JPH099528A - 非常用電源システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 交流電源系統からの電源供給が停止したと
き、非常用の交直兼用負荷系統と非常用の交流負荷系統
の両者に電源供給できるようにした非常用電源システム
を提供すること。 【構成】 この非常用電源システムには交流電源系統に
非常用の交直兼用負荷系統５と非常用の交流負荷系統
６、および交直変換装置８が接続される。そして交直変
換装置８は交流を直流に変換する交直変換と直流を交流
に変換する直交変換を切換できる双方向変換部９と、そ
の直流側に接続された蓄電装置１０とを備えている。停
電時には交直変換装置８の直流側から非常用の交直兼用
負荷系統５に電源が供給されると共に、交直変換装置８
の交流側から非常用の交流負荷系統６にも電源が供給さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は非常用の負荷系統に対し
て電源を供給するための非常用電源システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、ビル等の建築物には建築基準
法による規制、または他の目的等により交直変換装置を
備えた非常用電源システムが設けられている。交直変換
装置はサイリスタなどを使用した交直変換部と、その直
流出力側に接続されたアルカリ蓄電池や鉛蓄電池を直並
列して構成した蓄電装置を備えている。そして平常時に
は交流電源系統からの交流を交直変換部で直流に変換し
てその出力を蓄電装置に蓄え、交流電源系統からの電源
供給が停止したときに、非常用の負荷系統への電源供給
を交流電源系統から交直変換装置へ切換できるようにな
っている。そのような非常用の負荷系統には、例えば非
常用照明設備、防災設備、防犯設備等の非常用電気設備
が接続される。上記のような非常用電源システムが設け
られる場合に、それら非常用電気設備は交流電源系統か
らの電源供給が継続しているときには交流で駆動され、
交流電源系統からの電源供給が停止したときに直流で駆
動されるので交直兼用型とする必要がある。そのため、
例えば非常用照明設備として白熱電灯を使用する場合は
交流と直流のいずれでも問題はないが、その他防災設備
等は個々に直交変換機能が設けられる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし電力消費や照度
の点から非常用照明設備としては、白熱電灯より交流か
ら電源供給される蛍光灯の方が好ましい。またその他の
非常用電気設備も設備費用等から交流専用型の方が好ま
しいことが多い。そこで本発明は、非常用電気設備とし
て交直兼用と交流専用の両者を設け、交流電源系統から
の電源供給が停止したとき、交直変換装置から非常用の
交直兼用負荷系統と非常用の交流負荷系統の両者に電源
を供給できる非常用電源システムを提供することを課題
とするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、非常
用の交直兼用負荷系統、非常用の交流負荷系統および交
直変換装置が交流電源系統に接続されている非常用電源
システムである。そして交直変換装置は双方向変換部と
蓄電装置を備えている。この双方向変換部は、交流電源
系統が接続される交流側入出力部と、蓄電装置が接続さ
れる直流側入出力部を有し、さらに交流電源系統からの
交流を直流に変換して直流側入出力部から出力する交直
変換と、蓄電装置に蓄電された直流を交流に変換して交
流出力を交流側入出力部から出力する直交変換のいずれ
かを切換得るようになされている。そして、交流電源系
統からの電源供給が停止したとき、非常用の交直兼用負
荷系統への電源供給を交流電源系統から双方向変換部の
直流側入出力部に切換られる。さらに、交流電源系統か
らの電源供給が停止したときには双方向変換部を直交変
換状態にすると共に、非常用の交流負荷系統への電源供
給を交流電源系統から双方向変換部の交流側入出力部に
切換られるように構成したことを特徴とするものであ
る。

【０００５】上記非常用電源システムの好ましい実施態
様においては、交流電源系統からの電源供給が停止した
とき、非常用の交直兼用負荷系統および非常用の交流負
荷系統の合計負荷容量を交直変換装置の許容負荷容量以
内に制限調整してそれら両負荷系統に交直変換装置から
電源供給するように構成される。上記非常用電源システ
ムのさらに好ましい実施態様においては、交直変換装置
が複数並列に接続され、非常用電源システムとしての信
頼性をより高めるように考慮される。上記非常用電源シ
ステムの好ましい別の実施態様においては、交流電源系
統に複数の配電幹線が接続され、各配電幹線のそれぞれ
に非常用の交直兼用負荷系統と非常用の交流負荷系統、
さらに交直変換装置が接続され、異なる配電幹線に接続
されている交直変換装置の間を連結手段により連携し並
列運転できるように構成し、非常用電源システムとして
の信頼性をさらに高めるように考慮される。

【０００６】

【作用】本発明の非常用電源システムによれば、交流電
源系統からの電源供給が停止したとき、非常用の交直兼
用負荷系統への直流による電源供給だけはでなく、非常
用の交流負荷系統への交流による電源供給も交直変換装
置によって行うことができる。そのため非常用電気設備
として交流専用型のものも使用可能となる。しかも交流
電源系統からの電源供給が停止したとき、交直変換装置
における双方向変換部は、非常用の交流負荷系統のみに
電源供給するだけの容量を有すればよいので、その容量
を特別に増加する必要はない。

【０００７】

【実施例】次に図面により本発明の実施例を説明する。
図１は本発明の非常用電源システムの１例を示す電気系
統図である。例えば３相高圧６．６ＫＶの商用交流電源
が受電設備１で所定の低圧に変換されて配電幹線２に供
給される。交流電源系統としての配電幹線２には、非常
用の交直兼用負荷系統５と非常用の交流負荷系統６が負
荷配線３，４により接続され、さらに交直変換装置８が
負荷配線７により接続されている。交直変換装置８は双
方向変換部９と蓄電装置１０により構成され、それらは
信頼性を高めるため複数基が並列に接続されている。な
お１１，１２，１３，１４は遮断器であり、系統に短絡
事故などが生じたときに、図示しない過電流継電器など
の保護継電器によりそれぞれ作動するようになってい
る。さらに負荷配線４と負荷配線７の間を接続する連結
配線１５には遮断器（または開閉器）１６が設けられて
いる。なお１７はビルの総合管理システムに設けられた
負荷制御部であり、後述するように、非常用の交直兼用
負荷系統５と非常用の交流負荷系統６の負荷容量を制限
調整するものである。

【０００８】図２に交直変換装置８の構成の概要を示
す。双方向変換部９は交流電源系統が接続される交流側
入出力部２０と蓄電装置１０が接続される直流側入出力
部２１を備え、交流電源系統からの交流を直流に変換し
て直流側入出力部２１から出力する交直変換と、蓄電装
置１０に蓄電された直流を交流に変換して交流側入出力
部２０から出力する直交変換の両方を切換て行うことが
できる。すなわち６つのダイオード２２で構成されるダ
イオードブリッジにより、交流側入出力部２０に供給さ
れる３相の交流電源を直流に変換し、直流側入出力部２
１から出力する場合が交直変換であり、６つのダイオー
ド２２にそれぞれ並列接続したＩＧＢＴ（Insulated Ga
te Baipolar Transistor) 等の制御スイッチ２３を交流
電源系統の３相交流周波数と同一周波数で切換制御する
ことにより、蓄電装置１０に蓄電された直流を交流に変
換し交流側入出力部２０から交流を出力する場合が直交
変換である。

【０００９】図３は上記双方向変換部９の６つの制御ス
イッチ２３のオンオフを制御する制御回路のブロック図
である。制御回路２４は、始動信号Ａによりスタートす
る発振部２５と、その周波数に同期した速度で制御パル
スを出力する制御部２６により構成されている。なおこ
の制御回路２４は前記ＩＧＢＴを使用した通常のインバ
ータと基本的には同様となるので、その詳細な説明は省
略する。

【００１０】図４は図１の非常用電源システムの制御回
路である。図において、３０は交流電源系統からの電源
供給が停止したときにオンになる停電接点、３１はそれ
が復帰したときにオンになる復電接点、３２は遮断器１
６が開路したときにオンになる接点、３３は遮断器１２
が開路したときにオンになる接点、３４は遮断器１３が
開路したときにオンになる接点、３５は各交直変換装置
８が正常に作動しているときにそれぞれオンになる正常
接点である。さらに、３６はアンド回路、３６ａはオア
回路、３７，３８はフリップフロップ回路、３９は駆動
回路、４０は制御部、４１は非常用の交直兼用負荷系統
５の負荷調整部、４２は非常用の交流負荷系統６の負荷
調整部、４３は制御部４０への始動信号、４４は制限完
了信号、４５は制御部４０と負荷調整部４１との間の制
御信号、４６は制御部４０と負荷調整部４２との間の制
御信号である。

【００１１】図５は制御部４０と負荷調整部４１，４２
の関係をより具体的に示す制御回路図である。制御部４
０において、負荷演算部５０は正常接点３５による正常
数信号を受け、その時点での交直変換装置８の許容負荷
容量を演算する。分担指令部５１は始動信号４３を受け
ることを条件として、負荷演算部５０からの許容負荷容
量と設定部５２からの負荷分担設定信号により、許容負
荷容量を負荷調整部４１と４２へ分担させる容量を演算
してそれらへ負荷分担指令を出すと共に、負荷調整部４
１と４２から選択遮断の結果としての遮断完了信号を受
け、それを制限完了信号４４として出力する。なお負荷
分担設定信号は、許容負荷容量の値により負荷調整部４
１と４２へ分担させる割合を出力するものである。これ
ら負荷演算部５０、分担指令部５１および設定部５２は
マイクロコンピュータなどを利用したソフトウエアによ
り構成することができる。

【００１２】負荷調整部４１において、制限部５３は分
担指令部５１からの負荷分担指令と設定部５４からの負
荷選択設定値により、制限すべき負荷系統の遮断器を選
択トリップするトリップ信号５５を出力すると共に、そ
れによる開路信号を受けて前記分担指令部５１に遮断完
了信号を出力する。負荷調整部４２において、制限部５
６は分担指令部５１からの負荷分担指令と設定部５７か
らの負荷選択設定値により、制限すべき負荷系統の遮断
器を選択トリップするトリップ信号５８を出力すると共
に、それによる開路信号を受けて前記分担指令部５１に
遮断完了信号を出力する。これら負荷調整部４１，４２
もマイクロコンピュータなどを利用したソフトウエアに
より構成することができる。

【００１３】次に図１の非常用電源システムの作用を図
４および図５を参照しながら説明する。交流電源系統か
ら電源供給される平常時は、遮断器１２，１３および１
４は閉路し遮断器１６は開路している。さらに非常用の
交直兼用負荷系統５と非常用の交流負荷系統６、および
交直変換装置８は交流電源系統から電源供給され、双方
向変換部９は交直変換状態とされ、その直流出力で蓄電
装置１０が充電される。交流電源系統からの電源供給が
停止したとき、すなわち停電になったときは停電接点３
０がオンになる。するとフリップフロップ３７がリセッ
トされ、そのリセット信号Ｑ’により遮断器１２，１３
がトリップ（トリップコイルＴＣが駆動）されて開路す
る。それと共にリセット信号Ｑ’は制御部４０への始動
信号４３となる。始動信号４３を受けた制御部４０は、
負荷演算部５０の許容負荷容量と設定部５２からの負荷
分担設定信号により、その分担指令部５１から負荷調整
部４１と４２へ負荷分担指令を出す。（図５） なお負荷制限は非常用の交直兼用負荷系統５と非常用の
交流負荷系統６の両者に対して行うことができるが、ど
ちらか一方のみを負荷制限してもよく、それらの選択は
設定部５２またはそれと分担指令部５１の両者により行
うことができる。

【００１４】負荷調整部４１の制限部５３は分担指令部
５１からの負荷分担指令と設定部５４からの負荷選択設
定信号により、制限すべき非常用の交直兼用負荷系統５
の遮断器を選択トリップするトリップ信号５５を出力す
る。そのトリップ信号５５で選択された遮断器がトリッ
プすると、その開路信号を受けて制限部５３は前記分担
指令部５１に遮断完了信号を出力する。同様に負荷調整
部４２においてもその制限部５６は分担指令部５１から
の負荷分担指令と設定部５７からの負荷選択設定信号に
より、制限すべき非常用の交流負荷系統６の遮断器を選
択トリップするトリップ信号５８を出力する。そのトリ
ップ信号５８で選択された遮断器がトリップすると、そ
の開路信号を受けて制限部５６は前記分担指令部５１に
遮断完了信号を出力する。

【００１５】分担指令部５１は負荷調整部４１，４２か
らの遮断完了信号を受けて制限完了信号４４を出力す
る。そして制限完了信号４４、フリップフロップ３７の
リセット信号Ｑ’、遮断器１２の開路（接点３３のオ
ン）、遮断器１３の開路（接点３４のオン）、交直変換
装置８のいずれかの正常運転信号（オア回路３６ａの出
力オン）の全ての条件が満たされたときにフリップフロ
ップ３８はセットされる。すると、そのセット信号Ｑに
より双方向変換部９の制御回路２４に直交変換への切換
信号（スタート信号Ａ）が入力され、それによって双方
向変換部９は直交変換の状態になる。それと共に遮断器
１６が閉路（投入コイルＣ．Ｃが駆動）され、さらに直
流側信号５ａが出力されて非常用の交直兼用負荷系統５
への電源供給が交直変換装置８における直流入出力部２
１側に切換られる。双方向変換部９が直交変換へ切り換
わると、図２における蓄電装置１０に蓄電された直流が
交流に変換されて交流側入出力部２０から出力する。な
お蓄電装置１０からの直流は非常用の交直兼用負荷系統
５へも供給される。

【００１６】次に交流電源系統からの電源供給が開始し
たとき、すなわち複電したときは、複電接点３１がオン
になってフリップフロップ３８がリセットされる。フリ
ップフロップ３８のリセット信号Ｑ’により、遮断器１
６がトリップ（トリップコイルＴ．Ｃが駆動）されて開
路し、交流側信号５ｂにより非常用の交直兼用負荷系統
５への電源供給が交直変換装置８側から交流電源系統に
切換られ、さらに双方向変換部９の制御回路２４への切
換信号（スタート信号Ａ）がオフとされるので、双方向
変換部９は交直変換状態に復帰する。遮断器１６の開路
により接点３２がオンになると、フリップフロップ３７
がセットされ、遮断器１２，１３が投入（投入コイル
Ｃ．Ｃが駆動）される。フリップフロップ３７のセット
により、リセット信号Ｑ’による制御部４０への始動信
号４３がなくなるので、制御部４０は交流電源系統から
の電源供給停止前の状態になる。なお、非常用の交直兼
用負荷系統５および非常用の交流負荷系統６の負荷制限
の解除は、図示しない操作部からの指令により、手動ま
たは自動的に行うことができる。

【００１７】図６は本発明の非常用電源システムの他の
例を示す電気系統図であり、図１と同じ機器等には同一
符号が付されている。交流電源系統としての配電幹線２
は複数系統（この例では２系統）設けられ、第１の配電
幹線２ａと第２の配電幹線２ｂのそれぞれには、非常用
の交直兼用負荷系統５と非常用の交流負荷系統６（図示
せず）、負荷配線７による交直変換装置８がそれぞれ接
続されている。この例における交直変換装置８も図２に
示したものと同一であり、それを複数並列接続すること
もできる。異なる配電幹線に接続されている交直変換装
置８の間は連結手段６０により連携して並列運転できる
ように構成されている。連結手段６０は異なる配電幹線
に接続されている交直変換装置８における交流側入出力
部（または負荷配線７）の間の連結配線６１と、それに
設けられた遮断器（または開閉器）６２からなり，遮断
器６２を投入することにより異なる配電幹線に接続され
ている交直変換装置８を並列運転することができる。

【００１８】このような連結手段６０を設けることによ
り、一つの配電幹線に接続されている交直変換装置８に
容量不足を生じたときなどにおいて、他の配電幹線に接
続されている交直変換装置８からの電源供給を受けるこ
とができる。連結手段６０は上記のほかに、点線のよう
に異なる配電幹線に接続されている交直変換装置８にお
ける直流側入出力部の間に設けてもよい。さらに実線と
点線の両方を設けることもできる。実線だけの場合は非
常用の交流負荷系統間の電源供給の融通を行うことがで
き、点線だけの場合は非常用の交直兼用負荷系統間の電
源供給の融通を行うことができる。さらに実線と点線の
両方を設けた場合には、非常用の交流負荷系統間および
非常用の交直兼用負荷系統間の両方に対して電源供給の
融通を行うことができる。

【００１９】以上の例で交流電源系統は受電設備１から
電源供給されているが、受電設備１と自家発電装置から
の交流電源系統が連携されている場合にも本発明は適用
できる。また、交直変換装置８を複数並列に接続して運
転する場合、その内の１基を予備用とした冗長システム
とすることもできる。

【００２０】

【発明の効果】本発明は以上のような構成としたので、
交流電源系統からの電源供給が停止したとき、非常用の
交直兼用負荷系統への直流による電源供給だけではな
く、非常用の交流負荷系統への交流による電源供給も交
直変換装置によって行うことができる。そのため非常用
電気設備として交流専用型のものも使用可能となる。し
かも交流電源系統からの電源供給が停止したとき、交直
変換装置における双方向変換部は非常用の交流負荷系統
のみに電源供給するだけの容量を有すればよいので、そ
の容量を特別に増加する必要はない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の非常用電源システムの１例を示す電気
系統図。

【図２】図１における交直変換装置８の概要を示す電気
回路図。

【図３】図２における双方向変換部９の制御を行う制御
回路２４のブロック図。

【図４】図１の非常用電源システムの制御回路を示す電
気系統図。

【図５】図４の要部を具体的に示した制御回路図。

【図６】本発明の非常用電源システムの他の例を示す電
気系統図。

【符号の説明】

１ 受電設備 ２ 配電幹線 ２ａ 第１の配電幹線 ２ｂ 第２の配電幹線 ３ 負荷配線 ４ 負荷配線 ５ 非常用の交直兼用負荷系統 ５ａ 直流側信号 ６ 非常用の交流負荷系統 ７ 負荷配線 ８ 交直変換装置 ９ 双方向変換部 １０ 蓄電装置 １１ 遮断器 １２ 遮断器 １３ 遮断器 １４ 遮断器 １５ 連結配線 １６ 遮断器 １７ 負荷制御部 ２０ 交流側入出力部 ２１ 直流側入出力部 ２２ ダイオード ２３ 制御スイッチ ２４ 制御回路 ２５ 発振部 ２６ 制御部 ３０ 停電接点 ３１ 復電接点 ３２ 遮断器１６の開路時オン接点 ３３ 遮断器１２の開路時オン接点 ３４ 遮断器１３の開路時オン接点 ３５ 交直変換装置８の正常接点 ３６ アンド回路 ３６ａ オア回路 ３７ フリップフロップ回路 ３８ フリップフロップ回路 ３９ 駆動回路 ４０ 制御部 ４１ 交直兼用負荷系統５の負荷調整部 ４２ 交流負荷系統６の負荷調整部 ４３ 制御部４０への始動信号 ４４ 制御完了信号 ４５ 制御信号 ４６ 制御信号 ５０ 負荷演算部 ５１ 分担指令部 ５２ 設定部 ５３ 制限部 ５４ 設定部 ５５ トリップ信号 ５６ 制限部 ５７ 設定部 ５８ トリップ信号 ６０ 連結手段 ６１ 連結配線 ６２ 遮断器

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電源系統に非常用の交直兼用負荷系
   統５と交直変換装置８が接続され、交流電源系統からの
   電源供給が停止したとき、前記交直兼用負荷系統５は交
   流電源系統から交直変換装置８に電源供給が切換られる
   非常用電源システムにおいて、交流電源系統にさらに非
   常用の交流負荷系統６が接続され、前記交直変換装置８
   が双方向変換部９と蓄電装置１０を備え、該双方向変換
   部９は、交流電源系統が接続される交流側入出力部２０
   と、蓄電装置１０が接続される直流側入出力部２１を有
   し、さらに交流電源系統からの交流を直流に変換して直
   流側入出力部２１より出力する交直変換と、蓄電装置１
   ０に蓄電された直流を交流に変換して交流出力を交流側
   入出力部２０より出力する直交変換のいずれかを切換得
   るようになされ、交流電源系統からの電源供給が停止し
   たとき、前記交直兼用負荷系統５への電源供給が交流電
   源系統から前記双方向変換部９の直流側入出力部２１に
   切換られ、さらに前記双方向変換部９を直交変換状態に
   すると共に、非常用の交流負荷系統６への電源供給を交
   流電源系統から双方向変換部９の交流側入出力部２０に
   切換られるように構成したことを特徴とする非常用電源
   システム。
2. 【請求項２】 交流電源系統からの電源供給が停止した
   とき、非常用の交直兼用負荷系統５および非常用の交流
   負荷系統６の合計負荷容量を交直変換装置８の許容負荷
   容量以内に制限調整して、それら両負荷系統に交直変換
   装置８から電源供給する請求項１の非常用電源システ
   ム。
3. 【請求項３】 交直変換装置８が複数並列に接続されて
   いる請求項１または請求項２の非常用電源システム。
4. 【請求項４】 交流電源系統に複数の配電幹線２が接続
   され、各配電幹線２のそれぞれに非常用の交直兼用負荷
   系統５と非常用の交流負荷系統６、および交直変換装置
   ８が接続され、異なる配電幹線２に接続されている交直
   変換装置８の間を連結手段６０により連携し並列運転で
   きるように構成した請求項１〜請求項３のいずれかの非
   常用電源システム。