静止型無効電力補償装置
【課題】アーク炉のような各相、正・負アンバランス負荷の電圧変動対策を目的として使用される静止型無効電力補償装置（SVC）で、サイリスタの位相制御で無効電力を調整するTCRの２次回路の地絡保護に設置するＧＰＴに於いて、従来は、ＧＰＴ２次側に制動抵抗をいれて、異常電圧振動を抑制していたが、サイリスタ電流の正負アンバランスによる直流分がＧＰＴに流入し電圧振動が発生することがある。本発明は、サイリスタ電流が、正・負アンバランスになってもＧＰＴに発生する振動電圧を抑制することを目的とする。
【解決手段】
ＧＰＴの１次側に抵抗を入れることにより、ＧＰＴへの直流電流の流入を抑制でき異常電圧振動を抑制することができる。
【解決手段】
ＧＰＴの１次側に抵抗を入れることにより、ＧＰＴへの直流電流の流入を抑制でき異常電圧振動を抑制することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アーク炉のような各相が、正負アンバランスな負荷の電圧変動対策に用いられる静止型無効電力補償装置（ＳＶＣ：Static Voltage Compensator ，以下 ＳＶＣと称す）に関し、具体的には、サイリスタの位相制御で無効電力を調整するサイリスタ制御リアクトル（ＴＣＲ：Thyristor controlled reactor 以下，ＴＣＲと称す）方式の2次回路の地絡保護に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アーク炉等の変動負荷を有する電力系統においては、負荷変動に伴う系統母線の電圧変動を抑制する目的でＴＣＲ方式のＳＶＣが設置される。ＴＣＲ方式のＳＶＣは、サイリスタとリアクトルの直列接続で構成され、サイリスタ点弧角を位相制御することにより、変動負荷に見合った無効電力を補償し、電圧変動を抑制する方式である。
【０００３】
従来から、前記ＴＣＲ方式の２次回路の地絡保護用に計器用変圧器（ＧＰＴ）を設置している。地絡事故に関しては、保護が必要な電気設備の系統電圧に適した接地方式を用いており、本案件のようなアーク炉の負荷の場合は、非接地系を採用している。
【０００４】
図１に、従来から用いられているTCR用変圧器（ＴＲ）(以下、ＴＲと称す)を示す。ＴＲの２次回路はオープンデルタ結線で三相とも接地から浮いた回路となっている。三相のうち、一相分の２次回路の従来例を図４示す。
【０００５】
ＴＲ２次巻線（１２）両端にサイリスタ装置（１３）、サージ吸収用のコンデンサ１（１４）、サージ吸収用のコンデンサ２（１５）、接地型計器用変圧器１（ＧＰＴ１）（１６）及び接地型計器用変圧器２（ＧＰＴ２）（１７）（以下、ＧＰＴと称す）が接続されサージ吸収用のコンデンサ１（１４）とサージ吸収用コンデンサ２（１５）の接続点が、ＧＰＴ１（１６）とＧＰＴ２（１７）の接続点に接続されて、接地（２２）されている。ＧＰＴ１（１６）の２次回路は、制動抵抗１（１８）及び、地絡検出回路１（２０）が接続されていて、ＴＲ２次回路の負荷母線が地絡すると、ＧＰＴ１（１６）の印加電圧が低下して、地絡検出器１（２０）が動作するようになっている。
【０００６】
同様にＧＰＴ２（１７）の２次回路は、制動抵抗２（１９）及び、地絡検出回路２（２１）が接続されていて、ＴＲ２次回路の負荷母線が地絡すると、ＧＰＴ２の印加電圧が低下して、地絡検出器２（２１）が動作するようになっている。
【０００７】
一般的に、非接地系でＧＰＴを接続した場合、1次回路の大地静電容量とＧＰＴ励磁インピーダンスが共振し、ＧＰＴ２次電圧が振動する、電圧の不安定現象が、起こることが知られている。従来は、前記電圧不安定現象を抑制する対策として、ＧＰＴ2次（3次巻き線付の場合は3次）回路に制動抵抗１（１８）及び制動抵抗２（１９）を取り付ける対策をおこなっている。このように従来は、ＧＰＴの電流制限抵抗は、2次側に取り付けていた。（特開２０００−５０４３２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−５０４３２公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、サイリスタに正・負アンバランスの電流が流れると、極端な場合、正側＝定格電流、負側＝０Ａという状態や、逆に正側＝０Ａ、負側＝定格電流等になり、アンバランスの度合いによっては、制動抵抗１及び制動抵抗２では、抑制できずＧＰＴが電圧の不安定現象を起こし、ＧＰＴ１次、２次に振動電圧が発生することがあった。
【００１０】
この振動電圧が、場合によってはＧＰＴの定格電圧の数倍に及ぶ場合があり、ＧＰＴそのものや、ＧＰＴに接続される、さまざまな機具の絶縁上好ましくなかった。
【００１１】
前記のＧＰＴの振動電圧がどのような時に発生するか、図６を用いて説明する。ＬＣ並列回路の２直列接続においてＧＰＴの飽和がなければ、容量性イオンピーダンスにみえ電圧は２等分される。図６（ａ）。サイリスタの正・負アンバランス電流の中に含まれる直流分が、TR２次巻線とGPT１次巻線分流して流れ、この直流電流によってGPTが直流偏磁を起こす。GPTは励磁特性にバラツキがあるためGPT２台の内１台が飽和し、並列に接続されているサージ吸収用コンデンサとの合成インピーダンスが誘導性になる。図６（ｂ）上段ＬＣ回路。
【００１２】
飽和していない図６（ｂ）下段ＬＣ回路の方のサージ吸収用コンデンサとの合成インピーダンスは容量性である。ＧＰＴ回路の電圧は飽和した方が高くなり、他方は極性が反転する。このようにして振動電圧が発生する。本発明は、サイリスタ電流が、正・負アンバランスになってもGPTに発生する振動電圧を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
正・負アンバランス負荷の電圧変動対策を目的として使用される無効電力補償装置において、サイリスタの位相制御で無効電力を調整するＴＣＲの２次回路の地絡保護に用いる正負非対称負荷が接続される非接地回路のＧＰＴの１次側に直列に抵抗器を接続したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明により、サイリスタ電流が急変しても、GPTへの直流電流の流入を抑制でき、異常電圧振動を無くすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、TCR用変圧器
【図２】図２は、本発明の回路図
【図３】図３は、本発明を適応した場合の波形図
【図４】図４は、従来例の回路図
【図５】図５は、従来回路での波形図
【図６】図６は、ＧＰＴ飽和後の異常電圧発生説明図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図２に本発明の回路図を示す。一般的な２００ＶＡクラスのＧＰＴの直流抵抗は、数１０Ωで、ＴＲ２次巻線の直流抵抗は、数１０ｍΩであり、ＧＰＴに分流する直流抵抗は、１／１０００程度であるが、ＧＰＴの１次巻線が、約６０００ターンあるため、Ｎ・Ｉが大きくなり直流偏磁を起こす場合がある。
【実施例】
【００１７】
本発明が、図４の従来例と異なる点は、ＧＰＴの１次側に抵抗器を接続し、ＧＰＴの２次側の制動抵抗をなくしている点である。従来抑制抵抗はＧＰＴの2次側に取り付けていた。その理由は、1次側に取り付けると1次電圧の絶縁が必要となり特殊設計となる。このため従来から1次側に取り付けるという考えがなかった。
【００１８】
一般的な２００ＶＡクラスのＧＰＴの直流抵抗は、数１０Ωで、これと直列に０．５ｋΩ〜２ｋΩ程度の抵抗を接続することにより、ＧＰＴへの直流電流の分流は、無視できる程度に下げることができ、ＧＰＴの直流偏磁を抑えることができる。しかしながら、接続する抵抗が大きすぎると、ＧＰＴが本来動作すべき時に、ＧＰＴが動かないこともありえるので、動作に影響を与えない程度の抵抗を接続する必要がある。本実施例では、シミュレーションによりＧＰＴ偏励磁防止と、ＧＰＴ電圧検出精度の観点から、１ｋΩの抵抗値を選定した。
【００１９】
また、1次電圧の絶縁を保護するために、ＦＲＰ板、ＦＲＰボルト等でサイリスタの筺体に固定し、気中配線を行った。１ｋΩの抵抗を接続して動作の確認を行い、ＧＰＴへの直流電流の流入を抑制でき電圧振動を無くす効果があることを確認した。図３に本発明の回路を適応した時の波形図を示す。サイリスタ電流が急変しても、ＧＰＴの2次側に電圧変動は現れていないことがわかる。従来回路では、図５に示すように、サイリスタ電流が急変した場合には、ＧＰＴの2次側に電圧変動が現れている。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
アーク炉のような各相が、正負アンバランスな負荷の電圧変動対策に用いられる静止型無効電力補償装置に適応ができる。
【符号の説明】
【００２１】
１ TCR用変圧器
１１ TR1次巻線
１２ TR２次巻線
１３ サイリスタ装置
１４ サージ吸収用コンデンサ１
１５ サージ吸収用コンデンサ２
１６ ＧＰＴ１
１７ ＧＰＴ２
１８ 制動抵抗１
１９ 制動抵抗２
２０ 地絡検出回路１
２１ 地絡検出回路２
２２ 接地１
２３ 接地２
２８ 抵抗１
２９ 抵抗２
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アーク炉のような各相が、正負アンバランスな負荷の電圧変動対策に用いられる静止型無効電力補償装置（ＳＶＣ：Static Voltage Compensator ，以下 ＳＶＣと称す）に関し、具体的には、サイリスタの位相制御で無効電力を調整するサイリスタ制御リアクトル（ＴＣＲ：Thyristor controlled reactor 以下，ＴＣＲと称す）方式の2次回路の地絡保護に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アーク炉等の変動負荷を有する電力系統においては、負荷変動に伴う系統母線の電圧変動を抑制する目的でＴＣＲ方式のＳＶＣが設置される。ＴＣＲ方式のＳＶＣは、サイリスタとリアクトルの直列接続で構成され、サイリスタ点弧角を位相制御することにより、変動負荷に見合った無効電力を補償し、電圧変動を抑制する方式である。
【０００３】
従来から、前記ＴＣＲ方式の２次回路の地絡保護用に計器用変圧器（ＧＰＴ）を設置している。地絡事故に関しては、保護が必要な電気設備の系統電圧に適した接地方式を用いており、本案件のようなアーク炉の負荷の場合は、非接地系を採用している。
【０００４】
図１に、従来から用いられているTCR用変圧器（ＴＲ）(以下、ＴＲと称す)を示す。ＴＲの２次回路はオープンデルタ結線で三相とも接地から浮いた回路となっている。三相のうち、一相分の２次回路の従来例を図４示す。
【０００５】
ＴＲ２次巻線（１２）両端にサイリスタ装置（１３）、サージ吸収用のコンデンサ１（１４）、サージ吸収用のコンデンサ２（１５）、接地型計器用変圧器１（ＧＰＴ１）（１６）及び接地型計器用変圧器２（ＧＰＴ２）（１７）（以下、ＧＰＴと称す）が接続されサージ吸収用のコンデンサ１（１４）とサージ吸収用コンデンサ２（１５）の接続点が、ＧＰＴ１（１６）とＧＰＴ２（１７）の接続点に接続されて、接地（２２）されている。ＧＰＴ１（１６）の２次回路は、制動抵抗１（１８）及び、地絡検出回路１（２０）が接続されていて、ＴＲ２次回路の負荷母線が地絡すると、ＧＰＴ１（１６）の印加電圧が低下して、地絡検出器１（２０）が動作するようになっている。
【０００６】
同様にＧＰＴ２（１７）の２次回路は、制動抵抗２（１９）及び、地絡検出回路２（２１）が接続されていて、ＴＲ２次回路の負荷母線が地絡すると、ＧＰＴ２の印加電圧が低下して、地絡検出器２（２１）が動作するようになっている。
【０００７】
一般的に、非接地系でＧＰＴを接続した場合、1次回路の大地静電容量とＧＰＴ励磁インピーダンスが共振し、ＧＰＴ２次電圧が振動する、電圧の不安定現象が、起こることが知られている。従来は、前記電圧不安定現象を抑制する対策として、ＧＰＴ2次（3次巻き線付の場合は3次）回路に制動抵抗１（１８）及び制動抵抗２（１９）を取り付ける対策をおこなっている。このように従来は、ＧＰＴの電流制限抵抗は、2次側に取り付けていた。（特開２０００−５０４３２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−５０４３２公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、サイリスタに正・負アンバランスの電流が流れると、極端な場合、正側＝定格電流、負側＝０Ａという状態や、逆に正側＝０Ａ、負側＝定格電流等になり、アンバランスの度合いによっては、制動抵抗１及び制動抵抗２では、抑制できずＧＰＴが電圧の不安定現象を起こし、ＧＰＴ１次、２次に振動電圧が発生することがあった。
【００１０】
この振動電圧が、場合によってはＧＰＴの定格電圧の数倍に及ぶ場合があり、ＧＰＴそのものや、ＧＰＴに接続される、さまざまな機具の絶縁上好ましくなかった。
【００１１】
前記のＧＰＴの振動電圧がどのような時に発生するか、図６を用いて説明する。ＬＣ並列回路の２直列接続においてＧＰＴの飽和がなければ、容量性イオンピーダンスにみえ電圧は２等分される。図６（ａ）。サイリスタの正・負アンバランス電流の中に含まれる直流分が、TR２次巻線とGPT１次巻線分流して流れ、この直流電流によってGPTが直流偏磁を起こす。GPTは励磁特性にバラツキがあるためGPT２台の内１台が飽和し、並列に接続されているサージ吸収用コンデンサとの合成インピーダンスが誘導性になる。図６（ｂ）上段ＬＣ回路。
【００１２】
飽和していない図６（ｂ）下段ＬＣ回路の方のサージ吸収用コンデンサとの合成インピーダンスは容量性である。ＧＰＴ回路の電圧は飽和した方が高くなり、他方は極性が反転する。このようにして振動電圧が発生する。本発明は、サイリスタ電流が、正・負アンバランスになってもGPTに発生する振動電圧を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
正・負アンバランス負荷の電圧変動対策を目的として使用される無効電力補償装置において、サイリスタの位相制御で無効電力を調整するＴＣＲの２次回路の地絡保護に用いる正負非対称負荷が接続される非接地回路のＧＰＴの１次側に直列に抵抗器を接続したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明により、サイリスタ電流が急変しても、GPTへの直流電流の流入を抑制でき、異常電圧振動を無くすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、TCR用変圧器
【図２】図２は、本発明の回路図
【図３】図３は、本発明を適応した場合の波形図
【図４】図４は、従来例の回路図
【図５】図５は、従来回路での波形図
【図６】図６は、ＧＰＴ飽和後の異常電圧発生説明図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図２に本発明の回路図を示す。一般的な２００ＶＡクラスのＧＰＴの直流抵抗は、数１０Ωで、ＴＲ２次巻線の直流抵抗は、数１０ｍΩであり、ＧＰＴに分流する直流抵抗は、１／１０００程度であるが、ＧＰＴの１次巻線が、約６０００ターンあるため、Ｎ・Ｉが大きくなり直流偏磁を起こす場合がある。
【実施例】
【００１７】
本発明が、図４の従来例と異なる点は、ＧＰＴの１次側に抵抗器を接続し、ＧＰＴの２次側の制動抵抗をなくしている点である。従来抑制抵抗はＧＰＴの2次側に取り付けていた。その理由は、1次側に取り付けると1次電圧の絶縁が必要となり特殊設計となる。このため従来から1次側に取り付けるという考えがなかった。
【００１８】
一般的な２００ＶＡクラスのＧＰＴの直流抵抗は、数１０Ωで、これと直列に０．５ｋΩ〜２ｋΩ程度の抵抗を接続することにより、ＧＰＴへの直流電流の分流は、無視できる程度に下げることができ、ＧＰＴの直流偏磁を抑えることができる。しかしながら、接続する抵抗が大きすぎると、ＧＰＴが本来動作すべき時に、ＧＰＴが動かないこともありえるので、動作に影響を与えない程度の抵抗を接続する必要がある。本実施例では、シミュレーションによりＧＰＴ偏励磁防止と、ＧＰＴ電圧検出精度の観点から、１ｋΩの抵抗値を選定した。
【００１９】
また、1次電圧の絶縁を保護するために、ＦＲＰ板、ＦＲＰボルト等でサイリスタの筺体に固定し、気中配線を行った。１ｋΩの抵抗を接続して動作の確認を行い、ＧＰＴへの直流電流の流入を抑制でき電圧振動を無くす効果があることを確認した。図３に本発明の回路を適応した時の波形図を示す。サイリスタ電流が急変しても、ＧＰＴの2次側に電圧変動は現れていないことがわかる。従来回路では、図５に示すように、サイリスタ電流が急変した場合には、ＧＰＴの2次側に電圧変動が現れている。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
アーク炉のような各相が、正負アンバランスな負荷の電圧変動対策に用いられる静止型無効電力補償装置に適応ができる。
【符号の説明】
【００２１】
１ TCR用変圧器
１１ TR1次巻線
１２ TR２次巻線
１３ サイリスタ装置
１４ サージ吸収用コンデンサ１
１５ サージ吸収用コンデンサ２
１６ ＧＰＴ１
１７ ＧＰＴ２
１８ 制動抵抗１
１９ 制動抵抗２
２０ 地絡検出回路１
２１ 地絡検出回路２
２２ 接地１
２３ 接地２
２８ 抵抗１
２９ 抵抗２
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正・負アンバランス負荷の電圧変動対策を目的として使用される無効電力補償装置において、サイリスタの位相制御で無効電力を調整するＴＣＲの２次回路の地絡保護に用いる正負非対称負荷が接続される非接地回路のＧＰＴの１次側に直列に抵抗器を接続したことを特徴とする静止型無効電力補償装置
【請求項１】
正・負アンバランス負荷の電圧変動対策を目的として使用される無効電力補償装置において、サイリスタの位相制御で無効電力を調整するＴＣＲの２次回路の地絡保護に用いる正負非対称負荷が接続される非接地回路のＧＰＴの１次側に直列に抵抗器を接続したことを特徴とする静止型無効電力補償装置
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−２０４２５２（Ｐ２０１２−２０４２５２Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６９５６０（Ｐ２０１１−６９５６０）
【出願日】平成２３年３月２８日（２０１１．３．２８）
【出願人】（０００００３９４２）日新電機株式会社 (328)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２８日（２０１１．３．２８）
【出願人】（０００００３９４２）日新電機株式会社 (328)
【Ｆターム（参考）】
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