JP5542942B2 - 接地装置 - Google Patents

Description

直流電源例えば太陽電池の直流電力を、電力変換器（パワーコンディショナ）を介して電力変換し、これを交流電力系統に供給するシステムにおける、太陽電池と電力変換器の間の直流正側母線又は直流負側母線と対地との間に、設置される接地装置に関する。

特許文献１は、例えば太陽電池から供給される直流電力を接地された接地負荷に供給する電力供給装置であって、前記接地負荷へ電力を供給する入出力が非絶縁の電力供給手段と、前記電力供給手段と前記接地負荷との間を開閉する第一の出力開閉器と、前記電力供給装置の電力入力端近傍と接地電位との間にインピーダンス手段、電圧又は電流検出手段及び対地開閉器を有する地絡検出回路と、前記電力供給手段、前記第一の出力開閉器及び前記地絡検出回路を制御する制御手段とを有し、前記制御手段は前記第一の出力開閉器を開状態、及び前記対地開閉器を閉状態にした場合に前記電圧又は電流検出手段により検出される電圧又は電流値に基づき、接地負荷以外における地絡検出は主電圧の電圧相違を検出するようにしたものである。

特許文献１は、このような構成を備えているので、接地された負荷に未接続の状態で地絡を検出することができる。

特許文献２は、例えば太陽電池から入力される直流電力を、入出力間が絶縁されていないコンバータ回路及びインバータ回路を経て交流電力に変換し、接地された系統に出力する系統連系インバータであって、前記太陽電池の地絡を検出する直流地絡検出手段を備えたものにおいて、入力電圧又は前記コンバータ回路とインバータ回路との間における中間電圧を制御して上昇又は下降させることにより前記太陽電池の対地電位をゼロ近傍以外の値とする制御手段を具備し、接地検出は主電流の電流相違を検出する系統連系インバータである。

特許文献２は、このような構成を備えているので、入力電圧又は中間電圧を制御して上昇又は下降させることにより太陽電池の対地電位をゼロ近傍以外の値とする制御手段を設けたため、太陽電池における地絡を確実に検出できる。

特開２００１−１６９５６１ 特開２００１−２７５２５９

太陽電池の使用条件や仕様条件から太陽電池側の直流入力母線を接地する必要がある場合、直流入力母線と対地との間に接地線を設置し、かつ、出力となる交流電力系統と対地の間に絶縁変圧器を設置して絶縁する。直流入力母線の１線が接地されている場合、直流入力母線の接地されていない他線に地絡が発生すると短絡となり、接地線に短絡電流が流れる状態が生じる。短絡電流路を断路する方法としてヒューズを使用する方法があるが、不完全地絡時（地絡点―接地線間にインピーダンスが存在している場合）、又は太陽電池特有の日射や温度条件によるＩ（電流）−Ｖ（電圧）特性から短絡電流が予想できないため、最大短絡電流を考慮して、仮に所定容量のヒューズを設置すると、ヒューズが溶断せず、短絡電流路を断路することができない場合がある。

一方、接地線に電流検出器を設ける方法は、対地電流が分かることから完全地絡状態（地絡点―接地線間にインピーダンスが存在しない場合の地絡事故）又は不完全地絡状態が分かるが、短絡電流の大小で検出精度を確保することが困難であると共に地絡点―接地線間の短絡電流路を断路することができない。また、接地線は短絡電流を許容する導体を選定する必要がある。

本発明は、接地点―接地線間の完全地絡時の瞬時流路開放、不完全地絡時の流路開放、乃至は、運転継続による警報通知が可能となる接地装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明は、直流電源と、前記直流電源の直流電力を直流正側出力母線及び直流負側出力母線を介して入力し交流電力に変換する電力変換器と、前記電力変換器の出力側に接続された絶縁変圧器と、前記直流正側出力母線及び前記直流負側出力母線にそれぞれ接続され、その回路に流れる電流が第１の保護設定値を超えたとき前記直流電源と前記電力変換器との間の電路を開放可能にする遮断器と、前記電力変換器と前記遮断器との間であって、前記直流正側出力母線又は前記直流負側出力母線と対地との間を接続する接地線と、前記接地線に流れる電流を検出する電流検出器と、前記接地線の一部に直列に挿入され、前記接地線に流れる電流が前記電流検出器を壊さないような電流検出レベルの第２の保護設定値を超えたとき溶断するヒューズと、前記電流検出器で検出した電流検出値が第３の保護設定値を超えたとき前記遮断器に対して開放動作指令を与える判定器とを具備した接地装置である。

本発明によれば、完全地絡時の瞬時流路開放、不完全地絡時の流路開放、乃至は、運転継続による警報通知（誤動作防止も兼ねる）が可能となる接地装置を提供できる。

図１は、本発明の接地装置の第１の実施形態を説明するための概略構成図である。 図２は、図１の動作例１を説明するための図である。 図３は、図１の動作例２を説明するための図である。 図４は、図１の動作例３を説明するための図である。

以下、本発明の実施形態を図１〜図４を参照して説明する。太陽電池（ＰＶ）１の出力電力である直流電力を、電力変換器（パワーコンディショナ）例えばインバータ３により、交流電力に変換して交流電力系統８に供給されるようになっており、インバータ３と交流電力系統８を接続する接続母線１３に絶縁変圧器１０が接続されている。

インバータ３の入力側の直流正側母線（Ｐ）１１と直流負側母線（Ｎ）１２間には平滑コンデンサ４が接続され、インバータ３の出力側と絶縁変圧器１０との間の接続母線１３にはリアクトル５とコンデンサ６からなるスナバ回路が接続され、またスナバ回路と絶縁変圧器１０の間における接続母線１３には開閉器７が接続されている。さらに、太陽電池１の出力側とトリップ機能付きの遮断器２１が接続されている直流正側母線１１の一部に逆流防止用のダイオード９が接続されている。

そして、太陽電池１の出力側と平滑コンデンサ４の間の、直流正側母線１１と直流負側母線１２には、次に述べる本発明の接地装置２が設置されている。接地装置２は、直流正側母線１１と直流負側母線１２に直列に接続され、保護設定値（設定電流値）又はこれを超えたときトリップ動作をする遮断器２１と、遮断器２１と平滑コンデンサ４とが接続されている例えば直流負側母線１２と対地２６との間を接続する接地線２５と、接地線２５に流れる電流を検出する電流検出器２３と、接地線２５の一部に直列に挿入され、接地線２５に流れる電流が電流検出器２３を壊さないような電流検出レベルを超え、第１の保護設定値例えば５Ａを超えた完全地絡状態のとき溶断し、且つ電流検出器２３を壊さないような電流検出レベル例えば１０Ａ以下の不完全地絡状態のときは溶断しないヒューズ２２と、以下に述べる判定器２４を備えている。

判定器２４は、電流検出器２３で検出した電流検出値Ｉｇ例えば１０００Ａが第１の保護設定値例えば５Ａを超えたとき遮断器２１に対して開放動作指令（トリップ指令）を与え、また電流検出器２３で検出した電流検出値Ｉｇ例えば５Ａが、第１の保護設定値５Ａと等しい第２の保護設定値５Ａのとき遮断器２１に対して開放動作指令を与え、さらに電流検出器２３で検出した電流検出値Ｉｇ例えば１Ａがヒューズ２２の保護設定値より小さい第２の保護設定値例えば０．５Ａのとき、図示しない上位監視側に対して警報を発生するものである。

ヒューズ２２は、図２に示すように接地線２５の一部に直列に挿入され、接地線２５に流れる電流が電流検出器２３を壊さないような電流検出レベル例えば１０Ａを超え、第１の保護設定値例えば５Ａを超えた完全地絡状態のとき溶断し、且つ図３に示すように電流検出器２３を壊さないような電流検出レベル例えば１０Ａ以下の不完全地絡状態のときは溶断しないものである。

電流検出器２３としては、例えばホールＣＴであり、直流では飽和せず、交流分はもちろん直流分も検出できるものである。

ここで、電流検出器２３とヒューズ２２は、次のような関係になるように選択されている。すなわち、電流検出器２３は数Ａの地絡電流を計測できるような、小さなものを選択し、またヒューズ２２は、電流検出器２３を壊さないような保護設定値例えば５Ａを超える電流値で溶断するものを選択している。

判定器２４は、具体的には第１の保護設定値Ａ＝検出電流値Ｉｇなら遮断器２１に対して開放指令（トリップ指令）を与え、また第２の保護設定値Ｂ＜検出電流値Ｉｇ＜第１の保護設定値Ａなら図示しない上位監視側に対して警報のみを与える。

以上のように構成された設置装置２の動作について、図２〜図４を参照して説明する。

始めに、図２を参照して完全地絡（短絡）状態について説明する。今例えば、太陽電池１の出力側とインバータ３の間に１０００Ａの電流が流れると、ヒューズ２２の溶断により瞬時にヒューズ２２と電流検出器２３が接続されている接地回路を開放する。これと同時に保護設定値が５Ａと設定されているので、電流検出器２３の検出値が１０００Ａであるので、判定器２４から遮断器２１に対してトリップ指令が与えられ、遮断器２１が開放状態となる。

次に、図３を参照して不完全地絡状態について説明する。今例えば、太陽電池１の出力側とインバータ３の間に５Ａの電流が流れると、これが保護設定値と等しいので、ヒューズ２２は溶断せず、保護設定値が５Ａと設定されているので、電流検出器２３の検出値が５Ａであるので、判定器２４から遮断器２１に対してトリップ指令が与えられ、遮断器２１が開放状態となる。

また、図４を参照して図示しない上位監視側に対して警報のみを与える場合について説明する。いま電流検出器１Ａを検出すると、判定器２４において、０．５Ａ＜１Ａ＜５Ａと判定され、判定器２４は図示しない上位監視側に対して警報のみを与える。

ここで、完全地絡と、不完全地絡の定義について説明する。完全地絡とは、直流正側母線１１と直流負側母線１２間にインピーダンスがない状態で、直流正側母線１１と直流負側母線１２がつながることである。

不完全地絡とは、直流正側母線１１と直流負側母線１２間にインピーダンスがある状態で、直流正側母線１１と直流負側母線１２がつながることである。

以上述べた接地装置によれば、完全地絡時の瞬時流路開放、不完全地絡時の流路開放、乃至は、運転継続による警報通知（誤動作防止も兼ねる）が可能となる。

以上述べた接地装置は、太陽光発電用パワーコンディショナにおいて、特にパワーコンディショナ側でＮ接地又はＰ接地が必要な場合に適用すると有益である。

以上述べた実施形態は、判定器２４として、本発明の動作を説明するための図２、図３、図４を全て備えたものについて説明したが、このうちの１つを備えたものであっても本発明は成立することは言うまでもない。

１…太陽電池、２…接地装置、３…インバータ、４…平滑コンデンサ、５…リアクトル、６…コンデンサ、７…開閉器、８…交流電力系統、９…ダイオード、１０…絶縁変圧器、１１…直流正側母線、１２…直流負側母線、２１…遮断器、２２…ヒューズ、２３…電流検出器、２４…判定器、２５…接地線、２６…対地。

Claims (4)

1. 直流電源と、
   前記直流電源の直流電力を直流正側出力母線及び直流負側出力母線を介して入力し交流電力に変換する電力変換器と、
   前記電力変換器の出力側に接続された絶縁変圧器と、
   前記直流正側出力母線及び前記直流負側出力母線にそれぞれ接続され、その回路に流れる電流が第１の保護設定値を超えたとき前記直流電源と前記電力変換器との間の電路を開放可能にする遮断器と、
   前記電力変換器と前記遮断器との間であって、前記直流正側出力母線又は前記直流負側出力母線と対地との間を接続する接地線と、
   前記接地線に流れる電流を検出する電流検出器と、
   前記接地線の一部に直列に挿入され、前記接地線に流れる電流が前記電流検出器を壊さないような電流検出レベルの第２の保護設定値を超えたとき溶断するヒューズと、
   前記電流検出器で検出した電流検出値が第３の保護設定値を超えたとき前記遮断器に対して開放動作指令を与える判定器と、
   を具備したことを特徴とする接地装置。
2. 前記第１の保護設定値と前記第３の保護設定値が等しいこと
   を特徴とする請求項１に記載の接地装置。
3. 前記判定器は、前記第３の保護設定値より小さいとき警報を発生すること、
   を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の接地装置。
4. 前記判定器は、誤検出防止のオフセット値を超えないとき前記警報を発生しないこと、
   を特徴とする請求項３に記載の接地装置。

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