JP6787600B2

JP6787600B2 - 放電装置

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Publication number: JP6787600B2
Application number: JP2019038385A
Authority: JP
Inventors: 暢田中
Original assignee: NEC Platforms Ltd
Current assignee: NEC Platforms Ltd
Priority date: 2019-03-04
Filing date: 2019-03-04
Publication date: 2020-11-18
Anticipated expiration: 2039-03-04
Also published as: JP2020145777A

Description

本発明は放電装置に関し、特に、直流電圧により電力を供給する直流電源配線に付随する浮遊容量に蓄積された電荷を放電する放電装置に関する。

光海底ケーブルでは、長距離伝送を行うために中継器を介してケーブルを接続することで伝送する信号の劣化を押さえて遠い地点に配置される拠点間での信号伝送を行う。この中継器等の光海底ケーブルに付随する装置においては、電源を必要とする。そのため、光海底ケーブルでは、光伝送ケーブルとともに電源ケーブルが設けられる。この電源ケーブルは、中継器等に供給する電力を高電圧定電流で伝達する。また、この電源ケーブルでは、給電状態において、高電圧に起因する電荷がケーブルに付随する浮遊容量に蓄積される。

そして、この電源ケーブルが断線したことによる障害が発生した場合、浮遊容量に蓄積された電荷が残った状態で作業を行うと、浮遊容量に蓄積された電荷によって発生する高電圧感電によって感電等の重大事故が発生するおそれがある。そこで、電源ケーブルの浮遊容量に蓄積された電荷を安全に放電する放電回路の一例が特許文献１に開示されている。

特許文献１に記載の高圧部放電回路は、浮遊容量に蓄積された電荷の影響により高電圧が現れる線路間の電荷を放電するための高電圧部放電回路であって、高電圧が現れる線路間もしくは１つの線路とアースとの間に接続され、互いに直列に接続されたスイッチ手段と抵抗器とを含む放電回路と、スイッチ操作もしくは信号入力に応答して、前記放電回路のスイッチ手段を一時的に導通状態に制御する放電制御回路とを設けたことを特徴とする。

特開２００２−３１５１８７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の高圧部放電回路では、放電に用いる抵抗器の抵抗値が一定である。ここで、浮遊容量に蓄積された電荷の放電時間は、浮遊容量と抵抗器の抵抗値の積で決定される。そのため、特許文献１に記載の高圧部放電回路では、浮遊容量に蓄積された電荷の放電時間が長くなる問題がある。

本発明にかかる放電回路の一態様は、直流電圧により電力の伝達を行う直流電源配線が接続される入力端子と、前記直流電源配線の浮遊容量に蓄積された電荷を内蔵する放電抵抗を介して放電する放電可変負荷部と前記入力端子から入力される前記直流電圧を前記放電可変負荷部に与えるか否かを切り替える入力スイッチと、前記放電可変負荷部に入力される前記直流電圧の電圧値を検出する電圧検出部と、前記電圧検出部において検出された検出電圧値の低下割合に基づき前記放電可変負荷部の放電抵抗の抵抗値の大きさを変化させる制御部と、を有する。

本発明にかかる放電回路によれば、光海底ケーブルの浮遊容量に蓄積された電力の放電を短時間に行うことができる。

実施の形態１にかかる放電回路を含む光海底ケーブルシステムのブロック図である。比較例にかかる放電回路のブロック図である。ケーブル長に起因する放電時間の違いを説明する図である。放電特性及び放電時間について、実施の形態１にかかる放電回路と比較例にかかる放電回路の違い説明する図である。実施の形態１にかかる放電回路の検出電圧及び放電抵抗の時間に対する変化を説明する図である。実施の形態１にかかる放電回路の動作を説明するフローチャートである。

実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。まず、図１に実施の形態１にかかる放電回路１０を含む光海底ケーブルシステム１のブロック図を示す。図１に示すように、放電回路１０は、光海底ケーブル２０の直流電源配線（例えば、電源ケーブル）の一端に入力端子Ｔｉｎが接続される。そして、電源ケーブルは、導体抵抗Ｒを有する。また、電源ケーブルは、電力を伝達する導体と海水（又は地表）との間に発生する浮遊容量Ｃｐを有する。放電回路１０は、この浮遊容量Ｃｐに蓄積される電荷を放電伝する。

放電回路１０は、入力端子Ｔｉｎ、放電可変負荷部１１、電圧検出部１２、制御部１３、入力スイッチＳＷを有する。入力端子Ｔｉｎは、直流電圧により電力の伝達を行う電源ケーブルが接続される。入力スイッチＳＷは、入力端子Ｔｉｎから入力される直流電圧を放電可変負荷部１１に与えるか否かを切り替える。放電可変負荷部１１は、電源ケーブルの浮遊容量に蓄積された電荷を内蔵する放電抵抗を介して放電する。電圧検出部１２は、放電可変負荷部１１に入力される直流電圧の電圧値を検出する。この電圧検出部１２は、例えば、アナログデジタル変換回路を含むＭＣＵ（Micro Controller Unit）等のプログラム実行が可能な半導体装置である。電圧検出部１２は、検出した電圧値を検出電圧値Ｖｓｅｎとして出力する。制御部１３は、電圧検出部１２において検出された検出電圧値Ｖｓｅｎの低下割合に基づき放電可変負荷部１１の放電抵抗の抵抗値の大きさを変化させる。制御部１３は、演算した結果を放電抵抗値Ｒｉｎｓｔとして出力し、放電可変負荷部１１は、放電抵抗値Ｒｉｎｓｔに従って放電抵抗の抵抗値を切り替える。つまり、放電可変負荷部１１の放電抵抗は、所定の範囲で抵抗値を切り替えることができる可変抵抗である。

次いで、実施の形態１にかかる放電回路１０の動作について説明する。放電回路１０の動作の説明では、比較例にかかる放電回路１１０との比較をしながら、放電回路１０の動作を説明する。そこで、図２に比較例にかかる放電回路１１０のブロック図を示す。図２に示すように、比較例にかかる放電回路１１０は、実施の形態１にかかる放電回路１０から電圧検出部１２及び制御部１３を除いたものである。また、比較例にかかる放電回路１１０は、放電可変負荷部１１を放電負荷部１１１に置き換えたものである。放電負荷部１１１は、放電電荷を流す放電抵抗を内蔵するが、この放電抵抗は固定された一定の抵抗値を有する。

ここで、固定値の放電抵抗を用いた時の光海底ケーブル２０の長さと放電時間の関係を示す放電特性について説明する。そこで、図３にケーブル長に起因する放電時間の違いを説明する図を示す。図３に示す例は、放電抵抗として固定の抵抗値を有する放電回路を用いたものである。図３に示すように、電源ケーブルの浮遊容量Ｃｐに蓄積される電力は、放電開始時点では急激に下がるが、時間とともに浮遊容量Ｃｐに蓄積された電力は徐々に小さくなり、最終的には０Ｗに近い値となる。また、図３に示すように、電源ケーブルの浮遊容量Ｃｐに蓄積される電力は、ケーブル長が長くなるほど大きくなる。そのため、電源ケーブルの放電時間は、ケーブル長が長くなるほど長くなる。

続いて、実施の形態１にかかる放電回路１０の放電特性と比較例にかかる放電回路１１０の放電特性について説明する。そこで、図４に放電特性及び放電時間について、実施の形態１にかかる放電回路と比較例にかかる放電回路の違い説明する図を示す。図４に示すように、比較例にかかる放電回路１１０の放電特性は、放電電力が時間とともに漸減するように低下する。一方、実施の形態１にかかる放電回路１０では、放電すべき電力の放電が完了するまでほぼ一定の放電電力を維持する。

総放電電力をＰ、実施の形態１にかかる放電回路１０による放電と、比較例にかかる放電回路１１０による放電と、の両方で放電される放電電力をＰ１、比較例にかかる放電回路１１０によってのみ放電される放電電力をＰ２、実施の形態１にかかる放電回路１０によってのみ放電される放電電力をＰ３とすると、放電電力は（１）式、（２）式で表される。
Ｐ＝Ｐ１＋Ｐ３＝Ｐ１＋Ｐ２・・・（１）
Ｐ２＝Ｐ３・・・（２）

そして、実施の形態１にかかる放電回路１０では、一定の放電電力を維持して放電を行うことで放電時間Ｔ１０は、比較例にかかる放電回路１１０を用いた時の放電時間Ｔ１に比べて短くなる。

また、実施の形態１にかかる放電回路１０における放電特性として、電圧検出部１２にて検出された検出電圧値Ｖｓｅｎの時間変化と、放電抵抗の抵抗値Ｒｉｎｓｔの抵抗値の時間変化と、について説明した。そこで、図５に実施の形態１にかかる放電回路１０の検出電圧及び放電抵抗の時間に対する変化を説明する図に示す。

図５に示すように、実施の形態１にかかる放電回路１０では、時間の経過とともに検出電圧Ｖｓｅｎが低下する。このとき、放電回路１０の電圧検出部１２は、検出電圧値Ｖｓｅｎを所定の周期で取得し、制御部１３に伝達する。そして、制御部１３が、前回の検出電圧値と今回の検出電圧値との割合に基づき放電抵抗の抵抗値の更新値を決定する。つまり、放電回路１０は、放電抵抗を介して放電される電力が一定となるように放電抵抗の抵抗値を更新する。このような放電抵抗の抵抗値の更新処理を行いながら放電を行うことで、実施の形態１にかかる放電回路１０では、放電電力が時間とともに漸減することを防止して、より短時間で浮遊容量Ｃｐに蓄積された電力を放電する。

続いて、実施の形態１にかかる放電回路１０の放電処理についてフローチャートを用いて説明する。そこで、図６に実施の形態１にかかる放電回路１０の動作を説明するフローチャートを示す。なお、図６中のｎは、図中のステップＳ２からステップＳ９の処理を繰り返した回数を示す整数である。

図６に示すように、実施の形態１にかかる放電回路１０では、入力スイッチＳＷをオンすることで動作が開始される（ステップＳ１）。つまり、入力スイッチＳＷがオンすることで、放電回路１０では、放電可変負荷部１１、電圧検出部１２、制御部１３が動作を開始する。

そして、電圧検出部１２が放電可変負荷部１１に印加される直流電圧を検出して検出電圧Ｖｓｅｎ［ｎ］を取得する（ステップＳ２）。そして、電圧検出部１２は、検出電圧値Ｖｓｅｎ［ｎ］がゼロであるか否かを判断する（ステップＳ３）。このステップＳ３の確認処理において、検出電圧値Ｖｓｅｎ［ｎ］がゼロであれば、放電回路１０は放電処理を終了する。一方、ステップＳ３の確認処理において、検出電圧値Ｖｓｅｎ［ｎ］がゼロに達していない場合、電圧検出部１２は、制御部１３に検出電圧値Ｖｓｅｎ［ｎ］を送信する（ステップＳ４）。

そして、制御部１３は、前回の処理サイクルで取得した検出電圧値Ｖｓｅｎ［ｎ］があるか否かを判断する（ステップＳ５）。制御部１３は、例えば、メモリを内蔵しており、電圧検出部１２から送信される検出電圧値Ｖｓｅｎ［ｎ］の履歴を少なくとも１処理サイクル分保持する。

制御部１３は、検出電圧値Ｖｓｅｎの前回値がない場合、ステップＳ６において、放電抵抗値Ｒｉｎｓｔの更新後の値を算出する。また、制御部１３は、検出電圧値Ｖｓｅｎの前回値があった場合、ステップＳ７において、放電抵抗値Ｒｉｎｓｔの更新後の値を算出する。ステップＳ６は、処理開始後の１回目の放電抵抗値Ｒｉｎｓｔの更新値の算出処理である。このステップＳ６の放電抵抗値Ｒｉｎｓｔの算出処理では、（３）式の計算式に基づき更新後の放電抵抗値Ｒｉｎｓｔ［１］を算出する。なお、制御部１３は、電源ケーブルの長さにより決定される初期電圧値Ｖｓｅｎ［０］と、予め決定された抵抗値（例えば、初期放電抵抗値Ｒｉｎｓｔ［０］）と、を保持している。
Ｒｉｎｓｔ［１］＝Ｒｉｎｓｔ［０］×Ｖｓｅｎ［１］^２／Ｖｓｅｎ［０］^２・・・（３）

また、ステップＳ７は、処理開始後の２回目以降の放電抵抗値Ｒｉｎｓｔの更新値の算出処理である。このステップＳ７の放電抵抗値Ｒｉｎｓｔの算出処理では、（４）式の計算式に基づき更新後の放電抵抗値Ｒｉｎｓｔ［ｎ］を算出する。なお、（４）式において、検出電圧値Ｖｓｅｎ［ｎ−１］は、検出電圧値Ｖｓｅｎ［ｎ］の前回値であり、放電抵抗値Ｒｉｎｓｔ［ｎ−１］は、更新前の放電抵抗値である。
Ｒｉｎｓｔ［ｎ］＝Ｒｉｎｓｔ［ｎ−１］×Ｖｓｅｎ［ｎ］^２／Ｖｓｅｎ［ｎ−１］^２
・・・（４）

（３）式及び（４）式に基づき放電抵抗値Ｒｉｎｓｔの更新後の値（例えば、放電抵抗値［ｎ］）を算出することで、放電電力Ｐｏは、（５）式により表される。
Ｐｏ＝Ｖｓｅｎ［０］^２／Ｒｉｎｓｔ［０］^２
＝Ｖｓｅｎ［１］^２／Ｒｉｎｓｔ［１］^２
＝Ｖｓｅｎ［ｎ］^２／Ｒｉｎｓｔ［ｎ］^２
＝Ｖｓｅｎ［ｎ＋１］^２／Ｒｉｎｓｔ［ｎ＋１］^２・・・（５）
つまり、放電回路１０では、放電処理期間中の放電電力Ｐｏを一定の範囲に維持する。

その後、放電回路１０は、制御部１３から放電可変負荷部１１に更新後の放電抵抗値Ｒｉｎｓｔ［ｎ］を送信する（ステップＳ８）。また、放電可変負荷部１１は、与えられた放電抵抗値Ｒｉｎｓｔ［ｎ］に基づき放電可変負荷部１１内の放電抵抗の抵抗値を変更する（ステップＳ９）。

上記説明より、実施の形態１にかかる放電回路１０を用いることで、光海底ケーブル２０の浮遊容量Ｃｐに蓄積された電力の放電を短時間に行うことができる。また、実施の形態１にかかる放電回路１０では、ケーブル長から求められる初期電圧値Ｖｓｅｎ［０］を設定することで、その後の放電特性を放電処理中に検出される検出電圧値Ｖｓｅｎの変化率に応じて決定する。これにより、実施の形態１にかかる放電回路１０では、ケーブル長毎に放電プロファイルを設定することなく、より短い時間での放電処理を行うことができる。そして、このように浮遊容量Ｃｐに蓄積された電荷の放電時間を短くするとで、光海底ケーブル２０の損傷等の不具合を復旧するための時間を短縮することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１光海底ケーブルシステム
１０放電回路
１１放電可変負荷部
１２電圧検出部
１３制御部
２０光海底ケーブル
Ｔｉｎ入力端子
ＳＷ入力スイッチ
Ｒ導体抵抗
Ｃｐ浮遊容量
Ｒｉｎｓｔ放電抵抗値
Ｖｓｅｎ検出電圧値

Claims

直流電圧により電力の伝達を行う直流電源配線が接続される入力端子と、
前記直流電源配線の浮遊容量に蓄積された電荷を内蔵する放電抵抗を介して放電する放電可変負荷部と
前記入力端子から入力される前記直流電圧を前記放電可変負荷部に与えるか否かを切り替える入力スイッチと、
前記放電可変負荷部に入力される前記直流電圧の電圧値を検出する電圧検出部と、
前記電圧検出部において検出された検出電圧値の低下割合に基づき前記放電可変負荷部の放電抵抗の抵抗値の大きさを変化させる制御部と、を有し、
前記制御部は、前記直流電源配線の長さにより決定される初期電圧値と、放電開始時の前記直流電圧の電圧値と、に基づき最初の前記放電抵抗の大きさを決定する放電装置。
前記制御部は、予め決定された抵抗値と、前記初期電圧値と放電開始時の前記直流電圧の電圧値の割合に基づき最初の前記放電抵抗の大きさを決定する請求項１に記載の放電装置。
前記制御部は、前記放電抵抗を介して放電される電力が一定となるように前記放電抵抗の抵抗値を更新する請求項１又は２に記載の放電装置。
前記入力スイッチがオンされたことに応じて、前記放電可変負荷部、前記電圧検出部及び前記制御部が動作を開始する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の放電装置。