JP2006237221A - 限流コイル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 限流コイル装置の各層分担電圧に合わせた層間絶縁距離を確保でき、装置構成や断面が矩形状の通電導体における角部に集中する電界を緩和することができる小型の限流コイル装置を提供する。
【解決手段】 図１において、限流コイル装置１０は、最外層円筒コイル２と、最内層円筒コイル３と、それらの中間に配置された中間層円筒コイル４によって構成されている。これら円筒コイル２，３，４は同心円状で且つそれぞれの間に空間を設けて配置されており、通電導体５は、薄板状線材を積層して形成した端部端面が矩形状の線材であり、絶縁体からなる円筒巻き枠６に同心螺旋状に巻回されている。円筒巻き枠６の通電導体５が巻かれている両端部の外周に溝６ａが設けられ、この溝６ａには、テープ形状の通電導体５の厚さよりも大きい曲率面で構成された、断面形状が円形あるいは楕円形の電界緩和電極７が固定され収納されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、薄板状線材を積層した矩形状の通電導体を螺旋状に巻いてなる限流コイル装置に係り、特に、通電導体の巻回構成に改良を加えた限流コイル装置に関する。

従来より、交流電路における超電導変圧器や、過電流を抑制する抵抗型限流器あるいは整流型限流器には限流コイル装置が組込まれている。ここで、限流コイル装置の従来例について、図１０を参照しながら具体的に説明する。図１０は従来の限流器における限流コイル装置の構成図である。

限流コイル装置の円筒コイル２１には、端部端面が矩形状でテープ形状の通電導体２２が、同軸円筒状の円筒巻き枠２３に、同心螺旋上に巻かれて、円筒コイル２１を収納する容器２４内に絶縁媒体とともに封入されて運転されているものである。
特開２００１−２９１６１１号公報

ところで、上述したテープ形状の通電導体を用いた円筒コイル構成では、機器が高電圧化してくると、第１の問題点として、内層コイルのインダクタンスと外層コイルのインダクタンス値が大きく異なるため、急峻波形に対して電位振動を起こし、ターン間の分担電圧が極端に不平衡である。また、第２の問題点として、通電導体断面形状が矩形状であるため、円筒コイルの端部の電界が極端に高くなり、絶縁耐力を超える高電界部が形成されてしまい、絶縁不良を起こす可能性が高くなることがあった。

本発明は前記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、その目的は、限流コイル装置の各層分担電圧に合わせた層間絶縁距離を確保でき、装置構成や断面が矩形状の通電導体における角部に集中する電界を緩和することができる小型の限流コイル装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、断面が矩形状でテープ状の通電導体が円筒形状巻枠の外周面に順次同心螺旋状に重層することなく巻回してなり、径の異なる複数個から構成され、同心円状に所定の絶縁空間を設けて配置された円筒コイルを、絶縁媒体と共に容器内に収容した限流コイル装置において、前記円筒コイルの両端部には、最小曲率半径が通電導体の厚さ以上の電界緩和電極が設けられていることを特徴とする。

以上のような本発明によれば、周囲温度が大きく変化した場合、材質が異なる円筒巻き枠と電界緩和電極の変形度合いが異なるため両者の位置関係はずれやすくなるが、電界緩和電極が溝内に固定されるため、多少の温度変化による変位では定位置から外れることがない。

また、大きな温度変化を伴う状況下でも電界緩和電極により通電導体端部を常に覆うことができる。これにより、通電導体端部の電界集中を緩和することができる。特に分担される電圧が高い最外層円筒コイルと最内層円筒コイルには効果的に働く。また、最外層に電界緩和電極があることで、対地に対する絶縁特性も大幅に向上する。これにより、絶縁耐力を向上させることができ、限流コイル装置の高電圧化、小型化が可能になる。

本発明によれば、限流コイル装置の各層分担電圧に合わせた層間絶縁距離を確保でき、装置構成や断面が矩形状の通電導体における角部に集中する電界を緩和することができる小型の限流コイル装置を提供することができる。

次に、本発明を実現するための最良の形態（以下、実施形態という。）について図面を参照して具体的に説明する。

（１）第１の実施形態
［構成］
本発明の第１の実施形態について図１を参照して説明する。図１において、限流コイル装置１０は、最外層円筒コイル２と、最内層円筒コイル３と、それらの中間に配置された中間層円筒コイル４によって構成されている。これら円筒コイル２，３，４は同心円状で且つそれぞれの間に空間を設けて配置されており、低温の絶縁性ガスや液体、例えば液体窒素、窒素ガス、６フッ化硫黄ガスなどの絶縁媒体とともに容器１３に絶縁されて収納されている。また、通電導体５は、薄板状線材を積層して形成した端部端面が矩形状の線材であり、絶縁体からなる円筒巻き枠６に同心螺旋状に巻回されている。

第１の実施の形態の限流コイル装置１０では、円筒巻き枠６の通電導体５が巻かれている両端部の外周に溝６ａが設けられ、この溝６ａには、テープ形状の通電導体５の厚さよりも大きい曲率面で構成された、断面形状が円形あるいは楕円形の電界緩和電極７が固定され収納されている。

［作用効果］
以上のような第１の実施形態によれば、周囲温度が大きく変化した場合、材質が異なる円筒巻き枠と電界緩和電極の変形度合いが異なるため両者の位置関係はずれやすくなるが、電界緩和電極が溝６ａ内に固定されるため、多少の温度変化による変位では定位置から外れることがない。

また、大きな温度変化を伴う状況下でも電界緩和電極により通電導体端部を常に覆うことができる。これにより、通電導体端部の電界集中を緩和することができる。特に分担される電圧が高い最外層円筒コイルと最内層円筒コイルには効果的に働く。また、最外層に電界緩和電極があることで、対地に対する絶縁特性も大幅に向上する。これにより、絶縁耐力を向上させることができ、限流コイル装置の高電圧化、小型化が可能になる。

（２）第２の実施形態
［構成］
本発明の第２の実施形態は、第１の実施形態における電界緩和電極の構成に改良を加えたものである。なお、第１の実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図２に示すように、限流コイル装置２０は、溝６ａに固定された電界緩和電極７を絶縁体８により絶縁被覆して構成したものである。

［作用効果］
以上のような第２の実施形態によれば、第１の実施形態における作用効果に加えて、溝に電界緩和電極を固定し、さらにその電界緩和電極を絶縁被覆したことにより、円筒コイル端部の電界を緩和するとともに電荷放射を減少させ、絶縁耐力を向上させることができる。これにより、限流コイル装置の高電圧化、小型化が可能になる。

（３）第３の実施形態
［構成］
本発明の第３の実施形態は、第１の実施形態の電界緩和電極に改良を加えたものである。なお、上記各実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図３に示すように、限流コイル装置３０では、電界緩和電極７の内径を、円筒巻き枠６に巻かれた通電導体５の縦幅ｗよりも小径で構成されている。また、この円筒巻き枠６に絶縁性樹脂９によりモールドされている。

［作用効果］
以上のような第３の実施形態によれば、第１の実施形態における作用効果に加えて、溝に電界緩和電極を固定し、さらに絶縁性樹脂が電界緩和電極を覆うように配置したことにより、円筒コイル端部の電界を緩和するとともに電荷放射を減少させ、絶縁耐力を向上させることができる。これにより、限流コイル装置の高電圧化、小型化が可能になる。

（４）第４の実施形態
［構成］
本発明の第４の実施形態は、円筒コイル２における通電導体５の構成に変更を加えたものであり、これについて図４を用いて説明する。なお、上記各実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図４において、限流コイル装置４０の最外層円筒コイル２の通電導体５の巻き数は、中間層円筒コイル４の通電導体５の巻き数よりも少なく、また中間層円筒コイル４の巻回数は、最内層円筒コイル３の通電導体５の巻き数よりも少なく構成されている。具体的には、図４の例においては、最外層円筒コイル２での通電導体５の巻回数は５であり、中間層円筒コイル４での巻回数は７であり、最内層円筒コイル３での巻回数は９で構成されている。なお、この円筒コイルの巻回数は一例であり、適宜変更可能である。

［作用効果］
以上のような第４の実施形態によれば、外側の円筒コイルほど巻き数を少なく構成することにより、内層と外層のインダクダンスの差が小さくすることができ、各層間に分担される電圧が均一化させることができる。これにより、限流コイル装置の絶縁性能を向上させることができるため、限流コイル装置の高電圧化、小型化が可能となる。

（５）第５の実施形態
［構成］
本発明の第５の実施形態は、円筒コイル２における通電導体５の構成に変更を加えたものであり、これについて図５を用いて説明する。なお、上記各実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図５に示すように、本実施形態の限流コイル装置５０において、最外層円筒コイル２に通電導体５が巻かれている導体範囲５ａは、中間層円筒コイル４の通電導体５が巻かれている導体範囲５ｂよりも狭く、中間層円筒コイル４に通電導体５が巻かれている導体範囲５ｂは、最内層円筒コイル３の通電導体５が巻かれている導体範囲５ｃよりも狭く構成されている。また、各層における通電導体５の配置に合わせて、電界緩和電極７間の間隔も最外層から最内層に向かって徐々に狭くなるように構成されている。

［作用効果］
以上のような第５の実施形態によれば、隣り合うコイル間の通電導体端部の位置が軸方向で異なるため、通電導体端部が同じ位置にある場合に比べて、絶縁距離を大きくとることができる。このように、通電導体の端部位置を隣り合うコイル間で異なる位置に配置することで、通電導体端部間の絶縁距離を大きくとることができ、限流コイル装置の絶縁性能を向上させることができるため、限流コイル装置の高電圧化、小型化が可能になる。

（６）第６の実施形態
［構成］
本発明の第６の実施形態について図６を用いて説明する。なお、上記各実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

第６の実施形態における限流コイル装置６０は、図６に示すように、隣合う円筒コイル間で、電界緩和電極７が接続導体１０ａによって接続されている。具体的には、最外層円筒コイル２の電界緩和電極７ａと、中間層円筒コイル４の電界緩和電極７ａとが接続され、中間層円筒コイル４の電界緩和電極７ｂと最内層円筒コイル３の電界緩和電極７ｂとが接続導体１０ｂによって接続されている。

また、通電導体５の配置もこれに合わせて構成されている。すなわち、接続導体１０ａ、１０ｂによって接続されている側の通電導体端部位置５ｄ及び５ｆと、５ｇ及び５ｉとの軸方向位置は揃っており、接続導体１０ａ、１０ｂによって接続されていない側の通電導体端部位置５ｅ及び５ｇと、５ｆ及び５ｈとは軸方向位置で異なるように構成されている。

［作用効果］
以上のような第６の実施形態によれば、隣り合うコイル間で接続導体１０ａ、１０ｂによって接続されていない側の通電導体５の端部位置が軸方向で異なるため、通電導体５端部が軸方向で同じ位置にある場合に比べて、絶縁距離を大きくとることができる。これにより、通電導体端部間の絶縁距離を大きくとることができ、限流コイル装置の絶縁性能を向上させることができるため、限流コイル装置の高電圧化、小型化が可能になる。

（７）第７の実施形態
［構成］
本発明の第７の実施形態は、第６の実施形態に改良を加えたものであり、これについて図７を用いて説明する。なお、上記各実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

第７の実施形態における限流コイル装置７０は、図７に示すように、隣り合う円筒コイル間を接続する接続導体１０の近傍に接続導体１０全体を覆うように絶縁バリア１１を配設したものである。

［作用効果］
以上のような第７の実施形態によれば、仮に通電導体５の端部から放電が進展しても絶縁バリア１１で放電路が遮断されるため、放電するとすれば絶縁バリア１１を迂回して進展するか絶縁バリア１１を貫通して進展することとなるから、放電の進展を抑制することができるようになる。これにより、限流コイル装置の層間絶縁性能を向上させることができる。

（８）第８の実施形態
［構成］
本発明の第８の実施形態について図８を用いて説明する。なお、上記各実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

第８の実施形態における限流コイル装置８０では、図８に示すように、通電導体５が円筒巻き枠６に巻かれるとともに、コイル端部で接続導体１０に固定されており、接続導体１０はその先端に至るまでに、屈曲して構成され、円筒巻き枠６の最端部と接続導体１０間には絶縁空間１２を設けるようになっている。

［作用効果］
以上のような第８の実施形態によれば、円筒巻き枠６と接続導体１０間の沿面距離を伸ばすことができ、絶縁媒体による絶縁層を円筒巻き枠６と接続導体１０との間に形成することができる。これにより、層間の絶縁構成として、絶縁媒体、円筒巻き枠、絶縁媒体の３要素で構成することができ、限流コイル装置の層間絶縁性能を向上させることができるため、限流コイル装置の小型化が可能になる。

（９）第９の実施形態
［構成］
本発明の第９の実施形態について図９を用いて説明する。なお、上記各実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施形態の限流コイル装置９０は、図９に示すように、最外層、中間層、最内層の各円筒コイル２間を接続する接続導体１０の配置構成に特徴を有するものであり、これらが互いに円周方向６０度ごとにほぼ等間隔に、あるいは層間距離の２倍以上の絶縁距離を保って円周方向に配置されている。

［作用効果］
以上のような第９の実施形態によれば、接続導体１０を円周上に均等に配置し、さらに層間距離の２倍以上の絶縁距離を保つように配置することにより、接続導体間の絶縁距離を確実に確保することができる。これにより、限流コイル装置の層間絶縁性能を向上させることができるため、限流コイル装置の小型化が可能になる。

本発明の第１の実施形態における限流コイル装置の構造を示す図。 本発明の第２の実施形態における限流コイル装置の構造を示す図。 本発明の第３の実施形態における限流コイル装置の構造を示す図。 本発明の第４の実施形態における限流コイル装置の構造を示す図。 本発明の第５の実施形態における限流コイル装置の構造を示す図。 本発明の第６の実施形態における限流コイル装置の構造を示す図。 本発明の第７の実施形態における限流コイル装置の構造を示す図。 本発明の第８の実施形態における限流コイル装置の構造を示す図。 本発明の第９の実施形態における限流コイル装置の構造を示す図。 従来の限流コイル装置の構造を示す図。

符号の説明

１，２０，３０，４０，５０，６０，７０，８０，９０…限流コイル装置
２，２１…円筒コイル
２…最外層円筒コイル
３…最内層円筒コイル
４…中間層円筒コイル
５，２２…通電導体
５ａ，５ｂ，５ｃ…導体範囲
５ｄ，５ｅ…通電導体端部位置
６，２３…円筒巻き枠
６ａ…溝
７，７ａ，７ｂ…電界緩和電極
８…絶縁体
９…絶縁性樹脂
１０，１０ａ，１０ｂ…接続導体
１１…絶縁バリア
１２…絶縁空間
１３，２４…容器

Claims (9)

1. 断面が矩形状でテープ状の通電導体が円筒形状巻枠の外周面に順次同心螺旋状に重層することなく巻回してなり、径の異なる複数個から構成され、同心円状に所定の絶縁空間を設けて配置された円筒コイルを、絶縁媒体と共に容器内に収容した限流コイル装置において、
   前記円筒コイルの両端部には、円周に沿って溝が設けられており、
   前記溝には、最小曲率半径が通電導体の厚さ以上の電界緩和電極が設けられていることを特徴とする限流コイル装置。
2. 前記電界緩和電極は、絶縁体で覆われていることを特徴とする請求項１に記載の限流コイル装置。
3. 前記電界緩和電極は、前記溝内で絶縁性樹脂モールドされていることを特徴とする請求項１又は２に記載の限流コイル装置。
4. 前記同心円状に配置された各円筒コイルの前記通電導体の巻数は、内層の円筒コイルよりも外層の円筒コイルのほうが少ないことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の限流コイル装置。
5. 前記円筒コイルの軸方向に対する前記通電導体の巻回範囲は、内層の円筒コイルよりも外層の円筒コイルのほうが狭いことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の限流コイル装置。
6. 前記同心円状に配置された各円筒コイルのうち隣り合う円筒コイルにおける前記電界緩和電極は、各々軸方向端部のいずれかにおいて接続導体を介して接続されており、前記接続された側の軸方向位置は揃い、当該接続しない側の端部の位置はずれていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の限流コイル装置。
7. 前記電界緩和電極の前記接続されていない側の端部間には、絶縁体で構成される絶縁壁が設けられたことを特徴とする請求項６に記載の限流コイル装置。
8. 前記接続導体は、前記円筒巻き枠に取り付けられ、前記円筒巻き枠の端部において円筒巻き枠と間隔を空けて設けられていることを特徴とする請求項６又は７に記載の限流コイル装置。
9. 各円筒コイルのうち隣り合う円筒コイルにおける前記電界緩和電極間を接続する各接続導体が、円周状にほぼ均等に配置されているか、又は前記接続導体同士が層間の３倍以上の距離を以って配置されていることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の限流コイル装置。

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