変圧器の直流偏磁現象 - 目指せ！電気主任技術者～解説ノート～

変圧器の鉄心は，磁化特性に優れた電磁鋼板（けい素鋼板）で構成されており，磁気回路も磁気抵抗が小さくなるような接合で構成されている。

したがって，変圧器の鉄心は直流偏磁（DC magnetization）の影響を非常に受けやすく，変圧器の振動・騒音の増加，励磁電流の増大などを引き起こす。

直流偏磁が発生する要因としては，次のようなものがある。

地磁気誘導電流 (GIC : Geomagnetically Induced Current) の直流成分が，直接接地系の系統において中性点を介して電力用変圧器に流れ込む場合。
交直変換装置のトリガ（点弧）点のばらつきなどによって発生する電流の正負のふぞろい分が直流成分となり，これが直接接続される変換用変圧器の励磁電流として供給される場合。

このような直流偏磁の防止策として，一般的には変圧器の中性点側に小さな値の抵抗を接続することなどで影響を抑制できる場合もあるが，系統条件との整合が必要である。

加えて，直流偏磁の影響を受けやすい自励式変換用変圧器では，直流偏磁を検出して抑制制御する手段が採られ，直流偏磁の検出を容易にし，各変圧器の交流電圧の分担を均一にするため，鉄心にギャップを設けて線形励磁特性としている。

地磁気の不規則な変動のうち，地球的な規模で起こる大きな変動を磁気嵐と呼んでおり，その発生メカニズムは太陽の黒点活動に起因している。

すなわち，太陽黒点近傍で発生する太陽面爆発により，太陽からプラズマ状態の陽子と電子が地球に向かって放出される。

これらの荷電粒子が移動することで生じる電流は磁界を形成し，地磁気に影響を与えるとともに，地表面に電位差を発生させる。

この地表面電位差により直接接地系統などの Y 結線変圧器の中性点から電流が流入するが，この電流を地磁気誘導電流 (GIC : Geomagnetically Induced Current) と呼んでいる。

地磁気誘導電流は周期が 5 ～ 15 分と非常に長い準直流電流であるため，その大きさによっては変圧器鉄心が直流偏磁して鉄心内磁束密度の最大値が飽和領域に近づき，励磁電流の増加，漏れ磁束の増大による内部構造物の温度上昇などを引き起こすことが懸念される。

また，地磁気誘導電流により，高調波が発生して，保護用リレーの誤動作を起こしたりすることが知られている。

北米や北欧などでは，地理的な緯度に比べて地磁気的な緯度が高いため，GIC による電力設備の障害がこれまで何例か報告されている。

1989年3月13日，大きな地磁気嵐 (Geomagnetic storm) による GIC のため，カナダのケベックで大規模な停電が発生して約 600 万人が暗闇の中で 9 時間過ごすことになった。

2003年10月30日には，南スウェーデンのマルモで GIC による電力網の障害のため停電が発生して約 5 万人が影響を受けた。

自励式交直変換器は電圧源として作用するために，出力電圧の正負のアンバランスが生じ，直流成分が発生すると，変換器用変圧器が急速に直流偏磁し，飽和領域に達して，過電流となり過電流継電器が動作し，停止する場合がある。

直流偏磁の要因として，交直変換器自身の制御系や主回路のばらつき，接続する系統の擾乱が考えられる。

対策として交直変換器出力電圧の直流成分を検出して，変換器用変圧器の直流偏磁を抑制する制御が用いられる。

鈴木宏和，「自励式交直変換器における直流偏磁現象とその抑制」，日本応用磁気学会誌 Vol. 22，No. 2，1998
高須伸夫他，「地磁気誘導電流による変圧器の直流偏磁現象の検討」，電学論 B，113 巻 4 号，平成 5 年
宇宙電気予報特集，「地磁気誘導電流 (GIC) が電力網に与える影響」，"Effects of Geomagnetically Induced Current on Power Grids"
平成23年度第一種電気主任技術者一次試験電力問6「変圧器の直流偏磁」