JP2015510268A - タップ切換装置を備えた変成器 - Google Patents

Abstract

本発明は、タップ切換装置を用いて、任意選択により、一次側又は二次側を制御することが可能であり、変成器の制御すべき側には、一つの主巻線と、タップ切換装置により切り換えることが可能な少なくとも一つの制御巻線とが配備されている、タップ切換装置を備えた変成器に関する。本発明では、主巻線が二つの主巻線部分に分割されており、少なくとも一つの制御巻線とこの制御巻線を切り換えるタップ切換装置とが、電気的に二つの主巻線部分の間に配置されている。

Description

本発明は、変成器の制御巻線の部分の間を無中断で切り換えるためのタップ切換装置を備えた変成器に関する。

タップ付変成器の巻線タップの間を無中断で切り換えるタップ切換装置は、ずっと前から周知の従来技術である。それに対応する制御すべきタップ付変成器は、一次側又は二次側にタップ制御巻線を有する。変成器の制御側の巻線は、全体として固定部分、主巻線及び複数の巻線タップを有する独自の制御巻線から構成されている。それは、例えば、非特許文献１において詳しく説明されている。

即ち、制御すべきタップ付変成器が、その制御側に主巻線を有し、それと直列にタップ制御巻線を有することは、既成の従来技術である。

従来のタップ装置が、制御巻線の個別の巻線タップの間を切り換える機械的な切換部品を有するようになった後、数年前から真空切換部品が定着している。最近漸く、そのような巻線タップの間を無中断で切り換える半導体切換部品も提案されている。そのような半導体切換部品は、多数の利点を有し、機械的な構造部品を用いることなく切換が可能であるが、過電圧に対して比較的弱い。従来技術では、そのような半導体切換部品は、落雷による電圧の印加時、変成器の検査時及び電力網内の過渡期（例えば、ＳＦ_６真空電力遮断器の切換時）に常に大きな負荷に晒されている。

Ａｘｅｌ Ｋｒａｅｍｅｒ， Ｏｎ−Ｌｏａｄ Ｔａｐ−Ｃｈａｎｇｅｒ ｆｏｒ Ｐｏｗｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｓ， 発行年２０００年

本発明の課題は、タップ切換装置内で使用される半導体切換部品の電気負荷を最小化するタップ切換装置を備えた変成器を提示することである。

本課題は、請求項１による本発明によって解決される。従属請求項は、本発明の有利な改善構成に関する。

本発明は、変成器の制御側の従来技術で一体的であった主巻線を二つの同じ巻線部分に分割して、これらの巻線部分の間に制御巻線を配備し、そこに又もや相応のタップ切換装置を配備するとの普遍的な考えに基づいている。

本発明は、従来技術と比べて多くの利点を提供する。先ず第一に、半分の主巻線の各インピーダンスが前に接続されているので、半導体切換部品は、最早落雷による電圧波の全振幅を印加されることがない。主巻線の謂わば前に接続された部分が、落雷による電圧波のエネルギーの一部も吸収するので、切換部品の保護回路のサイズを小さくすることもでき、それは、コストとスペースを削減することとなる。更に、半導体切換部品は、それらが先ず第一に通常の交流電圧ではなく、落雷による電圧負荷に基づきサイズを決定されているので、より小さいブロッキング電圧又は遮断電圧で使用することもできる。

本発明による分割された主巻線の前に接続された部分は、速い過渡期用のチョークコイルのように電力線に作用するので、この場合でも、個別の巻線部分が前に接続されたチョークコイルのように減衰作用を及ぼすため、半導体切換部品は、全振幅及びエッジ勾配部分を印加されなくなる。特に有利には、この分割された主巻線の巻線形態は対称的に構成され、それによって、短絡した場合の力の作用が最小化される。本発明による分割された主巻線の二つの部分は、有利には、幾つかの箇所により分けて製作することができる。

以下において、図面に基づき本発明を更に詳しく説明する。

本発明によるタップ切換装置を備えた変成器の第一の実施構成図 本発明の別の実施構成図 図２の実施形態で達成可能な電圧ステップの表 本発明の第三の実施構成図

図１は、模式的に表示した一点鎖線によって一次側と二次側を互いに分離した本発明の第一の実施構成による変成器を図示している。この図面の左側には、制御すべき一次側が図示されている。本発明では、二つの同じ主巻線部分１，２から構成される、分割された主巻線が配備されている。それらの間には、破線により囲まれたタップ切換装置３が配置されている。ここでは、タップ切換装置３は、最も簡単な場合として、切換部品Ｓによりブリッジの形で取り囲まれた一つの制御巻線４を有する。切換部品Ｓとしては、例えば、逆並列のサイリスタ対、ＩＧＢＴなどの半導体切換部品を使用することができる。本発明のこの最も簡単な場合、制御巻線４をスイッチオン又はスイッチオフすることができる。ここでは、コントローラの故障時又は半導体切換部品の故障時でも変成器が更に動作できることを保証するスイッチ５、所謂ブラックスタート（自力起動）スイッチも図示されている。右側には、二次巻線６が表示されている。符号７と８により、一次側の巻線構造全体の始端と終端が示されている。

図２は、本発明の更に発展させた実施構成を図示している。この場合、タップ切換装置３は、複数の部分Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３の制御巻線から構成されている。ここでは、タップ切換装置３は、三つの個別モジュールＭ１，Ｍ２，Ｍ３から構成されている。第一のモジュールＭ１は、第一の部分巻線Ｗ１と、その両側のそれぞれ直列に接続された二つの半導体切換部品Ｓ１．１とＳ１．２又はＳ１．３とＳ１．４から成る二つのブリッジパスとを有する。直列に接続された二つの切換部品の間には、それぞれ一つの中間タップＭ１．１又はＭ１．２が配備されている。ここでは、個別の半導体切換部品は、以下の図面でも模式的にのみ図示されている通り、単純なスイッチとして図示されている。それらは、実際には並列に接続されたサイリスタ対、ＩＧＢＴ又はそれ以外の半導体切換部品で構成される。それらは、それぞれそのような直列接続又は並列接続された複数の個別の半導体切換部品で構成することもできる。一方の中間タップＭ１．２は、主巻線部分２と電気的に接続されている。他方の中間タップＭ１．１は、第二のモジュールＭ２の中間タップＭ２．１と接続されている。この第二のモジュールＭ２は、同様の形式で構成されており、同じく一つの部分巻線Ｗ２と、それぞれ二つの半導体切換部品Ｓ２．１とＳ２．２又はＳ２．３とＳ２．４が直列に接続された二つの部分とを有する。同様に、それぞれ直列に接続された部分の間には、又もや中間タップＭ２．１とＭ２．２が配備されている。一方の中間タップＭ２．１と第一のモジュールＭ１との接続は、既に説明しており、第二の中間タップＭ２．２自体は、第三のモジュールＭ３の中間タップＭ３．２と接続されている。この第三のモジュールＭ３は、又もや同様の形式で構成されている。それは、又もや一つの部分巻線Ｗ３と、半導体切換部品Ｓ３．１とＳ３．２又はＳ３．３とＳ３．４が直列に接続された二つの部分と、それらの間に有る中間タップＭ３．１及びＭ３．２とを有する。これまで未だ説明していない第三の、ここでは最後のモジュールＭ３の中間タップＭ３．１は、主巻線部分１と電気的に接続されている。ここで説明した三つのモジュールＭ１．．．Ｍ３は、各部分巻線Ｗ１．．．Ｗ３のサイズだけが異なる。第二のモジュールＭ２の部分巻線Ｗ２は、ここでは、第一のモジュールＭ１の部分巻線Ｗ１の三倍の巻線数を有する。第三のモジュールＭ３の部分巻線Ｗ３は、ここでは、第一のモジュールＭ１の部分巻線Ｗ１の六倍の巻線数を有する。

図３は、図２に図示された本発明によるタップ切換装置の切換表を図示している。記号「○」は、それに対応する部分巻線がスイッチオンされていない、即ち、橋絡されていることを表す。記号「＋」は、それに対応する部分巻線が高電圧巻線２に対して、その巻線と同じ状態に切り換えられていることを表す。最後に、記号「−」は、それに対応する部分巻線が高電圧巻線２と逆の状態に切り換えられていることを表す。この切換表では、高電圧巻線２のタップ電圧に対して更なる部分電圧を加算した場合に得られる１０個の電圧ステップが図示されている。これらの部分電圧は、個別の巻線部分Ｗ１．．．Ｗ３の異なる順接続、逆接続又は橋絡によって得られる。所定の電圧ステップを冗長な形で、即ち、異なる切換状態により発生できることが分かる。この表には図示されていないが、同じく相応のステップに分けられた部分電圧を逆方向に高電圧巻線２の電圧から減算することも可能である。従って、この実施構成では、全体として２１個の実現可能な電圧ステップが得られている。そして、ここで符号Ｎで表示された中間位置では、タップ切換装置、主巻線部分１及び主巻線部分２は、互いに直接接続されている。ここで説明した個別の巻線部分Ｗ１．．．Ｗ３の順接続、逆接続又は橋絡は、それに対応した半導体切換部品Ｓ１．１．．．Ｓ３．４の切換によって実現される。

図４は、本発明の別の実施構成を図示している。主巻線部分１と主巻線部分２の間には、そこに図示されているタップ切換装置３が配置されている。それは、直列に接続された二つの切換構造グループＡとＢを有する。第一の切換構造グループＡ自体は、並列に接続された二つの分岐部９と１０を有する。第一の分岐部９では、互いに直列に接続された二つの半導体切換ユニットＳ１，Ｓ２が配備されている。それと並列の第二の分岐部１０では、互いに直列に接続された別の二つの半導体切換ユニットＳ３，Ｓ４が配備されている。第一の分岐部９の直列に接続された二つの半導体切換ユニットＳ１，Ｓ２と第二の分岐部１０の直列に接続された二つの半導体切換ユニットＳ３，Ｓ４の間には、制御巻線の第一の部分巻線Ｗ１が配置されている。

第二の切換構造グループＢは、並列に接続された三つの分岐部１１，１２及び１３を有する。第三の分岐部１１には、互いに直列に接続された二つの半導体切換ユニットＳ５，Ｓ６が配備され、第四の分岐部１２では、互いに直列に接続された二つの半導体切換ユニットＳ７，Ｓ８が配備され、第五の分岐部１３には、互いに直列に接続された二つの半導体切換ユニットＳ９，Ｓ１０が配備されている。第三の分岐部１１の直列に接続された二つの半導体切換ユニットＳ５，Ｓ６と第四の分岐部１２の直列に接続された二つの半導体切換ユニットＳ７，Ｓ８の間には、制御巻線の第二の部分巻線Ｗ２が配置され、第四の分岐部１２の直列に接続された二つの半導体切換ユニットＳ７，Ｓ８と第五の分岐部１３の直列に接続された二つの半導体切換ユニットＳ９，Ｓ１０の間には、第三の部分巻線Ｗ３が配置されている。この実施構成では、第二の切換構造グループＢが主巻線部分２と電気的に接続されている。

本発明の範囲内では、様々な数の制御すべき部分巻線と半導体切換部品を用いた様々な切換とによるタップ切換装置３の様々な実施形態が考えられる。これら全ての実施構成において、変成器の制御すべき側での本発明により分割された主巻線の二つの主巻線部分１，２の間に、それに対応する切換装置３を配備することだけが重要である。

Claims (4)

1. 変成器が、一次側と二次側を有し、
   タップ切換装置を用いて、任意選択により、一次側又は二次側を制御することが可能であり、
   変成器の制御すべき側には、一つの主巻線と、タップ切換装置により切り換えることが可能な少なくとも一つの制御巻線とが配備されている、
   タップ切換装置を備えた変成器において、
   この主巻線が二つの主巻線部分（１，２）に分割されていることと、
   この少なくとも一つの制御巻線（４；Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３）とこの制御巻線を切り換えるタップ切換装置（３）とが、電気的にこれらの二つの主巻線部分（１，２）の間に配置されていることと、
   を特徴とするタップ切換装置を備えた変成器。
2. タップ切換装置（３）が二つ以上のモジュール（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４）を有し、
   各モジュール（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４）が、それぞれ制御巻線（４）の一つの部分巻線（Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４）とその両側の二つのブリッジパスとを有し、
   各ブリッジパスは、それぞれ二つの半導体切換部品（Ｓ１．１，Ｓ１．２；Ｓ１．３，Ｓ１．４；Ｓ２．１，Ｓ２．２；Ｓ２．３，Ｓ２．４；Ｓ３．１，Ｓ３．２；Ｓ３．３，Ｓ３．４；Ｓ４．１，Ｓ４．２；Ｓ４．３，Ｓ４．４）が直列に接続された部分を有し、
   各ブリッジパスの直列に接続された二つの半導体切換部品（Ｓ１．１，Ｓ１．２；Ｓ１．３，Ｓ１．４；Ｓ２．１，Ｓ２．２；Ｓ２．３，Ｓ２．４；Ｓ３．１，Ｓ３．２；Ｓ３．３，Ｓ３．４；Ｓ４．１，Ｓ４．２；Ｓ４．３，Ｓ４．４）の間には、それぞれ一つの中間タップ（Ｍ１．１，Ｍ１．２；Ｍ２．１，Ｍ２．２；Ｍ３．１，Ｍ３．２；Ｍ４．１，Ｍ４．２）が配備されており、
   これらの部分巻線（Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４）が異なる巻線数を有し、
   各モジュール（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４）の二つの中間タップの中の一つ（Ｍ１．１；Ｍ２．１；Ｍ３．１；Ｍ４．１）が、それぞれ隣接するモジュールの一つの中間タップと接続されており、
   第一のモジュール（Ｍ１）の残る一つの中間タップ（Ｍ１．２）が一方の主巻線部分（２）と電気的に接続され、最後のモジュール（Ｍ３；Ｍ４）の残る一つの中間タップ（Ｍ４．１）が他方の主巻線部分（１）と電気的に接続されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載のタップ切換装置を備えた変成器。
3. タップ切換装置（３）が直列に接続された二つの切換構造グループ（Ａ，Ｂ）を有し、
   第一の切換構造グループ（Ａ）自体は、並列に接続された二つの分岐部（９，１０）を有し、
   第一の分岐部（９）には、互いに直列に接続された二つの半導体切換ユニット（Ｓ１，Ｓ２）が配備され、それと並列の第二の分岐部（１０）には、互いに直列に接続された別の二つの半導体切換ユニット（Ｓ３，Ｓ４）が配備されており、
   第一の分岐部（９）の直列に接続された二つの半導体切換ユニット（Ｓ１，Ｓ２）と第二の分岐部（１０）の直列に接続された二つの半導体切換ユニット（Ｓ３，Ｓ４）の間には、制御巻線の第一の部分巻線（Ｗ１）が配置されており、
   第二の切換構造グループ（Ｂ）は、並列に接続された三つの分岐部（１１，１２，１３）を有し、
   第三の分岐部（１１）には、互いに直列に接続された二つの半導体切換ユニット（Ｓ５，Ｓ６）が配備され、第四の分岐部（１２）には、互いに直列に接続された二つの半導体切換ユニット（Ｓ７，Ｓ８）が配備され、第五の分岐部（１３）には、互いに直列に接続された二つの半導体切換ユニット（Ｓ９，Ｓ１０）が配備されており、
   第三の分岐部（１１）の直列に接続された二つの半導体切換ユニット（Ｓ５，Ｓ６）と第四の分岐部（１２）の直列に接続された二つの半導体切換ユニット（Ｓ７，Ｓ８）の間には、制御巻線の第二の部分巻線（Ｗ２）が配置されており、第四の分岐部（１２）の直列に接続された二つの半導体切換ユニット（Ｓ７，Ｓ８）と第五の分岐部（１３）の直列に接続された二つの半導体切換ユニット（Ｓ９，Ｓ１０）の間には、第三の部分巻線（Ｗ３）が配置されており、
   これらの二つの切換構造グループの中の一つ（Ａ又はＢ）が、それぞれ主巻線部分の中の一つ（１又は２）と電気的に接続されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載のタップ切換装置を備えた変成器。
4. 必要に応じて二つの主巻線部分（１，２）の間の直接的な電気接続を実現できるように、タップ切換装置（３）を橋絡することが可能な機械的なスイッチ（５）が更に配備されていることを特徴とする請求項１から３までのいずれか一つに記載のタップ切換装置を備えた変成器。

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