(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源を有する直流回路の陽極側に接続された陽極側抵抗と、前記直流回路の陰極側に接続された陰極側抵抗と、前記陽極側抵抗あるいは前記陰極側抵抗に周期的に切り替え接続されるスイッチと、前記スイッチと大地との間に接続された検出抵抗とを備えた直流地絡検出器であって、
前記スイッチが陽極側抵抗に切り替え接続された時に前記検出抵抗に流れる電流の絶対値と、前記スイッチが陰極側抵抗に切り替え接続された時に前記検出抵抗に流れる電流の絶対値とを合算し、前記直流回路のいずれの箇所で地絡事故が発生しても常に一定の合算値を地絡電流として検出する検出部を具備したことを特徴とする直流地絡検出器。
【請求項２】
前記検出部は、前記スイッチが陽極側抵抗に切り替え接続された時に前記検出抵抗に流れる電流の絶対値と、前記スイッチが陰極側抵抗に切り替え接続された時に前記検出抵抗に流れる電流の絶対値との大小を比較するように構成されている請求項１に記載の直流地絡検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば太陽光発電システムにおける太陽電池パネルなどの電源を有する直流回路を保護するため、その直流回路に発生する地絡事故の監視に使用される直流地絡検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電源を有する直流回路として、例えば太陽光発電システムが産業用だけでなく一般家庭用にも普及しつつある。この太陽光発電システムは、その回路構成上、面積的に広いことから、地絡事故は局部的でなく電位的にあらゆる箇所で発生するものであり、地絡事故を原因とする火災などが発生することを未然に防止することが重要である。また、太陽光発電システムは、通常、電力系統と連系させて運用されることから、太陽光発電システムで発生した地絡事故は電力系統にも波及するため、地絡事故発生の有無を監視することは非常に重要である。
【０００３】
このような太陽光発電システムで発生した地絡事故を検出する手段の一つに、回路の中性点を接地して電位の不平衡を検出する直流電位検出方式がある。この直流電位検出方式を採用した直流地絡検出器１は、図５に示すように、複数の太陽電池パネル２が直列に接続された直流回路３の陽極（Ｐ）側に接続された陽極側抵抗４と、その直流回路３の陰極（Ｎ）側に接続された陰極側抵抗５と、陽極側抵抗４および陰極側抵抗５からなる直列回路の中間接続点と大地との間に接続された検出抵抗６とで構成されている。
【０００４】
以上の構成からなる直流地絡検出器１では、直流回路３の陽極側で地絡事故が発生した場合、図６に示すように、太陽電池パネル２−地絡抵抗７−大地−検出抵抗６−陰極側抵抗５−太陽電池パネル２からなる閉ループ回路（図中破線参照）に地絡電流が流れることになる。この閉ループ回路に流れる地絡電流を検出抵抗６で検出することにより、直流回路３の陽極側で発生した地絡事故を監視するようにしている。
【０００５】
また、直流回路３の陰極側で地絡事故が発生した場合、図７に示すように、太陽電池パネル２−陽極側抵抗４−検出抵抗６−大地−地絡抵抗８−太陽電池パネル２からなる閉ループ回路（図中破線参照）に地絡電流が流れることになる。この閉ループ回路に流れる地絡電流を検出抵抗６で検出することにより、直流回路３の陰極側で発生した地絡事故を監視するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−１３０５３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、前述の直流地絡検出器１では、陽極側抵抗４と陰極側抵抗５の接続点、つまり、中性点を検出抵抗６を介して接地した構造となっている。そのため、図８に示すように、複数の太陽電池パネル２の中間点で地絡事故が発生した場合、直流地絡検出器１における検出抵抗６の接地電位と、太陽電池パネル２の中間点での地絡抵抗９の接地電位とが同電位となる。このように、直流地絡検出器１の接地電位と太陽電池パネル２の中間点での接地電位とが同電位になると、地絡電流が流れないことから、直流地絡検出器１により地絡事故を検出することが不可能となる。
【０００８】
この問題点を解消するため、太陽電池パネルの中間点で地絡事故が発生した場合であっても、その地絡事故を検出することができるようにした直流地絡検出器が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１で開示された直流地絡検出器は、接地点順次移動式と称される直流電位検出方式を採用したものである。
【０００９】
この特許文献１の直流地絡検出器は、太陽電池パネルを有する直流回路の陽極側と陰極側との間に、２つの抵抗と一つの定電圧素子（ツェナーダイオード）とからなる直列回路を接続し、一方の抵抗と定電圧素子との接続点と、定電圧素子と他方の抵抗との接続点を切り替えるスイッチを設けた構成を具備するものである。この直流地絡検出器では、２つの接続点の中間電位をスイッチにより周期的に切り替えることにより、いずれか一方の接続点での中間電位から地絡事故を検出するようにしている。
【００１０】
しかしながら、特許文献１の直流地絡検出器では、太陽電池パネルの中間点で地絡事故が発生した場合と、その以外の直流回路の陽極側あるいは陰極側で地絡事故が発生した場合とで地絡検出感度が変動する。例えば、太陽電池パネルの中間点で地絡事故が発生した場合は、直流回路の陽極側あるいは陰極側で地絡事故が発生した場合と比較すると、太陽電池パネルによる起電力が半分になるため、地絡検出感度も鈍くなる。この地絡検出感度の低下は、定電圧素子が設けられていることでより一層顕著に現れる。このように、地絡検出感度が低下すると、地絡事故を正確に検出することが困難となる。
【００１１】
そこで、本発明は、前述の問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、直流回路のいずれの箇所で地絡事故が発生しても、その地絡事故を一定の感度で検出し得る直流地絡検出器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明は、電源を有する直流回路の陽極側に接続された陽極側抵抗と、直流回路の陰極側に接続された陰極側抵抗と、陽極側抵抗あるいは陰極側抵抗に周期的に切り替え接続されるスイッチと、スイッチと大地との間に接続された検出抵抗とを備えた直流地絡検出器であって、スイッチが陽極側抵抗に切り替え接続された時に検出抵抗に流れる電流の絶対値と、スイッチが陰極側抵抗に切り替え接続された時に検出抵抗に流れる電流の絶対値とを合算し、直流回路のいずれの箇所で地絡事故が発生しても常に一定の合算値を地絡電流として検出する検出部を具備したことを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る直流地絡検出器の検出部では、スイッチが陽極側抵抗に切り替え接続された時に検出抵抗に流れる電流の絶対値と、スイッチが陰極側抵抗に切り替え接続された時に検出抵抗に流れる電流の絶対値とを合算し、その合算値を地絡電流として検出するようにしたから、直流回路のいずれの箇所で地絡事故が発生しても、地絡電流としての合算値が常に一定であるので、地絡事故を一定の感度で検出することが可能となる。
【００１４】
本発明における検出部は、スイッチが陽極側抵抗に切り替え接続された時に検出抵抗に流れる電流の絶対値と、スイッチが陰極側抵抗に切り替え接続された時に検出抵抗に流れる電流の絶対値との大小を比較するように構成されていることが望ましい。このように、スイッチが陽極側抵抗に切り替え接続された時に検出抵抗に流れる電流の絶対値と、スイッチが陰極側抵抗に切り替え接続された時に検出抵抗に流れる電流の絶対値との大小を比較すれば、地絡事故の発生箇所を特定することが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、検出部により、スイッチが陽極側抵抗に切り替え接続された時に検出抵抗に流れる電流の絶対値と、スイッチが陰極側抵抗に切り替え接続された時に検出抵抗に流れる電流の絶対値とを合算し、その合算値を地絡電流として検出するようにしたから、直流回路のいずれの箇所で地絡事故が発生しても、地絡電流としての合算値が常に一定であるので、地絡事故を一定の感度で検出することが可能となる。その結果、直流回路で発生する地絡事故を正確に検出することができるので、信頼性の高い直流地絡検出器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態で、太陽電池パネルを有する直流回路に直流地絡検出器を設置した構成を示す回路図である。
【図２】図１の直流回路の陽極側で地絡事故が発生した場合で、（Ａ）はスイッチが陽極側に接続された状態を示す回路図、（Ｂ）はスイッチが陰極側に接続された状態を示す回路図である。
【図３】図１の直流回路の陰極側で地絡事故が発生した場合で、（Ａ）はスイッチが陽極側に接続された状態を示す回路図、（Ｂ）はスイッチが陰極側に接続された状態を示す回路図である。
【図４】図１の直流回路の中間点で地絡事故が発生した場合で、（Ａ）はスイッチが陽極側に接続された状態を示す回路図、（Ｂ）はスイッチが陰極側に接続された状態を示す回路図である。
【図５】太陽電池パネルを有する直流回路に従来の直流地絡検出器を設置した構成を示す回路図である。
【図６】図５の直流回路の陽極側で地絡事故が発生した場合を示す回路図である。
【図７】図５の直流回路の陰極側で地絡事故が発生した場合を示す回路図である。
【図８】図５の直流回路の中間点で地絡事故が発生した場合を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明に係る直流地絡検出器の実施形態を図面に基づいて以下に詳述する。以下の実施形態は太陽光発電システムへの適用例であり、太陽電池パネルを有する直流回路に適用した場合を例示する。なお、本発明は、太陽電池パネル以外にも、電気自動車のバッテリなどの他の電源を有する直流回路にも適用可能である。
【００１８】
図１は、直列接続された複数個（図では４個）の太陽電池パネル１２を有する直流回路１３に、実施形態の直流地絡検出器１１を設置した概略回路構成を示す。同図に示す直流地絡検出器１１は、直流回路１３の陽極（Ｐ）側に接続された陽極側抵抗１４（制限抵抗）と、その直流回路１３の陰極（Ｎ）側に接続された陰極側抵抗１５（制限抵抗）と、陽極側抵抗１４あるいは陰極側抵抗１５に周期的に切り替え接続されるスイッチ２１と、そのスイッチ２１と大地との間に接続された検出抵抗１６と、地絡事故発生時に検出抵抗１６に流れる地絡電流により検出抵抗１６の両端に発生する電圧に基づいて地絡事故を検出する検出部２２とで主要部が構成されている。
【００１９】
この直流地絡検出器１１の陽極側抵抗１４および陰極側抵抗１５は、地絡事故の発生時に直流回路１３に過電流が流れることを抑制する機能を発揮するものである。また、スイッチ２１は、地絡事故発生を監視するため、常時、陽極側抵抗１４あるいは陰極側抵抗１５に周期的に切り替え接続されることから、耐久性の点を考慮すれば、半導体スイッチが有効である。なお、このスイッチ２１は機械スイッチであってもよい。さらに、検出部２２は、図示しないが、地絡事故の検出により作動するランプあるいはブザーを備えている。この検出部２２では、地絡事故が検出されると、ランプを点灯させたり、ブザーを鳴動させることにより作業員に報知する。
【００２０】
以上の構成からなる直流地絡検出器１１の地絡検出動作を以下に詳述する。なお、以下では、地絡事故が直流回路１３の陽極側で発生した場合〔図２（Ａ）（Ｂ）参照〕と、地絡事故が直流回路１３の陰極側で発生した場合〔図３（Ａ）（Ｂ）参照〕と、地絡事故が直流回路１３の太陽電池パネル１２の中間点で発生した場合〔図４（Ａ）（Ｂ）参照〕とに分けて説明する。図２（Ａ）（Ｂ）および図３（Ａ）（Ｂ）の説明では、太陽電池パネル１２の直列回路外の箇所で地絡事故が発生した場合を例示するが、前述の「陽極側」および「陰極側」とは、太陽電池パネル１２の直列回路内でその中間点を境界とする陽極側および陰極側の箇所も含むことを意味する。
【００２１】
まず、地絡事故が直流回路１３の陽極側で発生した場合、図２（Ａ）に示すように、直流地絡検出器１１のスイッチ２１が陽極側抵抗１４に切り替え接続されている時には、直流回路１３に地絡電流が流れない。一方、同図（Ｂ）に示すように、直流地絡検出器１１のスイッチ２１が陰極側抵抗１５に切り替え接続されている時には、図中４個全ての太陽電池パネル１２の起電力により、太陽電池パネル１２−地絡抵抗１７−大地−検出抵抗１６−陰極側抵抗１５−太陽電池パネル１２からなる閉ループ回路（図中破線参照）に地絡電流が流れる。このように、スイッチ２１が陰極側抵抗１５に切り替え接続されている時に地絡電流が検出抵抗１６に流れることにより、その検出抵抗１６の両端に現出する電圧を検出部２２により検出することで地絡事故の発生を認知することができる。
【００２２】
次に、地絡事故が直流回路１３の陰極側で発生した場合、図３（Ａ）に示すように、直流地絡検出器１１のスイッチ２１が陽極側抵抗１４に切り替え接続されている時には、図中４個全ての太陽電池パネル１２の起電力により、太陽電池パネル１２−陽極側抵抗１４−検出抵抗１６−大地−地絡抵抗１８−太陽電池パネル１２からなる閉ループ回路（図中破線参照）に地絡電流が流れる。このように、スイッチ２１が陽極側抵抗１４に切り替え接続されている時に地絡電流が検出抵抗１６に流れることにより、その検出抵抗１６の両端に現出する電圧を検出部２２により検出することで地絡事故の発生を認知することができる。なお、同図（Ｂ）に示すように、直流地絡検出器１１のスイッチ２１が陰極側抵抗１５に切り替え接続されている時には、直流回路１３に地絡電流が流れない。
【００２３】
最後に、地絡事故が直流回路１３の太陽電池パネル１２の中間点で発生した場合、図４（Ａ）に示すように、直流地絡検出器１１のスイッチ２１が陽極側抵抗１４に切り替え接続されている時には、図中上側２個の太陽電池パネル１２の起電力により、太陽電池パネル１２−陽極側抵抗１４−検出抵抗１６−大地−地絡抵抗１９−太陽電池パネル１２からなる閉ループ回路（図中破線参照）に地絡電流が流れる。また、同図（Ｂ）に示すように、直流地絡検出器１１のスイッチ２１が陰極側抵抗１５に切り替え接続されている時には、図中下側２個の太陽電池パネル１２の起電力により、太陽電池パネル１２−地絡抵抗１９−大地−検出抵抗１６−陰極側抵抗１５−太陽電池パネル１２からなる閉ループ回路（図中破線参照）に地絡電流が流れる。このように、スイッチ２１が陽極側抵抗１４に切り替え接続されている時と陰極側抵抗１５に切り替え接続されている時の両方で地絡電流が検出抵抗１６に流れることにより、その検出抵抗１６の両端に現出する電圧を検出部２２により検出することで地絡事故の発生を認知することができる。
【００２４】
以上で説明した直流地絡検出器１１の地絡検出動作を地絡事故の発生箇所ごとにまとめると、下表のようになる。ここで、４個全ての太陽電池パネル１２の起電力により、地絡事故発生時に検出抵抗１６に流れる電流を例えば１０ｍＡとする。また、スイッチ２１の切り替え位置は、スイッチ２１が陽極側抵抗１４に切り替え接続されている状態をＰ側、陰極側抵抗１５に切り替え接続されている状態をＮ側としている。
【表１】
0006472620.tif 000002
【００２５】
この表を見ても明らかなように、地絡事故が直流回路１３の陽極側で発生した場合、スイッチ２１がＰ側に位置する時に検出抵抗１６に流れる電流は０ｍＡであるが、スイッチ２１がＮ側に位置する時に検出抵抗１６に流れる電流は１０ｍＡとなるので、直流回路１３の陽極側で発生した地絡事故を検出することができる。
【００２６】
また、地絡事故が直流回路１３の陰極側で発生した場合、スイッチ２１がＮ側に位置する時に検出抵抗１６に流れる電流は０ｍＡであるが、スイッチ２１がＰ側に位置する時に検出抵抗１６に流れる電流は１０ｍＡとなるので、直流回路１３の陰極側で発生した地絡事故を検出することができる。
【００２７】
さらに、地絡事故が直流回路１３の太陽電池パネル１２の中間点で発生した場合、スイッチ２１がＰ側に位置する時に検出抵抗１６に流れる電流は５ｍＡとなり、スイッチ２１がＮ側に位置する時に検出抵抗１６に流れる電流も５ｍＡとなるので、直流回路１３の太陽電池パネル１２の中間点で発生した地絡事故についても検出することが可能となる。
【００２８】
ここで、スイッチ２１がＰ側あるいはＮ側のいずれか一方の位置にある時に検出抵抗１６に流れる電流を地絡電流としていたのでは、地絡事故の発生箇所によって地絡検出感度が変動することになる。つまり、地絡事故が直流回路１３の陽極側あるいは陰極側で発生した場合には、地絡電流が１０ｍＡであるが、地絡事故が直流回路１３の太陽電池パネル１２の中間点で発生した場合には、地絡電流が５ｍＡとなる。このように、太陽電池パネル１２の中間点で地絡事故が発生した場合は、直流回路１３の陽極側あるいは陰極側で地絡事故が発生した場合と比較すると、太陽電池パネル１２による起電力に基づく地絡電流が半分になるため、地絡検出感度も鈍くなる。
【００２９】
そこで、この実施形態の直流地絡検出器１１における検出部２２は、スイッチ２１がＰ側に位置する時に検出抵抗１６に流れる電流の絶対値と、スイッチ２１がＮ側に位置する時に検出抵抗１６に流れる電流の絶対値とを合算し、その合算値を地絡電流として検出する機能を具備する。ここで、「絶対値」としたのは、スイッチ２１がＰ側に位置する時と、スイッチ２１がＮ側に位置する時とで、検出抵抗１６に流れる電流の方向が逆になることに基づく。
【００３０】
地絡事故が直流回路１３の陽極側で発生した場合、スイッチ２１がＰ側に位置する時の電流０ｍＡと、スイッチ２１がＮ側に位置する時に流れる電流１０ｍＡとを合算し、その合算値１０ｍＡを地絡電流とする。また、地絡事故が直流回路１３の陰極側で発生した場合、スイッチ２１がＰ側に位置する時に流れる電流１０ｍＡと、スイッチ２１がＮ側に位置する時の電流０ｍＡとを合算し、その合算値１０ｍＡを地絡電流とする。さらに、地絡事故が直流回路１３の太陽電池パネル１２の中間点で発生した場合、スイッチ２１がＰ側に位置する時に流れる電流５ｍＡと、スイッチ２１がＮ側に位置する時に流れる電流５ｍＡとを合算し、その合算値１０ｍＡを地絡電流とする（表１参照）。
【００３１】
このように、スイッチ２１がＰ側に位置する時に検出抵抗１６に流れる電流の絶対値と、スイッチ２１がＮ側に位置する時に検出抵抗１６に流れる電流の絶対値との合算値を地絡電流とすることにより、太陽電池パネル１２の中間点で地絡事故が発生した場合に検出される地絡電流は、直流回路１３の陽極側および陰極側で地絡事故が発生した場合に検出される地絡電流と同じになるため、地絡事故の発生箇所がどこであっても、地絡検出感度を常に一定に保持することが可能となる。その結果、直流回路１３で発生する地絡事故を正確に検出することができるので、信頼性の高い直流地絡検出器１１を提供できる。
【００３２】
また、検出部２２は、スイッチ２１がＰ側に位置する時に検出抵抗１６に流れる電流の絶対値と、スイッチ２１がＮ側に位置する時に検出抵抗１６に流れる電流の絶対値との大小を比較するように構成されている。このように、スイッチ２１がＰ側に位置する時に検出抵抗１６に流れる電流の絶対値と、スイッチ２１がＮ側に位置する時に検出抵抗１６に流れる電流の絶対値との大小を比較することにより、地絡事故の発生箇所を特定することが可能となる。
【００３３】
つまり、スイッチ２１がＰ側に位置する時に流れる電流の絶対値が、スイッチ２１がＮ側に位置する時に流れる電流の絶対値よりも大きい場合は、地絡事故が直流回路１３の陰極側で発生していると判定することができる。逆に、スイッチ２１がＰ側に位置する時に流れる電流の絶対値が、スイッチ２がＮ側に位置する時に流れる電流の絶対値よりも小さい場合は、地絡事故が直流回路１３の陽極側で発生していると判定することができる。また、スイッチ２１がＰ側に位置する時に流れる電流の絶対値が、スイッチ２１がＮ側に位置する時に流れる電流の絶対値と等しい場合は、地絡事故が直流回路１３の太陽電池パネル１２の中間点で発生していると判定することができる。
【００３４】
なお、スイッチ２１がＰ側に位置する時に流れる電流の絶対値と、スイッチ２１がＮ側に位置する時に流れる電流の絶対値との差が最大値（例えば１０ｍＡ）となる場合は、複数個の太陽電池パネル１２が接続された直列回路外に位置する直流回路１３の陽極側あるいは陰極側の箇所で地絡事故が発生していると判定することができる。そして、スイッチ２１がＰ側に位置する時に流れる電流の絶対値と、スイッチ２１がＮ側に位置する時に流れる電流の絶対値との差が最大値よりも小さくなればなるほど、地絡事故の発生箇所は、直列接続された複数個の太陽電池パネル１２の中間点に近づくことになる。
【００３５】
この実施形態の直流地絡検出器１１において、スイッチ２１の切り替え周期は、常時、一定となるように設定すればよいが、一時的に変更することも可能である。つまり、切り替え周期を例えば１分間に設定した場合であっても、スイッチ２１が陽極側抵抗１４あるいは陰極側抵抗１５のいずれか一方の極側に切り替え接続されることにより地絡電流を検出した時点で、１分間の切り替え周期を待たず、スイッチ２１を他方の極側に即座に切り替えるようにすることが有効である。このようにすれば、地絡事故発生の判定を迅速に行うことができて、応答性に優れた直流地絡検出器１１を提供できる。
【００３６】
さらに、地絡事故発生の判定が確定した後は、スイッチ２１を陽極側抵抗１４あるいは陰極側抵抗１５のいずれにも切り替え接続しないようにすることも有効である。このように、地絡事故発生が確定した時点で、スイッチ２１を開放状態にすることにより、直流回路１３に地絡電流が流れないので、地絡事故を復旧させる作業を安全に実施することができる。
【００３７】
本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。
【符号の説明】
【００３８】
１１  直流地絡検出器
１２  電源（太陽電池パネル）
１３  直流回路
１４  陽極側抵抗
１５  陰極側抵抗
１６  検出抵抗筐体
２１  スイッチ
２２  検出部
【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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