JPH06133445A - 電力供給システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、実際に漏電発生時や人体が誤って出
力線に触れた場合のみ、直流電源出力を遮断する電力供
給システムを提供することを目的とする。 【構成】本発明は、直流電源１０に遮断器１１を介して
２個の抵抗１２，１３を直列に接続し、この２個の抵抗
１２，１３の接続点と接地４間に第１の電流検出手段１
４を有する直流電源装置１と、この直流電源装置１にス
イッチ２１を介して接続された変換回路２０と、この変
換回路２０の入力端子間に直列に接続された２個のコン
デンサ２２、２３と、この２個のコンデンサ２２、２３
の接続点と接地５間に第２の電流検出手段２５を挿入
し、この第２の電流検出手段２５の出力信号の反転信号
と前記第１の電流検出手段１４の検出信号をアンド回路
１６に入力し、このアンド回路１６の出力信号により前
記遮断器１１を動作させることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、直流電源装置と電力変
換装置を接続した電力供給システムに係り、地絡等が発
生した場合に電力変換装置への給電を停止する信頼性、
安全性の高い電力供給システムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、直流電源装置から電力を供給する
場合、その出力電圧が高電圧であると保守作業等で人体
が誤って出力の片線に触ると人体を通して地絡電流が流
れるため、非情に危険である。また、電源装置もしくは
電源装置の近傍で水を使用する場合、電源装置からの漏
電が生じやすく、装置だけでなく、人体にとっても非常
に危険な状態となる。このため、高出力電圧の装置には
地絡保護回路が挿入され、万が一の場合の危険回避を図
っている。

【０００３】従来の一般的な保護回路を備えた直流電源
装置を図３に示す。図３において、１０は直流電源、１
１はトリップ信号により遮断できる機能を備えた遮断
器、１２，１３は高抵抗、１４は電流検出手段であり、
直流電源１０の出力端子に遮断器１１を接続し、この遮
断器１１の出力端子に直流電源１０と並列に高抵抗１
２，１３を直列に接続し、この高抵抗１２と１３の接続
点が電流検出手段１４を介して接地される。また、電流
検出手段１４の検出信号は遮断器１１のトリップ信号端
子に接続される。本回路の動作は、遮断器１１が接続さ
れている状態で人体が誤って接地４と片線に触れた場
合、例えば、直流電源１０の＋出力端子（便宜上、直流
電源１０の上側を＋とする）と接地４間に人が触れる
と、＋出力端子− 人体 − 接地４ − 電流検出手
段１４ − 抵抗１３ − 直流電源１０の−出力端子
の間で地絡電流が流れる。個人差は有るが一般に人体の
許容電流は数10mAと言われている。したがって、高抵抗
１２，１３により大きな地絡電流が流れるのを防ぐとと
もに、電流検出手段１４により電流が流れたことを検出
し、その検出信号により遮断器１１を強制的にストップ
して遮断し、人体に危険が及ぶのを防止している。ま
た、本回路は漏電の場合にも有効であり、一般に広く用
いられている。

【０００４】一方、直流電源を入力源とする変換装置
は、入力の直流電源からの雑音や遮断器投入時のサージ
等の及ぼす変換装置への悪影響を軽減するため、雑音・
サージ吸収回路が接続されている。雑音・サージ吸収回
路を備えた一般的な電力変換装置を図４に示す。図４に
おいて２１はスイッチ、２２，２３，２４はサージ・雑
音吸収用コンデンサ、２０は変換回路、５は接地であ
り、コンデンサ２４およびコンデンサ２２，２３は入力
の線間に接続するとともにコンデンサ２２，２３の中点
を接地５に接続している。従って、線間に発生する雑音
はコンデンサ２４で吸収し、＋線で生じる雑音はコンデ
ンサ２２を介して接地５に放し、同様に−線に生じる雑
音はコンデンサ２３を介して接地５に放電することによ
り雑音が変換回路２０に影響を与えるのを防止してい
る。また、変換装置の出力側にも同様の回路が挿入され
ている場合が多く、また、サージ吸収専用にコンデンサ
回路と並列に雷防護素子を挿入する場合もある。

【０００５】ところが、図３に示した直流電源装置の出
力から直接負荷に電力を供給する場合は少なく、一般に
は図４の電力変換装置を直流電源の出力に接続し、負荷
に必要な電圧に変換し、電力を供給する。図５にその構
成図を示す。図５において、図３で説明した回路全体を
直流電源装置１００とし、その出力端子を１８，１９と
する。また、図４で説明した回路全体を電力変換装置２
００とし、その入力端子を２６，２７、出力端子を２
８，２９とする。３０は負荷であり、その入力端子を３
１，３２とする。直流電源装置１００の出力端子１８は
電力変換装置２００の入力端子２６に接続され、同様に
出力端子１９は入力端子２７に接続される。また、電力
変換装置２００の出力端子２８は負荷３０の入力端子３
１と接続され、同様に出力端子２９は入力端子３２と接
続される。なお、各装置内の接続は既に説明してあるの
で、ここでは省略する。図５において、直流電源１０が
起動し遮断器１１が投入されると、高抵抗１２，１３に
は抵抗値に見合った微小電流は流れるが、地絡は生じて
いない場合は、電流検出手段１４には電流は流れない。
一方、直流電源１０を軌道後、スイッチ２１を投入する
と、実際に地絡が生じていない（人体等による接触事
故）にも関わらず、条件によっては地絡電流が流れるこ
とがある。例えば、スイッチ２１を投入した場合、スイ
ッチ２１の入力端子２６，２７の投入時にスイッチの微
小な時間遅れにより、地絡電流が流れる。いま、スイッ
チ２１の入力端子２６側よりも、入力端子２７側の方が
少し早く閉じると、図５の破線に示したようなルートに
より地絡電流が流れる。つまり、入力端子２７側の方が
先に閉じるため、直流電源１０ − 高抵抗１２ −
接地４ − 接地５ − コンデンサ２３ − スイッ
チ２１の入力端子２７ −出力端子１９ − 直流電源
１０のルートで地絡電流が流れる。このため、地絡電流
検出手段１４は、地絡電流を検出し、遮断器１１をトリ
ップ信号により強制遮断をしてしまう。この様な状態は
回路条件によってはしばしば生じ、また、スイッチ２１
のどちらが先に閉じるかによって電流の流れるルートは
変わってしまう。これを防止する手段として、一般に用
いられている防止方法を図６に示す。

【０００６】図６の構成は、図５の構成中の直流電源装
置１００において、電流検出手段１４と接地４の間にス
イッチ８を挿入したもので、その他の構成は図５と同様
である。図６のような構成を採ることにより、電力変換
装置２００のスイッチ２１を投入する際、スイッチ８を
開放しておくことにより地絡電流検出手段１４を動作し
ないようにし、スイッチ２１投入後、ある時間（一般に
はコンデンサへの突入時間となり、数百ｍｓ以下程度）
経過後、スイッチ８を投入する方法を採っている。しか
しながら、この様な方法では、スイッチ８の開閉を人手
で行うため、開閉動作を怠ったり、スイッチ２１の最適
な投入時期の判断を明確にできない欠点があるうえ、負
荷３０が大きく変動すると出力電圧が大幅に変化し、コ
ンデンサ２２と２３のキャパシタンス値にアンバランス
があると、中点の電位が変動して電流検出手段１４が動
作し、直流電源装置１００の遮断器１１を遮断するとい
う状態が生じ、安全な電力の供給が出来なくなる欠点が
あった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】例えば、図５におい
て、直流電源装置１００の直流電源１０に燃料電池を用
いた場合、出力電圧は燃料電池容量によっても異なる
が、一般には直流１５０Ｖ〜３００Ｖの高電圧である。
このため、人体が誤って出力の片線を触れて感電する危
険や、燃料電池冷却水の漏水による地絡事故を防止する
目的で、図に示したような高抵抗による中点設置方式を
採っている。この場合の地絡電流検出時間は人体保護を
最優先にするため、瞬時検出である。従って、直流電源
装置１００の出力にインバータ等の電力変換装置２００
を接続し、直流電源装置１００の出力電圧確立後、スイ
ッチ２１を投入すると、前記のような動作により、地絡
電流が流れ、直流電源装置１００が度々遮断してしまう
事態が生じる。これを防止する方法としては、地絡電流
検出に遅延時間を設けてスイッチ投入時に発生する地絡
電流時間より遅くする方法が考えられるが、遅延時間を
設けたことにより遅延時間中に実際に地絡事故が生じた
場合の保護が出来ないため、効果的な防止対策とはなり
にくい。また、図６に示した様な方法を採っても同様な
ことが言える。このため、実際の方法としては、図６に
示した方法や地絡電流検出遅延を有人により常に監視し
ながらスイッチ投入を行う等の方法を採るため、作業の
煩雑さや危険な活線作業を伴う等、信頼性、安全性に欠
ける欠点があった。

【０００８】本発明はこのような欠点を改善するために
創案したもので、直流電源の出力が実際に漏電発生時や
人体が誤って出力線に触れた場合の危険を防止する時の
み、地絡電流検出回路を動作させ、直流電源出力を遮断
する電力供給システムを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、直流電源の＋側端子と−側端子間に遮断器
を介して２個の抵抗を直列に接続し、この２個の抵抗の
接続点と接地間に第１の電流検出手段を有する直流電源
装置と、この直流電源装置の直流＋側および−側出力端
子に双極のスイッチを介して接続された変換回路と、こ
の変換回路の入力端子間に直列に接続された２個のコン
デンサと、この２個のコンデンサの接続点を接地して構
成される電力供給システムにおいて、前記２個のコンデ
ンサの接続点と接地間に第２の電流検出手段を挿入し、
この第２の電流検出手段の出力信号と前記第１の電流検
出手段の検出信号を論理回路に入力し、この論理回路の
出力信号により前記遮断器を動作させることを特徴とす
るものである。

【００１０】

【作用】従来、高電圧直流出力を供給する直流電源に於
ける人体保護は、直流出力に並列に２個の高抵抗を直列
に接続し、その高抵抗の中点を接地する方法が用いられ
ている。また、直流電源を入力とする電力変換装置は、
その入力側に雑音・サージ吸収用コンデンサ等が高抵抗
の場合と同様の構成で接続されている。このため、地絡
検出用の高抵抗回路と雑音・サージ吸収用コンデンサ回
路がアースを介した通電回路を構成してしまうため、実
際に地絡が生じなくてもコンデンサ回路からの迷送電流
が流れ、地絡検出が動作してしまう状態が生じる。

【００１１】これに対し、本発明の特徴は、雑音・サー
ジ吸収回路のアースに流れる電流を常時検出し、本検出
信号と地絡検出回路に流れる地絡電流を常時比較するこ
とにより、実際に地絡した時のみ地絡検出が動作するよ
うにしたもので、直流電源の出力に他の電力変換装置を
接続して負荷に電力を供給するシステムの安全性、信頼
性を極めて高くできることが可能である。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面により詳細に説
明する。

【００１３】図１に本発明の一実施例を示す。図中１は
直流電源装置、２は電力変換装置、３０は負荷である。
直流電源装置１の中の１０は直流電源、１１はトリップ
信号端子付遮断器、１２，１３は抵抗、１４は第１の電
流検出手段、１５はインバータ回路、１６はアンド（Ａ
ＮＤ）回路、２０は変換回路、２１はスイッチ、２２，
２３，２４はコンデンサ、２５は第２の電流検出手段、
４，５は接地である。また、１８，１９は直流電源装置
１の出力端子、２６，２７は電力変換装置２の入力端
子、２８，２９は出力端子であり、３１，３２は負荷３
０の入力端子である。

【００１４】本実施例の構成で、直流電源装置１、電力
変換装置２および負荷３０は各々の入出力端子、１８と
２６、１９と２７、２８と３１、および２９と３２を接
続してシステムを構成する。直流電源装置１は直流電源
１０の出力にトリップ信号付遮断器１１を介して出力端
子１８および１９に接続され、出力端子１８と１９の線
間には抵抗１２および１３を直列に接続し、抵抗１２と
１３の中点を第１の電流検出手段１４を介して接地４に
接続する。

【００１５】また、第１の電流検出手段１４の検出信号
線をアンド回路１６の一方の入力端子に接続し、アンド
回路１６のもう一方の入力端子はインバータ回路１５の
出力端子に接続される。アンド回路１６の出力端子は遮
断器１１のトリップ信号端子に接続される。電力変換装
置２はスイッチ２１を介して変換回路２０に接続され
る。変換回路２０の入力線間にはコンデンサ２４、コン
デンサ２２と２３の直列回路が接続され、コンデンサ２
２と２３の中点は第２の電流検出手段２５を介して接地
５に接続される。また、第２の電流検出手段２５の電流
検出信号線は前記のインバータ回路１５の入力端子に接
続される。また、本実施例の説明を容易にするため、ア
ンド回路１６の第１の電流検出手段１４の検出信号線側
からの入力をａ、もう一方の入力、つまりインバータ回
路１５の出力をｃ、インバータ回路１５の入力をｂ、ア
ンド回路１６の出力をｄとする。その場合のａ，ｂ，
ｃ，ｄの真理値表を図２に示す。

【００１６】本発明の動作を真理値表の図２を用いて説
明する。（イ） は直流電源装置１と電力変換装置２が
運転状態に有り、どちらも地絡電流が流れていない場合
である。この場合には第１、第２の電流検出手段１４お
よび２５は動作しないため、ａおよびｂの信号は０であ
る。従って、アンド回路１６の入力ｃはインバータ回路
１５により出力が反転するので、アンド回路の出力ｄは
０であり、遮断器１１へは遮断トリップ信号は送出され
ない。（ロ） は直流電源装置１が既に動作しており、
その後、スイッチ２１を投入して電力変換装置２を運転
する場合に生じる地絡電流状態を示しており、従来の技
術でも説明した様に、スイッチ２１の＋側と−側の微小
な投入時間差によりどちらかの出力にサージが発生し、
コンデンサ２２と２３の充電時間のずれ等により生じる
状態である。例えば、コンデンサ２３の充電時間の方が
コンデンサ２２より速い場合、地絡電流が直流電源１０
の＋側 − 抵抗１２ − 第１の電流検出手段１４
− 接地４ − 接地５− 第２の電流検出手段２５
− コンデンサ２３ − 直流電源１０の−側のループ
で電流が流れる。この場合には、第１、第２の電流検出
手段１４および２５の何れも動作するため、ａおよびｂ
は１の信号が出力される。しかしながら、この状態は本
来の地絡とは異なるので、遮断器１１が遮断しないよう
にする必要があるが、信号入力ｂはインバータ回路１５
で出力ｃが反転するため、アンド回路１６の出力ｄは０
となり、遮断信号は送出されない。（ハ） は実際に地
絡は生じていないが、何らかの条件により第１の電流検
出手段２５のみが動作（一般には誤動作が多い）したば
あいで、この場合にはａは０、ｂは１となるが、インバ
ータ回路１５によりｃが０となりアンド回路１６の出力
は０であり、遮断信号は送出されない。一方、（ニ）
は本来の地絡が生じた場合であり、例えば、直流電源１
０の−線と接地間で人体が触れた場合、地絡電流は直流
電源１０の＋側− 抵抗１２ − 第１の電流検出手段
１４ − 接地４ − 人体 − 直流電源１０の−側
のループで地絡電流が流れる。従って、電流検出手段１
４が動作するため、アンド回路１６の入力ａは１とな
る。この時、ｂは０であるが、インバータ回路１５によ
り出力ｃが反転し、出力ｃは１となる。従って、アンド
回路１６の出力ｄは１となるため、遮断器１１のトリッ
プ信号が送出され遮断器１１が開放される。

【００１７】例えば、図１において、直流電源装置１の
直流電源１０に燃料電池を用いた場合、燃料電池の直流
出力電圧は１５０〜３００Ｖと高電圧であるが、本発明
を実施することにより、直流電源装置１の出力に直列に
インバータ等の電力変換装置２を接続して、直流電源装
置１の出力電圧が確立後、電力変換装置２のスイッチ２
１を投入・開放しても、これに伴って発生するサージ電
流等によって、地絡検出回路が動作することはなく、真
の地絡時のみ地絡検出回路が動作する。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では直流電
源装置と電力変換装置と負荷によりシステムを構成する
場合、スイッチの投入時間差によって電力変換装置側に
設けたサージ・雑音吸収用のコンデンサ等に電流が流
れ、実際に地絡が生じていないのに地絡回路が動作して
システムを遮断することを防止し、人体が誤って出力線
の片線に触れて実際に地絡が生じた時のみに地絡回路が
動作するようにしたため、信頼性の極めて高い地絡検出
回路を備えた電力供給システムを構築することが可能で
あるとともに、安全性、信頼性の極めて高い電力供給を
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す構成説明図である。

【図２】本発明を説明するための真理値表を示す説明図
である。

【図３】従来の直流電源装置を示す構成説明図である。

【図４】従来の電力変換装置を示す構成説明図である。

【図５】従来の電力供給システムの一例を示す構成説明
図である。

【図６】従来の電力供給システムの他の例を示す構成説
明図である。

【符号の説明】

１…直流電源装置、２…電力変換装置、４，５…接地、
１０…直流電源、２０…変換回路、３０…負荷、１１…
遮断器、２１…スイッチ、１２，１３…抵抗、２２，２
３，２４…コンデンサ、１４，２５…電流検出手段、１
５…インバータ回路、１６…アンド回路、１８，１９，
２６，２７，２８，２９，３１，３２…入出力端子。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高砂 敏明 東京都千代田区内幸町一丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 鍬田 豊 東京都千代田区内幸町一丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 岩沢 政記 東京都千代田区内幸町一丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 舘田 久美仁 東京都千代田区内幸町一丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流電源の＋側端子と−側端子間に遮断
   器を介して２個の抵抗を直列に接続し、この２個の抵抗
   の接続点と接地間に第１の電流検出手段を有する直流電
   源装置と、 この直流電源装置の直流＋側および−側出力端子に双極
   のスイッチを介して接続された変換回路と、この変換回
   路の入力端子間に直列に接続された２個のコンデンサ
   と、この２個のコンデンサの接続点を接地して構成され
   る電力供給システムにおいて、 前記２個のコンデンサの接続点と接地間に第２の電流検
   出手段を挿入し、この第２の電流検出手段の出力信号と
   前記第１の電流検出手段の検出信号を論理回路に入力
   し、この論理回路の出力信号により前記遮断器を動作さ
   せることを特徴とする電力供給システム。