JP6103705B2 - 変流器の二次側開放防止装置 - Google Patents

Description

本発明は、配電線路の電圧及び電流を変成器（ＶＣＴ）により検出して電力量を測定するシステムにおいて、変成器と電力量計とを分離した際に変成器内の変流器の二次側端子が開放されるのを防止する、変流器の二次側開放防止装置に関するものである。

図８は、配電線路の電力量を電力量計によって測定するシステムの構成図である。
図８において、配電線路（図示せず）には変成器１０の一次側端子１１，１２が接続され、その二次側端子部１３に、配線ケーブル２０を介して電力量計３０の入力端子部３１が接続される。作業員Ｍは、電力量計３０の表示部を目視により確認して電力量の検針を行っている。

しかし、この使用形態では、検針の便宜上、電力量計３０が変成器１０から離れた場所に設置されることが多く、配線ケーブル２０が長くなりやすい。このため、配線ケーブル２０の電圧降下によって電力量計３０に入力される電圧、電流に誤差が生じ、結果的に電力量の測定値に誤差が生じるおそれがあった。従って、電力量の測定値に誤差を生じさせないように、変成器１０内での電力損失を低減するために変成器１０は大型になっていた。

一方、変成器１０及び電力量計３０は、法令等により定められた使用期限が到来する前に交換する必要があり、これらの交換時に変成器１０と電力量計３０とを分離する作業は、配電線路を活線状態のままで行えることが望ましい。
ここで、図９は、変成器１０を構成するＶＴ（計器用変圧器）１４及びＣＴ（変流器）１５ａ，１５ｂの回路図であり、ＶＴ１４及びＣＴ１５ａ，１５ｂの二次側端子部１３に、前記配線ケーブル２０を介して電力量計３０の入力端子部３１が接続されている。

周知のように、変成器１０が活線状態のままで配線ケーブル２０を取り外してＣＴ１５ａ，１５ｂの二次側端子（二次側巻線）を開放すると、二次側端子間に高電圧が発生してアークが生じ、予期せぬ事故を招くおそれがある。
このようなＣＴの二次側開放を防止するために、従来から様々な技術が提案されている。

例えば、図１０は、後述する特許文献１に記載された交流電流入力部用保護装置の主要部を示す断面図であり、図１１は使用状態を示す説明図である。
この保護装置では、ＣＴの二次側端子に予め接続されたソケット５５（図１１参照）に、交流電流入力装置としての測定器５０を装着することにより、ＣＴの二次側電流を測定器５０の入力端子から取り込んで交流電流値や高調波を測定している。

図１０，図１１において、５１は測定器５０に固定されたステム、５１ａはその操作端部である。６０はソケット５５に固定された保護装置であり、保護装置６０の内部にはＣＴの二次側端子に導通している導体６１ａ，６１ｂが配置されている。また、保護装置６０の内部には、両端に接点部６３ａ，６３ｂを有する短絡用導体６３がコイルバネ６２により支持されている。なお、６３ｃは短絡用導体６３の中央部に一体的に固着されたアクチュエータである。

測定器５０がソケット５５に装着されている状態では、図１０（ａ）に示すように、ステム５１の操作端部５１ａがアクチュエータ６３ｃを介して短絡用導体６３をコイルバネ６２側に押し付けている。このため、短絡用導体６３の接点部６３ａ，６３ｂは導体６１ａ，６１ｂから離れており、導体６１ａ，６１ｂ間ひいてはＣＴの二次側端子間が短絡されることはない。従って、測定器５０の入力端子にはソケット５５を介してＣＴの二次側電流が入力され、所定の測定動作が実行される。

一方、交換等のために測定器５０をソケット５５から取り外すと、図１０（ｂ）に示すように、ステム５１が保護装置６０から離れ、コイルバネ６２の復元力によって短絡用導体６３が移動するため、接点部６３ａ，６３ｂが導体６１ａ，６１ｂにそれぞれ接続されて導体６１ａ，６１ｂ間が短絡される。これによりＣＴの二次側端子間も短絡されるので、二次側端子間に高電圧やアークが発生するのを防止することができる。

また、特許文献２には、他の従来技術として、ＣＴの二次側と測定器との間に一対のダイオードからなる保護装置を接続することが記載されている。
すなわち、図１２において、７０は測定対象の配電線路、７１はＣＴ、８０は保護装置、９０は測定器、９１は補助ＣＴであり、保護装置８０は、ＣＴ７１の二次側端子間に互いに逆並列接続されたダイオード８１，８２によって構成されている。

この従来技術において、測定器９０が接続されている状態では保護装置８０のダイオード８１，８２にはその順方向降下電圧未満の電圧しか印加されないので、ダイオード８１，８２に電流が流れず、測定器９０は通常の測定動作を実行する。
しかし、測定器９０を取り外すとＣＴ７１の二次側電圧が上昇するためダイオード８１，８２が導通し、配電線路７０の交流電圧の半サイクルごとに、ダイオード８１，８２に交互に電流が流れる。その結果、ＣＴ７１の二次側端子間電圧はダイオード８１，８２の順方向降下電圧に抑えられることになり、ＣＴ７１の二次側端子間に高電圧が発生するおそれはない。
なお、図１２に示す保護装置８０と同一のものは、特許文献１の図５，図６にも記載されている。

特開平５−２８８７７５号公報（段落［００１８］〜［００２３］、図４〜図６等） 特開平９-１６８２３１号公報（段落［０００３］，［０００４］、図７等）

特許文献１に記載された従来技術は、測定器５０に一体化されたステム５１の動きに短絡用導体６３を連動させ、ＣＴの二次側を開放または短絡させる機構であり、測定器５０側の電流入力端子とソケット５５内のＣＴ二次側端子との接続構造については言及されていない。
また、測定器５０をソケット５５から取り外して測定器５０側の電流入力端子とＣＴ二次側端子とが離れた状態では、確実に図１０（ｂ）の状態になっていることが必要であるが、部品の寸法精度の誤差やコイルバネ６２の特性の誤差により、測定器５０側の電流入力端子とＣＴ二次側端子とが離れた段階でも導体６１ａ，６１ｂ間が短絡用導体６３によって完全に短絡されず、結果としてＣＴの二次側端子間に高電圧が発生する場合がある。

また、特許文献２に記載された従来技術は構成が簡単である反面、測定器９０が取り外された状態でＣＴ７１の二次側に大電流が長期間流れると、保護装置８０内のダイオード８１，８２が過熱して寿命が低下し、最悪の場合にはダイオード８１，８２が焼損するおそれがある。

そこで、本発明の解決課題は、電力量計と変成器とを分離した状態でＣＴの二次側端子間が確実に短絡されるようにして、安全性及び信頼性を高めた変流器の二次側開放防止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に係る発明は、配電線路に各一次側端子がそれぞれ接続される計器用変圧器及び変流器を備え、前記計器用変圧器及び変流器の各二次側端子が二次側端子部に配置された変成器と、
前記変成器に取り付けた際に前記計器用変圧器及び変流器の各二次側端子にそれぞれ接続される電圧入力端子及び電流入力端子を有し、これらの電圧入力端子及び電流入力端子を介して入力された電圧及び電流から前記配電線路の電力量を測定可能であって、前記変成器に対して着脱可能に形成された電力量計と、によって構成され、
前記変成器と前記電力量計とを分離した際に、前記変成器内の短絡片を動作させて前記変流器の二次側端子間を短絡する機能を備えた、変流器の二次側開放防止装置において、
前記電力量計は、前記変成器に取り付けた際に前記二次側端子部の端面Ｓ_２に接合する端面Ｓ_１と、前記端面Ｓ_１から前記短絡片方向に向かって長さＬ_ｂを有する短絡片駆動部と、前記変流器の二次側端子に向かって長さＬ_ｃを有する前記電流入力端子と、を備え、
前記変成器は、前記端面Ｓ_２から挿入された前記短絡片駆動部の挿入長さがＬ_ｓ を超えたときに前記短絡片が前記短絡片駆動部により駆動されて前記変流器の二次側端子間を開放するように形成されると共に、
前記の長さＬ_ｂ，Ｌ_ｃ，Ｌ_ｓが、
０＜Ｌ _ｂ −Ｌ _ｓ ＜Ｌ _ｃ （Ｌ _ｂ ＞０，Ｌ _ｃ ＞０）という関係を満たすことを特徴とする。

本発明によれば、電力量計や変成器を交換するために両者を分離した際にＣＴの二次側端子間を確実に短絡させ、高電圧やアークが発生するのを防止して安全性及び信頼性を高めることができる。また、配線ケーブルの長さによる電力量の測定誤差要因がないため、変成器を従来よりも小型化することができる。

本発明の実施形態の使用状態を示す説明図である。 本発明の実施形態の基本的な構成を示す説明図である。 本発明の実施形態の基本的な構成を示す概念図である。 図２及び図３における変成器の主要部の回路図である。 本発明の実施形態における各部の寸法関係の説明図である。 本発明の実施形態における各部の寸法関係の説明図である。 本発明の実施形態における各部の寸法関係の説明図である。 配電線路の電力量を測定するシステムの構成図である。 図８における変成器の主要部の回路図である。 特許文献１に記載された従来技術の主要部の断面図である。 図１０の従来技術の使用状態を示す説明図である。 特許文献２に記載された従来技術を示す回路図である。

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
まず、図１は本発明の実施形態の使用状態を示す説明図である。図１において、１０ＡはＶＴ及びＣＴからなる変成器、１１，１２は図示されていない配電線路に接続される一次側端子である。また、１６は変成器１０Ａの二次側端子部であり、ＶＴ及びＣＴの二次側端子が内蔵されている。

１００は、変成器１０Ａの二次側端子部１６に対して矢印方向に着脱可能な電力量計であり、ＶＴ及びＣＴの各二次側端子にそれぞれ接続される電圧入力端子及び電流入力端子を備えている。
電力量計１００は、変成器１０Ａの二次側端子部１６から入力された電圧及び電流に基づいて電力量を演算し、この電力量を記憶、表示、または外部に無線・有線通信にて伝送する機能を備えているが、便宜上、これらの機能を実現するための具体的構成は説明を省略する。

次に、図２〜図４は、この実施形態の基本的な構成を示す説明図である。
図２において、電力量計１００は、変成器１０ＡのＶＴ及びＣＴの二次側端子１６ａに接続される入力端子（電圧入力端子及び電流入力端子）１０１と、後述する二次側開放・短絡部４０内の駆動部４１及び短絡片１７を駆動するための短絡片駆動部１０２と、を備えている。なお、１０３，１０４は、電力量計１００を二次側端子部１６に固定するためのボルト等からなる固定部である。

変成器１０Ａ側の二次側端子１６ａは、例えば図９における二次側端子部１３のようにＶＴ１４及びＣＴ１５ａ，１５ｂによる合計７つの端子からなり、このうちＣＴの二次側端子は４つのみである。ここで、図２に示されている７つの二次側端子１６ａのうち、何れか４つの端子（例えば右側の４つの端子）がＣＴの二次側端子であれば良く、これらの二次側端子に対応する位置にある電力量計１００側の４つの入力端子１０１が電流入力端子であれば良い。

変成器１０Ａの内部には、二次側開放・短絡部４０が配置されている。この二次側開放・短絡部４０は、図１０に示した構造とほぼ同様に、短絡片駆動部１０２により駆動される駆動部４１と、この駆動部４１に一体的に固定されて接点１８ａ，１８ｂ間を開放または短絡する短絡片１７と、駆動部４１及び短絡片１７を常時、短絡片駆動部１０２方向に付勢するコイルバネ４２と、を備えている。

なお、図３は、図２に示した機能を例えばマイクロスイッチによって実現する場合を想定した概念図である。図３において、１９は短絡片駆動部１０２に連動するアクチュエータであり、このアクチュエータ１９の動作によって短絡片１７が駆動され、接点１８ａ，１８ｂ間を開放または短絡するように構成されている。
また、図４は、図２及び図３における変成器１０Ａ内のＣＴに関連する部分の回路図であり、図９と同様に１５ａ，１５ｂはＣＴ、１７ａ，１７ｂは図２及び図３の短絡片１７に相当する短絡片である。

ここで、本実施形態の基本的動作を、図２を参照しつつ説明する。
電力量計１００が変成器１０Ａに取り付けられている状態では、図２（ａ）に示すごとく、変成器１０Ａ側の二次側端子１６ａと電力量計１００の入力端子１０１とが接続されており、変成器１０Ａの二次側から出力される電圧及び電流が電力量計１００に入力されている。このとき、短絡片駆動部１０２はコイルバネ４２の復元力に抗して駆動部４１及び短絡片１７をコイルバネ４２方向に押し付けており、これによって接点１８ａ，１８ｂ間は開放されている。従って、変成器１０ＡのＣＴ（図４における１５ａ，１５ｂ）の二次側は開放されている。

電力量計１００を変成器１０Ａから取り外した状態では、図２（ｂ）に示すごとく、電力量計１００の短絡片駆動部１０２が、二次側端子部１６から離れる。このため、駆動部４１及び短絡片１７がコイルバネ４２の復元力によって復帰し、短絡片１７が接点１８ａ，１８ｂ間を短絡する。すなわち、図４におけるＣＴ１５ａ，１５ｂの二次側巻線が短絡片１７ａ，１７ｂによってそれぞれ短絡されることになり、配電線路が活線状態であってもＣＴ１５ａ，１５ｂの二次側端子間に高電圧やアークが発生することはない。

本実施形態の基本的動作は上記の通りであるが、本実施形態では、電力量計１００と変成器１０Ａとを分離した時点でＣＴの二次側端子が確実に短絡されるように、各部の寸法を以下のように設定している。
図５において、Ｓ_１は電力量計１００の入力端子１０１及び短絡片駆動部１０２が植設されている端面、Ｓ_２は変成器１０Ａの二次側端子部１６の電力量計１００側の端面であり、電力量計１００を二次側端子部１６に装着して入力端子１０１が二次側端子１６ａに接続された状態で、両端面Ｓ_１，Ｓ_２が接合されるものとする。

また、Ｌ_ｂは端面Ｓ_１から短絡片１７方向に向かう短絡片駆動部１０２の長さ、Ｌ_ｃは端面Ｓ_１から二次側端子１６ａに向かう入力端子１０１の長さ、Ｌ_ｓは短絡片１７が接点１８ａ，１８ｂ間を短絡しているときの、駆動部４１先端部の端面Ｓ_２からの長さ（すなわち、端面Ｓ_２から挿入された短絡片駆動部１０２の挿入長さがＬ_ｓ を超えたときに短絡片１７が短絡片駆動部１０２により駆動されてＣＴの二次側端子間を開放するような長さ）である。これらの長さＬ_ｂ，Ｌ_ｃ，Ｌ_ｓは、図５における矢印方向を正の値とする。
なお、入力端子１０１の長さＬ_ｃは、電力量計１００を二次側端子部１６に装着した際に入力端子１０１が二次側端子１６ａに確実に接続されるような長さであることは言うまでもない。

本実施形態では、Ｌ_ｂ，Ｌ_ｃ，Ｌ_ｓの寸法関係を以下の数式１〜３のように設定している。
［数式１］
Ｌ_ｂ＞０
［数式２］
Ｌ _ｃ ＞０
［数式３］
０＜Ｌ _ｂ −Ｌ _ｓ ＜Ｌ _ｃ

Ｌ_ｂ，Ｌ_ｃ，Ｌ_ｓの寸法関係を上記のように設定することにより、電力量計１００の入力端子１０１が変成器１０Ａ側の二次側端子１６ａから離れる以前に短絡片駆動部１０２の先端部が駆動部４１の先端部から離れ、短絡片１７が接点１８ａ，１８ｂ間を短絡する。言い換えれば、常に、短絡片１７が接点１８ａ，１８ｂ間を短絡した後で入力端子１０１が二次側端子１６ａから離れるようになり、電力量計１００と変成器１０Ａとを分離した際にＣＴの二次側端子間が開放されることはない。

なお、図６，図７は、長さＬ_ｂ，Ｌ_ｓを図５とは異ならせた場合を示しており、これらの場合についても前述した数式１〜数式３の関係を保つことにより、常に、短絡片１７が接点１８ａ，１８ｂ間を短絡した後で入力端子１０１が二次側端子１６ａから離れるため、電力量計１００と変成器１０Ａとを分離した際にＣＴの二次側端子間が開放されることはない。

以上説明したように、本実施形態によれば、特許文献１等に記載された従来技術に比べて、電力量計１００と変成器１０Ａとを分離した状態でＣＴの二次側端子間を確実に短絡することができ、ＣＴの二次側端子間に高電圧やアークが発生するのを防止して安全性及び信頼性を高めることができる。また、特許文献２のように、保護回路を構成するダイオードが過熱するおそれもないものである。

１０Ａ：変成器（ＶＣＴ）
１１，１２：一次側端子
１５ａ，１５ｂ：ＣＴ
１６：二次側端子部
１６ａ：二次側端子
１７，１７ａ，１７ｂ：短絡片
１８ａ，１８ｂ：接点
１９：アクチュエータ
４０：二次側開放・短絡部
４１：駆動部
４２：コイルバネ
１００：電力量計
１０１：入力端子
１０２：短絡片駆動部
１０３，１０４：固定部
Ｓ_１，Ｓ_２：端面

Claims (1)

1. 配電線路に各一次側端子がそれぞれ接続される計器用変圧器及び変流器を備え、前記計器用変圧器及び変流器の各二次側端子が二次側端子部に配置された変成器と、
   前記変成器に取り付けた際に前記計器用変圧器及び変流器の各二次側端子にそれぞれ接続される電圧入力端子及び電流入力端子を有し、これらの電圧入力端子及び電流入力端子を介して入力された電圧及び電流から前記配電線路の電力量を測定可能であって、前記変成器に対して着脱可能に形成された電力量計と、によって構成され、
   前記変成器と前記電力量計とを分離した際に、前記変成器内の短絡片を動作させて前記変流器の二次側端子間を短絡する機能を備えた、変流器の二次側開放防止装置において、
   前記電力量計は、前記変成器に取り付けた際に前記二次側端子部の端面Ｓ_２に接合する端面Ｓ_１と、前記端面Ｓ_１から前記短絡片方向に向かって長さＬ_ｂを有する短絡片駆動部と、前記変流器の二次側端子に向かって長さＬ_ｃを有する前記電流入力端子と、を備え、
   前記変成器は、前記端面Ｓ_２から挿入された前記短絡片駆動部の挿入長さがＬ_ｓ を超えたときに前記短絡片が前記短絡片駆動部により駆動されて前記変流器の二次側端子間を開放するように形成されると共に、
   前記の長さＬ_ｂ，Ｌ_ｃ，Ｌ_ｓが、
   ０＜Ｌ _ｂ −Ｌ _ｓ ＜Ｌ _ｃ （Ｌ _ｂ ＞０，Ｌ _ｃ ＞０）
   という関係を満たすことを特徴とする変流器の二次側開放防止装置。

Images