(57)【要約】【課題】従来、三相交流原動機付発電機１台での動灯供用型は無い、三相と単三の交流負荷に給電する場合２台の発電機で対応するか、１台での対応は電圧調整トランスが必要となり、割高になる、又、商用連係での配線系統の電圧は高く危険である。【解決手段】１台の発電機容量の１０分の１から５０分の１のバランサ−の組合せで動灯同容量同時給電が可能で、商用連係は三相中性点接地Ｙ式電源トランスと三相交流発電機で灯動供用配線方式が可能で、高調波障害を抑制し対地電圧が低く安全電圧を確保出来る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１台の原動機付三相交流発電機に固有容量が発電機容量の１０分１から５０分の１の巻数比１の単巻トランスを設置し、任意の外部出力端子二つに接続する事により三相動力と単三電灯の動灯同容量負荷に対し同時電源供給可能とする動灯同時供用型原動機付発電機。
【請求項２】
請求項１記載の発電機と三相交流トランスの二次側Ｙ結線の中性点を接地した省スペース型動灯供用配線式高圧受電設備を組合せ商用連係とすると、配線損失の軽減と配線系統の対地電圧が線間電圧の√３分の１と低く、より安全性を確保し高調波障害を抑制する事を特長とする灯動供用型原動機付発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は発電機１台で三相動力と単三電灯の２つの異なる同容量負荷に同時給電可能とし、又商用併給系統連係運転可能な動灯供用型原動機付三相交流発電機とＹ式中性点接地高圧受電設備に関する。
【背景技術】
【０００２】従来の原動機付動灯供用型発電機では単三電源を供給する為には電圧の相違から特殊トランス又はスコットトランス又はインバ−タ−式を使用するか設備が高価であった。
通常原動機付三相交流発電機の内部結線は一般的には、Ｙ結線で中性点接地方式であり、駆動用原動機、発電機、冷却器、其の他付帯機器等はコンパクトに移動可能な様に鉄箱等に収納され、電源供給方式は３相交流２１０Ｖ、４００ｖ、３３００ｖ、６６００ｖ又は、単相三線２１０Ｖ／１０５Ｖが主流である。【０００３】一般的に配電線では電灯用は交流単相三線式２１０Ｖ／１０５Ｖで、動力用は交流三相三線式２１０Ｖで電源を供給している。発電機からの電源供給も同様である。
従来方式では三相用と単三用の電動機付発電機は個別に利用されていたが三相用一台だけで三相負荷と単三負荷への電源供給方式では付帯設備が重く、大きく、設置場所を広く必要で取り、銅損鉄損共に多くなり、需要家に取り多大な損失で割高に成っていた。
非特許文献  トランス活用マニュアル  平成７年１０月  オ−ム社
非特許文献  送配電  昭和５７年３月  オ−ム社  Ｐ−１０４  ４章  ４−５単相三線式
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】原動機付三相交流発電機一台で交流三相三線２１０Ｖと交流単相三線２１０Ｖ／１０５Ｖ負荷に同時に電源供給する為には、発電機電圧と使用機器電圧との違いから正常電圧での運転が不可能であった、電圧調整器付単相三線式トランスかスコットトランスを使用する方法はあるが、いずれにしても電圧調整用設備を特注しなければならず、同時電源供給は付帯設備のスペ−スが必要で重く、大きく、高価になり非常用発電機等以外は余り利用されない。【０００５】現状では単相１００Ｖ  １．５ｋＶＡ（１５Ａ）コンセント２個分が使用限界である、三相、単三の同容量同時電源供給は出来なかった。特に汎用型では個別に三相用と単三用の専用発電機２台での電源供給対応しかなく、需要家の経費が割高に成っていた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】原動機付三相交流発電機の、任意の二つの外部出力端子に、巻数比１の単巻トランス（以下バランサ−と呼ぶ）１台を設置結線する事により、発電機１台で三相、単三の両負荷に同容量で同時運転可能となり動灯供用型原動機付三相交流発電機に成る。
【発明の効果】
【０００７】一般の原動機付発電機で三相と単三の二つの負荷に対し給電する場合、従来は三相用、単相用と二台の発電機が目的別に必要であった、本発明のバランサーの採用により、一台の三相交流発電機からの電源供給で二つの負荷への同時給電可能で、更にバランサ−の電圧調整スイッチにより単三電圧を適正電圧に調整し、負荷及び配電線の電力損失を低減、並びに、電圧変動率を改善し省エネを図り節電を可能とする事が出来る。発電機賃貸料、ケ−ブル材料費、労務費、トラック運搬費、燃料費、等の経費削減になり、社会貢献が可能と成る。
【発明を実施するための最良の形態．実施例】
【０００８】三相２１０Ｖ、単相２１０Ｖ、単相２１０Ｖ、単相三線２１０Ｖ／１０５Ｖ電源が容易に取れ同時使用可能となる、三相２１０Ｖ分は三相負荷バランスを見て、単相２１０Ｖは三相負荷バランスを見て、単相１０５Ｖはバランサ−Ｕ−０−Ｖの両外線と０間のバランスはバランサ−自身がするのでアンバランス分の固有容量が必要である、バランサ−は巻数比１の為、両外線の負荷バランスが不平衡でもバランサ−の中性腺に流れる電流は０Ａで両側の電圧も同じである、その単相三線式配線方式でのバランサ−の使用方法は電力損失が最も少ない事と電圧変動率が少ない事である。単三電源は発電機容量の３５％まで負荷負担可能で、単三電源３５％負担時でも三相電源は６５％まで負担可能である、発電機電圧は４４０ｖ、３３００ｖ，６６００ｖと各種有るが２００ｖを例とする。
【０００９】本発明は図１に示す様に、灯動供用型原動機付三相交流発電機（Ｙ中性点接地）一台とバランサ−で三相２１０Ｖと単相２１０Ｖ／１０５Ｖ（単相三線式配線）の負荷に同容量の電力を同時に給電可能とした。外部端子Ｕ，Ｖ，Ｗの各線間電圧は三相２１０Ｖ用である、その任意の二つの外部出力端子間に発電機定格容量の１０分の１から５０分の１の固有容量のバランサ−を設置結線する、発電機の二次電圧Ｕ−Ｖ間は２１０Ｖで両外線と中点（０）間電圧は１０５Ｖである、更に電圧調整する事により、電力（ｗ）＝電圧（ｖ）×電流（ｉ２）により配線端末での適正電圧９６ｖを確保可能で、省エネルギーが図れ、燃料費の削減が可能である。
【００１０】図２に本発明の動灯供用型原動機付三相交流発電機の商用連係方式での結線説明図を示す、図−２に示す様に、動灯供用型原動機付三相交流発電機で商用連係をする場合、受電トランスの低圧二次側結線はＹ中性点接地型で有る、この場合、発電機側中性線接地は外さなければ成らない。
【００１１】図３にバランサ−の固有容量とアンバランス電流の向きの説明図を示す、図−３に示す様に巻数比１のバランサ−の固有容量３ＫＶＡを例にすると、一次１００Ｖ３０Ａ二次１００Ｖ３０Ａ単相出力１００Ｖ６０Ａである。許容不平衡電流は３０Ａである。
【００１２】図４に一線接地方式では、高調波を含む充電電流はベクトル和となり、増幅し警報機等の誤報の元に成るの説明図を示す、図−４に示す様に従来方式の一線接地方式では高調波を含む充電電流はＩＡＣ＋ＩＢＣのベクトル和となり√３ＩＡＣ＝√３ＩＢＣの接地線電流が増加して接地警報等の原因に成って誤報の元に成っていた。
【００１３】図５に中性線接地方式では、高調波を含む充電電流は相互に打消し合い、誤報の元に成らないの説明図を示す、図−５に示す様に、トランスの接地線には系統配線内部で発生する高調波を含む充電電流はＩＡ＋ＩＢ＋ＩＣ＝０Ａと成りベクトル和で打消され、誤報での障害波にならず電気当を悩ませず、しかも対地電圧が１１５Ｖと低く、より安全な配線系統に成る。
上記発電機は同期型、誘導型、でもＹ結線中性線接地式なら良い、商用併給連係運転の場合、受電トランスの接地線を供用するので、発電機側中性線接地は外さなければ成らない。
【００１４】バランサ−の電気的特長を応用し鋭意研究の結果、動灯供用型原動機付三相交流発電機及び、中性点接地式三相交流灯動供用配線とし、対地電圧の低く安全な商用連係が可能となり発明に至ったものである。
【００１５】図６に−示す様に、バランサ−が無い場合は、
単相三線式供給方式として、一般的に最も多く利用されている、負荷電流は、同じ向きに流れる、
それぞれ接続された電圧の回路（ｉはＡ→Ｂ→Ｎ′→Ｎ→Ａ  ｉ２はＮ→Ｎ′→Ｄ→Ｃ→Ｎ）のみに流れる。したがって、中性線には両外線の負荷電流の差が流れる、その向きはｉ１＞ｉ２のときは（ｉ１−ｉ２）がＮ′からＮの向きに、ｉ１＜ｉ２のときは（ｉ２−ｉ１）がＮからＮ′に、又、平衡負荷ｉ１＝ｉ２のときは零となる。（負荷電流は両外線電流）
【００１６】要約すると、
負荷電流は同じ向きに流れ、中性線には負荷電流の差が流れる。中性線と両外線の電圧は、軽負荷側には上昇、重負荷側には降下に働く。配線の電力損失はバランサ−設置の場合より多い。
【００１７】単相三線式配線に於ける巻数比１の単巻トランス（以下バランサ−と呼ぶ）の特徴は以下の通りである。バランサ−が有る場合の電流分布を図７に示す
図−７が示す様に、バランサ−設置の場合は、
バランサ−電流は負荷電流と違い、大きさが等しく、向きは相互に反対である、
線電流を平衡させる様に流れる。両外線の電流を等しくする様に流れる。
ｉ１＞ｉ２のときは実線の矢印の向きに、ｉ１＜ｉ２のときは点線の矢印の向きに流れる、又、バランサ−電流は図の様に、上側の回路についてはＣ→Ｂ→Ａ→Ｎ′→Ｎ”→Ｃ，下側の回路についてはＦ→Ｅ→Ｄ→Ｎ→Ｎ′→Ｎ゛→Ｆと流れる、（負荷へは流れない）ので各線の電流分布は図の様になる。
【００１８】要約すると、
大きい方の外線電流を減少させ、小さい方の外線電流を増加させる様に流れる。バランサ−が無い場合の中性線電流の半分である。Ｕ−０−Ｖ間、の相間電圧は等しく成る。両外線Ｕ．Ｖ側電流が不平衡でもバランサーの中性線電流は０Ａである。配線の電力損失はバランサ−の無い場合の中性線電流の２分の１となる。
【００１９】図７に示す様に、バランサ−を設置した場合は電流分布の説明の通りＥ１は上昇に働きＥ２は下降に働く、Ｅ１＝Ｅ２となる、流入電流＝流出電流になり、両外線のバランスが取れる、バランサーは巻数比１のトランスだから、固有３ＫＶＡは許容不平衡電流は３０Ａで有る、既存の単三式配電線で不平衡電流が大きい場合、又は中性線電流が大きい場合は負荷バランスを調整するか、バランサ−の固有容量を増やせば良い、線路損失が減少し省エネに成る、この事を本発明の原動機付発電機と商用連係発電機及びコジェネレ−ションシステム等に活用したものである。
【００２０】５０ｋＶＡ原動機付三相交流発電機を例にすると、三相２００Ｖ負荷１５Ｋｗ、単相２００Ｖ負荷５Ｋｗ、単相１００Ｖ負荷１０Ｋｗ  合計単三負荷１５Ｋｗ力率１００％とした場合を例にすると、
１、三相負荷０Ｋｗでは単三負荷負荷力率１００％時２５ＫＶＡ迄負担可能、
２、単三負荷０Ｋｗでは三相負荷負荷力率１００％時５０ＫＶＡ迄負担可能、
３、三相と単相電源の負担分担には互に融通性がある。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の動灯供用型源動機付三相三線発電機とバランサ−の結線説明図。
【図２】本発明の動灯供用型源動機付三相三線発電機の商用連係配線方式での結線説明図。
【図３】バランサ−の固有容量とアンバランス電流の向きの説明図。
【図４】一線接地方式は高調波を含む充電電流はベクトル和で接地線電流は増加し誤報の元に成るの説明図。
【図５】中性線接地方式は高調波を含む充電電流はベクトル和で相互に打消し誤報の元に成らないの説明図。
【図６】単三配線でバランサ−が無い場合の電流分布説明図。
【図７】単三配線でバランサ−が有る場合の電流分布説明図。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成16年9月1日(2004.9.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】【図１】本発明の動灯供用型原動機付三相三線発電機とバランサ−の結線説明図。【図２】本発明の動灯供用型原動機付三相三線発電機の商用連係配線方式での結線説明図。【図３】バランサ−の固有容量と、アンバランス電流の向きの説明図。【図４】一線接地方式の高調波を含む充電電流が増加する、電流の方向の説明図。【図５】一線接地方式の接地線電流はベクトル和で誤報の元に成り易い、の説明図。【図６】中性線接地方式は高調波を含む充電電流は相互に打消す、の説明図【図７】中性線接地方式はベクトル和で相互に打消し、誤報の元に成り難い、の説明図。【図８】単相三線式配線でバランサ−が無い、場合の電流分布、説明図。【図９】単相三線式配線でバランサ−が有る、場合の電流分布、説明図。【符号の説明】１、三相発電機三相２１０ｖ    中性点接地式、２、受電トランス三相三線６．６Ｋｖ／２１０ｖ中性点接地式３、バランサ−（巻数比１：１の単巻トランス）オ−トトランスとも言う、三線端子、４、１００ｖ用コンセント関係負荷類、５、１００ｖ蛍光灯、白熱灯関係負荷用、６、２１０ｖコンセント、又は蛍光灯関係負荷用、７、Ｒ相回転順    Ｒ−Ｓ−Ｔと回転する、８、Ｓ相回転順    Ｓ−Ｔ−Ｒと回転する、９、Ｔ相回転順    Ｔ−Ｒ−Ｓと回転する、【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】図面    【図１】2006006093.tif 000008
【図２】2006006093.tif 000009
【図３】2006006093.tif 000010
【図４】2006006093.tif 000011
【図５】2006006093.tif 000012
【図６】2006006093.tif 000013
【図７】2006006093.tif 000014
【図８】2006006093.tif 000015
【図９】2006006093.tif 000016