(57)【要約】  複数の直流電気回路が組み合わされて構成されている直流給電システムでは、アーク事故が発生した際に、アークが発生した直流電気回路を特定することが困難であった。このため、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、信号強度に基づいて、アークの発生した回路を特定するアーク検出装置を備え、アークが発生した直流電気回路を特定するようにした直流電気回路保護装置とした。
2017221493.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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。
【請求項１０】
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。
【請求項１１】
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。
【請求項１２】
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。
【請求項１３】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、直流電気回路を直流アークから保護するために、直流電気回路に発生したアークの検出を行い直流電気回路の保護を行う直流電気回路保護装置およびアーク検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
情報端末の普及拡大、機器のＩＴ化やクラウドコンピューティング技術の台頭で、ネットワークサーバ等で処理するデータ量が近年格段に増加している。処理するデータ量が増加するほど、情報通信機器に掛かる電力負荷が大きくなる。一般にデータセンターの情報通信機器でこれら処理を行っており、電力消費量の約３分の１は、情報通信機器由来であると言われている。そのため、省エネを実現するために電力効率のよい高電圧直流給電システムが普及しつつある。このシステムは、直流を交流に変換するロスを削減できるため、電力消費量を現在と比較し２０％削減できると報告されている。【０００３】
しかしながら、高電圧直流給電システムは、その名の通り直流電圧電流を供給するため、直流アーク事故による電気火災被害の危険性が存在する。交流電気回路の場合には、電流零点が必ず存在するため、アークを消弧しやすい。一方、直流電気回路の場合には、一定電流が流れ続けるため電流零点が存在せず、一度発生したアークは消弧が難しい。また、このような事故が発生した際には、遮断器がトリップする電流にまで達しないため、アークの発生を検出することが難しい。さらに、データセンターのような巨大な電気回路システムへの影響は大きく、その事故箇所を特定して、事故の部分を分離し、システム全体の停止を回避することが必要となる。このため、直流電気回路においてアークが発生し、事故に結びつくような場合には、それを早急に検出すると共に、事故箇所の特定が可能な直流電気回路の保護体制を確立する必要がある。【０００４】
このアーク発生に対して保護を高めた直流発電システムとしては、電流センサの信号のノイズに基づいて直流発電システムに発生するアークを検出するアークノイズ解析部と。
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５‐２１１６０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１において提案されているアーク検出装置は、太陽光発電システム特有の特性を利用しているため、一般的な直流電気回路においては、直流アークの発生個所を特定することができず、データセンター向けの直流給電システムのように複数の直流電気回路が組み合わされて構成されている場合には、複数の直流電気回路の中から、アークが発生した直流電気回路を特定することができないという問題があった。【０００７】
この発明は、前述の問題を解決するためになされたもので、複数の直流電気回路で構成された複雑な構成の中から、アークが発生した直流電気回路を特定し、そのアークの発生した回路を全体の系から切離し、健全な回路による運転を可能にすることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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装置を備えたものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、直流給電システム内で発生したアーク故障について、アーク発生箇所を特定し、アーク故障区間のみを切り離すことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１による直流給電システムの構成を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１による直流給電システムのアーク検出装置の構成を示すブロック図である。
【図３】この発明の実施の形態１による直流給電システムのアーク検出のフロー図である。
【図４】この発明の実施の形態１による直流給電システムにおいて直流電路で直流アークが発生した時の状況を説明するための概略図である。
【図５】この発明の実施の形態１による直流給電システムにおけるノイズ信号強度を表す特性図である。
【図６】この発明の実施の形態１による直流給電システムにおいて、電流センサの上流側にフィルタを備えた構成を示す構成図である。
【図７】この発明の実施の形態１による直流給電システムのアーク検出のフロー図である。
【図８】この発明の実施の形態２による直流給電システムの構成を示す構成図である。
【図９】この発明の実施の形態２による直流給電システムのアーク検出のフロー図である。
【図１０】この発明の実施の形態２による直流給電システムのアーク検出のフロー図である。
【図１１】この発明の実施の形態３による直流給電システムの構成を示す構成図である。
【図１２】この発明の実施の形態３による直流給電システムのアーク検出装置の構成を示すブロック図である。
【図１３】この発明の実施の形態３による直流給電システムのアーク検出のフロー図である。
【図１４】この発明の実施の形態３による直流給電システムのアーク検出のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１
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。
【００１２】
直流電気回路２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃのそれぞれの電流センサ９Ａ、９Ｂ、９Ｃは、それぞれの直流電気回路２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃの電流を検出し、その検出した結果の出力は、アーク検出装置１００に送られるように構成されている。なお、実際のデータセンターの場合には、３つ以上の電路５が存在することもあるが、図１では便宜的に３つの電路５のみ図示している。なお、図中、同一符号は、各々同一または相当する部分を示している。
【００１３】
図２は、この発明の実施の形態１による直流給電システムのアーク検出装置１００の構成を示すブロック図である。図２に示すように、アーク検出装置１００は、入力部１１０、解析部１２０、判定部１３０、出力部１４０、および表示部１５０に分かれている。
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。
【００１４】
解析部１２０は、アークノイズ周波数解析部１２１とアークノイズ信号強度比較部１２２を備えている。アークノイズ周波数解析部１２１は、アーク発生時の高周波ノイズを時間系列データから周波数系列データに変換する処理を行う。時間系列データから周波数系列データに変換する処理は、ＦＦＴ解析だけでなく、特定の周波数帯の信号強度のみを抽出するバンドパスフィルタを使用する方法がある。または、ガウス関数と抽出したい周波数の正弦波との積を取る方法等がある。アークノイズ信号強度比較部１２２では、各直流電気回路２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃについて、解析された周波数系列データを基に、アークノイズ信号強度を比較し、アーク発生箇所を特定するための解析を行う。例えば、信号強度が最も大きく、かつ他の直流電気回路２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃにおける信号強度と比較して一定値以上大きい場合に、アークが発生している回路であると判定する。さらに、アーク発生時の急峻な電流変動を捉える手段を追加するとよい。急峻な電流変動は、アーク事故発生区間のみに生じる現象であり、アークノイズの強度の比較結果と組み合わせることで、高精度にアーク事故発生区間を検出することが可能となる。ただし、簡易的にはアークノイズ比較のみでアーク事故発生区間を特定することが可能である。
【００１５】
このアークノイズ信号強度比較部１２２においてアークノイズの強度を比較する場合、全ての直流電気回路２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃに対応する全ての電流センサ９Ａ、９Ｂ、９Ｃの電流信号を基にアークノイズの強度比較を行うことが、アークの発生した回路の確実な抽出につながることになる。
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。
【００１６】
解析部１２０の結果を基に、判定部１３０において、開閉器８Ａ、８Ｂ、８Ｃのうち電気的に切り離す開閉器を選定する。アークノイズ信号強度比較部１２２の結果を基に、その結果を受け、開閉器制御部１３１が、電気的に切り離す回路の開閉器８Ａ、８Ｂ、８Ｃを選択する。
【００１７】
出力部１４０は、開閉器制御信号出力部１４１と接点信号出力部１４２を備えている。判定部１３０の開閉器制御部１３１の結果を基に、開閉器制御信号出力部１４１が電気的に切り離すための信号をいずれかの開閉器８Ａ、８Ｂ、８Ｃに出力する。これにより、アーク発生区間にある直流電気回路２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃのうちアークが発生したと判断された電路５が遮断され、アークから負荷１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃを保護できる。さらに、データセンターのような巨大なシステムでは、通信機器類の運転情報を集中管理しているため、接点信号出力部１４２から出力された接点信号を基に、操作する者が、どこでアークが発生したかを例えば集中管理室で確認できる。なお、集中管理室で確認するには接点信号に限らず、他の信号であっても良い。
【００１８】
表示部１５０は、正常表示部１５１、アーク発生表示部１５２を備えている。アーク検出装置１００が正常に動作中である場合には、正常に動作中であることを示す表示が正常表示部１５１で行われる。アークが発生した電路に対して、アーク発生表示部１５２で、アークが発生したことが分かる表示を行う。
【００１９】
アークの発生した電路５を開閉器８Ａ、８Ｂ、８Ｃで電気的に切り離した後、例えば遠隔操作によって遮断器４にトリガを掛けて開閉器８Ａ、８Ｂ、８Ｃを導通させることができる。トリガは、マニュアル操作が可能である。また、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た後、ある一定時間あけて、自動的に遮断器４にトリガを送り開閉器８Ａ、８Ｂ、８Ｃを導通させることもできる。一定時間とは、好ましくは数分間から数十分間程度である。仮に、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た場合には、再度、アークの発生した電路５を開閉器８Ａ、８Ｂ、８Ｃによって電気的に切り離す。その後、一定時間あけて自動的に遮断器４にトリガを送り開閉器８Ａ、８Ｂ、８Ｃを導通させる。これを、予め定めた期間内で繰り返し、その繰り返し回数が所定回数に達すれば、その動作を停止し、警告を表す。例えば、１日最大５回繰り返し、５回以上になれば、開閉器８Ａ、８Ｂ、８Ｃを導通させることを停止する。
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。
【００２０】
図３は、図２に示した実施の形態１による直流給電システムのアーク検出装置１００の動作を説明するフロー図である。アーク検出装置１００において、入力部１１０から入力された電流信号Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３が更新される（ステップＳ１）と、アークノイズ周波数解析部１２１で例えばＦＴＴ解析などのアークノイズ周波数解析が実施される（ステップＳ２）。次に、各直流電気回路２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃのアークノイズ周波数解析の結果を比較するために、それぞれの信号強度が比較される（ステップＳ３）。ここで、ｋは、直流電気回路毎のアークノイズ信号強度の入力されてくる回数を表し、直流電気回路を順番に切り換え、順次解析結果を突き合わせることを示している。例えば、第１の直流電気回路２０Ａのアークノイズ信号強度が最大（ＰＳＤｍａｘ）であった場合、他の直流電気回路のアークノイズ信号強度と比較する。すなわち第ｋ番目に入力されてきた直流電気回路のアークノイズ信号強度（ＰＳＤｋ）と比較する（ステップＳ４）。このとき、第ｋ番目の直流電気回路のアークノイズ信号強度の方が大きい場合には、第ｋ番目の直流電気回路のアークノイズ信号強度がＰＳＤｍａｘとして更新される（ステップＳ５）。この比較と更新は、アーク検出装置１００に接続された全ての直流電気回路について行われる。なお、ＰＳＤとは、パワースペクトル密度であって、単位周波数毎のパワー分布を表すものである。
【００２１】
ここで、比較および判定の対象とする回路数をＮと定めている。入力されてくるアークノイズ信号強度の回数ｋが回路数Ｎを上回るまで繰り返し、ステップＳ３からステップＳ５を繰り返す。そして、直流給電システム内の各直流電気回路のアークノイズ信号強度の中で最も値の大きい直流電気回路を判定する。次に、最大信号強度と各回路の信号強度を比較する（ステップＳ６）。最も値の大きい直流電気回路のアークノイズ信号強度と他の電路の信号強度の差分を、閾値δと比較する（ステップＳ７）。この比較についても回数ｋが回路数Ｎを上回るまで繰り返し行う。そして、比較した結果、閾値δ以上であった場合に、そのアークノイズ信号強度の回路がアーク発生回路として特定する（ステップＳ８）。そして、開閉器制御部１３１により、電気的に切り離す開閉器を選択し、その回路を遮断する（ステップＳ９）。このようにアークの発生している電気回路を切離すことができる。アーク箇所判定用の閾値δを事前に設定することは可能である。または、事前に設定せず、装置を回路に取り付けた後で複数の電流信号データを取得することにより統計的に閾値を算出し、設定することも可能である。
【００２２】
一般的に、直流アークは、負荷を受けた電線に不測の破損や切断が発生した場合に、それにつながっている回路部分の先端間に形成される。この直流アークは、破損した電線の先端間、端子台付近やコンセント付近などで、ケーブルの劣化や施工ミス、ねじの緩みなどが原因で発生する。
【００２３】
ここで、直流アークは、主に直列アークを想定している。直列アークが発生すると一般に１ｋＨｚから１ＭＨｚ程度の範囲でアークノイズが発生する。アークノイズは１／ｆの特性を有しており、太陽光発電システムの場合では、回路全体に微小のノイズを重畳させる。アークが発生していない時のノイズ強度と比較して、特に１ｋＨｚから１００ｋＨｚまでの範囲において明確な違いがあるため、電流に重畳したアークノイズとして、少なくとも１ｋＨｚから１００ｋＨｚまでの範囲の高周波ノイズを検知することで、アーク発生を判定することが可能である。アークノイズの伝播については、知られている。ただし、太陽光発電システムの場合には、アーク発生をアークノイズのみで判定すると複数並列回路においては全てのアーク検出装置がアーク発生ありと判定してしまう。なぜなら、アークノイズが回路全体に伝播するためである。しかしながら、この発明の実施の形態１の構成においては、直流給電システムの直流電気回路の電路内に瞬時電圧低下防止用のコンデンサが備えられているため、アークの発生した回路とアークが未発生の回路とでは、それぞれの回路に設けられた電流センサが検出するアークノイズ信号強度が異なる。
【００２４】
図４に、アーク発生時の概略図を示す。アーク発生箇所は、コンデンサ７Ａ、７Ｂ、７Ｃと負荷１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃの間において発生するものと想定している。電流センサ９の上位側、下位側のいずれでもよい。並列アークや正極・負極電路間が短絡した場合には、遮断器が動作するため、ここでは直列アークによる故障事故を想定している。もしくは、コンセント引抜き時のアークが想定通りに消弧されない場合も含む。
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。
【００２５】
図５は、横軸に周波数を表し、縦軸にノイズスペクトル強度を表してノイズスペクトル強度波形３０を表す特性図である。アーク発生回路のノイズ信号強度３１とアーク未発生回路のノイズ信号強度３２を示している。アーク発生回路のノイズ信号強度３１は、アーク未発生回路のノイズ信号強度３２と比較して大きい。これは、直流給電システムの瞬時電圧低下防止用に設置された正極・負極間のコンデンサ７がフィルタの役割を果たすためである。このコンデンサ７の存在によって、アークノイズは、他の回路には伝搬しない。また、交流直流変換回路３で発生するインバータノイズも、コンデンサ７によって低減されるためアークノイズを検知し易くなる。
【００２６】
仮に、正極・負極間にコンデンサ７が設置されていない場合には、図６のように電流センサ９Ａ、９Ｂ、９Ｃのそれぞれに、フィルタ１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃを設けることによって同様に、アークノイズを、アーク発生回路とアーク未発生回路との判定に使用することが可能になる。すなわち、電流センサの上流側にアークノイズを吸収する機能を有する手段として、フィルタ１１を設けることによって、アークノイズを用いてアーク発生回路とアーク未発生回路との判定を可能にしている。ここで、フィルタ１１は、１０ｋＨｚから１００ｋＨｚの信号をカットするフィルタである。また、アークノイズを吸収するフィルタは、電路高圧側と電路低圧側の両方に備えると好ましい。
【００２７】
図７は、図２に示した実施の形態１による直流給電システムのアーク検出装置１００の他の動作を説明するフロー図である。アーク検出装置１００において入力部１１０から入力される電流信号が更新される（ステップＳ１１）と、アークノイズ周波数解析部１２１でアークノイズ周波数解析が実施される（ステップＳ１２）。次に、各直流電気回路２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃにおけるアークノイズ周波数解析の結果を比較するために、それぞれの信号強度を比較する（ステップＳ１３）。その後、電路のアークノイズ信号強度と閾値δを比較する（ステップＳ１４）。これを順次繰り返し、比較の回数ｋが回路数Ｎを上回るまで繰り返し行う。アークノイズ信号強度が閾値δ以上であった場合に、そのアークノイズ信号強度の回路をアーク発生回路として特定する（ステップＳ１５）。そして、開閉器制御部１３１により、電気的に切り離す開閉器を選択し（ステップＳ１６）、アークノイズ信号強度が閾値δ以上であった回路を遮断し、その他の回路をアークから保護する。
【００２８】
実施の形態２
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。
【００２９】
図９は、この発明の実施の形態２による直流給電システムのアーク検出装置１００の動作を説明するフロー図である。ステップ１からステップ７およびステップ８からステップ９は、図３と同様である。ステップ７とステップ８の間にステップ１０が入る。この場合、スッテプ７では、閾値として第１の閾値δ１を設定して、アークノイズ信号強度と他の電路の信号強度の差分を第１の閾値δ１と比較しているのに対して、ステップ１０においては、電流センサ９Ｄによって得たアークノイズ信号強度について予め定められた第２の閾値δ２との比較によって判定を行う。ステップ１０における判定は、各ストリングのアークノイズ強度判定を行った結果、いずれのストリングにおいてもアークが発生していないことを確認してから実施するのが良い。
【００３０】
また、ステップ１０の閾値δ２は、装置設置前に既に決定しておくか、もしくは装置設置後の回路が正常な時のデータを統計処理して、標準偏差σを計算し、例えば３σを閾値と設定する等の方法もある。アーク２５が発生した時、各回路に備えられた電流センサ９Ａ、９Ｂ、９Ｃは、電路に挿入されたコンデンサがフィルタの役割を果たしアークノイズ信号強度を低減させる。一方、合流箇所の電流センサ９Ｄはアーク２１との間にノイズを吸収するものがないためノイズを検知することができる。
【００３１】
また、図１０に示すフローに発展させることができる。この図１０に示すフロー図は、ステップ１１からステップ１４およびステップ１５からステップ１６までは、図７に示したフローと同様である。ステップ１４とステップ１５の間にステップ１７が入っているところが異なる。このステップ１７において、図９に説明した処理と同様の処理を追加する。なお、図９、図１０に示したフローにおいて、アーク発生回路判定と開閉器引き外し判定は、図３において説明したと同様の手法である。
【００３２】
実施の形態３
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。
【００３３】
アーク検出装置１００の動作のフロー図を図１３に示す。この図１３に示したフロー図は、図３と同様である。すなわち、ステップ１で電圧センサ１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃからの情報が入力され、電圧センサ１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃに重畳されるアークノイズを各ストリングで検知する。ステップ２からステップ９において行われる処理は、図３において説明した内容と同様の処理である。電圧情報のみで判定できることから、電流信号の入力を必ずしも必要とはならない。しかし、いずれか一方を選択的に使用するよりも、アーク検知精度を向上させるためには、電流信号のアークノイズ比較と電圧信号のアークノイズ比較の両方を行うことが有効である。
【００３４】
また、実施の形態３においても、図１４に示すフローに発展させることができる。この図１４に示すフロー図は、図７に示したフローと同様である。ステップ１１において、電圧センサ１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃからの情報が入力される以外は、図７において説明した内容と同じである。
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。
【００３５】
この発明による直流電気回路保護装置は、コントロールセンタ、分電盤、ＵＰＳ、遮断器、パワーコンディショナとして用いられる。さらには、直流電気回路保護装置が中央管理室のシステムと繋がる構成もある。大きく分類すると、直流電気回路保護装置は、スタンドアローン型、インバータ搭載型、分散システム型の構成となるが、いずれにおいてもこの発明の構成を採用することができる。
【００３６】
この発明は、これら実施の形態の構成、動作に限定されるものでなく、この発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素を適宜、変更または省略することが可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年7月31日(2017.7.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の直流電気回路が共通の幹線に接続され、一の前記直流電気回路で発生したアークノイズが他の前記直流電気回路に伝搬しないようにアークノイズを吸収する手段が設けられている直流給電システムにおいて、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、前記電流センサの上流側に設けられ上流側から流入するアークノイズを吸収する前記アークノイズを吸収する手段と、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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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３に記載の直流電気回路保護装置。
【請求項５】
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３に記載の直流電気回路保護装置。
【請求項６】
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３に記載の直流電気回路保護装置。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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１に記載の直流電気回路保護装置。
【請求項９】
複数の直流電気回路が共通の幹線に接続され、一の前記直流電気回路で発生したアークノイズが他の前記直流電気回路に伝搬しないようにアークノイズを吸収する手段が設けられている直流給電システムにおいて、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、前記電流センサの上流側に設けられ上流側から流入するアークノイズを吸収する前記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。
【請求項１０】
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９に記載のアーク検出方法。
【請求項１１】
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９に記載のアーク検出方法。
【請求項１２】
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９に記載のアーク検出方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
このアーク発生に対して保護を高めた直流発電システムとしては、電流センサの信号のノイズに基づいて直流発電システムに発生するアークを検出するアークノイズ解析部と、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。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
複数の直流電気回路が共通の幹線に接続され、一の前記直流電気回路で発生したアークノイズが他の前記直流電気回路に伝搬しないようにアークノイズを吸収する手段が設けられている直流給電システムにおいて、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、前記電流センサの上流側に設けられ上流側から流入するアークノイズを吸収する前記アークノイズを吸収する手段と、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直流電気回路保護装置である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
この発明によれば、複数の直流電気回路が共通の幹線に接続され、一の前記直流電気回路で発生したアークノイズが他の前記直流電気回路に伝搬しないようにアークノイズを吸収する手段が設けられている直流給電システム内で発生したアーク故障について、アーク発生箇所を特定し、アーク故障区間のみを切り離すことが可能となる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
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【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図９】
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【手続補正７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１３】
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【国際調査報告】
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