JPH06253449A - 電力供給システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電力供給システムにおいて、漏電発生や人体
が誤って出力線に触れた場合にのみ、直流電源出力を遮
断して、安全性、信頼性を高める。 【構成】 変換回路２０とその入力用の遮断器２１の間
に電圧検出手段３２を設け、遮断器２１の＋−両接点の
閉による入力電圧の正常を検出する。その検出でコンデ
ンサ２２，２３の中点と接地５間のリレー接点３４を閉
じ、雑音・サージ吸収用の通電回路を有効にする。これ
により、人手を介さず、遮断器２１の両接点の時間遅れ
で電流検出手段１４に流れる迷走電流を防止し、遮断器
２１の動作期間を含めて実際に地絡等が生じた時にのみ
電流検出手段１４が直流電源１０の出力の遮断器１３を
遮断できるようにする。また、各コンデンサ２２，２３
に並列に抵抗３０，３１を接続し、コンデンサ２２，２
３の値がアンバランスのときに流れる迷走電流を防止
し、地絡等の検出動作の誤動作を防止する。

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、
安定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、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
値の抵抗を直列に接続してその抵抗の中点を接地し、直
流出力と接地間に人体を介して小さな電流が流れたとき
直流電源を遮断する方法が用いられている。また、直流
電源を入力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、地絡検出用の抵抗回路と雑音
・サージ吸収用コンデンサ回路が接地を介して通電回路
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走電流が流れ、地絡検出が動作して
しまう状態が生じるこのような従来の一般的な電力供給
システムを図３に示す。図３において、直流電源回路全
体を直流電源装置１００とし、その出力端子を１８，１
９とする。直流電源装置１００の中の１０は直流電源、
１１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は高抵抗値の抵抗、１４は地絡電流等を
検出する電流検出手段、４は接地であり、直流電源１０
の出力端子には遮断器１１を介して抵抗１２，１３の直
列回路が接続される。抵抗１２と１３の接続点は、電流
検出手段１４を介して接地４に接続される。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。

【０００３】一方、図３において、電力変換装置回路全
体を電力変換装置２００とし、その入力端子を２６，２
７、出力端子を２８，２９とする。電力変換装置２００
の中の２１は遮断器、２２，２３，２４は雑音・サージ
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および直列接続のコンデンサ２２，２３
は変換回路２０の入力の線間に接続されとともに、コン
デンサ２２，２３の中点が接地５に接続されている。従
って、線間に発生する雑音はコンデンサ２４で吸収さ
れ、＋線で生じる雑音はコンデンサ２２を介して接地５
に放たれ、同様に一線に生じる雑音はコンデンサ２３を
介して接地５に放電されるようにして、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、４０は負
荷であり、その入力端子を４１，４２とする。

【０００４】図３において、直流電源１０が起動され遮
断器１１が投入されると、抵抗１２，１３には抵抗値に
見合った微小電流は流れるが、地絡が生じていない場合
には、電流検出手段１４には電流が流れない。一方、直
流電源１０を起動後、遮断器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、遮断器２１を投入した場合、遮断器２１の入力端
子２６，２７の投入時に遮断器接点の微小な時間遅れに
より、地絡電流が流れる。いま、遮断器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４の動作説明図中に一点鎖線で示したようなルートで
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→抵抗１２→接地４→接地５→コ
ンデンサ２３→遮断器２１の入力端子２７→出力端子１
９→直流電源１０のルートで迷走電流が流れる。このた
め、地絡の電流検出手段１４は、この迷走電流を検出
し、トリップ信号により遮断器１１を強制遮断する。こ
の様な状態は回路条件によりしばしば生じ、また、遮断
器２１の＋側，−側のどちらの接点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法を図５に
示す。

【０００５】図５の構成は、図３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３と同様である。
図５のような構成においては、迷走電流による誤差動を
防止するため、電力変換装置２００の遮断器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、遮断器２１投入
後、ある時間（一般にはコンデンサの突入時間となり、
数百ｍＳ以下程度）経過後、人手によりスイッチ８を投
入する方法を採っている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図５で
示した様な方法では、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、遮断器２１の最適な投入時間
の判断を明確にできない欠点があるうえ、負荷４０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２
２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、安全な電力供給が出来なくなる欠点があった。

【０００７】ところで、例えば図３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
力電圧は燃料電池の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接地方式が採られてい
る。この場合の地絡電流検出時間は、人体保護を最優先
するため、瞬時検出である。従って、直流電源装置１０
０の出力にＤＣ／ＤＣコンバータ等の電力変換装置２０
０を接続し、直流電源装置１００の出力電圧確立後、遮
断器２１を投入する際、＋側，−側のどちらかの接点が
早く動作すると前記のような動作により、迷走電流が流
れて地絡が検出され、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、
図５の構成による方法のほか、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５に示した様な方法を採っても同様なことが言える。
しかし、実際の方法としては、図５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ことになり、作業の煩雑さや
危険な活線作業を行う等のため、信頼性、安全性に欠け
る欠点があった。

【０００８】本発明は、このような欠点を解決するため
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、地絡等の電流検出手段を動作させ、直流電源出力を
遮断する安全で信頼性の高い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、本発明の電力供給システムにおいては、
直流電源の＋側端子と−端子間に第１の遮断器を介して
２個の抵抗の直列回路を並列に接続しこの２個の抵抗の
接続点と接地間に電流検出手段を接続し前記電流検出手
段の出力信号により前記第１の遮断器を遮断する機能を
有して成る直流電源装置と、この直流電源装置の直流＋
側出力端子および−側出力端子に第２の遮断器を介して
接続された変換回路と、この変換回路の入力端子間に並
列に接続された２個のコンデンサ直列回路と、この２個
のコンデンサにそれぞれ並列に接続された抵抗と、前記
変換回路の入力電圧を検出する電圧検出手段と、前記電
圧検出手段の出力信号でリレーを動作させ前記リレーの
接点を介して前記２個のコンデンサの接続点と接地間を
接続する手段とを備え、前記変換回路の出力端子に負荷
を接続したことを特徴とする。

【００１０】

【作用】本発明の電力供給システムでは、変換回路の入
力用の第２の遮断器と雑音・サージ吸収回路を構成する
２個のコンデンサ直列回路間に挿入した電圧検出手段
で、第２の遮断器の＋側と−側接点が確実に動作して入
力電圧が正常であることを検出し、その検出によりはじ
めてコンデンサ直列回路と接地間に挿入されたリレー接
点を閉じることで、雑音・サージ吸収回路と接地間の通
電回路を有効に形成する。これにより、人手を介するこ
となく、第２の遮断器の＋側と−側の時間遅れで地絡等
の電流検出手段に流れる迷走電流を防止し、第２の遮断
器の動作期間を含めて実際に地絡が生じた時にのみ地絡
等の検出動作を行えるようにする。また、コンデンサ直
列回路の各コンデンサに並列に接続した抵抗により、２
個のコンデンサの値がアンバランスのときに流れる迷走
電流を防止し、地絡等の検出動作の誤動作を防止する。
以上により、直流電源装置の出力に変換回路を接続して
負荷に電力を供給するシステムの安全性、信頼性を極め
て高くする。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面により詳細に
説明する。

【００１２】図１は、本発明の一実施例を示す構成説明
図である。図中、１は直流電源装置、２は電力変換装
置、４０は負荷である。直流電源装置１の中の１０は燃
料電池等の直流電源、１１はトリップ信号端子付遮断
器、１２，１３は抵抗、１４は地絡等の電流検出手段、
２０は変換回路、２１は遮断器、２２，２３，２４はコ
ンデンサ、３０，３１は抵抗、３２は電圧検出手段、３
３はリレー、３４はリレー３３のリレー接点、４，５は
接地である。また、１８，１９は直流電源装置１の＋
側，−側出力端子、２６，２７は電力変換装置２の＋
側，−側入力端子、２８，２９は出力端子であり、４
１，４２は負荷４０の入力端子である。

【００１３】本実施例では、直流電源装置１、電力変換
装置２および負荷４０が、各々の入出力端子１８と２
６、１９と２７、２８と４１、および２９と４２で接続
されて、電力供給システムを構成する。直流電源装置１
は、直流電源１０の出力をトリップ信号端子付遮断器１
１を介して出力端子１８および１９に接続し、出力端子
１８と１９の線間に抵抗１２および１３の直列回路を接
続し、抵抗１２と１３の中点を電流検出手段１４を介し
て接地４に接続して構成する。一方、電力変換装置２
は、遮断器２１を介して変換回路２０が接続され、遮断
器２１と変換回路２０の線間に電圧検出手段３２とコン
デンサ２４、コンデンサ２２，２３の直列回路、抵抗３
０，３１の直列回路を接続し、コンデンサ２２と２３の
中点、抵抗３０と３１の中点をリレー接点３４を介して
接地５に接続して構成する。また、電圧検出手段３２の
出力信号線を電力変換装置２内に備えたリレー３３の入
力端子に接続する。

【００１４】上記のように構成した本実施例の動作を、
横軸を時間軸とした図２の動作説明図を用いて説明す
る。図２は、直流電源１０が既に動作している状態から
直流電源装置１の遮断器１１、電力変換装置２の遮断器
２１が投入された時の電圧検出手段３２、リレー３３、
リレー接点３４、電流検出手段１４の動作を示してい
る。

【００１５】まず、遮断器１１が投入（ＯＮ）される
と、抵抗１２，１３には抵抗値に見合った微小電流が流
れるが、地絡が生じていない場合には、電流検出手段１
４には電流が流れない（検出ＯＦＦ）。次に遮断器２１
が投入された状態について、遮断器２１の＋側と−側の
微小な投入遅れが生じた場合を例に説明する。例えば、
遮断器２１の＋側が−側より先に投入されると、片側が
投入された時点では電圧検出手段３２は電圧不足で検出
しない（検出ＯＦＦ）ため、電圧検出手段３２の出力信
号を入力するリレー３３は動作せず、リレー接点３４が
挿入されたコンデンサ２２，２３の中点と接地５間の迷
走電流回路が構成されず、電流検出手段１４には電流が
流れない。その後、微小な遅れで遮断器２１の−側が投
入されると電圧検出手段３２は電圧確立を検出し（検出
ＯＮ）、リレー３３に出力信号を送出する。リレー３３
は電圧検出手段３２の信号により動作し、リレー接点３
４を閉じることでコンデンサ２２，２３の中点と接地５
間が接続される。この時点ではコンデンサ２２，２３か
らの迷走電流はなく、電流検出手段１４には電流が流れ
ない。つまり、遮断器２１が投入されるまでの間に実際
に地絡事故が生じた場合は確実に地絡電流を検出して遮
断器１１を遮断することができ、遮断器２１の微小な投
入遅れが生じた場合には、確実に遮断器２１が動作して
変換回路２０の入力電圧が確立していることを検出し
て、サージ・雑音吸収用コンデンサ２２，２３の中点を
接地するため、コンデンサ２２，２３の電圧アンバラン
スによる迷走電流は流れることなく、迷走電流による遮
断器１１の遮断を防止できる。また、コンデンサ２２，
２３のキャパシタンス値にアンバランスが生じても、コ
ンデンサ２２，２３に並列に接続された抵抗３０，３１
の直列回路により、コンデンサ２２と２３の中点電位を
安定化することから迷走電流は流れることがない。

【００１６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の電力供給
システムによれば、直流電源装置と変換回路と負荷によ
りシステムを構成する場合、変換回路の入力用の第２の
遮断器と雑音・サージ吸収回路の間に電圧検出手段およ
びリレー回路を構成し、雑音・サージ吸収回路を構成す
るコンデンサに抵抗を付加するだけで、第２の遮断器接
点の投入時間差によって雑音・サージ吸収回路のコンデ
ンサ等に電流が流れるのを阻止でき、そのコンデンサの
値のアンバランスにより迷走電流が流れるのを防止でき
る。このため、実際に地絡が生じていないのに地絡を検
出してシステムを遮断することを防止でき、人体が誤っ
て出力線の片線に触れた場合や実際に地絡が生じた時に
のみ地絡検出動作をさせることができ、信頼性の高い地
絡検出機能を備えた電力供給システムを構築することが
可能になるとともに、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

【図２】本発明の一実施例の動作を示す動作説明図

【図３】従来の電力供給システムの一例を示す構成説明
図

【図４】上記従来の電力供給システムの動作説明図

【図５】従来の電力供給システムの他の例を示す構成説
明図

【符号の説明】

１…直流電源装置 ２…電力変換装置 ４，５…接地 ８…スイッチ １０…直流電源 ２０…変換回路 ４０…負荷 １１…トリップ信号端子付遮断器 ２１…遮断器 １２，１３…抵抗 ２２，２３，２４…コンデンサ １４…電流検出手段 ３０，３１…抵抗 ３２…電圧検出手段 ３３…リレー ３４…リレー接点 １８，１９，２６，２７，２８，２９…入出力端子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 良 東京都千代田区内幸町１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−端子間に第１の
   遮断器を介して２個の抵抗の直列回路を並列に接続しこ
   の２個の抵抗の接続点と接地間に電流検出手段を接続し
   前記電流検出手段の出力信号により前記第１の遮断器を
   遮断する機能を有して成る直流電源装置と、この直流電
   源装置の＋側出力端子および−側出力端子に第２の遮断
   器を介して接続された変換回路と、この変換回路の入力
   端子間に並列に接続された２個のコンデンサ直列回路
   と、この２個のコンデンサにそれぞれ並列に接続された
   抵抗と、前記変換回路の入力電圧を検出する電圧検出手
   段と、前記電圧検出手段の出力信号でリレーを動作させ
   前記リレーの接点を介して前記２個のコンデンサの接続
   点と接地間を接続する手段とを備え、前記変換回路の出
   力端子に負荷を接続したことを特徴とする電力供給シス
   テム。