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技術 無瞬断系統切換装置

出願人 株式会社東芝
発明者 宮部崇
出願日 2005年10月6日 (13年9ヶ月経過) 出願番号 2005-293437
公開日 2007年4月19日 (12年3ヶ月経過) 公開番号 2007-104838
状態 拒絶査定
技術分野 予備電源装置
主要キーワード 給電継続 同期範囲 バスダクト インピーダンスデータ 波形表示装置 サイリスタスイッチ 給電停止 負荷給電
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この項目の情報は公開日時点(2007年4月19日)のものです。
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図面 (3)

課題

系統UPSステム位相差を容易に把握することができ、UPSシステム切換時の信頼性を向上させることができる無瞬断系統切換装置を提供することである。

解決手段

単独運転可能な常用系待機系との2台の無停電電源装置UPS11a、11bと負荷17との間に設けられた開閉器15と、開閉器15の両側と負荷17との間にそれそれ並列接続されたサイリスタスイッチ16a、16bとリアクトルLa、Lbとの直列回路と、常用系と待機系との切り換えの際に2台のUPS11a、11bの入力電圧波形の位相差を判別所定値を超えたときに2台のUPS11a、11bの切り換えをロックする位相判別装置18と、2台のUPS11a、11bの入力電圧波形を入力し表示出力する波形表示装置20とを備える。

概要

背景

瞬断系統切換装置(以下STS:static transfer switch)は、常用系待機系との2台の無停電電源装置UPS(uninterruptible power supply)を無瞬断で切換える装置であり、2組のサイリスタスイッチ双投式電磁接触器などで主回路を構成し、電圧周波数位相同期範囲内である2つの電源を無瞬断で切り換える(例えば、特許文献1参照)。

一般的には、無瞬断系統切換装置STSは、2組のUPSシステムの系統切換装置として適用され、常時負荷へ供給している常用系UPSシステムを保守点検する際は、STSで常用系UPSシステムの出力を待機系UPSシステムに手動操作により無瞬断で切り換える。その結果、負荷に対してUPS給電継続のまま、常用系UPSシステムを保守点検することができる。また、STSに停電自動切換え機能を持たせることで、万一、負荷給電中の常用系UPSが給電停止となっても、STSが電圧低下を検出し無瞬断で待機系UPS側に給電切換えできる。これにより、常用系UPSシステム、待機系UPSシステム、STSとの間に共通の制御回路も必要なくなり、信頼性の高いシステムを構築している。

図2は、従来の無瞬断系統切換装置のシステム構成図である。いまA系UPSシステム11aが常用系であり、B系UPSシステム11bが待機系であるとする。この状態では、STS12のコンタクタ13aはオン、コンタクタ13bはオフ、コンタクタ14はオン、開閉器15はA系UPSシステム11a側に接続され、サイリスタスイッチ16aはオン、サイリスタスイッチ16bはオフであり、A系UPSシステム11aから負荷17に電力を供給している。

ここで、サイリスタスイッチ16aに直列接続されたリアクトルLa、サイリスタスイッチ16bに直列接続されたリアクトルLbは、A系UPSシステム11aとB系UPSシステム11bとの切り換え時に流れる横流を抑制するものであり、位相判別装置18は、A系UPSシステム11aとB系UPSシステム11bとの切り換えの際に、それらの入力電圧波形位相差判別所定値を超えたときに切り換えをロックするものである。

A系UPSシステム11aから負荷17に電力を供給している状態で、A系UPSシステム11aからB系UPSシステム11bに切り換えを行う場合について説明する。まず、図示省略の盤面の選択スイッチを押すことにより、切り換えられる側のサイリスタ16bをオンし、同時にコンタクタ13bをオンし、さらに開閉器15を選択されたB系UPSシステム11b側に切り換えることによって無瞬断で切り換えを行う。

切換時には2電源間の位相差および系統のインピーダンスにより瞬間的に横流が発生するが、サイリスタスイッチ16a、16bと直列に接続されたリアクトルLa、Lbによって抑制される。この横流が上位のUPSシステム11a、11bに影響を及ぼさない範囲で切り換えが可能なように、2電源間の位相差が±10°を超過すると、系統切換をロックするシステムとなっている。同期範囲内であるかどうかの判別は、STS12内の位相判別装置18にて行う。また、上位UPSシステム11a、11bについても、これらの横流による影響を考慮し、STS12の定格電流の2倍以上の容量を持ったシステムで構成するようにしている。
特開平8−289485号公報

概要

2系統のUPSシステムの位相差を容易に把握することができ、UPSシステム切換時の信頼性を向上させることができる無瞬断系統切換装置を提供することである。単独運転可能な常用系と待機系との2台の無停電電源装置UPS11a、11bと負荷17との間に設けられた開閉器15と、開閉器15の両側と負荷17との間にそれそれ並列接続されたサイリスタスイッチ16a、16bとリアクトルLa、Lbとの直列回路と、常用系と待機系との切り換えの際に2台のUPS11a、11bの入力電圧波形の位相差を判別し所定値を超えたときに2台のUPS11a、11bの切り換えをロックする位相判別装置18と、2台のUPS11a、11bの入力電圧波形を入力し表示出力する波形表示装置20とを備える。

目的

本発明の目的は、2系統のUPSシステムの位相差を容易に把握することができ、UPSシステム切換時の信頼性を向上させることができる無瞬断系統切換装置を提供することである。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
2件

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請求項1

単独運転可能な常用系待機系との2台の無停電電源装置負荷との間に設けられた開閉器と、前記開閉器の両側と前記負荷との間にそれそれ並列接続されたサイリスタスイッチリアクトルとの直列回路と、常用系と待機系との切り換えの際に2台の無停電電源装置の入力電圧波形位相差判別所定値を超えたときに2台の無停電電源装置の切り換えをロックする位相判別装置と、2台の無停電電源装置の入力電圧波形を入力し表示出力する波形表示装置とを備えたことを特徴とする無瞬断系統切換装置

請求項2

前記波形表示装置に表示出力された2台の無停電電源装置の入力電圧波形を記録するプリンタを備えたことを特徴とする請求項1記載の無瞬断系統切換装置。

請求項3

2台の無停電電源装置の入力電圧位相出力電流に基づいて、2台の無停電電源装置の手動切換時の横流を算出し切換時の無停電電源装置への影響の有無を判断する切換判別装置を備えたことを特徴とする無瞬断系統切換装置。

技術分野

0001

本発明は、常用系待機系との2台の無停電電源装置を無瞬断切り換える無瞬断系統切換装置に関する。

背景技術

0002

無瞬断系統切換装置(以下STS:static transfer switch)は、常用系と待機系との2台の無停電電源装置UPS(uninterruptible power supply)を無瞬断で切換える装置であり、2組のサイリスタスイッチ双投式電磁接触器などで主回路を構成し、電圧周波数位相同期範囲内である2つの電源を無瞬断で切り換える(例えば、特許文献1参照)。

0003

一般的には、無瞬断系統切換装置STSは、2組のUPSシステムの系統切換装置として適用され、常時負荷へ供給している常用系UPSシステムを保守点検する際は、STSで常用系UPSシステムの出力を待機系UPSシステムに手動操作により無瞬断で切り換える。その結果、負荷に対してUPS給電継続のまま、常用系UPSシステムを保守点検することができる。また、STSに停電自動切換え機能を持たせることで、万一、負荷給電中の常用系UPSが給電停止となっても、STSが電圧低下を検出し無瞬断で待機系UPS側に給電切換えできる。これにより、常用系UPSシステム、待機系UPSシステム、STSとの間に共通の制御回路も必要なくなり、信頼性の高いシステムを構築している。

0004

図2は、従来の無瞬断系統切換装置のシステム構成図である。いまA系UPSシステム11aが常用系であり、B系UPSシステム11bが待機系であるとする。この状態では、STS12のコンタクタ13aはオン、コンタクタ13bはオフ、コンタクタ14はオン、開閉器15はA系UPSシステム11a側に接続され、サイリスタスイッチ16aはオン、サイリスタスイッチ16bはオフであり、A系UPSシステム11aから負荷17に電力を供給している。

0005

ここで、サイリスタスイッチ16aに直列接続されたリアクトルLa、サイリスタスイッチ16bに直列接続されたリアクトルLbは、A系UPSシステム11aとB系UPSシステム11bとの切り換え時に流れる横流を抑制するものであり、位相判別装置18は、A系UPSシステム11aとB系UPSシステム11bとの切り換えの際に、それらの入力電圧波形位相差判別所定値を超えたときに切り換えをロックするものである。

0006

A系UPSシステム11aから負荷17に電力を供給している状態で、A系UPSシステム11aからB系UPSシステム11bに切り換えを行う場合について説明する。まず、図示省略の盤面の選択スイッチを押すことにより、切り換えられる側のサイリスタ16bをオンし、同時にコンタクタ13bをオンし、さらに開閉器15を選択されたB系UPSシステム11b側に切り換えることによって無瞬断で切り換えを行う。

0007

切換時には2電源間の位相差および系統のインピーダンスにより瞬間的に横流が発生するが、サイリスタスイッチ16a、16bと直列に接続されたリアクトルLa、Lbによって抑制される。この横流が上位のUPSシステム11a、11bに影響を及ぼさない範囲で切り換えが可能なように、2電源間の位相差が±10°を超過すると、系統切換をロックするシステムとなっている。同期範囲内であるかどうかの判別は、STS12内の位相判別装置18にて行う。また、上位UPSシステム11a、11bについても、これらの横流による影響を考慮し、STS12の定格電流の2倍以上の容量を持ったシステムで構成するようにしている。
特開平8−289485号公報

発明が解決しようとする課題

0008

しかしながら、既設UPSシステム11a、11bに接続する場合などにおいて、上位UPSシステム11a、11bが横流に十分に対応できない容量である場合においては、切り換えが可能な同期範囲に制限がある。そのため、切換時に2電源間でどの程度の位相差が発生しているか、測定を行った上で切り換えを行う必要が発生してしまう。

0009

本発明の目的は、2系統のUPSシステムの位相差を容易に把握することができ、UPSシステム切換時の信頼性を向上させることができる無瞬断系統切換装置を提供することである。

課題を解決するための手段

0010

本発明の無瞬断系統切換装置は、単独運転可能な常用系と待機系との2台の無停電電源装置と負荷との間に設けられた開閉器と、前記開閉器の両側と前記負荷との間にそれそれ並列接続されたサイリスタスイッチとリアクトルとの直列回路と、常用系と待機系との切り換えの際に2台の無停電電源装置の入力電圧波形の位相差を判別し所定値を超えたときに2台の無停電電源装置の切り換えをロックする位相判別装置と、2台の無停電電源装置の入力電圧波形を入力し表示出力する波形表示装置とを備えたことを特徴とする。

発明の効果

0011

本発明によれば、常用系と待機系との2台のUPSシステムの切り換えの際に、波形表示装置に対して2台のUPSシステムの入力電圧波形を表示出力するので、2台のUPSシステムの切換時にどの程度の位相差が発生しているかを容易に知ることができ、大幅な信頼性の向上を図ることができる。

発明を実施するための最良の形態

0012

以下、本発明に係る無瞬断系統切換装置の実施の形態を説明する。図1は本発明の実施の形態に係わる無瞬断系統切換装置のシステム構成図である。この本発明の実施の形態は、図2に示した従来例に対し、2台の無停電電源装置の入力電圧波形を入力してオシロスコープ19に表示出力する波形表示装置20、波形表示装置に表示出力された2台の無停電電源装置の入力電圧波形を記録するプリンタ21、切換時の横流の無停電電源装置への影響の有無を判断する切換判別装置22、負荷電流を検出し切換判別装置22に出力する変流器CTを追加して設けたものである。

0013

図1において、STS12の入力部には位相判別装置18に加え、波形表示装置20および切換判別装置22が設けられ、波形表示装置20には、2電源(A系UPSシステム11a、B系UPSシステム11b)の入力電圧波形をリアルタイムで表示するオシロスコープ19およびプリンタ21が接続されている。

0014

さらに、出力部には変流器CTが接続され、変流器CTで検出された負荷電流は切換判別装置22に出力されている。切換判別回路22は、位相判別装置18で取り込んだA系UPSシステム11aとB系UPSシステム11bとの位相差、電圧差、および予め与えられたインピーダンスデータを基に、A系UPSシステム11aとB系UPSシステム11bとの切換時の横流を計算する。

0015

2電源(A系UPSシステム11a、B系UPSシステム11b)の入力電圧波形は波形表示装置20で求められ、オシロスコープ19にて表示される。これらの電圧波形はSTS12の盤面にて表示することで、2電源間の位相差がリアルタイムで確認できる。この位相差はLCDパネルにおいても数値にて表示が可能である(○○μsec○○°)。確認した波形はSTS盤内に内蔵されたプリンタ21よりぺーパーにて出力が可能となっている。

0016

次に、切換判別装置22でのUPSシステム切換時の横流の算出および切換時の無停電電源装置への影響の有無の判断について説明する。従来はこれらの検討を上で行っており、この検討結果を基に手動切換時の位相差がSTS12の位相判別装置18にて設定している位相差(±10°)でも切り換えが問題ないことを検証している。これらの検討によって、ある容量以上での使用時は横流による上位システム11a、11bヘの影響があるとなった場合には、切換時毎に2電源の位相差を測定した上で、切り換え可否を判定する必要がある。

0017

そこで、切換判別装置22で、これを自動計算することで、現状の2電源の位相、電圧、周波数における切り換えによって、上位UPSシステム11a、11bヘ影響があるかどうかを自動的に判別し注意を促すことができる。

0018

切換判別装置22に予めインプットするデータとしては、以下の(1)〜(6)である。

0019

(1)上位UPSシステムの容量(kVA)
(2)上位UPSシステムの過電流過負荷検出レベル(kVA)
(3)A系UPSシステム〜STSまでのケーブルおよびバスダクトのインピーダンス(%)
(4)B系UPSシステム〜STSまでのケーブルおよびバスダクトのインピーダンス(%)
(5)STS内のインピーダンス(%)
(6)STS内の電圧降下(V)
さらに、STS12の切換判別装置22に入力される計測データとしては、以下の(7)および(8)である。

0020

(7)2電源間の位相差(μsec)
(8)2電源間の電圧差(V)
これら不変数値の(1)〜(6)に対して、定常的に変化する(7)および(8)のデータを入力する。

0021

これらデータに基づいて切換判定を切換判別装置22にて行い、(2)の過電流(過負荷)検出レベルを超過する恐れがある場合には「警告」として発報する。

0022

本発明の実施の形態によれば、常用系と待機系との2台のUPSシステムの切り換えの際に、波形表示装置に対して2台のUPSシステムの入力電圧波形を表示出力するので、2台のUPSシステムの切換時にどの程度の位相差が発生しているかを容易に知ることができる。また、その位相差の波形をプリントアウトすることができるので、保存が確実に行える。また、横流を計算しUPSシステムへの影響を判別できるので、大幅な信頼性の向上を図ることができる。

図面の簡単な説明

0023

本発明の実施の形態に係わる無瞬断系統切換装置のシステム構成図。
従来の無瞬断系統切換装置のシステム構成図STS切換判別装置構成例

符号の説明

0024

11…UPSシステム、12…STS、13…コンタクタ、14…コンタクタ、15…開閉器、16…サイリスタスイッチ、17…負荷、18…位相判別装置、19…オシロスコープ、20…波形表示装置、21…プリンタ、22…切換判別装置

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