JPH09233703A - ステップ式自動電圧調整器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 配電系統で負荷変動が大きい配電線路におい
て，電圧の安定維持に問題となる無効電力のアンバラン
スを解消するため、変圧器における巻数切換による電圧
調整と連動して無効電力の補償を容易に行うステップ式
自動電圧調整器を提供する。 【構成】 ステップ式自動電圧調整器Ａのタップ選択開
閉器２を介して無効電力を補償するコンデンサ２１とリ
アクトル２２とを、電器本体Ｂを収納する本体タンクと
は別の略密封構造の小タンクに配置し、負荷側配電線路
に所定の電圧を給電するとともに、電源側配電線路の電
圧変動を抑制可能とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、配電線路の線路電圧が
負荷容量の変化に伴って変動する線路の途中に設置され
て、負荷側に安定した所定の電圧を給電するとともに、
電源側の電圧の変動を安定化する改良されたステップ式
自動電圧調整器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より配電線路においては、線路電圧
を安定に維持するため配電線路の途中の所要個所にステ
ップ式自動電圧調整器Ａ’を設置し、電源側の電圧変動
に応じて負荷側に所定の電圧を給電している。図８はそ
のための従来構成の一例を示すもので、このステップ式
自動電圧調整器Ａ’は、図示しない鉄心に主巻線とタッ
プ巻線を巻装した単巻変圧器６と、タップ巻線から引き
出されたタップリード線ＴＬと接続したタップ選択開閉
器２とによって概略構成されており、前記タップ選択開
閉器２により負荷側の電圧を検出し、検出した電圧に応
じてタップ選択開閉器２の可動接触子１を作動し、負荷
側に所定の電圧を給電していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記のステ
ップ式自動電圧調整器は、一般に配電線路において亘長
数ｋｍ毎に設置されているので、亘長が長い配電線の場
合は１０台程度設置することがある。このため、重負荷
時においては、負荷が消費する無効電力等で電源系リア
クタンス等によって線路電圧が低下するので、ステップ
式自動電圧調整器により昇圧動作を行うと、巻数比に比
例して電源側の電流が増加するため、電源側の電圧降下
を増加させるばかりか、所定の電圧まで昇圧できなくな
る場合が生じる。この結果、ステップ式自動電圧調整器
を必要に応じて追加配置しなければならず、前記昇圧動
作と同時に無効電力を供給することが必然的に必要とな
る。

【０００４】これに対し、軽負荷時には、負荷電流の減
少に伴い需要家の開放されないコンデンサや電力ケーブ
ルの静電容量に伴う進み電流が優勢となって電圧が上昇
するため、ステップ式自動電圧調整器により降圧動作を
行うものの、進み電流による無効電力が過剰となってい
ることが多く、この結果、所定の電圧まで降圧すること
ができない場合があり、前記ステップ式自動電圧調整器
による降圧動作と同時に無効電力を吸収することが必要
となる。

【０００５】本発明は、前記の問題点に鑑み、負荷側に
安定した電圧を給電するとともに、電源側においては常
に電圧の変動を安定化させるようにした、改良されたス
テップ式自動電圧調整器を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため請求項１に記載の構成については、鉄心に主
巻線とタップ巻線を巻装した単巻変圧器と、電源側の電
圧に応じて該電源側の電圧を印加する前記単巻変圧器の
線端を前記タップ巻線のタップから自動的に選択するタ
ップ選択開閉器とを備えたステップ式自動電圧調整器に
おいて、前記単巻変圧器の巻線を最大巻線とするタップ
側と電源側の電圧を印加する前記単巻変圧器の線端間に
コンデンサを接続するとともに、前記単巻変圧器の巻線
を最小巻線とするタップ側と電源側の電圧を印加する前
記単巻変圧器の線端間にリアクトルを接続し、電源側の
電圧に応じ、負荷側に所定の電圧を給電するとともに電
源側の電圧の変動を無効電力で補償して電源側電圧も同
時に安定化させるようにしたことを特徴としている。

【０００７】請求項２に記載の構成については、前記単
巻変圧器の巻線を最大巻線とするタップ側と電源側の電
圧を印加する前記単巻変圧器の線端間にコンデンサを接
続し、重負荷が原因での電圧の降下が生じやすい配電線
路に対し、負荷側に所定の電圧を給電するとともに、電
源側の電圧低下を補償するため無効電力を供給して電源
側の電圧を安定化させるようにしたことを特徴としてい
る。

【０００８】請求項３に記載の構成については、前記単
巻変圧器の巻線を最小巻線とするタップ側と電源側の電
圧を印加する前記単巻変圧器の線端間にリアクトルを接
続し、電源側の負荷が軽負荷になった時の電圧上昇が生
じやすい配電線路に対し、負荷側に所定の電圧を給電す
るとともに、電源側の電圧上昇を補償するため無効電力
を吸収して電源側の電圧を安定化させるようにしたこと
を特徴としている。

【０００９】

【作用】前記のように構成されたステップ式自動電圧調
整器の場合、配電系統で負荷変動が生じ、配電線路の電
源側電圧が変動すると、タップ切換により負荷側電圧を
所定の電圧に保持するとともに、タップ切換に対応して
電源側に対し無効電力の補償を行ない、配電線路の負荷
変動による電圧変動を効果的に抑制する。

【００１０】

【実施例】

実施例１ 実施例１について図面を参照して説明すると、図１およ
び図２において、本発明のステップ式自動電圧調整器Ａ
は、鉄心５に巻装したタップ巻線３と主巻線４からなる
単巻変圧器６と、前記単巻変圧器６のタップ巻線３から
引出されたタップリード線ＴＬを介して結線されるタッ
プ選択開閉器２を例えば、ボルトにより固定して設けた
電器本体Ｂと、前記タップ選択開閉器２から引出したリ
ード線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，と、ブッシングＢ４か
ら引出したリード線Ｌ２０とを、絶縁油１１を充満した
本体タンク７に収納して構成されている。そして、前記
電器本体Ｂは、本体タンク７の天板１５に取付けたスタ
ッド１２を単巻変圧器６の上部クランプ１３に固定する
ことにより、前記天板１５に支持されている。また、本
体タンク７に隣接して配置した略密封構造の子タンク２
３には、電器容量の等しいコンデンサ２１とリアクトル
２２，および前記コンデンサ２１，リアクトル２２の各
端子部と接続されて引出された端子リード線Ｌ２１〜Ｌ
２５とが収納されている。

【００１１】また、前記本体タンク７には、タップ選択
開閉器２の制御部９を収納した略密封構造の付属タンク
１０が溶接等により固定されて取付けられる。

【００１２】次に図４は、既設の配電線路３３，３４に
前記ステップ式自動電圧調整器Ａを設置した状態を示す
もので、並設した２本の電柱３１の上部に架設した取付
架台３２上に、本発明による電器本体Ｂを内蔵した本体
タンク７と、それに隣接して配置された子タンク２３と
が、ボルト等を用いて装架されている。

【００１３】また、前記本体タンク７に収納したタップ
選択開閉器２から引出されたリード線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３
と、子タンク２３内に収納したコンデンサ２１およびリ
アクトル２２の各端子部から引出された端子リード線Ｌ
２１〜Ｌ２５とは、電気的に結合されており、その結合
状況を図１および図２により詳細に説明する。

【００１４】絶縁碍子２４を介して子タンク２３の底側
に収納したリアクトル２２と、このリアクトル２２上に
上部クランプ２５を介して取付けたコンデンサ２１とに
おいて、前記コンデンサ２１の接地端子２７およびリア
クトル２２のブッシングＢ１２から引出された端子リー
ド線Ｌ２２，Ｌ２３は、子タンク２３に取り付けたブッ
シングＢ２２を介して子タンク２３外に引出される。こ
の時、前記リアクトル２２のブッシングＢ１２から導出
した端子リード線Ｌ２５は、コンデンサ２１とリアクト
ル２２の上部クランプ２５とを固定しているボルトに接
続することにより、コンデンサ２１とリアクトル２２の
ケース部分とが配電線路と同電圧になる。

【００１５】従って、コンデンサ２１とリアクトル２２
の図示しない本体部分と、この本体部分を囲むケース部
分との間に加わる電圧は配電線路の電圧ではなく、タッ
プＴ１の電圧とタップＴ９の電圧との差電圧に低減され
ているので、コンデンサ２１とリアクトル２２の耐電圧
仕様を下げることができ、その結果外形寸法を縮少する
ことができる。更に、前記コンデンサ２１およびリアク
トル２２の他の端子リード線Ｌ２１，Ｌ２４は、それぞ
れ子タンク２３に取り付けたブッシングＢ２１，Ｂ２３
を介して子タンク２３外に引出される。

【００１６】一方、タップ選択開閉器２から引出され
て、コンデンサ２１およびリアクトル２２のブッシング
Ｂ１１，Ｂ１３に接続するためのリード線Ｌ１，Ｌ３
は、本体タンク７に具備したブッシングＢ１，Ｂ３を介
して本体タンク７外に引出される。また、前記タップ選
択開閉器２の図示しない可動接触子から導出したリード
線Ｌ２は、ブッシングＢ４とリード線Ｌ２０を介してブ
ッシングＢ２にそれぞれ接続される。

【００１７】更に、本体タンク７のリード線Ｌ１〜Ｌ３
と接続するブッシングＢ１〜Ｂ３と、小タンク２３のリ
ード線Ｌ２１〜Ｌ２４と接続するブッシングＢ２１〜Ｂ
２３との間は、接続導体ＣＬによって電気的に接続され
ている。

【００１８】図４において、電源側配電線路３３に印加
されている電圧は、引込リード線１６から本体タンク７
のブッシングＢ４，リード線Ｌ２を経てタップ選択開閉
器２の可動接触子１に印加される。前記電圧の印加によ
りタップ選択開閉器２はタップＴ１〜タップＴ９のいず
れかを選択して、単巻変圧器６に前記電源側の電圧を印
加する。前記印加電圧は同時にコンデンサ２１とリアク
トル２２にも印加される。

【００１９】負荷側への給電は所定の電圧に対応するタ
ップにて行われ、この場合、選択された電圧は、タップ
選択開閉器２のタップＴ５からリード線Ｌ４→ブッシン
グＢ５→引出しリード線１７を経て図４に示す負荷側の
配電線路３４へ所定の給電電圧に変更されて給電され
る。

【００２０】次に動作について説明する。本発明は前記
の構成において、負荷変動により電源側の配電線路の電
圧が変動すると、タップ選択開閉器２の制御部９から出
力される動作信号により前記タップ選択開閉器２が作動
し、電源側の電圧に対応するタップＴ１〜Ｔ９のいずれ
かが選択される。この時、負荷が重負荷で電源側の電圧
が低下していると、タップＴ６〜Ｔ９のいずれかが選択
されコンデンサ２１と並列に接続されているタップ巻線
３の電圧が、リアクトル２２と並列に接続されているタ
ップ巻線３の電圧より大きくなり、コンデンサ２１によ
る無効電力の供給がリアクトル２２による無効電力の吸
収より多くなり結果として無効電力がタップ巻線３に供
給されることになる。従って電源側の電圧が重負荷によ
って大幅に低下しても、前記無効電力の供給による補償
と、適正なタップ電圧の切換により、負荷側の電圧は常
に安定した状態で所定の電圧に保たれる。

【００２１】また、前記とは逆に負荷が軽負荷で電源側
の電圧が上昇し、タップ選択開閉器２のタップＴ１〜Ｔ
４のいずれかが選択されると、リアクトル２２に印加さ
れているタップ巻線３の電圧が、コンデンサ２１に印加
されている電圧より大きくなり、この結果、リアクトル
２２による無効電力の吸収がコンデンサ２１による供給
より多くなる。従って電源側の電圧が過剰に上昇して
も、前記無効電力の吸収による補償とタップ電圧の適正
な切換により、負荷側の電圧は重負時と同様に安定した
状態で所定の電圧に保持することができる。

【００２２】更に、負荷変動が少なく、電源側の電圧が
所定の電圧に維持されている場合、タップ開閉選択器２
のタップＴ５が選択されるが、本発明においては、前記
タップＴ５においてコンデンサ２１とリアクトル２２に
印加される電圧が等しくなり、これにより、無効電力の
供給と吸収が等量に行なわれるため、結果的に無効電力
の補償は生じなくなり、負荷側の電圧を所定の電圧に維
持して給電することができる。

【００２３】前記のタップ電圧の切換に伴う無効電力の
補償特性を図３を参照して説明する。図３は等容量のコ
ンデンサ２１とリアクトル２２を接続した場合のタップ
位置と、無効電力の関係を示すもので、この時のコンデ
ンサ２１およびリアクトル２２の各々についてもタップ
位置と無効電力の関係を併記して示してある。コンデン
サ２１はタップ位置に応じて印加される電圧の２乗に比
例して無効電力の供給を行なうものであり、この特性を
図３のグラフａ１で示す。リアクトル２２はタップ位置
に応じて印加される電圧の２乗に比例して無効電力の吸
収を行なうものであり、この特性を図３のグラフｂ１で
示す。この実施例の構成では、前記に示したコンデンサ
２１による無効電力の供給とリアクトル２２による無効
電力の吸収を合成した無効電力の補償が行なわれるの
で、各タップ位置による無効電力の補償特性は図３のグ
ラフｃ１で示すとおりとなる。

【００２４】実施例２ 図５に示す実施例２は、重負荷時の電圧低下は図３で説
明した実施例１と同じであるが、軽負荷になっても負荷
が余り軽減されず電圧の上昇が少ない配電線路への適用
例を示すもので、この場合は、軽負荷時の無効電力の吸
収の必要性が前記実施例１より少ないので、実施例１で
使用したリアクトル２２の容量の約５０％としたもので
ある。無効電力の補償特性は図５のグラフｃ２に示した
ように、無効電力の吸収時の特性を実施例１の約５０％
に抑制することができるので、負荷側を容易に所定の電
圧に保つことができる。

【００２５】実施例３ 図６に示す実施例３は実施例２よりも、更に軽負荷時の
電圧上昇が少なくなった配電線路への適用例を示すもの
で、実施例１においてリアクトル２２の容量を実施例２
と同じく５０％とし、さらにタップＴ９に接続されてい
る端子を、配電線路の電圧状況に応じてタップＴ６から
タップＴ８のいずれかに接続すれば、無効電力の吸収を
前記実施例２よりも更に少なくすることができるので、
ここではタップＴ７に接続したものである。無効電力の
補償特性は図６のグラフｃ３に示したように、実施例２
と同じく、実施例１のリアクトル２２の容量の５０％の
ものを用いてもタップＴ７に接続されているので、無効
電力の補償特性を供給から吸収に変換する位置が、実施
例２の図５のグラフｃ２と比べてさらに高電圧側のタッ
プ方向に移動し、軽負荷時の無効電力の吸収を実施例２
より更に少なくすることができる。なお、この場合、重
負荷時のタップＴ８とタップＴ９で若干無効電力が吸収
されるがわずかであるので、電源側の電圧が大幅に低下
することはない。

【００２６】実施例４ 図７に示す実施例４は、重負荷のため無効電力の供給の
みが必要だが、実施例１ほどは必要としなくなった配電
線路への適用例を示すもので、実施例１のリアクトル２
２を除き、更に、実施例１と同じコンデンサを用いても
重負荷での無効電力の供給が過剰にならないように、実
施例１のコンデンサ２１のタップＴ１に接続されている
端子を配電線路の負荷状況に応じてタップＴ２からＴ４
のいずれかに接続すれば実施例１より無効電力の供給を
少なくすることができ、ここではタップＴ３に接続した
ものである。無効電力の補償特性は図７に示したように
なり、実施例１と同じ容量のコンデンサ２１を用いても
無効電力の供給が零となる位置が、実施例１の図３のグ
ラフａ１と比べて低電圧側のタップ方向に移動するの
で、実施例１より無効電力の供給が少なくなり電源側の
過剰な電圧上昇とならず負荷側を所定の電圧に保つこと
ができる。なお、この場合、負荷が少ないタップＴ１と
タップＴ２で無効電力を供給されるもののわずかで電源
側の電圧が大幅に上昇することはない。

【００２７】実施例５ 実施例５は、軽負荷での無効電力の吸収のみが必要で供
給が不要な配電線路への適用例を示すもので、実施例１
〜３のコンデンサ２１を除いたものである。無効電力の
補償特性は吸収特性の大きい順に示すと図３のグラフｂ
１，図５のグラフｂ２，図６のグラフｂ３となり軽負荷
の程度に応じて不要な無効電力を吸収し負荷側を所定の
電圧に保つことができる。

【００２８】以上説明した実施例は１相のみであるが、
３相でも同様である。また、本発明はコンデンサ２１と
リアクトル２２を本体タンク７と分離した子タンク２３
に収納した実施例について説明したが、これに限定する
ことなくコンデンサ２１とリアクトル２２とを本体タン
ク７に収容することも可能である。

【００２９】

【発明の効果】本体発明によれば、ステップ式自動電圧
調整器のタップ制御に連動してコンデンサやリアクトル
が自動的に挿入されて、無効電力の供給及び吸収を行う
ことができるので、以下の効果を有する。 （１） 重負荷時にはコンデンサが自動挿入されその発
生する無効電力は、昇圧電圧が高い程大きくなるため、
電圧降下を効果的に抑制できる。 （２） 軽負荷時にはリアクトルが自動挿入されて、そ
の吸収する無効電力は降圧電圧が高い程大きくなるた
め、電圧上昇を抑制できる。 （３） 上記（１），（２）の無効電力調整は、タップ
切換に伴って滑らかに増減するため配電線の線路電圧を
円滑に調整できる。 （４） 力率改善による電圧調整のため電源側の電流が
減少し、配電線損失（Ｉ² Ｒ損）が減少し、経済的であ
る。 （５） 変電所に設置される電力用コンデンサや分路リ
アクトルの容量を低減できるので経済的である。 （６） 配電線路の電圧降下そのものを低減することが
できるため、負荷時電圧調整器の設置台数を削減でき経
済的である。 （７） 電力用コンデンサや分路リアクトルを単独で設
置する場合に比較し、専用の制御回路や開閉設備が不要
なため経済的である。 （８） 配電線路の負荷状況が変わりコンデンサおよび
リアクトルによる無効電力の補償が過剰となっても、タ
ップ巻線と接続されるタップ位置を変えれば同じコンデ
ンサおよびリアクトルを用いたまま適正な電力補償量に
押さえることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１のステップ式自動電圧調整器の切断側
面図である。

【図２】実施例１のステップ式自動電圧調整器の電気結
線図である。

【図３】実施例１のタップ位置による無効電力補償特性
図である。

【図４】実施例１の配電線路への適用図である。

【図５】実施例２のタップ位置による無効電力補償特性
図である。

【図６】実施例３のタップ位置による無効電力補償特性
図である。

【図７】実施例４のタップ位置による無効電力補償特性
図である。

【図８】従来のステップ式自動電圧調整器の切断側面図
である。

【符号の説明】

Ａ，Ａ’ ステップ式自動電圧調整器 Ｂ 電器本体 １ 可動接触子 ２ タップ選択開閉器 ３ タップ巻線 ６ 単巻変圧器 ７ 本体タンク ９ 制御部 １０ 付属タンク ２１ コンデンサ ２２ リアクトル ２３ 子タンク Ｔ１〜Ｔ９ タップ Ｎ 中性点

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 配電線路の途中に設置されて、電源側の
   電圧に応じて負荷側に所定の電圧を給電するため鉄心に
   主巻線とタップ巻線を巻装した単巻変圧器と、電源側の
   電圧に応じて、電源側の電圧を印加する前記単巻変圧器
   の線端を前記タップ巻線のタップから自動的に選択する
   タップ選択開閉器を備えたステップ式自動電圧調整器に
   おいて、前記単巻変圧器の巻線を最大巻線とするタップ
   側と、電源側の電圧を印加する前記単巻変圧器の線端間
   にコンデンサを接続するとともに、前記単巻変圧器の巻
   線を最小巻線とするタップ側と電源側の電圧を印加する
   前記単巻変圧器の線端間にリアクトルを接続し、電源側
   の電圧に応じ、負荷側に所定の電圧を給電するとともに
   電源側の電圧の変動を無効電力で補償し電源側の電圧を
   同時に安定化させるようにしたことを特徴とするステッ
   プ式自動電圧調整器。
2. 【請求項２】 配電線路の途中に設置されて、電源側の
   電圧に応じて負荷側に所定の電圧を給電するため鉄心に
   主巻線とタップ巻線を巻装した単巻変圧器と、電源側の
   電圧に応じて、電源側の電圧を印加する前記単巻変圧器
   の線端を前記タップ巻線のタップから自動的に選択する
   タップ選択開閉器を備えたステップ式自動電圧調整器に
   おいて、前記単巻変圧器の巻線を最大巻線とするタップ
   側と、電源側の電圧を印加する前記単巻変圧器の線端間
   にコンデンサを接続し、重負荷により電圧の降下が生じ
   やすい配電線路に対し、負荷側に所定の電圧を給電する
   とともに、電源側の電圧低下を補償するため無効電力を
   供給して電源側の電圧を安定化させるようにしたことを
   特徴とするステップ式自動電圧調整器。
3. 【請求項３】 配電線路の途中に設置されて、電源側の
   電圧に応じて負荷側に所定の電圧を給電するため鉄心に
   主巻線とタップ巻線を巻装した単巻変圧器と、電源側の
   電圧に応じて、電源側の電圧を印加する前記単巻変圧器
   の線端を前記タップ巻線のタップから自動的に選択する
   タップ選択開閉器を備えたステップ式自動電圧調整器に
   おいて、前記単巻変圧器の巻線を最小巻線とするタップ
   側と電源側の電圧を印加する前記単巻変圧器の線端間に
   リアクトルを接続し、電源側の負荷が軽負荷になった時
   電圧上昇が生じる配電線路に対し、負荷側に所定の電圧
   を給電するとともに、電源側の電圧上昇を補償するため
   無効電力を吸収して電源側の電圧を安定化させるように
   したことを特徴とするステップ式自動電圧調整器。