JPH0543734U - 直列式電圧変動対策装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電力系統において変動不均衡負荷による電圧
変動を抑制するために、電力系統各相にそれぞれ単相連
系トランスを直列に接続し、その２次側にそれぞれ電圧
型インバータを接続して前記電圧変動を抑制するように
しているが、３台の単相連系トランスを用いることはト
ランスの外形を大として、コスト高となるので、零相電
流を抑制できるような一台の三相トランスを用いる。 【構成】 三相５脚、または４脚鉄心の三つの主脚にそ
れぞれ各相コイルを巻いたトランスを用いる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、三相用直列式電圧補償装置を母線に連系させる場合に用いられるト ランスに改善を施した直列式電圧変動対策装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

図６に従来の三相用直列式電圧補償装置４を示す。補償対称母線Ｕ，Ｖ，Ｗに 補償対称負荷５があるものとし、その中間において、電車をはじめとする不均衡 変動負荷３があり、この変動負荷３による電圧変動を抑制する場合、この変動負 荷３と補償対称負荷５（以下負荷５という）との間で、各相母線Ｕ，Ｖ，ＷにＵ 相用単相連系トランス６′，Ｖ相用単相連系トランス７′，Ｗ相用単相連系トラ ンス８′の２次側を直列に接続し、各連系トランス６′，７′，８′の１次側に Ｕ相用単相電圧型インバータ６、Ｖ相用単相電圧型インバータ７，Ｗ相用単相電 圧型インバータ８（以下インバータ６，７，８という）を接続して構成されてい る。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

変動負荷３の負荷変動と配電線インピーダンス２により、負荷５の受電電圧が 変動するため、この変動量を検出し、これを補う電圧を３台のインバータ６，７ ，８により生成し、連系トランス６′，７′，８′を介して母線へ加え込む。こ の例によれば、動作上の欠点はないが、単相トランス３台を用いて母線と連系す るため、三相トランス１台を用いる場合に比べ、外形が大きく、コストも上るこ とになる。 本考案は３台の単相トランスにかえ、１台の三相トランスにより各インバータ よりの補償電圧出力が不均衡であっても、該三相トランスの改善により円滑に補 償電圧を出力することができるように構成した直列式電圧変動対策装置を得るこ とにあり、後述の三相トランス使用により、上記課題を解決するものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】 図１の（イ）は本考案の直列式電圧変動対策装置の構成を示し、同（ロ）はこ れに用いられる三相トランスの構造を示す。 図６と同符号は同一部分を示す。図６に示す構成と相違するところは、図１の （ロ）にその構造を示すような三相トランス９が単相の連系トランス６′，７′ ８′にかえて接続される点である。 （ロ）に示すように、この三相トランスは３つの主脚10，11，12を備える内鉄 心形トランスの主脚間に２つの副脚13，14を配して構成され、３つの主脚10，11 ，12には普通の三相トランスと同様に、１次コイル、２次コイルが各相ごとに巻 かれ、各コイルはオープンデルタ−デルタとされ、２次側は各相線に直列に、ま た１次側はそれぞれインバータに接続され、副脚13とヨーク15との接続は、主脚 10，11，12とヨーク15との接続と同様に磁性材（珪素鋼板）の方向性特性の劣り がないように磁性材を配し、一体に締めつけて構成される。

【０００５】 ３つの主脚の断面積Smは単相トランスの場合と同様、各相用電圧型インバータ の発生電圧V₁，１次側（インバータ側）巻数Ｎ，周波数ｆ、最大磁束密度Bmより 、次式で決定される。 Sm＝V₁／4.44・ ｆ・ Ｎ・Bm

【０００６】 一方、副脚１脚当りの断面積S_Sは、３台の電圧型インバータの発生する零相電 圧をVoとすると、次式で決定される。 ２S_S＝V₀／4.44・ ｆ・ Ｎ・Bm

【０００７】 なお、本考案で用いる三相トランスとして図２に示すように鉄心の両側主脚10 ，12の外側に、副脚13，14を配置する構成を採ることもできる。また、図示して いないが、副脚は１脚としても差支えない。

【０００８】

【動作】

まず、従来の３台の単相トランスにかえ、一台の三相トランスを用いた場合の 動作について考察する。 各相インバータの出力電圧が変動負荷によって不均衡である場合を、図３に示 すとおり、V₀なる零相電圧が印加された場合に等価的に置きかえる。このとき、 零相電圧V₀による零相フラックスφ₀ は次式で表わされる。 φ₀ ＝V₀／4.44Ｎ. ｆ（Ｎ：巻数）

【０００９】 この零相フラックスφ₀ は各主脚で同位相、同方向にあり、零相フラックス φ₀ は空中をリターンルートとするため、磁気抵抗Ｒが非常に大きくなり、その ため１次側零相自己インダクタンスL_O＝Ｎ² ／Ｒが、磁気抵抗Ｒの増加により減 少することになる。 そしてiox ＝V₀／２πｆLoにて決定される過大に零相励磁電流が流れることに なる。

【００１０】 次に副脚ａ，ｂを設けた本考案の三相内鉄心形鉄心について、図４により考察 してみると、この副脚ａ，ｂを設けたことにより、零相フラックスは副脚を通り 、１次巻線の零相に対する自己インダクタンスを低下させることがない。 従って零相電圧が発生しても過大な励磁電流が流れない。

【００１１】 インバータとトランスとの接続を同仕様の単相トランス３台とプラス零相イン ピーダンスとして描くと図５のように示される。 単相トランスTr₁ ，Tr₂ ，Tr₃ の励磁インピーダンスは∞と仮定する。 いま、インバータ側より発生する零相電圧の実効値をV₀とすると、三相内鉄心 形の場合、零相フラックスは上述のように空中をリターンルートとすため、１次 側零相自己インダクタンスL_Oは次式となる。 L_O＝Ｎ²・μ・ Ｓ／ｌ，但しＳ，ｌは空中磁路の等価断面積および磁路長、μ＝ ４π×10^-7 標準的なトランスでは、L_Oはトランス容量ベースの５％以下のインピーダンス に低下する。従って零相電圧V₀が定格の10％発生する場合、零相電流I₀は次式で 表わされる。 I_O＝V_O／２πｆ（３L_F＋L_O）＝10％／20％＝50％ となり、定格の50％の零相電流となる。ただし、L_F＝Loはインバータ容量ベース で５％とする。 一方、三相４脚、あるいは５脚のような零相フラックスの通る磁路が形成され た場合、４脚、あるいは５脚鉄心が磁気飽和を生じない限りでは、零相インピー ダンスは励磁インピーダンスにほぼ等しく、L_F（＝L₁＝L₂＝L₃）《 L_O より、零 相電流I_Oは励磁電流レベルの電流に低減される。 以上より三相内鉄心形の場合は、インバータ出力電流が 1.5倍になるため、イ ンバータ容量は定格の 1.5倍になり、発生損失、外形等約 1.5倍となる。 これに対して本考案の三相４脚あるいは５脚の内鉄形鉄心を用いたトランスに おいては、インバータ容量はほぼ定格通りで、トランスは三相内鉄心形に比べ、 20％程度大きくなるが、上述のインバータの容量アップに伴う程大きくならない 。

【００１２】

【考案の効果】

本考案では変動負荷による電圧変動抑制のため、電力系統に直列にトランスを 介して接続される三相直列式電圧変動対策装置において、三相電圧型インバータ にそれぞれ接続される単相トランスにかえ、三相トランスを用いた際、その性格 上各単相インバータより発生する不均衡電圧によって発生する大きな零相電流を 三相トランスに三相４脚、または５脚の副脚を備える三相トランスを準備するこ とで、零相電流を抑制し、３台の単相トランス使用にかえ１台の三相４脚、また は５脚のトランスを準備することで、単相トランス３台使用の場合に比べ、トラ ンス外形の縮少をなし、且つ、あたかも単相トランス３台による運転と同様な円 滑な運転を行わせることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（イ）は本考案の構成を示し、（ロ）は本考案
において使用される三相５脚トランスの一例を示す。

【図２】本考案において使用される三相５脚トランスの
他の例を示す。

【図３】三相トランスにおける零相電圧発生時の零相フ
ラックス発生説明図である。

【図４】本考案で用いる三相５脚トランスにおける零相
フラックス路を示す。

【図５】直列式電圧変動対策装置におけるインバータと
トランスとの接続を単相トランス３台と零相インピーダ
ンとして示す。

【図６】従来の直列式電圧変動対策装置を含む電力系統
の構成を示す。

【符号の説明】

１ 補償対称母線 ２ 配電線インピーダンス ３ 変動負荷 ４ 直列式電圧変動対策装置 ５ 補償対称負荷 ６，７，８ Ｕ，Ｖ，Ｗ相用電圧型インバータ ６′，７′，８′ Ｕ，Ｖ，Ｗ相用単相連系トランス ９ 三相連系トランス

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 ３台の単相電圧型インバータを用いて三
   相電圧型インバータを構成し、該三相インバータを三相
   ４脚または５脚の零相インピーダンスの大きい三相トラ
   ンスを介して電力系統の各相線に直列に接続し、前記電
   力系統の電圧変動を前記電圧型インバータにて補償する
   ことを特徴とする直列式電圧変動対策装置。