JP4137912B2 - 電力供給方法及び電力供給システム - Google Patents

Description

本発明は、例えば工場等において外部の商用交流電源より交流電力を受けて負荷に供給する電力供給方法及び電力供給システムに関する。

一般住宅や工場などでは、外部の商用交流電源から供給される交流電力を複数の負荷に分配するために、過電流保護用の配線用遮断器などを含む分電盤が設置されている（特許文献１など参照）。

図２は、複数（ここでは３つ）の負荷を駆動するための一般的な配電設備を簡略化した構成図である。図２において、１００［Ｖ］又は２００［Ｖ］の交流電圧を出力する商用交流電源１から引き込まれた主給電線２は、配電設備３において３本の分岐給電線４、５、６に分岐される。各分岐給電線４、５、６上にはそれぞれ過電流保護用の配線用遮断器７、８、９が設けられており、これら配線用遮断器７、８、９を介して各分岐給電線４、５、６はそれぞれ独立して負荷Ａ、Ｂ、Ｃに接続されている。

配線用遮断器は定格電流が規定されており、この定格電流を超える電流が流れようとすると、自動的に給電ラインを遮断することで過電流が負荷に流れることを防止する。通常、配線用遮断器は大きな定格電流のものほど価格が高いため、負荷に応じて適宜の定格電流のものが選択されることが多い。例えば、図２の構成では、配線用遮断器７、８、９の定格電流はそれぞれ５０［Ａ］、４０［Ａ］、３０［Ａ］であるものとする。なお、工場などでは三相交流電力が使用されることが多いが、基本的にはここで記載のような単相と同様である。

工場や研究・開発施設等、負荷電流の大きな産業用機器等を負荷として使用する現場では、そうした機器の更新に伴って負荷電流が大きくなり、従来の配線用遮断器の定格電流では賄えなくなる場合がよくある。特に最近は、負荷が集約される傾向にあり、負荷自体の数は少なくなる代わりに負荷電流が大幅に増加するといった場合が多い。そうした場合に、定格電流の大きな配線用遮断器を新たに導入し、工場内の屋内配線等もその定格電流に合わせて交換する、といった方法が考えられる。

しかしながら、こうした方法では多大なコストが掛かるとともに、工事に時間を要するため操業を停止する期間が長くなるといった問題がある。そこで、既存の配電設備を有効に利用しながら、最小限のコスト及び工事期間で、集約化した負荷に大きな負荷電流を供給できるようにすることが要望されている。

一つの方法として、配線用遮断器７、８、９の出力側端の分岐給電線４、５、６を抵抗加算する方法が考えられる。しかしながら、この場合、各抵抗に大きな電流が流れるため、抵抗で発生する熱による電力損失が問題となる。また、各分岐給電線４、５、６に挿入される抵抗値のばらつきや分岐給電線４、５、６の長さの相違などに起因するインピーダンスの相違によって各分岐給電線４、５、６で電圧誤差が生じ、各分岐給電線４、５、６に流れる電流が設計通りにならなくなる場合がある。そうした場合、負荷に流れる電流は規定値以下であるにも拘わらず、或る分岐給電線に流れる電流がその給電線上の配線用遮断器の定格電流を超えてしまい、自動的に給電路が遮断されてしまうという事態が生じることになる。

特開２００４−１８７４２４号公報（段落[０００２]）

本発明はこのような点に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、既存の配電設備を有効に利用し、低コスト及び短い工事期間で大きな負荷電流を適切に供給することができる電力供給方法及び電力供給システムを提供することである。

上記課題を解決するために成された第１発明は、商用交流電源より供給される入力交流電力をｎ個（ｎは２以上の整数）の負荷に配分するために、それぞれ所定の定格電流を有する過電流保護用の配線用遮断器が介挿されたｎ本の給電線が配設されてなる既存の配電設備を利用して、前記定格電流を超える電流を必要とする負荷に電力を供給するための電力供給方法であって、
前記各配線用遮断器のそれぞれの出力側端部にトランスの一次側巻線を接続し、その各トランスの二次側巻線を直列接続して唯一の負荷に接続し、直列接続された前記各トランスの二次側巻線を介して前記負荷に供給される電流が該負荷の必要電流以上となるように、前記各トランスの一次側巻線及び二次側巻線の巻数を前記配線用遮断器の定格電流の比に応じた巻数にしたことを特徴としている。

また、第２発明は上記第１発明に係る電力供給方法を具現化するシステムであって、商用交流電源より供給される入力交流電力を過電流保護用の配線用遮断器を介挿した給電線を通して負荷に供給するための電力供給システムであって、
a)前記商用交流電源より供給される交流電力をｎ系統に分岐するために、それぞれ所定の定格電流を有する配線用遮断器が介挿された既存のｎ本の分岐給電線と、
b)前記ｎ本の分岐給電線にあってそれぞれ配線用遮断器の出力側端部に接続されたｎ個のトランスと、
c)唯一の負荷に交流電力を供給するべく前記ｎ個のトランスの二次側巻線を直列接続してなる共通給電線と、
を備え、前記共通給電線を介して前記負荷に供給される電流が該負荷の必要電流以上となるように、前記各トランスの一次側巻線及び二次側巻線の巻数を前記配線用遮断器の定格電流の比に応じた巻数にしたことを特徴としている。

第２発明に係る電力供給システムにより具現化される第１発明に係る電力供給方法では、ｎ本の分岐給電線に接続されたｎ個のトランスの巻線の巻数が各分岐給電線上の配線用遮断器の定格電流の比に応じて設定されているため、各トランスの二次側巻線の両端にはそれぞれ配線用遮断器の定格電流の比に応じた電圧が発生する。そして、これら両端電圧を加算したものが共通給電線を介して唯一の負荷に印加され、ｎ個の配線用遮断器の定格電流を加算した電流を共通給電線から負荷に供給することができる。このとき、トランスの一次側巻線、即ち各分岐給電線に流れる電流の比率はトランスの巻数の比で決まるから、各分岐給電線に流れる電流はほぼ設計通りに設定される。

したがって、第１発明に係る電力供給方法及び第２発明に係る電力供給システムによれば、既存の配電設備を有効に利用して集約された負荷に対して負荷電力を供給することができるので、配線用遮断器等を新たに購入する必要がなく、コストを抑制することができる。また、配電設備全体を更新する場合に比べて、工事に要する期間が短くて済む。また、上述したような抵抗加算による方法とは異なり、各分岐給電線に流れる電流がほぼ設計通りとなるので、適切な負荷の駆動状態において配線用遮断器による不所望の遮断動作が発生することがない。さらにまた、熱の発生も少ないので放熱等が問題となることもない。

以下、本発明の一実施例である電力供給システムを図１により説明する。図１は本実施例の電力供給システムの概略構成図であり、既に説明した図２と同一の構成要素には同一符号を付して説明を省略する。

本実施例の電力供給システムは、図２に示したような配電設備３を既に備えた現場において、それまで使用していた３つの負荷Ａ、Ｂ、Ｃを集約して１つの負荷Ｄに更新する場合の構成の一例である。即ち、３つ配線用遮断器７、８、９を含む既存の配電設備３をそのまま利用し、分岐給電線４、５、６にあって配線用遮断器７、８、９の出力側端部をそれぞれトランス１０、１１、１２の一次側巻線Ｌ１に接続する。そして、各トランス１０、１１、１２の二次側巻線Ｌ２を直列に接続することで共通給電線１３とし、これを唯一の負荷Ｄに接続する。

上述の如く、配線用遮断器７、８、９の定格電流がそれぞれ５０［Ａ］、４０［Ａ］、３０［Ａ］であって、負荷電流としてこれら定格電流の和である最大１２０［Ａ］の電流を取り出せるようにしたい場合、トランス１０、１１、１２の一次側巻線Ｌ１と二次側巻線Ｌ２との巻数比はそれぞれ、１２０：５０／１２０、１２０：４０／１２０、１２０：３０／１２０、と定める。各トランス１０、１１、１２の一次側巻線Ｌ１の両端に印加される電圧は同一であり、この電圧の電圧値をＶinとしたとき、各トランス１０、１１、１２の二次側巻線Ｌ２の両端電圧は、（５／１２）・Ｖin、（４／１２）・Ｖin、（３／１２）・Ｖinとなる。

これら各トランス１０、１１、１２の二次側巻線Ｌ２の両端電圧は加算されるから、共通給電線１３から負荷Ｄに印加される電圧は元の入力電圧と同じＶinとなる。また、各トランス１０、１１、１２の二次側巻線Ｌ２はそれぞれ一次側巻線Ｌ１に供給される電流と等しい電流を供給し得るから、共通給電線１３上では各トランス１０、１１、１２の二次側巻線Ｌ１に現れる電流が加算される。したがって、負荷Ｄに供給し得る最大電流は１２０［Ａ］となる。逆に、負荷Ｄにこの最大電流１２０［Ａ］が流れるとき、トランス１０、１１、１２の各一次側巻線Ｌ１、即ち分岐給電線４、５、６にそれぞれ流れる電流は５０［Ａ］、４０［Ａ］、３０［Ａ］となり、配線用遮断器７、８、９の定格電流に収まる。このとき、分岐給電線４、５、６に流れる電流が上記値からばらつく要因はトランス１０、１１、１２の巻線の巻数のばらつきであるが、通常、こうしたばらつきはあり得ないので、分岐給電線４、５、６に流れる電流は殆ど設計通りになる。

上述した各トランスの巻線の巻数の決め方を一般化して表すと次のようになる。いま、ｎ（ｎは２以上の整数）本の分岐給電線上にそれぞれ設けられた配線用遮断器の定格電流をＡ1、Ａ2、…、Ａnとする。負荷に供給したい電流の最大値はこれら定格電流の和、即ちΣＡi、但しΣはｉ＝１〜ｎの総和、である。このとき、１番目の分岐給電線が接続されるトランスの一次側巻線Ｌ１と二次側巻線Ｌ２との巻数比は、ΣＡi：Ａ1／ΣＡiとすればよく、ｍ番目（１≦ｍ≦ｎ）の分岐給電線が接続されるトランスの一次側巻線Ｌ１と二次側巻線Ｌ２との巻数比は、ΣＡi：Ａm／ΣＡiとすればよい。上記例で言えば、ｎ＝３、Ａ1＝５０、Ａ2＝４０、Ａ3＝３０であり、ΣＡi＝１２０となる。

以上のようにして、本実施例の電力供給システムによれば、既存の配電設備３をそのまま活かしてトランス等を追加することにより、集約された負荷に適切な電力を供給することができる。

なお、上記実施例は本発明の一例であり、本発明の趣旨の範囲で適宜変更や修正を行うことができることは明らかである。例えば、分岐給電線の数や、各配線用遮断器の定格電流などは任意に決めることができる。また、実際のシステムでは、図１中に記載の構成要素以外に、例えば漏電遮断器等の適宜の構成要素を追加することができることも当然である。

本発明の一実施例である電力供給システムの概略構成図。 従来の電力供給システムの概略構成図。

符号の説明

１…商用交流電源
２…主給電線
３…配電設備
４、５、６…分岐給電線
７、８、９…配線用遮断器
１０、１１、１２…トランス
Ｌ１…一次側巻線
Ｌ２…二次側巻線
１３…共通給電線
Ｄ…負荷

Claims (2)

1. 商用交流電源より供給される入力交流電力をｎ個（ｎは２以上の整数）の負荷に配分するために、それぞれ所定の定格電流を有する過電流保護用の配線用遮断器が介挿されたｎ本の給電線が配設されてなる既存の配電設備を利用して、前記定格電流を超える電流を必要とする負荷に電力を供給するための電力供給方法であって、
   前記各配線用遮断器のそれぞれの出力側端部にトランスの一次側巻線を接続し、その各トランスの二次側巻線を直列接続して唯一の負荷に接続し、直列接続された前記各トランスの二次側巻線を介して前記負荷に供給される電流が該負荷の必要電流以上となるように、前記各トランスの一次側巻線及び二次側巻線の巻数を前記配線用遮断器の定格電流の比に応じた巻数にしたことを特徴とする電力供給方法。
2. 商用交流電源より供給される入力交流電力を過電流保護用の配線用遮断器を介挿した給電線を通して負荷に供給するための電力供給システムであって、
   a)前記商用交流電源より供給される交流電力をｎ系統に分岐するために、それぞれ所定の定格電流を有する配線用遮断器が介挿された既存のｎ本の分岐給電線と、
   b)前記ｎ本の分岐給電線にあってそれぞれ配線用遮断器の出力側端部に接続されたｎ個のトランスと、
   c)唯一の負荷に交流電力を供給するべく前記ｎ個のトランスの二次側巻線を直列接続してなる共通給電線と、
   を備え、前記共通給電線を介して前記負荷に供給される電流が該負荷の必要電流以上となるように、前記各トランスの一次側巻線及び二次側巻線の巻数を前記配線用遮断器の定格電流の比に応じた巻数にしたことを特徴とする電力供給システム。

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