JP4076878B2 - 変圧器及び受変電設備 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は変圧器及び高圧もしくは特別高圧の電圧を変圧器の一次側で受電し、二次側で使用電圧に変換し、低圧開閉器を介して需要家に電力を供給する受変電設備に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、変圧器は、高層ビルや大型マンション内に設けられた受電室にて、供給電圧を低電圧に変換するために使用されている。大容量負荷に対応し、変圧器の容量は大きく、更に停電発生時の影響を極小化するなど配慮し、2バンク構成とする特徴を持っている。
【0003】
高圧もしくは特別高圧の電圧で受電し、変圧器を介して低圧用開閉器に接続されている。低圧用開閉器の負荷側にはヒューズが収納され、このヒューズから負荷に直接電力を供給している。
【0004】
変圧器は異容量の単相変圧器をV結線した方式で、2台中の1台の変圧器容量が他方の変圧器容量に比べて大きい。単相の100Vの負荷に対しては、容量の大きい変圧器を使用し、三相の200V負荷を使用する場合は、もう一方の容量の小さい変圧器を併用してV結線とし、動力用負荷に電力を供給している。単相100V負荷に対応した容量の大きい変圧器では、変圧器の二次側が大電流となるため、大電流の通電可能な低圧用開閉器を選定している。
【0005】
低圧用開閉器を収納する筐体には、大電流により導体から発生する漏れ磁束が原因で渦電流が発生するため、大電流が通電する導体付近はステンレス材を使用した母線箱で包囲している。また、変圧器の二次側の低圧用筐体は、受電用とフィーダー用機器を別々の筐体に収納している。
【0006】
しかし、上記従来技術では、変圧器の二次側の電流が多く、変圧器容量の増加に伴う二次側の電流の増加により、二次側の低圧用開閉器のコストが増加する。また、大電流が通電する導体付近の構造材及び低圧用筐体へのステンレス材の使用により、低圧用筐体の材料、加工費が増加する。
【0007】
更に、低圧受電用とフィーダー用機器を別々の筐体に収納していることや、単相変圧器2台の変圧器相互の絶縁距離確保により変圧器筐体のサイズが増大し、変圧器及び低圧用筐体を受電室で組み合わせたときの据付面積が増大する問題があった。尚、変圧器を利用した受変電設備としては、特許文献1を挙げることができる。
【0008】
【特許文献1】
特開昭55−160905号公報(要約)
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、変圧器及び低圧用筐体等の受変電設備のコスト及び据付面積を低減するには、二次側機器の簡素化、コスト、据付面積、変圧器の二次側電流による漏れ磁束対策のステンレス材使用部材の削減、変圧器の台数低減が考えられる。
【0010】
しかしながら、いずれの場合においても変圧器の二次側の電流を低減しなければ、上記課題を解決することは困難である。
【0011】
本発明の目的は、コスト及び据付面積を低減した受変電設備を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の受変電設備は、二次側巻線の各相を分割しその各相から低圧の負荷に電力を供給するようにデルタ結線を3分割し、各相毎に中性線を設けた単相3線結線とし、通電値を各相に分流した分だけ小さくして、受変電設備のコスト及び据付面積を低減することを特徴とする。
【0013】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図1及び図2に示す変圧器及び受変電設備により説明する。図1及び図2は変圧器の等価回路及び受変電設備の系統を示す図である。
【0014】
変圧器1Aを図1により説明する。変圧器1Aの一次側巻線13及び三次側巻線14をデルタ結線している。三次側巻線14は三相変圧器を形成している。三相変圧器からの三相負荷として、例えば、エレベータ、ポンプ、建物の照明等に電力を供給する。
【0015】
二次側巻線15の各相U,V,Wは3台の単相変圧器をなすようにデルタ結線を3分割し、各相毎に中性線を設けた単相3線結線としている。3台の単相変圧器1Aの二次側巻線はU相,V相,W相二次側巻線15U,15V,15Wである。つまり、二次側巻線の各相をその各相から負荷に電力を供給する単相変圧器をなすようにデルタ結線を3分割し、各相毎に中性線を設けた単相3線結線としている。この結線は、例えばU相二次側巻線15UとV相二次側巻線15Vとの間が電気的に絶縁している。
【0016】
この変圧器1Aは図2に示すように変圧器用筐体1内に2バンクの変圧器1A,
1Bを配置している。変圧器1Bは変圧器1Aと同じ構造なので、前述と同様に以下でも変圧器1Aを代表として説明する。
【0017】
変圧器1A,1Bは2バンク構成であるため、変圧器1Aと変圧器1Bとを右左に配置している。この変圧器1Aの二次側巻線15の端子から低圧受電用とフィーダーの機能を併せ持つ低圧用筐体が3台配置されている。
【0018】
3台の低圧用筐体は変圧器1AのU相,V相,W相二次側巻線15U,15V,15Wと対応して左からU相低圧用筐体4A、V相低圧用筐体5A、W相低圧用筐体6Aとして配列している。これらの低圧用筐体には低圧用開閉器7を収納している。U相低圧用筐体4A、V相低圧用筐体5A、W相低圧用筐体6Aは全て同じ構造のため、代表としてW相低圧用筐体6Aを説明するが、その詳細は後述する。
【0019】
W相低圧用筐体6AとU相低圧用筐体4Bとの間に挟まれた中間に連絡用筐体8が配置されている。連絡用筐体8は、通常の運転時には並列で運転している2バンクのどちらか一方のバンク、例えば変圧器1Aを停止して点検する時に、もう一方の運転している方の変圧器1Bから停止を予定している変圧器1A側の負荷に電力を供給する際に必要となる連絡用開閉器9を3台収納している。連絡用筐体8の詳細については後述する。
【0020】
変圧器1Aを停止して点検するときは、連絡用開閉器9の3台全てを投入し、停止を予定しているバンクの変圧器1Aの代わりに、もう一方の変圧器1Bから停止している変圧器1Aの負荷に電力を供給する。通常運転時には、連絡用開閉器9は3台とも遮断した状態で、両バンクは切り離された状態にあり、2バンク並列運転している。
【0021】
変圧器1Aの三次巻線14と接続した電線10が連絡用筐体9内にある三次用開閉器12に接続され、三相200Vを必要とする三相負荷に電力を供給している。
【0022】
そして、変圧器1Aと低圧用開閉器7、連絡用開閉器9、三次用開閉器12の電気的な接続関係を図3により説明する。
【0023】
図3では連絡用筐体8と右側の低圧用筐体内について説明する。左側の低圧用筐体内の構成は右側の低圧用筐体内と同じなので、説明を省略する。また3台の低圧用筐体内の構成は同じなので、W相低圧用筐体6Aを説明し、他のV相低圧用筐体5A、W相低圧用筐体4Aについての電気的な接続関係については説明を省略する。
【0024】
変圧器1AのW相二次側巻線15W1及び15W3には主回路導体16が接続されている。W相二次側巻線15W2にはW相の中性用主回路導体16Nが接続されている。主回路導体16及び中性用主回路導体16Nには、W相低圧用筐体6A内の連絡用主回路導体18及び18Nに接続されている。
【0025】
W相二次側巻線15W1と15W3からの2本の主回路導体16が低圧用開閉器7及び変流器17に接続すると共に、連絡用主回路導体18に接続されている。中性用主回路導体16Nは1本の中性連絡用主回路導体18Nに接続されている。この中性連絡用主回路導体18NにはV相,U相二次側巻線15V,15Uにも接続され、共通線としての役目をしている。
【0026】
2本の連絡用主回路導体18Nと1本の中性連絡用主回路導体18NはU相低圧用筐体4A、V相低圧用筐体5A、W相低圧用筐体6A、連絡用筐体8内を貫通し、主回路導体16及び中性用主回路導体16Nに対して直交つまり水平方向に延びている。
【0027】
連絡用主回路導体18及び中性連絡用主回路導体18Nは図4に示すように母線箱19内に2本のU相,V相,W相二次側巻線と中性用二次巻線とに対応する7本の導体が収納されている。7本の導体は連絡用主回路導体18(U1,U3)、(V1,V3)、(W1,W3)、中性用連絡用主回路導体18Nである。
【0028】
母線箱19はステンレス部材により構成されている。つまり、大電流が通電する箇所にはステンレス部材が使用されている。主回路導体16及び連絡用主回路導体18は帯状の導体バーよりなる。連絡用主回路導体18には連絡用開閉器9が接続されている。連絡用主回路導体18に接続されたヒューズ線20Aには、5本のヒューズ20が接続されている。各ヒューズ20は各々低圧の負荷Lに接続されている。負荷Lで発生した事故電流が電力系統側に波及するのをヒューズ20の溶断により防止している。
【0029】
次に、変圧器用筐体1及びW相低圧用筐体6Aと連絡用筐体8の詳細について図1,2と図5(A)及び図6により説明する。図5(A)及び図6は図2のA−A線及びB−B線断面図である。
【0030】
図5(A)の変圧器筐体1内には3相3脚鉄心1Zが配置されている。その鉄心脚1Zには図5(B)に示すように三次側巻線14を配置し、三次側巻線14の外周側に二次側巻線15を配置し、二次側巻線15の外周側に一次側巻線13を配置している。一次側巻線13、二次側巻線15、三次側巻線14は絶縁部材によりコイルをモールドしたモールドコイルを使用している。
【0031】
変圧器1Aの結線は、変圧器1Aの一次側巻線13及び三次側巻線14をデルタ結線にしている。二次側巻線15は、見かけ上は3相変圧器が1台であるが、機能上、二次側はデルタ結線を3分割し、各相毎に中性線を設けた単相3線結線であるため、単相変圧器が3台の変圧器と同等となる。3台の単相変圧器は全て構成が同じであるため、U相,V相,W相二次側巻線15U,15V,15Wより成るが、代表としてW相二次側巻線15Wについて説明を行う。
【0032】
W相二次側巻線15Wの引出し線である二次端子15W1,15W3及び二次中性用端子15W2には、低圧用筐体6Aと接続する際の寸法の余裕度を持たせるため、たわみ導体22を使用している。そのため、たわみ導体22及び二次端子15W1,15W3と二次中性用端子15W2の引出しにスペースを取るため、一次端子13Aを逆方向に持ってくると、その分だけ変圧器1Aを収納する変圧器筐体1の寸法が増大する。よって、一次端子13Aを二次端子15W1,15W3、二次中性用端子15W2側と同じ引出し方向つまり低圧用開閉器7側に引出し、変圧器用筐体1のスペースの縮小を図っている。
【0033】
尚、図3では図5(A)と一次端子13Aと二次端子15との引出し方向が必ずしも一致していないが、図3は各端子の接続先を分かりやすくするために作成した図であるから、必ずしも図5(A)と一致していない。
【0034】
W相二次側巻線15Wに引出された二次端子15W1,15W3及び二次中性用端子15W2から、単相の100Vの電圧を発生させるため、3本の内1本の二次端子は二次中性用端子15W2となっている。変圧器1Aの二次電流については、変圧器1Aの二次側からみると単相の変圧器3台と同じであるため、単相変圧器の1台当たりの二次電流は、従来の異容量の変圧器をV結線した場合と比較して1/3となる。また、三次側端子14Aは、3相の200V用の負荷に対応している。
【0035】
次に、W相低圧用筐体6Aの内部構造について、図5(A)の右側面図により説明を行う。変圧器1Aの二次側からは、二次端子15W1,15W3及び二次中性用端子15W2が引出され、これらの主回路導体16及び16Nに接続され、この3本の導体がW相低圧用筐体6A内に入る。
【0036】
主回路導体16は変流器17を通過後、低圧用開閉器7に接続される。また、残り1本の二次中性用端子15W2は変流器17を通過せず、低圧用開閉器7に接続される。その後、主回路導体16及び16Nは、他のバンクへの接続の際に必要となる連絡用主回路導体18,18Nに接続され、連絡用主回路導体18からヒューズ線20Aを介して5台のヒューズ20に接続される。ヒューズ20の各々は単相100Vの負荷Lに接続されている。
【0037】
つまり、U相低圧用筐体4A、V相低圧用筐体5A、W相低圧用筐体6Aにおいて、それぞれ単相100V用の負荷Lを5幹線分得ることができる。U相低圧用筐体4A、V相低圧用筐体5A、W相低圧用筐体6Aを合わせて1バンクとなる。このため、1バンクで15幹線、2バンクで30幹線の単相100Vの負荷Lを得ることが可能である。2バンク構成である為、変圧器1Bのバンクも変圧器1Aのバンクと全く同様な構成となっている。
【0038】
連絡用主回路導体18及び中性連絡用主回路導体18NはU相,V相,W相用低圧用筐体4A,5A,6A内にそれぞれ最低でも2本の母線と1本の中性用母線が配置されている。また連絡用主回路導体18及び中性連絡用主回路導体18Nはもう片方のバンクのU,V,W相用低圧用筐体4B,5B,6B内の連絡用主回路導体18及び中性連絡用主回路導体18Nに繋がっている。このため、W相用低圧用筐体6AにはV相用母線及びU相用母線を配置されていることになり、計6本の母線及び1本の中性用母線が配置されている。
【0039】
連絡用筐体8について図3,5(A)及び図6により説明する。図6は連絡用筐体8の側面図である。
【0040】
連絡用筐体8には、連絡用遮断器9を収納すると共に、変圧器1Aの三次巻線14から三次側端子14Aを引出し、三次側端子14Aは電線10に接続している。電線10及び三次側端子14Aは、二次端子15W1,15W3及び二次中性用端子15W2の反対側から引出されている。電線10は二次端子15W1,15W3と交差しないように変圧器筐体1内より連絡用筐体8に入る。連絡用筐体8内の電線10は三次用開閉器12に接続されている。
【0041】
三次用開閉器12の先には、1台で2つの開閉器を持つインターロック付開閉器23がある。たとえば、両バンクとも電圧がある場合には、インターロック付開閉器23内のどちらか一方の開閉器が投入され、もう片方の開閉器は遮断された状態となっている。
【0042】
また、投入している開閉器に接続されている変圧器が停止し、電圧が無くなった場合には、投入している開閉器は遮断状態となり、もう片方の遮断している遮断器は投入状態となる。その後、三相の200Vの負荷開閉器24を介して三相の200Vの負荷に接続される。また、特高側の操作電源及び制御するための電源の供給している。
【0043】
このように、この実施例では、二次側巻線15を単相変圧器が3台になるようにデルタ結線を3分割し、各相毎に中性線を設けた単相3線結線としている。これにより3台の単相変圧器の二次側巻線15U,15V,15Wの各相の二次側電流は分流した分だけ電流を従来に比べて小さくできる。
【0044】
即ち、従来技術では約5000アンペアの二次側の電流が主回路導体16及び連絡用主回路導体18等に流れていた。これに対して、本発明の実施例では二次側の電流をデルタ結線を分割して3相各々に分流したことにより、二次側巻線15に一相あたり流れる約1600アンペアの電流が、主回路導体16及び連絡用主回路導体18等に均等に流れる。
【0045】
この結果、主回路導体16及び連絡用主回路導体18等に流れる渦電流及び通常電流は、本発明の実施例では従来技術と比較して約1/3となり、母線箱19及び主回路導体16、連絡用主回路導体18等を約1/3に縮小できるようになり、変圧器及び変圧器筐体、低圧用筐体を縮小することができる。
【0046】
例えば、従来の受変電設備の据付面積を約10とすると、本発明の受変電設備の据付面積は約6〜7に縮小できる。また低圧用筐体4A,5A,6A及び母線箱19に使用したステンレス材を低減することができる。従って、本発明の変圧器及び受変電設備によれば、据付面積の縮小及びコストの低減ができる。
【0047】
また主回路導体16、連絡用主回路導体18等の通電値が小さくなったので、変圧器の二次側導体の各々に対向して低圧用筐体4A,5A,6Aを3つに分離して配置できるようになった。即ち、各低圧用筐体で短絡事故が生じた場合、従来技術と比較して事故電流が小さく、他の低圧用筐体に悪影響を及ぼす影響が少ないことから、3台の独立した低圧用筐体に分離することができる。
【0048】
この結果、U相,V相,W相の二次側巻線15U,15V,15Wは、低圧用筐体との配線が容易に理解できるようになり、変圧器と低圧用筐体4A,5A,6A内の機器との接続に際し、誤った接続を防止することが可能となる。
【0049】
更に、三次側端子14Aを、二次端子15W1,15W3及び二次中性用端子15W2の反対側から引出すことにより、引出し作業が容易になった。例えば、三次側端子14Aを二次端子15U1,15U3の直角方向から引出す場合、変圧器のW相二次側巻線15WとV相二次側巻線15Vとの間より引出すことになり、作業性が悪化する。また、絶縁距離を必要とする欠点がある。
【0050】
更に、一次端子13及び二次端子15U1,15U3を同方向に引出したため、変圧器筐体1の縮小が可能なり、更に作業性が向上した。
【0051】
更に、前述の実施例を2回線2バンクとして使用する場合を説明する。
【0052】
即ち、2バンクを各々変圧器1A,1Bとして一次側巻線13及び三次側巻線14をデルタ結線にし、二次側巻線15を3台の単相変圧器15U,15V,15Wになるようにデルタ結線を3分割し、各相毎に中性線を設けた単相3線結線とし、W相変圧器15の二次側巻線15W1,15W3に低圧開閉器7を接続し、低圧開閉器7を連絡用開閉器9の一方側(変圧器1A側)と他方側(変圧器1B側)に接続し、一方側の変圧器1Aが停電している時に、停電している側の低圧開閉器7を開放すると共に、連絡用開閉器9を閉じて他方側の運転中の変圧器1Bからの電力を停電している変圧器1A側の負荷Lに供給する。
【0053】
尚、前述の実施例では低圧開閉器及び低圧用筐体について説明したが、低圧でない通常の開閉器及び筐体についても使用できることは勿論である。
【0054】
【発明の効果】
以上のように、本発明の受変電設備によれば、変圧器及び受変電設備の据付面積の縮小及びコストの低減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例として示した変圧器の等価回路図。
【図2】図1の変圧器を使用した受変電設備の配置を示す概略平面図。
【図3】図2の受変電設備の系統を示す系統回路図。
【図4】図3のC−C線断面である母線箱の断面図。
【図5】図5(A)及び(B)は図2のA−A線断面図及び図5(A)の変圧器の鉄心及び巻線を示す断面図。
【図6】図2のB−B線断面図。
【符号の説明】
1…変圧器用筐体、1A,1B…変圧器、1Z…鉄心脚、4A,5A,6A…低圧用筐体、4B,5B,6B…低圧用筐体、7…低圧用開閉器、8…連絡用筐体、9…連絡用開閉器、10…電線、12…3次用開閉器、13…一次巻線、13A…一次端子、14…三次巻線、14A…三次端子、15…二次巻線、15U,15V,15W…U,V,W相二次側巻線、15W1,15W3…二次側端子、15W2…二次中性用端子、16…主回路導体、16N…中性用主回路導体、17…変流器、18…連絡用主回路導体、18N…中性連絡用主回路導体、19…母線箱、20…ヒューズ。
Claims (6)
- 変圧器の一次側巻線の電力を二次側巻線及び三次側巻線に供給し、前記二次側巻線からの電力を複数の開閉器に供給すると共に、前記三次側巻線からの電力を三相負荷に供給する受変電設備において、前記変圧器の一次側巻線及び三次側巻線をデルタ結線にし、前記二次側巻線の各相をその各相が単相変圧器をなすようにデルタ結線を3分割し、各相毎に中性線を設けた単相3線結線とし、かつ、各相毎の中性線を共通の中性連絡用主回路導体に接続し、前記二次側巻線の各相に前記開閉器を接続することを特徴とする受変電設備。
- 変圧器の一次側巻線の電力を二次側巻線及び三次側巻線に供給し、前記二次側巻線からの電力を複数の開閉器に供給すると共に、前記三次側巻線からの電力を三相負荷に供給する受変電設備において、前記変圧器の一次側巻線及び三次側巻線をデルタ結線にし、前記二次側巻線の各相をその各相が単相変圧器をなすようにデルタ結線を3分割し、各相毎に中性線を設けた単相3線結線とし、かつ、各相毎の中性線を共通の中性連絡用主回路導体に接続し、前記二次側巻線の各相に前記開閉器を接続し、前記変圧器と前記二次側巻線の各相に対向する前記開閉器を筐体に収納することを特徴とする受変電設備。
- 変圧器の一次側巻線の電力を二次側巻線及び三次側巻線に供給し、前記二次側巻線からの電力を複数の開閉器に供給すると共に、前記三次側巻線からの電力を三相負荷に供給する受変電設備において、前記変圧器の一次側巻線及び三次側巻線をデルタ結線にし、前記二次側巻線の各相をその各相が単相変圧器をなすようにデルタ結線を3分割し、各相毎に中性線を設けた単相3線結線とし、かつ、各相毎の中性線を共通の中性連絡用主回路導体に接続し、前記二次側巻線の各相に前記開閉器を接続し、前記二次側巻線を前記開閉器側に二次側引出端子として引出し、この二次側引出端子と反対側の前記三次側巻線から三次側引出端子を引き出すことを特徴とする受変電設備。
- 変圧器として一次側巻線及び三次側巻線をデルタ結線にし、二次側巻線の各相をその各相が単相変圧器をなすようにデルタ結線を3分割し、各相毎に中性線を設けた単相3線結線とし、かつ、各相毎の中性線を共通の中性連絡用主回路導体に接続し、前記二次側巻線の各相に開閉器を接続し、前記開閉器を連絡用開閉器の一方側と他方側に接続し、一方側の変圧器が停電している時に、停電している側の前記開閉器を開放すると共に、前記連絡用開閉器を閉じて他方側の運転中の変圧器からの電力を停電している前記変圧器の負荷側に供給することを特徴とする受変電設備。
- 前記二次側巻線の電流を各相に均等に分流することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の受変電設備。
- 前記一次側巻線の一次側引出端子及び前記二次側巻線の二次側引出端子を、前記開閉器側に引出すことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の受変電設備。
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