JP5486180B2

JP5486180B2 - 直流配電システムおよびその制御方法

Info

Publication number: JP5486180B2
Application number: JP2008305934A
Authority: JP
Inventors: 雅弘谷口; 博昭宮田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2008-12-01
Filing date: 2008-12-01
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2028-12-01
Also published as: JP2010130869A

Description

本発明は、直流電力を配電する直流配電システムにおいて、経済性の高いシステムを構築する技術に関するものである。

情報機器等への電力供給のための配電方式としては、変圧器を使用して任意の電圧に変換することが容易にできるため交流配電が多く用いられる。情報機器等の電力供給が途絶えることが許容されないような設備には、電力会社等からの交流電力の供給が停止したときに蓄電池等に貯蔵した直流電力を交流電力に変換して電力供給を継続する無停電電源装置を設け、交流電力を情報機器等に対して供給する。

一方、上記無停電電源装置を使用する場合には、交流電力から直流電力への変換および直流電力から交流電力への変換において損失が発生する。設備の効率を向上させるために、特許文献１に示すように蓄電池等に貯蔵した直流電力を情報機器等に対して直流のまま供給する直流配電も使用されている。

直流配電を行う場合、各機器への分岐用の遮断器や各機器の入力遮断器等については直流電流を遮断できる機器を使用する必要がある。電圧極性の周期的変化に起因して電流が周期的に零となる交流電流と比べて、電流が周期的に零になることがない直流電流では、アーク電流等の発生により電流を遮断しにくく、同一サイズの遮断器では遮断できる交流電流と比べて遮断できる直流電流は小さい。すなわち同一の電流を遮断しようとした場合に必要な遮断器のサイズが大きくなる。

図１１は、従来例の直流配電システムを示す回路図である。直流電源装置１の蓄電池４から出力された直流電力は、直流分電装置２の分岐遮断器５を介して、入力遮断器６を有する複数の負荷装置３に対して供給される。負荷装置３のうちの１つで短絡等により過電流が発生した場合の、直流配電システムの各部における電圧・電流波形を図１２に示す。過電流が発生した負荷装置に接続された分岐遮断器５は制御回路を有し、過電流を検出して自動的に遮断動作を行う。通常の場合、図１２の「直流分電装置２/分岐遮断器５出力電流」の波形に示すように、電流は遮断器の接点が開放した後に徐々に低減する。しかし図１３に示すように、遮断器遮断容量を超えて負荷側過電流が発生し、遮断器の遮断能力が不足しているときには、遮断器の接点が開放した後に接点間にアーク電流が発生し、遮断は失敗し遮断器の開放動作の後にも電流が流れつづける。

特許文献１に示す直流無停電電源装置は、常時は整流器により交流入力電源の交流を直流へ変換して直流電力を供給し、交流入力電源側の瞬時電圧低下時や停電時などには、電池による直流電力によりバックアップし、ＤＣ／ＤＣコンバータにより直流電圧を安定化させて負荷へ直流電力を供給する。

特開平4-125038号公報

上記の特許文献１に示す直流無停電電源装置は、直流配電を行う場合に交流配電を行う場合と比べて、各機器への分岐用の遮断器や各機器の入力遮断器等のサイズが大きくなり、分電盤や情報機器のサイズやコストが大きくなるという問題があった。本発明の目的は、交流配電を行う場合と同等の遮断器を使用して分電盤や情報機器のサイズやコストを低減させることである。

上記の目的を達成するために本発明は、直流電源装置と、分岐遮断器を有する直流分電装置とを備え、前記直流分電装置の分岐遮断器を介して複数の負荷装置に直流電力を供給する直流電源システムにおいて、前記直流電源装置の出力電流を制限する電力制限装置と、電力制限装置の動作を所定時間維持するタイマー装置を設けたことを特徴とする。

また、前記電力制限装置を半導体開閉装置、または前記直流電源装置の出力電流を低減する出力電流低減回路、または前記直流電源装置の出力電圧を低減する出力電圧低減回路としたことを特徴とする。

さらに、直流電源装置と、分岐遮断器を有する直流分電装置と、前記直流電源装置の出力電流を制限する電力制限装置と、タイマー装置を備え、分岐遮断器を介して複数の負荷装置に直流電力を供給する直流配電システムの制御方法において、前記負荷装置の過電流発生時に、特定の起動条件に基づいて前記電力制限装置で前記直流電源装置の出力電流を前記タイマー装置で所定時間制限して前記分岐遮断器で前記直流電源装置の出力電流を遮断し、その後前記直流電源装置の出力電流を再度通流させることを特徴とする。

本発明は、直流電源装置と、直流分電装置と、前記直流電源装置の出力電流を制限する電力制限装置と、タイマー装置を備え、分岐遮断器を介して複数の負荷装置に直流電力を供給する直流配電システムにおいて、前記負荷装置の過電流発生時に、特定の起動条件に基づいて前記電力制限装置で前記直流電源装置の出力電流を制限して前記分岐遮断器で前記直流電源装置の出力電流を遮断し、その後前記タイマー装置で設定された所定時間を経過後に前記直流電源装置の出力電流を再度通流させる構成により、直流電流を制限するため負荷側にある遮断器の遮断能力を小さいものにすることができ、直流配電システムのサイズを小さくすることが可能となる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施例１を示す回路図である。図１は、蓄電池４を有する直流電源装置１に半導体開閉装置７および電流検出手段８、過電流判定部９を備えている。直流電源装置１の出力は分岐遮断器を有する直流分電装置２に供給され、更に入力遮断器６を有する複数の負荷装置３に供給される。Ｔは過電流判定部９と半導体開閉装置７の間に設けられたタイマー装置である。半導体開閉装置７は常時はON状態を継続している。１２は電流遮断・低減指令信号である。

負荷装置３のうちの１つで短絡等により過電流が発生したときの各部の電圧・電流波形を図２に示す。過電流が発生した負荷装置に接続された分岐遮断器５は、過電流を検出して遮断動作を行う。一方、電流検出手段８と過電流判定部９で検出した過電流を起動条件として、分岐遮断器５の遮断動作が開始した後のタイミングで、タイマー装置Ｔにより設定された所定時間のあいだ半導体開閉装置７をOFFさせる。半導体素子を使用した半導体開閉装置７は、機械接点による遮断器よりも高速に直流電流を遮断することが可能であるため、分岐遮断器５の通流電流は、分岐遮断器５出力電流の波形に示すように、即座に完全に零になり電流遮断が完了する。この後に半導体開閉装置７が再度ONし、分岐遮断器５が再接続することにより他の健全な負荷装置３に対して電力供給が再開される。

半導体開閉装置７がOFFした後に再度ONするまでの所定時間は、分岐遮断器５の電流遮断が完了する時間よりも長く、かつ他の負荷装置３の電源断許容時間よりも短くなるように予め設定する。本実施例により、分岐遮断器５で遮断する必要がある過電流が低減されるため、分岐遮断器５を遮断能力が小さい小サイズのものとすることができる。

図３は、本発明の実施例２を示し、半導体開閉装置７に代えて出力電流低減回路１３を設置したものである。出力電流低減回路１３は、半導体開閉装置１３ａとインピーダンス１３ｂを並列接続して、常時は半導体開閉装置をON状態を継続している。作動時は分岐遮断器５を遮断し、半導体開閉装置１３ａを遮断して電流をインピーダンス１３ｂを経由して流すことにより低減する。電力供給再開動作は実施例１と同様である。

図３の構成において、負荷装置３のうちの１つで短絡等の過電流が発生したときの各部の電圧・電流波形を図４に示す。過電流が発生した回路の分岐遮断器５は過電流を検出して遮断動作を行う。一方、電流検出手段８と過電流判定部９で検出した過電流を起動条件として、分岐遮断器５の遮断動作が開始した後のタイミングで出力電流低減回路１３で出力電流を低減させる。この結果、分岐遮断器５の通流電流が低減して電流遮断が早く完了する。

この後に、出力電流低減回路１３が再度ONし、分岐遮断器５が再接続することにより、他の健全な負荷装置３に対して電力供給が継続される。本実施例により、分岐遮断器５で遮断する必要がある過電流が低減されるため、分岐遮断器５を遮断能力が小さい小サイズのものとすることができるとともに、他の健全な負荷装置３に対する電力供給の低減を小さくすることができる。

図５は、本発明の実施例３であり、半導体開閉装置７に代えて出力電圧低減回路１４を設置したものである。出力電圧低減回路１４としては、半導体素子を使用した昇圧チョッパ回路や降圧チョッパ回路等が用いられる。

図５の構成において、負荷装置３のうちの１つで短絡等の過電流が発生したときの各部の電圧・電流波形を図６に示す。過電流が発生した回路の分岐遮断器５は、過電流を検出して遮断動作を行う。一方、電流検出手段８と過電流判定部９で検出した過電流を起動条件として、分岐遮断器５の遮断動作が開始した後のタイミングで、出力電圧低減回路１４で出力電圧を低減させる。この結果、分岐遮断器５の通流電流が低減して電流遮断が早く完了する。

この後に、出力電圧低減回路１４が再度ONし、分岐遮断器５が再接続することにより、他の健全な負荷装置３に対して電力供給が継続される。本実施例により、分岐遮断器５で遮断する必要がある電流が低減されるため、分岐遮断器５を遮断能力が小さい小サイズのものとすることができるとともに、他の健全な負荷装置３に対する電力供給の低減を小さくすることができる。

図７は、直流電源装置１に、半導体開閉装置７に加えて電圧検出手段１０と不足電圧検出部１１を設けたものである。Ｔはタイマー装置である。直流電源装置１の出力電圧が予め設定された所定値を下回った時を起動条件として、半導体開閉装置７で出力電流を遮断する。電力供給再開動作は実施例１と同様である。

また、本実施例に示す直流電源装置１の出力電圧が所定値を下回った時を作動条件とし、これにより実施例２に示す出力電流低減回路、実施例３に示す出力電圧低減回路を作動させても各実施例と同様の効果を得ることができる。

図８は、直流電源装置１の半導体開閉装置７に分岐遮断器５の動作信号を作動条件として取り入れたものである。Ｔはタイマー装置である。分岐遮断器５が遮断動作を行った時に、半導体開閉装置７で出力電流を遮断する。

また、本実施例に示す分岐遮断器５の動作信号を作動条件とし、これにより実施例２に示す出力電流低減回路、実施例３に示す出力電圧低減回路を作動させても各実施例と同様の効果を得ることができる。

上記の実施例１ないし５では、半導体開閉装置７、出力電流低減回路１３、出力電圧低減回路１４を直流電源装置１の一部分として説明している。これら各装置等は上記構成に限定されず、例えば図９に示すように直流分電装置の一部とすることもできる。また図１０に示すように直流分電装置１とは独立した装置として設けてもよい。

本発明の実施例１の回路図である。実施例１で過電流を遮断した時の各部の電圧・電流波形を示す波形図である。本発明の実施例２を示す回路図である。実施例２で過電流を遮断した時の各部の電圧・電流波形を示す波形図である。本発明の実施例３を示す回路図である。実施例３で過電流を遮断した時の各部の電圧・電流波形を示す波形図である。本発明の実施例４を示す回路図である。本発明の実施例５を示す回路図である。本発明実施例で半導体開閉装置を直流分電装置に配置した回路図である。本発明実施例で半導体開閉装置を独立に設けた回路図である。従来の直流配電システムの回路図である。従来の直流配電システムで過電流を遮断した時の各部の電圧・電流波形を示す波形図である。従来の直流配電システムで過電流の遮断失敗時の各部の電圧・電流波形を示す波形図である。

符号の説明

１．直流電源装置
２．直流分電装置
３．負荷装置
４．蓄電池
５．分岐遮断器
６．入力遮断器
７．半導体開閉装置
８．電流検出手段
９．過電流判定部
１０．電圧検出手段
１１．不足電圧検出部
１２．電流遮断・低減指令信号
１３．出力電流低減回路
１４．出力電圧低減回路
T．タイマー装置

Claims

直流電源装置と、分岐遮断器を有する直流分電装置とを備え、前記直流分電装置の分岐遮断器を介して複数の負荷装置に直流電力を供給する直流電源システムにおいて、前記直流電源装置の回路を接続した状態で出力電流を制限する電力制限装置と、電力制限装置の動作を所定時間維持するタイマー装置を設けたことを特徴とする直流配電システム。
請求項１に記載された直流配電システムにおいて、前記直流電源装置の出力電流を検出する電流検出手段と過電流判定部を設けたことを特徴とする直流配電システム。
請求項１又は２に記載された直流配電システムにおいて、前記電力制限装置を前記直流電源装置の出力電流を低減する出力電流低減回路としたことを特徴とする直流配電システム。
請求項１又は２に記載された直流配電システムにおいて、前記電力制限装置を前記直流電源装置の出力電圧を低減する出力電圧低減回路としたことを特徴とする直流配電システム。
直流電源装置と、分岐遮断器を有する直流分電装置と、前記直流電源装置の回路を接続した状態で出力電流を制限する電力制限装置と、タイマー装置を備え、分岐遮断器を介して複数の負荷装置に直流電力を供給する直流配電システムの制御方法において、前記負荷装置の過電流発生時に、特定の起動条件に基づいて前記電力制限装置で前記直流電源装置の出力電流を前記タイマー装置で所定時間制限して前記分岐遮断器で前記直流電源装置の出力電流を遮断し、その後前記直流電源装置の出力電流を再度通流させることを特徴とする直流配電システムの制御方法。
請求項５に記載された直流配電システムの制御方法において、前記電力制限装置を半導体開閉装置とし、出力側に設置された遮断器が開放動作したことを起動条件として前記半導体開閉装置で前記直流電源装置の出力電流を遮断し、前記分岐遮断器で前記直流電源装置の出力電流を遮断したことを特徴とする直流配電システムの制御方法。
請求項５に記載された直流配電システムの制御方法において、前記電力制限装置を前記直流電源装置の出力電流を低減する出力電流低減回路とし、前記直流電源装置の出力電流が予め設定された所定値を超過したことを起動条件として前記出力電流低減回路で前記直流電源装置の出力電流を低減し、前記分岐遮断器で前記直流電源装置の出力電流を遮断することを特徴とする直流配電システムの制御方法。
請求項５に記載された直流配電システムの制御方法において、前記電力制限装置を前記直流電源装置の出力電流を低減する出力電流低減回路とし、前記直流電源装置の出力電圧が予め設定された所定値を下回ったことを起動条件として前記出力電流低減回路で前記直流電源装置の出力電流を低減し、前記分岐遮断器で前記直流電源装置の出力電流を遮断することを特徴とする直流配電システムの制御方法。
請求項５に記載された直流配電システムの制御方法において、前記電力制限装置を前記直流電源装置の出力電流を低減する出力電流低減回路とし、出力側に設置された遮断器が開放動作したことを動作の起動条件として前記出力電流低減回路で前記直流電源装置の出力電流を低減し、前記分岐遮断器で前記直流電源装置の出力電流を遮断したことを特徴とする直流配電システムの制御方法。
請求項５に記載された直流配電システムの制御方法において、前記電力制限装置を前記直流電源装置の出力電圧を低減する出力電圧低減回路とし、前記直流電源装置の出力電流が予め設定された所定値を超過したことを起動条件として前記出力電圧低減回路で前記直流電源装置の出力電圧を低減し、前記分岐遮断器で前記直流電源装置の出力電流を遮断することを特徴とする直流配電システムの制御方法。
請求項５に記載された直流配電システムの制御方法において、前記電力制限装置を前記直流電源装置の出力電圧を低減する出力電圧低減回路とし、前記直流電源装置の出力電圧が予め設定された所定値を下回ったことを起動条件として前記出力電圧低減回路で前記直流電源装置の出力電圧を低減し、前記分岐遮断器で前記直流電源装置の出力電流を遮断することを特徴とする直流配電システムの制御方法。
請求項５に記載された直流配電システムの制御方法において、前記電力制限装置を前記直流電源装置の出力電圧を低減する出力電圧低減回路とし、出力側に設置された遮断器が開放動作したことを起動条件として前記出力電圧低減回路で前記直流電源装置の出力電圧を低減し、前記分岐遮断器で前記直流電源装置の出力電流を遮断することを特徴とする直流配電システムの制御方法。