(57)【要約】【課題】電力系統に接続されている交流コイルの劣化による異常電圧を正確に検出して交流コイルの損傷を防ぐことのできる交流コイルの保護装置および電力システムを提供する。【解決手段】系統電力源１から負荷１０に電力を供給する電力系統に接続された交流コイル３の端子間に接続され交流コイル３の端子間に発生する電圧を検出するピックアップトランス４と、交流コイル３と直列に接続され系統電流を検出する変流器２と、ピックアップトランス４の出力電圧の位相と変流器２の出力電圧の位相を合わせる移相器１２と、同位相とされた前記２つの出力電圧の差分を求め前記差分が所定の値より大きいときに交流コイル３を電力系統から切り離す制御を行う演算制御装置（７，８，９，１０）とを備えている構成とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
系統電力源から負荷に電力を供給する電力系統に接続された交流コイルの端子間に接続され前記交流コイルの端子間に発生する電圧を検出するピックアップトランスと、前記交流コイルと直列に接続され系統電流を検出する変流器と、前記ピックアップトランスの出力電圧の位相と前記変流器の出力電圧の位相を合わせる移相器と、同位相とされた前記２つの出力電圧の差分を求め前記差分が所定の値より大きいときに前記交流コイルを電力系統から切り離す制御を行う演算制御装置とを備えていることを特徴とする交流コイルの保護装置。
【請求項２】
前記演算制御装置は、前記差分を求めて増幅する差動増幅器と、前記差動増幅器の出力値を所定の値と比較する比較回路と、前記比較回路の出力を受けて前記交流コイルを電力系統から切り離す制御シーケンス回路とを備えていることを特徴とする請求項１記載の交流コイルの保護装置。
【請求項３】
前記交流コイルに系統電圧相当の電圧が発生するときに前記交流コイルから前記ピックアップトランスを切り離す高電圧リードリレーを備えていることを特徴とする請求項１記載の交流コイルの保護装置。
【請求項４】
前記電力系統の電圧波形を監視し事故電圧波形を認識した時点で前記高電圧リードリレーを動作させる系統電圧波形監視装置を備えていることを特徴とする請求項３記載の交流コイルの保護装置。
【請求項５】
前記移相器の代わりに、前記変流器の二次側に接続された位相調整用コンデンサーを備えていることを特徴とする請求項1記載の交流コイルの保護装置。
【請求項６】
電力系統から切り離された前記交流コイルに直流電流を流して前記交流コイルの状態を検査する状態検査装置と、前記交流コイルの端子の接続を前記ピックアップトランスまたは前記状態検査装置に切り替える信号切替え装置とを備え、前記交流コイルが通電可能と判断されたとき前記演算制御装置は前記交流コイルを電力系統に再投入する制御を行うことを特徴とする請求項１記載の交流コイルの保護装置。
【請求項７】
系統電力源から負荷に電力を供給する電力系統に接続された交流コイルと、請求項１ないし６のいずれかに記載された交流コイルの保護装置と、前記交流コイルが電力系統から切り離されたとき系統電力源から負荷に電力を供給するバイパス回路と、前記演算制御装置によって制御され前記電力系統と前記パイバス回路を切り替える開閉器とを備えていることを特徴とする電力システム。
【請求項８】
前記交流コイルの導線には超電導導体が使用されていることを特徴とする請求項７記載の電力システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力系統に接続されているリアクトル、変圧器あるいは限流コイルなど、定常電流として交流電流が流れる交流コイルの保護装置および電力システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
導線を適当なターン数巻回してなるコイルは、機器として広範囲の適用先がある。コイルに流れる電流の形態により交流応用と直流応用に分けられるが、交流応用の代表的な適用先は電力系統である。このような機器としては、リアクトル、変圧器あるいは限流コイルなどがある。
【０００３】
このような機器では通常、定格電流値が決められており、その定格電流値以下の通電では所定期間異常なく運転できることが要請される。しかし通常運転定格電流以下の電流においても、コイル機器の内部で何らかの要因で部分的に導体の劣化が発生する可能性がある。これは、導体や周囲の絶縁材料の経年劣化などが要因として考えられる。その場合コイル機器に電流を流し続けると、部分的に熱集中を起こしコイルの焼損または致命的劣化が起こる可能性がある。この状態を回避するには系統からコイルを速やかに切り離し、電流を流さない状態にする必要がある（特許文献１，２参照）。
【特許文献１】特開平４−２２９０１５号公報
【特許文献２】特開平６−１５３３７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
定常電流として交流電流が流れる交流コイルでは、通常定格電流以下での運転動作中にコイル巻線部に部分的あるいは全体的に線材劣化等により異常電圧が発生した場合、劣化箇所だけに熱が集中しコイルの致命的劣化や焼損が起こる可能性がある。そのためこのような部分劣化等による異常電圧を速やかに検出しコイルを停止状態にする必要があり、電力系統に接続されているコイル機器の場合には、送配電系統から切り離し、別系統に切り替えて負荷に送配電を続ける必要がある、という課題があった。
【０００５】
このような交流コイルの部分劣化等を検出するには多くの課題がある。電力系統に接続されている交流コイルであるためコイル自身が高電圧電位にあり高電圧印加部からコイルに生じた部分劣化等を検出することになる。この部分劣化等の異常電圧レベルはマイクロボルトオーダの極めて低い電圧の可能性があり、且つ高電圧電位から接地レベルに近い低電圧電位へ信号を絶縁伝送する必要がある。また交流コイルはインダクタンスとして最小でも百μHレベルの誘導性を持つ。従って交流コイル両端には異常検出電圧値の数十倍から千倍レベルの誘導性電圧が運転中常時発生している。また系統に事故発生した場合には、交流コイル両端には最低でもｋＶオーダーの電圧が発生し、発生電圧は交流コイル検出器入力部に過電圧として印加されることになる、という課題があった。
【０００６】
そこで本発明は、電力系統に接続されている交流コイルの劣化による異常電圧を正確に検出して交流コイルの損傷を防ぐことのできる交流コイルの保護装置および電力システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために本発明の交流コイルの保護装置は、系統電力源から負荷に電力を供給する電力系統に接続された交流コイルの端子間に接続され前記交流コイルの端子間に発生する電圧を検出するピックアップトランスと、前記交流コイルと直列に接続され系統電流を検出する変流器と、前記ピックアップトランスの出力電圧の位相と前記変流器の出力電圧の位相を合わせる移相器と、同位相とされた前記２つの出力電圧の差分を求め前記差分が所定の値より大きいときに前記交流コイルを電力系統から切り離す制御を行う演算制御装置とを備えている構成とする。
【０００８】
本発明の電力システムは、系統電力源から負荷に電力を供給する電力系統に接続された交流コイルと、前記交流コイルの保護装置と、前記交流コイルが電力系統から切り離されたとき系統電力源から負荷に電力を供給するバイパス回路と、前記演算制御装置によって制御され前記電力系統と前記パイバス回路を切り替える開閉器とを備えている構成とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、電力系統に接続されている交流コイルの劣化による異常電圧を正確に検出して交流コイルの損傷を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の４つの実施の形態を説明する。  
（第１の実施の形態）
（構成）
図１に示すように、系統電力源1よりＣＴ（変流器）２を介し交流コイル３に系統電力電流が供給されている。交流コイル３は一般的には銅線やアルミニウム線で構成されるが、超電導線により構成される場合には、冷媒により超電導になりうる状態に充分冷却されている。交流コイル３の両端部にはピックアップトランス４の一次側が結線されている。
【００１１】
ピックアップトランス４の二次側の一方は三相各相でＹ結線し、中点を差動増幅器７の反転入力側へ入力抵抗６を介して入力している。ピックアップトランス４の二次側の他方はＣＴ２の二次側可変抵抗５の片側に接続している。二次側可変抵抗５の他端はＣＴ２の片側へ接続されＣＴ２の二次負担抵抗として機能している。二次側可変抵抗５の可変端子Ｒａ，Ｓａ，ＴａはＹ結線された抵抗群１１に接続されている。
【００１２】
交流コイル３の両端に発生する誘導性電圧とＣＴ２二次側の電圧位相は９０度の差がある。そこでＹ結線された抵抗群１１の中点出力電圧を移相器１２で９０度進めることによりピックアップトランス４の二次側Ｙ結線中点信号と同相にする。この同相にした信号とピックアップトランス４の二次側Ｙ結線中点信号を差動増幅器７の反転入力・非反転入力へ各々入力する。また電圧バランスはＣＴ２の二次側可変抵抗５を調整することで行う。
【００１３】
差動増幅器７の出力電圧は電圧比較回路９へ入力される。比較電圧は設定器８で設定する。電圧比較回路９の出力は制御シーケンス回路１３に出力され遮断器１３・１４・１５の開閉を制御する構成になっている。差動増幅器７と設定器８と電圧比較回路９と制御シーケンス回路１３は演算制御装置を構成している。
【００１４】
（作用）
通常状態では系統電力源1からＣＴ２を介し交流コイル３を通じて需用家重要負荷１０に電力が供給されている。交流コイル３としては、リアクトルを想定しているが、変圧器や限流コイルでも同様である。ピックアップトランス４の二次側Ｙ結線中点電圧とＣＴ２から供給されるＹ結線抵抗群１１中点電圧とは９０度電圧位相がずれているが、これを補正する位相調整用の移相器１２を介してピックアップトランス４と同相状態で各々反転入力・同相入力を差動増幅器７へ入力する。電圧レベルが同じであれば差動増幅器７の出力電圧はある基準値以下（ほぼ０Ｖ）である。また負荷の状態により各相の電流バランスが崩れた時も同じ率の電圧変動を受けるので中点間に生じる電圧は０Ｖ状態に保たれる。
【００１５】
交流コイル３のどれかが部分的劣化による異常電圧発生を起こした場合には、三相分毎に設けられたピックアップトランス４の一相分だけが電圧変化を起こすので、中点間との電圧バランスが崩れ差動増幅器7に出力電圧が現れ、設定器８で設定された電圧以上の電圧が出力されると、電圧比較回路９から異常電圧発生信号を出力する。異常電圧発生信号を元に制御シーケンス回路１３が動作し遮断器１４，１５を開にし交流コイル３を系統電流から切り離す。また遮断器１６を閉することによりバイパス回路を構成し需用家重要負荷１０に電力供給を続ける。
【００１６】
（効果）
本実施の形態によれば、通常運転状態においても高電圧重畳された異常電圧発生信号を検出して交流コイル３を故障から守るとともに需用家重要負荷１０に電力供給を続けることができる。
【００１７】
（第２の実施の形態）
本実施の形態は、図２に示すように、系統事故等によって交流コイル３の両端に高電圧が印加される事象が生じたときに交流コイル３からピックアップトランス４を切り離す高電圧リードリレー１７と、電力系統の電圧波形を監視し事故電圧波形を認識した時点で高電圧リードリレー１７を動作させる系統電圧波形監視装置１８とを備えた構成になっている。
【００１８】
電力系統に短絡事故が生じたとき、交流コイル３両端に印加される数ｋＶの過電圧には本保護装置の入力部回路は電圧耐量から見ても耐えられず破壊してしまう。高電圧リードリレー１７によってピックアップトランス４を速やかに切り離すことによってこれを回避することができる。
【００１９】
（第３の実施の形態）
本実施の形態は、図３に示すように、図１、図２に示した移相器１２の代わりにＣＴ２の二次側可変抵抗５に位相調整用コンデンサー１９を接続し容量性とした構成である。その他の構成は図１あるいは図２と同じである。
本実施の形態によれば、半導体ＩＣ回路等で構成される移相器１２の代わりに位相調整用コンデンサー１９を用いるので回路が簡素化される。
【００２０】
（第４の実施の形態）
本実施の形態は、図４に示すように、図１ないし図３に示した構成に信号切替え装置２０、状態検査装置２１、定電流電源２２およびマイクロボルト電圧測定器２３を加えた構成である。
【００２１】
交流コイル３が冷却不十分のような可逆的要因により部分的劣化を起こし一連のシーケンス動作により送電系統から切り離された後、所定時間経過後もしくは交流コイル３の冷却条件が回復し通電できる温度になった時、信号切替え装置２０により通常結線されているピックアップトランス４回路より状態検査装置２１に切替え接続し、定電流電源２２より直流電流を交流コイル３に印加し、その時の交流コイル３の両端電圧をマイクロボルト電圧測定器２３で計測し通電可能状態か否か評価する。良好な場合には制御シーケンス回路１３に信号を送り送電系統に交流コイル３を復帰させる。
【００２２】
本実施の形態によれば、信号切替え装置２０を設けることにより、交流コイル３の両端電圧をマイクロボルト電圧測定器２３で計測し、通電可能と判断されたときは、交流コイル３を電力系統に再投入することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１の実施の形態の交流コイルの保護装置および電力システムの構成を示す結線図。
【図２】本発明の第２の実施の形態の交流コイルの保護装置および電力システムの構成を示す結線図。
【図３】本発明の第３の実施の形態の交流コイルの保護装置および電力システムの要部の構成を示す結線図。
【図４】本発明の第４の実施の形態の交流コイルの保護装置および電力システムの要部の構成を示す結線図。
【符号の説明】
【００２４】
１…系統電力源、２…ＣＴ、３…交流コイル、４…ピックアップトランス、５…二次側可変抵抗、６…入力抵抗、７…差動増幅器、８…設定器、９…電圧比較回路、１０…需用家重要負荷、１１…Ｙ結線抵抗群、１２…移相器、１３…制御シーケンス回路、１４，１５，１６…遮断器、１７…高電圧リードリレー、１８…系統電圧波形監視装置、１９…位相調整用コンデンサー、２０…信号切替え装置、２１…状態検査装置、２２…定電流電源、２３…マイクロボルト電圧測定器。
【図１】
2009195062.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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