JP6781007B2 - 電力システム - Google Patents

Description

本発明は、需要者構内に電力供給設備を接続可能な電力システムに関する。

需要者は、電力会社からの電気（商用電力）の供給を受けて構内の負荷設備（一般用電気工作物）で電気を使用する。また、太陽光発電設備等、発電設備を構内に設け、負荷設備を動作させるとともに（例えば、特許文献１）、電力会社に余った電力を売電することも可能である。

特開２０１３−２４７７３７号公報

太陽光発電設備等の発電設備や電池といった電力供給設備として、現在、単相３線式のものが用いられている。しかし、今後、省エネルギー機器が普及し、構内の電力需要が減少すると、必ずしも単相３線式であることを要さず、例えば、単相３線の片方に相当する単相２線のみに接続される小出力の電力供給設備を設置することが考えられる。

そうすると、電力供給設備を、分電盤のサービス遮断器の二次側に接続するだけでなく、単相２線の配線用遮断器の二次側に直接接続することも可能となる。また、この場合に、屋外に既設の屋外コンセントに電力供給設備を接続して既存の構内配線をそのまま活用することで、施工費を削減することもできる。

しかし、分電盤内の各配線用遮断器に接続される構内配線には過電流耐量が予め定められており、そのような配線用遮断器の二次側に単純に電力供給設備を接続すると、以下の問題が生じうる。すなわち、配線用遮断器の二次側に位置する構内配線の過電流耐量は、配線用遮断器の遮断容量に基づいて決定されている。したがって、配線用遮断器を介することなく電力供給設備から負荷設備に直接電力が供給されると、構内配線に過電流耐量を上回る電流が流れるおそれがある。

本発明は、このような課題に鑑み、既設の構内配線に過電流耐量を上回る電流が流れるのを防止することが可能な電力システムを提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、電力系統の電力を、遮断器と負荷設備とを接続する構内配線を通じて負荷設備に供給する本発明の電力システムは、構内配線に接続された電力供給設備と、構内配線と電力供給設備との接続点から負荷設備へ流れる電流を測定する電流計と、電流計で測定した電流が構内配線の過電流耐量以下となるように、電力供給設備の出力を制限する制御部と、を備えることを特徴とする。

上記課題を解決するために、電力系統の電力を、遮断器と負荷設備とを接続する構内配線を通じて負荷設備に供給する本発明の他の電力システムは、構内配線に接続された電力供給設備と、遮断器から、構内配線と電力供給設備との接続点へ流れる電流を測定する電流計と、電流計で測定した電流と、電力供給設備で出力された電流との和が構内配線の過電流耐量以下となるように、電力供給設備の出力を制限する制御部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、既設の構内配線に過電流耐量を上回る電流が流れるのを防止することが可能となる。

電力システムの基本的な接続態様を示した説明図である。 電力供給設備の接続態様を説明するための説明図である。 第１の実施形態における電力システムの接続態様を示した説明図である。 第２の実施形態における電力システムの接続態様を示した説明図である。 第２の実施形態における他の電力システムの接続態様を示した説明図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、電力システム１００の基本的な接続態様を示した説明図である。電力システム１００は、引き込み線１２を通じて、電力系統１４から電気（商用電力）の供給を受ける。かかる電力システム１００は、低圧受電の需要者単位で構成され、その範囲としては、一般用電気工作物であれば、家屋等に限らず、病院、工場、ホテル、レジャー施設、商業施設、マンションといった建物単位や建物内の一部分であってもよい。

また、電力システム１００は、電力メータ１１２と、分電盤１１４と、構内配線１１６と、コンセント１１８とを含んで構成される。

電力メータ（電力量計）１１２は、電力系統１４に引き込み線１２を介して接続され、引き込み線１２と電力システム１００との間に流れる（消費および売電の）電流値を計測する。

分電盤１１４は、電力メータ１１２に接続され、契約容量を示すサービス遮断器（サービスブレーカ）１１４ａ、漏電の検出に応じて電気の供給を遮断する漏電遮断器（漏電ブレーカ）１１４ｂ、および、構内配線１１６に接続され、その構内配線１１６に流れる電流が遮断容量（例えば２０Ａ）を超過すると電気の供給を遮断する配線用遮断器（安全ブレーカ）１１４ｃを有する。

ここで、需要者は、構内配線１１６の端部となるコンセント１１８に負荷設備１６を接続し、配線用遮断器１１４ｃを通じて電力の供給を受ける。なお、負荷設備１６は、実線で示したように、屋内のコンセント１１８ａに接続することも、破線のように、屋外コンセント１１８ｂに接続することもできる。かかる構成では、負荷設備１６に供給される電力は、全て配線用遮断器１１４ｃを介することになるので、配線用遮断器１１４ｃの遮断容量は、構内配線１１６の過電流耐量以下となるように設計されることとなる。

上記の電力システム１００に電力供給設備１２０を接続することを検討する。したがって、電力システム１００は、電力メータ１１２、分電盤１１４、構内配線１１６、コンセント１１８に加え、電力供給設備１２０を含んでいる。ここで、電力供給設備１２０は、電力系統１４より優先して、電気エネルギーを消費する負荷設備１６に電力を供給する。かかる電力供給設備１２０としては、例えば、太陽光発電機、風力発電機、水力発電機、地熱発電機、太陽熱発電機、大気中熱発電機等の再生可能エネルギー発電設備や、燃料電池、内燃力発電、蓄電池等を用いることができる。

このような電力供給設備１２０は、単相３線（２００Ｖ）に接続して用いるのが一般的である。この場合、配線用遮断器１１４ｃに代えて連系遮断器（２００Ｖ）を設け、その連系遮断器に電力供給設備１２０を接続したり、また、漏電遮断器１１４ｂの１次側から別途の個別遮断器（２００Ｖ）を介して電力供給設備１２０を接続しなければならない。

ただし、今後は、省エネルギー機器が普及し、電力システム１００の電力需要が減少すると、必ずしも単相３線式の電力供給設備を要さない、本実施形態のような、単相３線のＮ相（中性線）に対するＲ相（電圧線）、Ｔ相（電圧線）のうち、いずれか一方の単相２線（Ｒ相とＮ相、もしくは、Ｔ相とＮ相）のみに接続される小出力の電力供給設備１２０が設置されることとなる。

図２は、電力供給設備１２０の接続態様を説明するための説明図である。上記のように単相２線で運用できれば、連系遮断器等を介在しなくとも、図２のように、既存の構内配線１１６から分岐している屋外コンセント１１８ｂに、過電流および漏電を防止する個別遮断器１２２を通じて電力供給設備１２０を接続することが可能となり、電力システム１００内の配線を簡素化できる。

しかし、上述したように、分電盤１１４内の各配線用遮断器１１４ｃの遮断容量や、構内配線１１６の過電流耐量は、その設置時に定められており（例えば、両方共２０Ａ）、図２のように、配線用遮断器１１４ｃの二次側に単に電力供給設備１２０を接続すると、以下の問題が生じうる。すなわち、配線用遮断器１１４ｃでは、遮断容量である２０Ａまで電流を供給することができる。一方、電力供給設備１２０も、配線用遮断器１１４ｃからの電力と並行して、５Ａの電流を供給することができる。この場合、負荷設備１６には、その合計である２５Ａの電流を供給し得ることとなる。そうすると、過電流耐量が２０Ａとなるように配置された構内配線１１６に、２０Ａを上回る電流が流れ得ることとなり、発熱や耐久性劣化の原因となるおそれが生じる。

（第１の実施形態）
図３は、第１の実施形態における電力システム１００の接続態様を示した説明図である。構内配線１１６は、通常、需要者設備と共に設置されている。したがって、電力供給設備１２０の設置、追加、変更に従って、その都度、構内配線１１６を変更するのは非効率である。そこで、第１の実施形態では、構内配線１１６を変更することなく、構内配線１１６の過電流耐量に基づいて、配線用遮断器１１４ｃを変更（交換）する。

具体的には、まず、配線用遮断器１１４ｃの適切な遮断容量を導出する。かかる適切な遮断容量は、例えば、構内配線の過電流耐量（例えば２０Ａ）から電力供給設備１２０の最大容量（例えば５Ａ）を減じて求める。ここでは、適切な遮断容量が２０Ａ−５Ａ＝１５Ａとなる。したがって、図３のように、既設の配線用遮断器１１４ｃを、遮断容量が１５Ａである配線用遮断器１１４ｃに交換する。

そうすると、図３のように、交換された配線用遮断器１１４ｃでは、遮断容量である１５Ａまでしか電流を供給できなくなる。そして、電力供給設備１２０も、配線用遮断器１１４ｃからの電力と並行して、５Ａの電流を供給することができる。この場合、負荷設備１６には、その合計である２０Ａまでの電流が供給されることとなるが、かかる２０Ａは、構内配線１１６の過電流耐量と等しいので、なんら問題が生じない。

このように、構内配線１１６の過電流耐量から電力供給設備１２０の最大容量を減じた遮断容量の配線用遮断器１１４ｃに交換することで、構内配線１１６に過電流耐量を上回る電流が流れることを防止することが可能となる。

また、配線用遮断器１１４ｃの適切な遮断容量は、以下の手順でも導出できる。すなわち、無駄な過剰設計を回避すべく、上記のように、配線用遮断器１１４ｃの遮断容量と、構内配線１１６の過電流耐量とは、大凡等しくなるように設計される（ただし、遮断容量≦過電流耐量）。

したがって、構内配線１１６の過電流耐量に代えて、参照容易な配線用遮断器１１４ｃの遮断容量を用いることができる。例えば、電力供給設備１２０が接続される前に構内配線１１６に接続されていた配線用遮断器１１４ｃの遮断容量（例えば２０Ａ）から、電力供給設備１２０の最大容量（例えば５Ａ）を減じて適切な遮断容量１５Ａを求める。こうして、上記同様、既設の配線用遮断器１１４ｃを、遮断容量が１５Ａである配線用遮断器１１４ｃに交換できる。

このように、電力供給設備１２０が接続される前に構内配線１１６に接続されていた配線用遮断器１１４ｃの遮断容量から電力供給設備１２０の最大容量を減じた遮断容量の配線用遮断器１１４ｃに交換することで、構内配線１１６に過電流耐量を上回る電流が流れることを防止することが可能となる。

（第２の実施形態）
上述した第１の実施形態では、構内配線１１６の過電流耐量に基づいて、配線用遮断器１１４ｃを変更（交換）する例を挙げて説明した。第２の実施形態では、配線用遮断器１１４ｃも変更することなく、電力供給設備１２０での処理を工夫することで、構内配線１１６を保護する。

図４は、第２の実施形態における電力システム２００の接続態様を示した説明図である。かかる図４では電力の移動を実線で、情報を含む信号の流れを破線の矢印で示している。電力システム２００は、電力メータ１１２と、分電盤１１４と、構内配線１１６と、コンセント１１８と、電力供給設備２２０と、電流計２２４とを含んで構成される。ただし、第１の実施形態における構成要素として既に述べた、電力メータ１１２と、分電盤１１４と、構内配線１１６と、コンセント１１８とは、実質的に機能が同一なので重複説明を省略し、ここでは、構成が相違する電力供給設備２２０と、電流計２２４とを主に説明する。

電流計２２４は、構内配線１１６と電力供給設備２２０との接続点Ｐと、負荷設備１６との間に設置され、接続点Ｐから負荷設備１６へ流れる電流を測定する。

電力供給設備２２０は、少なくとも、発電部１２０ａと、制御部１２０ｂとを有している。発電部１２０ａは、例えば、燃料電池等で構成され、他のエネルギーを電気エネルギーに変換して電気を生成する。制御部１２０ｂは、中央処理装置（ＣＰＵ）、プログラム等が格納されたＲＯＭ、ワークエリアとしてのＲＡＭ等を含む半導体集積回路で構成され、発電部１２０ａの出力を制御する。

特に、本実施形態において、制御部１２０ｂは、電流計２２４で測定した電流が構内配線１１６の過電流耐量（例えば２０Ａ）以下となるように、電力供給設備２２０における発電部１２０ａの出力を制限する。

例えば、負荷設備１６で消費される電流、すなわち、接続点Ｐから負荷設備１６へ流れる電流（ａ）が５Ａ未満であれば、その電力は電力供給設備２２０で全て賄われる。したがって、電力供給設備２２０から接続点Ｐへ流れる電流（ｂ）が電流（ａ）と等しくなり、配線用遮断器１１４ｃから接続点Ｐへ流れる電流（ｃ）は０Ａとなる。

また、電流（ａ）が５Ａ以上となると、電力供給設備２２０から接続点Ｐへ流れる電流（ｂ）はその最大値の５Ａとなり、配線用遮断器１１４ｃから接続点Ｐへ流れる電流（ｃ）は、電流（ａ）と電流（ｂ）との差分（電流（ａ）−電流（ｂ））を賄うこととなる。

そして、電流計２２４を通じて電流（ａ）が２０Ａを上回ったことが測定されると、すなわち、配線用遮断器１１４ｃから接続点Ｐへ流れる電流（ｃ）が１５Ａを上回ると、制御部１２０ｂは、その電流（ａ）が構内配線１１６の過電流耐量である２０Ａ以下となるように、電力供給設備２２０における発電部１２０ａの出力を制限して、最終的には出力を０とする。こうして、配線用遮断器１１４ｃから接続点Ｐへ流れる電流（ｃ）と電流（ａ）とが等しくなる。このとき、負荷設備１６へ２０Ａを上回る電流が流れ続けると、配線用遮断器１１４ｃからの電力の供給が遮断され、構内配線１１６が保護される。

かかる発電部１２０ａの出力制限は、発電部１２０ａの出力の解列により実行する。また、配線用遮断器１１４ｃでは、例えば２２Ａ以下なら２０分、２４Ａ以下なら１０分の有余がある等、超過電流毎にステップ状に動作時限が決まっており、短時間の過電流は許容されるので、その許容される範囲で、発電部１２０ａの出力を徐々に低減して最終的に０にすることでも実現できる。

そして、電流計２２４を通じて電流（ａ）が２０Ａ以下となると、制御部１２０ｂは、電流（ａ）が２０Ａ以下となる条件下で、電力供給設備２２０における発電部１２０ａの出力を徐々に増大する。

このように、電力供給設備２２０において、電流計２２４で測定した電流が構内配線１１６の過電流耐量以下となるように、電力供給設備２２０における発電部１２０ａの出力を制限する構成により、構内配線１１６に過電流耐量を上回る電流が流れることを防止することが可能となる。

また、ここでは、構内配線１１６と電力供給設備２２０との接続点Ｐと負荷設備１６との間に電流計２２４を設置する例を挙げて説明したが、配線用遮断器１１４ｃと、構内配線１１６と電力供給設備２２０との接続点Ｐとの間に電流計２２４を設置する方が容易な場合、かかる位置に電流計２２４を配置してもよい。

図５は、第２の実施形態における他の電力システム３００の接続態様を示した説明図である。ここでも、電力の移動を実線で、情報を含む信号の流れを破線の矢印で示している。電力システム３００は、電力メータ１１２と、分電盤１１４と、構内配線１１６と、コンセント１１８と、電力供給設備２２０と、電流計２２４とを含んで構成される。電力システム３００は、電力システム２００と配置が異なるだけで、実質的に機能が同一なので重複説明を省略する。

かかる電力システム３００において、電流計２２４は、配線用遮断器１１４ｃと、構内配線１１６と電力供給設備２２０との接続点Ｐとの間に設置され、配線用遮断器１１４ｃから接続点Ｐへ流れる電流を測定する。また、制御部１２０ｂは、電力供給設備２２０で出力された電流を検出することができる。そして、制御部１２０ｂは、電流計２２４で測定した電流と、電力供給設備２２０で出力された電流との和が構内配線１１６の過電流耐量（例えば２０Ａ）以下となるように、電力供給設備２２０の出力を制限する。

例えば、負荷設備１６で消費される電流、すなわち、接続点Ｐから負荷設備１６へ流れる電流（ａ）が５Ａ未満であれば、その電力は電力供給設備２２０で全て賄われる。したがって、電力供給設備２２０から接続点Ｐへ流れる電流（ｂ）が電流（ａ）と等しくなり、配線用遮断器１１４ｃから接続点Ｐへ流れる電流（ｃ）は０Ａとなる。

また、電流（ａ）が５Ａ以上となると、電力供給設備２２０から接続点Ｐへ流れる電流（ｂ）はその最大値の５Ａとなり、配線用遮断器１１４ｃから接続点Ｐへ流れる電流（ｃ）は、電流（ａ）と電流（ｂ）との差分を賄うこととなる。

そして、電力供給設備２２０で出力された電流が５Ａに達し、かつ、電流計２２４を通じて測定された電流（ｃ）が１５Ａを上回ると、すなわち、接続点Ｐから負荷設備１６に流れる電流（ａ）が２０Ａを上回ると、制御部１２０ｂは、電流（ｂ）と電流（ｃ）との和が構内配線１１６の過電流耐量である２０Ａ以下となるように、すなわち、電流（ｃ）が１５Ａ以下となるように、電力供給設備２２０における発電部１２０ａの出力を制限して、最終的には出力を０とする。こうして、配線用遮断器１１４ｃから接続点Ｐへ流れる電流（ｃ）と電流（ａ）とが等しくなる。このとき、負荷設備１６へ２０Ａを上回る電流が流れ続けると、配線用遮断器１１４ｃからの電力の供給が遮断され、構内配線１１６が保護される。

そして、電流（ｂ）と電流（ｃ）との和が２０Ａ以下となると、制御部１２０ｂは、電流（ｂ）と電流（ｃ）との和が２０Ａ以下となる条件下で、電力供給設備２２０における発電部１２０ａの出力を徐々に増大する。

このように、電力供給設備２２０において、電流計２２４で測定した電流と、電力供給設備２２０で出力された電流との和が構内配線１１６の過電流耐量以下となるように、電力供給設備２２０における発電部１２０ａの出力を制限する構成により、構内配線１１６に過電流耐量を上回る電流が流れることを防止することが可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上述した実施形態においては、屋外コンセント１１８ｂに個別遮断器１２２を通じて電力供給設備１２０を接続する例を挙げて説明したが、かかる屋外コンセント１１８ｂを含むコンセント１１８については、通常の電気機器が利用可能な１００Ｖのみならず、エアコンが利用可能な２００Ｖにも適用することができる。

本発明は、需要者構内に電力供給設備を接続可能な電力システムに利用することができる。

１４ 電力系統
１６ 負荷設備
１００、２００、３００ 電力システム
１１２ 電力メータ
１１４ 分電盤
１１４ｃ 配線用遮断器
１１６ 構内配線
１１８ コンセント
１２０、２２０ 電力供給設備
１２０ｂ 制御部
２２４ 電流計

Claims (2)

1. 電力系統の電力を、遮断器と負荷設備とを接続する構内配線を通じて該負荷設備に供給する電力システムであって、
   前記構内配線に接続された電力供給設備と、
   前記構内配線と前記電力供給設備との接続点から前記負荷設備へ流れる電流を測定する電流計と、
   前記電流計で測定した電流が前記構内配線の過電流耐量以下となるように、前記電力供給設備の出力を制限する制御部と、
   を備えることを特徴とする電力システム。
2. 電力系統の電力を、遮断器と負荷設備とを接続する構内配線を通じて該負荷設備に供給する電力システムであって、
   前記構内配線に接続された電力供給設備と、
   前記遮断器から、前記構内配線と前記電力供給設備との接続点へ流れる電流を測定する電流計と、
   前記電流計で測定した電流と、前記電力供給設備で出力された電流との和が前記構内配線の過電流耐量以下となるように、該電力供給設備の出力を制限する制御部と、
   を備えることを特徴とする電力システム。

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