JP2000306741A - 安定巻線を具備する変圧器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安定巻線には、他巻線からの移行電圧が発生
し、自己の誘起電圧相当以上の絶縁強度を有する必要が
あり変圧器全体が大形化し、また安定巻線の一端は強制
的に接地（零電位）としているため、静電分圧比によ
り、低圧巻線の電位が各相にアンバランスとなり、零相
電圧が発生する問題がある。 【解決手段】 安定巻線３を非接地構成となし、且つこ
の安定巻線３を低圧巻線２と密着巻きとして静電結合を
密にすることで静電分圧比を改善し電位を安定させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は変圧器に関し、特
に、安定巻線を有する変圧器に関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｙ−Ｙ結線の変圧器には、一般に△結線
された安定巻線が設けられる。この安定巻線は、一次、
二次の各巻線に誘起される電圧を正弦波に保ち、Ｙ結線
された巻線の中性点に電位が生じないように安定させる
機能と、変圧器の零相インピーダンスを減少させ、系統
の所定の接地条件を満足させるとともに、系統事故時の
零相電流を還流させる機能を有する。

【０００３】図６は従来の安定巻線を有する内鉄形変圧
器の巻線配置の模式図で、４は鉄心脚、１は外側巻線、
２は内側巻線を示す。鉄心脚の外周の内側には一般的に
は低圧巻線が、外側には高圧巻線が配置されるので、以
下、１は高圧巻線、２は低圧巻線とした場合について説
明する。３は安定巻線で、該安定巻線３は、一般的には
誘起電圧を小さく設定し、鉄心脚４に最も近い最内層に
配置し、その外層に低圧巻線２、高圧巻線１が順次配置
されている。安定巻線３をこのように構成して配置する
ことにより、巻線全体の体格のコンパクト化が図れる。

【０００４】この安定巻線３と隣接の巻線たる低圧巻線
２間および安定巻線３と鉄心脚４間は、安定巻線３の誘
起電圧に相当する所定の絶縁強度および他の巻線からの
電インパルス移行電圧に耐え得る絶縁強度を確保するた
め、大きな絶縁距離、即ち、図１に示す安定巻線３と鉄
心脚４間絶縁寸法ｄ１および安定巻線３と低圧巻線間絶
縁寸法ｄ２を設ける必要がある。

【０００５】また、安定巻線３は、外部負荷供給を行わ
ないため、高圧・低圧巻線のように各相の端子引出しが
不要である。このため、各相の巻線を△結線とし、巻線
の電位を安定させる目的から、一端子を図７および図８
に示すように変圧器の内部または外部に引き出し接地し
て使用される。

【０００６】図７は安定巻線３を変圧器内部接地の例
で、（Ａ）は回路で表わした場合、（Ｂ）は巻線を模式
的に表わした場合を示す。Ｔは変圧器のタンク，Ｅは接
地部を示し、安定巻線３はタンクＴを介して接地され
る。

【０００７】また、図８は外部接地の例で、タンクＴに
貫通ブッシング５を設け、このブッシング５を介してタ
ンクＴの外部で接地される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記のように安定巻線
３は、巻線の電位を安定させる目的で一端子を接地して
いるが、この一端を接地すると、次のような問題が生ず
る。 （１）安定巻線には、他巻線（低圧又は高圧巻線）から
の移行電圧が発生し、自己の誘起電圧相当以上の絶縁強
度を有する必要があり、このため、安定巻線と対地間
（鉄心脚間）、安定巻線と低圧巻線間の絶縁寸法が大き
くなり、変圧器全体の寸法、質量が増加する。 （２）安定巻線は、高圧・低圧巻線とは独立構造のた
め、負荷供給を行うために設けられる三次巻線と同様
に、単独に一つの巻線を製作する必要があり、多大な製
作時間を要する。 （３）安定巻線の一端を強制的に接地（零電位）とする
ため、静電分圧比により図９に示すように、低圧巻線の
電位が各相によりアンバランスとなり、零相電圧が発生
する。

【０００９】図９において、△は安定巻線、Ｙは低圧巻
線の電圧ベクトルを示し、点線は安定巻線非接地時の電
圧ベクトル、実線は、安定巻線ａ−端接地時の電圧ベク
トルを示している。このように、安定巻線の一端を接地
することにより、低圧巻線の電圧ベクトル（Ｙ実線）は
アンバランスとなり、零相電圧を発生する。

【００１０】図１０は零相電圧発生の説明図で、（Ａ）
は変圧器巻線の模式図、（Ｂ）はその等価回路図で、高
圧巻線１と低圧巻線２間の静電容量をＣ１、安定巻線３
と低圧巻線２間の静電容量をＣ２、安定巻線誘起電圧を
Ｅ_Fとすると、零相電圧Ｖ₀は、式１により算出される。

【００１１】

【数１】 Ｖ₀＝｛Ｃ２／（Ｃ１＋Ｃ２）｝×（Ｅ_F／√３） …（１） このように、安定巻線の一端を接すると、各相の電圧が
アンバランスとなり零相電圧が発生する。

【００１２】以上のように安定巻線を設けると、変圧器
全体が大形化したり、制作費がかかり、更には、一端を
接地することにより、静電分圧比により、他巻線の電位
が各相アンバランスとなり零相電圧が発生する、という
課題が発生する。本発明はこのような課題を解決するた
めになされたものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明において上記の課
題を解決するための手段は、安定巻線を非接地構成とす
るとともに、非接地とすることによって不安定となる電
位を、内側巻線との静電結合を密にすることで安定化
し、非接地で且つ電位を安定させた変圧器とするもので
ある。

【００１４】具体的には、鉄心脚の外周に内側巻線と外
側巻線を巻装し、両巻線をＹ−Ｙ結線し、更に、そのＹ
結線の中性点の安定化のための△結線による安定巻線を
具備する変圧器において、安定巻線を前記内側巻線又は
外側巻線と密着巻きとし、静電結合を良好とすることに
より電位的に安定させるとともに、当該安定巻線を非接
地としたことを特徴とする。

【００１５】上記の安定巻線は、非接地とすることで他
の巻線との分担電圧を低減させ、内側又は外側巻線との
密着巻きを電線被覆、又は絶縁紙等の絶縁により巻装す
る。

【００１６】このように密着巻きとすることにより、安
定巻線と鉄心脚および隣接巻線間の絶縁寸法が縮小され
る。

【００１７】また、安定巻線を非接地とし、内側又は外
側巻線と密着巻きすることにより、静電結合を良好なも
のとして電位的に３相バランスさせ、前記巻線に零相電
圧の発生を防止する。

【００１８】更には、安定巻線を内側巻線の外周側に密
着巻きとし、内側巻線と外側巻線間のインピーダンス調
整を行い、高インピーダンス設計対応を可能とする。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
によって説明する。図１は本発明の一実施の形態の模式
図で、図６と異なる点は、安定巻線の構成（配置）と、
安定巻線の接地の有無が相違する。よって、図６と同一
名称又は相当部分にはこれと同じ符号を付して説明を省
略し、相違部分について詳細に説明する。

【００２０】図１は本発明の第１の実施の形態で、安定
巻線３を最内側に配置し、他巻線、例えば低圧巻線２と
静電結合が良くなるように密着巻きとし、該安定巻線３
は非接地としたものである。

【００２１】このように、安定巻線を密着巻きすること
で、静電結合が良好となり、非接地としても電位的に安
定する。

【００２２】図２および図３は本発明の第２の実施の形
態で、図２はヘリカル巻線に適用した場合である。安定
巻線３を非接地とし、他巻線、例えば低圧巻線２の各タ
ーンの最内側に安定巻線３を電線被覆、または絶縁紙等
の絶縁で密着巻きとしたものである。

【００２３】このように構成することで、安定巻線と他
巻線との分担電圧は低減され、また電線被覆、または絶
縁紙の絶縁で密着巻きすることにより、安定巻線間の絶
縁寸法を縮小化することができる。

【００２４】図３は、レヤー巻線に適用した場合であ
る。安定巻線３は、他巻線、例えば低圧巻線２の最内側
に電線被覆、または絶縁紙等の絶縁で密着巻きし、非接
地としたものである。

【００２５】図４は第３の実施の形態で、安定巻線３を
内側巻線、例えば、低圧巻線２の外周側へ密着巻きし、
非接地としたものである。

【００２６】このように安定巻線を内側巻線の外周側へ
密着巻きすることにより、高圧−低圧巻線間のインピー
ダンス調整が可能になり、高インピーダンス化が実現で
きる。

【００２７】変圧器のインピーダンスは、図４に示すよ
うに高圧巻線１の巻幅をＷ₁、低圧巻線２の巻幅をＷ₂、
高圧−低圧巻線間の距離をｄ、巻線の高さをｈとする
と、１００分率インピーダンス％ＩＺは式２で表わされ
る。

【００２８】

【数２】

【００２９】安定巻線３を低圧巻線２の外周側へ配置す
ることで、ｄ寸法を大きくすることができ、高インピー
ダンス器が容易に製作可能となる。

【００３０】図５は安定巻線への移行電圧の説明図で、
低圧巻線２から雷インパルスＬＩが進入した場合の安定
巻線３への移行電圧を、安定巻線一端子接地の場合と、
非接地の場合との比較測定を行った。

【００３１】測定結果は下表の通りであった。

【００３２】

【表１】

【００３３】なお、表中の値は、印加側低圧巻線ＢＩＬ
（基準雷インパルス）に対するパーセントを示す。

【００３４】この表から安定巻線３の一端（ａ端子）接
地の場合は、非接地端子はマイナスの電位上昇を起こ
し、安定巻線３と低圧巻線間（ｎ−ｂ間等）には、印加
電圧を超える過大（１３０％）な電圧が発生するが、安
定巻線非接地の場合は、６０％と低いことがわかる。

【００３５】

【発明の効果】以上のように本発明は、安定巻線を非接
地とし、且つ安定巻線を非接地とすることにより生ずる
巻線の電位の不安定は、他巻線との静電結合を密にする
ことにより安定させるようにしたので、次の効果を奏す
る。 （１）安定巻線を非接地としたので、従来一端を強制接
地することによって発生した零相電圧は発生しなくな
る。 （２）安定巻線を密着巻きとすることで、非密着巻線
（例えば低圧巻線）間と同一の電位振動となるため、安
定巻線間との分担電圧が微小となる。従って、絶縁上は
電線被覆厚さで十分な強度を有し大きな絶縁距離を必要
とせず、寸法縮小が可能となる。巻線全体の小形化が可
能となり強いては、変圧器の窓寸法縮小から鉄心をも含
めた全体の体格縮小化が可能となる。 （３）安定巻線には、他巻線からの移行電圧が発生し、
特に、他巻線（低圧巻線）から雷インパルスが進入した
場合、従来のように安定巻線一端接地の場合は、非接地
端子はマイナスの電位上昇を起こし、安定巻線と低圧巻
線間には、印加電圧を超える過大な電圧を発生するが、
本発明では、安定巻線を非接地としてあるため、印加電
圧を超える電圧は発生しない。

【００３６】安定巻線を単独に製作する必要がなく、他
巻線（例えば低圧巻線）と同時に製作可能で巻線製作工
程の簡素化、時間短縮が可能となる。 （４）第３の実施の形態のように、安定巻線を低圧巻線
の外周側へ配置することにより、高圧−低圧巻線間の間
隔ｄ寸法を大きくすることができ、高インピーダンスの
変圧器が容易に製作できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態における巻線配置の
模式図。

【図２】本発明の第２の実施の形態におけるヘリカル巻
線の適用例の概念図。

【図３】本発明の第２の実施の形態におけるレヤー巻線
の適用例の概念図。

【図４】本発明の第３の実施の形態における巻線配置の
模式図。

【図５】安定巻線への移行電圧の説明図。

【図６】安定巻線を有する変圧器巻線の従来の巻線配置
の模式図。

【図７】安定巻線の変圧器内部接地の説明図。

【図８】安定巻線の変圧器外部接地の説明図。

【図９】零相電圧発生のベクトル説明図。

【図１０】零相電圧発生の説明図。

【符号の説明】

１…外側巻線（高圧巻線） ２…内側巻線（低圧巻線） ３…安定巻線 ４…鉄心脚

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 各務 謙二 東京都品川区大崎２丁目１番17号 株式会 社明電舎内 (72)発明者 後藤 健一 東京都品川区大崎２丁目１番17号 株式会 社明電舎内 Ｆターム(参考） 5E043 AA02 AA03 CA04

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鉄心脚の外周に内側巻線と外側巻線を巻
   装し、両巻線をＹ−Ｙ結線し、更に、そのＹ結線の中性
   点の安定化のための△結線による安定巻線を具備する変
   圧器において、安定巻線を前記内側巻線又は外側巻線と
   密着巻きとし、静電結合を良好とすることにより電位的
   に安定させるとともに、当該安定巻線を非接地としたこ
   とを特徴とする安定巻線を具備する変圧器。
2. 【請求項２】 安定巻線を非接地とすることで他の巻線
   との分担電圧を低減させ、内側又は外側巻線との密着巻
   きを電線被覆、又は絶縁紙の絶縁により行うことを特徴
   とする請求項１記載の安定巻線を具備する変圧器。
3. 【請求項３】 安定巻線を非接地とし、内側又は外側巻
   線と密着巻きすることにより、静電結合を良好なものと
   して電位的に３相バランスさせ、前記巻線に零相電圧の
   発生を防止するようにしたことを特徴とする請求項１又
   は２記載の安定巻線を具備する変圧器。
4. 【請求項４】 安定巻線を内側巻線の外周側に密着巻き
   とし、内側巻線と外側巻線間のインピーダンス調整をし
   て高インピーダンスとしたことを特徴とする請求項１な
   いし３のいずれか１項に記載の安定巻線を具備する変圧
   器。