(57)【要約】【課題】  工場などに設置する自家用発電設備における自家用発電機からの供給電力低下時に、構内負荷の選択遮断を行う装置において、自家用発電機に事故や故障が発生する前の兆候の段階で構内負荷を遮断し、自家用発電機停止時における供給電力の不足を生じないようにする。【解決手段】  自家用発電機１０ａないし１０ｍの状態を検出器２ａないし２ｍで検出し、入力手段５で検出データを取り込み、判定手段６で検出データが予め設定された値を逸脱したときに対応する自家用発電機の事故や故障の兆候と判断して発電低減量を算出する。遮断手段７でこの発電低減量に相当する構内負荷を３０ａないし３０ｍから選択して、対応する遮断器に信号を発信して遮断するものである。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力会社の電力系統と接続する自家用発電機の状態を検出する検出器と、該検出器の出力に応じて前記自家用発電機の状態を判断し発電低減量を出力する判定手段と、前記自家用発電機から電力供給を受ける構内負荷群から前記発電低減量を基に予め定められる優先順位で構内負荷を選択し電力を遮断する遮断手段とを備える負荷選択遮断装置。
【請求項２】
検出器が、自家用発電機の巻線温度を計測する温度計であることを特徴とする請求項１に記載の負荷選択遮断装置。
【請求項３】
検出器が、自家用発電機の軸振動を計測する振動計であることを特徴とする請求項１に記載の負荷選択遮断装置。
【請求項４】
判定手段が、検出器の出力の変動率から自家用発電機が異常状態になるまでの時間を推定し、該時間経過後に発電低減量を出力することを特徴とする請求項１に記載の負荷選択遮断装置。
【請求項５】
判定手段が、発電低減量を自家用発電機を制御する発電機制御装置へも出力することを特徴とする請求項１に記載の負荷選択遮断装置。
【請求項６】
電力会社の電力系統と自家用発電機変圧器とを接続する変圧器の状態を検出する検出器と、該検出器の出力に応じて前記変圧器の状態を判断し発電低減量を出力する判定手段と、前記自家用発電機から前記変圧器を介して電力供給を受ける構内負荷群から前記発電低減量を基に予め定められる優先順位で構内負荷を選択し電力を遮断する遮断手段とを備える負荷選択遮断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、工場などに設置する自家用発電設備における自家用発電機からの供給電力低下時に、構内負荷の選択遮断を行う装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工場などに設置する自家用発電設備においては、複数の自家用発電機からの供給電力が消費電力を上回る状態で運転されている。工場内の電力系統は、電力会社の電力系統に接続され、上記での余剰電力を電力会社に売電している。しかし、自家用発電機が停止し、消費電力が自家用発電機からの供給電力を上回ると、電力会社から買電することになる。一般に上述のような契約を電力会社と結んだ場合には、自家用発電機の事故や故障などに起因する計画外での買電が必要となると、計画上の買電と比較して電力料金が高くなる。従って、自家用発電機の事故や故障を検知すると、買電する電力量を抑えるため、構内負荷への電力を優先度の低い順に遮断することとし、負荷選択遮断装置が導入されてきている。
【０００３】
従来の負荷選択遮断装置においては、自家用発電機に事故や故障が発生して停止し、供給電力が消費電力を下回ると、消費電力が供給電力以下となるように、構内負荷を優先順位の低いほうから選択遮断するようにしている。（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−８１９１５  発電所における負荷選択遮断／投入装置（請求項１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の負荷選択遮断装置では、自家用発電機に事故や故障が発生して停止した後に、構内負荷を遮断しているので、自家用発電機停止から構内負荷の遮断にいたるまでの間の供給電力の不足分を電力会社から買電することになり、費用負担が発生するという問題点があった。
【０００６】
この発明は、上述のような問題を解決するためになされたもので、自家用発電機に事故や故障が発生する前の兆候の段階で構内負荷を遮断し、自家用発電機停止時における供給電力の不足を生じないようにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る負荷選択遮断装置においては、自家用発電機の状態を検出器で検出し、検出器の出力が予め設定された値を逸脱したときに、自家用発電機の事故や故障の兆候と判断し、この自家用発電機が停止したときの発電低減量を算出して、この発電低減量に相当する構内負荷を選択遮断するものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明は、自家用発電機の事故や故障の兆候が見られたときに構内負荷を遮断することで、自家用発電機停止時における供給電力の不足を生じないようにし、電力会社からの買電を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１はこの発明を実施するための実施の形態１における負荷選択遮断装置のブロック図、図２はこの発明を実施するための実施の形態１における負荷選択遮断装置の動作フロー図、図３はこの発明を実施するための実施の形態１における負荷選択遮断装置の発電機管理表、図４はこの発明を実施するための実施の形態１における負荷選択遮断装置の構内負荷管理表である。
【００１０】
図１において、まず構内の電力系統の構成から説明する。複数の自家用発電機１０ａ、１０ｂ、…、１０ｍが、構内母線２０に接続している。また、構内負荷３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、…、３０ｎが、それぞれ対応する遮断器３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、…、３１ｎを介して、構内母線２０に接続している。この構内負荷３０ａないし３０ｎは、工場内で使用する電気機器であり、例えばモータ、制御機器、照明などである。また、構内母線２０の電圧より低い電圧の機器に降圧変圧器を介して供給するものも含む。この構内母線２０は遮断器４１、売電用電力積算計４２、買電用電力積算計４３を介して、電力会社の電力系統４０に接続している。
【００１１】
次に構内の電力系統の動作について説明する。自家用発電機１０ａないし１０ｍで発電された電力は、構内母線２０を経由して構内負荷３０ａないし３０ｎに供給される。この構内負荷３０ａないし３０ｎは構内母線２０からの電力の供給・遮断を対応する遮断器３１ａないし３１ｎにより行っている。自家用発電機１０ａないし１０ｍでの発電量の合計と、構内負荷３０ａないし３０ｎの消費電力の合計を比較して、発電量の合計が消費電力の合計を上回る場合は、上回る電力を電力会社の電力系統４０に売電することとなり、構内母線２０から電力会社の電力系統４０へ電力が供給され、その電力の積算を売電用電力積算計４２で行う。また、発電量の合計が消費電力の合計を下回る場合は、下回る電力を電力会社の電力系統４０から買電することとなり、電力会社の電力系統４０から買電用電力積算計４３を経由して構内母線２０へ電力が供給され、その電力の積算を買電用電力積算計４３で行う。なお、遮断器４１は通常時は接続状態にある。
【００１２】
自家用発電機１０ａないし１０ｍには、発電機の状態を検出するための検出器２ａないし２ｍが取り付けてある。負荷選択遮断装置１には、入力手段５と判定手段６と遮断手段７から構成されており、前述の検出器２ａないし２ｍは、この入力手段５に接続され信号が入力される。遮断手段７は前述の遮断器３１ａないし３１ｎに接続され、この遮断手段７からの信号により遮断器３１ａないし３１ｎを遮断できるようにしている。
【００１３】
次に動作について、図２のフローおよび図３の発電機管理表、図４の構内負荷管理表に従って説明する。図３の発電機管理表は、各々の自家用発電機に対し、出力と状態を計測するための検出器とこの検出器の計測値に対する正常範囲の上限値を表にまとめたものである。図４の構内負荷管理表は、各々の構内負荷の優先順位と容量をまとめたものであり、優先順位は重要度により昇順に付番している。
【００１４】
図２のフローにおいて、ステップ１０１で自家用発電機１０ａの状態を検出器２ａで検出する。検出器は固定子の温度を計測する温度計や、回転子の温度を巻線の抵抗値から換算する温度計、回転子の軸の振動を計測する振動計、固定子の絶縁の状態を計測する部分放電計など、発電機の状態を監視するための種々の検出器である。また、図１では検出器は発電機に対し１台設置するように記載しているが、通常は複数台設置されている。
【００１５】
ステップ１０２で検出器２ａからの出力を負荷選択遮断装置１にある入力手段５で入力し、工学値に変換する。入力および工学値への変換は、検出器の種類に対応する処置が行われる。例えば、検出器２がＲＴＤを利用した温度計であれば、入力手段５は抵抗回路とその電圧出力のアナログ・デジタル変換回路と電圧値を温度の工学値へ変換する回路で構成される。この検出した値は判定手段６に渡され、ステップ１０３でこの判定手段６で正常・異常の判断が行われる。この判定は、図３に示す発電機管理表の対応する検出器の計測値と、正常範囲上限値との比較で行われ、検出器の計測値が正常範囲上限値以下であれば正常、正常範囲上限値を超過していれば異常と判断する。検出器２ａが図３の発電機管理表に示す温度計ａ−１であり計測値が１１０℃であれば、計測値が図３より温度計ａ−１の正常範囲上限値１２０℃以下のため発電機１０ａは正常と判断して、ステップ１０１に戻り別の検出器である温度計ａ−２の計測に進む。ステップ１０２での計測値が１２５℃であれば、図３より温度計ａ−１の正常範囲上限値１２０℃を計測値が超過しているのでステップ１０４に進む。
【００１６】
ステップ１０４では、自家用発電機１０ａが異常であり停止する必要があるため、発電低減量を図３の発電機管理表から３ＭＷと求め、その値を遮断手段７に渡す。ステップ１０５では、図４に示す構内負荷管理表により、優先順位に従って３ＭＷ以上の負荷を選出する。負荷３０ａ、３０ｂで５ＭＷとなるため、負荷３０ａ、３０ｂを遮断することとなる。ステップ１０６では、遮断手段７により、前述の負荷３０ａ、３０ｂを遮断するため、対応する遮断器３１ａ、３１ｂに信号を出力し、これら遮断器３１ａ、３１ｂを遮断する。なお、ステップ１０５において、構内負荷３０ａ、３０ｂの２つの合計容量で停止する自家用発電機の出力を上回ることとしたが、構内負荷３０ｂ単独でも発電機の出力を上回るため、遮断手段７で構内負荷３０ｂのみを遮断するようにしてもよい。
【００１７】
このように、自家用発電機の状態を検出器で検出し、検出器の出力が予め設定された値を逸脱したときに、自家用発電機の事故や故障の兆候と判断し、この自家用発電機を停止したときの発電低減量を算出して構内負荷を遮断するようにしたので、自家用発電機停止時における供給電力の不足を生じないようにし、電力会社からの買電を防止することができる。
【００１８】
実施の形態２．
なお、実施の形態１では、検出器で計測した値と発電機管理表の正常範囲上限値を比較して自家用発電機の正常・異常を判断していたが、図５および図６に示すように、検出器で計測した値が上昇を開始し、演算開始値に達すると正常範囲上限値に至る時刻を予想して事前に構内負荷の遮断および自家用発電機の停止の時刻を知るようにしてもよい。
【００１９】
図５はこの発明を実施するための実施の形態２における負荷選択遮断装置の発電機管理表、図６はこの発明を実施するための実施の形態２における負荷選択遮断装置の計測値推移グラフである。また、負荷選択遮断装置のブロック図は実施の形態１で示した図１と同等であり、構内負荷管理表は実施の形態１で示した図４を適用する。
【００２０】
検出器２での計測データの従来からの推移を図６の計測値推移グラフに表す。自家用発電機１０ａを稼動開始した当初は、計測値はある程度一定の値になるが、しばらく運転していると計測値が上昇を始める。計測値が図５に示す検出器に対応する演算開始値Ｚ２に達したときに、図６の計測値推移グラフより上昇開始値Ｚ１を算出する。この上昇開始値Ｚ１は、正確に算出できない場合が多く、ある程度一定に上昇していると判断できる値とする。上昇開始値Ｚ１を計測した時刻をＴ１、演算開始値Ｚ２を計測した時刻をＴ２とすると、図５に示す正常範囲上限値Ｚ３に到達するＴ２からの時間Ｔは以下の式で推定できる。
【００２１】
Ｔ＝Ｔ３−Ｔ２＝（Ｚ３−Ｚ２）×（Ｔ２−Ｔ１）／（Ｚ２−Ｚ１）
【００２２】
したがって、計測値が演算開始値Ｚ２に到達すると、時間Ｔ後に正常範囲上限値Ｚ３に到達すると推定でき、この時刻に判定手段６から遮断手段７に図５に示す発電機管理表の出力を発電低減量として出力し、遮断手段７により実施の形態１と同様に該当する構内負荷を遮断する。
【００２３】
このように、検出器の出力の変動率から自家用発電機が異常状態になるまでの時間を推定し、この時間が経過した後に発電低減量を出力するようにしたため、事前に構内負荷の遮断される予想時刻や自家用発電機の停止される予想時刻を知ることができ、構内負荷が遮断器により遮断される前に停止するなどの処置をすることができる。
【００２４】
実施の形態３．
なお、実施の形態１では、自家用発電機が異常と判断したとき、この自家用発電機の出力に相当する構内負荷を遮断することとしたが、自家用発電機の出力低減制御をすることで出力の一部に相当する構内負荷を遮断することもできる。
【００２５】
図７はこの発明を実施するための実施の形態３における負荷選択遮断装置のブロック図、図８はこの発明を実施するための実施の形態３における発電機管理表である。また、構内負荷管理表は実施の形態１で示した図４を適用する。
【００２６】
図７において、実施の形態１と異なる部分について説明する。自家用発電機１０ａないし１０ｍの出力制御を各々対応する発電機制御装置１１ａないし１１ｍが行うようにして、判定手段６からの信号によりこれら自家用発電機１０ａないし１０ｍの出力低減制御が行えるようにしている。図８において、各々の自家用発電機に対する発電低減率を定めている。例えば、自家用発電機１０ａでは発電低減率３４％としているが、これは検出器２ａでの計測値が正常範囲上限値を超過した場合に、自家用発電機２ａの出力を３４％低減させて運転するということであり、出力３ＭＷから１ＭＷ低減させ、２ＭＷで運転するということである。
【００２７】
ここで、出力低減制御とは発電機を定格出力から出力を下げて運転することであり、発電機への電気的ストレス・熱的ストレスを低下させることができる。従って、正常範囲上限値をわずかに超過した場合は、この出力低減制御により運転することが可能である場合があり、これにより発電機の事故や故障に至るまでの時間を長期化することができる。
【００２８】
動作について、実施の形態１と異なる部分について説明する。検出器２ａでの計測値を入力手段５経由で判定手段６が取得し、図８の発電機管理表において対応する検出器の正常範囲上限値と比較する。この比較で計測値が正常範囲上限値を超過しているときには、自家用発電機１０ａの発電低減率が３４％で１ＭＷであるため、この値を発電低減量として遮断装置７に渡す。遮断装置７は図４に示す構内負荷管理表から１ＭＷの容量削減のため優先順位を考慮し負荷３０ａに対応する遮断器３１ａを遮断する。その後、判定手段６は発電低減量の１ＭＷを発電機制御装置１１ａに渡し、この発電機制御装置１１ａから自家用発電機１０ａを出力２ＭＷでの運転に制御する。
【００２９】
このように、自家用発電機の出力低減制御による出力低減容量に相当する構内負荷を遮断することで、構内負荷の遮断範囲を狭くすることができる。
【００３０】
実施の形態４．
なお、実施の形態１では、自家用発電機が異常と判断したときに、この自家用発電機の出力に相当する構内負荷を遮断することとしたが、自家用発電機に接続してこの自家用発電機の出力を昇圧あるいは降圧する変圧器を異常と判断したときに、接続している自家用発電機の出力に相当する構内負荷を遮断することもできる。
【００３１】
図９はこの発明を実施するための実施の形態４における負荷選択遮断装置のブロック図、図１０はこの発明を実施するための実施の形態４における負荷選択遮断装置の変圧器管理表である。また、構内負荷管理表は実施の形態１で示した図４を適用する。
【００３２】
図９において、複数の自家用発電機１０ａ、１０ｂは変圧器５０ａを、自家用発電機１０ｍは変圧器５０ｋを介して構内母線２０に接続されている。変圧器と自家用発電機との接続は、１対１の接続でも、１対多の接続でもかまわない。構内母線２０は６．６ｋＶあるいは３．３ｋＶの電圧であることが多く、自家用発電機が１．５ｋＶの電圧である場合は変圧器は昇圧変圧器になり、自家用発電機が１１ｋＶの電圧である場合は降圧変圧器となる。
【００３３】
変圧器５０ａないし５０ｋには、変圧器の状態を検出するための検出器３ａないし３ｋが取り付けてあり、この検出器３ａないし３ｋは負荷選択遮断装置１の入力手段５と接続されている。この検出器は変圧器の状態を監視するものであり、例えば変圧器巻線温度を計測する温度計や、油温度を計測する温度計である。
【００３４】
次に、動作について説明する。変圧器５０ａの状態を検出器３ａで検出し、この検出器３ａの出力を負荷選択遮断装置１にある入力手段５で入力し、工学値に変換する。この検出した値は判定手段６に渡され、この判定手段６で正常・異常の判断が行われる。この判断は、図１０に示す変圧器管理表で対応する検出器の計測値と、正常範囲上限値との比較で行われ、検出器での計測値が正常範囲上限値以下であれば正常、正常範囲上限値を超過していれば異常と判断する。正常と判断した場合は、別の検出器について計測を開始する。異常と判断した場合、対象となる変圧器に接続されている自家用発電機の発電機出力が遮断手段７に渡される。変圧器５０ａの場合は、２台の自家用発電機１０ａ、１０ｂが接続されており、それぞれの発電機出力が３ＭＷ、７ＭＷのため、合計の１０ＭＷが遮断手段７に渡され、図４の構内負荷管理表の優先順位と容量から、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ（３０ｄは図９に図示せず）の４台の構内負荷の合計１０ＭＷ分を遮断することとなる。そのため、遮断手段７から対応する遮断器３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ（３１ｄは図９に図示せず）に信号を送信して遮断器を切断側にし、構内負荷３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄを遮断する。
【００３５】
このように、自家用発電機に接続する変圧器の状態を検出器で検出し、検出器の出力が予め設定された値を逸脱したときに、変圧器の事故や故障の兆候と判断し、この検出器を停止したときに同時に停止させることとなる接続されている自家用発電機の発電低減量を算出して構内負荷を遮断するようにしたので、変圧器停止時における供給電力の不足を生じないようにし、電力会社からの買電を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】この発明の実施の形態１を示す負荷選択遮断装置のブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１を示す負荷選択遮断装置の動作フロー図である。
【図３】この発明の実施の形態１を示す負荷選択遮断装置の発電機管理表である。
【図４】この発明の実施の形態１を示す負荷選択遮断装置の構内負荷管理表ある。
【図５】この発明の実施の形態２を示す負荷選択遮断装置の発電機管理表である。
【図６】この発明の実施の形態２を示す負荷選択遮断装置の計測値推移グラフである。
【図７】この発明の実施の形態３を示す負荷選択遮断装置のフロック図である。
【図８】この発明の実施の形態３を示す負荷選択遮断装置の発電機管理表である。
【図９】この発明の実施の形態４を示す負荷選択遮断装置のブロック図である。
【図１０】この発明の実施の形態４を示す負荷選択遮断装置の変圧器管理表である。
【符号の説明】
【００３７】
１  負荷選択遮断装置
２ａ、２ｂ、２ｍ、３ａ、３ｋ  検出器
６  判定手段
７  遮断手段
１０ａ、１０ｂ、１０ｍ  自家用発電機
１１ａ、１１ｂ、１１ｍ  発電機制御装置
３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｎ  構内負荷
４０  電力会社の電力系統
５０ａ、５０ｋ  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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【図９】
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【図１０】
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