JPH04312322A - 力率制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電力系統における負荷力
率の改善を図る力率制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電力系統においては、無効電力が一定限
度以上の大きさの遅れ無効電力になったときは進相用コ
ンデンサを投入し、無効電力が一定限度以下の大きさの
遅れ無効電力あるいは更に遅れ無効電力が減少し進み無
効電力になったときは既投入の進相用コンデンサを遮断
することにより負荷力率の改善を図っている。

【０００３】図４は従来の力率制御装置を示すブロック
図である。１０は電力系統２０における無効電力検出手
段であり、３相交流　（Ｒ相，　Ｓ相，　Ｔ相）　の電
力系統２０の、例えばＲ相に接続された電流変成器ＣＴ
を有する電流検出回路１と、例えばＳ相−Ｔ相間に接続
された電圧変成器ＰＴを有する電圧検出回路２と、これ
ら電流および電圧検出回路１，　２で検出された電流信
号と電圧信号の合成回路３と、合成回路３の出力から無
効電力の大きさを検出しその大きさに応じた直流電圧を
出力する無効電力・電圧変換回路４とからなっている。 ５は無効電力・電圧変換回路４からの直流電圧が入力さ
れ、それが進相用コンデンサを投入する必要のあるレベ
ルに達しているか否かの判定を行う投入レベル判定回路
　（すなわち、無効電力・電圧変換回路４からの直流電
圧の大きさにより、無効電力が一定限度以上の大きさの
遅れ無効電力になっているか否かが判るので、これによ
り投入レベルを判定する回路）　、６は同じく無効電力
・電圧変換回路４からの直流電圧が入力され、それが進
相用コンデンサを遮断する必要のあるレベルに達してい
るか否かの判定を行う遮断レベル判定回路　（すなわち
、無効電力・電圧変換回路４からの直流電圧の大きさに
より、無効電力が一定限度以下の大きさの遅れ無効電力
あるいはさらに遅れ無効電力が減少し進み無効電力にな
ったか否かが判るので、これにより遮断レベルを判定す
る回路）　、７は遅延回路、８は順序制御回路、９は出
力回路でａ１　，　ａ２　─ａｎ　はそれぞれこの出力
回路の出力接点であり、ａ１　接点が閉じると、電力系
統２０に図示しないコンデンサＣ１　が投入され、また
ａ２　接点が閉じると同じく図示しないコンデンサＣ２
　が投入され、以下ａｎ　接点についても同様で図示し
ないコンデンサＣｎ　が投入されるようになっている。

【０００４】動作としては、投入レベル判定回路５が投
入レベルと判定すると、その判定出力は遅延回路７で一
定時間　（例えば１０分間）　遅延された後、順序制御
回路８へ入力される。それにより順序制御回路８は起動
され、一定の制御された順序に従って出力回路９を駆動
し、接点ａ１　またはａ２　，　─ａｎ　を閉じて進相
用コンデンサＣ１　またはＣ２　，　─Ｃｎ　を投入す
る。遮断レベル判定回路６が遮断レベルと判定すると、
同様に遅延回路７を介して一定時間の後順序制御回路８
が動作し出力回路９の接点ａ１　またはａ２　，　─ａ
ｎ　を開き、コンデンサＣ１　またはＣ２　，　─Ｃｎ
を遮断する。

【０００５】なお、遅延回路７が設けられている理由は
、例えば電動機負荷のような場合、電動機の始動電流な
どに見られる短時間の負荷変動に対してまで進相用コン
デンサの投入，　遮断が繰り返されることを防ぎ、投入
，　遮断用の図示しない開閉器の寿命が損なわれないよ
うにするためである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前述の力率制御装置で
は、電力系統の電圧波形に歪を生じた場合、この波形歪
に関係なく遅れ無効電力が一定限度以上の大きさになる
と進相用コンデンサは投入される。このため、進相用コ
ンデンサにはこの電圧波形歪により高調波電流が流れ、
この高調波電流により進相用コンデンサは過熱し、場合
によっては焼損に至ることがある。

【０００７】本発明の目的は、電力系統の電圧波形歪に
より進相用コンデンサに流れる高調波電流によって、進
相用コンデンサの過熱あるいは焼損する事故を防止した
力率制御装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は前述の目的を達
成するために、電力系統における無効電力を検出し、こ
の無効電力が一定限度以上の大きさの遅れ無効電力とな
ったときは、進相用コンデンサを投入し、無効電力が一
定限度以下の大きさの遅れ無効電力になったときは既投
入の進相用コンデンサを遮断することにより負荷力率の
改善を図る力率制御装置において、前記電力系統におけ
る高調波成分の検出・判定手段を備え、検出した高調波
成分が一定限度以上の大きさになったときは、すべての
進相用コンデンサを遮断するものとする。かかる構成に
おいて、高調波成分の検出・判定手段は、電力系統に接
続された電流変成器を有する電流検出回路と、この電流
検出回路で検出された電流信号から高調波成分を取り出
し直流電圧に変換する高調波成分検出・電圧変換回路と
、この高調波成分検出・電圧変換回路からの直流電圧か
ら高調波成分が進相用コンデンサに悪影響を与えるか否
かのレベルを判定する高調波成分レベル判定回路とから
なるものであり、また高調波成分レベル判定回路は基本
波に対する高調波成分の含有率が約３０％以上であると
き進相用コンデンサに悪影響を与えるレベルと判定する
ものである。

【０００９】

【作用】本発明の力率制御装置においては、電力系統に
おける高調波成分の検出・判定手段を備え、高調波成分
が一定限度以上の大きさになるとすべての進相用コンデ
ンサを遮断するようにしたので、進相用コンデンサの過
熱あるいは焼損事故が防止される。

【００１０】

【実施例】本発明の実施例を説明する前に、本発明に関
連する電力系統における高調波現象について述べる。電
力系統には電圧波形を歪ませる各種の高調波源があり、
例えば、変圧器の磁気飽和，　発電機の構造よりくる所
謂スロットハーモニックス，送電線のコロナ，　各種電
気炉，　整流器回路，　磁気飽和回路など多種多様なも
のがある。図２は力率制御装置が設けられた電力系統図
を示し、電力系統２０に電源としての変圧器２１，　負
荷２２および力率制御装置２４が接続されている。ここ
で変圧器２１は、周知のように磁気飽和特性を有してお
り、このため高調波電圧を発生する。高調波電圧として
は第３調波が最も大きく、第５，　第７調波がこれに次
ぐが、３相交流の系統では変圧器の一つは必ずΔ結線と
なっているため、現実に問題になるのは第５調波である
。このために、力率制御装置２４の進相用コンデンサＣ
には第５調波に対して、後にその原理を説明するが、進
相用コンデンサ回路を誘導性にするため、直列リアクト
ルＬを挿入している。なお、Ｓは進相用コンデンサ投入
，　遮断用の開閉器である。

【００１１】図３は図２の電力系統における高調波の特
性を示すための高調波発生源から見た等価回路である。 Ｖは電源としての変圧器２１の電圧、ＸＯ　は変圧器２
１の基本波に対するリアクタンス，　ＸＬは直列リアク
トルＬの基本波に対するリアクタンス，　ＸＣ　は進相
用コンデンサＣの基本波に対するリアクタンスである。 ここで負荷２２が高調波源として第ｎ調波の高調波電流
Ｉｎ　を発生したとすると、変圧器２１側に流れる第ｎ
調波の高調波電流ＩＯｎと力率制御装置２４側に流れる
第ｎ調波の高調波電流ＩＣｎは、この場合、高調波源で
ある負荷の高調波リアクタンスが変圧器２１あるいは力
率制御装置の高調波リアクタンスに比して充分大きいの
で、高調波源は定電流源として考えてよく、高調波電流
Ｉｎ　の分流として次に示す（１）　式および（２）　
式で表わすことができる。

【００１２】

【数１】 （１）　および（２）　式から明らかなように　（ＸＬ
　−ＸＣ　／ｎ２　）　が負、すなわち容量性であれば
、変圧器２１あるいは力率制御装置２４には発生した高
調波電流Ｉｎ　より大きな高調波電流が流れることにな
るので、ＸＬ　＞ＸＣ　／ｎ２　となるような直列リア
クトルＬを進相用コンデンサＣと直列に接続する。この
直列リアクトルＬは、例えば前述の第５調波の対策とし
て、例えば進相用コンデンサのリアクタンスＸＣ　の６
％程度のリアクタンスＸＬ　のものが用いられる。

【００１３】このように、高調波成分に対しては一応対
策がなされているが、前述したように高調波源は極めて
多種多様なものがあり、場合によっては進相用コンデン
サに大きな高調波電流が流れ、進相用コンデンサの過熱
あるいは焼損事故をもたらすことがある。

【００１４】図１は本発明の力率制御装置の一実施例を
示すブロック図であり、図４に示す従来の力率制御装置
と異なるところは、無効電力検出手段１０の電流検出回
路１に接続された高調波成分検出・電圧変換回路１１と
この高調波成分検出・電圧変換回路１１に接続されその
出力が投入レベル判定回路５，　遮断レベル判定回路６
，　遅延回路７および順序制御回路８にそれぞれ入力さ
れる高調波成分レベル判定回路１２とが設けられ、電流
検出回路１と高調波成分検出・電圧変換回路１１と高調
波成分レベル判定回路１２とで高調波成分検出・判定手
段１３を構成している点にある。ここで高調波成分検出
・電圧変換回路１１は電流検出回路１で検出された電流
信号から高調波成分を取り出しその大きさに応じた直流
電圧を出力する回路で、例えばパイパスあるいはバンド
パスなどの高周波フィルタと積分回路で構成されている
。高調波成分レベル判定回路１２は高調波成分検出・電
圧変換回路１１からの直流電圧が入力され、それが進相
用コンデンサに悪影響を与えるか否かの判定を行うレベ
ル判定回路　（すなわち、高調波成分検出・電圧変換回
路１１からの直流電圧の大きさにより、高調波成分が一
定限度以上の大きさになっているか否かが判るので、こ
れによって進相用コンデンサに悪影響をあたえるか否か
のレベルを判定する回路）　である。

【００１５】動作としては、高調波成分検出・判定手段
１３が、電力系統２０の高調波成分が一定の限度以上の
大きさと判定すると、その判定出力は投入レベル判定回
路５，　遮断レベル判定回路６，　遅延回路７および順
序制御回路８にそれぞれ入力され、投入レベル判定回路
５，　遮断レベル判定回路６およびレベル判定回路６の
動作を停止させるとともに、遅延回路７，　順序制御回
路８を起動させる。遅延回路７は、この場合ただちに順
序制御回路８に信号を出力し、順序制御回路８は一定の
制御された順序に従って出力回路９を駆動しすべての接
点ａ１　，　ａ２　──ａｎ　を開き、すべての進相用
コンデンサＣ１　，　Ｃ２　──Ｃｎ　を遮断する。こ
れによって、高調波電流による進相用コンデンサの過熱
あるいは焼損事故は防止される。勿論、進相用コンデン
サに直列接続された直列リアクトルの過熱あるいは焼損
事故も同様に防止される。

【００１６】なお、高調波成分が進相用コンデンサに悪
影響を与える一定の限度として、基本波に対する高調波
成分の含有率が約３０％以上になったときを限度とする
と、進相用コンデンサの過熱あるいは焼損事故が発生す
ることはなく、かつ、電力系統に必ず存在すると言って
よい高調波成分をある程度許容して実際的運用上効果が
大きい。

【００１７】

【発明の効果】本発明の力率制御装置においては、電力
系統における高調波成分の検出・判定手段を備え、高調
波成分が一定限度以上の大きさになるとすべての進相用
コンデンサを遮断して進相用コンデンサの過熱あるいは
焼損事故の発生を防止した。電力系統は基幹エネルギと
して、極めて高い信頼性が要求されており、事故が発生
した時の影響は計り知れない程大きく、本発明の効果は
非常に大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の力率制御装置の一実施例を示すブロッ
ク図

【図２】本発明の力率制御装置に関連する電力系統にお
ける高調波現象を説明するための電力系統図

【図３】図
２の電力系統における高調波の特性を示すための高調波
発生源から見た等価回路図

【図４】従来の力率制御装置を示すブロック図

【符号の説明】

１　　　　電流検出回路 １０　　　　無効電力検出手段 １１　　　　高調波成分検出・電圧変換回路１２　　　
　高調波成分レベル判定回路１３　　　　高調波成分検
出・判定手段２０　　　　電力系統

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電力系統における無効電力を検出し、この
   無効電力が一定限度以上の大きさの遅れ無効電力となっ
   たときは、進相用コンデンサを投入し、無効電力が一定
   限度以下の大きさの遅れ無効電力になったときは既投入
   の進相用コンデンサを遮断することにより負荷力率の改
   善を図る力率制御装置において、前記電力系統における
   高調波成分の検出・判定手段を備え、検出した高調波成
   分が一定限度以上の大きさになったときは、すべての進
   相用コンデンサを遮断するようにしたことを特徴とする
   力率制御装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の力率制御装置において、高
   調波成分の検出・判定手段は、電力系統に接続された電
   流変成器を有する電流検出回路と、この電流検出回路で
   検出された電流信号から高調波成分を取り出し直流電圧
   に変換する高調波成分検出・電圧変換回路と、この高調
   波成分検出・電圧変換回路からの直流電圧から高調波成
   分が進相用コンデンサに悪影響を与えるか否かのレベル
   を判定する高調波成分レベル判定回路とからなることを
   特徴とする力率制御装置。
3. 【請求項３】請求項２記載の力率制御装置において、高
   調波成分レベル判定回路は基本波に対する高調波成分の
   含有率が約３０％以上であるとき進相用コンデンサに悪
   影響を与えるレベルと判定することを特徴とする力率制
   御装置。