(57)【要約】【課題】給電システムの設計において各負荷への配線のインピーダンスによる制限を低減する。【解決手段】電源から負荷に供給される電流を遮断可能な遮断装置は遮断回路とインピーダンス可変回路とインピーダンス計測回路とを有している。遮断回路は、電源から負荷へ異常な電流が流れると、電源と負荷の間を遮断する。インピーダンス可変回路は、遮断回路と負荷の間に接続されたインピーダンス値が変更可能な回路である。インピーダンス計測回路は、遮断回路と負荷の間の配線インピーダンス値を計測し、計測された配線インピーダンス値に応じてインピーダンス可変回路のインピーダンス値を設定する。【選択図】図１
2011210548.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源から負荷に供給される電流を遮断可能な遮断装置であって、
前記電源から前記負荷へ異常な電流が流れると、前記電源と前記負荷の間を遮断する遮断回路と、
前記遮断回路と前記負荷の間に接続され、インピーダンス値が変更可能なインピーダンス可変回路と、
前記遮断回路と前記負荷の間の配線インピーダンス値を計測し、計測された前記配線インピーダンス値に応じて前記インピーダンス可変回路のインピーダンス値を設定するインピーダンス計測回路と、
を有する遮断装置。
【請求項２】
前記インピーダンス計測回路は、前記遮断回路と前記負荷の間の配線のインピーダンスと前記インピーダンス可変回路のインピーダンスの合成インピーダンスが所定範囲内になるように、前記インピーダンス可変回路のインピーダンス値を設定する、
請求項１に記載の遮断回路。
【請求項３】
前記インピーダンス計測回路は、
時間的に変動する電圧を発生させることにより、前記負荷に時間的に変動する電流を流す電圧発生部と、
前記負荷を流れる電流を計測する計測部と、
前記インピーダンス可変回路のインピーダンス値を、前記計測部で計測された電流に応じた値に設定する調整指令部と、を有する、
請求項１または２に記載の遮断装置。
【請求項４】
前記インピーダンス計測回路は、前記電圧発生部から、前記遮断回路が遮断動作を行うときに想定される波形の電圧変動を発生させ、前記電圧変動によって流れる電流を前記計測部によって計測する、
請求項３に記載の遮断装置。
【請求項５】
前記インピーダンス可変回路は、抵抗値が変更可能な抵抗調整部と、インダクタンス値が変更可能なインダクタンス調整部とを有し、
前記インピーダンス計測回路は、設定すべき前記インピーダンス可変回路のインピーダンス値の抵抗成分を前記抵抗調整部に設定し、インダクタンス成分を前記インダクタンス調整部に設定する、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の遮断装置。
【請求項６】
前記抵抗調整部は、複数の抵抗素子と、該複数の抵抗素子のそれぞれを前記電源と前記負荷の間に挿入するか否かを選択するスイッチ素子とを有し、前記スイッチ素子の開閉によって全体の抵抗値が設定される構成であり、
前記インピーダンス計測回路は、前記抵抗成分に応じて前記スイッチ素子の開閉を設定する、
請求項５に記載の遮断装置。
【請求項７】
前記抵抗調整部は、ベースに印加される電圧に応じてコレクタ・エミッタ間の抵抗値が変化するバイポーラトランジスタを有し、
前記インピーダンス計測回路は、前記抵抗成分に応じた電圧を前記ベースに印加する、
請求項５に記載の遮断装置。
【請求項８】
前記インダクタンス調整部は、複数のインダクタと、該複数のインダクタのそれぞれを前記電源と前記負荷の間に挿入するか否かを選択するスイッチ素子とを有し、前記スイッチ素子の開閉によって全体のインダクタンス値が設定される構成であり、
前記インピーダンス計測回路は、前記インダクタンス成分に応じて前記スイッチ素子の開閉を設定する、
請求項５に記載の遮断装置。
【請求項９】
前記インダクタンス調整部は、中空ソレノイドコイルと、前記中空ソレノイドコイルに挿抜でき、その挿入位置を設定できるアーマチュアとを有し、前記挿入位置によって前記中空ソレノイドコイルのインダクタンス値が変化し、
前記インピーダンス計測回路は、前記インダクタンス成分に応じて前記挿入位置を設定する、
請求項５に記載の遮断装置。
【請求項１０】
前記インピーダンス計測回路が前記遮断装置に対して着脱可能である、
請求項１〜９のいずれか１項に記載の遮断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源からの電流を負荷に分配する電流分配装置において、負荷に過電流事故や短絡事故が発生したときに電源と負荷の間を遮断する遮断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に電流分配装置には、負荷に過電流事故や短絡事故が発生したときに電源と負荷の間を遮断するために遮断装置が負荷毎に設けられている。例えば電話局舎では、図９に示すように、直流電流を供給する電源装置１００と、直流電源の供給を受けて動作する負荷装置である通信装置２００との間に、通信装置２００で過電流事故や短絡事故が発生したときに電源装置１００と通信装置２００の間を遮断する遮断装置３００が配置される。
【０００３】
この種の遮断装置にはヒューズとサーキットブレーカ（ＭＣＣＢ；  Ｍｏｌｄｅｄ  Ｃａｓｅ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｂｒｅａｋｅｒ）を併用した構成のものがある。例えば、電源装置と負荷装置の間にヒューズとサーキットブレーカが直列に接続され、ヒューズに連動してサーキットブレーカの主接点に遮断動作を行わせる遮断装置がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許３０９１７１２号公報
【特許文献２】特許２５１３８５０号公報
【特許文献３】特許２９９８９３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
電話局舎においては、電流分配装置３００と各通信装置２００の間の配線は設備のレイアウトなどにより配線長が異なり、また様々な設計条件により各配線に異なる材料が用いられることもある。したがって、電流分配装置３００と各通信装置２００の配線のインピーダンスがそれぞれ異なる場合がある。電流分配装置３００と通信装置２００の間の配線のインピーダンスが異なれば、ヒューズが溶断するときに発生する短絡電流や電圧変動も異なった値を示す。
【０００６】
一方、電流分配装置３００に備える遮断装置には短絡電流や電圧変動について許容範囲がある。
【０００７】
例えば、上述したような、ヒューズに連動してサーキットブレーカの主接点を遮断する遮断装置においては、サーキットブレーカの主接点を遮断するとき、サーキットブレーカを流れている短絡電流が、サーキットブレーカが遮断可能な電流値以下あるいはサーキットブレーカの繰り返し利用が可能な電流値以下であることが要求される。しかし、上述したように、短絡電流は電流分配装置３００と通信装置２００の間のインピーダンスによって異なる特性を示す。
【０００８】
また、ある通信装置２００で短絡事故が発生してヒューズが溶断すると、そのヒューズの両端間の直流電圧値が急激に上昇する。この急激な電圧変動は電流分配装置３００から他の正常な通信装置２００へ出力する電圧値に影響を及ぼす。この影響により通信装置への入力電圧は図１０に例示するように変動する。図１０を参照すると、ヒューズの溶断時間に低下した電圧が、アーク時間に再び急激に上昇し、その後また低下している。通信装置２００が正常な動作を維持するために入力電圧の変動が許容範囲内である必要がある。しかし、通信装置２００への入力電圧は、電流分配装置３００と通信装置２００の間のインピーダンスによって異なる特性を示す。
【０００９】
システムの設計おいては短絡電流や電圧変動が許容範囲を逸脱しないように、設備のレイアウト、装置間の配線、遮断装置を構成する部品の仕様などを設定する必要があり、設計の自由度が配線のインピーダンスにより制限されていた。
【００１０】
本発明の目的は、給電システムの設計において各負荷への配線のインピーダンスによる制限を低減することが可能な遮断装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の遮断装置は、電源から負荷に供給される電流を遮断可能な遮断装置であって、
前記電源から前記負荷へ異常な電流が流れると、前記電源と前記負荷の間を遮断する遮断回路と、
前記遮断回路と前記負荷の間に接続され、インピーダンス値が変更可能なインピーダンス可変回路と、
前記遮断回路と前記負荷の間の配線インピーダンス値を計測し、計測された前記配線インピーダンス値に応じて前記インピーダンス可変回路のインピーダンス値を設定するインピーダンス計測回路と、を有している。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、給電システムの設計において各負荷への配線のインピーダンスによる制限を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態による電流分配装置の構成を示すブロック図である。
【図２】遮断回路４１の構成例を示すブロック図である。
【図３】インピーダンス計測回路４３の構成例を示すブロック図である。
【図４】インピーダンス可変回路４２の構成例を示すブロック図である。
【図５】抵抗調整部４２１およびインダクタンス調整部４２２の構成例を示す概略回路図である。
【図６】遮断装置４０の他の構成例を示すブロック図である。
【図７】抵抗調整部４２１の他の構成例を示す概略回路図である。
【図８】インダクタンス調整部４２２の他の構成例を示す概略回路図である。
【図９】一般的な給電システムの構成を示すブロック図である。
【図１０】通信装置への入力電力の変動の様子を示す波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明を実施するための形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本実施形態による電流分配装置の構成を示すブロック図である。図１を参照すると、電流分配装置３０は電源装置１０から出力される直流電流を複数の通信装置２０に分配する装置であり、通信装置２０毎に遮断装置４０を備えている。
【００１６】
遮断装置４０はそれぞれ対応する通信装置２０に接続されており、接続された通信装置２０の短絡事故や過電流事故により異常な電流が流れると、その通信装置２０と電源装置１０を遮断する装置である。
【００１７】
遮断装置４０は、遮断回路４１、インピーダンス可変回路４２、およびインピーダンス計測回路４３を有している。
【００１８】
遮断回路４１は、電源装置１０と通信装置２０の間に備えられ、通信装置２０の短絡事故や過電流事故などで電源装置１０から通信装置２０へ異常な電流が流れると、電源装置１０と通信装置２０の間を遮断する。遮断回路４１の具体的な内部構成例は後述する。
【００１９】
インピーダンス可変回路４２は、インピーダンスの値が変更可能な回路であり、遮断回路４１と通信装置２０の間に接続される。インピーダンス可変回路４２のインピーダンスを変化させると、遮断回路４１と通信装置２０の間の配線インピーダンスが変化する。インピーダンス可変回路４２の具体的な内部構成例は後述する。
【００２０】
インピーダンス計測回路４３は、遮断回路４１と通信装置２０の間の配線インピーダンスを計測し、計測された配線インピーダンスに応じてインピーダンス可変回路４２のインピーダンスの値を設定する。一例として、計測された配線インピーダンスとインピーダンス可変回路４２の合成インピーダンスが所定範囲となるように、インピーダンス可変回路４２のインピーダンスの値が設定される。
【００２１】
図２は、遮断回路４１の構成例を示すブロック図である。
図２を参照すると、遮断回路４１はヒューズ４１１とサーキットブレーカ（ＭＣＣＢ）４１２を有している。サーキットブレーカ４１２は主接点４１２Ａと電圧トリップコイル４１２Ｂを有している。
【００２２】
ヒューズ４１１とサーキットブレーカ４１２の主接点４１２Ａが、（インピーダンス可変回路４２経由で）電源装置１０の正極と通信装置２０の間に直列に接続されており、さらに主接点４１２Ａに遮断動作を行わせるための電圧トリップコイル４１２Ｂがヒューズ４１１の両端に接続されている。
【００２３】
通信装置２０が短絡状態や過電流状態となりヒューズ４１１が溶断すると、ヒューズ４１１両端の電圧が上昇し、電圧トリップコイル４１２Ｂへ電圧が印加される。電圧が印加された電圧トリップコイル４１２Ｂに電流が流れ、それによって発生する電磁力がサーキットブレーカ４１２の主接点４１２Ａをトリップさせる。このように、図２に示した遮断回路４１では、ヒューズ４１１の溶断に連動してサーキットブレーカ４１２に遮断を実施させることができる。
【００２４】
なお、ここではサーキットブレーカ４１２が電源装置１０の正極と通信装置２０の間だけに主接点４１２Ａを有する例を示したが、電源装置１０の正極および負極と通信装置２０との間のそれぞれに、互いに連動する主接点４１２Ａを有していてもよい。
【００２５】
図３は、インピーダンス計測回路４３の構成例を示すブロック図である。図３を参照すると、インピーダンス計測回路４３は電圧発生部４３１と計測部４３２と調整指令部４３３を有している。
【００２６】
電圧発生部４３１は、時間的に変動する電圧を発生させることにより、通信装置２０に時間的に変動する電流を流す。
【００２７】
計測部４３２は、電圧発生部４３１が発生させた電圧変動により、負荷を流れる時間的に変動する電流を計測する。
【００２８】
調整指令部４３３は、インピーダンス可変回路４２のインピーダンス値を、計測部４３２で計測された電流に応じた値に設定する。一例として、調整指令部４３３は、インピーダンス可変回路４２のインピーダンス値を少しずつ変更しながら、インピーダンス可変回路４２と配線の合成インピーダンスを計測していき、最終的に合成インピーダンスの値が所定範囲内となるようにインピーダンス可変回路４２のインピーダンス値を設定する。
【００２９】
その際、例えば、インピーダンス可変回路４２のインピーダンス値を変更する毎に、電圧発生部４３１から所定周波数範囲にわたる交流電圧を順次発生させ、その経過における計測部４３２の計測結果から、調整指令部４３３が配線インピーダンスの値を求めることにしてもよい。
【００３０】
図４は、インピーダンス可変回路４２の構成例を示すブロック図である。図４を参照すると、インピーダンス可変回路４２は抵抗調整部４２１とインダクタンス調整部４２２を有している。抵抗調整部４２１は抵抗値が変更可能な回路であり、インダクタンス調整部４２２はインダクタンス値が変更可能な回路である。本構成例では、インピーダンス計測回路４３から、設定すべきインピーダンス可変回路４２のインピーダンス値の抵抗成分が抵抗調整部４２１に設定され、インダクタンス成分がインダクタンス調整部４２２に設定される。
【００３１】
図５は、抵抗調整部４２１およびインダクタンス調整部４２２の構成例を示す概略回路図である。
【００３２】
図５を参照すると、抵抗調整部４２１は、複数の抵抗素子４２１Ａと、複数の抵抗素子４２１Ａのそれぞれに対応する複数のスイッチ素子４２１Ｂとを有している。
【００３３】
複数の抵抗素子４２１Ａはそれぞれに抵抗値が異なっている。スイッチ素子４２１Ｂは、複数の抵抗素子４２１Ａのそれぞれを遮断回路４１と通信装置２０の間に電気的に挿入するか否かを選択するリレースイッチである。どのスイッチ素子４２１Ｂを閉じるかを選択することで全体の抵抗値が設定される。
【００３４】
ここでは、複数の抵抗素子４２１Ａが全て並列に配置された構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。抵抗調整部４２１は抵抗素子の並列と直列の組み合わせにより所望の抵抗値を得る構成であってもよい。
【００３５】
また、図５を参照すると、インダクタンス調整部４２２は、複数のインダクタ４２２Ａと、複数のインダクタ４２２Ａのそれぞれに対応する複数のスイッチ素子４２２Ｂとを有している。
【００３６】
複数のインダクタ４２２Ａはそれぞれにインダクタンス値が異なっている。スイッチ素子４２２Ｂは、複数のインダクタ４２２Ａのそれぞれを遮断回路４１と通信装置２０の間に電気的に挿入するか否かを選択するリレースイッチである。どのスイッチ素子４２２Ｂを閉じるかを選択することで全体のインダクタンス値が設定される。
【００３７】
ここでは、複数のインダクタ４２２Ａが全て並列に配置された構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。インダクタンス調整部４２２はインダクタの並列と直列の組み合わせにより所望のインダクタンス値を得る構成であってもよい。
【００３８】
以上、説明したように、本実施形態によれば、電流分配装置３０と各通信装置２０の間の配線のインピーダンスの値に応じて、インピーダンス可変回路４２のインピーダンス値が設定されるので、配線のインピーダンスによるシステム設計の制限が低減される。
【００３９】
なお、本実施形態のインピーダンス計測回路４３は、電圧発生部４３１から所定周波数範囲にわたる交流電圧を順次発生させて配線インピーダンスの値を計測するものであったが、本発明はこれに限定されるものではない。他の例として、インピーダンス計測回路４３は、電圧発生部４３１から特定周波数の交流電圧を順次発生させ、そのときの計測部４３２での計測結果から配線インピーダンスの値を求めるものであってもよい。また、更に他の例として、インピーダンス計測回路４３は、電圧発生部４３１から短絡事故あるいは過電流事故で遮断回路４１が遮断動作を行うときに想定される波形の電圧変動を発生させ、その経過における計測部４３２の計測結果から配線インピーダンスの値を求めるものであってもよい。発生させる電圧変動の波形は、例えば図１０に示したような波形である。
【００４０】
また、本実施形態では、インピーダンス計測回路４３は遮断回路４１とインピーダンス可変回路４２の間で配線インピーダンスを計測する例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。他の例として、インピーダンス計測回路４３は、図６に示すように、インピーダンス可変回路４２と通信装置２０の間で配線インピーダンスを計測することにしてもよい。この場合に計測されるインピーダンスは配線のインピーダンスなので、インピーダンス計測回路４３は、計測されたインピーダンスと合成して所定範囲となるようなインピーダンス値をインピーダンス可変回路４２に設定すればよい。
【００４１】
また、本実施形態の抵抗調整部４２１は、遮断回路４１と通信装置２０の間に挿入する抵抗素子４２１Ａを選択することで抵抗調整部４２１の抵抗値を設定するものであるが、本発明はこれに限定されるものではない。他の例として抵抗調整部４２１をトランジスタによって構成してもよい。
【００４２】
図７は、抵抗調整部４２１の他の構成例を示す概略回路図である。図７を参照すると、抵抗調整部４２１は、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタ４２１Ｃで構成さている。バイポーラトランジスタ４２１Ｃは、コレクタが遮断回路４１に接続され、エミッタが通信装置２０側にあるインダクタンス調整部４２２に接続され、ベースがインピーダンス計測回路４３に接続されており、ベースに印加される電圧に応じてコレクタ・エミッタ間の抵抗値が変化する。この構成例を採用する場合、インピーダンス計測回路４３は、インピーダンス可変回路４２に設定すべきインピーダンス値の抵抗成分に応じた電圧をベースに印加すればよい。本構成によれば抵抗値を連続的に選択することができ、より緻密にインピーダンス値の調整が可能となる。
【００４３】
また、本実施形態のインダクタンス調整部４２２は、遮断回路４１と通信装置２０の間に挿入するインダクタ４２２Ａを選択することでインダクタンス調整部４２２のインダクタンス値を設定するものであるが、本発明はこれに限定されるものではない。他の例としてインダクタンス調整部４２２を中空ソレノイドコイルと鉄心によって構成してもよい。
【００４４】
図８は、インダクタンス調整部４２２の他の構成例を示す概略回路図である。図８を参照すると、インダクタンス調整部４２２は、中空ソレノイドコイル４２２Ｃおよび鉄心（アーマチュア）４２２Ｄで構成さている。中空ソレノイドコイル４２２Ｃは、遮断回路４１側の抵抗調整部４２１と、通信装置２０側の配線との間に接続されている。鉄心４２２Ｄは、中空ソレノイドコイル４２２Ｃに挿抜でき、かつその挿入位置を設定することができる。その挿入位置を変化させると中空ソレノイドコイル４２２Ｃのインダクタンス値が変化する。この構成例を採用する場合、インピーダンス計測回路４３は、インピーダンス可変回路４２に設定すべきインピーダンス値のインダクタンス成分に応じて挿入位置を設定すればよい。本構成によればインダクタンス値を連続的に選択することができ、より緻密にインピーダンス値の調整が可能となる。
【符号の説明】
【００４５】
１０  電源装置
２０  通信装置
３０  電流分配装置
４０  遮断装置
４１  遮断回路
４１１  ヒューズ
４１２  サーキットブレーカ
４１２Ａ  主接点
４１２Ｂ  電圧トリップコイル
４２  インピーダンス可変回路
４２１  抵抗調整部
４２１Ａ  抵抗素子
４２１Ｂ  スイッチ素子
４２１Ｃ  バイポーラトランジスタ
４２２  インダクタンス調整部
４２２Ａ  インダクタ
４２２Ｂ  スイッチ素子
４２２Ｃ  中空ソレノイドコイル
４２２Ｄ  鉄心
４３  インピーダンス計測回路
４３１  電圧発生部
４３２  計測部
４３３  調整指令部
【図１】
2011210548.tif 000003
【図２】
2011210548.tif 000004
【図３】
2011210548.tif 000005
【図４】
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【図５】
2011210548.tif 000007
【図６】
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【図７】
2011210548.tif 000009
【図８】
2011210548.tif 000010
【図９】
2011210548.tif 000011
【図１０】
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