JP2001525611A - 高電力静電電磁装置用の磁束制御 - Google Patents

高電力静電電磁装置用の磁束制御

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JP2001525611A JP2000523687A JP2000523687A JP2001525611A JP 2001525611 A JP2001525611 A JP 2001525611A JP 2000523687 A JP2000523687 A JP 2000523687A JP 2000523687 A JP2000523687 A JP 2000523687A JP 2001525611 A JP2001525611 A JP 2001525611A
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conductor
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クリスチャン、サッセ
トルステン、シュッテ
マッツ、レイヨン
ヤン‐アンダース、ニグレン
ラルス、ガートマー
バーティル、バーグレン
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エービービー エービー
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Abstract

(57)【要約】 【発明の目的】 数百KVAから1000MVAを越える定格電力と、3〜4kVから400KV〜800kV以上などの極めて高い送信電圧にわたる定格電圧とを備えた高電力静電電磁装置を提供することを目的とする。 【構成】 インダクタンスを変えられる高電力静電電磁装置を備え、この装置は磁束保持領域をもつ磁気回路を含む。主巻線と少なくとも１つの制御巻線は磁束保持領域の複数部分を囲んでいる。制御装置は制御巻線に接続され、磁束の分散を変える。巻線は透磁的な電界閉込め絶縁ケーブルから形成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、制御可能な高電力静電電磁装置に関し、なかでも、制御可能な高電
力変圧器、リアクトル、インダクタンスまたは調整器に関する。
【０００２】 電気エネルギの送信や分散には、変圧器、リアクトル、調整器などの様々な静
電誘導装置が使用されている。そうした装置の役割は、２つまたはそれ以上の電
気システムの中で電気エネルギの交換または制御を可能にすることである。変圧
器は、１００年を越える間、理論的にも実際的にも存在している古くからの電気
製品である。変圧器はVAから1000MVAの範囲のあらゆる電力で利用可能である。 電圧の範囲に関しては、今日使用されている最も高い送信電圧までの範囲がある
。
【０００３】 変圧器、リアクトルおよび調整器は、静電誘導装置の電気製品群に属する。こ
れらの製品群は公知であり比較的容易に理解できる。エネルギ転送は電磁誘導に
より達成される。多数の教科書、特許および論文に、巻線、コア、タンク、補助
部品および冷却システムなどの装置の構成部品やサブシステムの理論、動作、計
算、製造、使用法、および寿命などが記載されている。
【０００４】 本発明は、数百kVAから1000MVAを越える範囲の定格電力と、3〜4kVから400kV 〜800kV以上の極めて高い送信電圧にわたる定格電圧とを備えたいわゆる高電力 型の誘導装置に関する。
【０００５】 本発明の基礎を成す発明の概念はリアクトルなど様々な誘導装置に適用可能で
あるが、以下の記載は主に電力変圧器に関する。周知のように、本明細書で類別
されている装置は単相および３相システムとして設計可能である。さらに、空気
絶縁式、油絶縁式、自己冷却式、油冷却式などの装置が利用できる。こうした装
置は１つまたは複数の巻線（相当り）を備え、鉄コアを備えるように設計するこ
とも鉄コアを備えないように設計することもできるが、背景技術についての上記
の説明は、かなりの程度、可変高リアクタンスの領域をもつ鉄コアを備えた装置
に関するものである。
【０００６】 本発明はさらに、異なる磁束経路の少なくとも１つのリアクタンスに影響を及
ぼすことで磁束経路間で磁束が再分配される制御可能なインダクタンスに特に関
する。リアクトルでは、本発明は、可変インダクタンスをもつ直列または分路要
素として動作する。
【０００７】
【従来の技術】
従来の変圧器とリアクトルの包括的な説明は上記の関連特許出願に示されてい
るので、こうした説明は、必要な場合を除いて、本明細書では繰り返されない。
【０００８】 全体的には変圧器を、具体的には電力変圧器を記載する包括的な出版物は、19
90年にButterworths、出版11により出版され、A.C. FranklinとD.P. Franklinに
よる「J&P変圧器ブック、電源変圧器の実際技術（J&P Transformer Book, A Pra
ctial Technology of the Power Transfomer）」に詳述されている。
【０００９】 巻線の公知の内部電気絶縁は、H.Weidman Ag. CH-8640 Rapperswilにより出版
されたH.P.MoserによるTransformerboard, Die Verwendung von Transformerboa
rd in Grossleistungstransformatorenに説明されている。
【００１０】 純粋に全体的な視点からは、電力変圧器の主な仕事は、通常、周波数が同じで
電圧が異なる２つ以上の電気システム間で電気エネルギを交換することである。
【００１１】 図８Ａに示すコア型の従来の電力変圧器は、しばしば積層延伸シート、通常は
ケイ素鋼のコアを含む。このコアは、脚部を備えたコア・リムを多数含む。これ
らのコア・リムは１つまたは複数のコア窓を形成するヨークまたは腕部により接
合されている。こうしたコアを備えた変圧器はコア変圧器としばしば呼ばれる。
コア・リムの周りには、多数の巻線があり、通常は、主巻線，二次巻線およびタ
ップ巻線と呼ばれる。電力変圧器に関するかぎり、こうした巻線は実際には常に
同心円状に並べられ、コア・リムの長手方向に沿って配置されている。コア変圧
器は通常、できるだけ効果的に窓を充填するように円形コイルならびにテーパー
状コア・リム部を備えている。
【００１２】 コア型変圧器の他に、図８Ｂに示すいわゆるシェル型変圧器がある。こうした
変圧器はしばしば矩形コイルと矩形コア・リム部を備えるよう設計されている。
リアクトルは同じ設計であるが、二次巻線は備えていない。
【００１３】 より低い電圧範囲用の従来の誘導制御型の電圧調整器は、互いに対して回転ま
たはシフトされたコイルをもつインタクタを用いて構成されている。このことは
、たとえば、I.L. La CourおよびFK.Faye-Hansenによる文献Die Wechselstromte
chnik Bd. 2, "Die Transformatoren", Verlag von Julius Springer, ベルリン
、ドイツ、1936年、第586〜第598頁の"Drehtransformator und Schubtransforma
tor"に記載されている。さらに、この解法には機械的な移動も含まれている。さ
らに、こうした誘導制御は、妥当な価格では高電圧に対しては実行不可能である
。絶縁構成の結果として設計は厳しく制限されることになる。
【００１４】 他の技術が米国特許第4,206,434号に示されている。本特許には、誘導制御型 の電圧調整器の異なる脚部間の磁束が可変DC磁化により再分配されるよう記載さ
れている。この目的のために、可変DC源が必要になる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、高電圧制御はたいてい、変圧器の鉄コアの１つまたは複数の脚部
に巻かれた１つまたは複数の巻線を含む電気変圧器により行われる。巻線は、変
圧器からそれぞれ異なる電圧レベルを供給することが可能な複数のタップを含ん
でいる。電圧幹線で使用される公知の電力変圧器と配電変圧器には、電圧調整用
のタップ切換え器を備えている。これらは機構上複雑で、機械的な摩耗や接触点
間の放電による電気的物理的な侵食を被る。調整は一度に実行できない。したが
って、異なるタップに接続するためには段階的な電圧調整と移動可能な接点が必
要になる。不利益な点としては、高電圧制御用の可動手段が必要で、無段階の連
続的な電圧供給を保持できなくなることである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、数百KVAから1000MVAを越える定格電力と、3〜4kVから400KV〜800kV
以上の極めて高い送信電圧にわたる定格電圧とを備えた高電力静電電磁装置を提
供する。この装置には、従来の電力変圧器／リアクトルに関連した欠点、問題点
および制限は伴わない。本発明は、装置の複数の磁束経路の個別制御によりこれ
まで利用できなかった広範な制御機能を可能にすることに基づいている。
【００１７】 特定の実施の形態では、本発明は、互いに関連して動作する主巻線と制御巻線
とを含む１つまたは複数の巻線を利用する変圧器を含む。適切に励磁されたり負
荷をかけられると制御巻線は装置内の磁束分配を制御する。こうした巻線の少な
くとも１つは、透磁可能な電界閉込め絶縁カバーにより囲まれた１つまたは複数
の電流保持導体から形成されている。
【００１８】 特定の例示実施の形態では、カバーは、部分的に導電的で半導電特性をもつ外
側および内側電位等価層により囲まれた固有絶縁物を含む。内側層内に電気導体
が配置されている。結果として、電界が巻線内に閉込められている。本発明によ
ると、電気導体が、内側半導電層と導体接触するように構成されている。結果と
して、固体絶縁物の最内側部分と周囲の内側半導体の間の境界層に導体の長手方
向に沿って有害な電位差が発生することはなくなる。
【００１９】 本発明の模範実施の形態による装置は、装置の磁束経路を制御する可変インピ
ーダンスを装備している。変圧器では、コアの１つまたは複数の脚部の磁束を変
えることで、段階的な制御を必要とすることなく様々な電圧出力が達成できる。
リアクトルでは、コアにおいて磁束が制御されるので、可変リアクトルとなる。
調整器では、電圧制御が達成される。
【００２０】 本発明の他の模範実施の形態では、磁束とは、制御巻線に接合された適切な信
号源などの能動手段により変調される振幅、位相または周波数のことである。
【００２１】 特定の模範実施の形態では、少なくとも１つの巻線に、磁気回路の少なくとも
１つの磁束経路または脚部に可変インピーダンスを装備しており、前記磁気回路
には、たとえば空隙などの透磁率が減少した（高リラクタンス）領域がある。脚
部の磁束は、制御巻線のインピーダンスを変えることで変えられる。特定の実施
の形態では、インピーダンスを可変コンデンサにより変えることができる。結果
として、磁束は磁気回路の様々な脚部の間で再分散され、脚部の周りに巻線に誘
導された電圧と装置のインダクタンスは調整可能である。この原理は、装置、相
の数、他の特色に応じて、様々な形状の構成で使用できる。
【００２２】 インピーダンスをもつ巻線の負のリラクタンスの背後にある特殊な理論は以下
に示す理想化された方程式により主に示される。インピーダンスをもつ巻線は可
変リラクタンスRc=n2ω2Zを形成する。巻線の巻数ｎとインピーダンスZ（Ｒ，Ｌ
，1/c）の調整は、リラクタンスRL=L/Aμ1μ0に対応するように選択できる。た だし、Lは磁束経路の長さである。
【００２３】 Aは磁コアの横断面領域、μ1は磁束経路の誘電率、μ0は空気の誘電率である 。
【００２４】 磁束Φの磁コアの異なる脚部への分散、すなわち、こうした脚部に巻かれた巻
線の電圧は、インピーダンスの関数として変化する。
【００２５】 使用された調整の型に応じて、調整は連続的であるか、または回路に切り替え
られる離散したインピーダンスに対応する少ない工程数で実行される。巻数とリ
ラクタンスの間の関係のために、可変インピーダンスのどういった実現が最も実
際的であるかに応じて、巻数が少ないものと低電圧、高電流および高インピーダ
ンスと組み合わさったり、巻数が多いものと高電圧、低電流および低インピーダ
ンスと組み合わさる場合がある。本明細書に記載されたケーブルを用いると、巻
線は電位がなくなるので、インピーダンスが装置のハウジング内に統合できる。
【００２６】 本発明は部分的に、半導電層が熱膨張係数と固体絶縁物に関して同様の熱特性
を示すことに基づいている。本発明による半導電層は固体絶縁物と統合され、こ
うした層と隣接する絶縁物が確実に同様の熱特性を示し、様々な負荷で連続発生
する温度の変化から独立して良好な接触が確実に確保できる。いくつかの温度の
勾配では、絶縁層と半導電層は導電用のモノリシックコアを形成し、絶縁物とそ
の周囲層の異なる熱膨張により引き起こされる欠陥が発生しなくなる。
【００２７】 材料への電気負荷は、絶縁物の周りの半導体の部分は等電位面を形成するので
、絶縁部分の電界は絶縁物の厚み方向にわたってほとんど均一に分散されるので
、減少する。
【００２８】 特に、外側半導電層は、導体に沿った電位等価が確保されるような電気特性を
示す。しかし、半導電層は、誘導電流が不本意な熱負荷を引き起こすような導電
特性を示す。さらに、半導電層は、等電位表面が確実に確保できるのに十分な導
電特性を備えている。その例として、半導電層の抵抗率ρは一般に最小値ρmin
= 1Ωcmと最高値ρmax = 100kΩcmを示す。さらに、ケーブルの軸方向の広さRの
長さ単位当りの半導電層の抵抗は全体的に最小値Rmin = 50Ω/mと最高値Rmax =
50MΩ/mを示している。
【００２９】 内側半導電層は十分な電気導電性を示して、電位等価方式で機能するので、内
側層の外の電界に関して等価になる。この接続では、内側層は、導体の表面のバ
ラツキを平準化し、固体絶縁物との境界層で高度な表面仕上げをした等電位表面
を形成するような特性を備えている。したがって、層は厚みが変化するように形
成できるが、導体と固体絶縁物に関して平らな表面を確保するために、その厚み
は全体的に0.5と1mmの間となる。しかし、層は、電圧の誘導に貢献するほど大き
な導電性を示すことはない。例として、内側半導電層では、Pmin = 10-6Ωcm、R
min = 50μΩ/mであり、それに相当する方式で、Pmax = 100 kΩcmで、Rmax = 5
MΩ/mである。
【００３０】 模範実施の形態では、本発明による変圧器は、漏れインダクタンス、すなわち
リアクタンスが変化する直列要素として動作する。こうした変圧器は、主巻線お
よび二次巻線に接続されたネットワーク間で有効または無効影響を再分配するこ
とで電力の流れを制御可能である。こうした変圧器は短絡の発生を制限可能で、
一時的に良好な安定性を提供する。この変圧器はさらに電力振動を減衰し良好な
電圧安定性を提供することもできる。こうした構成は送信ネットワークのプラン
ナーや運営者に特に有益であり、中でも、規制が解除された電気市場をもつ国で
は有益である。規制解除には通常、個別の単位への電力生産と送信サービスの分
離が含まれる。したがって、発電所の計画と送電の間に従来からある連結はもは
や存在しなくなる。このように、発電所の運営者は、ハードウェアの視点からは
短い時間で発電所の閉鎖を宣言できるので、送電の運営者やプランナーは、シス
テムの動特性に影響を及ぼす電力潮流パターンに関連した主問題を考えることが
できる。したがって、本発明は、構成部品を制御する柔軟な交流送信システムを
可能にする。このシステムでは電力潮流が制御可能である。特定の実施の形態で
は、電力潮流を制御する機能は、他の目的のために通常必要な構成要素で実施さ
れる。したがって、本発明はコストをさほど増加することなく２つの用途に対応
できる。
【００３１】 本発明の他の実施の形態に応じて、リアクトルは、インダクタンス、すなわち
リアクタンスが変化する直列または分路要素として動作可能である。主電力回路
には電力用の電子部品は不必要である。したがって、損失が低下する。さらに、
制御機器は全体的に低電圧機器なので、単純になり、より経済的である。構成で
は高調波が発生するという問題も回避できる。分路要素として、可変リアクトル
は迅速な可変無効電力補償を実行できる。直列要素として、本発明による可変リ
アクトルは、線間の有効または無効影響の再分配により電力潮流制御を実行でき
る。リアクトルは、短絡電流を制限でき、一時的な安定性をもたらし、電力振動
を減衰し、電圧の安定性をもたらすことができる。こうした特色は同様に、柔軟
な直流送電システムには重要である。
【００３２】 従来技術の電圧調整の欠点は、本発明による誘導制御型の電圧調整器により回
避される。この調整器では、調整器の磁気回路は、透磁性が低下した帯域をもつ
少なくとも１つの磁化調整脚部を備えており、少なくとも１つの巻線が前記調整
脚部に巻かれ、可変インピーダンスまたはアーク制御要素に接続されている。可
変容量を備えた少なくとも１つの巻線を磁束上の透磁性が低下した帯域をもつ少
なくとも１つの磁束経路または脚部上に配置することにより、脚部のリラクタン
スは容量を変えることで可変可能である。これにより磁気回路の異なる脚部間に
磁束を再分配でき、これらの脚部を囲む巻線上に誘導された電圧ならびに巻線の
インダクタンスを変えられる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
図１は、従来の電力変圧器／リアクトルの巻線の周りの電界の分散の単純化さ
れた基本図を示す。図１において、1は巻線で、2はコアで、3は等電位線、すな わち、同じ大きさの電界をもつ線を示す。巻線の下方部分は接地電位である。
【００３４】 電位分散は絶縁系の組成を決定する、というのは巻線の隣接巻間と各巻と接地
間に十分な絶縁物を備えてなければならないからである。図１は、巻線の上方部
が最高の誘電応力を被っていることを示している。コアに対する巻線の設計と位
置は、この方法で、コア窓の電界分散により実質的に決定される。
【００３５】 図２は、本発明による高電力誘導装置に備えられた巻線に使用可能な模範的な
ケーブルの例を示す。こうしたケーブル4は、多数の素線5Aを含む少なくとも１ つの導体5と、その導体の周りのコア6とから成る。コアは、素線の周りに配置さ
れた内側半導電層6Aを含んでいる。この内側半導電層の外側には、固体絶縁物の
形態をしたケーブルの主絶縁層7があり、この固体絶縁物を外側半導電層6Bが囲 んでいる。ケーブルには特殊な目的のために、たとえば、変圧器／リアクトルの
他の領域に高すぎる電気応力がかかるのを防ぐために、他の追加層が備えられて
いる。寸法を考えると、該当のケーブルの導体領域は約30から3000mm2で、ケー ブルの外形は約20から250mmである。
【００３６】 本明細書に記載のケーブル4から製造された巻線は、コアの形状とは無関係に 、単相、３相、多相装置のどれにも利用できる。図３の実施の形態は３相の積層
型コア変圧器を示す。このコアは、従来のように、３つのコア・リム9、10、11 と保持ヨークまたは腕部12と13を含む。図示の実施の形態では、コア・リムとヨ
ークの断面はテーパー状になっている。
【００３７】 ケーブル4に形成された巻線はコア・リムの周囲に同心円状に配置されている 。明らかなように、図３に示す実施の形態は３つの同心円状巻線の巻数14、15、
16を有する。最内側の巻線の巻数14は主巻線を表し、他の２つの巻線の巻数15と
16は二次巻線を表す。図面に細部を多く詰め込みすぎないように、巻線の接続部
は図示されてない。他の方法として、図示の実施の形態に、巻線の構造上の安定
性を提供する間隔バー17と18が巻線の周囲の複数の場所に配置されていることが
図示されている。間隔バーは透磁材料または絶縁材料から形成可能であり、支持
部を冷却するために同心円状の巻線の巻数間に空間を保持するよう意図されてい
る。間隔バーは、導電材料からも形成可能で、巻線の接地および磁気系の部分を
形成する。
【００３８】 図４Ａは、本発明による単相コア型変圧器30の形態での高電力誘電装置を示す
。変圧器30はコア32を有し、このコア32は、脚部34、36および38と上方および下
方腕部40および42をもつように形成されている。コア32は穴または窓41と43をも
つ積層シートから形成可能である。代わりに、変圧器30はシェル型または空気包
装型でもかまわない。
【００３９】 コア型変圧器を形成するために、主巻線44は脚部34を包んでいる。同様に、二
次巻線46は、脚部34の周囲または他の脚部上に主巻線44と同心円状に巻かれてい
る。望ましくは、主巻線44と直列の二次タップ巻線48は脚部38を包んでいる。
【００４０】 スペーサ50は、上方および下方腕部40と42の間の窓部41に備えられている。ス
ペーサ50は軟鉄バーであったり、積層型シートと統合形成されて、コアを支持し
、以下に論じる磁束経路を提供する。
【００４１】 第１制御巻線56は図示のように脚部36に巻かれ、予備制御巻線58は、例示のよ
うに脚部38に巻かれている。第１制御手段60は、第１制御巻線56に接続され、第
２制御手段62は、図示のように制御巻線58に接続される。制御手段は、能動およ
び受動要素、たとえば、固定または可変コンデンサ、インダクタ、抵抗器、電流
または電圧源または能動フィルタ61A〜61Eを備えている。同様に、制御手段62は
こうした要素62A〜62Eを１つまたは複数個備えている。
【００４２】 本発明によると、脚部36と38およびスペーサ50は、リラクタンスの高い間隙66
、68および70の形態での領域を選択的に備える場合がある。こうした領域は空隙
または非磁気スペーサとなる。空隙は、良好なダイナミックレンジで磁束を制御
可能なほど開き、数ミリメータから100mmまでサイズを変化可能である。制御巻 線56と58は、脚部を介して磁束分散が変化するように適用される。同様に、制御
巻線71は、スペーサ70の磁束分散を制御するように利用できる。
【００４３】 従来の変圧器では、主巻線はコア中に対応する磁束Φを生成する。脚部を２つ
しか備えてない単純な変圧器には、磁束が１つの連続ループまたは間隙のあるル
ープで磁気回路を完了する。図４Ａに示す構成では、磁束Φ1は分割され、図示 のように対応する脚部36と38のΦ2とΦ3として続く。
【００４４】 図４Ａに示す構成では、主変圧器の巻数はN1で、二次変圧器の巻数はN2で、タ
ップの巻数はN3である。単純な変圧器では、巻数N1の数で割られた主変圧器の電
圧V1は、巻数N2の数で割られた二次変圧器の電圧V2に等しい。すなわち、電圧比
率V1/V2は周知の関係の巻数比率N1／N2に等しい。図４Ａの構成では、脚部38の 磁束Φ3がゼロの場合、上記の関係は真である。しかし、Φ3が最高値と仮定され
ると、二次タップ巻線48の巻数N3の数が一次巻線の巻数N1に追加される（という
のは両者とも直列であるからである）。上記の関係は、V1/V2 = (N1 + N3)/N2の
ように修正されるので、出力端での電圧が増加する。本発明によると、コア32の
対応する脚部36と38の磁束分散は、主巻線と二次巻線の間の電圧の関係を変える
ように変化可能である。66と68に空隙を備えて、その空隙を機械的に変化させる
ことが可能であるが、これは経済的な解決方法ではない。したがって、制御巻線
56と58は備えてある。制御巻線58は可変容量性リアクタンス、たとえば図示の62
Aを備えていると、容量を変えて、磁束経路Φ3を遮断または閉鎖するので、主巻
線と二次巻線の間の電圧の関係は単に巻数比率N1/N2のそれである。代わりに、 磁束Φ3が全く妨害されないか、または部分的に妨害されるように容量を選択的 に変えることができる。他方で、制御巻線56が可変容量リアクタンス61Aを装備 している場合には、同様に、磁束経路Φ2は完全に遮断され、主巻線と二次巻線 の間の電圧の関係は、主巻線とタップ巻線を加えたものを二次巻線で除した巻数
比率(N1+N3)/N2に応じる。容量装備の程度により電圧比率の最終値が決定される
。
【００４５】 したがって、制御巻線が各脚部の磁束経路を変えて変圧器の出力に影響を及ぼ
す可変変圧器が備えられることになる。当然のことながら、他の種類の可変イン
ピーダンスも使用できる。たとえば、可変インダクタが使用される場合、リラク
タンスはインダクタンスと逆に変化する。したがって、高誘導負荷の結果、脚部
に高磁束分配が発生する。高抵抗が制御巻線の負荷として使用される場合、高磁
束分配が脚部で発生する。制御巻線が短絡すると、磁束が遮断されるので、その
影響はコアの脚部の周囲に配置された導電性リングと同様になる。固定および可
変真および無効負荷の様々な組合せも形成可能である。さらに、能動フィルタな
どの能動要素により負荷をかけたり能動化が可能になる。こうしたフィルタはプ
ログラム可能である。
【００４６】 さらに、制御巻線56用の電圧または電流源61Dなどの可変電源を備えて、入力 を生成して、脚部36の磁束Φ2を変調させることができる。振幅、位相および周 波数の点から変調可能である。同様の構成が制御巻線58に利用できる。制御部61
の要素として61Eなどの能動フィルタを備えて、制御巻線の性能を変えて、変圧 器の出力を変調させることができる。
【００４７】 上記に記したように、スペーサ50は、寸法上の安定と支持のためにスペーサ50
を備え、主または二次巻線の障害時に変圧器の磁束を案内するために磁束保持経
路が備えられている。障害の場合には、スペーサ50を通る補償空隙またはリラク
タンス70が磁束経路を形成して、変圧器のインピーダンスを安全なレベルに増加
して、壊滅的な障害を回避する。この補償リラクタンス70を通る磁束は、本明細
書に記載された制御回路により望まれれば変えることができる。同様に、図３に
示す１つまたは複数のスペーサ17を制御可能な代替磁束経路として使用可能であ
る。こうした構成は、高電力変圧器に利用可能な上記に示してない自由度を追加
するものである。
【００４８】 本発明によると、高電力変圧器は、図２に示す高電圧ケーブル4を利用して提 供される。こうしたケーブルは、開示制御または部分放電なしに高電力動作が可
能になる。したがって、本発明は、これまでは不可能であった可変変圧器および
高電力変圧器として動作可能である。
【００４９】 図４Ｂは、本発明による高電力リアクトル130を例示する。リアクトル130の構
成は図４Ａの変圧器30の構成と同様である、ただし二次巻線は備えられてない。
したがって、便宜上、リアクトル130の同様の要素は100台の参照番号をふられて
いる。例示された構成では、主巻線144は二次タップ巻線148と直列である。した
がって、リアクトル130は直列の１対のインダクタから成る。
【００５０】 コア132の磁束分散を変えることで、回路のインダクタンスも同様に変えるこ とができる。たとえば、脚部136に磁束経路Φ2があるとインダクタンスが最高に
なる。これは、制御巻線156上の高容量負荷または短絡により達成可能である。 同様に、回路のインダクタンスは、経路Φ3の磁束が可変リラクタンス168の増加
により減少するときには、最小になる。
【００５１】 高電力性能を提供するために、図４Ｂに示すリアクトルは、同様に、図２に示
すケーブル4の構成をもつように製造可能である。
【００５２】 図４Ａと図４Ｂの構成は１相システムである。当然のことながら、３相装置は
同様に同じ方式で利用でき、３相動作の利点を享受できる。
【００５３】 本発明の他の実施の形態によると、変圧器の一部またはリアクティブコア200 が図５Ａに示されている。コア200には主磁束脚部202と、２つ以上の磁束経路ま
たは脚部202と204を含む磁気回路とを備えている。脚部202の１つは図５Ａに示 され、主巻線203を備えている。脚部202と平行して、透磁性が低下した帯域205 をもつ磁化可能調整器または制御脚部204が示されている。帯域205は空隙、多間
隙、コアの空洞部、また透磁性μ1がコアの材料よりも低い固体材料の挿入部、 または他の適切な手段により獲得可能である。
【００５４】 調整器脚部204は、可変コンデンサ208に接続された追加巻線206により囲まれ ている。本発明によると、負のリラクタンスは容量をもつ巻線により生成される
。結果として、主巻線203の出力V1は、コンデンサ208の容量を変えることで制御
または調整可能である。
【００５５】 本発明の他の実施の形態は図５Ｂに示されている。本実施の形態では、主脚部
201は主巻線203を保持し、その下流で２つの部分脚部202と204に分割されている
。部分脚部202の一方は上記の制御調整器脚部204に相当し、透磁性が低下した帯
域205と、可変コンデンサ208に接合された制御巻線とを備えている。
【００５６】 主巻線203からの出力電圧は、主巻線203に直列接続された２つの部分巻線212 と214を介して供給可能である。部分巻線212と214は部分脚部202と204のそれぞ れにより保持されている。部分巻線212と214は互いに反対方向に巻かれている。
したがって、部分巻線は、一方の磁束が上がると、他方の磁束が低下するように
動作可能である。部分巻線212と214の電圧は、したがって、主巻線203に関して 同じ電圧を受け取ることになる。結果として、電圧調整または制御範囲は２倍に
なる。
【００５７】 図５Ｃは図５Ｂの構成の修正実施の形態を示す。本構成では、部分脚部212と2
14が透磁性が低下した帯域222と224を備えている。制御巻線206と210はそれぞれ
個別の可変コンデンサ208と209に接続されている。２つの制御脚部を備えること
で、調整範囲を増加させることが可能である。
【００５８】 コア246に主巻線242と制御巻線244を備え、オプションとして空隙または導電 性領域248を備えている単相誘導コイル240に本発明を適用することが可能である
。コア246の磁束Φは、上記に説明したように制御巻線に負荷または制御信号を 付加することで変えることができる。さらに、上記の構成を、多相リアクトル、
電圧調整器、多相誘導制御電圧調整器などの負荷時タップ切換え器、自動変圧器
、昇圧変圧器または可変高電圧インダクタンスが望ましい分野ならいかなる分野
にも利用可能である。
【００５９】 図７は、本発明のさらに他の実施の形態を示す。本実施の形態では、コア316 に巻かれた主巻線312とタップ巻線314を備えた３相変圧器310が例示されている 。様々な磁束経路が脚部318とヨーク320に点線で示されている。本発明によると
、制御巻線は各脚部318または各ヨーク320で利用できる。空隙または高導電性領
域322が上記のように利用できる。さらに、上記のように、スペーサが図７の構 成に利用できる。こうしたスペーサは同様に空隙または導電性の高い領域を備え
、こうしたスペーサ中の磁束をインピーダンスまたは能動制御可能な巻線により
制御可能である。巻線は、磁束保持経路と同様に、直列または分路接続である。
【００６０】 本発明の模範的な実施の形態と考えられるものを示してきたが、当業者には明
らかなことであるが、本発明から逸脱しないかぎり様々な変更と修正が可能であ
り、添付の請求項には、本発明の真の精神と範囲内にあるかぎりこうした変化と
修正をカバーするよう意図されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 電力変圧器またはリアクトルなど従来の誘導装置の巻線の周囲の電界分散を示
す図である。
【図２】 本発明による高電力誘導装置におけるケーブルの形をとった巻線の実施の形態
を示す図である。
【図３】 本発明による電力変圧器の実施の形態を示す図である。
【図４Ａ】 本発明による制御可能な変圧器の概略図である。
【図４Ｂ】 本発明によるリアクトルの概略図である。
【図５Ａ】 本発明の他の実施の形態による電圧調整器を示す図である。
【図５Ｂ】 本発明の他の実施の形態による電圧調整器を示す図である。
【図５Ｃ】 本発明の他の実施の形態による電圧調整器を示す図である。
【図６】 本発明による制御可能なリアクトルの概略図である。
【図７】 本発明による様々な磁束経路を備えた三相変圧器の概略図である。
【図８Ａ】 周知のシェル型およびコア型変圧器を示す図である。
【図８Ｂ】 周知のシェル型およびコア型変圧器を示す図である。
【符号の説明】
１ 巻線 ２ コア ４ ケーブル ５ 導体 ７ 絶縁層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ， ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，Ｄ Ｋ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ， ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，Ｌ Ｕ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ， ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，Ｕ Ｇ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 マッツ、レイヨン スエーデン国ベステロス、ヒブラルガタ ン、５ (72)発明者 ヤン‐アンダース、ニグレン スエーデン国ベステロス、カールフェルド スガタン、27ビー (72)発明者 ラルス、ガートマー スエーデン国ベステロス、フムレガタン、 27ビー (72)発明者 バーティル、バーグレン スエーデン国ベステロス、ロンベルガガタ ン、２ビー

Claims (54)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも１つの電流保持導体と、前記導体を囲む透磁式電界閉込め絶縁カバ
    ーとを含む、励起時に磁束を生成する少なくとも１つの主巻線と、 前記主巻線
    と連携して作動する少なくとも１つの制御巻線と、 磁束保持領域と、 前記磁束保持領域の磁束を変える、前記制御巻線に接合された制御手段と、を
    備えることを特徴とする静電高電力電磁装置。
  2. 【請求項２】 前記カバーは、前記導体を囲む少なくとも１つの固体絶縁層と、前記導体を囲
    む少なくとも１つの部分導電層とを有することを特徴とする請求項１に記載の装
    置。
  3. 【請求項３】 前記磁束保持領域は磁気化可能で、前記主巻線および前記制御巻線と連携して
    作動することを特徴とする請求項１に記載の装置。
  4. 【請求項４】 前記磁気化可能磁束保持領域は前記主巻線と連携して作動し、前記制御巻線が
    シェルとコアの少なくとも１つを有することを特徴とする請求項１に記載の装置
    。
  5. 【請求項５】 前記主巻線と前記制御巻線の少なくとも１つと連携して作動する前記磁束保持
    領域における比較的高いリルクタンスをもつ領域をさらに備えることを特徴とす
    る請求項１に記載の装置。
  6. 【請求項６】 前記主巻線および前記制御巻線は、分路および直列関係の少なくとも１つにあ
    ることを特徴とする請求項１に記載の装置。
  7. 【請求項７】 直列および並列経路の少なくとも１つをもつ磁気回路を含み、前記制御巻線は
    前記直列および並列経路の少なくとも１つに配置されていることを特徴とする請
    求項１に記載の装置。
  8. 【請求項８】 前記制御手段は、有効および受動インピーダンスの少なくとも１つを含むこと
    を特徴とする請求項１に記載の装置。
  9. 【請求項９】 前記インピーダンスには無効インピーダンスが含まれることを特徴とする請求
    項８に記載の装置。
  10. 【請求項１０】 前記インピーダンスは、前記制御巻線と連携して作動する開路、短絡、および
    抵抗の少なくとも１つを含むリアル・インピーダンスを有することを特徴とする
    請求項８に記載の装置。
  11. 【請求項１１】 前記巻線には柔軟なケーブルが含まれることを特徴とする請求項１に記載の装
    置。
  12. 【請求項１２】 前記カバーは、半導電特性をもつ前記導体を囲む内側層と、前記内側層を囲む
    固体絶縁層と、前記絶縁層を囲む半導電特性をもつ外側層とを有することを特徴
    とする請求項１に記載の装置。
  13. 【請求項１３】 前記内側層は前記導体と電気的に接触し、同じ電位で動作することを特徴とす
    る請求項１２に記載の装置。
  14. 【請求項１４】 前記外側層は、前記絶縁層を囲む等電位面を含むことを特徴とする請求項１２
    に記載の装置。
  15. 【請求項１５】 前記外側層は、少なくとも１つの選択可能電位に接続可能であることを特徴と
    する請求項１２に記載の装置。
  16. 【請求項１６】 前記選択電位が接地されていることを特徴とする請求項１５に記載の装置。
  17. 【請求項１７】 前記半導電層の少なくとも１つは前記絶縁層とほぼ同じ熱膨張係数をもつこと
    を特徴とする請求項１２に記載の装置。
  18. 【請求項１８】 前記カバーは実質的に空隙がないことを特徴とする請求項１２に記載の装置。
  19. 【請求項１９】 各半導電層は、前記絶縁層の対応する表面と対向する接触面をもち、前記両接
    触面は接合されていることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
  20. 【請求項２０】 前記第１層および前記第２層は重合材料から形成されることを特徴とする請求
    項１２に記載の装置。
  21. 【請求項２１】 前記巻線は送信線を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
  22. 【請求項２２】 前記ケーブルは、約30〜300mm2の導体領域と、約20〜250mmの外側ケーブル直 径をもつように製造されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
  23. 【請求項２３】 固体絶縁物は重合材料から形成されていることを特徴とする請求項１に記載の
    装置。
  24. 【請求項２４】 前記固体絶縁物は突出し部を有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
  25. 【請求項２５】 電流保持導体は、互いに絶縁されている第１の素線群と、前記半導電層との電
    気的接触を保持するように第２の非絶縁素線群とを有することを特徴とする請求
    項２に記載の装置。
  26. 【請求項２６】 前記導体の前記素線群の少なくとも１つが非絶縁で、前記電気接触が前記半導
    電層により達成されるように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の
    装置。
  27. 【請求項２７】 少なくとも２つの直流電流により分離された同心円状に巻かれた巻線を含むこ
    とを特徴とする請求項１に記載の装置。
  28. 【請求項２８】 少なくとも２つの電圧レベルに接続された電力変圧器とリアクトルの少なくと
    も１つを含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
  29. 【請求項２９】 前記巻線は電力ケーブル端末を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
  30. 【請求項３０】 その巻線は、10kV、36kV、72.5kV、400kVの少なくとも１つと少なくとも800kV
    を越える電圧用に設計されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
  31. 【請求項３１】 前記巻線は、少なくとも0.5MVAと少なくとも30MVAを越える電力範囲用に設計 されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
  32. 【請求項３２】 接地電位に液体とガスの少なくとも１つを含む冷却手段をさらに備えることを
    特徴とする請求項１に記載の装置。
  33. 【請求項３３】 ケーブルを適切な場所にスレッドする工程を含む請求項１に記載の装置を製造
    する方法。
  34. 【請求項３４】 空隙と導電要素の少なくとも１つを含む透磁性の低い帯域と、透磁性の低い材
    料から成る固体挿入物とを含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
  35. 【請求項３５】 透磁性の低い前記帯域は、前記導電性要素に形成された複数の穴を含むことを
    特徴とする請求項３４に記載の装置。
  36. 【請求項３６】 ２つの部分脚部に分割された主脚部を含み、前記部分脚部の少なくとも１つが
    前記制御巻線用の制御脚部を形成するコアを含むことを特徴とする請求項１に記
    載の装置。
  37. 【請求項３７】 ２つの部分脚部に分割された主脚部を含み、各部分脚部は各制御巻線用の制御
    脚部を形成するコアを含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
  38. 【請求項３８】 前記主巻線は、互いに直列接続された２つの部分巻線により形成され、各部分
    巻線はそれに属している部分脚部の周りに巻かれていることを特徴とする請求項
    ３７に記載の装置。
  39. 【請求項３９】 前記装置は、各層の個別の調整のために各層の制御脚部を有する多相変圧器を
    含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
  40. 【請求項４０】 前記装置は、各相の制御脚部を有する多相変圧器を含み、前記制御脚部の制御
    巻線は接合調整をもつよう接続されていることを特徴とする請求項１に記載の装
    置。
  41. 【請求項４１】 前記装置は、自動変圧器と昇圧変圧器の少なくとも１つを含むことを特徴とす
    る請求項１に記載の装置。
  42. 【請求項４２】 磁束経路および磁束保持領域を含む磁気回路と、 前記磁束経路を囲む主巻線と、 前記磁束経路を囲む少なくとも１つの制御巻線と、 前記磁束保持領域の磁束を選択的に変化させるために、励起時に動作する前記
    制御巻線に接続された制御手段と、を含むことを特徴とする高電力可変インダク
    タンス装置。
  43. 【請求項４３】 前記磁束保持領域は、少なくとも１つの巻線を安定化させる少なくとも１つの
    スペーサを含むことを特徴とする請求項４２に記載の装置。
  44. 【請求項４４】 前記スペーサは透磁性の低い領域を備えていることを特徴とする請求項４３に
    記載の装置。
  45. 【請求項４５】 前記制御手段はインピーダンスを含むことを特徴とする請求項４２に記載の装
    置。
  46. 【請求項４６】 前記インピーダンスは、リアクティブ・インピーダンスおよびリアル・インピ
    ーダンスの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項４５に記載の装置。
  47. 【請求項４７】 前記無効インピーダンスは、容量性および誘電性負荷の少なくとも１つを含む
    ことを特徴とする請求項４６に記載の装置。
  48. 【請求項４８】 前記インピーダンスは可変であることを特徴とする請求項４６に記載の装置。
  49. 【請求項４９】 前記制御巻線は能動および受動フィルタの少なくとも１つを含むことを特徴と
    する請求項４２に記載の装置。
  50. 【請求項５０】 前記制御巻線は、前記磁束保持領域の磁束の振幅、周波数および位相の少なく
    とも１つを変える手段を含む電源を有することを特徴とする請求項４２に記載の
    装置。
  51. 【請求項５１】 選択的に変化する磁束保持特性をもつ磁束経路内に磁束経路および磁束保持領
    域を含む磁気回路と、 前記磁束経路と連携して作動する少なくとも１つの主巻線と、 前記磁束経路を囲む少なくとも１つの制御巻線と、 前記領域の磁束保持特性を選択的に変えるために、励起時に作動する前記制御
    巻線に接続された制御手段と、を備えることを特徴とする高電力可変インダクタ
    ンス装置。
  52. 【請求項５２】 前記巻線の少なくとも１つは、電流保持導体と透磁式電界閉込め絶縁カバーと
    を有することを特徴とする請求項５１に記載の装置。
  53. 【請求項５３】 前記磁束保持領域は、前記巻線を支持するスペーサ手段を含み、前記制御巻線
    は前記スペーサ手段と連携して作動することを特徴とする請求項５１に記載の装
    置。
  54. 【請求項５４】 前記制御手段は、前記制御巻線用の振幅、位相および周波数変調の少なくとも
    １つを生成する電源を含むことを特徴とする請求項５１に記載の装置。
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