JP2008258339A - 静止誘導電器 - Google Patents

Abstract

【課題】巻線および低電圧線路側リード線からの漏れ磁束による重畳現象からタンクの温度上昇を効果的に防ぎ、かつ、有限な資源である磁性体シールド材を効率良く用いて軽量化を図った静止誘導電器を提供する。
【解決手段】巻線３、４からの漏れ磁束１１と、低電圧線路側リード線６からの漏れ磁束１２とが重畳現象によって互いに強め合う領域に増加重畳分用磁気シールド７ａ、７ｂを配置し、しかも、巻線３、４の仮想巻回中心軸とほぼ並行に配置した低電圧線路側リード線６を中心にして上下非対称の位置にのみ増加重畳分用磁気シールド７ａ、７ｂを配置している。
【選択図】図１

Description

本発明は、変圧器やリアクトル等の静止誘導電器に係り、特に、漏れ磁束による温度上昇を抑制するためにタンク内に磁気シールドを配置した静止誘導電器に関する。

絶縁油等を充填したタンク内に巻線を配置して構成した変圧器やリアクトル等の静止誘導電器では、容量増加に伴って巻線両端部から発生する漏れ磁束が大きくなり、タンクの内壁面や鉄心締金具等の構造物に侵入して局部過熱が生じる。従来から、この漏れ磁束によるタンク内壁面での局部過熱を防止するため、タンク内壁面に良電導性の非磁性体シールド、または透磁率の大きな珪素鋼板による磁性体シールドを配置する方法が知られている。前者は非磁性体シールドに発生する渦電流によって漏れ磁束を打ち消すもので、後者は磁性体シールドに漏れ磁束を吸引してタンク内壁面等への漏れ磁束侵入を防止するものである。

大容量の静止誘導電器では、後者の磁性体シールドが多く採用されており、巻線からの漏れ磁束によるタンクの温度上昇を防止するために図６に示すようにタンク５の内壁面に所定の間隔で珪素鋼板からなる磁性体シールド７を多数並置している。ところで、このような静止誘導電器では、二次側巻線から導出された低電圧線路側リード線６が巻線３、４の仮想巻回中心軸とほぼ平行な関係を有して立ち上げられる部分を有しており、この部分の低電圧線路側リード線を流れる電流による漏れ磁束が考慮されている。例えば、低電圧線路側リード線を流れる大電流による漏れ磁束がタンクに浸入することによる局部過熱が問題になるような場合、図７に示すように、低電圧線路側リード線６とタンク５の内壁との対向位置一帯にシールド支持部材１４を設け、このシールド支持部材１４上にボルト１３と固定座１５により密に並べた磁気シールド７を設置して、これらの磁気シールド７で漏れ磁束を吸引すると共に、磁気シールド７の背面側に冷却流路１６を形成した構造が知られている（例えば、特許文献１を参照）。また、図８に示すように絶縁距離を確保するために隣接した各相巻線４Ｕ、４Ｖとタンク５間の最短対向部を避けて低電圧線路側リード線６を配置した場合、低電圧線路側リード線６とタンク５間の最短対向部には隣接する磁性体シールド７の対向間隙が存在するため、漏れ磁束１２はこの磁性体シールド７の対向間隙でタンク５側に漏れることになり、この漏れ磁束１２に各相巻線４Ｕ、４Ｖからの漏れ磁束１１が重畳され、この対向間隙部付近で漏れ磁束の最大値が生じてしまうことが示されている（例えば、特許文献２を参照）。

特開平１０−２９４２２６号公報 特開２００２−７５７５１号公報

しかしながら、従来の静止誘導電器では、巻線の仮想巻回中心軸とほぼ平行な関係を有して巻線の近傍に低電圧線路側リード線が位置する場合、この低電圧線路側リード線を流れる大電流による漏れ磁束と、巻線からの漏れ磁束との重畳現象について十分な検討がなされていなかった。つまり、上述した重畳現象によって漏れ磁束が強め合う箇所と弱め合う箇所が生じることを考慮した磁性体シールド７の配置や構成については検討がなされていなかった。このため、磁性体シールド７の材料が増加したり、その取り付けのための作業工数が増加してしまっていた。
例えば、特許文献２では、低電圧線路側リード線６と巻線４Ｕ、４Ｖからの磁束が重畳することについて述べているが、磁性体シールド７の対向間隙部付近で漏れ磁束の最大値が生じるのを防ぐために同箇所の磁性体シールド７を省略するだけで、重畳現象によって漏れ磁束が強め合う箇所と弱め合う箇所が生じることについての検討がないため、この磁性体シールド７を省略した箇所では漏れ磁束がタンク内壁面に侵入して漏れ磁束による加熱が生じてしまい、結局、漏れ磁束がタンク内壁面に侵入するのを効率的に防ぐことはできなかった。

本発明の目的は、巻線および低電圧線路側リード線からの漏れ磁束による重畳現象からタンクの温度上昇を効果的に防ぎ、かつ、有限な資源である磁性体シールド材を効率良く用いて軽量化を図った静止誘導電器を提供することにある。

本発明は上述の目的を達成するために、タンク内に、巻線と、この巻線の仮想巻回中心軸とほぼ平行に配置した部分を有して前記巻線から引き出した低電圧線路側リード線と、前記タンクの内壁面の前記仮想巻回中心軸方向に配置されて漏れ磁束による前記タンクの発熱を防止する磁気シールドとを設けた静止誘導電器において、前記仮想巻回中心軸とほぼ平行に配置した部分の前記低電圧線路側リード線の軸方向両端部に位置する前記タンク内壁面に、前記巻線と前記低電圧線路側リード線からの漏れ磁束が重畳現象により互いに強め合う領域に位置すると共に、同部分の前記低電圧線路側リード線を中心として非対称の位置にそれぞれ増加重畳分用磁気シールドを配置したことを特徴とする。

また請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の静止誘導電器において、前記低電圧線路側リード線の軸方向両端部でそれぞれ重畳現象により漏れ磁束が互いに弱め合う領域の前記磁気シールドは省略し、前記増加重畳分用磁気シールドは、前記低電圧線路側リード線の軸方向両端部でそれぞれ重畳現象により漏れ磁束が互いに強め合う領域にのみ設けたことを特徴とする。

さらに請求項３に記載の本発明は、請求項１に記載の静止誘導電器において、前記低電圧線路側リード線の軸方向両端部でそれぞれ前記巻線と前記低電圧線路側リード線からの漏れ磁束が重畳現象により互いに弱め合う領域に減少重畳分用磁気シールドを配置すると共に、この減少重畳分用磁気シールドを同部分の前記低電圧線路側リード線を中心として非対称の位置にそれぞれ配置し、前記増加重畳分用磁気シールドは、前記減少重畳分用磁気シールドよりも厚くしたことを特徴とする。

本発明による静止誘導電器は、巻線の仮想巻回中心軸の両端部における巻線と低電圧線路側リード線からの漏れ磁束が重畳現象により互いに強め合う領域をそれぞれ特定し、この特定した部分に増加重畳分用磁気シールドを設けているため、この増加重畳分用磁気シールドによって漏れ磁束を吸引するなどして、漏れ磁束がタンク内壁面に侵入するのを効率的に防いでタンクの局部加熱を防止することができ、特定部分に付設した増加重畳分用磁気シールドにより磁気シールド材の使用を減らして軽量化を図った静止誘導電器とすることができる。

また請求項２に記載の本発明による静止誘導電器は、増加重畳分用磁気シールドの付設領域を特定化すると共に、重畳現象により互いに弱め合う領域では磁気シールドを省略しているため、有限な資源である磁気シールド材の使用を一層減らして軽量化を図ることができる。

さらに請求項３に記載の本発明による静止誘導電器は、重畳現象により互いに強め合う領域に配置した増加重畳分用磁気シールドは、重畳現象により互いに弱め合う領域に配置した減少重畳分用磁気シールドよりも厚くしたため、特定した部分にのみ設けた増加重畳分用磁気シールドによって漏れ磁束がタンク内壁面に侵入するのを効率的に防いでタンクの局部加熱を防止することができ、しかも、特定部分に付設した減少重畳分用磁気シールドにより巻線と低電圧線路側リード線からの漏れ磁束に差が生じても効率的に吸引などして磁気シールド材の使用を減らして軽量化を図った静止誘導電器とすることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施の形態による静止誘導電器として示す単相センタコア変圧器の水平断面図である。
単相センタコア変圧器は、絶縁油や絶縁性ガスを充填したタンク５内に、主脚１と、この主脚１に巻回した一次側巻線３および二次側巻線４と、側脚２と、主脚１および側脚２を結合した図示しないヨークなどを収納して構成されている。一次側巻線３には一次側巻線電流８が、また二次側巻線４には二次側巻線電流９がそれぞれ矢印の向きに流れ、巻線３、４の上端部では詳細を後述するように漏れ磁束１１が矢印で示すように放射線状に発生する。タンク５の側壁の内面側には、巻線３、４からの漏れ磁束１１が浸入して温度上昇するのを防ぐために、巻線３、４の仮想巻回中心軸方向とほぼ平行でタンク５の下部から上部まで延びた複数の磁気シールド７が所定の間隙をもって並設されている。この磁気シールド７は、珪素鋼板を積層して構成しても良いし、銅、アルミニウムといった良導電性の非磁性シールドであっても良い。

また、巻線４から引き出された低電圧線路側リード線６は、絶縁距離を確保するため巻線３、４とタンク５の最短の対向部を避けた位置でタンク５の内壁面に沿って立ち上げられた部分、つまり巻線３、４の仮想巻回中心軸とほぼ平行な軸方向に立ち上げられた部分を有して配置されている。この低電圧線路側リード線６には紙面垂直手前方向に向かって電流１０が流れ、この電流１０によって低電圧線路側リード線６を中心に漏れ磁束１２が生じるものとする。

上述したように巻線３、４に図示の向きに一次側巻線電流８および二次側巻線電流９が流れた場合、巻線３、４の上端部では図１に矢印で示したように漏れ磁束１１が巻線３、４の内部側からタンク５の内壁面に向かって放射線状に発生することになる。これに対して、巻線３、４の下端部では図２に矢印で示したように漏れ磁束１１がタンク５の内壁面から巻線３、４の内部側に向かって放射線状に発生することになる。

従って、低電圧線路側リード線６の近傍では、巻線３、４からの漏れ磁束１１と、低電圧線路側リード線６からの漏れ磁束１２が互いに影響を及ぼし合う。巻線３、４の上端部では、図１に示したように低電圧線路側リード線６を流れる電流１０による漏れ磁束１２は、左半分の領域ａにおいて巻線３、４からの漏れ磁束１１と同方向になり重畳して互いに強め合うように作用し、一方、右半分の領域ｂにおいては巻線３、４からの漏れ磁束１１と逆方向となり重畳して互いに弱め合うように作用する。このようにして、領域ａにおいてはタンク５の内壁面に向かって流れる磁束密度が増大し、領域bにおいてはタンク５の内壁面に向かって流れる磁束密度は減少する。

これに対して巻線３、４の下端部では、図２に示したように低電圧線路側リード線６を流れる電流１０による漏れ磁束１２は、右半分の領域ｂにおいて巻線３、４からの漏れ磁束１１と同方向になり重畳して互いに強め合うように作用し、一方、左半分の領域ａにおいては巻線３、４からの漏れ磁束１１と逆方向となり重畳して互いに弱め合うように作用する。このようにして、領域ｂにおいてはタンク５の内壁面に向かって流れる磁束密度が増大し、領域ａにおいてはタンク５の内壁面に向かって流れる磁束密度は減少する。

そこで、図１に示すように巻線３、４の上端部においては、巻線３、４からの漏れ磁束１１と低電圧線路側リード線６からの漏れ磁束１２とが重畳現象により互いに強め合う領域ａにのみ増加重畳分用磁気シールド７aを設置し、重畳現象により互いに弱め合う領域ｂの磁気シールドを省略している。また図２に示すように巻線３、４の下端部においては、巻線３、４からの漏れ磁束１１と低電圧線路側リード線６からの漏れ磁束１２が重畳現象により強め合う領域ｂにのみ増加重畳分用磁気シールド７ｂを設置し、重畳現象により弱め合う領域ａの磁気シールドを省略している。

図３は、図１のＡ−Ａ線から見たタンク５の内壁面に配置した磁気シールドを示す平面図である。
同図から分かるように、巻線３、４からの漏れ磁束１１と低電圧線路側リード線６からの漏れ磁束１２とが重畳しない位置、つまり低電圧線路側リード線６から離れた位置に配置した磁気シールド７は、タンク５のほぼ下端部からほぼ上端部まで上下方向に延びた複数枚から成り、各磁気シールド７間には所定の間隙が形成されている。これに対して、巻線３、４からの漏れ磁束１１と低電圧線路側リード線６からの漏れ磁束１２とが重畳する位置、つまり低電圧線路側リード線６の近傍に配置した増加重畳分用磁気シールド７ａ、７ｂは、上述した磁気シールド７とは異なる配置構造としている。

より詳細には、巻線３、４からの漏れ磁束１１と低電圧線路側リード線６からの漏れ磁束１２とが重畳現象により互いに強め合う領域には増加重畳分用磁気シールドを配置するが、巻線３、４からの漏れ磁束１１と低電圧線路側リード線６からの漏れ磁束１２とが重畳現象により互いに弱め合う領域では増加重畳分用磁気シールドを省略している。この結果、巻線３、４の上端部においては、巻線３、４からの漏れ磁束１１と低電圧線路側リード線６からの漏れ磁束１２とが重畳現象により互いに強め合う領域ａに、しかもタンク５のほぼ上半分だけに配置した増加重畳分用磁気シールド７ａとしている。一方、巻線３、４の下端部においては、巻線３、４からの漏れ磁束１１と低電圧線路側リード線６からの漏れ磁束１２とが重畳現象により互いに弱め合う領域ｂに、しかもタンク５のほぼ下半分だけに配置した増加重畳分用磁気シールド７ｂとしている。こうして、これら両増加重畳分用磁気シールド７ａ、７ｂは、低電圧線路側リード線６を中心にして上下非対称の位置にのみ配置している。

なお、図３におけるＢ−Ｂ線から見た変圧器上半部は図１に示した水平断面図に対応し、Ｃ−Ｃ線から見た変圧器下半部は図２に示した水平断面図に対応している。

このような構成の単相センタコア変圧器によれば、巻線３、４からの漏れ磁束１１と、低電圧線路側リード線６からの漏れ磁束１２とが重畳現象によって互いに強め合う領域には増加重畳分用磁気シールド７ａ、７ｂを配置し、巻線３、４の仮想巻回中心軸とほぼ並行に配置した低電圧線路側リード線６を中心にして上下非対称の位置にのみ配置しているため、この増加重畳分用磁気シールド７ａ、７ｂで効率的に漏れ磁束を吸引し、図１および図２に示すように漏れ磁束が集中してタンク５内壁面に侵入するのを効率的に防いでタンク５の局部加熱を防止することができる。しかも、重畳現象により互いに弱め合う領域で、かつ低電圧線路側リード線６を中心にして上下非対称の位置では磁気シールドを省略しているため、有限な資源である磁気シールド材の使用を減らして軽量化を図った単相センタコア変圧器とすることができる。さらに、低電圧線路側リード線６からの漏れ磁束１２による重畳現象を考慮することによって、低電圧線路側リード線６の位置は電気絶縁上の要素によって決めることができるようになり、設計の自由度を拡大することができる。

図４は、本発明の他の実施の形態による静止誘導電器としての単相センタコア変圧器の上半分を示す水平断面図であり、図１との同等物には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
先の実施の形態では、低電圧線路側リード線６からの漏れ磁束１２と、巻線３、４からの漏れ磁束１１とが重畳現象によって互いに弱め合う領域では磁気シールドを省略したが、低電圧線路側リード線６近傍において、低電圧線路側リード線６からの漏れ磁束１２と、巻線３、４からの漏れ磁束１１との差分が大きくなった場合、重畳現象によって弱め合う領域でもタンク５の内壁側での局部過熱を考慮する必要が生じる。

このような場合、図４に示したようにタンク５の上半分において、巻線３、４からの漏れ磁束１１と、低電圧線路側リード線６からの漏れ磁束１２とが重畳現象によって互いに強め合う領域ａには、増加重畳分用磁気シールド７ａを配置し、また重畳現象によって互いに弱め合う領域には差分の漏れ磁束を吸引する減少重畳分用磁気シールド７ｃを配置する。重畳現象によって漏れ磁束が互いに弱め合う領域ｂに配置した減少重畳分用磁気シールド７ｃは、その漏れ磁束の差分を吸引するに足りる厚みにするのに対して、重畳現象によって漏れ磁束が互いに強め合う領域に配置した磁気シールド７ａは、減少重畳分用磁気シールド７ｃに比べてその厚みを増している。同図で重畳現象によって漏れ磁束が互いに弱め合う領域ｂに配置した減少重畳分用磁気シールド７ｃは、低電圧線路側リード線６から離れた位置に配置した磁気シールド７とほぼ同じ厚みにしているが、両漏れ磁束の差分を考慮した厚みとすれば良い。

図示を省略しているがタンク５の下半分においては、先の実施例の説明から分かるように巻線３、４からの漏れ磁束１１と、低電圧線路側リード線６からの漏れ磁束１２とが重畳現象によって互いに強め合うのは領域ｂであり、また巻線３、４からの漏れ磁束１１と、低電圧線路側リード線６からの漏れ磁束１２とが重畳現象によって互いに弱め合うのは領域ａである。そこで、領域ｂに増加重畳分用磁気シールド７ｂを配置し、領域ａに減少重畳分用磁気シールド７ｃを配置すると共に、領域ｂに配置する増加重畳分用磁気シールド７ｂの厚みを減少重畳分用磁気シールド７ｃよりも増大している。

図５は、図４のＤ−Ｄ線から見たタンク５の内壁面に配置した磁気シールドを示す平面図である。同図から分かるように、巻線３、４からの漏れ磁束１１と低電圧線路側リード線６からの漏れ磁束１２とが重畳しない位置、つまり低電圧線路側リード線６から離れた位置に配置した磁気シールド７は、タンク５の上下方向にほぼ同じ厚さで連続して延びた複数枚から成り、各磁気シールド７間に所定の間隙を形成しながら並置している。

これに対して、巻線３、４からの漏れ磁束１１と低電圧線路側リード線６からの漏れ磁束１２とが重畳する位置に配置した磁気シールドは異なる構造としている。つまり、巻線３、４からの漏れ磁束１１と低電圧線路側リード線６からの漏れ磁束１２とが重畳する位置に配置した磁気シールドは、タンク５のほぼ下端部からほぼ上端部まで連続して延びた構造としている点では同じであるが、上述した重畳現象により漏れ磁束が互いに強め合う部分の増加重畳分用磁気シールド７ａ、７ｂは、巻線３、４の仮想巻回中心軸とほぼ並行に配置した低電圧線路側リード線６を中心にして上下非対称の位置にのみ配置しており、また重畳現象により漏れ磁束が互いに弱め合う部分の減少重畳分用磁気シールド７ｃよりも厚みを増した構造としている。具体的には、巻線３、４の仮想巻回中心軸の上端部側では増加重畳分用磁気シールド７ａを減少重畳分用磁気シールド７ｃよりも厚みを増し、巻線３、４の仮想巻回中心軸の下端部側では増加重畳分用磁気シールド７ｂを減少重畳分用磁気シールド７ｃよりも厚みを増している。

この実施の形態における単相センタコア変圧器でも、巻線３、４の仮想巻回中心軸方向に配置した低電圧線路側リード線６の近傍に配置した磁気シールドのうち、巻線３、４の仮想巻回中心軸の一方端側では、重畳現象により漏れ磁束が互いに強め合う部分を増加重畳分用磁気シールド７ａとし、また巻線３、４の仮想巻回中心軸の他方端側では、同様に重畳現象により漏れ磁束が互いに強め合う部分を増加重畳分用磁気シールド７ｂとし、これらの増加重畳分用磁気シールド７ａ、７ｂを低電圧線路側リード線６を中心にして上下非対称に配置されている点で先の実施の形態と同一構成である。

このような構成の単相センタコア変圧器によれば、巻線３、４からの漏れ磁束１１と、低電圧線路側リード線６からの漏れ磁束１２とが重畳現象によって強め合う領域には厚みを増した増加重畳分用磁気シールド７ａ、７ｂを配置するものの、重畳現象により弱め合う領域では相対的に厚みの小さな磁気シールド７ｃとし、増加重畳分用磁気シールド７ａ、７ｂを低電圧線路側リード線６を中心にして上下非対称に配置しているため、先の実施の形態の場合と同様に重畳現象によって強め合う領域では吸引効果の高い増加重畳分用磁気シールド７ａ、７ｂによって漏れ磁束を効率的に吸引などしてタンク５の局部加熱を防止することができ、また重畳現象により弱め合う領域では有限な資源である磁気シールド材の使用を相対的に減らして、効果的に軽量化を図った単相センタコア変圧器とすることができる。

上述した各実施の形態は単相センタコア変圧器について説明したが、単相２脚、３相３脚、３相５脚変圧器でも同様に適用することができ、また、変圧器以外、例えばリアクトルのように巻線近傍にリード線を配置した静止誘導電器に適用することができる。また３相変圧器で実施する場合は、巻線とリード線の漏れ磁束の重畳についてそれぞれの電流の位相差を考慮して適用すると良い。

本発明の一実施の形態による静止誘導電器としての単相センタコア変圧器の上半部を示す平面図である。 図１に示した単相センタコア変圧器の下半部を示す平面図である。 図１に示した単相センタコア変圧器のＡ−Ａ線側から見たタンク内壁面のシールド配置を示す平面図である。 本発明の他の実施の形態による静止誘導電器としての単相センタコア変圧器の要部を示す平面図である。 図４に示した単相センタコア変圧器のＤ−Ｄ線側から見たタンク内壁面のシールド配置を示す平面図である。 従来の静止誘導電器を示す平面図である。 従来の他の静止誘導電器を示す平面図である。 従来のさらに他の静止誘導電器を示す平面図である。

符号の説明

１ 主脚
２ 側脚
３ 一次側巻線
４ 二次側巻線
５ タンク
６ 低電圧線路側リード線
７ 磁気シールド
７ａ、７ｂ 増加重畳分用磁気シールド
７ｃ 減少重畳分用磁気シールド
８ 一次側巻線電流
９ 二次側巻線電流
１０ リード線電流
１１、１２ 漏れ磁束

Claims (3)

1. タンク内に、巻線と、この巻線の仮想巻回中心軸とほぼ平行に配置した部分を有して前記巻線から引き出した低電圧線路側リード線と、前記タンクの内壁面の前記仮想巻回中心軸方向に配置されて漏れ磁束による前記タンクの発熱を防止する磁気シールドとを設けた静止誘導電器において、前記仮想巻回中心軸とほぼ平行に配置した部分の前記低電圧線路側リード線の軸方向両端部に位置する前記タンク内壁面に、前記巻線と前記低電圧線路側リード線からの漏れ磁束が重畳現象により互いに強め合う領域に位置すると共に、同部分の前記低電圧線路側リード線を中心として非対称の位置にそれぞれ増加重畳分用磁気シールドを配置したことを特徴とする静止誘導電器。
2. 請求項１に記載の静止誘導電器において、前記低電圧線路側リード線の軸方向両端部でそれぞれ重畳現象により漏れ磁束が互いに弱め合う領域の前記磁気シールドは省略し、前記増加重畳分用磁気シールドは、前記低電圧線路側リード線の軸方向両端部でそれぞれ重畳現象により漏れ磁束が互いに強め合う領域にのみ設けたことを特徴とする静止誘導電器。
3. 請求項１に記載の静止誘導電器において、前記低電圧線路側リード線の軸方向両端部でそれぞれ前記巻線と前記低電圧線路側リード線からの漏れ磁束が重畳現象により互いに弱め合う領域に減少重畳分用磁気シールドを配置すると共に、この減少重畳分用磁気シールドを同部分の前記低電圧線路側リード線を中心として非対称の位置にそれぞれ配置し、前記増加重畳分用磁気シールドは、前記減少重畳分用磁気シールドよりも厚くしたことを特徴とする静止誘導電器。

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