JP2015162946A - 直流電路における異常検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】直流電路において発生する直流アーク放電を簡単にかつ的確に検出することができる異常検出装置を提供する。
【解決手段】本発明の異常検出装置は、検出部７と判定部５とを備えている。判定部５は太陽光発電システムの出力を取り出す直流電路３を貫通させて設けられ、アーク放電により直流電路に発生する高周波を交番磁界として検出し、電圧信号に変換する。判定部５は、電圧信号が所定電位を超えた状態で所定時間継続したときにアーク放電発生と判定し、リレー４が直流電路３を開路する。
【選択図】図１

Description

本発明は、直流電路における異常検出装置に関するものであり、特に断線や接触不良等の異常に伴なって発生する直流アーク放電を的確に検出することができる太陽光発電システム等の直流電路における異常検出装置に関するものである。

例えば、多数の太陽電池からなる太陽光発電システム等の直流電路においては、太陽電池自体の劣化や配線の損傷などの様々な原因によって、断線や接触不良が発生する可能性がある。商用電源に接続される一般的な機器は交流回路であるから、断線や接触不良等によりアーク放電が発生しても電圧がゼロとなった瞬間にアーク放電は遮断され易い。しかし太陽光発電システムは直流回路であり日射等が変化しない限り電圧がゼロとなることはない。従って断線や接触不良等によりアーク放電が生じた場合には、アーク放電が遮断されにくく放電が継続するおそれがある。このため、アーク放電発生を的確に検出して電路をオフとすることが望まれる。

そこで特許文献１に示されるように、太陽電池から出力される電流と電圧を測定し、出力電流が基準値を超え、かつ出力電圧が基準電圧未満であるときに短絡と判定する異常検出装置が提案されている。

しかし、太陽光発電システムにおいては、断線や接触不良等によりアーク放電が発生した場合の出力電圧及び出力電流の変化はこれよりも小さいため、太陽光発電システムにおけるアーク放電を的確に検出することは容易ではなかった。

このため、太陽電池の出力をスペクトル解析することによって直流アーク放電を検出することも行われている。しかしスペクトル解析を行なうためには高度な解析装置が必要であるという問題があった。

特開平９−１８２２７９号公報

従って本発明の目的は上記した従来の問題点を解決し、直流電路において断線や接触不良等の異常に伴なって発生する直流アーク放電を簡単にかつ的確に検出することができる直流電路における異常検出装置を提供することである。

上記の課題を解決するためになされた本発明は、直流電路を貫通させて設けられ、アーク放電により直流電路に発生する高周波を交番磁界として検出し、電圧信号に変換する検出部と、この電圧信号が所定電位を超えた状態で所定時間継続したときにアーク放電発生と判定する判定部と、判定部がアーク放電発生と判定したときに直流電路を開路する開閉手段とからなることを特徴とするものである。

なお請求項２に記載したように、検出部が交番磁界を電圧信号に変換する手段としてコイルを備えたもの、あるいは請求項３に記載したように、ホール素子を備えたものとすることができる。

本発明によれば、アーク放電により直流電路に発生する高周波を交番磁界として検出して電圧信号に変換し、その電圧信号が所定電位を超えた状態で所定時間継続したときにアーク放電発生と判定して直流電路を開路する。これにより従来のようなスペクトル解析装置を用いることなく、直流アーク放電の発生を的確に検出することができる。

本発明の要部を模式的に示した回路図である。 第１の実施形態におけるアーク放電の検出部と判定部とを示す回路図である。 アーク放電発生時における直流回路の電流と電圧を示すグラフである。 第２の実施形態におけるアーク放電の検出部と判定部とを示す回路図である。 ホール素子の説明図である。

以下に本発明の実施形態を太陽光発電システムの直流電路にて説明する。
図１は本発明の要部を模式的に示した回路図であり、１は太陽電池、２は負荷、３は太陽電池１によって発生した電力を負荷２に供給する直流電路である。ここに示した負荷２は概念的なものであり、商用電力系統への給電を行なう場合には商用電力系統への給電設備が負荷２となる。

直流電路３には開閉手段としてリレー４が配置されており、判定部５からの制御信号により直流電路を開路することができる。また直流電路３には判定部を駆動する電源６とアーク放電の検出部７とが設けられており、検出結果は判定部５に入力されている。

図２は第１の実施形態における検出部７と判定部５とを示す図である。検出部７は直流電路３がその内部を貫通するように配置された磁気コア８と、磁気コア８に巻かれたコイル９とからなる。磁気コア８は分割可能なクランプ式とし、既設の直流電路３にも容易に取り付けられるようにしておくことが好ましい。

図３に示すように、アーク放電発生時には直流電路３に高周波が重畳するため、この高周波を磁気コア８が交番磁界として検出し、コイル９が磁気コア８の交番磁界を電圧信号に変換する。一方、正常時には直流電路３に交番磁界は発生しないので、コイル９の出力端子１０の電圧信号は０である。出力端子１０の電圧信号は判定部５の増幅回路１１により増幅され、判定回路１２に入力される。

判定回路１２はこの電圧信号が所定電位を超えた状態で所定時間継続したときにアーク放電発生と判定する回路である。この実施形態では、高周波の振幅を時間で積分し、コンデンサ等からなる時延回路で電荷を蓄積する。蓄積された電荷量を基準値と比較し、基準値を超えたときにアーク放電発生と判定する。アーク放電発生と判定したとき、判定部５はリレー４に向けてトリガー信号を出力し、リレー４は直流電路３を開路する。

上記したアーク放電に伴う高周波は太陽電池１の出力が大きい場合にも小さい場合にも発生するので、本発明によれば太陽光発電システムにおいて発生する直流アーク放電を、太陽電池１の出力の大小にかかわらず、簡単にかつ的確に検出することができる。

図４は第２の実施形態におけるアーク放電の検出部７を示す回路図である。８は直流電路３がその内部を貫通するように配置された磁気コアであり、その一部に形成されたスリット内にホール素子１３が挿入されている。ホール素子１３には電源１４から制御電流が通電されている。磁気コア８の磁束はホール素子１３を貫通する。

前記のとおり、アーク放電発生時には直流電路３に高周波が重畳するため、この高周波を磁気コア８が交番磁界として検出する。図５に示すように、ホール素子１３は磁束に応じて電圧（ホール電圧）を発生する機能を持つ素子であるので、高周波に応じた電圧信号を判定部５に出力する。

この電圧信号は増幅回路１１により増幅され、判定回路１２に入力される。判定回路１２はこの電圧信号が所定の振幅を超えた状態で所定時間継続したときにアーク放電発生と判定し、第１の実施形態と同様にリレー４に向けてトリガー信号を出力し、リレー４は直流電路３を開路する。

以上に説明したように、上記の実施形態によれば従来のようなスペクトル解析装置を用いることなく、また太陽電池の出力変動に影響されることなく、太陽光発電システムに発生する直流アーク放電を簡単にかつ的確に検出し、直流電路を開路することができる。なお、本発明の直流電路における異常検出装置は太陽光発電システムに限定されず、例えばバッテリーを用いた直流電路、ＬＥＤ照明の直流電路、または車両用充電装置の直流給電回路に用いたものであってもよい。

１ 太陽電池
２ 負荷
３ 直流電路
４ リレー
５ 判定部
６ 電源
７ 検出部
８ 磁気コア
９ コイル
１０ 出力端子
１１ 増幅回路
１２ 判定回路
１３ ホール素子
１４ 電源

Claims (3)

1. 直流電路を貫通させて設けられ、アーク放電により直流電路に発生する高周波を交番磁界として検出し、電圧信号に変換する検出部と、この電圧信号が所定電位を超えた状態で所定時間継続したときにアーク放電発生と判定する判定部と、判定部がアーク放電発生と判定したときに直流電路を開路する開閉手段とからなることを特徴とする直流電路における異常検出装置。
2. 検出部が、交番磁界を電圧信号に変換する手段としてコイルを備えたものであることを特徴とする請求項１に記載の直流電路における異常検出装置。
3. 検出部が、交番磁界を電圧信号に変換する手段としてホール素子を備えたものであることを特徴とする請求項１に記載の直流電路における異常検出装置。