JP2011055643A

JP2011055643A - 電力供給システム

Info

Publication number: JP2011055643A
Application number: JP2009202295A
Authority: JP
Inventors: Michinori Kawasaki; 道賢川崎
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-09-02
Filing date: 2009-09-02
Publication date: 2011-03-17
Also published as: US20110051325A1; CN102005813A; KR20110025061A

Abstract

【課題】一般家庭や小規模施設に用いるのに適した自家発電設備を備え、より簡単な操作により電力供給コストを低減する。
【解決手段】商用電力源に接続された主幹ブレーカとこの主幹ブレーカの二次側に接続された主幹電路から分岐して各電気機器に電力を供給する分岐電路に設けられた分岐ブレーカとを有し、主幹電路の途中に切替開閉器を設け、この切替開閉器に発電機を接続して商用電力と自家発電の電力のいずれかに切り替えられるように構成し、分岐電路に分岐ブレーカとともに遠隔操作可能なリモコンブレーカを設けて負荷制御部を形成し、商業電力及び発電機のいずれの稼動時でも所望のリモートブレーカを開閉し待機電力を遮断できるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、自家発電設備からの電力と商用電力源からの電力を使用する電力供給システムに関する。

災害や事故などにより商用電力源が断たれたときに自家発電設備、例えばガス発電機やディーゼル発電機を作動させる電力供給システムとしては、いろいろなものが開発されている。例えば、大規模工場において、その電源電圧の変動を厳しく管理されて運用される重要負荷と、それ以外の一般負荷との双方の負荷を有する場合、雷発生時のような異常事態のときでも重要負荷を駆動する側からの自家発電設備による電力を一般負荷にも与えるようにすることで、一般負荷への影響を軽減できるようにしたものが知られている（特許文献１参照）。これは、半導体工場などの特別高圧需要家（大規模工場）のためのシステムであり、この半導体工場などでは最低電圧対策や雷などによる送電停止などによる対策として、工場敷地内に自家発電設備を備えている。この従来技術は、商用電力源からの送電系と、構内に設けられた送電系とを連結する連系母線と、この連系母線に接続された遮断器と、この遮断器よりも商用送電系側の構内母線に接続された一般負荷と、遮断器よりも構内送電系側の連系母線に接続された一般負荷よりも電圧管理の厳しい需要負荷と、構内に設けられた自家発電設備と、予備電源用の自家発電設備と、予備電源の電力を一般負荷に供給する給電路とからなり、遮断器の動作時は予備電源からの電力が給電路を経由して一般負荷に供給されるようにしたものである。

停電や瞬時電圧低下のない高品質の電力が必要な需要家では、無停電電源や自家発電設備を設置している例も多い。また、情報通信機器を多数設置したビルなどにおいては、停電や電圧低下による機器でのデータ喪失の問題がある。特に、保護しなければならない機器での消費電力が大きい場合は、無停電電源設備が膨大となるため、自家発電設備を併用することがある。一般に自家発電設備による電力供給のコストは、一般電気事業者から購入する場合に比べ低いが、一般の需要家における消費電力は昼夜、季節により大きく変化するため、需要家はピーク負荷対応で発電設備を多く持つか、或いは一般電気事業者との契約最大電力を大きく設定する必要がある。この場合、自家発電設備を持っても、電力供給コストの低減効果がほとんど無い場合が少なくなかった。そこで、昼夜、季節等による消費電力の変化が大きい需要家においても、電力供給コストを低減できる電力供給システムが開発された（特許文献２参照）。これは、負荷装置での消費電力に関する情報を順次収集し、収集した負荷に関する情報を基に所定時間後の必要電力（需要）を予測し、それに合わせて、電力供給コストが最小になるように発電設備の稼動或いは停止を決定するものである（稼動の場合はその出力を決定する）。特に、需要家の負荷の特性に合わせ、複数の発電設備を稼動、停止させることにより、一般電気事業者から購入する電力を、昼夜、季節を通じて、低く抑える事ができ、経済的な電力供給が可能となる。また、収集した負荷に関する情報に、天候、気温等の情報を加えて所定時間後の必要電力（需要）を予測することで、天候、気温などの環境の変化にあった必要電力を予測することができる。そして、最も重要な情報収集手段としては、次のものを開示している。すなわち、発電設備を稼動するときには、その出力を決定することで情報収集手段とし、あるいは、電力供給コストを目的関数として発電設備に関する状態の変化を決定する手段で構成している。また、温度と天候に関する情報を収集し、収集した情報を所定時間後の必要電力を予測するための学習データに用いるケースも開示されている。

特開２００７−３７２２２号公報特開２００４−３２９８３号公報

特許文献１、２に開示された技術は、ともに自家発電設備を併用する電力供給システムではあるが、大規模な工場向けであったり、情報収集手段のプログラムが煩雑であったり、全体的にコスト高である。そこで、本発明は、一般家庭や小規模施設に用いるに適した自家発電設備を備え、より簡単な操作により電力供給コストを低減できる電力供給システムを提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明は、商用電力源に接続された主幹ブレーカとこの主幹ブレーカの二次側に接続された主幹電路から分岐して各電気機器に電力を供給する分岐電路に設けられた分岐ブレーカとを有する分電盤を備えるとともに、主幹電路の途中に切替開閉器を設け、この切替開閉器に発電機を接続して商用電力と自家発電の電力のいずれかに切り替えられるように構成した電力供給システムにおいて、前記複数の分岐電路のうち待機電力を遮断しても差し支えのない電気機器に接続された電路に前記分岐ブレーカとともに遠隔操作可能なリモコンブレーカを設けて負荷制御部を形成し、このリモコンブレーカが設けられた分岐電路の電流値を検出して所定の電気機器の待機電力消費状態を確認して所望のリモートブレーカを操作して待機電力を遮断するものである。

本発明によれば、商用電力源に接続された主幹ブレーカとこの主幹ブレーカの二次側に接続された主幹電路から分岐して各電気機器に電力を供給する分岐電路に設けられた分岐ブレーカとを有する分電盤を備えるとともに、主幹電路の途中に切替開閉器を設け、この切替開閉器に発電機を接続して商用電力と自家発電の電力のいずれかに切り替えられるように構成した電力供給システムにおいて、前記複数の分岐電路のうち待機電力を遮断しても差し支えのない電気機器に接続された電路に前記分岐ブレーカとともに遠隔操作可能なリモコンブレーカを設けて負荷制御部を形成し、このリモコンブレーカが設けられた分岐電路の電流値を検出して所定の電気機器の待機電力消費状態を確認して所望のリモートブレーカを操作して待機電力を遮断するので、一般家庭の主婦や高齢者を含めて誰でも、商用電力及び自家発電の電力のいずれの稼動時でも簡単な操作で節電を図ることが可能であり、かつ、既存の分電盤を利用して安価に設置し、災害時などに有効に利用することができる。

全体の構成図。本発明システムの操作系統のブロック図。本発明システムの動作手順を示すフローチャート。ＬＰガスによる発電設備を示す図。具体例を示す回路図。停電時の詳細なフローチャート。発電設備の試験運転時のフローチャート。

以下に本発明の実施形態について図面を参照にして説明する。

図１は全体構成を示し、商用電力源に接続される主幹ブレーカ１０とこの主幹ブレーカ１０の二次側に接続された主幹電路１０Ａから分岐して各電気機器に電力を供給する分岐電路２０Ａに設けられた分岐ブレーカ２０（ＳＢで示す）とを有する分電盤１を備えている。この分電盤１は既設のものを利用する。前記分岐電路２０Ａにそれぞれコンセントや照明等の複数の負荷Ｌを接続し、これらの負荷Ｌに電気機器が設けられる。

前記主幹電路１０Ａの最初に電力契約用ブレーカ（ＬＢ）１０Ｂを設け、途中に切替開閉器（ＳＷ）１０Ｃを設けてあり、この切替開閉器１０Ｃに主開閉器（ＭＢ）１０Ｄを接続してある。電力契約用のブレーカ１０Ｂを介して商用電力が主幹電路１０Ａを流れ、切替開閉器１０Ｃが、第１電圧リレー１０Ｅを介して商用電力側に接続していると、主開閉器１０Ｄが開状態であれば分岐電路２０Ａに商用電力が流れる。自家発電設備の発電機２は、第２電圧リレー１０Ｆを介して切替開閉器１０Ｃに接続され、この切替開閉器１０Ｃの切替により発電機２からの電力が第２電圧リレー１０Ｆ、主開閉器１０Ｄを通って主幹電路１０Ａから分岐電路２０Ａ、負荷Ｌに流れる。

前記切替開閉器１０Ｃと主開閉器１０Ｄの個所に、後述する検出部３、コントロール部４、表示部５、操作部６などを設けてある。主開閉器１０Ｄと分岐ブレーカ２０をつなぐ主幹電路１０Ａの途中に負荷測定変流器８を設けてある。また、前記分岐電路２０Ａのうち待機電力を遮断しても差し支えのない電気機器に接続された電路に遠隔操作可能なリモコンブレーカ（ＲＢ）７Ａを設けた負荷制御部７を形成してある。この負荷制御部７のリモコンブレーカ７Ａの入切を後述する操作部６の操作により行うことで、負荷Ｌへの電力の入切を行うことができる。この負荷制御部７は、既設の分電盤１のキャビネット内に収容せず、別個に設置したキャビネット内の副分電盤とすることが好ましい。例えば、負荷ＬがＬ_１〜Ｌ_１０まで設けてある場合、既設の分電盤１の１０個の分岐ブレーカ２０のうち分岐電路２０Ａから負荷Ｌ_１〜Ｌ_５（待機電力遮断対象）につながる５つの分岐ブレーカ２０との間にリモートブレーカ７Ａを設け、これらのリモートブレーカ７Ａを別のキャビネットに収めておくことで、既設の分電盤では必要とするひとつひとつの負荷Ｌの待機電力の遮断までできなかったことを簡単な工事で可能にすることができる。

従来の戸建住宅や集合住宅などにおいて、居住者が外出したり、就寝する場合、一般的に各部屋の照明を消すが、テレビ、ビデオ、エアコン、便器に取り付けた洗浄装置などの電気機器はコンセントに差し込まれたままであり、待機電力が消費され続けていた。住宅の各部屋ごとに分電されている分電盤の分岐ブレーカの開閉器を落とせば待機電力の消費は節約できるが、いちいち分電盤のブレーカを落とす人はほとんどいないのが現状である。本発明では、負荷制御部７のリモートブレーカ７Ａを後述する操作部６による遠隔操作で入切することができるようにし、商用電力源を使用するときでも、発動機２を使用するときでも特定の負荷Ｌの回路における待機電力を節約することができるものである。また、主開閉器１０Ｄを切断状態にすると、商用電力でも自家発電の電力でも、電力は分岐電路２０Ａには一切流れず、全ての負荷Ｌへの電力遮断をすることができる。さらに、切替開閉器１０Ｃも操作部６の操作で入切を行えるようにすることで、使用者の状況判断で発電機２の運転開始の有無を決定することにより、発電機２の燃料（ディーゼルオイルやガスなど）の無駄遣いを減らせる。停電が回復して商用電力が使えるようになった時点では、自動的に回路を切り替えて発電機２を停止させるようにしておく。

図２は、本発明の操作系統のブロック図であり、商用電力源の停電情報と給電開始情報（主開閉器１０Ｄの個所の電圧を適宜のセンサで検出すればよい）、発電機２の燃料残量や温度、電圧などの情報を検出部３が検出し、この検出した情報、すなわち発電機２に関する情報や商用電力源の電圧検出情報及び負荷Ｌへの電流の使用量検出情報などをコントロール部（ＣＰＵ）４に送り、コントロール部４で記憶し演算する。このコントロール部４で処理された情報を表示部５で表示する。表示部５としては、タッチパネルを用いた。表示される情報としては、分岐電路２０Ａの負荷電流値（アンペア）と設定値に対する百分率（％）を常時表示する。初期設定時に最大電流値を入力しておくことで、現在特定の分岐電路２０Ａに流れる電流値の最大電流値に対する割合が表示される。発電機２の情報は、警報を必要とする場合、例えば燃料が少量になった場合のみ表示部５に表示する。また、停電時や発電機２の稼動時も表示部５で表示し、負荷制御部７のリモートブレーカ７Ａの入切の表示や予めプログラミングされたいくつかの節電モードか通常モードかの表示、日付や時間などの表示を行う。なお、視覚的な表示のみならず音声でも行うようにするとよい。なお、発電機２の運転履歴、運転異常履歴、警報履歴なども記憶させ、必要なときに表示部５で表示可能とする。

前記コントロール部４に接続された操作部６は、タッチパネル形式とすれば、表示部５と一体となり、数種類の節電モード指示ボタン、系統別個別通電指示ボタン（ＲＢの個所）、発電機２の運転／停止の指示ボタンなどを表示し、これらのボタンを選択して押すことによりコントロール部４から切替開閉器１０Ｃを開閉したり、負荷制御部７を制御したり、発電機２の電源の入切やセルモータ起動を行う。

前記負荷制御部７の制御は、リモートブレーカ７Ａが設けられた分岐電路２０ＡにＣＴクランプ（電流検出手段）などの電流センサを設け、これにより電流値を常時検知し、表示部５に電流値を表示し、コントロール部４内の遠隔制御機能を作動させ、すなわちリモートブレーカ７Ａにこれを開閉する信号を送り、特定のリモートブレーカ７Ａを閉じ、待機電力を遮断する。制御される負荷Ｌが、先に述べた５つのＬ_１〜Ｌ_５である場合（図５の負荷（１〜負荷（５を参照）、全部の待機電力を遮断するモードをＭ_１、４つだけ遮断するモードをＭ_２、３つだけ遮断するモードをＭ_３と予めプログラミングしておき、操作部６のＭ_１〜Ｍ_３の各ボタンの選択により、使用者が必要とする節電モードを選ぶこともできる。また、手動で遮断すべき負荷Ｌ_１〜Ｌ_５の組合せをプログラミングできるようにしておくことも可能である。

図３のフローチャートにより、本システムの操作手順を説明すると、商用電力が停電かどうかをセンサで検出し、停電であるときは発電機２の運転開始を手動で行い、運転指示の前に発電機２の情報を知り、燃料がほとんど空の状態であるかどうかなどの警報が出ているかどうか確認し、警報が出ていない状態で運転を開始する。発電機２を起動させたときに、発電機２の電圧が検出され、その電圧が正常値であれば、切替開閉器１０Ｃにより発電機２側の電路と分岐電路２０Ａにつながる主幹電路１０Ａとを接続する。この自家発電を稼動させた状態においても負荷制御部７の制御や節電モードの設定も行える。その後、停電が回復して商用電力が復活したら発電機２を停止して商用電力に切り替える。

前記発電機２としては、ＬＰガス発電機が好ましい。例えば、図４に示すように、ＬＰガスのボンベ２ＡからＬＰガスをエンジンモータ２Ｂに送り、このモータ２Ｂで発電部２Ｃを作動させて電力を発生させるように構成する。ＬＰガスのボンベ２Ａ設置個所には、流量検出、圧力検出、貯蓄ガス量検出のためのセンサを設ける。発電個所には、エンジンオイル油量検出、エンジン筐体温度検出、発電電圧検出、発電周波数検出、バッテリ電圧検出のためのセンサを設ける。都市ガスを使用した発電機２では、災害時などに都市ガスの復旧は時間がかかり、自家発電を稼動させたいときに稼動できない事態が生じ、ディーゼルオイルを使用した発電機２では、ガソリンスタンドも機能不能となりオイルの入手が困難になる。ＬＰガスを用いた発電機２であれば、ガスボンベを予備に蓄えておくこともでき、災害時にすぐ稼動でき、かつＬＰガスによる発電時も節電できるので、復旧までの一定の期間、必要十分な電力を供給することが可能となる。

図５は、具体的な回路図を示し、負荷Ｌとして特定の部屋の電灯とコンセント（図面上負荷（１〜負荷（５として示す）のスイッチ（ＲＢ）を別設置の分電盤に設け、予め設定した節電プログラムに従って入切するようになっている。この負荷制御部７のスイッチ、すなわちリモコンブレーカ７Ａを切ることによって待機電力を遮断する。

図６は、停電時におけるより詳細なフローチャートを示し、表示部５において停電発生を音声でも知らせるように構成し、この例では発電機２の運転を操作部６の釦操作で行うようにした。しかしながら、停電と同時に発電機２を自動運転とするケース、例えば病院や公的施設などでは、自動運転されるようにしておくこともできる。表示部５に発電機２の運転釦が表示される前に、発電機２に異常がないかどうかの点検が行われる。すなわち、停電発生が文字と音声で表示されたときに、発電機２側のセンサが異常を感知していないかどうかを検出し、異常なし（オイルの残量も十分であり温度上昇もしていない）の状態で操作部６で運転釦を押すことができる。運転釦を押すと、発電機制御電源が切替開閉器１０Ｃが切り替わることによって投入され、発電機２のセルモータを起動し、電圧リレ１０Ｆを介して商用電力から発電機２に切り替えられ、発電機２で発電中であることを表示部５で文字と音声で表示する。このとき、表示部５には、発電機２の停止釦が表示される。前記電圧リレ１０Ｆでの電圧検出時に、所定の電圧が流れてこないときは、発電機２のセルモータを２回まで再起動させるようにしておき、２回とも起動できなかったときは、運転失敗の表示を文字と音声で行い、発電機２の制御電源を切断する。ここで表示部５の再起動釦を押して再起動を指示して、発電機２に異常がなければ発電機２を運転することができる。

図７では、発電機２の試運転のためのフローチャートを示す。発電機２は２週間に一度くらいの割合で試運転を行い、メンテナンスをしておくことが、きわめて重要となる。このようなメンテナンス（試運転）を怠ると、いざ災害というときに発電機２に異常が生じて作動しないという事態が生じかねない。停電時ではないことを電圧リレ１０Ｅで検出し、発電機２に異常がないことも確認すると、試験運転釦が表示部に表示され、この釦を押すと試験運転の表示がなされ先と同様に発電機２が運転を開始し、音声でも表示する。電圧リレ１０Ｆで所定の電圧が検出されないときは、何度か同じ動作を繰り返し、電圧が検出されれば発電機２が運転を開始することとなる。

１分電盤
２発電機
３検出部
４コントロール部
５表示部
６操作部
７負荷制御部
７Ａリモートブレーカ
１０主幹ブレーカ
１０Ａ主幹電路
１０Ｃ切替開閉器
２０分岐ブレーカ
２０Ａ分岐電路

Claims

商用電力源に接続された主幹ブレーカとこの主幹ブレーカの二次側に接続された主幹電路から分岐して各電気機器に電力を供給する分岐電路に設けられた分岐ブレーカとを有する分電盤を備えるとともに、主幹電路の途中に切替開閉器を設け、この切替開閉器に発電機を接続して商用電力と自家発電の電力のいずれかに切り替えられるように構成した電力供給システムにおいて、
前記複数の分岐電路のうち待機電力を遮断しても差し支えのない電気機器に接続された電路に前記分岐ブレーカとともに遠隔操作可能なリモコンブレーカを設けて負荷制御部を形成し、
このリモコンブレーカが設けられた分岐電路の電流値を検出して所定の電気機器の待機電力消費状態を確認して所望のリモートブレーカを操作して待機電力を遮断することを特徴とする電力供給システム。
前記リモコンブレーカが設けられた負荷制御部を前記分電盤とは別個設置の副分電盤にしたことを特徴とする請求項１に記載の電力供給システム。
前記発電機をＬＰガスによる発電機としたことを特徴とする請求項１または２に記載の電力供給システム。