JP4885888B2 - 励磁突入電流抑制装置付開閉器 - Google Patents

Description

この発明は、開閉器を用いて配電回線に設置された変圧器を電力系統に投入する際、配電回線に過渡的な大電流が流れるいわゆる突入電流を抑制する励磁突入電流抑制装置付開閉器に関するものである。

変圧器を電力系統に投入する際は、投入位相にもよるが、変圧器定格電流の数倍〜数十倍の励磁突入電流が流れ、その後定常状態になるという過渡現象が生じることが知られている。励磁突入電流の大きさは投入位相以外に変圧器鉄心の残留磁束によっても影響される。
この励磁突入電流により系統電圧が一時的に低下し、特に電力系統に接続されている電子機器の機能が損なわれたり変圧器の保護装置の誤動作の誘発、さらには周辺電力系統の電圧変動に大きな影響を与える。
また、過大な励磁突入電流は変圧器自体にも電磁力によりダメージを与える。励磁突入電流は通常の使用状態下で発生するものであるので、繰り返しの過大励磁突入電流は、変圧器の故障発生の要因ともなり得る。

一方、省エネルギ対策として、例えば負荷のなくなる夜間は変圧器を切り離しておき、負荷の大きくなる時刻に変圧器を投入するような系統運転が増加するにつれて、変圧器の投入、開放の回数の増加による過大励磁突入電流発生に伴う悪影響を防止することが要請されてきている。

このような情勢下において、励磁突入電流低減対策として、２つの主遮断器を単相変圧器の両端子と交流電源間に接続し、前記主遮断器のいずれか一方の主遮断器と並列に、抵抗体付き遮断器を接続し、遮断器投入動作の際に抵抗体付き遮断器の投入接点を主遮断器よりも早期に接触させるよう、抵抗体付き遮断器の固定接点と可動接点間の接点距離を、主遮断器の接点距離よりも短くし、ストローク量を短く設定した構成の励磁突入電流抑制装置付きガス遮断器が示されている（特許文献１）。

特開２００２−０７５１４５号公報

しかしながら上記特許文献１に示された技術は、単相の変圧器を対象としたものであり、仮に、この技術を三相の変圧器に適用しようとすると３台の機器が必要となり、装置の大型化、設置スペースの拡大化、さらにはコスト高となる問題点がある。また、この特許文献１の技術では装置の小型化要請に対応することは難しいという問題点もある。
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、三相変圧器のみならず単相変圧器であっても小型で、かつ大電流定格での励磁突入電流を抑制した開閉器の提供を目的とする。

この発明に係る励磁突入電流抑制装置付開閉器は、電力系統と電気機器間に設置され、第１の主接点と、投入抵抗接点と投入抵抗とが設けられ励磁突入電流を抑制する抵抗回路を並列に接続するとともに第１の主接点に並列接続された第２の主接点とを備え、第２の主接点および投入抵抗接点はそれぞれに固定接触子と可動接触子とを有するとともに、第２の主接点および投入抵抗接点の可動接触子は、機械的につながった同一駆動機構で駆動されて、それぞれの接点の開閉路動作がなされるものであり、電力系統に電気機器を投入時の各接点の動作が、投入抵抗接点の閉路→第２の主接点の閉路→第１の主接点の閉路→投入抵抗接点の開路→第２の主接点の開路の順になされて電気機器が通常通電状態に達するとともに、通常通電状態の遮断は第１の主接点の開路によってなされるものである。

このため投入抵抗接点と第２の主接点の投入タイミングが精度良く設定可能となり、投入抵抗に通電される時間が設定値のとおり確保できるので、マージンを少なくし、かつ励磁突入電流を精度よく抑制した装置の提供が可能となり、その結果従来と比較してより大電流定格の励磁突入電流抑制装置付開閉器を提供できる。
また、従来、現地サイトにて実施されていた人手による諸機器の投入タイミング調整作業が低減され低コスト化がはかれる。さらに、通常通電状態の遮断が第１の主接点で行われるので、第２の主接点は第１の主接点が投入されるまでの間に通電される短時間電流値に適合した接点容量を採用すればよく、装置の小型化とともに、長寿命化がはかれる。

実施の形態１．
実施の形態１を図に基づいて説明する。
図１は励磁突入電流抑制装置付開閉器１００を示す回路図である。図１において励磁突入電流抑制装置付開閉器１００（以下、開閉器１００と略す）は、電力系統６と電気機器、この場合変圧器５との間に設置されている。この開閉器１００は主通電回路母線である第１の母線１ａに設置された第１の主接点１と、この第１の母線１ａに並列接続された第２の母線２ａに設置される第２の主接点２と、この第２の母線２ａに並列に抵抗回路３ａが接続されており、この抵抗回路３ａには、投入抵抗接点３と投入抵抗４が直列に設けられている。
上記第２の主接点２と抵抗回路３ａとで励磁突入電流抑制装置５０を構成している。なお、この励磁突入電流抑制装置５０は一体的にユニット化されている。

第１の主接点１、第２の主接点２および投入抵抗接点３は、それぞれに図示省略の固定接触子と可動接触子とで構成され、可動接触子が移動して固定接触子に挿入されて接点閉路とし、可動接触子が固定接触子から離脱することで接点開路とする。
前記第２の主接点２の可動接触子と投入抵抗接点３の可動接触子とは、機械的に連結された同一駆動機構で連動される。この駆動は図示省略した制御装置からの信号を受信する駆動源によってなされる。ここで第２の主接点２の可動接触子のストローク量は、投入抵抗接点３の可動接触子のストローク量に比較して大きい。つまり、接点閉路とする場合、投入抵抗接点３の方が第２の主接点２より前記ストローク量の差分だけ時間的に早く閉路となる。

次に開閉器１００の閉路動作を図２（ａ）〜図２（ｆ）で、開路動作を図３（ａ）〜図３（ｂ）に基づいて説明する。
図２（ａ）は電力系統６から開閉器１００を介して変圧器５への通電が行われてない状態を示す。なお図２（ｂ）〜図２（ｆ）まで符号の記入は省略している。

図２（ｂ）は、変圧器５への投入信号を受けた開閉器１００の励磁突入電流抑制装置５０の図示省略した駆動源は、第２の主接点２の可動接触子、投入抵抗接点３の可動接触子の同一駆動機構を動作させる。前述のように投入抵抗接点３の可動接触子のストロークが第２の主接点２のそれに比較して短いので、第２の主接点２より先に投入抵抗接点３が閉路となる。この状態で電力系統６から投入抵抗４を介してこの投入抵抗４で規定される電流値で変圧器５が励磁されるので励磁突入電流が抑制されている。

変圧器５の励磁突入電流は投入抵抗４によって抑制されるとともに励磁突入電流を減衰させる。この励磁電流減衰は所定の時間内投入抵抗４に電流を流さなければならない。この時間を抵抗挿入時間と称し、前記投入抵抗接点３と第２の主接点２の可動接触子のストローク差によって決まる。この実施の形態１のように投入抵抗接点３の可動接触子と第２の主接点２の可動接触子とが機械的に連結されて同一の投入駆動されるので、抵抗挿入時間設定の信頼性が向上する。すなわち、投入抵抗接点３と第２の主接点２の投入動作を別駆動とした場合、抵抗挿入時間のばらつきが発生しやすく、仮に抵抗挿入時間が短くなると変圧器５への励磁突入電流を十分に抑制できず、一方抵抗挿入時間に余裕を持たせて長くすると、投入抵抗４の通電時間が増加し、投入抵抗４の容量を大きくするという問題点をこの実施の形態１ではなくしている。

図２（ｃ）は前記ストローク差の時間分遅れて第２の主接点２が投入され、引き続き変圧器５の励磁を行う。この時点では変圧器５への励磁突入電流は十分に減衰されている。

図２（ｄ）にて、第１の主接点１が励磁突入電流抑制装置５０とは別駆動源によって閉路となる。

図２（ｅ）にて、励磁突入電流抑制装置５０の駆動源によって、投入抵抗接点３が開路となる。

引き続き図２（ｆ）にて第２の主接点２がストローク差の時間分遅れて開路となり、第１の主接点１を介して電力系統６から変圧器５への通常通電状態に移行する。

次に開閉器１００の開路動作を図３（ａ）、図３（ｂ）に基づいて説明する。
図３（ａ）は前述した図２（ｆ）と同じであり、変圧器５への通常通電状態を示す。符号省略した図３（ｂ）は第１の主接点１が遮断動作指令を受けて、第１の主接点１を開路とする。このように通常通電状態からの電源遮断は第１の主接点１のみを介して行われるので、第２の主接点２は電力系統投入時における第１の主接点が投入されるまでの間に通電される短時間電流値に適合した接点容量を有するものでよく、従って小型の接点の採用が可能である。

このようにこの実施の形態１による励磁突入電流抑制装置付開閉器１００は、変圧器５の主通電回路１ａに設置された第１の主接点１と並列に、励磁突入電流抑制装置５０を接続しているので、励磁突入電流が抑制できる。また同一駆動機構で第２の主接点２、投入抵抗接点３が投入されるので、投入駆動の時間調整作業が不要となり、信頼性が向上し、その結果大電流通電可能となりさらに励磁突入電流抑制装置５０をユニット化しているので、通電電流容量に応じた仕様を有する第１の主接点１の選定と、励磁突入電流抑制装置５０の組み合わせが可能となる。このユニット化された励磁突入電流抑制装置５０は現地サイトでの配電盤上に搭載可能であり省スペース化がはかれ、また既設プラント等における変圧器の改造増設工事時においても、その改造工事が簡素化されコスト低減がはかれる。

実施の形態２．
図４に示すようにこの実施の形態２は、前述した実施の形態１の図１にヒューズ７を設けたものである。
ヒューズ７は第２の母線２ａ上に第２の主接点２と変圧器５との間に設けられている。このようにヒューズ７を設けた開閉器１００は、現地プラントにおいて点検時などに負荷側を接地した状態で間違って励磁突入電流抑制装置５０を投入して短絡したとしても、ヒューズ７が動作するので安全である。なおこのヒューズ７は低定格電流値の安価なものが選定できる。

なお、上記実施の形態１，２では電気機器として変圧器の例を示したがこれに限らず励磁突入電流の抑制を必要とする電気機器ならば適用できることは云うまでもない。

この発明は、電力系統の設置された電気機器において、電力系統投入時の励磁突入電流の抑制が必要とされる電気機器に利用可能である。

実施の形態１の励磁突入電流抑制装置付開閉器を示す図である。 実施の形態１の励磁突入電流抑制装置付開閉器の閉路動作を説明する図である。 実施の形態１の励磁突入電流抑制装置付開閉器の開路動作を説明する図である。 実施の形態２の励磁突入電流抑制装置付開閉器を示す回路図である。

符号の説明

１ 第１の主接点、２ 第２の主接点、３ 投入抵抗接点、３ａ 抵抗回路、
４ 投入抵抗、５ 変圧器、６ 電力系統、７ ヒューズ、
５０ 励磁突入電流抑制装置、１００ 励磁突入電流抑制装置付開閉器。

Claims (5)

1. 電力系統と電気機器間に設置された励磁突入電流抑制装置付開閉器であって、第１の主接点と、投入抵抗接点と投入抵抗とが設けられ励磁突入電流を抑制する抵抗回路を並列に接続するとともに前記第１の主接点に並列接続された第２の主接点とを備え、前記第２の主接点および投入抵抗接点はそれぞれに固定接触子と可動接触子とを有するとともに、前記第２の主接点および投入抵抗接点の可動接触子は、機械的につながった同一駆動機構で駆動されて、それぞれの接点の開閉路動作がなされるものであり、前記電力系統に前記電気機器を投入時の前記各接点の動作が、前記投入抵抗接点の閉路→第２の主接点の閉路→第１の主接点の閉路→投入抵抗接点の開路→第２の主接点の開路の順になされて前記電気機器が通常通電状態に達するとともに、前記通常通電状態の遮断は前記第１の主接点の開路によってなされることを特徴とする励磁突入電流抑制装置付開閉器。
2. 前記固定接触子に対する前記可動接触子のストローク量が、前記投入抵抗接点より前記第２の主接点の方が大きいことを特徴とする請求項１に記載の励磁突入電流抑制装置付開閉器。
3. 前記抵抗回路と前記第２の主接点とが一体的にユニット化されていることを特徴とする請求項１、２のいずれか１項に記載の励磁突入電流抑制装置付開閉器。
4. 前記第１の主接点と並列接続された第２の主接点と、前記電気機器との間にヒューズが設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の励磁突入電流抑制装置付開閉器。
5. 前記電気機器が変圧器であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の励磁突入電流抑制装置付開閉器。

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