(57)【要約】【課題】変圧器の電源側で生じたサージ電圧を変圧器の負荷側で吸収する。【解決手段】負荷開閉器２、３、４、接地開閉器５、６を内蔵した真空容器１と、変圧器９を内蔵した油タンク７とを内箱１２内に収納し、変圧器９の二次側を低圧母線１０、低圧配線用遮断器１１、低圧配電ケーブル１６、リアクトル１７、抵抗１８を介して負荷中性点１９に接続し、低圧母線１０に低圧サージアブソーバ２０を接続し、低圧サージアブソーバ２０を内箱１２を介して接地し、変圧器９の交流電源側で発生したサージ電圧を低圧サージアブソーバ２０で吸収する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源からの交流電圧を降圧して負荷に出力する変圧器と、前記交流電源と前記変圧器とを結ぶ電源回路中に挿入されて前記電源回路を開閉する負荷開閉器と、前記変圧器と前記負荷開閉器を収納する収容容器と、前記変圧器の負荷側でサージ電圧を吸収するサージアブソーバとを備えてなる変圧器装置。
【請求項２】
交流電源からの交流電圧を変圧して負荷に出力する変圧器と、前記交流電源と前記変圧器とを結ぶ電源回路中に挿入されて前記電源回路を開閉する負荷開閉器と、前記負荷開閉器を収納する収容容器と、前記変圧器の負荷側でサージ電圧を吸収するサージアブソーバとを備えてなる変圧器装置。
【請求項３】
交流電源からの交流電圧を降圧して負荷に出力する変圧器と、前記交流電源と前記変圧器とを結ぶ電源回路中に挿入されて前記電源回路を開閉する複数の負荷開閉器と、前記変圧器と前記負荷とを結ぶ負荷回路中に挿入されて前記負荷回路を開閉する低圧配電線用遮断器と、前記変圧器と前記負荷開閉器および前記低圧配電線用遮断器を収納する収容容器と、前記変圧器の負荷側でサージ電圧を吸収するサージアブソーバとを備えてなる変圧器装置。
【請求項４】
請求項１に記載の変圧器装置において、前記サージアブソーバは、一端側が前記変圧器の負荷側に接続され、他端側が接地されてなることを特徴とする変圧器装置。
【請求項５】
請求項１に記載の変圧器装置において、前記サージアブソーバは、一端側が前記変圧器の負荷側に接続され、他端側が前記収納容器に接続され、前記収納容器は接地されてなることを特徴とする変圧器装置。
【請求項６】
請求項１に記載の変圧器装置において、前記変圧器は三相用に構成されて一次側がΔ結線され、二次側がＹ結線され、前記サージアブソーバは、三相に対応して設けられ、各相のサージアブソーバは、一端側が前記変圧器の負荷側に接続され、他端側が接地されてなることを特徴とする変圧器装置。
【請求項７】
請求項１に記載の変圧器装置において、前記変圧器は三相用に構成されて一次側がΔ結線され、二次側がＹ結線され、前記サージアブソーバは、三相に対応して設けられ、各相のサージアブソーバは、一端側が前記変圧器の負荷側に接続され、他端側が前記収納容器に接続され、前記収納容器は接地されてなることを特徴とする変圧器装置。
【請求項８】
請求項１に記載の変圧器装置において、前記サージアブソーバは、前記負荷開閉器の開閉に伴って発生したサージ電圧を前記変圧器の負荷側で吸収してなることを特徴とする変圧器装置。
【請求項９】
請求項１に記載の変圧器装置において、前記サージアブソーバは、抵抗とコンデンサとをから構成され、前記抵抗と前記コンデンサは互いに直列に接続され、その一端側が前記変圧器の負荷側に接続され、他端側が接地されてなることを特徴とする変圧器装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の変圧器装置において、前記サージアブソーバは、酸化亜鉛を含む非直線性抵抗素子で構成され、前記非直線性抵抗素子は、その一端側が前記変圧器の負荷側に接続され、他端側が接地されてなることを特徴とする変圧器装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、変圧器装置に係り、特に、負荷開閉器と変圧器を備え、負荷開閉器を介して受電した三相交流電圧を変圧器で降圧して負荷に配電するに好適な変圧器装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の変圧器装置においては、変圧器を負荷開閉器を介して高圧受電ケーブルに接続する構成が多く採用されており、高圧受電ケーブルから外来サージ電圧が侵入しても、高圧受電ケーブルの静電容量によって外来サージ電圧をある程度低減できるようになっている。しかし、負荷開閉器に接続された高圧受電ケーブルから外来サージ電圧が侵入すると、この外来サージ電圧が変圧器低圧側に移行するため、変圧器の低圧側に接続される機器としては、移行サージ電圧に耐え得るだけの絶縁強度が必要されている。
【０００３】
また、変圧器高圧側に接続された負荷開閉器を開いて負荷電流を遮断すると、変圧器低圧側に接続されたリアクトルの電磁エネルギーは、変圧器低圧側の対地静電容量と同時に、変圧器高圧側の対地静電容量やヒューズの対地静電容量を充電し、結果として、負荷開閉器の負荷側端子の電圧を上昇させる。この電圧上昇によって、負荷開閉器の極間が再発弧すると、過電圧が発生し、変圧器低圧側に接続された機器の絶縁を脅かす恐れがある。
【０００４】
この過電圧を抑制するために、負荷開閉器の負荷側端子にコンデンサと抵抗を組み合わせたサージアブソーバを接続したり、高圧アレスタを接続したりする構成が採用されている（非特許文献１参照）。
【０００５】
【非特許文献１】
電気学会技術報告（二部）第４２２号、１９９２年５月
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術は、変圧器低圧側機器の絶縁強度を移行サージ電圧に耐えるように設計する必要がある。また、変圧器高圧側の負荷開閉器と変圧器との間にコンデンサと抵抗とを組み合わせたサージアブソーバを接続したり、あるいは高圧アレスタを接続したりしなければならず、装置が大型化する。
【０００７】
本発明の課題は、変圧器の電源側で生じたサージ電圧を変圧器の負荷側で吸収することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明は、電源に接続される負荷開閉器を変圧器に接続し、変圧器と負荷開閉器あるいは負荷開閉器を収納容器に収納するに際して、変圧器の負荷側または低圧側にサージアブソーバを配置し、変圧器の交流電源側または高圧側で生じたサージ電圧を変圧器の負荷側または低圧側に配置されたサージアブソーバで吸収するようにしたものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の一実施形態を示す変圧器装置のブロック構成図である。なお、変圧器装置は三相交流系統に用いられるが、図１では単相結線で各部の要素が示されている。図１において、パッドマウント形変圧器装置は、閉鎖形変圧器装置として、真空容器１、負荷開閉器２、３、４、接地開閉器５、６、油タンク７、変圧器９、低圧母線１０、低圧配線用遮断器１１、内箱１２、外箱１３、低圧サージアブソーバ２０などを備えて構成されている。
【００１０】
真空容器１は、所定の真空度を保った状態で負荷開閉器２〜４、接地開閉器５、６を収納する収納容器として構成されており、収納容器１内には３回路用負荷開閉器２、２回路用負荷開閉器３、１回路用負荷開閉器４、１回路または２回路用接地開閉器５、６が内蔵されている。負荷開閉器２は、その一端側がヒューズ８に接続され、他端側が負荷開閉器３、４に接続されている。負荷開閉器３は、その一端側が接地開閉器６に接続されているとともに高圧受電ケーブル１４に接続されている。負荷開閉器４は、その一端側が接地開閉器５に接続されているとともに高圧受電ケーブル１４に接続されている。接地開閉器５、６は互いに直列に接続され、接地開閉器５と接地開閉器６との接続点が互いに接地されている。高圧受電ケーブル１４は三相交流電源（三相交流系統）１５に接続されている。
【００１１】
真空容器１に隣接して配置された油タンク７内にはヒューズ８と変圧器９が内蔵されており、変圧器９は三相交流用の変圧器として、一次側（高圧側または電源側）がΔ結線され、二次側（低圧側または負荷側）がＹ結線されている。この変圧器９は、三相交流電源１５からの交流電圧を負荷開閉器３または４、負荷開閉器２を介して導入し、導入した交流電圧を変圧または降圧して二次側または負荷側に出力するようになっている。変圧器９の二次側（低圧側または負荷側）には低圧母線１０が接続されており、低圧母線１０は低圧配線用遮断器１１などとともに内箱１２内の気中に配置されている。低圧母線１０は２系統の低圧配線用遮断器１１に接続されており、各低圧配線用遮断器１１は、低圧配電ケーブル１６、リアクトル１７、抵抗１８を介して負荷中性点１９に接続されている。またこの低圧母線１０は三相の各相ごとに設けられており、各相の低圧母線１０には低圧サージアブソーバ２０が接続されている。この低圧サージアブソーバ２０はその一端側が低圧母線１０に接続され、他端側が内箱１２に接続されている。
【００１２】
内箱１２は、真空容器１、変圧器９、低圧配線用遮断器１１、低圧サージアブソーバ２０などを収納する収納容器として構成されているとともに、その一部が接地されている。さらに内箱１２は外箱１３内に収納されており、外箱１３の一部は接地されている。すなわち、低圧サージアブソーバ２０は、三相の各相に対応して設けられ、各相のサージアブソーバ２０は、その一端側が低圧母線２０を介して変圧器９の負荷側または二次側に接続され、他端側が内箱１２を介して接地されている。
【００１３】
低圧サージアブソーバ２０は、例えば、酸化亜鉛を含む非直線性抵抗素子を用いて構成されている。この低圧サージアブソーバ２０としては、抵抗とコンデンサを用いて構成し、抵抗とコンデンサを互いに直列に接続し、その一端側を低圧母線１０に接続し、他端側を接地する構成を採用することもできる。
【００１４】
低圧サージアブソーバ２０は、変圧器９の交流電源側（一次側）でサージ電圧が発生した場合、例えば、高圧受電ケーブル１４に外来サージ電圧が侵入したり、負荷開閉器２、３、４のうちいずれかの負荷開閉器の開閉に伴って変圧器９の電源側または一次側でサージ電圧（過電圧）が発生し、いずれかのサージ電圧が変圧器９の負荷側または二次側に移行したときに、このサージ電圧を変圧器９の負荷側（二次側）で吸収するように構成されている。
【００１５】
上記のように構成された変圧器装置において、低圧サージアブソーバ２０の有無が、高圧受電ケーブル１４から侵入した外来電圧サージと、移行サージ電圧に及ぼす影響を解析した結果を図２ないし図５にしたがって説明する。
【００１６】
まず、図２は、低圧サージアブソーバ２０がない場合の電源側電圧２７、負荷側電圧２８、絶縁回復特性２３、極間電圧２４ａ、変圧器低圧側電圧２６の計算結果を示したものであり、外来サージ電圧３１とそれに対応する移行サージ電圧３２が示されている。
【００１７】
一方、図３は、低圧サージアブソーバ２０がある場合の解析結果であり、図２と同様に、外来サージ電圧３１とそれに対応する移行サージ電圧３２の計算結果が示されている。
【００１８】
図４は、図２の一部の時間軸を拡大して示したものであり、低圧サージアブソーバ２０がない場合に対応する図４では、対地電圧７５ｋＶｐの外来サージ電圧３１に対応して、発生する移行サージ電圧３２は対地電圧９６０Ｖである。
【００１９】
これに対して、図５は、図３の一部の時間軸を拡大して示したものであり、低圧サージアブソーバ２０がある場合に対応する図５では、対地電圧７５ｋＶｐ弱の外来サージ電圧３１に対応して、移行サージ電圧３２は対地電圧３５０Ｖに制限されている。
【００２０】
図２ないし図５から分かるように、変圧器９の二次側に低圧サージアブソーバ２０を設けることで、高圧受電ケーブル１４に侵入した外来サージ電圧３１に対応して変圧器９の低圧側に現れる移行サージ電圧３２が低圧サージアブソーバ２０によって制限されるため、変圧器９の低圧側に接続される機器の絶縁強度の設計裕度を向上させることができる。
【００２１】
また、本実施形態では、低圧サージアブソーバ２０が、移行サージ電圧のエネルギーの一部を熱として消費するため、同一のバックパワーを持つ外来サージ電源に対して、外来サージ電圧そのものを低減することができる。例えば、図２と図３に示した計算条件では、同一のバックパワーを持つ外来サージ電源に対して、出現する外来サージ電圧は、低圧サージアブソーバ２０があるときには低圧サージアブソーバ２０がないときよりも０．００４％低減される。これは変圧器９の二次側に低圧サージアブソーバ２０が接続されることで、変圧器９の一次側から見たインピーダンスが下がるためである。
【００２２】
次に、低圧サージアブソーバ２０の有無が、負荷開閉器２〜４で負荷電流を遮断した場合に発生する過電圧（サージ電圧）に及ぼす影響を解析した結果を図６と図７にしたがって説明する。
【００２３】
まず、図６は、低圧サージアブソーバ２０がない場合の絶縁回復特性２３、極間電圧２４ａ〜２４ｃ、負荷電流２５ａ〜２５ｃ、変圧器低圧側電圧２６ａ〜２６ｃの計算結果を示したものである。図６から、極間電圧２４ａが絶縁回復特性２３の内側で三角波状に振動しながら拡大していく多重再発弧現象が現れ、過電圧が発生していることが分かる。なお、このような結果は、変圧器９が容器１２内に収納されていない非閉鎖形スイッチギアにおいて、低圧サージアブソーバ２０がない場合にも確認された。
【００２４】
一方、図７は、低圧サージアブソーバ２０がある場合の解析結果で、変圧器低圧側電圧２６ａ〜２６ｃの電圧上昇が低圧サージアブソーバ２０によって制限されるので、図６に示したような多重再発弧現象は発生せず、過電圧の発生も抑制されていることが分かる。
【００２５】
次に、低圧サージアブソーバ２０の有無によるサージ抑制効果を確認した実験結果を図８ないし図１１のオシログラムにしたがって説明する。図８、図９は全体を、図１０と図１１は、図８、図９の一部の時間軸を拡大して示したものである。このうち図８と図１０は、低圧サージアブソーバ２０がない場合の実験結果に対応し、図９と図１１は、低圧サージアブソーバ２０がある場合の実験結果に対応する。
【００２６】
まず、図８と図１０に示すように、低圧サージアブソーバ２０がない場合には、負荷開閉器２〜４が負荷電流を遮断したあと、負荷リアクトル１７の電磁エネルギーが変圧器９の低圧側対地静電容量と同時に、高圧側対地静電容量を充電する結果、負荷開閉器２〜４の負荷側端子電圧が上昇し、負荷開閉器２〜４の極間で再発弧が生じ、１．９２ｐｕ（ｐｅｒ  ｕｎｉｔ）、すなわち対地電圧５８．６ｋＶの過電圧が発生している。
【００２７】
これに対して、低圧サージアブソーバ２０がある場合は、図９と図１１に示すように、変圧器９の低圧側電圧と同時に、高圧側電圧、すなわち負荷開閉器２〜４の負荷側端子電圧の上昇も低圧サージアブソーバ２０によって制限されるため、負荷開閉器２〜４の極間で再発弧が生じても、過電圧は１．３３ｐｕ、すなわち３９．９ｋＶに抑制されている。
【００２８】
このように本実施形態によれば、負荷開閉器２〜４の開閉に伴う負荷電流遮断後に発生するリアクトル１７の電磁エネルギーによる電圧上昇は、低圧サージアブソーバ２０によって制限されるため、変圧器９の高圧側に接続された負荷開閉器２〜４の負荷側端子の電圧上昇も制限され、また再発弧が発生したとしても、過電圧の発生は抑制される。
【００２９】
前記実施形態は、変圧器装置を閉鎖形変圧器装置に適応したものについて述べたが、図１２に示すように、変圧器装置を非閉鎖型のスイッチギア（変圧器９が容器内に収納されていないタイプのもの）に適応した場合でも、変圧器９の負荷側または二次側に低圧サージアブソーバ２０を設けることで、閉鎖形変圧器装置と同様な効果を得ることができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、変圧器低圧側機器の絶縁強度に対する設計裕度を向上させることができるとともに、負荷開閉器の開閉に伴う過電圧の発生を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す変圧器装置のブロック構成図である。
【図２】低圧サージアブソーバがないときの外来サージ電圧と移行サージ電圧の解析結果を示す波形図である。
【図３】低圧サージアブソーバがあるときの外来サージ電圧と移行サージ電圧の解析結果を示す波形図である。
【図４】図２の時間軸を拡大したときの波形図である。
【図５】図３の時間軸を拡大したときの波形図である。
【図６】サージアブソーバがないときの過電圧の解析結果を示す波形図である。
【図７】低圧サージアブソーバがあるときの過電圧の解析結果を示す波形図である。
【図８】サージアブソーバがないときのサージ抑制効果を説明するための波形図である。
【図９】低圧サージアブソーバがあるときのサージ抑制効果を説明するための波形図である。
【図１０】図８の時間軸を拡大したときの波形図である。
【図１１】図９の時間軸を拡大したときの波形図である。
【図１２】本発明の他の実施形態を示す非閉鎖形スイッチギアの構成図である。
【符号の説明】
１  真空容器
２、３、４  負荷開閉器
５、６  接地開閉器
７  油タンク
９  変圧器
１０  低圧母線
１１  低圧配線用遮断器
１２  内箱
１３  外箱
１４  高圧受電ケーブル
１５  三相交流電源
２０  低圧サージアブソーバ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2005012968.tif 000011
【図１０】
2005012968.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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