JP2009088084A - 静止誘導電器 - Google Patents
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Abstract
【課題】タンクの内壁面に非磁性体シールドを効果的に配置して経済的に製作でき、漏洩磁束に基づく温度上昇を抑制すると共に損失を低減できる静止誘導電器を提供する。
【解決手段】各相の鉄心主脚21に、それぞれ巻線Wを巻装した変圧器器本体11をタンク10内に収納し、タンク10には各巻線に対向する少なくともタンク長手方向の内壁面に、巻線の軸方向寸法よりも大きく形成した非磁性体シールド30を取付けている。この非磁性体シールド30は、巻線の軸方向の上端側及び下端側と対向する部分付近に、それぞれ帯状空白部31を設けている。非磁性体シールド30は、帯状空白部31によりタンク10の水平方向に三分割する横シールド部材31Aと、巻線と対向しないタンク10の内壁面に配置し、各横シールド部材31A間を結合する連結シールド部材30Bとから構成する。
【選択図】図1
【解決手段】各相の鉄心主脚21に、それぞれ巻線Wを巻装した変圧器器本体11をタンク10内に収納し、タンク10には各巻線に対向する少なくともタンク長手方向の内壁面に、巻線の軸方向寸法よりも大きく形成した非磁性体シールド30を取付けている。この非磁性体シールド30は、巻線の軸方向の上端側及び下端側と対向する部分付近に、それぞれ帯状空白部31を設けている。非磁性体シールド30は、帯状空白部31によりタンク10の水平方向に三分割する横シールド部材31Aと、巻線と対向しないタンク10の内壁面に配置し、各横シールド部材31A間を結合する連結シールド部材30Bとから構成する。
【選択図】図1
Description
本発明は静止誘導電器に係り、特にタンクの内面に非磁性体シールドを配置する静止誘導電器に関するものである。
近年製作する静止誘導電器は大容量化される傾向にあり、例えば変圧器の場合には全体構造が大型化している。変圧器の大型化は、運転の時にタンクの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増加することになる。
巻線等からの漏れ磁束は、変圧器の構造物、特に巻線が対向して近接するタンクの内壁面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、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。
このため、変圧器では周知のように巻線と対向するタンクの内壁の全面に、珪素鋼帯の磁性体、或いは銅板やアルミニウム板等の非磁性体によるシールド板を配置して取付け、漏れ磁束がタンク内壁面への侵入するのを抑制して局部過熱を防止し、損失低減を図っている。
タンクの内壁面に、非磁性体シールド板を取付けて使用する構造は、銅板やアルミニウム板等を大量に使用するから、近年の如く非磁性体材料の値段が高騰してくると、結果的に変圧器を経済的に製作できなくなっている。
変圧器タンク内壁面に、低抵抗体の銅板或いはアルミニウムを配置し、タンク内壁で漏れ磁束に基づく発生損失を低減する例としては、特許文献1がある。この特許文献1は、鉄心に巻装した巻線の外周部に低抵抗体導体を周回させて閉回路を構成し、この低抵抗体導体に巻線からの磁束を鎖交させて誘導電流を発生させ、タンク内壁での渦電流の発生を抑制し、損失を低減させたものである。
従来のように巻線と対向するタンクの内壁の全面に、銅板やアルミニウム板等の非磁性体シールド板を配置して取付ける静止誘導電器は、タンクの内壁に侵入する漏れ磁束を阻止できるが、非磁性体シールド板の使用量が多いため、経済的に製作できないという欠点がある。
本発明の目的は、タンクの内壁面に非磁性体シールドを効果的に配置して経済的に製作でき、漏洩磁束に基づく温度上昇を抑制すると共に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、鉄心に巻線を巻装した電器本体をタンク内に収納し、前記タンクは前記巻線に対向する少なくともタンク長手方向の内壁面に非磁性体シールドを取付けた静止誘導電器において、前記非磁性体シールドは、前記巻線の軸方向寸法よりも大きく形成して取付けると共に、前記巻線の軸方向上端及び下端付近と対向する前記非磁性体シールド部分にそれぞれ帯状空白部を設けて構成したことを特徴とする。
好ましくは、前記非磁性体シールドは、前記帯状空白部により前記タンク水平方向に三分割される横シールド部材と、前記巻線と対向しない内壁面で前記各横シールド部材間を結合する連結シールド部材とにより構成したことを特徴とする。
また好ましくは、前記非磁性体シールドの帯状空白部は、前記巻線の軸方向寸法をLとしたとき、前記巻線の軸方向の上端及び下端からL/3の範囲内に設けて構成したことを特徴とする。
本発明のように静止誘導電器を構成すれば、タンクの内壁面に非磁性体シールドを適正に配置しているので、巻線からの漏れ磁束がタンクの内壁に侵入するのを阻止して温度上昇を抑制すると共に損失を低減できるし、非磁性体シールド材料の使用量を少なくできるから、重量低減できて経済的に製作することができる。
本発明の静止誘導電器は、鉄心に巻線を巻装した電器本体をタンク内に収納している。タンクは、巻線に対向する少なくともタンク長手方向の内壁面に非磁性体シールドを配置して固定する。タンクの内壁面の非磁性体シールドは、巻線の軸方向の上端及び下端付近と対向する部分にそれぞれ帯状空白部を設けている。
以下、本発明を三相変圧器に適用した図1から図4の一実施例を用いて説明する。この三相変圧器は、下部タンクと中央部タンクと上部タンクからなるタンク10内に、三相3脚鉄心のU、V、W相の鉄心主脚21に、それぞれ巻線22を巻装した変圧器本体11を収納し、絶縁油(図示せず)を充填して構成している。
タンク10の内壁面には、図2のように全周面に銅やアルミニウム製の非磁性体シールド30を配置して溶接等の固定手段によって取付けており、しかもこの非磁性体シールド30は、巻線22の軸方向寸法よりも大きく形成して取付けている。
変圧器の運転の際にある時点の位相では、各相の巻線やリード線(図示せず)からの実線矢印で示す漏れ磁束Φが発生する。この漏れ磁束Φに基づいて、非磁性体シールド30には図1(a)に点線の矢印で示す如く渦電流が流れ、渦電流の反抗力で漏れ磁束がタンク10の内壁に侵入するのを阻止している。
変圧器の運転の際にある時点の位相では、各相の巻線やリード線(図示せず)からの実線矢印で示す漏れ磁束Φが発生する。この漏れ磁束Φに基づいて、非磁性体シールド30には図1(a)に点線の矢印で示す如く渦電流が流れ、渦電流の反抗力で漏れ磁束がタンク10の内壁に侵入するのを阻止している。
各相の巻線22で実線矢印に示す漏れ磁束Φが生じているとき、U相及びW相の巻線22と対向する非磁性体シールド30部分を流れる渦電流は、他相側にも分流していくため、所謂鞍形形状の閉ループを作るように流れる。また、V相の巻線22と対向する非磁性体シールド30を流れる渦電流は、大部分が上下でそれぞれ別の楕円形状の閉ループ作るように流れることがよく知られている。
そして、この非磁性体シールド30に流れる渦電流は、各巻線22の中央部、例えばU相の巻線22の中央部である図1(a)のA−A線に相当する部分において、渦電流を測定してみると、図1(b)に示す如く渦電流のZ方向の成分IZは殆どなく、X方向の成分IXだけとなっている。また各巻線22間、例えばV相とW相の巻線22間である図1(a)のB−B線に相当する部分において、渦電流を測定してみると、図1(c)に示す如く渦電流のX方向の成分IX及びZ方向の成分IZが共に発生している。しかも、渦電流のX方向の成分IX及びZ方向の成分IZを、図1(b)及び図1(c)の双方を巻線22の軸方向で対応させてみると、巻線22の軸方向の上端及び下端付近と対向する部分が、渦電流が大幅に減少する領域を有する分布となる。
このため、本発明の巻線22の軸方向寸法よりも大きく形成して取付ける非磁性体シールド30は、上記した渦電流の流れを考慮し、渦電流の流れが少ない巻線22U、22V、22Wの上端及び下端付近と対向する部分に、それぞれシールドのない帯状空白部31を設ける特別の工夫をしたものである。このように、タンク10の内壁面に取付ける非磁性体シールド30に帯状空白部31を設けようにすると、漏れ磁束に起因する渦電流の流れを阻害することがなく、使用材料を節約して重量低減が図れ、しかも経済的となる。
図2の例では、非磁性体シールド30がタンク10の全周面に設けるため、両側のU相及びW相の巻線の上端及び下端付近と対向するタンク10の内壁面部分に合わせ、非磁性体シールド30の帯状空白部31も、巻線22の大部分と対向するように大きく設けられる。この帯状空白部31の幅及び長さは、例えば事前のシミュレーションによって確認できる渦電流の流れを考慮して設定する。
巻線22の軸方向寸法よりも大きく形成して取付ける非磁性体シールド30を、タンク10の内壁面に取付ける際には、例えば図3に示すように帯状空白部31によって、タンク10の水平方向に横シールド部材30Aを三つに分割して配置する。しかも、各巻線22と対向しないタンク10の内壁面、つまり各相の巻線22間に相当する部分に連結シールド部材30Bを配置して形成する。
この連結シールド部材30Bによって、各横シールド部材30A間を溶接等の連結手段により結合し、タンク10の内壁面に固定することで、巻線22の軸方向の上端及び下端と対向する部分付近に、それぞれ所定の大きさの帯状空白部31を設けている。このようにすると、帯状空白部31を有する非磁性体シールド30を、タンク10の内壁面へ容易に設けることができる。しかも、巻線の軸方向に対して三分割した幅寸法の小さな部材を使用できるため、非磁性体シールド30の製作も容易で費用の低減も図ることができる。
また、非磁性体シールド30に設ける帯状空白部31は、巻線の軸方向上端及び下端と対向する部分付近にそれぞれを設けるが、より具体的には図4に示すように各巻線の軸方向寸法をLとし、これを三分割したときの範囲内に形成、つまり帯状空白部31、各巻線22の軸方向の端部からL/3の寸法範囲内の位置とすれば、上記した渦電流の流れが小さな範囲に効果的に設けることができる。
なお、図3の例では連結シールド部材30Bの長さを、上下の横シールド部材30A間での寸法としているが、上下の横シールド部材30Aを巻線相間に対向する位置で分割し、この間に連結シールド部材30Bを配置して連結することもできる。横シールド部材30A及び連結シールド部材30Bは、非磁性体シールド30を製作し易い寸法に形成して使用できることは明らかである。また、非磁性体シールド30は、横シールド部材30Aと連結シールド部材30Bに同一材料を用いれば、電気抵抗が同一であって渦電流による発生損失の面からも望ましいが、異なる材料であっても同程度の電気抵抗であれば使用することができる。
このように、タンク10の内壁面に、渦電流の流れを考慮して帯状空白部31を設ける非磁性体シールド30を取付けるようにすると、使用材料を節約して軽量化でき、経済的に製作することができる。また、非磁性体シールド30を渦電流の流れに基づき適正に配置しているため、渦電流の大部分は電気抵抗の小さい非磁性体シールド30を流れて、漏れ磁束に対するシールド効果を損なうこともなく、タンク10の内壁で局部的な温度上昇を起こし、損失の増加を抑制することができる。
本発明の他の実施例である図5及び図6に示す三相変圧器は、上記実施例と同一部分に同符号を付しているため、説明を省略する。この三相変圧器では、U、V、W相の鉄心主脚21と左右の側脚23を有する三相5脚鉄心を用いて変圧器本体11を構成し、タンク10内に収納したものである。鉄心に左右の側脚23があるため、U相及びW相の巻線22からの漏れ磁束は、各側脚23に吸引されてタンク10の内壁をシールドする状態となる。このため、各側脚23と対向するタンク10の内壁面の非磁性体シールド30を省略し、タンク10の長手方向の両内壁面のみに非磁性体シールド30を設けている。
この三相変圧器においても、非磁性体シールド30には上記した実施例と同様に、巻線の軸方向の上端及び下端と対向する部分付近に、それぞれ帯状空白部31を設けて、タンク10の内壁面に固定したものである。この実施例においても、帯状空白部31を設けた非磁性体シールド30で、巻線22等からの漏れ磁束による影響を少なくし、上記と同様な効果を達成できる。
本発明の他の実施例である図7及び図8に示す単相変圧器でも、上記実施例と同一部分に同符号を付しているため、説明を省略する。この単相変圧器では、鉄心主脚21と左右の側脚23を有する単相3脚鉄心を用いて変圧器本体11を構成し、タンク10内に収納したものである。この例のタンク10の内壁面に取付ける非磁性体シールド30は、図5及び図6に示す配置と同じであり、また非磁性体シールド30の帯状空白部31も、上記実施例1と同様に設けている。この単相変圧器においても、上記した各実施例と同様な効果を達成できる。
10…タンク、11…変圧器本体、21…鉄心主脚、22…巻線、30…非磁性体シールド、30A…横シールド部材、30B…連結シールド部材、31…帯状空白部。
Claims (3)
- 鉄心に巻線を巻装した電器本体をタンク内に収納し、前記タンクは前記巻線に対向する少なくともタンク長手方向の内壁面に非磁性体シールドを取付けた静止誘導電器において、前記非磁性体シールドは、前記巻線の軸方向寸法よりも大きく形成して取付けると共に、前記巻線の軸方向上端及び下端付近と対向する前記非磁性体シールド部分にそれぞれ帯状空白部を設けて構成したことを特徴とする静止誘導電器。
- 請求項1において、前記非磁性体シールドは、前記帯状空白部により前記タンク水平方向に三分割される横シールド部材と、前記巻線と対向しない内壁面で前記各横シールド部材間を結合する連結シールド部材とにより構成したことを特徴とする静止誘導電器。
- 請求項1又は2において、前記非磁性体シールドの帯状空白部は、前記巻線の軸方向寸法をLとしたとき、前記巻線の軸方向の上端及び下端からL/3の範囲内に設けて構成したことを特徴とする静止誘導電器。
Priority Applications (1)
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Cited By (2)
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KR20160107380A (ko) * | 2015-03-03 | 2016-09-19 | 현대중공업 주식회사 | 구간별로 차폐 두께를 달리한 변압기 |
JP2018026466A (ja) * | 2016-08-10 | 2018-02-15 | 富士電機株式会社 | 変圧器のシールド構造 |
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2007
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KR102016438B1 (ko) | 2015-03-03 | 2019-09-03 | 현대일렉트릭앤에너지시스템(주) | 구간별로 차폐 두께를 달리한 변압기 |
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