JP2013055288A - Transformer - Google Patents

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Masao Hoshino
将雄 星野
Yoshinori Sunaga
善則 須永
Yoshitaka Tokunaga
義孝 徳永
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Takaoka Toko Co Ltd
Tokyo Electric Power Co Holdings Inc
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Tokyo Electric Power Co Inc
Takaoka Electric Mfg Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a transformer in which the impact of voltage drop on a system is below a fixed level at the time of power-up of the transformer and loss evaluation is enhanced by low loss.SOLUTION: A low loss transformer is designed so that the scale factor of an excitation rush current to a rated current is less than a predetermined vale while limiting the voltage drop rate to a design value, and the short circuit impedance has a value within a standard range determined by the voltage rank of the transformer or a value of the same level as that of an existing transformer. The rated flux density of the transformer is estimated to be less than 1.2 Tesla.

Description

本発明は、送電用・配電用変圧器に関する。   The present invention relates to a power transmission / distribution transformer.

従来送電用・配電用の変圧器については、非特許文献1に示すJEC規格や、6kV級変圧器では非特許文献2、3に示すJIS規格に基づく変圧器が設計生産されている。標準定格容量、標準定格電圧などは非特許文献1に定めがあるが、短絡インピーダンスについては、引用文献4に定めがある。
変圧器の損失についてはJIS規格ではトップランナー方式が採用され、低損失指向がなされているが、JEC規格では変圧器損失については規定していない。
Conventional transformers for power transmission / distribution have been designed and produced based on the JEC standard shown in Non-Patent Document 1 and the JIS standards shown in Non-Patent Documents 2 and 3 for 6 kV class transformers. Standard rated capacity, standard rated voltage, etc. are defined in Non-Patent Document 1, but short-circuit impedance is defined in Cited Document 4.
Regarding the loss of the transformer, the top runner method is adopted in the JIS standard and is oriented toward low loss, but the transformer loss is not defined in the JIS standard.

一方、変圧器の励磁突入電流に関しては、電力系統や他の需要家設備などに対する電力品質面での影響を緩和する観点からの規定はない現状にある。さらにいずれの変圧器においても、省スペース化の要望に応じたコンパクト化を指向して生産されている場合も多数有り、励磁突入電流が増大しうる懸念要因となっている。   On the other hand, regarding the inrush current of the transformer, there is no provision from the viewpoint of mitigating the influence of the power quality on the power system and other customer facilities. Furthermore, in any of the transformers, there are many cases where they are produced with the aim of downsizing according to the demand for space saving, which is a cause of concern that the magnetizing inrush current may increase.

電気規格調査会標準規格 JEC2200−1995 変圧器Electrical Standards Investigation Committee Standard JEC2200-1995 Transformer 日本工業規格 JISC4304−2005 配電用6kV油入変圧器Japanese Industrial Standard JISC4304-2005 6kV oil-filled transformer for power distribution 日本工業規格 JISC4306−2005 配電用6kVモールド変圧器Japanese Industrial Standard JISC4306-2005 6kV molded transformer for power distribution 電気協同研究第35巻4号 配電用負荷時タップ切換変圧器の標準化 6頁Electric Cooperative Research Vol.35, No.4, Standardization of Tap Switching Transformer for Load Distribution, page 6 電力品質確保に係る系統連系技術要件ガイドライン 平成16年10月 資源エネルギー庁 6頁〜12頁Guidelines for grid interconnection technical requirements for ensuring power quality October 2004, pages 6-12 of the Agency for Natural Resources and Energy 電気学会 電気工学ハンドブック 第6版 2001年 705頁IEEJ Electrical Engineering Handbook 6th edition 2001 705 pages

前述のとおり現在のJEC規格やJIS規格の特性に合わせた変圧器においては、変圧器を電源系統に投入する際(充電時)に生じる励磁突入電流についての規定値の定めはない。
変圧器投入時には変圧器鉄心に残留する磁束密度によって、また投入時の電圧位相によっては、変圧器の鉄心が磁気的に飽和して大きな励磁突入電流が生じ、変圧器の一次側に繋がる電源系統に急激な電圧低下を生じる。これにより、その系統に接続されている他の変圧器の二次側にも電圧低下を生じ、変圧器二次側に繋がる機器、例えば精密機器の動作に悪影響を及ぼすことがある。
この場合は、単に励磁突入電流の大きさだけが原因になっているのではなく、電源系統に生じる電圧低下率(最大電圧低下分)の程度が問題になっている。
As described above, in a transformer that conforms to the characteristics of the current JEC standard or JIS standard, there is no definition of a prescribed value for the magnetizing inrush current that occurs when the transformer is inserted into the power system (during charging).
Power supply system connected to the primary side of the transformer due to the magnetic flux density remaining in the transformer core when the transformer is turned on and depending on the voltage phase at the time of turning on, the transformer core is magnetically saturated and a large inrush current is generated. Causes a sudden voltage drop. As a result, a voltage drop also occurs on the secondary side of other transformers connected to the system, which may adversely affect the operation of equipment connected to the transformer secondary side, for example, precision equipment.
In this case, the magnitude of the voltage drop rate (maximum voltage drop) generated in the power supply system is a problem, not just the magnitude of the magnetizing inrush current.

電圧低下率の程度については、例えば非特許文献5では技術的指標として、電圧変動の瞬時電圧変動対策の項目では発電設備等の並解列時においては瞬時的に発生する電圧変動に対しても、常時電圧の±2%を目安に電圧変動を抑制することや、並列時の瞬時電圧低下により系統の電圧が常時電圧から10%を超えて逸脱するおそれのあるときは限流リアクトル等の設置が提示されている。これは、言い換えればこの値を変圧器の特性を変更することで目安値をクリヤしても良いことを示している。   Regarding the degree of the voltage drop rate, for example, in Non-Patent Document 5, as a technical index, in the item of countermeasures against instantaneous voltage fluctuation of voltage fluctuation, it is also possible to deal with voltage fluctuation that occurs instantaneously at the time of parallel arrangement of power generation equipment or the like. If the voltage of the system is likely to deviate from the normal voltage by more than 10% due to the instantaneous voltage drop when the voltage is reduced in parallel, the installation of a current-limiting reactor, etc. Is presented. In other words, this indicates that the reference value may be cleared by changing the characteristics of the transformer.

また、配電用6kV級変圧器においては、保守時の問題点として変圧器を保護する保護ヒューズが電源投入時の瞬時の大きな励磁突入電流でまれに溶断することや、保護継電器がトリップすることがまれに生じ、保護ヒューズの交換や定格変更、保護継電器の仕様変更を検討することがあった。
励磁突入電流の大きさは非特許文献6に励磁突入電流(最大値)の概略値として示されている。図1はこれを示すが、励磁突入電流の最大波高値は変圧器定格電流実効値の数倍から数十倍にも及ぶ値であり、この値を例えば50%に低減すると、保護継電器、保護ヒューズの仕様が定格区分段階が変更になり得ることがわかる。
In 6kV class transformers for power distribution, the protection fuse that protects the transformer may be blown off rarely due to a large instantaneous inrush current when the power is turned on, and the protective relay trips as problems during maintenance. In rare cases, replacement of protective fuses, changes in ratings, and changes in specifications of protective relays were considered.
The magnitude of the magnetizing inrush current is shown in Non-Patent Document 6 as an approximate value of the magnetizing inrush current (maximum value). FIG. 1 shows this, but the maximum peak value of the magnetizing inrush current is several times to several tens of times the transformer rated current effective value. When this value is reduced to, for example, 50%, the protective relay, the protection It can be seen that the fuse specification can be changed at the rating stage.

これらの事情を解決するには、電圧低下率が送電用変圧器では2%以下、配電用変圧器では10%以下となる特性の変圧器の実現が課題の解決の直接的な手段と考えられる。
そしてこの値を満たすような変圧器励磁突入電流の値が必要となるが、系統自体の線路インピーダンスも電圧低下率の計算要素に含まれるので、励磁突入電流そのものの制限値としては定まらない。
In order to solve these situations, the realization of a transformer having a characteristic that the voltage drop rate is 2% or less for a transmission transformer and 10% or less for a distribution transformer is considered as a direct means of solving the problem. .
A value of the transformer inrush current that satisfies this value is required, but the line impedance of the system itself is also included in the calculation factor of the voltage drop rate, so it is not determined as the limit value of the magnetizing inrush current itself.

さらに、変圧器の損失を従来のものから低減して、運転費用の低減を図りつつ、地球環境に配慮できる省エネルギーを指向した変圧器も時代の省エネルギーニーズから必要とされている。所定の損失として、従来の変圧器の損失や、一次電圧6.6kV級変圧器の場合はJIS規格で定められている効率から求まる損失を所定の損失とするなら、損失値を所定の損失未満とすることで、省エネの効果が発生する。   Furthermore, transformers that are designed to save energy while considering the global environment while reducing operating costs by reducing the loss of the transformer from the conventional ones are also required from the energy saving needs of the times. As the predetermined loss, if the loss of the conventional transformer or the loss determined from the efficiency defined in the JIS standard in the case of the primary voltage 6.6kV class transformer is the predetermined loss, the loss value is less than the predetermined loss. By doing so, an energy saving effect occurs.

また、適用ケースとして変圧器のリプレイスを想定するなら、変圧器一次側の保護装置の変更を不要とすることが望ましい。このためには変圧器の短絡電流レベルを同じとするため変圧器の短絡インピーダンスを従来と同レベルにすることが望まれる。新設の場合も、変圧器の短絡インピーダンスを標準値とあわせれば、一次側の保護装置についても標準的な仕様のものを選定できて安価に配電設備を準備することができる。   Moreover, if the replacement of the transformer is assumed as an application case, it is desirable to eliminate the need to change the protection device on the primary side of the transformer. For this purpose, it is desirable to make the short-circuit impedance of the transformer the same level as before in order to make the short-circuit current level of the transformer the same. Even in the case of a new installation, if the short-circuit impedance of the transformer is matched with the standard value, the primary-side protection device can be selected with a standard specification, and the power distribution equipment can be prepared at a low cost.

このように、現在、変圧器の特性に望まれるニーズがいろいろ複雑化している状況にあるが、これら多くの課題、即ち、(1)電圧低下率を所定値未満にする。(2)励磁突入電流を所定値未満にする。(3)損失を所定値未満にする。(4)短絡インピーダンスを所定値にあわせる。等これらの課題を、一括して全て解決する性能をもった変圧器は実現されていなかった。   As described above, the needs desired for the characteristics of the transformer are currently variously complicated. However, many of these problems, that is, (1) the voltage drop rate is made less than a predetermined value. (2) Make the magnetizing inrush current less than a predetermined value. (3) The loss is made less than a predetermined value. (4) Adjust the short-circuit impedance to a predetermined value. No transformer has been realized that has the ability to solve all these problems at once.

前述した課題を解決するために、本発明では変圧器の短絡インピーダンスを従来値レベルとして変圧器短絡電流を従来レベルとした上に、励磁突入電流を抑え、系統の電圧低下を所定値以下に抑え、ヒューズや保護継電器に対する不要動作なく、発生損失も低減した省エネルギー型変圧器を提供する。   In order to solve the above-described problems, in the present invention, the transformer short-circuit impedance is set to the conventional value level, the transformer short-circuit current is set to the conventional level, the magnetizing inrush current is suppressed, and the voltage drop of the system is suppressed to a predetermined value or less. An energy-saving transformer that reduces unnecessary loss and eliminates unnecessary operation of fuses and protective relays.

本発明による変圧器では、変圧器投入操作時に電力系統や他の需要家設備に対する影響緩和が期待でき、電力系統における擾乱の少ない、良好な電力品質が得られる。また保護ヒューズや保護継電器の不要動作などを防止できる。また運転時の低損失化により運転費用低減が期待できる。   The transformer according to the present invention can be expected to mitigate the influence on the power system and other customer facilities at the time of turning on the transformer, and good power quality with little disturbance in the power system can be obtained. In addition, unnecessary operation of the protective fuse and the protective relay can be prevented. In addition, the operating cost can be reduced by reducing the loss during operation.

本発明の課題実現のアプローチについて以下に説明する。
本発明の変圧器は、いろいろな設計条件を付加した設計によって実現する。
(1)変圧器投入時の電圧低下率を一次電圧66kV級をはじめとする特高系統では2%未満、一次電圧が6.6kVをはじめとする高圧系統では10%未満となるように設計する。
これは、当該変圧器の電圧投入時に一次側系統の電圧変動などによる他の変圧器の二次側に接続される機器に動作異常の発生しない値とされる。
An approach for realizing the problem of the present invention will be described below.
The transformer of this invention is implement | achieved by the design which added various design conditions.
(1) The voltage drop rate when the transformer is turned on is designed to be less than 2% for the high voltage system including the primary voltage 66 kV class and less than 10% for the high voltage system including the 6.6 kV primary voltage. .
This is a value that does not cause an abnormal operation in the equipment connected to the secondary side of another transformer due to voltage fluctuation of the primary system when the voltage of the transformer is turned on.

この値の実現時には、短絡インピーダンスの値を従来レベルとしているので、設計上の指針とする設計項目と値は、最大励磁突入電流値がおおむね50%以下となることで所定の値未満の電圧低下率となる目安の値であるかを確認することとなる。なお、短絡インピーダンスの標準値としては、非特許文献4に示されている。   When this value is realized, the value of the short-circuit impedance is set to the conventional level. Therefore, the design items and values used as a design guideline are less than a predetermined value when the maximum excitation inrush current value is approximately 50% or less. It will be confirmed whether it is a standard value for the rate. Note that the standard value of the short-circuit impedance is shown in Non-Patent Document 4.

電圧低下率は、図2の簡易等価回路を考えたとき、変圧器巻線のインピーダンスに変圧器一次側の線路を含んだ上位系統のインピーダンスを加えた値から数1にて算出される値である。
なお、励磁突入電流発生時は、変圧器鉄心は磁気的に飽和しているので、Lで表した変圧器のインダクタンス値は、励磁インダクタンス値Lmから空心インダクタンス値Lairになる。


変数の説明
・R,L:上位系統のインピーダンス
・r:一次巻線抵抗
・L:変圧器の漏れインダクタンス
・L:変圧器の磁気飽和特性を反映したインダクタンス
(Lm→Lair)
Lm:励磁インダクタンス
Lair:空心インダクタンス
・V:電源電圧(実効値:Vs_rms)
・V:連系点の電圧(実効値:Vp_rms)
・i :通電電流

R=R+r,L=L+L+Lとおくと、この簡易等価回路の基礎式は
=L(di/dt)+Ri で表せる。するとVpは、
di/dt=(V−Ri)/L から
=V−L(di/dt)−RB・
=(1−L/L)V+(L・R/L−R)i となる。
ここで、Vの実効値V_rmsから電圧低下率ΔVは
ΔV=(1−V_rms/VS_rms)×100% と計算できる。
The voltage drop rate is a value calculated by Equation 1 from the value obtained by adding the impedance of the upper system including the transformer primary side line to the impedance of the transformer winding when considering the simple equivalent circuit of FIG. is there.
Since the transformer core is magnetically saturated when the magnetizing inrush current is generated, the inductance value of the transformer represented by L L changes from the magnetizing inductance value Lm to the air-core inductance value Lair.


Explanation of variables • R B , L B : Impedance of upper system • r 1 : Primary winding resistance • L C : Leakage inductance of transformer • L L : Inductance reflecting the magnetic saturation characteristics of the transformer
(Lm → Lair)
Lm: Excitation inductance
Lair: Air-core inductance • V S : Power supply voltage (effective value: Vs_rms)
· V p: voltage of the interconnection points (effective value: Vp_rms)
I: Current flow

If R = R B + r 1 and L = L B + L C + L L , then the basic equation of this simple equivalent circuit can be expressed as V S = L (di / dt) + Ri. Then Vp is
From di / dt = (V S −Ri) / L to V p = V S −L B (di / dt) −R B · i
= (1−L B / L) V S + (L B · R / L−R B ) i
Here, the voltage drop rate [Delta] V from the effective value V p _rms of V p can be calculated as ΔV = (1-V p _rms / V S_ rms) × 100%.

(2)変圧器の短絡インピーダンスは従来レベルとする。
短絡インピーダンスの値によって、変圧器内部又は二次側回路の短絡電流が制限されるがその値は、非特許文献4の標準値や更新前変圧器の値と同レベルとする。これは、従来変圧器に対する系統保護、計測を適用できる、つまり保護継電器や計測器は標準品を用いてその整定値や設定値は変圧器更新後も従前通り適用できるようにするためである。
(2) The transformer short-circuit impedance is at the conventional level.
The value of the short-circuit impedance limits the short-circuit current in the transformer or in the secondary circuit, but the value is the same level as the standard value of Non-Patent Document 4 and the value of the transformer before update. This is because system protection and measurement can be applied to the conventional transformer, that is, the protective relay and measuring instrument can be applied as standard using the standard products and the set values and set values can be applied as before even after the transformer is updated.

(3)変圧器の損失の低減を図りつつ、励磁突入電流レベルを所定のレベルに抑えるため、鉄心における低定格磁束密度と巻線における高空心インダクタンスの調和を図る。
変圧器の短絡インピーダンスは、短絡電流を決定する特性値である。また、変圧器の励磁突入電流を決定する一つめの特性値は巻線の空心インダクタンスである。
短絡インピーダンスは、抵抗分のインピーダンスが一般的に小さいので、短絡リアクタンスとほぼ等しく、周波数部分を分離すると、短絡インダクタンスの意味となり空心インダクタンスとの式上の違いが明らかになる。
(3) In order to reduce the loss of the transformer and suppress the magnetizing inrush current level to a predetermined level, the low rated magnetic flux density in the iron core and the high air core inductance in the winding are harmonized.
The short-circuit impedance of the transformer is a characteristic value that determines the short-circuit current. The first characteristic value that determines the magnetizing inrush current of the transformer is the air-core inductance of the winding.
Since the impedance of the short-circuit impedance is generally small, the short-circuit impedance is almost equal to the short-circuit reactance. When the frequency portion is separated, it becomes a short-circuit inductance and the difference in formula from the air-core inductance becomes clear.

両者は、数3と数4の式から求められるが、断面積の部分の考え方が異なる。



ここで、f:周波数 N:巻数、lm:巻線の平均長
α:一次、二次巻線の間隙
d1、d2:一次及び二次巻線の幅
k:巻線高さの補正係数
h:巻線高さ



ここで、Qc:鉄心断面積
Bm:定格磁束密度
Br:残留磁束密度
Bs:飽和磁束密度
Although both are calculated | required from the type | formula of Formula 3 and Formula 4, the view of the cross-sectional area part differs.



Where f: frequency N: number of turns, lm: average length of winding
α: gap between primary and secondary windings
d1, d2: widths of primary and secondary windings
k: Coil height correction factor
h: Winding height



Where Qc: iron core cross-sectional area
Bm: Rated magnetic flux density
Br: residual magnetic flux density
Bs: saturation magnetic flux density

短絡インダクタンスは、短絡電流の制限に関係し、変圧器巻線主絶縁部付近部の漏れ磁束の分布によるので、数3のように巻線間を主とする漏れ磁束通過部分の等価の断面積に比例する。
空心インダクタンスは、励磁突入電流の制限に関係し、数4のように励磁突入電流の流れる側の巻線の等価断面積に比例する。
The short-circuit inductance is related to the limitation of the short-circuit current, and depends on the distribution of the leakage magnetic flux in the vicinity of the transformer winding main insulation part. Is proportional to
The air-core inductance is related to the limit of the magnetizing inrush current and is proportional to the equivalent cross-sectional area of the winding on the side through which the magnetizing inrush current flows as shown in Equation 4.

次に、励磁突入電流を決定する二つめの特性値は鉄心の定格磁束密度である。数5のように、これを低減することによって、鉄心が飽和磁束密度に至るまでの余地を大きくすることができる。変圧器投入時に残留磁束が存在する場合にもその極性によっては励磁突入電流を低減することが可能となるが、投入位相を制御することは技術的に難しく、また残留磁束密度低減にも消磁の手間が掛かるためこれらの値を制御しないまま投入が行われることが多い。   Next, the second characteristic value that determines the magnetizing inrush current is the rated magnetic flux density of the iron core. As shown in Equation 5, by reducing this, the room until the iron core reaches the saturation magnetic flux density can be increased. When residual magnetic flux is present when the transformer is turned on, the inrush current can be reduced depending on the polarity, but it is technically difficult to control the applied phase, and demagnetization is also effective in reducing the residual magnetic flux density. Since it takes time and effort, it is often performed without controlling these values.

通常の設計ではBm=1.75テスラ Br=Bm・0.85 Bs=2.02 程度の値である。
これに対し、本発明ではBm=1.2テスラとすると数5の値は 通常設計の2.97から1.40となる。すなわち、Bm=1.2テスラとすることで励磁突入電流値は元の値の50%程度となるので、Bmの所定の値としては1.2テスラ未満を目安とすればよい。
In a normal design, Bm = 1.75 Tesla Br = Bm · 0.85 Bs = 2.02
On the other hand, in the present invention, when Bm = 1.2 Tesla, the value of Formula 5 is 2.97 to 1.40 of the normal design. That is, by setting Bm = 1.2 Tesla, the magnetizing inrush current value is about 50% of the original value, so the predetermined value of Bm may be less than 1.2 Tesla.

短絡インピーダンスの値を従来と同じくすると、新設計でも通常漏れ磁束通過部分の等価の断面積の値は従来設計と同様となるが、励磁突入電流による電圧低下率を制限するためには空心インダクタンスを大きくすることが必要となる。   If the value of the short-circuit impedance is the same as the conventional value, the equivalent cross-sectional area value of the normal leakage magnetic flux passing part is the same as in the conventional design even in the new design, but in order to limit the voltage drop rate due to the excitation inrush current, It is necessary to enlarge it.

さらに、変圧器損失特性を省エネルギー型にして、環境負荷の低減が期待できる変圧器とすることが近年重要となってきている。このためには負荷の変動に関わらず消費される変圧器の無負荷損(鉄損)の低減が有効であり、これは鉄心の定格磁束密度を低減することで可能となるが、励磁突入電流の制限から定格磁束密度をBm=1.2テスラ未満とすれば、損失低減も実現される。   Furthermore, in recent years, it has become important to make the transformer loss characteristics energy-saving and to make a transformer that can be expected to reduce the environmental load. For this purpose, it is effective to reduce the no-load loss (iron loss) of the transformer that is consumed regardless of fluctuations in the load. This can be achieved by reducing the rated magnetic flux density of the iron core. If the rated magnetic flux density is set to less than Bm = 1.2 Tesla, the loss can be reduced.

本発明による変圧器は従来の変圧器に比べ、投入時の電圧低下率が許容値以下であり、低損失であるがゆえにランニングコストが小さい有利なメリットを有する。
短絡インピーダンスについては、所定値としては規格値ではなく、従来変圧器値とする場合もありうる。これは、従来変圧器に合わせて選定された保護装置の設定条件を変えない場合である。
The transformer according to the present invention has the advantage that the running cost is low because the voltage drop rate at the time of application is less than the allowable value and low loss compared to the conventional transformer.
As for the short-circuit impedance, the predetermined value is not a standard value but may be a conventional transformer value. This is a case where the setting conditions of the protection device selected according to the conventional transformer are not changed.

以上の方針で設計した例を以下の実施例に示す。
対象とする変圧器との特性を比較することができる。
なお、本発明変圧器の設計は、例えば本出願の発明者の一部が発明者となっている特開2011−061171で公開された設計システムを使用することによって概略設計した後、詳細設計を行って確定することが効率的である。また、電圧低下率は設計システムにおいて、ATP(Alternative Transients Program)のシミュレーションで数値計算される。
Examples designed according to the above policy are shown in the following examples.
The characteristics of the target transformer can be compared.
Note that the transformer of the present invention is designed by, for example, using the design system disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-061171, which is part of the inventor of the present application, and then designing the detailed design. It is efficient to go and confirm. The voltage drop rate is numerically calculated in the design system by simulation of ATP (Alternative Transients Program).

設計例1:一次66kV級配電用変圧器
表1に対象変圧器の仕様を示す。
(表1)対象仕様(油入変圧器)
設計目標は次のとおりである。
・励磁突入電流による影響について、
変圧器受電点での最大電圧低下率は2%未満を目標とする。
・損失(無負荷損,負荷損)について、
〔計算式〕 Pm=Wf+(m/100)×Wrc
m:負荷率(%)、ここでは50%
設計結果は表2のとおりである。
(表2)設計結果
Design example 1: Primary 66kV class distribution transformer Table 1 shows the specifications of the target transformer.
(Table 1) Target specifications (oil-filled transformer)
The design goals are as follows.
・ About influence by magnetizing inrush current,
The maximum voltage drop rate at the transformer power receiving point is targeted to be less than 2%.
・ About loss (no load loss, load loss)
[Calculation Formula] Pm = Wf + (m / 100) 2 × Wrc
m: Load factor (%), here 50%
Table 2 shows the design results.
(Table 2) Design results

励磁突入電流66kV側の解析結果は、φr:85%のとき図4、図5のとおりである。
励磁突入電流計算値(最大波高値、絶対値)Ipmaxは、実機:647A、試設計:318Aとなった。つまり、試設計を行うことによってIpmax値は実機の49%に低減できた。
The analysis results on the excitation inrush current 66 kV side are as shown in FIGS. 4 and 5 when φr: 85%.
The calculated excitation inrush current (maximum peak value, absolute value) Ipmax was 647A for the actual machine and 318A for the trial design. In other words, the Ipmax value could be reduced to 49% of the actual machine by trial design.

66kVの系統の短絡容量は1000MVAとした。このときのバックインピーダンスは13.48mHである。
電圧(実効値)の比較66kV側の解析結果は、φr:85%のとき図6、図7のとおりである。
最大電圧低下率△Vmaxは、実機:2.53%(64330V/66000V)、試設計:1.37%(65095V/66000V)となった。つまり、試設計を行うことによって△Vmax値は実機の54%(2%未満)に低減できた。
The short-circuit capacity of the 66 kV system was 1000 MVA. The back impedance at this time is 13.48 mH.
The analysis results on the comparison 66 kV side of the voltage (effective value) are as shown in FIGS. 6 and 7 when φr: 85%.
The maximum voltage drop rate ΔVmax was 2.53% (64330V / 66000V) for the actual machine and 1.37% (65095V / 66000V) for the trial design. That is, by performing the trial design, the ΔVmax value could be reduced to 54% (less than 2%) of the actual machine.

設計例2:一次6.6kV級配電用変圧器
表3に対象変圧器の仕様を示す。
(表3)対象仕様(油入変圧器)
設計目標は次のとおりである。
・励磁突入電流による影響について、
変圧器受電点での最大電圧低下率は10%未満を目標とする。
・損失(無負荷損,負荷損)について、
JISC4304のエネルギー消費効率基準値(Pm)を満足する。
〔計算式〕 Pm=Wf+(m/100)×Wrc
m:基準負荷率(%)
容量500kVA以下は、40%
容量500kVA以上は、50%
Design example 2: Primary 6.6 kV class distribution transformer Table 3 shows the specifications of the target transformer.
(Table 3) Target specifications (oil-filled transformer)
The design goals are as follows.
・ About influence by magnetizing inrush current,
The maximum voltage drop rate at the transformer receiving point is targeted to be less than 10%.
・ About loss (no load loss, load loss)
Satisfies the energy consumption efficiency standard value (Pm) of JISC4304.
[Calculation Formula] Pm = Wf + (m / 100) 2 × Wrc
m: Standard load factor (%)
40% for a capacity of 500 kVA or less
50% for capacity of 500kVA or more

設計結果は表4のとおりである。
(表4)設計結果
この特性は、JIS規格の基準値を満足している。
Table 4 shows the design results.
(Table 4) Design results
This characteristic satisfies the standard value of the JIS standard.

励磁突入電流6.6kV側の解析結果は、φr:85%のとき図8、図9のとおりである。
励磁突入電流計算値(最大波高値、絶対値)Ipmaxは、実機:1050A、試設計:464Aとなった。つまり、試設計を行うことによってIpmax値は実機の42%に低減できた。
The analysis results on the excitation inrush current side of 6.6 kV are as shown in FIGS. 8 and 9 when φr: 85%.
The calculated excitation inrush current (maximum peak value, absolute value) Ipmax was 1050 A for the actual machine and 464 A for the trial design. In other words, the Ipmax value could be reduced to 42% of the actual machine by trial design.

変圧器よりも上位系統の定数は次のとおり。
・配電用変電所より上位側 0.347mH
・配電用変電所主変圧器 1.04mH(10MVA Base,j7.5%)
・高圧配電線 銅150mm2 0.122Ω/km、1.04mH/km
電圧低下率6.6kV側の解析結果は、φr:85%のとき図10、図11のとおりである。
The constants of the higher system than the transformer are as follows.
・ Upper side of distribution substation 0.347mH
・ Distribution substation main transformer 1.04mH (10MVA Base, j7.5%)
・ High voltage distribution line Copper 150mm 2 0.122Ω / km, 1.04mH / km
The analysis results on the voltage drop rate 6.6 kV side are as shown in FIGS. 10 and 11 when φr is 85%.

最大電圧低下率△Vmaxは、実機:17.9%(5418V/6600V)、試設計:8.3%(6052V/6600V)となった。つまり、試設計を行うことによって△Vmax値は実機の46%(10%未満)に低減できた。   The maximum voltage drop rate ΔVmax was 17.9% (5418V / 6600V) for the actual machine, and 8.3% (6052V / 6600V) for the trial design. That is, by performing the trial design, the ΔVmax value could be reduced to 46% (less than 10%) of the actual machine.

励磁突入電流最大波高値の概略範囲Approximate range of excitation inrush current maximum peak value 簡易等価回路Simple equivalent circuit 磁気飽和特性Magnetic saturation characteristics 66kV側実機の励磁突入電流計算結果Calculation result of excitation inrush current of 66kV side actual machine 66kV側試設計の励磁突入電流計算結果66 kV side trial design excitation inrush current calculation result 66kV側実機の電圧低下率計算結果66kV side actual machine voltage drop rate calculation result 66kV側試設計の電圧低下率計算結果66kV side trial design voltage drop rate calculation results 6.6kV側実機の励磁突入電流計算結果6.6 kV side actual machine excitation inrush current calculation result 6.6kV側試設計の励磁突入電流計算結果6.6kV side trial design excitation inrush current calculation result 6.6kV側実機の電圧低下率計算結果6.6kV side actual machine voltage drop rate calculation results 6.6kV側試設計の電圧低下率計算結果6.6kV side trial design voltage drop rate calculation result

Claims (3)

短絡インピーダンスが変圧器の電圧階級により定まる標準範囲である変圧器であって、
電圧低下率が一次電圧66kV級をはじめとする特高系統では2%未満、一次電圧が6.6kV級をはじめとする高圧系統では10%未満であり、定格磁束密度が1.2テスラ未満の変圧器。
A transformer whose short-circuit impedance is a standard range determined by the voltage class of the transformer,
The voltage drop rate is less than 2% in the extra high voltage system including the primary voltage 66 kV class, the primary voltage is less than 10% in the high voltage system including the 6.6 kV class, and the rated magnetic flux density is less than 1.2 Tesla. Transformer.
既設の変圧器と交換するための変圧器であって、
短絡インピーダンスが前記既設の変圧器の値と同一レベルで、電圧低下率が一次電圧66kV級をはじめとする特高系統では2%未満、一次電圧が6.6kV級をはじめとする高圧系統では10%未満であり、定格磁束密度が1.2テスラ未満の変圧器。
It is a transformer to replace the existing transformer,
The short-circuit impedance is the same as the value of the existing transformer, the voltage drop rate is less than 2% in the high voltage system including the primary voltage 66 kV class, and the primary voltage is 10 in the high voltage system including the 6.6 kV class. Transformer with a rated magnetic flux density of less than 1.2 Tesla.
損失が、前記既設の変圧器の損失以下であることを特徴とする請求項2に記載の変圧器。   The transformer according to claim 2, wherein a loss is equal to or less than a loss of the existing transformer.
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