JP5079413B2 - 電力設備の保護方法および計測機能付きサージアブソーバー - Google Patents

Description

本発明は、雷サージなどから電力設備を保護するサージアブソーバーの改良技術に係り、特にサージアブソーバーを利用して電力用変圧器二次側の電圧を安価に監視することのできる計測機能付きサージアブソーバー、計器用変圧器、電力設備、および電力設備の保護方法に関する。

図７に、従来の電力設備９の基本構成を示す。この図において、電源線（母線）１０に遮断器３０を介して電源２０が接続されている。この電源２０は、自所が有する場合もあるし他の発・変電所から送電されてくる場合もある。電力設備９は、電源線１０、遮断器３０、電源２０のほか、この電源線１０に接続され雷などから設備を保護するためのサージアブソーバー２Ｘ、電源線の電圧等の電気データを採取するための計器用変圧器３Ｘ、これに接続される電圧計５０、および各種の保護継電器４１，４２などで構成される。電力設備の構成は図７に限定されず、たとえば、電力設備のコンデンサ型のサージアブソーバー２Ｘや計器用変圧器（以下ＰＴと略す）３Ｘは別個に必要な箇所に装備されている。

ここで、ＰＴ３Ｘは、比較的高価でしかもサイズが大きいため装備する箇所が限定されている。このため、図８に示すように配電用変電所における電力用変圧器６０の二次側巻線Ｂと、配電線の母線１０間に二次側遮断器３２を挿入し、その二次側遮断器３２と電力用変圧器６０との間には、サージアブソーバー２Ｘのみを装備して、ＰＴは装備しないことが一般的である。

図８の設備構成において、たとえば、母線１０で地絡事故が発生すると、母線１０に装備されたＰＴ３Ｘを介した地絡過電圧保護継電器４１，４２は、二次側遮断器３２を開放すると変圧器６０の二次巻線Ｂ〜二次側遮断器３２間の正常、異常の判定ができないため、二次側遮断器３２でなく、一次側遮断器３１をトリップさせて事故を回避する。このため、保護継電器４１または４２は、変圧器６０の三次巻線Ｃの回路まで停電させてしまうことになる。

また、上記したように母線事故か、二次側遮断器３２より上位の事故かが特定できず、復旧作業も複雑になる。

この他の例として、図９に示すような２式の変圧器６０ａ、６０ｂを備えた２バンク型の一般的な配電用変電所において、片系の変圧器６０ｂを保守点検する作業での問題を以下に説明する。

まず、変圧器６０ｂを保守点検する事前作業として、保守点検する系の母線１０ｂは、停電させず運用を継続するため母線１０ａと連絡遮断器３１ｃを投入することにより接続される。その後、片系の変圧器６０ｂは、一次側、二次側の遮断器３１ｂ、３２ｂが開放され、保守点検等が行われる。復旧時の手順としては、まず一次側遮断器３１ｂが投入された後、運用中の配電用母線１０ａ，１０ｂの電圧に保守点検後の変圧器６０ｂの二次側Ｂの電圧を合わせて二次側の遮断器３２ｂが投入される。このとき、変圧器６０ｂの二次側Ｂの電圧の測定手段がないため、操作員は、運用系の変圧器６０ａのタップ値を調べ、それに作業後の変圧器６０ｂのタップをあわせることにより電圧を調整後、遮断器３２ｂを投入している。

このように変圧器６０ａ，または６０ｂと二次側遮断器３２ａ，または３２ｂ間に計器用変圧器が装備されないと、直接この箇所の電圧などが測定できないため、その代替手段として電圧を合わせる基準となる変圧器側のタップ値を調べて、その値に保守後の変圧器のタップを合わせるなど面倒な方法を採らなければならないという問題がある。

また、電力設備の大地間の零相電圧を測定する技術が特許文献１に提案されている。この特許文献１には、電力線に巻かれた円筒形のコンデンサ相当と、電圧を取り出す直列に挿入された検出コンデンサと補助トランスにより零相電圧を測定する技術が提案されている。

しかしながら、この技術は、従来の零相計器用変圧器や零相計器用コンデンサなどの改良技術であり、配電変電所における変圧器の二次側巻線と二次側遮断器間の電圧測定や保護に関する技術ではないため、上記の問題を解消することはできない。
特開２０００−７７２４７号公報

本発明は上述のかかる事情に鑑みてなされたものであり、電力設備の雷対策としてのサージアブソーバーを装備する箇所に監視や保護のための計器用変圧器を必要とする場合、独立の計器用変圧器を装備せずに、経済性とスペース性を改善した計測機能付きサージアブソーバー、計器用変圧器、電力設備、および電力設備の保護方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係わる計測機能付きサージアブソーバーは、電力設備用のサージアブソーバーであって、サージアブソーバーの有する静電容量を分割することによってサージアブソーバーに印加された交流電圧を分圧する分圧手段と、分圧手段によって分圧された分圧電圧を取り出すための分圧端子と、を備えたことを特徴とする。

本発明では、従来のサージアブソーバーの機能に加えて、サージアブソーバーに加圧される交流電圧を計測に適した値に分圧させる分圧手段を設けることにより、サージアブソーバーに印加される電圧を測定する。

好ましくは、分圧手段によって分圧された交流電圧を絶縁して出力する絶縁変圧器等の絶縁手段を備えるようにすると良い。この絶縁手段は、分圧電圧に対する定格を有する低圧絶縁変圧器であればよいので、電源線に接続する計器用変圧器に比べて安価に実現することができる。

なお、本発明はその名称に限定されず、たとえば、サージアブソーバーの機能を有する計器用変圧器として捉えることもできる。また、単に絶縁するのみでなく計器用変圧器として出力電圧をさらに調整して適切な電圧範囲で測定可能にすることにより、電圧計や保護継電器などの装置の接続時の設定が容易になる。

また、本発明に係る計測機能付きサージアブソーバーの分圧手段は、電源線の各相に夫々その一端が接続され、他端は共通接続されるコンデンサと、前記他端と対地間に接続される対地用コンデンサとを有し、前記対地用コンデンサの両端の電圧を分圧電圧として取り出すことを特徴とする。

本発明では、サージアブソーバーの機能を維持しつつ零相電圧の測定を可能にする。

また、本発明に係わる計測機能付きサージアブソーバーは、二次および三次巻線を持つ前記計器用変圧器を備えた計測機能付きサージアブソーバーの３式を、計器用変圧手段の一次側と二次側の片端を接続する、いわゆるＹ結線として正相電圧を出力させる手段と、同じく計器用変圧手段の三次巻線を直列に接続して零相電圧を出力させる手段の両方、もしくは、いずれか一方を備えたことを特徴とする。

本発明では、三相電力設備においても相ごとに計測機能付きサージアブソーバーを装備することにより、本来のサージアブソーバーの機能と正相電圧や零相電圧を測定できる効果を得ることができる。

本発明に係る電力設備の保護方法は、電力用変圧器と当該変圧器の一次側を遮断する一次側遮断器と当該変圧器の二次側を遮断する二次側遮断器とを有する変電所の電力設備において、変圧器の二次巻線と二次側遮断器との間に上記の本発明に係る計測機能付きサージアブソーバーもしくは計器用変圧器を接続し、分圧端子に電圧計測手段を接続して二次側の電圧を計測し、当該計測値を地絡過電圧保護継電器に入力し、当該地絡過電圧保護継電器が、二次側の電圧を監視することによって事故を検出したときは、二次側遮断器を遮断することを特徴とする。

本発明では、経済性やスペース性の問題より一般的に装備しなかった配電用変電所の変圧器の二次側とその遮断器間の電圧の測定や、保護継電器によってその区間の事故を検出して保護できるため事故時の停電時間や作業時間の短縮が可能となる。

本発明によれば、雷対策のサージアブソーバーと計器用変圧器を兼ねることにより経済性や設置スペースの問題のある電力設備に容易に設置することが可能となり、電力設備の制御や保護の質を向上させることがでできる。

以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態による計測機能付きサージアブソーバーの回路図であり、図４は、これを使用する一般的な電力設備の回路図である。

図１（ａ）において、計測機能付きサージアブソーバー(以下、「計測ＳＡ」と略す)１は、コンデンサで形成され、静電容量を分割できるサージアブソーバー（分圧手段）２、分割された静電容量によって分圧された交流電圧を取り出すための分圧端子２ａ、および、絶縁手段３で構成される。なお、絶縁手段３は、電圧測定や保護継電器用の計器用変圧器（以下、「ＰＴ」と略す）で構成することができる。分圧端子２ａは、サージアブソーバー２の中間、すなわち、図１（ｂ）に示す等価的に直列に接続された２式のコンデンサＣ１，Ｃ２の接続点から電圧を取り出す。

絶縁手段３は、コンデンサ型のサージアブソーバー２の分圧端子２ａと、アースＥに一次側を接続し、二次側を計測端子Ｋとしている。

図４において、電力設備９は、電源２０が遮断器３０を介して母線１０に接続され、この母線１０に計測ＳＡ１を装備して、これに電圧計５０や保護継電器４１，４２を接続している。

次に、上記の構成を有する計測ＳＡ１の作用を図１（ｂ）を用いて説明する。サージアブソーバー２の分圧端子２ａに分圧される交流電圧Ｖ２ｘは、サージアブソーバー２の両端に掛かる交流電圧Ｖ１に対して、Ｖ２ｘ＝（Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ２））・Ｖ１となり、Ｖ１に比例した電圧がＶ２ｘに現れる。この電圧Ｖ２ｘは、絶縁手段３で絶縁され、計測用の電圧Ｖ２が二次側の計測端子Ｋに出力される。

このように従来のコンデンサ型のサージアブソーバーから分圧できる端子２ａを設けることで、これに印加される電圧を低電圧化して出力するとともに、この分圧端子２ａに絶縁手段３として計器用変圧器等を接続することにより、一般的な計器用変圧器としても使用できる。

次に、第２の実施の形態を説明する。
図２は、本実施の形態による三相交流電圧用の計測ＳＡ１の回路図である。この図で、計測ＳＡ１は、Ｃ１□，Ｃ２□（□：ｒ，ｓ，ｔ）でそれぞれ構成される第１の実施形態のサージアブソーバー２を３式備え、さらに一次巻線３ａと二次巻線３ｂまたは三次巻線３ｃまで持つ三相ＰＴ３で構成される。この３式の各サージアブソーバー２は、各相のＲ、Ｓ、ＴとアースＥ間に装備され、中間点の分圧端子２ａを介して三相ＰＴ３の一次巻線３ａにＹ結線されている。ＰＴ３の二次巻線３ｂもＹ結線され、各正相電圧Ｖｒ２，Ｖｓ２，Ｖｔ２を出力する。三次巻線３ｃは、オープンデルタ結線され、アースへ流れる零相電圧Ｖ０２を出力する。

本実施の形態における計測ＳＡ１の作用としては、第１の実施形態と同様の原理によって、各相の分圧電圧がサージアブソーバー２から現れる。三相ＰＴ３が一次巻線３ａにＹ結線され、二次巻線３ｂもＹ結線されているため、各相の分圧電圧が正相電圧Ｖｒ２，Ｖｓ２，Ｖｔ２の各端子に出力される。また、三次巻線３ｃをオープンデルタ結線することにより、両端の電圧を測定することによって、零相電圧を測定できる。

三相電力設備に対して、単相の計測ＳＡ１相当を３式各接続して、その中のＰＴ３の接続をＹ結線とΔ結線にすることにより、上記と同様に一般の計器用変圧器の機能と同じ正相電圧と零相電圧が同時に計測できる。

次に、第３の実施の形態を説明する。
図３は、本実施の形態による計測ＳＡ１の回路図である。この図で、計測ＳＡ１は、三相Ｒ，Ｓ，Ｔに接続される３式のコンデンサＣ１ｒ、Ｃ１ｓ、Ｃ１ｔが、１式の共通コンデンサＣ２ｏを介してアースＥに接続される。このＣ２ｏ間の電圧を単相の絶縁変圧器３に接続して計測出力Ｖ０２とする。

この回路構成により、地絡事故時などの各相のバランスが崩れたときのアース間に発生する零相電圧Ｖ０２が測定できる。

本実施形態により、サージアブソーバーの機能と、零相電圧のみを計測する場合、第２の実施形態の計測ＳＡ１より構成部品を削減できる。

次に、第４の実施の形態を説明する。
図５，６は、計測ＳＡ１の電力設備における制御保護回路構成図の使用例である。図５は、第２または第３の実施形態による計測ＳＡ１を使用した保護回路構成図である。この図において、配電用変電所の一次側に電力用変圧器６０の一次側遮断器３１が、二次側に二次側遮断器３２がそれぞれ装備され、当該二次側遮断器３２に配電線の母線１０が設備されている。変圧器６０の二次側Ｂと二次側遮断器３２の間に、計測ＳＡ１が装備され、当該計測ＳＡ１に電圧計５０や地絡過電圧継電器４０が接続されている。母線１０には、計器用変圧器３Ｘに２種の地絡過電圧継電器４１，４２などが装備されるのが一般的である。

この構成において、母線１０に地絡事故などが発生すると、図５（ａ）に示すように、母線１０に装備された計器用変圧器３Ｘを介した地絡過電圧継電器４１，または４２などが、事故を検出して、母線１０に電気を供給する変圧器６０の二次側遮断器３２を開放して事故を回避する。また、変圧器６０と二次側遮断器３２間に地絡事故が発生した場合、図５（ｂ）に示すように、この間に装備された計器ＳＡ１を介した地絡過電圧継電器４０と、母線１０に接続された地絡過電圧継電器４１，または４２，が事故を検出し、まず、母線１０の保護継電器４１，または４２により二次側遮断器３２が開放される。しかし、事故区間に装備された保護継電器４０は、まだ事故継続中を検出して変圧器６０の一次側遮断器３１をトリップさせる。この２段階の動作により事故が回避される。
これにより、事故箇所に応じて適切な停電範囲にすることができる。

次に、第５の実施の形態を説明する。
図６は、第２の実施形態の計測ＳＡ１を使用した電圧調整回路構成図である。
２式の変圧器６０ａ，６０ｂで構成されるいわゆる２バンク型の配電変電所において、各変圧器６０ａまたは６０ｂ周辺の回路構成を第３の実施形態と同じ、各変圧器６０ａ，６０ｂの二次巻線Ｂと、二次側遮断器３２ａ，３２ｂ間に計測ＳＡ１ａ，１ｂを介して電圧計５０ａ，５０ｂが装備されている。母線１０ａ，１０ｂの計器用変圧器３Ｘａ，３Ｘｂにも電圧計５１ａ，５１ｂが装備され、両母線１０ａ，１０ｂの間には、連絡遮断器３１ｃが設けられている。

この構成により、片系の変圧器６０ｂの保守作業を行う場合、まず両母線１０ａ，１０ｂを接続する連絡遮断器３１ｃの投入後、一次側遮断器３１ｂと二次側遮断器３２ｂが、開放操作される。この状態で保守作業が行われ、この復旧時に、まず一次側遮断器３１ｂが投入され、二次側の電圧と母線１０ｂの電圧を合わせるために電圧計５０ｂと５１ｂにより両電圧が測定され、変圧器６０ｂのタップが両電圧を一致させるよう調整される。

この調整は、計測ＳＡ１により電圧が測定できるため、この電圧を、遠方監視制御装置を介してこの変電所を監視制御する制御所に送信し、この値によって変圧器６０ｂのタップを遠方から調整制御することもできる。

以上、第４，５の実施の形態によれば、計測および保護のレベルを改善することができるため、事故時の停電の範囲の限定や時間の短縮を行うことができるともに、変圧器の保守作業時においてもきめの細かい電圧調整と遠方監視制御なども可能となる。

本発明は、電力系統における電圧測定と保護に利用することができる。

図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態による計測機能付きサージアブソーバーの回路図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）の等価回路図である。 本発明の第２の実施の形態による計測機能付きサージアブソーバーの回路図である。 本発明の第３の実施の形態による計測機能付きサージアブソーバーの回路図である。 本発明の計測機能付きサージアブソーバーの基本的な使用回路例である。 本発明の第４の実施の形態による計測機能付きサージアブソーバーを用いた保護回路の構成図である。 本発明の第５の実施の形態による計測機能付きサージアブソーバーを用いた保護回路の構成図である。 従来の基本的な電力設備の回路構成図である。 従来の配電用変電所の保護回路の構成図である（その１）。 従来の配電用変電所の保護回路の構成図である（その２）。

符号の説明

１，１ａ，１ｂ サージアブソーバー
２ 分圧手段
２ａ 分圧端子
３、３Ｘ、３Ｘａ，３Ｘｂ 絶縁手段（計器用変圧器，ＰＴ）
９ 電力設備
１０、１０，１０ａ，１０ｂ 母線
３０、３１，３１ａ，３１ｂ，３２，３２ａ，３２ｂ 遮断器
４０，４１，・・・ 保護継電器
５０、５０ａ，５０ｂ、５１ａ，５１ｂ 電圧計
６０、６０ａ，６０ｂ 変圧器

Claims (3)

1. 電力用変圧器と当該変圧器の一次側を遮断する一次側遮断器と、当該変圧器の二次側を遮断する二次側遮断器と、当該二次側遮断器に繋がる母線とを有し、該変圧器の二次巻線と該二次側遮断器との間にサージアブソーバーが接続された変電所の電力設備の保護方法であって、
   前記サージアブソーバーは、電源線の各相に夫々その一端が接続され、他端は共通接続されるコンデンサと、前記他端と対地間に接続される対地用コンデンサとを有し、前記対地用コンデンサの両端の電圧を零相電圧として取り出す分圧端子を備えており、
   前記分圧端子に電圧計測手段を接続して二次側の零相電圧を計測し、
   当該計測値を地絡過電圧保護継電器に入力し、当該地絡過電圧保護継電器が、前記二次側の零相電圧を監視することによって事故を検出したときは、前記一次側遮断器を遮断することを特徴とする電力設備の保護方法。
2. 母線事故を監視する保護継電器を設置し、当該保護継電器が母線事故を検出すると、まず、当該保護継電器によって前記二次側遮断器を遮断し、前記地絡過電圧保護継電器は、事故継続中の検出により前記一次側遮断器を遮断することを特徴とする請求項１に記載の電力設備の保護方法。
3. 電力設備用のサージアブソーバーであって、
   前記サージアブソーバーの有する静電容量を分割することによって、前記サージアブソーバーに印加された交流電圧を分圧する分圧手段と、
   前記分圧手段によって分圧された分圧電圧を取り出すための分圧端子と、
   一次巻線、二次巻線、三次巻線を有する三相計器用変圧器と、を備え、
   前記静電容量は、夫々電源線の各相と対地間に接続され、
   前記分圧端子は、前記三相計器用変圧器の一次巻線にＹ結線されて対地に接続され、
   前記三相計器用変圧器の二次巻線は、Ｙ結線されて各相の正相電圧の出力端子に接続され、
   前記三相計器用変圧器の三次巻線は、オープンデルタ結線されて零相電圧の出力端子に接続されていることを特徴とする計測機能付きサージアブソーバー。

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