JP3300587B2 - 超高圧系統用変電装置 - Google Patents
超高圧系統用変電装置Info
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- JP3300587B2 JP3300587B2 JP31382795A JP31382795A JP3300587B2 JP 3300587 B2 JP3300587 B2 JP 3300587B2 JP 31382795 A JP31382795 A JP 31382795A JP 31382795 A JP31382795 A JP 31382795A JP 3300587 B2 JP3300587 B2 JP 3300587B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】電力系統における超高圧系統
用変電装置に係り、特に、変圧器とケーブルを備えた超
高圧系統用変電装置に関する。
用変電装置に係り、特に、変圧器とケーブルを備えた超
高圧系統用変電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】電力系統における超高圧系統用変電装置
は、図６に示したように、送電線１４に接続されるブッ
シング１５などの接続手段，複数個の遮断器１０や断路
器などの遮断手段，複数個の避雷器１１，それらを接続
するガス絶縁した管路気中線路手段から構成されている
線路用遮断装置と、複数個の遮断器１０，非線形抵抗体
などから成る複数個の避雷器１１，複数個の電圧変換用
の変圧器１３，電圧・電流測定用の変圧器１３や変流器
から構成されている変電装置と、該線路用遮断装置と変
電装置の間を電気的に接続する電力用の複数本のケーブ
ル１２とを備え、回路の切り替えや故障区間の遮断・分
離を行い、電力を送電するための装置である。そして、
公称電圧１５４ｋＶ，２７５ｋＶ，５００ｋＶ，１００
０ｋＶなどの超高圧系統で用いられている。
は、図６に示したように、送電線１４に接続されるブッ
シング１５などの接続手段，複数個の遮断器１０や断路
器などの遮断手段，複数個の避雷器１１，それらを接続
するガス絶縁した管路気中線路手段から構成されている
線路用遮断装置と、複数個の遮断器１０，非線形抵抗体
などから成る複数個の避雷器１１，複数個の電圧変換用
の変圧器１３，電圧・電流測定用の変圧器１３や変流器
から構成されている変電装置と、該線路用遮断装置と変
電装置の間を電気的に接続する電力用の複数本のケーブ
ル１２とを備え、回路の切り替えや故障区間の遮断・分
離を行い、電力を送電するための装置である。そして、
公称電圧１５４ｋＶ，２７５ｋＶ，５００ｋＶ，１００
０ｋＶなどの超高圧系統で用いられている。
【０００３】そして、図５に示したように、落雷２０に
より送電線14aにサージ電圧２１が発生すると、サージ
電圧２１がサージ侵入経路２２を経て、超高圧系統用変
電装置の内部に侵入する。そして、サージ電圧２１の侵
入によって、電力系統に過電圧が発生し、変電装置など
において絶縁破壊故障が起こる場合があり、そこで、避
雷器１１が、このサージ電圧の振幅の上限を抑制するこ
とで、超高圧系統用変電装置を保護している。
より送電線14aにサージ電圧２１が発生すると、サージ
電圧２１がサージ侵入経路２２を経て、超高圧系統用変
電装置の内部に侵入する。そして、サージ電圧２１の侵
入によって、電力系統に過電圧が発生し、変電装置など
において絶縁破壊故障が起こる場合があり、そこで、避
雷器１１が、このサージ電圧の振幅の上限を抑制するこ
とで、超高圧系統用変電装置を保護している。
【０００４】しかしながら、超高圧系統用変電装置に侵
入するサージ電圧は、落雷条件やサージが伝搬する経路
である送電線、超高圧系統用変電装置の回路定数によっ
て複雑に変化し、様々な周波数成分を含んだ電気波形を
有している。そして、避雷器でサージ電圧の振幅の上限
を制限したとしても、依然として電気波形には多くの周
波数成分が含まれたままである。
入するサージ電圧は、落雷条件やサージが伝搬する経路
である送電線、超高圧系統用変電装置の回路定数によっ
て複雑に変化し、様々な周波数成分を含んだ電気波形を
有している。そして、避雷器でサージ電圧の振幅の上限
を制限したとしても、依然として電気波形には多くの周
波数成分が含まれたままである。
【０００５】一方、超高圧系統用変電装置に用いられる
変圧器は、図９に示したように、その巻線の自己インダ
クタンス及び相互インダクタンスの他に、巻線間に漂遊
キャパシタンスが存在する。そのため、これらのインダ
クタンスとキャパシタンスによって、変圧器の巻線には
複数の共振周波数が存在している。変圧器内部にサージ
電圧が侵入したとき、図８に示したように、変圧器の巻
線の共振周波数とサージ電圧の比較的振幅の大きい周波
数成分が一致もしくは比較的近い場合、変圧器内部で共
振性過電圧が発生し、内部で絶縁破壊故障が発生する原
因となる。このような問題の対策として、特開平１−６
５８１２号公報に開示されているように、フィルタ回路
を設けて特定周波数成分を除去する方法がある。
変圧器は、図９に示したように、その巻線の自己インダ
クタンス及び相互インダクタンスの他に、巻線間に漂遊
キャパシタンスが存在する。そのため、これらのインダ
クタンスとキャパシタンスによって、変圧器の巻線には
複数の共振周波数が存在している。変圧器内部にサージ
電圧が侵入したとき、図８に示したように、変圧器の巻
線の共振周波数とサージ電圧の比較的振幅の大きい周波
数成分が一致もしくは比較的近い場合、変圧器内部で共
振性過電圧が発生し、内部で絶縁破壊故障が発生する原
因となる。このような問題の対策として、特開平１−６
５８１２号公報に開示されているように、フィルタ回路
を設けて特定周波数成分を除去する方法がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
技術の超高圧系統用変電装置では、新たな設備としてフ
ィルタ回路を設ける必要があると共に、電圧が高くなる
とフィルタ回路も大きくなり、広い設置場所を確保する
必要もある。したがって、本発明の目的は、新たな設備
を設けることなく、絶縁破壊などが防止できる超高圧系
統用変電装置を提供することにある。
技術の超高圧系統用変電装置では、新たな設備としてフ
ィルタ回路を設ける必要があると共に、電圧が高くなる
とフィルタ回路も大きくなり、広い設置場所を確保する
必要もある。したがって、本発明の目的は、新たな設備
を設けることなく、絶縁破壊などが防止できる超高圧系
統用変電装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的は、送電線に接
続手段を介して接続されている線路用遮断装置と、遮断
器と変圧器とを含む変電装置と、前記線路用遮断装置と
前記変電装置の間を電気的に接続するケーブルとを備え
た超高圧系統用変電装置において、前記ケーブルが、前
記変圧器内部に過電圧を発生させる共振周波数を有する
電気波形が前記送電線から前記ケーブルを介して前記変
圧器へ伝搬するのを抑制するよう、当該ケーブルの波形
伝搬特性から定められた所定長さを有することにより達
成される。
続手段を介して接続されている線路用遮断装置と、遮断
器と変圧器とを含む変電装置と、前記線路用遮断装置と
前記変電装置の間を電気的に接続するケーブルとを備え
た超高圧系統用変電装置において、前記ケーブルが、前
記変圧器内部に過電圧を発生させる共振周波数を有する
電気波形が前記送電線から前記ケーブルを介して前記変
圧器へ伝搬するのを抑制するよう、当該ケーブルの波形
伝搬特性から定められた所定長さを有することにより達
成される。
【０００８】また本発明の別の特徴は、遮断器と遮断器
との間に接続されたケーブルと、前記遮断器の後段に接
続された変圧器とを備えた超高圧系統用変電装置におい
て、前記変圧器は、前記ケーブルの長さと前記ケーブル
の波形伝搬特性とから求められる周波数帯域に当該変圧
器内部に過電圧を発生させる共振周波数を有することに
ある。
との間に接続されたケーブルと、前記遮断器の後段に接
続された変圧器とを備えた超高圧系統用変電装置におい
て、前記変圧器は、前記ケーブルの長さと前記ケーブル
の波形伝搬特性とから求められる周波数帯域に当該変圧
器内部に過電圧を発生させる共振周波数を有することに
ある。
【０００９】そして、本発明によれば、新たに設備を追
加設置することなく、サージ電圧による共振性過電圧の
発生が防止され、絶縁破壊などの無い超高圧系統用変電
装置が提供される。
加設置することなく、サージ電圧による共振性過電圧の
発生が防止され、絶縁破壊などの無い超高圧系統用変電
装置が提供される。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照し説明する。図１は、本発明による一実
施例の超高圧系統用変電装置の回路構成を示す図であ
る。ガス絶縁開閉装置の概略構成が示されている。図２
は、図１の超高圧系統用変電装置の配置構成を示す図で
ある。図において、超高圧系統用変電装置は、負荷およ
び故障電流を遮断するための遮断器10a，10b，10c，10
d，10e，10f、超高圧系統用変電装置内で発生する過電
圧を抑制するための避雷器11a，11b，11c,11d，11e，11
f、超高圧系統用変電装置内を接続するケーブル12a，12
b、系統電圧を変換するための変圧器13a，13b等によっ
て構成される。また、図示していないが、そのほかに断
路器や接地装置も用いられて構成される。
て、図面を参照し説明する。図１は、本発明による一実
施例の超高圧系統用変電装置の回路構成を示す図であ
る。ガス絶縁開閉装置の概略構成が示されている。図２
は、図１の超高圧系統用変電装置の配置構成を示す図で
ある。図において、超高圧系統用変電装置は、負荷およ
び故障電流を遮断するための遮断器10a，10b，10c，10
d，10e，10f、超高圧系統用変電装置内で発生する過電
圧を抑制するための避雷器11a，11b，11c,11d，11e，11
f、超高圧系統用変電装置内を接続するケーブル12a，12
b、系統電圧を変換するための変圧器13a，13b等によっ
て構成される。また、図示していないが、そのほかに断
路器や接地装置も用いられて構成される。
【００１１】本実施例では、遮断器10a，10c、避雷器11
a，11b、接続手段としてのブッシング１５により構成し
た線路用遮断装置と、 遮断器10b，10d，10e，10f、 避
雷器11c，11d，11e，11f、変圧器13a，13bなどをガス絶
縁管路で接続し構成した変電装置との間を、電力用のケ
ーブル12a，12bによって電気的に接続している。変圧器
13a，13bは、発電所の場合では発電機へ、変電所の場合
は上位あるいは下位の電気系統へ、あるいは発電所、変
電所、開閉所の所内電源へと接続される。
a，11b、接続手段としてのブッシング１５により構成し
た線路用遮断装置と、 遮断器10b，10d，10e，10f、 避
雷器11c，11d，11e，11f、変圧器13a，13bなどをガス絶
縁管路で接続し構成した変電装置との間を、電力用のケ
ーブル12a，12bによって電気的に接続している。変圧器
13a，13bは、発電所の場合では発電機へ、変電所の場合
は上位あるいは下位の電気系統へ、あるいは発電所、変
電所、開閉所の所内電源へと接続される。
【００１２】本実施例の超高圧系統用変電装置は、送電
線14a，14bに接続されており、送電線への落雷２０が原
因で発生するサージ電圧２１は、これらの送電線から超
高圧系統用変電装置内部に侵入する。サージ電圧２１
は、サージ侵入経路２２を経て超高圧系統用変電装置内
の各部に到達し、装置内部において過電圧を発生し、絶
縁破壊故障の原因となる場合がある。
線14a，14bに接続されており、送電線への落雷２０が原
因で発生するサージ電圧２１は、これらの送電線から超
高圧系統用変電装置内部に侵入する。サージ電圧２１
は、サージ侵入経路２２を経て超高圧系統用変電装置内
の各部に到達し、装置内部において過電圧を発生し、絶
縁破壊故障の原因となる場合がある。
【００１３】サージ電圧の振幅は、超高圧系統用変電装
置内に分散して設置されている避雷器11a，11b，11c，1
1d，11e，11fによって抑制されるが、振幅が小さいが高
周波の振動成分を含むサージ電圧が、超高圧系統用変電
装置を伝搬することになる。図９は、変圧器内部の等価
回路について説明する図である。変圧器を構成する巻線
の等価回路は図９のようになっており、巻線の自己イン
ダクタンス３０、巻線内部の相互インダクタンス３１、
および巻線間の相互インダクタンス３２の他に、巻線内
部の漂遊キャパシタンス３３、巻線間の漂遊キャパシタ
ンス３４が存在する。そのため、これらのインダクタン
スとキャパシタンスによって変圧器内部の巻線には、複
数の固有の共振周波数が存在している。
置内に分散して設置されている避雷器11a，11b，11c，1
1d，11e，11fによって抑制されるが、振幅が小さいが高
周波の振動成分を含むサージ電圧が、超高圧系統用変電
装置を伝搬することになる。図９は、変圧器内部の等価
回路について説明する図である。変圧器を構成する巻線
の等価回路は図９のようになっており、巻線の自己イン
ダクタンス３０、巻線内部の相互インダクタンス３１、
および巻線間の相互インダクタンス３２の他に、巻線内
部の漂遊キャパシタンス３３、巻線間の漂遊キャパシタ
ンス３４が存在する。そのため、これらのインダクタン
スとキャパシタンスによって変圧器内部の巻線には、複
数の固有の共振周波数が存在している。
【００１４】図８は、変圧器とサージの周波数特性につ
いて説明する図である。変圧器は、入力電圧の振幅に対
する変圧器内部に発生する電圧の比率を応答倍率と定義
したとき、例えば、図８（ａ）に示したような特性を有
する。このような特性を持つ変圧器の内部に、図８
（ｂ）に示したような周波数成分を持つサージ電圧が侵
入したとき、サージ電圧に含まれる電気波形の周波数成
分が、変圧器13a，13b内部の共振周波数と一致もしくは
比較的近い場合、変圧器内部で共振性過電圧が発生し、
変圧器内部の絶縁破壊故障を起こす原因になることがあ
る。図８の図示例の場合であれば、図８（ａ）の周波数
ｆ１３と図８（ｂ）の周波数ｆ２３とが共振する。
いて説明する図である。変圧器は、入力電圧の振幅に対
する変圧器内部に発生する電圧の比率を応答倍率と定義
したとき、例えば、図８（ａ）に示したような特性を有
する。このような特性を持つ変圧器の内部に、図８
（ｂ）に示したような周波数成分を持つサージ電圧が侵
入したとき、サージ電圧に含まれる電気波形の周波数成
分が、変圧器13a，13b内部の共振周波数と一致もしくは
比較的近い場合、変圧器内部で共振性過電圧が発生し、
変圧器内部の絶縁破壊故障を起こす原因になることがあ
る。図８の図示例の場合であれば、図８（ａ）の周波数
ｆ１３と図８（ｂ）の周波数ｆ２３とが共振する。
【００１５】このような問題を解決するための本発明の
特徴は、ケーブル12a，12bの特性を考慮して、特定周波
数を含むサージ電圧の変圧器内部への侵入を防止する長
さを有するケーブル12a，12bを、線路用遮断装置と変電
装置との間に配置する点にある。すなわち、ケーブルの
波形伝搬特性から定められる所定長さを有するケーブル
を少なくとも変圧器の前段に配置するものである。
特徴は、ケーブル12a，12bの特性を考慮して、特定周波
数を含むサージ電圧の変圧器内部への侵入を防止する長
さを有するケーブル12a，12bを、線路用遮断装置と変電
装置との間に配置する点にある。すなわち、ケーブルの
波形伝搬特性から定められる所定長さを有するケーブル
を少なくとも変圧器の前段に配置するものである。
【００１６】その具体的な方法について、以下詳説す
る。図１に示した変圧器13a，13bの内部において共振し
て過電圧が発生する変圧器固有の共振周波数をｆ１(ｋ
Ｈｚ)，ｆ２(ｋＨｚ)とする。またケーブル12a，12bの
長さを、Ｌ１(ｍ)，Ｌ２(ｍ)とする。更に、ケーブルの
伝搬速度をＶ１(ｍ／μｓ)、Ｖ２(ｍ／μｓ)とする。伝
搬速度とは、サージ電圧に含まれる特定周波数の電気波
形がケーブルを伝搬する速さであり、ケーブル固有の波
形伝搬特性である。したがって、上記の場合の特定周波
数は、共振周波数のｆ１、ｆ２となる。
る。図１に示した変圧器13a，13bの内部において共振し
て過電圧が発生する変圧器固有の共振周波数をｆ１(ｋ
Ｈｚ)，ｆ２(ｋＨｚ)とする。またケーブル12a，12bの
長さを、Ｌ１(ｍ)，Ｌ２(ｍ)とする。更に、ケーブルの
伝搬速度をＶ１(ｍ／μｓ)、Ｖ２(ｍ／μｓ)とする。伝
搬速度とは、サージ電圧に含まれる特定周波数の電気波
形がケーブルを伝搬する速さであり、ケーブル固有の波
形伝搬特性である。したがって、上記の場合の特定周波
数は、共振周波数のｆ１、ｆ２となる。
【００１７】そして、これらの共振周波数ｆ１、ｆ２を
有する電気波形がケーブル中を伝搬するときの、各波長
λ１，λ２(ｍ)は、次式で表わされる。 λ１＝Ｖ１／ｆ１ （数１） λ２＝Ｖ２／ｆ２ （数２） 一般式で表わせば、 λ＝Ｖ／ｆ （数３） 上記の(数３)式となる。以下、サージ電圧に含まれる電
気波形を単にサージと略称する。
有する電気波形がケーブル中を伝搬するときの、各波長
λ１，λ２(ｍ)は、次式で表わされる。 λ１＝Ｖ１／ｆ１ （数１） λ２＝Ｖ２／ｆ２ （数２） 一般式で表わせば、 λ＝Ｖ／ｆ （数３） 上記の(数３)式となる。以下、サージ電圧に含まれる電
気波形を単にサージと略称する。
【００１８】変圧器13a，13bの内部では、これらの波長
を有するサージにより過電圧が発生する虞れがあるの
で、これらの変圧器への侵入を防止すればよいと言え
る。ケーブル内をサージが伝搬するとき、一般的に、ケ
ーブルの入口と出口に接続される回路(ガス絶縁開閉装
置等)のサージインピーダンスがケーブルのサージイン
ピーダンスと異なるために、ケーブル内部でサージが往
復反射し定在波が発生する。
を有するサージにより過電圧が発生する虞れがあるの
で、これらの変圧器への侵入を防止すればよいと言え
る。ケーブル内をサージが伝搬するとき、一般的に、ケ
ーブルの入口と出口に接続される回路(ガス絶縁開閉装
置等)のサージインピーダンスがケーブルのサージイン
ピーダンスと異なるために、ケーブル内部でサージが往
復反射し定在波が発生する。
【００１９】図７は、ケーブルを伝搬するサージの定在
波について説明する図である。図７に、定在波の波形状
態を示している。仮りに、波長λなるサージがケーブル
を伝搬する場合を考えれば、 λ／４、３λ／４、５λ
／４…(２ｎ−１)λ／４（ただし、ｎは正の整数）の位
置(定在波の節の位置)でサージの振幅が小さくなり、λ
／２、λ、３λ／２…ｎλ／２（ただし、ｎは正の整
数)の位置(定在波の腹の位置)で、サージの振幅が大き
くなる。
波について説明する図である。図７に、定在波の波形状
態を示している。仮りに、波長λなるサージがケーブル
を伝搬する場合を考えれば、 λ／４、３λ／４、５λ
／４…(２ｎ−１)λ／４（ただし、ｎは正の整数）の位
置(定在波の節の位置)でサージの振幅が小さくなり、λ
／２、λ、３λ／２…ｎλ／２（ただし、ｎは正の整
数)の位置(定在波の腹の位置)で、サージの振幅が大き
くなる。
【００２０】そこで、波長λ１，λ２なるサージ成分を
抑制するために、ケーブルの長さを次式（数４）〜（数
７）から求められる長さに設定すれば、ケーブルの出口
部分(変電装置側、すなわち、変圧器側の入口部分)は、
定在波の節の位置となるのでサージの振幅を小さく抑え
ることができ、共振を発生させる周波数を有する電気波
形の変圧器への侵入を防ぐことができる。 Ｌ１ ＝（２ｎ11−１）λ１／４ （数４） Ｌ１’＝（２ｎ12−１）λ２／４ （数５） Ｌ２ ＝（２ｎ21−１）λ１／４ （数６） Ｌ２’＝（２ｎ22−１）λ２／４ （数７） ただし、ｎ11，ｎ12，ｎ21，ｎ22は、正の整数である。
抑制するために、ケーブルの長さを次式（数４）〜（数
７）から求められる長さに設定すれば、ケーブルの出口
部分(変電装置側、すなわち、変圧器側の入口部分)は、
定在波の節の位置となるのでサージの振幅を小さく抑え
ることができ、共振を発生させる周波数を有する電気波
形の変圧器への侵入を防ぐことができる。 Ｌ１ ＝（２ｎ11−１）λ１／４ （数４） Ｌ１’＝（２ｎ12−１）λ２／４ （数５） Ｌ２ ＝（２ｎ21−１）λ１／４ （数６） Ｌ２’＝（２ｎ22−１）λ２／４ （数７） ただし、ｎ11，ｎ12，ｎ21，ｎ22は、正の整数である。
【００２１】ところで、一般的に超高圧系統用変電装置
に複数の変圧器が設置されており、しかもその特性が構
造の違いなどにより異なっていることが多い。そのため
上記の数式において、Ｌ１＝Ｌ１’、Ｌ２＝Ｌ２’を満
たす正の整数ｎ11,ｎ12,ｎ22ｎ22が存在しないこともあ
り得る。このような場合には、次のように考えて対応す
る。 即ち、定在波の節の位置になるケーブル長か
ら、±λ／８ずれたケーブル長でも定在波の振幅が腹の
位置に対して１／√２(≒０．７１倍)まで減衰する。こ
の減衰率は、その周波数成分の電気波形のゲインが−３
ｄＢとなり、一般的に遮断周波数と言われるレベルであ
り、サージの振幅を十分に抑制できるものである。
に複数の変圧器が設置されており、しかもその特性が構
造の違いなどにより異なっていることが多い。そのため
上記の数式において、Ｌ１＝Ｌ１’、Ｌ２＝Ｌ２’を満
たす正の整数ｎ11,ｎ12,ｎ22ｎ22が存在しないこともあ
り得る。このような場合には、次のように考えて対応す
る。 即ち、定在波の節の位置になるケーブル長か
ら、±λ／８ずれたケーブル長でも定在波の振幅が腹の
位置に対して１／√２(≒０．７１倍)まで減衰する。こ
の減衰率は、その周波数成分の電気波形のゲインが−３
ｄＢとなり、一般的に遮断周波数と言われるレベルであ
り、サージの振幅を十分に抑制できるものである。
【００２２】以上のことから、−λ／８≦ケーブル長Ｌ
≦＋λ／８を満たしていればよいと言える。上記の関係
と(数４)式〜(数７)式から、サージを抑制できるケーブ
ル長の範囲は、次式となる。
(２ｎ11−１)λ1/４−λ1/８≦Ｌ1 ≦(２ｎ11−１)λ1/４＋λ1/８ （数８） (２ｎ12−１)λ2/４−λ2/８≦Ｌ1’≦(２ｎ12−１)λ2/４＋λ2/８ （数９） (２ｎ21−１)λ1/４−λ1/８≦Ｌ2 ≦(２ｎ21−１)λ1/４＋λ1/８ （数10） (２ｎ22−１)λ2/４−λ2/８≦Ｌ2’≦(２ｎ22−１)λ2/４＋λ2/８ （数11） 一般式で表わせば、
（２ｎ−１）λ／４−λ／８≦Ｌ≦（２ｎ−１）λ／４＋λ／８ （数12） 上記の(数12)式となる。
≦＋λ／８を満たしていればよいと言える。上記の関係
と(数４)式〜(数７)式から、サージを抑制できるケーブ
ル長の範囲は、次式となる。
(２ｎ11−１)λ1/４−λ1/８≦Ｌ1 ≦(２ｎ11−１)λ1/４＋λ1/８ （数８） (２ｎ12−１)λ2/４−λ2/８≦Ｌ1’≦(２ｎ12−１)λ2/４＋λ2/８ （数９） (２ｎ21−１)λ1/４−λ1/８≦Ｌ2 ≦(２ｎ21−１)λ1/４＋λ1/８ （数10） (２ｎ22−１)λ2/４−λ2/８≦Ｌ2’≦(２ｎ22−１)λ2/４＋λ2/８ （数11） 一般式で表わせば、
（２ｎ−１）λ／４−λ／８≦Ｌ≦（２ｎ−１）λ／４＋λ／８ （数12） 上記の(数12)式となる。
【００２３】例えば、２台の変圧器13a，13b内部に共振
性過電圧を発生させる共振周波数をそれぞれｆ１＝２０
０(ｋＨｚ)、ｆ２＝３００(ｋＨｚ)とし、ケーブル12
a，12bに同じ種類の線材を使用する。そして、共振周波
数と同じ特定周波数に対するサージの伝搬速度をＶ＝１
２０(ｍ／μｓ)とする。
性過電圧を発生させる共振周波数をそれぞれｆ１＝２０
０(ｋＨｚ)、ｆ２＝３００(ｋＨｚ)とし、ケーブル12
a，12bに同じ種類の線材を使用する。そして、共振周波
数と同じ特定周波数に対するサージの伝搬速度をＶ＝１
２０(ｍ／μｓ)とする。
【００２４】サージ定在波のケーブル中での波長は、前
述の式よりλ１＝６００(ｍ)，λ２＝４００(ｍ)にな
る。よって、例えばｎ11＝２，ｎ12＝３，ｎ21＝４，ｎ
22＝６のとき、（数８）式〜（数１１）式より、 Ｌ1＝
３７５〜５２５(ｍ)，Ｌ1’＝４５０〜５５０(ｍ)，Ｌ2
＝９７５〜１１２５(ｍ)，Ｌ2’＝１０５０〜１１５０
(ｍ)の範囲でサージの振幅が小さくなる。そして、これ
らの重複している範囲から、ケーブル12aを４５０〜５
２５(ｍ)、ケーブル12bを１０５０〜１１２５(ｍ)の長
さにすれば良いことになる。
述の式よりλ１＝６００(ｍ)，λ２＝４００(ｍ)にな
る。よって、例えばｎ11＝２，ｎ12＝３，ｎ21＝４，ｎ
22＝６のとき、（数８）式〜（数１１）式より、 Ｌ1＝
３７５〜５２５(ｍ)，Ｌ1’＝４５０〜５５０(ｍ)，Ｌ2
＝９７５〜１１２５(ｍ)，Ｌ2’＝１０５０〜１１５０
(ｍ)の範囲でサージの振幅が小さくなる。そして、これ
らの重複している範囲から、ケーブル12aを４５０〜５
２５(ｍ)、ケーブル12bを１０５０〜１１２５(ｍ)の長
さにすれば良いことになる。
【００２５】図３は、本発明による他の実施例の超高圧
系統用変電装置の回路構成を示す図である。図４は、図
３の超高圧系統用変電装置の配置構成を示す図である。
本実施例では、送電線14a，14b側から変圧器13a，13bを
見たとき、ケーブル12aは、変圧器13aだけに、ケーブル
12bは、変圧器13bだけに接続されている。この場合送電
線から超高圧系統用変電装置に侵入するサージに対し
て、変圧器13aの内部過電圧の周波数特性ｆ１は、ケー
ブル12aの特性と長さだけを、また、変圧器13bの内部過
電圧の周波数特性ｆ２は、ケーブル12bの特性と長さだ
けを考慮すれば良いことになる。
系統用変電装置の回路構成を示す図である。図４は、図
３の超高圧系統用変電装置の配置構成を示す図である。
本実施例では、送電線14a，14b側から変圧器13a，13bを
見たとき、ケーブル12aは、変圧器13aだけに、ケーブル
12bは、変圧器13bだけに接続されている。この場合送電
線から超高圧系統用変電装置に侵入するサージに対し
て、変圧器13aの内部過電圧の周波数特性ｆ１は、ケー
ブル12aの特性と長さだけを、また、変圧器13bの内部過
電圧の周波数特性ｆ２は、ケーブル12bの特性と長さだ
けを考慮すれば良いことになる。
【００２６】そして、ケーブル12a，12bの長さが、Ｌ
１，Ｌ２(ｍ)、ケーブル12a，12bの波形伝搬特性である
サージの伝搬速度が、Ｖ１，Ｖ２(ｍ／μｓ)である場
合、(数１)式〜(数７)式より、ケーブル12a，12bのそれ
ぞれを伝搬するサージの振幅が最小になる周波数帯域ｇ
１(ｋＨｚ)，ｇ２(ｋＨｚ)は、次式で表わされる。 ｇ１＝（２ｎ1−１）Ｖ１／（４Ｌ１） （数13) ｇ２＝（２ｎ2−１）Ｖ２／（４Ｌ２） （数14) ただし、ｎ1，ｎ2は、正の整数である。
１，Ｌ２(ｍ)、ケーブル12a，12bの波形伝搬特性である
サージの伝搬速度が、Ｖ１，Ｖ２(ｍ／μｓ)である場
合、(数１)式〜(数７)式より、ケーブル12a，12bのそれ
ぞれを伝搬するサージの振幅が最小になる周波数帯域ｇ
１(ｋＨｚ)，ｇ２(ｋＨｚ)は、次式で表わされる。 ｇ１＝（２ｎ1−１）Ｖ１／（４Ｌ１） （数13) ｇ２＝（２ｎ2−１）Ｖ２／（４Ｌ２） （数14) ただし、ｎ1，ｎ2は、正の整数である。
【００２７】さらに、サージの振幅が最小になる周波数
のときのサージの波長λに対して、±λ／８の範囲でも
サージの抑制効果があることを考慮すると、 ケーブル1
2a，12bのそれぞれを伝搬するサージの振幅を小さくで
きる周波数帯域ｇ１(ｋＨｚ)ｇ２(ｋＨｚ)は、次式で表
わされる。 (２ｎ1−１)Ｖ1/(４Ｌ1)−Ｖ1/(８Ｌ1)≦ｇ１ ｇ１≦(２ｎ1−１)Ｖ1/(４Ｌ1)＋Ｖ1/(８Ｌ1) （数15) (２ｎ2−１)Ｖ2/(４Ｌ2)−Ｖ2/(８Ｌ2)≦ｇ２ ｇ２≦(２ｎ2−１)Ｖ2/(４Ｌ2)＋Ｖ2/(８Ｌ2) （数16) 一般式で表わせば、 (2ｎ−1)Ｖ/(4Ｌ)−Ｖ/(8Ｌ)≦ｇ≦(2ｎ−1)Ｖ/(4Ｌ)＋Ｖ/(8Ｌ) （数17) 上記の(数17)式となる。
のときのサージの波長λに対して、±λ／８の範囲でも
サージの抑制効果があることを考慮すると、 ケーブル1
2a，12bのそれぞれを伝搬するサージの振幅を小さくで
きる周波数帯域ｇ１(ｋＨｚ)ｇ２(ｋＨｚ)は、次式で表
わされる。 (２ｎ1−１)Ｖ1/(４Ｌ1)−Ｖ1/(８Ｌ1)≦ｇ１ ｇ１≦(２ｎ1−１)Ｖ1/(４Ｌ1)＋Ｖ1/(８Ｌ1) （数15) (２ｎ2−１)Ｖ2/(４Ｌ2)−Ｖ2/(８Ｌ2)≦ｇ２ ｇ２≦(２ｎ2−１)Ｖ2/(４Ｌ2)＋Ｖ2/(８Ｌ2) （数16) 一般式で表わせば、 (2ｎ−1)Ｖ/(4Ｌ)−Ｖ/(8Ｌ)≦ｇ≦(2ｎ−1)Ｖ/(4Ｌ)＋Ｖ/(8Ｌ) （数17) 上記の(数17)式となる。
【００２８】例えば、ケーブル12a，12bの長さを、Ｌ１
＝５００(ｍ)，Ｌ２＝３００(ｍ)、サージの伝搬速度
を、Ｖ１＝Ｖ２＝１５０(ｍ／μｓ)と設定し、ｇ１＝３
７．５〜１１２．５(ｋＨｚ)、 １８７．５〜２６２．
５(ｋＨｚ)、 ３３７．５〜４１２．５(ｋＨｚ)……
の範囲に、 ｇ２＝６２．５〜１８７．５(ｋＨｚ)、３
１２．５〜４３７．５（ｋＨｚ)、５６２．５〜６８
７．５(ｋＨｚ)……の範囲の周波数帯域に、共振周波数
ｆが存在する変圧器を選定する。この時、選定した共振
周波数ｆにおける波形伝搬特性である伝搬速度Ｖをチェ
ックする。
＝５００(ｍ)，Ｌ２＝３００(ｍ)、サージの伝搬速度
を、Ｖ１＝Ｖ２＝１５０(ｍ／μｓ)と設定し、ｇ１＝３
７．５〜１１２．５(ｋＨｚ)、 １８７．５〜２６２．
５(ｋＨｚ)、 ３３７．５〜４１２．５(ｋＨｚ)……
の範囲に、 ｇ２＝６２．５〜１８７．５(ｋＨｚ)、３
１２．５〜４３７．５（ｋＨｚ)、５６２．５〜６８
７．５(ｋＨｚ)……の範囲の周波数帯域に、共振周波数
ｆが存在する変圧器を選定する。この時、選定した共振
周波数ｆにおける波形伝搬特性である伝搬速度Ｖをチェ
ックする。
【００２９】したがって、ケーブルの長さ及びケーブル
の波形伝搬特性である伝搬速度に対応して、図８(ａ)に
示した変圧器の応答倍率のピークとなる共振周波数ｆ１
１，ｆ１２，ｆ１３……が、上記ｇ１，ｇ２の周波数帯
域の範囲内に存在する変圧器を選定し、超高圧系統用変
電装置を構成すれば、変圧器内部に過電圧が発生するこ
とを防止できる。
の波形伝搬特性である伝搬速度に対応して、図８(ａ)に
示した変圧器の応答倍率のピークとなる共振周波数ｆ１
１，ｆ１２，ｆ１３……が、上記ｇ１，ｇ２の周波数帯
域の範囲内に存在する変圧器を選定し、超高圧系統用変
電装置を構成すれば、変圧器内部に過電圧が発生するこ
とを防止できる。
【００３０】図５は、従来の超高圧系統用変電装置の回
路構成を示す図である。図６は、従来の超高圧系統用変
電装置の配置構成を示す図である。従来の構成は、図１
および図２に示した超高圧系統用変電装置と同様の構成
部品が用いられているが、ケーブル12a，12bについては
変圧器13a，13bの特性に対して考慮されていない。その
ため、変圧器13a，13bの内部共振周波数特性に対して厳
しい周波数成分を含むサージ電圧が到来する可能性があ
り、このような場合には、変圧器13a，13bにおいて内部
絶縁破壊故障が発生し、変電装置の機能が停止すること
が考えられる。
路構成を示す図である。図６は、従来の超高圧系統用変
電装置の配置構成を示す図である。従来の構成は、図１
および図２に示した超高圧系統用変電装置と同様の構成
部品が用いられているが、ケーブル12a，12bについては
変圧器13a，13bの特性に対して考慮されていない。その
ため、変圧器13a，13bの内部共振周波数特性に対して厳
しい周波数成分を含むサージ電圧が到来する可能性があ
り、このような場合には、変圧器13a，13bにおいて内部
絶縁破壊故障が発生し、変電装置の機能が停止すること
が考えられる。
【００３１】以上のように、本発明により超高圧系統用
変電装置における変圧器に対して厳しい周波数成分を含
んだサージ電圧が到達することを防ぎ、変圧器のサージ
による故障を未然に防止できる超高圧系統用変電装置を
構成することができる。
変電装置における変圧器に対して厳しい周波数成分を含
んだサージ電圧が到達することを防ぎ、変圧器のサージ
による故障を未然に防止できる超高圧系統用変電装置を
構成することができる。
【００３２】
【発明の効果】本発明により、超高圧系統用変電装置に
おける変圧器に対して、厳しい周波数成分を含んだサー
ジ電圧が到達することを防ぎ、変圧器のサージによる故
障を未然に防止できる超高圧系統用変電装置を提供する
ことができる。 すなわち、超高圧系統用変電装置を
構成する要素のうち、ケーブルの波形伝搬特性と変圧器
の内部過電圧発生の周波数特性とを考慮して、変電装置
を構成することにより、変圧器のサージ保護対策を可能
にするので、特別なフィルタなどの設備が不要であり、
サージ保護対策の追加費用や設備が最小限に抑えられ
る。
おける変圧器に対して、厳しい周波数成分を含んだサー
ジ電圧が到達することを防ぎ、変圧器のサージによる故
障を未然に防止できる超高圧系統用変電装置を提供する
ことができる。 すなわち、超高圧系統用変電装置を
構成する要素のうち、ケーブルの波形伝搬特性と変圧器
の内部過電圧発生の周波数特性とを考慮して、変電装置
を構成することにより、変圧器のサージ保護対策を可能
にするので、特別なフィルタなどの設備が不要であり、
サージ保護対策の追加費用や設備が最小限に抑えられ
る。
【００３３】本発明によって、超高圧系統用変電装置が
故障する要因を取り除くことができるので、超高圧系統
用変電装置の信頼性(耐サージ性)が向上し、稼働率をさ
らに上げることが可能となり、電力供給の安定化が図ら
れる効果がある。
故障する要因を取り除くことができるので、超高圧系統
用変電装置の信頼性(耐サージ性)が向上し、稼働率をさ
らに上げることが可能となり、電力供給の安定化が図ら
れる効果がある。
【図１】本発明による一実施例の超高圧系統用変電装置
の回路構成を示す図である。
の回路構成を示す図である。
【図２】図１の超高圧系統用変電装置の配置構成を示す
図である。
図である。
【図３】本発明による他の実施例の超高圧系統用変電装
置の回路構成を示す図である。
置の回路構成を示す図である。
【図４】図３の超高圧系統用変電装置の配置構成を示す
図である。
図である。
【図５】従来の超高圧系統用変電装置の回路構成を示す
図である。
図である。
【図６】従来の超高圧系統用変電装置の配置構成を示す
図である。
図である。
【図７】ケーブルを伝搬するサージの定在波について説
明する図である。
明する図である。
【図８】変圧器とサージの周波数特性について説明する
図である。
図である。
【図９】変圧器内部の等価回路について説明する図であ
る。
る。
１０，10a，10b，10c，10d，10e，10f…遮断器、１１，
11a，11b，11c，11d，11e，11f…避雷器、１２，12a，1
2b…ケーブル、１３，13a，13b…変圧器、１４，14a，1
4b…送電線、１５…ブッシング、２０…落雷、２１…サ
ージ電圧、２２…サージ侵入経路、３０…巻線の自己イ
ンダクタンス、３１…巻線内部の相互インダクタンス、
３２…巻線間の相互インダクタンス、３３…巻線内部の
漂遊キャパシタンス、３４…巻線間の漂遊キャパシタン
ス
11a，11b，11c，11d，11e，11f…避雷器、１２，12a，1
2b…ケーブル、１３，13a，13b…変圧器、１４，14a，1
4b…送電線、１５…ブッシング、２０…落雷、２１…サ
ージ電圧、２２…サージ侵入経路、３０…巻線の自己イ
ンダクタンス、３１…巻線内部の相互インダクタンス、
３２…巻線間の相互インダクタンス、３３…巻線内部の
漂遊キャパシタンス、３４…巻線間の漂遊キャパシタン
ス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松尾 尚英 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株式会社 日立製作所 電力・電機開発 本部内 (72)発明者 内山 倫行 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株式会社 日立製作所 電力・電機開発 本部内 (72)発明者 柳沼 宣幸 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株式会社 日立製作所 電力・電機開発 本部内 (56)参考文献 特開 平７−337033（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−65812（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02H 7/04 - 7/055 H02H 9/04 H02J 3/01
Claims (3)
- 【請求項１】送電線に接続手段を介して接続されている
線路用遮断装置と、遮断器と変圧器とを含む変電装置
と、前記線路用遮断装置と前記変電装置の間を電気的に
接続するケーブルとを備えた超高圧系統用変電装置にお
いて、 前記ケーブルが、前記変圧器内部に過電圧を発生させる
共振周波数を有する電気波形が前記送電線から前記ケー
ブルを介して前記変圧器へ伝搬するのを抑制するよう、
当該ケーブルの波形伝搬特性から定められた所定長さを
有することを特徴とする超高圧系統用変電装置。 - 【請求項２】請求項１において、前記ケーブルの所定長
さＬ(ｍ)は、次式(数12)及び(数３)で求められる長さで
あることを特徴とする超高圧系統用変電装置。 （２ｎ−１）λ／４−λ／８≦Ｌ≦（２ｎ−１）λ／４＋λ／８ (数12) λ＝Ｖ／ｆ (数３) ただし、λは、ケーブルを伝搬する電気波形の波長(ｍ) ｎは、正の整数 ｆは、変圧器の共振周波数(ｋＨｚ) Ｖは、共振周波数におけるケーブルの波形伝搬特性(ｍ／μｓ)。 - 【請求項３】 遮断器と遮断器との間に接続されたケーブ
ルと、前記遮断器の後段に接続された変圧器とを備えた
超高圧系統用変電装置において、 前記変圧器は、前記ケーブルの長さと前記ケーブルの波
形伝搬特性とから次式（数１７）で求められる周波数帯
域ｇ（ｋＨｚ）の範囲内に当該変圧器内部に過電圧を発
生させる共振周波数を有することを特徴とする超高圧系
統用変電装置。 (2ｎ−1)Ｖ/(4Ｌ)−Ｖ/(8Ｌ)≦ｇ≦(2ｎ−1)Ｖ/(4Ｌ)＋Ｖ/(8Ｌ) (数17) ただし、Ｌは、ケーブルの長さ(ｍ) Ｖは、共振周波数におけるケーブルの波形伝搬特性(ｍ／μｓ) ｎは、正の整数。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31382795A JP3300587B2 (ja) | 1995-12-01 | 1995-12-01 | 超高圧系統用変電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31382795A JP3300587B2 (ja) | 1995-12-01 | 1995-12-01 | 超高圧系統用変電装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09163595A JPH09163595A (ja) | 1997-06-20 |
| JP3300587B2 true JP3300587B2 (ja) | 2002-07-08 |
Family
ID=18045995
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31382795A Expired - Fee Related JP3300587B2 (ja) | 1995-12-01 | 1995-12-01 | 超高圧系統用変電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3300587B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103887725B (zh) * | 2012-12-20 | 2017-03-29 | 河南省电力勘测设计院 | 全户内变电站 |
| CN103066502A (zh) * | 2012-12-28 | 2013-04-24 | 浙江省电力设计院 | 一种特高压变电站的gis配电装置 |
| CN103401158B (zh) * | 2013-07-19 | 2016-08-10 | 中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司 | 一种用于高海拔地区的330kV 高抗回路 |
| CA2988538C (en) * | 2014-06-11 | 2020-05-12 | 540 Grid Solutions, Llc | Surge suppression system for medium and high voltage |
-
1995
- 1995-12-01 JP JP31382795A patent/JP3300587B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09163595A (ja) | 1997-06-20 |
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