(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１から第３の端子を有すると共に、上記第１と第２の端子間に接続された第１相、上記第２と第３の端子間に接続された第２相、上記第１と第３の端子間に接続された第３相を備えた三相変圧器の上記第１から第３の端子に電圧を投入及び遮断するためにそれぞれに接続される第１から第３の開閉部を有すると共に、三相交流電源に接続される三相開閉器であって、上記第１から第３の開閉部が投入された状態において、上記開閉部の遮断指令に基づき上記第１の開閉部を遮断した後に、上記遮断指令から第１の所定の時間後に上記第２の開閉部を遮断すると共に、上記遮断指令から第２の所定時間後に上記第３の開閉部を遮断する遮断制御手段と、上記三相変圧器の第２相が、上記第１相又は上記第３相よりも第３の所定時間遅れて上記三相交流電源を上記第１から上記第３の端子に投入されるように上記開閉部の投入指令に基づいて上記第１から第３の開閉部を投入する投入制御手段と、を備え、上記第１の所定時間および第２の所定時間は、上記三相交流電源の周波数の１周期以上であることを特徴とする三相開閉器。
【請求項２】
三相変圧器に接続される第１から第３の開閉部を有すると共に、三相交流電源に接続される三相開閉器であって、上記第１から第３の開閉部が投入された状態において、上記開閉部の遮断指令に基づき上記第１の開閉部を遮断した後に、上記遮断指令から第１の所定の時間後に上記第２の開閉部を遮断すると共に、上記遮断指令から第２の所定時間後に上記第３の開閉部を遮断する遮断制御手段と、上記開閉部の投入指令に基づき上記第１の開閉部を投入後、上記投入指令の発生から第３の所定時間後に上記第２の開閉部を投入すると共に、上記投入指令の発生から上記第３の所定時間と異なる第４の所定時間後に上記第３の開閉部を投入する投入制御手段と、を備え、上記第１から第４の所定時間は、上記三相交流電源の周波数の１周期以上であることを特徴とする三相開閉器。
【請求項３】
三相変圧器に接続される第１から第３の開閉部を有すると共に、三相交流電源に接続される三相開閉器であって、上記第１から第３の開閉部が投入された状態において、上記開閉部の遮断指令に基づき上記第１の開閉部を遮断した後に、上記遮断指令から第１の所定の時間後に上記第２の開閉部を遮断すると共に、上記遮断指令から第２の所定時間後に上記第３の開閉部を遮断する遮断制御手段と、上記開閉部の投入指令に基づき上記第１の開閉部と、上記第２又は第３の開閉部とを投入後、上記投入指令の発生から第３の所定時間後に投入されていない上記第３又は第２の開閉部を投入する投入制御手段を、備え、上記第１から第３の所定時間は、上記三相交流電源の周波数の１周期以上であることを特徴とする三相開閉器。
【請求項４】
上記第１及び第２の所定時間が同一である、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の三相開閉器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は電源に変圧器を投入・遮断する三相開閉器の改良に関し、特に、三相変圧器の励磁突入電流を低減させる三相開閉器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の三相開閉器が適用される変電装置を図４によって説明する。図４において、変電装置１は、三相交流電源３に接続されると共に、スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ3を同時に投入及び遮断させる三相開閉器５と、該スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ3に接続された各端子ｔ１，ｔ２，ｔ３を有する共に、△結線された三相変圧器７とから成っている。
【０００３】
上記のように構成された変電装置において、三相開閉器５のスイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ3を同時投入して三相変圧器７に三相交流電源３の電圧を印加する時、三相変圧器７の残留磁束などによって異なるが、定格電流の数十倍の励磁突入電流が流れ、時間の経過と共に減衰して定常状態になることが知られている。
【０００４】
励磁突入電流の最大値Ｉ０ｍａｘは、電源電圧の瞬時値がゼロの時に投入され、かつ、三相変圧器７の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り下式となる。
Ｉ０ｍａｘ＝Ｋ・(２Ｂｍ＋Ｂｒ−ＢＳ)・・・・・（１）
ここに、Ｋ：比例定数，    Ｂｍ：定常状態磁束密度（Ｔ）
Ｂｒ：残留磁束密度（Ｔ），  ＢS：飽和磁束密度（Ｔ）
ここで、飽和磁束密度ＢSは一般に２テスラ程度が採用されているので、前記（１）式は下式となる。
Ｉ０ｍａｘ＝Ｋ・(２Ｂｍ＋Ｂｒ−２)・・・・・（２）
励磁突入電流は、保護装置の誤動作などを生じさせるので、低減対策が図られており、励磁突入電流を減少させるには、前記（２）式より定常状態磁束密度Ｂｍ、残留磁束密度Ｂｒの低減手段がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、定常状態磁束密度Ｂｍを例えば半分にすると、三相変圧器７の鉄心の断面積が２倍になり、該鉄心の外周に巻回されたコイル、コイル等を収納させるタンクなども大型化し、三相変圧器７が大型化すると共に、所定の変圧器特性が得にくいという問題点があった。
【０００６】
また、残留磁束密度Ｂｒを低減するには、三相変圧器７の鉄心に突き合わせ接合部を設ければ良いが、該接合部のギャップに大きな振動性の力が作用することにより騒音が発生し、しかも、該振動性の力に耐えるために、一般変圧器に比べて極めて強固な鉄心締め付け構造を有する三相変圧器にしなければならないという問題点があった。
【０００７】
この発明は、前記問題点を解決するためになされたもので、所謂標準変圧器を三相交流電源へ投入・遮断するタイミングを適切に実行することで、励磁突入電流を減少させる三相開閉器を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段、発明の作用及び効果】
第１の発明に係る三相開閉器は、第１から第３の端子を有すると共に、上記第１と第２の端子間に接続された第１相、上記第２と第３の端子間に接続された第２相、上記第１と第３の端子間に接続された第３相を備えた三相変圧器の上記第１から第３の端子に電圧を投入及び遮断するためにそれぞれに接続される第１から第３の開閉部を有すると共に、三相交流電源に接続される三相開閉器であって、上記第１から第３の開閉部が投入された状態において、上記開閉部の遮断指令に基づき上記第１の開閉部を遮断した後に、上記遮断指令から第１の所定の時間後に上記第２の開閉部を遮断すると共に、上記遮断指令から第２の所定時間後に上記第３の開閉部を遮断する遮断制御手段と、上記三相変圧器の第２相が、上記第１相又は上記第３相よりも第３の所定時間遅れて上記三相交流電源を上記第１から上記第３の端子に投入されるように上記開閉部の投入指令に基づいて上記第１から第３の開閉部を投入する投入制御手段と、を備え、上記第１の所定時間および第２の所定時間は、上記三相交流電源の周波数の１周期以上であることを特徴とするものである。
ここで、第１の所定時間は、第２の所定時間よりも長くても短くても良い。かかる三相開閉器によれば、三相変圧器が励磁されている状態において第２及び第３の開閉部よりも先に、第１の開閉部を遮断することにより三相のうち、二つの相の残留磁束を減少させた後、第２の開閉部、第３の開閉部を所定時間後に遮断して三相変圧器を三相交流電源から遮断する。三相変圧器を励磁する時には、前記残留磁束の大きい第２相が、第１相又は第３相よりも第３の所定時間遅れて開閉部を投入して三相変圧器のすべての相に電圧を印加する。したがって、残留磁束密度が減少した三相変圧器の一相に最初に電源投入することにより励磁突入電流が減少するので、一般変圧器を用いながら励磁突入電流を減少させることができるという効果がある。
【０００９】
第２の発明に係る三相開閉器は、三相変圧器に接続される第１から第３の開閉部を有すると共に、三相交流電源に接続される三相開閉器であって、上記第１から第３の開閉部が投入された状態において、上記開閉部の遮断指令に基づき上記第１の開閉部を遮断した後に、上記遮断指令から第１の所定の時間後に上記第２の開閉部を遮断すると共に、上記遮断指令から第２の所定時間後に上記第３の開閉部を遮断する遮断制御手段と、上記開閉部の投入指令に基づき上記第１の開閉部を投入後に、上記投入指令の発生から第３の所定時間後に上記第２の開閉部を投入すると共に、上記投入指令の発生から上記第３の所定時間と異なる第４の所定時間後に上記第３の開閉部を投入する投入制御手段と、を備え、上記第１から第４の所定時間は、上記三相交流電源の周波数の１周期以上であることを特徴とするものである。
ここで、第３の所定時間は、第４の所定時間よりも長くても短くても良い。かかる三相開閉器によれば、三相変圧器が励磁されている状態において第２及び第３の開閉部よりも先に、第１の開閉部を遮断することにより三相のうち、二つの相の残留磁束を減少させた後、第２の開閉部、第３の開閉部を所定時間後に遮断して三相変圧器を三相交流電源から遮断する。三相変圧器を励磁する時には、最初に第１の開閉部を投入した後、例えば第３の所定時間後に第２開閉部を投入して前記残留磁束の少ない一相に三相交流電源の単相電圧を印加した後、第３の開閉部を投入して三相交流電圧を三相変圧器に印加する。したがって、残留磁束密度が減少した三相変圧器の一相に最初に電源投入することにより励磁突入電流が減少するので、一般変圧器を用いながら励磁突入電流を減少させることができるという効果がある。
【００１０】
第３の発明に係る三相開閉器は、三相変圧器に接続される第１から第３の開閉部を有すると共に、三相交流電源に接続される三相開閉器であって、上記第１から第３の開閉部が投入された状態において、上記開閉部の遮断指令に基づき上記第１の開閉部を遮断した後に、上記遮断指令から第１の所定の時間後に上記第２の開閉部を遮断すると共に、上記遮断指令から第２の所定時間後に上記第３の開閉部を遮断する遮断制御手段と、上記開閉部の投入指令に基づき上記第１の開閉部と、上記第２又は第３の開閉部とを投入後、上記投入指令の発生から第３の所定時間後に投入されていない上記第３又は第２の開閉部を投入する投入制御手段とを備え、上記第１から第３の所定時間は、上記三相交流電源の周波数の１周期以上であることを特徴とするものである。
かかる三相開閉器によれば、三相変圧器が励磁されている状態において第２及び第３の開閉部よりも先に、第１の開閉部を遮断することにより三相のうち、二つの相の残留磁束を減少させた後、第２の開閉部、第３の開閉部を所定時間後に遮断して三相変圧器を三相交流電源から遮断する。三相変圧器を励磁する時には、前記残留磁束の少ない一相に、第１の開閉部と、第２又は第３の開閉部とにより最初に電源電圧を印加した後、投入されていない第３又は第２の開閉部を投入して三相変圧器のすべての相に電圧を印加する。したがって、残留磁束密度が減少した三相変圧器の一相に最初に電源投入することにより励磁突入電流が減少するので、一般変圧器を用いながら励磁突入電流を減少させることができるという効果がある。
【００１１】
第４の発明に係る三相開閉器は、第１又は第２の発明において第１及び第２の所定時間が同一である、ことを特徴とするものである。
かかる三相開閉器によれば、第１の開閉部を遮断した後、同一の所定時間後に第２及び第３の開閉部を遮断したので、速やかに三相変圧器を三相交流電源から遮断できるという効果がある。
【００１２】
第１乃至第４の発明に係る三相開閉器の何れかにおいて、第１から第４の所定時間が三相交流電源の周波数の１周期以上である、ことを特徴とするものである。かかる三相開閉器によれば、第１から第４の所定時間が三相交流電源の周波数の１周期以上であるので、三相変圧器の各相の磁束が確立されてから、次の開閉部を投入又は遮断できるので、励磁突入電流を確実に減少できるという効果がある。
【００１３】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この発明の一実施の形態を図１及び図２によって説明する。 図１は一実施の形態による変電装置の接続図、図２は、図１に示す三相開閉器及び鉄心とコイルとから成る三相変圧器の接続図であり、以下に三相開閉器を変電装置に適用した実施の形態を説明する。
図１及び図２において、変電装置１は、三相交流電源３を開閉部としてのスイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ3を独立して投入（閉成）及び遮断（開放）させる三相開閉器１００を介して△結線された三相変圧器７の第１の端子ｔ１，第２の端子ｔ２，第３の端子ｔ３に接続されており、三相開閉器１００には、第１の開閉部としての第１のスイッチＳ１，第２の開閉部としての第２のスイッチＳ２，第３の開閉部としての第３スイッチＳ３を独立して開閉を制御する制御部１０５が接続されている。
また、三相変圧器７には、端子ｔ１，ｔ２間に第１相となるＵ相、端子ｔ２，ｔ３間に第２相となるＶ相、端子ｔ１，ｔ３間に第３相となるＷ相の各コイルが接続され、Ｕ相を形成する右端の鉄心脚７ａ、Ｖ相を形成する中央の鉄心脚７ｂ、Ｗ相を形成する左端の鉄心脚７ｃが設けられており、該各鉄心脚７ａ〜７ｃに巻回されたコイル７ｎを有している。
【００１４】
三相開閉器１００は電磁式で、スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ3にそれぞれ独立したコイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３を有しており、制御部１０５は、遮断制御手段及び投入制御手段の機能を有するもので、三相開閉器１００の投入及び遮断指令となる指令スイッチＳａを介してコイルＣ１が直流の制御電源に接続されている。
スイッチＳ１と同期して開閉する補助常開接点Ｓ１１の一端が信号電源に接続されると共に、補助常開接点Ｓ１１の他端がタイマＡ１０７の入力に接続されており、タイマＡ１０７の出力が抵抗Ｒ１を介してトランジスタＴｒ１のベースに接続され、トランジスタＴｒ１のコレクタがコイルＣ２を介して制御電源に接続されている。
スイッチＳ２と同期して開閉する補助常開接点Ｓ２１の一端が信号電源に接続されると共に、補助常開接点Ｓ２１の他端がタイマＢ１０９の入力に接続されており、タイマＢ１０９の出力が抵抗Ｒ２を介してトランジスタＴｒ２のベースに接続され、トランジスタＴｒ２のコレクタがコイルＣ３を介して制御電源に接続されている。なお、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２のエミッタが接地されている。
【００１５】
タイマＡ１０７は、補助常開接点Ｓ１１が閉成されてから即座にオン信号を発生すると共に、補助常開接点Ｓ１１が閉成されている間はオン信号を継続発生しており、補助常開接点Ｓ１１が開放されてから時間ｔａ後にオフ信号を発生するものである。
タイマＢ１０９は、補助常開接点Ｓ２１が閉成されてから時間ｔｂ後にオン信号を発生し、一旦、オン信号が発生した後で、且つ補助常開接点Ｓ２１が閉成している間はオン信号を継続発生しており、補助常開接点Ｓ２１が開放されてから即座にオフ信号を発生するものである。
ここで、時間ｔａ，ｔｂは、好ましくは三相交流電源３の電源周波数の１周期以上に設定されている。これは、スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３の投入、遮断の時間のずれを電源周波数の１周期以上とすることにより、三相変圧器７の鉄心脚７ａ〜７ｃにおけるヒステリシスループを１回循環して磁化を確立させるためである。
【００１６】
上記のように構成された変電装置の動作を図１乃至図３によって説明する。図３は変電装置の各部の動作を示すタイムチャートである。
三相開閉器１００のスイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３がすべて投入されていて、三相交流電源３から三相変圧器７に電力が供給されており、各鉄心脚７ａ〜７ｃには、大きさは同一で位相が１２０°ずれた磁束φｕ，φｖ，φｗが流れている状態において、時間ｔｓｆで指令スイッチＳａを閉成から開放すると、コイルＣ１の励磁が解除され、スイッチＳ１が遮断すると共に、補助常開接点Ｓ１１が開放する。
【００１７】
この状態において、三相交流電源３から三相変圧器７のＶ相となる端子ｔ２，ｔ３に線間電圧Ｅが印加されているので、Ｕ相となる端子ｔ１，ｔ２、Ｗ相となる端子ｔ１，ｔ３の電圧がＥ／２になる。
したがって、三相変圧器５の各相の磁束の大きさは、Ｖ相を｜φv｜＝φｍとすれば、Ｕ，Ｗ相が｜φu｜＝｜φw｜＝φｍ／２となる。すなわち、中央の鉄心脚７ｂにおける磁束の大きさ｜φｖ｜は、端子ｔ１〜ｔ３の端子が三相交流電源３に接続されていた時の磁束の大きさφｍと変わらないが、両端の鉄心脚７ａ，７ｃにおける磁束の大きさ｜φu｜，｜φw｜はφｍ／２になる。
【００１８】
そして、補助常開接点Ｓ１１が閉放した後、開放してから時間ｔａ後にタイマＡ１０７の出力がオフ信号を発生してトランジスタＴｒ１もオフとなり、コイルＣ２の励磁が解除されて時間ｔ１でスイッチＳ２を遮断する。すなわち、遮断指令から第１の所定時間後にスイッチＳ２が遮断される。
スイッチＳ２の遮断と同時に補助常開接点Ｓ２１が開放してタイマＢ１０９の出力がオフ信号を発生してトランジスタＴｒ２もオフとなり、コイルＣ３の励磁が解除されて時間ｔ２でスイッチＳ３を遮断する。すなわち、遮断指令から第２の所定時間後にスイッチＳ３が遮断される。
したがって、三相変圧器７の各鉄心脚７ａ〜７ｃには遮断前の磁束の大きさに比例した残留磁束が残り、該残留磁束は右端の鉄心脚７ａ，左端の鉄心脚７ｂが中央の鉄心脚７ｃの１／２となる。
【００１９】
次に、時間ｔｓＮで、指令スイッチＳａを開放から閉成すると、コイルＣ１が励磁され、スイッチＳ１が投入されると共に、常開補助接点Ｓ１１が閉成され、タイマＡ１０７の出力がオン信号を発生してトランジスタＴｒ１もオンとなり、コイルＣ２を励磁して時間ｔ３で、スイッチＳ２を投入する。すなわち、投入指令から第３の所定時間後にスイッチＳ２が投入される。スイッチＳ１，Ｓ２の投入により、三相変圧器７の端子ｔ１，ｔ２に三相交流電源３の電圧を印加して励磁突入電流Ｉ０が生じる。
この端子ｔ１，ｔ２に単相電圧Ｅが印加された状態において、Ｕ相となる左端の鉄心脚７ａには、磁束｜φｕ｜＝φｍが生じ、Ｖ相となる中央の鉄心脚７ｂ，Ｗ相となる右端の鉄心脚７ｃには、単相電圧の半分Ｅ／２の電圧が印加されるので、磁束｜φｖ｜，｜φｗ｜＝φｍ／２が発生する。
したがって、最大励磁突入電流Ｉ１ｍａｘ  はＵ相において生じ、定常状態磁束密度Ｂｍを１．７（Ｔ）、残留磁束密度Ｂｒを０．９Ｂｍ／２とすると前記（２）式より下式となる。
Ｉ１ｍａｘ＝Ｋ（２×１．７＋０．９×１．７／２−２）＝２．１６５Ｋ
【００２０】
次に、スイッチＳ２の投入と共に、補助常開接点Ｓ２１が閉成してから時間ｔｂ後に、タイマＢ１０９の出力がオン信号を発生してトランジスタＴｒ２もオンとなり、コイルＣ３を励磁して時間ｔ４でスイッチＳ３を投入する。すなわち、投入指令から第４の所定時間後にスイッチＳ３を投入することにより、端子ｔ２，ｔ３が端子ｔ１，ｔ２よりも所定時間（請求項１における第３の所定の時間）遅れて三相交流電源３から電圧が印加される。
このスイッチＳ３の投入時には、大きな励磁突入電流は生じない。これは、すでにスイッチＳ１，Ｓ２の投入によって三相変圧器７の端子ｔ１，ｔ２に三相交流電源３から単相電圧Ｅが印加され、各鉄心脚７ａ〜７ｃに磁束が流れているので、残留磁束がなくなるからである。
【００２１】
一方、従来の励磁突入電流Ｉ０ｍａｘは定常状態磁束密度Ｂｍを１．７（Ｔ）、残留磁束密度Ｂｒを０．９Ｂｍとすると前記（２）式より下式となる。
Ｉ０ｍａｘ＝Ｋ（２×１．７＋０．９×１．７−２）＝２．９３Ｋ
この実施形態の励磁突入電流Ｉ１ｍａｘと従来の励磁突入電流Ｉ０ｍａｘとの比ｎを求める。
ｎ＝Ｉ１ｍａｘ／Ｉ０ｍａｘ＝２．１６５Ｋ／２．９３Ｋ≒０．７４
すなわち、従来よりも励磁突入電流が２６％減少するものである。
【００２２】
前記実施の形態では、三相変圧器７が励磁されている状態、すなわち、スイッチＳ１〜Ｓ３が投入された状態において、スイッチＳ１を遮断して所定時間経過後にスイッチＳ２を遮断した後、スイッチＳ３を遮断したが、スイッチＳ１を遮断して所定時間経過した後、同時にスイッチＳ２，Ｓ３を遮断しても良い。
さらに、スイッチＳ１を遮断して所定時間経過後にスイッチＳ３を遮断した後、スイッチＳ２を遮断しても良い。
また、同様に、三相変圧器７が無励磁の状態、すなわち、スイッチＳ１〜Ｓ３が遮断された状態において、Ｖ相（第２相）がＵ相（第１相）よりも所定時間（請求項１における第３の所定時間）遅れて三相交流電源３の電圧が印加されるようにスイッチＳ１〜Ｓ３を投入したが、Ｖ相（第２相）がＷ相（第３相）よりも所定時間（請求項１における第３の所定時間）遅れて三相交流電源３の電圧が印加されるようにスイッチＳ１〜Ｓ３を投入しても良い。
また、同様に、三相変圧器７が無励磁の状態において、スイッチＳ１を投入した後、投入指令から第３の所定時間後にスイッチＳ２を投入すると共に、投入指令から第４の所定時間後にスイッチＳ３を投入したが、スイッチＳ１を投入した後、投入指令から第３の所定時間後にスイッチＳ３を投入すると共に、投入指令から第４の所定時間後にスイッチＳ２を投入しても良い。
さらに、最初にスイッチＳ１，Ｓ２を同時に投入して所定時間後に、スイッチＳ３を投入しても良い。さらに、最初にスイッチＳ１，Ｓ３を同時に投入して所定時間後に、スイッチＳ２を投入しても良い。
また、前記実施の形態では、三相変圧器７はデルタ結線としたが、スター結線でも励磁突入電流は従来よりも減少する。
なお、スイッチＳ１〜Ｓ３は、半導体素子により構成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の一実施の形態による変電装置の接続図である。
【図２】  図１に示す三相開閉器及び鉄心とコイルとから成る三相変圧器の接続図である。
【図３】  図１に示す変電装置の各部の動作を示すタイムチャートである。
【図４】  従来の変電装置の接続図である。
【符号の説明】
Ｓ１  第１の開閉部、Ｓ２  第２の開閉部、Ｓ３  第３の開閉部、ｔ１
第１の端子、ｔ２  第２の端子、ｔ３  第３の端子、３  三相交流電源、７  三相変圧器、１００  三相開閉器、１０５  制御部（遮断制御手段，投入制御手段）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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