JPS6349455B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は太陽電池、燃料電池、蓄電池その他の
対地容量の比較的大きな直流電源をインバータを
介して交流系統と接続し連系運転する電力供給回
路の直流地絡を検出する装置に関するものであ
る。

太陽電池を例にとると、これから得られる電力
は日射の変動の影響を受けて不安定なものとなる
ため、上記のごとく既設の商用交流系統と連系し
て負荷に安定した電力を供給する運転方式が試案
されている。

かかる運転方式で屋外設備である太陽電池に地
絡故障があるときは、系統との解列や太陽電池の
短絡などの手段により地絡電流を遮断する必要が
ある。

ところで、地絡故障の際の直流回路の地絡を早
期に発見するには、従来次のような方法が考えら
れている。

まず、第１図に示すように一端が接地された交
流系統６とインバータ４の間を出力変圧器５によ
り絶縁しておき、太陽電池１に並列接続した分圧
抵抗２ａ，２ｂの中点Ｍと大地との間にリレー３
を接続しておく。太陽電池１において地絡が発生
すると、分圧点Ｍと大地との間に電位差が生じ
て、その結果リレー３が動作する。このように分
圧器２ａ，２ｂおよびリレー３を用いる従来方式
においては、変圧器５による絶縁が不可欠であ
る。つまり、変圧器５は、インバータ４の動作に
より太陽電池１の両極が系統６側の接地点と接続
されないように電位分離をする役目をなすが、こ
のように発電システムに変圧器を使用するのでは
システムの大型化や価格の上昇を招来し、運転効
率が低下することから、特に一般家庭用の小規模
システムにあつては、変圧器５を省略することが
要求される。

そこで、インバータ４にトランスレスのインバ
ータを用いながらも、問題なく直流地絡を検出す
ることのできる方法について種々検討されてい
る。

ところで、第２図ａ，ｂに示すように、太陽電
池１１に逆流防止ダイオード１２を介して単相の
トランスレスインバータ１３を接続し、このイン
バータにより直流変換した電力を、AC（交流）フ
イルタ１４を介して交流系統１５に送り込む回路
では、太陽電池１１の両極の対地電位Ｘ、Ｙ及び
X′、Y′は、それぞれＸが第３図のイ、Ｙが同図
のロ、X′が第４図のａ、Y′が同図ｂに示すよう
になる。なお、第２図中ａは系統１５の接地側に
フイルタリアクトルが入らない場合、ｂはフイル
タリアクトルが入る場合である。

この第２図〜第４図からもわかるように、太陽
電池１１の対地電位はインバータ１３のスイツチ
ング動作により変化する。

一方、太陽電池１１はそのセルの周辺にパネル
のフレームや取付架台等接地電位の物体が近接し
ているので一定の対地容量を持ち、従つてインバ
ータ１３のスイツチング時には接地故障がなくて
も太陽電池１１から大地に流れる電流が存在す
る。

このため、直流地絡を検出するには対地容量に
起因する電流と感電や漏電等の事故に起因する電
流とを区別し、後者のみを取出して検出する必要
がある。

さらに、このことを第５図により詳細に説明す
ると、直列に接続された太陽電池１１，１１′の
中点Ａで地絡事故が発生すれば、接地抵抗１９の
個所Ｂに流れる電流はＡ点の対地電位と接地抵抗
により決定され、直流回路Ｃ点にでは差電流が発
生する。

しかし、上述のごとく太陽電池１１の回路には
対地容量が存在するのでＣ点の電流は地絡電流と
容量分を通過する電流の合成値となる。

第６図Ａは上記第５図の回路のＡ点の対地電
圧、ＢはＢ点の地絡電流を示し、そして、第５図
Ｃ点の差電流は地絡時には第６図Ｃ、正常時には
第６図C′に示すようになる。

このＣ，C′の電流波形のうちインバータ１３の
スイツチング時間の近傍の電流は容量分に起因す
るものであり、事故の有無に関係なく流れるの
で、事故の存在を正確に知るためには、上記容量
分に起因する電流を除去して判断する必要があ
る。

その一例として例えば第５図で示すように、Ｃ
点に変流器からなる検出器１６を挿入し、この検
出器１６で検出されるＣ点の差電流波形をローパ
スフイルタ（LPF）１７にかけてからコンパレ
ータ１８に導く方法が考えられる。

しかしながら、先の容量通過電流の影響を避け
るためにローパスフイルタ１７を完全に直流分の
みを検出するようなフイルタにすると、太陽電池
１１，１１′群の電圧中間点近傍であるＡ点では
地絡電流の直流分も零となるため検出不能となつ
てしまう。

本発明の目的はこのような不都合を解消し、対
地容量の大きい直流電源をインバータを介して交
流系統に接続する電力供給回路において、トラン
スレスインバータを用いた場合でも容量通過電流
の影響を避けることができ、しかも地絡検出不能
の点がないようにした直流地絡の検出回路を提供
することにある。

しかしてこの目的は本発明によれば、接地系で
ある交流系統に、出力変圧器を持たないインバー
タを介して、対地浮遊容量の比較的大きい直流電
源を接続してなる電力供給システムにおいて直流
地絡を検出するために、直流側もしくは交流側に
て電力供給線相互間の差電流を検出する電流検出
器と、この電流検出器の出力信号を受け取つて地
絡判別を行なう異常判断回路と、この異常判断回
路の前段に挿入されていて、前記インバータの駆
動パルス形成回路からの信号にしたがつて、該イ
ンバータ内でスイツチング動作が行なわれる際そ
の都度短時間だけ、電流検出器の出力信号が異常
判断回路へ伝達されるのを阻止するスイツチング
回路とを備えていることにより達成される。

以下、図面について本発明の実施例を詳細に説
明する。

第７図は本発明の実施例を示す回路図で、第２
図、第５図と同一構成要素には同一参照番号を付
したものである。

図中１１は太陽電池、１２は逆流防止ダイオー
ド、１３はインバータ、１４はACフイルタ、１
５は商用交流系統を示し、太陽電池１１の電力を
インバータ１３で直流から交流に変換してACフ
イルタ１４を介して交流系統１５に送り込む電力
供給回路において、インバータ１３にトランスレ
スインバータを使用し、また太陽電池１１からイ
ンバータ１３への入力配線中に、両極配線の差電
流を検出するために直流変流器からなる検出器１
６を挿入する。

なお、この検出器１６は他の例として交流変流
器を使用しインバータ１３とACフイルタ１４と
の間の配線中、若しくはACフイルタ１４と交流
系統１５との間の配線中に２線を一括して通すよ
うに配設してもよい。

トランスレス方式の場合、直流回路における地
絡電流は直流回路における不平衡電流となるだけ
でなく、交流回路の不平衡電流となるからであ
る。

図中２１はインバータ１３を駆動するためのパ
ルス形成回路で、該パルス形成回路２１からイン
バータ１３におけるスイツチング素子全部のオ
ン、オフ時間と対応する信号を得てこれでスイツ
チング回路２２を開閉するようにする。

スイツチング回路２２は電界効果トランジスタ
やアナログスイツチを用いて形成し、パルス形成
回路２１からの開閉指令信号は例えばPWM（パ
ルス巾変調）インバータでは制御信号と搬送波信
号を比較し、この出力を各スイツチング素子に分
配するのでかかるPWM変調器出力から得ればよ
く、また各アームの駆動信号としてパルス分配後
のものを総合したものであつたり、さらにタイマ
ー回路を付加して時間巾を変えて得ることもあ
る。

検出器１６で検出された直流側回路の両極配線
の差電流若しくは交流側回路の２線の差電流の検
出信号はスイツチング回路２２を介して異常判断
回路２３へ導かれる。スイツチング回路２２は浮
遊容量を介して流れる電流成分の伝達を阻止する
ためにインバータ１３のスイツチング期間やその
直後の対地容量による充放電期間に対応する短い
時間だけオフされる。異常判断回路２３は、例え
ば入力絶対値が一定の値を超えたときに、地絡事
故検出信号を発する。この地絡事故検出信号によ
つて、例えば系統１５とインバータ１３間に配設
した開閉器のトリツプ指令が与えられる。

第８図に第７図の回路の動作波形を示すと、
Ａ，Ｂはパルス形成回路２１から出力されるトラ
ンジスタ駆動信号であり、Ｃはパルス形成回路２
１からスイツチング回路２２へ出力される電流検
出指令信号を示し、Ｄは地絡時の検出器１６から
の出力信号を、Ｅはスイツチング検出２２から異
常判別回路２３への出力信号である。

本発明の検出回路ではかかる構成を採用した結
果、インバータのスイツチング素子の動作に起因
する電流とそれ以外の事故電流が時間的に区別さ
れているので、今仮りに人間が接触するなどして
事故電流が流れた時でもスイツチング期間とその
近傍を除いた期間での直流回路の不平衡電流が存
在することを知り、必要な保護動作を適切かつ迅
速に行なえることになる。

またインバータのスイツチング動作は系統電圧
の１サイクルに少なくとも２回はあるため、異常
の判別は系統周波数の１サイクル未満の期間で行
なうことができる。

なお、上記実施例はトランジスタの単相インバ
ータの例を示したが、スイツチング素子の種類や
自励、他励というインバータ方式の差異、出力相
数の差異によらず応用が可能である。また、１線
接地の単相系統以外、例えば２相間の中点が接地
された３相系統（３相４線式）等についても適用
できるものである。

以上述べたように本発明の直流地絡の検出回路
は、太陽電池等対地容量の大きい直流電源をイン
バータを介して交流系統に接続する電力供給回路
において、インバータにトランスレスインバータ
を採用することにより発生する上記太陽電池等の
対地電位の変動による電流が事故電流と区別され
るため、接地事故の適切な検出が可能となり、ま
たインバータのスイツチング動作により太陽電池
の対地電位が変動するので、直流回路のどの点が
接地してもそれを検出できることができるもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の直流地絡の検出回路の回路図、
第２図はトランスレスインバータを用いた電力供
給回路の回路図、第３図、第４図は第２図の回路
の対地電位を示す波形図、第５図は他の従来例を
示す回路図、第６図は第５図の回路の動作波形
図、第７図は本発明の検出回路の実施例を示す回
路図、第８図は同上動作波形図である。 １１……太陽電池、１２……逆流防止ダイオー
ド、１３……トランスレスインバータ、１４……
ACフイルタ、１５……交流系統、１６……検出
器、２１……パルス形成回路、２２……スイツチ
ング回路、２３……異常判別回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 接地系である交流系統に、出力変圧器を持た
   ないインバータを介して、対地浮遊容量の比較的
   大きい直流電源を接続してなる電力供給システム
   において直流地絡を検出するために、直流側もし
   くは交流側にて電力供給線相互用の差電流を検出
   する電流検出器と、この電流検出器の出力信号を
   受け取つて地絡判別を行なう異常判断回路と、こ
   の異常判断回路の前段に挿入されていて、前記イ
   ンバータの駆動パルス形成回路からの信号にした
   がつて、該インバータ内でスイツチング動作が行
   なわれる際その都度短時間だけ、電流検出器の出
   力信号が異常判断回路へ伝達されるのを阻止する
   スイツチング回路とを備えていることを特徴とす
   る直流地絡検出装置。