抗を通らない。
【００２５】
つぎに、各相の両副キャパシタのいずれか一方に故障が発生すると、各相の両主キャパシタのいずれか一方が故障した場合と同様の中性点電流の不平衡が発生し、各相の中性点間を電流が通流して故障が検出される。
【００２６】
したがって、従来は行えなかった基本波直列共振回路の副キャパシタの故障についても、主キャパシタと同様の故障検出が可能になる。
【００２７】
そして、故障が検出されると、各相の両抵抗の一端及び直列リアクトルの一端が３相系統から直ちに切り離される。
【００２８】
そのため、ヒューズを用いない場合でも、各相の主，副キャパシタの故障を迅速に検出してこのハイパスフィルタを系統からすみやかに切り離し、そのキャパシタの早期の故障検出を図ることができるとともに、両抵抗の基本波電流の通流による異常過熱等の発生を防止することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の１形態につき、図１及び図２を参照して説明する。
図１において、図３と同一符号は同一もしくは相当するものを示す。
そして、図３の各相の抵抗３ａ〜３ｃをそれぞれ２個に分割し、相毎に２個の抵抗１５ａ，１５ｂ，１５ｃと１６ａ，１６ｂ，１６ｃを設ける。
【００３０】
そして、両抵抗１５ａ〜１５ｃ，１６ａ〜１６ｃの一端と直列リアクトル４ａ〜４ｃの一端とを遮断器２ａ〜２ｃを介して各相線１ａ〜１ｃの接続点ａ〜ｃに接続する。
【００３１】
さらに、各相の一方の抵抗１５ａ〜１５ｃの他端を各相の一方の主キャパシタ５ａ〜５ｃを介して一方の中性点７に接続し、各相の他方の抵抗１６ａ〜１６ｃの他端を各相の他方の主キャパシタ６ａ〜６ｃを介して他方の中性点８に接続する。
【００３２】
また、図３の各相の副キャパシタ１１ａ〜１１ｃをそれぞれ２個に分割し、相毎に２個の副キャパシタ１７ａ〜１７ｃ，１８ａ〜１８ｃを設ける。
【００３３】
そして、各相の両副キャパシタ１７ａ〜１７ｃ，１８ａ〜１８ｃの一端を各相の直列リアクトル４ａ〜４ｃの一端に接続し、一方の副キャパシタ１７ａ〜１７ｃの他端を各相の一方の抵抗１５ａ〜１５ｃそれぞれの他端に接続し、他方の副キャパシタ１８ａ〜１８ｃの他端を各相の他方の抵抗１６ａ〜１６ｃそれぞれの他端に接続する。
【００３４】
なお、各相の一方，他方の主キャパシタ５ａ〜５ｃ，６ａ〜６ｃと同様，各相の一方，他方の抵抗１５ａ〜１５ｃ，１６ａ〜１６ｃ及び副キャパシタ１７ａ〜１７ｃ，１８ａ〜１８ｃも、同一又は異なる抵抗値又は容量である。
【００３５】
また、副キャパシタ１７ａ〜１７ｃ，１８ａ〜１８ｃは、副キャパシタ１７ａ，１８ａを示した図２のように、通常、従来の副キャパシタ１０ａ〜１０ｃと同様に、それぞれ複数の単位キャパシタ１９，２０の直並列回路からなる。
なお、図４のヒューズ１４は設けられない場合もある。
【００３６】
つぎに、計器用変流器９及び電流継電器１２が中性点７，８間の電流から主キャパシタ５ａ〜５ｃ，６ａ〜６ｃ，副キャパシタ１７ａ〜１７ｃ，１８ａ〜１８ｃの故障を検出する手段であり、継電器１２及び遮断器２ａ〜２ｃが故障の検出により抵抗１５ａ〜１５ｃ，１６ａ〜１６ｃの一端及び直列リアクトル４ａ〜４ｃの一端を３相系統１から切り離す手段を形成する。
【００３７】
そして、抵抗１５ａ〜１５ｃ，１６ａ〜１６ｃ及び直列リアクトル４ａ〜４ｃ，主キャパシタ５ａ〜５ｃ，６ａ〜６ｃ，副キャパシタ１７ａ〜１７ｃ，１８ａ〜１８ｃのフィルタ全体が形成する高調波直列共振回路により、図３の従来フィルタと同様、各相の一定周波数以上の周波数の各次数の高調波を吸収して減衰する。
【００３８】
このとき、抵抗１５ａ〜１５ｃ，１６ａ〜１６ｃにより、そのフィルタ特性（ハイパスフィルタ特性）が調整されて設定される。
【００３９】
また、直列リアクトル４ａ〜４ｃと副キャパシタ１７ａ〜１７ｃ，１８ａ〜１８ｃとにより、各相の基本波直列共振回路が形成される。
【００４０】
そして、系統１の基本波において、各相の直列リアクトル４ａ〜４ｃのリアクタンスＸL（Ω）と、各相の２個の副キャパシタ１７ａと１８ａ，１７ｂと１８ｂ，１７ｃと１８ｃの合成リアクタンスＸｃ（Ω）とは、大きさが等しく、｜ＸL｜＝｜Ｘｃ｜である。
【００４１】
そのため、故障のない正常時は、各相の基本波電流が抵抗１５ａ〜１５ｃ，１６ａ〜１６ｃを通らず、直列リアクトル４ａ〜４ｃ，副キャパシタ１７ａ〜１７ｃ，１８ａ〜１８ｃを通り、抵抗１５ａ〜１５ｃ，１６ａ〜１６ｃの基本波損失は極めて少ない。
【００４２】
つぎに、副キャパシタ１７ａ〜１７ｃ，１８ａ〜１８ｃのいずれかに単位キャパシタ１９，２０の短絡故障が発生すると、中性点７，８の基本波の３相電流が不平衡になり、接続導体１０を電流が流れ、主キャパシタ５ａ〜５ｃ，６ａ〜６ｃが故障した場合と同様に電流継電器１２が動作して遮断器２ａ〜２ｃが開放され、このフィルタが３相系統１からすみやかに切り離される。
【００４３】
したがって、サイクロコンバータ，アーク炉，サイリスタ設備等で用いられるいわゆる高次の交流フィルタとしてのハイパスフィルタにおいて、主キャパシタ５ａ〜５ｃ，６ａ〜６ｃの故障が発生したときだけでなく、副キャパシタ１７ａ〜１７ｃ，１８ａ〜１８ｃの故障が発生したときにも、いわゆるダブルスター中性点間電流保護により、故障の発生を検出してすみやかにこのハイパスフィルタを３相系統１から切り離すことができ、故障の拡大等を防止してそのキャパシタの早期の故障検出を図ることができるとともに、抵抗１５ａ〜１５ｃ，１６ａ〜１６ｃの基本波電流の通流による異常過熱等を防止することができ、この種のハイパスフィルタの性能を著しく向上できる。
【００４４】
なお、主キャパシタ５ａ〜５ｃ，６ａ〜６ｃ及び副キャパシタ１７ａ〜１７ｃ，１８ａ〜１８ｃは、それぞれ図２の単位キャパシタ１９，２０のような複数の単位キャパシタの直並列回路でなくてもよく、それぞれ単一のキャパシタであってもよい。
【００４５】
そして、本発明が種々の用途の電力用のハイパスフィルタに適用できるのは勿論である。
【００４６】
【発明の効果】
本発明は、以下に記載する効果を奏する。
各相の２個の抵抗１５ａ〜１５ｃ，１６ａ〜１６ｃ及び２個の副キャパシタ１７ａ〜１７ｃ，１８ａ〜１８ｃは、各相の主キャパシタ５ａ〜５ｃ，６ａ〜６ｃと同様に、それぞれ２個に分割された抵抗及びキャパシタであり、各相の高調波を抵抗１５ａ〜１５ｃ，１６ａ〜１６ｃ及び直列リアクトル４ａ〜４ｃ，主キャパシタ５ａ〜５ｃ，６ａ〜６ｃ，副キャパシタ１１ａ〜１１ｃのフィルタ全体が形成する高調波直列共振回路により吸収して減衰することができる。
【００４７】
また、直列リアクトル４ａ〜４ｃと副キャパシタ１７ａ〜１７ｃ，１８ａ〜１８ｃにより基本波直列共振回路が形成され、各相の基本波電流は、直列リアクトル４ａ〜４ｃを介して、一方の副キャパシタ１７ａ〜１７ｃと、他方の副キャパシタ１８ａ〜１８ｃとに分流し、副キャパシタ１７ａ〜１７ｃ，１８ａ〜１８ｃのいずれかが故障すると、主キャパシタ５ａ〜５ｃ，６ａ〜６ｃが故障した場合と同様に、中性点７，８の電流不平衡が発生し、この不平衡に基づく中性点７，８間の電流の通流からその故障の発生を検出することができる。
【００４８】
したがって、従来は行えなかった副キャパシタ１７ａ〜１７ｃ，１８ａ〜１８ｃの故障についても、主キャパシタ５ａ〜５ｃ，６ａ〜６ｃと同様の故障検出を行うことができ、電力用のヒューズを用いない場合でも、主キャパシタ５ａ〜５ｃ，６ａ〜６ｃ及び副キャパシタ１７ａ〜１７ｃ，１８ａ〜１８ｃの故障の発生を迅速に検出し、このハイパスフィルタを３相系統１からすみやかに切り離してそのキャパシタの早期の故障検出を図ることができるとともに、抵抗１５ａ〜１５ｃ，１６ａ〜１６ｃの基本波電流の通流による異常過熱等を防止することができ、サイクロコンバータ，アーク炉，サイリスタ設備等に好適な性能の優れた高次の交流フィルタとしてのハイパスフィルタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の１形態の結線図である。
【図２】図１の一部の詳細な結線図である。
【図３】従来例の結線図である。
【図４】図３の一部の詳細な結線図である。
【符号の説明】
１  ３相系統
１ａ，１ｂ，１ｃ  相線
４ａ，４ｂ，４ｃ  直列リアクトル
５ａ〜５ｃ，６ａ〜６ｃ  主キャパシタ
７，８  中性点
９  計器用変流器
１２  電流継電器
１５ａ〜１５ｃ，１６ａ〜１６ｃ  抵抗
１７ａ〜１７ｃ，１８ａ〜１８ｃ  副キャパシタ
【図１】
0003750511.tif 000002
【図２】
0003750511.tif 000003
【図３】
0003750511.tif 000004
【図４】
0003750511.tif 000005