(57)【要約】【課題】本発明による装置を用いることで、アーク放電を発生させることなく、安全に直流を遮断することができ、また負荷あるいは電源側の回路が、事故などで断線して、アーク放電が発生した場合についても、安全にすみやかに放電を停止させることができるアーク放電防止装置を提供することを目的とする。【解決手段】本願発明は、一方側に設けられた直流電源と、該直流電源より電力が供給される負荷と、直流電源と負荷との間に設けられた第一開閉器と、他方側に設けられ、第一開閉器と負荷との間へ、直流電源と第一開閉器間に流れる電圧より高い電圧の電力を送出する直流電力送出装置とを有し、第一開閉器を開にしたとき、直流電流送出装置より電力を送出して、直流電力送出装置からの送出電流により、第一開閉器にて生ずるアーク放電を防止したことを特徴とする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方側に設けられた直流電源と、該直流電源より電力が供給される負荷と、直流電源と負荷との間に設けられた第一開閉器と、他方側に設けられ、前記第一開閉器と負荷との間へ、前記直流電源と第一開閉器間に流れる電圧より高い電圧の電力を送出する直流電力送出装置と、を有し、
第一開閉器を開にするとき、前記直流電流送出装置より電力を送出して、前記直流電力送出装置からの送出電流により、前記第一開閉器にて生ずるアーク放電を防止する、
ことを特徴とするアーク放電防止装置。
【請求項２】
一方側に設けられた直流電源と、該直流電源より電力が供給される負荷と、直流電源と負荷との間に設けられた第一開閉器とを備え、第一開閉器内に直流電力送出装置と、を有し、第一開閉器を開にするとき、前記直流電流送出装置より電力を送出して、前記直流電力送出装置からの送出電流により、前記第一開閉器にて生ずるアーク放電を防止する、
ことを特徴とするアーク放電防止装置。
【請求項３】
一方側に設けられた直流電源と、該直流電源より電力が供給される負荷と、直流電源と負荷との間に設けられた第一開閉器とを備え、負荷内に直流電力送出装置と、を有し、第一開閉器を開にするとき、前記直流電流送出装置より電力を送出して、前記直流電力送出装置からの送出電流により、前記第一開閉器にて生ずるアーク放電を防止する、
ことを特徴とするアーク放電防止装置。
【請求項４】
直流電源から負荷への電力供給に障害が発生したとき、前記直流電力送出装置より電力を送出して、障害発生箇所において生ずるアーク放電を消去する、
ことを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３に記載のアーク放電防止装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電力合成・給電システムにおいて、安全に電力を遮断するための制御方法に係り、アーク放電防止装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
直流電力合成・給電システムは、太陽光発電、風力発電、水力発電のような、再生可能エネルギーや、商用電源、バイオマス発電、燃料電池など、さまざまな電力源の電力を直流で合成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１８１０５５号公報
【特許文献２】特許第５９４３４８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
直流の高電圧・大電流が流れている回路において、機械的な開閉器を使用して遮断すると、アーク放電が発生し、大変危険である。また、事故や何らかの原因で断線したような場合にも、アーク放電が発生し、装置の故障や火災の原因にもなりうる。
【０００５】
しかし、本発明による装置を用いることで、アーク放電を発生させることなく、安全に直流を遮断することができる。また、負荷あるいは電源側の回路が、事故などで断線して、アーク放電が発生した場合についても、安全にすみやかに放電を停止させることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、
一方側に設けられた直流電源と、該直流電源より電力が供給される負荷と、直流電源と負荷との間に設けられた第一開閉器と、他方側に設けられ、前記第一開閉器と負荷との間へ、前記直流電源と第一開閉器間に流れる電圧より高い電圧の電力を送出する直流電力送出装置と、を有し、
第一開閉器を開にするとき、前記直流電流送出装置より電力を送出して、前記直流電力送出装置からの送出電流により、前記第一開閉器にて生ずるアーク放電を防止する、
ことを特徴とし、
または、
一方側に設けられた直流電源と、該直流電源より電力が供給される負荷と、直流電源と負荷との間に設けられた第一開閉器とを備え、第一開閉器内に直流電力送出装置と、を有し、第一開閉器を開にするとき、前記直流電流送出装置より電力を送出して、前記直流電力送出装置からの送出電流により、前記第一開閉器にて生ずるアーク放電を防止する、
ことを特徴とし、
または、
一方側に設けられた直流電源と、該直流電源より電力が供給される負荷と、直流電源と負荷との間に設けられた第一開閉器とを備え、負荷内に直流電力送出装置と、を有し、第一開閉器を開にするとき、前記直流電流送出装置より電力を送出して、前記直流電力送出装置からの送出電流により、前記第一開閉器にて生ずるアーク放電を防止する、
ことを特徴とし、
または、
直流電源から負荷への電力供給に障害が発生したとき、前記直流電力送出装置より電力を送出して、障害発生箇所において生ずるアーク放電を消去する、
ことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
従来であれば、アーク放電は、機器や回路の損傷、感電や火災の原因となるので、直流電力の切断には、アーク放電を発生させない、あるいは消去する機能を持つ、特殊な開閉器あるいは特殊なブレーカーを用いる必要があった。
【０００８】
特許第５９４３４８４号の発明では、アーク放電を防止することが可能であるが、負荷は電源投入時に電圧の二回微分が連続になるように電源からの電流量を増加させること、負荷側で、供給される電流が遮断可能なこと、という条件があった。
【０００９】
しかし、本発明では、負荷はこれらの条件を満たしている必要がない。どのような負荷に対しても、本発明により、アーク放電を起こさずに安全に直流電源を遮断することができる。また、アーク放電が発生してしまった場合についても、アーク放電を停止させることができる。これにより、開閉器以外の、災害や事故などによる断線でのアーク放電の発生においても、対応可能である。
【００１０】
さらに、本発明では、アーク放電防止・停止のために、別電源あるいは一時的に電力を供給する装置を使用するが、これは、通常使用する別な用途でも利用可能である。別な用途とは、もとの電源が停止した場合にも電力を供給する無停電電源装置としての用途、あるいはもとの電源の電力が不足した場合に電力を供給する補助電源としての用途がある。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の構成を説明する説明図（１）である。
【図２】本発明の構成を説明する説明図（２）である。
【図３】本発明の構成を説明する説明図（３）である。
【図４】本発明の動作を説明する説明図である。
【図５】本発明の構成を説明する説明図（４）である。
【図６】本発明の構成を説明する説明図（５）である。
【図７】本発明の構成を説明する説明図（６）である。
【図８】本発明の構成を説明する説明図（７）である。
【図９】本発明の構成を説明する説明図（８）である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１２】
以下、本発明を図に示す実施例に基づいて説明する。
【００１３】
（アーク放電の防止）
直流の電源１および負荷２が、図１のように構成されていたとする。電力送出装置３は、電源１以上の電圧で電力を送出することのできる装置であり、電力を送出するか送出しないかを制御できるものであるとする。
【００１４】
まず、電力送出装置３に関しては、電力を送出していない状態とする。
開閉器４を閉とすると、開閉器４に電流が流れ、電源１から負荷２に電力が供給される。
この状態で開閉器４を開にすると、開閉器４の接点において、アーク放電が発生してしまう。
【００１５】
開閉器４でアーク放電が発生する条件は、開閉器４に電流が流れている状態で、開閉器４を開にすることである。開閉器４に電流が流れていなければ、開閉器４を開にしてもアーク放電は発生しない。
そこで、電力送出装置３により電力を供給し、電源１から電流が流れていない状態にすることで、アーク放電の発生を防止することができる。
【００１６】
電流の流れを、図２に示す。電源１から負荷２に電力を供給しているとき、電流は図２の矢印のように流れる。ここで、電力送出装置３から十分な電力を送出すると、流れる電流は、図３のようになり、電源１からの電流は０となる。このときに、開閉器４を開にすることで、アーク放電を起こすことなく、安全に回路を遮断することができる。開閉器４を開にした後は、電力送出装置３の送出電力を０とすることで、完全に負荷の電力を遮断することができる。
【００１７】
（アーク放電が発生してしまった場合）
次に、アーク放電が発生してしまった場合について説明する。
まず、電力送出装置３に関しては、電力を送出していない状態とする。
開閉器４を閉とすると、開閉器４に電流が流れ、電源１から負荷２に電力が供給される。
この状態で開閉器４を開にすると、開閉器４の接点において、アーク放電が発生する。
アーク放電が発生しても、開閉器４の間の電流が０になれば放電は止まる。すなわち、開閉器４の両端の電圧が同じになればよい。
【００１８】
この場合も、電力送出装置３より、電力を送出する。電力の送出を開始し、電力が増加し、開閉器４の両端の電圧が等しくなった瞬間に、放電は止まる。図４に、図１に示される開閉器４の両端（Ａ点およびＢ点）における電圧のグラフを示す。電力送出装置３により、図４上のグラフのように、Ａ点およびＢ点の電圧を等しくすることで、放電を止めることができる。ただし、必ずしも同じ電圧に保つ必要はなく、一瞬でもＡ点およびＢ点の電圧が等しくなればアーク放電は消滅するので、図４の下図のように、大きめの電圧をかけることで、電圧が上がる過程においてＡ点とＢ点の電圧が等しくなる瞬間があるので、アーク放電を停止させることも可能である。
【００１９】
このように、本発明は、アーク放電の発生を防ぐことも、発生してしまったアーク放電を停止させることもできる。
【００２０】
図５に本発明の他の構成例を示す。
図５の例では、商用電源５と開閉器４、交流直流（ＤＣ／ＡＣ）変換装置６、直流電圧変換装置（ＤＣ／ＤＣ）７と、それを制御する制御装置８、制御装置８に各部の電圧を伝える電圧計９とから構成されている。
【００２１】
安全に電源１側の開閉器４を開とするには、電源１側の開閉器４を開とする前に、電力送出装置３の開閉器４を閉として、電力送出装置３から電力を供給できるようにしておく。
【００２２】
電力送出装置３の出力は、制御装置８によって制御される。この制御装置８は、電力送出装置３の出力電圧が、電源１の出力する電圧より高い電圧になるように直流電圧変換装置（ＤＣ／ＤＣ）７を制御するものとする。
【００２３】
電力送出装置３から電力が供給されると、電源１からの電力供給はなくなり、電源１側の開閉器４に電流が流れなくなるため、安全に開閉器４を開とすることができる。電源１側の開閉器４を開とした後は、電力送出装置３側の開閉器４を開とすることで、安全にすべての電源を切ることができる。
【００２４】
ここで、商用電源５側のスイッチを入れた時、電力送出装置３の出力電圧が電源１の出力電圧より高くなることが明らかであり、また電源１への電力の逆流が発生しない場合は、電圧計９を省略することができる。また、交流直流（ＤＣ／ＡＣ）変換装置６の出力が十分電源１の電圧より高いことが確実な場合は、電圧計９だけでなく、直流電圧変換装置（ＤＣ／ＤＣ）７および制御装置８も省略することが可能である（図７）。
【００２５】
図７の例では、電力送出装置３は、商用電源５と、交流直流（ＤＣ／ＡＣ）変換装置６と、開閉器４から構成されている。開閉器４は、商用電源（交流）５側に設置されているので、切断時のアーク放電の問題もない。
【００２６】
図５の例において、制御装置８の働きを変更して、アーク放電が起きた場合に、自動的に動作させるようにすることも可能である。
【００２７】
制御装置８について、電源１に接続されている電圧計９と、負荷２側に接続されている電圧計９の値が等しい場合は、電源１側の開閉器４が閉の状態であり、この場合は、直流電圧変換装置（ＤＣ／ＤＣ）７の出力を停止するものとする。電源１に接続されている電圧計９の値が、負荷２側に接続されている電圧計９の値よりも大きく、同時に、負荷２側に接続されている電圧計９の値が０でない場合、アーク放電が発生していると考えられる。この状態（電源１側の電圧計９の値＞負荷２側の電圧計９の値）になったら、電源１の出力電圧よりも直流電圧変換装置（ＤＣ／ＤＣ）７の出力の出力電圧を高くし、そののち出力を０にするものとする。一瞬でも負荷２側の電圧が電源１側の電圧よりも高くなれば、必ずその過程において電源１と負荷２の電圧が同じになる瞬間があるので、この瞬間にアーク放電は停止する。そのため、直流電圧変換装置（ＤＣ／ＤＣ）７から電力を供給するのは一瞬で構わない。
【００２８】
このように制御することで、アーク放電が発生した場合に自動的に電力送出装置３から電力を供給し、アーク放電を消滅させることができる。また、この方法では、電源１側の電圧計９から負荷２側の電圧計９の間のどこかの位置で断線し、アーク放電が起きた場合にも、同様に対処し、アーク放電を消滅させることができる。
【００２９】
アーク放電の検出に関しては、上記の電圧による検出方法以外の方法(例えば発生時に生ずる電磁波の指向性・電界強度・偏波面やオゾン臭など)を利用しても構わない。
【００３０】
図６は、電源１の電力を利用してアーク放電を防止する例である。
【００３１】
開閉器４を開にした瞬間、トランスの二次側（Ｌ２側）に高電圧が発生する。ここで発生する電圧を、図１における電力送出装置３のかわりに利用する。トランスの二次側で発生した電圧が、電源１の電圧を超える瞬間、開閉器４の両端の電位差は０となり、アーク放電は停止する。
【実施例２】
【００３２】
開閉器４の接点で発生するアーク放電は、開閉器４の両端の電位差を０とすることで消滅させることができる。そのためには、電力供給側（図１における電源１）のほかに、開閉器４の反対側に、同じ電位を生成し得るだけの電源を持つ必要がある。実施例１では、開閉器４と負荷２との間に電力送出装置３をいれることでこれを実現した。
【００３３】
この電力送出装置３は、必ずしも開閉器４と負荷２との間に入れる必要はなく、図８の中央の図及び下図に示すように、開閉器４に内蔵、あるいは負荷２（電気製品の内部）に内蔵しても構わない。
【００３４】
図８下のように、電気製品１０内に、実際に電力を消費する負荷２と電力送出装置３を持つ場合は、開閉器４を切断するとき、負荷２側の電力送出装置３から電力を供給し、開閉器４の両端が同電位になるように、または開閉器４を含む経路を流れる電流が０になるように、電力送出装置３を制御装置８によって操作する。開閉器４の両端が同電位になった、あるいは開閉器４を含む経路を流れる電流が０になった時に、アーク放電が停止するので、その後電力の送出を停止することで、安全に開閉器を操作することができる。
【００３５】
図９に、具体的な例を示す。この例では、電気製品１０内に直流の電源装置１１を持ち、電気製品１０内の開閉器４が操作されたときに、電力送出装置３から一時的に電力を供給し、開閉器４の両端の電圧を０にすることでアーク放電を停止し、そののちに電力送出装置３からの電力送出を停止することで、安全に電力を停止することができる。なお、開閉器４の両端の電圧を同じにするということは、開閉器４を流れる電流が０になるということと等しいので、電圧計９を用いずに、電流計１２を用いることが可能である（図９下）。ここで使用する電力送出装置３は、電池、あるいは充電可能な二次電池あるいはキャパシタを使用することができる。普通の電池の場合は消耗したら交換しなければならないが、二次電池あるいはキャパシタを使用する場合は、電源供給時に充電しておくことで、電池交換を不要とすることができる。
【符号の説明】
【００３６】
１        電源
２        負荷
３        電力送出装置
４        開閉器
５        商用電源
６        交流直流（ＤＣ／ＡＣ）変換装置
７        直流電圧変換装置
８        制御装置
９        電圧計
１０      電機製品
１１      直流の電源装置
１２      電流計
【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】
2018061373.tif 000008
【図７】
2018061373.tif 000009
【図８】
2018061373.tif 000010
【図９】
2018061373.tif 000011