(57)【要約】【課題】  適切な保護協調を実現するため、低圧側電路の地絡電流を抑制するとともに、高調波電流や高周波ノイズによる地絡保護継電器や漏電遮断器などの誤動作を防止する。【解決手段】  高圧巻線５と低圧巻線３との間に設けた混触防止板４を、接地端子１ｅを介してビルの鉄骨など金属体からなる構造体１１にＢ種接地する。低圧巻線３の中性点と接地端子１ｅとの間に抵抗体１０を接続し、その抵抗値を１０＜ｒ＜（Ｖ／３1/2）／Ｉｓ［Ω］（Ｖ：低圧側の定格電圧、Ｉｓ：地絡保護継電器または漏電遮断器の動作電流）の範囲内の値とする。低圧側電路で構造体１１に対する地絡事故が発生すると、地絡電流は抵抗体１０により限流され、保護協調から決まる値にまで抑制される。また、低圧巻線３と混触防止板４との混触時に電流が流れる領域を、抵抗体１０と混触防止板４との共通接続点よりも低圧巻線側（混触防止板側）だけに制限できる。【選択図】  図３
2007053302.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧または特別高圧から低圧に降圧する変圧器において、
低圧巻線が
１０＜ｒ＜（Ｖ／３1/2）／Ｉｓ  ［Ω］  （中性点接地の場合）
１０＜ｒ＜Ｖ／Ｉｓ  ［Ω］              （一端接地の場合）
Ｖ  ：低圧側の定格電圧［Ｖ］
Ｉｓ：地絡保護継電器または漏電遮断器の動作電流［Ａ］
の範囲内の抵抗値ｒを持つ接地抵抗で接地されるとともに、高圧巻線または特別高圧巻線と低圧巻線との間に金属製の混触防止板を備え、その混触防止板にＢ種接地が施されることを特徴とする変圧器。
【請求項２】
前記抵抗値ｒは、１０［Ω］＜ｒ≦２００［ｋΩ］の範囲内の値に設定されていることを特徴とする請求項１記載の変圧器。
【請求項３】
前記低圧巻線を接地する接地抵抗体は、変圧器本体または変圧器本体を収納する筐体内に配設されていることを特徴とする請求項１または２記載の変圧器。
【請求項４】
前記変圧器本体または前記変圧器本体を収納する筐体には、前記接地抵抗体の一端と前記混触防止板とが共に接続された接地端子が設けられていることを特徴とする請求項３記載の変圧器。
【請求項５】
請求項１ないし４の何れかに記載の変圧器の接地方法において、
前記低圧巻線を接地する接地抵抗体の一端と前記混触防止板とを電気的に接続し、共通の接地線を通して接地母線に接続することを特徴とする変圧器の接地方法。
【請求項６】
前記接地抵抗体の一端と前記混触防止板とを、変圧器本体または変圧器本体を収納する筐体内において電気的に接続することを特徴とする請求項５記載の変圧器の接地方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧または特別高圧から低圧に降圧する変圧器およびその接地方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高圧または特別高圧（以下、高圧側という）から低圧（以下、低圧側という）に降圧する変圧器においては、何らかの原因で高圧側と低圧側とが混触すると低圧側の回路の対地電位が上昇して低圧用機器やその使用者にとって危険な状態になる。そこで、非特許文献１および非特許文献２では、高圧側と低圧側を結合する変圧器について、その低圧側の中性点（低圧側が３００Ｖ以下であれば低圧側の１端子でも可能）にＢ種接地工事を施す、高圧巻線と低圧巻線との間にＢ種接地した混触防止板を挿入するなどの安全措置を義務付けている。
【非特許文献１】「電気設備に関する技術を定める省令（平成九年三月二十七日通商産業省令第五十二号）」、第１０条、第１１条、第１２条
【非特許文献２】「電気設備の技術基準の解釈」、第１９条、第２２条、第２４条、第２５条
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、近年のビルは、その大半が大形の形鋼を組み合わせて建築される鉄骨ビルとなっている。鉄骨ビルにおいては、形鋼からなるビルの構造体に接地する方法（構造体接地）が一般化している。電技によれば、大地との間の電気抵抗値が２Ω以下の値を保っている建物の鉄骨は、変圧器の低圧側に施すＢ種接地の接地極とすることが認められている。そのため、上述した高圧側と低圧側が混触した場合の安全措置として施されるＢ種接地には構造体接地が多用されている。
【０００４】
通常、ビルの鉄骨と大地との間の電気抵抗値は２Ωよりもはるかに小さいので、構造体接地の接地抵抗は（積極的に接地抵抗体を入れない限り）実質上０Ωに近くなる。このため、低圧側電路で地絡事故があると、鉄骨あるいは鉄骨と大地との間の低い電気抵抗を介してほぼ完全短絡となり、非常に大きな地絡電流が流れる。その結果、地絡にもかかわらず電路間の短絡と同程度の保護が必要となり、しかも地絡は電路間の短絡よりも起こり易いため、電路や変圧器を保護するための適切な遮断器選定をはじめとする保護協調が取りにくくなっている。
【０００５】
また、低圧側電路に繋がるインバータなどのパワエレ機器から出る高調波電流や高調波ノイズが低圧側電路の零相回路に還流する場合、接地抵抗の小さい構造体接地ではその高調波電流や高周波ノイズが大きくなり、誘導障害により地絡保護継電器や漏電遮断器などの保護システムの誤動作、あるいは計測装置やコンピュータシステムの誤動作を招く虞もあった。
【０００６】
このような事態に対処するため、従来は、例えば低圧側電路または混触防止板の接地線に積極的に接地抵抗を挿入し、電技が許容している上限値に近い抵抗値で接地することにより、地絡電流を抑制するとともに高調波電流の還流防止の対策としていた。しかしながら、このような従来の方法では、接地抵抗の上限を電技の許容値以上にすることはできず、地絡電流や高調波ノイズの抑制には限度があった。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、適切な保護協調を実現するため、低圧側電路の地絡電流を抑制するとともに、高調波電流や高周波ノイズによる地絡保護継電器や漏電遮断器などの誤動作を防止できる変圧器およびその接地方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の変圧器は、高圧または特別高圧から低圧に降圧する変圧器において、低圧巻線が
１０＜ｒ＜（Ｖ／３1/2）／Ｉｓ  ［Ω］  （中性点接地の場合）
１０＜ｒ＜Ｖ／Ｉｓ  ［Ω］              （一端接地の場合）
Ｖ  ：低圧側の定格電圧［Ｖ］
Ｉｓ：地絡保護継電器または漏電遮断器の動作電流［Ａ］
の範囲内の抵抗値ｒを持つ接地抵抗で接地されるとともに、高圧巻線または特別高圧巻線と低圧巻線との間に金属製の混触防止板を備え、その混触防止板にＢ種接地が施されることを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、混触防止板にＢ種接地が施されているので、電技の規定は完全に満たされており、混触時における低圧側の電位上昇を抑制できる。また、低圧巻線が接地されているので地絡検出が可能であるとともに、その接地抵抗がＢ種接地に要求される接地抵抗値よりも大きい値を有しているので、例えば低圧側電路において金属体からなる構造体（例えば鉄骨）に地絡が生じた場合、その地絡電流は上記接地抵抗により制限される。さらに、低圧巻線の接地抵抗には上限値が設定されており、低圧側電路において地絡が生じた場合に、地絡保護継電器または漏電遮断器が動作するのに必要な地絡電流が流れる。
【００１０】
前記低圧巻線を接地する接地抵抗体の一端と前記混触防止板とを電気的に接続し、共通の接地線を通して接地母線に接続する接地方法を採用することにより、低圧巻線と混触防止板とが混触した場合に、電流が流れる接地線の領域を上記共通接続点よりも低圧巻線側（混触防止板側）だけに制限できる（接地母線に至る共通の接地線には電流が流れない）。これにより、誘導障害を低減することができる。また、接地線の使用量を低減できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、電技の規定に従って混触時における低圧側の電位上昇を抑制できる。また、低圧側電路の地絡電流を抑制できるので保護協調を取り易くなり、高調波電流や高周波ノイズによる地絡保護継電器や漏電遮断器などの誤動作および誘導障害による計測装置やコンピュータシステムの誤動作を極力防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について図１および図２を参照しながら説明する。
図１は、高圧から低圧に降圧する三相のモールド変圧器およびその接地状態を示す電気的構成図であり、図２は、この変圧器１の平面図（ａ）および正面図（ｂ）である。電技の規定によれば、交流にあって高圧とは６００Ｖを超え７０００Ｖ以下のものをいい、低圧とは６００Ｖ以下のものをいう。
【００１３】
鉄心２は、方向性珪素鋼板等を積層してなる三相三脚鉄心である。鉄心２の各脚部には、内周側に二次巻線であるスター結線された低圧巻線３が巻回されており、その外周側に混触防止板４を挟んで一次巻線である高圧巻線５が巻回されている。これら低圧巻線３および高圧巻線５は樹脂によりモールドされている。モールドされた巻線の正面上部には高圧巻線５のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の巻き始めに対応した端子１Ｕ、１Ｖ、１Ｗが設けられており、巻線の正面下部にはロータリー式のタップ切換端子６Ｕ、６Ｖ、６Ｗが設けられている。これらの端子１Ｕ、１Ｖ、１Ｗ、６Ｕ、６Ｖ、６Ｗを図２（ｂ）に示すように結線することにより、高圧巻線５がデルタ結線されている。
【００１４】
鉄心２の下部ヨーク部を挟み込んで固定する下部クランプ７は、断面逆Ｔ字形あるいはＬ字形等の鋼材から構成されており、その一部がベース８の上に載置され固定されている。また、鉄心２の上部ヨーク部を挟み込んで固定する上部クランプ９は、下向きに開口する断面コ字形等の鋼材から構成されており、上部クランプ９の上には後述する抵抗体１０が絶縁された状態で取り付けられている。
【００１５】
上部クランプ９の背面側には低圧側の端子１ｕ、１ｖ、１ｗ、１ｏが設けられている。抵抗体１０の一端（図２では左端）は中性点ｏに繋がる端子１ｏに接続されており、抵抗体１０の他の一端（図２では右端）は例えば下部クランプ７に設けられた接地端子１ｆに接続されている。また、下部クランプ７には、混触防止板４から引き出されたリード線が接続された接地端子１ｅが設けられており、混触防止板４はこの接地端子１ｅを介してビルの鉄骨など低抵抗の構造体１１にＢ種接地されている。さらに、下部クランプ７には、鉄心２、下部クランプ７および上部クランプ９をＡ種接地するための接地端子１ｇも設けられている。
【００１６】
ここで、Ｂ種接地とは、高圧側電路と低圧側電路とが混触した場合に低圧側の電位上昇を防止するために施される接地であり、その接地抵抗は、上述した電技において変圧器の高圧側電路の１線地絡電流のアンペア数で１５０を除した値に等しいオーム数以下と定められている。上記構成を持つ変圧器１は、混触防止板４が構造体１１にＢ種接地されていることから電技の規定を完全に満たしている。
【００１７】
次に、本実施形態の作用および効果について説明する。
一般に、混触防止板は、二次側（低圧側）を非接地で使用する変圧器に設けられ、高圧巻線と低圧巻線とが混触した場合に低圧側の電位上昇を抑制する作用がある。本実施形態の変圧器１においても、混触防止板４がＢ種接地されているので、上述の電位上昇の抑制作用が得られる。
【００１８】
さらに、地絡検出をするため、変圧器１の低圧巻線３は抵抗体１０を介して接地されている。抵抗体１０の抵抗値ｒは、次の（１）式を満たすように決められている。
１０＜ｒ＜（Ｖ／３1/2）／Ｉｓ  ［Ω］        …（１）
ここで、Ｖ［Ｖ］は低圧側の定格電圧で、Ｉｓ［Ａ］は地絡保護継電器または漏電遮断器の動作電流である。低圧側が４２０Ｖ中性点接地系の場合、Ｉｓは通常１〜２［Ａ］程度に設定されるが、さらに高感度タイプのもの例えばＩｓが１［ｍＡ］程度のものも存在する。従って、以下の（２）式に示す計算により、抵抗体１０の抵抗値ｒは最大でも２４２［ｋΩ］以下（実用上は２００［ｋΩ］以下）に設定する必要がある。
１０＜ｒ＜（４２０／３1/2）／（１×１０-3）＝２４２［ｋΩ］    …（２）
また、抵抗体１０の抵抗値ｒを１０［Ω］を超える値としたのは、Ｂ種接地の接地抵抗が１０［Ω］以下と規定されており、低圧巻線３の接地はＢ種接地の要件を満たす必要がないからである。
【００１９】
低圧側電路で金属体である構造体１１に対する地絡事故が発生すると、地絡電流は抵抗体１０により限流され、保護協調から決まる値（通常は２Ａ程度）にまで抑制される。これにより、地絡保護継電器や漏電遮断器などの誤動作を防止でき、短絡事故ではなく地絡事故として正常に事故検知および保護を行うことができる。
【００２０】
このように本実施形態によれば、変圧器１を鉄骨等の低抵抗の構造体１１に接地する使用態様（構造体接地）において、電技の規定を完全に満たすことにより混触時の低圧側の電位上昇を抑制できるとともに、低圧側電路の地絡電流を抵抗体１０により制限する。これにより、地絡事故の電流レベルを電路間の短絡事故の電流レベルよりも下げることができる。また、抵抗体１０の抵抗値ｒに上限を設けたので、低圧側電路において地絡が生じた場合に、地絡保護継電器または漏電遮断器が動作するのに必要な地絡電流が流れる。従って、変圧器１および電路を保護するための適切な遮断器選定をはじめとする保護協調が取り易くなる。
【００２１】
低圧側電路にインバータなどのパワエレ機器を接続した場合、低圧側電路を通してパワエレ機器に至る電源ラインには集中電流が流れ、構造体１１への接地点から構造体１１を通してパワエレ機器の筐体に至る経路には分散電流が流れる。分散電流が流れると、集中電流と分散電流との間で電磁界の相殺がなされない領域が生じるため、当該領域において誘導障害が生じ易くなる。これに対し、抵抗体１０は低圧側電路の接地回路インピーダンスであるので、パワエレ機器から出力される高調波電流や高周波ノイズの低圧側電路への還流量が低減する。その結果、地絡保護継電器や漏電遮断器などの誤動作および誘導障害による計測装置やコンピュータシステムの誤動作を極力防止することができる。
【００２２】
抵抗体１０は変圧器１に対し一体的に設けられているので、低圧巻線３の接地を、接地盤等を介さず任意の場所で行うことができる。抵抗体１０を、変圧器１を収納する変圧器ケースや変圧器盤などの筐体内に配設しても同様の効果を得ることができる。
【００２３】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について図３および図４を参照しながら説明する。
図３は、高圧から低圧に降圧する三相のモールド変圧器およびその接地状態を示す電気的構成図であり、図４は、この変圧器１２の正面図である。これら図３、図４において、それぞれ図１、図２と同一構成部分には同一符号を付している。端子１２Ｕ、１２Ｖ、１２Ｗは高圧巻線５の巻き始めに対応した端子であり、端子１２ｕ、１２ｖ、１２ｗ、１２ｏはスター結線された低圧巻線３の端子である。
【００２４】
下部クランプ７に設けられた接地端子１２ｅには、混触防止板４から引き出されたリード線と抵抗体１０の接地側の一端とが共に接続されている。抵抗体１０は変圧器１２に対し一体的に設けられているので、混触防止板４と抵抗体１０とは、変圧器１２（変圧器本体の近傍）において電気的に接続されている。このため、本実施形態の変圧器１２には、第１の実施形態で設けられた接地端子１ｆに相当する端子は存在しない。混触防止板４はこの接地端子１２ｅを介してビルの鉄骨など金属体からなる構造体１１にＢ種接地されている。
【００２５】
鉄骨ビルの構造体接地は、接地ポイントをビルの１階または地下階とすることが義務付けられている。このため、変圧器をビルの中層階や高層階に設置する場合には、変圧器と接地ポイント（例えば１階に設けられた接地母線）との距離が長くなる。第１の実施形態の変圧器１では、接地端子１ｅから接地母線までの接地線および接地端子１ｆから接地母線までの接地線がともに長くなる。このため、低圧巻線３と混触防止板４とが混触した場合、電流は変圧器１の接地端子１ｆから接地線を通して１階の接地ポイントまで流れ、さらにその接地ポイントから接地線を通して変圧器１の接地端子１ｅまで流れる。その結果、大きな還流経路が生じる。
【００２６】
これに対し、本実施形態の変圧器１２では、低圧巻線３と混触防止板４とが混触した場合、電流は低圧巻線３から抵抗体１０、接地端子１２ｅ、混触防止板４の経路で流れ、接地端子１２ｅから１階の接地ポイントに至る接地線には流れない。すなわち、低圧巻線３と混触防止板４との混触時に事故電流が流れる領域を、抵抗体１０と混触防止板４との共通接続点よりも低圧巻線側（混触防止板側）だけに制限できる。これにより、計測装置やコンピュータシステムに対する誘導障害を低減することができる。また、接地線の使用量をほぼ半減することができる。
【００２７】
（その他の実施形態）
なお、本発明は上記し且つ図面に示す各実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のように変形または拡張が可能である。
本発明は、金属体からなる構造体１１に接地する場合のみならず大地に接地する場合にも適用できる。ただし、地絡電流を抑制して地絡保護継電器や漏電遮断器の誤動作を防止し誘導障害を防ぐ効果は、接地抵抗の小さい構造体接地の場合により顕著に現れる。
【００２８】
抵抗体１０を変圧器本体に設ける場合、本体上部ではなく本体側部や本体下部などに設けてもよい。
また、第２の実施形態において、抵抗体１０の一端と混触防止板４とを、変圧器１２が収納される筐体内あるいは電気室内で接続してもよい。
【００２９】
低圧巻線３はデルタ結線であってもよい。低圧側が一端接地系の場合には、上述した（１）式に替えて次の（３）式を満たすように抵抗体１０の抵抗値ｒを定めればよい。
１０＜ｒ＜Ｖ／Ｉｓ  ［Ω］        …（３）
例えば、低圧側が２１０Ｖ一端接地系の場合、Ｉｓは通常１〜２［Ａ］程度に設定されるが、さらに高感度タイプのもの例えばＩｓが１［ｍＡ］程度のものも存在する。従って、以下の（４）式に示す計算により、抵抗体１０の抵抗値ｒは最大でも２１０［ｋΩ］以下（実用上は２００［ｋΩ］以下）に設定する必要がある。
１０＜ｒ＜２１０／（１×１０-3）＝２１０［ｋΩ］    …（４）
上記各実施形態ではモールド変圧器の例を示したが、油入変圧器であってもよい。
特別高圧（７０００Ｖを超えるものをいう）から低圧に降圧する変圧器であっても同様に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１の実施形態であって変圧器およびその接地状態を示す電気的構成図
【図２】（ａ）は変圧器の平面図、（ｂ）は変圧器の正面図
【図３】本発明の第２の実施形態を示す図１相当図
【図４】変圧器の正面図
【符号の説明】
【００３１】
図面中、１、１２は変圧器、１２ｅ接地端子、３は低圧巻線、４は混触防止板、５は高圧巻線、１０は抵抗体（接地抵抗体）である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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