JPH08251820A - 建物内の単相配電方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 大規模ビル等の配電系統の信頼性を維持しな
がら、単相配電用変圧器系統の設置面積および設置費用
を減少し、且つ運転効率を向上できる単相配電方式を提
供すること。 【構成】 この単相配電方式は、３相高圧幹線から分岐
された複数の３相高圧幹線（１３、１４）と、各３相高
圧幹線の２相間にそれぞれ相間バランスを取りながら複
数ずつ接続された単相配電用変圧器（２５）と、各単相
配電用変圧器の２次側に接続された低圧母線（３０）
と、異なる３相高圧幹線の同一相間に１次側が接続され
る単相配電用変圧器からの低圧母線間を連絡する連絡線
（３３）と、それに設けられた開閉手段（３４）とを備
えている。そして各単相配電用変圧器の定格容量は、負
荷設備容量が平均化されて接続される低圧母線の負荷容
量のほぼ２倍とされる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は大型ビル等の建物内にお
いて、３相高圧幹線から複数の単相低圧母線に電源供給
する単相配電方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】ビルなどの建物においては、外部の特別
高圧系統（２２／３３ＫＶ）または特別高圧系統（６６
／７７ＫＶ）から受電・降圧し、低圧幹線で各階層群の
低圧電気設備に供給することが多い。従来は蛍光灯の照
明用として２４０Ｖ／４１５Ｖの３相４線式の配電が多
用されていたが、照明器具の変化や事務機器類の増加に
伴い、１０５Ｖ／２１０Ｖの単相配電方式が重要視され
るようになってきた。一方、超高層ビルなどの大規模ビ
ルでは負荷容量が極めて大きく且つ広範囲に負荷が分散
しているため、このような単相の低圧幹線を各階層群に
延設すると電圧降下が大きくなり、配線スペースが増加
するという問題がある。そこで大規模ビルなどの単相配
電方式としては、ビルの各階層群に単相配電用変圧器を
設置した２次電気室を設け、３相高圧幹線から供給され
る高圧を単相配電用変圧器で降圧して低圧母線に供給す
る方式が採用されている。

【０００３】図９は従来の大規模ビルにおける単相配電
方式を示す電気系統図である。ビル地下階（ＧＦ）に設
置された受電設備１から、例えば６．６ＫＶの３相高圧
幹線２が各階層群（１Ｆ〜４Ｆ，５Ｆ〜８Ｆ，９Ｆ〜１
２Ｆ，・・・）の２次電気室３に供給される。２次電気
室３には一般に２系列の単相配電用変圧器４、５とその
付帯設備が設置され、それらの２次側に低圧母線６が接
続される。そして各低圧母線６に複数の負荷配線７が接
続されている。なお図では、遮断器や保護継電器等は省
略されている。２基の単相配電用変圧器４、５のうち１
基は平常運転用とされ、他の１基は保守点検時または故
障時などの予備用として使用される。このように配電設
備を重複して設けることにより、停電による混乱や被害
が通常のビルに比べて著しく大きい大規模ビルにおいて
も安定な電源供給を行うことができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし上記のように単
相配電用変圧器等の配電設備を２系列設ければ配電系統
の信頼性は高くなるが、設備の設置面積と費用が増加
し、さらに保守点検作業等も増えるという問題があっ
た。また受電設備から各２次電気室に供給される３相高
圧幹線の保守点検や事故には対処できないという問題も
あった。さらに各２次電気室に設置される単相配電用変
圧器の定格容量は、その低圧母線に接続される負荷設備
容量に若干の余裕を持って決められるので、効率のあま
り良くない範囲で長期間運転することが多かった。すな
わち一般に単相配電用変圧器の損失は鉄損と銅損が主な
もので、そのうち鉄損は負荷の大きさに係わらずほぼ一
定であるが、銅損は負荷の２乗に比例する。そのため一
般には単相配電用変圧器を定格容量の５０〜６０％付近
で運転する場合に総合損失が最も低い。しかし上記のよ
うな従来方式では２基設けた単相配電用変圧器のうち１
基のみを常に最大負荷付近で運転することになるので、
当該単相配電用変圧器の運転効率はそれほど高くならな
い。さらに、３相高圧幹線から単相配電用変圧器を複数
接続する場合には、相間の負荷不均衡が問題になる。そ
こで本発明はこのような問題を解決する単相配電方式を
提供することを課題とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の建物内の単相配電方式は、３相高圧母線から分岐さ
れた複数の３相高圧幹線と、各３相高圧幹線の２相間に
それぞれ相間バランスを取りながら複数ずつ接続された
単相配電用変圧器と、各単相配電用変圧器の２次側に接
続された低圧母線と、異なる３相高圧幹線の同一相間に
１次側が接続される単相配電用変圧器からの低圧母線間
を連絡する連絡線と、その連絡線に設けられた開閉手段
とを備えている。そして各低圧母線の負荷容量が平均化
するようにそれぞれの低圧母線に負荷配線が接続され、
各単相配電用変圧器の定格容量が前記負荷容量のほぼ２
倍とされていることを特徴とするものである。

【０００６】本発明の好ましい実施態様においては、単
相配電用変圧器に接続される３相高圧幹線の２相間を切
り換えるための切換手段が設けられている。本発明の他
の好ましい実施態様においては、３相高圧幹線の２相間
に接続される予備用の単相配電用変圧器と、その予備用
の単相配電用変圧器からの出力と平常用の単相配電用変
圧器からの出力を切り換えるための予備切換手段がさら
に設けられる。本発明のさらに他の好ましい実施態様に
おいては、建物の各階層群に２次電気室が設けられ、そ
の２次電気室に当該階層群に電源供給する単相配電用変
圧器が設置される。

【０００７】

【作用】本発明の単相配電方式は、異なる３相高圧幹線
の同一相間に１次側が接続される単相配電用変圧器から
の低圧母線間を開閉手段を設けた連絡線で連絡し、その
開閉手段を開閉することによって、低圧母線を独立また
は他の低圧母線と連絡のいずれかで運転できる。したが
って、低圧母線に電源供給している単相配電用変圧器系
統の保守点検や故障などが発生したときは、他の運転し
ている単相配電用変圧器からその低圧母線に電源供給す
ることができる。さらに、それら単相配電用変圧器が接
続されている３相高圧幹線を保守点検するとき、または
その故障時などにおいても、他の運転している単相配電
用変圧器から同様にして電源供給することができる。

【０００８】また、夜間や休日などの低負荷時などにお
いても、一部の単相配電用変圧器の配電系統を休止さ
せ、残りの単相配電用変圧器から低圧母線に電源供給す
ることができるので、単相配電用変圧器を効率良く運転
できる。さらにまた本発明の単相配電方式では、各単相
配電用変圧器の定格容量は従来の方式より大きくなる
が、設備全体の設置面積と費用が減少し、保守点検作業
等も少なくなる。さらに平常時に各単相配電用変圧器は
定格容量のほぼ５０％程度で運転されることになり、長
期にわたる総合効率も高くなる。また、複数の３相高圧
幹線の２相間にそれぞれ相間バランスを取りながら複数
の単相配電用変圧器が接続されるので、３相高圧幹線に
おける相間の負荷不均衡が生じない。

【０００９】

【実施例】次に図面により本発明の実施例を説明する。
図１は本発明の単相配電方式の１例を示す電気系統図で
ある。ビル地下階などの受電設備に設けられた変圧器１
０で、例えば受電した６６ＫＶの特別高圧が６．６ＫＶ
の高圧に変換され、その２次側から遮断器１１、１２を
経て２つの３相高圧幹線１３、１４が各階層群に延設さ
れている。３相高圧幹線１３、１４にはそれぞれ過電流
継電器のような保護継電装置１５、１６が設けられ、３
相高圧幹線に短絡事故等が発生したときに遮断器１１ま
たは１２を開路するようになっている。図１の例ではビ
ルの２４階までが示されそれ以上は省略されている。図
示された１〜２４階に対して一例として４階分程度の各
階層群にそれぞれ設けられた２次電気室１７〜２２に、
遮断器２３、開閉器２４、単相配電用変圧器２５、過電
流継電器や地絡継電器などの保護継電器２６、および必
要により設けられる電力方向継電器２７がそれぞれ設置
されている。そして第一階層群、第三階層群、第五階層
群の２次電気室１７、１９、２１に３相高圧幹線１３が
導入され、第二階層群、第四階層群、第六階層群の２次
電気室１８、２０、２２に３相高圧幹線１４が導入され
ている。なお２次電気室１７と１８、１９と２０、２１
と２２の各対の単相配電用変圧器には、３相高圧幹線１
３と１４の同一相が導入される。

【００１０】遮断器２３は保護継電器２４の作動により
開路することができ、高圧回路の短絡保護等を行う。電
力方向継電器２７は低圧母線相互を連絡した際に低圧回
路に発生した接地事故などにおける事故点を確立するた
めに設けられる。開閉器２４は保守点検等のために２次
電気室に設置された機器類を分離するために使用される
が、これは遮断器であってもよい。単相配電用変圧器２
５の２次側は２線式（例えば１０５Ｖ）でも３線式（例
えば１０５Ｖ／２１０Ｖ）のいずれでもよい。しかし電
圧降下の抑制と負荷の自由度等を考慮すると３線式が好
ましい。

【００１１】２次電気室１７〜２２からの低圧配線にそ
れぞれ低圧母線３０が接続され、各低圧母線３０から複
数の負荷配線３１が接続され、各負荷配線３１には遮断
器３２が設けられている。さらに同相関係にある２次電
気室１７からの低圧母線３０と２次電気室１８からの低
圧母線３０の間、２次電気室１９からの低圧母線３０と
２次電気室２０からの低圧母線３０の間、２次電気室２
１からの低圧母線３０と２次電気室２２からの低圧母線
３０の間、がそれぞれ連絡線３３で連絡されており、そ
れら連絡線３３に開閉器や遮断器などの開閉手段３４が
設けられている。そしてこれら開閉手段３４を閉路する
ことにより、１対ずつ並列運転をすることができる。な
お開閉手段３４は例えば奇数階層群の各２次電気室内に
それぞれ収容することができる。

【００１２】各低圧母線３０における負荷配線３１は、
その電気設備の容量合計が低圧母線間で平均化するよう
に接続される。一般にビルの照明等の電気設備は各階層
群ほぼ同じである場合が多いので、通常はそのまま各階
層群の負荷配線群を低圧母線に接続すればよい。しかし
電気設備の容量が大きい特定の階層群がある場合は、そ
の階層群に複数の２次電気室を設け、それらの負荷配線
を振り分けて平均化するか、またはその一部を隣接する
他の階層群用の低圧母線に振り分ければよい。各単相配
電用変圧器の定格容量は、そのように平均化された負荷
容量、すなわち低圧母線の負荷容量のほぼ２倍に設定さ
れる。

【００１３】図２は図１における一部の単相配電用変圧
器系統の配線図であり、図中保護継電器は省略してい
る。単相配電用変圧器２５は２次側が中間タップ式の３
線式を使用し、その中線を接地している。図２には３相
高圧幹線１３または１４から２次電気室１７〜２０への
接続が示されている。２次電気室１７は３相高圧幹線１
３のＲ−Ｓ間、２次電気室１８は３相高圧幹線１４のＲ
−Ｓ間、２次電気室１９は３相高圧幹線１３のＳ−Ｔ
間、２次電気室２０は３相高圧幹線１４のＳ−Ｔ間とい
うように、３相高圧幹線１３と１４を交互に、且つ、相
順をずらせて接続し、相間の負荷バランスを維持するよ
うになされている。

【００１４】図３（ａ）（ｂ）は単相配電用変圧器に接
続される３相高圧幹線の２相間を切り換えるため、単相
配電用変圧器の１次側に切換手段を設けた例であり，２
次電気室１７の場合が例に示されている。このような切
換手段２８を設けることにより、後述するように低圧母
線間を連絡する場合における相関係の制約を解消するこ
とができる。図３（ａ）は単相配電用変圧器２５の１次
側における遮断器２３の接点と３相高圧幹線１３の間に
切換手段２８が設けられている。切換手段２８は２つの
切換器２８ａ、２８ｂを有している。図示の状態では単
相配電用変圧器２５がＲ−Ｓ相に接続されているが、切
換器２８ｂのみを反対側に切り換えることによりＲ−Ｔ
相に接続され、切換器２８ａと２８ｂをそれぞれ反対側
に切り換えることによりＳ−Ｔ相に接続される。図３
（ｂ）は単相配電用変圧器２５の１次側と遮断器２３の
接点との間に切換手段２８が設けられている。この切換
手段２８も２つの切換器２８ａ、２８ｂを有している。
図示の状態では単相配電用変圧器２５がＲ−Ｔ相に接続
されているが、切換器２８ｂのみを反対側に切り換える
ことによりＲ−Ｓ相に接続され、切換器２８ａのみを反
対側に切り換えることによりＳ−Ｔ相に接続される。

【００１５】図４は２次電気室に図３（ａ）のような切
換手段２８を設けた場合の低圧母線間の連絡例を示す電
気系統図である。この場合には３相高圧幹線からの相関
係の制約を切換手段２８により解消することができるの
で、全ての低圧母線３０間に連絡線３３および開閉手段
３４が設けられている。それによって任意の低圧母線を
連絡して並列運転することができる。

【００１６】図５は図４の他の実施例を示す電気系統図
であり、この例では２次電気室１７〜２０の他に同様の
構成からなる単相配電用変圧器系統を設置した予備用の
２次電気室４０を設けたものである。予備用の２次電気
室４０には予備用の単相配電用変圧器２５とその付帯設
備である遮断器２３、開閉器２４、切換手段２８および
図示しない保護継電器等が設置されている。２次電気室
１７〜２０の１つが使用できないときは、図１のような
構成で対応できるが、２つの単相配電用変圧器系統が保
守点検または故障等により使用できないときには、その
うちの１つの代わりにこの予備用の単相配電用変圧器系
統に低圧母線を切り換え、負荷への電源供給を継続する
ことができる。そのため２次電気室１７〜２０からの単
相低圧配線路に例えば遠隔操作のできる切換スイッチの
ような予備切換手段４１が設けられ、２次電気室１７〜
２０からの単相低圧配線のいずれかと予備用の２次電気
室４０からの単相低圧配線とを切り換えて低圧母線３０
に接続することができる。

【００１７】図６は図１の単相配電方式を高層ビルのよ
うな高い建物に適用した例を示す模式図である。建物５
０の地下階ＧＦに受電設備が設置され、３相高圧幹線１
３、１４は各階層群を上下に通る配管等の通路により各
階層群の２次電気室１７〜２２に導入される。２次電気
室１７〜２２からの低圧母線の連絡用の開閉手段３４は
奇数階層群の２次電気室に収容されている。図７は図１
の単相配電方式を高層ビルのような高い建物に適用した
他の例を示す模式図である。この建物５０は図８に示す
建物平面図のように、左右に２つの建屋５１が配置さ
れ、その間を共通部５２で連結する構造になっている。
共通部の地下階ＧＦに受電設備が設置され、３相高圧幹
線１３、１４は各階層群を上下に通る配管等の通路によ
り各階層群の２次電気室１７〜２２に導入される。２次
電気室は１７と１８、１９と２０、２１と２２のように
対になって同階層群に設置され、それぞれが左右の建屋
に電源供給している。なお低圧母線間の連絡用の開閉手
段３４は図面左側の２次電気室に収容されている。図６
または図７において、もし図５に示した予備用の２次電
気室４０を設ける場合は、各階層群のいずれかまたは地
下階に設置される。

【００１８】次に図１における単相配電方式の作用を説
明する。 （１）平常時 各連絡線３３に設けた開閉手段３４を開路するかまたは
閉路することにより、各低圧母線３０をそれぞれの単相
配電用変圧器により独立して運転するか、または複数の
低圧母線を連結してそれらを並列運転するかを選択する
ことができる。並列運転する場合は一対の負荷低圧母線
毎の負荷が平均化されるという利点がある。そしていず
れの場合も各単相配電用変圧器は定格容量のほぼ半分の
負荷で運転されるので効率が高い。

【００１９】（２）特定の単相配電用変圧器の系統の保
守点検または故障時 例えば２次電気室１７の単相配電用変圧器系統の保守点
検をするとき、またはその系統が故障したときは、その
系統の遮断器２３と開閉器２４を開路して系統分離す
る。その際、連絡線３３の開閉手段３４が閉路されてい
なければそれを閉路する。その状態で運転継続している
２次電気室１８の単相配電用変圧器系統から２次電気室
１７に接続していた低圧母線３０にも電源供給される。
このとき２次電気室１８の単相配電用変圧器２５の定格
容量は、平均化された負荷設備が接続された１つの低圧
母線３０の負荷容量のほぼ２倍、すなわち上記両方の低
圧母線３０に電源供給できる値とされているので過負荷
にはならない。他の２次電気室が使用出来なくなったと
きも同様に、それと対をなす２次電気室から代わりに電
源供給することができる。

【００２０】（３）３相高圧幹線の保守点検または故障
時 例えば３相高圧幹線１３の保守点検をするとき、または
故障したときは、３相高圧幹線１３が導入されている２
次電気室１７、１９および２１における遮断器２３また
は開閉器２４を開路すると共に、各連絡線３３に設けら
れた開閉手段３４を閉路する。これにより運転継続して
いる２次電気室１８、２０および２２の単相配電用変圧
器系統から、それらの低圧母線３０と共に２次電気室１
７、１９および２１からの低圧母線３０にも電源供給さ
れる。このとき２次電気室１８、２０および２２の単相
配電用変圧器は、上記のように各低圧母線の負荷容量の
ほぼ２倍に電源供給できる定格容量を有しているので過
負荷にはならない。

【００２１】（４）深夜または休日などの低負荷運転時 深夜または休日などは通常極めて低負荷で運転される。
本発明の単相配電方式によれば、そのような場合に対に
なっている一方の２次電気室からの電源供給を停止し、
残りの２次電気室からの電源供給により運転することが
できる。例えば負荷が半分になった場合は、上記（３）
の３相高圧幹線の一方が故障したときと同じような形態
で電源供給することができる。このような電源供給形態
を２系統の３相高圧幹線について交互に行うことによ
り、３相高圧幹線およびそれに接続される配電設備の運
転時間を平均化できるという利点がある。

【００２２】次に図４における単相配電方式の作用を説
明すると、この場合には２つの２次電気室からの低圧母
線の連絡による並列運転は勿論、それ以上の並列運転を
することができる。しかし操作の容易性や安全性からは
３つまでの並列運転が好ましい。その場合の相関係の一
致は各２次電気室おける切換手段２８により行う。もし
そのような相の一致操作をせずに低圧母線間を連絡する
危険性がある場合は、相一致を条件に連絡線における開
閉手段を閉路できるようにしたインターロック手段（図
示せず）を設けることが好ましい。なお図５に示す予備
用の単相配電用変圧器への切換に際しても、上記に準じ
て行うことができる。

【００２３】以上説明した例では３相高圧幹線が２系統
の場合であるが、３系統または４系統、さらにそれ以上
の３相高圧幹線を設ける場合にも本発明の単相配線方式
は適用できる。そのような場合には各階層群の２次電気
室へ各３相高圧幹線を順に繰り返し、且つ相順を考慮し
て導入すればよい。その場合の連絡線およびその開閉手
段なども上記の例に準じて設ければよい。

【００２４】

【発明の効果】以上のように本発明の単相配電方式は、
異なる３相高圧幹線の同一相間に１次側が接続される単
相配電用変圧器からの低圧母線間を開閉手段を有する連
絡線により連絡し、その開閉手段を開閉することにより
低圧母線を独立または他の低圧母線との連絡のいずれか
に選択できる。したがって、低圧母線に電源供給してい
る単相配電用変圧器系統の保守点検や故障時などが発生
したときは、他の運転している単相配電用変圧器から電
源供給することができる。さらに、それら単相配電用変
圧器が接続されている３相高圧幹線を保守点検すると
き、またはその故障時などにおいても、他の運転してい
る単相配電用変圧器から同様な方法で電源供給すること
ができる。

【００２５】また、夜間や休日などの低負荷時などにお
いても、一部の単相配電用変圧器の配電系統を休止さ
せ、残りの単相配電用変圧器から低圧母線に電源供給す
ることができるので、単相配電用変圧器を効率良く運転
できる。さらにまた本発明の単相配電方式では各単相配
電用変圧器の定格容量が従来の方式より大きくなるが、
設備全体の設置面積と費用が減少し、保守点検作業等も
少なくなる。さらに平常時に各単相配電用変圧器は定格
容量のほぼ５０％程度で運転されることになり、長期に
わたる総合効率が高くなる。また、複数の３相高圧幹線
の２相間にそれぞれ相間バランスを取りながら複数の単
相配電用変圧器が接続されるので、３相高圧幹線におけ
る相間の負荷不均衡を生じることがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の単相配電方式の１例を示す電気系統
図。

【図２】図１における一部の単相配電用変圧器系統の配
線図。

【図３】単相配電用変圧器に接続される３相高圧幹線の
２相間を切り換えるため、単相配電用変圧器の１次側に
切換手段を設けた例を示す。

【図４】２次電気室に図３のような切換手段２８を設け
た場合の低圧母線間の連絡例を示す電気系統図。

【図５】図４の他の実施例を示す電気系統図。

【図６】図１の単相配電方式を高層ビルのような高い建
物に適用した例を示す模式図。

【図７】体操配電方式を高層ビルのような高い建物に適
用した他の例を示す模式図。

【図８】建物５０の平面図。

【図９】従来の大規模ビルにおける単相配電方式を示す
電気系統図。

【符号の説明】

１ 受電設備 ２ ３相高圧幹線 ３ ２次電気室 ４ 単相配電用変圧器 ５ 単相配電用変圧器 ６ 低圧母線 ７ 負荷配線 １０ 変圧器 １１ 遮断器 １２ 遮断器 １３ ３相高圧幹線 １４ ３相高圧幹線 １５ 保護継電装置 １６ 保護継電装置 １７ ２次電気室 １８ ２次電気室 １９ ２次電気室 ２０ ２次電気室 ２１ ２次電気室 ２２ ２次電気室 ２３ 遮断器 ２４ 開閉器 ２５ 単相配電用変圧器 ２６ 保護継電器 ２７ 電力方向継電器 ２８ 切換手段 ２８ａ 切換器 ２８ｂ 切換器 ３０ 低圧母線 ３１ 負荷配線 ３２ 遮断器 ３３ 連絡線 ３４ 開閉手段 ４０ 予備用の２次電気室 ４１ 予備切換手段 ５０ 建物 ５１ 建屋 ５２ 共通部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ３相高圧母線から分岐された複数の３相
   高圧幹線（１３、１４）と、各３相高圧幹線の２相間に
   それぞれ相間バランスを取りながら複数ずつ接続された
   単相配電用変圧器（２５）と、各単相配電用変圧器（２
   ５）の２次側に接続された低圧母線（３０）と、異なる
   ３相高圧幹線の同一相間に１次側が接続される単相配電
   用変圧器（２５）からの低圧母線（３０）間を連絡する
   連絡線（３３）と、該連絡線（３３）に設けられた開閉
   手段（３４）とを備え、各低圧母線の負荷容量が平均化
   するようにそれぞれの低圧母線（３０）に負荷配線（３
   １）が接続され、各単相配電用変圧器（２５）の定格容
   量が前記負荷容量のほぼ２倍とされていることを特徴と
   する建物内の単相配電方式。
2. 【請求項２】 単相配電用変圧器（２５）に接続される
   ３相高圧幹線の２相間を切り換えるための切換手段（２
   ８）が設けられている請求項１の建物内の単相配電方
   式。
3. 【請求項３】 ３相高圧幹線の２相間に接続された予備
   用の単相配電用変圧器（２５）と、該予備用の単相配電
   用変圧器（２５）からの出力と平常用の単相配電用変圧
   器（２５）からの出力を切り換えるための予備切換手段
   （４１）がさらに設けられた請求項２の建物内の単相配
   電方式。
4. 【請求項４】 建物の各階層群に２次電気室を設け、該
   ２次電気室に当該階層群に電源供給する単相配電用変圧
   器（２５）が設置される請求項１〜３のいずれかの建物
   内の単相配電方式。