JPH01157228A - 省電力・安定電圧供給システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、省電力・安定電圧供給システムに関するもの
である。

〔従来の技術とその問題点〕

一般に工場、ビル等の自家用電力需要設備は主として誘
導負荷が主体をなすものである。従って、その負荷に対
する供給電圧の設定は誘導電動機等の大きな起動電流に
よる線路および変圧器の電圧降下分を見越して、通常の
安定負荷需要分に対する適正電圧より、その分を高めに
設定しておき、過渡時の電圧降下による障害を回避して
いるのが実情である。

第２図は、このような−船釣な供給電圧設定の考え方を
説明するための図であり、高圧電力需要家構内の電力系
統と線路等による電圧降下の分布状態とを示している。

図中、１は高圧電力需要家の受電点における遮断器、２
は電圧調整用（！Ｉｓ圧用）の変圧器（例えば６６００
Ｖ−６０００Ｖ）　、３は高圧線、４は高圧を低圧に変
換するための変圧器（例えば６０００　Ｖ→２００ある
いは１００Ｖ）　、５は低圧線、６は負荷である。電圧
調整用変圧器２０２次側電圧Ｅ（以下、電源電圧という
）は、線路３゜５および変圧器４のインピーダンスによ
り電圧が降下し、負荷６に供給される。図中、ｅ、は定
常運転時の電圧降下値を、ｅ！は誘導電動機の起動電流
等のと大電流による追加電圧降下値を示している。

一般に誘導電動機の起動電流等の尖頭負荷電流は力率が
極めて悪く変圧器４の誘導性リアクタンスでの電圧降下
が高力率電流によるそれよりも大きく増長され、電圧降
下率が大きくなる。

このような状況のもと、前述した一般的な電圧設定によ
れば、電圧降下値ｅ２を見越して負荷への供給電圧を高
めに設定している。従って、定常負荷運転時に対しては
、負荷はかなりの過電圧運転となっている。一般に電力
消費量は電圧の二乗に比例するので、かなりの電力浪費
が予想される。

一方、機械設備等に対する電動機等の容量の設定は、か
なり余裕をもたせたものとなっている。

従って、多少の電圧降下によって電動機等の出力が低下
しても、機械設備の負荷に対してなお充分なる出力の余
裕を有しており、運転に対して何ら支障を来さないよう
に設定されている。本明細書では、支障を来さない供給
電圧を安全電圧値というものとする。

このことから勘案し、負荷に対して供給電圧を現在の値
よりｌＯ％程度低下させても安全電圧値以下とならない
限り、充分に機械設備の稼働が何ら支障なく機能するこ
とを数多くの実際現場での実験でそのことが証明された しかし、そのままの状態では、前述の如く定常負荷によ
る運転では問題はないが、過渡的急峻大電流に対しての
瞬時電圧降下は、より一段、低電圧側に押し下げられる
ので、安全電圧値以下となった場合には障害が発生する
ことになる。従って、依然として過電圧運転を回避する
ことはできない。

また一方、電力需要家において電圧の品質について厳し
い要求のある負荷が増えてきている。このような場合、
変圧器あるいは線路の誘導性リアクタンスは、電圧変動
の原因となり好ましくない。

本発明の目的は、上述のような問題点を解決し、過電圧
運転を回避して電力消費量の低減を図ると共に、電圧変
動のない安定した電圧を負荷に供給する省電力・安定電
圧供給システムを提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、高圧電力需要家の電力消費量を軽減し、変動
のない安定した電圧を負荷へ供給する省電力・安定電圧
供給システムであって、負荷端の電圧が安全電圧値以上
の設定供給電圧となるように、受電電圧を降圧する降圧
装置と、大電流による電圧降下により前記設定供給電圧
が前記安全電圧値以下に下がらないようにするために、
受電端から負荷端に至る電路中に設けられたコンデンサ
装置とを有している。

〔作用〕

本発明の原理を、第３図を参照しながら説明する。第３
図は、第２図に対応する図であり、高電圧需要家構内の
電力系統と電圧降下分布とを示している。なお、第３図
において第２図と同一の要素には同一の参照番号を付し
て示している。

本発明によれば、受電端と負荷端との電路中にコンデン
サ装置７を設けて、コンデンサの容量性リアクタンスで
、線路３．５の誘導性リアクタンスおよび変圧器４の誘
導性リアクタンスを相殺し、これら誘導性リアクタンス
による電圧降下を補償している。これは、いわゆる直列
コンデンサ補償方式の考え方であるが、直列コンデンサ
補償方式は、直列コンデンサが素子破壊による開放故障
を起こした場合には、負荷への電力供給ができな（なる
という問題があるが、本発明の場合には、コ５　ンデン
サが開放故障を起こした場合にも電力供給を４１続でき
るようにしている。

上述したように、コンデンサ装置７により高圧線３、変
圧器４、低圧線５の誘導性リアクタンスは相殺され、電
圧降下は抵抗による電圧降下分のみとなる。図中、ｅ、
は定常運転時の電圧降下値を、ｅ４は誘導電動機の起動
電流等の大電流による追加電圧降下値を示している。線
路３．５および変圧器４の誘導性リアクタンスによる電
圧降下分は、コンデンサ装置を用いれば、どんな値の負
荷電流でも即応して補償できるので、電圧降下値ｅ４は
第２図の電圧降下値ｅ２に比べてかなり小さくできる。

したがって、負荷に対して供給電圧、　　を現在の値よ
り１０％程度低下させた状態でも、過渡的急峻大電流に
対しての瞬時電圧降下ｅ４は小さいので、負荷へは安全
電圧値以上を供給でき、前述した負荷に対する過電圧供
給の問題は解決される。結果として、必要以上の電力需
要が除去され、適正な省電力による電力利用が可能とな
る。

また、本発明によればコンデンサ装置により線路および
変圧器の誘導性リアクタンスを打ち消すようにしている
ので、誘導性リアクタンスに基づく電圧変動のない安定
した電圧を負荷に供給することが可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明の一実施例である高圧電力需要家構内
の省電力・安定電圧供給システムを示す。

図中、１１は開閉器、１２は計器用切換開閉器、１３は
受電電圧測定用電圧計、１４は遮断器、１５は電圧調整
用変圧器、１６は開閉器、１８は変圧器、１９はコンデ
ンサ装置、２０は計器用切換開閉器、２１は負荷電圧測
定用の電圧計、２２は遮断器（またはナイフスイッチ）
、２３は誘導電動機等を含む負荷である。

電圧調整用変圧器１５は、受電電圧を降圧する変圧器で
あり、負荷２３への供給電圧が安全電圧値より、やや大
きくなる程度に設定する。変圧器１８は、高電圧を低電
圧に下げる変圧器である。本実施例では変圧器１８の２
次側にコンデンサ装置１９を設置しているが、１次側に
設置してもよい。

電圧調整用変圧器１５は、固定タップ方式、無電圧タッ
プ切替方式、負荷時タップ切替方式のいずれの構成を採
用することも可能である。

第４図は（ａ）〜（ｃ）は、オートトランスを用いた、
固定タップ方式、無電圧タップ切替方式、負荷時タップ
切替方式のそれぞれを示す。

第４図（ａ）の固定タップ方式では、例えば６６００　
Ｖを６０００　Ｖに降圧するようタップを固定する。

第４図（ｂ）の無電圧タップ切替方式では、受電電圧（
配電電圧）が配電線の距離等により異なるため、負荷２
３への供給電圧を一定に維持するように、無電圧状態で
タップ切替を行う。この場合、受電電圧の検出は、電圧
計１３により行う。

第４図（Ｃ）の負荷時タップ切替方式は、スイッチ■〜
■とリアクトルＸを有しており、受電電圧の時間的変動
や構内負荷の増減による電圧変動を受電電圧または負荷
電圧を検出し、負荷２３への供給電圧を一定に維持する
ように、負荷状態でタップ切替を行う。この場合、受電
電圧の検出は電圧計１３により、負荷電圧の検出は電圧
計２１により行う。

負荷時タップ切替のスイッチ操作の例を次表に示す。

次に、本実施例におけるコンデンサ装置１９について詳
細に説明する。

第５図にコンデンサ装置の基本的構成を示す。

コンデンサ装置は、リアクトル３０とコンデンサ３１と
から構成される。リアクトル３０の１次巻線３２は低圧
線２５に挿入され、２次巻線３３にコンデンサ３１が接
続される。このようにリアクトルを介してコンデンサを
挿入することによって、従来の直列コンデンサ補償方式
の欠点を改善し、コンデンサ３１に故障（開放または短
絡）が生じた場合に、電圧降下の補償はできないものの
、電力供給はｍ続できるようにしている。

以上のようにリアクトル３０の２次側に単にコンデンサ
を接続しただけでは、例えば大容量誘導電動機の起動時
のように大電流が流れた場合、リアクトルの２次側に大
電圧を誘起し、それがコンデンサ３１の絶縁耐性を超え
るようなときには、コンデンサが破壊してしまうおそれ
がある。したがって、実際の使用にあたっては適切な保
護手段を設ける必要がある。

第６図は、保護手段を有するコンデンサ装置の一例を示
す。このコンデンサ装置は、リアクトルにギャップ付リ
アクトル３４を用い、コンデンサ３１に並列に遮断器３
５およびアレスタ（避雷器）３６を設けている。このコ
ンデンサ装置によれば、リアクトル３４の１次巻線３２
に大電流が流れ、２次巻線３３に高電圧が発生した場合
に、アレスタ３６が放電したり、あるいは遮断器３５が
閉じて、コンデンサ３１に開放事故または短絡事故が発
生するのを防止する。もしこれら保護機能が正常に働か
ず、コンデンサ３１に開放故障が発生した場合にはりア
クドル３４の２次側はオープン状態となる。このような
場合、ギャップのない通常のりアクドルでは鉄心が磁気
飽和をしてしまい、先鋭波電圧が発生して電力機器の絶
縁に脅威を与え極めて危険な状態に陥る。しかし、リア
クトルの一部にギャップを設けて磁気抵抗を増加させた
構造となっているので、如何なる電流導通に対しても磁
気飽和を来たさず、前述の先鋭波電圧の発生を防止でき
る。

第７図は、より複雑な保護手段を備えるコンデンサ装置
の他の例を示す。このコンデンサ装置では、リアクトル
３０に３次巻線３７を設け、この３次巻線にはそれを短
絡する手動スイッチ３８および電磁スイッチ３９を接続
する。

一方、リアクトル３０の２次巻線３３の中性点を接地し
、中性点と適当なタップとの間に電圧検出回路４０を接
続する。また、コンデンサ３１と並列にアレスタ（避雷
器）４１を設ける。さらに、コンデンサ３１に直列に変
流器４２を、アレスタ４１に直列に変流器４３を設ける
。

電磁スイッチ３９は、電磁スイッチ制御回路４４により
制御され、この制御回路４４には電圧検出回路４０およ
び変流器４２．４３の出力が入力される。

このようなコンデンサ装置において、コンデンサ３１を
正常に作用させるときには、手動スイソ゛チ３８および
電磁スイッチ３９を共に開状態にしておく。

コンデンサ３１を作用させない場合には、手動スイッチ
３８を閉じておくと、３次巻線３７に誘起起電力に基づ
く電流が流れて磁束を発生し、この磁束が１次巻線３２
の発生磁束を打ち消す。したがって、リアクトル３０の
２次側回路は働かず、等価回路で見た場合、コンデンサ
３１は短絡されたと同様の状態になる。

手動スイレチ３８が開状態のときにリアクトル３０の１
次巻線３２に大電流が流れると、２次巻線３３に誘起す
る電圧は大きくなる。電圧検出回路４０は、この誘起電
圧を検出して制御回路４４に送る。制御回路４４では誘
起電圧が所定値を超えると、電磁スイッチ３９を閉じる
ように制御する。電磁スイッチ３９が閉じると、手動ス
イッチ３８の閉のときの動作と同様に、２次巻線３３に
誘起電圧が発生せず、したがってコンデンサ３１を高電
圧による破壊から保護することができる。

このコンデンサ装置では、電圧検出回路４４が正常に動
作しない場合を考えて、２重の保護を図っている。すな
わち、コンデンサ３１に高電圧が印加されると、アレス
タ４１で放電させて電圧を下げると共に、変流器４３に
より放電電流を検出して、制御回路４４に送り電磁スイ
ッチ３９を閉じるようにしている。また、コンデンサ３
１が何らかの原因で短絡故障を起こした場合には、変流
器４２が短絡電流を検出して、制御回路４４に送り電磁
スイッチ３９を閉じる。これにより、前述したようにリ
アクトル３０の２次側回路は何ら電気的に機能しなくな
るから、実質的に故障コンデンサ３１を回路より切り離
したのと同様になる。

さらに、リアクトル３０をギャプ付きとすれば、前述し
たように２次側がオープンしたときの先鋭波電圧の発生
を防止できる。

第８図は、本発明の他の実施例を示す。本実施例は降圧
装置とコンデンサ装置との両方の機能を兼ね備える電圧
調整装置５０を用いる。したがって第１図のコンデンサ
装置１９は除去されており、その他の構成は第１図と同
様であり、同一の構成要素には同一の参照番号を付して
示している。

第９図に、電圧調整装置５０の一構成例を示す。

直列変圧器５１の励磁側（１次側）に切替タップ５２を
設け、コンデンサ５３を接続している。また、タップ５
２の負荷時切替を可能にするためのスイッチ５４を備え
ている。等価回路的にはコンデンサ５３は電路に直列に
挿入されるから、ｖＡ路２４　、２５および変圧器１８
の誘導性リアクタンスを相殺し、第１図のコンデンサ装
置と同様に機能する。

この電圧調整装置では、コンデンサ５３が故障した場合
に、その故障が短絡故障ならば、コンデンサの機能は果
たさないが、装置は正常に動作し、負荷に電力を供給で
きる。一方、素子破壊による開放故障ならば、直列変圧
器５１は機能しないが、直列変圧器の２次巻線のりアク
ドル分の電圧降下で負荷に電力を供給できる。したがっ
て、コンデンサ５３の故障にかかわらず電力を供給でき
るので安全な運用が可能となる。

負荷時タップ切替は、スイッチ５４をオンしてコンデン
サ５３を短絡し、この間にタップ５２を切替え、切替え
終了後にスイ・ノチ５４をオフすることにより行う。こ
の負荷時タップ切替により、受電電圧の時間的変動や構
内負荷の増減による電圧変動にかかわらず、負荷への供
給電圧を一定に維持することができる。

以と説明した各実施例によれば、〔作用〕の項で説明し
たように、高圧配電線２４および低圧配電線２５および
変圧器１Ｂの誘導性リアクタンスがコンデンサの容量性
リアクタンスにより相殺される結果、誘導電動機の起動
大電流による電圧降下分は小さくなるので、負荷の定格
電圧より低い電圧を供給しても、大電流時に障害を発生
することなく安定した運転が可能となる。したがって、
負荷への電圧を低下させることによる電力消費の軽減を
図ることができる。また、誘導性リアクタンスによる電
圧変動がないので、負荷への安定電圧供給が可能となる
。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、電力需要家構内に
おける線路および変圧器の誘導性リアクタンスを、コン
デンサで相殺しているので、誘導電動機の起動電流のよ
うに大電流が流れた場合に、それによる電圧降下を小さ
くすることができるので、負荷への供給電圧を受電端に
おける電圧調整装置等によって現在の値よりも一段下げ
ることが可能となり、必要以上のむだな電力消費を抑制
することが可能となる。

また、コンデンサの容量性リアクタンスで誘導性リアク
タンスを相殺しているので、誘導性リアクタンスによる
電圧変動がな（、安定した電圧を負荷へ供給することが
可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示す図、第２図は、従来
技術の問題点を説明するための図、 第３図は、本発明の詳細な説明するための図、第４図は
、第１図の電圧調整用変圧器の各種タップ切替方式を示
す図、 第５図〜第７図は、第１図のコンデンサ装置の構成例を
それぞれ示す図、 第８図は、本発明の他の実施例を示す図、第９図は、第
８図の電圧調整装置の構成例を示す図である。 １５・・・・・電圧調整用変圧器 １９・・・・・コンデンサ装置 ３０・・・・・リアクトル ３１、５３・・・コンデンサ ３４・・・・・ギャップ付リアクトル ３５・・・・・遮断器 ３６、４１・・・アレスタ ３８・・・・・手動スイッチ ３９・・・・・電磁スイッチ ４０・・・・・電圧検出回路 ４４・・・・・電磁スイッチ制御回路 代理人　弁理士　　岩　佐　　義　幸 距齢→ 第２図 ｒｅ雌→ 第３図 （ａ）　　　　　　　　　　（ｂ） （Ｃ） 第４図 第５図 第６図 第８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）高圧電力需要家の電力消費量を軽減し、変動のな
   い安定した電圧を負荷へ供給する省電力・安定電圧供給
   システムであって、 負荷端の電圧が安全電圧値以上の設定供給電圧となるよ
   うに、受電電圧を降圧する降圧装置と、大電流による電
   圧降下により前記設定供給電圧が前記安全電圧値以下に
   下がらないようにするために、受電端から負荷端に至る
   電路中に設けられたコンデンサ装置とを有する省電力・
   安定電圧供給システム。