JPS63196022A

JPS63196022A - 三相三巻線変圧器

Info

Publication number: JPS63196022A
Application number: JP62027101A
Authority: JP
Inventors: Masaru Ono; 小野　勝
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-02-10
Filing date: 1987-02-10
Publication date: 1988-08-15

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は電力系統の安定度向上のための静止形無効電力
補償装＠　（ＳＶＣと略称す）用の三相三巻線変圧ｌに
関するものである。

（従来の技術）近年電力需要の増大に伴い、送電電圧も高くなり、電力
系統の大きさも増大してきている。そこで送電電力量の
変化、送電回路網構成の変化、故障による線路の開閉、
負荷の開閉などによって発生する系統の動揺も大きくな
るので、その動揺をおさえ系統安定の改善、増進をはか
るためＳｖＣが使用されている。

従来のＳｖＣでは５，７次の高調波を除去するために、
１次星形結線、２次三角結線の変圧器と１次２次とも星
形結線の変圧器の２台を使用する三相１２パルス方式が
主流であるが、例えばＩＥＩＥＥＴｒａｎｓａｅｔｉｏ
ｎｓ　ｏｎ　Ｐｏｕｅｒ　Ａｐｐａｒａｔｕｓ　ａｎｄ
　Ｓｙｓｔｅｍｓ。

ＶＯＬ　ＰＡＳ−１０２，Ｎｏ、１２．Ｄｅｃｅｍｂｅ
ｖ　１９８３．第３７２８頁乃至第３７３５頁の記載に
よれば第８図に示すように１台の変圧器のみを用いる三
相１２パルス方式を提案している。

この方式の採用により価格面のみならず変圧器の損失も
低減できるという大きな利点がある。

第８図は、その主回路構成を示したものであり。

電力系ｆｉ１に、三角結線の１次巻線２と星形結線の２
次巻線３を鉄心（図示していない）に巻装したＳｖＣ用
変圧変圧器４続し、変圧器４の２次側には、三角結線の
サイリスタ制御リアクトル（ＴＣＲと略称す）５と星形
結線のＴＣＲ６が各々接続される。

変圧器４の２次側中性点　と星形結線ＴＣＲ６の中性点
Ｎも接続されている。

ＳｖＣで重要である高調波電流に、ついては次のように
流れる。

３次、９次の調波分については、三角結線ＴＣＲ５の発
生電流分の３次（Ｌａ）−９次（１，Ａ）は第８図に示
すように、三角結線ＡＢＣ内を循環し、星形結線ＴＣＲ
６の発生電流分の３次（Ｌｙ）、９次（Ｉ−Ｙ）は第８
図に示すように零相電流となり、ＴＣＲ６の中性点Ｎ、
２次側中性点ゲ、２次巻線３、ＴＣＲ６と循環し、変圧
器作用により、２次巻線３の電流は１次巻線２に循環し
打消され、電力系統１は流出しない。

５次、７次の調波分については、ＴＣＲ５とＴＣＲ６の
接続点Ａ、Ｂ、Ｃにおいて三角結線ＴＣＲ５の発生電流
分と星形結線ＴＣＲ６の発生電流分とが丁度打消される
条件となり、変圧器巻線２゜３には流れなく、電力系統
１にも流出しない。

従って電力系統１に流出する高調波電流は、２台の変圧
器を用いた従来方式と同様であり、三角結線ＴＣＲ５と
星形結線ＴＣＲ６によって発生する１１次分（Ｉｚｘａ
＊Ｌｚｙ）と１３次分（１１□、１１３いの高調波電流
だけとなる。

参考文献には記述されていないが変圧器の１次巻線の星
形結線にした場合については第９図になることは容易に
想像できる。

第９図は１次巻線７を星形結線とし、三角結線の３次巻
線８を追加した三相三巻線変圧器９としたものであり、
星形結線ＴＣＲ６により発生する３次、９次の調波分で
ある電流ＩｉＹ＊　ＩｓＹは３次巻線８内を循環し、他
の作用は第８図と同様である。

（発明が解決しようとする問題点）第９図に示すように１次巻線７の中性点Ｏはアレスタ１
０を接続するかあるいは中性点０を外部に引出さない方
法にする必要がある。

その理由は中性点０が対地に対して、そのインピーダン
スが非常に大きくなり１次巻線７と電力系統１の零相イ
ンピーダンスを大きく、星形結線ＴＣＲ６により発生す
る３次、９次の調波分である電流Ｉｓ　’ｌ　ｔ　Ｉｓ
　Ｙが電力系統１に流出しないようにするためである。

もし、中性点Ｏを直接接地したとすれば１次巻線７と電
力系統１の零相インピーダンスが小さくなり、電流ｘ、
’Ｉ　ｅ　Ｉｓ　Ｙの一部分は電力系統１に流出するこ
とになる。多量の電流工ｓ　Ｖ　ｔ　Ｉ＠　ｙが電力系
統１に流出することになれば、電流ＩＣＹ＠　ＩＩＹは
高調波電流であるので、電力系統１に接続されている発
電機や負荷などに、高調波による障害が発生し、系統運
用上問題になり、このようなシステムは一般的には採用
されない、一方、電力系統の電圧は、絶縁層ａ１７０号
以上が多く、その系統に使用される変圧器の１次巻線は
その中性点０を直接接地する場合が多い、もし、１次中
性点０を直接接地しないと１次巻線の絶縁が低減できな
いので、その変圧器の寸法重量が大きくなり、価格も高
くなってしまうので一般的には、直接接地とする。

また第８図に示すような１次巻線が三角結線である場合
も１次巻線の絶縁上から不利となり、電力系統に直接接
続される変圧器には通常使用されない。

本発明は上述の点を考慮し、１次中性点０を直接接地し
ても、星形結線ＴＣＨにより発生する３次、９次の調波
分である電流が電力系統に流出する量を非常に少なくし
、実質上問題とならない。

ＳｖＣ用の三相三巻線変圧器を得ることを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段）第９図における変圧器９の巻線配置は通常では鉄心主脚
側より、３次巻線、２次巻線、１次巻線の順に配置され
るが、本発明では鉄心主脚側より２次巻線、３次巻線、
１次巻線の順に配置し、かつ３次巻線の軸方向の配置に
工夫をこらしたことである。

（作　　用）上述のように巻線配置を工夫することにより、その巻線
群間の零相インピーダンス分配がかわり、３次巻線分の
零相インピーダンスをほぼ零にすることができる。３次
巻線への零相インピーダンスが零になればたとえ１次中
性点Ｏが接地されて１次巻線と電力系統への零相インピ
ーダンス回路が構成される３次、９次の調波分である電
流ＩａＹｐＩ０は３次巻線内を循環し、１次巻線には流
れなくなり電力系統にも流出しないことになる。

（実　施　例）以下本発明を図面に示す実施例について説明する。

第１図において本発明によるＳｖＣ用三相三巻線変圧器
１１は、星形結線である１次巻線７と２次巻線３および
三角結線である３次巻線１２が鉄心脚に巻装される構成
である。

そして１次巻線７の線路端子Ｕ、Ｖ、Ｗは電力系統１に
接続され、中性点端子０は直接接地され、２次巻線３に
はＴＣＲ５，６が接続され、２次中性点端子ごとＴＣＲ
６の中性点Ｎも接続され、３次巻線１２には３次負荷１
３が接続される。

３次負荷１３は力率改善用あるいは高調波吸収用のコン
デンサまたは所内用負荷などであってもよく、場合によ
ってはこの３次負荷１３は接続しないで３次巻線１２は
内蔵の安定巻線としてもよい。

第２図から第４図は本発明の三相三巻線変圧橢１１の巻
線配置と電流が巻線に流れた場合に発生するもれ磁束分
布を示したものであり、鉄心主脚１４上に２次巻線３，
３次巻線１２および１次巻線７の各巻線を順次者°装し
、２次巻線３と１次巻線７の巻線高さはＨであり、３次
巻線１２の巻線高さはＨより小さいＨ８とし、かつ１次
巻線７．２次巻線３および３次巻線１２の軸方向の巻線
高さの中心を同一高さにしである。

第２図に示す内鉄形同心配置巻線における各巻線間の零
相リアクタンスは軸方向のもれ磁束による成分（＄ＩＸ
ｏ轟）と半径方向のもれ磁束による成分（％ｌＸ０Ｒ）
との和で求められる。

軸方向のもれ磁束による成分Ｃ＄ＩＸｏａ）は次式で概
算値が求められる。

１次巻線７と２次巻線３の間（軸方向のもれ磁束分布図
は１５となる）＄ｌＸ６Ａｔｐ−ｓ＝に＾ＸＱｐ−ａ　　　＋＠ｊ＋”
°−−−−４−４−−−−　ＣＯ１次巻線７と３次巻線
１２の間（軸方向のもれ磁束分布図は１６となる）％ＩＸｏＡ＊ｐ−ｒ＝ＫｈＸＱｐ−ｔ　　　＋”°””
−■２次巻線３と３次巻線１２の間（軸方向のもれ磁束
分布図は１７どなる）算ＩＸ、＾＊５−ｉ＝ＫＡＸＱｓ−ｔ　　　・・・・・
・・・・・・・・・・・・・■但し　Ｋ＾＝　４．９６
　ｆ　Ｐ／　（３ｅ”　Ｈ）　　　・・・・・・・・・
・・・・・・・・・に）ｆ；定格周波数（Ｈｚ）、　ｐ
　：定格容量（ＭＶＡ）ｅｅ１巻回ボルト（Ｖ／回〕、
Ｈ；第２図に示す巻線の軸方向高さくｍ■〕Ｑｐ−ｓ　”狭＋匹十〇、−８，・・・・・・・・・・
・・■Ｑｐ−ｔ　＝虻ム＋にム＋虻ｈ・・・・・・・・
・・・・０゜３−１虻五−配りや虻Ｂ、　、、、、、、
、、、、、、。

８１〜Ｂ、、Ｄ、〜Ｄ、；第２図に示す巻線の半径方向
寸法（、ｍ）次に半径方向のもれ磁束による成分（％ＩＸｏ＊）につ
いて説明する。

１次巻線７と２次巻線３の間ではその巻線の高さが両方
とも同一のＨであるの７半径方向のもれ磁束は少なく無
視できる。

瓢ＸＸｏ＊＊ｐ−ｓ＝　０　　　　　　・・・・・・・
−・・・・・・・・・・■１次巻線７と３次巻線１２の
間では、第３図に示すように１次巻線７の巻線高さＨに
対して３次巻線１２の巻線高さはＨｌであり、上下の寸
法差Ｈ３は同一になるようにしであるので半径方向のも
れ磁束分布図は１８となり１次式で概算値が求められる
。

車０罠ｖＰ−Ｔ＝に尺×（！−）ｉ　　・・・・・・・
・・・・・・・・・・・■但しに、は（２）式と同じよ
うにＣｆ　−Ｐ／ｅ”）に比例する係数である。

２次巻線３と３次巻線１２の間では、第４図に示すよう
に、２次巻線７と３次巻線１２の巻線高さがＨ９Ｈ１と
差があるので、第３図と同様にして次式で求ぬられる。

％ＩＸｏＲｓｓ−τ＝　ＫＲＸ　（”　）”・・・・・
・・・・・・・・・・・・・（１０）従って各巻線間の
零相リアクタンスは次となる。

１次巻線７と２次巻線３の間％ｌＸ０ｙＰ−３＝に＾Ｘ　ｏｐ−ｓ　　　・・・・・
・・・・・・・・・・・・・（１１）１次巻線３と３次
巻線１２の間％ＩＸｏｓｐ−ｔ＝に＾ＸＱｐ−ｔ＋ＫＨＸ（ｕ！−）
”−・・・・・（１２）２次巻線３と３次巻線１２の間％ＩＸ３＊５−ｔ＝５ＸＱ３−７＋Ｋｐ（Ｘ（”）”−
（１３）次に変圧器１１の２次巻線３から見た零相イン
ピーダンスの等価回路は第５図となり、各分岐の零相イ
ンピーダンスＺＯＰＦ　２０ｓ、ｚｏｔの内の各零相リ
アクタンス％ＩＸｏｐ　ｖ％ｌＸＯ３＃％ＩＸｏＴは次
式で求められる。

％ＩＸｏｐ＝−（％ＩＸｏｅｐ−ｓ＋％ＩＸｏｔＰ−Ｔ
−％ＩＸｏ＊５−ｙ）”　　（１４）％ＩＸｏｓ：”（
％ＩＸｏ、ｐ−ｓ”％ＩＸｏｓｐ−ｔ−％ＩＸｏ＊５−
Ｔ）−（１５）（１６）式に（１１）式〜（１３）式を
代入し、さらにω式〜（ｌＯ）式を代入し、整理するとＤ３・Ｂ３となり軸方向のもれ磁束による成分（−にＡ×１２　　
）は負の値となる。

これらの零相リアクタンスに各抵抗分を含めたものが零
相インピーダンスＺｏｐｅ　ｚ０３ｙ　ｚｏ↑となり、
ｚｏＬは電力系統１の零相インピーダンスである。

この第５図における電流分流は次式で求められる。

（１８）式よりＺＯＴが零となればＩＰも零となること
がわかるので、　（１７）式で表わせる％ＩＸｏＴを零
に、すなわち（２０）式が成立するようにすれば２０１
の値は抵抗分だけとなり、ＩＰは小さくすることができ
る。

ここで問題にしているのは、星形結線ＴＣＲ６により発
生する３次、９次の調波分である電流ＩａＹｓＩｓＹの
流れ方であるので、リアクタンス分は周波数に比例し、
電流１ｓ’ｌに対しては３倍に、電流ＩＣＹに対しては
９倍となり、抵抗分は周波数によってはほとんど増加し
ないので（１８）式によって表わされるＩＰはますます
零に近づくことになる。

ＩＰが零になることは２次巻線３より流入したきた電流
Ｉａ　’ｆ　ｅ　Ｌ　’ｌが１次巻線７の方に流れない
ことを意味する。

一方（１９）式が工〒が１．に等しくなることは、２次
巻線３に流れる電流Ｉａ　Ｙ　＊　Ｉｓ　Ｙを３次巻線
１２に流れる電流で打消すことになり、電流ＩＩＹｐ　
ＩｓＹの全部が３次巻線１２内を循環することを意味す
る。

この発明のポイントである（１７）式で表わされる％Ｉ
ＸＯテを零に近づけること、すなわち（２０）式をほぼ
満足させる方法には寸法差Ｈ２を適切な値にすることで
あるが、それを満足させるために、多少の影響があり変
圧器巻線寸法が大きくなるが、製造価格にはあまり影響
しない程度である。

以上説明したように、１次巻線は星形結線であり、その
中性点を直接接地できるので超高圧系統に直接接続が可
能であり、１次巻線は段絶縁と低減絶縁にでき、その１
次巻線は、電圧の高い線路端子を巻線中央部より引出し
、電圧の低い中性点端子を巻線両端部より引出すことが
できるので、絶縁構造上都合がよく、その分だけ変圧器
をコンパクトにすることができる。

３次巻線が１次巻線と２次巻線の間に配置されるので、
電圧の高い１次巻線から２次巻線への静電的移行電圧が
小さくなる。２次巻線に取付けられるＴＣＨのサイリス
タは半導体であるため、その耐絶縁特性が、変圧器巻線
に比べ非常に悪いため、移行電圧が小さいことはサイリ
スタの使用個数の低減にも役立つことになる。

次に３次巻線の役目であるが、前述のＩａ　Ｙ　ｙ　Ｉ
ｓ　Ｙの電流を循環させるほかに、励磁電流に含まれる
３倍調波電流を環流させ、さらに１次側みた零相インピ
ーダンスを低くする働きもある。

第２図から第４図では３次巻線１２の巻線高さを他の巻
線より小さくする場合について記述したが、第６図に示
すように３次巻線１２の巻線高さＨ３を両端部Ｈ４づつ
大きくした場合についてもその半径方向のもれ磁束分布
図は２０となり、（２）式と（１０）式にれ、以降（２
０）式まで同じに奇り、その作用も同様になる。

又第７図に示すように３次巻線１２を巻線高さ方向で２
分割し、巻線高さＨいその間隙寸法Ｈ１とじ、２つの巻
線を直列あるいは並列に接続する場合についても、その
半径方向のもれ磁束分布図は２１となり、０式と（１０
）式における（！！−！−）のかわりに（−！！−）Ｈ
２８を代入する式で求められ、その作用も同様になる。

（発明の効果〕従来方式なら半分の定格容量を有し、その結線が星形−
三角のものと星形−星形のものを２台使用するが、本発
明においては倍の定格容量になるが１台の使用ですむこ
とになる。

２台が１台になることによって生じる利点は、１台にす
る方がその変圧器の総重量が約７５％になることである
。総重量が低減することは、その材料費とその加工費が
低減でき、発生する損失も低減でき、さらにその変圧器
を設置する据付面積も少なくて済むことになる。

従って１次巻線の中性点を直接接地して使用でき、製造
費が安く、損失も少なくできるＳＶＣ用三相三巻線変圧
器を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるＳｖｃ用三相三巻線変圧量を使用
する主回路構成を示す結線図、第２！！Ｉは第１図に示
した変圧器における巻線配置と軸方向のもれ磁束分布を
示す説明図、第３図と第４図は第１図に示した変圧器に
おける巻線配置と半径方向のもれ磁束分布を示す説明図
、第５図は三巻線変圧器の零相インピーダンスを示す等
価回路図、第６図と第７図は本発明の他の実施例の変圧
器の巻線配置と半径方向のもれ磁束分布を示す説明図、
第８図は従来方法を示す主回路構成図、第９図は従来方
法から容易に想像できる三巻線とした場合の主回路構成
図である。１・・・電力系統　　　　　２，７・・・１次巻線３・
・・２次巻線４・・・ＳｖＣ用三相二巻線変圧器５・・・三角結線のＴＣＲ６・・・星形結線のＴＣＲ８
，１２・・・３次巻線９．１１・・・ＳＶＣ用三相三巻線変圧器１０・・・ア
レスタ　　　　　１３・・・３次負荷１４・・・鉄心主
脚１５．１６，１フ・・・軸方向のもれ磁束分布図１８．
１９，２０．２１・・・半径方向のもれ磁束分布図代理
人　弁理士　則　近　憲　佑同　　三俣弘文第６図　　　第７図第８図第９図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　すくなくとも３つの鉄心主脚に、それぞれ内側
より、中性点つき星形結線の２次巻線、三角結線の３次
巻線および中性点つき星形結線の１次巻線の各巻線を順
次巻装した三相三巻線変圧器において、前記１次巻線は
線路端子を巻線中央部より引出し、中性点端子を巻線両
端部より引出し、前記３次巻線の軸方向の巻線高さを、
１次巻線および２次巻線の巻線高さより、小さくあるい
は大きくし、かつ１次巻線、２次巻線および３次巻線の
軸方向の巻線高さの中心を同一高さにしたことを特徴と
する三相三巻線変圧器。
（２）　３次巻線を軸方向の巻線高さで、２つ以上に分
割し、それらを直列あるいは並列に接続したものを三角
結線としたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の三相三巻線変圧器。