トランスレスの商用100Ｖ倍電圧整流の危険性

質問

商用100Vの両端子にコンデンサを取り付け、ダイオードブリッジに接続するものとします。

この場合、直流的には商用100V側との間はコンデンサで絶縁されており、その耐圧はコンデンサの耐圧からAC100V分を引いた値程度になると思われます。
交流的にはコンデンサ以降は上記の通りコンデンサを介して一方は100V交流、一方はグラウンド電位と見なせると思いますが、安全上の問題がありますでしょうか。

トランスレスとしてよく見るコンセントの一方を機器側グラウンドと機器ケースにつないだ場合は
対地で100Vになる可能性がありますが、コンデンサを介せば通常のトランス電源回路と流れとしては変わらないかと考えております。

コンデンサの耐圧と容量の関係で電流を取るにはコストと大きさが大規模になると思いますが、安全性の観点で問題ありますでしょうか。
よろしければ教えてください。

回答No.3

cyclone3 · ベストアンサー

こんにちは。
安全性の基本要件を考えるケーススタディとしては、なかなか良い課題かもしれませんね。

結論から言えば、おっしゃるとおりに「コストと大きさが大規模になり」実用的ではないと思います。

　安全性（範囲を限定する為に、ここでは感電に関してだけにします）の定義は一般的に、「考えられる、あらゆる単一のフォールト（故障、障害など）が起こっても、その機能（ここでは感電保護のみとする）を維持する事」であるとされています。
これは程度問題で、更に高レベルが要求される場合は二重のフォールトが要求される場合もありますが、ここでは単一のフォールトとします。

トランスレスの場合は電源の接地側を機器側で接地しているだけで、何の保護機能はありません。
これをコンデンサ結合で構成するとコンデンサのインピーダンス分だけ接地抵抗が上昇して機器の感電保護機能が損なわれます。
このインピーダンスを低下させるのは後述の理由で実現は結構難しいと思います。

　次にトランス回路の場合と比較すると、原理的（構造的）な問題がわかりやすいかもしれません。
トランス回路の場合は２次回路との結合を電磁的に行っています。（コンデンサの場合は電界結合です）
そこで、先程の単一フォールトでも感電機能が守られる為に行われているのが、１次と２次の絶縁保護です。
この絶縁保護方法はいろいろありますが、絶縁層で言えば一般的に２重絶縁を行いますし、電極間なら沿面絶縁距離や空間絶縁保護、機械保護なら必要な機械的強度を構造で保ちます。

　コンデンサ結合でも同じだと思います。
但し、それを電力回路で実現するのに耐圧や容量を確保するのが大変だと思います。
あらゆる単一のフォールトでも対向電極の機械的保護、絶縁体の二重絶縁、電極間の沿面距離や空間絶縁距離を維持するのは想像を絶します。
電極間の二重絶縁を行うには絶縁層を付加しなければなりませんが、そうすうるとコンデンサを直列に接続した事になり容量は大きく低下します。
必要な容量を得るには、かなり大きな形状のコンデンサになるのでは？
トランスならこういった構造は簡単な機械加工で実現出来ます。

　参考例として電力回路では有りませんが、計測回路でよく使われるアイソレーションアンプの例を参考ＵＲＬで添付します。
この場合は電力で無いので光結合の例も示されています。
機器の安全性確保でも周辺回路との絶縁保護は光結合が一番楽な方法ですが、電力（電流）回路は非常に難しいです。

　電力回路からのコンデンサ結合の実用例も有りますが、その場合は回路で保護するのは大変なので回路的な感電保護はあきらめて、その機器の容器構造を二重絶縁構造にし、外部への接続回路もなくして感電保護を行うのが一般的です。（そういう機器に向いている）

　話を簡単にするために感電保護の安全性確保だけに限定しましたが、普通は火災保護も同時に必要です。
その場合は先程の構造要件（特に絶縁材）に材料の面積で異なる難燃性や燃焼性の要求、厳格な容器構造なども要求されるます。

正確にお伝えするのは難しいですが、おおまかに説明するとこういったところだと思います。

参考URL：

http://www.ni.com/white-paper/3410/ja/

お礼

なる程、単独故障全ケースで安全側には振れないとだめですね。
回路に甘いところがあったので、考えてみま す。
ありがとうございました。

回答No.2

shintaro-2

>交流的にはコンデンサ以降は上記の通りコンデンサを介して一方は100V交流、一方はグラウンド電位と見なせると思いますが、安全上の問題がありますでしょうか。

看做せません
コンデンサを介しているため直流的にはコンセントと切断されているので
どちらも不定です

片側接地をすれば、お考えの通りにはなります。

お礼

ダイオードを介して片側接地でイメージしてました、ですが、よく考えるとうまくいかないですね。ありがとうございます。

回答No.1

tetsumyi

コンセントの一方を機器ケースにつながるような接続をすることは、あってはならないことです。
コンデンサを通すといっても、大容量であれば直接接続と同じです。
ケースに触るとビリビリくるなんて機器は使い物になりませんし、場合によっては死亡事故になり過失致死として犯罪となります。

補足

ダイオードブリッジに繋ぐのですが、その場合故障を考えない場合にトランスの場合と何が異なるでしょうか。