(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電所が存在する側の変電所である第１の変電所が出力する変電電圧に一端が接続され得、需要地が存在する側の変電所である第２の変電所への前記第１の変電所からの電力供給のため他端が該第２の変電所に接続された、長さが１０ｋｍ以上の送電ケーブルが複数互いに電気的に並列に接続された送電ケーブル群と、
前記第２の変電所に設けられた、前記送電ケーブル群からの供給電力を変圧するための変圧器が複数互いに電気的に並列に接続された変圧器群と、を具備し、
前記変圧器群の中に互いに運用の優先関係が設けられていない通常変圧器と、前記通常変圧器よりも優先して運用されるひとつの優先運用変圧器とが存在し、
前記通常変圧器それぞれの巻回数Ｎと前記優先運用変圧器の巻回数Ｎ１とが等しく、
前記通常変圧器それぞれの鉄心における定格運用時の磁束波高値ΦＰと、前記優先運用変圧器の鉄心における定格運用時の磁束波高値ΦＰ１とが等しく、
前記優先運用変圧器が、該優先運用変圧器の鉄心における飽和磁束の値ΦＳ１と、該優先運用変圧器の鉄心における定格運用時の磁束波高値ΦＰ１との関係として、０．８０ΦＳ１≦ΦＰ１≦０．９０ΦＳ１を満たしており、
前記通常変圧器が、それぞれ、該通常変圧器それぞれの鉄心における飽和磁束の値ΦＳと該鉄心における定格運用時の磁束波高値ΦＰとの関係として、ΦＳ≧２．５５ΦＰを満たしている送電システム。
【請求項２】
前記値ΦＳと前記値ΦＳ１との関係として、ΦＳ≧２．３０ΦＳ１が満たされている請求項１記載の送電システム。
【請求項３】
前記通常変圧器それぞれの鉄心の断面積Ｓおよび該通常変圧器それぞれの巻回数Ｎと、前記優先運用変圧器の鉄心の断面積Ｓ１および該優先運用変圧器の巻回数Ｎ１との関係として、ＳＮ≧２．３０Ｓ１Ｎ１が満たされている請求項１記載の送電システム。
【請求項４】
前記送電ケーブル群と前記変圧器群の各変圧器との間それぞれに電気的に位置するように前記第２の変電所に設けられた遮断器群を備え、
前記通常変圧器の鉄心での、前記遮断器群のうちの該通常変圧器につながった遮断器が閉状態から開状態にされたときに残留する残留磁束ΦＲＲと、前記値ΦＰとの比ΦＲＲ／ΦＰをｋで表わしたとき、ΦＳ≧１．１１（２＋ｋ）ΦＰを満たしている請求項１記載の送電システム。
【請求項５】
前記送電ケーブル群と前記変圧器群の各変圧器との間それぞれに電気的に位置するように前記第２の変電所に設けられた遮断器群と、
前記遮断器群のうちの前記優先運用変圧器につながった遮断器における開状態から閉状態への切り替えを、前記遮断器群のうちの前記通常変圧器につながった遮断器のすべてが開状態になっているときに限り行うように制御する遮断器開閉制御部と
をさらに具備する請求項１記載の送電システム。
【請求項６】
発電所が存在する側の変電所である第１の変電所が出力する変電電圧に一端が接続され得、需要地が存在する側の変電所である第２の変電所への前記第１の変電所からの電力供給のため他端が該第２の変電所に接続された、長さが１０ｋｍ以上の送電ケーブルが複数互いに電気的に並列に接続された送電ケーブル群と、前記第２の変電所に設けられた、前記送電ケーブル群からの供給電力を変圧するための変圧器が複数互いに電気的に並列に接続された変圧器群と、を具備する送電システムによる送電方法であって、
前記変圧器群の中に互いに運用の優先関係が設けられていない通常変圧器と、前記通常変圧器よりも優先して運用されるひとつの優先運用変圧器とが存在し、
前記通常変圧器それぞれの巻回数Ｎと前記優先運用変圧器の巻回数Ｎ１とが等しく、
前記通常変圧器それぞれの鉄心における定格運用時の磁束波高値ΦＰと、前記優先運用変圧器の鉄心における定格運用時の磁束波高値ΦＰ１とが等しく、
前記優先運用変圧器を、該優先運用変圧器の鉄心における飽和磁束の値ΦＳ１と、該優先運用変圧器の鉄心における定格運用時の磁束波高値ΦＰ１との関係として、０．８０ΦＳ１≦ΦＰ１≦０．９０ΦＳ１を満たすように運用し、
前記通常変圧器を、それぞれ、該通常変圧器それぞれの鉄心における飽和磁束の値ΦＳと該鉄心における定格運用時の磁束波高値ΦＰとの関係として、ΦＳ≧２．５５ΦＰを満たすように定格運用する送電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、送電ケーブル群を備えた送電システムおよびこれを用いた送電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電所で発電された電力は需要地へと送電されるが、特に需要地が離島などの場合、陸続きで存在する需要地への送電とは異なり架空送電線が利用できない。架空送電線に代えて海底に敷設した送電ケーブルが利用される。近年はこのような海底の送電ケーブルとして、長さが最長で数十ｋｍのものが要求されている。
【０００３】
送電ケーブルからみて発電所が存在する側（本土の側）では、発電所と送電線とで構成される電源系統から、通常、変電所（以下、第１の変電所）での降圧を経てこの送電ケーブルに接続がなされる。他方、送電ケーブルからみて需要地が存在する側（離島の側）では、送電ケーブルが別の変電所（以下、第２の変電所）に接続されてさらに降圧されたあと需要地へ送られる。
【０００４】
第１の変電所で降圧する変圧器は一般に複数備えられ、必要な送電状況に応じてその中から必要な数の変圧器が並列接続で運用される（変圧器の数＝バンク数）。送電ケーブルも一般に複数並列に設けられ、必要な送電状況に応じてその中から必要な数の送電ケーブルが運用される（送電ケーブルの数＝回線数）。第２の変電所で降圧する変圧器についても、第１の変電所の変圧器と同様の接続、運用がなされる（変圧器の数＝バンク数）。
【０００５】
第２の変電所では、そのいずれかの変圧器を運用状態に移行するとき、対応する遮断器を閉じて変圧器の課電を行うが、課電された変圧器には励磁電流が流入する。一般に、課電直後の励磁電流は、直流分を含んで歪み、定常時より非常に大きな値で発生し得る（励磁突入電流）。これは、課電の投入位相によって変圧器の鉄心が飽和する瞬間と飽和しない瞬間とが交互に繰り返されるように課電が起こり、飽和する瞬間においては変圧器が等価的に空心リアクトルとしてふるまうためである。これは変圧器単独として普通の現象ではある。
【０００６】
次に、第２の変電所の変圧器を運用状態に移行したとき、この変圧器と並列に位置してすでに運用中の変圧器が存在するとき生じる特有の現象がある。すなわち、新たに運用に移行した変圧器での励磁突入電流の発生に伴い、すでに運用中の変圧器にも、極性が反転した同様に大きな励磁突入電流が誘引される。この現象は、電源系統に存在する抵抗成分を原因としているが、第２の変電所で変圧器が複数並列に接続されて使用される場合に特有の現象である。
【０００７】
そして、並列に接続された変圧器に励磁突入電流が誘引されたとき、第２の変電所の１次側には、低次高調波を含む歪んだ過電圧（以下、単に「歪んだ過電圧」という場合がある）が発生する現象があることには注意が必要である。この歪んだ過電圧が送電システム用の機器の損壊、送電ケーブルの過熱、これらの機器・設備の高調波障害、需要地への供給電圧の不安定化を招くなどの問題を引き起こす場合には、対処を要する。
【０００８】
発生する過電圧は、電力周波数の高調波周波数に、送電システムの共振周波数が一致するときに共振して大きくなる。そのため、その共振周波数を電力周波数の高調波周波数から外すように設計できれば問題ない程度に小さくできる。また、共振周波数が比較的高い周波数であれば、過電圧の発生は問題ない程度のごく短時間で収まる。しかしながら、送電ケーブルが数十ｋｍのように長距離の場合にはそのように対応することの実現性が非常に乏しくなる。
【０００９】
すなわち、送電ケーブルが数十ｋｍのように長距離の場合、その対地静電容量が大きい。そして、送電システムに用いられる変圧器の運用バンク数や送電ケーブルの運用回線数が一定でないので実効的な対地静電容量は変動する。これにより、共振周波数は運用状態の違いに応じて多数生じ、電力周波数の低次高調波に一致する周波数をもつ共振周波数でさえも多数生じる可能性がある。つまりは、送電ケーブルが長距離になるほど共振周波数の低下を招きかつその数も多いため、送電システムの共振周波数を電力周波数の高調波周波数から外すようにして問題となる過電圧発生を防止することは現実的でなくなる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】淺川ほか、電力機器講座５「変圧器」、日刊工業新聞社、昭和４１年
【非特許文献２】西脇ほか、並列接続変圧器の誘引突入電流による共振過電圧、平成２１年電気学会全国大会、７−１２５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明が解決しようとする課題は、送電ケーブルが長距離の場合であっても過電圧の発生を防止することができる、送電ケーブル群を備えた送電システムおよびこれを用いた送電方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
実施形態の送電システムは、送電ケーブル群と、変圧器群と、遮断器群とを持つ。送電ケーブル群は、発電所が存在する側の変電所である第１の変電所が出力する変電電圧に一端が接続され得、需要地が存在する側の変電所である第２の変電所への前記第１の変電所からの電力供給のため他端が該第２の変電所に接続された、長さが１０ｋｍ以上の送電ケーブルが複数互いに電気的に並列に接続されたものである。
【００１３】
また、変圧器群は、前記第２の変電所に設けられた、前記送電ケーブル群からの供給電力を変圧するための変圧器が複数互いに電気的に並列に接続されたものである。遮断器群は、前記送電ケーブル群と前記変圧器群の各変圧器との間それぞれに電気的に位置するように前記第２の変電所に設けられたものである。
【００１４】
変圧器群の中に互いに運用の優先関係が設けられていない通常変圧器と、通常変圧器よりも優先して運用されるひとつの優先運用変圧器とが存在する。通常変圧器それぞれの巻回数Ｎと優先運用変圧器の巻回数Ｎ１とが等しく、通常変圧器それぞれの鉄心における定格運用時の磁束波高値ΦＰと、優先運用変圧器の鉄心における定格運用時の磁束波高値ΦＰ１とが等しい。優先運用変圧器は、該優先運用変圧器の鉄心における飽和磁束の値ΦＳ１と、該優先運用変圧器の鉄心における定格運用時の磁束波高値ΦＰ１との関係として、０．８０ΦＳ１≦ΦＰ１≦０．９０ΦＳ１を満たしている。通常変圧器は、それぞれ、該通常変圧器それぞれの鉄心における飽和磁束の値ΦＳと該鉄心における定格運用時の磁束波高値ΦＰとの関係として、ΦＳ≧２．５５ΦＰを満たしている。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態１の送電システムの構成を示す系統図（単相相当分）。
【図２】図１中に示した通常変圧器２２、２３、２４における「励磁電流」対「磁束」の関係と、図１中に示した優先運用変圧器２１Ａにおける「励磁電流」対「磁束」の関係とを対比して示す特性図。
【図３Ａ】図１中に示した優先運用変圧器２１Ａにおける「励磁電流」対「磁束」の関係を示す特性図。
【図３Ｂ】図１中に示した優先運用変圧器２１Ａにおいて、残留磁束なく電圧位相０度で投入したときの、電圧、磁束、励磁電流の関係を示す波形図。
【図４Ａ】図１中に示した通常変圧器２２、２３、２４における「励磁電流」対「磁束」の関係を示す特性図。
【図４Ｂ】図１中に示した通常変圧器２２、２３、２４において、残留磁束なく電圧位相０度で投入したときの、電圧、磁束、励磁電流の関係を示す波形図。
【図５Ａ】図１に示した送電システムにおいて想定される運用の各ケースを示す表示図。
【図５Ｂ】図５Ａに示した各ケースで試算された、送電ケーブル長と共振周波数との関係を示すグラフ。
【図６Ａ】図１中に示した通常変圧器２２、２３、２４における残留磁束の影響を説明する特性図。
【図６Ｂ】図１中に示した通常変圧器２２、２３、２４における残留磁束の軽減要素を説明する結線図。
【図７】実施形態２の送電システムの構成を示す系統図（単相相当分）。
【図８】実施形態３の送電システムの構成を示す系統図（単相相当分）。
【図９】実施形態４の送電システムの構成を示す系統図（単相相当分）。
【図１０】実施形態５の送電システムの構成を示す系統図（単相相当分）。
【図１１】実施形態６の送電システムの構成を示す系統図（単相相当分）。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（第１の実施形態）
以上を踏まえ、以下では実施形態の送電システムを図面を参照しながら説明する。図１は、実施形態１の送電システムの構成を示しており、説明の簡潔化のため３相のうちの単相相当分のみの図示になっている。同図中に示す発電所１０１、送電線１０２、変電所１０は前提として存在する系統設備であり、残りの送電ケーブル１１、１２、および変電所２０がこの送電システムに相当する。ここで、変電所２０は、変圧器２１Ａ、２２、２３、２４、遮断器３１、３２、３３、３４、遮断器開閉制御部４１、高圧側母線１０７、低圧側母線１０８を有する。
【００１７】
発電所１０１で発電された電力は需要地へと送電される。需要地として想定している離島などへの送電には架空送電線が利用できないため、それに代わり海底などに敷設した送電ケーブル群（送電ケーブル１１、１２）を利用する。送電ケーブル１１、１２として、ここでは１０ｋｍ以上の長距離のものを考える。
【００１８】
送電ケーブル１１、１２からみて発電所１０１が存在する側（本土の側）では、発電所１０１と送電線１０２とで構成される電源系統から、変電所１０（以下、第１の変電所ともいう）での母線１０３を介した変圧器１０４、１０５での降圧を経て、母線１０６を介して送電ケーブル１１、１２に接続がなされる。つまり、変電所１０が出力する変電電圧が送電ケール１１、１２に接続される。
【００１９】
他方、送電ケーブル１１、１２からみて需要地が存在する側（離島の側）では、送電ケーブル１１、１２が別の変電所２０（以下、第２の変電所ともいう）の母線１０７に接続されてさらに降圧されたあと母線１０８を介して需要地（不図示）へ送られる。つまり、第１の変電所１０からの第２の変電所２０への電力供給のため、送電ケーブル１１、１２はその他端が変電所２０に接続されている。
【００２０】
第１の変電所１０で降圧する変圧器１０４、１０５は一般に複数備えられ、必要な送電状況に応じてその中から必要な数の変圧器が並列接続で運用される（変圧器の数＝バンク数；ここでは２バンク）。送電ケーブル１１、１２も一般に複数並列に設けられ、必要な送電状況に応じてその中から必要な数の送電ケーブルが運用される（送電ケーブルの数＝回線数；ここでは２回線）。これらの運用するバンク数や回線数を設定するため、図示省略しているが、それぞれ個々に遮断器が設けられている。
【００２１】
第２の変電所２０が有する変圧器２１Ａ、２２、２３、２４（＝変圧器群）は、それぞれ、送電ケーブル１１、１２からの供給電力を変圧するため、互いに電気的に並列に接続されており（変圧器の数＝バンク数；ここでは４バンク）、必要な送電状況に応じて必要な数の変圧器が並列接続で運用される点は第１の変電所１０と同様である。このため、変電所２０の遮断器３１〜３４（遮断器群）は、送電ケーブル１１、１２と変圧器群２１Ａ、２２、２３、２４の各変圧器との間それぞれに電気的に位置するように設けられている。
【００２２】
変圧器群に属する変圧器のうち変圧器２１Ａは優先運用変圧器であり、残りの変圧器２２、２３、２４は通常変圧器である。優先運用変圧器とは、通常変圧器に対して運用順が優先される変圧器である。すなわち、第２の変電所２０において変圧器を１つのみとして運用を開始する場合には変圧器２１Ａが使用され、そのような場合にほかの変圧器２２〜２４は使用しない。
【００２３】
このため、変電所２０の遮断器開閉制御部４１は、遮断器３１〜３４のうちの優先運用変圧器２１Ａにつながった遮断器３１における開状態から閉状態への切り替えを、通常変圧器２２〜２４につながった遮断器３２〜３４のすべてが開状態になっているときに限り行う制御機能を少なくとも有している。逆に、遮断器３１における閉状態から開状態への切り替えについては、必ずしも遮断器３２〜３４の開閉状態によらず定めてよいが、再び遮断器３１を閉状態にするときには、上記の条件を満たすように行う。なお、通常変圧器どうしの間に運用の優先関係は特に設ける必要はなく、遮断器開閉制御部４１の制御機能もこれに沿うようになっている。
【００２４】
図２は、図１中に示した通常変圧器２２、２３、２４における「励磁電流」対「磁束」の関係と、図１中に示した優先運用変圧器２１Ａにおける「励磁電流」対「磁束」の関係とを対比して示している。図２において、通常変圧器２２、２３、２４におけるそれらの関係は実線で、優先運用変圧器２１Ａにおける同関係は破線でそれぞれ描いている。
【００２５】
説明の都合上、優先運用変圧器２１Ａにおける関係について先に説明する。優先運用変圧器２１Ａでは、その鉄心における飽和磁束の値ΦＳ１と、鉄心における定格運用時の磁束波高値ΦＰ１との関係として、０．８０ΦＳ１≦ΦＰ１≦０．９０ΦＳ１を満たしている。一般に、変圧器において飽和磁束の値ΦＳ１と定格運用時の磁束波高値ΦＰ１とのこのような関係はごく通常の関係である。このように設定することで、定格運用時（定常時）の鉄心の飽和を防止しつつ鉄心断面積をより小面積にして変圧器の大型化を回避できる。
【００２６】
一方、通常変圧器２２〜２４では、図示するように、それぞれの鉄心における飽和磁束の値ΦＳと、その鉄心における定格運用時の磁束波高値ΦＰとの関係として、ΦＳ≧２．５５ΦＰが満たされている。したがって、通常変圧器２２〜２４では、定格運用時（定常時）の「励磁電流」対「磁束」の関係は図中の太線で示すようになり、鉄心に飽和が生じるまでの間に大きな余裕がある。
【００２７】
図３Ａは、図１中に示した優先運用変圧器２１Ａにおける「励磁電流」対「磁束」の関係を示しており、図３Ｂは、図１中に示した優先運用変圧器２１Ａにおいて、残留磁束なく電圧位相０度で投入したときの、電圧、磁束、励磁電流の関係を波形で示している。図３Ａ中のｔ０〜ｔ４は、図３Ｂ中の時刻ｔ０〜ｔ４にそれぞれ対応している。
【００２８】
優先運用変圧器２１Ａにおいて、残留磁束なく電圧位相０度で投入（課電）がなされたとき、時刻ｔ０から時刻ｔ１まで磁束が増加していくが、電圧位相９０度での投入とは異なり、その間のどこかで鉄心が飽和（このときの磁束＝ΦＳ１）に至る（図３Ａ中のｔ０からｔ１、図３Ｂの「電圧」、「磁束」を参照）。そして、この飽和（磁束＝ΦＳ１）以降は、飽和領域として「励磁電流」対「磁束」の関係が非常に小さな傾きになるため、図３Ａに示されるように、時刻ｔ１では非常に大きな電流が流れている（＝図３Ｂの「励磁電流」を参照）。
【００２９】
次に、時刻ｔ１から時刻ｔ２では、磁束の値は飽和状態からゼロに戻る。以下、ほぼ同様に繰り返され、図３Ａ、図３Ｂにおいて、ｔ２からｔ３、ｔ３からｔ４というように状態が変化する。なお、いずれは定常状態に収まり、図３Ａにおいて原点を対称点とするヒステリシス特性に乗り飽和が解消する。
【００３０】
図３Ｂ中の「励磁電流」に示すように、優先運用変圧器２１Ａにおいて課電直後の励磁電流は、直流分を含んで歪み、定常時より非常に大きな値で発生し得る（励磁突入電流：例えば、励磁突入電流は、通常の励磁電流０．８Ａと比較したとき３桁大の７６０Ａ程度になる）。これは、上記にように、課電の投入位相によって変圧器の鉄心が飽和する瞬間と飽和しない瞬間とが交互に繰り返されるように課電が起こり、飽和する瞬間においては変圧器が等価的に空心リアクトルとしてふるまうためである。これは変圧器単独として普通の現象ではある。
【００３１】
なお、励磁突入電流がさらに大きくなる最悪の条件は、鉄心に残留磁束が存在し電圧位相０度で投入がなされたときである。この場合、時刻ｔ０のときが図３Ａ中に示す残留磁束ΦＲ１の点に相当し、この点から励磁が開始されることで図３Ａ中のｔ１、ｔ３で示した点がさらに右側に移動するためである。
【００３２】
優先運用変圧器２１Ａでは、以上説明のように課電時に大きな励磁突入電流が生じる可能性がある。しかしながら、優先運用変圧器２１Ａは、ほかの変圧器（通常変圧器２２〜２３）に優先して運用されるので、この優先運用変圧器２１Ａに課電するときには、すでに運用状態になっている、これと並列接続の変圧器は存在しない。すなわち、優先運用変圧器２１Ａの飽和磁束の値ΦＳ１を通常設計による値としても、他の変圧器２２〜２４に大きな励磁突入電流を誘引するというような状況を避けることができる。
【００３３】
一般に、励磁突入電流の誘引は次のようにして発生する。並列接続された運転中の変圧器がある状態で、新たに別の変圧器に電圧を印加すると、この別の変圧器に励磁突入電流が流れ始める。すぐには並列の変圧器に影響はない。励磁突入電流は電圧０度位相で投入した場合に最大になるが、そのときの電流は交流成分と直流成分とを有し、両者とも定格電流の数倍に達する大きな値になる。ここで変圧器群から見て電源系統の側には電気抵抗があるため直流分の電圧降下が発生する。よって、並列の変圧器にはこの直流分電圧を含んだ電圧が印加されることになり、この直流分電圧によって並列の変圧器は徐々に偏磁されるため、数サイクル程度で飽和に至り大きな励磁電流が誘引される。直流分電圧降下を発生させる電気抵抗は送電線路が長距離になるほど大きくなるので、このような励磁直流電流の誘引は長距離送電線路を有する系統で発生しやすい。
【００３４】
この形態では、優先運用変圧器２１Ａに課電するときには、すでに運用状態になっている、これと並列接続の変圧器は存在しない。よって、優先運用変圧器２１Ａに起因する、他の変圧器２２〜２４に対する励磁突入電流の誘引という現象はなく、したがって、第２の変電所２０の１次側に歪んだ過電圧が発生することもない。よって、優先運用変圧器２１Ａを原因としては、送電システム用の機器（調相用コンデンサなど）の損壊、送電ケーブル１１、１２の過熱、これらの機器・設備の高調波障害、需要地への供給電圧の不安定化を招くなどの問題を生じさせない。
【００３５】
以上は、優先運用変圧器２１Ａに起因する、他の変圧器２２〜２４に対する励磁突入電流の誘引という現象がないことの説明であったが、他方の通常変圧器２２〜２４に起因する、別の変圧器に対する励磁突入電流の誘引という現象の有無については以下である。
【００３６】
図４Ａは、図１中に示した通常変圧器２２、２３、２４における「励磁電流」対「磁束」の関係を示しており、図４Ｂは、図１中に示した通常変圧器２２、２３、２４において、残留磁束なく電圧位相０度で投入したときの、電圧、磁束、励磁電流の関係を波形で示している。図４Ａ中のｔ０〜ｔ４は、図４Ｂ中の時刻ｔ０〜ｔ４にそれぞれ対応している。
【００３７】
通常変圧器２２、２３、２４において、残留磁束なく電圧位相０度で投入（課電）がなされたとき、時刻ｔ０から時刻ｔ１まで磁束が増加していくが、この場合であっても鉄心は飽和に至らない（図４Ａ中のｔ０からｔ１、図４Ｂの「電圧」、「磁束」を参照）。次に、時刻ｔ１から時刻ｔ２では、磁束の値はゼロに戻る。以下、ほぼ同様に繰り返され、図４Ａ、図４Ｂにおいて、ｔ２からｔ３、ｔ３からｔ４というように状態が変化する。なお、いずれは定常状態に収まり、図４Ａにおいて原点を対称点とするヒステリシス特性を描く（太線で表示）。
【００３８】
図４Ｂ中の「励磁電流」に示すように、通常変圧器２２、２３、２４において課電開始時の励磁電流は小さいままである。これは、通常変圧器２２、２３、２４では、優先運用変圧器２１Ａと比較して飽和磁束の値ΦＳを大きく設定していることの直接的効果である。より具体的に、図４Ａ中の通常変圧器それぞれの鉄心における飽和磁束の値ΦＳは、この鉄心における定格運用時の磁束波高値ΦＰとの関係として、すでに述べたようにΦＳ≧２．５５ΦＰが満たされている。
【００３９】
ΦＳ≧２．５５ΦＰの算出根拠は以下である。定格運用時の磁束波高値ΦＰに対して通常の設計による飽和磁束の値ΦＳ１（図２参照）は、１／０．９０〜１／０．８０倍、すなわち、ΦＳ１＝１．１１ΦＰ〜１．２５ΦＰの関係である。この通常設計の飽和磁束の値ΦＳ１に対して、上記の通常変圧器２２〜２４での飽和磁束の値ΦＳを、（２＋ｋ）倍以上に設定して最悪条件でも鉄心の飽和を防止している。
【００４０】
ここで、（２＋ｋ）倍のうちの「２」は、課電位相が最悪の場合として０度の場合を想定したもので磁束の交番振幅が一方の極性に全シフトしていても飽和まで多少余裕があることに対応する値である（図３Ｂを参照）。「ｋ」は、さらに悪条件として、鉄心に磁束が残留しその状態から励磁が開始することを想定した加算値である。ｋは、定格運用時の磁束波高値ΦＰに対する残留磁束の値の比であり、最大で０．９５と見積もられる。送電システムに何らかの消磁要因が存在する場合には、ｋは０．３０程度まで低下している可能性が考えられる。
【００４１】
以上を前提にすると、ΦＳ≧（２＋ｋ）ΦＳ１から、ｋとして緩い値０．３０を用いてΦＳ≧２．３０ΦＳ１なる条件は必要的であると算定できる（ｋとして緩くない方の値０．９５を用いれば十分条件になる）。そして、ΦＳ１＝１．１１ΦＰ〜１．２５ΦＰなので、緩い方のΦＳ１＝１．１１ΦＰを用いて、最終的に、ΦＳ≧２．５５ΦＰなる条件が必要的として導出できる（緩くない方のΦＳ１＝１．２５ΦＰを用いて導出すれば十分条件になる）。
【００４２】
この形態では、通常変圧器２２〜２４に課電が開始されるとき、すでに運用状態になっている、これと並列接続の変圧器が存在しても、それらの変圧器には何ら悪影響をもたらさない。これは、通常変圧器２２〜２４に課電開始されても励磁突入電流は発生せず、したがって当然ながら、他の変圧器に大きな励磁突入電流を誘引するというようなこともないためである。
【００４３】
よって、通常変圧器２２〜２４に起因する、それ自体の励磁突入電流の発生、および他の変圧器に対する励磁突入電流の誘引という現象がないので、これにより、第２の変電所２０の１次側に歪んだ過電圧が発生することもない。したがって、通常変圧器２２〜２４を原因として、送電システム用の機器（調相用コンデンサなど）の損壊、送電ケーブル１１、１２の過熱、これらの機器・設備の高調波障害、需要地への供給電圧の不安定化を招くなどの問題を生じさせない。
【００４４】
次に、優先運用変圧器２１Ａと通常変圧器２２〜２４とのより具体的な構成上の関係を補足的に説明する。構成上の関係として、通常変圧器２２〜２４それぞれの巻回数Ｎと優先運用変圧器２１Ａの巻回数Ｎ１との関係について説明する。ここで「巻回数」は、各変圧器の同じ側（つまり、１次側、２次側のうちの同じいずれか一方）での巻回数である。まずこれらを等しくする場合は以下である。
【００４５】
この場合、通常変圧器２２〜２４それぞれの鉄心における定格運用時の磁束波高値ΦＰと、優先運用変圧器２１Ａの鉄心における定格運用時の磁束波高値ΦＰ１とが等しい前提で以下のように構成できる。すなわち、優先運用変圧器２１Ａが、その鉄心における飽和磁束の値ΦＳ１と、その鉄心における定格運用時の磁束波高値ΦＰ１との関係として、０．８０ΦＳ１≦ΦＰ１≦０．９０ΦＳ１を満たしており、通常変圧器２２〜２４それぞれの鉄心における飽和磁束の値ΦＳと優先運用変圧器２１Ａでの値ΦＳ１との関係として、ΦＳ≧２．３０ΦＳ１を満たす。後者の関係は、すでに説明したΦＳ≧（２＋ｋ）ΦＳ１の関係に基づく（ｋとして、すでに説明したように０．３０を使用）。
【００４６】
通常変圧器２２〜２４それぞれの巻回数Ｎと優先運用変圧器２１Ａの巻回数Ｎ１とを等しく設定しない場合は以下である。この場合、優先運用変圧器２１Ａの鉄心における飽和磁束の値ΦＳ１と、その鉄心における定格運用時の磁束波高値ΦＰ１との関係として、０．８０ΦＳ１≦ΦＰ１≦０．９０ΦＳ１であることを前提として以下のように構成できる。すなわち、通常変圧器２２〜２４それぞれの鉄心の断面積Ｓおよび巻回数Ｎと、優先運用変圧器２１Ａの鉄心の断面積Ｓ１および巻回数Ｎ１との関係として、ＳＮ≧２．３０Ｓ１Ｎ１が満たされるようにする。
【００４７】
この場合、通常変圧器２２〜２４それぞれの巻回数Ｎと優先運用変圧器２１Ａの巻回数Ｎ１とが異なっていることから、これらの異なる巻回数を加味すると、すでに示した式ΦＳ≧２．３０ΦＳ１は、同じ趣旨として式ΦＳＮ≧２．３０ΦＳ１Ｎ１に変更される。一般に磁束の値に巻回数を掛けた物理量は電圧の次元をもち、変圧器が並列接続される場合、電圧は各変圧器で共通になるためである。
【００４８】
そして一般に、飽和磁束の値は、飽和磁束密度×鉄心断面積で表される積であり、飽和磁束密度は、優先運用変圧器と通常変圧器とで鉄心材料が同じならば同じ値である。以上を根拠として、ＳＮ≧２．３０Ｓ１Ｎ１が導出される。この場合は、通常変圧器２２〜２４において鉄心飽和までに余裕を持たせるため、鉄心断面積の増大でこれにすべて対応するのではなく、巻回数をも増加させることで、鉄心断面積の増大をその分抑制し変圧器の大型化を緩和できることを示している。これによりいずれかの側の巻回数を増大する場合は、その変圧器は、それに対応して他方の側の巻回数も増大させる。
【００４９】
次に、送電ケーブル１１、１２が１０ｋｍ以上というような長距離の場合に、送電システムの共振周波数を電力周波数の高調波周波数から外すようにして、第２の変電所２０の１次側に、励磁突入電流に起因する過電圧の発生を防止することについて、その困難性を補足的に説明する。端的に言うと以下である。
【００５０】
送電ケーブル１１、１２が数十ｋｍのように長距離の場合、その対地静電容量が大きい（例えば２μＦ程度より大）。そして、送電システムに用いられる変圧器１０４、１０５の運用バンク数や送電ケーブル１１、１２の運用回線数が一定でないので実効的な対地静電容量は変動する。これにより、共振周波数は運用状態の違いに応じて多数生じ、電力周波数の低次高調波に一致する周波数をもつ共振周波数でさえも多数生じる可能性がある。つまりは、送電ケーブル１１、１２が長距離になるほど共振周波数の低下を招きかつその数も多いため、送電システムの共振周波数を電力周波数の高調波周波数から外すようにして問題となる過電圧発生を防止することは現実的でない。
【００５１】
この点を試算した結果を以下説明する。図５Ａは、図１に示した送電システムにおいて想定される運用の各ケースを示している。また、図５Ｂは、図５Ａに示した各ケースで試算された、送電ケーブル長と共振周波数との関係を示している。共振周波数ｆＲは、一般に１／（２π√（ＬＣ））で計算できる。ここで、Ｌとしては、（１）発電所１０１と送電線１０２とで構成される電源系統のインダクタンスＬＧ、（２）変圧器１０４、１０５の漏れインダクタンスＬＴＲ、（３）送電ケーブル１１、１２のインダクタンスＬＣが要素になり、合計値は例えば１０ｍＨ程度より大になる。一方、Ｃとしては、送電ケーブル１１、１２の対地静電容量ＣＣが要素になり、その値は上記のように例えば２μＦ程度より大である。
【００５２】
図５Ｂから、共振周波数は運用状態の違いに応じて多数個生じ、ケーブル長が長いほど電力周波数（ここでは６０Ｈｚ）の低次高調波に近い周波数をもつ共振周波数でさえも複数生じることが分かる。励磁突入電流によって変電所２０の１次側に発生する過電圧は、電力周波数の高調波周波数に、送電システムの共振周波数が一致するときに共振して大きくなる。共振周波数が比較的高い周波数であれば、過電圧の発生は問題ない程度のごく短時間で収まることになるが、これはほとんど実現し得ないことを示している。なお、共振周波数は、このシステムにつながる負荷の状態によってもある程度は変化するものの大きくは変わらず、電力周波数の低次高調波の周波数付近に存在することに違いはない。
【００５３】
さらには、電源系統のインダクタンスＬＧは、電源系統がその後更新的に変更になれば変動し、変圧器１０４、１０５の漏れインダクタンスＬＴＲも例えばタップ位置が変更になれば変動する。したがって、当初は制約を縫うようにうまく共振周波数を外す設計をしてもその状態は保証の限りでない。
【００５４】
次に、図６Ａは、図１中に示した通常変圧器２２、２３、２４における残留磁束を説明しており、図６Ｂは、図１中に示した通常変圧器２２、２３、２４における残留磁束の軽減要素を説明している。図６Ａ中に示す残留磁束ΦＲＲは、定格運用時の磁束波高値ΦＰに対して最大で０．９５と見積もられる。送電システムに何らかの消磁要因が存在する場合には、この比（＝ｋ）は０．３０程度まで低下している可能性が考えられる。
【００５５】
消磁要因としては、図６Ｂに示すように、通常変圧器２４（または２２、２３）の１次側に存在する対地静電容量５１が挙げられる。対地静電容量５１が存在することにより、遮断器４１が閉状態から開状態にされたとき、通常変圧器２４との間で自由振動現象が生じ、さらに自由振動電流が抵抗成分により減衰するときエネルギーが失われる。これが消磁要因になる。
【００５６】
このことから、逆に、実際の通常変圧器において残留磁束ΦＲＲを測定し、これを用いて未知のｋを算定できる。この算定されたｋに従い、図６Ａ中に示すように、ΦＳ≧１．１１（２＋ｋ）ΦＰを満たすように、通常変圧器２２〜２４の飽和磁束の値ΦＳを設計することができる。これによれば、実際に即して、通常変圧器２２〜２４の飽和磁束の値ΦＳを決めることができる。なお、ｋ＝０．３０の場合は、ΦＳ≧１．１１（２＋ｋ）ΦＰなる関係は、すでに説明したように、ΦＳ≧２．５５ΦＰになる。
【００５７】
（第２の実施形態）
次に、図７は、実施形態２の送電システムの構成を示しており、説明の簡潔化のため３相のうちの単相相当分のみの図示になっている。図７において、図１中に示したものと同一のものには同一符号を付し、その説明は省略する。この形態は、優先運用変圧器２１Ａを排し、代わりに通常変圧器２１を設けたものである。通常変圧器２１は、通常変圧器２２〜２４と同様の構成を有している。遮断器開閉制御部４１Ａには、変圧器２１を優先的に運用すべきというような制限はない。
【００５８】
この送電システムは、いずれの通常変圧器が最初に使用される場合にも、励磁突入電流が生じない。この点はすでに説明した点から明らかである。そして、その後に別の通常変圧器が課電された場合にも、その通常変圧器に励磁突入電流が生じない。これも同様に明らかである。したがって、通常変圧器２１〜２４の課電、運用の変更にかかわらず、励磁突入電流は発生せず、かつ別の変圧器に励磁突入電流が誘引されることもない。
【００５９】
よって、通常変圧器２１〜２４に起因する、それ自体の励磁突入電流の発生、および他の変圧器に対する励磁突入電流の誘引という現象がなく、これにより、第２の変電所２０Ａの１次側に歪んだ過電圧が発生することもない。したがって、通常変圧器２１〜２４を原因として、送電システム用の機器の損壊、送電ケーブル１１、１２の過熱、これらの機器・設備の高調波障害、需要地への供給電圧の不安定化を招くなどの問題を生じさせない。
【００６０】
また、優先運用変圧器２１Ａを排したので、変圧器を問わず励磁突入電流自体が生じることがない。励磁突入電流の発生は、瞬間的な電圧低下を招くことがあるが、この実施形態ではこのような電圧低下も防止できる。
【００６１】
（第３の実施形態）
次に、図８は、実施形態３の送電システムの構成を示しており、説明の簡潔化のため３相のうちの単相相当分のみの図示になっている。図８において、すでに説明した図中に示したものと同一のものには同一符号を付し、その説明は省略する。この形態では、離島の側に太陽光発電所等６６、６８があり、これらの発電所から送電線６７、６９、変電所２０Ａ、送電ケーブル１１、１２、変電所１０Ａ、送電線６５を介して本土側にある需要地の負荷６４に電力供給できるように考えられている。太陽光発電所等６６、６８としては、ほかに、風力発電所、内燃力発電所などもあり得る。
【００６２】
この形態は、すでに説明した形態と電力供給の方向が逆になる場合があり、このため、第１の変電所１０Ａにおいてその変圧器１０４Ａ、１０４Ｂの運用切替えで励磁突入電流の発生や励磁突入電流の誘引が発生する可能性がある。そこで、この形態では、ひとつの構成方法として、変電所１０Ａの変圧器１０４Ａ、１０５Ａの両方においてすでに説明したような鉄心の飽和値向上を図る。
【００６３】
または、変圧器１０４Ａ、１０５Ａの一方を優先運用変圧器として運用するように設定すれば、他方の変圧器のみ鉄心の飽和値向上を図るように構成してもよい。この場合の変圧器１０４Ａ、１０５Ｂの課電切替えは、遮断器６２、６３を遮断器開閉制御部６１で開閉制御することにより行う。その際には、遮断器開閉制御部６１は、優先運用変圧器につながった遮断器における開状態から閉状態への切り替えを、通常変圧器につながった遮断器が開状態になっているときに限り行う。
【００６４】
この形態では、第１の変電所１０Ａにおいて、過電圧の発生を防止することができる。この説明における第１の変電所１０Ａは、電力供給の方向を基準に考えると、機能的に図１中に示した第２の変電所２０に相当していると言える。なお、図８においては、機能説明上分かりやすいように、第２の変電所２０Ａに実際は備えられる遮断器３１〜３４、および遮断器開閉制御部４１Ａについては、図示省略している。
【００６５】
（第４の実施形態）
次に、図９は、実施形態４の送電システムの構成を示しており、説明の簡潔化のため３相のうちの単相相当分のみの図示になっている。図９において、すでに説明した図中に示したものと同一のものには同一符号を付し、その説明は省略する。この形態は、電力系統の構成が図１に示したものと異なり、かつ、第１の変電所１０がない構成である。
【００６６】
すなわち、送電ケーブル１１、１２は、変電所を介さず、発電所７１と送電線７２とによる電力系統、発電所１０１と送電線１０２とによる電力系統、および発電所７３と送電線７４とによる電力系統の、３つの電力系統に直接に接続されている。この場合には、系統の共振周波数を求めるとき、第１の変電所にある変圧器の漏れインダクタンスが要素として取り除かれる。
【００６７】
つまり共振周波数は、電源系統のインダクタンスと、送電ケーブル１１、１２のインダクタンスおよび静電容量とで決まることになるが、それでもやはり電力周波数の低次の高調波に一致する可能性が十分にある点は変わらない。図９では電源系統は３つあり、そのインダクタンスの組合せは７種類あり、送電ケーブル１１、１２が２回線であることと組み合わせると１４種類の共振周波数が存在する。したがって、共振周波数を電力周波数の低次の高調波周波数から外す設計は現実味がない。
【００６８】
この形態においても、第２の変電所２０Ａの構成によれば、通常変圧器２１〜２４に起因する、それ自体の励磁突入電流の発生、および他の変圧器に対する励磁突入電流の誘引という現象がなく、これにより、第２の変電所２０Ａの１次側に歪んだ過電圧が発生することもない。したがって、通常変圧器２１〜２４を原因として、送電システム用の機器の損壊、送電ケーブル１１、１２の過熱、これらの機器・設備の高調波障害、需要地への供給電圧の不安定化を招くなどの問題を生じさせない。
【００６９】
（第５の実施形態）
次に、図１０は、実施形態５の送電システムの構成を示しており、説明の簡潔化のため３相のうちの単相相当分のみの図示になっている。図１０において、すでに説明した図中に示したものと同一のものには同一符号を付し、その説明は省略する。この形態は、離島の側の変電所が複数設けられたものである。
【００７０】
すなわち、図１０において、第２の変電所２０Ａの母線１０７から送電線８５、８６を介して第３の変電所８１および第４の変電所８２にそれぞれ接続がなされている。ここで変電所８１、８２にある変圧器においても、変電所２０Ａにある変圧器２１〜２４と同様な構成を採用する。これによれば、第３、第４の変電所８１、８２において、その通常変圧器に起因する、それ自体の励磁突入電流の発生、および他の変圧器に対する励磁突入電流の誘引という現象がなくなり、これにより、それらの変電所の１次側に歪んだ過電圧の発生を防止できる。
【００７１】
したがって、通常変圧器を原因として、送電システム用の機器の損壊、送電ケーブル１１、１２の過熱、これらの機器・設備の高調波障害、需要地への供給電圧の不安定化を招くなどの問題を生じさせない。
【００７２】
（第６の実施形態）
次に、図１１は、実施形態６の送電システムの構成を示しており、説明の簡潔化のため３相のうちの単相相当分のみの図示になっている。図１１において、すでに説明した図中に示したものと同一のものには同一符号を付し、その説明は省略する。この形態では、第１の変圧器１０の低圧側母線１０６に送電線９６を介して変電所９１を接続している。
【００７３】
このように、送電ケーブル１１、１２の一端が接続されている第１の変圧器１０の低圧側母線１０６に送電線９６を介して変電所９１が接続されていても、第２の変電所２０に適用されている構成による効果については何ら変わるところはない。
【００７４】
以上説明のように、各実施形態の送電システムによれば、変圧器群のうちの多くてもひとつが優先運用変圧器とされ、残りは通常変圧器である。ここで、通常変圧器それぞれの鉄心における飽和磁束の値ΦＳとこの鉄心における定格運用時の磁束波高値ΦＰとの関係として、ΦＳ≧２．５５ΦＰが満たされている。すなわち、一般に、飽和磁束の値から見た定格運用時の磁束波高値は０．８０〜０．９０程度の比に設定されるところ、この比が０．３９２（＝１／２．５５）以下に設定されるこの送電システムは、定格運用での励磁から磁束が飽和するまでの間に大きな余裕を持たせている。
【００７５】
このように設定することにより、通常変圧器に残留磁束がありかつ課電開始の投入位相が最悪の条件の場合であっても、課電開始時に鉄心は磁気飽和しなくなる。したがって、大きな励磁突入電流の発生を防止できる。これにより、課電された変圧器と並列に位置してすでに運用中の変圧器（優先運用変圧器を含む）が存在する場合にもそれらの変圧器に過大な励磁突入電流が誘引されることがない。したがって、第２の変電所の１次側に歪んだ過電圧が発生することが防止され、送電ケーブルが長距離の場合であっても過電圧の発生を防止することができる。
【００７６】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００７７】
１０…変電所（第１の変電所）、１０Ａ…変電所、１１，１２…送電ケーブル、２０，２０Ａ…変電所（第２の変電所）、２１Ａ…優先運用変圧器、２１，２２，２３，２４…通常変圧器、３１，３２，３３，３４…遮断器、４１，４１Ａ…遮断器開閉制御部、５１…対地静電容量、６１…遮断器開閉制御部、６２，６３…遮断器、６４…負荷、６５…送電線、６６，６８…太陽光発電所、６７，６９…送電線、７１，７３…発電所、７２，７４…送電線、８１，８２…変電所、８５，８６…送電線、９１…変電所、９６…送電線、１０１…発電所、１０２…送電線、１０３…高圧側母線、１０４，１０５…変圧器、１０４Ａ，１０５Ａ…変圧器、１０６…低圧側母線、１０７…高圧側母線、１０８…低圧側母線。
【図１】
0006472723.tif 000002
【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
0006472723.tif 000009
【図６Ａ】
0006472723.tif 000010
【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
0006472723.tif 000014
【図１０】
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【図１１】
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