JP3502382B2

JP3502382B2 - 受電設備の力率調整システム

Info

Publication number: JP3502382B2
Application number: JP2003064122A
Authority: JP
Inventors: 將利岩本
Original assignee: 將利岩本; 木下雅章
Priority date: 2002-03-08
Filing date: 2003-03-10
Publication date: 2004-03-02
Anticipated expiration: 2023-03-10
Also published as: JP2004007956A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、重負荷時も、軽負
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。

【０００２】

【従来の技術】電力需要家は、電気供給規程（電力会社
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。

【０００３】一次側の力率を改善するため、図１に示す
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。

【０００４】他方、電気機器毎に低圧コンデンサを設置
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。

【０００５】内線規程１９９５年版７０６頁（番号３−
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。

【０００６】図２に示すように、需要家の省電力を目的
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。

【０００７】更に、半導体の普及に伴なって高調波が増
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。

【０００８】直列リアクトル付き高圧コンデンサに代わ
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。

【０００９】電動機は始動時、定格電流の数倍の始動電
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。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
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。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
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。

【００１２】請求項１に係る発明により、電気機器に並
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。

【００１３】請求項２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。

【００１４】請求項２に係る発明により、請求項１に係
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。

【００１５】請求項３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
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。

【００１６】請求項３に係る発明により、上記請求項１
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。

【００１７】請求項４に係る発明では、請求項１又は３
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。

【００１８】請求項４に係る発明により、給電線を通じ
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。

【００１９】また、請求項５に係る発明では、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。

【００２０】請求項５に係る発明により、電動機への導
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。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、好適例を示して、本発明の
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。

【００２２】変圧器２の二次側には、電動機Ｍなどの電
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。

【００２３】変圧器２の二次側直近に補助用低圧コンデ
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。

【００２４】次に、低圧コンデンサ９、補助用低圧コン
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。

【００２５】

【表１】

【００２６】表１は、低圧コンデンサ、補助用低圧コン
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。

【００２７】内線規程では一般需要家に対し、低圧コン
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。

【００２８】

【表２】

【００２９】表２から、低圧コンデンサを電気機器に並
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。

【００３０】

【表３】

【００３１】表３により、本発明に係る低圧コンデンサ
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。

【００３２】これだけ効果をあげながら、本発明の低圧
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。

【００３３】力率改善目標９３％未満で、低圧コンデンサを選定する場合有効電流・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（ａ）力率改善前の皮相電流・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（ｂ）力率改善前の無効電流・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（ｃ）力率改善後の皮相電流＝（ａ）÷０．９３・・・・・・・・・・・・（ｄ）力率改善後の無効電流＝（ｄ）二乗と（ａ）二乗の差の平方根・・・（ｅ）低圧コンデンサ容量＝（ｃ）と（ｅ）の差÷０．０４３
５３（μＦ）２πｆＣＥ^２／√３×１０^６＝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

【００３４】

【表４】

【００３５】次に、本発明に係る、低圧コンデンサに加
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。

【００３６】

【表５】

【００３７】次に、本発明に係る、低圧コンデンサに加
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。

【００３８】

【表６】

【００３９】次に、本発明に係る、機器と並列に低圧コ
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。

【００４０】

【表７】

【００４１】

【表８】

【００４２】次に、低圧コンデンサを用いずに、高圧コ
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。

【００４３】

【表９】

【００４４】表９は、少しずつ進みの無効分を増やして
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。

【００４５】本発明の力率調整システムは、電気機器に
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。

【００４６】図４に示すように、低圧コンデンサ、補助
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。

【００４７】図７に、低圧コンデンサ、補助用低圧コン
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。

【００４８】ステップＦ５では、Ｆ２で算出された値に
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。

【００４９】ステップＦ７では、変圧器二次側の力率
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。

【００５０】次に、ステップＦ８では、高圧コンデンサ
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。

【００５１】ステップＦ１０では、高圧コンデンサにつ
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。

【００５２】図７のフローチャートは、コンピュータに
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。

【００５３】次に、本発明に係る受電設備の力率調整シ
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。

【００５４】最近、古くなった電動機から発生する高調
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。

【００５５】図６の動作は、手動又は自動用接点２３を
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。

【００５６】一般の動力設備（例えば、図５に示す６
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。

【００５７】また、インバーターモーター(図５におい
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。

【００５８】

【発明の効果】以上の説明のように、本発明によれば、
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。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の高圧コンデンサによる力率調整を示す図

【図２】従来の自動力率調整装置による力率調整を示す
図

【図３】従来の低圧コンデンサによる力率調整を示す図

【図４】本発明に係る力率調整システムの概略を示す図

【図５】本発明に係る力率調整システムの他の実施例を
示す図

【図６】低圧コンデンサに係る遅延回路の構成を示す図

【図７】本発明に係るコンデンサ容量の決定プロセスを
説明するフローチャート

【符号の説明】１給電線２変圧器３高圧コンデンサ４自動力率調整装置５高圧コンデンサに代わる低圧コンデンサ６電動機などの電気機器７高圧コンデンサ８補助用低圧コンデンサ９低圧コンデンサ１０開閉器１１インバーター操作盤１２直列リアクトル１３並列リアクトル

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【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。