JPH076641U - 電気温水器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 一般家庭で用いられる電気温水器を改良する
ことによって、いわば分散されたフィルタリングシステ
ムによって高調波障害を効果的に解消する。 【構成】 タンク１０内の水を加熱する複数の電熱器１
１，１２を設け、所定次数の高調波において配電系統の
柱上変圧器１５と直列共振するコンデンサ１３を電熱器
１１に直列接続する。 【効果】 所定次数の高調波成分のエネルギーが電熱器
１１により消費されることにより、配電系統およびさら
に上位系の所定次数の高調波成分を負荷系において分散
吸収することができる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は一般家庭で、例えば深夜電力を利用する電気温水器に係り、特に配 電系統に含まれる高調波成分の抑制に効果のある電気温水器に関する。

【０００２】

【考案の背景】

近年、都市の電力系統において配電系統に含まれる高調波成分の影響が問題と なっており、特に第５高調波の問題が顕在化している。これは負荷系から発生す る高調波成分のうち第５高調波が最も多く、電力系統の特性が第５高調波に対し て後述するようにクリティカルであることが原因である。

【０００３】 図３は配電系統を模式的に示す回路図である。図３において１は多数の負荷系 が原因となって、即ち全系統から流出する高調波電流により作り上げられた上位 系の高調波電圧源、２は変電所の送り出し用変圧器、３は需要家側の６．６ｋＶ の受電部に設けられた直列リアクトル付き進相コンデンサ、５は直列リアクトル なし進相コンデンサである。また、４，６は一般負荷である。直列リアクトル付 き進相コンデンサ３には力率調整用の開閉器が備えられていて、直列リアクトル は開閉制御の際に流れる突入電流を抑制する。また、前記直列リアクトルは高調 波源に対し合成リアクタンスを誘導性として、高調波成分を拡大しないように作 用する。また、このような開閉制御を行わずに常時進相コンデンサを接続してお く場合には、直列リアクトルは通常設けられていない。ところが、このような系 統において、変電所の変圧器２の誘導リアクタンス成分と、需要家側の直列リア クトルのない進相コンデンサおよびケーブル系統の容量リアクタンス成分とが直 列共振に近い状態となれば、６．６ｋＶ母線はその歪率を拡大し、その結果、当 該系統に接続されている直列リアクトル付き進相コンデンサに第５高調波の過電 流が流れ、それを焼損させる場合があった。

【０００４】 ここで上位系の高調波成分をＥｎ、拡大後の高調波成分をｅｎとした場合の高 調波拡大率（ｅｎ／Ｅｎ）を図４に示す。このように高調波拡大率が昼間では比 較的小さく、夜間に大きくなる。これは昼間に投入されている一般負荷が前記直 列共振のＱ（共振の急峻度）に対しダンピングファクターとして効くためである 。従って上述の問題は昼間よりむしろ夜間により重大となる。

【０００５】 そこで、このような高調波障害の対応策として一般家電汎用品からの高調波電 流の抑制、特別需要家からの高調波電流の抑制および機器の高調波耐量の向上を 図る指針が示されているが、現状の高調波障害の虞を直ちに改善できるものでは ない。また、Ｌ−Ｃ回路によって所定の高調波成分に対し低インピーダンス回路 を構成して高調波成分を吸収する高調波フィルター設備、或いは高調波電流を積 極的に注入して所定の高調波成分を吸収するアクティブフィルタ型の高調波フィ ルター設備も利用されるが、これらは何れも不特定の高調波源に対応する方式と しては種々の問題があり、通常は特定負荷に対応する局所的な高調波抑制対策の ために用いられている。

【０００６】 この考案の目的は、上述した背景に鑑み成されたものであり、一般家庭で用い られる電気温水器を改良することによって、いわば分散されたフィルタリングシ ステムによって高調波障害を効果的に解消するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

この考案の電気温水器は、タンク内の水を加熱する複数の電熱器をそれぞれ商 用電源の負荷として設けるとともに、商用電源周波数の所定次数の高調波におい て配電系統の柱上変圧器と直列共振するコンデンサを前記複数の電熱器のうちの 少なくとも一つの電熱器に対し直列に接続したことを特徴とする。

【０００８】

【作用】

この考案の電気温水器では、タンク内の水を加熱する電熱器が複数設けられて いて、複数の電熱器のうち少なくとも一つの電熱器に、商用電源周波数の所定次 数の高調波において配電系統の柱上変圧器と共振するコンデンサが直列に接続さ れている。このように構成したことにより、配電系統の柱上変圧器と前記コンデ ンサとは所定次数の高調波の周波数で直列共振し、所定次数の高調波に対して低 インピーダンス回路を構成する。これにより所定次数の高調波成分が前記コンデ ンサに直列接続されている電熱器により電力消費されることになる。その結果、 高調波成分の移行先である柱上変圧器の一次側（例えば６．６ｋＶ母線）の所定 次数の高調波成分が吸収される。この考案の電気温水器が多くの一般家庭で用い られるようになると、負荷系において分散された多数の点で所定次数の高調波が 吸収されることになる。このように、高調波発生源である負荷系で高調波成分が 分散吸収され、これにより高調波成分の移行先である上位系での高調波成分が抑 制されることにより、その相乗効果によって電力系全体の所定次数の高調波が効 果的に抑制される。特にこの電気温水器を深夜電力温水器として用いれば、夜間 において従来拡大されていた所定次数の高調波成分が抑制され、高調波障害が効 果的に防止される。

【０００９】

【実施例】

この考案の実施例である電気温水器の構成を図２に示す。図２において１０は 貯湯タンク、１１，１２はそれぞれ貯湯タンク１０内の水（湯）を加熱する電熱 器である。また１３は電熱器１１と直列接続されて、第５高調波の周波数で配電 系統の柱上変圧器と直列共振するコンデンサである。

【００１０】 図１は図２に示した電気温水器が接続される電力系統の構成を示す図である。

【００１１】 図１において１６は、この例では７７ｋＶを６．６ｋＶに変圧する変電所におけ る主変圧器、１５は６．６ｋＶ母線から分岐された配電線に接続され、一般家庭 に２００Ｖを供給する柱上変圧器である。そして需要家（一般家庭）において、 電力量計１４を介して図２に示した電気温水器が接続されている。この構成にお いて、電気温水器に設けたコンデンサ１３は柱上変圧器１５のリアクタンス成分 （実質上％インピーダンス）と第５高調波において直列共振する。従って第５高 調波成分については柱上変圧器１５のインピーダンスはほぼ０となって、第５高 調波成分は電熱器１１により消費されることになる。これにより、６．６ｋＶ母 線から分岐された配電線の第５高調波エネルギーは柱上変圧器１５を介して負荷 に吸収され、６．６ｋＶ母線およびその上位系である７７ｋＶ系の第５高調波成 分が抑制される。基本波成分および第５高調波を除くその他の高調波成分につい ては電熱器１２により消費される。例えば柱上変圧器１５の２次側に５％の第５ 高調波が含まれている場合、柱上変圧器１５の２次側換算で第５高調波成分は１ ０Ｖであるため、電熱器１１の抵抗値を１Ωとすれば電熱器１１に１０Ａが流れ 、電熱器１１によって第５高調波が１００Ｗ消費されることになる。このように 、コンデンサ１３の容量は第５高調波において柱上変圧器と直列共振するように 選択し、電熱器１１の抵抗値は系統に含まれる第５高調波成分の歪率（背後の歪 率）と柱上変圧器１５の容量を考慮して定める。

【００１２】 なお、実施例では第５高調波成分の消費用の電熱器１１とその他の通常の電熱 器１２のみを並列に配置した例を示したが、電熱器１１に消費される電力は、背 後の歪率によって大きく左右されるため、必要とする発熱量、または消費電力の 上限などを考慮して、第５高調波成分の電力を消費する電熱器１１の実際の電力 消費量に応じて、他の通常の電熱器１２による電力消費を調整するようにしても よい。例えば、コンデンサを接続しない通常の電熱器を複数個設けておき、その 接続状態の切り換えによって、全体の電力消費量を必要量に制御するように構成 すればよい。

【００１３】

【考案の効果】

この考案によれば次のような効果を奏する。

【００１４】 （１）所定の高調波成分を抑制するだけでなく、その高調波成分のエネルギー を熱エネルギーとして回収できるため、電力の有効利用が図れる。

【００１５】 （２）本願考案の電気温水器が多くの一般家庭で利用されることによって、多 くの高調波フィルタが電力系統に分散配置されることになり、高調波成分の分散 的なフィルタリングシステムが実現できる。

【００１６】 （３）高調波障害の原因となる高調波成分をその発生源の近傍において分散吸 収することによって、負荷系の高調波成分を抑制するとともに、高調波成分の移 行先である上位系の高調波成分を抑制し、背後の歪率を低減するようにしたため 、相乗効果によって電力系全体の所定次数の高調波を効果的に抑制することがで きる。

【００１７】 （４）この考案の電気温水器が深夜電力温水器として用いられることによって 、当該電気温水器が、直列リアクトルなしの進相コンデンサと変圧器との直列共 振を抑えるダンピング回路として働き、夜間における高調波成分の拡大率が抑制 される。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案の実施例である電気温水器を含む電力
系統の構成を示す図である。

【図２】この考案の実施例である電気温水器の構成を示
す図である。

【図３】配電系統の構成例を示す図である。

【図４】夜間と昼間における高調波成分の拡大率の関係
を示す図である。

【符号の説明】

１−高調波電圧源 ２−変圧器 ３−直列リアクトル付き進相コンデンサ ４，６− 一般負荷 ５−直列リアクトルなし進相コンデンサ １０−タンク １１，１２−電熱器 １３−コンデンサ １４−電力量計

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 タンク内の水を加熱する複数の電熱器を
   それぞれ商用電源の負荷として設けるとともに、商用電
   源周波数の所定次数の高調波において配電系統の柱上変
   圧器と直列共振するコンデンサを前記複数の電熱器のう
   ちの少なくとも一つの電熱器に対し直列に接続したこと
   を特徴とする電気温水器。