JP5971716B2 - 分電盤及び分散電源システム - Google Patents

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本発明の実施形態は、電力系統からの電力を配電する分電盤と、当該分電盤を備えた分散電源システムに関する。
分電盤は、構内の主回路に対して、電力系統の引込線からの電力を配電する。この分電盤には、電力系統や構内の負荷に接続する各配線用の遮断器が備えられ、遮断器の開閉によって電力供給量の制御や漏電及び過電流検出時の電流遮断が行われる。
近年、環境保護や節電への意識の高まりから、一戸建てやマンション等の一般住宅やオフィスビルや工場等の商業施設の内部に分散電源システムを設置することが着目されている。分散電源システムは、主幹となる電力系統に加えて、分散電源から電力を供給するためのシステムである。
現状では、分散電源システムが有する分散電源は構内の主回路とは異なる別の配電路に設置され、構内の主回路と切り離されている場合が多い。しかしながら、より利便性の高い分散電源システムとするためには、分散電源を構内の主回路に直接接続し、分電盤に分散電源用の遮断器を備えてその運転を制御して、電力系統と連系した電力供給を行うことも将来的には検討されるべきところである。
電力系統と連系する分散電源システムを導入する場合の、分電盤の設置態様を考察してみる。図12は、本発明者による、分散電源システムが主回路2に接続された分電盤10の一案である。
分電盤10は、電力系統1の電力を構内に配電する主回路2に接続されている。構内とは、一戸建てやマンション等の一般住宅やオフィスビル等の電力消費地たる建物の内部を意味する。主回路2には、分散電源3が接続されている。
分散電源3は、構内に設置可能な発電機300を有し、単一の発電機300でも異なる種類の複数の発電機300でも良い。また、同一の種類の発電機300を複数設置しても良い。ここでは、太陽光発電機、二次電池及び燃料電池が設けられている。これらの発電機300によって発電される電力は直流電力であるが、インバータ装置400が付設されて構内の主回路2に至る前に交流電力に変換される。なお、本例は、太陽光発電機は負荷用の配線及びその他の分散電源3よりも、主回路2の電力系統1に近い側に接続されている。
分電盤10には、電力系統1、各分散電源3、及び負荷に接続する各配線用の遮断器12〜14が設けられている。契約用電流制限器12及び主幹漏電遮断器13は、主回路2の電力系統1側に接続されている。契約用電流制限器12は、あらかじめ定められた電力会社との契約電力の上限を超える電流が流れた場合に、電流を遮断する。主幹漏電遮断器13は、構内で漏電や過電流が検出された場合に電流を遮断する。各分散電源用遮断器14は、電力会社との契約によっては余剰分の逆潮流を制限する必要があるため、構内負荷で消費される電力を上回らないように電流を遮断して発電出力を制御する。配線用遮断器11は、各負荷に接続され、各負荷の漏電保護及び過電流保護を行う。
分電盤10の、太陽光発電インバータ用遮断器14と、配線用遮断器11及びその他の分散電源用遮断器14との間には、逆潮流検出用CT15が設けられている。逆潮流検出用CT15は、構内の負荷と構内の分散電源3の発電電力の合計で決まる電力潮流を計測する装置である。
分散電源システムは、上述の分散電源3及び分電盤10を含み、商用の電力系統1と連系して電力供給を行う。電力系統1は、配電用変電所から出力された高圧電力を順次電圧を下げて住宅の構内に供給する。電力系統1において、6,600Vの三相交流電力は、三本の架空線からなる高圧配電線によって送電される。住宅の近くには不図示の配電柱が設置され、その上に柱上変圧器が設置されている。高圧配電線の3相交流の内、1相分の2本の架空線から電力が取り出され、柱上変圧器に入力される。柱上変圧器は、6,600Vの電圧を200Vの単相電圧に降圧するとともに,200Vの中間のタップを中性線として取り出すことにより、片線と中性線の間で100V、線間で200Vの電圧を得る。
中性線は配電柱の近くで、中性線接地極7と接続され接地される。これが中性線を接地した単相3線200V/100Vの電力であり、配電柱に架設された低圧配電線に出力される。3本の低圧配電線にはそれぞれ引込線6が接続され、この引込線6が構内の主回路2に接続して、単相3線200V/100Vの電力が構内に供給される。なお、引込線6には買電用電力量計と売電用電力量計が接続され、電力系統1から構内に供給される電力と、構内から電力系統1に供給される電力とをそれぞれ計測している。
このような分散電源システムにおいては、通常運転時、分散電源3は電力系統1に倣って従動運転するように電流制御されるであろう。そして各分散電源3は発電を行って構内の負荷へ電力供給を行うが、発電量が負荷の電力消費量に対して不足しているときは、不足分は電力系統1からの供給を受ける。太陽光発電機の発電量が負荷への供給量を賄った上で余剰分があるときは、二次電池や燃料電池への充電を行ったり、電力系統1へ逆潮流して売電することもできる。二次電池や燃料電池については、充電された電力を売電することは認められていない場合もあるため、逆潮流検出用CT15で電力潮流を計測して、これらの電池からの逆潮流を防止している。
以上のような、分散電源システムにおいては、通常運転時の電力系統1に対する補助電源としての役割の他、短絡や地絡等の故障や計画停電によって電力系統1が停電しても、電力系統1と構内の主回路2とを遮断した上で自立運転し、構内の電力を維持することが期待されている。
例えば、主幹漏電遮断器13を手作業にて開状態に切り替えることで、電力系統1と構内の主回路2とを切り離すことができる。しかしながら、主回路2が電力系統1から切り離されると、同時に配電線の中性線接地極7とも切り離されてしまい、主回路2は接地されていない状態となってしまう。
無接地での自立運転を回避するためには、主回路2の中性線を予め接地しておくことが考えられる。しかしながら、この場合には主回路2と電力系統1が接続された通常運転時には、電力系統1の配電線の中性線接地極7と主回路2の中性線接地極が両立し、多点接地の状態となる。多点接地の問題点としては、配電線の高圧電流が絶縁破壊などで変圧器内や架空線等で混触し引込線6を介して主回路2に進入し、負荷の機器の破損を招くことが考えられる。また、地中の迷走電流が構内に進入し、地絡検出の動作が阻害される可能性や、配線の腐蝕を招くことも考えられる。
特開平8−182343号公報 特開平9−182456号公報
本発明の実施形態は、上述の課題を解決するために提案されたものであり、分散電源システムが設けられた構内の主回路が、通常時には電力系統の中性点接地極により接地され、停電時には構内の自立運転用接地極により接地されるように切り換えるように制御することによって、多点接地を防止し、高い安全性を確保した分電盤と、その分電盤を備えた分散電源システムを提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、実施形態の分電盤は、電力系統の中性点接地極に通じた中性線を有する引込線が引き込まれるとともに、構内の中性線を接地する自立運転用接地極に接続された構内の主回路に対して、前記引込線からの単相3線の電力を配電する分電盤であって、構内に設置され得る分散電源と前記構内の主回路との接続を開閉する分散電源用遮断器と、前記自立運転用接地極と前記電力系統の中性点接地極との間に介在し、前記引込線と前記構内の主回路との接続を開閉する構内遮断器と、前記自立運転用接地極と前記構内の主回路との接続を開閉する自立接地用遮断器と、を備えること、を特徴とする。
また、実施形態の分散電源システムは、構内の中性線を接地する自立運転用接地極に接続された構内の主回路に電力を供給する分散電源と、電力系統の中性点接地極に通じた中性線を有する引込線が引き込まれるとともに、前記構内の主回路に対して前記引込線からの単相3線の電力を配電する分電盤と、を備え、前記分電盤は、前記構内の主回路との接続を開閉する分散電源用遮断器と、前記自立運転用接地極と前記電力系統の中性点接地極との間に介在し、前記引込線と前記構内の主回路との接続を開閉する構内遮断器と、前記自立運転用接地極と前記構内の主回路との接続を開閉する自立接地用遮断器と、を備えること、を特徴とする。
前記自立運転用接地極は、分電盤に備えられるようにしてもよい。また、前記構内遮断器と前記自立接地用遮断器が相反して開閉する連動手段を更に備えるようにしてもよい。
第1の実施形態に係る分散電源システムを示す模式図である。 第1の実施形態に係り、連動手段と連系遮断器と自立接地用遮断器の構成を示す図である。 第1の実施形態に係り、分電盤が備える制御部の構成を示すブロック図である。 第1の実施形態に係る分散電源システムの動作を示すフローチャートである。 第1の実施形態に係り、制御部の制御に応答して連動動作する連系遮断器と自立接地用遮断器を示し、電力系統の停電前後の遷移を示す図である。 第1の実施形態に係り、制御部の制御に応答して連動動作する連系遮断器と自立接地用遮断器を示し、電力系統の復電前後の遷移を示す図である。 第1の実施形態に係り、電力系統の中性点接地極から構内の主回路の配線を中性線を抜き出して示した模式図であり、電力系統の停電前後の遷移を示す図である。 第1の実施形態に係り、連系遮断器と自立接地用遮断器の開閉のタイミングチャートである。 第2の実施形態に係る連動手段と連系遮断器と自立接地用遮断器の構成を示す図である。 第3の実施形態に係る分散電源システムを示すブロック図である。 第3の実施形態に係り、連動手段の他の構成を示すブロック図である。 従来の構内の主回路を示す模式図である。
(第1の実施形態)
(構成)
図1は、第1の実施形態に係る分散電源システム100の全体構成を示すブロック図である。分散電源システム100は、分散電源3を備え、構内の主回路2に電力を供給する。構内の総需要に対して分散電源3の発電出力が上回っている場合には、余剰分を電力系統1に逆潮流する。
また、この分散電源システム100は、電力系統1と構内の主回路2との態様変化、すなわち連系及び切り離しに応答して、分散電源3の従動運転と自立運転とを切り換えていく。電力系統1と構内の主回路2とが連系している場合には、分散電源3を電力系統1の交流電圧に倣った電流制御方式の従動運転に切り換え、電力系統1と構内の主回路2とが切り離される場合には、分散電源3を電圧制御方式で自立運転させる。
この分散電源システム100は、構内の主回路2に接続されて起電力を当該主回路2に供給する分散電源3と、電力系統1から分岐した引込線6が引き込まれて、構内の主回路2に単相3線の電力を配電する分電盤10とを主要の構成要素とする。
分散電源3は、発電機300と当該発電機300に付設されえたインバータ装置400とから構成される。発電機300は、太陽電池モジュールを直列及び並列に接続して組み合わせた太陽電池アレイ回路、二次電池、燃料電池、電気自動車の二次電池、エンジン発電機等の直流電力を出力する直流電源である。この分散電源3は、分散電源システム100に複数備えられていて構内の主回路2に複数接続されてもよいし、1セットの分散電源システム100に対して1機のみが備えられていてもよい。
インバータ装置400は、発電機300からの直流電力を交流電力に変換し、構内の主回路2に供給する。例えば、インバータ装置400は、PWM制御方式により駆動するインバータ回路410と、その後段の高調波フィルタ回路420とを有する。インバータ装置400では、トランジスタ等の複数のスイッチング素子を各種組み合わせ及び各種時間でオンオフさせたインバータ回路410に対して、発電機300の直流電力を供給することにより交流電力を生成し、直列接続のリアクトルと並列接続のコンデンサを有する高調波フィルタ回路420に対して、インバータ回路410の交流電力を供給することによりスイッチング素子の切り換え過渡期に生じた高調波成分を除去する。
このインバータ装置400は、マイコン等の電流制御部430と電圧制御部440を備えており、インバータ回路410に入力されるパルス信号は、電流制御部430と電圧制御部440が出力する電流制御信号や電圧制御信号を元に生成される。電流制御信号は、インバータ回路410が出力する交流電流を定義し、電圧制御信号は、インバータ回路410が出力する交流電圧を定義する。
電流制御部430は、電力系統1と構内の主回路2とが連系している場合に動作し、電力系統1の系統交流電圧と、インバータ回路410が出力する構内交流電流とを参照して、構内交流電流が系統交流電圧とが同位相若しくは一定の位相差で揃速するように、これらの偏差を縮める電流制御信号を生成する。
電圧制御部440は、電力系統1と構内の主回路2と切り離されている場合に動作し、分散電源3を自立運転させるべく、所定の交流電圧を定義する電圧制御信号を生成する。所定の交流電圧は、電圧制御部440のメモリにセットされた交流電圧波形のセットデータに倣い、このセットデータは、例えば定電圧及び50/60Hzの電圧波形を示す。
分電盤10には、単相3線からなる構内の主回路2が配設されており、分電盤10は、当該主回路2と引込線6とを接続している。この分電盤10には、構内の主回路2上に、引込線6側から順番に契約用電流制限器12、主幹漏電遮断器13、連系遮断器16、及び至接地極分岐点17が設けられ、更に其の後に分散電源3や負荷に至る各分岐点と、その分岐中に設けられた分散電源用遮断器14と配線用遮断器11とが設けられている。至接地極分岐点17は、構内の主回路2の中性線に設けられ、分岐線には自立運転用接地極20が設けられ、至接地極分岐点17と自立運転用接地極20との間には、分電盤10中に自立接地用遮断器18が設けられている。
契約用電流制限器12は、予め定められた電力会社との契約電力の上限を超える電流が流れた場合に電力系統1からの電流を遮断する。分散電源用遮断器14は、分散電源3と構内の主回路2との接続を開閉することで逆潮流する電流を遮断する。配線用遮断器11は、各負荷の漏電保護及び過電流保護を行う。
主幹漏電遮断器13は、構内で漏電や過電流が検出されると電力系統1からの電流を遮断する。連系遮断器16は、電力系統1に停電が発生すると分散電源3からの電力系統1への逆潮流を遮断する。自立運転用接地極20は、至接地極分岐点17から延びた分岐線を介して、構内の主回路2が有する中性線と大地とを電気的に接続する。この自立運転用接地極20は、例えば、大地へ打ち込まれる銅棒又は銅板であり、地中に埋設される。自立接地用遮断器18は、自立運転用接地極20と構内の主回路2との接続を開閉する。
更に、分電盤10には連動手段19が設けられ、連動手段19によって、自立接地用遮断器18と連系遮断器16とは相反して開閉する。図2は、この連動手段19と連系遮断器16と自立接地用遮断器18の構成を示す図である。図2中では、構内の主回路2において中性線のみを抜き出して示している。
まず、連系遮断器16及び自立接地用遮断器18は、例えば電磁接触器であり、電磁コイルに対する電流注入に応じて電磁コイルに可動鉄片を磁力で引き寄せることで、その可動鉄片と連結した可動接点を固定接点に対して接離させ、これにより接点を開閉する。可動鉄片と可動接点とは支えを介して連結させる場合が多い。電磁コイルが可動鉄片を引き寄せると、可動接点は固定接点と接触する。
連系遮断器16の主接点は、構内の主回路2上の接点であり、オフ(開)のときには電力系統1と構内の主回路2が切り離され、オン(閉)のときには電力系統1と構内の主回路2とが接続される。自立接地用遮断器18の主接点は、至接地極分岐点17と自立運転用接地極20との間の分岐線上の接点であり、オフ(開)のときには構内の主回路2と自立運転用接地極20が切り離され、オン(閉)のときには構内の主回路2と自立運転用接地極20とが接続される。
ここで、電磁接触器には、主接点の他に例えば各々2種類存在し、a接点及びb接点である。電磁接触器において、主接点がオフ(開)のときにはa接点はオフ(開)となり、主接点がオン(閉)のときにはa接点はオン(閉)となる。一方、b接点は逆であり、主接点がオフ(開)のときにはb接点はオン(閉)となり、主接点がオン(閉)のときにはb接点がオフ(開)となる。すなわち、b接点は、主接点とは開閉が反転する接点をいう。
そして、連動手段19は、連系遮断器16のb接点と自立接地用遮断器18の電磁コイルとを直列に接続する回路である。連系遮断器16のb接点が閉となると、連動手段19たる回路が導通し、自立接地用遮断器18の電磁コイルに電流が注入され、主接点が閉となるため、自立接地用遮断器18は自立運転用接地極20と構内の主回路2とを接続することとなる。
逆に、連系遮断器16のb接点が開となると、連動手段19たる回路は断絶し、自立接地用遮断器18の電磁コイルに対する電流は途絶して、主接点が開となるため、自立接地用遮断器18は自立運転用接地極20と構内の主回路2とを切り離すこととなる。
このように、連動手段19は、連系遮断器16が開となると自立接地用遮断器18を閉にし、連系遮断器16が閉となると自立接地用遮断器18を開にする。
更に、分電盤10には制御部500が設けられ、連系遮断器16に対する開閉制御が行われている。制御部500は、所謂SOC(System on a chip)、マイコン、又はCPU等のコンピュータと電圧計により構成される。図3は、制御部500の構成を示すブロック図である。この制御部500は、電圧検出部510と電圧監視部520と遮断制御部530を備えている。
電圧検出部510は、連系遮断器16よりも引込線6側に設置されることで、電力系統1の交流電圧を検出し、デジタル変換して交流電圧データを送出する。交流電圧データには、少なくとも電力系統1の電圧値が含まれている。
電圧監視部520は、主にコンピュータにより構成され、交流電圧データを解析する。この電圧監視部520は、メモリ内に閾値データを記憶している。閾値データは、電力系統1と構内の主回路2とを切り離す目安となる電力系統1側の電圧値を示している。電圧監視部520は、交流電圧データと閾値データとが示す双方の電圧値とを比較し、比較結果を出力する。比較結果は交流電圧データの電圧値が閾値データの電圧値以下か否かである。
遮断制御部530は、電圧監視部520の比較結果に応じて連系遮断器16の開閉を切り換える。遮断制御部530は、交流電圧データが示す電圧値が閾値データの示す電圧値超であると、連系遮断器16の電磁コイルに対して電流を注入することで、連系遮断器16を閉にし、電力系統1と構内の主回路2とを接続させる。一方、交流電圧データが示す電圧値が閾値データの示す電圧値以下となると、遮断制御部530は、連系遮断器16の電磁コイルに対する電流注入を停止することで、連系遮断器16を開にし、電力系統1と構内の主回路2とを切り離す。
(動作)
以上のような分散電源システム100では、遮断制御部530が連系遮断器16を開にすると、連動手段19は、連系遮断器16の開に連動させて自立接地用遮断器18を閉にし、遮断制御部530が連系遮断器16を閉にすると、連動手段19は、連系遮断器16の閉に連動させて自立接地用遮断器18を開にする。
このような分散電源システム100の動作について説明する。図4は、制御部500の動作を示すフローチャートである。図5は、制御部500の制御に応答して連動動作する連系遮断器16と自立接地用遮断器18を示し、電力系統1の停電前後の遷移を示している。図6は、制御部500の制御に応答して連動動作する連系遮断器16と自立接地用遮断器18を示し、電力系統1の復電前後の遷移を示している。
まず、連系遮断器16が閉となっており、電力系統1と構内の主回路2とは接続されている状態で、電力系統1で何らかの故障や作業のために停電が発生したものとする。電力系統1で停電が発生した場合には、電圧検出部510が出力する電力系統1側の交流電圧データが示す電圧値は、閾値データの示す電圧値以下となる。
図4に示すように、電圧監視部520は、電力検出部510が出力した電力系統1側の交流電圧データを定期的に受信し(ステップS01)、閾値データと比較する(ステップS02)。
比較の結果、電力系統1側の交流電圧データが示す電圧値が閾値データが示す電圧値以下となっているときには(ステップS02,Yes)、遮断制御部530は、連系遮断器16を開に切り換える(ステップS03)。具体的には、遮断制御部530は、連系遮断器16の電流コイルへの電流注入を停止することで、連系遮断器16の主接点をオフ(開)に切り換えている。これにより、電力系統1と構内の主回路2とは切り離される。
このとき、図5に示すように、連系遮断器16の主接点がオン(閉)からオフ(開)に変わるのと連動して、連系遮断器16のb接点はオフ(開)からオン(閉)に変わる。
連系遮断器16のb接点がオン(閉)に変わると、連動手段19の回路が繋がり、連動手段19の回路に電流が流れて、b接点と直列に接続されている自立接地用遮断器18の電磁コイルには電流が注入される。そのため、図5に示すように、連系遮断器16の主接点がオン(閉)からオフ(開)に変わるのと連動して、自立接地用遮断器18の主接点はオフ(開)からオン(閉)に変わる。
すなわち、連系遮断器16が開となって電力系統1の中性点接地極7に通じる引込線6と構内の主回路2とが切り離される制御がなされると、同時に自立接地用遮断器18が閉となって構内の主回路2は自立運転用接地極20と接続される。
尚、この停電前後において、分散電源3は単独運転を検出して一旦停止した後、制御方式を電圧制御方式に切り換えて自立運転を再開する。自立運転の再開は、連系遮断器16が開になったことを確認した後が望ましい。
単独運転とは、電力系統1の給電停止状態で分散電源3が単独で運転を継続している状態である。単独運転は、能動的に検出してもよいし、受動的に検出してもよいし、その両方の方式を用いて検出してもよい。受動式の単独運転検出は、インバータ回路410の出力電圧の波形を監視し、電圧、周波数、電圧波形の位相等が正常範囲から逸脱しているかを判定するものである。能動式の単独運転検出は、電力系統1の交流電圧の周波数や其の変化率に応じて、インバータ回路410の出力電流の位相を変化させるようにコントロールし、インバータ回路410が出力する無効電力を変えさせ、周波数の変化を助長し、周波数変化率の過大を判定するものである。
図4に戻り、電力系統1が復電したものとすると、電圧検出部510が出力する電力系統1側の交流電圧データが示す電圧値は、閾値データの示す電圧値超に変わる。電圧監視部520は、電力検出部510が出力した電力系統1側の交流電圧データを定期的に受信し続け(ステップS04)、閾値データと比較する(ステップS05)。
比較の結果、電力系統1側の交流電圧データが示す電圧値が閾値データが示す電圧値超となっているときには(ステップS05,Yes)、遮断制御部530は、連系遮断器16をオン(閉)に切り換える(ステップS06)。具体的には、遮断制御部530は、連系遮断器16の電流コイルへの電流注入を再開することで、連系遮断器16の主接点をオンに切り換えている。これにより、電力系統1と構内の主回路2とは再接続される。
このとき、図6に示すように、連系遮断器16の主接点がオフ(開)からオン(閉)に変わるのと連動して、連系遮断器16のb接点はオン(閉)からオフ(開)に変わる。連系遮断器16のb接点がオフ(開)に変わると、連動手段19の回路が開き、連動手段19内の電流が途絶え、連動手段19でb接点と直列に接続されている自立接地用遮断器18の電磁コイルに対する電流注入は停止する。
そのため、図6に示すように、連系遮断器16の主接点がオフ(開)からオン(閉)に変わるのと連動して、自立接地用遮断器18の主接点はオン(閉)からオフ(開)に変わる。すなわち、連系遮断器16が閉となって電力系統1の中性点接地極7に通じる引込線6と構内の主回路2とが接続される制御がなされると、同時に自立接地用遮断器18が開となって構内の主回路2は自立運転用接地極20と切り離される。
分散電源3については制御方式が電流制御方式に切り換えられ、電力系統1に対する従動運転を再開する。従動運転の再開は、電力系統1の交流電流に倣うために、連系遮断器16が閉となった後となる。
(作用効果)
図7は、電力系統1の中性点接地極7から構内の主回路2までの配線を示す模式図であり、中性線のみを抜き出している。図7の(a)は電力系統1の停電前後を示し、図7の(b)は復電前後を示している。図8は、連系遮断器16と自立接地用遮断器18の開閉のタイミングチャートである。
図7の(a)に示すように、この分散電源システム100によれば、電力系統1と構内の主回路2とが接続されている状態、すなわち連系遮断器16が閉となっている状態では、自立接地用遮断器18は開となる。そのため、構内の主回路2と引込線6とは、電力系統1の中性点接地極7のみを有し、自立運転用接地極20と切り離されている。つまり、構内の主回路2と引込線6は1点接地される。
図7の(b)に示すように、電力系統1と構内の主回路2とが切り離されている状態、すなわち連系遮断器16が開となっている状態では、自立接地用遮断器18は閉となる。そのため、構内の主回路2は、自立運転用接地極20を有することとなり、また電力系統1の中性点接地極7と切り離される。つまり、構内の主回路2は、2点接地にも無接地状態ともならず、1点接地される。
更に、図8に示すように、連系遮断器16と自立接地用遮断器18の相反する開閉のタイミングは、連動手段19により同時となる。連系遮断器16がオン(閉)となっている間は自立接地用遮断器18はオフ(閉)となっているし、連系遮断器16がオフ(開)に変わった瞬間に自立接地用遮断器18はオン(閉)に変わる。また、連系遮断器16がオン(閉)に戻った瞬間に自立接地用遮断器18はオフ(開)に変わる。
このように、この分散電源システム100は分電盤10を有し、分電盤10には、自立運転用接地極20と連系遮断器16と自立接地用遮断器18とを設けた。自立運転用接地極20は、構内の中性線を接地する。連系遮断器16は、電力系統1と構内の主回路2との接続を開閉する。自立接地用遮断器18は、自立運転用接地極20と前記構内の主回路2との接続を開閉する。そのため、この連系遮断器16と自立接地用遮断器18を相反して開閉するようにすれば、構内の主回路2を電力系統1と接続しようとも切り離そうとも、1点接地の状態は維持されることとなる。
従って、配電線の高圧電流が絶縁破壊などで変圧器内や架空線等で混触し引込線6を介して主回路2に進入し、負荷の機器の破損を招くおそれは低下する。また、地中の迷走電流が構内に進入し、地絡検出の動作が阻害されるおそれも低下する。更には配線の腐蝕を招くおそれも低下する。すなわち、電力系統1が停電した際に構内に自立運転で電力を供給しようとするシステムを構築したとしても、高い安全性を確保でき、当該システムは実効性に富むものとなる。
また、連系遮断器16の開閉を制御する遮断制御部530と、遮断制御部530による構内遮断器の開閉に連動して自立接地用遮断器18を開閉させる連動手段19とを更に備えるようにした。これにより、連系遮断器16と自立接地用遮断器18の相反した開閉がより確実となり、誤作動等により1点接地の状態が破られるおそれは低下し、更に高い安全性を確保できる。
(第2の実施形態)
第1の実施形態では、連系遮断器16と自立接地用遮断器18の相反する開閉を実現する例として、連系遮断器16と自立接地用遮断器18とを各々電磁接触器とし、連系遮断器16のb接点と自立接地用遮断器18の電磁コイルとを連動手段19によって直列に接続した。
この他、図9に示すように、連系遮断器16と自立接地用遮断器18とを一体的に設けるようにしてもよい。具体的には、一つの電磁コイルと、一つの可動鉄片に連動した第1接点と第2接点とを備えるようする。第1接点は、電力系統1から引き出された引込線6と構内の主回路2とを遮断するために主回路2上に設け、第2接点は、構内の主回路2と自立運転用接地極20とを遮断するために分岐線上に設ける。
更に、第1接点は、電磁コイルによる可動鉄片の吸引によって可動接点と固定接点とが接触するように可動接点と固定接点を配置し、第2接点は、電磁コイルによる可動鉄片の吸引によって可動接点と固定接点とが離れるように可動接点と固定接点を配置する。
この場合、第1接点が連系遮断器16となり、第2接点が自立接地用遮断器18となる。そして、この第1接点と第2接点に対して作用する一つの電磁コイル及び可動鉄片が連動手段19となる。この第1接点と第2接点とは、電磁コイルに対する電流注入に応じて相反する動きを行い、電磁コイルに電流注入されると連系遮断器16がオン(閉)となる一方、自立接地用遮断器18はオフ(開)となる。また、電磁コイルへの電流注入が解除されると連系遮断器16がオフ(開)となる一方、自立接地用遮断器18はオフ(閉)となる。
この第2の実施形態によっても、構内の主回路2を電力系統1と接続しようとも切り離そうとも、1点接地の状態は維持されることとなり、電力系統1が停電した際に構内に自立運転で電力を供給しようとするシステムを構築したとしても、高い安全性を確保でき、当該システムは実効性に富むものとなる。そして、両者を別々に操作するものでもないから誤作動等により1点接地の状態が破られるおそれは低下し、更に高い安全性を確保できる。
(第3の実施形態)
次に、第3の実施形態に係る分散電源システム100を説明する。第1の実施形態との同一構成については同一符号を付して詳細な説明を省略する。
まず、第1の実施形態では、連系遮断器16と自立接地用遮断器18との開閉を互いに逆になるように連動制御した。自立接地用遮断器18と連動動作する遮断器は、連系遮断器16に限らず、自立運転用接地極20と電力系統1の中性点接地極との間に介在し、引込線6と構内の主回路2との接続を開閉する構内遮断器であれば何れでもよい。
図10は、第3の実施形態に係る分散電源システム100の構成を示すブロック図である。図10に示すように、この分散電源システム100は、分電盤10中に連系遮断器16を設けていない。そこで、代わりに主幹漏電遮断器13と自立接地用遮断器18を連動動作するようにし、主幹漏電遮断器と自立接地用遮断器18とが相反して開閉する。
図11は、主幹漏電遮断器13と自立接地用遮断器18の詳細構成と、これらを繋ぐ連動手段19を示す模式図である。主幹漏電遮断器13は、外部に露出した手動操作レバー13aを有する。主幹漏電遮断器13内では、手動操作レバー13aと可動接点は連動しており、手動操作レバー13aの倒し方向に応じて可動接点が回動して接点が開いたり閉じたりする。
自立接地用遮断器18の可動接点も、主幹漏電遮断器13の手動操作レバー13aと連動させておく。但し、手動操作レバー13aの倒し方向に応じた接点の開閉は、主幹漏電遮断器13とは逆にしておく。例えば、主幹漏電遮断器13は、反時計回り方向Aに手動操作レバー13aを倒すと接点は閉じるようにし、自立接地用遮断器18は、反時計回り方向Aに倒すと接点は開くようにしておく。
具体的には、主幹漏電遮断器13の手動操作レバー13aと自立接地用遮断器18とを物理的に繋ぐロッドを設けておく。当該ロッドが本実施形態における連動手段19である。すなわち、機械式インターロック機構を採用し、主幹漏電遮断器13の手動操作レバー13aを反時計回り方向Aに倒せば、手動操作レバー13aの回動力はロッドを通じて自立接地用遮断器18の可動接点を反時計回り方向Aに回動させ、可動接点と固定接点とを開離させる。主幹漏電遮断器13の手動操作レバー13aを時計回り方向Bに倒せば、手動操作レバー13aの回動力はロッドを通じて自立接地用遮断器18の可動接点を時計回り方向Bに回動させ、可動接点と固定接点とを接触させる。
従って、主幹漏電遮断器13の手動操作レバー13aを時計回り方向Bに倒して接点をオフ(開)にすると、自立接地用遮断器18はオン(閉)となる。換言すると、主幹漏電遮断器13によって、中性点接地極7に通じた引込線6と構内の主回路2とが切り離されると、自立接地用遮断器18によって、自立運転用接地極20と構内の主回路2とは接続され、1点接地が維持される。また、主幹漏電遮断器13によって、中性点接地極7に通じた引込線6と構内の主回路2とが接続されると、自立接地用遮断器18によって、自立運転用接地極20と構内の主回路2とが切り離され、1点接地が維持される。
以上のように、この分電盤10を備えた分散電源システム100によっても、配電線の高圧電流が絶縁破壊などで変圧器内や架空線等で混触し引込線6を介して主回路2に進入し、負荷の機器の破損を招くおそれは低下する。また、地中の迷走電流が構内に進入し、地絡検出の動作が阻害されるおそれも低下する。更には配線の腐蝕を招くおそれも低下する。すなわち、電力系統1が停電した際に構内に自立運転で電力を供給しようとするシステムを構築したとしても、高い安全性を確保でき、当該システムは実効性に富むものとなる。
(その他の実施の形態)
本明細書においては、本発明に係る複数の実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図していない。具体的には、第1及び2の実施形態を全て又はいずれかを組み合わせたものも包含される。以上のような実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
1 電力系統
2 主回路
3 分散電源
6 引込線
7 中性線接地極
10 分電盤
11 配線用遮断器
12 契約用電流制限器
13 主幹漏電遮断器
13a 手動操作レバー
14 分散電源用遮断器
15 逆潮流検出用CT
16 連系遮断器
17 至接地極分岐点
18 自立接地用遮断器
19 連動手段
20 自立運転用接地極
100 分散電源システム
300 発電機
400 インバータ装置
410 インバータ回路
420 高調波フィルタ回路
430 電流制御部
440 電圧制御部
500 制御部
510 電圧検出部
520 電圧監視部
530 遮断制御部

Claims (16)

  1. 電力系統の中性点接地極に通じた中性線を有する引込線が引き込まれるとともに、構内の中性線を接地する自立運転用接地極に接続された構内の主回路に対して、前記引込線からの単相3線の電力を配電する分電盤であって、
    構内に設置され得る分散電源と前記構内の主回路との接続を開閉する分散電源用遮断器と、
    前記自立運転用接地極と前記電力系統の中性点接地極との間に介在し、前記引込線と前記構内の主回路との接続を開閉する構内遮断器と、
    前記自立運転用接地極と前記構内の主回路との接続を開閉する自立接地用遮断器と、
    を備えること、
    を特徴とする分電盤。
  2. 前記自立運転用接地極を備えることを特徴とする請求項1記載の分電盤。
  3. 前記構内遮断器と前記自立接地用遮断器が相反して開閉する連動手段を更に備えること、
    を特徴とする請求項1又は2記載の分電盤。
  4. 前記構内遮断器の開閉を制御する遮断制御部を更に備え、
    前記連動手段は、前記遮断制御部による前記構内遮断器の開閉に連動して、前記自立接地用遮断器を開閉させること、
    を有すること、
    を特徴とする請求項3記載の分電盤。
  5. 前記構内遮断器は、構内で漏電や過電流が検出されると前記電力系統からの電流を遮断する主幹漏電遮断器であること、
    を特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載の分電盤。
  6. 前記構内遮断器は、前記電力系統に停電が発生すると、前記分散電源からの前記電力系統への逆潮流を遮断する連系遮断器であること、
    を特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載の分電盤。
  7. 前記連動手段は、
    前記構内遮断器と前記自立接地用遮断器とを相反して開閉させる機械式インターロック機構であること、
    を特徴とする請求項3記載の分電盤。
  8. 前記構内遮断器と前記自立接地用遮断器は、電磁接触器であり、
    前記連動手段は、
    前記構内遮断器の主接点とは開閉が反転する接点と前記自立接地用遮断器の電磁コイルとを直列に接続した回路であること、
    を特徴とする請求項3記載の分電盤。
  9. 構内の中性線を接地する自立運転用接地極に接続された構内の主回路に電力を供給する分散電源と、
    電力系統の中性点接地極に通じた中性線を有する引込線が引き込まれるとともに、前記構内の主回路に対して前記引込線からの単相3線の電力を配電する分電盤と、
    を備え、
    前記分電盤は、
    前記構内の主回路との接続を開閉する分散電源用遮断器と、
    前記自立運転用接地極と前記電力系統の中性点接地極との間に介在し、前記引込線と前記構内の主回路との接続を開閉する構内遮断器と、
    前記自立運転用接地極と前記構内の主回路との接続を開閉する自立接地用遮断器と、
    を備えること、
    を特徴とする分散電源システム。
  10. 前記自立運転用接地極を備えることを特徴とする請求項9記載の分散電源システム。
  11. 前記構内遮断器と前記自立接地用遮断器が相反して開閉する連動手段を更に備えること、
    を特徴とする請求項9又は10記載の分散電源システム。
  12. 前記構内遮断器の開閉を制御する遮断制御部を更に備え、
    前記連動手段は、前記遮断制御部による前記構内遮断器の開閉に連動して、前記自立接地用遮断器を開閉させること、
    を特徴とする請求項11記載の分散電源システム。
  13. 前記構内遮断器は、構内で漏電や過電流が検出されると前記電力系統からの電流を遮断する主幹漏電遮断器であること、
    を特徴とする請求項9乃至12の何れかに記載の分散電源システム。
  14. 前記構内遮断器は、前記電力系統に停電が発生すると、前記分散電源からの前記電力系統への逆潮流を遮断する連系遮断器であること、
    を特徴とする請求項9乃至12の何れかに記載の分散電源システム。
  15. 前記連動手段は、
    前記構内遮断器と前記自立接地用遮断器とを相反して開閉させる機械式インターロック機構であること、
    を特徴とする請求項11記載の分散電源システム。
  16. 前記構内遮断器と前記自立接地用遮断器は、電磁接触器であり、
    前記連動手段は、
    前記構内遮断器の主接点とは開閉が反転する接点と前記自立接地用遮断器の電磁コイルとを直列に接続した回路であること、
    を特徴とする請求項11記載の分散電源システム。
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