(57)【要約】    【課題】  瞬時電圧低下が発生した場合でも、電力を安定供給して実害が発生しない瞬時電圧低下対応手段を有する電力供給システムを提供すること。更に、システムのスリム化と簡素化を達成すること。    【解決手段】  商用回線に接続された一般負荷母線と、一般負荷母線から電力の供給を受ける一般負荷と、一般負荷母線と高速遮断装置を介して接続されかつコジェネレーション発電システムに接続された重要負荷母線と、重要負荷母線から電力の供給を受ける重要負荷とを備えた受電設備において、少なくとも一般負荷母線に瞬時電圧低下が発生している期間は高速遮断装置が一般負荷母線と重要負荷母線の間を遮断して、重要負荷に対してコジェネレーション発電システムから電力供給するようにしている。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用回線から電力供給を受けて瞬時電圧低下に遭っても実害のない一般負荷に電力を供給する一般負荷母線とバックアップ電源から電力供給を受けて瞬時電圧低下により少なくとも実害が発生する可能性のある重要負荷に電力を供給する重要負荷母線とを開閉可能に連結し、
少なくとも高速遮断器を有して、前記一般負荷母線に瞬時電圧低下が発生している期間は、前記重要負荷母線に対して前記バックアップ電源から電力供給させるために前記一般負荷母線と前記重要負荷母線との間を開路する瞬時電圧低下対応手段からなる受電設備の電力供給システム。
【請求項２】
商用回線から電力供給を受けて瞬時電圧低下に遭っても実害のない一般負荷に電力を供給する一般負荷母線とコジェネレーション発電システムから電力供給を受けて瞬時電圧低下により少なくとも実害が発生する可能性のある重要負荷に電力を供給する重要負荷母線とを開閉可能に連結し、
少なくとも高速遮断器を有して、前記一般負荷母線に瞬時電圧低下が発生している期間は、前記重要負荷母線に対して前記コジェネレーション発電システムから電力供給させるために前記一般負荷母線と前記重要負荷母線との間を開路する瞬時電圧低下対応手段からなる受電設備の電力供給システム。
【請求項３】
商用回線から電力供給を受けて瞬時電圧低下に遭っても実害のない一般負荷に電力を供給する一般負荷母線とコジェネレーション発電システムの各発電機に接続された発電機母線を介して電力供給を受け瞬時電圧低下により少なくとも実害が発生する可能性のある重要負荷に電力を供給する重要負荷母線とを開閉可能に連結し、
少なくとも高速遮断器を有して、前記一般負荷母線に瞬時電圧低下が発生している期間は、前記重要負荷母線に対して前記コジェネレーション発電システムの各発電機から電力供給させるために前記一般負荷母線と前記重要負荷母線との間を開路する瞬時電圧低下対応手段からなる受電設備の電力供給システム。
【請求項４】
商用回線から電力供給を受けて瞬時電圧低下に遭っても実害のない一般負荷に電力を供給する一般負荷母線とコジェネレーション発電システムの各発電機個々に直接接続されて電力供給を受け瞬時電圧低下により少なくとも実害が発生する可能性のある重要負荷に電力を供給する重要負荷母線とを開閉可能に連結し、
少なくとも高速遮断器を有して、前記一般負荷母線に瞬時電圧低下が発生している期間は、前記重要負荷母線に対して前記コジェネレーション発電システムの各発電機から直接に電力供給させるために前記一般負荷母線と前記重要負荷母線との間を開路する瞬時電圧低下対応手段からなる受電設備の電力供給システム。
【請求項５】
瞬時電圧低下対応手段は、高速遮断器と不足電圧継電器とを備えた高速遮断装置からなることを特徴とする請求項１乃至請求項４に記載の受電設備の電力供給システム。
【請求項６】
高速遮断装置は、１サイクル遮断装置であることを特徴とする請求項５記載の受電設備の電力供給システム。
【請求項７】
高速遮断装置の遮断性能は、瞬時電圧低下時間−電圧降下率特性から決定される実害発生領域に対応する領域に、前記重要負荷母線の低下電圧が侵入しないように決定されることを特徴とする請求項５記載の受電設備の電力供給システム。
【請求項８】
前記一般負荷母線と前記重要負荷母線との間には、前記高速遮断装置以外の遮断装置を設置していないことを特徴とする請求項５乃至請求項７記載の受電設備の電力供給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力受電設備において瞬時電圧低下対応機能を有する電力供給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電力会社は、顧客に対して電力を安定供給する使命を帯びている。しかし、発電所から顧客までの長距離を送電線を使って電力供給する場合、落雷等の天災により瞬間的に電圧低下（以下、「瞬時電圧低下」という。）が発生することがある。例えば、落雷の場合には、典型的には１００〜５００〔ms.〕（ミリ秒）の瞬時電圧低下が発生する。個人の家庭が使用する冷暖房器具、照明器具、テレビジョン、ラジオ等の民生電気器具では、瞬時電圧低下が発生しても実害はほとんど無いものと認められる。
しかし、工業用電気・電子装置では、このような瞬時電圧低下でも極めて深刻な損害が発生する場合がある。例えば、２４時間フル稼働している半導体製造工場のような場合、落雷による瞬時電圧低下により連続工程の生産ラインが停止し、工程途中の製品が不良品となり数億円の損害が発生する場合がある。
【０００３】
【特許文献１】特開平４―９１６３６号公報（図１〜図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、工場・ビル等の受電設備においては、単に発電所から送電線を使って電力供給するだけでなく、瞬時電圧低下が発生した場合でも、電力を安定供給して実害が発生しない瞬時電圧低下対応機能を有する電力供給システムの開発が望まれていた。
更に、このような大規模な電力供給システムでは僅かな改良が作業効率面及び金銭面で大きな節約となるため、システムのスリム化と簡素化を重要視した電力供給システムの開発が望まれていた。
【０００５】
上記問題点に鑑みて、本発明は、瞬時電圧低下が発生した場合でも、電力を安定供給して実害が発生しない瞬時電圧低下対応機能を有する受電設備の電力供給システムを提供することを目的とする。
更に、本発明は、システムのスリム化と簡素化を重要視した、瞬時電圧低下対応機能を有する受電設備の電力供給システム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】
【０００６】
本発明に係る瞬時電圧低下対応機能を有する受電設備の電力供給システムは、商用回線から電力供給を受けて瞬時電圧低下に遭っても実害のない一般負荷に電力を供給する一般負荷母線とバックアップ電源から電力供給を受けて瞬時電圧低下により少なくとも実害が発生する可能性のある重要負荷に電力を供給する重要負荷母線とを開閉可能に連結し、少なくとも高速遮断器を有して、前記一般負荷母線に瞬時電圧低下が発生している期間は、前記重要負荷母線に対して前記バックアップ電源から電力供給させるために前記一般負荷母線と前記重要負荷母線との間を開路するものであり、前記重要負荷に対して前記バックアップ電源から電力供給をするようにしている。
【０００７】
更に、上記受電設備の電力供給システムでは、前記バックアップ電源として、コジェネレーション発電システムを利用したものに適用することもできる。
【０００８】
更に、本発明に係る瞬時電圧低下対応手段を有する受電設備の電力供給システムは、商用回線から電力供給を受けて瞬時電圧低下に遭っても実害のない一般負荷に電力を供給する一般負荷母線とコジェネレーション発電システムの各発電機に接続された発電機母線を介して電力供給を受け瞬時電圧低下により少なくとも実害が発生する可能性のある重要負荷に電力を供給する重要負荷母線とを開閉可能に連結し、少なくとも高速遮断器を有して、前記一般負荷母線に瞬時電圧低下が発生している期間は、前記重要負荷母線に対して前記コジェネレーション発電システムの各発電機から電力供給させるために前記一般負荷母線と前記重要負荷母線との間を開路するものであり、前記重要負荷に対して前記コジェネレーション発電システムの各発電機に接続された発電機母線を介して電力供給するようにしている。
【０００９】
更に、上記受電設備の電力供給システムでは、前記重要負荷母線をコジェネレーション発電システムの各発電機に直接接続したものに適用することもできる。
【００１０】
更に、上記受電設備の電力供給システムでは、前記一般負荷母線と前記重要負荷母線の間に介在配置された高速遮断器と、前記重要負荷母線の電圧を監視し遮断器を作動させる不足電圧継電器とから前記高速遮断装置を構成し、該重要負荷母線に瞬時電圧低下が発生している期間は該不足電圧継電器が該高速遮断器を作動し遮断することもできる。
【００１１】
更に、上記受電設備の電力供給システムでは、前記高速遮断装置は、１サイクル遮断装置であってよい。
【００１２】
更に、上記受電設備の電力供給システムでは、前記高速遮断装置の遮断性能は、瞬時電圧低下時間−電圧降下率特性から決定される実害発生領域に対応する領域に、前記重要負荷母線の低下電圧が侵入しないように決定することもできる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、瞬時電圧低下が発生した場合でも、電力を安定供給して実害が発生しない瞬時電圧低下対応機能を有する受電設備の電力供給システムを提供することができる。
更に、本発明によれば、スリム化と簡素化を重要視したシステムに対しても、瞬時電圧低下対応機能を有する受電設備の電力供給システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
実施の形態１．
以下、本発明の瞬時電圧低下対応機能を有する受電設備の電力供給システムの実施形態について、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図面に於いて同じ要素に対しては同じ符号を使用して、重複した説明を省略する。
図１は、本実施形態に係る瞬時電圧低下対応機能を有する受電設備の電力供給システムを使用した受電設備の概略図である。この受電設備では、負荷を一般負荷５と重要負荷８の二種類に分けて、電力供給ルートを一般負荷５と重要負荷８とで異ならせる構成を採用している。一般負荷５とは、例え瞬時電圧低下が発生しても実害のない電気設備であり、一方、重要負荷８とは瞬時電圧低下により実害が発生する又は発生する可能性のある電気設備である。
１１０ｋＶ商用回線から遮断装置１を介して送電線（１１０ｋＶ母線）２に送られた電力は、主変圧器３により６．６ｋＶに降圧されて一般負荷母線（６．６ｋＶ母線）４に供給される。一般負荷母線４は、一般負荷５に電力を供給する。同時に、一般負荷母線４は、常閉状態の遮断装置６、重要負荷母線７を介して重要負荷８にも電力を供給している。しかし、重要負荷８に対しては、更に、バックアップ電源９からも重要負荷母線７を介して電力が供給されている。
【００１５】
遮断装置６としては、後で図３及び４に関連して説明するように、遮断時間１サイクルの高速遮断装置を採用しており、この遮断装置６が本発明の瞬時電圧低下対応手段としての電力供給システムである。
バックアップ電源９の発電能力は、例えば重要負荷が９ＭＷ必要とする場合、それより若干多い１０ＭＷ程度となっている。本実施形態では、バックアップ電源９としてコジェネレーション発電システムを採用している。
【００１６】
図２は、図１の受電設備においてバックアップ電源（以下、「自家発電設備」、「補助電源」ともいう。）９として機能するコジェネレーション発電システムを説明する図である。コジェネレーション発電システム９はディーゼルエンジン発電設備１０を有し、発電機からの発電電力１６−１を重要負荷母線７を介して重要負荷８に送電するとともに、ディーゼルエンジン発電設備１０の廃熱を温水１６−２として供給する。
【００１７】
図３は、図４と共に、図１の受電設備において高速遮断装置６を選択する際に採用された瞬時電圧降下が与える影響を調査して、実害発生領域を決定する手法を説明する図である。
【００１８】
図３のグラフを具体的に説明する。縦軸は、送電線２（図１参照）の電圧降下率〔％〕を表示し、横軸は電圧降下の時間〔ms.〕を表示している。実際には、過去に発生した電圧低下事象に関するデータがプロットされる。しかし、本発明を説明するためには、実害発生領域を決定する手法が明らかになれば十分なので、その範囲で作成された図３を用いて説明を行う。ここに例示する◇（白抜き菱形）は実害がなかった場合を示し、◆（黒塗り菱形）は実害が発生した場合を示している。これらの例から、両者を区別する境界線２０を引くことができ、この境界線２０の下側は実害発生領域と呼ぶことができる。
なお、図３は例示であって、これに限定されない。異なる業種、電力使用形態等の場合であっても、図３に示す手法と同様な手法により、瞬時電圧降下の電圧降下率及び降下時間から実害発生領域を決定することが出来る。
【００１９】
図４は、図３と共に、図１の電力供給システムにおいて高速遮断装置６を選択する際に採用された、瞬時電圧降下の際の一般負荷母線４及び重要負荷母線７（図１参照）の電圧値の一例を表示する。図４（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、三相交流の線間電圧Ｒ−Ｓ、Ｓ−Ｔ、Ｔ−Ｒを夫々表示しており実質的に同じである。従って、図４（Ａ）に関してのみ説明する。
符号３１は一般負荷母線４の電圧値の一例を、符号３２は重要負荷母線７の電圧値の一例を表示する。横軸１２．５サイクルの時に落雷が発生し、一般負荷母線４の電圧値３１は１２．５〜１７．５サイクルまで低下し続ける。これに対して、重要負荷母線７の電圧値３２は、遮断時間１サイクルの高速遮断装置６が一般負荷母線４から重要負荷母線７を遮断（解列）することで、バックアップ電源９から重要負荷母線７に電力が供給され、１２．５サイクルから発生した電圧低下は約１サイクル経過後には電圧上昇に転じ、約２サイクル経過後には元に回復していることがわかる。なお、ここで高速遮断装置６を少なくとも一般負荷母線が電圧低下している期間遮断する理由は、もし遮断しないと、バックアップ電源９は、電圧低下した一般負荷母線４及び一般負荷５に対しても電力を供給して電圧低下を招き、重要負荷８に対する電力供給にも同様に電圧低下を招いてしまうからである。
【００２０】
図１の遮断装置６として、遮断時間１サイクルの高速遮断装置を採用している理由は、次の通りである。周波数が６０Ｈｚのとき、１サイクルは１６．７〔ミリ秒〕となる。図３で説明した境界線２０に基づき、１サイクルは電圧降下率約５０％に対応する。図４（Ａ）のグラフに、瞬時電圧低下発生時点（１２．５サイクル）を起点として、境界線２０に対応する波線３３を描く。この波線３３は、図３の境界線２０に対応し、波線３３より下側が実害発生領域に対応する。図４（Ａ）では、重要負荷母線の電圧値３２はこの実害発生領域に入らず、またかなりの余裕（安全率）をもっていることが分かる。このように遮断器６に高速遮断器を採用して、瞬時電圧低下の発生が重要負荷８に対して悪影響を与えないことを保証している。
【００２１】
図５は、図１のシステムの考え方を応用して建設された受電設備であり、瞬時電圧低下対応機能を有する電力供給システムを備えた第１実施例である。図１のシステム概略図と対応させて説明する。１０ｋＶ商用回線から遮断器等１を介して送電線２から送られた電力は、主変圧器３により降圧され６．６ｋＶで一般負荷母線４に供給される。一般負荷母線４には、複数個のバンクに分かれて、一般負荷５が並列に接続され電力供給を受けている。
【００２２】
一般負荷母線４は、高速遮断装置６を介して重要負荷母線７に接続されている。重要負荷母線７には、複数個のバンクに分かれて、重要負荷１８が並列に接続され電力供給を受けている。高速遮断装置６は、重要負荷母線７の電圧を監視し遮断器を作動させる不足電圧継電器６−１を有している。
【００２３】
バックアップ電源９としては、ＤＥ（ディーゼルエンジン）からなるコジェネレーション発電システムを有し、これらは発電機母線４１に接続されている。この発電機母線４１は、遮断器Ｆ３、ケーブルＣ３、遮断器Ｆ２を介して、重要負荷母線７に接続されている。
この実施の形態１では、４個の筐体（収納箱）４２、４３、４４、４５が用意されている。一般負荷母線４と各バンクの遮断器Ｆ１は、第１の筐体４２に収納されている。高速遮断装置６と不足電圧継電器６−１は、第２の筐体４３に収納されている。重要負荷母線７と、各バンクの遮断器Ｆ２は、第３の筐体４４に収納されている。発電機母線４１と、遮断器Ｆ３は、第４の筐体４５に収納されている。
図５の電力供給システムの動作は、図１のそれと同じである。
【００２４】
実施の形態２．
図６は、図１のシステムの考え方に沿って建設された受電設備であり、瞬時電圧低下対応機能を有する電力供給システムを備えた第２実施例である。実施の形態２に係る受電設備は、実施の形態１のそれと比較すると、（１）システムのスリム化、（２）高圧系単線系統の簡素化、を目的に開発している。以下、具体的に説明する。
【００２５】
（１）システムのスリム化
実施例１の受電設備の場合、一般負荷母線４と重要負荷母線７との間には、遮断器Ｆ１、ケーブルＣ１、高速遮断装置６及び不足電圧継電器６−１、ケーブルＣ２等の部品が使用されている。この内、遮断器Ｆ１を除いた部品（即ち、ケーブルＣ１、高速遮断装置６及び不足電圧継電器６−１、ケーブルＣ２）は、電力開閉機能の観点から見ると共通部と考えられ、この共通部の異常・故障は、重要負荷への給電負荷に繋がり、莫大な損害を発生させる。このため、共通部を簡素化して、信頼性を向上させることは重要事項である。
【００２６】
そこで、一般負荷母線４と重要負荷母線７との間には、高速遮断装置６以外の遮断装置は設置しないこととした。また、この間の電気部品は全て列盤構成として、１個の筐体５１に収納することにした。ケーブル類は、ＢＵＳ接続又はこれに準じる方法で直接接続することにした。具体的には、遮断器Ｆ１を廃止することができた。
【００２７】
図７は、図５の第１実施例と比較して、図６の第２実施例の特徴を説明する図であり、具体的には第２実施例で採用された列盤構成を示している。列盤構成は、１個の筐体を原則として同じサイズ（ｗ１×ｄ×ｈ）で区画化し、各区画に１つのバンクを構成する電機部品等を収納し、省スペース、信頼性の向上、保守環境の充実等を目的としている。更に、ここにBUS接続を採用することで、ケーブルＣ１、Ｃ２を廃止している。
【００２８】
図８は、図５の第１の実施例と比較して、図６の第２実施例の特徴を説明する図であり、具体的には第２実施例で採用された母線のＢＵＳ接続を示している。ＢＵＳ接続は、実質的に、水平方向に配置され三相交流の各相の主母線６１、６２、６３と、各主母線から直角方向に分岐する分岐導体６４、６５、６６と、同じ相の主母線を相互に接続する接続片６７等を有している。
【００２９】
実施の形態２では、列盤構成の１個の筐体に収納されている。主母線は、列盤構成の各区画のパーティション６８、６９の開口７０、７２を通して、筐体５１に横断的に配置されている。このようなＢＵＳ接続を、一般負荷母線４と重要負荷母線７の各々に採用している。実施の形態１では、４個の筐体に分かれていたため、例えＢＵＳ接続を採用したとしても、夫々の筐体に必要な個数のＢＵＳ接続を用意しなければならなかった。実施の形態２では、１個の筐体に収納したことにより、ＢＵＳ接続の構造、個数、部品点数、作業工数も大幅に低減することができた。
【００３０】
（２）高圧系単線系統の簡素化
図５の実施の形態１では、発電機母線４１を採用し、遮断器Ｆ３、ケーブルＣ３、遮断器Ｆ２を採用している。これと比較して、図６の第２実施例では、バックアップ電源９のコジェネレーション発電システムの各発電機（ＤＥ）を重要負荷母線７に直接接続している。第１実施例では、発電機母線４１、遮断器Ｆ３、ケーブルＣ３、遮断器Ｆ２等の共通部に故障が発生すると、バックアップ電源９の機能は１００％損なわれていた。しかし、各発電機の出力を重要負荷母線７に直接接続することで、一度に機能が１００％損なわれることが回避できるようになった。更に、発電機母線４１、遮断器Ｆ３、ケーブルＣ３を廃止することができた。
【００３１】
なお、上述した実施形態では、バックアップ電源としてＤＥ（ディーゼルエンジン）を適用した例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、スチームタービン、ガスタービン、燃料電池など他の電源をパックアップ電源に適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】この発明の実施の形態１による瞬時電圧低下対応手段を有する電力供給システムを備えた受電設備の概略図である。
【図２】図１の受電設備において、バックアップ電源として機能するコジェネレーション発電システムを説明する図である。
【図３】図４と共に、図１の受電設備において高速遮断装置６を選択する際に採用された瞬時電圧降下が与える影響を調査して、実害発生領域を決定する手法を説明する図である。
【図４】図３と共に、図１の受電設備において高速遮断装置６を選択する際に採用された、瞬時電圧降下の際の一般負荷母線４及び重要負荷母線７（図１参照）の電圧値の一例を表示する。
【図５】図１の受電設備の考え方に基いて建設された実施の形態１による瞬時電圧低下対応手段を有する電力供給システムを備えた受電設備の単線結線図である。
【図６】図１の受電設備の考え方に基いて建設された実施の形態２による瞬時電圧低下対応手段を有する電力供給システムを備えた受電設備の単線結線図である。
【図７】実施の形態２に採用された列盤構成を示す斜視図である。
【図８】実施の形態２に採用された母線のＢＵＳ接続を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３３】
１：遮断装置、  ２：送電線、  ３：主変圧器、  ４：一般負荷母線、  ５：一般負荷、  ６：高速遮断装置、  ７：重要負荷母線、  ８：重要負荷、  ９：バックアップ電源、  １０：ディーゼルエンジン発電設備、  ４２、４３、４４、４５、５１：筐体（収納箱）、  ６１、６２、６３：主母線、  ６４、６５、６６：分岐導体、  ６７：接続片、  ６８、６９：パーティション、  ７０、７２：開口
【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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