(57)【要約】【課題】設備費、設置面積や変圧器での負荷損失、無負荷損失を低減し、かつ給電ケーブルから漏洩する電磁波を低減する。【解決手段】電力系統から受電した特別高圧電力を５００〜１０００Ｖの中間電圧に降圧する特高変圧器３６と、この中間電圧の電力を第１群の電気機器５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃに直接給電する第１の給電系統４２と、前記中間電圧の電力を所望の電圧に降圧した後に第２群の電気機器５４に給電する第２の給電系統４４とを具備する。第１群の電気機器５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃには、給電された中間電圧の電力を当該電気機器の使用電力に変換する電力変換装置５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃが装備されている。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
生産設備の電気機器に電力を供給するための生産設備用給電方式であって、電力系統から受電した６ｋＶ以上の高圧電力を５００〜１０００Ｖの中間電圧に降圧する変圧器と、この中間電圧の電力を前記電気機器に直接給電する給電系統と、前記電気機器に装備され前記給電系統から給電された前記中間電圧の電力を前記電気機器の使用電力に変換する電力変換装置とを具備したことを特徴とする生産設備用給電方式。
【請求項２】
生産設備の電気機器に電力を供給するための生産設備用給電方式であって、電力系統から受電した６ｋＶ以上の高圧電力を５００〜１０００Ｖの中間電圧に降圧する変圧器と、この中間電圧の電力を第１群の電気機器に直接給電する第１の給電系統と、前記中間電圧の電力を所望の電圧に降圧した後に第２群の電気機器に給電する第２の給電系統とを具備したことを特徴とする生産設備用給電方式。
【請求項３】
前記第１群の電気機器には、前記第１の給電系統から給電された前記中間電圧の電力を当該電気機器の使用電圧に変換する電力変換装置が装備されたことを特徴とする請求項２に記載の生産設備用給電方式。
【請求項４】
前記電力変換装置が整流器、インバータ、電圧変換器、電力制御器のいずれか一つ、又はその組み合わせであることを特徴とする請求項１又は請求項３に記載の生産設備用給電方式。
【請求項５】
２００Ｖ以下の低圧電力で給電した時の供給電流が５０Ａ以上となる電気機器に対して前記中間電圧の電力を直接給電するようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかの請求項に記載の生産設備用給電方式。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は生産設備用給電方式に係り、特に半導体や液晶など精密電子材料等の生産設備を構成する複数の電気機器に電力を供給する場合などに好適な生産設備用給電方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体や液晶パネルなど精密電子材料等を生産する設備では多種多用な電気機器が使用される。また、生産の過程で精密電子材料等に微細な塵埃が混入、付着すると、製品不良の原因となり、歩留まりを低下させる。このため、精密電子材料等の生産は通常、クリーンルームと称する特別な構造を具備した室内環境で行う必要がある。
【０００３】
図４はこの種の精密電子材料等を製作する製造装置・設備のレイアウトを例示した模式断面図である。クリーンルーム１内には酸化・拡散炉、イオン打込み装置、エピタキシャル成長装置、ＣＶＤ装置、真空蒸着装置、スパッタ装置、エッチング装置、アニール装置、洗浄・乾燥装置、レジスト処理装置、検査装置などの多種多用な電気機器２が生産目的に応じて高密度に配置されている。クリーンルーム１の天井全面にはファンフィルタユニット（ＦＦＵ）と称される空気清浄機３が敷設されており、浮遊塵埃を完全に除去した清浄空気４をクリーンルーム１内に吹き出す。クリーンルーム１の床はグレーチング床５で形成され、グレーチング床５の下方空間がユーティリティゾーン６とされる。ユーティリティゾーン６には図示しない各種の補機（専用電源、ポンプ類）や配線・配管・ダクト類が装備され、電気機器２と接続している。また、ユーティリティゾーン６には分電盤７が設けられており、この分電盤７を介して各電気機器２に稼動用の電力が給電される。クリーンルーム１内の空気はグレーチング床５を通り抜けて、ユーティリティゾーン６から循環路８を経て、天井空間９に戻り、再び空気清浄機３から清浄空気４としてクリーンルーム１内に吹き出される。
【０００４】
この種の精密電子材料等の生産設備は、上記のように高密度に配置された多数の電気機器２を稼動させるために大電力を消費する。また、ユーティリティゾーン６のポンプや空気清浄機３を駆動させ、さらにクリーンルーム１内の空調環境を維持するためにも多量の電力を消費する。このため、電力を供給する電源ケーブルの占有容積が大きく、配線工事費が設備コストの圧迫要因となっている。
【０００５】
図５は従来の生産設備用給電方式の一般的な例を示す系統図である。電力会社から給電を受けるための自家用受変電設備は特高変電所１０と二次変電所２０とからなる。特高変電所１０では電力系統から受電した特別高圧電力（例えば３３ｋＶ）が受電点１２から受電用遮断器１４を介して特高変圧器１６の一次側に供給される。特高変圧器１６では受電した特別高圧電力を６．６ｋＶの高圧電力に降圧し、この高圧電力を二次変電所２０に供給する。
【０００６】
二次変電所２０では配電系統が３系統に分岐しており、第１の配電系統では高圧遮断器２２Ａを介して、前記６．６ｋＶの高圧電力が給電用変圧器２４Ａの一次側に供給される。給電用変圧器２４Ａでは受電した６．６ｋＶの高圧電力を１００Ｖに降圧した後、低圧遮断器２６Ａを介して生産設備の対象機器に１００Ｖの電力を給電する。第２、第３の配電系統でも高圧遮断器２２Ｂ、２２Ｃを介して、前記６．６ｋＶの高圧電力が給電用変圧器２４Ｂ、２４Ｃの一次側にそれぞれ供給される。各給電用変圧器２４Ｂ、２４Ｃでは受電した６．６ｋＶの高圧電力を２００Ｖ、４００Ｖに降圧した後、それぞれ低圧遮断器２６Ｂ、２６Ｃを介して生産設備の対象機器に２００Ｖ、４００Ｖの電力を給電する。
【０００７】
しかしながら、上記の給電方式では自家用受変電設備として特高変電所１０と二次変電所２０の２箇所の変電所が必要となり、設備費や設置面積が増大するという問題点がある。また、変圧が２段階で行われるために変圧器での負荷損失、無負荷損失が増加するという問題点がある。
【０００８】
このような従来の２段階式変電の問題点を改善するために、電力系統から受電した特別高圧電力（２０〜６０ｋＶ級）を直接に１００〜２００Ｖの低圧配電電圧に降圧し、電気機器に給電する方式が検討されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００９】
しかしながら、このような方式では給電電圧が低電圧のため、電気機器に接続するケーブルのサイズが大きくなり、ケーブル敷設のコストやスペースが増大するという問題点がある。
さらに、精密電子材料等の生産設備では製造機器から放射される電磁波が製造プロセスのいろいろな段階で製造上の障害や作業者への健康障害を及ぼすことが指摘されている。このため、電気機器では電磁波が外部に漏洩しない遮蔽構造が工夫されている（例えば、特許文献２参照。）。しかしながら、この種の電磁波は機器のみならず、機器への給電ケーブルからも電磁誘導によって漏洩することが知られている。ケーブルから漏洩する電磁波の磁界の強さはケーブルを流れる電流に比例し、ケーブルからの距離に反比例する。したがって、消費電力が大きい機器ほど給電ケーブルに流れる電流も大きくなり、給電ケーブル近傍の磁界の強さも大きくなる。このため、図４に示したように、各電気機器への給電ケーブル７Ａから漏洩した電磁波がグレーチング床５の開口を介してクリーンルーム１内に到達し、物的人的な障害を及ばす危険性がある。このような給電ケーブルから漏洩する電磁波の遮蔽対策も問題点の一つであった。
【００１０】
以上の説明では電力系統から特別高圧電力（例えば３３ｋＶ）を受電する場合について述べた。しかしながら、上述の問題点は電力系統から６ｋＶ程度の高圧電力を受電する場合にも内在していた。
【００１１】
【特許文献１】特開２０００−３２６６２号公報
【特許文献２】特開２０００−３０６９７１号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術の背景のもとに創案されたものであり、本発明の目的は、従来技術の問題点を改善し、自家用受変電設備の設備費、設置面積や変圧器での負荷損失、無負荷損失を低減でき、ケーブル敷設のコストやスペースが低減し、かつ給電ケーブルから漏洩する電磁波の問題点を解消した生産設備用給電方式を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る生産設備用給電方式は、生産設備の電気機器に電力を供給するための生産設備用給電方式であって、電力系統から受電した６ｋＶ以上の高圧電力を５００〜１０００Ｖの中間電圧に降圧する変圧器と、この中間電圧の電力を前記電気機器に直接給電する給電系統と、前記電気機器に装備され前記給電系統から給電された前記中間電圧の電力を前記電気機器の定格使用電圧に変換する電力変換装置とを具備したことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る生産設備用給電方式は、生産設備の電気機器に電力を供給するための生産設備用給電方式であって、電力系統から受電した６ｋＶ以上の高圧電力を５００〜１０００Ｖの中間電圧に降圧する変圧器と、この中間電圧の電力を第１群の電気機器に直接給電する第１の給電系統と、前記中間電圧の電力を所望の電圧に降圧した後に第２群の電気機器に給電する第２の給電系統とを具備したことを特徴とする。
【００１５】
この場合、第１群の電気機器には、前記第１の給電系統から給電された前記中間電圧の電力を当該電気機器の定格使用電圧に変換する電力変換装置が装備されることが好ましい。
前記電力変換装置は整流器、インバータ、電圧変換器、電力制御器のいずれか一つ、又はその組み合わせとする。
【００１６】
また、本発明に係る生産設備用給電方式は、２００Ｖ以下の低圧電力で給電した時の供給電流が５０アンペア以上となる電気機器に対して前記中間電圧の電力を直接給電するようにしたことを特徴とする。
【００１７】
【作用】
本発明によれば、電力系統から受電した６ｋＶ以上の高圧電力を変圧器で５００〜１０００Ｖの中間電圧に降圧し、この中間電圧の電力を電気機器に直接に給電するようにしたので、例えば３３ｋＶの特別高圧電力を受電した場合でも、従来の自家用受変電設備のように特高変電所と二次変電所の２箇所の変電所で変圧を２段階で行う必要がない。このため、自家用受変電設備の設備費、設置面積や変圧器での負荷損失、無負荷損失を低減できる。また、電気機器への給電電圧が５００〜１０００Ｖと高いので、給電ケーブルに流れる電流を小さくすることができる。このため給電ケーブルのサイズを小さくして、敷設のためのコストやスペースを低減できるとともに、給電ケーブルから漏洩する電磁波の問題点を解消できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る生産設備用給電方式の第１実施形態を示す系統図である。精密電子材料等の生産設備用の受変電所３０では電力系統から受電した特別高圧電力が受電点３２から受電遮断器３４を介して特高変圧器３６の一次側に供給される。特高変圧器３６では受電した特別高圧電力（例えば３３ｋＶ）を５００〜１０００Ｖの中間電圧、例えば８００Ｖの中間電圧に降圧し、この中間電圧の電力を給電部４０に供給する。
【００１９】
給電部４０は給電系統が２系統に分岐しており、第１の給電系統４２では８００Ｖの中間電圧の電力を第１群の電気機器に直接に給電し、第２の給電系統４４では８００Ｖの中間電圧を所望の電圧に降圧した後に第２群の電気機器に給電する。
【００２０】
すなわち、第１群の電気機器５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃは主に２００Ｖ以下の低圧電力で給電した時に供給電流が例えば５０アンペア以上になるような大容量の電気機器もしくは電力制御を必要とする電気機器である。これらの電気機器５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃは、それぞれ電力変換装置５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃを備えている。第１の給電系統４２では８００Ｖの中間電圧の電力を主遮断器４６及び個別遮断器４８Ａ、４８Ｂ、４８Ｃを介してそれぞれ電力変換装置５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃに直接に給電する。電力変換装置５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃは整流器、インバータ、電圧変換器、電力制御器のいずれか一つ、又はその組み合わせであり、対応する各電気機器５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃの要求に応じて給電された８００Ｖの中間電圧を整流したり、所望の交流に変換したり、電力制御したりする。
【００２１】
このため、各電気機器５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃに対して最適な使用電力を供給することができる。また、各電気機器への給電電圧が８００Ｖと高いので、給電ケーブルに流れる電流を小さくすることができ、給電ケーブルから漏洩する電磁波を低減できる。さらに、給電ケーブルに流れる電流を小さくすることはケーブルサイズの縮小化に直結するのでケーブル敷設のコストやスペースの低減にも寄与する。このため、特に大容量の電気機器への給電手法として有効である。
【００２２】
一方、第２群の電気機器は主に２００Ｖ以下の低圧電力で給電した時の供給電流が５０アンペア未満である比較的小容量の電気機器もしくは電力制御を必要としない電気機器である。第２の給電系統４４では８００Ｖの中間電圧の電力を遮断器５６を介して電圧変換器５８の一次側に給電する。電圧変換器５８では８００Ｖの中間電圧を降圧して、１００Ｖ、２００Ｖ、４００Ｖの３系統の低圧電力を二次側に発生させ、これらの低圧電力を第２群の個々の電気機器５４に合わせて給電する。電圧変換器５８としては変圧器が一般的に採用される。しかしながら、変圧器に代えて半導体スイッチング素子を用いた電圧変換器としてもよい。
【００２３】
上述のとおり、この第１実施形態によれば、特別高圧電力を５００〜１０００Ｖの中間電圧、例えば８００Ｖの中間電圧に降圧し、この中間電圧の電力を大容量もしくは電力制御を必要とする第１群の電気機器５０に直接に給電する。各電気機器５０では給電された中間電圧の電力を電力変換装置５２によって変換し、最適な使用電力を供給することができる。また、各電気機器５０に接続される給電ケーブルから漏洩する電磁波を低減でき、かつケーブルサイズの縮小化によってケーブル敷設のコストやスペースの低減にも寄与する。比較的小容量もしくは電力制御を必要としない第２群の電気機器５４には中間電圧を電圧変換器５８で降圧して、１００Ｖ、２００Ｖ、４００Ｖの３系統の低圧電力を二次側に発生させ、これらの低圧電力を第２群の個々の電気機器５４に合わせて給電する。このため、第１群の電気機器５０のように８００Ｖの中間電圧の電力に対応した電力変換装置５２を備える必要がない。このように、この第１実施形態によれば、電気機器の特性に合わせた給電が可能となり、総合的に見て経済的で、かつ電磁波障害を抑制した給電方式とすることができる。本発明者の試算によれば、総電気容量が３０，０００ｋＶＡのモデル生産設備において第１実施形態の給電方式を採用した場合には、図５に示した従来の給電方式に比べて、給電設備の設備費を約１２％、電力損失を約４％、所要設置面積を４０％低減できる結果が得られた。
【００２４】
なお、特別高圧電力を５００〜１０００Ｖの中間電圧以外の範囲である５００Ｖ未満の低電圧、又は１０００Ｖを越える高電圧に降圧して、本実施形態と類似の手法で給電することは得策ではない。すなわち、特別高圧電力を５００Ｖ未満の低電圧に直接降圧する場合には、電気機器５０への供給電圧が従来技術に係る１００Ｖ〜４００Ｖに近づくので、上記した本発明の利点が減殺される。また、１０００Ｖを越える高電圧を直接に電気機器５０へ給電する場合には感電事故の危険性が高まる。また、電源系統の遮断器が高電圧仕様となり大型となるため、遮断器の価格が上昇し、その設置スペースも大きくなる。さらに、給電ケーブルの絶縁仕様も高度になるため、ケーブルの施工が複雑になり、施工性が低下するなど価格増加の要因になる。
【００２５】
また、前記した電力変換装置５２は通常、ＩＧＢＴなどの半導体スイッチング素子を用いたものが利用されるが、この種の半導体スイッチング素子を用いた電力変換装置５２は現状技術では耐電圧が２５００Ｖ程度である。１０００Ｖを越える高電圧を電力変換装置５２へ給電した場合、電力変換装置５２の内部で異常が発生すると、主要部品である半導体スイッチング素子では使用電圧の約３倍に近い電圧が印加される。このため、異常発生時の電圧が２５００Ｖに接近するか、又は２５００Ｖを越える事態が想定され、電力変換装置５２の不調や故障を招来させる危険性が高まる。したがって、特別高圧電力を直接に降圧した中間電圧は５００〜１０００Ｖの範囲内であることが重要である。
【００２６】
図２は本発明に係る生産設備用給電方式の第２実施形態を示す系統図である。精密電子材料等の生産設備の特高変電所６０では電力系統から受電した特別高圧電力が受電点６２から第１の特高変圧器６４と第２の特高変圧器６６の一次側に供給される。第１の特高変圧器６４では受電した特別高圧電力（例えば３３ｋＶ）を６．６ｋＶの高圧電力に降圧し、この高圧電力を二次変電所７０に配電する。第２の特高変圧器６６では受電した特別高圧電力を８００Ｖの中間電圧に降圧する。
【００２７】
二次変電所７０には給電用変圧器７２Ａ、７２Ｂ、７２Ｃが装備されており、配電された６．６ｋＶの高圧電力をそれぞれ１００Ｖ、２００Ｖ、４００Ｖに降圧し、これらの低圧電力を生産設備の電気機器７４Ａ、７４Ｂ、７４Ｃに給電する。
【００２８】
一方、上記第２の特高変圧器６６で８００Ｖに降圧された中間電圧の電力は、生産設備の電気機器７６Ａ、７６Ｂ、７６Ｃに直接に給電される。すなわち、電気機器７６Ａ、７６Ｂ、７６Ｃにはそれぞれ電力変換装置７８Ａ、７８Ｂ、７８Ｃが装備され、電力変換装置７８Ａ、７８Ｂ、７８Ｃでは給電された８００Ｖの中間電圧の電力を整流したり、所望の交流に変換したり、電力制御したりして、対応する各電気機器７６Ａ、７６Ｂ、７６Ｃに最適な使用電力を供給する。
【００２９】
この第２実施形態において、第１の特高変圧器６４と給電用変圧器７２Ａ、７２Ｂ、７２Ｃを介して１００Ｖ、２００Ｖ、４００Ｖの低圧電力を給電する系統は、図５に示した従来の給電方式と同様の給電系統である。この給電系統は主として比較的小電流容量の電気機器群に給電する場合に好適である。一方、第２の特高変圧器６６で降圧した８００Ｖの中間電圧を直接給電する系統は、主として大容量もしくは電力制御を必要する電気機器群に給電する場合に好適である。この８００Ｖの中間電圧の電力を直接給電する系統は、第１実施形態で説明したと同様に、給電ケーブルから漏洩する電磁波を低減できる。さらに、給電ケーブルに流れる電流を小さくすることはケーブルサイズの縮小化に直結するのでケーブル敷設のコストやスペースの低減にも寄与する。このため、特に大容量の電気機器への給電手法として有効である。
【００３０】
したがって、この第２実施形態は生産設備を増強する場合などに、従来の給電方式を生かしつつ、新たに中間電圧の電力の直接給電系統を追設して、給電系統の編成替えをする場合に特に有効である。
【００３１】
図３は本発明に係る生産設備用給電方式の第３実施形態を示す系統図である。精密電子材料等の生産設備用の受変電所８０では電力系統から受電した６．６ｋＶの高圧電力が受電点８２から給電用変圧器８４Ａ、８４Ｂ、８４Ｃ、８４Ｄの一次側に供給される。給電用変圧器８４Ａ、８４Ｂ、８４Ｃでは受電した高圧電力をそれぞれ１００Ｖ、２００Ｖ、４００Ｖに降圧し、これらの低圧電力を生産設備の電気機器８６Ａ、８６Ｂ、８６Ｃに給電する。
【００３２】
一方、給電用変圧器８４Ｄでは受電した高圧電力を８００Ｖの中間電圧に降圧する。この８００Ｖの中間電圧の電力は、生産設備の電気機器８８Ａ、８８Ｂ、８８Ｃに直接給電される。すなわち、電気機器８８Ａ、８８Ｂ、８８Ｃにはそれぞれ電力変換装置９０Ａ、９０Ｂ、９０Ｃが装備され、電力変換装置９０Ａ、９０Ｂ、９０Ｃでは給電された８００Ｖの中間電圧の電力を整流したり、所望の交流に変換したり、電力制御したりして、対応する各電気機器８８Ａ、８８Ｂ、８８Ｃに定格使用電力を供給する。
【００３３】
この第３実施形態においても、１００Ｖ、２００Ｖ、４００Ｖの低圧電力を給電する系統は、図５に示した従来の給電方式と同様の給電系統である。この給電系統は主として比較的小電流容量の電気機器群に給電する場合に好適である。一方、８００Ｖの中間電圧の電力を直接給電する系統は、主として大容量もしくは電力制御を必要する電気機器群に給電する場合に好適である。この８００Ｖの中間電圧の電力を直接に給電する系統は、第１実施形態で説明したと同様に、給電ケーブルから漏洩する電磁波を低減できる。さらに、給電ケーブルに流れる電流を小さくすることはケーブルサイズの縮小化に直結するのでケーブル敷設コストやスペースの低減にも寄与する。このため、特に大容量の電気機器への給電手法として有効である。
【００３４】
したがって、この第３実施形態は電力会社との契約で電力系統からの受電が特別高圧電力ではなく、６．６ｋＶ程度の高圧電力となる場合の給電方式として特に有効である。
【００３５】
前記各実施形態では精密電子材料等の生産設備用給電方式について説明した。しかしながら、本発明は精密電子材料等の生産設備に限らず、大電力を消費する他の生産設備にも適用することができる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、電力系統から受電した６ｋＶ以上の高圧電力を変圧器で５００〜１０００Ｖの中間電圧に降圧し、この中間電圧の電力を電気機器に直接給電するようにしたので、２０ｋＶ級の特別高圧電力を受電した場合でも従来の自家用受変電設備のように特高変電所と二次変電所の２箇所の変電所で変圧を２段階で行う必要がない。このため、給電設備の設備費、設置面積や変圧器での負荷損失、無負荷損失を低減できる。また、電気機器への給電電圧が５００〜１０００Ｖと高いので、給電ケーブルに流れる電流を小さくすることができる。このため給電ケーブルのサイズを小さくして、敷設のためのコストやスペースを低減できるとともに、給電ケーブルから漏洩する電磁波を低減できる。したがって、大容量もしくは電力制御を必要する電気機器が多い半導体や液晶などの精密電子材料等の生産設備用給電方式として特に有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る生産設備用給電方式の第１実施形態を示す系統図である。
【図２】本発明に係る生産設備用給電方式の第２実施形態を示す系統図である。
【図３】本発明に係る生産設備用給電方式の第３実施形態を示す系統図である。
【図４】生産設備のレイアウトを例示した模式断面図である。
【図５】従来の生産設備用給電方式の一般的な例を示す系統図である。
【符号の説明】
３０………変電所、３２………受電点、３４………受電遮断器、３６………特高変圧器、４０………給電部、４２………第１の給電系統、４４………第２の給電系統、４８Ａ、４８Ｂ、４８Ｃ………個別遮断器、５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ………電気機器、５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ………電力変換装置、５４………電気機器、５８………電圧変換器、６０………特高変電所、６２………受電点、６４………第１の特高変圧器、６６………第２の特高変圧器、７０………二次変電所、７２Ａ、７２Ｂ、７２Ｃ………給電用変圧器、７４Ａ、７４Ｂ、７４Ｃ………電気機器、７６Ａ、７６Ｂ、７６Ｃ………電気機器、７８Ａ、７８Ｂ、７８Ｃ………電力変換装置。
【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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