(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自家発電装置から発電機遮断器を介して供給される電力系統と受電遮断器を介して供給される商用電力系統の両方からの電力を供給する電力供給方法において、自家発電装置の発電機駆動装置にクラッチ板摩擦材の静摩擦係数とクラッチ板への押圧力によって定まる限界伝達トルク値を設定した油圧式摩擦クラッチを設け、この油圧式摩擦クラッチに限界伝達トルク値を越える過大トルクが作用する場合には、クラッチ板をスリップさせて所定トルクの伝達を維持しながら過大トルクの伝達を回避するとともに、過大トルクの発生を商用電力系統に設けられた不足電圧リレーまたは不足周波数リレーにより検出し、この検出信号により自家発電出力回路に配置された発電機遮断器を解列し、商用電力系統の復電を検出する電圧リレーによる復電の検出後に前記受電遮断器を投入し、自家発電装置による電力の電圧、周波数および位相を商用電力のそれらに同期させて、前記発電機遮断器を投入し、過大トルクの発生時に自家発電装置による電力の供給を速やかに回復させることを特徴とする電力供給方法。
【請求項２】
自家発電装置から発電機遮断器を介して供給される電力系統と受電遮断器を介して供給される商用電力系統の両方からの電力を供給する電力供給方法において、自家発電装置の発電機駆動装置にクラッチ板摩擦材の静摩擦係数とクラッチ板への押圧力によって定まる限界伝達トルク値を設定した油圧式摩擦クラッチを設け、この油圧式摩擦クラッチに限界伝達トルク値を越える過大トルクが作用する場合には、クラッチ板をスリップさせて所定トルクの伝達を維持しながら過大トルクの伝達を回避するとともに、前記摩擦クラッチの入口側部材と出力側部材に回転速度センサを設けてそれぞれ検出される回転速度を比較し、両者の差が設定値以上となった場合には、この信号により、過大トルクが発生したものとして前記発電機遮断器を解列し、商用電力系統の復電を検出する電圧リレーによる復電の検出後に前記受電遮断器を投入し、自家発電装置の電圧、周波数および位相を商用電力のそれらと同期させて、前記発電機遮断器を投入し、過大トルクの発生時に自家発電装置による電力の供給を速やかに回復させることを特徴とする電力供給方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、自家発電装置による電力系統と商用電力系統の両方からの電力を供給する電力供給方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自家発電装置による電力系統と商用電力系統の両方からの電力を供給する電力供給方法における、自家発電装置の発電機駆動装置には、通常、ガスタービンやスチームタービン等の原動機が利用されている。そして、図２に示されるように、原動機１の出力は、継手Ｃ１を介して減速機Ｄにその入力軸２により伝達され、所定の回転速度に減速された後、減速機Ｄの出力軸３から継手Ｃ２を介して発電機５の入力軸４に伝達され、発電機５では所定の電力が発電される。
【０００３】
ところで、自家発電装置による電力系統と商用電力系統の両方からの電力を供給する電力供給において、特に、商用電力の停電対策を図ったシステムの場合には、商用電力系統で停電事故が発生すると、停電を検知して負荷が遮断されるように制御されるが、停電を検知してから遮断器が解列されるまでに時間的な遅れがあるので、電力供給装置における負荷を瞬間的に全て自家発電装置の発電機が背負うこととなり、この発電機駆動装置には過大なトルクがかかることがある。このため、発電機駆動装置の出力軸に結合された継手部に、シャーピン式のトルク制限装置を設けて原動機や軸系に過大な負荷による損傷が生じるのを防いでいる。
【０００４】
このトルク制限装置は、図３に示されるように、減速機Ｄの出力側の継手Ｃ２に中間ピース３ａ、４ａを結合するとともに、中間ピース３ａ，４ａのフランジ部にシャーピン６を配設して、発電機に予定以上の過大な負荷がかかった場合には、このシャーピン６が破断する構造になっている。
【０００５】
このシャーピン６の交換は、当然のことながら人手を使って行うことになり、交換に多くの時間を必要とし、発電機駆動装置を再起動可能な状態にまで復帰させるには、少なくとも数時間程度を必要とする。また、部品の交換作業を行うものであるから、交換作業の終了したことを目視で確認した後、手動で発電機駆動装置を再起動させるものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、従来の自家発電装置による電力系統と商用電力系統の両方からの電力を供給する電力供給方法における自家発電装置の発電機駆動装置では、設定値以上の過大トルクが装置にかかる場合には、そのトルク制限装置に配設されたシャーピンが破断し、原動機や軸系への悪影響を防止しているが、原動機を停止して部品を交換しなければならず、自家発電装置の復旧に時間がかかる。このため、このような電力供給方法においては、過大トルク発生の際に停止した自家発電装置の復旧に時間を要し、過大トルクが解消しても直ちに自家発電装置を再起動することができないので、自家発電装置は、商用電力系統から電力の供給を受けて、まかなうべき電力を供給することになる。
【０００７】
このような電力供給における商用電力系統からの電力は、非常用として提供されるべき性格のもので、自家発補給電力と呼ばれ、一定時間、例えば、供給が３０分を超えると、「デマンドオーバ」の規則が適用されて割高な電気料金を支払わなければならない。したがって、従来のシャーピン式トルク制限装置を有する発電機駆動装置では、過大トルク発生の際の復旧には必ず部品の交換を必要とし、この「デマンドオーバ」の規則を適用されて、電気料金面で経済的な損失を受けるという問題があった。また、部品の交換は作業員の手作業によるもので、その熟練度にも左右され、一定の時間で電力供給装置を立ち上げて元の給電状態に戻すことは難しかった。
【０００８】
この発明は、このような問題を解決するためになされたもので、過大トルクが発生した際には、自家発電装置の発電機駆動装置における原動機や軸系を保護するとともに、速やかに自家発電装置による電力供給を回復させ、自家発補給電力の適用を回避することのできる電力供給方法を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明は、自家発電装置から発電機遮断器を介して供給される電力系統と受電遮断器を介して供給される商用電力系統の両方からの電力を供給する電力供給方法において、自家発電装置の発電機駆動装置にクラッチ板摩擦材の靜摩擦係数とクラッチ板への押圧力によって定まる限界伝達トルク値を設定した油圧式摩擦クラッチを設け、この油圧式摩擦クラッチに限界伝達トルク値を超える過大トルクが作用する場合には、クラッチ板をスリップさせて所定トルクの伝達を維持しながら過大トルクの伝達を回避するとともに、過大トルクの発生を商用電力系統に設けられた不足電圧リレーまたは不足周波数リレーにより検出し、この検出信号により自家発電出力回路に配置された発電機遮断器を解列し、商用電力系統の復電を検出する電圧リレーによる復電の検出後に前記受電遮断器を投入し、自家発電装置による電力の電圧、周波数および位相を商用電力のそれらに同期させて、前記発電機遮断器を投入し、過大トルクの発生時に自家発電装置による電力の供給を速やかに回復させるものである。
【００１０】
また、自家発電装置から発電機遮断器を介して供給される電力系統と受電遮断器を介して供給される商用電力系統の両方からの電力を供給する電力供給方法において、自家発電装置の発電機駆動装置にクラッチ板摩擦材の靜摩擦係数とクラッチ板への押圧力によって定まる限界伝達トルク値を設定した油圧式摩擦クラッチを設け、この油圧式摩擦クラッチに限界伝達トルク値を超える過大トルクが作用する場合に、クラッチ板をスリップさせて所定トルクの伝達を維持しながら過大トルクの伝達を回避するとともに、摩擦クラッチの入口側部材と出力側部材に回転速度センサを設けてそれぞれ検出される回転速度を比較し、両者の差が設定値以上になった場合には、この信号により、過大トルクが発生したものとして発電機遮断器を解列し、商用電力系統の復電を検出する電圧リレーによる復電の検出後に受電遮断器を投入し、自家発電装置の電圧、周波数および位相を商用電力のそれらに同期させて発電遮断器を投入し、過大トルクの発生時に自家発電装置による電力の供給を速やかに回復させるものである。
【００１１】
なお、本発明の方法を実施するための装置としては、自家発電装置による電力系統と商用電力系統の両方から電力を供給する電力供給装置において、自家発電装置の発電機駆動装置に油圧式摩擦クラッチを設けるとともに、商用電力系統には過大トルクの発生を検出するために不足電圧リレーまたは不足周波数リレーを設け、さらに、この検出信号により解列される発電機遮断器が配置された自家発電出力回路と、商用電力系統の復電を検出する電圧リレーと、この電圧リレーによる復電の検出後、商用電力の電圧、周波数および位相に自家発電装置による電力のそれらを同期させて、前記発電機遮断器を投入するように制御する制御装置を設けた電力供給装置が好ましい。
【００１２】
また、過大トルクの発生を検出する検出手段として、摩擦クラッチの入口部材と出口部材に回転速度センサをそれぞれ設け、両者の差を比較する手段を設けたものでもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の方法を、図１に示されたその方法を実施するための装置に基づいて説明する。なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
【００１４】
図１において、ガスタービンやスチームタービンなどの原動機１の出力は、歯車減速機Ｄの入力軸２およびこの入力軸２と一体の小歯車７を介して、中空軸８と一体の大歯車９に伝達される。この中空軸８の一端部には、フランジ部８ａが形成されていて、油圧式多板摩擦クラッチ１０のクラッチドラム１１がボルト締めで一体に固着されている。このクラッチドラム１１の内周部には、スチールプレートの表面に摩擦材が張り付けられた摩擦プレート１２が軸方向摺動可能にスプライン係合されている。
【００１５】
一方、中空軸８を貫通して発電機５に結合される出力軸３には、クラッチハブ１３が固定され、このクラッチハブ１３には、摩擦材を備えていないスチールプレート１４が軸方向摺動可能にスプライン係合されている。各プレート１２および１４は、交互に配列され、クラッチドラム１１の環状シリンダー部に嵌挿されたクラッチピストン１５と、中空軸８のフランジ部８ａとの間で押圧されて一体に結合される。このクラッチピストン１５を作動させるための圧油は、歯車減速機Ｄの油溜め１６から油圧ポンプ１７によって汲み上げられ、途中、油圧調整弁１８で所定の圧力に調整され、クラッチ嵌脱弁１９を通過し、油路２０を経てピストン室２１に供給される。
【００１６】
原動機１が起動され、クラッチ嵌脱弁１９が励磁されて開放されると、ピストン室２１には油圧調整弁１８で設定された圧油が供給され、多板摩擦クラッチ１０の各プレート１２および１４がその圧力により結合されて、出力軸３が回転され、発電機５が駆動される。なお、２２は油圧調整弁１８からのドレインのための油路であり、図示しない油溜めに通じているが、一部は摩擦部分、例えば、多板摩擦クラッチ１０に油路２３を介して供給される。
【００１７】
一般に、多板摩擦クラッチの伝達トルク値は、Ｔ＝μ×Ａ×Ｐａの計算式で求められ、ここで、μは摩擦プレートの摩擦係数、Ａは摩擦プレートの接触面積とその枚数によって定まるクラッチサイズ毎の固有値で、Ｐａは各プレートを押圧する押圧力である。この計算式から明らかなように、多板摩擦クラッチの伝達トルク値は、使用するクラッチサイズが決まれば、摩擦材の摩擦係数と各プレートを押圧する力すなわち押圧力によって決定される。したがって、押圧された各プレートが静止の状態からスリップし始める時の摩擦係数（静摩擦係数）と各プレートに対する押圧力を調整することにより、多板摩擦クラッチの各プレートがスリップし始める限界伝達トルク値を設定することができる。
【００１８】
したがって、油圧式多板摩擦クラッチ１０における摩擦プレート１２の静摩擦係数と、各プレートに対する押圧力となる圧油の圧力すなわち油圧調整弁１８における圧力を調整することにより、限界伝達トルク値を設定し、それ以上のトルクがかかった場合には、摩擦プレート１２とプレート１４がスリップして過大トルクの伝達を回避することができる。さらにプレートがスリップすると、プレート１２に張り付けられた摩擦材の摩擦係数が静摩擦係数から動摩擦係数に変化し、摩擦係数の値は低下するが、各プレートに対する押圧力は変わらないので、限界伝達トルク値より摩擦係数の低下分だけ低下した所定の伝達トルク値で発電機５の駆動が行われる。
【００１９】
かくして、自家発電装置の発電機５によって発電された電力は、自家発電出力回路２４の発電機遮断器２５を経て、発電機５の発電容量に見合った構内負荷２６に供給される。一方、商用電力系統２７からは、受電遮断器２８を経て、発電機５ではまかないきれない一般負荷２９に電力が供給される。なお、構内負荷２６と一般負荷２９との間には、連絡遮断器３０が設けられている。
【００２０】
このような電力供給装置においては、通常、発電機遮断器２５、受電遮断器２８および連絡遮断器３０が投入され、閉となっていて、発電機５と商用電力系統２７の両方から負荷２６，２９に電力が供給されている。また、商用電力系統２７からの受電点には、不足電圧リレーまたは不足周波数リレー３１が設置されていて、停電などにより商用電力系統２７からの電力供給が停止するときには、商用電力の電圧や周波数が設定値以下に低下することを検出して、負荷の解列を行うと同時に、原動機５にアイドリング指令を送るように制御される。
【００２１】
すなわち、商用電力系統２７が停電すると、過大トルクの発生事故になるので、商用電力系統２７の停電を不足電圧リレーまたは不足周波数リレー３１などで検出して過大トルク発生と判断し、このリレー３１の動作によって、連絡遮断器３０または発電機遮断器２５が解列されて商用電力系統２７が切り離されるとともに、原動機１はアイドリング運転となる。しかし、停電が発生してから、遮断器２５または３０が実際に解列されるまでには遅れがあるために、瞬間的に全負荷２６および２９が発電機５にかかって過負荷となるが、発電機駆動装置の多板摩擦クラッチ１０の各プレート１２，１４がスリップして過大トルクの伝達を回避すると同時に、所定のトルク伝達を維持する。
【００２２】
上述のように、発電機遮断器２５が解列されると、発電機５にかかっていた負荷が消失し、摩擦クラッチ１０の各プレート１２，１４のスリップが止まり、摩擦クラッチ１０の各プレート１２，１４は元の結合状態に戻るとともに、原動機１はアイドリング運転状態に保持される。
【００２３】
次いで、商用電力系統２７に配置された電圧リレー３２が動作して、商用電力の電圧が設定値に復帰したこと、すなわち、商用電力の復電が確認されると、連絡遮断器３０が投入されてすなわち閉となり、商用電力が供給される。このような状態において、発電機５からも電力を供給するように発電機遮断器２５が投入されるが、この発電機遮断器２５には、発電機の自動同期投入装置３３が設けられている。
【００２４】
この自動同期投入装置３３は、例えば、発電機５の周波数が商用電力のそれよりも高ければ、原動機ガバナの回転数指令値を設定する回転数設定器に設定値減の指令を送り、偏差量に応じた時間だけ回転数を下げてから接点をオンさせる。そして、周波数偏差が所定の範囲内に入り、両電力の位相が所定の範囲内で一致した瞬間に発電機遮断器２５が投入される。この際、発電機の端子電圧は、自動電圧調整器によって、商用電力と同じ一定電圧に維持される。
【００２５】
このように、自家発電装置の電力の電圧、周波数および位相を商用電力系統のそれらに同期させた後、発電機遮断器２５が投入され、自家発電装置からの電力と商用電力系統の電力の両方から負荷２６、２９に電力が供給される。かくして、過大トルク発生事故前の供給状態に復帰する。
【００２６】
この例では、過大トルクの発生を商用電力系統２７の電圧低下、または、周波数低下で検出して発電機遮断器２５を解列したが、過大トルクが発生すると、必然的に発電機５の出力が増加するので、自家発電出力回路２４、例えば、発電機遮断器２５に図示しない過電力リレーを組み込んで、発電機の出力が設定値を超えたことを検出することにより、過大トルクの発生を判断し、過電力リレーの動作により発電機遮断器２５を解列するようにしても良い。
【００２７】
さらに、過大トルクの検出は、図１に示されるように、多板摩擦クラッチ１０の入力側部材である入力軸２、および、多板摩擦クラッチ１０の出力側部材である出力軸３にそれぞれ回転速度検出用ギヤ３４および３５を設け、各ギヤ３４，３５に近接して、入力側回転速度センサ３６および出力側回転速度センサ３７を設け、この回転速度センサ３６の検出信号をクラッチ入力側部材の回転速度に変換し、出力側回転速度センサ３７の検出信号を変換したクラッチ出力側の回転速度と比較し、両者の差が設定値以上になった場合には過大トルクが発生したものと判断して行うこともできる。なお、過大トルクが発生したと判断されたときには、発電機遮断器２５を開にする信号を出力し、発電機遮断器２２を解列すると同時に、原動機１のガバナにアイドリング信号を出力するものである。また、回転速度センサ３６，３７としては、一般的に、電磁式のものを用いることができる。
【００２８】
このように、多板摩擦クラッチ式のトルク制限装置は、過大トルクがかかっても所定のトルク伝達維持が可能であり、原動機を停止させる必要がないので、過大トルクが発生した際には、発電機駆動装置の原動機をアイドリング状態で待機させておき、商用電力が復電したときに、その検出信号を受けて発電機駆動装置を直ちに所定の運転状態に移行することができる。このため、商用電力系統が停電して発電機に過大トルクがかかり、自家発電装置からの電力供給が遮断された場合でも、自動的に自家発電装置からの電力の再同期投入が可能であって、速やかに、元の電力供給に復帰することができる。
【００２９】
【発明の効果】
自家発電装置の発電機駆動装置にクラッチ板摩擦材の靜摩擦係数とクラッチ板への押圧力によって定まる限界伝達トルク値を設定した油圧式摩擦クラッチを設け、この油圧式摩擦クラッチに限界伝達トルク値を超える過大トルクが作用する場合には、クラッチ板をスリップさせて所定トルクの伝達を維持しながら過大トルクの伝達を回避するので、過大トルク発生時にも、発電機駆動装置の原動機を停止させる必要がなく、アイドリング状態で待機させることができる。また、部品交換作業の必要がないので、過大トルクの発生と解消を電気的に検出して、発電機遮断器の解列と投入とを自動化することが可能となり、過大トルク発生の際に、速やかに、元の電力供給状態に復帰させて、自家発補給電力の適用を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、本願発明の方法を実施するための電力供給装置の説明図である。
【図２】  図２は、従来の自家発電装置の発電機駆動装置の説明図である。
【図３】  図３は、図２に示された装置における要部拡大図である。
【符号の説明】
Ｃ１、Ｃ２    継手
Ｄ    減速機
１    原動機
２    減速機の入力軸
３    減速機の出力軸
４    発電機の入力軸
５    発電機
６    シャーピン
８    中空軸
８ａ    フランジ部
１０    多板摩擦クラッチ
１１    クラッチドラム
１２    摩擦プレート
１４    スチールプレート
１５    クラッチピストン
１６    油溜め
１７    油圧ポンプ
１８    油圧調整弁
１９    クラッチ嵌脱弁
２１    ピストン室
２５    発電機遮断器
２６、２９    負荷
２７    商用電力系統
２８    受電遮断器
３０    連絡遮断器
３１    不足電圧リレー
３２    不足周波数リレー
３６、３７    回転速度センサ
【図１】
0003719584.tif 000002
【図２】
0003719584.tif 000003
【図３】
0003719584.tif 000004