(57)【要約】【課題】機械スイッチの経年劣化が原因で起こる不具合を少なくできる装置を得る。【解決手段】常用系統１ａからの電力と、予備系統１ｂからの電力のいずれかを負荷４に供給可能であって、１ａと４の間の電路及び1ｂと４の間の電路にそれぞれ設けられた半導体スイッチ２ａ、２ｂと、２ａ、２ｂと並列に接続され、接点が機械切換機構により切換可能な機械スイッチ３ｃを備えた切換回路と、２ａ、２ｂに対して動作指令と、機械切換機構に対して動作指令を与えると共に、３ｃの接点が導通する動作期間及び２ａ、２ｂが導通する動作期間が重なるように指令を与える制御回路２０を具備し、３ｃの機械切換機構に対して２０からの切換指令が与えられてから接点の切換動作が完了するまでの時間を検出する切換動作検出回路１８ａと、１８ａの検出結果を記憶する波形記憶回路２１とを具備した無瞬断系統切換装置。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の交流電力系統からの電力と、第２の交流電力系統からの電力のいずれかを負荷に供給可能であって、前記第１の交流電力系統と前記負荷の間の電路及び前記第２の交流電力系統と前記負荷の間の電路にそれぞれ設けられた半導体スイッチと、前記各半導体スイッチと並列に接続され、接点が機械切換機構により切換可能な機械スイッチを備えた切換回路と、前記各半導体スイッチに対して動作指令と、前記機械切換機構に対して切換動作指令を与えると共に、前記機械スイッチの接点が導通する動作期間及び前記半導体スイッチが導通する動作期間が重なるように指令を与える制御回路を具備した無瞬断系統切換装置において、
前記機械スイッチの機械切換機構に対して前記制御回路からの切換指令が与えられてから前記接点の切換動作が完了するまでの時間を検出する切換動作検出手段と、
前記切換動作検出手段の検出結果を保存する保存手段と、
を具備したことを特徴とする無瞬断系統切換装置。
【請求項２】
第１の交流電力系統からの電力を負荷に供給可能であり、第２の交流電力系統からの電力をコンバータにより直流に変換し、この変換された直流をインバータにより交流に変換して前記負荷に供給可能であり、前記第１の交流電力系統と前記負荷の間の電路及び前記第２の交流電力系統であって前記インバータと前記負荷の間の電路にそれぞれ設けられ、各々に有する接点が機械開閉機構により開閉可能な機械スイッチと、前記第1の交流電力系統に接続されている前記機械スイッチと並列に接続された半導体スイッチを備えた切換回路と、前記半導体スイッチに対して動作指令と、前記各機械スイッチの開閉機構に対して開閉動作指令を与えると共に、前記各機械スイッチの接点が導通する動作時間及び前記半導体スイッチが導通する動作期間が重なるように指令を与える制御回路を具備した無瞬断系統切換装置において、
前記各機械スイッチの機械開閉機構に対して前記制御回路からの開閉指令が与えられてから前記各接点の開閉動作が完了するまでの時間を検出する開閉動作検出手段と、
前記開閉動作検出手段の検出結果を保存する保存手段と、
を具備したことを特徴とする無瞬断系統切換装置。
【請求項３】
第１の交流電力系統からの電力を負荷に供給可能であり、第２の交流電力系統からの電力をコンバータにより直流に変換し、かつインバータにより交流に変換して前記負荷に供給可能であると共に前記コンバータと前記インバータの接続点に蓄電池が接続され、前記第１の交流電力系統と前記負荷の間の電路及び前記第２の交流電力系統であって前記インバータと前記負荷の間の電路にそれぞれ設けられ、各々に有する接点が機械開閉機構により開閉可能な機械スイッチと、前記第1の交流電力系統に接続されている前記機械スイッチと並列に接続された半導体スイッチを備えた切換回路と、前記半導体スイッチに対して動作指令と、前記各機械スイッチの機械開閉機構に対して開閉動作指令を与えると共に、前記各機械スイッチの接点が導通する動作時間及び前記半導体スイッチが導通する動作期間が重なるように指令を与える制御回路を具備した無瞬断系統切換装置において、
前記各機械開閉機構に対して前記制御回路からの開閉指令が与えられてから前記各接点の開閉動作が完了するまでの時間を検出する開閉動作検出手段と、
前記開閉動作検出手段の検出結果を保存する保存手段と、
を具備したことを特徴とする無瞬断系統切換装置。
【請求項４】
前記保存手段は、少なくとも可搬式、非可搬式のいずれかであることを特徴とする請求項1乃至請求項３のいずれか一つに記載の無瞬断系統切換装置。
【請求項５】
前記保存手段は、通信回路を介するか又は通信回路を介さず、前記切換動作検出手段、前記開閉動作検出手段のいずれかの検出結果を保存することを特徴とする請求項1乃至請求項３のいずれか一つに記載の無瞬断系統切換装置。
【請求項６】
前記蓄電池の充電後、前記蓄電池が接続されている電力系統の停電試験を行い、前記蓄電池の充電電圧を電圧検出手段で検出し、この検出電圧値が浮動充電時の規定値より下回った時前記蓄電池の劣化を報知する報知手段を備えたことを特徴とする請求項３に記載の無瞬断系統切換装置。
【請求項７】
前記蓄電池は複数の蓄電池セルからなるものであって、前記蓄電池の充電後、前記蓄電池が接続されている電力系統の停電試験を行い、前記各蓄電池セルの充電電圧を電圧検出手段で検出し、この検出電圧値が浮動充電時の規定値より下回った時前記蓄電池セルの劣化を報知する報知手段を備えたことを特徴とする請求項３に記載の無瞬断系統切換装置。
【請求項８】
第１の交流電力系統からの電力と、第２の交流電力系統からの電力のいずれかを負荷に供給可能であって、前記第１及び前記第２の交流電力系統と前記負荷の間の電路に設けられ、半導体スイッチと、前記半導体スイッチと並列に接続され、接点が機械回転機構又は機械移動機構により動作可能な機械スイッチを備えた切換回路と、前記半導体スイッチに対してオン動作指令又はオフ動作指令と、前記機械スイッチの機械回転機構又は機械移動機構に対してオン動作指令又はオフ動作指令を与えると共に、前記機械スイッチ及び前記半導体スイッチのオン動作期間が重なるように動作指令を与える制御回路を具備した無瞬断系統切換装置において、
前記機械スイッチの機械回転機構又は機械移動機構に対して前記制御回路からのオン動作指令が与えられてから前記接点がオン動作完了するまでの時間を検出する又は前記制御回路からのオフ動作指令が与えられてから前記接点がオフ動作完了するまでの時間を検出する接点動作検出手段と、
前記接点動作検出手段で検出したオン動作完了するまでの時間又はオフ動作完了するまでの時間が予め設定された経年劣化判断時間を越えたかどうかを判断し、この判断結果を報知する判断手段と、
を具備したことを特徴とする無瞬断系統切換装置。
【請求項９】
前記切換動作検出手段、前記開閉動作検出手段、前記接点動作検出手段は、電流検出手段又は電圧検出手段のいずれかで構成したことを特徴とする請求項１、２、３、８のいずれか１項記載の無瞬断系統切換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本実施形態は、負荷に対して電源供給を行う少なくとも２つの交流電源系統の切換を無瞬断で行うものであって、機械スイッチ及び半導体スイッチを備えた無瞬断系統切換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、無瞬断系統切換装置として、負荷に対して電源供給を行う２つの交流電源系統の切換を行うため、機械スイッチ及び半導体スイッチを備えたハイブリッド式のものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２７８７５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述の無瞬断系統切換装置にあっては、機械スイッチの経年劣化が進行すると機械スイッチ内部のグリース切れや主接点の劣化等が起こり、機械スイッチの開閉時の動作不良が起こり、開閉の遅延や故障に発展することが考えられる。
【０００５】
本実施形態は、機械スイッチの経年劣化が原因で起こる不具合を少なくでき、これにより無停電電源装置の信頼性が向上する無瞬断系統切換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本実施形態の系統切換装置の代表例は、第１の交流電力系統からの電力と、第２の交流電力系統からの電力のいずれかを負荷に供給可能であって、前記第１の交流電力系統と前記負荷の間の電路及び前記第２の交流電力系統と前記負荷の間の電路にそれぞれ設けられた半導体スイッチと、前記各半導体スイッチと並列に接続され、接点が機械切換機構により切換可能な機械スイッチを備えた切換回路と、前記各半導体スイッチに対して動作指令と、前記機械切換機構に対して切換動作指令を与えると共に、前記機械スイッチの接点が導通する動作期間及び前記半導体スイッチが導通する動作期間が重なるように指令を与える制御回路を具備した無瞬断系統切換装置において、前記機械スイッチの機械切換機構に対して前記制御回路からの切換指令が与えられてから前記接点の切換動作が完了するまでの時間を検出する切換動作検出手段と、
前記切換動作検出手段の検出結果を保存する保存手段と、
を具備した無瞬断系統切換装置である。
【０００７】
本実施形態によれば、状態変化及び定期点検において機械スイッチ及び無停電電源装置における蓄電池の経年劣化を確認することが可能になるため、高信頼の系統切換装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態１の無瞬断系統切換装置の概略構成図。
【図２】図１の制御回路とは異なる例２を示す図。
【図３】図１の制御回路とは異なる例３を示す図。
【図４】図１の制御回路とは異なる例４を示す図。
【図５】実施形態２の無瞬断系統切換装置の概略構成図。
【図６】実施形態３の無瞬断系統切換装置の概略構成図。
【図７】図１の実施形態１の動作を説明するためのタイムチャート。
【図８】図６の実施形態の蓄電池劣化パターンを説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下各実施形態について、図面を参照して説明するが、始めに図１と図７を参照して実施形態１について説明する。図１において、常用系統１ａから交流電力が供給され、機械切換機構を有する機械スイッチ（機械コンタクタ）３ｃを通り負荷４へと電力の供給が可能になっている。また予備系統１ｂから交流電力が供給され、機械切換機構を有する、
いわゆる切換スイッチを構成する機械スイッチ３ｃを通り負荷４へと電力の供給が可能になっている。常用系統１ａと負荷４との接続点であって機械スイッチ３ｃに並列に常用系統側半導体スイッチ２ａが接続されている。予備系統１ｂと負荷４との接続点であって機械スイッチ３ｃに並列に予備系統側半導体スイッチ２ｂが接続されている。
【００１０】
制御回路２０は点検時及び異常検知をした際には、機械スイッチ３ｃに系統切換操作指令を与えることで、予備系統１ｂから負荷４へと電力供給が行えるようになっている。
【００１１】
この場合、上記の系統切換操作を行う場合、瞬断を避けるため機械スイッチ３ｃ及び半導体スイッチ２ａ、２ｂを用いたハイブリッド式の系統切換制御回路を用いた系統切換を行う。例えば、常用系統１ａから予備系統１ｂへの系統切換を行う際には、常用系統１ａが接続されたまま、半導体スイッチ２ｂを動作させ、常用系統1ａ及び予備系統1ｂの両方から給電される期間、つまりラップ時間を作り、ラップ期間中に、機械スイッチ３ｃを動作させ予備系統１ｂへの切換を行う。予備系統１ｂからの切換の際には半導体スイッチ２ａを動作させてラップ期間後、常用系統１ａへと切換を行う。これにより瞬断のない無瞬断切換操作を実現している。
【００１２】
常用系統１aの出力電圧は電圧検出器１６ａにより検出され、また常用系統１aの出力電流は電流検出器１７ａにより検出され、これらの検出値は制御回路２０へと入力される。同様に、予備系統１ｂの出力電圧は電圧検出器１６ｂにより検出され、また予備系統１ｂの出力電流は電流検出器１７ｂにより検出され制御回路２０へと入力される。同様に、負荷４へと供給される、電圧は電圧検出器１６ｃで検出され、また負荷４へと供給される、電流は電流検出器１７ｃにより検出され、これらの検出値も制御回路２０へ入力される。
【００１３】
制御回路２０では、電圧検出器１６ａ、１６ｂ、１６ｃ及び電流検出器１７ａ、１７ｂ、１７ｃにより検出したデータが入力され、商用電源の入力電圧低下又はバイパス切換手段の切換時の際にトリガーが行われ、これが波形記憶回路２１において所定時間前から所定時間後までのトレースデータの記憶ができるようになっている。
【００１４】
さらに、機械スイッチ３ｃの切換状態を検出する切換状態検出手段を構成している例えば切換状態検出器１８a、１８ｂと、機械スイッチ３ｃの切換状態変化の検出手段と、装置の状態変化が発生した際の波形を保存できる手段例えば波形記憶回路２１とを有している。
【００１５】
切換状態検出器１８a、１８ｂとして、電流検出の場合は、例えばホールＣＴを使用し、また電圧検出の場合は、例えば分圧器とＡ／Ｄ変換器を組み合わせたものを使用する。
【００１６】
図１の実施形態によれば、波形記憶回路２１に機械スイッチ３ｃの状態変化の波形が記憶されているので、機械スイッチ３ｃの経年劣化の傾向を判断することが可能になる。
【００１７】
これについて、図７を参照して説明する。図７（ａ１）、（ｂ１）、（ｃ１）、（ｄ１）は使用開始初期の状態を説明するためのもので、（ａ１）は制御回路２０から機械スイッチ３ｃ及び半導体スイッチ２ａ、２ｂに対して与えられる系統切換指令であり、（ｂ１）は機械スイッチ３ｃに与えられる切換指令（予備）であり、（ｃ１）は機械スイッチ３ｃに切換指令が与えられて機械スイッチ３ｃが切換ったとき制御回路２０に与えられるフィードバック信号であり、（ｄ１）は半導体スイッチ２ａの開閉状態を示す波形図である。
【００１８】
図７（ａ２）、（ｂ２）、（ｃ２）、（ｄ２）は経年劣化後の状態を説明するためのもので、（ａ２）は制御回路２０から機械スイッチ３ｃ及び半導体スイッチ２ａ、２ｂに対して与えられる系統切換指令であり、（ｂ２）は機械スイッチ３ｃに与えられる切換指令（予備）であり、（ｃ２）は機械スイッチ３ｃに切換指令が与えられて機械スイッチ３ｃが切換ったとき制御回路２０に与えられるフィードバック信号であり、（ｄ２）は半導体スイッチ２ａの開閉状態を示す波形図である。
【００１９】
図１の波形記憶回路２１は、制御回路２０からの系統切換指令（ａ１）、（ａ２）をトリガーとしてトレースデータの保存を行っている。機械スイッチ３ｃへの系統切換指令（ｂ１）、（ｂ２）及び機械スイッチ３ｃの切換状態の完了を示すフィードバック信号（ｃ１）、（ｃ２）をトレースデータとして図１の波形記憶回路２１に保存している。図７では常用系統１ａから予備系統１ｂの切換例を示しており、系統切換指令により予備系統へ機械スイッチ３ｃの切換指令及び、常用側半導体スイッチ２ａの切換を行い、ラップ期間を設けた後、機械スイッチ３ｃの切換フィードバック信号（ｃ１）、（ｃ２）を受けて再度半導体スイッチ２ａ、２ｂの切換を行っている。
【００２０】
図７において経年劣化後の例では機械スイッチ３ｃの切換時間が使用開始初期の例に比較して延びており、機械スイッチ３ｃの経年劣化もしくは別の原因により不具合が発生していると思われる。このことから、機械スイッチ３ｃの診断もしくは交換の必要性を検討するきっかけとなる。
【００２１】
以上のように機械スイッチ３ｃの開閉時の状態や状態変化信号を装置の使用開始初期との比較データの累積により経年劣化の傾向を判断が可能になる。
【００２２】
図２は実施形態２を説明するための図であって、図１の制御回路２０と波形記憶回路２１に相当する部分のみを示すブロックである。切換状態検出器１８ａ、１８ｂ及び機械スイッチ3ｃと半導体スイッチ2ａ、２ｂから入力された状態・制御信号８が制御演算回路２２へと入力され、さらに計測演算回路２３を通じて規定の形式へと変換され内部記憶回路２４で保存される。この場合の波形が保存されるタイミングは制御演算回路２２に入力される状態・制御信号８の状態信号の変化に基づいて波形保存が行われる。
【００２３】
本実施形態２によれば、内部記憶回路２４に状態・制御信号８の状態信号の変化に基づいて波形保存が行われるので、機械スイッチ３ｃの劣化状況の診断が可能になり、電力系統の切換時にも安定した切換操作が可能となり、給電信頼性の向上を図ることができる。
【００２４】
図３は、実施形態３を説明するための図であって、図１の制御回路２０と波形記憶回路２１に相当する部分のみを示すブロックである。図２の構成に、新たに外部記憶回路２５を付加したものである。ここで、外部記憶回路２５はＳＤ（Ｓｍａｒｔ Ｍｅｄｉａ）（登録商標）、ＣＦ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｆｌａｓｈ）カード、ＵＳＢメモリのような外部メモリを通じて持ち出すことが可能な取り外し可能な外部記憶媒体を用いて構成している。
【００２５】
図３の外部記憶回路２５に系統切換器の状態変化時の波形を保存することにより、波形データの移動、持ち出しが可能となる。また、記憶媒体の容量に依存した数量の波形データを保存することが可能となる。
【００２６】
図４は、実施形態４を説明するための図であって、図１の制御回路２０と波形記憶回路２１に相当する部分のみを示すブロックである。図３の外部記憶回路２５を設けず、この代わりにネットワーク等の通信回路２６を設けたものである。
【００２７】
実施形態４によれば、ネットワークを介して波形データを保存することで本装置から離れた場所においても波形データの観測が可能となる。また、記憶媒体の容量に依存した数量の波形データを保存することが可能となる。
【００２８】
図５は実施形態５を示すブロック図であり、図１の常用系統１ａから供給される交流電力をコンバータ７により直流電力へと変換し、出力に接続されているインバータ６により交流電力に変換し、これを負荷４に供給するように構成されている点が、図１とは異なる。さらに、予備系統１ｃと負荷４の接続点に機械開閉機構を有する機械スイッチ３ａが設けられ、また、常用系統１ａのインバータ６と負荷４の接続点に機械開閉機構を有する機械スイッチ３ｂが設けられ、機械スイッチ３ａ、３ｂに並列に半導体スイッチ２ｃが接続されている。機械スイッチ３ａ、３ｂの各々の開閉状態を検出する開閉状態検出器１８ｃ、１８ｄが設けられ、これらの検出信号が制御回路２０に入力されている。
【００２９】
図５において、常用系統１aから予備系統１ｃ及び予備系統１ｃから常用系統１ａの切換時には半導体スイッチ２ｃ及び機械スイッチ３ａ、３ｂを用いたハイブリッド式の切換を行うことになる。系統切換操作の際には半導体スイッチ２ｃを動作させた後、機械スイッチ３ａ、３ｂの切換操作を行うことになる。
【００３０】
図５のようにコンバータ７に接続されたインバータ６を用いることで、交流電源系統より入力される電圧に歪みがあった場合にも負荷４へ高品質な交流電力を供給できる。
【００３１】
図６は実施形態６を示すブロック図であり、コンバータ７とインバータ６の直流系統に直流電源５が接続され、直流電源５の電圧を検出する直流電圧検出回路１９が設けられ、この検出信号が制御回路２０に入力され、また直流電源５から出力される電流を検出する電流検出器１７ｃが設けられ、この検出信号が制御回路２０に入力されるようになっている。
【００３２】
ここで、蓄電池劣化診断方法について、図８を参照して説明する。図８（ａ）は蓄電池運転指令を示し、図８（ｂ）は蓄電池電圧を示している。蓄電池劣化診断を行う際には蓄電池充電後、停電試験を行い、バッテリセル電圧が規定値を下回っていた場合、蓄電池の劣化と判断する。例えば、鉛蓄電池の浮動充電電圧２．２３〔Ｖ〕、蓄電池劣化判断時のセル電圧を公称バッテリセル電圧の−０．０５〔Ｖ〕とすると、セル電圧が２．１７〔Ｖ〕を下回ったとき蓄電池劣化と判断する。蓄電池電圧はこれとセル数の積であるためセル数を２００個としたとき蓄電池電圧は４３６〔Ｖ〕となる。
【００３３】
また、通常運転時は常用系統１ａよりコンバータ７を通じて電力供給が行われるため、直流電圧検出回路１９より検出される蓄電池電圧はフロート充電電圧に保たれているため、停電試験を行い常用系統１ａの入力を遮断し、蓄電池からの給電に切り替わったタイミングにおいて蓄電池電圧が規定値を下回っていた場合蓄電池劣化と判断する。
【００３４】
以上述べた実施形態６によれば、蓄電池の劣化を診断することができ、蓄電池の交換等を推奨することで給電信頼性の向上が図れる。
【符号の説明】
【００３５】
１ａ…常用系統、１ｂ…予備系統、１ｃ…バイパス用電源、２ａ…半導体スイッチ、２ｂ…半導体スイッチ、２ｃ…半導体スイッチ、３ａ…開閉器、３ｂ…開閉器、３ｃ…機械スイッチ、４…負荷、５…直流電源、６…インバータ、７…コンバータ、８…状態・制御信号、９…系統切換器、１６ａ…電圧検出器、１６ｂ…電圧検出器、１７ａ…電流検出器、１７ｂ…電流検出器、１７ｃ…電流検出器、１８…切換状態検出器、１９…直流電圧検出回路、２０…制御回路、２１…波形記憶回路、２２…制御演算回路、２３…計測演算回路、２４…内部記憶回路、２５…外部記憶回路、２６…通信回路、３０…使用開始初期蓄電池電圧、３１…使用末期蓄電池電圧
【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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