JP2008053334A

JP2008053334A - 計器用変圧器とこれを用いた電気設備、高圧負荷開閉器及び計器用変圧変流器

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Publication number: JP2008053334A
Application number: JP2006226170A
Authority: JP
Inventors: Yoshikazu Inoue; 善和井上; Tsutomu Yagi; 力八木; Hiroaki Kamigaki; 博昭上垣; Yuji Kitajima; 優司北島
Original assignee: KANSAI DENKI HOAN KYOKAI
Current assignee: KANSAI DENKI HOAN KYOKAI
Priority date: 2006-08-23
Filing date: 2006-08-23
Publication date: 2008-03-06
Anticipated expiration: 2026-08-23
Also published as: JP4615490B2

Abstract

【課題】計器用変圧器が鉄共振状態になることを回避し、その計器用変圧器の焼損を未然に防止する。
【解決手段】Ａ相、Ｂ相およびＣ相の受電ケーブル３０ａ〜３０ｃからなる三相交流電路３０に気中負荷開閉器１０を設置し、その気中負荷開閉器１０に内蔵された計器用変圧器２０の一次巻線ｍ_１０にコンデンサ５０を並列に接続する。計器用変圧器２０の一次巻線ｍ_１０にコンデンサ５０を並列に接続したことにより、計器用変圧器２０の誘導性インピーダンスと受電ケーブル３０ｃの容量性インピーダンスからなる並列合成インピーダンスを容量性インピーダンスに変更して鉄共振状態になることを防止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば変電所などで使用するＧＩＳ（ガス絶縁開閉装置）等に適用される計器用変圧器や三相交流電路に設置された計器用変圧器とこれを用いた電気設備、高圧負荷開閉器及び計器用変圧変流器に関する。

例えば、図８（ａ）に示すように三相交流電路３に設置された高圧負荷開閉器の一つである気中負荷開閉器１（ＰＡＳ）には、一般的に変圧器の一種である計器用変圧器２（ＶＴ）が内蔵されている。この計器用変圧器２は、三相交流電路３のいずれかの線間、例えばＡ相の受電ケーブル３ａとＣ相の受電ケーブル３ｃとの間に接続され、電源側電圧（例えば６６００Ｖ）を負荷側電圧（例えば１１０Ｖ）に降圧する機能を有する。なお、図中の符号４ａ〜４ｃは、各相の受電ケーブル３ａ〜３ｃの対地静電容量を示している。また、符号６ａ〜６ｃは、三相交流電路３の電源側で各相に設けられたＬＢＴ（ロードブレイクターミナル）である。

図８（ｂ）は前述した計器用変圧器２の一次巻線ｍ_１と受電ケーブル３ｃの対地静電容量４ｃとの直列回路をなす等価回路を示す。この等価回路では、計器用変圧器２の誘導性インピーダンスと受電ケーブル３ｃの容量性インピーダンスにより鉄共振状態になる場合がある。このように、計器用変圧器２の誘導性インピーダンスと受電ケーブル３ｃの容量性インピーダンスにより鉄共振状態になると、等価回路全体のインピーダンスが低下し、計器用変圧器２に過電流が流れる。その結果、過電流により計器用変圧器２が焼損するおそれがある。

この過電流に対する対策として、特許文献１では、計器用変圧器の二次側に正特性サーミスタを設けている。また、遮断器を介して交流電源に接続された計器用変圧器の場合、例えば特許文献２〜４に開示されているように、鉄共振検出装置を計器用変圧器の二次側に設けることにより鉄共振状態を回避する対策が施されている。また、特許文献５では、開閉サージによる計器用変圧器の二次側の異常電圧を抑制するために計器用変圧器の一次側に抵抗体を設けるようにしている。
特開平６−２０４０６０号公報特開平１０−２４３５４９号公報特開２０００−１６４４４１号公報特開２０００−５０４３２号公報特開平８−１１１３３１号公報

ところで、前述した三相交流電路３の電源側で、工事などによりＡ相、Ｂ相およびＣ相のうち、いずれか一相の受電ケーブル３ａ〜３ｃでＬＢＴ６ａ〜６ｃを開放した場合、例えば、図８（ａ）に示す三相交流電路３において、Ａ相の受電ケーブル３ａとＣ相の受電ケーブル３ｃ間に計器用変圧器２を接続した状態でＣ相の受電ケーブル３ｃで電源側のＬＢＴ６ｃを開放した場合、計器用変圧器２の一次側巻線ｍ_１と受電ケーブル３ｃの対地静電容量４ｃとの直列回路が等価的に形成されて鉄共振状態を招くことになる〔図８（ｂ）参照〕。

また、図８（ａ）の破線で示すように三相交流電路３には、気中負荷開閉器１と共に計器用変圧変流器７（ＶＣＴ）が設置されている場合があり、その場合、計器用変圧変流器７の計器用変圧器と受電ケーブル３ｃの対地静電容量４ｃとの直列回路が等価的に形成されて鉄共振状態を招くことになる。

前述した特許文献１に開示された対策では、計器用変圧器の二次側の過電流には対応することができるが、鉄共振現象は計器用変圧器の二次側がオープンの状態でも発生することから、完全な解決にならない。

また、遮断器を介して交流電源に接続された計器用変圧器の場合（特許文献２〜４）、特許文献２では計器用変圧器の二次側電圧より鉄共振状態を検出して遮断器を投入するように制御していることから、その遮断器を開放したままで鉄共振状態を回避することができない。また、特許文献３，４では、鉄共振状態を抑制するために計器用変圧器の二次側に鉄共振検出部および複雑なスイッチング素子と抑制抵抗を使用する必要がある。その線路条件によっては計器用変圧器の二次側のインピーダンス調整だけでは計器用変圧器の負担制限から鉄共振状態を回避できない場合も生じる。

さらに、特許文献５では、計器用変圧器の一次側に抵抗体を直列に接続することにより、開閉装置の開閉サージによる異常電圧を抑制する効果を奏しているが、計器用変圧器の鉄共振状態による異常電圧を抑制するものではない。

そこで、本発明は前述の問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、計器用変圧器が鉄共振状態になることを回避し、その計器用変圧器の焼損を未然に防止することにある。

前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明に係る計器用変圧器は、所定の静電容量を有するコンデンサを一次側巻線あるいは二次側巻線のいずれか一方に並列に接続したことを特徴とする。なお、このコンデンサは、変圧器の一次側巻線に並列接続することが望ましいが、その二次側巻線に並列接続することも可能である。

この計器用変圧器では、所定の静電容量を有するコンデンサを一次側巻線あるいは二次側巻線のいずれか一方に並列に接続したことにより、計器用変圧器の誘導性インピーダンスとコンデンサの容量性インピーダンスからなる並列合成インピーダンスを容量性インピーダンスに変更することができる。

例えば、計器用変圧器を内蔵させた高圧負荷開閉器の一つである気中負荷開閉器を三相交流電路に設置した場合、その三相交流電路の電源側で工事などによりその三相交流電路のうちの一相の受電ケーブルでＬＢＴを開放することにより、受電ケーブルの容量性インピーダンスが直列接続された状態となっても、計器用変圧器の誘導性インピーダンスとコンデンサの容量性インピーダンスからなる並列合成インピーダンスを容量性インピーダンスに変更することで、計器用変圧器にかかる電圧は必ず電源電圧を下回るため鉄共振状態を回避することができる。

三相交流電路に高圧負荷開閉器と共に計器用変圧変流器が設置されている場合、所定の静電容量を有する三相用コンデンサを、高圧負荷開閉器に内蔵された計器用変圧器の一次側巻線に接続された電路に接続したり、あるいは、所定の静電容量を有する三相用コンデンサを、計器用変圧変流器に内蔵された計器用変圧器の一次側巻線に接続された電路に接続したりすることが可能である。

本発明は、コンデンサを計器用変圧器の一次側巻線あるいは二次側巻線のいずれか一方に並列に接続した構成以外に、計器用変圧器の一次側巻線に接続されている電路、例えば三相交流電路の場合、各相の受電ケーブルに三相用コンデンサを接続した構成とする電気設備にも適用可能である。

本発明によれば、所定の静電容量を有するコンデンサを一次側巻線あるいは二次側巻線のいずれか一方に並列に接続したことにより、計器用変圧器の誘導性インピーダンスとコンデンサの容量性インピーダンスからなる並列合成インピーダンスを容量性インピーダンスに変更することができる。

その結果、計器用変圧器の焼損を未然に防止することができ、信頼性の高い長寿命の計器用変圧器とこれを用いた電気設備、高圧負荷開閉器及び計器用変圧変流器を提供することができる。

図１（ａ）〜図３（ａ）は、第一〜第三の実施形態における計器用変圧器の構成を示す。

図１（ａ）に示す第一の実施形態の計器用変圧器２０は、一次側巻線ｍ_１０あるいは二次側巻線ｍ_２０のうち、一次側巻線ｍ_１０に所定の静電容量を有するコンデンサ５０を並列に接続した構成を具備する。図２（ａ）に示す第二の実施形態の計器用変圧器２０は、一次側巻線ｍ_１０あるいは二次側巻線ｍ_２０のうち、二次側巻線ｍ_２０に所定の静電容量を有するコンデンサ５１を並列に接続した構成を具備する。

ここで、コンデンサの静電容量の大きさは、計器用変圧器の定格電圧における遅れ電流の大きさを上回る進み電流が流れる大きさとする。図中、コンデンサ５０，５１を一素子で表しているが、複数個の素子を直列に接続して構成し、所定の静電容量を確保することが好ましい。

図３（ａ）に示す第三の実施形態の計器用変圧器２０は、一次側巻線ｍ_１０あるいは二次側巻線ｍ_２０のうち、一次側巻線ｍ_１０に、鉄共振状態となることを防止する保護素子としての抵抗５３を直列に接続した構成を具備する。

ここで、鉄共振状態となることを防止する保護素子としては、抵抗５３の他に、計器用変圧器の巻線部分の温度が高くなる箇所に取り付けられた正特性サーミスタや温度ヒューズを使用することが可能で、計器用変圧器２０の一次巻線ｍ_１０を高抵抗の線材で構成することも可能である。

図１（ｂ）（ｃ）〜図３（ｂ）（ｃ）は、Ａ相、Ｂ相およびＣ相の受電ケーブル３０ａ〜３０ｃからなる三相交流電路３０に、図１（ａ）〜図３（ａ）の計器用変圧器２０を内蔵させた高圧負荷開閉器の一つである気中負荷開閉器１０（ＰＡＳ）が設置された場合を例示する。この計器用変圧器２０は、三相交流電路３０のいずれかの線間、例えばＡ相の受電ケーブル３０ａとＣ相の受電ケーブル３０ｃとの間に接続され、電源側電圧（例えば６６００Ｖ）を負荷側電圧（例えば１１０Ｖ）に降圧する機能を有する。なお、図中の符号４０ａ〜４０ｃは、各相の受電ケーブル３０ａ〜３０ｃの対地静電容量を示している。また、符号６０ａ〜６０ｃは、三相交流電路３０の電源側で各相に設けられたＬＢＴ（ロードブレイクターミナル）である。

この三相交流電路３０の電源側で、工事などによりＡ相、Ｂ相およびＣ相の受電ケーブル３０ａ〜３０ｃのうち、いずれか一相の受電ケーブル３０ａ〜３０ｃでＬＢＴ６０ａ〜６０ｃを開放した場合、例えば、図１（ｂ）〜図３（ｂ）に示す三相交流電路３０において、Ａ相の受電ケーブル３０ａとＣ相の受電ケーブル３０ｃ間に計器用変圧器２０を接続した状態でＣ相の受電ケーブル３０ｃで電源側のＬＢＴ６０ｃを開放した場合、計器用変圧器２０の一次側巻線ｍ_１０と受電ケーブル３０ｃの対地静電容量４０ｃとの直列回路が等価的に形成されることになる。

図１（ｃ）〜図３（ｃ）は前述した計器用変圧器２０の一次巻線ｍ_１０と受電ケーブル３０ｃの対地静電容量４０ｃとの直列回路をなす等価回路を示す。この等価回路では、計器用変圧器２０の誘導性インピーダンスと受電ケーブル３０ｃの容量性インピーダンスにより鉄共振状態になる場合がある。このように、計器用変圧器２０の誘導性インピーダンスと受電ケーブル３０ｃの容量性インピーダンスにより鉄共振状態になると、等価回路全体のインピーダンスが低下し、計器用変圧器２０に過電流が流れる。その結果、過電流により計器用変圧器２０が焼損するおそれがある。

そこで、図１（ｂ）に示す第一の実施形態では、計器用変圧器２０の一次巻線ｍ_１０にコンデンサ５０を並列に接続した形態としている。このように計器用変圧器２０の一次巻線ｍ_１０にコンデンサ５０を並列に接続したことにより、図１（ｃ）に示すように計器用変圧器２０の誘導性インピーダンスと受電ケーブル３０ｃの容量性インピーダンスからなる並列合成インピーダンスをコンデンサ５０により容量性インピーダンスに変更することができる。

従って、計器用変圧器２０にかかる電圧が電源電圧を下回るため鉄共振状態を回避することができる。これにより、計器用変圧器２０に過電流が流れることを抑制でき、計器用変圧器２０の焼損を未然に防止することができる。

この作用効果については、図２（ｂ）に示す第二の実施形態のように、コンデンサ５１を計器用変圧器２０の二次側巻線ｍ_２０に並列接続した形態とした場合についても同様である。また、図３（ｂ）に示す第三の実施形態のように計器用変圧器２０の一次巻線ｍ_１０に抵抗５３を直列に接続した形態とする場合についても同様で、計器用変圧器２０の一次巻線ｍ_１０に抵抗５３を直列に接続したことにより、計器用変圧器２０の一次巻線ｍ_１０側を高抵抗とすることで、その計器用変圧器２０に流れる過電流を抑制することができ、計器用変圧器２０の焼損を未然に防止することができる。

次に、図４（ａ）（ｂ）に示す第四の実施形態では、三相交流電路３０にコンデンサ５０ａ〜５０ｃをスター接続した形態としている。前述した第一〜第三の実施形態のようにコンデンサ５０，５１あるいは抵抗５３を計器用変圧器２０に内蔵させた場合、その計器用変圧器２０に合致した容量あるいは抵抗値のコンデンサ５０，５１あるいは抵抗５３を選定することが可能である。しかしながら、コンデンサ５０，５１を計器用変圧器２０に内蔵させることが困難な場合もあり、その場合にこの第四の実施形態が好適である。

なお、三相交流電路３０にコンデンサ５０ａ〜５０ｃをスター接続しているのは、いずれの線間に計器用変圧器２０を接続した場合でも対応できるようにするためである。

このように、三相交流電路３０にコンデンサ５０ａ〜５０ｃをスター接続しておくことにより、例えば三相交流電路３０の電源側で工事などによりその三相交流電路３０のうちの一相の受電ケーブル３０ａ〜３０ｃでＬＢＴ６０ａ〜６０ｃを開放した場合、例えばＣ相の受電ケーブル３０ｃで電源側のＬＢＴ６０ｃを開放した場合、計器用変圧器２０にコンデンサ５０ａ，５０ｃを並列接続する形態をとることができ、計器用変圧器２０の誘導性インピーダンスと受電ケーブル３０ｃの容量性インピーダンスからなる並列合成インピーダンスを容量性インピーダンスに変更することができて鉄共振状態を回避することができる。これにより、計器用変圧器２０に過電流が流れることを抑制でき、計器用変圧器２０の焼損を未然に防止することができる。

以上の実施形態では、三相交流電路に設置される気中負荷開閉器１０に内蔵した計器用変圧器２０について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、計器用変圧器を単体で使用する場合にも適用可能である。これら何れの使用形態においても、前述した実施形態と同様、計器用変圧器の誘導性インピーダンスとコンデンサの容量性インピーダンスからなる並列合成インピーダンスを容量性インピーダンスに変更することで、計器用変圧器にかかる電圧は必ず電源電圧を下回るため鉄共振状態を回避することができる。

なお、計器用変圧器が同じ線間に複数個使用されている場合、計器用変圧器の合成の誘導性インピーダンスに応じたコンデンサの容量を決定する。

また、気中負荷開閉器１０と共に、計器用変圧器と計器用変流器を一体的に組み込んだ計器用変圧変流器７０（ＶＣＴ）を三相交流電路３０に設置した場合には、図５に示す第五の実施形態のように気中負荷開閉器１０に、三相交流電路３０にスター接続したコンデンサ５０ａ〜５０ｃを内蔵させたり、図６に示す第六の実施形態のように計器用変圧変流器７０に、三相交流電路３０にスター接続したコンデンサ５０ａ〜５０ｃを内蔵させたり、あるいは、図７に示す第七の実施形態のように三相交流電路３０にコンデンサ５０ａ〜５０ｃをスター接続したりすればよい。

このようにすれば、前述した第一〜第四の実施形態の場合と同様、計器用変圧変流器７０の計器用変圧器と受電ケーブル３０ｃの対地静電容量４０ｃとの直列回路が等価的に形成された鉄共振状態を回避することができる。

以上では、三相用コンデンサをスター結線する場合を説明したが、それと等価なΔ結線でも同等の効果が得られる。また、高調波などによる異常電流を抑制するためにコンデンサに直列抵抗を設けてもよい。本発明に使用するコンデンサは周囲の回路条件などにより定格電圧を超える過電圧がかかる場合も予想されるためにコンデンサの電圧定格を１．５倍ないし２倍に設計するのがより好適である。

本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

本発明における第一の実施形態で、（ａ）は計器用変圧器の構成を示す回路図、（ｂ）は（ａ）の計器用変圧器を内蔵した気中負荷開閉器を三相交流電路に設置した形態を示す回路図、（ｃ）は（ｂ）の三相交流電路の一相が開放した場合の計器用変圧器の接続状態を示す等価回路図である。本発明における第二の実施形態で、（ａ）は計器用変圧器の構成を示す回路図、（ｂ）は（ａ）の計器用変圧器を内蔵した気中負荷開閉器を三相交流電路に設置した形態を示す回路図、（ｃ）は（ｂ）の三相交流電路の一相が開放した場合の計器用変圧器の接続状態を示す等価回路図である。本発明における第三の実施形態で、（ａ）は計器用変圧器の構成を示す回路図、（ｂ）は（ａ）の計器用変圧器を内蔵した気中負荷開閉器を三相交流電路に設置した形態を示す回路図、（ｃ）は（ｂ）の三相交流電路の一相が開放した場合の計器用変圧器の接続状態を示す等価回路図である。本発明における第四の実施形態で、（ａ）は計器用変圧器を内蔵した気中負荷開閉器が設置された三相交流電路にコンデンサをスター接続した形態を示す回路図、（ｂ）は（ａ）の三相交流電路の一相が開放した場合の計器用変圧器の接続状態を示す等価回路図である。本発明における第五の実施形態で、三相交流電路に気中負荷開閉器と共に計器用変圧変流器を設置した場合、三相交流電路にスター接続したコンデンサを気中負荷開閉器に内蔵させた形態を示す回路図である。本発明における第六の実施形態で、三相交流電路に気中負荷開閉器と共に計器用変圧変流器を設置した場合、三相交流電路にスター接続したコンデンサを計器用変圧変流器に内蔵させた形態を示す回路図である。本発明における第七の実施形態で、三相交流電路に気中負荷開閉器と共に計器用変圧変流器を設置した場合、三相交流電路にコンデンサをスター接続した形態を示す回路図である。計器用変圧器の従来例で、（ａ）は計器用変圧器を内蔵した気中負荷開閉器を三相交流電路に設置した形態を示す回路図、（ｂ）は（ａ）の三相交流電路の一相が開放した場合の計器用変圧器の接続状態を示す等価回路図である。

符号の説明

２０計器用変圧器
３０三相交流電路
５０，５１コンデンサ
５３保護素子（抵抗）
ｍ_１０一次巻線
ｍ_２０二次巻線

Claims

所定の静電容量を有するコンデンサを一次側巻線あるいは二次側巻線のいずれか一方に並列に接続したことを特徴とする計器用変圧器。
高圧負荷開閉器に内蔵されている請求項１に記載の計器用変圧器。
計器用変圧器が設置され、かつ、所定の静電容量を有する三相用コンデンサを、前記計器用変圧器の一次側巻線に接続されている電路に接続したことを特徴とする電気設備。
計器用変圧器を内蔵し、かつ、所定の静電容量を有する三相用コンデンサを、前記計器用変圧器の一次側巻線に接続されている電路に接続したことを特徴とする高圧負荷開閉器。
計器用変圧器を内蔵し、かつ、所定の静電容量を有する三相用コンデンサを、前記計器用変圧器の一次側巻線に接続されている電路に接続したことを特徴とする計器用変圧変流器。