JP2009076534A - 静止誘導電器 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構造で鉄心締付金具の水平部材部分の温度上昇を効果的に抑制でき、損失を低減できる静止誘導電器を提供する。
【解決手段】変圧器の中身は、鉄心脚部１０及び上下の継鉄部１１とからなる鉄心と、各鉄心脚部１０に巻装する巻線２とからなる。継鉄部１１の両側に配置する鉄心締付金具１２は、少なくとも継鉄部１１を押圧する垂直部材１２Ａと、垂直部材１２Ａの各端側に配置して固定する水平部材１２Ｂ、１２Ｃから形成される。水平部材１２Ｂの巻線２との対向面及び水平部材１２Ｃの反巻線側の面には、それぞれ鉄心締付金具１２の長手方向に延びる非磁性体シールド１３、１４を配置している。鉄心締付金具１２の垂直部材１２Ａは、巻線２の両側端面付近となる外面位置に強制分流用非磁性体シールド１５を配置し、これにより非磁性体シールド１３、１４間を連結している。
【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、特に鉄心締付金具の部分に非磁性体シールドを備えた静止誘導電器に関する。

静止誘導電器、例えば変圧器やリアクトルは、近年ますます大容量化して全体構造が大型化している。変圧器の場合、大型化すると、運転の際にタンク内部に収納する巻線や巻線より引き出すリード線からの漏れ磁束も著しく増加することになる。漏れ磁束は、変圧器のタンクや変圧器鉄心等の構造物に侵入して渦電流を誘起し、渦電流に基づき局部的な温度上昇を引き起こして損失を増大させるため、製品の性能や信頼性等の面から問題となる。

一方、変圧器鉄心は、珪素鋼板を積層して形成しており、鉄心脚間を連結する上下の継鉄部に、通常鋼板にて製作する鉄心締付金具を配置し、これにより締付けて一体に構成している。この上下の鉄心締付金具は、通常継鉄部を押圧する垂直部材と、この垂直部材の一端側に固定して巻線の端面に対向する水平部材とにより、断面が略Ｌ字状や略コ字状に形成して使用される。

鉄心締付金具の水平部材は、巻線端面に近接して対向することから、漏れ磁束の侵入による局部温度上昇を極力低減する必要がある。このため、鉄心締付金具は、巻線上下の端面と近接して直接対向する水平部材、更には垂直部材の他端側面或いは反巻線側の水平部材の上面に、鉄心締付金具の電気抵抗よりも小さな銅やアルミニュウムの非磁性体シールドを、鉄心締付金具の長手方向に延びるように配置することが提案されている（特許文献１参照）。

鉄心締付金具の水平部材の面等に配置する非磁性体シールドは、漏れ磁束が進入した場合、この非磁性シールドには漏れ磁束による渦電流が流れ、渦電流により生ずる磁束が、漏れ磁束を打ち消すように働くから、漏れ磁束の侵入を抑制でき、鉄心締付金具部分が局部的に温度上昇するのを防ぎ、損失の増大を防止することができる。

特許公報第２９４２４４８号

上記の特許文献１の如く、鉄心締付金具の水平部材に非磁性体シールドを配置すると、特に巻線に対向する水平部材の位置付近では、漏れ磁束が鉄心締付金具の水平部材に侵入するとき、非磁性体シールドの長手方向に、漏れ磁束を打ち消す渦電流が流れようになる。この渦電流によって生ずる磁束の反抗力で漏れ磁束を打ち消すことにより、漏れ磁束が鉄心締付金具へ侵入するのを阻止し、局部的な温度上昇を引き起こすのを防止する。

しかし、非磁性体シールドが配置されていない鉄心締付金具の垂直部材の面、特に巻線間の如く巻線の両側端面付近と対向する面で、渦電流は鉄心締付金具の水平方向から垂直方向に方向を変えて集中して流れ、この位置付近で局部的な温度上昇を起こし、損失を低減できない問題があった。

本発明の目的は、簡単な構造で鉄心締付金具の水平部材部分の温度上昇を効果的に抑制でき、損失を低減できる静止誘導電器を提供することにある。

本発明の静止誘導電器は、複数の鉄心脚部及び上下の継鉄部とからなる鉄心と、前記各鉄心脚部に巻装する巻線とを有し、前記各継鉄部の両側に配置する鉄心締付金具は、前記継鉄部を押圧する垂直部材と、前記垂直部材の一端側及び他端側に固定して巻線の端面と対向するように配置する水平部材とから断面コ字状に形成され、前記垂直部材の一端側の前記水平部材の巻線と対向する面及び前記垂直部材の他端側の前記水平部材の反巻線側となる面には、それぞれ前記鉄心締付金具の長手方向に延びる非磁性体シールドを配置した静止誘導電器において、前記鉄心締付金具の垂直部材及び水平部材には、前記巻線の両側端面付近となる外面位置に前記非磁性体シールドと略同一の電気抵抗の強制分流用非磁性体シールドを配置し、前記強制分流用非磁性体シールドにより前記非磁性体シールド間を連結して構成したことを特徴とする。

また本発明の静止誘導電器は、複数の鉄心脚部及び上下の継鉄部とからなる鉄心と、前記各鉄心脚部に巻装する巻線とを有し、前記各継鉄部の両側に配置する鉄心締付金具は、少なくとも前記継鉄部を押圧する垂直部材と、前記垂直部材の一端側に固定して巻線の端面と対向するように配置する水平部材とから断面Ｌ字状に形成され、前記水平部材が巻線と対向する面、及び垂直部材の反巻線側となる側面には、それぞれ前記鉄心締付金具の長手方向に延びる非磁性体シールドを配置した静止誘導電器において、前記鉄心締付金具の垂直部材及び水平部材には、前記巻線の両側端面付近となる外面位置に前記非磁性体シールドと略同一の電気抵抗の強制分流用非磁性体シールドを配置し、前記強制分流用非磁性体シールドにより前記非磁性体シールド間を連結して構成したことを特徴とする。

好ましくは、前記鉄心締付金具は、前記巻線間と対向する位置に前記水平部材と前記垂直部材間を連結する補強部材を設け、前記補強部材の両側面に前記強制分流用非磁性体シールドを配置し、前記強制分流用非磁性体シールドは前記非磁性体シールドと電気的に結合して構成したことを特徴とする。

更に、前記鉄心締付金具の垂直部材は、継鉄部より外側に突出した内側面にそれぞれ内面非磁性体シールドを配置し、前記内面非磁性体シールドと前記各非磁性体シールドと強制分流用非磁性体シールドとを電気的に結合して構成したことを特徴とする。

本発明の静止誘導電器は、鉄心締付金具の垂直部材及び水平部材には、巻線の両側端面付近となる外面位置に強制分流用非磁性体シールドを配置し、この強制分流用非磁性体シールドによって非磁性体シールド間を連結しているため、巻線からの漏れ磁束が鉄心締付金具に進入しようとしたとき、漏れ磁束を打ち消す方向の渦電流が非磁性体シールドに流れ、これにより生ずる磁束の反抗力で効果的に阻止できる。したがって、非磁性体シールドが設けられていない鉄心締付金具の垂直部材及び水平部材内に漏れ磁束が侵入するのを防止し、局部的な温度上昇を起こすのを効果的に抑制でき、損失の低減を図ることができる。

本発明の静止誘導電器では、複数の鉄心脚とこの上下の継鉄部とを有し、前記各継鉄部の両側に鉄心締付金具を配置する鉄心と、前記各鉄心脚部に巻装する巻線とを有している。鉄心締付金具は、少なくとも前記継鉄部を押圧する垂直部材と、この垂直部材の一端側に固定して巻線の端面に対向する水平部材とからなっており、水平部材の巻線と対向する面及び垂直部材の他端側面に、それぞれ鉄心締付金具の長手方向に延びる非磁性体シールドを配置している。しかも、垂直部材及び水平部材は、巻線の両側端面付近となる外面位置に非磁性体シールドと略同一の電気抵抗の強制分流用非磁性体シールドを配置し、前記強制分流用非磁性体シールドにより前記非磁性体シールド間を連結して構成する。

以下、本発明の一実施例について、三相３脚変圧器の本体中身のみに省略して示す図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を参照して説明する。本体中身は、３脚の鉄心１及びＵ、Ｖ、Ｗの各相の巻線２からなっており、珪素鋼板を積層して形成する鉄心１は、各相分の鉄心脚部１０及びこれらの間を連結する上下の継鉄部１１を備え、各鉄心脚部１０に低圧側及び高圧側の巻線２を巻装している。

継鉄部１１の両側に鉄心１を締付ける鉄心締付金具１２を配置しており、鉄心締付金具１２は少なくとも継鉄部１１を押圧する垂直部材１２Ａと、垂直部材１２Ａの巻線端面と対向する一端側及び反巻線側の他端側に配置して固定する水平部材１２Ｂ、１２Ｃとによって、断面が略コ字状に形成されている。
なお、図１では上部側の鉄心締付金具１２部分を例にして説明するが、下部側の鉄心締付金具でも略同様に構成されるため、以下では全て下部側を省略して説明する。

この鉄心締付金具１２は、水平部材１２Ｂの巻線２との対向面、及び垂直部材１２Ａの他端側面である水平部材１２Ｃの反巻線側の面に、それぞれ鉄心締付金具１２の長手方向の全面に亘って延びるように非磁性体シールド１３、１４を配置している。

そして、垂直部材１２Ａ及び水平部材１２Ｂ、１２Ｃには、各巻線２の両側端面の付近となる後述する外面位置に、嵌め込むように強制分流用非磁性体シールド１５を配置している。この配置を、図１（ａ）及び（ｃ）を用いてより具体的に説明する。強制分流用非磁性体シールド１５は、Ｕ相とＶ相の巻線間やＶ相とＷ相の巻線間、更には他相の巻線と対抗しない両外のＵ相とＷ相の巻線２の両端面付近となる対応する４個所の外面位置、言い換えると各鉄心脚部１０間に相当する位置及び左右のＵ相、Ｗ相の鉄心脚部１０より外側の位置部分に対応する４個所に配置されている。

この強制分流用非磁性体シールド１５により、水平部材１２Ｂの巻線と対向する面、及び垂直部材１２Ａの他端側である水平部材１２Ｃの反巻線側の面に配置した非磁性体シールド１３と１４間を、溶接等の固着手段により電気的に結合状態に連結している。

強制分流用非磁性体シールド１５は、鉄心締付金具１２よりも電気抵抗の小さい銅やアルミニウム等の材料を用いる非磁性体シールド１３、１４と同様のものを用いるか、或いは異なる材料であっても同程度の電気抵抗の材料を用いるものであり、当然のことながら渦電流による発生損失を考慮して材料を適切に選定使用する。

このようにすると、各巻線から侵入する漏れ磁束によって、図１（ａ）に矢印で示すように鉄心締付金具１２部分に発生して流れる渦電流は、非磁性体シールド１３と１４ばかりか、強制分流用非磁性体シールド１５を通って一方の非磁性体シールド１３又は１４から他方の非磁性体シールド１４又は１３に流れる。非磁性体シールド１３と１４及び強制分流用非磁性体シールド１５を流れる渦電流は、侵入する漏れ磁束を打ち消す方向の磁束を生ずるから、巻線２からの漏れ磁束は殆ど鉄心締付金具１２の面には侵入しなくなる。

このように、渦電流の大部分は鉄心締付金具１２よりも電気抵抗の小さい非磁性体シールド１３、１４と強制分流用非磁性体シールド１５を流れるため、Ｕ相とＶ相の巻線間或いはＶ相とＷ相の巻線２間及びＵ相とＷ相の巻線２の端部付近と対応する外面位置の鉄心締付金具１２の垂直部材１２Ａ外面や、水平部材１２Ｂの上側面、水平部材１２Ｃの下側面で、局部的な温度上昇を抑制でき、損失を低減することが可能となる。特に、巻線２間では渦電流が重畳するが、強制分流用非磁性体シールド１５を配置しているため、鉄心締付金具１２における局部を防ぐことができる。

本発明の他の実施例である図２（ａ）、（ｂ）では、同一部分を同符号で示している。この実施例の鉄心締付金具１２は、垂直部材１２Ａとこの巻線側に固定する水平部材１２Ｂにより、断面が略Ｌ字型に形成されている。そして、水平部材１２Ｂが巻線と対向する下面に非磁性体シールド１３を、また垂直部材１２Ａの他端側の反巻線側面に直線状に伸びる非磁性体シールド１４を配置している。

しかも、垂直部材１２Ａや水平部材１２Ｂには、図１の実施例と同様に各巻線２の両側端面の付近となる外面位置に、強制分流用非磁性体シールド１５を配置している。そして、非磁性体シールド１３と非磁性体シールド１４の両者間は、強制分流用非磁性体シールド１５によって電気的に結合した構成としている。

この実施例の構成でも、各巻線２から鉄心締付金具１２に侵入して発生する漏れ磁束で、渦電流が生じて図２（ａ）に矢印で示すように鉄心締付金具１２よりも電気抵抗の小さい部分を流れ、この渦電流で逆に侵入する漏れ磁束を打ち消す方向の磁束を生ずるから、巻線２からの漏れ磁束は殆ど鉄心締付金具１２の面には侵入せず、上記と同様な効果を達成できる。

本発明の別の実施例である図３（ａ）、（ｂ）では、同一部分を同符号で示しており、この実施例の鉄心締付金具１２は、両端部の構造のみが図２（ａ）、（ｂ）の例と異なっており、他の部分は同一構成となっている。

鉄心締付金具１２は、垂直部材１２Ａの反巻線端側に、折り曲げて直線状に伸びる非磁性体シールド１４を配置している。その上、鉄心締付金具１２の両端が、継鉄部１１より外側に突出する部分、つまり垂直部材１２Ａが継鉄部１１より外となってしまう内側面に、内面非磁性体シールド１６を配置している。そして、内面非磁性体シールド１６と各非磁性体シールド１３、１４と強制分流用非磁性体シールドとを電気的に結合し、鉄心締付金具１２の両端の全周を取り囲むようにしている。

本実施例の構造においても、上記と同様な効果を達成することができる。また、鉄心締付金具１２の両端の突出する内面部分に漏れ磁束が進入しようとしても、内面非磁性体シールド１６を内面に配置しているため、この鉄心締付金具１２よりも電気抵抗の小さい内面非磁性体シールド１６に渦電流が流れて、巻線２からの漏れ磁束が侵入し難くなり、両端部の鉄心締付金具１２の垂直部材１２Ａでも局部的な温度上昇を抑制し、損失を減らすことが可能となる。

なお、上記した内面非磁性体シールド１６は、垂直部材１２Ａの両端が継鉄部１１から突出する内面に簡単に設けることができるものであるから、図１や図２や後述する図４の構造等の鉄心締付金具１２にも適用できることは明らかである。

本発明の更に別の実施例である図４（ａ）、（ｂ）でも、同一部分を同符号で示しおり、この実施例の鉄心締付金具１２の補強構造と、強制分流用非磁性体シールド１５の一部の配置のみが図１（ａ）、（ｂ）と異なっており、他の部分は同一構成である。

断面が略コ字状に形成された鉄心締付金具１２は、各巻線２の端面間、即ちＵ相とＶ相の巻線２間やＶ相とＷ相の巻線２間に対応する外面位置に、垂直部材１２Ａや水平部材１２Ｂ及び１２Ｃを一体に結合して機械的強度を補強する補強部材１２Ｄが設けられている。

そして、この鉄心締付金具１２の両端部に配置する上記した強制分流用非磁性体シールド１５とは別形状のものを形成しておき、この特別形状の強制分流用非磁性体シールド１５を補強部材１２Ｄの両面に適合させて配置し、この強制分流用非磁性体シールド１５は、非磁性体シールド１３、１４と電気的に結合している。

この実施例のように、鉄心締付金具１２の機械的強度を向上させる構造でも、鉄心締付金具１２よりも電気抵抗の小さい非磁性体シールド１３、１４や強制分流用非磁性体シールド１５を渦電流が流れるため、上記と同様な効果を達成することができる。

以上の実施例では、本発明について全て三相３脚変圧器の例で説明したが、三相５脚変圧器や単相２脚変圧器についても同様適用することができ、同様な効果が期待できることは明らかである。

なお、三相５脚変圧器の場合、強制分流用非磁性体シールド１５は、三相３脚変圧器と同様な配置個数となるが、単相２脚変圧器の場合は、巻線間の外側端面付近及び各巻線の外側端面と対向する位置付近の外面の３箇所に、強制分流用非磁性体シールド１５が配置される。

（ａ）は、本発明の一実施例である三相３脚変圧器の上部のみを示す概略斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線の概略縦断面図、（ｃ）は（ａ）の概略側面図である。 （ａ）は、本発明の他の実施例である三相３脚変圧器の上部のみを示す概略斜視図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線の概略縦断面図である。 （ａ）は、本発明の別の実施例である三相３脚変圧器の上部のみを示す概略斜視図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線の概略縦断面図である。 （ａ）は、本発明の更に別の実施例である三相３脚変圧器の上部のみを示す概略斜視図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線の概略縦断面図である。

符号の説明

１…鉄心、２…巻線、１０…鉄心脚部、１１…継鉄部、１２…鉄心締付金具、１２Ａ…垂直部材、１２Ｂ、１２Ｃ…水平部材、１２Ｄ…補強部材、１３、１４…非磁性体シールド、１５…強制分流用非磁性体シールド、１６…内側非磁性体シールド。

Claims (4)

1. 複数の鉄心脚部及び上下の継鉄部とからなる鉄心と、前記各鉄心脚部に巻装する巻線とを有し、前記各継鉄部の両側に配置する鉄心締付金具は、前記継鉄部を押圧する垂直部材と、前記垂直部材の一端側及び他端側に固定して巻線の端面と対向するように配置する水平部材とから断面コ字状に形成され、前記垂直部材の一端側の前記水平部材の巻線と対向する面、及び前記垂直部材の他端側の前記水平部材の反巻線側となる面には、それぞれ前記鉄心締付金具の長手方向に延びる非磁性体シールドを配置した静止誘導電器において、前記鉄心締付金具の垂直部材及び水平部材には、前記巻線の両側端面付近となる外面位置に前記非磁性体シールドと略同一の電気抵抗の強制分流用非磁性体シールドを配置し、前記強制分流用非磁性体シールドにより前記非磁性体シールド間を連結して構成したことを特徴とする静止誘導電器。
2. 複数の鉄心脚部及び上下の継鉄部とからなる鉄心と、前記各鉄心脚部に巻装する巻線とを有し、前記各継鉄部の両側に配置する鉄心締付金具は、少なくとも前記継鉄部を押圧する垂直部材と、前記垂直部材の一端側に固定して巻線の端面と対向するように配置する水平部材とから断面Ｌ字状に形成され、前記水平部材が巻線と対向する面及び垂直部材の反巻線側となる側面には、それぞれ前記鉄心締付金具の長手方向に延びる非磁性体シールドを配置した静止誘導電器において、前記鉄心締付金具の垂直部材及び水平部材には、前記巻線の両側端面付近となる外面位置に前記非磁性体シールドと略同一の電気抵抗の強制分流用非磁性体シールドを配置し、前記強制分流用非磁性体シールドにより前記非磁性体シールド間を連結して構成したことを特徴とする静止誘導電器。
3. 請求項１又は２において、前記鉄心締付金具は、前記巻線間と対向する外側位置に前記水平部材と前記垂直部材間を連結する補強部材を設け、前記補強部材の両側面に前記強制分流用非磁性体シールドを配置し、前記強制分流用非磁性体シールドは前記非磁性体シールドと電気的に結合して構成したことを特徴とする静止誘導電器。
4. 請求項１から３のいずれかにおいて、前記鉄心締付金具の垂直部材は、前記継鉄部より外側に突出した内側面にそれぞれ内面非磁性体シールドを配置し、内面非磁性体シールドと前記各非磁性体シールドと強制分流用非磁性体シールドとを電気的に結合して構成したことを特徴とする静止誘導電器。

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