JP7426646B2 - Analysis method of lightning surge response of transformer - Google Patents

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Description

本発明は、変圧器の1次巻線に発生する雷過電圧およびその電圧により発生する雷故障を含む雷サージ応答の解析方法に関する。 The present invention relates to a method for analyzing lightning surge response, including lightning overvoltage generated in the primary winding of a transformer and lightning faults generated by the voltage.

配電線を構成する電柱の上に施設される配電用の柱上変圧器は、雷サージ(落雷により瞬間的に発生する高い電圧(雷過電圧)や電流のこと)による故障被害を受けやすい機器である。そこで従来、雷過電圧に対する柱上変圧器の挙動を解析するための様々な等価回路が提案されている。たとえば、図11に示すのは、非特許文献1において提案された等価回路である。なお、回路中の各構成要素の符号は、以下のものを表している。
:1次巻線のインピーダンス
11:1次巻線間(1+端子t1+と1-端子t1-の間)のアドミタンス
1G:1次巻線と大地の間のアドミタンス
2G:2次巻線と大地の間のアドミタンス
12:1次巻線と2次巻線の間のアドミタンス
22:2次巻線間(2+端子t2+と2-端子t2-の間)のアドミタンス
20:2次巻線間(2+端子t2+または2-端子t2-と0端子tの間)のアドミタンス
2l:2次巻線の自己インピーダンス
2m:2次巻線の相互インピーダンス
Distribution pole-mounted transformers installed on utility poles that make up distribution lines are devices that are susceptible to failure due to lightning surges (high voltage (lightning overvoltage) and current instantaneously generated by lightning strikes). be. Therefore, various equivalent circuits have been proposed for analyzing the behavior of pole transformers in response to lightning overvoltages. For example, what is shown in FIG. 11 is an equivalent circuit proposed in Non-Patent Document 1. Note that the symbols of each component in the circuit represent the following.
Z 1 : Impedance of primary winding Y 11 : Admittance between primary windings (between 1+ terminal t 1+ and 1- terminal t 1- ) Y 1G : Admittance between primary winding and earth Y 2G : Admittance between the secondary winding and the ground Y 12 : Admittance between the primary winding and the secondary winding Y 22 : Admittance between the secondary winding (between the 2+ terminal t 2+ and the 2- terminal t 2- ) Admittance Y 20 : Admittance between secondary windings (between 2+ terminal t 2+ or 2- terminal t 2- and 0 terminal t 0 ) Z 2l : Self-impedance of secondary winding Z 2m : Mutual secondary winding impedance

この等価回路の各構成要素(回路素子)のパラメータは、以下のようにして決定される。まず、実際の柱上変圧器において、1次側および2次側の各端子の接続方法を変えた複数種類のアドミタンスを所定の周波数帯で測定する。そして、この測定したアドミタンス周波数特性から、回路理論とモード解析法により、パラメータが導出される。なお、回路理論によれば、測定したアドミタンスが、等価回路の構成要素を組み合わせた式で表されるものである。また、モード解析法は、共振に着目して回路素子のパラメータを決定する手法である。このような等価回路のパラメータの決定手法は、既知のものである。 The parameters of each component (circuit element) of this equivalent circuit are determined as follows. First, in an actual pole transformer, multiple types of admittance are measured in a predetermined frequency band by changing the connection method of each terminal on the primary side and the secondary side. Then, parameters are derived from the measured admittance frequency characteristics using circuit theory and mode analysis. Note that, according to circuit theory, the measured admittance is expressed by a formula that combines the constituent elements of an equivalent circuit. Further, the mode analysis method is a method of determining parameters of a circuit element by focusing on resonance. The method for determining the parameters of such an equivalent circuit is known.

道下幸志,外2名,“配電用柱上変圧器の雷過電圧応答-変圧器容量への依存性-”,電気学会論文誌B,一般社団法人電気学会,2008年,128巻,1号,p.270-276Koushi Michishita and two others, “Lightning overvoltage response of distribution pole transformers - Dependence on transformer capacity”, IEEJ Transactions B, Institute of Electrical Engineers of Japan, 2008, Vol. 128, No. 1 , p. 270-276

ところで、雷サージが原因となって発生する柱上変圧器の故障には、主に1次ブッシングの故障と1次巻線の故障がある。しかしながら、非特許文献1の等価回路は、柱上変圧器の1次側から2次側または2次側から1次側への移行サージを計算するためのものであって、1次巻線はインピーダンスZのみで表されており、柱上変圧器の1次巻線における雷過電圧の発生様相は計算することができなかった。そしてこれに伴い、この1次巻線における雷過電圧が原因となる故障についても解析することができなかった。 By the way, malfunctions of pole transformers caused by lightning surges mainly include malfunctions of the primary bushing and malfunctions of the primary winding. However, the equivalent circuit in Non-Patent Document 1 is for calculating the transition surge from the primary side to the secondary side or from the secondary side to the primary side of a pole transformer, and the primary winding is It was expressed only by the impedance Z1 , and it was not possible to calculate the occurrence of lightning overvoltage in the primary winding of the pole transformer. As a result, failures caused by lightning overvoltage in the primary winding could not be analyzed.

本発明は、このような事情を鑑みたものであり、変圧器の1次巻線に発生する雷過電圧およびこの雷過電圧が原因となる変圧器の雷故障を含む雷サージ応答の解析方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a method for analyzing lightning surge response, including lightning overvoltage generated in the primary winding of a transformer and lightning failure of the transformer caused by this lightning overvoltage. The purpose is to

本発明は、複数層が積層された1次巻線を有する変圧器の雷サージ応答の解析方法であって、この変圧器の等価回路は、1次巻線が、全ての各層間部分をそれぞれ構成要素としたものまたは巻き始め側の第1層と第2層の層間部分を含む任意の層間部分とその他の層間部分とをそれぞれ構成要素としたものであり、実測された変圧器のアドミタンス周波数特性に基づいて、等価回路の1次巻線の各層間部分のパラメータを求めるパラメータ導出過程と、等価回路に雷サージを模擬した電圧波形を入力して各層間部分に発生する電圧を求める電圧計算過程を備え、パラメータ導出過程における変圧器のアドミタンス周波数特性は、1次巻線の各層間から引き出された端子の接続方法を変えた複数種類のアドミタンス周波数特性であることを特徴とする。 The present invention is a method for analyzing the lightning surge response of a transformer having a primary winding in which multiple layers are laminated. The actual measured admittance frequency of the transformer is the one in which any interlayer part including the interlayer part between the first layer and the second layer on the winding start side and other interlayer parts are used as the constituent elements. A parameter derivation process that calculates the parameters of each interlayer part of the primary winding of the equivalent circuit based on the characteristics, and a voltage calculation that calculates the voltage generated at each interlayer part by inputting a voltage waveform simulating a lightning surge into the equivalent circuit. The admittance frequency characteristics of the transformer in the parameter deriving process are characterized in that the admittance frequency characteristics of the transformer are a plurality of types of admittance frequency characteristics in which the connection method of terminals drawn out from between each layer of the primary winding is changed .

明は複数層が積層された1次巻線を有する変圧器の雷サージ応答の解析方法であって、この変圧器の等価回路は、1次巻線が、全ての各層間部分をそれぞれ構成要素としたものまたは巻き始め側の第1層と第2層の層間部分を含む任意の層間部分とその他の層間部分とをそれぞれ構成要素としたものであって、少なくとも第1層と第2層の層間部分に、発生する電圧が所定の条件を満たすと層間を短絡する絶縁破壊の等価回路が接続されたものであり、実測された変圧器のアドミタンス周波数特性に基づいて、等価回路の1次巻線の各層間部分のパラメータを求めるパラメータ導出過程と、等価回路に雷サージを模擬した電圧波形を入力して各層間部分に発生する電圧を求める電圧計算過程と、電圧計算過程で求められた電圧により絶縁破壊の等価回路が層間を短絡するか否かで雷故障の有無を判定する故障判定過程を備えることを特徴とする The present invention is a method for analyzing the lightning surge response of a transformer having a primary winding in which multiple layers are laminated. or an arbitrary interlayer part including an interlayer part between the first layer and the second layer on the winding start side and other interlayer parts as constituent elements, and at least the first layer and the second layer. An equivalent circuit for dielectric breakdown that shorts the layers when the generated voltage satisfies predetermined conditions is connected between the two layers, and the equivalent circuit is calculated based on the actually measured admittance frequency characteristics of the transformer. A parameter derivation process that calculates the parameters of each interlayer part of the primary winding, a voltage calculation process that calculates the voltage generated at each interlayer part by inputting a voltage waveform simulating a lightning surge into the equivalent circuit, and a voltage calculation process that calculates the voltage generated at each interlayer part. The present invention is characterized in that it includes a failure determination process that determines the presence or absence of a lightning failure based on whether or not an equivalent circuit for dielectric breakdown shorts between layers due to the applied voltage.

また、本発明においては、変圧器の等価回路は、1次巻線が、全ての各層間部分をそれぞれ構成要素としたものであってもよい。 Further, in the present invention, the equivalent circuit of the transformer may be such that the primary winding includes all the interlayer portions as constituent elements.

また、本発明においては、変圧器の等価回路は、1次巻線が、第1層と第2層の層間部分とその他の層間部分とをそれぞれ構成要素としたものであってもよい。 Further, in the present invention, the equivalent circuit of the transformer may be such that the primary winding includes the interlayer portion between the first layer and the second layer and the other interlayer portions, respectively.

ただし、上記の本発明において、変圧器の等価回路(1次巻線以外の部分)としては、上記の非特許文献1に記載されたもの(図11に示したもの)を用いることができる。また、以下において、1次巻線の各層間について、たとえば「第1層と第2層の層間」を、簡便に「1-2層間」と表記する。そして、上記の本発明において、1次巻線の「全ての各層間部分」とは、隣接する全ての層間、すなわち、1-2層間、2-3層間、3-4層間、・・・のことである。また、「第1層と第2層の層間部分を含む任意の層間部分」とは、少なくとも1-2層間を含み、さらにそれ以外の隣接する層間部分を含んでいてもよいということであり、たとえば1つ置きで、1-2層間、3-4層間、5-6層間、・・・などのことである。さらに、「その他の層間部分」とは、「第1層と第2層の層間部分を含む任意の層間部分」に含まれなかった部分をひとまとめにした部分のことである。そして、それらについてそれぞれ構成要素とするとは、従来提案されている等価回路のように1次巻線の全体をインピーダンスという1つのパラメータのみで表すのではなく、各層間部分に分割してそれぞれを回路素子とみなして、それぞれにパラメータを設定するということである。また、絶縁破壊の等価回路について、発生する電圧の「所定の条件」とは、電圧の値(電位差)や波形に基づいて定められるものであり、たとえば、所定値以上の電位差が発生する場合などである。 However, in the above-mentioned present invention, as the equivalent circuit (portions other than the primary winding) of the transformer, the one described in the above-mentioned Non-Patent Document 1 (shown in FIG. 11) can be used. In addition, in the following, regarding the interlayers of the primary winding, for example, "the interlayer between the first layer and the second layer" will be simply referred to as "the 1-2 layer interlayer". In the above-mentioned invention, "all interlayer parts" of the primary winding refers to all adjacent interlayer parts, that is, between 1st and 2nd layers, between 2nd and 3rd layers, between 3rd and 4th layers, etc. That's true. In addition, "any interlayer part including the interlayer part between the first layer and the second layer" means that it includes at least 1 to 2 layers, and may also include other adjacent interlayer parts, For example, every other layer is between 1st and 2nd layer, between 3rd and 4th layer, between 5th and 6th layer, etc. Furthermore, "other interlayer parts" refers to parts that are not included in "any interlayer parts including the interlayer parts between the first layer and the second layer". In addition, considering each of these as a component means that instead of expressing the entire primary winding with only one parameter, impedance, as in conventionally proposed equivalent circuits, it is divided into interlayer parts and each is used as a circuit. This means that parameters are set for each element. Furthermore, regarding the equivalent circuit of dielectric breakdown, the "predetermined conditions" for the generated voltage are determined based on the voltage value (potential difference) and waveform; for example, when a potential difference greater than a predetermined value occurs. It is.

本発明によれば、変圧器の1次巻線を詳細に模擬した等価回路とすることにより、従来は計算することができなかった1次巻線に発生する雷過電圧について、計算することができるようになる。なお、変圧器の1次巻線に雷サージが侵入した際の各層間部分に発生する電圧を実測した結果、巻き始め側の1-2層間部分に最も大きな過電圧が発生することが分かっている。本発明は、その1-2層間部分について個別の構成要素として模擬することで、高い精度が得られる。 According to the present invention, by creating an equivalent circuit that closely simulates the primary winding of a transformer, it is possible to calculate the lightning overvoltage that occurs in the primary winding, which could not be calculated in the past. It becomes like this. Furthermore, as a result of actual measurements of the voltage generated between each layer when a lightning surge enters the primary winding of a transformer, it has been found that the largest overvoltage occurs between layers 1 and 2 on the winding start side. . In the present invention, high accuracy can be obtained by simulating the 1-2 interlayer portion as an individual component.

また、故障判定過程を備えるものであれば、求められた1次巻線に発生する雷過電圧に基づき、1次巻線で発生する雷故障(絶縁破壊)の有無を計算することができる。これにより、変圧器の1次巻線の雷故障を防ぐための雷害対策の検討および評価が可能となる。 Further, if the device includes a failure determination process, it is possible to calculate whether there is a lightning failure (insulation breakdown) occurring in the primary winding based on the determined lightning overvoltage occurring in the primary winding. This makes it possible to study and evaluate lightning damage countermeasures to prevent lightning failures in the primary winding of a transformer.

また、等価回路の1次巻線について、全ての各層間部分をそれぞれ構成要素とすれば、1次巻線に発生する雷過電圧および1次巻線の雷故障の計算において、より高い精度が得られる。 In addition, if all interlayer parts of the primary winding in the equivalent circuit are considered as constituent elements, higher accuracy can be obtained in calculating lightning overvoltages occurring in the primary winding and lightning faults in the primary winding. It will be done.

また、等価回路の1次巻線について、1-2層間部分とその他の部分とをそれぞれ構成要素とすれば、等価回路が簡易な構成となるので、より簡便に1次巻線に発生する雷過電圧および1次巻線の雷故障について計算することができるようになる。そして上記のとおり、実際には1-2層間部分に最も大きな過電圧が発生するので、1-2層間部分のみを個別の構成要素とするだけで十分な精度が得られる。 In addition, if the primary winding of the equivalent circuit is made up of the 1st and 2nd layer interlayer parts and other parts, the equivalent circuit will have a simple configuration, so it will be easier to detect lightning that occurs in the primary winding. It becomes possible to calculate overvoltages and lightning failures in the primary winding. As mentioned above, since the largest overvoltage actually occurs in the portion between the 1st and 2nd layers, sufficient accuracy can be obtained by making only the portion between the 1st and 2nd layers a separate component.

本発明の方法における変圧器の等価回路である。It is an equivalent circuit of the transformer in the method of this invention. 変圧器本体の構造を示す説明図であり、(a)は側面図、(b)は上面図である。It is explanatory drawing which shows the structure of a transformer main body, (a) is a side view, (b) is a top view. 変圧器の1次巻線の構造を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing the structure of a primary winding of a transformer. 変圧器の1次巻線の構造の詳細および雷事故の様相を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing details of the structure of the primary winding of a transformer and aspects of a lightning accident. 変圧器にインパルス電圧を入力する実験の回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram of an experiment in which an impulse voltage is input to a transformer. 変圧器の1次巻線の雷サージ応答特性の実測値を示すグラフである。2 is a graph showing actually measured values of lightning surge response characteristics of a primary winding of a transformer. 変圧器の1次巻線のアドミタンス周波数特性を測定する際の、1次側と2次側の各端子の接続状態を示す説明図である。It is an explanatory view showing the connection state of each terminal of a primary side and a secondary side when measuring an admittance frequency characteristic of a primary winding of a transformer. (a)~(c)は、変圧器の1次巻線のアドミタンス周波数特性を測定する際の、1次巻線の端子の接続状態を示す説明図である。(a) to (c) are explanatory diagrams showing the connection state of the terminals of the primary winding when measuring the admittance frequency characteristic of the primary winding of the transformer. 変圧器に入力するインパルス電圧波形を示すグラフである。3 is a graph showing an impulse voltage waveform input to a transformer. 変圧器の1次巻線の1-2層間に発生する電圧の実測値と計算値を示すグラフである。2 is a graph showing actual measured values and calculated values of voltage generated between the 1st and 2nd layers of the primary winding of the transformer. 非特許文献1において提案された変圧器の等価回路である。This is an equivalent circuit of the transformer proposed in Non-Patent Document 1.

以下、本発明の具体的な内容について説明する。本発明の変圧器の雷サージ応答の解析方法は、種々の変圧器に適用できるものであるが、ここでは配電用の柱上変圧器を対象とする場合を例に挙げる。 Hereinafter, the specific content of the present invention will be explained. Although the method for analyzing lightning surge response of a transformer according to the present invention can be applied to various types of transformers, a case where a pole-mounted transformer for power distribution is targeted will be exemplified here.

柱上変圧器は、電柱に取り付けられるものであって、変電所から送られてくる6600Vの電気を、一般の家庭などで使用する100Vまたは200Vの電気に変圧するためのものである。一般的な柱上変圧器は、円筒状の筐体を有しており、筐体の内部に変圧器本体が収容されている。図2に示すように、変圧器本体は、内鉄型のものであって、矩形環状の鉄心10と、鉄心10の対向する2辺にそれぞれ巻き付けた正相巻線20と負相巻線30を備える。正相巻線20と負相巻線30は、それぞれ外周側の1次巻線21,31と、内周側の2次巻線22,32からなるものである。より詳しくは、図4に示すように(正相側を示すが、負相側も同様である)、鉄心10に筒状に絶縁紙41が巻き付けられており、その外周側に2次巻線22が巻き付けられている。さらに2次巻線22の外周側に筒状に絶縁紙42が巻き付けられており、その外周側に1次巻線21が巻き付けられている。そして、筐体の内部は絶縁油で満たされている。筐体の外側には、変圧器本体の1次巻線21,31に接続された2本の1次ブッシング(1+端子と1-端子)と、変圧器本体の2次巻線22,32に接続された3本の2次ブッシング(2+端子と2-端子と0端子)が設けられている。そして、1次ブッシングは高圧線に接続されており、2次ブッシングは低圧線に接続されていて、高圧線に印加された6600Vの電圧が、柱上変圧器により変圧され、低圧線に100Vまたは200Vの電圧が印加される(2+端子または2-端子と0端子の間が100V、2+端子と2-端子の間が200Vである)。以下、柱上変圧器について、単に変圧器ともいう。 A pole transformer is installed on a utility pole and is used to transform 6600V electricity sent from a substation to 100V or 200V electricity used in general homes. A typical pole transformer has a cylindrical casing, and the transformer body is housed inside the casing. As shown in FIG. 2, the main body of the transformer is of an inner iron type, and includes a rectangular annular iron core 10, and a positive phase winding 20 and a negative phase winding 30 wound around two opposing sides of the iron core 10, respectively. Equipped with. The positive phase winding 20 and the negative phase winding 30 each include primary windings 21 and 31 on the outer circumferential side and secondary windings 22 and 32 on the inner circumferential side. More specifically, as shown in FIG. 4 (the positive phase side is shown, but the same applies to the negative phase side), an insulating paper 41 is wrapped around the iron core 10 in a cylindrical shape, and a secondary winding is placed around the outer circumference of the insulating paper 41. 22 is wrapped around it. Furthermore, an insulating paper 42 is wrapped around the outer periphery of the secondary winding 22 in a cylindrical shape, and the primary winding 21 is wound around the outer periphery of the insulating paper 42 . The inside of the casing is filled with insulating oil. On the outside of the casing, there are two primary bushings (1+ terminal and 1- terminal) connected to the primary windings 21 and 31 of the transformer body, and two primary bushings connected to the secondary windings 22 and 32 of the transformer body. Three connected secondary bushings (2+ terminal, 2- terminal, and 0 terminal) are provided. The primary bushing is connected to the high voltage line, and the secondary bushing is connected to the low voltage line, and the voltage of 6600V applied to the high voltage line is transformed by the pole transformer, and the voltage of 6600V applied to the high voltage line is transformed to 100V or A voltage of 200V is applied (100V between the 2+ or 2- terminal and the 0 terminal, and 200V between the 2+ and 2- terminals). Hereinafter, the pole transformer will also be simply referred to as a transformer.

このような変圧器について、上記のとおり、図11に示すような等価回路が提案されており、破線で囲まれた部分が、変圧器の1次巻線に相当する部分である。ここで、1次巻線の構成について、さらに詳述する。図3の模式図に示すように、この変圧器の1次巻線は、正相(図の左側)と負相(図の右側)のそれぞれにおいて、13層が積層されている。実際の変圧器本体においては、第1層Lが最も内周側に位置しており、第1層Lから巻き始めて、外周側に向けて第2層L、第3層L、・・・と積層された構造である。なお、図4に示すように(正相側を示すが、負相側も同様である)、各層間には絶縁紙43が挟まれている。正相の第1層Lから引き出された端子は、変圧器の1+端子t1+に接続されており、負相の第1層Lから引き出された端子は、変圧器の1-端子t1-に接続されている。また、正相の第12層L12の途中から第1タップTが、第13層L13の終端から第2タップTが、負相の第13層L13の終端から第3タップTが、第13層L13の途中から第4タップTがそれぞれ引き出されている。タップは、変圧比を変えるための口出し線である。なお、図3中のA~Fおよびa~fは、正相および負相において、それぞれ2-3層間、4-5層間、・・・、12-13層間から引き出した端子を表す。これらの端子は、実際の変圧器には存在せず、本発明の説明・確認のためのものである。 As mentioned above, an equivalent circuit as shown in FIG. 11 has been proposed for such a transformer, and the part surrounded by the broken line corresponds to the primary winding of the transformer. Here, the configuration of the primary winding will be explained in further detail. As shown in the schematic diagram of FIG. 3, the primary winding of this transformer has 13 layers laminated in each of the positive phase (left side of the figure) and negative phase (right side of the figure). In the actual transformer main body, the first layer L1 is located at the innermost side, and starting from the first layer L1 , the second layer L2 , the third layer L3 , It has a layered structure. Note that, as shown in FIG. 4 (the positive phase side is shown, but the same applies to the negative phase side), an insulating paper 43 is sandwiched between each layer. The terminal drawn out from the first layer L1 of the positive phase is connected to the 1+ terminal t1 + of the transformer, and the terminal drawn out from the first layer L1 of the negative phase is connected to the 1- terminal t of the transformer. Connected to 1- . In addition, a first tap T1 is connected from the middle of the 12th layer L12 with a positive phase, a second tap T2 is connected from the end of the 13th layer L13 with a negative phase, and a third tap T is connected from the end of the 13th layer L13 with a negative phase. 3 , a fourth tap T4 is drawn out from the middle of the thirteenth layer L13 . A tap is a lead wire for changing the transformation ratio. Note that A to F and a to f in FIG. 3 represent terminals drawn out from between layers 2-3, between layers 4-5, . . . , and between layers 12-13 in the positive phase and negative phase, respectively. These terminals do not exist in an actual transformer and are provided for explanation and confirmation of the present invention.

そして、実際に雷サージによる雷故障が生じた変圧器を調査すると、1次巻線21,31の故障は、主に1次ブッシングに最も近い1-2層間(図3の1+端子t1+と端子Aの間および1-端子t1-と端子aの間)で発生していることが確認された。図4にも、そのような雷故障BD(Break Down)の様相を模式的に示している。 When investigating transformers that actually experienced lightning failures due to lightning surges, failures in the primary windings 21 and 31 were found to occur mainly between the 1st and 2nd layers closest to the primary bushing (1+ terminal t1 + in Figure 3). It was confirmed that this occurred between terminal A and between terminal 1-terminal t1- and terminal a). FIG. 4 also schematically shows an aspect of such a lightning failure BD (Break Down).

また、このことを数値的に確認するために、変圧器に雷サージを模擬したインパルス電圧を入力する実験を行った。図5に示すのは、実験の回路図である。インパルス電圧発生装置200により、変圧器100の1+端子および1-端子と、ケースアース間に、電圧を印加した。この回路により、変圧器100に対して、0.3/50μS、0.7/50μS、1.1/50μSの3種類のインパルス電圧を印加した(波頭長/波尾長を表す)。 In order to confirm this numerically, we conducted an experiment in which an impulse voltage simulating a lightning surge was input to the transformer. Shown in FIG. 5 is the experimental circuit diagram. An impulse voltage generator 200 applied a voltage between the 1+ terminal and 1- terminal of the transformer 100 and the case ground. Using this circuit, three types of impulse voltages of 0.3/50 μS, 0.7/50 μS, and 1.1/50 μS were applied to the transformer 100 (representing wavefront length/wavelength length).

図6に示すのが、実験の結果を示すグラフであり、変圧器の1次巻線の各層間に発生した電圧を示す。より詳しくは、横軸は各層間に対応しており、たとえば、1+-Aは図3の1+端子t1+と端子Aの間、すなわち1-2層間を表し、A-Bは端子Aと端子Bの間、すなわち3-4層間を表す。縦軸は、入力電圧の波高値に対する出力電圧の波高値の比である。これによれば、3種類の何れのインパルス電圧の場合においても、印加端である1+端子t1+、1-端子t1-に最も近い1-2層間の電圧が最も高く、印加端から離れると電圧が急激に小さくなることが確認された。 FIG. 6 is a graph showing the results of the experiment, showing the voltage generated between each layer of the primary winding of the transformer. More specifically, the horizontal axis corresponds to each layer. For example, 1+-A represents between the 1+ terminal t 1+ and terminal A in FIG. B, that is, between 3 and 4 layers. The vertical axis is the ratio of the peak value of the output voltage to the peak value of the input voltage. According to this, in the case of any of the three types of impulse voltages, the voltage between the 1-2 layers closest to the 1+ terminal t 1+ and 1- terminal t 1-, which are the application ends, is the highest, and the voltage farther away from the application end is the highest. It was confirmed that the voltage suddenly decreased.

これらの事項を踏まえて、本発明では、変圧器の1次巻線に発生する雷過電圧および変圧器の1次巻線の雷故障を解析するために、1次巻線を従来よりも詳細に模擬した等価回路を用いることにする。1次巻線を最も詳細に模擬しようとすれば、隣接する全ての層間、すなわち、1-2層間、2-3層間、3-4層間、・・・について分割してそれぞれ構成要素としたものも考えられるが、ここでは、1次巻線について、1-2層間部分と、その他の層間部分(3-13層間部分)とに分割した等価回路を用いる。図6に示した上記の実験結果によれば、雷サージにより変圧器の1次巻線に発生する雷過電圧は、1-2層間で最も高く、その他の層間では十分に小さいといえる。よって、1-2層間のみを個別の構成要素とすれば、変圧器の1次巻線に発生する雷過電圧および変圧器の1次巻線の雷故障を解析するための十分な精度が得られると考えられ、かつ構成要素の数が抑えられるので計算が容易になる。 Based on these matters, in the present invention, in order to analyze lightning overvoltage occurring in the primary winding of a transformer and lightning faults in the primary winding of the transformer, the primary winding is analyzed in more detail than before. We will use a simulated equivalent circuit. To simulate the primary winding in the most detail, all adjacent layers, i.e., 1-2 layers, 2-3 layers, 3-4 layers, etc., are divided into constituent elements. However, in this case, an equivalent circuit is used in which the primary winding is divided into a 1-2 interlayer portion and other interlayer portions (3-13 interlayer portion). According to the above experimental results shown in FIG. 6, it can be said that the lightning overvoltage generated in the primary winding of the transformer due to a lightning surge is highest between the 1st and 2nd layers, and is sufficiently small between the other layers. Therefore, by treating only the 1st and 2nd layers as separate components, sufficient accuracy can be obtained to analyze lightning overvoltage occurring in the primary winding of a transformer and lightning faults in the primary winding of a transformer. Since the number of components can be reduced, the calculation becomes easier.

図1に示すのが、このように詳細に模擬された1次巻線を含む変圧器の等価回路である。破線で囲まれた部分が、1次巻線に相当する部分であり、1次巻線以外の部分は、図11に示す従来の等価回路と同様である。なお、回路中の各構成要素の符号は、以下のものを表している(これら以外は図11と同じである)。
1-2:1次巻線の1-2層間のアドミタンス
3-13:1次巻線のその他の層間(3-13層間)のアドミタンス
:1次巻線の1-2層間とその他の層間(3-13層間)の相互アドミタンス
FIG. 1 shows an equivalent circuit of a transformer including a primary winding simulated in detail in this way. The part surrounded by the broken line corresponds to the primary winding, and the parts other than the primary winding are the same as the conventional equivalent circuit shown in FIG. 11. Note that the symbols of each component in the circuit represent the following (other than these are the same as in FIG. 11).
Y 1-2 : Admittance between 1-2 layers of primary winding Y 3-13 : Admittance between other layers of primary winding (3-13 layers) Y M : Admittance between 1-2 layers of primary winding Mutual admittance between other layers (3-13 layers)

1次巻線の部分についてより詳しくは、「1-2層間」については、1-2層間のアドミタンスY1-2と1-2層間とその他の層間の相互アドミタンスYを直列接続したものとして表される。また、「その他の層間」については、その他の層間のアドミタンスY3-13と1-2層間とその他の層間の相互アドミタンスYを直列接続したものとして表される。よって、図1に示すように、1次巻線は、正相側と負相側のそれぞれにおいて、Y1-2、Y、Y3-13、Yの4つの要素を直列接続したものとして表される。 For more details about the primary winding part, regarding "1-2 layers", let's assume that the admittance between the 1-2 layers (Y 1-2) and the mutual admittance Y between the 1-2 layers and other layers (Y M) are connected in series. expressed. Further, "other interlayers" is expressed as the admittance Y 3-13 between other layers and the mutual admittance Y M between layers 1-2 and other layers connected in series. Therefore, as shown in Figure 1, the primary winding consists of four elements Y 1-2 , Y M , Y 3-13 , and Y M connected in series on each of the positive and negative phase sides. It is expressed as

さらに、この等価回路の1-2層間部分には、絶縁破壊の等価回路が接続されている。絶縁破壊の等価回路は、所定値以上の電位差が発生すると、1-2層間を短絡するものであり、ここでは、所定値以上の電位差が発生すると「入」となるスイッチSで表されるものであって、このスイッチSが、正相側と負相側のそれぞれにおいて、1-2層間のアドミタンスY1-2および1-2層間とその他の層間の相互アドミタンスYと並列に接続されている。 Furthermore, an equivalent circuit for dielectric breakdown is connected to the 1st-2nd layer portion of this equivalent circuit. The equivalent circuit for dielectric breakdown is one that short-circuits between layers 1 and 2 when a potential difference greater than a predetermined value occurs, and here it is represented by a switch S that turns on when a potential difference greater than a predetermined value occurs. This switch S is connected in parallel with the admittance Y1-2 between the 1st and 2nd layers and the mutual admittance YM between the 1st and 2nd layers and other layers on the positive phase side and the negative phase side, respectively. There is.

このような変圧器の等価回路に基づき、本発明の変圧器の雷サージ応答の解析方法が実行される。この雷サージ応答の解析方法は、まず、変圧器に発生する雷過電圧を解析するための過程として、実測された変圧器のアドミタンス周波数特性に基づいて、等価回路の1次巻線の各層間部分のパラメータを求めるパラメータ導出過程と、等価回路に雷サージを模擬した電圧波形を入力して1-2層間部分に発生する電圧を求める電圧計算過程を備える。さらに、変圧器の雷故障を解析するための過程として、電圧計算過程で求められた電圧により、絶縁破壊の等価回路が層間を短絡するか否かで雷故障の有無を判定する故障判定過程を備える。 Based on such an equivalent circuit of a transformer, the method of analyzing the lightning surge response of a transformer according to the present invention is executed. This lightning surge response analysis method is based on the actually measured admittance frequency characteristics of the transformer as a process for analyzing the lightning overvoltage that occurs in the transformer. The method includes a parameter derivation process for determining the parameters of , and a voltage calculation process for inputting a voltage waveform simulating a lightning surge into an equivalent circuit and calculating the voltage generated between the 1st and 2nd layers. In addition, as a process for analyzing lightning failures in transformers, we conduct a failure determination process in which the presence or absence of a lightning failure is determined based on whether the equivalent circuit of insulation breakdown shorts between layers using the voltage determined in the voltage calculation process. Be prepared.

まず、パラメータ導出過程が実行される。パラメータ導出過程では、まず、実際の変圧器において、1次巻線の各端子の接続方法を変えた複数種類のアドミタンスを所定の周波数帯で測定する。この際、変圧器の1次側と2次側の各端子は、図7に示すような接続状態となっている。すなわち、変圧器100の1+端子t1+が、アドミタンス測定の+端子Mに接続されており、変圧器100の1-端子t1-、2+端子t2+、2-端子t2-および0端子tが、G端子に接続(すなわち変圧器の筐体に接続)されたうえでアドミタンス測定の-端子Mに接続されている。また、1次巻線については、図8(a)~(c)に示すような3種類の接続方法で測定される。すなわち、図8(a)の場合、1+端子t1+には他の端子が接続されておらず、1-端子t1-には正相側の端子Fおよび負相側の端子a~端子fが接続されている。図8(b)の場合、1+端子t1+には正相側の端子Aが接続されており、1-端子t1-には正相側の端子Fおよび負相側の端子a~端子fが接続されている。図8(c)の場合、1+端子t1+には他の端子が接続されておらず、1-端子t1-には正相側の端子A~端子Fおよび負相側の端子a~端子fが接続されている。そして、この測定したアドミタンス周波数特性から、回路理論とモード解析法により、パラメータが導出される。 First, a parameter derivation process is performed. In the parameter derivation process, first, in an actual transformer, multiple types of admittances are measured in a predetermined frequency band by changing the connection method of each terminal of the primary winding. At this time, the primary and secondary terminals of the transformer are connected as shown in FIG. That is, the 1+ terminal t 1+ of the transformer 100 is connected to the + terminal M + for admittance measurement, and the 1- terminal t 1- , the 2+ terminal t 2+ , the 2- terminal t 2- and the 0 terminal of the transformer 100 are connected to the + terminal M + for admittance measurement. t 0 is connected to the G terminal (that is, connected to the transformer casing) and then to the −terminal M for admittance measurement. Furthermore, the primary winding is measured using three types of connection methods as shown in FIGS. 8(a) to 8(c). That is, in the case of FIG. 8(a), the 1+ terminal t 1+ is not connected to any other terminal, and the 1- terminal t 1- is connected to the terminal F on the positive phase side and the terminals a to f on the negative phase side. is connected. In the case of FIG. 8(b), the positive phase side terminal A is connected to the 1+ terminal t 1+ , and the positive phase side terminal F and the negative phase side terminals a to f are connected to the 1− terminal t 1− . is connected. In the case of FIG. 8(c), the 1+ terminal t 1+ is not connected to any other terminal, and the 1- terminal t 1- is connected to terminals A to F on the positive phase side and terminals a to terminal A on the negative phase side. f is connected. Then, parameters are derived from the measured admittance frequency characteristics using circuit theory and mode analysis.

各パラメータについて、より具体的には、以下のように導出される。1-2層間のアドミタンスY1-2については、図8(a)の場合のアドミタンス周波数特性から図8(b)の場合のアドミタンス周波数特性を引き算し、得られたアドミタンス周波数特性から、回路理論とモード解析法により、パラメータが導出される。その他の層間のアドミタンスY3-13については、図8(a)の場合のアドミタンス周波数特性から図8(c)の場合のアドミタンス周波数特性を引き算し、得られたアドミタンス周波数特性から、回路理論とモード解析法により、パラメータが導出される。1-2層間とその他の層間の相互アドミタンスYについては、図8(b)の場合のアドミタンス周波数特性と図8(c)の場合のアドミタンス周波数特性を足し算し、そこから図8(a)の場合のアドミタンス周波数特性を引き算し、得られたアドミタンス周波数特性から、回路理論とモード解析法により、パラメータが導出される。 More specifically, each parameter is derived as follows. Regarding the admittance Y 1-2 between the 1st and 2nd layers, subtract the admittance frequency characteristic in the case of Fig. 8(b) from the admittance frequency characteristic in the case of Fig. 8(a), and from the obtained admittance frequency characteristic, calculate the circuit theory. Parameters are derived using the modal analysis method. Regarding admittance Y 3-13 between other layers, subtract the admittance frequency characteristic in the case of FIG. 8(c) from the admittance frequency characteristic in the case of FIG. 8(a), and from the obtained admittance frequency characteristic, use the circuit theory. Parameters are derived by modal analysis method. Regarding the mutual admittance YM between the 1-2 layer and the other layers, add the admittance frequency characteristic in the case of FIG. 8(b) and the admittance frequency characteristic in the case of FIG. 8(c), and then calculate the mutual admittance YM in FIG. 8(a). Parameters are derived from the obtained admittance frequency characteristics by subtracting the admittance frequency characteristics in the case of , using circuit theory and mode analysis method.

続いて、電圧計算過程が実行される。電圧計算過程では、等価回路に、雷サージを模擬した電圧波形を入力する。先のパラメータ導出過程において、等価回路の各構成要素のパラメータが決定されているので、入力に対する等価回路の応答を計算することが可能であり、1次巻線の1-2層間部分に発生する電圧も求められる。 Subsequently, a voltage calculation process is performed. In the voltage calculation process, a voltage waveform simulating a lightning surge is input into the equivalent circuit. Since the parameters of each component of the equivalent circuit have been determined in the previous parameter derivation process, it is possible to calculate the response of the equivalent circuit to the input, which occurs between the 1st and 2nd layers of the primary winding. Voltage is also required.

続いて、故障判定過程が実行される。上記のとおり、等価回路の1-2層間部分には、絶縁破壊の等価回路を表すスイッチSが接続されており、先に求められた1-2層間部分に発生する電位差が所定値以上であれば、スイッチSが「入」となり、1-2層間が短絡される。すなわち、絶縁破壊が模擬されることになる。故障判定過程では、この短絡の発生の有無が検知され、短絡が発生すれば、雷故障が発生したと判定され、短絡が発生しなければ、雷故障が発生していないと判定される。なお、スイッチSが「入」となる電位差の所定値は、実際の変圧器における雷故障についての実測値から定められるものであり、たとえば、変圧器の1次巻線を構成する絶縁紙などの絶縁破壊電圧から求められる。 Subsequently, a failure determination process is executed. As mentioned above, the switch S representing the equivalent circuit of dielectric breakdown is connected to the 1st and 2nd layer portion of the equivalent circuit, and if the potential difference generated in the 1st and 2nd layer portion found earlier is greater than a predetermined value, For example, the switch S is turned on, and the 1st and 2nd layers are short-circuited. In other words, dielectric breakdown is simulated. In the fault determination process, the presence or absence of this short circuit is detected, and if a short circuit occurs, it is determined that a lightning fault has occurred, and if a short circuit does not occur, it is determined that a lightning fault has not occurred. Note that the predetermined value of the potential difference at which the switch S is turned on is determined from actual measurements of lightning failures in actual transformers. Determined from the dielectric breakdown voltage.

ここで、本発明の雷サージ応答の解析方法の妥当性を検証するために、変圧器の1次巻線の1-2層間部分に発生する電圧について、計算値と、実際の変圧器における実測値を比較する。印加電圧は、図9に示すような、1.1/50μSのインパルス電圧とし、実測については、図5に示す回路を用いた。図10に示すのが、その計算値と実測値を併せて示したグラフである。特に最初のピークについて、計算値と実測値とは、よく一致している。そして、雷故障の観点からは、最も振幅が大きい最初のピークが問題となるため、そこがよく一致する結果が得られた本発明の方法は、実用上十分な精度のものである。 Here, in order to verify the validity of the lightning surge response analysis method of the present invention, we will compare calculated values and actual measurements in an actual transformer with respect to the voltage generated between the 1st and 2nd layers of the primary winding of the transformer. Compare values. The applied voltage was an impulse voltage of 1.1/50 μS as shown in FIG. 9, and the circuit shown in FIG. 5 was used for actual measurements. FIG. 10 is a graph showing both the calculated values and the actual measured values. Especially for the first peak, the calculated value and the measured value are in good agreement. From the perspective of lightning failures, the first peak with the largest amplitude is the problem, so the method of the present invention, which yields results that match well in that area, has sufficient accuracy for practical use.

このような本発明の変圧器の雷サージ応答の解析方法によれば、変圧器の1次巻線を詳細に模擬した等価回路とすることにより、従来は計算することができなかった1次巻線に発生する雷過電圧について、計算することができるようになる。特に、変圧器の1次巻線に雷サージが侵入した際には巻き始め側の1-2層間部分に最も大きな過電圧が発生することから、1次巻線を、1-2層間部分とその他の部分とに分割してそれぞれを構成要素として模擬することで、実用上十分に高い精度が得られるものであり、かつ、等価回路が簡易な構成となるので、簡便に計算することができる。そして、上記のようにして求められた1次巻線に発生する雷過電圧に基づき、1次巻線で発生する雷故障(絶縁破壊)の有無を計算することができる。これにより、変圧器の1次巻線の雷故障を防ぐための雷害対策の検討および評価が可能となる。 According to the method for analyzing the lightning surge response of a transformer according to the present invention, by creating an equivalent circuit that closely simulates the primary winding of a transformer, the primary winding, which could not be calculated in the past, can be calculated. You will be able to calculate the lightning overvoltage that occurs in lines. In particular, when a lightning surge enters the primary winding of a transformer, the largest overvoltage occurs in the area between the 1st and 2nd layers at the start of winding. By dividing the equation into two parts and simulating each part as a component, sufficiently high accuracy can be obtained for practical use, and since the equivalent circuit has a simple configuration, it can be easily calculated. Based on the lightning overvoltage occurring in the primary winding determined as described above, it is possible to calculate whether there is a lightning failure (insulation breakdown) occurring in the primary winding. This makes it possible to study and evaluate lightning damage countermeasures to prevent lightning failures in the primary winding of a transformer.

なお、コンピュータを、本発明の変圧器の雷サージ応答の解析方法を実行する、変圧器の雷サージ応答の解析装置として機能させることができる。このコンピュータからなる変圧器の雷サージ応答の解析装置は、上記のような変圧器の雷サージ応答の解析方法に基づき、変圧器に発生する雷過電圧を求め、それにより発生する雷故障の有無を判定するものである。この解析装置は、パラメータ導出手段と、電圧計算手段と、故障判定手段を備える。各手段は、コンピュータがそれぞれの手段として機能するものである。 Note that the computer can function as a transformer lightning surge response analysis device that executes the transformer lightning surge response analysis method of the present invention. This computer-based transformer lightning surge response analysis device calculates the lightning overvoltage generated in the transformer based on the above-mentioned transformer lightning surge response analysis method, and thereby determines the presence or absence of lightning faults that occur in the transformer. It is something to judge. This analysis device includes a parameter deriving means, a voltage calculating means, and a failure determining means. The computer functions as each means.

コンピュータは、キーボードやマウスなどからなる入力装置、ディスプレイなどからなる出力装置、プログラムの命令を順番に実行するCPU、プログラムやプログラムの実行に必要なデータおよび計算結果などを保存しておく記憶装置を構成要素とする標準的なものである。 A computer consists of input devices such as a keyboard and mouse, output devices such as a display, a CPU that sequentially executes program instructions, and a storage device that stores programs and the data and calculation results necessary for program execution. This is a standard component.

そして、コンピュータにおいて、変圧器の雷サージ応答の解析プログラムを実行させることにより、装置が動作して、本発明の変圧器の雷サージ応答の解析方法に基づき、変圧器に発生する雷過電圧を求め、変圧器の雷故障の有無を判定するものである。 Then, by running a transformer lightning surge response analysis program on the computer, the device operates to determine the lightning overvoltage generated in the transformer based on the transformer lightning surge response analysis method of the present invention. , to determine whether there is a lightning failure in the transformer.

より詳しくは、このプログラムをコンピュータに実行させた場合、各ステップ(パラメータ導出ステップ、電圧計算ステップ、故障判定ステップ)が実行されることで、コンピュータが各種の手段(パラメータ導出手段、電圧計算手段、故障判定手段)として機能し、雷過電圧および雷故障の解析を行う。 More specifically, when this program is executed by a computer, each step (parameter derivation step, voltage calculation step, failure determination step) is executed, so that the computer executes various means (parameter derivation means, voltage calculation means, It functions as a failure determination means) and analyzes lightning overvoltage and lightning failures.

このプログラムを実行すると、まずパラメータ導出ステップが実行され、コンピュータが、パラメータ導出手段として機能する。パラメータ導出手段は、実際の変圧器において各端子の接続方法を変えた複数種類のアドミタンスを所定の周波数帯で測定した測定値の入力を受け付ける。入力は、コンピュータに接続された測定器(LCRメータなど)により測定されたデータが取り込まれるものであってもよいし、別途測定されたデータが入力装置により手入力されるものであってもよい。入力された測定値は、記憶装置に保存される。そして、パラメータ導出手段は、記憶装置から、測定値および予め保存された回路理論とモード解析法に基づく計算式を読み込み、測定値を計算式に代入して、等価回路のパラメータを求める。パラメータは、記憶装置に保存される。 When this program is executed, a parameter deriving step is first performed, and the computer functions as a parameter deriving means. The parameter deriving means receives input of measurement values obtained by measuring a plurality of types of admittance in a predetermined frequency band in an actual transformer with different terminal connection methods. The input may be data measured by a measuring device (such as an LCR meter) connected to a computer, or separately measured data may be manually input using an input device. . The input measurement values are stored in the storage device. Then, the parameter deriving means reads the measured value and a pre-stored calculation formula based on circuit theory and mode analysis method from the storage device, substitutes the measured value into the calculation formula, and calculates the parameters of the equivalent circuit. The parameters are saved in storage.

次に、電圧計算ステップが実行され、コンピュータが、電圧計算手段として機能する。電圧計算手段は、雷サージを模擬した電圧波形の入力を受け付ける。電圧波形は、記憶媒体に保存されたデータが読み込まれるものであってもよいし、入力装置から波形を定める数値が手入力されるものであってもよい。入力された電圧波形は、記憶装置に保存される。そして、電圧計算手段は、記憶装置から、電圧波形、予め保存された等価回路およびパラメータ導出ステップにおいて求められたパラメータを読み込み、電圧波形の入力に対する等価回路の応答を計算する。これにより、1次巻線の1-2層間部分に発生する電圧も求められる。求められた電圧は、記憶装置に保存される。 Next, a voltage calculation step is performed, and the computer acts as a voltage calculation means. The voltage calculation means receives input of a voltage waveform simulating a lightning surge. The voltage waveform may be one in which data stored in a storage medium is read, or a numerical value defining the waveform may be manually input from an input device. The input voltage waveform is stored in a storage device. Then, the voltage calculation means reads the voltage waveform, the previously stored equivalent circuit, and the parameters determined in the parameter derivation step from the storage device, and calculates the response of the equivalent circuit to the input of the voltage waveform. As a result, the voltage generated between the 1st and 2nd layer of the primary winding can also be determined. The determined voltage is stored in a memory device.

次に、故障判定ステップが実行され、コンピュータが、故障判定手段として機能する。故障判定手段は、電圧計算手段において計算された電圧波形の入力に対する等価回路の応答に基づき、絶縁破壊の等価回路を表すスイッチが「入」となって1-2層間部分の短絡が発生したか否かを検出する。そして、短絡が発生すれば、雷故障が発生したと判定し、短絡が発生しなければ、雷故障が発生していないと判定する。判定結果は、記憶装置に保存されるとともに、コンピュータの出力装置に表示される。以上で、プログラムが終了し、変圧器の雷サージ応答の解析装置による解析が完了する。 Next, a failure determination step is executed, and the computer functions as a failure determination means. The failure determination means determines, based on the response of the equivalent circuit to the voltage waveform input calculated by the voltage calculation means, whether a switch representing the equivalent circuit of dielectric breakdown is turned on and a short circuit occurs between the 1st and 2nd layers. Detect whether or not. If a short circuit occurs, it is determined that a lightning fault has occurred, and if a short circuit does not occur, it is determined that a lightning fault has not occurred. The determination result is stored in the storage device and displayed on the output device of the computer. This completes the program and completes the analysis of the lightning surge response of the transformer by the analyzer.

なお、この変圧器の雷サージ応答の解析プログラムは、専用のソフトウェアとして実行されるものであっても、汎用の表計算ソフトウェアなどの上で実行されるものであってもよいし、別のプログラムやシステムに組み込まれたものであってもよい。また、電圧計算手段として、汎用の電子回路シミュレーションソフトウェアを用いてもよい。 This transformer lightning surge response analysis program may be executed as dedicated software, on general-purpose spreadsheet software, or as a separate program. It may also be something that is built into the system. Furthermore, general-purpose electronic circuit simulation software may be used as the voltage calculation means.

また、上記で説明した本発明の変圧器の雷サージ応答の解析方法における変圧器の等価回路は、1次巻線について、1-2層間部分とその他の層間部分とに分割してそれぞれを構成要素としたものであったが、それ以外の構成にしてもよい。ただし、上記のとおり、雷サージにより変圧器の1次巻線に発生する雷過電圧は、1-2層間で最も高いので、少なくとも、1-2層間部分については個別に構成要素とすることで、実用上十分に高い精度が得られる。 In addition, the equivalent circuit of the transformer in the above-described method of analyzing lightning surge response of a transformer of the present invention is constructed by dividing the primary winding into a 1-2 layer interlayer portion and other interlayer portions. Although this is an element, other configurations may be used. However, as mentioned above, the lightning overvoltage that occurs in the primary winding of a transformer due to a lightning surge is highest between the 1st and 2nd layers, so at least the portion between the 1st and 2nd layers should be considered as a separate component. Accuracy high enough for practical use can be obtained.

上記以外の1次巻線の構成の例として、たとえば、隣接する全ての層間、すなわち、1-2層間、2-3層間、3-4層間、・・・についてそれぞれを構成要素としてもよい。この場合、「i-i+1層間」については、i-i+1層間のアドミタンスYi-i+1とi-i+1層間とそれ以外の層間の相互アドミタンスYMi-i+1を直列接続したものとして表される。よって、全ての層間について構成要素とした場合の1次巻線の等価回路は、Y1-2、YM1-2、Y2-3、YM2-3、・・・、Yi-i+1、YMi-i+1、・・・が直列接続されたものとなる。 As an example of a configuration of the primary winding other than the above, for example, all adjacent layers, ie, between the 1st and 2nd layers, between the 2nd and 3rd layers, between the 3rd and 4th layers, etc., may each be used as a component. In this case, "interlayer i-i+1" is expressed as a series connection of admittance Y ii+1 between layer ii+1 and mutual admittance Y Mi-i+1 between layer ii+1 and other layers. Therefore, the equivalent circuit of the primary winding when all interlayers are considered as constituent elements is Y 1-2 , Y M1-2 , Y 2-3 , Y M2-3 , ..., Y i-i+1 , Y Mi−i+1 , . . . are connected in series.

さらに、他の1次巻線の構成の例として、たとえば、隣接する層間の1つ置き、すなわち、1-2層間、3-4層間、5-6層間、・・・についてそれぞれを構成要素としてもよい。その場合、2-3層間、4-5層間、・・・がひとまとめの「その他の層間」となる。また、1-2層間、2-3層間およびその他の層間(4-13層間)の3つをそれぞれ構成要素としたり、1-2層間、2-3層間、3-4層間およびその他の層間(5-13層間)の4つをそれぞれ構成要素としたりしてもよい。 Furthermore, as an example of other primary winding configurations, for example, every other layer between adjacent layers, that is, between the 1st and 2nd layers, between the 3rd and 4th layers, between the 5th and 6th layers, etc., are each used as a component. Good too. In that case, the 2nd-3rd layer, the 4th-5th layer, etc. will be collectively referred to as "other layers". In addition, the 1-2 layer, 2-3 layer, and other layer (4-13 layer) may be used as constituent elements, or the 1-2 layer, 2-3 layer, 3-4 layer, and other layer (4-13 layer) may be used as constituent elements. 5 to 13 layers) may be respectively used as constituent elements.

本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨の範囲内で適宜変更できる。たとえば、変圧器の等価回路のパラメータを求める手法としては、既知の種々の手法を用いることができる。また、変圧器の等価回路において、絶縁破壊の等価回路を表すスイッチが、1-2層間部分以外に設けられていてもよい。また、絶縁破壊の等価回路としては、上記のように電位差に基づくもののほか、積分法に基づくものや、V-t交差法に基づくものなど、既知の種々のものを用いることができる。さらに、本発明は、柱上変圧器以外の種々の変圧器に適用できる。 The present invention is not limited to the embodiments described above, and can be modified as appropriate within the scope of the spirit of the invention. For example, various known methods can be used to determine the parameters of the equivalent circuit of the transformer. Furthermore, in the equivalent circuit of the transformer, a switch representing the equivalent circuit of dielectric breakdown may be provided in a portion other than the 1-2 layer portion. Further, as the equivalent circuit for dielectric breakdown, in addition to the one based on the potential difference as described above, various known circuits can be used, such as one based on the integral method and the one based on the Vt crossing method. Furthermore, the present invention can be applied to various transformers other than pole transformers.

10 鉄心
20 正相巻線
21 1次巻線(正相側)
22 2次巻線(正相側)
30 負相巻線
31 1次巻線(負相側)
32 2次巻線(負相側)
41,42,43 絶縁紙
100 変圧器
200 インパルス電圧発生装置
S スイッチ
1+ 1+端子
1- 1-端子
2+ 2+端子
2- 2-端子
0端子
第1タップ
第2タップ
第3タップ
第4タップ

10 Iron core 20 Positive phase winding 21 Primary winding (positive phase side)
22 Secondary winding (positive phase side)
30 Negative phase winding 31 Primary winding (negative phase side)
32 Secondary winding (negative phase side)
41, 42, 43 Insulating paper 100 Transformer 200 Impulse voltage generator S Switch t 1+ 1+ terminal t 1- 1- terminal t 2+ 2+ terminal t 2- 2- terminal t 0 0 terminal T 1 1st tap T 2 2nd Tap T 3 3rd tap T 4 4th tap

Claims (4)

複数層が積層された1次巻線を有する変圧器の雷サージ応答の解析方法であって、
この変圧器の等価回路は、1次巻線が、全ての各層間部分をそれぞれ構成要素としたものまたは巻き始め側の第1層と第2層の層間部分を含む任意の層間部分とその他の層間部分とをそれぞれ構成要素としたものであり、
実測された変圧器のアドミタンス周波数特性に基づいて、等価回路の1次巻線の各層間部分のパラメータを求めるパラメータ導出過程と、
等価回路に雷サージを模擬した電圧波形を入力して各層間部分に発生する電圧を求める電圧計算過程を備え
パラメータ導出過程における変圧器のアドミタンス周波数特性は、1次巻線の各層間から引き出された端子の接続方法を変えた複数種類のアドミタンス周波数特性であることを特徴とする変圧器の雷サージ応答の解析方法。
A method for analyzing the lightning surge response of a transformer having a primary winding in which multiple layers are laminated, the method comprising:
The equivalent circuit of this transformer is one in which the primary winding has all the interlayer parts as constituent elements, or any interlayer part including the interlayer part between the first layer and the second layer at the winding start side, and other interlayer parts. and the interlayer portion as constituent elements,
a parameter derivation process for determining parameters of each interlayer portion of the primary winding of the equivalent circuit based on the actually measured admittance frequency characteristics of the transformer;
Equipped with a voltage calculation process that calculates the voltage generated at each interlayer by inputting a voltage waveform simulating a lightning surge into the equivalent circuit .
Lightning surge response of a transformer characterized in that the admittance frequency characteristics of the transformer in the parameter derivation process are multiple types of admittance frequency characteristics with different connection methods of terminals pulled out from between each layer of the primary winding. analysis method.
複数層が積層された1次巻線を有する変圧器の雷サージ応答の解析方法であって、
この変圧器の等価回路は、1次巻線が、全ての各層間部分をそれぞれ構成要素としたものまたは巻き始め側の第1層と第2層の層間部分を含む任意の層間部分とその他の層間部分とをそれぞれ構成要素としたものであって、少なくとも第1層と第2層の層間部分に、発生する電圧が所定の条件を満たすと層間を短絡する絶縁破壊の等価回路が接続されたものであり、
実測された変圧器のアドミタンス周波数特性に基づいて、等価回路の1次巻線の各層間部分のパラメータを求めるパラメータ導出過程と、
等価回路に雷サージを模擬した電圧波形を入力して各層間部分に発生する電圧を求める電圧計算過程と、
電圧計算過程で求められた電圧により絶縁破壊の等価回路が層間を短絡するか否かで雷故障の有無を判定する故障判定過程を備えることを特徴とする変圧器の雷サージ応答の解析方法。
A method for analyzing lightning surge response of a transformer having a primary winding in which multiple layers are laminated, the method comprising:
The equivalent circuit of this transformer is that the primary winding has all the interlayer parts as components, or any interlayer parts including the interlayer parts of the first and second layers at the winding start side and other interlayer parts. An equivalent circuit for dielectric breakdown that short-circuits the layers when the generated voltage satisfies a predetermined condition is connected to at least the interlayer portions of the first layer and the second layer. It is a thing,
a parameter derivation process for determining parameters of each interlayer portion of the primary winding of the equivalent circuit based on the actually measured admittance frequency characteristics of the transformer;
A voltage calculation process that calculates the voltage generated at each interlayer by inputting a voltage waveform simulating a lightning surge into the equivalent circuit;
A method for analyzing the lightning surge response of a transformer , characterized by comprising a failure determination process that determines the presence or absence of a lightning failure based on whether or not the equivalent circuit of dielectric breakdown shorts between layers using the voltage determined in the voltage calculation process. .
変圧器の等価回路は、1次巻線が、全ての各層間部分をそれぞれ構成要素としたものであることを特徴とする請求項1または2記載の変圧器の雷サージ応答の解析方法。 3. The method for analyzing a lightning surge response of a transformer according to claim 1, wherein the equivalent circuit of the transformer includes a primary winding having all interlayer portions as constituent elements. 変圧器の等価回路は、1次巻線が、第1層と第2層の層間部分とその他の層間部分とをそれぞれ構成要素としたものであることを特徴とする請求項1または2記載の変圧器の雷サージ応答の解析方法。 3. The equivalent circuit of the transformer according to claim 1 or 2, wherein the primary winding includes an interlayer portion between the first layer and the second layer and other interlayer portions, respectively. Analysis method of lightning surge response of transformer.
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金谷賢一;松浦進;村主翔平;道下幸志,「配電用柱上変圧器1次ブッシングの雷サージ絶縁特性」,平成31年電気学会全国大会講演論文集 一般講演7,2019年03月01日,pp. 107-108

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