JP2017161417A - アーク検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】自動的に故障の有無を試験する。【解決手段】アーク検出装置（１４）は、電流センサ（２１）が検出した交流電流に基づいてアーク発生の有無を判定する判定部（４１）、疑似アーク信号を出力する疑似アーク発生器（３５）、および試験開始条件が満たされたときに、疑似アーク発生器（３５）から疑似アーク信号を発生させる制御部（４２）を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、分散型直流電源システムに備えられるアーク検出装置に関する。

従来、太陽光発電システムでは、直流アークあるいは並列アークを発生することがある。このようなアークの発生は太陽光発電システムの火災の原因となる。そこで、太陽光発電システムでは、上記アークを検出するアーク検出装置を備えている。

例えば、特許文献１には、直流系統ラインに設けた電流検出器にて、直流系統ラインを流れる電流を検出し、その電流から直流アークノイズ成分が重畳された信号を検出し、その信号を処理して直列アークを検出するアーク検出装置が開示されている。

上記のようなアーク検出装置は、太陽光発電システムとともに長期間使用され、太陽光発電システムの安全性を確保するために、正常に動作する必要がある。そこで、アーク検出装置は、正常な動作を担保するため、適宜試験されている。この試験は、従来、作業者の手作業により行われている。

特開２０１５−１４５８４７号公報（２０１５年８月１３日公開）

しかしながら、アーク検出装置の試験は、太陽光発電システムの安全性の点からは頻繁に行うことが好ましい。一方、アーク検出装置の試験を作業者の手作業にて行う場合には、作業者が太陽光発電システムにおけるアーク検出装置の設置現場まで出向き、手動にてアーク検出装置を確認する必要があり、時間と費用を要する。

したがって、本発明は、自己診断機能により自動的に故障の有無を試験することができるアーク検出装置の提供を目的としている。

上記の課題を解決するために、本発明のアーク検出装置は、発電または充電する直流電源と、前記直流電源より供給される電力を消費または変換する負荷装置と、前記直流電源と前記負荷装置とを接続する一対の電力線と、を有する直流電源システムに適用されるアーク検出装置であって、前記直流電源でのアークの発生に感応する検出器と、前記検出器の検出信号に基づいてアーク発生の有無を判定する判定部と、前記検出器が感応する疑似アーク信号を発生し、検出器による検出部位へ出力する疑似アーク発生部と、アーク検出装置の試験開始条件が満たされたときに、前記疑似アーク発生部から前記疑似アーク信号を発生させる制御部とを備える構成である。

上記の構成によれば、制御部は、アーク検出装置の試験を開始すべき所定の試験開始条件が満たされたときに、検出器が感応する疑似アーク信号を疑似アーク発生部から発生させる。疑似アーク発生部は、発生した疑似アーク信号を検出器による検出部位（検出器により検出可能な部位）へ出力する。

この場合、判定部は、直流電源の構成要素が、正常であればアーク発生と判定し、故障していればアーク発生と判定しない。これにより、アーク検出装置は、自己診断機能により自動的に故障の有無を試験することができる。

上記のアーク検出装置において、前記検出器は、前記一対の電力線を流れる電流を測定する電流センサであり、前記判定部は、前記電流センサが測定した高周波成分に基づいてアーク発生の有無を判定する構成としてもよい。

上記の構成によれば、判定部は、電流センサが測定した高周波成分に基づいてアーク発生の有無を判定する。

これにより、アーク検出装置は、汎用の電流センサを用いた構成とすることができる。

上記のアーク検出装置において、前記疑似アーク発生部は、前記疑似アーク信号を前記一対の電力線へ出力する構成としてもよい。

上記の構成によれば、疑似アーク発生部は、疑似アーク信号を直流電源と負荷装置とを接続する一対の電力線へ出力する。これにより、電流センサの故障の有無、および電流センサが測定した電流を処理して判定部へ出力する信号処理部の故障の有無を試験することができる。上記試験では、ほぼ電流センサの故障の有無を調べることができる。

上記のアーク検出装置は、第２の電力線、をさらに備え、前記電流センサは、前記第２の電力線を流れる電流を測定し、前記疑似アーク発生部は、前記疑似アーク信号を前記第２の電力線へ出力する構成としてもよい。

上記の構成によれば、第２の電力線を直流電源の電力線はとは独立した導電線として設けることができ、このような構成とした場合には、アーク検出装置のアーク検出試験を、直流電源の電力線とは独立した回路にて行うことができる。

上記のアーク検出装置において、前記制御部は、前記疑似アーク発生部から前記疑似アーク信号を発生させるアーク検出試験動作を前記負荷装置の非稼働時に行う構成としてもよい。

上記の構成によれば、制御部は、疑似アーク発生部から疑似アーク信号を発生させるアーク検出試験動作を負荷装置の非稼働時に行う。これにより、負荷装置が発生するノイズが疑似アーク信号に混入せず、電流センサの試験を高精度に行うことができる。

上記のアーク検出装置において、前記負荷装置は、前記直流電源より供給される電力を交流電力に変換するとともに、アークの発生により停止し、前記制御部は、前記判定部がアーク発生と判定した場合に、前記負荷装置へ前記アーク発生を通知する構成としてもよい。

上記の構成によれば、制御部は、判定部がアーク発生と判定した場合に、負荷装置へアーク発生を通知する。負荷装置は、アークが発生した場合に停止する機能を有するので、実際に直列アークが発生した場合には、負荷装置が停止することにより、直列アークが消弧される。

上記のアーク検出装置において、前記制御部は、前記疑似アーク発生部から前記疑似アーク信号を発生させるアーク検出試験動作での前記判定部による判定結果に基づいて、アーク検出装置が正常かどうかの判定結果を示す情報を出力する構成としてもよい。

上記の構成によれば、制御部は、疑似アーク発生部から疑似アーク信号を発生させるアーク検出試験動作での判定部による判定結果に基づき、アーク検出装置が正常かどうかの判定結果を示す情報を、例えばアーク検出装置が備える表示装置や直流電源システムの管理装置に出力する。これにより、作業者は、アーク検出試験動作の結果を容易に確認することができる。

上記のアーク検出装置において、前記制御部は、前記判定部がアーク発生と判定した場合に、前記電力線に設けられたアーク遮断スイッチを開動作するように制御し、前記疑似アーク発生部から前記疑似アーク信号を発生させるアーク検出試験動作において、前記アーク遮断スイッチの開動作により前記電流センサにて測定される電流がゼロとなった場合に、前記アーク遮断スイッチを正常と判定する構成としてもよい。

上記の構成によれば、制御部は、判定部がアーク発生と判定した場合、アーク遮断スイッチを開動作させる。これにより、アーク遮断スイッチが正常であれば、直流電源と負荷装置とを接続する電力線が開状態となり、実際に直列アークが発生している場合には、直列アークが消弧される。

また、制御部は、疑似アーク発生部から疑似アーク信号を発生させるアーク検出試験動作において、アーク遮断スイッチの開動作により電流センサにて測定される直流電流がゼロとなった場合に、アーク遮断スイッチを正常と判定する。

これにより、アーク検出装置の試験に加えて、アーク遮断スイッチの試験を自動的に行うことができる。また、アーク遮断スイッチの故障の有無をアーク検出装置の電流センサが測定する直流電流に基づいて判定するので、別途、アーク遮断スイッチの故障の有無を検出するための構成が不要である。

上記のアーク検出装置において、前記制御部は、前記アーク遮断スイッチを開動作させて前記アーク遮断スイッチが正常かどうかを判定する試験を、前記疑似アーク発生部から前記疑似アーク信号を発生させて行うアーク検出装置の試験よりも長い周期にて行う構成としてもよい。

上記の構成によれば、制御部は、アーク遮断スイッチを開動作させてアーク遮断スイッチが正常かどうかを判定する試験を、疑似アーク発生部から疑似アーク信号を発生させて行うアーク検出装置の試験よりも長い周期にて、例えばアーク検出装置の複数回（例えば３０回）の試験毎に行う。

これにより、開閉動作の回数に応じて耐用期間が減少するアーク遮断スイッチの耐用期間の減少を抑制しながら、アーク検出装置およびアーク遮断スイッチの試験を行うことができる。

上記のアーク検出装置において、前記直流電源は太陽電池であり、前記制御部は、前記アーク遮断スイッチを開動作させて前記アーク遮断スイッチが正常かどうかを判定する試験を、日の出後の前記電流センサにて測定される前記太陽電池の出力電流が増加している期間、または日の入り前の前記電流センサにて測定される前記太陽電池の出力電流が減少している期間に行う構成としてもよい。

上記の構成によれば、アーク遮断スイッチを開動作させてアーク遮断スイッチが正常かどうかを判定する試験を、日の出後の太陽電池の出力電流が増加している期間、または日の入り前の太陽電池の出力電流が減少している期間に行う。したがって、試験において、アーク遮断スイッチの開閉動作させることによる太陽電池からの電力供給の減少を抑制することができる。

本発明の構成によれば、アーク検出装置は、自己診断機能により自動的に故障の有無を試験することができる。

本発明の実施形態のアーク検出装置を備える太陽光発電システムの構成を示す概略のブロック図である。 図１に示した太陽電池ストリングにおけるアーク非発生状態およびアーク発生状態の交流電流の波形図である。 図１に示したアーク検出装置の動作を示すフローチャートである。 図１に示した太陽光発電システムにおいて、アーク検出装置のアーク検出部がＰＣＳの筐体の内部に設けられている例を示すブロック図である。 本発明の他の実施形態のアーク検出装置を備える太陽光発電システムの構成を示す概略のブロック図である。 図１に示したアーク検出装置の動作を示すフローチャートである。 本発明のさらに他の実施形態のアーク検出装置を備える太陽光発電システムの構成を示す概略のブロック図である。 図７に示したアーク検出装置の動作を示すフローチャートである。 本発明のさらに他の実施形態のアーク検出装置を備える太陽光発電システムの構成を示す概略のブロック図である。 図９に示した太陽電池ストリングにおける開放電圧および発電量の一日の変化の一例を示すグラフである。 図９に示したアーク検出装置の動作を示すフローチャートである。 本発明のさらに他の実施形態のアーク検出装置を備える太陽光発電システムの構成を示す概略のブロック図である。 図１１に示したアーク検出装置の動作を示すフローチャートである。 本発明のさらに他の実施形態のアーク検出装置を備える太陽光発電システムの構成を示す概略のブロック図である。

〔実施形態１〕
本発明の実施形態を図面に基づいて以下に説明する。図１は、本実施形態のアーク検出装置を備える太陽光発電システムの構成を示す概略のブロック図である。

（太陽光発電システム１の構成）
図１に示すように、太陽光発電システム（直流電源システム）１は、太陽電池ストリング（直流電源）１１、パワーコンディショニングシステム（以下、ＰＣＳ（Power Conditioning System）と称する）１２、系統連系部１３およびアーク検出装置１４を備えている。

太陽電池ストリング１１は、多数の太陽電池モジュール１８が直列接続されて形成されている。各太陽電池モジュール１８は、直列接続された複数の太陽電池セル（図示せず）を備え、パネル状に形成されている。このような太陽電池ストリング１１は、Ｐ側の出力線路（電力線）１６ａおよびＮ側の出力線路（電力線）１６ｂを介してＰＣＳ（負荷装置）１２と接続されている。

ＰＣＳ１２は、太陽電池ストリング１１から入力した直流電力を交流電力に変換して系統連系部１３へ出力する。系統連系部１３は、太陽光発電システム１の電力系統と商用電源の電力系統との系統連系を行う。

（アーク検出装置１４の構成）
アーク検出装置１４は、電流センサ（検出器）２１およびアーク検出部２２を備えている。電流センサ２１は、例えば出力線路１６ａに設けれ、出力線路１６ｂを流れる電流を測定する。

アーク検出部２２は、フィルタ（信号処理部）３１、ＡＤ変換器（信号処理部）３２、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３３、ＲＴＣ（Real Time Clock）３４、疑似アーク発生器（疑似アーク発生部）３５、表示装置３６および電源回路３８を備えている。

フィルタ３１は、例えばバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）であり、電流センサ２１から入力される電流のうち、所定周波数範囲の電流のみを通過させる。これにより、電流センサ２１から入力される電流から、ＰＣＳ１２が備えるコンバータ（ＤＣ−ＤＣコンバータ）のスイッチングノイズを多く含む周波数成分の電流を排除できるようにしている。ＡＤ変換器３２は、フィルタ３１を通過したアナログの電流の信号をデジタル信号に変換し、ＣＰＵ３３へ出力する。

ＣＰＵ３３は、判定部４１および制御部４２として機能する。判定部４１は、アーク検出通常動作において、ＡＤ変換器３２から入力した信号に基づき、太陽電池ストリング１１におけるアーク発生の有無を判定する。このような判定部４１の構成は、従来周知のものである。具体的には、判定部４１は、例えばＦＦＴ処理部およびアーク有無判定部を備え、ＦＦＴ処理部は、ＡＤ変換部３２から入力された電流のデジタル信号に対してＦＦＴを行い、電流のパワースペクトルを生成する。アーク有無判定部は、ＦＦＴ処理部が生成した電流のパワースペクトルに基づいて、アーク発生の有無を判定する。

制御部４２は、判定部４１によるアーク発生の有無の判定結果を表示装置３６に表示させる。また、制御部４２は、アーク検出試験動作において、ＲＴＣ３４にて計時される所定の時刻（試験開始条件）あるいは所定の時間周期（試験開始条件）にて、アーク検出装置１４の自己診断による動作試験を行う。アーク検出装置１４は、電源回路３８を備えていることにより、太陽電池ストリング１１が発電せず、ＰＣＳ１２が停止している夜中等の時間帯など、任意の時間帯において、アーク検出試験動作を行うことができる。なお、ＰＣＳ１２が停止している場合には、ＰＣＳ１２が発生するノイズの影響を受けることなく、アーク検出試験を高精度に行うことができる。また、アーク検出試験動作は自動的に行われるので、夜中に行った場合であっても、作業者に負担を強いることがない。

アーク検出試験動作において、制御部４２は、疑似アーク発生器３５にて疑似アーク信号を出力させ、上記のアーク検出通常動作により、アーク発生と判定できるかどうかの試験を行う。制御部４２は、この試験の結果を表示装置３６に表示させる。

ＲＴＣ３４は、時刻を計時し、制御部４２へ時刻を知らせる。疑似アーク発生器３５は、判定部４１が直列アークまたは並列アークと判定する疑似アーク信号を発生する。疑似アーク発生器３５は、発生した疑似アーク信号を電流センサ２１あるいは電流センサ２１が設けられている出力線路１６ａへ出力する。表示装置３６は、制御部４２に制御されて各種情報を表示する。

（太陽光発電システム１の動作およびアーク検出装置１４の通常動作）
上記の構成において、太陽光発電システム１およびアーク検出装置１４の通常動作について以下に説明する。図２は、太陽電池ストリング１１におけるアーク非発生状態およびアーク発生状態の交流電流の波形図である。

太陽電池ストリング１１にアークが発生していなければ、出力線路１６ａ，１６ｂを流れる交流電流の波形は、図２に示すアーク非発生状態の波形となる。したがって、アーク検出装置１４の電流センサ３１にて測定される電流はアークの交流電流を含まず、判定部４１は、アーク発生なしと判定する。

一方、太陽電池ストリング１１にアークが発生していれば、出力線路１６ａ，１６ｂを流れる交流電流の波形は、図２に示すアーク発生状態の波形となる。したがって、アーク検出装置１４の電流センサ３１にて測定される電流はアークの交流電流を含み、判定部４１は、アーク発生ありと判定する。

（電流センサ２１の試験の場合のアーク検出試験動作）
図３は、電流センサ２１の試験の場合のアーク検出装置１４の動作を示すフローチャートである。図３に示すように、アーク検出装置１４は、作業者により設置され、設置と同時に電源が投入される。アーク検出装置１４は、電源が投入されると稼働し(Ｓ１)、アーク検出通常動作を行う(Ｓ２)。このアーク検出通常動作において、アーク検出装置１４は、電流センサ２１にて出力線路１６ａの電流を測定し、その電流をアーク検出部２２にて処理することにより、判定部４１にて太陽電池ストリング１１におけるアーク発生の有無を判定する。

ここで、アーク検出装置１４は、電流センサ２１を試験する場合のアーク検出試験動作を例えば毎日所定の時刻になると行う設定となっている。この場合、ＲＴＣ３４は、電源回路３８から電力供給を受けて時刻を計っており、制御部４２は、ＲＴＣ３４が示す時刻がアーク検出試験動作の開始時刻になると(Ｓ３)、アーク検出試験動作を開始する(Ｓ４)。

アーク検出試験動作において、疑似アーク発生器３５は、制御部４２の指示を受けて疑似アーク信号を発生する(Ｓ５)。この疑似アーク信号は、図２に示したアーク発生状態の交流電流を含む信号（例えばホワイトノイズ）であり、電流センサ２１は、正常である場合に、疑似アーク信号を含む電流を測定する。これにより、電流センサ２１が正常である場合、判定部４１は、アーク発生ありと判定する(Ｓ６)。

その後、制御部４２は、疑似アーク発生器３５を停止させ(Ｓ７)、アーク検出試験が成功（電流センサ２１が正常）である旨を表示装置３６に表示させる(Ｓ８)。なお、制御部４２は、アーク検出試験の結果を太陽光発電システム１の管理装置（図示せず）に通知してもよい。その後、制御部４２は、アーク検出試験動作を終了し(Ｓ９)、Ｓ２の動作に戻る。

一方、電流センサ２１は、故障している場合、疑似アーク信号を含む電流を測定することができない。なお、この場合には、当然、アークの交流電流も測定することができない。このため、電流センサ２１が故障して場合、判定部４１は、アーク発生なしと判定する(Ｓ６)。

その後、制御部４２は、疑似アーク発生器３５を停止させ(Ｓ１０)、電流センサ２１が故障している旨を表示装置３６に表示させる(Ｓ１１)。なお、制御部４２は、同様に、アーク検出試験の結果を太陽光発電システム１の管理装置（図示せず）に通知してもよい。その後、制御部４２は、アーク検出試験動作を終了する(Ｓ１２)。

（アーク検出装置１４の利点）
上記のように、アーク検出装置１４は、ＲＴＣ３４によって計時される所定時刻になると、自動的にアーク検出試験動作を行うようになっており、アーク検出試験を頻繁に行う場合であっても作業者に大きな負担を強いることがない。これにより、アーク検出装置１４を管理する作業者、すなわち太陽光発電システム１を管理する作業者の負担を軽減することができる。

なお、太陽光発電システム１は、図４に示すように、アーク検出装置１４のアーク検出部２２がＰＣＳ１２の筐体の内部に設けられている構成であってもよい。この場合、例えばＰＣＳ１２の制御部１２ａがアーク検出装置１４の制御部４２の機能を備え、ＰＣＳ１２とアーク検出装置１４とで制御部１２ａを共用する構成であってもよい。図４に示した、アーク検出装置１４がＰＣＳ１２に設けられている構成については、以下に示す他のアーク検出装置についても同様に適用可能である。

また、本実施形態では、出力線路１６ａを流れる電流を電流センサ２１にて検出し、検出した電流に基づいてアークの有無を判定する構成について説明した。しかしながら、アーク検出装置１４は、電流センサ２１に代えて、太陽電池ストリング１１でのアークの発生に感応する検出器、例えばアークの発生により生じる光や電圧を検出する検出器を使用してもよい。この点は、以下に示す他の実施形態においても同様である。

〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態を図面に基づいて以下に説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。図５は、本実施形態のアーク検出装置を備える太陽光発電システムの構成を示す概略のブロック図である。

（太陽光発電システム１およびアーク検出装置５１の構成）
図５に示すように、本実施形態において、太陽光発電システム１は、図１に示したアーク検出装置１４に代えてアーク検出装置５１を備えている。アーク検出装置５１は、前記制御部４２に代えて制御部４３を備えている。制御部４３は、ＰＣＳ１２の制御部１２ａと通信するようになっている。他の構成は、図１に示した太陽光発電システム１およびアーク検出装置１４と同様である。

（アーク検出装置５１のアーク検出試験動作）
図６は、アーク検出装置５１の動作を示すフローチャートである。図６では、図３に示した動作と同じ動作に同じステップ番号（Ｓ番号）を付記し、その説明を省略する。ここでは、太陽電池ストリング１１が発電し、ＰＣＳ１２が稼働している状態において、アーク検出試験動作を行う場合について説明する。

図６に示すように、アーク検出試験動作において、アーク検出装置５１の判定部４１は、電流センサ２１が正常である場合、すなわち電流センサ２１が疑似アーク信号を含む電流を測定した場合に、アーク発生ありと判定する(Ｓ６)。その後、制御部４３は、疑似アーク発生器３５を停止させ(Ｓ７)、ＰＣＳ１２の制御部１２ａと通信し、アークが発生したことを制御部１２ａへ通知する(Ｓ２１)。

ＰＣＳ１２は、アーク発生の通知を受けた場合、正常であれば電力変換動作を停止する。これにより、実際に直列アークが発生している場合、アークを消弧することができる。ＰＣＳ１２が停止した場合、ＰＣＳ１２の制御部１２ａは、その旨をアーク検出装置５１の制御部４３へ通知し、制御部４３はＰＣＳ１２の停止を確認することができる(Ｓ２２)。

この場合、制御部４３は、アーク検出試験が成功（電流センサ２１およびＰＣＳ１２が正常）である旨を表示装置３６に表示させる。また、制御部４３は、アーク検出試験が成功である旨をＰＣＳ１２の制御部１２ａへ通知する(Ｓ２３)。ＰＣＳ１２は、アーク検出試験が成功である旨の通知を受けると、再稼働する。なお、制御部４３は、アーク検出試験の結果を太陽光発電システム１の管理装置（図示せず）に通知してもよい。

その後、制御部４３は、アーク検出試験動作を終了し(Ｓ２４)、Ｓ２の動作に戻る。

一方、制御部４３は、Ｓ２２において、ＰＣＳ１２の停止を確認できなければ、ＰＣＳ１２が故障している旨を表示装置３６に表示させ(Ｓ２５)、アーク検出試験動作を終了する(Ｓ２６)。なお、制御部４３は、この試験の結果を太陽光発電システム１の管理装置（図示せず）に通知してもよい。

（アーク検出装置５１の利点）
上記のように、アーク検出装置５１は、アーク検出装置１４と同様、自動的にアーク検出試験動作を行うようになっているので、アーク検出装置５１を管理する作業者、すなわち太陽光発電システム１を管理する作業者の負担を軽減することができる。

また、ＰＣＳ１２について、アーク発生時の停止機能の故障の有無についても検査することができる。さらに、アーク発生時にＰＣＳ１２が停止するので、すなわち、アーク発生時にその旨をＰＣＳ１２に伝えてＰＣＳ１２を停止させるので、出力線路１６ａ，１６ｂにアーク遮断スイッチを備えていない場合であっても、直列アークを消弧することができる。

〔実施形態３〕
本発明のさらに他の実施形態を図面に基づいて以下に説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。図７は、本実施形態のアーク検出装置を備える太陽光発電システムの構成を示す概略のブロック図である。

（太陽光発電システム１の構成）
図７に示すように、本実施形態において、太陽光発電システム１は、図１に示したアーク検出装置１４に代えてアーク検出装置５２を備え、さらにアーク遮断スイッチ６１を備えている。他の構成は、図１に示した太陽光発電システム１と同様である。

アーク遮断スイッチ６１は、機械的な接点を有するアーク遮断器であり、出力線路１６ｂを開閉するように設けられている。アーク遮断スイッチ６１は、開動作によって出力線路１６ａを開状態とすることにより、太陽電池ストリング１１に生じた直列アークを遮断する。本実施形態において、アーク遮断スイッチ６１はアーク検出装置５２に制御されて開閉動作を行う。

（アーク検出装置５２の構成）
アーク検出装置５２は、前記制御部４２に代えて制御部４４を備えている。制御部４４は、前記制御部４２の動作に加えて次の動作を行う。すなわち、制御部４４は、判定部４１により直列アークが発生していると判定された場合に、アーク遮断スイッチ６１を開動作させて、直列アークを遮断すなわち消弧する。アーク検出装置５２の他の構成は、アーク検出装置１４と同様である。

（アーク検出装置５２の通常動作）
制御部４４は、判定部４１がアーク発生ありと判定した場合、表示装置３６にその旨を表示させるとともに、アーク遮断スイッチ６１を開状態とさせる。すなわち、制御部４４は、アークが直列アークであれば、アーク遮断スイッチ６１を開状態とさせて直列アークを消弧する。また、電流センサ２１は、直流電流および交流電流を測定可能なセンサである。

（電流センサ２１およびアーク遮断スイッチ６１の試験の場合のアーク検出試験動作）
本実施形態において、アーク検出装置５２による、アーク遮断スイッチ６１の試験を含むアーク検出試験動作は、太陽電池ストリング１１が発電する電流が出力線路１６ａを流れている状態にて行う。

図８は、電流センサ２１およびアーク遮断スイッチ６１の試験の場合のアーク検出装置５２の動作を示すフローチャートである。図８では、図３に示した動作と同じ動作に同じステップ番号（Ｓ番号）を付記し、その説明を省略する。

図８に示すように、アーク検出試験動作において、アーク検出装置５２の判定部４１は、電流センサ２１が正常である場合、すなわち電流センサ２１が疑似アーク信号を含む電流を測定した場合に、アーク発生ありと判定する(Ｓ６)。その後、制御部４４は、疑似アーク発生器３５を停止させる(Ｓ７)。

次に、制御部４４は、アーク遮断スイッチ６１を開状態にさせる(Ｓ２１)。判定部４１は、アーク遮断スイッチ６１が開状態となることにより、出力線路１６ａを流れる直流電流がゼロ（０）になるかどうかを判定する(Ｓ２２)。ここで、アーク遮断スイッチ６１が正常である場合、制御部４４がアーク遮断スイッチ６１を開状態となるように制御することにより、電流センサ２１にて測定される、出力線路１６ａを流れる直流電流はゼロ（０）になる。

Ｓ２２での判定部４１による判定の結果、出力線路１６ａを流れる直流電流がゼロであれば、制御部４４は、電流センサ２１およびアーク遮断スイッチ６１の試験を含むアーク検出試験が成功（電流センサ２１およびアーク遮断スイッチ６１が正常）である旨を表示装置３６に表示させる(Ｓ２３)。なお、制御部４４は、この試験の結果を太陽光発電システム１の管理装置（図示せず）に通知してもよい。

次に、制御部４４は、アーク遮断スイッチ６１を閉状態にさせた後(Ｓ２４)、アーク検出試験動作を終了し(Ｓ２５)、Ｓ２の動作に戻る。

一方、Ｓ２２での判定部４１による判定の結果、出力線路１６ａを流れる直流電流がゼロでなければ、制御部４４は、アーク遮断スイッチ６１が故障している旨を表示装置３６に表示させ(Ｓ２６)、アーク検出試験動作を終了する(Ｓ２７)。なお、制御部４４は、この試験の結果を太陽光発電システム１の管理装置（図示せず）に通知してもよい。

なお、図８に示したように、アーク検出試験動作を電流センサ２１の試験およびアーク遮断スイッチ６１の試験を一連の動作として行う場合、図８のＳ４におけるアーク検出試験動作の開始かどうか（試験開始条件が満たされたかどうか）の判定は、例えば数カ月に一度程度に設定される、アーク検出試験動作の開始時期になったかどうかの判定となる。したがって、この場合のアーク検出試験動作は、電流センサ２１のみの試験を行うアーク検出試験動作よりも長い周期にて行う。これは、試験においてオンオフ動作を行うことによるアーク遮断スイッチ６１の耐用期間の減少を抑制するため、およびアーク遮断スイッチ６１を遮断することによる太陽電池ストリング１１の出力の停止期間を抑制するためである。

また、アーク検出試験動作は、図８に示した一連の動作とは異なり、電流センサ２１の試験モードとアーク検出装置５２の試験モードとを設定し、これら両試験モードの動作を分けて行うようにしてもよい。これは、電流センサ２１の試験を頻繁に行うようにし、かつ上述したアーク遮断スイッチ６１の耐用期間の減少の抑制、および太陽電池ストリング１１の出力の停止期間の抑制を図るためである。

この場合、例えば、電流センサ２１の試験モードは、Ｓ３において、ＲＴＣ３４が示す時刻がアーク検出試験動作の開始時刻になると行う。一方、Ｓ２１から開始するアーク遮断スイッチ６１の試験モードは、例えば電流センサ２１の試験を行った回数が所定回数に到達した場合に行う。

また、上記のアーク検出試験動作において、電流センサ２１の試験(Ｓ１からＳ７およびＳ１０からＳ１２の動作)は、太陽電池ストリング１１が発電せず、ＰＣＳ１２が停止している夜中等の時間帯に行い、アーク遮断スイッチ６１の試験(Ｓ２１からＳ２７の動作)は、太陽電池ストリング１１が発電し、出力線路１６ａに電流が流れている時間帯に行うようにしてもよい。

（アーク検出装置５２の利点）
上記のように、アーク検出装置５２は、アーク検出試験動作において、電流センサ２１の試験に加えてアーク遮断スイッチ６１の試験も自動的に行うようになっているので、アーク検出装置を管理する作業者、すなわち太陽光発電システム１を管理する作業者の負担を軽減することができる。

〔実施形態４〕
本発明のさらに他の実施形態を図面に基づいて以下に説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。図９は、本実施形態のアーク検出装置を備える太陽光発電システムの構成を示す概略のブロック図である。

（アーク検出装置５３の構成）
図９に示すように、本実施形態において、太陽光発電システム１は、図７に示したアーク検出装置５２に代えてアーク検出装置５３を備えている。アーク検出装置５３の電源回路３８は、太陽電池ストリング１１から電力を供給されている。このように、電源回路３８が太陽電池ストリング１１から電力を供給される構成は、電源回路３８が商用電源から電力供給を受けるように示したアーク検出装置にも適宜適用することができる。

アーク検出装置５３は、アーク検出装置５２の制御部４４に代えて制御部４５を備えている。また、アーク検出装置５３は、アーク検出装置５２のＲＴＣ３４の計時による時間に基づかず、太陽電池ストリング１１に生じる何らかイベントに基づいて、例えば太陽電池ストリング１１が所定の条件を満たした場合にアーク検出試験動作を開始する。

何らかのイベントとは、例えば太陽電池ストリング１１に生じた変化であり、例えば日の出や日の入りにより太陽光の照射量が変化した場合の太陽電池ストリング１１の出力電圧や出力電流の変化である。なお、この変化は、太陽電池ストリング１１が所定の条件を満たした場合にも相当する。

図１０は、太陽電池ストリング１１における開放電圧および発電量の一日の変化の一例を示すグラフである。図１０に示すように、太陽電池ストリング１１は、日の出の時間帯には、発電量（出力電流）が十分に小さい状態（例えばＰＣＳ１２の待機電流以下、もしくは同程度に小さい状態）となる。この状態は図１０におけるＰ部の状態である。一方、太陽電池ストリング１１は、日の入りの時間帯には、出力電圧（開放電圧）が降下していき、発電量（出力電流）が十分に小さい状態（例えばＰＣＳ１２の待機電流以下、もしくは同程度に小さい状態）となる。この状態は図１０におけるＱ部の状態である。なお、範囲Ａは、ＰＣＳ１２の運転時間である。したがって、範囲Ａ以外であるＰ部およびＱ部では、ＰＣＳ１２は停止している。

そこで、アーク検出装置５３は、日の出の時間帯（Ｐ部）または日の入りの時間帯（Ｑ部）にてアーク検出試験動作を行う。ここでは、一例として、日の出の時間帯（Ｐ部）にてアーク検出試験動作を行う。この場合、太陽電池ストリング１１の出力電流は電流センサ２１にて測定し、出力電圧（開放電圧）は、太陽電池ストリング１１に通常設けられている電圧センサ６２にて計測する。

なお、アーク検出装置５３は、電流センサ２１が測定する太陽電池ストリング１１の出力電流のみにてアーク検出試験動作の開始を判断する場合、出力電流が所定の電流値になったとき（電流値が例えば３Ａを超えたとき）にアーク検出試験動作を行うようにしてもよい。アーク検出装置５３の他の構成は、アーク検出装置５２と同様である。

（電流センサ２１およびアーク遮断スイッチ６１の試験の場合のアーク検出試験動作）
図１１は、電流センサ２１およびアーク遮断スイッチ６１の試験の場合のアーク検出装置５３の動作を示すフローチャートである。図１１では、図８に示した動作と同じ動作に同じステップ番号（Ｓ番号）を付記し、その説明を省略する。

図１１に示すように、アーク検出装置５３の制御部４５は、太陽電池ストリング１１がアーク検出試験動作を開始すべき所定の条件を満たす状態（Ｐ部の状態）になると(Ｓ３)、アーク検出試験動作の実施回数を積算するカウンタｎをｎ＋１とし(Ｓ４１)、アーク検出試験動作を開始する(Ｓ４)。

その後、Ｓ５の動作を経て、アーク検出試験動作において、判定部４１がアーク発生ありと判定すると(Ｓ６)、制御部４５は、疑似アーク発生器３５を停止させる(Ｓ７)。

次に、制御部４５は、カウンタのカウント値（アーク検出試験動作の積算回数）が予め設定された値である３０以上であるかどうかを判定し(Ｓ４２)、３０未満であれば、Ｓ２の動作に戻る。

一方、Ｓ４２の判定において、カウンタのカウント値が３０以上であれば、制御部４５は、アーク遮断スイッチ６１の試験を行う。すなわち、アーク遮断スイッチ６１を開状態とする(Ｓ２１)。なお、アーク遮断スイッチ６１の試験は、出力線路１６ａに太陽電池ストリング１１の出力電流が流れている状態にて行うので、電流センサ２１にて測定される電流が例えば３Ａ以上に上昇した状態にて行う。

その後、制御部４５は、Ｓ２２〜Ｓ２４の動作を経て、アーク検出試験動作すると(Ｓ２５)、カウンタをゼロ（０）にリセットし、Ｓ２の動作に戻る。

（アーク検出装置５３の利点）
上記のように、アーク検出装置５３は、アーク検出試験動作において、電流センサ２１の試験に加えてアーク遮断スイッチ６１の試験も自動的に行うようになっているので、アーク検出装置を管理する作業者、すなわち太陽光発電システム１を管理する作業者の負担を軽減することができる。

また、アーク検出試験動作において、電流センサ２１の試験を太陽電池ストリング１１の発電量が十分に小さい日の出または日の入りの時間帯に行った場合には、ＰＣＳ１２が停止しており、ＰＣＳ１２が発生するノイズの影響を受けることなく、電流センサ２１の試験を高精度に行うことができる。

また、アーク検出試験動作において、アーク遮断スイッチ６１の試験を、ＰＣＳ１２が稼働している時間帯のうち、早朝（日の出後の太陽電池ストリング１１の出力電流が増加中のとき）または夕方（日の入り前の太陽電池ストリング１１の出力電流が減少中のとき）の太陽電池ストリング１１の発電量が少ない時間帯に行えば、アーク遮断スイッチ６１を行うことによるＰＣＳ１２への太陽電池ストリング１１の出力電力量の減少を抑制することができる。

また、アーク遮断スイッチ６１の試験において、アーク遮断スイッチ６１を開状態にすればＰＣＳ１２が停止する。その後、アーク遮断スイッチ６１が正常である場合には、アーク遮断スイッチ６１の閉状態への復帰に応じてＰＣＳ１２を再起動する必要がある。この場合、アーク遮断スイッチ６１の試験を夕方（日の入り前）に行えば、ＰＣＳ１２の電力消費が大きくなる再起動を省略して、電力消費を抑制することができる。

〔実施形態５〕
本発明のさらに他の実施形態を図面に基づいて以下に説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。図１２は、本実施形態のアーク検出装置を備える太陽光発電システムの構成を示す概略のブロック図である。

（アーク検出装置５４の構成）
図１２に示すように、本実施形態において、太陽光発電システム１はアーク検出装置５４を備えている。アーク検出装置５４は制御部４６を備えている。疑似アーク発生器３５は、疑似アーク信号を電流センサ２１ではなくフィルタ３１へ入力する。したがって、アーク検出装置５４は、アーク検出試験動作において、電流センサ２１の試験を行わない。

アーク検出装置５４は、前述した電流センサ２１の試験の周期よりも長い、例えば１カ月といった周期にてアーク検出試験動作を行う。この場合のアーク検出試験動作は、例えばＲＴＣ３４の計時に基づいて開始する。また、アーク検出試験動作は、前述したように、ＰＣＳ１２が稼働している時間帯のうち、早朝（日の出後の太陽電池ストリング１１の出力電流が増加中のとき）または夕方（日の入り前の太陽電池ストリング１１の出力電流が減少中のとき）の太陽電池ストリング１１の発電量が少ない時間帯に行えば、ＰＣＳ１２への太陽電池ストリング１１の出力電力量の減少を抑制する上で好ましい。

（アーク検出装置５４の動作）
図１３は、アーク検出装置５４の動作を示すフローチャートである。図１３では、先のフローチャートに示した動作と同じ動作に同じステップ番号（Ｓ番号）を付記し、その説明を省略する。

図１３に示すように、アーク検出装置５４の制御部４６は、アーク検出試験動作を開始すべき条件が満たされると(Ｓ５１)、アーク検出試験動作を開始する(Ｓ４)。この場合の条件は、上記のように、例えばＲＴＣ３４の計時によりアーク検出試験動作を開始すべき時期になったこと、および電流センサ２１にて測定される、太陽電池ストリング１１の出力電流が少ない時間帯（早朝（日の出後）または夕方（日の入り前）の時間帯）であること、である。

アーク検出装置５４は、アーク検出試験動作を開始すると(Ｓ４)、疑似アーク発生器３５が疑似アーク信号を発生し(Ｓ５)、この疑似アーク信号がフィルタ３１へ入力される。

その後、判定部４１がアーク発生あり（アーク検出）と判定すると(Ｓ６)、前述のようにして、Ｓ７およびＳ２１〜２７の動作を行う。なお、アーク遮断スイッチ６１に対する試験については前述のとおりである。また、Ｓ２３のアーク検出試験の成功は、アーク検出部２２が正常であること、およびアーク遮断スイッチ６１が正常であることを示している。

一方、Ｓ６において、判定部４１がアーク発生なし（アーク未検出）と判定すると、Ｓ５２において、制御部４５は、アーク検出部２２が故障している旨を表示装置３６に表示させる。なお、制御部４５は、この試験の結果を太陽光発電システム１の管理装置（図示せず）に通知してもよい。

（アーク検出装置５４の利点）
上記のように、アーク検出装置５４は、アーク検出試験動作において、アーク検出部２２およびアーク遮断スイッチ６１の試験を自動的に行うようになっているので、アーク検出装置を管理する作業者、すなわち太陽光発電システム１を管理する作業者の負担を軽減することができる。

また、アーク検出試験動作において、アーク遮断スイッチ６１の試験を、ＰＣＳ１２が稼働している時間帯のうち、早朝（日の出後）または夕方（日の入り前）の太陽電池ストリング１１の発電量が少ない時間帯に行えば、アーク遮断スイッチ６１を行うことによる太陽電池ストリング１１の出力電力量の減少を抑制することができる。

また、アーク検出装置５４は、電流センサ２１の試験はできないものの、低コストの構成とすることができる。すなわち、電流センサ２１に疑似アーク信号を入力する構成では、疑似アーク信号を電流センサ２１にて測定できるように、ＶＩ変換回路により疑似アーク信号ＶＩ変換する必要がある。これに対し、アーク検出部２２すなわちフィルタ３１へ直接に疑似アーク信号を入力する構成では、ＶＩ変換回路が不要である。

なお、疑似アーク発生器３５が発生する疑似アーク信号の出力先は、フィルタ３１と電流センサ２１とで切り替えできる構成としてもよい。

〔実施形態６〕
本発明のさらに他の実施形態を図面に基づいて以下に説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。図１３は、本実施形態のアーク検出装置を備える太陽光発電システムの構成を示す概略のブロック図である。

（太陽光発電システム１およびアーク検出装置５５の構成）
図１４に示すように、本実施形態において、太陽光発電システム１は、図１に示したアーク検出装置１４に代えてアーク検出装置５５を備えている。アーク検出装置５５は、電流センサとしての電流トランス（検出器）２３を備えている。電流トランス２３は、出力線路１６ａ，１６ｂ（一対の電力線）を流れる電流に加えて、試験用導電線２４（第２の電力線）２４を流れる電流を測定するように設けられている。

試験用導電線２４は、出力線路１６ａ，１６ｂとは独立した導電線であり、アーク検出試験動作の際に、疑似アーク発生器３５から疑似アーク信号が出力される。したがって、アーク検出装置５５は、アーク検出試験動作の際に、試験用導電線２４を流れる電流を測定し、試験を行う。アーク検出装置５５の他の構成および動作は、図１に示したアーク検出装置１４と同様である。また、試験用導電線２４を備え、アーク検出試験動作の際に、疑似アーク発生器３５から試験用導電線２４へ疑似アーク信号を出力するアーク検出装置５５の構成は、以上の他の実施形態に示したアーク検出装置に対しても適用可能である。

（アーク検出装置５４の利点）
上記のように、アーク検出装置５５は、試験用導電線２４を備え、アーク検出試験動作の際に、疑似アーク発生器３５から試験用導電線２４へ疑似アーク信号を出力する。この場合、試験用導電線２４は、太陽電池ストリング１１の出力線路１６ａ，１６ｂとは独立した導電線として設けることができ、このような構成とした場合には、アーク検出装置５５のアーク検出試験を、太陽電池ストリング１１の出力線路１６ａ，１６ｂとは独立した回路にて行うことができる。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

１ 太陽光発電システム（直流電源システム）
１１ 太陽電池ストリング（直流電源）
１２ ＰＣＳ（パワーコンディショニングシステム、負荷装置）
１４ アーク検出装置
１６ａ 出力線路（電力線）
１６ｂ 出力線路（電力線）
２１ 電流センサ（検出器）
２２ アーク検出部
２３ 電流トランス（検出器）
２４ 試験用導電線（第２の電力線）
３１ フィルタ
３２ ＡＤ変換器
３３ ＣＰＵ
３４ ＲＴＣ
３５ 疑似アーク発生器（疑似アーク発生部）
３６ 表示装置
３８ 電源回路
４１ 判定部
４２〜４４ 制御部
５１〜５５ アーク検出装置
６１ アーク遮断スイッチ
６２ 電圧センサ

Claims (10)

1. 発電または充電する直流電源と、前記直流電源より供給される電力を消費または変換する負荷装置と、前記直流電源と前記負荷装置とを接続する一対の電力線と、を有する直流電源システムに適用されるアーク検出装置であって、
   前記直流電源でのアークの発生に感応する検出器と、
   前記検出器の検出信号に基づいてアーク発生の有無を判定する判定部と、
   前記検出器が感応する疑似アーク信号を発生し、検出器による検出部位へ出力する疑似アーク発生部と、
   アーク検出装置の試験開始条件が満たされたときに、前記疑似アーク発生部から前記疑似アーク信号を発生させる制御部とを備えるアーク検出装置。
2. 前記検出器は、前記一対の電力線を流れる電流を測定する電流センサであり、
   前記判定部は、前記電流センサが測定した高周波成分に基づいてアーク発生の有無を判定する請求項１に記載のアーク検出装置。
3. 前記疑似アーク発生部は、前記疑似アーク信号を前記一対の電力線へ出力する請求項２に記載のアーク検出装置。
4. 第２の電力線、
   をさらに備え、
   前記電流センサは、前記第２の電力線を流れる電流を測定し、
   前記疑似アーク発生部は、前記疑似アーク信号を前記第２の電力線へ出力する
   請求項２に記載のアーク検出装置。
5. 前記制御部は、前記疑似アーク発生部から前記疑似アーク信号を発生させるアーク検出試験動作を前記負荷装置の非稼働時に行う請求項３または４に記載のアーク検出装置。
6. 前記負荷装置は、前記直流電源より供給される電力を交流電力に変換するとともに、アークの発生により停止し、
   前記制御部は、前記判定部がアーク発生と判定した場合に、前記負荷装置へ前記アーク発生を通知する請求項１から５のいずれか１項に記載のアーク検出装置。
7. 前記制御部は、前記疑似アーク発生部から前記疑似アーク信号を発生させるアーク検出試験動作での前記判定部による判定結果に基づいて、アーク検出装置が正常かどうかの判定結果を示す情報を出力する請求項１から６のいずれか１項に記載のアーク検出装置。
8. 前記制御部は、前記判定部がアーク発生と判定した場合に、前記電力線に設けられたアーク遮断スイッチを開動作するように制御し、前記疑似アーク発生部から前記疑似アーク信号を発生させるアーク検出試験動作において、前記アーク遮断スイッチの開動作により前記電流センサにて測定される電流がゼロとなった場合に、前記アーク遮断スイッチを正常と判定する請求項２から５のいずれか１項に記載のアーク検出装置。
9. 前記制御部は、前記アーク遮断スイッチを開動作させて前記アーク遮断スイッチが正常かどうかを判定する試験を、前記疑似アーク発生部から前記疑似アーク信号を発生させて行うアーク検出装置の試験よりも長い周期にて行う請求項８に記載のアーク検出装置。
10. 前記直流電源は太陽電池であり、
    前記制御部は、前記アーク遮断スイッチを開動作させて前記アーク遮断スイッチが正常かどうかを判定する試験を、日の出後の前記電流センサにて測定される前記太陽電池の出力電流が増加している期間、または日の入り前の前記電流センサにて測定される前記太陽電池の出力電流が減少している期間に行う請求項８または９に記載のアーク検出装置。

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