変圧器故障判定器
【課題】 巻線間短絡検出の精度向上を図る変圧器故障判定器を提供すること
【解決手段】 変圧器の鉄心を消磁する消磁部２と、その消磁部で鉄心が消磁された変圧器に交流電圧を印加し、その時の励磁電流に基づいて変圧器の巻線間短絡の有無を判定する故障判定部３と、故障判定部の判定結果を報知する報知部５と、を備える。消磁部は、直流電圧を一定時間印加して正の飽和状態にする初期処理機能と、その後、負の直流電圧を印加し、飽和したならば電源を遮断し、逆起電力が０になるのを待ち、当該直流電圧を印加開始から逆起電力が０になるまでの時間ｔ１を取得する機能と、そのｔ１の半分の時間だけ正の直流電圧を印加し、消磁する機能を備える。
【解決手段】 変圧器の鉄心を消磁する消磁部２と、その消磁部で鉄心が消磁された変圧器に交流電圧を印加し、その時の励磁電流に基づいて変圧器の巻線間短絡の有無を判定する故障判定部３と、故障判定部の判定結果を報知する報知部５と、を備える。消磁部は、直流電圧を一定時間印加して正の飽和状態にする初期処理機能と、その後、負の直流電圧を印加し、飽和したならば電源を遮断し、逆起電力が０になるのを待ち、当該直流電圧を印加開始から逆起電力が０になるまでの時間ｔ１を取得する機能と、そのｔ１の半分の時間だけ正の直流電圧を印加し、消磁する機能を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変圧器故障判定器に関するもので、例えば、柱上変圧器などの配電用変圧器における巻線間短絡の有無その他の故障検出を行う故障判定器に関する。
【背景技術】
【０００２】
変電所等の配電施設から家庭や工場に電力を配電する架空配電線路には柱上変圧器が設けられている。この柱上変圧器は、高圧配電線路に印加された交流６．６［ｋＶ］の高圧電力を、家庭や工場で利用可能な１００［Ｖ］や２００［Ｖ］の低圧電力に変成（変圧）する。かかる柱上変圧器が故障した場合、異常電圧や異常電流が生じ、保護回路によって電力の供給が切断される。
【０００３】
そこで、配電線事故が発生した場合の事故点を特定するステップとして事故範囲を絞り込んだ後に、変圧器故障判定器（トランスチェッカー）を用いて個々の変圧器の故障判定を実施して変圧器の健全性を一つ一つ確認し、事故点を特定する方法が一般的となっている。
【０００４】
この種の従来の変圧器故障判定器の動作原理は次の通りである。まず、内部で断線状態となった変圧器は、端子の電気抵抗が無限大、あるいはそれに非常に近い状態となっている。このような状態の変圧器の故障を検出するには、直流電圧を印加し、巻線抵抗を測定することにより可能となる。
【０００５】
また、上記柱上変圧器における故障のうち、変圧器内部で生じた巻線間の短絡（レアショート:layer short、ターンショート:turn short）状態は、変圧器内部に閉回路が構築されている。このような状態の変圧器に交流電圧を印加すると、無負荷状態であっても大きな電流が流れる。この原理を利用してレアショート等の巻線間短絡を検出することが可能となる。一例としては、変圧器の二次側に２００〜６００Ｈｚの周波数範囲の交流電圧を印加し、その励磁電流と所定の固定しきい値とを比較して巻線間短絡の有無を判定する技術が知られている（例えば、特許文献１）。これは、巻線間に短絡が生じると励磁電流が大きくなるといった特性を利用し、特に２００〜６００Ｈｚの周波数範囲においてしきい値より励磁電流が小さい変圧器を正常な変圧器と、しきい値より大きい変圧器を巻線間が短絡している変圧器と判定する技術である。
【０００６】
電力の配電設備において高圧カットアウトヒューズを溶断させる柱上変圧器の故障は、大半が巻線間短絡を伴う。従って、その初期判定において、異常な変圧器を正常と、または正常な変圧器を異常と誤判定すると、後の故障箇所の特定に影響し、現場作業における安全性、効率性に問題をきたしてしまう。従って、上述したような変圧器故障判定器による初期判定は非常に重要な役割を担っている。
【０００７】
また、撤去済みの変圧器を再利用するにあたり、その健全性を容易かつ的確に判定する必要がある。従って、変圧器故障判定器による撤去品の良否判別も事故時の判定と同様に重要な役割となっている。
【０００８】
特許文献１等に開示された従来の変圧器故障判定器は、あらかじめ設定した電流の大きさで変圧器の断線，巻線間短絡を検出する原理であるため、正常であってもその電流値を外れる特性を有する変圧器の場合には故障と判定されてしまうおそれがある。一つの例を図１に示す。容量の大きな変圧器は健全であっても励磁電流が大きく、容量の小さな変圧器がレアショートしたときの励磁電流と同じような電流値となることもある。この点に付き、これまでは、対象となる配電用変圧器の特性がメーカや世代に関係なく、その大半がある一定の範囲に収まっていたために大きな問題となることは少なかった。
【０００９】
しかし、近年になり、配電用変圧器の大容量化やメーカ別の多品目化など、様々な変圧器が出現してきた。たとえば、近年では、消費電力量の増加により１００［ｋＶＡ］を超える容量の変圧器の開発がなされている。また、配電効率の向上を図るべく三相３線、三相４線、三相４線等の変圧器も随時開発されている。さらには、従来品と等しい容量においても、励磁電流を低減した変圧器の制作が可能となった。このような変圧器に従来の変圧器故障判定器を適用した場合、誤判定する場合もある。
【００１０】
そこでかかる問題を解決するため、上記の固定されたしきい値判定に代わる簡単な判定処理で変圧器の巻線間短絡を迅速かつ確実に判定可能な短絡判定装置として、特許文献２に開示された発明が提案さている。この特許文献２に開示された変圧器故障判定器（短絡判定装置）は、変圧器の巻線に周波数の異なる交流電圧を順次印加する交流電源と、周波数の異なる交流電圧に対する変圧器の励磁電流を測定する電流測定部と、電流測定部で測定された励磁電流値の近似曲線を１階微分する１階微分計算部と、１階微分計算部による微分値が、正の場合短絡無し、負の場合短絡有りと判定する短絡判定部と、短絡判定部の判定結果を報知する判定報知部と、を備えている。
【００１１】
この特許文献２に開示された変圧器故障判定器は、巻線間が短絡している変圧器と短絡していない正常な変圧器とで、周波数を掃引して交流電圧をかけた場合の励磁電流の軌跡が相異することを利用している。つまり、健全な変圧器は、巻線によるＬ成分と巻線の絶縁層部によるＣ成分，さらには巻線抵抗によるＲ成分とがあり、これらを合成したインピーダンス値は周波数に依存する。すなわち、低周波領域ではＬ成分が支配的になり、高周波領域ではＣ成分が支配的となる。その結果、正常な健全品の場合、周波数を徐々に上昇させると励磁電流の電流値は上昇する傾向を示す。これに対し、レアショート状態の変圧器は、内部に形成された短絡回路によりＬ成分をうち消す方向に作用するため、健全品と比較した場合Ｌ成分は小さくなる。このため、変圧器全体のインピーダンスは周波数に関係なくＣが支配的となる。その結果、故障品の場合、周波数を徐々に上昇させると、電流値は低下する傾向となる。
【００１２】
これらの健全な変圧器とレアショート状態の変圧器におけるそれぞれの励磁電流と周波数の関係を示すと、図２（ａ）のようになる。この図２（ａ）における事故品（１）と事故品（２）は、それぞれ、図２（ｂ）に示す変圧器において、人為的に故障点を作ったものについて測定した結果である。事故品（１）は、一次側の（１）点でレアショートが発生したものであり、事故品（２）は二次側の（２）点でレアショートが発生したものである。
【００１３】
従って、上記複数の周波数による交流電圧に対する複数の励磁電流値の近似曲線を励磁電流の軌跡とみなし、その近似曲線を１階微分することで、曲線が増加傾向にあるか減少傾向にあるかを判定でき、巻線間短絡を１階微分処理といった容易な処理によって迅速かつ確実に判定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特許１１７５０９号
【特許文献２】特開平７−９４３４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上述したように、特許文献２に開示された変圧器故障判定器は、簡易な処理により変圧器の巻線間短絡を判定することができる。しかし、健全な同一の変圧器に対して周波数−励磁電流特性を計測したところ、図３に示すように、測定する毎に特性結果に異なることが判明した。このように、同一の変圧器に対する周波数−励磁電流特性にばらつきが生じることは、係る変圧器故障判定器を用いたレアショート等の巻線間短絡についての検出精度が低くなるといった問題があり、実用に供し得るためには、より検出精度の向上を図りたいという課題がある。
【００１６】
また、断線検出については、端子の電気抵抗が無限大、あるいはそれに非常に近い状態となっていることから直流電圧を印加して巻線抵抗がしきい値以上の場合には断線と判断することができる。しかし、例えば、図４（ａ）に示すようなデルタ結線となっている変圧器は、並列回路が形成されるため、仮に断線があったとしても健全相を通じて閉回路が構成されて電流が流れてしまい正常と判定されてしまう。また、図４（ｂ）に示すような単相３線式結線の変圧器も、２次側の内部で並列巻線を構成しているので、その一方で断線を生じていたとしても他方で閉回路が構成されるので、電流が流れてしまい正常と判定されてしまう。よって、最近の変圧器では、その構造によっては断線検出も行いにくいという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上述した課題を解決するために、本発明に係る変圧器故障判定器は、（１）変圧器の故障の有無を判定する変圧器故障判定器であって、前記変圧器の鉄心を消磁する消磁部と、前記消磁部で前記鉄心が消磁された前記変圧器に交流電圧を印加し、その時の励磁電流に基づいて前記変圧器の巻線間短絡の有無を判定する故障判定部と、前記故障判定部の判定結果を報知する判定報知部と、を備えるようにした。
【００１８】
使用された変圧器の鉄心には残留磁束があり、その大きさや磁界の向きは一定ではない。残留磁束が大きい場合は、鉄心透磁率が低下し巻線インダクタンスが減少するため励磁電流は大きくなる。逆に、残留磁束が小さい場合は、鉄心透磁率が増加し巻線インダクタンスが増加するため励磁電流は小さくなる。鉄心の残留磁束のレベルは印加電圧を切るタイミング、その後の放置時間，鉄心サイズ等の諸条件により変圧器個々で異なるため、測定対象の変圧器鉄心の残留磁束は不明である。そこで、本発明では、消磁部により変圧器（鉄心）の消磁を行い、鉄心の残留磁束を統一した条件（消磁）にした状態で、故障判定部による励磁電流の測定を行うことで、巻線間短絡の有無の判定を高精度に行える。
【００１９】
（２）前記消磁部は、前記変圧器に直流電圧を印加して正又は負の飽和状態にする初期処理手段と、飽和状態の前記変圧器に、逆向きの飽和状態にするための直流電圧を印加する直流電圧印加手段と、前記変圧器の鉄心が飽和状態になったことを検知する飽和検知手段と、前記初期処理手段で飽和された前記変圧器に対し、前記飽和検知手段で飽和が検知されるまでの間、前記初期処理手段と逆向きの直流電圧を印加し、前記鉄心が飽和状態になったら直ちに遮断し、その直流電圧の印加開始から、前記遮断に伴い発生する逆起電力がゼロになるまでの時間を測定する計時手段と、その計時手段で測定した時間の半分の時間、前記初期処理手段で印加した直流電圧と同じ向きに、同じ大きさの直流電圧を前記変圧器に印加するパルス印加手段と、を備えるとよい。
【００２０】
初期処理手段は、実施形態では、直流電圧を一定時間印加する処理を行う機能であり、例えば、処理ステップＳ１を実行する機能により実現される。一定時間は、通常の使用状況下で取り得る残留磁束密度のいずれの場合も飽和するように、十分な時間とする。もちろん、あまり長いと、計測時間が長くなると共に無駄に電圧を印加して消費するので、適宜の長さに設定する。また、簡易な構成を採るために、実施形態では、一定時間印加しているが、飽和するか否かを監視し、飽和した場合に電圧の印加を停止するようにしてもよい。飽和検知手段は、実施形態では、励磁電流の電流値を監視し、急に増加した場合に飽和したと判定するようにしたが、他の手法を用いても良い。計時手段は、実施形態では、ｔ１を計測するものでタイマとＣＰＵにより実現されている。パルス印加手段は、実施形態では、ｔ１／２の時間だけ直流電圧を印加する機能に対応する。
【００２１】
このように、直流電圧を用いて消磁するようにしたので、簡易な構成で消磁を実現することができる。よって、携帯に優れ、柱上変圧器等の街中に点在する検査対象物であっても、容易に故障の有無の判定を行うことができ、事故点の発見をするのに便利となる。
【００２２】
（３）上記の（２）の発明を前提とし、前記飽和検知手段は、前記直流電圧印加手段により前記変圧器へ直流電圧を印加することで流れる励磁電流の電流値に基づいて飽和の有無を判断するものであるとよい。直流電圧を印加した場合、時間の経過に伴い励磁電流の電流値も徐々に増加するが、飽和状態になると電流値が急に増加する。そこで、係る変化に基づいて飽和の有無を検出することができる。
【００２３】
（４）上記の（２）または（３）の発明を前提とし、前記パルス印加手段で直流電圧を印加された前記変圧器に対し、前記飽和検知手段で飽和が検知されるまでの間、前記パルス印加手段と逆向きの直流電圧を印加し、前記鉄心が飽和状態になったら直ちに遮断し、その直流電圧の印加開始から、前記遮断に伴い発生する逆起電力がゼロになるまでの時間を測定する第２計時手段を備え、その第２計時手段で測定した時間と、前記パルス印加手段で印加している時間の差が、基準以内の場合には、前記計時手段で測定した時間の半分の時間或いは第２計時手段で測定した時間だけ前記パルス印加手段で直流電圧を印加して消磁処理を完了し、前記時間の差が基準以上の場合、前記パルス印加手段での直流電圧を印加する時間を変更するようにするとよい。第２計時手段は、実施形態では、ｔ３を計測するための機能により実現される。これにより、パルス印加手段で印加した直流電圧（単発パルス）により消磁が成功していたか否かが確認できる。成功している場合には、再度同じ時間だけ電圧を印加することで、消磁の状態に戻せる。すなわち、（２）のパルス印加手段により所定時間直流電圧を印加すると、理論上は消磁が行える。しかし、鉄心の個体差などの影響で確実に０になるとは限らない可能性も残っている。そこで、パルス印加手段で直流電圧を印加していた時間（ｔ２＝ｔ１／２：ｔ１は計時手段で計測した時間）と、第２計時手段で計測した時間ｔ３の時間差が基準以内であれば、成功と判断でき、基準よりも多くずれている場合には、パルス印加手段で直流電圧を印加する時間を変更して調整を図る。
【００２４】
（５）上記の（２）または（３）の発明を前提とし、前記パルス印加手段で直流電圧を印加された前記変圧器に対し、前記飽和検知手段で飽和が検知されるまでの間、前記パルス印加手段と逆向きの直流電圧を印加し、その直流電圧の印加開始から、その後に逆起電力がゼロになるまでの時間を測定する第２計時手段を備え、前記直流電圧印加手段を用いた飽和処理並びに、前記パルス印加手段での電圧印加処理を、正側と負側で行い、それぞれについて前記第２計時手段により前記時間を計測し、正負間でその計測した時間の差が基準以内の場合には、前記計時手段で測定した時間の半分の時間だけ前記パルス印加手段で直流電圧を印加して消磁処理を完了し、前記時間の差が基準以上の場合、前記パルス印加手段での直流電圧を印加する時間を変更するようにするとよい。正負の両側で検証することで、より正確に消磁をすることができる。
【００２５】
（６）最後に印加する直流電圧の直後に続けて、第１波の大きさがその直流電圧の大きさを越えない減衰交流を印加させようにするとより好ましい。このようにすると、消磁を更に確実に行うことができる。
【００２６】
（７）前記直流電圧の電源は、電池とすることができる。このようにすると、装置全体がコンパクトで携帯に便利となる。そして、巻線抵抗、巻数を考慮すると、現在の配電用変圧器の多くは数Ｖ程度の直流電源で鉄心の磁束密度を飽和させることが可能である。よって、電池を数本直列接続する直流電圧で消磁も行えるので、問題はない。
【００２７】
（８）３端子以上の変圧器用の故障判定器であって、複数組の端子間の直流抵抗を測定し、各端子間の直流抵抗の比を求め、その求めた比から、断線の有無を判定する断線判定手段を備えるとよい。
【発明の効果】
【００２８】
本発明では、変圧器の容量や内部結線，鉄心素材に影響を受けず、変圧器の巻線間短絡や、断線等の故障の有無を短時間で判定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の課題を説明する図である。
【図２】本発明の課題を説明する図である。
【図３】本発明の課題を説明する図である。
【図４】本発明の課題を説明する図である。
【図５】本発明に係る変圧器故障判定器の好適な一実施形態を示す図である。
【図６】飽和検知の機能を説明する図である。
【図７】消磁部の機能を示すフローチャートである。
【図８】消磁部の機能・動作原理を示す図である。
【図９】消磁部が印加する電圧のパターンの一例を示す図である。
【図１０】本発明の効果を説明する図である。
【図１１】断線判定機能を説明する図である。
【図１２】本発明に係る変圧器故障判定器の好適な他の実施形態を示す平面図である。
【図１３】（ａ）は本発明に係る変圧器故障判定器の好適な他の実施形態を示す側面図、（ｂ）はその正面図である。
【図１４】本発明に係る変圧器故障判定器の好適な他の実施形態における内部に実装される回路構成を示す図である。
【図１５】本発明に係る変圧器故障判定器の好適な他の実施形態における機能を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図５は、本発明に係る変圧器故障判定器の概略構成を示している。図５に示すように、変圧器の各相の端子に接続する測定用端子であるプローブ１を備え、このプローブ１に消磁部２と故障判定部３とを、切り替えスイッチＳＷを介して連携する。プローブ１は、各相に接続するため、本実施形態では、３個用意している。各プローブ１に対し、それぞれ消磁部２と故障判定部３が切り替え式で接続され、検査対象物である変圧器の各相の端子に連携される。さらに、変圧器故障判定器は、マンマシンインタフェースとしての入力部４と、報知部５を備える。さらに、各部を動作させるための電源部６や、電圧・電流などを測定する測定回路７を備えている。
【００３１】
入力部４は、電源のＯＮ／ＯＦＦや、各種のモードの設定や、測定開始等を指示するための操作スイッチ等がある。報知部５は、ブザーのように音声（音）による出力手段や、ランプ・ディスプレイなどの視覚による出力手段などがあり、判定結果を報知する。
【００３２】
電源部６は、本実施形態では、電池を用いている。つまり、直流電源であり、ＣＰＵや各種の電子機器を駆動させるための電源電圧である。また、後述するように、直流電圧を用いた消磁を行う場合の電源にも利用する。具体的には、公称電圧１．２〜１．５［Ｖ］の電池（例えば、１．２［Ｖ］のニッケル水素電池）を４本直列に接続し、直列接続された電池全体の端子間電圧は５〜６［Ｖ］となり、出力は４〜５［Ｗ］程度となる。もちろん、この直列に接続する数は任意である。また、電池を並列接続して連続して、長寿命化を図るのも妨げない。また、出力電圧値を安定化させるため、後述するように、電池の出力に安定化回路（レギュレータ）を接続し、その安定化回路を介して出力し、３［Ｖ］程度の所定の直流電圧が出力されるようにしている。
【００３３】
故障判定部３は、特許文献２に開示された従来の故障判定器等の機能を組み込んで構成することができる。つまり、端子間短絡の有無の判定を行う機能としては、周波数の異なる交流電圧を順次印加し、その周波数の異なる交流電圧を印加したときの変圧器の励磁電流を測定し、その測定された励磁電流値に基づいて所定の演算処理をして短絡の有無を判断するものを用いることができる。係る判定は、周波数が高くなるにつれて励磁電流の他愛が大きくなるか（健全・正常）、小さくなるか（短絡）により行うことができるので、所定の演算処理は、励磁電流特性の近似曲線を１階微分し、その微分した結果、増加傾向にあるか減少傾向にあるかにより、判定を行うことができる。故障判定部３は、その判定結果を、報知部５を介して出力する。また、係る交流電圧を印加するための正弦波の生成部（ワンチップ・マイコン等により実現でき、必要に応じてオペアンプ等で増幅する回路）等も備える。
【００３４】
上記の励磁電流特性の近似曲線を１回微分する方式は、特許文献２に開示された技術を利用することができ、従来公知のものであるため、詳細な説明は省略する。また、故障判定部３の判定機能は、係る特許文献２に開示されたものに限られない。一例を示すと、異なる周波数（例えば、１ｋＨｚと３ｋＨｚ）の交流電圧（正弦波）を切り替えて出力し、それぞれの周波数の時の励磁電流を求め、その大小関係から巻線間短絡の有無を判定するようにしてもよい。この場合、周波数の高い時の励磁電流の方が大きい場合には、増加傾向にあるので正常となり、周波数の高い時の励磁電流の方が小さい場合には、減少傾向にあるので巻線間短絡が生じていると判断することができる。
【００３５】
消磁部２は、故障判定部３における測定（周波数−励磁電流特性の測定）に先立ち、変圧器（鉄心）を消磁するためのものである。すなわち、通常に使用された変圧器の鉄心には残留磁束があり、その大きさや磁界の向きは一定ではない。その理由は、鉄心の残留磁束は、その直前の遮断時の電圧や極性に影響されるからである。従って、残留磁束が異なると、同一の電圧を印加したとしても係る電圧の印加に伴い流れる励磁電流値も異なるので、図３に示すように、測定結果は、測定を行うたびに変化してしまう。そのため、本実施形態では、係る残留磁束の影響を回避すべく初期状態を一定にするために、消磁部２で消磁するようにした。
【００３６】
また、一般的に消磁は、一度変圧器にやや過励磁になる程度まで交番磁束（交流電圧）を印加し、徐々に磁束（電圧）の大きさを下げていく交流消磁が用いられる。この方法で消磁すると、確実に残留磁束を小さくさせることができるが、定格以上の電圧が必要となり装置自体が大がかりとなる。もちろん、係る構成を採るのも構わないが、本実施形態では、電源部６の直流電圧を利用し、直流消磁を行うようにした。これは、巻線抵抗，巻数を考慮すると、現在の配電用変圧器の多くは数Ｖ程度の直流電源で鉄心の磁束密度を飽和させることが可能である。このことを利用すれば、小さな電圧で消磁を行うことが可能となるので、変圧器故障判定器もコンパクトとなり、携帯可能となる。
【００３７】
測定回路７は、変圧器の端子間電圧や、励磁電流や、抵抗値などの電気的な特徴量を測定するもので、その測定結果は、消磁部２や故障判定部３に与えられ、各部における動作制御や、判定などに用いられる。
【００３８】
次に、消磁の原理を説明しつつ、消磁部２の機能を説明する。消磁部２は、電源部６から直流電圧をプローブ１を介して変圧器の端子に印加する。このように、変圧器に直流電圧を継続して印加させると、その変圧器の鉄心が飽和領域に達し、磁束が残留磁束として鉄心に残る。そこで、直流電圧の印加時間を制御することにより、最終的に残留磁束が０になるようにする。
【００３９】
つまり、けい素鋼板やアモルファスは、大きな透磁率を有するので、これらを鉄心として作ったコイルの自己インダクタンスは大きな値を有する。そのため、このコイルに直流電源を印加させた場合、図６に示すように、励磁電流は時間をかけて徐々に大きくなる。そして、ある一定の電流値（起磁力）に達すると、見かけ上の透磁率は小さくなり自己インダクタンスも小さくなるため、励磁電流はほぼ瞬間的に巻線抵抗と電源電圧で決まる値に達する。換言すると、励磁電流を監視し、その値が急激に上昇したときが鉄心が飽和したときと判定できる。
【００４０】
一方、鉄心を通る磁束密度の大きさは、残留磁束密度の大きさと電流値（起磁力）の時間積分により決まる。そのため、電圧を印加してから励磁電流が急激に増える（磁束密度が飽和領域に達する）までの時間を測定することで残留磁束密度の大きさを知ることができる。また、鉄心材料のヒステリシスカーブ（Ｂ−Ｈ特性）は正負で対称であるため、プラスとマイナスにおける飽和状態までの時間が等しければ鉄心は消磁状態であるとみなせる。
【００４１】
そこで、本実施形態では、残留磁束密度が最大の状態から逆向きに最大となるまでに要したエネルギー（実際には、時間で特定）の半分のエネルギー（時間）分だけ電圧を印加して励磁させることで残留磁束を０にさせて消磁を行うようにした。具体的には、消磁部２内のＣＰＵが、図７に示す以下のアルゴリズムを実行する。また、前提として、変圧器故障判定器は、励磁電流を計測する測定手段と、タイマと、を備えている。
【００４２】
ＣＰＵは、変圧器の鉄心を正の飽和状態にする（Ｓ１）。具体的には、電源部６から出力される電圧（正の直流電圧）をそのまま一定時間変圧器に印加することで、鉄心を飽和させる。つまり、鉄心のヒステリシスカーブ（Ｂ−Ｈ特性）の一例を示すと、図８のようになる。そして、係る正の直流電圧を印加する際の残留磁束は、上述したようにその大きさや磁界の向きがばらばらである。そこで、ＣＰＵは、確実に飽和するために十分な時間（例えば１秒）だけ直流電圧を印加し（図８中（１）参照）、その後、電源を遮断する。これにより、鉄心に加わる磁界Ｈも０になり、所定の残留磁束が残る。このように、一度正の向きに飽和させることで、その直前の使用状態に基づく残留磁束の大きさ・磁界の向きのばらつきが解消され、同じ初期状態にすることができる。
【００４３】
なお、例えば短絡しているような場合には、直流電圧の印加と共に大きな電流が流れるので、たとえ１秒でも係る状態が継続するのは好ましくない。そこで、この処理の実行時も励磁電流を監視し、電離中値が急激に増加したり、所定の基準値を超えたりするなど、予め設定した停止条件場合を満たした場合には、遮断するようにすると良い。
【００４４】
なおまた、本実施形態では、正の直流電圧を印加して正の飽和状態にするようにしたが、最初に負の直流電圧を印加し、負の飽和状態にするようよしても良い。その場合には、以下の説明における各処理ステップで印加する直流電圧の向きを逆にすればよい。この処理ステップＳ１を実行する機能が、初期処理手段に対応する。
【００４５】
次に、ＣＰＵは、変圧器に負方の直流電圧を印加し、鉄心を負の飽和状態にする。ここでは、処理ステップＳ１のように一定時間を印加するのではなく、励磁電流を監視し、飽和するまで一定の直流電圧を印加する。つまり、ＣＰＵは、まず負の直流電圧を印加開始すると共に、タイマＴをリスタートする（Ｓ２）。そして、ＣＰＵは、励磁電流が急激に増加したか否かを判断する（Ｓ３）。係る判断をする処理ステップを実行する機能が、飽和検出手段に対応する。励磁電流が徐々に増加している区間（図６中、区間Ａ）では、未飽和の状態であり、その区間は、処理ステップＳ３の分岐判断はＮｏのままであるので、負の直流電圧は継続して印加しつつ、励磁電流の監視を継続して行う。
【００４６】
励磁電流が急激に増加する（図６中、“Ｘ”）と、処理ステップＳ３の分岐判断がＹｅｓとなり、鉄心が負の飽和状態になったと推定できる（図８中（３）参照）。この判断は、例えば、前回の励磁電流の値を記憶しておき、今回の励磁電流との差が一定のしきい値以上となった場合に急増したと判定することができる。
【００４７】
励磁電流が急激に増加したならば、ＣＰＵは、電源を遮断する（Ｓ４）。この電源の遮断は、最終的に変圧器に負の直流電圧が印加されず、励磁電流が巻線に流れなければよい。このように励磁電流が急激に増加したときに直流電圧の印加を遮断すると、逆起電力が発生し、その後徐々に電圧が低下して０に戻る（図８中（４）参照）。この逆起電力が０になったとき、鉄心には、図８に示すように、負の一定の残留磁束が発生している。ＣＰＵは、このように起電力が０になるのを待ち（Ｓ５）、その時（Ｓ５でＹｅｓ）のタイマの値Ｔを取得し、ｔ１とする（Ｓ６）。つまり、負の直流電圧を印加していた時間と、電源を遮断してから起電力が０になるまでの時間を加算した値がｔ１となる。この時間ｔ１は、ＣＰＵが記憶・保持しても良いし、メモリ・記憶手段に格納しても良い。
【００４８】
次に、ＣＰＵは、正の向きにｔ１／２（＝ｔ２）の時間だけ、直流電圧を印加し（図８中（５）参照）、その後電源を遮断する（Ｓ７，Ｓ８）。このとき印加する直流電圧の電圧値は、処理ステップＳ１で印加したものと同じである。このように、印加する直流電圧の電圧値（絶対値）が同じで一定としているので、飽和させるのに要したエネルギーは、時間に比例する。よって、正の飽和状態から負の飽和状態にするまで要したエネルギーの半分のエネルギーを、逆向き、つまり、正の向きに加えることで、理論上、残留磁束密度は０になり、消磁が行える（図８中（６）参照）。
【００４９】
この処理ステップで消磁処理を終了しても良いが、本実施形態では、念のため、再度負の向きに飽和するまで直流電圧を印加し（図８中（７）参照））、飽和したならば電源を遮断し、逆起電力が０になるまで待ち（図８中（８）参照）、そこまでの時間ｔ３を測定する（Ｓ９）。この処理は、具体的には、上述した処理ステップＳ２からＳ５までの処理と同様である。そして、ＣＰＵは、ｔ２＝ｔ３か否かを判断する（Ｓ１０）。実際には、両者の差が一定の範囲内にあれば、処理ステップＳ１０の条件を充足すると判断するようにしている。
【００５０】
この処理ステップＳ１０の分岐判断がＹｅｓの場合、先に行った時間ｔ２だけ直流電圧を印加した処理で消磁が成功していることになる。但し、処理ステップ９の実行により、再び負の飽和状態になっているので、正の向きにｔ２だけ直流電圧を印加する（Ｓ１１）。これにより、残留磁束密度が０（ほぼ０）となり、消磁処理が完了する。
【００５１】
一方、ｔ２とｔ３が異なり、処理ステップ１０の分岐判断が、Ｎｏとなった場合、ＣＰＵは、ｔ２を変化させ（Ｓ１２）、新たな補正後のｔ２に基づき、処理ステップ８から処理を実行する。このようにして、ｔ２＝ｔ３となるまで継続することで、消磁が行える。
【００５２】
また、時間ｔ２だけ直流電圧を印加するに際し、図９に示すような直流電圧＋減衰交流電圧を印加させるようにしてもよい。これにより、残留磁束を限りなく０にすることが可能となる。
【００５３】
本実施形態のように、まず消磁を行い、その後に、周波数−励磁電流特性を測定すると、図１０に示すように、同じ変圧器に対して複数回測定を行ったとしても、ほとんど同じ値（特性）を示すことが確認できた。これに対し、先に説明した通り、消磁を行わないで測定した場合、図３に示すように、測定毎に測定結果が異なる。この図３と図１０とを比較することで消磁を行うことの効果が確認できる。その結果、消磁部２にて消磁を行った後に故障判定部３にて周波数−励磁電流特性に基づく巻選択欄の有無の判定を行った場合、高性能な検出・判定が行える。
【００５４】
次に、断線検出機能を説明する。従来の断線検出では誤判定となる可能性の高い変圧器として、デルタ結線変圧器や一部の単相３線式変圧器がある。これらの変圧器に共通していることとして３端子であること、並びに線間の抵抗は一定の規則性がある。そこで、本実施形態では、この特性を利用してこれまで不可能だった断線検出を行う。
【００５５】
［デルタ結線の断線検出］
図４（ａ）に示すように、デルタ結線変圧器は同じ特性を持つ巻線が変圧器内部で三角結線されているので健全品であればそれぞれの端子間（Ｕ−Ｖ間，Ｖ−Ｗ間，Ｗ−Ｕ間）の抵抗（ｒ）は等しい。一方、内部で断線が発生した場合、導通があったとしても抵抗値は大きくなる。図１１（ａ）は、巻線の断線があった場合の各端子間の抵抗比を示している。この比が全て等しければ健全であり、異なっていれば故障と判定する。
【００５６】
［単相３線式変圧器の断線検出］
一方、図４（ｂ）に示すように、単相３線式変圧器は、変圧器内部で同じ特性を持つ２つの中性点付き３端子コイルを並列接続する回路構成としている。この変圧器のコイルの断線が起きた場合、端子間の直流抵抗比は、図１１（ｂ）のようになる。この比が１−２端子間＝２−３端子間＝（１−３端子間）／２であれば健全、異なっていれば故障と判定する。
【００５７】
各端子間の抵抗は、端子間に直流電圧を印加し、そのときの端子間に流れる電流から計測することができる。そして、本実施形態では、消磁部２にて消磁するに際し、直流電圧を印加することから、係る断線判定は、消磁と同時に行うことができ、故障判定の時間短縮が可能となる。
【００５８】
従って、変圧器故障判定器の検査は、（１）断線判定、（２）消磁、（３）巻線間短絡判定の順に行う。なお、断線判定は、図５に示すブロック図構成の場合、消磁部２が消磁を行うべく電源部６からの直流電圧をプローブ１を介して変圧器に印加している際に、測定回路７で検出した電流値や電圧値を故障判定部３が取得し、故障判定部３のＣＰＵは、断線の有無を判定する。断線がないことが確認された場合、故障判定部３のＣＰＵは、消磁部２のＣＰＵに対して消磁処理開始命令を与える。消磁部２のＣＰＵは、係る開始命令を受け付けると、上述したフローチャートに基づく消磁処理を実行する。そして、係る処理時処理が完了後、スイッチＳＷを切り替え、故障判定部３からプローブ１を介して所定周波数の交流電圧を変圧器に印加し、その時の測定回路７で検出した励磁電流に基づき、巻線間短絡の有無を判定する。
【００５９】
上述のように、断線判断を行うに際し、直流電圧を印加しているので、その印加時間が一定以上の場合、消磁機能における処理ステップＳ１を省略することができる。また、消磁処理における処理ステップＳ１の実行時に、同時に断線判断をするようにしてもよい。但し、断線判定と消磁を同時に開始した場合、消磁機能の処理ステップＳ２以降は、断線判定を行い、正常であることが確認されたことを条件に再開するとよい。断線している変圧器に対して、消磁処理を行っても無駄なだけでなく、断線していると、励磁電流が流れずに励磁電流が急激に増加することが無いことから、処理ステップＳ３でＮｏの状態が続き、直流電圧を印加し続ける事態を招くおそれがあるためである。従って、係る処理ステップ３の分岐判断がＮｏとなった場合、その時のタイマの値Ｔを確認し、Ｔが設定された基準時間以上の場合には、異常終了とする機能を備えると良い。特に、断線判定機能を備えていない変圧器故障判定器の場合には、係る機能を設けると好ましい。
【００６０】
いずれかの処理で異常が検出された場合には、報知部４からその旨出力される。また、以上が検出されずに処理が完了した場合も、その旨の出力がなされる。また、説明の便宜上、消磁部２と故障判定部３とを別のブロックで記載し、それぞれにＣＰＵが存在し、各種の判断や、制御を行うようにしたが、実際には、１つのＣＰＵにて実行することができる。
【００６１】
また、上記の断線検出機能は、必ずしも設けなくても良い。また、設ける場合、従来からある断線検出機能（抵抗値に基づいてしきい値処理して判定）を組み込むのも、もちろん妨げない。
【００６２】
図１２，図１３は、本実施形態の変圧器故障判定器の外観の一例を示している。コンパクトな矩形の箱状のケース１０の上面に、３本のプローブ１１が取り付けられている。プローブ１１は、ワニ口クリップを用いている。このワニ口クリップは、２００ｍｍ２の電線を挟めると共に、一番細い電線である５．５ｍｍ２でも抜けないものを用いている。またこのワニ口クリップは、羽子板端子やクランプ型端子にも確実に接続ができるものとする。
【００６３】
また、上面にはインターフェースとして、メインスイッチ１３，検出モード切替ダイヤル１４，検査開始ボタン１７，インジケータ１５，ブザー１６，電源ランプ１８を備える。メインスイッチ１３，検出モード切替ダイヤル１４並びに検査開始ボタン１７が、上述した入力部４に対応する。また、インジケータ１５，ブザー１６，電源ランプ１８が報知部５に対応する。さらに、このケース１０の内部には、図１４に示すように、直流電圧用の電源部２１や、ＣＰＵ（ワンチップ・マイコン）２２や各種の回路２３〜５５が内蔵される。
【００６４】
図示の変圧器故障判定器は、単相変圧器用であるため、検出モード切替ダイヤル１４は、検出対象が、“一次側”，“２端子単相変圧器の二次側”，“３端子単相変圧器の二次側”のいずれかを選択するものである。インジケータ１５は、３つのランプからなり、測定中の場合には、測定中ランプが点灯し、巻線間短絡や、断線が検出された場合には、それぞれ該当するランプが点灯する。
【００６５】
検査開始ボタン１７は、親指で押しやすい位置（手前側の左右縁近傍：本例では、右端）に配置するとともに、大きめな寸法としている。これは、ユーザである検査員は、ゴム手袋等を装着していることが多々あり、その装着した状態のまま操作可能にするためである。同様に、メインスイッチ１３の設置位置（本例では、手前側の左端）及び寸法も設定している。
【００６６】
電源部２１は電圧４．８〜６［Ｖ］，出力４〜５［Ｗ］の乾電池等の直流で駆動する。汎用性，ランニングコストを考慮し、単３型のアルカリマンガン電池，ニッケル水素電池が使える構造とする。これらの電池からの供給される電源は安定化回路２３に入る。ここで３［Ｖ］の直流電圧を発生させる。
【００６７】
この安定化回路２３の出力は、遮断スイッチ２７，正負切替スイッチ２４，直流・交流選択スイッチ２８を介してプローブへ与えられる。また、印加電圧や、励磁電流等を測定する測定回路２６も備えている。各スイッチの切替制御は、ワンチップ・マイコン２２の制御信号に基づいて行われる。遮断スイッチ２７は、開閉する機能を持つため、ＦＥＴ等のスイッチ素子を利用することができる。
【００６８】
この遮断スイッチ２７が閉じた場合、安定化回路２３の出力は、正負切替スイッチ２４へ与えられる。ワンチップ・マイコン２２は、消磁のために鉄心に直流電圧を印加する場合には、遮断スイッチ２７を閉じ、鉄心が飽和状態になって電源を遮断する場合に遮断スイッチ２７を開くように制御する。
【００６９】
正負切替スイッチ２４は、変圧器に印加する電圧の向き（正／負）の切替をするもので、スイッチの切替により、正極／負極側を反転するスイッチ回路である。この切替により、変圧器に正の直流電圧を印加して正の飽和状態にしたり、それとは逆向きの負の直流電圧を印加した負の飽和状態にしたりする。
【００７０】
直流・交流切替スイッチ２８は、プローブへ印加する際の電源の種類を切り替えるもので、図示する状態では、消磁／断線検出のために直流電圧を印加するようになり、オペアンプ２５側に接続された状態では、巻線間短絡検出のために交流電圧を印加するようになる。
【００７１】
ワンチップ・マイコン（ワンチップ・ＣＰＵ）２２は、正弦波を生成し出力する機能（正弦波生成部２２ａ）を備えるとともに、装置全体の制御を司るもので、図５に示した消磁部２と故障判定部３の機能を備える。また、正弦波生成部２２ａの出力は、オペアンプ２５（電源電圧が±１２［Ｖ］）で増幅後、測定回路２６経由で変圧器へ印加するようになっている。
【００７２】
また、ワンチップ・マイコン２２は、ケース１０の上面に設けた入力部たるメインスイッチ１３，検出モード切替ダイヤル１４，検査開始ボタン１７からの入力信号を受け、所定の処理を実行し、その実行結果を出力信号として報知部たるインジケータ１５，ブザー１６，電源ランプ１８へ伝え、所定の報知を行う。
【００７３】
図１５は、この変圧器故障判定器の概略の動作手順のアルゴリズムを示している。メインスイッチ１３が投入（ＯＦＦ→ＯＮ）されると、ワンチップ・マイコン２２（ＣＰＵ）は、自動的に電源部（乾電池）２１から規定の電圧，電流を取り出すことができるかチェックする（Ｓ２１）。また、このメインスイッチ１３の投入に伴い、電源ランプ１８が点灯する。電源ランプ１８は、原則として、メインスイッチ１３がＯＦＦになるまで点灯し続ける。但し、乾電池から規定の電圧等が取り出さない（電池の容量不足等）場合には、消灯する。これにより、ユーザは、この電源ランプ１８の点灯状態から、電源が十分であるか否かの判断が容易に行える。なお、消灯するのに替えて、点灯する色を異ならせるようにしても良い。また、インジケータ１５の各ランプも、メインスイッチ１３の投入に伴い一旦点灯させ、その後消灯させる。これにより、インジケータ１５を構成するランプや回路自体の故障がないことが確認できる。
【００７４】
さらに、本実施形態では、自己診断回路を内蔵しているので、その自己診断回路により変圧器故障判定器が正常に動作するか否かの動作確認を行う。この自己診断回路は、ＬＣＲ回路であり、Ｒだけで抵抗値の確認を行う。ＬＲ回路部分で健全変圧器を模擬し、ＣＲ回路で故障変圧器を模擬する。周波数の変化に対し、励磁電流が正しく増減し、判定結果が正しいか否かを確認する。自己診断途中で異常を感知した場合、ブザー１６や、インジケータ１５（例えば、全てのランプを点滅させる等の、予め決めた発光状態とする）を使って変圧器故障判定器自身の異常を知らせる。また、自己診断回路は、このようにＬＣＲ回路を用いるものに限ることはなく、ＬＲ回路で実解しても良い。さらに、自己診断回路は、ケース１０に内蔵しても良いし、ケース１０とは別の筐体内に組み込み付属装置として付設する構成を採ってもよい。
【００７５】
自己診断が完了したならば、変圧器故障判定器は、確認待ちモードとなる。ユーザは、たとえばこの状態のときに検査する変圧器にあわせて検出モード切替スイッチ１４を操作し、モードを切り替えたり、プローブ１１を検査対象の変圧器の端子に装着したりする。
【００７６】
検査開始ボタン１７を押すと、ワンチップ・マイコン２２（ＣＰＵ）は次の順番で自動的に検査を始める。本実施形態では、検査開始ボタン１７が押されている間、動作する。つまり、検査開始ボタン１７が押されて検査を開始したとしても、その途中で検査開始ボタン１７の押下を解除した場合、そこで測定は終了し、エラーとなる。検査開始ボタン１７が押下されると、インジケータ１５の測定中ランプが点灯する。
【００７７】
そして、検査開始ボタン１７が押下され続けていると、ワンチップ・マイコン２２（ＣＰＵ）は、自動的に図１２の直流電圧モード（Ｓ２２），交流電圧モード（Ｓ２３）を順次実行する。まず、直流電圧モードが先に実行されるので、ワンチップ・マイコン２２は、電池（安定化回路）の出力である直流電圧を、変圧器に印加するように制御する。つまり、遮断スイッチ２７を閉じ、直流・交流電圧切替スイッチ２８は直流側に接続され、正負切替スイッチ２４は、正側（鉄心が正の飽和状態になる状態）にする。このとき、流れる電流を測定回路２６で測定し、その測定結果をワンチップ・マイコン２２が取得することにより、断線チェックを行う。断線が検出された場合、ワンチップ・マイコン２２は、この時点で検査を終了し、インジケータ１５の断線ランプを点灯させるとともにブザーによる警報を行う（Ｓ２５）。そして、断線がないことが確認されたら、引き続き、消磁を行う。この消磁処理は、ワンチップ・マイコン２２（ＣＰＵ）が、図７に示すフローチャートを実行することで行う。また、処理ステップＳ１における正の飽和状態のための正の直流電圧の印加であるが、上記の断線検出のための直流電圧の印加を十分に行うことで、その処理を兼用することができる。換言すると、正の飽和状態にするために直流電圧を印加しているときに、断線チェックを行うとよい。もちろん、断線チェックのための直流電圧の印加と、消磁のための直流電圧の印加を別に行うことを妨げない。但し、共有した方が、短時間で処理が完了できるので好ましい。
【００７８】
消磁完了後、ワンチップ・マイコン２２は自動的に交流電圧モード（Ｓ２３）に移行する。つまり、直流・交流電圧切替スイッチ２８を交流側（オペアンプ２５側）に切り替え、巻線間短絡検出を始める。最初に低周波の正弦波を印加する。電圧印加および周波数を可変する際は、励磁突入電流を発生させないように電源の投入角は波のピーク時とする。また、ＣＰＵは周波数を可変する際に電圧変動が生じないよう電圧監視を行うと同時に必要に応じ電源装置を制御して電圧が常に安定するようにする。こしてＣＰＵは、周波数増加に伴う励磁電流値の変化（増減）から、健全品（正常）か、巻線間短絡（故障）かの判定を行い、短絡があった場合には、インジケータ１５の短絡ランプを点灯させる。
【００７９】
上述した実施形態では、消磁を直流電圧を印加するとともに、その印加する向きと印加時間を適宜制御することで行いようにした。そして、短時間で処理するため、一度正の飽和状態にした後、“負の飽和状態”にした後“電源を遮断”して“逆起電力が０”になるまでの時間（ｔ１）を求め、そのｔ１／２（=ｔ２）だけ正の向き印加することで消磁し、その確認のため、そこから“負の飽和状態”にした後“電源を遮断”して“逆起電力が０”になるまでの時間（ｔ３）を求め、ｔ２とｔ３の差が一定の範囲内になったならば、消磁が成功と判断するようにした。これは、鉄心のヒステリシスカーブは、正／負で対称形であるので、片側で消磁していることが確認できれば、問題がないためである。
【００８０】
但し、この後、反対側、負の飽和状態から、正の直流電圧を印加し、“正の飽和状態”にした後“電源を遮断”して“逆起電力が０”になるまでの時間（ｔ１′）を求め、そのｔ１′／２（=ｔ２′）だけ負の向きに印加することで消磁し、その確認のため、そこから“正の飽和状態”にした後“電源を遮断”して“逆起電力が０”になるまでの時間（ｔ３′）を求める。そして、ｔ３とｔ３′の差が一定の範囲内（例えば３％以内）の場合に消磁ができていると判断するようにしても良い。
【００８１】
さらに、上記の実施形態並びに変形例では、いずれも、直流電圧の印加時間・方向を制御して消磁を行うようにしたが、本発明はこれに限ることはなく、直流電圧と、減衰交流電圧を利用して消磁することもできる。これは、図１２に示す内部回路構成において、ワンチップ・マイコン２２のプログラムを変更することで実現できる。具体的には、まず、ワンチップ・マイコン２２は、各スイッチを、変圧器に直流電圧を印加できるような状態にセットする。その状態で、直流電圧を一定時間印加し、正の飽和状態にする（このとき、逆向きの電圧を印加して、負の飽和状態にしてももちろん良い）。そして、遮断スイッチ２７を開き、電源を遮断して直流電圧が変圧器に印加されないようにする。すると、上記の実施形態でも説明した通り、鉄心には所定の残留磁束密度が残る。ここまでは、上記の実施形態の処理ステップ１と同じであり、この処理の実行後は、それ以前の使用状況に関係無く、所定の大きさ・磁束の向きの残留磁束が残る。
【００８２】
次に、ワンチップ・マイコン２２は、直流・交流電圧切替スイッチ２８を交流側に切り替える。そして、ワンチップ・マイコン２２は、所定パターンの減衰交流電圧を変圧器に印加する。具体的には、例えば、正弦波生成部２２ａから所定周波数の正弦波を出力させ、オペアンプ２５のゲインを徐々に減少させることで行う。この所定パターンは、事前に実験・検証等で求めておくと良いが、鉄心の寸法・形状等によって変動するものでもないので、一旦決めると汎用性が発揮する。そして、減衰交流電圧を印加する直前の鉄心は、正の飽和状態で一定となっているので、最終的に電圧値が０になることもあいまって、１回の減衰交流電圧の印加で、確実かつ短時間で消磁できる。
【符号の説明】
【００８３】
１ プローブ
２ 消磁部
３ 故障判定部
４ 入力部
５ 報知部
６ 電源部
１０ ケース
１１ プローブ
１３ メインスイッチ
１４ モード切替スイッチ
１５ インジケータ
１６ ブザー
１７ 検査開始スイッチ
１８ 電源ランプ
２１ 電源部
２２ ワンチップ・マイコン
２３ 安定化回路
２４ 正負切替スイッチ
２５ オペアンプ
２６ 測定回路
２７ 遮断スイッチ
２８ 直流・交流電圧切替スイッチ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変圧器故障判定器に関するもので、例えば、柱上変圧器などの配電用変圧器における巻線間短絡の有無その他の故障検出を行う故障判定器に関する。
【背景技術】
【０００２】
変電所等の配電施設から家庭や工場に電力を配電する架空配電線路には柱上変圧器が設けられている。この柱上変圧器は、高圧配電線路に印加された交流６．６［ｋＶ］の高圧電力を、家庭や工場で利用可能な１００［Ｖ］や２００［Ｖ］の低圧電力に変成（変圧）する。かかる柱上変圧器が故障した場合、異常電圧や異常電流が生じ、保護回路によって電力の供給が切断される。
【０００３】
そこで、配電線事故が発生した場合の事故点を特定するステップとして事故範囲を絞り込んだ後に、変圧器故障判定器（トランスチェッカー）を用いて個々の変圧器の故障判定を実施して変圧器の健全性を一つ一つ確認し、事故点を特定する方法が一般的となっている。
【０００４】
この種の従来の変圧器故障判定器の動作原理は次の通りである。まず、内部で断線状態となった変圧器は、端子の電気抵抗が無限大、あるいはそれに非常に近い状態となっている。このような状態の変圧器の故障を検出するには、直流電圧を印加し、巻線抵抗を測定することにより可能となる。
【０００５】
また、上記柱上変圧器における故障のうち、変圧器内部で生じた巻線間の短絡（レアショート:layer short、ターンショート:turn short）状態は、変圧器内部に閉回路が構築されている。このような状態の変圧器に交流電圧を印加すると、無負荷状態であっても大きな電流が流れる。この原理を利用してレアショート等の巻線間短絡を検出することが可能となる。一例としては、変圧器の二次側に２００〜６００Ｈｚの周波数範囲の交流電圧を印加し、その励磁電流と所定の固定しきい値とを比較して巻線間短絡の有無を判定する技術が知られている（例えば、特許文献１）。これは、巻線間に短絡が生じると励磁電流が大きくなるといった特性を利用し、特に２００〜６００Ｈｚの周波数範囲においてしきい値より励磁電流が小さい変圧器を正常な変圧器と、しきい値より大きい変圧器を巻線間が短絡している変圧器と判定する技術である。
【０００６】
電力の配電設備において高圧カットアウトヒューズを溶断させる柱上変圧器の故障は、大半が巻線間短絡を伴う。従って、その初期判定において、異常な変圧器を正常と、または正常な変圧器を異常と誤判定すると、後の故障箇所の特定に影響し、現場作業における安全性、効率性に問題をきたしてしまう。従って、上述したような変圧器故障判定器による初期判定は非常に重要な役割を担っている。
【０００７】
また、撤去済みの変圧器を再利用するにあたり、その健全性を容易かつ的確に判定する必要がある。従って、変圧器故障判定器による撤去品の良否判別も事故時の判定と同様に重要な役割となっている。
【０００８】
特許文献１等に開示された従来の変圧器故障判定器は、あらかじめ設定した電流の大きさで変圧器の断線，巻線間短絡を検出する原理であるため、正常であってもその電流値を外れる特性を有する変圧器の場合には故障と判定されてしまうおそれがある。一つの例を図１に示す。容量の大きな変圧器は健全であっても励磁電流が大きく、容量の小さな変圧器がレアショートしたときの励磁電流と同じような電流値となることもある。この点に付き、これまでは、対象となる配電用変圧器の特性がメーカや世代に関係なく、その大半がある一定の範囲に収まっていたために大きな問題となることは少なかった。
【０００９】
しかし、近年になり、配電用変圧器の大容量化やメーカ別の多品目化など、様々な変圧器が出現してきた。たとえば、近年では、消費電力量の増加により１００［ｋＶＡ］を超える容量の変圧器の開発がなされている。また、配電効率の向上を図るべく三相３線、三相４線、三相４線等の変圧器も随時開発されている。さらには、従来品と等しい容量においても、励磁電流を低減した変圧器の制作が可能となった。このような変圧器に従来の変圧器故障判定器を適用した場合、誤判定する場合もある。
【００１０】
そこでかかる問題を解決するため、上記の固定されたしきい値判定に代わる簡単な判定処理で変圧器の巻線間短絡を迅速かつ確実に判定可能な短絡判定装置として、特許文献２に開示された発明が提案さている。この特許文献２に開示された変圧器故障判定器（短絡判定装置）は、変圧器の巻線に周波数の異なる交流電圧を順次印加する交流電源と、周波数の異なる交流電圧に対する変圧器の励磁電流を測定する電流測定部と、電流測定部で測定された励磁電流値の近似曲線を１階微分する１階微分計算部と、１階微分計算部による微分値が、正の場合短絡無し、負の場合短絡有りと判定する短絡判定部と、短絡判定部の判定結果を報知する判定報知部と、を備えている。
【００１１】
この特許文献２に開示された変圧器故障判定器は、巻線間が短絡している変圧器と短絡していない正常な変圧器とで、周波数を掃引して交流電圧をかけた場合の励磁電流の軌跡が相異することを利用している。つまり、健全な変圧器は、巻線によるＬ成分と巻線の絶縁層部によるＣ成分，さらには巻線抵抗によるＲ成分とがあり、これらを合成したインピーダンス値は周波数に依存する。すなわち、低周波領域ではＬ成分が支配的になり、高周波領域ではＣ成分が支配的となる。その結果、正常な健全品の場合、周波数を徐々に上昇させると励磁電流の電流値は上昇する傾向を示す。これに対し、レアショート状態の変圧器は、内部に形成された短絡回路によりＬ成分をうち消す方向に作用するため、健全品と比較した場合Ｌ成分は小さくなる。このため、変圧器全体のインピーダンスは周波数に関係なくＣが支配的となる。その結果、故障品の場合、周波数を徐々に上昇させると、電流値は低下する傾向となる。
【００１２】
これらの健全な変圧器とレアショート状態の変圧器におけるそれぞれの励磁電流と周波数の関係を示すと、図２（ａ）のようになる。この図２（ａ）における事故品（１）と事故品（２）は、それぞれ、図２（ｂ）に示す変圧器において、人為的に故障点を作ったものについて測定した結果である。事故品（１）は、一次側の（１）点でレアショートが発生したものであり、事故品（２）は二次側の（２）点でレアショートが発生したものである。
【００１３】
従って、上記複数の周波数による交流電圧に対する複数の励磁電流値の近似曲線を励磁電流の軌跡とみなし、その近似曲線を１階微分することで、曲線が増加傾向にあるか減少傾向にあるかを判定でき、巻線間短絡を１階微分処理といった容易な処理によって迅速かつ確実に判定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特許１１７５０９号
【特許文献２】特開平７−９４３４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上述したように、特許文献２に開示された変圧器故障判定器は、簡易な処理により変圧器の巻線間短絡を判定することができる。しかし、健全な同一の変圧器に対して周波数−励磁電流特性を計測したところ、図３に示すように、測定する毎に特性結果に異なることが判明した。このように、同一の変圧器に対する周波数−励磁電流特性にばらつきが生じることは、係る変圧器故障判定器を用いたレアショート等の巻線間短絡についての検出精度が低くなるといった問題があり、実用に供し得るためには、より検出精度の向上を図りたいという課題がある。
【００１６】
また、断線検出については、端子の電気抵抗が無限大、あるいはそれに非常に近い状態となっていることから直流電圧を印加して巻線抵抗がしきい値以上の場合には断線と判断することができる。しかし、例えば、図４（ａ）に示すようなデルタ結線となっている変圧器は、並列回路が形成されるため、仮に断線があったとしても健全相を通じて閉回路が構成されて電流が流れてしまい正常と判定されてしまう。また、図４（ｂ）に示すような単相３線式結線の変圧器も、２次側の内部で並列巻線を構成しているので、その一方で断線を生じていたとしても他方で閉回路が構成されるので、電流が流れてしまい正常と判定されてしまう。よって、最近の変圧器では、その構造によっては断線検出も行いにくいという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上述した課題を解決するために、本発明に係る変圧器故障判定器は、（１）変圧器の故障の有無を判定する変圧器故障判定器であって、前記変圧器の鉄心を消磁する消磁部と、前記消磁部で前記鉄心が消磁された前記変圧器に交流電圧を印加し、その時の励磁電流に基づいて前記変圧器の巻線間短絡の有無を判定する故障判定部と、前記故障判定部の判定結果を報知する判定報知部と、を備えるようにした。
【００１８】
使用された変圧器の鉄心には残留磁束があり、その大きさや磁界の向きは一定ではない。残留磁束が大きい場合は、鉄心透磁率が低下し巻線インダクタンスが減少するため励磁電流は大きくなる。逆に、残留磁束が小さい場合は、鉄心透磁率が増加し巻線インダクタンスが増加するため励磁電流は小さくなる。鉄心の残留磁束のレベルは印加電圧を切るタイミング、その後の放置時間，鉄心サイズ等の諸条件により変圧器個々で異なるため、測定対象の変圧器鉄心の残留磁束は不明である。そこで、本発明では、消磁部により変圧器（鉄心）の消磁を行い、鉄心の残留磁束を統一した条件（消磁）にした状態で、故障判定部による励磁電流の測定を行うことで、巻線間短絡の有無の判定を高精度に行える。
【００１９】
（２）前記消磁部は、前記変圧器に直流電圧を印加して正又は負の飽和状態にする初期処理手段と、飽和状態の前記変圧器に、逆向きの飽和状態にするための直流電圧を印加する直流電圧印加手段と、前記変圧器の鉄心が飽和状態になったことを検知する飽和検知手段と、前記初期処理手段で飽和された前記変圧器に対し、前記飽和検知手段で飽和が検知されるまでの間、前記初期処理手段と逆向きの直流電圧を印加し、前記鉄心が飽和状態になったら直ちに遮断し、その直流電圧の印加開始から、前記遮断に伴い発生する逆起電力がゼロになるまでの時間を測定する計時手段と、その計時手段で測定した時間の半分の時間、前記初期処理手段で印加した直流電圧と同じ向きに、同じ大きさの直流電圧を前記変圧器に印加するパルス印加手段と、を備えるとよい。
【００２０】
初期処理手段は、実施形態では、直流電圧を一定時間印加する処理を行う機能であり、例えば、処理ステップＳ１を実行する機能により実現される。一定時間は、通常の使用状況下で取り得る残留磁束密度のいずれの場合も飽和するように、十分な時間とする。もちろん、あまり長いと、計測時間が長くなると共に無駄に電圧を印加して消費するので、適宜の長さに設定する。また、簡易な構成を採るために、実施形態では、一定時間印加しているが、飽和するか否かを監視し、飽和した場合に電圧の印加を停止するようにしてもよい。飽和検知手段は、実施形態では、励磁電流の電流値を監視し、急に増加した場合に飽和したと判定するようにしたが、他の手法を用いても良い。計時手段は、実施形態では、ｔ１を計測するものでタイマとＣＰＵにより実現されている。パルス印加手段は、実施形態では、ｔ１／２の時間だけ直流電圧を印加する機能に対応する。
【００２１】
このように、直流電圧を用いて消磁するようにしたので、簡易な構成で消磁を実現することができる。よって、携帯に優れ、柱上変圧器等の街中に点在する検査対象物であっても、容易に故障の有無の判定を行うことができ、事故点の発見をするのに便利となる。
【００２２】
（３）上記の（２）の発明を前提とし、前記飽和検知手段は、前記直流電圧印加手段により前記変圧器へ直流電圧を印加することで流れる励磁電流の電流値に基づいて飽和の有無を判断するものであるとよい。直流電圧を印加した場合、時間の経過に伴い励磁電流の電流値も徐々に増加するが、飽和状態になると電流値が急に増加する。そこで、係る変化に基づいて飽和の有無を検出することができる。
【００２３】
（４）上記の（２）または（３）の発明を前提とし、前記パルス印加手段で直流電圧を印加された前記変圧器に対し、前記飽和検知手段で飽和が検知されるまでの間、前記パルス印加手段と逆向きの直流電圧を印加し、前記鉄心が飽和状態になったら直ちに遮断し、その直流電圧の印加開始から、前記遮断に伴い発生する逆起電力がゼロになるまでの時間を測定する第２計時手段を備え、その第２計時手段で測定した時間と、前記パルス印加手段で印加している時間の差が、基準以内の場合には、前記計時手段で測定した時間の半分の時間或いは第２計時手段で測定した時間だけ前記パルス印加手段で直流電圧を印加して消磁処理を完了し、前記時間の差が基準以上の場合、前記パルス印加手段での直流電圧を印加する時間を変更するようにするとよい。第２計時手段は、実施形態では、ｔ３を計測するための機能により実現される。これにより、パルス印加手段で印加した直流電圧（単発パルス）により消磁が成功していたか否かが確認できる。成功している場合には、再度同じ時間だけ電圧を印加することで、消磁の状態に戻せる。すなわち、（２）のパルス印加手段により所定時間直流電圧を印加すると、理論上は消磁が行える。しかし、鉄心の個体差などの影響で確実に０になるとは限らない可能性も残っている。そこで、パルス印加手段で直流電圧を印加していた時間（ｔ２＝ｔ１／２：ｔ１は計時手段で計測した時間）と、第２計時手段で計測した時間ｔ３の時間差が基準以内であれば、成功と判断でき、基準よりも多くずれている場合には、パルス印加手段で直流電圧を印加する時間を変更して調整を図る。
【００２４】
（５）上記の（２）または（３）の発明を前提とし、前記パルス印加手段で直流電圧を印加された前記変圧器に対し、前記飽和検知手段で飽和が検知されるまでの間、前記パルス印加手段と逆向きの直流電圧を印加し、その直流電圧の印加開始から、その後に逆起電力がゼロになるまでの時間を測定する第２計時手段を備え、前記直流電圧印加手段を用いた飽和処理並びに、前記パルス印加手段での電圧印加処理を、正側と負側で行い、それぞれについて前記第２計時手段により前記時間を計測し、正負間でその計測した時間の差が基準以内の場合には、前記計時手段で測定した時間の半分の時間だけ前記パルス印加手段で直流電圧を印加して消磁処理を完了し、前記時間の差が基準以上の場合、前記パルス印加手段での直流電圧を印加する時間を変更するようにするとよい。正負の両側で検証することで、より正確に消磁をすることができる。
【００２５】
（６）最後に印加する直流電圧の直後に続けて、第１波の大きさがその直流電圧の大きさを越えない減衰交流を印加させようにするとより好ましい。このようにすると、消磁を更に確実に行うことができる。
【００２６】
（７）前記直流電圧の電源は、電池とすることができる。このようにすると、装置全体がコンパクトで携帯に便利となる。そして、巻線抵抗、巻数を考慮すると、現在の配電用変圧器の多くは数Ｖ程度の直流電源で鉄心の磁束密度を飽和させることが可能である。よって、電池を数本直列接続する直流電圧で消磁も行えるので、問題はない。
【００２７】
（８）３端子以上の変圧器用の故障判定器であって、複数組の端子間の直流抵抗を測定し、各端子間の直流抵抗の比を求め、その求めた比から、断線の有無を判定する断線判定手段を備えるとよい。
【発明の効果】
【００２８】
本発明では、変圧器の容量や内部結線，鉄心素材に影響を受けず、変圧器の巻線間短絡や、断線等の故障の有無を短時間で判定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の課題を説明する図である。
【図２】本発明の課題を説明する図である。
【図３】本発明の課題を説明する図である。
【図４】本発明の課題を説明する図である。
【図５】本発明に係る変圧器故障判定器の好適な一実施形態を示す図である。
【図６】飽和検知の機能を説明する図である。
【図７】消磁部の機能を示すフローチャートである。
【図８】消磁部の機能・動作原理を示す図である。
【図９】消磁部が印加する電圧のパターンの一例を示す図である。
【図１０】本発明の効果を説明する図である。
【図１１】断線判定機能を説明する図である。
【図１２】本発明に係る変圧器故障判定器の好適な他の実施形態を示す平面図である。
【図１３】（ａ）は本発明に係る変圧器故障判定器の好適な他の実施形態を示す側面図、（ｂ）はその正面図である。
【図１４】本発明に係る変圧器故障判定器の好適な他の実施形態における内部に実装される回路構成を示す図である。
【図１５】本発明に係る変圧器故障判定器の好適な他の実施形態における機能を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図５は、本発明に係る変圧器故障判定器の概略構成を示している。図５に示すように、変圧器の各相の端子に接続する測定用端子であるプローブ１を備え、このプローブ１に消磁部２と故障判定部３とを、切り替えスイッチＳＷを介して連携する。プローブ１は、各相に接続するため、本実施形態では、３個用意している。各プローブ１に対し、それぞれ消磁部２と故障判定部３が切り替え式で接続され、検査対象物である変圧器の各相の端子に連携される。さらに、変圧器故障判定器は、マンマシンインタフェースとしての入力部４と、報知部５を備える。さらに、各部を動作させるための電源部６や、電圧・電流などを測定する測定回路７を備えている。
【００３１】
入力部４は、電源のＯＮ／ＯＦＦや、各種のモードの設定や、測定開始等を指示するための操作スイッチ等がある。報知部５は、ブザーのように音声（音）による出力手段や、ランプ・ディスプレイなどの視覚による出力手段などがあり、判定結果を報知する。
【００３２】
電源部６は、本実施形態では、電池を用いている。つまり、直流電源であり、ＣＰＵや各種の電子機器を駆動させるための電源電圧である。また、後述するように、直流電圧を用いた消磁を行う場合の電源にも利用する。具体的には、公称電圧１．２〜１．５［Ｖ］の電池（例えば、１．２［Ｖ］のニッケル水素電池）を４本直列に接続し、直列接続された電池全体の端子間電圧は５〜６［Ｖ］となり、出力は４〜５［Ｗ］程度となる。もちろん、この直列に接続する数は任意である。また、電池を並列接続して連続して、長寿命化を図るのも妨げない。また、出力電圧値を安定化させるため、後述するように、電池の出力に安定化回路（レギュレータ）を接続し、その安定化回路を介して出力し、３［Ｖ］程度の所定の直流電圧が出力されるようにしている。
【００３３】
故障判定部３は、特許文献２に開示された従来の故障判定器等の機能を組み込んで構成することができる。つまり、端子間短絡の有無の判定を行う機能としては、周波数の異なる交流電圧を順次印加し、その周波数の異なる交流電圧を印加したときの変圧器の励磁電流を測定し、その測定された励磁電流値に基づいて所定の演算処理をして短絡の有無を判断するものを用いることができる。係る判定は、周波数が高くなるにつれて励磁電流の他愛が大きくなるか（健全・正常）、小さくなるか（短絡）により行うことができるので、所定の演算処理は、励磁電流特性の近似曲線を１階微分し、その微分した結果、増加傾向にあるか減少傾向にあるかにより、判定を行うことができる。故障判定部３は、その判定結果を、報知部５を介して出力する。また、係る交流電圧を印加するための正弦波の生成部（ワンチップ・マイコン等により実現でき、必要に応じてオペアンプ等で増幅する回路）等も備える。
【００３４】
上記の励磁電流特性の近似曲線を１回微分する方式は、特許文献２に開示された技術を利用することができ、従来公知のものであるため、詳細な説明は省略する。また、故障判定部３の判定機能は、係る特許文献２に開示されたものに限られない。一例を示すと、異なる周波数（例えば、１ｋＨｚと３ｋＨｚ）の交流電圧（正弦波）を切り替えて出力し、それぞれの周波数の時の励磁電流を求め、その大小関係から巻線間短絡の有無を判定するようにしてもよい。この場合、周波数の高い時の励磁電流の方が大きい場合には、増加傾向にあるので正常となり、周波数の高い時の励磁電流の方が小さい場合には、減少傾向にあるので巻線間短絡が生じていると判断することができる。
【００３５】
消磁部２は、故障判定部３における測定（周波数−励磁電流特性の測定）に先立ち、変圧器（鉄心）を消磁するためのものである。すなわち、通常に使用された変圧器の鉄心には残留磁束があり、その大きさや磁界の向きは一定ではない。その理由は、鉄心の残留磁束は、その直前の遮断時の電圧や極性に影響されるからである。従って、残留磁束が異なると、同一の電圧を印加したとしても係る電圧の印加に伴い流れる励磁電流値も異なるので、図３に示すように、測定結果は、測定を行うたびに変化してしまう。そのため、本実施形態では、係る残留磁束の影響を回避すべく初期状態を一定にするために、消磁部２で消磁するようにした。
【００３６】
また、一般的に消磁は、一度変圧器にやや過励磁になる程度まで交番磁束（交流電圧）を印加し、徐々に磁束（電圧）の大きさを下げていく交流消磁が用いられる。この方法で消磁すると、確実に残留磁束を小さくさせることができるが、定格以上の電圧が必要となり装置自体が大がかりとなる。もちろん、係る構成を採るのも構わないが、本実施形態では、電源部６の直流電圧を利用し、直流消磁を行うようにした。これは、巻線抵抗，巻数を考慮すると、現在の配電用変圧器の多くは数Ｖ程度の直流電源で鉄心の磁束密度を飽和させることが可能である。このことを利用すれば、小さな電圧で消磁を行うことが可能となるので、変圧器故障判定器もコンパクトとなり、携帯可能となる。
【００３７】
測定回路７は、変圧器の端子間電圧や、励磁電流や、抵抗値などの電気的な特徴量を測定するもので、その測定結果は、消磁部２や故障判定部３に与えられ、各部における動作制御や、判定などに用いられる。
【００３８】
次に、消磁の原理を説明しつつ、消磁部２の機能を説明する。消磁部２は、電源部６から直流電圧をプローブ１を介して変圧器の端子に印加する。このように、変圧器に直流電圧を継続して印加させると、その変圧器の鉄心が飽和領域に達し、磁束が残留磁束として鉄心に残る。そこで、直流電圧の印加時間を制御することにより、最終的に残留磁束が０になるようにする。
【００３９】
つまり、けい素鋼板やアモルファスは、大きな透磁率を有するので、これらを鉄心として作ったコイルの自己インダクタンスは大きな値を有する。そのため、このコイルに直流電源を印加させた場合、図６に示すように、励磁電流は時間をかけて徐々に大きくなる。そして、ある一定の電流値（起磁力）に達すると、見かけ上の透磁率は小さくなり自己インダクタンスも小さくなるため、励磁電流はほぼ瞬間的に巻線抵抗と電源電圧で決まる値に達する。換言すると、励磁電流を監視し、その値が急激に上昇したときが鉄心が飽和したときと判定できる。
【００４０】
一方、鉄心を通る磁束密度の大きさは、残留磁束密度の大きさと電流値（起磁力）の時間積分により決まる。そのため、電圧を印加してから励磁電流が急激に増える（磁束密度が飽和領域に達する）までの時間を測定することで残留磁束密度の大きさを知ることができる。また、鉄心材料のヒステリシスカーブ（Ｂ−Ｈ特性）は正負で対称であるため、プラスとマイナスにおける飽和状態までの時間が等しければ鉄心は消磁状態であるとみなせる。
【００４１】
そこで、本実施形態では、残留磁束密度が最大の状態から逆向きに最大となるまでに要したエネルギー（実際には、時間で特定）の半分のエネルギー（時間）分だけ電圧を印加して励磁させることで残留磁束を０にさせて消磁を行うようにした。具体的には、消磁部２内のＣＰＵが、図７に示す以下のアルゴリズムを実行する。また、前提として、変圧器故障判定器は、励磁電流を計測する測定手段と、タイマと、を備えている。
【００４２】
ＣＰＵは、変圧器の鉄心を正の飽和状態にする（Ｓ１）。具体的には、電源部６から出力される電圧（正の直流電圧）をそのまま一定時間変圧器に印加することで、鉄心を飽和させる。つまり、鉄心のヒステリシスカーブ（Ｂ−Ｈ特性）の一例を示すと、図８のようになる。そして、係る正の直流電圧を印加する際の残留磁束は、上述したようにその大きさや磁界の向きがばらばらである。そこで、ＣＰＵは、確実に飽和するために十分な時間（例えば１秒）だけ直流電圧を印加し（図８中（１）参照）、その後、電源を遮断する。これにより、鉄心に加わる磁界Ｈも０になり、所定の残留磁束が残る。このように、一度正の向きに飽和させることで、その直前の使用状態に基づく残留磁束の大きさ・磁界の向きのばらつきが解消され、同じ初期状態にすることができる。
【００４３】
なお、例えば短絡しているような場合には、直流電圧の印加と共に大きな電流が流れるので、たとえ１秒でも係る状態が継続するのは好ましくない。そこで、この処理の実行時も励磁電流を監視し、電離中値が急激に増加したり、所定の基準値を超えたりするなど、予め設定した停止条件場合を満たした場合には、遮断するようにすると良い。
【００４４】
なおまた、本実施形態では、正の直流電圧を印加して正の飽和状態にするようにしたが、最初に負の直流電圧を印加し、負の飽和状態にするようよしても良い。その場合には、以下の説明における各処理ステップで印加する直流電圧の向きを逆にすればよい。この処理ステップＳ１を実行する機能が、初期処理手段に対応する。
【００４５】
次に、ＣＰＵは、変圧器に負方の直流電圧を印加し、鉄心を負の飽和状態にする。ここでは、処理ステップＳ１のように一定時間を印加するのではなく、励磁電流を監視し、飽和するまで一定の直流電圧を印加する。つまり、ＣＰＵは、まず負の直流電圧を印加開始すると共に、タイマＴをリスタートする（Ｓ２）。そして、ＣＰＵは、励磁電流が急激に増加したか否かを判断する（Ｓ３）。係る判断をする処理ステップを実行する機能が、飽和検出手段に対応する。励磁電流が徐々に増加している区間（図６中、区間Ａ）では、未飽和の状態であり、その区間は、処理ステップＳ３の分岐判断はＮｏのままであるので、負の直流電圧は継続して印加しつつ、励磁電流の監視を継続して行う。
【００４６】
励磁電流が急激に増加する（図６中、“Ｘ”）と、処理ステップＳ３の分岐判断がＹｅｓとなり、鉄心が負の飽和状態になったと推定できる（図８中（３）参照）。この判断は、例えば、前回の励磁電流の値を記憶しておき、今回の励磁電流との差が一定のしきい値以上となった場合に急増したと判定することができる。
【００４７】
励磁電流が急激に増加したならば、ＣＰＵは、電源を遮断する（Ｓ４）。この電源の遮断は、最終的に変圧器に負の直流電圧が印加されず、励磁電流が巻線に流れなければよい。このように励磁電流が急激に増加したときに直流電圧の印加を遮断すると、逆起電力が発生し、その後徐々に電圧が低下して０に戻る（図８中（４）参照）。この逆起電力が０になったとき、鉄心には、図８に示すように、負の一定の残留磁束が発生している。ＣＰＵは、このように起電力が０になるのを待ち（Ｓ５）、その時（Ｓ５でＹｅｓ）のタイマの値Ｔを取得し、ｔ１とする（Ｓ６）。つまり、負の直流電圧を印加していた時間と、電源を遮断してから起電力が０になるまでの時間を加算した値がｔ１となる。この時間ｔ１は、ＣＰＵが記憶・保持しても良いし、メモリ・記憶手段に格納しても良い。
【００４８】
次に、ＣＰＵは、正の向きにｔ１／２（＝ｔ２）の時間だけ、直流電圧を印加し（図８中（５）参照）、その後電源を遮断する（Ｓ７，Ｓ８）。このとき印加する直流電圧の電圧値は、処理ステップＳ１で印加したものと同じである。このように、印加する直流電圧の電圧値（絶対値）が同じで一定としているので、飽和させるのに要したエネルギーは、時間に比例する。よって、正の飽和状態から負の飽和状態にするまで要したエネルギーの半分のエネルギーを、逆向き、つまり、正の向きに加えることで、理論上、残留磁束密度は０になり、消磁が行える（図８中（６）参照）。
【００４９】
この処理ステップで消磁処理を終了しても良いが、本実施形態では、念のため、再度負の向きに飽和するまで直流電圧を印加し（図８中（７）参照））、飽和したならば電源を遮断し、逆起電力が０になるまで待ち（図８中（８）参照）、そこまでの時間ｔ３を測定する（Ｓ９）。この処理は、具体的には、上述した処理ステップＳ２からＳ５までの処理と同様である。そして、ＣＰＵは、ｔ２＝ｔ３か否かを判断する（Ｓ１０）。実際には、両者の差が一定の範囲内にあれば、処理ステップＳ１０の条件を充足すると判断するようにしている。
【００５０】
この処理ステップＳ１０の分岐判断がＹｅｓの場合、先に行った時間ｔ２だけ直流電圧を印加した処理で消磁が成功していることになる。但し、処理ステップ９の実行により、再び負の飽和状態になっているので、正の向きにｔ２だけ直流電圧を印加する（Ｓ１１）。これにより、残留磁束密度が０（ほぼ０）となり、消磁処理が完了する。
【００５１】
一方、ｔ２とｔ３が異なり、処理ステップ１０の分岐判断が、Ｎｏとなった場合、ＣＰＵは、ｔ２を変化させ（Ｓ１２）、新たな補正後のｔ２に基づき、処理ステップ８から処理を実行する。このようにして、ｔ２＝ｔ３となるまで継続することで、消磁が行える。
【００５２】
また、時間ｔ２だけ直流電圧を印加するに際し、図９に示すような直流電圧＋減衰交流電圧を印加させるようにしてもよい。これにより、残留磁束を限りなく０にすることが可能となる。
【００５３】
本実施形態のように、まず消磁を行い、その後に、周波数−励磁電流特性を測定すると、図１０に示すように、同じ変圧器に対して複数回測定を行ったとしても、ほとんど同じ値（特性）を示すことが確認できた。これに対し、先に説明した通り、消磁を行わないで測定した場合、図３に示すように、測定毎に測定結果が異なる。この図３と図１０とを比較することで消磁を行うことの効果が確認できる。その結果、消磁部２にて消磁を行った後に故障判定部３にて周波数−励磁電流特性に基づく巻選択欄の有無の判定を行った場合、高性能な検出・判定が行える。
【００５４】
次に、断線検出機能を説明する。従来の断線検出では誤判定となる可能性の高い変圧器として、デルタ結線変圧器や一部の単相３線式変圧器がある。これらの変圧器に共通していることとして３端子であること、並びに線間の抵抗は一定の規則性がある。そこで、本実施形態では、この特性を利用してこれまで不可能だった断線検出を行う。
【００５５】
［デルタ結線の断線検出］
図４（ａ）に示すように、デルタ結線変圧器は同じ特性を持つ巻線が変圧器内部で三角結線されているので健全品であればそれぞれの端子間（Ｕ−Ｖ間，Ｖ−Ｗ間，Ｗ−Ｕ間）の抵抗（ｒ）は等しい。一方、内部で断線が発生した場合、導通があったとしても抵抗値は大きくなる。図１１（ａ）は、巻線の断線があった場合の各端子間の抵抗比を示している。この比が全て等しければ健全であり、異なっていれば故障と判定する。
【００５６】
［単相３線式変圧器の断線検出］
一方、図４（ｂ）に示すように、単相３線式変圧器は、変圧器内部で同じ特性を持つ２つの中性点付き３端子コイルを並列接続する回路構成としている。この変圧器のコイルの断線が起きた場合、端子間の直流抵抗比は、図１１（ｂ）のようになる。この比が１−２端子間＝２−３端子間＝（１−３端子間）／２であれば健全、異なっていれば故障と判定する。
【００５７】
各端子間の抵抗は、端子間に直流電圧を印加し、そのときの端子間に流れる電流から計測することができる。そして、本実施形態では、消磁部２にて消磁するに際し、直流電圧を印加することから、係る断線判定は、消磁と同時に行うことができ、故障判定の時間短縮が可能となる。
【００５８】
従って、変圧器故障判定器の検査は、（１）断線判定、（２）消磁、（３）巻線間短絡判定の順に行う。なお、断線判定は、図５に示すブロック図構成の場合、消磁部２が消磁を行うべく電源部６からの直流電圧をプローブ１を介して変圧器に印加している際に、測定回路７で検出した電流値や電圧値を故障判定部３が取得し、故障判定部３のＣＰＵは、断線の有無を判定する。断線がないことが確認された場合、故障判定部３のＣＰＵは、消磁部２のＣＰＵに対して消磁処理開始命令を与える。消磁部２のＣＰＵは、係る開始命令を受け付けると、上述したフローチャートに基づく消磁処理を実行する。そして、係る処理時処理が完了後、スイッチＳＷを切り替え、故障判定部３からプローブ１を介して所定周波数の交流電圧を変圧器に印加し、その時の測定回路７で検出した励磁電流に基づき、巻線間短絡の有無を判定する。
【００５９】
上述のように、断線判断を行うに際し、直流電圧を印加しているので、その印加時間が一定以上の場合、消磁機能における処理ステップＳ１を省略することができる。また、消磁処理における処理ステップＳ１の実行時に、同時に断線判断をするようにしてもよい。但し、断線判定と消磁を同時に開始した場合、消磁機能の処理ステップＳ２以降は、断線判定を行い、正常であることが確認されたことを条件に再開するとよい。断線している変圧器に対して、消磁処理を行っても無駄なだけでなく、断線していると、励磁電流が流れずに励磁電流が急激に増加することが無いことから、処理ステップＳ３でＮｏの状態が続き、直流電圧を印加し続ける事態を招くおそれがあるためである。従って、係る処理ステップ３の分岐判断がＮｏとなった場合、その時のタイマの値Ｔを確認し、Ｔが設定された基準時間以上の場合には、異常終了とする機能を備えると良い。特に、断線判定機能を備えていない変圧器故障判定器の場合には、係る機能を設けると好ましい。
【００６０】
いずれかの処理で異常が検出された場合には、報知部４からその旨出力される。また、以上が検出されずに処理が完了した場合も、その旨の出力がなされる。また、説明の便宜上、消磁部２と故障判定部３とを別のブロックで記載し、それぞれにＣＰＵが存在し、各種の判断や、制御を行うようにしたが、実際には、１つのＣＰＵにて実行することができる。
【００６１】
また、上記の断線検出機能は、必ずしも設けなくても良い。また、設ける場合、従来からある断線検出機能（抵抗値に基づいてしきい値処理して判定）を組み込むのも、もちろん妨げない。
【００６２】
図１２，図１３は、本実施形態の変圧器故障判定器の外観の一例を示している。コンパクトな矩形の箱状のケース１０の上面に、３本のプローブ１１が取り付けられている。プローブ１１は、ワニ口クリップを用いている。このワニ口クリップは、２００ｍｍ２の電線を挟めると共に、一番細い電線である５．５ｍｍ２でも抜けないものを用いている。またこのワニ口クリップは、羽子板端子やクランプ型端子にも確実に接続ができるものとする。
【００６３】
また、上面にはインターフェースとして、メインスイッチ１３，検出モード切替ダイヤル１４，検査開始ボタン１７，インジケータ１５，ブザー１６，電源ランプ１８を備える。メインスイッチ１３，検出モード切替ダイヤル１４並びに検査開始ボタン１７が、上述した入力部４に対応する。また、インジケータ１５，ブザー１６，電源ランプ１８が報知部５に対応する。さらに、このケース１０の内部には、図１４に示すように、直流電圧用の電源部２１や、ＣＰＵ（ワンチップ・マイコン）２２や各種の回路２３〜５５が内蔵される。
【００６４】
図示の変圧器故障判定器は、単相変圧器用であるため、検出モード切替ダイヤル１４は、検出対象が、“一次側”，“２端子単相変圧器の二次側”，“３端子単相変圧器の二次側”のいずれかを選択するものである。インジケータ１５は、３つのランプからなり、測定中の場合には、測定中ランプが点灯し、巻線間短絡や、断線が検出された場合には、それぞれ該当するランプが点灯する。
【００６５】
検査開始ボタン１７は、親指で押しやすい位置（手前側の左右縁近傍：本例では、右端）に配置するとともに、大きめな寸法としている。これは、ユーザである検査員は、ゴム手袋等を装着していることが多々あり、その装着した状態のまま操作可能にするためである。同様に、メインスイッチ１３の設置位置（本例では、手前側の左端）及び寸法も設定している。
【００６６】
電源部２１は電圧４．８〜６［Ｖ］，出力４〜５［Ｗ］の乾電池等の直流で駆動する。汎用性，ランニングコストを考慮し、単３型のアルカリマンガン電池，ニッケル水素電池が使える構造とする。これらの電池からの供給される電源は安定化回路２３に入る。ここで３［Ｖ］の直流電圧を発生させる。
【００６７】
この安定化回路２３の出力は、遮断スイッチ２７，正負切替スイッチ２４，直流・交流選択スイッチ２８を介してプローブへ与えられる。また、印加電圧や、励磁電流等を測定する測定回路２６も備えている。各スイッチの切替制御は、ワンチップ・マイコン２２の制御信号に基づいて行われる。遮断スイッチ２７は、開閉する機能を持つため、ＦＥＴ等のスイッチ素子を利用することができる。
【００６８】
この遮断スイッチ２７が閉じた場合、安定化回路２３の出力は、正負切替スイッチ２４へ与えられる。ワンチップ・マイコン２２は、消磁のために鉄心に直流電圧を印加する場合には、遮断スイッチ２７を閉じ、鉄心が飽和状態になって電源を遮断する場合に遮断スイッチ２７を開くように制御する。
【００６９】
正負切替スイッチ２４は、変圧器に印加する電圧の向き（正／負）の切替をするもので、スイッチの切替により、正極／負極側を反転するスイッチ回路である。この切替により、変圧器に正の直流電圧を印加して正の飽和状態にしたり、それとは逆向きの負の直流電圧を印加した負の飽和状態にしたりする。
【００７０】
直流・交流切替スイッチ２８は、プローブへ印加する際の電源の種類を切り替えるもので、図示する状態では、消磁／断線検出のために直流電圧を印加するようになり、オペアンプ２５側に接続された状態では、巻線間短絡検出のために交流電圧を印加するようになる。
【００７１】
ワンチップ・マイコン（ワンチップ・ＣＰＵ）２２は、正弦波を生成し出力する機能（正弦波生成部２２ａ）を備えるとともに、装置全体の制御を司るもので、図５に示した消磁部２と故障判定部３の機能を備える。また、正弦波生成部２２ａの出力は、オペアンプ２５（電源電圧が±１２［Ｖ］）で増幅後、測定回路２６経由で変圧器へ印加するようになっている。
【００７２】
また、ワンチップ・マイコン２２は、ケース１０の上面に設けた入力部たるメインスイッチ１３，検出モード切替ダイヤル１４，検査開始ボタン１７からの入力信号を受け、所定の処理を実行し、その実行結果を出力信号として報知部たるインジケータ１５，ブザー１６，電源ランプ１８へ伝え、所定の報知を行う。
【００７３】
図１５は、この変圧器故障判定器の概略の動作手順のアルゴリズムを示している。メインスイッチ１３が投入（ＯＦＦ→ＯＮ）されると、ワンチップ・マイコン２２（ＣＰＵ）は、自動的に電源部（乾電池）２１から規定の電圧，電流を取り出すことができるかチェックする（Ｓ２１）。また、このメインスイッチ１３の投入に伴い、電源ランプ１８が点灯する。電源ランプ１８は、原則として、メインスイッチ１３がＯＦＦになるまで点灯し続ける。但し、乾電池から規定の電圧等が取り出さない（電池の容量不足等）場合には、消灯する。これにより、ユーザは、この電源ランプ１８の点灯状態から、電源が十分であるか否かの判断が容易に行える。なお、消灯するのに替えて、点灯する色を異ならせるようにしても良い。また、インジケータ１５の各ランプも、メインスイッチ１３の投入に伴い一旦点灯させ、その後消灯させる。これにより、インジケータ１５を構成するランプや回路自体の故障がないことが確認できる。
【００７４】
さらに、本実施形態では、自己診断回路を内蔵しているので、その自己診断回路により変圧器故障判定器が正常に動作するか否かの動作確認を行う。この自己診断回路は、ＬＣＲ回路であり、Ｒだけで抵抗値の確認を行う。ＬＲ回路部分で健全変圧器を模擬し、ＣＲ回路で故障変圧器を模擬する。周波数の変化に対し、励磁電流が正しく増減し、判定結果が正しいか否かを確認する。自己診断途中で異常を感知した場合、ブザー１６や、インジケータ１５（例えば、全てのランプを点滅させる等の、予め決めた発光状態とする）を使って変圧器故障判定器自身の異常を知らせる。また、自己診断回路は、このようにＬＣＲ回路を用いるものに限ることはなく、ＬＲ回路で実解しても良い。さらに、自己診断回路は、ケース１０に内蔵しても良いし、ケース１０とは別の筐体内に組み込み付属装置として付設する構成を採ってもよい。
【００７５】
自己診断が完了したならば、変圧器故障判定器は、確認待ちモードとなる。ユーザは、たとえばこの状態のときに検査する変圧器にあわせて検出モード切替スイッチ１４を操作し、モードを切り替えたり、プローブ１１を検査対象の変圧器の端子に装着したりする。
【００７６】
検査開始ボタン１７を押すと、ワンチップ・マイコン２２（ＣＰＵ）は次の順番で自動的に検査を始める。本実施形態では、検査開始ボタン１７が押されている間、動作する。つまり、検査開始ボタン１７が押されて検査を開始したとしても、その途中で検査開始ボタン１７の押下を解除した場合、そこで測定は終了し、エラーとなる。検査開始ボタン１７が押下されると、インジケータ１５の測定中ランプが点灯する。
【００７７】
そして、検査開始ボタン１７が押下され続けていると、ワンチップ・マイコン２２（ＣＰＵ）は、自動的に図１２の直流電圧モード（Ｓ２２），交流電圧モード（Ｓ２３）を順次実行する。まず、直流電圧モードが先に実行されるので、ワンチップ・マイコン２２は、電池（安定化回路）の出力である直流電圧を、変圧器に印加するように制御する。つまり、遮断スイッチ２７を閉じ、直流・交流電圧切替スイッチ２８は直流側に接続され、正負切替スイッチ２４は、正側（鉄心が正の飽和状態になる状態）にする。このとき、流れる電流を測定回路２６で測定し、その測定結果をワンチップ・マイコン２２が取得することにより、断線チェックを行う。断線が検出された場合、ワンチップ・マイコン２２は、この時点で検査を終了し、インジケータ１５の断線ランプを点灯させるとともにブザーによる警報を行う（Ｓ２５）。そして、断線がないことが確認されたら、引き続き、消磁を行う。この消磁処理は、ワンチップ・マイコン２２（ＣＰＵ）が、図７に示すフローチャートを実行することで行う。また、処理ステップＳ１における正の飽和状態のための正の直流電圧の印加であるが、上記の断線検出のための直流電圧の印加を十分に行うことで、その処理を兼用することができる。換言すると、正の飽和状態にするために直流電圧を印加しているときに、断線チェックを行うとよい。もちろん、断線チェックのための直流電圧の印加と、消磁のための直流電圧の印加を別に行うことを妨げない。但し、共有した方が、短時間で処理が完了できるので好ましい。
【００７８】
消磁完了後、ワンチップ・マイコン２２は自動的に交流電圧モード（Ｓ２３）に移行する。つまり、直流・交流電圧切替スイッチ２８を交流側（オペアンプ２５側）に切り替え、巻線間短絡検出を始める。最初に低周波の正弦波を印加する。電圧印加および周波数を可変する際は、励磁突入電流を発生させないように電源の投入角は波のピーク時とする。また、ＣＰＵは周波数を可変する際に電圧変動が生じないよう電圧監視を行うと同時に必要に応じ電源装置を制御して電圧が常に安定するようにする。こしてＣＰＵは、周波数増加に伴う励磁電流値の変化（増減）から、健全品（正常）か、巻線間短絡（故障）かの判定を行い、短絡があった場合には、インジケータ１５の短絡ランプを点灯させる。
【００７９】
上述した実施形態では、消磁を直流電圧を印加するとともに、その印加する向きと印加時間を適宜制御することで行いようにした。そして、短時間で処理するため、一度正の飽和状態にした後、“負の飽和状態”にした後“電源を遮断”して“逆起電力が０”になるまでの時間（ｔ１）を求め、そのｔ１／２（=ｔ２）だけ正の向き印加することで消磁し、その確認のため、そこから“負の飽和状態”にした後“電源を遮断”して“逆起電力が０”になるまでの時間（ｔ３）を求め、ｔ２とｔ３の差が一定の範囲内になったならば、消磁が成功と判断するようにした。これは、鉄心のヒステリシスカーブは、正／負で対称形であるので、片側で消磁していることが確認できれば、問題がないためである。
【００８０】
但し、この後、反対側、負の飽和状態から、正の直流電圧を印加し、“正の飽和状態”にした後“電源を遮断”して“逆起電力が０”になるまでの時間（ｔ１′）を求め、そのｔ１′／２（=ｔ２′）だけ負の向きに印加することで消磁し、その確認のため、そこから“正の飽和状態”にした後“電源を遮断”して“逆起電力が０”になるまでの時間（ｔ３′）を求める。そして、ｔ３とｔ３′の差が一定の範囲内（例えば３％以内）の場合に消磁ができていると判断するようにしても良い。
【００８１】
さらに、上記の実施形態並びに変形例では、いずれも、直流電圧の印加時間・方向を制御して消磁を行うようにしたが、本発明はこれに限ることはなく、直流電圧と、減衰交流電圧を利用して消磁することもできる。これは、図１２に示す内部回路構成において、ワンチップ・マイコン２２のプログラムを変更することで実現できる。具体的には、まず、ワンチップ・マイコン２２は、各スイッチを、変圧器に直流電圧を印加できるような状態にセットする。その状態で、直流電圧を一定時間印加し、正の飽和状態にする（このとき、逆向きの電圧を印加して、負の飽和状態にしてももちろん良い）。そして、遮断スイッチ２７を開き、電源を遮断して直流電圧が変圧器に印加されないようにする。すると、上記の実施形態でも説明した通り、鉄心には所定の残留磁束密度が残る。ここまでは、上記の実施形態の処理ステップ１と同じであり、この処理の実行後は、それ以前の使用状況に関係無く、所定の大きさ・磁束の向きの残留磁束が残る。
【００８２】
次に、ワンチップ・マイコン２２は、直流・交流電圧切替スイッチ２８を交流側に切り替える。そして、ワンチップ・マイコン２２は、所定パターンの減衰交流電圧を変圧器に印加する。具体的には、例えば、正弦波生成部２２ａから所定周波数の正弦波を出力させ、オペアンプ２５のゲインを徐々に減少させることで行う。この所定パターンは、事前に実験・検証等で求めておくと良いが、鉄心の寸法・形状等によって変動するものでもないので、一旦決めると汎用性が発揮する。そして、減衰交流電圧を印加する直前の鉄心は、正の飽和状態で一定となっているので、最終的に電圧値が０になることもあいまって、１回の減衰交流電圧の印加で、確実かつ短時間で消磁できる。
【符号の説明】
【００８３】
１ プローブ
２ 消磁部
３ 故障判定部
４ 入力部
５ 報知部
６ 電源部
１０ ケース
１１ プローブ
１３ メインスイッチ
１４ モード切替スイッチ
１５ インジケータ
１６ ブザー
１７ 検査開始スイッチ
１８ 電源ランプ
２１ 電源部
２２ ワンチップ・マイコン
２３ 安定化回路
２４ 正負切替スイッチ
２５ オペアンプ
２６ 測定回路
２７ 遮断スイッチ
２８ 直流・交流電圧切替スイッチ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
変圧器の故障の有無を判定する変圧器故障判定器であって、
前記変圧器の鉄心を消磁する消磁部と、
前記消磁部で前記鉄心が消磁された前記変圧器に交流電圧を印加し、その時の励磁電流に基づいて前記変圧器の巻線間短絡の有無を判定する故障判定部と、
前記故障判定部の判定結果を報知する判定報知部と、
を備えることを特徴とする、変圧器故障判定器。
【請求項２】
前記消磁部は、前記変圧器に直流電圧を印加して正又は負の飽和状態にする初期処理手段と、
飽和状態の前記変圧器に、逆の向きの飽和状態にするための直流電圧を印加する直流電圧印加手段と、
前記変圧器の鉄心が飽和状態になったことを検知する飽和検知手段と、
前記初期処理手段で飽和された前記変圧器に対し、前記飽和検知手段で飽和が検知されるまでの間、前記初期処理手段と逆向きの直流電圧を印加し、前記鉄心が飽和状態になったら直ちに遮断し、その直流電圧の印加開始から、前記遮断に伴い発生する逆起電力がゼロになるまでの時間を測定する計時手段と、
その計時手段で測定した時間の半分の時間、前記初期処理手段で印加した直流電圧と同じ向きに、同じ大きさの直流電圧を前記変圧器に印加するパルス印加手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の変圧器故障判定器。
【請求項３】
前記飽和検知手段は、前記直流電圧印加手段により前記変圧器へ直流電圧を印加することで流れる励磁電流の電流値に基づいて飽和の有無を判断するものであることを特徴とする請求項２に記載の変圧器故障判定器。
【請求項４】
前記パルス印加手段で直流電圧を印加された前記変圧器に対し、前記飽和検知手段で飽和が検知されるまでの間、前記パルス印加手段と逆向きの直流電圧を印加し、前記鉄心が飽和状態になったら直ちに遮断し、その直流電圧の印加開始から、前記遮断に伴い発生する逆起電力がゼロになるまでの時間を測定する第２計時手段を備え、
その第２計時手段で測定した時間と、前記パルス印加手段で印加している時間の差が、基準以内の場合には、前記計時手段で測定した時間の半分の時間或いは第２計時手段で測定した時間だけ前記パルス印加手段で直流電圧を印加して消磁処理を完了し、
前記時間の差が基準以上の場合、前記パルス印加手段での直流電圧を印加する時間を変更するようにしたことを特徴とする請求項２または３に記載の変圧器故障判定器。
【請求項５】
前記パルス印加手段で直流電圧を印加された前記変圧器に対し、前記飽和検知手段で飽和が検知されるまでの間、前記パルス印加手段と逆向きの直流電圧を印加し、その直流電圧の印加開始から、その後に逆起電力がゼロになるまでの時間を測定する第２計時手段を備え、
前記直流電圧印加手段を用いた飽和処理並びに、前記パルス印加手段での電圧印加処理を、正側と負側で行い、それぞれについて前記第２計時手段により前記時間を計測し、正負間でその計測した時間の差が基準以内の場合には、前記計時手段で測定した時間の半分の時間だけ前記パルス印加手段で直流電圧を印加して消磁処理を完了し、
前記時間の差が基準以上の場合、前記パルス印加手段での直流電圧を印加する時間を変更するようにしたことを特徴とする請求項２または３に記載の変圧器故障判定器。
【請求項６】
最後に印加する直流電圧の直後に続けて、第１波の大きさがその直流電圧の大きさを越えない減衰交流を印加させようにしたことを特徴とする請求項２から５のいずれか１項に記載の変圧器故障判定器。
【請求項７】
前記直流電圧の電源は、電池であることを特徴とする請求項２から６のいずれか１項に記載の変圧器故障判定器。
【請求項８】
３端子以上の変圧器用の故障判定器であって、
複数組の端子間の直流抵抗を測定し、各端子間の直流抵抗の比を求め、その求めた比から、断線の有無を判定する断線判定手段を備えたことを特徴とする請求項２から７のいずれか１項に記載の変圧器故障判定器。
【請求項１】
変圧器の故障の有無を判定する変圧器故障判定器であって、
前記変圧器の鉄心を消磁する消磁部と、
前記消磁部で前記鉄心が消磁された前記変圧器に交流電圧を印加し、その時の励磁電流に基づいて前記変圧器の巻線間短絡の有無を判定する故障判定部と、
前記故障判定部の判定結果を報知する判定報知部と、
を備えることを特徴とする、変圧器故障判定器。
【請求項２】
前記消磁部は、前記変圧器に直流電圧を印加して正又は負の飽和状態にする初期処理手段と、
飽和状態の前記変圧器に、逆の向きの飽和状態にするための直流電圧を印加する直流電圧印加手段と、
前記変圧器の鉄心が飽和状態になったことを検知する飽和検知手段と、
前記初期処理手段で飽和された前記変圧器に対し、前記飽和検知手段で飽和が検知されるまでの間、前記初期処理手段と逆向きの直流電圧を印加し、前記鉄心が飽和状態になったら直ちに遮断し、その直流電圧の印加開始から、前記遮断に伴い発生する逆起電力がゼロになるまでの時間を測定する計時手段と、
その計時手段で測定した時間の半分の時間、前記初期処理手段で印加した直流電圧と同じ向きに、同じ大きさの直流電圧を前記変圧器に印加するパルス印加手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の変圧器故障判定器。
【請求項３】
前記飽和検知手段は、前記直流電圧印加手段により前記変圧器へ直流電圧を印加することで流れる励磁電流の電流値に基づいて飽和の有無を判断するものであることを特徴とする請求項２に記載の変圧器故障判定器。
【請求項４】
前記パルス印加手段で直流電圧を印加された前記変圧器に対し、前記飽和検知手段で飽和が検知されるまでの間、前記パルス印加手段と逆向きの直流電圧を印加し、前記鉄心が飽和状態になったら直ちに遮断し、その直流電圧の印加開始から、前記遮断に伴い発生する逆起電力がゼロになるまでの時間を測定する第２計時手段を備え、
その第２計時手段で測定した時間と、前記パルス印加手段で印加している時間の差が、基準以内の場合には、前記計時手段で測定した時間の半分の時間或いは第２計時手段で測定した時間だけ前記パルス印加手段で直流電圧を印加して消磁処理を完了し、
前記時間の差が基準以上の場合、前記パルス印加手段での直流電圧を印加する時間を変更するようにしたことを特徴とする請求項２または３に記載の変圧器故障判定器。
【請求項５】
前記パルス印加手段で直流電圧を印加された前記変圧器に対し、前記飽和検知手段で飽和が検知されるまでの間、前記パルス印加手段と逆向きの直流電圧を印加し、その直流電圧の印加開始から、その後に逆起電力がゼロになるまでの時間を測定する第２計時手段を備え、
前記直流電圧印加手段を用いた飽和処理並びに、前記パルス印加手段での電圧印加処理を、正側と負側で行い、それぞれについて前記第２計時手段により前記時間を計測し、正負間でその計測した時間の差が基準以内の場合には、前記計時手段で測定した時間の半分の時間だけ前記パルス印加手段で直流電圧を印加して消磁処理を完了し、
前記時間の差が基準以上の場合、前記パルス印加手段での直流電圧を印加する時間を変更するようにしたことを特徴とする請求項２または３に記載の変圧器故障判定器。
【請求項６】
最後に印加する直流電圧の直後に続けて、第１波の大きさがその直流電圧の大きさを越えない減衰交流を印加させようにしたことを特徴とする請求項２から５のいずれか１項に記載の変圧器故障判定器。
【請求項７】
前記直流電圧の電源は、電池であることを特徴とする請求項２から６のいずれか１項に記載の変圧器故障判定器。
【請求項８】
３端子以上の変圧器用の故障判定器であって、
複数組の端子間の直流抵抗を測定し、各端子間の直流抵抗の比を求め、その求めた比から、断線の有無を判定する断線判定手段を備えたことを特徴とする請求項２から７のいずれか１項に記載の変圧器故障判定器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１１−３８９２４（Ｐ２０１１−３８９２４Ａ）
【公開日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１８７３２５（Ｐ２００９−１８７３２５）
【出願日】平成２１年８月１２日（２００９．８．１２）
【出願人】（０００００２８４２）株式会社高岳製作所 (72)
【出願人】（０００００３６８７）東京電力株式会社 (2,580)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月１２日（２００９．８．１２）
【出願人】（０００００２８４２）株式会社高岳製作所 (72)
【出願人】（０００００３６８７）東京電力株式会社 (2,580)
【Ｆターム（参考）】
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