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公開番号2024092123
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-07-08
出願番号2022207832
出願日2022-12-26
発明の名称変圧器システムおよび変圧器
出願人株式会社東芝,東芝インフラシステムズ株式会社
代理人個人,個人
主分類H01F 30/14 20060101AFI20240701BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】三相/単相変圧器の故障時においても電力供給が可能な冗長性に優れた変圧器システムを提供する。
【解決手段】三相交流電源の電力を2組の単相交流電源の電力に変換する変圧器システムであって、一次巻線と二次巻線を有する第1乃至第3の単位変圧器と、変圧器の一次側において第2の単位変圧器の一次巻線の他端に接続され第1の単位変圧器の一次巻線の中間タップと第3の単位変圧器の一次巻線の中間タップとのいずれかに接続を切り替える第1の制御スイッチと、第3の単位変圧器の一次巻線の他端に接続され三相交流電源のV相とW相とのいずれかに接続を切り替える第2の制御スイッチとを有し、変圧器の二次側において単相交流電源と接続を切替える第3乃至第6の制御スイッチを有し、第1乃至第6の制御スイッチを制御することで変圧器の結線状態を切替える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
三相交流電源の電力を２組の単相交流電源の電力に変換する変圧器システムであって、
一次巻線と二次巻線を有する第１の単位変圧器と、
一次巻線と二次巻線を有する第２の単位変圧器と、
一次巻線と二次巻線を有する第３の単位変圧器と、
第２の単位変圧器の一次巻線の他端に接続され第１の単位変圧器の一次巻線の中間タップと第３の単位変圧器の一次巻線の中間タップとのいずれかに接続を切り替える第１の制御スイッチと、
第３の単位変圧器の一次巻線の他端に接続され三相交流電源のＶ相とＷ相とのいずれかに接続を切り替える第２の制御スイッチと、
一方の単相交流電源の一端に接続され第１の単位変圧器の二次巻線の一端と第３の単位変圧器の二次巻線の一端とのいずれかに接続を切り替える第３の制御スイッチと、
一方の単位交流電源の他端に接続され第１の単位変圧器の二次巻線の他端と第３の単位変圧器の二次巻線の他端とのいずれかに接続を切り替える第４の制御スイッチと、
他方の単相交流電源の一端に接続され第２の単位変圧器の二次巻線の一端と第３の単位変圧器の二次巻線の一端とのいずれかに接続を切り替える第５の制御スイッチと、
他方の単位交流電源の他端に接続され第２の単位変圧器の二次巻線の他端と第３の単位変圧器の二次巻線の他端とのいずれかに接続を切り替える第６の制御スイッチと、
第１乃至第６の制御スイッチを制御する制御部とを有する変圧器システム。
続きを表示（約 4,200 文字）【請求項２】
制御部は、
第１の制御スイッチを第２の単位変圧器の一次巻線の他端と第１の単位変圧器の一次巻線の中間タップとを接続するように切り替え、
第３の制御スイッチを一方の単相交流電源の一端と第１の単位変圧器の二次巻線の一端とを接続するように切り替え、
第４の制御スイッチを一方の単位交流電源の他端と第１の単位変圧器の二次巻線の他端とを接続するように切り替え、
第５の制御スイッチを他方の単相交流電源の一端と第２の単位変圧器の二次巻線の一端とを接続するように切り替え、
第６の制御スイッチを他方の単位交流電源の他端と第２の単位変圧器の二次巻線の他端とを接続するように切り替える請求項１記載の変圧器システム。
【請求項３】
第１の制御スイッチを第２の単位変圧器の一次巻線の他端と第３の単位変圧器の一次巻線の中間タップとを接続するように切り替え、
第２の制御スイッチを第３の単位変圧器の一次巻線の他端と三相交流電源のＷ相とを接続するように切り替え、
第３の制御スイッチを一方の単相交流電源の一端と第３の単位変圧器の二次巻線の一端とを接続するように切り替え、
第４の制御スイッチを一方の単位交流電源の他端と第３の単位変圧器の二次巻線の他端とを接続するように切り替え、
第５の制御スイッチを他方の単相交流電源の一端と第２の単位変圧器の二次巻線の一端とを接続するように切り替え、
第６の制御スイッチを他方の単位交流電源の他端と第２の単位変圧器の二次巻線の他端とを接続するように切り替える請求項１記載の変圧器システム。
【請求項４】
制御部は、
第２の制御スイッチを第３の単位変圧器の一次巻線の他端と三相交流電源のＶ相とを接続するように切り替え、
第３の制御スイッチを一方の単相交流電源の一端と第１の単位変圧器の二次巻線の一端とを接続するように切り替え、
第４の制御スイッチを一方の単位交流電源の他端と第１の単位変圧器の二次巻線の他端とを接続するように切り替え、
第５の制御スイッチを他方の単相交流電源の一端と第３の単位変圧器の二次巻線の一端とを接続するように切り替え、
第６の制御スイッチを他方の単位交流電源の他端と第３の単位変圧器の二次巻線の他端とを接続するように切り替える請求項１記載の変圧器システム。
【請求項５】
三相交流電源の電力を２組の単相交流電源の電力に変換する変圧器システムであって、
一次巻線と二次巻線を有する第４の単位変圧器と、
一次巻線と切替タップを備えた二次巻線を有する第５の単位変圧器と、
一次巻線と切替タップを備えた二次巻線を有する第６の単位変圧器と、
第４の単位変圧器の一次巻線の中間タップに接続され第５の単位変圧器の一次巻線の他端と第６の単位変圧器の一次巻線の他端とのいずれかに接続を切り替える第７の制御スイッチと、
第５の単位変圧器の一次巻線の他端に接続され第４の単位変圧器の一次巻線の中間タップと三相交流電源のＷ相とのいずれかに接続を切り替える第８の制御スイッチと、
第６の単位変圧器の一次巻線の他端に接続され第４の単位変圧器の一次巻線の中間タップと三相交流電源のＵ相とのいずれかに接続を切り替える第９の制御スイッチと、
一方の単相交流電源の一端に接続され第４の単位変圧器の二次巻線の一端と第６の単位変圧器の二次巻線の一端とのいずれかに接続を切り替える第１０の制御スイッチと、
一方の単位交流電源の他端に接続され第４の単位変圧器の二次巻線の他端と第６の単位変圧器の二次巻線の他端とのいずれかに接続を切り替える第１１の制御スイッチと、
他方の単相交流電源の一端に接続され第５の単位変圧器の二次巻線の一端と第６の単位変圧器の二次巻線の一端とのいずれかに接続を切り替える第１２の制御スイッチと、
他方の単位交流電源の他端に接続され第５の単位変圧器の二次巻線の他端と第６の単位変圧器の二次巻線の他端とのいずれかに接続を切り替える第１３の制御スイッチと、
第７乃至第１３の制御スイッチを制御する制御部とを有する変圧器システム。
【請求項６】
制御部は、
第７の制御スイッチを第４の単位変圧器の一次巻線の中間タップと第５の単位変圧器の一次巻線の他端とを接続するように切り替え、
第８の制御スイッチを第５の単位変圧器の一次巻線の他端と第４の単位変圧器の一次巻線の中間タップとを接続するように切り替え、
第１０の制御スイッチを一方の単相交流電源の一端と第４の単位変圧器の二次巻線の一端とを接続するように切り替え、
第１１の制御スイッチを一方の単位交流電源の他端と第４の単位変圧器の二次巻線の他端とを接続するように切り替え、
第１２の制御スイッチを他方の単相交流電源の一端と第５の単位変圧器の二次巻線の一端とを接続するように切り替え、
第１３の制御スイッチを他方の単位交流電源の他端と第５の単位変圧器の二次巻線の他端とを接続するように切り替える請求項５記載の変圧器システム。
【請求項７】
制御部は、
第７の制御スイッチを第４の単位変圧器の一次巻線の中間タップと第６の単位変圧器の一次巻線の他端とを接続するように切り替え、
第９の制御スイッチを第６の単位変圧器の一次巻線の他端と第４の単位変圧器の一次巻線の中間タップとを接続するように切り替え、
第１０の制御スイッチを一方の単相交流電源の一端と第４の単位変圧器の二次巻線の一端とを接続するように切り替え、
第１１の制御スイッチを一方の単位交流電源の他端と第４の単位変圧器の二次巻線の他端とを接続するように切り替え、
第１２の制御スイッチを他方の単相交流電源の一端と第６の単位変圧器の二次巻線の一端とを接続するように切り替え、
第１３の制御スイッチを他方の単位交流電源の他端と第６の単位変圧器の二次巻線の他端とを接続するように切り替える請求項５記載の変圧器システム。
【請求項８】
制御部は、
第８の制御スイッチを第５の単位変圧器の一次巻線の他端と三相交流電源のＷ相とを接続するように切り替え、
第９の制御スイッチを第６の単位変圧器の一次巻線の他端と三相交流電源のＵ相とを接続するように切り替え、
第１０の制御スイッチを一方の単相交流電源の一端と第６の単位変圧器の二次巻線の一端とを接続するように切り替え、
第１１の制御スイッチを一方の単位交流電源の他端と第６の単位変圧器の二次巻線の他端とを接続するように切り替え、
第１２の制御スイッチを他方の単相交流電源の一端と第５の単位変圧器の二次巻線の一端とを接続するように切り替え、
第１３の制御スイッチを他方の単位交流電源の他端と第５の単位変圧器の二次巻線の他端とを接続するように切り替え、
第５の単位変圧器の二次巻線の切替タップと第６の単位変圧器の二次巻線の切替タップを所定の出力電圧となるように切替える請求項５記載の変圧器システム。
【請求項９】
三相交流電源の電力を２組の単相交流電源の電力に変換する変圧器システムであって、
一次巻線と二次巻線を有する第７の単位変圧器と、
切替タップを備えた一次巻線と二次巻線を有する第８の単位変圧器と、
切替タップを備えた一次巻線と二次巻線を有する第９の単位変圧器と、
第７の単位変圧器の一次巻線の中間タップに接続され第８の単位変圧器の一次巻線の他端と第９の単位変圧器の一次巻線の他端とのいずれかに接続を切り替える第１４の制御スイッチと、
第８の単位変圧器の一次巻線の他端に接続され第７の単位変圧器の一次巻線の中間タップと三相交流電源のＷ相とのいずれかに接続を切り替える第１５の制御スイッチと、
第９の単位変圧器の一次巻線の他端に接続され第７の単位変圧器の一次巻線の中間タップと三相交流電源のＵ相とのいずれかに接続を切り替える第１６の制御スイッチと、
一方の単相交流電源の一端に接続され第７の単位変圧器の二次巻線の一端と第９の単位変圧器の二次巻線の一端とのいずれかに接続を切り替える第１７の制御スイッチと、
一方の単位交流電源の他端に接続され第７の単位変圧器の二次巻線の他端と第９の単位変圧器の二次巻線の他端とのいずれかに接続を切り替える第１８の制御スイッチと、
他方の単相交流電源の一端に接続され第８の単位変圧器の二次巻線の一端と第９の単位変圧器の二次巻線の一端とのいずれかに接続を切り替える第１９の制御スイッチと、
他方の単位交流電源の他端に接続され第８の単位変圧器の二次巻線の他端と第９の単位変圧器の二次巻線の他端とのいずれかに接続を切り替える第２０の制御スイッチと、
第１４乃至第２０の制御スイッチを制御する制御部とを有する変圧器システム。
【請求項１０】
制御部は、
第１４の制御スイッチを第４の単位変圧器の一次巻線の中間タップと第５の単位変圧器の一次巻線の他端とを接続するように切り替え、
第１５の制御スイッチを第５の単位変圧器の一次巻線の他端と第４の単位変圧器の一次巻線の中間タップとを接続するように切り替え、
第１７の制御スイッチを一方の単相交流電源の一端と第７の単位変圧器の二次巻線の一端とを接続するように切り替え、
第１８の制御スイッチを一方の単位交流電源の他端と第７の単位変圧器の二次巻線の他端とを接続するように切り替え、
第１９の制御スイッチを他方の単相交流電源の一端と第８の単位変圧器の二次巻線の一端とを接続するように切り替え、
第１０の制御スイッチを他方の単位交流電源の他端と第８の単位変圧器の二次巻線の他端とを接続するように切り替える請求項９記載の変圧器システム。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、故障時の予備回路を有する変圧器システムおよび変圧器に関する。
続きを表示（約 3,400 文字）【背景技術】
【０００２】
高圧の電力を受電する受変電設備には、所望の電圧に変換する変圧器が設けられている。変圧器としては、三相交流電圧を三相交流電圧に変換する方法としてデルタ結線とスター結線を組み合わせた構成や、三相交流電圧を単相交流電圧に変換する方法としてスコット結線が知られている。
【０００３】
受変電設備は、ビル、工場、病院、鉄道などの施設に設けられるものであり、安定した電力供給を行うことが求められる。
受変電設備において、変圧器の故障は電源断に繋がるため、例えば、予備の変圧器を配置することで複数個のうち１つが故障したときに復旧時間の短縮化を実現するシステムが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
実開平２－０７９１３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記予備の変圧器を配置することによる復旧短時間化を実現するシステムは、一次側二次側ともに三相交流の変圧器のみであり、三相／単相変圧器などでは検討されていない。
また、復旧にともない回路切替を行う必要があるが、その作業は全て手作業で行う必要があった。
【０００６】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、三相／単相変圧器の故障時においても電力供給が可能な冗長性に優れた変圧器を提供し、また復旧にともなう回路切替を制御スイッチで実現してシステム化することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態の変圧器システムは、三相交流電源の電力を２組の単相交流電源の電力に変換する変圧器システムであって、一次巻線と二次巻線を有する第１の単位変圧器と、一次巻線と二次巻線を有する第２の単位変圧器と、一次巻線と二次巻線を有する第３の単位変圧器と、第２の単位変圧器の一次巻線の他端に接続され第１の単位変圧器の一次巻線の中間タップと第３の単位変圧器の一次巻線の中間タップとのいずれかに接続を切り替える第１の制御スイッチと、第３の単位変圧器の一次巻線の他端に接続され三相交流電源のＶ相とＷ相とのいずれかに接続を切り替える第２の制御スイッチと、一方の単相交流電源の一端に接続され第１の単位変圧器の二次巻線の一端と第３の単位変圧器の二次巻線の一端とのいずれかに接続を切り替える第３の制御スイッチと、一方の単位交流電源の他端に接続され第１の単位変圧器の二次巻線の他端と第３の単位変圧器の二次巻線の他端とのいずれかに接続を切り替える第４の制御スイッチと、他方の単相交流電源の一端に接続され第２の単位変圧器の二次巻線の一端と第３の単位変圧器の二次巻線の一端とのいずれかに接続を切り替える第５の制御スイッチと、他方の単位交流電源の他端に接続され第２の単位変圧器の二次巻線の他端と第３の単位変圧器の二次巻線の他端とのいずれかに接続を切り替える第６の制御スイッチと、第１乃至第６の制御スイッチを制御する制御部とを有する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
図１は、第１の実施形態に係る変圧器の構成図である。
図２は、スコット結線変圧器の説明図である。
図３は、第１の単位変圧器と第２の単位変圧器に流れる電流を示した図である。
図４は、第３の単位変圧器をＭ座として用いる場合の構成図である。
図５は、第２の単位変圧器と第３の単位変圧器に流れる電流を示した図である。
図６は、第３の単位変圧器をＴ座として用いる場合の構成図である。
図７は、第１の単位変圧器と第３の単位変圧器に流れる電流を示した図である。
図８は、第１の単位変圧器と第３の単位変圧器を用いてＶ結線とする構成図である。
図９は、第１の単位変圧器と第３の単位変圧器に流れる電流を示した図である。
図１０は、第２の実施形態に係る変圧器システムの構成図である。
図１１は、第１の単位変圧器をＭ座と第２の単位変圧器をＴ座として用いる場合の構成図である。
図１２は、第３の単位変圧器をＭ座として用いる場合の構成図である。
図１３は、第１の単位変圧器と第３の単位変圧器を用いてＶ結線とする構成図である。
図１４は、第３の実施形態に係る変圧器システムの構成図である。
図１５は、第１の単位変圧器をＭ座と第２の単位変圧器をＴ座として用いる場合の構成図である。
図１６は、第３の単位変圧器をＴ座として用いる場合の構成図である。
図１７は、第２の単位変圧器と第３の単位変圧器を用いてＶ結線とする構成図である。
図１８は、第４の実施形態に係る変圧器システムの構成図である。
図１９は、第１の単位変圧器をＭ座と第２の単位変圧器をＴ座として用いる場合の構成図である。
図２０は、第３の単位変圧器をＴ座として用いる場合の構成図である。
図２１は、第２の単位変圧器と第３の単位変圧器を用いてＶ結線とする構成図である。
図２２は、第５の実施形態に係る変圧器システムの構成図である。
図２３は、第１の単位変圧器をＭ座と第２の単位変圧器をＴ座として用いる場合の構成図である。
図２４は、第３の単位変圧器をＭ座として用いる場合の構成図である。
図２５は、第３の単位変圧器をＴ座として用いる場合の構成図である。
図２６は、第６の実施形態に係る変圧器システムの構成図である。
図２７は、第１の単位変圧器をＭ座と第２の単位変圧器をＴ座として用いる場合の構成図である。
図２８は、第３の単位変圧器をＭ座として用いる場合の構成図である。
図２９は、第３の単位変圧器とＴ座として用いる場合の構成図である。
図３０は、第７の実施形態に係る変圧器システムの構成図である。
図３１は、第８の実施形態に係る変圧器システムの構成図である。
図３２は、第９の実施形態に係る変圧器システムの構成図である。
図３３は、第１０の実施形態に係る変圧器システムの構成図である。
図３４は、第１１の実施形態に係る変圧器システムの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、第１の実施形態に係る変圧器の構成図である。
変圧器は、第１の単相変圧器１と、第２の単相変圧器２と，第３の単相変圧器３と、第１の開閉器４と、第２の開閉器５と、第３の開閉器６とを備えている。
第１～第３の単位変圧器は、一次側が第１～第３の開閉器に接続されており、二次側が負荷に接続されている。
第１～第３の開閉器は、一次側が三相交流電源に接続されており、二次側が第１～第３の変圧器に接続されている。
第１～第３の開閉器は、閉路する開閉器を切り替えて、三相交流電源から供給された電力を単相電力に変換して二次側に出力する。
【００１０】
ここで、図２を用いて、スコット結線変圧器について説明する。
スコット結線変圧器は、Ｍ座変圧器とＴ座変圧器の２台の単相変圧器で構成される。Ｍ座変圧器及びＴ座変圧器の三相側巻線と単相側巻線の巻数比は、ともにｎ１：ｎ２とする。
Ｍ座変圧器の三相側巻線の両端子は三相交流電源のＵ相及びＷ相に接続される。Ｍ座変圧器は、三相側巻線の１／２（０．５）の部分（中点Ｏ）をＴ座変圧器の三相側巻線の一端に接続する。
Ｔ座変圧器は、Ｍ座変圧器の三相側巻線の両端子に三相交流電源のＵ相及びＷ相が接続されたときに、電圧がｐｕ値で０．８６６（√３／２）［ｐ．ｕ．］となるタップを三相交流電源のＶ相に接続する。ｐｕ値は、定格に対する割合を表している。
スコット結線変圧器の単相側からは９０°の位相差がある２組の単相交流電圧Ｖｍ，Ｖｔが出力される。単相側電圧Ｖｍは、Ｍ座変圧器のａ－ｃ端子間から出力され、単相側電圧Ｖｔは、Ｔ座変圧器のｂ－ｄ端子間から出力される。
（【００１１】以降は省略されています）

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