JP7332441B2 - 負荷時タップ切換器、負荷時タップ切換変圧器及び電圧調整装置 - Google Patents

Description

本発明は、負荷時タップ切換器、該負荷時タップ切換器を用いた負荷時タップ切換変圧器並びに該負荷時タップ切換変圧器及び直列変圧器を用いた電圧調整装置に関する。

いわゆる間接切換方式による電圧調整装置は、二次巻線が配電線に直列に接続される直列変圧器と、一次巻線が配電線に並列に接続され、二次巻線に複数のタップが設けられた調整変圧器と、該複数のタップを切り換えて直列変圧器の一次巻線に接続するタップ切換器とを備えている。

タップ切換器は、直列変圧器の一次巻線に接続するタップを切り換えるための切換スイッチと、タップ切換を行う過程でタップ間に流れる矯絡電流を制限する限流抵抗器等の限流素子と、該限流素子のタップ間への接続及び切り離しを行う矯絡用スイッチとを有する。タップ切換器は、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、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の大きさ及び極性を切り換える。

切換スイッチをオンする制御は、通常、タップ切換器が有する制御部が行うが、制御部が制御を開始してから実際に切換スイッチがオンに駆動されるまでの間には、様々なソフトウェア処理やハードウェア回路が介在するため、制御部が行う制御と切換スイッチの挙動とは必ずしも一致するとは限らないところがある。

このような不都合に対し、例えば特許文献１には、発電機の分割界磁巻線に流れる電流をＳＣＲ（登録商標）で分流させることによって出力電圧を調整する自動電圧調整装置が記載されている。この装置は、ＳＣＲの点弧パルス出力の喪失等の異常の有無を検出し、異常検出時に外部へＡＶＲ異常検出信号を出力するようになっている。

特開２０１６－３２３５３号公報

しかしながら、特許文献１に記載された技術を用いて、切換スイッチを駆動する信号を監視した場合であっても、切換スイッチの実際の動作を確認したことにはならない。例えば切換スイッチにサイリスタ等のスイッチング素子を用いた場合、スイッチング素子がノイズによって誤点弧又は誤消弧したり、故障によって短絡又は開放となったりすることがあり、目標とするタップ切換が正常に行えないことがあった。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、切換スイッチによってタップが正常に切り換わったことが確認可能な負荷時タップ切換器、負荷時タップ切換変圧器及び電圧調整装置を提供することにある。

本発明の一態様に係る負荷時タップ切換器は、タップ付変圧器の二次巻線が有する複数のタップを切り換えるための複数の切換スイッチを備える負荷時タップ切換器であって、前記複数の切換スイッチをオン／オフして前記複数のタップを切り換える制御部と、前記タップ付変圧器の一次巻線に印加される電圧を検出する第１電圧検出部と、前記制御部が切り換えたタップから出力される前記タップ付変圧器の二次巻線の電圧を検出する第２電圧検出部とを備え、前記制御部は、切り換えたタップに応じた前記タップ付変圧器の巻数比と、前記第２電圧検出部の検出結果に対する前記第１電圧検出部の検出結果の比である前記タップ付変圧器の変圧比との比較結果に基づいて、前記切換スイッチの異常を検出する。

本態様にあっては、制御部が複数の切換スイッチをオン／オフすることにより、タップ付変圧器の二次巻線が有する複数のタップがタップ切換される。タップ切換に応じて、タップ付変圧器の巻数比が定まる。タップ付変圧器について、切り換えたタップから出力される二次巻線の電圧に対する一次巻線の電圧の比が変圧比であり、巻数比と変圧比との比較結果に基づいて切換スイッチの異常を検出する。これにより、切換スイッチによってタップが正常に切り換わったことが確認される。

本発明の一態様に係る負荷時タップ切換器は、前記制御部は、前記巻数比に対する前記変圧比の比が所定の閾値範囲内にない場合に異常を検出する。

本態様にあっては、巻数比に対する変圧比の比が、正常であれば１に限りなく近いのに対し、例えば１を中央とする所定の閾値範囲の上限より大きいか又は下限より小さい場合に異常を検出する。

本発明の一態様に係る負荷時タップ切換器は、前記複数の切換スイッチのそれぞれは、逆並列に接続されたサイリスタの組を含んで構成されている。

本態様にあっては、単一方向に導通するサイリスタを逆並列に接続したサイリスタの組合せが、切換スイッチに含まれている。これにより、汎用的なサイリスタで構成された切換スイッチが、双方向に導通可能となり、タップの選択／非選択の切り換え又はタップの接続先の切り換えに用いられる。

本発明の一態様に係る負荷時タップ切換器は、前記制御部は、前記異常を検出した場合、少なくとも前記タップを切り換えるためにオンした切換スイッチをオフにして該切換スイッチのオンを禁止する。

本態様にあっては、異常が検出された場合にオンしている切換スイッチをオフにし、他の異常を検出していない切換スイッチはオフにするか又は継続的に使用可とする。これにより、少なくとも異常の原因である可能性がある切換スイッチを使用不可とするため、故障の波及が防止される。

本発明の一態様に係る負荷時タップ切換変圧器は、上述の負荷時タップ切換器と、前記タップ付変圧器とを備える。

本態様にあっては、タップ付変圧器のタップを負荷時タップ切換器（OLTC：On-Load Tap Changer ）が切り換える。従って、切換スイッチによってタップが正常に切り換わったことが確認可能な負荷時タップ切換器を、負荷時タップ切換変圧器（LRT：Load Ratio control Transformer ）に適用することができる。

本発明の一態様に係る電圧調整装置は、三相の交流電圧を電源から負荷に配電する配電線に二次巻線が直列に接続される直列変圧器と、請求項５に記載の負荷時タップ切換変圧器とを備える電圧調整装置であって、前記負荷時タップ切換変圧器は、前記配電線における前記直列変圧器の接続位置よりも前記負荷側の位置に一次巻線が並列に接続され、前記直列変圧器は、前記負荷時タップ切換変圧器が備える負荷時タップ切換器が切り換えたタップに一次巻線が接続されている。

本態様にあっては、直列変圧器の二次巻線が配電線に直列接続され、負荷時タップ切換変圧器の一次巻線が配電線に並列接続される。そして、負荷時タップ切換変圧器における負荷時タップ切換器の出力が直列変圧器の一次巻線に接続される。即ち、負荷時タップ切換変圧器のタップを切り換えることにより、配電線の電圧が調整される。従って、切換スイッチによってタップが正常に切り換わったことが確認可能な負荷時タップ切換器を備える負荷時タップ切換変圧器を、電圧調整装置（TVR：Thyristor type Step Voltage Regulator ）に適用することができる。

本発明によれば、三相の電圧の大小関係に関わらず、Ｖ０の発生を抑制して三相の電圧を調整することが可能となる。

実施形態に係る電圧調整装置の構成例を示すブロック図である。 切換スイッチの構成例を示す回路図である。 ＯＵ相について、タップ位置とオンにする切換スイッチとの関係を示す図表である。 調整変圧器の二次巻線に誘起する電圧と直列変圧器の一次巻線に印加される電圧との関係を示す説明図である。 実施形態に係る電圧調整装置で配電線の電圧を調整する制御部の処理手順を示すフローチャートである。

以下、本発明をその実施形態を示す図面に基づいて詳述する。
（実施形態）
図１は、実施形態に係る電圧調整装置１００の構成例を示すブロック図である。電圧調整装置１００は、紙面左側の電源から供給されるＵ相，Ｖ相，Ｗ相の交流電圧を調整し、紙面右側の負荷へ、配電線１ｕ，１ｖ，１ｗを介してｕ相，ｖ相，ｗ相の交流電圧を配電する。

電圧調整装置１００は、配電線１ｕ，１ｖ，１ｗそれぞれに二次巻線１１２，１２２，１３２が直列に接続される直列変圧器１と、配電線１ｕ，１ｖ，１ｗに一次巻線２１１，２２１，２３１がΔ結線される調整変圧器２（タップ付変圧器に相当）とを備える。電圧調整装置１００は、更に、調整変圧器２の二次巻線２１２，２２２，２３２及び直列変圧器１の一次巻線１１１，１２１，１３１の間に設けられたタップ切換器３（負荷時タップ切換器に相当）を備える。タップ切換器３及び調整変圧器２が、負荷時タップ切換変圧器２００を構成する。

直列変圧器１は、二次巻線１１２，１２２，１３２それぞれに一次巻線１１１，１２１，１３１が対応している。一次巻線１１１，１２１，１３１はΔ結線されている。二次巻線１１２，１２２，１３２それぞれの上記負荷側の端子に対応する一次巻線１１１，１２１，１３１の端子をｕ１，ｖ１，ｗ１とする。また、二次巻線１１２，１２２，１３２それぞれの上記電源側の端子に対応する一次巻線１１１，１２１，１３１の端子をｕ２，ｖ２，ｗ２とする。

調整変圧器２は、一次巻線２１１が配電線１ｕ，１ｖ間に、一次巻線２２１が配電線１ｖ，１ｗ間に、一次巻線２３１が配電線１ｗ，１ｕ間にそれぞれ接続されている。一次巻線２１１，２２１，２３１のそれぞれには、二次巻線２１２，２２２，２３２が対応している。

二次巻線２１２，２２２，２３２のそれぞれは、一端及び他端から引き出されたタップｔ１及びｔ４と，一端及び他端の間から引き出された中間のタップｔ２及びｔ３とを有する。二次巻線２１２，２２２，２３２のそれぞれは、タップｔ１～ｔ４の何れか１つがタップ切換器３を介して直列変圧器１の一次側の端子ｕ２，ｖ２，ｗ２と、端子ｖ１，ｗ１，ｕ１とに接続され、他の何れか１つが中性点Ｎとしてアースに接続される。即ち、調整変圧器２の二次巻線２１２，２２２，２３２は、タップ切換器３を介してＹ結線される。

調整変圧器２の一次巻線２１１，２２１，２３１に印加される電圧を計測するために、配電線１ｕ，１ｖ、１ｗには計測用変圧器ＰＴ１，ＰＴ２がＶ結線されている。即ち、配電線１ｕ及び１ｖ間には計測用変圧器ＰＴ１の一次巻線が接続されており、配電線１ｖ及び１ｗ間には計測用変圧器ＰＴ２の一次巻線が接続されている。例えば計測用変圧器ＰＴ１及びＰＴ２の二次巻線をΔ結線の三相平衡回路と見做し、後述する制御部３１が三相分の計測電圧を取得することにより、一次巻線２１１，２２１，２３１に印加される電圧が検出される。タップ切換器３が計測用変圧器ＰＴ１，ＰＴ２を有してもよい。

タップ切換器３は、調整変圧器２の二次巻線２１２のタップｔ１～ｔ４を切り換えるための８つの切換スイッチＴｈＡ＿Ｕ，ＴｈＢ＿Ｕ，ＴｈＣ＿Ｕ，ＴｈＤ＿Ｕ，Ｔｈ１＿Ｕ，Ｔｈ２＿Ｕ，Ｔｈ３＿Ｕ，Ｔｈ４＿Ｕと、二次巻線２２２のタップｔ１～ｔ４を切り換えるための８つの切換スイッチＴｈＡ＿Ｖ，ＴｈＢ＿Ｖ，ＴｈＣ＿Ｖ，ＴｈＤ＿Ｖ，Ｔｈ１＿Ｖ，Ｔｈ２＿Ｖ，Ｔｈ３＿Ｖ，Ｔｈ４＿Ｖと、二次巻線２３２のタップｔ１～ｔ４を切り換えるための８つの切換スイッチＴｈＡ＿Ｗ，ＴｈＢ＿Ｗ，ＴｈＣ＿Ｗ，ＴｈＤ＿Ｗ，Ｔｈ１＿Ｗ，Ｔｈ２＿Ｗ，Ｔｈ３＿Ｗ，Ｔｈ４＿Ｗとを有する。

タップ切換器３は、更に、上記各切換スイッチの切り換えを制御する制御部３１と、制御部３１からの駆動信号に基づいて各切換スイッチをオンに駆動する駆動部３２とを有する。制御部３１には、計測用変圧器ＰＴ１，ＰＴ２の二次巻線、及び後述する計測用変圧器ＰＴ３，ＰＴ４，ＰＴ５の二次巻線が接続されている。制御部３１と各計測用変圧器との接続、及び駆動部３２と各切換スイッチとの接続は、図示を省略する。

制御部３１は、不図示のＣＰＵ（Central Processing Unit ）を有し、予めＲＯＭ（Read Only Memory ）に記憶された制御プログラムに従って、電圧の調整を制御する。一時的に発生した情報はＲＡＭ（Random Access Memory ）に記憶される。

二次巻線２１２のタップｔ１は、保護用のヒューズ（不図示：以下同様）を介して切換スイッチＴｈＡ＿Ｕ及びＴｈ１＿Ｕの一端に接続され、タップｔ２は、ヒューズを介して切換スイッチＴｈＢ＿Ｕ及びＴｈ２＿Ｕの一端に接続され、タップｔ３は、ヒューズを介して切換スイッチＴｈＣ＿Ｕ及びＴｈ３＿Ｕの一端に接続され、タップｔ４は、切換スイッチＴｈＤ＿Ｕ及びＴｈ４＿Ｕの一端に接続されている。切換スイッチＴｈＡ＿Ｕ，ＴｈＢ＿Ｕ，ＴｈＣ＿Ｕ，ＴｈＤ＿Ｕの他端同士は、中性点Ｎに接続されている。切換スイッチＴｈ１＿Ｕ，Ｔｈ２＿Ｕ，Ｔｈ３＿Ｕ，Ｔｈ４＿Ｕの他端同士は、接続線３ｕを介して直列変圧器１の一次側の端子ｕ２及びｖ１に接続されている。接続線３ｕは、タップ切換器３からＵ相の交流電圧を出力するものであり、その位相をＯＵと表す。

二次巻線２２２のタップｔ１は、ヒューズを介して切換スイッチＴｈＡ＿Ｖ及びＴｈ１＿Ｖの一端に接続され、タップｔ２は、ヒューズを介して切換スイッチＴｈＢ＿Ｖ及びＴｈ２＿Ｖの一端に接続され、タップｔ３は、ヒューズを介して切換スイッチＴｈＣ＿Ｖ及びＴｈ３＿Ｖの一端に接続され、タップｔ４は、切換スイッチＴｈＤ＿Ｖ及びＴｈ４＿Ｖの一端に接続されている。切換スイッチＴｈＡ＿Ｖ，ＴｈＢ＿Ｖ，ＴｈＣ＿Ｖ，ＴｈＤ＿Ｖの他端同士は、中性点Ｎに接続されている。切換スイッチＴｈ１＿Ｖ，Ｔｈ２＿Ｖ，Ｔｈ３＿Ｖ，Ｔｈ４＿Ｖの他端同士は、接続線３ｖを介して直列変圧器１の一次側の端子ｖ２及びｗ１に接続されている。接続線３ｖは、タップ切換器３からＶ相の交流電圧を出力するものであり、その位相をＯＶと表す。

二次巻線２３２のタップｔ１は、ヒューズを介して切換スイッチＴｈＡ＿Ｗ及びＴｈ１＿Ｗの一端に接続され、タップｔ２は、ヒューズを介して切換スイッチＴｈＢ＿Ｗ及びＴｈ２＿Ｗの一端に接続され、タップｔ３は、ヒューズを介して切換スイッチＴｈＣ＿Ｗ及びＴｈ３＿Ｗの一端に接続され、タップｔ４は、切換スイッチＴｈＤ＿Ｗ及びＴｈ４＿Ｗの一端に接続されている。切換スイッチＴｈＡ＿Ｗ，ＴｈＢ＿Ｗ，ＴｈＣ＿Ｗ，ＴｈＤ＿Ｗの他端同士は、中性点Ｎに接続されている。切換スイッチＴｈ１＿Ｗ，Ｔｈ２＿Ｗ，Ｔｈ３＿Ｗ，Ｔｈ４＿Ｗの他端同士は、接続線３ｗを介して直列変圧器１の一次側の端子ｗ２及びｕ１に接続されている。接続線３ｗは、タップ切換器３からＷ相の交流電圧を出力するものであり、その位相をＯＷと表す。

接続線３ｕ及び３ｖ間には、限流抵抗器Ｒ＿ＵＶ及び矯絡用スイッチＴｈＳ＿ＵＶの直列回路と、電磁接触器ＭＣ＿ＵＶとが並列に接続されている。接続線３ｖ及び３ｗ間には、限流抵抗器Ｒ＿ＶＷ及び矯絡用スイッチＴｈＳ＿ＶＷの直列回路と、電磁接触器ＭＣ＿ＶＷとが並列に接続されている。

矯絡用スイッチＴｈＳ＿ＵＶは、二次巻線２１２又は２２２のタップｔ１～ｔ４を切り換える過程で、限流抵抗器Ｒ＿ＵＶを介してタップ間を矯絡させておくために、タップ間への限流抵抗器Ｒ＿ＵＶの接続及び切り離しを行うためのものである。矯絡用スイッチＴｈＳ＿ＶＷは、二次巻線２２２又は２３２のタップｔ１～ｔ４を切り換える過程で、限流抵抗器Ｒ＿ＶＷを介してタップ間を矯絡させておくために、タップ間への限流抵抗器Ｒ＿ＶＷの接続及び切り離しを行うためのものである。電磁接触器ＭＣ＿ＵＶ及びＭＣ＿ＶＷは、過電流が検出されて全ての切換スイッチがオフされる場合、又はタップ切換器３の運用が停止される場合に、直列変圧器１の一次側の端子ｕ１，ｕ２間、端子ｖ１，ｖ２間及び端子ｗ１，ｗ２間を矯絡して、開放状態にしないようにするためのものである。

切り換えられたタップから出力される二次巻線２１２，２２２，２３２の電圧を計測するために、接続線３ｕ，３ｖ、３ｗには計測用変圧器ＰＴ３，ＰＴ４，ＰＴ５がＹ結線されている。即ち、接続線３ｕ及びアース間には、計測用変圧器ＰＴ３の一次巻線が接続されており、接続線３ｖ及びアース間には、計測用変圧器ＰＴ４の一次巻線が接続されており、接続線３ｗ及びアース間には、計測用変圧器ＰＴ５の一次巻線が接続されている。計測用変圧器ＰＴ３，ＰＴ４，ＰＴ５の二次巻線は、Ｙ結線されて制御部３１に接続されている。制御部３１が計測用変圧器ＰＴ３，ＰＴ４，ＰＴ５の二次巻線からＯＵ，ＯＶ，ＯＷ三相分の計測電圧を取得することにより、タップ切換された二次巻線２１２，２２２，２３２の電圧が検出される。タップ切換器３が計測用変圧器ＰＴ３，ＰＴ４，ＰＴ５を有してもよい。

次に、各スイッチの構成を、切換スイッチＴｈＡ＿Ｕを例として説明する。他の切換スイッチ及び矯絡用スイッチについても同様である。図２は、切換スイッチＴｈＡ＿Ｕの構成例を示す回路図である。切換スイッチＴｈＡ＿Ｕは、アノードからカソードへ一方向に導通するサイリスタＴｈＡａ＿Ｕ及びＴｈＡｂ＿Ｕを逆並列に接続してなる。サイリスタＴｈＡａ＿Ｕのアノード及びサイリスタＴｈＡｂ＿Ｕのカソードは、中性点Ｎに接続されている。サイリスタＴｈＡａ＿Ｕのカソード及びサイリスタＴｈＡｂ＿Ｕのアノードは、調整変圧器２の二次巻線２１２のタップｔ１に接続されている。サイリスタＴｈＡａ＿Ｕ及びＴｈＡｂ＿Ｕのゲートは、駆動部３２に接続されている。駆動部３２からトリガ信号が各サイリスタのゲートに印加された場合、切換スイッチＴｈＡ＿Ｕは双方向に導通する。切換スイッチＴｈＡ＿Ｕを１つのトライアックで構成してもよい。

次に、オンにする切換スイッチの組合せについて説明する。図３は、ＯＵ相について、タップ位置とオンにする切換スイッチとの関係を示す図表である。他のＯＶ相，ＯＷ相についても、ＵをＶ，Ｗに読み替えた同様の図表が示される。以下では、主にＯＵ相を例にして説明するが、ＯＶ相及びＯＷ相についても同様の説明が成り立つ。

切換スイッチの組合せは１３通りあり、これらの組合せをタップ１からタップ１３までのタップ位置で表す。例えば、タップ位置をタップ１にした場合、切換スイッチＴｈＤ＿Ｕ及びＴｈ１＿Ｕがオンする。これにより、二次巻線２１２のタップｔ１が接続線３ｕに接続され、タップｔ４が中性点Ｎに接続される。この場合、タップｔ１及びｔ４間の巻数が二次巻線２１２の巻数に等しくなり、ＯＵ相の相電圧の大きさが最大となる。

タップ２からタップ６までについては、タップ間の巻数が５段階に少なくなるようなタップの組合せに応じて、２つのタップを接続線３ｕ及び中性点Ｎに接続する切換スイッチが決まる。例えば、タップ位置をタップ６にした場合、切換スイッチＴｈＤ＿Ｕ及びＴｈ３＿Ｕがオンする。これにより、二次巻線２１２のタップｔ３が接続線３ｕに接続され、タップｔ４が中性点Ｎに接続される。この場合、タップｔ３及びｔ４間の巻数が０を除いて最小となり、ＯＵ相の相電圧の大きさが０を除いて最小となる。

タップ位置をタップ７にした場合、切換スイッチＴｈＤ＿Ｕ及びＴｈ４＿Ｕがオンする。これにより、二次巻線２１２のタップｔ４が接続線３ｕに接続され、同じタップｔ４が中性点Ｎに接続される。この場合、タップｔ４及びｔ４間の巻数が０となり、ＯＵ相の相電圧が０となる。これが、いわゆる素通しタップである。

タップ８からタップ１２までについては、タップ間の巻数が５段階に多くなるようなタップの組合せに応じて、２つのタップを接続線３ｕ及び中性点Ｎに接続する切換スイッチが決まる。例えば、タップ位置をタップ８にした場合、切換スイッチＴｈＣ＿Ｕ及びＴｈ４＿Ｕがオンする。これにより、二次巻線２１２のタップｔ４が接続線３ｕに接続され、タップｔ３が中性点Ｎに接続される。この場合、タップｔ３及びｔ４間の巻数が０を除いて最小となり、ＯＵ相の相電圧の大きさが０を除いて最小となる。但し、タップ６の場合と比較して、ＯＵ相の相電圧の位相が反転する。

タップ位置をタップ１３にした場合、切換スイッチＴｈＡ＿Ｕ及びＴｈ４＿Ｕがオンする。これにより、二次巻線２１２のタップｔ４が接続線３ｕに接続され、タップｔ１が中性点Ｎに接続される。この場合、タップｔ１及びｔ４間の巻数が二次巻線２１２の巻数に等しくなり、ＯＵ相の相電圧の大きさが最大となる。但し、タップ１の場合と比較して、ＯＵ相の相電圧の位相が反転する。

前述のとおり、タップ切換によって接続線３ｕ及び中性点Ｎに接続される２つのタップに係るタップ間の巻数は、タップ位置に応じて決まる、換言すれば、タップ位置に応じて、調整変圧器２の巻数比が決まる。ここで言う巻数比は、タップ切換によって接続線３ｕ及び中性点Ｎに接続される２つのタップに係るタップ間の巻数に対する一次巻線２１１の巻数の比である。そこで、図３に示すように、タップ１からタップ１３までのタップ位置と、ＮＴ＿Ｕ１からＮＴ＿Ｕ１３までの巻数比とを対応付けておく。但し、タップ位置がタップ７の場合、上記の定義による巻数比の算出は不能となるから、タップ位置と巻数比との対応付けは行わない。ＮＴ＿Ｕ１からＮＴ＿Ｕ１３までの総称をＮＴ＿Ｕとする。

本実施形態にあっては、図３に示すタップ位置と、オンにする切換スイッチ及び巻数比とを対応付けたテーブルが、制御部３１のＲＯＭに予め記憶されている。タップ位置を上げ下げする毎にこのテーブルを参照して、オンにすべき切換スイッチを示す情報と巻数比とを読み出すことにより、タップ切換の処理と、後述する異常判定処理とが容易に行える。

次に、電源側からのＵ相，Ｖ相，Ｗ相の交流電圧に加算又は減算される電圧について説明する。図４は、調整変圧器２の二次巻線２１２，２２２，２３２に誘起する電圧と直列変圧器１の一次巻線１１１，１２１，１３１に印加される電圧との関係を示す説明図である。調整変圧器２の二次巻線２１２は、切換スイッチＴｈ１＿Ｕ，Ｔｈ２＿Ｕ，Ｔｈ３＿Ｕ，Ｔｈ４＿Ｕの何れかがオンすることによって、何れかのタップが接続線３ｕに接続され、切換スイッチＴｈＡ＿Ｕ，ＴｈＢ＿Ｕ，ＴｈＣ＿Ｕ，ＴｈＤ＿Ｕの何れかがオンすることによって、他の何れかのタップが中性点Ｎに接続される。調整変圧器２の二次巻線２２２，２３２についても、ＵをＶ，Ｗに読み替えることによって同様のことが言える。

図３を用いて説明したように、タップ位置がタップ１からタップ６までの何れかである場合と、タップ位置がタップ８からタップ１３までの何れかである場合とでは、ＯＵ相の相電圧の位相が互いに反転する。ここでは、タップ位置がタップ１からタップ６までの間にある場合について説明する。調整変圧器２は、一次巻線２１１，２２１，２３１がΔ結線され、二次巻線２１２，２２２，２３２がタップ切換器３を介してＹ結線されているから、接続線３ｕ，３ｖ，３ｗにおけるＯＵ相，ＯＶ相，ＯＷ相それぞれの位相は、破線で示すような配電線１ｕ，１ｖ，１ｗにおけるｕ相，ｖ相，ｗ相の位相に対して３０度だけ進んでいる。

一方、直列変圧器１の一次巻線１２１には、ＯＵ相及びＯＶ相の相間電圧であるＶ＿ＵＶが、端子ｖ２からｖ１への向きに印加される。同様に、一次巻線１３１には、ＯＶ相及びＯＷ相の相間の電圧であるＶ＿ＶＷが、端子ｗ２からｗ１への向きに印加され、一次巻線１１１には、ＯＷ相及びＯＵ相の相間の電圧であるＶ＿ＷＵが、端子ｕ２からｕ１への向きに印加される。

ここで図１に戻って、例えば直列変圧器１の一次巻線１２１及び二次巻線１２２に着目する。上記のとおり、一次巻線１２１の端子ｖ１，ｖ２間には、端子ｖ２からｖ１への向きに紙面上で右向きの電圧Ｖ＿ＵＶが印加される。この場合、Ｖ＿ＵＶに対応して二次巻線１２２に誘起する電圧も、紙面上で右向きの電圧となる。従って、電源側からのＶ相の交流電圧に対して電圧Ｖ＿ＵＶが加算された電圧が、負荷側に供給される。

一方、電圧Ｖ＿ＵＶは、図４に破線で示すｖ相の相電圧とは逆位相の電圧である。即ち、Ｖ相の交流電圧に対して、ｖ相の交流電圧とは逆位相の電圧Ｖ＿ＵＶが加算されるから、ｖ相の交流電圧とは同位相の電圧が減算されることとなる。換言すれば、電源側からのＶ相の交流電圧が降圧されて、負荷側にｖ相の交流電圧が供給される。タップ位置のタップ番号を１から６まで上げるに連れて、降圧される電圧の絶対値が順次小さくなり、タップ７（素通し）にて降圧される電圧が０となる。その後、更にタップ位置のタップ番号を上げるに連れて、電源側からのＶ相の交流電圧が順次昇圧されて負荷側に供給されるようになる。

以上のとおり、タップ位置をタップ１からタップ１３まで切り換えることにより、電源側からのＵ相，Ｖ相，Ｗ相の交流電圧を降圧した電圧から昇圧した電圧まで段階的に調整して、ｕ相，ｖ相，ｗ相の交流電圧とすることができる。制御部３１は、計測用変圧器ＰＴ１及びＰＴ２により、ｕ相，ｖ相，ｗ相の線間電圧を検出し、検出した電圧が不感帯を逸脱した場合に、タップ位置を上げ下げすることによって、ｕ相，ｖ相，ｗ相の線間電圧が不感帯の範囲内に入るように調整する。本実施形態では、二次巻線２１２，２２２，２３２それぞれについてタップ位置が同じとなるように調整するが、それぞれのタップ位置を独立して切り換えることにより、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の交流電圧の不平衡を改善することもできる。

制御部３１は、タップ位置を切り換えた場合、切り換えが正常に行われたか否かを判定し、正常に行われていないと判定したときに異常を検出する。具体的には、タップ切換の都度、制御部３１は、計測用変圧器ＰＴ１～ＰＴ５の計測結果を取得して調整変圧器２の変圧比を算出し、算出した変圧比と、その時のタップ位置に応じた巻数比との比較結果に基づいて、切換スイッチが正常に動作したか否かを判定する。より具体的には、巻数比に対する変圧比の比が、１を中心とする所定の閾値範囲内にない場合に、切換スイッチの異常が検出される。

前述したように、計測用変圧器ＰＴ１及びＰＴ２の二次巻線から計測電圧を取得することにより、調整変圧器２の一次巻線２１１，２２１，２３１に印加される電圧が検出される。それぞれの巻線について検出された電圧をＶ１＿ＵＶ，Ｖ１＿ＶＷ，Ｖ１＿ＷＵとする。また、計測用変圧器ＰＴ３，ＰＴ４，ＰＴ５の二次巻線から計測電圧を取得することにより、タップ切換された二次巻線２１２，２２２，２３２の電圧が検出される。それぞれの巻線について検出された電圧をＶ２＿Ｕ，Ｖ２＿Ｖ，Ｖ２＿Ｗとする。ＯＵ相，ＯＶ相，ＯＷ相それぞれに係る調整変圧器２の変圧比ＮＶ＿Ｕ，ＮＶ＿Ｖ，ＮＶ＿Ｗは、以下の式（１），（２），（３）によって算出される。

ＮＶ＿Ｕ＝Ｖ１＿ＵＶ／Ｖ２＿Ｕ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１）
ＮＶ＿Ｖ＝Ｖ１＿ＶＷ／Ｖ２＿Ｖ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（２）
ＮＶ＿Ｗ＝Ｖ１＿ＷＵ／Ｖ２＿Ｗ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（３）

一方、調整変圧器２の一次巻線２１１及び二次巻線２１２の巻数比ＮＴ＿Ｕ１～ＮＴ＿Ｕ６，ＮＴ＿Ｕ８～ＮＴ＿Ｕ１３は、前述したように制御部３１のＲＯＭに記憶されているテーブルから読み出すことができる。一次巻線２２１及び二次巻線２２２の巻数比並びに一次巻線２３１及び二次巻線２３２の巻数比についても同様である。

タップ切換が正常に行われている限り、式（１）～（３）によって算出される各相の変圧比と、現在のタップ位置に応じて上記テーブルからそれぞれの相について読み出される巻数比とは、略同一値になる。従って、巻数比に対する変圧比の比が略１に等しいか否かによって、タップ切換が正常に行われたか否かを判定することができる。ＯＵ相，ＯＶ相，ＯＷ相それぞれに係る巻数比に対する変圧比の比Ｒ＿Ｕ，Ｒ＿Ｖ，Ｒ＿Ｗは、以下の式（４），（５），（６）によって算出される。

Ｒ＿Ｕ＝ＮＶ＿Ｕ／ＮＴ＿Ｕ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（４）
Ｒ＿Ｖ＝ＮＶ＿Ｖ／ＮＴ＿Ｖ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（５）
Ｒ＿Ｗ＝ＮＶ＿Ｗ／ＮＴ＿Ｗ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（６）

本実施形態では、Ｒ＿Ｕ，Ｒ＿Ｖ，Ｒ＿Ｗが０．９５から１．０５の閾値範囲内にある場合に、タップ切換が正常に行われたと判定する。閾値範囲は、０．９５から１．０５に限定されず、より狭い範囲又はより広い範囲であってもよい。また、Ｒ＿Ｕ，Ｒ＿Ｖ，Ｒ＿Ｗそれぞれの逆数（即ち変圧比に対する巻数比の比）が所定の閾値範囲内にあるか否かを判定するようにしてもよい。

Ｒ＿Ｕ，Ｒ＿Ｖ，Ｒ＿Ｗが０．９５から１．０５の閾値範囲内にない場合、タップ切換のためにオンしている切換スイッチを使用不可として登録し、以後のタップ切換に用いないようにする。その他の切換スイッチについては継続的に使用可としてもよいし、全ての切換スイッチを使用不可にして強制的にオフし、運用を停止するようにしてもよい。

以下では、上述した制御部３１の動作を、それを示すフローチャートを用いて説明する。図５は、タップ切換が正常に行われたか否かを判定する制御部３１の処理手順を示すフローチャートである。この処理手順は、タップ切換が完了する毎に起動され、制御部３１に含まれるＲＯＭに予め格納されている制御プログラムに従って、ＣＰＵにより実行される。図３に示す対応付けがＲＯＭに記憶されたテーブルについて、現在のタップ位置は、所定のポインタによってアクセスできるものとする。

図５の処理が起動された場合、ＣＰＵは、計測用変圧器ＰＴ１，ＰＴ２から計測電圧を取得することにより、調整変圧器２の一次巻線２１１，２２１，２３１の電圧Ｖ１＿ＵＶ，Ｖ１＿ＶＷ，Ｖ１＿ＷＵを検出する（Ｓ１１）。次いで、ＣＰＵは、計測用変圧器ＰＴ３，ＰＴ４，ＰＴ５から計測電圧を取得することにより、調整変圧器２のタップ切換された二次巻線２１２，２２２，２３２の電圧Ｖ２＿Ｕ，Ｖ２＿Ｖ，Ｖ２＿Ｗを検出する（Ｓ１２）。

その後、ＣＰＵは、ステップＳ１１及びＳ１２で検出した電圧を式（１）～（３）に代入して変圧比ＮＶ＿Ｕ，ＮＶ＿Ｖ，ＮＶ＿Ｗを算出する（Ｓ１３）。次いで、ＣＰＵは、所定のポインタによって、現在のタップ位置と、巻数比ＮＴ＿Ｕ，ＮＴ＿Ｖ，ＮＴ＿ＷとをＲＯＭに記憶されたテーブルから読み出す（Ｓ１４）。

その後、ＣＰＵは、読み出したタップ位置がタップ７であるか否かを判定する（Ｓ１５）。タップ位置がタップ７ではない場合（Ｓ１５：ＮＯ）、ＣＰＵは、ステップＳ１３で算出した変圧比と、ステップＳ１４で読み出した巻数比とを式（４）～（６）に代入して、巻数比に対する変圧比の比Ｒ＿Ｕ，Ｒ＿Ｖ，Ｒ＿Ｗを算出する（Ｓ１６）。

その後、ＣＰＵは、算出したＲ＿Ｕが０．９５から１．０５の範囲内にあるか否かを判定し（Ｓ１７）、当該範囲内にない場合（Ｓ１７：ＮＯ）、現在のタップ位置に応じたＯＵ相に係る切換スイッチを不使用登録して（Ｓ１８）図５の処理を終了する。ここで、現在のタップ位置に応じたＯＵ相に係る切換スイッチとは、所定のポインタによってＲＯＭに記憶されたテーブルにアクセスした際に、「オンにする切換スイッチ」として読み出される切換スイッチである（以下同様）。

一方、Ｒ＿Ｕが当該範囲内に有る場合（Ｓ１７：ＹＥＳ）、ＣＰＵは、算出したＲ＿Ｖが０．９５から１．０５の範囲内にあるか否かを判定し（Ｓ１９）、当該範囲内にない場合（Ｓ１９：ＮＯ）、現在のタップ位置に応じたＯＶ相に係る切換スイッチを不使用登録して（Ｓ２０）図５の処理を終了する。

同様に、Ｒ＿Ｖが当該範囲内に有る場合（Ｓ１９：ＹＥＳ）、ＣＰＵは、算出したＲ＿Ｗが０．９５から１．０５の範囲内にあるか否かを判定し（Ｓ２１）、当該範囲内にない場合（Ｓ２１：ＮＯ）、現在のタップ位置に応じたＯＷ相に係る切換スイッチを不使用登録して（Ｓ２２）図５の処理を終了する。一方、Ｒ＿Ｗが当該範囲内に有る場合（Ｓ２１：ＹＥＳ）、ＣＰＵは、切換スイッチについての不使用登録を行わずに図５の処理を終了する。

前述のステップＳ１５にてタップ位置がタップ７である場合（Ｓ１５：ＹＥＳ）、ＣＰＵは、ステップＳ１２で検出した二次巻線２３２の電圧Ｖ２＿Ｗが０であるか否かを判定し（Ｓ２３）、０ではない場合（Ｓ２３：ＮＯ）、即ち、タップ切換が正常に行われていない場合、切換スイッチを不使用登録するためにステップＳ２２に処理を移す。なお、ステップＳ２３における電圧Ｖ２＿Ｗに係る判定は、実質的に０であるか否かを判定する（以下同様）。

一方、Ｖ２＿Ｗが０である場合（Ｓ２３：ＹＥＳ）、ＣＰＵは、ステップＳ１２で検出した二次巻線２２２の電圧Ｖ２＿Ｖが０であるか否かを判定し（Ｓ２４）、０ではない場合（Ｓ２４：ＮＯ）、即ち、タップ切換が正常に行われていない場合、切換スイッチを不使用登録するためにステップＳ２０に処理を移す。

同様に、Ｖ２＿Ｖが０である場合（Ｓ２４：ＹＥＳ）、ＣＰＵは、ステップＳ１２で検出した二次巻線２１２の電圧Ｖ２＿Ｕが０であるか否かを判定し（Ｓ２５）、０ではない場合（Ｓ２５：ＮＯ）、即ち、タップ切換が正常に行われていない場合、切換スイッチを不使用登録するためにステップＳ１８に処理を移す。一方、Ｖ２＿Ｕが０である場合（Ｓ２５：ＹＥＳ）、ＣＰＵは、切換スイッチについての不使用登録を行わずに図５の処理を終了する。

なお、上述のフローチャートにあっては、ＯＵ相，ＯＶ相，ＯＷ相に係るタップ位置が同じであることを前提にしたが、各相についてタップ位置が異なる場合は、ステップＳ１５にて相毎にタップ位置の判定を行えばよい。

以上のように本実施形態によれば、制御部３１が切換スイッチＴｈ１／２／３／４＿Ｕ／Ｖ／Ｗ及びＴｈＡ／Ｂ／Ｃ／Ｄ＿Ｕ／Ｖ／Ｗをオン／オフすることにより、調整変圧器２の二次巻線２１２，２２２，２３２が有するタップｔ１～ｔ４がタップ切換される。但し「／」は「又は」を意味する。タップ切換に応じて、調整変圧器２の巻数比が定まる。調整変圧器２について、切り換えたタップから出力される二次巻線２１２，２２２，２３２の電圧に対する一次巻線２１１，２２１，２３１の電圧の比が変圧比であり、巻数比と変圧比との比較結果に基づいて切換スイッチの異常を検出する。従って、切換スイッチによってタップｔ１～ｔ４が正常に切り換わったことを確認することが可能となる。

また、実施形態によれば、巻数比に対する変圧比の比が、正常であれば１に限りなく近いのに対し、例えば０．９５から１．０５の閾値範囲の上限より大きいか又は下限より小さい場合に異常を検出することができる。

更に、実施形態によれば、単一方向に導通するサイリスタＴｈＡａ＿Ｕ及びＴｈＡｂ＿Ｕを逆並列に接続したサイリスタの組合せが、切換スイッチＴｈＡ＿Ｕに含まれている。他の切換スイッチについても同様である。これにより、汎用的なサイリスタで構成された切換スイッチＴｈ１／２／３／４＿Ｕ／Ｖ／Ｗ及びＴｈＡ／Ｂ／Ｃ／Ｄ＿Ｕ／Ｖ／Ｗを、双方向に導通可能にして、タップの選択／非選択の切り換え又はタップの接続先の切り換えに用いることができる。

更に、実施形態によれば、異常が検出された場合にオンしている切換スイッチをオフにし、他の異常を検出していない切換スイッチはオフにするか又は継続的に使用可とする。従って、少なくとも異常の原因である可能性がある切換スイッチを使用不可とするため、故障の波及を防止することができる。

更に、実施形態によれば、調整変圧器２のタップをタップ切換器３が切り換える。従って、切換スイッチによってタップが正常に切り換わったことが確認可能なタップ切換器３を、負荷時タップ切換変圧器２００に適用することができる。

更に、実施形態によれば、直列変圧器１の二次巻線１１２，１２２，１３２が配電線１ｕ，１ｖ，１ｗに直列接続され、調整変圧器２の一次巻線２１１，２２１，２３１が配電線１ｕ，１ｖ，１ｗに並列接続される。そして、負荷時タップ切換変圧器２００におけるタップ切換器３の出力が直列変圧器１の一次巻線１１１，１２１，１３１に接続される。即ち、負荷時タップ切換変圧器２００のタップを切り換えることにより、配電線１ｕ，１ｖ，１ｗの電圧が調整される。従って、切換スイッチによってタップが正常に切り換わったことが確認可能なタップ切換器３を備える負荷時タップ切換変圧器２００を、電圧調整装置１００に適用することができる。

今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。また、各実施形態で記載されている技術的特徴は、お互いに組み合わせることが可能である。

１ｕ、１ｖ、１ｗ 配電線
１００ 電圧調整装置
１ 直列変圧器
１１１，１２１、１３１ 一次巻線
１１２、１２２、１３２ 二次巻線
ｕ１、ｕ２、ｖ１、ｖ２、ｗ１、ｗ２ 端子
２００ 負荷時タップ切換変圧器
２ 調整変圧器
２１１、２２１、２３１ 一次巻線
２１２、２２２、２３２ 二次巻線
ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４ タップ
３ タップ切換器
３１ 制御部
３２ 駆動部
ＴｈＡ＿Ｕ／Ｖ／Ｗ、ＴｈＢ＿Ｕ／Ｖ／Ｗ、ＴｈＣ＿Ｕ／Ｖ／Ｗ、ＴｈＤ＿Ｕ／Ｖ／Ｗ、Ｔｈ１＿Ｕ／Ｖ／Ｗ、Ｔｈ２＿Ｕ／Ｖ／Ｗ、Ｔｈ３＿Ｕ／Ｖ／Ｗ、Ｔｈ４＿Ｕ／Ｖ／Ｗ 切換スイッチ
３ｕ、３ｖ、３ｗ 接続線
ＴｈＳ＿ＵＶ、ＴｈＳ＿ＶＷ 矯絡用スイッチ
Ｒ＿ＵＶ、Ｒ＿ＶＷ 限流抵抗器
ＭＣ＿ＵＶ、ＭＣ＿ＶＷ 電磁接触器
ＰＴ１、ＰＴ２、ＰＴ３、ＰＴ４、ＰＴ５ 計測用変圧器

Claims (6)

1. タップ付変圧器の二次巻線が有する複数のタップを切り換えるための複数の切換スイッチを備える負荷時タップ切換器であって、
   前記複数の切換スイッチをオン／オフして前記複数のタップを切り換える制御部と、
   前記タップ付変圧器の一次巻線に印加される電圧を検出する第１電圧検出部と、
   前記制御部が切り換えたタップから出力される前記タップ付変圧器の二次巻線の電圧を検出する第２電圧検出部と
   を備え、
   前記制御部は、切り換えたタップに応じた前記タップ付変圧器の巻数比と、前記第２電圧検出部の検出結果に対する前記第１電圧検出部の検出結果の比である前記タップ付変圧器の変圧比との比較結果に基づいて、前記切換スイッチの異常を検出する負荷時タップ切換器。
2. 前記制御部は、前記巻数比に対する前記変圧比の比が所定の閾値範囲内にない場合に異常を検出する請求項１に記載の負荷時タップ切換器。
3. 前記複数の切換スイッチのそれぞれは、逆並列に接続されたサイリスタの組を含んで構成されている請求項１又は請求項２に記載の負荷時タップ切換器。
4. 前記制御部は、前記異常を検出した場合、少なくとも前記タップを切り換えるためにオンした切換スイッチをオフにして該切換スイッチのオンを禁止する請求項３に記載の負荷時タップ切換器。
5. 請求項１から請求項４の何れか１項に記載の負荷時タップ切換器と、
   前記タップ付変圧器と
   を備える負荷時タップ切換変圧器。
6. 三相の交流電圧を電源から負荷に配電する配電線に二次巻線が直列に接続される直列変圧器と、請求項５に記載の負荷時タップ切換変圧器とを備える電圧調整装置であって、
   前記負荷時タップ切換変圧器は、前記配電線における前記直列変圧器の接続位置よりも前記負荷側の位置に一次巻線が並列に接続され、
   前記直列変圧器は、前記負荷時タップ切換変圧器における負荷時タップ切換器が切り換えたタップに一次巻線が接続されている電圧調整装置。

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