JP7842372B2 - 変電システム - Google Patents

Description

本発明の一態様は、変電システムに関する。

送電線から供給された電圧を変圧器によって変換する変電システムに関して、様々な構成が提案されている。例えば、下記の非特許文献１では、当該変圧器としてＰＶＴ（power voltage transformer）を用いることが開示されている。ＰＶＴは、ＳＳＶＴ（station service voltage transformer）とも称される。

"Inductive voltage transformers for auxiliary services power supply in substations. Design, specification and normative aspects and application example", E. REGIL and A. BURGOS, A3-111, CIGRE 2016, Paris, France.

変電システムにおいては、ＰＶＴの保護および監視のために複数のＣＴ（Current Transformer，変流器）が設けられる場合がある。そのような変電システムのコスト低減が望まれている。

本発明の一態様に係る変電システムは、一次側において電力系統の送電線から一次電圧を受電する一次巻線と、二次側において上記一次電圧よりも低い二次電圧を出力する二次巻線と、を有するＰＶＴと、上記ＰＶＴよりも上流、かつ、上記送電線よりも下流に位置している第１ＣＴと、上記一次巻線の一次接地側と接地端子とを接続する線路上に位置している第２ＣＴと、を備えている。

本発明の一態様によれば、従来よりも低コストな変電システムを実現できる。

実施形態１の変電システムの一構成例について説明するための図である。 比較例の変電システムの一構成例について説明するための図である。 実施形態１の変電システムにおける一次接地側端子の位置の例について説明するための図である。 実施形態２の変電システムの一構成例を示す図である。 実施形態２の変電システムの別の構成例を示す図である。 実施形態２の変電システムのさらに別の構成例を示す図である。 実施形態２の変電システムのさらに別の構成例を示す図である。

〔実施形態１〕
実施形態１の変電システム１について以下に説明する。説明の便宜上、実施形態１にて説明した構成要素（コンポーネント）と同じ機能を有する構成要素については、以降の各実施形態では同じ符号を付し、その説明を繰り返さない。簡潔化のため、公知の技術事項についても説明を適宜省略する。本明細書において述べる各構成要素、各材料、および各数値は、特に矛盾のない限りいずれも単なる一例である。それゆえ、例えば、特に矛盾のない限り、各構成要素の位置関係および接続関係は各図の例に限定されない。また、各図は必ずしもスケール通りに図示されていない。

（変電システム１の構成例）
図１は、変電システム１の一構成例について説明するための図である。図１では、変電システム１およびその周囲の構成が概略的に示されている。実施形態１の内容と関連性が低い図１における各構成要素については、説明を省略する。このことは、以降の各図についても同様である。

図１に示す通り、変電システム１は、電力系統における送電線ＰＬに接続されている。一例として、送電線ＰＬは、特別高圧送電線であってよい。図１では、３相３線式の送電線ＰＬが例示されている。図１では、送電線ＰＬのうちの１相（例：Ｔ相）と接続された変電システム１の単線結線図が模式的に示されている。

変電システム１は、ＰＶＴ１１を有している。ＰＶＴ１１は、従来の電力用変圧器に比べて小型の電源用計器用変圧器であるので、マイクロ変電所などの小型の変電設備に適している。そこで、実施形態１では、変電システム１がマイクロ変電所の内部に位置している場合を例示する。

ＰＶＴ１１は、一次巻線ＰＷと二次巻線ＳＷとを有している。一次巻線ＰＷは、変電システム１の一次側に位置している。一次巻線ＰＷは、送電線ＰＬから一次電圧を受電する。一次巻線ＰＷと二次巻線ＳＷとの巻数比は、一次電圧を、当該一次電圧よりも低い二次電圧へと変換できるように設定されている。

二次巻線ＳＷは、変電システム１の二次側に位置している。二次巻線ＳＷは、一次電圧に対応する二次電圧を出力する。二次巻線ＳＷは、不図示の負荷設備に接続されている。このように、ＰＶＴ１１によれば、一次電圧（例：特別高圧）を二次電圧（例：低圧）へと変換し、当該二次電圧を負荷設備に供給できる。

変電システム１は、第１ＣＴ１３および第２ＣＴ２１を有している。以下に述べる通り、第１ＣＴ１３の役割と第２ＣＴ２１の役割とは、相異している。

第１ＣＴ１３は、ＰＶＴ１１の保護のために、送電線ＰＬから一次巻線ＰＷに流れる一次電流を検出するためのＣＴである。このことから、図１に示す通り、第１ＣＴ１３は、ＰＶＴ１１よりも上流、かつ、送電線ＰＬよりも下流に位置している。

電力系統の事故時には、一次電流の定格値（例：数１０Ａ程度）を超えた事故電流（例：数１００Ａ～数万Ａ程度）が一次巻線ＰＷに流れるおそれがある。第１ＣＴ１３の変流比は、事故電流としての一次電流を、保護リレーに適したより小さい電流（例：数Ａ程度）に変換できるように設定されている。本明細書では、第１ＣＴ１３によって一次電流が変換されることにより得られた電流を保護判定用電流と称する。

第１ＣＴ１３は、保護判定用電流を保護リレーに供給する。保護リレーは、保護判定用電流に基づいて、送電線ＰＬとＰＶＴ１１（より具体的には、一次巻線ＰＷ）との接続状態を切り替える。図１の例では、第１ＣＴ１３よりも下流、かつ、ＰＶＴ１１よりも上流に、ＧＣＢ（gas insulated circuit breaker，ガス絶縁遮断器）が位置している。そこで、一例として、保護リレーは、保護判定用電流が所定の閾値以上となった場合に、ＧＣＢを動作させて、ＰＶＴ１１を送電線ＰＬから遮断してよい。これにより、ＰＶＴ１１を事故電流から保護できる。以上のことから、第１ＣＴ１３は、保護用ＣＴまたは大電流用ＣＴと称されてもよい。

第２ＣＴ２１は、第１ＣＴ１３とは異なり、電力系統の通常運転時に流れる一次電流（例：概ね１０Ａ以下）を測定するためのＣＴである。第２ＣＴ２１の変流比は、通常運転時の一次電流を、別の計測器（例：データロガー）に適したより小さい電流に変換できるように設定されている。本明細書では、第２ＣＴ２１によって一次電流が変換されることにより得られた電流を計測用電流と称する。第２ＣＴ２１は、計測用電流を計測器に供給する。このように、変電システム１では、第２ＣＴ２１による変換を通じて、計測器によって通常運転時の一次電流が監視される。以上のことから、第２ＣＴ２１は、計測用ＣＴまたは小電流用ＣＴと称されてもよい。

図１における符号Ｎは、一次巻線ＰＷの一次接地側に接続されている端子を表す。本明細書では、当該端子を一次接地側端子と称する。以下の説明では、一次接地側端子を指すための符号としてＮを用いる。一次巻線ＰＷの一次接地側は、任意の引出線（例：中性線）を用いて、一次巻線ＰＷから一次接地側端子Ｎへと引き出されていればよい。

図１における符号ｎは、二次巻線ＳＷの二次接地側に接続されている端子を表す。本明細書では、一次巻線ＰＷの一次接地側および一次接地側端子Ｎについて主に説明するため、二次巻線ＳＷの二次接地側についてはこれ以上の説明は行わない。

一般的な変電システムにおいて、変圧器の一次巻線の一次接地側は接地されている。そこで、図１の例では、一次接地側端子Ｎは、接地線１５を介して接地されている。そして、変電システム１では、第２ＣＴ２１は、一次巻線ＰＷの一次接地側と接地端子とを接続する線路上に位置している。

第１ＣＴ１３には、電力系統における送電線ＰＬから供給される高い電圧である一次電圧が印加される。したがって、第１ＣＴ１３としては、そのような高い電圧に耐えうる高耐圧ＣＴを使用する必要がある。それゆえ、第１ＣＴ１３のコストは比較的高い。その一方、後述する通り、第２ＣＴ２１は、高耐圧ＣＴでなくともよい。例えば、第２ＣＴ２１は、低耐圧ＣＴ（上述の高い電圧に耐えられない程度の耐圧性を有するＣＴ）であってもよい。

（比較例）
図２は、比較例としての変電システム１Ｒの一構成例について説明するための図である。図２は、図１と対になる図である。変電システム１Ｒは、従来の変電システムの例である。図２に示す通り、変電システム１Ｒは、図１の第２ＣＴ２１に替えて、第２ＣＴ１２を有している。

第２ＣＴ１２は、図１の第２ＣＴ２１と同じく、計測用ＣＴ（電力系統の通常運転時に流れる一次電流を測定するためのＣＴ）である。ただし、第２ＣＴ１２は、ＰＶＴ１１よりも上流、かつ、第１ＣＴ１３よりも下流に位置している。図２の例では、第２ＣＴ１２は、ＧＣＢよりも上流に位置している。

図２の変電システム１Ｒでは、ＰＶＴ１１よりも上流に位置している第２ＣＴ１２にも、一次電圧が印加される。それゆえ、変電システム１Ｒでは、第２ＣＴ１２についても、高耐圧ＣＴを使用する必要がある。このため、変電システム１Ｒでは、第２ＣＴ１２のコストも比較的高い。

また、第２ＣＴ１２は計測用ＣＴであるので、保護用ＣＴである第１ＣＴ１３に比べて、大電流に対する耐性が低いことが一般的である。このため、変電システム１Ｒでは、電力系統に事故が発生して事故電流が第２ＣＴ１２に流れた場合に、第２ＣＴ１２が破損するおそれがある。

（変電システム１の効果）
上述の通り、図１の変電システム１では、図２の変電システム１Ｒとは異なり、第２ＣＴ（図１の例では、第２ＣＴ２１）は、一次巻線ＰＷの一次接地側と接地端子とを接続する線路上に位置している。

したがって、変電システム１における一次電流は、
送電線ＰＬ→一次巻線ＰＷ→第２ＣＴ２１→大地
の順に流れる。言い換えれば、変電システム１の接続関係によれば、一次電流の経路を上記の通り設定できる。それゆえ、電力系統の通常運転時に流れる一次電流を第２ＣＴによって測定できる。

このため、図１の変電システム１では、図２の変電システム１Ｒとは異なり、第２ＣＴをＰＶＴ１１よりも上流に配置しなくともよい。その結果、変電システム１では、第２ＣＴとして高耐圧ＣＴを使用することが不要となる。したがって、比較的安価な低耐圧ＣＴを第２ＣＴとして使用することが可能となる。以上の通り、変電システム１によれば、複数のＣＴ（例：第１ＣＴおよび第２ＣＴ）を有する変電システムのコストを、従来よりも低減できる。

また、変電システム１では、図２の変電システム１Ｒとは異なり、第２ＣＴがＧＣＢよりも下流に位置している。このため、変電システム１では、電力系統に事故が発生した場合に、ＧＣＢによって第２ＣＴを事故電流から保護できる。したがって、変電システム１によれば、従来に比べて第２ＣＴをより安全に保護することも可能となる。

（補足）
変電システム１における二次電流（二次巻線ＳＷに流れる電流）は、負荷設備の電力需要に応じて決定される。したがって、例えば、変電システム１における二次電流は、変電システム１によって電力を供給すべき世帯数に応じて決定されうる。

従来の電力用変圧器を用いた大型の変電設備は、大規模世帯（例：数万世帯）に電力を供給するように設計されていることが一般的である。その一方、ＰＶＴを用いたマイクロ変電所は、例えば電力インフラの整備が進んでいない地域において、大型の変電設備を補完するための小型の変電設備である。したがって、ＰＶＴを用いたマイクロ変電所は、小規模世帯（例：数１００世帯）に電力を供給するように設計されていることが一般的である。

このため、マイクロ変電所における二次電流は、大型の変電設備の場合に比べて小さくなる。その結果、マイクロ変電所における一次電流も、大型の変電設備の場合に比べて小さくなる。例えば、上述の通り、マイクロ変電所における一次電流は、概ね１０Ａ以下である。その一方、大型の変電設備における一次電流は、数１００Ａ～数万Ａ程度となる。このことから、マイクロ変電所では、大型の変電設備の場合に比べて小さい一次電流を測定可能なＣＴを使用することが必要となる。

変電システム１によれば、大型の変電設備の場合に比べて小さい一次電流を測定可能なＣＴとして、第２ＣＴ２１を用いることができる。加えて、変電システム１によれば、第２ＣＴ２１をより安全に保護することもできる。このことから、変電システム１は、マイクロ変電所に適している。

（一次接地側端子の位置の例）
続いて、図３を参照し、変電システム１における一次接地側端子Ｎの位置についてより具体的に述べる。図３は、一次接地側端子Ｎの位置の例について説明するための図である。図３では、ＰＶＴ１１の内部構造およびその周辺の構成が模式的に示されている。図３では、二次巻線ＳＷに関する各部については図示を省略している。

図３に示す通り、ＰＶＴ１１は、絶縁容器３０および端子箱３４を有していてよい。絶縁容器３０は、ＰＶＴ１１の容器の一例である。端子箱３４は、ＰＶＴ１１の容器の別の例である。一次接地側端子Ｎは、ＰＶＴ１１の容器の内部に位置していてよい。

絶縁容器３０は、密閉容器であってよい。一例として、ＰＶＴ１１がガス絶縁タイプである場合、絶縁容器３０は、絶縁ガスを収容する圧力容器である。別の例として、ＰＶＴ１１が油絶縁タイプである場合、絶縁容器３０は、絶縁油を収容する容器であればよい。したがって、絶縁容器３０は、圧力容器でなくともよい。一次巻線ＰＷは、絶縁容器３０の内部に位置している。図３の符号３１および符号３２はそれぞれ、一次巻線ＰＷの高圧側（送電線側）および一次接地側を示す。

端子箱３４は、絶縁容器３０とは異なり、非密閉容器であってよい。一例として、端子箱３４は、開放可能部分を有する容器であってよい。端子箱３４は、低圧側においてＰＶＴ１１の各部とＰＶＴ１１以外の各部とを接続するための接続インターフェースである。端子箱３４には、不図示の二次巻線ＳＷを負荷設備に接続するための接続端子が設けられていてよい。

図３に示す通り、第２ＣＴ２１は、端子箱３４の内部に位置していてよい。第２ＣＴ２１を端子箱３４の内部に位置させることによって、第２ＣＴ２１のメンテナンスが容易となる。

一次接地側端子Ｎも、端子箱３４の内部に位置していてよい。図３の例では、一次巻線ＰＷの一次接地側３２は、密封端子３３を介して一次接地側端子Ｎへと引き出されている。一次接地側端子Ｎを端子箱３４の内部に位置させることにより、一次接地側端子Ｎのメンテナンスが容易となる。また、一次接地側端子Ｎを接地端子に接続する配線作業も容易となる。

ただし、当業者であれば明らかである通り、実施形態１における一次接地側端子Ｎの位置は、図３の例に限定されない。例えば、実施形態１における一次接地側端子Ｎは、絶縁容器３０の内部に位置していてもよい。

〔実施形態２〕
本発明の一態様に係る変電システムにおける一次巻線ＰＷの一次接地側は、第２ＣＴ２１と接続されていればよい。したがって、例えば、一次接地側端子Ｎと第２ＣＴ２１との位置関係は、実施形態１の例に限定されない。図４は、実施形態２における変電システムの一構成例を示す図である。図４は、図３と対になる図である。図４の変電システムを、変電システム２と称する。

図４に示す通り、一次接地側端子Ｎは、ＰＶＴ１１の容器の外部に位置していてもよい。図４の例における一次接地側端子Ｎは、別の非密閉容器によって覆われていてもよい。図４に示す通り、一次接地側端子Ｎを接地端子の近傍に位置させた場合にも、一次接地側端子Ｎを接地端子に接続する配線作業が容易となる。

図５は、実施形態２における変電システムの別の構成例を示す図である。図５の変電システムを、変電システム２Ａと称する。図５の例においても、一次接地側端子Ｎは、ＰＶＴ１１の容器の外部に位置している。変電システム２Ａは、ＰＶＴ１１に替えて、ＰＶＴ１１Ａを有している。ＰＶＴ１１Ａは、ＰＶＴ１１とは異なり、端子箱３４を有していない。このように、本発明の一態様に係るＰＶＴは、端子箱を必ずしも有していなくともよい。図５の例では、一次接地側端子Ｎおよび第２ＣＴ２１が、ＰＶＴ１１の容器の外部に位置している。

図６は、実施形態２における変電システムのさらに別の構成例を示す図である。図６の変電システムを、変電システム２Ｂと称する。変電システム２Ｂは、ＰＶＴ１１を有している。図６の例では、一次接地側端子Ｎは、端子箱３４の内部に位置している。その一方、第２ＣＴ２１は、ＰＶＴ１１の容器の外部に位置している。このように、本発明の一態様に係るＰＶＴが端子箱を有している場合であっても、第２ＣＴ２１が当該端子箱の外部に位置していてもよい。

図７は、実施形態２における変電システムのさらに別の構成例を示す図である。図７の変電システムを、変電システム２Ｃと称する。変電システム２Ｃは、ＰＶＴ１１を有している。図７の例では、一次接地側端子Ｎは、端子箱３４の内部に位置している。その一方、第２ＣＴ２１は、絶縁容器３０の内部に位置している。

〔変形例〕
上述の各実施形態では、各ＣＴとして貫通型ＣＴが例示されている。ただし、当業者であれば明らかである通り、本開示の一態様に係るＣＴは、巻線型ＣＴであってもよい。

〔まとめ〕
本発明の態様１に係る変電システムは、一次側において電力系統の送電線から一次電圧を受電する一次巻線と、二次側において上記一次電圧よりも低い二次電圧を出力する二次巻線と、を有するＰＶＴと、上記ＰＶＴよりも上流、かつ、上記送電線よりも下流に位置している第１ＣＴと、上記一次巻線の一次接地側と接地端子とを接続する線路上に位置している第２ＣＴと、を備えている、変電システム。

本発明の態様２に係る変電システムは、上記態様１において、上記一次巻線の一次接地側に接続されている一次接地側端子を備えていてよく、上記一次接地側端子は、上記ＰＶＴの容器の内部に位置していてよい。

本発明の態様３に係る変電システムでは、上記態様２において、上記ＰＶＴは、上記容器として端子箱を備えていてよく、上記一次接地側端子は、上記端子箱の内部に位置していてよい。

本発明の態様４に係る変電システムは、上記態様１において、上記一次巻線の一次接地側に接続されている一次接地側端子を備えていてよく、上記一次接地側端子は、上記ＰＶＴの容器の外部に位置していてよい。

本発明の態様５に係る変電システムでは、上記態様３または４において、上記ＰＶＴは、上記容器として端子箱を備えていてよく、上記第２ＣＴは、上記端子箱の内部に位置していてよい。

本発明の態様６に係る変電システムは、上記態様１から５のいずれか１つにおいて、マイクロ変電所の内部に位置していてよい。

〔付記事項〕
本発明の一態様は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の一態様の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

１、２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ 変電システム
１１ ＰＶＴ
１３ 第１ＣＴ
２１ 第２ＣＴ
３０ 絶縁容器（ＰＶＴの容器の例）
３２ 一次巻線の一次接地側
３４ 端子箱（ＰＶＴの容器の別の例）
ＰＷ 一次巻線
ＳＷ 二次巻線
Ｎ 一次接地側端子（一次巻線の一次接地側に接続されている端子）
ＰＬ 送電線

Claims (6)

1. 一次側において電力系統の送電線から一次電圧を受電する一次巻線と、二次側において上記一次電圧よりも低い二次電圧を出力する二次巻線と、を有するＰＶＴと、
   上記ＰＶＴよりも上流、かつ、上記送電線よりも下流に位置している第１ＣＴと、
   上記一次巻線の一次接地側と接地端子とを接続する線路上に位置している第２ＣＴと、を備えている、変電システム。
2. 上記一次巻線の一次接地側に接続されている一次接地側端子を備えており、
   上記一次接地側端子は、上記ＰＶＴの容器の内部に位置している、請求項１に記載の変電システム。
3. 上記ＰＶＴは、上記容器として端子箱を備えており、
   上記一次接地側端子は、上記端子箱の内部に位置している、請求項２に記載の変電システム。
4. 上記一次巻線の一次接地側に接続されている一次接地側端子を備えており、
   上記一次接地側端子は、上記ＰＶＴの容器の外部に位置している、請求項１に記載の変電システム。
5. 上記ＰＶＴは、上記容器として端子箱を備えており、
   上記第２ＣＴは、上記端子箱の内部に位置している、請求項３または４に記載の変電システム。
6. マイクロ変電所の内部に位置している、請求項１に記載の変電システム。