特開 2023-169851 タップ切換変圧器の電子式タップ切換器制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023169851

(43)【公開日】2023-11-30

(54)【発明の名称】タップ切換変圧器の電子式タップ切換器制御装置

(51)【国際特許分類】

   H01F 29/04 20060101AFI20231122BHJP

   H02J 3/12 20060101ALI20231122BHJP

【ＦＩ】

H01F29/04 501Z

H02J3/12

H01F29/04 502L

H01F29/04 502A

【審査請求】有

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022160586

(22)【出願日】2022-10-04

(31)【優先権主張番号】10-2022-0060313

(32)【優先日】2022-05-17

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(71)【出願人】

【識別番号】522392140

【氏名又は名称】サンイル エレクトリック カンパニー リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100149870

【弁理士】

【氏名又は名称】芦北 智晴

(74)【代理人】

【識別番号】100207022

【弁理士】

【氏名又は名称】小島 弘之

(72)【発明者】

【氏名】ベ スンヒョン

【テーマコード（参考）】

5G066

【Ｆターム（参考）】

5G066DA01

(57)【要約】      （修正有）

【課題】タップ巻線の短絡電流をリアルタイムにて監視し、電子式タップ切換器の切換位相を選択的に制御して電子式タップ切換器を安定的に動作させるとともに、変圧器の焼損を未然に防ぐようにしたタップ切換変圧器の電子式タップ切換器制御装置を提供する。
【解決手段】タップ切換変圧器の電子式タップ切換器制御装置は、送電線から電源を供給されて負荷に対応する電圧に調節して出力するために１次側コイルにそれぞれ異なる変圧比を有するように配設される複数の巻線タップを具備した変圧器と、変圧器の変圧比を調節するために多数の電子式スイッチング素子を具備した電子式タップ切換器と、変圧器の各巻線タップに接続されて短絡電流を感知する複数の電流検出器と、各電流検出器から感知された各巻線タップの短絡電流を伝達されて定格電流と比較して選択的に各電子式スイッチング素子の切換位相を拡大又は縮小を通して可変にして制御する制御部と、を備える。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

送電線から電源を供給されて負荷に対応する電圧に調節して出力するために１次側コイルにそれぞれ異なる変圧比を有するように互いに異なる巻線数を有する位置に配設される複数の巻線タップを具備した変圧器と、
前記変圧器の各巻線タップに接続されて前記変圧器の変圧比を調節するために多数の電子式スイッチング素子を具備した電子式タップ切換器と、
前記変圧器の各巻線タップに接続されて短絡電流を感知する複数の電流検出器と、
前記各電流検出器から感知された各巻線タップの短絡電流を伝達されて定格電流と比較して選択的に前記各電子式スイッチング素子の切換位相を拡大または縮小を通して可変にして制御する制御部と、
を備えてなることを特徴とするタップ切換変圧器の電子式タップ切換器制御装置。

【請求項2】

前記制御部は、
前記電流検出器から感知された短絡電流を伝達されて定格電流と比較する比較部と、
前記比較部の結果に基づいて、前記各電子式スイッチング素子の切換位相の拡大または縮小を選択する選択部と、
前記選択部の選択に応じて、前記各電子式スイッチング素子に切換位相を可変にして出力する出力部と、を備えてなることを特徴とする請求項１に記載のタップ切換変圧器の電子式タップ切換器制御装置。

【請求項3】

前記制御部に電源を供給する電源供給部をさらに備えてなることを特徴とする請求項１に記載のタップ切換変圧器の電子式タップ切換器制御装置。

【請求項4】

前記制御部の結果を外部に伝達する通信端子及びディスプレイ端子をさらに備えてなることを特徴とする請求項１に記載のタップ切換変圧器の電子式タップ切換器制御装置。

【請求項5】

前記電流検出器としては、Ｈａｌｌ ＣＴまたは電流計器用の変流器を用いることを特徴とする請求項１に記載のタップ切換変圧器の電子式タップ切換器制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、タップ切換変圧器に係り、特に、タップ巻線の短絡電流をリアルタイムにて監視し、これを通して電子式タップ切換器の切換位相を選択的に制御して電子式タップ切換器を安定的に動作させるとともに、変圧器の焼損を未然に防ぐようにしたタップ切換変圧器の電子式タップ切換器制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、変圧器は、２次電圧（低電圧、負荷電圧、需要家電圧などとも呼ばれる）を規定された定格電圧に保つ必要があるが、現実的に、変圧器の設置場所に応じて、１次電圧（高電圧、受電電圧）が一定しておらず、負荷電流の大きさや力率に応じて変圧器において起こる内部電圧の降下もまた絶え間なく変化するため、２次電圧は絶え間なく変わらざるを得ない。

【0003】

このように、本質的に絶え間なく変動する２次電圧を定格電圧の近くに保持できるように変圧器の巻線に多数のタップが形成されることがある。１次電圧または２次電圧に接続されたタップを変更すれば、変圧器の巻線比が変わり、状況に応じて適宜にタップを選択すれば、２次電圧を定格電圧に保つことができる。

【0004】

通常、タップは、変圧器の１次巻線に形成されるが、たとえ変圧器１次電圧が定格を超えたとしても、鉄芯が過剰に飽和されることを防ぐことができ、１次巻線に流れる電流が２次巻線の電流に比べて相対的に小さいため、より手軽にタップを形成することができるためである。

【0005】

このように、タップを自動的に変換する装置をタップ切換装置と呼び、特に、負荷が供給される最中に自動的にまたは手動でタップを切り換える装置としては、負荷時タップ切換装置（ＯＬＴＣ：Ｏｎ－Ｌｏａｄ Ｔａｐ Ｃｈａｎｇｅｒ）やステップ電圧調整器（ＳＶＲ：Ｓｔｅｐ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｒｅｇｕｌａｔｏｒ）などが挙げられる。

【0006】

ＯＬＴＣとしては、２次側のある地点の測定電圧が予め設定しておいた上限基準や下限基準から外れると、タップを変動させる方式であるデジタル電圧計（ＤＶＭ：Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｍｅｔｅｒ）の方式と、配電線路を一本の等価配電線路にモデリングし、電圧の降下につれてタップを変動させる方式である線路電圧降下補償器（ＬＤＣ：Ｌｉｎｅ Ｄｒｏｐ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ）の方式と、が挙げられる。

【0007】

ＤＶＭ方式のＯＬＴＣは、最初に設定された負荷中心点においてＤＶＭを通して測定される電圧を利用し、負荷側の配電線路が新設もしくは増設されたり、負荷が移動したりするなどといった状況の変動があるときには負荷中心点の変動を捉え難く、しかも、配電線路の構成が変更される場合にタップ切換装置の設定値を訂正しなければならないが、訂正される設定値の信頼度が低い。

【0008】

また、固定された負荷中心点を使用するが故に、たとえ配電系統の末端需要家において電圧の降下が起こったとしても、負荷中心点においては電圧が正常範囲内において測定されてしまうことが懸念され、このため、適切なタップ切換の動作を行うことが困難になる虞がある。

【0009】

これを解決するために負荷中心点を予め多数設定し、配電系統の状況に応じて適宜に選択される一つの負荷中心点において測定される電圧値を利用するＯＬＴＣ方式もまた提案されている。しかしながら、配電系統の条件が変動するときに負荷中心点を上手く選択せねばならないという不都合がある。

【0010】

図１は、従来の技術による変圧器の機械式タップ切換装置の一例を示すものであって、変圧器１０から高圧が印加される１次側コイルの両端の間に段階別に多数のタップｔ１～ｔ５が引き出され、手操作によりタップセレクターを正方向もしくは逆方向に回転させてタップｔ１～ｔ５との接触位置に応じて１次側コイルの巻数を上げたり下げたりして１次側コイルと２次側コイルとの巻線比を変更することにより、出力電圧を調整できるようになっている。

【0011】

このような機械式タップ切換装置は、機械的なロータリー方式によりタップ切換が行われるため、１次側コイルの巻線数を増加させるべくタップセレクターをタップｔ１からタップｔ５の向きに回転させるときに段階的に増加してしまう一方、１次側コイルの巻線数を減少させるべくタップセレクターをタップｔ１からタップｔ５の向きに回転させるときに段階的に減少してしまう。タップセレクターをタップｔ１からタップｔ３へと切り換えようとしても、必ずタップｔ２を経なければならないため、切り換えにかかる時間が長引き、切り換える段階の数が増えれば増えるほど、切り換えにかかる時間はさらに長引いてしまう。

【0012】

また、従来の技術による電子式スイッチを用いたタップ切換器の切換動作は、図２及び図３に示すように、各相の位相が９０°になる地点にタップ切換器を制御して出力電圧を調整することができる。ここで、図２は、従来のタップ切換変圧器におけるタップ巻線から生じる短絡電流が流れる方向を示す図であり、図３は、従来のタップ切換変圧器のタップ切換器の切換動作を示す図である。

【0013】

すなわち、従来の電子式タップ切換器は、変圧器のタップ巻線の内部において生じる短絡電流を防ぐために電圧の９０°位相の近くにおいてのみ切換動作を行うことになるが故に、その分だけ切換時間が長引いてしまうという不都合があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0014】

【特許文献1】韓国特許第１０－１９７３９５２（登録日２０１９年５月２日）

【特許文献2】韓国公開特許第１０－１９９９－００２８８４５（公開日１９９９年４月１５日）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0015】

本発明は、上記のような不都合を解決するために案出されたものであって、タップ巻線の短絡電流をリアルタイムにて監視し、これを通して電子式タップ切換器の切換位相を選択的に拡大または縮小に制御して電子式タップ切換器を安定的に動作させるとともに、変圧器の焼損を未然に防ぐようにしたタップ切換変圧器の電子式タップ切換器制御装置を提供するところにその目的がある。

【課題を解決するための手段】

【0016】

上記のような目的を達成するための本発明によるタップ切換変圧器の電子式タップ切換器制御装置は、送電線から電源を供給されて負荷に対応する電圧に調節して出力するために１次側コイルにそれぞれ異なる変圧比を有するように互いに異なる巻線数を有する位置に配設される複数の巻線タップを具備した変圧器と、前記変圧器の各巻線タップに接続されて前記変圧器の変圧比を調節するために多数の電子式スイッチング素子を具備した電子式タップ切換器と、前記変圧器の各巻線タップに接続されて短絡電流を感知する複数の電流検出器と、前記各電流検出器から感知された各巻線タップの短絡電流を伝達されて定格電流と比較して選択的に前記各電子式スイッチング素子の切換位相を拡大または縮小を通して可変にして制御する制御部と、を備えてなることを特徴とする。

【発明の効果】

【0017】

本発明の実施形態によるタップ切換変圧器の電子式タップ切換器制御装置は、下記のような効果がある。

【0018】

まず、第一に、タップ巻線の短絡電流をリアルタイムにて監視し、これを通して電子式タップ切換器の切換位相を拡大または縮小に可変制御することにより、切換時間を短縮することができる。

【0019】

第二に、タップ巻線の短絡電流をリアルタイムにて監視し、大きな短絡電流が生じる場合に切換位相を縮小するように制御することにより、タップ切換器を安定的に動作させることができる。

【0020】

第三に、タップ巻線の短絡電流をリアルタイムにて監視し、短絡電流が生じる場合に動作を停止することにより、変圧器の焼損を未然に防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】従来の技術による変圧器の機械式タップ切換装置を示す一例示図。

【図2】従来のタップ切換変圧器におけるタップ巻線から生じる短絡電流が流れる方向を示す図。

【図3】従来のタップ切換変圧器のタップ切換器の切換動作を示す図。

【図4】本発明によるタップ切換変圧器の電子式タップ切換器制御装置を概略的に示す構成図。

【図5】図４のタップ切換変圧器の切換位相の可変制御を説明するための構成図。

【図6】図４の制御部をより具体的に示す構成図。

【図7】本発明によるタップ切換変圧器の電子式タップ切換器の切換動作を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0022】

本発明を十分に理解するためには、本発明の好適な実施形態について添付図面に基づいて説明する。本発明の実施形態は色々な形態に変形可能であり、本発明の範囲が以下において詳しく説明する実施形態に限定されるものと解釈されてはならない。本実施形態は、当業界において平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。よって、図中の要素の形状などは、より明確な説明を強調するために誇張されて表現されてもよい。各図面において、同一の部材は、同一の参照符号にて示された場合があるということに留意すべきである本発明の要旨を余計に曖昧にする虞があると認められる公知の機能及び構成についての詳しい記述は省略される。

【0023】

図４は、本発明によるタップ切換変圧器の電子式タップ切換器制御装置を概略的に示す構成図であり、図５は、図４のタップ切換変圧器の切換位相の可変制御を説明するための構成図である。

【0024】

本発明によるタップ切換変圧器の電子式タップ切換器制御装置は、図４及び図５に示すように、送電線Ｓから電源を供給されて負荷Ｌに対応する電圧に調節して出力するために１次側コイルにそれぞれ異なる変圧比を有するように互いに異なる巻線数を有する位置に配設される複数の巻線タップを具備した変圧器１００と、前記変圧器１００の各巻線タップに接続されて前記変圧器１００の変圧比を調節するために多数の電子式スイッチング素子Ｓ１～Ｓ１１を具備した電子式タップ切換器２００と、前記変圧器１００の各巻線タップに接続されて短絡電流を感知する複数の電流検出器３００と、前記各電流検出器３００から感知された各巻線タップの短絡電流を伝達されて定格電流と比較して選択的に前記各電子式スイッチング素子Ｓ１～Ｓ１１の切換位相を拡大または縮小を通して可変にして制御する制御部４００と、を備えてなる。

【0025】

ここで、前記変圧器１００は、送電系統から受電電圧を受電する１次巻線と、定格の低電圧を需要家系統に供給する２次巻線と、を備え、１次巻線または２次巻線のうちのどちらか一方に複数のタップを備える。上述したところにより、タップは、１次巻線に具備されることが好ましいことがある。

【0026】

例えば、複数のタップは、巻線比１：１．１から巻線比１：０．９までを巻線比が０．０２ずつ減る１０個の区間に分割できるように設定することのできる、１１個のタップであってもよい。この場合に、タップ番号ｋは、１から１１までのうちのいずれか一つであり、もし、タップ番号ｋ＝３であれば、巻線比は１：１．０６であり、タップ番号ｋ＝９であれば、巻線比は１：０．９４である。

【0027】

このとき、前記変圧器１００の１次巻線には複数のタップが具備され、それぞれのタップは、巻線比が異なる地点に位置する。したがって、Ｐ１に交流電源が供給されるか、それとも、Ｐ２に交流電源が供給されるかに応じて、１次巻線に現れる交流電圧の大きさが異なってくる。

【0028】

ここで、前記制御部４００は、外部の要因により電力線から供給される電圧が突然大きくなるなどの様々な要因により変圧器１００から出力される電圧が変化する場合、変圧器１００の変圧比を調節して出力される電圧が負荷Ｌに対応するように設定された基準電圧において許容された範囲を逸脱しないように制御して安定的に電力を供給することになる。

【0029】

すなわち、前記電子式タップ切換器２００は、前記制御部４００の制御を受けて負荷Ｌに電力を供給するために変圧器１００を介して出力される電圧が負荷Ｌにおいて許容可能な許容値以内である場合には変圧比を調節せずに電力を供給することになり、許容値を超える場合には許容値以内の電圧に調節して出力しなければならない。

【0030】

前記電流検出器３００としては、変圧器１００のタップ巻線に対する短絡電流を感知するためのものであって、Ｈａｌｌ ＣＴまたは電流計器用の変流器（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）を用いることができる。

【0031】

前記制御部４００は、図６に示すように、前記電流検出器３００から感知された短絡電流を伝達されて定格電流と比較する比較部４１０と、前記比較部４１０の結果に基づいて前記各電子式スイッチング素子Ｓ１～Ｓ１１の切換位相の拡大または縮小を選択する選択部４２０と、前記選択部４２０の選択に応じて、前記各電子式スイッチング素子Ｓ１～Ｓ１１に切換位相を可変にして出力する出力部４３０と、を備えてなる。

【0032】

前記電子式タップ切換器２００を構成する電子式スイッチング素子Ｓ１～Ｓ１１を正確なタイミング、すなわち、短絡電流を感知した後に定格電流と比較して切換位相を拡大または縮小を通して切換位相の可変制御を通じて切り換えられるようにして電子式スイッチング素子Ｓ１～Ｓ１１に加えられる負荷を最小化し、無駄遣いされるエネルギーを節減することが可能になる。すなわち、ＦＥＴなどの電子式スイッチング素子Ｓ１～Ｓ１１は、ＯＦＦ状態からＯＮ状態へとスイッチングしたり、ＯＮ状態からＯＦＦ状態へとスイッチングしたりするときに時間がかかり、このようなスイッチングに際してエネルギーの損失が生じてしまう。

【0033】

例えば、ＯＮの状態で電流が流れる状態でＯＦＦの信号を印加すれば、電子式スイッチング素子Ｓ１～Ｓ１１が徐々にＯＦＦの状態に変わるが、理論上、ＯＮの状態の電子式スイッチング素子Ｓ１～Ｓ１１の両端の電圧は０Ｖであるものの、一気に変わるわけではなく、所定の時間をおいてスイッチングされれば、電子式スイッチング素子Ｓ１～Ｓ１１の両端に少しずつ電圧がかかって、Ｖ・Ｉ分のエネルギーが費やされる。

【0034】

このようにして費やされるエネルギーは電子式スイッチング素子Ｓ１～Ｓ１１から熱として放出されるが、このエネルギーが大きくなると、電子式スイッチング素子Ｓ１～Ｓ１１が熱により損傷されたり、酷い場合には焼けてしまったりするという不都合が生じる虞がある。

【0035】

したがって、本発明においては、電子式タップ切換器２００を制御するために変圧器１００の巻線タップに対する短絡電流を電流検出器３００を用いてリアルタイムにて測定して、制御部４００を用いて測定された短絡電流と定格電流とを比較して切換位相を可変にして正確なタイミングにてスイッチングされるように制御して電子式スイッチング素子Ｓ１～Ｓ１１を介して費やされるエネルギーを最小化し、電子式スイッチング素子Ｓ１～Ｓ１１の負荷を減らすことにより、電子式スイッチング素子Ｓ１～Ｓ１１の耐久性を高めることになる。

【0036】

また、図面には具体的に示されていないが、前記タップ切換変圧器の電子式タップ切換器制御装置は、前記制御部４００に電源を供給する電源供給部と、前記制御部４００の結果を外部に伝達する通信端子及びディスプレイ端子と、をさらに備えてなる。

【0037】

すなわち、前記制御部４００は、外部のサーバーとイーサネット（登録商標）通信を行うためのＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）通信部及びＵＳＢの形態で試験結果データを外部に出力するための外部ＵＳＢ接続部を備えてなる。

【0038】

また、前記制御部４００は、近距離の他の装備と近距離無線通信としてのブルートゥース（登録商標）通信を行うブルートゥース（登録商標）通信部及び結果をプリントするための印刷装置部の少なくとも一方をさらに備える。

【0039】

前記制御部４００は、前記変圧器１００の入力端及び出力端に関する電圧と電流の情報を前記比較部４１０に受け渡すアナログプロセッサーを備える。

【0040】

したがって、本発明は、図７に示すように、電流検出器３００を用いて変圧器１００のタップ巻線に対する短絡電流をリアルタイムにて監視し、これを通して電子式タップ切換器２００の切換位相を拡大または縮小に可変制御することにより、切換時間を短縮するとともに、電子式タップ切換器を安定的に動作させながら、短絡電流が生じる場合に動作を停止することにより変圧器１００の焼損を未然に防ぐことができる。

【0041】

一方、以上において本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明の権利範囲はこれに何ら限定されるものではなく、本発明の実施形態と実質的に均等な範囲にあるものまで本発明の権利範囲が及ぶものであり、本発明の精神を逸脱しない範囲内において当該発明が属する技術分野において通常の知識を有する者により様々な変形実施が可能である。

【符号の説明】

【0042】

１００：変圧器
２００：電子式タップ切換器
３００：電流検出器
４００：制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】