JP2019187034A - 電圧降下抑制方法および電圧降下抑制システム - Google Patents

Abstract

【課題】 電圧変動補償装置を採用することなく１つの変圧器のみで配電系統の電圧降下の補償を可能とする、電圧降下抑制方法および電圧降下抑制システムを提供する。【解決手段】 ３巻線変圧器に接続された配電系統の電圧降下を抑制する方法であって、３巻線変圧器の１次巻線を系統電源に接続するとともに、出力側として３巻線変圧器の２次巻線および３次巻線を異なる２つの配電系統にそれぞれ接続し、１次巻線のインピーダンスはゼロに近づくように、かつ２次巻線および３次巻線のインピーダンスは１次巻線のインピーダンスより大きくなるように構成することにより、配電系統における電圧変動に起因する電圧降下を抑制する。【選択図】図１

Description

本発明は、三巻線変圧器に接続された配電系統の電圧降下を抑制する電圧降下抑制方法および電圧降下抑制システムに関する。

一般に、上位系統（系統電源）と配電系統との間には変圧器が設けられ、変圧器を介して配電系統に接続された需要家へ送電が行われる。

図２に、２つの設備を異なる配電系統に接続した電力系統の一例を示す。図２に示すように、変圧器１３の１次側が上位系統１０に、２次側が配電系統１２にそれぞれ接続され、また同一の配電系統１２に大電流の交流電力を使用する大電流設備４ａとそれ以外の設備４ｂとが接続される。上位系統１０から変圧器１３を介して配電系統１２に流れた電流が、配電系統１２に接続された、例えば電動機などの各設備４ａ、４ｂに供給される。

しかし、上記した電力系統の場合、配電系統１２に接続されている大電流設備（大型電動機）４ａの起動時に定格電流の何倍もの電流が流れることにより、配電系統１２で電圧変動が生じる。その結果、大電流設備４ａ以外の起動中の他の設備４ｂが停止する等の不具合を生じていた。そのため、大電流設備を起動した時に起こる電圧降下が、同一の配電系統に接続された他の設備に影響を及ぼさないような技術の提供が望まれている。

このような技術として、例えば、配電系統を大電流設備が接続されている系統と、それ以外の設備が接続されている系統に分けることで、大電流設備の起動時の電圧降下の影響を他の配電系統の設備に及ぼさないようにする方法がある。

また例えば、三巻線変圧器を用いて、別回線による送電および電動機起動装置の使用、さらにコンデンサを設置することにより、電圧降下を抑制する方法がある。特許文献１には、三巻線変圧器の１次側を交流系統電源に接続し、２次側を一般負荷に接続すると共に、３次側を電圧変動を抑制する電圧変動補償装置に接続する構成とし、一般負荷への供給電圧を大幅に低下させない技術が開示されている。

特開２００６−６０１２号公報

しかしながら、上記した配電系統を大電流設備とそれ以外の設備の２つに分けて上位系統に接続する方法では、変圧器を２つ必要とする。そのため、設置コストや別回線での送電コストなど費用が増加する問題がある。また、設置場所の確保が困難となるため、小型化の要求もある。

また、上記した特許文献１の技術では、三巻線変圧器のうち１巻線を使用して電圧変動補償装置を設置するため、設備費用がかかる。さらに、大型な装置のため、設置場所に制限がある場合には適用できない問題もある。

本発明は係る問題に鑑み、電圧変動補償装置を採用することなく１つの変圧器のみで配電系統の電圧降下の補償を可能とする、電圧降下抑制方法および電圧降下抑制システムを提供することを目的とする。

本発明者らは、上記した目的を達成するため、１つの変圧器のみで配電系統の電圧降下の補償を可能とする方法について鋭意検討した結果、次の知見を得た。

三巻線変圧器の１次巻線のインピーダンス（％Ｚ_１）を限りなくゼロに近づけるとともに、２次巻線および３次巻線のインピーダンス（％Ｚ_２、％Ｚ_３）を所定の条件となるように調整する。この三巻線変圧器を用いて、大型電動機等の大電流設備と他設備を別の配電系統に分けて接続する。これにより、従来のように電圧変動補償装置を用いて大電流設備による電圧降下を補償しなくても、他設備への電圧変動の影響を抑制できることを見出した。

本発明は上述の知見に基づいてなされたものであり、以下を要旨とするものである。
［１］ ３巻線変圧器に接続された配電系統の電圧降下を抑制する方法であって、
前記３巻線変圧器の１次巻線を系統電源に接続するとともに、
出力側として前記３巻線変圧器の２次巻線および３次巻線を異なる２つの配電系統にそれぞれ接続し、
前記１次巻線のインピーダンスはゼロに近づくように、かつ前記２次巻線および前記３次巻線のインピーダンスは前記１次巻線のインピーダンスより大きくなるように構成することにより、前記配電系統における電圧変動に起因する電圧降下を抑制することを特徴とする電圧降下抑制方法。
［２］ 前記２次巻線および前記３次巻線のインピーダンスは、それぞれの前記配電系統に接続される設備の最大遮断電流以下になるように設定されることを特徴とする上記［１］に記載の電圧降下抑制方法。
［３］ 上記［１］または［２］に記載の電圧降下抑制方法を用いて、３巻線変圧器に接続された配電系統の電圧調整を行うことを特徴とする電圧降下抑制システム。

本発明によれば、１つの三巻線変圧器を用いて、配電系統の電圧降下を抑制する電圧降下抑制方法を提供できる。そして、この電圧降下抑制方法を行う電圧降下抑制システムにより、設置費用を最小限に抑えた電力系統を構築することが可能となる。

図１は、本発明の一実施形態における電力系統を説明する系統図である。 図２は、２つの設備を異なる配電系統に接続した電力系統の一例を説明する系統図である。

以下、本発明について詳細に説明する。なお、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。

まず、図１を用いて、本発明の電圧降下抑制方法について説明する。

本発明は、３巻線変圧器に接続された配電系統の電圧降下を抑制する方法であって、３巻線変圧器の１次巻線を系統電源に接続するとともに、出力側として３巻線変圧器の２次巻線および３次巻線を異なる２つの配電系統にそれぞれ接続し、１次巻線のインピーダンスはゼロに近づくように、かつ２次巻線および３次巻線のインピーダンスは１次巻線のインピーダンスより大きくなるように構成することにより、配電系統における電圧変動に起因する電圧降下を抑制するものである。また、２次巻線および３次巻線のインピーダンスは、それぞれの配電系統に接続される設備の最大遮断電流以下になるように設定することができる。

図１には、本発明の電圧降下抑制方法を適用した電力系統の一例を示す。図１に示すように、電力の供給を受ける電動機などの各設備は、配電系統２に接続されている。ここでは、例えば大型電動機等の大電流設備４ａと大電流設備以外の他設備４ｂを、異なる２つの配電系統２（第１配電系統２ａ、第２配電系統２ｂ）に分けて接続する。上位系統（系統電源）１と第１及び第２配電系統２ａ、２ｂとの間には、三巻線変圧器３が１つ設けられている。三巻線変圧器３は、入力側の１次巻線３１と、出力側の２次巻線３２ａおよび３次巻線３２ｂとで構成される。

ここでは、１次巻線３１は上位系統１に接続し、２次巻線３２ａおよび３次巻線３２ｂは第１及び第２配電系統２ａ、２ｂに接続する。これにより、上位系統１（例えば、高圧電線）の系統電源から三巻線変圧器３を介して第１及び第２配電系統（例えば、低圧電線）２ａ、２ｂに流れた電流が、第１及び第２配電系統２ａ、２ｂに接続された大電流設備４ａや、大電流設備以外の他の設備４ｂに供給される。なお、系統には、例えば特別高圧系統、高圧系統、低圧系統などを適宜選択して用いる。

上述の通り、本発明は、電圧変動を補償する装置を採用することなく、１つの変圧器のみで、接続される配電系統の電圧降下の補償を可能とするものである。そのために、本発明では、配電系統２を、大電流設備向けの第１配電系統２ａとそれ以外の設備向けの第２配電系統２ｂとに分けることに加えて、１つの配電系統における電圧降下の影響を他の配電系統に与えないように、三巻線変圧器３の各巻線のインピーダンス（％Ｚ_１、％Ｚ_２、％Ｚ_３）を所定の条件となるように設定することが重要となる。

以下に、本発明に用いる三巻線変圧器３の各巻線のインピーダンスの設定条件について詳細に説明する。なお、一般に、インピーダンスは各巻線の巻き数などにより調整される。

本発明の三巻線変圧器３は、１次巻線３１のインピーダンス（％Ｚ_１）を限りなくゼロに近づけるとともに、２次巻線３２ａのインピーダンス（％Ｚ_２）および３次巻線３２ｂのインピーダンス（％Ｚ_３）を１次巻線のインピーダンス（％Ｚ_１）より大きくなるように構成することが必要とされる。

上位系統に接続する入力側の１次巻線３１のインピーダンス（％Ｚ_１）は、限りなくゼロに近づけて設定されることにより、１次巻線３１には上位系統とほぼ同等の電圧が現れる。これにより、出力側の２次巻線３２ａおよび３次巻線３２ｂは、それぞれが直接的に上位系統１に接続された状態とほぼ同じとなる。

すなわち、２次巻線３２ａおよび３次巻線３２ｂに接続される各配電系統２ａ、２ｂの一方で電圧降下が生じても、もう一方の配電系統の電圧変動は、上位系統のインピーダンスと入力側の１次巻線３１のインピーダンス（％Ｚ_１）分のみとなり、安定した電圧を維持することができる。その結果、上記技術のように、電圧変動補償装置を用いて大電流設備の電圧降下を補償したり、２つの変圧器を用いて上位系統に接続したりすることなく、１つの変圧器のみで他設備４ｂへの電圧変動の影響を抑制することができる。

このような理由から、入力側のインピーダンス、すなわち１次巻線３１のインピーダンス（％Ｚ_１）はゼロに近いほど好ましいが、他設備４ｂへの電圧変動が１０％以内の範囲であれば本発明の効果を得ることは可能のため許容できる。

以上より、本発明では、直ちに２次巻線３２ａおよび３次巻線３２ｂで生じる電圧降下が補償されるため、第１及び第２配電系統２ａ、２ｂに接続される設備は、各電圧階級に対して過大な始動電流を生じる設備であっても接続することが可能となる。

また、上記のように、第１及び第２配電系統２ａ、２ｂに接続する出力側の各巻線のインピーダンス、すなわち２次巻線３２ａのインピーダンス（％Ｚ_２）と３次巻線３２ｂのインピーダンス（％Ｚ_３）については、１次巻線３１のインピーダンス（％Ｚ_１）と比較して大きくなるように設定することが必要である。しかし、２次巻線および３次巻線は、インピーダンスの値を大きく設定し過ぎると、通常の使用状態において定格電圧を下回ることや、実質使用できる変圧器容量が少なくなるということが起こる。

このような理由から、２次巻線３２ａおよび３次巻線３２ｂのインピーダンスは次の範囲となるように設定することが好ましい。

例えば、２次巻線３２ａおよび３次巻線３２ｂのインピーダンスの上限は、第１及び第２配電系統２ａ、２ｂに接続される設備が正常な動作を維持する範囲、すなわち、接続される設備の通常使用において、電圧変動が１０％以下となる範囲で設定することが好ましい。

一方、２次巻線および３次巻線のインピーダンスの下限は、上記のとおり１次巻線のインピーダンスより大きければ特に限定されないが、最大遮断電流以下の値を設定することが好ましい。上記下限値を超える場合、短絡事故が発生した際に事故が遮断できず事故が波及する恐れがある。より好ましくは４０ｋＡ以下である。

次に、本発明の電圧降下抑制システムの一例について説明する。

本発明の電圧降下抑制システムは、上述した本発明の電圧降下抑制方法を用いて３巻線変圧器に接続された配電系統の電圧調整を行うものである。本発明の電圧降下抑制システムは、上述した電圧降下抑制方法による作用効果を同様に得ることができる。なお、電圧降下抑制方法の詳細については、上述と同様のため省略する。

以上説明したように、本発明の電圧降下抑制方法によれば、三巻線変圧器の１次巻線のインピーダンスをゼロに近づけるとともに、２次巻線および３次巻線のインピーダンスは１次巻線のインピーダンスよりも大きく設定し、かつ、この２次巻線および３次巻線を大電流設備とそれ以外の他の設備に分けた配電系統にそれぞれ接続することで、他設備への電圧変動の影響を簡便な方法で効果的に抑制できる。

また、従来は、大電流設備を接続した配電系統と他設備を接続した配電系統に電力を供給する場合には、２つの変圧器を必要としていたが、本発明の電圧降下抑制システムによれば１つ変圧器で良い。このため、設置場所の確保も容易となる。

さらに、１次巻線を介して上位系統から配電系統に安定して電力が供給されるため、電圧変動補償装置などの電圧降下を補償する装置が不要となる。そのため、設置費用を最小限に抑えた電力系統を構築することが可能となる

１ 上位系統
２ 配電系統
２ａ 第１配電系統
２ｂ 第２配電系統
３ 三巻線変圧器
３１ １次巻線
３２ａ ２次巻線
３２ｂ ３次巻線
４ａ 大電流設備
４ｂ 他設備
１０ 上位系統
１２ 配電系統
１３ 変圧器

Claims (3)

1. ３巻線変圧器に接続された配電系統の電圧降下を抑制する方法であって、
   前記３巻線変圧器の１次巻線を系統電源に接続するとともに、
   出力側として前記３巻線変圧器の２次巻線および３次巻線を異なる２つの配電系統にそれぞれ接続し、
   前記１次巻線のインピーダンスはゼロに近づくように、かつ前記２次巻線および前記３次巻線のインピーダンスは前記１次巻線のインピーダンスより大きくなるように構成することにより、前記配電系統における電圧変動に起因する電圧降下を抑制することを特徴とする電圧降下抑制方法。
2. 前記２次巻線および前記３次巻線のインピーダンスは、それぞれの前記配電系統に接続される設備の最大遮断電流以下になるように設定されることを特徴とする請求項１に記載の電圧降下抑制方法。
3. 請求項１または２に記載の電圧降下抑制方法を用いて、３巻線変圧器に接続された配電系統の電圧調整を行うことを特徴とする電圧降下抑制システム。

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