JP2011199143A

JP2011199143A - 乾式変圧器

Info

Publication number: JP2011199143A
Application number: JP2010066295A
Authority: JP
Inventors: Norihiro Sugano; 伯浩菅野; Hiroyuki Mabuchi; 裕之馬渕; Koji Sakurai; 浩治櫻井; Yoshinori Sunaga; 善則須永
Original assignee: Tokyo Electric Power Co Inc; Takaoka Electric Mfg Co Ltd
Current assignee: Takaoka Toko Co Ltd; Tokyo Electric Power Co Holdings Inc
Priority date: 2010-03-23
Filing date: 2010-03-23
Publication date: 2011-10-06
Anticipated expiration: 2030-03-23
Also published as: JP5377379B2

Abstract

【課題】絶縁強度や耐用年数を考慮しつつ小型化を図ることができ、しかもハンガー形式とすることができる乾式変圧器を提供することである。
【解決手段】外箱１１は底部１５に外気を採り入れるための冷却穴２２を有し、外箱１１の内壁と巻線１４との間隔を既存の間隔より大きく保って巻線１４を外箱の内部に配置し、巻線１４の上部に避雷器１９を設置し、巻線１４の一次巻線２８は既存の線径より細い線径で形成され、主絶縁部２６の厚さは既存の厚さより大きい厚さとして一次巻線２８と二次巻線２４との絶縁距離を確保し、エンド絶縁部３０と一次巻線２８との間は所定の一次側端部絶縁距離ｈ１を保って鉄心１３との絶縁距離を確保し、エンド絶縁部３０と二次巻線２４との間は所定の二次側端部絶縁距離ｈ２を保って鉄心１３との絶縁距離を確保する。
【選択図】図１

Description

本発明は、配電線の電力を需要家に供給する乾式変圧器に関する。

配電線の電力を需要家に供給する変圧器としては、絶縁油を封入した油入変圧器、絶縁樹脂でモールド形成したモールド変圧器あるいは空気を絶縁体とした乾式変圧器がある。

油入変圧器やモールド変圧器は、絶縁油や絶縁樹脂で絶縁距離を確保できるので小型化が図れる。そこで、使用される変圧器は、油入変圧器やモールド式変圧器が多い。一方、乾式変圧器は、空気を絶縁体としているので大型となるが、漏油して環境に悪影響を与えることがないので、主に屋内の受電設備の一部に使用されている。

乾式変圧器として、変圧器を断面半円弧状の鉄心と該鉄心の外側に巻回されてなる１次コイル及び２次コイルからなる部分体が２個組み合わされたドーナツ形状に構成し、設置時に偏心荷重が電柱にかからず電柱の安定性を向上させたものがある（例えば、特許文献１参照）。

また、積層したコアとその周囲に巻回した一次コイルおよび二次コイルからなるブロックを３相に配置し、そのブロックのコアの積層方向が鉛直方向と直角になるように、同一投影面上に配置して各ブロックを鉛直に積み重ねて小型化を図ったものがある（例えば、特許文献２参照）。

特開平９−１４８１４５号公報特開２００４−３１９７６６号公報

しかし、特許文献１のものは、電柱の安定性は優れているが、柱上変圧器に対する保守作業（昇柱作業、カットアウトによる断路、事故操作（課電式事故操作）や電圧変動対策（タップ変更）が考慮されていない。保守作業を考慮した場合には現行の変圧器にハンガ座を備えたハンガー形式の変圧器が望まれる。また、特許文献２のものは、３相のブロックを同一投影面上に配置して各ブロックを鉛直に積み重ねているので小型化は図れるが、絶縁強度や耐用年数についての考慮がない。

乾式変圧器の場合は、油入変圧器やモールド式変圧器に対して大きくなるので、小型化が要請され、しかも柱上変圧器として使用するには、ハンガー形式の変圧器とすることが要請される。

本発明の目的は、絶縁強度や耐用年数を考慮しつつ小型化を図ることができ、しかも柱上変圧器として使用する場合にはハンガー形式とすることができる乾式変圧器を提供することである。

本発明の乾式変圧器は、鉄心とこれに巻回された巻線を外箱に収納して形成された乾式変圧器において、前記巻線は、巻芯の端部から所定の二次側端部絶縁距離を保って前記巻芯の幅より短い幅で前記巻芯に巻回された二次巻線と、前記二次巻線の巻回幅と同じ幅で前記二次巻線に巻回された耐熱絶縁材料と、前記耐熱絶縁材料の外側に前記巻芯の幅と同じ幅で既存の厚さより大きい厚さで形成された主絶縁部と、前記主絶縁部の端部から前記二次端部絶縁距離より大きい所定の一次側端部絶縁距離を保って巻回された内側耐熱絶縁材料と、前記内側耐熱絶縁材料に巻回され既存の線径より細い線径の巻線で形成された一次巻線と、前記一次巻線の巻回幅と同じ幅で前記一次巻線に巻回された外側耐熱絶縁材料と、前記鉄心の内側の前記巻芯の端部と前記主絶縁部の端部との間に橋絡して設置され前記鉄心との絶縁距離を保つエンド絶縁部とを備え、前記外箱は底部に外気を採り入れるための冷却穴を有し、前記外箱の内壁と前記巻線との間隔を既存の間隔より大きく保って前記巻線と鉄心を前記外箱の内部に配置し、前記巻線の上部に避雷器を設置したことを特徴とする。

本発明によれば、巻線の一次巻線を既存の線径より細い線径の巻線で形成して一次巻線を小型化するとともに、巻線層間の負担電圧を上げて巻線の耐電圧を下げ、巻線の寿命を外箱の耐用年数に合わせたので、巻線の寿命を乾式変圧器全体としての寿命に合わせることができる。

また、主絶縁部の厚さを既存の厚さより大きい厚さで形成して一次巻線と二次巻線との絶縁距離を確保し、エンド絶縁部と一次巻線との間は所定の一次側端部絶縁距離を保って鉄心との絶縁距離を確保し、エンド絶縁部と二次巻線との間は所定の二次側端部絶縁距離を保って鉄心との絶縁距離を確保し、エンド絶縁部と一次巻線との一次側端部絶縁距離及びエンド絶縁部と二次巻線との二次側端部絶縁距離を確保したので、絶縁強度を保ちつつ巻線の大型化を抑えている。

また、外箱の内壁と巻線との間隔を既存の間隔より大きく保って外箱の内壁と巻線との絶縁距離を確保したので、絶縁強度を確保して外箱にコンパクトに巻線を収納できる。さらに、外箱の底部には外気を採り入れるための冷却穴を設けたので巻線の冷却も行え、外箱内に避雷器を収納可能としてハンガー形式の柱上変圧器とすることができる。

本発明の実施の形態に係る乾式変圧器の構成図。本発明の実施の形態に係る乾式変圧器の底部の平面図。本発明の実施の形態に係る乾式変圧器の二次巻線本体の形成過程の説明図。本発明の実施の形態に係る乾式変圧器の二次巻線本体に一次巻線を形成する過程の説明図。本発明の実施の形態に係る乾式変圧器の巻線を鉄心に装着した状態を示す断面図。

まず、本発明の乾式変圧器の工夫点について説明する。本発明においては、絶縁強度や耐用年数を考慮しつつ小型化を図り、しかもハンガー形式の柱上変圧器としても使用可能とするために、以下の工夫を施した。

（１）変圧器の劣化については、通常外箱の内部の劣化より外箱自体の劣化進展が早い。つまり、巻線の耐用年数が外箱の耐用年数より長いことから、巻線の導体の耐電圧を下げて寿命を筐体の耐用年数に合わせることとした。そのために、巻線の導体の線径を既存の線径より細く形成し軽量化及び小型化を図った。これは、変圧器のほとんどは、負荷率１００％以下で使用されており、機器の利用率が低いので、耐熱クラスよりかなり低い温度上昇となっていることから、巻線を細くしても問題がないことを確認した。

（２）油入変圧器やモールド変圧器と比較して一次巻線と二次巻線との間隔を大きくし、油入変圧器やモールド変圧器と同等の絶縁強度を得られるようにした。そのために一次巻線と二次巻線との間の主絶縁部の厚さを大きくした。

（３）エンド絶縁部と一次巻線との間は所定の一次側端部絶縁距離を保って鉄心との絶縁距離を確保し、エンド絶縁部と二次巻線との間は所定の二次側端部絶縁距離を保って鉄心との絶縁距離を確保した。これにより、鉄心と一次巻線及び二次巻線との間の絶縁強度の強化を図り小型化を図った。

（４）外箱の内壁と巻線との絶縁強度の強化を図るべく、外箱の内壁と巻線との間隔を油入変圧器やモールド変圧器の場合の間隔より大きく保って、外箱の内壁と巻線との絶縁距離を確保した。

（５）巻線の導線を細くしたので低負荷率でも導線温度が高くなることから、外箱の底部には外気を採り入れるための冷却穴を設け、巻線の冷却を行う構造とした。これにより、巻線の耐用年数の短縮を補償させることとした。

（６）また、外箱内の巻線の上部に避雷器を収納できるように巻線を配置し、外箱の外面に吊り金具を取り付けてハンガー形式とした。

以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の実施の形態に係る乾式変圧器の構成図である。図１ではハンガー形式の乾式変圧器の場合の外箱１１の内部構造を示している。外箱１１の上部外面には吊り金具１２が設けられ、ハンガー形式の乾式変圧器を構成している。

外箱１１には鉄心１３に巻回された巻線１４が収納されており、巻線１４の下部は外箱１１の底部１５の鉄心搭載板１６に載置されている。巻線１４は、後述するように二次巻線の外側に一次巻線が巻回されて構成されている。そして、高圧配電線からの一次ケーブル１７は一次ブッシング１８を介して外箱１１の内部に導入され、巻線１４の上部に設置された避雷器１９と、巻線１４の一次巻線に接続されている。また、低圧配電線からの二次ケーブル２０は二次ブッシング２１を介して外箱１１の内部に導入され、巻線１４の二次導体に接続されている。巻線１４には、鉄心１３との絶縁距離を保つエンド絶縁部３０が設けられている。

外箱１４の内壁と巻線１４との間隔ｄは、外箱１１の内壁と巻線１４との絶縁強度の強化を図るべく、既存の油入変圧器やモールド変圧器の場合の間隔より大きく保って、巻線１４は配置されている。外箱１１の底部１５には、図２に示すように、巻線１４の下部を載置するための鉄心搭載板１６が設けられており、この鉄心搭載板１６の周囲には、外箱１１の内部に外気を採り入れるための複数の冷却穴２２が設けられている。これにより、巻線１４からの発熱を外箱１１の外部に放熱できるようにしている。

次に、巻線１４の構造について説明する。図３は二次巻線本体の形成過程の説明図である。図３（ａ）は二次巻線を巻回するための巻芯２３の断面図であり、巻芯２３は絶縁材料で形成され筒状に形成されている。そして、図３（ｂ）に示すように、この巻芯２３に平角導体を多層に巻回して二次巻線２４を形成する。この場合、二次巻線２４の平角導体は、巻芯２３の幅Ａより短い幅Ｂで巻芯２３に巻回される。これにより、巻芯２３の端部から所定の二次側端部絶縁距離ｈ２を確保するようにしている。所定の二次側端部絶縁距離ｈ２を確保するのは、鉄心と二次巻線２４との間の絶縁強度の強化を図るためである。その後に、図３（ｃ）に示すように、二次巻線２４の表面に耐熱絶縁紙２５を巻回する。耐熱絶縁紙２５は二次巻線２４の巻回幅Ｂと同じ幅で巻回される。これにより、二次巻線本体が形成される。

図４は、二次巻線本体に一次巻線を形成する過程の説明図である。図４（ａ）に示すように、図３（ｃ）に示す二次巻線本体の耐熱絶縁材料２５の表面に主絶縁部２６を形成する。主絶縁部２６は、耐熱絶縁材料２５の外側に巻芯２３の幅Ａと同じ幅Ａで形成される。主絶縁部２６の厚さＣは、油入変圧器やモールド変圧器の主絶縁部の厚さより大きい厚さで形成されている。

そして、図４（ｂ）に示すように、主絶縁部２６に内側耐熱絶縁材料２７を巻回する。内側耐熱絶縁材料２７は、二次巻線２４の巻回幅Ｂより短い幅Ｄで主絶縁部２６に巻回され、その内側耐熱絶縁材料２７の幅Ｄに一次巻線２８が巻回される。一次巻線２８は、線径の細い丸線導体を多層に巻回して形成される。その後に、一次巻線２８の表面に内側耐熱絶縁材料２７の幅Ｄと同じ幅で外側耐熱絶縁材料２９を巻回する。これにより、巻線１４が形成される。

ここで、一次巻線２８の導体の線径を既存の線径より細く形成したのは、軽量化及び小型化を図るとともに、一次巻線２８の劣化進展を外箱１１の劣化進展に合わせるためである。また、二次巻線２４の巻回幅Ｂより短い幅Ｄの内側耐熱レジン紙２７に一次巻線２８を巻回するのは、主絶縁部２６の端部から所定の一次側端部絶縁距離ｈ１を確保し、鉄心と一次巻線２８との間の絶縁強度の強化を図るためである。二次巻線２４の巻回幅Ｂより短い幅Ｄの内側耐熱絶縁材料２７に一次巻線２８を巻回するので、所定の一次側端部絶縁距離ｈ１は所定の二次側端部絶縁距離ｈ２より大きくなる。

また、主絶縁部２６の厚さＣを、油入変圧器やモールド変圧器の主絶縁部の厚さより大きい厚さで形成するのは、一次巻線１８と二次巻線２４との間の距離を大きくし、油入変圧器やモールド変圧器と同等の絶縁強度を得られるようにするためである。

図５は、巻線１４を鉄心に装着した状態を示す断面図である。巻線１４には、鉄心１３の内側の巻芯２３の端部と主絶縁部２６の端部との間にエンド絶縁部３０が橋絡して設置されている。エンド絶縁部３０は鉄心１３と巻線１４との絶縁距離を保つものである。

主絶縁部２６の端部にはエンド絶縁部３０が設けられ、しかも主絶縁部２６の端部から所定の一次側端部絶縁距離ｈ１を確保して一次巻線２８を形成しているので、鉄心１３と一次巻線２８との間の絶縁強度の強化を図ることができる。同様に、巻芯２３の端部にはエンド絶縁部３０が設けられ、しかも巻芯２３の端部から所定の二次側端部絶縁距離ｈ２を確保して二次巻線２４を形成しているので、鉄心１３と二次巻線２４との間の絶縁強度の強化を図ることができる。なお、一次側端部絶縁距離ｈ１を二次側端部絶縁距離ｈ２より大きくしているのは、一次側電圧が二次側電圧より大きいからである。

なお、外箱１１内に吸湿材を入れて運転前の湿気を除去し、運転前に吸湿材を除去するようにしてもよい。運転後は外箱１１の内部が高温となるため湿気が一部除去される可能性があることによる。

以上述べたように、本発明の実施の形態によれば、巻線１４の一次巻線２８を既存の線径より細い線径の巻線で形成し、巻線１４の劣化進展と外箱１１の劣化進展用とを合わせるようにしたので、乾式変圧器の小型軽量化を図ることができ、また乾式変圧器全体としての劣化進展がバランスの良い劣化進展となる。

また、主絶縁部２６の厚さを油入変圧器やモールド変圧器の主絶縁部の厚さより大きい厚さで形成して一次巻線２８と二次巻線２４との絶縁距離を確保したので、空気を絶縁体とする乾式変圧器であっても絶縁強度を保つことができる。

エンド絶縁部３０と一次巻線２８との間は所定の一次側端部絶縁距離ｈ１を保って鉄心１３との絶縁距離を確保し、また、エンド絶縁部３０と二次巻線２４との間は所定の二次側端部絶縁距離ｈ２を保って鉄心１３との絶縁距離を確保するので、空気を絶縁体とする乾式変圧器であっても絶縁強度を保ちつつ巻線１４を小型化できる。

また、外箱１１の内壁と巻線１４との間隔を既存の間隔より大きく保って外箱１１の内壁と巻線１４との絶縁距離を確保したので、絶縁強度を確保して外箱１１にコンパクトに巻線１４を収納できる。さらに、外箱１１の底部１５には外気を採り入れるための冷却穴２２を設けたので、一次巻線２８を細くしたことに伴う一次巻線２８の発熱を外部に放熱することができる。さらに、外箱１１内に避雷器１９を収納可能としたのでハンガー形式とすることができる。

これにより、Ａ種絶縁材料を乾式で使用しても、絶縁油入りの油入変圧器と大きさが同等で安価な乾式変圧器を提供でき、しかも、油入変圧器ではないので漏油がなく環境に優しい変圧器を提供できる。

１１…外箱、１２…吊り金具、１３…鉄心、１４…巻線、１５…底部、１６…巻線搭載板、１７…一次ケーブル、１８…一次ブッシング、１９…避雷器、２０…二次ケーブル、２１…二次ブッシング、２２…冷却穴、２３…巻芯、２４…二次巻線、２５…耐熱絶縁紙、２６…主絶縁部、２７…内側耐熱レジン紙、２８…一次巻線、２９…外側耐熱レジン紙、３０…エンド絶縁部、

Claims

鉄心に巻回された巻線を外箱に収納して形成された乾式変圧器において、前記巻線は、巻芯の端部から所定の二次側端部絶縁距離を保って前記巻芯の幅より短い幅で前記巻芯に巻回された二次巻線と、前記二次巻線の巻回幅と同じ幅で前記二次巻線に巻回された耐熱絶縁材料と、前記耐熱絶縁材料の外側に前記巻芯の幅と同じ幅で既存の厚さより大きい厚さで形成された主絶縁部と、前記主絶縁部の端部から前記二次端部絶縁距離より大きい所定の一次側端部絶縁距離を保って巻回された内側耐熱絶縁材料と、前記内側耐熱絶縁材料に巻回され既存の線径より細い線径の巻線で形成された一次巻線と、前記一次巻線の巻回幅と同じ幅で前記一次巻線に巻回された外側耐熱絶縁材料と、前記鉄心の内側の前記巻芯の端部と前記主絶縁部の端部との間に橋絡して設置され前記鉄心との絶縁距離を保つエンド絶縁部とを備え、前記外箱は底部に外気を採り入れるための冷却穴を有し、前記外箱の内壁と前記巻線との間隔を既存の間隔より大きく保って前記巻線を前記外箱の内部に配置し、前記巻線の上部に避雷器を設置したことを特徴とする乾式変圧器。