JP2014030300A - 電流分配装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ヒューズＰＤＦとＭＣＣＢ−ＰＤＦを併用した給電システムにおいて、短絡発生時に正常に遮断動作する電流分配装置を提供する。
【解決手段】本発明の電流分配装置は、遮断装置としてＭＣＣＢを用いた第一の電流分配回路と、遮断装置としてヒューズを用いた第二の電流分配回路と、を備え、前記第一の電流分配回路と、前記第二の電流分配回路とは、同一の電源に接続され、前記第二の電流分配回路は、前記ヒューズの前記電源側にコンデンサの一端が接続され、前記第一の電流分配回路と前記第二の電流分配回路との分岐点と、前記コンデンサの間に前記第一の電流分配回路に向かって流れる電流を遮断するダイオードが接続されることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、電流分配装置及び給電システムに関し、より詳細には、ＭＣＣＢとヒューズの両方の遮断装置を同一の電源装置に接続した電流分配装置及び給電システムに関する。

現在、直流給電システムの電流分配装置には、遮断装置としてヒューズを利用した電流分配装置（ヒューズＰＤＦ）、遮断装置としてＭＣＣＢ（Molded Case Circuit Breaker）を利用した電流分配装置（ＭＣＣＢ−ＰＤＦ）等がある。これらの電流分配装置には短絡発生時に短絡電流を正確に遮断することと、短絡回路以外に接続された装置の入力電圧を所定の範囲に収める必要がある。

図１は、特許文献１に記載の、ヒューズを利用した電流分配装置（ヒューズＰＤＦ）を有する給電システムを示すブロック図である。図１を参照すると、電流供給装置１０は例えば整流装置であり、商用の電源から出力する交流電力を直流電力に変換する。電流供給装置１０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２０に入力される。

電流分配装置２０は、電流供給装置１０から出力された直流電流をケーブル及び／又はバーを介して複数に分岐し、分岐した直流電流を、それぞれヒューズ２１、２２を介して負荷機器３１、３２に給電する。ここでは一例として２分岐の場合が示されているが、実際には例えば１０分岐あるいは３０分岐と多分岐になる可能性がある。

また、図１の例では、電流分配装置２０の入力部には、発振の防止や短絡発生時の遮断を短時間で行なうことにより電圧変動を抑制するようにコンデンサ２３が搭載されている。コンデンサ２３は、負荷機器３１又は３２のいずれかにおいて短絡が発生した場合、短絡が発生した負荷機器３１と接続されているヒューズ２１又は負荷機器３２と接続されているヒューズ２２が溶断するための直流電流を提供する。これは、ヒューズを用いる場合には、多くの電流が流れることでエレメントの抵抗成分によりその発熱が多くなり金属が溶断することにより遮断が起こるが、コンデンサがないと短絡状況によってはヒューズに流れる電流が十分に大きくならないため、短絡してもなかなか遮断が行なわず、負荷機器が停止する恐れがある。

図２は、特許文献３に記載の、ＭＣＣＢを利用した電流分配装置（ＭＣＣＢ−ＰＤＦ）を有する給電システムを示すブロック図である。図２を参照すると、電流供給装置４０は直流電流を出力する。その直流電流はケーブルを介して電流分配装置５０に入力される。

電流分配装置５０は、電源４０からの直流電流をケーブル及び／又はバーを介して複数に分岐し、分岐した直流電流を、それぞれヒューズ５１、５２を介して負荷機器６１、６２に給電する。ここでは一例として２分岐の場合が示されているが、実際には多分岐になる可能性がある。

ここで、ＭＣＣＢ―ＰＤＦは電流のピークが発生しないようにするため、ヒューズＰＤＦのようなコンデンサは搭載しない。ＭＣＣＢでは、短絡が発生して一定以上の電流が流れると遮断を開始するが、ＭＣＣＢにコンデンサを利用すると二つの問題が生じる。

１つ目は短絡発生時に電流の遮断ができなくなる可能性がある。コンデンサが搭載されているとコンデンサからのパルス的な電流がＭＣＣＢに流れる。これによりＭＣＣＢの開放部が動作して遮断を開始するが、コンデンサから供給される電力が少ないため、開放部が遮断されきれずに元に戻ってしまうことがある。この場合、開放部は一度動いたため、アークにより金属部が溶けてしまい、元に戻ることにより溶着してしまう。この状態では再度動作しようとしても金属が溶着してしまったことにより動作せず、短絡を遮断できなくなる。２つ目は遮断ができたとしても、負荷機器が停止する可能性がある。ＭＣＣＢは遮断を開始してから遮断が完了するまでの時間がヒューズよりも長い。遮断が完了するまでの時間が長いため、遮断完了時には系統の電圧が負荷機器の最低動作電圧よりも低下することがある。この場合、速やかに最低動作電圧以上に電圧を復帰させる必要があるが、コンデンサが搭載されていると、蓄電池や整流装置から流れる電流がコンデンサの充電に利用されてしまうため、電圧の復帰には時間を要することになる。このため、ＭＣＣＢ―ＰＤＦにはコンデンサを搭載しない。

特開２０１０−２３９８０４号公報 特開２００９−２６１０８７号公報 特開２０１１−１３０６３６号公報

ヒューズは小型のため、小さな設置スペースで多くの装置に電力を分配するＰＤＦを作製することができるという利点があり、一方、ＭＣＣＢは過電流が発生した際にも繰り返し利用することができ、回路のＯＮ／ＯＦＦをスキルのない人でも行なうことができるというメリットがある。このため、接続されている負荷の特性に合わせてＭＣＣＢとヒューズのうちからより適した方を選定して回路に使用することが望まれるが、ヒューズＰＤＦとＭＣＣＢ−ＰＤＦを併用した場合は、ＭＣＣＢ―ＰＤＦ側に接続された負荷の短絡発生時に、ヒューズＰＤＦに接続されたコンデンサに蓄積された電荷が、ＭＣＣＢ−ＰＤＦにも電流として流れることが考えられる。

このような場合、上述のようにＭＣＣＢが所定の機能を果たさないために、短絡が発生した回路の遮断器を遮断できない可能性がある。なお、ヒューズとＭＣＣＢの両方を搭載したＰＤＦを作成した場合にも上記と同様の問題が生じる。

一方で、ヒューズＰＤＦのコンデンサを削除すると、ヒューズＰＤＦ側に接続された負荷で短絡が発生した場合に、ヒューズ側での電圧変動を抑制することができない。

ヒューズ側の回路のコンデンサよりも電源側にダイオードを設置して、ＭＣＣＢ側にコンデンサからの電流が流れないようにする。

具体的には、本発明の電流分配装置は、遮断装置としてＭＣＣＢを用いた第一の電流分配回路と、遮断装置としてヒューズを用いた第二の電流分配回路と、を備え、前記第一の電流分配回路と、前記第二の電流分配回路とは、同一の電源に接続され、前記第二の電流分配回路は、前記ヒューズの前記電源側にコンデンサの一端が接続され、前記第一の電流分配回路と前記第二の電流分配回路との分岐点と、前記コンデンサの間に前記第一の電流分配回路に向かって流れる電流を遮断するダイオードが接続されることを特徴とする。

また、本発明の電流分配装置の前記第一の電流分配回路は、第一の電流分配装置を構成し、前記第二の電流分配回路は及び前記ダイオードは、第二の電流分配装置を構成することを特徴とする。

また、本発明の電流分配装置は、前記第一の電流分配装置と、前記第二の電流分配装置と、前記ダイオードにより一の電流分配装置を構成することを特徴とする。

また、本発明の電流分配装置の前記ダイオードは、前記電源の陽極と、前記コンデンサとの間に配置され、前記電源の陰極は、グラウンドに接地されることを特徴とする。

また、本発明の電流分配装置の前記ダイオードは、前記電源の陰極と、前記コンデンサとの間に配置され、前記電源の陽極は、グラウンドに接地されることを特徴とする。

本発明の給電システムは、上記の本発明に係る電源分配装置を有することを特徴とする。

本発明によると、ＭＣＣＢとヒューズの両方の遮断装置を同一の電源装置に接続した際においても短絡発生時において正常に遮断動作することができるため、負荷機器の使用目的や要求事項に応じて、ヒューズＰＤＦとＭＣＣＢ−ＰＤＦとから、負荷機器に接続する遮断器を選ぶことが可能となる。また、従来では、ヒューズＰＤＦ及びＭＣＣＢ−ＰＤＦの二つのＰＤＦを１つの電源装置（整流装置）に接続することができなかったため、ヒューズＰＤＦ用及びＭＣＣＢ−ＰＤＦ用の電源装置をそれぞれ用意する必要があった。しかし、本発明の電流分配装置を利用することで、接続する負荷機器及び回路の特性に合わせて、ＭＣＣＢ又はヒューズのうち、より適した遮断器を回路ごとに採用した上で、整流装置を１つにまとめることができる。

従来のヒューズを利用した電源分配装置を有する給電システムを示すブロック図である。 従来のＭＣＣＢを利用した電源分配装置を有する給電システムを示すブロック図である。 本発明の第一の実施形態に係る電源分配装置を有する給電システムを示すブロック図である。 本発明の第二の実施形態に係る電源分配装置を有する給電システムを示すブロック図である。 本発明の第三の実施形態に係る電源分配装置を有する給電システムを示すブロック図である。 本発明の第四の実施形態に係る電源分配装置を有する給電システムを示すブロック図である。

以下に、本発明に実施の形態について、図面を参照して説明する。

［第一の実施形態］
図３は、本発明の第一の実施形態に係る電流分配装置を有する給電システムの構成を示すブロック図である。

本実施形態の給電システムは、電流供給装置１１０と、ＭＣＣＢを利用した電流分配装置（ＭＣＣＢ−ＰＤＦ）１２０と、ヒューズを利用した電流分配装置（ヒューズＰＤＦ）１３０と、負荷機器１４１〜１４４とを備えている。なお、負荷機器の数は４台に限定されない。

電流供給装置１１０は、例えば整流装置であり、商用の交流電力を直流電力に変換し、電流分配装置１２０、１３０に電流を供給する電源である。電流供給装置１１０から出力された電流は給電ケーブル等を用いて複数（本実施形態では２つ）に分岐され、それぞれＭＣＣＢ−ＰＤＦ１２０、及びヒューズ電流分配装置１３０を介して各負荷機器（１４１〜１４４）に供給される。

ＭＣＣＢ―ＰＤＦ１２０の回路は、電流供給装置１１０からの直流電流をケーブル及び／又はバーを介して複数に分岐し、分岐した直流電流を、各ＭＣＣＢを介して負荷機器１４１、１４２に給電するように構成される。ここで、ＭＣＣＢ１２１−１は、電流供給装置１１０の正極と、負荷機器１４１との間に、ＭＣＣＢ１２２−１は、電流供給装置１１０の陽極と、負荷機器１４２との間に配置され、また、ＭＣＣＢ１２１−２は、電流供給装置１１０の負極と、負荷機器１４１との間に、ＭＣＣＢ１２２−２は、電流供給装置１１０の負極と、負荷機器１４２との間に配置されるように構成される。それぞれここでは一例として２分岐の場合が示されているが、実際には多分岐になる可能性がある。

ヒューズＰＤＦ１３０の回路は、電流供給装置１１０からの直流電流をケーブル及び／又はバーを介して複数に分岐し、分岐した直流電流を、各ヒューズを介して負荷機器１４３、１４４に給電するように構成される。ここで、ヒューズ１３１−１は、電流供給装置１１０の正極と、負荷機器１４３との間に、ヒューズ１３２−１は、電流供給装置１１０の正極と、負荷機器１４４との間に配置され、ヒューズ１３１−２は、電流供給装置１１０の負極と、負荷機器１４３との間に、ヒューズ１３２−２は、電流供給装置１１０の負負と、負荷機器１４４との間に配置されるように構成される。ここでも一例として２分岐の場合が示されているが、実際には多分岐になる可能性がある。

また、ヒューズＰＤＦ１３０の入力側にはコンデンサ１３３が取り付けられている。コンデンサ１３３の一端は正極側の給電ケーブルに、他端は負極側の給電ケーブルに接続されている。

さらに、ヒューズＰＤＦ１３０の回路には、正極側の給電線において、電流供給装置１１０の入力と、コンデンサ１３３との間にダイオード１３４を設置している。ダイオード１３４を、電流供給装置１１０のＭＣＣＢ―ＰＤＦ１２０とヒューズＰＤＦ１３０回路との分岐点から、コンデンサ１３３までの間に設置することにより、ＭＣＣＢ―ＰＤＦ１２０にコンデンサ１３３からの電流が流れないようにする。

通常時は整流装置から電流が流れてくるため、ＭＣＣＢ―ＰＤＦ１２０とヒューズＰＤＦ１３０の双方に電力が供給される。

ここで、ＭＣＣＢ―ＰＤＦ１２０に接続された負荷において短絡が発生した場合、例えば負荷機器１４１において短絡が発生した場合、電流供給装置１１０（蓄電池を設置している場合はさらに蓄電池）からＭＣＣＢ―ＰＤＦ１２０に電流が流れるが、ヒューズＰＤＦ１３０に搭載されたコンデンサ１３３からの電流は、ダイオード１３４の電流が流れる向きが逆になるため、コンデンサ１３３から短絡が発生した負荷機器１４１に接続されたＭＣＣＢ１２１―１へは電流が流れることはない。

一方で、ヒューズＰＤＦ１２０で短絡が発生した場合、例えば負荷機器１４３において短絡が発生した場合、コンデンサ１３３からの電流は、ダイオード１３４を介さずに短絡が発生した負荷機器１４３及び負荷機器１４３が接続されたヒューズ１３１−１に流れるため、ヒューズ１３１−１に大きな電流を流すことによりヒューズ１３１−１を溶断し、早期に遮断を行なうことができる。

なお、図３においてはコンデンサ１３３が、ヒューズにより電流が遮断される各負荷系統に電流が分配される分岐点のうち、最も電源側に近い分岐点より電源側に設置されているが、上記分岐点により分配されたいずれか一組の給電線の、上記分岐点とヒューズの間にコンデンサを設置してもかまわない。このような場所にコンデンサを設置する場合には、上記分岐点とコンデンサとの間にダイオードを設置しても上記のような効果は十分得られないため、この場合であっても、ダイオードは図３の通り各負荷系統に電流が分配される分岐点のうち、最も電源側に近い分岐点と、電流供給装置のＭＣＣＢ―ＰＤＦとヒューズＰＤＦ回路との分岐点との間に設置する必要がある。また、図３では正極側にダイオードが接続されているが、負極側にダイオードを（ＭＣＣＢ―ＰＤＦ１２０にコンデンサ１３３からの電流が流れないように）設けても同等の効果を奏する。

［第二の実施形態］
図４は、本発明の第二の実施形態に係る電流分配装置を有する給電システムの構成を示すブロック図である。

本実施形態においては、ＭＣＣＢ―ＰＤＦと、ヒューズＰＤＦとを、一体型の電流分配装置として、１の電流分配装置１５０にまとめている。これにより、実施形態１の電流分配装置を有する給電システムよりもさらに効率的な電流分配装置を実現することが可能となる。実施形態２においては、各要素の構成及び各要素を接続する配線は第一の実施形態と同等であり、特に、各ヒューズの分岐点の入力側にコンデンサ１３３が取り付けられていること、コンデンサ１３３の一端は正極側の給電ケーブルに、他端は負極側の給電ケーブルに接続されていること、ダイオード１３４を電流供給装置１１０の、ＭＣＣＢ側への入力と、ヒューズ側への入力との分岐点から、コンデンサ１３３までの間に設置することについては、第一の実施形態と同等である。

［第三の実施形態］
図５は、本発明の電流分配装置を適用した給電システムの第三の実施形態の構成を示すブロック図である。

本実施形態に係る電流分配装置は、前述の第二の実施形態の電流分配装置と回路の構成は同一であるが、電流供給装置１１０及び電流分配装置１５０（電流供給装置側）の負極側（負極側の給電ケーブル）をグラウンドに接地している。本実施例の場合、負極線を接地し、正極線にダイオードを用いる。これにより、正極線で地絡が発生した際にも上記と同様な動作する。

［第四の実施形態］
図６は、本発明の電流分配装置を適用した給電システムの第四の実施形態の構成を示すブロック図である。

本実施形態に係る電流分配装置は、前述の第二の実施形態の電流分配装置と回路の構成とは、ダイオードを接続する位置が異なる。本電流分配装置の回路構成は、電流供給装置１１０及び電流分配装置１５０（電流供給装置側）の正極側（正極側の給電ケーブル）をグラウンドに接地し、ヒューズＰＤＦ１３０の回路において、電流供給装置１１０の負極と、コンデンサ１３３との間にダイオード１３４を設置している。本実施例の場合、正極線を接地し、負極線にダイオードを用いる。これにより、負極線で地絡が発生した際にも上記と同様な動作する。

１０、４０、１１０ 電流供給装置
２０、１３０ ヒューズＰＤＦ
５０、１２０ ＭＣＣＢ−ＰＤＦ
２１、２２、１３１−１、１３１−２、１３２−１、１３２−２ ヒューズ
５１、５２、１２１−１、１２１−２、１２２−１、１２２−２ ＭＣＣＢ
３１、３２、６１、６２、１４１〜１４４ 負荷機器
２３、１３３ コンデンサ
１３４ ダイオード
１５０ 電流分配装置

Claims (6)

1. 遮断装置としてＭＣＣＢを用いた第一の電流分配回路と、
   遮断装置としてヒューズを用いた第二の電流分配回路と、
   を備え、
   前記第一の電流分配回路と、前記第二の電流分配回路とは、同一の電源に接続され、
   前記第二の電流分配回路は、前記ヒューズの前記電源側にコンデンサの一端が接続され、
   前記第一の電流分配回路と前記第二の電流分配回路との分岐点と、前記コンデンサの間に前記第一の電流分配回路に向かって流れる電流を遮断するダイオードが接続される
   ことを特徴とする、電流分配装置。
2. 前記第一の電流分配回路は、第一の電流分配装置を構成し、
   前記第二の電流分配回路は及び前記ダイオードは、第二の電流分配装置を構成することを特徴とする、請求項１に記載の電流分配装置。
3. 前記第一の電流分配装置と、前記第二の電流分配装置と、前記ダイオードにより一の電流分配装置を構成することを特徴とする、請求項１に記載の電流分配装置。
4. 前記ダイオードは、前記電源の陽極と、前記コンデンサとの間に配置され、前記電源の陰極は、グラウンドに接地されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電流分配装置。
5. 前記ダイオードは、前記電源の陰極と、前記コンデンサとの間に配置され、前記電源の陽極は、グラウンドに接地されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電流分配装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電流分配装置を有することを特徴とする給電システム。

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