JP2005292955A - 交流電圧調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 コンパクトで軽量な高電圧発生抑制の保護回路を備え、かつ全ての開閉器が開く瞬間でも分路巻線の短絡が保たれている１タップの交流電圧調整装置を提供することにある。
【解決手段】 入力端子Ｘ，Ｙと、入力端子Ｘ，Ｙから各々均等に降圧する第１の主巻線１と分路巻線３および第２の主巻線２と分路巻線４と、これらの主巻線１と分路巻線３間および主巻線２と分路巻線４間のそれぞれに接続された出力端子ｘ、ｙとを具備する。また、前記分路巻線３と４の間に第１の開閉器Ｍ１１ａ，Ｍ１２ａが接続され、該第１、第２の分路巻線３，４のそれぞれの両端に並列に、第２、第３の開閉器Ｍ１１ｂ、Ｍ１２ｂと、コンデンサと抵抗の直列回路である異常電圧保護回路とが接続される。入力電圧が基準電圧より高くなると、前記第１の開閉器を閉、第２、第３の開閉器は開放する制御がされる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、変圧器に開閉器を設け、開閉により入力電圧を降圧または昇圧して出力する１タップの交流電圧調整装置に関する。

従来の単相３線式線路に接続された交流電圧調整装置として、例えば、特開２００１−１４５３５０公報に記されているものがある。この従来技術は、複数タップにより切替を行うものであるが、この調整装置を１タップでの切替とすることも可能である。この場合の従来例を、図７を参照して説明する。入力端子ＸとＹは単巻変圧器の主巻線１と２に接続され、各々の主巻線１と２はそれぞれ分路巻線３と４に接続されており、該主巻線と分路巻線の各接続点に出力端子ｘとｙとが設けられている。各分路巻線３と４との間には開閉器Ｍ１が接続されており、それと並列に限流リアクトル５が接続されている。また、分路巻線３と４とを各々に短絡する開閉器Ｍ２とＭ３とが、該分路巻線３と４の各々と並列に接続されている。

このような構成の交流電圧調整装置において、開閉器Ｍ１を閉じ開閉器Ｍ２とＭ３とを開くと、出力端子ｘとｙ間には降圧した電圧がもたらされ、一方開閉器Ｍ１を開き開閉器Ｍ２とＭ３とを閉じると、入力電圧が出力端子ｘとｙ間に直送される。このような開閉器Ｍ１，Ｍ２，およびＭ３の開閉制御は、計測器１３にて入力端子ＸとＹとの間の入力電圧を測定し、制御部１４にて、該測定された入力電圧のレベルにより、出力端子ｘとｙとの間の出力電圧が適正電圧になるように該開閉器の入切制御が行われる。なお、中性線は、前記出力端子ｘとｙに接続される出力線と共に、単相３線式線路として電力を需要家に供給する。

開閉器が同時に閉じて電路を短絡するという不具合を避けるために開閉制御を行うと、ある瞬間には全ての開閉器が開いた状態となり巻線に高電圧が発生する。前記限流リアクトル５は、これを防止するために設けられている。
特開２００１−１４５３５０公報

前記限流リアクトル５の構成例は、下記のようである。すなわち、単巻変圧器の容量を１０ｋＶＡで入力電圧を５％降圧させるために、主巻線のターン数を６Ｔで分路巻線を１１８Ｔとしている。

この場合の限流リアクトル５は入力端子ＸとＹ間の電圧は２００Ｖであるので、次式から定格電流で５０Ａとなる。

１００００(VA)／２００(V)＝５０(A)

１１８Ｔの分路巻線に流れる電流は、主巻線の６Ｔとの等アンペアターンの次式より、２．５(A)となる。

６(T)×５０(A)／１１８(T)＝２．５(A)

限流リアクトルの両端には開閉器が全て開いている状態で入力電圧２００Ｖが印加されることから容量は、次式より０．５(kVA)となる。

２００(V)×２．５(A)＝０．５(kVA)

この０．５ｋＶＡの限流リアクトルをコア材料として一般的に使用される珪素鋼板で製作する場合の形状の一例を図８に示す。この図において、幅Ｗが１３０ｍｍ、奥行きＤが１３０ｍｍ、高さＨが１２０ｍｍとなり、重量は７ｋｇ程度である。

このように、保護回路である限流リアクトル５にて前記高電圧の発生を防ぐには、容積が大きく、重量も重くなり、価格も高くなるという問題がある。

また、分路巻線３，４は、開閉器Ｍ１の開放時は短絡する必要があるが、前記のように全ての開閉器が開く瞬間があり、その間は短絡がなされていないという問題もある。

本発明は、前記従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、コンパクトで軽量な高電圧発生抑制の保護回路を備え、かつ全ての開閉器が開く瞬間でも分路巻線の短絡が保たれている１タップの交流電圧調整装置を提供することにある。

前記の目的を達成するために、本発明は、単巻変圧器の入力端子間の電圧を計測し、出力端子間の電圧を１タップにて調整する交流電圧調整装置であって、前記単巻変圧器は、２本の入力端子と、該２本の入力端子から各々均等に降圧する第１の主巻線と分路巻線および第２の主巻線と分路巻線と、該第１の主巻線と分路巻線の間および第２の主巻線と分路巻線の間のそれぞれに接続された２本の出力端子と、前記第１、第２の分路巻線の間に設けられた第１の開閉器と、該第１、第２の分路巻線のそれぞれの両端に並列に接続された第２、第３の開閉器および異常電圧保護回路とを具備し、前記第１の開閉器を閉じた時は前記第２、第３の開閉器は開放し、逆に前記第１の開閉器を開放した時は前記第２、第３の開閉器は閉じるように制御するようにした点に第１の特徴がある。また、前記２本の入力端子から各々均等に降圧する第１の主巻線と分路巻線および第２の主巻線と分路巻線に代えて、２本の出力端子から各々均等に降圧する第１の主巻線と分路巻線および第２の主巻線と分路巻線とを具備した点に第２の特徴がある。

また、前記異常電圧保護回路を、抵抗とコンデンサのいずれか一方、または両方から構成した点に第３の特徴がある。さらに、前記第１の開閉器を第１、第２の２つの電磁接触器のａ接点を直列に接続して構成し、該第１の電磁接触器のｂ接点を前記第２の開閉器として用い、該第２の電磁接触器のｂ接点を前記第３の開閉器として用いるようにした点に第４の特徴がある。

請求項１、２の発明によれば、各分路巻線の両端に開閉器と並列に異常電圧保護回路を接続したので、全ての開閉器が開く瞬間でも分路巻線の短絡を保つことができるようになる。また、開閉器の切り換え時に出力電圧に発生するサージ電圧を大きく抑圧できるようになる。

請求項３の発明によれば、従来回路の限流リアクトルに代えて、コンデンサと抵抗との直列回路にしたので、容量と重量と価格を数分の１に低減できる。
また、請求項４の発明によれば、前記第１の開閉器と、第２、第３の開閉器とが同時に閉じるのを、完全に回避することができる。

以下に、図面を参照して、本発明を詳細に説明する。図１は、本発明の電圧調節装置の一実施形態の構成を示す回路図である。

この実施形態は、３相単線式線路に本発明の電圧調節装置を設けた場合を示し、入力端子ＸとＹは主巻線１と２に接続され、該主巻線１と２は分路巻線３と４とに接続され、分路巻線３と４間に２個の開閉器Ｍ１１ａとＭ１２ａとが直列に接続され、主巻線１と分路巻線３の接続点に出力端子ｘが、また主巻線２と分路巻線４の接続点に出力端子ｙが設けられている。また、分路巻線３の両端に、開閉器Ｍ１１ｂおよび異常電圧保護回路、例えばコンデンサ６と抵抗７との直列回路がそれぞれ接続され、分路巻線４の両端に、開閉器Ｍ１２ｂおよび異常電圧保護回路、例えばコンデンサ８と抵抗９との直列回路がそれぞれ接続されている。

入力端子ＸとＹとの間には、入力電圧を測定する計測部１３が接続されており、該計測部１３は入力電圧レベルに比例した信号を制御部１４に出力する。制御部１４は、計測部１３から入力した信号により、各開閉器Ｍ１１とＭ１２の開閉制御を行い、出力電圧を調整する。計測部１３と制御部１４とに数Ｖの直流の電源電圧を供給する電源部１５は、入力端子ＸとＹ間に接続されている。中性線は、本装置の出力線と共に、単相３線式線路として電力を需要家に供給する。

ここで、図２に示されているように、開閉器Ｍ１１ａは電磁接触器Ｍ１１のａ接点を、開閉器Ｍ１１ｂは電磁接触器Ｍ１１のｂ接点を、開閉器Ｍ１２ａは電磁接触器Ｍ１２のａ接点を、開閉器Ｍ１２ｂは電磁接触器Ｍ１２のｂ接点を表す。なお、この実施形態では、前記開閉器Ｍ１１ａとＭ１２ａの２つの開閉器を直列接続したが、いずれか一方のみであってもよい。また、分路巻線３、４間に接続された開閉器、各分路巻線３、４と並列に接続された２つの開閉器は、全て独立に構成されたものであってもよい。

各開閉器と出力電圧の関係を説明すると、開閉器Ｍ１１ａとＭ１２ａとを開放し開閉器Ｍ１１ｂとＭ１２ｂとを閉じた状態では直送となり、開閉器Ｍ１１ａとＭ１２ａとを閉じ開閉器Ｍ１１ｂとＭ１２ｂとを開放すると単巻変圧器として機能する。単巻変圧器として機能させた場合、入力端子ＸとＹとの間の入力電圧を主巻線１の巻数６Ｔ（ターン）と分路巻線の巻数１１８Ｔにより、入力電圧から５％降圧した電圧を出力端子ｘとｙ間に出力する。

前記のように、電磁接触器の接点を配置することにより、本装置の取り付け以前などの計測部１３および制御部１４に電源部１５からの電源電圧が供給されていない状態においてａ接点は開放となり、直送となる。また、電圧を直送するまたは５％降圧するのいずれかは、入力電圧を測定する計測部１３の出力により制御部１４が各開閉器を制御することによりなされる。

計測部１３は、全波整流器１３１と平滑器１３２から構成されている。図３に示されているように、該全波整流器１３１には同図(a)のような波形の入力端子ＸとＹ間の入力電圧が入力され、全波整流器１３１により同図(b)のように負側の電圧が反転され、平滑器１３２により同図(c)のような前記入力電圧の振幅レベルに比例した直流成分が出力される。ここに、該平滑器１３２は、例えば商用周波数の十分の１の遮断特性を持つ低域通過濾波器で構成することができる。

前記制御部１４は、第１、第２の基準電圧設定器１４１，１４６、第１、第２の比較器１４２，１４７、第１、第２のカウンタ１４４，１４９、および第１、第２の継続時間設定器１４３，１４８から構成されている。

前記平滑器１３２の直流出力は、制御部１４の第１および第２の比較器１４２と１４７とに入力される。第１の比較器１４２は、前記入力端子Ｘ、Ｙ間の入力電圧（図３(a)参照）が上昇した場合にこれを降圧するために予め設定された前記第１の基準電圧設定器１４１に設定された電圧値と比較する。そして、前記平滑器１３２の直流出力が該第１の基準電圧設定器１４１の電圧値以上であれば、真理値レベル「１」の電圧を出力する。ここでの第１の基準電圧設定器１４１の設定電圧は、例えば入力電圧実効値換算で２１２Ｖである。

次いで、該第１の比較器１４２の真理値１の電圧の継続時間を第１のカウンタ１４４で計測し、該計測値が第１の継続時間設定器１４３に予め設定した設定時間に達したら、第１の開閉器制御信号１６ａが出力される。この第１の開閉器制御信号１６ａにより、開閉器Ｍ１１ａとＭ１２ａとを閉じ、開閉器Ｍ１１ｂとＭ１２ｂとを開放する制御を行う。この状態は、各開閉器により保持される。このように、第１の開閉器制御は、降圧の制御を行い、５％の降圧させた電圧を需要家に供給することになる。

一方、第２の比較器１４７は、前記入力端子Ｘ、Ｙ間の入力電圧が降下した場合に本装置を直送状態とするために予め設定された前記第２の基準電圧設定器１４６に設定された電圧値と比較する。そして、前記平滑器１３２の直流出力が該第２の基準電圧設定器１４６の電圧値以下であれば、真理値レベル「１」の電圧を出力する。ここでの第２の基準電圧設定器１４１の設定電圧は、例えば入力電圧実効値換算で２０３Ｖである。

次いで、該第２の比較器１４７の真理値１の電圧の継続時間を第２のカウンタ１４９で計測し、該計測値が第２の継続時間設定器１４８に予め設定した設定時間に達したら、第２の開閉器制御信号１６ｂが出力される。この第２の開閉器制御信号１６ｂにより、開閉器Ｍ１１ａとＭ１２ａとを開放し、開閉器Ｍ１１ｂとＭ１２ｂとを閉じる制御を行う。この状態は、各開閉器により保持される。このようにして、第２の開閉器制御は、直送の制御を行う。

上記の制御において、開閉器Ｍ１１ａとＭ１１ｂおよびＭ１２ａとＭ１２ｂとを、それぞれ電磁接触器Ｍ１１およびＭ１２のａ、ｂ接点で構成しているために、電路の短絡は発生しないが全ての開閉器が開放になる状態が瞬間的に存在し、巻線数に依存した高電圧が分路巻線３と４に印加される。この時、主巻線の電線サイズ（巻線の直径）は分路巻線に比較して大きいために分路巻線が保護の対象となる。

本実施形態では、分路巻線３の両端にコンデンサ６と抵抗７とが接続されているので、上記したような高電圧が瞬間的に発生すると、コンデンサ６の充電作用と急激な電流を抑制する電流制限用の抵抗７の作用により、該高電圧の発生が抑制される。また、分路巻線４においても、該分路巻線４の両端にコンデンサ８と抵抗９とが接続されているので、分路巻線３の場合と同様の作用により、高電圧の発生が抑制される。このように、分路巻線３と４の各両端に接続された、コンデンサと抵抗からなる回路は、分路巻線を高電圧から常に保護する保護回路となっている。

ここで、コンデンサ６と８と抵抗７と９とを取り外した状態で開閉器Ｍ１１ａとＭ１２ａとを閉じ、開閉器Ｍ１１ｂとＭ１２ｂとを開放すると、図４に示すように、出力端子ｘ、ｙ間の出力電圧に、約４００Ｖのサージ電圧ｐが発生した。このため、各開閉器の開閉動作により、開閉器の接点が劣化するなどの不具合が生ずることが予想される。

次に、コンデンサ６と９と抵抗７と９とをサージ波形が最小となる容量３０μＦと４Ωとし、この定数で開閉器Ｍ１１ａとＭ１２ａを入り動作、開閉器Ｍ１１ｂとＭ１２ｂとを切り動作させた場合の出力端子間ｘとｙとの出力電圧を図５に示す。図５においては、サージ電圧ｐ’は約７０Ｖ程度に抑圧された。なお、図４と図５は、実系統の３相単線式に接続して測定した波形である。

前記コンデンサ６，８のサイズは、例えば幅Ｗが５８ｍｍ、奥行きＤが３５ｍｍ、高さＨが５０ｍｍとなり、抵抗７，９は、例えば円柱で半径１２ｍｍ、幅Ｗが５３ｍｍである。これが各々２個必要となるので、容積は約２５１０００ｍｍ^３となる。これは、従来の限流リアクトル５が約２０３００００ｍｍ^３であるので、大幅にコンパクト化されている。また、重量も限流リアクトル５が珪素鋼板を主体とした構成で約７ｋｇであるのに比較して、本発明のものでは１ｋｇ以下と大幅に軽量化されている。

前記コンデンサの容量は比較している限流リアクトルが０．５ｋＶＡであるのに対し、０．７１ｋＶＡである。価格的にも限流リアクトルが１万円以上なのに比較し数千円となる。

昇圧を行う電圧調節装置は図１に示す降圧の電圧調節装置の入力端子ＸとＹと出力端子ｘとｙとを入れ替えた図６で構成できる。なお、図６において、図１と同一または同等物には、同じ符号が付されている。

図６の動作を説明する。開閉器Ｍ１１ａとＭ１２ａとを開放し、Ｍ１１ｂとＭ１２ｂとを閉じると直送となり、一方開閉器Ｍ１１ａとＭ１２ａとを閉じ、Ｍ１１ｂとＭ１２ｂとを開放すると、主巻線と分路巻線の巻数比（６／１１８）により入力端子ＸとＹ間の入力電圧を５％昇圧した電圧を出力端子間ｘとｙ間に出力することができる。

ここで、制御部１４の動作を説明する。計測部１３の平滑器１３２からは、図３で説明したのと同様の入力端子Ｘ、Ｙ間の入力電圧に依存した大きさの直流電圧が出力される。平滑器１３２の直流出力は、制御部１４の第１、第２の比較器１４２，１４７に入力される。第１の比較器１４２は、前記入力端子Ｘ、Ｙ間の入力電圧が降下した場合にこれを昇圧するために予め設定された前記第１の基準電圧設定器１４１に設定された電圧値と比較する。そして、前記平滑器１３２の直流出力が該第１の基準電圧設定器１４１の電圧値以下であれば、真理値レベル「１」の電圧を出力する。ここでの第１の基準電圧設定器１４１の設定電圧は、例えば入力電圧実効値換算で１９２Ｖである。

次いで、該第１の比較器１４２の真理値１の電圧の継続時間を第１のカウンタ１４４で計測し、該計測値が第１の継続時間設定器１４３に予め設定した設定時間に達したら、第１の開閉器制御信号１６ａが出力される。この第１の開閉器制御信号１６ａにより、開閉器Ｍ１１ａとＭ１２ａとを閉じ、開閉器Ｍ１１ｂとＭ１２ｂとを開放する制御を行う。この状態は、各開閉器により保持される。このように、第１の開閉器制御は、昇圧の制御を行い、５％の昇圧させた電圧を需要家に供給することになる。

一方、第２の比較器１４７は、前記入力端子Ｘ、Ｙ間の入力電圧が上昇した場合に本装置を直送状態とするために予め設定された前記第２の基準電圧設定器１４６に設定された電圧値と比較する。そして、前記平滑器１３２の直流出力が該第２の基準電圧設定器１４６の電圧値以上であれば、真理値レベル「１」の電圧を出力する。ここでの第２の基準電圧設定器１４１の設定電圧は、例えば入力電圧実効値換算で２０１Ｖである。

次いで、該第２の比較器１４７の真理値１の電圧の継続時間を第２のカウンタ１４９で計測し、該計測値が第２の継続時間設定器１４８に予め設定した設定時間に達したら、第２の開閉器制御信号１６ｂが出力される。この第２の開閉器制御信号１６ｂにより、開閉器Ｍ１１ａとＭ１２ａとを開放し、開閉器Ｍ１１ｂとＭ１２ｂとを閉じる制御を行う。この状態は、各開閉器により保持される。このようにして、第２の開閉器制御は、直送の制御を行う。

本実施形態によれば、開閉器Ｍ１１，Ｍ１２のａ接点とｂ接点とは同時に閉じることがないので、電路の短絡を容易に防ぐことができる。また、電源電圧が印加されていない状態ではａ接点が開放となるので、取り付け時の電源が無い場合や故障時は直送状態となり電路への影響を及ぼさない。さらに、分路巻線３、４の両端に、それぞれコンデンサ６と抵抗７の直列回路、コンデンサ８と抵抗９との直列回路がそれぞれ接続されているので、全ての開閉器が開く瞬間でも分路巻線の短絡が保たれる。

なお、前記した実施形態では、分路巻線３、４の両端に接続する回路を、コンデンサと抵抗の直列回路で説明したが、コンデンサと抵抗の一方のみや並列接続も考えられる。

本発明の第１実施形態の構成を示す回路図である。 ａ接点、ｂ接点を有する開閉器の要部の説明図である。 図１の計測部の機能を説明する波形図である。 従来回路におけるサージ電圧の説明図である。 本発明の第１実施形態におけるサージ電圧の説明図である。 本発明の第２実施形態の構成を示す回路図である。 従来の交流電圧調整回路の一例の回路図である。 限流リアクトル正面および側面図である。

符号の説明

１，２・・・主巻線、３，４・・・分路巻線、Ｍ１１ａ、Ｍ１１ｂ、Ｍ１２ａ、Ｍ１２ｂ・・・開閉器、１３・・・計測部、１４・・・制御部。

Claims (4)

1. 単巻変圧器の入力端子間の電圧を計測し、出力端子間の電圧を１タップにて調整する交流電圧調整装置であって、
   前記単巻変圧器は、
   ２本の入力端子と、該２本の入力端子から各々均等に降圧する第１の主巻線と分路巻線および第２の主巻線と分路巻線と、該第１の主巻線と分路巻線の間および第２の主巻線と分路巻線の間のそれぞれに接続された２本の出力端子と、前記第１、第２の分路巻線の間に設けられた第１の開閉器と、該第１、第２の分路巻線のそれぞれの両端に並列に接続された第２、第３の開閉器および異常電圧保護回路とを具備し、
   前記第１の開閉器を閉じた時は前記第２、第３の開閉器は開放し、逆に前記第１の開閉器を開放した時は前記第２、第３の開閉器は閉じるように制御する交流電圧調整装置。
2. 単巻変圧器の入力端子間の電圧を計測し、出力端子間の電圧を１タップにて調整する交流電圧調整装置であって、
   前記単巻変圧器は、
   ２本の出力端子と、該２本の出力端子から各々均等に降圧する第１の主巻線と分路巻線および第２の主巻線と分路巻線と、該第１の主巻線と分路巻線の間および第２の主巻線と分路巻線の間のそれぞれに接続された２本の入力端子と、前記第１、第２の分路巻線の間に設けられた第１の開閉器と、該第１、第２の分路巻線のそれぞれの両端に並列に接続された第２、第３の開閉器および異常電圧保護回路とを具備し、
   前記第１の開閉器を閉じた時は前記第２、第３の開閉器は開放し、逆に前記第１の開閉器を開放した時は前記第２、第３の開閉器は閉じるように制御する交流電圧調整装置。
3. 請求項１または２に記載の交流電圧調整装置において、
   前記異常電圧保護回路は、抵抗とコンデンサのいずれか一方、または両方から構成されることを特徴とする交流電圧調整装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の交流電圧調整装置において、
   前記第１の開閉器は第１、第２の２つの電磁接触器のａ接点を直列に接続して構成され、該第１の電磁接触器のｂ接点は前記第２の開閉器として用い、該第２の電磁接触器のｂ接点は前記第３の開閉器として用いることを特徴とする交流電圧調整装置。
   

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