WO2018150876A1 - アーク検出回路、開閉器システム、パワーコンディショナシステム及びアーク検出方法 - Google Patents

アーク検出回路、開閉器システム、パワーコンディショナシステム及びアーク検出方法 Download PDF

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WO2018150876A1
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current
voltage
detection circuit
arc detection
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達雄 古賀
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パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an arc detection circuit, a switch system, a power conditioner system, and an arc detection method for detecting an arc in a transmission line.
  • an object of the present invention is to provide an arc detection circuit or the like that can accurately detect an arc generated in a transmission path for transmitting power from a power supply device.
  • an aspect of an arc detection circuit includes a current detector that detects a current supplied from a power supply device via a transmission line, and a voltage applied to the transmission line.
  • a voltage detector to detect, and an arc determination unit that determines the occurrence of an arc in the transmission line based on the voltage when a predetermined frequency component of the current exceeds a first threshold.
  • one aspect of the switch system according to the present invention includes the arc detection circuit and a switch that is controlled based on a signal output from the arc detection circuit.
  • an aspect of the power conditioner system includes: the arc detection circuit; and a power conditioner to which power from the power supply device is supplied via the transmission line. Is provided.
  • an aspect of the arc detection method according to the present invention is applied to a current detection step of detecting a current supplied from a power supply device via a transmission line, and the transmission line.
  • an arc detection circuit or the like that can accurately detect an arc generated in a transmission line that transmits power from the power supply device.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of the arc detection circuit according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a flowchart showing an arc detection method in the arc detection circuit according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a graph illustrating an example of a frequency spectrum of current acquired when no arc is generated in the arc determination unit according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a graph showing a first threshold value and a predetermined frequency component compared in the arc determination unit according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a block diagram showing the overall configuration of the arc detection circuit according to the second embodiment.
  • FIG. 6 is a flowchart showing an arc detection method in the arc detection circuit according to the second embodiment.
  • FIG. 7 is a block diagram showing the overall configuration of the arc detection circuit according to the third embodiment.
  • FIG. 8 is a graph showing the relationship between the input current and the input voltage from the PV panel to the transmission line according to the third embodiment.
  • FIG. 9 is a flowchart showing an arc detection method in the arc detection circuit according to the third embodiment.
  • FIG. 10 is a block diagram showing another connection mode of the arc detection circuit according to the first embodiment.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an overall configuration of an arc detection circuit 10 according to the present embodiment.
  • the transmission path 36 provided with the arc detection circuit 10 the PV panel 30 connected to the transmission path 36, the switch 40 and the power conditioner (power conditioner) 50, and the switching of the switch 40 are switched.
  • An open / close control circuit 42 is also shown.
  • the PV panel 30 is an example of a power supply device that outputs DC power to the transmission path 36.
  • the PV panel 30 is used as an example of the power supply device, but the power supply device is not limited to the PV panel 30.
  • the power supply device may be a power generation device other than the PV panel 30.
  • the transmission path 36 is a power line that transmits DC power output from a power supply device such as the PV panel 30 to the power conditioner 50.
  • the transmission path 36 has a conducting wire made of a conductive member such as copper and a coating made of an insulating member that protects the conducting wire. For example, an arc can occur when the coating is degraded.
  • the switch 40 is a power device that switches between opening and closing the transmission path 36. In the present embodiment, switching of the switch 40 is switched based on a signal from the switching control circuit 42.
  • the opening / closing control circuit 42 is a driver that controls opening / closing of the switch 40.
  • the switching control circuit 42 controls the switching of the switch 40 based on the signal from the arc detection circuit 10.
  • the power conditioner 50 is a device to which the DC power output from the power supply device is supplied via the transmission path 36, and converts the supplied DC power into AC power and outputs it.
  • the power conditioner 50 employs, for example, the MPPT (Maximum Power Point Tracking) method, and adjusts the current and voltage of the DC power supplied from the PV panel 30 to values that maximize the power. To do.
  • the power conditioner 50 converts the input DC power into AC power having a voltage of 100 V and a frequency of 50 Hz or 60 Hz, for example. As a result, the AC power output from the power conditioner 50 can be used in household electrical equipment and the like.
  • the arc detection circuit 10 is a circuit that detects an arc generated in the transmission path 36 that transmits power from the power supply device to the power conditioner 50.
  • the arc detection circuit 10 includes a current detector 12, a voltage detector 14, and an arc determination unit 16.
  • the current detector 12 is a detector that detects a current supplied from the power supply device via the transmission path 36.
  • the current supplied from the PV panel 30 is detected, and a signal corresponding to the detected current is output to the arc determination unit 16.
  • the current detector 12 can be constituted by, for example, a resistance element having a minute resistance value. By inserting such a resistance element into the transmission path 36 and detecting the voltage applied to the resistance element, a value corresponding to the current flowing through the transmission path 36 can be detected.
  • the voltage detector 14 is a detector that detects a voltage applied to the transmission path 36. For example, the voltage detector 14 detects a voltage between the high potential side power line and the low potential side power line in the transmission line 36 and outputs a signal corresponding to the detected voltage to the arc determination unit 16.
  • the arc determination unit 16 generates an arc in the transmission line 36 based on the voltage detected by the voltage detector 14 when the predetermined frequency component of the current detected by the current detector 12 exceeds the first threshold. It is a processing part which determines.
  • the arc determination unit 16 receives a current signal corresponding to the current flowing through the transmission line 36 from the current detector 12, and the arc determination unit 16 analyzes the frequency characteristics of the current signal.
  • the arc determination unit 16 acquires the frequency spectrum of the current signal by, for example, Fourier transforming the time waveform of the current signal.
  • the arc determination unit 16 compares a predetermined frequency component of the current with the first threshold based on the acquired frequency spectrum. The predetermined frequency component and the first threshold will be described later.
  • the arc determination unit 16 is configured to detect a voltage drop that is a difference between the voltage detected by the voltage detector 14 immediately before and immediately after the predetermined frequency component of the current detected by the current detector 12 exceeds the first threshold. Compare two thresholds. The second threshold will be described later.
  • the arc determination unit 16 determines the occurrence of an arc based on the comparison result between the predetermined frequency component of the current and the first threshold value and the comparison result between the drop voltage and the second threshold value.
  • the arc determination unit 16 outputs a signal to the open / close control circuit 42 when it is determined that an arc has occurred. Along with this, a signal for controlling the switch 40 to be in an open state is output from the switching control circuit 42. As a result, the switch 40 is opened, and transmission of power from the PV panel 30 to the power conditioner 50 is interrupted. Thereby, it can suppress that electric power continues being transmitted in the state which the arc generate
  • the arc determination unit 16 is realized by, for example, a microcomputer (MCU; Micro-Controller Unit).
  • the microcomputer is a one-chip semiconductor having ROM, RAM, a processor (CPU; Central Processing Unit) for executing the program, a timer, an input / output circuit including an A / D converter and a D / A converter, and the like. Integrated circuit.
  • FIG. 2 is a flowchart showing an arc detection method in the arc detection circuit 10 according to the present embodiment.
  • FIG. 3 is a graph illustrating an example of a frequency spectrum of current acquired when no arc is generated in the arc determination unit 16 according to the present embodiment.
  • FIG. 4 is a graph showing a first threshold value and a predetermined frequency component compared in the arc determination unit 16 according to the present embodiment. In FIG. 4, an example of a frequency spectrum of current generated when an arc is generated is indicated by a dotted line.
  • the current detector 12 of the arc detection circuit 10 detects the current supplied from the power supply device via the transmission path 36 (S11).
  • current detector 12 detects a current supplied from PV panel 30 which is an example of a power supply device, and outputs a current signal corresponding to the detected current to arc determination unit 16.
  • the voltage detector 14 of the arc detection circuit 10 detects the voltage applied to the transmission path 36 (S12). In the present embodiment, the voltage detector 14 outputs a voltage signal corresponding to the detected voltage to the arc determination unit 16.
  • the arc determination unit 16 determines whether or not a predetermined frequency component of the current detected by the current detector 12 exceeds a first threshold (S13).
  • a current signal corresponding to the current flowing through the transmission path 36 is input to the arc determination unit 16 from the current detector 12, and the arc determination unit 16 performs Fourier transform on the time waveform of the current signal, for example, as shown in FIG.
  • the frequency spectrum of the current signal as shown in FIG. 4 is acquired.
  • the arc determination unit 16 compares a predetermined frequency component of the current with the first threshold based on the acquired frequency spectrum.
  • the predetermined frequency component of the current detected by the current detector 12 includes noise superimposed on the current flowing in the transmission path 36 when an arc occurs in the transmission path 36. It is a frequency component. When an arc occurs in the transmission line 36, noise in a specific frequency band increases.
  • the first threshold value shown in FIG. 4 is a reference value for determining the occurrence of an arc. As indicated by the dotted line graph in FIG. 4, when an arc occurs, the predetermined frequency component of the current exceeds the first threshold.
  • the first threshold value is obtained experimentally, for example.
  • the first threshold value can be set to a value larger than a predetermined frequency component when no arc is generated and smaller than a predetermined frequency component when an arc is generated.
  • the arc determination unit 16 compares the voltage drop detected by the voltage detector 14 with the second threshold value. (S14).
  • the difference between the voltages detected by the voltage detector 14 immediately before and after the predetermined frequency component exceeds the first threshold that is, the voltage difference obtained by subtracting the immediately following voltage from the immediately preceding voltage.
  • the voltage drop is detected, and the arc determination unit 16 compares the voltage drop with the second threshold value.
  • the second threshold value is set to a value that is smaller than zero and lower than the voltage drop at the time of arc occurrence, which is obtained in advance by experiment, simulation, or the like.
  • the drop voltage is less than or equal to the second threshold, it is presumed that no arc has occurred, and when the drop voltage is greater than the second threshold, it is presumed that an arc has occurred. Therefore, when determining that the voltage drop detected by the voltage detector 14 is equal to or less than the second threshold (NO in S14), the arc determination unit 16 determines that no arc has occurred and returns to step S11. .
  • the arc determination unit 16 determines that an arc has occurred (S15). That is, the arc detection circuit 10 detects an arc.
  • the arc determination unit 16 outputs a signal to the open / close control circuit 42 when it is determined that an arc has occurred.
  • the switch 40 is opened by the switching control circuit 42 and the transmission of power from the PV panel 30 to the power conditioner 50 is interrupted.
  • the occurrence of an arc is accurately detected by using the two determination criteria relating to the frequency spectrum variation of the current inherent to the occurrence of the arc and the voltage variation. it can. For example, even when the occurrence of an arc is estimated based on the frequency spectrum variation, it is determined that the arc is not generated when it is estimated that the arc has not occurred based on the voltage variation. As a result, it is possible to suppress erroneous determination that an arc has occurred when a frequency spectrum fluctuation occurs due to noise caused by other than the arc.
  • the arc detection circuit 10 includes the voltage detector 14 that detects the voltage applied to the transmission path 36, and when the predetermined frequency component of the current exceeds the first threshold value. And an arc determination unit 16 that determines the occurrence of an arc in the transmission line 36 based on the voltage.
  • the arc detection circuit 10 can accurately detect the occurrence of the arc by using the two determination criteria of the frequency spectrum variation of the current peculiar to the occurrence of the arc and the voltage.
  • the arc determination unit 16 determines that an arc has occurred when a voltage drop, which is a voltage difference immediately before and after a predetermined frequency component of the current exceeds the first threshold, is greater than the second threshold. You may judge.
  • the arc determination unit 16 compares the voltage drop immediately before and after the predetermined frequency component exceeds the first threshold with the second threshold.
  • the voltage applied to the transmission path 36 decreases. Therefore, when the voltage drop is equal to or lower than the second threshold, it can be determined that no arc has occurred. If the drop voltage is greater than the second threshold, it can be determined that an arc has occurred. Therefore, the arc detection circuit 10 can detect the occurrence of the arc more accurately.
  • the arc detection method includes a current detection step for detecting a current supplied from the power supply device via the transmission path 36, and a voltage detection step for detecting a voltage applied to the transmission path 36. And a determination step of determining the occurrence of an arc in the transmission line 36 based on the voltage when the predetermined frequency component of the current exceeds the first threshold value.
  • the arc detection circuit according to the present embodiment uses the amount of heat generated in the transmission path 36 as a determination criterion in addition to the arc determination criterion in the arc detection circuit 10 according to the first embodiment.
  • the arc detection circuit according to the present embodiment will be described focusing on differences from the arc detection circuit 10 according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a block diagram showing the overall configuration of the arc detection circuit 110 according to the present embodiment.
  • the arc detection circuit 110 includes a current detector 12, a voltage detector 14, and an arc determination unit 116, similarly to the arc detection circuit 10 according to the first embodiment.
  • the arc detection circuit 110 is different from the arc detection circuit 10 according to the first embodiment in the configuration of the arc determination unit 116.
  • the arc determination unit 116 is based on the voltage detected by the voltage detector 14 when the predetermined frequency component of the current detected by the current detector 12 exceeds the first threshold.
  • the arc determination unit 116 calculates the amount of heat generated in the transmission line 36 after the point in time when it is detected that the predetermined frequency component of the current detected by the current detector 12 has exceeded the first threshold value. . More specifically, the arc determination unit 116 calculates based on the voltage detected by the voltage detector 14, the current detected by the current detector 12, and the elapsed time from the time point. And the arc determination part 116 determines generation
  • FIG. 6 is a flowchart showing an arc detection method in the arc detection circuit 110 according to the present embodiment.
  • the arc determination unit 116 of the arc detection circuit 110 resets the amount of heat stored therein to zero (S20).
  • the current detector 12 of the arc detection circuit 110 detects the current supplied from the power supply device via the transmission path 36 (S21).
  • the current detector 12 outputs a current signal corresponding to the detected current to the arc determination unit 116.
  • the voltage detector 14 of the arc detection circuit 110 detects the voltage applied to the transmission path 36 (S22).
  • voltage detector 14 outputs a voltage signal corresponding to the detected voltage to arc determination unit 116.
  • the arc determination unit 116 determines whether or not a predetermined frequency component of the current detected by the current detector 12 exceeds a first threshold (S23). This step S23 is the same as step S13 shown in FIG.
  • the arc determination unit 116 compares the voltage drop detected by the voltage detector 14 with the second threshold value. (S24). This step S24 is the same as step S14 shown in FIG.
  • Arc determining unit 116 determines that no arc has occurred when determining that the voltage drop detected by voltage detector 14 is equal to or lower than the second threshold (NO in S24), and returns to step S20.
  • the arc determination unit 116 determines that the voltage drop detected by the voltage detector 14 is greater than the second threshold (YES in S24), it calculates the amount of heat (S25).
  • the arc determination unit 116 is based on the current detected in step S21, the voltage detected in step S22, and the elapsed time from the time when it was detected that the predetermined frequency component of the current exceeded the first threshold. Calculate the amount of heat. For example, the arc determination unit 116 calculates the product of the current detected in step S21, the voltage detected in step S22, and the time required from step S21 to step S26 described later.
  • the arc determination unit 116 calculates the sum of the calculated product and the stored amount of heat, and stores the sum as the updated amount of heat.
  • the arc determination unit 116 compares the amount of heat calculated in step S25 with a third threshold value (S26).
  • a third threshold value S26
  • the third threshold value may be determined based on the amount of heat that can be ignited in the transmission path 36. For example, a value about 1/10 of the amount of heat that can be ignited in the transmission path 36 may be set as the third threshold value.
  • the arc determination unit 116 determines in step S26 that the amount of heat calculated in step S25 is greater than the third threshold (YES in S26), it determines that an arc has occurred (S27).
  • the arc determination unit 116 determines that an arc has occurred, the arc determination unit 116 outputs a signal to the open / close control circuit 42 in the same manner as the arc determination unit 16 according to the first embodiment.
  • step S26 when it is determined in step S26 that the amount of heat calculated in step S25 is equal to or less than the third threshold value (NO in S26), the arc determination unit 116 does not determine that an arc has yet occurred and returns to step S21. .
  • the arc determination unit 116 determines that the predetermined frequency component is the first threshold value when the predetermined frequency component of the detected current exceeds the first threshold value.
  • the amount of heat generated in the transmission line 36 after the point in time when it is detected that the value is exceeded is calculated based on the voltage, the current, and the elapsed time from the above point. Then, the arc determination unit 116 determines the occurrence of an arc in the transmission path 36 based on the comparison result between the amount of heat and the third threshold value in addition to the comparison result between the voltage and the second threshold value.
  • the amount of heat is also used as the determination criterion, thereby further reducing the generation of the arc. More accurate detection is possible. Further, by using the amount of heat allowed in the transmission path 36 as the third threshold value, it is possible to ignore the occurrence of a slight arc to such an extent that the generated heat quantity is small and does not cause a problem in the transmission path 36. Thereby, it is possible to suppress the arc detection circuit 110 from detecting the arc sensitively and interrupting the transmission path 36 more frequently than necessary.
  • an arc detection circuit according to the third embodiment will be described.
  • the characteristic data of the input current and the input voltage that can be input to the transmission line 36 are used to determine the occurrence of an arc. Use as a reference.
  • the arc detection circuit according to the present embodiment will be described focusing on differences from the arc detection circuit 10 according to the first embodiment.
  • FIG. 7 is a block diagram showing the overall configuration of the arc detection circuit 210 according to the present embodiment.
  • FIG. 8 is a graph showing the relationship between the input current and the input voltage from the PV panel 30 to the transmission line 36 according to the present embodiment.
  • some of the characteristics of current and voltage that can be output from the PV panel 30 are indicated by a plurality of broken lines, and points selected as operating points by the power conditioner 50 on these broken lines. Is indicated by a square mark. That is, the solid line connecting these operating points indicates the relationship between the input current and the input voltage from the PV panel 30 to the transmission path 36.
  • the arc detection circuit 210 is similar to the arc detection circuit 10 according to the first embodiment, in that the current detector 12, the voltage detector 14, and the arc determination unit 216. With.
  • the arc detection circuit 210 further includes a storage unit 218.
  • the storage unit 218 stores characteristic data indicating the relationship between the input current and the input voltage from the power supply device to the transmission path 36. This characteristic data is determined by the characteristics of the power supply device and the power conditioner 50. In the present embodiment, the PV panel 30 is used as the power supply device. Accordingly, the characteristic data is a combination of current and voltage indicated by a solid line in FIG.
  • the storage unit 218 may store such characteristic data as a table, or may store it as a function of a curve indicated by a solid line in FIG.
  • the storage unit 218 may store only characteristic data corresponding to the PV panel 30 and the power conditioner 50, or a plurality of types of PV panels that can be connected to the transmission path 36 and a plurality of types of power conditioners. A plurality of characteristic data corresponding to N may be stored.
  • the arc determination unit 216 is detected by the voltage detector 14 when the predetermined frequency component of the current detected by the current detector 12 exceeds the first threshold value. It is a processing unit that determines the occurrence of an arc in the transmission path 36 based on the voltage that is generated. When the predetermined frequency component exceeds the first threshold, the arc determination unit 216 according to the present embodiment is further indicated by the relationship between the detected current and voltage and the characteristic data stored in the storage unit 218. The occurrence of an arc in the transmission line 36 is determined based on the comparison result with the relationship.
  • FIG. 9 is a flowchart showing an arc detection method in the arc detection circuit 210 according to the present embodiment.
  • Steps S31 to S34 shown in FIG. 9 are the same as steps S11 to S14 shown in FIG. Hereinafter, each step after the determination in step S34 shown in FIG. 9 will be described.
  • the arc determination unit 216 determines that no arc has occurred and returns to step S31.
  • the arc determination unit 216 determines that the voltage detected by the voltage detector 14 is greater than the second threshold (YES in S34)
  • the current detected by the current detector 12 and the voltage detector 14 is compared with the relationship indicated by the characteristic data stored in the storage unit 218. That is, it is determined whether the current and voltage are on the solid curve shown in FIG. 8 (S35).
  • the error between the current or voltage and the value on the curve shown in FIG. 8 is 5% or more, it is determined that the current and voltage deviate from the relationship shown in the characteristic data. It's okay.
  • the arc determination unit 216 determines that the current and voltage do not deviate from the relationship indicated in the characteristic data (NO in S35), the arc determination unit 216 determines that no arc has occurred and returns to step S31.
  • the arc determination unit 216 determines that an arc has occurred (S36).
  • the arc determination unit 216 outputs a signal to the open / close control circuit 42 as in the arc determination unit 16 according to the first embodiment.
  • the arc detection circuit 210 includes the storage unit 218 that stores the characteristic data indicating the relationship between the input current and the input voltage from the PV panel 30 to the transmission path 36, and the arc determination unit.
  • the storage unit 218 that stores the characteristic data indicating the relationship between the input current and the input voltage from the PV panel 30 to the transmission path 36, and the arc determination unit.
  • the arc detection circuit 210 in addition to the two determination criteria of frequency spectrum fluctuation and voltage fluctuation peculiar to the occurrence of an arc, the input current and the input voltage from the PV panel 30 to the transmission line 36 are further added. These characteristics are also used as criteria. Thereby, the arc detection circuit 210 can detect the occurrence of the arc more accurately.
  • FIG. 10 is a block diagram showing another connection mode of the arc detection circuit 10 according to the first embodiment.
  • the arc detection circuit 10 may output a signal to the power conditioner 50.
  • the power conditioner 50 may stop the operation upon receiving a signal from the arc detection circuit, or may block the input power from the transmission path 36. Thereby, when an arc generate
  • one aspect of the present invention may be realized as a switch system including the arc detection circuit according to each of the above embodiments and a switch 40 that is controlled based on a signal output from the arc detection circuit.
  • the switch 40 may include an arc detection circuit.
  • one aspect of the present invention is realized as a power conditioner system including the arc detection circuit according to each of the above embodiments and a power conditioner 50 to which power from the power supply device is supplied via the transmission path 36. May be.
  • the power conditioner 50 may include an arc detection circuit.
  • the arc detection circuit is realized by software by a microcomputer, it may be realized by software on a general-purpose computer such as a personal computer. Furthermore, the arc detection circuit may be realized in hardware by a dedicated electronic circuit including an A / D converter, a logic circuit, a gate array, a D / A converter, and the like.
  • the embodiment can be realized by arbitrarily combining the components and functions in each embodiment without departing from the scope of the present invention, or a form obtained by subjecting each embodiment to various modifications conceived by those skilled in the art. Forms are also included in the present invention.

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Abstract

アーク検出回路（１０）は、電力供給装置（ＰＶパネル（３０））から伝送路（３６）を介して供給される電流を検出する電流検出器（１２）と、伝送路（３６）に印加される電圧を検出する電圧検出器（１４）と、当該電流の所定の周波数成分が第一閾値を超えた場合に、当該電圧に基づいて、伝送路（３６）におけるアークの発生を判定するアーク判定部（１６）とを備える。

Description

アーク検出回路、開閉器システム、パワーコンディショナシステム及びアーク検出方法
　本発明は、伝送路におけるアークを検出するアーク検出回路、開閉器システム、パワーコンディショナシステム及びアーク検出方法に関する。
　従来、ＰＶ（Ｐｈｏｔｏ　Ｖｏｌｔａｉｃ）パネルなどの電力供給装置から伝送路を介して供給される直流電力をパワーコンディショナで交流電力に変換するシステムが知られている。ＰＶパネルとパワーコンディショナとを接続する伝送路は、屋外に配置されることが多いため劣化し易い。このような伝送路の劣化に起因してアーク（つまりアーク放電）が発生する場合がある。アークが発生した場合に伝送路に流れる電流を遮断するために、伝送路に開閉器が設けられる。しかしながら、アーク発生時に、開閉器がトリップする程度に大きい電流が流れない場合がある。このため、アーク発生時に伝送路に電流が流れ続ける場合がある。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）。特許文献１に開示されたアーク検出手段においては、伝送路に印加される電圧及び電流に基づいてアークを検出しようとしている。
特開２０１１－７７６５号公報
　しかしながら、特許文献１に開示されたアーク検出手段では、アークによる電圧及び電流の変動と、アーク以外のノイズなどの要因による電圧及び電流の変動との区別が十分にできない。
　そこで、本発明は、電力供給装置からの電力を伝送する伝送路において発生するアークを正確に検出できるアーク検出回路などを提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために、本発明に係るアーク検出回路の一態様は、電力供給装置から伝送路を介して供給される電流を検出する電流検出器と、前記伝送路に印加される電圧を検出する電圧検出器と、前記電流の所定の周波数成分が第一閾値を超えた場合に、前記電圧に基づいて、前記伝送路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る。
　また、上記目的を達成するために、本発明に係る開閉器システムの一態様は、上記アーク検出回路と、上記アーク検出回路から出力される信号に基づいて制御される開閉器とを備える。
　また、上記目的を達成するために、本発明に係るパワーコンディショナシステムの一態様は、上記アーク検出回路と、上記電力供給装置からの電力が上記伝送路を介して供給されるパワーコンディショナとを備える。
　また、上記目的を達成するために、本発明に係るアーク検出方法の一態様は、電力供給装置から伝送路を介して供給される電流を検出する電流検出ステップと、前記伝送路に印加される電圧を検出する電圧検出ステップと、前記電流の所定の周波数成分が第一閾値を超えた場合に、前記電圧に基づいて、前記伝送路におけるアークの発生を判定する判定ステップとを含む。
　本発明の一態様によれば、電力供給装置からの電力を伝送する伝送路において発生するアークを正確に検出できるアーク検出回路などを提供できる。
図１は、実施の形態１に係るアーク検出回路の全体構成を示すブロック図である。 図２は、実施の形態１に係るアーク検出回路におけるアーク検出方法を示すフローチャートである。 図３は、実施の形態１に係るアーク判定部において、アークが発生していない場合に取得される電流の周波数スペクトルの一例を示すグラフである。 図４は、実施の形態１に係るアーク判定部において比較される第一閾値及び所定の周波数成分を示すグラフである。 図５は、実施の形態２に係るアーク検出回路の全体構成を示すブロック図である。 図６は、実施の形態２に係るアーク検出回路におけるアーク検出方法を示すフローチャートである。 図７は、実施の形態３に係るアーク検出回路の全体構成を示すブロック図である。 図８は、実施の形態３に係るＰＶパネルから伝送路への入力電流及び入力電圧の関係を示すグラフである。 図９は、実施の形態３に係るアーク検出回路におけるアーク検出方法を示すフローチャートである。 図１０は、実施の形態１に係るアーク検出回路の他の接続態様を示すブロック図である。
　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。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
　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）
　［１－１．全体構成］
　実施の形態１に係るアーク検出回路の全体構成について、図面を用いて説明する。
　図１は、本実施の形態に係るアーク検出回路１０の全体構成を示すブロック図である。なお、図１においては、アーク検出回路１０が設けられる伝送路３６と、伝送路３６に接続されたＰＶパネル３０、開閉器４０及びパワーコンディショナ（パワコン）５０と、開閉器４０の開閉を切り換える開閉制御回路４２とが併せて示されている。
　ＰＶパネル３０は、直流電力を伝送路３６に出力する電力供給装置の一例である。なお、本実施の形態では、電力供給装置の一例としてＰＶパネル３０を用いているが、電力供給装置はＰＶパネル３０に限定されない。例えば、電力供給装置はＰＶパネル３０以外の発電装置であってもよい。
　伝送路３６は、ＰＶパネル３０などの電力供給装置から出力された直流電力をパワーコンディショナ５０に伝送する電力線である。伝送路３６は、銅などの導電性部材からなる導線と、当該導線を保護する絶縁部材からなる被覆とを有する。例えば、当該被覆が劣化した場合に、アークが発生し得る。
　開閉器４０は、伝送路３６の開閉を切り換える電力機器である。本実施の形態では、開閉器４０は、開閉制御回路４２からの信号に基づいて開閉が切り換えられる。
　開閉制御回路４２は、開閉器４０の開閉を制御するドライバである。本実施の形態では、開閉制御回路４２は、アーク検出回路１０からの信号に基づいて開閉器４０の開閉を制御する。
　パワーコンディショナ５０は、電力供給装置から出力される直流電力が、伝送路３６を介して供給される機器であり、供給された直流電力を交流電力に変換して出力する。本実施の形態では、パワーコンディショナ５０は、例えば、ＭＰＰＴ（Ｍａｘｉｍｕｍ　Ｐｏｗｅｒ　Ｐｏｉｎｔ　Ｔｒａｃｋｉｎｇ）方式を採用しており、ＰＶパネル３０から供給される直流電力の電流及び電圧を電力が最大となる値に調整する。パワーコンディショナ５０は、入力された直流電力を、例えば、電圧が１００Ｖで、周波数が５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの交流電力に変換する。これによりパワーコンディショナ５０から出力される交流電力を家庭用電気機器などで使用できる。
　アーク検出回路１０は、電力供給装置からパワーコンディショナ５０に電力を伝送する伝送路３６において発生するアークを検出する回路である。アーク検出回路１０は、電流検出器１２と、電圧検出器１４と、アーク判定部１６とを備える。
　電流検出器１２は、電力供給装置から伝送路３６を介して供給される電流を検出する検出器である。本実施の形態では、ＰＶパネル３０から供給される電流を検出し、検出した電流に対応する信号をアーク判定部１６に出力する。電流検出器１２は、例えば、微小な抵抗値を有する抵抗素子などで構成し得る。このような抵抗素子を伝送路３６に挿入し、抵抗素子に印可される電圧を検出することで、伝送路３６に流れる電流に対応する値を検出できる。
　電圧検出器１４は、伝送路３６に印加される電圧を検出する検出器である。電圧検出器１４は、例えば、伝送路３６における高電位側の電力線と、低電位側の電力線との間の電圧を検出し、検出した電圧に対応する信号をアーク判定部１６に出力する。
　アーク判定部１６は、電流検出器１２で検出された電流の所定の周波数成分が第一閾値を超えた場合に、電圧検出器１４で検出された電圧に基づいて、伝送路３６におけるアークの発生を判定する処理部である。
　アーク判定部１６には、伝送路３６に流れる電流に対応する電流信号が電流検出器１２から入力され、アーク判定部１６は、電流信号の周波数特性を解析する。アーク判定部１６は、例えば、電流信号の時間波形をフーリエ変換することによって電流信号の周波数スペクトルを取得する。アーク判定部１６は、取得した周波数スペクトルに基づいて、電流の所定の周波数成分と第一閾値とを比較する。なお、上記所定の周波数成分及び第一閾値については後述する。
　また、アーク判定部１６は、電流検出器１２で検出された電流の所定の周波数成分が第一閾値を超える直前及び直後における、電圧検出器１４で検出された電圧の差である降下電圧と第二閾値とを比較する。なお、上記第二閾値については後述する。
　以上のように、アーク判定部１６は、電流の所定の周波数成分と第一閾値との比較結果、及び、降下電圧と第二閾値との比較結果に基づいて、アークの発生を判定する。
　アーク判定部１６は、アークが発生したと判定した場合に、開閉制御回路４２に信号を出力する。これに伴い、開閉制御回路４２から、開閉器４０が開状態となるように制御するための信号が出力される。これにより、開閉器４０が開状態となり、ＰＶパネル３０からパワーコンディショナ５０への電力の伝送が遮断される。これにより、アークが発生した状態で、電力が伝送され続けることを抑制できる。
　アーク判定部１６は、例えば、マイコン（ＭＣＵ；Ｍｉｃｒｏ－Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　Ｕｎｉｔ）で実現される。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変換器やＤ／Ａ変換器を含む入出力回路などを有する１チップの半導体集積回路である。
　［１－２．動作］
　次に、本実施の形態に係るアーク検出回路１０の動作について図面を用いて説明する。
　図２は、本実施の形態に係るアーク検出回路１０におけるアーク検出方法を示すフローチャートである。図３は、本実施の形態に係るアーク判定部１６において、アークが発生していない場合に取得される電流の周波数スペクトルの一例を示すグラフである。図４は、本実施の形態に係るアーク判定部１６において比較される第一閾値及び所定の周波数成分を示すグラフである。なお、図４には、アークが発生している場合に生成される電流の周波数スペクトルの一例が点線で示されている。
　図２に示されるように、まず、アーク検出回路１０の電流検出器１２は、電力供給装置から伝送路３６を介して供給される電流を検出する（Ｓ１１）。本実施の形態では、電流検出器１２は、電力供給装置の一例であるＰＶパネル３０から供給される電流を検出し、検出した電流に対応する電流信号をアーク判定部１６に出力する。
　続いて、アーク検出回路１０の電圧検出器１４は、伝送路３６に印加される電圧を検出する（Ｓ１２）。本実施の形態では、電圧検出器１４は、検出した電圧に対応する電圧信号をアーク判定部１６に出力する。
　続いて、アーク判定部１６は、電流検出器１２で検出された電流の所定の周波数成分が第一閾値を超えたか否かを判断する（Ｓ１３）。アーク判定部１６には、伝送路３６に流れる電流に対応する電流信号が電流検出器１２から入力され、アーク判定部１６は、例えば、電流信号の時間波形をフーリエ変換することによって、図３及び図４に示されるような電流信号の周波数スペクトルを取得する。アーク判定部１６は、取得された周波数スペクトルに基づいて、電流の所定の周波数成分と第一閾値とを比較する。
　電流検出器１２で検出された電流の所定の周波数成分とは、図４に示されるように、伝送路３６においてアークが発生した場合に、伝送路３６に流れる電流に重畳されるノイズが含まれる周波数成分である。伝送路３６においてアークが発生する場合、固有の周波数帯のノイズが増加する。
　図４に示される第一閾値は、アークの発生を判定するための基準値である。図４の点線のグラフで示されるように、アーク発生時には、電流の所定の周波数成分が、第一閾値を超える。第一閾値は、例えば、実験的に求められる。例えば、第一閾値はアークが発生していない場合における所定の周波数成分より大きく、かつ、アークが発生している場合の所定の周波数成分より小さい値に定めることができる。
　図２に戻って、アーク判定部１６は、電流の所定の周波数成分が第一閾値を超えていないと判断した場合には（Ｓ１３でＮＯ）、ステップＳ１１に戻る。
　一方、アーク判定部１６は、電流の所定の周波数成分が第一閾値を超えたと判断した場合には（Ｓ１３でＹＥＳ）、電圧検出器１４で検出された降下電圧と第二閾値とを比較する（Ｓ１４）。伝送路３６においてアークが発生した場合には、伝送路３６に印加される電圧が低下する。そこで、本実施の形態では、所定の周波数成分が第一閾値を超える直前及び直後に電圧検出器１４で検出された各電圧の差（すなわち、直前の電圧から直後の電圧を引いた電圧差）から降下電圧を検出し、アーク判定部１６は、当該降下電圧と第二閾値とを比較する。第二閾値は、例えば、予め実験、シミュレーションなどによって求められたアーク発生時の降下電圧より小さくゼロ以上の値に定められる。降下電圧が第二閾値以下である場合には、アークが発生していないと推測され、降下電圧が第二閾値より大きい場合には、アークが発生したと推測される。したがって、アーク判定部１６は、電圧検出器１４で検出された降下電圧が第二閾値以下と判断した場合には（Ｓ１４でＮＯ）、アークが発生していないと判定して、ステップＳ１１に戻る。一方、アーク判定部１６は、電圧検出器１４で検出された降下電圧が第二閾値より大きいと判断した場合には（Ｓ１４でＹＥＳ）、アークが発生したと判定する（Ｓ１５）。つまり、アーク検出回路１０はアークを検出する。アーク判定部１６は、アークが発生したと判定した場合に、開閉制御回路４２に信号を出力する。これに伴い、開閉制御回路４２によって開閉器４０が開状態とされ、ＰＶパネル３０からパワーコンディショナ５０への電力の伝送が遮断される。
　以上のように、本実施の形態に係るアーク検出回路１０においては、アーク発生時に固有の電流の周波数スペクトル変動と、電圧変動とに関する二つの判定基準を用いることにより、アークの発生を正確に検出できる。例えば、周波数スペクトル変動に基づいてアークの発生が推測される場合であっても、電圧変動に基づいてアークが発生していないと推測される場合には、アークが発生していないと判定する。これにより、アーク以外に起因するノイズによって周波数スペクトル変動が発生した場合に、アークが発生したと誤判定することを抑制できる。
　［１－３．まとめ］
　以上のように、本実施の形態に係るアーク検出回路１０は、伝送路３６に印加される電圧を検出する電圧検出器１４と、電流の所定の周波数成分が第一閾値を超えた場合に、電圧に基づいて、伝送路３６におけるアークの発生を判定するアーク判定部１６とを備える。
　このように、アーク検出回路１０においては、アーク発生時に特有の電流の周波数スペクトル変動と、電圧との二つの判定基準を用いることにより、アークの発生を正確に検出できる。
　また、アーク検出回路１０において、アーク判定部１６は、電流の所定の周波数成分が第一閾値を超える直前及び直後における電圧の差である降下電圧が第二閾値より大きい場合にアークが発生したと判定してもよい。
　このように、アーク判定部１６は、所定の周波数成分が第一閾値を超える直前から直後における降下電圧と、第二閾値とを比較する。ここで、伝送路３６においてアークが発生した場合には、伝送路３６に印加される電圧が低下するため、降下電圧が第二閾値以下である場合には、アークが発生していないと判定でき、降下電圧が第二閾値より大きい場合には、アークが発生したと判定できる。したがって、アーク検出回路１０は、より正確にアークの発生を検出できる。
　また、本実施の形態に係るアーク検出方法は、電力供給装置から伝送路３６を介して供給される電流を検出する電流検出ステップと、伝送路３６に印加される電圧を検出する電圧検出ステップと、電流の所定の周波数成分が第一閾値を超えた場合に、電圧に基づいて、伝送路３６におけるアークの発生を判定する判定ステップとを含む。
　これにより、アーク検出回路１０と同様の効果を奏することができる。
　（実施の形態２）
　次に、実施の形態２に係るアーク検出回路について説明する。本実施の形態に係るアーク検出回路は、実施の形態１に係るアーク検出回路１０におけるアーク判定基準に加えて、さらに、伝送路３６で発生する熱量も判定基準として用いる。以下、本実施の形態に係るアーク検出回路について、実施の形態１に係るアーク検出回路１０との相違点を中心に説明する。
　［２－１．全体構成］
　まず、本実施の形態に係るアーク検出回路の全体構成について図面を用いて説明する。
　図５は、本実施の形態に係るアーク検出回路１１０の全体構成を示すブロック図である。
　図５に示されるように、アーク検出回路１１０は、実施の形態１に係るアーク検出回路１０と同様に、電流検出器１２と、電圧検出器１４と、アーク判定部１１６とを備える。アーク検出回路１１０は、アーク判定部１１６の構成において、実施の形態１に係るアーク検出回路１０と相違する。
　アーク判定部１１６は、アーク判定部１６と同様に、電流検出器１２で検出された電流の所定の周波数成分が第一閾値を超えた場合に、電圧検出器１４で検出された電圧に基づいて、伝送路３６におけるアークの発生を判定する処理部である。本実施の形態では、アーク判定部１１６は、電流検出器１２で検出された電流の所定の周波数成分が第一閾値を超えたことを検出した時点以降に伝送路３６において発生する熱量を算出する。より具体的には、アーク判定部１１６は、電圧検出器１４で検出された電圧と、電流検出器１２で検出された電流と、上記時点からの経過時間とに基づいて算出する。そして、アーク判定部１１６は、算出された熱量と第三閾値との比較結果に基づいて、伝送路におけるアークの発生を判定する。
　［２－２．動作］
　次に、本実施の形態に係るアーク検出回路１１０の動作について図面を用いて説明する。
　図６は、本実施の形態に係るアーク検出回路１１０におけるアーク検出方法を示すフローチャートである。
　図６に示されるように、まず、アーク検出回路１１０のアーク判定部１１６は、内部で記憶している熱量をゼロにリセットする（Ｓ２０）。
　続いて、アーク検出回路１１０の電流検出器１２は、電力供給装置から伝送路３６を介して供給される電流を検出する（Ｓ２１）。電流検出器１２は、検出した電流に対応する電流信号をアーク判定部１１６に出力する。
　続いて、アーク検出回路１１０の電圧検出器１４は、伝送路３６に印加される電圧を検出する（Ｓ２２）。本実施の形態では、電圧検出器１４は、検出した電圧に対応する電圧信号をアーク判定部１１６に出力する。
　続いて、アーク判定部１１６は、電流検出器１２で検出された電流の所定の周波数成分が第一閾値を超えたか否かを判断する（Ｓ２３）。本ステップＳ２３は、図２に示されるステップＳ１３と同様である。
　アーク判定部１１６は、電流の所定の周波数成分が第一閾値を超えていないと判断した場合には（Ｓ２３でＮＯ）、ステップＳ２０に戻る。
　一方、アーク判定部１１６は、電流の所定の周波数成分が第一閾値を超えたと判断した場合には（Ｓ２３でＹＥＳ）、電圧検出器１４で検出された降下電圧と第二閾値とを比較する（Ｓ２４）。本ステップＳ２４は、図２に示されるステップＳ１４と同様である。
　アーク判定部１１６は、電圧検出器１４で検出された降下電圧が第二閾値以下と判断した場合には（Ｓ２４でＮＯ）、アークが発生していないと判定して、ステップＳ２０に戻る。
　一方、アーク判定部１１６は、電圧検出器１４で検出された降下電圧が第二閾値より大きいと判断した場合には（Ｓ２４でＹＥＳ）、熱量を算出する（Ｓ２５）。アーク判定部１１６は、ステップＳ２１で検出された電流と、ステップＳ２２で検出された電圧と、電流の所定の周波数成分が第一閾値を超えたことを検出した時点からの経過時間とに基づいて、熱量を算出する。例えば、アーク判定部１１６は、ステップＳ２１で検出された電流と、ステップＳ２２で検出された電圧と、ステップＳ２１から後述するステップＳ２６までに要する時間との積を算出する。アーク判定部１１６は、算出した積と、記憶している熱量との和を算出し、当該和を更新された熱量として記憶する。
　続いて、アーク判定部１１６は、ステップＳ２５で算出した熱量と、第三閾値とを比較する（Ｓ２６）。ここで、第三閾値として、伝送路３６において許容される熱量を用いることにより、発生する熱量が小さく伝送路３６において実質的に問題とならない程度に軽度のアークの発生を無視することができる。これにより、必要以上に過敏にアーク検出回路１１０がアークを検出することを抑制できる。例えば、第三閾値を、伝送路３６において発火し得る熱量に基づいて定めてもよい。例えば、伝送路３６において発火し得る熱量の１／１０程度の値を第三閾値としてもよい。
　アーク判定部１１６は、ステップＳ２６において、ステップＳ２５で算出した熱量が第三閾値より大きいと判断した場合には（Ｓ２６でＹＥＳ）、アークが発生したと判定する（Ｓ２７）。アーク判定部１１６は、アークが発生したと判定した場合に、実施の形態１に係るアーク判定部１６と同様に、開閉制御回路４２に信号を出力する。
　一方、アーク判定部１１６は、ステップＳ２６において、ステップＳ２５で算出した熱量が第三閾値以下と判断した場合には（Ｓ２６でＮＯ）、まだアークが発生したとは判断せず、ステップＳ２１に戻る。
　以上のように、本実施の形態に係るアーク検出回路１１０において、アーク判定部１１６は、検出された電流の所定の周波数成分が第一閾値を超えた場合に、所定の周波数成分が第一閾値を超えたことを検出した時点以降に伝送路３６において発生する熱量を、電圧と、電流と、上記時点からの経過時間とに基づいて算出する。そして、アーク判定部１１６は、電圧と第二閾値との比較結果に加えて、熱量と第三閾値との比較結果に基づいて、伝送路３６におけるアークの発生を判定する。
　このようにアーク検出回路１１０においては、アーク発生時に特有の電流の周波数スペクトル変動、及び、電圧変動の二つの判定基準に加えて、さらに、熱量も判定基準として用いることにより、アークの発生をより一層正確に検出できる。また、第三閾値として、伝送路３６において許容される熱量を用いることにより、発生する熱量が小さく伝送路３６において問題とならない程度に軽度のアークの発生を無視することができる。これにより、アーク検出回路１１０が過敏にアークを検出し、伝送路３６が必要以上に頻繁に遮断されることを抑制できる。
　（実施の形態３）
　次に、実施の形態３に係るアーク検出回路について説明する。本実施の形態に係るアーク検出回路は、実施の形態１に係るアーク検出回路１０におけるアーク判定基準に加えて、伝送路３６に入力され得る入力電流及び入力電圧の特性データをアークの発生の判定基準として用いる。以下、本実施の形態に係るアーク検出回路について、実施の形態１に係るアーク検出回路１０との相違点を中心に説明する。
　［３－１．全体構成］
　まず、本実施の形態に係るアーク検出回路の全体構成について図面を用いて説明する。
　図７は、本実施の形態に係るアーク検出回路２１０の全体構成を示すブロック図である。図８は、本実施の形態に係るＰＶパネル３０から伝送路３６への入力電流及び入力電圧の関係を示すグラフである。図８には、ＰＶパネル３０から出力され得る電流及び電圧の特性の一部が複数の破線で示されており、これらの破線上には、パワーコンディショナ５０によって、動作点として選択される点が四角の印で示されている。つまり、これらの動作点を結ぶ実線が、ＰＶパネル３０から伝送路３６への入力電流及び入力電圧の関係を示す。
　図７に示されるように、本実施の形態に係るアーク検出回路２１０は、実施の形態１に係るアーク検出回路１０と同様に、電流検出器１２と、電圧検出器１４と、アーク判定部２１６とを備える。アーク検出回路２１０は、さらに、記憶部２１８を備える。
　記憶部２１８は、電力供給装置から伝送路３６への入力電流及び入力電圧の関係を示す特性データを記憶する。この特性データは、電力供給装置及びパワーコンディショナ５０の特性によって定められる。本実施の形態では、電力供給装置としてＰＶパネル３０を用いる。これに伴い、特性データは、図８において実線で示される電流及び電圧の組み合わせとなる。記憶部２１８は、このような特性データをテーブルとして記憶してもよいし、図８に実線で示される曲線の関数として記憶してもよい。
　なお、記憶部２１８は、ＰＶパネル３０及びパワーコンディショナ５０に対応する特性データだけを記憶していてもよいし、伝送路３６に接続され得る複数種類のＰＶパネル、及び、複数種類のパワーコンディショナに対応する複数の特性データを記憶していてもよい。
　アーク判定部２１６は、実施の形態１に係るアーク判定部１６と同様に、電流検出器１２で検出された電流の所定の周波数成分が第一閾値を超えた場合に、電圧検出器１４で検出された電圧に基づいて、伝送路３６におけるアークの発生を判定する処理部である。本実施の形態に係るアーク判定部２１６は、所定の周波数成分が第一閾値を超えた場合に、さらに、検出された電流及び電圧の関係と、記憶部２１８に記憶される特性データに示される関係との比較結果に基づいて、伝送路３６におけるアークの発生を判定する。
　［３－２．動作］
　次に、本実施の形態に係るアーク検出回路２１０の動作について図面を用いて説明する。
　図９は、本実施の形態に係るアーク検出回路２１０におけるアーク検出方法を示すフローチャートである。
　図９に示される、ステップＳ３１～ステップＳ３４については、図２に示されるステップＳ１１～ステップＳ１４と同様であるため説明を省略する。以下、図９に示されるステップＳ３４において判断がなされた後の各ステップについて説明する。
　アーク判定部２１６は、電圧検出器１４で検出された降下電圧が第二閾値以下と判断した場合には（Ｓ３４でＮＯ）、アークが発生していないと判定して、ステップＳ３１に戻る。一方、アーク判定部２１６は、電圧検出器１４で検出された電圧が第二閾値より大きいと判断した場合には（Ｓ３４でＹＥＳ）、電流検出器１２で検出された電流、及び、電圧検出器１４で検出された電圧と、記憶部２１８に記憶される特性データに示される関係とを比較する。つまり、電流及び電圧が、図８に示される実線の曲線上にあるか否かを判断する（Ｓ３５）。ここで、例えば、電流又は電圧と、図８に示される曲線上の値との誤差が５％以上である場合に、電流及び電圧が、特性データに示される関係から逸脱していると判断してよい。
　アーク判定部２１６は、電流及び電圧が特性データに示される関係から逸脱していないと判断した場合（Ｓ３５でＮＯ）、アークが発生していないと判定してステップＳ３１に戻る。
　一方、アーク判定部２１６は、電流及び電圧が特性データに示される関係から逸脱していると判断した場合（Ｓ３５でＹＥＳ）、アークが発生したと判定する（Ｓ３６）。アーク判定部２１６は、アークが発生したと判定した場合に、実施の形態１に係るアーク判定部１６と同様に、開閉制御回路４２に信号を出力する。
　以上のように、本実施の形態に係るアーク検出回路２１０は、ＰＶパネル３０から伝送路３６への入力電流及び入力電圧の関係を示す特性データを記憶する記憶部２１８を有し、アーク判定部２１６は、検出された電流の所定の周波数成分が第一閾値を超えた場合に、さらに、電圧及び電流と、特性データに示される関係との比較結果に基づいて、伝送路３６におけるアークの発生を判定する。
　このようにアーク検出回路２１０においては、アーク発生時に特有の電流の周波数スペクトル変動、及び、電圧変動の二つの判定基準に加えて、さらに、ＰＶパネル３０から伝送路３６への入力電流及び入力電圧の特性も判定基準として用いる。これにより、アーク検出回路２１０においては、アークの発生をより一層正確に検出できる。
　（変形例など）
　以上、本発明について、各実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、上記各実施の形態に限定されるものではない。
　例えば、上記各実施の形態に係るアーク検出回路は、開閉制御回路４２に信号を出力して、開閉器４０を開状態としたが、アーク検出回路からの信号は、開閉制御回路４２以外の機器に入力されてもよい。このような変形例について、図面を用いて説明する。図１０は、実施の形態１に係るアーク検出回路１０の他の接続態様を示すブロック図である。図１０に示されるように、アーク検出回路１０は、パワーコンディショナ５０に信号を出力してもよい。パワーコンディショナ５０は、アーク検出回路からの信号を受けて、動作を停止してもよいし、伝送路３６からの入力電力を遮断してもよい。これにより、アークが発生した場合に、ＰＶパネル３０からパワーコンディショナ５０への電力の供給を停止することができる。
　また、本発明の一態様は、上記各実施の形態に係るアーク検出回路と、アーク検出回路から出力される信号に基づいて制御される開閉器４０とを備える開閉器システムとして実現されてもよい。また、開閉器４０が、アーク検出回路を備えてもよい。
　また、本発明の一態様は、上記各実施の形態に係るアーク検出回路と、電力供給装置からの電力が伝送路３６を介して供給されるパワーコンディショナ５０とを備えるパワーコンディショナシステムとして実現されてもよい。また、パワーコンディショナ５０が、アーク検出回路を備えてもよい。
　また、上記各実施の形態に係るアーク検出回路は、マイコンによってソフトウェア的に実現されたが、パーソナルコンピュータなど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。さらに、アーク検出回路は、Ａ／Ｄ変換器、論理回路、ゲートアレイ、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。
　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。
１０、１１０、２１０　アーク検出回路
１２　電流検出器
１４　電圧検出器
１６、１１６、２１６　アーク判定部
３０　ＰＶパネル（電力供給装置）
３６　伝送路
４０　開閉器
５０　パワーコンディショナ（パワコン）
２１８　記憶部

Claims (7)

  1. 　電力供給装置から伝送路を介して供給される電流を検出する電流検出器と、
    　前記伝送路に印加される電圧を検出する電圧検出器と、
    　前記電流の所定の周波数成分が第一閾値を超えた場合に、前記電圧に基づいて、前記伝送路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る
    　アーク検出回路。
  2. 　前記アーク判定部は、前記電流の所定の周波数成分が第一閾値を超える直前及び直後における前記電圧の差である降下電圧が第二閾値より大きい場合に前記アークが発生したと判定する
    　請求項１に記載のアーク検出回路。
  3. 　前記電力供給装置から出力される直流電力は、前記伝送路を介して、前記直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナに供給され、
    　前記アーク検出回路は、前記電力供給装置から前記伝送路への入力電流及び入力電圧の関係を示す特性データを記憶する記憶部を有し、
    　前記アーク判定部は、前記所定の周波数成分が前記第一閾値を超えた場合に、さらに、前記電圧及び前記電流と、前記特性データに示される関係との比較結果に基づいて、前記伝送路におけるアークの発生を判定する
    　請求項１又は２に記載のアーク検出回路。
  4. 　前記アーク判定部は、前記所定の周波数成分が前記第一閾値を超えたことを検出した時点以降に前記伝送路において発生する熱量を、前記電圧と、前記電流と、前記時点からの経過時間とに基づいて算出し、前記熱量と第三閾値との比較結果に基づいて、前記伝送路におけるアークの発生を判定する
    　請求項１又は２に記載のアーク検出回路。
  5. 　請求項１～４のいずれか１項に記載のアーク検出回路と、
    　前記アーク検出回路から出力される信号に基づいて制御される開閉器とを備える
    　開閉器システム。
  6. 　請求項１～４のいずれか１項に記載のアーク検出回路と、
    　前記電力供給装置からの電力が前記伝送路を介して供給されるパワーコンディショナとを備える
    　パワーコンディショナシステム。
  7. 　電力供給装置から伝送路を介して供給される電流を検出する電流検出ステップと、
    　前記伝送路に印加される電圧を検出する電圧検出ステップと、
    　前記電流の所定の周波数成分が第一閾値を超えた場合に、前記電圧に基づいて、前記伝送路におけるアークの発生を判定する判定ステップとを含む
    　アーク検出方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021063663A (ja) * 2019-10-10 2021-04-22 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 アーク検出装置、ブレーカ、パワーコンディショナ、太陽光パネル、太陽光パネル付属モジュール、接続箱、アーク検出システム及びアーク検出方法
WO2022168255A1 (ja) * 2021-02-05 2022-08-11 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 アーク検出装置、ブレーカ、パワーコンディショナ、太陽光パネル、太陽光パネル付属モジュール、接続箱、アーク検出システム及びアーク検出方法
JP7417963B2 (ja) 2020-08-26 2024-01-19 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 アーク検出装置、アーク検出システム、アーク検出方法、及びプログラム

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11329471B2 (en) * 2017-10-27 2022-05-10 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Arc detection circuit, breaker system, connection box system, power conditioner, micro inverter, DC optimizer, and arc detection method
CN112363070B (zh) * 2021-01-14 2021-06-22 江苏固德威电源科技股份有限公司 电池拉弧检测方法、装置和电池储能系统

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003153434A (ja) * 2001-11-08 2003-05-23 Japan Storage Battery Co Ltd 太陽光発電用パワーコンディショナ
US20060215335A1 (en) * 2005-03-24 2006-09-28 Honeywell International Inc. Arc fault detection and confirmation using voltage and current analysis
JP2013132157A (ja) * 2011-12-22 2013-07-04 Mitsubishi Electric Corp 太陽光発電システム
US20140198413A1 (en) * 2011-07-26 2014-07-17 Eaton Industries (Austria) Gmbh Method for adapting an arc sensor
JP2015211606A (ja) * 2014-04-30 2015-11-24 三菱電機株式会社 直流発電システムおよび直流発電システムの保護方法
JP2016151514A (ja) * 2015-02-18 2016-08-22 オムロン株式会社 アーク検出装置およびアーク検出方法
US20160282398A1 (en) * 2015-03-25 2016-09-29 Delta Electronics (Shanghai) Co., Ltd Method and Device for ARC Fault Detection for Photovoltaic Inverter and Photovoltaic Inverter Using the Same

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2605279B2 (ja) 1987-04-20 1997-04-30 神鋼電機株式会社 直流電源装置
DE19800049A1 (de) * 1998-01-02 1999-07-08 Philips Patentverwaltung Anordnung zum Übertragen von Daten und/oder Energie mit Trenneinheit
JP3478327B2 (ja) 1998-10-19 2003-12-15 日立プラント建設株式会社 電気集塵装置の火花検出装置
JP2000298153A (ja) 1999-04-14 2000-10-24 Hitachi Engineering & Services Co Ltd ケーブル端子の接続部健全性確認装置及び確認方法
JP2002125310A (ja) 2000-10-13 2002-04-26 Fujikura Ltd 放電監視装置
US7003435B2 (en) * 2002-10-03 2006-02-21 Leviton Manufacturing Co., Inc. Arc fault detector with circuit interrupter
JP5419579B2 (ja) 2009-05-28 2014-02-19 京セラ株式会社 アーク検出手段とそれを用いた制御手段及び連絡手段
JP6164848B2 (ja) 2013-01-10 2017-07-19 三菱電機株式会社 アーク検出装置
JP6000193B2 (ja) * 2013-06-14 2016-09-28 三菱電機株式会社 Ｄｃアーク検知装置
EP3041104B1 (en) * 2013-08-26 2021-06-02 Mitsubishi Electric Corporation Dc power generation system and protection method for dc power generation system
JP6116495B2 (ja) 2014-02-04 2017-04-19 三菱電機株式会社 直流アーク検出装置及び方法
US9837809B2 (en) * 2015-05-27 2017-12-05 Korea Institute Of Energy Research Arc detection apparatus, arc detecting method, and power system
JP6642075B2 (ja) * 2016-02-10 2020-02-05 オムロン株式会社 アーク対応制御装置およびアーク対応制御方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003153434A (ja) * 2001-11-08 2003-05-23 Japan Storage Battery Co Ltd 太陽光発電用パワーコンディショナ
US20060215335A1 (en) * 2005-03-24 2006-09-28 Honeywell International Inc. Arc fault detection and confirmation using voltage and current analysis
US20140198413A1 (en) * 2011-07-26 2014-07-17 Eaton Industries (Austria) Gmbh Method for adapting an arc sensor
JP2013132157A (ja) * 2011-12-22 2013-07-04 Mitsubishi Electric Corp 太陽光発電システム
JP2015211606A (ja) * 2014-04-30 2015-11-24 三菱電機株式会社 直流発電システムおよび直流発電システムの保護方法
JP2016151514A (ja) * 2015-02-18 2016-08-22 オムロン株式会社 アーク検出装置およびアーク検出方法
US20160282398A1 (en) * 2015-03-25 2016-09-29 Delta Electronics (Shanghai) Co., Ltd Method and Device for ARC Fault Detection for Photovoltaic Inverter and Photovoltaic Inverter Using the Same

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021063663A (ja) * 2019-10-10 2021-04-22 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 アーク検出装置、ブレーカ、パワーコンディショナ、太陽光パネル、太陽光パネル付属モジュール、接続箱、アーク検出システム及びアーク検出方法
JP7325010B2 (ja) 2019-10-10 2023-08-14 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 アーク検出装置、ブレーカ、パワーコンディショナ、太陽光パネル、接続箱、アーク検出システム及びアーク検出方法
JP7417963B2 (ja) 2020-08-26 2024-01-19 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 アーク検出装置、アーク検出システム、アーク検出方法、及びプログラム
WO2022168255A1 (ja) * 2021-02-05 2022-08-11 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 アーク検出装置、ブレーカ、パワーコンディショナ、太陽光パネル、太陽光パネル付属モジュール、接続箱、アーク検出システム及びアーク検出方法

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