JPWO2011125210A1 - 突入電流抑制装置および突入電流抑制方法 - Google Patents

Abstract

三相遮断器の開極時前後において、三相変圧器の内部に生ずる各相の残留磁束を求める残留磁束算出部７と、三相遮断器のプレアーク特性および閉極時間ばらつき特性を考慮して閉極位相の投入磁束誤差を求める投入磁束誤差算出部１１と、三相遮断器の各相閉極順序を決定する閉極順序決定部１３と、閉極第一相の投入磁束誤差が最小となる位相と残りの二相の投入磁束誤差が最小となる位相とを算出すると共に、基準点から閉極第一相の目標閉極位相までの時間を閉極第一相の目標閉極時刻として設定し、基準点から閉極第二相の目標閉極位相までの時間と閉極第一相の投入磁束誤差に起因して閉極第一相の磁束が飽和し得る期間を避けて設定される遅延時間との和を閉極第二相の目標閉極時刻として設定する目標閉極位相・時刻設定部１５と、閉極指令に応答し、目標閉極時刻にて各相を閉極させるよう閉極制御信号を生成して出力する閉極制御部１７と、を備える。

Description

本発明は、三相変圧器に三相電源を投入する際に発生し得る過大な励磁突入電流を抑制する突入電流抑制装置および突入電流抑制方法に関する。

変圧器の励磁突入電流を抑制する方式の一つとして、三相電源の特定位相において遮断器を投入する位相制御投入方式が挙げられる。従来、三相のうちで最初に閉極操作を行う閉極第一相については、任意の基準相の位相０度を基準点として、閉極第一相の残留磁束ならびに、予め求められている三相遮断器のプレアーク特性および閉極時間ばらつき特性に基づいて、投入点における定常磁束値と残留磁束値との最大誤差の絶対値である投入磁束誤差が最小となる閉極位相を算出して閉極第一相の目標閉極位相として設定し、残り二相については、基準相の位相０度を基準点として、予め求められている三相遮断器のプレアーク特性および閉極時間ばらつき特性に基づいて、残留磁束が０である場合に投入磁束誤差が最小となる閉極位相を算出して残り二相の目標閉極位相として設定し、基準点から残り二相の目標閉極位相までの時間と予め設定しておいた三相電源の周期の整数倍に相当する遅延時間とを合計した時間を、残り二相の目標閉極時刻として設定する技術が開示されている（例えば、下記特許文献１）。

特許第３８０４６０６号公報（第５−１２頁、図１−４）

上述のように、上記特許文献１に記載の技術では、投入点における定常磁束値と残留磁束値との最大誤差の絶対値である投入磁束誤差が最小となる閉極位相を算出して第一相を投入することとしている。しかしながら、第一相の閉極時間ばらつき特性により実際の投入点は目標投入点に必ずしも一致しない。実際の投入点が目標投入点からずれた場合には、投入磁束誤差は零ではなく、この投入磁束誤差の分だけ投入後の定常磁束がオフセットして零基準軸に対して非対称波形となる。このとき、オフセット量が多い場合には、鉄心の磁束が飽和領域に達し、この期間において励磁突入電流が発生する。励磁突入電流が発生している期間は残り二相の極間電圧が高くなるため、この期間に残り二相を投入する場合、想定する目標投入点よりも投入点が早くなり、想定以上の励磁突入電流が発生してしまうという課題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、励磁突入電流の最大値を抑制して過大な励磁突入電流の発生を抑制することができる突入電流抑制装置および突入電流抑制方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる突入電流抑制装置は三相変圧器に対する三相交流電源の供給および遮断を三相遮断器を介して行う構成に適用され、前記三相遮断器の投入時に前記三相変圧器に発生し得る励磁突入電流を抑制する突入電流抑制装置であって、前記三相遮断器の開極時前後における前記三相変圧器に生ずる各相電圧に基づき、この三相変圧器の内部に生ずる各相の残留磁束を求める残留磁束算出部と、前記各相の残留磁束に基づき、前記三相遮断器のプレアーク特性および閉極時間ばらつき特性を考慮して、閉極位相の投入磁束誤差を各相毎に求める投入磁束誤差算出部と、前記各相の残留磁束に基づき、前記三相遮断器における各相の閉極順序を決定する閉極順序決定部と、前記閉極順序決定部が決定した閉極第一相における投入磁束誤差が最小となる位相を算出して当該閉極第一相の目標閉極位相として設定すると共に、所定の基準相における所定位相を基準点として、残りの二相における投入磁束誤差が最小となる位相を算出して閉極第二相の目標閉極位相として設定する目標閉極位相設定部と、前記基準点から前記閉極第一相の目標閉極位相までの時間を当該閉極第一相の目標閉極時刻として設定すると共に、当該基準点から前記閉極第二相の目標閉極位相までの時間と所定の遅延時間とを合計した時間を当該閉極第二相の目標閉極時刻として設定する目標閉極時刻設定部と、前記三相遮断器に対する閉極指令に応答し、前記目標閉極時刻設定部が設定した各相の目標閉極時刻にて各相を閉極させるよう前記三相遮断器に対し閉極制御信号を生成して出力する閉極制御部と、を備え、前記所定の遅延時間は、前記閉極第一相の投入磁束誤差に起因して当該閉極第一相の磁束が飽和する可能性のある期間を避けて設定されることを特徴とする。

本発明にかかる突入電流抑制装置によれば、励磁突入電流の最大値を抑制して過大な励磁突入電流の発生を抑制することができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態１に係る突入電流抑制装置を説明する図である。 図２は、閉極第一相投入後の三相変圧器に生ずる磁束波形および三相変圧器に印加される電源電圧波形を示す図である。 図３は、閉極一相であるＡ相投入後のＢ相およびＣ相の目標投入点を説明する図である。 図４は、プレアーク特性および閉極時間ばらつき特性に起因する磁束誤差および目標投入点のずれを説明する図である。 図５は、磁束誤差に起因するＡ相励磁突入電流を説明する図である。 図６は、励磁突入電流が流れない状態での電源電圧、変圧器電圧および極間電圧を示す図である。 図７は、励磁突入電流が流れた状態での電源電圧、変圧器電圧および極間電圧を示す図である。 図８は、励磁突入電流によって閉極第二相であるＢ，Ｃ相の投入時間が早まる様子を説明する図である。 図９は、実施の形態１による一制御手法を説明する図である。 図１０は、本発明の実施の形態２に係る突入電流抑制装置を説明する図である。 図１１は、閉極第二相投入後の三相変圧器に生ずる磁束波形および三相変圧器に印加される電源電圧波形を示す図である。 図１２は、閉極第二相であるＢ相投入後のＣ相の目標投入点を説明する図である。 図１３は、プレアーク特性および閉極時間ばらつき特性に起因する磁束誤差および目標投入点のずれを説明する図である。 図１４は、磁束誤差に起因するＡ，Ｂ相間励磁突入電流を説明する図である。 図１５は、励磁突入電流によって閉極第三相であるＣ相の投入時刻がずれる様子を説明する図である。 図１６は、実施の形態２による一制御手法を説明する図である。

以下に添付図面を参照し、本発明の実施の形態にかかる突入電流抑制装置および突入電流抑制方法について説明する。なお、以下に示す実施の形態により本発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る突入電流抑制装置を説明する図である。図１に示すように、実施の形態１に係る突入電流抑制装置１００は、三相電源１と三相変圧器３とが三相遮断器２を介して接続される電力システムに用いられて好適な装置であり、残留磁束算出部７、投入磁束誤差算出部１１、閉極順序決定部１３、目標閉極位相・時刻設定部１５および閉極制御部１７を備えて構成される。

つぎに、実施の形態１に係る突入電流抑制装置１００の動作について、図１および図２を参照して説明する。なお、図２は、三相遮断器を開放状態から投入状態に制御するときの三相変圧器に生ずる磁束波形および三相変圧器に印加される電源電圧波形を示す図である。

まず、本実施の形態では、三相電源１のうちの何れかの一相（例えばＡ相）を基準相と定義する。図１に示すように、電力システムには、電圧測定器４，５が設けられている。基準相の電源電圧１８は、電圧測定器４で測定され、突入電流抑制装置１００に入力される。また、各相に生ずる変圧器電圧６は、電圧測定器５で測定され、突入電流抑制装置１００に入力される。なお、電圧測定器４，５としては、例えば高電圧測定用の計器用変圧器が用いられる。

図１において、残留磁束算出部７は、開極指令１９ａが入力されると開極指令入力時刻前後における各相の変圧器電圧６（電圧測定器５が測定）を用いて各相の残留磁束８、すなわち三相変圧器３の鉄心内における残留磁束を算出する。投入磁束誤差算出部１１は、三相変圧器３の各相の残留磁束８、三相遮断器２のプレアーク特性９および閉極時間ばらつき特性１０を考慮して、閉極位相の投入磁束誤差１２を各相毎に求める。なお、投入磁束誤差算出部１１の代わりに、残留磁束のパターンによって、予め目標閉極位相を決定するマップ作成部（図示は省略）を有する構成であっても構わない。

閉極順序決定部１３は、三相遮断器２における各相の閉極順序１４を決定する。なお、本実施の形態では、各相のうち残留磁束算出部７で求められた残留磁束８の絶対値が最も大きい相を閉極第一相として説明するが、この限りではない。例えば三相のうちの二相の残留磁束に極端な差がない場合には、残留磁束の大きさが２番目の相を閉極第一相としても構わない。

目標閉極位相・時刻設定部１５は、基準相の電源電圧１８の位相０度を基準として、各相の目標閉極時刻１６を算出する。つまり、閉極順序決定部１３により決定された閉極第一相については、基準相の位相０度を基準点として、閉極第一相の残留磁束、予め求められている三相遮断器２のプレアーク特性９および閉極時間ばらつき特性１０に基づいて、投入点における定常磁束値と残留磁束値との最大誤差の絶対値である投入磁束誤差が最小となる閉極位相を算出して閉極第一相の目標閉極位相として設定すると共に、基準点から閉極第一相の目標閉極位相までの時間を、閉極第一相の目標閉極時刻として設定する。また、残り二相については、所定の基準相における基準位相（例えば位相０度）を基準点として、三相遮断器２のプレアーク特性９および閉極時間ばらつき特性１０に基づいて、残留磁束が０である場合に投入磁束誤差が最小となる閉極位相を算出して残り二相の目標閉極位相（すなわち閉極第二相の目標閉極位相）として設定すると共に、基準点から残り二相の目標閉極位相までの時間と予め設定しておいた所定の遅延時間とを合計した時間を残り二相の目標閉極時刻として設定する。なお、ここでいう所定の遅延時間の詳細については後述する。

閉極制御部１７は、閉極指令１９ｂが入力されると、電圧測定器４が測定した基準相の電源電圧１８の位相０度を基準点として、目標閉極位相・時刻設定部１５が設定した各相の目標閉極時刻１６において各相を閉極させるように、三相遮断器２に対し閉極制御信号２０を出力する。

図２は、一例として、Ａ相に“−０．５ＰＵ”、Ｂ相に“＋０．２ＰＵ”、Ｃ相に“＋０．３ＰＵ”（“１．０ＰＵ”は変圧器に生じ得る最大残留磁束）の残留磁束が残存した場合に、閉極第一相としてのＡ相を投入磁束誤差がゼロとなる位相で投入させ、残り二相はＡ相投入後１サイクル経過後の投入磁束誤差がゼロとなる位相で投入させた場合の各部波形を示している。

図２に示すような三相電源電圧（Ａ相電源電圧１０１、Ｂ相電源電圧１０２、Ｃ相電源電圧１０３）が印加されるとき、Ａ相投入後にはＡ相定常磁束１０４が発生し、Ｂ相、Ｃ相にはＡ相と逆位相で振幅が１／２となる磁束１０７（Ｂ相磁束：一点鎖線、Ｃ相磁束：二点鎖線）が発生する。この磁束１０７は、Ａ相投入後、残り二相の変圧器側電圧にはＡ相の逆位相の１／２の振幅の電圧が誘起されることにより発生する。なお、鉄心磁束の均一化現象により残り二相に残存していた残留磁束による直流分は減衰し、ゼロに収束する。残り二相であるＢ、Ｃ相投入後は、Ｂ，Ｃ相の磁束は定常磁束１０５，１０６になる。

図１に戻り、三相変圧器３は、Ｙ結線の一次巻線およびΔ結線の二次巻線（要すれば三次巻線）を備え、Ｙ結線中性点は接地されている。一次巻線は、三相電源１に三相遮断器２を介して接続されており、三相変圧器３に対する三相電源１への投入および三相電源１からの遮断の両方が、この三相遮断器２の開閉操作によって行われる。なお、図１では、三相変圧器３の二次巻線または三次巻線が、Δ結線の場合を示しているが、Ｙ結線であっても構わない。

ここで、三相変圧器３が三相電源１から遮断されるとき、三相遮断器２では、通常の三相遮断器と同じように三相の主接点を同時に動作させて三相一括の開極制御が行われる。一方、投入のときは、各相個々に設定された閉極位相に基づいて閉極制御が行われる。すなわち、三相遮断器２は、各相の投入を個々独立に制御可能な位相制御機能付の三相遮断器である。

つぎに、三相遮断器２を用いて変圧器投入操作を実施するときのプレアーク特性および閉極時間ばらつき特性ならびに、これらの特性に起因して発生する磁束誤差および励磁突入電流について、図３〜図８を参照して説明する。ここで、図３は、三相遮断器２を用いて変圧器投入操作を実施するときのプレアーク特性に基づく目標投入点を説明する図であり、図４は、プレアーク特性および閉極時間ばらつき特性に起因する磁束誤差および目標投入点のずれを説明する図であり、図５は、磁束誤差に起因する励磁突入電流を説明する図である。また、図６は、励磁突入電流が流れない状態での電源電圧、変圧器電圧および極間電圧を示す図であり、図７は、励磁突入電流が流れた状態での電源電圧、変圧器電圧および極間電圧を示す図であり、図８は、励磁突入電流によって閉極第二相の投入時間が早まる様子を説明する図である。なお、図４および図５において、閉極第一相であるＡ相は投入状態であり、閉極第二相であるＢ，Ｃ相は開放状態である。

まず、図３には、三相遮断器２を用いて変圧器投入操作を実施した場合の各相極間電圧とプレアーク特性とが示されている。この図３において、Ａ相極間電圧１１０とプレアーク特性直線１１５とが交差する点が、閉極第一相であるＡ相の目標投入点（Ａ相目標投入点）１１４となる。

ここで、残り二相（Ｂ相、Ｃ相）の電源電圧は、図６に示される、Ｂ相電源電圧３０２およびＣ相電源電圧３０３であり、基準相であるＡ相電源電圧３０１の位相をθとすれば、それらの各相電源電圧は、
Ｂ相電源電圧＝ｓｉｎ（θ−１２０°） …（１）
Ｃ相電源電圧＝ｓｉｎ（θ−２４０°） …（２）
で表される。

一方、図示しないＡ相投入後のＢ相変圧器電圧およびＣ相変圧器電圧は、
Ｂ相変圧器電圧＝ｓｉｎ（θ−１８０°）／２ …（３）
Ｃ相変圧器電圧＝ｓｉｎ（θ−１８０°）／２ …（４）
で表される。

よって残り二相の極間電圧である、Ｂ相、Ｃ相の各極間電圧は、
Ｂ相極間電圧＝Ｂ相電源電圧−Ｂ相変圧器電圧
＝−√３／２×ｓｉｎ（θ−９０°） …（５）
Ｃ相極間電圧＝Ｃ相電源電圧−Ｃ相変圧器電圧
＝＋√３／２×ｓｉｎ（θ−９０°） …（６）
となる。

また、図３には、Ｂ相極間電圧およびＣ相極間電圧の絶対値（上記（５）、（６）式から明らかなように同じ値）であるＢ，Ｃ相極間電圧１１３（Ａ相目標投入点１１４より前ではＢ相極間電圧１１１、Ｃ相極間電圧１１２）が示されている。残り二相の目標投入点は、閉極時間ばらつき特性およびプレアーク特性を考慮して、Ｂ，Ｃ相極間電圧１１３とプレアーク特性直線１１７，１１８の交差する投入時間範囲１２０において、投入磁束誤差が最小となるようにＢ，Ｃ相目標投入点１１９（Ｂ，Ｃ相極間電圧１１３とプレアーク特性直線１１６との交点）を決定する。

ところが、図４に示すように、閉極第一相であるＡ相の投入点が、閉極時間ばらつき特性により、Ａ相極間電圧１３９とプレアーク特性直線１３０との交点であるＡ相目標投入点１３４ではなく、Ａ相極間電圧１３９とプレアーク特性直線１３１との交点であるＡ相投入点１３５となってしまった場合、Ａ相磁束１３３は、磁束上昇点１３８から上昇するカーブを描くため、投入磁束誤差１３６が発生する。すなわち、Ａ相磁束１３３は、この投入磁束誤差１３６の増分だけＡ相定常磁束１３２からオフセットし、変圧器鉄心の磁束飽和閾値１３７を超えるため、図５に示すようなＡ相励磁突入電流１４０が発生する。

図５に示すＡ相励磁突入電流１４０が発生すると、図６に示すＡ相変圧器電圧３０６が図７に示すＡ相変圧器電圧３１６に変化すると共に、図６に示すＢ，Ｃ相変圧器電圧３０７が図７に示すＢ，Ｃ相変圧器電圧３１７に変化し、それに伴って、図６に示すＢ相極間電圧３０４およびＣ相極間電圧３０５も、図７に示すＢ相極間電圧３１４およびＣ相極間電圧３１５に変化（増加）する。

ここで、図８を参照すると、Ａ相励磁突入電流１４０が発生している期間では、Ｂ，Ｃ相極間電圧１６２，１６３も増加している。このため、閉極時間ばらつき特性が大きい場合には投入点１６４が投入点１６５に変わり、想定していた投入時間範囲１６０が投入時間範囲１６１に広がる。その結果、残り二相の投入により想定以上の投入磁束誤差が発生し、想定以上の励磁突入電流が発生することになる。

以上説明した事項が、「発明が解決しようとする課題」の項でも説明した事項、すなわち「想定する目標投入点よりも投入点が早くなり、想定以上の励磁突入電流が発生してしまう」という課題である。

この課題を解決するため、実施の形態１では、図５に示すような励磁突入電流が発生しない期間において、残り二相の目標投入点を設定するという制御を行う。図９は、想定以上の励磁突入電流の発生を抑制するという本実施の形態による一制御手法を説明する図である。具体的には、以下の制御を行う。

まず、閉極第一相により発生する励磁突入電流は、３６０°毎に繰り返し発生するのに対して、残り二相の目標投入点は１８０°毎に存在するという点に着目する。このため、残り二相の遅延時間（従来の投入時間に対する遅延時間）を０．５サイクル分短縮する制御を行うか、あるいは“０．５＋ｎ”サイクル（ｎは整数）分延長する制御を行う。別言すれば、残り二相の遅延時間を三相交流電源の半サイクルもしくは半サイクルの奇数倍に相当する時間に設定する制御を行う。この制御により、Ｂ相およびＣ相は、励磁突入電流が発生しない期間に投入することができ、想定内である投入時間範囲の確保が可能となる。図９に示す例は、残り二相の遅延時間を０．５サイクル分短縮する制御（Ｂ相およびＣ相投入のための遅延時間を半サイクルに設定）を行った場合であり、プレアーク特性直線１７６とＢ，Ｃ相極間電圧１１３とによるＣ相目標投入点２７９の決定に際し、プレアーク特性直線１７７，１７８を考慮した投入時間範囲１７０を想定することができる。この制御により、Ｂ相およびＣ相は、励磁突入電流が発生しない期間に投入することができ、想定内である投入時間範囲の確保が可能となる。

なお、本実施の形態では、残り二相の遅延時間を三相交流電源の半サイクルに相当する時間に設定する例を開示したが、本発明はこれに限定されるものではない。肝要な点は、残り二相の遅延時間が閉極第一相の投入磁束誤差に起因して閉極第一相の磁束が飽和する可能性のある期間を避けて設定されればよく、つきつめれば、励磁突入電流が発生しない期間に投入することができればよく、この概念も本発明の要旨を成すものである。

以上説明したように、実施の形態１に係る突入電流抑制装置によれば、閉極第一相投入時の投入磁束誤差から第一相の磁束のオフセットによる磁束飽和閾値を超えて励磁突入電流が発生する期間を算出し、励磁突入電流が発生しない期間で遅延相となる残り二相の目標投入点を決定することとしたので、残り二相の極間電圧が不安定とならない期間での投入が可能となる。また、この制御により、想定した投入時間範囲内での投入が可能となり、意図しない過大な励磁突入電流を抑制することができる。

実施の形態２．
図１０は、本発明の実施の形態２にかかる突入電流抑制装置を説明する図である。図１に示す電力システムでは、変圧器一次側がＹ結線であり、変圧器二次側がΔ結線であるＹ−Δ接続の三相変圧器３を例示したが、図１０に示す電力システムでは、変圧器一次側、二次側共にΔ結線であるΔ−Δ接続の三相変圧器３ａを例示している。なお、図１０では、三相変圧器３ａの二次巻線または三次巻線が、Δ結線の場合を示しているが、Ｙ結線であっても構わないことは実施の形態１と同様である。また、上記以外の構成については、図１に示した実施の形態１の構成と同一または同等であり、これら共通の構成部には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

変圧器一次側がΔ結線の場合、第一相投入時には三相変圧器に励磁電流が発生せず、第二相投入時に初めて励磁電流が発生する。すなわち、第一相投入時（例えばＡ相投入時）の各変圧器電圧ｙｔａ，ｙｔｂ，ｙｔｃは、Ａ相電源電圧をｙｐａとするとき、
Ａ相変圧器電圧ｙｔａ＝Ａ相電源電圧ｙｐａ …（７）
Ｂ相変圧器電圧ｙｔｂ＝Ａ相電源電圧ｙｐａ …（８）
Ｃ相変圧器電圧ｙｔｃ＝Ａ相電源電圧ｙｐａ …（９）
となる。

つぎに、第二相の投入時（Ａ相に続き、Ｂ相を投入）には、Ａ相変圧器巻線両端のみに定格電圧が印加され、Ｂ，Ｃ相の変圧器巻線にはその逆位相電圧が１／２ずつ印加される。すなわち、Ｂ相電源電圧をｙｐａとするとき、各相巻線両端の電位差は、
Ａ相巻線両端の電位差＝ｙｐａ−ｙｐｂ
＝√(３)ｓｉｎ(θ＋３０) …（１０）
Ｂ相巻線両端の電位差＝−(ｙｐａ−ｙｐｂ)/２
＝−√(３)/２ｓｉｎ(θ＋３０) …（１１）
Ｃ相巻線両端の電位差＝−(ｙｐａ−ｙｐｂ)/２
＝−√(３)/２ｓｉｎ(θ＋３０) …（１２）
となる。

また、Ｃ相変圧器電圧およびＣ相極間電圧は、
Ｃ相変圧器電圧＝ｙｐａ−(ｙｐａ−ｙｐｂ)/２
＝(ｙｐａ＋ｙｐｂ)/２ …（１３）
Ｃ相極間電圧＝ｙｐｃ−(ｙｐａ＋ｙｐｂ)/２ …（１４）
となる。

しかしながら、閉極第一相、第二相を投入した際に閉極時間ばらつき特性により、実施の形態１と同様、励磁突入電流が発生する場合がある。励磁突入電流が発生している期間の各相巻線両端の電位差は、（励磁突入電流）×（系統インピーダンス）に応じた電圧低下量ΔＶが発生するため、
Ａ相巻線両端の電位差＝ｙｐａ−ｙｐｂ−ΔＶ
＝√(３)ｓｉｎ(θ＋３０)−ΔＶ …（１５）
Ｂ相巻線両端の電位差＝−(ｙｐａ−ｙｐｂ)/２−ΔＶ
＝−√(３)/２ｓｉｎ(θ＋３０)−ΔＶ …（１６）
Ｃ相巻線両端の電位差＝−(ｙｐａ−ｙｐｂ)/２−ΔＶ
＝−√３/２ｓｉｎ(θ＋３０) −ΔＶ …（１７）
となり、
Ｃ相変圧器電圧＝ｙｐａ−((ｙｐａ−ｙｐｂ)/２−ΔＶ)
＝(ｙｐａ＋ｙｐｂ)/２＋ΔＶ …（１８）
Ｃ相極間電圧＝ｙｐｃ−(ｙｐａ＋ｙｐｂ)/２−ΔＶ …（１９）
となる。

上記のとおり、励磁突入電流が発生している期間に遅延相であるＣ相を投入する場合、Ｃ相の極間電圧が変動するため、所望の位相で投入できない。なお、図１１〜図１６は、このときの状況を説明するための図である。これらの図面のうち、図１１〜図１４は、それぞれ実施の形態１の説明で使用した図２〜図５に対応し、図１５，１６は、それぞれ実施の形態１の説明で使用した図８，９に対応する。

図１１は、Ａ相に“−０．５ＰＵ”、Ｂ相に“＋０．２ＰＵ”、Ｃ相に“＋０．３ＰＵ”の残留磁束が残った場合に、閉極第一相としてのＡ相を投入磁束誤差がゼロとなる位相で投入させた場合の各部波形を示している。

図１１において、Ａ相投入後にはＡ，Ｂ相間定常磁束２０４が発生し、ＢＣ相間、ＣＡ相間にはＡＢ相間と逆位相で振幅が１／２となるＢ，Ｃ相間、Ｃ，Ａ相間定常磁束２０５が発生する。ここで、図２との相違は、定常磁束の波形が相間の定常磁束である点が異なっている（相間の定常磁束であるため、大きさは√３倍となっている）。この理由は、本実施の形態で説明する三相変圧器３ａの一次側がΔ結線であるためである。なお、Ｂ，Ｃ相間、Ｃ，Ａ相間定常磁束２０５の定常磁束が１／２となるのは、Ａ相投入後、残り２つの相間にはＡ相の逆位相の１／２の振幅の電圧が誘起されるためである。この点は、図２と同一の態様である。この後、鉄心磁束の均一化現象により残り２つの相間に残存していた残留磁束による直流分は減衰し、ゼロに収束する。

ここで、図１２には、閉極第一相としてＡ相を投入し、閉極第二相としてＢ相を投入したときのＢ，Ｃ相極間電圧とプレアーク特性とが示されている。この図１２において、Ｂ相極間電圧２１２とＢ相プレアーク特性直線２１５とが交差する点が、閉極第二相であるＢ相の目標投入点（Ｂ相目標投入点）２１４となる。

また、図１２には、Ｃ相極間電圧の絶対値であるＣ相極間電圧２１３が示されている。Ｃ相目標投入点２１９はＣ相極間電圧２１３とＣ相プレアーク特性直線２１６との交点として示されているが、閉極時間ばらつき特性およびプレアーク特性を考慮して、Ｃ相極間電圧２１３とプレアーク特性直線２１７，２１８の交差する投入時間範囲２２０において、投入磁束誤差が最小となるように決定される。

ところが、図１３に示すように、閉極第二相であるＢ相の投入点が、閉極時間ばらつき特性により、Ｂ相極間電圧２３９とＢ相プレアーク特性直線２３０との交点であるＢ相目標投入点２３４ではなく、Ｂ相極間電圧２３９とＢ相プレアーク特性直線２３１との交点であるＢ相投入点２３５となってしまった場合、Ａ，Ｂ相間磁束２３３は、磁束上昇点２３８から上昇するカーブを描くため、投入磁束誤差２３６が発生する。すなわち、Ａ，Ｂ相間磁束２３３は、この投入磁束誤差２３６の増分だけＡ，Ｂ相間定常磁束２３２からオフセットし、変圧器鉄心の磁束飽和閾値２３７を超えるため、図１４に示すようなＡ，Ｂ相間励磁突入電流２４０が発生する。

図１４に示すＡ，Ｂ相間励磁突入電流２４０が発生すると、各相巻線両端の電位差も（１５）〜（１７）式に示すように変化し、それに伴って、Ｃ相変圧器電圧が（１８）式に示すように変化し、Ｃ相極間電圧も（１９）式に示すように変化する。その結果、所望の位相で投入することができなくなる。

図１５に示す例で説明すると、閉極時間のばらつきがない場合、Ｃ相プレアーク特性直線２１６と、励磁突入電流が流れない場合のＣ相極間電圧２１３との交点であるＣ相目標投入点２１９が、Ｃ相プレアーク特性直線２１８とＣ相極間電圧２６３との交点である意図しない投入点２６６に変わってしまう。

この課題を解決するため、実施の形態２では、実施の形態１と同様、先行投入する２相のタイミングにより励磁突入電流が発生する期間を避け、残り一相（閉極第三相）の目標投入点を設定するという制御を行う。このような制御を行えば、先行投入相の影響を受けずに所望の位相で投入することが可能となる。

図１６に示す例は、残り一相（この例ではＣ相）の遅延時間（従来の投入時間に対する遅延時間）を０．５サイクル分短縮する制御（Ｃ相投入のための遅延時間を半サイクルに設定）を行った場合であるが、Ｃ相プレアーク特性直線２７６とＣ相極間電圧２６３とによるＣ相目標投入点２７９の決定に際し、Ｃ相プレアーク特性直線２７７，２７８を考慮した投入時間範囲２７０を想定することができる。この制御により、Ｃ相は、励磁突入電流が発生しない期間に投入することができ、想定内である投入時間範囲の確保が可能となる。

なお、本実施の形態では、残り一相の遅延時間を三相交流電源の半サイクルに相当する時間に設定する例を開示したが、本発明はこれに限定されるものではない。肝要な点は、残り一相（閉極第三相）の遅延時間が閉極第一相および閉極第二相の投入磁束誤差に起因して閉極第一相と閉極第二相との間の磁束が飽和する可能性のある期間を避けて設定されればよく、つきつめれば、励磁突入電流が発生しない期間に投入することができればよく、この概念も本発明の要旨を成すものである。

以上説明したように、実施の形態２に係る突入電流抑制装置によれば、閉極第二相投入時の投入磁束誤差から第二相の磁束のオフセットによる磁束飽和閾値を超えて励磁突入電流が発生する期間を算出し、励磁突入電流が発生しない期間で遅延相となる残り一相の目標投入点を決定することとしたので残り一相の極間電圧が安定化することができ、想定した所望の位相での投入が可能となり、意図しない過大な励磁突入電流を抑制することができる。

なお、以上の実施の形態１，２に示した構成は、本発明の構成の一例であり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能であることは言うまでもない。

以上のように、本発明にかかる突入電流抑制装置は、励磁突入電流の最大値を抑制して過大な励磁突入電流の発生を抑制することができる発明として有用である。

１ 三相電源
２ 三相遮断器
３，３ａ 三相変圧器
４，５ 電圧測定器
６ 変圧器電圧
７ 残留磁束算出部
８ 残留磁束
９ プレアーク特性
１０ 閉極時間ばらつき特性
１１ 投入磁束誤差算出部
１２ 投入磁束誤差
１３ 閉極順序決定部
１４ 閉極順序
１５ 目標閉極位相・時刻設定部
１６ 目標閉極時刻
１７ 閉極制御部
１８ 電源電圧
１９ａ 開極指令
１９ｂ 閉極指令
２０ 閉極制御信号
１００ 突入電流抑制装置
１０１ Ａ相電源電圧
１０２ Ｂ相電源電圧
１０３ Ｃ相電源電圧
１０４ Ａ相定常磁束
１０５ Ｂ相定常磁束
１０６ Ｃ相定常磁束
１０７ Ｂ，Ｃ相磁束
１１０，１３９ Ａ相極間電圧
１１１ Ｂ相極間電圧
１１２ Ｃ相極間電圧
１１３ Ｂ，Ｃ相極間電圧
１１４ Ａ相目標投入点
１１５〜１１８，１３０，１３１，１７７，１７８ プレアーク特性直線
１１９，１７９ Ｂ，Ｃ相目標投入点
１２０，１６０，１６１，１７０ 投入時間範囲
１３２ Ａ相定常磁束
１３３ Ａ相磁束
１３４ Ａ相目標投入点
１３５ Ａ相投入点
１３６ 投入磁束誤差
１３７ 磁束飽和閾値
１３８ 磁束上昇点
１４０ Ａ相励磁突入電流
１６２ Ｂ相極間電圧
１６３ Ｃ相極間電圧
１６４，１６５，２６６ 投入点
２０４ Ａ，Ｂ相間定常磁束
２０５ Ｂ，Ｃ相間、Ｃ，Ａ相間定常磁束
２１２ Ｂ相極間電圧
２１３，２３９ Ｃ相極間電圧
２１４，２３４ Ｂ相目標投入点
２１５，２３０，２３１ Ｂ相プレアーク特性直線
２１６〜２１８，２７６〜２７８ Ｃ相プレアーク特性直線
２１９ Ｃ相目標投入点
２２０，２７０ 投入時間範囲
２３２ Ａ，Ｂ相間定常磁束
２３３ Ａ，Ｂ相間磁束
２３４ Ｂ相目標投入点
２３５ Ｂ相投入点
２３６ 投入磁束誤差
２３７ 磁束飽和閾値
２３８ 磁束上昇点
２４０ Ａ，Ｂ相間励磁突入電流
２６３ Ｃ相極間電圧
３０１ Ａ相電源電圧
３０２ Ｂ相電源電圧
３０３ Ｃ相電源電圧
３０４，３１４ Ｂ相極間電圧
３０５，３１５ Ｃ相極間電圧
３０６，３１６ Ａ相変圧器電圧
３０７，３１７ Ｂ，Ｃ相変圧器電圧

Claims (5)

1. 一次巻線がＹ結線された三相変圧器に対する三相交流電源の供給および遮断を三相遮断器を介して行う構成に適用され、前記三相遮断器の投入時に前記三相変圧器に発生し得る励磁突入電流を抑制する突入電流抑制装置であって、
   前記三相遮断器の開極時前後における前記三相変圧器に生ずる各相電圧に基づき、この三相変圧器の内部に生ずる各相の残留磁束を求める残留磁束算出部と、
   前記各相の残留磁束に基づき、前記三相遮断器のプレアーク特性および閉極時間ばらつき特性を考慮して、閉極位相の投入磁束誤差を各相毎に求める投入磁束誤差算出部と、
   前記各相の残留磁束に基づき、前記三相遮断器における各相の閉極順序を決定する閉極順序決定部と、
   前記閉極順序決定部が決定した閉極第一相における投入磁束誤差が最小となる位相を算出して当該閉極第一相の目標閉極位相として設定すると共に、所定の基準相における所定位相を基準点として、残りの二相における投入磁束誤差が最小となる位相を算出して閉極第二相の目標閉極位相として設定する目標閉極位相設定部と、
   前記基準点から前記閉極第一相の目標閉極位相までの時間を当該閉極第一相の目標閉極時刻として設定すると共に、当該基準点から前記閉極第二相の目標閉極位相までの時間と所定の遅延時間とを合計した時間を当該閉極第二相の目標閉極時刻として設定する目標閉極時刻設定部と、
   前記三相遮断器に対する閉極指令に応答し、前記目標閉極時刻設定部が設定した各相の目標閉極時刻にて各相を閉極させるよう前記三相遮断器に対し閉極制御信号を生成して出力する閉極制御部と、
   を備え、
   前記所定の遅延時間は、前記閉極第一相の投入磁束誤差に起因して当該閉極第一相の磁束が飽和する可能性のある期間を避けて設定されることを特徴とする突入電流抑制装置。
2. 一次巻線がΔ結線された三相変圧器に対する三相交流電源の供給および遮断を三相遮断器を介して行う構成に適用され、前記三相遮断器の投入時に前記三相変圧器に発生し得る励磁突入電流を抑制する突入電流抑制装置であって、
   前記三相遮断器の開極時前後における前記三相変圧器に生ずる各相電圧または各相間電圧に基づき、この三相変圧器の内部に生ずる各相の残留磁束を求める残留磁束算出部と、
   前記各相の残留磁束に基づき、前記三相遮断器のプレアーク特性および閉極時間ばらつき特性を考慮して、閉極位相の投入磁束誤差を各相毎に求める投入磁束誤差算出部と、
   前記各相の残留磁束に基づき、前記三相遮断器における各相の閉極順序を決定する閉極順序決定部と、
   前記閉極順序決定部が決定した閉極第一相および閉極第二相における投入磁束誤差が最小となる位相をそれぞれ算出して当該閉極第一相の目標閉極位相および当該閉極第二相の目標閉極位相として設定すると共に、所定の基準相における所定位相を基準点として、残りの一相における投入磁束誤差が最小となる位相を算出して閉極第三相の目標閉極位相として設定する目標閉極位相設定部と、
   前記基準点から前記閉極第一相の目標閉極位相までの時間および前記閉極第二相の目標閉極位相までの時間をそれぞれ当該閉極第一相の目標閉極時刻および当該閉極第二相の目標閉極時刻として設定すると共に、当該基準点から前記閉極第三相の目標閉極位相までの時間と所定の遅延時間とを合計した時間を当該閉極第三相の目標閉極時刻として設定する目標閉極時刻設定部と、
   前記三相遮断器に対する閉極指令に応答し、前記目標閉極時刻設定部が設定した各相の目標閉極時刻にて各相を閉極させるよう前記三相遮断器に対し閉極制御信号を生成して出力する閉極制御部と、
   を備え、
   前記所定の遅延時間は、前記閉極第一相および前記閉極第二相の投入磁束誤差に起因して当該閉極第一相と当該閉極第二相との間の磁束が飽和する可能性のある期間を避けて設定されることを特徴とする突入電流抑制装置。
3. 前記所定の遅延時間は、前記三相交流電源の半周期もしくは半周期の奇数倍に相当する時間に設定されることを特徴とする請求項１または２に記載の突入電流抑制装置。
4. 一次巻線がＹ結線された三相変圧器に対する三相交流電源の供給および遮断を三相遮断器を介して行う構成に適用され、前記三相遮断器の投入時に前記三相変圧器に発生し得る励磁突入電流を抑制する突入電流抑制方法であって、
   前記三相変圧器に生ずる各相電圧または各相間電圧を測定する第１の測定ステップと、
   前記三相遮断器の開極時前後における前記第１の測定ステップの測定結果に基づき、この三相変圧器の内部に生ずる各相の残留磁束を求める第１の算出ステップと、
   前記各相の残留磁束に基づき、前記三相遮断器のプレアーク特性および閉極時間ばらつき特性を考慮して、閉極位相の投入磁束誤差を各相毎に求める第２の算出ステップと、
   前記各相の残留磁束に基づき、前記三相遮断器における各相の閉極順序を決定する第１の決定ステップと、
   所定の基準相の電圧を測定する第２の測定ステップと、
   前記閉極順序決定部が決定した閉極第一相における投入磁束誤差が最小となる位相を算出して当該閉極第一相の目標閉極位相として設定する第１の設定ステップと、
   前記第２の測定ステップにて測定した前記基準相における所定位相を基準点として、残りの二相における投入磁束誤差が最小となる位相を算出して閉極第二相の目標閉極位相として設定する第２の設定ステップと、
   前記基準点から前記閉極第一相の目標閉極位相までの時間を当該閉極第一相の目標閉極時刻として設定する第３の設定ステップと、
   前記閉極第一相の投入磁束誤差に起因して当該閉極第一相の磁束が飽和する可能性のない期間における任意の時刻と前記基準点の時刻との時刻差を遅延時間として設定する第４の設定ステップと、
   前記基準点から前記閉極第二相の目標閉極位相までの時間と前記遅延時間とを合計した時間を当該閉極第二相の目標閉極時刻として設定する第５の設定ステップと、
   前記三相遮断器に対する閉極指令に応答し、前記目標閉極時刻設定部が設定した各相の目標閉極時刻にて各相を閉極させるよう前記三相遮断器に対し閉極制御信号を生成して出力する閉極制御ステップと、
   を含むことを特徴とする突入電流抑制方法。
5. 一次巻線がΔ結線された三相変圧器に対する三相交流電源の供給および遮断を三相遮断器を介して行う構成に適用され、前記三相遮断器の投入時に前記三相変圧器に発生し得る励磁突入電流を抑制する突入電流抑制方法であって、
   前記三相変圧器に生ずる各相電圧または各相間電圧を測定する第１の測定ステップと、
   前記三相遮断器の開極時前後における前記第１の測定ステップの測定結果に基づき、この三相変圧器の内部に生ずる各相の残留磁束を求める第１の算出ステップと、
   前記各相の残留磁束に基づき、前記三相遮断器のプレアーク特性および閉極時間ばらつき特性を考慮して、閉極位相の投入磁束誤差を各相毎に求める第２の算出ステップと、
   前記各相の残留磁束に基づき、前記三相遮断器における各相の閉極順序を決定する第１の決定ステップと、
   所定の基準相の電圧を測定する第２の測定ステップと、
   前記閉極順序決定部が決定した閉極第一相および閉極第二相における投入磁束誤差が最小となる位相をそれぞれ算出して当該閉極第一相の目標閉極位相および当該閉極第二相の目標閉極位相として設定する第１の設定ステップと、
   前記第２の測定ステップにて測定した前記基準相における所定位相を基準点として、残りの一相における投入磁束誤差が最小となる位相を算出して閉極第三相の目標閉極位相として設定する第２の設定ステップと、
   前記基準点から前記閉極第一相の目標閉極位相までの時間および前記閉極第二相の目標閉極位相までの時間をそれぞれ当該閉極第一相の目標閉極時刻および当該閉極第二相の目標閉極時刻として設定する第３の設定ステップと、
   前記閉極第一相および前記閉極第二相の投入磁束誤差に起因して当該閉極第一相の磁束と当該閉極第二相との間の磁束が飽和する可能性のない期間における任意の時刻と前記基準点の時刻との時刻差を遅延時間として設定する第４の設定ステップと、
   前記基準点から前記閉極第三相の目標閉極位相までの時間と前記遅延時間とを合計した時間を当該閉極第三相の目標閉極時刻として設定する第５の設定ステップと、
   前記三相遮断器に対する閉極指令に応答し、前記目標閉極時刻設定部が設定した各相の目標閉極時刻にて各相を閉極させるよう前記三相遮断器に対し閉極制御信号を生成して出力する閉極制御ステップと、
   を含むことを特徴とする突入電流抑制方法。

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