(57)【要約】【課題】  送電線網上で保たれていたバランスが崩れてしまうことにより大規模停電が起こる様子を実際に再現する。【解決手段】  導電線５の少なくとも一本を許容限界以上の過電流が流れることで切れる切断予定導電線５Ａとし、切断予定導電線５Ａの一本を送電線網の最初の遮断個所を模擬する１次切断予定導電線５Ａ’とし、模擬送電線網８の構成および可変抵抗７の抵抗値は、第２直流電源３が模擬送電線網８に電気的に接続された場合に１次切断予定導電線５Ａ’に過電流が流れ、尚且つ１次切断予定導電線５Ａ’が切れることで少なくとも一本の他の導電線５に過電流が流れるものに設定する。第２直流電源３を模擬送電線網８に電気的に接続する操作により、１次切断予定導電線５Ａ’が切れ、かつ連鎖的に他の導電線５が切れて、模擬送電線網８の遮断個所が拡大して行き、大規模停電が生じる様子を再現する。【選択図】  図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
複数の既設発電所を模擬する複数の第１直流電源と、新規発電所を模擬する第２直流電源と、複数の電力消費地を模擬する複数の負荷と、複数の前記第１直流電源と複数の前記負荷とを接続するループ状の送電線網を模擬する複数の導電線および前記導電線間を接続する端子と、前記導電線と前記端子との間に設けられる可変抵抗とを備え、前記導電線の少なくとも一本は許容限界以上の過電流が流れることで切れる切断予定導電線であり、さらに前記切断予定導電線の一本は前記送電線網の最初の遮断個所を模擬する１次切断予定導電線であり、前記第２直流電源は前記模擬送電線網に電気的に接続および切り離し可能に構成され、前記端子および前記可変抵抗により変電所を模擬して複数の前記第１直流電源より前記模擬送電線網を介して複数の前記負荷に電気を供給すると共に、前記模擬送電線網の構成および前記可変抵抗の抵抗値は、前記第２直流電源が前記模擬送電線網に電気的に接続された場合に前記１次切断予定導電線に過電流が流れ、尚且つ前記１次切断予定導電線が切れることで少なくとも一本の他の前記導電線に過電流が流れるものに設定され、前記第２直流電源を前記模擬送電線網に電気的に接続する操作により、前記１次切断予定導電線が切れ、かつ連鎖的に少なくとも一本の他の前記導電線が切れて、前記模擬送電線網の遮断個所が拡大して行き、停電が生じる様子を再現することを特徴とする停電再現実験回路。
【請求項２】
複数の前記第１直流電源の少なくとも一部は、前記模擬送電線網に電気的に接続および切り離し可能に構成され、前記模擬送電線網の構成および前記可変抵抗の抵抗値は、前記第２直流電源が前記模擬送電線網に電気的に接続され尚且つ前記第１直流電源の少なくとも一部が前記模擬送電線網から切り離された場合に前記１次切断予定導電線に過電流が流れ、尚且つ前記１次切断予定導電線が切れることで少なくとも一本の他の前記導電線に過電流が流れるものに設定され、前記第２直流電源を前記模擬送電線網に電気的に接続する操作と、前記第１直流電源の少なくとも一部を前記模擬送電線網から切り離す操作とを同時に行うことにより、前記１次切断予定導電線が切れ、かつ連鎖的に少なくとも一本の他の前記導電線が切れて、停電が生じる様子を再現することを特徴とする請求項１記載の停電再現実験回路。
【請求項３】
前記模擬送電線網に接続される前記第２直流電源の電圧と、前記模擬送電線網から切り離される前記第１直流電源の電圧とは等しいことを特徴とする請求項２記載の停電再現実験回路。
【請求項４】
前記切断予定導電線を２本備え、前記模擬送電線網の構成および前記可変抵抗の抵抗値は、前記１次切断予定導電線が切れることでもう一本の前記切断予定導電線に過電流が流れるものに設定され、前記１次切断予定導電線が切れ、かつ連鎖的にもう一本の前記切断予定導電線が切れて、停電が生じる様子を再現することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の停電再現実験回路。
【請求項５】
前記切断予定導電線は、ヒューズで構成されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の停電再現実験回路。
【請求項６】
すべての前記可変抵抗およびすべての前記ヒューズは、前記第１直流電源または前記第２直流電源のマイナス端子と前記負荷のマイナス端子とを接続する電線路に設けられることを特徴とする請求項５記載の停電再現実験回路。
【請求項７】
すべての前記可変抵抗およびすべての前記ヒューズは、前記第１直流電源または前記第２直流電源のプラス端子と前記負荷のプラス端子とを接続する電線路に設けられることを特徴とする請求項５記載の停電再現実験回路。
【請求項８】
複数の前記負荷の少なくとも一部は、電気的に入り切り可能なスイッチを介して前記模擬送電線網に接続され、前記第２直流電源を前記模擬送電線網に電気的に接続する操作の後に、一部の前記負荷のスイッチを切る操作により、他の前記負荷への電気の供給を保護する停電復旧の様子を更に再現可能としたことを特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載の停電再現実験回路。
【請求項９】
前記負荷は１または複数の電球であることを特徴とする請求項１から８のいずれか１つに記載の停電再現実験回路。
【請求項１０】
前記第１直流電源は１または複数の電池であることを特徴とする請求項１から９のいずれか１つに記載の停電再現実験回路。
【請求項１１】
前記第２直流電源は１または複数の電池であることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１つに記載の停電再現実験回路。
【請求項１２】
複数の前記第１直流電源の少なくとも一部は、電気的に入り切り可能なスイッチを介して前記模擬送電線網に接続されることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１つに記載の停電再現実験回路。
【請求項１３】
前記第２直流電源は、電気的に入り切り可能なスイッチを介して前記模擬送電線網に接続されることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１つに記載の停電再現実験回路。
【請求項１４】
送電線を模擬する前記導電線を鉄塔の模型で支持することを特徴とする請求項１から１３のいずれか１つに記載の停電再現実験回路。
【請求項１５】
前記模擬送電線網の分岐点にあたる前記端子と前記導電線との間には当該導電線と当該端子とを電気的に入り切り可能とするスイッチが設けられていることを特徴とする請求項１から１４のいずれか１つに記載の停電再現実験回路。
【請求項１６】
複数の前記導電線と、前記導電線間を接続する前記端子とにより、前記第１直流電源と前記負荷とを結ぶ縦の電線路と、当該縦の電線路同士を結ぶ横の電線路とを構成し、網の目状の送電線網を模擬することを特徴とする請求項１から１５のいずれか１つに記載の停電再現実験回路。
【請求項１７】
前記切断予定導電線を流れる電流値を測定する電流計を更に備えることを特徴とする請求項１から１６のいずれか１つに記載の停電再現実験回路。
【請求項１８】
前記負荷に供給される電気の電圧を測定する電圧計を更に備えることを特徴とする請求項１から１７のいずれか１つに記載の停電再現実験回路。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、停電を再現する実験回路に関する。さらに詳述すると、本考案は、送電線の事故に起因する停電を実験的に再現する電気回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力の発生から消費までが行われる電力系統は、複数の発電所、複数の電力消費地（例えば工場や一般の電力需要家）、変電所、送電線が、密接に連係されて構成されている。電力系統のどの個所にどれだけの電気が流れているかは、計算により求めることができる。送電線網は、電気の複雑な特性や送電線の許容限界電流などを考慮して綿密な計算に基づいて設計されており、電力系統は、電力消費地の需要を満足し且つ一部の送電線に過電流が流れてしまうことのないように、微妙なバランスをとりつつ、日々、運用されている。
【０００３】
従来、現実の電力系統を数式や論理でモデル化し、コンピュータを利用して、想定される事故や電力設備の増設に相当する条件を入力として与えて、この入力に対するモデル化した電力系統の振る舞いや応答を調べるソフトウェア、例えばモデル化した電力系統の各部の潮流や負荷バランスあるいは系統切替点の潮流を提示するソフトウェアがある（例えば、株式会社オメガ製  電力系統運用パッケージソフトウェアPowerEL、米国  電力系統ソフトウェアPower Worldなど）。
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【０００４】
２００３年８月に北米東部で起きた米カナダ大停電は、送電線が樹木と接触してショートが発生した結果、連鎖的に多数の送電線が遮断されたことが原因と言われている。即ち、樹木接触した送電線がショートにより遮断され、これにより別の送電線に大電流が流れて当該送電線が遮断され、さらに別の送電線に大電流が流れて当該送電線が遮断され、とのように１つの送電線事故が発端となって、連鎖的・将棋倒し的に送電線事故が拡大して、大規模な停電に至ってしまったと考えられている。
【０００５】
一方、電力自由化の下では、送電線網は、電力会社だけでなく新規参入事業者も含めて共通して利用することとなる。しかし、送電線網上で保たれている微妙なバランスを考慮することなく、新規発電所を送電線網に接続してしまうと、送電線網上で保たれていたバランスが崩れて一部の送電線に過電流が流れてしまう虞がある。この結果、過電流が流れた送電線が熱により伸びて弛み、樹木などと接触してショートを起こし、この１つの送電線事故が発端となって、上述の如く連鎖的・将棋倒し的に送電線事故が拡大して、大規模な停電に至ってしまう事態が懸念される。このような事態を回避するためには、微妙なバランスの上で電力系統の送電線網が設計され、運用されていることを利用者等が理解し、このバランスを崩さないようなルールを守った送電線網の利用の仕方が重要となる。この理解を深めるために、新規発電所の接続等によって送電線網上で保たれていたバランスが崩れてしまうと上記のような大規模停電が起こり得ることを、模擬的に再現することが有効である。
【０００６】
しかしながら、従来技術のようなコンピュータ上のシミュレーションは、言わば机上の論理に過ぎず、現実に上記のような事故が起こり得ることが理解し難い。特に、教育の場や専門家以外の者に上記現象を説明する場合、シミュレーションにより得られた数値を提示するのみでは説得力に欠ける。
【０００７】
そこで、本考案は、新規発電所の接続等によって送電線網上で保たれていたバランスが崩れてしまうことにより大規模停電が起こる様子を実際に再現する停電再現実験回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる目的を達成するため、請求項１記載の停電再現実験回路は、複数の既設発電所を模擬する複数の第１直流電源と、新規発電所を模擬する第２直流電源と、複数の電力消費地を模擬する複数の負荷と、複数の第１直流電源と複数の負荷とを接続するループ状の送電線網を模擬する複数の導電線および導電線間を接続する端子と、導電線と端子との間に設けられる可変抵抗とを備え、導電線の少なくとも一本は許容限界以上の過電流が流れることで切れる切断予定導電線であり、さらに切断予定導電線の一本は送電線網の最初の遮断個所を模擬する１次切断予定導電線であり、第２直流電源は模擬送電線網に電気的に接続および切り離し可能に構成され、端子および可変抵抗により変電所を模擬して複数の第１直流電源より模擬送電線網を介して複数の負荷に電気を供給すると共に、模擬送電線網の構成および可変抵抗の抵抗値は、第２直流電源が模擬送電線網に電気的に接続された場合に１次切断予定導電線に過電流が流れ、尚且つ１次切断予定導電線が切れることで少なくとも一本の他の導電線に過電流が流れるものに設定され、第２直流電源を模擬送電線網に電気的に接続する操作により、１次切断予定導電線が切れ、かつ連鎖的に少なくとも一本の他の導電線が切れて、模擬送電線網の遮断個所が拡大して行き、停電が生じる様子を再現するようにしている。
【０００９】
したがって、第２直流電源を模擬送電線網に電気的に接続する操作により、模擬送電線網の電気の流れが変わり、１次切断予定導電線に過電流が流れ、１次切断予定導電線が切れる。さらに１次切断予定導電線が切れたことにより、少なくとも一本の他の導電線に過電流が流れ、当該他の導電線も連鎖的に切れる。これにより、模擬送電線網の遮断個所が拡大して行き、停電が生じる様子を再現することができる。
【００１０】
また、請求項２記載の考案は、請求項１記載の停電再現実験回路において、複数の第１直流電源の少なくとも一部は、模擬送電線網に電気的に接続および切り離し可能に構成され、模擬送電線網の構成および可変抵抗の抵抗値は、第２直流電源が模擬送電線網に電気的に接続され尚且つ第１直流電源の少なくとも一部が模擬送電線網から切り離された場合に１次切断予定導電線に過電流が流れ、尚且つ１次切断予定導電線が切れることで少なくとも一本の他の導電線に過電流が流れるものに設定され、第２直流電源を模擬送電線網に電気的に接続する操作と、第１直流電源の少なくとも一部を模擬送電線網から切り離す操作とを同時に行うことにより、１次切断予定導電線が切れ、かつ連鎖的に少なくとも一本の他の導電線が切れて、停電が生じる様子を再現するようにしている。この場合、既設発電所の停止と、新規発電所の模擬送電線網への参入を模擬できる。
【００１１】
また、請求項３記載の考案は、請求項２記載の停電再現実験回路において、模擬送電線網に接続される第２直流電源の電圧と、模擬送電線網から切り離される第１直流電源の電圧とは等しいものとしている。この場合、既設発電所の停止と、新規発電所の模擬送電線網への参入が同時に行われ、且つ、発電量と電気消費量が等しいとの条件が満たされているにもかかわらず、模擬送電線網のバランスが崩れた結果、停電が生じる現象を模擬することができる。
【００１２】
また、請求項４記載の考案は、請求項１から３のいずれか１つに記載の停電再現実験回路において、切断予定導電線を２本備え、模擬送電線網の構成および可変抵抗の抵抗値は、１次切断予定導電線が切れることでもう一本の切断予定導電線に過電流が流れるものに設定され、１次切断予定導電線が切れ、かつ連鎖的にもう一本の切断予定導電線が切れて、停電が生じる様子を再現するようにしている。この場合は、一本の送電線の断線に起因してもう一本の送電線の断線が発生して停電が生じる様子を再現することができる。
【００１３】
また、請求項５記載の考案は、請求項１から４のいずれか１つに記載の停電再現実験回路において、切断予定導電線は、ヒューズで構成されるものとしている。この場合は、意図的に断線を起こす切断予定導電線をヒューズを利用して簡単に構成できる。
【００１４】
また、請求項６記載の考案は、請求項５記載の停電再現実験回路において、すべての可変抵抗およびすべてのヒューズは、第１直流電源または第２直流電源のマイナス端子と負荷のマイナス端子とを接続する電線路に設けられるものとしている。また、請求項７記載の考案は、請求項５記載の停電再現実験回路において、すべての可変抵抗およびすべてのヒューズは、第１直流電源または第２直流電源のプラス端子と負荷のプラス端子とを接続する電線路に設けられるものとしている。すべての可変抵抗およびすべてのヒューズをマイナス側またはプラス側に統一して挿入することによって、思いもよらない回路（電線路）に過電流が流れてしまうことを防止できる。
【００１５】
また、請求項８記載の考案は、請求項１から７のいずれか１つに記載の停電再現実験回路において、複数の負荷の少なくとも一部は、電気的に入り切り可能なスイッチを介して模擬送電線網に接続され、第２直流電源を模擬送電線網に電気的に接続する操作の後に、一部の負荷のスイッチを切る操作により、他の負荷への電気の供給を保護する停電復旧の様子を更に再現可能としている。この場合は、模擬送電線網の断線が拡大することにより負荷に加わる電圧が低下して、負荷の出力が低下し、停電状態となる。優先的に保護する負荷以外の負荷のスイッチを切ることにより、優先的に保護する負荷に加わる電圧は定常状態に近づき、負荷の出力が定常状態に近づく。系統を初期状態に戻し、断線した導電線を張り替えた後に、切っていた負荷のスイッチをオンにする。これにより、すべての負荷への電力供給が復帰する。以上により、停電復旧の様子をも再現することができる。
【００１６】
また、請求項９記載の考案は、請求項１から８のいずれか１つに記載の停電再現実験回路において、負荷は１または複数の電球であるものとしている。この場合、電気が供給されていれば電球が明るく光り、電気の供給量が少なくなれば電球が暗くなり、さらに電気の供給が無くなれば電球の光が消えるとのように、負荷への電力供給の様子、換言すれば平常時から停電にいたる場合の負荷の様子を実験者や実験見学者等が視覚的に把握することができる。
【００１７】
また、請求項１０記載の考案は、請求項１から９のいずれか１つに記載の停電再現実験回路において、第１直流電源は１または複数の電池であるものとしている。また、請求項１１記載の考案は、請求項１から１０のいずれか１つに記載の停電再現実験回路において、第２直流電源は１または複数の電池であるものとしている。この場合、身近にあり容易に入手可能で安全な直流の電池を利用することで、危険を伴わず簡単に停電再現実験を実施することができる。
【００１８】
また、請求項１２記載の考案は、請求項１から１１のいずれか１つに記載の停電再現実験回路において、複数の第１直流電源の少なくとも一部は、電気的に入り切り可能なスイッチを介して模擬送電線網に接続されるようにしている。この場合、第１直流電源を模擬送電線網から電気的に切り離す操作を簡単に行える。
【００１９】
また、請求項１３記載の考案は、請求項１から１２のいずれか１つに記載の停電再現実験回路において、第２直流電源は、電気的に入り切り可能なスイッチを介して模擬送電線網に接続されるようにしている。この場合、第２直流電源を模擬送電線網に電気的に接続する操作を簡単に行える。
【００２０】
また、請求項１４記載の考案は、請求項１から１２のいずれか１つに記載の停電再現実験回路において、送電線を模擬する導電線を鉄塔の模型で支持するようにしている。この場合、模擬送電線網をより本物らしく見せることができ、実際の停電発生の場にいるような臨場感を実験者や実験見学者に与え、実験者や実験見学者は、本実験回路で再現されるような事故および停電が実際に起こり得ることをより深く理解することができる。
【００２１】
また、請求項１５記載の考案は、請求項１から１４のいずれか１つに記載の停電再現実験回路において、模擬送電線網の分岐点にあたる端子と導電線との間には当該導電線と当該端子とを電気的に入り切り可能とするスイッチが設けられているものとしている。この場合、このスイッチを開閉し、可変抵抗の抵抗値を変えることで、模擬送電線網における電気の流れ及び各導電線に流れる電流の値および負荷に供給される電気の電圧が調整され、様々な電力系統の構成を模擬でき、汎用性が高まる。
【００２２】
また、請求項１６記載の考案は、請求項１から１５のいずれか１つに記載の停電再現実験回路において、複数の導電線と、導電線間を接続する端子とにより、第１直流電源と負荷とを結ぶ縦の電線路と、当該縦の電線路同士を結ぶ横の電線路とを構成し、網の目状の送電線網を模擬するようにしている。この場合、一の電線路のみならず他の電線路を通じても発電所から電力消費地へと電気を送ることができる一般的な送電線網を模擬することができる。
【００２３】
また、請求項１７記載の考案は、請求項１から１６のいずれか１つに記載の停電再現実験回路において、切断予定導電線を流れる電流値を測定する電流計を更に備えるようにしている。この場合、第２直流電源の投入によって１次切断予定導電線を流れる電流が増加する様子や、１次切断予定導電線の断線によって他の切断予定導電線を流れる電流が増加する様子を、電流計により確認できる。
【００２４】
また、請求項１８記載の考案は、請求項１から１７のいずれか１つに記載の停電再現実験回路において、負荷に供給される電気の電圧を測定する電圧計を更に備えるようにしている。この場合、導電線の断線により、負荷に供給される電気の電圧が低下する様子を、電圧計により確認できる。
【考案の効果】
【００２５】
しかして請求項１記載の停電再現実験回路によれば、新規発電所の接続等によって送電線網上で保たれていたバランスが崩れてしまうことにより、１つの送電線事故が発端となって連鎖的・将棋倒し的に送電線事故が拡大して大規模な停電に至る過程を、実際に再現することができる。机上の計算に基づくシミュレーションではなく、現実の回路を用いての実験であるため、停電が起きる様を実験者や実験見学者等は視覚等の五感を通じて理解できる。本考案は、微妙なバランスの上で電力系統の送電線網が設計され運用されており、このバランスを崩さないようなルールを守った送電線網の利用の仕方が重要であることを、電気利用者や送電線網を利用する新規参入事業者等に、理解してもらうために極めて有効であり、教育の場や専門家以外の者への説明の場などへの利用も好ましい。しかも、身近にあり容易に入手可能で安全な直流電源を利用して、危険を伴わず簡単に停電再現実験を実施することができる。
【００２６】
さらに、請求項２記載の停電再現実験回路によれば、既設発電所の停止と、新規発電所の模擬送電線網への参入を模擬できる。
【００２７】
さらに、請求項３記載の停電再現実験回路によれば、既設発電所の停止と、新規発電所の模擬送電線網への参入が同時に行われ、且つ、発電量と電気消費量が等しいとの条件が満たされているにもかかわらず、模擬送電線網のバランスが崩れた結果、停電が生じる現象を模擬することができる。
【００２８】
さらに、請求項４記載の停電再現実験回路によれば、一本の送電線の断線に起因してもう一本の送電線の断線が発生して停電が生じる様子を再現することができる。
【００２９】
さらに、請求項５記載の停電再現実験回路によれば、意図的に断線を起こす切断予定導電線をヒューズを利用して簡単に構成できる。
【００３０】
さらに、請求項６，７記載の停電再現実験回路によれば、すべての可変抵抗およびすべてのヒューズをマイナス側またはプラス側に統一して設けることによって、思いもよらない回路（電線路）に過電流が流れてしまうことを防止できる。
【００３１】
さらに、請求項８記載の停電再現実験回路によれば、第２直流電源を模擬送電線網に電気的に接続する操作の後に、一部の負荷のスイッチを切る操作により、他の負荷への電気の供給を保護する停電復旧の様子を更に再現することができる。
【００３２】
さらに、請求項９記載の停電再現実験回路によれば、負荷は１または複数の電球としているので、負荷への電力供給の様子、換言すれば平常時から停電にいたる場合の負荷の様子を実験者や実験見学者等が視覚的に把握することができる。
【００３３】
さらに、請求項１０記載の停電再現実験回路によれば、第１直流電源は１または複数の電池とし、請求項１１記載の停電再現実験回路によれば、第２直流電源は１または複数の電池としているので、身近にあり容易に入手可能で安全な直流の電池を利用して、危険を伴わず簡単に停電再現実験を実施することができる。
【００３４】
さらに、請求項１２記載の停電再現実験回路によれば、複数の第１直流電源の少なくとも一部は、電気的に入り切り可能なスイッチを介して模擬送電線網に接続しているので、第１直流電源を模擬送電線網から電気的に切り離す操作を簡単に行える。
【００３５】
さらに、請求項１３記載の停電再現実験回路によれば、第２直流電源は、電気的に入り切り可能なスイッチを介して模擬送電線網に接続しているので、第２直流電源を模擬送電線網に電気的に接続する操作を簡単に行える。
【００３６】
さらに、請求項１４記載の停電再現実験回路によれば、送電線を模擬する導電線を鉄塔の模型で支持しているので、模擬送電線網をより本物らしく見せることができ、実際の停電発生の場にいるような臨場感を実験者や実験見学者に与え、実験者や実験見学者は、本実験回路で再現されるような事故および停電が実際に起こり得ることをより深く理解することができる。
【００３７】
さらに、請求項１５記載の停電再現実験回路によれば、模擬送電線網の分岐点にあたる端子と導電線との間には当該導電線と当該端子とを電気的に入り切り可能とするスイッチが設けているので、このスイッチを開閉し、可変抵抗の抵抗値を変えることで、模擬送電線網における電気の流れ及び各導電線に流れる電流の値および負荷に供給される電気の電圧を調整し、様々な電力系統の構成を模擬でき、汎用性を高めることができる。
【００３８】
さらに、請求項１６記載の停電再現実験回路によれば、複数の導電線と、導電線間を接続する端子とにより、第１直流電源と負荷とを結ぶ縦の電線路と、当該縦の電線路同士を結ぶ横の電線路とを構成し、網の目状の送電線網を模擬しているので、一の電線路のみならず他の電線路を通じても発電所から電力消費地へと電気を送ることができる一般的な送電線網を模擬することができる。
【００３９】
さらに、請求項１７記載の停電再現実験回路によれば、切断予定導電線を流れる電流値を測定する電流計を更に備えているので、第２直流電源の投入によって１次切断予定導電線を流れる電流が増加する様子や、１次切断予定導電線の断線によって他の切断予定導電線を流れる電流が増加する様子を、電流計により確認できる。
【００４０】
さらに、請求項１８記載の停電再現実験回路によれば、負荷に供給される電気の電圧を測定する電圧計を更に備えているので、導電線の断線により、負荷に供給される電気の電圧が低下する様子を、電圧計により確認できる。
【考案を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下、本考案の構成を図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００４２】
図１及び図２に本考案の停電再現実験回路の実施の一形態を示す。この実験回路１は、複数の既設発電所を模擬する複数の第１直流電源２と、新規発電所を模擬する第２直流電源３と、複数の電力消費地を模擬する複数の負荷４と、複数の第１直流電源２と複数の負荷４とを接続しループ状の送電線網を模擬する複数の導電線５および導電線５，５間を接続する端子６と、導電線５と端子６との間に設けられる可変抵抗７とを備え、端子６および可変抵抗７により変電所を模擬して複数の第１直流電源２より模擬送電線網８を介して複数の負荷４に電気を供給するようにしている。そして、導電線５の少なくとも一本は許容限界以上の過電流が流れることで切れる切断予定導電線５Ａであり、さらに切断予定導電線５Ａの一本は送電線網の最初の遮断個所を模擬する１次切断予定導電線５Ａ’であり、第２直流電源３は模擬送電線網８に電気的に接続および切り離し可能に構成され、模擬送電線網８の構成および可変抵抗７の抵抗値は、第２直流電源３が模擬送電線網８に電気的に接続された場合に１次切断予定導電線５Ａ’に過電流が流れ、尚且つ１次切断予定導電線５Ａ’が切れることで少なくとも一本の他の導電線５に過電流が流れるものに設定され、第２直流電源３を模擬送電線網８に電気的に接続する操作により、１次切断予定導電線５Ａ’が切れ、かつ連鎖的に他の導電線５が切れて、模擬送電線網８の遮断個所が拡大して行き、大規模停電が生じる様子を再現するようにしている。
【００４３】
現実の電力系統は、複数の発電所と、複数の電力消費地と、変電所と、送電線とが、密接に連係されて構成されている。この実験回路１では、発電所で発電した電気を一般の電力消費地に届けるまでの電気の通り道を、簡単な模型で模擬している。
【００４４】
第１直流電源２は、既設の発電所に見立てたものであり、各第１直流電源２は例えば１または複数の電池で構成されている。新設の発電所に見立てる第２直流電源３も、例えば１または複数の電池で構成されている。各第１直流電源２や第２直流電源３として用いる電池には、例えば乾電池などの一次電池を利用しても良く、例えばニッケルカドミウム電池（所謂ニッカド電池）や鉛電池などの充電可能な二次電池を利用しても良い。身近にあり容易に入手可能で安全な直流の電池を利用することで、危険を伴わず簡単に停電再現実験を実施することができる。例えば本実施形態の実験回路１には、３つの第１直流電源２Ａ，２Ｂ，２Ｃと１つの第２直流電源３が備えられており、各第１直流電源２および第２直流電源３はそれぞれ直流１２Ｖの電圧を有するものとしている。本実験回路１は直流であるため、交流である実際の電力系統とは異なる点もあるが、最も重要な電気の基本的な流れ方については実際の電力系統と同じである。
【００４５】
例えば工場や一般の電力需要家などの複数の電力消費地を模擬するそれぞれの負荷４は、例えば本実施形態では複数の豆電球で表現している。例えば本実施形態の実験回路１には、５つの負荷４Ａ〜４Ｅが備えられており、それぞれの負荷４は、例えば２．５Ｖ（ボルト），０．３Ａ（アンペア）の豆電球を１０個（２個直列を５並列）備えている。各負荷４を１または複数の電球で表現することで、電気が供給されていれば電球が明るく光り、電気の供給量が少なくなれば電球が暗くなり、さらに電気の供給が無くなれば電球の光が消えるとのように、負荷４への電力供給の様子、換言すれば平常時から停電にいたる場合の負荷４の様子を実験者や実験見学者等が視覚的に把握することができる。勿論、負荷４は電球に限られるものではなく、平常時から停電にいたる場合の負荷４の出力の変化を把握可能な物、例えば電力により風車等を回すモータや、電力により音を出力する装置などであっても良い。
【００４６】
発電所（第１直流電源２）で作られた電気は、送電線を介して、電力消費地（負荷４）へと送られる。現実の送電線は、一の発電所と一の電力消費地とを単純に結ぶ電線路を構成するのみならず、発電所と電力消費地とを結ぶ電線路をさらに相互に結ぶ電線路を構成し、一の電線路のみならず他の電線路を通じても発電所から電力消費地へと電気を送ることができるように、ループ状、換言すれば網の目状に、縦横に張り巡らされるのが一般的である。本実験回路１では、複数の導電線５と、導電線５，５間を接続する端子６とにより、第１直流電源２と負荷４とを結ぶ図１中の縦の電線路と、当該縦の電線路同士を結ぶ図１中の横の電線路とを構成し、網の目状（換言すればループ状）の送電線網を表現している。
【００４７】
模擬送電線網８の節（換言すれば模擬送電線網８の分岐点）にあたる図１中の破線で示す個所が変電所を模擬している。当該個所を模擬変電所９とも呼ぶ。電気は電圧が高いほど、より沢山より効率的に送ることができるので、遠くの電力消費地へは高い電圧で送り、変電所によって、消費地に近くなるにつれてだんだんと低い電圧に変えるようにしている。また、変電所は、電気の流れを切り替える役割を持っている。模擬変電所９の一部または全部における導電線５と端子６との間には可変抵抗７が設けられている。また、模擬変電所９の一部または全部における導電線５と端子６との間には、当該導電線５と当該端子６とを電気的に入り切り可能とするスイッチ１０が設けられている。模擬変電所９における可変抵抗７とスイッチ１０を操作することにより、模擬送電線網８における電気の流れ及び各導電線５に流れる電流の値および負荷４に供給される電気の電圧が調整される。このように模擬変電所９（換言すれば模擬送電線網８の分岐点）に可変抵抗７とスイッチ１０を設け、可変抵抗７の抵抗値を変え、スイッチ１０を開閉することで、様々な電力系統の構成を模擬でき、汎用性が高まる。例えば本実施形態では、負荷４Ｂに接続する模擬変電所９のスイッチ１０は常時開（オフ）としている。但し、模擬送電線網８における電気の流れ及び各導電線５に流れる電流値および負荷４に供給される電気の電圧値を特定のものに設定するのであれば、可変抵抗７は必ずしも全ての模擬変電所９に設ける必要はなく、模擬変電所９にスイッチ１０を設ける必要もない。
【００４８】
尚、各可変抵抗７は、例えば０Ω〜５Ωまでの抵抗値に設定できるものとしている。また、スイッチ１０には、安全のため、プラス側の導電線５とマイナス側の導電線５とを同時に入り切りする両切スイッチを用いている。尚、安価に回路１を組む場合等には、スイッチ１０として、プラス側の導電線５とマイナス側の導電線５の一方のみを入り切りする片切スイッチを用いても構わない。
【００４９】
模擬送電線網８を構成する導電線５の少なくとも一本は、許容限界以上の過電流が流れることで切れる切断予定導電線５Ａである。例えば本実施形態の実験回路１は、切断予定導電線５Ａを２本備えるものとし、模擬送電線網８の構成および可変抵抗７の抵抗値は、１次切断予定導電線５Ａ’が切れることでもう一本の切断予定導電線５Ａに過電流が流れるものに設定され、１次切断予定導電線５Ａ’が切れ、かつ連鎖的にもう一本の切断予定導電線５Ａが切れて、停電が生じる様子を再現するようにしている。本実施形態の切断予定導電線５Ａは、例えば許容限界以上の過電流（例えば１アンペア程度）が流れることで溶断する電流ヒューズエレメントで構成されるものとしている。但し、切断予定導電線５Ａとしてヒューズを利用するものには必ずしも限定されず、例えば導電線５の径を細くするなどして、切断予定導電線５Ａを断線し易く構成しても良い。また、ヒューズや線形の細い導電線５などのように断線し易い切断予定導電線５Ａを３本以上として、一本の切断予定導電線５Ａの断線に端を発して、更に多くの導電線５が時間遅れを伴いながら順次断線していくように構成しても良い。さらに、一本の切断予定導電線５Ａの断線に端を発して多くの導電線５が順次断線していく構成とする場合に、切断予定の導電線５を全てヒューズや線形の細い導電線５などのように断線し易い線とする必要は必ずしも無く、１または複数の切断予定導電線５Ａが切れた結果、特に断線し易い構成とはしていない導電線５に大電流が流れるようにして、当該導電線５が切れるものとしても構わない。
【００５０】
また、すべての可変抵抗７およびすべてのヒューズ５Ａは、第１直流電源２または第２直流電源３のマイナス端子と負荷４のマイナス端子とを接続する電線路に設けられている。すべての可変抵抗７およびすべてのヒューズ５Ａを同じ電源側（マイナス側）に挿入することによって、思いもよらない回路（電線路）に過電流が流れてしまうことを防止できる。尚、すべての可変抵抗７およびすべてのヒューズ５Ａを、第１直流電源２または第２直流電源３のプラス端子と負荷４のプラス端子とを接続する電線路に設けても構わない。すべての可変抵抗７およびすべてのヒューズ５Ａをマイナス側またはプラス側に統一して挿入することによって、思いもよらない回路（電線路）に過電流が流れてしまうことを防止できる。
【００５１】
また、第２直流電源３は、電気的に入り切り可能なスイッチ１１を介して模擬送電線網８に接続されている。この場合、第２直流電源３を模擬送電線網８に電気的に接続する操作を簡単に行える。尚、必ずしもスイッチ操作により第２直流電源３を模擬送電線網８に電気的に接続する構成に限らず、例えば第２直流電源３としての電池を取り付ける操作により、第２直流電源３を模擬送電線網８に電気的に接続する構成としても良い。
【００５２】
複数の負荷４の少なくとも一部は、電気的に入り切り可能なスイッチ１２を介して模擬送電線網８に接続されている。この場合、第２直流電源３を模擬送電線網８に電気的に接続する操作の後に、一部の負荷４のスイッチ１２を切る操作により、他の負荷４への電気の供給を保護する停電復旧の様子を更に再現することができる。例えば本実施形態では、全ての負荷４をそれぞれスイッチ１２を介して模擬送電線網８に接続している。但し、停電復旧の様子まで再現しない場合は、スイッチ１２を介して負荷４を模擬送電線網８に接続する必要はない。また、停電復旧の様子を再現する場合であっても、模擬送電線網８からの接続・切断操作の対象とならない負荷４（即ち停電発生時に優先的に保護される負荷４）については、スイッチ１２を介して当該負荷４を模擬送電線網８に接続する必要はない。
【００５３】
また、例えば本実施形態の実験回路１では、複数の第１直流電源２の少なくとも一部は、模擬送電線網８に電気的に接続および切り離し可能に構成され、模擬送電線網８の構成および可変抵抗７の抵抗値は、第２直流電源３が模擬送電線網８に電気的に接続され尚且つ第１直流電源２の少なくとも一部が模擬送電線網８から切り離された場合に１次切断予定導電線５Ａ’に過電流が流れ、尚且つ１次切断予定導電線５Ａ’が切れることで少なくとも一本の他の導電線５に過電流が流れるものに設定され、第２直流電源３を模擬送電線網８に電気的に接続する操作と、第１直流電源２の少なくとも一部を模擬送電線網８から切り離す操作とを同時に行うことにより、１次切断予定導電線５Ａ’が切れ、かつ連鎖的に他の導電線５が切れて、停電が生じる様子を再現するようにしている。本実施形態の場合、１つの第１直流電源２を模擬送電線網８から切り離す操作により既設の発電所の停止を模擬し、第２直流電源３を模擬送電線網８に電気的に接続する操作により新規発電所の参入を模擬できる。ここで、現実の電力系統では発電所の発電量と負荷４の電気消費量は等しくしなければならない。本実施形態の実験回路１では、停止する１つの第１直流電源２と新たに接続される第２直流電源３の電圧が等しいため、発電量と電気消費量が等しいとの条件が満たされている状況を模擬できる。但し、可変抵抗７の抵抗値を適宜調整することにより、第１直流電源２の少なくとも一部を模擬送電線網８から切り離す操作を行うことなく、第２直流電源３を模擬送電線網８に電気的に接続する操作のみによって、１次切断予定導電線５Ａ’が切れ、かつ連鎖的に他の導電線５が切れて、停電が生じる様子を再現することも可能である。
【００５４】
また、複数の第１直流電源２の少なくとも一部は、電気的に入り切り可能なスイッチ１３を介して模擬送電線網８に接続されている。この場合、第１直流電源２を模擬送電線網８から電気的に切り離す操作を簡単に行える。尚、必ずしもスイッチ操作により第１直流電源２を模擬送電線網８から電気的に切り離す構成に限らず、例えば第１直流電源２としての電池を抜き取る操作により、第１直流電源２を模擬送電線網８から切り離す構成としても良い。
【００５５】
また、実験回路１には、２本の切断予定導電線５Ａを流れる各電流値を測定する２つの電流計１５が備えられ、また、負荷４に供給される電気の電圧を測定するため電圧計１６が備えられる。本実施形態では、電圧計１６により負荷４Ａに供給される電気の電圧を測定するようにしている。尚、負荷４Ｂに供給される電圧は、負荷４Ａに供給される電圧とほぼ同じである。勿論、電圧計１６を各負荷４Ａ〜４Ｅの前にある端子６につなぎ変えたり、各負荷４Ａ〜４Ｅごとにそれぞれ電圧計１６を設置することで、各負荷４Ａ〜４Ｅに供給される電圧を計測することも可能である。
【００５６】
また、本実験回路１では、例えば図２に示すように、送電線を模擬する導電線５をビーズで構成した模擬碍子１８を介して鉄塔の模型１７で支持するようにしている。この場合、模擬送電線網８をより本物らしく見せることができ、実際の停電発生の場にいるような臨場感を実験者や実験見学者に与え、実験者や実験見学者は、本実験回路１で再現されるような事故および停電が実際に起こり得ることをより深く理解することができる。尚、符号１４は、実験回路１が設置される基台である。
【００５７】
以上のように構成された本実施形態の実験回路１によれば、次のように作動して、停電の発生を模擬する。先ず、初期状態では、第２直流電源３のスイッチ１１はオフとなっており、すべての第１直流電源２のスイッチ１３およびすべての負荷４のスイッチ１２はオンとなっている。複数の第１直流電源２より模擬送電線網８を介して複数の負荷４に電気が供給され、すべての負荷４の豆電球が明るく点灯する。次に、新規発電所を模擬する第２直流電源３のスイッチをオンにすると同時に、既設発電所を模擬する第１直流電源２Ｂのスイッチをオフにする。これにより、一の既設発電所の停止と、新規発電所の模擬送電線網８への参入を模擬できる。停止する１つの第１直流電源２と新たに接続される第２直流電源３の電力が等しいため、発電量と電気消費量が等しいとの条件は満たされているが、模擬送電線網８における電気の流れ方が変化する。この結果、１次切断予定導電線５Ａ’を流れる電流が増加し、１次切断予定導電線５Ａ’に過電流が流れ、当該１次切断予定導電線５Ａ’が切れる。さらに１次切断予定導電線５Ａ’が切れた結果、もう一本の切断予定導電線５Ａを流れる電流が増加し、当該もう一本の切断予定導電線５Ａに過電流が流れ、その切断予定導電線５Ａも連鎖的に切れる。尚、第２直流電源３の投入や１次切断予定導電線５Ａ’の断線によって、２本の切断予定導電線５Ａを流れる電流が増加する様子は電流計１５により確認できる。２本の導電線５が断線した結果、負荷４に供給される電気の電圧が低下し、すべての負荷４の豆電球は暗くなる。このような状態は、実際には停電である。２本の導電線５の断線により、負荷４に供給される電気の電圧が低下する様子は電圧計１６により確認できる。以上により、一本の導電線５の断線により連鎖的に他の導電線５の断線が発生して、模擬送電線網８の遮断個所が拡大して行き、大規模停電が生じる様子を再現することができる。
【００５８】
さらに本実施形態の実験回路１によれば、次のように作動して、停電復旧の様子を模擬することもできる。例えば５つある負荷４のうち、負荷４Ｃ，４Ｄが重要であり、優先的に保護する必要があるとする。この場合、重要な負荷４Ｃ，４Ｄ以外の負荷４Ａ，４Ｂ，４Ｅの各スイッチ１２をオフとし、これら３つの負荷４Ａ，４Ｂ，４Ｅを模擬送電線網８から切り離す。すると、残り２つの負荷４Ｃ，４Ｄに加わる電圧は定常状態に近づき、これら２つの負荷４Ｃ，４Ｄの豆電球は再び明るく点灯する。そして、第２直流電源３のスイッチをオフとし、オフとしていた第１直流電源２Ｂのスイッチをオンとして、初期状態に戻した後、断線した２本の導電線５を張り替え、さらにオフとしていた３つの負荷４Ａ，４Ｂ，４Ｅのスイッチを再びオンとすれば、すべての負荷４への電力供給が復帰して、すべての負荷４の豆電球が再び明るく点灯する。以上により、停電復旧の様子をも再現することができる。
【００５９】
以上のように本考案の停電再現実験回路１によれば、１つの送電線事故が発端となって連鎖的・将棋倒し的に送電線事故が拡大して大規模な停電に至る過程を再現することができる。机上の計算に基づくシミュレーションではなく、現実の回路１を用いての実験であるため、停電が起きる様を実験者や実験見学者等は視覚等の五感を通じて理解できる。従って、送電線網上で保たれていたバランスが新規発電所の参入等により崩されてしまう場合に、１つの送電線事故が将棋倒し的に拡大して大規模な停電を引き起こし得ることを、教育の場や専門家以外の者への説明の場などで、実験回路１を用いて、充分に理解してもらうことができる。本考案は、微妙なバランスの上で電力系統の送電線網が設計され運用されており、このバランスを崩さないようなルールを守った送電線網の利用の仕方が重要であることを、電気利用者や送電線網を利用する新規参入事業者等に理解してもらうために有効である。
【００６０】
なお、上述の実施形態は本考案の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく、本考案の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本考案の停電再現実験回路の実施の一形態を示す回路図である。
【図２】本考案の停電再現実験回路の一部を示す構成図である。
【符号の説明】
【００６２】
１  停電再現実験回路
２  第１直流電源
３  第２直流電源
４  負荷
５  導電線
６  端子
７  可変抵抗
５Ａ  切断予定導電線
５Ａ’  １次切断予定導電線
８  模擬送電線網
１５  電流計
１６  電圧計
１７  鉄塔模型
【図１】
0003104762.tif 000003
【図２】
0003104762.tif 000004