(57)【要約】【課題】標準変圧器や既設の変圧器に対し特別の措置を施すこと無く、変圧器に電源を投入するときに発生する励磁突入電流を低減すること。【解決手段】三相変圧器８の高圧側とその定格電圧よりも低い単相電圧が得られる低圧側三相配線１４との間に、単相高圧断路器１０を設ける。単相高圧断路器１０は、三相高圧断路器４を開にして三相変圧器８を回路から切り離した運転停止中に、三相変圧器８の高圧側に低圧側三相配線１４の単相低圧電圧を一時的に印加するように開閉操作される。三相変圧器８は、単相定電圧で低減励磁されるので、三相高圧断路器４を閉にして運転を再開したときに発生する励磁突入電流は大幅に低減される。【選択図】      図１
2004153932.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相高圧電源から単相低圧電圧を変換生成する変圧器を含む電力供給回路において、
前記変圧器の２端子と前記２端子の定格電圧よりも低い単相電圧を供給できる他の回路の対応する２相との間に、前記変圧器の運転停止中に前記変圧器に前記他の回路から単相低圧電圧を一時的に印加するように開閉操作される開閉器、
を備えたことを特徴とする変圧器の励磁突入電流低減回路。
【請求項２】
三相高圧電源から単相低圧電圧を変換生成する三相変圧器を含む電力供給回路において、
前記三相変圧器の三角結線側の２端子と前記２端子の定格電圧よりも低い単相電圧を供給できる他の回路の対応する２相との間に、前記三相変圧器の運転停止中に前記三相変圧器に前記他の回路から単相低圧電圧を一時的に印加するように開閉操作される開閉器、
を備えたことを特徴とする変圧器の励磁突入電流低減回路。
【請求項３】
三相高圧電源から単相低圧電圧を変換生成する三相変圧器を含む電力供給回路において、
前記三相変圧器の星形結線の短絡された２端子と残りの端子との都合２端子と前記２端子の定格電圧よりも低い単相電圧を供給できる他の回路の対応する２相との間に、前記三相変圧器の運転停止中に前記三相変圧器に前記他の回路から単相低圧電圧を一時的に印加するように開閉操作される開閉器、
を備えたことを特徴とする変圧器の励磁突入電流低減回路。
【請求項４】
前記開閉器は、一方の３端子が前記三相変圧器の星形結線の３端子に接続され、他方の３端子のうち短絡された２端子と残りの端子との都合２端子が前記他の回路の対応する２相に接続されることを特徴とする請求項３に記載の変圧器の励磁突入電流低減回路。
【請求項５】
三相高圧電源から単相低圧電圧を変換生成するスコット結線変圧器を含む電力供給回路において、
前記スコット結線変圧器の三相側の２端子と前記三相側の２端子の定格電圧よりも低い単相電圧を供給できる他の回路の対応する２相との間に、前記スコット結線変圧器の運転停止中に前記スコット結線変圧器に前記他の回路から単相低圧電圧を一時的に印加するように開閉操作される開閉器、
を備えたことを特徴とする変圧器の励磁突入電流低減回路。
【請求項６】
三相高圧電源から単相低圧電圧を変換生成するスコット結線変圧器を含む電力供給回路において、
前記スコット結線変圧器の二次側単相巻線の２端子と前記二次側単相巻線の２端子の定格電圧よりも低い単相電圧を供給できる他の回路の対応する２相との間に、前記スコット結線変圧器の運転停止中に前記スコット結線変圧器に前記他の回路から単相低圧電圧を一時的に印加するように開閉操作される開閉器、
を備えたことを特徴とする変圧器の励磁突入電流低減回路。
【請求項７】
三相高圧電源から単相低圧電圧を変換生成する単相変圧器を含む電力供給回路において、
前記単相変圧器の２端子と前記２端子の定格電圧よりも低い単相電圧を供給できる他の回路の対応する２相との間に、前記単相変圧器の運転停止中に前記単相変圧器に前記他の回路から単相低圧電圧を一時的に印加するように開閉操作される開閉器、
を備えたことを特徴とする変圧器の励磁突入電流低減回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、三相変圧器やスコット結線変圧器、単相変圧器などの変圧器に電源を投入するときに発生する励磁突入電流を低減する変圧器の励磁突入電流低減回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、変圧器を含む電力供給回路においては、開閉器により変圧器を電源に投入するとき、投入位相によって異なるが、定格電流の数十倍の励磁突入電流が流れ、その後時間と共に減衰して定常状態になるという過渡現象の生じることが知られている。励磁突入電流の大きさは、投入位相以外にも変圧器が電源から遮断されたときに変圧器鉄心に残る残留磁束によっても大きく影響される。この励磁突入電流は、保護装置の誤動作を誘発したり、周辺電力系統の電圧変動に大きな影響を与える。このようなことから、励磁突入電流を低減する種々の対策が講じられている。
【０００３】
また、励磁突入電流は、変圧器自身にも励磁突入電流による電磁機械力によってダメージを与える。励磁突入電流は、常規の使用状態の下で発生するものであるので、頻繁に励磁突入電流の発生が繰り返された場合、変圧器にはダメージが蓄積され破壊することがある。したがって、省エネルギーを目的として、毎日、負荷の大きくなる就業時間前に変圧器を課電し、負荷の無くなる夜間には変圧器を切り離すような頻繁に励磁突入電流の発生が繰り返される場合は、励磁突入電流低減変圧器を適用するか、特別な励磁突入電流低減対策が要求される。一方、一般の電力供給回路では、変圧器に与えるダメージを少なくするために、負荷が無くても変圧器を課電しなければならないので、無駄な無負荷損を浪費せざるを得ないのが実状である。
【０００４】
変圧器の励磁突入電流は、電源電圧の瞬時値がゼロのときに投入されるが、鉄心内の残留磁束と電圧投入直後の磁束の方向とが一致した場合に最大となる。その場合、励磁突入電流が最大となる第一サイクルでの最大値Ｉｍａｘは、次式（１）で表される。
【０００５】
Ｉｍａｘ＝Ｋ・（２・Ｂｍ＋Ｂｒ−２）・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１）
但し、式（１）において、Ｋは比例定数、Ｂｍは常規磁束密度、Ｂｒは残留磁束密度である。
【０００６】
変圧器自身で励磁突入電流の最大値Ｉｍａｘを低減させる方法としては、式（１）から明らかなように、常規磁束密度Ｂｍを低減する方法と、鉄心の接合部にバットギャップを設けることにより残留磁束密度Ｂｒを低減する方法とがある。
【０００７】
これらの他に、励磁突入電流抑制用の抵抗器を介して変圧器を電源に投入したり、特許文献１に開示されているように、運転とその停止とが行われる三相変圧器の運転停止中に、この三相変圧器の一次側をその一次電圧よりも低い三相電圧で励磁し、その後この三相変圧器の運転を再開する方法も考えられている。
【０００８】
また、特許文献２に開示されているように、運転とその停止とが行われる三相変圧器の運転停止中に、この三相変圧器の一つの巻線の端子間に単相交流電源を接続し、この電圧を時間とともに低減させながらゼロになるまで励磁することにより残留磁束を低減させ、その後この三変圧器の運転を再開する方法も考えられている。
【０００９】
【特許文献１】
特開昭６４−８９９１５号公報：３頁〜４頁：第１図
【特許文献２】
特開平０７−７３５２６号公報：００１１〜００１８：図１
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、常規磁束密度Ｂｍを低減する方法では、鉄心断面積が常規磁束密度Ｂｍの低減度合いに比例して大きくなるので、鉄心寸法の他に巻線寸法やこれらを収納しているタンクなども大型化し、変圧器全体の寸法・重量の大型化を招き、コストアップ等の問題や、所定の変圧器特性が得難いなどの問題がある。
【００１１】
一方、鉄心の接合部にバットギャップを設けて残留磁束密度を低減する方法では、鉄心の残留磁束密度の大幅な減少を達成できるが、バットギャップに大きな磁気力による振動性の力が作用し、バットギャップが騒音源になるという問題や、バットギャップを振動力に耐える構造とするために一般の変圧器に比べて磁束密度を落としたり、非常に強固な鉄心締め付け構造とする対策等を講じなければならないという問題がある。
【００１２】
また、特許文献１に記載の方法では、三相変圧器の運転再開までに変圧器鉄心の残留磁束を減少させることができ、これによって三相変圧器の運転を再開するときに発生する励磁突入電流を減少させることはできるが、三相の低電圧電源と三相開閉器とが必要という問題がある。
【００１３】
特許文献２に記載の方法でも、三相変圧器の運転再開までに変圧器鉄心の残留磁束を減少させることができ、これによって三相変圧器の運転を再開するときに発生する励磁突入電流を減少させることはできるが、電圧を時間とともに低減させゼロにできる特別な装置が必要という問題がある。
【００１４】
この発明は、上記に鑑みてなされたもので、鉄心断面積を増大することなく、また、接合部にバットギャップを設けることなく、一般の変圧器の鉄心と同一の構造で、いわゆる標準変圧器を適用しても、あるいは既設の変圧器に適用しても、残留磁束密度を低減でき、励磁突入電流の大幅な減少を図ることができる変圧器の励磁突入電流低減回路を得ることを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、この発明にかかる変圧器の励磁突入電流低減回路は、三相高圧電源から単相低圧電圧を変換生成する変圧器を含む電力供給回路において、前記変圧器の２端子と前記２端子の定格電圧よりも低い単相電圧を供給できる他の回路の対応する２相との間に、前記変圧器の運転停止中に前記変圧器に前記他の回路から単相低圧電圧を一時的に印加するように開閉操作される開閉器を備えたことを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、変圧器は、運転を停止した後に、開閉器が開閉操作され、他の回路から変圧器の定格電圧よりも低い単相電圧が一時的に印加される。鉄心の残留磁束密度は、印加電圧に比例するので、変圧器は、定格電圧よりも低い単相電圧によって低減励磁されることになる。したがって、開閉器を開操作した後で運転再開前における無励磁状態での残留磁束密度は、定格電圧による残留磁束密度よりも小さいものになるので、運転が再開されたときに発生する励磁突入電流が大幅に低減される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる変圧器の励磁突入電流低減回路の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００１８】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１である変圧器の励磁突入電流低減回路を説明するための単線図である。なお、図１では、この発明に関係のない機器類は図示省略されている。
【００１９】
図１において、６６００Ｖの三相高圧電源１には、三相遮断器２の一方の端子が接続され、三相遮断器２の他方の端子側には、高圧側三相配線３が敷設されている。高圧側三相配線３には、三相高圧断路器４，５，６の一方の端子がそれぞれ接続されている。三相高圧断路器４の他方の端子には、高圧側三相配線７を介してΔ／Ｙ結線の三相変圧器８の一次側（高圧側）が接続され、また高圧側単相配線９を介して単相高圧断路器１０の一方の端子が接続されている。三相変圧器８の二次側（低圧側）には、低圧側三相配線１１が敷設されている。
【００２０】
三相高圧断路器５の他方の端子には、高圧側三相配線１２を介してΔ／Δ結線の三相変圧器１３の一次側（高圧側）が接続され、三相変圧器１３の二次側（低圧側）には、低圧側三相配線１４が敷設されている。三相高圧断路器６の他方の端子には、高圧側三相配線１５を介してＹ／Δ結線の三相変圧器１６の一次側（高圧側）と三相高圧断路器１７の一方の端子とが接続されている。三相変圧器１６の二次側（低圧側）には、低圧側三相配線１８が敷設されている。そして、単相高圧断路器１０の他方の端子は、低圧側単相配線１９を介して低圧側三相配線１４に接続され、また三相高圧断路器１７の他方の端子は、低圧側単相配線２０を介して低圧側三相配線１４に接続されている。
【００２１】
以上の構成において、６６００Ｖの三相高圧電源１から供給された高圧電力は、三相遮断器２、高圧側三相配線３、三相高圧断路器４，５，６を通った後に、三相変圧器８，１３，１６によってそれぞれ単相低圧電圧２１０Ｖ、４２０Ｖ、２１０Ｖに変圧され、低圧側三相配線１１，１４，１８を通って負荷に供給されている。
【００２２】
ここで、夜間においても運転する負荷は、主として三相高圧断路器５に接続され、夜間に運転停止する負荷は、三相高圧断路器４，６に接続されている。つまり、三相変圧器８，１６は、頻繁に励磁突入電流の発生が繰り返される。そこで、単相高圧断路器１０は、三相変圧器８の励磁突入電流を低減するために設けてあり、三相高圧断路器１７は、三相変圧器１６の励磁突入電流を低減するために設けてある。
【００２３】
以下、図１〜図３を参照して励磁突入電流を低減する動作を説明する。なお、図２は、図１に示すΔ／Ｙ結線の三相変圧器８と単相高圧断路器１０との接続関係および励磁突入電流を低減する動作を説明する図である。図３は、図１に示すＹ／Δ結線の三相変圧器１６と三相高圧断路器１７との接続関係および励磁突入電流を低減する動作を説明する図である。
【００２４】
図２では、単相高圧断路器１０の一方の端子とΔ／Ｙ結線の三相変圧器８の一次側とを接続する高圧側単相配線９は、Δ／Ｙ結線の三相変圧器８の一次側と三相高圧断路器４の他方の端子とを接続する高圧側三相配線７のＵ相，Ｖ相，Ｗ相のうち、例えばＶ相，Ｗ相から引き出されている。単相高圧断路器１０の他方の端子は、低圧側単相配線１９を介して、常時課電される低圧側三相配線１４のＶ相，Ｗ相に接続されることが示されている。
【００２５】
図１、図２を参照して、三相変圧器８の負荷が無くなり三相変圧器８を高圧回路から切り離し、再課電するまでの操作手順を説明する。三相変圧器８の負荷が無くなったので、まず、三相高圧断路器４を開にする。次に、三相高圧断路器４が開であることを確認して単相高圧断路器１０を一定期間閉にし、高圧側単相配線９と低圧側三相配線１９とを接続する。その結果、低圧側三相配線１４の低圧２１０Ｖの単相電圧が三相変圧器８の一次側のＶ相，Ｗ相の２端子間に印加される。次に、単相高圧断路器１０を開にして三相変圧器８を無励磁状態とする。その後、三相変圧器８の負荷に電力を供給する必要時に三相高圧断路器４を投入して三相変圧器８に高圧電圧６６００Ｖを印加する。
【００２６】
なお、三相高圧断路器４と単相高圧断路器１０との間には、三相高圧断路器４が開のときにのみ単相高圧断路器１０を閉にすることができ、三相高圧断路器４が閉の場合は単相高圧断路器１０は閉にできないように、インターロックが組まれている。
【００２７】
以上の操作手順において、三相高圧断路器４を開にして三相変圧器８を三相高圧電源１から切り離したとき、三相変圧器８の鉄心には、通常では三相高圧６６００Ｖによる常規磁束密度に比例した残留磁束が残っている。しかし、今の例では、三相変圧器８は、三相高圧電源１から切り離した後に、Ｖ相，Ｗ相の２端子が三相高圧断路器１０を介して単相励磁電源である低圧側三相配線１４に接続される。つまり、三相変圧器８は、単相低圧電圧で低減励磁されることになる。
【００２８】
すなわち、三相変圧器８の高圧側は、△結線であるので、Ｖ相，Ｗ相の２端子間に単相低圧電圧２１０Ｖが課電されると、他のＵ相，Ｖ相の２端子間およびＵ相，Ｗ相の２端子間にはそれぞれ単相低圧電圧１０５Ｖが課電される。その結果、全鉄心脚が低圧電圧で低減励磁される。つまり、単相高圧断路器１０を開にして無励磁状態になった三相変圧器８の鉄心には、最後に励磁された低減励磁時の残留磁束が残っている。
【００２９】
しかし、単相励磁電源である低圧側三相配線１４の電圧は、２１０Ｖであり、定格電圧６６００Ｖに比べて十分に小さいので、この低減励磁後の残留磁束密度は、十分に小さい。したがって、三相変圧器８の運転とその停止を繰り返したときの励磁突入電流は十分に小さいものとなる。
【００３０】
具体的に説明する。鉄心の残留磁束密度は、印加電圧に比例する。いま、常規磁束密度Ｂｍを一般的に適用されている１．７テスラとし、残留磁束密度Ｂｒを一般的に言われている０．９×Ｂｍとすれば、図２に示すこの実施の形態１による突入電流低減回路を適用した場合の最大励磁突流と従来の電力供給回路における三相変圧器の最大励磁突流との比は、前記式（１）から
（２×１．７＋０．９×１．７×（２１０／６６００）−２）÷（２×１．７＋０．９×１．７−２）＝０．４９      ・・・（２）
となり、従来方法に対して約半分に低減できることが解る。また、変圧器巻線に働く電磁機械力は、電流の二乗に比例するので、約１／４に低減できることも解る。
【００３１】
次に、図３では、三相高圧断路器１７の一方の端子は、高圧側三相配線１５を介して、Ｙ／Δ結線の三相変圧器１６の一次側と三相高圧断路器６の他方の端子とを接続するＵ相，Ｖ相，Ｗ相の各相にそれぞれ接続されている。三相高圧断路器１７の他方の端子は、例えばＵ端子とＷ端子とが短絡線２３によって接続され、Ｖ端子と短絡された２端子の一方であるＷ端子とが低圧側三相配線２０を介して、常時課電される低圧側三相配線１４のＶ相，Ｗ相に接続されることが示されている。
【００３２】
図１、図３を参照して、三相変圧器１６の負荷が無くなり三相変圧器１６を高圧回路から切り離し、再課電するまでの操作手順を説明する。三相変圧器１６の負荷が無くなったので、まず、三相高圧断路器６を開にする。次に、三相高圧断路器６が開であることを確認して三相高圧断路器１７を一定期間閉にし、三相高圧断路器１７を介して高圧側単相配線１５と低圧側三相配線２０とを接続する。その結果、低圧側三相配線１４の低圧２１０Ｖの単相電圧が三相変圧器１６の一次側のＶ相，Ｗ相の２端子間に印加される。次に、三相高圧断路器１７を開にして三相変圧器１６を無励磁状態とする。その後、三相変圧器１６の負荷に電力を供給する必要時に三相高圧断路器６を投入して三相変圧器１６に高圧電圧６６００Ｖを印加する。
【００３３】
なお、三相高圧断路器６と三相高圧断路器１７との間には、三相高圧断路器６が開のときにのみ三相高圧断路器１７を閉にすることができ、三相高圧断路器６が閉の場合は三相高圧断路器１７は閉にできないように、インターロックが組まれている。
【００３４】
以上の操作手順において、三相高圧断路器６を開にして三相変圧器１６を三相高圧電源１から切り離したとき、三相変圧器１６の鉄心には、通常では三相高圧６６００Ｖによる常規磁束密度に比例した残留磁束が残っている。しかし、今の例では、三相変圧器１６は、三相高圧電源１から切り離した後に、Ｕ相，Ｗ相の２端子が短絡された三相高圧断路器１７を介して単相低圧電源である低圧側三相配線１４に接続される。つまり、三相変圧器１６は、単相低圧電圧で低減励磁されることになる。
【００３５】
すなわち、三相変圧器１６の一次側（高圧側）は、Ｙ結線でありその電源側のＵ相，Ｗ相の２端子間が三相高圧断路器１７によって短絡されているので、Ｖ相，Ｗ相の２端子間には単相低電圧２１０が課電され、Ｖ相，Ｕ相の２端子間にも単相低電圧２１０Ｖが課電される。その結果、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の全鉄心脚が低圧電圧で励磁される。つまり、三相高圧断路器１７を開にして無励磁状態になった三相変圧器１６の鉄心には、最後に励磁された低減励磁時の残留磁束が残っている。
【００３６】
しかし、単相励磁電源である低圧側三相配線１４の電圧は、２１０Ｖであり、定格電圧６６００Ｖに比べて十分に小さいので、この低減励磁後の残留磁束密度は、十分に小さい。したがって、三相変圧器１６の運転とその停止を繰り返したときの励磁突入電流は十分に小さいものとなる。
【００３７】
具体的に説明する。上記式（２）を求めたのと同じ条件で、図３に示すこの実施の形態１による突入電流低減回路を適用した場合の最大励磁突流と従来の電力供給回路における三相変圧器の最大励磁突流との比を前記式（１）式から求めると、
（２×１．７＋０．９×１．７×（２１０／（６６００÷√３）−２）÷（２×１．７＋０．９×１．７−２）＝０．４９      ・・・（３）
となり、従来方法に対して約半分に低減できることが解る。また、変圧器巻線に働く電磁機械力は、電流の二乗に比例するので、約１／４に低減できることも解る。
【００３８】
なお、図１、図３では、三相高圧断路器１７を三相変圧器１６の一次側（高圧側）に接続する例を示したが、三相変圧器１６がΔ／Ｙ結線（６６００／４２０Ｖ）の場合で、単相低圧電圧として１０５Ｖが選択できる場合には、三相高圧断路器１７をそのΔ／Ｙ結線（６６００／４２０Ｖ）の三相変圧器の低圧側に接続して低減励磁する構成を採用してもよい。この場合の比は、次式（４）に示すようになるので、同程度の励磁突入電流低減効果が得られることが解る。
【００３９】
（２×１．７＋０．９×１．７×（１０５÷２）／（４２０÷√３）−２）÷（２×１．７＋０．９×１．７−２）＝０．５７      ・・・（４）
この場合には、三相高圧断路器１７は低圧用で良く、またΔ／Ｙ結線（６６００／４２０Ｖ）の三相変圧器への配線も低圧電線で済むので、価格的により安価に構成できる利点がある。
【００４０】
このように、実施の形態１によれば、三相高圧電源の電圧を単相低圧電圧に変換し単相負荷に課電する第１配電回路と第２配電回路のうち、第１配電回路が単相負荷に常時課電し、第２配電回路が単相負荷への課電を休止することがある場合に、前記第２配電回路に含まれる三相変圧器と前記第１配電回路の単相低圧電圧出力側との間に開閉器を設け、前記三相変圧器の運転停止中に、前記三相変圧器にその定格電圧よりも低い単相電圧を前記第１配電回路から供給して低減励磁を行うようにしたので、前記三相変圧器の運転再開時に発生する励磁突入電流を大幅に低減することができる。
【００４１】
したがって、標準変圧器や既設の変圧器に対して、特別の措置を講ずること無く、また特別の励磁用電源を用意すること無く、標準的に用いる開閉器を追加するだけで済むので、経済的な電力供給回路を構成することができる。
【００４２】
また、三相変圧器に与えるダメージを大幅に減らすことができるので、励磁突入電流低減変圧器を設けるなど特別の措置を講ずることなく当該三相変圧器を無負荷になるときは回路から切り離すことができる。その結果、三相変圧器から発生する無駄な無負荷損をゼロにすることができ、標準変圧器や既設の変圧器でも大きな省エネルギー効果が得られる。
【００４３】
さらに、励磁突入電流による保護装置の誤動作の誘発が防止できるので、周辺電力系統の電圧変動に与える影響を大幅に低減でき、信頼性の高い受電設備を構成することができる。
【００４４】
実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２である変圧器の励磁突入電流低減回路を説明するための単線図である。なお、図４では、図１に示した構成と同一ないしは同等である構成要素には、同一の符号が付されている。ここでは、この実施の形態２に関わる部分を中心に説明する。
【００４５】
図４に示すように、この実施の形態２による変圧器の励磁突入電流低減回路では、図１（実施の形態１）に示した構成において、Δ／Ｙ結線の三相変圧器８に代えて、スコット結線変圧器２５が設けられている。スコット結線変圧器２５の負荷は、低圧側単三配線２６に接続されている。
【００４６】
実施の形態１にて説明したように、夜間においても運転する負荷は、主として三相高圧断路器５に接続され、夜間に運転停止する負荷は、三相高圧断路器４，６に接続されている。つまり、スコット結線変圧器２５と三相変圧器１６は、頻繁に励磁突入電流の発生が繰り返される。そこで、単相高圧断路器１０は、スコット結線変圧器２５の励磁突入電流を低減するために設けてあり、三相高圧断路器１７は、三相変圧器１６の励磁突入電流を低減するために設けてある。
【００４７】
三相変圧器１６の励磁突入電流を低減する動作は、実施の形態１にて説明した通りである。この実施の形態２では、図４、図５を参照して、スコット結線変圧器２５の励磁突入電流を低減する動作を説明する。なお、図５は、図４に示すスコット結線変圧器２５と単相高圧断路器１０との接続関係および励磁突入電流を低減する動作を説明する図である。
【００４８】
図５では、単相高圧断路器１０の一方の端子とスコット結線変圧器２５の一次側（三相側）とを接続する高圧側単相配線９は、スコット結線変圧器２５の一次側と三相高圧断路器４の他方の端子とを接続する高圧側三相配線７のＵ相，Ｖ相，Ｗ相のうち、例えばＶ相，Ｗ相から引き出されている。単相高圧断路器１０の他方の端子は、低圧側単相配線１９を介して、常時課電される低圧側三相配線１４のＶ相，Ｗ相に接続されることが示されている。
【００４９】
図４、図５を参照して、スコット結線変圧器２５の負荷が無くなりスコット結線変圧器２５を高圧回路から切り離し、再課電するまでの操作手順を説明する。スコット結線変圧器２５の負荷が無くなったので、まず、三相高圧断路器４を開にする。次に、三相高圧断路器４が開であることを確認して単相高圧断路器１０を一定期間閉にし、高圧側単相配線９と低圧側三相配線１９とを接続する。その結果、低圧側三相配線１４の単相低圧電圧２１０Ｖがスコット結線変圧器２５の一次側のＶ相，Ｗ相の２端子間に印加される。次に、単相高圧断路器１０を開にしてスコット結線変圧器２５を無励磁状態とする。この後、負荷に電力を供給する必要時に三相高圧断路器４を投入してスコット結線変圧器２５に高圧電圧６６００Ｖを印加する。
【００５０】
なお、実施の形態１にて説明したように、三相高圧断路器４と単相高圧断路器１０との間には、三相高圧断路器４が開のときにのみ単相高圧断路器１０を閉にすることができ、三相高圧断路器４が閉の場合は単相高圧断路器１０は閉にできないように、インターロックが組まれている。
【００５１】
以上の操作手順において、三相高圧断路器４を開にしてスコット結線変圧器２５を三相高圧電源１から切り離したとき、スコット結線変圧器２５の鉄心には、通常では三相高圧６６００Ｖによる常規磁束密度に比例した残留磁束が残っている。しかし、今の例では、スコット結線変圧器２５は、三相高圧電源１から切り離した後、三相のうちのＶ相，Ｗ相の２端子が三相高圧断路器１０を介して単相励磁電源である低圧側三相配線１４に接続される。つまり、スコット結線変圧器２５は、単相低圧電圧で単相励磁されることになる。
【００５２】
すなわち、スコット結線変圧器２５の一次側（高圧側）は、Ｔ字結線であるので、Ｖ相，Ｗ相の２端子間に単相低圧電圧２１０Ｖが課電されると、全鉄心脚が低圧電圧で励磁される。つまり、単相高圧断路器１０を開にして無励磁状態になったスコット結線変圧器２５の鉄心には、最後に励磁された低減励磁時の残留磁束が残っている。
【００５３】
しかし、単相励磁電源である低圧側三相配線１４の電圧は、単相低圧電圧２１０Ｖであり、定格電圧６６００Ｖに比べて十分に小さいので、この低減励磁後の残留磁束密度は、十分に小さい。したがって、スコット結線変圧器２５の運転とその停止を繰り返したときの励磁突入電流は十分に小さいものとなる。
【００５４】
具体的に説明する。上記式（２）を求めたのと同じ条件で、図５に示すこの実施の形態２による突入電流低減回路を適用した場合の最大励磁突流と従来の電力供給回路におけるスコット結線変圧器の最大励磁突流との比を前記式（１）から求めると、
（２×１．７＋０．９×１．７×（２１０／６６００）−２）÷（２×１．７＋０．９×１．７−２）＝０．４９      ・・・（５）
となり、従来方法に対して約半分に低減できることが解る。また、変圧器巻線に働く電磁機械力は、電流の二乗に比例するので、約１／４に低減できることも解る。
【００５５】
このように、実施の形態２によれば、三相高圧電源の電圧を単相低圧電圧に変換し単相負荷に課電する第１配電回路と第２配電回路のうち、第１配電回路が単相負荷に常時課電し、第２配電回路が単相負荷への課電を休止することがある場合に、前記第２配電回路に含まれるスコット結線変圧器の三相側と前記第１配電回路の単相低圧電圧出力側との間に開閉器を設け、前記スコット結線変圧器の運転停止中に、前記スコット結線変圧器にその定格電圧よりも低い単相電圧を前記第１配電回路から供給して低減励磁を行うようにしたので、前記スコット結線変圧器の運転再開時に発生する励磁突入電流を大幅に低減することができる。したがって、実施の形態１と同様の作用・効果がえられる。
【００５６】
実施の形態３．
図６は、この発明の実施の形態３である変圧器の励磁突入電流低減回路を説明するための単線図である。なお、図６では、この発明に関係のない機器類は図示省略されている。
【００５７】
図６において、６６００Ｖの三相高圧電源１には、三相遮断器２の一方の端子が接続され、三相遮断器２の他方の端子側には、高圧側三相配線３と高圧側単相配線２７，２８とが敷設されている。高圧側三相配線３には、三相高圧断路器４の一方の端子が接続され、三相高圧断路器４の他方の端子には、スコット結線変圧器２５の一次側（三相側）が接続されている。スコット結線変圧器２５の二次側（単相巻線側）の一方の単相巻線には、低圧側単三配線２６が敷設されている。
【００５８】
高圧側単相配線２７には、単相高圧断路器２９の一方の端子が接続され、単相高圧断路器２９の他方の端子には、高圧側単相配線３１を介して単相三線式変圧器３２の一次側（高圧側）が接続されている。単相三線式変圧器３２の二次側（低圧側）には、低圧側単三配線３３が敷設されている。低圧側単三配線３３には、低圧側単相配線３４を介して単相低圧断路器３５の一方の端子が接続され、単相低圧断路器３５の他方の端子は、低圧側単三配線２６に接続されている。
【００５９】
また、高圧側単相配線２８には、単相高圧断路器３０の一方の端子が接続され、単相高圧断路器３０の他方の端子は、高圧側単相配線３７を介して単相三線式変圧器３８の一次側（高圧側）が接続されている。単相三線式変圧器３８の二次側（低圧側）には、低圧側単三配線３９が敷設されている。低圧側単三配線３９には、低圧側単相配線４０を介して単相低圧断路器４１の一方の端子が接続され、単相低圧断路器４１の他方の端子は、低圧側単相配線４２を介して低圧側単三配線３３に接続されている。
【００６０】
以上の構成において、６６００Ｖの三相高圧電源１から供給された高圧電力は、三相遮断器２を出た後３分岐される。一つは、高圧側三相配線３、三相高圧断路器４、高圧側三相配線７を通った後、スコット結線変圧器２５にて単相低圧電圧２１０Ｖに変圧され、低圧側単三配線２６を通って負荷に供給されている。もう一つは、高圧側単相配線２７、単相高圧断路器２９、高圧側単相配線３１を通った後に、単相三線式変圧器３２にて単相低圧電圧１０５Ｖに変圧され、低圧側単三配線３３を通って負荷に供給されている。さらにもう一つは、高圧側単相配線２８、単相高圧断路器３０、高圧側単相配線３７を通った後に、単相三線式変圧器３８にて単相低圧電圧２１０Ｖに変圧され、低圧側単相配線４０を通って負荷に供給されている。
【００６１】
ここで、夜間においても運転する負荷は、主として単相高圧断路器２９に接続され、夜間に運転停止する負荷は、三相高圧断路器４と単相高圧断路器３０とに接続されている。つまり、スコット結線変圧器２５と単相三線式変圧器３８は、頻繁に励磁突入電流の発生が繰り返される。そこで、単相低圧断路器３５は、スコット結線変圧器２５の励磁突入電流を低減するために設けてあり、単相低圧断路器４１は、単相三線式変圧器３８の励磁突入電流を低減するために設けてある。
【００６２】
以下、図６〜図８を参照して励磁突入電流を低減する動作を説明する。なお、図７は、図６に示すスコット結線変圧器２５と単相低圧断路器３５との接続関係および励磁突入電流を低減する動作を説明する図である。図８は、図６に示す単相三線式変圧器３８と単相低圧断路器４１との接続関係および励磁突入電流を低減する動作を説明する図である。
【００６３】
図７では、スコット結線変圧器２５の一次側（三相側）は、高圧側三相配線７のＵ相，Ｖ相，Ｗ相の各相に接続され、二次側（単相巻線側）は、低圧側三相配線３６、単相低圧断路器３５、低圧側三相配線３４を介して常時課電されている低圧側単三配線３３に接続されることが示されている。ここに、スコット結線変圧器２５の二次側（単相巻線側）の定格電圧は単相低圧電圧２１０Ｖであり、低圧側単三配線３３の電圧は単相低圧電圧１０５Ｖである。
【００６４】
図６、図７を参照して、スコット結線変圧器２５の負荷が無くなりスコット結線変圧器２５を高圧回路から切り離し、再課電するまでの操作手順を説明する。スコット結線変圧器２５の負荷が無くなったので、まず、三相高圧断路器４を開にする。次に、三相高圧断路器４が開であることを確認して単相低圧断路器３５を一定期間閉にし、低圧側単相配線３６と低圧側単相配線３４とを接続する。その結果、低圧側単三配線３３の単相低圧電圧１０５Ｖがスコット結線変圧器２５の二次側定格電圧２１０Ｖの端子間に印加される。次に、単相低圧断路器３５を開にしてスコット結線変圧器２５を無励磁状態とする。その後、スコット結線変圧器２５の負荷に電力を供給する必要時に三相高圧断路器４を投入してスコット結線変圧器２５に高圧電圧６６００Ｖを印加する。
【００６５】
なお、三相高圧断路器４と単相低圧断路器３５との間には、三相高圧断路器４が開のときにのみ単相低圧断路器３５を閉にすることができ、三相高圧断路器４が閉の場合は単相低圧断路器３５は閉にできないように、インターロックが組まれている。
【００６６】
以上の操作手順において、三相高圧断路器４を開にしてスコット結線変圧器２５を三相高圧電源１から切り離したとき、スコット結線変圧器２５の鉄心には、通常では三相高圧６６００Ｖによる常規磁束密度に比例した残留磁束が残っている。しかし、今の例では、スコット結線変圧器２５は、三相高圧電源１から切り離した後、二次側（低圧側）定格電圧２１０Ｖの端子が単相低圧断路器３５を介して単相励磁電源である低圧側単三配線３３に接続される。つまり、スコット結線変圧器２５は、単相低圧電圧で単相励磁されることになる。
【００６７】
すなわち、スコット結線変圧器２５の低圧側は、単相巻線であるので、定格電圧２１０Ｖの端子間に単相低圧電圧１０５Ｖが課電されると、全鉄心脚が定格電圧の半分の単相低圧電圧で励磁される。つまり、単相低圧断路器３５を開にして無励磁状態になったスコット結線変圧器２５の鉄心には、最後に励磁された低減励磁時の残留磁束が残っている。
【００６８】
しかし、単相励磁電源である低圧側単三配線３３の電圧は、単相低圧電圧１０５Ｖであり定格電圧２１０Ｖに比べて十分に小さいので、この低減励磁後の残留磁束密度は、十分に小さい。したがって、スコット結線変圧器２５の運転とその停止を繰り返したときの励磁突入電流は十分に小さいものとなる。
【００６９】
具体的に説明する。上記式（２）を求めたのと同じ条件で、図７に示すこの実施の形態３による突入電流低減回路を適用した場合の最大励磁突流と従来の電力供給回路におけるスコット結線変圧器の最大励磁突流との比を前記式（１）から求めると、
（２×１．７＋０．９×１．７×（１０５／２１０）−２）÷（２×１．７＋０．９×１．７−２）＝０．７９      ・・・（６）
となり、従来方法に対して２６％低減できることが解る。また、変圧器巻線に働く電磁機械力は、電流の二乗に比例するので、約５５％に低減できることも解る。
【００７０】
次に、図８では、単相三線式変圧器３８の一次側（高圧側）は、高圧側単相配線３７に接続されている。二次側（低圧側）は、低圧側単相配線４０、単相低圧断路器４１、低圧側単相配線４２を介して常時課電されている低圧側単三配線３３に接続されていることが示されている。ここに、単相三線式変圧器３８の二次側（低圧側）の定格電圧は２１０Ｖであり、低圧側単三配線３３の電圧は単相低圧電圧１０５Ｖである。
【００７１】
図６、図８を参照して、単相三線式変圧器３８の負荷が無くなり単相三線式変圧器３８を高圧回路から切り離し、再課電するまでの操作手順を説明する。単相三線式変圧器３８の負荷が無くなったので、まず、単相高圧断路器３０を開にする。次に、単相高圧断路器３０が開であることを確認して単相低圧断路器４１を閉にし、低圧側単相配線４０と低圧側単相配線４２とを接続する。その結果、低圧側単三配線３３の単相低圧電圧１０５Ｖが単相三線式変圧器３８の二次側（低圧側）定格電圧２１０Ｖの端子間に印加される。次に、単相低圧断路器４１を開にして単相三線式変圧器３８を無励磁状態とする。その後、単相三線式変圧器３８の負荷に電力を供給する必要時に単相高圧断路器３０を投入して単相三線式変圧器３８に高圧電圧６６００Ｖを印加する。
【００７２】
なお、単相高圧断路器３０と単相低圧断路器４１との間には、単相高圧断路器３０が開のときにのみ単相低圧断路器４１を閉にすることができ、単相高圧断路器３０が閉の場合は単相低圧断路器４１は閉にできないように、インターロックが組まれている。
【００７３】
以上の操作手順において、単相高圧断路器３０を開にして単相三線式変圧器３８を三相高圧電源１から切り離したとき、単相三線式変圧器３８の鉄心には、通常では三相高圧６６００Ｖによる常規磁束密度に比例した残留磁束が残っている。しかし、今の例では、単相三線式変圧器３８は、三相高圧電源１から切り離した後、低圧側定格電圧２１０Ｖの端子が単相低圧断路器４１を介して単相励磁電源である低圧側単三配線３３に接続される。つまり、単相三線式変圧器３８は、低圧側定格電圧２１０Ｖの端子間に単相低圧電圧１０５Ｖが印加されるので、単相励磁されることになる。
【００７４】
すなわち、単相三線式変圧器３８の低圧側は、単相巻線であるので、定格電圧２１０Ｖの端子間に単相低圧電圧１０５Ｖが課電されると、全鉄心脚が定格電圧の半分の定電圧で励磁される。つまり、単相低圧断路器４１を開にして無励磁状態になった単相三線式変圧器３８の鉄心には、最後に励磁された低減励磁時の残留磁束が残っている。
【００７５】
しかし、単相励磁電源である低圧側単三配線３３の電圧は、単相低圧電圧１０５Ｖであり定格電圧２１０Ｖに比べて十分に小さいので、この低減励磁後の残留磁束密度は、十分に小さい。したがって、単相三線式変圧器３８の運転とその停止を繰り返したときの励磁突入電流は十分に小さいものとなる。
【００７６】
具体的に説明する。上記式（２）を求めたのと同じ条件で、図８に示すこの実施の形態３による突入電流低減回路を適用した場合の最大励磁突流と従来の電力供給回路における単相三線式変圧器の最大励磁突流との比を前記式（１）から求めると、
（２×１．７＋０．９×１．７×（１０５／２１０）−２）÷（２×１．７＋０．９×１．７−２）＝０．７９      ・・・（７）
となり、従来方法に対して２６％低減できることが解る。また、変圧器巻線に働く電磁機械力は、電流の二乗に比例するので、約５５％に低減できることも解る。
【００７７】
このように、実施の形態３によれば、三相高圧電源の電圧を単相低圧電圧に変換し単相負荷に課電する第１配電回路と第２配電回路のうち、第１配電回路が単相負荷に常時課電し、第２配電回路が単相負荷への課電を休止することがある場合に、前記第２配電回路に含まれる単相変圧器の低圧側（スコット結線変圧器の単相巻線側）と前記第１配電回路の単相低圧電圧出力側との間に開閉器を設け、前記単相変圧器（スコット結線変圧器）の運転停止中に、前記単相変圧器（スコット結線変圧器）にその定格電圧よりも低い単相電圧を前記第１配電回路から供給して低減励磁を行うようにしたので、前記単相変圧器（スコット結線変圧器）の運転再開時に発生する励磁突入電流を低減することができる。したがって、実施の形態１と同様の作用・効果がえられる。
【００７８】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、三相高圧電源から単相低圧電圧を変換生成する変圧器を含む電力供給回路において、前記変圧器の２端子と前記２端子の定格電圧よりも低い単相電圧を供給できる他の回路の対応する２相との間に、前記変圧器の運転停止中に前記変圧器に前記他の回路から単相低圧電圧を一時的に印加するように開閉操作される開閉器を設け、前記変圧器を低減励磁するようにしたので、運転再開時に発生する励磁突入電流を大幅に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１である変圧器の励磁突入電流低減回路を説明するための単線図である。
【図２】図１に示すΔ／Ｙ結線の三相変圧器と単相断路器との接続関係および励磁突入電流を低減する動作を説明する図である。
【図３】図１に示すＹ／Δ結線の三相変圧器と三相高圧断路器との接続関係および励磁突入電流を低減する動作を説明する図である。
【図４】この発明の実施の形態２である変圧器の励磁突入電流低減回路を説明するための単線図である。
【図５】図４に示すスコット結線変圧器と単相断路器との接続関係および励磁突入電流を低減する動作を説明する図である。
【図６】この発明の実施の形態３である変圧器の励磁突入電流低減回路を説明するための単線図である。
【図７】図６に示すスコット結線変圧器と単相低圧断路器との接続関係および励磁突入電流を低減する動作を説明する図である。
【図８】図６に示す単相三線式変圧器と単相低圧断路器との接続関係および励磁突入電流を低減する動作を説明する図である。
【符号の説明】
１  三相高圧電源、２  三相遮断器、３，７，１５  高圧側三相配線、４，５，６，１７  三相高圧断路器、８  Δ／Ｙ結線の三相変圧器、９，２７，２８，３７  高圧側単相配線、１０，２９，３０  単相高圧断路器、１１，１４，１８，３９  低圧側三相配線、１２  高圧側三相配線、１３  Δ／Δ結線の三相変圧器、１６  Ｙ／Δ結線の三相変圧器、１９，２０，３４，３６，４０，４２  低圧側単相配線、２３  短絡線、２５  スコット結線変圧器、２６，３３  低圧側単三配線、３１  高圧側単相配線、３２，３８  単相三線式変圧器、３５，４１単相低圧断路器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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