(57)【要約】【課題】コストの上昇を招いたり、装置の大形化を招いたりすることなく、高頻度で起こる瞬時電圧変動に対応し得る長寿命の自動電圧調整装置を提供する。【解決手段】調整変圧器２のタップを切り換えるタップ切換器８において、調整変圧器の負荷電流を開閉する責務を負う負荷電流開閉用スイッチＡ〜Ｃ及びＴ１，Ｔ２として、サイリスタスイッチＳＳのスイッチ主回路と機械式スイッチＭＳのスイッチ主回路とを互いに並列に接続して構成した複合スイッチを用い、負荷電流開閉用スイッチをオン状態にする際にサイリスタスイッチＳＳをオン状態にしてから機械式スイッチＭＳをオン状態にし、負荷電流開閉用スイッチをオフ状態にする際には機械式スイッチＭＳをオフ状態にしてからサイリスタスイッチＳＳをオフ状態にするように負荷電流開閉用スイッチを構成するサイリスタスイッチＳＳ及び機械式スイッチＭＳを制御する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のタップを有し、配電線電圧を入力として、選択された通電タップに対応した電圧を、前記配電線電圧を調整するために用いる調整電圧として出力する調整変圧器と、タップ切換用スイッチを有して該タップ切換用スイッチのオンオフ動作を伴いつつ前記調整変圧器の複数のタップの中から選択する通電タップを切り換えるタップ切換器と、配電線電圧を調整するべく前記タップ切換用スイッチを制御する制御部とを備え、前記タップ切換用スイッチは、前記調整変圧器の通電タップを切り換える過程で前記調整変圧器の負荷電流をオンオフする責務を負う負荷電流開閉用スイッチを少なくとも一つ含んでいる自動電圧調整装置において、
前記負荷電流開閉用スイッチは、サイリスタをスイッチング素子として用いたサイリスタスイッチのスイッチ主回路と、オンオフ制御が可能な機械式スイッチのスイッチ主回路とを互いに並列に接続して構成した複合スイッチからなり、
前記制御部は、前記負荷電流開閉用スイッチをオン状態にする際にサイリスタスイッチをオン状態にしてから機械式スイッチをオン状態にして各負荷電流開閉用スイッチを通して負荷電流を流す期間該機械式スイッチをオン状態に保ち、前記負荷電流開閉用スイッチをオフ状態にする際には機械式スイッチをオフ状態にしてからサイリスタスイッチをオフ状態にするように前記負荷電流開閉用スイッチを構成するサイリスタスイッチ及び機械式スイッチを制御すること、
を特徴とする自動電圧調整装置。
【請求項２】
前記制御部は、各負荷電流開閉用スイッチをオン状態にする際に先ずサイリスタスイッチをオン状態にした後機械式スイッチをオン状態にしてからサイリスタスイッチをオフ状態にして機械式スイッチのみをオン状態にし、各負荷電流開閉用スイッチをオフ状態にする際には、オフ状態にあったサイリスタスイッチをオン状態にした後機械式スイッチをオフ状態にしてからサイリスタスイッチをオフ状態にするように、各負荷電流開閉用スイッチを構成するサイリスタスイッチ及び機械式スイッチを制御すること、
を特徴とする請求項１に記載の自動電圧調整装置。
【請求項３】
前記制御部は、各負荷電流開閉用スイッチをオン状態にする際に、サイリスタスイッチをオン状態にするための制御信号を該サイリスタスイッチに与えると同時に、又はサイリスタスイッチをオン状態にするための制御信号を該サイリスタスイッチに与えた後に機械式スイッチをオン状態にするための制御信号を該機械式スイッチに与え、各負荷電流開閉用スイッチをオフ状態にする際には、機械式スイッチをオフ状態にするための制御信号を該機械式スイッチに与えて該機械式スイッチをオフ状態にした後に前記サイリスタスイッチをオフ状態にするように、各負荷電流開閉用スイッチを構成するサイリスタスイッチ及び機械接点用スイッチへの制御信号の供給を制御すること、
を特徴とする請求項１に記載の自動電圧調整装置。
【請求項４】
二次巻線が配電線に直列に接続される直列変圧器が更に設けられ、
前記調整変圧器は、配電線の電圧が入力される一次巻線と、一端及び他端にそれぞれ一端側最端タップ及び他端側最端タップを有すると共に、両最端タップの間に複数の中間タップを有する二次巻線とを備えて、調整変圧器の二次巻線から前記タップ切換器を通して出力される調整電圧が前記直列変圧器の一次巻線に印加され、
前記タップ切換器は、前記調整変圧器の二次巻線の一端側最端タップと前記直列変圧器の一次巻線の一端との間及び前記調整変圧器の各中間タップと前記直列変圧器の一次巻線の一端との間にそれぞれ接続された複数のタップ選択用スイッチと、前記直列変圧器の一次巻線の両端に限流抵抗器を介して並列に接続された橋絡用スイッチとを前記タップ切換用スイッチとして備えて、前記橋絡用スイッチを一時的に閉路状態にすることにより前記直列変圧器の一次巻線の両端が開放状態になるのを防ぎつつ、閉路状態にするタップ選択用スイッチを切り換えることにより前記調整変圧器から直列変圧器の一次巻線に印加する調整電圧を切り換えるように構成され、
前記複数のタップ選択用スイッチが前記負荷電流開閉用スイッチを構成していること、
を特徴とする請求項１，２又は３に記載の自動電圧調整装置。
【請求項５】
二次巻線が配電線に直列に接続される直列変圧器が更に設けられ、
前記調整変圧器は、前記配電線の電圧が入力される一次巻線と、一端及び他端にそれぞれ一端側最端タップ及び他端側最端タップを有すると共に、両最端タップの間に複数の中間タップを有する二次巻線とを備えて、前記調整変圧器の二次巻線から前記タップ切換器を通して出力される調整電圧が前記直列変圧器の一次巻線に印加され、
前記タップ切換器は、前記調整変圧器の二次巻線の一端側最端タップと前記直列変圧器の一次巻線の一端との間及び前記調整変圧器の各中間タップと前記直列変圧器の一次巻線の一端との間にそれぞれ接続された複数のタップ選択用スイッチと、前記調整変圧器の二次巻線の他端側最端タップと前記直列変圧器の一次巻線の他端との間に接続された第１の極性切換用スイッチと、前記調整変圧器の二次巻線の一端側最端タップと前記直列変圧器の一次巻線の他端との間に接続された第２の極性切換用スイッチと、前記直列変圧器の一次巻線の両端に限流抵抗器を介して並列に接続された橋絡用スイッチとを前記タップ切換用スイッチとして備えて、前記橋絡用スイッチを一時的に閉路状態にすることにより前記直列変圧器の一次巻線の両端が開放状態になるのを防ぎつつ、閉路状態にするタップ選択用スイッチと閉路状態にする極性切換用スイッチの組み合わせを切り換えることにより前記調整変圧器から直列変圧器の一次巻線に印加する調整電圧を切り換えるように構成され、
前記複数のタップ選択用スイッチと第１及び第２の極性切換用スイッチとが前記負荷電流開閉用スイッチを構成していること、
を特徴とする請求項１，２又は３に記載の自動電圧調整装置。
【請求項６】
前記タップ切換器は、前記調整変圧器に設けられた奇数タップ及び偶数タップをそれぞれ選択する奇数タップ選択子及び偶数タップ選択子を有するタップ選択器と、一端が前記奇数タップ選択子及び偶数タップ選択子にそれぞれ接続され他端が共通接続された奇数タップ側タップ選択用スイッチ及び偶数タップ側タップ選択用スイッチと、前記奇数タップ側タップ選択用スイッチ及び偶数タップ側タップ選択用スイッチの共通接続点と前記奇数タップ選択子又は偶数タップ選択子との間に限流抵抗器を通して並列に接続された限流抵抗投入引き外し用スイッチとを前記タップ切換用スイッチとして備えていて、前記奇数タップ側タップ選択用スイッチ及び偶数タップ側タップ選択用スイッチの共通接続点が一次側配電線接続端子に接続されるとともに、前記調整変圧器の出力端子が二次側配電線接続端子に接続され、
前記奇数タップ側タップ選択用スイッチ及び偶数タップ側タップ選択用スイッチが前記負荷電流開閉用スイッチを構成していること、
を特徴とする請求項１，２又は３に記載の自動電圧調整装置。
【請求項７】
二次巻線が配電線に直列に接続される直列変圧器が更に設けられ、
前記タップ切換器は、前記調整変圧器に設けられた奇数タップ及び偶数タップをそれぞれ選択する奇数タップ選択子及び偶数タップ選択子を有するタップ選択器と、一端が前記奇数タップ選択子及び偶数タップ選択子にそれぞれ接続され他端が共通接続された奇数タップ側タップ選択用スイッチ及び偶数タップ側タップ選択用スイッチと、前記奇数タップ側タップ選択用スイッチ及び偶数タップ側タップ選択用スイッチの共通接続点と前記奇数タップ選択子又は偶数タップ選択子との間に限流抵抗器を通して並列に接続された限流抵抗投入引き外し用スイッチとを前記タップ切換用スイッチとして備えて、前記奇数タップ側タップ選択用スイッチ及び偶数タップ側タップ選択用スイッチの共通接続点が前記直列変圧器の一次巻線の一端に接続されるとともに、前記調整変圧器に設けられている一つのタップが前記直列変圧器の一次巻線の他端に接続され、
前記奇数タップ側タップ選択用スイッチ及び偶数タップ側タップ選択用スイッチが前記負荷電流開閉用スイッチを構成していること、
を特徴とする請求項１、２又は３に記載の自動電圧調整装置。
【請求項８】
前記タップ切換器がタップ切換動作を行う時間間隔の最小値が、３秒ないし１０秒の範囲に収まるように、配電線電圧の変動に対する電圧調整動作の動作特性が設定されていることを特徴とする請求項１ないし７の何れかに記載の自動電圧調整装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配電系統に設置される自動電圧調整装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
配電系統に設置される自動電圧調整装置としては、調整変圧器がタップ切換器を通して出力する調整電圧を、直列変圧器を通して配電線に間接的に印加する間接切換式のものと、調整変圧器がタップ切換器を通して出力する調整電圧を直接配電線に印加する直接切換式のものとが用いられている。
【０００３】
間接切換式の自動電圧調整装置は、例えば特許文献１に示されているように、複数のタップを有して、配電線電圧を調整するための調整電圧を選択された通電タップを通して出力する調整変圧器と、調整変圧器の複数のタップを通してそれぞれ流れる負荷電流をオンオフする複数のタップ選択用スイッチを有して、該複数のタップ選択用スイッチのオンオフを制御することにより調整変圧器の通電タップを切り換えるタップ切換器と、調整変圧器が通電タップを通して出力する調整電圧が一次巻線に印加され、二次巻線が線路に直列に接続される直列変圧器とを備えた構成を有する。
【０００４】
また直接切換式の自動電圧調整装置は、複数のタップを有する調整変圧器と、この調整変圧器の通電タップを切り換えるタップ切換器とを備えていて、一次側（電源側）配電線の電圧がタップ切換器を通して調整変圧器に入力され、調整変圧器の出力電圧が二次側（負荷側）配電線に印加される。
【０００５】
自動電圧調整装置に用いるタップ切換器としては、特許文献１に示されているように、一対の調整電圧出力端子の一方と調整変圧器の二次巻線に設けられた複数のタップとの間にそれぞれ接続された複数のタップ選択用スイッチと、調整電圧出力端子間に限流抵抗器を介して並列に接続された橋絡用スイッチとをタップ切換用スイッチとして備えて、これらのタップ切換用スイッチを所定のシーケンスでオンオフさせることにより、機械式のタップ選択器を用いずにタップを切換えるようにしたものが知られている。
【０００６】
また調整変圧器に設けられたタップを選択する機械式のタップ選択器と、タップ選択器が新たなタップを選択した際に配電線につながる回路をタップ選択器が新たに選択したタップに切換接続する切換開閉器とにより、タップ切換器を構成したものも知られている。切換開閉器は、例えば特許文献２に示されているように、一つの負荷開閉用スイッチと、負荷開閉用スイッチの一端を奇数タップ選択器及び偶数タップ選択器に切換接続する第１の切換スイッチと、一端が負荷開閉用スイッチの他端に限流抵抗器を通して接続された限流抵抗器投入引き外し用スイッチと、限流抵抗器投入引き外し用スイッチを奇数タップ選択器及び偶数タップ選択器に切換接続する第２の切換スイッチとをタップ切換用スイッチとして備えていて、これらのタップ切換用スイッチを所定のシーケンスで動作させることにより、タップ選択器が新たなタップを選択した際に、配電線につながる回路をタップ選択器が新たに選択したタップに切換接続する。
【０００７】
上記のように、タップ切換器は、タップ切換を行う際にオンオフ制御される複数のタップ切換用スイッチを備えている。これらのタップ切換えスイッチの中には、調整変圧器のタップを切り換える過程で調整変圧器の負荷電流を開閉する責務を負うスイッチが含まれている。本明細書では、タップ切換器に設けられる各種のタップ切換用スイッチの内、負荷電流を開閉する責務を負うスイッチを「負荷電流開閉用スイッチ」と呼ぶ。
【０００８】
タップ切換器において、タップ切換用スイッチとしては、特許文献２に示されているように、真空バルブを用いたり、接点を絶縁油中でオンオフさせる油中接点スイッチを用いたりすることが多いが、特許文献１に示されているように、タップ切換用スイッチとしてサイリスタスイッチ（スイッチ主回路を構成するスイッチング素子がサイリスタからなるスイッチ）を用いたものも知られている。タップ切換用スイッチとしてサイリスタスイッチを用いた自動電圧調整装置は、サイリスタ式自動電圧調整装置と呼ばれる。
【０００９】
サイリスタ式自動電圧調整装置は、サイリスタスイッチの動作が速いため、タップ切換用スイッチとして真空バルブや油中接点スイッチ等の機械式スイッチを用いた自動電圧調整装置に比べて、タップ切換速度が速いという特徴を有している。特に特許文献１に示されているように機械式のタップ選択器を用いない形式のサイリスタ式自動電圧調整装置によれば、タップ切換速度を約０．１秒程度にまで速めることができる。
【００１０】
自動電圧調整装置を運用するに当っては、電圧調整を行うリレーにより配電線電圧が正常範囲から逸脱したことが感知されてから実際にタップ切換を行うまでの時間（電圧調整装置の動作時限）の最小値を最小設定時限として設定しておいて、タップ切換の間隔がこの最小設定時限よりも短くならないようにして電圧調整動作を行う。上記最小設定時限は、タップ切換器の構造上可能なタップ切換の最短切換間隔（一度タップ切換を行ってから次のタップ切換を行うまでの最短の時間間隔）に若干の余裕時間を加えた時間に設定される。タップ切換用スイッチとして機械式スイッチを用いた自動電圧調整装置は、耐用切換回数が２０万回程度に制限され、装置の期待寿命の間に許容されるタップ切換の回数が制限されるため、最小設定時限を余り短くすることができず、系統で瞬時電圧変動が高頻度で起る場合に対応できないという問題を有している。これに対し、サイリスタ式自動電圧調整装置によれば、耐用切換回数の制限をなくすことができるため、期待寿命を短縮することなく、最小設定時限を短く設定して、系統で電圧変動が高頻度で発生する場合にも十分に対応することができる。これらの特徴から、電圧変動が高い頻度で発生するために電圧調整装置の動作時限を短く設定することが必要とされる配電系統、例えば、太陽光発電設備が連係している配電系統に設置する自動電圧調整装置として、サイリスタ式自動電圧調整装置を採用することが検討されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平８−３３５１２１号公報
【特許文献２】特開２０１４−１２３５９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
サイリスタ式自動電圧調整装置は、負荷電流開閉用スイッチのスイッチ主回路を構成するスイッチング素子として半導体素子であるサイリスタを用いているため、負荷電流開閉用スイッチとして機械式スイッチを用いた場合に比べて、過電流耐量が大きく劣るという問題を有している。このことから、サイリスタ式自動電圧調整装置を採用するに当たっては、負荷電流開閉用スイッチに大電流が流れる系統短絡事故に対処するために、負荷電流開閉用スイッチを構成するサイリスタスイッチに対して直列に保護用ヒューズを挿入して過電流（短絡電流）を遮断できるようにしたり、負荷電流開閉用スイッチを構成するサイリスタスイッチに対して直列に限流リアクトルを挿入して過電流を抑制したりすることが必要になる。
【００１３】
負荷電流開閉用スイッチに対して直列に保護用ヒューズを挿入した場合には、過電流を遮断した後に自動電圧調整装置の運転を継続することができなくなるという問題が生じる。また負荷電流開閉用スイッチに対して直列に限流リアクトルを接続した場合には、機器が大形になる上に、コストの上昇を招くという問題が生じる。
【００１４】
また、サイリスタスイッチは、機械式スイッチに比べるとその制御動作を含めて信頼性に不安があり、万一サイリスタスイッチを通して短絡電流が流れた際にそのターンオフに失敗すると、該サイリスタスイッチが破損して開放状態になるおそれがある。間接切換式の自動電圧調整装置において、直列変圧器の一次側に接続されているタップ切換器内の負荷電流開閉用スイッチが開放状態になると、直列変圧器の一次側が開放状態になるため、直列変圧器の二次巻線を流れる線路電流が励磁電流となって、直列変圧器の二次巻線に異常過電圧が発生し、この異常過電圧がオフ状態にある負荷電流開閉用スイッチの両端に印加されると、該スイッチが破損するおそれがある。
【００１５】
本発明の目的は、従来のサイリスタ式自動電圧調整装置に比べて信頼性を大幅に向上させて、保護用ヒューズや限流リアクトルを設ける必要性をなくし、コストの上昇を招いたり、装置の大形化を招いたりすることなく、かつ期待寿命を短縮することなく、高頻度で起こる瞬時電圧変動に対応し得る自動電圧調整装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本明細書においては、上記の目的を達成するために、以下に示す少なくとも第１ないし第８の発明が開示される。
第１の発明
第１の発明は、複数のタップを有し、配電線電圧を入力として、選択された通電タップに対応した電圧を、配電線電圧を調整するために用いる調整電圧として出力する調整変圧器と、タップ切換用スイッチを有して該タップ切換用スイッチのオンオフ動作を伴いつつ調整変圧器の複数のタップの中から選択する通電タップを切り換えるタップ切換器と、配電線電圧を調整するべくタップ切換用スイッチを制御する制御部とを備えた自動電圧調整装置を対象としたものである。上記タップ切換用スイッチは、調整変圧器の通電タップを切り換える過程で調整変圧器の負荷電流をオンオフする責務を負う負荷電流開閉用スイッチを少なくとも一つ含んでいる。
なお、自動電圧調整装置としては、調整変圧器が出力する調整電圧を、一次巻線が配電線に直列に接続された直列変圧器を介して間接的に配電線に印加する間接切換方式のものと、調整変圧器が出力する調整電圧を直接配電線に印加する直接切換方式のものとが用いられているが、上記「配電線電圧を調整するために用いる調整電圧」は、一次巻線が配電線に直列に接続された直列変圧器の一次巻線に印加される調整電圧及び配電線に直接印加される調整電圧の双方を含む。
【００１７】
本発明においては、負荷電流開閉用スイッチが、サイリスタをスイッチング素子として用いたサイリスタスイッチのスイッチ主回路と、オンオフ制御が可能な機械式スイッチのスイッチ主回路とを互いに並列に接続して構成した複合スイッチにより構成される。またタップ切換用スイッチを制御する制御部は、負荷電流開閉用スイッチをオン状態にする際にサイリスタスイッチをオン状態にしてから機械式スイッチをオン状態にして各負荷電流開閉用スイッチを通して負荷電流を流す期間該機械式スイッチをオン状態に保ち、各負荷電流開閉用スイッチをオフ状態にする際には機械式スイッチをオフ状態にしてからサイリスタスイッチをオフ状態にするように負荷電流開閉用スイッチを構成するサイリスタスイッチ及び機械式スイッチを制御する。
【００１８】
上記「電気信号によりオンオフ制御が可能な機械式スイッチ」は、真空バルブのような機械式接点を有するスイッチ本体と、電磁石などを操作用の駆動源として該スイッチ本体を操作する操作機構とにより構成することができる。
【００１９】
自動電圧調整装置においては、タップ切換速度（１回のタップ切換を行うのに要する時間）と、耐用切換回数（タップ切換器が寿命を迎えるまでに行うことができるタップ切換の回数）と、期待寿命（系統に設置するに当たって必要とされる装置の寿命）とからタップ切換の最短切換間隔が決まり、この最短切換間隔に若干の余裕時間を加えた時間を、最小設定時限（電圧変動が正常範囲を逸脱したことが検出されてから実際にタップ切換を行うまでの時間の最小値）として設定する。原理上は、最短切換間隔をタップ切換速度まで短くすることができるが、耐用切換回数に制限がある場合には、最短切換間隔を短くすると、装置が期待寿命を迎える前にタップ切換回数が耐用切換回数に達してしまうことになるため、実際には、最短切換間隔をタップ切換速度よりも相当に長く設定せざるを得ず、最小設定時限も長く設定せざるを得ない。瞬時電圧変動が起こる頻度が低い場合には、最小設定時限が長く設定されていても問題がないが、太陽光発電設備が連系している配電系統のように、瞬時電圧変動が高い頻度で発生する場合には、最小設定時限が長く設定されていると、電圧変動が発生する毎にタップ切換を行うことができなくなるため、系統の電圧変動に対する電圧調整の追従性が悪くなってしまう。
【００２０】
真空バルブのような機械式スイッチにより調整変圧器の負荷電流をオンオフしていた従来の自動電圧調整装置においては、耐用切換回数に制限があったため、耐用切換回数と期待寿命との間の上記の関係から、最小設定時限を長く設定せざるを得ず、高頻度で起こる電圧変動に対して常に追従してタップ切換を行うことができなかった。これに対し、本発明のように構成すると、調整変圧器のタップを切り換える際に調整変圧器の負荷電流のオンオフをサイリスタにより行うことになるため、負荷電流開閉用スイッチを機械式スイッチのみにより構成した場合のように、耐用切換回数が制限されることがなくなり、必要であれば最短切換間隔をタップ切換速度に等しく設定することも可能になる。従って、本発明によれば、タップ切換の最短切換間隔を従来の自動電圧調整装置よりも大幅に短く設定して最小設定時限を短くすることができ、瞬時変動が高頻度で起こる場合でも、電圧変動が起こる毎にタップ切換を行って電圧調整を行うことができるため、系統の電圧変動に対する電圧調整の追従性を良好にすることができる。
【００２１】
また上記のように構成すると、タップ切換時以外は負荷電流の通電を機械式スイッチを通して行うことができるため、負荷電流開閉用スイッチをサイリスタスイッチのみにより構成した場合に比べてスイッチの過電流耐量を改善して信頼性を向上させることができ、負荷電流開閉用スイッチに対して直列に保護用ヒューズを接続したり、限流リアクトルを接続したりする必要性をなくすことができる。従って本発明によれば、コストの上昇を招いたり、装置の大形化を招いたりすることなく、高頻度で起こる瞬時電圧変動に対応し得る自動電圧調整装置を得ることができる。
【００２２】
なお上記のように構成すると、各負荷電流開閉用スイッチを構成するためにサイリスタスイッチと機械式スイッチとの２つのスイッチが必要になるが、保護用ヒューズや限流リアクトルを省略することができるため、必ずしもコストアップにはつながらない。
【００２３】
更に上記のように、各負荷電流開閉用スイッチに過電流耐量が高い機械式スイッチを設けて、タップ切換時以外は該機械式スイッチを通して負荷電流を流すようにすると、系統の短絡事故発生時に負荷電流開閉用スイッチが過電流により破損して開放状態になる事故が生じるのを防ぐことができる。従って、自動電圧調整装置が間接切換式の構成をとる場合に、タップ切換器内の回路が開放状態になることにより直列変圧器の一次側が開放状態になって、直列変圧器の一次巻線に異常過電圧が誘起する事故が発生するのを防ぐことができ、タップ切換器の構成部品が異常過電圧により破損するおそれを無くすことができる。
【００２４】
第２の発明
本明細書に開示された第２の発明においては、上記制御部が、各負荷電流開閉用スイッチをオン状態にする際に先ずサイリスタスイッチをオン状態にした後機械式スイッチをオン状態にしてからサイリスタスイッチをオフ状態にして機械式スイッチのみをオン状態にし、各負荷電流開閉用スイッチをオフ状態にする際には、オフ状態にあったサイリスタスイッチをオン状態にした後機械式スイッチをオフ状態にしてからサイリスタスイッチをオフ状態にするように、各負荷電流開閉用スイッチを構成するサイリスタスイッチ及び機械式スイッチを制御する。
【００２５】
上記のように制御部を構成すると、負荷電流開閉用スイッチを通して調整変圧器の負荷電流を流す際に機械式スイッチのみをオン状態にして、サイリスタスイッチを通して電流が流れないようにすることができるため、サイリスタスイッチの保護を確実に図ることができる。
【００２６】
第３の発明
本明細書に開示された第３の発明においては、上記制御部が、各負荷電流開閉用スイッチをオン状態にする際に、サイリスタスイッチをオン状態にするための制御信号を該サイリスタスイッチに与えると同時に、又はサイリスタスイッチをオン状態にするための制御信号を該サイリスタスイッチに与えた後に機械式スイッチをオン状態にするための制御信号を該機械式スイッチに与え、各負荷電流開閉用スイッチをオフ状態にする際には、機械式スイッチをオフ状態にするための制御信号を該機械式スイッチに与えて該機械式スイッチをオフ状態にした後にサイリスタスイッチをオフ状態にするように、各負荷電流開閉用スイッチを構成するサイリスタスイッチ及び機械接点用スイッチへの制御信号の供給を制御する。
【００２７】
上記のように制御部を構成した場合には、負荷電流開閉用スイッチを通して負荷電流を流す際に、機械式スイッチとサイリスタスイッチとの双方がオン状態を保持するが、負荷電流開閉用スイッチを通して過電流が流れた際には、該過電流が機械式スイッチとサイリスタスイッチとに分流するので、負荷電流開閉用スイッチをサイリスタスイッチのみにより構成した場合に比べて過電流耐量を改善することができる。
【００２８】
第４の発明
第４の発明は、第１ないし第３の発明の何れかに適用されるもので、本発明においては、自動電圧調整装置が間接切換式の構成をとる。そのため、調整変圧器の他に、二次巻線が配電線に直列に接続される直列変圧器が設けられる。調整変圧器は、配電線の電圧が入力される一次巻線と、一端及び他端にそれぞれ一端側最端タップ及び他端側最端タップを有すると共に、両最端タップの間に複数の中間タップを有する二次巻線とを備えて、調整変圧器の二次巻線からタップ切換器を通して出力される調整電圧が直列変圧器の一次巻線に印加される。
【００２９】
本発明で用いるタップ切換器は、調整変圧器の二次巻線の一端側最端タップと直列変圧器の一次巻線の一端との間及び調整変圧器の各中間タップと直列変圧器の一次巻線の一端との間にそれぞれ接続された複数のタップ選択用スイッチと、直列変圧器の一次巻線の両端に限流抵抗器を介して並列に接続された橋絡用スイッチとをタップ切換用スイッチとして備えて、橋絡用スイッチを一時的に閉路状態にすることにより直列変圧器の一次巻線の両端が開放状態になるのを防ぎつつ、閉路状態にするタップ選択用スイッチを切り換えることにより調整変圧器から直列変圧器の一次巻線に印加する調整電圧を切り換えるように構成される。本発明においては、上記複数のタップ選択用スイッチが負荷電流開閉用スイッチを構成している。
【００３０】
第５の発明
第５の発明は、第１ないし第３の発明の何れかに適用されるもので、本発明においても、自動電圧調整装置が間接切換式の構成をとる。そのため、調整変圧器の他に、二次巻線が配電線に直列に接続される直列変圧器が更に設けられる。調整変圧器は、配電線の電圧が入力される一次巻線と、一端及び他端にそれぞれ一端側最端タップ及び他端側最端タップを有すると共に、両最端タップの間に複数の中間タップを有する二次巻線とを備えて、調整変圧器の二次巻線からタップ切換器を通して出力される調整電圧が直列変圧器の一次巻線に印加される。
【００３１】
本発明で用いるタップ切換器は、調整変圧器の二次巻線の一端側最端タップと直列変圧器の一次巻線の一端との間及び調整変圧器の各中間タップと直列変圧器の一次巻線の一端との間にそれぞれ接続された複数のタップ選択用スイッチと、調整変圧器の二次巻線の他端側最端タップと直列変圧器の一次巻線の他端との間に接続された第１の極性切換用スイッチと、調整変圧器の二次巻線の一端側最端タップと直列変圧器の一次巻線の他端との間に接続された第２の極性切換用スイッチと、直列変圧器の一次巻線の両端に限流抵抗器を介して並列に接続された橋絡用スイッチとをタップ切換用スイッチとして備えていて、橋絡用スイッチを一時的に閉路状態にすることにより直列変圧器の一次巻線の両端が開放状態になるのを防ぎつつ、閉路状態にするタップ選択用スイッチと閉路状態にする極性切換用スイッチの組み合わせを切り換えることにより調整変圧器から直列変圧器の一次巻線に印加する調整電圧を切り換えるように構成されている。本発明においては、複数のタップ選択用スイッチと第１及び第２の極性切換用スイッチとが負荷電流開閉用スイッチを構成する。
【００３２】
第６の発明
第６の発明は、第１ないし第３の発明の何れかに適用されるものである。本発明においては、自動電圧調整装置が直接切換式の構成をとる。本発明で用いるタップ切換器は、調整変圧器に設けられた奇数タップ及び偶数タップをそれぞれ選択する奇数タップ選択子及び偶数タップ選択子を有するタップ選択器と、一端が奇数タップ選択子及び偶数タップ選択子にそれぞれ接続され他端が共通接続された奇数タップ側タップ選択用スイッチ及び偶数タップ側タップ選択用スイッチと、奇数タップ側タップ選択用スイッチ及び偶数タップ側タップ選択用スイッチの共通接続点と奇数タップ選択子又は偶数タップ選択子との間に限流抵抗器を通して並列に接続された限流抵抗投入引き外し用スイッチとをタップ切換用スイッチとして備えて、奇数タップ側タップ選択用スイッチ及び偶数タップ側タップ選択用スイッチの共通接続点が一次側配電線接続端子に接続されるとともに、調整変圧器の出力端子が二次側配電線接続端子に接続される。この場合、奇数タップ側タップ選択用スイッチ及び偶数タップ側タップ選択用スイッチが負荷電流開閉用スイッチを構成している。
【００３３】
第７の発明
第７の発明も、第１ないし第３の発明の何れかに適用される。本発明においては、自動電圧調整装置が間接切換式の構成をとる。本発明で用いるタップ切換器は、調整変圧器に設けられた奇数タップ及び偶数タップをそれぞれ選択する奇数タップ選択子及び偶数タップ選択子を有するタップ選択器と、一端が奇数タップ選択子及び偶数タップ選択子にそれぞれ接続され、他端が共通接続された奇数タップ側タップ選択用スイッチ及び偶数タップ側タップ選択用スイッチと、奇数タップ側タップ選択用スイッチ及び偶数タップ側タップ選択用スイッチの共通接続点と奇数タップ選択子又は偶数タップ選択子との間に限流抵抗器を通して並列に接続された限流抵抗投入引き外し用スイッチとをタップ切換用スイッチとして備えていて、奇数タップ側タップ選択用スイッチ及び偶数タップ側タップ選択用スイッチの共通接続点が直列変圧器の一次巻線の一端に接続されるとともに、調整変圧器に設けられている一つのタップが直列変圧器の一次巻線の他端に接続される。この場合、奇数タップ側タップ選択用スイッチ及び偶数タップ側タップ選択用スイッチが負荷電流開閉用スイッチを構成する。
【００３４】
第８の発明
第８の発明は、第１ないし第７の発明の何れかに適用されるもので、本発明においては、タップ切換器がタップ切換動作を行う時間間隔の最小値（最短切換間隔）が３秒ないし１０秒の範囲に収まるように、配電線電圧の変動に対する電圧調整動作の動作特性が設定される。
【００３５】
タップ切換動作間隔の最小値を上記の範囲に収めるように、系統電圧の変動に対する電圧調整動作の動作特性を設定しておくと、太陽光発電設備が連系する配電系統で必要とされる電圧調整追従性能を備えた自動電圧調整装置を、無理な設計を伴うことなく得ることができる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、タップ切換器においてタップ切換時に調整変圧器の負荷電流を開閉するスイッチを、サイリスタスイッチのスイッチ主回路と機械式スイッチのスイッチ主回路とを互いに並列に接続して構成した複合スイッチにより構成して、負荷電流開閉用スイッチをオン状態にする際にサイリスタスイッチをオン状態にしてから機械式スイッチをオン状態にし、負荷電流開閉用スイッチをオフ状態にする際には機械式スイッチをオフ状態にしてからサイリスタスイッチをオフ状態にするように負荷電流開閉用スイッチを構成するサイリスタスイッチ及び機械式スイッチを制御するようにしたので、調整変圧器のタップを切り換える際に調整変圧器の負荷電流のオンオフをサイリスタにより行わせて、耐用切換回数の制限をなくすことができる。従って、各負荷電流開閉用スイッチが機械式スイッチのみにより構成された従来の自動電圧調整装置よりも電圧調整動作の最小設定時限を短くすることができ、高頻度で起こる瞬時電圧変動に対応し得る長寿命の自動電圧調整装置を得ることができる。
【００３７】
また本発明によれば、調整変圧器の負荷電流の通電を機械式スイッチを通して行うことができるので、負荷電流開閉用スイッチをサイリスタスイッチのみにより構成した場合に比べてスイッチの過電流耐量を改善して信頼性を向上させることができる。従って、負荷電流開閉用スイッチに対して直列に保護用ヒューズを接続したり、限流リアクトルを接続したりする必要性をなくして、コストの上昇を招いたり、装置の大形化を招いたりすることなく、高頻度で起こる瞬時電圧変動に対応し得る自動電圧調整装置を得ることができる。
【００３８】
本発明によればまた、過電流耐量が高い機械式スイッチを各負荷電流開閉用スイッチに設けて、該機械式スイッチを通して調整変圧器の負荷電流を流すようにしたので、過電流の通電によりタップ切換器内の回路が開放状態になる事故が発生するのを防ぐことができる。従って、自動電圧調整装置が間接切換式の構成をとる場合に、直列変圧器の一次側が開放状態になって、直列変圧器の一次巻線に異常過電圧が発生する事故が生じるのを防ぐことができ、タップ切換器の構成部品が異常過電圧により破損するおそれを無くすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係る自動電圧調整装置の第１の実施形態の構成を示す回路図である。
【図２】本発明に係る自動電圧調整装置の第２の実施形態の構成を示す回路図である。
【図３】本発明に係る自動電圧調整装置の第３の実施形態の構成を示す回路図である。
【図４】本発明に係る自動電圧調整装置で用いる複合スイッチの制御の仕方の一例を示したタイムチャートである。
【図５】本発明に係る自動電圧調整装置で用いる複合スイッチの制御の仕方の他の例を示したタイムチャートである。
【図６】本発明に係る自動電圧調整装置で用いる複合スイッチの制御の仕方の更に他の例を示したタイムチャートである。
【図７】本発明に係る自動電圧調整装置で用いる複合スイッチの制御の仕方の更に他の例を示したタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下図面を参照して本発明に係る自動電圧調整装置の実施形態について詳細に説明する。図１は本発明を間接切換式の自動電圧調整装置に適用した実施形態の１相分の構成を示したものである。同図において１は一次巻線１ｐ及び二次巻線１ｓを有する直列変圧器、２は一次巻線２ｐ及び二次基線２ｓを有する調整変圧器である。直列変圧器１の二次巻線１ｓの一端及び他端はそれぞれ一次側（電源側）線路接続端子３及び二次側（負荷側）線路接続端子４に接続され、一次側線路接続端子３及び二次側線路接続端子４がそれぞれ一次側配電線５及び二次側配電線６に接続されることにより直列変圧器の二次巻線１ｓが配電線に直列に接続される。配電線の定格電圧は、例えば６６００ボルトである。
【００４１】
調整変圧器２の一次巻線２ｐの一端は二次側線路接続端子４に接続され、他端は中性点Ｎに接続されている。本実施形態では、三相の調整変圧器の一次巻線２ｐがスター結線された状態で配電線に並列に接続される。調整変圧器２の二次巻線２ｓは、タップ２t1ないし２t4を有し、二次巻線２ｓの出力電圧がタップ切換器８を通して直列変圧器１の一次巻線１ｐに印加される。
【００４２】
更に詳細に説明すると、各相の調整変圧器の二次巻線２ｓは、その一端及び他端にそれぞれ一端側最端タップ２t1及び他端側最端タップ２t4を有するとともに、最端タップ２t1と２t4との間に中間タップ２t2及び２t3を有していて、一端が共通接続されたタップ選択用スイッチＡ，Ｂ及びＣの他端がそれぞれタップ２t1ないし２t3に接続され、タップ選択用スイッチＡ〜Ｃの一端の共通接続点が直列変圧器１の一端に接続されている。また一端が共通接続された第１の極性切換用スイッチＴ１及び第２の極性切換用スイッチＴ２の他端がそれぞれ調整変圧器２の二次巻線２ｓの最端タップ２t4及び２t1に接続され、第１の極性切換用スイッチＴ１及び第２の極性切換用スイッチＴ２の一端の共通接続点が直列変圧器１の一次巻線１ｐの他端に接続されている。
【００４３】
直列変圧器１の一次巻線１ｐの両端には、橋絡用スイッチＲＳを通して限流抵抗器Ｒが並列に接続されている。この例では、タップ選択用スイッチＡ〜Ｃと第１及び第２の極性切換用スイッチＴ１及びＴ２と、限流抵抗器Ｒと、橋絡用スイッチＲＳとによりタップ切換器８が構成され、タップ切換器８の各スイッチを制御するために制御部９が設けられている。本実施形態で用いるタップ切換器は、橋絡用スイッチＲＳを一時的に閉路状態にすることにより直列変圧器１の一次巻線１ｐの両端が開放状態になるのを防ぎつつ、閉路状態にするタップ選択用スイッチと閉路状態にする極性切換用スイッチの組み合わせを切り換えることにより、調整変圧器２から直列変圧器１の一次巻線に印加する調整電圧を切り換える。
【００４４】
本実施形態においては、タップ選択用スイッチＡ〜Ｃと、第１及び第２の極性切換用スイッチＴ１及びＴ２とが、タップ切換の際にオンオフ動作を行うタップ切換用スイッチとして設けられ、これらのタップ切換用スイッチのうち、タップ選択用スイッチＡないしＣと、極性切換用スイッチＴ１及びＴ２とが、タップ切換の際に調整変圧器の負荷電流を開閉する責務を負う負荷電流開閉用スイッチを構成している。
【００４５】
本実施形態では、各負荷電流開閉用スイッチが、サイリスタスイッチＳＳのスイッチ主回路と、電気的な制御信号によりオンオフ制御を行うことが可能な機械式スイッチＭＳのスイッチ主回路とを互いに並列に接続して構成した複合スイッチからなっている。
【００４６】
サイリスタスイッチＳＳは、サイリスタをスイッチング素子として構成した双方向性を有するスイッチ主回路（主回路電流をオンオフするスイッチ回路）と、このスイッチ回路を構成するサイリスタに制御信号（トリガ信号）を与えるドライバとにより構成される。サイリスタスイッチのスイッチ主回路は、単方向性を有する対のサイリスタを逆並列接続して構成したものでもよく、双方向性を有するサイリスタ（例えばトライアック）により構成したものでもよい。サイリスタスイッチとしては、サイリスタと該サイリスタにトリガ信号を与える回路を構成する電子部品とを組み合わせたディスクリートな構成を有するものを用いてもよいが、コストの低減を図るためには、市販のソリッドステートコンタクタ（ＳＳＣ）を用いるのが好ましい。ソリッドステートコンタクタは、サイリスタをスイッチング素子とした双方向性のスイッチ主回路と、該スイッチ主回路を構成するサイリスタを駆動するドライバとをユニット化したもので、外部から与える制御信号によりオンオフ制御することができる
【００４７】
また機械式スイッチＭＳは、固定接触子と可動接触子とを有して、可動接触子の変位によりオンオフ動作を行うスイッチ本体と、電磁石などを操作用の駆動源としてスイッチ本体の可動接触子を操作する操作機構とを備えたものを用いることができる。スイッチ本体としては、従来からタップ切換器において負荷電流開閉用のスイッチとして用いられている真空バルブを用いるのが好ましいが、後記するように、本発明では、機械式スイッチＭＳを、アークの発生を伴うことなくオンオフさせることができるため、スイッチ本体としては、可動接触子と固定接触子とが気中で開閉動作を行うものを用いることもでき、所定の通電容量を有してさえいれば、電磁スイッチとして市販されているものを、サイリスタスイッチと組み合わせる機械式スイッチとして用いることもできる。
【００４８】
機械式スイッチとしては、電動のカム機構などにより操作されるものを用いることも可能であるが、本発明においては、機械式スイッチとサイリスタスイッチとを連係動作させるため、機械式スイッチとしては、電気的な制御信号によりオンオフ制御し得るものを用いるのが好ましい。例えば電磁石の励磁コイルに駆動電圧を印加した際にオン状態になり、該駆動電圧を消滅させた際にオフ状態になる電磁スイッチや、投入コイルと引き外しコイルとを備えて、投入コイルに駆動電圧を印加した際にオン状態になり、引き外しコイルに電圧を印加した際にオフ状態になる電磁スイッチを機械式スイッチＭＳとして用いることができる。
【００４９】
制御部９は、図示しない計器用変圧器を通して検出した配電線電圧が設定された範囲から外れたときに、タップ切換器８のタップ選択用スイッチＡ〜Ｃと極性切換用スイッチＴ１及びＴ２とを制御して、配電線電圧を設定された範囲に収めるように、調整変圧器２の通電タップを切り換える。これにより調整変圧器２から直列変圧器１に与える調整電圧を調整して、配電線電圧を設定された範囲に保つ。
【００５０】
本実施形態で用いているタップ切換器８においては、タップ選択用スイッチＡが閉路状態にあり、第２の極性切換用スイッチＴ２が閉路状態にあって、他のタップ選択用スイッチＢ、Ｃ、第１の極性切換用スイッチＴ１及び橋絡用スイッチＳが開路状態にあるときに、調整変圧器３ｕ〜３ｗから直列変圧器１ｕ〜１ｗの一次巻線に印加される調整電圧が０となって、６４８０ボルトのタップを選択した状態になるようになっており、この状態から閉路状態にするタップ選択用スイッチと閉路状態にする極性切換用スイッチの組合わせを切り換えることにより、１２０ボルトステップでタップを切換えることができるようになっている。タップを切り換える際には、タップ選択用スイッチ及び極性切換用スイッチの双方が開路状態になる瞬間に直列変圧器の一次巻線から負荷時タップ切換器側を見た回路が開放状態になって直列変圧器の一次巻線に異常電圧が誘起するのを防ぐために、一時的に橋絡用スイッチＳを閉路状態にして、直列変圧器の一次巻線の両端に限流抵抗器Ｒを並列に接続する。
【００５１】
例えば、タップ選択用スイッチＡが閉路状態にあり、第２の極性切換用スイッチＴ２が閉路状態にあって、タップ選択用スイッチＢ、Ｃ及び橋絡用スイッチＳが開路状態にある状態から配電線電圧を１ステップ分（１２０ボルト分）上昇させて６６００ボルトのタップを選択した状態にする場合には、タップ選択用スイッチＡ及び第２の極性切換用スイッチＴ２を閉路状態にしたままで、先ず橋絡用スイッチＳを閉路状態にして直列変圧器の一次巻線の両端に限流抵抗器Ｒを接続する。その後、タップ選択用スイッチＡ及び第２の極性切換用スイッチＴ２を共に開路状態にし、タップ選択用スイッチＣと第１の極性切換用スイッチＴ１とを閉路状態にする。次いで、橋絡用スイッチＳを開路状態にして、タップ選択用スイッチＣと第１の極性切換用スイッチＴ１のみが閉路した状態にする。この状態では、調整変圧器の二次巻線の１タップ間の電圧が調整電圧として直列変圧器の一次巻線に印加され、６６００ボルトのタップを選択した状態になる。
【００５２】
同様にして、橋絡用スイッチを閉路状態にすることにより、直列変圧器の一次巻線の両端が開放状態になるのを防止しつつ、閉路状態にするタップ選択用スイッチと極性切換用スイッチの組合わせを切換えることにより、選択するタップの電圧を１２０ボルト刻みで調整することができる。閉路状態にするタップ選択用スイッチと極性切換用スイッチの組合わせと選択されたタップ電圧との関係をまとめて示すと下記の表１の通りである。
【表１】
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【００５３】
本実施形態で用いる制御部９は、各負荷電流開閉用スイッチをオン状態にする際にサイリスタスイッチＳＳをオン状態にしてから機械式スイッチＭＳをオン状態にして各負荷電流開閉用スイッチを通して負荷電流を流す期間該機械式スイッチをオン状態に保ち、負荷電流開閉用スイッチをオフ状態にする際には機械式スイッチをオフ状態にしてからサイリスタスイッチをオフ状態にするように負荷電流開閉用スイッチを構成するサイリスタスイッチＳＳ及び機械式スイッチＭＳを制御する。
【００５４】
各負荷電流開閉用スイッチを構成するサイリスタスイッチＳＳ及び機械式スイッチＭＳの具体的な制御の仕方には種々の態様が考えられる。図４は、その一例を示すタイムチャートで、図４（Ａ）はサイリスタスイッチＳＳに与えるトリガ信号を示し、同図（Ｂ）は、サイリスタスイッチＳＳのオンオフ動作を示している。また図４（Ｃ）は、機械式スイッチＭＳに与える制御信号を示し、同図（Ｄ）は、機械式スイッチＭＳのオンオフ動作を示している。この例で用いている機械式スイッチＭＳは、制御信号が与えられたときにオン状態になり、制御信号が取り除かれたときにオフ状態になるように構成されている。
【００５５】
図４に示した例では、負荷電流開閉用スイッチをオン状態にする際に、時刻ｔ1 でサイリスタスイッチＳＳと機械式スイッチＭＳとに同時に制御信号（それぞれをオン状態にするための制御信号）を与えている。サイリスタスイッチの方が機械式スイッチよりも動作速度が速いため、サイリスタスイッチＳＳと機械式スイッチＭＳとに同時に制御信号を与えると、先ずサイリスタスイッチＳＳがオン状態になり、次いで機械式スイッチＭＳがオン状態になる。この例では、負荷開閉用スイッチを通して負荷電流を流す期間サイリスタスイッチ及び機械式スイッチに制御信号を与え続けて、サイリスタスイッチと機械式スイッチの双方をオン状態に保つようにしている。また図４に示した例では、負荷電流開閉用スイッチをオフ状態にするに当って、機械式スイッチＭＳに与えていた制御信号を時刻ｔ2 で消滅させ、これにより機械式スイッチをオフ状態にした後の時刻ｔ3 でサイリスタスイッチに与えられていたトリガ信号を消滅させてサイリスタスイッチをオフ状態にしている。
【００５６】
タップ切換器において、タップ切換を行う際にオンオフ動作を行うタップ切換用スイッチの内、調整変圧器の負荷電流を開閉する責務を負う負荷電流開閉用スイッチを、サイリスタスイッチＳＳのスイッチ主回路と、機械式スイッチＭＳのスイッチ主回路とを並列に接続した複合スイッチにより構成して、各負荷電流開閉用スイッチを構成するサイリスタスイッチ及び機械式スイッチを図４に示したように制御すると、調整変圧器２のタップを切り換える際にその負荷電流のオンオフをサイリスタスイッチにより行うことになるため、各負荷電流開閉用スイッチが機械式スイッチのみにより構成された従来の自動電圧調整装置に比べて、タップ切換速度を速くすることができる。またタップ切換の際の調整変圧器の負荷電流のオンオフをサイリスタにより行うため、耐用切換回数の制限をなくして、高頻度で起こる瞬時電圧変動に対応し得る長寿命の自動電圧調整装置を得ることができる。
【００５７】
また各負荷電流開閉用スイッチを図４のように制御すると、タップ切換時以外は負荷電流の通電を機械式スイッチを通して行うことになるので、負荷電流開閉用スイッチをサイリスタスイッチＳＳのみにより構成していたサイリスタ式自動電圧調整装置に比べてスイッチの過電流耐量を大きくして、短絡事故時に負荷電流開閉用スイッチが破損するおそれを少なくすることができ、自動電圧調整装置の信頼性を向上させることができる。従って、負荷電流開閉用スイッチに対して直列に保護用ヒューズを接続したり、限流リアクトルを接続したりする必要性をなくすことができ、コストの上昇を招いたり、装置の大形化を招いたりすることなく、高頻度で起こる瞬時電圧変動に対応し得る自動電圧調整装置を得ることができる。
【００５８】
特に、図１に示したように、自動電圧調整装置が間接切換式の構成をとる場合に、タップ切換器８内の負荷電流開閉用スイッチが破損して開放状態になると、直列変圧器１の一次側が開放状態になって、直列変圧器１の一次巻線に異常過電圧が発生する事故が発生し、この異常過電圧によりタップ切換器８の他の構成部品が破損するおそれがあるが、本実施形態のように構成すれば、このような事態が生じるのを防ぐことができる。
【００５９】
上記のように、本発明では、負荷電流開閉用スイッチのオンオフをサイリスタスイッチにより行わせるため、機械式スイッチは電流の開閉を行う必要が無い。従って、機械式スイッチがオンオフする際にアークが発生して接点が消耗するのを防ぐことができ、機械式スイッチの接点の寿命を長くすることができる。また機械式スイッチの接点の消耗がないため、機械式スイッチとして安価なものを用いることができる。
【００６０】
図４に示したように、負荷電流開閉用スイッチを通して負荷電流を流す期間の間、サイリスタスイッチと機械式スイッチとの双方をオン状態に保持するように制御部９を構成した場合には、系統で短絡事故が発生したときに、機械式スイッチＭＳを通して電流が流れると同時にサイリスタスイッチＳＳを通しても電流が流れるが、この場合事故電流はサイリスタスイッチと機械式スイッチとに分流することになるので、サイリスタスイッチが過電流により破損するおそれをなくすことができる。
【００６１】
しかしながら本発明は、上記のようにサイリスタスイッチと機械式スイッチとを制御する場合に限定されるものではなく、両スイッチの制御の仕方には種々の変形を考えることができる。例えば、図５に示したように、負荷電流開閉用スイッチをオン状態にする際に、時刻ｔ1でサイリスタスイッチと機械式スイッチとに同時に制御信号を与えてサイリスタスイッチ及び機械式スイッチを順次オン状態にした後、時刻ｔ2 でサイリスタスイッチへの制御信号の供給を停止してサイリスタスイッチをオフ状態にし、負荷電流用スイッチをオフ状態にする際には、時刻ｔ3 でサイリスタスイッチに制御信号を与えてサイリスタスイッチをオン状態にした後、時刻ｔ4 で機械式スイッチへの制御信号の供給を停止して機械式スイッチをオフ状態にしてから、時刻ｔ5 でサイリスタスイッチへの制御信号の供給を停止して、サイリスタスイッチをオフ状態にするようにしてもよい。
【００６２】
図５に示したように負荷電流開閉用スイッチを制御した場合には、負荷電流を通電する期間サイリスタスイッチをオフ状態にして過電流耐量が大きい機械式スイッチのみをオン状態にすることができるため、サイリスタスイッチの保護をより確実に図ることができる。
【００６３】
また、負荷電流開閉用スイッチをオン状態に保つ期間、サイリスタスイッチと機械式スイッチとの双方をオン状態にするようにサイリスタスイッチと機械式スイッチとを制御する場合、図４に示した例では、サイリスタスイッチ及び機械式スイッチへの制御信号の供給を同時に行うようにしているが、機械式スイッチをオン状態にする際にサイリスタスイッチのターンオンが確実に完了しているようにするために、図６に示したように、時刻ｔ1 でサイリスタスイッチに制御信号を供給した後、僅かに遅れた時刻ｔ2 で機械式スイッチに制御信号を与えるようにしてもよい。図６に示した例において、負荷電流開閉用スイッチをオフ状態にする際のサイリスタスイッチ及び機械式スイッチの制御の仕方は図４に示した例と同様であり、時刻ｔ3 で機械式スイッチＭＳへの制御信号の供給を停止して機械式スイッチをオフ状態にした後、時刻ｔ4 でサイリスタスイッチへの制御信号の供給を停止してサイリスタスイッチをオフ状態にする。
【００６４】
同様に、図５に示したようにサイリスタスイッチと機械式スイッチとを制御する場合も、負荷電流開閉用スイッチをオン状態にする際に、サイリスタスイッチと機械式スイッチとに同時に制御信号を与えるのではなく、図７に示したように、時刻ｔ1 でサイリスタスイッチに制御信号を与えてサイリスタスイッチをオン状態にした後、時刻ｔ2 で機械式スイッチに制御信号を与えて機械式スイッチをオン状態にするようにしてもよい。図７に示した例において、負荷電流開閉用スイッチをオフ状態にする際のサイリスタスイッチ及び機械式スイッチの制御の仕方は図５に示した例と同様であり、時刻ｔ4 でサイリスタスイッチに制御信号を与えてサイリスタスイッチをオン状態にした後、時刻ｔ5 で機械式スイッチへの制御信号の供給を停止して機械式スイッチをオフ状態にしてから、時刻ｔ6 でサイリスタスイッチへの制御信号の供給を停止して、サイリスタスイッチをオフ状態にする。
【００６５】
図１に示した実施形態では、間接切換式の自動電圧調整装置に本発明を適用したが、自動電圧調整装置が直接切換式の構成をとる場合にも本発明を適用することができる。図２は直接切換式のタップ切換器を用いた自動電圧調整装置に本発明を適用した第２の実施形態の要部の構成を示したものであり、本実施形態では、調整変圧器２として、一次巻線と二次巻線とが一部の巻線部分を共用する単巻変圧器が用いられている。
【００６６】
本実施形態では、調整変圧器２にタップ２t1〜２t9が設けられていて、これらのタップの中から通電タップを選択するために、機械式のタップ選択器が設けられている。図示の例では、タップ２t1〜２t9が奇数タップ２t1，２t3，…，２t9と偶数タップ２t2，２t4，…，２t8とに分けられていて、奇数タップ２t1，２t3，…，２t9を選択する奇数タップ選択器ＴＳ１と、偶数タップ２t2，２t4，…，２t8を選択する偶数タップ選択器ＴＳ２とによりタップ切換器が構成されている。
【００６７】
奇数タップ選択器ＴＳ１は、奇数タップ２t1，２t3，…，２t9にそれぞれ接続された固定接点群と、これらの固定接点に順次接触して奇数タップ２t1，２t2，…を順次選択する奇数タップ選択子１１とにより構成され、偶数タップ選択器ＴＳ２は、偶数タップ２t2，２t4，…，２t8にそれぞれ接続された固定接点群と、これらの固定接点に順次接触して偶数タップ２t2，２t4，…，を順次選択する偶数タップ選択子１２とにより構成されている。
【００６８】
本実施形態では、奇数タップ選択子１１及び偶数タップ選択子１２にそれぞれ奇数タップ側タップ選択用スイッチＳＷ１及び偶数タップ側タップ選択用スイッチＳＷ２の一端が接続されている。奇数タップ側タップ選択用スイッチＳＷ１及び偶数タップ側タップ選択用スイッチＳＷ２の他端は一次側線路接続端子３に共通接続され、奇数タップ側タップ選択用スイッチＳＷ１及び偶数タップ側タップ選択用スイッチＳＷ２の共通接続点と偶数タップ選択子１２との間に、限流抵抗器Ｒを通して限流抵抗投入引き外し用スイッチＲＳが接続されている。またこの例では、タップ２t5が素通しタップとなっていて、この素通しタップが調整変圧器２の出力端子として、二次側線路接続端子４に接続されている。
【００６９】
本実施形態では、奇数タップ側タップ選択用スイッチＳＷ１及び偶数タップ側タップ選択用スイッチＳＷ２と限流抵抗投入引き外し用スイッチＲＳとがタップ切換用スイッチを構成しており、これらのタップ切換用スイッチと限流抵抗器Ｒとにより、タップ選択器が新たなタップを選択した際に、配電線につながる回路を新たに選択されたタップに切換接続する切換開閉器が構成されている。この切換開閉器においては、奇数タップ側タップ選択用スイッチＳＷ１及び偶数タップ側タップ選択用スイッチＳＷ２が、タップ切換の過程で調整変圧器の負荷電流を開閉する責務を負う負荷電流開閉用スイッチを構成している。
【００７０】
本実施形態では、負荷電流開閉用スイッチとして機能するタップ選択用スイッチＳＷ１及びＳＷ２が、サイリスタスイッチＳＳのスイッチ主回路と機械式スイッチＭＳのスイッチ主回路とを並列に接続して構成した複合スイッチからなっている。
【００７１】
本実施形態では、奇数タップ選択器ＴＳ１及び偶数タップ選択器ＴＳ２からなるタップ選択器と、タップ選択用スイッチＳＷ１及びＳＷ２と、限流抵抗投入引き外し用スイッチＲＳと、限流抵抗器Ｒとによりタップ切換器８が構成されている。
【００７２】
図２に示したタップ切換器は、配電線電圧が設定された範囲から外れた際に、以下のようにして、調整変圧器２のタップを切り換えるタップ切換動作を行う。タップ切換を行う際には、先ず通電中のタップを選択しているタップ選択器と異なるタップ選択器に次のタップを選択する動作を行わせた後、限流抵抗投入引き外し用スイッチＲＳをオン状態にして、通電中のタップに接続されているタップ選択用スイッチと限流抵抗器Ｒと次に選択するタップに接続されているタップ選択用スイッチとを通して制限されたタップ間短絡電流を流す過程を経て、通電中のタップに接続されているタップ選択用スイッチをオフ状態にし、次いで、新たに選択するタップに接続されているタップ選択用スイッチをオン状態にした後、限流抵抗投入引き外し用スイッチＲＳをオフ状態にして限流抵抗器を引き外すことにより、通電タップを奇数タップから偶数タップに、又は偶数タップから奇数タップに切り換える。
【００７３】
例えば、奇数タップ選択器のタップ選択子１１によりタップ２t3を選択して、タップ選択用スイッチＳＷ２をオフ状態にし、タップ選択用スイッチＳＷ１をオン状態にした状態で（タップ２t3を通電タップとして選択している状態で）、通電タップをタップ２t4に切り換える際には、偶数タップ側タップ選択用スイッチＳＷ２をオフ状態にしたままで、先ず偶数タップ側タップ選択器のタップ選択子１２を、タップ２t4に接続された固定接点に接触させる。次いで限流抵抗投入引き外し用スイッチＲＳをオン状態にして、タップ２t3,２t4間をスイッチＳＷ１及びＲＳと限流抵抗器Ｒとを通して橋絡して、タップ２t3、２t4間を通して制限されたタップ間短絡電流が流れる状態にする。この状態で、奇数タップ側タップ選択用スイッチＳＷ１をオフ状態にして、限流抵抗器Ｒと新たに通電タップとするタップ２t4とを通して電流が流れる状態にし、次いで偶数タップ側タップ選択用スイッチＳＷ２をオン状態にした後、限流抵抗投入引き外し用スイッチＲＳをオフ状態にすることにより限流抵抗器Ｒを引き外して、通電タップを奇数タップ２t3から偶数タップ２t4に切り換えるタップ切換動作を完了する。
【００７４】
図２に示した実施形態において、タップ選択用スイッチＳＷ１及びＳＷ２を構成するサイリスタスイッチＳＳ及び機械式スイッチＭＳの制御の仕方は、図１に示した実施形態と同様である。
【００７５】
図２に示した実施形態では、調整変圧器２と、機械式のタップ選択器を用いたタップ切換器８とを用いて直接切換式の自動電圧調整装置を構成しているが、図２に示された自動電圧調整器に更に直列変圧器を追加して、間接切換式の自動電圧調整装置を構成することもできる。
【００７６】
図３は、図２に示した自動電圧調整装置に直列変圧器１を追加して間接切換式の自動電圧調整装置を構成した本発明の第３の実施形態を示したものである。図３に示した実施形態では、二次巻線１ｓが配電線に対して直列に接続される直列変圧器が設けられ、奇数タップ側タップ選択用スイッチＳＷ１と偶数タップ側タップ選択用スイッチＳＷ２との共通接続点及び調整変圧器２に設けられている一つのタップ２t5が、調整変圧器の出力端子として、直列変圧器１の一次巻線１ｐの一端及び他端にそれぞれ接続されている。その他の構成は、図２に示した実施形態と同様であり、本実施形態においても、奇数タップ側タップ選択用スイッチＳＷ１と、偶数タップ側タップ選択用スイッチＳＷ２と、限流抵抗投入引き外し用スイッチＲＳとがタップ切換用スイッチを構成しており、これらのタップ切換用スイッチのうち、奇数タップ側タップ選択用スイッチＳＷ１及び偶数タップ側タップ選択用スイッチＳＷ２が、タップ切換の過程で調整変圧器の負荷電流を開閉する責務を負う負荷電流開閉用スイッチを構成している。
【００７７】
上記の各実施形態において、系統電圧の変動に対する自動電圧調整装置の電圧調整動作の動作特性（系統の電圧変動に追従する性能）は、タップ切換器８がタップ切換動作を行う時間間隔（１回のタップ切換動作を完了してから次のタップ切換動作を開始するまでの時間）の最小値が３秒ないし１０秒の範囲に収まるように設定することが望ましい。
【００７８】
太陽光発電設備が連系している配電系統で生じる電圧変動は、通常数秒（１０秒以下）単位である。従って、太陽光発電設備が連系している配電系統に設置する自動電圧調整装置は、系統で電圧変動が生じた際に１０秒以下で追従して電圧調整動作を行う性能（電圧調整動作の追従性能）を有していることが必要とされる。自動電圧調整装置のタップ切換動作所要時間は短いに越したことはないが、タップ切換器において、機械接点やタップ選択器のタップ選択子を３秒未満の時間間隔で動作させることは一般的でなく、タップ切換動作間隔を３秒未満とする動作特性は、数秒単位の必要動作速度に対しては、設計的・コスト的に過剰な特性となる。また３秒未満の時間間隔でタップ切換を連続して行うと、サイリスタの冷却を行わせることが難しくなり、サイリスタスイッチの過度の温度上昇を招くおそれがある。現行のサイリスタ式自動電圧調整器の連続タップ切換間隔（追従性能）は約４秒程度が一般的であるが、この追従性能は、太陽光発電設備が連系している配電系統で生じる電圧変動に対応するには十分である。従って、タップ切換器８がタップ切換動作を行う時間間隔の最小値（最短切換間隔）が３秒ないし１０秒の範囲に収まるように系統電圧の変動に対する電圧調整動作の動作特性を設定しておけば、太陽光発電設備が連系している配電系統において高頻度で生じる電圧変動に無理なく対応することができる。
【００７９】
図１に示した実施形態では、負荷時タップ切換器が３つのタップ選択用スイッチＡ〜Ｃを備えているが、タップ選択用スイッチの数は調整変圧器の二次巻線に設けるタップの数により異なるのはもちろんである。また上記の実施形態では、負荷時タップ切換器として、タップ選択用スイッチの他に極性切換用スイッチＴ１及びＴ２を用いる形式のものを採用したが、本発明は上記のような負荷時タップ切換器を用いる場合に限定されない。例えば、調整変圧器の二次巻線に設けるタップの数を多くすることにより必要な調整範囲の電圧調整を行うことができる場合には、極性切換用スイッチＴ１及びＴ２を省略することもできる。
【００８０】
この場合、負荷時タップ切換器は、調整変圧器の二次巻線の一端と直列変圧器の一次巻線の一端との間及び各タップと直列変圧器の一次巻線の一端との間にそれぞれ挿入された複数のタップ選択用スイッチと、直列変圧器の一次巻線の両端に橋絡用スイッチを通して並列に接続された限流抵抗器とを備えて、橋絡用スイッチを一時的に閉路状態にすることにより直列変圧器の一次巻線の両端が開放状態になるのを防ぎつつ、閉路状態にするタップ選択用スイッチを切り換えることにより調整変圧器から直列変圧器の一次巻線に印加する調整電圧を切り換えるように構成される。
【００８１】
図２及び図３に示した例では、奇数タップ側タップ選択用スイッチＳＷ１及び偶数タップ側タップ選択用スイッチＳＷ２の共通接続点と偶数タップ選択子１２との間に、限流抵抗投入引き外し用スイッチＲＳを、限流抵抗器Ｒを通して並列に接続するようにしたが、限流抵抗投入引き外し用スイッチＲＳは、奇数タップ側タップ選択用スイッチＳＷ１及び偶数タップ側タップ選択用スイッチＳＷ２の共通接続点と奇数タップ選択子１１との間に限流抵抗器Ｒを通して並列に接続するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００８２】
１  直列変圧器
１ｐ  直列変圧器の一次巻線
１ｓ  直列変圧器の二次巻線
２  調整変圧器
２ｐ  調整変圧器の一次巻線
２ｓ  調整変圧器の二次巻線
３  一次側線路接続端子
４  二次側線路接続端子
５  一次側配電線
６  二次側配電線
８  タップ切換器
９  制御部
Ａ〜Ｃ  タップ選択用スイッチ
Ｔ１  第１の極性切換スイッチ
Ｔ２  第２の極性切換スイッチ
ＳＳ  サイリスタスイッチ
ＭＳ  機械式スイッチ
Ｒ  限流抵抗器
ＲＳ  限流抵抗投入引外し用スイッチ
【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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