JPS593099B2 - 変圧器保護継電方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は３相用変圧器に係り、特に励磁突入電流を検出
するに好適な第２高調波抑制機能を備えた変圧器保護継
電方式に関する。

変圧器励磁時に発生する励磁突入電流の大きさ、含有高
調波成分は、励磁時の電源電圧位相、変圧器鉄心の残留
磁束密度の大きさ、方向などにより種々異なった様相を
示すのは周知の通りである。

また変圧器巻線短絡などによる事故電流は正弦波に近く
、その第２高調波成分は基本波成分の１０カ以下と言わ
れており、一方変圧器励磁時の励磁突入電流中の第２高
調波成分は、従来基本波成分の２０％以上と言われてい
る。

これを利用し、事故電流と励磁突入電流を判定するのに
、従来では前２者の中間の値、例えば電流中の第２高調
波成分が基本波成分の１５％以上の場合は励磁突入電流
と判定して、遮断器の引外し指令を阻止する機能を継電
器に持たせている。

しかし、励磁突入電流でも第２高調波成分が前記設定値
１５％以下になる場合があり、継電器の誤動作の一因と
なっている。

以下計算例によって説明を加える。第１図において１は
変圧器Ｙ巻線、２は変圧器３巻線を示す。

ＩＵ＋”Ｖ＋ｉＷ および１．、ＩＶ。１ｗはそれぞ
れ３巻線側から電圧を印加したときのＵ、Ｖ、Ｗ各相の
相電流および線電流を示す。

第２図は第１図においてＵ相の電圧位相θＵが０度のと
きに電圧を印加した場合、電源インピーダンス、巻線抵
抗などを無視し変圧器鉄心中の磁束密度と各相の電流の
関係を模擬的に示した図で、ＢＵ、Ｂｙ、Ｂｗ はそれ
ぞれ各相鉄心内の磁束密度、ＢＲＵ、ＢＲＶ、ＢＲｗは
それぞれ電圧印加時の各相鉄心内の残留磁束密度、Ｂｓ
は飽和磁束密度を示す。

第２図中の電流を示す記号は第１図中のものと同一であ
る。

鉄心的磁束密度が飽和磁束密度Ｂｓ以下の場合に励磁電
流がゼロとすると、ｉＵｌｉｖｙｉｗはＢＵ、ＢＶ、Ｂ
ｗがＢｓを越えている期間のみ流れる。

また第１図から線路電流はＩＵ＝ｉＵ １ｗ １ｉｉ ・・・・・匂）ＩＷ
−＝ｉＷ ｉｙ であるから、ＩＵ、ＩＶ、１ｗ は第２図中に示すよう
な波形となる。

第２図に示した例のようにＢＲ，Ｖとｆ３ｇｗが等しい
場合、ＩＵとＩＶの含有高調波成分はほぼ等しい。

次に、電源インピーダンス、変圧器巻線抵抗などを考慮
した厳密計算式を用い１５０ＭＶＡ３相変圧器を例にと
って、残留磁束密度ＢＲＵ、ＢＲＶ。

ＢＲｗを種々変えた場合の変圧器励磁突入電流の含有高
調波分を計算した結果を第３図〜第６図に示す。

電源電圧投入位相、残留磁束密度などの条件は第２図と
同一である。

第３図〜第６図において、各相の残留磁束密度ＢＲＵ、
ＢＲｖ、ＢＲｗは定格磁束密度に対するパーセントで表
わしている。

本計算例ではＢＲｖ＝ＢＲ，Ｗ−３０％の場合、Ｖ、Ｗ
相の鉄心磁束密度は飽和磁束密度Ｂｓに達しないためＩ
Ｗ＝Ｏである。

第３図、第４図はそれぞれＢＲＵを６０％、９０％に固
定した場合で、横軸にＢＲＶ 、ＢＲＷを示す。

縦軸は励磁突入電流ｌＵ。ＩＶ、１ｗ中の基本波成分と
第２高調波成分の定格電流波高値に対する倍率を示す。

ｌ ｇｌ ＋ Ｉ ｙ １５１ｗ１ は夫々各相の基本
波の倍率、’Ｕ２１１Ｖ２ ＋ＩＷ２ は第２高調波
の倍率である。

第５図、第６図はそれぞれＢユ。

か６０ ％ ＋ ９０％の場合で、各相の励磁突入電流
■。

、ＩＶ、１ｗの基本波成分に対する第２高調波成分の含
有パーセントを示す。

第５図、第６図から第２高調波成分の基本波成分に対す
る割合は、残留磁束密度によって異なるが、一般的に励
磁突入電流が犬であるほど第２高調波成分の割合は小と
なる。

本計算例では第２図に示すように、Ｕ相の相電流ｉＵが
他の２相に比して犬であるため、（１）式からｉＵの影
響を強く受けるＴＪ、Ｖ相の線路電流ＩＵ、ＩＶは、１
ｗに比して犬でありｌＵ、Ｉｙの第２高調波成分の割合
は１ｗに比して小となっている。

更にＵ相の残留磁束密度ＢＲＵが犬となるほど、ｉＵが
犬となるため■。

。ｌｙの第２高調波成分の割合は小である。

即ち本計算例では、第６図に示すようにＢＲ，Ｕ＝９０
％うの場合、■ｏ、■ｖの第２高調波成分は基本波の１
５％以下きなり、従来方式の継電器では誤動作を避けら
れない。

本発明の目的は従来方式の欠点をなくし、３相用変圧器
における励磁突入電流と事故電流を正確に判別し得る３
相用変圧器保護継電方式を提供するにある。

本発明は要するに基本波成分と第２高調波成分の比較を
１相毎ではく３相一括して行なうようにしたもので、具
体的には各相基本波の和を許容電圧とし、各相第２高調
波成分のうちで絶対値の最大のものを抑制電圧として使
用するものである。

今、各相の電流電圧変換器の入力電流基本波成分の絶対
値＋１Ｕ１１．ＩＩＶｌｌ、１１ｗ１１とし、第２高調
波成分の絶対値をｌ １Ｕ２１ 、 ｌ ＩＶ２１ 。

１■ｗ２１とすると従来方式では励磁突入電流と事故電
流の判別を各相での基本波成分に対する第２高調波成分
の割合の最小値、即ち １１ ＩＩＩ Ｉｌｌ ＋ ０”ｎ（□・□・□ズ為してＧ・た。

＋１Ｕ１１ ｆｌｙｌｌ １１ｗ１１これは従来方
式が基本波成分と第２高調波成分の比較を１相毎に行な
っているため抑制電圧として上記両成分の割合の最小値
をとらざるを得なかったものである。

しかし本発明では第２高調波成分の絶対値ＩＩＵ２１
、ＩＩＶ２１．ＩＩＷ２１の最大値ｍａｘ（ＩＩＵ２１
．１１ｙ２ ｌ 、ＩＩＷ２１） と各相基本波成分の
和とを比較することで事故電流か励磁突入電流かを高精
度判別することが可能となったのである。

数式で示せば本発明ではｍａｘ（ｌｌＵ２１．１１ｙ２
１，１１ｗ２１）−一一一一一一一一一一一一一一一一
となり分母（ｌ １Ｕ１１＋ｌ Ｉｖ□ｌ＋ｌ ｉｗｔ
ｌ）／３が百になっているが、これは従来方式のもの
と基準を合わせるためのものである。

具体的には電流電圧変換器の巻数を適当に選定すること
によって任意の定数を乗除してよい。

比率差動継電器の組み合わせた場合の本発明の一実施例
を第７図に示す。

第７図において変圧器Ｙ巻線１、Δ巻線２に接続された
線路を流れる電流は変流器３，４を介して比率差動継電
器５に流れ込む、変圧器に励磁突入電流が生じている場
合もしくは変圧器内部事故かあった場合は、アンペアタ
ーンの差電流分が差動電流変流器７を通って変流器４に
戻る。

前記差電流が所定値以上になった場合は比率差動継電器
５の接点６が閉じる。

又差動電流変流器７を流れる電流は変換されて阻止継電
器８内の電流電圧変換器９に流れ込む。

この電流は電流電圧変換器９により電圧に変換され、各
相の抑制電圧部１３、許容電圧部１４の入力電圧となる
。

抑制電圧部１３の入力電圧は第２高調波フイルタ１０を
介して全波整流器１２を経ることにより、各相の入力電
圧の第２高調波成分を全波整流した直流電圧が、各相の
抑制電圧部の出力電圧ＫＶ Ｒ，Ｕ、 Ｋ、Ｖ □Ｖ
、 Ｋ、Ｖ Ｒｗ（！ｌ−なる。

許容電圧部１４の入力電圧は基本波フィルタ１１、全波
整流器１２を経ることにより各相の入力電圧の基本波成
分を全波整流した直流電圧が、各相の許容電圧部の出力
電圧ＶｏＵ、■ｏｖ、Ｖｏｗとなる。

各相の抑制電圧部の出力側を、第７図中の十−の符号に
従って＋は十同志、−は−同志並列接続することによっ
て得られる電圧は、各相の抑制電圧部の出力電圧のうち
最大のものＫＶ Ｂ＝ｍ ａ ｘ （ＫＶ ＲＵ。

ＫＶ ＲＶ 、’に、Ｖ Ｒ，Ｗ ）であり、この電圧
が抑制電圧となる。

各相の許容電圧部の出力側を、各相の出力電圧が互いに
加わり合うように直列接続して得られる電圧ｖｏ＝ｖｏ
Ｕ＋Ｖｏｖ＋■ｏＷが許容電圧となる。

抑制電圧ＫＶＲと許容電圧ｖｏが互いに打ち消し合うよ
うに直列接続して得られる両者の差電圧は、検出部１５
の入力電圧となる。

検出部では許容電圧に対する抑制電圧の割合を判定し、
この割合が所定値以下のとき接点を閉じ、比率差動継電
器接点６とのＡＮＤ条件が満たされると、事故と判定し
遮断器列外し信号を出す。

しかし前記割合が所定値以上のときは励磁突入電流と判
定し、接点を閉じないのである。

なお上記差電圧は、検出感度をαとすると動作式はｖｏ
−ｋＶＲ＞αと表わされ、αの値を非常に小さく （（
Ｘ＋＝Ｏ）するとｖ。

−ＫＶＲ＞０１つまりＲ１ 〈−となる。

すなわち−一〇、１５の時は実質ｖｏ Ｋ
Ｋ 的にト工が１５％より小さい場合に継電器が動作Ｏ することになる。

ちなみに本発明及び従来方法による基本波に対する第２
高調波の割合を数学的に比較すると次の＋１Ｕ２１
１１Ｖ２１ ようになる。

まず□＝ｋ Ｕ ＝ｋ ＶｌｌＵｌｌ
１１Ｖ１１ ＋ １ｗ２１ −ｋｗとし、仮に１■Ｕ２１≧ｌ ＩＶ２１． Ｉ １
ｗ２１１ｗ１１ 及びｋｖ≦ｋＵ、ｋｗの場合を想定する。

この条件に従うと第２高調波成分の割合は、従来方式で
は１１ Ｉｌｌ Ｉｌｌ １ ｍ ｉ ｎ （−、−、−） ＝ｋ Ｖ−−−−・（２
）ｌ ＩＵＩ ｌ １１ｙ１ｉ ＩＩＷＩ ＋となり、
上記の本発明実施例では となる（２）式と（３）式の比をとると、となることは
前記条件から明らかである。

即ち、本発明における第２高調波成分の割合は従来方式
より犬であり、同様にしてｌ ＩＵ２１ 、ｌ ＩＶ２
１ 。

＋１ｗ２１およびｋＵ、ｋｖ、ｋｗの大小関係が異なっ
ても本発明における第２高調波成分の割合が従来方式に
比して常に犬であることを証明できる。

第７図で本発明の１つの実施例を示したが、従来方式に
比してどの程度効果があるかを計算したものを第８図、
第９図に示す。

第８図、第９図は第３図〜第６図と同一変圧器、同一条
件で計算したものである。

第８図、第９図はそれぞれＢ］ｌ（、Ｕが６０％、９０
％の場合に検出される第２高調波成分の割合を示したも
のであり、実線は従来方式、一点鎖線は第７図に示す本
発明の実施例に相当する。

また第７図に示した本発明の実施例において、許容電圧
部１４は基本波成分のみを取り出すように示したが、本
発明はこれに限定されるものではなく、例えば基本波成
分と第３高調波成分のように幾つかの高調波成分を含ま
せるようにしても、本発明の効果を妨げるものではない
。

一方、今まで述べてきたのは、変圧器のΔ巻線側投入時
の線路電流に関してであったが、Ｙ巻線側投入時の線路
電流を利用する場合でも、本発明は効果がある。

Ｙ巻線投入時の線路電流に関し、第８図、第９図と同様
に計算した結果を第１０図、第１１図に示す。

第１０図、第１１図はそれぞれＢＲＵが６０％、９０％
の場合に検出される第２高調波成分の割合を示したもの
であり、本発明においては従来方式に比して第２高調波
成分の割合が大巾に大きくなることがわかる。

本発明によれば、特に検出部１５が１組でよく回路構成
が簡単でよいという効果がある。

以上の説明のように、本発明によれば、励磁突入電流と
事故電流とを正確に判別することができ、継電器の誤動
作を最小限にとどめることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はＹ−Δ３相変圧器を示す図、第２図は変圧器の
励磁突入電流と鉄心磁束密度の関係を説明するための図
、第３図〜第６図は変圧器励磁突入電流の含有高調液分
を計算により求めた図、第７図は本発明の実施例を示す
概略結線図、第８図〜第１１図は本発明の効果を従来方
式と比較するために計算した図である。 ９・・・・・・電流電圧変換器、１０・・・・・・第２
高調波フイルタ、１２・・・・・・全波整流器、１３・
・・・・・抑制電圧部、１４・・・・・・許容電圧部、
１５・・・・・・検出部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １３相変圧器各端の電流差に応じて変圧器内部事故を検
   出する差動継電器が電流差を検出し、変圧器流入電流が
   励磁突入電流であることを検出する阻止継電器が励磁突
   入電流を検出しないとき前記３相変圧器を送電線から開
   放する変圧器保護継電方式において、前記阻止継電器は
   ３相変圧器各相の電流差より第１の信号として基本波成
   分信号の絶対値の総和を求め、また３相変圧器各相の電
   流差より第２の信号として第２高調波成分の最大値を求
   め、第１の信号と第２の信号の比又は差によって励磁突
   入電流が否かを判定することを特徴とする変圧器保護継
   電方式。 ２３相変圧器各端の電流差に応じて変圧器内部事故を検
   出する差動継電器が電流差を検出し、変圧器流入電流が
   励磁突入電流であることを検出する阻止継電器が励磁突
   入電流を検出しないとき前記３相変圧器を送電線から開
   放する変圧器保護継電方式において、前記阻止継電器は
   ３相変圧器各相の電流値より第１の信号として基本波成
   分と第３高調波成分との合成信号の絶対値の総和を、ま
   たは基本波成分と第３高調波以上の高調波成分との合成
   信号の絶対値の総和を求め、また３相変圧器各相の電流
   差より第２の信号として第２高調波成分の最大値を求め
   、第１の信号と第２の信号の比又は差によって励磁突入
   電流か否かを判定することを特徴とする変圧器保護継電
   方式。