JP2022122138A - 電圧調整器および電圧調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】配電線路の電圧降下を補償するのに適した電圧調整器を提供すること。【解決手段】単相三線式の低圧線２に接続される電圧調整器１０は、直列変圧器１１，１２による昇圧または降圧とは別に、低圧線２の第１線３と第２線４との間の電圧を昇圧器２０によって昇圧する。これにより、電圧調整器１０の出力電圧が昇圧器２０により昇圧側へシフトする。そのため、直列変圧器１１，１２による降圧幅を大きくせずとも、昇圧幅を大きくできるので、電圧調整器１０の降圧幅の増大による無駄を省きつつ、大きな昇圧幅によって線路インピーダンスによる電圧降下の補償量を増やすことができる。【選択図】図２

Description

本発明は、単相三線式の配電線路に接続される電圧調整器および電圧調整方法に関し、特に配電線路の電圧降下を補償するのに適した電圧調整器および電圧調整方法に関するものである。

第１線、第２線および中性線からなる単相三線式の配電線路に接続される電圧調整器には、第１線および第２線にそれぞれ直列接続される直列変圧器の極性を切り換えることで、出力電圧を昇圧または降圧するものがある（特許文献１）。この電圧調整器は、太陽光発電による逆潮流や負荷の変動などに起因して電圧調整器の出力電圧が変動したとき、直列変圧器により出力電圧を昇圧または降圧することで、その変動を打ち消して出力電圧を所定範囲に保つことができる。

ここで山間部などの配電線路には、高圧線に比べて管理が容易な低圧線を用いることが望まれている。しかし、配電線路の電圧が低い程、線路インピーダンスによる電圧降下が大きくなるので、低圧線を長くするには途中で電圧降下を補償（昇圧）する必要がある。

特開２０１５－０２３５９３号公報

上記特許文献１の電圧調整器によれば、直列変圧器の極性を切り換えて出力電圧を昇圧または降圧するので、昇圧幅と降圧幅とが同一になる。この場合、線路インピーダンスによる電圧降下の補償量を増やすために、電圧調整器による昇圧幅を大きくすると、降圧幅も大きくなって無駄が生じる。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、配電線路の電圧降下を補償するのに適した電圧調整器および電圧調整方法を提供することを目的とする。

この目的を達成するために本発明の電圧調整器は、第１線、第２線および中性線からなる単相三線式の配電線路に接続され、入力された電圧を前記第１線および前記第２線と前記中性線との間それぞれで調整して出力するものであって、前記第１線および前記第２線それぞれを二次巻線が連結するように、前記第１線および前記第２線にそれぞれ直列接続される一対の直列変圧器と、その一対の前記直列変圧器の一次巻線への印加電圧の極性または大きさを切り換え、前記二次巻線の誘起電圧の極性または大きさを調整する切換器部と、前記直列変圧器よりも出力側の前記第１線および前記第２線と前記中性線とに接続され、その接続位置の前記第１線および前記第２線と前記中性線との間の電圧に応じて前記切換器部による切り換えを制御する制御部と、その制御部の接続位置よりも入力側の前記第１線および前記第２線にそれぞれ接続されて、前記第１線と前記第２線との間の電圧を昇圧する昇圧器と、を備えている。

また、本発明の電圧調整方法は、第１線、第２線および中性線からなる単相三線式の配電線路の入力電圧に対して出力電圧を調整する方法であって、出力電圧に応じて一対の直列変圧器の一次巻線への印加電圧を切り換え、その一対の直列変圧器の二次巻線に生じる誘起電圧の極性または大きさを調整することで、前記第１線および前記第２線それぞれを連結する前記二次巻線の出力側で前記第１線および前記第２線と前記中性線との間の電圧をそれぞれ昇圧または降圧させる調整ステップと、前記第１線と前記第２線との間の電圧を昇圧器が昇圧する昇圧ステップと、を備えている。

請求項１記載の電圧調整器によれば、切換器部により一対の直列変圧器の一次巻線への印加電圧の極性または大きさを切り換えることで、一対の直列変圧器の二次巻線に生じる誘起電圧の極性または大きさが調整され、その二次巻線の出力側で第１線と第２線との間の電圧が昇圧または降圧される。この直列変圧器による昇圧または降圧とは別に、第１線と第２線との間の電圧が昇圧器により昇圧される。これにより、電圧調整器の出力電圧が昇圧器により昇圧側へシフトする。そのため、直列変圧器による降圧幅を大きくせずとも、電圧調整器の昇圧幅を大きくできるので、電圧調整器の降圧幅の増大による無駄を省きつつ、大きな昇圧幅によって線路インピーダンスによる電圧降下の補償量を増やすことができる。

また、制御部は、直列変圧器および昇圧器よりも出力側の第１線および第２線と中性線との間の電圧に応じて、切換器部による切り換えを制御する。これにより、直列変圧器および昇圧器による調整後の出力電圧を制御部で監視して、負荷の変動などに起因した出力電圧の変動を打ち消す制御が可能となる。

請求項２記載の電圧調整器によれば、第１線および第２線と中性線との間にそれぞれ印加される電圧を平衡化する平衡器が、直列変圧器および昇圧器に対する同位置の第１線および第２線と中性線とに接続されている。よって、その平衡器により、直列変圧器または昇圧器の入力電圧または出力電圧が平衡化されるので、請求項１の効果に加え、電圧調整器の出力電圧を平衡に保ち易くできる。

なお、平衡器は、第１線、第２線および中性線との接続位置が、直列変圧器の入力側の同位置でも出力側の同位置でも良く、昇圧器による昇圧位置（例えば後述の直列巻線）の入力側の同位置でも出力側の同位置でも良い。

請求項３記載の電圧調整器によれば、昇圧器と平衡器とが一体に構成されているので、請求項２の効果に加え、昇圧器と平衡器とを別々に設ける場合と比べて電圧調整器を軽量化および小型化できる。

請求項４記載の電圧調整器によれば、昇圧器は、第１線および第２線それぞれと中性線とを連結して平衡器を構成する一対の分路巻線と、その一対の分路巻線にそれぞれ接続される一対の直列巻線と、を備えている。このように、平衡器に直列巻線を加えることで昇圧器が構成されるため、請求項３の効果に加え、一体に構成される昇圧器および電圧調整器の構造を簡略化できる。

なお、昇圧器の分路巻線が平衡器を構成することにより、分路巻線には、電圧調整に応じて生じる電流（Ａ１）に加え、電圧を平衡化するための電流（以下「平衡化電流」と称す）が生じる。

請求項５記載の電圧調整器によれば、平衡化電流の最大値は、平衡器の定格電流であるので、本電圧調整器の電圧調整に応じて分路巻線に生じる電流の最大値（Ａ１の最大値）と平衡器の定格電流（平衡化電流の最大値）との合計値が、昇圧器と平衡器とが一体化された分路巻線に生じる電流の最大値となる。この分路巻線に生じる電流の最大値（Ａ１の最大値＋平衡器の定格電流）を分路巻線の断面積（ＤＸ）で除した値、即ち分路巻線に生じる最大の電流密度が３［Ａ／ｍｍ^２］以下である。これにより、電圧調整時の電流に加えて平衡化電流が分路巻線に生じても、電流密度に応じた分路巻線の発熱量を抑制できるので、それらの電流に分路巻線をより耐えさせ易くできる。よって、請求項４の効果に加え、昇圧器の分路巻線の耐久性をより向上できる。

請求項６記載の電圧調整方法によれば、調整ステップによって、一対の直列変圧器の一次巻線への印加電圧を出力電圧に応じて切り換え、その一対の直列変圧器の二次巻線に生じる誘起電圧の極性または大きさを調整する。これにより、第１線および第２線それぞれを連結する二次巻線の出力側で第１線および第２線と中性線との間の電圧がそれぞれ昇圧または降圧される。この調整ステップとは別に、第１線と第２線との間の電圧を昇圧器が昇圧する昇圧ステップが行われる。これにより、電圧調整器による昇圧幅および降圧幅が、昇圧器により昇圧側へシフトする。そのため、直列変圧器による降圧幅を大きくせずとも、電圧調整器の昇圧幅を大きくできるので、電圧調整器の降圧幅の増大による無駄を省きつつ、大きな昇圧幅によって線路インピーダンスによる電圧降下の補償量を増やすことができる。

なお、昇圧ステップの後に調整ステップを行っても良いし、調整ステップの後に昇圧ステップを行っても良い。

一実施形態における電圧調整器を低圧線に接続した状態を示す模式図である。 電圧調整器の回路図である。 電圧調整器における半導体リレーのオンオフパターンと調整電圧との関係を示す表である。 （ａ）は昇圧器とは別に平衡器を設けた電圧調整器の変形例を示す説明図であり、（ｂ）は昇圧器の分路巻線が平衡器として機能する場合の説明図である。

以下、好ましい実施形態について添付図面を参照して説明する。まず、図１を参照して一実施形態における電圧調整器１０の概要について説明する。図１に示すように、電圧調整器１０は、入力された電圧を調整して出力する機器であり、交流の配電線路のうち単相三線式の低圧線２に接続される。

低圧線２の入力側（発電所や変電所側）は、高圧線６に柱上変圧器７を介して接続される。この柱上変圧器７によって電圧が高圧線６の約６．６［ｋＶ］から低圧線２の約２１０［Ｖ］及び約１０５［Ｖ］へ変換される。低圧線２の出力側は、一般家庭や工場などの需要家８に接続される。

低圧線２は、高圧線６と比べて電圧が低いため、線路インピーダンスによる電圧降下が大きい。この電圧降下を考慮しながら、需要家８等での電圧を１０１±６［Ｖ］の範囲に保つ必要がある。また、柱上変圧器７で２１０［Ｖ］に変換された電圧に対しては、需要家８等での電圧を２０２±２０［Ｖ］の範囲に保つ必要がある。

低圧線２の途中に電圧調整器１０を接続し、この電圧調整器１０で低圧線２の電圧を昇圧すること、即ち低圧線２の電圧降下を電圧調整器１０で補償することによって、需要家８等での電圧を所定範囲に保ちながら低圧線２を長くできる。これにより、山間部などの配電線路の管理を容易にできる。

次に図２及び図３を参照し、電圧調整器１０の詳細について説明する。図２に示すように、電圧調整器１０は、第１線３、第２線４及び中性線５からなる単相三線式の低圧線２（図１参照）に、入力側の端子３ａ，４ａ，５ａ及び出力側の端子３ｂ，４ｂを介して接続される。この中性線５は接地されている。電圧調整器１０への入力電圧に関し、中性線５と第１線３との間の電圧は、中性線５と第２線４との間の電圧に対して極性が逆で大きさが同じである。

電圧調整器１０は、第１線３と第２線４との間の出力側の電圧を昇圧する昇圧器２０と、第１線３及び第２線４と中性線５との間にそれぞれ印加される電圧を平衡化する平衡器２５と、出力側の電圧を昇圧または降圧する直列変圧器１１，１２と、その直列変圧器１１，１２による昇圧または降圧を切り換える切換器部１３と、切換器部１３による切り換えを制御する制御部１４と、を備える。

電圧調整器１０内を通る第１線３は、端子３ａと昇圧器２０とを繋ぐ第１入力線３ｃと、昇圧器２０と直列変圧器１１とを繋ぐ第１昇圧線３ｄと、直列変圧器１１から端子３ｂ側へ延びる第１調整線３ｅと、第１調整線３ｅから分岐して切換器部１３及び制御部１４に接続される第１分岐線３ｆと、第１調整線３ｅと第１分岐線３ｆとの分岐点から端子３ｂまでを繋ぐ第１出力線３ｇと、を備えている。

電圧調整器１０内を通る第２線４は、端子４ａと昇圧器２０とを繋ぐ第２入力線４ｃと、昇圧器２０と直列変圧器１２とを繋ぐ第２昇圧線４ｄと、直列変圧器１２から端子４ｂ側へ延びる第２調整線４ｅと、第２調整線４ｅから分岐して切換器部１３及び制御部１４に接続される第２分岐線４ｆと、第２調整線４ｅと第２分岐線４ｆとの分岐点から端子４ｂまでを繋ぐ第２出力線４ｇと、を備えている。

中性線５は、端子５ａで分岐し、その分岐線が電圧調整器１０内に配置され、中性線５の本線が需要家８（図１参照）等に接続される。電圧調整器１０内の中性線５は、端子５ａと昇圧器２０とを繋ぐ中性入力線５ｂと、中性入力線５ｂから分岐して切換器部１３及び制御部１４に接続される中性分岐線５ｃと、を備えている。

昇圧器２０は、中性入力線５ｂと第１入力線３ｃとを連結する第１分路巻線２１と、中性入力線５ｂと第２入力線４ｃとを連結する第２分路巻線２２と、第１入力線３ｃと第１昇圧線３ｄとを連結する第１直列巻線２３と、第２入力線４ｃと第２昇圧線４ｄとを連結する第２直列巻線２４と、を備える。昇圧器２０は、これらの第１分路巻線２１、第２分路巻線２２、第１直列巻線２３及び第２直列巻線２４が同一の鉄心に巻かれた昇圧用の単巻変圧器である。

第１分路巻線２１と第２分路巻線２２とは、中性入力線５ｂと１点で接続される。また、第１分路巻線２１と第１直列巻線２３とは、第１入力線３ｃと１点で接続される。さらに、第２分路巻線２２と第２直列巻線２４とは、第２入力線４ｃと１点で接続される。

第１分路巻線２１及び第２分路巻線２２は、互いに巻数Ｎ１が同一に設定される。第１直列巻線２３及び第２直列巻線２４は、互いに巻数Ｎ２が同一に設定される。巻数Ｎ１よりも巻数Ｎ２が少なく設定される。本実施形態では、巻数Ｎ１：巻数Ｎ２が約４０：１に設定される。

よって、第１入力線３ｃと中性入力線５ｂとの間の電圧が第１分路巻線２１に印加されると、第１直列巻線２３により約２．５％昇圧された電圧が第１昇圧線３ｄと中性線５との間へ出力される。第２入力線４ｃと中性入力線５ｂとの間の電圧が第２分路巻線２２に印加されると、第２直列巻線２４により約２．５％昇圧された電圧が第２昇圧線４ｄと中性線５との間へ出力される。

昇圧器２０は、第１線３側と第２線４側とを合わせた入力電圧に対し出力電圧を約２．５％昇圧する。具体的に、第１入力線３ｃと第２入力線４ｃとの間の電圧が約２００［Ｖ］であれば、昇圧器２０は約５［Ｖ］昇圧して出力する。

平衡器２５は、第１入力線３ｃ及び第２入力線４ｃそれぞれと中性入力線５ｂとを連結する一対の巻線と、その一対の巻線が巻かれる一の鉄心（図示せず）とを備え、本実施形態では定格電流が約１０Ａに設定される。本実施形態における平衡器２５の一対の巻線は、第１分路巻線２１及び第２分路巻線２２により構成されている。一の鉄心に巻かれる第１分路巻線２１及び第２分路巻線２２の巻数Ｎ１が互いに同一なので、平衡器２５は、第１分路巻線２１の印加電圧と第２分路巻線２２の印加電圧とを平衡化できる。

この平衡器２５と昇圧器２０とは、同一の鉄心を用いて一体に構成されている。これにより、電圧調整器１０内に昇圧器２０と平衡器２５とを別々に設ける場合と比べて鉄心を削減できる。よって、昇圧器２０及び平衡器２５の両方を有する電圧調整器１０を軽量化および小型化できる。

また、単巻変圧器の一種である平衡器２５に第１直列巻線２３及び第２直列巻線２４を加えることで、昇圧用の単巻変圧器である昇圧器２０を構成できる。その結果、一体に構成される昇圧器２０及び平衡器２５の構造を簡略化できる。

平衡器２５の巻線（第１分路巻線２１及び第２分路巻線２２）は、直列変圧器１１，１２及び昇圧器２０に対する同位置の第１線３及び第２線４（第１入力線３ｃ及び第２入力線４ｃ）に接続されている。よって、その平衡器２５により、直列変圧器１１，１２及び昇圧器２０の出力電圧が平衡化されるので、電圧調整器１０の出力電圧を平衡に保ち易くできる。

直列変圧器１１は、配線１５，１６を介して切換器部１３に接続される一次巻線１１ａと、第１昇圧線３ｄと第１調整線３ｅとを連結する二次巻線１１ｂと、を備える。これら一次巻線１１ａ及び二次巻線１１ｂが、昇圧器２０の鉄心とは異なる鉄心（図示せず）に巻かれる。これにより、直列変圧器１１は、一次巻線１１ａの印加電圧に応じて、二次巻線１１ｂに誘起電圧を生じさせ、その誘起電圧により第１昇圧線３ｄと中性線５との間の電圧に対し第１調整線３ｅと中性線５との間の電圧を昇圧または降圧する。

直列変圧器１２は、配線１５，１６を介して切換器部１３に接続される一次巻線１２ａと、第２昇圧線４ｄと第２調整線４ｅとを連結する二次巻線１２ｂと、を備える。これら一次巻線１２ａ及び二次巻線１２ｂが、直列変圧器１１の鉄心と同一の鉄心に巻かれる。これにより、直列変圧器１２は、一次巻線１２ａの印加電圧に応じて、二次巻線１２ｂに誘起電圧を生じさせ、その誘起電圧により第２昇圧線４ｄと中性線５との間の電圧に対し第２調整線４ｅと中性線５との間の電圧を昇圧または降圧する。

直列変圧器１１の一次巻線１１ａの両端と、直列変圧器１２の一次巻線１２ａの両端とは、一次巻線１１ａ，１２ａそれぞれの印加電圧の極性が互いに逆になるよう、配線１５，１６で繋がれている。さらに、一次巻線１１ａに対する二次巻線１１ｂの巻数比と、一次巻線１２ａに対する二次巻線１２ｂの巻数比とが同じであり、直列変圧器１１，１２は同一の鉄心を使用しているので、一次巻線１１ａ，１２ａへの印加電圧に応じて、二次巻線１１ｂ，１２ｂそれぞれに生じる誘起電圧の大きさが同じで極性が逆になる。

切換器部１３は、一次巻線１１ａ，１２ａへの印加電圧の極性または大きさを切り換える機器である。切換器部１３は、５つの半導体リレー（以下「リレー」と称す）Ａ～Ｅを備える。リレーＡ～Ｃは配線１５に接続され、リレーＤ，Ｅは配線１６に接続される。リレーＡ，Ｄは、第２分岐線４ｆに接続される。リレーＢ，Ｅは、第１分岐線３ｆに接続される。リレーＣは、中性分岐線５ｃに接続される。

図２に加え、リレーＡ～Ｅのオンオフパターンと電圧調整器１０の調整電圧との関係を示した図３を用いて説明する。なお、図３や以下の説明では、昇圧をプラス（＋）で示し、降圧をマイナス（－）で示す。また、図３の説明では、第１入力線３ｃと第２入力線４ｃとの間の入力電圧を２００［Ｖ］とし、中性入力線５ｂと第１入力線３ｃ又は第２入力線４ｃとの間の入力電圧を１００［Ｖ］とする。

まず、リレーＡ，Ｅのオン時には、一次巻線１１ａ，１２ａに第１分岐線３ｆと第２分岐線４ｆとの間の電圧が印加される。リレーＡ，Ｅのオン直後に二次巻線１１ｂ，１２ｂに誘起電圧が生じていないものとすると、一次巻線１１ａ，１２ａの印加電圧は、第１入力線３ｃと第２入力線４ｃとの間の入力電圧を昇圧器２０で＋約５［Ｖ］した約２０５［Ｖ］となる。

この印加電圧に応じ、二次巻線１１ｂ，１２ｂに誘起電圧が生じて出力電圧が昇圧される。この出力電圧の昇圧に伴って一次巻線１１ａ，１２ａの印加電圧が昇圧され、その昇圧に伴って誘起電圧も昇圧される。印加電圧の昇圧と誘起電圧の昇圧とがループするが、この昇圧値は収束する。

一次巻線１１ａ，１２ａと二次巻線１１ｂ，１２ｂとの巻数比は、片側の二次巻線１１ｂ，１２ｂにおける誘起電圧が電圧調整器１０の入力電圧に対して約５［Ｖ］となるように設定されている。よって、リレーＡ，Ｅのオン時に電圧調整器１０は、入力電圧に対して出力電圧を、昇圧器２０で＋約５［Ｖ］、両側の二次巻線１１ｂ，１２ｂで＋約１０［Ｖ］し、それらを合わせた出力側全体で＋約１５［Ｖ］、即ち約７．５％昇圧する。

同様に、リレーＣ，Ｅのオン時には、第１分岐線３ｆと中性分岐線５ｃとの間の電圧が一次巻線１１ａ，１２ａの印加電圧となり、二次巻線１１ｂ，１２ｂがそれぞれ出力電圧を＋約２．５［Ｖ］する。よって、リレーＣ，Ｅのオン時に電圧調整器１０は、入力電圧に対して出力電圧を、昇圧器２０で＋約５［Ｖ］、両側の二次巻線１１ｂ，１２ｂで＋約５［Ｖ］し、それらを合わせた出力側全体で＋約１０［Ｖ］、即ち約５％昇圧する。

また、リレーＡ，Ｄ（又はリレーＢ，Ｅ）のオン時には、一次巻線１１ａ，１２ａの両端の電圧が同じ（印加電圧が０［Ｖ］）になり、二次巻線１１ｂ，１２ｂの誘起電圧が０［Ｖ］となる。この場合、電圧調整器１０は、入力電圧に対して出力電圧を昇圧器２０で＋約５［Ｖ］するだけであり、出力側全体で約２．５％昇圧する。

リレーＣ，Ｄのオン時には、リレーＣ，Ｅのオン時とは極性が反対で大きさが同じ電圧が一次巻線１１ａ，１２ａに印加される。この場合の電圧調整器１０は、入力電圧に対して出力電圧を、昇圧器２０で＋約５［Ｖ］、両側の二次巻線１１ｂ，１２ｂで－約５［Ｖ］し、出力側全体で調整電圧が約０［Ｖ］となる。

リレーＢ，Ｄのオン時には、リレーＡ，Ｅのオン時とは極性が反対で大きさが同じ電圧が一次巻線１１ａ，１２ａに印加される。この場合の電圧調整器１０は、入力電圧に対して出力電圧を、昇圧器２０で＋約５［Ｖ］、両側の二次巻線１１ｂ，１２ｂで－約１０［Ｖ］し、それらを合わせた出力側全体で－約５［Ｖ］、即ち約２．５％降圧する。

制御部１４は、上述したパターンでリレーＡ～Ｅの切り換え制御を行う機器である。制御部１４は、第１分岐線３ｆ、第２分岐線４ｆ及び中性分岐線５ｃに接続され、その接続位置の電圧を検出する。なお、昇圧器２０及び直列変圧器１１，１２によって電圧が調整された位置であれば、リレーＡ，Ｄに繋がる第１分岐線３ｆに代えて第１調整線３ｅや第１出力線３ｇから分岐した別の分岐線に制御部１４を接続しても良く、リレーＢ，Ｅに繋がる第２分岐線４ｆに代えて第２調整線４ｅや第２出力線４ｇから分岐した別の分岐線に制御部１４を接続しても良い。

これにより、制御部１４は、昇圧器２０及び直列変圧器１１，１２によって調整された出力電圧の監視が可能となる。制御部１４は、需要家８等での電圧が所定の範囲に収まるように、出力電圧に応じてリレーＡ～Ｅのオンオフを切り換え、出力側全体の調整電圧を調整する。例えば、制御部１４は、太陽光発電による逆潮流や負荷の変動などに起因して出力電圧が変動する場合、出力側全体の調整電圧の調整によって、その変動を打ち消すようにリレーＡ～Ｅのオンオフを切り換える制御を実行する。

以上説明した電圧調整器１０によれば、直列変圧器１１，１２による昇圧または降圧とは別に、昇圧器２０による昇圧が行われるため、電圧調整器１０の出力電圧が昇圧器２０により昇圧側へシフトする。具体的に、直列変圧器１１，１２の出力電圧の昇圧幅が約５％（＋約１０［Ｖ］）、降圧幅も約５％（－約１０［Ｖ］）であったところ、昇圧器２０による約２．５％の昇圧（＋約５［Ｖ］）により、電圧調整器１０の昇圧幅を約７．５％（＋約１５［Ｖ］）、降圧幅を約２．５％（－約５［Ｖ］）にできる。

このように、電圧調整器１０は、直列変圧器１１，１２による降圧幅を大きくせずとも、昇圧幅を大きくできる。よって、電圧調整器１０の降圧幅の増大による無駄を省きつつ、大きな昇圧幅によって低圧線２の線路インピーダンスによる電圧降下の補償量を増やすことができる。

また、直列変圧器１１，１２による降圧幅（－約５％）よりも、昇圧器２０による昇圧値（＋約２．５％）が小さいので、電圧調整器１０の入力電圧に対して出力電圧を降圧する調整が可能となる。これにより、電圧降下が問題になり難い長さの低圧線２に電圧調整器１０を設け、出力電圧が昇圧する変動が生じた場合でも、その変動を電圧調整器１０で打ち消し（降圧）できる。

さらに、リレーＡ～Ｅの切り換えによって直列変圧器１１，１２の誘起電圧が約２．５％刻みで変化し、その刻み値と昇圧器２０による昇圧値との大きさが略同一なので、上述した通りリレーＣ，Ｄのオン時には電圧調整器１０の出力側全体の調整電圧を約０Ｖにできる。これにより、電圧調整器１０で出力電圧を昇圧も降圧もしない調整が可能となり、電圧調整器１０の平衡器２５の機能のみを発揮させることができる。

電圧調整器１０は、直列変圧器１１，１２により第１線３側と第２線４側とで電圧を同じだけ変動させ、昇圧器２０により第１線３側と第２線４側とで電圧を同じだけ昇圧させる。第１線３及び第２線４と中性線５との間の電圧がそれぞれ同じであれば、電圧の差に起因した電流が平衡器２５に流れなくなるので、平衡器２５の巻線（第１分路巻線２１及び第２分路巻線２２）の断面積を小さくできる。

次に、図４（ａ）及び図４（ｂ）を参照し、電圧調整器１０の入力側に繋げた負荷が不平衡となる場合、本発明の変形例である電圧調整器３０の入力側に繋げた負荷が不平衡となる場合についてそれぞれ説明する。なお、電圧調整器１０，３０の入力側の第２線４と中性線５との間に負荷Ｒ１を繋げて、入力側の第１線３と中性線５との間に負荷を繋げず、電圧調整器１０，３０の出力側の第１線３及び第２線４と中性線５との間にそれぞれ同一の負荷Ｒ２を繋げた場合を例示して説明する。

このとき、負荷Ｒ１には、電圧調整器１０，３０の入力側の負荷の不平衡による電流２・Ａ３（Ａ３の２倍）が中性線５から第２線４へ流れるものとする。また、負荷Ｒ１は、電圧調整器１０，３０の入力側の低圧線２に接続された需要家（図示せず）内の負荷を示す。負荷Ｒ２は、電圧調整器１０，３０の出力側の低圧線２に接続された需要家８内の負荷を示す。

図４（ａ）は、本発明の変形例であって、昇圧器２０とは別に平衡器３１を設けた電圧調整器３０の説明図である。図４（ｂ）は、電圧調整器１０の昇圧器２０が平衡器２５として機能する場合の説明図である。なお、中性線５に対し第１線３側と第２線４側とで電圧調整器１０，３０の構成が略同一なので、以下、第１線３側について主に説明し第２線４側の説明の一部を省略する。

また、図４（ａ）及び図４（ｂ）では、説明を簡略化するために、直列変圧器１１，１２の誘起電圧を０［Ｖ］とし、直列変圧器１１，１２及び切換器部１３の図示を省略している。さらに図４（ａ）及び図４（ｂ）には、第１線３の端子３ａから第１直列巻線２３、負荷Ｒ２、第２直列巻線２４、端子４ａへと電気が主に流れるように電流の矢印を記載している。なお、交流の極性が逆転すると、これらの電流の矢印が逆になる。

図４（ａ）に示す電圧調整器３０は、昇圧器２０の入力側（端子３ａ，４ａ側）に平衡器３１を設けたことと、第１分路巻線２１及び第２分路巻線２２の断面積Ｄ１の大きさ以外は、電圧調整器１０と同一に構成される。平衡器３１は、一の鉄心に巻かれた巻線の両端がそれぞれ第１線３と第２線４とに接続され、その巻線の中央が中性線５に接続される。これにより、中性線５の両側で巻線の巻数が同じになるので、平衡器３１は、巻線が接続された位置で、第１線３と中性線５との間の電圧、及び、第２線４と中性線５との間の電圧を平衡化できる。

負荷の不平衡による電流２・Ａ３が中性線５から負荷Ｒ１に流れる場合、その負荷Ｒ１の出力側にある平衡器３１の両側の巻線それぞれに、中性線５へ向かって平衡化電流Ａ３が生じる。平衡器３１から負荷Ｒ１までの中性線５に電流２・Ａ３が生じるが、平衡器３１によって負荷Ｒ１よりも入力側の中性線５に電流２・Ａ３が生じなくなる。これにより、平衡器３１の入力側において第１線３側の電圧と第２線４側の電圧とを平衡化できる。

なお、平衡化電流Ａ３の最大値は、平衡器３１の定格電流であり、本実施形態では約１０Ａに設定される。また、平衡化電流Ａ３は、第１分路巻線２１や第２分路巻線２２に生じない。これは、第１分路巻線２１及び第２分路巻線２２の断面積Ｄ１に対し、平衡器３１の断面積を十分に大きくすることで、第１分路巻線２１及び第２分路巻線２２よりも平衡器３１の巻線に電気が流れ易くなるためである。

また、昇圧器２０による昇圧時には、第１直列巻線２３の電流Ａ２に対する第１分路巻線２１の電流Ａ１の比である電流比Ａ１／Ａ２が、第１分路巻線２１の巻数Ｎ１に対する第１直列巻線２３の巻数Ｎ２の比である巻数比Ｎ２／Ｎ１と同一になるように、第１分路巻線２１及び第１直列巻線２３に電流が生じる。

なお、直列変圧器１１，１２の誘起電圧が０Ｖの場合には、電流Ａ２が、電圧調整器３０の定格二次電流と同じになる。誘起電圧の変化に伴って第１直列巻線２３の電流Ａ２も変化するが、その電流Ａ２の最大値を算出することができる。

また、電圧調整器１０でも同様に、昇圧器２０による昇圧時には、電流Ａ１が第１分路巻線２１及び第２分路巻線２２それぞれに生じ、電流Ａ２が第１直列巻線２３及び第２直列巻線２４それぞれに生じる。しかし、電圧調整器１０は、電圧調整器３０とは異なり、昇圧器２０と平衡器２５とが一体に構成されているので、平衡器２５の巻線を構成する第１分路巻線２１及び第２分路巻線２２それぞれに平衡化電流Ａ３が生じる。

なお、第１分路巻線２１に生じる電流Ａ１と平衡化電流Ａ３との向きは同じであり、第２分路巻線２２に生じる電流Ａ１と平衡化電流Ａ３との向きは逆である。そのため、電圧調整器１０の第１分路巻線２１には電流Ａ１＋Ａ３が生じ、第２分路巻線２２には電流｜Ａ１－Ａ３｜（Ａ１とＡ３との差の絶対値）が生じる。以下、第２分路巻線２２と比べて大きな電流が生じる第１分路巻線２１について説明する。

このように、電圧調整器１０の第１分路巻線２１に生じる電流Ａ１＋Ａ３は、電圧調整器３０の第１分路巻線２１に生じる電流Ａ１よりも大きい。第１分路巻線２１及び第１直列巻線２３等の各巻線の断面積は、その巻線に流れることが想定される電流（許容電流）に応じて設定する必要があり、即ち断面積と許容電流とが略比例関係になるよう設定する必要がある。

そのため、電圧調整器１０の第１分路巻線２１の断面積ＤＸを、電圧調整器３０の第１分路巻線２１の断面積Ｄ１よりも大きくすることで、平衡化電流Ａ３に第１分路巻線２１を耐えさせ易くできる。これにより、電圧調整器１０は、昇圧時の電流Ａ１に加えて平衡化電流Ａ３が第１分路巻線２１に生じる場合であっても、第１分路巻線２１の耐久性を確保できる。

本実施形態では、平衡化電流Ａ３の最大値が平衡器２５の定格電流であり、電圧調整器１０の調整電圧に応じて電流Ａ１，Ａ２がそれぞれ最大値をとる。ここから、第１分路巻線２１に生じる電流の最大値（Ａ１の最大値＋Ａ３の最大値）を、第１直列巻線２３に生じる電流Ａ２の最大値で除した最大電流比（Ａ１の最大値＋Ａ３の最大値）／（Ａ２の最大値）が算出される。よって、電圧調整器１０は、断面積比ＤＸ／Ｄ２と最大電流比（Ａ１の最大値＋Ａ３の最大値）／（Ａ２の最大値）とが同程度になるよう設定することで、電圧調整時の電流Ａ１に加えて平衡化電流Ａ３が第１分路巻線２１に生じても、それらの電流に第１分路巻線２１をより耐えさせ易くでき、第１分路巻線２１の耐久性を向上できる。

第１分路巻線２１に生じる電流の最大値（Ａ１の最大値＋Ａ３の最大値）を、第１分路巻線２１の断面積ＤＸで除した値、即ち第１分路巻線２１に生じる最大の電流密度が３［Ａ／ｍｍ^２］以下であることが好ましい。これにより、電圧調整時の電流Ａ１に加えて平衡化電流Ａ３が第１分路巻線２１に生じても、電流密度に応じた第１分路巻線２１の発熱量を抑制できるので、それらの電流に第１分路巻線２１をより耐えさせ易くでき、第１分路巻線２１の耐久性を向上できる。

以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。例えば、上記形態の説明で例示した各部の電圧や電流、変化率、巻数比などの数値を適宜変更しても良い。

昇圧器２０の出力側に直列変圧器１１，１２を設ける場合に限らず、昇圧器２０の入力側に直列変圧器１１，１２を設けても良い。また、昇圧器２０とは別の平衡器３１を、その昇圧器２０の入力側に設ける場合に限らず、昇圧器２０の出力側に設けても良い。例えば、平衡器３１の巻線で、第１昇圧線３ｄと第２昇圧線４ｄとを連結しても良く、同様に、第１調整線３ｅと第２調整線４ｅとを、第１出力線３ｇと第２出力線４ｇとを連結しても良い。さらに、電圧調整器１０，３０の外部であって電圧調整器１０，３０よりも負荷Ｒ１に近い位置に平衡器３１を設けても良い。

上記形態では、直列変圧器１１，１２の二次巻線１１ｂ，１２ｂの出力側の第１調整線３ｅ及び第２調整線４ｅそれぞれから、リレーＡ～Ｃ，Ｅに接続される第１分岐線３ｆ及び第２分岐線４ｆが分岐する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。例えば、第１入力線３ｃ及び第２入力線４ｃそれぞれから第１分岐線３ｆ及び第２分岐線４ｆを分岐させても良く、第１昇圧線３ｄ及び第２昇圧線４ｄそれぞれから第１分岐線３ｆ及び第２分岐線４ｆを分岐させても良い。いずれの場合でも、昇圧器２０及び直列変圧器１１，１２両方の出力側に制御部１４を接続する。

上記形態では、切換器部１３の半導体リレーＡ～Ｅによって、第１線３、第２線４及び中性線５のうち２線と、直列変圧器１１，１２の一次巻線１１ａ，１２ａとの接続を切り換える場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。これらの接続の切り換えをメカニカルリレーで行っても良い。なお、半導体リレーＡ～Ｅを用いることで、切換器部１３の小型化や長寿命化、切り換え時の無音化を図ることができる。

上記形態では、切換器部１３のリレーＡ～Ｅを介して第１線３、第２線４及び中性線５のうち２線間の電圧を直列変圧器１１，１２の一次巻線１１ａ，１２ａに印加する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。例えば、その直列変圧器とは異なる変圧器を第１線３、第２線４及び中性線５のうち２線間に並列接続し、この変圧器のタップの切り換えによって一次巻線１１ａ，１２ａの印加電圧を変化させても良い。

上記形態では、昇圧器２０が単巻変圧器である場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、昇圧器２０を複巻変圧器としても良い。また、昇圧器２０による昇圧値を固定値とする場合に限らず、タップの切り換え等によって昇圧値が変動するようにしても良い。

２ 低圧線（配電線路）
３ 第１線
４ 第２線
５ 中性線
６ 高圧線
７ 柱上変圧器
８ 需要家
１０，３０ 電圧調整器
１１，１２ 直列変圧器
１１ａ，１２ａ 一次巻線
１１ｂ，１２ｂ 二次巻線
１３ 切換器部
１４ 制御部
２０ 昇圧器
２１ 第１分路巻線（分路巻線）
２２ 第２分路巻線（分路巻線）
２３ 第１直列巻線（直列巻線）
２４ 第２直列巻線（直列巻線）
２５，３１ 平衡器

Claims (6)

1. 第１線、第２線および中性線からなる単相三線式の配電線路に接続され、入力された電圧を前記第１線および前記第２線と前記中性線との間それぞれで調整して出力する電圧調整器であって、
   前記第１線および前記第２線それぞれを二次巻線が連結するように、前記第１線および前記第２線にそれぞれ直列接続される一対の直列変圧器と、
   その一対の前記直列変圧器の一次巻線への印加電圧の極性または大きさを切り換え、前記二次巻線の誘起電圧の極性または大きさを調整する切換器部と、
   前記直列変圧器よりも出力側の前記第１線および前記第２線と前記中性線とに接続され、その接続位置の前記第１線および前記第２線と前記中性線との間の電圧に応じて前記切換器部による切り換えを制御する制御部と、
   その制御部の接続位置よりも入力側の前記第１線および前記第２線にそれぞれ接続されて、前記第１線と前記第２線との間の電圧を昇圧する昇圧器と、を備えていることを特徴とする電圧調整器。
2. 前記第１線および前記第２線と前記中性線との間にそれぞれ印加される電圧を平衡化する平衡器を備え、
   その平衡器は、前記直列変圧器および前記昇圧器に対する同位置の前記第１線および前記第２線と前記中性線とに接続されていることを特徴とする請求項１記載の電圧調整器。
3. 前記昇圧器と前記平衡器とは、一体に構成されていることを特徴とする請求項２記載の電圧調整器。
4. 前記昇圧器は、
   前記第１線および前記第２線それぞれと前記中性線とを連結して前記平衡器を構成する一対の分路巻線と、
   その一対の分路巻線にそれぞれ接続される一対の直列巻線と、を備えていることを特徴とする請求項３記載の電圧調整器。
5. 前記電圧調整器の電圧調整に応じて前記分路巻線に生じる電流の最大値と前記平衡器の定格電流との合計値を、前記分路巻線の断面積で除した値が３［Ａ／ｍｍ^２］以下であることを特徴とする請求項４記載の電圧調整器。
6. 第１線、第２線および中性線からなる単相三線式の配電線路の入力電圧に対して出力電圧を調整する電圧調整方法であって、
   出力電圧に応じて一対の直列変圧器の一次巻線への印加電圧を切り換え、その一対の直列変圧器の二次巻線に生じる誘起電圧の極性または大きさを調整することで、前記第１線および前記第２線それぞれを連結する前記二次巻線の出力側で前記第１線および前記第２線と前記中性線との間の電圧をそれぞれ昇圧または降圧させる調整ステップと、
   前記第１線と前記第２線との間の電圧を昇圧器が昇圧する昇圧ステップと、を備えていることを特徴とする電圧調整方法。

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