JP5145115B2 - 給電システム、電流分配装置、およびコンデンサ収納箱 - Google Patents

Description

本発明は、負荷装置に電力を供給する給電システムに関し、特に、コンデンサを内蔵したコンデンサ収容箱を搭載した電流分配装置を用いて負荷装置に電力を供給する給電システムに関する。

通信装置など電力を消費する負荷装置に対して電流を供給するために電流分配装置が用いられる。電流分配装置は、電源装置から出力された電流を受けて負荷装置に分配する。電流分配装置には、コンデンサを含む回路を備えたコンデンサ収容箱が搭載されたものがある。

図４は電源供給システムの一構成例を示す図である。図４を参照すると、電源供給システムは、商用電源ＣＳから交流電力の供給を受け、負荷装置Ｕ１に直流電力を供給するシステムであり、電源装置Ｅ、蓄電池Ｂａｔｔ、および電流分配装置ＰＤＦを有している。

電源装置Ｅは、交流の商用電力を受電し、装置内部で直流に変換した後に直流給電系に直流電力を供給する電源である。

蓄電池Ｂａｔｔは、電源装置Ｅからの電力を蓄積しておき、停電時に電源装置Ｅに代わって直流給電系に直流電力を供給する設備である。

電流分配装置ＰＤＦは直流給電系を構成する装置であり、負荷装置Ｕ１に近い位置に設置される。電流分配装置ＰＤＦは電源装置Ｅまたは蓄電池Ｂａｔｔから供給される直流電力を負荷装置Ｕ１供給する。電流分配装置ＰＤＦ入力端Ｔには、コンデンサ収容箱ＣＢに備えられたコンデンサ回路が接続されている。

コンデンサ収容箱ＣＢは、直流給電系の安定化を図るために電流分配装置ＰＤＦに内蔵された装置である。コンデンサ収容箱ＣＢに内蔵されたコンデンサ回路は、コンデンサＣと、コンデンサＣに直列に接続され、ヒューズを搭載するヒューズポストＦ１とを有している。

このようなコンデンサ収容箱ＣＢを電流分配装置ＰＤＦに搭載する目的は２つある。

第１の目的について説明する。停電時には、電源装置Ｅからの給電が停止し、蓄電池Ｂａｔｔから放電される電力が直流給電系を介して負荷装置Ｕ１に供給される。その場合、時間の経過と共に直流給電系の電圧が低下し、蓄電池Ｂａｔｔから負荷装置Ｕ１までのインピーダンスと負荷装置Ｕ１内部のインピーダンスが不整合になると、給電電圧が振動する現象（発振現象）が発生する。発振現象が発生すると、負荷装置Ｕ１が起動と停止を繰り返して破壊される可能性がある。この発振現象を防止するのが第１の目的である。

第２の目的について説明する。図５は、図４の電力供給システムに新たな負荷装置Ｕ２が追加接続されたときの様子を説明するための図である。電流分配装置ＰＤＦに新たに負荷装置Ｕ２を接続すると、負荷装置Ｕ２内の入力コンデンサＣｉｎを充電するために、電源供給システムの直流給電系から負荷装置Ｕ２に過大な突入電流が流れる。それによって、直流給電系に過渡的な電圧の変動が生じ、既に電流分配装置ＰＤＦに接続されていた負荷装置Ｕ１の入力電圧にも変動が生じる。その結果、負荷装置Ｕ１の入力電圧が動作電圧範囲を逸脱すると、負荷装置Ｕ１が停止してしまうことがある。この過渡的な電圧変動の抑制が第２の目的である。

そのために、電流分配装置ＰＤＦに搭載したコンデンサ収容箱ＣＢ内部のコンデンサＣからの放電によって過渡的な電圧変動を抑制する。このとき、電流分配装置入力端ＴからコンデンサＣまでの回路抵抗が小さいほど瞬間的に大きな放電電流を流せるので、過渡変動抑制効果が高くなる。

コンデンサ収容箱ＣＢ内のコンデンサＣの充電はコンデンサ収容箱ＣＢが接続された直後に起こる。充電のために大きな電流が流れるのは好ましくないので、充電時には電流を抑制するためにヒューズポストＦ１に高抵抗の充電用ヒューズが挿入される。

一方、過渡電圧変動抑制においては、上述したように、電流分配装置入力端ＴからコンデンサＣまでの回路抵抗が低い方が変動を抑制する効果が大きいので、充電が終了すると、電流分配装置入力端ＴからコンデンサＣまでの抵抗値を下げるために、充電用ヒューズがヒューズポストＦ１から抜去され、その代りに低抵抗のヒューズが挿入される。
田中，瀬良田，酒井"直流給電系の安定化に関するシミュレーション技術"，半導体電力変換研究会，ｐｐ．４１−４７， ２０００．

上述した電流分配装置ＰＤＦでは、コンデンサＣを充電した後は、電流分配装置入力端ＴからコンデンサＣまでの回路抵抗を下げるためにヒューズポストＦ１に低抵抗のヒューズが挿入される。しかしながら、非特許文献１に記載されているように、電流分配装置ＰＤＦの電流分配装置入力端ＴからコンデンサＣまでの回路の抵抗値はある程度高い方が、コンデンサ収容箱ＣＢを搭載する第１の目的である発振現象の抑制の効果が大きい。

仮に、充電した後もヒューズポストＦ１に高抵抗ヒューズを挿入したままにしておくとすれば、電流分配装置入力端ＴからコンデンサＣまでが高抵抗に維持される。そうすれば、発振現象の抑制の効果は向上する。しかし、そうすると今度は、第２の目的である、過渡的な電圧変動を抑制する効果が減少してしまう。

このように発振現象の抑制と過渡的な電圧変動の抑制を両立させることが困難であり、どちらか、あるいは両方がある程度犠牲にされていた。

本発明の目的は、電力供給において発振現象の抑制と過渡的な電圧変動の抑制を両立させる技術を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の給電システムは、
負荷装置への直流電力を供給する電源装置と、
前記電源装置からの電力を蓄積しておき、前記電源装置から前記負荷装置への直流電力の供給が停止したとき、前記電源装置に代わって前記負荷装置への直流電力を供給する蓄電池と、
前記電源装置または前記蓄電池からの直流電力が入力され且つ前記負荷装置に接続される配線部分に、ヒューズポストと発振防止及び過渡電圧変動抑制用のコンデンサとを含むコンデンサ回路が接続されており、前記コンデンサの両端電圧が規定値より低いときには、前記両端電圧が前記規定値より高いときよりも前記コンデンサ回路の抵抗値を高くする、電流分配装置と、を有し、
前記ヒューズポストは、前記コンデンサの充電時に第１のヒューズが挿入され、前記コンデンサの充電が終了した時点で前記第１のヒューズに代えて前記第１のヒューズよりも抵抗値が小さな第２のヒューズが挿入されるものである。

本発明の電流分配装置は、負荷装置への直流電力を供給する電源装置と、前記電源装置からの電力を蓄積しておき、前記電源装置から前記負荷装置への直流電力の供給が停止したとき、前記電源装置に代わって前記負荷装置への直流電力を供給する蓄電池と、に接続され、前記負荷装置に電流を分配する電流分配装置であって、
前記電源装置または前記蓄電池からの直流電力が入力され且つ前記負荷装置に接続される配線部分に接続された、ヒューズポストと発振防止及び過渡電圧変動抑制用のコンデンサとを含むコンデンサ回路を有し、
前記ヒューズポストは、前記コンデンサの充電時に第１のヒューズが挿入され、前記コンデンサの充電が終了した時点で前記第１のヒューズに代えて前記第１のヒューズよりも抵抗値が小さな第２のヒューズが挿入されるものであり、
前記コンデンサの両端電圧が規定値より低いときには、前記両端電圧が前記規定値より高いときよりも前記コンデンサ回路の抵抗値を高くする。

本発明のコンデンサ収納箱は、負荷装置への直流電力を供給する電源装置と、前記電源装置からの電力を蓄積しておき、前記電源装置から前記負荷装置への直流電力の供給が停止したとき、前記電源装置に代わって前記負荷装置への直流電力を供給する蓄電池と、に接続され、前記負荷装置に電流を分配する電流分配装置に搭載されるコンデンサ収納箱であって、
前記電源装置または前記蓄電池からの直流電力が入力され且つ前記負荷装置に接続される配線部分に接続される、ヒューズポストと発振防止及び過渡電圧変動抑制用のコンデンサとを含むコンデンサ回路を有し、
前記ヒューズポストは、前記コンデンサの充電時に第１のヒューズが挿入され、前記コンデンサの充電が終了した時点で前記第１のヒューズに代えて前記第１のヒューズよりも抵抗値が小さな第２のヒューズが挿入されるものであり、
前記コンデンサの両端電圧が規定値より低いときには、前記両端電圧が前記規定値より高いときよりも前記コンデンサ回路の抵抗値を高くする。

本発明によれば、発振現象の抑制と過渡的な電圧変動の抑制を両立させることができる。

本発明を実施するための形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本実施形態による給電システムの構成を示す図である。図１を参照すると、給電システムは、電源装置Ｅ、蓄電池Ｂａｔｔ、および電流分配装置ＰＤＦを有しており、商用電源ＣＳから交流電力の供給を受け、複数の負荷装置Ｕ１〜Ｕｎに直流電力を供給する。

電源装置Ｅは、交流の商用電力を受電し、装置内部で直流に変換した後に直流給電系に直流電力を供給する。

蓄電池Ｂａｔｔは、電源装置Ｅからの電力を蓄積しておき、停電によって電源装置Ｅからの電力供給が停止すると、電源装置Ｅに代わって直流給電系に直流電力を供給する。

電流分配装置ＰＤＦは直流給電系を構成する分電装置であり、負荷装置Ｕ１〜Ｕｎに近い位置に設置される。電流分配装置ＰＤＦは電源装置Ｅまたは蓄電池Ｂａｔｔから供給される直流電力を負荷装置Ｕ１供給する。電流分配装置入力端Ｔには、コンデンサ収容箱ＣＢに備えられたコンデンサ回路が接続されている。

コンデンサ収容箱ＣＢは、直流給電系の安定化を図るために電流分配装置ＰＤＦに内蔵された装置である。コンデンサ収容箱ＣＢに内蔵されたコンデンサ回路は、コンデンサＣ、ヒューズポストＦ１、発振防止抵抗Ｒａ、リレー接点ＲＬｓ、およびリレーＲＬが内蔵されている。

コンデンサＣは、給電システムの発振を防止し、過渡電圧変動を抑制するための安定化コンデンサである。

ヒューズポストＦ１は、配線保護用にコンデンサＣに直列に接続されており、ヒューズが挿入される。コンデンサＣ充電時には、充電電流を抑制するためにヒューズポストＦ１には高抵抗のヒューズが挿入されるが、コンデンサＣの充電が終了した段階で低抵抗のヒューズに交換される。

発振防止抵抗Ｒａは、直流給電系の電圧が低下したときに発生する発振現象を防止するための抵抗であり、コンデンサＣに直列に接続されている。

リレー接点ＲＬｓは、発振防止抵抗Ｒａに並列に接続されたスイッチをなし、開閉によって、電流分配装置入力端ＴからコンデンサＣまでの回路の抵抗値を変化させる。

リレーＲＬは、コンデンサＣの両端電圧と規定値との比較結果に応じて、リレー接点ＲＬｓを投入（閉）あるいは開放（開）させるための投入・開放信号を生成し、リレー接点ＲＬｓに送信する。

以下、本実施形態による給電システムの動作について説明する。本実施形態の給電システムは、状況に応じてリレー接点の開閉を制御することにより、発振現象の抑制と過渡的な電圧変動の抑制を両立させるものである。

商用電源が入力されているときには、負荷装置Ｕ１〜Ｕｎへの入力電圧が高い電圧に維持されるため発振現象が発生する可能性は低い。また、商用電源が入力されているときは、停電時と比べると、新たな負荷装置を追加接続する作業が行われる可能性が高いので、負荷装置Ｕ１〜Ｕｎへの入力電圧に過渡的な変動が生じる可能性が高い。

一方、停電時には負荷装置Ｕ１〜Ｕｎへの入力電圧が低下するため発振現象が発生する可能性は高まる。また、停電時に新たな負荷装置を追加接続する作業を行う可能性は低いので、負荷装置Ｕ１〜Ｕｎへの入力電圧に過渡的な変動が生じる可能性は低い。

これらのことを考慮すると、停電時には発振現象を抑制する効果を高め、商用電源が入力されているときには過渡的な電圧変動を抑制する効果を高めるのがよい。つまり、停電時には、電流分配装置入力端ＴからコンデンサＣまでのコンデンサ回路の抵抗値を高くし、商用電源が入力されているときにはコンデンサ回路の抵抗値を低くするのがよい。

図２は、商用電源ＣＳからの交流の電力供給があるときの給電システムの様子を示す図である。商用電源ＣＳからの入力がある状態では、コンデンサＣの両端電圧は高い値に維持される。その状態ではリレーＲＬはリレー接点ＲＬｓを投入状態に維持する。

そのため、電流分配装置入力端ＴからコンデンサＣまでの回路の抵抗値は、ヒューズポストＦ１に搭載した低抵抗のヒューズと、発振防止抵抗Ｒａと閉じた状態のリレー接点ＲＬｓを並列接続した回路と、を直列接続した回路の合成抵抗となる。閉じた状態のリレー接点ＲＬｓの抵抗値が低いので、電流分配装置入力端ＴからコンデンサＣまでの回路の抵抗値も低い値となる。その結果、コンデンサ回路は、過渡的な電圧変動を抑制する効果に優れた回路構成となる。

図３は、商用電源ＣＳからの交流の電力供給が停止したとき（停電時）の給電システムの様子を示す図である。商用電源ＣＳからの電力供給が停止すると、電源装置Ｅからの直流の電力供給が停止するので、蓄電池Ｂａｔｔからの放電によって直流給電系に直流電力が供給される。その状態では時間の経過とともにコンデンサＣの両端電圧が低下する。コンデンサＣの両端電圧が規定値を下回ると、リレーＲＬがそれを検出し、リレー接点ＲＬｓに開放信号を送信する。その結果、リレー接点ＲＬｓが開放状態となる。

この状態では電流分配装置入力端ＴからコンデンサＣまでのコンデンサ回路の抵抗値は、ヒューズポストＦ１に搭載した低抵抗のヒューズと発振防止抵抗Ｒａとを直列接続した回路の抵抗値となり、高い値となる。その結果、コンデンサ回路は、発振現象を防止する効果に優れた回路構成となる。

以上説明したように、本実施形態によれば、安定化用のコンデンサＣの両端電圧が規定値より低いときの、電流分配装置入力端ＴからコンデンサＣまでのコンデンサ回路の抵抗値を、両端電圧が規定値より高いときの抵抗値よりも高くする。その結果、電源装置Ｅからの電力が負荷装置Ｕ１〜Ｕｎに供給されているときには過渡的な電圧変動が良好に抑制され、蓄電池Ｂａｔｔからの電力が負荷装置Ｕ１〜Ｕｎに供給され、負荷装置Ｕ１〜Ｕｎへの入力電圧が低下したときには発振現象が良好に抑制される。したがって、本実施形態によれば、発振現象の抑制と過渡的な電圧変動の抑制を両立させることができる。

本実施形態による給電システムの構成を示す図である。 商用電源ＣＳからの交流の電力供給があるときの給電システムの様子を示す図である。 商用電源ＣＳからの交流の電力供給が停止したとき（停電時）の給電システムの様子を示す図である。 電源供給システムの一構成例を示す図である。 図４の電力供給システムに新たな負荷装置Ｕ２が追加接続されたときの様子を説明するための図である。

符号の説明

Ｅ 電源装置
Ｂａｔｔ 蓄電池
ＰＤＦ 電流分配装置
ＣＢ コンデンサ収容箱
Ｃ コンデンサ
Ｆ１ ヒューズポスト
Ｒａ 発振防止抵抗
ＲＬｓ リレー接点
ＲＬ リレー
ＣＳ 商用電源
Ｕ１〜Ｕｎ 負荷装置

Claims (8)

1. 負荷装置への直流電力を供給する電源装置と、
   前記電源装置からの電力を蓄積しておき、前記電源装置から前記負荷装置への直流電力の供給が停止したとき、前記電源装置に代わって前記負荷装置への直流電力を供給する蓄電池と、
   前記電源装置または前記蓄電池からの直流電力が入力され且つ前記負荷装置に接続される配線部分に、ヒューズポストと発振防止及び過渡電圧変動抑制用のコンデンサとを含むコンデンサ回路が接続されており、前記コンデンサの両端電圧が規定値より低いときには、前記両端電圧が前記規定値より高いときよりも前記コンデンサ回路の抵抗値を高くする、電流分配装置と、を有し、
   前記ヒューズポストは、前記コンデンサの充電時に第１のヒューズが挿入され、前記コンデンサの充電が終了した時点で前記第１のヒューズに代えて前記第１のヒューズよりも抵抗値が小さな第２のヒューズが挿入されるものである、給電システム。
2. 前記コンデンサ回路は、前記コンデンサと、該コンデンサに直列接続された前記ヒューズポスト及び抵抗素子と、該抵抗素子に並列接続されており、前記コンデンサの両端電圧が前記規定値より高いときには閉じ、前記両端電圧が前記規定値より低いときには開くスイッチ素子と、を有する、請求項１に記載の給電システム。
3. 前記スイッチ素子はリレースイッチである、請求項２に記載の給電システム。
4. 前記電源装置は、商用電源から交流電力を受けて直流に変換し、直流電力を供給する、請求項１から３のいずれか１項に記載の給電システム。
5. 負荷装置への直流電力を供給する電源装置と、前記電源装置からの電力を蓄積しておき、前記電源装置から前記負荷装置への直流電力の供給が停止したとき、前記電源装置に代わって前記負荷装置への直流電力を供給する蓄電池と、に接続され、前記負荷装置に電流を分配する電流分配装置であって、
   前記電源装置または前記蓄電池からの直流電力が入力され且つ前記負荷装置に接続される配線部分に接続された、ヒューズポストと発振防止及び過渡電圧変動抑制用のコンデンサとを含むコンデンサ回路を有し、
   前記ヒューズポストは、前記コンデンサの充電時に第１のヒューズが挿入され、前記コンデンサの充電が終了した時点で前記第１のヒューズに代えて前記第１のヒューズよりも抵抗値が小さな第２のヒューズが挿入されるものであり、
   前記コンデンサの両端電圧が規定値より低いときには、前記両端電圧が前記規定値より高いときよりも前記コンデンサ回路の抵抗値を高くする、電流分配装置。
6. 前記コンデンサ回路は、
   前記コンデンサと、
   該コンデンサに直列接続された前記ヒューズポスト及び抵抗素子と、
   該抵抗素子に並列接続されており、前記コンデンサの両端電圧が前記規定値より高いときには閉じ、前記両端電圧が前記規定値より低いときには開くスイッチ素子と、を有する、請求項５に記載の電流分配装置。
7. 前記スイッチ素子はリレースイッチである、請求項６に記載の電流分配装置。
8. 負荷装置への直流電力を供給する電源装置と、前記電源装置からの電力を蓄積しておき、前記電源装置から前記負荷装置への直流電力の供給が停止したとき、前記電源装置に代わって前記負荷装置への直流電力を供給する予備電源と、に接続され、前記負荷装置に電流を分配する電流分配装置に搭載されるコンデンサ収納箱であって、
   前記電源装置または前記蓄電池からの直流電力が入力され且つ前記負荷装置に接続される配線部分に接続される、ヒューズポストと発振防止及び過渡電圧変動抑制用のコンデンサとを含むコンデンサ回路を有し、
   前記ヒューズポストは、前記コンデンサの充電時に第１のヒューズが挿入され、前記コンデンサの充電が終了した時点で前記第１のヒューズに代えて前記第１のヒューズよりも抵抗値が小さな第２のヒューズが挿入されるものであり、
   前記コンデンサの両端電圧が規定値より低いときには、前記両端電圧が前記規定値より高いときよりも前記コンデンサ回路の抵抗値を高くする、コンデンサ収納箱。

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