JP3416989B2 - 変圧器励磁突流抑制方法とその装置 - Google Patents

変圧器励磁突流抑制方法とその装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、変圧器、特に三相変
圧器を電源に投入する際の励磁突流を低減するための変
圧器励磁突流抑制方法とその装置、特に励磁突流が増大
する主な要因である残留磁束を低減することによって励
磁突流を低減する変圧器励磁突流抑制方法とその装置に
関する。
【0002】
【従来の技術】周知のように、変圧器を電源に投入する
ときに、投入位相によって異なるが、定格電流の数倍な
いし数十倍の励磁突流が流れ、その後時間とともに減衰
して定常状態になるという過渡現象の生じることが知ら
れている。励磁突流の大きさは投入位相だけではなく、
その前に電源が遮断されたときに、変圧器の鉄心に残る
残留磁束量によっても大きく変化することが知られてい
る。
【0003】特に三相変圧器の場合、遮断位相や投入位
相に係わらず殆どの場合に励磁突流が発生することが知
られており、電力系統に使用される電力用変圧器、電気
炉や誘導炉に電力を供給するための工業用変圧器などの
数千kVA又はそれ以上の大容量の変圧器の殆どが三相
であり、励磁突流の発生による系統電圧の変化は単に対
象とする変圧器が設置されている変電所や工場でけでは
なく広範囲に影響を与えるものである。
【0004】このようなことから、変圧器を電源に投入
するときの励磁突流を低減するために種々の対策が採用
されている。励磁突流低減の対策の一つとして、残留磁
束を低減又は実質的に零にするものがある。残留磁束を
零にしても励磁突流がなくなるわけではないが、確実に
かつ容易に低減することができるという特長を持ってい
る。残留磁束を低減又は零にする方法は、変圧器の巻線
に三相交流を印加し、その後漸次その電圧を零になるま
で小さくしていく方法であり、原理的には磁気テープの
消磁に採用されている方法と同じである。この方法によ
れば、最初に印加する電圧をある値以上にしておけば実
質的に残留磁束を零にすることができる。
【0005】これに用いる三相電源は電圧を時間ととも
に低減してゆく必要があることから変圧器が接続される
電力系統などとは別の専用の電源が使用される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】前述のように、三相変
圧器の鉄心の残留磁束を低減又は零にするためには専用
の三相電源が使用されている。三相電源は単相電源に比
べて高価であり、三相電源を変圧器に接続するときにも
3つの端子の接続が必要になり接続作業に時間がかかる
という問題がある。
【0007】この発明の目的は、このような問題を解決
し、安価でかつ端子接続作業の時間が低減できる変圧器
励磁突流抑制方法とその装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明によれば、三相三脚鉄心を備えた変圧器を
系統に投入する際の励磁突流を低減するための変圧器励
磁突流抑制装置を次のように構成する。すなわち、前記
変圧器の巻線が三角結線されてなるものにおいては、こ
の三角結線の3つの端子のうちの2つの端子間に接続さ
れた単相交流電源でその電圧を時間とともに減衰させな
がら零になるまで前記変圧器を励磁して鉄心の残留磁束
を低減するようにしたものとする。また、前記変圧器の
巻線が星形結線されてなるものにおいては、この星形結
線の3つの端子のうちの1つの端子と中性点端子との間
に接続された単相交流電源でその電圧を時間とともに減
衰させながら零になるまで前記変圧器を励磁して鉄心の
残留磁束を低減するようにしたものとする。また、前記
変圧器の巻線が星形結線されてなるものにおいては、こ
の星形結線の3つの端子のうちの1つの端子と残る2つ
の端子を一括した端子との間に接続された単相交流電源
でその電圧を時間とともに減衰させながら零になるまで
前記変圧器を励磁して鉄心の残留磁束を低減するように
してもよい。次に、この発明によれば、三相三脚鉄心を
備えた変圧器を系統に投入する際の励磁突流を低減する
ための変圧器励磁突流抑制方法を次のように構成する。
すなわち、前記変圧器の巻線が三角結線されてなるもの
においては、前記変圧器を系統に投入する前にあらかじ
め、前記三角結線の3つの端子のうちの2つの端子間に
単相交流電源を接続して、この単相交流電源でその電圧
を時間とともに減衰させながら零になるまで前記変圧器
を励磁して鉄心の残留磁束を低減するようにしたものと
する。また、前記変圧器の巻線が星形結線されてなるも
のにおいては、前記変圧器を系統に投入する前にあらか
じめ、前記星形結線の3つの端子のうちの1つの端子と
中性点端子との間に単相交流電源を接続して、この単相
交流電源でその電圧を時間とともに減衰させながら零に
なるまで前記変圧器を励磁して鉄心の残留磁束を低減す
るようにしたものとする。また、前記変圧器の巻線が星
形結線されてなるものにおいては、前記変圧器を系統に
投入する前にあらかじめ、前記星形結線の3つの端子の
うちの1つの端子と残る2つの端子を一括した端子との
間に単相交流電源を接続して、この単相交流電源でその
電圧を時間とともに減衰させながら零になるまで前記変
圧器を励磁して鉄心の残留磁束を低減するようにしても
よい。
【0009】
【作用】この発明の構成において、三相三脚鉄心を備え
た変圧器を、単相交流電源でその電圧を時間とともに減
衰させながら零になるまで励磁すると、印加する電圧が
単相であっても直接励磁される相以外の相に電圧が分担
し合ったり、磁束が鉄心脚間で分流しあったりして結局
3つの相ともに印加電圧に対応した交番磁束が発生し、
この磁束の振幅が減衰してゆくとともに残留磁束も低減
し、印加電圧が零になるとともに3本の鉄心脚ともに残
留磁束を零にすることができる。
【0010】電圧を印加する巻線が三角結線の場合に
は、3つの端子のうちの2つの端子間に単相交流電源を
接続することによって、印加されない端子を挟む2つの
相の鉄心脚には電圧が直接印加される相の鉄心脚に流れ
る磁束の略2分の1ずつの磁束が分かれて流れる。電圧
を印加する巻線が星形結線のときには、3つの端子のう
ちの1つと中性点との間に単相交流電源を接続すると、
電圧が印加された相の鉄心脚に磁束が流れ、他の鉄心脚
にはこの磁束が約2分の1ずつ分流する。また、中性点
が引き出されない場合には、星形結線の3つの端子のう
ちの1つの端子を単相交流電源の一端に、他の2つの端
子を一括して他端に接続することによっても前述と同じ
作用を果たすことができ、この接続構成は中性点端子が
引き出されている場合にも適用することができる。
【0011】
【実施例】以下この発明を実施例に基づいて説明する。
図1はこの発明の実施例を示す模式図である。この図に
おいて、変圧器100は鉄心10とこの鉄心10の3本
の鉄心脚11,12,13にそれぞれ巻回される巻線2
1,22,23からなっている。もちろん、巻線として
はこの組の他に少なくとももう1組がそれぞれの鉄心脚
11,12,13に巻回されていて、2組の巻線で一次
側と二次側を形成するのであるが、残留磁束や励磁突流
を問題にするときには他の巻線は直接関係しないので図
示を省略してある。
【0012】巻線11,12,13は三角結線されてお
り、それぞれの端子は図示のように左からu,v,wと
名付ける。単相交流電源3はv端子とw端子間に接続し
てある。他の相の端子間でも良いが後述するようにこの
端子間に接続するのが一番良い。単相交流電源3によっ
て印加される減衰交流電圧Eはv端子とw端子間に印加
されるから、v相の巻線22には電圧Eが印加され、u
相とw相との巻線21,23は直列接続された状態で電
圧Eが印加される。したがって、この電圧Eによって誘
起される各鉄心脚11,12,13の磁束Φu ,Φv
Φw の間には次式が成立する。ただし、ΦE は印加電圧
Eによって誘起される磁束である。
【0013】
【数1】Φv =ΦE
【0014】
【数2】Φu +Φw =−ΦE Φu とΦw との分流比率はそれぞれの鉄心脚の磁気抵抗
によって決まる。図のように中央に位置するv相の鉄心
脚12に電圧Eが印加されるように接続すると、u相と
w相の鉄心脚11,13は鉄心脚12に対して対称関係
にあるので、その磁気抵抗は略等しくなる。したがっ
て、Φu とΦw とは実質的に等しくなるので次式が成立
する。前述のように図1の接続が一番良いとしたのはこ
の理由によるものである。
【0015】
【数3】Φu =Φw =−(1/2)ΦE 交流電圧Eは、印加された後時間経過とともに波高値が
減衰していく減衰交流電圧である。したがって、前述の
2つの式のΦu 、Φv 、Φw も相似の波形で減衰する減
衰交番磁束である。ただ、磁束Φの時間微分が電圧Eに
なることから、磁束Φは電圧Eに対して位相が90°異
なる。
【0016】周知のように、残留磁束がある場合に、減
衰交番磁束を重畳させると磁束は零に収束して残留磁束
が消滅する。したがって、交流減衰電圧Eが印加される
前に鉄心脚11,12,13に残っていた残留磁束は、
交流減衰電圧Eが印加されこれが減衰して実質的に零に
なった時点では零の状態になる。そのため、その後に変
圧器100を系統に投入したときの励磁突流は残留磁束
が残っている場合に比べて小さくなる。前述のように、
三相変圧器の場合、少なくとも1つの相では励磁突流が
大きくなるような残留磁束が存在するものなので、前述
のように残留磁束を零にすることによってかなりの励磁
突流の低減が可能になる。
【0017】今、各鉄心脚の飽和磁束をΦs 、系統の電
圧に対応する定常時の磁束の波高値をΦm 、残留磁束を
Φr とするとき、発生し得る最大励磁電流IEMは次式と
なる。ただし、kは鉄心脚が飽和しているときの励磁電
流IE の磁束Φに対する比例係数である。
【0018】
【数4】IEM=k(Φr +2Φm −Φs ) 仮に、Φr =0.7Φs 、Φm =0.8Φs とすると、
EM=k(1.3Φs)になる。また、Φr =0とする
と、IEM=k(0.6Φs )となり、残留磁束Φr を零
にすることによって励磁突流最大値は約半分になる。こ
れらの概略の値は実際とそれほど掛け離れたものではな
いので、残留磁束を零にすることによって発生し得る最
大励磁突流が約半分になるといって大きな間違いはな
い。
【0019】図2はこの発明の別の実施例を示す模式図
であり、図1と類似なので同じ部材には共通の符号を付
けて説明を省略する。図2の図1に対する違いは巻線2
4,25,26が星形結線であることと、これにともな
って単相交流電源3の接続端子が違うことである。図2
では単相交流電源3はV端子と中性点O端子との間に接
続したもので、この間に減衰交流電圧Eが印加される。
V相の巻線25には減衰交流電圧Eがそのまま印加され
るのでこれに対応する磁束ΦE が生ずる。U相とW相の
巻線24,26には直接電圧は印加されないが、鉄心脚
12の磁束ΦV(=ΦE )が鉄心脚11,13に分流し
てΦU 、ΦW となりそれぞれの巻線24,26にはこの
磁束に対応する電圧が誘起される。これらの磁束によっ
て残留磁束が零になるのは図1の場合と同様である。
【0020】星形結線の巻線では中性点O端子が引き出
されているとは限らない。中性点が埋め込みの変圧器の
場合には、単相交流電源3はV端子とU、W両端子を一
括した端子間に接続する。このような結線の場合、巻線
24と26とは並列接続になりこれが巻線25と直列接
続されたことになるので巻線25と巻線24,26との
電圧分担比は2:1になることから、V相の巻線25に
は減衰交流電圧Eの3分の2の電圧(2/3)Eが、U
相とW相の巻線24,26には(1/3)Eがそれぞれ
印加されることになり、これに対応する磁束Φがそれぞ
れの鉄心脚11,12,13に流れる。電圧Eや磁束Φ
の各相ごとの分担比は図2の場合と同じなので、図2の
減衰交流電圧Eの値の1.5倍の電圧を印加すれば鉄心
脚11,12,13に発生する磁束も図2と同じにな
る。
【0021】
【発明の効果】この発明は前述のように、三相変圧器に
単相交流電源を接続し、減衰交流電圧を印加することに
よって、変圧器鉄心を構成する3本の鉄心脚それぞれに
減衰交番磁束を発生させることができるので、それぞれ
の鉄心脚の残留磁束は時間とともに低減し、減衰交流電
圧が零になったときには残留磁束も零になる。使用する
交流電源は単相でよいので安価であり変圧器への接続作
業も容易になるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例を示す模式図
【図2】この発明の別の実施例を示す模式図
【符号の説明】
100 変圧器 10 鉄心 11,12,13 鉄心脚 21,22,23 巻線 24,25,26 巻線 3 単相交流電源
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−165366(JP,A) 特開 昭49−741(JP,A) 特開 昭64−89915(JP,A) 特公 平3−15406(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02H 7/04 - 7/045 H01F 27/00 H01F 30/12 H01F 13/00

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】三相三脚鉄心を備えた変圧器を系統に投入
    する際の励磁突流を低減するための変圧器励磁突流抑制
    装置であって、前記変圧器の巻線が三角結線されてなる
    ものにおいて、この三角結線の3つの端子のうちの2つ
    の端子間に接続された単相交流電源でその電圧を時間と
    ともに減衰させながら零になるまで前記変圧器を励磁し
    て鉄心の残留磁束を低減するようにしたことを特徴とす
    る変圧器励磁突流抑制装置。
  2. 【請求項2】三相三脚鉄心を備えた変圧器を系統に投入
    する際の励磁突流を低減するための変圧器励磁突流抑制
    装置であって、前記変圧器の巻線が星形結線されてなる
    ものにおいて、この星形結線の3つの端子のうちの1つ
    の端子と中性点端子との間に接続された単相交流電源で
    その電圧を時間とともに減衰させながら零になるまで前
    記変圧器を励磁して鉄心の残留磁束を低減するようにし
    たことを特徴とする変圧器励磁突流抑制装置。
  3. 【請求項3】三相三脚鉄心を備えた変圧器を系統に投入
    する際の励磁突流を低減するための変圧器励磁突流抑制
    装置であって、前記変圧器の巻線が星形結線されてなる
    ものにおいて、この星形結線の3つの端子のうちの1つ
    の端子と残る2つの端子を一括した端子との間に接続さ
    れた単相交流電源でその電圧を時間とともに減衰させな
    がら零になるまで前記変圧器を励磁して鉄心の残留磁束
    を低減するようにしたことを特徴とする変圧器励磁突流
    抑制装置。
  4. 【請求項4】三相三脚鉄心を備えた変圧器を系統に投入
    する際の励磁突流を低減するための変圧器励磁突流抑制
    方法であって、前記変圧器の巻線が三角結線されてなる
    ものにおいて、前記変圧器を系統に投入する前にあらか
    じめ、前記三角結線の3つの端子のうちの2つの端子間
    に単相交流電源を接続して、この単相交流電源でその電
    圧を時間とともに減衰させながら零になるまで前記変圧
    器を励磁して鉄心の残留磁束を低減するようにしたこと
    を特徴とする変圧器励磁突流抑制方法。
  5. 【請求項5】三相三脚鉄心を備えた変圧器を系統に投入
    する際の励磁突流を低減するための変圧器励磁突流抑制
    方法であって、前記変圧器の巻線が星形結線されてなる
    ものにおいて、前記変圧器を系統に投入する前にあらか
    じめ、前記星形結線の3つの端子のうちの1つの端子と
    中性点端子との間に単相交流電源を接続して、この単相
    交流電源でその電圧を時間とともに減衰させながら零に
    なるまで前記変圧器を励磁して鉄心の残留磁束を低減す
    るようにしたことを特徴とする変圧器励磁突流抑制方
    法。
  6. 【請求項6】三相三脚鉄心を備えた変圧器を系統に投入
    する際の励磁突流を低減するための変圧器励磁突流抑制
    方法であって、前記変圧器の巻線が星形結線されてなる
    ものにおいて、前記変圧器を系統に投入する前にあらか
    じめ、前記星形結線の3つの端子のうちの1つの端子と
    残る2つの端子を一括した端子との間に単相交流電源を
    接続して、この単相交流電源でその電圧を時間とともに
    減衰させながら零になるまで前記変圧器を励磁して鉄心
    の残留磁束を低減するようにしたことを特徴とする変圧
    器励磁突流抑制方法。
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