JP2009272522A - 三相変圧器 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、変圧器の下部鉄心締付金具の発生損失を許容範囲内に抑制しつつシールド材の使用量を少なくしてコスト低減を図ることのできる三相変圧器を提供することにある。
【解決手段】下部鉄心締付金具５は、断面中空矩形状で長手方向の長さが下部継鉄長より大きく形成され、巻線下端と対向する上水平面５ａに冷却媒体通路口が穿設されており、下部継鉄３との非当接垂直面５ｂに穿設した作業用穴１４を絶縁蓋１５で塞がれて構成されている。下部鉄心締付金具５の下部継鉄３との当接垂直面５ｄは下部鉄心締付金具５の長手方向両端部から両端部脚１Ｕ、１Ｗの下部継鉄３の位置まで非磁性体シールド８ｃを配置され、上水平面５ａは冷却媒体通路口１３を除いた全面に非磁性体シールド８ｃを配置され、非当接垂直面５ｂは上端から絶縁蓋１５の位置まで長手方向全域に非磁性体シールド８ｂを配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は中央脚と２つの端部脚を有する３脚鉄心にそれぞれ巻回された巻線の下端に対向配置される下部鉄心締付金具を備えた三相変圧器に関する。

近年、変圧器は益々大容量化される傾向にあり、それに伴い巻線からの漏れ磁束も増大する傾向にある。特に、巻線の近くに配置される鉄心締付金具は、漏れ磁束に起因する損失の増加や局部的な温度上昇の面から性能および信頼性が問題になってきている。

鉄心締付金具は上部鉄心締付金具と下部鉄心締付金具とがあるが、下部鉄心締付金具は上部鉄心締付金具に比べて構造が複雑で発生損失も大きくなるので、下部鉄心締付金具の発生損失を低減することが要求されている。

従来、下部鉄心締付金具としてはコ字型、Ｌ字型、中空矩形型などの形状のものが知られている。断面中空矩形状の下部鉄心締付金具の発生損失を低減するには、下部鉄心締付金具の上水平面の長手方向全域と、下部継鉄との非当接垂直面の長手方向全域とに磁気シールドを配置することが知られている。このことは、例えば、下記特許文献１に記載されている。

また、Ｌ字形状の下部鉄心締付金具であるが、下部継鉄との当接垂直面の長手方向全域に磁気シールドを配置することが知られている。このことは、例えば、下記特許文献２に記載されている。

このように、従来技術によれば、断面中空矩形状の下部鉄心締付金具の上水平面、下部継鉄との当接垂直面及び下部継鉄との非当接垂直面の長手方向全域に磁気シールドを配置して発生損失を低減することは公知のところである。

特開昭６０−５７９１１号公報 特開平７−３３５４５４号公報

従来技術は、断面中空矩形状の下部鉄心締付金具の上水平面、下部継鉄との当接垂直面及び下部継鉄との非当接垂直面の長手方向全域にシールド材を配置してシールド効果を向上させている。このため、発生損失を低減できるという効果を奏するという反面、多くのシールド材を使用せざるを得なくなり、コスト高になるという欠点を有する。

本発明の目的は、変圧器の下部鉄心締付金具の発生損失を許容範囲内に抑制しつつシールド材の使用量を少なくしてコスト低減を図ることのできる三相変圧器を提供することにある。

本発明の特徴とするところは、下部鉄心締付金具は、断面中空矩形状で長手方向の長さが下部継鉄長より大きく形成され、巻線下端と対向する上水平面に冷却媒体通路口が穿設されており、下部継鉄との非当接垂直面に穿設した作業用穴を蓋で塞がれて構成されて成り、下部鉄心締付金具の下部継鉄との当接垂直面は下部鉄心締付金具の長手方向両端部から両端部脚の下部継鉄の位置まで非磁性体シールドを配置され、上水平面は冷却媒体通路口を除いた全面に非磁性体シールドを配置され、非当接垂直面は上端から絶縁蓋の位置まで長手方向全域に非磁性体シールドを配置されていることにある。

本発明の他の特徴とするところは、下部鉄心締付金具は、断面中空矩形状で長手方向の長さが下部継鉄長より大きく形成され、巻線下端と対向する上水平面に冷却媒体通路口が穿設されており、下部継鉄との非当接垂直面に穿設した作業用穴を蓋で塞がれて構成されて成り、下部鉄心締付金具の下部継鉄との当接垂直面は下部鉄心締付金具の長手方向両端部から両端部脚の下部継鉄の位置まで非磁性体シールドを配置され、上水平面は冷却媒体通路口を除いた全面に非磁性体シールドを配置され、非当接垂直面は上端から絶縁蓋の位置まで長手方向全域に非磁性体シールドを配置され、下部鉄心締付金具の上水平面と下部継鉄との非当接垂直面に配置される非磁性体シールドは、中央脚と両端部脚に巻回した内側巻線間あるいは前記外側巻線間の領域でも除かれていることにある。

本発明の他の特徴とするところは、下部鉄心締付金具の下部継鉄との当接垂直面に配置される非磁性体シールドは、下部鉄心締付金具の長手方向両端部から下部継鉄の長手方向端部まで配置されていることにある。

本発明は下部鉄心締付金具に侵入する漏れ磁束密度の大きい下部鉄心締付金具の領域だけに非磁性体シールドを配置しているため、変圧器の発生損失を実用上許容範囲内（許容値以下）に抑制しつつ非磁性体シールドの使用量を少なくしてコスト低減を図ることができる。

以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。

図１〜図３は本発明の第１の実施例を示す。図１は本発明の一実施例に係る三相変圧器のタンクの側面を断面した側面図、図２はタンクの全面を断面した正面図、図３は一部破談した図１のＡ−Ａ拡大断面図である。

図１〜図３において、１Ｕ、１Ｖ、１Ｗは３脚鉄心で、鉄心脚１Ｖが中央脚、２つの鉄心脚１Ｕ、１Ｗが端部脚となる。３脚鉄心１Ｕ、１Ｖ、１Ｗにはそれぞれ内側巻線６と外側巻線７が巻回されている。３脚鉄心１Ｕ、１Ｖ、１Ｗの上下端には、上部継鉄２および下部継鉄３が配置されている。

内側巻線６と外側巻線７の上下端に対向配置されて巻線６、７を支持する上部鉄心締付金具４と下部鉄心締付金具５が配置されている。上部鉄心締付金具４はコ字形状に形成され、下部鉄心締付金具５は断面中空矩形状に形成されている。

コ字形状の上部鉄心締付金具４は垂直面を上部継鉄２に当接して上部継鉄２の正面から観て前側と後側に設けられ、断面中空矩形状の下部鉄心締付金具５は一方の垂直面を下部継鉄３に当接して下部継鉄３の正面から観て前側と後側に設けられている。下部鉄心締付金具５は長手方向の長さが下部継鉄３の長手方向長より大きく形成されている。

なお、本明細書では、下部鉄心締付金具５の下部継鉄３に当接する一方の垂直面を当接垂直面と称し、下部継鉄３に当接していない他方の垂直面を非当接垂直面と称する。

下部鉄心締付金具５は断面中空矩形状に形成されており、内側巻線６、外側巻線７の下端と対向する上水平面５ａ、非当接垂直面５ｂ、下水平面５ｃおよび当接垂直面５ｄで構成されている。下部鉄心締付金具５には詳細を後述するように非磁性体シールド８が配置されている。

下部鉄心締付金具５の水平面５ａには図３に示すように内側巻線６、外側巻線７を冷却するために複数個の冷却媒体通路穴１３が穿設されている。なお、図３においては下部鉄心締付金具５と内側巻線６、外側巻線７の配置位置を明らかにするために内側巻線６、外側巻線７を破線で示している。

また、下部鉄心締付金具５の非当接垂直面５ｂには図２に示すように、長手方向に沿って複数個の作業用穴１４が穿設されている。作業用穴１４は鉄心脚１Ｕ、１Ｖ、１Ｗを支持するために、コア台９と下部鉄心締付金具５の下水平面５ｃを連結して固定するのに使用される。作業用穴１４はコア台９と下部鉄心締付金具５の連結後に、木材あるいはプラスチック材等の絶縁物で構成された絶縁蓋１５で塞がれる。

このように構成された変圧器本体は冷却媒体１０（鉱油、ガス、シリコーン液等）が封入されたタンク１１内に浸漬収納される。尚、図１、図３の矢印は漏れ磁束１２を示している。

さて、本発明の下部鉄心締付金具５には、次のように非磁性体シールド８が配置されている。非磁性体シールド８としては銅板、アルミ板などが用いられる。

下部鉄心締付金具５の上水平面５ａは図２、図３に示すように冷却媒体通路口１３を除いた全面に非磁性体シールド８ａが配置され、非当接垂直面５ｂは上端から絶縁蓋１５の位置まで長手方向全域に非磁性体シールド８ｂが配置されている。

下部鉄心締付金具５の下部継鉄３との当接垂直面５ｄは、図３に示すように下部鉄心締付金具５の長手方向の一方端部から端部脚１Ｗの下部継鉄３の位置まで、図３では下部継鉄３の長手方向端部まで非磁性体シールド８ｃが配置されている。同様に、図３には図示していないが、下部鉄心締付金具５の長手方向の他方端部から端部脚１Ｕの下部継鉄３の長手方向端部まで非磁性体シールド８ｃが配置されている。

このように下部鉄心締付金具５の当接垂直面５ｄは、下部鉄心締付金具５の長手方向両端部から両端部脚１Ｕ、１Ｗの下部継鉄３の位置まで非磁性体シールド８ｃが配置されている。

本発明の下部鉄心締付金具５は非磁性体シールド８をこのように配置している。図１に示す漏れ磁束１２から判るように下部鉄心締付金具５で発生損失の大きい非当接垂直面５ｂと上水平面５ａに非磁性体シールド８ａ、８ｂを配置している。このため、内側及び外側巻線６、７からの漏れ磁束１２が下部鉄心締付金具５に侵入しようとする際に非磁性体シールド８ａ、８ｂに漏れ磁束１２を打ち消す方向に渦電流が流れ、この渦電流によって生ずる磁束の反抗力により下部鉄心締付金具５への漏れ磁束１２の侵入を抑制する。

また、下部鉄心締付金具５は長手方向の長さが下部継鉄３の長手方向長より大きく形成されている。下部鉄心締付金具５の両端から下部継鉄３の長手方向端部まで、つまり、下部鉄心締付金具５の下部継鉄３からの突出部における当接垂直面５ｄは下部継鉄３で覆われていない状態にあるのを防止するため、図３に示すように非磁性体シールド８ｃを設ける。

図３に矢印で示す漏れ磁束１２が当接垂直面５ｄに侵入しようとする際に非磁性体シールド８ｃに漏れ磁束１２を打ち消す方向に渦電流が流れ、この渦電流によって生ずる磁束の反抗力により下部鉄心締付金具５への漏れ磁束１２の侵入を抑制する。

図４は本発明者達が実測した鉤状板（下部鉄心締付金具５）の漏れ磁束分布特性である。図４は中央部脚（１Ｖ）と端部脚（１Ｗ）の間における下部鉄心締付金具５の垂直板中の漏れ磁束分布を示し、図中の・点は測定値で、特性は各瞬時での分布を包絡値として求めた計算値である。

図４のｘ方向成分は下部鉄心締付金具５の長手方向成分であるが、下部鉄心締付金具５垂直板中のｘ方向成分は端部脚（１Ｗ）部付近で急増する特異な分布になっている。

本発明では、下部鉄心締付金具５の当接垂直面５ｄに、下部鉄心締付金具５の長手方向の一方端部から端部脚１Ｗの下部継鉄３まで非磁性体シールド８ｃを配置し、同様に、下部鉄心締付金具５の長手方向の他方端部から端部脚１Ｕの下部継鉄３まで非磁性体シールド８ｃを配置している。

したがって、図４に示す磁束密度の大きい漏れ磁束１２が下部鉄心締付金具５の両端部脚に侵入しようとする際に非磁性体シールド８ｃに漏れ磁束１２を打ち消す方向に渦電流が流れ、この渦電流によって生ずる磁束の反抗力により下部鉄心締付金具５への漏れ磁束１２の侵入を抑制する。

以上説明したように、本発明は下部鉄心締付金具の下部継鉄との当接垂直面は下部鉄心締付金具の長手方向両端部から端部脚の下部継鉄まで非磁性体シールドを配置し、上水平面は冷却媒体通路口を除いた全面に非磁性体シールドを配置し、非当接垂直面は上端から絶縁蓋の位置まで長手方向全域に非磁性体シールドを配置している。

このように下部鉄心締付金具に侵入する漏れ磁束密度の大きい下部鉄心締付金具の領域だけに非磁性体シールドを配置しているため、下部鉄心締付金具の発生損失は従来技術に比べて若干増加するが実用上許容範囲内に抑制しつつ非磁性体シールドの使用量を大幅に少なくしてコスト低減を図ることができる。

下部鉄心締付金具の下部継鉄との当接垂直面の全面、上水平面は冷却媒体通路口を除いた全面および非当接垂直面の全面に非磁性体シールドを配置するという従来技術に比べて非磁性体シールドの使用量を３０％程度低減できコスト低減を図ることができる。

なお、上述の実施例１は下部継鉄との非当接垂直面には上端から絶縁蓋までの幅の非磁性体シールドを配置している。作業用穴を塞ぐ絶縁蓋はボルト等で固定するため突起部を有している。したがって、非当接垂直面への非磁性体シールドの取付けは突起部を避けてできるので、取付け作業を容易に行える。

また、作業用穴を塞ぐための蓋は絶縁物であり、発生損失を一層低減することができる。

図５、図６は本発明の第２の実施例を示す。図５はタンクの正面を断面した正面図、図６は一部破談した図１のＡ−Ａ拡大断面図である。図５、図６は実施例１の図２、図３に相当する。

図５、図６において図２、図３と異なるところは、下部鉄心締付金具５の上水平面５ａと下部継鉄３との非当接垂直面５ｂに配置される非磁性体シールド８ａ、８ｂは、中央脚１Ｖと両端部脚１Ｕ、１Ｗに巻回された内側巻線６の間あるいは外側巻線７の間の領域でも除かれていることにある。

図７は図４と同様に本発明者達が実測した中央脚（１Ｖ）と端部脚（１Ｗ）の間における下部鉄心締付金具５中の漏れ磁束分布を示したものである。図７のｙ方向成分は下部鉄心締付金具５の直交方向成分であるが、下部鉄心締付金具５の水平板中のｙ方向成分は中央脚（１Ｖ）および端部脚（１Ｗ）の中心付近でピーク値になり、中央脚（１Ｖ）および端部脚（１Ｗ）の間は減少する特性になっている。中央脚（１Ｖ）と端部脚（１Ｕ）の間における下部鉄心締付金具５中の漏れ磁束分布も同様になる。

この漏れ磁束分布特性から明らかなように、図６に示すように内側巻線６の間あるいは外側巻線７の間の領域Ａに非磁性体シールド８ａ、８ｂを配置しなくても、発生損失は多少増加するが実用上許容範囲内に抑制することができることが判る。

このように実施例２においても実施例１と同様に、下部鉄心締付金具に侵入する漏れ磁束密度の大きい下部鉄心締付金具の領域だけに非磁性体シールドを配置しているため、下部鉄心締付金具の発生損失は従来技術に比べて若干増加するが実用上許容範囲内に抑制しつつ被磁性体シールドの使用量を大幅に少なくしてコスト低減を図ることができる。

なお、上述の実施例１と実施例２は、作業用穴を塞ぐための蓋を絶縁物で構成しているが、鉄などの金属で構成してもよいことは勿論のことである。

本発明の一実施例に係る三相変圧器のタンクの側面を断面した側面図である。 本発明の一実施例に係る三相変圧器のタンクの前面を断面した正面図である。 一部破断した図１のＡ−Ａ拡大断面図である。 本発明を説明するための漏れ磁束分布図である。 本発明の他の実施例に係る三相変圧器のタンクの前面を断面した正面図である。 本発明の他の実施例に係る一部破断した図１のＡ−Ａ拡大断面図である。 本発明を説明するための漏れ磁束分布図である。

符号の説明

１…鉄心脚、１Ｖ…中心脚、１Ｕ、１Ｗ…端部脚、２…上部継鉄、３…下部継鉄、４…上部鉄心締付金具、５…下部鉄心締付金具、５ａ…上水平面、５ｂ…非当接垂直面、５ｃ…下水平面、５ｄ…当接垂直面、６…内側巻線、７…外側巻線、８ａ、８ｂ、８ｃ…非磁性体シールド、９…コア台、１０…冷却媒体、１１…タンク、１２…漏れ磁束、１３…冷却媒体通路穴、１４…作業用穴、１５…絶縁蓋。

Claims (4)

1. 中央脚と２つの端部脚を有する３脚鉄心にそれぞれ巻線を巻回し、前記３脚鉄心の上下端に上部継鉄および下部継鉄が配置され、前記巻線の上下端に対向配置されて前記巻線を支持する上部鉄心締付金具と下部鉄心締付金具とを具備する三相変圧器において、前記下部鉄心締付金具は、断面中空矩形状で長手方向の長さが前記下部継鉄長より大きく形成され、前記巻線下端と対向する上水平面に冷却媒体通路口が穿設されており、前記下部継鉄との非当接垂直面に穿設した作業用穴を蓋で塞がれて構成されて成り、前記下部鉄心締付金具の前記下部継鉄との当接垂直面は前記下部鉄心締付金具の長手方向両端部から前記両端部脚の前記下部継鉄の位置まで非磁性体シールドを配置され、前記上水平面は前記冷却媒体通路口を除いた全面に非磁性体シールドを配置され、前記非当接垂直面は上端から前記絶縁蓋の位置まで長手方向全域に非磁性体シールドを配置されていることを特徴とする三相変圧器。
2. 請求項１において、前記３脚鉄心に巻回される巻線は内側巻線と外側巻線とから構成され、前記下部鉄心締付金具の上水平面と前記下部継鉄との非当接垂直面に配置される非磁性体シールドは、前記中央脚と前記両端部脚に巻回した前記内側巻線間あるいは前記外側巻線間の領域でも除かれていることを特徴とする三相変圧器。
3. 請求項１、２のいずれか１項において、前記下部鉄心締付金具の前記下部継鉄との当接垂直面に配置される非磁性体シールドは、前記下部鉄心締付金具の長手方向両端部から前記下部継鉄の長手方向端部まで配置されていることを特徴とする三相変圧器。
4. 請求項１〜３のいずれか１項において、前記下部鉄心締付金具の前記下部継鉄との非当接垂直面に穿設した作業用穴を塞ぐ蓋は絶縁物で構成されていることを特徴とする三相変圧器。

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