JP5905779B2 - 抵抗器及びそれを備えたスイッチギヤ - Google Patents

Description

本発明は抵抗器及びそれを備えたスイッチギヤに係り、特に、変圧器の励磁突入電流を抑制するために用いられる抵抗器及びそれを備えたスイッチギヤに関する。

近年、省エネルギーや地球温暖化問題への対応策として、風力や太陽光などの再生可能エネルギーが着目されている。これらの発電システムは小容量であることが一般的で、この場合、負荷として接続する変圧器と発電容量は同等になる。また、従来からのディーゼル発電機やガスタービン発電機においても、小規模システムでは、発電容量が負荷の変圧器容量と同等となることは珍しくない。

これらのシステムの場合、遮断器或いは開閉器を投入して変圧器を励磁すると、変圧器鉄心の飽和に伴って数ｋＡの突入電流が流れ、発電機の出力電圧が低下する問題が発生する。また、負荷に複数の変圧器が接続される場合、一方が運転中に他方の変圧器を励磁すると、電源電圧の低下に伴って既に接続されている機器の運転に支障をきたす可能性がある。

この問題を解決する手段として、抵抗投入方式がある。この抵抗投入方式は、主及び副の２つのスイッチを用意し、一旦、副スイッチを用いて抵抗器を介して変圧器を励磁し、その後、主スイッチにて抵抗器をバイパスする方式である。この抵抗投入方式によれば、抵抗器によって励磁突入電流が抑制され、電源電圧低下の問題を回避できる。

これに関連する先行技術文献としては、特許文献１及び２を挙げることができる。特許文献１には、励磁突入電流抑制用の抵抗器をガス容器内に備えたガス遮断器が開示され、一方、特許文献２には、船舶の電源システムを対象とした抵抗投入方法が開示されている。

特開２００２−７５１４５号公報 特開２００６−１５５５０３号公報

上述のように、変圧器の励磁突入電流を抑制する方法としての抵抗投入方式は、原理的に容易に理解でき、かつ、信頼性の高い手法として認識されている。しかし、実際に実現するには、スイッチ又はそれを収納するスイッチギヤのタイプに応じて抵抗器の設置の仕方に工夫を要する。

昨今、高電圧分野では、ガス絶縁スイッチギヤ（ＧＩＳ）、固体絶縁スイッチギヤ或いは真空絶縁スイッチギヤなどの周囲環境（塩害、湿度等）の影響を受けない、所謂密閉形スイッチギヤが主流となっている。

これらのスイッチギヤでは、高電圧部を全て金属や導電塗料などの接地電位で覆い、万一、人が接触しても感電の恐れがないようにしている。また、上記した密閉形スイッチギヤにケーブルを接続する場合、ケーブルヘッドを介して直結するのが一般的であるが、この場合、励磁突入電流抑制用の抵抗器を挿入或いは配置の仕方が課題となる。

本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、ケーブルとスイッチの間に励磁突入電流抑制用の抵抗器が配置可能となり、また、抵抗器の外表面が接地電位に固定でき、人に対する接触安全性を損なうことのない抵抗器及びそれを備えたスイッチギヤを提供することにある。

また、本発明の抵抗器は、上記目的を達成するために、絶縁製の容器と、該容器内に収納された少なくとも１つの抵抗体とを備え、前記抵抗体は、前記容器に設置された２つのブッシングに接続され、かつ、前記容器の外表面には導電性の塗料が施され、該塗料は接地に接続されていると共に、前記抵抗体の上下部に金属板が配置され、それぞれの前記金属板に前記ブッシングの導体が接続され、しかも、前記抵抗体の上部に配置された前記金属板上にばねが設置されると共に、該ばね上に絶縁栓及び該絶縁栓上に金属蓋が設置され、かつ、前記ばねは、前記絶縁栓により圧縮された状態で設置されていることを特徴とする。

また、本発明のスイッチギヤは、上記目的を達成するために、遮断器と抵抗器を備え、前記抵抗器は、上記構成の抵抗器であるか、
或いは上記構成の抵抗器を備えた遮断器と、該遮断器と母線にて接続された別の遮断器とを備え、前記両方の遮断器に接続されたケーブルを、変圧器端子にて連結するか、
或いは上記構成の抵抗器を備えた遮断器と、該遮断器と母線にて接続された別の遮断器とを備え、前記抵抗器に接続したケーブルを、前記別の遮断器に接続することを特徴とする。

本発明によれば、ケーブルとスイッチの間に励磁突入電流抑制用の抵抗器が配置可能となり、また、抵抗器の外表面は接地電位に固定できるため、人に対する接触安全性を損なうことがないという効果がある。

本発明の抵抗器の実施例１を示す側断面図である。 本発明の抵抗器をスイッチ及びケーブルと接続したときの構成図である。 本発明の抵抗器を備えたスイッチギヤの側面図である。 電源及び変圧器と接続するスイッチギヤの回路図である。 変圧器を励磁するときの動作タイミングを示す図である。 図４の回路図を実現するスイッチギヤの一実施例の構成図である。 図４の回路図を実現するスイッチギヤの他の実施例の構成図である。 図７の実施例にてケーブルの接続方法を説明するスイッチギヤの側面図である。

以下、図示した実施例に基づき本発明の抵抗器及びそれを備えたスイッチギヤを説明する。

図１に本発明の抵抗器の実施例１を示す。該図に示す実施例では、変圧器の励磁突入電流を抑制する抵抗器１７について説明する。

図１において、１はエポキシ樹脂などにて製作した絶縁容器で、この絶縁容器１の内部に複数の抵抗体２を収納している。図１には、４個の抵抗体２を絶縁容器１内に収納した例を示しているが、抵抗体２は１個でも構わない。上記抵抗体２は、円環形状となっており、その中心には、芯合わせのための絶縁棒３を設けてある。

また、絶縁容器１は、２つのブッシング５、６を備えており、一方のブッシング５はスイッチ１８と、他方のブッシング６はケーブル１９とそれぞれ接続されている。

この２つのブッシング５、６の接続状態を図２及び図３に示す。該図に示す如く、スイッチギヤ２０内の抵抗器１７と接続されている一方のブッシング５は、ゴムアダプタ２１を介してスイッチギヤ２０内のスイッチ１８と接続され、抵抗器１７と接続されている。他方のブッシング６は、ケーブルヘッド２２を介してケーブル１９と接続されている。

通常、ブッシング５、６の形状は、接続する部材に合わせて決めているが、本実施例の場合、ブッシング５はスイッチ１８と連結するためのゴムアダプタ２１、ブッシング６はケーブル１９と接続するためのケーブルヘッド２２に合わせた形状となっている。

また、ブッシング５、６の形状を、ＩＥＥＥ（米国電気電子工業規格）やＤＩＮ（ドイツ工業規格）、或いは電力規格などで規定されたものにすれば、ケーブルヘッド２２やゴムアダプタ２１の標準品を適用することができる。

更に、絶縁容器１の底にある抵抗体２の下部には、絶縁容器１をエポキシ樹脂などでモールド成形する際に、絶縁容器１の底部に予め固定され、ブッシング５のブッシング導体７に接続されている金属板４が設置され、また、ブッシング６のブッシング導体８には、抵抗体２の上部に設置されている金属板１０が接続されている。

これらは、金属板１０、複数の抵抗体２、金属板４の順に積み重ねた構造とし、金属板１０上に設置されているばね９の力にて、各々を圧接して接触抵抗を低減している。即ち、本実施例の抵抗器１７は、ブッシング導体７−金属板４−抵抗体２−金属板１０−ブッシング導体８の経路で通電されることになる。

一方、絶縁容器１の外表面には、ブッシング５、６部分を除いて導電塗料１５が施されており、この導電塗料１５は接地２７に接続されている。

次に、上述した本実施例の抵抗器１７の組立方法を、以下に示す。

先ず、絶縁容器１をエポキシ樹脂などでモールド成形する際に、その底部に金属板４を予め固定し、この絶縁容器１内に複数の抵抗体２を積み重ねて収納し、この状態で抵抗体２の上部に金属板１０を設置し、金属板１０とブッシング導体８をねじ１６で接続している。ばね９を配置した後、ゴム筒１２、絶縁栓１１及び金属蓋１３を載せて、ボルト１４にて全体を固定する。

この際、絶縁栓１１により、ばね９は圧縮された状態になっている。また、ゴム筒１２は、絶縁性能を確保するためのものであり、内部の高電圧部と外表面の接地間の絶縁を確保するために、絶縁容器１と絶縁栓１１の間にて、ゴム筒１２を圧縮した状態としている。

次に、上述した本実施例の抵抗器１７による変圧器励磁突入電流の抑制について説明する。図４に、電源及び変圧器と接続するスイッチギヤの回路構成を示す。

該図に示す如く、発電機２３は、それを保護するための遮断器２４Ａに接続され、母線２６及び遮断器２４Ｂ、２４Ｃを介して変圧器２５に電力を供給している。遮断器２４Ｃには、上述した本実施例の構成の抵抗器１７が接続されている。即ち、図４の二点鎖線で示す部分がスイッチギヤ２０に相当する。

図５に、変圧器を励磁するときの遮断器２４Ｂ、２４Ｃの動作タイミングを示す。

該図に示す如く、最初に発電機２３の保護遮断器２４Ａを投入し、母線２６を充電する。次に、抵抗器１７に接続された遮断器２４Ｃを投入し、変圧器２５を励磁する。

発電機２３の出力電圧をＶ、抵抗体２の抵抗値をＲとするとき、励磁突入電流Ｉは、Ｉ＝Ｖ／Ｒに制限される。

例えば、６.６ｋＶ発電機にて３００Ωの抵抗を用いた場合、励磁突入電流は、６６００Ｖ×√２/√３/３００Ω=１８Ａpとなり、抵抗器なしの場合の数ｋＡに対して著しく低減できることが理解できる。

遮断器２４Ｃの投入により、変圧器２５が励磁された後、遮断器２４Ｂを投入して抵抗器１７をバイパスし、通常の運転状態になる。

なお、このシステムは、遮断器２４Ｂ、２４Ｃを投入する前に、母線２６が充電されていることが前提条件となっており、母線２６が未充電状態の場合には、遮断器２４Ｂ、２４Ｃをトリップさせるなどのインタロックを設けておくのが望ましい。

図６は、３つの遮断器を列盤した図４の回路図を実現するスイッチギヤの一実施例の構成を示している。

該図に示すように、遮断器２４Ｂ、抵抗器１７が接続されている遮断器２４Ｃに接続したケーブル１９は、変圧器２５に連結され、図４の回路構成を実現している。

このような本実施例の構成とすることにより、外表面に接地電位とするための導電塗料１５を施した絶縁容器１の内部に、複数の抵抗体２を収納した抵抗器１７を、スイッチ１８とケーブル１９間に挿入することにより、人に対する接触安全性を損なうことなく、変圧器２５の励磁突入電流を抑制できる。

また、絶縁容器１に備えたブッシング５、６を各種規格に規定された形状としたことにより、標準品のケーブルヘッドを用いて容易に接続できる。即ち、従来のスイッチ１８やケーブル１９を変更することなく抵抗器１７を設置できるようになるため、経済性に優れたものとなる。

従って、本実施例によれば、ケーブルとスイッチの間に励磁突入電流抑制用の抵抗器が配置可能となり、また、抵抗器の外表面は接地電位に固定できるため、人に対する接触安全性を損なうことがないという効果がある。

図７は、図４の回路図を実現するスイッチギヤの他の実施例の構成を示し、図８は、図７の実施例にてケーブルの接続方法を説明するスイッチギヤの側面を示すものである。

即ち、本実施例は、図7に示す如く、抵抗器１７に接続するケーブル１９を隣の遮断器２４Ｂに接続する構成であり、ケーブルヘッド２２により、変圧器２５に接続するケーブル２８と抵抗器１７からのケーブル１９を連結しているものである。

このような本実施例によれば、スイッチギヤ２０の列盤内にて図４の回路図を実現でき、変圧器２５までのケーブル本数を削減できる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成を置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１…絶縁容器、２…抵抗体、３…絶縁棒、４、１０…金属板、５、６…ブッシング、７、８…ブッシング導体、９…ばね、１１…絶縁栓、１２…ゴム筒、１３…金属蓋、１４…ボルト、１５…導電塗料、１６…ねじ、１７…抵抗器、１８…スイッチ、１９、２８…ケーブル、２０…スイッチギヤ、２１…ゴムアダプタ、２２…ケーブルヘッド、２３…発電機、２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ…遮断器、２５…変圧器、２６…母線、２７…接地。

Claims (8)

1. 絶縁製の容器と、該容器内に収納された少なくとも１つの抵抗体とを備え、前記抵抗体は、前記容器に設置された２つのブッシングに接続され、かつ、前記容器の外表面には導電性の塗料が施され、該塗料は接地に接続されていると共に、前記抵抗体の上下部に金属板が配置され、それぞれの前記金属板に前記ブッシングの導体が接続され、しかも、前記抵抗体の上部に配置された前記金属板上にばねが設置されると共に、該ばね上に絶縁栓及び該絶縁栓上に金属蓋が設置され、かつ、前記ばねは、前記絶縁栓により圧縮された状態で設置されていることを特徴とする抵抗器。
2. 請求項１に記載の抵抗器において、
   前記容器は樹脂で形成され、その容器の内部に、少なくとも１つの抵抗体が円環形状となって収納されていることを特徴とする抵抗器。
3. 請求項１又は２に記載の抵抗器において、
   前記２つのブッシングのうち、一方の前記ブッシングはケーブルに接続され、他方の前記ブッシングはスイッチに接続されていることを特徴とする抵抗器。
4. 請求項１に記載の抵抗器において、
   前記容器と前記絶縁栓との間に、ゴム筒が圧縮された状態で設置されていることを特徴とする抵抗器。
5. 遮断器と抵抗器を備え、前記抵抗器は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の抵抗器であることを特徴とするスイッチギヤ。
6. 請求項５に記載のスイッチギヤにおいて、
   前記抵抗器の容器は２つのブッシングを備え、一方の前記ブッシングはケーブルヘッドを介してケーブルに接続され、他方の前記ブッシングはゴムアダプタを介してスイッチに接続されていることを特徴とするスイッチギヤ。
7. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の抵抗器を備えた遮断器と、該遮断器と母線にて接続された別の遮断器とを備え、前記両方の遮断器に接続されたケーブルを、変圧器端子にて連結することを特徴とするスイッチギヤ。
8. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の抵抗器を備えた遮断器と、該遮断器と母線にて接続された別の遮断器とを備え、前記抵抗器に接続したケーブルを、前記別の遮断器に接続することを特徴とするスイッチギヤ。

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