JP2000091131A - ガス絶縁変圧器 - Google Patents

ガス絶縁変圧器

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JP2000091131A
JP2000091131A JP10262919A JP26291998A JP2000091131A JP 2000091131 A JP2000091131 A JP 2000091131A JP 10262919 A JP10262919 A JP 10262919A JP 26291998 A JP26291998 A JP 26291998A JP 2000091131 A JP2000091131 A JP 2000091131A
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windings
winding
gas
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JP10262919A
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Atsushi Takizawa
敦 瀧澤
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 巻線間の特定の領域に電界が集中するのを抑
制すること。 【解決手段】 低圧巻線52と高圧巻線54との間のガ
ス空間58に絶縁筒60、62、64を配置するととも
に、間隔材66を配置するに際して、高圧巻線54を構
成する素線群の素線間に発生する差電圧が低い領域A
1、A3には4個の間隔材66を配置し、差電圧が高い
領域A2には2個の間隔材66を配置し、領域A2にお
ける電界の集中を緩和する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガス絶縁変圧器に
係り、複数の巻線間の絶縁寸法を確保するために、巻線
間のガス空間に挿入された間隔材の配置に改良を施した
ガス絶縁変圧器に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、都市部における電力の需要増大に
より、都市部に設置する変圧器は超高圧化および大容量
化に向かう傾向にある。さらに、都市部においては設置
スペースの制約により地下変電所の建設が増加し、変圧
器の不燃化とコンパクト化の要求が高まってきている。
【0003】不燃性絶縁冷却媒体を使用した変圧器とし
て、絶縁ガスにSF6ガスを用いたガス絶縁変圧器が知
られている。SF6ガスを用いたガス絶縁変圧器は変圧
器の不燃化に寄与することができるが、SFガスは、液
状冷却媒体に比べて絶縁特性が劣る。このため、ガス絶
縁変圧器は、巻線間や素線間の絶縁寸法が液状冷却媒体
を使用した油入り変圧器に比べて大きくなり、コンパク
ト化を図ることが重要な課題となっている。
【0004】さらに、ガス絶縁変圧器は、巻線間に絶縁
油や絶縁ガスのような冷却媒体とともに、巻線間の絶縁
寸法を確保するために、プレスボードのような固体絶縁
物(間隔材)が共用される場合がある。このような場合
には、絶縁媒体と固体絶縁物に平等に電位が分担され
ず、比誘電率の小さい方の内部の電位勾配が比誘電率の
大きい方の内部の電位勾配より大きくなる。
【0005】具体的には、図9および図10に示すよう
に、高圧電極(高圧巻線)100と接地電極(低圧巻
線)102との間のガス空間104内に固体絶縁物とし
て、円筒状の絶縁筒106と角柱状の間隔材108を複
数個電極の周方向および径方向に沿って分散して配置し
た場合、等電位線110は、比誘電率1.0の絶縁ガス
中では“密”になり、比誘電率が3.4の固体絶縁物の
中では“疎”となる。なお、等電位線110の間隔が狭
いほど電位勾配が大きいことを示し、ガス空間104中
の電位勾配が大きくなっていることが分かる。この場
合、ガス空間104中の電界強度は、次式で示すよう
に、 E1=V/{D−t(1−ε1/ε2)}[kV/mm] V:電極間の電位差[kV] D:電極間の距離[mm] t:固体絶縁物の厚さ[mm] ε1:ガスの比誘電率 ε2:固体絶縁物の比誘電率 となる。
【0006】一方、電極間に固体絶縁物が存在せず、ガ
スだけの場合の電界強度は、次式で示すように、 E0=V/D となる。
【0007】したがって、電極間に厚さtの固体絶縁物
が配置されると、ガスで分担する電界強度はE1/E0
となる。この関係に上記式を代入するとともに、ε1
1.0、ε2=3.4の値を代入すると、 E1/E0=D/{D−t(1−1/3.4)}=D/
(D−0.7t) となる。
【0008】ここで、電極間が全て固体絶縁物で充填さ
れ、すなわちt≒Dであって、固体絶縁物と電極間に寸
法的には無視できる程度の微小なガスギャップが生じた
ときには、このガスギャップ内でガスが分担する電界強
度は、 E1/E0≒D/(D−0.7D) =D/0.3D =3.4 となり、電界強度は比誘電率の逆比に近づく。
【0009】以上の結果を考慮すれば、電極間に固体絶
縁物を挿入した場合、円環状の電極、絶縁筒106と角
柱状の間隔材108とが接触すると、間隔材108と絶
縁筒106との間、間隔材108と高圧電極100また
は接地電極102との間には微小なガスギャップが形成
され、しかも、微小なガスギャップで間隔材108がな
い領域に比べて電位勾配が非常に大きく、絶縁性能上の
弱点となる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】従来技術において、巻
線間のガス空間内に固体絶縁物を挿入したときに、微小
なガスギャップが形成されるのを考慮し、微小なガスギ
ャップによって絶縁強度が低下するのを防止するため
に、巻線間の絶縁寸法を十分に取ることが余儀なくさ
れ、変圧器をコンパクト化することが困難である。
【0011】本発明の目的は、巻線間の特定の領域に電
界が集中するのを抑制することができるガス絶縁変圧器
を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明は、鉄心に対して同心円状に配置されている
とともに絶縁ガスを間にして互いに離れて配置された複
数の巻線と、前記複数の巻線間のガス空間に巻線の周方
向および径方向に沿って分散して挿入されて各巻線と各
巻線との間隔を保持する複数の間隔材とを備え、前記各
間隔材は、前記複数の巻線間の領域のうち前記いずれか
の巻線を構成する素線群の素線間に発生する差電圧が高
い領域には素線間に発生する差電圧が低い領域よりも少
なく配置されてなるガス絶縁変圧器を構成したものであ
る。
【0013】前記ガス絶縁変圧器を構成するに際して
は、各間隔材を配置する領域として、素線間に発生する
差電圧が高い領域をガス空間として残し、素線間に発生
する差電圧が低い領域のみに間隔材を配置したり、間隔
材を巻線間の周方向に沿ってのみ分散して配置する構成
を採用することもできる。
【0014】前記ガス絶縁変圧器を構成するに際して
は、以下の要素を付加することができる。
【0015】(1)前記複数の間隔材は、前記複数の巻
線間のガス空間に挿入された絶縁筒に固定されて前記複
数の巻線間に配置されてなる。
【0016】(2)前記複数の巻線のうち少なくとも一
方の巻線を構成する素線群は、素線間に発生する差電圧
が高い部位が周方向の特定の部位に限定される巻き方で
巻線を形成してなる。
【0017】前記した手段によれば、複数の間隔材を巻
線間に配置するに際して、素線間に発生する差電圧が高
い領域には素線間に発生する差電圧が低い領域よりも少
なく配置したり、あるいは素線間に発生する差電圧が高
い領域をガス空間として残し、素線間に発生する差電圧
が低い領域にのみ間隔材を配置するようにしたため、巻
線間の特定の領域に電界が集中するのを抑制することが
でき、変圧器全体をコンパクト化することが可能にな
る。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。図1は本発明の一実施形態を示す
ガス絶縁変圧器の要部断面図である。図1において、円
柱状の鉄心50の外周側には円環状の低圧巻線(内側巻
線)52が鉄心50に対して同心円状に配置されてい
る。低圧巻線52の外周側には、低圧巻線52と一定の
間隔を保って、高圧巻線(外側巻線)54が鉄心50に
対して同心円状に配置されている。そして低圧巻線52
と高圧巻線54との間の巻線間には、絶縁ガスとして、
例えばSF6ガスが注入され、ガス空間58が形成され
ている。このガス空間58内には、巻線間の絶縁寸法を
確保すると同時に、変圧器運搬時における衝撃荷重など
によって低圧巻線52、高圧巻線54と鉄心50との相
対的位置関係が変化したり、各巻線52、54が変形し
たりするのを防止するために、固体絶縁物として、円筒
状の絶縁筒60、62、64が配置されているととも
に、角柱状の絶縁性間隔材66が配置されている。間隔
材66は、鉄心50および各巻線52、54の軸方向に
沿って長い軸状に形成されており、複数個の間隔材66
が低圧巻線52と高圧巻線54との間隔を保持するため
に、巻線52、54の周方向および径方向に沿って分散
して配置されている。
【0019】複数個の間隔材66を配置するに際して
は、ガス空間58の特定の領域に電界が集中するのを抑
制するために、本実施形態では、高圧巻線54を構成す
る素線群の素線間に発生する差電圧が低い領域A1、A
3には4個の間隔材66を配置し、素線間に発生する差
電圧が高い領域A2には2個の間隔材66を配置する構
成を採用している。
【0020】すなわち、円環状の高圧巻線54または絶
縁筒60、62、64と、断面がほぼ正方形形状の間隔
材66とが接触すると、間隔材66と巻線54または絶
縁筒60、62、64との間には微小なガスギャップが
形成され、微小なガスギャップ内の電界強度が高くな
る。このため、高圧巻線54を構成する素線群の素線間
に発生する差電圧が低い領域A1、A3には4個の間隔
材66を配置し、素線間に発生する差電圧が高い領域A
2には2個の間隔材66を配置して、2個の間隔材6
6、66の間にガス空間を残すこととしている。これに
より、領域A2においては間隔材66が2個少なくなっ
た分電界強度が緩和され、ガス空間58の特定の領域に
電界が集中するのを抑制することができる。この結果、
絶縁強度を低下することなく、巻線52と巻線54との
絶縁空間を狭くすることができ、変圧器全体をコンパク
ト化することが可能になる。
【0021】領域A2に対応する素線群のうち特定の素
線間に発生する差電圧を高くするに際して、本実施形態
では、高圧巻線54を構成する素線群のうち特定の素線
間に発生する差電圧が高くなる部位が巻線54の周方向
の特定の部位に限定される巻き方で巻線54を構成する
こととしている。
【0022】具体的には、高圧巻線54を構成するに際
しては、図2ないし図8に示すように、系統より侵入す
る異常電圧を抑制するために用いられるインタリーブ構
造を採用している。
【0023】インタリーブ構造によって高圧巻線54を
構成するに際しては、図2に示すように、素線Wを一対
(2本の素線W)一緒にしてコイルを形成する。この場
合、まず(3)の素線Wと(9)の素線Wとを一緒にし
てコイルを形成し、その外側に(2)の素線Wと(8)
の素線Wを巻きつけ、さらにその外側に(1)の素線W
と(7)の素線Wを巻き付ける。なお、素線Wの( )
内の数字はターン数を表わしており、各素線Wが巻き付
けられた後、各巻線Wを外部で接続することにより、指
定のターン数の素線Wとなる。例えば、(3)の素線W
は3ターン目の素線を示し、(9)の素線Wは9ターン
目の素線を表わすことになる。そして(3)の素線W
は、渡り線として下から上に転位して(4)の素線Wに
接続され、(9)の素線も、渡り線として、下から上に
転位して(10)の素線Wと接続されることになる。こ
の渡り線の状態を図3に示す。
【0024】各素線Wは、図4に示すように、互いに絶
縁性間隔材68を間にして巻かれており、各素線Wの渡
り線近傍の状態をX−X’断面、Y−Y’断面、Z−
Z’断面としてターン数を用いて表わすと、図5、図
6、図7のような関係となる。
【0025】ここで、図5に示すX−X’断面と図7に
示すZ−Z’において、素線Wのうち外側に配置される
素線Wについて、(3)、(10)、(15)、(2
2)の素線W間のターン数の差を見ると、(3)と(1
0)間は7ターン、(10)と(15)間は5ターン、
(15)と(22)間は7ターンとなる。これに対し
て、図6に示すY−Y’断面において、(4)と(2
1)間のターン数は17ターンとなる。すなわち、イン
タリーブ構造の素線Wで高圧巻線54を構成した場合、
素線Wが転位する渡り線の近傍にはターン数の差が多く
なり、素線間の差電圧が高くなるところが必ず生じる。
このため、本実施形態においては、インタリーブ構造の
素線Wを用いて巻線54を構成する場合、図8に示すよ
うに、素線渡り部を周方向に分散して配置すると同時
に、素線間に発生する差電圧が高い部位、すなわち素線
間のターン数の差の多い所が周方向の特定の部位に限定
する巻き方を採用している。
【0026】このように、本実施形態においては、高圧
巻線54を構成する素線群のうち素線間に発生する差電
圧、すなわち、ターン数の差が大きい部位を巻線54の
周方向の特定の部位に限定し、この特定の部位に対応し
たガス空間58の領域A2には2個の間隔材66を配置
することで、ガス空間58の特定の領域に電界が集中す
るのを抑制することができ、絶縁強度を低下することな
く、巻線間の絶縁寸法を縮小することができ、電圧器全
体をコンパクト化することが可能になる。
【0027】前記実施形態においては、素線間に発生す
る差電圧が高い領域A2に2個の間隔材66を配置する
ものについて述べたが、変圧器の構造によっては、素線
間に発生する差電圧が高い領域をガス空間として残し、
素線間に発生する差電圧が低い領域のみに間隔材66を
配置する構成を採用することもできる。
【0028】また、前記実施形態においては、間隔材6
6を巻線の径方向および周方向に沿って複数個分散して
配置するものについて述べたが、変圧器の構造によって
は、間隔材66を巻線の周方向に沿って複数個配置し、
巻線の径方向には1個配置する構成を採用することもで
きる。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
巻線間の特定の領域に電界が集中するのを抑制するよう
にしたため、絶縁強度を低下することなく、巻線間の絶
縁寸法を縮小することができ、変圧器全体をコンパクト
化することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態を示すガス絶縁変圧器の要
部断面図である。
【図2】インタリーブ構造の素線の巻き方を説明するた
めの図である。
【図3】インタリーブ構造の巻線の渡り線部近傍の要部
断面図である。
【図4】インタリーブ構造の巻線の渡り線部近傍の要部
正面図である。
【図5】図4のX−X’線に沿う素線の構成説明図であ
る。
【図6】図4のY−Y’線に沿う素線の構成説明図であ
る。
【図7】図4のZ−Z’線に沿う素線の構成説明図であ
る。
【図8】インタリーブ構造の高圧巻線の構成を説明する
ための平面展開図である。
【図9】電極間のガス空間内に固体絶縁筒が挿入された
ときの電位分布状態を説明するための図である。
【図10】図9の要部拡大図である。
【符号の説明】
50 鉄心 52 低圧巻線 54 高圧巻線 58 ガス空間 60、62、64 絶縁筒 66、68 間隔材

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 鉄心に対して同心円状に配置されている
    とともに絶縁ガスを間にして互いに離れて配置された複
    数の巻線と、前記複数の巻線間のガス空間に巻線の周方
    向および径方向に沿って分散して挿入されて各巻線と各
    巻線との間隔を保持する複数の間隔材とを備え、前記各
    間隔材は、前記複数の巻線間の領域のうち前記いずれか
    の巻線を構成する素線群の素線間に発生する差電圧が高
    い領域には素線間に発生する差電圧が低い領域よりも少
    なく配置されてなるガス絶縁変圧器。
  2. 【請求項2】 鉄心に対して同心円状に配置されている
    とともに絶縁ガスを間にして互いに離れて配置された複
    数の巻線と、前記複数の巻線間のガス空間に巻線の周方
    向および径方向に沿って分散して挿入されて各巻線と各
    巻線との間隔を保持する複数の間隔材とを備え、前記各
    間隔材は、前記複数の巻線間の領域のうち前記いずれか
    の巻線を構成する素線群の素線間に発生する差電圧が高
    い領域をガス空間として素線間に発生する差電圧が低い
    領域のみに配置されてなるガス絶縁変圧器。
  3. 【請求項3】 鉄心に対して同心円状に配置されている
    とともに絶縁ガスを間にして互いに離れて配置された複
    数の巻線と、前記複数の巻線間のガス空間に巻線の周方
    向に沿って分散して挿入されて各巻線と各巻線との間隔
    を保持する複数の間隔材とを備え、前記各間隔材は、前
    記複数の巻線間の領域のうち前記いずれかの巻線を構成
    する素線群の素線間に発生する差電圧が高い領域をガス
    空間として素線間に発生する差電圧が低い領域のみに配
    置されてなるガス絶縁変圧器。
  4. 【請求項4】 前記複数の間隔材は、前記複数の巻線間
    のガス空間に挿入された絶縁筒に固定されて前記複数の
    巻線間に配置されてなることを特徴とする請求項1、2
    または3記載のガス絶縁変圧器。
  5. 【請求項5】 前記複数の巻線のうち少なくとも一方の
    巻線を構成する素線群は、素線間に発生する差電圧が高
    い部位が周方向の特定の部位に限定される巻き方で巻線
    を形成してなることを特徴とする請求項1、2、3また
    は4記載のガス絶縁変圧器。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009520348A (ja) * 2005-12-19 2009-05-21 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ インタリーブされる平面変圧器の一次及び二次巻線
JP2010147086A (ja) * 2008-12-16 2010-07-01 Toyota Motor Corp 高電圧発生器
KR20180005057A (ko) * 2016-07-05 2018-01-15 현대일렉트릭앤에너지시스템(주) 변압기

Cited By (4)

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