WO2010150706A1 - 直流用分岐回路保護装置 - Google Patents

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WO2010150706A1
WO2010150706A1 PCT/JP2010/060362 JP2010060362W WO2010150706A1 WO 2010150706 A1 WO2010150706 A1 WO 2010150706A1 JP 2010060362 W JP2010060362 W JP 2010060362W WO 2010150706 A1 WO2010150706 A1 WO 2010150706A1
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current
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branch
power supply
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PCT/JP2010/060362
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French (fr)
Inventor
孝明 忠澤
小新　博昭
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パナソニック電工株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
    • H02H3/087—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current for dc applications
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    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/26—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured

Definitions

  • the present invention relates to a DC branch circuit protection device.
  • FIG. 5A As a power supply device having a protection function for protecting a load from overcurrent, as shown in FIG. 5A, an output of a constant voltage source E in which a plurality of loads L1 to L4 are connected in parallel via switches S1 to S4, respectively. There is a power supply device 100 provided with a fuse F at the end.
  • a power supply device 101 including a branch connection unit 102 to which a plurality of load circuits are branch-connected is also conventionally provided (for example, (See Patent Documents 1 to 4).
  • DC power is supplied from a constant voltage source E to a plurality of loads L1 to L3 connected to the branch connection unit 102 via built-in circuit protectors CP1 to CP3.
  • the power supply apparatus 101 causes the corresponding circuit protectors CP1 to CP3 to perform a shut-off operation, so that the overcurrent flows to the branch circuit. Since only the power supply can be cut off, power can be continuously supplied to the remaining load circuit.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a DC branch circuit protection device with high expandability and flexibility that can easily cope with an increase or decrease in the number of circuits. It is in.
  • the DC branch circuit protection device of the present invention is housed as an internal unit in a distribution board that distributes a DC power supply to the branch lines, and is provided for each branch line branched from the main wiring of the DC power supply.
  • a circuit breaker is provided. This circuit breaker connects the power supply side connection terminal connected to the main wiring in the distribution board, the load side connection terminal to which the load side wiring is connected, and the connection between the power supply side connection terminal and the load side connection terminal.
  • the semiconductor switch element provided in the middle of the electric circuit to perform is provided.
  • the circuit breaker includes current detection means for detecting current flowing in the electric circuit, and current setting means for setting a set current corresponding to a load connected to the load side connection terminal.
  • the circuit breaker further includes an open / close control means for forcibly opening the semiconductor switch element when the detected value of the current detection means exceeds a set current set in the current setting means, and an open / close operation by a manual operation unit provided in the middle of the electric circuit.
  • An open / close switch that opens or closes according to the condition is provided.
  • the power supply side connection terminal consists of an insertion connection terminal that is plugged and connected to the conductive bar that constitutes the main wiring in the distribution board, and the load side connection terminal is covered with the wire. It is also preferable to comprise a terminal part of a quick-connection structure in which the peeled core wire is plugged and connected.
  • a controller for controlling the opening / closing of the circuit breaker is housed in the distribution board as an internal unit together with the circuit breaker, and the opening / closing control means responds to an opening / closing control signal input from the controller It is also preferable to open and close the semiconductor switch element.
  • the controller is provided with storage means and control signal output means.
  • the storage means stores a sequence for opening or closing a plurality of circuit breakers in order.
  • the control signal output means outputs an open / close control signal to each circuit breaker so as to sequentially open or close the plurality of circuit breakers according to the sequence stored in the storage means.
  • the circuit breaker is provided with monitoring signal output means for causing the controller to output the detection value of the current detection means as a monitoring signal.
  • the circuit breaker is housed in the distribution board as an internal unit. Therefore, by providing the required number of circuit breakers, the number of branch circuits can be easily increased or decreased.
  • the semiconductor switch element is forcibly opened when a current exceeding the set current corresponding to the load flows, so that the load can be protected for each branch circuit.
  • the open / close switch is opened or closed according to the open / close operation by the manual operation unit, the open / close switch is forcibly opened by operating the manual operation unit when performing maintenance work on the branch circuit side. By doing so, there is an effect that maintenance work can be performed safely.
  • FIG. 3A, FIG. 3B, and FIG. 3C are explanatory diagrams showing the abnormal current interruption characteristics. It is a system configuration diagram of an AC / DC hybrid wiring system using the same as above. 5A and 5B are circuit diagrams of a conventional power supply device.
  • the present applicant is to introduce an AC / DC hybrid wiring system provided with a DC wiring system for supplying DC power in addition to the conventional AC wiring system for supplying commercial AC power to a house. is suggesting.
  • FIG. 4 shows the system configuration of an AC / DC hybrid wiring system.
  • two DC wiring systems are provided, and the DC distribution board 1A of the DC wiring system is installed in the house. , 1B and an AC distribution board 30 for an AC wiring system is installed.
  • the two DC wiring systems are composed of a low voltage DC wiring system and a high voltage DC wiring system.
  • a safety extra low voltage (SELV) such as DC12V, DC24, and DC48V is supplied.
  • SELV safety extra low voltage
  • a higher DC voltage for example, DC ⁇ 150 V and DC 300 V between both ends
  • the SELV power supply is supplied to the DC load.
  • the DC distribution board 1A of the high-voltage DC wiring system houses the main switch 2, the earth leakage circuit breaker 3, and the branch switch 4 as internal units inside the main body.
  • the main switch 2 is connected to three DC power lines 11 (DC 150 V line, DC-150 V line and GND line) drawn into the main body from the DC power source.
  • Three conductive bars 12 arranged inside the main body are connected via the circuit breaker 3.
  • a branch switch 4 for 150 V is connected between the conductive bar 12 of DC 150 V or DC ( ⁇ 150 V) and the conductive bar 12 of GND, and the conductive bar 12 of DC 150 V and the conductive bar 12 of DC ( ⁇ 150 V)
  • a 300V branch switch 4 is connected between the two.
  • High-voltage DC power is fed to the high-voltage DC wiring 13 wired in the house through these branch switches 4.
  • the high-voltage DC wiring 13 is wired from the DC distribution board 1A to each room in the house, and a DC outlet 80 is provided at an important point.
  • DC devices such as an air conditioner 81, a refrigerator 82, and an electromagnetic cooker 83 connected to the DC outlet 80, the DC voltage supplied from the DC outlet 80 is converted into a high-frequency AC voltage by a built-in inverter circuit, and a load is applied. It is operating.
  • the DC power line 11 has an AC / DC converter 21 that converts AC power supplied from the AC distribution board 30 into DC and a DC voltage supplied from a distributed power source 40 such as a solar power generation facility 41.
  • a DC / DC converter 22 for converting a voltage value is connected.
  • the DC power line 11 is connected to a charge / discharge control device 23 that controls charge / discharge of the power storage device 42 using, for example, a lithium ion battery or an electric double layer capacitor.
  • the power storage device 42 is charged with power obtained by converting alternating current into direct current at midnight when the power rate of the commercial AC power source is low, and is discharged during the daytime when the power rate is high, or surplus of the amount of power generated by the solar power generation facility 41 It is used to charge the minutes and use them when necessary for load leveling.
  • 24 and 25 are switches for separating the distributed power source 40 and the power storage device 42 from the DC power system, and 26 in the figure is a protector for system protection.
  • the DC distribution board 1B of the low-voltage DC wiring system has a plurality of circuit breakers 5 (branch switches) housed in the board.
  • a DC power line 15 from the DC / DC converter 16 is drawn into the DC distribution board 1B, and a plurality of circuit breakers 5 are connected to the conductive bar 17 arranged inside the main body.
  • the DC / DC converter 16 converts the high-voltage DC voltage supplied from the DC distribution board 1A into SELV, and the SELV is supplied to the conductive bar 17 inside the DC distribution board 1B via the DC power line 15. ing.
  • An LED lighting device 85 such as a downlight is connected to the low voltage DC wiring 18 wired in the house via the circuit breaker 5 via, for example, a wall switch 84, and operates by receiving the supply of SELV. .
  • the low-voltage DC wiring 18 is connected to a DC device that operates on SELV, such as a telephone, personal computer, flat-screen TV, HDD recorder, 24-hour ventilation system ventilation fan, and foot lamp.
  • the low voltage DC distribution board 1B may house a device using SELV, for example, information devices such as an information breaker 7 and a switching HUB 8, and a DC outlet 9 for supplying SELV power as an internal unit.
  • the information breaker 7 is a device having a function of preventing unauthorized access from a network outside the home to a home LAN to which home equipment is connected.
  • a power line 33 of a single-phase three-wire commercial AC power source that is drawn into the main body 30 a is connected to the main switch 31.
  • Conductive bars 34 corresponding to the L1 phase, L2 phase, and N phase are connected to the load side terminals of the main switch 31.
  • a branch switch 32 for 100 V is connected between the N-phase conductive bar and the L1-phase conductive bar, or between the N-phase conductive bar and the L2-phase conductive bar.
  • a branch switch 32 for 200 V is connected between the L1 phase conductive bar and the L2 phase conductive bar.
  • the indoor AC branch wiring 35 is supplied with 100V AC power supplied through a 100V branch switch 32 and AC 200V AC power through a 200V branch switch 32.
  • AC devices such as lighting equipment, vacuum cleaners, and washing machines that operate in the 100V system are connected to the 100V system wiring.
  • AC devices such as air conditioners, refrigerators, and electromagnetic cookers that operate in the 200V system are connected to the 200V system wiring.
  • the DC branch circuit protection device includes a circuit breaker 5 and a controller 6 that are housed in the low voltage DC distribution board 1B as internal units.
  • the body 50 of the circuit breaker 5 is formed in the same dimensions as the one-pole type of distribution board equipment as shown in FIG.
  • An insertion groove 50a into which the conductive bar 17 is inserted and connected is provided on one end side in the longitudinal direction of the vessel body 50, and a power supply side connection terminal (not shown) made of a blade receiving spring member is provided in the insertion groove 50a.
  • a power supply side connection terminal (not shown) made of a blade receiving spring member is provided in the insertion groove 50a.
  • the electric wire insertion port 50b in which the electric wire from a load side is inserted opens in the other end side in the longitudinal direction of the container body 50, it faces the electric wire insertion port 50b and the load side connection terminal (FIG. (Not shown) is stored.
  • the electric wire is connected to the load side connection terminal disposed inside, and the electric wire is prevented from being pulled out.
  • an operation handle 51 for manually opening and closing a built-in open / close switch 52, which will be described later, and a display unit 59 that is made of an LED and displays an operation state in a lighting state are disposed on the front surface of the body 50.
  • the terminal portion of the quick-connection structure uses a conventionally well-known terminal portion as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-234922, and therefore illustration and description thereof are omitted.
  • the circuit breaker 5 includes the power supply side connection terminals t1 and t2 that are plugged into the conductive bar 17, and the load side connection terminals t3 and t4 to which an electric wire from a load is connected.
  • An open / close switch 52 comprising double-cut contacts is connected to the conductive path between the terminals t1-t3 and the conductive path between the terminals t2-t4.
  • the open / close switch 52 is turned on / off according to the opening / closing operation of the operation handle 51. Is switched.
  • the circuit breaker 5 includes an I / F circuit 62 that inputs and outputs signals to and from the controller 6.
  • an open / close control signal from the controller 6 is input to the arithmetic circuit 60 via the I / F circuit 62, the arithmetic circuit 60 serving as the open / close control means turns on or off the semiconductor switch element 57 according to the control content of the open / close control signal.
  • the operating state is displayed by changing the lighting state of the display unit 59 composed of LEDs (lighting, extinguishing or blinking).
  • the power supply circuit 61 that creates the operating power supply for the arithmetic circuit 60 obtains power from the upstream side of the open / close switch 52 and can operate the arithmetic circuit 60 even when the open / close switch 52 is off.
  • the semiconductor switch element 53 is turned off when the voltage drop of the current detection resistor 54 exceeds a predetermined reference value, and limits the current flowing in the electric circuit to a predetermined reference value (for example, 15 A).
  • the arithmetic circuit 60 detects that an abnormal current such as an overload current or a short-circuit current flows based on a voltage drop generated in the current detection resistor 56 serving as a current detection means, the semiconductor circuit according to a preset cutoff characteristic.
  • the switch element 57 is turned off.
  • the interruption characteristics by the arithmetic circuit 60 can be set to characteristics such as an instantaneous detection type, a standard detection type, a long-time detection type, and a mag-only.
  • FIG. 3A shows an instantaneous detection type cutoff characteristic.
  • the arithmetic circuit 60 turns off the semiconductor switch element 57.
  • FIG. 3B shows the cutoff characteristic of the standard detection type. In this case, when a current of x (A) or more and less than 10 A continuously flows for 100 ms, a current of 10 A or more and less than 13 A continuously flows for 60 ms or more, or a current of 13 A or more continuously flows for 20 ms or more.
  • the arithmetic circuit 60 turns off the semiconductor switch element 57.
  • FIG. 3C shows a long-time detection type cutoff characteristic.
  • a current of x (A) or more and less than 10 A continuously flows for 1000 ms or more
  • a current of 10 A or more and less than 13 A continues to flow for 800 ms or more
  • a current of 13 A or more continues to flow for 20 ms or more.
  • the arithmetic circuit 60 turns off the semiconductor switch element 57. Note that, when a current of 15 A or more flows in any interruption characteristic, the electric circuit is interrupted by the semiconductor switch element 53.
  • the cut-off characteristics shown in FIGS. 3A to 3C are examples, and in the arithmetic circuit 60, the current limit value (set current) and the set cut-off time for the set current may be appropriately changed according to the load characteristics.
  • the arithmetic circuit 60 also has a function of turning off the semiconductor switch element 57 and preventing the abnormal voltage from being supplied to the load circuit when the voltage detection circuit 58 detects the abnormal input voltage (overvoltage and undervoltage). I have.
  • the controller 6 has a function of controlling the open / close state of the plurality of circuit breakers 5, and includes a control circuit 63, a storage unit 64 (storage unit), a display unit 65, and an I / F circuit 66. It has.
  • the storage unit 64 includes a non-volatile memory and stores a sequence for opening or closing the plurality of circuit breakers 5 in order.
  • the display unit 65 is composed of, for example, a liquid crystal display (LCD).
  • the I / F circuit 66 inputs and outputs signals to and from the plurality of circuit breakers 5.
  • the controller 6 also has various functions such as a branch output stop function, a sequential closing function, a sequential opening function, a power failure detection function, a total voltage drop detection function, and a total current detection function.
  • the control circuit 63 When the branch output stop function is executed, the control circuit 63 outputs the opening control signal to the desired circuit breaker 5 via the I / F circuit 66 to turn off the circuit breaker 5. Further, when executing the sequential closing function, the control circuit 63 as the control signal output means sequentially sends the closing control signals to the plurality of circuit breakers 5 via the I / F circuit 66 according to the sequence read from the storage unit 64. Are output in order to close the plurality of circuit breakers 5 in a predetermined order.
  • the control circuit 63 as the control signal output means sequentially sends the opening control signals to the plurality of circuit breakers 5 via the I / F circuit 66 according to the sequence read from the storage unit 64. To open the plurality of circuit breakers 5 in a predetermined order.
  • the control circuit 63 determines the presence or absence of a power failure based on the detection result of a voltage detection means (not shown) that detects the line voltage of the DC power line 15, and detects a power failure. Inform the display unit 65 of the occurrence of a power failure.
  • the power source of the controller 6 is backed up by a secondary battery (not shown) so that the operation can be continued until the power failure compensation period elapses after the power failure occurs.
  • the control circuit 63 obtains the total value of the current flowing through the plurality of circuit breakers 5 based on the current value input from each circuit breaker 5 via the I / F circuit 66. ing. When the total value of the currents exceeds a predetermined value, the control circuit 63 outputs the opening control signal from the I / F circuit 66 to each circuit breaker 5 to open each circuit breaker 5. .
  • the DC branch circuit protection device of the present embodiment is housed as an internal unit in the DC distribution board 1B that distributes the DC power supply to the branch lines, and for each branch line branched from the main wiring of the DC power supply.
  • a circuit breaker 5 is provided.
  • the circuit breaker 5 includes power supply side connection terminals t1 and t2 connected to the main wiring in the DC distribution board 1B, and load side connection terminals t3 and t4 to which the load side wiring is connected.
  • the circuit breaker 5 also includes a semiconductor switch element 53 provided in the middle of the electric circuit connecting the power supply side connection terminal t1 and the load side connection terminal t3, and a current detection resistor 56 that detects a current flowing through the electric circuit.
  • the circuit breaker 5 has a setting current corresponding to the load connected to the load side connection terminals t3 and t4, and the semiconductor switch element 53 is forcibly opened when the detection value of the current detection means exceeds the setting current.
  • a circuit 60 (current setting means, opening / closing control means) is provided.
  • the circuit breaker 5 includes an opening / closing switch 52 that is provided in the middle of the electric circuit and opens or closes according to an opening / closing operation by a manual operation unit (operation handle 51).
  • the circuit breaker 5 is housed in the DC distribution board 1B as an internal unit, by providing the necessary number of circuit breakers 5, it is possible to easily cope with increase / decrease of the branch circuit.
  • the semiconductor switch element 53 is forcibly opened when a current exceeding the set current according to the load flows, so that the load can be protected for each branch circuit.
  • the open / close switch 52 is opened or closed according to the open / close operation by the manual operation unit, the open / close switch 52 is forcibly operated by operating the operation handle 51 when performing maintenance work on the branch circuit side. By opening the poles, maintenance work can be performed safely.
  • the semiconductor switch element 57 is opened / closed in accordance with the open / close control signal input from the controller 6, so that power supply to the branch circuit can be turned on / off by the controller 6.
  • the semiconductor switch element 57 is forcibly opened to protect the load.
  • controller 6 that controls the opening / closing of the plurality of circuit breakers 5 sequentially closes or sequentially opens the plurality of circuit breakers 5 according to the sequence stored in the storage unit 64.
  • the branch circuits connected to the plurality of circuit breakers are sequentially closed according to the sequence stored in the storage means, or sequentially opened, so that the loads connected to the plurality of branch circuits are in a predetermined order. Power supply can be started or stopped.
  • Each circuit breaker 5 is provided with an insertion connection terminal such as a blade receiving spring member inserted and connected to the conductive bar 17 as a power supply side connection terminal, and an electric wire coating is peeled off as a load side connection terminal.
  • the terminal part of the quick connection structure in which the core wire is inserted and connected is provided.
  • the arithmetic circuit 60 as the monitoring signal output means obtains a current value from the voltage drop generated in the current detection resistor 56, and uses this current value as a monitoring signal from the I / F circuit 62 to the controller. 6 is output.
  • the open / close switch 52 is opened or closed in accordance with the opening / closing operation of the operation handle 51. Therefore, when performing maintenance work on the branch circuit side, the maintenance work can be performed safely by operating the operation handle 51 to forcibly open the open / close switch 52.
  • the circuit breaker 5 outputs the DC voltage supplied via the conductive bar 17 to the branch circuit as it is.
  • the circuit breaker 5 incorporates a DC / DC converter (not shown). A DC voltage with a voltage value changed by a DC / DC converter may be output.
  • the circuit breaker since the circuit breaker is housed in the distribution board as an internal unit, by providing the necessary number of circuit breakers, the number of branch circuits can be increased. Can easily cope with increase / decrease.
  • the semiconductor switch element is forcibly opened when a current exceeding the set current corresponding to the load flows, so that the load can be protected for each branch circuit.
  • the open / close switch since the open / close switch is opened or closed according to the open / close operation by the manual operation unit, the open / close switch is forcibly opened by operating the manual operation unit when performing maintenance work on the branch circuit side. By doing so, maintenance work can be performed safely.

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Abstract

　直流用の分電盤には、直流電源の主幹配線から分岐される分岐線毎に設けられた回路遮断器５と、回路遮断器５の開閉を制御するコントローラ６とが、内器として収納されている。回路遮断器５は、主幹配線に接続される電源側接続端子ｔ１，ｔ２と、負荷側の配線が接続される負荷側接続端子ｔ３，ｔ４と、電源側接続端子ｔ１，ｔ２と負荷側接続端子ｔ３，ｔ４の間を接続する電路の途中に設けられた半導体スイッチ素子５７と、電路に流れる電流を検出する電流検出抵抗５６と、コントローラ６から入力される開閉制御信号に応じて半導体スイッチ素子５７を開閉させるとともに、電流検出抵抗５６の両端電圧から求めた電流値が設定電流を超えると半導体スイッチ素子５７を強制開極させる演算回路６０を備えている。

Description

直流用分岐回路保護装置
　本発明は、直流用分岐回路保護装置に関するものである。
　従来、負荷を過電流から保護する保護機能を備えた電源装置として、図５Ａに示すように、複数の負荷Ｌ１～Ｌ４がスイッチＳ１～Ｓ４を介してそれぞれ並列接続される定電圧源Ｅの出力端にフューズＦを設けた電源装置１００がある。
　この電源装置１００では、定電圧源Ｅの出力端に接続されたフューズＦで、複数の負荷Ｌ１～Ｌ４を過電流から保護しているため、過電流によってフューズＦが溶断すると、全ての負荷Ｌ１～Ｌ４への給電が遮断されてしまうという問題があった。
　そこで、分岐回路毎に負荷を過電流から保護するため、図５Ｂに示すように、複数の負荷回路が分岐接続される分岐接続部１０２を備えた電源装置１０１も従来提供されている（例えば、特許文献１～４参照）。この電源装置１０１では、分岐接続部１０２に接続される複数の負荷Ｌ１～Ｌ３に、内蔵するサーキットプロテクタＣＰ１～ＣＰ３を介して定電圧源Ｅから直流電力を供給している。負荷Ｌ１～Ｌ３の何れかで短絡等が発生して過電流が流れると、電源装置１０１は、対応するサーキットプロテクタＣＰ１～ＣＰ３に遮断動作を行わせることで、過電流が流れた分岐回路への給電のみを遮断できるから、残りの負荷回路へは継続して給電できる。
特開２００２－２５２９２３号公報 特開２００５－２９５７９１号公報 特開２００７－２５２０８１号公報 特開２００８－２５９２５４号公報
　上述した従来の電源装置１０１では、所定個数のサーキットプロテクタＣＰ１～ＣＰ３が予め内蔵されているため、分岐回路の数が固定的であり、回路数の変更に容易に対応することができず、拡張性や融通性に乏しいという問題点があった。
　本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、回路数の増減に容易に対応できる、拡張性や融通性の高い直流用分岐回路保護装置を提供することにある。
　上記目的を達成するために、本発明の直流用分岐回路保護装置は、直流電源を分岐線に分配する分電盤に内器として収納され、直流電源の主幹配線から分岐される分岐線毎に設けられた回路遮断器を具備する。この回路遮断器は、分電盤内で主幹配線に接続される電源側接続端子と、負荷側の配線が接続される負荷側接続端子と、電源側接続端子と負荷側接続端子の間を接続する電路の途中に設けられた半導体スイッチ素子を備える。また回路遮断器は、電路に流れる電流を検出する電流検出手段と、負荷側接続端子に接続される負荷に応じた設定電流が設定される電流設定手段を備える。さらに回路遮断器は、電流検出手段の検出値が電流設定手段に設定された設定電流を超えると半導体スイッチ素子を強制開極させる開閉制御手段と、電路の途中に設けられ手動操作部による開閉操作に応じて開極又は閉極する開閉スイッチを備える。
　この直流用分岐回路保護装置において、電源側接続端子は、分電盤内で主幹配線を構成する導電バーに差込接続される差込接続端子からなり、負荷側接続端子は、電線の被覆が剥かれた芯線が差込接続される速結構造の端子部からなることも好ましい。
　この直流用分岐回路保護装置において、回路遮断器の開閉を制御するコントローラが、回路遮断器とともに分電盤に内器として収納され、開閉制御手段が、コントローラから入力される開閉制御信号に応じて半導体スイッチ素子を開閉させることも好ましい。
　この直流用分岐回路保護装置において、複数の回路遮断器が設けられ、コントローラに、記憶手段と制御信号出力手段が設けられることも好ましい。記憶手段には、複数の回路遮断器を順番に開極又は閉極させるシーケンスが記憶される。制御信号出力手段は、記憶手段に記憶されたシーケンスにしたがって複数の回路遮断器を順番に開極又は閉極させるように、各回路遮断器に開閉制御信号を出力する。
　この直流用分岐回路保護装置において、回路遮断器に、電流検出手段の検出値を監視信号としてコントローラに出力させる監視信号出力手段が設けられたことも好ましい。
　本発明によれば、回路遮断器は分電盤に内器として収納されるので、必要な個数の回路遮断器を備えることによって、分岐回路の数の増減に容易に対応できる。しかも回路遮断器では、負荷に応じた設定電流を超える電流が流れると半導体スイッチ素子が強制開極されるから、分岐回路毎に負荷を保護することができるという効果がある。さらに、手動操作部による開閉操作に応じて開閉スイッチが開極又は閉極させられるので、分岐回路側で保守作業を行う際などに、手動操作部を操作して開閉スイッチを強制的に開極させることで、保守作業を安全に行うことができるという効果もある。
本実施形態の直流用分岐回路保護装置のブロック図である。 同上の外観斜視図である。 図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃは同上の異常電流遮断特性を示す説明図である。 同上を用いるＡＣ／ＤＣハイブリッド配線システムのシステム構成図である。 図５Ａ及び図５Ｂは従来の電源装置の回路図である。
　以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
　近年、地球温暖化対策として温室効果ガスの排出量を削減することが求められており、民生部門においてもエネルギー起源の二酸化炭素排出量を削減するために、電力消費の削減が図られている。
　一般家庭では様々な家電製品が使用されているが、現状では多くの家電製品が交流電源で駆動されるため、一般家庭においては電力会社から供給される交流電力を住宅内に供給して、家電製品を動作させていた。一方、家電製品の中には、空調機器や冷蔵庫や洗濯機などインバーター制御方式を採用した機器が増えている。このようなインバーター制御方式の電気機器では家庭内のコンセントから給電される交流電力を内部のＡＣ／ＤＣコンバータで直流電力に一旦変換した後、さらにインバータ回路で交流に変換して負荷を動作させている。したがって、交流から直流、直流から交流の２度の変換が行われるため、電力変換の際の電力損失が増大するという問題があった。
　そこで、本出願人は、従来ある商用交流電源を供給するための交流配線系統に加えて、直流電源を供給するための直流配線系統を設けたＡＣ／ＤＣハイブリッド配線システムを住宅に導入することを提案している。
　図４はＡＣ／ＤＣハイブリッド配線システムのシステム構成を示し、図示するシステムでは交流配線系統に加えて２系統の直流配線系統が設けられており、住宅内には直流配線系統のＤＣ分電盤１Ａ，１Ｂと交流配線系統の交流用分電盤３０が設置されている。尚、２系統の直流配線系統は、低圧ＤＣ配線系統と高圧ＤＣ配線系統とで構成される。低圧ＤＣ配線系統では、例えばＤＣ１２Ｖ、ＤＣ２４、ＤＣ４８Ｖなどの安全特別低電圧（ＳＥＬＶ：Safety Extra-Low Voltage）電源が供給される。高圧ＤＣ配線系統では、ＳＥＬＶ電源に比べて高圧の直流電圧（例えばＤＣ±１５０Ｖと両端間でＤＣ３００Ｖ）が直流負荷に供給される。
　高圧ＤＣ配線系統のＤＣ分電盤１Ａは、主幹開閉器２と漏電遮断器３と分岐開閉器４とを内器として本体の内部に収納している。主幹開閉器２には、直流電源から本体内部に引き込まれた３本の直流電力線１１（ＤＣ１５０Ｖ線とＤＣ－１５０Ｖ線とＧＮＤ線）が接続され、主幹開閉器２の負荷側端子には、漏電遮断器３を介して、本体内部に配置された３本の導電バー１２が接続されている。そして、ＤＣ１５０Ｖ又はＤＣ（－１５０Ｖ）の導電バー１２とＧＮＤの導電バー１２との間に１５０Ｖ用の分岐開閉器４が接続され、ＤＣ１５０Ｖの導電バー１２とＤＣ（－１５０Ｖ）の導電バー１２との間に３００Ｖ用の分岐開閉器４が接続されている。これらの分岐開閉器４を介して住宅内に配線された高圧ＤＣ配線１３に高圧の直流電力が給電される。高圧ＤＣ配線１３はＤＣ分電盤１Ａから宅内の各部屋まで配線され、要所にはＤＣコンセント８０が設けられている。ＤＣコンセント８０に接続される空調機器８１、冷蔵庫８２、電磁調理器８３などの直流機器では、内蔵のインバータ回路によってＤＣコンセント８０から供給された直流電圧を高周波の交流電圧に変換して、負荷を動作させている。
　ここにおいて、直流電力線１１には、交流用分電盤３０から供給される交流電力を直流に変換するＡＣ／ＤＣコンバータ２１と、太陽光発電設備４１などの分散電源４０から供給される直流電圧の電圧値を変換するＤＣ／ＤＣコンバータ２２が接続される。また直流電力線１１には、例えばリチウムイオン電池や電気二重層キャパシタを用いた電力貯蔵装置４２の充放電を制御する充放電制御装置２３が接続されている。電力貯蔵装置４２は、商用交流電源の電力料金が安い深夜に交流を直流に変換した電力を充電しておいて、電力料金の高い昼間に放電したり、太陽光発電設備４１による発電量の余剰分を充電しておいて、負荷平準化等で必要な時に利用するために用いられる。なお、図中の２４，２５は分散電源４０、電力貯蔵装置４２を直流電力系統から切り離すための開閉器であり、図中の２６は系統保護のための保護器である。
　また、低圧ＤＣ配線系統のＤＣ分電盤１Ｂは、複数個の回路遮断器５（分岐開閉器）を内器として盤内に収納してある。ＤＣ分電盤１Ｂの内部にはＤＣ／ＤＣコンバータ１６からの直流電力線１５が引き込まれ、本体内部に配置された導電バー１７には複数個の回路遮断器５が接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ１６は、ＤＣ分電盤１Ａから供給される高圧の直流電圧をＳＥＬＶに変換しており、ＤＣ分電盤１Ｂ内部の導電バー１７には直流電力線１５を介してＳＥＬＶが供給されている。そして、回路遮断器５を介して住宅内に配線された低圧ＤＣ配線１８には、例えば壁スイッチ８４を介してダウンライトのようなＬＥＤ照明器具８５が接続され、ＳＥＬＶの供給を受けて動作する。なお低圧ＤＣ配線１８には電話、パーソナルコンピュータ、薄型テレビ、ＨＤＤレコーダ、２４時間換気システムの換気扇、足下灯などＳＥＬＶで動作する直流機器が接続されている。また低圧用ＤＣ分電盤１Ｂには、ＳＥＬＶを利用する機器、例えば情報ブレーカ７、スイッチングＨＵＢ８などの情報機器や、ＳＥＬＶ電源を給電するためのＤＣコンセント９を内器として収納してもよい。ここで、情報ブレーカ７とは、宅内の設備機器が接続された宅内ＬＡＮへの、宅外ネットワークからの不正アクセスを防止する機能を備えた機器のことである。
　一方、交流用分電盤３０では、本体３０ａ内に引き込まれた、単相３線の商用交流電源の電力線３３が主幹開閉器３１に接続されている。主幹開閉器３１の負荷側端子にはＬ１相、Ｌ２相、Ｎ相にそれぞれ対応した導電バー３４が接続されている。Ｎ相の導電バーとＬ１相の導電バーの間、又は、Ｎ相の導電バーとＬ２相の導電バーの間には１００Ｖ用の分岐開閉器３２が接続される。またＬ１相の導電バーとＬ２相の導電バーの間には２００Ｖ用の分岐開閉器３２が接続される。屋内の交流分岐配線３５には、１００Ｖ用の分岐開閉器３２を介してＡＣ１００Ｖの交流電源が供給される１００Ｖ系配線と、２００Ｖ用の分岐開閉器３２を介してＡＣ２００Ｖの交流電源が供給される２００Ｖ系配線がある。１００Ｖ系配線には、１００Ｖ系で動作する照明器具、掃除機、洗濯機などの交流機器が接続される。２００Ｖ系配線には、２００Ｖ系で動作する空調機器、冷蔵庫、電磁調理器などの交流機器が接続されている。
　本発明に係る直流用分岐回路保護装置は、低圧用のＤＣ分電盤１Ｂに内器としてそれぞれ収納される回路遮断器５及びコントローラ６で構成される。
　回路遮断器５の器体５０は、図２に示すように分電盤用機器の１極タイプと同等の寸法に形成されている。器体５０の長手方向における一端側には導電バー１７が差込接続される差込溝５０ａが設けられ、差込溝５０ａ内に刃受ばね部材からなる電源側接続端子（図示せず）が配置されている。また器体５０の長手方向における他端側には、負荷側からの電線が挿入される電線挿入口５０ｂが開口するとともに、電線挿入口５０ｂに臨んで速結端子構造の負荷側接続端子（図示せず）が収納されている。而して、被覆の剥かれた電線の芯線が電線挿入口５０ｂに挿入されると、内部に配置された負荷側接続端子に電線が接続されるとともに、電線の抜けが防止されるようになっている。また器体５０の前面には、内蔵された後述の開閉スイッチ５２を手動操作で開閉するための操作ハンドル５１や、例えばＬＥＤからなり動作状態を点灯状態で表示する表示部５９が配置されている。尚、速結構造の端子部については、例えば特開２００４－２３４９２１号公報に開示されているような従来周知の端子部を使用しているので、図示および説明は省略する。
　次に、回路遮断器５の回路構成について図１を参照して説明する。回路遮断器５は、導電バー１７に差込接続される上記の電源側接続端子ｔ１，ｔ２と、負荷からの電線が接続される上記の負荷側接続端子ｔ３，ｔ４を備える。端子ｔ１－ｔ３間の導電路、端子ｔ２－ｔ４間の導電路には両切り接点からなる開閉スイッチ５２が接続されており、この開閉スイッチ５２は、操作ハンドル５１の開閉操作に応じてオン／オフが切り替えられる。正極側の負荷側接続端子ｔ３と開閉スイッチ５２との間には、ＭＯＳＦＥＴのような半導体スイッチ素子５３と、電流検出抵抗５４と、温度ヒューズ５５と、電流検出抵抗５６と、ＭＯＳＦＥＴのような半導体スイッチ素子５７とが直列に接続されている。回路遮断器５はコントローラ６との間で信号を入出力するＩ／Ｆ回路６２を備えている。Ｉ／Ｆ回路６２を介してコントローラ６からの開閉制御信号が演算回路６０に入力されると、開閉制御手段たる演算回路６０は、開閉制御信号の制御内容にしたがって半導体スイッチ素子５７をオン又はオフさせる。また演算回路６０では、ＬＥＤからなる表示部５９の点灯状態を変化（点灯、消灯又は点滅）させることで、動作状態を表示している。なお、演算回路６０の動作電源を作成する電源回路６１は、開閉スイッチ５２の上流側から電源を得ており、開閉スイッチ５２のオフ時にも演算回路６０を動作させることができる。
　ここで、半導体スイッチ素子５３は、電流検出抵抗５４の電圧降下が所定の基準値を超えるとオフするものであり、電路に流れる電流を所定の基準値（例えば１５Ａ）に制限する。
　また演算回路６０では、電流検出手段としての電流検出抵抗５６に生じる電圧降下に基づいて、過負荷電流や短絡電流などの異常電流が流れたことを検出すると、予め設定された遮断特性にしたがって半導体スイッチ素子５７をオフさせる。ここにおいて、演算回路６０による遮断特性は、瞬時検出型、標準検出型、長時間検出型、マグオンリーなどの特性に設定することができる。
　図３Ａは瞬時検出型の遮断特性を示し、ｘ（Ａ）以上の電流が２０ｍｓ継続して流れると、演算回路６０は半導体スイッチ素子５７をオフさせる。図３Ｂは標準検出型の遮断特性を示している。この場合、ｘ（Ａ）以上且つ１０Ａ未満の電流が１００ｍｓ継続して流れるか、１０Ａ以上且つ１３Ａ未満の電流が６０ｍｓ以上継続して流れるか、或いは１３Ａ以上の電流が２０ｍｓ以上継続して流れると、演算回路６０が半導体スイッチ素子５７をオフさせる。また図３Ｃは長時間検出型の遮断特性を示している。この場合、ｘ（Ａ）以上且つ１０Ａ未満の電流が１０００ｍｓ以上継続して流れるか、１０Ａ以上且つ１３Ａ未満の電流が８００ｍｓ以上継続して流れるか、１３Ａ以上の電流が２０ｍｓ以上継続して流れると、演算回路６０が半導体スイッチ素子５７をオフさせる。尚、何れの遮断特性でも１５Ａ以上の電流が流れた場合は、半導体スイッチ素子５３によって電路が遮断される。また、図３Ａ～図３Ｃに示す遮断特性は一例であり、演算回路６０において、電流の制限値（設定電流）及び設定電流に対する遮断時間の設定は負荷特性に合わせて適宜変更すればよい。
　また演算回路６０では、電圧検出回路５８が入力電圧の異常（過電圧および不足電圧）を検出すると、半導体スイッチ素子５７をオフさせており、異常電圧が負荷回路に供給されるのを防止する機能も備えている。
　一方、コントローラ６は、複数台の回路遮断器５の開閉状態を制御する機能を有しており、制御回路６３と、記憶部６４（記憶手段）と、表示部６５と、Ｉ／Ｆ回路６６を備えている。記憶部６４は、不揮発性のメモリからなり複数の回路遮断器５を順番に開極又は閉極させるシーケンスを記憶する。表示部６５は、例えば液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）からなる。Ｉ／Ｆ回路６６は、複数の回路遮断器５との間で信号を入出力する。
　またコントローラ６は、分岐出力停止機能、順次閉路機能、順次開路機能、停電検出機能、トータル電圧降下検出機能、トータル電流検出機能などの各種機能を備えている。分岐出力停止機能の実行時には、制御回路６３が、Ｉ／Ｆ回路６６を介して所望の回路遮断器５に開極制御信号を出力することによって、当該回路遮断器５をオフさせる。また順次閉路機能の実行時には、制御信号出力手段としての制御回路６３が、記憶部６４から読み取ったシーケンスにしたがい、Ｉ／Ｆ回路６６を介して複数の回路遮断器５に閉極制御信号を順番に出力することで、複数の回路遮断器５を所定の順番で閉極させる。また順次開路機能の実行時には、制御信号出力手段としての制御回路６３が、記憶部６４から読み取ったシーケンスにしたがい、Ｉ／Ｆ回路６６を介して複数の回路遮断器５に開極制御信号を順番に出力することで、複数の回路遮断器５を所定の順番で開極させる。また停電検出機能の実行時には、制御回路６３が、直流電力線１５の線路電圧を検出する電圧検出手段（図示せず）の検出結果に基づいて、停電の有無を判定しており、停電を検知すると表示部６５に停電発生を報知する。尚、コントローラ６の電源は図示しない二次電池によりバックアップされており、停電発生後も停電補償期間が経過するまでの間は動作を継続できるようになっている。またトータル電流検知機能では、制御回路６３は、Ｉ／Ｆ回路６６を介して各回路遮断器５から入力された電流値をもとに、複数の回路遮断器５に流れる電流の合計値を求めている。電流の合計値が所定の既定値を超えると、制御回路６３は、Ｉ／Ｆ回路６６から各回路遮断器５に開極制御信号を出力して、各回路遮断器５を開極させている。
　本実施形態の直流用分岐回路保護装置は、上述のように、直流電源を分岐線に分配するＤＣ分電盤１Ｂに内器として収納され、直流電源の主幹配線から分岐される分岐線毎に設けられた回路遮断器５を具備する。この回路遮断器５は、ＤＣ分電盤１Ｂ内で主幹配線に接続される電源側接続端子ｔ１，ｔ２と、負荷側の配線が接続される負荷側接続端子ｔ３，ｔ４を備える。また回路遮断器５は、電源側接続端子ｔ１と負荷側接続端子ｔ３の間を接続する電路の途中に設けられた半導体スイッチ素子５３と、電路に流れる電流を検出する電流検出抵抗５６を備える。また回路遮断器５は、負荷側接続端子ｔ３，ｔ４に接続される負荷に応じた設定電流が設定され、電流検出手段の検出値が設定電流を超えると半導体スイッチ素子５３を強制開極させる演算回路６０（電流設定手段、開閉制御手段）を備える。さらに、回路遮断器５は、電路の途中に設けられ、手動操作部（操作ハンドル５１）による開閉操作に応じて開極又は閉極する開閉スイッチ５２を備えている。
　これにより、回路遮断器５はＤＣ分電盤１Ｂに内器として収納されるので、必要な個数の回路遮断器５を備えることによって、分岐回路の増減に容易に対応できる。しかも回路遮断器５では、負荷に応じた設定電流を超える電流が流れると半導体スイッチ素子５３が強制開極されるから、分岐回路毎に負荷を保護することができる。さらに、手動操作部による開閉操作に応じて開閉スイッチ５２が開極又は閉極させられるので、分岐回路側で保守作業を行う際などに、操作ハンドル５１を操作して開閉スイッチ５２を強制的に開極させることで、保守作業を安全に行うことができる。
　しかも回路遮断器５では、コントローラ６から入力される開閉制御信号に応じて半導体スイッチ素子５７を開閉させているので、分岐回路への給電をコントローラ６によってオン／オフさせることができる。
　また設定電流を超える電流が流れると半導体スイッチ素子５７を強制開極することで、負荷を保護することができる。
　また、複数の回路遮断器５の開閉を制御するコントローラ６では、記憶部６４に記憶されたシーケンスにしたがって、複数の回路遮断器５を順次閉極したり、順次開極したりする。
　これにより、複数の回路遮断器に接続される分岐回路を記憶手段に記憶されたシーケンスにしたがって順次閉路したり、順次開路したりすることで、複数の分岐回路に接続される負荷に所定の順番で給電を開始したり、給電を停止したりすることができる。
　また、各回路遮断器５は、電源側接続端子として導電バー１７に差込接続される刃受ばね部材のような差込接続端子を備えるとともに、負荷側接続端子として、電線の被覆が剥かれた芯線が差込接続される速結構造の端子部を備えている。
　これにより、回路遮断器の電源側接続端子を導電バーに接続する作業を容易に行える。またネジ締め作業が不要であるから、負荷側接続端子に負荷からの電線を接続する作業を容易に行え、回路遮断器５の電気的な接続作業を容易に行える。
　また更に、各回路遮断器５では、監視信号出力手段としての演算回路６０が、電流検出抵抗５６に生じた電圧降下から電流値を求め、この電流値を監視信号としてＩ／Ｆ回路６２からコントローラ６へ出力させている。
　これにより、コントローラ側で各分岐回路に流れる電流値を把握することができる。
　また、各回路遮断器５では、操作ハンドル５１の開閉操作に応じて、開閉スイッチ５２が開極又は閉極される。したがって、分岐回路側で保守作業を行う際などに、操作ハンドル５１を操作して開閉スイッチ５２を強制的に開極させることで、保守作業を安全に行うことができる。
　なお、本実施形態では回路遮断器５は導電バー１７を介して供給される直流電圧を分岐回路にそのまま出力しているが、回路遮断器５にＤＣ／ＤＣコンバータ（図示せず）を内蔵させ、ＤＣ／ＤＣコンバータにより電圧値を変化させた直流電圧を出力してもよい。
　上述のように本発明の直流用分岐回路保護装置によれば、回路遮断器は分電盤に内器として収納されるので、必要な個数の回路遮断器を備えることによって、分岐回路の数の増減に容易に対応できる。しかも回路遮断器では、負荷に応じた設定電流を超える電流が流れると半導体スイッチ素子が強制開極されるから、分岐回路毎に負荷を保護することができるという効果がある。さらに、手動操作部による開閉操作に応じて開閉スイッチが開極又は閉極させられるので、分岐回路側で保守作業を行う際などに、手動操作部を操作して開閉スイッチを強制的に開極させることで、保守作業を安全に行うことができる。
　１Ｂ　ＤＣ分電盤
　５　回路遮断器
　６　コントローラ
　１５　直流電力線（主幹配線）
　１６　ＤＣ／ＤＣコンバータ（直流電源）
　１７　導電バー（主幹配線）
　５６　電流検出抵抗（電流検出手段）
　５７　半導体スイッチ素子
　６０　演算回路（開閉制御手段）
　ｔ１，ｔ２　電源側接続端子
　ｔ３，ｔ４　負荷側接続端子

Claims (5)

  1. 　直流電源を分岐線に分配する分電盤に内器として収納され、前記直流電源の主幹配線から分岐される前記分岐線毎に設けられた回路遮断器を具備し、
    　この回路遮断器は、前記分電盤内で前記主幹配線に接続される電源側接続端子と、負荷側の配線が接続される負荷側接続端子と、前記電源側接続端子と前記負荷側接続端子の間を接続する電路の途中に設けられた半導体スイッチ素子と、前記電路に流れる電流を検出する電流検出手段と、前記負荷側接続端子に接続される負荷に応じた設定電流が設定される電流設定手段と、前記電流検出手段の検出値が前記電流設定手段に設定された設定電流を超えると前記半導体スイッチ素子を強制開極させる開閉制御手段と、前記電路の途中に設けられ手動操作部による開閉操作に応じて開極又は閉極する開閉スイッチを備えたことを特徴とする直流用分岐回路保護装置。
  2. 　前記電源側接続端子は、前記分電盤内で前記主幹配線を構成する導電バーに差込接続される差込接続端子からなり、前記負荷側接続端子は、前記電線の被覆が剥かれた芯線が差込接続される速結構造の端子部からなることを特徴とする請求項１記載の直流用分岐回路保護装置。
  3. 　前記回路遮断器の開閉を制御するコントローラが、前記回路遮断器とともに前記分電盤に内器として収納され、前記開閉制御手段が、前記コントローラから入力される開閉制御信号に応じて前記半導体スイッチ素子を開閉させることを特徴とする請求項１又は２の何れか１項に記載の直流用分岐回路保護装置。
  4. 　前記回路遮断器が複数設けられ、前記コントローラに、複数の前記回路遮断器を順番に開極又は閉極させるシーケンスを記憶した記憶手段と、この記憶手段に記憶されたシーケンスにしたがって複数の前記回路遮断器を順番に開極又は閉極させるように、各々の前記回路遮断器に開閉制御信号を出力する制御信号出力手段とが設けられたことを特徴とする請求項３記載の直流用分岐回路保護装置。
  5. 　前記回路遮断器に、前記電流検出手段の検出値を監視信号として前記コントローラに出力させる監視信号出力手段が設けられたことを特徴とする請求項３又は４の何れか１項に記載の直流用分岐回路保護装置。
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