JPS594927B2 - 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
密度の大きさと方向などにより種種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係以下と言わ
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別するのに
、従来では前２者の中間の値、例えば電流中の第２高波
波成分が基本波成分の１５係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係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は変圧器へ巻線を示す。

１ （Ｊ’ ｔ Ｉ Ｖ ｔ Ｉ ＷおよびＩＵ。Ｉ
ｙ 、Ｉ Ｗはそれぞれ△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だ図で、ＢＵ、ＢＶ、ＢＷはそれぞ
れ各相鉄心内の磁束密度、ＢＲＵ５ ＢＲＶ ＋ Ｂ□
Ｗ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、ｉＵ、ｉＶ、ｉＷはＢＵｔ Ｂｙ ｔ
ＢＷがＢ８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 ■Ｕ−１Ｕ−１ｗ、■Ｖ−１Ｖ−１Ｕ、■ｗ＝ｉｗ−１
Ｖ（１）であるから、ＩＵ、ＩＶ、Ｉｗは第２図中に示
す波形となる。

第２図に示した例のようにＢＲＶとＢＲＷが等しい場合
、工Ｕ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
調波成分を計算した結果を第３図〜第６図に示す。

但し、電源電圧投入位相、残留磁束密度などの条件は第
２図と同一であり、第３図〜第６図において、各相の残
留磁束密度ＢＲＵ？ＢＲＶｔＢＲＷ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：＝ＢＲｗ二３０％の場合、■。Ｗ
相の鉄心磁束密度は飽和磁束密度ＢＳに達しないため１
ｗ−０である。

第３図、第４図はそれぞれＢ ＲＵを６９係、・９０飴
に固定した場合で、横軸にＢＲＶｔＢＲＷを示す。

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

ＩＵｌ。■い、ＩＷｌは夫々各相の基本波の倍率、ＩＵ
２ 。

ＩＶ２．１ｗ２は第２高調波の倍率である。

第５図、第６図はそれぞれＢＲ，Ｕが６０係、９０係の
場合で、各相の励磁突入電流■。

、Ｉ ｙ ｔ ＩＷ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相に比して大であるため、（１）式からｉＵの影
響を強く受けるＵ、Ｖ相の線路電流ＩＵ、ＩＶはＩＷに
比して犬であり、ＩＵ、ＩＶの第２高調波成分の割合は
Ｉｗに比して小となっている。

更にＵ相の残留磁束密度Ｂ□。

が犬となるほど、ｉＵが犬となるためＩＵ。１■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ＢＲｕ＝９０％
の場合は、■ｏ、■■の第２高調波成分は基本波の１５
係以下となり、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相毎でなく３相一括して行なうようにしたもので、具
体的には各相ごとの基本波を許容電圧とし、各相第２高
調波成分それぞれの総和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
値をＩＩＵｌｌ ｔＩＩｙ、ｌｔＩＩｗｌｌ とし、第
２高調波成分の絶対値をｌ Ｉ Ｕ２１ ｔ Ｉ Ｉ
Ｖ２１ ＋ ＋■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ｍｉｎ これは従来方式が基本波成分とその第２高調波成分の比
較を一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
。

しかし本発明では各相の基本波成分を許容電圧とし、抑
制電圧としては第２高調波成分を３相一括して行なうこ
とにより事故電流か励磁突入電流かをより高精度で判別
することが可能となったのである。

従来方式と同様に本発明を数式で示せばＵ相のものにつ
いては となる。

比率差動継電器と組み合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．△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
内部事故があった場合は、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
相ごとの抑制電圧部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１′圧ＫＶ ＲＵ ｔ ＫＶ Ｒｙ
ｔ ＫＶ Ｒ，Ｗとなる。

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、ｖｏ■、ｖｏｗとなる。

そして、各相の抑制電圧の和ＫＶＲ，と各相（例えばＵ
相）の許容電圧ＶＯＵの差電圧ＶＯＵ−ＫＶ□が検出部
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。

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
Ｕ ｋＶＢ＞αと表わされ、αの値を非常に小さく（
αキ０）するとｖｏ−ｋＶＲ〉０、ＶＲ，１１ つまり く−となる。

すなわちに−０，１５ＶＯＵ 〜） の時は実質的に か１５％より小さい場合にＯＵ 継電器が動作することになる。

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入電流が犬とな
る場合を想定し、第３図乃至第６図からｌ ＩＵ、 ｌ
’＝ｌ ＩＶＩ ｌ＞ｌ ＩＷＩ ｌ 、ｌ ＩＵ２
ｌ÷１■Ｖ２１〈］■ｗ２１及びｋＵ−ｉ−ｋｙ＜ｋｗ
の条件を設定する。

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 とな枚上記本発明実施例でば３組の検出部に夫夫、が得
られる。

（３式のうち、最も小さい値となるのは、基本波酸成分
が最大のＵ相又はＶ相についてのものである。

そこで（２）式と（３）式のＵ相のものの比をとると、
となる。

即ち本発明においては励磁突入電流における第２高調波
含有率を従来方式より大きくとることができ、励磁突入
電流と事故電流が弁別し易くなる。

第７図に示した本発明の実施例が、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ＢＲＵが６０係。９０係の場
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。

一点鎖線のものは明らかに従来方式より優れている。

また第７図に示しだ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△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巻線側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。

この発明によれば特に励磁突入電流を検出し易いという
効果がある。

例えば基本波の総和（ΣＩＩｆ、ｌ）を許容電圧、第２
高調波の総和（ΣＩＩｆ２１）を抑制電圧とする場合と
本発明（各相の基本波（Ｉ Ｕｌ ｔ ＩＶ、１
” Ｗｌ ）を許容電圧、Σ１１ｆ２１を抑制電圧）
とを比較すると、本発明では許容電圧の最大のもの（例
えば■Ｕ１ ）は、必らず■。

、くΣ１１ｆ１１である。このため、許容電圧に対する
抑制電圧の比同志を比較すると本発明の方が大きく励磁
突入電流を検出し易い。

以上の説明のように、各相基本波と第２高調波成分の３
相−柄信号とを比較する本発明によれば、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△３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だめの図、
第３図〜第６図は変圧器励磁突入電流の含有高調波成分
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、１
４・・・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シ第１の信号として基本波成
   分信号の絶対値を求め、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高調波成分の絶対値の総和を求
   め、各相位の第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。 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差より第１の信号として基本波成
   分と第３高調波成分の合成信号の絶対値を、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高調波成分の絶対値の総和を求め、各相位
   の第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。