JP2009296684A

JP2009296684A - 電源転換装置

Info

Publication number: JP2009296684A
Application number: JP2008144622A
Authority: JP
Inventors: Shinji Hashimoto; 伸治橋本
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2008-06-02
Filing date: 2008-06-02
Publication date: 2009-12-17

Abstract

【課題】スイッチの小容量化、小型化を可能とする電源転換装置を提供する。
【解決手段】複数の電源系統と負荷３との間に設けられ、閉状態時は、複数の電源系統の中から選択された電源系統と負荷３とを接続し、開状態時は、複数の電源系統と負荷３との接続を解除するスイッチと、電源系統とスイッチとの間に設けられ、スイッチに流れる電流値を検出するスイッチ用電流検出器と、スイッチに流れる電流値が負荷３に設けられた負荷遮断器５の瞬時遮断電流値に対応した異常電流値に達しているか否かを判定し、スイッチに流れる電流値が異常電流値に達している場合は、スイッチに、繰り返し開閉動作させ、負荷遮断器５が電源系統と負荷との接続を解除するまで、負荷３に流れる電流を、瞬時遮断電流値に限流するとともに、スイッチに流れる電流を、異常電流値に限流する制御装置１１とを備えた。
【選択図】図１

Description

この発明は、電源転換装置に関するものである。

電源転換装置は、船舶等において、複数の電源系統から、既定の健全な電源系統をスイッチで選択し、負荷側へ給電を行う目的で使用される（例えば、特許文献１参照）。
そして、負荷には、負荷遮断器が設けられる。この負荷遮断器は、事故が発生した場合に、負荷の定格電流値を超えた規定値（瞬時遮断電流値）を一定時間検出して異常とみなし、電源系統と当該負荷との接続を遮断する。

特開平６−２７６６９７号公報

しかし、従来の電源転換装置においては、異常負荷を遮断するための事故電流が、電源系統の短絡容量、事故点までの系統インピーダンスに依存する。即ち、短絡容量等によっては、事故電流が非常に大きい値となることもある。このため、従来の電源転換装置においては、事故電流に耐え得るように、大容量かつ大型のスイッチを選定せざるを得なかった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、スイッチの小容量化及び小型化を可能とする電源転換装置を提供することである。

この発明に係る電源転換装置は、複数の電源系統と負荷との間に設けられ、閉状態時は、前記複数の電源系統の中から選択された電源系統と前記負荷とを接続し、開状態時は、前記複数の電源系統と前記負荷との接続を遮断するスイッチと、前記電源系統と前記スイッチとの間に設けられ、前記スイッチに流れる電流値を検出するスイッチ用電流検出器と、前記スイッチに流れる電流値が前記負荷に設けられた負荷遮断器の瞬時遮断電流値に対応した異常電流値に達しているか否かを判定し、前記スイッチに流れる電流値が前記異常電流値に達している場合は、前記スイッチに、繰り返し開閉動作させ、前記負荷遮断器が前記電源系統と前記負荷との接続を遮断するまで、前記負荷に流れる電流を、前記瞬時遮断電流値に限流するとともに、前記スイッチに流れる電流を、前記異常電流値に限流する制御装置とを備えたものである。

この発明によれば、スイッチの小容量化及び小型化が可能となる。

この発明を実施するための最良の形態について添付の図面に従って説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における電源転換装置を示す系統図である。
図１において、１は常用電源系統である。２は転換用電源系統である。３は複数の負荷である。これらの負荷３は、負荷系統４に接続される。また、負荷３の負荷系統４側には、それぞれ負荷遮断器５が設けられる。これらの負荷遮断器５は、負荷３に瞬時遮断電流値以上の電流が流れると、負荷系統４と負荷３との接続を遮断する機能を有する。そして、常用電源系統１及び転換用電源系統２と負荷系統４とは、電源転換装置６を介して接続される。

電源転換装置６は、常用スイッチ７、常用電圧電流検出器８、転換用スイッチ９、転換用電圧電流検出器１０、制御装置１１を備える。常用スイッチ７は、常用電源系統１と負荷系統４との間に設けられる。この常用スイッチ７は、閉状態時は、常用電源系統１と負荷系統４とを接続し、開状態時は、常用電源系統１と負荷系統４との接続を遮断する。常用電圧電流検出器８は、常用電源系統１と常用スイッチ７との間に設けられ、スイッチ用電圧電流検出器として機能する。即ち、常用電圧電流検出器８は、常用電源系統１と常用スイッチ７との間の電圧電流値１２を検出する。

転換用スイッチ９は、転換用電源系統２と負荷系統４との間に設けられる。この転換用スイッチ９は、閉状態時は、転換用電源系統２と負荷系統４とを接続し、開状態時は、転換用電源系統２と負荷系統４との接続を遮断する。転換用電圧電流検出器１０は、転換用電源系統２と転換用スイッチ９との間に設けられ、スイッチ用電圧電流検出器として機能する。即ち、転換用電圧電流検出器１０は、転換用電源系統２と転換用スイッチ９との間の電圧電流値１３を検出する。

制御装置１１は、常用電圧電流検出器８及び転換用電圧電流検出器１０から電圧電流値１２、１３を受信する。そして、制御装置１１は、電圧電流値１２、１３に基づいて、常用スイッチ７及び転換用スイッチ９にスイッチ開閉信号１４、１５を出力し、常用スイッチ７及び転換用スイッチ９の開閉を制御する。

具体的には、制御装置１１は、通常、常用スイッチ７を閉状態とし、転換用スイッチ９を開状態とする。かかる状態では、常用電源系統１と負荷系統４とが接続され、転換用電源系統２と負荷系統４との接続が遮断される。かかる接続状態では、常用電源系統１が共用され、複数の負荷３に給電され、転換用電源系統２から負荷３への給電が遮断される。

そして、制御装置１１は、電圧電流値１２の電圧異常を検出すると、常用スイッチ７を開状態とし、転換用スイッチ９を閉状態とする。かかる状態では、常用電源系統１と負荷系統４との接続が遮断され、転換用電源系統２と負荷系統４とが接続される。かかる接続状態では、常用電源系統１から負荷３への給電が遮断され、転換用電源系統２が共用され、負荷３へ給電される。即ち、上記構成の電源転換装置６は、複数の電源系統から、既定の健全な電源系統をスイッチで選択し、負荷３側へ給電を行うものである。

本実施の形態の制御装置１１は、さらに、負荷３側に異常が発生した場合に特徴的な電流制御を行う。即ち、制御装置１１は、電流電圧値１２、１３から常用スイッチ７又は転換用スイッチ９に流れる電流値が負荷遮断器５の瞬時遮断電流値に対応した異常電流値に達しているか否かを判定する。

そして、制御装置１１は、常用スイッチ７又は転換用スイッチ９に流れる電流値が異常電流値に達している場合は、常用スイッチ７又は転換用スイッチ９に、繰り返し開閉動作させる。さらに、制御装置１１は、負荷遮断器５が常用電源系統１又は転換用電源系統２と負荷３との接続を遮断するまで、負荷３に流れる電流を、瞬時遮断電流値に限流するとともに、常用スイッチ７又は転換用スイッチ９に流れる電流を、異常電流値に限流する。

即ち、制御装置１１は、負荷３、負荷遮断器５、常用スイッチ７、転換用スイッチ９に、所定値以上の電流が流れることを防止する機能を有する。加えて、制御装置１１は、上記限流動作の後、常用スイッチ７又は転換用スイッチ９に流れる電流が異常電流値よりも小さくなった場合は、常用スイッチ７又は転換用スイッチ９を閉状態とする機能を有する。

次に、常用電源系統１で負荷３に給電している時に、負荷３の一方近傍で事故が発生した場合を考える。図１においては、事故点が１６で示される。この事故点１６では、負荷３と負荷遮断器５との間の給電回路が短絡し、短絡電流が流れている状態となっている。

図２はこの発明の実施の形態１における電源転換装置で電流制御しない場合の短絡電流を説明するための波形図である。
図２において、下段は、負荷系統４の電流の波形を表し、上段は、負荷系統４の電圧の波形を表す。また、横軸は、時間を表し、下段及び上段の縦軸は、それぞれ電流値及び電圧値を表す。

図２に示すように、事故発生前の負荷系統４に流れる電流は、一定値を示す定常負荷電流１７である。そして、事故が発生すると、短絡電流が給電回路に流れる。この短絡電流は、常用電源系統１の持つ短絡容量、事故点１６までの電源系統インピーダンスに応じて決定される。具体的には、短絡電流は、短絡電流曲線１８上にピークを持つ。この短絡電流曲線１８は、事故発生点を最大値として、時間と共に減少するものである。

そして、負荷遮断器５が、短絡電流を検出し、一定時間経過後、負荷系統４と負荷３との接続を遮断する。かかる接続の遮断により、負荷系統４から事故点１６が遮断される。これにより、負荷系統４の電流が、定常負荷電流１７に復帰する。

ここで、短絡電流曲線１８の最大値は、負荷遮断器５が動作する瞬時遮断電流値よりもはるかに大きい値となる。従って、本実施の形態の電源転換装置６で電流制御しない場合は、常用スイッチ７及び負荷遮断器５を大容量かつ大型のものとする必要がある。

図３はこの発明の実施の形態１における電源転換装置で電流制御した場合の短絡電流を説明するための図である。
図３は図２に対応している。即ち、図３において、下段は、負荷系統４の電流の波形を表し、上段は、負荷系統４の電圧の波形を表す。

図３においては、瞬時遮断電流値は、１９で示される。上述したように、事故が発生すると、短絡電流が流れ、負荷３に流れる電流が瞬時遮断電流値に達する。これと同時に、常用スイッチ７に流れる電流が瞬時遮断電流値１９に対応した異常電流値に達する。このとき、制御装置１１は、電圧電流値１２から常用スイッチ７に流れる電流が異常電流値に達していると判定する。そして、制御装置１１は、スイッチ開閉信号１４を出力し、常用スイッチ７に繰り返し開閉動作させる。

このときの常用電圧電流検出器８の電流検出出力、制御装置１１からのスイッチ開閉信号１４出力、常用スイッチ７の開閉動作は、事故発生点からの短絡電流の増加傾斜に対して、十分に速い。このため、負荷系統４の電圧は、細かいパルス状の電圧２０となる。即ち、負荷系統４のインピーダンスを加味すると、事故発生時の負荷系統４の実効電圧２１は、定常負荷電圧２２よりもピークを小さくする。

かかる常用スイッチ７の開閉動作により、短絡電流は、継続して瞬時遮断電流値１９に限流される。そして、負荷遮断器５が、瞬時遮断電流値１９を検出し、負荷系統４と負荷３との接続を遮断する。かかる接続の遮断により、負荷系統４から事故点１６も遮断される。これにより、負荷系統４の電流が、定常負荷電流に復帰する。

以上で説明した実施の形態１によれば、事故発生時に図２に示すような大きな値の短絡電流に対応した電流が常用スイッチ７に流れることがない。即ち、常用スイッチ７は、異常電流値に対応した電流容量を有していればよい。このため、常用スイッチ７の小容量化及び小型化が図られる。また、確実に、常用スイッチ７の破損を回避できる。さらに、常用スイッチ７の小容量化及び小型化により、安価な電源転換装置６が提供される。

また、事故発生時でも、負荷３に流れる電流が瞬時遮断電流値に限流される。このため、負荷３及び負荷遮断器５の小容量化及び小型化も図られる。加えて、常用電源系統１と常用スイッチ７との間に流れる電流が異常電流値に限流される。このため、常用電源系統１を保護することができる。また、常用電源系統１は、異常電流値以上の電流容量があればよい。このため、常用電源系統１の小容量化及び小型化も図られる。即ち、本発明の電源転換装置６によれば、常用電源系統１、負荷遮断器５、常用スイッチ７等、給電系統機器全体の小型化が可能となる。

また、上記限流動作の後、常用スイッチ７に流れる電流が異常電流値よりも小さくなった場合は、常用スイッチ７を閉状態とする。これにより、異常が発生した負荷３が遮断された後、他の負荷３への給電を復帰することができる。なお、実施の形態１では、常用電源系統１で負荷３に給電する場合で説明した。しかし、転換用電源系統２で負荷３に給電する場合でも、同様の動作で、上記効果が得られるのは、いうまでもない。

また、常用スイッチ７等と負荷３との間に、負荷３を流れる電流値を検出する負荷用電流器を設けてもよい。そして、負荷３に流れる電流に基づいて、制御装置１１により電流制御を行ってもよい。この場合、制御装置１１は、負荷３に流れる電流値が瞬時遮断電流値に達しているか否かを判定する。そして、負荷３に流れる電流値が瞬時遮断電流値に達している場合、制御装置１１は、常用スイッチ７等に、繰り返し開閉動作させる。

さらに、制御装置１１は、負荷遮断器５が常用電源系統１等と負荷３との接続を解除するまで、負荷３に流れる電流を、瞬時遮断電流値に限流するとともに、常用スイッチ７等に流れる電流を、異常電流値に限流する。即ち、負荷３に流れる電流の実測値で、限流動作がなされる。このため、より確実に、負荷３及び負荷遮断器５の破損を回避できる。なお、かかる機能は、負荷遮断器５に持たせてもよい。

この発明の実施の形態１における電源転換装置を示す系統図である。この発明の実施の形態１における電源転換装置で電流制御しない場合の短絡電流を説明するための波形図である。この発明の実施の形態１における電源転換装置で電流制御した場合の短絡電流を説明するための図である。

符号の説明

１常用電源系統、２転換用電源系統、３負荷、４負荷系統、
５負荷遮断器、６電源転換装置、７常用スイッチ、
８常用電圧電流検出器、９転換用スイッチ、１０転換用電圧電流検出器、
１１制御装置、１２、１３電圧電流値、１４、１５スイッチ開閉信号、
１６事故点、１７定常負荷電流、１８短絡電流曲線、
１９瞬時遮断電流値、２０パルス状の電圧、２１実効電圧、
２２定常負荷電圧

Claims

複数の電源系統と負荷との間に設けられ、閉状態時は、前記複数の電源系統の中から選択された電源系統と前記負荷とを接続し、開状態時は、前記複数の電源系統と前記負荷との接続を遮断するスイッチと、
前記電源系統と前記スイッチとの間に設けられ、前記スイッチに流れる電流値を検出するスイッチ用電流検出器と、
前記スイッチに流れる電流値が前記負荷に設けられた負荷遮断器が動作する瞬時遮断電流値に対応した異常電流値に達しているか否かを判定し、
前記スイッチに流れる電流値が前記異常電流値に達している場合は、前記スイッチに、繰り返し開閉動作させ、
前記負荷遮断器が前記電源系統と前記負荷との接続を遮断するまで、前記負荷に流れる電流を、前記瞬時遮断電流値に限流するとともに、前記スイッチに流れる電流を、前記異常電流値に限流する制御装置と、
を備えたことを特徴とする電源転換装置。
前記負荷は、複数からなり、前記電源系統を共用して給電され、
前記負荷遮断器は、前記負荷にそれぞれ設けられ、
前記制御装置は、前記負荷に流れる電流を、前記瞬時遮断電流値に限流するとともに、前記スイッチに流れる電流を、前記異常電流値に限流した後、前記スイッチに流れる電流値が異常電流値よりも小さくなった場合は、前記スイッチを前記閉状態とすることを特徴とする請求項１記載の電源転換装置。
前記スイッチと前記負荷との間に設けられ、前記負荷に流れる電流値を検出する負荷用電流検出器、
を備え、
前記制御装置は、
前記負荷に流れる電流値が前記瞬時遮断電流値に達しているか否かを判定し、
前記負荷に流れる電流値が前記瞬時遮断電流値に達している場合は、前記スイッチに、繰り返し開閉動作させ、
前記負荷遮断器が前記電源系統と前記負荷との接続を遮断するまで、前記負荷に流れる電流を、前記瞬時遮断電流値に限流するとともに、前記スイッチに流れる電流を、前記異常電流値に限流することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電源転換装置。