JP5343118B2 - 励磁突入電流抑制装置 - Google Patents

Description

本発明は、三相変圧器及び電力系統の電源（以下、系統電源と称す）間に接続された遮断器（以下、系統側遮断器と称す）を制御する励磁突入電流抑制装置に関し、特に、三相変圧器を電力系統に併入する操作時に生じる励磁突入電流を抑制する目的で、系統側遮断器の効果的な投入制御を行なう励磁突入電流抑制装置に関する。

電力系統から分離された状態の三相変圧器は、系統側遮断器の投入操作により、電力系統に接続される瞬間に、過大な励磁突入電流が流れて、その周辺の回路に電圧低下や波形歪みなどの悪影響を及ぼすことが知られている。

また、励磁突入電流は、三相変圧器を電力系統に併入する際における系統電源の系統電圧の位相と三相変圧器の鉄心に残る残留磁束とに大きく影響することも、公知の事実であり、励磁突入電流を抑制するには、三相変圧器の残留磁束を精確に算出することが重要である。

これに対し、三相変圧器の残留磁束に関する安易な説明としては、「無負荷励磁状態で運転中の三相変圧器が解列された場合、遮断瞬時における励磁磁束の瞬時値がそのまま鉄心に残留磁束として残る。」と説明されることが多い。なお、無負荷励磁状態とは、三相変圧器の二次側（低圧側、負荷側）の遮断器（以下、負荷側遮断器と称す）を開放した状態（無負荷状態）であり、三相変圧器の一次側（高圧側、電力系統側）の系統側遮断器を投入した状態（励磁状態）である。

例えば、従来の変圧器保護制御装置は、変圧器の各端子電流の差に応じて変圧器各端子に設けられたしや断器を開放する保護装置を設けるとともにしや断器が開放された時点における変圧器端子電圧位相を記憶し、該しや断器の再投入を電源電圧位相が前記記憶された電圧位相に一致するように制御する（例えば、特許文献１参照）。

また、従来の３相変圧器の励磁突入電流抑制装置は、変圧器巻線の電圧および変圧器に投入する電源電圧を計測する電圧計測手段と、前記電圧計測手段による変圧器巻線の計測電圧を積分して変圧器鉄心の磁束を算出する残留磁束算出手段と、前記電圧計測手段による電源電圧を入力して遮断器を目標位相で投入するため投入指令の出力時期を制御する投入位相制御手段とを備え、前記残留磁束算出手段は、遮断器を開放して変圧器を電源から切り離すときに、計測電圧に基づいて変圧器各相の残留磁束の極性および大きさを算出し、前記投入位相制御手段は、遮断器を投入して変圧器を励磁するときに、当該変圧器に３相交流電圧が定常状態で印加された場合の各相の定常磁束の極性と、前記残留磁束算出手段により算出された変圧器各相の残留磁束の極性が同一となる位相範囲が３相とも重なる位相範囲を目標投入位相として、遮断器の全相を同時に投入させる（例えば、特許文献２参照）。

特開昭５５−１０００３４号公報 特開２００８−１４０５８０号公報

しかしながら、従来の変圧器保護制御装置や従来の３相変圧器の励磁突入電流抑制装置は、前述した「無負荷励磁状態で運転中の三相変圧器が解列された場合、遮断瞬時における励磁磁束の瞬時値がそのまま鉄心に残留磁束として残る。」ことを前提にして、遮断器の投入位相を制御している。

これに対し、本願発明者は、三相変圧器における各相の鉄心内の磁束が、無負荷励磁状態で運転中の三相変圧器を解列した瞬間以降も過渡的変化を経て少し遅れたタイミングで一定値に収束することを現地試験の結果で確認し、残留磁束の過渡現象を理論的に明らかにした。特に、残留磁束の過渡現象は、三相変圧器の低圧側にあるサージ吸収装置や浮遊キャパシタンスなどの影響により、過渡的変化が大きくなる。

すなわち、従来の変圧器保護制御装置や従来の３相変圧器の励磁突入電流抑制装置は、変圧器の残留磁束として変圧器が解列した瞬間における変圧器の磁束を用い、変圧器の各端子に設けられた遮断器が開放された時点における変圧器端子電圧位相と電源電圧位相とが一致するように遮断器を制御しているため、励磁突入電流を抑制するうえで不十分であるという課題がある。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、無負荷励磁状態で運転中の三相変圧器を解列した瞬間の磁束をもって残留磁束になるとする安易な理論やその理論に基づく制御装置は誤りであるとの前提に立ち、真の残留磁束として新たな技術概念を導入して励磁突入電流を抑制することが可能な励磁突入電流抑制装置を提供するものである。

この発明に係る励磁突入電流抑制装置においては、三相変圧器の各相電圧及び系統電源の各相の系統電圧を計測する電圧計測部と、電圧計測部により計測された各相電圧の三相全ての瞬時値がゼロ値に収束したタイミングを実効遮断タイミングとして算出する実効遮断タイミング算出部と、電圧計測部により計測された各相電圧をそれぞれ積分して三相変圧器の鉄心の各相の磁束を算出する鉄心磁束算出部と、鉄心磁束算出部により算出した各相の磁束のうち実効遮断タイミングにおける各相の磁束を実効残留磁束として当該各相の実効残留磁束を算出する実効残留磁束算出部と、実効残留磁束算出部により算出された各相の実効残留磁束に基づき、遮断器に対する投入位相角を算出する投入位相角算出部と、電圧計測部により計測された各相の系統電圧と投入位相角算出部により算出された投入位相角とに基づき、遮断器を投入する投入位相角制御部と、を備える。

この発明に係る励磁突入電流抑制装置においては、三相変圧器の残留磁束を精度よく算出することができ、励磁突入電流を抑制することができる励磁突入電流抑制装置に関する。

第１の実施形態に係る励磁突入電流抑制装置の概略構成並びに励磁突入電流抑制装置及び変圧器の接続関係を示す概略構成図である。 （ａ）は無負荷励磁状態の変圧器が電力系統から解列される直前と解列直後の変圧器の三相電圧とその三相電圧を時間積分して算出した変圧器の鉄心内の磁束の状況を時間と共に描いた波形図であり、（ｂ）は無負荷励磁状態の変圧器が電力系統から解列される直前と解列直後の変圧器の三相電圧とその三相電圧を時間積分して算出した変圧器の鉄心内の磁束の状況を時間と共に描いたベクトル図であり、（ｃ）は同位相角で課電する場合の実効残留磁束及び初期励磁磁束の関係を示すベクトル図であり、（ｄ）は逆位相角で課電する場合の実効残留磁束及び初期励磁磁束の関係を示すベクトル図である。 （ａ）は図１に示す投入位相角算出部の概略構成を示すブロック図であり、（ｂ）は図１に示す励磁突入電流抑制装置の処理動作を示すフローチャートである。 （ａ）は実効残留磁束及び初期励磁磁束のベクトル正三角形の位相関係が一致するタイミングで変圧器を併入した場合の初期励磁磁束の波形図であり、（ｂ）は実効残留磁束及び初期励磁磁束のベクトル正三角形の位相関係を一致させる方法を説明するための説明図である。 （ａ）は第２の実施形態に係る投入位相角算出部の概略構成を示すブロック図であり、（ｂ）は図５（ａ）に示す投入位相角算出部による図３に示すステップＳ７の詳細な処理を示すフローチャートである。 （ａ）は第３の実施形態に係る投入位相角算出部の概略構成を示すブロック図であり、（ｂ）は第４の実施形態に係る投入位相角算出部の概略構成を示すブロック図である。 投入位相角を０度〜３６０度で変化させた場合の初期励磁磁束と実効残留磁束との関係を示す説明図である。

（本発明の第１の実施形態）
本実施形態に係る励磁突入電流抑制装置１０を説明するにあたり、系統側遮断器２１が開放されて、無負荷励磁状態（負荷側遮断器２２：開放状態、系統側遮断器２１：投入状態）で運転中の三相変圧器（以下、変圧器２３と称す）が電力系統から解列された場合に、変圧器２３の鉄心内に残される残留磁束について、図１及び図２を用いて説明する。
なお、以下の説明においては、電圧ｖ、電流ｉ及び磁束φの添え字ａ，ｂ，ｃは、ａ相、ｂ相又はｃ相の値であることを示す。

運転中の変圧器２３を電力系統から解列する場合には、初めに、変圧器２３の二次側（低圧側、負荷側）の負荷側遮断器２２が開放されて、変圧器２３が無負荷励磁状態になる。

この段階（無負荷励磁状態）では、変圧器２３の一次巻線（高圧側コイル）には、励磁電圧である一次電圧（ｖ_Ｈａ（ｔ）、ｖ_Ｈｂ（ｔ）、ｖ_Ｈｃ（ｔ））が印加されており、励磁電流である一次電流（ｉ_Ｈａ（ｔ）、ｉ_Ｈｂ（ｔ）、ｉ_Ｈｃ（ｔ））が流れている。
また、変圧器２３の二次巻線（低圧側コイル）には、二次電圧（ｖ_Ｌａ（ｔ）、ｖ_Ｌｂ（ｔ）、ｖ_Ｌｃ（ｔ））が生じているが、二次電流（ｉ_Ｌａ（ｔ）、ｉ_Ｌｂ（ｔ）、ｉ_Ｌｃ（ｔ））は流れていない（ゼロである）。
また、変圧器２３の鉄心内には、磁束（φ_ａ（ｔ）、φ_ｂ（ｔ）、φ_ｃ（ｔ））が存在する。

ここで、系統電圧（ｖ_ａ（ｔ）、ｖ_ｂ（ｔ）、ｖ_ｃ（ｔ））又は変圧器２３の一次電圧若しくは二次電圧と、変圧器２３の鉄心内の磁束（φ_ａ（ｔ）、φ_ｂ（ｔ）、φ_ｃ（ｔ））とは、次式（１）の関係があり、定常状態及び過渡状態の区別なく成立する。

[数１]
φ_ａ（ｔ）＝∫ｖ_ａ（ｔ）ｄｔ
φ_ｂ（ｔ）＝∫ｖ_ｂ（ｔ）ｄｔ （１）
φ_ｃ（ｔ）＝∫ｖ_ｃ（ｔ）ｄｔ

また、系統電圧（ｖ_ａ（ｔ）、ｖ_ｂ（ｔ）、ｖ_ｃ（ｔ））並びに変圧器２３の一次電圧及び二次電圧は、三相平衡状態の正弦波の定常状態であるため、無負荷励磁状態の系統電圧（一次電圧、二次電圧）は次式（２）で表現することができ、式（１）及び式（２）に基づき、無負荷励磁状態における変圧器２３の鉄心内の磁束は次式（３）で表現することができる。

[数２]
ｖ_ａ（ｔ）＝Ｖｃｏｓ（ｔ）
ｖ_ｂ（ｔ）＝Ｖｃｏｓ（ｔ−２π／３） （２）
ｖ_ｃ（ｔ）＝Ｖｃｏｓ（ｔ＋２π／３）

[数３]
φ_ａ（ｔ）＝Φｃｏｓ（ｔ−π／２）＝Φｓｉｎ（ｔ）
φ_ｂ（ｔ）＝Φｃｏｓ（ｔ−２π／３−π／２）＝Φｓｉｎ（ｔ−２π／３） （３）
φ_ｃ（ｔ）＝Φｃｏｓ（ｔ＋２π／３−π／２）＝Φｓｉｎ（ｔ＋２π／３）

このように、定常状態における変圧器２３の鉄心内の磁束は、三相平衡状態の正弦波であり、同相の電圧（系統電圧、一次電圧、二次電圧）に対して９０度の位相差角があると表現することができ、例えば、図２（ａ）上図に示す二次電圧（ｖ_Ｌａ（ｔ）、ｖ_Ｌｂ（ｔ）、ｖ_Ｌｃ（ｔ））の波形に対して、図２（ａ）下図に示す磁束（φ_ａ（ｔ）、φ_ｂ（ｔ）、φ_ｃ（ｔ））の波形を得ることができる。

なお、変圧器２３の一次電圧の各相の電圧波形と変圧器２３の二次電圧の各相の電圧波形とは、計器用変圧器（Voltage Transformer：ＶＴ）を用いて、直接的な観測（実測）が可能であるが、変圧器２３の鉄心内の磁束（φ_ａ（ｔ）、φ_ｂ（ｔ）、φ_ｃ（ｔ））の波形は、直接的な観測は不可能である（実測した電圧の積分値による）。

ここで、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示す時間ｔ_open0は、系統側遮断器２１が開放されて無負荷励磁状態の変圧器２３が電力系統から解列される場合に、系統側遮断器２１の遮断動作時間や系統側遮断器２１の固定接触子及び可動接触子間に生じる発弧の時間を経て、変圧器２３の一次巻線への励磁電流の供給が実際に遮断された瞬間（以下、遮断時間ｔ_open0と称す）である。

また、変圧器２３の二次側には、図１に示すように、図示しない避雷器を備えたサージ吸収装置２４や低圧側計器用変圧器２５ａなどが配設され、微小負荷回路として変圧器２３の二次巻線に接続されて、閉回路を構成している。また、変圧器２３と負荷側遮断器２２とを接続する架空導体やケーブルの漏れキャパシタンスなどもこの閉回路の構成要素となる。
このため、遮断時間ｔ_open0以降において、変圧器２３の一次巻線には、電流が流れないのである（ゼロである）が、変圧器２３の二次巻線には、変圧器２３の二次側の閉回路を通して、過渡電流が流れることになる。

なお、この過渡電流は、アンペア・ターンと相殺される形で、局所的な電流が変圧器２３の鉄心内に渦電流として流れ、熱として消費されることになるために、短時間で減衰し、所定の時間（以下、実効遮断時間ｔ_open1と称す）で、電流値がゼロ値に収束する。

また、変圧器２３の二次電圧も同様に、各相の電圧波形は、図２（ａ）上図に示すように、遮断時間ｔ_open0の直後も、過渡電流に伴って過渡電圧として自由振動的に減衰し、変圧器２３内において、数ｍｓ〜十数ｍｓ程度の過渡現象が続いた後、実効遮断時間ｔ_open1で、各相の電圧値がゼロ値に収束する。
また、変圧器２３の鉄心内の磁束も同様に、各相の磁束波形は、図２（ａ）下図に示すように、過渡的に変化し、過渡時間帯における各相の過渡電圧の積分値として連続的に演算される各相の鉄心内の磁束（φ_ａ（ｔ）、φ_ｂ（ｔ）、φ_ｃ（ｔ））の過渡値（瞬時波形）は、過渡電圧及び過渡電流の過渡現象が収束する実効遮断時間ｔ_open1で、各相の磁束値が同時に一定値に収束する。

このように、実効遮断時間ｔ_open1における変圧器２３の鉄心内の磁束（φ_ａ（ｔ_open1）、φ_ｂ（ｔ_open1）、φ_ｃ（ｔ_open1））は、電力系統から変圧器２３を解列した場合に、変圧器２３の鉄心内に直流的に残存する真の残留磁束（φ_ｒａ、φ_ｒｂ、φ_ｒｃ）であり、次式（４）で表現することができる。なお、以下の説明においては、変圧器２３の鉄心内に残される真の残留磁束を「実効残留磁束」と称して説明する。

[数４]
φ_ｒａ＝φ_ａ（ｔ_open1）
φ_ｒｂ＝φ_ｂ（ｔ_open1） （４）
φ_ｒｃ＝φ_ｃ（ｔ_open1）

ところで、電力系統から変圧器２３の各相が解列（系統側遮断器２１の各相が開放）されて変圧器２３への励磁電流の供給が遮断されるタイミングは、各相間でずれることがなく、各相とも同時の遮断時間ｔ_open0であり、以下の理由によるものである。

遮断器は、一般的に、交流通電電流がその「電流ゼロ点」になるタイミングで遮断消弧され、三相平衡回路の三相遮断する場合には、各相の電流位相（電流ゼロ点になるタイミング）が異なるため、三相のうち、系統側遮断器２１の最初に電流ゼロ点になる相が遮断され、続いて他の相が電流ゼロ点になるタイミングでそれぞれ遮断される。すなわち、負荷電流や故障電流による遮断現象では、一般的に、各相電流の遮断タイミングに時間差が生ずることになる。

しかしながら、本発明が励磁突入電流の抑制対象としている、無負荷励磁状態の変圧器２３への励磁電流の供給を遮断する場合には、この励磁電流が１Ａ程度の極端な微小電流であるために、系統側遮断器２１の固定接触子と可動接触子とが機械的に開離する瞬間に（電流ゼロ点でなくても）、系統側遮断器２１が開放される（電流裁断、チョッピング現象）。
また、系統側遮断器２１の各固定接触子と各可動接触子との機械的開離のタイミングは、事実上、同時のタイミングである。
つまり、変圧器２３の各相への励磁電流の供給を遮断する時（タイミング）は、事実上、同時の遮断時間ｔ_open0で行われるといえる。

他方、前述した過渡現象を生じさせる変圧器２３と変圧器２３の二次側の閉回路との微小負荷回路は、一般に、三相平衡回路である。また、電力系統からの系統電圧による変圧器２３への課電電圧（励磁電圧）については、系統側遮断器２１の開放直前まで三相平衡状態である。

したがって、遮断時間ｔ_open0から始まる過渡現象の回路条件は、全て三相平衡条件にあると理論的に判断することができる。つまり、各相の過渡現象が生じる過渡時間帯（遮断時間ｔ_open0から実効遮断時間ｔ_open1までの時間帯）では、変圧器２３における全ての電気量及び磁気量が、過渡時間帯の初め（遮断時間ｔ_open0）から終わり（実効遮断時間ｔ_open1）まで、三相平衡状態の過渡現象として推移するはずである。

ここで、図２（ａ）上図に示す二次電圧の波形は、例えば、図２（ｂ）上図に示すベクトル図で表すことができ、図２（ａ）下図に示す磁束の波形は、例えば、図２（ｂ）下図に示すベクトル図で表すことができる。

変圧器２３の各相の二次電圧は、図２（ｂ）上図に示すように、過渡時間帯（遮断時間ｔ_open0から実効遮断時間ｔ_open1までの時間帯）を通じて三相平衡状態の過渡現象として振る舞い、やがて消滅する。なお、二次電圧のベクトルとしては、この過渡時間帯に、三相平衡のベクトル正三角形を保持したままで位相回転（スリップ）を伴いつつ縮小していき、やがて実効遮断時間ｔ_open1でゼロ値に至り消滅する。

同様に、変圧器２３の鉄心内の各相の磁束は、図２（ｂ）下図に示すように、過渡現象（遮断時間ｔ_open0から実効遮断時間ｔ_open1までの時間帯）を通じて三相平衡の過渡現象として振る舞う。なお、鉄心内の磁束のベクトルとしては、この過渡時間帯に、三相平衡のベクトル正三角形を保持しつつ位相回転（スリップ）を伴うが、その回転速度を徐々に緩めて、やがて実効遮断時間ｔ_open1で位相回転（スリップ）を静止する。
この静止時点で一定値となった変圧器２３の各相の鉄心内の磁束が、真の残留磁束（実効残留磁束）として、変圧器２３の停止時間中も保持されることになる。なお、この過渡時間帯において、磁束エネルギーの一部は変圧器２３の鉄心等で熱消費されるために、三相磁束ベクトルは正三角形のままでその大きさは若干縮小すると考えられる。

但し、過渡現象中における磁束の変化は、各相の残留磁束の絶対値が必ずしも縮小することを意味しない。また、実効遮断時間ｔ_open1における任意の相（例えば、ａ相）の実効残留磁束φ_ｒａ（＝φ_ａ（ｔ_open1））が、遮断時間ｔ_open0における磁束φ_ａ（ｔ_open0）に対して極性が変化する場合や、実効遮断時間ｔ_open1における変圧器２３の鉄心内の磁束の絶対値が、遮断時間ｔ_open0における変圧器２３の鉄心内の磁束の絶対値よりも増大する場合があり得ることを理論的に示している。

つぎに、励磁突入電流を抑制する基本的な考え方について説明する。
系統電圧又は変圧器２３の各相電圧の瞬時値を、適宜、サンプルして実測し、必要に応じて、実測値を電圧波形として描くことが可能である。
また、この電圧の実測値を刻々積分すれば、各相の磁束値を刻々の瞬時値として算出することができ、必要に応じて、積分値を磁束波形として描くことも可能である。

そして、変圧器２３への励磁電流の供給を遮断する場合には、遮断時間ｔ_open0の前後を連続して、磁束の瞬時値の演算（積分）を続ければ、積分値が一定値として収束した値が、実効残留磁束（φ_ｒａ、φ_ｒｂ、φ_ｒｃ）である。

また、この各相の実効残留磁束（φ_ｒａ、φ_ｒｂ、φ_ｒｃ）は、正又は負の値の絶対値として得られること、その磁束値がベクトル的に正三角形を構成することになる。また、実効遮断時間ｔ_open1は、過渡現象が続いた後、磁束の瞬時値が一定値に収束するタイミングとして演算的に知ることができる。

ここで、実効残留磁束（φ_ｒａ、φ_ｒｂ、φ_ｒｃ）のベクトルとしての姿は、三相平衡であり、その三相平衡の位相角度も磁束演算の結果として判明している。
一方、系統側遮断器２１を再投入して変圧器２３を併入（再励磁）する場合には、系統電圧による励磁磁束の初期値も当然ベクトル的に三相平衡である。このため、系統側遮断器２１を再投入して変圧器２３を併入（再励磁）する位相角（以下、投入位相角θ_closeと称す）又は時間（以下、投入時間ｔ_closeと称す）における、変圧器２３の鉄心の各相の励磁磁束（以下、初期励磁磁束と称す）（（φ_ａ（θ_close）、φ_ｂ（θ_close）、φ_ｃ（θ_close））又は（φ_ａ（ｔ_close）、φ_ｂ（ｔ_close）、φ_ｃ（ｔ_close）））は、三相平衡である。

そこで、残留磁束（φ_ｒａ、φ_ｒｂ、φ_ｒｃ）の三相平衡と初期励磁磁束（φ_ａ（θ_close）、φ_ｂ（θ_close）、φ_ｃ（θ_close））の三相平衡とが、同一位相角で重なる関係になるように投入位相角θ_closeを制御すれば（投入位相角θ_closeを実効遮断位相角θ_open1（実効遮断時間ｔ_open1をラジアン表示に換算した位相角）に一致するように制御すれば）、各相の励磁突入電流を理想的に抑制することができるはずである。

例えば、図２（ｃ）においては、残留磁束（φ_ｒａ、φ_ｒｂ、φ_ｒｃ）と初期励磁磁束（φ_ａ（ｔ_close）、φ_ｂ（ｔ_close）、φ_ｃ（ｔ_close））とを示すベクトルの各相の位相関係が比較的に合致している場合であり、特に、両者の位相角度（大きさ、極性）を完全に一致させることができれば、三相全ての励磁突入電流を、事実上、ほぼゼロに近い値まで極限させることになる。

逆に、残留磁束の三相平衡と初期励磁磁束の三相平衡との位相関係がずれれば、各相の初期励磁磁束と残留磁束の絶対値的な差が大きくなり、変圧器２３の磁束密度が高くなり、励磁突入電流が生じ易い状況になる。

例えば、図２（ｄ）においては、残留磁束（φ_ｒａ、φ_ｒｂ、φ_ｒｃ）と初期励磁磁束（φ_ａ（ｔ_close）、φ_ｂ（ｔ_close）、φ_ｃ（ｔ_close））とを示すベクトルの各相の位相関係が同一相同士で逆位相に近い状態の場合であり、特に、両者の各相が逆位相になると、最大級の励磁突入電流を発生させることになる。なお、図２（ｃ）及び図２（ｄ）のベクトル図の右側に示す両向き矢印は、残留磁束（φ_ｒａ、φ_ｒｂ、φ_ｒｃ）と初期励磁磁束（φ_ａ（ｔ_close）、φ_ｂ（ｔ_close）、φ_ｃ（ｔ_close））とのずれの大きさを示している。

特に、図２（ｃ）に示す場合は、各相の初期励磁磁束及び実効残留磁束が理論的にほぼ完全に一致する理想的な投入位相角になるが、図２（ｄ）に示す場合は、ａ相の初期励磁磁束φ_ａ（ｔ_close）及び実効残留磁束φ_ａ（ｔ_open1）は一致するものの、ｂ相の初期励磁磁束φ_ｂ（ｔ_close）及び実効残留磁束φ_ｂ（ｔ_open1）並びにｃ相の初期励磁磁束φ_ｃ（ｔ_close）及び実効残留磁束φ_ｃ（ｔ_open1）が極端な不一致になり、変圧器２３の鉄心が極度に飽和する最悪の投入位相角になる。

つぎに、本実施形態に係る励磁突入電流抑制装置１０について、図１及び図３（ａ）を用いて説明する。
励磁突入電流抑制装置１０は、大別すると、電圧計測部１と、実効遮断タイミング算出部２と、鉄心磁束算出部３と、実効残留磁束算出部４と、投入位相角算出部５と、投入位相角制御部６と、を備える。また、励磁突入電流抑制装置１０は、必要に応じて、遮断時間算出部２ｂと、見かけ残留磁束算出部４ａと、投入動作時間算出部７と、投入位相角実績値算出部８と、瞬時電圧低下量算出部９と、を備える。

電圧計測部１は、変圧器２３の各相電圧及び系統電源の各相の系統電圧を計測する。すなわち、電圧計測部１は、系統側計器用変圧器２５ｂ及び低圧側計器用変圧器２５ａから得られる各相電圧の瞬時値を刻々サンプリング実測して、その瞬時値の大きさ、極性及び波形を実測する機能を有する。
また、電圧計測部１は、変圧器２３の二次側と負荷側遮断器２２との間に接続された低圧側計器用変圧器２５ａを介して変圧器２３の各相電圧（ｖ_Ｌａ（ｔ）、ｖ_Ｌｂ（ｔ）、ｖ_Ｌｃ（ｔ））を計測する第１の電圧計測部１ａと、系統電源と系統側遮断器２１との間に接続された系統側計器用変圧器２５ｂを介して系統電源の各相の系統電圧（ｖ_ａ（ｔ）、ｖ_ｂ（ｔ）、ｖ_ｃ（ｔ））を計測する第２の電圧計測部１ｂと、を備える。

なお、本実施形態に係る第１の電圧計測部１ａは、変圧器２３の二次側の各相電圧（ｖ_Ｌａ（ｔ）、ｖ_Ｌｂ（ｔ）、ｖ_Ｌｃ（ｔ））を計測する構成であるが、変圧器２３の一次側と系統側遮断器２１との間に高圧側計器用変圧器を接続し、この高圧側計器用変圧器を介して変圧器２３の一次側の各相電圧（ｖ_Ｈａ（ｔ）、ｖ_Ｈｂ（ｔ）、ｖ_Ｈｃ（ｔ））を計測する構成であってもよい。

実効遮断タイミング算出部２は、電圧計測部１（第１の電圧計測部１ａ）により計測された各相電圧（ｖ_Ｌａ（ｔ）、ｖ_Ｌｂ（ｔ）、ｖ_Ｌｃ（ｔ））の三相全ての瞬時値がゼロ値に収束したタイミングを実効遮断タイミング（実効遮断時間ｔ_open1又は実効遮断位相角θ_open1）として算出する。なお、ラジアン表示換算部２ａは、実効遮断時間ｔ_open1をラジアン表示（実効遮断位相角θ_open1）に換算する。

遮断時間算出部２ｂは、電圧計測部１（第１の電圧計測部１ａ）により計測された各相電圧（ｖ_Ｌａ（ｔ）、ｖ_Ｌｂ（ｔ）、ｖ_Ｌｃ（ｔ））に基づき、各相電圧の正弦波の波形が乱れた瞬間、すなわち、事前に流れていた励磁電流が各相同時にゼロに消滅した瞬間を遮断時間ｔ_open0として算出する。

鉄心磁束算出部３は、電圧計測部１（第１の電圧計測部１ａ）により計測された各相電圧（ｖ_Ｌａ（ｔ）、ｖ_Ｌｂ（ｔ）、ｖ_Ｌｃ（ｔ））をそれぞれ積分して変圧器２３の鉄心の各相の磁束（φ_ａ（ｔ）、φ_ｂ（ｔ）、φ_ｃ（ｔ））を算出する。すなわち、鉄心磁束算出部３は、実測した各相電圧（ｖ_Ｌａ（ｔ）、ｖ_Ｌｂ（ｔ）、ｖ_Ｌｃ（ｔ））の瞬時値を刻々積分し、変圧器２３の鉄心の各相の磁束の時間波形値（φ_ａ（ｔ）、φ_ｂ（ｔ）、φ_ｃ（ｔ））として算出する機能を有する。なお、鉄心磁束算出部３は、系統側遮断器２１により各相同時に励磁電流が遮断される遮断時間ｔ_open0の前後においても、継続的に演算を行なうものとする。

実効残留磁束算出部４は、鉄心磁束算出部３により算出した各相の磁束（φ_ａ（ｔ）、φ_ｂ（ｔ）、φ_ｃ（ｔ））のうち実効遮断タイミング（実効遮断時間ｔ_open1又は実効遮断位相角θ_open1）における各相の磁束（（φ_ａ（ｔ_open1）、φ_ｂ（ｔ_open1）、φ_ｃ（ｔ_open1））又は（φ_ａ（θ_open1）、φ_ｂ（θ_open1）、φ_ｃ（θ_open1）））を実効残留磁束（φ_ｒａ、φ_ｒｂ、φ_ｒｃ）として当該各相の実効残留磁束を算出する。

見かけ残留磁束算出部４ａは、鉄心磁束算出部３により算出した各相の磁束（φ_ａ（ｔ）、φ_ｂ（ｔ）、φ_ｃ（ｔ））のうち遮断時間ｔ_open0における各相の磁束を見かけ上（偽）の残留磁束（φ_ａ（ｔ_open0）、φ_ｂ（ｔ_open0）、φ_ｃ（ｔ_open0））として算出する。なお、見かけ残留磁束算出部４ａは、見かけ上の残留磁束（φ_ａ（ｔ_open0）、φ_ｂ（ｔ_open0）、φ_ｃ（ｔ_open0）を出力部（表示装置、印刷装置、記憶媒体など）に出力し、励磁突入電流抑制装置１０の操作者が確認することができる。

投入位相角算出部５は、実効残留磁束算出部４により算出された各相の実効残留磁束（φ_ｒａ、φ_ｒｂ、φ_ｒｃ）に基づき、系統側遮断器２１に対する投入位相角θ_closeを算出する。

特に、本実施形態に係る投入位相角算出部５は、図３（ａ）に示すように、フェーサー値算出部５ａ及び投入位相角特定部５ｂを備える。

フェーサー値算出部５ａは、実効残留磁束算出部４により算出された各相の実効残留磁束（φ_ａ（θ_open1）、φ_ｂ（θ_open1）、φ_ｃ（θ_open1））及び次式（５）に基づき、実効残留磁束のベクトル正三角形の重心と各頂点とを結ぶ線分の大きさ（以下、フェーサー値と称す）Φ_ｒを算出する。

[数５]
Φ_ｒ＝√｛（２／３）×（｛φ_ａ（θ_open1）｝^２＋｛φ_ｂ（θ_open1）｝^２＋｛φ_ｃ（θ_open1）｝^２）｝
・・・（５）

投入位相角特定部５ｂは、実効残留磁束算出部４により算出された各相の実効残留磁束（φ_ａ（θ_open1）、φ_ｂ（θ_open1）、φ_ｃ（θ_open1））、フェーサー値算出部５ａにより算出されたフェーサー値Φ_ｒ、及び、次式（６）に基づき、投入位相角θ_close（θ_ａ、θ_ｂ、θ_ｃ）を特定する。

[数６]
θ_ａ＝ｓｉｎ^−１（φ_ａ（θ_open1）／Φ_ｒ）
θ_ｂ＝ｓｉｎ^−１（φ_ｂ（θ_open1）／Φ_ｒ） ・・・（６）
θ_ｃ＝ｓｉｎ^−１（φ_ｃ（θ_open1）／Φ_ｒ）

投入位相角制御部６は、電圧計測部１（第２の電圧計測部１ｂ）により計測された各相の系統電圧（ｖ_ａ（ｔ）、ｖ_ｂ（ｔ）、ｖ_ｃ（ｔ））と投入位相角算出部５により算出された投入位相角θ_closeとに基づき、系統側遮断器２１を投入する。

投入動作時間算出部７は、電圧計測部１（第１の電圧計測部１ａ）により計測された各相電圧（ｖ_Ｌａ（ｔ）、ｖ_Ｌｂ（ｔ）、ｖ_Ｌｃ（ｔ））に基づき、各相電圧がゼロ値から変化した実時間を算出する。また、投入動作時間算出部７は、投入位相角制御部６から系統側遮断器２１への投入信号を出力した指令時間に関する情報を投入位相角制御部６から受信して、指令時間から実時間までの系統側遮断器２１の投入動作時間を算出し、投入位相角制御部６にフィードバックする。

投入位相角実績値算出部８は、電圧計測部１（第１の電圧計測部１ａ）により計測された各相電圧（ｖ_Ｌａ（ｔ）、ｖ_Ｌｂ（ｔ）、ｖ_Ｌｃ（ｔ））に基づき、各相電圧がゼロ値から変化した時間における電圧計測部１（第２の電圧計測部１b）により計測された各相電圧の位相角の実績値を算出する。なお、投入位相角実績値算出部８は、各相電圧の位相角の実績値を出力部（表示装置、印刷装置、記憶媒体など）に出力し、励磁突入電流抑制装置１０の操作者が確認することができる。

瞬時電圧低下量算出部９は、電圧計測部１（第２の電圧計測部１ｂ）により計測された各相の系統電圧（ｖ_ａ（ｔ）、ｖ_ｂ（ｔ）、ｖ_ｃ（ｔ））の電圧波形に基づき、系統側遮断器２１を投入する前の系統電圧の実効値と系統側遮断器２１を投入した後の系統電圧の実効値とを算出して、瞬時電圧低下量を算出する。なお、瞬時電圧低下量算出部９は、瞬時電圧低下量を出力部（表示装置、印刷装置、記憶媒体など）に出力し、励磁突入電流抑制装置１０の操作者が確認することができる。

つぎに、本実施形態に係る励磁突入電流抑制装置１０の処理動作について、図３（ｂ）を用いて説明する。

まず、無負荷励磁状態の変圧器２３を電力系統から解列する場合について説明する。
励磁突入電流抑制装置１０は、操作者による系統側遮断器２１の「切」指令を受信すると（ステップＳ１）、第１の電圧計測部１ａが、変圧器２３の二次側における各相電圧の瞬時値（ｖ_Ｌａ（ｔ）、ｖ_Ｌｂ（ｔ）、ｖ_Ｌｃ（ｔ））の計測を開始し、計測値を刻々記録する（ステップＳ２）。

系統側遮断器２１は、系統側遮断器２１の「切」指令を検出すると、固定接触子と可動接触子とを機械的に開離して遮断を完了する。この瞬間に、変圧器２３は、運転機能を停止して、電力系統から解列される（ステップＳ３）。

実効遮断タイミング算出部２は、第１の電圧計測部１ａで測定された各相電圧の刻々の瞬時値（ｖ_Ｌａ（ｔ）、ｖ_Ｌｂ（ｔ）、ｖ_Ｌｃ（ｔ））に基づき、実効遮断時間ｔ_open1を算出して記録する（ステップＳ４）。また、実効遮断タイミング算出部２のラジアン表示換算部２ａは、実効遮断時間ｔ_open1をラジアン表示（実効遮断位相角θ_open1）に換算する。すなわち、実効遮断タイミング算出部２（ラジアン表示換算部２ａ）は、第１の電圧計測部１ａで測定された各相電圧の刻々の瞬時値（ｖ_Ｌａ（ｔ）、ｖ_Ｌｂ（ｔ）、ｖ_Ｌｃ（ｔ））に基づき、実効遮断タイミング（実効遮断時間ｔ_open1、実効遮断位相角θ_open1）を算出する（ステップＳ４）。
なお、遮断時間算出部２ｂは、第１の電圧計測部１ａで測定された各相電圧の刻々の瞬時値（ｖ_Ｌａ（ｔ）、ｖ_Ｌｂ（ｔ）、ｖ_Ｌｃ（ｔ））に基づき、系統側遮断器２１が開放した瞬間の遮断時間ｔ_open0を算出して記録するが、本発明に必須のステップではない。

鉄心磁束算出部３は、第１の電圧計測部１ａにより測定された各相電圧の刻々の瞬時値（ｖ_Ｌａ（ｔ）、ｖ_Ｌｂ（ｔ）、ｖ_Ｌｃ（ｔ））を積分し、磁束値を刻々の瞬時値（φ_ａ（ｔ）、φ_ｂ（ｔ）、φ_ｃ（ｔ））として算出する（ステップＳ５）。

実効残留磁束算出部４は、鉄心磁束算出部３で算出した磁束値（φ_ａ（ｔ）、φ_ｂ（ｔ）、φ_ｃ（ｔ））に基づき、実効遮断タイミング（実効遮断時間ｔ_open1、実効遮断位相角θ_open1）における磁束値を実効残留磁束（φ_ｒａ、φ_ｒｂ、φ_ｒｃ）として算出する（ステップＳ６）。
なお、見かけ残留磁束算出部４ａは、鉄心磁束算出部３で算出した磁束値（φ_ａ（ｔ）、φ_ｂ（ｔ）、φ_ｃ（ｔ））に基づき、遮断時間ｔ_open0における磁束値を見かけ残留磁束（φ_ａ（ｔ_open0）、φ_ｂ（ｔ_open0）、φ_ｃ（ｔ_open0））として算出するが、本発明に必須のステップではない。

投入位相角算出部５は、電力系統に変圧器２３を併入して変圧器２３を再励磁する場合に、投入位相角θ_close（又は投入時間ｔ_close）における投入各相の初期励磁磁束（（φ_ａ（θ_close）、φ_ｂ（θ_close）、φ_ｃ（θ_close））又は（φ_ａ（ｔ_close）、φ_ｂ（ｔ_close）、φ_ｃ（ｔ_close）））の位相関係が、実効残留磁束算出部４で算出した実効残留磁束（（φ_ａ（θ_open1）、φ_ｂ（θ_open1）、φ_ｃ（θ_open1））又は（φ_ａ（ｔ_open1）、φ_ｂ（ｔ_open1）、φ_ｃ（ｔ_open1）））の位相関係と三相共にほぼ一致するように、理想的な投入位相角θ_closeを決定する（ステップＳ７）。
すなわち、投入位相角算出部５は、実効残留磁束算出部４で算出した実効残留磁束の三相ベクトル正三角形と、変圧器２３の併入（再励磁）による初期励磁磁束の三相ベクトル正三角形の位相関係が一致するような投入位相角θ_closeを１サイクル（１周期：０度〜３６０度（０［ｒａｄ］〜２π［ｒａｄ］））の中から抽出する。

なお、投入位相角θ_closeを決定するステップＳ７は、以下に示すステップＳ７ａ及びステップＳ７ｂからなる。

投入位相角算出部５のフェーサー値算出部５ａは、実効残留磁束算出部４により算出された各相の実効残留磁束（φ_ａ（θ_open1）、φ_ｂ（θ_open1）、φ_ｃ（θ_open1））及び前式（５）に基づき、実効残留磁束のフェーサー値Φ_ｒを算出する（ステップＳ７ａ）。

そして、投入位相角算出部５の投入位相角特定部５ｂは、実効残留磁束算出部４により算出された各相の実効残留磁束（φ_ａ（θ_open1）、φ_ｂ（θ_open1）、φ_ｃ（θ_open1））、フェーサー値算出部５ａにより算出されたフェーサー値Φ_ｒ、及び、前式（６）に基づき、投入位相角θ_close（θ_ａ、θ_ｂ、θ_ｃ）を特定する（ステップＳ７ｂ）。

つぎに、停止中の変圧器２３を電力系統に併入する場合について説明する。
励磁突入電流抑制装置１０は、操作者による系統側遮断器２１の「入」指令を受信すると（ステップＳ８）、第２の電圧計測部１ｂが、系統電圧の各相電圧の瞬時値（ｖ_ａ（ｔ）、ｖ_ｂ（ｔ）、ｖ_ｃ（ｔ））の計測を開始し、計測値を刻々記録する（ステップＳ９）。

投入位相角制御部６は、操作者による系統側遮断器２１の「入」指令を検出すると、第２の電圧計測部１ｂが測定した系統電圧の各相電圧の瞬時値（ｖ_ａ（ｔ）、ｖ_ｂ（ｔ）、ｖ_ｃ（ｔ））に基づき、現在の系統電圧の各相電圧の位相角を判断する（ステップＳ１０）。

そして、投入位相角制御部６は、投入動作時間算出部７から入力される系統側遮断器２１の投入動作時間を考慮して、系統電圧が投入位相角θ_closeで変圧器２３に印加するように、系統側遮断器２１に「入」指令を出力する（ステップＳ１１）。

系統側遮断器２１は、投入位相角制御部６からの「入」指令を受信すると、固定接触子と可動接触子とを機械的に接触して、投入位相角θ_closeで系統電圧を変圧器２３に印加させ、変圧器２３を無負荷励磁状態にする（ステップＳ１２）。

特に、本実施形態においては、図４（ａ）に示すように、実効残留磁束のベクトル正三角形（フェーサー値Φ_ｒ）と初期励磁磁束のベクトル正三角形（フェーサー値Φ）との三相の位相関係が一致する位相角タイミングを、目標とする理想的な投入位相角θ_closeとして、系統側遮断器２１の投入を制御する。

すなわち、投入位相角制御部６は、実効遮断位相角θ_open1（例えば、ａ相の実効遮断位相角θ_open1）に投入位相角θ_close（ここでは、ａ相の投入位相角θ_close）を一致させるような制御を行なうことにより、実効残留磁束のベクトル正三角形と初期励磁磁束のベクトル正三角形の位相関係を一致させることができる。

なお、実効残留磁束（例えば、φ_ａ（θ_open1））と初期励磁磁束（例えば、φ_ａ（θ_close））との位相関係を一致させる制御としては、図４（ｂ）に示すように、以下の手法も考えられる。

第１の手法としては、実効残留磁束φ_ａ（θ_open1）と初期励磁磁束φ_ａ（θ_close）とのスカラー積「φ_ａ（θ_open1）・φ_ａ（θ_close）＝｜φ_ａ（θ_open1）｜｜φ_ａ（θ_close）｜ｃｏｓδ」をゼロ（０）にする。なお、δはφ_ａ（θ_open1）及びφ_ａ（θ_close）のベクトル同士のなす角である。
第２の手法としては、実効残留磁束φ_ａ（θ_open1）及び初期励磁磁束φ_ａ（θ_close）を二辺とする三角形の辺のうち残りの一辺の長さをゼロ（０）にする。

第３の手法としては、実効残留磁束φ_ａ（θ_open1）及び初期励磁磁束φ_ａ（θ_close）を二辺とする三角形の面積Ｓ_ａ（又は、ベクトル積「φ_ａ（θ_open1）×φ_ａ（θ_close）＝｜φ_ａ（θ_open1）｜｜φ_ａ（θ_close）｜ｓｉｎδ」）をゼロ（０）にする。
第４の手法としては、各相の実効残留磁束（φ_ａ（θ_open1）、φ_ｂ（θ_open1）、φ_ｃ（θ_open1））と各相の初期励磁磁束（φ_ａ（θ_close）、φ_ｂ（θ_close）、φ_ｃ（θ_close））との差ベクトル又はスカラー値を一致させる（｜φ_ａ（θ_open1）−φ_ａ（θ_close）｜＝｜φ_ｂ（θ_open1）−φ_ｂ（θ_close）｜＝｜φ_ｃ（θ_open1）−φ_ｃ（θ_close）｜）。

なお、ステップＳ１２の後に以下の各処理を必要に応じて追加してもよい。
投入動作時間算出部７は、第１の電圧計測部１ａにより計測された各相電圧（ｖ_Ｌａ（ｔ）、ｖ_Ｌｂ（ｔ）、ｖ_Ｌｃ（ｔ））に基づき、各相電圧がゼロ値から変化した実時間を算出する。また、投入動作時間算出部７は、投入位相角制御部６から系統側遮断器２１への投入信号を出力した指令時間に関する情報を投入位相角制御部６から受信して、指令時間から実時間までの系統側遮断器２１の投入動作時間を算出し、投入位相角制御部６に投入動作時間を出力する。この処理により、投入位相角制御部６は、投入動作時間算出部７から入力される投入動作時間を考慮して、次回の投入操作時に反映することができる。

投入位相角実績値算出部８は、第１の電圧計測部１ａにより計測された各相電圧（ｖ_Ｌａ（ｔ）、ｖ_Ｌｂ（ｔ）、ｖ_Ｌｃ（ｔ））に基づき、各相電圧がゼロ値から変化した時間における第２の電圧計測部１ｂにより計測された各相電圧の位相角の実績値を算出する。

瞬時電圧低下量算出部９は、第２の電圧計測部１ｂにより計測された各相の系統電圧（ｖ_ａ（ｔ）、ｖ_ｂ（ｔ）、ｖ_ｃ（ｔ））の電圧波形に基づき、系統側遮断器２１を投入する前の系統電圧の実効値と系統側遮断器２１を投入した後の系統電圧の実効値とを算出して、瞬時電圧低下量を算出する。

以上のように、本実施形態に係る励磁突入電流抑制装置１０は、変圧器２３の鉄心内の残留磁束の過渡現象を考慮して、真の残留磁束（実効残留磁束）を算出し、この実効残留磁束に基づき、変圧器２３の投入位相角を算出する。そして、本実施形態に係る励磁突入電流抑制装置１０は、算出した投入位相角に基づき、系統側遮断器２１を制御することにより、励磁突入電流を抑制することができるという作用効果を奏する。

（本発明の第２の実施形態）
図５（ａ）は第２の実施形態に係る投入位相角算出部の概略構成を示すブロック図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）に示す投入位相角算出部による図３に示すステップＳ７の詳細な処理を示すフローチャートである。図５において、図１乃至図４と同じ符号は、同一又は相当部分を示し、その説明を省略する。

本実施形態に係る投入位相角算出部５は、実効残留磁束算出部４により算出された各相の実効残留磁束（φ_ｒａ、φ_ｒｂ、φ_ｒｃ）の大きさ（絶対値）及び極性に基づき、系統側遮断器２１に対する投入位相角θ_closeを算出する。

なお、投入位相角θ_closeは、系統電圧（ｖ_ａ（ｔ）、ｖ_ｂ（ｔ）、ｖ_ｃ（ｔ））が定常状態で変圧器２３に印加された場合における当該変圧器２３の鉄心の各相の初期励磁磁束（φ_ａ（θ_close）、φ_ｂ（θ_close）、φ_ｃ（θ_close））の極性と当該各相の初期励磁磁束にそれぞれ対応する各相の実効残留磁束（φ_ｒａ、φ_ｒｂ、φ_ｒｃ）の極性とがそれぞれ同一であり、各相の初期励磁磁束のうち任意の一相である第１相の初期励磁磁束の磁束値と当該第１相の初期励磁磁束に対応する第１相の実効残留磁束の磁束値とが同一になる位相角度である。

特に、本実施形態に係る投入位相角算出部５は、図５（ａ）に示すように、投入位相角候補算出部１１及び投入位相角決定部１２を備える。
投入位相角候補算出部１１は、各相の実効残留磁束のうち任意の一相である第１相の実効残留磁束の磁束値及び極性がそれぞれ同一になる２つの位相角θ_α，θ_βを当該第１相の投入位相角θ_closeの候補として算出する。

投入位相角決定部１２は、２つの投入位相角候補θ_α，θ_βに対して２π／３ラジアン又は−２π／３ラジアンの位相をずらした位相角をそれぞれ算出し、当該位相をずらした一方の位相角における第２相の励磁磁束の磁束値と当該第２相の励磁磁束に対応する第２相の実効残留磁束の磁束値との差の絶対値が、位相をずらした他方の位相角における第２相の励磁磁束の磁束値と当該第２相の励磁磁束に対応する第２相の実効残留磁束の磁束値との差の絶対値より大きい場合に、他方の位相角に対応する第１相の投入位相角候補を当該第１相の投入位相角として決定する。

また、投入位相角決定部１２は、励磁磁束演算部１２ａ、基準相決定部１２ｂ及び非基準相比較部１２ｃを備える。
励磁磁束演算部１２ａは、電圧計測部１（第２の電圧計測部１ｂ）により計測された系統電圧の各相電圧（ｖ_ａ（ｔ）、ｖ_ｂ（ｔ）、ｖ_ｃ（ｔ））をそれぞれ積分して定常状態の各相の励磁磁束（Φ_ａ（ｔ）、Φ_ｂ（ｔ）、Φ_ｃ（ｔ））を算出し、ラジアン表示（Φ_ａ（θ）、Φ_ｂ（θ）、Φ_ｃ（θ））に換算したうえで、一辺の長さを1.0とする励磁磁束（Φ_ａ（θ）、Φ_ｂ（θ）、Φ_ｃ（θ））のベクトル正三角形を算出する。
基準相決定部１２ｂは、励磁磁束演算部１２ａにより算出された励磁磁束と実効残留磁束とを比較するための基準相を決定する。
非基準相比較部１２ｃは、基準相決定部１２ｂにより決定された基準相以外の相であり、投入位相角候補における励磁磁束と実効残留磁束とを比較して、投入位相角θ_closeを決定する。

つぎに、本実施形態に係る投入位相角算出部５による投入位相角θ_closeを決定するステップＳ７について、図５（ｂ）を用いて詳細に説明する。
まず、投入位相角候補算出部１１は、実効残留磁束算出部４で算出した実効残留磁束（φ_ａ（θ_open1）、φ_ｂ（θ_open1）、φ_ｃ（θ_open1））に基づき、実効残留磁束の大きさがベクトル正三角形の重心と各頂点とを結ぶ線分（フェーサー値）をなす位相角度θ_α，θ_β（０［ｒａｄ］〜２π［ｒａｄ］のうちの２値）、すなわち、各相の実効残留磁束のうち任意の一相である第１相の実効残留磁束の磁束値及び極性がそれぞれ同一になる２つの位相角θ_α，θ_βを、当該当該第１相の投入位相角θ_closeの候補として算出し、投入位相角の候補として決定する（ステップＳ７ａ）。

投入位相角決定部１２の励磁磁束演算部１２ａは、第２の電圧計測部１ｂにより計測された系統電圧の各相電圧（ｖ_ａ（ｔ）、ｖ_ｂ（ｔ）、ｖ_ｃ（ｔ））をそれぞれ積分して定常状態の各相の励磁磁束（Φ_ａ（ｔ）、Φ_ｂ（ｔ）、Φ_ｃ（ｔ））を算出し、ラジアン表示（Φ_ａ（θ）、Φ_ｂ（θ）、Φ_ｃ（θ））に換算する。そして、励磁磁束演算部１２ａは、次式（７）により、一辺の長さを1.0とする励磁磁束（Φ_ａ（θ）、Φ_ｂ（θ）、Φ_ｃ（θ））のベクトル正三角形を算出する（ステップＳ７ｂ）。

[数７]
Φ_ａ＝Φｃｏｓ（θ）
Φ_ｂ＝Φｃｏｓ（θ−２π／３） （７）
Φ_ｃ＝Φｃｏｓ（θ＋２π／３）

また、励磁磁束演算部１２ａは、次式（８）により投入位相角候補θ_αにおける励磁磁束のベクトル正三角形、又は、次式（９）により投入位相角候補θ_βにおける励磁磁束のベクトル正三角形を計算する（ステップＳ７ｃ）。

[数８]
Φ_ａ（θ_α）＝Φｃｏｓ（θ_α）
Φ_ｂ（θ_α）＝Φｃｏｓ（θ_α−２π／３） （８）
Φ_ｃ（θ_α）＝Φｃｏｓ（θ_α＋２π／３）

[数９]
Φ_ａ（θ_β）＝Φｃｏｓ（θ_β）
Φ_ｂ（θ_β）＝Φｃｏｓ（θ_β−２π／３） （９）
Φ_ｃ（θ_β）＝Φｃｏｓ（θ_β＋２π／３）

そして、投入位相角決定部１２の基準相決定部１２ｂは、励磁磁束演算部１２ａにより算出された励磁磁束と実効残留磁束とを比較するための基準相を決定する（ステップＳ７ｄ）。

具体的には、基準相決定部１２ｂは、｜Φ_ａ（θ_α）−φ_ａ（θ_open1）｜、｜Φ_ｂ（θ_α）−φ_ｂ（θ_open1）｜及び｜Φ_ｃ（θ_α）−φ_ｃ（θ_open1）｜のうち最小値になる相を基準相に決定する。又は、基準相決定部１２ｂは、｜Φ_ａ（θ_β）−φ_ａ（θ_open1）｜、｜Φ_ｂ（θ_β）−φ_ｂ（θ_open1）｜及び｜Φ_ｃ（θ_β）−φ_ｃ（θ_open1）｜のうち最小値になる相を基準相に決定する。

なお、本実施形態に係る基準相決定部１２ｂは、最小値になる相を基準相として決定したが、「最大値となる相」、「中間値となる相」又は「予め定めた任意の一相」を基準相として決定してもよい。しかしながら、最小値になる相を基準相とすることは、基準相以外の相における、最悪の投入位相角になる場合の初期励磁磁束及び実効残留磁束の差が大きくなり、最善の投入位相角と最悪の投入位相角との判別がし易くなるために好ましい。

また、以下の説明においては、基準相決定部１２ｂによる比較結果が最小値になる相がａ相であるとして、ａ相を基準相として決定した場合について説明する。

投入位相角決定部１２の非基準相比較部１２ｃは、基準相決定部１２ｂにより決定された基準相以外の相であり、投入位相角候補における励磁磁束と実効残留磁束とを比較して投入位相角θ_closeを決定する（ステップＳ７ｅ）。

具体的には、非基準相比較部１２ｃは、比較１として、｜Φ_ｂ（θ_α）−φ_ｂ（θ_open1）｜＜｜Φ_ｂ（θ_β）−φ_ｂ（θ_open1）｜であれば投入位相角候補θ_αを投入位相角θ_closeとして決定し、｜Φ_ｂ（θ_α）−φ_ｂ（θ_open1）｜＞｜Φ_ｂ（θ_β）−φ_ｂ（θ_open1）｜であれば投入位相角候補θ_βを投入位相角θ_closeとして決定する。又は、非基準相比較部１２ｃは、比較２として、｜Φ_ｃ（θ_α）−φ_ｃ（θ_open1）｜＜｜Φ_ｃ（θ_β）−φ_ｃ（θ_open1）｜であれば投入位相角候補θ_αを投入位相角θ_closeとして決定し、｜Φ_ｃ（θ_α）−φ_ｃ（θ_open1）｜＞｜Φ_ｃ（θ_β）−φ_ｃ（θ_open1）｜であれば投入位相角候補θ_βを投入位相角θ_closeとして決定する。なお、比較１又は比較２による投入位相角θ_closeの決定は、理論的に一致する。

そして、投入位相角制御部６は、投入位相角算出部５により算出された投入位相角θ_closeを、電力系統に変圧器２３を併入する際の目標とする投入位相として記録する。

なお、この第２の実施形態においては、投入位相角算出部５の構成が異なるところのみが第１の実施形態と異なるところであり、第１の実施形態と同様の作用効果を奏する。

（本発明の第３の実施形態）
図６（ａ）は第３の実施形態に係る投入位相角算出部の概略構成を示すブロック図である。図６（ａ）において、図１乃至図５と同じ符号は、同一又は相当部分を示し、その説明を省略する。

本実施形態に係る投入位相角算出部５は、投入位相角を決定するうえで基準となる相を決定する基準相決定部５ｃと、投入位相角の２つの候補を決定する投入位相角候補算出部５ｄと、投入位相角候補のうち最善の位相角（例えば、図２（ｃ）の場合）を選定して最悪の位相角（例えば、図２（ｄ）の場合）を棄却する投入位相角決定部５ｅと、を備える。

基準相決定部５ｃは、各相の実効残留磁束（（φ_ａ（ｔ_open1）、φ_ｂ（ｔ_open1）、φ_ｃ（ｔ_open1））又は（φ_ａ（θ_open1）、φ_ｂ（θ_open1）、φ_ｃ（θ_open1）））の絶対値（大きさ、スカラー量）の大小関係を比較して、その絶対値が最小値となる相（例えば、ａ相）を基準相として決定する。

なお、基準相決定部５ｃは、「実効残留磁束の絶対値が最大値となる相」、「実効残留磁束の絶対値が中間値となる相」又は「予め定めた任意の一相」を基準相として決定してもよい。しかしながら、実効残留磁束の絶対値が最小値になる相を基準相とすることは、基準相以外の相における、最悪の投入位相角になる場合の初期励磁磁束及び実効残留磁束の差が大きくなり、最善の投入位相角と最悪の投入位相角との判別がし易くなるために好ましい。

そして、投入位相角候補算出部５ｄは、基準相決定部５ｃが決定した相（ここでは、ａ相）の初期励磁磁束（φ_ａ（ｔ_close）又はφ_ａ（θ_close））並びに実効残留磁束（φ_ａ（ｔ_open1）又はφ_ａ（θ_open1））の大きさ及び極性が一致する位相角タイミング（１サイクル中で２度存在する）を投入位相角の候補として決定する。

そして、投入位相角決定部５ｅは、投入位相角候補算出部５ｄが決定した投入位相角候補のうち、基準相（例えば、ａ相）以外の一の相（例えば、ｂ相）における初期励磁磁束（φ_ｂ（ｔ_close）又はφ_ｂ（θ_close））及び実効残留磁束（φ_ｂ（ｔ_open1）又はφ_ｂ（θ_open1））の極性が一致し、他の相（例えば、ｃ相）における初期励磁磁束（φ_ｃ（ｔ_close）又はφ_ｃ（θ_close））及び実効残留磁束（φ_ｃ（ｔ_open1）又はφ_ｃ（θ_open1））の極性が一致する場合を、理想的な投入位相角の場合として決定する。

すなわち、実効残留磁束（（φ_ａ（ｔ_open1）、φ_ｂ（ｔ_open1）、φ_ｃ（ｔ_open1））又は（φ_ａ（θ_open1）、φ_ｂ（θ_open1）、φ_ｃ（θ_open1）））のベクトル正三角形と、初期励磁磁束（（φ_ａ（ｔ_close）、φ_ｂ（ｔ_close）、φ_ｃ（ｔ_close））又は（φ_ａ（θ_close）、φ_ｂ（θ_close）、φ_ｃ（θ_close）））のベクトル正三角形とにおける、ａ相、ｂ相又はｃ相のいずれか一相の大きさ及び極性が一致するタイミングが１サイクル中に２度存在し、その２度のタイミングのうち一方が、実効残留磁束及び初期励磁磁束のベクトル正三角形の位相角度をほぼ一致させる理想的なタイミングになる。

このため、投入位相角決定部５ｅは、投入位相角候補算出部５ｄが決定した投入位相角候補のうち、最善の投入位相角と最悪の投入位相角との分別を、基準相以外の二相における実効残留磁束及び初期励磁磁束の極性の比較により行なう。

なお、この第３の実施形態においては、投入位相角算出部５の構成が異なるところのみが第１の実施形態と異なるところであり、第１の実施形態と同様の作用効果を奏する。

（本発明の第４の実施形態）
図６（ｂ）は第４の実施形態に係る投入位相角算出部の概略構成を示すブロック図である。図７は投入位相角を０度〜３６０度で変化させた場合の初期励磁磁束と実効残留磁束との関係を示す説明図である。図６（ｂ）において、図１乃至図５と同じ符号は、同一又は相当部分を示し、その説明を省略する。

本実施形態に係る投入位相角算出部５は、各相の励磁磁束を角度０度〜３６０度（０［ｒａｄ］〜２π［ｒａｄ］）の範囲でパラメータとして変更するパラメータ変更部５ｆと、励磁磁束及び実効残留磁束の対応する相における当該励磁磁束の磁束値と当該実効残留磁束の磁束値との差の絶対値を角度毎に演算する磁束比較部５ｇと、各相の当該差の絶対値を角度毎に加算した値のうち最小値になる角度を投入位相角として決定する投入位相角決定部５ｈと、を備える。

パラメータ変更部５ｆは、図７に示すように、投入時間ｔ_close（投入位相角θ_close）を０度〜３６０度（０［ｒａｄ］〜２π［ｒａｄ］）の範囲でパラメータとして変更して、初期励磁磁束（（φ_ａ（ｔ_close）、φ_ｂ（ｔ_close）、φ_ｃ（ｔ_close））又は（φ_ａ（θ_close）、φ_ｂ（θ_close）、φ_ｃ（θ_close）））を算出する（換言すれば、励磁磁束のベクトル正三角形を回転して計算する）。

そして、磁束比較部５ｇは、パラメータ変更部５ｆにより算出した初期励磁磁束（（φ_ａ（ｔ_close）、φ_ｂ（ｔ_close）、φ_ｃ（ｔ_close））又は（φ_ａ（θ_close）、φ_ｂ（θ_close）、φ_ｃ（θ_close）））と実効残留磁束（（φ_ａ（ｔ_open1）、φ_ｂ（ｔ_open1）、φ_ｃ（ｔ_open1））又は（φ_ａ（θ_open1）、φ_ｂ（θ_open1）、φ_ｃ（θ_open1）））とを各相毎に比較して、初期励磁磁束と実効残留磁束との差分（（φ_ａ（ｔ_close）−φ_ａ（ｔ_open1）、φ_ｂ（ｔ_close）−φ_ｂ（ｔ_open1）、φ_ｃ（ｔ_close）−φ_ｃ（ｔ_open1））又は（φ_ａ（θ_close）−φ_ａ（θ_open1）、φ_ｂ（θ_close）−φ_ｂ（θ_open1）、φ_ｃ（θ_close）−φ_ｃ（θ_open1）））を演算する。

そして、投入位相角決定部５ｈは、磁束比較部５ｇによる演算結果に基づき、初期励磁磁束と実効残留磁束との各相の差の絶対値を角度毎に加算した値のうち最小値になる角度を投入位相角θ_closeとして決定する。

なお、この第４の実施形態においては、投入位相角算出部５の構成が異なるところのみが第１の実施形態と異なるところであり、第１の実施形態と同様の作用効果を奏する。

（本発明のその他の実施形態）
投入位相角算出部５は、実効残留磁束（（φ_ａ（ｔ_open1）、φ_ｂ（ｔ_open1）、φ_ｃ（ｔ_open1））又は（φ_ａ（θ_open1）、φ_ｂ（θ_open1）、φ_ｃ（θ_open1）））及び初期励磁磁束（（φ_ａ（ｔ_close）、φ_ｂ（ｔ_close）、φ_ｃ（ｔ_close））又は（φ_ａ（θ_close）、φ_ｂ（θ_close）、φ_ｃ（θ_close）））のベクトル正三角形を求め、両者の面積差が最小にあるタイミング（投入時間ｔ_close、投入位相角θ_close）を投入位相角θ_closeとして算出する構成であってもよい。

また、投入位相角算出部５は、実効残留磁束（（φ_ａ（ｔ_open1）、φ_ｂ（ｔ_open1）、φ_ｃ（ｔ_open1））又は（φ_ａ（θ_open1）、φ_ｂ（θ_open1）、φ_ｃ（θ_open1）））及び初期励磁磁束（（φ_ａ（ｔ_close）、φ_ｂ（ｔ_close）、φ_ｃ（ｔ_close））又は（φ_ａ（θ_close）、φ_ｂ（θ_close）、φ_ｃ（θ_close）））のベクトル正三角形を求める。そして、投入位相角算出部５は、ベクトル（（φ_ａ（ｔ_open1）−φ_ａ（ｔ_close））又は（φ_ａ（θ_open1）−φ_ａ（θ_close）））が最小になるタイミング位相θ_acloseを求め、同様に、他の二相のタイミング位相θ_bclose，θ_ccloseを求める。そして、投入位相角算出部５は、タイミング位相θ_aclose，θ_bclose，θ_ccloseの相互に約１２０度（２π／３［ｒａｄ］）の位相差があることを確認し、許容精度内の位相を投入位相角θ_closeとして決定する構成であってもよい。

１ 電圧計測部
１ａ 第１の電圧計測部
１ｂ 第２の電圧計測部
２ 実効遮断タイミング算出部
２ａ ラジアン表示換算部
２ｂ 遮断時間算出部
３ 鉄心磁束算出部
４ 実効残留磁束算出部
４ａ 見かけ残留磁束算出部
５ 投入位相角算出部
５ａ フェーサー値算出部
５ｂ 投入位相角特定部
５ｃ 基準相決定部
５ｄ 投入位相角候補算出部
５ｅ 投入位相角決定部
５ｆ パラメータ変更部
５ｇ 磁束比較部
５ｈ 投入位相角決定部
６ 投入位相角制御部
７ 投入動作時間算出部
８ 投入位相角実績値算出部
９ 瞬時電圧低下量算出部
１０ 励磁突入電流抑制装置
１１ 投入位相角候補算出部
１２ 投入位相角決定部
１２ａ 励磁磁束演算部
１２ｂ 基準相決定部
１２ｃ 非基準相比較部
２１ 系統側遮断器
２２ 負荷側遮断器
２３ 変圧器
２４ サージ吸収装置
２５ａ 低圧側計器用変圧器
２５ｂ 系統側計器用変圧器

Claims (5)

1. 三相変圧器及び系統電源間に接続された遮断器を制御する励磁突入電流抑制装置において、
   前記三相変圧器の各相電圧及び前記系統電源の各相の系統電圧を計測する電圧計測部と、
   前記電圧計測部により計測された各相電圧をそれぞれ積分して前記三相変圧器の鉄心の各相の磁束を算出する鉄心磁束算出部と、
   前記電圧計測部により計測された各相電圧の三相全ての瞬時値がゼロ値に収束したタイミング又は前記鉄心磁束算出部により算出された磁束値が各相ともに一定値に達するタイミングを実効遮断タイミングとして算出する実効遮断タイミング算出部と、
   前記鉄心磁束算出部により算出した各相の磁束のうち前記実効遮断タイミングにおける各相の磁束を実効残留磁束として当該各相の実効残留磁束を算出する実効残留磁束算出部と、
   前記実効残留磁束算出部により算出された前記各相の実効残留磁束に基づき、前記遮断器に対する投入位相角を算出する投入位相角算出部と、
   前記電圧計測部により計測された各相の系統電圧と前記投入位相角算出部により算出された投入位相角とに基づき、前記遮断器を投入する投入位相角制御部と、
   を備えることを特徴とする励磁突入電流抑制装置。
2. 請求項１に記載の励磁突入電流抑制装置において、
   前記投入位相角算出部が、
   前記実効残留磁束算出部により算出された前記各相の実効残留磁束（φ_ａ（θ_open1）、φ_ｂ（θ_open1）、φ_ｃ（θ_open1））及び下記式（１）に基づき、当該実効残留磁束のベクトル正三角形のフェーサー値Φ_ｒを算出するフェーサー値算出部と、
   前記実効残留磁束算出部により算出された前記各相の実効残留磁束（φ_ａ（θ_open1）、φ_ｂ（θ_open1）、φ_ｃ（θ_open1））及び前記フェーサー値算出部により算出されたフェーサー値Φ_ｒ、及び、下記式（２）に基づき、前記投入位相角θ_close（θ_ａ、θ_ｂ、θ_ｃ）を特定する投入位相角特定部と、
   を備えることを特徴とする励磁突入電流抑制装置。
   [式１]
   Φ_ｒ＝√｛（２／３）×（｛φ_ａ（θ_open1）｝^２＋｛φ_ｂ（θ_open1）｝^２＋｛φ_ｃ（θ_open1）｝^２）｝
   [式２]
   θ_ａ＝ｓｉｎ^−１（φ_ａ（θ_open1）／Φ_ｒ）
   θ_ｂ＝ｓｉｎ^−１（φ_ｂ（θ_open1）／Φ_ｒ）
   θ_ｃ＝ｓｉｎ^−１（φ_ｃ（θ_open1）／Φ_ｒ）
3. 請求項１に記載の励磁突入電流抑制装置において、
   前記投入位相角が、前記系統電圧が定常状態で前記三相変圧器に印加された場合における当該三相変圧器の鉄心の各相の励磁磁束の極性と当該各相の励磁磁束にそれぞれ対応する各相の前記実効残留磁束の極性とがそれぞれ同一であり、前記各相の励磁磁束のうち任意の一相である第１相の励磁磁束の磁束値と当該第１相の励磁磁束に対応する第１相の前記実効残留磁束の磁束値とが同一になる位相角度であることを特徴とする励磁突入電流抑制装置。
4. 請求項１又は３に記載の励磁突入電流抑制装置において、
   前記投入位相角算出部が、
   前記各相の実効残留磁束のうち任意の一相である第１相の実効残留磁束の磁束値及び極性がそれぞれ同一になる２つの位相角を当該第１相の投入位相角の候補として算出する投入位相角候補算出部と、
   前記２つの投入位相角候補に対して２π／３ラジアン又は−２π／３ラジアンの位相をずらした位相角をそれぞれ算出し、当該位相をずらした一の位相角における第２相の前記励磁磁束の磁束値と当該第２相の励磁磁束に対応する第２相の前記実効残留磁束の磁束値との差の絶対値が、前記位相をずらした他の位相角における第２相の前記励磁磁束の磁束値と当該第２相の励磁磁束に対応する第２相の前記実効残留磁束の磁束値との差の絶対値より大きい場合に、前記他の位相角に対応する前記第１相の投入位相角候補を当該第１相の投入位相角として決定する投入位相角決定部と、
   を備えることを特徴とする励磁突入電流抑制装置。
5. 請求項１又は３に記載の励磁突入電流抑制装置において、
   前記投入位相角算出部が、前記各相の励磁磁束を角度０度〜３６０度の範囲でパラメータとして変更して、前記励磁磁束及び実効残留磁束の対応する相における当該励磁磁束の磁束値と当該実効残留磁束の磁束値との差の絶対値を角度毎に演算し、各相の当該差の絶対値を角度毎に加算した値のうち最小値になる角度を投入位相角として決定することを特徴とする励磁突入電流抑制装置。