JPH0727620Y2 - 計器用変圧器 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、二次短絡と系統の事故とを判別する電圧差動
継電器に監視用の電圧を供給する計器用変圧器に関する
ものである。

［従来の技術］ 第５図は、電圧差動継電器に監視用の電圧を供給する従
来の計器用変圧器の概略構成を示している。鉄心１には
一次巻線２と第１及び第２の二次巻線３及び４とが巻装
され、第１及び第２の二次巻線３及び４には第１及び第
２の保護用ヒューズ５及び６を介して第１及び第２の二
次負担７及び８が並列接続されている。図示しない電圧
差動継電器には、二次負担７及び８の両端電圧が入力さ
れる。電圧差動継電器は入力される２つの電圧に差電圧
が生じた場合には、保護ヒューズ５及び６の断線または
二次短絡が発生したと判断し、入力電圧が零になったと
きには一次側に事故が発生したと判断する。第６図は第
５図の構成の等価回路を示しており、同図において、Ｅ
は電源電圧、Z1は一次巻線インピーダンス、Z2mは第１
の二次巻線３のインピーダンス、Z2aは第２の二次巻線
４のインピーダンス、Bmは第１の二次負担７のインピー
ダンス、Baは第２の二次負担８のインピーダンスであ
る。保護ヒューズ５及び６に断線が発生した場合には、
断線したヒューズに接続された二次負担の電圧が消滅す
る。また例えば二次巻線３側で二次短絡が発生した場合
には、第７図に示すように短絡インピーダンスZsが挿入
された状態なる。このときの二次負担７の両端電圧Vmは
下記（１）式のようになる。

Vm＝（Zs・Ｅ）／（Z1＋Z2m＋Zs） …（１） 一方二次巻線４の残留電圧Vaは二次巻線３の短絡によっ
て電圧低下を生じ、下記（２）式のようになる。

Va＝（Zs＋Z2m）E/（Z1＋Z2m＋Zs） …（２） よって差電圧Vd＝Va−Vmは下記（３）式の通りになる。

Vd＝（Z2m・Ｅ）／（Z1＋Z2m＋Zs） …（３） （３）式から差電圧Vdは、完全短絡によって短絡インピ
ーダンスZsが０になったときに最大となることが判る。
計器用変圧器の場合、一般的には一次巻線インピーダン
スZ1は二次巻線インピーダンスの１〜２倍程度であり、
差電圧の最大値は0.3E〜0.5E程度である。上記（１）な
いし（３）式で求めた各電圧Vm,Va,Vdと短絡インピーダ
ンスZsの変化との関係は第８図に示すようになる。

［考案が解決しようとする課題］ 従来の計器用変圧器では、上記のように差電圧Vdが小さ
いために、電圧差動継電器の動作電圧を低く設定する必
要がある。しかしながら電圧差動継電器の動作電圧を低
く設定すると、電圧差動継電器の誤動作が生じ易くなる
問題がある。かといって電圧差動継電器の動作電圧を高
く設定すると、完全短絡に至らないような場合に、差電
圧が小さいために電圧差動継電器が動作せずに重大事故
となる問題がある。

また保護ヒューズ５及び６の一方が断線すると、電圧差
動継電器に入力される一方の電圧が０になるために差電
圧は発生する。しかしながら二次短絡または保護ヒュー
ズの断線のいずれが発生したのかが判らないために、二
次短絡が発生した場合と同様に電圧差動継電器は動作し
てしまう問題がある。また保護ヒューズ５及び６の両方
が断線すると、差電圧が発生しないため、一次側の事故
と誤って判断する問題がある。

本考案の目的は、二次短絡時に電圧差動継電器で検出さ
れる差電圧を大きくすることができ、しかも保護ヒュー
ズの断線による電圧差動継電器の誤動作の発生を防止で
きる計器用変圧器を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本考案は、第１及び第２の二次巻線に第１及び第２の保
護ヒューズを介してそれぞれ第１及び第２の二次負担が
並列接続されており、第１及び第２の二次負担の両端電
圧が電圧差動継電器に入力される計器用変圧器を対象と
する。本考案は、第１及び第２の保護ヒューズと並列に
それぞれ第１及び第２の調整用インピーダンスを接続す
ることを特徴とする。

請求項２の考案では、第１及び第２の調整用インピーダ
ンスを補助変圧器を介して結合する。

［作用］ 保護ヒューズと並列に適宜の調整用インピーダンスを設
けると、二次短絡が発生したときに、従来よりも差電圧
を大きくすることができる。また調整用インピーダンス
は、短絡電流が流れる回路に直列に挿入されるため短絡
電流を制限することができ、巻線の焼損を防止できる。
更に保護ヒューズが断線した場合でも、調整用インピー
ダンスを通して電流が流れるため、電圧差動継電器で検
出される差電圧を二次短絡が発生したときの差電圧より
も小さくすることができ、保護ヒューズの断線によって
電圧差動継電器を誤動作させることがない。また二次巻
線の出力電圧（二次負担の両端電圧）の変化を検出する
ことにより、保護ヒューズの断線の検出が可能になる。

請求項２の考案のように、第１及び第２の調整用インピ
ーダンスを補助変圧器を介して結合すると、一方の二次
巻線に二次短絡が発生したとき及び保護ヒューズの断線
が発生したときに、変圧比に比例した電圧分だけ更に他
方の二次巻線の出力電圧を増加させることができる。

［実施例］ 以下図面を参照して本考案の実施例を詳細に説明する。

第１図は本考案の一実施例の計器用変圧器の等価回路を
示している。第６図及び第７図に示した従来の変圧器の
等価回路と同じ部分には同じ符号及び記号を付してあ
る。本実施例では、保護ヒューズ５及び６に対して調整
用インピーダンスを構成する抵抗９及び10と補助用保護
ヒューズ11及び12とからなる直列回路がそれぞれ並列に
接続されている。この実施例では、調整抵抗９及び10の
抵抗値（インピーダンス）Rm及びRaを一次巻線のインピ
ーダンスZ1の２倍以上に定めている。保護ヒューズ５及
び６のインピーダンスは、計器用変圧器本体の内部イン
ピーダンス（Z1＋Z2m）及び調整抵抗９及び10の抵抗値R
m及びRaと比べて十分に小さいため、調整抵抗９及び10
を保護ヒューズ５及び６に対して並列に設けても、これ
らの調整抵抗は正常時の計器用変圧器の誤差に影響を与
えることはない。

なお保護ヒューズ５及び６の電流容量は、定格負担に対
して２〜３割程度余裕を持つ程度に定めればよい。また
補助用保護ヒューズ11及び12は、計器用変圧器の熱的許
容限度の定格を設定するものであり、保護ヒューズ５及
び６が溶断した後に流れる短絡電流によって発生する熱
が許容可能な範囲を越える場合に溶断して短絡電流を遮
断する。もし調整抵抗９及び10によって短絡電流を許容
限度以内に設定することができる場合には、これらの補
助用保護ヒューズ11及び12は省略してもよい。

第２図は第１の二次巻線３側で二次短絡が発生し、第１
の保護ヒューズ５が溶断したときの等価回路を示してい
る。このときの二次負担７の両端電圧Vmは、下記（４）
式で示す通りになる。

Vm＝Zs・E/（Z1＋Z2m＋Rm＋Zs） …（４） またこのときの第２の二次巻線４の残留電圧Vaは、下記
（５）式の通りになる。

Va＝（Z2m＋Rm＋Zs）・E/（Z1＋Z2m＋Rm＋Zs）…（５） したがって電圧差動継電器で検出される差電圧Vd＝Va−
Vmは、下記（６）式の通りになる。

Vd＝（Z2m＋Rm）・E/（Z1＋Z2m＋Rm＋Zs） …（６） もし一次巻線インピーダンスZ1と二次巻線インピーダン
スZ2mとが、Z1＝2Z2mであり、また調整抵抗９の抵抗値R
mがRm＝2Z1であったとすると、完全短絡状態になって短
絡インピーダンスZsが０になったときに、差電圧Vdは0.
71Eとなり、従来の変圧器における最大差電圧0.5Eより
も大きな差電圧となる。また仮に調整抵抗９の抵抗値Rm
をRm＝3Z1とすると、完全短絡時の差電圧は0.78Eと更に
上昇する。なおこのことは第２の二次巻線４側で二次短
絡が発生した場合でも同様である。このように本実施例
によれば、調整抵抗の抵抗値を適宜に選択することによ
って、二次短絡が発生したときの差電圧を従来よりも高
くすることができる。なお第３図は、本実施例における
出力電圧Vm,残留電圧Va及び差電圧Vdと短絡インピーダ
ンスZsとの関係を示している。この図からも判るよう
に、本実施例によれば従来よりも大きな差電圧を得るこ
とができる。また二次短絡が発生した回路の調整抵抗
は、短絡電流を制限する電流制限抵抗としての機能も果
たすため、従来と比べて短絡電流を数分の１から数十分
の１にすることができる。

次に二次短絡は発生していないが、保護ヒューズ５が断
線した場合について説明する。保護ヒューズ５が断線す
ると、調整抵抗９が二次回路に挿入された状態になり、
二次負担７の両端電圧Vmは調整抵抗９による電圧降下分
だけ減少する。この電圧変化は、二次短絡が発生した場
合の電圧変化よりも小さく、電圧差動継電器で判定され
る差電圧は二次短絡が発生したときの差電圧ほど大きく
なることはない。従って、電圧差動継電器が誤動作する
ことはない。なおこの電圧変化を検出することにより、
保護ヒューズの断線を検出することが可能である。

保護ヒューズ５が断線していない状態では、二次負担７
の両端電圧Vmは下記（７）式の通りになる。

Vm＝Bm・E/（Z1＋Z2m＋Bm） …（７） そして保護ヒューズ５が断線したときの二次負担７の両
端電圧Vm′は、下記（８）式の通りになる。

Vm′＝Bm・E/（Z1＋Z2m＋Rm＋Bm） …（８） したがって保護ヒューズ５が断線したことにより生じる
電圧変化分Vmd＝Vm−Vm′は下記（９）式の通りにな
る。

Vm′＝Rm・Bm・E/（Z1＋Z2m＋Bm）（Z1＋Z2m＋Rm＋Bm）
…（９） 保護ヒューズが断線したときの電圧変化は、調整抵抗の
抵抗値を適宜に選択することにより調整が可能である。
なお保護ヒューズとして警報接点付ヒューズを用いれ
ば、電圧変化による検出と合わせて２つの現象により断
線を確認できる。

第４図は請求項２の考案の実施例の計器用変圧器の等価
回路を示している。この図でも、第１図、第２図及び第
６図に示した部分と同様の部分には、同じ符号及び記号
を付してある。第１図の実施例と異なって、本実施例に
おいては、第１及び第２の調整インピーダンスを構成す
る調整抵抗９及び10を補助変圧器13によって磁気的に結
合している。本実施例では調整抵抗９及び10の抵抗値rm
及びraを計器用変圧器の内部インピーダンス（Z1＋Z2
m）の1/2の値から内部インピーダンスとほぼ同じ値の間
に設定している。

二次巻線３側で二次短絡が発生した場合について説明す
る。なお調整抵抗９の抵抗値rmを（Z1＋Z2m）/2とし、
保護ヒューズ５のインピーダンスZfoを（Z1＋Z2m）/10
＝rm/5と考える。

保護ヒューズ５が溶断する前の二次負担７の両端電圧Vm
は下記（10）式の通りになる。

Vm＝Zs・E/（Z1＋Z2m＋Zs） …（10） このときの調整抵抗９の端子電圧Vrmはほぼ下記（11）
式の通りになる。

Vrm＝rm・E/5（Z1＋Z2m＋Zs） …（11） ここで補助変圧器13の変圧比をｎとすると、調整抵抗10
の両端には下記（12）式の電圧Vraが発生することにな
る。

Vra＝ｎ・rm・E/5（Z1＋Z2m＋Zs） …（12） この電圧Vraが二次巻線４の残留電圧Vaに加算されるこ
とになるため、電圧差動継電器で判定される差電圧Vdは
電圧Vra分だけ更に大きくなる。

また保護ヒューズ５が溶断した後は、二次負担７の両端
電圧Vmは下記（13）式の通りになる。

Vm＝Zs・E/（Z1＋Z2m＋rm＋Zs） …（13） そして調整抵抗９の端子電圧Vrmは、下記（14）式の通
りとなる。

Vrm＝rm・E/（Z1＋Z2m＋rm＋Zs） …（14） よって調整抵抗10に印加される電圧（抵抗10の端子電
圧）Vraは、下記（15）式の通りになる。

Vra＝ｎ・Vrm …（15） この電圧Vraが上記（５）式で求めた残留電圧Vaに加え
られる。したがって本実施例によれば、第１図の実施例
よりも補助変圧器13を介して印加される電圧分Vraだけ
残留電圧を更に大きくすることができる。

次に保護ヒューズ５が断線している場合について説明す
る。

保護ヒューズ５が断線すると、調整抵抗９が二次回路に
挿入された状態になり、二次負担７の両端電圧Vmは調整
抵抗９による電圧降下分Vrmだけ減少する。調整抵抗９
の端子電圧Vrmは、下記（16）式の通りである。

Vrm＝rm・E/（Z1＋Z2m＋rm＋Bm） …（16） この端子電圧Vrmは、変圧器13を介して調整抵抗10に印
加され、調整抵抗10の端子電圧VraはVra＝ｎ・Vrmとな
る。したがって二次巻線４の出力電圧（二次負担８の端
子電圧）Vaは電圧Vra分だけ上昇する。

上記各実施例では、調整用インピーダンスとして抵抗体
を用いたが、抵抗体の代りにコンデンサ或いはリアクト
ル、コンデンサ及びリアクトルを組合せた他のインピー
ダンスを用いることができる。

［考案の効果］ 請求項１の考案によれば、保護ヒューズと並列に調整用
インピーダンスを設けたので、二次短絡が発生したとき
に、従来よりも差電圧を大きくすることができる。また
調整用インピーダンスは、短絡電流が流れる回路に直列
に挿入されるため短絡電流を制限することができ、巻線
の焼損を防止できる。更に保護ヒューズが断線した場合
でも、調整用インピーダンスを通して電流が流れるため
電圧差動継電器で検出される差電圧を二次短絡が発生し
たときの差電圧よりも小さくすることができ、保護ヒュ
ーズの断線によって電圧差動継電器を誤動作させること
がないという利点がある。

また請求項２の考案によれば、第１及び第２の調整用イ
ンピーダンスを補助変圧器を介して結合することによ
り、一方の二次巻線に二次短絡が発生したとき及び保護
ヒューズの断線が発生したときに、変圧比に比例した電
圧分だけ更に他方の二次巻線の出力電圧を増加させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例の等価回路図、第２図は二次短
絡が発生したときの第１図の実施例の等価回路図、第３
図は第１図の実施例の各部の電圧と短絡インピーダンス
の変化との関係を示す線図、第４図は本考案の他の実施
例の等価回路図、第５図は従来の計器用変圧器の概略構
成図、第６図は従来の変圧器の等価回路図、第７図は従
来の変圧器で二次短絡が発生したときの等価回路図、第
８図は従来の変圧器の各部の電圧と短絡インピーダンス
の変化との関係を示す線図である。 １…鉄心、２…一次巻線、３…第１の二次巻線、４…第
２の二次巻線、5,6…保護ヒューズ、7,8…二次負担、9,
10…調整抵抗（調整用インピーダンス）、11,12…補助
用保護ヒューズ、13…補助変圧器。

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】一次巻線を共通として第１及び第２の二次
   巻線を備え、前記第１及び第２の二次巻線に第１及び第
   ２の保護ヒューズを介してそれぞれ第１及び第２の二次
   負担が並列接続され、前記第１及び第２の二次負担の両
   端電圧が電圧差動継電器に入力される計器用変圧器にお
   いて、 前記第１及び第２の保護ヒューズと並列にそれぞれ第１
   及び第２の調整用インピーダンスを接続したことを特徴
   とする計器用変圧器。
2. 【請求項２】前記第１及び第２の調整用インピーダンス
   は補助変圧器を介して結合されている請求項１に記載の
   計器用変圧器。