JPS6048082B2 - ３相変圧器装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は例えば電力系統に使用し、短絡、地絡、事故時
の過電流を抑制する機能を備えた３相変圧器装置に関す
る。

従来、電力系統の地絡や短絡事故時の渦電流を抑制する
機能を備えたものとしては、第１図に示すように電力系
統Ａ、Ｂ間に挿入される系統連系装置１がある。

従来の系統連系装置１は、第２図に示すように直列変圧
器２の１次巻線３を電力系統Ａ、Ｂに直列に接続し、補
償電源５と接続した２次巻線４で電力系統の相電圧と直
角成分の補償電圧Ｖｃを付勢するようにしている。これ
によつて、直列変圧器２のインピーダンスによる定常時
の電圧降下を補償するようにしていた。この系統連系装
置による過電流抑制機能を第３図Ａ，ｂのベクトル図を
併用して説明する。

系統連系装置となる直列変圧器２の補償電圧Ｖ．，＝０
の場合、母線電流１が流れると直列変圧器２の漏れイン
ピーダンスＸによつて電圧降下１Ｘが生ずる。したがつ
て、第３図ａに示すように直列変圧器２て連系される各
電力系統の相電圧■Ａ，■Ｂには位相差を生じる。直列
変圧器２の漏れインピーダンスＸは事故時の過電流する
ために必要であるが、定常時はこのインピーダンスｘは
極力小さい方が望ましい。このため、第２図に示すよう
に、直列変圧器２の２次側に電力系統の相電圧とほぼ直
角の位相差を持つ補償電圧■。を常時加えておくことに
より、第３図ｂに示すように電圧降下ＩＸを補償電圧■
。で補償することができる。すなわち、直列変圧器２に
連らなる両電力系統の相電圧ＶＡ，Ｖ８の相差角は小と
することができ、見かけ上定常時の装置のインピーダン
スを小とすることができる。電力系統の相電圧を直角位
相を有する補償電圧■。は、一般に各相の直列変圧器２
の１次側中点と大地間に接続される調整変圧器（図示せ
ず）による相電圧によつて得られる。一方、短絡等の事
故時においては、事故電流は直列変圧器２の漏れインピ
ーダンスＸによつて自動的に抑制されるが、補償電圧■
。

の影響につい，て相電圧に対して直角成分電圧であるた
め、事故電流を増大させることはないこと、また系統事
故に伴う系統電圧の降下により補償電圧ＶＯ自体が小さ
くなることなどの理由で、事故電流抑制機能に悪影響を
殆んど与えないことは良く知られてい！る。このように
従来の系統連系装置は、定常時の見かけ上のインピーダ
ンスが小さいこと、事故時は自動的に過電流を抑制でき
るなど優れた特徴を有する一方、上記したように特別な
直列変圧器や調３整変圧器を必要とするため、装置が大
形となり広い据付面積を必要とすると共に高価格となる
欠点があつた。

ところで、定常時の系統電圧の位相を調整するものとし
ては、負荷時電圧位相調整変圧器があ４，る。

これは、変圧器の３相の各主巻線にそれぞれ２個宛の補
助巻線を設け、各相の主巻線に他の１相の補助巻線１個
と更に残りの１相の補助巻線１個とを直列に接続するも
のである。これによると、２個の補助巻線により主巻線
電圧と直角位相の電圧を生じさせることができ、各補助
巻線のタップ調整によつて健全時の系統電圧の位相を調
整することができる。しかし、このような負荷時電圧位
相調整変圧器は、効果的な位相調整を行うために、自分
自身のインピーダンスは極力低く抑えている。

それ故、事故時の過電流抑制のためには、他のインピー
ダンス装置を付加しなければならないという欠点があつ
た。本発明の３相変圧器装置の目的は、装置を大形化す
ることなく効果的な事故電流抑制機能を有するようにす
ることにある。

上記の目的を達成するため、本発明では３相の門各鉄心
脚に少なくとも１次及び２次主巻線と２個の補助巻線を
それぞれ巻装し、各相の１次又は２次主巻線にそれぞれ
異なる他相の補助巻線を直列接続する際、１次及び２次
主巻線は離隔配置して相互間の漏れインピーダンスを大
きくし、また各補助巻線は巻数を一定条件を満足する同
一とすることを特徴とするものである。

以下、本発明の３相変圧器装置について第４図から第１
３図を用いて順に説明する。

本発明の実施例である３相変圧器装置の巻線結線図を第
４図に示しており、Ｕｌ，■１，Ｗ１は１次主巻線、Ｕ
ｌ，Ｖｌ，Ｗｌは２次主巻線、Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２，Ｕ３
，Ｖ３，Ｗ３は２次補助巻線、Ｕ，Ｖ，Ｗは１次端子、
Ｕ，ｖ，ｗは２次端子である。

これらの同一相の各巻線は、同一相の鉄心脚に巻回され
る。例えばＵ相の１次主巻線Ｕ１と２次主巻線Ｕ１、及
び２次補助巻線喝，Ｕ３はＵ相の鉄心脚に巻装され、他
の■、Ｗ相も同様になされる。この３相変圧器装置では
、１次主巻線Ｕｌ，■１，Ｗ１は星形結線され、２次主
巻線Ｕｌ，■１，Ｗ１は、それぞれ異なる２つの相の補
助巻線Ｖ２とＷ３，Ｗ２とＪ，ｕ，とＶ３と直列接続し
てから星形結線されている。

この３相変圧器を、第５図Ａ，ｂを用いて説明すれば定
常時に負荷電流１が流れると、３相変圧器装置の漏れイ
ンピーダンスＸにより電圧降下１Ｘが生じる。したがつ
て、各相例えばＵ相ては第５図ｂのベクトル図に示す如
く１次電圧、２次主巻線電圧■Ｖｌ，■Ｕ１には位相差
を生ずるが、２次主巻線電圧■。１をほＳ゛直角の位相
差を有する補助巻線電圧■２＋■８３により電圧降下Ｉ
Ｘが補償されて２次ｕ相電圧はＶｕとなる。

他のＶ．．Ｗ相の１次、２次主巻線電圧■Ｖｌ，■、１
と■Ｗｌ９■Ｗ１及び２個の補助巻線電圧■Ｗ１＋ＶＵ
３、■１２＋■，３も同様の関係となり、２次ｖ相およ
びｗ相電圧Ｖ。，■６となる。それ故、各相の１次及び
．２次電圧の位相差は小さくなり、見かけ上３相変圧器
装置は低インピーダンスとなる。この発明の３相変圧器
装置は、事故時の過電流を抑制するため、１次及び２次
主巻線Ｕｌ，Ｖｌ，ＷｌとＵｌ，■１，Ｗ１間の漏れイ
ンピーダンスを大きくするように離隔配置し、また定常
時の電力融通を効果的に行なわせるため、各相２個の補
助巻線喝とＵ３，Ｖ２とＶ３，Ｗ２とＷ３の巻数を適切
に選定しており、次にこれについて説明する。

この３相変圧器では、漏れインピーダンス値を大きくす
るため、Ｕ相の例で第６図から第９図に示すように各巻
線を鉄心脚に配置する。

すなわち、第６図の例では鉄心脚１０に各巻線を配置す
る際、１次及び２次主巻線Ｕｌ，Ｕｌ間に、２個の補助
巻線Ｕ２，ｌ］３を上下に配置したもの，であり、この
構造では、１次、２次主巻線Ｕｌ，ｕェの間隔を大きく
とれるため、両主巻線間の漏れインピーダンスを大きく
することができる。

第７図の例は、１次及び２次主巻線Ｕ，，Ｕｌ間に２個
の補助巻線Ｕ２，ｌｌＪを同心配置したものであり、こ
のようにすると補助巻線Ｕ２，Ｕ３間及び各主巻線Ｕｌ
，Ｕｌと補助巻線Ｕ２，Ｕ３間の漏れインピーダンスが
必要以上に大きくなるのを防ぐことができる。第８図の
例は、１次、２次主巻線Ｕｌ，Ｕｌ間を離すために、こ
れら間に小単位に形成した補助巻線Ｕ２，Ｕ３と巻線軸
方向に交互配置したものであり、このようにすると補助
巻線Ｌｌ２，Ｕ３間の漏れインピーダンスを更に小さく
すると共に、主巻線Ｕ１又はＵ１と各補助巻線Ｕ２，Ｕ
３間の漏れインピーダンスが等しくなるので、主巻線Ｕ
ｌ，Ｕｌと２個の補助巻線Ｕ２，Ｕ３を対称の関係に保
つことができる。

さらに、第９図は、補助巻線Ｕ２，Ｕ３を鉄心脚１０に
同心配置し、この外側に１次、２次主巻線Ｕｌ，Ｕｌを
上下に積重ねて配置したものであり、１次、２次主巻線
Ｕｌ，Ｕｌ間の漏れインピーダンスを非常に大きくする
ことができる。

また本発明では、定常時の効果的な電力融通のため、各
巻線の巻数を第１０図を用いて以下に述べるように、適
切に選定する。

いま、３相変圧器の２次巻線電圧■。，と補助巻線電圧
■Ｖ２，Ｖ６３とはそれぞ弓π、晋の位相差を有するも
のとし、２次側に負荷が接続され、その負荷が接続され
、その負荷インピーダンスをＺ１補助巻線Ｖ２，Ｗ３は
同一巻数、ψを負荷電流１と２次相電狂■ｕの位相角Ｃ
Ｏｓφを負荷力率、Ｘを１次、２次間の漏れリアクタン
ス、２次主巻線Ｕ１の巻数に対する補助巻線巻数の比率
をｋとすると、第１０図のベクトル図より（１）〜（５
）式が成立する。なお、以下の式における電圧、電流ベ
クトルを表している。上記の（３）、（４）、（５）式
より、下式が導かれる。定常時の装置の見かけ上のイン
ピーダンスを小ｌとするためには、１次及び２次電圧■
ｕｌ：．Ｖｕは同相であるのが良いから、これらが同相
となるためには、（６）式における虚数部がＯの条件を
満足しなければならない。このためには、（７）式から
ｋは２通りの値をとり得るが、補助巻線の巻数を小とす
るためには、負符号を選択する必要があるから、次式と
なる。

上述のように、２次主巻線ｕェの巻数に対する補助巻線
Ｕ２，Ｕ３の巻数比ｋを（８）式の値とすることで、各
補助巻線Ｕ２，Ｕ３の巻数を適切に選定するこＬ泥ア鼻
ス オｆ一守堂晧Ｌご叔いて本一契置の届，かけ上のイ
ンピーダンスを若干残しておく場合、他の機器のインピ
ーダンス分も併せて補償する場合等は、巻数比ｋを（８
）式の値から若干増減させると効果的である。

更に本発明の変圧器装置においては、１次、２次電圧比
を所望の値にするため、１次、２次主巻線の巻数を選定
する必要があり、以下これについて説明する。

簡単のために、ｋの値を上述の（８）式の値にした楊合
を想定すると、１次及び２次相電圧の関係は（６）式の
実数部のみをとつて次の式で表せる。

こ）で ―Ｖ）ョｉレーＴ．ｉｆ＠ＹＪＳも，ＪＺＶ
）龜′Ｖ〜−シ４ｒｔ；１′ＪｉＯとすると、（９）式
の■。

、■。は同一巻数に換算した値であるから、実際の１次
及び２次相電圧比Ｋｖは、次式で表わせる。従つて、１
次、２次相電比を所望の値Ｋ，にするためには、１次、
２次主巻線の巻数比Ｋｎは（１１）式のの値にすれば良
い。

このように、１次、２次主巻線の巻数比Ｋｎを（１１）
式の値とすることが本発明における１次及び２次主巻線
Ｕｌ，Ｕｌの巻数選定の基本である。

また、前述のように補助巻線Ｕ２，Ｕ３と２次主巻線Ｕ
１の巻数比ｋを（８）式の値とは若干異なる値に選定し
たときは、（６）式の虚数部の影響により、Ｋｎの値が
（１１）式とは若干異なる値となることは勿論。てある
。以上においては本発明の装置について、各巻線および
その配置、更には巻数の選定について定常時を主体に説
明したが、短絡、地絡等の事故時の過電流においても、
本発明では１次、２次間の漏・れインピーダンスによつ
て自動的に抑制され、補助巻線の電圧の影響については
、従来の場合と全く同様の理由で事故電流抑制機能に悪
影響を与えることはほとんどないことは明らかである。

また本発明では、一線地絡、二線地絡等の事故時は、事
故相の２次巻線と直列に接続された健全相の補助巻線に
よつても事故電流が抑制されるため、従来の系統連系装
置よりも優れた過電流抑制機能を有することになる。本
発明の他の実施例である第１１図、第１２図は、第４図
、第５図と異なる点は、１次側が星形結線で２次側が３
角結線となつている点のみである。

したがつて、その各相例えばＵ相における電フ圧の位相
関係は第５図ｂと全く同様てあり、第４図のものと同様
の過電流抑制機能を有することは明らかである。このよ
うに、本発明においては変圧器の結線は星形および３角
結線のいずれにも適用できる。本発明の３相変圧器装置
は負荷がほＳ゛７一定の場合、または負荷変動に伴う本
変圧器装置の定常時の見かけ上のインピーダンスが、定
常時の電力融通に与える影響が小さい場合は、小形でか
つ信頼性の高い効果的な過電流抑制機能を発揮すること
ができる。ノ 上記の本発明の装置ては、電圧変動や負
荷変動が大きく、かつ定常時の電力融通を制御する機能
が必要なときには、補助巻線をタップ付構造とすること
、及び同相分の電圧を調整するために主巻線に直列に接
続する調整巻線を付加することができる。

調整巻線を付加する場合、その巻線配置は例えばＵ相の
例セ第１３図に示す如く、主巻線Ｕ、，Ｕ１間の漏れイ
ンピーダンスを大きくとれるように、調整巻線川は他の
２個の補助巻線と同時に、１次、２次主巻線Ｕｌ，Ｕｌ
間に配置している。

離融配置した１次、２次主巻線Ｕｌ，Ｕｌ間の漏れイン
ピーダンスが、既に十分に大きくとれている場合は、調
整巻線Ｕ４は１次巻線Ｕ１と鉄心脚３の間、又は２次巻
線Ｕ１の外側に巻回配置することもできる。本発明のよ
うにすれば、定常時は低インピーダンスで、事故時は高
インピーダンスとなつて事故電流抑制機能を有する３相
変圧器装置を小形軽量化することができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は従来の系統連系装置を示す慨略図、第
３図は第２図の動作を説明するためのベクトル図、第４
図は本発明の一実施例である３相変圧器装置を示す結線
図、第５図Ａ，ｂおよび第１０図は第４図の動作説明の
ベクトル図、第６図から第９図は第４図のそれぞれ異な
る巻線配置図、第１１図は本発明の他の実施例てある３
相変圧器装置の結線図、第１２図は第１１図の動作説明
のベクトル図、第１３図は本発明の装置の他の≦÷線配
置図である。 Ｕｌ９Ｖｌ９Ｗｌ″″″″。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ３相の各鉄心脚に、少なくとも１次及び２次主巻線
   と２個の補助巻線をそれぞれ巻装し、前記各相の１次又
   は２次主巻線には、それぞれ異ある他相の２個の補助巻
   線を直列接続するものにおいて、前記１次及び２次巻線
   は相互の漏れインピーダスが大きくなるように離隔配置
   し、前記補助巻線は同一巻数とすると共に、これら巻線
   の巻数の比率ｋをｋ＝（補助巻線の巻数）／（１次又は
   ２次主巻線の巻数）＝１／６｛（√３Ｚ）／（￥Ｘｃｏ
   ｓψ￥）√〔（√３Ｚ）／（￥Ｘｃｏｓψ￥）〕＾２−
   １２｝を満足するようにしたことを特徴とする３相変圧
   器装置。 ただし、Ｚ：負荷インピーダンス、ｃｏｓψ：負荷力率
   、Ｘ：１次、２次間漏れインピーダンスである。 ２ 前記１次及び２次主巻線の巻数は、 （１次又は２次主巻線の巻数）／（２次又は１次主巻線
   の巻数）＝（１次又は２次相電圧）／（２次又は１次相
   電圧）×１／｛〔１／（１＋３ｋ＾２）〕＋〔Ｘ／Ｚ￥
   ｓｉｎψ￥〕｝を満足するようにしたことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の相変圧器装置。 ３ 前記２個の補助巻線は、１次及び２次主巻線間に配
   置したことを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２
   項記載の３相変圧器装置。 ４ 前記１次又は２次主巻線には、調整巻線を直列接続
   したことを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項
   記載の３相変圧器装置。