JPH11312612A - 電圧調整装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 タップ切換えの高速化を図り、大きな電圧変
動に対しても短時間で電圧調整を行なうことができる電
圧調整装置を提供するものである。 【解決手段】 電源線１、２に直列的に接続された直列
変圧器４の二次巻線４ｂと、電源線１，２間に並列的に
接続された励磁変圧器５のタップ付き二次巻線５ｂと
を、複数の交流スイッチ１１〜１６を介して接続すると
共に、これら交流スイッチ１１〜１６にバイパス回路６
を並列に接続した電圧調整装置において、前記交流スイ
ッチ１１〜１６の両端に、電圧検出器３１〜３６を接続
し、検出電圧が所定の電圧値以上の時に、次に選択され
る交流スイッチ１２、１６に切換信号を出力するタップ
選択器２３を前記電圧検出器３１〜３６に接続したこと
を特徴とするものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は配電線や負荷の電源
線に設けられる電圧調整装置の改良に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、配電線などの電源線は、送電中
の電圧降下やコンデンサを設けた負荷の変動による電圧
上昇などの電圧変動に対応するために電源線の途中に電
圧調整装置が設けられている。

【０００３】従来の電圧調整装置（１相分）は、図６に
示すように電源線１、２の間に設けられている。電圧調
整装置３の構成は電源線１に直列的に直列変圧器４が接
続され、また電源線１、２間に並列的に励磁変圧器５が
接続されている。励磁変圧器５の二次巻線５ｂはタップ
Ａ、Ｂ、Ｃが設けられ、この端子と前記直列変圧器４の
二次巻線４ｂとは、それぞれ交流スイッチ11、12、13、
14、15、16を介して接続され、これらの交流スイッチ11
〜16は、逆並列接続された逆阻止３端子型サイリスタが
用いられている。

【０００４】またこれら交流スイッチ11〜16と並列に、
抵抗器７と交流スイッチ17とで構成されたバイパス回路
６が接続されている。８は直列変圧器４の二次巻線４ｂ
に直列に接続された限流リアクトルである。また９は検
出用変圧器で、これは制御装置１０に接続されている。
この制御装置１０は、前記検出用変圧器９に接続された
電圧検出部２０、基準電圧部２１、これらに接続された
電圧比較器２２、およびタイマを内蔵したタップ選択器
２３とから構成されている。

【０００５】この電圧調整装置３において、電源線１、
２間の電圧を６．６ｋＶ、直列変圧器４の一次側と二次
側の巻数比を１、励磁変圧器５の二次巻線５ｂのタップ
ＡＢ間電圧１００Ｖ、タップＢＣ間電圧を２００Ｖとす
る。この状態で電圧を上げる場合には、交流スイッチ１
１、１６の対をオンして、残りの交流スイッチ１２〜１
５はオフのままにすると、直列変圧器４の二次巻線４ｂ
には、励磁変圧器５のタップＡＣ間電圧の電圧３００Ｖ
が印加され、これが６．６ｋＶに加算されて電源線１の
出側電圧は６．９ｋＶとなる。

【０００６】次に出側電圧を６．８ｋＶに下げる場合に
は、交流スイッチ１２、１６の対をオンし、残りの交流
スイッチ１１、１３〜１５をオフにするとタップＢＣ間
電圧は２００Ｖで、直列変圧器４の二次巻線４ｂには、
励磁変圧器５の二次巻線５ｂの電圧２００Ｖが加算され
て電源線１の出側電圧は６．８ｋＶに下がる。

【０００７】電圧調整装置は、交流スイッチ１１〜１６
の半導体デバイスとして逆阻止三端子型サイリスタを逆
並列接続して使用しているので、サイリスタの特性とし
てターンオフ（オンからオフへの切換え）にはサイリス
タを流れる電流が０になってから、ある時間（百マイク
ロ秒〜数百マイクロ秒）逆電圧を印加することが必要で
ある。これはもし交流スイッチ１５と１６が同時にオン
すると、タップＢＣ間が短絡されてサイリスタが破損す
るおそれがあるからである。このタップ間短絡を防止す
るためにタップ切換時の交流スイッチの切換えは、一
旦、交流スイッチに流れている電流をバイパス回路６に
移し、タイマにより交流スイッチがオフするのに十分な
時間を経てから、次に選択された交流スイッチに電流を
流すようにしている。

【０００８】つまりこの切換方法を図７に基づいて説明
すると、交流スイッチ１１と交流スイッチ１６がオンし
て直列変圧器４と励磁変圧器５が接続されている状態
で、直列変圧器４の一次巻線４ａ側に負荷電流ＩＬが流
れていると、その二次巻線４ｂ側には一次電流による磁
束を打ち消す向きに電流ＩＬが流れる。従ってこの電流
ＩＬは励磁変圧器５の二次巻線５ｂと交流スイッチ１
１、１６にも流れる。この状態でバイパス回路６の交流
スイッチ１７のゲートに制御装置１０から制御信号を時
刻ｔ1 で与えると交流スイッチ１７がオンする。この
後、やや遅れて時刻ｔ2 で交流スイッチ１１と１６のゲ
ート信号を停止する。

【０００９】交流スイッチ１１、１６が導通している状
態では、直列変圧器４の二次巻線４ｂには３００Ｖが印
加されているので、バイパス回路６の交流スイッチ１７
がオンすると抵抗器７にも３００Ｖが印加される。この
結果、抵抗器７にはＩｒ＝３００／Ｒ（但しＲは抵抗器
７の抵抗値）の電流が流れ、励磁変圧器５にはＩＬ＋Ｉ
ｒの電流が流れる。交流スイッチ１１、１６は時刻ｔ3
以降にその電流が０になりオフに転じる。その後、直列
変圧器４の二次電流ＩＬはバイパス回路６を介して流れ
る。

【００１０】次に選択する交流スイッチ１２、１６に時
刻ｔ4 でゲート信号を与えた後、バイパス回路６の交流
スイッチ１７のゲート信号を時刻ｔ5 で止める。この交
流スイッチ１７の電流はゲート信号を止めてから時刻ｔ
6 で電流が０となる。それ以降、負荷電流ＩＬは、交流
スイッチ１２、１６を経て励磁変圧器５に流れる。交流
スイッチ１２、１６が選択されることにより直列変圧器
４の二次巻線４ｂには２００Ｖが印加されて電源線１、
２の出側電圧は６．８ｋＶに下がる。なお限流リアクト
ル８はタップ切換えの際に生じる過電流を抑えるのが主
な作用である。

【００１１】このように、タップ切換えを行なう場合に
は、サイリスタで形成された交流スイッチ１１〜１６を
流れるいずれか２つの交流スイッチの対を流れる電流を
バイパス回路６に一旦移して、全ての交流スイッチ１１
〜１６をオフした後、次に選択された２つの交流スイッ
チの対をオンにするという過程を経ることによりタップ
の切換を確実に行なうようになっている。

【００１２】ここでタップ切換に要する時間を考える
と、交流スイッチ１１〜１６を形成するサイリスタのゲ
ート信号を止めてからサイリスタ電流が０になるまでの
時間は、定常状態では半サイクルあれば良いが、例えば
負荷電流ＩＬの力率が急変すると１サイクル延びること
がありえる。また電源線１、２の負荷を投入すると瞬時
直流分が重畳して流れることがある。このため確実にサ
イリスタをオフする時間は、余裕を見て２．５〜３サイ
クルとしている。現在最も多く使用されている機械式の
接点を用いている電圧調整装置では数十秒の切換時間が
かかるので、これと比べれば３サイクル程度でも十分に
速いと考えられる。

【００１３】しかしながら近年、更に電圧調整の高速化
が求められてきており、従来のサイリスタ電圧調整装置
では、バイパス回路６の導通時間が２．５〜３サイクル
程度必要であり、この間は電圧調整が行なえないため、
タップ切換えを頻繁に行なうとバイパス回路６への導通
時間が増えて、かえって電圧調整不能時間が増加する問
題がある。このため切換回数は１秒間に２回程度が限度
であり、またタップ切換えは１ステップごとに行なうた
め大きな電圧変動に対してはタップの移動完了に数秒か
かることがあった。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記欠点を除
去し、タップ切換えの高速化を図り、大きな電圧変動に
対しても短時間で電圧調整を行なうことができる電圧調
整装置を提供するものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１記載の
電圧調整装置は、電源線に直列的に接続された直列変圧
器の二次巻線と、電源線間に並列的に接続された励磁変
圧器のタップ付き二次巻線とを、サイリスタで形成され
た複数の交流スイッチを介して接続すると共に、これら
交流スイッチにバイパス回路を並列に接続して、タップ
切換え時にタップ選択器から切換信号を出力して交流ス
イッチに流れる電流を、一旦、バイパス回路に流してか
ら次に選択される交流スイッチをオンさせてタップの切
換えを行なう電圧調整装置において、前記交流スイッチ
の両端に、交流スイッチに加わる電圧を検出する電圧検
出器を接続するとともに、その出力をタップ選択器に加
え、交流スイッチからバイパス回路に電流を移し代えた
後に、前記検出電圧が所定の電圧値以上のときに、次に
選択される交流スイッチに切換信号を出力するようにし
たことを特徴とするものである。

【００１６】また請求項２記載の電圧調整装置は、タッ
プ選択器に、交流スイッチがオフしてから所定時間経過
後に、次に選択される交流スイッチに切換信号を出力す
るタイマを並設したことを特徴とするものである。

【００１７】また請求項３記載の電圧調整装置は、電源
線に直列的に接続された直列変圧器の二次巻線と、電源
線間に並列的に接続された励磁変圧器のタップ付き二次
巻線とを、サイリスタで形成された複数の交流スイッチ
を介して接続すると共に、これら交流スイッチにバイパ
ス回路を並列に接続して、タップ切換え時にタップ選択
器から切換信号を出力して交流スイッチに流れる電流
を、一旦、バイパス回路に流してから次に選択される交
流スイッチをオンさせてタップの切換えを行なう電圧調
整装置において、前記交流スイッチとバイパス回路との
間に電流検出器を接続するとともに、その出力をタップ
選択器に加え、交流スイッチからバイパス回路に電流を
移し代えた後に、前記電流検出器の検出電流が所定の電
流値以下のときに、次に選択される交流スイッチに切換
信号を出力するようにしたことを特徴とするものであ
る。

【００１８】更に請求項４記載の電圧調整装置は、タッ
プ選択器に、交流スイッチがオフしてから所定時間経過
後に、次に選択される交流スイッチに切換信号を出力す
るタイマを並設したことを特徴とするものである。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の一形態を図１
ないし図３を参照して詳細に説明する。図１に示すよう
に電圧調整装置（１相分）は、電源線１、２の間に設け
られている。この電圧調整装置３の構成は電源線１に直
列的に直列変圧器４が接続され、また電源線１、２間に
並列的に励磁変圧器５が接続されている。励磁変圧器５
の二次巻線５ｂはタップＡ、Ｂ、Ｃが設けられ、この端
子と前記直列変圧器４の二次巻線４ｂとは、サイリスタ
で形成された交流スイッチ１１、１２〜１６を介してタ
ップ切換えできるように接続されている。

【００２０】また電源線１、２に検出用変圧器９が並列
に接続されている。この検出用変圧器９は、タップ選択
器２３を設けた制御装置１０に接続されている。ここま
での構成は図６に示す従来構成と同様である。更に本発
明では、前記交流スイッチ１１、１２〜１６のそれぞれ
の両端に、交流スイッチ１１、１２〜１６に加わる電圧
を検出する電圧検出器３１〜３６が接続され、これはタ
ップ選択器２３に接続されている。

【００２１】前記電圧検出器３１〜３６は例えば図２に
示すように、交流用フォトカプラ４１と抵抗４２とで構
成され、交流用フォトカプラ４１のダイオード部４３に
電流が流れると、発光してこの光が対向して配置したフ
ォトトランジスタ部４４に照射されるとここに電流が流
れ、抵抗４２の両端に電圧が生じ、この電圧を利用する
ようになっている。電圧検出器の検出電圧は図２のＲ
１、Ｒ２、Ｒ３の値により調整する。この検出電圧が所
定の電圧値以上のときに、次に選択される交流スイッチ
１１、１２〜１６にタップ選択器２３から切換信号を出
力するようになっている。

【００２２】次に上記構成をなす電圧調整装置の動作に
ついて説明する。図１において交流スイッチ１１、１６
の対をオンして、残りの交流スイッチ１２〜１５はオフ
のままにすると、直列変圧器４の二次巻線４ｂには、励
磁変圧器５のタップＡＣ間電圧の３００Ｖが印加され、
これが６．６ｋＶに加算されて電源線１、２の出側電圧
は６．９ｋＶとなる。

【００２３】次に励磁変圧器５のタップを交流スイッチ
１２、１６の対に切換えて出側電圧は６．８ｋＶに下げ
る場合について説明する。この場合、図３に示すように
制御装置１０のタップ選択器２３から時刻ｔ1 でバイパ
ス回路６の交流スイッチ１７にゲート信号を与えると交
流スイッチ１７がオンして電流がバイパス回路６を流れ
始める。この後、やや遅れて時刻ｔ2 で交流スイッチ１
１と１６のゲート信号を停止すると、時刻ｔ3 で交流ス
イッチ１１と１６を流れる電流が０となってオフする。

【００２４】この結果、交流スイッチ１１と１６の両端
には直列変圧器４と励磁変圧器５との差電圧が印加され
る。この差電圧を図２に示す電圧検出器３１、３６で検
出して、この検出電圧が所定の電圧値以上のときに、タ
ップ選択器２３に信号を出力して、ここから時刻ｔ4 で
次に選択される交流スイッチ１２、１６にゲート信号を
与えてオンする。この後、バイパス回路６の交流スイッ
チ１７のゲート信号を時刻ｔ5 で停止すると時刻ｔ6 で
電流が０となる。この結果、電流が交流スイッチ１２、
タップＢ、Ｃ、交流スイッチ１６を流れて、タップＢＣ
間電圧の２００Ｖが印加されて電源線１の出側電圧は
６．８ｋＶとなる。

【００２５】このように交流スイッチ１１と１６がオフ
となり、ここで発生した電圧を電圧検出器３１、３６で
検出することにより、交流スイッチ１１と１６がオフし
た後、０．５〜１ｍｓ程度の短時間で次に選択される交
流スイッチ１２、１６にゲート信号を送ることができ
る。従って図７に示す従来の装置では、時刻ｔ3 からｔ
4 まで２．５〜３サイクル程度の間、電圧調整が行なえ
なかったが、本発明では１サイクル程度まで短縮するこ
とができる。しかも、交流スイッチ１１、１６のゲート
信号を遮断してからしばらく電流が流れ続けても、交流
スイッチ１１、１６が完全にオフするまでは電圧が発生
しないので、次に選択される交流スイッチ１２、１６が
同時にオンして短絡することはない。

【００２６】また交流スイッチ１１、１２〜１６が全て
オフの状態では、直列変圧器４の二次電圧と励磁変圧器
５の二次電圧との差電圧が交流スイッチ１１、１２〜１
６に加わるが、まれに差電圧が０となることがある。こ
のよう場合には、電圧検出器３１〜３６で電圧が検出さ
れず作動しないので切換信号が出力されない。この問題
を解決するためタップ選択器２３に、交流スイッチ１
１、１２〜１６がオフしてから所定時間経過後に、次に
選択される交流スイッチ１１、１２〜１６に切換信号を
出力するタイマを並設した構造でも良い。

【００２７】なお上記説明では交流スイッチ１１、１２
〜１６の両端にそれぞれ電圧検出器３１〜３６を接続し
た場合について示したが、交流スイッチ１１〜１３の組
と交流スイッチ１４〜１６の組の何れか一方の組に電圧
検出器を設けた構造でも良い。

【００２８】図４および図５は本発明の他の実施の形態
を示すもので、交流スイッチ１１、１２〜１６とバイパ
ス回路６との間に電流検出器５１を設けたものである。
この電流検出器５１は図５に示すように、変流器５２に
ブリッジ形のダイオード整流器５３が接続され、この出
力端子にダイオード５４、５４が接続され、更にこのダ
イオード５４、５４の両端にアンプ５５を並列に接続し
たものである。なお他の構成は図６に示すものと同様で
ある。

【００２９】この構造の電圧調整装置は、バイパス回路
６に電流が流れて交流スイッチ１１がオフするとここを
流れる電流が０となる。交流スイッチ１１〜１３とバイ
パス回路６との間に設けた電流検出器５１は、交流スイ
ッチ１１が通電状態では変流器５２に二次電流が発生
し、この二次電流がダイオード整流器５３で整流され
る。この整流された出力がダイオード５４、５４に流れ
ると、この両端に電圧が発生し、これをアンプ５５で増
幅することにより電流を検知することができる。従っ
て、交流スイッチ１１がオフ状態では変流器５２に二次
電流が発生せず、これを検出することにより、タップ選
択器２３に切換信号を出力して、次に選択される交流ス
イッチ１１、１２〜１６に切換えられる。

【００３０】なおこの電流検出器５１を設けた構造の場
合にも、タップ選択器２３に、交流スイッチ１１、１２
〜１６がオフしてから所定時間経過後に、次に選択され
る交流スイッチ１１、１２〜１６に切換信号を出力する
タイマを並設しても良い。また本発明の電流検出器５１
や電圧検出器３１〜３６は上記構成のものに限らず、他
の回路構成の検出器を用いても良い。

【００３１】なお上記説明では、励磁変圧器５を電源線
１、２の入側に設けた場合について示したが、出側に設
けた構造でも良い。また上記説明は単相回路の場合につ
いて示したが三相回路にも当然適用することができる。
なお本発明は配電線の電圧調整に限らず、電源または負
荷電圧の調整にも広く適用することができる。

【００３２】

【発明の効果】以上説明した如く本発明に係る電圧調整
装置によれば、交流スイッチの両端に、交流スイッチに
加わる電圧を検出する電圧検出器を接続し、交流スイッ
チがオフしたときに発生する電圧を検出するか、または
交流スイッチとバイパス回路との間に電流検出器を設
け、交流スイッチがオフしたときに電流検出器に流れる
検出電流が所定の電流値以下のときに、次に選択される
交流スイッチに切換信号を出力するタップ選択器に信号
を出力するので、タップ切換えの高速化が図られ、大き
な電圧変動に対しても短時間で電圧調整を行なうことが
できる。またタップ選択器に、交流スイッチがオフして
から所定時間経過後に、次に選択される交流スイッチに
切換信号を出力するタイマを並設することにより、電圧
検出器や電流検出器が作動しなかった場合にも確実にタ
ップ切換えを行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態による単相回路で示した
電圧調整装置の回路図である。

【図２】図１に示す電圧検出器を示す回路図である。

【図３】図１に示す電圧調整装置の各部の波形の変化を
示す波形図である。

【図４】本発明の他の実施の形態による単相回路で示し
た電圧調整装置の回路図である。

【図５】図４に示す電流検出器を示す回路図である。

【図６】従来の電圧調整装置を示す回路図である。

【図７】図６に示す電圧調整装置の各部の波形の変化を
示す波形図である。

【符号の説明】

１ 電源線 ３ 電圧調整装置 ４ 直列変圧器 ４ｂ 二次巻線 ５ 励磁変圧器 ５ｂ タップ付き二次巻線 ６ バイパス回路 ７ 抵抗器 ９ 検出用変圧器 １０ 制御装置 １１ 交流スイッチ ２０ 電圧検出部 ２３ タップ選択器 ３１ 電圧検出器 ４１ 交流用フォトカプラ ５１ 電流検出器

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電源線に直列的に接続された直列変圧器
   の二次巻線と、電源線間に並列的に接続された励磁変圧
   器のタップ付き二次巻線とを、サイリスタで形成された
   複数の交流スイッチを介して接続すると共に、これら交
   流スイッチにバイパス回路を並列に接続して、タップ切
   換え時にタップ選択器から切換信号を出力して交流スイ
   ッチに流れる電流を、一旦、バイパス回路に流してから
   次に選択される交流スイッチをオンさせてタップの切換
   えを行なう電圧調整装置において、前記交流スイッチの
   両端に、交流スイッチに加わる電圧を検出する電圧検出
   器を接続するとともに、その出力をタップ選択器に加
   え、交流スイッチからバイパス回路に電流を移し代えた
   後に、前記検出電圧が所定の電圧値以上のときに、次に
   選択される交流スイッチに切換信号を出力するようにし
   たことを特徴とする電圧調整装置。
2. 【請求項２】 タップ選択器に、交流スイッチがオフし
   てから所定時間経過後に、次に選択される交流スイッチ
   に切換信号を出力するタイマを並設したことを特徴とす
   る請求項１記載の電圧調整装置。
3. 【請求項３】 電源線に直列的に接続された直列変圧器
   の二次巻線と、電源線間に並列的に接続された励磁変圧
   器のタップ付き二次巻線とを、サイリスタで形成された
   複数の交流スイッチを介して接続すると共に、これら交
   流スイッチにバイパス回路を並列に接続して、タップ切
   換え時にタップ選択器から切換信号を出力して交流スイ
   ッチに流れる電流を、一旦、バイパス回路に流してから
   次に選択される交流スイッチをオンさせてタップの切換
   えを行なう電圧調整装置において、前記交流スイッチと
   バイパス回路との間に電流検出器を接続するとともに、
   その出力をタップ選択器に加え、交流スイッチからバイ
   パス回路に電流を移し代えた後に、前記電流検出器の検
   出電流が所定の電流値以下のときに、次に選択される交
   流スイッチに切換信号を出力するようにしたことを特徴
   とする電圧調整装置。
4. 【請求項４】 タップ選択器に、交流スイッチがオフし
   てから所定時間経過後に、次に選択される交流スイッチ
   に切換信号を出力するタイマを並設したことを特徴とす
   る請求項３記載の電圧調整装置。