JP2015207498A - 端子台および電力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】端子ネジが緩んだ状態で発熱した場合に、電力を遮断して発熱が継続することを防止でき、かつ、修理等を行わなくても復旧可能な電力装置の端子台を得ること。【解決手段】端子台３０は、樹脂製ブロック７と、樹脂製ブロック７に取り付けられた導電板８と、導電板８の一方側と他方側に設けられて、導電板８に配線５，６を接続させる端子ネジ９と、平面視において、導電板８が設置される導電板設置領域Ｃから外れた位置に取り付けられる第１の感熱素子１１ａと、平面視において、導電板８が設置される導電板設置領域Ｃと重なる位置に取り付けられた第２の感熱素子１１ｂ，１１ｃと、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、端子台および電力装置に関する。

太陽光発電設備等の電力変換器（電力装置）では、外部からの電線を接続するため樹脂製ブロックに金属製の端子金具を取り付けて形成された端子台を使用する。このような端子台においては、端子ネジによって端子台の導電部に電線が接続されている。端子ネジが緩んだ状態で電流が流れると、電線と端子金具間の抵抗が増大し、火花が飛んだり、発熱したりすることになる。このような発熱状態が長時間継続すると、樹脂製ブロックが変形して、発火や発煙等を誘発するおそれがある。

このような事態を回避するため、樹脂製ブロックの中に設定温度に達すると溶断する温度ヒューズを埋設する構成が、例えば特許文献１に開示されている。このような構成によれば、電線と端子金具間の抵抗が増大して樹脂製ブロックが発熱した際に、温度ヒューズが溶断することで、通電を阻止して発熱状態が継続することを防いでいる。

特開２００２−３４３４５９号公報

しかしながら、上記従来の端子台によれば、温度ヒューズの溶断によって、発熱状態が継続することを防止することができるが、一旦溶断した温度ヒューズは再利用ができない。そのため、太陽光発電設備の動作を復旧させるためには、技術者による修理が必要となり、復旧に手間がかかるという問題がある。

また、端子ネジが緩んだ状態での発熱は、端子台に大電流が流れる機器で発生しやすい。大電流が流れることで機器内部の温度が上昇するが、この温度上昇は機器の異常ではないため、大電流が流れることによる温度上昇で溶断しない設定温度の温度ヒューズを用いる必要がある。そのため、温度ヒューズの設定温度の選択が難しいという問題がある。例えば、温度ヒューズの設定温度が高すぎると、発熱状態の継続により端子台や配線が損傷しやすくなり、温度ヒューズの設定温度が低すぎると、機器の異常ではないのに温度ヒューズが溶断する誤作動が発生しやすくなる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、端子ネジが緩んだ状態での発熱の検知精度の向上を図り、かつ、復旧作業の容易化を図ることができる端子台を得ることを目的とする。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、端子ネジが緩んだ状態で発熱した場合に、電力を遮断して発熱が継続することを防止でき、かつ、修理等を行わなくても復旧可能な電力装置の端子台を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、樹脂製ブロックと、樹脂製ブロックに取り付けられた導電板と、導電板の一方側と他方側に設けられて、導電板に配線を接続させる端子ネジと、平面視において、導電板が設置される導電板設置領域から外れた位置に取り付けられる第１の感熱素子と、平面視において、導電板が設置される導電板設置領域と重なる位置に取り付けられた第２の感熱素子と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、端子ネジが緩んだ状態での発熱の検知精度の向上を図り、かつ、復旧作業の容易化を図ることができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態１にかかる端子台を備える太陽光発電システムの概略構成示す図である。 図２は、本発明の実施の形態１にかかる端子台を示す斜視図である。 図３は、図２に示すＡ−Ａ断面図である。 図４は、サーミスタが取り付けられている基板および電力変換器内部の配線図である。 図５は、端子ネジに緩みのない場合（正常な場合）のサーミスタの温度を示す図である。 図６は、端子ネジの緩みによる発熱がサーミスタの近傍の外部配線にて発生した場合のサーミスタの温度を示す図である。 図７は、サーミスタに故障が生じたときのサーミスタの温度を示す図である。 図８は、本発明の実施の形態２にかかる端子台を示す斜視図である。 図９は、図８で示すＢ−Ｂ断面図である。

以下に、本発明の実施の形態にかかる端子台および電力装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる端子台を備える太陽光発電システムの概略構成示す図である。太陽光発電システムでは、太陽電池１にて発電した直流電力を、パワーコンディショナと呼ばれる電力変換器（電力装置）２にて交流電力に変換する。電力変換器２にて変換された交流電力は、系統連系という技術にて、分電盤３を介して商用電力４に供給されるか、または負荷１５に供給される。ここで、太陽電池１にて発電した発電電力が、負荷１５の電力より少ない場合は、足りない電力を商用電力４から負荷１５に供給し、発電電力が負荷１５の電力より多い場合は、余った電力を商用電力４に供給する。なお、現在市販されている住宅用の電力変換器の容量は、２ｋＷ〜６ｋＷ程度のものが多い。

図２は、本発明の実施の形態１にかかる端子台３０を示す斜視図である。図３は、図２に示すＡ−Ａ断面図である。端子台３０は、電力変換器２の内部に設けられる。端子台３０には、電力変換器２の直流入力と交流出力の外部配線５が接続される。また、電力変換器２内の機器と接続させる内部配線６も同様に端子台３０に接続される。

端子台３０は、樹脂製ブロック７に導電板８が取り付けられ、外部配線５と内部配線６とを電気的に接続する。導電板８には、その一方側と他方側とにそれぞれ端子ネジ９が取り付けられる。端子ネジ９の締結により、外部配線５および内部配線６が導電板８に固定される。これにより、導電板８と外部配線５および内部配線６とが電気的に接続される。

樹脂製ブロック７の中央部には、プリント配線板である基板１０が取り付けられ、基板には、感熱素子であるサーミスタ１１（１１ａ〜１１ｃ）が複数個取り付けられる。複数個のサーミスタ１１のうち、少なくとも１個のサーミスタ（第１の感熱素子）１１ａは、平面視において導電板８が設置される導電板設置領域Ｃを外れた位置（端子台３０の外部）に取り付けられる。その他のサーミスタ（第２の感熱素子）１１ｂ，１１ｃは、平面視において導電板８が設置される導電板設置領域Ｃと重なる位置（端子ネジ９の近傍）に取り付けられる。

図４は、サーミスタ１１が取り付けられている基板１０および電力変換器２内部の配線図である。複数のサーミスタ１１は、それぞれのサーミスタ１１の温度が測定できるように、共通線とそれぞれのサーミスタ１１ａ〜１１ｃが独立して出力してコネクタ１２に接続される。コネクタ１２は、電力変換器２の制御回路（制御部）１３と接続される。

次に本発明の動作について、図５〜図７を参照して説明する。図５は、端子ネジ９に緩みのない場合（正常な場合）のサーミスタ１１ａ〜１１ｃの温度を示す図である。横軸は時間を示し、縦軸は温度を示す。時間軸のア点にて電力変換器２が動作を開始するとサーミスタ１１ａ〜１１ｃは、電力変換器２の内部損失により発生する熱により周囲の温度が上昇するため温度が上昇する。時間軸のイ点にて電力変換器２が停止すると、サーミスタ１１ａ〜１１ｃは、温度が下降する。

このときの最大温度は、端子台３０の許容温度（一般に樹脂製ブロック７の上限温度となる）以下となるように電力変換器２の設計を行う。このように、正常な場合は、サーミスタ１１ａ〜１１ｃの温度（Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃ）は、いずれも端子台３０近傍の温度を計測しているため、大きな差が現れないが、外部配線５、内部配線６、導電板８、端子ネジ９相互間の接触抵抗によりサーミスタ１１ｂ，１１ｃは、サーミスタ１１ａより温度が高くなることが普通である。

図６は、端子ネジ９の緩みによる発熱がサーミスタ１１ｃの近傍の外部配線５にて発生した場合のサーミスタ１１の温度を示す図である。端子ネジ９の緩みにより、端子ネジ９、外部配線５、導電板８の間の接触抵抗が増大し、そこに流れる電流によるジュール熱により端子ネジ９部分にて発熱する。この発熱により図６に示すようにサーミスタ１１ｃの温度Ｔｃが急に上昇する。

この時の発熱は、前述の接触抵抗により影響を受け、接触抵抗が大きいほど発熱が大きい。しかし、この接触抵抗は、一定ではなく、端子ネジ９の締め付け程度により変化する。また、サーミスタ１１ｃの温度Ｔｃは、発熱部からの温度の伝達程度により変化する。これらの原因により、サーミスタ１１ｃの温度Ｔｃを監視し、予め定めた値となった場合に電力変換器２を停止する等の動作を行った場合には、従来の温度ヒューズを用いた場合と同様、端子台３０や配線５，６が損傷することを防ぐことが困難である。

しかし、サーミスタ１１ａの温度Ｔａは、端子台３０の外部に位置するように取り付けられているため、図６に示すように、端子ネジ９の緩みによる発熱がサーミスタ１１ｃの近傍の外部配線５にて発生した場合でも、大きく上昇することがない。そのため、この温度Ｔａと前述のＴｃとの温度差Ｔｃ−Ｔａが予め定められた値よりも大きくなった場合に、制御回路１３は、電力変換器２からの電力供給を遮断する。これにより、端子台３０や配線５，６が損傷する前に電流が流れることを止めて、発熱状態が継続することを防ぐことが可能となる。このように、温度差Ｔｃ−Ｔａを監視することで、実質的に端子ネジ９の緩みによって発生した温度上昇を監視することができる。したがって、電力供給を遮断する判断の精度の向上を図ることができる。

この時、異常であることを使用者に早期に伝えるために、制御回路１３は、異常信号を送信する。異常信号の受信に基づいて、ＬＥＤ（図示せず）や警報音等により警報が発報される。警報を発報する警報器やＬＥＤは、太陽光発電システムが設置される建物の室内や、電力変換器２自体に設ければよい。

また、制御回路１３は、リセット操作が行われた場合に、電力の供給を復旧させる。リセット操作は、例えば電力変換器２の電源スイッチ（図示せず）の再操作である。この場合、電力変換器２の電源スイッチが、リセット操作を行うためのリセット操作手段となる。なお、リセット操作手段を、太陽光発電システムが設置される建物の室内に設けてもよい。また、温度異常を判断するための温度差情報等は電力変換器２に設けられた記憶部１４に記憶される。また、記憶部１４や制御回路１３を端子台３０に設けてもよい。リセット操作だけで電力供給を復旧させることができるので、ヒューズ交換といった面倒な作業を省略し、復旧作業の容易化を図ることができる。

電力変換器２を停止するために予め定められた温度差Ｔｃ−Ｔａは、実際の端子台３０の構造やサーミスタ１１の取付位置等により影響を受ける。そのため、実際に端子ネジ９の緩みを発生させた実験やシミュレーションによって決定される。また、電力変換器２を停止する基準を、温度差Ｔｃ−Ｔｂのように、他の端子ネジ９の近傍での温度差にすることも可能である。しかし、他の端子ネジ９も緩んでいた場合に、両方のサーミスタ１１ｂ，１１ｃで温度が上昇するため、温度差Ｔｃ−Ｔｂが予め定められた値に至らず、電力変換器２が停止されず、端子台３０や配線５，６の損傷を防げない場合がある。

また、サーミスタ１１等の感熱素子は、故障等により温度が検出できなくなる場合がある。この場合は、通常、温度変化があっても抵抗値等が変化せず、常に一定の温度を示すことが多い。図７は、サーミスタ１１ｃにこのような故障が生じたときのサーミスタ１１の温度を示す図である。

図７において、サーミスタ１１ａ，１１ｂは、前述の図５と同様である。サーミスタ１１ｃは、故障しており、それによる温度Ｔｃは常に一定値を示している。このようにサーミスタ１１等の感熱素子が、一定温度の値となるような故障が発生した場合にも、制御回路１３は異常信号を送信する。例えば、制御回路１３は、予め定められた期間において、サーミスタ１１ｃの温度変化がない場合、または温度変化の幅が予め定められた値より小さい場合であって、サーミスタ１１ａ，１１ｂの温度変化が予め定められた値よりも大きい場合に、サーミスタ１１ｃが故障していると判断して、異常信号を送信する。サーミスタの故障と判断した場合には、前述した温度異常時の警報とは異なる警報を発報する。なお、サーミスタ１１等の感熱素子の温度が通常ではありえない値、例えば、−３０度以下や１５０度以上等の場合は、他のサーミスタと比較するまでもなく異常であると判断する。

なお、感熱素子としてサーミスタの場合を示したが、他の感熱素子、例えば熱電対、白金測温体等でも同様に応用できる。

実施の形態２．
図８は、本発明の実施の形態２にかかる端子台３０を示す斜視図である。図９は、図８で示すＢ−Ｂ断面図である。なお、上記実施の形態１と同様の構成については、同様の符号を付して詳細な説明を省略する。上記実施の形態１では、基板１０が樹脂製ブロック７の中央部に設置した場合を示したが、本実施の形態２では、導電板８に基板１０を取り付けた例を示す。

導電板８は、実施の形態１で示した例（図２も参照）よりも、内部配線６側に延伸させており、この延伸させた導電板８に基板１０を固定している。基板１０の固定位置は異なるものの、複数個のサーミスタ１１のうち、少なくとも１個のサーミスタ１１ａは、平面視において導電板８が設置される導電板設置領域Ｃを外れた位置（端子台３０の外部）に取り付けられる。その他のサーミスタ１１ｂ，１１ｃは、平面視において導電板８が設置される導電板設置領域Ｃと重なる位置（端子ネジ９の近傍）に取り付けられる。そのほかの構造は図２と同様であるため説明を省略する。

このような構造とすることにより、基板１０に取り付けられた感熱素子であるサーミスタ１１は、樹脂製ブロック７よりも熱伝導のよい導電板８と熱接触しており、導電板８の温度をより正確に測定することができる。つまり、端子ネジ９の緩みによる発熱が発生した場合、熱伝導のよい導電板８に熱が伝わるため、実施の形態１と比較し、より確実な動作が期待できる。

なお、本説明では、太陽光発電システムに使用される電力変換器（電力装置）およびそれに使用する端子台について説明したが、たとえば、モーター制御等を行うインバータ装置やヒーターの制御を行う温度制御装置等の比較的大電力を制御する電力装置およびそれに使用する端子台に応用できることは言うまでもない。

以上のように、本発明にかかる端子台は、電力を流すことで温度が上昇しやすい端子台に有用である。

１ 太陽電池、２ 電力変換器（電力装置）、３ 分電盤、４ 商用電力、５ 外部配線、６ 内部配線、７ 樹脂製ブロック、８ 導電板、９ 端子ネジ、１０ 基板、１１ サーミスタ、１１ａ サーミスタ（第１の感熱素子）、１１ｂ サーミスタ（第２の感熱素子）、１１ｃ サーミスタ（第２の感熱素子）、１２ コネクタ、１３ 制御回路、１４ 記憶部、１５ 負荷、３０ 端子台、Ｃ 導電板設置領域。

Claims (8)

1. 樹脂製ブロックと、
   前記樹脂製ブロックに取り付けられた導電板と、
   前記導電板の一方側と他方側に設けられて、前記導電板に配線を接続させる端子ネジと、
   平面視において、前記導電板が設置される導電板設置領域から外れた位置に取り付けられる第１の感熱素子と、
   平面視において、前記導電板が設置される導電板設置領域と重なる位置に取り付けられた第２の感熱素子と、を備えることを特徴とする端子台。
2. 前記導電板の一方側に設けられた前記端子ネジと他方側に設けられた前記端子ネジとの間に取り付けられた基板をさらに備え、
   前記第１の感熱素子および前記第２の感熱素子は、前記基板上に設けられることを特徴とする請求項１に記載の端子台。
3. 前記導電板は、一方側の前記端子ネジが設けられた部分よりもさらに一方側に延伸されており、
   前記導電板の延伸部分に取り付けられた基板をさらに備え、
   前記第１の感熱素子および前記第２の感熱素子は、前記基板上に設けられることを特徴とする請求項１に記載の端子台。
4. 一次側から入力された電力を二次側に供給する電力装置であって、
   請求項１から３のいずれか１つに記載の端子台と、
   前記第１の感熱素子が検知する温度と、前記第２の感熱素子が検知する温度との差が、予め定められた値より大きい場合に、温度異常と判断して電力の供給を遮断する制御回路と、を備える電力装置。
5. 前記制御回路は、前記温度異常と判断した際に、異常信号を送信することを特徴とする請求項４に記載の電力装置。
6. 前記制御回路は、前記温度異常と判断して電力の供給を遮断した後に、リセット操作がされた場合に、電力の供給を復旧することを特徴とする請求項４または５に記載の電力装置。
7. 前記制御回路は、予め定められた期間において、前記第１、第２の感熱素子のうちの一の感熱素子の温度変化がない場合、または温度変化の幅が予め定められた値より小さい場合であって、他の感熱素子の温度変化が予め定められた値よりも大きい場合に、前記一の感熱素子が異常であると判断し、異常信号を送信することを特徴とする請求項４から６のいずれか１つに記載の電力装置。
8. 一次側から入力される直流電力を交流電力に変換して二次側に供給することを特徴とする請求項４から７のいずれか１つに記載の電力装置。

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