JP2011222561A - 変圧器結線切替装置および三相電力供給変圧器 - Google Patents

変圧器結線切替装置および三相電力供給変圧器 Download PDF

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Abstract

【課題】負荷損による損失の増大を抑制しつつ、Δ結線をV結線に切り換えること。
【解決手段】負荷率算出部11は、RS相間電流I1RS、ST相間電流I1STおよびTR相間電流I1TRの検出値に基づいて三相電力供給変圧器の負荷率を算出し、切替制御部12は、負荷率算出部11にて算出された負荷率と、三相電力供給変圧器の負荷損および無負荷損から求められた閾値との比較結果に基づいて、三相電力供給変圧器のΔ結線をV結線に切り替えさせる。
【選択図】 図1

Description

本発明は変圧器結線切替装置および三相電力供給変圧器に関し、特に、負荷率に基づいて単相変圧器のΔ結線とV結線とを切り替える方式に関する。
動力負荷に電力を供給する場合、三相変圧器を使用することが一般的に行われているが、その三相変圧器が何らかの異常を生じた場合、電力供給に支障を来たす。このため、三相変圧器の信頼性が乏しい時期に採用された運転方式では、3台の単相変圧器をΔ結線して動力負荷に電力を供給し、単相変圧器のうちの1台が故障等で運転を継続できなくなった場合、その1台を電力系統から外し、残り2台でV結線に切り替えて動力負荷に電力を供給する方式が採用されていた。この方式では、残り2台でV結線に切り替えた場合、3台で運転していた時の容量の1/(√3)、つまり57.7%までの負荷であれば運転を継続できる。
例えば、特許文献1には、3台の単相変圧器をΔ結線して三相負荷に接続し、3台で運転していた時の容量の30〜50%の低負荷時に一次側および二次側の同相の巻線を開閉器により切り離しV結線とする方法が開示されている。
また、特許文献2には、負荷電流が減少して変圧器の並列運転台数を1台減らす場合、比較的長時限のタイマを介して開閉器を開路し、負荷の増加時もタイマを介して開閉器を閉路することで、開閉器の不要な頻繁動作を回避する方法が開示されている。
特開平8−83723号公報 特開昭58−175934号公報
しかしながら、特許文献1に開示された方法では、Δ結線とV結線とを切り替える場合、コイルから発生する負荷損(銅損)は考慮されないため、低負荷時にΔ結線をV結線に切り替えると、損失が増加することがあった。
すなわち、負荷率、つまり負荷電流が変わらない前提において、Δ結線では各相の電流が各単相変圧器にはその1/(√3)で流れるものが、V結線ではそのまま流れるので、それまでの(√3)倍の電流が流れる。この電流により変圧器の負荷損が発生し、負荷損は電流の大きさの2乗に比例して発生するので、電流が(√3)倍になると、負荷損が3倍になり、負荷損は大幅に増加する。従って、3台で運転していた時の負荷率が57.7%を下回り、Δ結線がV結線に切り替えられると、負荷率によっては損失が増加する場合があった。
また、Δ結線がV結線に切り替えられると、1台の単相変圧器は運転が休止される。このため、V結線で運転される時間が長い場合は、3台の単相変圧器間で運転時間に差ができ、主に単相変圧器のコイルの熱劣化によって定まる寿命に差が生じることが予想される。その場合、各相の変圧器を順番に選択するようにし、あるいは手動で開閉する方法では、変圧器の寿命損失面での差が少なくなる保証はなく、合理性も保証できないという問題があった。
また、特許文献2に開示された方法では、タイマを設ける必要がある上に、電流がゆっくり変化する場合は一定の効果があるが、電流が切替点付近で変動している場合は、切替動作が不確実になるという問題点があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、負荷損による損失の増大を抑制しつつ、Δ結線をV結線に切り換えることが可能な変圧器結線切替装置および三相電力供給変圧器を得ることを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の変圧器結線切替装置は、三相電力供給変圧器のΔ結線とV結線を切り替える点を、それぞれの結線における無負荷損と負荷損の合計が等しくなる点に基づいて決めることを特徴とする。
この発明によれば、負荷損による損失の増大を抑制しつつ、Δ結線をV結線に切り換えることが可能という効果を奏する。
図1は、本発明に係る三相電力供給変圧器の実施の形態1の概略構成を示すブロック図である。 図2は、単相100kVA変圧器3台でΔ結線をV結線に切り替えた時の負荷容量に対応する変圧器の効率および全損失を示す図である。 図3は、本発明に係る三相電力供給変圧器の実施の形態2の概略構成を示すブロック図である。 図4は、図3の三相電力供給変圧器の結線がΔ結線かV結線かを判断する方法を示すフローチャートである。 図5は、図3の三相電力供給変圧器のΔ結線をV結線に切り換える方法を示すフローチャートである。 図6は、図3の三相電力供給変圧器のV結線をΔ結線に切り換える方法を示すフローチャートである。 図7は、本発明に係る三相電力供給変圧器の実施の形態3の概略構成を示すブロック図である。 図8は、図7の三相電力供給変圧器のΔ結線をV結線に切り換える方法を示すフローチャートである。
以下に、本発明に係る三相電力供給変圧器の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態1.
図1は、本発明に係る三相電力供給変圧器の実施の形態1の概略構成を示すブロック図である。図1において、この三相電力供給変圧器には、単相変圧器3台の1次巻線M1RS、M1ST、M1TRおよび3相分の2次巻線M2RS、M2ST、M2TRが設けられている。なお、煩雑を避けるため、図示しないが、各変圧器は、それぞれ鉄心を有することは言うまでもない。
なお、これらの3台分の単相変圧器の鉄心、1次巻線、2次巻線からなる本体を、1台のタンクに収納し、あたかも1台の三相変圧器を構成するようにしてもよい。
そして、1次側R相端子R1と1次側S相端子S1との間に1次巻線M1RSを接続し、1次側S相端子S1と1次側T相端子T1との間に1次巻線M1STを接続し、1次側T相端子T1と1次側R相端子R1との間に1次巻線M1TRを接続し、2次側R相端子R2と2次側S相端子S2との間に2次巻線M2RSを接続し、2次側S相端子S2と2次側T相端子T2との間に2次巻線M2STを接続し、2次側T相端子T2と2次側R相端子R2との間に2次巻線M2TRを接続することで、三相電力供給変圧器をΔ結線で構成することができる。
また、1次側R相端子R1と1次側S相端子S1との間に1次巻線M1RSを接続し、1次側S相端子S1と1次側T相端子T1との間に1次巻線M1STを接続し、1次側T相端子T1と1次側R相端子R1との間から1次巻線M1TRを切り離し、2次側R相端子R2と2次側S相端子S2との間に2次巻線M2RSを接続し、2次側S相端子S2と2次側T相端子T2との間に2次巻線M2STを接続し、2次側T相端子T2と2次側R相端子R2との間から2次巻線M2TRを切り離すことで、三相電力供給変圧器をV結線で構成することができる。
あるいは、1次側R相端子R1と1次側S相端子S1との間から1次巻線M1RSを切り離し、1次側S相端子S1と1次側T相端子T1との間に1次巻線M1STを接続し、1次側T相端子T1と1次側R相端子R1との間に1次巻線M1TRを接続し、2次側R相端子R2と2次側S相端子S2との間から2次巻線M2RSを切り離し、2次側S相端子S2と2次側T相端子T2との間に2次巻線M2STを接続し、2次側T相端子T2と2次側R相端子R2との間に2次巻線M2TRを接続することで、三相電力供給変圧器をV結線で構成するようにしてもよい。
あるいは、1次側R相端子R1と1次側S相端子S1との間に1次巻線M1RSを接続し、1次側S相端子S1と1次側T相端子T1との間から1次巻線M1STを切り離し、1次側T相端子T1と1次側R相端子R1との間に1次巻線M1TRを接続し、2次側R相端子R2と2次側S相端子S2との間に2次巻線M2RSを接続し、2次側S相端子S2と2次側T相端子T2との間から2次巻線M2STを切り離し、2次側T相端子T2と2次側R相端子R2との間に2次巻線M2TRを接続することで、三相電力供給変圧器をV結線で構成するようにしてもよい。
ここで、1次巻線M1RSの両端には、1次側R相端子R1と1次側S相端子S1との間に1次巻線M1RSを接続したり、1次側R相端子R1と1次側S相端子S1との間から1次巻線M1RSを切り離したりする開閉器S1RB、S1SAが設けられている。
1次巻線M1STの両端には、1次側S相端子S1と1次側T相端子T1との間に1次巻線M1STを接続したり、1次側S相端子S1と1次側T相端子T1との間から1次巻線M1STを切り離したりする開閉器S1SB、S1TAが設けられている。
1次巻線M1TRの両端には、1次側T相端子T1と1次側R相端子R1との間に1次巻線M1TRを接続したり、1次側T相端子T1と1次側R相端子R1との間から1次巻線M1TRを切り離したりする開閉器S1TB、S1RAが設けられている。
2次巻線M2RSの両端には、2次側R相端子R2と2次側S相端子S2との間に2次巻線M2RSを接続したり、2次側R相端子R2と2次側S相端子S2との間から2次巻線M2RSを切り離したりする開閉器S2RB、S2SAが設けられている。
2次巻線M2STの両端には、2次側S相端子S2と2次側T相端子T2との間に2次巻線M2STを接続したり、2次側S相端子S2と2次側T相端子T2との間から2次巻線M2STを切り離したりする開閉器S2SB、S2TAが設けられている。
2次巻線M2TRの両端には、2次側T相端子T2と2次側R相端子R2との間に2次巻線M2TRを接続したり、2次側T相端子T2と2次側R相端子R2との間から2次巻線M2TRを切り離したりする開閉器S2TB、S2RAが設けられている。
また、この三相電力供給変圧器には、1次巻線M1RSに流れるRS相間電流I1RSを検出する変流器CTRS、1次巻線M1STに流れるST相間電流I1STを検出する変流器CTST、1次巻線M1TRに流れるTR相間電流I1TRを検出する変流器CTTRが設けられている。
また、この三相電力供給変圧器には、負荷率算出部11および切替制御部12が設けられている。負荷率算出部11は、RS相間電流I1RS、ST相間電流I1STおよびTR相間電流I1TRの検出値に基づいて三相電力供給変圧器の負荷率を算出することができる。切替制御部12は、負荷率算出部11にて算出された負荷率と、三相電力供給変圧器の負荷損および無負荷損から求められた閾値との比較結果に基づいて、三相電力供給変圧器のΔ結線をV結線に切り替えさせることができる。なお、この閾値は、三相電力供給変圧器の容量の20〜25%の範囲内に設定することが好ましい。
例えば、切替制御部12は、三相電力供給変圧器の負荷率が√(1/(3R))以下ではΔ結線をV結線に切り替え、三相電力供給変圧器の負荷率が√(1/(3R))を超える場合はV結線をΔ結線に切り替えさせることができる。ただし、Rは三相電力供給変圧器の負荷損と無負荷損との比である。
そして、変流器CTRS、CTST、CTTRにてそれぞれ検出されたRS相間電流I1RS、ST相間電流I1STおよびTR相間電流I1TRが負荷率算出部11に送られると、三相電力供給変圧器の負荷率が算出される。そして、切替制御部12において負荷率が閾値と比較され、負荷率が閾値以下では、開閉器S1RA、S1RB、S1SA、S1SB、S1TA、S1TB、S2RA、S2RB、S2SA、S2SB、S2TA、S2TBを介してΔ結線がV結線に切り替えられ、負荷率が閾値を越える場合、開閉器S1RA、S1RB、S1SA、S1SB、S1TA、S1TB、S2RA、S2RB、S2SA、S2SB、S2TA、S2TBを介してV結線がΔ結線に切り替えられる。三相電力供給変圧器のΔ結線とV結線を切り替える場合、開閉器S1RB、S1SA、S2RB、S2SAは同時に閉または開され、開閉器S1SB、S1TA、S2SB、S2TAは同時に閉または開され、開閉器S1TB、S1RA、S2TB、S2RAは同時に閉または開される。
ここで、三相電力供給変圧器のΔ結線とV結線を切り替える時の閾値を三相電力供給変圧器の負荷損および無負荷損から求めることにより、コイルから発生する負荷損(銅損)を考慮しつつ、三相電力供給変圧器のΔ結線とV結線を切り替えることができる。このため、Δ結線からV結線に切り替えた時に鉄心から発生する無負荷損(鉄損)が減る場合においても、コイルから発生する負荷損(銅損)が増大し、三相電力供給変圧器の全体の損失が却って増大する場合においては、三相電力供給変圧器のΔ結線がV結線に切り替えられないようにすることができ、三相電力供給変圧器の消費電力を低減することができる。
すなわち、負荷をP[kVA]、電圧をV[kV]とすると、三相負荷の負荷電流I[A]は、I=P/(√3×V)で与えられる。ここで、V結線では、単相変圧器1台当たりの負荷電流はI、Δ結線では、単相変圧器1台当たりの負荷電流はI/√3となる。このため、V結線では単相変圧器が2台分、Δ結線では単相変圧器が3台分であっても、同じ負荷であればV結線の方がΔ結線よりも三相電力供給変圧器全体の負荷電流が大きくなる。このため、Δ結線からV結線に切り替える点を無負荷損だけで決めることなく負荷損も考慮することで、三相電力供給変圧器の消費電力を低減することができる。
以下、三相電力供給変圧器のΔ結線とV結線を切り替える時の閾値の算出方法について数式を用いて説明する。
定格容量P[kVA]の単相変圧器があり、その無負荷損をW[W]、負荷損をW[W]とする。
その単相変圧器3台をΔ結線し、動力負荷を運転する場合、その最大負荷容量は3P[kVA]であるが、運転負荷をQ[kVA]とすると、3台全体の変圧器発生損失LΔは、以下の(1)式で表される。
Δ=3×W+3×(Q/(3×P))×W ・・・(1)
一方、単相変圧器2台をV結線して運転する際、その許容最大負荷率は√3P[kVA]であり、その時の運転負荷をQ[kVA](ただし、Q≦√3P)とすると、V結線されている2台分の単相変圧器の変圧器発生損失は、Lは、以下の(2)式で表される。
=2×W+2×(Q/(√3×P))×W ・・・(2)
ここで、運転負荷Qが変動し、運転負荷Qが√3×Pを超える場合は、Δ結線でなければならないが、運転負荷Qが√3×P以下であれば、Δ結線の場合とV結線の場合の負荷損を含めた損失を比較し、その損失の大きさによって、どちらの結線をとるかを定めればよい。
その条件を求めると、LΔ=Lという関係になる。その時の運転負荷Qは、この関係に(1)式および(2)式を代入することにより、以下のようにして求めることができる。
3×W+3×(Q/(3×P))×W=2×W+2×(Q/(√3×P))×W
+(3×(Q/(3×P))−2×(Q/(√3×P)))×W=0
以上の式を整理し、負荷容量Q[kVA]を単相変圧器の定格容量P[kVA]との関係、すなわち負荷率k[p.u]の形で示せば、以下の(3)式が得られる。
k=Q/P=√(3/R) ・・・(3)
ただし、Rは負荷損Wと無負荷損Wの比(=W/W)である。
動力負荷Qの電力供給に三相電力供給変圧器が用いられるものとすると、単相変圧器3台で3P[kVA]の運転を行うのが最大であるので、これを1p.u、あるいは100%と考えて、それをKとおくと、3P[kVA]ベースでは(3)式は以下の(4)式で与えられる。
K=Q/(3P)=√(3/(9P))=1/√(3R) ・・・(4)
(4)式から、負荷率Kが1/√(3R)より小さい場合ではV結線の方が消費電力が少なく、負荷率Kが1/√(3R)を超える場合には、V結線での運転が可能な領域であっても、Δ結線の方が消費電力が少なくなる。
以下、三相電力供給変圧器のΔ結線とV結線を切り替える時の具体例について数値例を用いて説明する。ここでは、単相100kVA変圧器3台でΔ結線、2台でV結線し、動力負荷を運転する場合を例にとる。
この単相変圧器の無負荷損Wiを200W、負荷損Wcを1000Wとし、R=Wc/Wi=5と仮定する。Δ結線の場合、その許容最大負荷容量は、3×100kVA=300kVAであり、0〜300kVAまで変動する負荷をΔ結線された3台の単相変圧器およびV結線された2台の単相変圧器のいずれかで運転する。
(4)式により、Δ結線をV結線に切り換える時の負荷率Kは以下の(5)式で与えられる。
K=Q/(3P)=1/√(3R)=1/√(15)=0.258 ・・・(5)
この値は単相変圧器3台分の容量に対するものであるから、切換容量は300kVA×0.258=77.5kVAである。その時の発生損失は、以下の(6)式および(7)式与えられる。
Δ結線:3×W+3×(Q/(3×P))×W
=3×200+3×(77.5/(3×100))×1000=800[W] (6)
V結線:2×W+2×(Q/(√3×P))×W
=2×200+2×(77.5/(√3×100))×1000=800[W](7)
この時、Δ結線では無負荷損Wが3台分発生しているが、負荷損Wは負荷の大きさの2乗に比例して発生する。このため、各相で77.5/3kVAを分担すればよく、3台分であってもV結線よりは少ない。
一方、V結線では無負荷損Wが2台分で済むものの、負荷損Wは2台で77.5kVAを分担する必要がある。このため、負荷損Wは2台分であってもΔ結線より大きい。
従って、三相電力供給変圧器のΔ結線とV結線を切り替える点を、それぞれの結線での無負荷損の和と負荷損の和の合計が等しくなる点に基づいて決めることにより、三相電力供給変圧器の消費電力を低減することができる。
すなわち、無負荷損Wだけを考えればΔ結線の3台分に対し、V結線は2台分で済むのでV結線で使用できる容量√3P[kVA]で切り換えればよい。一方、負荷損Wを考慮すると、K=Q/P=√(3/R)で切り換えるのが、三相電力供給変圧器から発生する無負荷損の和と負荷損の和の合計損失が最も少なく、省エネルギーに効果がある。
(1)および(2)式により、変圧器がΔ結線またはV結線の場合の変圧器発生損失が計算できるが、Δ結線の効率ηΔ[%]およびV結線の効率η[%]については、それぞれ以下の(8)式および(9)式で与えることができる。
ηΔ=Q×1000/(Q×1000+3×W+3×(Q/(3×P))×W
×100 ・・・(8)
η=Q×1000/(Q×1000+2×W+2×(Q/(√3×P))×W
×100 ・・・(9)
この例では、単相変圧器の定格容量Pは100kVAなので、V結線では最大173kVA、Δ結線では300kVAまで運転できるが、低負荷領域では発生損失や効率を重視して結線を選べば、省エネルギーを図ることができる。
図2は、単相100kVA変圧器3台でΔ結線をV結線に切り替えた時の負荷容量に対応する変圧器の効率および全損失を示す図である。なお、EV1、EV2はV結線の効率、EΔ1、EΔ2はΔ結線の効率、RV1、RV2はV結線の損失、RΔ1、RΔ2はΔ結線の損失を示す。
図2において、単相100kVA変圧器3台でΔ結線をV結線に切り替える場合、負荷容量が77.5kVAより小さい場合は、V結線の方が損失が小さく効率が良い。負荷容量が77.5kVAより大きい場合は、Δ結線の方が損失が小さく効率が良い。従って、切換容量を77.5kVAに設定することにより、三相電力供給変圧器の省エネルギーを図ることができる。
一方、Δ結線からV結線に切り替える点を無負荷損Wだけで決めると、負荷率30%では切換容量が90kVA(=300kVA×30%)、負荷率50%では切換容量が150kVA(=300kVA×50%)である。このため、負荷率50%では負荷容量が77.5kVA〜150kVAの間はV結線が選択され、V結線の方がΔ結線よりも損失が大きく効率が悪いため、その分だけ三相電力供給変圧器の消費電力が増大する。
次に、Δ結線とV結線における負荷電流(相電流)と各単相変圧器に流れる電流の関係について述べる。ここで、Δ結線とV結線とを切り替えるために、図1の1次巻線M1STおよび2次巻線M2STを接続したり切り離したりする場合を例にとる。
S相電流I1は、Δ結線の場合はST相間電流I1STとRS相間電流I1RSのベクトル差分の電流として流れるが、1次巻線M1STを切り離してV結線とすると、ST相間電流I1STは流れず、I1=−I1RSとなる。
すなわち、S相電流I1が同じであれば、Δ結線においては|I1RS|=|I1|×1/(√3)であるものが、V結線にすると|I1RS|=|I1|となり、RS相間電流I1RSの絶対値は√3倍となり、RS相間電流I1RSが流れている単相変圧器の負荷損Wは電流値の2乗に比例して発生するので、負荷損Wは3倍になる。
ここでは、S相電流I1について述べたが、R相電流I1およびT相電流I1も状況は同じである。1次巻線M1STを切り離した場合でも、1次側R相端子R1にはΔ結線と同様に合成電流が流れるが、電流のベクトルも向きが異なるので、√3倍ではなく1倍である。
電流のベクトルの関係を整理すると、RS相間電流I1RS、ST相間電流I1STおよびTR相間電流I1TRを計測すれば、R相電流I1、S相電流I1およびT相電流I1はΔ結線およびV結線を問わず、以下の(10)式〜(12)式で与えることができる。
I1=I1RS−I1TR ・・・(10)
I1=I1ST−I1RS ・・・(11)
I1=I1TR−I1ST ・・・(12)
このため、RS相間電流I1RS、ST相間電流I1STおよびTR相間電流I1TRを計測することで、(10)式〜(12)式からR相電流I1、S相電流I1およびT相電流I1を常時把握することができる。
実施の形態2.
図3は、本発明に係る三相電力供給変圧器の実施の形態2の概略構成を示すブロック図である。図3において、この三相電力供給変圧器には、図1の三相電力供給変圧器の負荷率算出部11および切替制御部12の代わりにデマンド電流算出部13および切替制御部12´が設けられている。
ここで、デマンド電流算出部13は、RS相間電流I1RS、ST相間電流I1STおよびTR相間電流I1TRの検出値に基づいて三相電力供給変圧器のデマンド電流を算出することができる。切替制御部12´は、デマンド電流算出部13にて算出されたデマンド電流と、三相電力供給変圧器の負荷損および無負荷損から求められた閾値との比較結果に基づいて、三相電力供給変圧器のΔ結線をV結線に切り替えさせることができる。なお、この閾値は(4)式で求められるが、実際に使用されている変圧器の特性から三相電力供給変圧器の容量の20〜25%の範囲内に設定することが好ましい。
例えば、切替制御部12´は、三相電力供給変圧器の1相分のデマンド電流が√(1/(3R))以下ではΔ結線をV結線に切り替え、三相電力供給変圧器の1相分のデマンド電流が√(1/(3R))を超える場合はV結線をΔ結線に切り替えさせることができる。
そして、変流器CTRS、CTST、CTTRにてそれぞれ検出されたRS相間電流I1RS、ST相間電流I1STおよびTR相間電流I1TRがデマンド電流算出部13に送られると、各相間ごとにデマンド電流IDRS、IDST、IDTRが算出される。例えば、RS相間電流I1RSのデマンド電流IDRSは、RS相間電流I1RSをあらかじめ設定した時間Tに渡って平均することで求めることができる。
そして、切替制御部12´においてデマンド電流IDRS、IDST、IDTRが閾値と比較され、デマンド電流IDRS、IDST、IDTRが閾値以下では、開閉器S1SA、S1SB、S1RA、S1RB、S1TA、S1TB、S2SA、S2SB、S2RA、S2RB、S2TA、S2TBを介してΔ結線がV結線に切り替えられ、デマンド電流IDRS、IDST、IDTRが閾値を越える場合、開閉器S1SA、S1SB、S1RA、S1RB、S1TA、S1TB、S2SA、S2SB、S2RA、S2RB、S2TA、S2TBを介してV結線がΔ結線に切り替えられる。
なお、Δ結線がV結線に切り替えられえる時に切り離される1次巻線M1RSと2次巻線M2RS、1次巻線M1STと2次巻線M2ST、1次巻線M1TRと2次巻線M2TRは任意の組合せを選択することができ、その組合せは固定されていてもよいし、予め定められた順序で選択するようにしてもよい。また、閾値と比較されるデマンド電流IDRS、IDST、IDTRは、各相間のデマンド電流IDRS、IDST、IDTRのうちの最大値を選択することができる。
図4〜図6は、図3の三相電力供給変圧器のΔ結線をV結線に切り換える方法を示すフローチャートである。図4において、単相変圧器3台分の開閉器S1RA、S1RB、S1SA、S1SB、S1TA、S1TB、S2RA、S2RB、S2SA、S2SB、S2TA、S2TBが閉の場合(ステップS1)、Δ結線と判定し(ステップS2)、図5のスタートAに進む。
一方、単相変圧器3台分の開閉器S1RA、S1RB、S1SA、S1SB、S1TA、S1TB、S2RA、S2RB、S2SA、S2SB、S2TA、S2TBが閉でない場合(ステップS1)、V結線と判定し(ステップS3)、開の開閉器を判定してから(ステップS4)、図6のスタートBに進む。
次に、図5において、RS相間電流I1RS、ST相間電流I1STおよびTR相間電流I1TRを計測し(ステップS11)、閾値Kとして1/√(3R)を入力するとともに、定格電流Iを入力する(ステップS12)。
次に、デマンド時間を入力し(ステップS13)、内蔵時計にて計時を行いながら(ステップS14)/、デマンド電流IDRS、IDST、IDTRを算出する(ステップS15)。なお、デマンド時間は、負荷の変動状況から判断して決定するが、通常は15〜30分の範囲内に設定する。
次に、デマンド電流IDRS、IDST、IDTRの中からデマンド最大電流IDmaxを選択し(ステップS16)、IDmax/Iが閾値K(=1/√(3R))より小さい場合(ステップS17)、開とする開閉器の優先順に従って(ステップS18)、Δ結線をV結線に切り替える(ステップS19)。
また、図6において、RS相間電流I1RS、ST相間電流I1STおよびTR相間電流I1TRを計測し(ステップS21)、RS相間電流I1RS、ST相間電流I1STおよびTR相間電流I1TRの中から最大電流Imaxを選択する(ステップS22)。そして、あらかじめ入力している閾値Kと定格電流Iから(ステップS23)、最大電流Imaxが定格電流I以上の場合(ステップS24)、開とされた開閉器を閉とすることで(ステップS30)、ただちにV結線をΔ結線に切り替える(ステップS31)。
一方、最大電流Imaxが定格電流Iより小さい場合、あらかじめ入力してあるデマンド時間より(ステップS25)、内蔵時計にて計時を行いながら(ステップS26)、デマンド電流IDRS、IDST、IDTRを算出する(ステップS27)。
次に、デマンド電流IDRS、IDST、IDTRの中からデマンド最大電流IDmaxを選択し(ステップS28)、IDmax/Iが閾値K(例えば、1/√(3R))より大きい場合(ステップS29)、開とされた開閉器を閉とすることで(ステップS30)、V結線をΔ結線に切り替える(ステップS31)。
実施の形態3.
図7は、本発明に係る三相電力供給変圧器の実施の形態3の概略構成を示すブロック図である。図7において、この三相電力供給変圧器には、図3の三相電力供給変圧器の切替制御部12´の代わりに切替制御部12´´が設けられるとともに、デマンド電流積算部14、デマンド電流積算値記憶部15、デマンド電流積算値比較部16および切替巻線選択部17が追加されている。
ここで、デマンド電流積算部14は、デマンド電流IDRS、IDST、IDTRの積算値を各相間ごとに算出することができる。デマンド電流積算値記憶部15は、デマンド電流積算部14にて算出されたデマンド電流IDRS、IDST、IDTRの積算値を各相間ごとに記憶することができる。デマンド電流積算値比較部16は、デマンド電流積算値記憶部15に記憶されたデマンド電流IDRS、IDST、IDTRの積算値を各相間で比較することができる。切替巻線選択部17は、デマンド電流積算値比較部16による比較結果に基づいて、V結線に切り替えられる時に切り離される1相間分の1次巻線M1RS、M1ST、M1TRおよび2次巻線M2RS、M2ST、M2TRを選択することができる。
切替制御部12´´は、デマンド電流算出部13にて算出されたデマンド電流と、三相電力供給変圧器の負荷損および無負荷損から求められた閾値との比較結果に基づいて、切替巻線選択部17にて選択された1相間分の1次巻線M1RS、M1ST、M1TRおよび2次巻線M2RS、M2ST、M2TRを切り離させることにより、三相電力供給変圧器のΔ結線をV結線に切り替えさせることができる。
図8は、図7の三相電力供給変圧器のΔ結線をV結線に切り換える方法を示すフローチャートである。図8において、変流器CTRS、CTST、CTTRにてそれぞれ検出されたRS相間電流I1RS、ST相間電流I1STおよびTR相間電流I1TRがデマンド電流算出部13に送られると、各相間ごとにデマンド電流IDRS、IDST、IDTRが算出される。
そして、デマンド電流積算部14において、デマンド電流IDRS、IDST、IDTRが各相間ごとに積算され(ステップS41)、デマンド電流積算値記憶部15に記憶される。そして、デマンド電流積算値比較部16において、デマンド電流IDRS、IDST、IDTRの積算値が各相間で比較され(ステップS42)、デマンド電流IDRS、IDST、IDTRの積算値が最も大きい1相間分の1次巻線M1RSと2次巻線M2RS、1次巻線M1STと2次巻線M2STまたは1次巻線M1TRと2次巻線M2TRのいずれかが選択される(ステップS43)。
また、切替制御部12´´においてデマンド電流IDRS、IDST、IDTRが閾値と比較され、デマンド電流IDRS、IDST、IDTRが閾値以下では、切替巻線選択部17にて選択された1相分の1次巻線M1RSと2次巻線M2RSまたは1次巻線M1STと2次巻線M2STあるいは1次巻線M1TRと2次巻線M2TRが開閉器S1SA、S1RB、S2SA、S2RBまたは開閉器S1TA、S1SB、S2TA、S2SBあるいは開閉器S1RA、S1TB、S2RA、S2TBを介して切り離されることにより、Δ結線がV結線に切り替えられる。
なお、上述した実施の形態3では、デマンド電流IDRS、IDST、IDTRの積算値に基づいて、V結線に切り替えられる時に切り離される1相間分の巻線を選択する方法について説明したが、単相変圧器の周囲温度または動作温度を計測し、この周囲温度または動作温度と、負荷電流と、運転時間から単相変圧器の寿命損失を計算し、その寿命損失の最も大きな単相変圧器を切り離すようにしてもよい。
以上のように本発明に係る三相電力供給変圧器は、コイルから発生する負荷損を考慮しつつ、三相電力供給変圧器のΔ結線とV結線を切り替えることができ、三相電力供給変圧器の消費電力を低減する方法に適している。
11 負荷率算出部
12、12´、12´´ 切替制御部
13 デマンド電流算出部
14 デマンド電流積算部
15 デマンド電流積算値記憶部
16 デマンド電流積算値比較部
17 切替巻線選択部
M1RS、M1ST、M1TR 1次巻線
M2RS、M2ST、M2TR 2次巻線
R1 1次側R相端子
S1 1次側S相端子
T1 1次側T相端子
R2 2次側R相端子
S2 2次側S相端子
T2 2次側T相端子
CTRS、CTST、CTTR 変流器
S1SA、S1SB、S1RA、S1RB、S1TA、S1TB、S2SA、S2SB、S2RA、S2RB、S2TA、S2TB 開閉器

Claims (13)

  1. 三相電力供給変圧器のΔ結線とV結線を切り替える点を、それぞれの結線における無負荷損と負荷損の合計が等しくなる点に基づいて決めることを特徴とする変圧器結線切替装置。
  2. 三相電力供給変圧器の負荷率を算出する負荷率算出部と、
    前記負荷率算出部にて算出された負荷率と、前記三相電力供給変圧器の負荷損および無負荷損から求められた閾値との比較結果に基づいて、前記三相電力供給変圧器のΔ結線をV結線に切り替えさせる切替制御部とを備えることを特徴とする変圧器結線切替装置。
  3. 前記負荷損と前記無負荷損との比をRとすると、前記切替制御部は、前記三相電力供給変圧器の負荷率が√(1/(3R))以下ではΔ結線をV結線に切り替え、前記三相電力供給変圧器の負荷率が√(1/(3R))を超える場合はV結線をΔ結線に切り替えさせることを特徴とする請求項2に記載の変圧器結線切替装置。
  4. 三相電力供給変圧器のデマンド電流を算出するデマンド電流算出部と、
    前記デマンド電流算出部にて算出されたデマンド電流と、前記三相電力供給変圧器の負荷損および無負荷損から求められた閾値との比較結果に基づいて、前記三相電力供給変圧器のΔ結線をV結線に切り替えさせる切替制御部とを備えることを特徴とする変圧器結線切替装置。
  5. 前記負荷損と前記無負荷損との比をRとすると、前記切替制御部は、前記三相電力供給変圧器のデマンド電流が√(1/(3R))以下ではΔ結線をV結線に切り替え、前記三相電力供給変圧器のデマンド電流が√(1/(3R))を超える場合はV結線をΔ結線に切り替えさせることを特徴とする請求項4に記載の変圧器結線切替装置。
  6. 前記閾値は、前記三相電力供給変圧器の容量の20〜25%の範囲内に設定されることを特徴とする請求項2または4に記載の変圧器結線切替装置。
  7. 前記三相電力供給変圧器の各相間の3相分のデマンド電流の積算値を各相間ごとに算出するデマンド電流積算部と、
    前記デマンド電流積算部にて算出された前記デマンド電流の積算値を各相間ごとに記憶するデマンド電流積算値記憶部と、
    前記デマンド電流積算値記憶部に記憶された前記デマンド電流の積算値を各相間で比較するデマンド電流積算値比較部と、
    前記デマンド電流積算値比較部による比較結果に基づいて、V結線に切り替えられる時に切り離される1相間分の巻線を選択する切離巻線選択部とを備えることを特徴とする請求項2から6のいずれか1項に記載の変圧器結線切替装置。
  8. 3台分の単相変圧器と、
    前記3台分の単相変圧器をΔ結線またはV結線に切り替える開閉器と、
    前記単相変圧器に流れる電流を検出する変流器と、
    前記変流器にて検出された電流値に基づいて前記単相変圧器の負荷率を算出する負荷率算出部と、
    前記負荷率算出部にて算出された負荷率と、前記単相変圧器の負荷損および無負荷損から求められた閾値との比較結果に基づいて、前記3台分の単相変圧器のΔ結線をV結線に切り替えさせる切替制御部とを備えることを特徴とする三相電力供給変圧器。
  9. 前記負荷損と前記無負荷損との比をRとすると、前記切替制御部は、前記負荷率が√(1/(3R))以下ではΔ結線をV結線に切り替え、前記負荷率が√(1/(3R))を超える場合はV結線をΔ結線に切り替えさせることを特徴とする請求項8に記載の三相電力供給変圧器。
  10. 3台分の単相変圧器と、
    前記3台分の単相変圧器をΔ結線またはV結線に切り替える開閉器と、
    前記単相変圧器に流れる電流を検出する変流器と、
    前記変流器にて検出された電流値に基づいて前記単相変圧器のデマンド電流を算出するデマンド電流算出部と、
    前記デマンド電流算出部にて算出されたデマンド電流と、前記単相変圧器の負荷損および無負荷損から求められた閾値との比較結果に基づいて、前記3台分の単相変圧器のΔ結線をV結線に切り替えさせる切替制御部とを備えることを特徴とする三相電力供給変圧器。
  11. 前記負荷損と前記無負荷損との比をRとすると、前記切替制御部は、前記デマンド電流が√(1/(3R))以下ではΔ結線をV結線に切り替え、前記デマンド電流が√(1/(3R))を超える場合はV結線をΔ結線に切り替えさせることを特徴とする請求項10に記載の三相電力供給変圧器。
  12. 前記閾値は、前記3台分の単相変圧器の容量の20〜25%の範囲内に設定されることを特徴とする請求項8または10に記載の三相電力供給変圧器。
  13. 前記単相変圧器のデマンド電流の積算値を算出するデマンド電流積算部と、
    前記デマンド電流積算部にて算出された前記デマンド電流の積算値を記憶するデマンド電流積算値記憶部と、
    前記デマンド電流積算値記憶部に記憶された前記デマンド電流の積算値を前記単相変圧器間で比較するデマンド電流積算値比較部と、
    前記デマンド電流積算値比較部による比較結果に基づいて、V結線に切り替えられる時に切り離される単相変圧器を選択する切離巻線選択部とを備えることを特徴とする請求項8から12のいずれか1項に記載の三相電力供給変圧器。
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