JPH02179220A - 変圧器励磁突流抑制装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分舒〕 この発明は変圧器を系統に投入する際に発生する励磁突
流を抑制するための励磁突流抑制装置に関する。 〔従来の技術〕 変圧器を直接電源に投入すると励磁突流と称される過渡
的な電流が一次側に流れることはよく知られている。そ
の最大値は変圧器の容量にもよるが定格電流の数倍ない
し十敗倍にもなる。励磁突流の発生は変圧器内部の異常
を検出するための差電流継電器の誤動作の原因になるこ
と、系統に瞬間的な電圧降下が生ずろなどの問題が生ず
ろが、差電流継電器の誤動作について投入後一定時間差
電流継電器を動作しないようにしておくなどの対策で対
処できるし、電圧降下についてはこれまで重要な問題と
はなっていなかった。 しかし、近年のＯＡ種機器普及、とりわけコンピュータ
の普及はより高い品質の電力が要求されるようになった
０例えば系統の短絡事故によって一時的に停電になった
場合、コンピュータ内のメモリーに記憶されているデー
タが一瞬にして消滅するし、電圧変動に対しても誤動作
の原因になり得ることが考えられる。大きなコンピュー
タの場合専用の安定化電源を設けて上記のような支障が
生じないような処置が講じられているが、パーソナルコ
ンピュータのように小さなコンピュータの場合は充分な
対策が講じられる訳ではないので安定な電力の供給が特
に重要になる。この点でより品質の高い電力の供給を要
求される結果となり実質的にｌｌＩ磁突流が発生しない
とみなせる程度としてその変圧器の定格電流以下に励磁
突流を抑制することが必要になりその対策の一貫として
励磁突流抑制対策が重要になって来た。 励磁突流発生は変圧器鉄心の非線型飽和特性によって生
ずるもので更に残留磁束と言われているヒステリシス現
象によって電源遮断後に変圧器鉄心中に残る磁束によっ
て励磁突流の値がなおさら増大することがある。ただ、
励磁突流はその変圧器に電圧を印加する時の位相により
その値は変わりまた電圧遮断時の位相によって残留磁束
の値が変わるので励磁突流の大きさは不確定であるが、
励磁突流が最大となる条件とその値について検討された
り対策されたりする。この条件での励磁突流発生現象に
ついて第１１図、第１２図を基に説明する。 第１１図は変圧器を含む結締図、第１２図はこの変圧器
に電源投入時の電圧等の時間的変化を示す波形図である
。第１１図において、単相の電源６５の電圧７厘が丁度
零になる時点に開閉器６２が閉じて変圧器６１の一次側
に印加されたとする。この電源６５の電圧Ｖｇに相当す
る逆起電圧が発生するためには鉄心中の磁束密度Ｂは第
１２図のＢｏの波形とならねばならない、すなわち、こ
の電圧に対する定常状態での鉄心中の定格磁束密度最大
値をＢ、とすると第１２図の磁束密度の最大値Ｂ、はこ
のＢ、の２倍の残留磁束密度Ｂ、との和となり、次式で
表される。 Ｂ＠　　−２Ｂｍ　　＋１３゜ 一方、変圧器鉄心に使用される珪素鋼板の飽和磁束密度
Ｂｂに対して定格磁束密度Ｂ、は８０％以上に設計され
るのが一般であり、また残留磁束密度Ｂ、の最大値は定
格磁束密度Ｂ、の７０％程度なので磁束密度の最大値Ｂ
、の最大値は飽和磁束密度の約２２０％になる。 第１２図で磁束密度Ｂが飽和磁束密度Ｂｂより小さい時
は鉄心の比ｉ３ｍ率は非常に大きいことから一次巻線の
インダクタンスは非常に大きいので励磁電流１．は小さ
く第１２図では無視して零として表示している。磁束密
度Ｂが飽和磁束密度Ｂ１より大きくなると鉄心中の磁束
密度は飽和してしまい一次巻線のインダクタンスは空心
のインダクタンスとなりこの値はおおむね定格電圧と定
格電流の比を定格インピーダンスとすると、この空心イ
ンダクタンスに相当するインピーダンスは定格インピー
ダンスの数分の１なのでこの時の電流は定格電流の数倍
となるが、これが励磁突流であり第１２図の夏、である
、数１０Ｍ　Ｖ　Ａ程度の変圧器の励磁電流の大きさは
定格電流の１％以以下−の励磁電流■、は励磁突流■、
の大きさに比べて略３桁小さい。 第１２図での点線で示した磁束密度Ｂ″、Ｍ磁突流１．
°　は巻線などの抵抗を無視した時の波形であるが、実
際にはこの抵抗があるために励磁突流１、は抵抗分だけ
小さくなりこれに伴って磁束密度Ｂの波形も下に下がり
直流成分が減衰し次のすイクルで飽和磁束密度Ｂ１を越
える部分が小さくなり従ってこのサイクルでの励磁突流
夏、も小さくなる。このように励磁突流は回路の抵抗成
分によって時間と共に減衰し、いずれ定常状態に達する
。 電力系統は一般に平衡三相交流であるので、３相のうち
少なくともｌ相が励磁突流を発生する条件となる確率が
高いことから、前述のような単相の場合に比べてより高
い頻度で励磁突流が発生することが知られている。また
、励磁突流が問題になるのは前述のように電力系統にお
いてであるから、励磁突流抑制対策も平衡３相交流系統
を対象とするのが普通であり、以下のこの発明の説明に
おいても特に断らない限り平衡三相交流系統について記
載する。 励磁突流の値は前述のように遮断時の変圧器鉄心内の残
留磁束量と投入時の投入位相との関係により決まるので
、投入の度ごとに異なる値の励磁突流が発生するのであ
るが、励磁突流に対する何らかの検討や対策を行う際に
は理論的に得られる励磁突流の最大値でもって励磁突流
の値とするのが一般である。実際に発生する励磁突流か
らこの励磁突流量大値を得るためには、何度も変圧器電
源を遮断、投入を繰り返すことにより得られるが試験的
にこのような測定が行われることがあるにしても一般的
ではない。 励磁突流量大値としての励磁突流の値は変圧器の容量に
よって変わり、−触に変圧器容量の大きい程励磁突流の
定格電流に対する比率は低下する。 ｌＯ万ＫＶＡ前後の大容量器が５ないし６倍、千ＫＶＡ
前後の小容量の変圧器では１０倍前後である。 励磁突流の抑制方法として具体的に実用されている方法
としては、変圧器−次側に負荷時タップ切換器が有る時
に一次側の巻線の巻数が最も大きいタップを選んだ状態
で系統に投入し前記の磁束密度Ｂ、をなるべく小さい値
にするという方法がとられている。この方法は前記の系
統の電圧に対する磁束密度Ｂ、を小さくすると言う方法
であり、巻数最大時の磁束密度Ｂ、の値にもよるが大幅
な励磁突流の抑制を期待することはできない。 また、実用されているものではないが、励磁突流抑制の
方法として提案されている方法には次のようなものがあ
る。 イ）抵抗２段投入 開閉器と変圧器との間に直列抵抗を接続して投入し、一
定の時間経過後直列抵抗を短絡するというように、変圧
器を電力系統に投入するのに２段階に分けて投入するこ
とにより励磁突流を低減する。この方式によって大幅な
励磁突流低減効果は得られるが、原理的に励磁突流を無
くすることは不可能の構成であり、現在要求される高品
質の電力供給のための励磁突流抑制方式としては不充分
の性能しか期待できない。 口）負荷タップ切り換え変圧器を一次側に設けて投入す
る変圧器の一次側電圧を順次上昇させることにより励磁
突流が発生しない投入を行う、この方式はこの発明の出
願人により提案され、特願昭６２−２５５９８０号に示
されているものであるが、投入に時間がかかるので系統
の運用上に支障が生ずるという問題がある。 ハ）遮断時の位相を記憶しておき投入位相をこの位相に
合わせる。この方式は特開昭５５−１０００３４号公報
に示されているものであるが、３相の残留磁束は遮断時
の電圧位相で一義的に決まるものではなく、遮断後の過
渡的な電圧や、また１相が遮断されても他相がまだ遮断
されていない場合は、３相の電気的・磁気的な結合によ
り遮断相の磁束もまだ変化するため、必ずしも３相の各
残留磁束に合致した位相で３相投入できるとは限らない
ので、期待する励磁突流抑制効果が得られないという問
題がある。 二）３相のうちの１相を電圧波形の最大値となる位相で
投入し他の２相を遅れて投入する。この方式は特開昭５
５−９３６１９号公報と特開昭５５−９４５４０号公報
に示されており、励磁突流低減効果として無対策の場合
に比べて約３分の１の低減効果が期待できるが、励磁突
流を実質的に無くすることは出来ないという問題がある
。 この外にも残留磁束をＬ−Ｃ回路の減衰振動で消磁する
方法なども考えられているがその効果は期待程ではない
ことが分かっている。 〔発明が解決しようとする課！！〕 実用されている励磁突流抑制方式である変圧器の巻数が
最も大きいタップ位置で電源投入する方法は、一般にタ
ップ範囲は１０から２０％程度の範囲故、励磁突流の低
減はせいぜい２０％程度が期待される程度であり、励磁
突流を実質的に無くすることはできない。 前述の他の方式も、励磁突流を実質的に無くする程度に
抑制できても投入に時間がかかるという問題があり、他
のものはある程度の励磁突流低減効果は期待できるにし
ても実質的に無くすることはできないという問題がある
。 この発明は、変圧器の電源投入時の励磁突流を定格電流
以下の実質的に無視できる程に小さくし、しかも短時間
に投入が可能な励磁突流抑制装置を提供することを目的
とするものである。 〔課題を解決するための手段〕 上記のｍｉａを解決するために、この発明によれば、三
相変圧器と、この三相変圧器を三相電源に投入・遮断を
するための遮断器とでなる三相回路で前記遮断器が投入
されたときに前記三相変圧器に発生する過渡電流として
の励磁突流を抑制する励磁突流抑制装置において、前記
三相変圧器の誘起電圧を各相ごとに降圧する相別降圧手
段と、この降圧手段の出力電圧を入力信号として前記三
相変圧器が遮断されたときの三相変圧器鉄心中の残留磁
束を演算する残留磁束演算手段及びこの残留磁束演算手
段の出力信号を基に各相とも励磁突流の発生しない投入
位相を算出する個別投入位相演算手段からなる最適投入
位相演算装置とからなり、この最適投入位相演算装置に
よる投入位相演算結果の出力信号を前記遮断器の投入指
令としてなるものとし、また前記三相変圧器の誘起電圧
を各相ごとに降圧する相別降圧手段と、この降圧手段の
出力電圧を入力信号として前記三相変圧器が遮断された
ときの三相変圧器鉄心中の残留磁束を演算する残留磁束
演算手段及びこの残ＶＩｌ磁束演算手段の出力信号を基
に前記遮断器の各相を同時投入による励磁突流が最低と
なる投入位相を算出する投入位相演算手段からなる最適
投入位相演算装置とからなり、この最適投入位相演算装
置による投入位相演算結果の出力信号を前記遮断器の投
入指令としてなるものとする。 〔作用〕 この発明の構成において、電子装置としての最適投入位
相演算装置の入力信号に適するように三相変圧器の相電
圧を降圧する降圧手段により三相変圧器が遮断されたと
きの過渡的に変化し最終的に零になる各相の相電圧を降
圧し、この降圧された３つの相電圧を入力信号として残
留磁束演算手段により電圧を時間積分することによって
三相変圧器の鉄心内の残留磁束を演算し、投入位相演算
手段により投入時の励磁突流と残留磁束との関係式から
導出される計算式を用いて励磁突流の発生しない３相そ
れぞれ異なる最適の投入位相を演算してこの演算結果を
最適投入位相演算装置の出力信号とし、この出力信号を
遮断器の位相制御装置の投入位相信号として遮断器を各
相個別に投入させる。また３相を同じ位相で同時投入す
るときの励磁突流が最小になる最適位相を演算する投入
位相演算手段により同時投入時の励磁突流と残留磁束と
の関係式から導出される計算式を用いて励磁突流が最小
となる投入位相を演算してこの演算結果を最適投入位相
演算装置の出力信号とし、この出力信号を同時投入が可
能の遮断器の位相制御装置の投入位相信号として遮断器
を各相同時に投入させる。 〔実施例〕 第１図はこの発明の実施例を示すブロック回路図で、三
相変圧器１は星形結線の一次巻線１１と三角結線の二次
＠Ｍ１２とでなり、鉄心の図示は省略しである。−次＠
線１１は三相型ａｉｏｏに遮断器２を介して接続されて
おり、三相変圧器１の三相型Ｂ　１００への投入及び三
相１１源】００からの遮断の両方がこの遮断器２の開閉
操作によって行われる。 三相変圧器ｌが三相電源１００から遮断されるときは、
遮断器２は通常の遮断器と同じように一つの遮断指令２
００が遮断器２の制御装置２５に入力されて３相の主接
点２１，２２．２３を同時に動作させて３相−括遮断さ
れる。一方、投入のときは、各相別々に制御された投入
位相に基づき投入することのできる位相制御機能付の遮
断器である。 最適投入位相演算装置４は遮断時の過渡的に変化する三
相変圧器１の一次側の相電圧を計器用変圧器３により降
圧された相電圧を入力データとしてこの三相変圧器１の
鉄心内の残留磁束を残留磁束演算部４２によって算出し
、この残留磁束演算部４２の出力信号を基にして後述の
計算式に基づいて遮断器２を投入時に三相変圧器ｌに流
入する励磁突流を抑制するのに！＆通な位相を投入位相
演算部４３によって算出しその結果を遮断器２の位相制
御部２５に入力する機能を持つものである。 何らかの理由で遮断器２を動作させて三相変圧器１を三
相電源１００から遮断する必要が生じたとき、遮断指令
信号２００が外部から発せられ、この遮断指令信号２０
０は直接遮断器２に通常の動作と同様にして遮断器２に
遮断動作をさせる信号となるとともに、この遮断指令信
号２００は最適投入位相演算装置４の入力信号となって
この最適投入位相演算装置４による三相変圧器１の残留
磁束演算の開始指令のための信号となる。一方、三相変
圧器ｌの一次側の相電圧が３台の計器用変圧器３によっ
て降圧され各相ごとに最適投入位相演算装置４の入力部
としての入力インタフェース４１に含まれるＡ／Ｄ変換
器によってディジタル信号に変換されて残留磁束演算部
４２の人力信号となる。前述の遮断指令信号２００によ
って残留磁束演算部４２は演算を開始し、まずＡ／Ｄ変
換された相電圧のデータを所定の時間間隔に従って残留
磁束演算部４２に取り込んで残留磁束演算部４２内の記
憶部に順次記憶させていく、この後、投入位相演算部４
３は所定の電算プログラムに従った計算を行って遮断器
２によって三相変圧ａ１を三相電源１０Ｑに投入する際
の各相ごとの最適投入位相を求め、その結果を投入位相
演算部４３内の記憶部に記憶した上で待機する。 投入指令信号２０１が外部より発せられるとこの投入指
令信号２０１は投入位相演算部４３の入力信号となり、
この入力信号に基づいて先に記憶しておいた各相の最適
投入位相のデータを出力インタフェース４４を介してデ
ィジタル信号をアナログ信号に変換するとともに制御装
置２５の位相制御信号として適した信号に変換した上で
遮断器２の位相制御部２５の入力信号とし、この入力信
号に基づいて位相制御部２５は主接点２１，２２．２３
にそれぞれの相ごとの投入位相に基づいた投入指令を出
力しこの出力信号に基づいて主接点２１，２２．２３が
投入動作することにより所定の位相で三相変圧器１が三
相電源１００に投入されることにより励磁突流が実質的
に発生しない理想的な投入が行われることになる。 遮断器２の主接点２１，２２．２３並びに制御装置２５
は従来使用されているものであり、相銀の投入位相は制
御装置２５に付属するダイアルを回して所定の位相を人
手で設定し、このダイアルの位置に応じて指定した位相
に比例した電圧が発生してこの電圧が制御装置２５に内
蔵されている各相の投入指令信号発進部に入力されるこ
とにより指定の位相で各相の主接点２１，２２．２３が
投入されるものであり、最適投入位相演算装置４の出力
信号としての出力インタフェース４４の出力信号は位相
に比例した電圧値に対応する電気信号として出力される
。 残留磁束演算部４２によって三相変圧器１の残留磁束を
相電圧から算出する方式は次の通りである。 三相変圧器１の各相の鉄心脚に誘起する電圧はこの三相
変圧器ｌの相電圧に比例する。また、鉄心脚内の磁束量
の時間的変化がその鉄心脚の相の誘起電圧となるので、
相電圧から磁束を求めるためには相電圧を積分すればよ
い、ただし、積分を開始する時点によって磁束には計算
上の直流成分が含まれるのでこれを消去する必要がある
。 今、各相を区別するために相の名前として通常変圧器に
多く使用されるものとしてＵ、Ｖ、Ｗの３つの名称を付
は位相の順序もこの順であるとする。Ｕ相の電圧を基準
にして各相の定常状態における電圧、磁束量を式で表す
と次式となる。 Ｖｕ　＝Ｖａ　５ｉｎ（ωｔ　）　　　　−ＨＶｖ　”
　Ｖｕ　５ｉｎ（ωｔ　　２／３π＞　ニー・・・・−
＝−（ｌ）Ｖ、　＝　Ｖ、　５ｉｎ（ωｔ　＋２／３　
π）−’Φｕ　簿−Φ１Ｉｃｏｓ（ωｔ）　　　　　　
−・−−−−ｉΦＶ−一Φ、ｃｏｓ（ωｔ−２／３π）
　レー（２１Φ−一−Φ−ｃｏｓ　（ωｔ　＋２／３　
　ｉ　　−・ｊここで、 ■、；相電圧波高値 ω　；角周波数 ｔ　；時間 Φ、一定常時の鉄心腸内磁束最大値 Ｖｕ　＊　Ｖｖ　＋　　Ｖｗ　　＋それぞれの相の相電
圧Φ１．Φ１．Φ０　；それぞれの相の鉄心脚の磁束今
、遮断器２による両断開始の少なくとも１サイクル前か
ら残留磁束計算のための相電圧データの演算部４２への
取り込みを開始するものとする。 そうすると、遮断開始後の相電圧の過渡的な変化が始ま
る前に相電圧、ｉｔｔ束ともに少なくとも１回ずつ交流
波形の最大値と最小値とが存在することになる。 各相の遮断時の過渡的な相電圧、磁束をＶｕｚ＋ＶＶＬ
＋　　ＶＷｔ＋　Φい、ΦＶ％＋　　φ、、とし、Φｕ
１の場合を例にとると、次式よりΦＵ％が時間関数とし
て計算される。 ここで、ｔｏ　；積分開始時間 ｔ　；時間 Φ（ＩＱ　ｉ積分開始時間

【。によって変化する計算上
の直流成分補正項 前述のように積分開始時間１ｏは遮断開始の少なくとも
１サイクル前であるので、相電圧は勿論、磁束も定常状
態の交流波形での最大値と最小値とが出現する筈であり
、最大値と最小値とはその大きさが等しく符号が反対で
あるという特徴があるので、（３）式の積分を行うこと
によりΦ。、（ｔ）を時間関数の形で求め、このφ。、
（ｔ）の最大値と最小値とを、それぞれΦ。、ΦＩ１１
とすると、前述の条件からΦゎ。を求めることができ、
次式となる。 Φ１゜−（ΦＬ＋□＋Φａ＋）／２　　　　　　　・・
・（４）このように、遮断による過渡現象的な波形にな
る少なくともｌサイクル前の任意の時間を積分開始時間
にすることにより、相電圧を積分して鉄心脚内の残留磁
束を計算することができる。ΦＶＬ＋　Φ１、もインデ
ックスを変えるだけでΦす、と同じ式が成立する。 このような計算方式で実際に残留磁束を計算するのに大
きく分けて２種類の方法があり、その一つはコンピュー
タによってディジタル演算として行う方法であり、もう
一つの方法はアナログ演算回路により演算する方式であ
る。対象とする回路の周波数が商用周波数である５０な
いし６０Ｈｚであるのでコンピュータによるディジタル
演算でも計算時間に支障を生ずることはなく、またアナ
ログ演算を採用するにしても、既成のアナログ演算回路
を組み合わせることにより比較的簡単に演算回路が製作
できるので、いずれを選択するかは別の条件から検討す
る必要があるが、後述の最適投入位相の計算にはコンピ
ュータによるディジタル演算の方がアナログ演算よりも
優れている点が多いので、残留磁束計算もこれに合わせ
て第１図に示すように残留磁束演算も相電圧をＡ／Ｄ変
換によってディジタル信号に変換してコンピュータによ
るディジタル演算とするのが妥当である。 三相変圧器１の鉄心の残留磁束を前述の計算式で求めた
あと、引き続いて各相ごとの最適投入位相を求めること
になる。遮断器２の各相の主接点２１．２２．２３が別
個に順次投入されるときに、変圧器の結線によって中性
点の電圧の変化が異なりしたがって各相ごとの誘起電圧
が異なるために鉄心内の磁束の変化が結線方式によって
異なることから、最適投入位相は三相変圧器ｌの一次巻
線の結線方式によって計算式が異なり、残留磁束が同一
であっても最適位相は異なることになる０代表的な結線
方式に対してそれぞれの最適投入位相計算式を以下に示
す、なお、この発明の対象とする比較的大容量の三相変
圧器では必ず三角結線された巻線があるものなので、以
下の記載においてもこれを前提とする。三角結線の巻線
があると、各相の残留磁束の和が零になるという条件が
常に満足される。 １）−次Ｓ線の結線が中性点非接地の星形結線の場この
結線の場合は１相だけ投入されても励磁電流を変圧器に
供給する回路ができないので変圧器は励磁されない、２
相目が投入されて始めて変圧器は励磁状態になる。 この電圧をそれぞれの相の投入位相αυ、α、。 α、（α。くα、くα、）で投入したときのＵ相とＶ相
とが投入されＷ相は未投入における各相の鉄心脚内の磁
束ｌΦい、φ９いΦいは次式となる。 ΦＩＩＬツ汀／２・Φａ　　（ｃｏｓ（ωｔ＋１／６π
＋αｖ）−・・−・−・ミ−ｃｏｓ（１／６　π＋αｖ
））　十Φｌｌｔ・−＋５）Φ１．−−ΦＵ、＋（ΦＰ
ｖ−φｒＬＩ）　　　　　　　　ｉ巳 Φ□、−φ、　　　　　　　　　　　　　　　　−・・
；ここで、φｒ１　　Φ１マ、ΦＦ、４；それぞれの相
の残留磁束 Ｗ相が投入された後のΦ。の式は、ωｔ−α０における
φ４の値がΦ、になるという条件から次式％式％） したがって、まず過渡磁束を生じさせないＷ相の！＆通
投入位相α−はこの式の直流成分が零であるという条件
から求められ、その条件式は次式となるのでこの式をも
とにα、を求めればよい。 Φ、−Φａｃｏｓ（αｍ　＋２／３π）　　　　−・−
・・（７）■相の最適投入位相α、は（２）式のΦＵ、
Φ、と（５）式のΦ、い　Φ１．とがωｔ−α、の時点
で一致するという条件が成立する次式から求められる。 φ、　Ｃｏｇα、＝ｆｆ／２φａ　　（ｃｏｓ（αＭ　
＋１／６π＋αｗ）−ｃｏｓ　（１／６　π＋α、））
十Φ、Ｕ−・・・・−・−・・−（８１ Ｕ相の最適投入位相α、は■相の最適投入位相α。 より小さければ任意でよいが、実際的にはα９と一致さ
せＵ相と■相とは同時投入することにするのが妥当であ
る。 それぞれの投入位相を３６０度以内に制限しても逆余弦
関数は２価関数であるので、α、とα１との２つづつの
値の組み合わせから４種の組み合わせの最適投入位相の
組み合わせが得られるが、これらの中にはＵ、Ｖ相投入
後Ｗ相投入前の間に過渡磁束Φ。いΦＶ、のいずれかが
定格磁束Φ、を越える場合があり、これらを除外すれば
、結局唯一の最適位相の組み合わせとしてα、とα８と
の差が最も小さいという条件のものが残り、これが求め
る最適投入位相である。この条件を満足する場合の例を
以下に示す、第２図は、各相の残留磁束が定格電圧に対
する定常時の磁束最大値のそれぞれ？０．　　Ｏ，−７
０％の場合について試算した結果を示す波形であり、こ
の時の最適投入位相は次の通りである。 αｌ、−２１６．２度（−αＶ） αｇ廓２１６．２度 α、−２８５，６度 第２図において、ａ）はＵ相の磁束の波形を表し、左側
の縦軸を時間ｔが零の起点とすると、このΦ。 は（２）式と一致する余弦関数となっている。　ｂ）か
らｅ）は最適投入位相として計算された４通りの投入位
相の組み合わせのそれぞれの条件での波形を示しており
、ｂ）とＣ）とが同一のＷ相投入位相α。の場合であり
、ｄ）とｅ）とが別の値のＷ相投入位相α−の場合であ
る。それぞれの波形図における時間ｔ。 はＵ、Ｖ相を同時投入した時間であり、＋８はＷ相を投
入した時点であり、これらはいずれも投入位相α６．　
ｖ、α０にもとづいて決定されたちα のである。 ｂ）、ｃ）、ｄ）の３つの波形では時間１　、、１　、
との間で定格磁束Φ、を越えた波高値を示しており、こ
れらめ３つの条件は最適投入位相として適当でないこと
を示している。したがって、この条件ではｅ）の場合が
最適投入位相として遺した条件であるといえる。このｅ
）の各相の最適投入位相が前述の数値である。 ２）−次巻線の結線が中性点直接接地の星形結線の場合
。 この結線の場合は１相投入されるとその相には定常電圧
がかかる６通常変圧器は前述のように三角結線のＳ線を
持っているのでそのｌ相の電圧の半分ずつが逆位相でま
だ投入されていない２相に誘起し、それに対応して各相
の鉄心脚の磁束が変化する。ある時間後残りの２相を同
時投入することにより、前項同様、過渡磁束が定格磁束
Φ、を越えないようにすることができる。中性点直接接
地の星形結線では二つの相が投入されればもう一つの相
にも定常電圧が誘起されるから、残りの２相の同時投入
に時間差が生じても、先に投入された瞬間を２相同時投
入とみなすことができる。 最初の投入相をＵ相とし、ある時間後の同時投入相をＶ
、Ｗ相とすると、ますＵ相の最適投入位相α。は次式か
ら求められる。 Φ、Ｕ−Φａ　ｃｏｓ　（α。）・・−・−・−・−・
・−・−・・・−（９）三相残留磁束の総和は零である
から、■相の磁束についての次式のα、が■、Ｗの２相
の同時投入最適位相として求まる。 Φ、・ｃｏｓ　（α、−２／３π） −１７２Φｍ　　（ｃｏｓ（αｖ）　−ｃｏｓ＜ａｕ　
）　）＋φＰＶ・・−・・−・・・（至） この結線の場合も最適位相の組み合わせは４通りができ
るが、前項の場合と同様過渡磁束が定格磁束Φ、を越え
ないような組み合わせはただ！通りであり、この場合も
前項と同じようにα、とαＵとの差の最も小さい組み合
わせが該当する組み合わせである。 ３）−次巻線の結線が三角結線の場合 この場合は中性点非接地の星形結線の場合と同様、最初
の２相を同時投入し、ある時間後残りの１相を投入する
ことになるが、各相の磁束の時間変化は中性点直接接地
の星形結線の場合と同じになる。したがって、最適投入
位相の数値は中性点直接接地と同じで、中性点直接接地
の場合の最初の１相投入位相と同じ位相で２相投入とし
、残りの１相の投入位相は中性点直接接地の場合の後の
２相の同時投入位相と同じにすればよい。 上述のように、−次巻線の結線方式に応じた最適投入位
相を計算するための計算式を示したが、これらの式は、
異なるにしても各相の最適位相は余弦関数の形で表現さ
れているので、それぞれの最適位相の値を計算するには
逆余弦関数を求めればよいことになる０例えば、（６１
式からα、を求めると次式となる。 α−＝ｃｏｓ−’（Φ２−／Φ、）＋２／３π・−・−
・−・（１１）φ、は常に正であるが、Φ、の符号は負
であることも考慮し逆余弦関数が多価関数であることを
考慮し前述の条件から４遺りの組み合わせの中から最適
投入位相の組み合わせを求めればよい。 実際に最適投入位相演算装置４で最適投入位相を計算す
るのはコンピュータによるディジタル演算が妥当である
。その理由の一つは、−次側の結線が異なる三相変圧器
１に対してハードとしての装置は同一のものでよく単に
ソフトウェアを変えるだけで任意の結線のものに適用可
能であることである。また、異なるソフトウェアにして
も共通部分は多い、もう一つの理由は逆三角関数の計算
などはアナログ演算では必ずしも容易ではないが、ソフ
トウェアではその実現は容易である、の２つの理由によ
る。 このような理由からこの発明における最適投入位相演算
装置４を構成するものとして第１図に示すように残留磁
束演算部４２と個別投入位相演算部４３との演算部とし
てＣＰＵと記憶部とでなるコンピュータによる構成とし
たので、この演算部に組み込まれるソフトウェアについ
て更に詳述する。 第３図は前述の演算部に組み込まれるソフトウェアのブ
ロック図である。 個々のブロックごとの詳細は次の通りである。 なお、残留磁束演算部４２と投入位相演算部４３との区
別の図示の通りであり、これら２つの演算部４２゜４３
を１つのＣＰＵにソフトウェアとして組み込む場合には
、第１図に示すようなハード的な区分は不可能であり、
この図のように、ソフトウェアのブロック図の中で区分
が可能である。 ■遮断指令判定４０１ 演算部が動作を初めても遮断指令信号が入力されない間
に待機の状態を維持する。遮断指令信号が人力されて初
めて次のステップに移る。 ■相電圧データ入力・記憶４０２ 計器用変圧器からＡ／Ｄ変換器を介して演算部４２に入
力されたディジタルデータは、所定の時間間隔ごとに人
力データとして処理され、演算部４２内の記憶部に人力
の順序に応じた記憶番地に記憶される。入力の時間間隔
は位相角１度ごとに行うとして５０ないし６０Ｈｚの周
波数に対しては約５０マイクロ秒である。 ■積算・記憶４０３ ■で演算部４２に記憶されたデータを一つ一つ積算する
。ｎ回目に積算された値をＦ、とすると、このＦ、を別
の記憶領域に記憶する。この積算は数値積分を行うもの
であるので、単なる積算ではなく数値積分の手法である
台形積分、あるいはより計算精度の高いシンプソンの公
式を使用した数値積分など、採用する数値計算手法によ
って積算の仕方は少し異なるがこれらは通常の技術計算
において多用されている手法であるので詳しい説明は省
略する。 ■残留磁束計算４０４ ＋４）式のφ□５．Φ□に比例する値として■で積算さ
れ記憶されたデータＦ、の最大値と最小値としてＦ　ａ
ｉ＋　　Ｆａｔを求める。このような複数のデータから
最大値、最小値を求める方法も多用される既知のアルゴ
リズムであるので詳述を避ける。（４）式の直流成分補
正項に比例するＦの値としてのＦｏはＦ□とＦ□を用い
て次式から求められる。 Ｆｏ　＝（Ｆａｔ　＋　Ｆｓｉ）／２　　　　　　　（
１２）■残留磁束の計算４０５ ■における積算の最終値をＦｏとすると、残留磁束に比
例する値Ｆ、は次式で求められる。 ＦＰ−Ｆ、　−ＦＯ（１３） 以上で残留磁束に比例する値を求めるステップは終了す
るが、求められたＦ、は残留磁束に比例する値であって
も残留磁束の値そのものではない。 次に述べる最適位相演算に使用される三相変圧器１の鉄
心の定格電圧に対する定常時の最大磁束量Φ、を演算部
４２のデータとして記憶させる際のデータと同一の比例
関係にあるようにｐ’０．ｐ、。 Ｆｓｉ並びにＦ、などのデータに所定の比例定数を掛け
て以下の演算に支障のないようにしておく必要がある。 実際には遮断前の少なくとも１サイクルを経過した相電
圧の最大値と最小値との差の２分の１を定格電圧である
と見なすと、定常時の最大磁束量Φ、に比例するＦの値
としてのＦ、は次式のいずれかから求められる。 Ｆａ　　”Ｆａｔ　　　ＦＯ−Ｆｓｔ＋Ｆ。 −（Ｐａ、−Ｆ、ム）／　２　　　　　　　（１４）し
たがって、特にΦ、の値に関するディジタルデータをあ
らかじめ演算部に記憶させておかなくとも最適投入位相
の演算は可能であり、また、それぞれのＦの値を上記に
定義された状態のまま使用することでなんら支障は生じ
ない。 各相の残留磁束を考慮して最適投入位相を決定しこの最
適投入位相に基づいて投入する方式は、前述の通り鉄心
内の磁束密度は定格電圧に対する定常時の磁束密度を越
えることがないので理論的には励磁突流は全く発生しな
い励磁突流抑制方式としてｉｎ的な方式である。実際に
は残留磁束や投入位相の演算時の桁落ちや遮断器２の投
入位相の指令値からのずれなどがあり投入位相が理論値
よりずれることにより励磁突流が発生する場合が生ずる
。それでもこの発明が目的とする励磁突流を定格電流以
下にする抑制効果は充分満足することができる。 計器用変圧器３については図では電磁誘導電器としての
計器用変圧器を示しているが、ＰＤと称されているコン
デンサ分圧を利用した計器用変圧器、あるいは抵抗分圧
を利用したものでもよく、また、第１図では三相変圧器
１の一次側から相電圧をとるものとして図示しであるが
、二次側からとってもよく、更に三相変圧器を製作する
際にあらかじめ相電圧をとるための小さい巻線を設ける
ことでもよい。 降圧変圧器としての三相変圧器の場合は一次側の電圧が
高く二次側の電圧が低いので二次側に変成器を接続した
構成の方が安価な変成器を採用することができることの
方が多い。 また、この発明を実施する上での従来装置に加える必要
のある装置の主なものは最適投入位相演算装置４である
が、これを構成する演算部やＡ／Ｄ変換器などの電子装
置は従来使用されている部品から容易に製作できるもの
であり、価格も比較的安価に製作できるものである。 第４図はこの発明の別の実施例を示すブロック回路図で
ある。この図においてて、第１図と同じ構成体について
は同じ参照符号を付けることにより詳しい説明は省略す
る。 第４図の第１図と異なる点は、遮断器２０が三相を同時
に投入されるもので、各相個別に位相投入を制御する機
能を持っていない、したがって、制ｍｖ装置２９から出
力する投入位相も各相同じものである。実際の遮断器２
０では、各相の主接点２６　、２７　。 ２８は機械的に接続されていて、１つの電気信号によっ
て投入のための機械操作が行われるような構成が普通で
ある。 最適投入位相演算装置４０はこのような各相個別に投入
位相を設定制御することのできない遮断器が使用されて
いる三相変流器１に対するものである。したがって、投
入位相演算部４５が演算するのは、各相を同時に投入す
る場合の励磁突流最大値を最小にする投入位相であり、
これにともなって出力インターフェース４４も１つだけ
でよい。 以下に、同時投入における励磁突流量大値が最小となる
投入位相を算出する方法について説明する。 投入位相αで３相同時投入されたときの各相の鉄心内の
磁束密度を次式で表す。 Ｂｕ　　”　　ＢＩＩ（ｃｏｓ（θ＋α）　　＋ｃｏｓ
（α）　　）　　”　Ｂｒｗ　”−ＨＢｙ　＝−Ｂｅ　
　（ｃｏｓ（θ＋Ｃｌ−２／３　・ｆｃ’）＋　ｃｏｓ
（α−２７３・π）　）　十Ｂ、、　　　　　　　ｉ（
１５）Ｂｗ　＝　　Ｂｅ　　（ｃｏｓ（θ＋ｏｔ＋２７
３−　ｇ）＋　ｃｏｓ　（α＋２７３・π）　ｌ　＋Ｂ
ｒｗここで、 Ｂ、、Ｂ、、Ｂ、、Ｕ、Ｖ、Ｗ相鉄心内の磁束密度 Ｂ、　　　　　　　：鉄心内の定格磁束密度波高値 Ｂ、、、Ｂ、、、Ｂ、、ｉ　Ｕ、Ｖ、Ｗ相鉄心内の残留
磁束密度 θ　　　　　　　　５ωｔ　（時間変数の位相表現）α
　　　　　　　；投入位相 Ｂ、、Ｂ、、Ｂｗの波形の山部の最大値のＢＩＩに対す
る比率をρ、、ρ１３．ρユい谷部のそれをρ−宜、ρ
ｌＴ１＋　　ρ１、Ｂ　ｔａｒ　　Ｂ　ＦＷ＋　Ｂ　ｒ
ｗのＢ、に対する比率をρ、□　ρ、□　ρ、とすると
、これら（１５）式の第１項のｃｏｗの括弧の中がπに
なるθを代入することによって１’　ｌｌＩ＋　　Ｉ”
ｖ＋＋　　ρ１が得られ、０になるθを代入することに
よってρ、露、ρＶＭ＋　ρ■が得られ、次式となる。 ｐｍｌ　−１＋ｃｏｓ（α）＋９１ｍ　　　　　’−’
ｉρｖ＋　−１＋ｃｏｓ（α−２／３・π＞　＋ｐｒｅ
　　１−（１６）ρ、、＋ｓ　１　＋ｃｏｓ（α＋２７
３・π）＋ρ、−・；ｐｌＩ！″Ｉｌ−〇〇３（α）＋
ρｒｓ　　　　・・・・−・・・−・】ｐｗｓ−１−ｃ
ｏａ（α−２７３・π）＋ρ１１　　ｊ−・−・・（１
７）１）ｍｚ−１−ｃｏｓ（α＋２／３　・π）十ρ、
・−・ｊこれらを図示したのが第５図、第６図、第７図
であり、それぞれの相の残留磁束密度比率が、ρ、Ｉ１
ｍＱ、７．ρｒｖ　ｍ　−Ｑ、７．ρｒｗ　”　０．０
の場合の例である。第５図はＵ相の磁束密度比率である
ρ□。 ρ、諺のグラフであり、横軸は投入位相αで、αがＯか
ら２πの１周期分を示しており、縦軸は磁束密度比率Ｐ
である。同じように、第６図はｐ＋ｕｉρ、霊の、第７
図はｌ’ｗｌ＋ｐｍｍのそれぞれグラフである。 第５図を例にとると、ρ、は０．７と正の値であるから
ρ１．ρ、のグラフはともに０．７だけ上に移動した形
になっており、したがってρ１またはｐＨ１の絶対の最
大値はα−０，０でのｐ、、の値である１、７である。 第８図はρ０．ρ□、ρ１のαの値ごとの最大値である
ρ１　と、ρｕｌ＋　　ＩＯｖ！＋　　ρ１のαの値ご
との最小値であるρ翼とを示す線図である。この図での
ρ１のグラフは第５図、第６図、第７図のρｍｔ＋　　
ｐｖ＋＋　　ρ１のグラフの包絡線、ρ、のグラフはｐ
Ｈ８，ρＶ！＋　　ρｌのグラフの包絡線になっている
。 第９図はρ１　とｐ８との絶対値の大きい方の値である
ｐ、のグラフであり、このｐ、は結局６つのρであるρ
１．ρＩＩｌ＋　　ρ１．ρｍ意＋　　１’ｖｔ＋　　
ρｌの絶対値のαごとの最大値でもある。励磁突流最小
となる最適投入位相α、はこのｐ、が最小になるときの
αΦ値であり、図示のようにρ、のグラフで谷を形成し
ている底部に対応するαの値である。 残留磁束密度比率ρ、□　ρ、□　ρ、を残留磁束演算
部４２で算出し、これを用いてα、を演算する方法は、
α−０，０から２πの間を一定の間隔でαを変化させて
（１６）　、　（１７）式のρ１．ρｌＴ１＋　　ρ、
、１゜ρ１１１１　１＋’１ＴＩｌ　　ρ１の絶対値の
最大値ρ、を求めてゆき、このρ、最小となるときのα
Φ値をα、とする。αを変化させるときの間隔は例えば
度数にして１度をとれば充分細かな間隔になり、その場
合、角度の２πは３６０度であるから（１６）　、　（
１７）式の計算を異なるαで３６０回繰り返すことにな
る。 このような方法はアルゴリズムとしては最も簡単であり
、この程度の繰り返し回数では多くの場合実用上支障に
なるほどの演算時間にはならないし、更に演算時間を短
縮する方法も適宜採用することができる。 第１０図はこの実施例における残留磁束演算部４２と投
入位相演算部４３に組み込まれるソフトウェアのブロッ
ク図である。第３図が各相の投入位相を個別に演算した
のに対してこの図では、同時投入位相算出４１０で前述
のアルゴリズムに基づいた演算を行って最適投入位相α
、を求める。 この実施例は同時遮断、投入方式の遮断器に適用するこ
とができる。したがって、前述の三相個別投入方式に適
用可能の方式を適用できない既設の遮断器に対しても適
用が可能であるという特長がある。この代わり三相個別
投入方式に比べて励磁突流抑制効果は劣るという欠点が
ある。特に残留磁束が小さい場合に励磁突流抑制効果が
小さくなるという特性があり、例えば、各相とも残留磁
束が零の場合にはρ、の値は１，８７となって期待する
励磁突流抑制効果は得られない、しかし、このような残
留磁束が各相とも零であるのは三相変圧器が電力系統に
投入される前の状態だけであり、いったん投入された後
、何らかの理由で電力系統から切り離された場合には遮
断位相によってそれぞれの相の値は異なるが、必ず残留
磁束が残るものなので、この実施例が効果を生じないの
は三相変圧器を最初に電力系統に投入するときだけであ
るといえる。このときは、励磁突流が発生するというこ
とがあらかじめ分かっているからそれなりの対策を講じ
ることができる。また、このときも励磁突流を抑制する
には、投入の前に直流を印加して三相変圧器の鉄心内に
磁束を発生させて残留磁束を強制的に残すという方法を
採用することができる。 （発明の効果〕 この発明は前述のように、三相変圧器を電源から遮断し
たときに鉄心内に残る残留磁束を三相変圧器の相電圧か
ら演算する残留磁束演算手段と、この残留磁束演算手段
が演算した残留磁束から励磁突流を完全に抑制する最適
投入位相を計算する投入位相演算手段から最適投入位相
演算装置を構成し、この最適投入位相演算装置の出力信
号としての最適投入位相に関する電気信号を従来からあ
る三相別個に投入位相を制御可能な遮断器の制御装置に
入力して、この最適投入位相に従って制御Ｂされた投入
位相で遮断器の主接点を投入する方式とした。その結果
、三相変圧器の鉄心内の磁束が定常時の最大磁束を越え
ることがないので、励磁突流は全く発生せず遮断器によ
る電源投入後直ちに定常状態の磁束の時間的変化をする
ようになる。 また、残留磁束演算手段が演算した残留磁束からの各相
を同時に投入する場合の励磁突流の最大値を最小にする
投入位相を演算する投入位相演算手段を用い、この投入
位相演算手段が演算した最適同時投入位相に関する電気
信号を最適投入位相演算装置の出力信号として、この電
気信号によって同時投入方式の遮断器の制御装置に入力
して、この遮断器を最適同時投入位相で投入することに
よって三相個別に投入位相を制御する機能を持っていな
い速断器の場合でも励磁突流を抑制することができる。 したがって、励磁突流に起因する三相変圧器の一次側の
電圧の急激な降下などは生じず、この三相変圧器が接続
される電力系統の電気の品質を著しく向上させることと
なる。更に、前述のように従来の技術の組み合わせで容
易に必要とする装置が安価に製作可能であり、使用する
コンピュータプログラムも技術計算に多用されるアルゴ
リズムで容易に作成が可能であるなど、この発明の実施
の容易性という特長もある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示すブロック回路図、第２
図はこの発明の実施例を示す磁束の時間変化の波形図、
第３図は第１図の演算過程を示すブロック図、第４図は
この発明の別の実施例を示すブロック回路図、第５図、
第６図、第７図、第８図、第９図はそれぞれ磁束密度比
率の投入位相に対する関係を示す線図、第１０図は第４
図の演算過程を示すブロック図、第１１図は励磁突流発
生の説明図としての回路図、第１２図は同じく波形図で
ある。 １：三相変圧器、２，２０：遮断器、２１，２２．２３
，２６゜２７．２８：主接点、２５゜２９：制ｉｌｌ装
置、３：計器用変圧器（降圧手段）　　　４，４Ｏ：最
遠投入位相演算装置、４１：入力インタフェース、４２
：残留磁束演算部（残留磁束演算手段）　、４３．４５
：投入位相演算部（投入位相演算部段）、４４８出力イ
ンタフェ殆５閃 第６１￥１ 雨る閃 第ｑ図 窩１１ 閏 第１２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）三相変圧器と、この三相変圧器を三相電源に投入・
   遮断をするための遮断器とでなる三相回路で前記遮断器
   が投入されたときに前記三相変圧器に発生する過渡電流
   としての励磁突流を抑制する励磁突流抑制装置において
   、前記三相変圧器の誘起電圧を各相ごとに降圧する相別
   降圧手段と、この降圧手段の出力電圧を入力信号として
   前記三相変圧器が遮断されたときの三相変圧器鉄心中の
   残留磁束を演算する残留磁束演算手段及びこの残留磁束
   演算手段の出力信号を基に各相とも励磁突流の発生しな
   い投入位相を算出する個別投入位相演算手段からなる最
   適投入位相演算装置とからなり、この最通投入位相演算
   装置による投入位相演算結果の出力信号を前記遮断器の
   投入指令としてなることを特徴とする変圧器励磁突流抑
   制装置。 ２）三相変圧器と、この三相変圧器を三相電源に投入・
   遮断をするための遮断器とでなる三相回路で前記遮断器
   が投入されたときに前記三相変圧器に発生する過渡電流
   としての励磁突流を抑制する励磁突流抑制装置において
   、前記三相変圧器の誘起電圧を各相ごとに降圧する相別
   降圧手段と、この降圧手段の出力電圧を入力信号として
   前記三相変圧器が遮断されたときの三相変圧器鉄心中の
   残留磁束を演算する残留磁束演算手段及びこの残留磁束
   演算手段の出力信号を基に前記遮断器の各相を同時投入
   による励磁突流が最低となる投入位相を算出する投入位
   相演算手段からなる最適投入位相演算装置とからなり、
   この最適投入位相演算装置による投入位相演算結果の出
   力信号を前記遮断器の投入指令としてなることを特徴と
   する変圧器励磁突流抑制装置。