JP6795413B2 - 自動電圧調整装置 - Google Patents
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この例では直列変圧器1の3相の一次巻線1pがスター結線されている。
タップ切換器3の各スイッチは、逆並列接続された一対のサイリスタにより構成されたサイリスタスイッチからなっていて、図示しない制御装置によりオンオフ制御される。
<第1の発明>
本発明は、二次巻線が線路に直列に接続され一次側に調整電圧が与えられる直列変圧器と、複数のタップを備えたタップ巻線を有し、線路の電圧を入力として直列変圧器の一次側に与える調整電圧を複数のタップの中から選択された通電タップを通して出力する調整変圧器と、通電タップを切り換えるために調整変圧器のタップ巻線と直列変圧器の一次側との間に設けられたタップ切換器とを備えた自動電圧調整装置を対象とする。上記タップ切換器は、直列変圧器の一次端子に接続された調整電圧出力端子と、タップ巻線と調整電圧出力端子との間に設けられた複数のタップ切換用スイッチと、調整電圧出力端子間に限流抵抗器を通して接続された橋絡用スイッチとを有していて、タップ切換用スイッチ及び橋絡用スイッチがサイリスタスイッチにより構成される。
第2の発明は、第1の発明に適用される。本発明においては、保護装置が、調整電圧出力端子間に印加される電圧を検出する電圧検出部と、電圧検出部が検出した電圧が判定電圧以上であるときに保護指令を発生する保護指令発生部と、保護指令が発生したときに保護用スイッチをオン状態にする制御を行う保護用スイッチ制御部とを備えている。
本願に開示された第3の発明は、第1の発明または第2の発明に適用される。本発明においては、保護用スイッチ制御部を、保護指令が発生したときにタップ切換器の橋絡用スイッチをオン状態にする制御をも行うように構成する。
本願に開示された第4の発明は、第1ないし第3の発明の何れかに適用されるものである。本発明においては、両端に印加されている電圧が設定された制限電圧を超えたときに両端電圧を制限電圧以下に保つ電圧制限動作をし、両端に印加されている電圧が制限電圧以下に低下したときに電圧制限動作を解除するデバイスである低圧用サージ防護デバイスが、調整電圧出力端子間に並列に接続される。この場合、低圧用サージ防護デバイスの制限電圧は、調整電圧出力端子間の電圧が示す変動範囲のうち、保護用スイッチ及び橋絡用スイッチの正常な閉路動作が保証される範囲の上限値である閉路動作上限電圧以下に設定される。
第5の発明は、第4の発明に適用される。本発明においては、判定電圧を、橋絡用スイッチを構成しているサイリスタが降伏する現象が発生するときの調整電圧出力端子間の電圧未満で、かつ上記制限電圧以下に設定する。
第6の発明は、第1の発明ないし第5の発明の何れかに適用されるもので、本発明においては、直列変圧器が一次巻線及び二次巻線を3相分有し、調整変圧器は、3相Y結線若しくはΔ結線されるか、又は3相V結線されたタップ巻線を有している。本発明においては、直列変圧器の3相の一次電圧の不平衡を検出したときにも保護用スイッチをオン状態にして保護動作を行うように保護装置が構成される。
第7の発明は、第6の発明に適用される。本発明においては、タップ切換時に直列変圧器の一次電圧に過渡的に現れる過電圧を検出したとき及び(又は)タップ切換時に直列変圧器の3相の一次電圧に過渡的に生じる不平衡を検出したときに保護動作が行われるのを防止するために、タップ切換器がタップ切換動作を完了した直後の一定時間の間だけ保護動作をロックして該保護動作が行なわれるのを禁止する保護動作ロック手段が設けられる。
第8の発明は、一次巻線及び二次巻線を3相分有して二次巻線が線路に直列に接続され、一次側に調整電圧が与えられる直列変圧器と、3相Y結線若しくはΔ結線されるか又は3相V結線されたタップ巻線を有し、線路の電圧を入力として直列変圧器の一次側に与える調整電圧をタップ巻線に設けられた複数のタップの中から選択された通電タップを通して出力する調整変圧器と、通電タップを切り換えるために調整変圧器のタップ巻線と直列変圧器の一次側との間に設けられたタップ切換器とを備えた自動電圧調整装置を対象とする。上記タップ切換器は、直列変圧器の一次端子に接続された調整電圧出力端子と、タップ巻線と調整電圧出力端子との間に設けられた複数のタップ切換用スイッチと、調整電圧出力端子間に限流抵抗器を通して接続された橋絡用スイッチとを有していて、タップ切換用スイッチ及び橋絡用スイッチがサイリスタスイッチにより構成されている。
第9の発明は、第8の発明に適用されるもので、本発明においては、タップ切換時に直列変圧器の一次電圧に過渡的に現れる過電圧を検出したとき及び(又は)タップ切換時に直列変圧器の3相の一次電圧に過渡的に生じる不平衡を検出したときに保護動作が行われるのを防止するために、タップ切換器がタップ切換動作を完了した直後の一定時間の間だけ保護動作をロックして該保護動作が行なわれるのを禁止する保護動作ロック手段が設けられる。
第10の発明は、第1ないし第9の発明の何れかに適用されるもので、本発明においては、サイリスタスイッチが、サイリスタをスイッチング素子として用いた双方向性を有するソリッドステートコンタクタにより構成されている。
<第1の実施形態の回路構成及び動作について>
図1は本発明に係る自動電圧調整装置の第1の実施形態の1相分の構成を示したものである。同図において1は一次巻線1p及び二次巻線1sを3相分有する直列変圧器、2は一次巻線2p及び二次巻線(タップ巻線)2sを3相分有する調整変圧器、3は直列変圧器1の各相の一次巻線と調整変圧器2の各相の二次巻線との間に設けられたタップ切換器である。
前述したように、間接切換式の自動電圧調整装置では、タップ切換器3側の回路で接触不良が生じたり、タップ切換用スイッチが劣化により動作不良になったりした場合に直列変圧器の一次端子間が開放された状態になって、その一次巻線に異常過電圧が発生し、この過電圧によりタップ切換器を構成する部品が破損する事故が発生するおそれがある。そのため、この種の自動電圧調整装置では、直列変圧器の一次端子間が開放される事故に備えて、タップ切換器側の回路を保護する保護装置を設けている。
間接切換式の自動電圧調整装置において起り得る直列変圧器開放事故は、直列変圧器の全相の一端子間が開放される事故(3相開放事故)だけでなく、直列変圧器の1相の一次端子間のみが開放される事故(1相開放事故)や、直列変圧器の2相の一次端子間のみが開放される事故(2相開放事故)が発生することもある。これらの事故の内、1相開放事故が生じたときに発生する過電圧は比較的低いため、この過電圧でタップ切換器側の回路が直ちに破壊されることはないが、タップ切換器側の回路に高い電圧が印加される状態が継続すると、回路を構成しているサイリスタスイッチにストレスがかかり続けるため好ましくない。
本発明者は、図1に示した保護装置を搭載した自動電圧調整装置の試作機を6600Vの模擬系統に接続して、直列変圧器1の一次側を開放した場合に保護動作が適確に行われるか否かを検証するための模擬実験を行った。
実験では、直列変圧器の1相の一次端子間のみが開放される開放事故(1相開放事故)、直列変圧器の2相の一次端子間のみが開放される開放事故(2相開放事故)及び直列変圧器の3相の一次端子間がすべて開放される開放事故(3相開放事故)を模擬して、それぞれの場合にタップ切換器の調整電圧出力端子間に印加された電圧を測定し、一次側開放直後に測定された直列変圧器の3相の一次電圧の最初のピーク値の内の最大値を「電圧ピーク値」として、この電圧ピーク値を判定電圧(495V)と比較することにより直列変圧器開放事故を検出できるか否かについて検証した。
模擬実験の結果から、1相開放事故発生時、2相開放事故発生時及び3相開放事故発生時のいずれの場合も、直列変圧器の3相の一次電圧の不平衡の度合いが、定常時に観測される3相の一次電圧の度合よりも大きくなることが明らかになった。したがって、表1に示された「電圧不平衡検出による保護可否」から明らかなように、直列変圧器の3相の一次電圧の不平衡を検出することにより、1相開放事故、2相開放事故及び3相開放事故の何れをも検出して保護動作を行わせることができる。特に1相開放事故発生時には、3相の調整電圧出力端子間の電圧の不平衡の度合いが大きくなるため、直列変圧器の一次側に誘起する過電圧が低い1相開放事故をも確実に検出することができる。
直列変圧器の一次側で開放事故が発生した際に、橋絡用スイッチや保護用スイッチ(電磁接触器MC)に過大な電圧が印加されると、これらのスイッチを正常に閉路させることができなくなって保護動作を適確に行うことができなくなるおそれがある。このような事態が生じるのを防ぐために、開放事故発生時に直列変圧器の一次側に誘起する過電圧を、事故の発生の検知に支障を来さない範囲で抑制することが好ましい。
そこで本発明者は、図5に示した自動電圧調整装置について模擬実験を行って、低圧用サージ保護デバイスを接続することの妥当性について検証した。この模擬実験では、低圧用サージ保護デバイスとして、動作電圧(制限電圧)が700Vのものを用いた。この模擬実験の結果は下記の表2の通りである。
タップ切換時に一旦素通し状態としてから目的タップを投入するようにしたサイリスタ式自動電圧調整装置においては、投入時に変圧器の一次巻線に励磁突流が流れ、タップ切換後もしばらくの間電圧が動揺し、この動揺に起因して、3相の直列変圧器の一次電圧が不平衡になるおそれがある。図9ないし図11はそれぞれ昇圧タップへのタップ切換の前後の直列変圧器のU相〜W相の一次電圧の波形を示したものである。これらの図から明らかなように、直列変圧器の一次電圧は、タップ切換中に一旦素通しタップの電圧まで低下した後、昇圧タップの電圧値まで上昇するが、昇圧タップ投入時に流れる励磁突入電流の影響により、タップ切換後しばらくの間は電圧が変動し、3相の一次電圧が不平衡になる。このように、励磁突入電流の影響で、3相の一次電圧に不平衡が生じると、電圧不平衡に基づく開放事故の検出を適確に行うことができなくなって、不要な保護動作が行われ、電圧調整を正常に行うことができない事態が生じるおそれがある。
上記の実施形態では、タップ切換器3が3つのタップ選択用スイッチA〜Cを備えているが、タップ選択用スイッチの数は調整変圧器の二次巻線に設けるタップの数により異なるのはもちろんである。
1p 直列変圧器の一次巻線
1s 直列変圧器の二次巻線
2 調整変圧器
2p 調整変圧器の一次巻線
2s 調整変圧器の二次巻線
3 タップ切換器
6、7 線路
8,9 タップ切換器の調整電圧出力端子
10,11 直列変圧器の一次端子
A〜C タップ選択用スイッチ
T1 第1の極性切換スイッチ
T2 第2の極性切換スイッチ
R 限流抵抗器
S 橋絡用スイッチ
Claims (7)
- 二次巻線が線路に直列に接続され一次側に調整電圧が与えられる直列変圧器と、複数のタップを備えたタップ巻線を有し、前記線路の電圧を入力として前記直列変圧器の一次側に与える調整電圧を前記複数のタップの中から選択された通電タップを通して出力する調整変圧器と、前記通電タップを切り換えるために前記調整変圧器のタップ巻線と前記直列変圧器の一次側との間に設けられたタップ切換器とを備え、前記タップ切換器は、前記直列変圧器の一次端子に接続された調整電圧出力端子と、前記タップ巻線と前記調整電圧出力端子との間に設けられた複数のタップ切換用スイッチと、前記調整電圧出力端子間に限流抵抗器を通して接続された橋絡用スイッチとを有し、前記タップ切換用スイッチ及び橋絡用スイッチはサイリスタスイッチからなっている自動電圧調整装置であって、
前記タップ切換器の調整電圧出力端子間を橋絡するように設けられた保護用スイッチを有して、前記調整電圧出力端子間に印加されている電圧が設定された判定電圧以上になったときに前記保護用スイッチをオン状態にすることにより、前記直列変圧器の一次端子間が開放されたときに前記直列変圧器の一次側に発生する異常過電圧から前記タップ切換器を保護する保護動作を行なう保護装置を備え、
前記判定電圧は、前記直列変圧器の鉄心の磁束密度が飽和したときに前記直列変圧器から調整電圧出力端子間に印加される電圧以上で、かつ、タップ切換器の橋絡用スイッチを構成しているサイリスタが降伏するときの調整電圧出力端子間の電圧未満の電圧に設定されていることを特徴とする自動電圧調整装置。 - 前記保護装置は、前記調整電圧出力端子間に印加されている電圧を検出する電圧検出部と、前記電圧検出部が検出した電圧が前記判定電圧以上であるときに保護指令を発生する保護指令発生部と、前記保護指令が発生したときに前記保護用スイッチをオン状態にする制御を行う保護用スイッチ制御部とを備え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。
- 前記保護用スイッチ制御部は、前記保護指令が発生したときに前記タップ切換器の橋絡用スイッチをオン状態にする制御をも行うように構成されていることを特徴とする請求項2に記載の自動電圧調整装置。
- 両端に印加されている電圧が設定された制限電圧を超えたときに両端電圧を制限電圧以下に保つ電圧制限動作をし、両端に印加されている電圧が前記制限電圧以下に低下したときに前記電圧制限動作を解除するデバイスである低圧用サージ防護デバイスが前記調整電圧出力端子間に並列に接続され、
前記サージ防護デバイスの制限電圧は、前記調整電圧出力端子間の電圧が示す変動範囲のうち、前記橋絡用スイッチ及び保護用スイッチの正常な閉路動作が保証される範囲の上限値である閉路動作上限電圧以下に設定されていることを特徴とする請求項1,2又は3に記載の自動電圧調整装置。 - 前記判定電圧は、前記タップ切換器の橋絡用スイッチを構成しているサイリスタが降伏するときの前記調整電圧出力端子間の電圧未満で、かつ前記制限電圧以下に設定されていることを特徴とする請求項4に記載の自動電圧調整装置。
- 前記直列変圧器は一次巻線及び二次巻線を3相分有し、
前記調整変圧器は、3相Y結線若しくはΔ結線されるか又は3相V結線されたタップ巻線を有し、
前記保護装置は、前記直列変圧器の3相の一次電圧の不平衡を検出したときにも前記保護用スイッチをオン状態にして保護動作を行うように構成されていることを特徴とする請求項1ないし5の何れか一つに記載の自動電圧調整装置。 - タップ切換時に前記直列変圧器の一次電圧に過渡的に現れる過電圧を検出したとき及び(又は)タップ切換時に前記直列変圧器の3相の一次電圧に過渡的に生じる不平衡を検出したときに保護動作が行われるのを防止するために、前記タップ切換器がタップ切換動作を完了した直後の一定時間の間だけ前記保護動作をロックして該保護動作が行なわれるのを禁止する保護動作ロック手段が設けられていることを特徴とする請求項6に記載の自動電圧調整装置。
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