JP2009070839A

JP2009070839A - 電子装置

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Publication number: JP2009070839A
Application number: JP2007234159A
Authority: JP
Inventors: Shindai Sato; 深大佐藤; Yuichi Sugawara; 雄一菅原
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2007-09-10
Filing date: 2007-09-10
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2027-09-10
Also published as: JP5142641B2

Abstract

【課題】変電所等の電力盤の盤面に設けられる電子装置において、静電気ノイズ及び電磁波ノイズによる誤動作を回避でき、かつ、樹脂と金属を分別して回収することが困難なシールド構造を減らすことにある。
【解決手段】電力盤の盤面開口に装着される樹脂製のケース８と、ケースの前面部に設けられる液晶表示器７及び操作スイッチ６と、ケースの内部に設けられる半導体回路部品４，５とを有してなる電子装置１において、表示器及び操作スイッチが配線基板９の一方の面１０に搭載され、半導体回路部品が配線基板の他方の面１３に搭載され、配線基板の一方の面１０のうち、少なくとも表示器及び操作スイッチが搭載された領域を除く面が導電性部材１５で覆われた構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子装置に係り、特に、変電所等に設置される配電盤等の電力盤の盤面に設けられる監視制御装置あるいは保護継電装置などの電子装置に関する。

変電所は、一般に、送電線から供給される特高圧等を変圧器により配電電圧（例えば、６ｋV級）に降圧した後、その配電電圧を複数の配電系統に分岐し、配電盤を介して需要家に供給するように構成されている。この配電盤には、配電系統を開閉する遮断機と、電圧及び電流などの系統状態量を検出する各種の検出器、系統状態を監視するための監視制御装置及び保護継電器などが設けられる。監視制御装置及び保護継電器は、一般に、半導体論理回路やマイクロプロセッサのようなディジタル電子部品、電圧、電流などの系統状態を表示する表示パネル及び種々の操作スイッチを前面に配した電子装置として形成され、電子装置の前面を配電盤の盤面に露出させて組み付けられる。

ところで、変電所等は高電圧、大電流を取り扱うことから、配電盤等の電力盤に設置する電子部品は、電磁波等に対するノイズ対策が必要である。一般に、電子部品の電磁波ノイズ対策としては、電子部品を接地されたシールド材により形成されたケースやカバーで包囲して、電磁波ノイズを遮蔽することが知られている（例えば、特許文献１、２）。また、電子部品を搭載するプリント基板の反対側の面あるいは内層にシールド接地パターンを形成して、電磁波ノイズを遮断することが提案されている（例えば、特許文献３、４）。

特開２００１−３３２８７３号公報特開昭６３−２５３９８７号公報特開２００３−８６９９０号公報特開２０００−１１４７２８号公報

ところで、電力盤の盤面に設けられる電子装置は、外観の意匠性が要求され、電子装置のケース等を樹脂で形成することが要望される。この場合、樹脂製のケース等にシールド性を持たせるために、ケース等の内面に金属蒸着や金属箔をラミネートすることが考えられる。

しかし、環境保護から廃棄物をリサイクルする要請があり、樹脂製のケース等に金属蒸着や金属箔を施したシールド材をリサイクルする際、樹脂と金属を分別して回収することが困難であるという問題がある。

また、変電所等に設置される電力盤の盤面に設けられる電子装置の場合、電子装置のパネル面に設けられた操作スイッチをオペレータが操作するとき、オペレータの衣服等に帯電した静電気がオペレータの指を介して操作スイッチに放電して、電子部品の誤動作又は誤不動作（以下、単に、誤動作と総称する。）する場合がある。

しかし、従来技術では、変電所等の電力盤の盤面に設けられる電子装置の静電気ノイズ対策については、配慮されていない。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、変電所等の電力盤の盤面に設けられる電子装置において、静電気ノイズ及び電磁波ノイズによる誤動作を回避でき、かつ、樹脂と金属を分別して回収することが困難なシールド構造を減らすことにある。

一般に、変電所等の電力盤は、金属製の筐体（キュービクル）内に、高電圧の大電流を取り扱う高圧母線あるいは配電線、遮断機、高圧母線又は配電線の電圧電流を検出する検出器等の電力機器を収納して形成される。また、これらの電力機器は、通常、キュービクルの背面側に配置され、キュービクルの前面側に設けられる開閉扉に監視制御装置及び保護継電器などをケースに収納した電子装置が設けられる。キュービクル内の電力機器と電子装置との間は、一般に、金属製の仕切板からなる電磁波シールドが設けられている。また、電磁波ノイズは、距離の２乗に反比例して減衰するから、キュービクル内の電力機器と電子装置の間に空間を確保すれば、電磁波ノイズが電子装置に及ぼす影響を小さくすることができる。

一方、キュービクルの扉部に設けられた開口に装着して設けられる電子装置は、前面が周囲環境に露出されるため、変電所等を構成する電力機器や送電線から環境に放出される電磁波ノイズの影響を受けやすいことになる。例えば、オペレータが携帯電話などの無線通信手段により、他の部所と連絡をとりながら電子装置を操作する場合も考えられる。また、オペレータに帯電した静電気が操作スイッチ等に放電する静電ノイズの影響は大きい。

これらのことに鑑み、本発明は、上記課題を解決するため、電力機器が収納された電力盤の盤面開口に装着される樹脂製のケースと、該ケースの前面部に設けられる表示器及び操作スイッチと、前記ケースの内部に設けられる半導体回路部品とを有してなる電子装置において、前記表示器及び前記操作スイッチが配線基板の一方の面に搭載され、前記半導体回路部品が前記配線基板の他方の面に搭載され、前記配線基板の前記一方の面のうち、少なくとも前記表示器及び前記操作スイッチが搭載された領域を除く面が導電性部材で覆われてなる構成とすることを特徴とする。

すなわち、電力盤の前面部に露出する樹脂製のケースに収納して設けられる電子装置の場合、電力盤内部からの電磁波ノイズは、電子装置と電力機器との間にシールド板を配置することにより遮蔽できる。一方、表示器及び操作スイッチなどは、電磁波ノイズの影響を受けにくいから樹脂製ケースの前面部に配置しても問題がないが、半導体回路部品は樹脂製ケースの前面部から侵入する電磁波ノイズの影響を受けやすい。そこで、電磁波ノイズの影響を受けにくい表示器及び操作スイッチを配線基板の一方の面（前面側）に配置し、電磁波ノイズの影響を受けやすい半導体回路部品及び配線パターンを配線基板の他方の面（裏面側）に配置し、少なくとも表示器及び操作スイッチが搭載された領域を除く配線基板の前面側を導電性部材で覆って、半導体回路部品及び配線パターンをシールドすることにより、電磁波ノイズによる電子装置の誤動作を回避するようにしたのである。また、オペレータに帯電した静電気が操作スイッチ等に放電して静電ノイズが発生しても、操作スイッチの周囲に設けられた導電性部材により静電ノイズを遮蔽することができるから、半導体回路部品及び配線パターンに静電ノイズが侵入するのを防ぐことができる。また、樹脂製ケースには金属箔を蒸着したり、ラミネートする必要がなく、配線基板にのみ導電性部材を被覆すればよいから、樹脂と金属を分別して回収することが困難なシールド構造を減らすことができる。

本発明において、導電性部材は、電源電圧、論理グランド、フレームグランドのいずれか１つの電位レベルに保持されてなることが好ましい。

また、配線基板は、半導体回路部品に接続される配線パターンが他方の面に形成され、表示器及び操作スイッチは、配線基板を貫通して設けられた導体で配線パターンに接続された構成とすることが好ましい。これによれば、半導体回路部品と配線パターンを導電性部材によりできるだけ広く覆うことができる。

また、配線基板は、３層以上の多層基板により形成され、半導体回路部品に接続される配線パターンが多層基板の内層に形成され、半導体回路部品と表示器と操作スイッチは、配線基板を貫通して設けられた導体で内層の配線パターンに接続して構成することができる。

本発明によれば、変電所等の電力盤の盤面に設けられる電子装置において、静電気ノイズ及び電磁波ノイズによる誤動作を回避でき、かつ、樹脂と金属を分別して回収することが困難なシールド構造を減らすことができる。

以下、本発明を実施形態に基づいて説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の一実施形態の電子装置の特徴部の正面図と側面図である。図２は、本実施形態の電子装置の正面図と側面図である。図３は、本実施形態の電子装置の機能ブロック構成図である。図４は、本実施形態の電子装置を適用してなる配電盤内部の模式図である。

図４に示すように、配電盤４０は金属製の筐体４１内に、変電所の変圧器の２次側に遮断機を介して接続された高圧母線４２と、高圧母線４２に装脱可能に接続された一次端子４３ａを有する遮断機４３と、遮断機４３の２次端子４３ｂが装脱可能に接続される端子に接続された配電線４４と、高圧母線４２と配電線４４の電圧及び電流を検出する検出器群４５とを収納して構成される。また、配電盤４０には、系統状態を監視するための監視制御及び保護継電機能を有する電子装置１が、筐体４１の扉部に形成された開口に前面を露出した状態で装着されている。そして、電子装置１と高圧母線４２及び配電線４４との間に、金属製の仕切板からなる電磁波シールド４６が設けられている。

本実施形態の電子装置１は、図３に示すように、検出器群４５により検出された電圧及び電流の検出信号２を取り込んで、半導体回路部品で扱える信号レベルに変換する変換部３と、変換部３で変換された電圧及び電流の検出信号２を取り込んで予め定められた各種の演算を実行する演算部４と、演算部４の演算結果を液晶表示器７に出力する制御部５と、制御部に操作指令を入力する操作スイッチ６を備えて構成されている。

変換部３は、検出器群４５から出力される例えば１００V及び数Aレベルの電圧及び電流の検出信号２を、半導体回路で取り扱う数V及び数ｍＡレベルの検出信号２に変換する変換器を有して構成されている。演算部４は、半導体論理回路やマイクロプロセッサなどのディジタル半導体回路により構成され、電圧及び電流の検出信号２を取り込んで、積算電力の演算、保護継電器の演算に必要な系統状態量の演算、リレー整定値との比較演算、等の種々の演算を実行するようになっている。また、演算部４は、遮断機４３に接続された配電線４４の短絡などの異常を検知したとき、遮断機４３に遮断指令を出力するようになっている。制御部５は、操作スイッチ６から入力される指令に基づいて、演算部４の演算結果を液晶表示器７に出力して外部に表示するようになっている。例えば、操作スイッチ６により指定される電圧、電流、電力、積算電力、などの系統状態量を切り替えて、液晶表示器７に出力表示するようになっている。

このような機能を有する電子装置１は、図２に示すように、樹脂製のケース８内に収納されて、図４に示したように配電盤４０の盤面に形成された開口に装着して用いられる。操作スイッチ６及び液晶表示器７は、配線基板９の一方の面である前面１０に搭載され、その他の演算部４及び制御部５を構成する半導体回路部品は、配線基板９の他方の面である裏面１３に搭載され、操作スイッチ６及び液晶表示器７をケース８の前面側に配置される。

配線基板９は、図１に示すように、前面１０に操作スイッチ６及び液晶表示器７が搭載され、これらが搭載された領域を除く面が導電性部材１５で覆われている。導電性部材１５は、図示していないが、電源電圧、論理グランド、フレームグランドのいずれか１つの電位レベルに接続されている。そして、配線基板９の裏面１３に操作スイッチ６及び液晶表示器７以外の演算部４及び制御部５を構成する半導体回路部品と、それらが接続される配線パターンが形成されている。

このように、本実施形態の配電盤４０は、金属製の筐体（キュービクル）４１内に、高電圧の大電流を取り扱う高圧母線４２あるいは配電線４４、遮断機４３、検出器群４５等の電力機器が筐体４１の背面側に配置されている。また、筐体４１の前面側に設けられる開閉扉にケース８に収納された電子装置１が設けられている。そして、筐体４１内の電力機器と電子装置１との間は、金属製の仕切板からなる電磁波シールド４６が設けられている。これらのことから、ケース８を樹脂により形成しても、筐体４１内の電力機器と電子装置１の間に空間を確保でき、距離の２乗に反比例して減衰する電磁波ノイズが電子装置１に及ぼす影響を小さくすることができる。

一方、筐体４１の扉部に設けられた電子装置１は、前面が周囲環境に露出されるため、変電所等の送電線等から環境に放出される電磁波ノイズの影響を受けやすい。この点、本実施形態では、配線基板９の前面１０の操作スイッチ６及び液晶表示器７が搭載された領域を除く面が導電性部材１５で覆われていることから、環境に放出される電磁波ノイズを遮蔽して、演算部４及び制御部５を構成する半導体回路部品、及び配線パターンから侵入する電磁波ノイズを遮断できる。

特に、オペレータが携帯電話などの無線通信手段により、他の部所と連絡をとりながら電子装置１を操作する場合が考えられるが、その電波によるノイズを遮蔽することができる。また、オペレータに帯電した静電気が、操作スイッチ６の操作時に放電して静電ノイズが発生する問題があるが、本実施形態によれば、導電性部材１５によって、演算部４及び制御部５を構成する半導体回路部品、及び配線パターンに侵入する静電ノイズを阻止することができる。その結果、電磁波ノイズ及び静電ノイズによる電子装置１の誤動作を回避することができる。

また、電子装置１のケース８に意匠性に優れた樹脂を用いても、金属箔を蒸着したりラミネートする必要がなく、シールド構造を配線基板９に限ることができるから、樹脂と金属を分別回収する負担を軽減することができる。
（実施形態２）
図５は、本発明の電子装置の他の実施形態に係る特徴部の正面図と側面図である。本実施形態は、図１の実施形態の３層構造の配線基板９に代えて、４層構造の配線基板１６を用いたことにあり、その他の点は図１と同一であることから、同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態の配線基板１６は、配線パターンが内層１９に形成され、内層１９の両面に操作スイッチ６と液晶表示器７が搭載された表面層１７と、演算部４と制御部５を構成する半導体回路部品が搭載された裏面層１８を積層して構成されている。表面層１７の表面に図１と同様に、導電性部材１５が設けられ、電源電圧、論理グランド、フレームグランドのいずれか１つの電位レベルに接続されている。

また、本実施形態では、配線パターンをできる限り内層１９に形成し、半導体回路部品が搭載された裏面層１８の部品が搭載されていない面を、導電性部材により覆うようにしている。

本実施形態によれば、裏面層１８の部品が搭載されていない面を導電性部材により覆い、電源電圧、論理グランド、フレームグランドのいずれか１つの電位レベルに接続していることから、図１の実施形態に比べて、電磁波ノイズ及び静電ノイズを一層遮蔽することができる。

以上、本発明に係る電子装置を、配電盤に適用した実施形態に基づいて説明したが、本発明は配電盤に限らず、電力機器を収納した一般の電力盤に適用できることはいうまでもない。また、電子装置は、表示器及び操作スイッチを備えた電子装置であれば、監視制御及び保護継電制御の他の機能を有するものにも適用できることはいうまでもない。

本発明の実施形態１の電子装置の特徴部の正面図と側面図である。実施形態１の電子装置の正面図と側面図である。実施形態１の電子装置の機能ブロック構成図である。実施形態１の電子装置を適用してなる配電盤内部の模式図である。本発明の実施形態２の電子装置の特徴部の正面図と側面図である。

符号の説明

１電子装置
３変換部
４演算部
５制御部
６操作スイッチ
７液晶表示器
８ケース
９配線基板
１０前面
１３裏面
１５導電性部材
４０配電盤
４１筐体
４２高圧母線
４３遮断機
４４配電線
４５検出器群
４６電磁波シールド

Claims

電力機器が収納された電力盤の盤面開口に装着される樹脂製のケースと、該ケースの前面部に設けられる表示器及び操作スイッチと、前記ケースの内部に設けられる半導体回路部品とを有してなる電子装置において、
前記表示器及び前記操作スイッチが配線基板の一方の面に搭載され、前記半導体回路部品が前記配線基板の他方の面に搭載され、前記配線基板の前記一方の面のうち、少なくとも前記表示器及び前記操作スイッチが搭載された領域を除く面が導電性部材で覆われてなることを特徴とする電子装置。
請求項１に記載の電子装置において、
前記導電性部材は、電源電圧、論理グランド、フレームグランドのいずれか１つの電位レベルに保持されてなることを特徴とする電子装置。
請求項１又は２に記載の電子装置において、
前記配線基板は、前記半導体回路部品に接続される配線パターンが前記他方の面に形成され、前記表示器及び前記操作スイッチは、前記配線基板を貫通して設けられた導体で前記配線パターンに接続されてなることを特徴とする電子装置。
請求項１又は２に記載の電子装置において、
前記配線基板は、多層基板により形成され、前記半導体回路部品に接続される配線パターンが前記多層基板の内層に形成され、前記半導体回路部品と前記表示器と前記操作スイッチは、前記配線基板を貫通して設けられた導体で前記内層の配線パターンに接続されてなることを特徴とする電子装置。
請求項４に記載の電子装置において、
前記半導体回路部品が搭載される配線基板は、前記半導体回路部品が搭載された領域を除く面が導電性部材で覆われてなることを特徴とする電子装置。
請求項１に記載の電子装置において、
前記電力盤は、変電所の変圧器の２次側に遮断機を介して接続された高圧母線と、該高圧母線に接続された一次端子を有する遮断機と、該遮断機の２次端子に接続された配電線と、前記高圧母線と前記配電線の電圧電流を検出する検出器とが収納された金属製の筐体を有する配電盤であり、
前記電子装置は、さらに、前記検出器から出力される検出信号の信号レベルを前記半導体回路部品の信号レベルに変換する変換部を有し、
前記半導体回路部は、前記変換部から出力される電圧電流信号を取り込んで予め定められた演算を実行する演算部と、前記操作スイッチの指令に基づいて前記演算部の演算結果を前記表示器に出力する制御部とを有してなることを特徴とする電子装置。
請求項６に記載の電子装置において、
前記演算部は、前記変換部から出力される電圧電流信号を取り込んで、前記遮断機に接続された配電線の異常を検知して前記遮断機に遮断指令を出力する保護継電部であることを特徴とする電子装置。