JP2682241B2 - 電源障害対策装置 - Google Patents

電源障害対策装置

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JP2682241B2
JP2682241B2 JP3020803A JP2080391A JP2682241B2 JP 2682241 B2 JP2682241 B2 JP 2682241B2 JP 3020803 A JP3020803 A JP 3020803A JP 2080391 A JP2080391 A JP 2080391A JP 2682241 B2 JP2682241 B2 JP 2682241B2
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正俊 竹田
雅一 深田
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、例えば我国のJR新
幹線のような単相交流き電回路において、その大容量単
相交流変動負荷により発生する電圧変動、電圧不平衡、
逆相電流および電圧降下等の電源障害を解消するための
装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図4は例えば平成2年電気学会全国大会
論文誌931 、「東海道新幹線大高変電所用無効電力補償
装置(SVC)の効果確認試験」に記載されたこの種従
来の電源障害対策装置を示す基本構成図である。図にお
いて、1は3相交流電源、2は電源側インピーダンス、
3は3相/2相変換を行うき電用のスコット結線変圧
器、4は各単相き電回路に設置されたTCR(Thyristo
r Phase Controlled Reactor)方式の無効電力補償装置
〔以下、SVC(Static Var Compensator)と称す〕、
5は各単相き電回路のき電線インピーダンス、6は単相
交流負荷としての新幹線の列車負荷である。
【0003】次に動作について説明する。3相交流電源
1からの3相交流電力はスコット結線変圧器3で単相交
流電力に変換され、上下線の各単相き電回路を走行する
列車負荷6に供給される。ところで、列車負荷6の力行
中は、列車1編成当り30MVA程度の電力が消費され
る。この時の列車の入力力率は0.7 〜 0.8程度であるた
め大きな無効電力を発生することになる。この無効電力
が電源側インピーダンス2およびスコット結線変圧器3
に流れて電圧降下が生じる。同一き電区間内に複数編成
の列車負荷6が運行される場合には、特に対策を施さな
いと、定格30KVのき電線電圧が末端部では20KV以下
に低下し低電圧のため列車の運行に支障を来たすことが
ある。このため、図に示すように、スコット結線変圧器
3の2次側にSVC4を設置して列車負荷6の無効電力
を補償し上記電圧降下を抑制する対策を採用することに
なる。
【0004】図5も同じく従来の電源障害対策方式を示
すもので、ここではSVC4をスコット結線変圧器3の
1次側に設置している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来の電源障害対策装
置は以上のように構成されているので、例えば図4に示
すようにスコット結線変圧器3の2次側にSVC4を設
置した場合、列車負荷6の無効電力とスコット結線変圧
器3のインピーダンス分とによって生じる電圧降下につ
いては 100%補償することは可能であるが、スコット結
線変圧器3より電源側の電源側インピーダンス2による
電圧変動は各単相負荷の不平衡等により約60%程度しか
改善されない。また、電圧の不平衡や逆相電流の補償も
十分にはなされ得なかった。
【0006】また、図5に示すように、スコット結線変
圧器3の1次側にSVC4を設置して列車負荷6の無効
電力を 100%補償することにより、電源側電圧変動、電
圧不平衡および逆相電流は改善可能であるが、スコット
結線変圧器3のインピーダンス分による電圧降下は補償
することが出来ない。このため、スコット結線変圧器3
の2次側に直列コンデンサ(図5では図示せず)を設置
してこのスコット結線変圧器3のインピーダンス分によ
る電圧降下を補償する方式を採用することもあるが、こ
の場合、変圧器鉄心特性と直列コンデンサとでいわゆる
分数調波振動等の有害な現象が発生し得るとの問題点が
あった。
【0007】この発明は以上のような問題点を解消する
ためになされたもので、直列コンデンサを採用すること
なく電源側インピーダンスおよびき電用変圧器のインピ
ーダンス分による電圧降下の補償が出来、更には電圧不
平衡、逆相電流の補償を可能とする電源障害対策装置を
得ることを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】この発明に係る電源障害
対策装置は、その3相/2相変換用の変圧器を、3相交
流電源に接続され3相の各相巻線からなる1次巻線と、
単相交流負荷に接続され3相の各相巻線からなる2次巻
線と、3相の各相巻線からなる3次巻線との3巻線を備
えたものとし、上記変圧器の各巻線間インピーダンスを
3巻線分離したときの上記2次巻線側分離インピーダン
スがほぼ零となるようにするとともに、無効電力補償装
置を上記変圧器の3次巻線に接続したものである。
【0009】
【作用】変圧器の3次巻線に接続された無効電力補償装
置が動作することにより、電源側および変圧器のインピ
ーダンスによる電圧変動が補償され、更に電圧不平衡お
よび逆相電流が補償される。変圧器の2次側は直接的に
は上記無効電力補償装置の補償対象外であるが、その2
次巻線側分離インピーダンスがほぼ零に設定されている
ので、この部分での電圧降下がほとんど発生せず、変圧
器2次側の電圧降下も実質的に補償される。
【0010】
【実施例】図1はこの発明の一実施例による電源障害対
策装置を示す基本構成図である。ここでは、3相/2相
変換用のき電用変圧器としていわゆる変形ウッドブリッ
ジ結線変圧器7が採用されており、その3次巻線73に
SVC4が接続されている。次に、変形ウッドブリッジ
結線変圧器7について更に詳細に説明する。その1次巻
線71は、例えばU、V、W3相の各相巻線を星形に結
線したもので、3相交流電源1に接続されている。2次
巻線72はU、V、W3相の各相巻線を三角に結線した
ものを2個、そのV相巻線を互いに並列に接続したもの
で、図のそれぞれ上下両端子および左右両端子が各単相
交流負荷6に接続されている。3次巻線73は1次巻線
71と同様U、V、W3相の各相巻線を星形に結線した
もので、既述した通りSVC4に接続されている。即
ち、変形ウッドブリッジ結線変圧器7はその各次巻線が
共に、U、V、W3相の各相巻線から構成されている。
【0011】図2は、変形ウッドブリッジ結線変圧器7
をインピーダンス(抵抗分は極めて小さいため、これを
無視し、図ではリアクタンス分Xで表示している)で示
す等価回路で、X1は変形ウッドブリッジ結線変圧器7
の各巻線間インピーダンスを3巻線分離したときの1次
巻線側分離インピーダンス、X2は同様の2次巻線側分
離インピーダンス、X3は同様の3次巻線側分離インピ
ーダンスである。変形ウッドブリッジ結線変圧器7の1
次−2次間%インピーダンスは、自己容量ベースで、例
えば77KV受電では8%程度、 154KV受電では10%程
度、また275KV受電では13%程度となるが、ここで
は、2次巻線側分離インピーダンスX2をほぼ零%とし
て上記%値が1次巻線側分離インピーダンスX1に集中
するように設定されている。具体的には上記したインピ
ーダンス特性が得られるよう、各次巻線の形状および相
互配置関係を調整設定する訳である。
【0012】次に動作について説明する。複数編成の列
車負荷6が運行されると、その入力力率は 0.7〜0.8 程
度であるため大きな無効電力を発生することになる。こ
の無効電力と電源側インピーダンス2、変形ウッドブリ
ッジ結線変圧器7のインピーダンス分およびき電線イン
ピーダンス5とにより電圧降下が発生することになる
が、電源側インピーダンス2と変形ウッドブリッジ結線
変圧器7のインピーダンス分とによる電圧降下は変形ウ
ッドブリッジ結線変圧器7の3次巻線73に接続された
SVC4により完全に補償されるので、2次巻線72の
端子電圧、即ちき電線送り出し電圧は定格の例えば30K
Vに保たれることになる。なお、き電線インピーダンス
5により発生する電圧降下は全体と比較してわずかであ
り、送り出し電圧が30KVに維持されれば、き電線末端
においても列車の運行に支障を来たすことはない。
【0013】また、SVC4によって3相交流電源1側
の無効電力変動を補償するので、電源側電圧変動は勿
論、電圧不平衡および逆相電流の補償も同時に達成され
ることになる。更に、SVC4は変形ウッドブリッジ結
線変圧器7の3次巻線73に接続するようにしたので、
その3次巻線73の電圧をSVC4に最適の値に選定す
ることにより専用の降圧変圧器が不要となる。
【0014】なお、上記実施例では、3相/2相変換の
ためのき電用の変圧器として変形ウッドブリッジ結線変
圧器7を採用したが、他の例えば図3に示す構成のルブ
ラン結線変圧器8を採用するようにしてもよい。結線が
変形ウッドブリッジ結線変圧器7の場合と大きく異なる
のは2次巻線82であるが、U、V、W3相の各相巻線
を適宜結線して構成する点では前記実施例と同様であ
る。この場合、図中矢印で示すように、各単相交流出力
が得られる。勿論、この実施例においても2次巻線側分
離インピーダンスをほぼ零に設定する必要がある。
【0015】変形ウッドブリッジ結線変圧器7では2次
側から得られる両単相交流出力の端子電圧が相互に異な
り、図1では図示を省略しているが、実際は2次側に昇
圧変圧器等が必要となるのに対し、ルブラン結線変圧器
8では両単相交流出力の端子電圧が等しくなるので、上
記昇圧変圧器等が不要となる利点がある。
【0016】もっとも、変形ウッドブリッジ結線変圧器
7を採用した場合は上記した昇圧変圧器が必要となる
が、通常これら変圧器は単巻変圧器で製作され、そのイ
ンピーダンスを十分低い値に抑えることが可能であり、
上述した電圧降下の補償に影響を与えることはほとんど
ない。なお、変圧器の種類としては、各巻線の構成およ
びインピーダンス特性に係る上記した条件を具備する限
り、上記実施例のものに限られる訳ではない。
【0017】また、上記各実施例ではSVC4としてT
CR方式のものを採用した場合について説明したが、3
相の各相を個別に制御可能な無効電力補償装置であれ
ば、TSC(Thyristor Switched Capacitor)方式やイ
ンバータ方式等いずれの方式であってもよく、上記各実
施例と同様の効果を奏する。
【0018】更に、この発明は単相交流電気車のための
交流き電回路に適用する場合に限らず、変圧器により3
相交流を単相交流に変換する種々の電力回路の電源障害
対策に適用することができ同等の効果を奏する。
【0019】
【発明の効果】この発明は以上のように構成されている
ので、3相/2相変換用の変圧器の2次側に直列コンデ
ンサを設置することなく、3相交流電源側および上記変
圧器のインピーダンスによる電圧変動の補償、更に電圧
不平衡および逆相電流の補償が可能となる。また、変圧
器3次巻線の電圧は任意に選定することができるので、
これを無効電力補償装置に最適な値に設定することによ
り、同装置専用の降圧変圧器等が不要となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例による電源障害対策装置を
示す基本構成図である。
【図2】図1の変形ウッドブリッジ結線変圧器7をイン
ピーダンスで示す等価回路図である。
【図3】この発明の他の実施例による電源障害対策装置
のルブラン結線変圧器8の各次巻線の結線を示す図であ
る。
【図4】従来の電源障害対策装置を示す基本構成図であ
る。
【図5】従来の他の電源障害対策装置を示す基本構成図
である。
【符号の説明】
1 3相交流電源 4 無効電力補償装置としてのSVC 6 単相交流負荷としての列車負荷 7 変形ウッドブリッジ結線変圧器 71 1次巻線 72 2次巻線 73 3次巻線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭48−23269(JP,A) 特開 昭61−101823(JP,A) 実開 昭58−174949(JP,U) 明電時報 「上越新幹線き電用変電設 備」 No.155 (1980年発行) P. 20−26 電気学会 「電気工学ハンドブック」 (昭和53年4月10日発行) P.67

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 3相交流電源からの3相交流電力を変圧
    器を介して単相交流電力に変換して単相交流負荷に供給
    する電力回路に無効電力補償装置を備えて上記単相交流
    負荷の変動に基づく電源障害を防止するものにおいて、
    上記変圧器を、上記3相交流電源に接続され3相の各相
    巻線からなる1次巻線と、上記単相交流負荷に接続され
    3相の各相巻線からなる2次巻線と、3相の各相巻線か
    らなる3次巻線との3巻線を備えたものとし、上記変圧
    器の各巻線間インピーダンスを3巻線分離したときの上
    記2次巻線側分離インピーダンスがほぼ零となるように
    するとともに、上記無効電力補償装置を上記変圧器の3
    次巻線に接続するようにしたことを特徴とする電源障害
    対策装置。
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