JPH0160925B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、強制冷却される変圧器用冷却器の運
転方法に関するものである。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

近年、省エネルギーなどを目的として、変圧器
の冷却装置を変圧器の負荷または温度によつて速
度制御し、変圧器の負荷が軽い場合には冷却器の
モータの回転速度を低減することにより、冷却装
置の消費電力を節減する方法が実施されるように
なつて来た。この速度制御のための装置として、
冷却器のモータの電源周波数や電圧の一方、もし
くは両方を変化させるためのインバータが一般に
使用されている。このインバータの容量は変圧器
が100％負荷率の時に運転される冷却器のモータ
の容量に対応した大きさとする必要があるため、
大容量変圧器など冷却器容量の大きい変圧器で
は、インバータの容量が大きくなり、寸法が増大
し、また、コストが高くなるという欠点があつ
た。これを第１図により説明する。

第１図は従来の変圧器用冷却器の可変速運転装
置の一例を示し、１は電源、２は可変周波数イン
バータまたは可変電圧装置からなる可変速度制御
用電源装置、３は油入変圧器、４は変圧器３用の
冷却器で、この冷却器４にはフアン５、フアン用
のモータ５ａ、放熱器６、およびポンプ７用のモ
ータ７ａなどが取り付けられている。８は油温度
検出器あるいは巻線温度継電器のような変圧器３
の温度検知装置である。またはこれに代つてブツ
シング変流器のような負荷率検知装置を設けるこ
とも可能である。９は速度指令装置である。

検知装置８によつて検出された変圧器３の温度
あるいは負荷率は速度指令装置９に入力されて、
これに基づいて必要な速度になるように指令を出
す。速度指令装置９の指令により、インバータ３
は電源１からの電圧、周波数を、温度または負荷
率に応じた電圧、周波数に変換して電力を供給す
る。これにより、冷却器４に取り付けられたフア
ン用のモータ５ａやポンプ用のモータ７ａは可変
速運転され、放熱器６からの放熱量が制御され
る。インバータ３からの出力は負荷率が100％の
ときに最大となり、これによりインバータの定格
容量が決定される。このため、大容量変圧器など
冷却器群数の多いものは、インバータの容量が大
きなものとなる。

一方、変圧器の年間の負荷率の例を示すと第２
図のようになる。この図で横軸は変圧器の負荷率
で縦軸は各負荷率での年間の運転時間およびそれ
を比率で表わしたものである。これによれば１年
のうち、負荷率が60％を越えるのは１年のうち５
％くらいの時間である。また、65％を越えること
はほとんどない。ところで冷却器の所要電力は冷
却すべき変圧器の発熱量、すなわち発生損失によ
り左右されるので、ここで、負荷率が65％のとき
の変圧器内部の発生損失Ｗを求め、100％負荷時
のそれと比べてみることとする。

Ｗ＝W_L＋W_N＝p²・W_LO＋W_N ……(1) ここで Ｗ：負荷率ｐにおける変圧器発生損失 W_L：負荷率ｐにおける負荷損 W_LO：定格負荷（負荷率100％）における負荷損 W_N：無負荷損 ｐ：負荷率 一般にW_LOとW_Nとの比は大容量変圧器では
５：１〜10：１程度であるから、仮に５：１とす
ると、 W_LO＝5W_N ……(2) (2)式を(1)式に代入すると Ｗ＝p²・10W_N＋W_N＝（10p²＋１）W_N ……(3) 負荷率を65％とすると、ｐ＝0.65ゆえ、これを
(3)式に代入して、 Ｗ＝3.1W_N ……(4) また、負荷率を100％とすると、ｐ＝1.0ゆえ、
これを(3)式に代入して、 Ｗ＝6.0W_N ……(5) (4)式と(5)式とから、負荷率65％のときと、負荷
率100％のときの変圧器発生損失を比べると、 負荷率65％時の変圧器発生損失／負荷率100％時の変圧
器発生損失＝3.1／6.0≒0.52 ……(6) この変圧器の発生損失による温度上昇は冷却器
によつて冷却する必要がある。すなわち、このと
き冷却器の所要冷却能力Ｃと変圧器発生損失Ｗの
関係は、 Ｃ＝ｋ・Ｗ ……(7) ただし、ｋ：余裕係数。1.0以上とする。

ところで、冷却器を構成するフアンおよびポン
プの負荷トルクＴは、回転数Ｎの２乗に比例して
変化する２乗トルク特性をもつており、また、モ
ータの軸動力Ｌは回転数ＮとトルクＴとに比例す
る。すななち、下式のように軸動力Ｌは回転数Ｎ
の３乗に比例する。

Ｔ∝N² Ｌ∝Ｎ・Ｔ∝N³ ……(8) また、モータの所要電力Ｐは軸動力Ｌに比例
し、効率ηに逆比例する。効率は回転数により変
化し一定ではない。従つて回転数と冷却器モータ
の所要電力の関係は複雑となる。

一方、冷却器の冷却能力Ｃは、ほぼ回転数Ｎに
比例する。

Ｃ∝Ｎ ……(9) ゆえに、(9)、(8)式および(7)式から、所要電力Ｐ
は Ｐ∝C³／η∝W³／η ……(10) となる。

以上の点から考えると、冷却器の所要電力Ｐは
変圧器の発生損失Ｗに対して比例以上に大幅に変
化することが予想される。変圧器の負荷率と冷却
器の所要電力の関係の実測例を示すと第３図のよ
うになる。第３図から負荷率100％のときに対し
て負荷率65％のときとでは、冷却器所要電力は約
30％となる。すなわち、負荷率が小さくなれば冷
却器の所要電力は大幅に小さくなる。

以上のように、現状の冷却器の運転方法では、
インバータの容量は100％負荷時の冷却器所要電
力で決定されており、変圧器の負荷率が低い場合
には非常に不経済なものとなつている。

〔発明の目的〕

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであ
り、冷却器の過剰補機入力を減少させるとともに
速度制御用インバータの容量を低減し、経済的な
変圧器用冷却器の運転方法を提供することを目的
とする。

〔発明の概要〕

本発明は以上の目的を達成するために変圧器の
負荷率を検出して、変圧器用冷却器のモータの運
転を制御する変圧器用冷却器の運転方法におい
て、電源電圧を変成する電源用変圧器と、この電
源用変圧器の二次側に接続され、電圧または周波
数の少なくとも一方を調整する速度制御用のイン
バータと、冷却器のモータを前記インバータの出
力側または前記電源用変圧器の一次側のいずれか
へ切換接続する電源切換装置とを備え、変圧器の
負荷率がある設定値以下では速度制御用インバー
タによりモータを運転し、その設定値を越えた場
合には電源用変圧器の一次側電源によりモータを
運転することを特徴とするものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の変圧器用冷却器の運転方法の一
実施例を第４図により説明する。

１０は電源１の電圧を低減する電源変圧器、１
１は可変速度制御用電源装置、例えばインバータ
２の出力側または、電源変圧器１０の一次側のい
ずれかへ冷却器４のモータ５ａ，７ａを接続切換
可能な電源切換装置、１２は運転制御装置で、運
転制御装置１２には変圧器３の負荷率の判定部１
３、負荷率の設定部１４、速度指令部１５、電源
切換指令部１６が内蔵されている。８は負荷率検
知装置である。この負荷率検知装置は油温または
巻線温度検出やあるいは実際の負荷電流のような
電気量により検出することも可能である。

次に本発明の作用について説明する。負荷率検
知装置８によつて検出された変圧器３の負荷率は
運転制御装置１２に入力される。そして、判定部
１３において、設定部１４からの負荷率の設定値
を越えているかを判定する。設定値を越えていな
い場合は速度指令部１５から負荷率に応じた速度
指令をインバータ２に与え、冷却器４のモータ５
ａやモータ７ａの運転制御を行なう。また負荷率
が設定値を越した場合には、電源切換指令部１６
から、電源切換装置１１に指令を与え、電源変圧
器１０の一次側へ冷却器４のモータ５ａおよび７
ａを接続する。すなわち負荷率が設定値を越えた
場合にはインバータ２による速度制御は行なわな
い。この運転状況を第５図により説明する。第５
図の横軸は変圧器３の負荷率を、左側の縦軸は負
荷率に対応した運転時間の割合、すなわち曲線Ａ
に対する値であり、右側の縦軸は負荷率に対応し
た冷却器所要電力すなわち曲線ＢおよびＣに対す
る値を示している。たとえば負荷率設定値として
は、曲線Ａから、ほとんど運転されないと思われ
る負荷率65％としておく。冷却器所要電力は曲線
Ｂと右側の縦軸の値から定格時の約30％であり、
これに対応したインバータ容量P₂とすれば良い
から、100％負荷相当のインバータ容量P₁をもた
せる場合に比べ大幅に容量削減が可能であり、経
済的な運転方法でインバータ２は小形なものとで
きる。また負荷率が設定値を越える場合には冷却
器を100％運転することとなるが、運転時間は曲
線Ａからわかるように零またはごく短時間と予測
されるので、その間の冷却器所要電力の過剰分は
無視してよいものと考えられる。すなわち、冷却
器の運転は曲線Ｃのように行なわれるようにす
る。負荷率設定値については、電気所ごとに負荷
状況が異なると考えられるので最適な値を選べば
よい。

前述のとおり負荷率が65％を越えた場合にはフ
アン５やポンプ７のモータ５ａ，７ａは電源切換
装置１１により電源変圧器１０の一次側へ接続さ
れる。このときの電源変圧器１０の変圧比を２：
１としておく。たとえば、電源１の電圧が400V
であれば、インバータ定格入力電圧を200Vとし
ておけば、インバータは200V用を使用すればよ
く経済的である。冷却器モータ５および７は電源
１の電圧で使用できるようにしておく必要がある
から、この場合では400V定格としておく。この
ようにすることにより、インバータ２は電源１の
半分の電圧で、容量は前述のとおり、変圧器３が
100％負荷時の30％程度に節減できる。

なお、電源変圧器１０は単巻変圧器とすること
により、等価容量を小さいものとすることができ
る。

ところで、上記の実施例で、電源１を400V、
インバータ２の一次定格入力電圧を200Vとした
場合、インバータ２の出力は一般に0Vから200V
となるから、設定負荷率を越えた場合には、電源
変圧器１０の一次側への切換えに伴い200Vから
400Vに切り換えられることとなる。このとき、
冷却器の特性は電圧に対して比例するとは限らな
いから、インバータ２の出力が200Vのときに必
要な冷却性能、すなわち設定負荷率に対応した冷
却性能が出せる冷却器に、400Vが印加された場
合には、変圧器３の負荷率が100％のときに必要
な冷却性能になるとは限らず、冷却性能に大きな
過不足を生ずる可能性がある。この過不足の発生
を防止する方法を第６図により説明する。第４図
と同一部品は同符号で示してある。第６図におい
て、電源変圧器１７にタツプ１７ａ，１７ｂを設
け、このタツプ電圧は負荷率100％における冷却
器の所要冷却性能が出せる電圧としておく。設定
負荷率を越えた場合には、冷却器のモータ電源を
インバータ２の出力側から電源変圧器１７のこの
タツプ１７ａへ接続することにより、過不足なく
必要な冷却能力を出すことができる。なお、上記
実施例では負荷率として検出値と設定値との比較
について述べているが、これを変圧器の温度ある
いは電気量の比較の場合も負荷率の比較の範囲に
含めるものである。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、変圧器
が運転される可能性の大きい設定負荷率より低い
領域では、その負荷率の変化に応じたインバータ
による速度制御を行い、設定負荷率を越えた場合
には電源用変圧器によつてモータを運転するよう
にしたので冷却器の省エネルギー運転が可能で、
かつ可変速運転用インバータの容量を節減した変
圧器閉冷却器の運転方法を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の変圧器用冷却器の可変速運転装
置の一例を示す説明図、第２図は変圧器の年間負
荷率の例を示す曲線図、第３図は変圧器負荷率と
冷却器所要電力の実測例を示す特性図、第４図は
本発明の変圧器用冷却器の運転方法の一実施例を
示す説明図、第５図は従来方法による場合と本発
明の方法による場合でのインバータ所要容量の比
較を示す曲線図、第６図は本発明の他の実施例を
示す説明図である。 １……電源、２……インバータ、３……油入変
圧器、４……冷却器、５……フアン、５ａ……モ
ータ、６……放熱器、７……ポンプ、７ａ……モ
ータ、８……検知装置、９……速度指令装置、１
０……電源変圧器、１１……電源切換装置、１２
……運転制御装置、１３……判定部、１４……設
定部、１５……速度指令部、１６……電源切換指
令部、１７……タツプ付電源変圧器、１７ａ，１
７ｂ……タツプ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 変圧器の負荷率を検出して、変圧器用冷却器
   のモータの運転を制御する変圧器用冷却器の運転
   方法において、電源電圧を変成する電源用変圧器
   と、この電源用変圧器の二次側に接続され、電圧
   または周波数の少なくとも一方を調整する速度制
   御用のインバータと、冷却器のモータを前記イン
   バータの出力側または前記電源用変圧器の一次側
   のいずれかへ切換接続する電源切換装置とを備
   え、変圧器の負荷率がある設定値以下では速度制
   御用インバータによりモータを運転し、その設定
   値を越えた場合には電源用変圧器の一次側電源に
   よりモータを運転することを特徴とする変圧器用
   冷却器の運転方法。 ２ 電源用変圧器の一次電圧と二次電圧との比を
   ２：１としたことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の変圧器用冷却器の運転方法。 ３ 電源用変圧器を単巻変圧器としたことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の変圧器用冷却
   器の運転方法。 ４ 電源用変圧器がタツプ付変圧器であり、その
   タツプ電圧値を少なくとも負荷率100％における
   冷却器所要電力を出せる値とし、変圧器の負荷率
   がある設定値以下では、速度制御用インバータに
   よりモータを運転し、その設定値を越えた場合に
   はモータを電源用変圧器の当該タツプへ接続する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の変
   圧器用冷却器の運転方法。 ５ 負荷率を変圧器の温度あるいは電気量の少く
   とも一方を検出することにより検出するようにし
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第
   ４項記載の変圧器用冷却器の運転方法。