(57)【要約】      （修正有）【課題】一次巻線の中性点漏洩電流をほぼゼロにすることができる交流電鉄き電用変圧器を提供する。【解決手段】Ｕ、Ｖ、Ｗの各相巻線１０１ｕ，１０１ｖ，１０１ｗをＹ結線し、中性点を接地した一次巻線と、Ｕ相巻線１０２ｕａとＷ相巻線１０２ｗａをルーフ結線したＡ座および該Ａ座とは絶縁されたＶ相巻線１０２ｖｂから成るＢ座を有した二次巻線と、Ｕ、Ｖ、Ｗの各相巻線１０３ｕ，１０３ｖ，１０３ｗをデルタ結線した三次巻線と、を備えた。【選択図】図１
2019067934.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｕ、Ｖ、Ｗの各相をＹ結線し、中性点を接地した一次巻線と、
Ｕ相とＷ相をルーフ結線したＡ座および該Ａ座とは絶縁されたＶ相から成るＢ座を有した二次巻線と、
Ｕ、Ｖ、Ｗの各相をデルタ結線した三次巻線と、
を備えたことを特徴とする交流電鉄き電用変圧器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電鉄・交流き電システムに使用され、超高圧直接接地系の系統から受電する交流電鉄用変電所に設けられる交流電鉄き電用変圧器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
直接接地系の系統から受電する交流電鉄用変電所では、き電用変圧器の一次巻線はＹ結線とし、中性点を接地する必要が有り、現在の主流は、例えば特許文献１に記載のルーフ・デルタ結線変圧器となっている。しかしながらこの変圧器の弱点として、二次デルタ巻線のインピーダンス不揃いにより一次Ｙ巻線の中性点に漏洩電流（見かけ上の零相電流）が流れてしまう事がある。
【０００３】
図４は、直接接地系の系統から受電する交流電鉄用変電所で用いられるルーフ・デルタ結線変圧器の構成を表し、一次巻線を構成する、一次Ｕ相巻線２０１ｕ、一次Ｖ相巻線２０１ｖ、一次Ｗ相巻線２０１ｗはＹ結線され、その中性点は接地されている。前記各巻線２０１ｕ，２０１ｖ，２０１ｗの中性点と反対側の各端部は図示省略の超高圧（例えば１７０ｋＶ以上、１８０ｋＶ以上）の三相電源（系統）に接続されている。
【０００４】
二次巻線Ａ座は、二次Ａ座Ｕ相巻線２０２ｕａおよび二次Ａ座Ｗ相巻線２０２ｗａをルーフ結線して構成され、図示省略のき電線などのき電設備に接続されている。
【０００５】
二次巻線Ｂ座は、前記二次巻線Ａ座とは絶縁され、二次Ｂ座Ｕ相巻線２０２ｕｂ、二次Ｂ座Ｖ相巻線２０２ｖｂ、二次Ｂ座Ｗ相巻線２０２ｗｂをデルタ結線（Δ結線）して構成されている。
【０００６】
前記二次Ｂ座Ｖ相巻線２０２ｖｂの両端間にはき電線などのき電設備３００が接続されている。
【０００７】
一次巻線の一次Ｖ相巻線２０１ｖを流れる電流ＩV1は、一次Ｕ相巻線２０１ｕと一次Ｗ相巻線２０１ｗに分流（ＩU1、ＩW1）して流れるため、中性点電流ＩnはＩn＝ＩV1−（ＩU1＋ＩW1）となる。
【０００８】
また、二次巻線Ｂ座の各巻線２０２ｕｂ、２０２ｖｂ、２０２ｗｂに各々流れる電流ＩU2、ＩV2、ＩW2と、き電設備３００に流れる電流ＩBは各々図示矢印方向となり、ＩB＝ＩV2＋ＩU2、ＩU2＝ＩW2の関係がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第３８２５６６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
図４の構成において、二次巻線Ｂ座Δ結線（２０２ｕｂ、２０２ｖｂ、２０２ｗｂ）の各相インピーダンス（Ｚｕ、Ｚｖ、Ｚｗ）と一次巻線Ｙ結線の中性点電流Ｉnの関係は、Ｉn＝（（（Ｚｕ＋Ｚｗ）−２Ｚｖ）／（（Ｚｕ＋Ｚｗ）＋Ｚｖ））×ＩBとなり、二次巻線Ｂ座のインピーダンスがＺｕ＝Ｚｖ＝Ｚｗであれば中性点電流Ｉnは流れない。
【００１１】
しかしながら、二次Ｂ座Ｖ相巻線２０２ｖｂは他の巻線２０２ｕｂ、２０２ｗｂの２倍の電流を流すため線径が異なり、各相インピーダンスは完全に同じにはならない。従って一次巻線の中性点には何がしかの対地漏洩電流が流れてしまう。
【００１２】
この値を一定値以下にするため技術的に工夫がされているが、系統側にとっては見かけ上の零相電流が流れている事になり、系統の安定性としてはあまり好ましくない傾向である。
【００１３】
本発明は、上記課題を解決するものであり、その目的は、一次巻線の中性点漏洩電流をほぼゼロにすることができる交流電鉄き電用変圧器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するための請求項１に記載の交流電鉄き電用変圧器は、
Ｕ、Ｖ、Ｗの各相をＹ結線し、中性点を接地した一次巻線と、
Ｕ相とＷ相をルーフ結線したＡ座および該Ａ座とは絶縁されたＶ相から成るＢ座を有した二次巻線と、
Ｕ、Ｖ、Ｗの各相をデルタ結線した三次巻線と、
を備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
（１）請求項１に記載の発明によれば、二次巻線Ｂ座に流れるＶ相電流は、一次巻線に流れるＶ相電流と三次巻線に流れるＶ相電流によって磁束補償がなされ、三次巻線のＵ相とＷ相の電流は、一次巻線のＵ相とＷ相の電流によって磁束補償がなされる。
【００１６】
このため、一次巻線のＶ相からＵ相、Ｗ相に分流する電流には余りが生じないため、一次巻線の中性点漏洩電流をほぼゼロにすることができる。
【００１７】
これによって、系統側に見かけ上の零相電流が発生せず、系統側の地絡過電流継電器の誤動作防止や正確な動作値設定が可能となり、超高圧系統側の安定性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態例による変圧器の構成図。
【図２】本発明の実施形態例による変圧器の各部に流れる電流を表す説明図。
【図３】本発明の実施形態例による変圧器の各部に流れる電流値を単位法で表した説明図。
【図４】従来のルーフ・デルタ結線変圧器の構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明するが、本発明は下記の実施形態例に限定されるものではない。
【００２０】
図１は、本実施形態例による交流電鉄き電用変圧器の構成を示しており、一次巻線、二次巻線（１）、二次巻線（２）、三次巻線を備えている。
【００２１】
図１において、一次巻線を構成する、一次Ｕ相巻線１０１ｕ、一次Ｖ相巻線１０１ｖ、一次Ｗ相巻線１０１ｗはＹ結線され、その中性点は接地されている。前記各巻線１０１ｕ，１０１ｖ，１０１ｗの中性点と反対側の各端部は図示省略の超高圧（例えば１７０ｋＶ以上、１８０ｋＶ以上）の三相電源（系統）に接続されている。
【００２２】
二次巻線Ａ座（二次巻線（１））は、二次Ａ座Ｕ相巻線１０２ｕａおよび二次Ａ座Ｗ相巻線１０２ｗａをルーフ結線して構成され、図示省略のき電線などのき電設備に接続されている（Ａ座の出力は例えば６０ｋＶ）。
【００２３】
二次巻線Ｂ座（二次巻線（２））は、前記二次巻線Ａ座とは絶縁された二次Ｂ座Ｖ相巻線１０２ｖｂで構成され（出力は例えば６０ｋＶ）、該巻線１０２ｖｂの両端間には図示省略のき電線などのき電設備が接続されている。
【００２４】
三次巻線は、三次Ｕ相巻線１０３ｕ、三次Ｖ相巻線１０３ｖ、三次Ｗ相巻線１０３ｗをデルタ結線（Δ結線）して構成されている。
【００２５】
図１の各巻線に流れる電流を図２に示す。図２の３００は、二次Ｂ座Ｖ相巻線１０２ｖｂの両端間に接続されるき電設備である。
【００２６】
図２において、一次巻線の一次Ｖ相巻線１０１ｖを流れる電流ＩV1は、一次Ｕ相巻線１０１ｕと一次Ｗ相巻線１０１ｗに分流（ＩU1、ＩW1）して流れるため、中性点電流ＩnはＩn＝ＩV1−（ＩU1＋ＩW1）であり、ＩU1とＩW1の合計がＩV1と一致していれば中性点電流Ｉn＝０となる。
【００２７】
また、き電設備３００に流れる電流ＩBは二次Ｂ座Ｖ相巻線１０２ｖｂの電流ＩV2と等しい（ＩB＝ＩV2）。
【００２８】
三次巻線はデルタ結線であるため、三次Ｕ相巻線１０３ｕに流れる電流ＩU3、三次Ｖ相巻線１０３ｖに流れる電流ＩV3、三次Ｗ相巻線１０３ｗに流れる電流ＩW3はともに等しく、ＩU3＝ＩV3＝ＩW3である。
【００２９】
図２の結線方式では、ＩV2（＝ＩB）に対応する電流が一次電流ＩV1と三次電流ＩV3に分流する。ＩU3＝ＩV3＝ＩW3であることから、ＩU3、ＩW3に対応する一次電流もＩU1＝ＩW1となる。
【００３０】
ＩV1とＩV3の電流比（ｐ．ｕ．（ｐｅｒｕｎｉｔ：単位法））が２：１の関係になると、一次電流もＩU1＝ＩW1＝０．５ＩV1で分岐するため、各巻線の電流はこの状態で安定し、従って一次巻線の電流は中性点で余剰分が発生せず、中性点電流は殆ど流れない。
【００３１】
これら動作を、図２の各部に流れる電流の方向を矢印で表し、その電流値を単位法で示した図３とともに説明する。図３では、図２における一次巻線と三次巻線の配置を入れ換えて図示している。
【００３２】
二次巻線のＡ座（二次Ａ座Ｕ相巻線１０２ｕａおよび二次Ａ座Ｗ相巻線１０２ｗａ）は二相（Ｕ相とＷ相）の線間電圧をき電線（き電設備３００）へ送り、二次巻線のＢ座（二次Ｂ座Ｖ相巻線１０２ｖｂ）は一相（Ｖ相）のみの相電圧をき電線（き電設備３００）へ送る。
【００３３】
二次巻線のＡ座とＢ座の位相差は、従来のルーフ・デルタ結線変圧器と同様に９０°である。
【００３４】
二次巻線のＡ座とＢ座の負荷が等しい時には一次電流は各相でバランスする。三次巻線は、一次巻線の分流をきれいに半分づつにする作用がある。
【００３５】
すなわち、二次Ｂ座Ｖ相巻線１０２ｖｂに流れる１．５ｐｕ分の電流は一次Ｖ相巻線１０１ｖに流れる１．０ｐｕと三次Ｖ相巻線１０３ｖに流れる０．５ｐｕで磁束補償される。
【００３６】
三次巻線はデルタ結線のため、各相巻線１０３ｕ、１０３ｖ、１０３ｗに流れる電流は等しく全て０．５ｐｕとなる。従って、三次Ｕ相巻線１０３ｕと三次Ｗ相巻線１０３ｗに各々流れる０．５ｐｕ分の電流は、一次Ｕ相巻線１０１ｕと一次Ｗ相巻線１０１ｗに各々流れる０．５ｐｕで磁束補償される。
【００３７】
一次巻線では、一次Ｖ相巻線１０１ｖの１．０ｐｕの電流は一次Ｕ相巻線１０１ｕと一次Ｗ相巻線１０１ｗの０．５ｐｕづつに分流するため余りが出ず、中性点漏洩電流は発生しないことになる（上記磁束補償の考え方から常に上記のような電流分布となるため、中性点漏洩電流は発生しない）。
【００３８】
本実施形態例による交流電鉄き電用変圧器は、二次巻線のＢ座出力は単純な相電圧となっており、従来の変圧器に比べて巻線構造が簡単である。
【００３９】
以上のように本実施形態例によれば、各巻線のインピーダンスが多少不揃いでも、Ｂ座負荷電流に起因する一次Ｙ巻線中性点漏洩電流は殆ど流れないため、系統側に見かけ上の零相電流が発生せず、系統側の地絡過電流継電器の誤動作防止や正確な動作値設定が可能となり、超高圧系統側の安定性が向上する。
【符号の説明】
【００４０】
１０１ｕ…一次Ｕ相巻線
１０１ｖ…一次Ｖ相巻線
１０１ｗ…一次Ｗ相巻線
１０２ｕａ…二次Ａ座Ｕ相巻線
１０２ｗａ…二次Ａ座Ｗ相巻線
１０２ｖｂ…二次Ｂ座Ｖ相巻線
１０３ｕ…三次Ｕ相巻線
１０３ｖ…三次Ｖ相巻線
１０３ｗ…三次Ｗ相巻線
【図１】
2019067934.tif 000003
【図２】
2019067934.tif 000004
【図３】
2019067934.tif 000005
【図４】
2019067934.tif 000006