JP6054846B2

JP6054846B2 - 変換器内蔵型コンセントバー

Info

Publication number: JP6054846B2
Application number: JP2013239370A
Authority: JP
Inventors: 田中　徹; 徹田中; 忠利馬場崎; 直樹花岡; 寛也矢島; 晶子高橋
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2013-11-19
Filing date: 2013-11-19
Publication date: 2016-12-27
Anticipated expiration: 2033-11-19
Also published as: JP2015100218A

Description

本発明は、高電圧直流給電システムにおいて用いる小型・高信頼を目的とした変換器内蔵型コンセントバーに関する。

近年、データセンタや通信ビルでは、ルータやサーバ等の各種負荷装置の消費電力増大に対して４００Ｖ程度の高電圧直流給電システムが注目されている。直流給電システムは、商用の交流電力を電力変換装置で直流電力に変換し、その直流電力を負荷装置に供給するものである。１つの電力変換装置から複数の負荷装置へ給電する場合は、電力変換装置と負荷装置との間に電流分配装置を設置し、電力変換装置から出力される直流電力を電流分配装置で分配して複数の負荷装置へ供給する。

図６及び図７に、従来の高電圧直流給電システムを示す。この高電圧直流給電システムは、商用の交流電圧ＡＣを４００Ｖ程度の直流電圧に変換する整流装置１と、整流装置１から出力される電流を複数に分配する電流分配装置２と、整流装置１の出力部に商用交流が停電したときに電力供給する蓄電池５とを備える。電流分配装置２にはコンセントバー４が接続されており、コンセントバー４に複数のＩＣＴ装置３が接続される。コンセントバー４には、コンセント部４１が複数配置されており、それぞれ各ＩＣＴ装置３のＰＳＵ３１のプラグを接続することができる。

ＩＣＴ装置３の電源部は、直流４００Ｖ程度の入力のものや、直流４８Ｖや交流１００Ｖ等の入力のものもある。ＩＣＴ装置３の電源部の入力が直流４００Ｖの場合、コンセントバー４を電流分配装置２に直接接続すれば良いが、ＩＣＴ装置３の電源部の入力が直流４８Ｖや交流１００Ｖ等の場合、電流分配装置２とＩＣＴ装置３との間、又は図６に示すように電流分配装置２とコンセントバー４との間に４００Ｖ程度の直流を直流４８Ｖや交流１００Ｖ等の電圧に変換する変換器６を挿入する。

特開２０１０−６７４５８号公報

しかしながら、このような構成では、変換器６とコンセントバー４は別々の筐体として存在し、設置スペースが大きくなるという課題がある。

また、変換器６をＮ＋１（Ｎは自然数）の冗長構成とした場合であっても、変換器６に入力電源が多重化されていないＩＣＴ装置３が複数台接続されていると、１台のＩＣＴ装置３で発生した電気的障害が他のＩＣＴ装置３にも影響を及ぼす危険性があるという課題がある。すなわち、ある１つのＩＣＴ装置３の入力部で短絡等の故障が生じると、同じ変換器６に接続されている他のＩＣＴ装置３にも電圧低下の影響を及ぼし、他のＩＣＴ装置３も停止させる危険性がある。

さらに、変換器６の入力部に瞬時電圧低下の対策としてコンデンサを搭載することになるが、電流分配装置２に搭載されている保護装置が配線用遮断器（ＭＣＣＢ：ＭｏｌｄｅｄＣａｓｅＣｉｒｃｕｉｔＢｒｅａｋｅｒ）であると、配下の装置で短絡等の故障が生じた際にＭＣＣＢの動作完了までの１０ｍｓ程度の瞬時電圧低下の期間がある。この瞬時電圧低下の期間が生じても他のＩＣＴ装置３が動作可能とするには、ＩＣＴ装置３を１０ｍｓの間動作させられる電力を貯蔵できる容量を有するコンデンサを搭載する必要があり、コンデンサの設置スペースが大きくなるという課題があった。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、複数のコネクタからそれぞれ異なる電圧の直流又は交流電力を供給可能であり、各コネクタの電源容量が可変である変換器内蔵型コンセントバーを提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明は、変換器内蔵型コンセントバーであって、直流電圧を所定の直流電圧又は交流電圧に変換する電力変換器、および前記電力変換器の出力端に接続されたコンセントを含む電力変換ユニットと、前記電力変換ユニットを複数搭載するベース部であって、前記複数の電力変換ユニットの電力変換器の入力端を並列接続する共通バスを有するベース部と、同じ直流電圧で出力する隣接する前記電力変換ユニット間に、前記電力変換器の出力端を並列接続するスイッチと、を備えたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、変換器内蔵型コンセントバーであって、直流電圧を所定の直流電圧又は交流電圧に変換する電力変換器、および前記電力変換器の出力端に接続されたコンセントを含む電力変換ユニットと、前記電力変換ユニットを複数搭載するベース部であって、前記複数の電力変換ユニットの電力変換器の入力端を並列接続する共通バスを有するベース部と、を備え、変換器内蔵型コンセントバーであって、前記電力変換ユニットは前記電力変換器の入力端に接続されたプラグを含み、前記ベース部は前記共通バスに接続された複数のコンセントを含み、前記電力変換ユニットのプラグが前記ベース部のコンセントに接続され、前記電力変換ユニットが前記ベース部から着脱可能であることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の変換器内蔵型コンセントバーにおいて、前記電力変換ユニットの電力変換器の出力端又は前記共通バスに接続された少なくとも１つのコンデンサをさらに備え、前記電力変換器の入力端にヒューズを用いた遮断器が設置されているとき、前記コンデンサの全容量をＣ（Ｆ）、前記複数の電力変換ユニットのコネクタに接続される装置の総消費電力をＰ（Ｗ）、前記電力変換器の入力電圧をＶ（Ｖ）とすると、Ｃ≧（２・１０^-3）・Ｐ／Ｖ²であることを特徴とする。

本発明は、複数のコネクタからそれぞれ異なる電圧の直流又は交流電力を供給可能であり、各コネクタの電源容量を変えることができる。

本発明の一実施形態に係る変換器内蔵型コンセントバーを含む高電圧直流給電システムの構成を示す図である。本発明の一実施形態に係る変換器内蔵型コンセントバーの構成を示す図である。本発明の一実施形態に係る複数の変換器を並列接続した変換器内蔵型コンセントバーの構成を示す図である。本発明の一実施形態に係る変換器の取り替え容易な変換器内蔵型コンセントバーの構成を示す図である。本発明の一実施形態に係る変換器内蔵型コンセントバーへのコンデンサの搭載例を示す図である。従来の高電圧直流給電システムを示す図である。従来の高電圧直流給電システムを示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。

図１に、本発明の一実施形態に係る変換器内蔵型コンセントバーを含む高電圧直流給電システムの構成を示す。高電圧直流給電システムは、商用の交流電圧ＡＣを４００Ｖ程度の直流電圧に変換する整流装置１と、整流装置１から出力される電流を複数に分配する電流分配装置２と、整流装置１の出力部に商用交流が停電したときに電力供給する蓄電池５とを備える。電流分配装置２にはコンセントバー１０が接続されており、コンセントバー１０に複数のＩＣＴ装置３が接続される。

図２に、本発明の一実施形態に係る変換器内蔵型コンセントバーの構成を示す。コンセントバー１０は、４００Ｖ程度の直流を直流４８Ｖや交流１００Ｖ等の電圧に変換する変換器１１と、ＰＳＵ３１と接続するコンセント部１２と、隣接する変換器１１の出力端を接続可能なスイッチ１３から構成される。コンセントバー１０には複数の変換器１１が配置され、それぞれの変換器１１の入力端はバスバーあるいはコネクタ等を介して電気的に並列接続されている。隣接する変換器１１の出力端は、スイッチ１３で接続することができる。

図３に、本発明の一実施形態に係る複数の変換器を並列接続した変換器内蔵型コンセントバーの構成を示す。スイッチ１３をオフさせている時は、ＩＣＴ装置３のＰＳＵ３１の１つの電源に対して、１つの変換器１１がコンセント部１２を介して接続することができる。例えば、ＩＣＴ装置３のＰＳＵ３１が信頼性確保のため冗長構成をとり、ＰＳＵ３１が二重化されている場合には、それぞれのＰＳＵ３１に対して別々のコンセントバー１０から変換器１１とＰＳＵ３１が一対一で接続させることができる。ＩＣＴ装置３のＰＳＵ３１が二重化されていない場合にも、信頼性を高くとる必要の無い場合には、変換器１１とＰＳＵ３１を一対一で接続してもかまわない。

一方、１つのＰＳＵ３１の電源容量に対して、変換器１１の電源容量が小さい場合には、図３に示すように、スイッチ１３をオンすることで２つの変換器１１の出力端を並列接続し、電源容量を増やすことでＰＳＵ３１の電源容量よりも大きくして電力を供給することができる。さらに電源容量を増やしたい場合には、２つ目の変換器１１と３つ目の変換器１１の出力端間に設けられたスイッチ１３をオンすればよい。また、ＩＣＴ装置３のＰＳＵの電源が１つであっても信頼性を高く保ちたい場合には、スイッチ１３をオンすることで、変換器１１を並列接続し、変換器１１を二重化することができる。

このような形態とすることで、ＰＳＵ３１の電源冗長状態やＰＳＵ容量に応じてフレキシブルに電源容量の確保と信頼性の確保を実現することができる。また、各ＩＣＴ装置３をそれぞれ個別の変換器１１に接続することができるため、同じコンセントバー１０に接続された複数のＩＣＴ装置３の内の１台に短絡等の故障が起きても、それによって他のＩＣＴ装置３が停止することはない。

図４に、本発明の一実施形態に係る変換器の取り替え容易な変換器内蔵型コンセントバーの構成を示す。コンセントバー１０は、変換器１１とコンセント部１２とを一体とした電力変換ユニット１５を、共通バスを有するベース部に複数搭載した構成とすることもできる。電力変換ユニット１５の入力側にはプラグを備え、コンセントバー１０の共通バスに設けられたコネクタと嵌合する構成とする。変換器１１とコンセント部１２とで構成される電力変換ユニット１５はコンセントバー１０に対して着脱可能となり、変換器１１の１つが故障してもコンセントバー１０全体を取り換える必要が無く、故障した変換器１１を含む電力変換ユニット１５だけを交換することができる。

電力変換ユニット１５の出力側のコンセント部１２にはロック機構がついており、ロック機構がオンされているときは、コンセント部１２とＰＳＵ３１のプラグを抜去することができない。ロック機構がオフとなり、配線が取り除かれた時に変換器は交換することができる。ＩＣＴ装置３の運転中に電力変換ユニット１５を抜き取とると、電力変換ユニット１５の入力側でアークが発生し、そのアークの発熱により他の部品等を損傷させる可能性があるが、このロック機構によりアークが発生するのを防ぐことができる。

各電力変換ユニット１５の変換器１１の出力は、直流４８Ｖや直流１２Ｖ、交流１００Ｖ、交流２００Ｖといったそれぞれ別の電圧種類とすることができ、１つのコンセントバー１０で直流４８Ｖ、直流１２Ｖ、交流１００Ｖ、交流２００Ｖの電力供給が可能となる。

また、電力変換ユニット１５は、出力電圧毎に異なる形状のスイッチを接続するためのコネクタを有し、出力電圧が同一のものが隣接して配置された場合にのみ図２、３に示したスイッチ１３が電力変換ユニット１５間に形成される構成とすることができる。

図５（ａ）、（ｂ）に、本発明の一実施形態に係る変換器内蔵型コンセントバーへのコンデンサの搭載例を示す。変換器１１の入力部には瞬時停電対策として中点接地されたコンデンサ１４を搭載することができる。例えば、変換器１１の上流の電流分配装置２に搭載されている遮断器がＭＣＣＢであると、１つの分配系で短絡等の故障が発生した際、ＭＣＣＢの動作完了までに約１０ｍｓ程度の時間が必要となる。他の分配系は故障が発生した分配系と電気的に繋がっているため、他の分配系の電圧はＭＣＣＢの動作完了までの１０ｍｓ間低下した状態となる。変換器１１の入力側に１０ｍｓの電圧低下があった場合にも、変換器１１の出力側の電圧に影響が及ばないようにするには、変換器１１の入力側に十分な容量のコンデンサ１４を搭載する必要がある。コンデンサ１４の容量をＣ（Ｆ）、ＩＣＴ装置３の消費電力をＰ（Ｗ）、瞬時停電時間をＴ（ｓ）、変換器１１の入力電圧をＶ（Ｖ）とすると、Ｃ／Ｐ＝２Ｔ／Ｖ^２という等式が成り立つので、ここではＴに１０ｍｓを代入したときの容量Ｃのコンデンサ１４が必要となる。例えば、変換器１１の入力電圧Ｖを３８０Ｖとすると、Ｃ／Ｐは０．１３９ｕＦ／Ｗとなり、Ｐを３００Ｗとすると４１ｕＦのコンデンサ１４が必要となり、設置スペースが大きくなる。

一方、電流分配装置２に搭載する遮断器をヒューズとすると、短絡時の遮断時間は１ｍｓ未満にできるため前述の式のＴを１ｍｓとすることができ、コンデンサ１４の容量はＣ＝（２・１０^−３）・Ｐ／Ｖ^２となり、ＭＣＣＢを用いた場合の１０分の１に相当する４．１ｕＦとなる。これにより、コンデンサ１４の設置スペースを小さくできる。このように遮断器をヒューズとした電流分配装置２との組み合わせにより変換器内蔵型のコンセントバー１０の入力コンデンサ容量を低減できるため、さらなる小型化を図ることができる。なお、搭載するコンデンサ１４は、図５（ａ）に示すように変換器１１毎に搭載してもよいし、図５（ｂ）に示すように複数の変換器１１に必要なコンデンサ１４をまとめてコンセントバー１０の共通バスに搭載してもよい。

１整流装置
２電流分配装置
３ＩＣＴ装置
４、１０コンセントバー
５蓄電池
６、１１変換器
１２、４１コネクタ
１３スイッチ
１４コンデンサ
１５電力変換ユニット
３１ＰＳＵ

Claims

直流電圧を所定の直流電圧又は交流電圧に変換する電力変換器、および前記電力変換器の出力端に接続されたコンセントを含む電力変換ユニットと、
前記電力変換ユニットを複数搭載するベース部であって、前記複数の電力変換ユニットの電力変換器の入力端を並列接続する共通バスを有するベース部と、
同じ直流電圧で出力する隣接する前記電力変換ユニット間に、前記電力変換器の出力端を並列接続するスイッチと、
を備えたことを特徴とする変換器内蔵型コンセントバー。
直流電圧を所定の直流電圧又は交流電圧に変換する電力変換器、および前記電力変換器の出力端に接続されたコンセントを含む電力変換ユニットと、
前記電力変換ユニットを複数搭載するベース部であって、前記複数の電力変換ユニットの電力変換器の入力端を並列接続する共通バスを有するベース部と、
を備え、
前記電力変換ユニットは前記電力変換器の入力端に接続されたプラグを含み、
前記ベース部は前記共通バスに接続された複数のコンセントを含み、
前記電力変換ユニットのプラグが前記ベース部のコンセントに接続され、前記電力変換ユニットが前記ベース部から着脱可能であることを特徴とする変換器内蔵型コンセントバー。
前記電力変換ユニットの電力変換器の出力端又は前記共通バスに接続された少なくとも１つのコンデンサをさらに備え、
前記電力変換器の入力端にヒューズを用いた遮断器が設置されているとき、前記コンデンサの全容量をＣ（Ｆ）、前記複数の電力変換ユニットのコネクタに接続される装置の総消費電力をＰ（Ｗ）、前記電力変換器の入力電圧をＶ（Ｖ）とすると、Ｃ≧（２・１０^-3）・Ｐ／Ｖ²であることを特徴とする請求項１又は２に記載の変換器内蔵型コンセントバー。