JP7304532B2 - アーク検出装置、屋内電力線システム、太陽光発電システム及び蓄電池システム - Google Patents

Description

本発明は、アーク検出装置、屋内電力線システム、太陽光発電システム及び蓄電池システムに関する。

従来、ＰＶ（Ｐｈｏｔｏ Ｖｏｌｔａｉｃ）パネル（太陽電池）等から電力線を介して供給される直流電力をインバータ等の機器で交流電力に変換するシステムが知られている。このような電力線は、外的要因又は経年劣化等によって損傷又は破断を引き起こすことが報告されている。このような電力線の損傷等に起因してアーク（つまりアーク放電）が発生する場合がある。そこで、アークを検出するためのアーク検出手段が提案されている（例えば、特許文献１）。

特開２０１１－７７６５号公報

今後、１つのシステム内において様々な機器が設けられ、様々な機器に電力を供給するために複数の電力線が設けられることが想定される。このとき、複数の電力線のそれぞれについてアークが発生する場合がある。複数の電力線のそれぞれにアーク検出手段を設ければ、複数の電力線において発生するアークを検出することができるが、システムが大型化し、また、高コスト化する。

そこで、本発明は、複数の電力線において発生するアークを容易に検出できるアーク検出装置等を提供する。

本発明に係るアーク検出装置の一態様は、少なくとも１つの電力源と、前記少なくとも１つの電力源の電圧を調整する複数のコンバータと、複数の負荷装置とを有するシステムにおけるアーク検出装置であって、前記少なくとも１つの電力源と前記複数のコンバータとの間、及び、前記複数のコンバータと前記複数の負荷装置との間は、複数の電力線で結線され、前記アーク検出装置は、前記複数の電力線のうちの２以上の電力線が貫通する磁気コアを有し、前記磁気コアに発生する磁界に応じて前記２以上の電力線を流れる合成電流を検出する電流検出部と、前記電流検出部により検出された合成電流に基づいて、アークの発生を判定するアーク判定部と、を備え、前記少なくとも１つの電力源には前記複数のコンバータのうちの少なくとも１つのコンバータが接続され、前記複数の負荷装置のそれぞれには前記複数のコンバータのうちの少なくとも１つのコンバータが接続される。

本発明に係る屋内電力線システムの一態様は、上記のアーク検出装置を備え、前記少なくとも１つの電力源のうちの１つの電力源は、系統電源で構成され、前記複数のコンバータは、ＡＣ／ＤＣ変換器で構成される。

本発明に係る太陽光発電システムの一態様は、上記のアーク検出装置を備え、前記少なくとも１つの電力源のうちの１つ以上の電力源は、太陽電池で構成され、前記少なくとも１つの電力源のうちの他の１つの電力源は、系統電源で構成され、前記複数の負荷装置のうちの１つの負荷装置は、前記系統電源に接続されたＤＣ／ＡＣ変換器で構成される。

本発明に係る蓄電池システムの一態様は、上記のアーク検出装置と、前記少なくとも１つの電力源のうちの１つ以上の電力源又は前記複数の負荷装置のうちの１つ以上の負荷装置として動作する蓄電池と、前記少なくとも１つの電力源のうちの１つ以上の電力源又は前記複数の負荷装置のうちの１つ以上の負荷装置として動作する系統電源と、を備え、前記蓄電池の充電時には、前記系統電源が電力源として動作し、前記系統電源に接続されたコンバータがＡＣ／ＤＣ変換器として動作し、前記蓄電池と当該蓄電池に接続されたコンバータとが負荷装置として動作し、前記蓄電池の放電時には、前記蓄電池が電力源として動作し、前記蓄電池に接続されたコンバータがＤＣ／ＤＣ変換器として動作し、前記系統電源と当該系統電源に接続されたコンバータとが負荷装置として動作する。

本発明の一態様によれば、複数の電力線において発生するアークを容易に検出できる。

図１は、実施の形態１に係るシステムの一例を示す構成図である。 図２は、実施の形態１の変形例に係るシステムの一例を示す構成図である。 図３は、実施の形態２に係る屋内電力線システムの一例を示す構成図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態等は、一例であって本発明を限定する主旨ではない。

なお、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係るシステム１ａの一例を示す構成図である。システム１ａは、太陽光発電システムでもあり、蓄電池システム（例えば太陽光発電機能と蓄電機能を有するシステム）でもある。

システム１ａは、少なくとも１つの電力源と、少なくとも１つの電力源の電圧を調整する複数のコンバータと、複数の負荷装置とを有するシステムである。また、システム１ａは、アーク検出装置１０ａを備える。実施の形態１では、少なくとも１つの電力源として、太陽電池６２、系統電源４８並びに蓄電池５１及び５２を示している。また、複数のコンバータとして、ＤＣ／ＤＣ変換器４１、４２及び４３並びにインバータ４４を示している。また、系統電源４８、インバータ４４並びに蓄電池５１及び５２は、状況に応じて負荷装置にもなり得る。

少なくとも１つの電力源には複数のコンバータのうちの少なくとも１つのコンバータが接続され、複数の負荷装置のそれぞれには複数のコンバータのうちの少なくとも１つのコンバータが接続される。実施の形態１では、電力源として動作する太陽電池６２にはＤＣ／ＤＣ変換器４１が接続され、電力源又は負荷装置として動作する系統電源４８にはインバータ４４が接続され、電力源又は負荷装置として動作する蓄電池５１にはＤＣ／ＤＣ変換器４２が接続され、電力源又は負荷装置として動作する蓄電池５２にはＤＣ／ＤＣ変換器４３が接続される。

少なくとも１つの電力源と複数のコンバータとの間、及び、複数のコンバータと複数の負荷装置との間は、複数の電力線で結線される。実施の形態１では、太陽電池６２とＤＣ／ＤＣ変換器４１との間、系統電源４８とインバータ４４との間、蓄電池５１とＤＣ／ＤＣ変換器４２との間、蓄電池５２とＤＣ／ＤＣ変換器４３との間、及び、ＤＣ／ＤＣ変換器４１とＤＣ／ＤＣ変換器４２とＤＣ／ＤＣ変換器４３とインバータ４４との間は、複数の電力線で結線されている。具体的には、太陽電池６２とＤＣ／ＤＣ変換器４１との間は電力線１４０ａ及び１４０ｂで結線され、系統電源４８とインバータ４４との間は電力線１５０ａ及び１５０ｂで結線され、蓄電池５１とＤＣ／ＤＣ変換器４２との間は電力線１２０ａ及び１２０ｂで結線され、蓄電池５２とＤＣ／ＤＣ変換器４３との間は電力線１３０ａ及び１３０ｂで結線され、ＤＣ／ＤＣ変換器４１とＤＣ／ＤＣ変換器４２とＤＣ／ＤＣ変換器４３とインバータ４４との間は電力線１１０ａ及び１１０ｂで結線されている。

太陽電池６２は、太陽光により発電し直流電力を発生する電力源である。太陽電池６２で発生した直流電力はＤＣ／ＤＣ変換器４１に供給され、複数の負荷装置のうちの１つの負荷装置（系統電源４８に接続されたインバータ４４（具体的にはＤＣ／ＡＣ変換器）で構成される負荷装置）に供給される。太陽電池６２は正極と負極を有し、正極には電力線１４０ａが接続され、負極には電力線１４０ｂが接続される。

系統電源４８は、発電所等で生成された交流電力を供給する電源である。なお、上述したように、系統電源４８は、状況に応じて電力が供給される負荷装置にもなり得る。

蓄電池５１及び５２は、少なくとも１つの電力源のうちの１つ以上の電力源又は複数の負荷装置のうちの１つ以上の負荷装置として動作する。例えば、蓄電池５１及び５２の充電時には、系統電源４８が電力源として動作し、系統電源４８に接続されたコンバータ（すわなちインバータ４４）がＡＣ／ＤＣ変換器として動作し、蓄電池５１及び５２と蓄電池５１及び５２に接続されたコンバータ（すなわちＤＣ／ＤＣ変換器４２及び４３）とが負荷装置として動作する。また、蓄電池５１及び５２の放電時には、蓄電池５１及び５２が電力源として動作し、蓄電池５１及び５２に接続されたコンバータがＤＣ／ＤＣ変換器４２及び４３として動作し、系統電源４８と系統電源４８に接続されたコンバータ（すなわちインバータ４４）とが負荷装置として動作する。

ＤＣ／ＤＣ変換器４１は、太陽電池６２から供給された直流電力を昇圧又は降圧して、ＤＣ／ＤＣ変換器４２及び４３並びにインバータ４４に出力する。ＤＣ／ＤＣ変換器４１は正極と負極を有し、正極には電力線１１０ａが接続され、負極には電力線１１０ｂが接続される。

ＤＣ／ＤＣ変換器４２は、ＤＣ／ＤＣ変換器４１又はインバータ４４から供給された直流電力を昇圧又は降圧して、蓄電池５１に出力する。また、ＤＣ／ＤＣ変換器４２は、蓄電池５１から供給された直流電力を昇圧又は降圧して、ＤＣ／ＤＣ変換器４３又はインバータ４４に出力する。ＤＣ／ＤＣ変換器４２は正極と負極を有し、正極には電力線１２０ａが接続され、負極には電力線１２０ｂが接続される。

ＤＣ／ＤＣ変換器４３は、ＤＣ／ＤＣ変換器４１又はインバータ４４から供給された直流電力を昇圧又は降圧して、蓄電池５２に出力する。また、ＤＣ／ＤＣ変換器４３は、蓄電池５２から供給された直流電力を昇圧又は降圧して、ＤＣ／ＤＣ変換器４２又はインバータ４４に出力する。ＤＣ／ＤＣ変換器４３は正極と負極を有し、正極には電力線１３０ａが接続され、負極には電力線１３０ｂが接続される。

電力線１１０ａ、１１０ｂ、１２０ａ、１２０ｂ、１３０ａ、１３０ｂ、１４０ａ及び１４０ｂは、それぞれ直流電流が流れる。電力線１１０ａ及び１２０ａは、後述する磁気コア２１ａを貫通する２以上の電力線の一例である。

インバータ４４は、ＤＣ／ＤＣ変換器４１、４２及び４３から供給された直流電力を交流電力に変換して出力するＤＣ／ＡＣ変換器として動作する。また、インバータ４４は系統電源４８から供給された交流電力を直流電力に変換してＤＣ／ＤＣ変換器４２及び４３に供給するＡＣ／ＤＣ変換器として動作する。例えば、インバータ４４は、直流電力を周波数５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの交流電力への変換を行う。交流電力は、家庭用電気機器等で使用される。インバータ４４と系統電源４８とを接続する電力線１５０ａ及び１５０ｂは、交流電流が流れる。

後述する磁気コア２１ａを貫通する２以上の電力線は、例えば、複数のコンバータのうちの第１のコンバータの一方の入出力端に接続された電力線と他方の入出力端に接続された電力線である。例えば、第１のコンバータはＤＣ／ＤＣ変換器４２であり、後述する磁気コア２１ａを貫通する２以上の電力線は、ＤＣ／ＤＣ変換器４２の一方の入出力端に接続された電力線１１０ａと他方の入出力端に接続された電力線１２０ａである。

ＤＣ／ＤＣ変換器４２の一方の入出力端に接続された電力線１１０ａは、複数の分岐経路１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ及び１１１ｄに分岐している分岐電力線である。電力線１１０ａにおける複数の分岐経路１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ及び１１１ｄの接続点を分岐点Ｎとする。具体的には、分岐点ＮとＤＣ／ＤＣ変換器４１とを結ぶ経路が分岐経路１１１ａであり、分岐点ＮとＤＣ／ＤＣ変換器４３とを結ぶ経路が分岐経路１１１ｂであり、分岐点Ｎとインバータ４４とを結ぶ経路が分岐経路１１１ｃであり、分岐点ＮとＤＣ／ＤＣ変換器４２とを結ぶ経路が分岐経路１１１ｄである。分岐経路１１１ｄは、後述する磁気コア２１ａを貫通している。

例えば、ＤＣ／ＤＣ変換器４２に着目すると、ＤＣ／ＤＣ変換器４２の一方の入出力端に接続された電力線１１０ａ及びＤＣ／ＤＣ変換器４２の他方の入出力端に接続された電力線１２０ａに流れる電流は直流電流であるため、電力線１１０ａ及び１２０ａのいずれについてもアークが発生する可能性がある。電力線１１０ａにアーク検出手段を設ければ、電力線１１０ａで発生したアークを検出できるが、電力線１２０ａで発生したアークによる高周波成分は、ＤＣ／ＤＣ変換器４２内に存在するコンデンサ等によって遮断されるため、電力線１２０ａで発生したアークについては検出することは難しい。一方で、電力線１２０ａにアーク検出手段を設ければ、電力線１２０ａで発生したアークを検出できるが、電力線１１０ａで発生したアークについては同様に検出することは難しい。電力線１１０ａ及び１２０ａの両方にアーク検出手段を設ければ、電力線１１０ａで発生したアーク及び電力線１２０ａで発生したアークの両方を検出することができるが、システムが大型化し、また、高コスト化する。

そこで、システム１ａにおける複数の電力線のうちの２以上の電力線（ここでは例えば電力線１１０ａ及び１２０ａ）において発生するアークを容易に検出するために、アーク検出装置１０ａが用いられる。

アーク検出装置１０ａは、電流検出部２０ａ及びアーク判定部３０ａを備える。

電流検出部２０ａは、電力線１１０ａ及び１２０ａが貫通する磁気コア２１ａを有し、磁気コア２１ａに発生する磁界に応じて電力線１１０ａ及び１２０ａを流れる合成電流を検出する。具体的には、電流検出部２０ａは、電力線１１０ａにおける分岐点ＮとＤＣ／ＤＣ変換器４２の一方の入出力端とを結ぶ分岐経路１１１ｄ、及び、電力線１２０ａが貫通する磁気コア２１ａを有し、磁気コア２１ａに発生する磁界に応じて分岐経路１１１ｄ及び電力線１２０ａを流れる合成電流を検出する。例えば、ＤＣ／ＤＣ変換器４２の一方の入出力端に接続された電力線１１０ａと他方の入出力端に接続された電力線１２０ａとが、図１に示されるように、磁気コア２１ａにおいて束ねられ、磁気コア２１ａを貫通する。例えば、磁気コアにおいて、２以上の電力線には、直流電流の流れる向きが他の電力線と逆向きとなっている電力線が含まれる。ここでは、磁気コア２１ａにおいて、電力線１１０ａを流れる直流電流の向きと電力線１２０ａを流れる直流電流の向きとが逆向きとなるように、電力線１１０ａ及び１２０ａが磁気コア２１ａを貫通している。

磁気コア２１ａは、電力線が貫通可能な環状形状（ここでは円環形状）となっており、自身の孔を貫通する電力線に流れる電流によって、当該電流に応じた磁界がコアに発生する。なお、磁気コア２１ａは、円環形状に限らず、矩形状の環状形状等であってもよい。

また、電流検出部２０ａは、例えば、磁気コア２１ａに発生する磁界を検出して、磁気コア２１ａに発生する磁界に応じた電圧を発生するホール素子（図示せず）を備える。ホール素子が発生する電圧は、磁気コア２１ａに発生した磁界、つまり、磁気コア２１ａを貫通する電力線１１０ａ及び１２０ａを流れる電流を示す信号としてアーク判定部３０ａに入力される。

アーク判定部３０ａは、例えばマイコン（マイクロコントローラ）により実現される。マイコンは、プログラムが格納されたＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄａｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、プログラムを実行するプロセッサ（ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、タイマ、Ａ／Ｄ変換器及びＤ／Ａ変換器等を有する半導体集積回路等である。なお、アーク判定部３０ａは、Ａ／Ｄ変換器、論理回路、ゲートアレイ及びＤ／Ａ変換器等で構成される専用の電子回路、又は、アンプ及びフィルタ回路等によってハードウェア的に実現されてもよい。

アーク判定部３０ａは、電流検出部２０ａにより検出された合成電流に基づいて、アークの発生を判定する。例えば、アーク判定部３０ａは、電流検出部２０ａにより検出された合成電流を周波数分析することで電力線１１０ａ又は１２０ａにおけるアークの発生を判定する。アークの発生により生じる電流には、アークに起因する周波数成分が含まれており、当該周波数成分を検出することでアークの発生を判定することができる。アーク判定部３０ａがアーク発生したと判定した場合、電力線１１０ａ及び１２０ａのいずれかにアークが発生したことがわかる。つまり、１つの電流検出部２０ａ（具体的には磁気コア２１ａ）のみで、２以上の電力線（ここでは電力線１１０ａ及び１２０ａ）におけるアークを検出できる。

なお、磁気コア２１ａを貫通する２以上の電力線には、電力線１１０ａ（具体的には分岐経路１１１ｄ）及び１２０ａ以外の電力線が含まれていてもよい。例えば、当該２以上の電力線には、さらに、電力線１３０ａ又は１３０ｂ、及び、電力線１４０ａ又は１４０ｂの少なくとも１つが含まれていてもよい。つまり、磁気コア２１ａに、さらに、電力線１３０ａ又は１３０ｂ、及び、電力線１４０ａ又は１４０ｂの少なくとも１つが貫通していてもよい。

以上説明したように、本実施の形態に係るアーク検出装置１０ａは、少なくとも１つの電力源（例えば太陽電池６２、系統電源４８並びに蓄電池５１及び５２から選択される電力源）と、少なくとも１つの電力源の電圧を調整する複数のコンバータ（例えばＤＣ／ＤＣ変換器４１、４２及び４３並びにインバータ４４から選択される複数のコンバータ）と、複数の負荷装置（例えば蓄電池５１及び５２、系統電源４８並びにインバータ４４から選択される複数の負荷装置）とを有するシステム１ａにおけるアーク検出装置である。少なくとも１つの電力源と複数のコンバータとの間、及び、複数のコンバータと複数の負荷装置との間は、複数の電力線（例えば、電力線１１０ａ、１１０ｂ、１２０ａ、１２０ｂ、１３０ａ、１３０ｂ、１４０ａ、１４０ｂ、１５０ａ及び１５０ｂ）で結線される。アーク検出装置１０ａは、複数の電力線のうちの２以上の電力線（例えば電力線１１０ａ及び１２０ａ）が貫通する磁気コア２１ａを有し、磁気コア２１ａに発生する磁界に応じて２以上の電力線を流れる合成電流を検出する電流検出部２０ａと、電流検出部２０ａにより検出された合成電流に基づいて、アークの発生を判定するアーク判定部３０ａと、を備える。少なくとも１つの電力源には複数のコンバータのうちの少なくとも１つのコンバータが接続され、複数の負荷装置のそれぞれには複数のコンバータのうちの少なくとも１つのコンバータが接続される。

これによれば、２以上の電力線（例えば電力線１１０ａ及び１２０ａ）が束ねられて１つの磁気コア２１ａを貫通しているため、２以上の電力線のうちのいずれの電力線でアークが発生したとしてもアークを検出できる。つまり、２以上の電力線のそれぞれ毎にアーク検出手段を設けなくても、２以上の電力線において発生するアークを検出できる。すなわち、システムを大型化したり、高コスト化したりしなくてもよく、１つの電流検出部２０ａを用いて、複数（２以上）の電力線において発生するアークを容易に検出できる。例えば、アークが検出された場合、当該検出結果に基づいて、ＤＣ／ＤＣ変換器４１、４２及び４３並びにインバータ４４を停止したり、各電力線に設けられたブレーカ等（図示せず）を操作したりして、各電力線を流れる電流を遮断することができる。

例えば、２以上の電力線は、複数のコンバータのうちの第１のコンバータ（例えばＤＣ／ＤＣ変換器４２）の一方の入出力端に接続された電力線１１０ａと他方の入出力端に接続された電力線１２０ａであってもよい。

これによれば、第１のコンバータの一方の入出力端に接続された電力線１１０ａ及び他方の入出力端に接続された電力線１２０ａにおいて発生するアークを検出できる。

例えば、磁気コア２１ａにおいて、２以上の電力線には電流の流れる向きが逆向きとなっている電力線が含まれていてもよい。

例えば、２以上の電力線には、大きな直流電流が流れているため、磁気コア２１ａに磁気飽和が生じ得る。このため、２以上の電力線にアークが発生した場合、直流電流による磁気飽和によって、２以上の電力線に流れる直流電流に重畳したアークによる電流（交流電流）を正確に検出できないおそれがある。これに対して、磁気コア２１ａにおいて、直流電流の流れる向きが他の電力線と逆向きとなっている電力線が含まれるようにして、２以上の電力線を磁気コア２１ａに貫通させることで、直流電流の流れる向きが互いに逆向きになっている電力線を流れる直流電流による磁界を相殺でき磁気飽和を防止できる。したがって、２以上の電力線において発生するアークを正確に検出できる。なお、第１のコンバータの一方の入出力端に接続された電力線（具体的には電力線１１０ａにおける分岐経路１１１ｄ）を流れる直流電流が第１のコンバータの他方の入出力端に接続された電力線１２０ａを流れる直流電流よりも小さい場合（例えば、ＤＣ／ＤＣ変換器４２が降圧型の場合）、第１のコンバータの一方の入出力端に接続された電力線１１０ａを磁気コア２１ａに１回以上巻いて、電力線１１０ａを磁気コア２１ａに２回以上貫通させてもよい。これにより、第１のコンバータの一方の入出力端に接続された電力線１１０ａを流れる直流電流による磁界と第１のコンバータの他方の入出力端に接続された電力線１２０ａを流れる直流電流による磁界とを均等に相殺しやすくなる。

本実施の形態に係る太陽光発電システム（例えばシステム１ａ）は、アーク検出装置１０ａを備え、少なくとも１つの電力源のうちの１つ以上の電力源は、太陽電池６２で構成され、少なくとも１つの電力源のうちの他の１つの電力源は、系統電源４８で構成され、複数の負荷装置のうちの１つの負荷装置は、系統電源４８に接続されたＤＣ／ＡＣ変換器（例えばインバータ４４）で構成される。

これによれば、複数（２以上）の電力線において発生するアークを容易に検出できる太陽光発電システムを提供できる。

本実施の形態に係る蓄電池システム（例えばシステム１ａ）は、アーク検出装置１０ａと、少なくとも１つの電力源のうちの１つ以上の電力源又は複数の負荷装置のうちの１つ以上の負荷装置として動作する蓄電池５１及び５２と、少なくとも１つの電力源のうちの１つ以上の電力源又は複数の負荷装置のうちの１つ以上の負荷装置として動作する系統電源４８と、を備える。蓄電池５１及び５２の充電時には、系統電源４８が電力源として動作し、系統電源４８に接続されたコンバータ（例えばインバータ４４）がＡＣ／ＤＣ変換器として動作し、蓄電池５１及び５２と蓄電池５１及び５２に接続されたコンバータ（例えばＤＣ／ＤＣ変換器４２及び４３）とが負荷装置として動作する。蓄電池５１及び５２の放電時には、蓄電池５１及び５２が電力源として動作し、蓄電池５１及び５２に接続されたコンバータがＤＣ／ＤＣ変換器４２及び４３として動作し、系統電源４８と系統電源４８に接続されたコンバータ（例えばインバータ４４）とが負荷装置として動作する。

これによれば、複数（２以上）の電力線において発生するアークを容易に検出できる蓄電池システムを提供できる。

例えば、少なくとも１つの電力源のうちの１つ以上の電力源は、太陽電池６２で構成されてもよい。

これによれば、複数（２以上）の電力線において発生するアークを容易に検出できるシステムであって、太陽光発電機能と蓄電機能とを有するシステムを提供できる。

（実施の形態１の変形例）
実施の形態１では、アーク検出装置１０ａが１つの電流検出部２０ａを備える例について説明した。実施の形態１の変形例では、アーク検出装置が電流検出部を複数（例えば２つ）備える例について説明する。

図２は、実施の形態１の変形例に係るシステム１ｂの一例を示す構成図である。

システム１ｂは、アーク検出装置１０ａの代わりにアーク検出装置１０ｂを備える点が、実施の形態１に係るシステム１ａと異なる。その他の点については、実施の形態１におけるものと同じであるため、説明は省略する。

アーク検出装置１０ｂは、電流検出部２０ａ及び２０ｂ並びにアーク判定部３０ｂを備える。

電流検出部２０ａは、実施の形態１において説明したものと同じであるため説明は省略する。なお、実施の形態１の変形例では、電流検出部２０ａにおける磁気コア２１ａを貫通する電力線１１０ａ及び１２０ａを流れる電流を示す信号がアーク判定部３０ｂに入力される。

電流検出部２０ｂは、電力線１１０ａ及び１３０ａが貫通する磁気コア２１ｂを有し、磁気コア２１ｂに発生する磁界に応じて電力線１１０ａ及び１３０ａを流れる電流を検出する。具体的には、電流検出部２０ｂは、電力線１１０ａにおける分岐点ＮとＤＣ／ＤＣ変換器４３とを結ぶ分岐経路１１１ｂ、及び、ＤＣ／ＤＣ変換器４３の他方の入出力端に接続された電力線１３０ａが貫通する磁気コア２１ｂを有し、磁気コア２１ｂに発生する磁界に応じて分岐経路１１１ｂ及び電力線１３０ａを流れる電流を検出する。例えば、ＤＣ／ＤＣ変換器４３の一方の入出力端に接続された電力線１１０ａと他方の入出力端に接続された電力線１３０ａとが、図２に示されるように、磁気コア２１ｂにおいて束ねられ、磁気コア２１ｂを貫通する。例えば、電力線１１０ａ及び１３０ａには、磁気コア２１ｂにおいて直流電流の流れる向きが他の電力線と逆向きとなっている電力線が含まれる。ここでは、磁気コア２１ｂにおいて、電力線１１０ａを流れる直流電流の向きと電力線１３０ａを流れる直流電流の向きとが逆向きとなるように、電力線１１０ａ及び１３０ａが磁気コア２１ｂを貫通している。

磁気コア２１ｂは、電力線が貫通可能な環状形状（ここでは円環形状）となっており、自身の孔を貫通する電力線に流れる電流によって、当該電流に応じた磁界がコアに発生する。なお、磁気コア２１ｂは、円環形状に限らず、矩形状の環状形状等であってもよい。

また、電流検出部２０ｂは、例えば、磁気コア２１ｂに発生する磁界を検出して、磁気コア２１ｂに発生する磁界に応じた電圧を発生するホール素子（図示せず）を備える。ホール素子が発生する電圧は、磁気コア２１ｂに発生した磁界、つまり、磁気コア２１ｂを貫通する電力線１１０ａ及び１３０ａを流れる電流を示す信号としてアーク判定部３０ｂに入力される。

アーク判定部３０ｂは、アーク判定部３０ａと同じように、マイコンにより実現されるが、専用の電子回路、又は、アンプ及びフィルタ回路等によってハードウェア的に実現されてもよい。

アーク判定部３０ｂは、電流検出部２０ａ及び２０ｂにより検出された電流に基づいて、アークが発生した個所を特定する。例えば、アーク判定部３０ｂは、電流検出部２０ａにより検出された電流を周波数分析することで電力線１１０ａ又は１２０ａにおけるアークの発生を判定し、電流検出部２０ｂにより検出された電流を周波数分析することで電力線１１０ａ又は１３０ａにおけるアークの発生を判定する。

アーク判定部３０ｂは、電流検出部２０ａにより検出された電流から電力線１１０ａ又は１２０ａにおいてアークが発生したと判定し、かつ、電流検出部２０ｂにより検出された電流から電力線１１０ａ又は１３０ａにおいてアークが発生したと判定した場合、アークが発生した個所を電力線１１０ａと特定できる。電力線１１０ａにおいてアークが発生した場合、分岐点Ｎで繋がっている分岐経路１１１ｄ及び１１１ｂの両方にアークの発生により生じる電流が流れ、電流検出部２０ａ及び２０ｂの両方で当該電流を検出するためである。

アーク判定部３０ｂは、電流検出部２０ａにより検出された電流から電力線１１０ａ又は１２０ａにおいてアークが発生したと判定し、かつ、電流検出部２０ｂにより検出された電流から電力線１１０ａ又は１３０ａにおいてはアークが発生していないと判定した場合、アークが発生した個所を電力線１２０ａと特定できる。電力線１２０ａにおいてアークが発生した場合、電力線１２０ａにアークの発生により生じる電流が流れ、電流検出部２０ａは当該電流を検出するが、電力線１１０ａ及び１３０ａにはアークの発生により生じる電流が流れず、電流検出部２０ｂは当該電流を検出しないためである。

アーク判定部３０ｂは、電流検出部２０ａにより検出された電流から電力線１１０ａ又は１２０ａにおいてはアークが発生していないと判定し、かつ、電流検出部２０ｂにより検出された電流から電力線１１０ａ又は１３０ａにおいてアークが発生したと判定した場合、アークが発生した個所を電力線１３０ａと特定できる。電力線１３０ａにおいてアークが発生した場合、電力線１３０ａにアークの発生により生じる電流が流れ、電流検出部２０ｂは当該電流を検出するが、電力線１１０ａ及び１２０ａにはアークの発生により生じる電流が流れず、電流検出部２０ａは当該電流を検出しないためである。

なお、磁気コア２１ｂを貫通する２以上の電力線には、電力線１１０ａ（具体的には分岐経路１１１ｂ）及び１３０ａ以外の電力線が含まれていてもよい。例えば、当該２以上の電力線には、さらに、電力線１４０ａ又は１４０ｂが含まれていてもよい。つまり、磁気コア２１ｂに、さらに、電力線１４０ａ又は１４０ｂが貫通していてもよい。

このように、アーク検出装置１０ｂは、電流検出部を複数備え、アーク判定部３０ｂは、複数の電流検出部（例えば電流検出部２０ａ及び２０ｂ）により検出された電流に基づいてアークが発生した個所を判定する。

これによれば、アークの発生により生じる電流が複数の電流検出部から検出された場合、各電流検出部が共通してアークの検出を行う分岐電力線（つまり電力線１１０ａ）においてアークが発生したと特定でき、アークの発生により生じる電流が複数の電流検出部のうちのいずれかの電流検出部のみから検出された場合、当該電流検出部が単独でアークの検出を行う電力線（例えば電力線１２０ａ又は１３０ａ等）においてアークが発生したと特定できる。

（実施の形態２）
実施の形態１及びその変形例では、アーク検出装置が太陽光発電システム又は蓄電池システム等のシステムに備えられる例について説明したが、アーク検出装置は、屋内電力線システムに備えられてもよい。これについて、図３を用いて説明する。

図３は、実施の形態２に係る屋内電力線システム２の一例を示す構成図である。

屋内電力線システム２は、少なくとも１つの電力源と、少なくとも１つの電力源の電圧を調整する複数のコンバータと、複数の負荷装置とを有するシステムである。また、屋内電力線システム２は、アーク検出装置１０を備える。実施の形態２では、少なくとも１つの電力源として、系統電源６３を示している。また、複数のコンバータとして、ＡＣ／ＤＣ変換器４５、４６及び４７を示している。また、複数の負荷装置として、負荷装置５３、５４及び５５を示している。

少なくとも１つの電力源には複数のコンバータのうちの少なくとも１つのコンバータが接続され、複数の負荷装置のそれぞれには複数のコンバータのうちの少なくとも１つのコンバータが接続される。実施の形態２では、系統電源６３にはＡＣ／ＤＣ変換器４５、４６及び４７が接続され、負荷装置５３にはＡＣ／ＤＣ変換器４５が接続され、負荷装置５４にはＡＣ／ＤＣ変換器４６が接続され、負荷装置５５にはＡＣ／ＤＣ変換器４７が接続される。

少なくとも１つの電力源と複数のコンバータとの間、及び、複数のコンバータと複数の負荷装置との間は、複数の電力線で結線される。実施の形態２では、系統電源６３とＡＣ／ＤＣ変換器４５、４６及び４７との間、ＡＣ／ＤＣ変換器４５と負荷装置５３との間、ＡＣ／ＤＣ変換器４６と負荷装置５４との間、並びに、ＡＣ／ＤＣ変換器４７と負荷装置５５との間は、複数の電力線で結線されている。具体的には、系統電源６３とＡＣ／ＤＣ変換器４５、４６及び４７との間は電力線１４ａ及び１４ｂで結線され、ＡＣ／ＤＣ変換器４５と負荷装置５３との間は電力線１１ａ及び１１ｂで結線され、ＡＣ／ＤＣ変換器４６と負荷装置５４との間は電力線１２ａ及び１２ｂで結線され、ＡＣ／ＤＣ変換器４７と負荷装置５５との間は電力線１３ａ及び１３ｂで結線されている。

ＡＣ／ＤＣ変換器４５、４６及び４７、電力線１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂ、１４ａ及び１４ｂ、負荷装置５３、５４及び５５並びにアーク検出装置１０は、戸建て、集合住宅、ビル又は工場等の施設の屋内に設置される。

系統電源６３は、発電所等で生成された交流電力を供給する電源である。系統電源６３とＡＣ／ＤＣ変換器４５、４６及び４７とを接続する電力線１４ａ及び１４ｂは、交流電流が流れる。

ＡＣ／ＤＣ変換器４５、４６及び４７は、系統電源６３から交流電力が供給され、供給された交流電力を直流電力に変換して出力する。

ＡＣ／ＤＣ変換器４５は、系統電源６３から供給された交流電力を直流電力に変換して、負荷装置５３に出力する。ＡＣ／ＤＣ変換器４５は正極と負極を有し、正極には電力線１１ａが接続され、負極には電力線１１ｂが接続される。負荷装置５３は、ＡＣ／ＤＣ変換器４５からの直流電力が供給される。

ＡＣ／ＤＣ変換器４６は、系統電源６３から供給された交流電力を直流電力に変換して、負荷装置５４に出力する。ＡＣ／ＤＣ変換器４６は正極と負極を有し、正極には電力線１２ａが接続され、負極には電力線１２ｂが接続される。負荷装置５４は、ＡＣ／ＤＣ変換器４６からの直流電力が供給される。

ＡＣ／ＤＣ変換器４７は、系統電源６３から供給された交流電力を直流電力に変換して、負荷装置５５に出力する。ＡＣ／ＤＣ変換器４７は正極と負極を有し、正極には電力線１３ａが接続され、負極には電力線１３ｂが接続される。負荷装置５５は、ＡＣ／ＤＣ変換器４７からの直流電力が供給される。

電力線１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂ、１３ａ及び１３ｂは、それぞれ直流電流が流れる。電力線１１ａ、１２ａ及び１３ａは、後述する磁気コア２１を貫通する２以上の電力線の一例である。

負荷装置５３、５４及び５５は、屋内に設置され、ＤＣ駆動される機器であれば特に限定されない。例えば、負荷装置５３、５４及び５５は、照明器具、ファン、スピーカ又はマイク等であってもよい。

例えば、直流電流が流れる電力線１１ａ、１２ａ及び１３ａでアークが発生する可能性がある。電力線１１ａ、１２ａ及び１３ａの全てにアーク検出手段を設ければ、電力線１１ａで発生したアーク、電力線１２ａで発生したアーク及び電力線１３ａで発生したアークを検出することができるが、システム（例えば屋内電力線システム２）が大型化し、また、高コスト化する。

そこで、屋内電力線システム２における複数の電力線のうちの２以上の電力線（ここでは例えば電力線１１ａ、１２ａ及び１３ａ）において発生するアークを容易に検出するために、アーク検出装置１０が用いられる。

アーク検出装置１０は、電流検出部２０及びアーク判定部３０を備える。

電流検出部２０は、電力線１１ａ、１２ａ及び１３ａが貫通する磁気コア２１を有し、磁気コア２１に発生する磁界に応じて電力線１１ａ、１２ａ及び１３ａを流れる合成電流を検出する。例えば、ＡＣ／ＤＣ変換器４５、４６及び４７のそれぞれの出力端に接続された電力線１１ａ、１２ａ及び１３ａが、図３に示されるように、磁気コア２１において束ねられ、磁気コア２１を貫通する。例えば、磁気コアにおいて、２以上の電力線には、直流電流の流れる向きが他の電力線と逆向きとなっている電力線が含まれる。ここでは、磁気コア２１において、電力線１２ａを流れる直流電流の向きが他の電力線１１ａ及び１３ａを流れる直流電流の向きと逆向きとなるように、電力線１１ａ、１２ａ及び１３ａが磁気コア２１を貫通している。例えば、磁気コア２１において、流れる直流電流の向きが他の電力線１１ａ及び１３ａと逆向きとなっている電力線１２ａは、電力線１１ａ、１２ａ及び１３ａのうちで最も大きい直流電流が流れると想定される電力線である。電力線１１ａ、１２ａ及び１３ａのうち、最も大きい直流電流が流れると想定される電力線１２ａが他の電力線１１ａ及び１３ａと直流電流の流れる向きが逆向きであることで、電力線１２ａを流れる直流電流による磁界と、電力線１１ａを流れる直流電流による磁界及び電力線１３ａを流れる直流電流による磁界とを相殺しやすくなり磁気飽和を防止しやすくなる。

磁気コア２１は、電力線が貫通可能な環状形状（ここでは円環形状）となっており、自身の孔を貫通する電力線に流れる電流によって、当該電流に応じた磁界がコアに発生する。なお、磁気コア２１は、円環形状に限らず、矩形状の環状形状等であってもよい。

また、電流検出部２０は、例えば、磁気コア２１に発生する磁界を検出して、磁気コア２１に発生する磁界に応じた電圧を発生するホール素子（図示せず）を備える。ホール素子が発生する電圧は、磁気コア２１に発生した磁界、つまり、磁気コア２１を貫通する電力線１１ａ、１２ａ及び１３ａを流れる電流を示す信号としてアーク判定部３０に入力される。

アーク判定部３０は、アーク判定部３０ａと同じように、マイコンにより実現されるが、専用の電子回路、又は、アンプ及びフィルタ回路等によってハードウェア的に実現されてもよい。

アーク判定部３０は、電流検出部２０により検出された合成電流に基づいて、アークの発生を判定する。例えば、アーク判定部３０は、電流検出部２０により検出された合成電流を周波数分析することで電力線１１ａ、１２ａ又は１３ａにおけるアークの発生を判定する。アークの発生により生じる電流には、アークに起因する周波数成分が含まれており、当該周波数成分を検出することでアークの発生を判定することができる。アーク判定部３０がアーク発生したと判定した場合、電力線１１ａ、１２ａ及び１３ａのいずれかにアークが発生したことがわかる。つまり、１つの電流検出部２０（具体的には磁気コア２１）のみで、２以上の電力線（ここでは電力線１１ａ、１２ａ及び１３ａ）におけるアークを検出できる。

なお、磁気コア２１を貫通する電力線の数は、３本に限らず、２本であってもよいし、４本以上であってもよい。

以上説明したように、本実施の形態に係る屋内電力線システム２は、アーク検出装置１０を備え、少なくとも１つの電力源のうちの１つの電力源は、系統電源６３で構成され、複数のコンバータは、ＡＣ／ＤＣ変換器４５、４６及び４７で構成される。

このように、アーク検出装置１０を屋内電力線システム２に適用してもよく、複数（２以上）の電力線において発生するアークを容易に検出できる屋内電力線システム２を提供できる。

（その他の実施の形態）
以上、実施の形態に係るアーク検出装置等について説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。

例えば、上記実施の形態１及びその変形例では、システム１ａ、１ｂは、１つの太陽電池６２を備える例について説明したが、システム１ａ、１ｂは、２つ以上の太陽電池を備えていてもよい。

例えば、上記実施の形態１及びその変形例では、システム１ａ、１ｂは、２つの蓄電池５１及び５２を備える例について説明したが、システム１ａ、１ｂは、３つ以上の蓄電池を備えていてもよい。

例えば、上記実施の形態１及びその変形例では、システム１ａ、１ｂは、３つのＤＣ／ＤＣ変換器４１、４２及び４３を備える例について説明したが、システム１ａ、１ｂは、４つ以上のＤＣ／ＤＣ変換器を備えていてもよい。

例えば、上記実施の形態１及びその変形例では、システム１ａ、１ｂは、太陽電池６２を備える例について説明したが、備えていなくてもよい。つまり、システム１ａ、１ｂは、太陽光発電機能を有していない蓄電池システムであってもよい。

例えば、上記実施の形態１及びその変形例では、システム１ａ、１ｂは、蓄電池５１及び５２を備える例について説明したが、備えていなくてもよい。つまり、システム１ａ、１ｂは、蓄電機能を有していない太陽光発電システムであってもよい。

例えば、上記実施の形態１の変形例では、システム１ｂは、２つの電流検出部２０ａ及び２０ｂを備える例について説明したが、システム１ｂは、例えば備えられるＤＣ／ＤＣ変換器の数等に応じて３つ以上の電流検出部を備えていてもよい。

例えば、上記実施の形態２では、屋内電力線システム２は、３つのＡＣ／ＤＣ変換器４５、４６及び４７を備える例について説明したが、屋内電力線システム２は、２つ又は４つ以上のＡＣ／ＤＣ変換器を備えていてもよい。

例えば、上記実施の形態２では、屋内電力線システム２は、３つの負荷装置５３、５４及び５５を備える例について説明したが、屋内電力線システム２は、２つ又は４つ以上の負荷装置を備えていてもよい。

例えば、上記実施の形態では、２以上の電力線には、磁気コアにおいて、直流電流の流れる向きが他の電力線と逆向きとなっている電力線が含まれる例について説明したが、磁気コアにおいて、２以上の電力線を流れる直流電流の向きは全て同じ向きであってもよい。

例えば、アーク検出装置が備えるアーク判定部は、パーソナルコンピュータ等の汎用コンピュータにおいてソフトウェア的に実現されてもよい。

その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。

１ａ、１ｂ システム
２ 屋内電力線システム
１０、１０ａ、１０ｂ アーク検出装置
１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂ、１１０ａ、１１０ｂ、１２０ａ、１２０ｂ、１３０ａ、１３０ｂ、１４０ａ、１４０ｂ、１５０ａ、１５０ｂ 電力線
２０、２０ａ、２０ｂ 電流検出部
２１、２１ａ、２１ｂ 磁気コア
３０、３０ａ、３０ｂ アーク判定部
４１、４２、４３ ＤＣ／ＤＣ変換器
４４ インバータ
４５、４６、４７ ＡＣ／ＤＣ変換器
４８、６３ 系統電源
５１、５２ 蓄電池
５３、５４、５５ 負荷装置
６２ 太陽電池
１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄ 分岐経路
Ｎ 分岐点

Claims (8)

1. 少なくとも１つの電力源と、前記少なくとも１つの電力源の電圧を調整する複数のコンバータと、複数の負荷装置とを有するシステムにおけるアーク検出装置であって、
   前記少なくとも１つの電力源と前記複数のコンバータとの間、及び、前記複数のコンバータと前記複数の負荷装置との間は、複数の電力線で結線され、
   前記アーク検出装置は、
   前記複数の電力線のうちの２以上の電力線が貫通する磁気コアを有し、前記磁気コアに発生する磁界に応じて前記２以上の電力線を流れる合成電流を検出する電流検出部と、
   前記電流検出部により検出された合成電流に基づいて、アークの発生を判定するアーク判定部と、を備え、
   前記少なくとも１つの電力源には前記複数のコンバータのうちの少なくとも１つのコンバータが接続され、
   前記複数の負荷装置のそれぞれには前記複数のコンバータのうちの少なくとも１つのコンバータが接続される
   アーク検出装置。
2. 前記磁気コアにおいて、前記２以上の電力線には電流の流れる向きが逆向きとなっている電力線が含まれる
   請求項１に記載のアーク検出装置。
3. 前記２以上の電力線は、前記複数のコンバータのうちの第１のコンバータの一方の入出力端に接続された電力線と他方の入出力端に接続された電力線である
   請求項１又は２に記載のアーク検出装置。
4. 前記アーク検出装置は、前記電流検出部を複数備え、
   前記アーク判定部は、複数の前記電流検出部により検出された電流に基づいてアークが発生した個所を特定する
   請求項３に記載のアーク検出装置。
5. 請求項１～４のいずれか１項に記載のアーク検出装置を備え、
   前記少なくとも１つの電力源のうちの１つの電力源は、系統電源で構成され、
   前記複数のコンバータは、ＡＣ／ＤＣ変換器で構成される
   屋内電力線システム。
6. 請求項１～４のいずれか１項に記載のアーク検出装置を備え、
   前記少なくとも１つの電力源のうちの１つ以上の電力源は、太陽電池で構成され、
   前記少なくとも１つの電力源のうちの他の１つの電力源は、系統電源で構成され、
   前記複数の負荷装置のうちの１つの負荷装置は、前記系統電源に接続されたＤＣ／ＡＣ変換器で構成される
   太陽光発電システム。
7. 請求項１～４のいずれか１項に記載のアーク検出装置と、
   前記少なくとも１つの電力源のうちの１つ以上の電力源又は前記複数の負荷装置のうちの１つ以上の負荷装置として動作する蓄電池と、
   前記少なくとも１つの電力源のうちの１つ以上の電力源又は前記複数の負荷装置のうちの１つ以上の負荷装置として動作する系統電源と、を備え、
   前記蓄電池の充電時には、
   前記系統電源が電力源として動作し、前記系統電源に接続されたコンバータがＡＣ／ＤＣ変換器として動作し、前記蓄電池と当該蓄電池に接続されたコンバータとが負荷装置として動作し、
   前記蓄電池の放電時には、
   前記蓄電池が電力源として動作し、前記蓄電池に接続されたコンバータがＤＣ／ＤＣ変換器として動作し、前記系統電源と当該系統電源に接続されたコンバータとが負荷装置として動作する
   蓄電池システム。
8. 前記少なくとも１つの電力源のうちの１つ以上の電力源は、太陽電池で構成される
   請求項７に記載の蓄電池システム。

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