JP2005354755A - 配電変圧器用常時非接地システム - Google Patents

Abstract

【課題】人体の感電や需要家内の各種電気機器への高圧印加の危険性を解消して安全性を向上させた配電変圧器用常時非接地システムを提供する。
【解決手段】一次側の高電圧を配電変圧器１０により降圧して配電線２０を介し需要家３１，３２に供給する低圧配電系統において、配電変圧器１０の二次巻線１２を、放電素子５０を介して接地点１３に接続する。これにより、平常時は二次巻線１２を非接地状態とし、二次巻線１２に放電素子５０の放電開始電圧以上の電圧が印加された際に放電素子５０を放電、導通させて接地点１３にて二次巻線１２を接地する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、配電変圧器の二次側低圧配電線による感電を防止し、また、落雷等による配電変圧器の二次側接地電位上昇が低圧配電線を介して需要家側に波及するのを防止するようにした配電変圧器用常時非接地システムに関するものである。

低圧配電系統における配電変圧器の二次側結線方式としては、図３（ａ）に示す１００／２００Ｖ単相二線式、図３（ｂ）に示す１００／２００Ｖ単相三線式、図３（ｃ）に示す１００／２００Ｖ三相四線式（Ｖ結線の三相三線式２００Ｖと単相三線式１００／２００Ｖとを組み合わせたもの）、図３（ｄ）に示す１００／２００Ｖ三相四線式（図３（ｃ）のＶ結線をΔ結線に置き換えたもの）、図３（ｅ）に示す２００Ｖ三相三線式（Ｖ結線）、図３（ｆ）に示す２００Ｖ三相三線式（Δ結線）、図３（ｇ）に示す２４０／４１５Ｖ三相四線式（Ｙ結線）等が従来より広く知られている。
なお、これらの結線方式は、後述する非特許文献１を初めとして多数の文献に記載されている。

上述した各種の結線方式においては、配電変圧器の一次側電圧が高圧（例えば６．６ｋＶ）であり、変圧器の絶縁劣化等により一次巻線と二次巻線とが混触すると一次側の高圧が二次側の低圧配電線に直接印加されて危険であるため、電気設備技術基準（電技）により、図３の各図に示すように二次巻線の一端や中性点、中間点を接地することが規定されている。
このように配電変圧器の二次巻線を接地することにより、仮に一次巻線と二次巻線とが混触した場合でも高電圧を地絡電流として接地側に逃がすことができ、配電変圧器の一次側に設けられた保護継電器及び遮断器を動作させて低圧配電線に接続された需要家内の各種電気機器や人体・動物等（以下、単に人体という）の安全を確保するようになっている。
なお、配電変圧器の二次巻線を接地しない場合の対策として、一次巻線と二次巻線との間に、接地された絶縁シールド板を介在させる方法も知られている。

「電気工学ハンドブック」、社団法人電気学会発行、昭和６３年２月２８日、ｐ．１２２４

上述したように、配電変圧器の二次巻線を接地することは混触時の対策としては有効であるが、以下のような問題が指摘されている。
第１の問題として、配電変圧器の二次側の低圧配電線（またはやこれから分岐された給電線等も含む）に人体が接触することによる感電の危険性がある。
前述のごとく、配電変圧器の二次巻線が接地されている場合には、低圧配電線に人体（足下が接地されていると考えて良い）が誤って接触することにより、二次巻線−低圧配電線−人体−大地−二次巻線の経路で閉回路が形成されるため、二次巻線の電圧によって感電するおそれがある。

また、第２の問題として、落雷時における配電変圧器の二次側接地電位上昇に伴う問題がある。
図４は、例えば１００／２００Ｖ単相二線式の配電変圧器１０による低圧配電系統の説明図であり、１１は配電変圧器１０の一次巻線、１２は二次巻線、１３は二次巻線１２の接地点、２０は低圧配電線、３１，３２は需要家を示す。また、４０は近隣のビル、４１は避雷針、４２はその接地点である。

上記構成において、例えばビル４０の避雷針４１に落雷して雷電流が接地点４２に流れ込むと、雷電流及び接地抵抗の大きさに応じて接地電位が上昇する。この電位Ｅ１は、図４の下段に示すように接地点４２から離れるほど次第に低下するが、配電変圧器１０の接地点１３が近隣にある場合や、雷電流または接地抵抗が大きいため電位Ｅ１が極めて大きい場合等には、配電変圧器１０の接地点１３の電位Ｅ２もかなり大きい値となる。このため、需要家３１，３２内の電気機器の絶縁を破壊したり故障させる原因となり、また、人体を危険にさらすことにもなる。
このようないわゆる逆閃絡の問題は、ビル４０への落雷に限らず、鉄塔や立木への落雷、更には、高圧電気機器の地絡事故等によっても生じ得るものである。

また、上記の第１，第２の問題は、図４に示したような１００／２００Ｖ単相二線式の配電変圧器１０に限らず、二次巻線が接地された図３の各種結線方式による配電変圧器や配電系統全般に言えることである。

そこで本発明の解決課題は、上述した第１，第２の問題点に鑑み、人体の感電や需要家内の各種電気機器への高圧印加の危険性を解消して安全性を向上させた配電変圧器用常時非接地システムを提供することにある。

上記課題を解決するため、請求項１に記載した発明は、一次側の高電圧を配電変圧器により降圧して低圧配電線を介し需要家に供給する低圧配電系統において、配電変圧器の二次巻線を、放電素子を介して接地点に接続することにより、平常時は二次巻線を非接地状態とし、二次巻線に放電素子の放電開始電圧以上の電圧が印加された際に放電素子を瞬時に放電、導通させて前記接地点にて二次巻線を接地するものである。

請求項２に記載した発明は、請求項１において、配電変圧器の二次巻線の一端または中性点もしくは中間点を、放電素子を介して前記接地点に接続したものである。

請求項３に記載した発明は、請求項１または２において、放電素子の放電開始電圧を、一次巻線と二次巻線との混触時における二次巻線への印加電圧よりも低い値に設定したものである。

請求項４に記載した発明は、請求項１〜３の何れか１項において、放電素子の放電開始電圧を、配電変圧器の近隣における落雷や高圧機器の地絡事後等に起因した前記接地点の電位上昇分に相当する電圧よりも高く設定したものである。

なお、前記放電素子としては、請求項５，６に記載するように、アレスタや冷陰極放電管を使用することができる。

本発明によれば、配電変圧器の二次巻線を、アレスタ等の放電素子を介して接地点に接続し、この放電素子の放電開始電圧を所定値に設定しておくことにより、配電変圧器の二次巻線及びこれに接続された低圧配電線を常時非接地状態にすることができる。これにより、低圧配電線に人体が接触した際の大地を経路とする閉回路が形成されるのを防ぎ、感電を防止して安全性の高い配電系統を構築することができる。
また、前記放電開始電圧を、配電変圧器の一次巻線電圧（一次巻線と二次巻線とが混触した際の二次巻線への印加電圧）以下に設定しておけば、混触時に放電素子を放電、導通させて一次側の高電圧を接地側に逃がすことができ、低圧配電線に高圧が印加されるのを防止することが可能である。
更に、近隣に落雷事故や高圧機器の地絡事故等が発生した場合には配電変圧器の接地点の電位が上昇するが、放電素子の放電開始電圧を、その電位上昇分に相当する電圧より高く設定しておくことで、接地点の電位上昇が低圧配電線に波及し拡散するのを防止でき、需要家内の各種電気機器の破壊や人体の感電を回避することができる。
なお、本発明は極めて簡易な構成によって実現可能であり、経済的な効果も顕著である。

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
まず、図１は、この実施形態を示す低圧配電系統の主要部の構成図であり、図３と同一の構成要素には同一の参照符号を付してある。

図１（ａ）において、１０は一次巻線が高圧配電系統に接続された配電変圧器であり、その二次巻線１２は低圧配電線（以下、単に配電線ともいう）２０を介して各需要家３１，３２に引き込まれている。
この実施形態では、二次巻線１２の一端を放電素子としてのアレスタ（避雷器）５０を介して接地点１３に接続した点に特徴を有している。
なお、アレスタ５０としては、酸化亜鉛形、半導体素子を用いたＳｉＣ形、弁抵抗形など各種の形式のものを用いることができ、放電素子としては、冷陰極放電管等を用いても良い。何れにしても、両端に印加される電圧が放電開始電圧に達しない状態では非導通であり、両端に印加される電圧が放電開始電圧以上となった際に瞬時に（例えば１μｓｅｃ程度で）導通する素子であれば良く、その具体的な呼称は問わない。また、この放電素子は、配電線２０に通常印加される電圧（１００／２００Ｖ）以上の放電開始電圧を有することが必要である。

上記の構成により、本実施形態では、平常時は配電線２０がアレスタ５０によって接地点１３と遮断され、非接地状態になっているので、仮に人体が配電線２０の何れか一方に接触したとしても、配電線２０−人体−大地を経路とする閉回路が形成されず、感電するおそれがない。
また、配電変圧器１０の絶縁劣化等により一次巻線１１と二次巻線２０が混触し、二次巻線２０に一次側の高電圧が印加されたとしても、アレスタ５０の放電開始電圧を上記高電圧よりも十分に低い電圧に設定しておくことにより、アレスタ５０が放電、導通して二次巻線１２が接地される。従って、高電圧及びこれによる電流は接地側に逃げるため、一次側の高電圧が配電線２０を介して需要家３１，３２内に侵入したり人体に危険を及ぼすこともない。

なお、配電変圧器としては、図１（ｂ），（ｃ），（ｄ）に示すように他の結線方式でも良いのは勿論であり、要するに、図３に示した各種結線方式における二次巻線の一端、中性点または中間点をアレスタ５０等の放電素子を介して接地点１３に接続すればよいものである。
また、信頼性を向上させるために、図１（ｅ）に示す如く、放電素子５０を２個以上の任意の個数、並列に接続する構成としても良い。

次に、図２は、この実施形態において、図４と同様に近隣の地点に落雷があった場合の説明図である。
本実施形態では、配電変圧器１０の二次巻線１２をアレスタ５０を介して接地したことにより、前記同様に近隣における落雷に起因して配電変圧器１０側の接地点１３の電位がＥ２になったとしても、アレスタ５０の放電開始電圧を上記Ｅ２相当の電圧以上に設定しておけば、このアレスタ５０が放電により導通することはない。

このため、電位Ｅ２に相当する電圧が配電線２０を介して需要家３１，３２に侵入するおそれはなく、需要家３１，３２内の電気機器を絶縁破壊したり故障させる心配もない。同時に、配電線２０や需要家３１，３２内の給電線、コンセント、電気機器等に触れることによる感電のおそれもない。
すなわち、二次巻線１２と接地点１３との間にアレスタ５０を介在させることで、落雷等による接地点１３の電位上昇が配電線２０を介して波及、拡散するのを確実に防止することができる。

なお、接地点１３の電位上昇が波及、拡散するのを防止する上述の作用効果は、ビル４０への落雷に限らず、鉄塔や立木への落雷、更には、高圧電気機器の地絡事故等に対しても有効であり、また、図２に示した１００／２００Ｖ単相二線式の配電変圧器１０ばかりでなく、図１（ｂ）〜（ｄ）やその他の各種結線方式にも勿論有効である。

更に、本発明の実施に当たっては、現行の電気設備技術基準等に対する例外的取り扱いや改正等が必要であるが、これらの問題は本発明の有用性を何ら損なうものではない。

本発明の実施形態を示す低圧配電系統の主要部の構成図である。 落雷による接地点電位上昇時の低圧配電系統の説明図である。 低圧配電系統における配電変圧器の二次側結線方式を示す図である。 落雷による接地点電位上昇時の低圧配電系統の説明図である。

符号の説明

１０，１４，１５，１６：配電変圧器
１１：一次巻線
１２：二次巻線
１３：接地点
２０：配電線
３１，３２：需要家
４０：ビル
４１：避雷針
４２：接地点
５０：アレスタ（放電素子）

Claims (6)

1. 一次側の高電圧を配電変圧器により降圧して低圧配電線を介し需要家に供給する低圧配電系統において、
   配電変圧器の二次巻線を、放電素子を介して接地点に接続することにより、
   平常時は二次巻線を非接地状態とし、二次巻線に放電素子の放電開始電圧以上の電圧が印加された際に放電素子を瞬時に放電、導通させて前記接地点にて二次巻線を接地することを特徴とした配電変圧器用常時非接地システム。
2. 請求項１に記載した配電変圧器用常時非接地システムにおいて、
   配電変圧器の二次巻線の一端または中性点もしくは中間点を、放電素子を介して前記接地点に接続したことを特徴とする配電変圧器用常時非接地システム。
3. 請求項１または２に記載した配電変圧器用常時非接地システムにおいて、
   放電素子の放電開始電圧を、一次巻線と二次巻線との混触時における二次巻線への印加電圧よりも低い値に設定したことを特徴とする配電変圧器用常時非接地システム。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載した配電変圧器用常時非接地システムにおいて、
   放電素子の放電開始電圧を、落雷等に起因した前記接地点の電位上昇分に相当する電圧よりも高く設定したことを特徴とする配電変圧器用常時非接地システム。
5. 請求項１〜４の何れか１項に記載した配電変圧器用常時非接地システムにおいて、
   放電素子がアレスタであることを特徴とする配電変圧器用常時非接地システム。
6. 請求項１〜４の何れか１項に記載した配電変圧器用常時非接地システムにおいて、
   放電素子が冷陰極放電管であることを特徴とする配電変圧器用常時非接地システム。

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