JP7437812B2 - アーク検出装置、パワーコンディショナ、屋内配線システム、ブレーカ、太陽光パネル、太陽光パネル付属モジュール及び接続箱 - Google Patents

アーク検出装置、パワーコンディショナ、屋内配線システム、ブレーカ、太陽光パネル、太陽光パネル付属モジュール及び接続箱 Download PDF

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Description

本発明は、アーク検出装置、パワーコンディショナ、屋内配線システム、ブレーカ、太陽光パネル、太陽光パネル付属モジュール及び接続箱に関する。
従来、ＰＶ（Ｐｈｏｔｏ Ｖｏｌｔａｉｃ）パネル（太陽光パネル）等から配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。このような配線は、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。このような配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複数の機器が設けられ、１つの直流電源から複数の機器のそれぞれへと分岐している配線（分岐配線と呼ぶ）を介して複数の機器に電力を供給することが想定される。このとき、分岐配線の分岐前の経路と分岐後の複数の経路のそれぞれについてアークが発生する場合がある。分岐配線の分岐前の経路と分岐後の複数の経路のそれぞれにアーク検出手段を設ければ、分岐前の経路と分岐後の複数の経路のそれぞれについて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、分岐配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、直流電源の正極と複数の機器とを接続し、前記直流電源の正極から前記複数の機器のそれぞれへと分岐している第１配線上の第１ノードと、前記直流電源の負極と前記複数の機器とを接続し前記直流電源の負極から前記複数の機器のそれぞれへと分岐している第２配線上の第２ノードとの間に接続され、前記複数の機器のそれぞれよりもインピーダンスが低い低インピーダンス回路と、前記低インピーダンス回路を流れる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、を備える。
本発明に係るパワーコンディショナの一態様は、上記のアーク検出装置と、前記直流電源の出力電力を変換する変換器と、を備える。
本発明に係る屋内配線システムの一態様は、上記のアーク検出装置と、前記第１配線と、前記第２配線と、屋内に設置された前記複数の機器と、を備える。
本発明に係るブレーカの一態様は、上記のアーク検出装置を備え、アークが発生したと判定された場合に、前記第１配線及び前記第２配線に流れる電流を遮断する。
本発明に係る太陽光パネルの一態様は、上記のアーク検出装置を備え、太陽光により発電する。
本発明に係る太陽光パネル付属モジュールの一態様は、上記のアーク検出装置を備え、太陽光パネルから出力される信号の変換を行う。
本発明に係る接続箱の一態様は、上記のアーク検出装置を備え、太陽光パネルとパワーコンディショナとを接続する。
本発明の一態様によれば、分岐配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に係る太陽光発電システムの一例を示す構成図である。 図２Ａは、点Ａ１でアークが発生したときの点Ａ１を流れる電流の周波数スペクトルを示す図である。 図２Ｂは、点Ａ１でアークが発生したときの点Ａ２を流れる電流の周波数スペクトルを示す図である。 図２Ｃは、点Ａ１でアークが発生したときの点Ａ３及びＡ４を流れる電流の周波数スペクトルを示す図である。 図３は、実施の形態１の変形例１に係る太陽光発電システムの一例を示す構成図である。 図４は、実施の形態１の変形例２に係る太陽光発電システムの一例を示す構成図である。 図５は、実施の形態２に係る屋内配線システムの一例を示す構成図である。 図６は、本発明に係るアーク検出装置の適用例を説明するための図である。
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に係る太陽光発電システム１ａの一例を示す構成図である。
太陽光発電システム１ａは、太陽光パネル４１、蓄電池５４、５５及び５６、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１、５２及び５３並びにパワーコンディショナ（パワコン）６０ａを備える。
太陽光パネル４１は、太陽光により発電し直流電力を発生する。太陽光パネル４１で発生した直流電力はパワコン６０ａに供給される。
蓄電池５４はＤＣ／ＤＣコンバータ５１からの直流電力を蓄電し、蓄電池５５はＤＣ／ＤＣコンバータ５２からの直流電力を蓄電し、蓄電池５６はＤＣ／ＤＣコンバータ５３からの直流電力を蓄電する。例えば、蓄電池５４、５５及び５６は、電気自動車又は電動自転車等に搭載されてもよいし、家庭用電気機器等への電力供給のために用いられてもよい。
ＤＣ／ＤＣコンバータ５１、５２及び５３は、供給された直流電力の直流電圧を昇圧又は降圧して出力する電圧変換器である。ＤＣ／ＤＣコンバータ５１は、パワコン６０ａから供給された直流電力を昇圧又は降圧して、蓄電池５４に出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ５２は、パワコン６０ａから供給された直流電力を昇圧又は降圧して、蓄電池５５に出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ５３は、パワコン６０ａから供給された直流電力を昇圧又は降圧して、蓄電池５６に出力する。
パワコン６０ａは、太陽光パネル４１から供給される直流電力を交流電力に変換する機能を有する。また、パワコン６０ａは、太陽光パネル４１から供給される直流電力を交流電力に変換せずに蓄電池等に供給する機能を有する。パワコン６０ａは、ＤＣ／ＤＣコンバータ６１、インバータ６２及びアーク検出装置１０ａを備える。
ＤＣ／ＤＣコンバータ６１は、太陽光パネル４１から供給された直流電力を昇圧又は降圧して、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１、５２及び５３並びにインバータ６２へ出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ６１からは直流電力が出力されるため、ＤＣ／ＤＣコンバータ６１は直流電源とみなすことができる。すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ６１は、直流電源の一例である。ＤＣ／ＤＣコンバータ６１は正極と負極を有し、正極には配線１１０が接続され、負極には配線１２０が接続される。
配線１１０及び１２０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ６１とＤＣ／ＤＣコンバータ５１、５２及び５３とを接続する。配線１１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ６１の正極と複数の機器とを接続する第１配線の一例である。配線１２０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ６１の負極と複数の機器とを接続する第２配線の一例である。ＤＣ／ＤＣコンバータ５１、５２及び５３は、配線１１０及び１２０を介してＤＣ／ＤＣコンバータ６１に接続される複数の機器の一例である。
配線１１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ６１の正極からＤＣ／ＤＣコンバータ５１、５２及び５３のそれぞれへと分岐している配線である。配線１１０におけるＤＣ／ＤＣコンバータ６１の正極からＤＣ／ＤＣコンバータ５１、５２及び５３へ分岐する点を分岐点Ｎ３とする。
配線１１０において、分岐点Ｎ３とＤＣ／ＤＣコンバータ６１の正極とを結ぶ分岐前の経路である第１分岐前経路を経路１１０ａとする。
配線１１０は、分岐点Ｎ３とＤＣ／ＤＣコンバータ５１、５２及び５３のそれぞれとを結ぶ複数の第１分岐後経路を有する。配線１１０において、分岐点Ｎ３とＤＣ／ＤＣコンバータ５１とを結ぶ第１分岐後経路を経路１１０ｃとし、分岐点Ｎ３とＤＣ／ＤＣコンバータ５２とを結ぶ第１分岐後経路を経路１１０ｄとし、分岐点Ｎ３とＤＣ／ＤＣコンバータ５３とを結ぶ第１分岐後経路を経路１１０ｂとする。
配線１２０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ６１の負極からＤＣ／ＤＣコンバータ５１、５２及び５３のそれぞれへと分岐している配線である。配線１２０におけるＤＣ／ＤＣコンバータ６１の負極からＤＣ／ＤＣコンバータ５１、５２及び５３へ分岐する点を分岐点Ｎ４とする。
配線１２０において、分岐点Ｎ４とＤＣ／ＤＣコンバータ６１の負極とを結ぶ分岐前の経路である第２分岐前経路を経路１２０ａとする。
配線１２０は、分岐点Ｎ４とＤＣ／ＤＣコンバータ５１、５２及び５３のそれぞれとを結ぶ複数の第２分岐後経路を有する。配線１２０において、分岐点Ｎ４とＤＣ／ＤＣコンバータ５１とを結ぶ第２分岐後経路を経路１２０ｃとし、分岐点Ｎ４とＤＣ／ＤＣコンバータ５２とを結ぶ第２分岐後経路を経路１２０ｄとし、分岐点Ｎ４とＤＣ／ＤＣコンバータ５３とを結ぶ第２分岐後経路を経路１２０ｂとする。
インバータ６２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ６１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。インバータ６２は、例えばＭＰＰＴ（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｐｏｗｅｒ Ｐｏｉｎｔ Ｔｒａｃｋｉｎｇ）方式を採用しており、ＤＣ／ＤＣコンバータ６１から供給される直流電力の電流及び電圧を、それぞれ電力が最大となる値に調整する。例えば、インバータ６２は、直流電力を電圧１００Ｖ、周波数５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの交流電力に変換する。当該交流電力は、家庭用電気機器等で使用される。
配線１１０及び１２０は分岐配線であり、分岐配線の分岐前の経路と分岐後の複数の経路のそれぞれについてアークが発生する場合がある。分岐前の経路と分岐後の複数の経路のそれぞれにアーク検出手段を設ければ、分岐前の経路と分岐後の複数の経路のそれぞれについて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、分岐配線（ここでは配線１１０及び１２０）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、低インピーダンス回路１１、電流検出部２０ａ及びアーク判定部３０を備える。
低インピーダンス回路１１は、配線１１０上のノードＮ１と、配線１２０上のノードＮ２との間に接続される回路である。ノードＮ１は第１ノードの一例であり、ノードＮ２は第２ノードの一例である。低インピーダンス回路１１は、例えばコンデンサである。コンデンサは、直流成分を遮断する機能を有するため、配線１１０及び１２０を流れる信号から高周波成分のみを抽出することができる。コンデンサのキャパシタンス値は、抽出したい高周波成分の周波数等に応じて適宜決定される。低インピーダンス回路１１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１、５２、５３のそれぞれよりもインピーダンスが低い。また、低インピーダンス回路１１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ６１よりもインピーダンスが低い。これにより、配線１１０及び１２０では、低インピーダンス回路１１へ向けて高周波成分が流れやすくなっている。詳細については、図２Ａから図２Ｃを用いて後述する。
電流検出部２０ａは、低インピーダンス回路１１を流れる電流を検出する。例えば、電流検出部２０ａは、ノードＮ１とノードＮ２とを結ぶ経路に流れる電流を検出することにより、低インピーダンス回路１１を流れる電流を検出する。例えば、電流検出部２０ａは、ノードＮ１とノードＮ２とを結ぶ経路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当該経路を流れる電流（すなわち低インピーダンス回路１１を流れる電流）を検出する。
磁気コア２１は、配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配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２０ａ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を貫通する経路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、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、ＲＡＭ、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３０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２０ａにより検出された電流に基づいて、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２０ａにより検出された電流を周波数分析することで配線１１０又は１２０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高周波成分が重畳した電流には、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がアークが発生したと判定した場合、配線１１０及び１２０のどこ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（例えば磁気コア２１）のみで、分岐配線（ここでは配線１１０及び１２０）におけるアークの発生を検出できる。
例えば、配線１１０における点Ａ１でアークが発生したときに、アークの発生により生じる高周波成分が低インピーダンス回路１１へ向けて流れやすくなっていることを図２Ａから図２Ｃを用いて説明する。
図２Ａは、点Ａ１でアークが発生したときの点Ａ１を流れる電流の周波数スペクトルを示す図である。点Ａ１は、経路１１０ｃ上の点である。具体的には、点Ａ１は、経路１１０ｃにおけるパワコン６０ａとＤＣ／ＤＣコンバータ５１とを結ぶ経路上の点である。
図２Ｂは、点Ａ１でアークが発生したときの点Ａ２を流れる電流の周波数スペクトルを示す図である。点Ａ２は、ノードＮ１とノードＮ２とを結ぶ経路上の点である。すなわち、点Ａ２を流れる電流は、低インピーダンス回路１１を流れる電流となる。
図２Ｃは、点Ａ１でアークが発生したときの点Ａ３及びＡ４を流れる電流の周波数スペクトルを示す図である。点Ａ３は、経路１１０ｄ上の点であり、点Ａ４は、経路１１０ｂ上の点である。
点Ａ１においてアークが発生したため、点Ａ１では、図２Ａに示されるようなアークの発生により生じる高周波成分が重畳した電流の周波数スペクトルが計測される。
図２Ｂに示されるように、点Ａ２でも、図２Ａに示されるようなアークの発生により生じる高周波成分が重畳した電流の周波数スペクトルと同じような周波数スペクトルが計測される。これは、点Ａ１で発生したアークによる高周波成分が分岐点Ｎ３において経路１１０ａへ向かい、ノードＮ１において低インピーダンス回路１１へ向かうためである。
一方で、図２Ｃに示されるように、点Ａ３及びＡ４では、図２Ａに示されるようなアークの発生により生じる高周波成分が重畳した電流の周波数スペクトルが計測されない。これは、ＤＣ／ＤＣコンバータ５２及び５３のインピーダンスが低インピーダンス回路１１のインピーダンスよりも高く、分岐点Ｎ３において高周波成分が経路１１０ｄ及び１１０ｂに流れにくくなっているためである。
このように、点Ａ１で発生したアークにより生じる高周波成分がインピーダンスの低い低インピーダンス回路１１へ向けて流れ、インピーダンスの高いＤＣ／ＤＣコンバータ５２、５３及び６１へは流れにくくなっていることがわかる。
例えば、他の分岐後経路でアークが発生した場合であっても、アークの発生により生じる高周波成分は、インピーダンスの高いＤＣ／ＤＣコンバータへは流れにくく、インピーダンスの低い低インピーダンス回路１１へ向けて流れやすくなっている。
なお、ノードＮ１が経路１１０ａ上のノードであり、ノードＮ２が経路１１０ｂ上のノードである例について説明したが、実施の形態１では、ノードＮ１は、経路１１０ｂ、１１０ｃ又は１１０ｄ上のノードであってもよく、ノードＮ２は、経路１２０ｂ、１２０ｃ又は１２０ｄ上のノードであってもよい。
以上説明したように、本実施の形態に係るアーク検出装置１０ａは、直流電源（例えばＤＣ／ＤＣコンバータ６１）の正極と複数の機器（例えばＤＣ／ＤＣコンバータ５１、５２及び５３）とを接続し、直流電源の正極から複数の機器のそれぞれへと分岐している第１配線（例えば配線１１０）上の第１ノード（例えばノードＮ１）と、直流電源の負極と複数の機器とを接続し直流電源の負極から複数の機器のそれぞれへと分岐している第２配線（例えば配線１２０）上の第２ノード（例えばノードＮ２）との間に接続され、複数の機器のそれぞれよりもインピーダンスが低い低インピーダンス回路１１と、低インピーダンス回路１１を流れる電流を検出する電流検出部２０ａと、電流検出部２０ａにより検出された電流に基づいて、アークの発生を判定するアーク判定部３０と、を備える。
これによれば、第１配線及び第２配線の分岐前の経路と分岐後の複数の経路のそれぞれ（例えば、経路１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ、１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ及び１２０ｄ）のどこでアークが発生したとしても、アークの発生により生じる高周波成分は、複数の機器のそれぞれよりもインピーダンスが低い低インピーダンス回路１１へ向けて流れる。このため、低インピーダンス回路１１を流れる電流を検出する電流検出部２０ａにより検出された電流に基づいてアークを検出できる。つまり、分岐配線の分岐前の経路と分岐後の複数の経路のそれぞれにアーク検出手段を設けなくても、分岐配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、分岐配線において発生するアークを容易に検出できる。例えば、アークの検出された場合、当該検出結果に基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータ６１及びインバータ６２を停止したり、各配線に設けられたブレーカ等（図示せず）を操作したりして、各配線を流れる電流を遮断することができる。
例えば、電流検出部２０ａは、第１ノードと第２ノードとを結ぶ経路に流れる電流を検出することにより、低インピーダンス回路１１を流れる電流を検出してもよい。
これによれば、電流検出部２０ａは、第１ノードと第２ノードとを結ぶ経路に設けられた低インピーダンス回路１１を流れる電流を検出しやすくなる。
本実施の形態に係るパワコン６０ａは、アーク検出装置１０ａと、直流電源の出力電力を変換する変換器（例えばインバータ６２）と、を備える。
これによれば、分岐配線において発生するアークを容易に検出できるパワコン６０ａを提供できる。
（実施の形態１の変形例１）
実施の形態１の変形例１では、電流検出部が分岐前経路である経路１１０ａ又は１２０ａを流れる電流を検出する例について説明する。
図３は、実施の形態１の変形例１に係る太陽光発電システム１ｂの一例を示す構成図である。
太陽光発電システム１ｂは、パワコン６０ａの代わりにパワコン６０ｂを備える点が、実施の形態１に係る太陽光発電システム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。
パワコン６０ｂは、太陽光パネル４１から供給される直流電力を交流電力に変換する機能を有する。また、パワコン６０ｂは、太陽光パネル４１から供給される直流電力を交流電力に変換せずに蓄電池等に供給する機能を有する。パワコン６０ｂ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に係るパワコン６０ａ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、低インピーダンス回路１１、電流検出部２０ｂ及びアーク判定部３０を備える。低インピーダンス回路１１及びアーク判定部３０については、実施の形態１におけるものに対応しているため、説明は省略する。
電流検出部２０ｂは、低インピーダンス回路１１を流れる電流を検出する。例えば、電流検出部２０ｂは、経路１１０ａ又は１１０ｂを流れる電流を検出することにより、低インピーダンス回路１１を流れる電流を検出する。具体的には、電流検出部２０ｂは、経路１１０ａにおけるノードＮ１と分岐点Ｎ３とを結ぶ経路又は経路１１０ｂにおけるノードＮ２と分岐点Ｎ４とを結ぶ経路を流れる電流を検出する。ここでは、例えば、電流検出部２０ｂは、経路１１０ａ（具体的には、経路１１０ａにおけるノードＮ１と分岐点Ｎ３とを結ぶ経路）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当該経路を流れる電流（すなわち低インピーダンス回路１１を流れる電流）を検出する。
例えば、配線１１０における点Ｂ１でアークが発生したときに、アークの発生により生じる高周波成分が低インピーダンス回路１１へ向けて流れやすくなっており、経路１１０ａを流れる電流を検出することでアークを検出できることを図２Ａから図２Ｃを用いて説明する。なお、図２Ａから図２Ｃにおける点Ａ１は点Ｂ１に、点Ａ２は点Ｂ２に、点Ａ３は点Ｂ３に、点Ａ４は点Ｂ４に読み替えることができる。
点Ｂ１は、経路１１０ｃ上の点である。具体的には、点Ｂ１は、経路１１０ｃにおけるパワコン６０ｂとＤＣ／ＤＣコンバータ５１とを結ぶ経路上の点である。点Ｂ２は、経路１１０ａにおけるノードＮ１と分岐点Ｎ３とを結ぶ経路上の点である。点Ｂ３は、経路１１０ｄ上の点であり、点Ｂ４は、経路１１０ｂ上の点である。
点Ｂ１においてアークが発生したため、点Ｂ１では、図２Ａに示されるようなアークの発生により生じる高周波成分が重畳した電流の周波数スペクトルが計測される。
図２Ｂに示されるように、点Ｂ２でも、図２Ａに示されるようなアークの発生により生じる高周波成分が重畳した電流の周波数スペクトルと同じような周波数スペクトルが計測される。これは、点Ｂ１で発生したアークによる高周波成分が分岐点Ｎ３において経路１１０ａへ向かい、点Ｂ２を通過し、ノードＮ１において低インピーダンス回路１１へ向かうためである。
一方で、図２Ｃに示されるように、点Ｂ３及びＢ４では、図２Ａに示されるようなアークの発生により生じる高周波成分が重畳した電流の周波数スペクトルが計測されない。これは、ＤＣ／ＤＣコンバータ５２及び５３のインピーダンスが低インピーダンス回路１１のインピーダンスよりも高く、分岐点Ｎ３において高周波成分が経路１１０ｄ及び１１０ｂに流れにくくなっているためである。
このように、点Ｂ１で発生したアークにより生じる高周波成分がインピーダンスの低い低インピーダンス回路１１へ向けて流れ、インピーダンスの高いＤＣ／ＤＣコンバータ５２、５３及び６１へは流れにくくなっていることがわかる。また、経路１１０ａ（具体的には、経路１１０ａにおけるノードＮ１と分岐点Ｎ３とを結ぶ経路）を流れる電流を検出することでアークを検出できることがわかる。
例えば、他の分岐後経路でアークが発生した場合であっても、アークの発生により生じる高周波成分は、インピーダンスの高いＤＣ／ＤＣコンバータへは流れにくく、インピーダンスの低い低インピーダンス回路１１へ向けて流れやすくなっている。
実施の形態１の変形例１では、経路１１０ａにおけるノードＮ１と分岐点Ｎ３とを結ぶ経路、経路１１０ｂ、１１０ｃ若しくは１１０ｄ、又は、経路１２０ａにおけるノードＮ２と分岐点Ｎ４とを結ぶ経路、経路１２０ｂ、１２０ｃ若しくは１２０ｄにおいて発生するアークを検出できる。
実施の形態１では、ノードＮ１は、経路１１０ｂ、１１０ｃ又は１１０ｄ上のノードであってもよく、ノードＮ２は、経路１２０ｂ、１２０ｃ又は１２０ｄ上のノードであってもよいと説明したが、実施の形態１の変形例１では、ノードＮ１は、経路１１０ａ上のノードであり、ノードＮ２は、経路１２０ａ上のノードであることを要する。高周波成分が、電流検出部２０ｂによる電流の検出が行われる経路１１０ａ又は経路１２０ａを流れるようにするためである。
以上説明したように、第１ノード（例えばノードＮ１）は、第１配線（例えば配線１１０）における直流電源（例えばＤＣ／ＤＣコンバータ６１）の正極から複数の機器（例えばＤＣ／ＤＣコンバータ５１、５２及び５３）のそれぞれへの分岐点Ｎ３と直流電源の正極とを結ぶ第１分岐前経路（例えば経路１１０ａ）上のノードである。第２ノード（例えばノードＮ２）は、第２配線（例えば配線１２０）における直流電源の負極から複数の機器のそれぞれへの分岐点Ｎ４と直流電源の負極とを結ぶ第２分岐前経路（例えば経路１２０ａ）上のノードである。電流検出部２０ｂは、第１分岐前経路又は第２分岐前経路を流れる電流を検出することにより、低インピーダンス回路１１を流れる電流を検出する。
このように、電流検出部２０ｂは、第１分岐前経路又は第２分岐前経路を流れる電流を検出することにより、低インピーダンス回路１１を流れる電流を検出してもよい。
（実施の形態１の変形例２）
実施の形態１の変形例２では、電流検出部が分岐後経路である経路１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ、１２０ｂ、１２０ｃ又は１２０ｄを流れる電流を検出する例について説明する。
図４は、実施の形態１の変形例２に係る太陽光発電システム１ｃの一例を示す構成図である。
太陽光発電システム１ｂは、パワコン６０ａの代わりにパワコン６０ｃを備える点が、実施の形態１に係る太陽光発電システム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。
パワコン６０ｃは、太陽光パネル４１から供給される直流電力を交流電力に変換する機能を有する。また、パワコン６０ｃは、太陽光パネル４１から供給される直流電力を交流電力に変換せずに蓄電池等に供給する機能を有する。パワコン６０ｃは、アーク検出装置１０ａの代わりにアーク検出装置１０ｃを備える点が、実施の形態１に係るパワコン６０ａ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１０ｃは、低インピーダンス回路１１、電流検出部２０ｃ及びアーク判定部３０を備える。低インピーダンス回路１１及びアーク判定部３０については、実施の形態１におけるものに対応しているため、説明は省略する。
電流検出部２０ｃは、低インピーダンス回路１１を流れる電流を検出する。例えば、電流検出部２０ｃは、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１、５２及び５３のそれぞれ毎に、対応する第１分岐後経路及び第２分岐後経路のうちの一方の経路を流れる電流を検出することにより、低インピーダンス回路１１を流れる電流を検出する。具体的には、電流検出部２０ｃは、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１に対応する経路１１０ｃ及び１２０ｃのうちの一方の経路を流れる電流を検出し、ＤＣ／ＤＣコンバータ５２に対応する経路１１０ｄ及び１２０ｄのうちの一方の経路を流れる電流を検出し、ＤＣ／ＤＣコンバータ５３に対応する経路１１０ｂ及び１２０ｂのうちの一方の経路を流れる電流を検出する。ここでは、例えば、電流検出部２０ｃは、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１、５２及び５３のそれぞれ毎に対応する第１分岐後経路及び第２分岐後経路のうちの一方の経路として経路１１０ｃ、１１０ｄ及び１２０ｂ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経路１１０ｃ、１１０ｄ及び１２０ｂを流れる電流（すなわち低インピーダンス回路１１を流れる電流）を検出する。
例えば、配線１１０における点Ｃ１でアークが発生したときに、アークの発生により生じる高周波成分が低インピーダンス回路１１へ向けて流れやすくなっており、経路１１０ｃ、１１０ｄ及び１２０ｂを流れる電流を一括して検出することでアークを検出できることを図２Ａから図２Ｃを用いて説明する。なお、図２Ａから図２Ｃにおける点Ａ１は点Ｃ１に、点Ａ２は点Ｃ２に、点Ａ３は点Ｃ３に、点Ａ４は点Ｃ４に読み替えることができる。
点Ｃ１は、経路１１０ｃ上の点である。具体的には、点Ｃ１は、経路１１０ｃにおけるパワコン６０ｃとＤＣ／ＤＣコンバータ５１とを結ぶ経路上の点である。点Ｃ２は、経路１１０ｃ（具体的にはパワコン６０ｃ内の経路１１０ｃ）上の点である。点Ｃ３は、経路１１０ｄ上の点であり、点Ｃ４は、経路１１０ｂ上の点である。
点Ｃ１においてアークが発生したため、点Ｃ１では、図２Ａに示されるようなアークの発生により生じる高周波成分が重畳した電流の周波数スペクトルが計測される。
図２Ｂに示されるように、点Ｃ２でも、図２Ａに示されるようなアークの発生により生じる高周波成分が重畳した電流の周波数スペクトルと同じような周波数スペクトルが計測される。これは、点Ｃ１で発生したアークによる高周波成分が点Ｃ２を通過し、分岐点Ｎ３において経路１１０ａへ向かい、ノードＮ１において低インピーダンス回路１１へ向かうためである。
一方で、図２Ｃに示されるように、点Ｃ３及びＣ４では、図２Ａに示されるようなアークの発生により生じる高周波成分が重畳した電流の周波数スペクトルが計測されない。これは、ＤＣ／ＤＣコンバータ５２及び５３のインピーダンスが低インピーダンス回路１１のインピーダンスよりも高く、分岐点Ｎ３において高周波成分が経路１１０ｄ及び１１０ｂに流れにくくなっているためである。
このように、点Ｃ１で発生したアークにより生じる高周波成分がインピーダンスの低い低インピーダンス回路１１へ向けて流れ、インピーダンスの高いＤＣ／ＤＣコンバータ５２、５３及び６１へは流れにくくなっていることがわかる。また、経路１１０ｃ、１１０ｄ及び１２０ｂを流れる電流を一括して検出することでアークを検出できることがわかる。
例えば、他の分岐後経路でアークが発生した場合であっても、アークの発生により生じる高周波成分は、インピーダンスの高いＤＣ／ＤＣコンバータへは流れにくく、インピーダンスの低い低インピーダンス回路１１へ向けて流れやすくなっている。
例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１、５２及び５３のそれぞれ毎に対応する上記一方の経路には、少なくとも１つの第１分岐後経路と、少なくとも１つの第２分岐後経路とが含まれる。ここでは、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１、５２及び５３のそれぞれ毎に対応する上記一方の経路には、少なくとも１つの第１分岐後経路として、経路１１０ｃ及び１１０ｄが含まれ、少なくとも１つの第２分岐後経路として、経路１２０ｂが含まれる。
実施の形態１の変形例２では、経路１１０ａにおけるノードＮ１と分岐点Ｎ３とを結ぶ経路、経路１１０ｂ、１１０ｃ若しくは１１０ｄ、又は、経路１２０ａにおけるノードＮ２と分岐点Ｎ４とを結ぶ経路、経路１２０ｂ、１２０ｃ若しくは１２０ｄにおいて発生するアークを検出できる。
実施の形態１の変形例２では、実施の形態１と同じように、ノードＮ１は、経路１１０ｂ、１１０ｃ又は１１０ｄ上のノードであってもよく、ノードＮ２は、経路１２０ｂ、１２０ｃ又は１２０ｄ上のノードであってもよい。
以上説明したように、第１配線（例えば配線１１０）は、第１配線における直流電源（例えばＤＣ／ＤＣコンバータ６１）の正極から複数の機器（例えばＤＣ／ＤＣコンバータ５１、５２及び５３）のそれぞれへの分岐点Ｎ３と複数の機器のそれぞれとを結ぶ複数の第１分岐後経路（例えば経路１１０ｂ、１１０ｃ及び１１０ｄ）を有する。第２配線（例えば配線１２０）は、第２配線における直流電源の負極から複数の機器のそれぞれへの分岐点Ｎ４と複数の機器のそれぞれとを結ぶ複数の第２分岐後経路（例えば経路１２０ｂ、１２０ｃ及び１２０ｄ）を有する。電流検出部２０ｃは、複数の機器のそれぞれ毎に、対応する第１分岐後経路及び第２分岐後経路のうちの一方の経路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、複数の機器のそれぞれ毎に対応する上記一方の経路を流れる電流を検出することにより、低インピーダンス回路１１を流れる電流を検出する。
このように、電流検出部２０ｃは、複数の機器のそれぞれ毎に対応する第１分岐後経路及び第２分岐後経路のうちの一方の経路を流れる電流を検出することにより、低インピーダンス回路１１を流れる電流を検出してもよい。
例えば、複数の機器のそれぞれ毎に対応する上記一方の経路には、少なくとも１つの第１分岐後経路と、少なくとも１つの第２分岐後経路とが含まれていてもよい。
例えば、第１分岐後経路及び第２分岐後経路には、大きな直流電流が流れているため、磁気コア２１に磁気飽和が生じ得る。このため、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、第１分岐後経路又は第２分岐後経路に流れる直流電流に重畳したアークによる電流（高周波成分）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２１を貫通する複数の機器のそれぞれ毎に対応する上記一方の経路には、流れる直流電流の向きが逆向きである第１分岐後経路及び第２分岐後経路が含まれるため、第１分岐後経路を流れる直流電流による磁界と第２分岐後経路を流れる直流電流による磁界とを相殺でき磁気飽和を防止できる。したがって、分岐配線において発生するアークを正確に検出できる。
（実施の形態２）
実施の形態１では、アーク検出装置が太陽光発電システム（具体的にはパワコン）に備えられる例について説明したが、アーク検出装置は、屋内配線システムに備えられてもよい。これについて、図５を用いて説明する。
図５は、実施の形態２に係る屋内配線システム２の一例を示す構成図である。なお、図５には、屋内配線システム２に接続された系統電源４３も示している。
系統電源４３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。
屋内配線システム２は、ＡＣ／ＤＣコンバータ４２、配線１１１及び１２１、照明器具５７、５８及び５９並びにアーク検出装置１０を備える。ＡＣ／ＤＣコンバータ４２、配線１１１及び１２１、照明器具５７、５８及び５９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。
ＡＣ／ＤＣコンバータ４２は、系統電源４３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電力変換器である。ＡＣ／ＤＣコンバータ４２からは直流電力が出力されるため、ＡＣ／ＤＣコンバータ４２を直流電源とみなすことができる。
ＡＣ／ＤＣコンバータ４２は、系統電源４３から供給された交流電力を直流電力に変換して、照明器具５７、５８及び５９に出力する。ＡＣ／ＤＣコンバータ４２は正極と負極を有し、正極には配線１１１が接続され、負極には配線１２１が接続される。
配線１１１及び１２１は、ＡＣ／ＤＣコンバータ４２と照明器具５７、５８及び５９とを接続する。配線１１１は、ＡＣ／ＤＣコンバータ４２の正極と複数の機器とを接続する第１配線の一例である。配線１２１は、ＡＣ／ＤＣコンバータ４２の負極と複数の機器とを接続する第２配線の一例である。照明器具５７、５８及び５９は、それぞれ、配線１１１及び１２１を介してＡＣ／ＤＣコンバータ４２に接続される複数の機器の一例である。
配線１１１は、実施の形態１における配線１１０と同じように、ＡＣ／ＤＣコンバータ４２の正極から照明器具５７、５８及び５９のそれぞれへと分岐している配線である。配線１２１は、実施の形態１における配線１２０と同じように、ＡＣ／ＤＣコンバータ４２の負極から照明器具５７、５８及び５９のそれぞれへと分岐している配線である。
なお、複数の機器は照明器具に限らず、屋内に設置される機器であれば特に限定されない。例えば、複数の機器は、スピーカ又はマイク等であってもよい。
配線１１１及び１２１は分岐配線であり、分岐配線の分岐前の経路と分岐後の複数の経路のそれぞれについてアークが発生する場合がある。分岐前の経路と分岐後の複数の経路のそれぞれにアーク検出手段を設ければ、分岐前の経路と分岐後の複数の経路のそれぞれについて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、分岐配線（ここでは配線１１１及び１２１）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、低インピーダンス回路１１、電流検出部２０及びアーク判定部３０を備える。
低インピーダンス回路１１は、配線１１１上の第１ノードと、配線１２１上の第２ノードとの間に接続される回路である。低インピーダンス回路１１は、実施の形態１におけるものと同じ機能を有するため説明は省略する。
電流検出部２０は、低インピーダンス回路１１を流れる電流を検出する。例えば、電流検出部２０は、配線１１１上の第１ノードと配線１２１上の第２ノードとを結ぶ経路に流れる電流を検出することにより、低インピーダンス回路１１を流れる電流を検出する。例えば、電流検出部２０は、配線１１１上の第１ノードと配線１２１上の第２ノードとを結ぶ経路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当該経路を流れる電流（すなわち低インピーダンス回路１１を流れる電流）を検出する。なお、電流検出部２０は、実施の形態１の変形例１のように分岐配線の分岐前の経路の電流を検出してもよいし、実施の形態１の変形例２のように分岐後の経路の電流を検出してもよい。
アーク判定部３０は、電流検出部２０により検出された電流に基づいて、アークの発生を判定する。アーク判定部３０は、実施の形態１におけるものと同じ機能を有するため説明は省略する。
屋内配線システム２においても、配線１１１又は１２１において発生したアークにより生じる高周波成分は、低インピーダンス回路１１に向けて流れやすくなっている。
以上説明したように、本実施の形態に係る屋内配線システム２は、アーク検出装置１０と、第１配線（例えば配線１１１）と、第２配線（例えば配線１２１）と、屋内に設置された複数の機器（例えば照明器具５７、５８及び５９）と、を備える。
このように、アーク検出装置１０を屋内配線システム２に適用してもよく、分岐配線において発生するアークを容易に検出できる屋内配線システム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、電流検出部の構成は、磁気コア２１を有する構成に限らない。例えば、電流検出部は、微少な抵抗値を有する抵抗素子を有する構成であってもよい。電流が抵抗素子を流れることで抵抗素子に生じる電位差は、抵抗素子を流れる電流に相当する値となり、抵抗素子が電流センサとして機能するためである。
例えば、上記実施の形態では、アーク検出装置が太陽光発電システム（具体的にはパワコン）及び屋内配線システムに適用される例について説明したが、適用例はこれらに限らない。本発明に係るアーク検出装置（つまり、分岐配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）の他の適用例について図６を用いて説明する。
図６は、本発明に係るアーク検出装置の適用例を説明するための図である。
本発明に係るアーク検出装置は、例えば、太陽光パネル３１０から配線を介して供給される直流電力を、パワコン５００で交流電力に変換するシステムにおける各構成要素に適用される。ここでは、複数（例えば３つ）の太陽光パネル３１０が１つの配線６００（ストリング）によって直列に接続されたものが複数（例えば３つ）並べられて、太陽電池アレイ３００を形成している。複数の配線６００は、接続箱４００によってまとめられて、パワコン５００へ接続される。直流電源は太陽光パネル３１０であり、第１配線は太陽光パネル３１０の正極に接続された配線６００であり、第２配線は太陽光パネル３１０の負極に接続された配線６００である。配線６００は、パワコン５００内において分岐している。
例えば、配線６００毎にブレーカ４１０が設けられており、ここでは、接続箱４００内にブレーカ４１０が設けられている。なお、ブレーカ４１０は、接続箱４００内に設けられなくてもよい。例えば、ブレーカ４１０は、接続箱４００と太陽電池アレイ３００との間に設けられていてもよいし、配線６００毎に設けられず接続箱４００とパワコン５００との間に設けられていてもよい。
太陽光パネル３１０は、例えば、太陽光パネル３１０から出力される信号の変換を行う太陽光パネル付属モジュール３２０を有する。太陽光パネル付属モジュール３２０は、例えば、太陽光パネル３１０毎の発電量を最適化するＤＣ／ＤＣコンバータである。なお、太陽光パネル３１０は、太陽光パネル付属モジュール３２０を有していなくてもよい。
例えば、ブレーカ４１０がアーク検出装置を備えていてもよい。ブレーカ４１０は、異常が発生したと判定された場合に、配線６００に流れる電流を遮断する。
例えば、太陽光パネル３１０又は太陽光パネル付属モジュール３２０がアーク検出装置を備えていてもよい。太陽光パネル３１０又は太陽光パネル付属モジュール３２０は、アークが発生したと判定された場合に、配線６００への出力を停止する。
また、例えば、接続箱４００がアーク検出装置を備えていてもよい。接続箱４００は、アークが発生したと判定された場合に、例えばブレーカ４１０等を介して、配線６００に流れる電流を遮断する。
なお、本発明に係るアーク検出装置は、これらに限らず、アークの検出が必要なシステム全般に適用できる。
このように、ブレーカ４１０は、アーク検出装置を備え、アークが発生したと判定された場合に、第１配線及び第２配線に流れる電流を遮断してもよい。また、太陽光パネル３１０は、アーク検出装置を備え、太陽光により発電してもよい。また、太陽光パネル付属モジュール３２０は、アーク検出装置を備え、太陽光パネル３１０から出力される信号の変換を行ってもよい。また、接続箱４００は、アーク検出装置を備え、太陽光パネル３１０とパワコン５００とを接続してもよい。
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、１ｃ 太陽光発電システム
２ 屋内配線システム
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ アーク検出装置
１１ 低インピーダンス回路
２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ 電流検出部
２１ 磁気コア
３０ アーク判定部
４１、３１０ 太陽光パネル
４２ ＡＣ／ＤＣコンバータ
４３ 系統電源
５１、５２、５３、６１ ＤＣ／ＤＣコンバータ
５４、５５、５６ 蓄電池
５７、５８、５９ 照明器具
６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、５００ パワコン
６２ インバータ
１１０、１１１、１２０、１２１、６００ 配線
１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ、１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄ 経路
３００ 太陽電池アレイ
３２０ 太陽光パネル付属モジュール
４００ 接続箱
４１０ ブレーカ
Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４ 点
Ｎ１、Ｎ２ ノード
Ｎ３、Ｎ４ 分岐点

Claims (7)

  1. 直流電源の正極と複数の機器とを接続し、前記直流電源の正極から前記複数の機器のそれぞれへと分岐している第１配線上の第１ノードと、前記直流電源の負極と前記複数の機器とを接続し前記直流電源の負極から前記複数の機器のそれぞれへと分岐している第２配線上の第２ノードとの間に接続され、前記複数の機器のそれぞれよりもインピーダンスが低い低インピーダンス回路と、
    前記低インピーダンス回路を流れる電流を検出する１つの電流検出部と、
    前記電流検出部により検出された電流のみに基づいて、前記第１配線又は前記第２配線におけるアークの発生を判定するアーク判定部と、を備え、
    前記第１配線は、前記第１配線における前記直流電源の正極から前記複数の機器のそれぞれへの分岐点と前記複数の機器のそれぞれとを結ぶ複数の第１分岐後経路を有し、
    前記第２配線は、前記第２配線における前記直流電源の負極から前記複数の機器のそれぞれへの分岐点と前記複数の機器のそれぞれとを結ぶ複数の第２分岐後経路を有し、
    前記電流検出部は、前記複数の機器のそれぞれ毎に、対応する前記第１分岐後経路及び前記第２分岐後経路のうちの一方の経路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、前記複数の機器のそれぞれ毎に対応する前記一方の経路を流れる電流を検出することにより、前記低インピーダンス回路を流れる電流を検出し、
    前記複数の機器のそれぞれ毎に対応する前記一方の経路には、少なくとも１つの前記第１分岐後経路と、少なくとも１つの前記第２分岐後経路とが含まれる
    アーク検出装置。
  2. 請求項１に記載のアーク検出装置と、
    前記直流電源の出力電力を変換する変換器と、を備える
    パワーコンディショナ。
  3. 請求項１に記載のアーク検出装置と、
    前記第１配線と、
    前記第２配線と、
    屋内に設置された前記複数の機器と、を備える
    屋内配線システム。
  4. 請求項１に記載のアーク検出装置を備え、
    アークが発生したと判定された場合に、前記第１配線及び前記第２配線に流れる電流を遮断する
    ブレーカ。
  5. 請求項１に記載のアーク検出装置を備え、
    太陽光により発電する
    太陽光パネル。
  6. 請求項１に記載のアーク検出装置を備え、
    太陽光パネルから出力される信号の変換を行う
    太陽光パネル付属モジュール。
  7. 請求項１に記載のアーク検出装置を備え、
    太陽光パネルとパワーコンディショナとを接続する
    接続箱。
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