JP2017011913A

JP2017011913A - 変電所発電装置

Info

Publication number: JP2017011913A
Application number: JP2015126263A
Authority: JP
Inventors: 浩史藤牧; Hiroshi Fujimaki
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2015-06-24
Filing date: 2015-06-24
Publication date: 2017-01-12

Abstract

【課題】この発明は、変圧器が運転の際に生じる振動をエネルギー源として、安定して電力を各種設備に供給することのできる変電所発電装置を提供することを目的とする。【解決手段】変電所に配置される変圧器１に取り付けられ、変圧器１の運転時の振動による圧力を電気エネルギーに変換する圧電素子１０１〜１０６と、圧電素子１０１〜１０６から出力された電気エネルギーを整流する整流装置４０と、を備える。【選択図】図２

Description

この発明は、変電所発電装置に係り、特に、変電設備の各機器に制御電源を供給する変電所発電装置に関する。

従来、変電所においては、電力系統に制御電源用の変圧器を接続し、降圧することにより変電設備の各機器（例えば、特高機器の操作電源や配電盤の盤内灯）に制御電源を供給している。

特開２００６−１６６６９４号公報

上述のように変電所の制御電源を、電力系統から供給すれば、その分の電気代が必要になる。電気代削減のため、再生可能エネルギーの利用も考えられるが、太陽光発電や風力発電を用いた制御電源の供給では、環境や天候に左右され、安定供給を求められる変電所には不向きである。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、変圧器が運転の際に生じる振動をエネルギー源として、安定して電力を各種設備に供給することのできる変電所発電装置を提供することを目的とする。

この発明は、上記の目的を達成するため、変電所発電装置であって、変電所に配置される変圧器に取り付けられ、前記変圧器の運転時の振動による圧力を電気エネルギーに変換する圧電素子と、圧電素子から出力された電気エネルギーを整流する整流装置と、を備えることを特徴とする。

好ましくは、前記変圧器は、変圧器本体と絶縁油を収納するタンクと、前記タンクに取り付けられ前記タンク内の絶縁油を循環させる放熱器とを備えた油入変圧器であり、前記圧電素子は前記タンクおよび前記放熱器の少なくとも一方に取り付けられる。

この発明によれば、変圧器の運転中に生じる振動をエネルギー源とし、振動による圧力を電気エネルギーに変換することで、変電所の制御電源を供給することができる。制御電源を振動発電にて供給することにより、電気代を削減することができる。また、変圧器の振動をエネルギー源としているため、再生可能エネルギー発電と比較して環境・天気に影響されずに発電でき、安定して電気を作り出すことができる。また、発電ユニットを変圧器に取り付けることにより、変電所内の発電設備の省スペース化に寄与する。

本発明の実施の形態１に係るシステムの構成を説明するための概略図である。本発明の実施の形態１に係る変電所発電装置の構成および動作を説明するための概略図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

実施の形態１．
［実施の形態１のシステム構成］
本発明の実施の形態１に係るシステムの構成を説明するための概略図である。図１に示す変圧器１は変電所に配置される。変圧器１は、交流電力の電圧の高さを、電磁誘導を利用して変換する。例えば、変圧器１は、一次電圧（６６ｋＶ）から二次電圧（６．６ｋＶ）へ降圧する。

図１に示す変圧器１は、変電所の主変圧器として用いられる油圧変圧器である。変圧器１は、変圧器本体１０と、絶縁油を収納するタンク１１と、タンク１１に取り付けられ前記タンク内の絶縁油を循環させる放熱器１２とを備える。

変圧器本体１０は、磁束の通路となる鉄心と、磁束と鎖交する電流の通路となる巻線と、これらを絶縁する絶縁物及びこれらの相互位置や機械的強度を保つための締付装置などで構成されている。

この変圧器本体１０を基本として、絶縁強度や冷却効果を高めるための冷却媒体である絶縁油とともに、容器であるタンク１１内に収納したものが油入変圧器である。タンク１１は、変圧器本体１０を収納するもので、放熱器１２などの外部装置を取り付ける支持台としても利用される。

なお、図１に示す油圧変圧器は、例えば、油入自冷式変圧器である。油入自冷式変圧器は、タンク１１内に封入した絶縁油の自然対流を利用して冷却するもので、巻線及び鉄心で発生した損失熱を絶縁油の自然対流でタンク壁や放熱器１２に導き、タンク壁や放熱器１２の表面から空気の自然対流により外部へ放出する。

図１に示すシステムは、変圧器１の上流側（発電所側）に第１スイッチギヤ２０を、下流側（負荷側）に第２スイッチギヤ２１を備える。以下の説明において第１スイッチギヤ２０と第２スイッチギヤ２１とを区別しない場合には、単にスイッチギヤと記載する。

変電設備の１種であるスイッチギヤは、電気の状態を監視しながら電力系統を保護・制御する。スイッチギヤは、高圧の送電線で落雷や倒木などによる事故が起こったときに、その事故を検知し電流を遮断するブレーカーの役目をすることで、送電網を守る。

実施の形態１のシステムに用いられるスイッチギヤは、例えば、キュービクル型ガス絶縁スイッチギヤ（Ｃｕｂｉｃｌｅ−ｔｙｐｅＧａｓＩｎｓｕｌａｔｅｄＳｗｉｔｃｈｇｅａｒ（Ｃ−ＧＩＳ））である。Ｃ−ＧＩＳはキュービクルに収容されたガス絶縁開閉装置であり、遮断器、接地開閉器、断路器、避雷器、検電装置などを盤内に集約した保護装置である。スイッチギヤの盤内には、遮断器等の他に、メンテナンス作業用の盤内灯やコンセントもある。

第１スイッチギヤ２０は、第１ダクト３０内のケーブルを介して変圧器１に接続する。第２スイッチギヤ２１は、第２ダクト３１内の導体を介して変圧器１に接続する。

（変電所発電装置の構成および動作）
図２は、本発明の実施の形態１に係る変電所発電装置の構成および動作を説明するための概略図である。

まず、変電所発電装置の構成について説明する。変圧器１は、複数の圧電素子を組み込んだ発電ユニット１０１〜１０６を備える。発電ユニット１０１〜１０４は、タンク１１の壁面（例えば、タンク壁の上面や側面）に、発電ユニット１０５〜１０６は、放熱器１２に取り付けられる。なお、図１には、６個の発電ユニットが図示されているが、発電ユニットの個数および位置はこれに限定されるものではない。

発電ユニット１０１〜１０６は、整流装置４０に接続されている。整流装置４０は、設備５０に接続されている。設備は、例えば、スイッチギヤの盤内に設けられたメンテナンス作業用の盤内灯やコンセントの制御電源である。なお、スイッチギヤを管理する管理装置の制御電源を含めてもよい。

次に、変電所発電装置の動作について説明する。発電ユニットに組み込まれた圧延素子は、変圧器１の運転時の振動による圧力エネルギーを電気エネルギーに変換する。変圧器１が運転を開始すると、タンク１１および放熱器１２に振動が発生する。タンク１１および放熱器１２の振動面に発生した圧力によって、発電ユニット１０１〜１０６に組み込まれた圧電素子の内部で分極が起きる。分極が起きることで浮動電荷が発生し、圧電素子が力から解放された際にその電荷が放出されることで電流が発生する。発生した電流は整流装置４０で整流されて設備５０に供給される。

以上説明したように、実施の形態１に係る変電所発電装置によれば、変圧器１の運転中に生じる振動をエネルギー源とし、振動による圧力を電気エネルギーに変換することで、変電所の制御電源を供給することができる。制御電源を振動発電にて供給することにより、電気代を削減することができる。また、変圧器１の振動をエネルギー源としているため、再生可能エネルギー発電と比較して環境・天気に影響されずに発電でき、安定して電気を作り出すことができる。また、発電ユニット１０１〜１０６を変圧器１に取り付けることにより、変電所内の発電設備の省スペース化に寄与する。

（変形例）
ところで、上述した実施の形態１のシステムにおいて、変圧器１は、油圧変圧器に限られるものではない。運転時に振動生じる変圧器であればよい。例えば１０ＭＶＡ以上の容量を有する変圧器であっても良い。

また、上述した実施の形態１のシステムにおいては、油圧変圧器の一例として油入自冷式変圧器を説明したが、油入風冷式変圧器であっても良い。油入風冷式変圧器は、放熱器１２の冷却効果を増すため、放熱器１２にファンを取り付けて空気を吹き付ける構造を備える。放熱器１２とファンの取り付け部品に、上述した発電ユニットを取り付けても良い。

また、上述した実施の形態１のシステムにおいては、圧電素子は、タンク１１のタンク壁および放熱器１２に取り付けられているが、圧電素子の取り付け方はこれに限定されるものではない。圧電素子はタンク１１のタンク壁および放熱器１２の少なくとも一方に取り付けられていれば良い。

また、上述した実施の形態１のシステムにおいては、整流装置４０と設備５０とを直接接続しているが、整流装置４０と設備５０との間に、蓄電装置を備えても良い。蓄電装置は、発生した電力を蓄積する。蓄積された電力は、制御電源が必要な配電盤などの設備に供給される。

１変圧器
１０変圧器本体
１１タンク
１２放熱器
２０第１スイッチギヤ
２１第２スイッチギヤ
３０第１ダクト
３１第２ダクト
４０整流装置
５０設備
１０１〜１０６発電ユニット

Claims

変電所に配置される変圧器に取り付けられ、前記変圧器の運転時の振動による圧力を電気エネルギーに変換する圧電素子と、
圧電素子から出力された電気エネルギーを整流する整流装置と、
を備えることを特徴とする変電所発電装置。
前記変圧器は、変圧器本体と絶縁油を収納するタンクと、前記タンクに取り付けられ前記タンク内の絶縁油を循環させる放熱器とを備えた油入変圧器であり、
前記圧電素子は前記タンクおよび前記放熱器の少なくとも一方に取り付けられること、
を特徴とする請求項１に記載の変電所発電装置。