JP2010288325A - コンデンサ収容装置 - Google Patents

Abstract

【課題】直流電流を分岐して複数の負荷装置に対して直流電流を分配する電流分配装置に接続されるコンデンサ収容装置において、誤操作の発生を防止してコンデンサの損傷や他の装置への動作障害を防止する。
【解決手段】コンデンサＣに直列接続されたスイッチＳ１と、スイッチＳ１に並列接続され、コンデンサＣへ直流を供給する電路に接続された突入電流防止抵抗Ｒｓと、コンデンサＣの両端電圧を計測する電圧計測部１１と、電圧計測部１１での計測結果によってスイッチＳ１の開閉を制御する第１の制御部１０と、を設ける。
【選択図】図３

Description

本発明は、直流電源から複数の負荷へ直流電力を供給する電流分配装置内において使用され、負荷に出力する電圧を安定させるための直流給電系統に接続されるコンデンサを収容し、そのコンデンサに対する充放電制御機能を備えるコンデンサ収容装置に関する。

一般的に、整流装置などの直流電源装置から出力された直流電流を複数の負荷装置へ供給するために、電源装置とそれらの複数の負荷装置との間に、当該直流電流を分配する電流分配装置が接続される。図１は、電流分配装置を含む直流給電システムの構成の一例を示している。

図１に示すように、この直流給電システムでは、直流電源装置１から出力された直流電流は、ケーブルを介して電流分配装置３に供給される。電流分配装置３は、供給された直流電流を各負荷装置２に対してケーブルを介して分配するためのものであり、電流分配装置３の内部で、直流給電系統は負荷装置２ごとの電流供給経路に分岐している。分岐した直流電流は、それぞれの系統に接続された負荷装置保護ヒューズ５を介して負荷装置２に供給される。図１では負荷装置２が３台設けられ、電流分配装置３の内部で直流給電系統が３分岐する場合が示されているが、実際には、電流分配装置３の内部での直流給電系統の分岐数は、例えば１０分岐、３０分岐と多くなる場合もある。

電流分配装置３の入力部には、給電系統の発振やヒューズブロー時の電圧変動を抑制するために、例えば、特許文献１、２などに示されるように、コンデンサを備えるコンデンサ収容装置４が接続される。このようなコンデンサ収容装置４は、直流電源装置１からの１対の給電ケーブルに接続するよう設けられており、負荷装置２及び電流分配装置３とともに、直流電源装置１からの出力電圧が印加される系統を構成している。コンデンサ収容装置４は、電流分配装置３から負荷装置２に供給される電圧の安定化を図り、また、給電系統に短絡が発生した際に負荷装置保護ヒューズの溶断速度を速めることで系統の遮断時間を短くし、給電系統における電圧擾乱を抑える。

図２は、特許文献１に示されるような従来のコンデンサ収容装置４の回路構成を示している。図２に示すように、従来のコンデンサ収容装置４は、電流分配装置３側への接続に用いられる一対の入力端子４１と、コンデンサＣと、突入電流防止部４２と、ショートブロック４３とによって構成されている。この構成では、一対の入力端子４１の間に、突入電流防止部４２とコンデンサＣとが直列に接続し、さらに、突入電流防止部４２に対してショートブロック４３が並列に接続している。

突入電流防止部４２は、コンデンサＣを充電する際の充電電流を制限するために設けれれており、ここで示した例では、突入電流防止抵抗Ｒｓとスイッチ（開閉器）Ｓ０とが直列に接続されて構成されている。このほか、ソケット式の突入電流防止抵抗を挿抜するような機構によって突入電流防止部４２を構成することも可能である。

一方、ショートブロック４３は、コンデンサＣが給電系統の電圧にまで充電された後に、コンデンサＣと給電系統とを低インピーダンスで電気的に接続するものである。ここで示した例では、ショートブロック４３は、スイッチ（開閉器）Ｓ１によって構成されている。電気抵抗の少ないプラグ状のショート（短絡）バーを挿入できるショートソケットとして、ショートブロック４３を構成することもできる。

このようなコンデンサ収容装置４を用いる場合、コンデンサ収容装置４を直流給電系統に接続する前は、通常、コンデンサＣは未充電の状態にある。このため、コンデンサ収容装置４を給電系統に接続する際は、コンデンサ収容装置へ電流が流れることを防止するため、突入電流防止部４２とショートブロック４３のスイッチＳ０，Ｓ１をいずれもオフ（遮断状態）としておく。

コンデンサ収容装置４を給電系統に接続した後、突入電流防止部４２のスイッチＳ０をオン（導通状態）とすると、突入電流防止抵抗Ｒｓによって制限された電流が突入電流防止部４２に流れ、コンデンサＣが充電される。コンデンサＣを充電した後、突入電流防止部４２のスイッチＳ０をオフとし、ショートブロック４３のスイッチＳ１をオンとすることで、コンデンサＣを低インピーダンスで給電系統に接続する。低インピーダンスでコンデンサＣが直流給電系統に接続することにより、このコンデンサＣによって、給電系統の電圧擾乱が抑止され、給電電圧が安定に維持されるようになる。

しかしながら、上述した従来のようにしてコンデンサ収容装置を給電系統へ接続する場合には、操作手順を間違えた場合に、コンデンサに過大な突入電流が流れたりや負荷装置における動作障害が引き起こされるという問題があった。

例えば、コンデンサＣが充電されていないときや、突入電流防止部４２のスイッチＳ０をオンとしてコンデンサＣを充電しているときに、誤操作によりショートブロック４３のスイッチＳ１をオンとしたすると、給電系統とコンデンサＣとの電位差に起因する過大な突入電流がコンデンサＣに流れることにある。過大な突入電流が流れると、コンデンサＣが損傷したり、さらには、電流分配装置から直流電力を供給されている他の負荷装置の許容入力電圧範囲を超えるような過大な電圧変動が給電系統に発生してその負荷装置の動作障害をもたらしたりする。

そこで、特許文献２には、ショートブロックと突入電流防止部のスイッチとしてソケットに嵌合するプラグ状のものを採用し、誤操作を防ぐ機械的なインターロック機構が構成されるようにしたコンデンサ収容装置が開示されている。しかしながら、特許文献２に記載の構成では、ソケットに差し込むショートバーや突入電流防止部のプラグをコンデンサ収容装置とは別に管理する必要があり、それらのショートバーやプラグを紛失しやすい、という問題があった。

また、従来のコンデンサ収容装置は、コンデンサに蓄えられた電荷を安全に放電する機能を備えていなかった。そのため、給電系統から取り外した使用済みのコンデンサ収容装置の廃棄処分を行う際や、コンデンサ収容装置内の老朽劣化したコンデンサの交換作業を行う際に、正しい操作手順を踏まないと、コンデンサの残留電荷により感電事故等を引き起こすおそれがあった。

特開２００６−１９６４０６号公報 特開２００８−１４０６８１号公報 特開２００４−１５９４６３号公報

上述したように従来のコンデンサ収容装置は、直流給電系統への接続の際に操作手順を誤るとコンデンサの損傷や他の負荷装置の動作障害を引き起こすことがある、という問題を有する。特許文献２のようにソケット式の構成を有するショートブロックや突入電流防止部を用いて誤操作を防止する構成とした場合には、ソケットに差し込まれるべきショートバーやプラグを紛失しやすく、それらの管理が煩雑になるというという問題が生じる。さらに従来のコンデンサ収容装置は、直流給電系統から取り外したのちのコンデンサの残留電荷に対する配慮を欠いている、という問題も有している。

本発明の目的は、誤操作の発生を防止してコンデンサの損傷や他の装置への動作障害を防止することができるコンデンサ収容装置を提供することにある。

本発明の別の目的は、誤動作の発生を防止できるとともに、給電系統から取り外した後に内部の電荷を安全に放電することによって、感電事故等の発生のおそれをなくしたコンデンサ収容装置を提供することにある。

本発明のコンデンサ収容装置は、直流電流を分岐して複数の負荷装置に対して直流電流を分配する電流分配装置に接続されるコンデンサ収容装置であって、コンデンサと、コンデンサに直列接続された第１のスイッチと、第１のスイッチに並列接続され、コンデンサへ直流を供給する電路に接続された第１の抵抗と、コンデンサの両端電圧を計測する電圧計測部と、電圧計測部での計測結果によって第１のスイッチの開閉を制御する第１の制御部と、を具備することを特徴とする。

本発明のコンデンサ収容装置では、第１の制御部は、初期状態において第１のスイッチを遮断状態とし、両端電圧が直流電流に関して予め定められた給電電圧に達したときに第１のスイッチを導通状態とし、その後、両端電圧が零になったときに第１のスイッチを導通状態から遮断状態に変化させる制御を行うことが好ましい。

また本発明のコンデンサ収容装置は、第２の抵抗と第２の抵抗に直列接続された第２のスイッチとを備え、コンデンサに並列接続された放電部と、第２のスイッチの開閉を制御する第２の制御部と、を更に具備していてもよい。

本発明によれば、コンデンサの両端電圧に応じて第１のスイッチの開閉が制御されるようにしたことにより、コンデンサ収容装置を給電系統に接続して電圧が印加されるようにするだけで、所定の突入電流防止シーケンスにしたがってコンデンサ収容装置内のコンデンサを安全に給電系統に接続することができるようになる。このため、大きな突入電流が流れることによるコンデンサの損傷や、突入電流により給電系統に電圧変動が発生して系統内の他の負荷装置に動作障害が発生することを防ぐことができる。この本発明の構成では、ショートバーやプラグなどを使用しないため、これらの紛失によってコンデンサ収容装置が使用できなくなるという問題を解決できる。

また、放電部と第２の制御部とを備える構成とした場合には、例えばコンデンサ収容装置を給電系統から取り外した時に、コンデンサの残留電荷が自動的に放電されるため、感電事故等の発生を確実に防止することができる。

直流給電システムの構成の一例を示すブロック図である。 従来のコンデンサ収容装置の構成の一例を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態のコンデンサ収容装置の構成を示すブロック図である。 図３に示すコンデンサ収容装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態のコンデンサ収容装置の構成を示すブロック図である。 図５に示すコンデンサ収容装置の充電時の動作を説明する図である。 図５に示すコンデンサ収容装置の充電後の状態を説明する図である。 図５に示すコンデンサ収容装置の放電時の動作を説明する図である。 本発明の第３の実施形態のコンデンサ収容装置の構成を示すブロック図である。

図３は、本発明に基づくコンデンサ収容装置の基本構成を示すためのものであって、本発明の第１の実施形態のコンデンサ収容装置を示している。図３に示すコンデンサ収容装置４Ａは、図２に示したコンデンサ収容装置と同様のものであるが、突入電流防止部４２は突入電流防止抵抗（第１の抵抗）Ｒｓのみで構成され、さらに第１の制御部１０及び電圧測定部１１を備える点で、図２に示したものとは相違している。ショートブロック４３は、上述のものと同様に、スイッチＳ１によって構成されている。突入電流防止部４２には、スイッチやショートバーの類は設けられていない。

電圧測定部１１は、コンデンサＣの両端の電圧を測定するものであって、その測定結果を第１の制御部１０に送るように構成されている。第１の制御部１０は、シーケンサあるいは電子回路などによって構成され、電圧測定部１１の測定結果を受けて、ショートブロック４３内のスイッチＳ１の開閉動作を制御する。

図４は、図３に示すコンデンサ収容装置の動作を説明するための図であって、第１の制御部１０による制御を示している。

初期状態として、コンデンサＣが未充電の状態であるとき、つまり電圧測定部１１の出力が０Ｖであるときには、第１の制御部１０は、ショートブロック４３内のスイッチＳ１をオフ（遮断状態；ＯＦＦ）としている。また第１の制御部１０には、予め、直流給電系統の本来の電圧、すなわち直流給電系統が各負荷装置に対して供給すべき所定の電圧が、給電電圧として設定されている。

この状態でコンデンサ収容装置４Ａを給電系統に接続し、入力端子４１からコンデンサ収容装置４Ａに電圧が印加されると、コンデンサＣは突入電流防止抵抗Ｒｓを介して給電系統と接続されることになり、コンデンサＣへの充電が開始する。このときの充電電流は、突入電流防止抵抗Ｒｓによって、コンデンサＣの損傷や給電系統の電圧擾乱が発生しないような値に制限される。第１の制御部１０は、電圧測定部１１により計測されるコンデンサＣの両端電圧と予め第１の制御部１０に設定された給電電圧を比較する（ステップ１０１）。コンデンサＣの両端の電圧が給電電圧未満の場合、つまりコンデンサＣが充電途中にある場合には、ステップ１０２においてスイッチＳ１をオフのままとして再びステップ１０１で電圧を比較する。これに対してステップ１０２において、コンデンサＣの両端の電圧が給電電圧に到達すると、第１の制御部１０は、ステップ１０３においてショートブロック４３のスイッチＳ１をオンとする。これにより、コンデンサＣが低インピーダンスで給電系統に接続されることになる。その後も第１の制御部１０はコンデンサＣの両端電圧を監視し続けており、両端電圧が０Ｖになったかどうかを判定する（ステップ１０４）。両端電圧が０Ｖでない場合には、ステップ１０５においてスイッチＳ１をオンのまま維持してステップ１０４に戻り、両端電圧が０Ｖである場合には、ステップ１０６においてショートブロック４３のスイッチＳ１をオフとし、処理を終了する。

このように第１の制御部１０は、電圧測定部１１により計測されるコンデンサＣの両端電圧と予め設定されている給電電圧とを比較演算し、両者が等しくなるとショートブロック４３のスイッチＳ１をオンとし、以後、コンデンサＣの電圧が完全に零となるまで、コンデンサＣの電圧が低下してもショートブロック４３のスイッチＳ１をオフとはしないように、制御する。これにより本実施形態によれば、コンデンサ収容装置４Ａを直流給電系統と接続するだけで、コンデンサＣを低インピーダンスで給電系統へ接続することができる。

ここで、コンデンサＣの充電後にスイッチＳ１をオンのままにしておく理由を説明する。電流分配装置に搭載されるコンデンサ収容装置は、一般に、給電系統で電圧変動が発生したときに給電系統へ電荷を供給して給電系統の電圧を安定させるために使用される。このため、コンデンサＣの両端電圧が再度低下したときにショートブロック４３が遮断状態となる構成を採用すると、給電系統で電圧が変動したときに給電系統へ電荷を供給する前にコンデンサＣが給電系統と切り離されてしまうこととなるので、コンデンサ収容装置がその本来の役割を果たすことができなくなるからである。

ところで、上記の構成では、一旦充電されたコンデンサＣは給電系統を介してのみ放電できるので、給電系統から外された状態では放電することができない。つまり、コンデンサ収容装置を電流分配装置から取り外しても、コンデンサ収容装置内のコンデンサの両端には、残留電荷による電圧が残るので、コンデンサ収容装置の入力端子には電圧が現れ、これによって人体が感電するおそれが生じる。

そこで図５に示す本発明の第２の実施形態のコンデンサ収容装置は、図３に示したコンデンサ収容装置において、給電系統より取り外した後のコンデンサの残留電荷を放電できるように構成したものである。図５に示すコンデンサ収容装置４Ｂは、図３に示すコンデンサ収容装置に対し、操作者が必要に応じてコンデンサＣの放電をおこなうための放電スイッチ２１と、コンデンサＣの電荷を放電する放電部２２と、放電部２２内のスイッチ（開閉器）Ｓ２を制御する第２の制御部２０とを付加したものである。放電部２２は、スイッチＳ２と放電電流を制限する放電抵抗（第２の抵抗）Ｒｄとが直列に接続されたものであり、コンデンサＣに対して並列に接続されている。スイッチＳ２は、このスイッチＳ２を操作する第２の制御部２０を介して、放電スイッチ２１と接続されている。放電部２２のスイッチＳ２は、放電スイッチ２１がオフ（ＯＦＦ）のときに遮断状態（オフ）となり、放電スイッチ２１がオン（ＯＮ）のときに導通状態（ＯＮ）となるように、第２の制御部２０により制御される。第２の制御部２０による放電部２２の制御方法としては、リレーを用いる方法など、どのような方法を用いても構わない。

図５に示すコンデンサ収容装置において、放電スイッチがオフのときのコンデンサＣへの充電は、給電系統にコンデンサ収容装置を接続することにより、図６に示すように、図４に示したものと同じ動作フローにより行なわれる。コンデンサＣが充電されたのちの動作フローも図４に示したものと同じであり、図７に示すように、コンデンサＣは給電系統と低インピーダンスで接続され、給電系統の電圧を安定化する。コンデンサＣの放電を行なう場合には、コンデンサ収容装置４Ｂを給電系統から切り離し、放電スイッチ２１をオンにすればよい。放電スイッチ２１をオンにすると、第２の制御部２０によって放電部２１内のスイッチＳ２も導通状態となり、図８に示すように、コンデンサＣの電荷が放電抵抗に流れて消費され、最終的にコンデンサＣの電荷が零となる。これにより、コンデンサ収容装置４Ｂを電流分配装置３より取り外したときにコンデンサＣの残留電荷を除去できることとなり、コンデンサ収容装置４Ｂの撤去作業などにおける感電事故などのおそれをなくすことができる。

図５に示したコンデンサ収容装置は、操作者による放電スイッチ２２の手動操作によってコンデンサＣを放電させる構成としていたが、コンデンサ収容装置が電流分配装置から取り外されたかどうかを検出し、取り外しを検出した際に自動的にコンデンサＣを放電させる構成とすることもできる。図９に示した本発明の第３の実施形態のコンデンサ収容装置は、このように取り外しを検出した際に自動的にコンデンサＣを放電させるようにしたものである。

図９に示す第３の実施形態のコンデンサ収容装置４Ｃは、図５に示す構成における放電スイッチに代えて、挿抜検出部２４を設けたものである。挿抜検出部２４は、コンデンサ収容装置４Ｃが電流分配装置３に挿入され、給電系統とコンデンサ収容装置４Ｃの入力端子４１が低インピーダンスに接続されているか否かを検出するものである。挿抜検出部２４での検出結果は、検知信号として第２の制御部２０に送られる。この構成において、コンデンサ収容装置４Ｃと電流分配装置３との接続には、充電部に触れることなくコンデンサ収容装置４Ｃを電流分配装置３に対してに簡易に挿抜できるコネクタなどを使用する。挿抜検出部２４としては、機械式のスイッチによりコンデンサ収容装置４Ｃと電流分配装置３との接触を検出する構成のものなど、コンデンサ収容装置４Ｃの挿抜を検出できるものであれば、どのようなものを用いても構わない。

挿抜検出部２４がコンデンサ収容装置４Ｃの抜去を検出している時、第２の制御部２０は、図６における放電スイッチ２２がオフである状態と等しい動作を行なう。また、挿抜検出部２４がコンデンサ収容装置４Ｃの挿入を検出している時、第２の制御部２０は、図７における放電スイッチがオンである状態と等しい動作を行なう。このため、コンデンサ収容装置４Ｃが電流分配装置３に差し込まれると、挿抜検出部２４が挿入を検出するため、第２の制御部２０は、放電部２２のスイッチＳ２を遮断状態（オフ）とする。このときコンデンサ収容装置４Ｃは直流給電系統に接続されているから、図６に示す場合と同様に、コンデンサＣが充電される。一方、コンデンサ収容装置４Ｃを電流分配装置３から取り外すと、挿抜検出部２４によってそのことが検出され、第２の制御部２０は、放電部２２のスイッチＳ１をオンとする。その結果、図８に示す場合と同様に、コンデンサＣの残留電荷が放電される。

このように第３の実施形態によれば、コンデンサ収容装置４Ｃを電流分配装置３から抜去するだけで、コンデンサＣの電荷を自動的に放電させることができる。コンデンサ収容装置４Ｃが電流分配装置３から取り外されているときは、コンデンサ収容装置４Ｃ内のコンデンサＣは電荷が無い状態となるため、コンデンサ収容装置の修理やコンデンサ収容装置のコンデンサ交換を行なう際に、人体が感電するおそれをなくすことができる。

なお、第３の実施形態において、コンデンサ収容装置４Ｃの挿抜状態に関わりなく操作者自身の操作によってコンデンサＣを放電できるようにするために、第２の実施形態に示した放電スイッチ２１をさらに設け、放電スイッチがオンになった場合及び挿抜検出部２４が抜去を検出した場合の少なくとも一方の場合に第２の制御部２０が放電部２２内のスイッチＳ１をオンに制御するようにしてもよい。

１ 直流電源装置
２ 負荷装置
３ 電流分配装置
４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ コンデンサ収容装置
５ 負荷装置保護ヒューズ
１０ 第１の制御部
１１ 電圧測定部
２０ 第２の制御部
２１ 放電スイッチ
２２ 放電部
２４ 挿抜検出部
４１ 入力端子
４２ 突入電流防止部
４３ ショートブロック
Ｃ コンデンサ
Ｒｄ 放電抵抗
Ｒｓ 突入電流防止抵抗
Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２ スイッチ

Claims (6)

1. 直流電流を分岐して複数の負荷装置に対して前記直流電流を分配する電流分配装置に接続されるコンデンサ収容装置であって、
   コンデンサと、
   前記コンデンサに直列接続された第１のスイッチと、
   前記第１のスイッチに並列接続され、前記コンデンサへ前記直流を供給する電路に接続された第１の抵抗と、
   前記コンデンサの両端電圧を計測する電圧計測部と、
   前記電圧計測部での計測結果によって前記第１のスイッチの開閉を制御する第１の制御部と、
   を具備することを特徴とするコンデンサ収容装置。
2. 前記第１の制御部は、初期状態において前記第１のスイッチを遮断状態とし、前記両端電圧が前記直流電流に関して予め定められた給電電圧に達したときに前記第１のスイッチを導通状態とし、その後、前記両端電圧が零になったときに前記第１のスイッチを導通状態から遮断状態に変化させる制御を行う、請求項１に記載のコンデンサ収容装置。
3. 第２の抵抗と前記第２の抵抗に直列接続された第２のスイッチとを備え、前記コンデンサに並列接続された放電部と、
   前記第２のスイッチの開閉を制御する第２の制御部と、
   を更に具備したことを特徴とする請求項１に記載のコンデンサ収容装置。
4. 操作者によって操作される放電スイッチをさらに備え、前記第２の制御部は、前記放電スイッチがオンに操作されたときに前記第２のスイッチを導通状態に制御する、請求項３に記載のコンデンサ収容装置。
5. 前記コンデンサ収容装置の給電系統への接続状態を検知する挿抜検出部をさらに備え、前記第２の制御部は、前記挿抜検出部の検知信号に応じて前記第２のスイッチの開閉を制御する、請求項３または４に記載のコンデンサ収容装置。
6. 前記第２の制御部は、前記コンデンサ収容装置が前記給電系統から切り離されているときに前記第２のスイッチを導通状態に制御する、請求項５に記載のコンデンサ収容装置。

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