JP2015141914A - 静止誘導電器 - Google Patents

Abstract

【課題】静止誘導電器の巻線端部で部分放電が発生した場合でも巻線端部−周辺部材間の絶縁破壊に至りにくい静止誘導電器を提供する。
【解決手段】本体タンク内に静止誘導電器本体を収納し，本体タンクを絶縁冷媒で満たし，巻線２を巻線上支持部，巻線下支持部で固定し，巻線と巻線上支持部、巻線下支持部で連続した冷媒流路を形成し，巻線２から巻線上支持部または巻線下支持部を通って絶縁冷媒空間に接続される冷媒流路を，巻線上下方向に多段になった円環状流路１４Ａ、１４Ｂが接続された構造とし，円環状流路１４Ａ、１４Ｂの接続口１０は次の円環状流路との接続口１１と巻線周方向に互い違いになる構造とし，互い違いの接続口１０と接続口１１は円環状流路の幅よりも距離を置いて配置する。
【選択図】図２

Description

本発明は変圧器やリアクトルなどの静止誘導電器に係り，特に，巻線内部を冷媒で冷却する静止誘導電器に関する。

変圧器やリアクトル等の静止誘導電器は，大容量化，又は小形化の技術進展に伴い損失による発熱密度が高くなる傾向にあり，これを冷却するために絶縁性の冷媒を静止誘導電器のタンク内に充填する方法が広く採用されている。

例えば変圧器の場合，変圧器中身本体をタンクに収納し，鉱油，シリコーン液，植物油，合成エステル油といった絶縁性の液体冷媒をタンク内に充填して液浸し，ラジエータやリブといった冷却設備もしくはタンク壁面と，変圧器本体との間を，液体冷媒が循環することで，変圧器本体が冷却される。変圧器本体において，巻線は発熱源であり，液体冷媒が巻線下部から巻線内に流れ込み，巻線を冷却しながら巻線上部へ流れ出るよう，固体絶縁物を用いて流路を形成する構造が広く採用されている。また，巻線内の冷媒流路は，巻線を上下から固定する巻線上下支持部に設けられた冷媒流路に接続される。

変圧器として正常な動作をするために，巻線は，一次，二次乃至三次以上の巻線同士の間，巻線内の電線間，巻線と鉄心の間，巻線と変圧器タンクの間，巻線上下端部とその周辺の構造物の間などで絶縁が確保されている必要があり，要求される仕様での絶縁耐力を確保するように設計・製造されている。この際，要求仕様における印加電圧を上限にして部分放電が発生しない設計を行うことが最も合理的であるが，使用時に落雷などにより想定以上の過電圧が起きるなど，一時的に仕様を超えた過酷な状況が発生する可能性を完全に排除することは難しい。

従って，そのような過酷な状況を勘案し，仮に部分放電が発生しても絶縁破壊に至りにくい構造であることがより望ましい。一般に，前記巻線下部または上部で部分放電が生じた場合，鉄心締付金具の様な周辺構造物に向かって放電が進展するが，この際放電は前記巻線上下支持部の冷媒流路内を進展し，また多くの場合前記冷媒中及び前記冷媒流路構成する固体絶縁物の沿面に沿って進展する。進展した放電が鉄心締付金具の様な周辺構造物に到達すると絶縁破壊に至る。絶縁破壊に至るには，その放電進展距離が長いほど，放電の原因に大きなエネルギーが必要となる。

例えば，特許文献１では，冷媒の流路空間を固体絶縁物で細かく分割し，一つの空間内の絶縁上の弱点の存在確率を下げる方法が開示されている。

特開２０１３−６５７６２公報

静止誘導器の絶縁構造は，要求仕様の上で合理的に設計されながら，仕様を超える過酷な電圧印加条件において仮に部分放電が発生しても，絶縁破壊に至りにくい構造であることが望ましい。

特許文献１に記載された発明は，流路を固体絶縁物によって細分化することで絶縁冷媒中のゴミなどによる放電発生リスクを抑える効果があるが，巻線端部や端部にあるシールドを起点にした放電が進展する場合については絶縁破壊に至りにくくする効果は限定的である。

本発明では上記静止誘導電器の巻線端部から鉄心締付金具などの周辺部材に至るまでの固体絶縁物による沿面距離伸長を既知構造より長くすることで，巻線端部で部分放電が発生した場合でも巻線端部−周辺部材間の絶縁破壊に至りにくい静止誘導電器を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために，本発明に係る静止誘導電器は，本体タンク内に少なくとも２つの鉄心脚を有する鉄心と，該鉄心脚の周囲に巻回された巻線とを備えた静止誘導電器本体を収納し，前記本体タンク内に絶縁冷媒を封入し前記静止誘導電器本体が前記絶縁冷媒によって浸され，前記鉄心は上下で鉄心締付金具によって締付固定され，前記上下の鉄心締付金具と巻線の間それぞれに絶縁物の巻線支持部を設け，前記巻線と前記巻線支持部には前記絶縁冷媒を流入させる冷媒流路が形成され，前記巻線支持部に設けられた冷媒流路の少なくとも一方は，円環状流路が上下方向に多段に形成され，前記円環状流路同士は，それぞれ一か所以上の接続口で接続され，前記接続口はそれぞれ円環状流路の幅よりも距離をおいて配置されることを特徴とする。

本発明によれば，静止誘導電器に想定外の過大な電圧が印加された場合，仮に部分放電が発生しても絶縁破壊にまで至ることを防ぐことができ，信頼性が向上する。

本発明を適用する変圧器の断面構成を示したものである。 図１の巻線上支持部内の冷媒流路構成を示したものである。本発明を適用した変圧器の要部拡大断面図である。 図２のＵ字形断面の固体絶縁物を実際に構成する際の一例を示したものである。 図２のＵ字形断面の固体絶縁物を実際に構成する際の一例を示したものである。 本発明に用いる固体絶縁物を構成する際の他の例を示したものである。 図２の円環状流路に，流路を支持する流路支持部材を設置した構造の一例を示したものである。 本発明に用いる流路支持部材の一例を示したものである。 本発明に用いる流路支持部材の他の例を示したものである。 本発明に用いる流路支持部材の他の例を示したものである。 本発明に用いる流路支持部材の他の例を示したものである。 円環状流路の周方向断面を平面に表した図である。円周方向位置に設けられた仕切りの配置例を示す。

以下，本発明を実施する上で好適な実施例について図面を用いて説明する。下記はあくまでも実施の例に過ぎず，発明の実施態様を限定する趣旨ではない。

図１に本発明を適用する静止誘導電器の全体的な冷媒流路構造を示す。本体タンク３内に鉄心脚１を有する鉄心と，鉄心脚１の周囲に巻回された巻線２とを備えた静止誘導電器本体が収納される。本体タンク３内に絶縁冷媒が封入され静止誘導電器本体が絶縁冷媒によって浸される。

図１の静止誘導電器本体の構成は，一つの鉄心脚１，その鉄心脚に巻き回された巻線２，鉄心締付金具４，巻線上下の巻線上支持部５および巻線下支持部６それぞれの配置が分かる箇所を断面図として示しているが，実際は二つ以上の鉄心脚を有し，例えば単相二脚，単相三脚，三相三脚，三相五脚といった構成を取り得る。

鉄心はその上下を鉄心締付金具４によって締付固定される。巻線２上部に接して巻線上支持部５が設置され，巻線２下部に接して巻線下支持部６が設置され，巻線２は巻線上支持部５および巻線下支持部６により上下から固定される。

巻線下支持部６〜巻線２〜巻線上支持部５には連続した冷媒流路が形成され，該冷媒流路は巻線上支持部５と巻線下支持部６で絶縁冷媒空間（本体タンク内の静止誘導電器本体及び巻線上支持部５，巻線下支持部６を囲む領域）に接続される。

本体タンク３外部には絶縁冷媒を冷却する冷媒冷却装置７が設置され，本体タンク３と冷媒冷却装置７は上部同士，下部同士が連結管１２で接続される。本体タンク３下部の連結管１２接続口は，巻線下支持部６とタンク内下部配管１３で接続される。下部の鉄心締付金具４は管形状をしており，タンク内下部配管１３の一部を兼ねる構造としているが，タンク内下部配管１３が下部の鉄心締付金具４と独立して構成されてもよい。

冷媒の流れは流路上にポンプの様な動力源を設置して実現してもよいし，冷媒の温度差による対流で実現してもよい。冷媒流路にポンプの様な動力源がない場合，タンク内下部配管１３は省いてもよい。また，静止誘導電器本体の冷却に余裕がある場合は，さらに冷媒冷却装置７を省略いてもよい。

本発明は特に図１で示した巻線上支持部５乃至巻線下支持部６の冷媒流路構造に適用される。図２に示すように，巻線上支持部５では巻線２の上端部とそれを覆うように設置されたＵ字形断面の絶縁物８との間に空間を設けることで第一の円環状流路１４Ａが形成され，さらにそれを覆うようにＵ字形断面の絶縁物８を形成することで第二の円環状流路１４Ｂを形成する。

第一の円環状流路１４Ａは第二の円環状流路１４Ｂと接続口Ａ１０で接続され，第二の円環状流路１４Ｂは，接続口Ｂ１１で本体タンク内の絶縁冷媒空間に接続される。

第一の円環状流路１４Ａと第二の円環状流路１４Ｂとの接続口Ａ１０は，例えば，第一の円環状流路１４Ａと第二の円環状流路１４Ｂを隔てる個体絶縁物８の共有壁に，その中心角４５度毎に８箇所に設けられる。同様に，接続口Ｂ１１は第二の円環状流路１４Ｂの上側壁を形成する固体絶縁物８に中心角４５度毎に８箇所に設けられる。

それぞれの接続口Ａ及び接続口Ｂは巻線円周方向に互い違いになるよう，２２．５度ずつずらして配置するのが好ましい。なお，各接続口の数，円周方向配置や形状は図２のものに限定されず，接続口Ａ１０−接続口Ｂ１１間の距離が円環状流路１４の幅よりも距離を置いて配置されればよい。

また，接続口Ａ１０，接続口Ｂ１１が設けられるのは円環状流路１４の上側壁，下側壁に限られず，流路を接続する機能を果たせば内外径側壁に設けられてよい。

さらに，第一の円環状流路１４Ａに対する第二の円環状流路１４Ｂ同様に，第三，第四・・・と円環状流路１４がより多数接続されてもよく，その場合最上段の円環状流路１４がその下側流路壁以外で絶縁冷媒空間に接続される。これらの構成に依れば，図２に示すような巻線内流路からタンク内空間に向けて，円周方向にジグザグに絶縁冷媒が流れる冷媒流路が実現される。

Ｕ字形断面の固体絶縁物８は，図３に示すようにＬ字形断面の固体絶縁物８Ａの貼り合わせで実現してもよい。この場合，図４に示すように，円筒状固体絶縁物に切り欠を入れて，その部分を内側，外側に折り曲げてＬ字形断面としたものを貼り合わせてもよい。

接続口Ａ１０，接続口Ｂ１１は流路壁に穴を開けることで設けているが，図５に示すように流路壁を構成する固体絶縁部を分割して円周方向配置することで設けてもよい。

図２で示した円環状流路１４の構成は，Ｕ字形断面の固体絶縁物８を貼り合わるなどの方法で流路を支持できるが，図６に示すように，円環状流路１４内部に矩形断面の円環状固体絶縁物の流路支持部材９を設けて流路を支持してもよい。

また，流路支持部材９の形状は流路を支持出来ればこれに限定されず，例えば図７に示す巻線軸方向断面がコルゲート形のものでもよく，図８に示す巻線軸方向断面が円筒形のものでもよく，図９に示すように巻線径方向の断面がコルゲード形のものでもよく，図１０に示すように巻線周方向断面がコルゲート形のものと図７のものの組み合わせであってもよい。

これらの流路支持部材は巻線周方向に連続である必要はなく，複数に分割されたものを巻線周方向に並べて配置したものでもよい。

なお，少なくとも第二の円環状流路以降の円環状流路１４は全周に渡って繋がっている必要はなく，何箇所かで仕切られていてもよい。例えば図１１に示すように構成してもよい。図１１は，円周状の円環状流路１４を説明の便宜上平面に表したものである。このように，円環状流路１４をＵ字形断面の固体絶縁物８の中心角４５度おきに区切った流路として構成してもよい。この場合は連続する流路の接続口１０Ａと接続口Ｂ１１間の距離が円環状流路の幅より大きければよい。また第一以降どの円環状流路１４も軸方向断面形状が一定である必要はない。

これら巻線上支持部５の流路構造は，実現し易いように一般的な形状の絶縁物部材の組み合わせで示したが，複数の部材をひと塊の絶縁物で形成してもよい。また流路構造に関わらない部分の構造は限定されない。

図２〜図１１の構造は巻線上支持部５について示したが，巻線下支持部６についても同様の構造を上下反転して適用でき，また巻線２上下で選択される実施構造が異なったり，片方が従来構造である組み合わせでもよい。

なお，図１で説明したように巻線上支持部５は巻線内流路と本体タンク３内空間を接続するが，巻線下支持部６は巻線内流路と，タンク内下部配管１３または本体タンク３内空間を接続する。

本実施例においては，巻線上支持部乃至巻線下支持部内部に形成される冷媒流路長を，効果的に長くすることができ，その結果巻線上下端部で部分放電が発生した場合に周辺構造物に至るまでの必要な放電進展長が長くなり，静止誘導電器の絶縁信頼性を従来以上に高めることができる。

１・・・鉄心脚
２・・・巻線
３・・・本体タンク
４・・・鉄心締付金具
５・・・巻線上支持部
６・・・巻線下支持部
７・・・冷媒冷却装置
８・・・Ｕ字形断面の固体絶縁物
８Ａ・・・Ｌ字形断面の固体絶縁物
９・・・流路支持部材
９Ａ・・・巻線軸方向断面コルゲート形流路支持部材
９Ｂ・・・巻線軸方向断面円筒形流路支持部材
９Ｃ・・・巻線径方向断面コルゲート形流路支持部材
９Ｄ・・・巻線周方向断面コルゲート形流路支持部材
１０・・・接続口Ａ
１１・・・接続口Ｂ
１２・・・連結管
１３・・・タンク内下部配管
１４・・・円環状流路
１４Ａ・・・第一の円環状流路
１４Ｂ・・・第二の円環状流路
１５・・・絶縁冷媒の流れ

Claims (8)

1. 本体タンク内に少なくとも２つの鉄心脚を有する鉄心と，該鉄心脚の周囲に巻回された巻線とを備えた静止誘導電器本体を収納し，
   前記本体タンク内に絶縁冷媒を封入し前記静止誘導電器本体が前記絶縁冷媒によって浸され，
   前記鉄心は上下で鉄心締付金具によって締付固定され，
   前記上下の鉄心締付金具と巻線の間それぞれに絶縁物の巻線支持部を設け，
   前記巻線と前記巻線支持部には前記絶縁冷媒を流入させる冷媒流路が形成され，
   前記巻線支持部に設けられた冷媒流路の少なくとも一方は，円環状流路が上下方向に多段に形成され，前記円環状流路同士は，それぞれ一か所以上の接続口で接続され，
   前記接続口はそれぞれ円環状流路の幅よりも距離をおいて配置されることを特徴とする
   静止誘導電器。
2. 請求項１に記載の静止誘導電器であって，
   前記円環状流路の一つは，前記巻線の端部と，それを覆うように設置されたＵ字形断面の絶縁物との間に空間を設けることで形成し，
   さらに他の円環状流路が前記Ｕ字形断面の絶縁物と，それを覆うように設置された他のＵ字形断面の絶縁物との間に空間を設けることで形成される静止誘導電器。
3. 請求項２に記載の静止誘導電器であって，
   前記Ｕ字形断面の絶縁物は，二つのＬ字形断面絶縁物により形成される静止誘導電器。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の静止誘導電器であって，
   前記円環状流路の流路壁間に流路支持部材を配置し，流路空間を支持する静止誘導電器。
5. 請求項４に記載の静止誘導電器であって，
   前記流路支持部材の巻線軸方向断面がコルゲート形である静止誘導電器。
6. 請求項４に記載の静止誘導電器であって，
   前記流路支持部材の巻線軸方向断面が円形である静止誘導電器。
7. 請求項４に記載の静止誘導電器であって，
   前記流路支持部材の巻線径方向断面がコルゲート形である静止誘導電器。
8. 請求項４に記載の静止誘導電器であって，
   前記流路支持部材が，その巻線軸方向断面がコルゲート形である部材と巻線周方向断面がコルゲート形である部材の組み合わせで構成される，静止誘導電器。