JP6147402B1 - DC power distribution system - Google Patents
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Abstract
【課題】直流の電力伝送、電圧変換などが容易になったこと、家庭等において発電がおこなわれるようになったこと、電気機器の電力効率が向上し、交流と直流の相互変換に要する損失等が問題視されるようになったことなどから、直流による配電が検討される状況となった。しかし、直流の放電は停止しないこと、交流電源に接続できない直流専用の電気機器は普及しないことなど、直流配電の導入には多くの課題があった。【解決手段】直流電気機器の電源入力にダイオード８２を備え、直流電源１にも交流電源２にも接続可能な電気機器６を考案し、直流の配電盤３内部で電子スイッチ８４により短時間の切断を加えること等により、発生した放電が停止する条件を備えるとともに、直流用のコンセント４、プラグ５、交直両挿しコンセント４Ａ、倍電圧コンセント４Ｗなどを考案し、交流電源２との上位互換性を確保するとともに、直流配電に関する複数の提案を行った。【選択図】図２[PROBLEMS] To facilitate DC power transmission, voltage conversion, etc., to generate power at home, etc., to improve the power efficiency of electrical equipment, and to achieve loss required for AC-DC mutual conversion, etc. As a result, it has become a situation where DC power distribution is being considered. However, there have been many problems with the introduction of DC power distribution, such as the fact that direct current discharge does not stop and that electric equipment dedicated to direct current that cannot be connected to an alternating current power supply is not widespread. An electric device 6 having a diode 82 at a power input of a DC electric device and capable of being connected to both a DC power source 1 and an AC power source 2 is devised. In addition to providing the conditions for stopping the generated discharge, the DC outlet 4, plug 5, AC / DC plug outlet 4A, voltage doubler outlet 4W, etc. are devised for upward compatibility with the AC power supply 2. In addition to securing, several proposals on DC power distribution were made. [Selection] Figure 2
Description
本発明は、一般家庭などエンドユーザー内の電力の供給方式を交流方式に代わって、直流方式により行う、直流配電に関するものである。 The present invention relates to direct current distribution in which a power supply method in an end user such as a general home is performed by a direct current method instead of an alternating current method.
一般家庭への商用電力の供給は、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの１００Ｖ〜２００Ｖの交流が使われている。トランスを使用して電圧の変換が容易にできるからである。
電子回路技術が進み、直流の電力伝送、電圧変換などが容易になったこと、使用される電気機器の内部では直流を使用していること、家庭等において直流電源が使用されるようになったこと、電気機器の電力効率が向上し、交流と直流の相互変換に要する損失等が問題視されるようになったことなどから、直流による配電が検討される状況となった。
The supply of commercial power to general households uses 50 Hz or 60 Hz alternating current of 100 V to 200 V. This is because the voltage can be easily converted using a transformer.
Advances in electronic circuit technology have facilitated DC power transmission, voltage conversion, etc., the use of DC inside electrical equipment used, and the use of DC power sources in homes, etc. In addition, the power efficiency of electrical equipment has been improved, and the loss required for mutual conversion between AC and DC has become a problem.
直流の電力伝送・配電を行うためには、いくつかの課題を解決する必要がある。
直流の電力伝送を行う際の最大の問題点は、放電が始まると、止まらないことである。
交流電圧では、電圧が０Ｖとなる瞬間が周期的に存在するので、放電が停止する機会が存在するが、直流ではこれを望めない。
放電は、火災の原因となることがあるため、解決することが必要である。
In order to perform DC power transmission and distribution, it is necessary to solve several problems.
The biggest problem with direct current power transmission is that it does not stop when discharge begins.
With AC voltage, there are periodic moments when the voltage reaches 0V, so there is an opportunity for the discharge to stop, but this cannot be expected with DC.
Discharges can cause fires and need to be resolved.
また、放電や漏電が発生した場合、問題のある配線を正確に検出し、即座に遮断することが必要であるが、関係のない正常な回線までも含めて、建物全体を遮断する構成となっていることも望ましくない。 In addition, when a discharge or leakage occurs, it is necessary to accurately detect the problematic wiring and immediately shut it off. However, the entire building is shut down, including normal irrelevant lines. It is also undesirable to have it.
さらに、供給電力が不足する、建物が浸水するなどの状況下においても、警報器、照明器具、通信機、情報処理機器など小電力機器に優先順位を与えて、個々の配線が正常であれば、継続して利用できるようにすることが望ましい。 Furthermore, even in situations where the power supply is insufficient or the building is flooded, priorities are given to low-power devices such as alarms, lighting fixtures, communication devices, and information processing devices, and individual wiring is normal. It is desirable to make it available continuously.
太陽光発電設備等を導入した場合であっても、一旦パワーコンディショナーによって交流に変換した後、エアーコンディショナー等の内部において交流を整流して直流を得ているため、交流と直流の変換回数が多くなり、電力の利用効率が低くなる。直流で直接駆動できることが望まれる。 Even when solar power generation equipment is introduced, the AC conditioner is rectified inside the air conditioner after being converted into AC by the power conditioner. Thus, the power use efficiency is lowered. It is desirable that it can be directly driven by direct current.
交流で動作する電気機器の内部は、直流で動作していることが殆どである。その機器の内部で使用する電圧は、機器毎に様々な電圧が用いられている。
また、スイッチング方式の電源は、電圧安定化機能が含まれるので入力電圧範囲が広いのが一般的であり、配電する電圧が定電圧である必要性は少ないと考えられる。
In most cases, electrical equipment that operates on alternating current operates on direct current. Various voltages are used for each device as the voltage used in the device.
In addition, since the switching type power supply includes a voltage stabilizing function, the input voltage range is generally wide, and it is considered that there is little need for the voltage to be distributed to be a constant voltage.
現在交流電源に用いられるコンセント及びプラグの形状は、一定の互換性を保ちながら多様な形状のものが使われている。
現行の交流配電システムと互換性を保ちながら直流配電の普及を進めることが求められる。
新たに直流用のコンセント及びプラグを提案するにあたり、現行の交流配電部品に対して上位互換性があり、かつ、多様な要求を満たすことが必要である。
The shapes of outlets and plugs currently used for AC power supplies are in various shapes while maintaining a certain level of compatibility.
It is required to promote the spread of DC power distribution while maintaining compatibility with current AC power distribution systems.
In proposing new DC outlets and plugs, it is necessary to have upward compatibility with current AC power distribution components and satisfy various requirements.
直流の電力伝送を行う際の最大の問題点は、放電が始まると、止まらないことである。
直流電流を一定の時間間隔で断続して、放電を生じても停止する機会を備えることである。
途切れた部分は、受電機器内部でコンデンサーなどを使用して補う、あるいは、配線を二重化して供給する。
多くの電気機器の交流電源には、整流器と平滑コンデンサーを有しているので、回路構成を工夫して、交流電源との互換性を保つとともに、途切れた直流電流を補うことが容易にできる。
The biggest problem with direct current power transmission is that it does not stop when discharge begins.
The DC current is interrupted at regular time intervals, and an opportunity to stop even if a discharge occurs is provided.
The interrupted portion is compensated by using a capacitor or the like inside the power receiving device, or the wiring is supplied in duplicate.
Since AC power supplies of many electrical devices have a rectifier and a smoothing capacitor, the circuit configuration can be devised to maintain compatibility with AC power supplies and to easily compensate for disconnected DC currents.
図１（ａ）に、トランスレス方式の交流機器に用いられる整流回路の一例として、交流電源に接続された両波整流器２４と平滑コンデンサーを示す。
回路の構成方式は多様なものが存在するが、図１（ａ）の両波整流回路２４と平滑回路が用いられているものとして説明を進める。
FIG. 1A shows a double-wave rectifier 24 and a smoothing capacitor connected to an AC power source as an example of a rectifier circuit used in a transformer-less AC device.
There are various circuit configuration methods, but the description will be given assuming that the both-wave rectification circuit 24 and the smoothing circuit of FIG.
図１（ｂ）に、直流電源にスイッチを介して電流を断続し、整流器２４と平滑コンデンサーにより直流電流を補う回路構成例を示している。
直流電流を断続する電子スイッチ８４には、内部抵抗が極めて小さいパワーＭＯＳＦＥＴ８５を用いている。
電子スイッチ８４は、安全ブレーカー３１の遮断スイッチとして構成しているものであり、放電を停止するために使用することができる。
FIG. 1B shows a circuit configuration example in which a current is intermittently connected to a DC power source via a switch, and the DC current is supplemented by a rectifier 24 and a smoothing capacitor.
A power MOSFET 85 having an extremely small internal resistance is used for the electronic switch 84 that intermittently interrupts the direct current.
The electronic switch 84 is configured as a cutoff switch of the safety breaker 31 and can be used to stop the discharge.
整流を行うダイオードにも、パワーＭＯＳＦＥＴ８５を用いて理想ダイオード８２ｉを作成することが可能で、損失の少ない整流回路を構成することができるとともに、断続された直流電流を効率よく補うことができる。電子スイッチ８４や理想ダイオード８２ｉ、ならびにこれらを駆動するための電源（フローティング電源）が必要である。 The ideal diode 82i can also be created by using the power MOSFET 85 for the diode that performs rectification, so that a rectifier circuit with less loss can be formed, and intermittent DC current can be efficiently supplemented. The electronic switch 84, the ideal diode 82i, and a power source (floating power source) for driving them are required.
図２は、１つの直流電源を２つの電線を用いて伝送しようとするもので、図３に示すように２回線を並列にして、異なるタイミングで直流電流を断続する方法であり、実質的な電流の断続がなく、平滑する必要が無い構成とすることができる。
図には、配電盤３の１系統に対して、電気機器６を１つだけ記述しているが、一般的に１つの回線に複数のコンセント４が配線され、複数のプラグ５及び電気機器６が接続される。
FIG. 2 is a method of transmitting a single DC power source using two electric wires. As shown in FIG. 3, two lines are arranged in parallel, and a DC current is interrupted at different timings. It can be set as the structure which does not need the smoothness without the interruption of an electric current.
In the figure, only one electrical device 6 is described for one system of the switchboard 3. However, generally, a plurality of outlets 4 are wired to one line, and a plurality of plugs 5 and electrical devices 6 are connected. Connected.
図３には、一定の時間間隔で０になるような波形を書いているが、断続した直流電流の途切れた期間の電圧は、不定である。
図３には示していないが配線間の静電容量Ｃ、絶縁抵抗Ｒ、ダイオード等の漏れ電流などから決まる時定数τで変化する他、切断時の負荷電流の大きさにより配線の誘導成分の影響を大きく受けるため、電圧は不定である。
電極間で放電があるときは、電子スイッチ８４がＯＦＦの期間に、線間の静電容量Ｃに蓄積された電荷が放電することで、線間の電圧が低下することが期待でき、放電終止電圧以下になると放電は停止する。
FIG. 3 shows a waveform that becomes 0 at a constant time interval, but the voltage during the intermittent period of the intermittent DC current is indefinite.
Although not shown in FIG. 3, it varies with a time constant τ determined by capacitance C between wirings, insulation resistance R, leakage current of diodes, etc., and the inductive component of the wiring depends on the magnitude of the load current at the time of cutting. The voltage is indefinite because it is greatly affected.
When there is a discharge between the electrodes, the electric charge accumulated in the capacitance C between the lines is discharged during the period when the electronic switch 84 is OFF. The discharge stops when the voltage drops below the voltage.
図２において保安線ｇとの間で漏電または放電を生じた場合は、保安線ｇに流れる電流から漏電または放電の有無を検出することができる。
漏電または放電を検出した場合は、パワーＭＯＳＦＥＴ８５などを使用した配電盤３の安全ブレーカー３１の電子スイッチ８４をＯＦＦにすることで、放電を止めることができる。
In FIG. 2, when leakage or discharge occurs with the safety line g, it is possible to detect the presence or absence of leakage or discharge from the current flowing through the safety line g.
When leakage or discharge is detected, the discharge can be stopped by turning off the electronic switch 84 of the safety breaker 31 of the switchboard 3 using the power MOSFET 85 or the like.
また、一定時間後に自動的に回復するが、放電等が連続的に生じて回復できない場合は、自動復帰しないで、漏電や放電の警報を発するように構成することもできる。
図には示していないが、コンセント４側の放電を生じ良い箇所に保安電極４ｇを設ける、コンセント４内に電子スイッチ８４を設け、コンセント４の単位で放電を検出して停止するような構成方法も考えられる。
共通極４ｃ、４ｄには、電子スイッチ８４を設けず、並列接続として配線している例である。
Moreover, although it recovers automatically after a fixed time, when discharge etc. generate | occur | produce continuously and cannot be recovered, it can also comprise so that an alarm of an electric leakage and discharge may be issued, without recovering automatically.
Although not shown in the figure, a configuration method in which a safety electrode 4g is provided at a place where discharge on the outlet 4 side is likely to occur, an electronic switch 84 is provided in the outlet 4, and discharge is detected in units of the outlet 4 and stopped. Is also possible.
In this example, the common poles 4c and 4d are not provided with the electronic switch 84 and are wired in parallel connection.
図４は、交流単相３線に相当する直流配電の基本構成を示している。
直流の単電圧電源１を２基直列に接続し、正極側と負極側に電子スイッチ８４を設け、共通極ｃ、ｄには、電子スイッチ８４を設けていない。共通極ｃ、ｄと正極側ａ、ｂ若しくは負極側ｅ、ｆとの間は、単電圧として、正極側ａ、ｂと負極側ｅ、ｆの間は、倍電圧を供給する。
多くの場合、配電盤３からコンセント４まで、共通線ｃ、ｄを使用することで配線材料の削減や、倍電圧コンセント４Ｗを単電圧コンセント４として利用できることの利便性が提供できる。
FIG. 4 shows a basic configuration of DC power distribution corresponding to AC single-phase three-wire.
Two DC single-voltage power supplies 1 are connected in series, electronic switches 84 are provided on the positive and negative sides, and no electronic switch 84 is provided on the common poles c and d. A single voltage is supplied between the common electrodes c and d and the positive electrode side a and b or the negative electrode side e and f, and a double voltage is supplied between the positive electrode side a and b and the negative electrode side e and f.
In many cases, by using the common lines c and d from the switchboard 3 to the outlet 4, it is possible to provide the convenience that the wiring material can be reduced and that the double voltage outlet 4W can be used as the single voltage outlet 4.
図５（ａ）〜（ｄ）に直流配電で使用するコンセント４及びプラグ５の形状を示す。
図５（ｂ）のプラグ５は、絶縁体でできた舌片（プラグ差込部分）５ｐの片面に２極、両面に４極の電力供給用の電極５ａ〜５ｄと、両面または片面に保安電極５ｇを設け、プラグ５に持ち手部分５ｑを設けて、配線材８１の接続部としている。
図５（ａ）のコンセント４は、絶縁体でできたコンセント筐体４ｑに、プラグの舌片部分５ｐが差し込まれる穴４０があり、プラグの電極５ａ〜５ｄに接触する電力供給用の電極４ａ〜４ｄと、保安電極４ｇを配置している。
FIGS. 5A to 5D show the shapes of the outlet 4 and the plug 5 used in the DC power distribution.
The plug 5 shown in FIG. 5 (b) has two poles on one side of a tongue piece (plug insertion part) 5p made of an insulator, and four poles for power supply 5a to 5d on both sides, and is secured on both sides or one side. An electrode 5 g is provided, and a handle portion 5 q is provided on the plug 5 to serve as a connection portion of the wiring member 81.
The outlet 4 in FIG. 5A has a hole 40 into which the plug tongue portion 5p is inserted in an outlet housing 4q made of an insulator, and the power supply electrode 4a that contacts the plug electrodes 5a to 5d. To 4d and a safety electrode 4g.
図６（ａ）及び（ｂ）は現行の交流プラグ５Ａの形状及び寸法を示しており、（ｄ）及び（ｅ）に示す直流用のプラグ５の形状及び寸法に示すとおり、直流プラグ５の舌片５ｐの長辺は、交流プラグ５Ａの刃の外側の寸法と同じであるが、直流プラグ５の舌片５ｐの短辺は、交流プラグ５Ａの刃の長辺寸法より小さく、誤って挿入することを防いでいる。
図６（ｃ）は、交直両挿しコンセント４Ａの挿入口４Ｉの形状は英字のＩ型をしており、交流用プラグ５Ａ及びプラグ５の何れでも挿入できる形状となっている。
FIGS. 6A and 6B show the shape and dimensions of the current AC plug 5A. As shown in the shapes and dimensions of the DC plug 5 shown in FIGS. The long side of the tongue piece 5p is the same as the outside dimension of the blade of the AC plug 5A, but the short side of the tongue piece 5p of the DC plug 5 is smaller than the long side dimension of the blade of the AC plug 5A and is inserted incorrectly. To prevent you from doing.
In FIG. 6 (c), the shape of the insertion port 4I of the AC / DC plug outlet 4A is an English letter I, and can be inserted into either the AC plug 5A or the plug 5.
図７（ａ）は、直流電源１、電子スイッチ８４、及び、直流コンセント４までの結線、（ｂ）は、プラグ５に接続された理想ダイオード８２ｉまでの結線、（ｃ）は、交直両挿しコンセント４Ａの結線、（ｄ）は、交流電源２に接続したプラグ５及び整流器２４までの等価な結線を示している。
交直両挿しコンセント４Ａは、交流プラグ５Ａを挿入出来る他、図７（ｂ）の直流プラグ５を挿入した場合、電気機器６内部の理想ダイオード８２ｉを通して両波整流器２４を構成するので、直流電源１を用意する必要がない。
7A shows the connection to the DC power source 1, the electronic switch 84, and the DC outlet 4, FIG. 7B shows the connection to the ideal diode 82i connected to the plug 5, and FIG. 7C shows the AC / DC insertion. The connection of the outlet 4A, (d) shows the equivalent connection to the plug 5 and the rectifier 24 connected to the AC power source 2.
The AC / DC double-insertion outlet 4A can insert the AC plug 5A, and when the DC plug 5 of FIG. 7B is inserted, the dual-wave rectifier 24 is configured through the ideal diode 82i inside the electric device 6, so that the DC power source 1 There is no need to prepare.
図７（ｅ）は、交直両挿しコンセント４Ａの挿入部の形状、（ｆ）は、倍電圧コンセント４Ｗの形状、（ｇ）は、西欧で多く用いられる交流コンセント４ａｃに直流コンセント開口部４０を配置した交直両挿しコンセント４Ｅの形状を示している。
西欧の交流コンセント４ａｃは、日本の交流用コンセント５Ａより大きいため、直流コンセント開口部４０をその内側に配置できる。結線は、図に示していないが、（ｃ）と同様に交流電源２に結線することができ、直流電源１を用意する必要がない。
FIG. 7 (e) shows the shape of the insertion part of the AC / DC double outlet 4A, (f) shows the shape of the voltage doubler outlet 4W, and (g) shows the DC outlet opening 40 in the AC outlet 4ac often used in Western Europe. The shape of the arranged AC / DC double outlet 4E is shown.
Since the Western European AC outlet 4ac is larger than the Japanese AC outlet 5A, the DC outlet opening 40 can be disposed inside thereof. Although the connection is not shown in the figure, it can be connected to the AC power source 2 similarly to (c), and there is no need to prepare the DC power source 1.
安全ブレーカー３１に内蔵する電子スイッチ８４で過大電流の他、電流を断続することで放電を停止する保護方式の提案であり、安全ブレーカー３１の単位で漏電に対する遮断も行うことができる。
交流電源に必須の整流回路を使用して、直流電源との切り替えや互換性を確保することができる。
現行の交流用と上位互換性を確保したコンセント４及びプラグ５形状の提案であるから、現行の交流配電システムと上位の互換性を保ちながら、直流化を推進することが可能である。
This is a proposal of a protection system in which the electronic switch 84 built in the safety breaker 31 stops the discharge by interrupting the current in addition to the excessive current. The leakage breaker can be cut off in units of the safety breaker 31.
By using a rectifier circuit that is essential for the AC power supply, it is possible to ensure switching and compatibility with the DC power supply.
Since it is a proposal of the shape of the outlet 4 and the plug 5 that ensures upward compatibility with the current AC use, it is possible to promote direct current while maintaining upper compatibility with the current AC distribution system.
表１の優先順位の表は、上段が電気機器の優先順位、下段が電源機器の優先順位の例である。
電力が不足するときは電圧が下がり、電力供給が十分であるときは電圧が上がることが自然である。警報機器や非常灯は、最後まで使用できることが望ましいので高い優先順位としている。
電力が不足し電圧が低下した時は、優先順位の低いエアーコンディショナーや床暖房など多くの電力を消費する機器から順に動作を停止する。（表１の電気機器の動作電圧は、標準電圧が１００Ｖ〜１４０Ｖであることを前提としている。この標準電圧は、ＡＣ１００Ｖを整流したときの平均電圧〜無負荷時の電圧をその範囲とした。）
表１ 優先順位
In the priority order table of Table 1, the upper part is an example of the priority order of the electric equipment, and the lower part is an example of the priority order of the power supply equipment.
It is natural that the voltage decreases when the power is insufficient, and increases when the power supply is sufficient. Alarm devices and emergency lights are given high priority because it is desirable that they can be used to the end.
When power is insufficient and voltage drops, operation is stopped in order from devices that consume a lot of power, such as air conditioners and floor heating, which have lower priority. (The operating voltage of the electric equipment in Table 1 is based on the premise that the standard voltage is 100 V to 140 V. This standard voltage ranges from the average voltage when AC 100 V is rectified to the voltage at no load. )
Table 1 Priorities
表１の下段の電源機器の優先順位は、優先順位が高い太陽電池１１が稼働しているときは、その電力を優先的に使用し、優先順位が低い非常用バッテリーは、他の電源全てが使用できなくなった後に使用することを示している。（表１の電源機器の動作電圧は、標準電圧が２００Ｖ〜２８０Ｖであることを前提としている。この標準電圧は、ＡＣ２００Ｖを整流したときの平均電圧〜無負荷時の電圧を範囲とした。） The priority order of the power supply devices in the lower part of Table 1 is that when the solar cell 11 with a high priority is operating, the power is used preferentially, and the emergency battery with a low priority is used by all other power sources. Indicates that it will be used after it can no longer be used. (The operating voltages of the power supply devices in Table 1 are based on the premise that the standard voltage is 200 V to 280 V. This standard voltage ranges from the average voltage when AC 200 V is rectified to the voltage at no load.)
電圧が「電力の受給状態」を表すので、電力供給・消費状況を計測しコンピューターで複雑な判断する必要もなく、複数のメーカの機器が混在している場合でも、単純な取り決めだけでほぼ適切な電力制御を行うことができると考えられる。
単電圧（１００Ｖ〜１４０Ｖ）と倍電圧（２００Ｖ〜２８０Ｖ）との間は、直流の電圧変換を要する。（単方向または双方向、商用電力低下時を除く一定範囲の電圧安定化を行う。）
Since the voltage represents the "power supply status", it is not necessary to measure the power supply / consumption status and make complicated judgments with a computer. Even when devices from multiple manufacturers are mixed, it is almost appropriate with simple arrangements. It is thought that it is possible to perform the power control.
DC voltage conversion is required between the single voltage (100 V to 140 V) and the double voltage (200 V to 280 V). (Unidirectional or bidirectional, stabilize voltage within a certain range except when commercial power is reduced.)
コンセント４及びプラグ５の基本的な構造の他、単電圧コンセント４、倍電圧コンセント４Ｗ及びプラグ５Ｗなど多様な提案をした。
図８に、コンセント４の防塵構造（ａ）と防水構造（ｂ）を示す。
プラグ５は、スリムなプラグ形状であり、突起物が無いので他を傷付けることがない形状である。
現行の交流配電部品は、多様なものが作られているが、それ以上に直流配電部品にも多様性が必要である。
Besides the basic structure of the outlet 4 and the plug 5, various proposals such as the single voltage outlet 4, the double voltage outlet 4W and the plug 5W were made.
FIG. 8 shows a dustproof structure (a) and a waterproof structure (b) of the outlet 4.
The plug 5 has a slim plug shape and does not damage other parts because there is no protrusion.
A variety of current AC power distribution components have been made, but the DC power distribution components need to be more diverse than that.
直流コンセント４の形状は、挿入口が大きく異物が入りやすいので、図８（ａ）に示すように、防塵蓋４ｐが必要である。（図には示していないが、プラグ５の挿入により、防塵蓋４ｐは、後方または側方に逃げる構造になっている。）
災害時にも可能な限り電源が利用できることが望ましいので、図８（ｂ）に示すように、防塵蓋４ｐを防水ピストン４Ｐに替え、柔らかい樹脂製の防水リング４ｗを設けて水の浸入を避ける構造としている。
Since the shape of the DC outlet 4 is large and a foreign object is likely to enter, a dustproof lid 4p is required as shown in FIG. 8 (a). (Although not shown in the figure, the dust-proof lid 4p is configured to escape backward or sideward by insertion of the plug 5).
Since it is desirable that the power source can be used as much as possible even at the time of a disaster, as shown in FIG. 8B, the dust-proof lid 4p is replaced with a waterproof piston 4P, and a waterproof ring 4w made of soft resin is provided to prevent water from entering. It is said.
プラグ５の先端形状とコンセント４の防水ピストン４Ｐの表面の形状が一致し、挿入時の水分の侵入を可能な限り防止する。コンセント４の表側の防水リング４ｗを二重にするとともに、防水ピストン４Ｐを背面に露出させて内圧の変化を避けているが、内部に漏水を生じ、保安電極４ｇで漏電を検出した時は、電子スイッチ８４を遮断して電力供給を絶つ。
コンセント４の内部に侵入した水分の除去、内圧を維持等ができれば、水中でのプラグ脱着の可能性がある。
The shape of the tip of the plug 5 and the shape of the surface of the waterproof piston 4P of the outlet 4 are matched to prevent water from entering during insertion as much as possible. While the waterproof ring 4w on the front side of the outlet 4 is doubled and the waterproof piston 4P is exposed on the back surface to avoid changes in internal pressure, water leakage occurs inside, and when leakage is detected by the safety electrode 4g, The electronic switch 84 is cut off to cut off the power supply.
If it is possible to remove moisture that has entered the outlet 4 and maintain the internal pressure, the plug may be removed and attached in water.
図９は、太陽電池１１を含む直流配電の実施例である。
太陽電池１１を導入した一般家庭では、パワーコンディショナー１３で交流に変換してその一部を家庭内で消費して残りを電力会社等に売電している。従ってパワーコンディショナー１３と電気機器６の内部の整流による二重の損失が加わっている。
FIG. 9 is an example of direct current distribution including solar cells 11.
In a general home where the solar battery 11 is introduced, the power conditioner 13 converts the current into alternating current, consumes a part of it in the home, and sells the rest to a power company or the like. Therefore, double loss due to rectification inside the power conditioner 13 and the electric device 6 is added.
図９の実施例では、太陽電池１１の出力を、直流で動作可能なエアーコンディショナー（倍電圧機器６２）に、直接供給する実施例を示している。
エアーコンディショナー（倍電圧機器６２）は、倍電圧のコンセント４Ｗに接続し、同時に単相３線で供給された２つの商用電力２１を両波整流器２４で整流した直流電力（２００Ｖ〜２８０Ｖの脈流の電圧）を供給するとともに、太陽電池１１の直流電力（倍電圧の標準電圧より高い４００Ｖ〜５００Ｖの変動する電圧。）を供給している。
The embodiment of FIG. 9 shows an embodiment in which the output of the solar cell 11 is directly supplied to an air conditioner (voltage doubling device 62) that can operate with direct current.
The air conditioner (voltage doubler 62) is connected to a double voltage outlet 4W, and simultaneously DC power (200V to 280V pulsating current) rectified by a two-wave rectifier 24 from two commercial electric powers 21 supplied by single-phase three-wires. And the DC power of the solar cell 11 (a voltage that varies from 400 V to 500 V, which is higher than the standard voltage of the double voltage).
太陽電池１１の出力電圧が高いときは、太陽光発電の電力が優先的に使用され、商用電力の電圧以下に低下したときは、商用電力２１に自然に切り替わる。
複数の倍電圧機器６２に並列接続して、太陽電池１１の電力を供給することができる。
また、パワーバランサー２４を通してプラス側及びマイナス側の単電圧に変換して供給でき、商用電力２１を整流した直流電力（１００Ｖ〜１４０Ｖの脈流の電圧）より電圧が高い場合は、太陽電池１１の電力が優先的に使用される。
When the output voltage of the solar cell 11 is high, the power of solar power generation is preferentially used, and when the output voltage drops below the commercial power voltage, the power is naturally switched to the commercial power 21.
The power of the solar cell 11 can be supplied by connecting in parallel to a plurality of voltage doubler devices 62.
Moreover, when the voltage is higher than the DC power (100V to 140V pulsating voltage) obtained by rectifying the commercial power 21, it can be supplied after being converted into positive and negative single voltages through the power balancer 24. Power is used preferentially.
図１０は、簡易な直流配電の実施例である。
太陽電池１１の電力を直流動作が可能なエアーコンディショナー（倍電圧機器６２）に直接供給している実施例である。
当該屋内配線のみを新たに配線することで、直流動作が可能なエアーコンディショナー（倍電圧機器６２）を導入することができる。
太陽電池１１の直流回路と、商用電力２２の２００Ｖを両波整流器２４で整流した脈流を含む直流回路を、倍電圧直流コンセント４Ｗに直接配線している。
この接続では、倍電圧コンセント４Ｗの一方に単電圧プラグ５を挿入しても、接続されている両波整流器２４とダイオード８２ｉの向きが異なるため、挿入したことにより単電圧電気機器６１が故障に至ることは無い。（挿入しても電流は流れないから、電力を得ることはできない。）
FIG. 10 shows an example of simple DC power distribution.
In this embodiment, the electric power of the solar cell 11 is directly supplied to an air conditioner (voltage doubling device 62) capable of direct current operation.
By newly wiring only the indoor wiring, an air conditioner (voltage doubling device 62) capable of DC operation can be introduced.
A direct current circuit of the solar battery 11 and a direct current circuit including a pulsating current obtained by rectifying 200 V of commercial power 22 with a double wave rectifier 24 are directly wired to the double voltage direct current outlet 4W.
In this connection, even if the single voltage plug 5 is inserted into one of the voltage doubler outlets 4W, the direction of the connected both-wave rectifier 24 and the diode 82i is different. There is no end. (Electricity cannot be obtained because no current flows even if it is inserted.)
図１１は、交流電圧が２００Ｖ〜２５０Ｖである海外における直流配電の実施例を示している。
この交流電圧を整流した２２０Ｖ〜５００Ｖの倍電圧を基調にした配線構成としているが、小型の電気機器６には電圧が高過ぎるので、電圧変換を行って直流の単電圧を供給するように構成している。
表２の上段は、日本、米国、西欧で使われているコンセントの形状と交流電圧並びに直流化したときの単電圧、倍電圧の電圧範囲を一覧にしたものである。
表２ コンセント・プラグの形状、供給電圧一覧
FIG. 11 shows an example of DC power distribution overseas where the AC voltage is 200V to 250V.
The wiring configuration is based on a double voltage of 220V to 500V obtained by rectifying the AC voltage. However, the voltage is too high for the small electric device 6, and the voltage is converted to supply a single DC voltage. doing.
The upper part of Table 2 lists the shape of the outlets used in Japan, the United States, and Western Europe, the AC voltage, and the voltage range of single voltage and double voltage when converted to DC.
Table 2 Outlet and plug shapes and supply voltage list
表２の下段は、交流プラグ及び直流プラグの各種コンセントに対する互換性を一覧にしたものである。○印は使用可能、×印は使用不可、○or×印は、図１０に示すような簡易接続を行ったコンセントでは使用できないことを示す。
交流コンセントを交直両挿しコンセント４Ａ、４Ｅに替えるだけで、直流対応の電気機器６が使用できるようになる。これは直流電源１を用意する必要がないので、導入の負担が少ない。
直流対応の電気機器６は、当初は変換プラグまたは交直両挿しコンセント４Ａ，４Ｅを使用することになる。電気的には交流電源２にも直流電源１にも接続できるから、直流配電の普及状況を心配することなく直流対応の電気機器６を供給することができる。
The lower part of Table 2 lists compatibility of AC plugs and DC plugs with various outlets. ○ mark is usable, × mark is unusable, ○ or x mark indicates that it is not possible to use the outlet with the simple connection as shown in FIG.
The DC-compatible electric device 6 can be used by simply inserting and disconnecting the AC outlet into the outlet 4A, 4E. Since there is no need to prepare the DC power source 1, the burden of introduction is small.
Initially, the DC-compatible electrical device 6 uses the outlets 4A and 4E with the conversion plug or the AC / DC plug inserted. Electrically, it can be connected to both the AC power source 2 and the DC power source 1, so that the DC-compatible electric device 6 can be supplied without worrying about the spread status of DC power distribution.
図１２（ａ）は、コンセント４の電極４ａ〜４ｆとプラグ５の電極５ａ〜５ｄの接触構造を示している。プラグ５の先端５ｐが、コンセント４内のピストン４ｐを、矢印１の方向に押し、図にはその機構を示していないが、その力を使って電極４ａ〜４ｆを、矢印２及び３の方向に押し付けている。 FIG. 12A shows a contact structure between the electrodes 4 a to 4 f of the outlet 4 and the electrodes 5 a to 5 d of the plug 5. The tip 5p of the plug 5 pushes the piston 4p in the outlet 4 in the direction of arrow 1, and the mechanism is not shown in the figure, but the force is used to move the electrodes 4a to 4f in the directions of arrows 2 and 3. Is pressed against.
図１２（ｂ）は、プラグ５の挿入に伴う電極に加えられる圧力を示している。
プラグ５がピストン４ｐを押し込む力を使って、十分挿入された時点で電極に圧力が急激に増加するようになっている。一定量引き抜くことで、電極を押し付ける圧力が無くなり、容易に引き抜くことができる。
プラグ５を抜いたときに、コンセント４内の電極４ａ〜４ｆの間隔を広げる構造にすることもできる。
FIG. 12B shows the pressure applied to the electrode as the plug 5 is inserted.
When the plug 5 is sufficiently inserted using the force for pushing the piston 4p, the pressure is rapidly increased to the electrode. By extracting a certain amount, the pressure for pressing the electrode is eliminated, and the electrode can be easily extracted.
When the plug 5 is pulled out, a structure in which the interval between the electrodes 4a to 4f in the outlet 4 is widened can be adopted.
使用電力の大きいプラグ５は、０．１ｍｍ厚く、使用電力の小さいプラグは、０．１ｍｍ薄くすることで、電極の十分な接触圧力を得る、あるいは、引き抜き易いプラグ５を提供できる。
平滑な電極である場合、最大２．５Ａ／ｍｍ２の電流を流せるとされる。電極が２ｍｍ×１０ｍｍの大きさがあるが、接触する面積が１０ｍｍ２と見積盛ると、１つの電極で最大２５Ａまで流せる計算になる。
The plug 5 having a large power consumption is 0.1 mm thick, and the plug having a small power consumption is 0.1 mm thin, so that a sufficient contact pressure of the electrode can be obtained or the plug 5 can be easily pulled out.
In the case of a smooth electrode, a maximum current of 2.5 A / mm 2 can be passed. Although the electrode has a size of 2 mm × 10 mm, if the contact area is estimated to be 10 mm 2 , the calculation can be performed up to 25 A with one electrode.
図１３は、（ｂ）は、（ａ）に対応したＮｃｈパワーＭＯＳＦＥＴ８５を使用して理想ダイオード８２ｉを構成している。
シリコンダイオードの順方向電圧が０．６Ｖであるから、１００Ｖの電圧の回路では、消費電力の約１．２％を消費することになる。図１３（ｂ）のパワーＭＯＳＦＥＴ８５を使用した理想ダイオード８２ｉでは、０．０１Ｖ程度に低減することができるので、損失を減らすことができる。
In FIG. 13, (b) constitutes an ideal diode 82i using an Nch power MOSFET 85 corresponding to (a).
Since the forward voltage of the silicon diode is 0.6V, a circuit with a voltage of 100V consumes about 1.2% of the power consumption. In the ideal diode 82i using the power MOSFET 85 in FIG. 13B, the loss can be reduced because it can be reduced to about 0.01V.
ＭＯＳＦＥＴ８５のドレインとソース間の電圧を電圧極性検出器８４Ｄで監視し、順方向である場合はＭＯＳＦＥＴ８５を導通させる。電圧が反転したときは、速やかにパワーＭＯＳＦＥＴ８５を遮断する。
これらの半導体には、高電圧、大電流を扱うから、炭化シリコンなどが適していると考えられる。
The voltage between the drain and the source of the MOSFET 85 is monitored by the voltage polarity detector 84D, and if it is in the forward direction, the MOSFET 85 is turned on. When the voltage is reversed, the power MOSFET 85 is immediately shut off.
Since these semiconductors handle a high voltage and a large current, silicon carbide is considered suitable.
回路に電流が流れていないときに理想ダイオード８２ｉを構成する電圧極性検出器８４Ｄなどを駆動することは、無駄に電力を消費することになるので、アイドリング状態などの稼働状態においては、パワーＭＯＳＦＥＴ８５及びその駆動回路を作動させないで、寄生ダイオード８２ｐを整流用のダイオード８２として使用する。（電流が少ないときは、整流回路自体の損失が駆動回路の消費電力より少ない。） Driving the voltage polarity detector 84D and the like constituting the ideal diode 82i when no current is flowing in the circuit consumes power wastefully. Therefore, in an operating state such as an idling state, the power MOSFET 85 and The parasitic diode 82p is used as the rectifying diode 82 without operating the drive circuit. (When the current is small, the loss of the rectifier circuit itself is less than the power consumption of the drive circuit.)
パワーＭＯＳＦＥＴ８５が溶断した時に、溶解した金属が電極を短絡すると電流が流れ続けることになるので、半導体のパッケージ内部に溶解した物質を受けるポケットを設けるなど、確実に回路を遮断できる内部構造にしておく必要がある。 When the power MOSFET 85 is melted, the current continues to flow when the melted metal short-circuits the electrodes. Therefore, an internal structure that can shut off the circuit reliably is provided, such as a pocket for receiving the melted substance inside the semiconductor package. There is a need.
（ｄ）は、（ｃ）の電子スイッチ８４に相当するパワーＭＯＳＦＥＴ８５を使用した電子スイッチ８４の回路構成を示す。周期パルス発生器８４Ｐにより、パワーＭＯＳＦＥＴ８５を一定の時間間隔で遮断する他、過電流検出器８４Ｉ及び保安電極電流検出器８４ｇで規定値を超えた電流を検出した場合にもパワーＭＯＳＦＥＴ８５を遮断することで、配下の配線８１及び電気機器６の保護を行う。 (D) shows a circuit configuration of an electronic switch 84 using a power MOSFET 85 corresponding to the electronic switch 84 of (c). In addition to shutting off the power MOSFET 85 at regular time intervals by the periodic pulse generator 84P, the power MOSFET 85 is also shut down when a current exceeding a specified value is detected by the overcurrent detector 84I and the safety electrode current detector 84g. Thus, the subordinate wiring 81 and the electric device 6 are protected.
安全ブレーカー３１の他、コンセント４に設けて、障害を局所化することができる。
電気機器６が接続されていないときは、周期パルス発生器８４Ｐの遮断する時間を増やして、電力消費を減らすこともできる。既定より低い直流電圧を電極に加えるなどして、電気機器６の接続を検出すると通常の電圧に戻す。
In addition to the safety breaker 31, it can be provided in the outlet 4 to localize the failure.
When the electrical device 6 is not connected, the time for which the periodic pulse generator 84P is cut off can be increased to reduce power consumption. When connection of the electric device 6 is detected by applying a DC voltage lower than a predetermined value to the electrode, the voltage is returned to the normal voltage.
図１４（ａ）は、使用する配線材８１のうちの電線１本の縦断面を、（ｂ）は、横断面を示している。中心の導体８１ｃの周囲にテープ状の炭素繊維などでできた抵抗膜８１ｒを巻き、絶縁体８１ｉで覆っている。
配線材８１の引張強度を上げるとともに、導体表面の導電率が低下するので高い周波数の電流を表皮効果により減衰させるので、電流の断続等による不要な電磁波の輻射を抑制する。
FIG. 14A shows a longitudinal section of one electric wire of the wiring member 81 to be used, and FIG. 14B shows a transverse section. A resistance film 81r made of tape-like carbon fiber or the like is wound around the central conductor 81c and covered with an insulator 81i.
While increasing the tensile strength of the wiring member 81 and decreasing the conductivity of the conductor surface, a high-frequency current is attenuated by the skin effect, thereby suppressing unnecessary electromagnetic radiation due to current interruption.
（ｃ）は、高周波伝送路に設けたスタブの例を示す。分岐線路（先端を開放したものと短絡したものがある。）の長さＬが４分の１波長の整数倍となる周波数で、インピーダンスが０または無限大となり、特に０となる周波数では高周波伝送路（Ａ-Ｂ間）の通過帯域に減衰極を与える。
（ｄ）に示すように屋内配線は、多数の配線の分岐を伴っている。
屋内配線は、長さの異なる多数のスタブの合成であるから、２点間の伝達特性に多数の周波数において減衰極を与え、長い分岐はより低い周波数の減衰極となる。
(C) shows the example of the stub provided in the high frequency transmission line. A frequency at which the length L of the branch line (the one with the open end and the one with a short circuit) becomes an integral multiple of a quarter wavelength and the impedance becomes 0 or infinity, especially at a frequency where the length becomes 0, is high-frequency transmission. An attenuation pole is given to the pass band of the path (between A and B).
As shown in (d), indoor wiring is accompanied by branching of many wirings.
Since the indoor wiring is a combination of a large number of stubs having different lengths, the transfer characteristics between two points are given attenuation poles at a large number of frequencies, and a long branch becomes an attenuation pole of a lower frequency.
抵抗膜８１ｒを巻かれた電線では、線路の高周波の減衰が大きくなるため、反射波も減衰するから、減衰極は浅くなる。伝達特性に周波数変動は残るが、通過帯域幅を広げることができる。
交流配電においては、既設の配線が深い減衰極の原因となり得るが、抵抗膜８１ｒを必須にした直流配電では、減衰極の影響は減少すると期待できる。
配線に流れる高調波の一部を減衰するので、不要な電波の輻射を減らせると期待される。
In the electric wire wound with the resistive film 81r, the attenuation of the high frequency of the line is increased, and the reflected wave is also attenuated, so that the attenuation pole becomes shallow. Although the frequency variation remains in the transfer characteristics, the passband width can be widened.
In the AC distribution, the existing wiring can cause a deep attenuation pole, but in the DC distribution in which the resistance film 81r is essential, the influence of the attenuation pole can be expected to decrease.
Since some of the harmonics flowing in the wiring are attenuated, it is expected to reduce unnecessary radio wave radiation.
表３は、直流化後に導入可能な電力線搬送の一覧を示している。
表の上段は、低速の信号伝送である。
信号変調器８４ｍを周期パルス発生器８４Ｐに接続し、電子スイッチ８４（ＳａまたはＳｂ）の電流断続の時刻を変化させ、電気機器６の理想ダイオード８２ｉ（Ｄａ，Ｄｂ）のパワーＭＯＳＦＥＴ８５のゲート電圧（極性検出器８２Ｄの出力電圧）の時間変化を信号検出器８２ｄで検出する。ジッタとして観測される断続時刻の変化を利用して、断続の周期前後の低速信号を伝送することができる。
表３ 電力線搬送
Table 3 shows a list of power line carriers that can be introduced after DC.
The upper part of the table is low-speed signal transmission.
The signal modulator 84m is connected to the periodic pulse generator 84P, the time of current interruption of the electronic switch 84 (Sa or Sb) is changed, and the gate voltage of the power MOSFET 85 of the ideal diode 82i (Da, Db) of the electrical device 6 ( The time change of the output voltage of the polarity detector 82D is detected by the signal detector 82d. Using a change in the intermittent time observed as jitter, a low-speed signal around the intermittent period can be transmitted.
Table 3 Power line carrier
低速の信号は、配電盤３の安全ブレーカー３１の配下の配線を単位として信号を送る。
逆方向の信号伝達は、保安電極３ｇ〜５ｇを経由して、漏電検出電流値の１５ｍＡより十分に少ない例えば１ｍＡの電流を使用して信号を送り返し、保安電極電流検出器８４ｇに接続した信号検出器８４ｄを使用して信号を受信することができる。
低速の電力線搬送は、主に接続機器の稼働状況の収集、制御等に使用する。
電気機器６に対してＩＤを要求し、合致する場合のみ電力を供給するということも可能である。
The low-speed signal is sent in units of wiring under the safety breaker 31 of the switchboard 3.
Signal transmission in the reverse direction is performed by detecting signals connected to the safety electrode current detector 84g via the safety electrodes 3g to 5g, using a current of, for example, 1 mA which is sufficiently smaller than the leakage detection current value of 15 mA. The signal can be received using the device 84d.
Low-speed power line transportation is mainly used for collecting and controlling the operating status of connected devices.
It is also possible to request an ID from the electric device 6 and supply power only when it matches.
表３の下段は、高速の電力線搬送である。
電力伝送に使用する電線の数が増加したので、互いに干渉しない３種類の伝送方法があるが、ａ−ｂ間では一方の電線を遮断しているときは、信号を伝送することができない。ｃ-ｄ間は、共通線を使用するが、共通線を１本にして配線したときは、信号伝送路として使用することができない。
高速伝送は、配電盤３に接続される電気機器６の相互間で直接信号が送受され、配電盤３の直流入力には、信号を遮断するフィルター３ｆを備えて、高速伝送の信号の漏えいを抑えている。
The lower part of Table 3 is a high-speed power line carrier.
Since the number of electric wires used for power transmission has increased, there are three types of transmission methods that do not interfere with each other. However, when one electric wire is interrupted between a and b, a signal cannot be transmitted. A common line is used between cd, but when a single common line is used for wiring, it cannot be used as a signal transmission path.
In high-speed transmission, signals are directly transmitted and received between the electrical devices 6 connected to the switchboard 3, and the DC input of the switchboard 3 is provided with a filter 3 f that cuts off the signal, thereby suppressing leakage of the signal of high-speed transmission. Yes.
ここに提案した直流配電の方法では、定電圧で動作する白熱電球や電熱器などの旧世代の電気機器は接続することができない。
現在の技術では、広い電圧範囲で動作するように設計することが可能であるから、定電圧動作の旧世代の電気機器は、切り捨てても問題はないとの考えである。
With the DC distribution method proposed here, it is not possible to connect old-generation electrical devices such as incandescent bulbs and electric heaters that operate at a constant voltage.
With the current technology, it is possible to design to operate in a wide voltage range, so it is thought that there is no problem even if the old-generation electric equipment with constant voltage operation is cut off.
また、プラグ５と電気機器６との間の配線が４線ではなく２線のみ配線した場合、小電力であれば大きな支障は生じないが、直流ではプラグ６の逆挿入ができない、交流では導通角が半減することになる。ダイオード８２、８２ｉをプラグ５内に配置する方法も考えられるが、電気機器６にコネクターを設ける場合、放電に対する保護の対象から外れる。 In addition, when the wiring between the plug 5 and the electric device 6 is not only four wires but only two wires, there is no big trouble if the power is small, but the plug 6 cannot be reversely inserted by direct current, but it is conductive by alternating current. The angle will be halved. A method of arranging the diodes 82 and 82i in the plug 5 is also conceivable. However, when the electrical device 6 is provided with a connector, it is excluded from protection against discharge.
配電盤３からコンセント４までの間の共通線（コールド側は、電子スイッチ８４が無い。）については、１線で配線すること、電極４ｃと４ｄに接続することによる支障は無いと考えられる。
安全ブレーカー３１のホット側の１極を１線で配線をして、コンセント４の電極４ａと４ｂに接続することができるが、電源供給の切断期間が残る。電気機器６内部で平滑できれば支障は生じない。
安全ブレーカー３１のホット側の２極３ａと３ｂ（または３ｅと３ｆ）を短絡接続すると、切断期間が無くなり、放電を停止することが出来なくなる。
Regarding the common line from the switchboard 3 to the outlet 4 (on the cold side, the electronic switch 84 is not provided), it is considered that there is no problem caused by wiring with one line and connecting to the electrodes 4c and 4d.
One pole on the hot side of the safety breaker 31 can be wired with one wire and connected to the electrodes 4a and 4b of the outlet 4, but the power supply disconnection period remains. If the electrical device 6 can be smoothed, no problem will occur.
If the two poles 3a and 3b (or 3e and 3f) on the hot side of the safety breaker 31 are short-circuited, there will be no disconnection period and the discharge cannot be stopped.
直流配電の普及は、太陽電池１１など直流電源１がある環境で、大きな電力を消費する倍電圧機器６２の導入である。
次に小型の交直両用電気機器６と交直両挿しコンセント４Ａ、４Ｅの普及である。
直流電源１がある環境では、直流コンセント４の普及も期待できる。
The spread of DC power distribution is the introduction of voltage doubler 62 that consumes a large amount of power in an environment where there is a DC power source 1 such as a solar battery 11.
Next, the popularization of the small AC / DC electric appliance 6 and AC / AC plug outlets 4A and 4E is common.
In an environment where there is a DC power source 1, the spread of a DC outlet 4 can also be expected.
太陽光発電設備等の電力は、一旦パワーコンディショナーによって交流に変換した後、エアーコンディショナー等の内部において整流して直流を得るため、変換回数が多くなり電力の利用効率が低くなることなどから、直流配電の実現が望まれている。
放電を停止でき、整流回路やスイッチング電源装置の特徴を生かした交直両用電気機器の他、互換性を有するコンセント、プラグを提案しているので、直流配電の普及に有効である。
Since the power of the solar power generation facility is converted into AC once by the power conditioner, it is rectified inside the air conditioner and so on to obtain DC, so the number of conversions increases and the power usage efficiency decreases. Realization of power distribution is desired.
In addition to AC / DC electrical equipment that can take advantage of the features of rectifier circuits and switching power supplies, the proposed outlets and plugs are compatible with DC power distribution.
１ 直流電源 １１ 太陽電池
（変換器） １３ パワーコンディショナー（直流交流変換器）
１４ パワーバランサー（双方向直流電圧変換器）１５ 直流電圧変換器
２ 交流電源 ２１ 商用電源（単電圧） ２２ 商用電源（倍電圧）
（整流器） ２４ 両波整流器
３ 配線盤 ３ｘ 電極 ３ａ 相１正極 ３ｂ 相２正極 ３ｃ、３ｄ 共通極
３ｅ 相１負極 ３ｆ 相２負極 ３ｇ 保安電極
３０ メインブレーカー ３１ 安全ブレーカー ３ｆ フィルター
４ コンセント ４ｘ 電極 ４ａ 相１正極 ４ｂ 相２正極 ４ｃ、４ｄ 共通極
４ｅ 相１負極 ４ｆ 相２負極 ４ｇ 保安電極
４ｐ 防塵蓋 ４Ｐ 防水ピストン ４ｑ コンセント筐体
４ｗ 防水パッキン
４Ａ 交直両挿しコンセント（日米） ４ａｃ 交流プラグ用電極
４Ｅ 交直両挿しコンセント（欧）
４０ 長方形開口部 ４Ｉ Ｉ型開口部 ４Ｗ 倍電圧コンセント
５ プラグ ５ｘ 電極 ５ａ 相１正極 ５ｂ 相２正極
５ｃ 相１負極 ５ｄ 相２負極 ５ｇ 保安電極
５ｐ 舌片/プラグ挿込部分 ５ｑ プラグ持ち手部分 ５Ｗ 倍電圧プラグ
５Ａ 交流プラグ（日米）
６ 電気機器 ６１ 単電圧機器 ６２ 倍電圧機器 ６９ 電気機器内部回路
８ 部品 ８１ 配線材 ８１ｃ 導体 ８１ｉ 絶縁体 ８１ｒ 抵抗膜（炭素繊維など）
８２ ダイオード ８２ｐ 寄生ダイオード
８２ｉ 理想ダイオード（Ｄａ〜Ｄｄ） ８２Ｄ 極性検出器
８２ｄ 周期変動検出器
８４ 電子スイッチ（Ｓａ〜Ｓｆ） ８４Ｐ 周期パルス発生器
８４Ｉ 過電流検出器 ８４ｇ 保安電極電流検出器
８４ｍ 信号変調器 ８４ｄ 信号検出器
８５ パワーＭＯＳＦＥＴ（Ｎｃｈ）
９ その他 ９０ 接地（大地） ９１ 筐体
1 DC power supply 11 solar cells
(Converter) 1 3 Power conditioner (DC AC converter)
14 Power balancer (bidirectional DC voltage converter) 15 DC voltage converter
2 AC power supply 21 Commercial power supply (single voltage) 22 Commercial power supply (double voltage )
(Rectifier) 2 4 Double-wave rectifier
3 Wiring board 3x Electrode 3a Phase 1 positive electrode 3b Phase 2 positive electrode 3c, 3d Common electrode
3e Phase 1 negative electrode 3f Phase 2 negative electrode 3g Safety electrode
30 Main breaker 31 Safety breaker 3f Filter
4 Outlet 4x Electrode 4a Phase 1 positive electrode 4b Phase 2 positive electrode 4c, 4d Common electrode
4e Phase 1 negative electrode 4f Phase 2 negative electrode 4g Safety electrode
4p Dust-proof lid 4P Waterproof piston 4q Outlet housing
4w waterproof packing
4A AC / DC double outlet (Japan / US) 4ac Electrode for AC plug
4E AC / DC double outlet (Europe)
40 Rectangular opening 4I Type I opening 4W Double voltage outlet
5 plug 5x electrode 5a phase 1 positive electrode 5b phase 2 positive electrode
5c Phase 1 negative electrode 5d Phase 2 negative electrode 5g Safety electrode
5p tongue / plug insertion part 5q plug handle part 5W voltage doubler plug 5A AC plug (Japan / US)
6 Electrical equipment 61 Single voltage equipment 62 Voltage doubler equipment 69 Internal circuit of electrical equipment
8 Parts 81 Wiring material 81c Conductor 81i Insulator 81r Resistive film (carbon fiber, etc.)
82 diode 82p parasitic diode
82i Ideal diode (Da to Dd) 82D Polarity detector
82d period fluctuation detector
84 Electronic switch (Sa to Sf) 84P Periodic pulse generator
84I Overcurrent detector 84g Safety electrode current detector
84m signal modulator 84d signal detector
85 Power MOSFET (Nch)
9 Others 90 Grounding (ground) 91 Case
Claims (10)
前記電子スイッチ（８４）を前記周期パルス発生器（８４Ｐ）により間欠的に短時間の切断を繰り返し、
前記配電盤（３）から前記電気機器（６）までの配線区間内で発生した放電を停止させることを特徴とする直流配電システム。
The switchboard ( 3 ) includes an electronic switch ( 84 ) and a periodic pulse generator ( 84P ) , and a power supply input of the electric device ( 6 ) includes a diode ( including an element 82 and an ideal diode 82i).
Said electronic switch (84) repeated intermittent brief cut by the periodic pulse generator (84P),
DC distribution system characterized by stopping the discharge generated in the wire section of the to the electrical equipment (6) from the switchboard (3).
The DC power distribution system according to claim 1, comprising two electronic switches ( 84 ) , intermittently repeating short-time disconnection at different times, and generating no disconnection period for power supply of the electrical equipment ( 6 ) .
コンセント（４）に電子スイッチ（８４）の他、周期パルス発生器（８４Ｐ）、過大電流検出器（８４Ｉ）及び保安電極電流検出器（８４ｇ）の内１つ以上を備え、
過大電流、放電、漏電等を検出したときに前記電子スイッチ（８４）を遮断して、
前記安全ブレーカー（３１）、及び、前記コンセント（４）の配線の単位で、回路を保護することを特徴とする請求項１または２に記載の直流配電システム。
Safety disconnect disposed in the switchboard (3) (31, a built-in electronic switch 84.) To comprise one or more of the overcurrent detector (84I) and security electrode current detector (84 g), and,
Outlet (4) other electronic switch (84), the periodic pulse generator (84P), provided with one or more of the overcurrent detector (84I) and security electrode current detector (84 g),
When an overcurrent, discharge, leakage, etc. are detected, the electronic switch ( 84 ) is shut off,
It said safety breaker (31), and a DC power distribution system according to claim 1 or 2 in units of lines of the outlet (4), characterized in that to protect the circuit.
The power supply input includes a diode ( including a diode 82 and an ideal diode 82i ) , and is an electric device ( 6 ) that can be connected to either an AC power supply ( 2 ) or a DC power supply ( 1 ). Item 4. The DC power distribution system according to any one of Items 1 to 3.
交流電源（１）に接続する場合は、前記交流電源（１）の１つの極を電極（４ａ）及び隣接する電極（４ｃ）に、前記交流電源（１）の他の極を電極（４ｂ）及び隣接する電極（４ｄ）に接続し、
直流電源（２）に接続する場合は、前記直流電源（２）のプラス極を電極（４ａ）及び対角に位置する電極（４ｂ）に、前記直流電源（２）のマイナス極を電極（４ｃ）及び対角に位置する電極（４ｄ）に接続し、
プラグ（５）の電極（５ａ）及び対角に位置する電極（５ｂ）を電気機器（６）のプラス極に、電極（５ｃ）及び対角に位置する電極（５ｄ）を前記電気機器（６）のマイナス極にそれぞれダイオード（８２、理想ダイオード８２ｉであるものを含む。）を経由して接続した（前記プラグ５を逆挿入したときは、前記電極５ａと５ｂとが、前記電極５ｃと５ｄとがそれぞれ入れ替わる。）、
前記直流電源（１）及び前記交流電源（２）の何れにも接続可能な前記コンセント（４、４Ａ）及び前記プラグ（５）を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の直流配電システム。
Outlets ( 4 and 4A ) are
When connecting to an AC power source (1), the electrode one pole of the AC power source (1) (4a) and the adjacent electrode (4c), the electrodes of the other pole of the AC power source (1) (4b) And connected to the adjacent electrode ( 4d ) ,
When connecting to a DC power source (2), said to electrodes located the positive pole to the electrode (4a) and the diagonal of the DC power supply (2) (4b), the negative pole electrode (4c of the DC power source (2) ) And the diagonally located electrode ( 4d ) ,
The positive pole of the plug (5) electrode (5a) electrical device electrodes (5b) is located in and diagonal (6), electrodes (5c) and the electrode (5d) located diagonally electrical device (6 each diode (82 to the negative pole of), including those which are ideal diode 82i.) and connected via a (when reverse insertion of the plug 5, and the said electrode 5a and 5b, the electrodes 5c and 5d Are replaced with each other.)
Wherein any any one of claims 1 4, characterized in that also provided with connectable said outlet (4, 4A) and the plug (5) of the DC power source (1) and the alternating current power supply (2) DC power distribution system described in 1.
Comprising a resistive film wound around the conductor (81c) of the wiring member (81) (81r), is effectively generated a skin effect with attenuating the high-frequency current, it has improved tensile strength of the wire material (81) The DC power distribution system according to any one of claims 1 to 5 , wherein:
A signal modulator ( 84m ) is provided in the periodic pulse generator ( 84P ) of the electronic switch ( 84 ) , time fluctuation is added to the intermittent current, and the polarity detector ( 82D ) of the ideal diode ( 82i ) of the electric device ( 6 ) 7) A signal detector ( 82d ) is provided, and the power line carrier of the digital signal is carried out by detecting the temporal variation of the intermittent current, and the direct current according to any one of claims 1 to 6 Power distribution system.
A plug ( 5 ) used for an electric device ( 6 ) connectable to both the AC power source ( 1 ) and the DC power source ( 2 ) , and the long side of the plug-in part ( 5p ) is 14.2 mm, The DC power distribution system according to any one of claims 1 to 7 , wherein the short side has a rectangular shape of 5.5 mm.
An outlet ( 4 ) that can be wired to either the AC power supply ( 1 ) or the DC power supply ( 2 ). The outlet has a rectangular shape, and the plug ( 5 ) can be inserted, but the AC plug ( 5A ) The DC power distribution system according to any one of claims 1 to 8 , wherein the DC power distribution system has a shape that cannot be inserted.
An outlet (4A) wired only to the AC power source (1), characterized in that the opening has an English I-shape and both the AC plug (5A) and the plug (5) can be inserted. The DC power distribution system according to any one of claims 1 to 8.
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