JPH0632664Y2 - 計器用変圧器の出力変成装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、計器用変圧器の二次電圧と定格電圧の異なる
負担に所定の電圧を供給するために補助変圧器を用いた
計器用変圧器の出力変成装置に関するものである。

［従来の技術］ 第４図は、出力変成装置を備えた計器用変圧器が設置さ
れる単線結線図の一例を示している。同図において、１
は交流電源、２はケーブルから構成される線路、３は線
路遮断器、４は一次巻線４ａ及び二次巻線４ｂが鉄心４
ｃに巻装されてなる線路用接地形計器用変圧器である。
計器用変圧器４の二次巻線４ｂには、ヒューズ５を介し
て補助変圧器６の一次巻線６ａが並列接続されている。
補助変圧器６の二次巻線６ｂには、計器，継電器，変換
器等の負担７が並列接続されている。なお６ｃは補助変
圧器の鉄心であり、Ｃは線路２の対地間静電容量であ
る。補助変圧器６は、計器用変圧器４の二次電圧とは定
格の異なる負担７に電圧を印加するために設けられてい
るものであり、この例ではヒューズ５及び補助変圧器６
を含んで出力変成装置が構成されている。なお計器用変
圧器の二次巻線４ｂには、ヒューズ５を介して遮断器用
の継電器が接続されることもある。

［考案が解決しようとする課題］ 計器用変圧器４が線路遮断器３よりも線路側に設置され
ている場合、遮断器３が開いて線路が開放された時に、
対地間静電容量Ｃに充電された系統電荷が線路２及び計
器用変圧器４を通して放電されることが知られている。
そして計器用変圧器４の二次回路に補助変圧器６が設け
られている場合に、系統電荷の放電が生じると、計器用
変圧器４の二次回路に大きな二次電流が流れて、ヒュー
ズ５がしばしば溶断することがあった。必要以上に簡単
にヒューズ５が溶断すると、補助変圧器６の二次側又は
計器用変圧器の４の二次側に直接設けられた継電器等の
誤動作を誘発することになるため、系統運用の信頼性を
低下させる問題があった。

本考案の目的は、計器用変圧器の二次電圧と定格電圧の
異なる負担に所定の電圧を供給するために、計器用変圧
器の二次巻線に対してヒューズを介して一次巻線が並列
接続された補助変圧器を備えてなる計器用変圧器の出力
変成装置において、系統電荷の放電が生じた際に、計器
用変圧器の二次側に大きな二次電流が流れることのない
計器用変圧器の出力変成装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記問題点を解決するために、本考案においては、補助
変圧器として計器用変圧器の鉄心磁束密度が飽和磁束密
度に達する前に鉄心磁束密度が飽和することのない変圧
器を用いる。

［作用］ 考案者は、系統電荷の放電が生じた際に、計器用変圧器
の二次側に大きな二次電流が流れる原因が、補助変圧器
の構成にあることを見出した。具体的には、補助変圧器
の鉄心を流れる磁束の磁束密度（鉄心磁束密度）が計器
用変圧器の鉄心磁束密度よりも前に飽和すると、計器用
変圧器の二次回路に大きな二次電流が流れるという事実
が判った。計器用変圧器の鉄心磁束密度が飽和すると、
計器用変圧器は変成機能を失い、空心インダクタンスと
同様になってそのインピーダンスは低下し、系統電荷の
大部分は計器用変圧器の一次巻線を通して放電される。
しかしながら計器用変圧器の鉄心磁束密度が飽和する前
に、補助変圧器の鉄心磁束密度が飽和すると、補助変圧
器のインピーダンスが先に低下して計器用変圧器の二次
回路のインピーダンスが小さくなり、計器用変圧器の二
次電流が非常に大きくなる。その結果、ヒューズが簡単
に溶断する。そこで、本考案においては、補助変圧器と
して計器用変圧器の鉄心磁束密度が飽和するまでは鉄心
磁束密度が飽和することのない変圧器を用いる。これを
定常磁束密度の点で見ると、補助変圧器の定常磁束密度
が計器用変圧器の定常磁束密度よりも小さくなる関係が
生じるように、補助変圧器が構成されていることにな
る。

［実施例］ 以下図面を参照して実施例を説明する。実施例の装置の
回路構成は、第４図の装置の構成と同じである。実施例
が相違する点は、補助変圧器６として、計器用変圧器４
の鉄心４ｃを流れる鉄心磁束の磁束密度が飽和するまで
は鉄心６ｃの磁束密度が飽和しない変圧器を用いたこと
にある。具体的例では、巻線比が１：７００の７７ｋＶ
系の計器用変圧器と１５Ａのヒューズとを用いた。そし
てピーク電圧が６３ｋＶの交流電圧を計器用変圧器４の
一次巻線４ａに印加した時に、計器用変圧器４の定常磁
束密度Ｂvtと補助変圧器６の定常磁束密度Ｂauxとが、5
000Ｇと3000Ｇの関係になる補助変圧器を用いた。補助
変圧器６の磁束密度Ｂauxを計器用変圧器４の磁束密度
Ｂvtよりも小さくするために、補助変圧器６の鉄心６ｃ
の断面積又は一次巻線６ａの巻数を適宜に選定してい
る。

第１図は、上記の実施例で系統電荷放電試験を行った時
の動作波形を示している。また第２図及び第３図は、比
較のために、従来の装置のように補助変圧器として、計
器用変圧器の磁束密度Ｂvt又は磁束φvtが飽和する前に
磁束密度Ｂaux又は磁束φauxが飽和するものを用いた場
合の動作波形を示している。なお第２図は、巻線抵抗が
小さく且つ計器用変圧器の定常磁束密度Ｂvtが5000Ｇで
補助変圧器の定常磁束密度Ｂauxが8000Ｇの場合を示し
ており、第３図は巻線抵抗が小さく計器用変圧器の定常
磁束密度Ｂvtが5000Ｇで補助変圧器の定常磁束密度Ｂsu
xが5500Ｇの場合を示している。第１図乃至第３図の各
図において、（Ａ）は計器用変圧器４の一次電圧Ｖ１，
（Ｂ）は計器用変圧器４の一次電流Ｉ１、（Ｃ）は計器
用変圧器４の二次電圧Ｖ２、（Ｄ）は計器用変圧器４の
二次電流Ｉ２（補助変圧器の一次電流）、（Ｅ）は計器
用変圧器４の磁束φvt、（Ｆ）は補助変圧器６の磁束φ
auxである。

時刻Ｔ１において、遮断器３が開放され、計器用変圧器
４の鉄心４ｃが飽和するまでは、対地静電容量Ｃの放電
は始まらない。また一次電圧Ｖ１は、第１図（Ａ）に示
すようなカーブで徐々に低下する。なお第１図（Ｂ）
は、計器用変圧器４の一次電流のうち対地静電容量Ｃの
放電によって生じる放電電流を示している。計器用変圧
器４の鉄心を流れる磁束φvtは、下記の(1)式によって
求められ、磁束φvtの変化の状態は第１図（Ｅ）に示す
ようになる。

φvt＝(1/N)∫Ｖ１dt …(1) 但し上記式で、Ｎは一次巻線４ａの巻数である。また二
次電圧Ｖ２は、下記(2)式で求められる。

Ｖ２＝Ｎ２（ｄφvt／ｄｔ） …(2) 但し上記式で、Ｎ２は二次巻線４ｂの巻数である。

磁束φvtは一次電圧Ｖ１の積分値に比例するため、静電
容量Ｃの放電の途中（時刻Ｔ２）で鉄心を流れる磁束φ
vtは飽和する。磁束が飽和すると、変圧器は変成機能を
失い、インピーダンスが急激に低下する。したがって第
１図（Ｂ）に見られるように、時刻Ｔ２から急激に一次
電流Ｉ１が流れ始める。また第１図（Ｃ）に見られるよ
うに二次電圧Ｖ２はこの時点から減少する。

補助変圧器６の鉄心６ｃを流れる磁束φauxは、下記(3)
式で求められる。

φaux＝(1/n)∫Ｖ２dt …(3) なお上記式でｎは補助変圧器６の一次巻線６ａの巻数で
ある。第１図（Ｆ）に見られるように、時刻Ｔ２以後は
磁束φsuxは殆ど変化しなくなる。本実施例において
は、計器用変圧器４の磁束φauxが飽和する前に、補助
変圧器６の磁束φauxが飽和することはないので、補助
変圧器６は一次電流Ｉ１が流れ始めるまで変成機能を失
うことがない。したがって第１図（Ｄ）に見られるよう
に、計器用変圧器４の二次電流Ｉ２、すなわち補助変圧
器６の一次電流が極端に大きくなることはなく、静電容
量Ｃの電荷の大部分は計器用変圧器４の一次巻線４ａを
通して放電される。

これに対して第２図及び第３図に示した従来の装置にお
いては、補助変圧器の磁束φauxが計器用変圧器の磁束
φvtよりも前（時刻Ｔ３又はＴ４）で飽和する［第２図
及び第３図の（Ｆ）参照］。したがって従来の装置で
は、計器用変圧器の磁束φvtが飽和する前に、補助変圧
器が変成機能を失ってそのインピーダンスが急激に低下
する。補助変圧器のインピーダンスが低下すると、二次
電流Ｉ２が急激に大きくなる。この急激に大きくなる二
次電流Ｉ２は、補助変圧器の磁束が早く飽和すればする
ほど大きくなる傾向がある。第２図（Ｄ）に示したよう
にように、実験例では１３４Ａの二次電流が測定され
た。また第３図の例でも７０Ａ程度の二次電流が測定さ
れた。したがって第２図の例では、１５Ａのヒューズは
瞬間に溶断する。また、第３図の例では瞬時にヒューズ
が溶断することはないが、長期間にわたり定格電流を超
えた電流が幾度も流れることはヒューズの寿命上好まし
くない。

なお本考案で用いる補助変圧器は、組み合わせられる計
器用変圧器に応じて、磁束の飽和特性が選択されるのは
勿論であり、飽和特性は鉄心の断面積及び巻線の巻数等
を適宜に選択して定められる。また、本考案が単相，多
相を問わず種々の計器用変圧器の出力変成装置に適用で
きるのは勿論である。更に本考案は、多少誤差特性に影
響を受けるが、ヒューズと直列に抵抗等の電流制限手段
が接続されている場合にも適用できる。

［考案の効果］ 本考案によれば、補助変圧器よして計器用変圧器の鉄心
磁束密度が飽和磁束密度に達する前に鉄心磁束密度が飽
和することのない変圧器を用いたので、対地静電容量の
電荷の大部分を計器用変圧器の一次巻線を通して放電す
ることができ、二次電流の急激な増加によるヒューズの
溶断を防止して、系統運用の信頼性を向上させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例の動作状態を説明するための波
形図、第２図及び第３図は従来の装置の動作状態を説明
するための波形図、第４図は計器用変圧器の出力変成装
置を含む系統の単線結線図である。 １…交流電源、２…線路、３…線路遮断器、４…計器用
変圧器、５…ヒューズ、６…補助変圧器、７…負担、Ｃ
…対地静電容量。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】計器用変圧器の二次電圧と定格電圧の異な
   る負担に所定の電圧を供給するために、前記計器用変圧
   器の二次巻線に対してヒューズを介して一次巻線が並列
   接続された補助変圧器を備えてなる計器用変圧器の出力
   変成装置において、 前記補助変圧器として前記計器用変圧器の鉄心磁束密度
   が飽和磁束密度に達する前に鉄心磁束密度が飽和するこ
   とのない変圧器を用いたことを特徴とする計器用変圧器
   の出力変成装置。