高電圧半導体CV特性測定器 TECHMIZE TH51Xシリーズ

高電圧（HV）コンデンサーは、数千ボルト（V）以上の電圧に耐え、安定して動作できるように特殊な設計がされています。

コンデンサーの耐電圧性能は、電極間に挟まれた**誘電体（絶縁体）**の材質と厚み、そして部品の構造によって決定されます。

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🏗️ 高電圧コンデンサーの設計と構造

 

高電圧コンデンサーの設計で最も重要なのは、誘電体の絶縁破壊を防ぐことです。

 

1. 誘電体の選択と厚み

 

高電圧コンデンサーは、高い絶縁破壊強度を持つ誘電体（絶縁材料）を使用します。

• 誘電体（絶縁体）：

  • ポリプロピレン (PP) フィルム：優れた絶縁性と低損失性があり、高い耐電圧を要求されるフィルムコンデンサーによく使われます。

  • セラミック：小型でありながら高耐圧を実現できるため、高周波の高電圧回路に使われます。

  • 油入式（進相コンデンサーなど）：電力系統で使われる大型コンデンサーでは、油を誘電体として使用したり、絶縁材と含浸させて絶縁性を高めたりします。油は自己回復作用や冷却効果もあります。

• 厚み:

  基本的な原理として、電極間の電圧を一定に保つために、耐えるべき電圧が高いほど、電極間の距離、つまり誘電体の厚みを厚くする必要があります。

 

2. 絶縁距離の確保（沿面距離）

 

高電圧が流れる端子や電極間は、空気中や表面を伝って放電（スパーク）が起きないよう、**十分な距離（沿面距離）**を確保するために設計されています。

• 例えば、電力系統で使用される大型の高圧コンデンサーでは、端子をケースから引き出す部分に**碍子（がいし）**と呼ばれる磁器製の大きな絶縁体を使用し、表面の距離を長くしています。

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種類と主な用途

 

高電圧コンデンサーは、用途に応じてさまざまな種類があります。

 

1. 高圧進相コンデンサー (Power Factor Correction Capacitor)

 

• 特徴: 交流の高電圧（6.6kVや3.3kVなど）で使用され、主に電力系統や大規模工場の変電設備に設置されます。

• 役割: 系統の力率を改善し、無効電力を低減することで、電力供給の効率を高めます。油入式、ガス封入式、モールド式などの種類があります。

 

2. フィルムコンデンサー (Film Capacitor)

 

• 特徴: ポリプロピレンなどのフィルムを誘電体として使用し、高絶縁性、低損失、高い容量安定性を特徴とします。極性がありません。

• 役割: EVのインバーター、太陽光発電（PV）のパワーコンディショナー、高周波・高電力のスイッチング電源回路など、高い信頼性と効率が求められる分野で、DCリンクやスナバ回路などに使用されます。

 

3. セラミックコンデンサー (Ceramic Capacitor)

 

• 特徴: 小型で高耐圧品があり、高周波特性に優れています。

• 役割: 高電圧電源の**ノイズ除去（フィルタリング）**や、高周波回路における信号の結合・切り離しなどに使用されます。

 

4. アルミ電解コンデンサー（高耐圧品）

 

• 特徴: 大容量を確保しやすい一方で、寿命があり、極性があります。

• 役割: 電源回路の直流電圧の平滑化や、一時的な大容量の確保（バルク容量）に使用されます。

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⚡ 高電圧コンデンサーの利用例

 

高電圧コンデンサーは、瞬間的な高電力の放出、または系統の安定化に利用されます。

• カメラのストロボ：電池から電気を貯め、瞬間的に数千ボルトに昇圧し、一気に放電させて閃光を発生させます。

• X線装置やレーザー：高電圧を蓄積し、必要なタイミングでパルス放電させて、装置を動作させるための高エネルギーを供給します。

• EV・ハイブリッド車のインバーター：バッテリーとモーターの間で、電力変換の安定化（電圧の平滑化）を図るために使用されます。