JPWO2017221493A1 - 直流電気回路保護装置およびアーク検出方法 - Google Patents
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Abstract
Description
アークノイズ解析部においてアークが検出された場合に、電流センサからの信号により各ストリング(一連で直列につながったモジュール回路)の出力電流変動を解析し、アークが検出された前後の電流値の変動に基づいて、アークの発生個所を特定する電流変動解析部と、電流変動解析部におけるアーク特定結果に基づいて開閉器の開閉を制御する開閉器制御部を有するアーク検出装置を備えたものが、特許文献1において提案されている。
図1は、この発明の実施の形態1による直流給電システムの概略構成を示す回路図である。交流電源1が交流電路2を介して交流直流変換回路3の入力端子に接続されている。交流直流変換回路3は、交流電源1に対して複数並列に接続される場合もある。交流直流変換回路3の出力端子は、遮断器4に接続され、遮断器4から幹線を経て複数の電路5に分かれている。各々の電路5は、分電盤6に接続される。分電盤6の内部には、複数の負荷10A、10B、10Cにそれぞれ対応して接続される複数の直流電気回路20A、20B、20Cが設けられている。それぞれの直流電気回路20A、20B、20Cの内部には、正極と負極電路間にコンデンサ7A、7B、7Cが設けられ、正極と負極電路に開閉器8A、8B、8Cが設けられ、正極電路と負極電路のいずれか一方に電流センサ9A、9B、9Cがそれぞれ設けられている。なお、この電流センサ9A、9B、9Cは、コンデンサ7A、7B、7Cよりも負荷10A、10B、10C側に位置するように配置されている。
入力部110は、電流信号入力部111とアーク検知時間設定部112を備えている。入力部110は、電流センサ9A、9B、9Cにより検出された電流の信号データを電流信号入力部111からアーク検出装置100内に取り込む。取り込まれたデータは、解析部120に伝送される。また、アーク検知時間設定部112は、検出されたアークの時間情報を設定する。
また、アークノイズ信号強度比較部122では、ホール素子やロゴスキーコイル等の電流測定可能な電流センサの信号をFFT解析した結果に基づき、好ましくは10kHzから100kHzの周波数範囲内の電流信号を強度比較している。10kHzから100kHzの周波数範囲は、アークの特性からアークノイズを検出し易い周波数範囲である。10kHz以下の範囲は、交流直流変換回路3から発生する電源周波数(50Hz、60Hz等)の高調波成分とアークノイズの区別が困難である。また、100kHz以上は、電磁波ノイズ等との区別が困難である。そのため、10kHzから100kHzの信号に着目することでアークの検知精度を向上させることができる。
自動的に開閉器8A、8B、8Cを導通させた後に、再びアークを検知しなければ、通常通りの運転を行うこととする。直列アーク発生に関しては、アークの発生した回路を開閉器8A、8B、8Cで電気的に切り離してアークを消滅させた後、アーク発生部の絶縁が回復し、再びアークを発生すること無く、導通する場合がある。自動的に遮断器4にトリガを送り開閉器8A、8B、8Cを導通させることによって、早急にシステムを復旧させることが可能となる。
図4に示すように、負荷の接続されている箇所でアーク25が発生した際のアークノイズ強度の例を図5に示す。
図8に実施の形態2として、正極と負極電路の合流箇所に電流センサ9Dを追加した構成を示す。なお、図において、図1に使用している符号と同一の符号は、各々同一または相当部分を示している。正極と負極電路の合流箇所に電流センサ9Dを追加することで、合流箇所の電路において発生したアーク25を検知することが可能となる。これによって、アークの発生を検知できる区間を拡大させることができる。このアーク25の発生の検知は、実施の形態1と同様のアークノイズ周波数解析部121とアークノイズ強度比較部122を用いることによって行うことができる。
図11に実施の形態3として、図1に示した実施の形態1の構成において、正極と負極電路の電路間に電圧センサ12A、12B、12Cを追加した構成を示す。なお、図において、図1に使用している符号と同一の符号は、各々同一または相当部分を示している。このとき、直流給電システムのアーク検出装置100の構成のブロック図は、図12に示すようになっている。この図12に示したブロック図は、図2に示したアーク検出装置100のブロック図に、電圧信号入力部113が追加されたものである。なお、図において、図2に使用している符号と同一の符号は、各々同一又は相当部分を示している。この電圧信号入力部113は、図11に示した電圧センサ12A、12B、12Cからの電圧信号を受けるために設けられたものである。
アークが発生すると電流だけでなく、電圧にもアークノイズが重畳する。このため、電圧に重畳するアークノイズを比較することによってアーク発生区間を特定できる。このことから、電流に重畳するノイズだけでなく、電圧に重畳するノイズを検知するように発展させて構成することもできる。
Claims (13)
- 複数の直流電気回路の正極電路および負極電路の少なくとも一方の電路に設けられた電流センサと、前記電流センサで検出された電流信号から前記直流電気回路毎のアークノイズの信号強度を比較し、前記アークノイズの信号強度に基づいて、前記直流電気回路の中からアークの発生した前記直流電気回路を特定するアーク検出装置とを備えたことを特徴とする直流電気回路保護装置。
- 前記電流センサの上流側にアークノイズを吸収する手段を備えたことを特徴とする請求項1に記載の直流電気回路保護装置。
- 前記アーク検出装置のアークノイズの信号強度の比較は、負荷が接続されている複数の前記直流電気回路のそれぞれに取り付けられた全ての前記電流センサの前記電流信号を基にアークノイズの強度比較を行うことを特徴とする請求項1に記載の直流電気回路保護装置。
- 前記直流電気回路毎に開閉器が設けられ、前記アーク検出装置によって特定された前記アークの発生した前記直流電気回路を電気的に切り離し得るようにしたことを特徴とする請求項1に記載の直流電気回路保護装置。
- 前記開閉器を復旧させる手段を有し、所定時間の後に前記電気的に切り離した前記開閉器を復旧させるようにしたことを特徴とする請求項4に記載の直流電気回路保護装置。
- 前記アークノイズを吸収する手段が、前記開閉器と前記電路の間に設けられたコンデンサであることを特徴とする請求項4に記載の直流電気回路保護装置。
- 前記アークノイズを吸収する手段が、前記開閉器と前記電路の間に設けられ、10kHzから100kHzの信号をカットするフィルタであることを特徴とする請求項4に記載の直流電気回路保護装置。
- 前記直流電気回路の正極電路の合流箇所および負極電路の合流箇所の少なくとも一方の電路に第2の電流センサが設けられ、前記アーク検出装置は、前記直流電気回路の前記電流センサで検出された電流信号と前記第2の電流センサで検出された電流信号から前記直流電気回路毎のアークノイズの信号強度を比較し、前記アークノイズの信号強度に基づいて、複数の前記直流電気回路の中からアークの発生した前記直流電気回路を特定するようにしたことを特徴とする請求項1に記載の直流電気回路保護装置。
- 前記直流電気回路の前記正極電路および前記負極電路間に電圧センサを有し、前記アーク検出装置は、前記電圧センサで検出された電圧信号から前記直流電気回路毎のアークノイズの信号強度を比較し、前記アークノイズの信号強度に基づいて、前記直流電気回路の中からアークの発生した前記直流電気回路を特定するようにしたことを特徴とする請求項2に記載の直流電気回路保護装置。
- 正極電路および負極電路の少なくとも一方の電路に設けられた電流センサと、前記電流センサの上流側にアークノイズを吸収する手段とを有する複数の直流電気回路、および前記直流電気回路の前記電流センサで検出された電流信号から前記直流電気回路毎のアークノイズの信号強度を比較し、前記アークノイズの信号強度に基づいて、前記直流電気回路の中からアークの発生した回路を特定するアーク検出方法であって、前記電流センサで検出された前記電流信号から周波数解析するアークノイズ周波数解析ステップと、前記アークノイズ周波数解析ステップにて解析されたノイズ周波数の信号強度を前記電流センサから検出された前記電流信号毎に比較して、アーク発生回路を特定するアークノイズ強度比較ステップを備えたことを特徴とするアーク検出方法。
- 前記アークノイズ強度比較ステップは、すべての前記電流センサからの前記電流信号の中から信号強度が最大のものを選択し、その最大値に対して信号強度の差が一定値以上あるかどうかを判定し、一定値以上の差がある場合に、信号強度が最大値を示した前記直流電気回路でアークが発生したと判定することを特徴とする請求項10に記載のアーク検出方法。
- 前記アークノイズ強度比較ステップは、信号強度の値が所定値以上ある場合の前記直流電気回路においてアークが発生したと判定することを特徴とする請求項10に記載のアーク検出方法。
- 前記アークノイズ強度比較ステップは、複数の前記電流センサからの前記電流信号のデータを取得して閾値を設定していることを特徴とする請求項10に記載のアーク検出方法。
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