JP2005304234A - 過負荷回避用電力コントロールシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 主開閉器契約（ブレーカ契約）における契約主開閉器（メインブレーカ）に対する過負荷を防止して、メインブレーカが落ちるのを回避することで、安心して主開閉器契約でき、電気料金の削減を図る電力コントロールシステムの提供。
【解決手段】 電流センサ２１は、メインブレーカ２０を介して複数機器１０〜１３へ供給される合計電流を常時監視する。停止制御部２２は、電流センサ２１の出力が第一設定時間継続して所定電流値を超えると、複数機器の内の所定機器１０の動作を停止させる。復帰制御部２３は、停止制御部２２による所定機器１０の停止から第二設定時間経過後に、この所定機器１０を動作状態に復帰させる。所定電流値は、メインブレーカ２０を時延引きはずしする電流値に設定される。第一設定時間は、所定電流値における時延引きはずしの最小時間よりも短い時間に設定される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、主として、契約電力５０ｋＷ未満の低圧電力契約需要家が、負荷設備契約から主開閉器契約（ブレーカ契約）へ移行することで、電気料金中の基本料金の負担を削減するのに利用される電力コントロールシステムに関するものである。

電気料金体系は、従量電灯契約（Ａ，Ｂ）と、低圧電力契約とに分けられる。従量電灯契約では、単相１００Ｖが供給され、電灯や家電機器などに利用される。一方、低圧電力契約では、動力設備を使用するために三相２００Ｖが供給され、業務用のエアコンやポンプの他、エレベータなどに利用される。但し、この低圧電力契約は、契約電力が５０ｋＷ未満の需要家に適用され、それ以上の需要家は、自家用受電設備（キュービクル）を自前で設置しなければならない。

さらに前記低圧電力契約は、負荷設備契約と主開閉器契約（ブレーカ契約）とに分けられる。負荷設備契約は、その需要家が使用する負荷設備の容量（出力）に基づき、契約電力が定められる。すなわち、所定の掛け率（換算率）の他、モータ台数や容量増加に応じた所定の割引率を用いつつも、基本的には各モータの容量を単純に合算して契約電力を定めるものである。一方、主開閉器契約は、定格電流を上回る電流に対して電気を遮断し、その需要家において使用する最大電流を制限できる契約主開閉器（メインブレーカ）の容量をもとに契約電力が定められる。従って、この主開閉器契約の場合、メインブレーカの容量を上回る電力が使用されると、メインブレーカが落ちて電気が遮断されることになる。

現在、ほとんど全ての電力需要家は、低圧電力契約として負荷設備契約をしている。たとえば、マンションなどの集合住宅の共用部も、通常は負荷設備契約である。これら共用部には、エレベータや揚水ポンプや機械駐車機などの動力設備がある。電力会社の電気供給約款によれば、上述したように契約電力が５０ｋＷを超える場合には、自家用受電設備を設置する必要があるが、この設備には数百万円を要する。そのため、マンション建設時のコストを考慮して、自家用受電設備を持たず、低圧電力契約しているのである。ところが、低圧電力契約は、契約電力が５０ｋＷを超えてはならないので、マンションの組合は、複数の負荷設備契約をして対応しているのが実情である。負荷設備契約では上述したように、各モータの容量を合算して５０ｋＷ未満にする必要があるから、複数の契約をして、各契約に前記複数の動力設備を振り分けている。

しかしながら、複数の負荷設備契約をすれば、当然にその契約分だけ基本料金の支払いが必要となり、高コストになっていた。一方、主開閉器契約は、動力設備を複数同時に使わないなど、稼働率が低く、さらに契約主開閉器で電気が遮断された場合でも大きな影響を受けない箇所を前提にしている。ところが、マンションなどの場合、契約主開閉器にて電気が万一遮断され、エレベータなどが止まると深刻な事態を招くことになる。契約主開閉器の容量を十分に確保すれば、そのような事態は防止されるが、逆に電気料金は高くなってしまう。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、主開閉器契約における契約主開閉器に対する過負荷を防止して、契約主開閉器による電気の遮断を回避する電力コントロールシステムを提供することにある。そして、特に、負荷設備契約の電力需要家が必要最小限の契約電力にて主開閉器契約へ移行するのを助け、基本料金ひいては電気料金全体の削減を図ることを目的とする。

本発明の電力コントロールシステムは、複数機器への全供給電流を監視する電流センサと、この電流センサの出力が所定時間継続して所定値を超えると、前記複数機器の内の所定機器の動作を停止させる停止制御部と、この停止制御部による前記所定機器の停止から所定時間経過後に、この所定機器を動作状態に復帰させる復帰制御部とを備えることを特徴とする。

さらに具体的には、本発明の電力コントロールシステムは、定格電流を上回る電流が流れると電力供給を遮断するメインブレーカを有し、このメインブレーカを介して複数機器に電力供給される箇所に適用され、前記メインブレーカによる前記遮断を回避する電力コントロールシステムであって、前記メインブレーカを介して前記複数機器へ供給される合計電流を常時監視する電流センサと、この電流センサの出力が第一設定時間継続して所定電流値を超えると、前記複数機器の内の所定機器の動作を停止させる停止制御部と、この停止制御部による前記所定機器の停止から第二設定時間経過後に、この所定機器を動作状態に復帰させる復帰制御部とを備え、前記所定電流値は、前記メインブレーカを時延引きはずしする電流値に設定され、前記第一設定時間は、前記所定電流値における前記時延引きはずしの最小時間よりも短い時間に設定されていることを特徴とする。

特に、本発明は、上記構成に加えて、電力会社との低圧電力契約が負荷設備契約ではなく主開閉器契約である電力需要家に適用され、前記メインブレーカは、前記主開閉器契約にいう契約主開閉器とされ、前記所定電流値は、前記契約主開閉器の定格電流の２００％程度の電流値に設定されることを特徴とする電力コントロールシステムである。

また、本発明は、上記いずれかの構成に加えて、前記複数機器は、電力会社との間で主開閉器契約がなされた契約主開閉器から電力供給される共同住宅用共用部の複数の動力設備とされ、これら複数機器の内、前記停止制御される機器にはモータポンプが含まれ、前記停止制御されない残りの機器にはエレベータが含まれることを特徴とする電力コントロールシステムである。

さらに、本発明は、変流器から構成される前記電流センサと、メータリレーから構成される前記停止制御部と共に使用され、前記メータリレーによる前記所定機器の停止時に、メータリレーからの出力に基づきタイマカウントを開始し、そのタイマが前記第二設定時間になると、前記所定機器を復帰させることを特徴とする前記電力コントロールシステム用の復帰制御部である。

本発明によれば、主開閉器契約における契約主開閉器に対する過負荷が防止され、契約主開閉器による電気の遮断を回避することで、必要最小限の契約電力にて安心して主開閉器契約でき、基本料金ひいては電気料金全体の削減を図ることができる。

主開閉器契約に必須の契約主開閉器とは、契約上設定される遮断器であって、定格電流を上回る電流に対して電気を遮断し、その電力需要家において使用する最大電流を制限できるメインブレーカをいう。このブレーカは、定格電流を上回る電流に対して電気を遮断する必要があるが、実際には、電流値によっては直ちに遮断する必要がない場合がある。つまり、定格電流を上回る電流が流れても、ブレーカを動作させて電気を遮断するまでに、猶予時間が設けられている。

具体的には、ＪＩＳ規格（ＪＩＳ Ｃ ８３７０）において、電流（定格電流に対する％）と動作時間との関係を示す動作特性曲線に適合すればよい。これによれば、定格電流（定格電流の１００％）以下の電流ならば、永久的に電気を遮断してはならず、逆に定格電流の１２００％以上の電流ならば、瞬時に電気を遮断しなければならない（瞬時引きはずし）。ところが、１００〜１２００％の範囲の電流ならば、定格電流を上回る電流が流れても、電気の遮断まで所定時間だけ猶予される（時延引きはずし）。たとえば、定格電流が５０Ａのブレーカの場合、６２．５Ａ（定格電流の１２５％）では最小５分〜最大６０分、１００Ａ（定格電流の２００％）では最小１分〜最大４分というように、ブレーカの定格電流（Ａ）の何％の電流が流れるかにより、ブレーカの引きはずしまでの動作時間が変化する。

本発明は、この時延引きはずし特性に着目した電力コントロールシステムである。すなわち、本発明は、時延引きはずしを有効に利用することで、仮にブレーカに定格電流を上回る電流が流れても、その動作時間がくる前に、優先度の低い所定機器（稼動中のもの）を積極的に強制遮断することで、ブレーカが落ちてしまうのを防止する。そして、動作状態を強制的に停止された前記所定機器は、所定時間経過後には自動的に、動作状態に復帰させるものである。所定時間だけ所定機器の動作を強制停止している間に、通常ほとんどの場合、他の機器の動作が停止し、電力消費（過負荷）のピークは過ぎるので、前記所定機器を再起動しても問題はない。このように、万一のピーク時にのみ本発明の電力コントロールシステムを作動させることで、安心して必要最小限の契約電力にて主開閉器契約できることになる。

以下、本発明の過負荷回避用電力コントロールシステムについて、図面に基づき更に詳細に説明する。

本発明の電力コントロールシステムは、マンション共用部の他、各種工場、ガソリンスタンドなどに適用できる。特に、５０ｋＷ未満の低圧電力契約需要家の内、複数の負荷設備契約をし、現在必要以上に基本料金を支払っている大多数の需要家を対象とする。これら電力需要家が、必要最小限の契約電力で主開閉器契約（ブレーカ契約）へ移行しても、万一、契約主開閉器（メインブレーカ）に過負荷が生じた場合には、メインブレーカの動作を回避することで、全ての動力設備が止まるのを防止できる。以下では、マンション共用部に適用した例について説明するが、その他の用途にも同様に適用可能である。

図１は、あるマンションの受変電設備の概略単線結線図であり、本発明の電力コントロールシステム設置前の状態を示している。
この図では、左側のトランス１からの電力は、各入居者へ供給され、右側および中央のトランス２，２’からの電力は、マンション共用部の設備に供給される。すなわち、まず左側について述べると、電力会社からの６６００Ｖをトランス１にて単相１００Ｖで受電し、配電盤３を介して入居者各戸へ供給される。各戸では、メータ４および分電盤５を介して、電灯６や家電機器７へ電気が供給される。この場合、各入居者は従量電灯契約をしている。

一方、図１中央について述べると、上記と同様に、トランス２’にて単相１００Ｖで受電し、配電盤８や分電盤（不図示）を介して、マンションの玄関ホールや廊下などの共用部の電灯９に供給される。さらに、図１右側のトランス２にて三相２００Ｖで受電し、配電盤８や制御盤（不図示）を介して動力機器１０〜１４へ供給される。

共用部についていうと、図示例では四つの料金メータ１５〜１８備え、四つの契約をしている。すなわち、まずは共用部電灯９用に、従量電灯契約をしている。そのために、共用部電灯９には、第一メータ１５を介して電力供給される。次に、共用部の各種動力設備を使用するために、図示例では三つの負荷設備契約をしている。そのために、モータポンプ（揚水ポンプや排水ポンプ）１０、エレベータ１１、および集会所エアコン１２には、第二メータ１６を介して電力供給され、駐車場の機械駐車機１３には、第三メータ１７を介して電力供給される。さらに、消火ポンプ１４などの防災設備には、第四メータ１８を介して電力供給される。

このように、複数の負荷設備契約をすることは、基本料金が契約数分だけかかることになり、高コストになってしまう。そこで、必要最小限の契約電力の主開閉器契約に移行することが考えられるが、万一、仮に短時間でも電力消費が集中して契約主開閉器（メインブレーカ）が落ちてしまい、エレベータが途中で止まるなどすれば一大事である。このような不都合を回避して、安心して主開閉器契約にて電力供給を受けるために、以下に詳述する本発明の電力コントロールシステムを利用できる。

図２は、前記マンションの受変電設備の概略単線結線図であり、本発明の電力コントロールシステム２１〜２３の一実施例の設置後の状態を示している。但し、各入居者用、共用部電灯用、共用部防災用の部分は図示省略した。

図１では、マンション共用部の動力設備のための低圧電力契約が負荷設備契約であったが、図２では、主開閉器契約へ移行した例を示している。但し、防災設備１４については、安全性の確保と、実際の使用電力が微小で支払料金も低額であることから、負荷設備契約のまま残している。共用部電灯９についても、従量電灯契約であり、動力設備用の低圧電力契約とは無関係であるからそのまま残している。すなわち、本実施例では、図１における第二メータ１６と第三メータ１７の部分を統一して（統一メータ１９）、主開閉器契約へ移行した例を示している。

負荷設備契約から主開閉器契約へ移行する際には、契約主開閉器（メインブレーカ）２０の容量を定める必要がある。主開閉器契約では、契約主開閉器の容量をもとに、次式により契約電力が定められる。

［数１］
契約電力（ｋＷ）＝契約主開閉器の定格電流（Ａ）×電圧（Ｖ）×1.732×力率（例：１００％）×（１／１０００）

そして、契約電力が小さい程、電気料金（基本料金）は低額となる。ところが、契約電力があまりに小さいと、契約主開閉器２０が落ち易く、安定した運用を図れない。実際に必要な契約電力は、実務上たとえば次のようにして求められる。すなわち、主開閉器契約への移行前に予め、動力設備１０〜１３の稼動状態（実負荷）をウォッチングするのである。たとえば１日２４時間を所定期間継続して、使用実態を観察することから始める。具体的には、３０分ごとの総電力量と、毎秒の電流を測定する。これにより、平均的な負荷量が把握されると共に、その平均を超えてヒゲのように過負荷（重負荷）となるピーク値と、そのピークが続く時間も把握できる。これら情報とブレーカの特性曲線から、契約電力（メインブレーカ２０）と、電力コントロールシステム２１〜２３の設計を行う。

具体的には、過電流が定格電流の１２００％になれば、瞬時引きはずしがなされるので、電力コントロールシステム２１〜２３の設計に際しては、そのようにならない時延引きはずしの領域を利用するようにする。通常、過電流が定格電流の数百％以内に収まるように設計される。本実施例では、２００％程度（１９５％など）になるように逆算して設計される。なお、ブレーカの設計としては、時延引きはずしだけでなく、瞬時引きはずしの特性も残すことは勿論である。

このようにして、たとえば、主開閉器契約の契約電力が１７ｋＷ、メインブレーカ２０の定格電流が５０Ａ、などとして求められる。これらは、いずれか一方が求まれば、他方を前記計算式から求めることができる。そして、この場合、メインブレーカ２０として５０Ａのものを設置すればよい。なお、実際には市販ブレーカの容量に応じて、それに合った契約電力に調整して電力会社と主開閉器契約することになる。

このように契約電力を定め、それに合ったメインブレーカ２０を取り付ける。そして、そのメインブレーカ２０を介して、図２に示すように、モータポンプ１０、エレベータ１１、集会所エアコン１２、機械駐車機１３などの機器（動力設備）に電力供給される。今、上述したように５０Ａのメインブレーカ２０を設置した場合、そのブレーカ２０は、定格電流の２００％の１００Ａでは、最小１分で落ちることは規格（動作特性）から分かる。そこで、本実施例の電力コントロールシステムでは、それまでに優先度の低い稼動中機器１０を強制遮断する。強制遮断の対象とする機器は、特に問わないが、電気が遮断された場合でも影響の少ない機器から一以上選択される。図２では、モータポンプ１０を強制遮断の対象とした例を示している。

この場合、メインブレーカ２０を通る全電流を電流センサ２１にて検知する。本実施例では、変流器（ＣＴ）２１を使用し、三相交流Ｒ，Ｓ，Ｔの内のＲ相またはＴ相に設置して、リアルタイムに電流を検知するよう構成する。

変流器２１は、停止制御部としてのメータリレー２２と接続されている。従って、変流器２１の検出結果は、常時、メータリレー２２へ送られる。メータリレー２２とは、上限値や下限値を予め設定しておくことで、入力信号（測定値）がその設定値になれば、リレーなどによる出力ができる装置である。本実施例では、市販のメータリレーを利用し、その下限値を設定して利用する。上記の例では、定格電流の２００％の１００Ａに、下限値を設定して用いる。

図３は、本発明の電力コントロールシステムの一実施例による制御のフローチャートである。この図に示すように、前記メータリレー２２は、変流器２１による電流を常時監視し、その電流値が設定値を超えるか否か、超えた場合にはその継続時間が第一設定時間を超えるか否かを監視する（ＳＴ１，ＳＴ２）。このタイマの設定もメータリレー２２により可能であり、本実施例では１５〜３０秒を設定している。なお、一旦設定値を超えても、設定時間内で終われば、タイマのリセットが自動で行われる。

このようにして、変流器２１による電流測定値が第一設定時間継続して設定値を超過するか否かがメータリレー２２にて常時監視される。なお、変流器２１の出力に応じて、たとえばアンプなどにより所望の比較が可能に構成されている。そして、超過電流が第一設定時間継続して流れた場合には、メータリレー２２の出力により、所定機器１０の動作状態が強制停止される（ＳＴ３）。本実施例では、モータポンプ１０のマグネット１０ａを操作して、モータポンプ１０を強制停止する。常時稼動しているモータポンプ１０を停止させることで、消費中の電力は確実に低減される。

メータリレー２２によるこの強制停止時には、復帰制御部としての所定シーケンス回路２３にも、タイマ始動信号がメータリレー２２から送られる（ＳＴ４）。これにより、復帰制御部２３は、０からタイマのカウントを開始し、所定の第二設定時間をカウントするまで待機する（ＳＴ５）。第二設定時間は、電力消費（過負荷）のピーク持続時間を考慮して定められ、本実施例では通常、１５〜３０秒に設定される。そして、その第二設定時間に到達すると、復帰制御部２３は、前記強制停止された所定機器１０を再起動させる（ＳＴ６）。本実施例では、モータポンプ１０のマグネット１０ａを操作して、モータポンプ１０を駆動することになる。

このようにして、本実施例の電力コントロールシステムは、万一の瞬時の電力ピークを乗り切ることになる。すなわち、モータポンプ１０を強制停止させることで、メインブレーカ２０が落ちるのを防止し、エレベータ１１が途中で止まるなどの重大な不都合を回避できる。モータポンプ１０の短時間の停止は、ほとんど他に影響を及ぼすことがない。そして、そのようにモータポンプ１０を一時的に強制停止している間に、エレベータ１１や機械駐車機１３などの他の機器の一または複数が停止し、電力消費のピークが過ぎ、モータポンプ１０を再起動しても不都合がなくなる。

本発明の電力コントロールシステムを利用することで、主開閉器契約へ移行しても円滑に安定して動力設備を利用でき、実態に即した主開閉器契約へ安心して移行できる。そして、短時間の電力消費ピークの問題をクリアすることで、低料金の基本契約で主開閉器契約することができる。よって、従前のように複数の負荷設備契約の場合の料金と比較して、著しい料金削減を図ることができる。従って、これまで料金体系として規定はあったが、ほとんど使われてこなかった主開閉器契約を有効利用できる。

なお、本発明の電力コントロールシステムは、上記実施例の構成に限らず、適宜変更可能である。
特に、上記実施例ではマンション共用部に適用した例について説明したが、本発明の用途はこれに限らない。また、第一設定時間や第二設定時間などの設定も、事案に応じて適宜に変更されることも言うまでもない。

さらに、上記実施例では、複数の機器の内、一の機器を強制停止の対象として制御する例について説明したが、複数機器を強制停止の対象として制御してもよい。また、停止制御部２２と復帰制御部２３とを複数の機器と接続しておき、それら複数の機器の内、ディップスイッチなどで予め選択された一または複数の機器を制御可能としてもよい。つまり、制御対象（強制停止対象）の機器を選択可能としてもよい。なお、制御対象機器に常時稼動するとは限らない機器が含まれる場合、その稼動状況を常時監視し、稼動中の機器の内から停止させるよう構成すればよい。

あるマンションの受変電設備の概略単線結線図であり、本発明の電力コントロールシステム設置前の状態を示している。 図１のマンションの受変電設備の概略単線結線図であり、本発明の電力コントロールシステムの一実施例の設置後の状態を示しており、一部を省略して示している。 本発明の電力コントロールシステムの一実施例による制御のフローチャートである。

符号の説明

１０〜１３ 機器（動力設備）
１０ 所定機器（モータポンプ）
１１ エレベータ
２０ メインブレーカ（契約主開閉器）
２１〜２３ 電力コントロールシステム
２１ 電流センサ（変流器，ＣＴ）
２２ 停止制御部（メータリレー）
２３ 復帰制御部（シーケンス回路）

Claims (5)

1. 複数機器への全供給電流を監視する電流センサと、
   この電流センサの出力が所定時間継続して所定値を超えると、前記複数機器の内の所定機器の動作を停止させる停止制御部と、
   この停止制御部による前記所定機器の停止から所定時間経過後に、この所定機器を動作状態に復帰させる復帰制御部と
   を備えることを特徴とする電力コントロールシステム。
2. 定格電流を上回る電流が流れると電力供給を遮断するメインブレーカを有し、このメインブレーカを介して複数機器に電力供給される箇所に適用され、前記メインブレーカによる前記遮断を回避する電力コントロールシステムであって、
   前記メインブレーカを介して前記複数機器へ供給される合計電流を常時監視する電流センサと、
   この電流センサの出力が第一設定時間継続して所定電流値を超えると、前記複数機器の内の所定機器の動作を停止させる停止制御部と、
   この停止制御部による前記所定機器の停止から第二設定時間経過後に、この所定機器を動作状態に復帰させる復帰制御部とを備え、
   前記所定電流値は、前記メインブレーカを時延引きはずしする電流値に設定され、
   前記第一設定時間は、前記所定電流値における前記時延引きはずしの最小時間よりも短い時間に設定されている
   ことを特徴とする電力コントロールシステム。
3. 電力会社との低圧電力契約が負荷設備契約ではなく主開閉器契約である電力需要家に適用され、
   前記メインブレーカは、前記主開閉器契約にいう契約主開閉器とされ、
   前記所定電流値は、前記契約主開閉器の定格電流の２００％程度の電流値に設定される
   ことを特徴とする請求項２に記載の電力コントロールシステム。
4. 前記複数機器は、電力会社との間で主開閉器契約がなされた契約主開閉器から電力供給される共同住宅用共用部の複数の動力設備とされ、
   これら複数機器の内、前記停止制御される機器にはモータポンプが含まれ、前記停止制御されない残りの機器にはエレベータが含まれる
   ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の電力コントロールシステム。
5. 変流器から構成される前記電流センサと、メータリレーから構成される前記停止制御部と共に使用され、
   前記メータリレーによる前記所定機器の停止時に、メータリレーからの出力に基づきタイマカウントを開始し、そのタイマが前記第二設定時間になると、前記所定機器を復帰させる
   ことを特徴とする請求項２から請求項４までのいずれかに記載の電力コントロールシステム用の復帰制御部。

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