JP5731143B2

JP5731143B2 - 電圧調整装置

Info

Publication number: JP5731143B2
Application number: JP2010184179A
Authority: JP
Inventors: 慎也内藤
Original assignee: Tohoku Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Tohoku Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2010-08-19
Filing date: 2010-08-19
Publication date: 2015-06-10
Anticipated expiration: 2030-08-19
Also published as: JP2012043209A

Description

本発明の実施形態は、例えば、単相３線式低圧単巻変圧器と電圧センサおよび制御部を有する電圧調整装置に関する。

最近、家庭用の配電系統に、太陽光発電に代表される分散電源が連係されるようになってきているが、この分散電源に起因する配電系統の電圧変動が課題になっている。特に電気事業法では、標準電圧に応じて維持すべき電圧値が定められており、これに対応するため、柱上変圧器の一次側タップを手動または自動で変更して二次側電圧を維持しなければならない。

多数の分散電源が同一系統に接続された場合は、高い電圧になることが多く電圧を下げる方向に柱上変圧器のタップを変更することが多い。この場合のタップの切替は、手動の場合は停電を必要とし、自動の場合は高圧側タップ切替時の循環電流対策や、高圧電圧の絶縁ためタップ切替器が大きなものになる等の課題があった。

特許文献１（特許第４２２４３０９号）は、単巻変圧器の二次側の電圧を検出して線電流（負荷電流）が流れる直列巻線に複数タップを設け、切替器でタップを変える単巻変圧器のタップを自動で変える方法を示している。この場合は、線電流（負荷電流）が流れるところでタップを切り替えるため大きな電流を切り替えることになり、タップ切替器もその線電流に耐えるものが必要であった。

特許文献２（特許第３９３８９０３号）は、分路変圧器と誘起電圧が等しい２つの直列巻線及び励滋巻線を備えた直列変圧器から構成されている装置を示しており複雑な構造になっている。

特許第４２２４３０９号公報特許第３９３８９０３号公報

しかし、特許文献１および特許文献２の従来技術が提供している装置によれば、特に接点部分が十分小型化されているとはいえないという問題がある。

本発明は、接点容量が小規模化された電圧調整装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための一実施形態は、
直列巻線と、複数のタップをもつ分路巻線を、中性点を境に対称させて接続した単巻変圧器と、
前記単巻変圧器の電圧値を測定するセンサと、
前記中性点と、前記分路巻線の前記複数のタップの内の一つとを、前記センサから受けた前記電圧値に基づいて接続することで、前記分路巻線の巻回数を変更する制御部と、を具備することを特徴とする電圧調整装置である。

電圧調整装置が内蔵するトランスの二次側に分路巻線およびタップを設けることで、タップの接点容量を小規模化することにより、装置全体を小型化することができる。

本発明の一実施形態に係る電圧調整装置の構成の一例を示すブロック図。本発明の他の一実施形態に係る電圧調整装置の構成を示すブロック図。本発明の他の一実施形態に係る電圧調整装置の構成を示すブロック図。本発明の一実施形態に係る電圧調整装置の周辺装置を含めたブロック図。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
本発明の一実施形態である電圧調整装置Ｔ１は、図１に示されるように、一例として、単相３線式単巻変圧器Ａと、単相３線式単巻変圧器Ａの二次側の出力電圧をそれぞれ検出する電圧センサ１１，１１’と、電圧センサ１１，１１’の検出信号を受けて、タップ接続線８、８’の動作を制御する制御部１２を有している。ここで、単相３線式単巻変圧器Ａにおいては、直列巻線１、１’と分路巻線２、２’が直列に接続され、直列巻線１、１’と分路巻線２、２’が接続されたところから二次側ライン線３、３’が接続される。そして、分路巻線２、２’の途中からタップ線４、４’、タップ線５、５’が引き出されており、単相３線式単巻変圧器Ａの中性点６から出された中性線７に接続されたタップ接続線８、８’の端子を、コンタクタ９、１０、９’、１０’を通して接続する。

このような単相３線式単巻変圧器Ａにおいて、タップ線４、４’は、コンタクタ９、９’とタップ接続線８を介して中性線７と接続されている。コンタクタ１０、１０’はオフの状態である。制御部１２は、二次側ラインの電圧を測定する電圧センサ１１、１１’の出力を取り込み、電圧調整装置Ｔ１の二次端子が、接続している太陽光発電装置Ｓの影響で、当初設定してある電圧（例えば１００Ｖ）より高い電圧（例えば１０８Ｖ）になった場合に、コンタクタ９、９’をオフにし、コンタクタ１０、１０’をオンにするよう制御する。これにより、電圧調整装置Ｔ１の二次端子の電圧は、例えば１０８Ｖから１０２Ｖのように電圧を降下させることができる。なお、制御部１２は、電圧センサ１１および１１’をそれぞれ独立して計測しており、従って、コンタクタ９、１０とコンタクタ９’、１０’を同時に動かす必要はない。このように、電圧調整装置Ｔ１の制御部１２は、コンタクタ１０、１０’を介して機能するタップ線を切り替えることにより巻回数を減らして単巻変圧器の出力電圧を下げることができる。

すなわち、この実施形態に係る電圧調整装置Ｔ１においては、（１次巻線／２次巻線）の値をタップを切換えることで大きくすることにより、二次端子の電圧を降下させることができ、また、（１次巻線／２次巻線）の値をタップを切換えることで小さくすることにより、二次端子の電圧を上昇させることができる。

従って、太陽光発電装置Ｓ等の分散電源の出力が小さくなり、当初設定してある電圧より低くなった場合は、制御部１２は、コンタクタ１０をオフにしてコンタクタ９をオンにするよう制御を行うことで、二次端子の電圧を上昇させることができる。なお、制御部１２は、分散電源の出力の急激な変化を無視するように、適切な間隔で電圧センサ１１、１１’のデータを取り込むように設定されている。

また、この実施形態に係る電圧調整装置Ｔ２は、図２に示すように、図１の電圧調整装置Ｔ１よりもさらに多くのタップを設けることで、設定電圧を細かく区切り、それに応じたタップに切り替えることができる。すなわち、図２に示す電圧調整装置Ｔ２が有する単相３線式単巻変圧器Ａ’においては、少なくとも６つのタップ線と、６つのコンタクタ１９，２０，２１、１９’，２０’，２１’を準備することで、３段階の細かい電圧調整が可能となる。また、タップ線とコンタクタの組を増やして巻数を細分化することで、さらに細かな電圧調整が可能となることは言うまでも無い。

次に、本発明の他の実施形態を、図３および図４を用いて説明する。すなわち、本発明の実施形態である電圧調整装置Ｔ１は、図３および図４に示すように、変電所Ｄ等からの高圧配電系統である６６００Ｖ等の電力を受ける柱上変圧器Ｂと、この柱上変圧器Ｂに単巻変圧器一次側の端子ａ，端子ｂ，端子ｃを介して接続される上述した単巻変圧器Ａと、上述した制御部１２と、電圧センサ１１を有している。また、図３および図４は、さらに、単巻変圧器Ａの二次端子に接続される太陽光発電装置Ｓと、同じく単巻変圧器Ａの二次端子に接続される家庭用電源部Ｈを示している。

ここで、柱上変圧器Ｂには、図３の（ｂ）に示すように５種類のタップが設けられており、変圧比（一次巻回数／二次巻回数）を変えるべくタップを変えることができる。例えば、（１）を結線すれば６９００Ｖの電力を受けることができ、（２）を結線すれば６７５０Ｖの電力に対応し、（３）を結線すれば６６００Ｖの電力に対応し、（４）を結線すれば６４５０Ｖの電力に対応し、（５）を結線すれば６３００Ｖの電力に対応することができる。

これにより、装置全体の電圧調整幅を大きくすることが可能になる。

ここで、太陽光発電装置Ｓの電圧の変化に対する制御部１２の制御方法について、以下に説明する。すなわち、ユーザの設定によれば太陽光発電装置Ｓで発電した電力を買い取ってもらえないことがある。この場合、二次端子の電圧が必要以上に上昇してしまうため、制御部１２は、タップ接続線２２，２２’の接続先のコンタクタ２３，２３’，２４，２４’の切り替えを行うことにより、巻数を切り替えて電圧調整を行う。

すなわち、制御部１２は、二次端子の電圧値を電圧センサ１１により検出し、電圧調整装置Ｔ１の二次端子が、接続している太陽光発電装置Ｓの影響で、当初設定してある電圧（例えば１００Ｖ）より高い電圧（例えば１１０Ｖ）になった場合に、コンタクタ２３、２３’をオフにし、コンタクタ２４、２４’をオンにするよう制御する。これにより、電圧調整装置Ｔ１の二次端子の電圧は、例えば１１０Ｖから１０３Ｖのように電圧を降下させることができる。このように、電圧調整装置Ｔ１の制御部１２は、コンタクタ２３、２３’、２４、２４’を介して機能するタップ線を切り替えることにより巻回数を減らして単巻変圧器の出力電圧を下げるようにする。

なお、本発明の一実施形態に係る電圧調整装置Ｔ１においては、タップを切り替えるためのトランスを、一次端子側のトランスである柱上変圧器Ｂではなく、二次端子側のトランスである単巻変圧器Ａ，Ａ’としているので、接点容量を非常に小さくすることが可能となる。すなわち、もし、柱上変圧器Ｂにおいてタップを切り替えるためのコンタクタを設けた場合は、流れる電流が約２５０Ａ程度となるため、コンタクタのサイズが約３０立方ｃｍとなってしまう。

しかし、本発明の一実施形態に係る電圧調整装置Ｔ１においては、タップを切り替えるためのトランスを二次端子側のトランスである単巻変圧器Ａ，Ａ’としているので、流れる電流が約１０Ａ程度に抑えることができるため、コンタクタのサイズも約５立方ｃｍとすることができる。これにより、コンタクタのサイズを約３０立方ｃｍから約５立方ｃｍへと、容量において約２００分の１以下に抑えることが可能となる。すなわち、ダンボールサイズのコンタクタを手のひらサイズのコンタクタとすることが可能となる。

なお、上記の実施形態では、使用するコンタクタは電磁式コンタクタのみならず、ＧＴＯ（Gate Turnoff Thyristor）やＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などパワー半導体で構成したコンタクタでも同じ効果が得られる。

以上のように、本発明にかかる電圧調整装置によれば、コンタクタで直列巻線のタップを切り替えることで、安価で簡易な構造で容易に低圧電圧調整ができる低圧電圧調整装置を提供することができる。また、二次端子側のトランスにおいて、タップを切り替えているため、コンタクタをサイズを飛躍的に小型化することができる。

以上記載した様々な実施形態は複数同時に実施することが可能であり、これらの記載により、当業者は本発明を実現することができるが、更にこれらの実施形態の様々な変形例を思いつくことが当業者によって容易であり、発明的な能力をもたなくとも様々な実施形態へと適用することが可能である。従って、本発明は、開示された原理と新規な特徴に矛盾しない広範な範囲に及ぶものであり、上述した実施形態に限定されるものではない。

Ｔ１…電圧調整装置、Ｔ２…電圧調整装置、Ａ…単巻変圧器、Ａ’…単巻変圧器、Ｂ…柱上変圧器、Ｄ…変電所、Ｓ…太陽光発電装置、Ｈ…家庭用電源、１…直列巻線、２…分路巻線、３…二次側ライン線、４…タップ線、５…タップ線、７…中性線、８…タップ接続線、９…コンタクタ、１０…コンタクタ、１１…電圧センサ、１２…制御部。

Claims

直列巻線と、複数のタップ接続線端子をもつ分路巻線とが直列に接続された第１及び第２の巻線を、中性点を境に対称させて、接続した単巻変圧器と、
前記単巻変圧器の前記第１及び第２の巻線側の電圧値を測定する第１及び第２のセンサと、
前記第１及び第２のセンサから受けた前記電圧値に基づいて、前記中性点と、前記第１の巻線における前記分路巻線の前記複数のタップ接続線端子の内の一つとを接続すること、及び前記中性点と、前記第２の巻線における前記分路巻線の前記複数のタップ接続線端子の内の一つとを接続することで、前記第１及び第２の巻線における前記分路巻線の巻回数を変更する制御部と、
を具備し、
制御部は、前記第１及び第２のセンサをそれぞれ独立して計測することを特徴とする電圧調整装置。
変電所からの電源電圧が入力側に印加される第２変圧器を、前記単巻変圧器の入力側に接続して、更に有することを特徴とする請求項１記載の電圧調整装置。
前記制御部は、前記単巻変圧器側に設けられることを特徴とする請求項２記載の電圧調整装置。