JP2003087975A - 受電設備の無電源自動力率調整システム - Google Patents

受電設備の無電源自動力率調整システム

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JP2003087975A
JP2003087975A JP2001279191A JP2001279191A JP2003087975A JP 2003087975 A JP2003087975 A JP 2003087975A JP 2001279191 A JP2001279191 A JP 2001279191A JP 2001279191 A JP2001279191 A JP 2001279191A JP 2003087975 A JP2003087975 A JP 2003087975A
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low
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capacitor
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Masatoshi Iwamoto
將利 岩本
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/30Reactive power compensation

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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】安全に、安価に、力率改善を実現する。 【解決手段】高圧変圧器4の1次側に接続する高圧コン
デンサ7の容量を高圧変器の無効電力の和以上とし、1
次側の力率を1に近い進み力率とする。さらに高圧変圧
器4の2次側の個々の機器12に取り付ける低圧コンデ
ンサの容量を機器の無効電流を越えない値とし、機器用
の電磁開閉器11を活用して機器と並列に取り付け2次
側の力率を1に近い遅れ力率とするもの

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、受電設備の無電源
自動力率調整システムに属する。
【0002】
【従来の技術】需要家は電力会社から、電気供給規程に
応じた力率改善を求められる。契約電力50キロワット
(kW)以上の需要家は、高圧変圧器の1次側に変圧器
総容量の1/5乃至1/3に相当する高圧コンデンサ
(図1.SC1参照)を取り付ける。稼動中の力率は1
だが、夜間の軽負荷時、コンデンサの無効電流に対し、
負荷の無効電流が小さくなって力率が進み、電力会社は
対応に苦慮する。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が電灯、電動機、加熱装置など
の電気機械器具の施設及び使用に関して制定した規程)
に基づいて低圧コンデンサ(図1.SC4参照)を取り
付け、稼動時、常に遅れ力率となる。
【0003】家電機器や産業用大型機器に半導体が使わ
れ、パソコンの普及で派生する高潮波で電圧が歪み、N
TTの事故に見られるように、電源の歪み波と需要家の
歪み波が共振して、高潮波による機器が破損する等の障
害が発生するようになった。高潮波障害に対処するため
の直列リアクトル付き高圧コンデンサは、広いスペース
を必要とし、高価な上に寿命が短く、設備の信頼性を低
くしている。
【0004】高圧コンデンサに代わるものとして登場し
た同じ容量の直列リアクトル付き低圧コンデンサ(図
1.SC2参照)は、前記の高圧コンデンサと比べて、
小型で値段が安く、寿命が長いなど、利点が多い。併
し、軽負荷時、高圧コンデンサの場合同様、力率が進
む。内線規程では、低圧コンデンサの容量は負荷の無効
電流を超えないこととされており、進み力率によるトラ
ブルが懸念される。
【0005】自動力率調整ユニットは、低圧回路の力率
を感知して低圧コンデンサ(図1.SC3参照)が連動
し、進み力率は発生しない。併し、高価な上、無負荷時
も操作用の電力を消費し、変圧器直近以降の力率は改善
できず、発生する故障の多くは、継続的に回路を開き、
或いは閉じたままのものである。前者は変圧器過負荷、
後者は進み力率を招き、需要家を困惑させる。
【0006】低圧回路全域の力率改善を目的とするの
が、機器毎に低圧コンデンサを取り付ける、図1.SC
4方式である。低圧需要家と違い、高圧需要家では、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、低圧コンデンサを取り付ける必要はない。低圧
コンデンサを取り付ける時は内線規程が適用され、施工
後の力率は低く、効果が少なく、不経済と判断され、高
圧受電設備では、殆ど普及しない。
【0007】発明が解決しようとする課題安い工事費で
省エネ・省マネを実現し、回路の安全性を高めることで
ある。
【0008】高圧コンデンサだけで設備全体の力率を1
にすることは容易ではない。併し、高圧コンデンサの役
割を高圧変圧器1次側の力率改善に限定すれば簡単であ
る。高圧側に限定して高圧コンデンサを取り付けるので
あれば、費用も安い。本発明では高圧コンデンサの容量
を、変圧器の無効電流を超える値とした。過大容量のコ
ンデンサは、低圧用でも高圧用でも、以前からパンクし
ていた。適正容量のコンデンサなら、低圧用でも、高圧
用でも、不安は少ない。
【0009】高圧受電設備では、力率85%を超える値
に対して1%ずつ、基本料金から割引が受けられる。本
システムでは力率割引も考えて高圧コンデンサを選定し
た。どの方式と比べても安くて安全で効率が高いこと
は、事実が証明してくれる。
【0010】変圧器2次側の力率を1に近い遅れ力率に
するには、個々の機器の力率を1に近い遅れ力率にすれ
ば良く、思考錯誤の末、目的達成に適した容量に到達し
た。高圧変圧器1次側を1に近い進み力率とし、高圧変
圧器2次側の力率を1に近い遅れ力率とし、総合して、
限りなく1に近い力率を実現した。
【0011】内線規程2000年版 424頁 333
5節 低圧進相コンデンサ(抜粋)3335−2 [低
圧進相コンデンサの施設方法](対応省令第59条)に
は、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) [注1]低圧の電動機、電圧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。単に低圧回路と言っても料金体系
が違い、同一には論じられないが、力率改善に関する対
応は変わらないので、低圧需要家の力率改善の項でまと
めて述べる。
【0012】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(抜粋)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、(岩本注.別表2に
該当するものは九州電力(株)熊本支店で調べてもらっ
ても見当たらず、内線規程706頁 番号3−9 低圧
進相コンデンサ取付容量基準を参照した。)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%(一部省略)とい
たします。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。(以下省略)
【0013】高圧コンデンサ爆発による停電事故を知
り、取付容量基準に基づいて低圧コンデンサのみの高圧
受電設備を設計し、力率98%を確認した。更に、力率
100%を目指して対応を検討し、次のように多くのこ
とを学び、ヒントをつかんだ。
【0014】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、加重平均で
取付前80%、取付後90%とみなされること。電動機
の規約電流値(内線規程2000年版847頁)は最大
値を示し、通常はこれより小さいこと。電動機を選定す
る機械設備の設計者や施工者は、余裕を考えて機器を設
定すること。低圧コンデンサも過大ならパンクすること
などである。
【0015】変圧器全体の無効電流を上回る容量の高圧
コンデンサは、高圧回路の力率を1に近い進み力率と
し、低圧負荷の無効電流を下回る容量の低圧コンデンサ
は、低圧回路の力率を1に近い遅れ力率とし、総合し
て、重負荷時も軽負荷時も、昼も夜も、限りなく力率1
に近い高圧受電設備を形成する。
【0016】理想的な高圧受電設備は、高潮波を出さ
ず、高潮波に侵害されず、電力会社の送電線・配電線の
電力損失を軽減し、需要家自身の電力損失も軽減し、質
の高い電力供給を受けることができ、温暖化防止に寄与
することができる。
【0017】低圧需要家は、低圧コンデンサ取付容量基
準に基づく低圧コンデンサ取付で力率割引が受けられる
が、設置後なお力率が低く、力率改善効果で不満が残
る。積極的に力率改善に取り組み、1に近い遅れ力率の
低圧回路を実現すれば、理想的な高圧受電設備同様需要
家自身の電力損失軽減と共に電力会社の電力損失を軽減
し、支払う電気料金が安くなり、質の高い電気の供給を
受けることができ、高潮波に強くなり、地球温暖化防止
の一翼を担うことができる。因みに、低圧電力の需要家
が供給される電圧の範囲は、標準電圧に対し、通常±5
%という常識から程遠い±10%である。1に近い遅れ
力率は、運用面で、容易に±5%を実現するはずであ
る。
【実施の形態】以下、本発明の実施の形態として、実施
例を、図2に基づいて説明する。
【0018】図2.SC5は変圧器容量の約1/30の
6%直列リアクトル付き高圧コンデンサを示す。あいま
いな表現は、変圧器の無効電流が、性能、相の種別、容
量によって異なるからである。性能が悪ければ無効電流
が大きくなり、取り付ける高圧コンデンサの容量も大き
くなり、広いスペースを取り、値段も高くなる。三相は
単相より大きく、小容量のものは大容量のものより無効
電流の割合が大きい。一口に300kVAと言っても、
100kVA3台か50kVA6台か、組み合わせで無
効電流は異なり、必要とする高圧コンデンサの容量も幅
がでてくる。
【0019】変圧器総容量が300kVA未満の場合
は、高圧コンデンサの容量が10kVA未満となること
もあり、適合する容量の高圧コンデンサがないことがあ
る。その時は、最小容量の高圧コンデンサ(現在10k
VA)とする。従来、常識のように75kVAや100k
VAを使っていたケースであり、実用上、問題ない。
【0020】図2.SC6は、低圧用6%直列リアクト
ル付き低圧コンデンサを示す。容量の目安として、内線
規程1995年版706頁番号3−9、関連する条34
0−4(同2000年版813頁番号3−3−3、関連
する条3335−4)低圧進相コンデンサ取付容量基準
の0.2kWは、50ヘルツ(Hz)用15マイクロファ
ラッド(μF)、60Hz用10μF、55kWはそれぞ
れ900μF、750μFを基本とし、55kW用のコ
ンデンサは表のまま、0.2kW用は表の値の2倍と
し、55kWから0.2kWまで、傾斜的に1倍から2
倍になるようにコンデンサを選定する。その場合、43
μFなどのように規格の容量からはみ出した時は、端数
を切り捨てて40μFとする。低圧コンデンサの総容量
は、約2割増しとする。
【0021】計算は加重平均計算方式であり、力率が改
善される程、僅かの力率改善に大きな容量のコンデンサ
を必要とし、力率改善率と低圧コンデンサの容量増加率
は、単純に連動しない。又これは目安であり、基本はそ
れぞれの負荷の有効電流、無効電流、皮相電流、力率な
どを測定し、或いは計算して必要な低圧コンデンサの容
量を算出することである。あくまでも無効電流の範囲内
のコンデンサ容量選定である。
【0022】負荷は起動時、運転の初期、運転の終期等
で電流が変化し、目安としたコンデンサの値が総体とし
て矛盾なく働くことが多いのも事実である。参考に値す
る。
【0023】アンローダのように、定格値よりも少ない
電流で運転される場合がある。その時は、小さな負荷に
合わせてコンデンサを選定した方が無難である。
【0024】
【発明の効果】操作用の電力を消費せず、人の手を借り
ず、特殊な機器を使わず、内線規程に抵触せず、高圧受
電設備に取り付けられた力率計で、常時力率1が確認で
きる。
【0025】力率計が力率1を示すのは、送電される電
力が効率的であることを意味する。進み力率の不安がな
いのは、電力会社のコスト軽減を意味する。
【0026】高圧コンデンサの容量が小さいのは、高圧
側から出る高潮波が小さいことを意味し、進入する高潮
波による高潮波障害が小さいことを意味する。
【0027】低圧側の力率が高いのは、力率改善による
省電力効果が高く、電気の質が改善されて2次側の電圧
が安定し、故障が減り、省資源効果もあることを意味す
る。
【0028】故障が減るのは、作業性を高め、製品の質
を高め、生産性向上に寄与することを意味する。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の進相コンデンサ取付パターン
【図2】無電源自動力率調整システムを構成するコンデ
サ取付方法
【符号の説明】
1 電源部 2 電力量計 3 真空遮断機 4 高圧変圧器(単相のみ、三相のみ、単相と三相の併
設など) 5 高圧用回路遮断機 6 直列リアクトル 7 高圧コンデンサ 8 自動力率調整ユニット 9 低圧用回路遮断機 10 自動力率調整ユニット用変流器 11 電磁開閉器(11' とセット) 12 電動機 13 低圧コンデンサ 14 配線

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】変圧器の1次側に接続する高圧コンデンサ
    の容量を、変圧器の無効電流の和以上とし、1次側の力
    率を、1に近い進み力率とする力率調整システム
  2. 【請求項2】変圧器2次側の個々の機器に取り付ける低
    圧コンデンサの容量を、機器の無効電流を超えない値と
    し、機器用の電磁開閉器を活用して機器と並列に取り付
    け、2次側の力率を、1に近い遅れ力率とする力率調整
    システム
  3. 【請求項3】電力会社の変圧器から電力の供給を受ける
    低圧需要家が、個々の機器に取り付ける低圧コンデンサ
    の容量を、それぞれの機器の無効電流を超えない値と
    し、機器用の電磁開閉器を活用して機器と並列に取り付
    け、2次側の力率を1に近い遅れ力率とする力率調整シ
    ステム
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012005345A (ja) * 2010-06-16 2012-01-05 Siemens Ag 電力制御システムおよび電力制御システムを有する電力施設
JP2017535239A (ja) * 2014-11-19 2017-11-24 ペルシェ,マテュー 無効電力量の消費を最適化する方法

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