JP4725012B2 - 無停電電源装置 - Google Patents

Description

この発明は、直送給電回路と保守パイパス回路を備えた無停電電源装置の盤構成を簡素化すると共に、保守・点検の際の安全性を向上させた無停電電源装置に関する。

図５は直送給電回路と保守パイパス回路を備えた無停電電源装置の従来例を示したブロック回路図である。この図５において、商用電源１からの交流電力は、ブレーカ２５，２７とコンタクタ２１１およびフィルタ２１５を経て電力変換装置２４へ入力するのであるが、この電力変換装置２４は交流電力を直流電力に変換する電力変換器（コンバータ）と、この直流電力を所望の電圧と周波数の交流電力に変換する電力変換器（インバータ）とで構成している。この電力変換装置２４で得られた交流電力は、フィルタ２１６とコンタクタ２１３と変圧器２１８とブレーカ２８とを経て、負荷２へ供給される。この商用電源１から電力変換装置２４を経て負荷２へ交流電力を供給する回路を、以下ではライン３と称することにする。
この負荷２が例えばコンピュータであるならば、極めて短い時間の停電も避けなければならないが、商用電源１は線路の故障（例えば地絡事故）などで停電することがある。そこで商用電源１が停電した場合は、バッテリー２３に蓄えていた直流電力が、ブレーカ２１０とコンタクタ２１２を介してインバータ（電力変換装置２４）へ与えられ、このインバータが直流電力を交流電力に変換するから、負荷２は停電することなく運転を継続することができる。

しかし、例えば電力変換装置２４のうちのインバータ部分が故障すれば、商用電源１とバッテリー２３が健全であっても、負荷２へ交流電力を供給することはできない。そこでサイリスタの逆並列接続でなる交流スイッチ２１７とコンタクタ２１４との並列回路で構成した交流スイッチ回路を設け、商用電源１からブレーカ２６とこの交流スイッチ回路とを介して前述の変圧器２１８へ接続する直送給電回路を設ける。常時は当該交流スイッチ回路はオフ状態であって、電力変換装置２４が交流電力を負荷２へ供給している（ただし電力変換装置２４の出力交流は商用電源１と同期状態にある）のであるが、電力変換装置２４の故障を検出すれば、直ちにその出力をオフにすると共に、前記交流スイッチ回路をオンにすることで、負荷２の停電を回避することができる。この直送給電回路を以下ではライン２と称することにする。

しかし電力変換装置２４や交流スイッチ回路が長時間故障すると、負荷２は停電せざるを得なくなるから、これらは定期的に点検をしたり部品の交換をする必要がある。しかしながらライン３の運転中はライン２に電圧が印加されるから、交流スイッチ回路の保守・点検作業には危険が伴う。またライン２の運転中はライン３に電圧が印加されるから、電力変換装置２４の保守・点検作業には危険が伴う。そこで商用電源１から変圧器２１９とブレーカ２９とを経て負荷２へ交流電力を供給する保守バイパス回路を設ける。この保守バイパス回路を以下ではライン１と称することにする。
このようにしておけば、ライン２またはライン３の機器を保守・点検する際は、ブレーカ２９をオンにしてライン１で負荷２へ交流電力を供給するのであるが、このときブレーカ２５，２６および２８をオフにすることでライン２とライン３は無電圧になるから、保守・点検作業を安全に行うことができる。

ところで、このような無停電電源装置は、質量が大なる変圧器と、適切な時期に保守・点検を行う必要がある電力変換装置や交流スイッチなどの機器と、ライン１〜３を構成する各種開閉器とでなるから、これらを収納する無停電電源装置盤は複数の盤を組み合わせることになる。このような構成の無停電電源装置盤の構造については、従来から各種の提案がなされている（例えば、特許文献１参照。）。
図６は図５で既述の従来例回路の無停電電源装置を収納する従来の無停電電源装置盤の外観を示した外観図である。この従来の無停電電源装置盤は、図５で既述の従来例回路において一点鎖線で囲んだＣの部分を収納したバッテリー盤２２１と、従来例回路で一点鎖線で囲んだＢ（すなわちライン２とライン３）の部分を収納した電力変換装置盤２２２と、従来例回路で一点鎖線で囲んだＡ（すなわちライン１と電源側ブレーカと負荷側ブレーカ）の部分を収納した保守バイパス盤２２３の３面構成となる。このようにライン２とライン３を電力変換装置盤２２２に収納し、ライン１を保守バイパス盤２２３に収納することで、電力変換装置２４や交流スイッチ回路の保守・点検を安全に行うことができる。なお、符号３０１は各盤の前面扉を開閉するための把手であり、符号３０２はこの前面扉に設けた換気孔である。

図７は電力変換装置盤と保守バイパス盤に収納している機器の配置を示した内部実装図であって、図７(A) は電力変換装置盤２２２と保守バイパス盤２２３を正面から見たときの機器の実装状況を示し、図７(B) は電力変換装置盤２２２を左側面から見たときの機器の実装状況を示し、図７(C) は保守バイパス盤２２３を右側面から見たときの機器の実装状況を示している。なおこの図７に記載の各機器に付した符号は、図５で既述の従来例回路に付した符号と同じである。この図７に図示のように、ライン２を構成している交流スイッチ２１７とこれに並列しているコンタクタ２１４やライン３を構成しているコンタクタ２１３は電力変換装置盤２２２の前面側に設置し、ブレーカ２５，２６，２７，２８は保守バイパス盤２２３の前面側に設置することで、操作を容易にしている。
特開２００３−１１６２０６号公報

しかしながら、従来の無停電電源装置盤は図６に図示のように、電力変換装置盤２２２と保守バイパス盤２２３の二面で構成（バッテリー盤２２１は除く）することになるので、広い設置場所が必要になる欠点があるし、二面構成のために余分な部材が必要になる欠点もある。

そこでこのような欠点を解消するために、本発明では、従来の直送給電回路と保守バイパス回路の代わりに直送給電・保守回路を設けるのであるが、本発明の無停電電源装置は、交流電源に接続されて変換された定電圧・定周波数の交流電力を負荷へ供給する電力変換装置と、前記交流電源に接続される交流スイッチと、この交流スイッチに並列に接続されるコンタクタと、前記交流スイッチの負荷側に接続されるブレーカとから構成される直送給電・保守回路と、前記交流スイッチ，前記コンタクタ，前記ブレーカを搭載する交流スイッチ台と、この交流スイッチ台に設けられる電源側コネクタおよび負荷側コネクタとを備え、前記交流電源と前記負荷との間に前記交流スイッチ台を前記電源側コネクタおよび負荷側コネクタにより着脱できる構成である。
また、上記において、３つの巻線を有する３巻線変圧器の第１巻線に前記電力変換装置を接続し、その第２巻線に前記直送給電・保守回路を接続し、その第３巻線に前記負荷を接続する。
前記直送給電・保守回路には、これを他の電気回路から分離する覆いを設ける。
この覆いは、異物の侵入を防ぐと共に通気性を確保できる構造とする。
前記交流スイッチ台は、これに搭載している機器の操作と当該交流スイッチ台の着脱が前面側から行える構造にする。

従来は直送給電回路と保守バイパス回路の２系統を備えていたものを、本発明では、コネクタを有する交流スイッチ台を採用することにより、１系統の直送給電・保守回路に纏めることができるので、無停電電源装置盤を１面（バッテリー盤は除く）だけで構成しても、安全に保守・点検作業を行うことができるので、無停電電源装置盤の設置スペースを縮小できる効果が得られる。また、３巻線変圧器の使用や直送給電・保守回路を他の電気回路から分離する覆いを設けることも、安全性の向上と盤の小型化に寄与している。

無停電電源装置の運転中に当該無停電電源装置の保守・点検や部品の交換を行う場合は、保守バイパス回路を介して負荷へ交流電力を供給し、交流スイッチを含んだライン２と電力変換装置を含んだライン３は無電圧にすることにより、作業の安全性を確保していたが、そのために無停電電源装置盤を二面構成にする必要があった。本発明ではコネクタを備えた交流スイッチ台を引き出せば、無電圧状態で交流スイッチの点検・手入れができるし、その間は電力変換装置が負荷へ交流電力を供給する。また、交流スイッチ台を含む直送給電・保守回路は他の電気回路から分離する覆いで覆われているから、この直送給電・保守回路が電力を供給中に電力変換装置を点検する際も、作業の安全性を確保できる。更に、電力変換装置と直送給電・保守回路と負荷とを３巻線変圧器で結合することで、大質量の変圧器の台数を減らすことができる。

図１は本発明の第１実施例を表したブロック回路図であるが、この図１に図示の商用電源１，負荷２，バッテリー２３，２組の電力変換装置２４，３台のブレーカ２７〜２９，ブレーカ２１０，４台のコンタクタ２１１〜２１４，フィルタ２１５と２１６，交流スイッチ２１７の名称・用途・機能は、図５で既述の従来例回路の場合と同じであるから、同じ部分の説明は省略する。
この第１実施例では、交流スイッチ２１７とコンタクタ２１４との並列回路とブレーカ２９とを一括して交流スイッチ台に搭載てユニット化し、この交流スイッチ台には電源側コネクタ１６と負荷側コネクタ１７を設けている。商用電源１と負荷２との間にこの交流スイッチ台を挿入して構成した直送給電・保守回路（Ｅなる破線で囲んだ部分）は、交流スイッチ台の着脱を簡単に行うことができるから、この直送給電・保守回路の１系統のみで、２系統を必要とした従来の直送給電回路と保守バイパス回路の役目を果たすことができる。更に、この直送給電・保守回路と電力変換装置２４を含む回路と負荷２とを３巻線変圧器１５で結合することで、従来は２台が必要であった変圧器２１８，２１９（図５参照）を１台にすることができる。なお符号１４はオプション変圧器であって、必要な場合にのみ使用する。すなわち商用電源１が電力変換装置２４の電源であると同時に直送給電・保守回路の電源となる場合は、このオプション変圧器１４は省略できる。

図２は図１の第１実施例回路を収納している無停電電源装置盤の外観を表した外観図であって、実施例回路で一点鎖線で囲んだＣの部分を収納したバッテリー盤２２１（図６に図示の従来例の場合と同じ）と、第１実施例回路においてＤなる一点鎖線で囲んだ部分を収納した電力変換装置盤１８との２面構成となる。

図３は本発明の第２実施例を表した電力変換装置盤の内部実装図であって、図３(A) は電力変換装置盤１８を正面から見たときの機器の実装状況を表し、図３(B) は電力変換装置盤１８を右側面から見たときの機器の実装状況を表している。なお、この図３に記載の各機器に付した符号は、図１で既述の第１従来例回路に付した符号と同じである。
図３の第２実施例において、電力変換装置盤１８の内部上側に電力変換装置２４を設置し、その下側には直送給電・保守回路を構成する各機器（図１においてＥなる破線で囲んだ部分）を収納したフレーム１９を設置する。このフレーム１９の周囲は通気性があって異物の侵入を妨げるもの，例えば金網あるいは多孔板などで覆うことにより、これの上部に設置している電力変換装置２４を点検する際に、ねじや部品が落下してフレーム１９の内部で接地事故や短絡事故が生じるのを防いでいるし、直送給電・保守回路が負荷２へ電力を供給中であっても、この覆いにより電力変換装置２４の保守・点検作業を安全に行うことができる。

図４は本発明の第３実施例を表した図３に図示のフレームの内部実装図であって、図４(A) はフレーム１９を正面から見たときの機器の実装状況を、図４(B) はフレーム１９を右側面から見たときの機器の実装状況を表している。なおこの図４に記載の各機器に付した符号は、図１の第１実施例回路または図３の第２実施例に付した符号と同じである。
この図４において、フレーム１９の両側面と裏面および上面は通気性のある覆いで覆うことで、当該フレーム１９内部の帯電部に触れないようにしており、内部にはオプション変圧器１４と３巻線変圧器１５を収納している。このフレーム１９の前面側上部に交流スイッチ台１１２を取り付け、そのすぐ下側にブレーカ２８を取り付けている。更にこれらの下側に設けた外線端子台には、これを覆う端子カバー１１５を設けて、不用意に帯電部に触れるのを妨げている。

交流スイッチ台１１２は取り付けねじ１１１でフレーム１９に固定されるのであるが、この状態のときに交流スイッチ台１１２は、その電源側コネクタ１６と負荷側コネクタ１７により直送給電・保守回路に挿入されており、取り付けねじ１１１を緩めれば引き出すことができるから、当該交流スイッチ台１１２の着脱は容易である。なお、交流スイッチ台１１２の前面側には交流スイッチ２１７，コンタクタ２１４，およびブレーカ２９を設置しているが、これらはカバー１１３で覆われている。

本発明の第１実施例を表したブロック回路図 図１の第１実施例回路を収納している無停電電源装置盤の外観を表した外観図 本発明の第２実施例を表した電力変換装置盤の内部実装図 本発明の第３実施例を表した図３に図示のフレームの内部実装図 直送給電回路と保守パイパス回路を備えた無停電電源装置の従来例を示したブロック回路図 図５で既述の従来例回路の無停電電源装置を収納する従来の無停電電源装置盤の外観を示した外観図 電力変換装置盤と保守バイパス盤に収納している機器の配置を示した内部実装図

符号の説明

１ 商用電源
２ 負荷
１４ オプション変圧器
１５ ３巻線変圧器
１６ 電源側コネクタ
１７ 負荷側コネクタ
１８ 電力変換装置盤
１９ フレーム
２３ バッテリー
２４ 電力変換装置
１１２ 交流スイッチ台
１１３ カバー
１１５ 端子カバー
２１７ 交流スイッチ
２２１ バッテリー盤
２２２ 電力変換装置盤
２２３ 保守パイパス盤

Claims (5)

1. 交流電源に接続されて変換された定電圧・定周波数の交流電力を負荷へ供給する電力変換装置と、
   前記交流電源に接続される交流スイッチと、この交流スイッチに並列に接続されるコンタクタと、前記交流スイッチの負荷側に接続されるブレーカとから構成される直送給電・保守回路と、
   前記交流スイッチ，前記コンタクタ，前記ブレーカを搭載する交流スイッチ台と、
   この交流スイッチ台に設けられる電源側コネクタおよび負荷側コネクタとを備え、
   前記交流電源と前記負荷との間に前記交流スイッチ台を前記電源側コネクタおよび負荷側コネクタを使って挿入することを特徴とする無停電電源装置。
2. 請求項１に記載の無停電電源装置において、
   ３つの巻線を有する変圧器の第１巻線を前記電力変換装置に接続し、その第２巻線を前記直送給電・保守回路に接続し、その第３巻線を前記負荷に接続する構成の３巻線変圧器を備えることを特徴とする無停電電源装置。
3. 請求項１乃至請求項２に記載の無停電電源装置において、
   前記直送給電・保守回路には、他の電気回路から分離する覆いを設けることを特徴とする無停電電源装置。
4. 請求項３に記載の無停電電源装置において、
   前記直送給電・保守回路に設ける覆いは、異物の侵入を防ぎつつ通気性を確保できる構造であることを特徴とする無停電電源装置。
5. 請求項１乃至請求項４に記載の無停電電源装置において、
   前記直送給電・保守回路に挿入している前記交流スイッチ台は、これに搭載している機器の操作と当該交流スイッチ台の着脱を前面側から行える構造にすることを特徴とする無停電電源装置。

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