JP2004119927A

JP2004119927A - 静止誘導電気機器

Info

Publication number: JP2004119927A
Application number: JP2002284858A
Authority: JP
Inventors: Yasuaki Ishioka; 石岡　康昭; Yoshihiro Ito; 伊藤　善博
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2002-09-30
Filing date: 2002-09-30
Publication date: 2004-04-15

Abstract

【課題】従来の静止誘導電気機器の巻線においては、鉄心からの漏れ磁束により巻線導体に渦電流が発生し、巻線の温度上昇や、変圧器の効率低下等ににつながっていた。これを防ぐために巻線導体を転位させる手段があるが、転位のためのスペースが必要となったり巻線作業が複雑になったりしていた。
【解決手段】鉄心１と、この鉄心１の周囲に巻回される巻線２、３とを有する静止誘導電気機器において、前記巻線２、３が絶縁被膜２２と、その周囲に熱融着性絶縁被覆２３を施した複数本の丸導体２１を一定ピッチで撚りながら断面形状がほぼ平角になるように圧縮成形した複導体３３により形成する。これにより、巻線２，３の熱伝導性が向上して熱放散が容易となり巻線部の温度上昇が軽減され、効率が向上し、かつ各丸導体の接着が強固になるため、剛性等の機械力が向上して渦電流損が小さく、短絡機械力が大きくなる。
【選択図】　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力系統、配電系統等で使用される変圧器、リアクトル等の巻線を有する静止誘導電気機器に関するもので、特に損失低減や小形化のための巻線構造を改良した静止誘導電気機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
静止誘導電気機器の一例として変圧器を例に説明する。一般的に高電圧、大容量の変圧器は、鉄心に対して同心状に一次巻線、二次巻線が配置され、それぞれの巻線間のギャップを絶縁筒で分割し、冷却、絶縁媒体としての絶縁油およびＳＦ６ガスを前記ギャップ内を循環させることにより変圧器本体の冷却並びに絶縁を行うようになっている。
【０００３】
絶縁、冷却媒体としての絶縁油は冷却効率がよく、従来より幅広く使用されているが、引火点が低く、火災の危険性があるため屋内や人家密集地帯では消火設備や防災設備等の付帯設備が義務付けられる等防災上の欠点がある。。これに対してＳＦ６ガスは不燃性、不活性の絶縁ガスであり、絶縁油に比べ冷却、絶縁性能は劣るものの、火災、爆発などの危険性が少ないため防災上優れており、屋内や人家密集地帯でも用いられるという利点がある。
【０００４】
このように油絶縁方式にしろ、ガス絶縁方式にしろいずれの場合も、変圧器としての基本的な構造はほぼ同じ構成をしている。図５にこのような高電圧、大容量の内鉄型変圧器の巻線間絶縁構造を示す。
【０００５】
図において、主脚鉄心１の周りに低圧巻線２と高圧巻線３が同心状に巻回配置され、低圧巻線２と高圧巻線３の間には巻線を囲うように第１の絶縁筒４と第２の絶縁筒５が配置されている。更に高圧巻線３の外側には他相巻線あるいは接地電位部との絶縁のために円筒状の絶縁物６が配置されている。低圧巻線２、高圧巻線３はそれぞれヨーク鉄心７との間に設けた固体絶縁物からなる締め付けリング８、支持絶縁物９などにより主脚鉄心１の周りにその軸方向に支持、固定されている。
【０００６】
図６は高圧巻線３として円板巻線を採用した場合の巻線間絶縁構造を示したものである。低圧巻線２の外側に間隔片４ａを介して第１の絶縁筒４が配置され、更にその外側に間隔片１２を介して第２の絶縁筒５が配置されている。低圧巻線２と高圧巻線３である円板巻線間の間隔を保つために、絶縁物のスペーサ１０が高圧巻線３の内側に巻線の円周方向に沿ってほぼ等配に設けられている。高圧巻線３のスペーサ１０は第２の絶縁筒５に巻線の軸方向に沿って取り付けられた絶縁物のレール１１に嵌合され、このレール１１の外側に高圧巻線３の円板巻線が巻回されている。
【０００７】
更に、前記第１の絶縁筒４と第２の絶縁筒５との間設けられた間隔片１２は両絶縁筒間の間隙を保ち、高、低圧巻線３、２間の半径方向の力を受けるようになっている。
【０００８】
このように構成された鉄心、巻線から成る変圧器本体を図示しないタンク内に収納し、絶縁、冷却媒体である絶縁油やＳＦ６ガスを封入している。
従って、前記スペーサ１０やレール１１および間隔片１０、１２等で生じるギャップ部は絶縁油やＳＦ６ガスの流れる冷却循環路と成っている。
【０００９】
一方、変圧器の巻線導体中には鉄心からの漏れ磁束によって渦電流が誘導され巻線の温度上昇や変圧器の損失増加の原因になっている。この渦電流損を減らす目的と巻線作業を容易にするために、複数本の導体を並列に使用する巻線構造が採られる場合がある。並列導体を漏れ磁束と直角方向に重ねて用いる場合には、各導体間の循環電流を防止するために、導体の相互位置を途中で変えて、全長にわたって漏れ磁束の鎖交量を平均化させる転位が行われる。高電圧で並列に使用する導体が多い時には各導体の絶縁厚さが厚くなり占積率が悪くなるので特殊な撚り線機で、一定のピッチで複数本の循環電流を防止するためのエナメル被膜等の薄い絶縁被膜の平角導体を転位し、全体を紙巻やフィルム巻した転位線で巻線を構成したりしている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の静止誘導電気機器では、巻線の転位は巻線中での転位スペースを必要とし、巻線寸法が大きくなったり、転位部の絶縁補強が必要になるなど、巻線工程での転位作業は巻線作業を複雑にしている。転位撚り線は構成導体が平角線であるため設計の自由度が小さく、剛性が大きいために巻線作業が困難等の課題がある。
本発明は以上のような課題を解決し、巻線作業が容易で、小形化および効率向上が図れる渦電流損失の低減が可能な静止誘導電気機器を得ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために，請求項１に記載の発明は、鉄心と、この鉄心の周囲に巻回される巻線とを有する静止誘導電気機器において、前記巻線が絶縁被膜と、その周囲に熱融着性絶縁被覆を施した複数本の丸導体を一定ピッチで撚りながら断面形状がほぼ平角になるように圧縮成形した複導体により形成されたことを特徴とする。
【００１２】
これにより、巻線の熱伝導性が向上して熱放散が容易となり巻線部の温度上昇が軽減され、かつ各丸導体の接着が強固になるため、剛性等の機械力が向上して渦電流損が小さく、短絡機械力が大きくなる。
【００１３】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の静止誘導電気機器において、複導体が外径の異なる複数本の丸導体から成り、中心部の丸導体の外径を外側の丸導体の外径よりも大きくしたことを特徴とする。
【００１４】
これにより、撚り本数を少なくすることで中心部丸導体の断面積が増加するため複導体全体の占積率や熱伝導が向上し、剛性等の機械的強度も改善される。さらには丸導体径の組み合わせを変えることで複導体の縦横寸法の製造可能な範囲が広がる。
【００１５】
請求項３記載の発明は、鉄心と、この鉄心の周囲に巻回される巻線とを有する静止誘導電気機器において、絶縁被膜と、その周囲に熱融着性絶縁被覆を施した複数本の丸導体を一定ピッチで撚りながら断面形状がほぼ平角になるように圧縮成形し、この周囲を熱伝達性の良い絶縁物で絶縁被覆したことを特徴とする。
これにより、巻線の熱伝導が向上して熱放散が容易になり、巻線部全体の温度上昇が低減されるため巻線部のコンパクト化や機器の小形化も可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の静止誘導電気機器の第１の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の静止誘導電気機器に用いられる巻線導体の一例を示す断面図である。丸導体２１の表面に絶縁被膜２２が焼き付けされ、さらにその外側に熱伝導性の良い熱融着性絶縁被膜２３が形成されている。丸導体２１の絶縁被膜２２と熱融着性絶縁被膜２３は循環電流を防止するに足りる薄い絶縁被膜でよく、占積率を低下させることなく、撚りながら整形することにより各丸導体２１の巻回長は同じになるために丸導体２１間に巻線全体としての循環電流をほとんど無くすことができる。渦電流損失は磁束に対して、直角方向の寸法が大きくなる程多くなるため、丸導体２１のサイズを従来の平角線より小さくすることで低減が可能となる。
【００１７】
このような丸導体を図２に示すように、熱融着性絶縁被膜３２ａ、３２ｂで被覆した外径の異なる複数本の丸導体３１ａ、３１ｂを用意し、この丸導体３１ａ、３１ｂを一定のピッチで撚りながら全体としてほぼ平角形状に圧縮成形し複導体３３を構成する。この場合、中心部の丸導体３１ａの外径を外側の丸導体３１ｂの外径よりも大きくして，全体の撚り本数を減らすことにより中心部の導体断面積を増加させ熱伝導を良くし、占積率も改善されることで複導体３３全体の熱伝導を向上する。
【００１８】
また、中心部の丸導体径が大きいため中心部で剛性等の機械的強度を負担することができ、短絡機械力に対する機器の信頼性も向上する。さらには丸導体径の組み合わせを変えることで平角形状に圧縮成形する複導体３３の縦横寸法の製造範囲も広げることができる。
【００１９】
熱融着性絶縁被膜２３としては熱伝導性の良い合成樹脂、又は合成樹脂中に熱伝導性の良い粒子状又は繊維状の無機充填剤４を単独又は併用して混入し、半硬化状にしたものを用いる。巻線構成後、加熱して巻線に固着される。このため、巻線の熱伝導性が向上し巻線部の熱放散が容易となり、巻線部の温度上昇を軽減することができる。また、各丸導体２１は熱融着性絶縁被膜２３で導体同士が接着されるために巻線の剛性が向上し短絡機械力が高く、巻線部の絶縁距離短縮等によるコンパクト化や機器の小形化を可能にする。
【００２０】
熱伝導性の良い熱融着性絶縁被覆としては、ポリエステル、ポリエステルイミド、エポキシ等がある。無機充填剤は、粒子状無機充填剤としてシリカ、アルミナ、雲母粉、炭化珪素、ガラス粉、カーボングラファイト、二酸化Ｔｉ、ボロンナイトライド、窒化珪素等があり、繊維状無機充填剤としてウオーラストナイト、ガラス繊維、アルミナ繊維、炭化珪素繊維、ボロン繊維、カーボン繊維等がある。
特に熱伝導率の高いものとして結晶性シリカ、炭化珪素、窒化アルミナ，アルミナ等がありその種類、量を適当に配合することができる。
【００２１】
図３は本発明の静止誘導電気機器に用いられる巻線の一例を示す斜視図である。
丸導体４１の集合体で形成され、ほぼ平角形状に圧縮成形した複導体４２を熱伝導性の良いフィルム状、繊維状のテープ又はシート状の絶縁物４３で巻回被覆して絶縁し、巻線４４を構成している。これによりむ巻線４４の熱伝導性が向上して熱放散が容易になり、巻線部全体の温度上昇が低減されるため巻線部のコンパクト化に伴う機器の小形化も可能となる。無機充填剤を混入した合成樹脂を片面又は両面に塗布したフィルム状、繊維状のテープ又はシート状の熱伝導性の良い絶縁物４３を巻回して絶縁することによっても更に巻線４４の熱放散を改善でき、上記と同等以上の効果を得ることができる。熱伝導性の良い絶縁物として、繊維状テープ（又はシート）はポリエステル、ポリフェニレンサルファイド、ガラス、アルミナ、アラミド等、フィルム状テープ（又はシート）はポリエステル、ポリフェニレンサルファイドおよび各種弗素系などがある。
【００２２】
図４は本発明の静止誘導電気機器に用いられる巻線の他の例を示す斜視図である。丸導体５１の集合体で形成され、ほぼ平角形状に圧縮成形した複導体５２を有機又は無機系繊維から形成された耐熱性の高いスリーブ状絶縁物５３で被覆し、更にその外側をテープ又はシート状の耐熱性の高い絶縁物５４で被覆巻回して巻線５５を構成している。
【００２３】
一般に自冷容量の大きい変圧器の場合には強制冷却方式の機器よりも温度上昇が増加する可能性があるため運転時の温度上昇に耐える耐熱性の高い絶縁材料を使用する必要がある。本実施の形態によれば、巻線５５は耐熱性の高いスリーブ状絶縁物５３やテープ状又はシート状の耐熱性の高い絶縁物５４等で絶縁されているため、運転時の温度上昇に対して絶縁物の劣化が小さいために、巻線の寿命損失を低減でき機器の長寿命化や小形化も可能になる。また、複導体をスリーブ状絶縁物５３で絶縁してその上にフィルム、繊維状のテープ又はシートの絶縁テープ５４で絶縁することにより複導体エッジ部による摩擦等からテープ又はシート状の耐熱性の高い絶縁物５４を保護して機械的強度低下への影響を軽減できる。
【００２４】
耐熱性の高いスリーブ状絶縁物としては、ガラス繊維スリーブやポリフェニレンサルファイド繊維スリーブ、アラミド繊維スリーブ等があり、耐熱性の高い絶縁物としてはポリイミド、ポリアミドイミド、ホリエチレンナフタレート、アラミド、ポリフェニレンサルファイドおよび弗素系の各種フィルム類、アラミド紙およびガラス、ポリフェニレンサルファイド繊維等がある。もちろん、複導体５２の絶縁被膜を前述のポリエステル、エポキシ以外の耐熱性の高いポリイミド、ポリアミドイミド等で絶縁被膜を構成したり、耐熱性の高い無機充填剤を適用することによっても更に機器の長寿命化等が可能であることはいうまでもない。
【００２５】
尚、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、圧縮成形した複導体５２に耐熱性の高いスリーブ状絶縁物５３やテープ状又はシート状の耐熱性の高い絶縁物５４を巻回した後又は直接に低誘電率の絶縁物である合成樹脂繊維テープや低誘電率合成樹脂フィルム等を比誘電率の大きさの順に巻回した層を複数用いて絶縁して巻線５５を構成することにより、複導体５２から最外側の絶縁媒体間の比誘電率はゆるやかに傾斜していくために、設置した部分に加わる電界もゆるやかに傾斜し巻線絶縁物と隣接した絶縁媒体への電界を緩和することができ、高電界の電気機器への適用が可能となる。
低誘電率の合成樹脂フィルム、繊維はポリプロピレン、ポリエステル、ポリフェニレンサルファイド、ポリメチルペンテンおよび各種弗素系等がある。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、鉄心と、この鉄心の周囲に巻回される巻線とを有する静止誘導電気機器において、前記巻線が絶縁被膜と、その周囲に熱融着性絶縁被覆を施した複数本の丸導体を一定ピッチで撚りながら断面形状がほぼ平角になるように圧縮成形した複導体により形成するようにしたので、巻線作業が容易で、小形化および効率向上が図れる渦電流損失の低減が可能な静止誘導電気機器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の静止誘導電気機器に用いられる巻線導体の一例を示す断面図。
【図２】本発明の静止誘導電気機器に用いられる巻線の一例を示す断面図。
【図３】本発明の静止誘導電気機器の巻線の他の例を示す斜視図。
【図４】本発明の静止誘導電気機器の巻線の更に他の例を示す斜視図。
【図５】従来の内鉄型変圧器の巻線間絶縁構造の一例を示す断面図。
【図６】図５をＶＩ−ＶＩ線に沿って切断し矢印方向に見た水平断面図。
【符号の説明】
１…主脚鉄心、２…低圧巻線、３…高圧巻線、４…第１の絶縁筒、５…第２の絶縁筒、６…絶縁物、７…ヨーク鉄心、８…締め付けリング、９…支持絶縁物、１０…スペーサ、１１…レール、１２…間隔片、２１，３１ａ，３１ｂ，４１，５１…丸導体、２２，３２ａ，３２ｂ…絶縁被膜、２３…熱融着性絶縁被膜、３３，４２，５２…複導体、４３…熱伝導性の良い絶縁物、４４，５５……巻線、５３…スリーブ状絶縁物、５４…耐熱性の高い絶縁物。

Claims

鉄心と、この鉄心の周囲に巻回される巻線とを有する静止誘導電気機器において、前記巻線が絶縁被膜と、その周囲に熱融着性絶縁被覆を施した複数本の丸導体を一定ピッチで撚りながら断面形状がほぼ平角になるように圧縮成形した複導体により形成されたことを特徴とする静止誘導電気機器。
複導体が外径の異なる複数本の丸導体から成り、中心部の丸導体の外径を外側の丸導体の外径よりも大きくしたことを特徴とする請求項１記載の静止誘導電気機器。
鉄心と、この鉄心の周囲に巻回される巻線とを有する静止誘導電気機器において、絶縁被膜と、その周囲に熱融着性絶縁被覆を施した複数本の丸導体を一定ピッチで撚りながら断面形状がほぼ平角になるように圧縮成形し、この周囲を熱伝達性の良い絶縁物で絶縁被覆した複導体により形成されたことを特徴とする静止誘導電気機器。