(57)【要約】【課題】、キュービクル式の高圧受電設備における電源元から力率自動調整を可能にすることで、電力エネルギーのロスを大幅に改善することができ、且つ電力消費者側の負担を極力抑えることができるようにする。【解決手段】電力供給元から高圧受電する高圧負荷開閉装置１、電力蓄電用の電力側コンデンサ２、電力側コンデンサ２に対し並列接続した単相変圧器３及び三相変圧器４、単相変圧器３に接続した低圧配電盤５の電灯回路配線用遮断器６、三相変圧器４に接続した低圧配電盤５の動力回路配線用遮断器７と、を備えたキュービクル式の高圧受電設備Ｐにおける少なくとも１つの変圧器の低圧側に対して無効電力検出手段Ａ（無効電力検出部）と力率自動調整手段Ｂ（力率自動調整部）とを設置する。【選択図】図１
2015050881.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力供給元から高圧受電する高圧負荷開閉装置、電力蓄電用の電力側コンデンサ、電力側コンデンサに対し並列接続された単相変圧器及び三相変圧器、単相変圧器に接続された低圧配電盤の電灯回路配線用遮断器、三相変圧器に接続された低圧配電盤の動力回路配線用遮断器と、を備えたキュービクル式の高圧受電設備における少なくとも１つの変圧器の低圧側に対して無効電力検出手段と力率自動調整手段とを設置してなることを特徴とする力率自動調整装置。
【請求項２】
無効電力検出手段は、負荷に対して変動する電圧を検出し、この検出電圧に基づいて無効電力の変動値を算出する演算手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の力率自動調整装置。
【請求項３】
力率自動調整手段は、前記演算手段により算出される変動無効電圧に合わせて力率を自動調整可能としてなることを特徴とする請求項１または２記載の力率自動調整装置。
【請求項４】
力率自動調整手段は、変圧器の二次側に、第１のスイッチング素子を介して接続されるコンデンサと、変圧器の二次側に、第２のスイッチング素子を介して接続されるとともに、コンデンサと並列に接続されるリアクトルと、変圧器の一次側の出力に応じて、第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子をそれぞれ制御する制御部とを具備することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の力率自動調整装置。
【請求項５】
力率自動調整手段は、シリアル通信規格のユニットを介してパーソナルコンピュータに双方向通信可能に接続され、上記無効電力検出手段によって検出された無効電力値、演算手段で算出された変動無効電力、力率自動調整手段によって自動調節された力率それぞれをリアルタイムで常時監視できるようにしてあることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか記載の力率自動調整装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、キュービクル式の高圧受電設備における変圧器に対して設置された力率自動調整装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高圧で受電するための機器一式を金属製の外箱に収めた所謂キュービクルと称する高圧受電設備が普及されている。すなわち、これは受電容量が５０ｋＶＡ以上４，０００ｋＶＡ以下の小中規模施設の変電設備として広く利用されているもので、高圧配電柱（電力供給源側）から公称電圧約６，６００Ｖで受電した電気を地上に設置されているキュービクル内で１００Ｖまたは２００Ｖに変圧し、各施設に供給されるものである。また、キュービクルは、受電設備容量３００ｋＶＡ以下の場合では、主遮断装置に高圧限流ヒューズ、高圧交流負荷開閉器を用いる小型のＰＦ−Ｓ型が使用され、受電設備容量４，０００ｋＶＡ以下の場合では、主遮断装置に遮断器を用いるＣＢ型が使用されている。
【０００３】
また、従来における力率自動調整装置は、そのほとんどが末端における電灯や電動機等の負荷機器類や電力盤の中に進相コンデンサを取付けているのが主流である。すなわち、電力系統における無効電力は一般に遅れ力率であり、この無効電力が所定限度を超えたとき進相コンデンサ（交流において電流の位相を電圧の位相より９０°進める働きがある）を投入し、所定限度を下回ったときは進相コンデンサを遮断することにより、この電力系統の力率（皮相電力と有効電力の割合）を改善する力率自動調整方式が採られている。
一般的に、モータなどの無効電流は遅れ電流であり、進相コンデンサを負荷に並列に接続することで、コンデンサに流れ込む電流は負荷と反対方向の進み電流となることから、負荷の遅れ電流が打ち消されて皮相電流は小さくなり、有効電流のみの値に近づき、力率が改善される。
【０００４】
例えば特許文献１に開示されているように、制御基準ラインを上限モード、中心モード、下限モードのそれぞれの場合について力率調整用コンデンサの投入点および遮断点を変更し得る力率自動調整装置が存在する。これは電気回路に設けられた計測用の変圧器および変流器の出力に基づき無効電力検出部にて無効電力を検出し、設定部で設定されたコンデンサ容量及び目標力率値と、制御基準ライン設定部及び目標値シフト量設定部にて設定された制御基準ライン及びそのシフト量に基づきＣＰＵによりコンデンサ投入点と遮断点を算出し、この範囲内に納まるようにコンデンサを制御するものとなっている。
【０００５】
また、特許文献２に開示されているように、電気回路の無効電力を検出し、検出無効電力が、設定された目標力率及び投入点を超過する場合は電気回路にコンデンサを接続する制御信号を出力し、検出無効電力が遮断点を超過する場合には電気回路からコンデンサを切離す制御信号を出力するものとした力率自動調整装置も存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−２２４５７号公報
【特許文献２】特開平６−６７７４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記したように、従来の力率自動調整装置は、そのほとんどが末端における電灯や電動機等の負荷機器類や電力盤の中に進相コンデンサを取付けているのが主流であり、キュービクル式の高圧受電設備における変圧器に対して力率自動調整装置が設置された技術は未だかつて存在していなかった。
【０００８】
しかも、従来のように電灯や電動機等の個々の負荷機器ごとに進相コンデンサを取付けているため、電力エネルギーのロスも増大すると共に、家電設備や設置等のコストも個々の負荷機器ごとに大幅に掛かってしまい、電力消費者側の負担も大きくなる。
【０００９】
そこで、本発明は叙上のような従来存した諸事情に鑑み創出されたもので、キュービクル式の高圧受電設備における電源元から力率自動調整を可能にすることで、電力エネルギーのロスを大幅に改善することができ、且つ電力消費者側の負担を極力抑えることができるものとした力率自動調整装置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】
【００１０】
上述した課題を解決するために、本発明に係る力率自動調整装置にあっては、電力供給元から高圧受電する高圧負荷開閉装置、電力蓄電用の電力側コンデンサ、電力側コンデンサに対し並列接続された単相変圧器及び三相変圧器、単相変圧器に接続された低圧配電盤の電灯回路配線用遮断器、三相変圧器に接続された低圧配電盤の動力回路配線用遮断器と、を備えたキュービクル式の高圧受電設備における少なくとも１つの変圧器の低圧側に対して無効電力検出手段と力率自動調整手段とを設置してなることを特徴とする。
【００１１】
無効電力検出手段は、負荷に対して変動する電圧を検出し、この検出電圧に基づいて無効電力の変動値を算出する演算手段を備えたことを特徴とする。
【００１２】
力率自動調整手段は、前記演算手段により算出される変動無効電圧に合わせて力率を自動調整可能としてなることを特徴とする。
【００１３】
力率自動調整手段は、変圧器の二次側に、第１のスイッチング素子を介して接続されるコンデンサと、変圧器の二次側に、第２のスイッチング素子を介して接続されるとともに、コンデンサと並列に接続されるリアクトルと、変圧器の一次側の出力に応じて、第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子をそれぞれ制御する制御部とを具備することを特徴とする。
【００１４】
力率自動調整手段は、シリアル通信規格の無線化ユニットを介してパーソナルコンピュータに双方向通信可能に無線接続され、上記無効電力検出手段によって検出された無効電力値、演算手段で算出された変動無効電力、力率自動調整手段によって自動調節された力率それぞれをリアルタイムで常時監視できるようにしてあることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、キュービクル式の高圧受電設備における電源元から力率自動調整を可能にすることで、電力エネルギーのロスを大幅に改善することができ、且つ電力消費者側の負担を極力抑えることができる。
【００１６】
例えば、従来では高圧受電設備の変圧器から負荷側（例えば１００ｋＷの仕事）に向けて電力が供給されると、変圧器からの１２０ｋＷの送電ロス及び負荷側の出力ロスが発生して十分な電力エネルギーを効率的に得ることができない。これに対し、本発明では、キュービクル式の高圧受電設備における少なくとも１つの変圧器の低圧側に対して無効電力検出手段と力率自動調整手段とを設置してなるので、変圧器からの送電ロス及び負荷側の出力ロスとなる約７〜１５％程度の無駄な電力がカットされて約１１１〜１０２ｋＷとなり、これによって電力エネルギーのロスを大幅に改善することができる。しかもこのような電力損失の軽減に加えて、電気代の軽減などその他多くのメリットがある。
【００１７】
無効電力検出手段は、負荷に対して変動する電圧を検出し、この検出電圧に基づいて無効電力の変動値を算出する演算手段を備えたので、負荷へ与える無効電力の変動値を容易且つ確実に算出することができ、以後の力率自動調整が迅速で且つ効率的に行える。
【００１８】
力率自動調整手段は、前記演算手段により算出される変動無効電圧に合わせて力率を自動調整可能としてなるので、従来のように電灯や電動機等の個々の負荷機器ごとに進相コンデンサを取付けなくても、電力エネルギーのロスを電力元である高圧受電設備にて集約的且つ効率的に改善することができる。
【００１９】
力率自動調整手段は、変圧器の二次側に、第１のスイッチング素子を介して接続されるコンデンサと、変圧器の二次側に、第２のスイッチング素子を介して接続されるとともに、コンデンサと並列に接続されるリアクトルと、変圧器の一次側の出力に応じて、第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子をそれぞれ制御する制御部とを具備するので、簡易な構成により力率を容易に調整することができる。
【００２０】
力率自動調整手段は、シリアル通信規格の無線化ユニットを介してパーソナルコンピュータに双方向通信可能に無線接続され、上記無効電力検出手段によって検出された無効電力値、演算手段で算出された変動無効電力、力率自動調整手段によって自動調節された力率それぞれをリアルタイムで常時監視できるようにしてあるので、上記各手段による作動に異常をきたした場合や、力率調整を例えばマニュアルで微調整設定する場合等において、このパーソナルコンピュータからの指令で的確に対処することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明を実施するための一形態における力率自動調整装置を備えたキュービクル式高圧受電設備の構成ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明の実施の一形態を詳細に説明すると、本発明に係る力率自動調整装置は、キュービクル式の高圧受電設備における低圧側空きブレーカから電源を取り出すキュービクル内の変圧器単体に対して設置されている。
【００２３】
すなわち、本実施形態における高圧受電設備Ｐは、図１に示すように、電力供給元である電柱高圧ケーブルから区分開閉器（図示せず）、及び使用電力を電力量計で計量するために高圧回路の電圧と電流を低圧に変換して電力量計に入力する計器用変成器（ＶＣＴ）（図示せず）等を介して高圧受電する電力ヒューズ付の高圧負荷開閉器１（ＬＢＳ）に、電力蓄電用の電力側コンデンサ２が直列接続され、この電力側コンデンサ２を介して単相変圧器３及び三相変圧器４が並列接続して構成されている。定格以上の電流が流れると電力側コンデンサ２が過充電となるため、この高圧負荷開閉器１を自動的に開放する方法を採っている。キュービクル式の高圧受電設備に使用される上記変圧器（トランス）３，４は、高圧（６，６００Ｖ）で受電した電圧を、１００Ｖ、２００Ｖの低圧に変換する役割を有している。単相変圧器３の低圧側は、低圧配電盤５の電灯回路配線用遮断器６を介して電灯（負荷側設備）に接続され、一方、三相変圧器４の低圧側は低圧配電盤５の動力回路配線用遮断器７を介して電動機（負荷側設備）に接続されている。
【００２４】
本実施形態においては、前記遮断器６，７の二次（低圧）側の空きブレーカ８から電源を取出し、高圧受電設備Ｐ内の変圧器３，４の低圧側に対して無効電力検出手段Ａ（無効電力検出部）と力率自動調整手段Ｂ（力率自動調整部）とを設置し、当該変圧器３，４の無効電力を無効電力検出手段Ａにより自動検出し、力率自動調整手段Ｂにより力率を自動調節する構成となっている。
【００２５】
具体的には、図１に示すように、変圧器３，４の低圧側と遮断器６，７の二次（低圧）側の空きブレーカ８との間に、無効電力検出手段Ａと力率自動調整手段Ｂとが介装接続されている。また、無効電力検出手段Ａには、負荷側設備に対して常に変動する電圧を検出し、この検出電圧に基づいて無効電力の変動値を算出する演算手段Ｃ（演算部）を備えており、この演算手段Ｃによる変動無効電力（変動値）に合わせて力率自動調整手段Ｂにより力率を自動調節可能としている。
【００２６】
また、力率自動調整手段Ｂは、シリアル通信規格のＲＳ４８５無線化ユニット９を介してパーソナルコンピュータ（ＰＣ）に双方向通信可能に無線接続されており、このパーソナルコンピュータ（ＰＣ）より無効電力検出手段Ａによって検出された無効電力値、演算手段Ｃで算出された変動無効電力（変動値）、力率自動調整手段Ｂによって自動調節された力率それぞれをリアルタイムで常時監視できるようにしてある。なお、力率自動調整手段Ｂは、無線化ユニットを利用した無線通信で実現することが望ましいが、LANケーブル等の有線接続で実現してもよい。
【００２７】
力率自動調整手段Ｂの具体的な構成としては、特開２００６−２４６５５２号公報に開示されているサイリスタのゲート角指令による力率調整回路を応用している。すなわちこの回路は、変圧器３，４の二次側に、第１のスイッチング素子（第１のサイリスタ）を介して接続される進相コンデンサと、変圧器３，４の二次側に、第２のスイッチング素子（第２のサイリスタ）を介して接続され且つ前記進相コンデンサと並列に接続されるリアクトル（コイル）と、遮断器６，７の二次（低圧）側の空きブレーカ８から上記演算手段Ｃによって算出される変動無効電力の出力に応じて、第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子をそれぞれ制御する制御部（ＣＰＵ）とから構成されている。
【００２８】
また、力率自動調整手段Ｂの変形例として特開平６−２２４５７号公報に開示されているシフト補正による力率調整回路を応用してもよい。この回路は三相変圧器４の出力に基づき無効電力検出手段Ａにて無効電力を検出し、設定部で設定された進相コンデンサの容量及び目標力率値と、制御基準ライン設定部及び目標値シフト量設定部にて設定された制御基準ライン及びそのシフト量に基づき制御部（ＣＰＵ）によりコンデンサ投入点と遮断点を算出し、この範囲内に納まるように進相コンデンサを制御するものである。
【００２９】
さらに、力率自動調整手段Ｂの他の変形例として特開平６−６７７４３号公報に開示されているリレー回路による力率調整を応用してもよい。これは、演算処理部により予め書き込まれたプログラムに従って、前記無効電力検出手段Ａの出力と設定部で設定された目標力率とその時の有効電力、及び進相コンデンサの容量から算出された投入点設定値あるいは遮断点設定値とを比較し、投入点設定値を超過すれば投入信号、遮断点設定値を超過すれば遮断信号を供給してリレー回路部を駆動し、リレー接点により制御回路部を介して電磁接触器により進相コンデンサを入切する構成である。
【００３０】
無効電力検出手段Ａの具体的な構成としては、実際に印加されている電圧および電流はそれぞれ例えば６，６００Ｖおよび２００Ａと高圧の大電流であるため直接測定することはできないので、変圧器及び変流器（図示せず）を設けて、それぞれの２次側出力を例えば１１０Ｖおよび５Ａ程度に減圧し、無効電力量計等で構成された無効電力検出回路により測定する。変流器、変圧器及び無効電力検出回路により無効電力検出手段Ａを構成する。
【００３１】
尚、上記した実施形態において、無効電力検出手段（演算手段を含む）・力率自動調整手段としてさらに他の様々な変形例も可能である。
【００３２】
次に、以上のように構成された形態についての動作の一例について説明すると、先ず、電力供給元である電柱高圧ケーブルから区分開閉器及び計器用変成器（ＶＣＴ）（図示せず）等を介して高圧負荷開閉器１に高圧が受電され、電力側コンデンサ２が蓄電される。このとき定格以上の電流が流れると電力側コンデンサ２が過充電となるため、この高圧負荷開閉器１は自動的に開放される。
【００３３】
そしてこの電力側コンデンサ２に蓄えられた電力は単相変圧器３及び三相変圧器４に送られ、単相変圧器３の低圧側からは、低圧配電盤５の電灯回路配線用遮断器６を介して電灯（負荷側設備）に送られ、三相変圧器４の低圧側からは低圧配電盤５の動力回路配線用遮断器７を介して電動機（負荷側設備）に送られる。
【００３４】
このとき遮断器６，７の二次（低圧）側の空きブレーカ８から電源が取出され、高圧受電設備Ｐ内の変圧器３，４の低圧側の無効電力が無効電力検出手段Ａにより自動検出される。そして、この検出電圧に基づいて演算手段Ｃ（演算部）が無効電力の変動量を算出し、この変動値に合わせて力率自動調整手段Ｂにより力率が自動調節される。
【００３５】
なお、無効電力検出手段Ａによって検出された無効電力値、演算手段Ｃで算出された変動無効電力（変動値）、力率自動調整手段Ｂによって自動調節された力率それぞれはパーソナルコンピュータ（ＰＣ）よりリアルタイムで常時監視されており、上記各手段Ａ，Ｂ，Ｃによる作動に異常をきたした場合や、力率調整を例えばマニュアルで微調整設定する場合等において、このパーソナルコンピュータ（ＰＣ）を使って的確に対処できるようにしてある。
【００３６】
こうしてキュービクル式の高圧受電設備Ｐにおける電源元から力率自動調整が可能となることから、電力エネルギーのロスを大幅に改善することができ、且つ電力消費者側の負担を極力抑えることができる。
【符号の説明】
【００３７】
Ａ…無効電力検出手段（無効電力検出部）
Ｂ…力率自動調整手段（力率自動調整部）
Ｃ…演算手段（演算部）
Ｐ…高圧受電設備（キュービクル）
１…高圧負荷開閉器
２…電力側コンデンサ
３…単相変圧器
４…三相変圧器
５…低圧配電盤
６…電灯回路配線用遮断器
７…動力回路配線用遮断器
８…空きブレーカ
９…ＲＳ４８５無線化ユニット
【図１】
2015050881.tif 000003