JP2004208394A - 変圧器励磁突入電流抑制装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】過大な励磁突入電流の発生を防止する。
【解決手段】閉極第一相については、基準相の位相０度を基準点として、閉極第一相の残留磁束、並びに予め求められている三相遮断器のプレアーク特性および閉極時間ばらつき特性に基づいて、投入点における定常磁束値と残留磁束値との最大誤差の絶対値である投入磁束誤差が最小となる閉極位相を算出して閉極第一相の目標閉極位相として設定し、残り二相については、基準相の位相０度を基準点として、予め求められている三相遮断器のプレアーク特性および閉極時間ばらつき特性に基づいて、残留磁束が０である場合に投入磁束誤差が最小となる閉極位相を算出して残り二相の目標閉極位相として設定し、基準点から残り二相の目標閉極位相までの時間と予め設定しておいた三相電源の周期の整数倍に相当する遅延時間とを合計した時間を、残り二相の目標閉極時刻として設定する。
【選択図】 図１
【解決手段】閉極第一相については、基準相の位相０度を基準点として、閉極第一相の残留磁束、並びに予め求められている三相遮断器のプレアーク特性および閉極時間ばらつき特性に基づいて、投入点における定常磁束値と残留磁束値との最大誤差の絶対値である投入磁束誤差が最小となる閉極位相を算出して閉極第一相の目標閉極位相として設定し、残り二相については、基準相の位相０度を基準点として、予め求められている三相遮断器のプレアーク特性および閉極時間ばらつき特性に基づいて、残留磁束が０である場合に投入磁束誤差が最小となる閉極位相を算出して残り二相の目標閉極位相として設定し、基準点から残り二相の目標閉極位相までの時間と予め設定しておいた三相電源の周期の整数倍に相当する遅延時間とを合計した時間を、残り二相の目標閉極時刻として設定する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、変圧器を三相電源に投入する際に発生する励磁突入電流を抑制するための変圧器励磁突入電流抑制装置に関し、特に、一次巻線が中性点接地された星形結線であり二次または三次巻線が三角結線である三相変圧器の励磁突入電流を抑制する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
変圧器の励磁突入電流を抑制する方式の一つとして、三相電源の特定位相において遮断器を投入する位相制御投入方式が挙げられる。本発明は、位相制御投入方式を用いた変圧器励磁突入電流抑制装置に関するものである。
【０００３】
従来のこの種の変圧器励磁突入電流抑制装置においては、電子装置としての最適投入位相演算装置の入力信号に適するように三相変圧器の相電圧を降圧する降圧手段により、三相変圧器が遮断されたときの過渡的に変化し最終的に零になる各相の相電圧を降圧し、この降圧された３つの相電圧を入力信号として残留磁束演算手段により電圧を時間積分することによって三相変圧器の鉄心内の残留磁束を演算し、投入位相演算手段により投入時の磁束と投入位相および残留磁束との関係式から導出される計算式を用いて励磁突流の発生しない３相それぞれ異なる最適の投入位相を演算してこの演算結果を最適投入位相演算装置の出力信号とし、この出力信号を遮断器の位相制御装置の投入位相信号として遮断器で各相個別に投入させている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、別の、従来のこの種の変圧器励磁突入電流抑制装置においては、実用上の考慮点として、遮断器の機械的閉極時間ばらつき、遮断器のプレアークの影響等が挙げられている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特許第２６８５５７４号明細書（第４−１０頁、第１−１０図）
【非特許文献１】
ジョン．Ｈ．ブランキ アンド クラウス．Ｊ．フローリッヒ（John.H.Brunke and Klaus.J.Frohlich）著，「エリミネイション オブ トランスフォーマー インラッシュ カレント バイ コントロールド スイッチング（Elimination of Transformer Inrush Current by Controlled Switching）」，アイイーイーイー トランザクションズ オン パワー デリバリー（IEEE TRANSACTIONS ON POWER DELIVERY），（米国），２００１年４月，第１６巻，第２号，ｐ．２７６−２８５
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載された従来技術では、遮断器の機械的閉極時間ばらつきおよびプレアークの影響が考慮されておらず、これらの要素により最適投入位相からずれた点で投入が行われることがあり、その際に過大な励磁突入電流が発生してしまうという問題点があった。また、一相目が投入された後の残り二相の最適投入位相については、二次または三次巻線の三角結線によって発生する変圧器鉄心の直流磁束分の減衰が考慮されていないため、残り二相の最適投入位相が適切でなく、過大な励磁突入電流が発生してしまうという問題点があった。
また、非特許文献２に記載された従来技術では、遮断器の機械的閉極時間ばらつきおよびプレアークの影響の具体的な考慮の仕方が記載されていない。
【０００７】
本発明は、上記のような従来のものの問題点を解決するためになされたものであり、励磁突入電流の最大値を抑制して過大な励磁突入電流の発生を防止することができる変圧器励磁突入電流抑制装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る変圧器励磁突入電流抑制装置は、一次巻線が中性点接地された星形結線であり二次または三次巻線が三角結線である三相変圧器と、この三相変圧器の三相電源への投入および三相電源からの遮断を行う三相遮断器とでなる三相回路で、前記三相遮断器が投入されたときに前記三相変圧器に発生する過渡電流としての励磁突入電流を抑制する変圧器励磁突入電流抑制装置であって、基準相となる三相のうちのいずれかの一相の電源側電圧を測定する電源側電圧測定手段と、各相の変圧器側電圧を測定する変圧器側電圧測定手段と、開極指令入力時刻前後における前記変圧器側電圧測定手段で測定された各相の変圧器側電圧を用いて、各相の残留磁束を算出する残留磁束算出手段と、三相のうち前記残留磁束算出手段で算出された残留磁束の絶対値が最も大きい相を閉極第一相とする閉極順序決定手段と、前記閉極第一相については、前記基準相の位相０度を基準点として、前記閉極第一相の残留磁束、並びに予め求められている前記三相遮断器のプレアーク特性および閉極時間ばらつき特性に基づいて、投入点における定常磁束値と残留磁束値との最大誤差の絶対値である投入磁束誤差が最小となる閉極位相を算出して閉極第一相の目標閉極位相として設定し、残り二相については、前記基準相の位相０度を基準点として、予め求められている前記三相遮断器のプレアーク特性および閉極時間ばらつき特性に基づいて、残留磁束が０である場合に前記投入磁束誤差が最小となる閉極位相を算出して残り二相の目標閉極位相として設定する目標閉極位相決定手段と、前記基準点から前記閉極第一相の目標閉極位相までの時間を、前記閉極第一相の目標閉極時刻として設定し、前記基準点から前記残り二相の目標閉極位相までの時間と予め設定しておいた三相電源の周期の整数倍に相当する遅延時間とを合計した時間を、前記残り二相の目標閉極時刻として設定する目標閉極時刻決定手段と、閉極指令が入力されると、前記電源側電圧測定手段から入力される基準相の電源側電圧の位相０度を基準点として、前記目標閉極時刻決定手段で算出された各相の目標閉極時刻において各相を閉極させるように、前記三相遮断器へ閉極制御信号を出力する閉極制御手段とを備えたものである。
【０００９】
また、基準相となる三相のうちのいずれかの一相の電源側電圧を測定する電源側電圧測定手段と、前記基準相の変圧器側電圧を測定する変圧器側電圧測定手段と、開極指令が入力されると、前記基準相以外の二相に対して開極制御信号を同時に出力した後、予め設定しておいた時間経過後に、前記基準相に対して開極制御信号を出力する開極制御手段と、開極指令入力時刻前後における前記変圧器側電圧測定手段で測定された基準相の変圧器側電圧を用いて、前記基準相の残留磁束を算出する残留磁束算出手段と、前記基準相については、前記基準相の位相０度を基準点として、前記基準相の残留磁束、並びに予め求められている前記三相遮断器のプレアーク特性および閉極時間ばらつき特性に基づいて、投入点における定常磁束値と残留磁束値との最大誤差の絶対値である投入磁束誤差が最小となる閉極位相を算出して基準相の目標閉極位相として設定し、残り二相については、前記基準相の位相０度を基準点として、予め求められている前記三相遮断器のプレアーク特性および閉極時間ばらつき特性に基づいて、残留磁束が０である場合に前記投入磁束誤差が最小となる閉極位相を算出して残り二相の目標閉極位相として設定する目標閉極位相決定手段と、前記基準点から前記基準相の目標閉極位相までの時間を、前記基準相の目標閉極時刻として設定し、前記基準点から前記残り二相の目標閉極位相までの時間と予め設定しておいた三相電源の周期の整数倍に相当する遅延時間とを合計した時間を、前記残り二相の目標閉極時刻として設定する目標閉極時刻決定手段と、閉極指令が入力されると、前記電源側電圧測定手段から入力される基準相の電源側電圧の位相０度を基準点として、前記目標閉極時刻決定手段で算出された各相の目標閉極時刻において各相を閉極させるように、前記三相遮断器へ閉極制御信号を出力する閉極制御手段とを備えたものである。
【００１０】
また、基準相となる三相のうちのいずれかの一相の電源側電圧を測定する電源側電圧測定手段と、各相の変圧器側電圧を測定する変圧器側電圧測定手段と、開極指令入力時刻前後における前記変圧器側電圧測定手段で測定された各相の変圧器側電圧を用いて、各相の残留磁束を算出する残留磁束算出手段と、前記各相について、前記基準相の位相０度を基準点として、前記残留磁束、並びに予め求められている前記三相遮断器のプレアーク特性および閉極時間ばらつき特性に基づいて、投入点における定常磁束値と残留磁束値との最大誤差の絶対値である投入磁束誤差が最小となる閉極位相および最小投入磁束誤差をそれぞれ算出し、三相のうち前記最小投入磁束誤差が最も小さい相を閉極第一相とする閉極順序決定手段と、前記閉極第一相については、前記閉極順序決定手段で算出された前記閉極第一相の前記投入磁束誤差が最小となる閉極位相を前記閉極第一相の目標閉極位相として設定し、残り二相については、前記基準相の位相０度を基準点として、予め求められている前記三相遮断器のプレアーク特性および閉極時間ばらつき特性に基づいて、残留磁束が０である場合に前記投入磁束誤差が最小となる閉極位相を算出して残り二相の目標閉極位相として設定する目標閉極位相決定手段と、前記基準点から前記閉極第一相の目標閉極位相までの時間を、前記閉極第一相の目標閉極時刻として設定し、前記基準点から前記残り二相の目標閉極位相までの時間と予め設定しておいた三相電源の周期の整数倍に相当する遅延時間とを合計した時間を、前記残り二相の目標閉極時刻として設定する目標閉極時刻決定手段と、閉極指令が入力されると、前記電源側電圧測定手段から入力される基準相の電源側電圧の位相０度を基準点として、前記目標閉極時刻決定手段で算出された各相の目標閉極時刻において各相を閉極させるように、前記三相遮断器へ閉極制御信号を出力する閉極制御手段とを備えたものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１〜図４は本発明の実施の形態１による変圧器励磁突入電流抑制装置（以下、変圧器を省略して励磁突入電流抑制装置と称することもある。）を説明するための図であり、より具体的には、図１は三相変圧器、三相遮断器および励磁突入電流抑制装置の主要部の構成を信号およびデータの流れと共に示すブロック回路図、図２は開極指令信号、変圧器側電圧および磁束信号の関係を説明するためのタイミングチャート、図３は投入磁束誤差を説明するための位相特性を示す図、図４は各閉極位相（電圧位相）における投入磁束誤差の一例を示す特性図である。
【００１２】
三相変圧器３は星形結線の一次巻線と三角結線の二次または三次巻線とを備え、鉄心の図示は省略してある。一次巻線は三相電源１に三相遮断器２を介して接続されており、三相変圧器３の三相電源１への投入および三相電源１からの遮断の両方がこの三相遮断器２の開閉操作によって行われる。本実施の形態では、三相変圧器３が三相電源１から遮断されるときは、三相遮断器２は通常の三相遮断器と同じように三相の主接点を同時に動作させて三相一括開極される。一方、投入のときは、各相別々に制御された閉極位相に基づき閉極することのできる位相制御機能付の三相遮断器を用いている。
なお、本実施の形態では、三相電源１のうちのいずれかの一相を基準相と定義する。
基準相の電源側電圧２０が電源側電圧測定手段４で測定され、閉極制御手段１３に入力される。また、各相の変圧器側電圧（三相変圧器３の一次側の相電圧）２１が変圧器側電圧測定手段５で測定され、残留磁束算出手段６に入力される。なお、電源側電圧測定手段４および変圧器側電圧測定手段５としては、高電圧測定に一般的に用いられる計器用変圧器が用いられる。
【００１３】
制御装置１０００は、例えばマイクロコンピュータベースのコントローラで構成されており、残留磁束算出手段６、閉極順序決定手段８、目標閉極位相・時刻決定手段１０および閉極制御手段１３を備えている。
残留磁束算出手段６は、後に詳しく説明するように、開極指令１５が入力されると、開極指令１５入力時刻の前後における各相の変圧器側電圧２１から各相の残留磁束７、すなわち、三相変圧器３鉄心中の各相の残留磁束７を算出する。
閉極順序決定手段８は、三相遮断器２の各相の閉極順序９を決定する。本実施の形態では、各相のうち残留磁束算出手段６で求められた残留磁束７の絶対値が最も大きい相を閉極第一相とする。
目標閉極位相・時刻決定手段１０は、基準相の電源側電圧２０の位相０度を基準として、各相の目標閉極時刻１１を算出する。すなわち、後に詳しく説明するように、閉極順序決定手段８により決定された閉極第一相については、基準相の位相０度を基準点として、閉極第一相の残留磁束、並びに予め求められている三相遮断器２のプレアーク特性および閉極時間ばらつき特性に基づいて、投入点における定常磁束値と残留磁束値との最大誤差の絶対値である投入磁束誤差が最小となる閉極位相を算出して閉極第一相の目標閉極位相として設定し、基準点から閉極第一相の目標閉極位相までの時間を、閉極第一相の目標閉極時刻として設定する。また、残り二相については、基準相の位相０度を基準点として、予め求められている三相遮断器２のプレアーク特性および閉極時間ばらつき特性に基づいて、残留磁束が０である場合に投入磁束誤差が最小となる閉極位相を算出して残り二相の目標閉極位相として設定し、基準点から残り二相の目標閉極位相までの時間と予め設定しておいた三相電源１の周期の整数倍に相当する遅延時間とを合計した時間を、残り二相の目標閉極時刻として設定する。
閉極制御手段１３は、後に詳しく説明するように、閉極指令１２が入力されると、電源側電圧測定手段４から入力される基準相の電源側電圧２０の位相０度を基準点として、目標閉極位相・時刻決定手段１０で算出された各相の目標閉極時刻において各相を閉極させるように、三相遮断器２へ閉極制御信号１４を出力する。
【００１４】
以下、残留磁束算出手段６について図２を用いて詳細に説明する。
何らかの理由で三相遮断器２を動作させて三相変圧器３を三相電源１から遮断する必要が生じたとき、外部から開極指令１５が入力される。この開極指令１５は、直接三相遮断器２に通常の動作と同様にして遮断動作をさせる信号となるとともに、残留磁束算出手段６の入力信号となってこの残留磁束算出手段６による三相変圧器３の残留磁束演算の開始指令のための信号となる。
開極指令１５が入力されると、三相遮断器２の機械的な動作時間経過後に遮断器２が開極される。図２に示すように、開極後の変圧器側電圧２１は減衰振動をしながら収束して最終的にゼロ値となる。そこで、残留磁束算出手段６では、各相毎に、変圧器側電圧測定手段５から入力される変圧器側電圧２１を積分することによって磁束信号１００を算出し、開極指令１５が入力されてから変圧器側電圧２１がゼロ値に収束した時点の磁束値と開極指令１５が入力される前の磁束信号の中心値１０２との差を残留磁束７として算出し、各相の残留磁束７を残留磁束算出手段６に出力する。
【００１５】
上記のように、残留磁束算出手段６では、開極指令１５入力前後の変圧器側電圧２１を用いて残留磁束７を算出する。そこで、変圧器側電圧測定手段５では、例えば、三相変圧器３が三相電源１に投入された時点から各相の変圧器側電２１圧を測定し、開極指令１５が入力された時点から一定時間（少なくとも変圧器側電圧２１がゼロ値に収束するまでの時間であり、予め求めておく。）経過後に、測定を停止する。また、残留磁束算出手段６では、常に一定時間（開極指令１５が入力される前の磁束信号の中心値１０２を求めることができる程度の時間であり、例えば三相電源の１周期に相当する時間）分さかのぼった時間までの各相の変圧器側電圧２１を記憶しておくように構成しておき、開極指令１５が入力された時点から上記変圧器側電圧２１がゼロ値に収束するまでの一定時間経過後に記憶を停止する。このようにして、開極指令１５入力前後の変圧器側電圧２１を取得するように構成することができる。
【００１６】
なお、開極前の磁束信号１００の中心値が算出可能であって、かつ変圧器側電圧２１がゼロ値に収束する時点までの変圧器側電圧２１が得られるものであれば、他の構成であってもよい。例えば、開極指令１５の代わりに三相遮断器２の補助接点が開いた時点から一定時間経過後に上述の測定および記憶を停止することで、開極指令１５入力前後の変圧器側電圧２１を取得するように構成してもよいし、開極指令１５の代わりに、変圧器側電圧２１の実効値がゼロもしくは一定値以下となった時点で測定および記憶を停止することで、開極指令１５入力前後の変圧器側電圧２１を取得するように構成してもよい。
【００１７】
次に、目標閉極位相・時刻決定手段１０について詳細に説明する。
（１）閉極第一相の目標閉極位相および目標閉極時刻決定について
まず、三相遮断器２の特性について説明する。
閉極制御手段１３から閉極制御信号１４が出力されると、ある機械的な動作時間経過後に三相遮断器２の接触子が機械的に接触する。接触子が機械的に接触する瞬間を閉極と呼び、閉極制御信号が出力されてから閉極するまでの時間を閉極時間と呼んでいる。また、閉極前に先行放電によって主回路電流が流れ始めることが知られている。この先行放電をプレアークと呼び、主回路電流が流れ始める瞬間を投入と呼ぶ。さらに、閉極制御信号１４が出力されてから投入するまでの時間を投入時間と呼ぶ。
投入の瞬間は、三相遮断器２の接触子間に印加される電圧である極間電圧の絶対値に依存する。第一相投入時には変圧器側電圧２１がゼロであるので、極間電圧は電源側電圧２０に等しくなる。
【００１８】
図３に示した耐電圧直線２０１は時刻２０２に閉極させた遮断器における、ある時刻での接触子間の耐電圧値を示している。ある時刻において耐電圧値よりも極間電圧の絶対値２０４が低い場合は、接触子間の耐電圧が上回っているため投入されないが、耐電圧直線２０１と極間電圧の絶対値２０４との交点である図３中の点２０３では、接触子間の耐電圧が極間電圧の絶対値２０４以下となるのでプレアークが発生して投入が行われる。よって、目標閉極位相を決定する際にはプレアーク特性を考慮する必要がある。なお、以下では、耐電圧直線２０１と極間電圧の絶対値２０４との交点を投入点と称する。
ところで、三相変圧器３投入時に発生する励磁突入電流を抑制するためには、電源側電圧２０により投入後の定常状態において発生する磁束である定常磁束２０５と残留磁束７とが一致する瞬間で遮断器を投入すればよい。よって、図３に示した残留磁束７の場合、点２０２で閉極させれば、定常磁束２０５と残留磁束７とが一致する点２０６で投入されることになる。
【００１９】
しかし、三相遮断器３には機械的な動作ばらつきに起因して正規分布状の閉極時間ばらつきが存在するため、必ずしも、目標閉極位相で投入されるとは限らない。図３中に、閉極時間ばらつき２００を±１ｍｓｅｃとした場合の耐電圧直線の変動範囲を破線２２１と破線２２２で示している。また、三相遮断器３には極間の放電ばらつきが存在するので、耐電圧直線２０１は一定のばらつきを有することになる。図３中に耐電圧直線２０１の値が±１０％ばらついた場合の耐電圧直線の変動範囲を実線２２３と実線２２４で示している。これらのばらつきを考慮すると、図３に示した例では点２０７〜点２０８の範囲にある何れかの位相で投入されることになる。このときの残留磁束７と投入点における定常磁束２０５との最大誤差の絶対値を投入磁束誤差２０９と定義する。すなわち、三相遮断器３投入後の定常状態における変圧器磁束を定常磁束と定義すると、三相遮断器３のプレアーク特性および閉極時間ばらつきを考慮して算出された一定範囲（点２０６〜点２０８）内での投入点のばらつきによって発生する、投入点における定常磁束値と残留磁束値との最大誤差の絶対値を投入磁束誤差２０９と定義する。
投入磁束誤差２０９が大きくなるにつれて励磁突入電流は大きくなるので、励磁突入電流の最大値を抑制するために、残留磁束７に応じて投入磁束誤差が最小となる閉極位相を目標閉極位相として設定すればよいことになる。
【００２０】
以上の遮断器特性（三相遮断器２のプレアーク特性および閉極時間ばらつき特性）を考慮して残留磁束７に対応する目標閉極位相を求める方法について一例を示す。
定格電圧印加時における三相変圧器３磁束の振幅を定格値で規格化して１ＰＵ（Ｐｅｒ Ｕｎｉｔ）としたとき、閉極第一相の残留磁束が−０．５ＰＵであるとする。
閉極位相θｃを０度〜３６０度の範囲内で一定間隔（例えば１度刻み）で変化させて、各電圧位相を閉極位相としたときの投入磁束誤差２０９を求める。
【００２１】
まず、投入磁束誤差の求め方について示す。
三相遮断器２の閉極時間ばらつきが±１ｍｓｅｃ、耐電圧直線２０１の傾きのばらつきが±１０％であるとすると、閉極位相θｃを中心として
（θｃ−１ｍｓｅｃ）≦α≦（θｃ＋１ｍｓｅｃ）、
かつ耐電圧直線２０１の中心値ｒｃを中心として
ｒｃ×０．９≦ｒ≦ｒｃ×１．１、
の範囲内で｜定常磁束値−残留磁束値｜が最大となる値を求める。
【００２２】
具体的には、位相αと耐電圧直線２０１の傾きｒとを上記の範囲内で一定間隔毎に変化させて、耐電圧直線２０１と極間電圧の絶対値２０４との交点を求めていく。
電源側電圧ｙｐ１は、電圧の最大振幅を１ＰＵとして、ｙｐ１＝ｓｉｎθとおく。
変圧器側電圧ｙｔ１はゼロ（ｙｔ１＝０）であるで、
極間電圧ｙｉ１は、ｙｉ１＝ｙｐ１−ｙｔ１＝ｓｉｎθとなり、耐電圧直線ｙｗは、ｙｗ＝ｒ×（θ−α）となる。
交点は｜ｙｉ１｜＝ｙｗとなるθである。交点が複数の場合は電圧の絶対値が最大の交点を使用する。交点における定常磁束値ｂ１は電源側電圧より９０度位相が遅れているので、定常磁束２０５の最大振幅を１ＰＵとすると、
ｂ１＝ｓｉｎ（θ−９０°）
として求めることが出来る。
これを上記αとｒの範囲内で繰り返して定常磁束値を求めていく。この中で｜定常磁束値−残留磁束値｜の最大値が閉極位相θｃにおける投入磁束誤差である。
【００２３】
なお、三相遮断器２の閉極時間ばらつきの値、耐電圧直線の傾きおよび耐電圧直線の傾きのばらつき（プレアーク特性）については、事前に三相遮断器２の特性を調べた上で与えておくものとする。
【００２４】
例えば、閉極位相が点２０２であれば点２０３が耐電圧直線２０１と極間電圧の絶対値２０４との交点であり、そのときの定常磁束値は点２０６となる。これを閉極時間ばらつきおよび耐電圧直線の傾きのばらつきで繰り返すと定常磁束値の範囲は点２０７〜点２０８となる。残留磁束値７は点２０６であるので、投入磁束誤差は線分２０９に相当する。
【００２５】
以上の処理を、閉極位相θｃが０度〜３６０度の範囲内で繰り返して求めた投入磁束誤差の一例を図４に示す。この場合、θ１（度）で投入磁束誤差２０９が最小となるので、目標閉極位相はθ１である。したがって、θ１で閉極されるように目標閉極時刻を設定する。なお、このとき点２１１で投入されるように制御を行うことになる。
閉極第一相と基準相との位相差をＰ（度）とし、電源の周波数をｆ（Ｈｚ）とすると、基準相の０度点を基準点としたときの閉極第一相の目標閉極時刻Ｔ１（ｍｓｅｃ）は、
Ｔ１＝（（θ１＋Ｐ）／３６０）×（１０００／ｆ）
で求められる。
【００２６】
（２）残り二相の目標閉極位相および目標閉極時刻決定について
閉極第一相投入後、三相変圧器３の三角結線により、残り二相の変圧器側電圧には閉極第一相の逆位相で１／２の振幅の電圧が誘起される。また、鉄心磁束の均一化現象により残り二相に存在していた残留磁束による直流分は減衰し、閉極第一相投入後数サイクル経過すると直流分がほぼゼロになる性質がある。このような、直流分がほぼゼロになるサイクル数を予め実測により求めて設定しておくことによって、前記基準点から予め設定しておいた三相電源１の周期の整数倍に相当する遅延時間経過後においては残留磁束の影響を無視することができる。この性質を利用して、残り二相の目標閉極時刻は、前記基準点から予め設定しておいた三相電源の周期の整数倍に相当する遅延時間Ｋ（ｍｓｅｃ）経過後の特定位相とする。
【００２７】
残り二相の電源側電圧ｙｐ２、ｙｐ３は、それぞれ
ｙｐ２＝ｓｉｎ（θ−１２０°）
ｙｐ３＝ｓｉｎ（θ−２４０°）
変圧器側電圧ｙｔ２、ｙｔ３は、それぞれ、
ｙｔ２＝ｓｉｎ（θ−１８０°）／２
ｙｔ３＝ｓｉｎ（θ−１８０°）／２
となる。よって残り二相の極間電圧ｙｉ２、ｙｉ３は、それぞれ
ｙｉ２＝ｙｐ２−ｙｔ２＝（３１／２／２）×ｓｉｎ（θ−９０°）
ｙｉ３＝ｙｐ３−ｙｔ３＝−（３１／２／２）×ｓｉｎ（θ−９０°）
となる。
閉極第一相と同様に、耐電圧直線２０１と極間電圧の絶対値２０４との交点、すなわち
｜ｙｉ２｜＝｜ｙｉ３｜＝ｙｗ
となるθを求める。
残り二相の定常磁束値ｂ２、ｂ３は、それぞれ
ｂ２＝ｓｉｎ（θ−１２０°−９０°）
ｂ３＝ｓｉｎ（θ−２４０°−９０°）
として求めることが出来る。
残留磁束＝０として、閉極第一相と同様に投入磁束誤差が最小となる位相θ２（度）を求めればよい。なお、残り二相においてこの位相θ２は同一の値となる。
【００２８】
閉極第一相と基準相との位相差をＰ（度）とし、電源の周波数をｆ（Ｈｚ）とすると、基準相の０度点を基準点としたときの残り二相の目標閉極時刻Ｔ２（ｍｓｅｃ）およびＴ３（ｍｓｅｃ）は、
Ｔ２＝Ｔ３＝Ｋ＋（（θ２＋Ｐ）／３６０）×（１０００／ｆ）
で求められる。
【００２９】
なお、本実施の形態では、目標閉極位相決定手段と目標閉極時刻決定手段とを合わせた目標閉極位相・時刻決定手段１０を設けた場合について説明したが、目標閉極位相決定手段と目標閉極時刻決定手段とを別々に設けてもよいのは言うまでもない。
【００３０】
次に、閉極制御手段１３について詳細に説明する。
閉極指令１２が入力されると、目標閉極位相・時刻決定手段１０で得られたＴ１（ｍｓｅｃ）、Ｔ２（ｍｓｅｃ）、Ｔ３（ｍｓｅｃ）と、閉極第一、第二および第三相における次回の予測閉極時間Ｅ１（ｍｓｅｃ）、Ｅ２（ｍｓｅｃ）、Ｅ３（ｍｓｅｃ）とを用いて各相の制御信号出力ディレイＤ１（ｍｓｅｃ）、Ｄ２（ｍｓｅｃ）、Ｄ３（ｍｓｅｃ）を以下の式で算出する。ここで、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３は、予め測定しておいた、三相遮断器２の各相の閉極時間に基づいて決定してもよいし、三相遮断器２の動作条件である制御電圧・周囲温度・操作圧力を反映した補正を行った上で予測された閉極時間を用いてもよい。
【００３１】
なお、以下の式において、ｍｏｄ（Ａ、Ｂ）はＡをＢで割った余りに相当する。ｎはＤ１＞０かつＤ２＞０かつＤ３＞０でＤ１、Ｄ２、Ｄ３が最小となるような値である。＊は積を表す記号である。
Ｄ１＝１０００／ｆ＊（ｎ＋１）−ｍｏｄ（Ｅ１−Ｔ１、１０００／ｆ）
Ｄ２＝１０００／ｆ＊ｎ＋Ｄ１＋（Ｔ２−Ｔ１）＋（Ｅ１−Ｅ２）
Ｄ３＝１０００／ｆ＊ｎ＋Ｄ１＋（Ｔ３−Ｔ１）＋（Ｅ１−Ｅ３）
【００３２】
基準相の電源側電圧２０の位相０度点を検出した時点からタイマをスタートさせ、各相についてＤ１、Ｄ２、Ｄ３が経過した時点で閉極制御信号を各々出力する。基準相の電源側電圧２０の位相０度点の検出は、例えば、電源側電圧２０の値が負から正に変化するゼロクロス点を検出すればよい。
【００３３】
なお、上記では閉極制御手段１２の一構成例を示したが、基準相の電源側電圧２０の位相０度点から、目標閉極位相・時刻決定手段１０で得られた各相の目標閉極時刻Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３（ｍｓｅｃ）経過後において、三相遮断器２の各相を閉極させることがこの発明の主旨であり、この主旨を逸脱しない範囲での構成がこの発明に含まれることはいうまでもない。
【００３４】
遮断器特性を考慮すると、残留磁束の絶対値が大きくなるほど目標閉極時刻における投入磁束誤差が小さくなる性質があるが、本実施の形態によれば、閉極順序決定手段８において、各相のうち残留磁束の絶対値が最も大きい相を閉極第一相としたので、閉極第一相の励磁突入電流の最大値を抑制することができる。
また、目標閉極位相・時刻決定手段１０において、各相の目標閉極位相および時刻を三相遮断器２のプレアーク特性および閉極時間ばらつき特性並びに残留磁束に応じて決定するように構成したので、励磁突入電流の最大値を抑制することができる。
また、目標閉極位相・時刻決定手段１０において、残り二相（閉極第二相および第三相）の目標閉極時刻を、一相目が投入された後の変圧器鉄心における直流磁束分の減衰を考慮して決定するように構成したので、閉極第二相および第三相の励磁突入電流の最大値を抑制することができる。
したがって、過大な励磁突入電流の発生を防止することができる。
【００３５】
なお、上記実施の形態では、残留磁束算出手段６、閉極順序決定手段８、目標閉極位相・時刻決定手段１０および閉極制御手段１３が１つの制御装置１０００のマイクロコンピュータに実装されるソフトウェアプログラムあるいはソフトウェアプログラムおよびメモリにより実現されている場合について示したが、これに限るものではなく、それぞれ別の制御装置であってもよい。これは、以下の各実施の形態においても同様である。
【００３６】
実施の形態２．
図５は本発明の実施の形態２による変圧器励磁突入電流抑制装置を説明するための図であり、より具体的には、三相変圧器、三相遮断器および励磁突入電流抑制装置の主要部の構成を信号およびデータの流れと共に示すブロック回路図である。
【００３７】
本実施の形態では、実施の形態１で示した図１において、三相遮断器２の各相の開極を制御する開極制御手段６１６と開極制御信号１７を追加し、変圧器側電圧測定手段６０５で基準相の変圧器側電圧６２１を測定し、残留磁束算出手段６０６で基準相の残留磁束６０７を算出する。また、基準相を閉極第一相とするので、閉極順序決定手段８は不要である。他の構成は実施の形態１と同様であるので、以下では、実施の形態１と異なる点について主に説明する。
【００３８】
まず、開極制御手段６１６について説明する。
本実施の形態では、開極制御手段６１６は、残留磁束算出手段６、目標閉極位相・時刻決定手段１０および閉極制御手段１３と共に制御装置１０００に含まれている。
開極指令１５が入力されると、基準相以外の二相（これら二相を開極先行二相と称する。）に対して開極制御信号を同時に出力した後、予め設定しておいた時間Ｐ経過後に、基準相に対して開極制御信号を出力する。なお、時間Ｐは、開極先行二相に対して開極制御信号を同時に出力した時点から、後述する開極先行二相の磁束信号がほぼ同一値となり、かつ基準相の磁束信号の逆位相で振幅が定格の１／２となるまでの時間であり、予め求めておく。具体的には、例えば、時間Ｐは、三相電源１の周期の数倍程度に相当する時間である。
【００３９】
開極先行二相が開極されると、三相変圧器３の三角結線により、開極先行二相の変圧器側電圧には基準相の逆位相で１／２の振幅の電圧が誘起される。また、鉄心磁束の均一化現象により開極先行二相の鉄心磁束値が近づいていき、予め設定しておいた時間Ｐが経過すると磁束信号はほぼ同一値となり、かつ基準相の磁束信号の逆位相で振幅が定格の１／２となる。この状態で基準相を開極すると、開極直前の開極先行二相の磁束ピーク値は定格の１／２であるので、開極先行二相の残留磁束は１／２以下となる。また、基準相開極直前における開極先行二相の鉄心磁束値はほぼ同一であったので、開極先行二相の残留磁束は同一符号でほぼ同一値に収束する。三相変圧器３の三角結線により残留磁束の総和は０となるので、基準相の残留磁束は、開極先行二相と逆符号で相対的に大きな値（絶対値が開極先行二相の残留磁束のほぼ２倍）とすることができる。
【００４０】
したがって、実施の形態１のように、三相のうち残留磁束の絶対値が最も大きい相を閉極第一相とする閉極順序決定手段８を備えることなく、基準相を閉極第一相とすることができる。
【００４１】
目標閉極位相・時刻決定手段１０では、残留磁束算出手段６０６で算出された閉極第一相である基準相の残留磁束６０７を用いて、実施の形態１の場合と同様に、各相の目標閉極位相および目標閉極時刻を決定する。すなわち、詳細な説明は実施の形態１の場合と同様であるので省略するが、閉極第一相（基準相）については、基準相の位相０度を基準点として、基準相の残留磁束、並びに予め求められている三相遮断器２のプレアーク特性および閉極時間ばらつき特性に基づいて、投入磁束誤差が最小となる閉極位相を算出して基準相の目標閉極位相として設定し、基準点から基準相の目標閉極位相までの時間を、基準相の目標閉極時刻として設定する。また、残り二相（開極先行二相）については、基準相の位相０度を基準点として、予め求められている三相遮断器２のプレアーク特性および閉極時間ばらつき特性に基づいて、残留磁束が０である場合に投入磁束誤差が最小となる閉極位相を算出して残り二相の目標閉極位相として設定し、基準点から残り二相の目標閉極位相までの時間と予め設定しておいた三相電源の周期の整数倍に相当する遅延時間とを合計した時間を、残り二相の目標閉極時刻として設定する。
【００４２】
閉極制御手段１３では、実施の形態１の場合と同様に、閉極指令１２が入力されると、電源側電圧測定手段４から入力される基準相の電源側電圧２０の位相０度を基準点として、目標閉極位相・時刻決定手段１０で算出された各相の目標閉極時刻において各相を閉極させるように、三相遮断器２へ閉極制御信号１４を出力する。
【００４３】
以上説明したように、本実施の形態によれば、開極指令１５が入力されると、基準相以外の二相（開極先行二相）に対して開極制御信号を同時に出力した後、予め設定しておいた時間経過後に、基準相に対して開極制御信号を出力する開極制御手段６１６を備えたので、上記実施の形態１の効果に加えて次の効果が得られる。基準相以外の二相の残留磁束値をほぼ等しくすることができ、基準相投入後における残り二相の磁束の直流分は直ちにゼロとなる。よって、目標閉極時刻決定手段における遅延時間を最小化することができる。これにより、三相変圧器３が不平衡となる時間が短くなるので、三相変圧器３へのストレスを最小化できるとともに、制御による遅延を最小化できる。
また、変圧器側電圧の測定および残留磁束の算出は一相（基準相）についてのみ実施すればよい。その結果、変圧器側電圧測定のための計器を実施の形態１の３個から１個に減らすことができる。しかも、残留磁束算出手段６０６も実施の形態１のものに比べて簡略化できる。
さらに、閉極順序決定手段８が不要となる。
【００４４】
実施の形態３．
図６は本発明の実施の形態３による変圧器励磁突入電流抑制装置を説明するための図であり、より具体的には、各残留磁束に対する最小投入磁束誤差の関係の一例を示す特性図である。図６において、縦軸および横軸の単位はＰＵであり、例えば図３の縦軸と同様に、定格電圧印加時における三相変圧器３磁束の振幅を１ＰＵとして規格化して示している。
なお、三相変圧器、三相遮断器および励磁突入電流抑制装置の主要部の構成を信号およびデータの流れと共に示すブロック回路図は図１と同じである。
【００４５】
実施の形態１では、閉極順序決定手段８において、三相のうち残留磁束算出手段６で算出された残留磁束７の絶対値が最も大きい相を閉極第一相としたが、本実施の形態では、各相について、基準相の位相０度を基準点として、残留磁束、並びに予め求められている三相遮断器２のプレアーク特性および閉極時間ばらつき特性に基づいて、投入磁束誤差が最小となる閉極位相および最小投入磁束誤差をそれぞれ算出し、三相のうち最小投入磁束誤差が最も小さい相を閉極第一相とする。他の構成は実施の形態１と同様であるので、以下では、実施の形態１と異なる点について主に説明する。
【００４６】
以下、閉極順序決定手段８について説明する。
実施の形態１の「（１）閉極第一相の目標閉極位相および目標閉極時刻決定について」で説明したように、予め求められている三相遮断器２のプレアーク特性および閉極時間ばらつき特性に基づいて、投入磁束誤差が最小となる閉極位相および最小投入磁束誤差を、各残留磁束（例えば、残留磁束の絶対値（ＰＵ）が０、０．１、．．．０．９、１）についてそれぞれ算出することができる。図６は算出結果である。図６より、必ずしも残留磁束の絶対値が大きくなるほど目標閉極時刻における投入磁束誤差が小さくなっていないことがわかる。なお、図６のような特性は、全ての遮断器において得られるのではなく、特に、耐電圧直線の傾きが小さい遮断器において現れる。
例えば、各相（仮に、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相とする。）の残留磁束が（Ａ相、Ｂ相、Ｃ相）＝（＋０．８ＰＵ、−０．７ＰＵ、−０．１ＰＵ）であるとすると、図６より、Ｂ相の残留磁束に対応して求めた最小投入磁束誤差が最小となっていることが分かる。
【００４７】
そこで、閉極順序決定手段８では、各相について、基準相の位相０度を基準点として、残留磁束、並びに予め求められている三相遮断器２のプレアーク特性および閉極時間ばらつき特性に基づいて、投入磁束誤差が最小となる閉極位相および最小投入磁束誤差をそれぞれ算出し、三相のうち最小投入磁束誤差が最も小さい相を閉極第一相とする。このように、最小投入磁束誤差が最小となるＢ相を閉極第一相とすれば、投入時における投入磁束誤差を確実に最小にすることができる。すなわち、遮断器特性を考慮した閉極第一相の励磁突入電流の最大値を確実に抑制することができる。
【００４８】
目標閉極位相・時刻決定手段１０では、閉極順序決定手段８により決定された閉極第一相については、閉極順序決定手段８で算出された閉極第一相の投入磁束誤差が最小となる閉極位相を閉極第一相の目標閉極位相として設定し、基準点から閉極第一相の目標閉極位相までの時間を、閉極第一相の目標閉極時刻として設定する。また、残り二相については、基準相の位相０度を基準点として、予め求められている三相遮断器２のプレアーク特性および閉極時間ばらつき特性に基づいて、残留磁束が０である場合に投入磁束誤差が最小となる閉極位相を算出して残り二相の目標閉極位相として設定し、基準点から残り二相の目標閉極位相までの時間と予め設定しておいた三相電源の周期の整数倍に相当する遅延時間とを合計した時間を、残り二相の目標閉極時刻として設定する。
【００４９】
閉極制御手段１３では、実施の形態１の場合と同様に、閉極指令１２が入力されると、電源側電圧測定手段４から入力される基準相の電源側電圧２０の位相０度を基準点として、目標閉極位相・時刻決定手段１０で算出された各相の目標閉極時刻において各相を閉極させるように、三相遮断器２へ閉極制御信号１４を出力する。
【００５０】
以上説明したように、遮断器の耐電圧直線の傾きが小さい遮断器の場合、必ずしも残留磁束の絶対値が大きくなるほど目標閉極時刻における投入磁束誤差が小さくなるとは限らない。本実施の形態によれば、各相について、基準相の位相０度を基準点として、残留磁束、並びに予め求められている三相遮断器のプレアーク特性および閉極時間ばらつき特性に基づいて、投入磁束誤差が最小となる閉極位相および最小投入磁束誤差をそれぞれ算出し、三相のうち最小投入磁束誤差が最も小さい相を閉極第一相とする閉極順序決定手段８を備えたので、閉極第一相の励磁突入電流の最大値をより確実に抑制することができる。
したがって、過大な励磁突入電流の発生をより確実に防止することができる。
【００５１】
実施の形態４．
図７〜図９は本発明の実施の形態４による変圧器励磁突入電流抑制装置を説明するための図であり、より具体的には、図７は三相変圧器、三相遮断器および励磁突入電流抑制装置の主要部の構成を信号およびデータの流れと共に示すブロック回路図、図８は閉極指令信号、主回路電流および高域信号の関係を説明するためのタイミングチャート、図９は実測投入時間から実測閉極時間を算出する方法を説明するための位相特性を示す図である。
【００５２】
本実施の形態では、実施の形態２で示した図５において、各相の主回路電流７０４を測定する主回路電流測定手段７０１と、閉極制御手段１３から出力される各相の閉極制御信号１４、主回路電流測定手段７０１で測定される各相の主回路電流７０４、および予め求められている各相の耐電圧特性を用いて、各相の閉極制御信号１４が出力されてから閉極されるまでの実測閉極時間７０３を算出する閉極時間算出手段７０２とを備え、閉極制御手段７１３において、実測閉極時間７０２を基に閉極制御信号１４を補正する。他の構成は実施の形態２と同様であるので、以下では、実施の形態２と異なる点について主に説明する。なお、主回路電流測定手段７０１としては、電流測定に一般的に用いられる計器用変流器が用いられる。
【００５３】
まず、閉極時間算出手段７０２について説明する。
本実施の形態では、閉極時間算出手段７０２は、残留磁束算出手段６、目標閉極位相・時刻決定手段１０、閉極制御手段１３および開極制御手段６１６と共に制御装置１０００に含まれている。
図８に投入時の主回路電流７０２の様子の一例を示している。投入の瞬間には主回路電流７０２に高周波サージが発生するため、閉極制御信号１４が出力された時点から主回路電流７０２の計測を開始し、高周波帯域のみを取り出すことで投入の瞬間を強調した高域信号７２１を得る。そして、高域信号７２１がある閾値以上となった点を投入点７２３とし、閉極制御信号１４出力から投入点７２３までの時間を実測投入時間７２２とする。
【００５４】
実測投入時間７２２から実測閉極時間７０３を算出する方法を図９を用いて説明する。図９に示しているように、予め投入位相に対する極間電圧の絶対値の特性２０４がわかっているので、投入点７２３の投入位相から投入電圧７２６を知ることができる。投入電圧７２６を、予め測定しておいた耐電圧直線２０１の傾きで割り算することで、プレアーク時間７２５が算出される。この場合、閉極点は点７２４となる。実測閉極時間７０３は投入時間にプレアーク時間７２５を足した値として算出される。
【００５５】
閉極制御手段７１３について、実施の形態１で示した閉極制御手段１３と異なる点である、本実施の形態において追加された実測閉極時間を基に閉極制御信号を補正すること（予測閉極時間の補正）について主に説明する。
実施の形態１で示した閉極制御手段１３では、閉極指令１２が入力されると、目標閉極位相・時刻決定手段１０で得られたＴ１（ｍｓｅｃ）、Ｔ２（ｍｓｅｃ）、Ｔ３（ｍｓｅｃ）と、閉極第一、第二および第三相における次回の予測閉極時間Ｅ１（ｍｓｅｃ）、Ｅ２（ｍｓｅｃ）、Ｅ３（ｍｓｅｃ）とを用いて各相の制御信号出力ディレイＤ１（ｍｓｅｃ）、Ｄ２（ｍｓｅｃ）、Ｄ３（ｍｓｅｃ）を算出した。ここで、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３は、予め測定しておいた、三相遮断器２の各相の閉極時間に基づいて決定したり、三相遮断器２の動作条件である制御電圧・周囲温度・操作圧力を反映した補正を行った上で予測された閉極時間を用いたりした。
【００５６】
これに対して、本実施の形態では、次回の予測閉極時間Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３について、新たに、過去の動作履歴に基づいた補正（以下、動作履歴補正と称する。）を行う。例えば、実測閉極時間７０３と、動作履歴補正前の予測閉極時間について、過去ｎ回（例えば、過去１０回）についての誤差を求め、誤差に重み付けをして過去の動作履歴に基づいた補正時間ΔＴを算出する。すなわち、過去ｉ回目の動作における誤差に重み係数ｗ（ｉ）を乗じて過去ｎ回分にわたり加算し、補正時間ΔＴを算出する。
ΔＴ＝Σ｛ｗ（ｉ）×（実際の閉極時間（ｉ）−動作履歴補正前の予測閉極時間（ｉ））｝
（ｉ＝１〜ｎ）
重み係数ｗ（ｉ）は総和が１となるようにする。また、重み係数については、閉極時間の変動に対する応答性をよくするために、直近のデータに対する係数を大きくするのが望ましい。
予測閉極時間Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３は、動作履歴補正前の予測閉極時間に上記のΔＴを足した値とする。
【００５７】
以上説明したように、本実施の形態によれば、各相の主回路電流７０４を測定する主回路電流測定手段７０１と、閉極制御手段１３から出力される各相の閉極制御信号１４、主回路電流測定手段７０１で測定される各相の主回路電流７０４、および予め求められている各相の耐電圧特性を用いて、各相の閉極制御信号１４が出力されてから閉極されるまでの実測閉極時間７０３を算出する閉極時間算出手段７０２とを備え、閉極制御手段７１３において、実測閉極時間７０２を基に閉極制御信号１４を補正するので、各相をそれぞれの目標閉極時刻で正確に閉極させることができる。これにより、励磁突入電流をより確実に抑制することができる。
【００５８】
なお、図７では、本実施の形態を実施の形態２で示した変圧器励磁突入電流抑制装置に適用した場合について示したが、本実施の形態は、実施の形態１あるいは３で示した変圧器励磁突入電流抑制装置に適用してもよく、同様の効果が得られる。
【００５９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、一次巻線が中性点接地された星形結線であり二次または三次巻線が三角結線である三相変圧器と、この三相変圧器の三相電源への投入および三相電源からの遮断を行う三相遮断器とでなる三相回路で、前記三相遮断器が投入されたときに前記三相変圧器に発生する過渡電流としての励磁突入電流を抑制する変圧器励磁突入電流抑制装置であって、基準相となる三相のうちのいずれかの一相の電源側電圧を測定する電源側電圧測定手段と、各相の変圧器側電圧を測定する変圧器側電圧測定手段と、開極指令入力時刻前後における前記変圧器側電圧測定手段で測定された各相の変圧器側電圧を用いて、各相の残留磁束を算出する残留磁束算出手段と、三相のうち前記残留磁束算出手段で算出された残留磁束の絶対値が最も大きい相を閉極第一相とする閉極順序決定手段と、前記閉極第一相については、前記基準相の位相０度を基準点として、前記閉極第一相の残留磁束、並びに予め求められている前記三相遮断器のプレアーク特性および閉極時間ばらつき特性に基づいて、投入点における定常磁束値と残留磁束値との最大誤差の絶対値である投入磁束誤差が最小となる閉極位相を算出して閉極第一相の目標閉極位相として設定し、残り二相については、前記基準相の位相０度を基準点として、予め求められている前記三相遮断器のプレアーク特性および閉極時間ばらつき特性に基づいて、残留磁束が０である場合に前記投入磁束誤差が最小となる閉極位相を算出して残り二相の目標閉極位相として設定する目標閉極位相決定手段と、前記基準点から前記閉極第一相の目標閉極位相までの時間を、前記閉極第一相の目標閉極時刻として設定し、前記基準点から前記残り二相の目標閉極位相までの時間と予め設定しておいた三相電源の周期の整数倍に相当する遅延時間とを合計した時間を、前記残り二相の目標閉極時刻として設定する目標閉極時刻決定手段と、閉極指令が入力されると、前記電源側電圧測定手段から入力される基準相の電源側電圧の位相０度を基準点として、前記目標閉極時刻決定手段で算出された各相の目標閉極時刻において各相を閉極させるように、前記三相遮断器へ閉極制御信号を出力する閉極制御手段とを備えたので、励磁突入電流の最大値を抑制して過大な励磁突入電流の発生を防止することができる。
【００６０】
また、基準相となる三相のうちのいずれかの一相の電源側電圧を測定する電源側電圧測定手段と、前記基準相の変圧器側電圧を測定する変圧器側電圧測定手段と、開極指令が入力されると、前記基準相以外の二相に対して開極制御信号を同時に出力した後、予め設定しておいた時間経過後に、前記基準相に対して開極制御信号を出力する開極制御手段と、開極指令入力時刻前後における前記変圧器側電圧測定手段で測定された基準相の変圧器側電圧を用いて、前記基準相の残留磁束を算出する残留磁束算出手段と、前記基準相については、前記基準相の位相０度を基準点として、前記基準相の残留磁束、並びに予め求められている前記三相遮断器のプレアーク特性および閉極時間ばらつき特性に基づいて、投入点における定常磁束値と残留磁束値との最大誤差の絶対値である投入磁束誤差が最小となる閉極位相を算出して基準相の目標閉極位相として設定し、残り二相については、前記基準相の位相０度を基準点として、予め求められている前記三相遮断器のプレアーク特性および閉極時間ばらつき特性に基づいて、残留磁束が０である場合に前記投入磁束誤差が最小となる閉極位相を算出して残り二相の目標閉極位相として設定する目標閉極位相決定手段と、前記基準点から前記基準相の目標閉極位相までの時間を、前記基準相の目標閉極時刻として設定し、前記基準点から前記残り二相の目標閉極位相までの時間と予め設定しておいた三相電源の周期の整数倍に相当する遅延時間とを合計した時間を、前記残り二相の目標閉極時刻として設定する目標閉極時刻決定手段と、閉極指令が入力されると、前記電源側電圧測定手段から入力される基準相の電源側電圧の位相０度を基準点として、前記目標閉極時刻決定手段で算出された各相の目標閉極時刻において各相を閉極させるように、前記三相遮断器へ閉極制御信号を出力する閉極制御手段とを備えたので、励磁突入電流の最大値を抑制して過大な励磁突入電流の発生を防止することができる。さらに、三相変圧器へのストレスを最小化できるとともに、制御による遅延を最小化できる。
【００６１】
また、基準相となる三相のうちのいずれかの一相の電源側電圧を測定する電源側電圧測定手段と、各相の変圧器側電圧を測定する変圧器側電圧測定手段と、開極指令入力時刻前後における前記変圧器側電圧測定手段で測定された各相の変圧器側電圧を用いて、各相の残留磁束を算出する残留磁束算出手段と、前記各相について、前記基準相の位相０度を基準点として、前記残留磁束、並びに予め求められている前記三相遮断器のプレアーク特性および閉極時間ばらつき特性に基づいて、投入点における定常磁束値と残留磁束値との最大誤差の絶対値である投入磁束誤差が最小となる閉極位相および最小投入磁束誤差をそれぞれ算出し、三相のうち前記最小投入磁束誤差が最も小さい相を閉極第一相とする閉極順序決定手段と、前記閉極第一相については、前記閉極順序決定手段で算出された前記閉極第一相の前記投入磁束誤差が最小となる閉極位相を前記閉極第一相の目標閉極位相として設定し、残り二相については、前記基準相の位相０度を基準点として、予め求められている前記三相遮断器のプレアーク特性および閉極時間ばらつき特性に基づいて、残留磁束が０である場合に前記投入磁束誤差が最小となる閉極位相を算出して残り二相の目標閉極位相として設定する目標閉極位相決定手段と、前記基準点から前記閉極第一相の目標閉極位相までの時間を、前記閉極第一相の目標閉極時刻として設定し、前記基準点から前記残り二相の目標閉極位相までの時間と予め設定しておいた三相電源の周期の整数倍に相当する遅延時間とを合計した時間を、前記残り二相の目標閉極時刻として設定する目標閉極時刻決定手段と、閉極指令が入力されると、前記電源側電圧測定手段から入力される基準相の電源側電圧の位相０度を基準点として、前記目標閉極時刻決定手段で算出された各相の目標閉極時刻において各相を閉極させるように、前記三相遮断器へ閉極制御信号を出力する閉極制御手段とを備えたので、励磁突入電流の最大値をより確実に抑制して過大な励磁突入電流の発生をより確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１による変圧器励磁突入電流抑制装置を説明するための図である。
【図２】本発明の実施の形態１による変圧器励磁突入電流抑制装置を説明するための図である。
【図３】本発明の実施の形態１による変圧器励磁突入電流抑制装置を説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態１による変圧器励磁突入電流抑制装置を説明するための図である。
【図５】本発明の実施の形態２による変圧器励磁突入電流抑制装置を説明するための図である。
【図６】本発明の実施の形態３による変圧器励磁突入電流抑制装置を説明するための図である。
【図７】本発明の実施の形態４による変圧器励磁突入電流抑制装置を説明するための図である。
【図８】本発明の実施の形態４による変圧器励磁突入電流抑制装置を説明するための図である。
【図９】本発明の実施の形態４による変圧器励磁突入電流抑制装置を説明するための図である。
【符号の説明】
１ 三相電源、２ 三相遮断器、３ 三相変圧器、４ 電源側電圧測定手段、５，６０５ 変圧器側電圧測定手段、６，６０６ 残留磁束算出手段、７０２ 閉極時間算出手段、８ 閉極順序決定手段、１０ 目標閉極位相・時刻決定手段、１３，７１３ 閉極制御手段、１０００ 制御装置。
【発明の属する技術分野】
本発明は、変圧器を三相電源に投入する際に発生する励磁突入電流を抑制するための変圧器励磁突入電流抑制装置に関し、特に、一次巻線が中性点接地された星形結線であり二次または三次巻線が三角結線である三相変圧器の励磁突入電流を抑制する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
変圧器の励磁突入電流を抑制する方式の一つとして、三相電源の特定位相において遮断器を投入する位相制御投入方式が挙げられる。本発明は、位相制御投入方式を用いた変圧器励磁突入電流抑制装置に関するものである。
【０００３】
従来のこの種の変圧器励磁突入電流抑制装置においては、電子装置としての最適投入位相演算装置の入力信号に適するように三相変圧器の相電圧を降圧する降圧手段により、三相変圧器が遮断されたときの過渡的に変化し最終的に零になる各相の相電圧を降圧し、この降圧された３つの相電圧を入力信号として残留磁束演算手段により電圧を時間積分することによって三相変圧器の鉄心内の残留磁束を演算し、投入位相演算手段により投入時の磁束と投入位相および残留磁束との関係式から導出される計算式を用いて励磁突流の発生しない３相それぞれ異なる最適の投入位相を演算してこの演算結果を最適投入位相演算装置の出力信号とし、この出力信号を遮断器の位相制御装置の投入位相信号として遮断器で各相個別に投入させている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、別の、従来のこの種の変圧器励磁突入電流抑制装置においては、実用上の考慮点として、遮断器の機械的閉極時間ばらつき、遮断器のプレアークの影響等が挙げられている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特許第２６８５５７４号明細書（第４−１０頁、第１−１０図）
【非特許文献１】
ジョン．Ｈ．ブランキ アンド クラウス．Ｊ．フローリッヒ（John.H.Brunke and Klaus.J.Frohlich）著，「エリミネイション オブ トランスフォーマー インラッシュ カレント バイ コントロールド スイッチング（Elimination of Transformer Inrush Current by Controlled Switching）」，アイイーイーイー トランザクションズ オン パワー デリバリー（IEEE TRANSACTIONS ON POWER DELIVERY），（米国），２００１年４月，第１６巻，第２号，ｐ．２７６−２８５
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載された従来技術では、遮断器の機械的閉極時間ばらつきおよびプレアークの影響が考慮されておらず、これらの要素により最適投入位相からずれた点で投入が行われることがあり、その際に過大な励磁突入電流が発生してしまうという問題点があった。また、一相目が投入された後の残り二相の最適投入位相については、二次または三次巻線の三角結線によって発生する変圧器鉄心の直流磁束分の減衰が考慮されていないため、残り二相の最適投入位相が適切でなく、過大な励磁突入電流が発生してしまうという問題点があった。
また、非特許文献２に記載された従来技術では、遮断器の機械的閉極時間ばらつきおよびプレアークの影響の具体的な考慮の仕方が記載されていない。
【０００７】
本発明は、上記のような従来のものの問題点を解決するためになされたものであり、励磁突入電流の最大値を抑制して過大な励磁突入電流の発生を防止することができる変圧器励磁突入電流抑制装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る変圧器励磁突入電流抑制装置は、一次巻線が中性点接地された星形結線であり二次または三次巻線が三角結線である三相変圧器と、この三相変圧器の三相電源への投入および三相電源からの遮断を行う三相遮断器とでなる三相回路で、前記三相遮断器が投入されたときに前記三相変圧器に発生する過渡電流としての励磁突入電流を抑制する変圧器励磁突入電流抑制装置であって、基準相となる三相のうちのいずれかの一相の電源側電圧を測定する電源側電圧測定手段と、各相の変圧器側電圧を測定する変圧器側電圧測定手段と、開極指令入力時刻前後における前記変圧器側電圧測定手段で測定された各相の変圧器側電圧を用いて、各相の残留磁束を算出する残留磁束算出手段と、三相のうち前記残留磁束算出手段で算出された残留磁束の絶対値が最も大きい相を閉極第一相とする閉極順序決定手段と、前記閉極第一相については、前記基準相の位相０度を基準点として、前記閉極第一相の残留磁束、並びに予め求められている前記三相遮断器のプレアーク特性および閉極時間ばらつき特性に基づいて、投入点における定常磁束値と残留磁束値との最大誤差の絶対値である投入磁束誤差が最小となる閉極位相を算出して閉極第一相の目標閉極位相として設定し、残り二相については、前記基準相の位相０度を基準点として、予め求められている前記三相遮断器のプレアーク特性および閉極時間ばらつき特性に基づいて、残留磁束が０である場合に前記投入磁束誤差が最小となる閉極位相を算出して残り二相の目標閉極位相として設定する目標閉極位相決定手段と、前記基準点から前記閉極第一相の目標閉極位相までの時間を、前記閉極第一相の目標閉極時刻として設定し、前記基準点から前記残り二相の目標閉極位相までの時間と予め設定しておいた三相電源の周期の整数倍に相当する遅延時間とを合計した時間を、前記残り二相の目標閉極時刻として設定する目標閉極時刻決定手段と、閉極指令が入力されると、前記電源側電圧測定手段から入力される基準相の電源側電圧の位相０度を基準点として、前記目標閉極時刻決定手段で算出された各相の目標閉極時刻において各相を閉極させるように、前記三相遮断器へ閉極制御信号を出力する閉極制御手段とを備えたものである。
【０００９】
また、基準相となる三相のうちのいずれかの一相の電源側電圧を測定する電源側電圧測定手段と、前記基準相の変圧器側電圧を測定する変圧器側電圧測定手段と、開極指令が入力されると、前記基準相以外の二相に対して開極制御信号を同時に出力した後、予め設定しておいた時間経過後に、前記基準相に対して開極制御信号を出力する開極制御手段と、開極指令入力時刻前後における前記変圧器側電圧測定手段で測定された基準相の変圧器側電圧を用いて、前記基準相の残留磁束を算出する残留磁束算出手段と、前記基準相については、前記基準相の位相０度を基準点として、前記基準相の残留磁束、並びに予め求められている前記三相遮断器のプレアーク特性および閉極時間ばらつき特性に基づいて、投入点における定常磁束値と残留磁束値との最大誤差の絶対値である投入磁束誤差が最小となる閉極位相を算出して基準相の目標閉極位相として設定し、残り二相については、前記基準相の位相０度を基準点として、予め求められている前記三相遮断器のプレアーク特性および閉極時間ばらつき特性に基づいて、残留磁束が０である場合に前記投入磁束誤差が最小となる閉極位相を算出して残り二相の目標閉極位相として設定する目標閉極位相決定手段と、前記基準点から前記基準相の目標閉極位相までの時間を、前記基準相の目標閉極時刻として設定し、前記基準点から前記残り二相の目標閉極位相までの時間と予め設定しておいた三相電源の周期の整数倍に相当する遅延時間とを合計した時間を、前記残り二相の目標閉極時刻として設定する目標閉極時刻決定手段と、閉極指令が入力されると、前記電源側電圧測定手段から入力される基準相の電源側電圧の位相０度を基準点として、前記目標閉極時刻決定手段で算出された各相の目標閉極時刻において各相を閉極させるように、前記三相遮断器へ閉極制御信号を出力する閉極制御手段とを備えたものである。
【００１０】
また、基準相となる三相のうちのいずれかの一相の電源側電圧を測定する電源側電圧測定手段と、各相の変圧器側電圧を測定する変圧器側電圧測定手段と、開極指令入力時刻前後における前記変圧器側電圧測定手段で測定された各相の変圧器側電圧を用いて、各相の残留磁束を算出する残留磁束算出手段と、前記各相について、前記基準相の位相０度を基準点として、前記残留磁束、並びに予め求められている前記三相遮断器のプレアーク特性および閉極時間ばらつき特性に基づいて、投入点における定常磁束値と残留磁束値との最大誤差の絶対値である投入磁束誤差が最小となる閉極位相および最小投入磁束誤差をそれぞれ算出し、三相のうち前記最小投入磁束誤差が最も小さい相を閉極第一相とする閉極順序決定手段と、前記閉極第一相については、前記閉極順序決定手段で算出された前記閉極第一相の前記投入磁束誤差が最小となる閉極位相を前記閉極第一相の目標閉極位相として設定し、残り二相については、前記基準相の位相０度を基準点として、予め求められている前記三相遮断器のプレアーク特性および閉極時間ばらつき特性に基づいて、残留磁束が０である場合に前記投入磁束誤差が最小となる閉極位相を算出して残り二相の目標閉極位相として設定する目標閉極位相決定手段と、前記基準点から前記閉極第一相の目標閉極位相までの時間を、前記閉極第一相の目標閉極時刻として設定し、前記基準点から前記残り二相の目標閉極位相までの時間と予め設定しておいた三相電源の周期の整数倍に相当する遅延時間とを合計した時間を、前記残り二相の目標閉極時刻として設定する目標閉極時刻決定手段と、閉極指令が入力されると、前記電源側電圧測定手段から入力される基準相の電源側電圧の位相０度を基準点として、前記目標閉極時刻決定手段で算出された各相の目標閉極時刻において各相を閉極させるように、前記三相遮断器へ閉極制御信号を出力する閉極制御手段とを備えたものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１〜図４は本発明の実施の形態１による変圧器励磁突入電流抑制装置（以下、変圧器を省略して励磁突入電流抑制装置と称することもある。）を説明するための図であり、より具体的には、図１は三相変圧器、三相遮断器および励磁突入電流抑制装置の主要部の構成を信号およびデータの流れと共に示すブロック回路図、図２は開極指令信号、変圧器側電圧および磁束信号の関係を説明するためのタイミングチャート、図３は投入磁束誤差を説明するための位相特性を示す図、図４は各閉極位相（電圧位相）における投入磁束誤差の一例を示す特性図である。
【００１２】
三相変圧器３は星形結線の一次巻線と三角結線の二次または三次巻線とを備え、鉄心の図示は省略してある。一次巻線は三相電源１に三相遮断器２を介して接続されており、三相変圧器３の三相電源１への投入および三相電源１からの遮断の両方がこの三相遮断器２の開閉操作によって行われる。本実施の形態では、三相変圧器３が三相電源１から遮断されるときは、三相遮断器２は通常の三相遮断器と同じように三相の主接点を同時に動作させて三相一括開極される。一方、投入のときは、各相別々に制御された閉極位相に基づき閉極することのできる位相制御機能付の三相遮断器を用いている。
なお、本実施の形態では、三相電源１のうちのいずれかの一相を基準相と定義する。
基準相の電源側電圧２０が電源側電圧測定手段４で測定され、閉極制御手段１３に入力される。また、各相の変圧器側電圧（三相変圧器３の一次側の相電圧）２１が変圧器側電圧測定手段５で測定され、残留磁束算出手段６に入力される。なお、電源側電圧測定手段４および変圧器側電圧測定手段５としては、高電圧測定に一般的に用いられる計器用変圧器が用いられる。
【００１３】
制御装置１０００は、例えばマイクロコンピュータベースのコントローラで構成されており、残留磁束算出手段６、閉極順序決定手段８、目標閉極位相・時刻決定手段１０および閉極制御手段１３を備えている。
残留磁束算出手段６は、後に詳しく説明するように、開極指令１５が入力されると、開極指令１５入力時刻の前後における各相の変圧器側電圧２１から各相の残留磁束７、すなわち、三相変圧器３鉄心中の各相の残留磁束７を算出する。
閉極順序決定手段８は、三相遮断器２の各相の閉極順序９を決定する。本実施の形態では、各相のうち残留磁束算出手段６で求められた残留磁束７の絶対値が最も大きい相を閉極第一相とする。
目標閉極位相・時刻決定手段１０は、基準相の電源側電圧２０の位相０度を基準として、各相の目標閉極時刻１１を算出する。すなわち、後に詳しく説明するように、閉極順序決定手段８により決定された閉極第一相については、基準相の位相０度を基準点として、閉極第一相の残留磁束、並びに予め求められている三相遮断器２のプレアーク特性および閉極時間ばらつき特性に基づいて、投入点における定常磁束値と残留磁束値との最大誤差の絶対値である投入磁束誤差が最小となる閉極位相を算出して閉極第一相の目標閉極位相として設定し、基準点から閉極第一相の目標閉極位相までの時間を、閉極第一相の目標閉極時刻として設定する。また、残り二相については、基準相の位相０度を基準点として、予め求められている三相遮断器２のプレアーク特性および閉極時間ばらつき特性に基づいて、残留磁束が０である場合に投入磁束誤差が最小となる閉極位相を算出して残り二相の目標閉極位相として設定し、基準点から残り二相の目標閉極位相までの時間と予め設定しておいた三相電源１の周期の整数倍に相当する遅延時間とを合計した時間を、残り二相の目標閉極時刻として設定する。
閉極制御手段１３は、後に詳しく説明するように、閉極指令１２が入力されると、電源側電圧測定手段４から入力される基準相の電源側電圧２０の位相０度を基準点として、目標閉極位相・時刻決定手段１０で算出された各相の目標閉極時刻において各相を閉極させるように、三相遮断器２へ閉極制御信号１４を出力する。
【００１４】
以下、残留磁束算出手段６について図２を用いて詳細に説明する。
何らかの理由で三相遮断器２を動作させて三相変圧器３を三相電源１から遮断する必要が生じたとき、外部から開極指令１５が入力される。この開極指令１５は、直接三相遮断器２に通常の動作と同様にして遮断動作をさせる信号となるとともに、残留磁束算出手段６の入力信号となってこの残留磁束算出手段６による三相変圧器３の残留磁束演算の開始指令のための信号となる。
開極指令１５が入力されると、三相遮断器２の機械的な動作時間経過後に遮断器２が開極される。図２に示すように、開極後の変圧器側電圧２１は減衰振動をしながら収束して最終的にゼロ値となる。そこで、残留磁束算出手段６では、各相毎に、変圧器側電圧測定手段５から入力される変圧器側電圧２１を積分することによって磁束信号１００を算出し、開極指令１５が入力されてから変圧器側電圧２１がゼロ値に収束した時点の磁束値と開極指令１５が入力される前の磁束信号の中心値１０２との差を残留磁束７として算出し、各相の残留磁束７を残留磁束算出手段６に出力する。
【００１５】
上記のように、残留磁束算出手段６では、開極指令１５入力前後の変圧器側電圧２１を用いて残留磁束７を算出する。そこで、変圧器側電圧測定手段５では、例えば、三相変圧器３が三相電源１に投入された時点から各相の変圧器側電２１圧を測定し、開極指令１５が入力された時点から一定時間（少なくとも変圧器側電圧２１がゼロ値に収束するまでの時間であり、予め求めておく。）経過後に、測定を停止する。また、残留磁束算出手段６では、常に一定時間（開極指令１５が入力される前の磁束信号の中心値１０２を求めることができる程度の時間であり、例えば三相電源の１周期に相当する時間）分さかのぼった時間までの各相の変圧器側電圧２１を記憶しておくように構成しておき、開極指令１５が入力された時点から上記変圧器側電圧２１がゼロ値に収束するまでの一定時間経過後に記憶を停止する。このようにして、開極指令１５入力前後の変圧器側電圧２１を取得するように構成することができる。
【００１６】
なお、開極前の磁束信号１００の中心値が算出可能であって、かつ変圧器側電圧２１がゼロ値に収束する時点までの変圧器側電圧２１が得られるものであれば、他の構成であってもよい。例えば、開極指令１５の代わりに三相遮断器２の補助接点が開いた時点から一定時間経過後に上述の測定および記憶を停止することで、開極指令１５入力前後の変圧器側電圧２１を取得するように構成してもよいし、開極指令１５の代わりに、変圧器側電圧２１の実効値がゼロもしくは一定値以下となった時点で測定および記憶を停止することで、開極指令１５入力前後の変圧器側電圧２１を取得するように構成してもよい。
【００１７】
次に、目標閉極位相・時刻決定手段１０について詳細に説明する。
（１）閉極第一相の目標閉極位相および目標閉極時刻決定について
まず、三相遮断器２の特性について説明する。
閉極制御手段１３から閉極制御信号１４が出力されると、ある機械的な動作時間経過後に三相遮断器２の接触子が機械的に接触する。接触子が機械的に接触する瞬間を閉極と呼び、閉極制御信号が出力されてから閉極するまでの時間を閉極時間と呼んでいる。また、閉極前に先行放電によって主回路電流が流れ始めることが知られている。この先行放電をプレアークと呼び、主回路電流が流れ始める瞬間を投入と呼ぶ。さらに、閉極制御信号１４が出力されてから投入するまでの時間を投入時間と呼ぶ。
投入の瞬間は、三相遮断器２の接触子間に印加される電圧である極間電圧の絶対値に依存する。第一相投入時には変圧器側電圧２１がゼロであるので、極間電圧は電源側電圧２０に等しくなる。
【００１８】
図３に示した耐電圧直線２０１は時刻２０２に閉極させた遮断器における、ある時刻での接触子間の耐電圧値を示している。ある時刻において耐電圧値よりも極間電圧の絶対値２０４が低い場合は、接触子間の耐電圧が上回っているため投入されないが、耐電圧直線２０１と極間電圧の絶対値２０４との交点である図３中の点２０３では、接触子間の耐電圧が極間電圧の絶対値２０４以下となるのでプレアークが発生して投入が行われる。よって、目標閉極位相を決定する際にはプレアーク特性を考慮する必要がある。なお、以下では、耐電圧直線２０１と極間電圧の絶対値２０４との交点を投入点と称する。
ところで、三相変圧器３投入時に発生する励磁突入電流を抑制するためには、電源側電圧２０により投入後の定常状態において発生する磁束である定常磁束２０５と残留磁束７とが一致する瞬間で遮断器を投入すればよい。よって、図３に示した残留磁束７の場合、点２０２で閉極させれば、定常磁束２０５と残留磁束７とが一致する点２０６で投入されることになる。
【００１９】
しかし、三相遮断器３には機械的な動作ばらつきに起因して正規分布状の閉極時間ばらつきが存在するため、必ずしも、目標閉極位相で投入されるとは限らない。図３中に、閉極時間ばらつき２００を±１ｍｓｅｃとした場合の耐電圧直線の変動範囲を破線２２１と破線２２２で示している。また、三相遮断器３には極間の放電ばらつきが存在するので、耐電圧直線２０１は一定のばらつきを有することになる。図３中に耐電圧直線２０１の値が±１０％ばらついた場合の耐電圧直線の変動範囲を実線２２３と実線２２４で示している。これらのばらつきを考慮すると、図３に示した例では点２０７〜点２０８の範囲にある何れかの位相で投入されることになる。このときの残留磁束７と投入点における定常磁束２０５との最大誤差の絶対値を投入磁束誤差２０９と定義する。すなわち、三相遮断器３投入後の定常状態における変圧器磁束を定常磁束と定義すると、三相遮断器３のプレアーク特性および閉極時間ばらつきを考慮して算出された一定範囲（点２０６〜点２０８）内での投入点のばらつきによって発生する、投入点における定常磁束値と残留磁束値との最大誤差の絶対値を投入磁束誤差２０９と定義する。
投入磁束誤差２０９が大きくなるにつれて励磁突入電流は大きくなるので、励磁突入電流の最大値を抑制するために、残留磁束７に応じて投入磁束誤差が最小となる閉極位相を目標閉極位相として設定すればよいことになる。
【００２０】
以上の遮断器特性（三相遮断器２のプレアーク特性および閉極時間ばらつき特性）を考慮して残留磁束７に対応する目標閉極位相を求める方法について一例を示す。
定格電圧印加時における三相変圧器３磁束の振幅を定格値で規格化して１ＰＵ（Ｐｅｒ Ｕｎｉｔ）としたとき、閉極第一相の残留磁束が−０．５ＰＵであるとする。
閉極位相θｃを０度〜３６０度の範囲内で一定間隔（例えば１度刻み）で変化させて、各電圧位相を閉極位相としたときの投入磁束誤差２０９を求める。
【００２１】
まず、投入磁束誤差の求め方について示す。
三相遮断器２の閉極時間ばらつきが±１ｍｓｅｃ、耐電圧直線２０１の傾きのばらつきが±１０％であるとすると、閉極位相θｃを中心として
（θｃ−１ｍｓｅｃ）≦α≦（θｃ＋１ｍｓｅｃ）、
かつ耐電圧直線２０１の中心値ｒｃを中心として
ｒｃ×０．９≦ｒ≦ｒｃ×１．１、
の範囲内で｜定常磁束値−残留磁束値｜が最大となる値を求める。
【００２２】
具体的には、位相αと耐電圧直線２０１の傾きｒとを上記の範囲内で一定間隔毎に変化させて、耐電圧直線２０１と極間電圧の絶対値２０４との交点を求めていく。
電源側電圧ｙｐ１は、電圧の最大振幅を１ＰＵとして、ｙｐ１＝ｓｉｎθとおく。
変圧器側電圧ｙｔ１はゼロ（ｙｔ１＝０）であるで、
極間電圧ｙｉ１は、ｙｉ１＝ｙｐ１−ｙｔ１＝ｓｉｎθとなり、耐電圧直線ｙｗは、ｙｗ＝ｒ×（θ−α）となる。
交点は｜ｙｉ１｜＝ｙｗとなるθである。交点が複数の場合は電圧の絶対値が最大の交点を使用する。交点における定常磁束値ｂ１は電源側電圧より９０度位相が遅れているので、定常磁束２０５の最大振幅を１ＰＵとすると、
ｂ１＝ｓｉｎ（θ−９０°）
として求めることが出来る。
これを上記αとｒの範囲内で繰り返して定常磁束値を求めていく。この中で｜定常磁束値−残留磁束値｜の最大値が閉極位相θｃにおける投入磁束誤差である。
【００２３】
なお、三相遮断器２の閉極時間ばらつきの値、耐電圧直線の傾きおよび耐電圧直線の傾きのばらつき（プレアーク特性）については、事前に三相遮断器２の特性を調べた上で与えておくものとする。
【００２４】
例えば、閉極位相が点２０２であれば点２０３が耐電圧直線２０１と極間電圧の絶対値２０４との交点であり、そのときの定常磁束値は点２０６となる。これを閉極時間ばらつきおよび耐電圧直線の傾きのばらつきで繰り返すと定常磁束値の範囲は点２０７〜点２０８となる。残留磁束値７は点２０６であるので、投入磁束誤差は線分２０９に相当する。
【００２５】
以上の処理を、閉極位相θｃが０度〜３６０度の範囲内で繰り返して求めた投入磁束誤差の一例を図４に示す。この場合、θ１（度）で投入磁束誤差２０９が最小となるので、目標閉極位相はθ１である。したがって、θ１で閉極されるように目標閉極時刻を設定する。なお、このとき点２１１で投入されるように制御を行うことになる。
閉極第一相と基準相との位相差をＰ（度）とし、電源の周波数をｆ（Ｈｚ）とすると、基準相の０度点を基準点としたときの閉極第一相の目標閉極時刻Ｔ１（ｍｓｅｃ）は、
Ｔ１＝（（θ１＋Ｐ）／３６０）×（１０００／ｆ）
で求められる。
【００２６】
（２）残り二相の目標閉極位相および目標閉極時刻決定について
閉極第一相投入後、三相変圧器３の三角結線により、残り二相の変圧器側電圧には閉極第一相の逆位相で１／２の振幅の電圧が誘起される。また、鉄心磁束の均一化現象により残り二相に存在していた残留磁束による直流分は減衰し、閉極第一相投入後数サイクル経過すると直流分がほぼゼロになる性質がある。このような、直流分がほぼゼロになるサイクル数を予め実測により求めて設定しておくことによって、前記基準点から予め設定しておいた三相電源１の周期の整数倍に相当する遅延時間経過後においては残留磁束の影響を無視することができる。この性質を利用して、残り二相の目標閉極時刻は、前記基準点から予め設定しておいた三相電源の周期の整数倍に相当する遅延時間Ｋ（ｍｓｅｃ）経過後の特定位相とする。
【００２７】
残り二相の電源側電圧ｙｐ２、ｙｐ３は、それぞれ
ｙｐ２＝ｓｉｎ（θ−１２０°）
ｙｐ３＝ｓｉｎ（θ−２４０°）
変圧器側電圧ｙｔ２、ｙｔ３は、それぞれ、
ｙｔ２＝ｓｉｎ（θ−１８０°）／２
ｙｔ３＝ｓｉｎ（θ−１８０°）／２
となる。よって残り二相の極間電圧ｙｉ２、ｙｉ３は、それぞれ
ｙｉ２＝ｙｐ２−ｙｔ２＝（３１／２／２）×ｓｉｎ（θ−９０°）
ｙｉ３＝ｙｐ３−ｙｔ３＝−（３１／２／２）×ｓｉｎ（θ−９０°）
となる。
閉極第一相と同様に、耐電圧直線２０１と極間電圧の絶対値２０４との交点、すなわち
｜ｙｉ２｜＝｜ｙｉ３｜＝ｙｗ
となるθを求める。
残り二相の定常磁束値ｂ２、ｂ３は、それぞれ
ｂ２＝ｓｉｎ（θ−１２０°−９０°）
ｂ３＝ｓｉｎ（θ−２４０°−９０°）
として求めることが出来る。
残留磁束＝０として、閉極第一相と同様に投入磁束誤差が最小となる位相θ２（度）を求めればよい。なお、残り二相においてこの位相θ２は同一の値となる。
【００２８】
閉極第一相と基準相との位相差をＰ（度）とし、電源の周波数をｆ（Ｈｚ）とすると、基準相の０度点を基準点としたときの残り二相の目標閉極時刻Ｔ２（ｍｓｅｃ）およびＴ３（ｍｓｅｃ）は、
Ｔ２＝Ｔ３＝Ｋ＋（（θ２＋Ｐ）／３６０）×（１０００／ｆ）
で求められる。
【００２９】
なお、本実施の形態では、目標閉極位相決定手段と目標閉極時刻決定手段とを合わせた目標閉極位相・時刻決定手段１０を設けた場合について説明したが、目標閉極位相決定手段と目標閉極時刻決定手段とを別々に設けてもよいのは言うまでもない。
【００３０】
次に、閉極制御手段１３について詳細に説明する。
閉極指令１２が入力されると、目標閉極位相・時刻決定手段１０で得られたＴ１（ｍｓｅｃ）、Ｔ２（ｍｓｅｃ）、Ｔ３（ｍｓｅｃ）と、閉極第一、第二および第三相における次回の予測閉極時間Ｅ１（ｍｓｅｃ）、Ｅ２（ｍｓｅｃ）、Ｅ３（ｍｓｅｃ）とを用いて各相の制御信号出力ディレイＤ１（ｍｓｅｃ）、Ｄ２（ｍｓｅｃ）、Ｄ３（ｍｓｅｃ）を以下の式で算出する。ここで、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３は、予め測定しておいた、三相遮断器２の各相の閉極時間に基づいて決定してもよいし、三相遮断器２の動作条件である制御電圧・周囲温度・操作圧力を反映した補正を行った上で予測された閉極時間を用いてもよい。
【００３１】
なお、以下の式において、ｍｏｄ（Ａ、Ｂ）はＡをＢで割った余りに相当する。ｎはＤ１＞０かつＤ２＞０かつＤ３＞０でＤ１、Ｄ２、Ｄ３が最小となるような値である。＊は積を表す記号である。
Ｄ１＝１０００／ｆ＊（ｎ＋１）−ｍｏｄ（Ｅ１−Ｔ１、１０００／ｆ）
Ｄ２＝１０００／ｆ＊ｎ＋Ｄ１＋（Ｔ２−Ｔ１）＋（Ｅ１−Ｅ２）
Ｄ３＝１０００／ｆ＊ｎ＋Ｄ１＋（Ｔ３−Ｔ１）＋（Ｅ１−Ｅ３）
【００３２】
基準相の電源側電圧２０の位相０度点を検出した時点からタイマをスタートさせ、各相についてＤ１、Ｄ２、Ｄ３が経過した時点で閉極制御信号を各々出力する。基準相の電源側電圧２０の位相０度点の検出は、例えば、電源側電圧２０の値が負から正に変化するゼロクロス点を検出すればよい。
【００３３】
なお、上記では閉極制御手段１２の一構成例を示したが、基準相の電源側電圧２０の位相０度点から、目標閉極位相・時刻決定手段１０で得られた各相の目標閉極時刻Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３（ｍｓｅｃ）経過後において、三相遮断器２の各相を閉極させることがこの発明の主旨であり、この主旨を逸脱しない範囲での構成がこの発明に含まれることはいうまでもない。
【００３４】
遮断器特性を考慮すると、残留磁束の絶対値が大きくなるほど目標閉極時刻における投入磁束誤差が小さくなる性質があるが、本実施の形態によれば、閉極順序決定手段８において、各相のうち残留磁束の絶対値が最も大きい相を閉極第一相としたので、閉極第一相の励磁突入電流の最大値を抑制することができる。
また、目標閉極位相・時刻決定手段１０において、各相の目標閉極位相および時刻を三相遮断器２のプレアーク特性および閉極時間ばらつき特性並びに残留磁束に応じて決定するように構成したので、励磁突入電流の最大値を抑制することができる。
また、目標閉極位相・時刻決定手段１０において、残り二相（閉極第二相および第三相）の目標閉極時刻を、一相目が投入された後の変圧器鉄心における直流磁束分の減衰を考慮して決定するように構成したので、閉極第二相および第三相の励磁突入電流の最大値を抑制することができる。
したがって、過大な励磁突入電流の発生を防止することができる。
【００３５】
なお、上記実施の形態では、残留磁束算出手段６、閉極順序決定手段８、目標閉極位相・時刻決定手段１０および閉極制御手段１３が１つの制御装置１０００のマイクロコンピュータに実装されるソフトウェアプログラムあるいはソフトウェアプログラムおよびメモリにより実現されている場合について示したが、これに限るものではなく、それぞれ別の制御装置であってもよい。これは、以下の各実施の形態においても同様である。
【００３６】
実施の形態２．
図５は本発明の実施の形態２による変圧器励磁突入電流抑制装置を説明するための図であり、より具体的には、三相変圧器、三相遮断器および励磁突入電流抑制装置の主要部の構成を信号およびデータの流れと共に示すブロック回路図である。
【００３７】
本実施の形態では、実施の形態１で示した図１において、三相遮断器２の各相の開極を制御する開極制御手段６１６と開極制御信号１７を追加し、変圧器側電圧測定手段６０５で基準相の変圧器側電圧６２１を測定し、残留磁束算出手段６０６で基準相の残留磁束６０７を算出する。また、基準相を閉極第一相とするので、閉極順序決定手段８は不要である。他の構成は実施の形態１と同様であるので、以下では、実施の形態１と異なる点について主に説明する。
【００３８】
まず、開極制御手段６１６について説明する。
本実施の形態では、開極制御手段６１６は、残留磁束算出手段６、目標閉極位相・時刻決定手段１０および閉極制御手段１３と共に制御装置１０００に含まれている。
開極指令１５が入力されると、基準相以外の二相（これら二相を開極先行二相と称する。）に対して開極制御信号を同時に出力した後、予め設定しておいた時間Ｐ経過後に、基準相に対して開極制御信号を出力する。なお、時間Ｐは、開極先行二相に対して開極制御信号を同時に出力した時点から、後述する開極先行二相の磁束信号がほぼ同一値となり、かつ基準相の磁束信号の逆位相で振幅が定格の１／２となるまでの時間であり、予め求めておく。具体的には、例えば、時間Ｐは、三相電源１の周期の数倍程度に相当する時間である。
【００３９】
開極先行二相が開極されると、三相変圧器３の三角結線により、開極先行二相の変圧器側電圧には基準相の逆位相で１／２の振幅の電圧が誘起される。また、鉄心磁束の均一化現象により開極先行二相の鉄心磁束値が近づいていき、予め設定しておいた時間Ｐが経過すると磁束信号はほぼ同一値となり、かつ基準相の磁束信号の逆位相で振幅が定格の１／２となる。この状態で基準相を開極すると、開極直前の開極先行二相の磁束ピーク値は定格の１／２であるので、開極先行二相の残留磁束は１／２以下となる。また、基準相開極直前における開極先行二相の鉄心磁束値はほぼ同一であったので、開極先行二相の残留磁束は同一符号でほぼ同一値に収束する。三相変圧器３の三角結線により残留磁束の総和は０となるので、基準相の残留磁束は、開極先行二相と逆符号で相対的に大きな値（絶対値が開極先行二相の残留磁束のほぼ２倍）とすることができる。
【００４０】
したがって、実施の形態１のように、三相のうち残留磁束の絶対値が最も大きい相を閉極第一相とする閉極順序決定手段８を備えることなく、基準相を閉極第一相とすることができる。
【００４１】
目標閉極位相・時刻決定手段１０では、残留磁束算出手段６０６で算出された閉極第一相である基準相の残留磁束６０７を用いて、実施の形態１の場合と同様に、各相の目標閉極位相および目標閉極時刻を決定する。すなわち、詳細な説明は実施の形態１の場合と同様であるので省略するが、閉極第一相（基準相）については、基準相の位相０度を基準点として、基準相の残留磁束、並びに予め求められている三相遮断器２のプレアーク特性および閉極時間ばらつき特性に基づいて、投入磁束誤差が最小となる閉極位相を算出して基準相の目標閉極位相として設定し、基準点から基準相の目標閉極位相までの時間を、基準相の目標閉極時刻として設定する。また、残り二相（開極先行二相）については、基準相の位相０度を基準点として、予め求められている三相遮断器２のプレアーク特性および閉極時間ばらつき特性に基づいて、残留磁束が０である場合に投入磁束誤差が最小となる閉極位相を算出して残り二相の目標閉極位相として設定し、基準点から残り二相の目標閉極位相までの時間と予め設定しておいた三相電源の周期の整数倍に相当する遅延時間とを合計した時間を、残り二相の目標閉極時刻として設定する。
【００４２】
閉極制御手段１３では、実施の形態１の場合と同様に、閉極指令１２が入力されると、電源側電圧測定手段４から入力される基準相の電源側電圧２０の位相０度を基準点として、目標閉極位相・時刻決定手段１０で算出された各相の目標閉極時刻において各相を閉極させるように、三相遮断器２へ閉極制御信号１４を出力する。
【００４３】
以上説明したように、本実施の形態によれば、開極指令１５が入力されると、基準相以外の二相（開極先行二相）に対して開極制御信号を同時に出力した後、予め設定しておいた時間経過後に、基準相に対して開極制御信号を出力する開極制御手段６１６を備えたので、上記実施の形態１の効果に加えて次の効果が得られる。基準相以外の二相の残留磁束値をほぼ等しくすることができ、基準相投入後における残り二相の磁束の直流分は直ちにゼロとなる。よって、目標閉極時刻決定手段における遅延時間を最小化することができる。これにより、三相変圧器３が不平衡となる時間が短くなるので、三相変圧器３へのストレスを最小化できるとともに、制御による遅延を最小化できる。
また、変圧器側電圧の測定および残留磁束の算出は一相（基準相）についてのみ実施すればよい。その結果、変圧器側電圧測定のための計器を実施の形態１の３個から１個に減らすことができる。しかも、残留磁束算出手段６０６も実施の形態１のものに比べて簡略化できる。
さらに、閉極順序決定手段８が不要となる。
【００４４】
実施の形態３．
図６は本発明の実施の形態３による変圧器励磁突入電流抑制装置を説明するための図であり、より具体的には、各残留磁束に対する最小投入磁束誤差の関係の一例を示す特性図である。図６において、縦軸および横軸の単位はＰＵであり、例えば図３の縦軸と同様に、定格電圧印加時における三相変圧器３磁束の振幅を１ＰＵとして規格化して示している。
なお、三相変圧器、三相遮断器および励磁突入電流抑制装置の主要部の構成を信号およびデータの流れと共に示すブロック回路図は図１と同じである。
【００４５】
実施の形態１では、閉極順序決定手段８において、三相のうち残留磁束算出手段６で算出された残留磁束７の絶対値が最も大きい相を閉極第一相としたが、本実施の形態では、各相について、基準相の位相０度を基準点として、残留磁束、並びに予め求められている三相遮断器２のプレアーク特性および閉極時間ばらつき特性に基づいて、投入磁束誤差が最小となる閉極位相および最小投入磁束誤差をそれぞれ算出し、三相のうち最小投入磁束誤差が最も小さい相を閉極第一相とする。他の構成は実施の形態１と同様であるので、以下では、実施の形態１と異なる点について主に説明する。
【００４６】
以下、閉極順序決定手段８について説明する。
実施の形態１の「（１）閉極第一相の目標閉極位相および目標閉極時刻決定について」で説明したように、予め求められている三相遮断器２のプレアーク特性および閉極時間ばらつき特性に基づいて、投入磁束誤差が最小となる閉極位相および最小投入磁束誤差を、各残留磁束（例えば、残留磁束の絶対値（ＰＵ）が０、０．１、．．．０．９、１）についてそれぞれ算出することができる。図６は算出結果である。図６より、必ずしも残留磁束の絶対値が大きくなるほど目標閉極時刻における投入磁束誤差が小さくなっていないことがわかる。なお、図６のような特性は、全ての遮断器において得られるのではなく、特に、耐電圧直線の傾きが小さい遮断器において現れる。
例えば、各相（仮に、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相とする。）の残留磁束が（Ａ相、Ｂ相、Ｃ相）＝（＋０．８ＰＵ、−０．７ＰＵ、−０．１ＰＵ）であるとすると、図６より、Ｂ相の残留磁束に対応して求めた最小投入磁束誤差が最小となっていることが分かる。
【００４７】
そこで、閉極順序決定手段８では、各相について、基準相の位相０度を基準点として、残留磁束、並びに予め求められている三相遮断器２のプレアーク特性および閉極時間ばらつき特性に基づいて、投入磁束誤差が最小となる閉極位相および最小投入磁束誤差をそれぞれ算出し、三相のうち最小投入磁束誤差が最も小さい相を閉極第一相とする。このように、最小投入磁束誤差が最小となるＢ相を閉極第一相とすれば、投入時における投入磁束誤差を確実に最小にすることができる。すなわち、遮断器特性を考慮した閉極第一相の励磁突入電流の最大値を確実に抑制することができる。
【００４８】
目標閉極位相・時刻決定手段１０では、閉極順序決定手段８により決定された閉極第一相については、閉極順序決定手段８で算出された閉極第一相の投入磁束誤差が最小となる閉極位相を閉極第一相の目標閉極位相として設定し、基準点から閉極第一相の目標閉極位相までの時間を、閉極第一相の目標閉極時刻として設定する。また、残り二相については、基準相の位相０度を基準点として、予め求められている三相遮断器２のプレアーク特性および閉極時間ばらつき特性に基づいて、残留磁束が０である場合に投入磁束誤差が最小となる閉極位相を算出して残り二相の目標閉極位相として設定し、基準点から残り二相の目標閉極位相までの時間と予め設定しておいた三相電源の周期の整数倍に相当する遅延時間とを合計した時間を、残り二相の目標閉極時刻として設定する。
【００４９】
閉極制御手段１３では、実施の形態１の場合と同様に、閉極指令１２が入力されると、電源側電圧測定手段４から入力される基準相の電源側電圧２０の位相０度を基準点として、目標閉極位相・時刻決定手段１０で算出された各相の目標閉極時刻において各相を閉極させるように、三相遮断器２へ閉極制御信号１４を出力する。
【００５０】
以上説明したように、遮断器の耐電圧直線の傾きが小さい遮断器の場合、必ずしも残留磁束の絶対値が大きくなるほど目標閉極時刻における投入磁束誤差が小さくなるとは限らない。本実施の形態によれば、各相について、基準相の位相０度を基準点として、残留磁束、並びに予め求められている三相遮断器のプレアーク特性および閉極時間ばらつき特性に基づいて、投入磁束誤差が最小となる閉極位相および最小投入磁束誤差をそれぞれ算出し、三相のうち最小投入磁束誤差が最も小さい相を閉極第一相とする閉極順序決定手段８を備えたので、閉極第一相の励磁突入電流の最大値をより確実に抑制することができる。
したがって、過大な励磁突入電流の発生をより確実に防止することができる。
【００５１】
実施の形態４．
図７〜図９は本発明の実施の形態４による変圧器励磁突入電流抑制装置を説明するための図であり、より具体的には、図７は三相変圧器、三相遮断器および励磁突入電流抑制装置の主要部の構成を信号およびデータの流れと共に示すブロック回路図、図８は閉極指令信号、主回路電流および高域信号の関係を説明するためのタイミングチャート、図９は実測投入時間から実測閉極時間を算出する方法を説明するための位相特性を示す図である。
【００５２】
本実施の形態では、実施の形態２で示した図５において、各相の主回路電流７０４を測定する主回路電流測定手段７０１と、閉極制御手段１３から出力される各相の閉極制御信号１４、主回路電流測定手段７０１で測定される各相の主回路電流７０４、および予め求められている各相の耐電圧特性を用いて、各相の閉極制御信号１４が出力されてから閉極されるまでの実測閉極時間７０３を算出する閉極時間算出手段７０２とを備え、閉極制御手段７１３において、実測閉極時間７０２を基に閉極制御信号１４を補正する。他の構成は実施の形態２と同様であるので、以下では、実施の形態２と異なる点について主に説明する。なお、主回路電流測定手段７０１としては、電流測定に一般的に用いられる計器用変流器が用いられる。
【００５３】
まず、閉極時間算出手段７０２について説明する。
本実施の形態では、閉極時間算出手段７０２は、残留磁束算出手段６、目標閉極位相・時刻決定手段１０、閉極制御手段１３および開極制御手段６１６と共に制御装置１０００に含まれている。
図８に投入時の主回路電流７０２の様子の一例を示している。投入の瞬間には主回路電流７０２に高周波サージが発生するため、閉極制御信号１４が出力された時点から主回路電流７０２の計測を開始し、高周波帯域のみを取り出すことで投入の瞬間を強調した高域信号７２１を得る。そして、高域信号７２１がある閾値以上となった点を投入点７２３とし、閉極制御信号１４出力から投入点７２３までの時間を実測投入時間７２２とする。
【００５４】
実測投入時間７２２から実測閉極時間７０３を算出する方法を図９を用いて説明する。図９に示しているように、予め投入位相に対する極間電圧の絶対値の特性２０４がわかっているので、投入点７２３の投入位相から投入電圧７２６を知ることができる。投入電圧７２６を、予め測定しておいた耐電圧直線２０１の傾きで割り算することで、プレアーク時間７２５が算出される。この場合、閉極点は点７２４となる。実測閉極時間７０３は投入時間にプレアーク時間７２５を足した値として算出される。
【００５５】
閉極制御手段７１３について、実施の形態１で示した閉極制御手段１３と異なる点である、本実施の形態において追加された実測閉極時間を基に閉極制御信号を補正すること（予測閉極時間の補正）について主に説明する。
実施の形態１で示した閉極制御手段１３では、閉極指令１２が入力されると、目標閉極位相・時刻決定手段１０で得られたＴ１（ｍｓｅｃ）、Ｔ２（ｍｓｅｃ）、Ｔ３（ｍｓｅｃ）と、閉極第一、第二および第三相における次回の予測閉極時間Ｅ１（ｍｓｅｃ）、Ｅ２（ｍｓｅｃ）、Ｅ３（ｍｓｅｃ）とを用いて各相の制御信号出力ディレイＤ１（ｍｓｅｃ）、Ｄ２（ｍｓｅｃ）、Ｄ３（ｍｓｅｃ）を算出した。ここで、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３は、予め測定しておいた、三相遮断器２の各相の閉極時間に基づいて決定したり、三相遮断器２の動作条件である制御電圧・周囲温度・操作圧力を反映した補正を行った上で予測された閉極時間を用いたりした。
【００５６】
これに対して、本実施の形態では、次回の予測閉極時間Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３について、新たに、過去の動作履歴に基づいた補正（以下、動作履歴補正と称する。）を行う。例えば、実測閉極時間７０３と、動作履歴補正前の予測閉極時間について、過去ｎ回（例えば、過去１０回）についての誤差を求め、誤差に重み付けをして過去の動作履歴に基づいた補正時間ΔＴを算出する。すなわち、過去ｉ回目の動作における誤差に重み係数ｗ（ｉ）を乗じて過去ｎ回分にわたり加算し、補正時間ΔＴを算出する。
ΔＴ＝Σ｛ｗ（ｉ）×（実際の閉極時間（ｉ）−動作履歴補正前の予測閉極時間（ｉ））｝
（ｉ＝１〜ｎ）
重み係数ｗ（ｉ）は総和が１となるようにする。また、重み係数については、閉極時間の変動に対する応答性をよくするために、直近のデータに対する係数を大きくするのが望ましい。
予測閉極時間Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３は、動作履歴補正前の予測閉極時間に上記のΔＴを足した値とする。
【００５７】
以上説明したように、本実施の形態によれば、各相の主回路電流７０４を測定する主回路電流測定手段７０１と、閉極制御手段１３から出力される各相の閉極制御信号１４、主回路電流測定手段７０１で測定される各相の主回路電流７０４、および予め求められている各相の耐電圧特性を用いて、各相の閉極制御信号１４が出力されてから閉極されるまでの実測閉極時間７０３を算出する閉極時間算出手段７０２とを備え、閉極制御手段７１３において、実測閉極時間７０２を基に閉極制御信号１４を補正するので、各相をそれぞれの目標閉極時刻で正確に閉極させることができる。これにより、励磁突入電流をより確実に抑制することができる。
【００５８】
なお、図７では、本実施の形態を実施の形態２で示した変圧器励磁突入電流抑制装置に適用した場合について示したが、本実施の形態は、実施の形態１あるいは３で示した変圧器励磁突入電流抑制装置に適用してもよく、同様の効果が得られる。
【００５９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、一次巻線が中性点接地された星形結線であり二次または三次巻線が三角結線である三相変圧器と、この三相変圧器の三相電源への投入および三相電源からの遮断を行う三相遮断器とでなる三相回路で、前記三相遮断器が投入されたときに前記三相変圧器に発生する過渡電流としての励磁突入電流を抑制する変圧器励磁突入電流抑制装置であって、基準相となる三相のうちのいずれかの一相の電源側電圧を測定する電源側電圧測定手段と、各相の変圧器側電圧を測定する変圧器側電圧測定手段と、開極指令入力時刻前後における前記変圧器側電圧測定手段で測定された各相の変圧器側電圧を用いて、各相の残留磁束を算出する残留磁束算出手段と、三相のうち前記残留磁束算出手段で算出された残留磁束の絶対値が最も大きい相を閉極第一相とする閉極順序決定手段と、前記閉極第一相については、前記基準相の位相０度を基準点として、前記閉極第一相の残留磁束、並びに予め求められている前記三相遮断器のプレアーク特性および閉極時間ばらつき特性に基づいて、投入点における定常磁束値と残留磁束値との最大誤差の絶対値である投入磁束誤差が最小となる閉極位相を算出して閉極第一相の目標閉極位相として設定し、残り二相については、前記基準相の位相０度を基準点として、予め求められている前記三相遮断器のプレアーク特性および閉極時間ばらつき特性に基づいて、残留磁束が０である場合に前記投入磁束誤差が最小となる閉極位相を算出して残り二相の目標閉極位相として設定する目標閉極位相決定手段と、前記基準点から前記閉極第一相の目標閉極位相までの時間を、前記閉極第一相の目標閉極時刻として設定し、前記基準点から前記残り二相の目標閉極位相までの時間と予め設定しておいた三相電源の周期の整数倍に相当する遅延時間とを合計した時間を、前記残り二相の目標閉極時刻として設定する目標閉極時刻決定手段と、閉極指令が入力されると、前記電源側電圧測定手段から入力される基準相の電源側電圧の位相０度を基準点として、前記目標閉極時刻決定手段で算出された各相の目標閉極時刻において各相を閉極させるように、前記三相遮断器へ閉極制御信号を出力する閉極制御手段とを備えたので、励磁突入電流の最大値を抑制して過大な励磁突入電流の発生を防止することができる。
【００６０】
また、基準相となる三相のうちのいずれかの一相の電源側電圧を測定する電源側電圧測定手段と、前記基準相の変圧器側電圧を測定する変圧器側電圧測定手段と、開極指令が入力されると、前記基準相以外の二相に対して開極制御信号を同時に出力した後、予め設定しておいた時間経過後に、前記基準相に対して開極制御信号を出力する開極制御手段と、開極指令入力時刻前後における前記変圧器側電圧測定手段で測定された基準相の変圧器側電圧を用いて、前記基準相の残留磁束を算出する残留磁束算出手段と、前記基準相については、前記基準相の位相０度を基準点として、前記基準相の残留磁束、並びに予め求められている前記三相遮断器のプレアーク特性および閉極時間ばらつき特性に基づいて、投入点における定常磁束値と残留磁束値との最大誤差の絶対値である投入磁束誤差が最小となる閉極位相を算出して基準相の目標閉極位相として設定し、残り二相については、前記基準相の位相０度を基準点として、予め求められている前記三相遮断器のプレアーク特性および閉極時間ばらつき特性に基づいて、残留磁束が０である場合に前記投入磁束誤差が最小となる閉極位相を算出して残り二相の目標閉極位相として設定する目標閉極位相決定手段と、前記基準点から前記基準相の目標閉極位相までの時間を、前記基準相の目標閉極時刻として設定し、前記基準点から前記残り二相の目標閉極位相までの時間と予め設定しておいた三相電源の周期の整数倍に相当する遅延時間とを合計した時間を、前記残り二相の目標閉極時刻として設定する目標閉極時刻決定手段と、閉極指令が入力されると、前記電源側電圧測定手段から入力される基準相の電源側電圧の位相０度を基準点として、前記目標閉極時刻決定手段で算出された各相の目標閉極時刻において各相を閉極させるように、前記三相遮断器へ閉極制御信号を出力する閉極制御手段とを備えたので、励磁突入電流の最大値を抑制して過大な励磁突入電流の発生を防止することができる。さらに、三相変圧器へのストレスを最小化できるとともに、制御による遅延を最小化できる。
【００６１】
また、基準相となる三相のうちのいずれかの一相の電源側電圧を測定する電源側電圧測定手段と、各相の変圧器側電圧を測定する変圧器側電圧測定手段と、開極指令入力時刻前後における前記変圧器側電圧測定手段で測定された各相の変圧器側電圧を用いて、各相の残留磁束を算出する残留磁束算出手段と、前記各相について、前記基準相の位相０度を基準点として、前記残留磁束、並びに予め求められている前記三相遮断器のプレアーク特性および閉極時間ばらつき特性に基づいて、投入点における定常磁束値と残留磁束値との最大誤差の絶対値である投入磁束誤差が最小となる閉極位相および最小投入磁束誤差をそれぞれ算出し、三相のうち前記最小投入磁束誤差が最も小さい相を閉極第一相とする閉極順序決定手段と、前記閉極第一相については、前記閉極順序決定手段で算出された前記閉極第一相の前記投入磁束誤差が最小となる閉極位相を前記閉極第一相の目標閉極位相として設定し、残り二相については、前記基準相の位相０度を基準点として、予め求められている前記三相遮断器のプレアーク特性および閉極時間ばらつき特性に基づいて、残留磁束が０である場合に前記投入磁束誤差が最小となる閉極位相を算出して残り二相の目標閉極位相として設定する目標閉極位相決定手段と、前記基準点から前記閉極第一相の目標閉極位相までの時間を、前記閉極第一相の目標閉極時刻として設定し、前記基準点から前記残り二相の目標閉極位相までの時間と予め設定しておいた三相電源の周期の整数倍に相当する遅延時間とを合計した時間を、前記残り二相の目標閉極時刻として設定する目標閉極時刻決定手段と、閉極指令が入力されると、前記電源側電圧測定手段から入力される基準相の電源側電圧の位相０度を基準点として、前記目標閉極時刻決定手段で算出された各相の目標閉極時刻において各相を閉極させるように、前記三相遮断器へ閉極制御信号を出力する閉極制御手段とを備えたので、励磁突入電流の最大値をより確実に抑制して過大な励磁突入電流の発生をより確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１による変圧器励磁突入電流抑制装置を説明するための図である。
【図２】本発明の実施の形態１による変圧器励磁突入電流抑制装置を説明するための図である。
【図３】本発明の実施の形態１による変圧器励磁突入電流抑制装置を説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態１による変圧器励磁突入電流抑制装置を説明するための図である。
【図５】本発明の実施の形態２による変圧器励磁突入電流抑制装置を説明するための図である。
【図６】本発明の実施の形態３による変圧器励磁突入電流抑制装置を説明するための図である。
【図７】本発明の実施の形態４による変圧器励磁突入電流抑制装置を説明するための図である。
【図８】本発明の実施の形態４による変圧器励磁突入電流抑制装置を説明するための図である。
【図９】本発明の実施の形態４による変圧器励磁突入電流抑制装置を説明するための図である。
【符号の説明】
１ 三相電源、２ 三相遮断器、３ 三相変圧器、４ 電源側電圧測定手段、５，６０５ 変圧器側電圧測定手段、６，６０６ 残留磁束算出手段、７０２ 閉極時間算出手段、８ 閉極順序決定手段、１０ 目標閉極位相・時刻決定手段、１３，７１３ 閉極制御手段、１０００ 制御装置。
Claims (4)
- 一次巻線が中性点接地された星形結線であり二次または三次巻線が三角結線である三相変圧器と、この三相変圧器の三相電源への投入および三相電源からの遮断を行う三相遮断器とでなる三相回路で、前記三相遮断器が投入されたときに前記三相変圧器に発生する過渡電流としての励磁突入電流を抑制する変圧器励磁突入電流抑制装置であって、
基準相となる三相のうちのいずれかの一相の電源側電圧を測定する電源側電圧測定手段と、
各相の変圧器側電圧を測定する変圧器側電圧測定手段と、
開極指令入力時刻前後における前記変圧器側電圧測定手段で測定された各相の変圧器側電圧を用いて、各相の残留磁束を算出する残留磁束算出手段と、
三相のうち前記残留磁束算出手段で算出された残留磁束の絶対値が最も大きい相を閉極第一相とする閉極順序決定手段と、
前記閉極第一相については、前記基準相の位相０度を基準点として、前記閉極第一相の残留磁束、並びに予め求められている前記三相遮断器のプレアーク特性および閉極時間ばらつき特性に基づいて、投入点における定常磁束値と残留磁束値との最大誤差の絶対値である投入磁束誤差が最小となる閉極位相を算出して閉極第一相の目標閉極位相として設定し、
残り二相については、前記基準相の位相０度を基準点として、予め求められている前記三相遮断器のプレアーク特性および閉極時間ばらつき特性に基づいて、残留磁束が０である場合に前記投入磁束誤差が最小となる閉極位相を算出して残り二相の目標閉極位相として設定する目標閉極位相決定手段と、
前記基準点から前記閉極第一相の目標閉極位相までの時間を、前記閉極第一相の目標閉極時刻として設定し、前記基準点から前記残り二相の目標閉極位相までの時間と予め設定しておいた三相電源の周期の整数倍に相当する遅延時間とを合計した時間を、前記残り二相の目標閉極時刻として設定する目標閉極時刻決定手段と、
閉極指令が入力されると、前記電源側電圧測定手段から入力される基準相の電源側電圧の位相０度を基準点として、前記目標閉極時刻決定手段で算出された各相の目標閉極時刻において各相を閉極させるように、前記三相遮断器へ閉極制御信号を出力する閉極制御手段と
を備えた変圧器励磁突入電流抑制装置。 - 一次巻線が中性点接地された星形結線であり二次または三次巻線が三角結線である三相変圧器と、この三相変圧器の三相電源への投入および三相電源からの遮断を行う三相遮断器とでなる三相回路で、前記三相遮断器が投入されたときに前記三相変圧器に発生する過渡電流としての励磁突入電流を抑制する変圧器励磁突流抑制装置であって、
基準相となる三相のうちのいずれかの一相の電源側電圧を測定する電源側電圧測定手段と、
前記基準相の変圧器側電圧を測定する変圧器側電圧測定手段と、
開極指令が入力されると、前記基準相以外の二相に対して開極制御信号を同時に出力した後、予め設定しておいた時間経過後に、前記基準相に対して開極制御信号を出力する開極制御手段と、
開極指令入力時刻前後における前記変圧器側電圧測定手段で測定された基準相の変圧器側電圧を用いて、前記基準相の残留磁束を算出する残留磁束算出手段と、
前記基準相については、前記基準相の位相０度を基準点として、前記基準相の残留磁束、並びに予め求められている前記三相遮断器のプレアーク特性および閉極時間ばらつき特性に基づいて、投入点における定常磁束値と残留磁束値との最大誤差の絶対値である投入磁束誤差が最小となる閉極位相を算出して基準相の目標閉極位相として設定し、
残り二相については、前記基準相の位相０度を基準点として、予め求められている前記三相遮断器のプレアーク特性および閉極時間ばらつき特性に基づいて、残留磁束が０である場合に前記投入磁束誤差が最小となる閉極位相を算出して残り二相の目標閉極位相として設定する目標閉極位相決定手段と、
前記基準点から前記基準相の目標閉極位相までの時間を、前記基準相の目標閉極時刻として設定し、前記基準点から前記残り二相の目標閉極位相までの時間と予め設定しておいた三相電源の周期の整数倍に相当する遅延時間とを合計した時間を、前記残り二相の目標閉極時刻として設定する目標閉極時刻決定手段と、
閉極指令が入力されると、前記電源側電圧測定手段から入力される基準相の電源側電圧の位相０度を基準点として、前記目標閉極時刻決定手段で算出された各相の目標閉極時刻において各相を閉極させるように、前記三相遮断器へ閉極制御信号を出力する閉極制御手段と
を備えた変圧器励磁突入電流抑制装置。 - 一次巻線が中性点接地された星形結線であり二次または三次巻線が三角結線である三相変圧器と、この三相変圧器の三相電源への投入および三相電源からの遮断を行う三相遮断器とでなる三相回路で、前記三相遮断器が投入されたときに前記三相変圧器に発生する過渡電流としての励磁突入電流を抑制する変圧器励磁突流抑制装置であって、
基準相となる三相のうちのいずれかの一相の電源側電圧を測定する電源側電圧測定手段と、
各相の変圧器側電圧を測定する変圧器側電圧測定手段と、
開極指令入力時刻前後における前記変圧器側電圧測定手段で測定された各相の変圧器側電圧を用いて、各相の残留磁束を算出する残留磁束算出手段と、
前記各相について、前記基準相の位相０度を基準点として、前記残留磁束、並びに予め求められている前記三相遮断器のプレアーク特性および閉極時間ばらつき特性に基づいて、投入点における定常磁束値と残留磁束値との最大誤差の絶対値である投入磁束誤差が最小となる閉極位相および最小投入磁束誤差をそれぞれ算出し、三相のうち前記最小投入磁束誤差が最も小さい相を閉極第一相とする閉極順序決定手段と、
前記閉極第一相については、前記閉極順序決定手段で算出された前記閉極第一相の前記投入磁束誤差が最小となる閉極位相を前記閉極第一相の目標閉極位相として設定し、
残り二相については、前記基準相の位相０度を基準点として、予め求められている前記三相遮断器のプレアーク特性および閉極時間ばらつき特性に基づいて、残留磁束が０である場合に前記投入磁束誤差が最小となる閉極位相を算出して残り二相の目標閉極位相として設定する目標閉極位相決定手段と、
前記基準点から前記閉極第一相の目標閉極位相までの時間を、前記閉極第一相の目標閉極時刻として設定し、前記基準点から前記残り二相の目標閉極位相までの時間と予め設定しておいた三相電源の周期の整数倍に相当する遅延時間とを合計した時間を、前記残り二相の目標閉極時刻として設定する目標閉極時刻決定手段と、
閉極指令が入力されると、前記電源側電圧測定手段から入力される基準相の電源側電圧の位相０度を基準点として、前記目標閉極時刻決定手段で算出された各相の目標閉極時刻において各相を閉極させるように、前記三相遮断器へ閉極制御信号を出力する閉極制御手段と
を備えた変圧器励磁突入電流抑制装置。 - 各相の主回路電流を測定する主回路電流測定手段と、
閉極制御手段から出力される各相の閉極制御信号、前記主回路電流測定手段で測定される各相の主回路電流、および予め求められている各相の耐電圧特性を用いて、各相の閉極制御信号が出力されてから閉極されるまでの実測閉極時間を算出する閉極時間算出手段とを備え、
前記閉極制御手段は、前記実測閉極時間を基に前記閉極制御信号を補正することを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載の変圧器励磁突入電流抑制装置。
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