(57)【要約】【課題】給電システムにおける負荷側のインピーダンスに関係なく、遮断器を早期に機能させることのできる遮断補助装置を提供すること。【解決手段】電源装置１５０と通信装置１６０との間に介在するように回路遮断器１１０が設置される給電システムに搭載させる遮断補助装置１０であって、通信装置に流れ込む電流値を検出する電流計１１と、遮断器と通信装置の間に配置されて当該通信装置に電力供給する電路Ｗ間を絶縁状態または短絡状態にする閉路機構１２と、電流計が検出する電流値が予め設定されている電流閾値以上である場合に閉路機構に電路間を絶縁状態から短絡状態に切替させる切替制御部１３と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源装置と負荷装置との間に介在するように遮断器が設置される給電システムに搭載させる遮断補助装置であって、
前記負荷装置に流れ込む電流値の大きさを検出する電流検出部と、前記遮断器と前記負荷装置の間に配置されて当該負荷装置に電力供給する配電線間を絶縁状態または短絡状態にする電路切替部と、前記電流検出部が検出する電流値の大きさに応じた検出情報が予め設定されている設定値以上である場合に前記電路切替部に前記配電線間を絶縁状態から短絡状態に切替させる電路制御部と、を備えることを特徴とする遮断補助装置。
【請求項２】
前記電流検出部は、前記負荷装置の前段の前記配電線に流れる電流値を計測する電流計により構成されて、前記配電線に流れる電流値自体で当該電流値の大きさを検出することを特徴とする請求項１に記載の遮断補助装置。
【請求項３】
前記電流検出部は、前記負荷装置の前段の同一前記配電線における上流側と下流側との間に生じる電圧値を計測する電圧計により構成されて、前記配電線に流れる電流値の大きさを前記電圧計が計測する電圧値で検出することを特徴とする請求項１に記載の遮断補助装置。
【請求項４】
電源装置と負荷装置との間に介在するように遮断器が設置される給電システムであって、
前記遮断器としてヒューズが設置されて、上記請求項１から３のいずれか１項に記載の遮断補助装置を備えることを特徴とする給電システム。
【請求項５】
電源装置と負荷装置との間に介在するように遮断器が設置される給電システムであって、
前記電源装置として直流電力を出力する直流電源装置と共に、該直流電源装置の後段に供給電圧の安定化用コンデンサが設置されて、上記請求項１から３のいずれか１項に記載の遮断補助装置を備えることを特徴とする給電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遮断補助装置および給電システムに関し、詳しくは、電源から負荷装置に電力を供給するための給電回路に設けられて、その負荷装置側で短絡事故などが発生したときに電源と負荷装置の間の電路を遮断する遮断器を早期に機能させるものに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、電気機器は公共電源装置または個別電源装置から供給される交流電力あるいは直流電力を受け取って稼働するように給電システムが構築されており、例えば、交換機やルータ等の通信装置などのように、直流電力で稼働するように設計されている負荷装置を複数設置するときには、例えば、図４に示すように、直流電源装置１５０から供給される直流電力を複数の負荷装置１６０に分配する電流分配装置１００を介在させる場合がある。
【０００３】
この種の電流分配装置としては、例えば、特許文献１に記載のように、電源装置１５０と負荷装置１６０の間の電路Ｗ途中にヒューズなどの回路遮断器１１０を介在させることが行われている。この給電システムでは、過電流や短絡等の事故が発生した時に回路遮断器１１０が動作（機能）して電力供給を遮断することにより、電源装置１５０や負荷装置１６０などで損傷が発生することを未然に回避することができる。また、この特許文献１に記載の給電システムでは、回路遮断器１１０が短絡事故などの発生により電路Ｗを遮断するまでの間、他の負荷装置１６０に供給する電力を安定化させるためのコンデンサ１２０を配設することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３１２４６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような給電システムにあっては、負荷装置１６０側で短絡事故が発生した場合には、短絡電流が流れる経路のインピーダンスに応じて回路遮断器１１０に流れる電流値が異なることになる。その一方で、例えば、回路遮断器１１０がヒューズにより構成されている場合には、その短絡電流がヒューズに流れることにより発生するジュール熱が溶断エネルギを超えたときに、そのヒューズが溶断して電源装置１５０と負荷装置１６０の間の電路Ｗを遮断する。
【０００６】
この場合、給電システムとしては、短絡電流の流れる経路が低インピーダンスの場合には、電源装置１５０およびコンデンサ１２０から大電流（短絡電流）が回路遮断器１１０に短時間に流れることになり、例えば、図４（ａ）に示すように、短絡事故を起こした負荷装置１６０側（低インピーダンスの電路）の回路遮断器１１０のヒューズは０．３ｍｓｅｃという短時間で溶断している。このとき、短絡事故を起こした訳ではない負荷装置１６０に供給される入力電源電圧は、図４（ｂ）に示すように、瞬間的な電圧変動で済み、また、その電圧変動幅も小さく抑えられている。
【０００７】
しかしながら、短絡電流の流れる経路が高インピーダンスの場合には、電源装置１５０およびコンデンサ１２０から出力される短絡電流が回路遮断器１１０に低インピーダンスの場合よりも時間を掛けて流れることになり、例えば、図５（ａ）に示すように、短絡事故を起こした負荷装置１６０側（高インピーダンスの電路）の回路遮断器１１０のヒューズは２０ｍｓｅｃ程度以下の時間が掛かって溶断している。このとき、短絡事故を起こした訳ではない負荷装置１６０に供給される入力電源電圧は、図５（ｂ）に示すように、短絡事故を起こした負荷装置１６０側の短絡電流による電圧降下の影響により、定常時４００Ｖであるところ２５０Ｖ程度まで低電圧化してしまう場合がある。このため、負荷装置１６０の駆動電圧として下限値が３００Ｖであった場合には、その負荷装置１６０は停止してしまう。
【０００８】
なお、短絡電流は短時間の大容量電流であり、その多くはコンデンサ１２０から出力（電荷放出）されて回路遮断器１１０のヒューズを溶断させ電路を遮断することから、その電路遮断後のコンデンサ１２０の充電期間中にも負荷装置１６０への入力電源電圧の低下が発生する。そのコンデンサ１２０の充電には数百ｍｓｅｃも要する場合があり、図５（ｂ）に示す入力電源電圧もコンデンサ１２０に電荷が溜まるに連れて定常電圧の４００Ｖに復帰している。
【０００９】
この短絡事故の発生による負荷装置１６０の駆動停止を回避しようとする場合には、高インピーダンスによる長期の電圧降下期間中にも電源電圧を安定化させることができる程度以上に大容量のコンデンサ１２０を搭載することが考えられる。しかし、大容量コンデンサ１２０は、高価であるとともに、大型であることから、コスト高になってしまうとともに、占有面積が大きくなって装置が大型化してしまう、という不都合がある。
【００１０】
また、電源電流を負荷装置１６０に分配しつつ電源電圧を安定化させる場合には、その分配数に応じた大容量コンデンサが必要であることから、電流の分配数も制限されてしまう、という不都合がある。
【００１１】
このような問題は、直流電源装置を利用する給電システムに拘わらず、交流電源装置を利用する給電システムでも同様に発生する。
【００１２】
そこで、本発明は、給電システムにおける負荷側のインピーダンスに関係なく、遮断器を早期に機能させることのできる遮断補助装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決する遮断補助装置の発明の第１の態様は、電源装置と負荷装置との間に介在するように遮断器が設置される給電システムに搭載させる遮断補助装置であって、前記負荷装置に流れ込む電流値の大きさを検出する電流検出部と、前記遮断器と前記負荷装置の間に配置されて当該負荷装置に電力供給する配電線間を絶縁状態または短絡状態にする電路切替部と、前記電流検出部が検出する電流値の大きさに応じた検出情報が予め設定されている設定値以上である場合に前記電路切替部に前記配電線間を絶縁状態から短絡状態に切替させる電路制御部と、を備えることを特徴とするものである。
【００１４】
この態様では、負荷装置側に設定値以上の電流が流れ込む際には、遮断器と負荷装置の間の電力供給用の配電線間を絶縁状態から短絡状態に切り替えることができる。したがって、負荷装置の前段に短絡経路を形成して遮断器に大電流を瞬間的に流すことができる。
【００１５】
上記課題を解決する遮断補助装置の発明の第２の態様は、上記第１の態様の特定事項に加え、前記電流検出部は、前記負荷装置の前段の前記配電線に流れる電流値を計測する電流計により構成されて、前記配電線に流れる電流値自体で当該電流値の大きさを検出することを特徴とするものである。
【００１６】
この態様では、負荷装置に流れ込む電流値の大きさを電流計により検出して、その電流値に応じて短絡電流などとする設定値以上の大きさの電流が流れたか否かをそのまま判断することができる。
【００１７】
上記課題を解決する遮断補助装置の発明の第３の態様は、上記第１の態様の特定事項に加え、前記電流検出部は、前記負荷装置の前段の同一前記配電線における上流側と下流側との間に生じる電圧値を計測する電圧計により構成されて、前記配電線に流れる電流値の大きさを前記電圧計が計測する電圧値で検出することを特徴とするものである。
【００１８】
この態様では、負荷装置に流れ込む電流値の大きさを、短絡電流などの大電流が一定の回路抵抗を有する電路を流れることにより生じる電圧降下として電圧計で検出して、その電圧値に応じて短絡電流などとする設定値以上の大きさの電流が流れたか否かを判断することができる。
【００１９】
上記課題を解決する給電システムの発明の第１の態様は、電源装置と負荷装置との間に介在するように遮断器が設置される給電システムであって、前記遮断器としてヒューズが設置されて、上記第１から第３のいずれか一つの遮断補助装置を備えることを特徴とするものである。
【００２０】
この態様では、短絡事故などの発生時には、負荷装置側のインピーダンスによらずに、給電システムに設置される遮断器として選択されているヒューズに大電流を瞬間的に流して溶断させることができ、早期に電路を遮断することができる。
【００２１】
上記課題を解決する給電システムの発明の第２の態様は、電源装置と負荷装置との間に介在するように遮断器が設置される給電システムであって、前記電源装置として直流電力を出力する直流電源装置と共に、該直流電源装置の後段に供給電圧の安定化用コンデンサが設置されて、上記第１から第３のいずれか一つの遮断補助装置を備えることを特徴とするものである。
【００２２】
この態様では、短絡事故などの発生時には、負荷装置側のインピーダンスによらずに、給電システムに設置される遮断器に大電流を瞬間的に流して機能させることができ、早期に電路を遮断するとともに、コンデンサからの電荷の放出を少なくして入力電源電圧の低下を抑えることができる。
【発明の効果】
【００２３】
このように本発明の一態様によれば、負荷装置側に設定値以上の電流が流れ込む短絡事故などの発生時には、負荷装置前段の短絡経路を介して負荷装置側のインピーダンスによらずに遮断器に大電流を瞬間的に流して機能させることができる。したがって、短絡事故に関係のない他の負荷装置の入力電源電圧が長期に亘って低下してしまうことを回避することができる。また、大容量コンデンサを用いる回路でも電源電圧の低下を抑えて短絡事故などに関係のない負荷装置への供給電圧を短期間に復帰させることができる。この結果、短絡事故などの影響を短期間に収束させることができ、また、不必要に大容量のコンデンサを準備することをなくして（分配数の制限なく）、安価かつ高品質の電力供給が可能な給電システムを構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る遮断補助装置および給電システムを示す図であり、その全体構成を示す回路図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る遮断補助装置および給電システムを示す図であり、その全体構成を示す回路図である。
【図３】関連技術の給電システムを示す回路図である。
【図４】短絡事故発生時を説明する図であり、（ａ）は負荷装置側が低インピーダンス時の短絡電流特定を示すグラフ、（ｂ）はその短絡時の入力電源電圧特性を示すグラフである。
【図５】短絡事故発生時を説明する図であり、（ａ）は負荷装置側が高インピーダンス時の短絡電流特定を示すグラフ、（ｂ）はその短絡時の入力電源電圧特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る遮断補助装置および給電システムを示す図である。ここで、本実施形態は、上述の図３で説明する直流給電システムに適用する場合を一例にして説明する（以下で説明する他の実施形態においても同様）。
【００２６】
図１において、遮断補助装置１０は、交換機やルータ等の複数台の通信装置（負荷装置）１６０を稼働させる直流給電システムに設置されており、この遮断補助装置１０は、直流電源装置１５０が出力する直流電力を通信装置１６０毎に分配して供給する電流分配装置１００に配置されている。
【００２７】
ここで、電流分配装置１００は、通信装置１６０毎の前段の電路（配電線）Ｗに回路遮断器１１０が配置されている。回路遮断器１１０は、一定以上の容量の電流が流れたときに溶断するように予め設定されているヒューズにより構成されており、例えば、通信装置１６０側で何らかの理由により短絡事故が発生したときなどに流れる短絡電流（過電流）で発生するジュール熱で溶断することにより電路Ｗを介する電源装置１５０との間の導通接続を開放して後段の通信装置１６０への過電流の流入を遮断し保護する。
【００２８】
また、電流分配装置１００は、電源装置１５０と並列にコンデンサ１２０が接続されており、このコンデンサ１２０は、電源装置１５０が通信装置１６０に供給する電力の電源電圧を安定化させるようになっている。
【００２９】
そして、遮断補助装置１０は、回路遮断器１１０と通信装置１６０との間の電路Ｗに配置されており、通信装置１６０に供給される直流電力の電流値を計測する配線用電流計（電流検出部）１１と、定常時には絶縁状態にある電源装置１５０の正極側電路Ｗ１と負極側電路Ｗ２の間を後述の制御信号を受け取った場合に短絡状態の閉路回路を形成する閉路機構（電路切替部）１２と、配線用電流計１１が検出する電流値（検出情報）と予め設定されている電流閾値（設定値）、例えば、回路遮断器１１０のヒューズの溶断電流値（電流閾値）とを比較して、検出電流値が電流閾値以上である場合に閉路機構１２に絶縁状態から短絡状態の閉路回路に切り替える制御信号を送出して動作させる切替制御部（電路制御部）１３と、を備えて構成されている。
【００３０】
この遮断補助装置１０は、配線用電流計１１として配線用変流器（ＣＴ：Current  Transformer）を採用しており、この配線用電流計１１はクランプ構造に構築されて開閉可能にされている鉄心（磁気コア）内に電流の流れる電路Ｗを収容可能にすることにより後付けして設置することができるようになっている。また、閉路機構１２は、回路遮断器１１０の内蔵ヒューズを瞬間的に溶断させる短絡電流が流れるように電源装置１５０の正極側電路Ｗ１と負極側電路Ｗ２の間を短絡させれば十分であり、電源装置１５０や電路Ｗなどに過大な負荷が掛かって損傷してしまわない程度の内部抵抗を有するように構成するのが好適である。
【００３１】
これにより、遮断補助装置１０は、例えば、通信装置１６０側で何らかの原因による短絡事故が発生した場合、電源装置１５０やコンデンサ１２０側から回路遮断器１１０に流れる短絡電流（過電流）の電流値が瞬間的にその内蔵ヒューズの溶断エネルギを超える溶断電流値以上となったときには、直ちに溶断して通信装置１６０への電力供給を遮断することができる。このとき、コンデンサ１２０からの電荷の放出を少なくして短絡事故を起こしていない他の通信装置１６０への入力電源電圧が長期に低下してしまうことはない。
【００３２】
また、その回路遮断器１１０に流れる短絡電流値が溶断電流値以上であることを配線用電流計１１が検出していても、通信装置１６０側のインピーダンスが高く、短絡電流値が溶断電流値を大きく超えていないために、回路遮断器１１０の内蔵ヒューズに発生するジュール熱がその溶断エネルギを超えるのに時間が掛かる回路条件になっている場合でも遮断補助装置１０は機能する。すなわち、配線用電流計１１が電流閾値（溶断電流値）以上の短絡電流値を検出したときには、切替制御部１３が直ちに閉路機構１２に制御信号を送出することにより、その閉路機構１２が電源装置１５０の正極側電路Ｗ１と負極側電路Ｗ２の間に閉路回路を形成して短絡させることができる。このため、通信装置１６０側のインピーダンスによる影響なく、回路遮断器１１０の内蔵ヒューズに溶断エネルギを超える短絡電流を直ちに流入させて溶断させることができ、通信装置１６０への電力供給を短時間に遮断することができる。このときにも同様に、コンデンサ１２０からの電荷の放出を少なくして短絡事故を起こしていない他の通信装置１６０への入力電源電圧が長期に低下してしまうことはない。
【００３３】
ここで、例えば、閉路機構１２に半導体素子を用いて電源装置１５０の正極側電路Ｗ１と負極側電路Ｗ２の間に閉路回路を形成するように構成した場合には、切替制御部１３から閉路機構１２への信号伝送に１μｓｅｃ程度掛かって、その閉路機構１２の半導体素子の閉路動作に１μｓｅｃ程度の時間が掛かったとしても、図５で説明した２０ｍｓｅｃ程度の遮断時間が掛かってしまうことはない。このため、高インピーダンスの通信装置１６０側で短絡事故などが発生した場合でも、長期に亘って電圧低下してしまうことを回避して高品質に電源電圧の安定している電力を他の通信装置１６０に供給することができる。
【００３４】
このため、給電システムに回路遮断器１１０と共に遮断補助装置１０を配置するだけで、コンデンサ１２０の容量により分配供給可能に接続する通信装置１６０の接続数（分配数）を制限する必要はない。
【００３５】
このように本実施形態においては、通信装置１６０側に短絡事故などが発生したときには、電源装置１５０の正極側電路Ｗ１と負極側電路Ｗ２の間を別経路で短絡させることができ、負荷装置１６０側のインピーダンスによらずに回路遮断器１１０に大電流を瞬間的に流して内蔵ヒューズを溶断させ電力供給を遮断することができる。したがって、回路遮断器１１０が機能するまでの短絡電流に起因する電圧降下や、この電圧降下期間中に電荷を大量に放出したことに起因するコンデンサ１２０の充電期間中の電圧降下が、短絡事故に関係のない他の通信装置１６０の入力電源電圧に影響してしまうことを回避することができ、短絡事故のない通信装置１６０への安定した電源電圧の電力供給を早期に再開することができる。この結果、短絡事故の影響を短期間に収束させることができ、また、不必要に大容量のコンデンサ１２０を準備する必要性をなくして、接続可能な通信装置１６０の数の制限なく、安価かつ高品質の電力供給が可能な給電システムを構築することができる。
【００３６】
次に、図２は本発明に係る電流判定装置の第２実施形態を示す図である。ここで、本実施形態は、上述の第１実施形態と略同様に構成されているので、同様の構成には同一の符号を付して特徴部分を説明する。
【００３７】
図２において、遮断補助装置１０は、配線用電流計１１に代えて、負荷の介在していない電路Ｗの上流側と下流側の間で発生する電圧値を検出する電圧計２１を備えている。切替制御部１３は、この電圧計２１が検出する電圧値（検出情報）と予め設定されている電圧閾値（設定値）、例えば、回路遮断器１１０のヒューズに溶断電流が流れる際に電路Ｗの抵抗成分により発生する電圧値（電圧閾値）とを比較して、検出電圧値が電圧閾値以上である場合に短絡による過電流発生と判断して、閉路機構１２に絶縁状態から短絡状態の閉路回路に切り替える制御信号を送出して動作させるようになっている。ここで、電路Ｗとしては、通信装置１６０が問題なく機能する程度の電流容量の電力を供給可能な配電線が選択されるが、短絡事故発生時にはその電路Ｗに大容量電流が流れるために、その電路Ｗにも汎用の高精度でない電圧計２１でも測定可能な程度の電圧値の電圧降下が上流側と下流側との間で発生する。なお、ここでは、負荷のない電路Ｗに電圧計２１を設置する場合を一例に説明するが、これに限るわけではなく、電路Ｗに連続する回路上の抵抗成分の両端側での電圧降下を測定するようにしてもよいことは言うまでもない。
【００３８】
これにより、遮断補助装置１０は、電路Ｗに流れる電流の大きさに応じて生じる電圧値を電圧計２１が検出して、その電路Ｗに流れる電流の大きさを検出することができ、その電圧値が短絡電流（回路遮断器１１０の内蔵ヒューズの溶断電流）が流れる際の電圧値以上の場合に、切替制御部１３が直ちに閉路機構１２に制御信号を送出することができる。このため、閉路機構１２は、上述実施形態と同様に、電源装置１５０の正極側電路Ｗ１と負極側電路Ｗ２の間に閉路回路を形成して短絡させることができ、通信装置１６０側のインピーダンスによる影響なく、回路遮断器１１０の内蔵ヒューズに溶断エネルギを超える短絡電流を流入させて溶断させることができ、通信装置１６０への電力供給を早期に遮断することができる。
【００３９】
このように本実施形態においては、上述実施形態と同様の作用効果を得ることができる。ここで、電路Ｗに電流計１１と電圧計２１のいずれを設置するかは、電路Ｗに流れる短絡電流の大きさに応じて検出可能な電流値や電圧値によって選択すればよい。
【００４０】
ここで、上述実施形態では、いずれも直流電源装置１５０を備える給電システムに適用する場合を一例にして説明するが、これに限るものではなく、例えば、交流電源を採用する給電システムにも適用することができる。
【００４１】
本発明の範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらすすべての実施形態をも含む。さらに、本発明の範囲は、各請求項により画される発明の特徴の組み合わせに限定されるものではなく、すべての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画されうる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００４３】
１０    遮断補助装置
１１    配線用電流計
１２    閉路機構
１３    切替制御部
２１    電圧計
１００  電流分配装置
１１０  回路遮断器
１２０  コンデンサ
１５０  直流電源装置
１６０  通信装置
Ｗ      電路
【図１】
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【図２】
2012253864.tif 000004
【図３】
2012253864.tif 000005
【図４】
2012253864.tif 000006
【図５】
2012253864.tif 000007