JP2014010972A

JP2014010972A - 道路灯

Info

Publication number: JP2014010972A
Application number: JP2012145726A
Authority: JP
Inventors: Naoki Sai; 尚樹斎; Kenichi Tanaka; 憲一田中
Original assignee: Inaba Electric Work Co Ltd; Hanshin Expressway Co Ltd
Current assignee: Inaba Electric Work Co Ltd; Hanshin Expressway Co Ltd
Priority date: 2012-06-28
Filing date: 2012-06-28
Publication date: 2014-01-20

Abstract

【課題】高い電圧に対応していない電子部品を含む電源装置（電源部）を内蔵する場合においても、従来の銅鉄製安定器内蔵の道路灯への配電線をそのまま利用して電源電圧の供給が可能な道路灯を提供する。
【解決手段】発光部１０から照射される光により道路を照らす道路灯１であって、道路灯１は、配電設備から供給される交流の第１電圧が印加され、交流の前記第１電圧の半分の第２電圧を２系統に出力するバランサ１１と、バランサ１１から出力された前記第２電圧を前記発光部に供給するための所定の電圧形態に変換する変換回路を含む電源部１３と、を内蔵している。
【選択図】図４

Description

本発明は、発光部から照射される光により道路を照らす道路灯に関する。

一般道路や高速道路には、夜間に道路を照らすための道路灯が多数設置されている。これらの道路灯の発光部には、ナトリウムランプ、水銀灯、セラミックメタルハライドランプなどのＨＩＤ（High Intensity Discharge：高輝度放電）ランプが用いられることが多い。また、近年では、省エネルギー化が可能なＬＥＤ（Light Emitting Diode）を用いた道路灯の開発も行われている（例えば、下記特許文献１参照）。

近年、照明器具では点灯装置に電子式点灯装置を用いることで高効率化が進んでおり、ＬＥＤ道路灯においても電子式電源装置を用いている。しかしながら、このような電子式電源装置は、価格や大きさなどの観点から一般に流通している電子部品にて構成されている。かかる電子部品は専ら低電圧での利用が想定されており、２６５Ｖや４６０Ｖといった２４０Ｖを超えるような高い電源電圧には対応していない。つまり、このような高い電源電圧が供給される環境下で当該電子部品を利用するためには、電源電圧を電子部品が対応できる電圧まで降圧する必要がある。

図７は、電力会社から各道路灯へ供給される電力の流れを模式的に示した図である。なお、ここでいう道路灯５０は、上述したＬＥＤ道路灯ではなく、ナトリウム灯などの、２４０Ｖを超えるような高い電源電圧に対応した銅鉄製安定器内蔵の道路灯を想定している。

電力会社から供給される電力４０は、送電による電力損失を抑えるために極めて高い電圧となっている。この電力４０は、電気室４１に設置された変電設備４２により、一定程度の低い電圧に降圧された後、配電線４５を介して数百〜数千メートル離れた各道路灯５０へ供給される。

なお、変電設備４２を含む電気室４１は、通常、道路高架下や隣接する建造物などに設置されている。また、変電設備４２により降圧された電圧は、一般的に単相２線４６０Ｖ、三相３線４６０Ｖ、又は三相４線４６０Ｖとなっている。

特開２００７−２４２２５８号公報

図７に示したように、銅鉄製安定器内蔵の道路灯５０（高圧ナトリウム灯、低圧ナトリウム灯、水銀灯など）は、４６０Ｖ又は２６５Ｖの電源電圧に対応している。しかしながら、この道路灯５０を、ＬＥＤ道路灯に取替えることを考えた場合、上述したようにＬＥＤ道路灯に必要な電源装置が４６０Ｖといった高い電圧に対応していない電子部品で構成されているため、単に道路灯５０をＬＥＤ道路灯にそのまま置き換えるということはできない。

４６０Ｖといった高い電圧での動作が可能な電子部品は非常に高価であるため、このような電子部品を含む電源装置（電源部）を各道路灯に設けるには、極めて高いコストが発生する。特に、道路灯は、所定の距離ごとに設ける必要があるところ、全ての道路灯にこのような高価な電子部品を含む電源装置を設けるのは現実的ではない。

別の方法として、廉価の電子部品でも対応可能な電圧まで電気室４１内で更に降圧させることが考えられる。ただしこの場合、図８に示すように、電気室４１内に別途の変電設備６１を設ける必要がある上、変電設備４２からＬＥＤ道路灯に対して低電圧を供給するための配電線６３を、変電設備４２から銅鉄製安定器内蔵の道路灯５０に対して高い電圧を供給するための配電線４５とは別に設ける必要がある。変電設備４２から配電線を別途敷設する工事が必要になるため、工事に多大な時間とコストが発生し、現実的とはいえない。

本発明は上記課題を解決すべく、高い電圧に対応していない電子部品を含む電源装置（電源部）を内蔵する場合においても、従来の銅鉄製安定器内蔵の道路灯への配電線をそのまま利用して電源電圧の供給が可能な道路灯を提供することを目的とする。

本発明の道路灯は、発光部から照射される光により道路を照らす道路灯であって、配電設備から供給される交流の第１電圧が印加され、交流の前記第１電圧の半分の第２電圧を２系統に出力するバランサと、前記バランサから出力された前記第２電圧を前記発光部に供給するための所定の電圧形態に変換する変換回路を含む電源部と、を内蔵することを特徴とする。

なお、ここでいう配電設備とは、変電設備（変電所）を介して電力が供給される場合には、当該変電設備の２次側の配電線を指している。また、変電設備を介さずに電力が供給される場合には、当該供給される配電線を指している。

この構成とすることで、電源部（電源装置）には第１電圧の半分の第２電圧が電源電圧として供給される。このため、電源部は、少なくとも第２電圧に対応する電子部品を含んで構成されていればよく、この構成の下では、銅鉄製安定器内蔵の道路灯への配電線を第１電圧の供給線として利用することができる。

よって、電気室などにおいて、電源部に対応させるべく更なる降圧を行う必要がなく、かかる降圧された電圧を供給するための別途の配電線を設ける必要もない。従って、一部の道路灯のみをＬＥＤ道路灯に置き換えるなど、予算に応じた道路照明設備の置換工事が可能となる。

また、上記構成では、道路灯にバランサを内蔵させる構成とした。バランサは、１次側に流れる電流と２次側に流れる電流を相殺する働きがあるため、通常の変圧器の定格容量の数％程度の大きさですみ、損失も数％程度に留まる。つまり、内蔵されるバランサは通常の変圧器よりも小形で高効率な構成であるため、小形の道路灯を実現できる。

上記構成において、前記電源部は、前記第１電圧には対応せず前記第２電圧には対応可能な電子部品を含んで構成されるものとすることができる。

例えば、第１電圧が４６０Ｖであるような場合においても、電源部は２３０Ｖで動作可能な電子部品で構成されていればよい。４６０Ｖ電圧で動作可能な電子部品は極めて高価であるが、２３０Ｖで動作可能なものは、一般的に流通しており、４６０Ｖ電圧で動作可能な電子部品と比べて廉価での入手が可能である。よって、かかる構成とすることで、道路灯に内蔵する電源部を廉価な電子部品にて構成することができる。高速道路を初めとする道路には、極めて多くの数の道路灯を設置する必要がある。ここで、それぞれの道路灯に電源部を内蔵させることを想定した場合、電源部を構成する電子部品が極めて高価な素子で構成されていれば、道路灯自体の設置コストが膨大となる。このため、既存の銅鉄製安定器内蔵の道路灯から高効率なＬＥＤ道路灯への置換を十分に進めることができない。しかし、上記構成のように、廉価な電子部品にて電源部を構成することで、ＬＥＤ道路灯の設置コストが抑制され、銅鉄製安定器内蔵の道路灯から高効率なＬＥＤ道路灯への置換を進めることができる。

上記構成において、前記バランサから出力される前記２系統のそれぞれに対して前記電源部を介して前記発光部が接続されているものとしても構わない。

ここで、道路灯に備えられる電源部及び発光部を、それぞれ同一の規格とする場合、各系統に接続される電源部（及び発光部）の数を同一とするのがより好ましい。このようにすることで、バランサから出力される２系統それぞれに接続される負荷がほぼ等しくなり、バランサに流れる電流を限りなく少なくすることができる。これにより、高効率な電圧変換が可能となる。

また、上記構成に加えて、前記電源部又は前記発光部の故障時に、前記バランサへの電圧供給を遮断する遮断部を有するものとしても構わない。

電源部又は発光部に何らかの故障が生じると、バランサの２次側（出力側）の２系統の負荷状態が不平衡となり、バランサに過電流が生じるおそれがある。上記構成によれば、負荷状態が不平衡となったときに、バランサへの電圧供給自体を遮断させることができるので、過電流からバランサを保護することができる。

また、前記電源部又は前記発光部の故障時に、当該故障している前記電源部又は前記発光部が接続されている系統とは別の系統に接続されている、正常な前記電源部を停止させる制御部を有するものとしても構わない。

かかる構成とすることで、バランサの２次側の２系統に接続された負荷を平衡に復帰させ、各系統に接続された正常な道路灯の多数を消灯させることなく、過電流からバランサを保護することができる。

なお、前記バランサ及び前記電源部は、本体又は柱状の本体下部の開口部に収容されるものとして構わない。

本発明の道路灯によれば、高い電圧に対応していない電子部品を含む電源部を内蔵しながらも、従来の銅鉄製安定器内蔵の道路灯への配電線をそのまま利用して電源電圧の供給を受けることができる。

道路灯の外観構成を示す模式図である。道路灯の別の外観構成を示す模式図である。道路灯に対する給電を行うための給電システムの構成を概念的に示すブロック図である。道路灯の内部構成を概念的に示す模式図である。保護機能を有した道路灯の内部構成を概念的に示す模式図である。保護機能を有した道路灯の内部構成を概念的に示す模式図である。従来の道路灯給電システムの構成を示す概念図である。従来の道路灯給電システムを用いてＬＥＤ道路灯に電源電圧を供給させる場合の問題点を示す概念図である。

本発明の道路灯につき、図面を参照して説明する。なお、図７又は図８を参照して説明した構成要素と同一のものについては、同一の符号を付している。また、各図において図面の寸法比と実際の寸法比は必ずしも一致しない。

［外観図］
図１は、道路灯の外観構成を示す模式図である。道路灯１は、柱状の本体２に支持される発光部１０から照射される可視光により道路を照らすことができる構成である。本実施形態では、発光部１０を構成する光源をＬＥＤとするが、ＬＥＤに限られず蛍光灯など他の光源を利用することもできる。

道路灯１は、後述するようにバランサ及び電源部を備えており、本実施形態では、これらが本体２下部に内蔵される。本体２の下部には、点検口としての開口部３が設けられている。開口部３は、蓋部で覆われている。本体２の下部に設けることで、作業員による点検や交換が容易な構成となっている。

なお、バランサ及び電源部を内蔵させる位置は、必ずしも本体２の下部に限定されるものではなく、本体２の上方でも構わないし、発光部１０の近接位置であっても構わない。

図１に示す道路灯１は、例えば高速道路の路側帯や中央分離帯、一般道路の路側帯などへの設置を想定したものである。図示しないが、一例として本体２の底部から線路を介して電源電圧が供給されるものとすることができる。

〈外観の別構成〉
図２は、道路灯の別の外観構成を示す模式図である。道路灯１は、図１のような柱状ではなく、例えば直方体型の筐体８に覆われて構成され、この筐体８内に発光部１０が内蔵されている。そして、この筐体８内には、後述するバランサ及び電源部も内蔵されている。

図２に示す道路灯１は、例えば高速道路や一般道路のトンネル内照明としての設置を想定したものである。トンネル内では鉛直方向への制約があるため、柱状の道路灯を設置することができない。よって、トンネルの壁面に筐体８を固定的に設置させることで、道路面を照らす構成が採用される。図示しないが、筐体８のトンネル壁面側から線路を介して電源電圧が供給される。

［内部構成及び給電システム］
図３は、道路灯１に対する給電を行うための給電システムの構成を概念的に示すブロック図である。また、図４は、道路灯１の内部構成を概念的に示す模式図であり、（ａ）は全体構成図、（ｂ）はバランサ１１の接続をより詳細に示した図である。図３では、変電設備４２から銅鉄製安定器内蔵の道路灯５０と本発明の道路灯１の双方に対して電源電圧が供給される態様を示している。なお、本実施形態では、一例として変電設備４２の２次側となる配電線４５は単相２線の４６０Ｖ配電線であるものとして説明する。無論、この配電線４５の電圧値や線方式は、これに限られるものではない。

道路灯１は、バランサ１１、電源部１３、及び発光部１０を含む構成である。単相２線４６０Ｖの配電線４５から分岐した分岐配電線４６がバランサ１１の１次側に接続される。バランサ１１は、２次側に線路Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の３線が接続され、線路Ｌ２はバランサ１１の中間位置から出力される中性線に相当する。なお、この中性線は、バランサ１１の１次側においては配電線４５と接続されていない。

上記の構成により、バランサ１１の２次側では、線路Ｌ１とＬ２の間に２３０Ｖの電圧を有する第１系統２０Ａ、線路Ｌ２とＬ３の間に２３０Ｖの電圧を有する第２系統２０Ｂが形成される。なお、第１系統２０Ａと第２系統２０Ｂで線路Ｌ２を共用しているが、線路Ｌ２と同位置にもう１線を引き出して、第１系統２０Ａと第２系統２０Ｂとで中性線を共用しない構成としても構わない。

電源部１３は、第１系統２０Ａに接続される電源部１３Ａ、第２系統２０Ｂに接続される電源部１３Ｂを有する。以下では、接続されている系統を区別する場合には、「電源部１３Ａ」、「電源部１３Ｂ」のように符号を付し、いずれの系統に接続されているものに対して共通に議論する場合には「電源部１３」と符号を付して説明する。発光部１０についても同様に取り扱う。

電源部１３は、電子回路にて構成された電圧変換回路を備えており、バランサ１１から供給される交流電圧（本実施形態ではＡＣ２３０Ｖ）を所定の電圧形態に変換して、電源部１３からの出力電圧を発光部１０の点灯に適したものにする。この電圧変換回路としては、例えばＡＣ／ＤＣ変換回路を利用することができる。電源部１３Ａには発光部１０Ａが接続され、電源部１３Ｂには発光部１０Ｂが接続される。電源部１３は電子回路で構成され、この電子回路は２４０Ｖ以下の電源電圧で動作可能な素子で構成されている。

また、道路灯１では、通常の変圧器ではなく、バランサ１１によって入力電圧の半分の電圧に分圧する構成としている。バランサ１１は、１次側に流れる電流と２次側に流れる電流を当該バランサ内部で相殺することができる構成である。つまり、バランサ１１は、電源部１３の入力インピーダンスの不平衡分を補償するだけの容量があれば良いため、通常の変圧器の定格容量の数％程度の大きさですみ、損失も数％程度に留まる。つまり、内蔵されるバランサは通常の変圧器よりも小形で高効率な構成であるため、小形の道路灯を実現できる。本実施形態では、不平衡を最小化するため、各電源部１３（１３Ａ、１３Ｂ）として同じ定格の電源部を採用している。

このような構成としたとき、電源部１３は、配電線４５を介して供給される単相２線の４６０Ｖ（「第１電圧」に相当）ではなく、その半分の２３０Ｖの電圧（「第２電圧」に相当）が電源電圧として供給される。このため、２４０Ｖ以下で動作可能な電子部品を含む電源部１３を利用することができ、４６０Ｖといった高い電圧に対応した高価な電子部品によって電源部１３を構成する必要がない。

つまり、本発明の道路灯１によれば、電子回路を内蔵する場合であっても、変電設備から供給される交流電圧（配電線４５により供給される電圧）をそのまま配電可能である。従って、変電設備４２内において別途の変圧器を設けたり、別の配電線６３（図８参照）を設ける必要がない。つまり、図３に示すように、本発明の電子回路内蔵の道路灯１と、銅鉄製安定器内蔵の道路灯５０とを道路に混在させて設置する場合にも、配電線４５を共通化することができるため、特に既設の道路灯を電子回路内蔵の道路灯へ取り替える際のコストを抑えることができる。また、電気室４１内に道路灯専用の変圧器６１（図８参照）を設置する必要がないため、電気室４１自体の縮小化にも繋がる。

［保護機能］
図４の構成に加えて、道路灯１がバランサ１１を保護するための保護機能を備える構成とすることができる。以下、この保護機能を有した道路灯１の構成について、図５及び図６を参照して説明する。

図５（ａ）に示す道路灯１は、バランサ１１の１次側において、バランサの一端と直列に過熱保護部３１が設けられている。この過熱保護部３１は、バランサ１１からの放射熱を検知し、所定温度以上に高温となると（過熱状態）、遮断機能が働いてバランサ１１への電圧供給を停止させる。過熱保護部３１は、例えば温度ヒューズで実現することができる。

図４を参照して説明したように、道路灯１の給電システムは、第１系統２０Ａと第２系統２０Ｂを有し、各系統に電源部１３及び発光部１０が接続される。これにより、バランサ１１の２次側の負荷平衡が実現されることで、バランサ１１を流れる電流をゼロに近づけることができ、高効率な電圧変換を可能としている。このため、例えばいずれかの系統に接続された電源部１３や発光部１０に何らかの故障や不具合が生じると、バランサ１１の２次側において両系統の負荷状態に不均衡が生じ、この結果、バランサ１１に大きな電流が流れ続けてバランサ１１が焼損するおそれがある。図４（ａ）のような構成とすることで、バランサ１１に過電流が流れたことを検知した時点で過熱保護部３１によってバランサ１１への電圧供給が遮断されて、バランサ１１を保護することが可能となる。

図５（ｂ）に示す道路灯１は、バランサ１１の１次側において、バランサの一端と直列に過電流保護部３２が設けられている。また、バランサ１１の２次側においては、各系統において、電源部１３の前段に過電圧保護部３３を接続している。例えば、第１系統２０Ａを例にとれば、バランサ１１の２次側において過電圧保護部３３を介して電源部１３Ａが接続され、電源部１３の更に２次側（負荷側）に発光部１０Ａが接続される構成である。過電流保護部３２は、所定値以上の電流を検知すると遮断する機能を有する電流ヒューズで実現できる。また過電圧保護部３３は、所定値以上の電圧を検知すると遮断するブレーカーで実現できる。

この構成においても、図５（ａ）を参照して説明したのと同様、例えばいずれかの系統に接続された電源部１３や発光部１０に何らかの故障や不具合が生じると、バランサ１１の２次側において両系統の負荷状態に不均衡が生じる。このとき、バランサ１１に過電流が流れたことを検知した時点で、過電流保護部３２によってバランサ１１への電圧供給が遮断されて、バランサ１１を保護することが可能となる。更に、バランサ１１への電圧供給が遮断された状態で、過電圧保護部３３は、接続されている系統の電圧が過電圧になったことを検知すると、回路を遮断して電源部１３への過電圧印加を防止する。図５（ｂ）の構成により、バランサ１１のみならず、電源部１３や発光部１０への保護を図ることができる。

図６に示す道路灯１は、第１系統２０Ａ、第２系統２０Ｂに対してそれぞれ複数の電源部１３及び発光部１０が接続されている形態を想定している。具体的には、第１系統２０Ａには、電源部１３Ａａ、１３Ａｂが接続され、第２系統２０Ｂには、電源部１３Ｂａ、１３Ｂｂが接続されている。そして、それぞれの電源部に対して発光部１０が接続されている。

道路灯１は、電源部１３の運転停止の制御が可能な制御部３４を備える。この制御部３４は、各電源部１３の運転状態を監視している。より具体的には、電源部１３の故障時、電源部１３の２次側の短絡、又は電源部１３の２次側の開放の各状態が発生すると、その旨の信号（以下、「故障信号」と呼ぶ。）が電源部１３より制御部３４に対して出力される。ここで、電源部１３の２次側の短絡とは、具体的には発光部１０の配線がショート状態である場合を指している。また、電源部１３の２次側の開放とは、具体的には発光部１０の配線が断線している場合を指している。なお、電源部１３は、前記各状態が生じるたびにその状態別の信号を出力するものとしても構わないし、前記いずれかの各状態が生じると、当該状態に関わらず所定の信号を出力するものとしても構わない。

例えば、制御部３４が電源部１３Ａａより出力された故障信号を取得した場合を説明する。このとき、制御部３４は、当該信号を出力した電源部１３Ａａの運転を停止する制御を行うと共に、この電源部１３Ａａの接続系統とは別の系統（つまり第２系統２０Ｂ）に接続されている一の電源部１３Ｂ（ここでは電源部１３Ｂａとする。）の運転を停止する制御を行う。これにより、一の電源部１３の故障時においても、第１系統２０Ａに接続された負荷状態と、第２系統２０Ｂに接続された負荷状態の均衡が維持され、両系統に流れる電流を一致させることができるため、バランサ１１の過負荷が防止される。また、かかる態様とすることで、故障した電源部１３Ａａ以外の第１系統２０Ａに接続された電源部１３Ａから電圧供給を受ける発光部１０Ａ、停止させた電源部１３Ｂａ以外の第２系統２０Ｂに接続された電源部１３Ｂから電圧供給を受ける発光部１０Ｂについては、点灯状態を維持することができる。つまり、全ての発光部１０Ａ及び１０Ｂが不点灯状態となるのを避けつつ、バランサ１１や電源部１３Ａ、１３Ｂを保護することができる。

なお、上述した図５（ａ）、（ｂ）、及び図６に示す各保護機能は、相互に組み合わせられても構わない。

１：道路灯
２：柱状の本体
３：柱状の本体開口部
８：筐体
１０：発光部
１０Ａ、１０Ａａ、１０Ａｂ：発光部
１０Ｂ、１０Ｂａ、１０Ｂｂ：発光部
１１：バランサ
１３：電源部
１３Ａ、１３Ａａ、１３Ａｂ：電源部
１３Ｂ、１３Ｂａ、１３Ｂｂ：電源部
２０Ａ：第１系統
２０Ｂ：第２系統
３１：過熱保護部
３２：過電流保護部
３３：過電圧保護部
３４：制御部
４０：高圧（又は特別高圧）電力
４１：電気室
４２：変電設備
４５：配電線
４６：分岐配電線
５０：銅鉄製安定器内蔵の道路灯
６１：変電設備
６３：配電線
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３：バランサの２次側の線路

Claims

発光部から照射される光により道路を照らす道路灯であって、
配電設備から供給される交流の第１電圧が印加され、交流の前記第１電圧の半分の第２電圧を２系統に出力するバランサと、
前記バランサから出力された前記第２電圧を前記発光部に供給するための所定の電圧形態に変換する変換回路を含む電源部と、を内蔵した道路灯。
前記電源部は、前記第１電圧には対応せず前記第２電圧には対応可能な電子部品を含んで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の道路灯。
前記バランサから出力される前記２系統のそれぞれに対して前記電源部を介して前記発光部が接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の道路灯。
前記電源部又は前記発光部の故障時に、前記バランサへの電圧供給を遮断する遮断部を有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の道路灯。
前記電源部又は前記発光部の故障時に、当該故障している前記電源部又は前記発光部が接続されている系統とは別の系統に接続されている、正常な前記電源部を停止させる制御部を有していることを特徴とする請求項３に記載の道路灯。
前記第１電圧が２４０Ｖを超える電圧であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の道路灯。
前記バランサ及び前記電源部が、本体又は柱状の本体下部の開口部に収容されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の道路灯。