JP4767141B2

JP4767141B2 - 負荷時タップ切換装置の切換動作制御方法

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Inventors: 一志源川
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Priority date: 2006-09-27
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Description

本発明は、変圧器のタップ切換を行う負荷時タップ切換装置の切換動作制御方法に関するものである。

負荷時タップ切換装置は、既に良く知られているように負荷運転状態にある変圧器のタップを切換えることにより、変圧器の一次／二次巻線の巻数比、とりもなおさず変圧比の変更調整を行うものである。
この負荷時タップ切換装置は、電動操作機構で駆動されることで動作する構造となっており、この電動操作機構は、変圧器の負荷の電圧状態を常に監視している自動電圧調整継電器（通常は中央制御室に設置されている）や中央制御室で運転状態を監視している運転員からの遠方操作指令を受け、例えば変圧器の二次側に接続されている負荷の電圧が低下した場合、二次電圧が低下した分、負荷時タップ切換装置を動作させ変圧器の二次側電圧調整を行う。

この負荷時タップ切換装置の動作は、切換動作の途中でタップ間を橋絡する過程が生じるが、この橋絡時にタップ間の橋絡電流を制限する目的で回路に限流抵抗器が採用されている方式を抵抗式負荷時タップ切換装置と称している。
従来、抵抗式負荷時タップ切換装置の電流遮断は次の条件を満たすことで、ｌタップ
の切換動作の中で、正常に成功させることができる。これらの考え方は、負荷時タップ切換装置の国内規格(負荷時タップ切換装置 JEC2220)及び国際規格(IEC-214)にも取り入ら
れて性能試験方法・評価等が制定されている。
１）遮断電流は、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの商用周波数であること。
２）電流零点で電流遮断が行われること。
上記条件下でタップ切換動作が実施されれば、負荷時タップ切換装置は、正常に電流遮断し、目的のタップへ切換え完了となる。
従い、従来の負荷時タップ切換装置は、上記１）及び２）項の電流遮断条件を満足しているものとして、変圧器の負荷側の電圧を一定に調整するために、実際に負荷時タップ切換装置を通過する電流波形の電流零点有無を監視又は電流零点周期を計測すること無しに、上記に述べた自動電圧調整継電器や運転員の操作指令で切換動作が行われている。

しかしながら、変圧器の負荷が特殊な場合、例えば交流電車やフリッカ等の負荷へ電力供給する場合や、複数台の負荷時タップ切換装置付変圧器を並列運転した場合は次の問題がある。
例えば特殊負荷の場合、その供給電流は高調波成分を含んだひずみ波電流となり、通常の商用周波数のように一定周期で電流零点を通過しない場合がある。
このように、特殊負荷によるひずみ波電流の下で、負荷時タップ切換装置を動作させた場合、遮断電流は商用周波数の周期で電流零点を通過しないため、特にその周期が長くなった場合は、開極してから消弧するまでのアーク放電継続時間が長くなり、正常に遮断できる許容アーク発生時間の１０ｍｓ以上のアーク放電継続となって、正常切換え時間以内に消弧できずに、最悪の場合、次タップ側の主接点投入迄消弧できなければ、アーク通流でタップ間が短絡されることになり、タップ間短絡の重大事故となる可能性が存在していた。

また通常の負荷(商用周波数)の下で、負荷時タップ切換装置付変圧器を複数台並列運転し、負荷へ電力を供給する場合、各負荷時タップ切換装置の僅かな切換時間差によって、１タップ差電圧が並列変圧器間に生じ、そのタップ差電圧によって並列変圧器間に直流電流が重畳された循環電流が通流される。
この循環電流の通流時間を極力短くし、循環電流通流による変圧器の温度上昇を極力抑える目的で、各負荷時タップ切換装置は極力同じタイミングで動作するように、この負荷時タップ切換装置を駆動する電動操作機構を負荷時タップ切換装置に連結する駆動軸部で調整されている。

しかしながら、複数台のタップ切換装置を同じタイミングで動作するように調整することは構造的な理由で困難を伴い、極僅かの時間差を持って切換動作が行われることは許容されている。
このため、各負荷時タップ切換装置には、僅かな動作タイミング差によって生じる循環電流に更に各変圧器へ分流された負荷電流が重畳されて通流される。この重畳された電流は、特許文献1にも記載されているように直流成分を含んでいるため、電流零点を通過しな
い過渡電流となっており、この直流成分が減衰し通常の電流零点を通過する電流に落ち着く迄の間に、先行の負荷時タップ切換装置の動作から極僅かの時間差で遅れて後続の負荷時タップ切換装置で電流遮断した場合、電流遮断条件を逸脱した電流遮断となって、遮断側主接点で正常に電流遮断できず長時間アーク放電を伴いながら通流することとなって、最悪の場合、次タップ側主接点投入まで電流継続通流となって、タップ間が短絡される重大事故へ至る可能性がある。

特開２００５−１２９５４号公報

しかしながら従来においては、特殊需要家負荷(高調波成分の電流波形を発生させる負
荷)の環境下で発生するひずみ波形、すなわち商用周波数以外の周期で電流零点を通過し
ない電流を負荷時タップ切換装置で電流遮断することを防止するための具体的解決策や、負荷時タップ切換装置付き変圧器の並列運転時、各負荷時タップ切換装置の動作タイミング差に起因して発生する直流電流重畳の過渡電流を負荷時タップ切換装置で電流遮断することを防止するための具体的解決策について提案されていなかった。

この発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、いかなる種類の需要家負荷、及び単独又は並列のどのような運転環境下においても、確実に商用周波数の電流零点を通過する電流遮断を行い、遮断失敗によるタップ間短絡の重大事故を防止する負荷時タップ切換装置の切換動作制御方怯を提供することを目的とする。

この発明は、複数台並列運転される変圧器にそれぞれ設けられ、電動操作機構により駆動される負荷時タップ切換装置のタップ切換動作を連係して行う負荷時タップ切換装置の切換動作制御方法において、先行の負荷時タップ切換装置は、その切換動作が行われたことを検出する振動センサの出力信号を後続の負荷時タップ切換装置に送り、前記後続の負荷時タップ切換装置は、それ自身の切換動作を行わせる操作信号と前記振動センサの出力信号との論理積に基づいて切換動作を順次遅らせるようにしたものである。

本発明の負荷時タップ切換装置の切換動作制御方法においては、特殊な負荷へ電力を供給することにより生じるひずみ波形の負荷電流を負荷時タップ切換装置で消孤することを防止できるので、ひずみ波形負荷電流消孤失敗による変圧器のタップ巻線での短絡事故を未然に防ぎ、電力系統の安全な運用を行うことができる。

また、負荷時タップ切換装置付き変圧器の並列運転時において、タップ切換装置動作時の機器間の僅かな動作時間の差異により生じる過渡的な直流電流重畳の負荷電流を負荷時タップ切換装置で消孤しないように運転制御できるので、直流電流重畳の負荷電流の消孤失敗による変圧器のタップ巻線での短絡事故を未然に防ぎ、電力系統の安全な運用を行うことができる。

実施の形態１．
抵抗式負荷時タップ切換装置（以下ＬＴＣという）の一般的な構成例を図１に示す。
図１は、スター結線された３相変圧器の２次側１相分を示したもので、変圧器１００は２次側主巻線１０２Ａと、２次側タップ巻線１０２Ｂを有し、２次側タップ巻線１０２Ｂのタップ切換を行うＬＴＣ１１０を備えている。

ＬＴＣ１１０は、奇数側タップ選択器１１２Ａ、偶数側タップ選択器１１２Ｂを含むタップ選択器１１２と、これに接続された切換開閉器１１３とを備えている。
切換開閉器１１３は奇数側タップ選択器１１２Ａに接続される奇数側主接点１１３Ａ、
奇数側抵抗接点１１３Ｂ及び奇数側限流抵抗器１１３Ｅと、偶数側タップ選択器１１２Ｂに接続される偶数側主接点１１３Ｃ、偶数側抵抗接点１１３Ｄ及び偶数側限流抵抗器１１３Ｆにより構成されている。

このＬＴＣにおける電流遮断の過程例を図２に示す。図２（ａ）において切換開閉器１１３の奇数側主接点１１３Ａがある負荷電流ＩＬのタイミングｔ１で開極動作すると、主接点１１３Ａでアークが発生し、このアークは接点近傍の冷却媒体、例えば油、ガス等で冷却されて、遮断電流が零点を通過するｔ２のタイミングで消弧が成功し、負荷電流ＩＬを奇数側抵抗接点１１３Ｂへ転流する。
この消弧は、アークの特性から電流零点を通過する時にしか電流遮断、すなわち消弧が成功しないので、例えば図２（ｂ）において接点がある電流位相のタイミングｔ３で開極すると、アーク放電が発生し電流波形の零点ｔ４まではアークで電流通流を継続し、この零点ｔ４で消弧成功すれば、遮断電流は、既に機械的動作で閉じている奇数側抵抗接点１１３Ｂへ転流するが、仮に最初に通過する電流零点ｔ４で遮断成功しなかった場合は、次の電流零点ｔ５を通過する迄、アークが継続して電流通流となる。
更にこの電流零点ｔ５で消弧が成功しなければ、次の電流零点ｔ６迄アーク継続となり、最終的に偶数側主接点１１３Ｃの投入迄消弧できなければ、アーク電流通流でタップ間が短絡されることになり、タップ間短絡の重大事故となる。

図３に切換開閉器１１３の奇数側タップから偶数側タップへ切換えた時の切換シーケンス例と電流遮断プロセスを示す。ｔ１は奇数側抵抗接点１１３Ｂの投入時点を、ｔ２は奇数側主接点１１３Ａの開極時点を、ｔ３は電流零点の時点を、ｔ４は偶数側抵抗接点１１３Ｄの投入時点を、ｔ５は偶数側主接点１１３Ｃの投入時点を表わし、奇数側主接点１１３Ａが開極したタイミングｔ２でアーク放電が発生し、電流零点ｔ３まで放電が継続し、電流零点ｔ３のタイミングでアーク放電が消弧する場合を示している。
通常、抵抗式ＬＴＣ１１０の切換開閉器１１３の電流遮断は、接点開極してから１０ｍｓ以内の時間Ｔ０で消弧が完了するように設計・製造されており、主接点開極例えば奇数側主接点１１３Ａから次タップ側抵抗接点、例えば偶数側抵抗接点１１３Ｄの投入迄、機械的動作時間として最低１０ｍｓ以上の時間Ｔ０が確保される構造となっているので、商用周波数電流通流の遮断の下においては、相手側抵抗接点、例えば偶数側抵抗接点１１３Ｄの投入までに正常に電流遮断できることとなる。

しかしながら、例えば特殊負荷の場合、その供給電流に高調波成分を含んだひずみ波電流となり、通常の商用周波数のように一定周期で電流零点を通過しない電流通流となる場合がある。その場合の回路図の構成例を図４に示す。
図４において、３００は交流電源を、１００は負荷時タップ切換付き変圧器を、１１０はＬＴＣを、４００は需要家の特殊負荷を、５００は負荷電流計測用の電流検出器を、ＩＬは負荷電流で、図５にその電流の波形を示す。また、１０１は１次側巻線、１０２Ａは２次側主巻線、１０２Ｂは２次側タップ巻線を示す。
このように、特殊負荷のひずみ波電流の下で、ＬＴＣ１１０の切換開閉器を切換えた場合、図５に示すように遮断電流は商用周波数の周期で電流零点を通過しないため、特にその周期が長くなった場合は、開極してから消弧するまでのアーク放電継続時間が長くなり、正常に遮断できる許容アーク発生時間の１０ｍｓ以上のアーク放電継続となって、正常切換え時間以内に消弧できずに、最悪の場合、次タップ側の主接点投入迄消弧できなければ、アーク通流でタップ間が短絡されることになり、タップ間短絡の重大事故を招く結果となる。

図６は、このような問題を解決するために提案された本発明の実施の形態１であるＬＴＣの切換動作制御装置を、単相回路への適用を代表例として示す構成図である。
抵抗式ＬＴＣを備えた変圧器１００は１次側主巻線１０１Ａと１次側タップ巻線１０１Ｂからなる一次側巻線１０１と、２次側主巻線１０２Ａと２次側タップ巻線１０２Ｂからなる２次側巻線１０２とを有し、１次側巻線１０１を交流電源３００に接続され、２次側巻線１０２を負荷４００に接続されている。
変圧器１００の１次側タップ巻線１０１Ｂを切り換えるＬＴＣ１１０はＬＴＣ本体１１１と、駆動用電動操作機構１１４と、切換動作制御装置１１９とで構成されている。（図では２次側タップ巻線１０２Ｂを切り換えるＬＴＣの例を省略）
ＬＴＣ本体１１１はタップ選択器１１２と切換開閉器１１３からなる。駆動用電動操作機構１１４はモータ回路１１５を含み、モータ回路１１５にはＬＴＣ本体１１１を駆動するモータ１１５Ａと、電源回路遮断用のブレーカ１１５Ｂと、電源回路を開閉する電磁接触器１１５Ｃと、その接点である電磁接触器接点１１５Ｄと、この電磁接触器１１５Ｃを投入する投入用接点１１５Ｅと、外部から操作信号を入力するための操作信号入力端子１１５Ｆとで構成されている。

切換動作制御装置１１９は、ＬＴＣ本体１１１を通過する負荷電流ＩＬの電流波形の零点を検出する電流零点検出手段１１９Ａと、電流零点検出手段１１９Ａにより検出された電流零点の周期を計測する零点周期計測手段１１９Ｂと、電流零点周期計測手段１１９Ｂにより計測された電流零点の周期が商用周波数に対応したとき出力信号を発生する商用周波数周期判定手段１１９Ｃと、商用周波数周期判定手段１１９Ｃの出力信号によりＬＴＣ１１０のタップ切換動作を行わせる操作信号を出力する操作信号出力手段１１９Ｄから構成されている。
すなわち、切換動作制御装置１１９は、電流零点検出手段１１９Ａにより一次側電流検出器５００で検出された電流波形の零点を検出し、零点周期計測手段１１９Ｂ及び商用周波数周期判定手段１１９Ｃにより電流零点の周期を演算処理して、その演算結果が商用周波数の５０Ｈｚ又は６０Ｈｚになった時にのみ操作信号出力手段１１９Ｄから操作信号を発信して、駆動用電動操作機構１１４のモータ回路１１５における電磁接触器１１５Ｃを励磁し、その電磁接触器接点１１５Ｄを閉じ、モータ１１５Ａを駆動し、ＬＴＣ本体１１１の切り換え動作を行う。

図７は、一次側負荷電流ＩＬと電流零点検出手段１１９Ａの出力信号パレスＰ０との関係を説明したタイミングチャートである。
図７（ａ）は一次側負荷電流ＩＬの波形を示し、同（ｂ）は電流零点検出手段１１９Ａの出力信号パルスＰ０を示す。
電流零点検出手段１１９Ａで一次側負荷電流ＩＬの電流零点位置を検出し、零点周期計測手段ｌ１９Ｂで上記電流零点のパルス波形間隔時間(Ｔ１，Ｔ２，・・・Ｔｎ)を計測し、商用周波数周期判定手段１１９Ｃで５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの周期になっているかを判定する。
因みに、５０Ｈｚにおける電流零点の周期は１０ｍｓ、６０Ｈｚの場合は８．３３ｍｓである。
なお、電流零点検出手段１１９Ａは周知の専用回路で、零点周期計測手段１１９Ｂは例えばプログラマブルコントローラのカウンタ機能で、商用周波数周期判定手段１１９Ｃ及び操作信号出力手段１１９Ｄは例えばプログラマブルコントローラのプログラムによってそれぞれ実現できる。

上記のように実施の形態１によるＬＴＣの切換動作制御装置は、ＬＴＣを通過する電流波形の零点を検出する電流零点検出手段と、この電流零点検出手段により検出された電流零点の周期を計測する電流零点周期計測手段と、この電流零点周期計測手段により計測された電流零点の周期が商用周波数に対応したとき出力信号を発生する商用周波数周期判定手段と、この商用周波数周期判定手段の出力信号によりＬＴＣのタップ切換動作を行わせる操作信号を出力する操作信号出力手段とを備えることにより、需要家の特殊負荷使用による高調波負荷電流発生で商用周波数と異なる周期のひずみ波負荷電流が変圧器に通流、すなわちＬＴＣに通流している間はＬＴＣが動作しないようにし、商用周波数の周期となった時にＬＴＣを動作させることができ、ＬＴＣの遮断性能を逸脱した電流遮断を無くし、遮断失敗によるタップ間短絡事故への進展を防止することができる。

実施の形態２．
実施の形態２においては、変圧器並列運転時におけるＬＴＣの切換動作制御方法として、ＬＴＣとこのＬＴＣを駆動する電動操作機構の間を機械的に連結している連結軸の繋ぎ合わせ位置で、各ＬＴＣの切換開閉器の動作位置が同じポイントとならないように軸合わせ位置を調整し、ＬＴＣの切換開閉器における直流電流重畳の過渡的電流遮断の防止を図るようにしたものである。

図８はＬＴＣ付き変圧器２台で並列運転をした場合の等価回路図を、図９は図８の等価回路における電流波形を示す。
図８において３００は交流電源を、１００，２００は並列運転されている各々のＬＴＣ付き変圧器を、１１０は先行動作するＬＴＣを、２１０は先行のＬＴＣ１１０より時間的に遅れて動作する後続のＬＴＣを、４００は需要家の負荷で、この例ではコンデンサ負荷を示す。また、６００は先行のＬＴＣ１１０と後続のＬＴＣ２１０との相互の動作タイミング差によって回路に生じる１タップ差電圧を示す。
ＩＣは１タップ差電圧６００によって並列運転の変圧器１００，２００間に通流される循環電流を、ＩＬは交流電源３００によってコンデンサ負荷４００へ供給される負荷電流を、Ｉは循環電流ＩＣと負荷電流ＩＬの合計電流で各ＬＴＣ１１０，２１０を通過する電流を示す。

図９において、（ａ）は負荷電流ＩＬと循環電流ＩＣの関係がＩＬ＝２ＩＣで、かつ負荷電流の位相２７０°で１タップ差電圧６００が生じた時（時点ｔ１）、循環電流ＩＣに過渡時に発生する直流電流ＩＤが重畳し、後続側ＬＴＣ２１０に通流される合成電流Ｉ＝ＩＬ＋ＩＣ＋ＩＤの電流波形を示し、（ｂ）は負荷電流ＩＬと循環電流ＩＣの関係がＩＬ＝ＩＣで、かつ上記と同様の条件で後続側ＬＴＣ２１０に通流される合成電流Ｉの電流波形をL示し、（ｃ）は負荷電流ＩＬと循環電流ＩＣの関係がＩＬ＝１／２ＩＣで、かつ上
記と同様の条件で後続側ＬＴＣ２１０に通流される合成電流Ｉの電流波形を示す。

上記例に示されるように、負荷電流ＩＬの位相２７０°（又は９０°）の時に過渡的直流電流ＩＤを含んだ循環電流ＩＣと負荷電流ＩＬの合成電流が後続側ＬＴＣ２１０に通流されているタイミングで後続側ＬＴＣ２１０が動作すると電流零点の無い、いわゆる直流電流を遮断することになり、消弧能力不足で変圧器タップ巻線間をアークで短絡させる重大事故へ至ることとなる。

図１０は、このような問題を解決するために提案された、本発明の実施の形態２である変圧器並列運転時のＬＴＣの切換動作制御方法を２台の変圧器の並列運転への適用を代表として示す構成図である。
図１０において、１００は１号機の変圧器を、２００はこれと並列運転される２号機の変圧器を示し、これらの変圧器は母線７００を介して接続されている。すなわち、図１１に示すように１号機の変圧器１００の１次側主巻線１０１Ａ及び１次側タップ巻線１０１Ｂと、２号機の変圧器２００の１次側主巻線２０１Ａ及び１次側タップ巻線２０１Ｂが並列接続されると共に、１号機の変圧器１００の２次側巻線１０２と、２号機の変圧器２００の２次側巻線２０２が並列接続されている。
１１０は１号機の変圧器１００のＬＴＣで、タップ選択器１１２と切換開閉器１１３を含むＬＴＣ本体１１１、駆動用電動操作機構１１４及びそれらを機械的に連結している連結軸１１７からなる。また、２１０は２号機の変圧器のＬＴＣで、タップ選択器２１２と切換開閉器２１３を含むＬＴＣ本体２１１、駆動用電動操作機構２１４及びそれらを機械的に連結している連結軸２１７からなり、これらは全て従来ものと同一の構成である。

このような構成において、本発明の実施の形態２である変圧器並列運転時のＬＴＣの切換動作制御方法は、ＬＴＣ１１０，２１０とこのＬＴＣを駆動する電動操作機構１１４，２１４の間を機械的に連結している連結軸１１７，２１７の繋ぎ合わせ位置で、各ＬＴＣ１１０，２１０の切換開閉器１１３，２１３の動作位置が同じポイントとならないように、軸合わせ位置をずらして接続し、これにより強制的に各切換開閉器１１３，２１３の動作位置をずらせるようにすることである。

図１２に各切換開閉器１１３，２１３の動作位置をずらした変更前後の各ＬＴＣ１１０，２１０の１タップ切換動作工程と、その時の各ＬＴＣを通過する負荷電流ＩＬの電流波形を示すもので、（ａ）（ｂ）は変更前、（ｃ）（ｄ）は変更後に対応するものである。
変更前は、図１２（ａ）（ｂ）に示すように、切換開閉器１１３の動作時点ｔ１と切換開閉器２１３の動作時点ｔ２の時間差は数ｍｓ乃至数十ｍｓで、この場合には後続のＬＴＣ２１０の切換開閉器２１３で電流零点の無い通過電流を遮断しなければならず消弧失敗の可能性が高かったが、変更後は、同図（ｃ）（ｄ）に示すように、切換開閉器１１３の動作時点ｔ１と切換開閉皇器２１３の動作時点ｔ２が同一とならないようにし、後続のＬＴＣ２１０の切換開閉器２１３を通過する通過電流に含まれる直流電流分（図９のＩＤ）が完全に減衰し、通過電流に電流零点が現れた後、切換開閉器２１３を動作させることで、消弧失敗を防止できる。

図１３は、ＬＴＣ１１０におけるＬＴＣ本体１１１とその駆動用電動操作機構１１４の関係を示す斜視図である。
図１３に示すように、ＬＴＣ本体１１１は電動操作機構１１４と連結軸１１７を介して、結合され、連結軸１１７によって駆動されるギア機構１１０Ａを介してタップ選択器１１２、切換開閉器１１３を連動して動作させるように構成されている。
ギア機構１１０Ａは、連結軸１１７の先端部のウオームギアと結合し、タップ選択器１１２を駆動する第１ギアＧ１と、この第１ギアに第二ギアＧ２を介して結合され、切換開閉器１１３を駆動する第３ギアＧ３とを有している。
ギアＧ１，Ｇ２，Ｇ３には図１４に示すように合せマークＭａが刻印されており、この合マークの位置でギアを組合せることにより、ＬＴＣ本体１１１のタップ選択器１１２、切換開閉器１１３が所定の動作ポイント（１タップ切換工程中での動作ポイント）で動作するように設定される。
また、図１５はＬＴＣ本体１１１とその駆動用電動操作機構１１４とを連結する部分（図１４のＡ部分）の構造を示す説明図で、この図に示すように、電動操作機構１１４の出力軸１１６と連結軸１１７との連結は結合ピン１１８を挿入することによって行われる。
そしてこの結合ピン１１８の挿入位置は、タップ切換工程に必要な出力軸１１６の回転数を例えば３３回転とした場合に、ＬＴＣ本体１１１のタップ選択器１１２、切換開閉器１１３が所定の動作ポイントで動作するように電動操作機構１１４内に表示された合せマークＭｂ（１タップ切換を監視する１度刻みの分度器）を基準として位置合わされる。

例えば、図１４及び図１５のように調整された後のＬＴＣ１１０の動作と電動操作機構１１４の１タップ切換動作チャート例を示すと図１６の通りとなる。
この図は、タップ２からタップ３へ切換わる時の例であるが、電動操作機構１１４の出力軸回転数とＬＴＣ本体１１１の動作ポイントが図１６のような関係になるように、結合ピン１１８が位置合わせされる。
うまく調整されていない時は、結合ピン１１８を連結軸１１７から抜き取り、電動操作機構１１４の出力軸１１６の回転数のみを増すか又は減じる方向に回転させる（この回転調整は電動操作機構の手動ハンドル操作で実現できる構造となっている）。
その後、結合ピン１１８を再度連結軸１１７に挿入し、ＬＴＣ本体１１１の動作と電動操作機構１１４の出力軸１１６の回転数とが図１６に示す関係になるように調整する。ただし、回転数値は単に一例を示す（ＬＴＣの形式によって実際は回転数が異なるケースもある。）。

上記の例は、変圧器１台へＬＴＣを取付けた場合の説明であるが、例えば２台の変圧器を並列運転した場合のＬＴＣと電動操作機構との動作チャート例を図１７に示す。
２台のＬＴＣ１１０及びＬＴＣ２１０共に、全く同様にＬＴＣ本体と電動操作機構の連結を行った場合、その動作時点は図１７のタイムチャートに示すようにＬＴＣ１１０，ＬＴＣ２１０共に同一となる。
但し、２台のＬＴＣ１１０，２１０の間には、同一方法でＬＴＣ本体と電動操作機構の連結を行っても極わずかの連結バラツキで若干の動作タイミングのずれは生じる。このわずかな動作タイミングずれによって上述したタップ差電圧が生じることになる。

実施の形態２は、この動作時点がＬＴＣ１１０とＬＴＣ２１０が同一とならないように、例えばＬＴＣ２１０の動作位置をＬＴＣ１１０よりずらす、すなわちＬＴＣ本体２１１と電動操作機構２１４の結合ピンの挿入位置をＬＴＣ１１０の組合せより数回転分ずらせるようにしたものである。
これは、例えば図１８のタイムチャートになるように結合ピン１１８の挿入位置をＬＴＣ２１０側でずらすことで実現できる。
具体的調整例としてＬＴＣ１１０において、切換開閉器１１３の動作位置が出力軸の２４回転に対応する位置で結合ピン１１８の挿入をセットし、ＬＴＣ２１０において、切換開閉器２１３の動作位置が出力軸の２６回転に対応する位置で結合ピン１１８の挿入をセットする。
なお、上記の例ではその差が２回転となっているが、任意の回転差で結合ピン１１８の挿入が可能であり、切換開閉器１１３，２１３の動作位置を任意に設定可能である。

本実施の形態２によれば、複数台並列運転される変圧器にそれぞれ設けられ、電動操作機構により連結軸を介して機械的に駆動されるＬＴＣのタップ切換動作を連係して行うＬＴＣの切換動作制御方法において、上記各ＬＴＣの電動操作機構と上記連結軸との結合位置を、各ＬＴＣの切換動作位置が同一又は近傍とならないように順次ずらしたので、ＬＴＣ付き変圧器を複数台並列運転した場合でも、１タップ差電圧発生によって生じる過渡的循環電流の直流電流が完全に減衰した後、ＬＴＣを順次動作させ、確実に商用周波数の電流零点の位置で電流消弧でき、ＬＴＣの切換開閉器の遮断性能を逸脱した電流遮断失敗によるタップ間短絡事故へ進展することを防止することができる。

実施の形態３．
実施の形態２では、ＬＴＣ本体と電動操作機構出力軸の結合位置をずらして複数台のＬＴＣの動作位置が同じにならない切換動作制御方法を説明したが、実施の形態３では、次に述べるように、複数台の電動操作機構の電動運転スタート時点を変えることで同様の機能を実現するものである。

図１９は、実施の形態３における電動操作機構を駆動するモータ回路を示す構成図で、ＬＴＣ１１０の電動操作機構を駆動するモータ回路１１５と、ＬＴＣ１１０と連係して運転されるＬＴＣ２１０の電動操作機構を駆動するモータ回路２１５において、各モータ回路１１５，２１５の入力電源へタイマー１１５Ｇ，２１５Ｇをそれぞれ接続し、このタイマー１１５Ｇ，２１５Ｇの時限接点１１５Ｈ、２１５Ｈを、電動運転スタート時点を遅らせるＬＴＣ側の電動操作機構のモータ回路の操作信号入力端子(この例ではＬＴＣ２１０
のモータ回路２１５の操作信号入力端子２１５Ｆ)へ接続する。

図１９において、ＬＴＣ１１０の電動操作機構を駆動するモータ回路１１５の操作信号入力端子１１５Ｆに、図２０のタイムチャートに示すように、時点ｔ１で遠方操作信号Ｘが入力されると、ＬＴＣ１１０の電動操作機構１１４におけるモータ回路１１５のモータ１１５Ａがタイミングｔ１で起動し、モータ起動と同時にＬＴＣ１１０の動作及びタイマー１１５Ｇ励磁が開始し、タイマー設定時限後のタイミングｔ２でタイムアップし、その信号がＬＴＣ２１０の電動操作機構２１４へ操作信号として入力される。この操作信号の入力で電動操作機構２１４のモータ２１５Ａが起動され、ＬＴＣ２１０が切換動作を開始する。

一方、先行のＬＴＣ１１０の切換開閉器１１３がｔ３のタイミングで動作し次タップ側への切換えを完了する。切換完了と同時に並列運転中の変圧器間に１タップ差の電圧が生じ、この差電圧により両変圧器間に直流成分を含んだ過渡的電流が通流され、そして、回路定数に従った時定数で直流電流が減衰しｔ５のタイミングで定常電流に収束する。その後、後続のタップ切換装置２１０の切換開閉器２１３がｔ６のタイミングで動作し、定常電流に収束した電流を正常遮断し、次タップ側への切換えを完了する。
両切換開閉器１１３，２１３が動作完了した後、両電動操作機構１１４，２１４が各々の正規停止位置ｔ４及びｔ７のタイミングで停止し、１タップ切換動作工程を全て完了する。

このように、先行したＬＴＣ１１０の電動操作機構１１４の運転開始時点から任意に設定した時限で後続のＬＴＣ２１０の電動操作機構２１４を遅らせて動作させることができる。
なお、モータ回路１１５，２１５内に設けるタイマー１１５Ｇ，２１５Ｇの代わりに、ＬＴＣの動作を制御する遠方制御盤内に操作信号を遅延させる回路、またはタイマーを備えて、各々のＬＴＣ用電動操作機構に異なるタイミングで操作信号を入力し、各電動操作機構の動作スタート時点を変えて、各ＬＴＣの切換開閉器の動作時点が同じにならないようにする方法も可能である。

以上のように、本実施の形態３によれば、複数台並列運転される変圧器にそれぞれ設けられ、電動操作機構により駆動されるＬＴＣのタップ切換動作を連係して行うＬＴＣの切換動作制御方法において、先行のＬＴＣの電動操作機構を動作させた後、設定した時限後に後続のＬＴＣの電動操作機構へ順次操作信号を送り、各ＬＴＣの切換動作時点が同一又は近傍とならないように後続のＬＴＣの電動操作機構を順次遅らせて動作させるので、先行のＬＴＣを動作させて、１タップ差電圧発生によって生じる直流電流重畳の過渡的循環電流が完全に減衰した後、後続のＬＴＣを順次動作させ、確実に商用周波数の電流零点の位置で電流消弧でき、ＬＴＣの切換開閉器の遮断性能を逸脱した電流遮断失敗によるタップ間短絡事故への進展を防止することができる。

実施の形態４
実施の形態４は、複数台並列運転されるＬＴＣ付き変圧器に適用されるＬＴＣの切換動作制御方法の他の例を示すものである。

図２１は、実施の形態４によるＬＴＣの具体的構成を示す図で、例えば変圧器１００のＬＴＣ１１０側に切換開閉器１１３が動作したことを検出する振動センサ１２０と、この振動センサの振動波形を処理する振動波形処理回路１２１Ａ及び信号出力回路１２１Ｂからなる動作検出装置１２１を設けてその出力信号Ｂを変圧器２００のＬＴＣ２１０側に伝送すると共に、変圧器２００のＬＴＣ２１０側においてそれ自身の切換動作制御装置２１９の出力信号Ａと伝送された動作検出装置１２１の出力信号Ｂとの論理積を出力するＡＮＤ回路２１２を設け、その出力をＬＴＣ２１０側の電動操作機構２１４の操作信号としたものである。

ここで、振動センサ１２０はＬＴＣ本体１１１の頭部に設置され、ＬＴＣ本体１１１の切換開閉器１１３が動作する時の機械的振動を検知することにより切換開閉器１１３が動作したことを感知するものである。
図２２は、振動センサ１２０及び動作検出装置１２１の動作を示す説明図で、（ａ）は切換開閉器１１３の動作を示す信号波形、（ｂ）は振動センサ１２０の信号波形、（ｃ）は動作検出装置１２１の信号波形を示している。
また、切換動作制御装置２１９は、図６に示した切換動作制御装置１１９と同様な構成、機能を有するもので、電流零点検出手段２１９Ａと、零点周期計測手段２１９Ｂと、商用周波数周期判定手段２１９Ｃと、操作信号出力手段２１９Ｄから構成されている。

以上のような構成を有する実施の形態４の動作を図２３で説明する。
（１）先ず先行側ＬＴＣ１１０が電動操作機構１１４によって電動操作される。
この時後続のＬＴＣ２１０側の電動操作機構側２１４は停止状態にある(操作指令信号は
、ＬＴＣ１１０側の電動操作機構１１４のみに与える)。
（２）ＬＴＣ１１０の切換途中で切換開閉器１１３が動作する。この時の機械的振動を振動センサ１２０で検出し、動作検出装置１２１の信号出力回路１２１Ｂから出力信号Ｂを出力し、ＡＮＤ回路２１２の一方の入力端子へ入力する。
（３）次に後続側ＬＴＣ２１０へ通流される負荷電流ＩＬｂの電流を切換動作制御装置２１９で電流零点を検出し、その周期を計測し、その計測時間が予め設定した商用周波数５０Ｈｚ又は６０Ｈｚに一致した時のみ出力信号Ａをオンし、ＡＮＤ回路１２２の他方の入力端子へ入力する。
（４）上記(2)及び(3)項の両信号Ａ，Ｂ“オン”の条件が一致しＡＮＤ回路１２２の出力信号がオン信号を発信する。
（５）ＡＮＤ回路２１２の“オン”出力信号が後続側電動操作機構２１４の操作信号入力端子２１５Ｆへ入力され、後続側電動操作機構２１４が電動運転となってＬＴＣ２１０が１タップ切換動作をする。
なお、更に複数台のＬＴＣを制御する時は、後続側ＬＴＣ２１０にもＬＴＣ１１０と同様に振動センサ及び切換動作制御装置の両方を備え、同様の方法で順次、各ＬＴＣの電動操作機構の操作タイミングを制御することができる。

以上のように、実施の形態４によれば、複数台並列運転される変圧器にそれぞれ設けられ、電動操作機構により駆動されるＬＴＣのタップ切換動作を連係して行うＬＴＣの切換動作制御方法において、先行のＬＴＣは、その切換動作が行われたことを検出する振動センサの出力信号を後続のＬＴＣに送り、前記後続のＬＴＣは、それ自身の切換動作を行わせる操作信号と前記振動センサの出力信号との論理積に基づいて切換動作を行うようにしたので、先行のＬＴＣを動作させて、１タップ差電圧発生によって生じる直流電流重畳の過渡的循環電流が完全に減衰した後、後続のＬＴＣを順次動作させ、確実に商用周波数の電流零点の位置で電流消弧でき、ＬＴＣの切換開閉器の遮断性能を逸脱した電流遮断失敗によるタップ間短絡事故への進展を防止することができる。

抵抗式ＬＴＣの一般的な構成例を示す接続図である。抵抗式ＬＴＣにおける電流遮断の過程例を示す波形図である。抵抗式ＬＴＣにおける切換開閉器の切換えシーケンスと電流遮断プロセスを示す説明図である。特殊負荷の場合における変圧器の単相回路を示す回路図である。図４における示す負荷電流を示す波形図である。本発明の実施の形態１であるＬＴＣの切換動作制御装置を、単相回路への適用例を代表として示す構成図である。実施の形態１の切換動作制御装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。ＬＴＣ付き変圧器２台で並列運転をした場合の等価回路図である。図８の等価回路における電流波形を示す波形図である。本発明の実施の形態２である、ＬＴＣ付き変圧器の並列運転時のタップ切換操作方法を説明するための構成図である。実施の形態２におけるＬＴＣ付き変圧器の並列運転状態の接続関係を単相回路で示した回路図である。実施の形態２において、並列運転される変圧器の各ＬＴＣの１タップ切換動作工程と、その時の各ＬＴＣを通過する電流波形を示す説明図である。ＬＴＣ本体とその駆動用電動操作機構１１４の関係を示す斜視図である。ＬＴＣ本体のギア機構の機能を説明するための説明図である。ＬＴＣ本体とその駆動用電動操作機構とを連結する部分の構造を示す説明図である。ＬＴＣ本体の動作と電動操作機構の１タップ切換動作チャート例を示す図である。２台の変圧器を並列運転した場合のＬＴＣ本体と電動操作機構との動作チャート例を示す図である。実施の形態２において、２台の変圧器を並列運転した場合の調整後のＬＴＣ本体と電動操作機構との動作チャート例を示す図である。本発明の実施の形態３における電動操作機構を駆動するモータ回路を示す構成図である。図１７の回路の動作を説明するためのタイミングチャートである。本発明の実施の形態４である、ＬＴＣ付き変圧器の並列運転時のタップ切換操作方法を説明するための構成図である。実施の形態４における振動センサ及び動作検出装置の動作を示す説明図である。実施の形態４におけるタップ切換動作を説明するためのタイミングチャートである。

１００，２００変圧器
１０１，２０１ 1次側巻線
１０１Ａ，２０１Ａ１次側主巻線
１０１Ｂ，２０１Ｂ１次側タップ巻線
１０２，２０２２次側巻線
１０２Ａ２次側主巻線
１０２Ｂ２吹側タップ巻線
１１０，２１０ＬＴＣ
１１０Ａギア機構
Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３第１ギア、第２ギア、第３ギア
１１１，２１１ＬＴＣ本体
１１２，２１２タップ選択器
１１２Ａ奇数側タップ選択器
１１２Ｂ偶数側タップ選択器
１１３，２１３切換開閉器
１１３Ａ奇数側主接点
１１３Ｂ奇数側抵抗接点
１１３Ｃ偶数側主接点
１１３Ｄ偶数側抵抗接点
１１３Ｅ奇数側限流抵抗器
１１３Ｆ偶数側限流抵抗器
１１４，２１４電動操作機構
１１５，２１５モータ回路
１１５Ａ，２１５Ａモータ
１１５Ｂブレーカ
１１５Ｃ電磁接触器
１１５Ｄ，２１５Ｄ電磁接触器接点
１１５Ｅ電磁接触器投入用接点
１１５Ｆ，２１５Ｆ操作信号入力端子
１１５Ｇ，２１５Ｇタイマー
１１５Ｈ，２１５Ｈ時限接点
１１６出力軸
１１７，２１７連結軸
１１８結合ピン
１１９，２１９切換動作制御装置
１１９Ａ，２１９Ａ電流零点検出手段
１１９Ｂ，２１９Ｂ零点周期計測手段
１１９Ｃ，２１９Ｃ商用周波数判定手段
１１９Ｄ，２１９Ｄ操作信号出力手段
１２０振動センサ
１２１動作検出装置
１２１Ａ振動波形処理回路
１２１Ｂ信号出力回路
２１２ＡＮＤ回路
３００交流電源
４００負荷
５００電流検出器
６００１タップ間差電圧
７００母線

Claims

複数台並列運転される変圧器にそれぞれ設けられ、電動操作機構により駆動される負荷時タップ切換装置のタップ切換動作を連係して行う負荷時タップ切換装置の切換動作制御方法において、
先行の負荷時タップ切換装置は、その切換動作が行われたことを検出する振動センサの出力信号を後続の負荷時タップ切換装置に送り、
前記後続の負荷時タップ切換装置は、それ自身の切換動作を行わせる操作信号と前記振動センサの出力信号との論理積に基づいて切換動作を順次遅らせるようにした
ことを特徴とする負荷時タップ切換装置の切換動作制御方法。
前記後続の負荷時タップ切換装置は、それ自身を通過する電流波形の零点を検出し、検出された電流零点の周期を計測し、計測された電流零点の周期が商用周波数に対応したとき、前記負荷時タップ切換装置のタップ切換動作を行わせる操作信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の負荷時タップ切換装置の切換動作制御方法。