JP4770296B2 - 異常電圧発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、電力系統の電圧低下時、特に系統電圧が瞬時低下した際の各種電気設備の異常動作や機能停止を試験、検査するための異常電圧発生装置に関するものである。

電力系統において、例えば電磁開閉器は、一般にコイルの励磁により遮断器を閉路し、自己保持している。しかし、系統電圧が瞬時低下してコイルの励磁電圧が低下すると、自己保持状態が解かれて遮断器が開路してしまう。このような場合、例えば半導体製造工場や製紙工場等の各種電気設備には系統から電源が供給されなくなり、ロットごと不良品が発生する等の事態を引き起こす。

上述の電圧低下を始めとした異常時における各種電気設備の挙動を試験するために、異常電圧や瞬時停電を発生させるようにした異常電圧発生装置付電圧調整器が、特許文献１に記載されている。
図３は、この従来技術において異常電圧を発生させる場合の等価回路図、図４は、瞬時停電を発生させるための等価回路図である。

まず、図３において、５１は電源入力端子、５２は昇圧用トランス、５２ａはその一次巻線、５２ｂは二次巻線、５２ｃは三次巻線、５４は降圧用トランス、５４ａはその一次巻線、５４ｂは二次巻線、５５は検査対象の電気設備が接続される出力端子である。
三次巻線５２ｃの両端には、所定のタイミングでオンオフされるスイッチ５３と、抵抗５６及び可変抵抗５７との直列回路が接続され、スイッチ５３には押ボタンスイッチ５８が並列に接続されている。

その動作を説明すると、平常時はスイッチ５３をオフしておくことにより、昇圧用トランス５２の三次巻線５２ｃ側が回路全体から除去され、出力端子５５からはトランス５２，５４により所定の大きさに調整された電圧が出力される。
また、異常電圧を発生させる場合には、スイッチ５３をオンして三次巻線５２ｃに電流を流し、一次巻線５２ａの電流すなわち電圧降下を増加させて一次側の電圧を低下させる。このため、トランス５２，５４の巻線比に応じて発生する出力端子５５の電圧を低下させることができ、スイッチ５３を適宜なタイミングでオンオフすることにより、出力端子５５から断続的に異常電圧を発生させることができる。
なお、上記の動作における出力電圧の低下量は可変抵抗５７により調節可能であると共に、押ボタンスイッチ５８をオン状態に保てば、スイッチ５３のオンオフに関わりなく継続的に異常電圧を発生させることができる。

次に、図４に従って瞬時停電を発生させる場合の動作を説明する。
図４において、平常時はスイッチ５３をオンしておくことにより、図３におけるスイッチ５３のオフ時と同様に所定の大きさの電圧が出力される。
また、スイッチ５３をオフすると、両トランス５２，５４が切り離されるため、出力端子５５からは電圧が出力されなくなるため、スイッチ５３を瞬時オフさせることによって瞬時停電状態を実現することができる。

特開昭６２−７１４７０号公報（第３頁左下欄第１４行〜第４頁右上欄第１４行、第３図、第４図等）

図３，図４に等価回路として示した従来技術は、あくまで実系統に接続されていない非活線状態の電気設備を対象とした試験装置であり、実際の系統内で活線状態にある電気設備に対してそのまま異常電圧を印加したり瞬時停電を模擬できるようには構成されていない。
従って、活線状態の電気設備に対し、例えば数十［ｍｓ］〜数百［ｍｓ］間の系統電圧の低下を模擬するためには、電気設備を接続替えして図３のような装置に接続しなければならず、その作業が極めて煩雑であった。また、図３の回路では多数の巻線を有するトランスが必要であり、これが設備重量を増加させて装置全体の大形化を招くという問題があった。更に、電圧低下量の調整を可変抵抗５７により行う方法では、損失や発熱を無視できないという問題もあった。

そこで本発明の解決課題は、実系統に接続された電気設備に対し活線状態のままで瞬時電圧低下を模擬可能として接続替えの煩雑さを解消すると共に、多数の巻線を有するトランスを不要にして装置の小形軽量化を図り、併せて損失や発熱を低減させた異常電圧発生装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、請求項１に記載した発明は、電気設備に電源電圧を供給する電力系統に一次巻線を接続可能な降圧用のトランスと、
このトランスの二次巻線の両端に接続された負担抵抗と、
一端が前記二次巻線の一端に接続された遮断器と、
この遮断器の他端と前記二次巻線の他端との間に接続されたコンデンサとスイッチとの直列回路と、
前記トランスの二次側電圧を検出して前記遮断器及び前記スイッチの開閉制御を行う制御装置と、
を備え、
前記制御装置により前記遮断器を閉じた状態で前記スイッチを瞬時オンさせて前記トランスの二次側に前記コンデンサを瞬時投入し、前記トランスの一次側の電圧降下を増加させて前記電気設備に供給する電源電圧を瞬時低下させるものである。

請求項２に記載した発明は、請求項１において、
前記トランスの二次側電流を検出する電流検出手段を備え、この電流検出手段による過電流検出時に前記制御装置により前記遮断器を開放するものである。

請求項３に記載した発明は、請求項１または２に記載した異常電圧発生装置において、
前記コンデンサとスイッチとの直列回路を複数、並列に接続し、前記制御装置により前記スイッチを選択的に瞬時投入して前記コンデンサを前記トランスの二次側に瞬時投入するものである。

本発明によれば、電力系統に一次側が接続されたトランスの二次側にコンデンサを瞬時投入することで、トランスの一次側における電圧降下を増加させ、電気設備に供給される電源電圧を瞬時低下させることができる。
すなわち、従来のように電気設備を接続替えせずに活線状態のままで電源電圧を瞬時低下させることができ、煩雑な接続替え作業を不要にすると共に、多数の巻線を有するトランスを用いないので、装置の小型化、軽量化が可能となる。更に、電圧低下量を可変抵抗により調節する方法ではないため、損失や発熱の低減も可能である。

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。図１は、実施形態の構成を示す回路図である。
図１において、１０は三相交流電源、２０は電力系統の線路、２１は変圧器漏れインピーダンス等を含めた線路インピーダンス、３０は需要家の電気設備内の三相負荷である。

一方、４０はこの実施形態に係る異常電圧発生装置であり、一次巻線４１ａの両端が接続点２２Ｓ，２２Ｔを介して二相の線路２０にそれぞれ接続される降圧用のトランス４１と、このトランス４１の二次側から電圧、電流を検出して後述の制御動作を行う制御装置４７と、トランス４１の二次巻線４１ｂの両端に接続された負担抵抗４２、電流検出器４３、遮断器４４、スイッチ４５_１〜４５_ｎ、コンデンサ４６_１〜４６_ｎ等を備えている。ここで、トランス４１の定格電圧は、例えば一次側が２００［Ｖ］、二次側が１０［Ｖ］である。

なお、前記接続点２２Ｓ，２２Ｔは、例えば一次巻線４１ａの両端をクリップ等にて線路２０に接続してなるものである。すなわち、この異常電圧発生装置４０は、実系統の線路２０に活線状態で接続されている三相負荷３０に対して電源電圧の瞬時低下を模擬するために、トランス４１の一次巻線４１ａをクリップ等により線路２０に接続して使用できるように構成されている。

二次巻線４１ｂの両端に接続された負担抵抗４２は、トランス４１の二次側開放時に過大な電圧が発生しないようにするための保護用の抵抗であり、この負担抵抗４２の両端から検出したトランス４１二次側の電圧が制御装置４７に入力されている。また、負担抵抗４２の一端には電流検出器４３と遮断器４４とが直列に接続され、電流検出器４３による電流検出値が制御装置４７に入力されている。なお、遮断器４４は制御装置４７からの開閉信号ａにより開閉されるようになっている。

スイッチ４５_１〜４５_ｎ及びコンデンサ４６_１〜４６_ｎは、各１個ずつが直列に接続されており、これらのスイッチとコンデンサとからなるｎ個の直列回路が、前記抵抗４２の一端と遮断器４４の一端との間に互いに並列に接続されている。ここで、コンデンサ４６_１〜４６_ｎの静電容量は全て等しくすることを予定しているが、異なる値であっても良い。なお、スイッチ４５_１〜４５_ｎのオンオフは、制御装置４７からの開閉信号ｂにより個別に制御可能である。

次に、この実施形態の動作を説明する。
平常時には、制御装置４７からの開閉信号ａによって遮断器４４を開放し、コンデンサ４６_１〜４６_ｎをトランス４１の二次側から除去しておく。この時、三相負荷３０には三相交流電源１０から所定の電源電圧が供給されている。

三相負荷３０に対して電源電圧の瞬時低下を模擬する場合には、制御装置４７からの開閉信号ａにより遮断器４４を閉じると共に、開閉信号ｂによって選択したスイッチ４５_１〜４５_ｎのうちの必要数を瞬時オンし、当該スイッチに直列接続されたコンデンサをトランス４１の二次側に投入する。

これにより、投入されたコンデンサを流れる電流によってトランス４１の一次巻線４１ａを流れる電流が増加し、一次巻線４１ａや線路インピーダンス２１による電圧降下が増加するため、三相負荷３０に印加される電源電圧を瞬時低下させることができる。この電圧低下量は、投入するコンデンサの数や容量を選択することで適宜調整可能であり、コンデンサを投入するタイミングは、制御装置４７が、検出した電圧波形及び予め設定した位相に基づいて決定すればよい。電圧低下の継続時間についても、制御装置４７が開閉信号ｂによるスイッチのオン期間を制御することで任意に設定可能である。

なお、線路インピーダンス２１は系統構成に応じて種々の値をとるので、トランス４１の二次側に投入するコンデンサが単一であってその静電容量が固定されていると所望の電圧低下量が得られない場合もある。このため、図１のように所要数のコンデンサを必要に応じて投入可能とし、トランス４１の負荷である静電容量を任意に段階的に変更可能とすることは有用である。
電圧低下量は、電圧検出値に基づいて制御装置４７が演算可能であるから、所定の電圧低下量に達するまで制御装置４７がスイッチ４５_１，４５_２，……を順次投入していくようなシーケンスを設定しても良い。
また、制御装置４７は、電流検出器４３による電流検出値から過電流を検出した場合には、開閉信号ａにより遮断器４４を開放して保護動作を行う。

ここで、図２（ａ）は、系統の線間電圧（＝電源電圧）を２００［Ｖ］（実効値）、線路インピーダンス２１をＲ＝０．２３［Ω］，Ｌ＝２［ｍＨ］とした場合の瞬時電圧低下波形（三相負荷３０の電源電圧波形）である。また、図２（ｂ）は、図１における遮断器４４をｔ_１＝０．１［ｓ］からｔ_２＝０．２［ｓ］まで０．１秒間オンさせた場合のオンオフシーケンスであり、これと同時に所定のスイッチをオンしてコンデンサを投入することにより、図２（ａ）の瞬時電圧低下波形を得たものである。
この実施形態によれば、図２（ａ）から明らかなように、活線状態のままで約０．１秒間の瞬時電圧低下状態を模擬可能である。

上記のように本実施形態によれば、三相負荷３０の電源電圧を活線状態のままで瞬時低下させることができ、瞬時電圧低下による電気設備の挙動試験や検査を容易に行うことができる。
なお、上記の実施形態では三相電力系統を対象として説明したが、本発明が単相電力系統にも適用可能であるのはいうまでもない。

本発明の実施形態の構成を示す回路図である。 実施形態の動作を示す瞬時電圧低下波形及び遮断器のオンオフシーケンスを示す図である。 従来技術において異常電圧を発生させるための等価回路図である。 従来技術において瞬時停電を発生させるための等価回路図である。

符号の説明

１０：三相交流電源
２０：線路
２１：線路インピーダンス
２２Ｓ，２２Ｔ：接続点
３０：三相負荷
４０：異常電圧発生装置
４１：トランス
４１ａ：一次巻線
４１ｂ：二次巻線
４２：負担抵抗
４３：電流検出器
４４：遮断器
４５_１〜４５_ｎ：スイッチ
４６_１〜４６_ｎ：コンデンサ
４７：制御装置
ａ，ｂ：開閉信号

Claims (3)

1. 電気設備に電源電圧を供給する電力系統に一次巻線を接続可能な降圧用のトランスと、
   このトランスの二次巻線の両端に接続された負担抵抗と、
   一端が前記二次巻線の一端に接続された遮断器と、
   この遮断器の他端と前記二次巻線の他端との間に接続されたコンデンサとスイッチとの直列回路と、
   前記トランスの二次側電圧を検出して前記遮断器及び前記スイッチの開閉制御を行う制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置により前記遮断器を閉じた状態で前記スイッチを瞬時オンさせて前記トランスの二次側に前記コンデンサを瞬時投入し、前記トランスの一次側の電圧降下を増加させて前記電気設備に供給する電源電圧を瞬時低下させることを特徴とする異常電圧発生装置。
2. 請求項１に記載した異常電圧発生装置において、
   前記トランスの二次側電流を検出する電流検出手段を備え、この電流検出手段による過電流検出時に前記制御装置により前記遮断器を開放することを特徴とする異常電圧発生装置。
3. 請求項１または２に記載した異常電圧発生装置において、
   前記コンデンサとスイッチとの直列回路を複数、並列に接続し、前記制御装置により前記スイッチを選択的に瞬時投入して前記コンデンサを前記トランスの二次側に瞬時投入することを特徴とする異常電圧発生装置。