励磁突入電流発生メカニズムとその抑制のためのアルゴリズム
無負荷で運転中の変圧器が手動操作により系統から解列される時、三相鉄心は磁化されたままとなり残留磁束φa,φb,φcがそのまま残ります。次に変圧器が位相タイミングθclで再課電されるとき、電源系統側の電圧の初期課電によって鉄心に初期励磁磁束φa(tcl),φb(tcl),φc(tcl)が加わります。残留磁束φa,φb,φcと再課電による初期励磁磁束φa(tcl),φb(tcl),φc(tcl)が各相共に同極性でそのスカラー差が小さければ突入電流現象は抑制されますが、いずれかの相で極性が異なってスカラー差が大きくなれば鉄心内過渡磁束が飽和値を上回ることになって甚だしい突入電流現象が生ずることになります。したがって、変圧器遮断後の各相鉄心に残る残留磁束の値について極性を含むスカラー値として正しく知ることが突入電流抑制制御アルゴリズムの重要な技術的要素となります。ところでその残留磁束φa,φb,φcは変圧器が時間top0で解列された瞬間における鉄心内磁束φa(top0),φb(top0),φc(top0)とは極性も大きさも異なる値となります。理由は次の通りです。
励磁突入電流抑制のアルゴリズム（弊社特許方式）
本装置は、既に多数の変電所に供されてその極めて優れた突入電流現象抑制効果がフィールドデータとして実証されております（典型的実例を「導入事例」に示します）。したがって本装置の制御方式の基礎理論もまたすでにフィールドで実証済みということになりますが、以下では装置開発時点で弊社が模擬送変電システム（電圧220V）で行った制御方式の綿密な評価のための実証試験の結果について報告いたします。
模擬送電試験では変圧器解列の位相タイミングθop0で変圧器解列を行い、またその都度過渡現象時間帯の各相の電圧波形（実測）とで磁束波形（積分演算で生成）と過渡現象終了時点における三相残留磁束を回転フェーザの大きさと位相角θop1として記録します。
また、次に変圧器を再課電したときの遮断器投入位相角θclと励磁突入電流の最大値(θop1,θcl,I)を記録します。はこのような開閉試験を多数回繰り返して実測した結果を(θop1,θcl,I)の三次元曲面として描いた結果が図 2-3です。
同じ試験結果で突入流電流が最大値および最小値を占める領域を(θop1,θcl)の座標として示したのが図 2-4です。本図ではθop1とθclがほぼ同一位相の領域おいては突入電流Iは極小値を示し、またθop1とθclが180度の逆位相関係にある場合には突入電流Iが最大値となっていることを極めて高い精度で示されております。
この試験で、逆位相角での遮断器投入により記録された最大の突入流電流波形を図 2-5に示します。また最適の位相角（本装置のアルゴリズム通り）での遮断器投入により突入電流がほとんど消滅している状況を図 2-6に示します。
最適アルゴリズム：残留磁束最小相スカラー値一致制御
本装置では変圧器遮断直後においてその過渡現象終息後の真の残留磁束値が「縮退した状態で位相角θop1にて静止したほぼ正三角形の三相フェーザ」として演算記憶されている。そこで変圧器の再課電では遮断器の投入位相角θclが極力θop1に一致するように制御する。
その制御アルゴリズムを図 2-7にして説明する。図中の小さい三角形は残留磁束のフェーザを示している。そのスカラー値が最小の相（図ではa相）を基準相として選択する。この時初期励磁磁束（図の大きい三角形）の基準相aのスカラー値が残留磁束のスカラー値と一致する(∆Φa=0となる）位相角タイミングが毎サイクルに2度存在する（図 2-7および2-8）。
図2-7ではb相の残留磁束と初期励磁磁束は極性が一致して∆Φbも十分に小さく、さらにc相についても同様である。本装置ではこのような位相角タイミングを選んで投入する理想的な制御アルゴリズムを採用している。
なお図 2-8では∆Φa=0となるもう一つのタイミングを示している。この場合にはb相c相ともに残留磁束と初期励磁磁束の極性が異なるほぼ逆位相の状態にあり∆Φb, ∆Φcが極めて大きく過大な突入電流が避けられないケースである。図 2-7と2-8の両者は磁束のb相c相磁束の極性によって容易に区別が可能であり、図 2-7に示す最善の投入位相角を実現することができる。
