JP7568909B2 - Temperature rise detection method, transformer and transformer device - Google Patents
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Description
本発明は、変圧器の温度上昇検出方法、変圧器および変圧装置に関する。 The present invention relates to a method for detecting a temperature rise in a transformer, a transformer, and a transformer device.
変圧器では、鉄損や銅損等によって鉄心、銅線、絶縁物等の温度が上昇し、特に絶縁物は劣化が加速されることになるため、機器内部の温度管理は健全な運転を続けるために重要となる。温度管理の一例として、特許文献1には、鉄心に温度検出手段(感温部)を設置して、過昇温した場合に電力を供給する電源を制御する方法が示されている。この方法については、特許文献2が問題点として機器の大型化を指摘しており、特許文献2には、代替法として2分割された鉄心の内側に熱膨張係数が大きい樹脂やゴムを充填し、過昇温の場合に熱膨張で鉄心のギャップが拡大して励磁電流が増加する現象を利用する方法が示されている。
In transformers, the temperatures of the iron core, copper wires, and insulators rise due to iron loss and copper loss, and in particular the deterioration of the insulators is accelerated, so temperature management inside the equipment is important for continued healthy operation. As an example of temperature management,
ところで、特許文献2に記載の方法は、熱膨張部材が一定量必要で材料費が追加されるとともに、機器の製造工程において鉄心内部に熱膨張部材を充填する作業が追加されるため、コストアップに繋がる。さらに、鉄心にギャップが形成されると、漏れ磁束が発生して巻線に侵入し、渦電流損が追加されてしまう問題も発生し得る。 However, the method described in Patent Document 2 requires a certain amount of thermal expansion material, which adds to material costs, and also requires an additional step of filling the core with the thermal expansion material during the device manufacturing process, which leads to increased costs. Furthermore, if a gap is formed in the core, leakage flux may occur and enter the windings, resulting in additional eddy current loss.
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、コストアップおよび鉄損の増加を抑えつつ変圧器の温度上昇を検出可能な、温度上昇検出方法、変圧器および変圧装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and aims to provide a temperature rise detection method, a transformer, and a transformer device that can detect a temperature rise in a transformer while suppressing increases in costs and iron loss.
前記目的を達成するために、本発明の温度上昇検出方法は、
巻線と、方向性電磁鋼板を用いた鉄心と、を有する変圧器において、
2次電圧と1次電流と2次電流とをそれぞれ検出し、
1次側に換算した2次電流を1次電流から差し引いて得られる励磁電流について、2次電圧の半周期の期間を、2次電圧が0Vとなる時点を始点として0%から100%と表したときに、その5%から28%の範囲内における前記励磁電流の増加に基づいて変圧器の温度上昇を検出する。
In order to achieve the above object, the temperature rise detection method of the present invention comprises the steps of:
A transformer having a winding and an iron core using grain-oriented electromagnetic steel sheets,
Detecting the secondary voltage, the primary current, and the secondary current, respectively;
The excitation current is obtained by subtracting the secondary current converted to the primary side from the primary current. When the period of a half cycle of the secondary voltage is expressed as 0% to 100%, starting from the point at which the secondary voltage becomes 0 V, the temperature rise of the transformer is detected based on the increase in the excitation current within a range of 5% to 28%.
本発明では、変圧器の温度上昇に伴い増加する圧縮応力の増加に対して敏感に反応する励磁電流に基づいて変圧器の温度上昇を検出する。そして、本発明では、圧縮応力の増加に対して、特に敏感に反応する2次電圧の半周期の期間の5%から28%の範囲内における励磁電流の増加に基づいて温度上昇を検出するので、鉄損の増加が顕著となる前に過昇温を検出でき、鉄損の増加を抑えつつ変圧器の温度上昇を検出できる。 In the present invention, a temperature rise in a transformer is detected based on the excitation current, which reacts sensitively to the increase in compressive stress that increases with the temperature rise of the transformer. In addition, in the present invention, a temperature rise is detected based on an increase in excitation current within a range of 5% to 28% of a half-cycle period of the secondary voltage, which reacts particularly sensitively to an increase in compressive stress, so that an overheating can be detected before the increase in iron loss becomes significant, and a temperature rise in the transformer can be detected while suppressing the increase in iron loss.
また、本発明の温度上昇検出方法は、
巻線と、方向性電磁鋼板を用いた鉄心と、を有する変圧器において、
2次電圧と1次電流と2次電流とをそれぞれ検出し、
1次側に換算した2次電流を1次電流から差し引いて得られる励磁電流について、2次電圧の電圧最大値を100%として表したときに、2次電圧が16%から77%の範囲内となり、かつ2次電圧の絶対値が増加している区間における前記励磁電流の増加に基づいて変圧器の温度上昇を検出する。
The temperature rise detection method of the present invention further comprises the steps of:
A transformer having a winding and an iron core using grain-oriented electromagnetic steel sheets,
Detecting the secondary voltage, the primary current, and the secondary current, respectively;
With respect to the excitation current obtained by subtracting the secondary current converted to the primary side from the primary current, when the maximum voltage value of the secondary voltage is expressed as 100%, the temperature rise of the transformer is detected based on an increase in the excitation current in a section where the secondary voltage is within the range of 16% to 77% and the absolute value of the secondary voltage is increasing.
本発明では、圧縮応力の増加に対して、特に敏感に反応する2次電圧の電圧範囲が16%から77%となり、かつ2次電圧の絶対値が増加している区間における励磁電流の増加に基づいて温度上昇を検出するので、鉄損の増加が顕著となる前に過昇温を検出でき、鉄損の増加を抑えつつ変圧器の温度上昇を検出できる。 In the present invention, the voltage range of the secondary voltage that is particularly sensitive to increases in compressive stress is from 16% to 77%, and the temperature rise is detected based on the increase in excitation current in the section where the absolute value of the secondary voltage is increasing, so that overheating can be detected before the increase in iron loss becomes significant, and the temperature rise in the transformer can be detected while suppressing the increase in iron loss.
また、本発明の変圧器は、
2つのヨークを有する積鉄心と、
前記2つのヨークそれぞれを加圧する2つのクランプと、
前記2つのクランプを締結する部材と、を有する変圧器であって、
前記部材の全体または一部が、前記積鉄心の線膨張係数よりも小さい線膨張係数を有する材料で形成された、前記温度上昇検出方法が適用される変圧器としてもよい。
Moreover, the transformer of the present invention is
A stacked core having two yokes;
Two clamps for applying pressure to the two yokes, respectively;
A member for fastening the two clamps,
The transformer to which the temperature rise detection method is applied may be configured such that the member is entirely or partially made of a material having a linear expansion coefficient smaller than that of the stacked core.
本発明によれば、2つのクランプを締結する部材が、積鉄心よりも小さい線膨張係数を有する材料によって形成されているので、当該部材が変圧器の線膨張を拘束する拘束部材として機能する。したがって、積鉄心が熱膨張しようとする際に、拘束部材による拘束によって積鉄心に圧縮応力が働き励磁電流が増加する。本発明によれば、特許文献2に記載の方法とは異なり、励磁電流に基づいて変圧器の温度上昇を検出する上で、鉄心内部に熱膨張部材を充填する必要が無く、また変圧器の温度上昇時に鉄心にギャップが形成されるようにする必要もない。したがって、コストアップおよび鉄損の増加を抑えつつ、変圧器の温度管理を行うことができる。 According to the present invention, the member fastening the two clamps is formed from a material with a linear expansion coefficient smaller than that of the stacked core, and thus the member functions as a restraining member that restrains the linear expansion of the transformer. Therefore, when the stacked core attempts to thermally expand, the restraint by the restraining member acts on the stacked core, causing a compressive stress to act on the stacked core and increasing the excitation current. According to the present invention, unlike the method described in Patent Document 2, there is no need to fill the core with a thermal expansion member in order to detect a temperature rise in the transformer based on the excitation current, and there is also no need to allow a gap to form in the core when the temperature of the transformer rises. Therefore, it is possible to manage the temperature of the transformer while suppressing increases in costs and iron loss.
また、本発明の変圧器は、
巻鉄心と、
前記巻鉄心の外周に巻き回された部材と、を有する変圧器であって、
前記部材の全体または一部が、前記巻鉄心の線膨張係数よりも小さい線膨張係数を有する材料で形成された、前記温度上昇検出方法が適用される変圧器としてもよい。
Moreover, the transformer of the present invention is
Wound core and
A member wound around the outer periphery of the wound core,
The transformer to which the temperature rise detection method is applied may be configured such that the member is entirely or partially made of a material having a linear expansion coefficient smaller than that of the wound core.
本発明によれば、巻鉄心の外周に巻き回された部材が、巻鉄心よりも小さい線膨張係数を有する材料によって形成されているので、当該部材が変圧器の線膨張を拘束する拘束部材として機能する。したがって、巻鉄心が熱膨張しようとする際に、拘束部材による拘束によって巻鉄心に圧縮応力が働き励磁電流が増加する。本発明によれば、特許文献2に記載の方法とは異なり、励磁電流に基づいて変圧器の温度上昇を検出する上で、鉄心内部に熱膨張部材を充填する必要が無く、また変圧器の温度上昇時に鉄心にギャップが形成されるようにする必要もない。したがって、コストアップおよび鉄損の増加を抑えつつ、変圧器の温度管理を行うことができる。 According to the present invention, the member wound around the outer circumference of the wound core is made of a material with a linear expansion coefficient smaller than that of the wound core, and the member functions as a restraining member that restrains the linear expansion of the transformer. Therefore, when the wound core attempts to thermally expand, the restraint by the restraining member causes a compressive stress to act on the wound core, increasing the excitation current. According to the present invention, unlike the method described in Patent Document 2, there is no need to fill the core with a thermal expansion member in order to detect a temperature rise in the transformer based on the excitation current, and there is also no need to form a gap in the core when the temperature of the transformer rises. Therefore, it is possible to manage the temperature of the transformer while suppressing increases in costs and iron loss.
また、本発明の変圧器は、
巻鉄心と、
前記巻鉄心の外周に巻き回された部材と、
前記巻鉄心と前記部材との間に配置された断熱材と、を備える、前記温度上昇検出方法が適用される変圧器または前記構成を前提とした変圧器としてもよい。
Moreover, the transformer of the present invention is
Wound core and
A member wound around the outer periphery of the wound core;
The transformer may be a transformer to which the temperature rise detection method is applied or a transformer having the above configuration, the transformer including a heat insulating material disposed between the wound core and the member.
本発明によれば、巻鉄心から巻鉄心の外周に巻き回された部材への熱伝搬が、断熱材によって遅延し、前記部材は巻鉄心よりも遅れて温度上昇し、熱膨張していくこととなる。このため、過昇温の開始時には、巻鉄心に働く圧縮力が増加していくが、一定時間が経過すると定常状態となるため、鉄損の過度の増加を抑えることができる。すなわち、圧縮応力の増加による励磁電流の増加に基づいて温度上昇を検出することを可能としつつ、鉄損が過度に増加してしまうことを防止することができる。 According to the present invention, the heat transfer from the wound core to the member wound around the outer periphery of the wound core is delayed by the insulating material, and the member rises in temperature and thermally expands later than the wound core. Therefore, when the overheating starts, the compressive force acting on the wound core increases, but after a certain time has passed, it reaches a steady state, so that excessive increases in iron loss can be suppressed. In other words, it is possible to detect a temperature rise based on an increase in excitation current caused by an increase in compressive stress, while preventing excessive increases in iron loss.
また、本発明の変圧器は、
巻鉄心と、
前記巻鉄心の外周に巻き回された部材と、
前記巻鉄心と前記部材との間に、前記巻鉄心の周方向に断続的に配置された第2の部材と、を備える、前記温度上昇検出方法が適用される変圧器または前記構成を前提とした変圧器としてもよい。
Moreover, the transformer of the present invention is
Wound core and
A member wound around the outer periphery of the wound core;
The transformer may be a transformer to which the temperature rise detection method is applied or a transformer based on the above configuration, the transformer may include a second member intermittently arranged in the circumferential direction of the wound core between the wound core and the member.
本発明によれば、第2の部材が、巻鉄心と巻鉄心の外周に巻き回された部材との間に、巻鉄心の周方向に断続的に配置される。このため、第2の部材が断熱材の場合であって、断熱材の熱膨張率が低く、弾性率が高い場合であっても、断熱材から巻鉄心に働く拘束力が部分的なものとなり、熱伝搬の遅延の効果と断熱材による巻鉄心の拘束回避の効果とが得られる。また、第2の部材が、断熱材の代わりに一般的な材料を用いたスペーサ等であっても、スペーサが途切れた部分に流動性がある絶縁油等が入るため、その部分では巻鉄心から拘束部材への熱伝導に遅れが生じる。すなわち、第2の部材が介在していることで、巻鉄心から巻鉄心の外周に巻き回された部材への熱伝搬が遅延し、前記部材は巻鉄心よりも遅れて温度上昇し、熱膨張していくこととなる。このため、過昇温の開始時には、巻鉄心に働く圧縮力が増加していくが、一定時間が経過すると定常状態となるため、鉄損の過度の増加を抑えることができる。すなわち、圧縮応力の増加による励磁電流の増加に基づいて温度上昇を検出することを可能としつつ、鉄損が過度に増加してしまうことを防止することができる。 According to the present invention, the second member is intermittently arranged in the circumferential direction of the wound core between the wound core and the member wound around the outer periphery of the wound core. Therefore, even if the second member is a thermal insulating material, which has a low thermal expansion coefficient and a high elastic modulus, the binding force acting from the thermal insulating material to the wound core is partial, and the effect of delaying heat transfer and avoiding the binding of the wound core by the thermal insulating material is obtained. In addition, even if the second member is a spacer or the like using a general material instead of a thermal insulating material, the part where the spacer is interrupted contains a fluid insulating oil or the like, so that a delay occurs in the heat transfer from the wound core to the binding member in that part. In other words, the presence of the second member delays the heat transfer from the wound core to the member wound around the outer periphery of the wound core, and the temperature rise and thermal expansion of the said member occurs later than the wound core. Therefore, when the overheating starts, the compressive force acting on the wound core increases, but after a certain time has passed, the steady state is reached, and an excessive increase in iron loss can be suppressed. In other words, it is possible to detect a temperature rise based on an increase in excitation current caused by an increase in compressive stress, while preventing an excessive increase in iron loss.
また、本発明の変圧装置は、
巻線と、方向性電磁鋼板を用いた鉄心と、を有する変圧器と、
2次電圧を検出する2次電圧検出手段と、
1次電流を検出する1次電流検出手段と、
2次電流を検出する2次電流検出手段と、
1次側に換算した2次電流を1次電流から差し引いて励磁電流を算出する算出手段と、
2次電圧の半周期の期間を、2次電圧が0Vとなる時点を始点として0%から100%と表したときに、その5%から28%の範囲内における前記励磁電流に基づいて、前記変圧器の温度上昇を検出する温度上昇検出手段と、を備える。
Moreover, the transformer device of the present invention is
A transformer having a winding and an iron core using grain-oriented electromagnetic steel sheets;
A secondary voltage detection means for detecting a secondary voltage;
A primary current detection means for detecting a primary current;
A secondary current detection means for detecting a secondary current;
A calculation means for calculating an excitation current by subtracting the secondary current converted into a primary side from the primary current;
The transformer is provided with a temperature rise detection means for detecting a temperature rise of the transformer based on the excitation current within a range of 5% to 28% of a half-cycle period of the secondary voltage, expressed as 0% to 100% starting from the point at which the secondary voltage becomes 0 V.
本発明によれば、圧縮応力の増加に対して、特に敏感に反応する2次電圧の半周期の期間の5%から28%の範囲内における励磁電流の増加に基づいて温度上昇を検出できるので、鉄損の増加が顕著となる前に過昇温を検出でき、鉄損の増加を抑えつつ変圧器の温度上昇を検出できる。 According to the present invention, a temperature rise can be detected based on an increase in excitation current within a range of 5% to 28% of the period of a half cycle of the secondary voltage, which is particularly sensitive to an increase in compressive stress. This makes it possible to detect an overheat before the increase in iron loss becomes significant, and to detect a temperature rise in the transformer while suppressing the increase in iron loss.
また、本発明の変圧装置は、
巻線と、方向性電磁鋼板を用いた鉄心と、を有する変圧器と、
2次電圧を検出する2次電圧検出手段と、
1次電流を検出する1次電流検出手段と、
2次電流を検出する2次電流検出手段と、
1次側に換算した2次電流を1次電流から差し引いて励磁電流を算出する算出手段と、
2次電圧の電圧最大値を100%として表したときに、2次電圧が16%から77%の範囲内となり、かつ2次電圧の絶対値が増加している区間における前記励磁電流の増加に基づいて、前記変圧器の温度上昇を検出する温度上昇検出手段と、を備える。
Moreover, the transformer device of the present invention is
A transformer having a winding and an iron core using grain-oriented electromagnetic steel sheets;
A secondary voltage detection means for detecting a secondary voltage;
A primary current detection means for detecting a primary current;
A secondary current detection means for detecting a secondary current;
A calculation means for calculating an excitation current by subtracting the secondary current converted into a primary side from the primary current;
and a temperature rise detection means for detecting a temperature rise of the transformer based on an increase in the excitation current in a section where the secondary voltage is within a range of 16% to 77% when the maximum voltage value of the secondary voltage is expressed as 100% and the absolute value of the secondary voltage is increasing.
本発明によれば、圧縮応力の増加に対して、特に敏感に反応する2次電圧の電圧範囲が16%から77%となり、かつ2次電圧の絶対値が増加している区間における励磁電流の増加に基づいて温度上昇を検出できるので、鉄損の増加が顕著となる前に過昇温を検出でき、鉄損の増加を抑えつつ変圧器の温度上昇を検出できる。 According to the present invention, the voltage range of the secondary voltage that is particularly sensitive to an increase in compressive stress is from 16% to 77%, and a temperature rise can be detected based on an increase in the excitation current in the section where the absolute value of the secondary voltage is increasing, so that an overheating can be detected before the increase in iron loss becomes significant, and a temperature rise in the transformer can be detected while suppressing the increase in iron loss.
本発明によれば、コストアップおよび鉄損の増加を抑えつつ変圧器の温度上昇が検出可能となる。 The present invention makes it possible to detect temperature rise in a transformer while minimizing increases in costs and iron loss.
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。 The following describes an embodiment of the present invention with reference to the drawings.
方向性電磁鋼板は、外部からの応力によって磁気特性が変化する。そこで、本実施形態では、過昇温発生時の鉄心の熱膨張を利用して応力を発生させ、磁気特性の変化に基づいて過昇温を検出する。 The magnetic properties of grain-oriented electrical steel sheets change due to external stress. Therefore, in this embodiment, stress is generated by utilizing the thermal expansion of the iron core when overheating occurs, and overheating is detected based on the change in magnetic properties.
方向性電磁鋼板の特性は、圧延方向の圧縮応力に最も敏感であるため、これを利用して過昇温を検出するが、圧縮応力が大きくなると鉄損も増大してしまう。よって、鉄損の増加が顕著となるまでに過昇温が検出できる方法とする必要がある。すなわち、圧縮応力に対してより敏感な特性を検出に利用することが必要である。本発明の発明者らは、実験による検討の結果、その特性が鉄心の励磁電流であり、2次電圧の半周期の期間を、2次電圧が0Vとなる時点を始点として0%から100%と表したときに、5%から28%の範囲内で励磁電流の増加を測定することが最も適当であることを見出した。当該実験の結果を図1に示す。図1は、方向性電磁鋼板に圧縮応力を印加したときの励磁電流の増加率を示すものである。なお、図1(c)は、図1(b)の横軸方向における一部を拡大した図である。図1に示すように、2次電圧の半周期の期間の5%から28%の範囲内において、圧縮応力に対する励磁電流の増加が特に顕著となる。この範囲を2次電圧の振幅に置き換えると、2次電圧の電圧最大値を100%として表したときに、2次電圧が16%から77%の範囲内となり、かつ2次電圧の絶対値が増加している区間となる。この励磁電流を測定すべき範囲を2次電圧波形上に表すと、図2において矢印で示す区間となる。なお、図1、図2において、横軸(時間)および縦軸(振幅)は、ここで説明した規則に従って規格化している。 The characteristic of grain-oriented electrical steel sheets is most sensitive to compressive stress in the rolling direction, so this is used to detect overheating, but as the compressive stress increases, the iron loss also increases. Therefore, it is necessary to have a method that can detect overheating before the increase in iron loss becomes significant. In other words, it is necessary to use a characteristic that is more sensitive to compressive stress for detection. As a result of experimental studies, the inventors of the present invention found that when the characteristic is the excitation current of the iron core and the period of a half cycle of the secondary voltage is expressed as 0% to 100% starting from the point when the secondary voltage becomes 0V, it is most appropriate to measure the increase in excitation current within the range of 5% to 28%. The results of the experiment are shown in Figure 1. Figure 1 shows the increase rate of the excitation current when compressive stress is applied to grain-oriented electrical steel sheets. Note that Figure 1(c) is a diagram of a part of Figure 1(b) in the horizontal axis direction that is enlarged. As shown in Figure 1, the increase in excitation current with respect to compressive stress is particularly noticeable within the range of 5% to 28% of the period of a half cycle of the secondary voltage. If this range is replaced by the amplitude of the secondary voltage, when the maximum voltage of the secondary voltage is expressed as 100%, the secondary voltage is within the range of 16% to 77%, and the absolute value of the secondary voltage is increasing. If the range in which this excitation current should be measured is shown on the secondary voltage waveform, it becomes the section indicated by the arrow in Figure 2. Note that in Figures 1 and 2, the horizontal axis (time) and vertical axis (amplitude) are normalized according to the rules explained here.
本発明を実施するための具体的な回路の一例について、図3を参照しながら説明する。変圧回路10は、電源11と、変圧装置12と、負荷13と、を備えている。また、変圧装置12は、電源11と負荷13との間に設けられている。
An example of a specific circuit for implementing the present invention will be described with reference to FIG. 3. The
変圧装置12は、変圧器20と、変流器21,22と、シャント抵抗23,24と、乗減算回路25と、比較回路26と、ゼロクロス検知回路27と、遅延回路28と、制御回路29と、を備えている。
The
変流器21は、変圧器20の1次側に配置されており、1次側(1次巻線31)に流れる1次電流(1次電流波形)ipを検出可能となっている。変流器22は、変圧器20の2次側に配置されており、2次側(2次巻線32)に流れる2次電流(2次電流波形)isを検出可能となっている。
シャント抵抗23は、変流器21に接続されており、変流器21が検出した1次電流ipを、電圧に変換するようになっている。シャント抵抗24は、変流器22に接続されており、変流器22が検出した2次電流isを、電圧に変換するようになっている。換言すると、シャント抵抗23,24にはそれぞれ、1次電流ipまたは2次電流isに応じた電圧がかかるようになっている。
The
乗減算回路25には、シャント抵抗23にかかる1次電流ipに応じた電圧と、シャント抵抗24にかかる2次電流isに応じた電圧とがそれぞれ入力される。すなわち、変流器21,22で検出した1次電流ipおよび2次電流isは、電圧に変換されて乗減算回路25に入力される。そして、これにより、乗減算回路25が1次電流ipおよび2次電流isを取得するようになっている。換言すると、乗減算回路25は、変流器21およびシャント抵抗23を介して、変圧器20の1次側(1次巻線31)に流れる1次電流(1次電流波形)ipの測定値を取得する。また、乗減算回路25は、変流器22およびシャント抵抗24を介して、変圧器20の2次側(2次巻線32)に流れる2次電流(2次電流波形)isの測定値を取得する。
The multiplication/
また、乗減算回路25は、負荷電流である2次電流isの測定値に、変圧器20の1次巻線31の巻き数npと2次巻線32の巻き数nsとの巻き数比を乗じることで、1次側に換算した換算電流を求める(後述する式(1)参照)。次いで、乗減算回路25は、この求めた換算電流を、1次電流ipの測定値から差し引くことで負荷電流を引き去り、励磁電流(励磁電流波形)ieを算出する。
The multiplication and
乗減算回路25は、算出した励磁電流ieを出力し、出力された励磁電流ieは、比較回路26に入力される。
The multiplication and
一方、変圧器20の2次側にかかる2次電圧(2次電圧波形)vsは、ゼロクロス検知回路27に入力される。すなわち、ゼロクロス検知回路27は、2次電圧vsの測定値を取得可能となっている。また、ゼロクロス検知回路27は、取得した2次電圧vsに基づいて、2次電圧vsが0となる時点を検知し、2次電圧vsが0となる時点を知らせる検知信号Sdを出力する。
Meanwhile, the secondary voltage (secondary voltage waveform) vs applied to the secondary side of the
ゼロクロス検知回路27から出力された検知信号Sdは、遅延回路28に入力される。遅延回路28は、検知信号Sdを遅延させ、タイミング報知信号Stを発する。具体的には、遅延回路28は、2次電圧vsの半周期の期間を、2次電圧が0Vとなる時点を始点(0%)として0%から100%と表したときに、その5%から28%の範囲内に設定された所定の時点(ゼロクロス検知回路27に予め設定された所定の時点)で、タイミング報知信号Stを発する。
The detection signal Sd output from the zero-
すなわち、ゼロクロス検知回路27と遅延回路28とは、比較回路26が後述する比較を行うのに適したタイミングを知らせるタイミング報知回路(タイミング報知手段54)として機能する。また、比較を行うのに適したタイミングとは、2次電圧vsの半周期の期間を、2次電圧が0Vとなる時点を始点(0%)として0%から100%と表したときの、5%から28%の範囲内となるタイミングをいう。また、比較を行うのに適したタイミングとは、2次電圧vsが,2次電圧vsの電圧最大値を100%として表したときに、2次電圧が16%から77%の範囲内となり、かつ2次電圧の絶対値が増加している区間となるタイミングともいえる。
That is, the zero-
遅延回路28から出力されたタイミング報知信号Stは、比較回路26に入力される。比較回路26は、タイミング報知信号Stを受信した時点で、乗減算回路25から出力される励磁電流ieと、比較回路26が内部に保持する(比較回路26に予め設定された)基準値irとを比較し、励磁電流ieが基準値irを上回ると、励磁電流ieが基準値irを上回ったことを知らせる報知信号Scを出力する。報知信号Scが出力される条件を下記式(1)に示す。
The timing notification signal St output from the
基準値irを事前に、鉄心の熱膨張で増加する励磁電流の限界値に設定しておくことで、過昇温となった時点で報知信号Scが出力される。すなわち、報知信号Scは、過昇温となったことを報知する信号ともいえる。比較回路から出力された報知信号Scは、制御回路29に入力される。
By setting the reference value ir in advance to the limit value of the excitation current that increases due to thermal expansion of the iron core, the notification signal Sc is output when overheating occurs. In other words, the notification signal Sc can be said to be a signal that notifies the user that overheating has occurred. The notification signal Sc output from the comparison circuit is input to the
制御回路29は、電源11と変圧器20(変圧器)との間に配置されている。制御回路29は、変圧器20の1次側への電源供給を制御可能となっている。そして、制御回路29は、報知信号Scが入力されると(過昇温が検出されると)、電源を遮断したり、抑制したりするようになっている。すなわち、制御回路29は、報知信号Scに基づいて変圧器20の1次側への電源供給を制御可能となっている。
The
なお、制御回路29は、報知信号Scが入力された(過昇温が検出された)場合に、変圧器20が使用されている電力ネットワークを監視するシステムにアラートを送信するようになっていてもよい。換言すると、制御回路29は、変圧装置12の外部の装置に対して過昇温が生じたことを報知するアラート信号を出力可能となっていてもよい。
The
変圧回路10は、図4のように表すこともできる。すなわち、以上から明らかなように、変流器21、シャント抵抗23および乗減算回路25は、1次電流(1次電流波形)ipを検出する1次電流検出手段50として機能する。また、変流器22、シャント抵抗24および乗減算回路25は、2次電流(2次電流波形)isを検出する2次電流検出手段51として機能する。また、乗減算回路25は、1次側に換算した2次電流isを1次電流ipから差し引いて励磁電流ieを算出する算出手段53として機能する。また、ゼロクロス検知回路27は、2次電圧(2次電圧波形)vsを検出する2次電圧検出手段52として機能する。また、ゼロクロス検知回路27および遅延回路28は、2次電圧検出手段52が検出した2次電圧vsに基づいて、励磁電流ieに基づく変圧器20の温度上昇の検出を実行するのに適したタイミングを判定し、当該タイミングを報知するタイミング報知手段54として機能する。また、比較回路26は、タイミング報知手段54が報知するタイミングで、励磁電流ieの増加に基づいて変圧器20の温度上昇を検出する温度上昇検出手段55として機能する。なお、1次電流検出手段50、2次電流検出手段51、2次電圧検出手段52は、それぞれ1次電流、2次電流、2次電圧を検出(測定)可能であれば、他の構成を用いてもよい。また、算出手段53は、1次電流ipと2次電流isとに基づいて励磁電流ieを取得可能であれば、他の構成を用いてもよい。また、温度上昇検出手段55は、所定のタイミングで励磁電流ieに基づいて変圧器20の温度上昇を検出することが可能であれば、他の構成を用いてもよい。
The
なお、本明細書において、各回路(手段)で扱われる1次電流ip、2次電流is、2次電圧vsおよび励磁電流ieは、それぞれ、変圧器20における電流値あるいは電圧値そのものを示すものでなくてもよく、必要に応じて規格化されたものであってもよい。
In this specification, the primary current ip, secondary current is, secondary voltage vs, and excitation current ie handled by each circuit (means) do not necessarily indicate the current value or voltage value in the
次に、変圧回路10における温度上昇検出方法について、図5に示すフローチャートを参照しながら説明する。
Next, a method for detecting a temperature rise in the
まず、1次電流検出手段50は、1次電流ipを検出し、2次電流検出手段51は、2次電流isを検出する(ステップS1)。 First, the primary current detection means 50 detects the primary current ip, and the secondary current detection means 51 detects the secondary current is (step S1).
次いで、算出手段53は、1次電流ipと2次電流isとに基づいて励磁電流ieを求める(ステップS2)。例えば、算出手段53は、検出された2次電流isに、変圧器20の1次巻線31の巻き数npと2次巻線32の巻き数nsとの巻き数比を乗じることで、1次側に換算した換算電流を求める。そして、算出手段53は、検出された1次電流ipから換算電流を差し引いて、励磁電流ieを求める。
Then, the calculation means 53 calculates the excitation current ie based on the primary current ip and the secondary current is (step S2). For example, the calculation means 53 calculates the converted current converted to the primary side by multiplying the detected secondary current is by the turn ratio between the number of turns np of the primary winding 31 of the
一方、2次電圧検出手段52は、2次電圧vsを検出する(ステップS3)。 Meanwhile, the secondary voltage detection means 52 detects the secondary voltage vs (step S3).
次いで、タイミング報知手段54は、検出された2次電圧vsに基づいて、温度上昇検出手段55が温度上昇を検出するのに適したタイミングを判定し、当該タイミングを報知するタイミング報知信号Stを温度上昇検出手段に送信する(ステップS4)。 Next, the timing notification means 54 determines the appropriate timing for the temperature rise detection means 55 to detect a temperature rise based on the detected secondary voltage vs, and transmits a timing notification signal St to the temperature rise detection means to notify the timing (step S4).
次いで、温度上昇検出手段55は、タイミング報知信号Stによって報知されるタイミングで、ステップS2で求められる励磁電流ieが増加しているか否かを判定し、増加していると判定した場合に報知信号Scを出力する(ステップS5)。具体的には、温度上昇検出手段55は、タイミング報知手段54からタイミング報知信号Stが送信されると、ステップS2で求められる励磁電流ieと、温度上昇検出手段55が内部に保持する基準値irとを比較し、励磁電流ieが基準値irを上回っていれば、励磁電流ieが基準値irを上回ったことを知らせる報知信号Scを出力する。ここで、励磁電流ieが基準値irを上回る場合というのは、過昇温となっている場合に相当する。すなわち、温度上昇検出手段55は、励磁電流ieが基準値irを上回っていれば、過昇温であると判定し過昇温であることを報知する報知信号Scを出力する。 Next, the temperature rise detection means 55 judges whether the excitation current ie calculated in step S2 is increasing at the timing notified by the timing notification signal St, and outputs a notification signal Sc if it is determined that the excitation current ie is increasing (step S5). Specifically, when the timing notification signal St is transmitted from the timing notification means 54, the temperature rise detection means 55 compares the excitation current ie calculated in step S2 with a reference value ir held internally by the temperature rise detection means 55, and if the excitation current ie exceeds the reference value ir, outputs a notification signal Sc notifying that the excitation current ie has exceeded the reference value ir. Here, the case where the excitation current ie exceeds the reference value ir corresponds to a case where the temperature has risen too high. In other words, if the excitation current ie exceeds the reference value ir, the temperature rise detection means 55 judges that the excitation current ie is overheating and outputs a notification signal Sc notifying that the temperature has risen too high.
以上により、変圧器20が過昇温となったことが検出される。
As a result of the above, it is detected that the
なお、図5のフローチャートに示すフローはあくまで一例であり、各処理の順序や構成は異なるものであってもよい。例えば、タイミング報知信号Stが出力されたタイミングで1次電流ipと2次電流isとに基づいて励磁電流ieを求め、求めた励磁電流ieと基準値irとを比較することとしてもよい。また、励磁電流ieと基準値irとの比較は、2次電圧vsの半周期の期間の5%から28%の範囲内(あるいは電圧範囲で16%から77%の範囲内、かつ電圧の絶対値が増加している区間)において1度だけ行ってもよく、複数回行ってもよく、また、連続的に行ってもよく、断続的に行ってもよい。換言すると、タイミング報知信号Stは、2次電圧vsの半周期の期間の5%から28%の範囲内(あるいは電圧範囲で16%から77%の範囲内、かつ電圧の絶対値が増加している区間)における1点(励磁電流ieと基準値irとの比較を行うべき特定の時点)を知らせるものであってもよく、複数点に相当する期間を知らせるものであってもよい。また、例えば、励磁電流ieと基準値irとの比較自体は、タイミング報知信号Stが出力されたタイミング以外でも(例えば常に)行っていてもよく、タイミング報知信号Stが出力されたタイミングにおいて、励磁電流ieが基準値irを上回っている場合に報知信号Scを出力することとしてもよい。この場合でも、タイミング報知信号Stが報知するタイミングにおいて励磁電流ieの増加に基づいて温度上昇を検出しているといえる。なお、本実施形態においては、判定を繰り返し実行する上で、励磁電流ieの増加を判定するタイミングは、常に2次電圧vsの半周期の期間における同じ時点となるように設定している。具体的には、常に、2次電圧vsの半周期の期間の15%の時点における励磁電流ieが基準値irを上回っているか否かを判定するように、遅延回路28やタイミング報知手段54を設定している。なお、繰り返される判定のタイミングを常に同一とする場合に、当該タイミングは、2次電圧vsの半周期の期間の15%の時点ではなく他の時点に設定してもよい。
Note that the flow shown in the flowchart of FIG. 5 is merely an example, and the order and configuration of each process may be different. For example, the excitation current ie may be calculated based on the primary current ip and the secondary current is at the timing when the timing notification signal St is output, and the calculated excitation current ie may be compared with the reference value ir. The comparison of the excitation current ie with the reference value ir may be performed only once or multiple times within a range of 5% to 28% of the period of the half cycle of the secondary voltage vs (or within a range of 16% to 77% of the voltage range and in a section where the absolute value of the voltage is increasing), and may be performed continuously or intermittently. In other words, the timing notification signal St may notify one point (a specific time point at which the excitation current ie should be compared with the reference value ir) within a range of 5% to 28% of the period of the half cycle of the secondary voltage vs (or within a range of 16% to 77% of the voltage range and in a section where the absolute value of the voltage is increasing), or may notify a period corresponding to a plurality of points. In addition, for example, the comparison between the excitation current ie and the reference value ir may be performed at a time other than the timing at which the timing notification signal St is output (for example, always), and the notification signal Sc may be output when the excitation current ie exceeds the reference value ir at the timing at which the timing notification signal St is output. Even in this case, it can be said that the temperature rise is detected based on the increase in the excitation current ie at the timing notified by the timing notification signal St. In this embodiment, in repeatedly executing the judgment, the timing at which the increase in the excitation current ie is judged is always set to be the same time point in the period of the half cycle of the secondary voltage vs. Specifically, the
次に、変圧器20の構成について説明する。鉄心の熱膨張時に応力を発生させるためには、熱膨張を抑える何らかの拘束力が必要となる。そこで、本実施形態においては、拘束力を得るために、一般的に用いられている鉄心の固定構造を利用する。図6は、変圧器20としての積鉄心変圧器100に本発明を適用した一例を示すものである。
Next, the configuration of the
積鉄心変圧器100は、積鉄心110と、クランプ113と、ロッド114と、巻線115と、を備えている。積鉄心110は、方向性電磁鋼板を積み重ねて形成されている。また、積鉄心110は、脚111とヨーク112とを備えている。積鉄心110の固定には一般的に、垂直方向(Y軸方向)に延びる脚111にはガラステープが用いられるが、水平方向(X軸方向)に延びるヨーク112(上部ヨーク112a、下部ヨーク112b)には鋼板プレート(クランププレート)120によって構成されるクランプ113(上部クランプ113a、下部クランプ113b)が用いられる。また、上部クランプ113a(上部クランプ113aの鋼板プレート120)と下部クランプ113b(下部クランプ113bの鋼板プレート120)とは、複数のロッド(締結部材)114で締結される。
The stacked
上部クランプ113aおよび下部クランプ113bはそれぞれ、2枚の鋼板プレート120と、この2枚の鋼板プレート120を連結する連結部材116とを有している。そして、上部クランプ113aおよび下部クランプ113bはそれぞれ、2枚の鋼板プレート120によって、上部ヨーク112aまたは下部ヨーク112bを挟みこみ、上部ヨーク112aまたは下部ヨーク112bの積層方向(Z軸方向)に圧力を加えるようになっている。
なお、上部クランプ113aおよび下部クランプ113bはそれぞれ、上部ヨーク112aまたは下部ヨーク112bを加圧できるものであればよい。例えば、各クランプ113は、断面コ字状に折り曲げた1枚の鋼板プレート120によって、コ字の内側に配置された各ヨーク112に圧力を加えるようになっていてもよい。
Each of the
The
本実施形態では、上部クランプ113aと下部クランプ113bとを締結する部材、すなわちロッド114の全体または少なくとも一部を、積鉄心110を構成する方向性電磁鋼板よりも熱膨張率(線膨張係数)の小さい材料を用いて形成することで、拘束部材114として機能させている。すなわち、上部クランプ113aと下部クランプ113bとを、方向性電磁鋼板よりも熱膨張率(線膨張係数)の小さい拘束部材114としてのロッド114で締結している。これにより、拘束部材114によって、積鉄心110の垂直方向(Y軸方向)の熱膨張(線膨張)を拘束する力が生じ、熱膨張(線膨張)しようとする積鉄心110に対して方向性電磁鋼板の圧延方向への圧縮力が発生する。
In this embodiment, the member fastening the
なお、ロッド114の材料は、例えば、線膨張係数が、-1×10-6/℃~4×10-6/℃の範囲のものとしてもよい。具体的には、ロッド114の材料を、炭素繊維強化プラスチック(CFRP)としてもよい。ロッド114の材料を、炭素繊維強化プラスチック(CFRP)とすることで、機械的強度を高くしつつ、線膨張係数を所望の範囲とすることができる。積鉄心110の方向性電磁鋼板の線膨張係数は、例えば、約13×10-6/℃と想定できる。
The material of the
(変形例1)
次に、変形例として、変圧器20としての巻鉄心変圧器200に本発明を適用した例を、図7を参照しながら説明する。図7は、本発明を適用した巻鉄心変圧器200の断面図である。
(Variation 1)
Next, as a modified example, an example in which the present invention is applied to a
巻鉄心変圧器200は、巻鉄心210と、巻鉄心210の外周に巻き回されるバンド211と、巻線212と、を備えている。巻鉄心210の固定は、巻鉄心210の外周にバンド211を巻き回して締めることによって行われている。
The
本変形例では、バンド211の全体または少なくとも一部を、巻鉄心210を構成する方向性電磁鋼板よりも熱膨張率(線膨張係数)の小さい材料を用いて形成することで、拘束部材211として機能させている。すなわち、巻鉄心210の外周に巻き回された部材を、方向性電磁鋼板よりも熱膨張率(線膨張係数)の小さい材料を用いて形成し、拘束部材211とすることで、巻鉄心210の熱膨張(線膨張)を拘束する力が生じ、熱膨張(線膨張)しようとする巻鉄心210に対して方向性電磁鋼板の圧延方向への圧縮力が発生する。
In this modified example, the entire or at least a part of the
なお、バンド211の材料は、例えば、線膨張係数が、-1×10-6/℃~4×10-6/℃の範囲のものとしてもよい。具体的には、バンド211の材料を、炭素繊維強化プラスチック(CFRP)としてもよい。バンド211の材料を、炭素繊維強化プラスチック(CFRP)とすることで、機械的強度を高くしつつ、線膨張係数を所望の範囲とすることができる。巻鉄心210の方向性電磁鋼板の線膨張係数は、例えば、約13×10-6/℃と想定できる。
The material of the
(変形例2)
次に、他の変形例として、変圧器20としての巻鉄心変圧器300に本発明を適用した例を、図8を参照しながら説明する。図8は、本発明を適用した巻鉄心変圧器300の断面図である。なお、変形例1と同様のまたは対応する構成については、同一の符号を付して説明する。
(Variation 2)
Next, as another modified example, an example in which the present invention is applied to a
図7に示した変形例1の形態では、一旦温度上昇が始まると、鉄心と拘束部材との熱膨張の差が拡大する一方で、拘束力は増加の一途となるために鉄損も増加を続け、鉄損の増加が無視できない状態となる可能性がある。そこで、本変形例においては、巻鉄心210の外周に巻き回された拘束部材(バンド)211には、巻鉄心210を構成する方向性電磁鋼板と同等の熱膨張係数(線膨張係数)を持つ材料を用いる。なお、拘束部材211には、例えば、スチールバンドを用いてもよい。また、巻鉄心210と拘束部材211との間には、断熱材320を配置する。換言すると、巻鉄心210と拘束部材211とで、断熱材320を挟む構造とする。
In the form of the modified example 1 shown in FIG. 7, once the temperature starts to rise, the difference in thermal expansion between the iron core and the restraining member increases, while the restraining force continues to increase, so that the iron loss also continues to increase, and the increase in iron loss may become unnecessarily large. Therefore, in this modified example, the restraining member (band) 211 wound around the outer periphery of the
このような構成にすることで、巻鉄心210から拘束部材211への熱伝搬が遅延し、拘束部材211は巻鉄心210よりも遅れて温度上昇し、熱膨張していくこととなる。このため、過昇温の開始時には巻鉄心210に働く圧縮力が増加していくが、一定時間が経過すると定常状態となり圧縮力が一定値となるため、鉄損の過度の増加を抑えることができる。
なお、断熱材320には、熱伝導率が0.5W/(m・K)以下で、巻鉄心210を拘束しない低弾性率の材料を用いるのがよい。
With this configuration, heat transfer from
It is preferable to use a material for the
(変形例3)
次に、他の変形例として、変圧器20としての巻鉄心変圧器400に本発明を適用した例を、図9を参照しながら説明する。図9は、本発明を適用した巻鉄心変圧器400の断面図である。なお、変形例2と同様のまたは対応する構成については、同一の符号を付して説明する。
(Variation 3)
Next, as another modified example, an example in which the present invention is applied to a
本変形例では、変形例2において説明した断熱材320を、巻鉄心210の周方向において断続的に配置している。用いる断熱材320の熱膨張率が低く、弾性率が高い場合には、断熱材320による巻鉄心210の拘束が発生し、上述の遅延の効果が十分に得られない可能性がある。そこで、本変形例のように、断熱材320を不連続とすることで、断熱材320によって巻鉄心210に働く拘束力が部分的なものとなり、熱伝搬の遅延の効果と巻鉄心210の拘束回避の効果とが得られる。
In this modification, the insulating
なお、本変形例においては、巻鉄心210と拘束部材211との間に、断熱材320の代わりに一般的な材料を用いたスペーサ320を配置してもよい。このような構成としても、スペーサ320が途切れた部分(隣り合うスペーサ同士の隙間等)に流動性がある絶縁油等が入るため、その部分では巻鉄心210から拘束部材211への熱伝導に遅れが生じ、変形例2の場合と同様の効果を得ることができる。
In this modified example, a
以上のように、本実施形態の温度上昇検出方法は、巻線と、方向性電磁鋼板を用いた鉄心と、を有する変圧器20において、2次電圧vsと1次電流ipと2次電流isとをそれぞれ検出し、1次側に換算した2次電流isを1次電流ipから差し引いて得られる励磁電流ieについて、2次電圧vsの半周期の期間を、2次電圧vsが0Vとなる時点を始点として0%から100%と表したときに、その5%から28%の範囲内における励磁電流ieの増加に基づいて変圧器20の温度上昇を検出する。このような構成によれば、変圧器20の温度上昇に伴い増加する圧縮応力の増加に対して敏感に反応する励磁電流ieに基づいて変圧器20の温度上昇を検出できる。そして、本構成では、圧縮応力の増加に対して、特に敏感に反応する2次電圧vsの半周期の期間の5%から28%の範囲内における励磁電流ieの増加に基づいて温度上昇を検出するので、鉄損の増加が顕著となる前に過昇温を検出でき、鉄損の増加を抑えつつ変圧器の温度上昇を検出できる。
As described above, the temperature rise detection method of this embodiment detects the secondary voltage vs, primary current ip, and secondary current is in a
また、本実施形態の温度上昇検出方法は、巻線と、方向性電磁鋼板を用いた鉄心と、を有する変圧器20において、2次電圧vsと1次電流ipと2次電流isとをそれぞれ検出し、1次側に換算した2次電流isを1次電流ipから差し引いて得られる励磁電流ieについて、2次電圧vsの電圧最大値を100%として表したときに、2次電圧vsが16%から77%の範囲内となり、かつ2次電圧vsの絶対値が増加している区間における励磁電流ieの増加に基づいて変圧器20の温度上昇を検出する。このような構成によれば、圧縮応力の増加に対して、特に敏感に反応する2次電圧vsの電圧範囲が16%から77%となり、かつ2次電圧vsの絶対値が増加している区間における励磁電流ieの増加に基づいて温度上昇を検出するので、鉄損の増加が顕著となる前に過昇温を検出でき、鉄損の増加を抑えつつ変圧器の温度上昇を検出できる。
In addition, the temperature rise detection method of this embodiment detects the secondary voltage vs, primary current ip, and secondary current is in a
また、本実施形態の変圧器100は、2つのヨーク112を有する積鉄心110と、2つのヨーク112それぞれを加圧する2つのクランプ113と、2つのクランプ113を締結するロッド114と、を有し、ロッド114の全体または一部が、積鉄心110の線膨張係数よりも小さい線膨張係数を有する材料で形成されている。このような構成によれば、2つのクランプ113を締結するロッド114が、積鉄心110よりも小さい線膨張係数を有する材料によって形成されているので、ロッド114が変圧器の線膨張を拘束する拘束部材114として機能する。したがって、積鉄心110が熱膨張しようとする際に、ロッド(拘束部材)114による拘束によって積鉄心110に圧縮応力が働き励磁電流ieが増加する。本構成によれば、励磁電流ieに基づいて変圧器の温度上昇を検出する上で、鉄心内部に熱膨張部材を充填する必要が無く、また変圧器の温度上昇時に鉄心にギャップが形成されるようにする必要もない。したがって、コストアップおよび鉄損の増加を抑えつつ、変圧器の温度管理を行うことができる。
The
また、本実施形態の変圧器200は、巻鉄心210と、巻鉄心210の外周に巻き回されたバンド211と、を有し、バンド211の全体または一部が、巻鉄心210の線膨張係数よりも小さい線膨張係数を有する材料で形成されている。このような構成によれば、巻鉄心210の外周に巻き回されたバンド211が、巻鉄心よりも小さい線膨張係数を有する材料によって形成されているので、バンド211が変圧器の線膨張を拘束する拘束部材211として機能する。したがって、巻鉄心210が熱膨張しようとする際に、バンド(拘束部材)211による拘束によって巻鉄心210に圧縮応力が働き励磁電流ieが増加する。本構成によれば、励磁電流ieに基づいて変圧器の温度上昇を検出する上で、鉄心内部に熱膨張部材を充填する必要が無く、また変圧器の温度上昇時に鉄心にギャップが形成されるようにする必要もない。したがって、コストアップおよび鉄損の増加を抑えつつ、変圧器の温度管理を行うことができる。
The
また、本実施形態の変圧器300は、巻鉄心210と、巻鉄心210の外周に巻き回されたバンド211と、巻鉄心210とバンド211との間に配置された断熱材320と、を備える。このような構成によれば、巻鉄心210から巻鉄心210の外周に巻き回されたバンド211への熱伝搬が、断熱材320によって遅延し、バンド211は巻鉄心210よりも遅れて温度上昇し、熱膨張していくこととなる。このため、過昇温の開始時には、巻鉄心210に働く圧縮力が増加していくが、一定時間が経過すると定常状態となるため、鉄損の過度の増加を抑えることができる。すなわち、圧縮応力の増加による励磁電流ieの増加に基づいて温度上昇を検出することを可能としつつ、鉄損が過度に増加してしまうことを防止することができる。
The
また、本実施形態の変圧器400は、巻鉄心210と、巻鉄心210の外周に巻き回されたバンド211と、巻鉄心210とバンド211との間に、巻鉄心210の周方向に断続的に配置された第2の部材320と、を備える。このような構成によれば、第2の部材320が、巻鉄心210とバンド211との間に、巻鉄心210の周方向に断続的に配置される。このため、第2の部材320が断熱材の場合であって、断熱材の熱膨張率が低く、弾性率が高い場合であっても、断熱材から巻鉄心210に働く拘束力が部分的なものとなり、熱伝搬の遅延の効果と断熱材による巻鉄心210の拘束回避の効果とが得られる。また、第2の部材320が、スペーサであっても、スペーサが途切れた部分に流動性がある絶縁油等が入るため、その部分では巻鉄心210からバンド211への熱伝導に遅れが生じる。すなわち、第2の部材320が介在していることで、巻鉄心210からバンド211への熱伝搬が遅延し、バンド211は巻鉄心210よりも遅れて温度上昇し、熱膨張していくこととなる。このため、過昇温の開始時には、巻鉄心210に働く圧縮力が増加していくが、一定時間が経過すると定常状態となるため、鉄損の過度の増加を抑えることができる。すなわち、圧縮応力の増加による励磁電流ieの増加に基づいて温度上昇を検出することを可能としつつ、鉄損が過度に増加してしまうことを防止することができる。
The
また、本実施形態の変圧装置12は、巻線と、方向性電磁鋼板を用いた鉄心と、を有する変圧器20と、2次電圧vsを検出する2次電圧検出手段52と、1次電流ipを検出する1次電流検出手段50と、2次電流isを検出する2次電流検出手段51と、1次側に換算した2次電流isを1次電流ipから差し引いて励磁電流ieを算出する算出手段53と、2次電圧vsの半周期の期間を、2次電圧vsが0Vとなる時点を始点として0%から100%と表したときに、その5%から28%の範囲内における励磁電流ieに基づいて、変圧器20の温度上昇を検出する温度上昇検出手段55と、を備える。このような構成によれば、圧縮応力の増加に対して、特に敏感に反応する2次電圧vsの半周期の期間の5%から28%の範囲内における励磁電流ieの増加に基づいて温度上昇を検出できるので、鉄損の増加が顕著となる前に過昇温を検出でき、鉄損の増加を抑えつつ変圧器の温度上昇を検出できる。
In addition, the
また、本実施形態の変圧装置12は、2次電圧vsの電圧最大値を100%として表したときに、2次電圧vsが16%から77%の範囲内となり、かつ2次電圧vsの絶対値が増加している区間における励磁電流ieの増加に基づいて、変圧器20の温度上昇を検出する温度上昇検出手段55を備える。このような構成によれば、圧縮応力の増加に対して、特に敏感に反応する2次電圧vsの電圧範囲が16%から77%となり、かつ2次電圧vsの絶対値が増加している区間における励磁電流ieの増加に基づいて温度上昇を検出できるので、鉄損の増加が顕著となる前に過昇温を検出でき、鉄損の増加を抑えつつ変圧器の温度上昇を検出できる。
The
なお、前述した実施形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。したがって、本発明は前述の実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、各構成要素を置換、削除する等、変更することが可能である。 The above-described embodiments are merely examples for implementing the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and each component can be replaced, deleted, or otherwise modified within the scope of the present invention.
12 変圧装置
20 変圧器
31 1次巻線
32 2次巻線
50 1次電流検出手段
51 2次電流検出手段
52 2次電圧検出手段
53 算出手段
54 タイミング報知手段
55 温度上昇検出手段
100 積鉄心変圧器
110 積鉄心
112 ヨーク
113 クランプ
114 ロッド(拘束部材)
115 巻線
200 巻鉄心変圧器
210 巻鉄心
211 バンド(拘束部材)
212 巻線
300 巻鉄心変圧器
320 断熱材(スペーサ)
400 巻鉄心変圧器
ie 励磁電流
ip 1次電流
is 2次電流
vs 2次電圧
12
212
400 Wound core transformer ie Excitation current ip Primary current is Secondary current vs Secondary voltage
Claims (8)
2次電圧と1次電流と2次電流とをそれぞれ検出し、
変圧器の温度上昇の検出に係るタイミングとして、2次電圧の半周期の期間を、2次電圧が0Vとなる時点を始点として0%から100%と表したときに、その5%から28%の範囲内に含まれるタイミングを判定し、
1次側に換算した2次電流を1次電流から差し引いて得られる励磁電流について、前記タイミングにおける前記励磁電流を予め設定された基準値と比較し、前記拘束部材によって前記鉄心に発生する圧縮応力により増加する前記励磁電流が前記基準値を上回る場合に過昇温であると判定する温度上昇検出方法。 A transformer having a winding, an iron core using grain-oriented electromagnetic steel sheets, and a restraining member that generates a compressive stress on the iron core that is prone to thermal expansion ,
Detecting the secondary voltage, the primary current, and the secondary current, respectively;
As the timing for detecting the temperature rise of the transformer, a timing included in a range of 5% to 28% of a period of a half cycle of the secondary voltage expressed as 0% to 100% from the point when the secondary voltage becomes 0 V as a starting point is determined;
A temperature rise detection method in which an excitation current obtained by subtracting the secondary current converted to the primary side from the primary current is compared with a predetermined reference value at the timing, and if the excitation current, which increases due to the compressive stress generated in the iron core by the restraint member, exceeds the reference value, it is determined that an overheat has occurred .
2次電圧と1次電流と2次電流とをそれぞれ検出し、
変圧器の温度上昇の検出に係るタイミングとして、2次電圧の電圧最大値を100%として表したときに、2次電圧が16%から77%の範囲内となり、かつ2次電圧の絶対値が増加しているタイミングを判定し、
1次側に換算した2次電流を1次電流から差し引いて得られる励磁電流について、前記タイミングにおける前記励磁電流を予め設定された基準値と比較し、前記拘束部材によって前記鉄心に発生する圧縮応力により増加する前記励磁電流が前記基準値を上回る場合に過昇温であると判定する温度上昇検出方法。 A transformer having a winding, an iron core using grain-oriented electromagnetic steel sheets, and a restraining member that generates a compressive stress on the iron core that is prone to thermal expansion ,
Detecting the secondary voltage, the primary current, and the secondary current, respectively;
As a timing for detecting a temperature rise of the transformer, a timing is determined when the secondary voltage is within a range of 16% to 77% of a maximum voltage of the secondary voltage expressed as 100% and an absolute value of the secondary voltage is increasing;
A temperature rise detection method in which an excitation current obtained by subtracting the secondary current converted to the primary side from the primary current is compared with a predetermined reference value at the timing, and if the excitation current, which increases due to the compressive stress generated in the iron core by the restraint member, exceeds the reference value, it is determined that an overheat has occurred .
前記2つのヨークそれぞれを加圧する2つのクランプと、
前記2つのクランプを締結する部材と、を有する変圧器であって、
前記部材は、熱膨張しようとする前記積鉄心に対して圧縮応力を発生させる拘束部材として機能し、
前記部材の全体または一部が、前記積鉄心の線膨張係数よりも小さい線膨張係数を有する材料で形成された、請求項1または2に記載の温度上昇検出方法が適用される変圧器。 A stacked core having two yokes;
Two clamps for applying pressure to the two yokes, respectively;
A member for fastening the two clamps,
The member functions as a restraining member that generates a compressive stress on the stacked core that is prone to thermal expansion,
3. A transformer to which the temperature rise detection method according to claim 1 or 2 is applicable, wherein the member is entirely or partially made of a material having a linear expansion coefficient smaller than that of the stacked core.
前記巻鉄心の外周に巻き回された部材と、を有する変圧器であって、
前記部材は、熱膨張しようとする前記巻鉄心に対して圧縮応力を発生させる拘束部材として機能し、
前記部材の全体または一部が、前記巻鉄心の線膨張係数よりも小さい線膨張係数を有する材料で形成された、請求項1または2に記載の温度上昇検出方法が適用される変圧器。 Wound core and
A member wound around the outer periphery of the wound core,
The member functions as a restraining member that generates a compressive stress on the wound core that is prone to thermal expansion,
3. A transformer to which the temperature rise detection method according to claim 1 or 2 can be applied, wherein the member is entirely or partially made of a material having a linear expansion coefficient smaller than that of the wound core.
前記巻鉄心の外周に巻き回された部材と、
前記巻鉄心と前記部材との間に配置された断熱材と、を備え、
前記部材は、熱膨張しようとする前記巻鉄心に対して圧縮応力を発生させる拘束部材として機能する、請求項1もしくは2に記載の温度上昇検出方法が適用される変圧器または請求項4に記載の変圧器。 Wound core and
A member wound around the outer periphery of the wound core;
a thermal insulator disposed between the wound core and the member ,
5. A transformer to which the temperature rise detection method according to claim 1 or 2 is applied, or a transformer according to claim 4, wherein the member functions as a restraining member that generates a compressive stress on the wound core that is undergoing thermal expansion .
前記巻鉄心の外周に巻き回された部材と、
前記巻鉄心と前記部材との間に、前記巻鉄心の周方向に断続的に配置された第2の部材と、を備え、
前記部材は、熱膨張しようとする前記巻鉄心に対して圧縮応力を発生させる拘束部材として機能する、請求項1もしくは2に記載の温度上昇検出方法が適用される変圧器または請求項4もしくは5に記載の変圧器。 Wound core and
A member wound around the outer periphery of the wound core;
and a second member disposed intermittently in a circumferential direction of the wound core between the wound core and the member ,
A transformer to which the temperature rise detection method according to claim 1 or 2 is applied, or a transformer according to claim 4 or 5, wherein the member functions as a restraining member that generates a compressive stress on the wound core that is undergoing thermal expansion .
2次電圧を検出する2次電圧検出手段と、
1次電流を検出する1次電流検出手段と、
2次電流を検出する2次電流検出手段と、
変圧器の温度上昇の検出に係るタイミングとして、2次電圧の半周期の期間を、2次電圧が0Vとなる時点を始点として0%から100%と表したときに、その5%から28%の範囲内に含まれるタイミングを判定するタイミング判定手段と、
1次側に換算した2次電流を1次電流から差し引いて励磁電流を算出する算出手段と、
前記タイミングにおける前記励磁電流を予め設定された基準値と比較し、前記拘束部材によって前記鉄心に発生する圧縮応力により増加する前記励磁電流が前記基準値を上回る場合に過昇温であると判定する温度上昇検出手段と、を備える変圧装置。 A transformer having a winding, an iron core using a grain-oriented electromagnetic steel sheet, and a restraining member that generates a compressive stress on the iron core that tends to thermally expand ;
A secondary voltage detection means for detecting a secondary voltage;
A primary current detection means for detecting a primary current;
A secondary current detection means for detecting a secondary current;
a timing determination means for determining, as a timing related to detection of a temperature rise of the transformer, a timing included in a range of 5% to 28% of a period of a half cycle of the secondary voltage expressed as 0% to 100% from a point when the secondary voltage becomes 0 V as a starting point;
A calculation means for calculating an excitation current by subtracting the secondary current converted into a primary side from the primary current;
and a temperature rise detection means for comparing the excitation current at the timing with a preset reference value and determining that an overheat has occurred if the excitation current, which increases due to the compressive stress generated in the iron core by the restraint member, exceeds the reference value .
2次電圧を検出する2次電圧検出手段と、
1次電流を検出する1次電流検出手段と、
2次電流を検出する2次電流検出手段と、
変圧器の温度上昇の検出に係るタイミングとして、2次電圧の電圧最大値を100%として表したときに、2次電圧が16%から77%の範囲内となり、かつ2次電圧の絶対値が増加しているタイミングを判定するタイミング判定手段と、
1次側に換算した2次電流を1次電流から差し引いて励磁電流を算出する算出手段と、
前記タイミングにおける前記励磁電流を予め設定された基準値と比較し、前記拘束部材によって前記鉄心に発生する圧縮応力により増加する前記励磁電流が前記基準値を上回る場合に過昇温であると判定する温度上昇検出手段と、を備える変圧装置。 A transformer having a winding, an iron core using a grain-oriented electromagnetic steel sheet, and a restraining member that generates a compressive stress on the iron core that tends to thermally expand ;
A secondary voltage detection means for detecting a secondary voltage;
A primary current detection means for detecting a primary current;
A secondary current detection means for detecting a secondary current;
a timing determination means for determining, as a timing related to detection of a temperature rise of the transformer, a timing at which the secondary voltage falls within a range of 16% to 77% when a maximum voltage value of the secondary voltage is expressed as 100% and an absolute value of the secondary voltage is increasing;
A calculation means for calculating an excitation current by subtracting the secondary current converted into a primary side from the primary current;
and a temperature rise detection means for comparing the excitation current at the timing with a preset reference value and determining that an overheat has occurred if the excitation current, which increases due to the compressive stress generated in the iron core by the restraint member, exceeds the reference value .
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Citations (3)
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---|---|---|---|---|
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