JP7112038B2 - 給電システム - Google Patents

Description

本発明は、複数の機器に電源から電力を供給する給電システムに関する。

現在、災害時の事業継続性（ＢＣＰ：Ｂｕｓｉｎｅｓｓ Ｃｏｎｔｉｎｕｉｔｙ Ｐｌａｎｎｉｎｇ）の意識の高まりおよび省エネの観点から直流給電システムが注目されている。しかし、直流電圧対応の漏電遮断器が開発されていない。そのため、負荷側等で地絡が発生した場合に地絡電流が所定電流以下となるように、電源の正極と負極のそれぞれの極が高抵抗素子を介してグランドに接続された給電システムがある。この給電システムでは、負荷側等で地絡が１箇所で発生すると、直流電源が高抵抗素子を介して接地されているため、高抵抗素子により地絡電流を安全な電流以下にすることが可能となる。しかし、さらに別の箇所に地絡が発生すると、地絡発生箇所の間が短絡し、大電流が流れて電源設備の配線用遮断器の動作または負荷側のヒューズ溶断が発生するおそれがある。配線用遮断器の動作またはヒューズ溶断が発生すると、負荷が停止し、重大な影響を与える可能性がある。したがって、地絡が１箇所、発生した時点で、地絡を検出するとともに地絡箇所を特定し、修復する必要がある。

直流回線に流れる地絡電流を検出する直流給電システムの一例が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示された給電システムでは、直流電圧の正負の出力間に２つのコンデンサが直列に接続され、２つのコンデンサの接続点が抵抗素子を介してグランドに接続されている。この２つのコンデンサと電源側に設けられた２つの抵抗素子とでブリッジ回路が構成される。地絡が発生すると、ブリッジ回路が不平衡状態になることを利用し、地絡が検出される。

また、電源を含む主回路から分岐した複数の回線に発生する地絡事故を検出する判別装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２に開示された判別装置は、複数の回線毎に地絡事故を検出する継電器が主回路に設けられ、主回路に設けられた直流制御電源回路に間欠的に地絡事故が発生した地絡回線を判別するものである。この判別装置は、地絡事故に起因する、回線に存在する対地静電容量の充放電によって回線に流れる瞬間的な電流の変化を検出する変流器が各回線に設けられ、変流器が検出する電流の変化の違いで地絡回線を判別する。

特開２０１４－１５８３６４号公報 特開２００８－１１３５４６号公報

しかし、特許文献１に開示された給電システムでは、複数の分岐回路の場合に、不平衡状態が生じた地絡電流を検出できるが、地絡発生箇所が持つ抵抗は各分岐回線に対して全て不平衡状態になる。そのため、各分岐回路に同じ地絡電流が流れ、地絡発生箇所を特定できない。また、特許文献２には、直流地絡事故が発生した分岐回路を見つけ出す地絡検出回路が提案されているが、各分岐回路に変流器が必要となるため、製造コストが高くなってしまう。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、簡便で地絡の発生箇所を特定できる給電システムを提供するものである。

本発明に係る給電システムは、直流電源と正極回線および負極回線を介して並列に接続される複数の機器と、前記複数の機器と通信接続されるコントローラと、それぞれが前記複数の機器に対応して前記正極回線および前記負極回線に設けられ、前記直流電源との接続および切断を切り替える複数の一対のリレーと、を有し、前記各機器は、前記正極回線および前記負極回線との間に設けられ、地絡が発生したときに流れる電流によって生じる電位差を検出する電圧検出器を含む検出装置と、前記電圧検出器によって検出される前記電位差の値を前記コントローラに送信する通信回路と、前記通信回路を介して前記コントローラと接続され、前記機器に対応する前記一対のリレーを制御するリレー制御回路と、を有し、前記コントローラは、複数の前記検出装置によって前記地絡の発生が検出されると、前記複数の一対のリレーのうち、少なくとも１つの一対のリレーを接続状態に制御し、他の一対のリレーを切断状態に制御するリレー制御手段と、前記リレー制御手段によって前記複数の一対のリレーの状態が切り替わると、複数の前記電圧検出器から受信する複数の前記電位差に基づいて前記地絡の発生箇所を特定する特定手段と、を有するものである。

本発明によれば、複数の分岐回路に対応して複数の一対のリレーが設けられ、複数の一対のリレーのうち、１つの一対のリレーが接続状態、他の一対のリレーが切断状態で、複数の電圧検出器で電位差の検出の有無が判定される。そのため、どの一対のリレーが接続状態のときに地絡が発生したかが判定され、従来に比べて、簡便に地絡の発生箇所を特定できる。

実施の形態１に係る空調システムの配電系統の一構成例を示す図である。 図１に示した各空調機が有する冷媒回路の一構成例を示す図である。 図１に示した制御回路の一構成例を示すブロック図である。 図１に示したシステムコントローラの一構成例を示すブロック図である。 図１に示した空調システムの動作手順の一例を示すフローチャートである。 図１に示した空調システムにおいて、正極側の送電線に地絡が発生した場合を示す図である。 図１に示した空調システムにおいて、負極側の送電線に地絡が発生した場合を示す図である。

本実施の形態の給電システムは、直流電源から電力の供給を受ける複数の機器を有するシステムである。本実施の形態では、電力の供給を受ける機器が空調機である空調システムの場合で説明するが、給電システムは空調システムに限らない。

実施の形態１．
本実施の形態１の空調システムの構成を説明する。図１は、実施の形態１に係る空調システムの配電系統の一構成例を示す図である。図１に示すように、空調システム１００は、直流電源１に並列に接続される複数の空調機９～１１と、地絡の発生を検出するシステムコントローラ１２と、複数の空調機９～１１の直流電源１との接続および切断を切り替える複数の一対のリレー３～５とを有する。空調機９～１１の各機器は、空調対象空間である室内の空気調和を行う装置である。

直流電源１の正極側には正極回線７の送電線が接続され、負極側には負極回線８の送電線が接続されている。正極回線７は複数の正極分岐回線７ａ～７ｃに分岐している。負極回線８は複数の負極分岐回線８ａ～８ｃに分岐している。正極分岐回線７ａおよび負極分岐回線８ａは空調機９に接続されている。正極分岐回線７ｂおよび負極分岐回線８ｂは空調機１０に接続されている。正極分岐回線７ｃおよび負極分岐回線８ｃは空調機１１に接続されている。空調機９～１１毎に分岐回路が構成される。

正極回線７と負極回線８との間に抵抗素子Ｒ１およびＲ２が直列に接続されている。抵抗素子Ｒ１と抵抗素子Ｒ２との接続点がグランドに接地されており、抵抗素子Ｒ１と抵抗素子Ｒ２との間の電位が接地電位となる。抵抗素子Ｒ１およびＲ２の各抵抗素子の抵抗値は同じ値であり、例えば、４０ｋΩ～５０ｋΩである。

一対のリレー３は、正極分岐回線７ａに設けられたリレー３－１および負極分岐回線８ａに設けられたリレー３－２で構成される。一対のリレー３は、空調機９の直流電源１への接続および切断を切り替える。一対のリレー４は、正極分岐回線７ｂに設けられたリレー４－１および負極分岐回線８ｂに設けられたリレー４－２で構成される。一対のリレー４は、空調機１０の直流電源１への接続および切断を切り替える。一対のリレー５は、正極分岐回線７ｃに設けられたリレー５－１および負極分岐回線８ｃに設けられたリレー５－２で構成される。一対のリレー５は、空調機１１の直流電源１との接続および切断を切り替える。

空調機９は、正極回線７および負極回線８と、一対のリレー３を含む分岐回線とを介して、直流電源１から電力が供給される。空調機１０は、正極回線７および負極回線８と、一対のリレー４を含む分岐回線とを介して、直流電源１から電力が供給される。空調機１１は、正極回線７および負極回線８と、一対のリレー５を含む分岐回線とを介して、直流電源１から電力が供給される。なお、図１では、一対のリレー３が空調機９の内部に設けられている場合を示しているが、一対のリレー３の設置場所は空調機９の内部に限らない。一対のリレー３は空調機９の外部に設けられていてもよい。一対のリレー４および５の設置場所についても、一対のリレー３と同様である。つまり、一対のリレー４は空調機１０の外部に設けられていてもよく、一対のリレー５は空調機１１の外部に設けられていてもよい。

図１に示すように、空調機９は、地絡を検出する検出装置１５ａと、制御回路１３ａとを有する。検出装置１５ａは、第１抵抗素子Ｒ３、第２抵抗素子Ｒ４および第３抵抗素子Ｒ５と、電圧検出器２ａとを有する。第１抵抗素子Ｒ３および第２抵抗素子Ｒ４は、正極分岐回線７ａと負極分岐回線８ａとの間に直列に接続されている。第３抵抗素子Ｒ５は、第１抵抗素子Ｒ３および第２抵抗素子Ｒ４の接続点とグランドとの間に設けられている。電圧検出器２ａは、第３抵抗素子Ｒ５に並列に接続されている。電圧検出器２ａは、第３抵抗素子Ｒ５に流れる電流によって生じる電位差Ｖｄａを検出する。電圧検出器２ａは、第３抵抗素子Ｒ５に流れる電流の方向を示す電流方向情報と、検出する電位差Ｖｄａとを制御回路１３ａに出力する。空調機９のユーザが設定温度および風量などの設定情報を空調機９に指示するためのリモートコントローラ１４ａが伝送線２４を介して制御回路１３ａと接続されている。

空調機１０は、地絡を検出する検出装置１５ｂと、制御回路１３ｂとを有する。検出装置１５ｂは、第１抵抗素子Ｒ６、第２抵抗素子Ｒ７および第３抵抗素子Ｒ８と、電圧検出器２ｂとを有する。第１抵抗素子Ｒ６および第２抵抗素子Ｒ７は、正極分岐回線７ｂと負極分岐回線８ｂとの間に直列に接続されている。第３抵抗素子Ｒ８は、第１抵抗素子Ｒ６および第２抵抗素子Ｒ７の接続点とグランドとの間に設けられている。電圧検出器２ｂは、第３抵抗素子Ｒ８に並列に接続されている。電圧検出器２ｂは、第３抵抗素子Ｒ８に流れる電流によって生じる電位差Ｖｄｂを検出する。電圧検出器２ｂは、第３抵抗素子Ｒ８に流れる電流の方向を示す電流方向情報と、検出する電位差Ｖｄｂとを制御回路１３ｂに出力する。空調機１０のユーザが設定情報を空調機１０に指示するためのリモートコントローラ１４ｂが伝送線２４を介して制御回路１３ｂと接続されている。

空調機１１は、地絡を検出する検出装置１５ｃと、制御回路１３ｃとを有する。検出装置１５ｃは、第１抵抗素子Ｒ９、第２抵抗素子Ｒ１０および第３抵抗素子Ｒ１１と、電圧検出器２ｃとを有する。第１抵抗素子Ｒ９および第２抵抗素子Ｒ１０は、正極分岐回線７ｃと負極分岐回線８ｃとの間に直列に接続されている。第３抵抗素子Ｒ１１は、第１抵抗素子Ｒ９および第２抵抗素子Ｒ１０の接続点とグランドとの間に設けられている。電圧検出器２ｃは、第３抵抗素子Ｒ１１に並列に接続されている。電圧検出器２ｃは、第３抵抗素子Ｒ１１に流れる電流によって生じる電位差Ｖｄｃを検出する。電圧検出器２ｃは、第３抵抗素子Ｒ１１に流れる電流の方向を示す電流方向情報と、検出する電位差Ｖｄｃとを制御回路１３ｃに出力する。空調機１１のユーザが設定情報を空調機１１に指示するためのリモートコントローラ１４ｃが伝送線２４を介して制御回路１３ｃと接続されている。

地絡検出のために、検出装置１５ａは、（第１抵抗素子Ｒ３の抵抗値）＝（第２抵抗素子Ｒ４の抵抗値）＞＞（抵抗素子Ｒ１の抵抗値）＝（抵抗素子Ｒ２の抵抗値）の関係を満たす。検出装置１５ｂも、検出装置１５ａと同様に、（第１抵抗素子Ｒ６の抵抗値）＝（第２抵抗素子Ｒ７の抵抗値）＞＞（抵抗素子Ｒ１の抵抗値）＝（抵抗素子Ｒ２の抵抗値）の関係を満たす。検出装置１５ｃも、検出装置１５ａと同様に、（第１抵抗素子Ｒ９の抵抗値）＝（第２抵抗素子Ｒ１０の抵抗値）＞＞（抵抗素子Ｒ１の抵抗値）＝（抵抗素子Ｒ２の抵抗値）の関係を満たす。例えば、抵抗素子Ｒ１およびＲ２の各素子の抵抗値が４０ｋΩである場合、第１抵抗素子Ｒ３、Ｒ６およびＲ９と第２抵抗素子Ｒ４、Ｒ７およびＲ１０との各素子の抵抗値は１００ｋΩである。

第３抵抗素子Ｒ５、Ｒ８およびＲ１１の各素子の抵抗値は、微小電流によって生じる電位差を検出できるように設定する。第３抵抗素子Ｒ５、Ｒ８およびＲ１１の各素子の抵抗値は、例えば、１ｋΩである。制御回路１３ａ～１３ｃは伝送線２３を介してシステムコントローラ１２と接続される。伝送線２３には、信号の伝送を中継する中継器（不図示）が設けられていてもよい。図１に示すように、信号伝送のための中継器（不図示）等の通信機器に電力を供給する給電ユニット６が設けられていてもよい。

ここで、空調機９～１１に設けられる冷媒回路の構成を説明する。図２は、図１に示した各空調機が有する冷媒回路の一構成例を示す図である。空調機９～１１が有する冷媒回路は同一の構成であるため、空調機９に設けられる冷媒回路について説明する。

図２に示すように、空調機９は、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機５１と、冷媒の流路を切り替える四方弁５２と、冷媒が外気と熱交換する熱源側熱交換器５３と、冷媒を膨張させる膨張装置５４と、冷媒が室内の空気と熱交換する負荷側熱交換器５５とを有する。圧縮機５１、熱源側熱交換器５３、膨張装置５４および負荷側熱交換器５５が冷媒配管５６で接続され、冷媒が循環する冷媒回路５０が構成される。圧縮機５１は、例えば、容量を変えることができるインバータ式圧縮機である。膨張装置５４は、例えば、電子膨張弁である。熱源側熱交換器５３および負荷側熱交換器５５は、例えば、フィンアンドチューブ式熱交換器である。

圧縮機５１、四方弁５２および膨張装置５４は制御回路１３ａと通信接続される。図２に示していないが、正極分岐回線７ａおよび負極分岐回線８ａと接続されるコンバータ回路とインバータ回路が設けられている。コンバータ回路（不図示）とインバータ回路（不図示）は、直流電源１から供給される直流電圧を、圧縮機５１、膨張装置５４および四方弁５２の各冷媒機器の電源電圧に適した値まで降圧し、これらの冷媒機器に電力を供給する。

なお、熱源側熱交換器に外気を供給する送風機、および負荷側熱交換器に室内の空気を供給する送風機が空調機９に設けられていてもよい。また、図２に示していないが、室内の温度を検出する温度センサ、および圧縮機５１から吐出される冷媒の圧力を検出する圧力センサなどの各種センサが空調機９に設けられていてもよい。

図１に示した制御回路１３ａ～１３ｃの構成を説明する。図３は、図１に示した制御回路の一構成例を示すブロック図である。制御回路１３ａ～１３ｃは同一の構成であるため、ここでは、制御回路１３ａの構成を説明する。

制御回路１３ａは、マイクロコンピュータ３１ａと、通信回路３２ａと、リレー制御回路３３ａと、コンバータ回路３４ａとを有する。通信回路３２ａは、伝送線２３を介してシステムコントローラ１２と通信接続され、マイクロコンピュータ３１ａとシステムコントローラ１２との間で送受信される情報を中継する。コンバータ回路３４ａは、リレー制御回路３３ａに動作電圧を供給するＤＣ（直流）／ＤＣ（直流）コンバータ回路である。図３に示していないが、コンバータ回路３４ａは正極分岐回線７ａおよび負極分岐回線８ａと接続されている。コンバータ回路３４ａが、リレー制御回路３３ａだけでなく、マイクロコンピュータ３１ａおよび通信回路３２ａにも動作電圧を供給する。また、一対のリレー３を切断した場合には、伝送線２３を介して、他の空調機１０および１１のコンバータ回路の伝送電源を受電してリレー制御回路３３ａに一対のリレー３に駆動電源を供給する構成である。

マイクロコンピュータ３１ａは、電圧検出器２ａから入力される電位差Ｖｄａおよび電流方向情報を含む地絡情報を、通信回路３２ａを介してシステムコントローラ１２に送信する。マイクロコンピュータ３１ａは、一対のリレー３の接続状態および切断状態に関する制御信号を、通信回路３２ａを介してシステムコントローラ１２から受信すると、制御信号にしたがってリレー制御回路３３ａを動作させる。

また、マイクロコンピュータ３１ａは、リモートコントローラ１４ａを介して入力される設定情報および図２に示した空調機９に設けられた各種センサ（不図示）の値に基づいて、図２に示した冷媒回路５０の冷凍サイクルを制御する。具体的には、マイクロコンピュータ３１ａは、設定情報に含まれる運転モードにしたがって四方弁５２を制御する。マイクロコンピュータ３１ａは、設定情報および図に示さない各種センサの値に基づいて、圧縮機５１の運転周波数および膨張装置５４の開度を制御する。

図３を参照して、地絡情報が電圧検出器２ａからマイクロコンピュータ３１ａを介してシステムコントローラ１２に送信され、制御信号がシステムコントローラ１２からマイクロコンピュータ３１ａを介してリレー制御回路３３ａを動作させる場合で説明したが、この場合に限らない。例えば、電圧検出器２ａから出力される地絡情報が、マイクロコンピュータ３１ａを経由せずに、通信回路３２ａを介してシステムコントローラ１２に送信されてもよい。また、システムコントローラ１２から送信される制御信号が、マイクロコンピュータ３１ａを経由せずに、通信回路３２ａを介してリレー制御回路３３ａに入力されてもよい。この場合、リレー制御回路３３ａは、入力される制御信号にしたがって、一対のリレー３に回線の接続または切断を実行させればよい。

図に示していないが、制御回路１３ｂは、マイクロコンピュータ３１ｂ、通信回路３２ｂ、リレー制御回路３３ｂおよびコンバータ回路３４ｂを有する。制御回路１３ｃは、マイクロコンピュータ３１ｂ、通信回路３２ｂ、リレー制御回路３３ｂおよびコンバータ回路３４ｂを有する。マイクロコンピュータ３１ｂおよび３１ｃはマイクロコンピュータ３１ａと同様な構成である。通信回路３２ｂおよび３２ｃは通信回路３２ａと同様な構成である。リレー制御回路３３ｂおよび３３ｃはリレー制御回路３３ａと同様な構成である。コンバータ回路３４ｂおよび３４ｃはコンバータ回路３４ａと同様な構成である。そのため、制御回路１３ｂおよび１３ｃについての詳細な説明を省略する。

図４は、図１に示したシステムコントローラの一構成例を示すブロック図である。図１に示すように、システムコントローラ１２は、プログラムを記憶するメモリ２２と、メモリ２２が記憶するプログラムにしたがって処理を実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２１とを有する。ＣＰＵ２１がプログラムを実行することで、図４に示す判定手段４１、特定手段４２およびリレー制御手段４３が構成される。

判定手段４１は、電圧検出器２ａ～２ｃで検出される電位差Ｖｄａ～Ｖｄｃに基づいて、地絡が発生したか否かを判定する。具体的には、判定手段４１は、決められた閾値Ｖｔｈと電位差Ｖｄａ～Ｖｄｃとを比較し、電位差Ｖｄａ～Ｖｄｃのそれぞれが検出する電位差が閾値Ｖｔｈよりも大きくなると、地絡が発生したと判定する。閾値Ｖｔｈは図１に示したメモリ２２に記憶されている。なお、判定手段４１は、電位差Ｖｄａ～Ｖｄｃの全てが閾値Ｖｔｈよりも大きくなる場合でも、少なくとも１つの電位差が閾値Ｖｔｈよりも大きくなった時点で、地絡が発生したと判定してもよい。この場合、地絡検出がより早くなる。

空調システム１００が正常な状態では、電位差Ｖｄａ～Ｖｄｃの全てが０Ｖになる。地絡が発生していない状態では、例えば、直流電源１および空調機９に注目すると、抵抗素子Ｒ１、抵抗素子Ｒ２、第１抵抗素子Ｒ３および第２抵抗素子Ｒ４で構成するブリッジ回路が平衡状態になっている。平衡状態では、（抵抗素子Ｒ１の抵抗値×第２抵抗素子Ｒ４の抵抗値＝抵抗素子Ｒ２の抵抗値×第１抵抗素子Ｒ３の抵抗値）の関係が成り立ち、第３抵抗素子Ｒ５には電流が流れない。一方、空調システム１００において、どこかで地絡が発生すると、第３抵抗素子Ｒ５、Ｒ８およびＲ１１に電流が流れ、電圧検出器２ａ～２ｃで電位差が検出される。しかし、空調システム１００のどこで地絡が発生したかはわからない。

リレー制御手段４３は、検出装置１５ａ～１５ｃによって地絡の発生が検出されると、一対のリレー３～５のうち、少なくとも１つの一対のリレーを接続状態に制御し、残りの一対のリレーを切断状態に制御する。特定手段４２は、リレー制御手段４３によって一対のリレー３～５の状態が切り替わると、電圧検出器２ａ～２ｃから受信する電位差Ｖｄａ～Ｖｄｃに基づいて地絡の発生箇所を特定する。リレー制御手段４３および特定手段４２の詳細な動作については後で説明する。

なお、システムコントローラ１２が備える機能の一部がマイクロコンピュータ３１ａ～３１ｃに設けられていてもよい。例えば、判定手段４１がシステムコントローラ１２に設けられている場合で説明したが、判定手段４１がマイクロコンピュータ３１ａ～３１ｃのそれぞれに設けられていてもよい。

上述した空調システム１００において、地絡は、電源系統と、空調機９～１１の各空調機の内部とに起こり得る。電源系統は、直流電源１と、直流電源１から一対のリレー３～５までの送電線とを含む構成である。送電線は、正極回線７および負極回線８と、正極分岐回線７ａ～７ｃおよび負極分岐回線８ａ～８ｃとで構成される。

次に、本実施の形態１の空調システム１００による地絡検出の手順を説明する。図５は、図１に示した空調システムの動作手順の一例を示すフローチャートである。初期状態として、一対のリレー３～５の全てが接続状態であるものとする。

ステップＳ１０１において、判定手段４１は、電圧検出器２ａ～２ｃによって検出される電位差Ｖｄａ～Ｖｄｃの各電位差が閾値Ｖｔｈよりも大きいか否かを判定する。判定の結果、電位差Ｖｄａ～Ｖｄｃの全てが閾値Ｖｔｈ以下である場合、判定手段４１は、地絡が発生していないと判定し、ステップＳ１０１に戻る（ステップＳ１０１：Ｎｏ）。一方、ステップＳ１０１の判定の結果、電位差Ｖｄａ～Ｖｄｃの各電位差のうち、少なくとも１つの電位差が閾値Ｖｔｈより大きい場合、地絡が発生したと判定する（ステップＳ１０１：Ｙｅｓ）。

直流電源１側に接続された高抵抗の抵抗素子Ｒ１およびＲ２と、各分岐回路の検出装置に設けられた直列抵抗とで、ブリッジ回路が構成される。具体的には、直流電源１の抵抗素子Ｒ１およびＲ２と、検出装置１５ａの第１抵抗素子Ｒ３および第２抵抗素子Ｒ４とで、ブリッジ回路が構成される。直流電源１の抵抗素子Ｒ１およびＲ２と、検出装置１５ｂの第１抵抗素子Ｒ６および第２抵抗素子Ｒ７とで、ブリッジ回路が構成される。直流電源１の抵抗素子Ｒ１およびＲ２と、検出装置１５ｃの第１抵抗素子Ｒ９および第２抵抗素子Ｒ１０とで、ブリッジ回路が構成される。これらのブリッジ回路の平衡状態によって、第３抵抗素子Ｒ５、Ｒ８およびＲ１１の両端は電圧がゼロになる。第３抵抗素子Ｒ５、Ｒ８およびＲ１１の両端の電位差がゼロであれば、地絡が発生していないと判断できる。

一方、直流電源１の正極回線７または負極回線８に地絡が発生すると、抵抗素子Ｒ１およびＲ２と各分岐回路の直列抵抗とで形成されたブリッジ回路が不平衡状態になる。その結果、第３抵抗素子Ｒ５、Ｒ８およびＲ１１の両端に電位差が発生する。そして、電圧検出器２ａ～２ｃによって電位差が生じたことが検出されることで、地絡が発生したと判断できる。地絡の発生箇所の抵抗によって抵抗素子Ｒ１およびＲ２と、空調機の第１抵抗素子Ｒ３、Ｒ６およびＲ９と、第２抵抗素子Ｒ４、Ｒ７およびＲ１０とによって構成される各ブリッジ回路は全て同じ不平衡状態になるため、各分岐回路は同じ地絡電流が流れる。そのため、システムコントローラ１２は、ステップＳ１０１において地絡の発生を検出できるが、地絡の発生箇所を特定できない。

続いて、空調システム１００による地絡発生箇所の特定方法を説明する。ステップＳ１０１において、判定手段４１は、地絡が発生したと判定すると、地絡が発生したことを示す地絡情報をマイクロコンピュータ３１ｂおよび３１ｃに送信する。マイクロコンピュータ３１ｂは、地絡情報をシステムコントローラ１２から受信すると、空調機１０が運転している場合、空調機１０の運転を停止する。マイクロコンピュータ３１ｃは、地絡情報をシステムコントローラ１２から受信すると、空調機１１が運転している場合、空調機１１の運転を停止する。マイクロコンピュータ３１ｂおよび３１ｃは空調機の運転を停止した旨の停止情報をシステムコントローラ１２に送信する。

システムコントローラ１２がマイクロコンピュータ３１ｂおよび３１ｃから停止情報を受信すると、リレー制御手段４３は、一対のリレー４および５を切断状態に切り替える制御を行う（ステップＳ１０２）。具体的には、リレー制御手段４３は、一対のリレーを切断状態に切り替える旨の切断制御信号をリレー制御回路３３ｂおよび３３ｃに送信する。ステップＳ１０２の後、特定手段４２は、電圧検出器２ａが検出する電位差Ｖｄａが閾値Ｖｔｈより大きいか否かを判定する（ステップＳ１０３）。判定の結果、電位差Ｖｄａが閾値Ｖｔｈより大きい場合（ステップＳ１０３：Ｙｅｓ）、リレー制御手段４３は第１特定モードに遷移する（ステップＳ１０４）。第１特定モードにおいて、リレー制御手段４３は、一対のリレー３を切断状態に切り替え、一対のリレー４を接続状態に切り替える制御を行う（ステップＳ１０５）。具体的には、リレー制御手段４３は、切断制御信号をリレー制御回路３３ａに送信し、一対のリレー４を接続状態に切り替える旨の接続制御信号をリレー制御回路３３ｂに送信する。

ステップＳ１０５の後、特定手段４２は、電圧検出器２ｂが検出する電位差Ｖｄｂが閾値Ｖｔｈより大きいか否かを判定する（ステップＳ１０６）。判定の結果、電位差Ｖｄｂが閾値Ｖｔｈより大きい場合（ステップＳ１０６：Ｙｅｓ）、特定手段４２は、電源系統に地絡が発生したと判定する（ステップＳ１０７）。一方、ステップＳ１０６の判定の結果、電位差Ｖｄｂが閾値Ｖｔｈ以下である場合（ステップＳ１０６：Ｎｏ）、特定手段４２は、空調機９の内部に地絡が発生したと判定する（ステップＳ１０８）。

ステップＳ１０７およびＳ１０８の判定結果の理由を説明する。空調機１０および１１の運転が停止した状態で、空調機９の電圧検出器２ａに電位差が生じると、地絡の発生箇所は、送電線の正極側、送電線の負極側、および空調機９の内部のいずれかと推測できる。そして、第１特定モードでは、ステップＳ１０５で説明したように、空調機９側の一対のリレー３を切断状態にし、空調機１０側の一対のリレー４を接続状態にする。この状態で、空調機１０の電圧検出器２ｂが電位差を検出した場合、地絡発生箇所として推測した候補のうち、空調機９の内部で地絡が発生することは不可能であると判断できる。そのため、地絡発生箇所は送電線の正極側または負極側と判断できる。一方、空調機１０の電圧検出器２ｂが電位差を検出しなかった場合、地絡発生箇所の候補から送電線を排除でき、空調機９の内部に地絡が発生したと判断できる。

図５に示したフローチャートの説明に戻る。ステップＳ１０３の判定の結果、空調機９の電圧検出器２ａが検出する電位差Ｖｄａが閾値Ｖｔｈ以下である場合、リレー制御手段４３は第２特定モードに遷移する（ステップＳ１０９）。このとき、空調機９および電源系統に地絡が発生していないので、一対のリレー３を接続状態にし、空調機９が運転してもよい。そのため、地絡箇所を特定する過程に空調機９を稼働させることができる。

第２特定モードにおいて、リレー制御手段４３は、一対のリレー４を接続状態に切り替える制御を行う（ステップＳ１１０）。具体的には、リレー制御手段４３は、接続制御信号をリレー制御回路３３ｂに送信する。ステップＳ１１０の後、特定手段４２は、電圧検出器２ｂが検出する電位差Ｖｄｂが閾値Ｖｔｈより大きいか否かを判定する（ステップＳ１１１）。判定の結果、電位差Ｖｄｂが閾値Ｖｔｈより大きい場合（ステップＳ１１１：Ｙｅｓ）、特定手段４２は、空調機１０の内部に地絡が発生したと判定する（ステップＳ１１２）。一方、ステップＳ１１１の判定の結果、電位差Ｖｄｂが閾値Ｖｔｈ以下である場合（ステップＳ１１１：Ｎｏ）、特定手段４２は、空調機１１の内部に地絡が発生したと判定する（ステップＳ１１３）。ステップＳ１１３の判定結果は、本実施の形態１では分岐回路が空調機９～１１の３つの場合だからである。つまり、特定手段４２は、ステップＳ１０３からステップＳ１１１の手順にしたがって、電源系統、空調機９および１０のいずれにも地絡が発生していないと判断したので、残りの機器である空調機１１の内部に地絡が発生していると判断できる。

なお、本実施の形態１では、分岐回路の数が３つの場合で説明したが、分岐回路の数が３つよりも多くてもよい。この場合、第２特定モードでリレー制御手段４３が空調機９を除く、２以上の他の空調機のそれぞれに対応する一対のリレーを順に接続状態にし、特定手段４２は、電圧検出器に電位差が生じた空調機の内部に地絡が発生したと判定することができる。

また、図５に示すステップＳ１０２において、空調機９に対応する一対のリレー３を接続状態にして判定する場合で説明したが、最初の判定対象の空調機は空調機９に限らず、空調機１０または１１であってもよい。

次に、地絡が発生した場合に、送電線の正極側と負極側のどちら側で地絡が発生しているかを判定する方法を、図６および図７を参照して説明する。図６は、図１に示した空調システムにおいて、正極側の送電線に地絡が発生した場合を示す図である。図７は、図１に示した空調システムにおいて、負極側の送電線に地絡が発生した場合を示す図である。図６および図７に示す地絡抵抗Ｒ２０は地絡が発生した箇所の仮想抵抗である。図６および図７では、地絡によって発生した電流である地絡電流を破線矢印で示す。

図６に示すように、正極側の送電線である正極回線７に地絡が発生した場合、第３抵抗素子Ｒ５に流れる電流の方向は、破線矢印の方向になる。図６において、右方向を正方向、左方向を負方向と定義すれば、第３抵抗素子Ｒ５に流れる電流の方向は負の方向である。この場合、第３抵抗素子Ｒ５の両端の電位差を負の値とする。電圧検出器２ａが正負の情報を含む電位差Ｖｄａの情報を、通信回路３２ａを介してシステムコントローラ１２に送信すれば、特定手段４２は地絡発生箇所が送電線の正極側であると判定できる。

一方、負極側の送電線である負極回線８に地絡が発生した場合、図７において、右方向を正方向、左方向を負方向と定義すれば、破線矢印に示すように、第３抵抗素子Ｒ５に流れる電流の方向は正の方向である。この場合、第３抵抗素子Ｒ５の両端の電位差を正の値とする。電圧検出器２ａが正負の情報を含む電位差Ｖｄａの情報を、通信回路３２ａを介してシステムコントローラ１２に送信すれば、特定手段４２は地絡発生箇所が送電線の負極側であると判定できる。

このようにして、特定手段４２は、第３抵抗素子Ｒ５に流れる電流の方向によって、送電線の正極側および負極側のうち、どちら側に地絡が発生したかを特定できる。図６を参照して、正極回線７に地絡が発生した場合で説明したが、図１に示した正極分岐回線７ａ～７ｃの分岐回線に地絡が発生しても、正極回線７と同様に、特定手段４２は正極側に地絡が発生したと判定できる。図７を参照して、負極回線８に地絡が発生した場合で説明したが、図１に示した負極分岐回線８ａ～８ｃの分岐回線に地絡が発生しても、負極回線８と同様に、特定手段４２は負極側に地絡が発生したと判定できる。さらに、特定手段４２は、空調機９～１１の内部の正極側および負極側のどちらに地絡が発生したかについても、図６および図７を参照して説明した方法と同様にして判断できる。

本実施の形態１の空調システム１００は、直流電源１に並列に接続される複数の機器となる空調機９～１１と、システムコントローラ１２と、空調機９～１１に対応して設けられ、直流電源１との接続および切断を切り替える一対のリレー３～５とを有する。空調機９～１１の各機器は、地絡が発生したときに流れる電流によって生じる電位差を検出する電圧検出器を含む検出装置と、検出される電位差の値をコントローラに送信する通信回路と、空調機に対応する一対のリレーを制御するリレー制御回路とを有する。システムコントローラ１２は、リレー制御手段４３および特定手段４２を有する。リレー制御手段４３は、複数の検出装置１５ａ～１５ｃによって地絡の発生が検出されると、一対のリレー３～５のうち、少なくとも１つの一対のリレー３を接続状態に制御し、他の一対のリレー４および５を切断状態に制御する。特定手段４２は、リレー制御手段４３によって一対のリレー３～５の状態が切り替わると、複数の電圧検出器２ａ～２ｃから受信する複数の電位差Ｖｄａ～Ｖｄｃに基づいて地絡の発生箇所を特定する。

本実施の形態１によれば、複数の分岐回路に対応して複数の一対のリレーが設けられ、複数の一対のリレーのうち、１つの一対のリレーが接続状態、他の一対のリレーが切断状態において、複数の電圧検出器で電位差の検出の有無が判定される。そのため、どの一対のリレーが接続状態のときに地絡が発生したかが判定され、地絡の発生箇所を特定できる。本実施の形態１では、複数の分岐回路に対応して、複数の一対のリレーおよび複数の検出装置が設けられ、簡便に地絡の検出および地絡箇所の特定をすることができる。従来に比べて、簡便な構成なので、製造コストを抑制できる。

本実施の形態１において、システムコントローラ１２は、地絡の検出および地絡箇所を示す情報を、制御回路１３ａ～１３ｃを介してリモートコントローラ１４ａ～１４ｃに出力させてもよい。この場合、空調システム１００のユーザは、空調システム１００のメンテナンス業者の作業者に修理を依頼することができる。

また、本実施の形態１において、特定手段４２が、電流方向情報を電流検出器から通信回路を介して受信すると、電流方向情報に基づいて、地絡の発生した箇所が正極回線７を含む正極側の送電線または負極回線８を含む負極側の送電線のうち、いずれの送電線であるかを判定してもよい。この場合、システムコントローラ１２が地絡の発生した送電線の情報を、制御回路１３ａ～１３ｃを介してリモートコントローラ１４ａ～１４ｃに出力させてもよい。空調システム１００を修理する作業者は、リモートコントローラ１４ａ～１４ｃが出力する情報から、正極側の送電線および負極側の送電線うち、いずれの送電線を点検すればよいかわかる。その結果、作業者は、より早く空調システム１００を修理することができる。

なお、本実施の形態１では、給電システムの電力供給対象の機器が空調機の場合で説明したが、電力供給対象の機器は空調機に限らない。電力供給対象の機器として、例えば、エレベータが考えられる。本実施の形態１で説明した空調システムを、１つのビルに設けられた複数のエレベータに電力を供給する給電システムに適用することができる。

１ 直流電源、２ａ～２ｃ 電圧検出器、３～５ 一対のリレー、３－１、３－２ リレー、４－１、４－２ リレー、５－１、５－２ リレー、６ 給電ユニット、７ 正極回線、７ａ～７ｃ 正極分岐回線、８ 負極回線、８ａ～８ｃ 負極分岐回線、９～１１ 空調機、１２ システムコントローラ、１３ａ～１３ｃ 制御回路、１４ａ～１４ｃ リモートコントローラ、１５ａ～１５ｃ 検出装置、２１ ＣＰＵ、２２ メモリ、２３、２４ 伝送線、３１ａ～３１ｃ マイクロコンピュータ、３２ａ～３２ｃ 通信回路、３３ａ～３３ｃ リレー制御回路、３４ａ～３４ｃ コンバータ回路、４１ 判定手段、４２ 特定手段、４３ リレー制御手段、５０ 冷媒回路、５１ 圧縮機、５２ 四方弁、５３ 熱源側熱交換器、５４ 膨張装置、５５ 負荷側熱交換器、５６ 冷媒配管、１００ 空調システム、Ｒ１、Ｒ２ 抵抗素子、Ｒ３ 第１抵抗素子、Ｒ４ 第２抵抗素子、Ｒ５ 第３抵抗素子、Ｒ６ 第１抵抗素子、Ｒ７ 第２抵抗素子、Ｒ８ 第３抵抗素子、Ｒ９ 第１抵抗素子、Ｒ１０ 第２抵抗素子、Ｒ１１ 第３抵抗素子、Ｒ２０ 地絡抵抗。

Claims (6)

1. 直流電源と正極回線および負極回線を介して並列に接続される複数の機器と、
   前記複数の機器と通信接続されるコントローラと、
   それぞれが前記複数の機器に対応して前記正極回線および前記負極回線に設けられ、前記直流電源との接続および切断を切り替える複数の一対のリレーと、
   を有し、
   前記各機器は、
   前記正極回線および前記負極回線との間に設けられ、地絡が発生したときに流れる電流によって生じる電位差を検出する電圧検出器を含む検出装置と、
   前記電圧検出器によって検出される前記電位差の値を前記コントローラに送信する通信回路と、
   前記通信回路を介して前記コントローラと接続され、前記機器に対応する前記一対のリレーを制御するリレー制御回路と、を有し、
   前記コントローラは、
   複数の前記検出装置によって前記地絡の発生が検出されると、前記複数の一対のリレーのうち、少なくとも１つの一対のリレーを接続状態に制御し、他の一対のリレーを切断状態に制御するリレー制御手段と、
   前記リレー制御手段によって前記複数の一対のリレーの状態が切り替わると、複数の前記電圧検出器から受信する複数の前記電位差に基づいて前記地絡の発生箇所を特定する特定手段と、を有する、
   給電システム。
2. 前記コントローラは、前記複数の電圧検出器で検出される前記複数の電位差に基づいて前記地絡が発生したか否かを判定する判定手段をさらに有し、
   前記リレー制御手段は、
   前記判定手段によって前記地絡が発生したと判定された場合、前記複数の機器のうち、いずれか１つの機器である第１の機器に対応する前記一対のリレーを接続状態に制御し、前記複数の機器のうち、前記第１の機器を除く他の機器に対応する前記一対のリレーを切断状態に制御し、
   前記特定手段は、
   前記第１の機器に属する前記電圧検出器が検出する前記電位差が決められた閾値よりも大きい場合、前記直流電源を含む電源系統、または前記第１の機器を、前記地絡の発生箇所と判定する、
   請求項１に記載の給電システム。
3. 前記他の機器が２以上の機器を含み、
   前記リレー制御手段は、
   前記第１の機器に属する前記電圧検出器が検出する前記電位差が前記閾値よりも大きい場合、前記他の機器のうち、いずれか１つの機器である第２の機器に対応する前記一対のリレーを接続状態に切り替え、前記第１の機器に対応する前記一対のリレーを切断状態に切り替える第１特定モードを実行し、
   前記特定手段は、
   前記リレー制御手段が前記第１特定モードを実行すると、前記第２の機器に属する前記電圧検出器によって検出される前記電位差が前記閾値よりも大きい場合、前記電源系統に前記地絡が発生したと判定し、前記第２の機器に属する前記電圧検出器によって検出される前記電位差が前記閾値以下である場合、前記第１の機器に前記地絡が発生したと判定する、
   請求項２に記載の給電システム。
4. 前記他の機器が２以上の機器を含み、
   前記リレー制御手段は、
   前記第１の機器に属する前記電圧検出器が検出する前記電位差が前記閾値以下である場合、前記他の機器のうち、いずれか１つの機器である第２の機器に対応する前記一対のリレーを接続状態に制御し、前記他の機器のうち、前記第２の機器を除く残りの機器に対応する前記一対のリレーを切断状態に制御する第２特定モードを前記他の機器毎に実行し、
   前記特定手段は、
   前記各他の機器に対応して前記第２特定モードが実行される度に、前記他の機器に属する前記電圧検出器が検出する前記電位差と前記閾値とを比較し、前記電位差が前記閾値よりも大きい前記他の機器に前記地絡が発生したと判定する、
   請求項２に記載の給電システム。
5. 前記検出装置は、
   前記正極回線および前記負極回線との間に直列に接続された第１抵抗素子および第２抵抗素子と、
   前記第１抵抗素子および前記第２抵抗素子の接続点とグランドとの間に設けられた第３抵抗素子と、
   前記第３抵抗素子に並列に接続され、前記第３抵抗素子に流れる電流によって生じる前記電位差を検出する前記電圧検出器と、を有する、
   請求項１～４のいずれか１項に記載の給電システム。
6. 前記特定手段は、
   前記第３抵抗素子に流れる電流の方向を示す電流方向情報を前記電圧検出器から前記通信回路を介して受信すると、前記電流方向情報に基づいて、前記地絡の発生した箇所が前記正極回線および前記負極回線のうち、いずれの回線であるかを判定する、
   請求項５に記載の給電システム。

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