CN103180926A - 浪涌电流抑制装置 - Google Patents

Abstract

本发明得到一种浪涌电流抑制装置，该浪涌电流抑制装置能够抑制由于残留磁通与稳态磁通不一致而引起的励磁涌流。该浪涌电流抑制装置包括残留磁通计算部（51），该残留磁通计算部（51）预先保存有通过事先实际测定或解析等推定得到的断路器（1）的切断特性以及磁通的衰减系数，并将衰减系数应用于基于断路器（1）的切断特性而得到的电流切断时磁通量，由此算出残留磁通量，本发明在所计算出的残留磁通量与稳态磁通的理论值相一致的电源电压相位上接通断路器（1）。

Description

浪涌电流抑制装置

技术领域

本发明涉及一种浪涌电流抑制装置。

背景技术

在对无负载变压器进行接通和励磁时，由于变压器铁芯的磁饱和特性，可能会产生额定电流的数倍的励磁涌流，造成系统电压发生变动、以及保护继电器进行不必要的动作。为了抑制该励磁涌流，需要在残留于切断后的变压器铁芯中的残留磁通与稳态磁通（将额定电压施加到变压器时产生的交变磁通）相一致的电压相位时，接通断路器。例如，揭示有如下技术：预先存储断路器断开时交流电压的相位，并调整断路器接通信号的输出时刻，以使得在下次接通时，能够在与断路器断开时的交流电压的相位相同的相位时接通断路器（例如专利文献1）。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开平11－353969号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

上述现有技术以下述情况为前提：即，断路器断开时的磁通瞬时值全部残留在变压器铁芯中，且直到下次接通之前都不发生变化。然而，实际上，由于变压器铁芯的特性、或存在于变压器电路中的电容性元件的能量的充放电等，会保持有较断路器断开时的磁通瞬时值而有所衰减的残留磁通。因此，具有如下问题：在下次接通时，即使在与断路器断开时相同的电压相位时接通断路器，残留磁通也不会与稳态磁通一致，因而无法充分地抑制励磁涌流。

本发明鉴于上述情况而完成，其目的在于，提供一种浪涌电流抑制装置，该浪涌电流抑制装置能够抑制由于残留磁通与稳态磁通不一致而引起的励磁涌流。

解决技术问题所采用的技术方案

为了解决上述问题，并达成目的，本发明的浪涌电流抑制装置适用于在电源与变压器之间连接有断路器的结构，用于抑制由于上述变压器的闭合动作而引起的励磁涌流，其特征在于，包括：电源电压测定部，该电源电压测定部测定上述断路器的上述电源侧的电源电压；残留磁通计算部，该残留磁通计算部中保存有上述断路器在断开过程中的切断特性、以及在电流切断后上述变压器的磁通的衰减特性，基于上述电源电压及上述切断特性来计算电流切断时磁通量，并基于上述电流切断时磁通量及上述衰减特性计算残留磁通量；接通相位计算部，该接通相位计算部计算上述残留磁通量与施加上述电源电压时的稳态磁通量相一致时的电源电压相位，并将其作为接通电源电压相位；以及控制部，该控制部进行闭合控制，以在上述接通电源电压相位上接通上述断路器。

发明效果

根据本发明，能够起到抑制由于残留磁通与稳态磁通不一致而引起的励磁涌流的作用。

附图说明

图1是表示实施方式1的浪涌电流抑制装置的一个示例的图。

图2是表示实施方式1的浪涌电流抑制装置中的闭合相位控制的一个示例的图。

图3是作为与实施方式1的闭合相位控制进行比较、以表示在与断路器断开时的电源电压相位相同的电源电压相位时进行接通的一个示例的图。

图4是表示实施方式2的磁通量转换表的一个示例的图。

实施方式

下面，参照附图来说明本发明的实施方式所涉及的浪涌电流抑制装置。此外，本发明并不局限于如下所示的实施方式。

实施方式1

图1是表示实施方式1的浪涌电流抑制装置的一个示例的图。在图1中，断路器1连接在该图右侧的由R相、S相、T相组成的各相电源（未图示）、与该图左侧的变压器30之间。该断路器1在各相分别具备开关2、3、4，各个开关2、3、4可以同时或单独地进行开关动作。各个开关2、3、4在进行通常动作时被闭合，向变压器30供电。另外，在发生故障时、或者进行维护检查等时，各个开关2、3、4被断开，切断向变压器30进行的供电。

在图1所示的示例中，变压器30是利用Ｙ－Δ联接而连接起来的三相变压器，具体而言，该变压器30包括：三相初级线圈31，该三相初级线圈31进行星形联接且中性点断开；以及三相次级线圈32，该三相次级线圈32进行三角联接。三相初级线圈31的三个输入端子分别经由各个开关2、3、4而与各相电源相连接，三相次级线圈32的三个输出端子分别与负载（未图示）相连接。各个开关2、3、4的电源侧端子与检测各相电源电压的电源电压检测部60相连接，检测信号被输出至浪涌电流抑制装置50。此外，在断路器1闭合时，变压器30的各相中产生稳态磁通，在断路器1断开时，变压器30的各相中产生残留磁通。

实施方式1的浪涌电流抑制装置50例如由计算机等构成，包括电源电压测定部54、残留磁通计算部51、接通相位计算部52、以及控制部53。

电源电压测定部54基于来自电源电压检测部60的检测信号，连续地对各相电源电压的瞬时值进行测定，并输出至残留磁通计算部51及控制部53。此外，在图1所示的示例中记载了以下内容：即，电源电压检测部60与电源电压测定部54作为互不相同的结构部分，且浪涌电流抑制装置50是不包括电源电压检测部60的装置，但是也可以采用在浪涌电流抑制装置50中包括有电源电压检测部60的结构，而且，也可以使电源电压测定部54构成为具有电源电压检测部60的功能。

残留磁通计算部51计算从输入断开指令信号20的时刻起至电流切断时的电源电压相位，并根据求出的电源电压相位上的磁通量来计算残留磁通量。该残留磁通量的计算方法在下面阐述。

接通相位计算部52计算出使由残留磁通计算部51计算出的残留磁通与施加电源电压时的稳态磁通相一致的电源电压相位。

控制部53基于断开指令信号20来对断路器1的各个开关2、3、4进行断开控制，并基于闭合指令信号25对断路器1的各个开关2、3、4进行闭合控制，以使其在由接通相位计算部52所计算出的电源电压相位时被接通。

此外，所谓使各个开关2、3、4闭合，是指各个开关2、3、4的各个触点进行机械地接触，而所谓闭合时间，是指从控制部53对各个开关2、3、4进行闭合控制起、直到各个开关2、3、4实际闭合为止的规定时间。另外，对于断路器1，已知在各个开关2、3、4闭合之前，电弧电流已开始流动（预放电）。所谓使各个开关2、3、4接通，是指使因预放电而产生的电弧电流流过各个开关2、3、4，而所谓接通时间，是指从控制部53对各个开关2、3、4进行闭合控制起、直到各个开关2、3、4实际接通为止的规定时间。该接通时间由断路器1的闭合过程中的极间绝缘强度变化率（ＲＤＤＳ）特性来决定。

另一方面，所谓使各个开关2、3、4断开，是指各个开关2、3、4的各个触点机械地分离，而所谓断开时间，是指从控制部53对各个开关2、3、4进行断开控制起、直到各个开关2、3、4实际断开为止的规定时间。另外，对于断路器1，已知即使各个开关2、3、4机械地断开，规定时间内也仍会有电弧电流流过。所谓使切断各个开关2、3、4，是指使流过各个开关2、3、4的电弧电流消失，而所谓电弧时间，是指从控制部53对各个开关2、3、4进行断开控制起、直到各开关2、3、4的电流被实际切断为止的规定时间。该电弧时间由断路器1的断开过程中的极间绝缘强度变化率（ＲＲＤＳ）特性来决定。

因而，控制部53将上述的闭合时间、接通时间、断开时间、以及电弧时间考虑在内，针对每一相或各相个别地进行断路器1的各个开关2、3、4的断开控制及闭合控制。

图2是表示实施方式1的浪涌电流抑制装置中的闭合相位控制的一个示例的图。图2（a）示出了将电源电压的最大值设为1以进行标准化后得到的一个相的电源电压波形。另外，图2（b）示出了将磁通的最大值设为1以进行标准化后得到的、与图2（a）相对应的相的磁通波形。此外，在图2（b）中由虚线表示的波形示出了施加电源电压时稳态磁通的理论值波形。

如图2所示，从在时刻T1断开断路器1的各个开关2、3、4起、直到在时刻T2切断电流为止的电弧时间t内，磁通的变化与稳态磁通相同。因为变压器30的铁芯材料特性，以及由于变压器30的各相对地电容和各个开关2、3、4的极间电容等而进行的能量的充电放电，电流切断（时刻T2）后的磁通会从电流切断（时刻T2）时的磁通量Φ0（下面，称为“电流切断时磁通量”）发生衰减（ΔΦ），最终成为固定的残留磁通量Φｒ。下面，将该特性称为“衰减特性”。也就是说，通过预先进行实际测定或进行解析等能够推定得到该衰减特性，并应用到电流切断时磁通量Φ0中，由此求出残留磁通量Φｒ。

此后，在下次接通时，在残留磁通Φｒ与稳态磁通的理论值变为一致的电源电压相位（Θ1或Θ2，图2所示的示例中为电源电压相位Θ2）的时刻T3，对断路器1的各个开关2、3、4进行控制以使其接通。根据上述控制，不会发生接通时磁通的过渡现象，并且不会发生变压器铁芯的磁饱和，因此，不会流过励磁涌流。

图3是作为与实施方式1的闭合相位控制进行比较、以表示在与断路器断开时的电源电压相位相同的电源电压相位进行接通的一个示例的图。图3（a）示出了将电源电压的最大值设为1以进行标准化后得到的一个相的电源电压波形。另外，图3（b）示出了将磁通的最大值设为1以进行标准化后得到的、与图3（a）相对应的相的磁通波形。此外，图3（b）中由虚线表示的波形示出了施加电源电压时稳态磁通的理论值波形。

在图3所示的示例中，未考虑电流切断（T2）后残留磁通的衰减，而在与断路器断开时（T1）的电源电压相位相同的电源电压相位上进行接通（时刻T3’）。因此，接通后的磁通与稳态磁通不一致，会发生磁通的过渡现象，并发生变压器铁芯的磁饱和，由此，将流过与其大小相对应的励磁涌流。

接下来，参照图1及图2对实施方式1的浪涌电流抑制装置50的动作及残留磁通量计算方法进行说明。

在输入有断开指令信号20的情况下，控制部53对断路器1的各个开关2、3、4进行断开控制。各个开关2、3、4的各个触点在断开时间过后的图中的时刻T1被断开，并在经过电弧时间t之后的时刻T2被切断。

残留磁通计算部51预先保存有断路器1的切断特性（即、断路器1在断开过程中的极间绝缘强度变化率（ＲＲＤＳ）特性），基于该切断特性算出电弧时间t，求出切断时刻T2，并求出切断时刻T2时的电源电压相位。此外，断路器1的切断特性能够通过事先实际测定或解析等来推定得到。

接下来，残留磁通计算部51求出切断时刻T2时的电源电压相位上的电流切断时磁通量Φ0，根据该电流切断时磁通量Φ0并利用例如下式（1）所示的残留磁通计算式，求出残留磁通量Φｒ。

Φｒ＝（1－ｋ）Φ0…（1）

上式（1）中，k表示磁通的衰减系数，是由变压器30的铁芯材料的特性、变压器30的各相对地电容以及各个开关2、3、4的极间电容等决定的值，可以在0＜ｋ＜1的范围内任意地设定。也就是说，在实施方式1的残留磁通计算部51中，作为上述衰减特性，预先保存有该衰减系数k，通过式（1）所示的残留磁通计算式来算出残留磁通量。此外，在实际应用时，将该衰减系数k设定为通过事先实际测定或解析等推定得到的值。

接通相位计算部52求出残留磁通量Φｒ与稳态磁通的理论值波形相一致时的电源电压相位（Θ1，Θ2），并将其作为接通电源电压相位，输出至控制部53。

在输入有闭合指令信号25的情况下，控制部53进行闭合控制，以使在成为从接通相位计算部52输入的接通电源电压相位（电源电压相位Θ1或Θ2）的时刻T3，接通断路器1的各个开关2、3、4。

如上述说明所述的那样，根据实施方式1的浪涌电压抑制装置，预先保存有通过事先实际测定或解析等推定得到的断路器的断开过程中的切断特性及磁通的衰减系数，并且将衰减系数应用于基于断路器的切断特性而得到的电流切断时磁通量以算出残留磁通量，并在所计算出的残留磁通量与稳态磁通的理论值相一致的电源电压相位上接通断路器，因此，能够抑制由于残留磁通与稳态磁通不一致而引起的励磁涌流。

实施方式2

在实施方式1中，将衰减系数应用于电流切断时磁通量以求出残留磁通量，然而，在本实施方式中，预先保存有磁通量转换表，该磁通量转换表是通过对电流切断时磁通量与残留磁通量进行对比而得到的，下面，对从该磁通量转换部中读取出与电流切断时磁通量相对应的残留磁通量的示例进行说明。此外，实施方式2的浪涌电流抑制装置的结构与实施方式1中所说明的图1中的结构相同，因此此处省略说明。另外，除了残留磁通计算部51以外的结构部分的动作都与实施方式1相同，因此此处省略说明。

图4是表示实施方式2的磁通量转换表的一个示例的图。在实施方式2的残留磁通计算部51中，作为在实施方式1中说明过的衰减特性，保存有例如如图4所示的磁通量转换表，以代替衰减系数k以及残留磁通计算式。在图4所示的示例中，示出了将电流切断时磁通量比率与残留磁通量比率表格化后得到的示例，该电流切断时磁通量比率是电流切断时磁通量与磁通最大值的比率，该残留磁通量比率是残留磁通量与磁通最大值的比率。

接下来，参照图1、图2及图4对实施方式2的残留磁通计算部51的动作及残留磁通量计算方法进行说明。实施方式2的残留磁通计算部51与实施方式1相同，预先保存有断路器1的切断特性，基于该切断特性计算出电弧时间t，求出切断时刻T2，并求出切断时刻T2时的电源电压相位。

然后，求出切断时刻T2时的电源电压相位上的电流切断时磁通量Φ0，并计算出电流切断时磁通量Φ0相对于磁通最大值的比率，参照图4所示的磁通量转换表，读取与电流切断时磁通量Φ0相对于磁通最大值的比率对应的残留磁通量Φｒ的比率，求出残留磁通量Φｒ。此外，该磁通量转换表与实施方式1中说明过的衰减系数k相同，能够通过事先实际测定或解析等而推定得到。

如上述说明所述的那样，根据实施方式2的浪涌电压抑制装置，与实施方式1相同，预先保存有通过事先实际测定或解析等推定得到的断路器的断路过程中的切断特性、以及将电流切断时磁通量与残留磁通量进行对比而得到的磁通量转换表，并根据磁通量转换表来计算出与基于断路器的切断特性而得到的电流切断时磁通量对应的残留磁通量，在所计算出的残留磁通量与稳态磁通的理论值相一致的相位上接通断路器，因此，与实施方式1相同，能够抑制由于残留磁通与稳态磁通不一致而引起的励磁涌流。

此外，在上述实施方式中，对某一相的动作示例进行了说明，然而，对于将实施方式中说明过的电流切断后的磁通的衰减考虑在内的残留磁通量计算方法，可以适用于将三相中的各相同时接通的情况，也可以适用于分别接通各相的情况。

另外，上述实施方式所示的结构是本发明的结构的一个示例，可将其与其他公知技术进行组合，或者在不脱离本发明的主旨的范围内，省略一部分等来进行变换。

产业上利用的可能性

如上所述，本发明的浪涌电流抑制装置作为能够抑制由于残留磁通与稳态磁通不一致而引起的励磁涌流，是有用的发明。

标号说明

1    断路器

2～4 开关

20   断开指令信号

25   闭合指令信号

30   变压器

31   三相初级线圈

32   三相次级线圈

50   浪涌电流抑制装置

51   残留磁通计算部

52   接通相位计算部

53   控制部

54   电源电压测定部

60   电源电压检测部

Claims (5)

1.一种浪涌电流抑制装置，适用于在电源与变压器之间连接有断路器的结构，用于抑制由于所述变压器的闭合动作而引起的励磁涌流，其特征在于，包括：

电源电压测定部，该电源电压测定部测定所述断路器的所述电源侧的电源电压；

残留磁通计算部，该残留磁通计算部中保存有所述断路器在断开过程中的切断特性、以及在电流切断后所述变压器的磁通的衰减特性，基于所述电源电压及所述切断特性来计算电流切断时磁通量，并基于所述电流切断时磁通量及所述衰减特性来计算残留磁通量；

接通相位计算部，该接通相位计算部计算所述残留磁通量与施加所述电源电压时的稳态磁通量相一致的电源电压相位，并将其作为接通电源电压相位；以及

控制部，该控制部进行闭合控制，以在所述接通电源电压相位上接通所述断路器。

2.如权利要求1所述的浪涌电流抑制装置，其特征在于，

所述残留磁通计算部中保存有适用于所述电流切断时磁通量的衰减系数，以作为所述衰减特性，并利用将所述衰减系数应用于所述电流切断时磁通量的残留磁通计算式，来计算所述残留磁通量。

3.如权利要求1所述的浪涌电流抑制装置，其特征在于，

所述残留磁通计算部中保存有将所述电流切断时磁通量与所述残留磁通量进行对比后得到的磁通量转换表，以作为所述衰减特性，并从所述磁通量转换表中读取出与所述电流切断时磁通量对应的所述残留磁通量。

4.如权利要求1所述的浪涌电流抑制装置，其特征在于，

所述残留磁通计算部中保存有所述衰减特性，所述衰减特性是在包括适用于浪涌电流抑制装置的所述电源、所述断路器、以及所述变压器在内的结构中实际测定得到的。

5.如权利要求1所述的浪涌电流抑制装置，其特征在于，

所述残留磁通计算部中保存有所述衰减特性，所述衰减特性是根据对包括适用于浪涌电流抑制装置的所述电源、所述断路器、以及所述变压器在内的结构进行解析而得到的解析结果来进行推定得到的。

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