(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部が複数の部屋に仕切られこれらの部屋が横方向に連ねられた横長のキュービクルケースと、電源とトンネル内負荷装置を結ぶ電路に接続され前記負荷装置に起因して発生する高調波と電圧変動のうち少なくともいずれか一方を抑制するとともに前記部屋内に収容されるインバータ部、交流リアクトル部、及び前記インバータ部を制御する制御装置と、前記キュービクルケースに形成された冷却用空気導入口と、この空気導入口に設けられた防塵フィルタと、前記インバータ部及び交流リアクトル部で生じた熱を導入した空気とともに排出する空気排出口とを備えてなることを特徴とするトンネル工事用アクティブフィルタ。
【請求項２】
前記横長のキュービクルケースは複数段に積み重ね可能とされ、積み重ねられたキュービクルケースの収容機器を相互接続することにより大小種々の電力容量の負荷装置に対応可能とされていることを特徴とする請求項１に記載のトンネル工事用アクティブフィルタ。
【請求項３】
高調波抑制動作と電圧変動抑制動作を選択的に切り替え可能とする切替手段が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のトンネル工事用アクティブフィルタ。
【請求項４】
前記キュービクルケース内において、前記制御装置には防熱カバーが装着されていることを特徴とする請求項１に記載のトンネル工事用アクティブフィルタ。
【請求項５】
前記キュービクルケース内において、前記制御装置が、前記インバータ部と交流リアクトル部の間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のトンネル工事用アクティブフィルタ。
【請求項６】
前記アクティブフィルタ内に設けられた補償電流供給路に、該供給路を流れる補償電流を検出する補償電流検出器が設けられており、この補償電流検出器の動作・不動作を選択的に切り替え可能とされていることを特徴とする請求項１に記載のトンネル工事用アクティブフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネル工事機械で発生する高調波及び電圧変動を抑制するためのアクティブフィルタに関し、より詳しくは、トンネル内或いはトンネル外に任意に設置することができるとともに、横長に構成することで必要に応じて複数段に積み重ねることができトンネル工事機械の電力容量に応じた並列運転が可能であるトンネル工事用アクティブフィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
トンネル工事には種々の工法があり、例えば、トンネルボーリングマシンを使った軟弱地盤用のシールド工法、ブームヘッダ、ドリルジャンボ等の削岩機を使った山岳トンネル用の工法がある。近年、大断面トンネル、工事期間の短縮等の目的でこれらの機械は大型化しており、それに伴って定格電力も増大している。
これらトンネル掘削用の大型機械は、大型の電動モータによって駆動されており、電源から与えられる交流電圧を直流電圧に変換するための整流器を備えている。
整流器は高調波発生源として一般に知られているが、この高調波が電源側に流れ込むとトンネル外及びトンネル内の各種電気機器の誤動作が生じ、多大な損失を招くので、電源と掘削機械を結ぶ電路にアクティブフィルタを接続し、このアクティブフィルタによって高調波を抑制している。
【０００３】
また、これらの掘削機械は、地盤硬さの変化によって切刃の回転速度に変化が生じ、これが基でモータに瞬間的な電圧変動が生じる。この電圧変動が電源側に伝播するとトンネル外及びトンネル内の各種電気機器の誤動作、電灯のフリッカ現象が生じ、多大な損失を招くので、電源と掘削機械を結ぶ電路にアクティブフィルタを接続し、このアクティブフィルタによって電圧変動を抑制している。
【０００４】
これらいずれの場合も、従来、アクティブフィルタはトンネル外に設置されていた。これは、従来のアクティブフィルタが、設置面積の縮小を追及する開発がなされてきているとともに、並設される変圧器と高さが合うように製作されているためであると言われている。
このように従来は、高調波抑制、電圧変動抑制を行うに当たり、アクティブフィルタをトンネル内に持ち込んで使用するという発想が全くなされていなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本出願人は、従来の常識を覆し、アクティブフィルタをトンネル内に持ち込んで使用する手法を考え出した。それには数々の問題があり、例えば、粉塵が舞うトンネル内で従来のアクティブフィルタを使用すると、アクティブフィルタ内に粉塵が入り込み、これによってアクティブフィルタの誤動作を招くという問題があった。
【０００６】
また、従来のアクティブフィルタは、その基本的構成要素であるインバータ部、交流リアクトル部、及びインバータ部を制御する制御装置が、縦長のキュービクルケース内に縦方向に並んで配置された構造であったためどうしても嵩高になり、例えば２４００ｍｍを越える高さに作製されていた。このような嵩高なアクティブフィルタは、トンネル内における他の装置及び作業スペースを考えると大断面のトンネルでなければ物理的に持ち込むことすらできなかった。
【０００７】
また、従来のアクティブフィルタは嵩高であったため、トンネル内では勿論のこと、トンネル外においても実質的に積み重ねることはできなかった。この場合、複数台のアクティブフィルタを連結する際に全てのアクティブフィルタを床面上に配置しなければならず、その結果、大きな設置面積を必要とし、多数のアクティブフィルタを連結することができなかった。多数のアクティブフィルタを連結できないと、大電力容量の掘削機械に対応することができなかった。
【０００８】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたもので、トンネル内或いはトンネル外に任意に設置することができるとともに、横長に構成することで必要に応じて複数段に積み重ねることができトンネル工事機械の電力容量に応じた並列運転が可能であるトンネル工事用アクティブフィルタの提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、内部が複数の部屋に仕切られこれらの部屋が横方向に連ねられた横長のキュービクルケースと、電源とトンネル内負荷装置を結ぶ電路に接続され前記負荷装置に起因して発生する高調波と電圧変動のうち少なくともいずれか一方を抑制するとともに前記部屋内に収容されるインバータ部、交流リアクトル部、及び前記インバータ部を制御する制御装置と、前記キュービクルケースに形成された冷却用空気導入口と、この空気導入口に設けられた防塵フィルタと、前記インバータ部及び交流リアクトル部で生じた熱を導入した空気とともに排出する空気排出口とを備えてなることを特徴とするトンネル工事用アクティブフィルタである。
【００１０】
請求項２記載の発明は、前記横長のキュービクルケースは複数段に積み重ね可能とされ、積み重ねられたキュービクルケースの収容機器を相互接続することにより大小種々の電力容量の負荷装置に対応可能とされていることを特徴とする請求項１に記載のトンネル工事用アクティブフィルタである。
【００１１】
請求項３記載の発明は、高調波抑制動作と電圧変動抑制動作を選択的に切り替え可能とする切替手段が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のトンネル工事用アクティブフィルタである。
【００１２】
請求項４記載の発明は、前記キュービクルケース内において、前記制御装置には防熱カバーが装着されていることを特徴とする請求項１に記載のトンネル工事用アクティブフィルタである。
【００１３】
請求項５記載の発明は、前記キュービクルケース内において、前記制御装置が、前記インバータ部と交流リアクトル部の間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のトンネル工事用アクティブフィルタである。
【００１４】
請求項６記載の発明は、前記アクティブフィルタ内に設けられた補償電流供給路に、該供給路を流れる補償電流を検出する補償電流検出器が設けられており、この補償電流検出器の動作・不動作を選択的に切り替え可能とされていることを特徴とする請求項１に記載のトンネル工事用アクティブフィルタである。
これらの発明を提供することにより上記課題を悉く解決する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明に係るトンネル工事用アクティブフィルタの一例を示す図であり、（ａ）はその正面図、（ｂ）はその底面図である。
本発明に係るトンネル工事用アクティブフィルタ（以下、アクティブフィルタと称する）（１）は、キュービクルケース（２）と、このキュービクルケース（２）内に収容されるインバータ部（３）、交流リアクトル部（４）、及びインバータ部（３）を制御する制御装置（５）とを備えてなるものである。
以下、これら構成要素について、順次、詳説する。
【００１６】
キュービクルケース（２）は、アクティブフィルタとして必要な機器を収容するものである。このキュービクルケース（２）は、収容した機器をトンネル内の粉塵や水滴等から保護することができる。
キュービクルケース（２）は、内部が複数の部屋（図示例では３個の部屋（２ａ），（２ｂ），（２ｃ））に仕切られており、これらの部屋が横方向に連ねられた横長形状とされている。このような横長形状とすることにより、従来のアクティブフィルタにおける縦長ケースよりも格段に高さを低く抑えることができ、例えば９００ｍｍ程度に設定することができる。
【００１７】
このように構成された横長のキュービクルケース（２）は複数段に積み重ね可能とされており、積み重ねられたキュービクルケース（２）の収容機器を相互に接続可能とされている。この場合、大小種々の電力容量の負荷装置（例えばトンネル掘削機）に対応することができる。
【００１８】
キュービクルケース（２）内に横方向に並設された部屋の数は、上記したように複数個とされている。その理由は、発熱量が大きいインバータ部（３）と、熱の影響を受けると誤作動し易い制御装置（５）を別々の部屋に収容するためであり、できればインバータ部（３）、交流リアクトル部（４）、制御装置（５）を別々の部屋に収容するためである。部屋の数を２個とした場合には、制御装置（５）と交流リアクトル部（４）が同じ部屋に収容され、インバータ部（３）は別の部屋に収容される。部屋の数を３個若しくはそれ以上とした場合には、インバータ部（３）、制御装置（５）、交流リアクトル部（４）は別々の部屋（図示例では、それぞれ、部屋（２ｃ），（２ｂ），（２ａ））に収容される。
尚、アクティブフィルタ（１）を構成する他の機器を、これらの部屋に収容することも可能であるが、熱を多く発生する機器は、制御装置（５）が収容された部屋（２ｂ）以外の部屋に収容される。これにより、熱の影響で誤動作を生じやすい制御装置（５）を他の機器から隔離し、制御装置（５）を熱から守ることができる。尚、必要に応じて、部屋の数を増やしたり減らしたりすることも可能である。
【００１９】
尚、キュービクルケース（２）内を３個以上の部屋に仕切り、制御装置（５）、インバータ部（３）、交流リアクトル部（４）をこれらの部屋に個別に収容する場合、制御装置（５）は、インバータ部（３）と交流リアクトル部（４）の間に配置されていることが好ましい。このような配置とすることにより、制御装置（５）を熱からより確実に保護することができる。
【００２０】
キュービクルケース（２）には、冷却用空気導入口（６）と、空気排出口（図示せず）が形成されており、空気導入口（６）には防塵フィルタ（８）、空気排出口には排気用ファン（図示せず）が設けられている。尚、空気排出口にも防塵フィルタを設けてもよい。
通常、冷却用空気導入口（６）はキュービクルケース（２）の下部に設けられ、空気排出口はキュービクルケース（２）の上部に設けられる。空気導入口（６）から導入された冷たい空気は、交流リアクトル部（４）、インバータ部（３）が有するコンデンサ（１０）（図２参照）等で生じた熱を吸収した後、排気用ファンの吸引力によって空気排出口から外部へ排出される。これにより、効率良くキュービクルケース（２）内の熱が放熱され、制御装置（５）及びその他の機器の正常動作が確保される。
【００２１】
尚、キュービクルケース（２）の上部は二重構造とされており、空気排出口及び排気用ファンが設けられる中板部（図示せず）と、この中板部の周囲に枠状に立設され多数の通気孔（図示せず）が形成された支持枠部と、この支持枠部の上に配置された外板部（１４）とから構成され、キュービクルケース（２）内の部屋は、空気排出口及び多数の通気孔を通じて外部と連通している。
この構成においては、空気排出口が外部に露出しないので、トンネル内の粉塵や水滴がこの空気排出口から侵入するのをより確実に防止することができる。
【００２２】
尚、キュービクルケース（２）内において、制御装置（５）には防熱カバー（図示せず）が着脱可能に装着されていることが好ましい。防熱カバーを装着することにより、他の機器で生じた熱から制御装置（５）をより確実に保護することができる。
このキュービクルケース（２）には、各部屋（２ａ），（２ｂ），（２ｃ）毎に扉（３２）が設けられている。扉（３２）を開閉することにより、各機器を個別に操作することができる。
【００２３】
インバータ部（３）、交流リアクトル部（４）、及び制御装置（５）は、アクティブフィルタ（１）の基本的構成をなすものであり、これらの機器により並列接続型のアクティブフィルタを構成することができる。インバータ部（３）は補償電流を出力するものであり、制御装置（５）はインバータ部（３）を制御するものである。各機器自体は従来公知のものを採用することができる。これらの機器は、電源（１６）（図２乃至４参照）とトンネル内負荷装置（例えば、トンネル掘削機械）（１７）を結ぶ電路に接続されており、負荷装置（１７）に起因して発生する高調波又は電圧変動のうち少なくともいずれか一方を抑制する。これらの機器は、前記したように、キュービクルケース（２）内の部屋（２ａ），（２ｂ），（２ｃ）内に収容され、好ましくは個別に収容される。
【００２４】
インバータ部（３）からは補償電流供給路（１８）が延出されており、その途中には交流リアクトル部（４）が設けられている。補償電流供給路（１８）のアクティブフィルタ（１）内に位置する部分には、該供給路（１８）を流れる補償電流を検出する補償電流検出器（１９）が設けられている。この補償電流検出器（１９）は、第１切替スイッチ（２９）によってその動作・不動作を選択的に切替可能とされている。
通常、アクティブフィルタ（１）をトンネル内で使用する場合には、補償電流検出器（１９）は、動作状態にスイッチングされる。一方、アクティブフィルタ（１）をトンネル外で使用する場合には、補償電流検出器（１９）は、不動作状態にスイッチングされる。
【００２５】
このアクティブフィルタ（１）は、高調波抑制と電圧変動抑制の双方を選択的に行うことができるものであり、高調波抑制動作と電圧変動抑制動作を選択的に切り替える第２切替スイッチ（図示せず）を備えている。この第２切替スイッチを操作することにより、アクティブフィルタ（１）を高調波抑制用とするか、或いは、電圧変動抑制用とするか、或いは、高調波及び電圧変動両方の抑制用とするかを選択することができる。
【００２６】
次に、このアクティブフィルタ（１）の使用形態について説明する。
このアクティブフィルタ（１）の使用形態には、大別して、トンネル内に配置して使用する場合と、トンネル外に配置して使用する場合の２通りがある。
【００２７】
まず、アクティブフィルタ（１）をトンネル内で使用する場合について図２を参照しつつ説明する。
トンネル掘削機等の負荷装置（１７）とこの負荷装置（１７）に電力を供給する電源（１６）の間に負荷用変圧器（２５）が挿入され、この負荷用変圧器（２５）の低圧側から延びる低圧配電線（２０）の分岐点（３１）を介して負荷装置（１７）とアクティブフィルタ（１）が並列に接続される。
【００２８】
アクティブフィルタ（１）及び負荷用変圧器（２５）はトンネル内に配置される。低圧配電線（２０）における分岐点（３１）上流側には、電源電流実際値を検出する電源電流検出器（２１）が設けられ、この電源電流検出器（２１）の出力端はアクティブフィルタ（１）に接続される。尚、この図２乃至４においては、制御装置の図示を省略している。
電源電流検出器（２１）は、トンネル内においてこの位置に一般に設けられる電源電流検出器（一般に、電流メーター用として利用されることが多い）を流用することができる。また、アクティブフィルタ（１）においては、補償電流供給路（１８）を流れる補償電流を検出する補償電流検出器（１９）を、第１切替スイッチ（２９）によって動作状態にスイッチングする。
また、アクティブフィルタ（１）において、高調波抑制と電圧変動抑制のいずれを行うかを、第２切替スイッチによって設定する。
【００２９】
この場合、電源電流検出器（２１）が検出する電源電流実際値と、補償電流検出器（１９）が検出する補償電流実際値に基づき、負荷電流に含まれる高調波成分或いは無効電圧成分（電圧変動によるもの）を補償する補償電流（前記高調波成分或いは無効電圧成分と逆位相）を補償電流供給路（１８）に流し、高調波電流或いは無効電圧成分の大部分を打ち消すことができる。
【００３０】
また、アクティブフィルタ（１）と負荷用変圧器（２５）の双方をトンネル内に配置することで、電源電流検出器（２１）とアクティブフィルタ（１）を結ぶ電路（２６）、補償電流供給路（１８）においてアクティブフィルタ（１）から延出される部分の双方を短く設定することができ、電力ロスの軽減、配線工事の簡略化、高調波抑制及び無効電圧抑制の精度向上を達成することができる。また、アクティブフィルタ（１）専用のアクティブフィルタ用変圧器（２２）（図４参照）が不要となる。
【００３１】
尚、電源電流検出器（２１）の出力端をアクティブフィルタ（１）に接続することに代えて、図３に示す如く負荷装置（１７）の電源側に負荷電流検出器（２３）を設け、この負荷電流検出器（２３）の出力端をアクティブフィルタ（１）に接続してもよい。この場合、負荷電流検出器（２３）が検出する負荷電流実際値に基づき、電源電流に含まれる高調波成分或いは無効電圧成分（電圧変動によるもの）を補償する補償電流を補償電流供給路（１８）に流し、高調波電流或いは無効電圧成分の大部分を打ち消すことができる。この場合、補償電流検出器（１９）は、不動作状態とされる。
尚、電源電流検出器（２１）を用いる場合には、トンネル内に既設の電源電流検出器（２１）を流用することができるが、負荷電流検出器（２３）を用いる場合には、該検出器（２３）を別途新設しなければならないので、できれば電源電流検出器（２１）を用いることが望ましい。
【００３２】
次に、アクティブフィルタ（１）をトンネル外で使用する場合について、図４を参照しつつ説明する。
トンネル掘削機等の負荷装置（１７）とこの負荷装置（１７）に電力を供給する電源（１６）の間に高圧配電線（２４）を介して負荷用変圧器（２５）が挿入され、高圧配電線（２４）の分岐点（２８）を介して負荷用変圧器（２５）とアクティブフィルタ用変圧器（２２）が並列に接続され、このアクティブフィルタ用変圧器（２２）の低圧側にアクティブフィルタ（１）が接続される。アクティブフィルタ（１）とアクティブフィルタ用変圧器（２２）を結ぶ電路は、補償電流供給路（１８）となっている。
【００３３】
アクティブフィルタ（１）は、負荷用変圧器（２５）の高圧側に接続した負荷電流検出器（２３）が検出する負荷電流実際値に基づき、負荷電流に含まれる高調波成分或いは無効電圧成分（電圧変動によるもの）を補償する補償電流（前記高調波成分或いは無効電圧成分の逆位相）を補償電流供給路（１８）に流し、高調波成分或いは無効電圧成分の大部分を打ち消すことができる。
【００３４】
本発明に係るアクティブフィルタ（１）は高さが低く抑えられているので、トンネル内で使用される場合、トンネル外で使用される場合のいずれであっても、複数段（通常は２段）に積み重ねて使用することができる。積み重ねる場合には、積み重ねたアクティブフィルタ（１）同士を並列若しくは直列に結線して、対応可能な電力容量を任意に変更することができる。また、積み重ねられたものを複数体水平方向に並べて配置し、これらのアクティブフィルタ（１）同士を並列若しくは直列に結線して、対応可能な電力容量を任意に変更することもできる。
アクティブフィルタ（１）を屋外で積み重ね状態で使用する場合には、アクティブフィルタ（１）を積み重ね状態で収容するアクティブフィルタ収容ケース（２７）（図５及び６参照）を利用することもできる。
【００３５】
このアクティブフィルタ収容ケース（２７）は、アクティブフィルタ（１）を積み重ね状態で収容することができ、また、積み重ねた状態のアクティブフィルタ（１）を横方向に並設した状態で収容することができ、図示例では４台のアクティブフィルタ（１）を収容することができる。このアクティブフィルタ収容ケース（２７）の正面及び側面には、各アクティブフィルタ（１）毎に扉（３３）が設けられており、扉（３３）を開閉することで、該扉（３３）に対応する各アクティブフィルタ（１）を操作することができる。また、アクティブフィルタ収容ケース（２７）の下部には冷却用空気導入口（図示せず）が形成され、上部には空気排出口（図示せず）が形成され、空気排出口には排気用ファン（３４）が設けられている。この排気用ファン（３４）を作動させることで、アクティブフィルタ収容ケース（２７）内を効率良く冷却することができる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明に係るトンネル工事用アクティブフィルタは、外殻となるキュービクルケースが横長構成とされ且つ防塵フィルタを備えているのでトンネル内或いはトンネル外に任意に設置することができるとともに、必要に応じて複数段に積み重ねることができトンネル工事機械の電力容量に応じた並列運転が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るトンネル工事用アクティブフィルタの一例を示す図であり、（ａ）はその正面図、（ｂ）はその底面図である。
【図２】本発明に係るアクティブフィルタをトンネル内で使用する形態の一例を示す図である。
【図３】本発明に係るアクティブフィルタをトンネル内で使用する形態の他の例を示す図である。
【図４】本発明に係るアクティブフィルタをトンネル外で使用する形態の一例を示す図である。
【図５】本発明に係るアクティブフィルタを積み重ねた状態で収容するアクティブフィルタ収容ケースの一例を示す図であり、（ａ）はその正面図、（ｂ）はその側面図である。
【図６】本発明に係るアクティブフィルタを積み重ねた状態で収容したアクティブフィルタ収容ケースを、扉を開いた状態で示す図であり、（ａ）はその正面図、（ｂ）はその側面図である。
【符号の説明】
１・・・・・アクティブフィルタ
２・・・・・キュービクルケース
３・・・・・インバータ部
４・・・・・交流リアクトル部
５・・・・・制御装置
６・・・・・空気導入口
８・・・・・防塵フィルタ
１６・・・・電源
１７・・・・負荷装置
２９・・・・第１切替スイッチ
【図１】
0003757129.tif 000002
【図２】
0003757129.tif 000003
【図３】
0003757129.tif 000004
【図４】
0003757129.tif 000005
【図５】
0003757129.tif 000006
【図６】
0003757129.tif 000007