(57)【要約】【課題】コンデンサの進相容量を簡単に調整することができ、電力の力率調整を容易に行うことができるコンデンサ装置を提供する。【解決手段】３相交流電力を出力する電源と負荷との間に接続され、各相に対応して設けられたコンデンサ部１０、２０、３０により、負荷に供給される電力の力率を調整するコンデンサ装置であって、該コンデンサ装置は、さらに、コンデンサ部１０、２０、３０への印加電圧を可変とする切換手段４０、５０を有し、負荷に供給される無効電力に応じて、切換手段４０、５０を操作することで、進相容量が変化するように構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
３相交流出力を出力する電源と負荷との間に接続され、各相に対応して設けられたコンデンサ部により、負荷に供給される電力の力率を調整するコンデンサ装置であって、該コンデンサ装置は、さらに、上記コンデンサ部への印加電圧を可変とする切換手段を有し、負荷に供給される無効電力に応じて、上記切換手段を操作することで、進相容量が変化するように構成されていることを特徴とするコンデンサ装置。
【請求項２】
切換手段は、上記コンデンサ部相互の接続を、Δ結線又はＹ結線に切換可能としていることを特徴とする請求項１のコンデンサ装置。
【請求項３】
切換手段は、コンデンサ部相互の接続を、上記コンデンサ部の主コンデンサと副コンデンサとを直列接続することで双方のコンデンサを機能させるΔ結線と、副コンデンサを切り離すことで主コンデンサのみを機能させるΔ結線のどちらかに切換可能としていることを特徴とする請求項１のコンデンサ装置。
【請求項４】
切換手段として、電源とコンデンサ部との間に接続されたタップ切換付き変圧器を有し、変圧器のタップの切り換えによりコンデンサ部への印加電圧を可変としていることを特徴とする請求項１のコンデンサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電力設備の力率改善に用いられる進相用のコンデンサ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電力需要家の受電設備では、図７に示すように、高圧側の電力を変圧器Ｔで降圧し、この降圧した電力（低圧側）を負荷に供給している。負荷にはモータや照明等、種々のものがあり、各負荷で力率が異なることから、負荷に応じて力率調整用のコンデンサ装置１００が設けられる。図８は、従来の進相コンデンサ装置１００を示したものであるが、コンデンサ１０１とリアクトル１０２の直列接続構成を結線（例えばΔ（デルタ）結線）した回路を内蔵しており、モータ等によって生じる遅れ無効電力を緩和している（例えば特許文献１参照）。なお、図８において、１０３は放電抵抗である。
【０００３】
受電電力の力率を改善すれば、電力使用料の割引を受けられるため、コスト低減を図ることができる。しかしながら、電力負荷が軽減される夜間等において、進相コンデンサ装置１００が投入された状態であると、力率が進み過ぎとなり、電圧が上昇、系統に接続されている機器に規定値以上の電圧が印加されて不具合を起こす虞がある。また、力率が進み過ぎると、需要家系統でも不要な無効電力が流れることとなり、その結果、電力損失の増加を招くといった問題を生じる。
【０００４】
そこで、電力負荷が軽減される期間、進相コンデンサ装置１００の電力系統への接続を切り離すことが考えられる。なお、進相コンデンサ装置１００の切り離しは、外部からの切換信号によって切換器１０４のオンオフを切り換えることで行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−４７７４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、進相コンデンサ装置１００を完全に切り離してしまうと、力率調整が行えなくなるため、常に稼働している機器等があれば、力率を所定値以上に維持することができなくなる虞がある。なお、進相コンデンサ装置１００を複数設け、切り離す装置１００の数を調整することで力率調整を行うことも可能ではあるが、コスト高となる場合が多い。また、小規模な受電設備においては、一般に進相コンデンサ装置１００の設置台数が少ないため、装置１００の接続や切り離しだけで力率を調整することは困難である。
【０００７】
そこで、この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、コンデンサの進相容量を簡単に調整することができ、電力の力率調整を容易に行うことができるコンデンサ装置の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明のコンデンサ装置１は、３相交流電力を出力する電源と負荷との間に接続され、各相に対応して設けられたコンデンサ部１０、２０、３０により、負荷に供給される電力の力率を調整するコンデンサ装置であって、該コンデンサ装置１は、さらに、上記コンデンサ部１０、２０、３０への印加電圧を可変とする切換手段４０、５０を有し、負荷に供給される無効電力に応じて、上記切換手段４０、５０を操作することで、進相容量が変化するように構成されていることを特徴としている。
【０００９】
具体的には、切換手段４０、５０は、上記コンデンサ部１０、２０、３０相互の接続を、Δ結線又はＹ結線に切換可能としている。
【００１０】
また、本発明の他のコンデンサ装置１Ａでは、切換手段４０Ａは、コンデンサ部１０Ａ、２０Ａ、３０Ａ相互の接続を、上記コンデンサ部１０Ａ、２０Ａ、３０Ａの主コンデンサ１１ａ、２１ａ、３１ａと副コンデンサ１１ｂ、２１ｂ、３１ｂとを直列接続することで双方のコンデンサを機能させるΔ結線と、副コンデンサ１１ｂ、２１ｂ、３１ｂを切り離すことで主コンデンサ１１ａ、２１ａ、３１ａのみを機能させるΔ結線のどちらかに切換可能としている。
【００１１】
さらに、本発明の異なるコンデンサ装置１Ｃでは、切換手段として、電源とコンデンサ部１０Ｃ、２０Ｃ、３０Ｃとの間に接続されたタップ切換付き変圧器７０を有し、変圧器７０のタップの切り換えによりコンデンサ部１０Ｃ、２０Ｃ、３０Ｃへの印加電圧を可変としている。
【発明の効果】
【００１２】
この発明のコンデンサ装置によれば、コンデンサ部への印加電圧を可変とする切換手段を有しているため、切換手段を操作するだけで、進相容量を変化させることができ、電力の力率調整を容易に行うことができる。
【００１３】
特に、切換手段によって、コンデンサ部の結線状態をΔ結線、又はＹ結線に切換可能に構成すれば、進相容量は、印加電圧の２乗に比例し、Ｙ結線時の印加電圧はΔ結線時の１／√３になることから、Ｙ結線とすれば、進相容量をΔ結線のときの１／３とすることができ、細やかな力率調整が可能となる。
【００１４】
また、この発明の他のコンデンサ装置によれば、主、副コンデンサを直列接続して双方のコンデンサを進相コンデンサとして機能させるか、主コンデンサのみを進相コンデンサとして機能させるかを切り換えることができるため、主コンデンサへの印加電圧が変化し、結果、進相容量を変化させることができ、細やかな力率調整を行うことができる。
【００１５】
さらに、この発明の異なるコンデンサ装置によれば、タップ切換付き変圧器のタップを切り換えることによって、コンデンサ部への印加電圧を変化させるため、結果、進相容量を変化させることができ、細やかな力率調整を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態に係るコンデンサ装置を示す回路図である。
【図２】同じくそのコンデンサ装置の電源―負荷間への接続状態を示す回路図である。
【図３】同じくそのコンデンサ装置を示し、（ａ）は第１の切換器をオンとし第２の切換器をオフとした場合の回路図であって、（ｂ）は第１の切換器をオフとし第２の切換器をオンとした場合の回路図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係るコンデンサ装置を示す回路図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係るコンデンサ装置を示す回路図である。
【図６】本発明の第４実施形態に係るコンデンサ装置を示す回路図である。
【図７】従来のコンデンサ装置の電源―負荷間への接続状態を示す回路図である。
【図８】従来のコンデンサ装置を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
この発明の第１実施形態に係るコンデンサ装置１は、図１及び図２に示すように、３相（Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相）交流電力を出力する電源（高圧側の電圧を降圧する変圧器Ｔの出力（低圧側））と負荷との間に接続され、各相に対応して設けられたコンデンサ部１０、２０、３０相互の結線を、切換手段４０、５０によって、Δ結線、Ｙ結線、又は結線切り離しのいずれかに選択的に切り換えることで、負荷に供給される電力の力率を調整するものである。以下、コンデンサ装置１の構成及び構成部材について詳細に説明する。
【００１８】
コンデンサ装置１は、上述したように、３相分のコンデンサ部１０、２０、３０を備えている。具体的には、図１に示すように、第１のコンデンサ１１の一方端子と第１のリアクトル１２の一方端子とを接続した第１のコンデンサ部１０と、第２のコンデンサ２１の一方端子と第２のリアクトル２２の一方端子とを接続した第２のコンデンサ部２０と、第３のコンデンサ３１の一方端子と第３のリアクトル３２の一方端子とを接続した第３のコンデンサ部３０とを備えている。なお、各コンデンサ１１、２１、３１に並列接続されている１３、２３、３３は、放電抵抗である。
【００１９】
また、コンデンサ装置１は、図１に示すように、上記各コンデンサ部１０、２０、３０に加えて、各コンデンサ部１０、２０、３０相互の結線をΔ結線、Ｙ結線、又は結線切り離しのいずれかに選択的に切り換えるための切換手段４０、５０を備えている。具体的には、第１のリアクトル１２の他方端子と第２のコンデンサ２１の他方端子との間と、第２のリアクトル２２の他方端子と第３のコンデンサ３１の他方端子との間と、第３のリアクトル３２の他方端子と第１のコンデンサ１１の他方端子との間とに接続（介在）され、各他方端子間の接続と切断とを切り換える第１の切換器４０と、第１、第２、第３のコンデンサ１１、２１、３１の各他方端子間に接続（介在）され、各コンデンサ１１、２１、３１の共通接続と共通接続の切り離しとを切り換える第２の切換器５０とを備えている。なお、第１の切換器４０は、３個のスイッチ４１、４１、４１から構成されているが、３個のスイッチ４１、４１、４１は同時に操作されるように構成されており、オンの場合は３個全てが接続状態とされ、オフの場合は３個全てが切断状態とされる。第２の切換器５０も第１の切換器４０と同様に、３個のスイッチ５１、５１、５１から構成され、３個のスイッチ５１、５１、５１は同時に操作されるよう構成されている。なお、第２の切換器５０は３個のスイッチ５１で構成するだけに限らず、図１のＲ１−Ｓ１間及びＳ１−Ｔ１間にそれぞれ１個のスイッチを設け、２個のスイッチで構成するようにしても良い。
【００２０】
第１、第２、第３のリアクトル１２、２２、３２の他方端子は、図１に示すように、さらに３相交流系統と接続される各相の端子部Ｒ、Ｓ、Ｔに接続されている。また、端子部Ｒ、Ｓには、第１、第２の切換器４０、５０にオンオフの切換を制御する制御部６０が接続されている。なお、第１、第２の切換器４０、５０のオンオフを切り換える切換信号は、コンデンサ装置１の外部から制御部６０に入力されるが、入力方法としては人手による入力の他に、自動制御による入力としても良い。切換信号の入力の要否については、図２に示すように、コンデンサ装置１と負荷との間に設けられた無効電力検出手段Ｖａｒ（無効電力計）で、負荷に供給される無効電力を検出し、この検出結果に応じて入力の要否を判断すれば良い。自動制御の場合には、無効電力計で検出された値が規定値以上又は規定値以下となる等、予め設定した条件となった場合に切換信号の入力を行うようにすれば良い。そして、制御部６０は、負荷に供給される無効電力に応じて上記種々の方法で入力された切換信号を基に、制御部６０に内蔵された複数のスイッチを切り換えることで、第１、第２の切換器４０、５０のオンオフを操作する。
【００２１】
次に、各コンデンサ部１０、２０、３０相互の結線の切り換えについて詳細に説明する。まず、Δ結線とする場合について説明する。Δ結線とする旨の信号が制御部６０に入力されると、この信号を基に、第１の切換器４０がオンとされ、第２の切換器５０がオフとされる。第１の切換器４０がオンとされ、第２の切換器５０がオフとされると、図３（ａ）に示すように、第１のコンデンサ部１０のリアクトル１２側の端子と、第２のコンデンサ部２０のコンデンサ２１側の端子とが接続され、第２のコンデンサ部２０のリアクトル２２側の端子と、第３のコンデンサ部３０のコンデンサ３１側の端子とが接続され、第３のコンデンサ部３０のリアクトル３２側の端子と、第１のコンデンサ部１０のコンデンサ１１側の端子とが接続された状態、すなわちΔ結線となる。なお、Δ結線は、コンデンサ部に印加される電圧が線間電圧に等しくなるといった現象をもたらす。
【００２２】
次に、Ｙ（スター）結線とする場合には、Ｙ結線とする旨の信号が制御部６０に入力され、この信号を基に、第１の切換器４０がオフとされ、第２の切換器５０がオンとされる。第１の切換器４０がオフとされ、第２の切換器５０がオンとされると、図３（ｂ）に示すように、第１のコンデンサ部１０のコンデンサ１１側の端子と、第２のコンデンサ部２０のコンデンサ２１側の端子と、第３のコンデンサ部３０のコンデンサ３１側の端子とが共通接続された状態、すなわちＹ結線となる。なお、Ｙ結線は、コンデンサ部に印加される電圧が線間電圧の１／√３倍になるといった現象をもたらす。
【００２３】
なお、第１の切換器４０と第２の切換器５０がいずれもオンとなると、短絡となるため、制御部６０において、いずれか一方が常にオフとなるように制御される。換言すれば、第２の切換器５０がオフのとき、第１の切換器４０がオンとされてΔ結線となり、第１の切換器４０がオフのとき、第２の切換器５０がオンとされてＹ接続となる。また、第１の切換器４０と第２の切換器５０とを共にオフとすることで、コンデンサ部１０、２０、３０間の結線が互いに切り離された状態となり、結果、系統からコンデンサ装置１が切り離された状態となる。
【００２４】
このように、本発明のコンデンサ装置１では、第１の切換器４０と第２の切換器５０とのオンオフを切り換えることによって、コンデンサ部１０、２０、３０の結線をΔ結線やＹ結線としたり、コンデンサ部１０、２０、３０間の結線を切り離すことができる。上記に示したように、Ｙ結線においては、コンデンサ部に印加される電圧が線間電圧の１／√３倍になるため、線間電圧が一定である場合、コンデンサ部１０、２０、３０に印加される電圧は、Δ結線の１／√３倍となる。進相容量は、印加される電圧の２乗に比例するので、Ｙ結線時における進相容量は、Δ結線時の進相容量の１／３倍となる。また、コンデンサ部１０、２０、３０間の結線を切り離せば、進相容量は０となる。
【００２５】
従って、例えばΔ結線時の進相容量が５０ｋＶａｒの場合、第１の切換器４０と第２の切換器５０とを共にオフにすれば、コンデンサ部１０、２０、３０が系統から切り離されるため進相容量は０Ｖａｒとなり、第１の切換器４０をオフにし、第２の切換器５０をオンとしてＹ結線とすれば、進相容量は約１６．７ｋＶａｒとなる。すなわち、第１、第２の切換器４０、５０を操作するだけで進相容量を３段階に切り換えることができ、その結果、コンデンサ装置１の設置数が少ない場合においても、細かな力率調整が可能となる。
【００２６】
次に、本発明の他の実施形態に係るコンデンサ装置１Ａについて図４を用いて詳細に説明する。この本発明の第２実施形態に係るコンデンサ装置１Ａは、第１実施形態に係るコンデンサ装置１と同様に、３相（Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相）交流電力を出力する電源と負荷との間に接続され、各相に対応するコンデンサ部によって、負荷に供給される電力の力率を調整するものである。具体的には、図４に示すように、３相分のコンデンサ部１０Ａ、２０Ａ、３０Ａが設けられ、これらがΔ結線されている。なお、コンデンサ部１０Ａは、２個のコンデンサ（以下、主コンデンサ、副コンデンサと称す）を備えている。また、コンデンサ部１０Ａの主コンデンサ１１ａと副コンデンサ１１ｂとは直列接続されているが、主コンデンサ１１ａと副コンデンサ１１ｂとの間には、スイッチ（切換手段）４０Ａを介して副コンデンサ１１ｂを迂回するためのバイパス路が接続されている。そのため、スイッチ４０Ａを切り換えることで、主コンデンサ１１ａに印加される電圧を切り換えることができ、その結果、主コンデンサ１１ａと副コンデンサ１１ｂの直列接続で得られる進相容量と、主コンデンサ１１ａのみで得られる進相容量とに切り換えることができる。なお、上記においては、代表してコンデンサ部１０Ａについて説明したが、他のコンデンサ部２０Ａ、３０Ａにおいてもコンデンサ部１０Ａと同様の構成とされており、それぞれ主コンデンサ２１ａ、３１ａと、副コンデンサ２１ｂ、３１ｂとを備え、主コンデンサ２１ａ、３１ａと副コンデンサ２１ｂ、３１ｂとの間には、それぞれスイッチ４０Ａを介してバイパス路が接続されている。また、主コンデンサと副コンデンサとの接続の切り換えにあたっては、負荷に供給される無効電力に応じて、コンデンサ装置１Ａの外部から入力される切換信号によって、３個のスイッチ４０Ａが同時に操作されるように構成されている。
【００２７】
図５は、本発明の第３実施形態に係るコンデンサ装置１Ｂを示したものである。この本発明の第３実施形態に係るコンデンサ装置１Ｂにおいても、第１、第２実施形態に係るコンデンサ装置１、１Ａと同様に、３相（Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相）交流電力を出力する電源と負荷との間に接続され、各相に対応するコンデンサ部によって、負荷に供給される電力の力率を調整するものである。具体的には、図５に示すように、３相分のコンデンサ部１０Ｂ、２０Ｂ、３０Ｂが設けられ、これらがΔ接続されている。また、コンデンサ部１０Ｂは、それぞれ主コンデンサ１１ａと副コンデンサ１１ｂを備えているが、第２実施形態のコンデンサ装置１Ａとは異なり、主コンデンサ１１ａと副コンデンサ１１ｂとが並列接続されている。なお、主コンデンサ１１ａは常に接続状態を維持するようにされ、副コンデンサ１１ｂは、スイッチ４０Ｂによって切り離し可能とされており、スイッチ４０Ｂを切り換えるだけで、主コンデンサ１１ａと副コンデンサ１１ｂの並列接続で得られる進相容量と、主コンデンサ１１ａのみで得られる進相容量とに切り換えることができる。なお、上記においては、代表してコンデンサ部１０Ｂについて説明したが、他のコンデンサ部２０Ｂ、３０Ｂにおいてもコンデンサ部１０Ｂと同様の構成とされており、それぞれ主コンデンサ２１ａ、３１ａと、副コンデンサ２１ｂ、３１ｂとを備え、副コンデンサ２１ｂ、３１ｂはスイッチ４０Ｂによって切り離し可能とされている。また、主コンデンサと副コンデンサとの接続の切り換えにあたっては、負荷に供給される無効電力に応じて、コンデンサ装置１Ｂの外部から入力される切換信号によって、３個のスイッチ４０Ｂが同時に操作されるように構成されている。
【００２８】
図６は、本発明の第４実施形態に係るコンデンサ装置１Ｃを示したものである。この本発明の第４実施形態に係るコンデンサ装置１Ｃにおいても、上記各実施形態に係るコンデンサ装置１、１Ａ、１Ｂと同様に、３相（Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相）交流電力を出力する電源と負荷との間に接続され、各相に対応するコンデンサ部によって、負荷に供給される電力の力率を調整するものである。具体的には、図６に示すように、３相分のコンデンサ部１０Ｃ、２０Ｃ、３０Ｃが設けられ、これらがΔ結線されている。ただ、コンデンサ部１０Ｃ、２０Ｃ、３０Ｃがタップ切換付き変圧器７０を介して電源と負荷との間に接続されている点で、上記実施例とは相違している。このように、タップ切換付き変圧器７０を介在させると、タップの切り換えるだけで、コンデンサ部１０Ｃ、２０Ｃ、３０Ｃへの印加電圧を変えることができ、結果、進相容量を調整することができる。なお、タップの切り換えは、負荷に供給される無効電力に応じて行われる。また、このコンデンサ装置１Ｃにおいては、図６に示すように、電源とタップ切換付き変圧器７０との間にスイッチ４０Ｃが設けられており、このスイッチ４０Ｃを、例えば、負荷に供給される無効電力に応じて、コンデンサ装置１Ｃの外部から入力される切換信号によって切り換えることで、コンデンサ部１０Ｃ、２０Ｃ、３０Ｃの系統への投入、切り離しが行えるようになっている。なお、図６において、１１ｃ、２１ｃ、３１ｃはコンデンサを示し、１３ａ、２３ａ、３３ａは放電抵抗を示している。
【００２９】
以上に、この発明の具体的な実施形態について説明したが、この発明は上記実施形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することが可能である。例えば、放電抵抗、リアクトル、制御部について明記されていない実施例があるが、コンデンサ装置が設けられる条件等に合わせて適宜配置しても良い。また、第４の実施形態においては、コンデンサ部１０Ｃ、２０Ｃ、３０ＣがΔ結線とされていたが、これに限らずＹ結線としても良いし、他の結線方法で結線しても良い。さらに、コンデンサ部のコンデンサの数は、適宜変更可能である。また、スイッチとしては電磁接触器が好適であるが、その他、公知の種々のスイッチを用いても良い。なお、第１〜第４の実施形態をそれぞれ適宜組み合わせるようにしてコンデンサ装置を形成しても良い。この場合、より細やかな力率調整が可能となる。
【符号の説明】
【００３０】
１、１Ａ、１Ｃ・・コンデンサ装置、１０、１０Ａ、１０Ｃ・・第１のコンデンサ部、１１ａ、２１ａ、３１ａ・・主コンデンサ、１１ｂ、２１ｂ、３１ｂ・・副コンデンサ、２０、２０Ａ、２０Ｃ・・第２のコンデンサ部、３０、３０Ａ、３０Ｃ・・第３のコンデンサ部、４０、４０Ａ、４０Ｃ、５０・・切換手段、７０・・タップ切換付き変圧器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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