目指せ!電気主任技術者~解説ノート~

過去,電気主任技術者試験に出題された問題を基に,解説ノートを作成しています。

変圧器の負荷時タップ切換装置

電源電圧や負荷の変動による出力電圧(二次電圧)の変化を補償するために,巻線の途中から口出し線を出してタップを設け,これを切り換えることで巻数比を変更できるようにしたものをタップ切換変圧器*1という。タップ切換変圧器には無電圧切換変圧器と負荷時タップ切換変圧器がある。

負荷時タップ切換装置は,電力系統の適正な電圧調整と設備の有効利用を目的に設置される。

この装置には,直列巻線をもつ変圧器と負荷時タップ切換装置とを組み合わせた負荷時電圧調整器(LRA : load-ration adjuster)と,変圧器に負荷時タップ切換変圧器LRT : load-ration transformer)があり,近年は後者が主として採用されている。

負荷時タップ切換装置における負荷時タップ切換器は,無電流状態でタップを選択するタップ選択器と,選択された回路の電流を開閉する切換開閉器と,タップ切換の際,タップ間が橋絡されたときに流れる循環電流を制限する限流インピーダンスとから構成される。

なお,変圧器の巻線が Y 結線(星形結線)の場合には,負荷時タップ切換器は,通常,絶縁が容易な巻線の中性点側に設けると,負荷時タップ切換装置の相間の絶縁を低減することができ,各相を一体化することができる。

タップの調整範囲としては,配電用が 25 % または 15 %*2,送電用が 20 % または 15 % が標準とされており,中止タップ電圧は極力定格電圧に一致させることとしている。

また,タップ間隔は系統から許容される電圧変動幅(1 ~ 2 %)と同等とすればよいが,タップ切換器のタップ切換能力にも限度がある。

標準的なステップ間隔は 2 % 以下であり,系統側の許容値よりも小さくしてある。

切換開閉器は,タップ切換の際,アークを発生し,切換開閉器室内の油を汚損したり,接点の磨耗が避けられない。このため,最近では,切換開閉器の長寿命化や切換開閉器室の浄油のための保守の省力化の観点から,真空バルブを使った切換開閉器も使用されている。

通常,負荷時タップ切換装置の耐用切換回数としては,電気的には 20 万回,機械的には 80 万回と決められ,形式試験で確認されている。

切換方式による分類

無電圧タップ切換装置と負荷時タップ切換装置

無電圧タップ切換変圧器は,変圧器をいったん回路から切り離し,無励磁状態とした後,タップ切り換えを行う。

負荷時タップ切換変圧器は,負荷をかけたまま負荷時タップ切換装置により無停電でタップ切り換えを行う。

リアクトル式と抵抗式

変圧器のタップを負荷をかけたまま切り換える際,タップの切換途中でタップ間を橋絡した時に流れる循環電流を制限するために,タップ間にリアクトルを挿入する方式をリアクトル式,抵抗を用いるものを抵抗式という。

直接式と間接式

負荷時タップ切換変圧器は直接式と間接式に大別される。

直接式は,外部回路に接続された巻線の負荷電流が負荷時タップ切換装置を通過するように結線された方式であり,間接式は,直列変圧器の励磁巻線を流れる電流が負荷時タップ切換装置を通過するように結線された方式である。

タップ切換を行う電圧

タップ切換を高電圧側で行うものと低電圧側で行うものがあるが,絶縁設計上は低電圧側が有利で,電流容量の点からは高電圧側で切り換えを行った方が有利である。

接点方式による分類

油中接点方式

タップ切換時に,切換開閉器室内の絶縁油中で通電電流を遮断する。

このため,周囲の絶縁油を汚損し,切換開閉器室内の絶縁性能が低下することが避けられない。

その対策として,活線浄油機を設け,汚損した切換開閉器湿の絶縁油を毎日循環ろ過運転している。

さらに,数年に 1 回の頻度で切り換え開閉器室絶縁油の全量交換が必要である。

真空バルブ方式(vacuum valve on-load tap changer)

真空バルブ内で通電電流を遮断するため,切換開閉器室の絶縁油を汚損しない。

これにより,活線浄油機が不要となり,点検周期の延伸,絶縁油の取替回数の削減ができるなどメンテナンスコストの大幅な削減ができる。

最近では真空バルブ式開閉器が用いられることが多い。

調整範囲

配電用

配電用の負荷時タップ切換変圧器の電圧調整範囲は 2 次電圧を一定とした場合の 1 字調整範囲で表し,25 % と 15 % を標準とし,全調整範囲全容量とする。

例えば定格電圧 66 kV の 変圧器の場合,60*3 × 0.25 × 1/2 = 7.5 kV が調整範囲となる。

参考文献

更新履歴

  • 2021年12月7日 新規作成
  • 2021年12月9日 切換方式による分類を追加
  • 2021年12月11日 接点方式による分類を追加
  • 2021年12月30日 参考文献に「令和元年 第一種 電気主任技術者 一次試験 機械 問2」を追加

*1:JEC-2200-2014「変圧器」に記載されている 2. 用語の意味 によると,負荷時タップ切換変圧器とは,「電圧が異なる二つ以上の回路間の電圧・電流の変成を行い,かつ負荷時タップ切換えが行える変圧器」のことである。

*2:電気協同研究 第20巻 第5号「負荷時タップ切換変圧器(1)」において,配電用負荷時タップ切換変圧器の仕様統一についての申合せ事項が定められた。

*3:公称電圧 JEC-34-1933 を基準とした % で示す,と定められているため,60 となる。