JP4361470B2 - 雷発生検知手段を備えた電源システム - Google Patents

Description

本発明は、雷発生検知手段を備えた電源システムに関し、特に、遠地、至近距離の雷の影響を受けることなしに安定して電力の供給が可能な雷発生検知手段を備えた電源システムに関する。

電源システムでは、落雷等に対する停電対策が行われている。以下に従来の電源システムにおける雷対策について図８，図９を用いて述べる。図８は、従来の電源システムの要部をブロック構成で示した図である。図９は、従来の電源システムの構成を示す図である。図８に示すように、従来の電源システム２０は、商用交流電源２３からの交流電圧が、商用電源入力部２１を経由して系統切替器６に入力される。また、系統切替器６の一方の入力端子には、補助用電力を発電する発電装置７からの交流電圧が入力される。系統切替器６は、通常は、商用電源入力部２１からの交流電圧を回路遮断器２５ａ（図９）を経由して負荷２５に供給するように設定されている。また、停電や雷発生時には、系統切替器６を切り替えて発電装置７からの交流電圧を負荷２５に供給するようになっている。

図９に示すように、従来の電源システム２０の商用電源入力部２１は、回路遮断器（ブレーカ）３ｅと耐雷トランス２１ａで構成される。耐雷トランス２１ａは、雷発生時の商用交流電源２３に重畳された雷サージを軽減して、負荷２５である機器を雷サージから保護するためのものである。発電装置７は、ディーゼルエンジン（ＥＮＧ）７ｂ等により発電機（ＡＣＧ）７ａを回転させて発電を行い、負荷２５に交流電源を供給するものである。停電発生時に発電装置７に設置している停電検出器７ｆにより商用電源入力部２１の停電が検知されて、停電検出器７ｆにより発電装置７のエンジン７ｂが始動されて発電を行う。発電装置７からの出力電圧が安定した後に、系統切替器６を商用電源入力部２１からの交流電源を発電装置７からの交流電源に切り替えて負荷２５に供給する。また、雷が電源システム２０の設置場所の近傍で発生したときには、作業員が、最初に発電装置７を起動して、発電装置７からの出力電圧が安定した後に、系統切替器６を商用電源入力部２１から発電装置７の交流電源に切り替えて負荷２５に供給する。さらに、雷の発生が収まったときには、作業員が、系統切替器６を発電装置７から商用電源入力部２１の交流電源に切り替えて負荷２５に電源を供給している。従来の電源システムは、雷発生時に発電装置７の起動、系統切替器６による電源の切替を手動で行っていた。

なお、遠地で発生した雷を検知する雷検出器が特許文献１に開示されている。

特許第３２６６８８４号

しかしながら、従来の電源システム２０では、雷、停電に対する対応に関して下記の課題を有していた。
１）商用電源入力部２１の耐雷トランス２１ａにより商用交流電源に重畳された雷サージを低減するようにしているが、耐雷トランス２１ａでは、完全には雷サージの影響をなくすことができないため、電源にノイズとして混入したり、瞬時に高電圧が負荷に印加されて機器の劣化を招く恐れがある。このため、雷発生時に商用電源入力部２１の商用交流ラインを完全に遮断することが望まれている。
２）雷発生時には、作業員により発電装置７の始動、電源の切替を行っているが、これらの操作のために作業員を必要とする。また、雷発生時の対応は、作業員の判断で行われるため、適切に対応できない恐れがある。なお、気象レーダからの情報を基に雷雲の存在を確認して落雷の危険度を推定する方法もあるが、装置のコストが高く、管理費等が発生する。また、雷雲の推定等の信頼性も低いため普及していない。このため、雷発生時に作業員を必要とせず、遠地、至近距離の雷の影響を受けることなしに安定して負荷に電力の供給を行うことができる電源システムが望まれている。
３）停電時に発電装置７から電源を供給するが、発電装置７の始動から出力電圧が安定するまでに時間を要するため、停電発生時から発電装置７の出力電圧が安定するまでの時間は、負荷に電源が供給されないため、停電してしまう。このため、停電発生時でも、停電なしに電源を供給する電源システムが望まれている。

そこで、本発明は、上記課題に鑑みて成されたものであり、従来の電源システムに雷検知器を備えることにより、完全に雷サージの影響を無くし、遠地、至近距離の雷発生時の対応が電源システム自身で行えて、また、停電発生時でも、瞬断することなしに電力を安定して供給することが可能な雷発生検知手段を備えた電源システムを提供することを目的とする。

本発明による雷発生検知手段を備えた電源システムは、雷発生を検知する雷発生検知手段と、主電力の供給を遮断可能な遮断手段を備えた主電力供給手段と、補助用電力を発生する発電手段と、負荷に電力を供給し、充電可能な蓄電手段を内蔵して停電時に蓄電手段から電力を負荷に供給することが可能な無停電電源供給手段と、前記主電力供給手段または前記発電手段のどちらか一方に切り替えて前記無停電電源供給手段に電力を供給する系統切替手段とを有する雷発生検知手段を備えた電源システムであって、前記雷発生検知手段は、遠地の落雷によって送電線に生じた一定値以上の衝撃性電磁波を検知する電波検出型雷発生検知手段および至近距離の落雷直前の静電界の変化を検知する静電界検出型雷発生検知手段から成り、前記電波検出型雷発生検知手段により遠地の落雷を検知したとき、前記発電手段を始動して電力を発生し、前記静電界検出型雷発生検知手段により至近距離の落雷直前の静電界の変化を検知したとき、前記主電力供給手段の電力供給を前記遮断手段により遮断し、前記系統切替手段により前記発電手段からの電力を前記無停電電源供給手段に供給して、前記無停電電源供給手段の蓄電手段および発電手段からの電力を負荷に供給することを特徴とする。

また、本発明による雷発生検知手段を備えた電源システムは、前記電波検出型雷発生検知手段により遠地の落雷を検知したとき、前記発電手段を始動して電力を発生し、前記静電界検出型雷発生検知手段により至近距離の落雷直前の静電界の変化を検知したとき、前記主電力供給手段の電力供給を前記遮断手段により遮断し、前記発電手段の出力電圧の安定後に前記系統切替手段により前記発電手段からの電力を前記無停電電源供給手段に供給して、前記発電手段の出力電圧が安定するまで、前記無停電電源供給手段の蓄電手段により負荷に電力を供給するようにしたことを特徴とする。

また、本発明による雷発生検知手段を備えた電源システムは、前記静電界検出型雷発生検知手段により至近距離の落雷直前の静電界の変化を検知後、前記発電手段からの電力を前記無停電電源供給手段に供給し、前記静電界検出型雷発生検知手段が所定の時間内に静電界の変化を検知しなかったときは、前記主電力供給手段の電力供給を確認後、前記系統切替手段により自動的に無停電電源供給手段の電力供給を前記主電力供給手段に切り替えて、前記発電手段の電力発生動作を停止するようにしたことを特徴とする。

また、本発明による雷発生検知手段を備えた電源システムは、前記無停電電源供給手段および前記発電手段を前記主電力供給手段の主電力の周波数および位相と同一の周波数信号で制御を行い、前記無停電電源供給手段および前記発電手段の出力電源の周波数および位相が、主電力の周波数および位相と同一となるようにしたことを特徴とする。

本発明による雷発生検知手段を備えた電源システムによれば、雷検知器の位置から見た遠地の落雷によって生じる一定値以上の衝撃性電磁波を避雷器から検出して、発電装置を始動させて、落雷による停電に備え、また、至近距離の落雷直前の静電界の変化を検知して、主電力入力ラインを完全に遮断して、自動的に発電装置から無停電電源装置に補助電力が供給されるため、負荷に無停電で電力を供給することができる。また、主電力入力ラインを完全に遮断することにより雷サージの影響を受けない。

また、従来の雷検知は、一定の検知範囲内で雷が発生した場合に警報を発して電源システムを運用していたため、無駄な運転も多く効率が悪かった。本発明による雷発生検知手段を備えた電源システムは、遠地、至近距離での雷の発生に応じて電源システムを運用できるため、無駄な運転を無くして効率よく運用することができる。

また、静電界の変化を検知することにより、至近距離での落雷前に雷の発生を検知できるため、主電力入力ラインの遮断、補助電力の供給等の事前制御が可能となる。

また、発電装置の起始動後、発電装置の出力電圧が安定するまで間、一定時間の停電をバックアップするため無停電電源装置を具備しているため、瞬断を起こすことなく負荷に電力供給することができる。

また、雷が所定の時間内に発生しないときには、電源システム自身が負荷の電力供給を主電力入力ラインに切り替えて、発電装置の運転を停止するため、作業員による操作が不要となる。

以下、本発明による雷発生検知手段を備えた電源システムの実施の形態について図１乃至図６を参照して説明する。図１は、本発明による雷発生検知手段を備えた電源システムのブロック構成を示す図、図２は、雷発生検知手段を備えた電源システムの各ブロックの詳細を示す図である。なお、従来の電源システム２０と同一構成および機能を有するものについては、同じ符号を付して説明する。

図１に示すように、本発明による雷発生検知手段を備えた電源システム１は、主電力電源２２からの電力の供給を行う主電力供給手段としての主電力入力部３と、補助用電力を発生する発電手段としての発電装置７と、蓄電手段としてのバッテリ等を内蔵して停電時にバッテリから電力を負荷２５に供給する無停電電源供給手段としての無停電電源装置（ＵＰＳ）９と、主電力入力部３または発電装置７の電力を切り替えて無停電電源装置９に電力を供給する系統切替手段としての系統切替器６と、遠地、至近距離の雷発生を検知する雷発生検知手段としての雷検知器１２とで構成されている。

図１および図２に示すように、主電力入力部３の主電力入力ライン３ａ上には、主電力電源２２を遮断する遮断手段としての遮断器３ｄと、保守点検等で主電力電源２２からの電圧を遮断するための回路遮断器３ｅ（図２に示す）と、主電力電源２２からの電圧を下げたり、入力側と出力側との電気的な絶縁を行う電源トランス３ｂと、電源トランス３ｂの一次側（入力）に接続された主電力電源２２からの雷サージを低減するための避雷器（アレスタ）３ｃとが接続されている。遮断器３ｄは、電磁石の吸引力により接点を開閉する電磁接触器等であり、雷検知器１２の雷検知部１６からの雷検出信号により回路の遮断動作が制御される。避雷器（アレスタ）３ｃは、主電力電源２２からの雷サージを低減するためのものでり、また、後述する検出部１７を構成している。

雷検知器１２は、遠地または至近距離の雷の発生を検出する検出部１７と、検出部１７の出力から雷の発生を検知して雷検出信号を発する雷検知部１６とで構成されている。

無停電電源装置（ＵＰＳ）９は、停電時にバッテリ等から電力を負荷２５に供給するためのものである。図２に示すように、無停電電源装置（ＵＰＳ）９は、系統切替器６から出力される交流電圧が印加される入力端子９ｇと、負荷２５に交流電圧を供給する出力端子９ｈとを有している。入力端子９ｇと出力端子９ｈとの間には、入力端子９ｇからの交流入力電圧の遮断用のブレーカ９ｄ，９ｅと、交流電圧を直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣ変換部（コンバータ）９ａと、ＡＣ／ＤＣ変換部９ａ或いはバッテリ９ｃからの直流電圧を交流電圧に変換するＤＣ／ＡＣ変換部（インバータ）９ｂとが直列に順次接続されている。また、入力端子９ｇからの交流電圧をＡＣ／ＤＣ変換部９ａとＤＣ／ＡＣ変換器９ｂで変換せずにそのまま出力端子９ｈに供給する自動バイパス回路９ｉがＡＣスイッチ９ｆに接続されている。ＡＣスイッチ９ｆは、自動バイパス回路９ｉの出力端若しくはＤＣ／ＡＣ変換器９ｂの出力端のいずれか一方に切り替えて交流電圧を出力端子９ｈに出力するものである。

また、ＵＰＳ９にはバッテリ９ｃが内蔵されており、バッテリ９ｃの正極側端は、ＡＣ／ＤＣ変換部９ａとＤＣ／ＡＣ変換器９ｂとの接続点に接続される。また、ＵＰＳ９は内部に入力端子９ｇに入力される交流電力の停電、瞬停を監視する電圧監視回路（図示せず）が内蔵されており、交流電力の停電、瞬停が発生したときには、バッテリ９ｃにより出力端子９ｈにＤＣ／ＡＣ変換器９ｂからの交流電圧を出力するようになっている。なお、ＵＰＳ９は、蓄電手段としてバッテリ９ｃの他に大容量のコンデンサを使用するようにしてもよい。

また、ＵＰＳ９の別の実施例として、ＡＣスイッチ９ｆにて自動バイパス回路（９ｉ）を切り離した状態で、入力端子９ｇからの交流電力を高力率のＡＣ／ＤＣ変換部９ａにより直流電力に変換して、これをバッテリ９ｃの充電に使用すると共に、ＤＣ／ＡＣ変換部９ｂにより再び交流電力に変換して、出力端子９ｈに供給する常時インバータ給電方式の構成にすることも可能である。常時インバータ給電方式では、入力電力による障害が出力端子９ｈの後段にある負荷２５に伝わることがなく、また、入力電力が停電、瞬停した場合でも、バッテリ９ｃからの直流電力が瞬断することなくＤＣ／ＡＣ変換部９ｂに送り出されて、負荷２５に安定した電力を供給することができる。

図２に示すように、補助電力を発電する発電装置７は、ディーゼルエンジン７ｂ等により発電機７ａを回転させて発電を行い、発電機７ａからの出力電圧の大きさ、周波数を所定の値となるように自動電圧調整器７ｃにより自動的に調整する。自動電圧調整器７ｃから出力される電源は、回路遮断器（ブレーカ）７ｅを介して系統切替器６に出力される。回路遮断器（ブレーカ）７ｅは、発電装置７の出力が過負荷状態になったときに、出力ラインを遮断して発電装置７を保護するためのものである。発電装置７は、停電検出器７ｆにより主電力入力部３の停電を検知して、停電検出器７ｆにより発電装置７のエンジン７ｂが始動されて、発電が行われる。

図１および図２に示す系統切替器６は、主電力入力部３と発電装置７との２種類の電力を切り替えてＵＰＳ９に電力を供給するものである。系統切替器６は、電源の切替を高速に行うことができる無瞬断型を使用することにより、制御装置（図示せず）からの信号により自動的に電源の切替を行う。無瞬断型の系統切替器６を使用することにより、電源切替に伴う電源の瞬断を防ぐことができる。

次に、主電力入力部３の主電力入力ライン３ａに流れ込む電流、電圧から雷を検知する雷検知手段について図３および図４を用いて説明する。なお、雷検知器に関する構成、動作は、特許文献１に詳述されているので、詳細な説明は省略する。

雷の発生を検知する雷検知器は、図３に示す遠地の落雷を検出する電波検出型雷検知器および図４に示す至近距離の落雷直前の静電界の変化を検知する静電界検出型雷検知器からなる。電波検出型雷検知器は、遠地の落雷により発生する衝撃性電磁波を検出する電波検出部と電波検出部からの衝撃性電磁波から雷を検知する雷検知部とで構成されており、また、静電界検出型雷検知器は、至近距離の静電界の変化を検出する静電界検出部と静電界検出部の静電界の変化から雷を検知する雷検知部とで構成されている。

図３は、電波検出部１８にローパスフィルタ１８ａを使用した電波検出型雷検知器１３の構成を示すブロック図である。図４は、静電界検出部１９に放電部１９ｂを使用した静電界検出型雷検知器１４の構成を示すブロック図である。図３および図４に示すように、雷検知部１６は、電磁界、静電界の強度変化を検出するコヒーラ１６ａとコーヒア（導通）したコヒーラ１６ａの絶縁性を回復するためのデコヒーラ１６ｂとコヒーラ１６ａからの信号変化で起動して一定時間雷検知を伝えるタイマ回路１６ｃと、タイマ回路１６ｃの信号を外部に出力する信号出力回路１６ｄとから構成される。

図３に示す遠地の落雷を検知する電波検出型雷検知器１３の電波検出部１８は、主電力入力部３から避雷器（アレスタ）３ｃと接地点の間に接地したローパスフィルタ（トランス）１８ａからの電圧を検出するものである。遠地の落雷により発生する衝撃性電磁波からの電圧は、アレスタ３ｃに吸収されて、電流としてローパスフィルタ１８ａを構成するトランスの一次側を流れて、接地点に流れ込む。

図３に示す電波検出部１８のトランス１８ａは、一次側に入力された約１ＭＨｚ以下の周波数の信号を二次側に出力して、１ＭＨｚを超える周波数の信号を二次側に出力しないローパスフィルタ特性を有している。

遠地の落雷の発する電磁波による誘導電圧は送電線の送電電圧に重畳されて主電力入力部３に到達する。誘導電圧は雷サージとしてアレスタ３ｃに電流として流れ、図３に示すトランスからなるローパスフィルタ１８ａを通って接地点に流れる。トランスは１ＭＨｚ以下の周波数成分の電圧が選択されて雷検知部１６のコヒーラ１６ａに印加される。一方、このトランス１８ａは弱い落雷である誘導雷からコヒーラを保護する役割も果たす。コヒーラ１６ａは印加電圧の変化により固着通電状態に遷移（コヒーア）する。このとき、コヒーラ１６ａの通電状態をトランジスタ等のスイッチング動作で検出してタイマ回路１６ｃを起動するようにする。また、デコヒーラ１６ｂにより通電状態のコヒーラ１６ａに振動を与えて絶縁回復状態にして、次の雷電磁波入力に備える。コヒーラ１６ａの通電状態をトランジスタで検出することにより、遠地の落雷を検知することができる。

なお、コヒーラ１６ａの通電状態を検出するトランジスタは、予め可変抵抗器にてバイアス電圧が調整されており、トランジスタのスイッチング動作に閾値を設定することができる。これにより、一定値以上の電圧に対してコヒーラ１６ａの通電状態を検知することができる。電磁波強度は電圧に変換されているため、トランジスタのバイアス電圧を調整することにより、一定値以上の衝撃性電磁波を検出することが可能となる。

また、雷検知部１６のタイマ回路１６ｃのタイマ時間は可変することができるようになっている。なお、雷を検出してタイマ時間内に再度雷を検出した場合には、最後に雷を検出したときからのタイマ時間が有効となる。

図４に示す至近距離の落雷直前の静電界の変化を検知する静電界検出型雷検知器１４の静電界検出部１９は、主電力入力部３からの避雷器（アレスタ）３ｃと接地点の間に接地した放電部（気中放電ギャップ）１９ｂからの放電を検出するものである。

図４に示す放電部（気中放電ギャップ）１９ｂには、至近距離の落雷直前の雷雲と大地間の電圧の変化によって静電界の変化が起こり、コロナ放電が生じる。このため、放電部（気中放電ギャップ）１９ｂで生じたコロナ放電により電磁波が発生して、雷検知部１６のコヒーラ１６ａはコヒーアする。コヒーラ１６ａの通電状態をトランジスタで検出することにより、至近距離の雷を検知することができる。

次に、以上の構成から成る雷発生検知手段を備えた電源システム１の雷検出における電力の制御動作について説明する。なお、以下に述べる雷検出における電力の制御は、雷発生検知手段を備えた電源システム１に内蔵された制御装置（図示せず）により行われる。

図５は、雷発生検知手段を備えた電源システムの雷検出における電力の制御動作を示すフローチャートである。図５に示すように、最初に遠地の落雷を検知する電波検出型検知器１３の遠地雷検出信号が“ＯＮ”しているかをチェックする（ステップＳ１）。電波検出型検知器１３の遠地雷検出信号が“ＯＮ”していない場合、すなわち“ＯＦＦ”のときには、遠地雷検出信号チェック以外の他の処理、例えば停電検出等を行い、他の処理を行った後に電波検出型検知器１３の遠地雷検出信号をチェックするようにする。電波検出型検知器１３の遠地雷検出信号が“ＯＮ”している場合には、発電装置７が運転を停止しているかを確認して（ステップＳ２）、発電装置７が運転中の場合には、ステップＳ４に移行する。発電装置７の運転停止を確認後、発電装置７の始動を行って、補助電力の供給が行えるようにして、落雷等による停電に備える（ステップＳ３）。

次に、発電装置７の始動後、至近距離の落雷直前の静電界の変化を検知する静電界検出型雷検知器１４の至近雷検出信号が“ＯＮ”しているかをチェックする（ステップＳ４）。静電界検出型雷検知器１４の至近雷検出信号が“ＯＮ”していない場合は、電波検出型検知器１３の遠地雷検出信号が“ＯＦＦ”になっているかをチェックする（ステップＳ５）。電波検出型検知器１３の遠地雷検出信号が“ＯＦＦ”の場合には、落雷の発生頻度が低くなったため、ステップＳ１７に移行して、発電装置７の運転を停止するようにする（ステップＳ１７）。また、電波検出型検知器１３の遠地雷検出信号が“ＯＮ”のときには、ステップＳ４へ移行する。ステップＳ４で静電界検出型雷検知器１４の至近雷検出信号が“ＯＮ”している場合には、落雷の影響を受けないようにするために、主電力入力部３の電磁接触器３ｄを解放して、主電力入力ライン３ａを遮断するようにする（ステップＳ６）。主電力入力ライン３ａを遮断することにより、ＵＰＳ９には主電力電源２２が供給されないため、ＵＰＳ９自身が停電を検出して、バッテリ運転に切り替えて、負荷２５に電力を供給する（ステップＳ７）。

次に、主電力入力ライン３ａを遮断後に発電装置７からの出力電圧が安定しているかをチェックして（ステップＳ８）、発電装置７からの出力電圧が安定した後、系統切替器６を発電装置７側に自動で切り替えてＵＰＳ９に発電装置７からの補助電力を供給するようにする（ステップＳ９）。ＵＰＳ９は、発電装置７から補助電力が供給されるため、電力供給が回復したことによりバッテリ運転から発電装置７からの補助電力運転に切り替えて負荷２５に電力を供給する（ステップＳ１０）。これにより、雷を検出後に主電力入力ライン３ａが遮断されて、ＵＰＳ９には発電装置７からの補助電力が供給される。

次に、主電力入力部３の主電力電源２２が停電していないかをチェックする（ステップＳ１１）。これは、落雷により変電所からの送電がストップしていないかを確認するためのものである。主電力電源２２が停電している場合には、発電装置７からの補助電力の供給を継続して、主電力電源２２の停電が回復するまで待機する。主電力電源２２が正常に入力されているときには、静電界検出型雷検知器１４の至近雷検出信号が“ＯＦＦ”であるかをチェックする（ステップＳ１２）。なお、静電界検出型雷検知器１４は所定の時間内に雷を検知しない場合には、至近雷検出信号は“ＯＦＦ”となる。静電界検出型雷検知器１４の至近雷検出信号が“ＯＮ”の場合には、ステップＳ１１に移行して、静電界検出型雷検知器１４の至近雷検出信号が“ＯＦＦ”になるまで待つようにする。

次に、ステップＳ１２で静電界検出型雷検知器１４の至近雷検出信号が“ＯＦＦ”の場合には、前もって設定した運転モードをチェックする。運転モードとは、ステップＳ１２で至近雷検出信号が“ＯＦＦ”のときに、主電力電源２２に切り替えるか、遠地雷検出信号をチェックして、主電力電源２２に切り替えるかを指定するものである。運転モードが“０”のときには、遠地雷検出信号をチェックするようにする。また、運転モードが“０”以外のときには、主電力電源２２に切り替えるようにする。運転モードが“０”であるかをチェックして（ステップＳ１３）、運転モードが“０”以外のときには、ステップ１５に移行する。運転モードが“０”のときには、電波検出型検知器１３の遠地雷検出信号が“ＯＦＦ”であるかをチェックする（ステップＳ１４）。電波検出型検知器１３は所定の時間内に雷を検知しない場合には、遠地雷検出信号は“ＯＦＦ”となる。電波検出型検知器１３の遠地雷検出信号が“ＯＮ”の場合には、電波検出型検知器１３の遠地雷検出信号が“ＯＦＦ”になるまで待つようにする。

電波検出型検知器１３の遠地雷検出信号が“ＯＦＦ”の場合には、主電力電源２２が正常に入力されているため、主電力入力部３の電磁接触器３ｄを閉じる（ステップＳ１５）。

次に、系統切替器６を主電力入力部３に自動で切り替えてＵＰＳ９に主電力電源２２を供給する（ステップＳ１６）。主電力入力部３の電力がＵＰＳ９に供給されて、ＵＰＳ９は主電力入力部３の電力を負荷２５に供給する。主電力電源２２が正常に復帰したため、発電装置７の補助電力は必要としないので、発電装置７の運転を停止するようにする（ステップＳ１７）。

以上述べた雷発生検知手段を備えた電源システムの雷検出における電力の制御動作の各信号のタイミングチャートを図６に示す。なお、図６に示すタイミングチャートは、運転モードが“０”の場合を示す。図６に示すように、電波検出型検知器１３の遠地雷検出信号がｔ１で“ＯＮ”した場合には、発電装置７の始動を行って、電力の供給をできるようにする。静電界検出型雷検知器１４の至近雷検出信号がｔ２で“ＯＮ”した場合には、主電力入力部３の電磁接触器３ｄの接点を解放して主電力電源２２を遮断するようにする。ＵＰＳ９は、ＵＰＳ９には電力が供給されないため、ＵＰＳ９自身が停電を検出して、バッテリ運転に切り替える。発電装置７からの出力電圧が安定した後、系統切替器６を発電装置７側に自動で切り替えてＵＰＳ９に発電装置７からの電力を供給するようにする。ＵＰＳ９は、発電装置７から電力が供給されるため、バッテリ運転から通常運転に切り替える。また、発電装置７の始動を行って、電力の供給をできるようにする。

次に、静電界検出型雷検知器１４の至近雷検出信号が図６に示すｔ３で“ＯＦＦ”であることを確認後、電波検出型検知器１３の遠地雷検出信号が図６に示すｔ４で“ＯＦＦ”であることを確認して、主電力入力部３の電磁接触器３ｄの接点を閉じて主電力電源２２を通電するようにする。電磁接触器３ｄの接点を切り替え後、系統切替器６を自動的に主電力入力部３に切り替えてＵＰＳ９に電力を供給する。ＵＰＳ９は、通常運転に切り替わり、主電力電源２２が負荷２５に供給される。系統切替器６を電力入力部３に切り替え後、発電装置の運転を停止する。

なお、図５および図６に示す実施の形態では、最初に遠地雷検出信号をチェックしているが、例えば、直下型の雷のように至近雷が発生して、遠地雷検出信号が“ＯＦＦ”の状態で、至近雷検出信号が“ＯＮ”した場合には、発電装置７を始動して、図５に示すステップＳ６からの制御を行うようにしてもよい。

以上述べたように、本発明による遠地及び至近の雷発生検知手段を備えた電源システムによれば、遠地で発生した雷を検知して、発電装置を始動して、停電等に備えるようにし、至近距離の落雷前に主電力電源２２の遮断を行うことにより、完全に雷サージの影響を無くし、雷発生時の対応を電源システム自身で行うことができる。また、停電発生時でも、停電なしに電力を安定して供給することが可能となる。

本発明による雷発生検知手段を備えた電源システムは、遠地、至近距離での雷の発生に応じて電源システムを運用できるため、無駄な運転を無くして効率よく運用することができる。

また、静電界の変化を検知することにより、至近距離での落雷前に雷の発生を検知できるため、主電力入力ラインの遮断、補助電力の供給等の事前制御が可能となる。

以上述べた遠地及び至近の雷発生検知手段を備えた電源システムの雷検出は、主電力入力部３の主電力入力ライン３ｂの入力電源からアレスタ３ｃに検出部１７を配設して行うようにしたものであるが、特許文献１に開示されている検出部１７にアンテナを使用して衝撃性電磁波を受信するようにしてもよい。

次に、主電力電源の周波数に同期して無停電電源装置および発電装置を制御することにより、電力切替時に発生する瞬停を防止する周波数同期式の雷発生検知手段を備えた電源システムについて述べる。図７は、周波数同期式の雷発生検知手段を備えた電源システムを構成するブロックを示す図である。なお、図１および図２に示す雷発生検知手段を備えた電源システムと同一構成および機能を有するものについては、同じ符号を付して説明する。図７に示す基準同期電源周波数発生部１０は、主電力入力部３の遮断器３ｄの出力側より入力した主電力電源２２の周波数、位相を検出して、主電力電源２２と同一の周波数、位相を出力する発信器である。基準同期電源周波数発生部１０は、主電力電源２２が遮断された際にも、継続して周波数信号を出力する。基準同期電源周波数発生部１０の周波数信号は、ＵＰＳ９の外部制御型ＤＣ／ＡＣ変換器９ｊおよび発電装置７の電圧周波数調整器７ｇに出力される。ＵＰＳ９の外部制御型ＤＣ／ＡＣ変換器９ｊは、基準同期電源周波数発生部１０の周波数信号と同期して交流生成のためのスイッチングを行うため、主電力電源２２の周波数と同一で、位相が揃った交流電源が出力される。また、発電装置７の電圧周波数調整器７ｇは、基準同期電源周波数発生部１０の周波数信号により発電電力の周波数を調整を行い、主電力電源２２の周波数と同一で、位相が揃った交流電源が出力される。

雷検知器１２から雷検出信号が出力させた場合には、主電力入力部３の遮断器３ｄにより主電力電源２２が遮断されて、ＵＰＳ９のバッテリ９ｃから電力が供給され、また、発電装置７が始動して補助電力が出力されて、系統切替器６で発電装置７の補助電力に切り替えて負荷２５に供給する。このとき、ＵＰＳ９から出力される電源及び発電装置７から出力される補助電力は、主電源の周波数と同一で、位相が揃っているため、ＵＰＳ９のバッテリ運転開始時、系統切替器６の電力切替時で電圧および周波数が同一のため、瞬停が発生しない。

以上述べたように、本発明による周波数同期式の雷発生検知手段を備えた電源システムを使用することにより、雷検出時、停電時の電力切替時に瞬停が発生しないため、安定した電力を供給することができる。

本発明による雷発生検知手段を備えた電源システムのブロック構成を示す図である。 雷発生検知手段を備えた電源システムの各ブロックの詳細を示す図である。 電波検出部にローパスフィルタを使用した電波検出型雷検知器の構成を示すブロック図である。 静電界検出部に放電部を使用した静電界検出型雷検知器の構成を示すブロック図である。 雷発生検知手段を備えた電源システムの雷検出における電源の制御動作を示すフローチャートである。 雷発生検知手段を備えた電源システムの雷検出における電源の制御動作の各信号のタイミングチャートを示す図である。 周波数同期式の雷発生検知手段を備えた電源システムを構成するブロックを示す図である。 従来の電源システムの要部をブロック構成で示した図である。 従来の電源システムの構成を示す図である。

符号の説明

１ 雷発生検知手段を備えた電源システム
３ 主電力入力部
３ａ 主電力入力ライン
３ｂ 電源トランス
３ｃ 避雷器（アレスタ）
３ｄ 遮断器（電磁接触器）
３ｅ、７ｅ、９ｄ、９ｅ，２５ａ 回路遮断器（ブレーカ）
６ 系統切替器
７ 発電装置
７ａ 発電機（ＡＣＧ）
７ｂ エンジン（ＥＮＧ）
７ｃ 自動電圧調整器
７ｄ 電圧検出器
７ｆ 停電検出器
７ｇ 電圧周波数調整器
９ 無停電電源装置（ＵＰＳ）
９ａ ＡＣ／ＤＣ変換器
９ｂ ＤＣ／ＡＣ変換器
９ｃ バッテリ
９ｆ ＡＣスイッチ
９ｇ 入力端子
９ｈ 出力端子
９ｉ 自動バイパス回路
９ｊ 外部制御型ＤＣ／ＡＣ変換器
１０ 基準同期電源周波数発生部
１２ 雷検知器
１３ 電波検出型雷検知器
１４ 静電界検出型雷検知器
１６ 雷検知部
１６ａ コヒーラ
１６ｂ デコヒーラ
１６ｃ タイマ回路
１６ｄ 信号出力回路
１７ 検出部
１８ 電波検出部
１８ａ ローパスフィルタ（トランス）
１９ 静電界検出部
１９ｂ 放電部（気中放電ギャップ）
２０ 従来の電源システム
２１ 主電力入力部
２１ａ 耐雷トランス
２２ 主電力電源
２３ 商用交流電源
２５ 負荷

Claims (4)

1. 雷発生を検知する雷発生検知手段と、主電力の供給を遮断可能な遮断手段を備えた主電力供給手段と、補助用電力を発生する発電手段と、負荷に電力を供給し、充電可能な蓄電手段を内蔵して停電時に蓄電手段から電力を負荷に供給することが可能な無停電電源供給手段と、前記主電力供給手段または前記発電手段のどちらか一方に切り替えて前記無停電電源供給手段に電力を供給する系統切替手段とを有する雷発生検知手段を備えた電源システムであって、
   前記雷発生検知手段は、遠地の落雷によって送電線に生じた一定値以上の衝撃性電磁波を検知する電波検出型雷発生検知手段および至近距離の落雷直前の静電界の変化を検知する静電界検出型雷発生検知手段から成り、
   前記電波検出型雷発生検知手段により遠地の落雷を検知したとき、前記発電手段を始動して電力を発生し、前記静電界検出型雷発生検知手段により至近距離の落雷直前の静電界の変化を検知したとき、前記主電力供給手段の電力供給を前記遮断手段により遮断し、前記系統切替手段により前記発電手段からの電力を前記無停電電源供給手段に供給して、前記無停電電源供給手段の蓄電手段および発電手段からの電力を負荷に供給することを特徴とする雷発生検知手段を備えた電源システム。
2. 前記電波検出型雷発生検知手段により遠地の落雷を検知したとき、前記発電手段を始動して電力を発生し、前記静電界検出型雷発生検知手段により至近距離の落雷直前の静電界の変化を検知したとき、前記主電力供給手段の電力供給を前記遮断手段により遮断し、前記発電手段の出力電圧の安定後に前記系統切替手段により前記発電手段からの電力を前記無停電電源供給手段に供給して、前記発電手段の出力電圧が安定するまで、前記無停電電源供給手段の蓄電手段により負荷に電力を供給するようにしたことを特徴とする請求項１記載の雷発生検知手段を備えた電源システム。
3. 前記静電界検出型雷発生検知手段により至近距離の落雷直前の静電界の変化を検知後、前記発電手段からの電力を前記無停電電源供給手段に供給し、前記静電界検出型雷発生検知手段が所定の時間内に静電界の変化を検知しなかったときは、前記主電力供給手段の電力供給を確認後、前記系統切替手段により自動的に無停電電源供給手段の電力供給を前記主電力供給手段に切り替えて、前記発電手段の電力発生動作を停止するようにしたことを特徴とする請求項１記載の雷発生検知手段を備えた電源システム。
4. 前記無停電電源供給手段および前記発電手段を前記主電力供給手段の主電力の周波数および位相と同一の周波数信号で制御を行い、前記無停電電源供給手段および前記発電手段の出力電源の周波数および位相が、主電力の周波数および位相と同一となるようにしたことを特徴とする請求項１記載の雷発生検知手段を備えた電源システム。

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