JP5565932B2

JP5565932B2 - 配電システム

Info

Publication number: JP5565932B2
Application number: JP2009231530A
Authority: JP
Inventors: 之広村田; 秀樹田村; 博昭小新
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2009-10-05
Filing date: 2009-10-05
Publication date: 2014-08-06
Anticipated expiration: 2029-10-05
Also published as: JP2011083074A

Description

本発明は、配電システムにかかり、特に誤接続の保護機能に関する。

従来から、太陽光発電装置のような直流発電設備を住宅に設置し、電力会社から供給される商用電源と、直流発電設備との系統連系を行うことによって、商用電源から供給される交流電力と直流発電設備から供給される直流電力とを協調させる系統連系システムが提供されている（たとえば、特許文献１参照）。

この種の系統連系システムでは、直流発電設備により発電した直流電力を直流電力から交流電力に変換する電力変換器により交流電力に変換することによって、系統連系を行っている。すなわち、直流発電設備で発電された直流電力を、交流電力に変換することによって、交流電源である商用電源と協調させる方式が採用されている。

特開２００３−２８４２４５号公報

このような方式では、直流と交流とが混在するため、誤接続が生じ易いという問題がある。たとえば低電圧で動作する直流機器の入力にＡＣ１００ＶやＡＣ２００Ｖの商用交流電源線が誤接続された場合、直流電源の極性を間違えて誤接続された場合、太陽電池等の直流高電圧を間違えて接続された場合等を想定し、直流機器が故障するのを防止するため、図１６に示すように、直流機器１００の入力に電流ヒューズ２１を接続する。
電流ヒューズが動作する付近の電流においては電流ヒューズが溶断するまでに時間を要する場合があるので故障電流により直流機器が発熱する場合があり危険である。

このように、直流と交流との良好を使用するハイブリッド給電住宅では、従来の商用電源のみを用いた住宅では考えられなかった新たな問題が発生するおそれがある。
本発明は、前記実情に鑑みてなされたものであり、誤接続時には、電流ヒューズを溶断させ、安全な状態を保持することの可能な誤接続保護装置を提供することを目的とする。
また本発明は、誤接続時には、電流ヒューズを溶断させ、安全な状態を保持することの可能な誤接続保護装置を備えた電源装置を提供することを目的とする。
また本発明は、誤接続時には、電流ヒューズを溶断させ、安全な状態を保持することの可能な誤接続保護装置を備えた直流機器を提供することを目的とする。

本発明の配電システムは、商用交流電源に接続される交流分電盤と、直流電力源に接続されるＤＣ／ＤＣコンバータと、前記交流分電盤に接続されるＡＣ／ＤＣコンバータと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータおよび前記ＡＣ／ＤＣコンバータの各々に接続される直流機器保護装置と、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ、前記ＡＣ／ＤＣコンバータならびに前記直流機器保護装置を収納する容器と、を備える直流分電盤と、前記直流機器保護装置に一端が接続され、他端が前記直流分電盤から導出される直流負荷用配電路と、を有し、前記直流機器保護装置は、第１の電源線および第２の電源線と、前記第１の電源線に挿入される電流ヒューズと、前記電流ヒューズの一端と前記第２の電源線との間に接続されるスイッチング部と、を具備することを特徴とする。
また、本発明の配電システムは、前記直流分電盤の出力側に、前記直流機器保護装置としてのプロテクタを設け、前記直流負荷用配電路に接続される直流負荷を保護することを特徴とする。
この構成によれば、分電盤内で常に誤接続保護機能を持たせることが可能となる。

以上説明してきたように、本発明によれば、電流ヒューズと直流機器との間に、直流機器に対して並列接続されたスイッチング部を具備した直流機器保護装置を構成することで、誤接続時には瞬時に電流ヒューズを溶断させ安全な状態を保持することができる。特に、この誤接続保護回路は、ハイブリッド電源を用いる場合に深刻な問題となる、誤接続による機器の損傷を回避するのに有効である。

本実施の形態１の直流機器保護装置を用いた直流機器を示すブロック図本実施の形態２の直流機器保護装置を用いた直流機器を示すブロック図本実施の形態３の直流機器保護装置を用いた直流機器を示すブロック図本実施の形態４の直流機器保護装置を用いた直流機器を示すブロック図本実施の形態５の直流機器保護装置を用いた直流機器を示すブロック図本実施の形態６の直流機器保護装置を用いた直流機器を示すブロック図本実施の形態７の直流機器保護装置を用いた直流機器を示すブロック図本実施の形態８の直流機器保護装置を用いた直流機器を示すブロック図本実施の形態９の直流機器保護装置を用いた直流機器を示すブロック図本発明の参考例の直流機器保護装置を用いた直流機器を示すブロック図本実施の形態１０の直流機器保護装置を用いた電源装置を示すブロック図本実施の形態１１の直流機器保護装置を示すブロック図本発明の実施の形態１２に係る直流機器保護装置を用いた配電装置を示す外観概要図同配電装置の分電盤を示す斜視図同配電装置を用いた配電システムの構成を示す図従来例の直流機器保護装置を用いた直流機器を示すブロック図

以下本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
この直流機器保護装置は、大別して、以下の３通りの使用が可能である。
（１）直流機器の入力端子部に、この直流機器保護装置を接続して、直流機器保護機能付きの直流機器を構成する。
（２）直流機器に電流を供給するための電源装置の出力端子部にこの直流機器保護装置を接続して、直流機器保護機能付きの電源装置を構成する。
（３）直流機器保護装置と、ハイブリッド分電盤に接続される入力端子部と、直流機器に接続される出力端子部と、前記直流機器保護装置を収納するパッケージと具備し、ハイブリッド給電住宅用保護装置を構成する。

上記（２）乃至（３）の具体的構成については後述するが、直流機器保護装置の構成については、すべて同様であるため、まず、直流機器保護機能付きの直流機器（１）の例について順次説明する。なお、以下の記載においては、混同を避けるために、直流機器保護装置を付加しない直流機器は、直流機器本体とした。

(実施の形態１)
この直流機器保護機能付きの直流機器１００は、図１にブロック図を示すように、入力端子１０Ｔと、直流機器本体１０との間に、この直流機器本体１０に対して並列接続された直流機器保護装置２０ａを具備したものである。この直流機器保護装置２０ａは、入力端子１０Ｔに直列接続された電流ヒューズ２１と、この電流ヒューズ２１と直流機器本体１０との間に、直流機器本体１０に対して並列接続されたスイッチング部２２とを具備したことを特徴とする。
つまりこの直流機器保護装置２０ａは、直流機器本体１０と並列にスイッチング部２２を接続し、その並列回路と直列に電流ヒューズ２１を接続したものである。

ここで、異常時すなわち、入力端子１０ＴにＡＣ１００ＶやＡＣ２００Ｖの商用交流電源線が誤接続された場合は、直流機器本体１０に接続されたスイッチング部２２が導通し、電流ヒューズ２１に、過大な電流が流れる。このため、瞬時に電流ヒューズが溶断して直流機器本体１０が発熱せず安全である。また、直流電圧源の極性が逆接続された場合においても電流ヒューズ２１には過大な電流が流れるので瞬時に電流ヒューズが溶断して直流機器が発熱せず安全である。
このように、本実施の形態によれば、誤接続時には瞬時に電流ヒューズを溶断させ安全な状態を保持する誤接続保護回路を提供することができる。

以上説明してきたように、この構成によれば、直流機器保護装置２０ａが、誤接続時には瞬時にスイッチング部２２から電流ヒューズ２１に電流が流れるため、電流ヒューズ２１を溶断させ安全な状態を保持することができる。

(実施の形態２)
次に本発明の実施の形態２について説明する。この直流機器保護機能付きの直流機器１００は、図２にブロック図を示すように、スイッチング部２２に代えて、異常時に順方向電流が流れるように構成されたダイオード２３を用いたことを特徴とする。
他の構成については前記実施の形態１と同様であり、この直流機器保護装置２０ｂは、入力端子１０Ｔに直列接続された電流ヒューズ２１と、この電流ヒューズ２１と直流機器本体１０との間に、直流機器本体１０に対して並列接続されたダイオード２３とを具備している。

すなわち、スイッチング部を、異常時に順方向電流が流れるように構成されたダイオードで構成したものである。

本実施の形態では、直流機器本体１０と並列にダイオード２３を接続し、その並列回路と直列に電流ヒューズ２１を接続している。この場合、たとえば直流機器の入力にＡＣ１００ＶやＡＣ２００Ｖの商用交流電源線が誤接続された場合は、交流電圧がダイオードに順方向に流れる極性のとき電流ヒューズ２１には過大な電流が流れるため、瞬時に電流ヒューズが溶断して直流機器が発熱せず安全である。また、直流電圧源の極性が逆接続された場合においても電流ヒューズには過大な電流が流れるため、瞬時に電流ヒューズが溶断し、直流機器本体への電流が遮断されるため、直流機器を保護することができる。

(実施の形態３)
次に本発明の実施の形態３について説明する。この直流機器保護機能付きの直流機器１００は、図３にブロック図を示すように、ダイオード２３に、入力電圧を検出する入力電圧検出回路２５と、前記入力電圧が所定の電圧を超えたときに、電流が流れるように構成されたスイッチ２６の並列接続体を直列接続したものである。
他の構成については前記実施の形態２と同様であり、この直流機器保護装置２０ｃは、入力端子１０Ｔに直列接続された電流ヒューズ２１と、この電流ヒューズ２１と直流機器本体１０との間に、直流機器本体１０に対して並列接続されたスイッチング部として、入力電圧検出回路２５とスイッチ２６との並列接続体にダイオード２３を直列接続したものである。

ここでは、入力電圧を検出する入力電圧検出回路２５と、入力電圧検出回路２５が所定の電圧を超えたときにオン・オフするスイッチ２６とを備え、スイッチ２６とダイオード２３との直列回路が直流機器本体１０と並列に接続され、その並列回路と直列に電流ヒューズ２１を接続する。

この構成によれば、入力電圧検出回路２５が動作し所定電圧以上の電圧が印加されたことが検知された場合はスイッチ２６がオンし、ダイオード２３に順方向電圧がかかる極性のとき電流ヒューズ２１には過大な電流が流れ、電流ヒューズ２１が溶断するため、直流機器本体１０の保護を図ることができる。また、直流電圧の極性が逆接続された場合において直流機器が故障しないような低電圧印加においては、入力電圧検出回路２５が動作しないように設定しておけば電流ヒューズ２１には過大電流が流れず電流ヒューズ２１は溶断しないので、逆接続を解除すれば直流機器は使用可能となる。
一方、正しい極性が印加されている場合はノイズ等の誤動作によってスイッチが導通しても過電流が流れることがないので誤って電流ヒューズが切れるのを防止することができる。

(実施の形態４)
次に本発明の実施の形態４について説明する。この直流機器保護機能付きの直流機器１００において、前記実施の形態３の直流機器保護機能付きの直流機器１００と異なるのは、ダイオード２３を除いた点である。本発明の実施の形態４の直流機器保護機能付きの直流機器１００は、図４にブロック図を示すように、入力電圧を検出する入力電圧検出回路２５と、前記入力電圧が所定の電圧を超えたときに、電流が流れるように構成されたスイッチ２６の並列接続体を、直流機器本体１０と並列接続するとともに、この並列接続体と入力端子１０Ｔとの間に電流ヒューズ２１を直列接続したものである。

他の構成については前記実施の形態３と同様であり、この直流機器保護装置２０ｄは、入力端子１０Ｔに直列接続された電流ヒューズ２１と、この電流ヒューズ２１と直流機器本体１０との間に、直流機器本体１０に対して並列接続されたスイッチング部として、入力電圧検出回路２５とスイッチ２６との並列接続体を用いたものである。

前記実施の形態２および３におけるダイオード２３に順方向電流が流れない正しい極性の電圧が過大に印加された場合には直流機器本体１０に過大な電圧が印加されることになるので、電流が流れて直流機器が発熱する可能性があり危険であるが、この構成をとることにより、ダイオード２３を具備しないため正しい極性の過大電圧が印加された場合にも瞬時に電流ヒューズを溶断させることができ安全である。

(実施の形態５)
次に本発明の実施の形態５について説明する。この直流機器保護機能付きの直流機器１００は、図５にブロック図を示すように、前記実施の形態４の直流機器保護装置に加え、直流機器本体１０の入力部に逆接続保護用ダイオード２７を付加したものである。

すなわち、入力電圧を検出する入力電圧検出回路２５と、前記入力電圧が所定の電圧を超えたときに、電流が流れるように構成されたスイッチ２６の並列接続体を、逆接続保護用ダイオード２７を介して、直流機器本体１０と並列接続するとともに、この並列接続体と入力端子１０Ｔとの間に電流ヒューズ２１を直列接続し、直流機器保護装置２０ｅを構成するものである。

他の構成については前記実施の形態４と同様であり、この直流機器保護装置２０ｅは、入力端子１０Ｔに直列接続された電流ヒューズ２１と、この電流ヒューズ２１と直流機器本体１０との間に、逆接続保護用ダイオード２７を介して、直流機器本体１０に対して並列接続されるスイッチング部として、入力電圧検出回路２５とスイッチ２６との並列接続体を用いたものである。

この構成によれば、直流機器への電源接続時に極性を間違えた場合、直流機器の許容電圧レベル以上の電圧が印加された場合に直流機器に逆方向の電流が流れて直流機器が破損することを防止し、極性を正常に戻した場合には使用可能とする。

なお、この逆接続保護用ダイオード２７は、前記実施の形態１乃至４のいずれの構成にも追加可能であり、直流機器への電源接続時に極性を間違えた場合に直流機器に逆方向の電流が流れて直流機器が破損することを防止し、極性を正常に戻した場合には使用可能とするという効果を奏功する。

(実施の形態６)
次に本発明の実施の形態６について説明する。この直流機器保護機能付きの直流機器１００は、図６にブロック図を示すように、前記実施の形態３の直流機器保護装置２０ｃにおいて、スイッチング部として用いられている、入力電圧検出回路２５とスイッチ２６との並列接続体を、入力電圧検出回路としてのツェナーダイオード２４と、サイリスタ２８で構成し、直流機器保護装置２０ｆを構成したものである。

すなわち、スイッチング部として、ダイオード２３に加えてサイリスタ２８を使用しており、これにより、実施の形態３スイッチング部としての効果に加え、駆動電流が少なくてすみ、耐サージ電流値が大きいので電流ヒューズが溶断するまで、安全に電流を通電することができる。
なお、前記実施の形態ではサイリスタ２８を用いたが、サイリスタに代えて他の単方向の半導体スイッチング素子を用いるようにしてもよいことはいうまでもない。

(実施の形態７)
次に本発明の実施の形態７について説明する。この直流機器保護機能付きの直流機器１００は、図７にブロック図を示すように、前記実施の形態４の直流機器保護装置２０ｄにおいて、スイッチング部として用いられている、入力電圧検出回路２５とスイッチ２６との並列接続体を、入力電圧検出回路としてのツェナーダイオード２４と、トライアック２９で構成し、直流機器保護装置２０ｇを構成したものである。

すなわち、スイッチング部としてトライアック２９を使用しており、これにより、実施の形態３の効果に加え、駆動電流が少なくてすみ、耐サージ電流値が大きいので電流ヒューズが溶断するまで、安全に電流を通電することができる。
なお、前記実施の形態ではトライアック２９を用いたが、トライアックに代えて他の双方向の半導体スイッチング素子を用いるようにしてもよいことはいうまでもない。

(実施の形態８)
次に本発明の実施の形態８について説明する。この直流機器保護機能付きの直流機器１００は、図８にブロック図を示すように、前記実施の形態３の直流機器保護装置に加え、入力電圧検出回路２５とスイッチ２６との並列接続体において、スイッチ２６に直列にサーミスタからなる限流素子３０を付加したものである。

すなわち、入力電圧を検出する入力電圧検出回路２５と、前記入力電圧が所定の電圧を超えたときに、電流が流れるように構成されたスイッチ２６に限流素子３０を付加した回路との並列接続体を、ダイオード２３と直列接続したものを、直流機器本体１０と並列接続するとともに、この並列接続体と入力端子１０Ｔとの間に電流ヒューズ２１を直列接続したものである。

他の構成については前記実施の形態３と同様であり、この直流機器保護装置２０ｈは、入力端子１０Ｔに直列接続された電流ヒューズ２１と、この電流ヒューズ２１と直流機器本体１０との間に、直流機器本体１０に対して並列接続されるスイッチング部として、入力電圧検出回路２５とスイッチ２６に限流素子３０を付加した回路との並列接続体と、ダイオード２３との直列接続体とを具備したものである。

この構成によれば、上記構成に加え、サーミスタ等の限流素子を挿入することで誤接続時に流れる電流をスイッチやダイオードが破壊しない電流に制限することができかつ電流ヒューズは溶断するように設定することができ安全である。

なお、この限流素子３０は、前記実施の形態１乃至７のいずれの構成にも追加可能であり、誤接続時に流れる電流をスイッチやダイオードが破壊しない程度の大きさの電流に制限することができかつ電流ヒューズは溶断するように設定することができる。

(実施の形態９)
次に本発明の実施の形態９について説明する。この直流機器保護機能付きの直流機器１００は、図９にブロック図を示すように、前記実施の形態８の直流機器保護装置に加え、直流機器本体１０の入力ライン間にサージアブソーバとしてのバリスタ３１を接続するとともに、逆接続保護用ダイオード２７を接続したものである。ここでも前記実施の形態８と同様に、入力電圧検出回路２５とスイッチ２６との並列接続体において、スイッチ２６に直列にサーミスタからなる限流素子３０が付加されている。

すなわち、入力電圧を検出する入力電圧検出回路２５と、前記入力電圧が所定の電圧を超えたときに、電流が流れるように構成されたスイッチ２６に限流素子３０を付加した回路との並列接続体を、ダイオード２３と直列接続したものを、直流機器本体１０と並列接続するとともに、さらにバリスタ３１を並列接続し、これら２つの並列接続体と入力端子１０Ｔとの間に電流ヒューズ２１を直列接続するとともに、さらに直流機器本体１０との間に逆接続保護用ダイオード２７を接続したものである。

他の構成については前記実施の形態８と同様であり、この直流機器保護装置２０ｉは、入力端子１０Ｔに直列接続された電流ヒューズ２１と、この電流ヒューズ２１と直流機器本体１０との間に、直流機器本体１０に対して並列接続されるスイッチング部として、入力電圧検出回路２５と、スイッチ２６に限流素子３０を付加した回路との並列接続体と、ダイオード２３との直列接続体とを具備したものである。

この構成によれば、バリスタ等のサージアブソーバーを挿入することで誤接続時に印加される電圧を、スイッチやダイオードが破壊しない電圧に制限することができかつ電流ヒューズは溶断するように設定することができ安全である。
すなわちＡＣ１００ＶやＡＣ２００Ｖの誤接続やサージなどの過電圧に対して直流機器に印加される電圧を低減することができるので安全である。
なお、このサージアブソーバは、前記実施の形態１乃至８のいずれの構成にも適用可能である。また、単体で用いても、誤接続時やサージなどの過電圧に対して直流機器本体に印加される電圧を低減することができるため安全である。

(参考形態)
次に本発明の参考形態について説明する。この直流機器保護機能付きの直流機器１００は、図１０にブロック図を示すように、直流機器本体１０の入力部に電流ヒューズ２１と直列に逆接続保護用ダイオード２７を接続し、直流機器保護装置２０ｊを形成したものである。ここでは、前記実施の形態５から、入力電圧検出回路２５とスイッチ２６との並列接続体を除き、逆接続保護用ダイオード２７のみとし、電流ヒューズ２１を溶断させるのではなく、逆接続の場合に電流を流さないようにしたものである。

この直流機器保護装置は、入力端子１０Ｔに対して直列接続された電流ヒューズ２１を具備した直流機器保護装置であって、逆接続保護用ダイオード２７が、前記直流機器の入力に接続されたものである。

この構成によれば、逆接続保護用ダイオード２７が接続されているため、直流機器に逆極性の電圧が印加されないようにすることができ、直流機器への電源接続時に極性を間違えた場合に直流機器に逆方向の電流が流れて直流機器が破損するのを防止することができる。一方、極性を正常に戻した場合には使用可能となる。

なお前記実施の形態１乃至９および参考形態では、直流機器に、この直流機器保護装置を内蔵した例について説明したが、いずれも、電源装置側に接続してもよい。

(実施の形態１０)
次に本発明の実施の形態１０について説明する。
本実施の形態では、直流機器保護装置を電源装置に内蔵した例について説明する。
つまり図１１に示すように、この電源装置本体１３０は、直流機器保護装置２０を出力端子部３０１に配設している。

この直流機器保護機能付きの電源装置３００は、電源装置本体１３０と、この出力側に取り付けられた直流機器保護装置２０とで構成されている。この直流機器保護装置２０は、実施の形態２で用いたのと同様に、電源装置の出力端子部に直列接続された電流ヒューズ２１と、この電流ヒューズ２１と出力端子部１０Ｓとの間に、並列接続されたダイオード２３とを具備している。

動作についても前記実施の形態２と同様であるため、ここでは説明を省略する。
このように直流機器保護機能付きの電源装置３００を用いることにより、たとえば電源装置から誤って交流を出力しようとした場合は、交流電圧がダイオードに順方向に流れる極性のとき電流ヒューズ２１には過大な電流が流れるため、瞬時に電流ヒューズが溶断して、出力端子部１０Ｓには電流が流れず、安全である。また、直流電圧源の極性が逆接続された場合においても電流ヒューズには過大な電流が流れるため、瞬時に電流ヒューズが溶断し、出力端子部１０Ｓへの電流が遮断されるため、この出力端子部１０Ｓに接続される直流機器を保護することができる。
なお、ここで用いる直流機器保護装置２０の構成については、前記実施の形態１乃至１０のいずれの構成を用いても良いことはいうまでもない。

(実施の形態１１)
次に本発明の実施の形態１１について説明する。
前記実施の形態１０では、直流機器保護装置を電源装置に内蔵した例について説明したが、本実施の形態では、直流機器保護装置単体として、電源装置と直流機器との間に接続可能に構成したものである。例えば図１１に示した電源装置３００と図１に示したような直流機器１００との間に接続される。
つまり図１２に示すように、この直流機器保護装置２０は、入力端子部４０１に直列接続された電流ヒューズ２１と、この電流ヒューズ２１と出力端子部４０２との間に、並列接続されたダイオード２３とを具備している。つまり、前記実施の形態２で用いた直流機器保護装置２０ｂに入力端子部４０１と出力端子部４０２とを配設したものである。

動作についても前記実施の形態２と同様であるため、ここでは説明を省略する。
このように直流機器保護装置２０を用いることにより、たとえば直流機器の入力にＡＣ１００ＶやＡＣ２００Ｖの商用交流電源線が誤接続された場合は、交流電圧がダイオードに順方向に流れる極性のとき電流ヒューズ２１には過大な電流が流れるため、瞬時に電流ヒューズ２１が溶断して、出力端子部４０２には電流が流れず、安全である。また、直流電圧源の極性が逆接続された場合においても電流ヒューズ２１には過大な電流が流れるため、瞬時に電流ヒューズ２１が溶断し、出力端子部４０２への電流が遮断されるため、この出力端子部４０２に接続される直流機器を保護することができる。
なお、ここでも用いる直流機器保護装置２０の構成については、前記実施の形態１乃至１０のいずれの構成を用いても良いことはいうまでもない。

(実施の形態１２)
次に本発明の実施の形態１２の配電システムについて説明する。
以下、本発明に係る直流機器保護装置を用いた配電装置を戸建て住宅に適用した実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。但し、本発明に係る配電システムが適用可能な建物は戸建て住宅に限定されるものではなく、集合住宅の各住戸や事務所等にも適用可能である。
図１３は本発明の実施の形態に係る配電装置を示す外観概要図、図１４は同配電装置の分電盤を示す斜視図、図１５は同配電装置を用いた配電システムの構成を示すブロック図である。
本実施の形態の配電システムは、太陽電池及び蓄電池を備え交流電力と直流電力を配電可能としたハイブリッド配電システムに適用した構成例である。

この配電装置は、直流分電盤１１０を構成するものである。この配電装置は、図１３乃至１５に示すように、容器５００内に収納され、直流電力源としての太陽電池に接続される第１のＤＣ／ＤＣコンバータ（太陽電池用コンバータ）１１１と、交流電力源としての商用電源（交流電力系統）１０５に接続されるＡＣ／ＤＣコンバータ１１３と、蓄電池１０２と、蓄電池１０２に接続される第２のＤＣ／ＤＣコンバータ（蓄電池用コンバータ）１１２と、これら太陽電池用コンバータ１１１、蓄電池用コンバータ１１２、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１３に接続された直流機器保護装置としてのプロテクタ１１６と、直流分電盤１１０を構成する容器５００から導出された直流負荷用配電路１０７とを具備したことを特徴とする。そしてこのプロテクタ１１６は前記実施の形態２で用いた直流機器保護装置と同様に、これら太陽電池用コンバータ１１１、蓄電池用コンバータ１１２、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１３に直列接続された電流ヒューズ２１と、この電流ヒューズ２１と直流負荷用配電路１０７との間に、並列接続されたダイオード２３とを具備している（図２参照）。このプロテクタについては前記実施の形態１乃至１０のいずれの構成も適用可能である。

ここで、太陽電池用コンバータ１１１、蓄電池用コンバータ１１２、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１３は、それぞれ所定の間隔で水平方向に並置され、図１４に示すように、これら太陽電池用コンバータ１１１、蓄電池用コンバータ１１２、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１３の間には放熱フィン４００を配置している。

さらに、蓄電池１０２は、図１４に示すように、蓄電池ケース１２１に収納され、容器５００に対し、係止部１２２を介して着脱自在に装着されている。また、蓄電池１０２は、分電盤の基板に直接接続しても良い。また蓄電池用コンバータ１１２には、コネクタ１３２によりコネクタ接続で蓄電池と接続されている。このため、蓄電池の劣化や、能力アップ等により取り換えが必要な場合にも、メンテナンスが容易である。また、外部の蓄電池との接続を行う場合にもコネクタ接続がなされているため、着脱が容易である。また蓄電池用コンバータ１１２についても、分電盤の基板にコネクタ接続しても良い。

そして、この配電装置を用いた配電システムは、図１５に示すように、交流配電路１０６を介して交流負荷機器に交流電力を配電する交流分電盤１０４と、直流負荷用配電路１０７を介して直流負荷機器に直流電力を配電する直流配電装置を構成する直流分電盤１１０とを備えている。交流分電盤１０４は、入力端に交流電力源である商用電源１０５とパワーコンディショナ１０３とが接続され、出力端に交流配電路１０６と直流分電盤１１０とが接続されている。交流分電盤１０４は、商用電源１０５またはパワーコンディショナ１０３から供給される交流電力を分岐して交流配電路１０６と直流分電盤１１０に交流電力を出力する。

配電システムの直流電力源としては、太陽電池１０１と蓄電池１０２とを備えている。
ここで蓄電池１０２は、直流分電盤１１０に装着されているが、外部に増設し、付加電源として用いることも可能である。蓄電池１０２を外部に増設する例については後述する。太陽電池１０１は、太陽光を受光して光電変換することで発電を行い、直流電力を出力するもので、直流発電設備の一例としての太陽光発電装置を構成している。蓄電池１０２は、直流電力の蓄電及び蓄電した直流電力の出力が可能な二次電池により構成される。直流分電盤１１０は、入力端に太陽電池１０１、交流分電盤１０４が接続され、出力端に直流負荷用配電路１０７が接続されている。直流分電盤１１０は、出力用コンバータとして太陽電池用コンバータ１１１、蓄電池用コンバータ１１２、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１３を備え、さらに制御部１１４、表示部１１５を有して構成される。

太陽電池１０１の出力線路は２つに分岐され、パワーコンディショナ１０３と直流分電盤１１０の太陽電池用コンバータ１１１とが並列接続されている。パワーコンディショナ１０３は、太陽電池１０１から出力される直流電力を商用電源１０５の位相に同期した交流電力に変換して出力するとともに、変換された交流電力を商用電源１０５に逆潮流する。太陽電池用コンバータ１１１は、ＤＣ／ＤＣコンバータを有して構成され、太陽電池１０１から出力される直流電力を所望の電圧レベルに変換して出力する。蓄電池用コンバータ１１２は、ＤＣ／ＤＣコンバータを有して構成され、蓄電池１０２から出力される直流電力を所望の電圧レベルに変換して出力する一方で蓄電池１０２の充電を行う。ＡＣ／ＤＣコンバータ１１３は、交流分電盤１０４から供給される交流電力を所望の電圧レベルの直流電力に変換して出力する。

パワーコンディショナ１０３は、太陽電池１０１の直流出力を昇圧する昇圧チョッパ回路（図示せず）、昇圧チョッパ回路で昇圧された直流出力を交流電力系統ＡＣの位相に同期した正弦波の交流出力に変換するインバータ（図示せず）、インバータを制御することで交流出力を調整するインバータ制御回路（図示せず）、系統連系保護装置などを有している。

交流分電盤１０４は、いわゆる住宅用分電盤（住宅盤）と同様に、扉付のボックス内に１次側が商用電源１０５に接続された主幹ブレーカ（図示せず）、及び主幹ブレーカの２次側に接続された導電バー（図示せず）に分岐接続された複数の分岐ブレーカ等が収納される。さらに、交流分電盤１０４のボックス内にパワーコンディショナ１０３の出力線が引き込まれ、ボックス内においてパワーコンディショナ１０３の出力線が商用電源１０５に並列接続されている。また、分岐ブレーカの２次側に交流配電路１０６が接続され、この交流配電路１０６を介して宅内の交流負荷機器に交流電力が供給される。

直流分電盤１１０は、交流分電盤１０４と同様に、扉付の容器５００内に収納される。そして、商用電源１０５の出力が交流分電盤１０４を介して、引き込まれるとともに、太陽電池１０１の出力が引き込まれ、それぞれ、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１３および太陽電池用コンバータ１１１に引き込まれ、直流負荷用配電路１０７を介して直流負荷機器２０７に直流電力が供給される。

直流分電盤１１０において、太陽電池用コンバータ１１１及び蓄電池用コンバータ１１２は、それぞれ、例えばスイッチングレギュレータ等により構成され、出力電圧を検出するとともに検出した出力電圧が目標電圧と一致するように出力電圧を増減する制御（フィードバック制御）を行う定電圧制御方式によって、太陽電池１０１及び蓄電池１０２から出力される直流電力の電圧レベルを所望の電圧レベルに変換する。ＡＣ／ＤＣコンバータ１１３は、例えばスイッチングレギュレータ、インバータ等により構成され、交流電圧を直流電圧に整流し、フィードバック制御により出力電圧の定電圧制御を行うことによって、交流分電盤１０４より出力される交流電力から所望の電圧レベルの直流電力に変換する。太陽電池用コンバータ１１１、蓄電池用コンバータ１１２、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１３の各出力端は並列接続され、前述したように、電流ヒューズ２１とダイオード２３とからなるプロテクタ１１６を介して直流負荷用配電路１０７と接続される。そして、この直流負荷用配電路１０７には必要に応じて前記実施の形態１２で説明した外付けの直流保護回路（図示せず）が設けられる。そして、太陽電池用コンバータ１１１、蓄電池用コンバータ１１２、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１３の各出力用コンバータでそれぞれ所望の電圧レベルに変換された直流電力のうち、いずれかの直流電力が直流負荷用配電路１０７を介して直流負荷機器２０７に供給される。

制御部１１４は、マイクロコンピュータ等を有してなる情報処理装置により構成され、直流分電盤１１０の各部の動作制御を司るものである。制御部１１４は、太陽電池用コンバータ１１１、蓄電池用コンバータ１１２、ＡＣ−ＤＣコンバータ１１３の各コンバータの動作のＯＮ／ＯＦＦ制御、並びに出力電圧制御を行うとともに、表示部１１５の表示制御を行う。表示部１１５は、液晶表示装置等により構成され、制御部１１４の指示に基づき、文字、数字、画像等によって直流分電盤１１０の動作状態等の各種情報を示す表示を行う。また操作部６００を有しており、この操作部６００を介して、運転、異常の状況、各計測項目、異常履歴の表示、時計の設定などをおこなうことができる。また、異常履歴には異常がおこる直前の太陽電池電圧、蓄電池電圧、交流電圧、出力電力および異常発生時刻を同時に保存することができる。

ここでパワーコンディショナ１０３は、一般的な太陽光発電電力の逆潮流機能のほか、夜間の蓄電池充電機能，昼間の蓄電池放電機能（逆潮流防止）を備えていることもあり、太陽光発電電力と夜間電力の双方を有効に利用することができる。更にまた、操作部としては、直流分電盤１１０に取り付けたものだけでなく、遠隔操作部（リモコンや家庭内のパソコン）を用い、ＤＬＣ（直流電力線通信）端子３１０を介して上記設定を行うようにしてもよい。

なお、蓄電池からの放電電力は系統への逆潮流が認められていないため，負荷の使用状況に合わせて放電電力を変化させる必要がある。例えば、系統の受電点に取り付けられた受電電力検出ユニットにより系統に流れる電力を検出し、蓄電池からの逆潮流が発生しないように逆潮流防止制御をおこなう。

この構成によれば、直流電力源からの電力供給に必要な要素を直流分電盤として、１つのユニットで構成し、容器内に収容することができるため、取扱が容易でかつ、設置やメンテナンスが一か所でできるため取扱がきわめて容易である。

また、発熱を伴う太陽電池用コンバータ１１１、蓄電池用コンバータ１１２、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１３は、図１３および１４に示すように、水平方向に並置されているため、放熱性が良好である。また、各コンバータ間に放熱板あるいは放熱フィン４００を配置しているため、更に放熱性を高めることができる。

また、蓄電池１０２は、太陽電池用コンバータ１１１、蓄電池用コンバータ１１２、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１３のいずれの上部にも位置しないように配置されているため、蓄電池の存在によって、太陽電池用コンバータ１１１、蓄電池用コンバータ１１２、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１３の放熱性を阻害することなく良好に維持することができる。

また、蓄電池は、前記容器に対し、着脱自在に装着されているため、蓄電池の劣化や、能力アップ等により取り換えが必要な場合にも、メンテナンスが容易である。

さらにまた、太陽電池用コンバータ１１１、蓄電池用コンバータ１１２、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１３のいずれから出力を行うかを制御する制御部１１４と、給電状態を表示する表示部１１５と、前記直流または交流電力源、あるいは前記保護装置のＯＮ／ＯＦＦを操作する操作部６００とを具備しているため、作業性が良好である。

なお、蓄電池用コンバータ１１２は、コネクタ接続によって蓄電池１０２と接続可能に構成されているため、外部の蓄電池との接続を行う場合にもコネクタ接続が可能で、着脱が容易である。また、蓄電池の劣化や、能力アップ等により取り換えが必要な場合にも、蓄電池１０２および蓄電池用のコンバータ１１２が着脱自在に構成されているため、メンテナンスが容易である。

また、誤接続を回避するために、直流負荷機器２０７への直流負荷用配電路１０７に接続される第１の端子台３０７と、直流電力源からの配電路２０１を接続する第２の端子台３０１と、交流電力源からの交流配電路２０５に接続する第３の端子台３０５とは、端子台の形状または色、各配電路の色のいずれかが相互に識別可能に構成されるのが望ましい。

また本発明のハイブリッド給電住宅用保護装置は、上記直流機器保護装置と、ハイブリッド分電盤に接続される入力端子部と、直流機器に接続される出力端子部と、前記直流機器保護装置を収納するパッケージと具備したことを特徴とする。
この構成によれば、分電盤内で常に誤接続保護機能を持たせることが可能となる。

以上説明してきたように、本発明によれば、電流ヒューズと直流機器との間に、直流機器に対して並列接続されたスイッチング部を具備した直流機器保護装置を構成することで、ハイブリッド電源を用いる場合に深刻な問題となっている誤接続誤接続時には瞬時に電流ヒューズを溶断させ安全な状態を保持する誤接続保護回路を提供することができる。

１０直流機器本体
１０Ｓ出力端子
１０Ｔ入力端子
２０，２０ａ，２２ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ，２０ｆ，２０ｇ，２０ｈ，２０ｉ，２０ｊ直流機器保護装置
２１電流ヒューズ
２２スイッチング部
２３ダイオード
２４ツェナーダイオード
２５入力電圧検出回路
２６スイッチ
２７逆接続保護用ダイオード
２８サイリスタ
２９トライアック
３０限流素子
３１バリスタ
１００直流機器保護機能付きの直流機器
１０１太陽電池
１０２蓄電池
１０３パワーコンディショナ
１０５商用電源（交流電力系統）
１０７直流負荷用配電路
１１０直流分電盤
１１１第１のＤＣ／ＤＣコンバータ（太陽電池用コンバータ）
１１２第２のＤＣ／ＤＣコンバータ（蓄電池用コンバータ）
１１３ＡＣ／ＤＣコンバータ
１１４制御部
１１５表示部
１１６プロテクタ
１２１蓄電池ケース
１２２係止部
１３０電源装置本体
１３２コネクタ
２００蓄電池用コネクタ
２０１直流電力源からの配電路
２０５交流電力源からの交流配電路
２１０蓄電池ユニット
２１１蓄電池ユニット用コネクタ
３００直流機器保護装置付き電源装置
３０１第３の端子台
３０５第２の端子台
３０７第１の端子台
３１０ＤＬＣ端子
４００放熱フィン
５００容器
６００操作部

Claims

商用交流電源に接続される交流分電盤と、
直流電力源に接続されるＤＣ／ＤＣコンバータと、前記交流分電盤に接続されるＡＣ／ＤＣコンバータと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータおよび前記ＡＣ／ＤＣコンバータの各々に接続される直流機器保護装置と、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ、前記ＡＣ／ＤＣコンバータならびに前記直流機器保護装置を収納する容器と、を備える直流分電盤と、
前記直流機器保護装置に一端が接続され、他端が前記直流分電盤から導出される直流負荷用配電路と、
を有し、
前記直流機器保護装置は、
第１の電源線および第２の電源線と、
前記第１の電源線に挿入される電流ヒューズと、
前記電流ヒューズの一端と前記第２の電源線との間に接続されるスイッチング部と、を具備する配電システム。
請求項１に記載の配電システムであって、
前記直流分電盤の出力側に、前記直流機器保護装置としてのプロテクタを設け、前記直流負荷用配電路に接続される直流負荷を保護する配電システム。