JPH11285141A - 無効電力補償装置を備えた系統電圧安定化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 １つの開閉器を用いて無効電力補償装置側の
地絡事故から電力系統を保護することができるようにす
る。 【解決手段】 電力系統Ｌに並列に開閉器３０と無効電
力補償装置１０を接続するとともに、この開閉器３０に
は監視子局４０を接続している。開閉器３０は、電力系
統Ｌに接続される可動接点と無効電力補償装置１０の主
回路部１１に接続される固定接点からなる接点３１と、
電力系統Ｌの電圧を検出するＰＴ（計器用変圧）３２
と、電力系統Ｌの電流を検出するＣＴ（変流器）３３
と、電力系統Ｌの零相電流を検出するＺＣＴ（零相変流
器）３４と、ＳＯＧリレー４１からのトリップ信号によ
り励磁されて接点３１のロックを開放するトリップコイ
ル３５とから構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電力系統の無効電力を電
力用コンデンサやリアクトルあるいはインバータを用い
ることにより補償する無効電力補償装置を備え、電力系
統の系統電圧が変動するとこの無効電力補償装置を作動
させて電力系統の電圧変動を安定化させる系統電圧安定
化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電力系統において、電源側から負荷点ま
では常にインピーダンスが存在するので、負荷電流が大
きくなればそれに応じて線路電圧降下が生じ、負荷点の
電圧は降下する。このように負荷点の電圧が降下する電
力系統にあっては、負荷に供給する電圧を一定の電圧範
囲に抑えるために、一般に電圧調整装置が設置されてい
る。この種の電圧調整装置においは、高圧線のピーク・
オフピーク時の電流比が大きく影響し、また地域や季節
によっても変化するので、これらの要素を総合的に判断
し、電圧調整を検討する必要がある。

【０００３】従来、一般的に使用されている線路用電圧
調整装置（ＳＶＲ：Ｓｔｅｐ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｒｅｇ
ｕｌａｔｏｒ）が知られている。このＳＶＲは、電力系
統の電圧変動の大きい箇所に調整用変圧器を設け、この
調整用変圧器に設けられたタップを切り換えて、電源入
力側から入力された電圧が負荷側で電圧降下する分を予
め昇圧しておき、負荷側の電圧を一定の範囲内の電圧に
して負荷による電圧降下を補償しようとするものであ
る。

【０００４】このようなＳＶＲにあっては、日負荷変動
等に伴う緩やかな電圧変動に対応することを目的とする
ため、瞬時の状況変化に対応する電圧調整ができないと
いう欠点があったことから、このようなＳＶＲの電圧補
償機能に加え、電力系統の無効電力を高速に制御できる
パワーエレクトロニクス技術を応用した、静止型無効電
力補償装置（ＳＶＣ：Ｓｔａｔｉｃ Ｖａｒ Ｃｏｍｐ
ｅｎｓａｔｏｒ）が用いられるようになった。このよう
なＳＶＣの一種として、ＴＳＣ（Ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ−
Ｓｗｉｔｃｈｅｄ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ）方式あるいは
ＳＶＧ（Ｓｔａｔｉｃ Ｖａｒ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）
方式のようなものがある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ＳＶＧ方式
のような静止型無効電力補償装置を電力系統に接続する
場合、図４に示すように、電力系統Ｌの電源側と負荷側
にそれぞれ第１と第２のセンサ付開閉器６１，６２を接
続し、これらの第１と第２のセンサ付開閉器６１，６２
に並列に第３の開閉器６３を接続し、この第３の開閉器
６３を介してインバータとインバータに制御信号を送出
する制御回路等からなるＳＶＧ装置５０を接続するよう
にしている。また、この第３の開閉器６３にはＳＯＧリ
レー７１と通信部７２とを備えた監視子局７０が接続さ
れている。

【０００６】そして、当該ＳＶＧ装置５０においては、
第３の開閉器６３よりＳＶＧ装置５０側で地絡等の事故
が発生した場合、第３のセンサ付開閉器６３のセンサ
（この場合は零相変流器（ＺＣＴ））が地絡事故を検出
して地絡信号を監視子局７０のＳＯＧリレー７１に送出
する。すると、ＳＯＧリレー７１は地絡信号に基づいて
第３の開閉器６３に設けられたトリップコイルを励磁
し、第３の開閉器６３の接点を開放することにより、Ｓ
ＶＧ装置５０側で地絡事故が発生した場合に電力系統Ｌ
に影響を及ぼさないように切り離すようになされてい
る。

【０００７】しかしながら、上述したように、電力系統
Ｌの電源側と負荷側にそれぞれ第１と第２のセンサ付開
閉器６１，６２を接続し、これらの第１と第２のセンサ
付開閉器６１，６２に並列に第３の開閉器６３を接続
し、この第３の開閉器６３にＳＶＧ装置５０を接続する
ようにしている。このため、第１と第２のセンサ付開閉
器６１，６２と第３の開閉器６３との３つの開閉器が必
要になるため、この種の装置が高価になるという問題を
生じる。また、第１と第２のセンサ付開閉器６１，６２
を電力系統Ｌに直列に接続するようしているため、この
種の装置を接続するための工事が面倒で、複雑になると
いう問題も生じた。

【０００８】

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】本
発明は、上記課題を解決するためになされたものであっ
て、１つの開閉器を用いて無効電力補償装置を電力系統
に投入あるいは開放できるようにするとともに、無効電
力補償装置側の地絡事故から電力系統を保護できるよう
にすることをその目的とするものである。

【０００９】このため、本発明の無効電力補償装置を備
えた系統電圧安定化装置は、電力系統と並列に開閉器お
よび無効電力補償装置を接続するとともに、電力系統の
状態を監視するとともにこの監視状態を親局との間で通
信により報知する監視子局を備え、無効電力補償装置に
電力系統の無効電力を補償する主回路部と、この主回路
部の動作を制御するとともにこの主回路部の異常を検出
する制御回路とを備え、開閉器にこの開閉器より無効電
力補償装置側の地絡事故を検出して地絡信号を出力する
零相変流器と開閉器の接点を開放するトリップコイルと
を備え、零相変流器が地絡信号を出力すると、監視子局
がこの零相変流器が検出した地絡信号に基づいてトリッ
プコイルにトリップ信号を送出し、このトリップ信号に
よりトリップコイルを励磁して開閉器を開動作させるよ
うにしている。

【００１０】このように、開閉器に無効電力補償装置側
の地絡事故を検出する零相変流器と開閉器の接点を開放
するトリップコイルとを備えることにより、零相変流器
が無効電力補償装置側の地絡事故を検出して地絡信号を
出力すると、監視子局がこの零相変流器が出力した地絡
信号に基づいてトリップコイルにトリップ信号を送出す
る。すると、トリップコイルは励磁されて接点のロック
を開放するように作用するため、無効電力補償装置側の
地絡事故から電力系統を保護できるようになる。

【００１１】そして、制御回路が主回路部の異常を検出
すると制御信号を送出して零相変流器に模擬地絡信号を
送出させる模擬地絡信号発生部を無効電力補償装置に備
えるようにすると、零相変流器が模擬地絡信号発生部か
ら送出された模擬地絡信号を検出して地絡信号を出力
し、監視子局がこの地絡信号に基づいてトリップコイル
にトリップ信号を送出するため、トリップ信号によりト
リップコイルが励磁されて開閉器を開動作させることが
可能となる。このため、この無効電力補償装置の内部に
異常が発生した場合であっても、無効電力補償装置が電
力系統に接続されないため、電力系統に悪影響を及ぼす
ことがないようにすることができる。

【００１２】さらに、開閉器に電圧検出センサと電流検
出センサを備えるようにすると、無効電力補償装置は電
圧検出センサおよび電流検出センサが検出した検出値に
基づいて電力系統の無効電力を算出するとともに、この
算出値に基づいて電力系統の無効電力を補償するように
動作するため、配電線に直接電流検出センサを備えるよ
うにしなくても、無効電力を補償することが可能とな
り、この種の無効電力補償装置の構成が簡単になるとと
もに、設置作業も容易になる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図に基づいて本発明の一実
施の形態を説明する。なお、図１は本発明の無効電力補
償装置を備えた系統電圧安定化装置の概略構成を示すブ
ック図であり、図２はこの系統電圧安定化装置を柱上に
設置する例を示す概略図である。本発明の無効電力補償
装置を備えた系統電圧安定化装置は、図１に示すよう
に、電力系統Ｌに並列に開閉器３０の可動接点を接続
し、この開閉器３０の固定接点に無効電力補償装置１０
を接続するとともに、この開閉器３０には監視子局４０
を接続している。

【００１４】無効電力補償装置１０は、主回路部１１
と、この主回路部１１に制御信号を付与するとともに主
回路部１１が故障か否かの判定を行う制御回路１３から
構成される。主回路部１１は制御回路１３の信号を受け
て、電力系統Ｌに対してＬ（インダクタンス）やＣ（コ
ンダクタンス）成分となるように制御されて動作するも
のである。

【００１５】制御回路１３は、周知のマイクロコンピュ
ータから構成され、開閉器３０に配設された、ＰＴ（計
器用変圧）３２にて検出された電力系統Ｌの電圧および
ＣＴ（変流器）３３にて検出された電力系統Ｌの電流に
基づいて、電力系統Ｌの無効電力を算出し、この算出値
に基づいて主回路部１１が回路動作するための制御信号
を送出する。ここで、制御回路１３は、算出した無効電
力が進み位相の場合、主回路部１１が電力系統Ｌから見
てＬ（インダクタンス）として作用するように主回路部
１１の各回路を制御する制御信号を送出し、算出した無
効電力が遅れ位相の場合、主回路部１１が電力系統Ｌか
ら見てＣ（コンダクタンス）として作用するように主回
路部１１の各回路を制御する制御信号を送出する。

【００１６】また、制御回路１３はＰＴ（計器用変圧）
３２にて検出された電力系統Ｌの電圧を設定された基準
電圧と比較し、電力系統Ｌの電圧が高い場合は主回路部
１１が電力系統Ｌから見てＬ（インダクタンス）として
作用するように主回路部１１の各回路を制御する制御信
号を送出し、電力系統Ｌの電圧が低い場合は主回路部１
１が電力系統Ｌから見てＣ（コンダクタンス）として作
用するように主回路部１１の各回路を制御する制御信号
を送出することもある。

【００１７】開閉器３０は、電力系統Ｌに接続される可
動接点と無効電力補償装置１０の主回路部１１に接続さ
れる固定接点からなる接点３１と、電力系統Ｌの電圧を
検出するＰＴ（計器用変圧）３２と、電力系統Ｌの電流
を検出するＣＴ（変流器）３３と、無効電力補償装置１
０側の零相電流を検出して地絡信号を出力するＺＣＴ
（零相変流器）３４と、後述するＳＯＧリレー４１から
のトリップ信号により励磁されて接点３１のロックを開
放するトリップコイル３５とから構成される。

【００１８】監視子局４０は、開閉器３０に備えられた
ＺＣＴ（零相変流器）３４の検出信号（地絡信号）に基
づいて開閉器３０に備えられたトリップコイル３５にト
リップ信号を送出するＳＯＧリレー４１と、ポールトラ
ンス（図２参照）Ｔｒから電源が供給されて、開閉器３
０の状態を監視することにより無効電力補償装置１０の
状態を監視して、この監視状態を図示しない親局に放置
する通信部４２とから構成される。

【００１９】上述のように構成する系統電圧安定化装置
を電力系統に設置する例について説明すると、図２に示
すように、まず、２本の電柱Ｐ１，Ｐ２間に架台Ｆを設
置した後、この架台Ｆ上に無効電力補償装置１０を配置
する。また、一方の電柱Ｐ１の上部にポールトランスＴ
ｒを設置するとともに、その下部に監視子局４０を設置
するとともに、他方の電柱Ｐ２に開閉器３０を設置す
る。

【００２０】この後、開閉器３０の入力側端子３０ａ，
３０ｂに電力系統Ｌを接続するとともに、開閉器３０の
出力側端子３０ｃと無効電力補償装置１０の入力端子１
０ａとを接続する。一方、ポールトランスＴｒと監視子
局４０とを接続し、親局との通信線に監視子局４０の通
信部４２を接続するとともに、監視子局４０のＳＯＧリ
レー４１と開閉器３０に備えられたＺＣＴ（零相変流
器）３４に接続する。さらに、開閉器３０に備えられた
ＰＴ（計器用変圧）３２およびＣＴ（変流器）３３と無
効電力補償装置１０の制御回路１３とを接続して、系統
電圧安定化装置の電力系統Ｌへの設置が完了する。

【００２１】ついで、上述のようにして設置された本発
明の系統電圧安定化装置の動作を説明する。まず、開閉
器３０の接点３１が投入されることにより、開閉器３０
の入力側端子３０ａおよび出力側端子３０ｃを通して電
力系統Ｌの電流が無効電力補償装置１０の入力端子１０
ａに流入する。すると、無効電力補償装置１０の主回路
部１１に電力系統Ｌの電流が流入することとなる。しか
しながら、例えば、電力系統Ｌの無効電力を０にするよ
うな制御をしたい場合、制御回路１３が開閉器３０に備
えられたＰＴ（計器用変圧）３２およびＣＴ（変流器）
３３が検出した電圧および電流に基づいて無効電力を算
出した結果、電力系統Ｌには遅れ位相も進み位相も生じ
ていない場合は、制御回路１３は主回路部１１に制御信
号を送出しないため、主回路部１１は作動することがな
い。

【００２２】ここで、電力系統Ｌの負荷端に過負荷状態
が生じて電力系統Ｌに遅れ位相が発生すると、制御回路
１３は主回路部１１に制御信号を送出するため、主回路
部１１は作動状態となって、遅れ位相を解消するように
動作することとなる。一方、電力系統Ｌに進み位相が発
生すると、制御回路１３は主回路部１１に制御信号を送
出するため、主回路部１１は作動状態となって、進み位
相を解消するように動作することとなる。

【００２３】このような状態のとき、この無効電力補償
装置１０側に地絡事故が発生すると、開閉器３０に備え
られたＺＣＴ（零相変流器）３４はこの地絡事故を検出
して地絡信号を出力する。すると、開閉器３０に備えら
れたＳＯＧリレー４１は、この地絡信号に基づいてトリ
ップコイル３５にトリップ信号を送出する。これによ
り、開閉器３０に備えられたトリップコイル３５は励磁
されて、接点３１の可動接点のロックを解除して接点３
１を開放するため、地絡電流が電力系統Ｌに流れ出すこ
とを防止できるようになる。

【００２４】また、ＳＯＧリレー４１がトリップコイル
３５にトリップ信号を送出すると同時に、ＳＯＧリレー
４１は通信部４２にトリップ信号に対応する信号を送出
するため、この通信部４２は図示しない親局（なお、こ
の親局は例えば電力会社の各営業所に設けられている）
に地絡事故が発生した旨の信号を送出する。

【００２５】なお、図示しないが、開閉器３０には周知
のＯＣリレー（カットオフリレー）が設けられており、
この無効電力補償装置１０側に短絡事故が発生すると、
このＯＣリレーは接点３１を蓄勢トリップ動作させるた
め、短絡事故が発生した後、変電所が停電してから所定
の時間が経過して短絡電流が消滅していると、トリップ
コイル３５を励磁し、接点３１の可動接点のロックを解
除して接点３１を開放する。

【００２６】上述したように、本実施形態においては、
開閉器３０に無効電力補償装置１０側の地絡事故を検出
して地絡信号を出力するＺＣＴ（零相変流器）３４と開
閉器３０の接点３１を開放するトリップコイル３５とを
備えるようにしているので、地絡事故が発生した場合に
電力系統Ｌを保護できるようになる。

【００２７】変形例 ついで、上述した実施形態の変形例について図３に基づ
いて説明する。図３は本変形例の無効電力補償装置を備
えた系統電圧安定化装置の概略構成を示すブック図であ
る。なお、図３において、図１と同一符号は同一名称で
あるとともにその機能も同一であるので、図１と相違す
るところのみを説明する。

【００２８】本変形例の無効電力補償装置を備えた系統
電圧安定化装置は、図３に示すように、無効電力補償装
置１０に模擬地絡信号発生部１４を備えるようにすると
ともに、模擬地絡信号発生部１４から送出される模擬地
絡信号を開閉器３０のＺＣＴ（零相変流器）３４に送出
するようにしている。

【００２９】また、制御回路１３は主回路部１１に配設
された図示しない温度センサ、電圧センサあるいは電流
センサに基づいて主回路部１１の温度状態、電圧状態あ
るいは電流状態を予め設定された基準値と比較し、比較
した結果、異常であると判定しかつこの無効電力補償装
置１０を電力系統Ｌから切り離すべきと判定すると模擬
地絡信号発生部１４に異常信号を送出するようにしてい
る。さらに、制御回路１３はこの無効電力補償装置１０
の図示しない操作盤に設けられた開スイッチからの開信
号にもとづいて模擬地絡信号発生部１４に開スイッチ信
号を送出し、模擬地絡信号発生部１４を動作状態にする
ようにしている。

【００３０】このように、模擬地絡信号発生部１４を備
えるようにすると、この無効電力補償装置１０は以下の
ように動作するようになる。即ち、まず、開閉器３０の
接点３１が投入されることにより、開閉器３０の入力側
端子３０ａおよび出力側端子３０ｃを通して電力系統Ｌ
の電流が無効電力補償装置１０の入力端子１０ａに流入
する。すると、無効電力補償装置１０の主回路部１１に
電力系統Ｌの電流が流入することとなる。

【００３１】ここで、無効電力補償装置１０の主回路部
１１の素子に異常が発生すると、制御回路１３は主回路
部１１の各センサからの信号に基づいて故障か否かの判
定を行い、故障であると判定すると、模擬地絡信号発生
部１４に制御信号を送出する。すると、模擬地絡信号発
生部１４はＺＣＴ（零相変流器）３４に模擬地絡信号
（例えば、１．０Ａの電流）を送出するため、ＺＣＴ
（零相変流器）３４は地絡事故を検出して、監視子局４
０のＳＯＧリレー４１に地絡信号を送出する。

【００３２】すると、ＳＯＧリレー４１は開閉器３０の
トリップコイル３５にトリップ信号を送出するようにな
るため、トリップコイル３５はトリップ信号に基づいて
励磁されて、開閉器３０の接点３１の可動接点のロック
を解除して接点３１を開放する。この結果、この無効電
力補償装置１０の内部に異常が発生した場合であって
も、無効電力補償装置１０は電力系統Ｌに接続されない
ため、電力系統Ｌに悪影響を及ぼすことを防止できるよ
うになる。

【００３３】さらに、作業員が無効電力補償装置１０を
電力系統Ｌを切り離すために、図示しない操作盤に設け
られた開スイッチを押圧すると、この開スイッチの開信
号に基づいて制御回路１３は模擬地絡信号発生部１４に
開スイッチ信号を送出する。すると、模擬地絡信号発生
部１４は動作状態になって、ＺＣＴ（零相変流器）３４
に模擬地絡信号（例えば、１．０Ａの電流）を送出する
ため、ＺＣＴ（零相変流器）３４は地絡事故を検出し
て、監視子局４０のＳＯＧリレー４１に地絡信号を送出
する。すると、ＳＯＧリレー４１は開閉器３０のトリッ
プコイル３５にトリップ信号を送出するようになるた
め、トリップコイル３５はトリップ信号に基づいて励磁
されて、開閉器３０の接点３１の可動接点のロックを解
除して接点３１を開放する。

【００３４】以上に説明したように、本発明において
は、開閉器３０に無効電力補償装置１０側の地絡等の事
故に起因する微弱電流の発生に基づき地絡事故を検出す
るＺＣＴ（零相変流器）３４と、開閉器３０の接点３１
を開放するトリップコイル３５とを備えるようにしてい
る。このため、ＺＣＴ（零相変流器）３４が地絡事故を
検出して地絡信号を出力すると、監視子局４０のＳＯＧ
リレー４１がこの地絡信号に基づいてトリップコイル３
５にトリップ信号を送出するように動作して、トリップ
コイル３５は励磁されて接点３１のロックを開放するよ
うに作用するため、無効電力補償装置１０側の地絡事故
から電力系統Ｌを保護することができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の無効電力補償装置を備えた系統電圧
安定化装置の一実施形態の概略構成を示すブック図であ
る。

【図２】 図１の系統電圧安定化装置を柱上に設置する
例を示す概略図である。

【図３】 図１の無効電力補償装置の変形例を示す図で
ある。

【図４】 従来の無効電力補償装置を備えた系統電圧安
定化装置の概略構成を示す図である。

【符号の説明】

１０…無効電力補償装置、１１…主回路部、１３…制御
回路、１４…模擬地絡信号発生部、３０…開閉器、３１
…接点、３２…ＰＴ（計器用変圧器）、３３…ＣＴ（変
流器）、３４…ＺＣＴ（零相変流器）、３５…トリップ
コイル、４０…監視子局、４１…ＳＯＧリレー、４２…
通信部、Ｌ…電力系統

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 誠記 愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号 日 本碍子株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電力系統の系統電圧が変動すると同電力
   系統の電圧変動を安定化させる無効電力補償装置を備え
   た系統電圧安定化装置であって、 前記電力系統と並列に開閉器および前記無効電力補償装
   置を接続するとともに、前記電力系統の状態を監視する
   とともに、この監視状態を親局との間で通信により報知
   する監視子局を備え、 前記無効電力補償装置に前記電力系統の無効電力を補償
   する主回路部と、この主回路部の動作を制御するととも
   にこの主回路部の異常を検出する制御回路とを備え、 前記開閉器に同開閉器より前記無効電力補償装置側の地
   絡事故を検出して地絡信号を出力する零相変流器と、前
   記開閉器の接点を開放するトリップコイルとを備え、 前記零相変流器が前記地絡信号を出力すると、前記監視
   子局がこの零相変流器が出力した地絡信号に基づいて前
   記トリップコイルにトリップ信号を送出し、このトリッ
   プ信号により前記トリップコイルを励磁して前記開閉器
   を開動作させるようにしたことを特徴とする無効電力補
   償装置を備えた系統電圧安定化装置。
2. 【請求項２】 前記制御回路が前記主回路部の異常を検
   出すると制御信号を送出して前記零相変流器に模擬地絡
   信号を送出させる模擬地絡信号発生部を前記無効電力補
   償装置に備え、 前記零相変流器が前記模擬地絡信号発生部から送出され
   た模擬地絡信号を検出すると地絡信号を出力して、前記
   監視子局がこの地絡信号に基づいて前記トリップコイル
   にトリップ信号を送出し、このトリップ信号により前記
   トリップコイルを励磁して前記開閉器を開動作させるよ
   うにしたことを特徴とする請求項１に記載の無効電力補
   償装置を備えた系統電圧安定化装置。
3. 【請求項３】 前記開閉器に電圧検出センサと電流検出
   センサを備え、前記無効電力補償装置は前記電圧検出セ
   ンサおよび電流検出センサが検出した検出値に基づいて
   前記電力系統の無効電力を算出するとともに、この算出
   値に基づいて前記電力系統の無効電力を補償するように
   したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の
   無効電力補償装置を備えた系統電圧安定化装置。