JP2013146121A - Power supply system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、太陽光発電システムや蓄電池給電システムなどの電力供給システム、特に災害時に電力の出力を停止する保護回路を備えた電力供給システムに関する。 The present invention relates to a power supply system such as a solar power generation system and a storage battery power supply system, and more particularly to a power supply system including a protection circuit that stops power output in the event of a disaster.
近年、太陽光発電システムや蓄電池給電システムなどの電力供給システムを備えた建築物が増加している。一方で、毎年、大雨による河川の氾濫や土石流などの自然災害によって、家屋が破壊されたり、押し流されたりする事例が発生している。また、2011年3月11日に発生した東北地方太平洋沖地震及びそれに伴う津波(東日本大震災)によって多くの建築物が破壊され、水没したことは記憶に新しい。 In recent years, buildings equipped with a power supply system such as a solar power generation system and a storage battery power supply system are increasing. On the other hand, every year, there are cases where houses are destroyed or swept away by natural disasters such as river floods and debris flows caused by heavy rain. In addition, it is a new memory that many buildings were destroyed and submerged by the 2011 off the Pacific coast of Tohoku Earthquake and the accompanying tsunami (Great East Japan Earthquake).
太陽光発電システムや蓄電池給電システムなどの電力供給システムでは、例えば太陽電池パネルや蓄電池などに遮断器が設けられており、保守点検などの際に、遮断器を動作させて下流側の例えばパワーコンディショナなどに電力を出力しないように構成されている。一般的に、この遮断器は、作業時に作業者によって操作されるものであり、災害発生時に自動的に動作するようには設計されていない。また、太陽電池パネルや蓄電池とパワーコンディショナ及びパワーコンディショナと配電盤などを接続する配線は、地震などによっては容易に外れないように構成されている。そのため、建築物が破壊されるような大規模な災害であっても、これらの配線が切断されることはなく、太陽電池パネルなどが発電している限り、電力供給システムから電力が出力され続ける。1995年1月17日に発生した兵庫県南部地震(阪神淡路大震災)では、商用電源の送電再開に伴って倒壊した家屋から火災が発生していることから、電力供給システムから電力が出力され続ける状態では倒壊家屋の火災発生が予想される。また、電力供給システムから電力が出力され続ける状態で海水などが流入すると、付近にいる人が感電する可能性がある。 In a power supply system such as a solar power generation system or a storage battery power supply system, for example, a solar circuit panel or a storage battery is provided with a circuit breaker. It is configured not to output power to the na. Generally, this circuit breaker is operated by an operator at the time of work, and is not designed to operate automatically when a disaster occurs. Moreover, the wiring which connects a solar cell panel, a storage battery, a power conditioner, and a power conditioner, a switchboard, etc. is comprised so that it may not remove easily according to an earthquake. Therefore, even in a large-scale disaster that destroys buildings, these wirings will not be cut, and power will continue to be output from the power supply system as long as the solar panel generates electricity. . In the Hyogoken-Nanbu Earthquake that occurred on January 17, 1995 (the Hanshin-Awaji Great Earthquake), a fire occurred from a collapsed house with the resumption of commercial power transmission, so power continues to be output from the power supply system. In the state, a fire in a collapsed house is expected. In addition, if seawater or the like flows in a state where power is continuously output from the power supply system, a person in the vicinity may receive an electric shock.
特許文献1には、直流安定化電源において、出力電圧の状態を監視する電圧検出ラインが断線したときに、リレーを動作させて出力電圧を切断する装置が開示されている。しかしながら、検出ラインは容易に断線することはなく、この装置は、実際にはほとんど起こりえない事故に対する安全対策である。そのため、電力供給システムに、単純に特許文献1の装置を組み込んだとしても、電圧検出用の配線が切断されない限り、上記のような火災発生や感電を防止することはできない。
本発明は、上記従来例の問題を解決するためになされたものであり、比較的簡単な構造でありながら、大規模な災害発生時に電力の出力を停止する電力供給システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems of the conventional example, and an object thereof is to provide a power supply system that stops power output when a large-scale disaster occurs while having a relatively simple structure. And
上記目的を達成するため、本発明に係る電力供給システムは、直流電源からの電力を出力するための第1電力出力線及び第2電力出力線と、前記第1電力出力線の断線を検出するための断線検出線と、前記第1電力出力線と前記断線検出線との間に接続され、前記第1電力出力線の断線を検出するための断線検出回路と、前記直流電源と、前記断線検出線と、前記第2電力出力線に接続され、前記断線検出回路が前記第1電力出力線の断線を検出していないときに、前記直流電源と前記第2電力出力線の導通を確保し、前記断線検出回路が前記第1電力出力線の断線を検出したときに、前記直流電源と前記第2電力出力線の導通を遮断する遮断回路と、前記直流電源と前記断線検出回路との間の前記第1電力出力線に設けられた第1コネクタを備え、前記第1コネクタはプラグとソケットで構成され、前記第1電力出力線に引っ張り力が加えられたときに、前記プラグと前記ソケットが外れるように構成されていることを特徴とする。 To achieve the above object, a power supply system according to the present invention detects a first power output line and a second power output line for outputting power from a DC power source, and disconnection of the first power output line. A disconnection detection line, a disconnection detection circuit connected between the first power output line and the disconnection detection line for detecting disconnection of the first power output line, the DC power source, and the disconnection When the disconnection detection circuit is connected to a detection line and the second power output line and the disconnection detection circuit does not detect the disconnection of the first power output line, the DC power supply and the second power output line are secured. A disconnection circuit that interrupts conduction between the DC power supply and the second power output line when the disconnection detection circuit detects a disconnection of the first power output line; and between the DC power supply and the disconnection detection circuit. The first connector provided on the first power output line Wherein the first connector is composed of a plug and socket, when pulling force to said first power output line is applied, wherein the plug and the socket is configured to disengage.
少なくとも前記断線検出回路と前記遮断回路の間の前記断線検出線に、前記第1コネクタとは分離して設けられた第2コネクタをさらに備え、前記第1コネクタと前記第2コネクタは、所定距離を隔てて設けられ、前記所定の距離は、前記第1コネクタと前記第2コネクタが海水中にある場合に、所定の電気抵抗を発生するように設定されていることが好ましい。 The disconnection detection line between at least the disconnection detection circuit and the disconnection circuit further includes a second connector provided separately from the first connector, and the first connector and the second connector have a predetermined distance. Preferably, the predetermined distance is set so as to generate a predetermined electric resistance when the first connector and the second connector are in seawater.
また、前記第1コネクタの前記プラグは、前記プラグと前記ソケットが外れたときに、その導体部分が絶縁性のジェル状樹脂によって覆われるように構成されていることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the plug of the first connector is configured such that when the plug and the socket are detached, a conductor portion thereof is covered with an insulating gel-like resin.
前記遮断回路は、前記直流電源と前記第2電力出力線との間に接続された半導体スイッチ素子を備え、前記断線検出回路は、前記半導体スイッチ素子のゲート電極に所定のゲート電圧を入力するための電圧発生回路であることが好ましい。 The cutoff circuit includes a semiconductor switch element connected between the DC power supply and the second power output line, and the disconnection detection circuit is configured to input a predetermined gate voltage to the gate electrode of the semiconductor switch element. It is preferable that the voltage generation circuit is.
本発明によれば、第1電力出力線に引っ張り力が加えられるような大規模な災害が発生したときに、第1コネクタのプラグとソケットが外れ、第1電力出力線が比較的容易に断線する。第1電力出力線が断線すると、遮断回路が直流電源と第2電力出力線の導通を遮断するので、仮に第1コネクタのプラグとソケットの間又は第1コネクタのプラグと第2電力出力線の導体部分が海水や木材などによって導通したとしても、ほとんどの場合、直流電源から電力は出力されない。その結果、感電や火災などを防止することができる。 According to the present invention, when a large-scale disaster in which a tensile force is applied to the first power output line occurs, the plug and socket of the first connector are disconnected, and the first power output line is disconnected relatively easily. To do. When the first power output line is disconnected, the interruption circuit cuts off the continuity between the DC power source and the second power output line. Therefore, the plug between the first connector and the socket, or between the plug of the first connector and the second power output line. Even if the conductor portion is conducted by seawater, wood, etc., in most cases, power is not output from the DC power source. As a result, electric shock and fire can be prevented.
本発明の一実施形態に係る電力供給システムについて説明する。図1は、本実施形態に係る電力供給システムの第1構成例を示す。この電力供給システム1は、例えば太陽電池パネルや蓄電池などの直流電源2と、インバータ回路12を備えたパワーコンディショナ4などで構成されている。インバータ回路12は、直流電源2から出力された直流電力を交流電力に変換し、出力する。直流電源2とパワーコンディショナ4とは、直流電源2からの電力を出力するための第1電力出力線5及び第2電力出力線6と、第1電力出力線5の断線を検出するための断線検出線7で接続されている。パワーコンディショナ4は、第1電力出力線5と断線検出線7との間に接続され、第1電力出力線5の断線を検出するための断線検出回路8を備えている。直流電源2は、断線検出線7と、第2電力出力線6に接続され、断線検出回路8の検出結果に応じて直流電源2と第2電力出力線6の導通及び遮断を制御する遮断回路9を備えている。第1電力出力線5は、直流電源2の高電圧側出力端子とパワーコンディショナ4の高電圧側入力端子に接続されており、その中間部にプラグとソケットで構成された第1コネクタ10が設けられている。断線検出回路8の一端は、パワーコンディショナ4の高電圧側入力端子、すなわち第1電力出力線5に接続されている。また、断線検出回路8の他端は、断線検出線7のパワーコンディショナ4側端子に接続されている。第2電力出力線6は、直流電源2の遮断回路9とパワーコンディショナ4の低電圧側入力端子に接続されている。なお、第1構成例では、第2電力出力線6と断線検出線7の中間部にはコネクタが設けられていない。また、直流電源2が太陽電池パネルであり、その太陽電池パネルが複数設けられているときは、複数の太陽電池パネルは、接続箱(図示せず)を介してパワーコンディショナと接続される。
A power supply system according to an embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 shows a first configuration example of a power supply system according to the present embodiment. The
図2は、断線検出回路8と遮断回路9の具体的な回路構成例を示す。断線検出回路8は、一端がパワーコンディショナ4の高電圧側入力端子、すなわち第1電力出力線5に接続された抵抗体R2で構成され、所定の電圧を発生させる。遮断回路9は、直流電源2の低電圧側と第2電力出力線6との間に接続された、例えばFETなどの半導体スイッチ素子Q1、ツェナーダイオードZD1、抵抗体R1などで構成されている。半導体スイッチ素子Q1のゲート電極は断線検出線7を介して断線検出回路8の抵抗体R2の他端に接続され、抵抗体R2により発生された所定の電圧がゲート駆動信号として半導体スイッチ素子Q1のゲート電極に入力される。第1電力出力線5が断線していないとき、遮断回路9の半導体スイッチ素子Q1のゲート電極にゲート駆動信号が入力され、半導体スイッチ素子Q1が導通している。すなわち、断線検出回路8が第1電力出力線の断線を検出していないときは、直流電源2から第1電力出力線5及び第2電力出力線6を介してインバータ回路12に直流電力が入力され、インバータ回路12から交流電力が出力される。一方、第1電力出力線5が断線すると、遮断回路9の半導体スイッチ素子Q1のゲート電極にゲート駆動信号が入力されず、半導体スイッチ素子Q1が非導通となる。すなわち、断線検出回路8が第1電力出力線の断線を検出すると、直流電源2と第2電力出力線6が非導通となり、インバータ回路12に直流電力が入力されず、インバータ回路12から交流電力が出力されなくなる。
FIG. 2 shows a specific circuit configuration example of the
図3に示すように、第1コネクタ10はプラグ21とソケット22で構成されている。これらプラグ21とソケット22は、互いに差し込まれて結合されるだけであり、外れにくくするためのねじ止め構造や爪と凹部を係合させる構造は有していない。また、例えばプラグ21の雄端子23の表面には、ジェル状の絶縁性樹脂24が塗布されており、あるいは、プラグ21のハウジング21aの凹部21bにジェル状の絶縁性樹脂24が充填されている。プラグ21とソケット22を結合させた状態では、ソケット22のハウジング22aの先端部が絶縁性樹脂24をプラグ21のハウジング21aの凹部21bの奥に押し込め、プラグ21の雄端子23とソケット22の雌端子25が接触し、電気的に導通される。ここで、第1電力出力線5に引っ張り力が作用すると、第1コネクタ10を構成するプラグ21とソケット22が外れ、第1電力出力線5が断線する。プラグ21とソケット22が外れると、すなわち、プラグ21の雄端子23とソケット22の雌端子25が離反すると、ジェル状の絶縁性樹脂24がその弾性力により元の形状に復元しようとし、プラグ21の雄端子23の表面がジェル状の絶縁性樹脂24で覆われる。そのため、大規模な災害によって家屋が倒壊し、第1電力出力線5が断線したとしても、プラグ21の雄端子23の表面がジェル状の絶縁性樹脂24で覆われる。そして、仮に直流電源2が電力を出力し続け、且つ、プラグ21とソケット22が共に海水中に水没したとしても、プラグ21からソケット22に電流が流れることはなく、断線検出回路8は第1電力出力線の断線を検出することができる。その結果、遮断回路9は直流電源2と第2電力出力線の導通を遮断する。また、プラグ21の雄端子23とその他の導体部分、例えば断線検出線7や第2電力出力線6の端子などとの間でも電流は流れない。
As shown in FIG. 3, the
図4は、本実施形態に係る電力供給システムの第2構成例を示す。第2構成例では、第2電力出力線6及び断線検出線7の中間部にも、第1コネクタ10と同様の第2コネクタ11が設けられている。また、第1電力出力線5、第2電力出力線6及び断線検出線7がそれぞれ並列に配線される場合であっても、第1コネクタ10と第2コネクタ11を別の場所に設けることが好ましい。仮に、大規模な災害によって家屋が倒壊したとしても、第1コネクタ10のプラグ21とソケット22が首尾よく外れるとは限らない。第1コネクタ10と第2コネクタ11を別の場所に設けておけば、第1コネクタ10と第2コネクタ11のいずれか一方が外れる可能性が高くなる。第2コネクタ11のプラグとソケットが外れれば、断線検出線7が断線し、遮断回路9の半導体スイッチ素子Q1のゲート電極にゲート駆動信号が入力されず、半導体スイッチ素子Q1が非導通となる。図4では、第2電力出力線6及び断線検出線7を1つの第2コネクタ11で接続しているが、それぞれ個別の第2コネクタ11で接続してもよい。また、第2コネクタ11は図3に示す第1コネクタと同様に、プラグとソケットが互いに差し込まれて結合される構成であってもよい。また、プラグ側にジェル状絶縁性樹脂を設けていてもよい。
FIG. 4 shows a second configuration example of the power supply system according to the present embodiment. In the second configuration example, a
さらに、第1コネクタ10と第2コネクタ11を別の場所に設ける場合、仮に第1コネクタ10と第2コネクタ11が共に海水中に水没したとしても、所定の電気抵抗を発生するように所定距離を隔てて設けられていることが好ましい。周知のように、(海水と区別するという意味での)真水は比較的電気抵抗が高く、第1コネクタ10と第2コネクタ11が水没したとしても直ちにショートするというものではない。そのため、真水を介して電流が流れたとしても、遮断回路9の半導体スイッチ素子Q1のゲート電極に印加される電圧は低く、ゲート−ドレイン電圧閾値以下となって、半導体スイッチ素子Q1は非導通となる可能性が高い。一方、海水のように電解質が多量に溶け込んでいる場合、電気抵抗は真水に比べて小さい。そのため、第1コネクタ10と第2コネクタ11が至近距離に設けられていれば、海水を介して電流が流れ、遮断回路9の半導体スイッチ素子Q1のゲート電極にゲート−ドレイン電圧閾値以上の電圧が印加され、半導体スイッチ素子Q1が導通したままとなる虞がある。従って、第1コネクタ10と第2コネクタ11を、仮に海水中に水没したとしても所定の電気抵抗を発生するように所定距離を隔てて設けておけば、遮断回路9の半導体スイッチ素子Q1のゲート電極にゲート−ドレイン電圧閾値以上の電圧が印加されることはなく、半導体スイッチ素子Q1を非導通にすることができる。このような配置は、上記第1コネクタ10のプラグ21のジェル状の絶縁性樹脂24が元々設けられていない場合や、ジェル状の絶縁性樹脂24が経年変化により劣化している場合などに有効である。
Further, when the
図5は、本実施形態に係る電力供給システムの第3構成例を示す。第3構成例では、図2に示す上記第1構成例と比較して、遮断回路9の具体的構成が異なる。図6(a)は、図2に示す遮断回路9における半導体スイッチ素子Q1のゲートに印加される電圧と直流電源2の端子から出力される電圧の関係を示す。一方、図6(b)は、図5に示す遮断回路9における半導体スイッチ素子Q1のゲートに印加される電圧と直流電源2の端子から出力される電圧の関係を示す。図中、Vthは半導体スイッチ素子Q1のゲート−ドレイン電圧閾値、VZD1はツェナーダイオードZD1のツェナー電圧を表す。また、Vsは直流電源2の端子から出力される電圧を示す。なお、以下の説明において、半導体スイッチ素子Q1のゲート電極に印加される電圧をゲート電圧とする。
FIG. 5 shows a third configuration example of the power supply system according to the present embodiment. In the third configuration example, the specific configuration of the
図6(a)に示すように、図2に示す遮断回路9の構成の場合、例えば直流電源2が太陽電池パネルであって、その発電量が少ないときでも、半導体スイッチ素子Q1のゲート電極にゲート−ドレイン電圧閾値Vthよりも高いゲート電圧が印加されると、半導体スイッチ素子Q1が導通する。半導体スイッチ素子Q1として用いられるFETは、ゲート電圧が高いほどオン抵抗が小さく、換言すれば、ゲート電圧が低いときはオン抵抗が大きく、半導体スイッチ素子Q1による損失が大きく、半導体スイッチ素子Q1の発熱量が多い。図5に示す第3構成例では、半導体スイッチ素子Q1のゲートに制御スイッチ素子Q2を接続すると共に、制御スイッチ素子Q2のゲートにコンパレータCOM1を接続している。そのため、コンパレータCOM1に入力される電圧が所定の閾値に達するまで制御スイッチ素子Q2が導通し、半導体スイッチ素子Q1は導通しない。そのため、図6(b)に示すように、半導体スイッチ素子Q1の損失が大きい領域では半導体スイッチ素子Q1が非導通(オフ)であり、半導体スイッチ素子Q1による損失や発熱は生じない。もちろん、その間、直流電源2の端子からも電力は出力されない。コンパレータCOM1に入力される電圧が所定の閾値に達すると制御スイッチ素子Q2が非導通(オフ)となり、半導体スイッチ素子Q1が導通(オン)する。そして直流電源2の端子から電力が出力される。半導体スイッチ素子Q1を導通させる電圧閾値は、抵抗体R2、R5及びR6の抵抗値を適宜選択することによって任意の値に設定することができる。
As shown in FIG. 6A, in the case of the configuration of the
なお、本発明に係る電力供給システムにおいて、直流電源、第1電力出力線、第2電力出力線、断線検出線、断線検出回路、遮断回路及び第1コネクタの設置場所は、特に限定されない。要は、第1電力出力線に引っ張り力が加えられたときに、第1コネクタを構成するプラグとソケットが外れ、それによって断線検出回路が第1電力出力線が断線したことを検出し、遮断回路が直流電源と第2電力出力線の導通を遮断するように構成されていればよい。このようなきわめて簡単な構成により、大規模な災害発生時に、太陽電池パネルや蓄電池などの直流電源から電力の出力を停止することができる。 In the power supply system according to the present invention, the installation locations of the DC power supply, the first power output line, the second power output line, the disconnection detection line, the disconnection detection circuit, the disconnection circuit, and the first connector are not particularly limited. In short, when a tensile force is applied to the first power output line, the plug and socket constituting the first connector are disconnected, and the disconnection detection circuit detects that the first power output line is disconnected, and shuts off. It is only necessary that the circuit is configured to cut off the connection between the DC power supply and the second power output line. With such an extremely simple configuration, it is possible to stop the output of power from a DC power source such as a solar battery panel or a storage battery when a large-scale disaster occurs.
1 電力供給システム
2 直流電源
4 パワーコンディショナ
5 第1電力出力線
6 第2電力出力線
7 断線検出線
8 断線検出回路
9 遮断回路
10 第1コネクタ
11 第2コネクタ
12 インバータ回路
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記第1電力出力線の断線を検出するための断線検出線と、
前記第1電力出力線と前記断線検出線との間に接続され、前記第1電力出力線の断線を検出するための断線検出回路と、
前記直流電源と、前記断線検出線と、前記第2電力出力線に接続され、前記断線検出回路が前記第1電力出力線の断線を検出していないときに、前記直流電源と前記第2電力出力線の導通を確保し、前記断線検出回路が前記第1電力出力線の断線を検出したときに、前記直流電源と前記第2電力出力線の導通を遮断する遮断回路と、
前記直流電源と前記断線検出回路との間の前記第1電力出力線に設けられた第1コネクタを備え、
前記第1コネクタはプラグとソケットで構成され、前記第1電力出力線に引っ張り力が加えられたときに、前記プラグと前記ソケットが外れるように構成されていることを特徴とする電力供給システム。 A first power output line and a second power output line for outputting power from a DC power source;
A disconnection detection line for detecting disconnection of the first power output line;
A disconnection detection circuit connected between the first power output line and the disconnection detection line for detecting disconnection of the first power output line;
The DC power source and the second power are connected to the DC power source, the disconnection detection line, and the second power output line, and the disconnection detection circuit does not detect the disconnection of the first power output line. A disconnection circuit that secures conduction of the output line, and interrupts conduction of the DC power supply and the second power output line when the disconnection detection circuit detects disconnection of the first power output line;
A first connector provided on the first power output line between the DC power source and the disconnection detection circuit;
The power supply system according to claim 1, wherein the first connector includes a plug and a socket, and the plug and the socket are disconnected when a tensile force is applied to the first power output line.
前記第1コネクタと前記第2コネクタは、所定距離を隔てて設けられ、前記所定の距離は、前記第1コネクタと前記第2コネクタが海水中にある場合に、所定の電気抵抗を発生するように設定されていることを特徴とする請求項1に記載の電力供給システム。 The disconnection detection line between at least the disconnection detection circuit and the cutoff circuit further includes a second connector provided separately from the first connector,
The first connector and the second connector are provided at a predetermined distance, and the predetermined distance generates a predetermined electric resistance when the first connector and the second connector are in seawater. The power supply system according to claim 1, wherein the power supply system is set as follows.
The cutoff circuit includes a semiconductor switch element connected between the DC power supply and the second power output line, and the disconnection detection circuit is configured to input a predetermined gate voltage to the gate electrode of the semiconductor switch element. The power supply system according to claim 1, wherein the power supply system is a voltage generation circuit.
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