JP3502382B2 - 受電設備の力率調整システム - Google Patents
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Description
荷時も、無負荷時も、変圧器の一次側の力率を1または
1に近い進み力率とし、二次側で、1に近い遅れ力率に
保つことを可能とする、受電設備の力率調整システムに
属する。
が供給区域内の需要家に対し、電気の需給契約及び料金
等に関し、経済産業省の承認を得て制定した規程)に基
づいて受電設備の力率を改善する。契約電力50キロワ
ット(KW)以上の需要家は、変圧器の一次側に、変圧
器容量の1/5乃至1/3に相当する容量の高圧コンデ
ンサを取り付け、契約容量50キロボルトアンペア(ケ
イブイエイ:KVA)未満の低圧需要家は、内線規程
(社団法人日本電気協会 内線規程専門部会が経済産業
省令に基づき、電灯、電動機、加熱装置などの電気機械
器具などの施設及び使用に関して制定した規程)に基づ
き、負荷と並列に、低圧コンデンサを取り付ける。
ように、変圧器2の一次側に変圧器総容量の1/5乃至
1/3に相当する1個又はN個の進相用高圧コンデンサ
3を設け、電動機などの電気機器6が作動している昼間
は、力率が1又は1に近い値を示し、夜間など、負荷が
減少して軽負荷または無負荷になった時、高圧コンデン
サの容量が相対的に過大となり、力率が著しく進んで電
源電圧が上昇し、変圧器や高圧コンデンサなどの機器の
劣化を早めている。高圧コンデンサ設置によって、電力
会社の送電線・配電線の力率が改善され、回路の電力損
失が軽減できる場合でも、変圧器二次側の力率は改善さ
れず、二次側の省電力効果はない。
する場合は、内線規程により、電気機器の規約電流値
(内線規程2000年版847頁(番号3−7−3)
「電動機の規約電流値)及び、低圧コンデンサの取付容
量が規定され、低圧コンデンサ設置後の力率は1よりか
なり低く、効果が少なく、不経済である。内線規程20
00年版 424頁 3335節 低圧進相コンデンサ
(抜粋)3335−2[低圧進相コンデンサの設置方
法](対応省令:第59条)で具体的に、「低圧進相用
コンデンサは、個々の負荷に取り付けること。(勧
告)」とあり、注意書として「[注1]低圧の電動機、加
熱装置などで、低力率のものは、力率改善のため進相用
コンデンサを取り付けることを推奨する。」とある。ま
た、内線規程1995年版(別冊)九州電力株式会社供
給区域内 21頁「3力率割引及び割増し(1)低圧電
力の場合」には、「電気機器の力率をそれぞれの入力に
よって加重平均してえた値が85%を上回る場合は、基
本料金からその5%を割引し、85%を下回る場合は、
基本料金にその5%を割増しいたします。この場合電気
機器の力率は、別表2(進相用コンデンサ取付容量基準
表)の基準により所要の進相用コンデンサが取り付けて
あるものについては90%、取り付けてないものについ
ては80%、(中略)といたします。」、また、「b不
適正な容量のコンデンサを取り付けてある場合は、その
力率は80%とみなします。ただし、適正容量を上回る
容量のコンデンサを取り付けてある場合は、力率を90
%として取り扱います。」と規定されている。
9)「低圧進相コンデンサ取付容量基準」を参考にする
と、コンデンサ取付前0.2KW(低圧コンデンサ取付
容量基準の最小負荷)の電動機の力率60%は、取付容
量基準に基づく低圧コンデンサ取付後も80%以下と低
く、55KW(同基準の最大負荷)の電動機の力率はコ
ンデンサ取付前85%弱と高く、コンデンサ取付後91
%弱となる。表の低圧コンデンサの容量は、全般的に必
要値より低く、結果的に、低圧コンデンサ設置後の回路
の力率は1よりかなり低く、効果が少ない。かといっ
て、電気機器の無効電流を越える容量の低圧コンデンサ
を設置すれば進み力率となり、機器を傷め、コンデンサ
がパンクするなどの不具合を生じる。高圧需要家は低圧
需要家と違い、低圧コンデンサ設置は推奨とされ、高圧
コンデンサを設置すれば、低圧コンデンサを設置しなく
てよい。一般に、低圧コンデンサを設置するより、高圧
コンデンサを設置する方が割安であり、近年、高調波で
低圧コンデンサがパンクするトラブルが発生し、このこ
とも、低圧コンデンサ設置を敬遠する原因の一つといわ
れている。
として、自動力率調整装置を設けることが行なわれる。
自動力率調整装置は変圧器二次側直近に設置し、低圧回
路の力率を感知して電磁式又は電子式による自動操作
で、低圧コンデンサをオンオフする機構である。力率の
変化に対応し、力率が低ければ低圧コンデンサの容量を
増し、力率が進めば、容量を減らして力率を調整する。
これにより、変圧器の二次電流を軽減し、変圧器の損失
を軽減し、変圧器に余裕ができる利点はあるが、省エネ
を目的としながら、無負荷時を含め、常時操作電源を消
費し、変圧器以降の回路の力率を改善せず、省電力効果
は少なく、故障すれば、継続的にコンデンサが閉回路又
は開回路となり、力率は、常に進みか又は遅れとなり、
電圧が上昇するか、変圧器が過負荷となって逆に電圧が
降下するなど、現場が対応に苦慮することとなる。しか
も、自動力率調整装置は高価で、値段の割に効果が低
い。
大し、電源の歪み波と負荷の歪み波の共振による電源事
故が多発し、その防止対策が社会問題となっている。こ
のような不安を解消するため、直列リアクトル付きのコ
ンデンサが登場した。直列リアクトル付きコンデンサは
高調波に対し、一定の効果はあるが大型で、高価で、納
期が長く、現状では、需要家のニーズを充たしていると
はいえない。
り、従来割高といわれて敬遠された低圧コンデンサが、
最も適合する商品として登場した。直列リアクトル付き
低圧コンデンサは小型で、変圧器二次直近に設置すれ
ば、変圧器の一次コイル、二次コイルを経て侵入する高
調波と接するため、合理的で安全な構成となり、耐久性
も高いといわれる。図3のように、変圧器二次直近に低
圧コンデンサを設けることにより、省電力効果の範囲が
変圧器二次直近まで広がるが、1個又はN個の高圧コン
デンサの場合と同じような使用法では、容量は変圧器容
量の1/5乃至1/3と大きく、負荷が変動すれば力率
が変動し、電圧変動を招く、また、軽負荷や無負荷時に
低圧コンデンサが負荷となり、省電力と逆に作用する。
流が流れる。また、古くなって高調波を発生するように
なった電動機は、始動時、始動電流と同じように、数倍
の高調波を発生する。電気機器の運転に合わせて低圧コ
ンデンサを接続する方式では、始動時、低圧コンデンサ
に通常の数倍の高調波が流れ込み、低圧コンデンサは、
高調波によって大きな損失が発生し、温度が急上昇して
劣化する。高調波を抑制する目的で、直列リアクトル付
き低圧コンデンサの設置を考えた場合、値段が高く、受
注生産で納期が長く、現状では、余り利用されていな
い。
の諸問題を解決し、受電設備の負荷・無負荷に係らず、
一次側の力率を、1又は1に近い進み力率に保持するこ
とを可能とすると共に、受電設備の変圧器二次側の省電
力も達成し、更に、システム全体にかかる負担を軽く
し、信頼性が高い力率調整システムを提供することであ
る。
め、請求項1に係る発明では、少なくとも1つの変圧器
と、該変圧器の一次側に高圧の給電線が接続され、該変
圧器の二次側に低圧駆動の電気機器が接続されている受
電設備の力率調整システムにおいて、該電気機器と該変
圧器との間に設けられた開閉器と、該開閉器の該電気機
器側で、該電気機器に並列に接続され、該電気機器の無
効電流を超えない容量を有する低圧コンデンサと、該変
圧器の一次側に並列に接続され、該変圧器の総容量の1
0%以下の容量を有する高圧コンデンサとを備えたこと
を特徴とする。
列に接続された低圧コンデンサにより、各電気機器の無
効電流による力率の遅れを改善し、低圧回路の省電力が
達成できる。変圧器の一次側に設ける高圧コンデンサの
必要容量は、低圧コンデンサで不足する容量を補うもの
であれば良く、10%以下の容量とすることが可能とな
る。電気機器の通電を制御する開閉器に連動して、低圧
コンデンサが接続され、負荷が減れば低圧コンデンサの
容量が減り、高圧コンデンサの容量を小さくして、軽負
荷時や無負荷時の進み力率の発生を抑え、高調波の発生
原因を除くことが可能となる。低容量な高圧コンデンサ
は安価で、力率が安定して電圧変動も少なくなり、信頼
性が向上し、安全で、優れた力率調整システムを提供す
ることができる。
の変圧器と、該変圧器の一次側に高圧の給電線が接続さ
れ、該変圧器の二次側に低圧駆動の電気機器が接続され
ている受電設備の力率調整システムにおいて、該電気機
器と該変圧器との間に設けた開閉器と、該開閉器の該電
気機器側で、該電気機器に並列に接続し、該電気機器の
無効電流を超えない容量を有する低圧コンデンサと、該
変圧器と該開閉器との間に並列に接続し、該変圧器の容
量の10%以下の容量を有する補助用低圧コンデンサと
を備えたことを特徴とする。
る発明同様、電気機器に並列に接続した低圧コンデンサ
により、各電気機器の無効電流による力率の遅れを改善
し、低圧回路の省電力が達成できる。変圧器の二次側直
近に設ける補助用低圧コンデンサの容量は、変圧器一次
側の励磁電流の無効電流を打消すと共に、電気機器に並
列に接続した低圧コンデンサで不足する容量を補うもの
であれば良く、10%以下の低容量とすることが可能と
なる。これにより、電気機器の通電を制御する開閉器に
連動して低圧コンデンサの接続が制御され、負荷が減れ
ば低圧コンデンサの容量が減り、また、補助用低圧コン
デンサの容量は小さく、受電設備における進み力率の発
生を抑え、高調波の発生原因を解消することが可能とな
る。補助用低圧コンデンサの容量は小さいため、補助用
低圧コンデンサは常に接続することが可能であり、従来
のように、自動力率調整装置を用いて、回路内の力率に
応じてコンデンサを開閉する機構が不要となり、安価で
安全な、優れた力率調整システムを提供することができ
る。
の変圧器と、該変圧器の一次側に高圧の給電線が接続さ
れ、該変圧器の二次側に低圧駆動の電気機器が接続され
る受電設備の力率調整システムにおいて、該電気機器と
該変圧器との間に設けた開閉器と、該開閉器の該電気機
器側で、該電気機器に並列に接続し、該電気機器の無効
電流を超えない容量を有する低圧コンデンサと、該変圧
器と該開閉器との間に並列に接続され、該変圧器の容量
の10%以下の容量を有する補助用低圧コンデンサと、
該変圧器の一次側に並列に接続され、該変圧器の総容量
の10%以下の容量を有する高圧コンデンサとを備えた
ことを特徴とする。
及び2に係る発明同様、高圧コンデンサや補助用低圧コ
ンデンサの各容量を、従来のものより格段に低く抑える
ことが可能であり、受電設備における進み力率の発生を
抑え、高調波の発生原因を解消することが可能となる
上、安くて安全な、優れた力率調整システムを提供する
ことができる。
に記載した受電設備の力率調整システムにおいて、該高
圧コンデンサは、直列リアクトル付きコンデンサである
ことを特徴とする。
て外部から受電設備内に侵入しようとする高調波は、直
列リアクトル付きコンデンサにより、効果的に排除でき
る。直列リアクトル付き高圧コンデンサは同時に、需要
家の電気設備で発生し、外部に流出しようとする高調波
に対して、流出を抑制しようと作用する。請求項1又は
3に係る発明同様、高圧コンデンサの容量は、従来と比
較して格段に小さく、本発明に用いる直列リアクトル付
きコンデンサは、小型で安価な製品を使用することがで
きる。
乃至4のいずれかに記載の受電設備の力率調整システム
において、該電気機器が電動機である場合には、該低圧
コンデンサへの導通を制御する補助開閉器を設け、前記
開閉器が導通後、所定の遅延時間後に該補助開閉器を閉
じるように構成することを特徴とする。
通から所定時間遅延して低圧コンデンサを接続するた
め、電動機の始動電流に対応して発生した高調波で、低
圧コンデンサが損傷するのを防ぎ、信頼性の高い力率調
整システムが提供できる。
構成、作用、効果を詳細に説明する。図4は、本発明に
係る受電設備の力率調整システムの概略図である。2は
受電設備に設けた変圧器で、変圧器2の一次側に、高圧
コンデンサ7が、給電線1にパワーヒューズ付きの遮断
器(図示せず)を介して接続されている。高圧コンデン
サは、1個又はN個とし、必要な容量を確保する。高圧
コンデンサは、給電線を通じて外部より、受電設備内に
高調波が侵入するのを防止するため、直列リアクトル付
きコンデンサを使用することが望ましい。
気機器6が配置され、各電気機器6への配線には、導通
を制御する開閉器10が設置される。各開閉器10の電
気機器側には、電気機器6に並列に低圧コンデンサ9を
設け、電気機器の動作中は常に、低圧コンデンサによっ
て力率を改善し、電気機器と低圧コンデンサより電源側
の無効電流を軽減するよう、構成されている。なお、後
述するように、インバーター機器は進み力率となるた
め、低圧コンデンサを接続しない。また、始動時に高調
波を発生する電動機では、遅延回路を介して低圧コンデ
ンサを接続する構成とする。
ンサ8を設け、漏電遮断器(図示せず)を介して、常
時、閉状態で変圧器の二次側配線に接続する。補助用低
圧コンデンサ8は、変圧器一次側の無負荷電流の、遅れ
の無効電流を打消すことを、主目的とする。補助用低圧
コンデンサ8の位置は、電気機器より電源側であり、補
助用低圧コンデンサの無効電流が、変圧器の無負荷電流
の無効分を超えても、問題はない。余った無効分は、低
圧回路の、低圧コンデンサの容量不足による遅れ力率改
善に有効であり、多少大きめにするのが、実用的であ
る。結果的に、この位置の力率は、1の近似値となる。
高調波対策として、直列リアクトル付きコンデンサを補
助用低圧コンデンサとして利用しても良いが、直列リア
クトル付きコンデンサはコストが高く、また、変圧器の
一次、二次巻線が緩衝材として働き、必ずしも、必要と
しない。
デンサ8、及び高圧コンデンサ7に係る適正容量につい
て説明する。前提として、図4に示す回路において、低
圧コンデンサ9、補助用低圧コンデンサ8、高圧コンデ
ンサ7を設けない場合を想定し、電圧200V、出力
0.2KW、1.5KW、5.5KW、15KW、30
KW、55KWの6組の電動機につき、有効電流、無効
電流、皮相電力、及び力率の変化を表1に示す。
デンサ、及び高圧コンデンサなど、力率を改善する手段
を講じない状態を示す。このような場合、回路全域で、
ほぼ同じ値の、遅れ力率となる。電動機の力率は、低圧
コンデンサを接続しても変わらず、接続する低圧コンデ
ンサの容量の大小により、接続点より電源側の、回路の
力率が変化する。電動機の力率は、0.2KWでは60
%、55KWでは、低圧コンデンサを設置する前に約8
5%あり、一般に、出力が大きいほど、高い。当然、力
率改善の効果は、低容量の機器では軽減率に、大容量の
機器では、軽減値を期待することになる。
デンサ取付基準表に基づくコンデンサの選定を求めてい
る。内線規程の基準表に従い、低圧コンデンサ9を、図
4の回路構成にした場合の、低圧コンデンサの容量、低
圧コンデンサを設置した時の、無効電流(無効電流の
差)、皮相電流(皮相電力)の変化、電力の軽減率、及
び力率の各状態を、表2に示す。
列に接続し、力率が73〜91%程度に改善され、皮相
電力も、約7〜18%程度軽減していることが分かる。
しかし、表2の力率改善では、内線規程による十分な力
率割引は受けられない。電気機器の無効電流を超えるコ
ンデンサの挿入は、電圧変動や高調波発生を誘起するの
で、力率改善目標を93%として、低圧コンデンサの容
量を算出する方法と、容量決定の考え方、低圧コンデン
サによる無効電流(軽減無効電流)、皮相電流、皮相電
力、軽減電力、電力の軽減率、及び力率の各状態を、表
3に示す。
の設置により、力率を90%前後に改善し、皮相電力を
7〜32%改善し、内線規程に基づく場合より、省電力
効果が大きいことが分かる。出力55KWの電動機で
は、皮相電流は、表1で230A、表2で215A、表
3で210Aとなり、皮相電力が80KVAから、75
KVA、73KVAと、軽減値、軽減率とも、効果が高
いことを示す。
コンデンサは、電気機器の無効電流を超えることがない
よう、改善後の力率を93%に設定しながら、例えば、
内線規程に基づく容量の2倍という答えが出た場合は、
基準表の5/3以内に抑えるなどの注意を払っているの
で、電気機器の負荷が軽い場合でも、進み力率を生じる
ことはない。重要なことは、基準表に基づいて低圧コン
デンサを設置しても、73〜91%、加重平均で力率9
0%以上を確保できること。内線規程で承認されている
ただし書きにより、電気機器の無効電流を超えない範囲
の適切な容量のコンデンサを選定して取り付ければ、電
動機が軽負荷で使用されている時など、95%以上の力
率を確保することも容易なことである。
53(μF) 2πfCE2/√3×106=0.04353 有効電力=√3×有効電流×0.2(KV) 無効電力=√3×無効電流×0.2(KV) 無効電流=皮相電流の二乗と有効電流の二乗の差の平方
根 皮相電流=有効電流の二乗と無効電流の二乗の和の平方
根 力率=有効電流÷皮相電流×100
えて、変圧器の一次側に、変圧器総容量の10%未満の
高圧コンデンサを加えた方式を、表4に示す。低圧回路
の力率は、それぞれの電気機器と並列に接続された低圧
コンデンサで、或る程度改善されており、高圧コンデン
サの容量は、低圧コンデンサの容量不足による、力率の
遅れを補償すれば足り、10%以下で負荷時の遅れを補
償し、軽負荷時または無負荷時に、高圧コンデンサの容
量が相対的に大きくなるが、従来の方式と比べて、その
容量は、極端に小さく、力率の変動も少なく、課題とす
るほどのことはない。高圧コンデンサには、外部から侵
入しようとする高調波を阻止し、内部で発生した高調波
の流出を防ぐ役割があり、直列リアクトル付きとするこ
とが、望ましい。
え、変圧器の二次側直近に、変圧器容量の10%未満の
容量の低圧コンデンサ(本発明では「補助用低圧コンデ
ンサ」という)を設置する方式を、表5に示す。補助用
低圧コンデンサの目的は、変圧器の無負荷電流の遅れの
無効分を打消すことである。変圧器の無負荷電流は、変
圧器電流の3〜6%以内で、補助用低圧コンデンサの容
量も、それぞれの変圧器容量の3〜6%で足りる。補助
用低圧コンデンサを取り付ける位置は、力率が多少進ん
でも、問題のない位置であり、余った無効分は、低圧回
路の容量不足による力率の遅れを解消するのに有効で、
実用的には、厳密にこだわらない。補助用低圧コンデン
サは常時閉回路で、利用率が高く、容量は小さくても、
予想外に効果が高いことが、実証されている。
ンデンサを接続する方式に加えて、変圧器一次側に、変
圧器総容量の10%未満の高圧コンデンサを、それぞれ
の変圧器の二次側直近に変圧器容量の10%未満の補助
用低圧コンデンサを設置する例を、表6に示す。コンデ
ンサの容量は、回路全域で確保すれば良く、対応が楽
で、効果が大きい。
ンデンサ又は、補助用低圧コンデンサのみにより、力率
を改善する従来例を、表7,8に示す。ただし、高圧コ
ンデンサ又は、補助用低圧コンデンサの値は、最大負荷
時に力率1になるように設定する。具体的には、高圧コ
ンデンサや補助用低圧コンデンサは、変圧器総容量の1
/5〜1/3とするか、負荷を調べて選定する。最大負
荷時に力率が1になるので、軽負荷時や無負荷時に力率
が進み、力率計の針が振り切れる。自動力率調整器など
は、高価だが効果が少なく、本発明のように、特別な操
作電源を消費せずに効果を生む方式が、望まれる。高圧
コンデンサと補助用低圧コンデンサを比べた場合、補助
用低圧コンデンサは多少小刻みに機器が選定できる利点
がある。この方式では、一次側の力率は改善できても、
二次側の力率改善に寄与せず、省電力と無縁である。電
気機器の利用が減少する夜間は、半導体負荷の割合が増
加する時間帯と重なり、社会のためにも、自分のために
も、システムとしての力率調整が望まれる。
いくと、どうなるかを試算している。この表のように、
無理して過大なコンデンサを使わない限り、課題が発生
しない。つまり、低圧コンデンサの無効分の増加は、回
路の無効分を減少させ、これが逆転する場合(表9の括
弧内の数字)は、トラブルが発生する。また、皮相電力
(電流)及び力率の変化は、低圧コンデンサの容量の増
加と共に、改善効果が減少し、費用対効果も限界があ
る。表9の場合は、低圧コンデンサとして400μFを
選定するのが適正と判断される。
並列に接続する低圧コンデンサの利点を最大限に活用す
ると共に、該低圧コンデンサでは不足する力率の遅れ
を、補助用低圧コンデンサ又は高圧コンデンサを用いる
ことにより、各々の欠点を補完しながら、力率調整シス
テム全体として、バランスのとれた回路を実現するもの
である。
用低圧コンデンサ、及び高圧コンデンサを組み合わせる
場合には、高圧コンデンサは、無負荷電流の遅れを改善
し、低圧側の遅れ力率をカバーするための、小容量のコ
ンデンサと言える。仮に、変圧器の容量が小さく、適切
な高圧コンデンサが市場にない場合には、市場にある最
低容量の高圧コンデンサを設置することが望ましい。ま
た、補助用低圧コンデンサは、変圧器の無負荷電流の遅
れ力率を改善することを主目的とした、常時閉回路の低
圧コンデンサと言える。容量は無負荷電流値と同等以上
とする。無負荷時には多少力率が進むことも予想される
が、図1や表7、又は図3や表8の場合と比較して、図
4の場合は、コンデンサの容量が小さいため、その影響
は極めて少ない。
デンサ、及び高圧コンデンサを組み合わせて力率調整シ
ステムを設計する場合の、各コンデンサの容量を決定す
るためのフローチャートを示す。ステップF1では、電
気機器の無効電流の90%(なお、90%に限らず、9
0〜95%程度の範囲で指定可能)に相当する容量を、
低圧コンデンサの容量として指定する。次に、ステップ
F2で該当する全ての電気機器に関し、低圧コンデンサ
の容量を算出する。ステップF3では、電気機器が軽負
荷時でも、進み力率が発生しない値(例えば、95%以
下)となるように設定されている。このステップは、ス
テップF2の前にあっても良いが、後述するステップF
11の後には、必ず確認として入れることが望ましい。
低圧コンデンサが過大容量となる(例えば、95%を超
える)場合は、ステップF4へ進み「エラー」扱いとす
る処理を行う。
近い(又は該算出値を超えない範囲で)、市販されてい
る低圧コンデンサの製品の中から、適切なものを選択す
る。選択に際しては、別途、製品コンデンサのデータベ
ース(DB)を作成しておき、そのDBの中から条件に
あったコンデンサ製品を選択するようにする。次に、ス
テップF6で、補助用低圧コンデンサを利用するか否か
が選択され、補助用低圧コンデンサを利用する場合に
は、ステップF7へ進む。
を、1近くかつ1を超えない範囲(例えば、95%程
度)で、補助用低圧コンデンサの容量を決定し、該容量
を満足するコンデンサ製品を選定する。なお、ステップ
F7における、低圧コンデンサの評価は、F5で選定さ
れたコンデンサ製品の容量を基に算出される。
を利用するか否かが選択され、高圧コンデンサを利用す
る場合には、ステップF9へ進む。本発明に係る受電設
備の力率調整システムでは、補助用低圧コンデンサ又は
高圧コンデンサのいずれかを利用することが、望ましい
ことから、ステップF6で補助用低圧コンデンサが利用
されない場合には、必ず、高圧コンデンサを利用するよ
う設定することも可能である。ステップF9では、変圧
器一次側の力率が1又は1に近い状態(例えば、1以
上)となるように、変圧器二次側の総容量に対して不足
する容量を高圧コンデンサの容量として設定し、該当す
る容量に近い(該容量を超えても良い)コンデンサ製品
を選定する。ここでも、変圧器二次側の総容量を算出す
る際には、ステップF5及びF7で選定されたコンデン
サ製品の容量が利用される。
いては変圧器の総容量に対して10%以内(好ましく
は、3〜6%の範囲内)か、補助用低圧コンデンサにつ
いては各変圧器の容量の10%以内(好ましくは、3〜
6%の範囲内)かが検証され、受電設備の無負荷又は軽
負荷時に進み力率が顕著に発生しないよう、抑制され
る。ステップF10において、上記条件が満たされない
場合には、補助用低圧コンデンサ又は高圧コンデンサの
容量を軽減するため、電気機器に並列に接続される低圧
コンデンサの容量をより最適化するため、ステップF1
1により、低圧コンデンサの電気機器の無効電流に対す
る比率を1%程度上昇させ、再度、ステップ2からの作
業を繰り返す。
プログラムすることにより、各処理を自動的に実行する
ことが可能であり、各ステップの順序や条件について
も、必要に応じて適宜変更することが可能であること
は、言うまでもない。
ステムの他の実施例を、図5に示す。1は、図4と同様
に、高圧電源部となる給電線であり、4aは、照明用単
相変圧器、6aは、照明器具などの電気機器である。照
明器具などは、遅れ力率が小さく、あるいは、インバー
ターなどにより進み力率が発生する場合もあるため、む
しろ、低圧コンデンサは設置しない。4b、4cは、動
力用の三相変圧器、6bは電動機などの電気機器であ
る。7は高圧コンデンサ、8a,8b,8cは補助用低
圧コンデンサを示す。9bは、電動機6bに並列に接続
された低圧コンデンサである。なお、図5においても、
変圧器の二次側の配線には、図4に示すような開閉器が
存在するが、ここでは省略されている。このように、負
荷の種類は多様化し、力率改善の方法も多様化してい
る。注意点は、電気機器の特性を理解し、効果を狙って
力率を進めすぎないことである。電気機器が回路に適合
しなければ、逆に、トラブルが発生することもある。
波で低圧コンデンサがパンクする事例が見られる。高調
波は、電流が通常の数倍流れる始動時に発生するため、
電流が安定するまで待って低圧コンデンサを負荷と並列
に接続すると、効果的に低圧コンデンサの損傷を防ぐこ
とができる。その回路を図6に示す。図6の(a)は負
荷回路、(b)は操作回路を示す。電動機6bに並列に
設けられた低圧コンデンサ9bは、タイマー用接点26
を介して接続されている。なお、図6(a)及び(b)
に示された21は配線用遮断器、22は継電器用接点、
23は手動又は自動用接点、24は継電器、そして、2
5はタイマーを意味する。特に、点線で囲まれた部分
は、低圧コンデンサを遅れて閉じるための遅延回路を構
成する部分である。
作動させると、継電器24が動作し、継電用接点22が
閉じる。図6(a)の継電用接点22が閉じることによ
り、電動機6bが通電され、始動を始める。この際、高
調波を発生するが、低圧コンデンサは、まだ閉じていな
いため、損傷を防止することが可能となる。他方、図6
(b)の継電用接点22は、タイマー25を作動させ、
所定時間経過後、タイマー用接点26を閉じる。低圧コ
ンデンサを遅延回路を設けて閉じる機構については、図
6のものに限らず、種々の電気又は電子回路を適用する
ことが可能であることは、言うまでもない。
b)では従来どおり、内線規程に従って低圧コンデンサ
(9b)を設置する。内線規程に従うというのは、内線
規程の付表に示された値の低圧コンデンサを設置する場
合と、電気機器の無効電流(電力)を超えない範囲で低
圧コンデンサを設置する場合の双方を含む。ただし、電
気機器と並列に設置した低圧コンデンサだけで力率を1
にすることはできず、不足分の補償を、変圧器直近の補
助用低圧コンデンサ8bと高圧コンデンサ7に期待す
る。
て、電動機9c,9dとインバーター操作盤11で構成
される)は、消費電力を削減するが力率は悪く、力率改
善による省電力効果は大きい。回路構成により、インバ
ーターと並列リアクトル13、或いは直列リアクトル1
2を設置し、インバーター設置による進み力率を遅らせ
て力率を改善する。インバーターが多い回路では、一般
のモーターと比べて力率が進むので、特に、本発明のよ
うに高圧コンデンサの容量を削減する意義は、重要であ
る。
受電設備の負荷・無負荷状態に依存せず力率を常に1又
は1に近い状態に保持することを可能とすると共に、受
電設備の変圧器二次側の省電力も達成し、さらには、シ
ステム全体に懸かる費用コストを抑えながら回路の安全
性・信頼性は高い、受電設備の力率調整システムを提供
することができる。また、本発明においては、力率調整
のためのコンデンサを分散して配置し、安全かつ高い効
率を追及することが可能となる。例えば、補助用低圧コ
ンデンサ、高圧コンデンサの容量は全て、従来のものと
比較して小さく、故障しても影響が波及する不安は少な
く、しかも、修理・設置に際しては、一斉に設備を止め
る必要が無く、可能な場所から順次施工することが可能
となる。さらに、変圧器の一次、二次の負荷軽減による
省電力効果と、変圧器に余力が生まれる経済効果は大き
い。その上、変圧器の容量を削減すると無負荷損(鉄
損)が減る代り、逆に負荷損(銅損)が増して、損失が
増える場合があるが、変圧器二次側直近に補助用低圧コ
ンデンサを設置する方法では、銅損を増すことなく鉄損
のみ軽減する効果が期待でき、本発明はより優れた効果
を有する。
図
示す図
説明するフローチャート
Claims (5)
- 【請求項1】少なくとも1つの変圧器と、該変圧器の一
次側に高圧の給電線が接続され、該変圧器の二次側に低
圧駆動の電気機器が接続されている受電設備の力率調整
システムにおいて、該電気機器と該変圧器との間に設け
られた開閉器と、該開閉器の該電気機器側で、該電気機
器に並列に接続され、該電気機器の無効電流を超えない
容量を有する低圧コンデンサと、該変圧器の一次側に並
列に接続され、該変圧器の総容量の10%以下の容量を
有する高圧コンデンサとを備えたことを特徴とする受電
設備の力率調整システム。 - 【請求項2】少なくとも1つの変圧器と、該変圧器の一
次側に高圧の給電線が接続され、該変圧器の二次側に低
圧駆動の電気機器が接続されている受電設備の力率調整
システムにおいて、該電気機器と該変圧器との間に設け
た開閉器と、該開閉器の該電気機器側で、該電気機器に
並列に接続し、該電気機器の無効電流を超えない容量を
有する低圧コンデンサと、該変圧器と該開閉器との間に
並列に接続し、該変圧器の容量の10%以下の容量を有
する補助用低圧コンデンサとを備えたことを特徴とする
受電設備の力率調整システム。 - 【請求項3】少なくとも1つの変圧器と、該変圧器の一
次側に高圧の給電線が接続され、該変圧器の二次側に低
圧駆動の電気機器が接続される受電設備の力率調整シス
テムにおいて、該電気機器と該変圧器との間に設けた開
閉器と、該開閉器の該電気機器側で、該電気機器に並列
に接続し、該電気機器の無効電流を超えない容量を有す
る低圧コンデンサと、該変圧器と該開閉器との間に並列
に接続され、該変圧器の容量の10%以下の容量を有す
る補助用低圧コンデンサと、該変圧器の一次側に並列に
接続され、該変圧器の総容量の10%以下の容量を有す
る高圧コンデンサとを備えたことを特徴とする受電設備
の力率調整システム。 - 【請求項4】請求項1又は3に記載の受電設備の力率調
整システムにおいて、該高圧コンデンサは、直列リアク
トル付きコンデンサであることを特徴とする受電設備の
力率調整システム。 - 【請求項5】請求項1乃至4のいずれかに記載の受電設
備の力率調整システムにおいて、該電気機器が電動機で
ある場合には、該低圧コンデンサへの導通を制御する補
助開閉器を設け、前記開閉器が導通後、所定の遅延時間
後に該補助開閉器を閉じるように構成することを特徴と
する受電設備の力率調整システム。
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