JP6331612B2 - 配電系統保護装置及び変電設備 - Google Patents

Description

本開示は、配電系統保護装置に関する。

近年、需要家側に設置された分散型電源（例えば太陽光発電装置、風力発電装置等）の余剰電力を配電系統に供給するように構成された系統連系システムが実用化されている。このような系統連系システムにおいて、配電系統への電力供給を停止させる必要がある場合（例えば故障発生時等）には、送電系統からの電力供給を停止させると共に、需要家側の分散型電源からの電力供給をも停止させる必要がある。このため、分散型電源用のインバータの単独運転を検出した場合に当該インバータを配電系統から切り離す装置が需要家ごとに設置されている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１０−２１３５２９号公報

本開示は、配電系統をより確実に保護できる配電系統保護装置を提供することを目的とする。

本開示に係る配電系統保護装置は、第１変圧器の低圧側と第２変圧器の高圧側との間に介在する遮断器と、遮断器を収容する筐体と、遮断器と第２変圧器との間における零相電圧を検出するように構成され、筐体内に収容された零相電圧検出器と、を備える。

本開示によれば、配電系統をより確実に保護できる。

配電用変電設備の斜視図である。 配電用変電設備の概略構成を示す配線図である。 保護装置の斜視図である。 図３中のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。 図３中のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。 図３中のＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図である。

以下、実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１に示すように、配電用変電所１は、三相変圧器２と、保護装置３と、保護装置４とを備える。三相変圧器２は、送電系統の三相変圧器から受電した電圧を配電用の電圧に変換する。

図２に示すように、送電系統の三相変圧器５の低圧側は配電経路Ｒ１に接続されている。配電経路Ｒ１は複数の配電経路Ｒ２に分岐しており、複数の配電経路Ｒ２は複数の配電用変電所１にそれぞれ配されている。配電経路Ｒ２は、配電用変電所１において三相変圧器２の高圧側に接続されている。配電経路Ｒ１には遮断器６が設けられている。遮断器６は、例えば送電系統の異常に応じて配電経路を遮断する。配電経路Ｒ１，Ｒ２の電圧は例えば特別高圧（７ｋＶ以上）であり、２０ｋＶ以上の特別高圧（例えば２２ｋＶ）であってもよい。

三相変圧器２の低圧側は配電経路Ｒ３に接続されている。配電経路Ｒ３は複数の配電経路Ｒ４に分岐しており、複数の配電経路Ｒ４は需要家側の複数の設備にそれぞれ接続されている。需要家側の複数の設備の少なくとも一部は太陽光発電装置又は風力発電装置等の分散型電源７である。配電経路Ｒ３，Ｒ４の電圧は高圧（７ｋＶ未満、例えば６．６ｋＶ）である。

保護装置３は配電経路Ｒ２に設けられ、保護装置４は配電経路Ｒ４に設けられている。保護装置（配電系統保護装置）３は、遮断器１０と、過電流継電器２０と、零相電圧検出器３０と、地絡過電圧継電器４０と、中継端子５１とを有する。

遮断器１０は、三相変圧器５（第１変圧器）の低圧側と三相変圧器２（第２変圧器）の高圧側とを接続する配電経路Ｒ２に配置されている。すなわち、遮断器１０は三相変圧器５の低圧側と三相変圧器２の高圧側との間に介在している。遮断器１０は例えばガス遮断器であり、開閉部１１及び引き外しコイル１２を有する。開閉部１１は、接触子同士の開閉により、配電経路Ｒ２の遮断及び導通を切り替える。引き外しコイル１２は、開閉部１１の接触子同士を引き外す（遮断器１０を遮断状態にする）ための磁力を駆動電力の供給に応じて発生する。なお、遮断器１０は、駆動電力の供給に応じて配電経路Ｒ２を遮断可能なものであればどのようなものであってもよく、例えば真空遮断器であってもよい。

過電流継電器（ＯＣＲ）２０は、遮断器１０と三相変圧器２との間における過電流を検出し、遮断器１０の引き外しコイル１２に駆動電力を供給する経路を過電流の検出結果に応じて導通させる。すなわち、過電流継電器２０は、過電流の検出に応じて遮断器１０を遮断状態に切り替える。

零相電圧検出器（ＺＰＤ）３０は、遮断器１０と三相変圧器２との間における零相電圧を検出するように構成されている。具体的に、零相電圧検出器３０は、コンデンサ３１，３２と、変圧器３３とを有する。コンデンサ３１，３２は、互いに直列に接続された状態で配電経路Ｒ２とグランドとの間に架け渡されている。変圧器３３は、低圧側（グランド側）のコンデンサ３２の電圧を降圧して出力する。なお、零相電圧検出器３０は零相電圧に応じた電気信号を出力可能なものであればどのようなものであってもよい。例えば、零相電圧検出器３０のコンデンサの数は２個に限られないし、変圧器３３は必須ではない。

地絡過電圧継電器（ＯＶＧＲ）４０は、遮断器１０の引き外しコイル１２に駆動電力を供給するための経路を、零相電圧検出器３０の変圧器３３の出力電圧が上昇するのに応じて導通させる。例えば、地絡過電圧継電器４０は、変圧器３３の出力電圧が予め設定された閾値を超えるのに応じて上記経路を導通させる。すなわち地絡過電圧継電器４０は、遮断器１０と三相変圧器２との間における零相電圧の検出に応じて遮断器１０を遮断状態に切り替えるように構成されている。

中継端子５１は、筐体６０（後述）外からのケーブルを接続可能であり、当該ケーブルと地絡過電圧継電器４０とを中継するように構成されている。

保護装置４は、複数の遮断器８０を有する。複数の遮断器８０は複数の配電経路Ｒ４にそれぞれ配置されている。遮断器８０は、開閉部８１と引き外しコイル８２とを有する。開閉部８１は、接触子同士の開閉により、配電経路Ｒ４の遮断及び導通を切り替える。引き外しコイル８２は、接触子同士を引き外す（遮断器８０を遮断状態にする）ための磁力を駆動電力の供給に応じて発生する。引き外しコイル８２は、ケーブル８３を介して中継端子５１に接続されているので、引き外しコイル８２に駆動電力を供給するための経路も、零相電圧検出器３０の変圧器３３の出力電圧が上昇するのに応じて導通する。このため、遮断器１０と三相変圧器２との間における零相電圧の検出に応じて遮断器８０も遮断状態に切り替えられる。

続いて、図３〜図６を参照し、保護装置３の構造について説明する。上述した遮断器１０、過電流継電器２０、零相電圧検出器３０、地絡過電圧継電器４０及び中継端子５１は筐体６０内に収容されている。すなわち、保護装置３は、遮断器１０等を収容する筐体６０を更に備える。筐体６０は、例えば直方体状を呈し、互いに逆側に面する２側面に扉６１，６２を有する。筐体６０内は隔壁６３により扉６１側及び扉６２側に区画されている。筐体６０内の扉６１側は遮断器室Ｓ１であり、筐体６０内の扉６２側は母線室Ｓ２である。すなわち、筐体６０内は遮断器室Ｓ１及び母線室Ｓ２に区画されている。

筐体６０の天井部には３つの端子７１及び３つの端子７３が設けられている。全ての端子７１，７３は、母線室Ｓ２内に位置している。端子７１，７３は、碍子７２，７４によりそれぞれ支持されている。３つの端子７１には、配電経路Ｒ２の三相変圧器５側を構成する３本のケーブル８がそれぞれ接続される。すなわち、３つの端子７１は、三相変圧器５の低圧側にそれぞれ接続されている。３つの端子７３には、配電経路Ｒ２の三相変圧器２側を構成する３本のケーブル９がそれぞれ接続される。すなわち、３つの端子７３は、三相変圧器５の高圧側にそれぞれ接続されている。

隔壁６３には、水平方向に並ぶ３つの貫通部材７５と、貫通部材７５の下方において水平方向に並ぶ３つの貫通部材７６とが設けられている。貫通部材７５は、母線室Ｓ２内に位置する端子７５ａ及び遮断器室Ｓ１内に位置する端子７５ｂを有する。端子７５ａ，７５ｂは互いに導通している。貫通部材７６は、母線室Ｓ２内に位置する端子７６ａ及び遮断器室Ｓ１内に位置する端子７６ｂを有する。端子７６ａ，７６ｂは互いに導通している。

遮断器室Ｓ１には、遮断器１０、過電流継電器２０、地絡過電圧継電器４０及び中継端子５１が収容されている。

遮断器１０は、３つの開閉部１１と、引き外しコイル１２を内蔵した駆動部１３と、これらを支持する台車１４とを有する。開閉部１１は柱状を呈し、上下に並ぶ端子１１ａ，１１ｂを有する。開閉部１１は、互いに開閉可能な一対の接触子（不図示）を内蔵しており、接触子同士の開閉により端子１１ａ，１１ｂ間を遮断又は接続する。３つの開閉部１１の端子１１ａは、３つの貫通部材７５の端子７５ｂにそれぞれ接続される。３つの開閉部１１の端子１１ｂは、３つの貫通部材７６の端子７６ｂにそれぞれ接続される。駆動部１３は、引き外しコイル１２が発生した磁力に応じて、全ての開閉部１１の接触部同士を引き外すように動作する。なお、遮断器１０の配置・構造・形状は上述したものに限られない。

過電流継電器２０及び地絡過電圧継電器４０は、隔壁６３に固定されている。中継端子５１は、筐体６０の側壁に固定された端子台５０上に設けられている。

母線室Ｓ２には、３本の母線（第１母線）７７、３本の母線（第２母線）７８及び零相電圧検出器３０が収容されている。

３本の母線（第１母線）７７は、３つの端子７１と３つの端子７５ａとをそれぞれ接続するように配線されている。上述したように、端子７１は三相変圧器５の低圧側に接続され、貫通部材７５の端子７５ｂは遮断器１０の端子１１ａに接続されている。従って、３本の母線７７は、遮断器１０を三相変圧器５の低圧側に接続するように配線されている。

３本の母線（第２母線）７８は、３つの端子７３と３つの端子７６ａとをそれぞれ接続するように配線されている。上述したように、端子７３は三相変圧器２の高圧側に接続され、貫通部材７６の端子７６ｂは遮断器１０の端子１１ｂに接続されている。従って、３本の母線７８は、遮断器１０を三相変圧器２の高圧側に接続するように配線されている。

零相電圧検出器３０は、母線室Ｓ２の下部に配置されており、端子７６ａの下方に位置している。零相電圧検出器３０は、上述したコンデンサ３１，３２及び変圧器３３を収容するケース３４を更に有する。ケース３４は、基部３４ａと、基部３４ａから３つの端子７６ａ側にそれぞれ突出する３つの凸部３４ｂとを有する。３つの凸部３４ｂ内には、３つのコンデンサ３１がそれぞれ収容されている。３つのコンデンサ３１は、３つの端子７６ａを介して３本の母線７８にそれぞれ接続されている。基部３４ａにはコンデンサ３２及び変圧器３３が収容されている。変圧器３３は、隔壁６３を通して遮断器室Ｓ１内の地絡過電圧継電器４０に接続されている。なお、零相電圧検出器３０の配置・構造・形状は上述したものに限られない。

以上に説明したように、保護装置３は、三相変圧器５の低圧側と三相変圧器２の高圧側との間に介在する遮断器１０と、遮断器１０を収容する筐体６０と、遮断器１０と三相変圧器２との間における零相電圧を検出するように構成され、筐体６０内に収容された零相電圧検出器３０とを備える。

この構成により、遮断器１０と三相変圧器２との間における零相電圧に基づいて配電系統の異常を検出し、異常個所への電力供給経路を直ちに遮断できる。また、単独運転の検出及びこれに応じた配電系統からの解列が需要家側において行われない場合であっても、需要家側の分散型電源７を配電系統側において確実に解列させることができる。従って、配電系統をより確実に保護できる。また、零相電圧検出器３０を筐体６０内に収容することで、零相電圧検出器３０専用の筐体が不要となる。このため、保護装置３は変電所の省スペース化にも寄与する。

筐体６０内は、遮断器室Ｓ１及び母線室Ｓ２に区画され、遮断器室Ｓ１には遮断器１０が収容され、母線室Ｓ２には、遮断器１０を三相変圧器５の低圧側及び三相変圧器２の高圧側にそれぞれ接続するように配線された母線７７，７８が収容されており、零相電圧検出器３０は母線室Ｓ２に収容されている。これにより、零相電圧検出器３０を母線７８に接続する作業が容易になるので、零相電圧検出器３０を容易に設置できる。

零相電圧検出器３０を母線室Ｓ２に収容することで、零相電圧検出器３０を母線７８の接点近傍に配置できる。これにより、零相電圧検出器３０を母線７８に接続するための経路を短縮化できる。このため、零相電圧検出器３０を母線室Ｓ２に収容することは保護装置３の小型化にも寄与し得る。

母線７８，７９と、母線７８に接続される零相電圧検出器３０とをまとめて母線室Ｓ２に収容することで、遮断器室Ｓ１内における操作を行う作業者が高電圧に触れるリスクを軽減できる。このため、零相電圧検出器３０を母線室Ｓ２に収容することは安全性の向上にも寄与し得る。

なお、零相電圧検出器３０が母線室Ｓ２に収容されることは必須ではなく、筐体６０が遮断器室Ｓ１及び母線室Ｓ２に区画されることも必須ではない。

保護装置３は、零相電圧検出器３０を更に備える。零相電圧検出器３０は、零相電圧の検出に応じて遮断器１０を遮断状態に切り替えるように構成され、筐体６０内に収容されている。このため、三相変圧器５側から配電系統の異常個所への電力供給経路を筐体６０内において確実に遮断できる。零相電圧検出器３０は、遮断器室Ｓ１に収容されている。このため、零相電圧検出器３０と遮断器１０とを容易に接続できる。なお、零相電圧検出器３０が遮断器室Ｓ１に収容されることは必須ではなく、保護装置３が零相電圧検出器３０を備えることも必須ではない。

保護装置３は、中継端子５１を更に備える。中継端子５１は、筐体６０外からのケーブルを接続可能であり、当該ケーブルと地絡過電圧継電器４０とを中継するように構成され、筐体６０内に収容されている。このため、筐体６０内の地絡過電圧継電器４０により、筐体６０外の遮断器をも遮断状態に切り替えることが可能である。これにより、配電系統の異常個所への電力供給経路をより確実に遮断できる。中継端子５１は、遮断器室Ｓ１に収容されている。これにより、中継端子５１と地絡過電圧継電器４０とを容易に接続できる。なお、中継端子５１が遮断器室Ｓ１に収容されることは必須ではなく、保護装置３が中継端子５１を備えることも必須ではない。

以上、実施形態について説明したが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

２…三相変圧器（第２変圧器）、３…保護装置（配電系統保護装置）、５…三相変圧器（第１変圧器）、１０…遮断器、３０…零相電圧検出器、４０…地絡過電圧継電器、５１…中継端子、６０…筐体、７７…母線（第１母線）、７８…母線（第２母線）、Ｓ１…遮断器室、Ｓ２…母線室。

Claims (7)

1. 第１変圧器の低圧側と、低圧側が分散型電源に接続された第２変圧器の高圧側との間に介在する第１遮断器と、
   前記第１遮断器を収容する筐体と、
   前記第１遮断器と前記第２変圧器との間における零相電圧を検出するように構成され、前記筐体内に収容された零相電圧検出器と、
   前記零相電圧の検出に応じて前記第１遮断器を遮断状態に切り替えるように構成され、前記筐体内に収容された継電器と、を備え、
   前記筐体内は、遮断器室及び母線室に区画され、
   前記遮断器室には前記第１遮断器が収容され、
   前記母線室には、前記第１遮断器を前記第１変圧器の低圧側及び前記第２変圧器の高圧側にそれぞれ接続するように配線された第１母線及び第２母線が収容されており、
   前記零相電圧検出器は前記母線室に収容されている配電系統保護装置。
2. 前記継電器は、前記遮断器室に収容される、請求項１記載の配電系統保護装置。
3. 前記筐体外からのケーブルを接続可能であり、当該ケーブルと前記継電器とを中継するように構成され、前記遮断器室に収容された中継端子を更に備える、請求項２記載の配電系統保護装置。
4. 前記中継端子は、前記筐体外において前記第２変圧器と前記分散型電源との間に介在する第２遮断器からのケーブルを接続可能である、請求項３記載の配電系統保護装置。
5. 前記筐体は、互いに逆側に面する２側面のうち一方に第１扉を有し、前記２側面のうち他方に第２扉を有し、
   前記遮断器室は前記筐体内における前記第１扉側に位置し、
   前記母線室は前記筐体内における前記第２扉側に位置している、請求項１〜４のいずれか一項記載の配電系統保護装置。
6. 前記遮断器室と前記母線室とを区画する隔壁に設けられ、前記遮断器室内に位置する第１端子と、前記第１端子と導通し前記母線室内に位置し前記第２母線に接続された第２端子と、を有する貫通部材を更に備え、
   前記零相電圧検出器は、前記母線室において、前記第２端子の下方に位置し、前記第２端子において前記第２母線に接続されている、請求項１〜５のいずれか一項記載の配電系統保護装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項記載の配電系統保護装置と、
   前記第２変圧器と、
   前記第２変圧器の低圧側の配電経路に配置された遮断器を有する保護装置と、を備える変電設備。

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