JPS6047821B2 - 変圧器の電源投入装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は単相変圧器の三相バンク又は三相変圧器の電源
を投入する際に生する励磁突入電流を抑制するための変
圧器の電源投入装置に関する。

一般に変圧器の電源を投入する際、変圧器鉄心中の磁束
が飽和することに起因する励磁突入電流が流れる。この
励磁突入電流は変圧器の定格電流の数倍乃至ｍ数倍にも
達し、変圧器自体に機械的、熱的損傷を与える場合があ
るのみでなく、保護継電器の誤動作、電源電圧の歪み等
を誘発し、電源系統に接続されている他の機器に悪影響
を及ぼす原因となつている。従来、上記した変圧器の励
磁突入電流を抑制するために、電源投入時に投入抵抗を
直列に挿入して励磁突入電流を抑制し、励磁突入電流が
減衰した後投入抵抗を短絡することが行なわれている。

この方法によると、電源投入時の励磁突入電流を効果的
に抑制するとがてきるが、投入抵抗及び投入抵抗を短絡
するための接点を必要とするため装置が大型、高価とな
る欠点があつた。又、従来電源電圧の特定の位相で三相
電源を同時に投入する同期投入が行なわれることもあつ
たが、三相の電源電圧の位相が異なるため、必ず一相は
励磁突入電流が大きくなる投入位相となり、励磁突入電
流の抑制にはほとんど効果がないことが知られている。

本発明の目的は上記した従来技術の欠点をなくし、単相
変圧器の三相バンク又は三相変圧器の電源投入時の励磁
突入電流を効果的に抑制てきる小型で安価な変圧器の電
源投入装置を提供するにある。

本発明は変圧器の三相電源を投入するための各相１個宛
の主接点において、まず二相の主接点を励磁突入電流が
小となる電源電圧位相て同期投入し、その後残りの一相
の主接点を更に励磁突入電流が小となる電源電圧位相で
同期投入することにより、三相における励磁突入電流を
抑制するようにしたものである。

本発明の実施例を述べる前に、まず第１図、第２図によ
つて変圧器の励磁突入電流の若干の性質について述べる
。

第１図において１は単相変圧器、２は交流電源、３は主
接点である。

第２図は電源投入時の電源電圧Ｖｅ、変圧器鉄心中の磁
束φ、励磁突入電流Ｌの波形例を示す。第２図は変圧器
鉄心中の残留磁束がφＲ１電源電圧Ｖｅの位相がθのと
き主接点３を閉じた場合の例である。周知のように鉄心
中の磁束φか飽和磁束φ５以下の未飽和のときの励磁電
流は非常に小さく、飽和時の励磁電流に比べて無視でき
る程度であるため、第２図に示すように、磁束φが飽和
磁束φ５を越えている期間、励磁突入電流Ｌが流れる。
又、変圧器鉄心中の磁束は変圧器端子電圧の時間積分に
比例するため、励磁突入電流による変圧器巻線抵抗、電
源回路の抵抗分の電圧降下て変圧器端子電圧が低下する
ことにより、２サイクル目以降の磁束φは減衰し、励磁
突入電流刀も減衰する。又、一般的に磁束φの最大値、
即ち励磁突入電流の大きさは、残留磁束φ．及び電源電
圧の投入位相により異なるが、電源電圧の位相がＯ又は
π（Ｒａｄ）て電源を投入した場合が励磁突入電流は最
も大きく、Ｉ又はＸ７ｒ（Ｒａｄ）て投入した場合が最
も小さいことが知られている。

次に本発明の実施例を第３図及び第４図により説明する
。

第３図は変圧器のΔ巻線側から三相交流電源を−投入す
る際の本発明の実施例を示した路線図である。

第３図において、４は変圧器のΔ巻線、５は本発明によ
る電源投入装置で、各相の主接点３１，３２，３３を備
えている。端子Ｕ，■，Ｗに三相交流電源が接続されて
いる。第４図は第３図において、主接点を閉じたときの
電圧、磁束波形例を示した図であり、Ｖｕｖ，Ｖｖｗ，
Ｖｗｕは端子Ｕ，Ｖ，Ｗにおける電源線間電圧、Ｖｕ，
Ｖｖ，Ｖぃは変圧器のΔ巻線４における各相の相電圧、
φＵ，φＶ，φＷは各相における変ｊ圧器鉄心中の磁束
を示す。

点線で示し、Ｖｖ″，■ぃ″又はφＪφ９″のようにダ
ツシユ記号を付したものは、三相の主接点が閉じられた
後の定常状態における各相の変圧器巻線の相電圧、又は
鉄心中の磁束を示す。φＲＵ，φＲＶ，φＲＷは主接点
を閉じる４前の各相の鉄心中の残留磁束を示す。第３図
及び第４図に示す本発明の実施例においては、第４図中
Ａの位置で示すように、端子Ｕ，Ｖの電源線間電圧Ｖｕ
ｖの位相がＩのときＵ，Ｖ相の主接点３１，３２を閉じ
る。

主接点３１，３２が閉じられて、主接点３３が閉じてい
ない間は第４図中に示すようにＵ相の巻線電圧ＶｕはＶ
ｕｖと同じであり、Ｖ，Ｗ相の巻線電圧Ｖｖ，■７はそ
れぞれ値が■Ｕｖの１１２となる。この状態は、第４図
中Ｂの位置で示す接点３３が閉じられるまで続く。ノ
又、鉄心中の磁束φＵ，φＶ，φＷは残留磁束φＲｕ，
φＲＶ，φＲＷを始点として、第４図中に示すように■
Ｕ，Ｖｖ，■ぃの時間積分に比例した変化をする。

磁速φＵ，φＶ，■ｗの時間積分に比例した変化をする
。磁束φＵ，φＶ，φぃは残留磁束の値・によつては飽
和磁束を越えることもあるが、巻線電圧■Ｕ，■Ｖ，ｖ
ｗの投入位相がＩ又は艮πであるため、前述したように
励磁突入電流は小さい値である。次に、磁束φＵ，φＶ
，φぃが十分減衰した後、第４図中Ｂの位置で示すよう
に、上述した既に主接点が閉じられている二相Ｕ，■の
電源線間電圧Ｖ．ＪＶの位相がＯのとき、残りの一相の
主接点３３を閉じる。

主接点３３が閉じられた後は、各巻線の電圧■Ｕ，■Ｖ
，■ぃは第４図中に示すように、定常状態の電圧■Ｊ，
■、″，Ｖｗ′と等しくなる。又、第４図から明らかに
、主接点３３を閉じる瞬時は、各相鉄心中の磁束φＵ，
φＶ，φぃは定常状態におけるそれと一致しており、主
接点３３を閉じた以降の各相鉄心中の磁束も定常状態と
同じであり、励磁突入電流は生じない。即ち位置Ａにお
いて主接点３１，３２を閉じた場合は、若干の励磁突入
電流を生ずるが、十分減衰した後位置Ｂにおいて主接点
３３を閉じた以降は直ちに定常状態となり、励磁突入電
流は生じない。

以上により第３図に示す本発明の電源投入装置の効果は
明らかであるが、本発明においては、主接点３３を閉じ
る瞬時に、各鉄心中の磁束が完全に減衰している必要は
ない。

完全に減衰していなくても主接点３３を閉じる瞬時の各
相鉄心の磁束の値は、最初に主接点３１及び３２を閉じ
るときの各相の磁束の値よりも定常状態の値に近くなつ
ており、主接点３３を閉じた以降の励磁突入電流の値を
、三相の主接点を同時に閉じる場合よりも十分に小さく
できるからである。又、第４図から、最初に主接点３１
，３２を閉じるときのＶぃの位相が卜の場合、又主接点
３３を閉じるときの■ぃの位相がπの楊合でも、第４図
に示したのと全く同様の効果があることは明らかである
。

次に本発明の他の実施例を第５図、第６図により説明す
る。

第５図は変圧器の人巻線側から三相電源を投入する場合
の本発明の実施例を示した路線図て、第３図と同一部品
は第３図と同一符号を記し、説明を省略する。４は変圧
器の人巻線である。

第６６図は第４図と同様の、第５図における電圧、磁束
波形例を示した図てあり、第４図と同一電圧、磁束は同
一記号として説明を省略する。第５図においては変圧器
の結線が第３図と異なるため、各相の電圧、磁束の関係
が第４図で述べたものとは若干異なる。まず第６図のＡ
の位置で示すように端子Ｕ，Ｖの電源線間電圧■Ｕｖの
位相が号のときにＵ，Ｖ相の主接点３１，３２を閉じる
と、Ｕ，Ｖ相の巻線にはそれぞれＶｕｖ（７）ｌノ２の
電圧がか）り巻線電圧Ｖｕ，Ｖｖは第６図中に示すよう
になる。

Ｗ相の巻線には電圧がか）らないため、■ぃはＯである
。第６図のＡの位置における■Ｕ，ｖｖの位相は量又は
卜であり、しかも電圧値が定常状態の？ｔであるため、
残留磁束の値につて磁束φ１Ｊ，φ、は飽和磁束を越え
ることがあつてもその程度は小さく、励磁突入電流の値
も小さい。Ｗ相巻線の電圧Ｖぃがゼロてあるため、ｗ相
鉄心の磁束φッは初めの残留磁束φ四のま）変らない。
各相の励磁突入電流が減衰した後、第６図中Ｂの位置で
示すように端子Ｕ，Ｖの電源線間電圧の位相がＯのとき
に残りの一相の主接点３３を閉じる。

このとき、Ｕ，■相鉄心中の磁束φＵ，φ、は定常時と
同じ値であるため、これ以後は直ちに定常状態となり、
励磁突入電流を生じない。又、Ｂの位置において主接点
３３が閉じた以降、Ｗ相の磁束φッはφＲぃの値によつ
ては飽和に達することもあるが、Ｂの位置におけるＷ相
の巻線電圧■ｗの位相が号であるためその程度は小さく
、励磁突入電流も小さい。以上最初に主接点を閉じた二
相の線間電圧の位相がＯ又はπ付近で残りの一相の主接
点を閉じる楊合の本発明の実施例を説明したが、本発明
においては残りの一相の主接点を任意の位相で閉じるよ
うにしても十分な励磁突入電流抑制効果を発揮すること
ができるので、第３図及び第４図のΔ巻説側から電源を
投入する場合を例にとつて以下説明する。

第４図において、最初にＵ，Ｖ相の主接点３１，３２を
閉じた後、励磁突入電流が減衰した時点では、Ｕ相の磁
束φ。

は既に定常状態になつているので、任意の位相て主接点
３３を閉じてもＵ相巻線には励磁突入電流を生じない。
又、■，Ｗ相の巻線電圧■Ｖ，■ぃを直ちに定常状態の
電圧■ｖ″，Ｖｗ″に一致するように変化するため、Ｖ
，Ｗ相の磁束φＶ，φｗはその巻線電圧の時間積分に比
例して変化する。ところが、Ｗ相の主接点３３を任意の
電圧位相で閉じた場合、その瞬時の■，Ｗ相の磁束φＶ
，φッは電圧■７″，Ｖｗ′の時間積分に比例して増加
する方向とは異符号の値となつている。例えば■ｖ″の
電圧位相が０のとき主接点３３を閉じた場合、磁束φ、
の最大値は正方向に生ずるが、第４図から■、″の電圧
位相が０のときのφｖの値は負てあり、■相巻線の励磁
突入電流の値は比較的小さい。又このときのＶｖ，′の
電圧位相は４πであり磁束φぃの最大値は負方向に生じ
、このノ３とき負の値てあるφぃと同方向であるが、も
ともと電圧位相１πて接点を閉じた場合の励磁突入電流
は小さい。

７ 一般に励磁突入電流値が大となつて問題となるのは
、残留磁束が正方向て、電源電圧の投入位相が０付近の
場合、及び残留磁束が負方向で、電源電圧の投入位相が
π付近の場合であることから、上述のように二相の主接
点を閉じた後、残りの一フ相の主接点を任意の電圧位相
で閉じるようにしても、励磁突入電流抑制に十分な効果
があることは明らかである。なお、以上の本発明による
説明においては、最初に二相における電源線間電圧の位
相がＩ又は艮πでその二相の主接点を同時に閉じるよう
に説明したが、変圧器のΔ巻線側、又は中性点非接地の
人巻線側から電源を投入する場合は、例えば一相のみの
主接点が閉じられている場合は巻線電圧には影響を与え
ないことは明らかである。

従つて初めに第一相の主接点を任意の電圧位相で閉じ、
次にその第一相と第二相の電源線間電圧の位相が？又は
）のとき第二相の主接点を閉じるようにすることは、本
発明と全く同様の効果をもたらすことは明らかてあり、
これも本発明の範囲に含めるものとする。以上の本発明
装置においては、しや断器の同期投入装置を必要とする
が、これは従来公知のものを使用し得る。

従来行われている同期投入を行うための回路例を第７図
に示す。第７図は一相分の回路てあり、例えは電源電圧
は電圧変成器てとり込まれ、移相器１０によつて任意の
位相ずらせられた後、パルス発生回路１１に入る。パル
ス発生回路１１は、例えば入力電圧の位相０においてパ
ルスを発生する回路であり、発生したパルスは主接点の
操作指令とのＡＮＤ条件をとるアンド回路−１２により
、主接点を操作するパルスとして出力される。従つて、
電源電圧に対して主接点を操作するパルスの発生位相は
、移相器１０によつて任意に調整することができ、主接
点を任意の位相で閉じることができる。本発明の詳細な
説明のために５０ＭＶＡ単相変圧器において、残留磁束
φＲが定格の６０％及びＯ％のとき、投入位相θによる
励磁突入電流への影響を計算した例を第８図に示す。

第８図において、Ｌは定格電流波高値に対する励磁突入
電流第１波々高値の倍率である。第８図の計算例による
と、φＲ＝０の場合、投入移相０が号又は卜のときは励
磁突入電流を生じない。又、θ＝号又は艮−πと工程位
相のずれたｏ＝ユ，？π，■，５πのノ ６３３３３
場合は励磁突入電流を生じるが、その波高値はθ＝０の
場合に比べてかなり小さい。

又、残留磁束がある場合はｏ＝１βπの場合でも若干の
励磁 ２′２・突入電流を生じるが、０＝０
の場合と比べると十分小さい値である。

以上述べたように本発明においては、主接点を閉じると
きの電圧位相を調整するのみで変圧器の三相における励
磁突入電流を抑制することができ・る変圧器の電源投入
装置を提供することができ、この種装置の小型化、低価
格化に効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の単相変圧器の電源投入を示す路線図、第
２図は第１図を説明するための波形例を示した図、第３
図及び第５図は本発明の実施例を示す路線図、第４図、
第６図はそれぞれ第３図、第５図の動作を説明するため
の波形例を示した図、第７図は公知の同期投入装置の一
例図であり、第８図の効果を説明するための図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 三相回路変圧器の三相交流電源を投入するための各
   相１個宛の主接点を備えるものにおいて、上記三相のう
   ち二相の電源線間電圧の位相がπ／２又は（３／２）π
   （ｒａｄ）付近で該二相の主接点を閉じ、その後残りの
   一相の主接点を閉じるようにしたことを特徴とする変圧
   器の電源投入装置。 ２ 特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、最初に
   主接点を閉じた二相の電源線間電圧の位相が０又はπ（
   ｒａｄ）付近で残りの一相の主接点を閉じるようにした
   ことを特徴とする変圧器の電源投入装置。