JP2019030084A - 受電設備の絶縁レベル低減装置及び絶縁レベル低減システム - Google Patents

Abstract

【課題】母線の供給電圧に対応した定格電圧レベルよりも低い定格電圧レベルの避雷器を用いることで、母線に接続される受電設備の絶縁レベルを低減する。【解決手段】母線１０に接続される受電設備２００の絶縁レベルを低減するものであって、母線１０に接続されるコンデンサ２と、コンデンサ２に直列に接続されたリアクトル３と、リアクトル３に並列に接続された避雷器４とを備え、コンデンサ２、リアクトル３及び避雷器４が母線１０に常時導通した状態となる。【選択図】図１

Description

本発明は、母線に接続される受電設備の絶縁レベルを低減するための絶縁レベル低減装置及び当該装置を用いた絶縁レベル低減システムに関するものである。

従来、雷撃時（雷サージ発生時）に生じる過電圧を抑制するものとして避雷器が用いられている。この避雷器は、母線などの受電点近傍に設置されて、接続される母線の供給電圧と同等の定格電圧レベルのものが用いられている。この避雷器を用いることによって雷撃時に生じる過電圧は、避雷器の制限電圧以下に抑制される。

しかしながら、避雷器には課電率（動作開始電圧に対する定常電圧の比率）の制約があるため、母線の電圧レベルよりも低い電圧レベルの避雷器を接続することが困難である。そのため、母線に接続される例えば変圧器やガス絶縁開閉装置などの受電設備は、前記避雷器の制限電圧に対応した絶縁レベルを有する設計が必要となってしまう。

なお、特許文献２に示すように、母線に開閉装置を介して接続される力率改善用の電力用コンデンサ設備において、電力用コンデンサとリアクトルとの間に避雷器を接続したものが考えられる。この電力用コンデンサでは、雷サージ発生時に、避雷器がリアクトルの対地間電圧を抑制する。その結果、リアクトルは母線の供給電圧に対応した絶縁レベルよりも低い絶縁レベルにすることができる。ところがこの特許文献２では、電力用コンデンサ設備において、リアクトルの絶縁レベルを低くするものに過ぎない。

特開２０１６−６５２９９号公報 特開平６−２３７５２５号公報

そこで本発明は、上記問題点を解決すべくなされたものであり、母線の供給電圧に対応した定格電圧レベルよりも低い定格電圧レベルの避雷器を用いることで、母線に接続される受電設備の絶縁レベルを低減することをその主たる課題とするものである。

すなわち本発明に係る受電設備の絶縁レベル低減装置は、母線に接続される受電設備の絶縁レベルを低減するものであって、前記母線に接続されるコンデンサと、前記コンデンサに直列に接続されたリアクトルと、前記リアクトルに並列に接続された避雷器とを備え、前記コンデンサ、前記リアクトル及び前記避雷器は前記母線に常時導通した状態となることを特徴とする。

このような受電設備の絶縁レベル低減装置であれば、通常時における避雷器の印加電圧はコンデンサによって母線の供給電圧よりも低くなるので、母線の供給電圧に対応した定格電圧レベルよりも低い定格電圧レベルの避雷器を用いることができる。その結果、従来の避雷器よりも絶縁レベルの低い避雷器を使用することができるようになるが、コンデンサとリアクトルが追加コストとなり、従来の避雷器単独よりも設備コストが増加してしまう。しかし、母線の供給電圧に対応した定格電圧レベルよりも低い定格電圧レベルの避雷器を用いることができるので、雷撃時には、母線に生じる過電圧を、母線の供給電圧に対応した定格電圧レベルの避雷器を用いた場合に比べて抑制することができる。その結果、母線に接続される例えば変圧器やガス絶縁開閉装置などの受電設備の絶縁レベルを低減することができ、母線に接続される受電設備の総合的な設備コストを削減することができる。

避雷器の処理すべきサージエネルギがそのサージ処理能力（エネルギー耐量）を超えることが想定される場合には、前記避雷器を並列に複数個設けることが望ましい。

また、本発明の絶縁レベル低減装置を用いることによって進相容量が問題となる場合には、当該絶縁レベル低減装置に並列に前記母線に分路リアクトルを設けることが望ましい。

このように構成した本発明によれば、母線にコンデンサ及びリアクトルを接続するとともに、当該リアクトルに並列に避雷器を接続し、コンデンサ、リアクトル及び避雷器を母線に常時導通した状態にすることで、母線の供給電圧に対応した定格電圧レベルよりも低い定格電圧レベルの避雷器を用いることができるとともに、母線に接続される受電設備の絶縁レベルを低減することができる。

本実施形態の受電設備の絶縁レベル低減装置の回路構成を模式的に示す図である。 雷サージ発生時の母線電圧のシミュレーション結果を示す図である。 変形実施形態の受電設備の絶縁レベル低減システムの回路構成を模式的に示す図である。

以下に、本発明に係る受電設備の絶縁レベル低減装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。

＜装置構成＞
本実施形態の受電設備の絶縁レベル低減装置１００は、母線１０に接続される受電設備の絶縁レベルを低減するものである。なお、母線１０は、受電設備に送電するための電力線であり、電力系統からの送電線１１が接続されている。また、受電設備２００は、例えば変圧器、整流器、コンデンサ、リアクトル、開閉器、遮断器、発電機、計器類などを挙げることができる。図１では、受電設備２００として、変圧器２００ａ及びガス絶縁開閉装置２００ｂを例示している。

具体的にこの絶縁レベル低減装置１００は、図１に示すように、母線１０に接続されるコンデンサ２と、コンデンサ２に直列に接続されたリアクトル３と、リアクトル３に並列に接続された避雷器４とを備えている。なお、図１では、便宜上単線図を示しているが、絶縁レベル低減装置１００は三相それぞれに設けられている。

コンデンサ２の一端は母線１０に電気的に接続されている。このコンデンサ２は、母線１０の供給電圧の大部分を分担するものであり、このコンデンサ２により、避雷器４の常時印加電圧が母線１０の供給電圧よりも低くなる。例えば、３０号避雷器を用いた絶縁レベル低減装置１００を１１０ｋＶ母線１０へ適用する場合、１Ｍｖａｒ以上のコンデンサ容量を有するコンデンサ２を用いることで、母線１０に接続される受電設備の絶縁レベルを低減することができる。なお、このコンデンサは、母線運用状態では常時投入状態であり、電圧を調整するために開閉される電力用コンデンサ設備のような調相用途のものではないことは言うまでもない。

リアクトル３の一端はコンデンサ２の他端に電気的に接続されており、他端側は接地されている。

避雷器４は、コンデンサ２及びリアクトル３の間に一端が電気的に接続されており、他端は接地されている。

そして、コンデンサ２、リアクトル３及び避雷器４は、母線１０に常時導通した状態とされている。つまり、母線１０及びコンデンサ２の間に開閉装置が設けられていたとしても、力率改善用に当該開閉装置の開閉が制御されるものではなく常時閉じた状態である。

この絶縁レベル低減装置１００では通常時において、母線１０の供給電圧の大部分がコンデンサ２に分担されるので、避雷器４の常時印加電圧が母線１０の供給電圧よりも低くなる。

また、雷撃時において発生する急峻な電圧変動に対して、コンデンサ２は低インピーダンスとなり、避雷器４により、母線１０に生じる過電圧は、避雷器４の絶縁レベル程度（制限電圧以下）に抑制される。

次に、母線１０の供給電圧（回路電圧）が１１０ｋＶの一般モデルにおいて、雷サージ発生時における（１）従来の１１０ｋＶ回路用の避雷器（１００号避雷器）を接続した場合の母線電圧と、（２）３０号避雷器を用いた本実施形態の絶縁レベル低減装置１００を接続した場合の母線電圧とを図２に示す。

１００号避雷器を用いた場合には、雷サージ発生時に約３５０ｋＶ程度の過電圧（Ａ相）が発生していることがわかる。一方、３０号避雷器を用いた絶縁レベル低減装置１００を用いた場合には、雷サージ発生時に約２００ｋＶ程度の過電圧（Ａ相）に抑制されていることがわかる。このように本実施形態の絶縁レベル低減装置１００を用いることによって、雷サージ発生時における過電圧が１５０ｋＶ程度抑制されていることがわかる。

＜本実施形態の効果＞
このように構成した本実施形態の受電設備２００の絶縁レベル低減装置１００によれば、通常時における避雷器４の印加電圧はコンデンサ２によって母線１０の供給電圧よりも低くなるので、母線１０の供給電圧に対応した定格電圧レベルよりも低い定格電圧レベルの避雷器４を用いることができるので、雷撃時には、母線１０に生じる過電圧を、母線１０の供給電圧に対応した定格電圧レベルの避雷器を用いた場合に比べて抑制することができる。その結果、母線１０に接続される例えば変圧器２００ａやガス絶縁開閉装置２００ｂなどの受電設備２００の絶縁レベルを低減することができ、母線１０に接続される受電設備２００の設備コストを削減することができる。

＜その他の変形実施形態＞
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
例えば、前記実施形態では１つの避雷器４を用いたものであったが、図３に示すように、複数の避雷器４を用いたものであってもよい。この場合、複数の避雷器４はコンデンサ２及びリアクトル３の間において互いに並列に接続される。この構成により、絶縁レベル低減装置１００におけるサージ処理能力（エネルギー耐量）を大きくすることができる。

また、母線１０にコンデンサ２を接続することによって進相容量が問題になる場合には、図３に示すように、絶縁レベル低減装置１００に並列に母線１０に接続される分路リアクトル５を接続してもよい。

その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

１００・・・受電設備の絶縁レベル低減装置
２００・・・受電設備
１０ ・・・母線
２ ・・・コンデンサ
３ ・・・リアクトル
４ ・・・避雷器
５ ・・・分路リアクトル

Claims (3)

1. 母線に接続される受電設備の絶縁レベルを低減するものであって、
   前記母線に接続されるコンデンサと、
   前記コンデンサに直列に接続されたリアクトルと、
   前記リアクトルに並列に接続された避雷器を備え、
   前記コンデンサ、前記リアクトル及び前記避雷器は前記母線に常時導通した状態となる、受電設備の絶縁レベル低減装置。
2. 前記避雷器は並列に複数個設けられている、請求項１記載の受電設備の絶縁レベル低減装置。
3. 請求項１又は２記載の受電設備の絶縁レベル低減装置と、
   前記絶縁レベル低減装置に並列に前記母線に接続される分路リアクトルと、を備える受電設備の絶縁レベル低減システム。