特開 2024-19783 自動電圧調整器

(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】P2024019783

(43)【公開日】2024-02-14

(54)【発明の名称】自動電圧調整器

(51)【国際特許分類】

   H02J 3/12 20060101AFI20240206BHJP

   H01F 29/04 20060101ALI20240206BHJP

   H02J 3/18 20060101ALI20240206BHJP

   H02M 5/12 20060101ALI20240206BHJP

   G05F 1/147 20060101ALI20240206BHJP

   G05F 1/10 20060101ALI20240206BHJP

【ＦＩ】

H02J3/12

H01F29/04 501D

H01F29/04 502B

H02J3/18 178

H02M5/12 A

G05F1/147

G05F1/10 L

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022122454

(22)【出願日】2022-08-01

(71)【出願人】

【識別番号】000116666

【氏名又は名称】愛知電機株式会社

(72)【発明者】

【氏名】井深 直人

(72)【発明者】

【氏名】苻川 謙治

(72)【発明者】

【氏名】澤田 真樹

(72)【発明者】

【氏名】松原 和司

(72)【発明者】

【氏名】尾本 勇太

【テーマコード（参考）】

5G066

5H410

5H420

5H750

【Ｆターム（参考）】

5G066DA01

5G066FC01

5H410BB01

5H410BB02

5H410BB04

5H410CC04

5H410DD04

5H410EA19

5H410EB38

5H410FF03

5H410FF24

5H420BB02

5H420BB12

5H420CC05

5H420DD04

5H420EA30

5H420EA40

5H420EB38

5H420FF03

5H420FF24

5H420NB04

5H420NC26

5H750AA02

5H750CC10

5H750CC11

5H750DD25

5H750FF05

5H750GG06

(57)【要約】

【課題】 製品コストを抑制し、かつ、各相制御による電圧不平衡の是正が可能な自動電圧調整器を提供する。
【解決手段】 三相配電線路１～３の線間に電圧調整用変圧器９,１０をＶ結線して挿入する。電圧調整用変圧器９,１０の間接回路側にはタップ選択器７ｂ,８ｂを接続する。また、三相配電線路１～３には直列にＹ結線した直列変圧器４～６を挿入する。直列変圧器４～６の間接回路側には切換開閉器７ａ,８ａを接続する。これにより、タップ選択器７ｂ,８ｂと切換開閉器７ａ,８ａからなるタップ切換器７,８を構成し、電圧調整用変圧器９,１０の間接回路側と、直列変圧器４～６の間接回路側を結合する。タップ切換器７,８は図示しない制御部によって個別に制御する。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

三相配電線路の線間に挿入され、Ｖ結線される電圧調整用変圧器と、該電圧調整用変圧器の間接回路側に接続されるタップ選択器と、三相配電線路に直列に挿入され、Ｙ結線される直列変圧器と、該直列変圧器の間接回路側に接続される切換開閉器を備え、前記タップ選択器と該切換開閉器によってタップ切換器を構成し、当該タップ切換器によって前記電圧調整用変圧器の間接回路側と、直列変圧器の間接回路側を結合し、かつ、当該タップ切換器を制御する制御部を備え、該制御部によって前記タップ切換器を制御することで、三相配電線路の電圧調整を行うことを特徴とする自動電圧調整器。

【請求項2】

前記制御部は、前記タップ切換器を各相毎に制御して、各相個別の電圧調整を可能としたことを特徴とする請求項１記載の自動電圧調整器。

【請求項3】

前記切換開閉器は真空中で接点を開閉する真空バルブを備えて構成したことを特徴とする請求項１又は請求項２の何れかに記載の自動電圧調整器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、製品価格を抑制しつつ三相配電線の各相を個別に電圧調整することのできる自動電圧調整器に関するものである。

【背景技術】

【0002】

配電線の電圧は、負荷の増減によって絶えず変動している。自動電圧調整器（ 以下、ＳＶＲという）は、高圧配電線に接続され、この電圧変動を抑制する機器である。

【0003】

ＳＶＲは、タップ付電圧調整用変圧器、タップ切換器、制御部から概略構成されており、あらかじめ整定された基準電圧との偏差を制御部が検知し、タップ切換器を動作させ、常に最適なタップ電圧に調整する機能を有している。

【0004】

ＳＶＲのタップ切換器は、概略、切換開閉器とタップ選択器から構成されている。切換開閉器としては、絶縁油中で接点を切り換える方式（油中スイッチ方式）の他、真空バルブ内で接点を開閉する方式（真空バルブスイッチ方式）のものが存在する。

【0005】

前記油中スイッチ方式は、切り換え時のアークによって発生するカーボンスラッジにより絶縁油が汚損されるので、タップ切換動作が１０万回を超える１０年程度で絶縁油を取り換える必要がある。一方、真空バルブスイッチ方式は接点が真空バルブ内にあるため、絶縁油の汚損が無い。よって、絶縁油の交換が不要となる利点があり、近年、採用される事例が多い（下記非特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【非特許文献1】愛知電機技報Ｎｏ．３６ｐ３～６自動電圧調整器とアクチエータ 図３＿真空バルブ式タップ切換器

【0007】

図３に上記ＳＶＲと三相配電線路の結線図の一例を示す。ＳＶＲは三相配電線の各配電線路の入力側の端子Ｕ,Ｖ,Ｗに直列に切換開閉器１０１ａ～１０１ｃが接続され、各切換開閉器１０１ａ～１０１ｃにはそれぞれタップ選択器１０２ａ～１０２ｃが接続されている。タップ選択器１０２ａ～１０２ｃは、タップ付きの電圧調整用変圧器１０３ａ～１０３ｃに接続され、当該電圧調整用変圧器１０３ａ～１０３ｃは、Ｙ結線された巻線１０４ａ～１０４ｃを三相配電線路の出力側端子ｕ,ｖ,ｗに接続している。

【0008】

各切換開閉器１０１ａ～１０１ｃは、絶縁油中や真空中で開閉する接点を備えており、各相に配置されたタップ選択器１０２ａ～１０２ｃと連動することによって、負荷をかけたまま、タップ選択器１０２ａ～１０２ｃによって変圧器１０３ａ～１０３ｃのタップを切り換えて、出力側の配電線電圧が変動することを抑制している。各切換開閉器１０１ａ～１０１ｃとタップ選択器１０２ａ～１０２ｃによりタップ切換器が構成され、該タップ切換器によるタップ切換えは図示しない制御部によって制御される。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

然るに、図３に示すＳＶＲはそもそも三相平衡を前提とした機器であるので、これを構成する前記制御部は切換開閉器１０１ａ～１０１ｃおよびタップ選択器１０２ａ～１０２ｃを各相毎に制御することはできない。つまり、制御部は三相一括制御しか行うことができないので、各相間に電圧不平衡が生じた場合、これを抑制することができない。

【0010】

また、切換開閉器１０１ａ～１０１ｃが配電線路に直接接続されるので、切換開閉器１０１ａ～１０１ｃを構成する接点は、大電流を入り切り可能な性能を有する必要がある。そのため、接点が必然的に大型化し、かつ、高価となる問題点がある。特に切換開閉器１０１ａ～１０１ｃに真空バルブスイッチ方式を適用する場合、絶縁油の汚損が防止できる分、高額化は顕著となる。

【0011】

本発明は、このような問題を解消するためになされたものであり、製品コストを抑制しつつ、各相制御による電圧不平衡の是正が可能な自動電圧調整器を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0012】

請求項１記載の発明は、三相配電線路の線間に挿入されてＶ結線される電圧調整用変圧器と、該電圧調整用変圧器の間接回路側に接続されるタップ選択器と、三相配電線路に直列に挿入されてＹ結線される直列変圧器と、該直列変圧器の間接回路側に接続される切換開閉器を備え、前記タップ選択器と切換開閉器によってタップ切換器を構成し、該タップ切換器によって前記電圧調整用変圧器の間接回路側と、直列変圧器の間接回路側を結合し、かつ、当該タップ切換器を制御する制御部を備えた自動電圧調整器であって、前記制御部によってタップ切換器を制御することで三相配電線路の電圧調整を行うことを特徴とする。

【0013】

請求項２記載の発明は、請求項１記載の自動電圧調整器において、制御部によってタップ切換器を各相毎に制御することで、各相個別の電圧調整を可能としたことを特長とする。

【0014】

請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２の何れかに記載の自動電圧調整器において、切換開閉器に真空中で接点を開閉する真空バルブを備えて構成したことを特長とする。

【発明の効果】

【0015】

請求項１記載の発明によれば、切換開閉器を構成する接点が直列変圧器の二次側に接続されるので、接点が開閉する電流値を接点の容量に合わせて選定でき、接点を小型かつ安価に構成することができる。

【0016】

請求項２記載の発明によれば、制御部によってタップ切換器を各相制御することができるので、三相不平衡を是正することが可能となる。

【0017】

請求項３記載の発明によれば、切換開閉器に真空バルブスイッチ方式を適用することで、請求項１,２記載の効果に加え、絶縁油の汚損を防止でき、絶縁油の交換が不要となる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の自動電圧調整器の回路図である。

【図2】（ａ）は本発明の自動電圧調整器による各相制御を示すベクトル図であり、（ｂ）は前記自動電圧調整器の各部にかかる電圧値を示す回路図である。

【図3】従来の自動電圧調整器の回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

本発明の実施の形態を図１,２により説明する。図１は本発明の自動電圧調整器Ａを示す回路図であり、一般的にＳＶＲ（：Step Voltage Regulator）と呼称される。図１に示すように、本発明の自動電圧調整器Ａは、三相配電線路１,２,３の入力側端子Ｕ,Ｖ,Ｗと出力側端子ｕ,ｖ,ｗ間に接続される。

【0020】

自動電圧調整器Ａは、配電線路１,２,３に直列接続される直列変圧器４，５，６と、配電線路１,２,３に並列接続される電圧調整用変圧器９,１０、直列変圧器４，５，６と電圧調整用変圧器９,１０を結ぶタップ切換器７,８と、タップ切換器７,８を制御する図示しない制御部を備えて構成されている。

【0021】

タップ切換器７は、切換開閉器７ａとタップ選択器７ｂから構成され、タップ切換器８は、切換開閉器８ａとタップ選択器８ｂから構成される。タップ選択器７ｂ,８ｂは、電圧調整用変圧器９,１０のタップ巻線のうち運転するタップを選択する。切換開閉器７ａ,８ａは、通電状態のまま、タップ選択器７ｂ、８ｂによって選ばれたタップに回路を切り換える。

【0022】

自動電圧調整器Ａ内を通る第１の電圧線１ａは、入力側端子Ｕと直列変圧器４を接続する。直列変圧器４は出力側端子ｕとの間を第１の調整線１ｂによって接続されている。

【0023】

自動電圧調整器Ａ内を通る第２の電圧線２ａは、入力側端子Ｖと直列変圧器５を接続する。直列変圧器５は出力側端子ｕとの間を第２の調整線２ｂによって接続されている。

【0024】

自動電圧調整器Ａ内を通る第３の電圧線３ａは、入力側端子Ｗと直列変圧器６を接続する。直列変圧器６は出力側端子ｕとの間を第３の調整線３ｂによって接続されている。

【0025】

直列変圧器４は、一方端を切換開閉器７ａに接続した一次巻線４ａと、第１の電圧線１ａと第１の調整線１ｂを直列接続する二次巻線４ｂを備える。直列変圧器４は、一次巻線４ａの印加電圧に応じて、二次巻線４ｂに誘起電圧を生じさせ、その誘起電圧により第１の電圧線１ａに対して第１の調整線１ｂの電圧を昇圧または降圧する。

【0026】

直列変圧器５は、一方端を直列変圧器４の他方端に接続し、他方端をタップ選択器７ｂ,８ｂに接続する一次巻線５ａと、第２の電圧線２ａと第２の調整線２ｂを直列接続する二次巻線５ｂを備える。直列変圧器５は、一次巻線５ａの印加電圧に応じて、二次巻線５ｂに誘起電圧を生じさせ、その誘起電圧により第２の電圧線２ａに対して第２の調整線２ｂの電圧を昇圧または降圧する。

【0027】

直列変圧器６は、一方端を切換開閉器８ａに接続し、他方端を直列変圧器４の一次巻線４ａの他方端と直列変圧器５の一次巻線５ａの一方端に接続する一次巻線６ａと、第３の電圧線３ａと第３の調整線３ｂを直列接続する二次巻線６ｂとを備える。直列変圧器６は、一次巻線６ａの印加電圧に応じて、二次巻線６ｂに誘起電圧を生じさせ、その誘起電圧により第３の電圧線３ａに対して第３の調整線３ｂの電圧を昇圧または降圧する。

【0028】

前記直列変圧器４,５,６はＹ結線されている。直列変圧器４,５,６の二次巻線４ｂ,５ｂ,６ｂに生じる誘起電圧は、一次巻線４ａ,５ａ,６ａに対する二次巻線４ｂ,５ｂ,６ｂの巻数比に応じた大きさの電圧が誘起される。

【0029】

切換開閉器７ａは、タップ切換器７内においてタップ選択器７ｂに接続される。切換開閉器８ａは、タップ切換器８内においてタップ選択器８ｂに接続される。切換開閉器７ａ,８ａは一次巻線４ａ,６ａに流れる電流の通電と遮断を切り換える１つ以上の接点と限流抵抗器を備える。限流抵抗器は、切換開閉器７ａ,８ａ内を流れる循環電流（横流）を抑制する。

【0030】

前記接点は絶縁油中で開閉するもの（油中スイッチ方式）の他、真空バルブ内で開閉するもの（真空バルブスイッチ方式）がある。油中スイッチ方式は、スイッチ開閉時に発生するアークによって絶縁油が汚損されるので、汚損した絶縁油を取り換える負担を無くすのであれば真空バルブスイッチ方式を採用する。

【0031】

タップ選択器７ｂは、電圧調整用変圧器９に接続され、当該変圧器９の二次巻線９ｂに接続されるタップを選択することで、直列変圧器４,５による昇圧／降圧幅を切り換える。

【0032】

タップ選択器８ｂは、電圧調整用変圧器１０に接続され、当該変圧器１０の二次巻線１０ｂに接続されるタップを選択することで、直列変圧器５,６による昇圧／降圧幅を切り換える。

【0033】

タップ選択器７ｂ,８ｂは、一般的に、駆動軸の長手方向に可動接点を三相分配列し、駆動軸の回転によって可動接触子を駆動軸周りに回転させ、平板状の絶縁板に設置した固定接点を上下から圧縮しながら、選択したタップに対応する固定接点の位置まで移動する機械的構造を有する。

【0034】

電圧調整用変圧器９は、配電線路１,２間に接続される一次巻線９ａとタップ選択器７ｂによって切り換え操作されるタップが接続された二次巻線９ｂから構成される。一次巻線９ａによって取得された配電線路１,２間の電圧が、一次巻線９ａと二次巻線９ｂの巻数比に応じた大きさで二次巻線９ｂに誘起される。

【0035】

電圧調整用変圧器１０は、配電線路２,３間に接続される一次巻線１０ａとタップ選択器８ｂによって切り換え操作されるタップが接続された二次巻線１０ｂから構成される。一次巻線１０ａによって取得された配電線路２,３間の電圧が、一次巻線１０ａと二次巻線１０ｂ間の巻数比に応じた大きさで二次巻線１０ｂに誘起される。

【0036】

電圧調整用変圧器９,１０はＶ結線されており、Ｖ結線の三相電圧をＹ結線の直列変圧器４,５,６に、電圧調整用変圧器９,１０の調整電圧として印加する。

【0037】

次に、本発明の自動電圧調整器Ａの動作について説明する。負荷変動によって配電線路の電圧が変動すると、図示しない制御部から出力される電気信号によって、配電線路１,２,３の入力側の電圧と基準電圧の差を小さくするようタップ切換器７,８によってタップ選択が行われ、それに応じて電圧調整用変圧器９,１０のタップ切換えが実行される。

【0038】

このとき、タップ切換器７,８は、各々の切換開閉器７ａ,８ａとタップ選択器７ｂ,８ｂを駆動して、調整電圧を各相個別に制御する。各調整電圧は直列変圧器４,５,６の一次巻線４ａ,５ａ,６ａに加えられ、直列変圧器４,５,６の二次巻線４ｂ,５ｂ,６ｂには、直列変圧器４,５,６の巻数比に比例した調整電圧が誘起され、配電線路の電圧が基準電圧に近づけられる。

【0039】

各相個別制御によって図１に示すＵＶ相とＶＷ相の調整電圧の大きさが異なるので、三相不平衡の電圧を直列変圧器４,５,６に印加することができ、三相不平衡電圧の是正を可能とする。

【0040】

図２（ａ）は上記各相制御のベクトル図であり、同図に示す電圧のベクトル値は同図（ｂ）に示す各部に加わる電圧値を示す。電圧調整用変圧器９,１０の調整電圧（Vtapuv，Vtapvw）を直列変圧器４,５,６の一次巻線４ａ,５ａ,６ａに印加し、直列変圧器４,５,６の二次巻線４ｂ,５ｂ,６ｂには、直列変圧器４,５,６の巻数比に比例した調整電圧（VTapu，VTapv，VTapw）が誘起されることで二次電圧が調整される。

【0041】

このとき、電圧調整用変圧器９,１０の調整電圧Vtapuvと二次電圧V2uv、調整電圧Vtapvwと二次電圧V2vwのベクトル方向は同一となり、その調整電圧間の位相差θtapvは二次電圧の位相差θv2vと同じになる。

【0042】

そして、調整電圧（Vtapuv、Vtapvw）をＹ結線にして直列変圧器４,５,６の一次巻線４ａ,５ａ,６ａに加えるため、直列変圧器４,５,６の一次巻線４ａ,５ａ,６ａには、印加された三角形の重心を中性点とした各タップ電圧（Vtapu，Vtapv，Vtapw）が直列変圧器４,５,６に加わることとなり、各相個別の電圧調整が可能となる。なお、電圧調整用変圧器９,１０で調整できる電圧はVtapuvとVtapvwのみとなり、Vtapwuは両者の合成となる。

【0043】

以上の各相個別制御による電圧調整においては、タップ切換器７,８が電圧調整用変圧器９,１０の間接回路側と、直列変圧器４,５,６の間接回路側を結合して構成されているので、直列変圧器４,５,６の一次巻線４ａ,５ａ,６ａを流れる電流値を接点の容量に合わせて選定することができる。その結果、各タップ切換器７,８を構成する接点を小型化かつ安価に構成することができる。

【0044】

特に、絶縁油の汚損を防止する目的で切換開閉器７ａ,７ｂに真空バルブスイッチ方式を採用した場合であっても、適用する真空バルブは小型かつ安価なものを提供できるので、自動電圧調整器のコストアップを極力抑制することができる。

【産業上の利用可能性】

【0045】

本発明は、三相配電線路に設置される電圧調整装置に適用する技術として利用される。

【符号の説明】

【0046】

１～３ 三相配電線路
１ａ 第一の電圧線
２ａ 第二の電圧線
３ａ 第三の電圧線
４～６ 直列変圧器
４ｂ～６ｂ, ９ｂ,１０ｂ 二次巻線
７,８ タップ切換器
７ａ,８ａ,１０１ａ,１０１ｂ,１０１ｃ 切換開閉器
７ｂ,８ｂ,１０２ａ,１０２ｂ,１０２ｃ タップ選択器
９,１０,１０３ａ,１０３ｂ,１０３ｃ 電圧調整用変圧器
１０４ａ,１０４ｂ,１０４ｃ 巻線
Ａ 自動電圧調整器

【図1】

【図2】

【図3】