JP6000835B2 - 自動電圧調整装置 - Google Patents

Description

本発明は、タップ選択スイッチや限流素子を開閉するスイッチを含むタップ切換用スイッチとして交流サイリスタスイッチを用いた配電用の自動電圧調整装置に関するものである。

間接切換方式とよばれる自動電圧調整装置は、二次巻線が配電線路に直列に接続される直列変圧器と、高圧の一次巻線及び複数のタップが設けられた二次巻線を有して高圧の一次巻線が配電線路に並列に接続される調整変圧器と、前記調整変圧器の二次巻線と直列変圧器の一次巻線との間に設けられて、調整変圧器から直列変圧器に供給される調整電圧を調整するために調整変圧器のタップを切り換えるタップ切換装置と、配電線の電圧を目標範囲に保つべく、タップ切換装置を制御する制御部とを備えている。

タップ切換装置は、調整変圧器の二次巻線の各タップと直列変圧器の一次巻線との間に設けられて直列変圧器の一次巻線に接続するタップを選択するタップ選択スイッチや、タップ切換を行う過程で流れるタップ間短絡電流を制限する限流抵抗器などの限流素子の投入及び切り離しを行う限流素子投入・開放スイッチの他、必要に応じて、調整変圧器から直列変圧器の一次巻線に印加する電圧の極性を切り換える極性切換用タップ選択スイッチ等を備えていて、これらのスイッチを所定のシーケンスでオンオフすることにより選択するタップを切り換えて、調整変圧器から直列変圧器の一次巻線に印加する調整電圧を切り換える。本明細書では、種々の機能を果たすためにタップ切換装置に設けられる各種のスイッチを総称する言葉として「タップ切換用スイッチ」の語を用いる。

特許文献１や特許文献２に示されているように、タップ切換用スイッチとしてサイリスタにより主回路を構成する交流サイリスタスイッチ（双方向性を有して交流をオンオフできるスイッチ）を用いて、タップ切換装置の無接点化を図った配電用自動電圧調整装置が知られている。一般的にサイリスタスイッチは低圧仕様であることから、この種の自動電圧調整装置においては調整変圧器の二次巻線及び直列変圧器の一次巻線は低圧巻線とされ、タップ切換装置が低圧回路に設けられるが、タップ切換装置は、調整変圧器及び直列変圧器を通して高圧配電線路に接続されることから、タップ切換装置が設けられる低圧回路に接地点が設けられる。従来は、三相の直列変圧器の一次巻線の一端を接地点として、該接地点を接地電位部に接続していた。

タップ切換用スイッチとして交流サイリスタスイッチを用いた自動電圧調整装置においては、限流抵抗器や交流サイリスタスイッチで多くの発熱を生じるため、従来は、タップ切換装置を油中仕様（充電部を有する部品を絶縁油中に浸漬した状態で配置する仕様）として、限流抵抗器及び交流サイリスタスイッチを、タップ切換装置のケース内に充填した絶縁油中に配置していた。

特開平８−３３５１１９号公報 特開平８−３３５１２１号公報

上記のように、タップ切換用スイッチとして交流サイリスタスイッチを用いた自動電圧調整装置においては、タップ切換装置を油中仕様として、限流抵抗器及び交流サイリスタスイッチを、タップ切換装置のケース内に充填した絶縁油中に配置していた。しかしながら、油中仕様のサイリスタをタップ切換用スイッチとして用いて、サイリスタとその制御部とを絶縁油中に収容したタップ切換装置は、タップ切換用スイッチとして機械式スイッチを用いたタップ切換装置に比べて非常に高価であるため、コストが高くなるという問題があった。またタップ切換装置を油中仕様とすると、半導体スイッチ素子やその制御部のメンテナンスを行う際にタップ切換装置のケース内の絶縁油を抜いたり、ケースを解体したりする必要があるため、メンテナンスの際に面倒な作業を必要とするという問題を有していた。これらの理由により、タップ切換用スイッチとして交流サイリスタスイッチを用いた自動電圧調整装置は余り普及していなかった。

そこで、交流サイリスタスイッチとして気中仕様のものを用いて、タップ切換装置のコストの低減を図るとともに、メンテナンスを容易にすることが考えられる。気中仕様の交流サイリスタスイッチとしては、例えば、ソリッドステートコンタクタ（ＳＳＣ）の商品名で市販されているものがある。このような気中仕様の交流サイリスタスイッチをタップ切換用スイッチとして用いることができれば、油中仕様の交流サイリスタスイッチを用いる場合に比べて、コストの低減を図ることができる。

ソリッドステートコンタクタとしては、単一の主回路を備えた単極のソリッドステートコンタクタと、３つの主回路を備えた三相用の三極のソリッドステートコンタクタとが市販されている。三相用のソリッドステートコンタクタは、サイリスタにより構成された三相の（３つの）主回路スイッチと、三相の主回路スイッチの一端側又は他端側の線間電圧又は対地電圧を整流して直流電圧を出力する制御用電源部と、制御用電源部から得られる直流電圧を電源電圧として三相の主回路スイッチをそれぞれ構成するサイリスタにトリガ信号を与える制御部とを共通のハウジング内に収容することにより一体化した構造を有していて、１つのソリッドステートコンタクタで、三相分の交流スイッチを構成することができるようになっている。

ソリッドステートコンタクタのような気中仕様の交流サイリスタスイッチは、油中仕様の交流サイリスタスイッチに比べて安価であり、また一つの交流サイリスタスイッチにより三相分の交流スイッチを構成することができる上に、主回路スイッチを構成するサイリスタをトリガするための制御用電源部を別途用意する必要がないため、この種の交流サイリスタスイッチをタップ切換用スイッチとして用いることができれば、タップ切換装置のコストの大幅な低減を図ることができる。

しかしながら、調整変圧器の低圧巻線と直列変圧器の一次巻線との間の低圧回路に接地点を有する自動電圧調整装置においては、接地回路につながるタップの三相の線間電圧が交流サイリスタスイッチを安定に動作させるために必要な電圧値を下回ってしまうため、接地回路につながるタップに接続されるタップ切換用スイッチとして、ソリッドステートコンタクタのような制御用電源部内蔵タイプの交流サイリスタスイッチを用いた場合には、該交流サイリスタスイッチを安定に動作させることができないという問題があった。そのため、ソリッドステートコンタクタのような気中仕様の制御用電源部内蔵タイプの交流サイリスタスイッチをタップ切換用スイッチとして用いたタップ切換装置は未だ実用化されていない。

本発明の目的は、すべてのタップ切換用スイッチとして制御用電源部内蔵タイプの三相用交流サイリスタスイッチを用いるとともに、三相の調整変圧器のすべての通電タップの線間電圧が交流サイリスタスイッチを安定に動作させるために必要な最小動作保証電圧を下回るのを防いで安定な動作を保証し、コストの低減と、メインテナンス容易性の向上とを図ることができるようにした自動電圧調整装置を提供することにある。

本発明は、二次巻線が配電線路にそれぞれ直列に接続される直列変圧器と、低圧巻線に複数のタップを有し、高圧巻線が配電線路にそれぞれ並列に接続される調整変圧器と、調整変圧器の低圧巻線と直列変圧器の一次巻線との間に設けられて直列変圧器に接続するタップを切り換えるタップ切換動作を複数のタップ切換用スイッチに行わせるタップ切換装置とをそれぞれ三相分備えた自動電圧調整装置を対象とする。

本発明においては、三相のタップ切換装置にそれぞれ設けられる三相分のタップ切換用スイッチがそれぞれ、サイリスタからなる三相の主回路スイッチと、三相の主回路スイッチの一端側又は他端側の線間電圧又は対地電圧を整流して直流電圧を出力する制御用電源部と、制御用電源部から得られる直流電圧を電源電圧として三相の主回路スイッチをそれぞれ構成するサイリスタにトリガ信号を与える制御部とを一体化した構造を有する気中仕様の三相用交流サイリスタスイッチの前記三相の主回路スイッチにより構成される。

本発明においてはまた、各相の調整変圧器の低圧巻線が、各相のタップ切換装置を通して各相の直列変圧器に接続されるタップとは別に、接地電位部に接続される接地専用タップを有し、三相のタップ切換装置によりそれぞれ選択される三相の調整変圧器の対応するタップ間の線間電圧のすべてを、三相用交流サイリスタスイッチの動作を保証することができる最小動作保証電圧以上に維持するように、各相の調整変圧器の低圧巻線の接地専用タップが設けられている。

上記のように構成すると、三相のタップ切換装置によりそれぞれ選択される三相の調整変圧器の対応するタップ間の線間電圧のすべてを、三相用交流サイリスタスイッチの動作を保証することができる最小動作保証電圧以上に維持することができるため、タップ切換用スイッチを低コストの気中仕様の三相用交流サイリスタスイッチにより構成して、コストの低減を図ることができる。また上記のように構成すると、タップ切換用スイッチのメンテナンスや故障の修理を行う際に絶縁油の回収を行う必要がないため、タップ切換用スイッチの修理やメンテナンスを行う際に自動電圧調整装置を電柱から降ろす作業や、工場での作業を極力省略して、修理及びメンテナンスに要するコストの低減を図ることができる。

本発明の好ましい態様では、各相の調整変圧器の低圧巻線の接地専用タップが、各相のタップ切換装置を通して各相の直列変圧器に接続されるタップの中から選定された隣り合う２つのタップの間に設けられる。

このように接地専用タップを設けると、三相の調整変圧器の対応するタップ間の線間電圧のすべてを三相用交流サイリスタスイッチの安定な動作を保証する最小動作保証電圧よりも十分に高い電圧値に維持することができるため、タップ切換用スイッチを構成する交流サイリスタスイッチの動作の安定化を確実に図ることができる。

本発明によれば、自動電圧調整装置の三相のタップ切換装置にそれぞれ設けられる三相分の各タップ切換用スイッチを制御用電源部内蔵タイプの気中仕様の三相用交流サイリスタスイッチ内に設けられた三相の主回路スイッチにより構成するとともに、各相の調整変圧器の低圧巻線に、各相のタップ切換装置を通して各相の直列変圧器に接続されるタップとは別に接地専用タップを設けて、三相のタップ切換装置によりそれぞれ選択されて直列変圧器に接続される三相の調整変圧器の各タップの線間電圧のすべてを、三相用交流サイリスタスイッチの安定な動作を保証する最小動作保証電圧以上に維持するようにしたので、タップ切換装置を構成するタップ切換用スイッチを低コストの気中仕様の三相用交流サイリスタスイッチにより構成して、コストの低減を図ることができる。

また本発明によれば、タップ切換用スイッチのメンテナンスや故障の修理を行う際に絶縁油の回収を行う必要がなくなるため、タップ切換用スイッチの修理やメンテナンスを行う際に自動電圧調整装置を電柱から降ろす作業や、工場での作業を極力省略して、修理及びメンテナンスに要するコストの低減を図ることができる。

本発明の一実施形態の構成を示した回路図である。 本発明の実施形態で用いるソリッドステートコンタクタの構成を示した回路図である。 本実施形態の自動電圧調整装置の１相分の構成を、各部の線間電圧及び対地電圧の測定結果とともに示した回路図である。 本発明の他の実施形態の自動電圧調整装置の１相分の構成を、各部の線間電圧及び対地電圧の測定結果とともに示した回路図である。 従来の自動電圧調整器のタップ切換用スイッチをソリッドステートコンタクタで置き換えた場合の１相分の構成を、各部の線間電圧及び対地電圧の測定結果とともに示した回路図である。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。図１は本発明に係る自動電圧調整装置の第１の実施形態を示したものである。同図において、１ｕないし１ｗはそれぞれ系統電流ＩｕないしＩｗが流れるＵ，Ｖ，Ｗ三相の高圧配電線、２ｕないし２ｗは三相の直列変圧器、３ｕないし３ｗは三相の調整変圧器、４ｕないし４ｗは三相のタップ切換装置である。

各相の直列変圧器は、一次巻線２０１及び二次巻線２０２を有し、三相の直列変圧器２ｕないし２ｗの二次巻線２０２が高圧配電線１ｕないし１ｗに直列に接続されている。また各相の調整変圧器は、高圧巻線３０１と低圧巻線３０２とを備え、三相の調整変圧器３ｕないし３ｗの高圧巻線３０１が、高圧配電線１ｕないし１ｗに並列に接続されている。三相の調整変圧器３ｕないし３ｗの高圧巻線３０１は、それぞれの配電線と反対側の端子が中性点Ｎに接続されることによりＹ結線されている。

各相の調整変圧器の低圧巻線３０２は、その一端及び他端からそれぞれ引き出された最高タップｔａ及び接地専用タップｔｅと、接地専用タップｔｅの手前の位置から引き出された最低タップｔｄと、最高タップｔａと最低タップｔｄとの間から引き出された中間タップｔｂ，ｔｃとを有し、三相の調整変圧器３ｕないし３ｗの低圧巻線３０２のタップｔａないしｔｄがそれぞれ三相のタップ切換装置４ｕないし４ｗを通して直列変圧器２ｕないし２ｗの一次巻線２０１に接続されている。本実施形態では、各相の調整変圧器の低圧巻線３０２のタップｔａないしｔｄが負荷電流を流す通電用タップとして用いられ、接地専用タップｔｅは接地電位部に接続されている。

各相のタップ切換装置は、調整変圧器のタップｔａないしｔｃに一端が接続され、他端が共通接続されたタップ選択スイッチＡ，Ｂ及びＣと、一端が最低タップtｄに接続された第１の極性切換用タップ選択スイッチＴ１と、一端が最高タップｔａに接続され、他端が第１の極性切換用タップ選択スイッチＴ１の他端に共通接続された第２の極性切換用タップ選択スイッチＴ２と、タップ選択スイッチＡ，Ｂ及びＣの共通接続点に一端が接続された限流抵抗器Ｒと、限流抵抗器Ｒの他端と極性切換用タップ選択スイッチＴ１及びＴ２の共通接続点との間に接続された限流抵抗器投入・開放スイッチＳとを有し、タップ選択スイッチＡ〜Ｃの共通接続点及び極性切換用タップ選択スイッチＴ１及びＴ２の共通接続点がそれぞれ直列変圧器２の一次巻線２０１の一端及び他端に接続されている。本実施形態では、タップ選択スイッチＡ，Ｂ及びＣと、極性切換用タップ選択スイッチＴ１及びＴ２と、限流抵抗器投入・開放スイッチＳとがタップ切換用スイッチとして設けられ、これらのタップ切換用スイッチによりタップ選択スイッチ回路が構成されている。

図１に示された自動電圧調整装置にはまた、調整変圧器３ｕないし３ｗにより検出された配電線電圧ＶｕないしＶｗを目標範囲に保つようにタップ選択スイッチＡ，Ｂ及びＣと、極性切換用タップ選択スイッチＴ１及びＴ２とを制御する制御装置（図示せず。）が設けられる。この制御装置は、調整変圧器３ｕないし３ｗの低圧巻線３０２のタップに接続されたスイッチのうち、タップ選択スイッチＡないしＣの内の一つと、極性切換用タップ選択スイッチＴ１及びＴ２の何れか一方との２つのスイッチをオン状態にして、調整変圧器３ｕないし３ｗの低圧巻線３０２から直列変圧器２を通して配電線に調整電圧を印加することにより、配電線電圧を調整する。オン状態にするタップ選択スイッチＡ〜Ｃを切り換え、オン状態にする極性切換用タップ選択スイッチＴ１，Ｔ２を切り換えることにより、合計６種類の調整電圧を高圧配電線に印加することができる。従って、調整変圧器３ｕないし３ｗは６タップの調整変圧器として機能する。限流抵抗器投入・開放スイッチＳは、タップ切換中に流れるタップ間短絡電流を抑制する限流抵抗器Ｒの投入・開放を行うスイッチで、限流抵抗器Ｒを投入する短時間の間だけオン状態にされ、定常状態ではオフ状態に保持される。

本実施形態においては、三相のタップ切換装置４ｕないし４ｗにそれぞれ設ける三相分のタップ切換用スイッチを、気中仕様の三相用交流サイリスタスイッチとして市販されているソリッドステートコンタクタ（ＳＳＣ）により構成する。図２は、ソリッドステートコンタクタ５の構成の一例を概略的に示したものである。図示のソリッドステートコンタクタ５は、制御整流素子により構成された三相分の主回路スイッチ５０１ｕ，５０１ｖ及び５０１ｗと、三相の主回路スイッチがそれぞれ挿入される三相回路の線間電圧を整流して一定の直流電圧を出力する制御用電源部５０２と、該制御用電源部５０２から得られる直流電圧を電源電圧として三相の主回路スイッチを構成するサイリスタにトリガ信号を与える制御部５０３とを共通のハウジング５０４内に収容して一体化した構造を有する。

図２に示した例では、主回路スイッチ５０１ｕ，５０１ｖ及び５０１ｗがそれぞれ、逆並列接続されたサイリスタ（Ｔhu1，Ｔhu2），（Ｔhv1，Ｔhv2）及び（Ｔhw1，Ｔhw2）からなっていて、三相の主回路スイッチ５０１ｕないし５０１ｗの一端からそれぞれ一次端子５Ｒ、５Ｓ及び５Ｔが引き出され、三相の主回路スイッチ５０１ｕないし５０１ｗの他端からそれぞれ二次端子５Ｕ，５Ｖ及び５Ｗが引き出されている。また図示してないが、外部から制御部５０３に制御指令（各主回路スイッチをオンオフする指令）を与える制御指令信号入力端子が設けられている。

ソリッドステートコンタクタ５は、３相分の主回路スイッチを有するため、１つのソリッドステートコンタクタ５により、三相のタップ切換装置の各タップ切換用スイッチを構成することができる。本実施形態では、三相のタップ切換装置４ｕないし４ｗのそれぞれに設けられる三相分の各タップ切換用スイッチが、一つのソリッドステートコンタクタ５の三相の主回路スイッチ５０１ｕないし５０１ｗにより構成されている。即ち、タップ切換装置４ｕないし４ｗにそれぞれ設けられる３つのタップ選択スイッチＡが一つのソリッドステートコンタクタの主回路スイッチ５０１ｕないし５０１ｗにより構成され、タップ切換装置４ｕないし４ｗにそれぞれ設けられる３つのタップ選択スイッチＢが他の一つのソリッドステートコンタクタの主回路スイッチ５０１ｕないし５０１ｗにより構成される。同様に、タップ切換装置４ｕないし４ｗにそれぞれ設けられる３つのタップ選択スイッチＣが他の一つのソリッドステートコンタクタの３つの主回路スイッチ５０１ｕないし５０１ｗにより構成され、タップ切換装置４ｕないし４ｗのそれぞれに設けられる３つの極性切換用タップ選択スイッチＴ１及びＴ２がそれぞれ他の一つのソリッドステートコンタクタ及び更に他の一つのソリッドステートコンタクタの３つの主回路スイッチ５０１ｕないし５０１ｗにより構成される。またタップ切換装置４ｕないし４ｗの限流抵抗器投入・開放スイッチＳが更に他の一つのソリッドステートコンタクタの３つの主回路スイッチにより構成され、合計６個のソリッドステートコンタクタ５と限流抵抗器Ｒとによりタップ切換装置４ｕないし４ｗが構成される。

上記のように、本実施形態においては、タップ切換用スイッチとして気中仕様のソリッドステートコンタクタを用いるが、限流抵抗器Ｒは気中仕様のものでもよく、油中仕様のものでもよい。限流抵抗器Ｒとして気中仕様のもの（例えばメタルクラッド抵抗器）を用いる場合には、タップ切換装置４ｕないし４ｗのすべての構成要素を共通の収納箱内に収納して三相分のタップ切換装置をユニット化し、このユニットの収納箱を調整変圧器が収容されたタンクに外付けする。また限流抵抗器として油中仕様のものを用いる場合には、限流抵抗器のみを調整変圧器が収容されたタンク内の油中に配置し、タップ切換装置４ｕないし４ｗの構成要素のうち、限流抵抗器Ｒを除くスイッチ回路の構成要素を共通の収納箱内に収納して、該収納箱を調整変圧器が収容されたタンクに外付けする。

直列変圧器２ｕないし２ｗは、調整変圧器３ｕないし３ｗを収容したタンク３０１と同一のタンク内に収容してもよく、調整変圧器３ｕないし３ｗを収容したタンクとは別のタンクに収容して、調整変圧器を収容したタンクの近傍に配置するようにしてもよい。

ソリッドステートコンタクタ５は、三相の主回路スイッチ５０１ｕないし５０１ｗの一端側又は他端側から取り入れた三相の線間電圧を整流して一定の直流電圧を出力する制御用電源部５０２から得られる直流電圧で三相の主回路スイッチを制御する制御部５０３を動作させるように構成されているため、開閉しようとする三相回路の線間電圧が少なくとも制御用電源部５０２から一定の直流電圧を出力させるために必要な最小動作電圧以上ないと動作させることができない。図２に示したソリッドステートコンタクタは、一次端子５Ｒ，５Ｓ及び５Ｔを通して取り入れた三相回路の線間電圧を整流することにより制御用の直流電圧を得ているため、一次端子５Ｒ，５Ｓ及び５Ｔ相互間の電圧（線間電圧）が最小動作電圧以上でないと、動作させることができない。従って、ソリッドステートコンタクタをタップ切換用スイッチとして用いてタップ切換装置を構成するためには、各ソリッドステートコンタクタが開閉する三相回路の線間電圧を最小動作電圧以上に保つことができるように工夫をする必要がある。また当然のことながら、各ソリッドステートコンタクタが開閉する三相回路の線間電圧は、その破壊を防止するために、許容される最大動作電圧以下でなければならない。

下記の表１は、日本国内のＡ社及びＢ社から市販されているソリッドステートコンタクタの最小動作電圧及び最大動作電圧の公称値と、最小動作電圧の実測値の一例とを示したものである。最小動作電圧の実測値は、ソリッドステートコンタクタを一応投入することが可能な電圧値であり、安定な動作を保証することができる電圧ではない。ソリッドステートコンタクタの安定な動作を保証するためには、各ソリッドステートコンタクタが挿入される三相回路の線間電圧を最小動作電圧の実測値よりも十分に高い最小動作保証電圧（好ましくは最小動作電圧の公称値）以上に維持する必要がある。

ここで、表１に示されたＡ社のソリッドステートコンタクタを用いて各タップ切換用スイッチを構成するものとすると、各タップ切換用スイッチを挿入する三相回路の線間電圧を１４ボルトよりも十分に高い値に保つ必要がある。例えば、図１のタップ切換装置４ｕないし４ｗにおいては、接地回路に最も近い最低タップｔｄの三相の線間電圧が最も低くなる可能性があるため、すべてのタップ切換用スイッチをソリッドステートコンタクタにより構成して、タップ切換装置を支障なく動作させるためには、三相の調整変圧器の最低タップｔｄの線間電圧をソリッドステートコンタクタの最小動作電圧よりも高くしておく必要がある。

本発明においては、各相の調整変圧器の低圧巻線の適当な位置に、各相のタップ切換装置により選択されるタップとは別に、接地専用タップｔｅを設けて、この接地専用タップｔｅを接地電位部に接続することにより、三相のタップ切換装置によりそれぞれ選択される三相の調整変圧器の対応するタップ間の線間電圧のすべてを常にソリッドステートコンタクタの安定な動作を保証する電圧値以上に維持することができるようにし、これにより、すべてのタップ切換用スイッチをソリッドステートコンタクタにより構成することを可能にする。

本発明の効果を検証するため、従来の自動電圧調整装置と、本発明に係る自動電圧調整装置とについて、各所の線間電圧及び対地電圧を測定する実験を行った。図５は、図１に示した自動電圧調整装置と同じ電圧調整機能を有する従来の自動電圧調整装置の一相分のみの構成を示しており、図５において、図１の各部と同等な部分には同一の符号が付されている。図５に示された状態では、斜線を施して示したタップ選択スイッチＣと極性切換用タップ選択スイッチＴ１とがオン状態にされ、他のタップ切換用スイッチはすべてオフ状態にされている。図５に示されているように、図１に示した自動電圧調整機能と同等の機能を有する従来の自動電圧調整装置においては、極性切換用タップ選択スイッチＴ１が接続されるタップｔｄを最端タップとし、直列変圧器２の一次巻線２０１の一端を低圧回路の接地点としていた。図５に示した従来の自動電圧調整装置のその他の構成は、図１に示した自動電圧調整器のそれと同様である。

図５に示した自動電圧調整装置を６０００ボルトの模擬高圧配電線に接続して、低圧回路の各所のＵ，Ｖ相間の線間電圧と、対地電圧とを実測したところ、その測定値（単位はボルト）は、同図に記入された数値の通りであった。図５の各所に括弧をつけずに示した数値は、隣接相であるＶ相の対応箇所との間の線間電圧であり、括弧でくくって示した数値は、各所の対地電圧である。またタップｔａ，ｔｂ間の電圧は９５ボルト、タップｔａ，ｔｃ間の電圧は１９０ボルト、タップｔａ，ｔｄ間の電圧は２８３ボルトである。図５において、極性切換用タップ選択スイッチＴ１，Ｔ２及び限流抵抗器投入・開放スイッチＳのそれぞれの接地点側の端子に付された「？」マークは、電圧が大きく変動するために測定不能であったことを示している。なお各所の電圧を測定する際には、高圧配電線電圧が若干変動しており、理論上は同電位であるはずの箇所でも電圧の測定値が異なっている箇所が存在しているが、本発明の効果を検証する上では何ら支障がない。

図５に示されているように、極性切換用タップ選択スイッチＴ１の一次側電圧は、Ａ社のソリッドステートコンタクタの最小動作電圧１４ボルトよりも僅かに高い１５ボルトであった。ここで、極性切換用タップ選択スイッチＴ１をＡ社のソリッドステートコンタクタにより構成したところ、一応投入は可能であったが、投入と開放とが不安定に繰り返されたため、接地点につながっているはずの極性切換用タップ選択スイッチＴ１，Ｔ２及び限流抵抗器投入・開放スイッチＳの二次側の電圧が不安定に変動（測定不能）した。このように、タップ切換用スイッチが接続される主回路に接地点を設けた従来の自動電圧調整装置においては、接地点につながるタップ切換用スイッチが挿入される三相の回路の線間電圧が最小動作電圧に達しないか、又は最小動作電圧付近まで低下してソリッドステートコンタクタの動作を不安定にするため、ソリッドステートコンタクタを用いてタップ切換装置を構成することはできない。

これに対し、本実施形態に係る自動電圧調整装置を６０００ボルトの模擬高圧配電線に接続して、低圧回路の各所のＵ，Ｖ相間の線間電圧と、対地電圧とを実測したところ、その測定値は、Ｕ相の構成を示す図３に記入された数値の通りであった。図３の各所に括弧をつけずに示した数値は、隣接相であるＶ相の対応箇所との間の線間電圧であり、括弧でくくって示した数値は、各所の対地電圧である。またタップｔａ，ｔｂ間の電圧は９５ボルト、タップｔａ，ｔｃ間の電圧は１９０ボルト、タップｔａ，ｔｄ間の電圧は２８５ボルト、タップｔａ，ｔｅ間の電圧は３０３ボルトであった。

図１に示した実施形態のように、調整変圧器の低圧巻線の最端タップｔｅを接地専用タップとした場合には、図３に示したように、接地回路に最も近い最低タップｔｄの線間電圧を３０ボルトまで上昇させることができた。この場合、最低タップｔｄに接続される極性切換用タップ選択スイッチＴ１としてＡ社のソリッドステートコンタクタを用いることにより、安定な動作を行わせることができた。従って、図３に示した例では、極性切換用タップ選択スイッチＴ１，Ｔ２及び限流抵抗器投入・開放スイッチＳの二次側電圧が不安定に変動することなく、一定の電圧値を示している。

Ａ社のソリッドステートコンタクタもＢ社のソリッドステートコンタクタも、最小動作電圧の公称値が８５ボルトであることから、図３に示された調整変圧器の最低タップｔｄの線間電圧を８５ボルトとするように調整変圧器を設計することが考えられる。図３に示された最高タップｔａの線間電圧は５２６ボルトであり、ソリッドステートコンタクタの最大動作電圧５２８ボルトに対する余裕が殆どないため、最低タップｔｄの線間電圧を８５ボルトまで高めるように調整変圧器を設計するためには、最高タップｔａの電圧を高めるのではなく、最高タップと最低タップとの間の電位差を下げなければならない。しかしながら、最高タップと最低タップとの間の電位差を下げると、調整変圧器の定格電流が大きくなり、それに伴ってタップ切換装置の定格電流も大きくする必要があるため、設計上の制約が増え、好ましくない。

上記の問題を解決する本発明の第２の実施形態の一相分の構成を図４に示した。この実施形態では、各相の調整変圧器の低圧巻線の接地専用タップが、各相のタップ切換装置に接続される複数のタップの中から選定された隣り合う２つのタップの間に設けられる。

図４に示した例では、極性切換用タップ選択スイッチＴ１の一次端子が接続される最低タップｔｄが最高タップｔａと反対側の最端タップとして設けられている。また、最高タップｔａと最低タップｔｄとの間に設けられた通電用のタップｔｂとｔｃとの間から接地専用タップｔｅが引き出されて、この接地専用タップｔｅが接地電位部に接続されている。その他の構成は図１に示した実施形態と同様であり、各タップ切換用スイッチはソリッドステートコンタクタからなっている。図４に示した状態では、タップ選択スイッチＣと極性切換用タップ選択スイッチＴ１とがオン状態にされて、タップｔｃ，ｔｄ間の電圧が直列変圧器に入力されている。

図４に示した実施形態に係る自動電圧調整装置を６０００ボルトの模擬高圧配電線に接続して、低圧回路の各所のＵ，Ｖ相間の線間電圧と対地電圧とを実測した結果を図中に書き込んで示した。図４の各所に括弧をつけずに示した数値は、隣接相であるＶ相の対応箇所との間の線間電圧を示し、括弧でくくって示した数値は、各所の対地電圧を示している。タップｔａ，ｔｂ間の電圧は９５ボルト、タップｔａ，ｔｃ間の電圧は１９４ボルト、タップｔａ，ｔｄ間の電圧は２９０ボルト、タップｔｂ，ｔｅ間の電圧は４９ボルト、タップｔｅ，ｔｃ間の電圧は４８ボルトであった。

図４に示した実施形態では、接地専用タップを挟んだ両側のタップｔｂ及びｔｃの対地電圧はその極性が逆であるが、電圧の測定は一般的な電圧計を用いて行ったため、図４においては、接地点に対して反対側にあるタップｔａ，ｔｂの電圧もタップｔｃ，ｔｄの電圧も同じ正の電圧として示されている。そのため、オフ状態にあるソリッドステートコンタクタの一次側電圧及び二次側電圧がオン状態にあるソリッドステートコンタクタの一次側電圧及び二次側電圧とほぼ同じ電圧値で示されている箇所があるが、実際には、オフ状態にあるソリッドステートコンタクタの一次側及び二次側には、図中に表示された電圧値の２倍の電圧値を有する電圧が印加されている。

本実施形態では、接地回路に近いタップｔｂのＵ，Ｖ相間の線間電圧が８７ボルト、タップｔｃのＵ，Ｖ相間の線間電圧が８９ボルトであり、いずれのタップの線間電圧も、Ａ社及びＢ社のソリッドステートコンタクタの最小動作電圧の公称値８５ボルトよりも高い値を示した。従って、本実施形態では、接地回路に近いタップに接続されるタップ選択スイッチＢ及びＣをそれぞれ構成するソリッドステートコンタクタとして、Ａ社の製品を用いた場合も、Ｂ社の製品を用いた場合も安定な動作を行わせることができた。

上記のように、各相の調整変圧器の低圧巻線の接地専用タップを、各相のタップ切換装置に接続される複数のタップの中から選定された隣り合う２つのタップの間から引き出すようにすると、最端タップを接地専用タップとした場合よりも、接地点に近いタップ（線間電圧が最も低くなるタップ）の線間電圧をより高くすることができ、接地点に近いタップに接続するタップ選択スイッチを構成するソリッドステートコンタクタの一次端子の線間電圧を最小動作電圧の公称値よりも高い値に維持することができるため、各タップ切換用スイッチをソリッドステートコンタクタにより構成して安定な動作を保証することができる。

上記の実施形態では、交流サイリスタスイッチとしてソリッドステートコンタクタの商品名で市販されているものを用いたが、サイリスタからなる三相の主回路スイッチと、三相の主回路スイッチの一端側又は他端側の線間電圧又は対地電圧を整流して直流電圧を出力する制御用電源部と、制御用電源部から得られる直流電圧を電源電圧として三相の主回路スイッチをそれぞれ構成するサイリスタにトリガ信号を与える制御部とを一体化した構造を有する気中仕様の（大気中で使用される）三相用交流サイリスタスイッチであれば、如何なるものを用いてもよい。

本発明によれば、ソリッドステートコンタクタのような市販されている安価な気中仕様の交流サイリスタスイッチを用いてタップ切換装置を構成することができるため、高コストであるという理由で普及が妨げられていた無接点式の自動電圧調整装置の普及を図ることができ、産業上の利用可能性が大である。

１ｕ〜１ｗ 高圧配電線
２ｕ〜２ｗ 直列変圧器
２０１ 直列変圧器の一次巻線
２０２ 直列変圧器の二次巻線
３ｕ〜３ｗ 調整変圧器
３０１ 調整変圧器の高圧巻線
３０２ 調整変圧器の低圧巻線
４ｕ〜４ｗ タップ切換装置
５ ソリッドステートコンタクタ
５０１ｕ〜５０１ｗ 主回路スイッチ
５０２ 制御用電源部
５０３ 制御部
Ａ〜Ｃ タップ選択スイッチ（タップ切換用スイッチ）
Ｔ１，Ｔ２ 極性切換用タップ選択スイッチ（タップ切換用スイッチ）
Ｓ 限流抵抗器投入・開放スイッチ（タップ切換用スイッチ）
ｔａ 最高タップ
ｔｂ 中間タップ
ｔｃ 中間タップ
ｔｄ 最低タップ
ｔｅ 接地専用タップ

Claims (2)

1. 二次巻線が配電線路に直列に接続される直列変圧器と、低圧巻線に複数のタップを有し、高圧巻線が前記配電線路に並列に接続される調整変圧器と、前記調整変圧器の低圧巻線と直列変圧器の一次巻線との間にそれぞれ設けられて直列変圧器に接続するタップを切り換えるタップ切換動作を複数のタップ切換用スイッチに行わせるタップ切換装置とをそれぞれ三相分備えた自動電圧調整装置であって、
   前記三相のタップ切換装置にそれぞれ設けられる三相分のタップ切換用スイッチはそれぞれ、サイリスタからなる三相の主回路スイッチと、前記三相の主回路スイッチの一端側又は他端側の線間電圧又は対地電圧を整流して直流電圧を出力する制御用電源部と、前記制御用電源部から得られる直流電圧を電源電圧として前記三相の主回路スイッチをそれぞれ構成するサイリスタにトリガ信号を与える制御部とを一体化した構造を有する気中仕様の三相用交流サイリスタスイッチの前記三相の主回路スイッチにより構成され、
   各相の調整変圧器の低圧巻線は、各相のタップ切換装置を通して各相の直列変圧器に接続されるタップとは別に、接地電位部に接続される接地専用タップを有し、
   前記三相のタップ切換装置によりそれぞれ選択される三相の調整変圧器の対応するタップ間の線間電圧のすべてを、前記三相用交流サイリスタスイッチの動作を保証することができる最小動作保証電圧以上に維持するように、各相の調整変圧器の低圧巻線の接地専用タップが設けられていること、
   を特徴とする自動電圧調整装置。
2. 各相の調整変圧器の低圧巻線の接地専用タップは、各相のタップ切換装置を通して各相の直列変圧器に接続されるタップの中から選定された隣り合う２つのタップの間に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の自動電圧調整装置。

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