変圧器において、励磁突入電流はいつ発生しますか？

磁化突入電流は短絡電流よりもはるかに高い頻度で発生するため、この現象を詳しく調べてみる価値がある。

単相変圧器に最初に通電したときに何が起こるかを考えてみましょう。鉄心内の磁束は、励磁電圧の積分に等しくなります。

電圧がゼロを通過し、初期磁束がゼロのときに回路を閉じると、正弦波磁束はゼロから完全にオフセットされます。このオフセットされた磁束のピーク値は、対称正弦波磁束のピーク値の2倍になります。つまり、オフセットされた波のピーク磁束は通常のピーク磁束のほぼ2倍になり、これは通常、コアを飽和させるのに十分な値です。

この時点では、磁化電流を制限する唯一の要因は巻線の空芯インピーダンスであり、これは通常の磁化インピーダンスよりも桁違いに小さい。

したがって、コア飽和の半サイクル中は、界磁電流は通常の界磁電流よりもはるかに大きくなります。反対の半サイクル中は、コアはもはや飽和しておらず、界磁電流は通常の界磁電流とほぼ等しくなります。

炉心に残留磁束が存在し、その残留磁束の方向が正弦波磁束波のオフセットの方向と同じである場合、状況はさらに深刻になります。下の図2にその例を示します。なお、図1と図2は電流のスケールが異なるため、図2にプロットされたピーク電流は、図1にプロットされたピーク電流よりも実際にははるかに大きくなっています。

02 励起サージピーク値

空芯リアクタンスのみによって制限される最大サージ電流を求めるには、cgs単位系を用いて巻線のインダクタンスを計算するのが便利です。

ここ：

N – コイルの巻数

Amt – コイルの平均直径内の面積、cm2

l – コイルの軸方向の長さ（cm）

L – コイルインダクタンス、μH

インダクタによって生成される磁束φLは、残留磁束に通常の磁束変化の2倍を加えたものから飽和磁束を引いたものに等しい。なぜなら飽和磁束は鉄にあるからである。しかし、φLはインダクタンスと電流に関係している。

したがって、ピーク突入電流はcgs単位系で次のように表されます。

ここ：

Ipeak（アンペア）と

φr – 残留磁束

φn – 法線方向の磁束変化

φs – 飽和フラックス

回路に抵抗器がなければ、連続する各ピーク値は同じになり、突入電流は無限に続くことになる。しかし、回路に抵抗器が存在する場合、抵抗器の両端の電圧降下が大きくなるため、磁束の増加は前のサイクルほど高くはならない。

電圧降下の積分は、印加電圧を支えるために必要な磁束の正味減少量を表します。i×Rの電圧降下は常に同じ方向であるため、各サイクルで必要な磁束が減少します。磁束のピーク値がコアの飽和値以下になると、突入電流は消滅します。減衰率は指数関数的ではありませんが、指数関数的に減衰する電流と似ています。

重要！大型の変圧器の場合、突入電流は数秒間続き、その後徐々に消えていきます。

線路リアクタンスは、巻線の空芯インダクタンスにインダクタンスを加えることで、突入電流のピーク値を低減する効果があります。突入電流と短絡電流はどちらも巻線の空芯インダクタンスに関係するため、両者の間には明確な相関関係があります。

短絡が発生すると、磁束がコアから押し出される傾向があることを覚えておいてください。

経験則！一般的に、ピーク励磁突入電流はピーク短絡電流の90%をわずかに上回る程度が目安です。ただし、励磁突入電流によって生じる磁力は、通常、短絡力よりもはるかに小さくなります。各相には巻線が1つしかないため、巻線間に磁気反発力は発生しません。

三相変圧器が関係する場合、励磁突入電流の解析はより困難になります。これは、励磁電圧の位相角が120°離れていること、各相間で電流と電圧の相互作用があること、そして開閉装置の3つの極が正確に同時に閉じられないことが原因です。

しかし、三相変圧器の突入電流のピーク値は、短絡電流レベルに近いと言って差し支えないだろう。

磁化突入電流の興味深い特徴の一つは、電流が完全に相殺されるため、偶数次高調波の割合が非常に高いことである。偶数次高調波は電力回路ではほとんど見られない。

03 共感の流れ

また、「共鳴突入」と呼ばれる現象もあり、これは既に通電されている変圧器の近くの変圧器が通電された際に、電流が急激に変化する現象です。この共鳴サージは、2台目の変圧器の突入電流によって引き起こされる線間電圧の変化によって発生します。