JPH0158736B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は変圧器の過負荷状況を監視する装置に
関する。

（従来技術） 現在の小容量自家用需要家変圧器の過負荷保護
はその殆どが次のいずれかで行われている。

(a) 変圧器１次側電路にヒユーズを取り付け１次
負荷電流を制限するか又は受電用遮断器にて、
電灯用、動力用等の複数変圧器を一括保護す
る。

(b) 変圧器の２次側電路に複数の配線用遮断器
（又はヒユーズ）を取り付け２次負荷電流を制
限するか又はサーマルリレーを取り付けて２次
負荷電流を監視し警報を発する。

(c) 油温を監視し警報を発する。

しかし、これらは変圧器容量に整合した保護装
置として必要且十分に機能しているとは言えない
のが実状と考えられる。

この問題点を除去するために、新たな変圧器の
負荷状況監視装置及び方法が提案されている。

第４図は特開昭55−103041号公報に記載された
変圧器の制御方法を示した図であつて、母線４１
には変圧器４２，４４及び遮断器４６を接続する
と共に、該遮断器４６から分岐した分岐電路に
は、遮断器４７乃至５０および負荷５１乃至５４
を接続している。

また、前記変圧器４４及び遮断器４６との間に
は変流器５６が設けられ、該変流器５６から出力
される電流をデジタル計算機５８に入力せしめる
と共に、該デジタル計算機５８はプロセス入力制
御機能と演算制御機能とを備え、数秒毎に入力点
の操作と演算とを行つている。

即ち、変圧器４４の負荷電流を変流器５６によ
り検出するとともに、この負荷電流から変圧器の
以前の負荷状態に基づいて過負荷耐量時間をデジ
タル計算機５８で演算し、該演算結果によつて遮
断器４７乃至５０への制御信号を出力することに
より、変圧器の負荷状況を監視しつつ過負荷とな
つた場合に影響の小さいものから順次負荷を切り
離すものである。

前記過負荷耐量時間は定格負荷以下の負荷時間
の単位時間Ｔ毎に区切ると共に、Ｔ時間内におけ
る実負荷を平均した平均値から等価軽負荷値を算
出し、該等価軽負荷値と変圧器負荷耐量曲線によ
り定められるものであつて、例えば第５図に示す
如く変圧器の負荷が変動し、過負荷になる以前の
等価軽負荷が定格負荷の50％で運転されていた場
合、過負荷耐量時間は第６図に示した変圧器過負
荷耐量曲線において曲線６０により与えられる。

即ち、重負荷値（等価重負荷／定格負荷×100）
がK1パーセントではt1時間過負荷運転を行うこ
とができ、またK2パーセントの時にはt2時間過
負荷運転を行うことができるため、前記デジタル
計算機にて重負荷時における重負荷値及びその時
間を検出し、許容値以上となつた際に遮断器を適
宜切り離すものである。

しかしながら、上述した如き従来の方法では過
負荷以前においても常時負荷状態を把握し、しか
も頻繁に等価軽負荷値を算出しなくてはならず、
また、等価軽負荷がほぼ一定である場合にも多数
の等価軽負荷値に対応した過負荷耐量曲線を予め
用意し、デジタル計算機において多量の演算を行
う必要があるため装置が複雑且つ高価となる問題
点があつた。このため、比較的小容量の自家用需
要家等の小規模需要家にとつては経済的負担が大
きく、広く一般に普及する上での妨げとなつてい
た。

（発明の目的） 本発明は上述した如き従来の問題点に鑑みなさ
れたものであつて、変圧器の過負荷以外に於ける
等価軽負荷を需要家等に設置する際に予め所定の
値に設定すると共に過負荷時のみに過負荷値及び
過負荷時間を積算し、変圧器の過負荷状況を把握
することにより構成が簡単且つ安価な変圧器の負
荷状況を把握することができる変圧器の過負荷状
況監視装置を提供することを目的とする。

（発明の概要） この目的を達成するために、本発明に係る変圧
器の過負荷状況監視装置は、少なくとも変圧器の
負荷電流を検出する検出手段と、該検出した負荷
電流の大きさを判定する重負荷検出手段と、負荷
に応じて発振周波数が変動すると共に前記重負荷
検出手段出力により制御された周波数変換手段
と、 前記周波数変換手段より得たパルスを積算する
重負荷積算手段と、前記重負荷検出手段出力によ
り制御された重負荷時間積算手段と、前記重負荷
積算手段出力及び重負荷時間積算手段出力を入力
し、過負荷状況を判定する判定手段とを備え、変
圧器の負荷電流が当該変圧器の定格電流を越えた
ときのみ重負荷値及び当該重負荷時の時間を積算
し、所定の重負荷時間積算時における重負荷積算
値が変圧器許容過負荷特性に基づいて予め設定さ
れた所定値を越えた場合に過負荷情報を出力する
ように構成したことを特徴とする。

（実施例） 以下、図面に示した実施例に基づいて本発明を
詳細に説明する。

先ず、本発明の理解を助けるために本発明の基
本的考え方について少しく詳細に説明する。

変圧器の寿命は、主として絶縁物の劣化により
定まり、絶縁物の劣化はその使用温度により大き
く影響されることが従来より良く知られている。

ところで参考文献：電気学会技術報告（昭和46
年３月No.99）「油入変圧器の運転指針」によれば
正規寿命（30年）を期待する場合であつても変圧
器の許容負荷は短時間であればかなりの大きさま
で許容可能であることが報告されている。

例えば許容過負荷特性によると、等価周囲温度
（昼夜及び季節的に変化する周囲温度を寿命損失
からみて等価な一定温度に換算して得た周囲温
度）が25℃（夏期）、等価軽負荷（重負荷（ピー
ク負荷）以外の変動負荷による総合損失と一定負
荷による発生損失とが温度面からみて等価である
と考えたときの一定負荷）が70％の場合、１時間
以内では定格電流の150％、同２時間以内では134
％、同４時間以内では120％、同８時間以内では
109％、同24時間以内では100％の負荷を許容する
ことができる。

上記各条件を記載した変圧器許容過負荷特性曲
線を第２図に示す。

また一般に、小容量自家用需要家電路では日、
月、年の負荷変動を設計時に予め計算し、負荷量
に応じて変圧器の容量を設定するものであり、更
に、設置場所における日、月、季節、年等による
温度変化も予め把握することができるため、等価
軽負荷及び等価周囲温度を比較的容易且つ正確に
知ることができる。

したがつて、ある設備における等価軽負荷及び
等価周囲温度は新たな設備等を増設しない限りほ
ぼ一定である。本発明はこの変圧器許容過負荷特
性曲線に着目し変圧器の過負荷時の負荷電流を検
出して重負荷値を積算すると共にその重負荷値と
なつている時間をも積算することにより、所定の
積算時間、例えば0.5、１、２、４、８時間での
重負荷電流の積算値が予め変圧器許容過負荷特性
曲線に基づいて設定しておいた警報値（注意警報
値及び異常警報値）と比較してこれを越えた場合
には警報信号（注意信号、異常信号）を出力する
機能をもたせたもので、正規寿命を維持する限度
内で変圧器容量を有効活用することを可能にする
ものである。

尚、積算時間の周期は小電力自家用需要家の場
合、日々の電力使用状況がほぼ一定していること
が多いから24時間を１周期として繰り返せば十分
であろう。

第１図は本発明に係る変圧器の過負荷状況監視
装置を単相３線用変圧器に適用した場合の一実施
例を示す図であつて、単相三線用変圧器１の非接
地電路２，３に結合した変流器３１，３２により
負荷電流を検出すると共に該変流器３１，３２出
力端は変圧器容量設定回路４，１０と接続し、該
変圧器容量設定回路４，１０により前記検出した
負荷電流をそれぞれに応じた信号電圧に変換す
る。

これらの信号電圧のレベルは変圧器定格負荷電
流に対応しており、変圧器容量設定回路に内蔵さ
れるスイツチ（図示せず）を切換えることにより
当該変圧器容量に応じた所定の過負荷監視を行う
ことができる。即ち、変圧器容量が変わる場合に
は変圧器設定回路４，１０のスイツチを切換るこ
とにより所望の信号電圧を発生するよう設定す
る。

変圧器容量回路４，１０の出力信号電圧は整流
回路５，１１でそれぞれ直流電圧に変換され、次
段の重負荷検出回路７，１３に与えられ、該重負
荷検出回路７，１３では前記整流回路５，１１の
出力が変圧器の定格電流に相当した電圧以上（重
負荷値）の場合に整流回路５，１１の出力を電圧
周波数変換回路６，１２で電圧に応じた周波数に
変換するよう制御信号を出力すると共に重負荷時
間積算回路９，１５を作動させ、重負荷となつて
いる時間をクロツク２２の信号を用いてカウンタ
ーにより積算する。

前記周波数変換回路６，１２では前記重負荷検
出回路７，１３より制御信号が与えられている
間、前記整流回路５，１１の出力電圧に比例した
周波数のパルスを次段の重負荷積算回路８，１４
に出力し、該重負荷積算回路８，１４では内蔵す
るカウンターにより前記パルスの発生数を積算す
る。

また、重負荷積算回路８，１４及び重負荷時間
積算回路９，１５にはタイマー２０が接続され、
所定の積算時間毎に各積算カウンタ８，９，１４
及び１５をクリアするため、クリアされるまでの
一周期中に重負荷が時系列上複数離散して発生し
た場合でもそれらを通算して重負荷及び時間を積
算し、その結果を次段の判定回路１６に出力す
る。

該タイマー２０の設定時間は前述したように小
電力自家用需要家の場合にはその電力使用状況か
ら24時間を１周期として繰り返したが、本発明の
実施に当たつては、これに限定する必要はなく、
電力使用状況に応じて適宜設定すればよい。

判定回路１６では入力した信号と判定値設定回
路１７より与えられる設定値とを比較判定し注意
警報あるいは異常警報を出力する。

前記判定値設定回路１７より出力される設定信
号は例えば前記第２図に示した如き変圧器許容過
負荷特性曲線に基づいた信号であつて、所定の積
算時間、例えば0.5時間では定格負荷の150％に相
当するパルス数が前記判定回路１６に設定されて
おり、該パルス数及び時間と前記積算カウンタ
８，９，１４及び１５から出力されるパルス数及
び時間とを比較するものである。

このように構成した変圧器の過負荷状況監視装
置において第３図に示す如く変圧器の負荷特性
（例えば非接地電流２に流れる電流）が変動する
と、整流回路５より負荷に比例した電圧が発生
し、重負荷検出回路７に与えられる。

該重負荷検出回路７では定格負荷以上となるｔ
＝t0〜t1、ｔ＝t2〜t3の区間において重負荷状態
を検知し、電圧周波数変換回路６及び重負荷時間
積算回路９に制御信号を出力し、該電圧周波数変
換回路６では負荷に比例したパルスを発生し、一
方、重負荷時間積算回路９では重負荷となつてい
る時間を積算する。

例えば、電圧周波数変換回路６，１２はそれぞ
れ非接地電路に流れる電流が定格値（100％）の
時に発振周波数が1024Hz、また非接地電路に流れ
る電流が定格値の200％の時に2048Hzのパルスを
発振するもの、例えば電圧制御型発振器（VCO）
を用い、且つ重負荷積算回路として15ビツトのカ
ウンタにより構成しているものを用いた場合、定
格負荷電流に対して0.5時間の間に重負荷積算回
路の出力に得られるパルス数は、1024×１／２×
0.5時間×60分×60秒＝56.25パルスとなる。した
がつて、0.5時間における許容過負荷特性値が定
格負荷の1.5倍であるならば56.25パルス×1.5＝
84.38パルスが許容過負荷特性値となる。

即ち、第３図におけるT1＝0.3時間、T2＝0.3
時間とした場合、t2から0.2時間経過後（重負荷
積算時間0.5時間）の重負荷積算回路の出力パル
ス数が84.38パルス以上となつた際に許容過負荷
値150％をこえたと判断し警報を発することにな
る。

もし、上記警報値を越えないときには次の設定
時間、即ち、重負荷積算時間が1.0時間のときの
重負荷積算値が許容過負荷値、1024×１／２×
1.0時間×60分×60秒×150％＝112.5パルス×1.5
＝168.75パルス以内か否かを判定し、該重負荷積
算値が許容過負荷値以内であれば順次所定積算時
間において重負荷積算値が許容過負荷値以内かを
判断し、報知するものである。

尚、本実施例における判定回路１６の積算時間
0.5、１、２、４、８時間として説明したが、こ
れに限定されるものではなく、詳細に変圧器の過
負荷状況を判定したい場合には、タイマーリセツ
ト後0.5、１、1.5、２、2.5時間……と30分毎に判
定を繰り返してもよく、電力需要家における負荷
の変動具合いに応じて所望の時間を設定すればよ
い。

判定値設定回路１７の設定は前述の等価周囲温
度と等価軽負荷の両者パラメータとして設定され
るもので、所定の変圧器許容過負荷特性に基づい
て警報値を任意に選択することができる。即ち、
等価周囲温度が25℃、等価軽負荷が50％の場合に
は、重負荷積算時間2.0時間以内では許容過負荷
140％、同４時間以内では許容過負荷123％と前記
第２図に示した変圧器許容過負荷特性曲線とは異
なる許容過負荷特性曲線に基づいて警報値が設定
される。

更に、等価周囲温度は夏期と冬期とでは異なる
ため、例えば、夏、冬に分けて手動にて変圧器過
負荷特性曲線を設定することも可能であり、また
年間タイマーを設けることにより自動的に夏、冬
の設定値を設定するか、更に正確に処理するため
には月毎に設定変更して用いることもできる。

尚、第２図の特性曲線を用いて警報の判定基準
を設定するに当たつては前述の参考文献に述べら
れている許容過負荷特性値の90％をもつて異常警
報、80％をもつて注意警報とするか、又は寿命を
若干犠牲にする許容過負荷特性値を持つて異常警
報、正規寿命維持の許容過負荷特性値を持つて注
意警報とする等の効果的判断基準とすることもで
きる。

また、本実施例の説明では単相３線式電路の場
合について説明したが、他の方式、例えば単相２
線式、３相３線式、３相４線式電路等に本発明に
係る変圧器の過負荷状況監視装置を適用してもよ
いことは明かである。但し、第１図の変圧器容量
設定回路４，１０及び６，７，８，９の各回路系
は単相２線式の場合１系統、３相３線式、３相４
線式電路では３系統設け、そのいづれかで判定す
る必要があることは云うまでもない。

更に、本発明の実施例では等価周囲温度25℃、
等価軽負荷70％の許容過負荷特性曲線を用いたも
のについて説明したが、許容過負荷特性曲線はこ
れに限定されるものではなく需要家の使用状況及
び設置場所により決定される等価周囲温度により
任意の値に予め設定することができるものであ
る。

（発明の効果） 本発明は上述した如く構成し且つ機能するもの
であるから負荷設備容量から変圧器容量を算出す
る際に過負荷を所定時間許容することができるた
め安全率をよりシビアに低く抑えることができ、
その結果、変圧器の正規寿命を維持しつつ許容限
度内の最小容量の変圧器を選ぶことができる変圧
器の保護装置をきわめて簡便且つ安価に実現する
上で著しい効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す図、第２図は
許容過負荷特性曲線の１例を示す説明図、第３図
及び第５図は変圧器負荷特性を示す図、第４図は
従来の変圧器の制御方法を説明する図、第６図は
従来の制御方法にもちいる変圧器の過負荷耐量時
間を説明するための図である。 １……単相３線用変圧器、２，３……非接地電
路、４，１０……変圧器容量設定回路、５，１１
……整流回路、６，１２……電圧周波数変換回
路、７，１３……重負荷検出回路、８，１４……
重負荷積算回路、９，１５……重負荷時間積算回
路、１６……判定回路、１７……判定値設定回
路、１８，１９……警報出力、２０……タイマ
ー。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 変圧器の過負荷状況の監視装置において、変
   圧器の負荷電流を検出する検出手段と、 該検出した負荷電流の大きさを判定する重負荷
   検出手段と、 負荷に応じて発振周波数が変動すると共に前記
   重負荷検出手段出力により制御された周波数変換
   手段と、 前記周波数変換手段より得たパルスを積算する
   重負荷積算手段と、 前記重負荷検出手段出力により制御された重負
   荷時間積算手段と、 前記重負荷積算手段出力及び重負荷時間積算手
   段出力を入力し、過負荷状況を判定する判定手段
   とを備え、 変圧器の負荷電流が当該変圧器に対して予め定
   めた定格電流を超えたときのみ重負荷値及び当該
   重負荷時の時間を積算し、所定の重負荷時間積算
   時における重負荷積算値が変圧器許容過負荷特性
   に基づいて予め設定された所定値を越えた場合に
   過負荷情報を出力するように構成したことを特徴
   とする変圧器の過負荷状況監視装置。 ２ 変圧器許容過負荷特性に基づき予め設定され
   る所定値が季節又は月毎により変動する等価周囲
   温度に基づいて自動的に設定されるものとなつて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の変圧器の過負荷状況監視装置。