JP2016207845A - 静止誘導電器 - Google Patents

Abstract

【課題】静止誘導電器の巻線を上下非対称な多層シリンドリカル巻線とする場合，巻線に短絡電流が流れる際に上下方向の大きな電磁力がかかり，巻線が変形する恐れがある。【解決手段】本体タンク（３）内に鉄心（１）と，鉄心（１）の周囲に巻回された巻線（２１，２２）と，鉄心（１）を巻線（２１，２２）の上下で挟持する締め金（１２）とを備え，巻線（２１，２２）は隣り合う層が上下方向に逆向きに巻き進められ，巻線の端部が突出している層と窪んでいる層を有する静止誘導電器であって，締め金（１２）と巻線（２１，２２）の間に巻線保持部材（１０）を有することを特徴とする，静止誘導電器。【選択図】図５

Description

本発明は変圧器やリアクトルなどの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巻線を有している。特に変圧器で内鉄形と呼ばれる構造の巻線では，巻線の巻軸方向（一般にいう巻線上下方向）に垂直方向（一般にいう巻線幅方向）に一次巻線，二次巻線乃至三次巻線以上の巻線が同軸多層状に巻き回されて構成される。内鉄形変圧器巻線の巻き回し構造としては主に，上下方向に導線を巻進めるシリンドリカル巻，巻線幅方向に内側から外側に巻き進め，続いて上下方向の次の段では巻線幅方向に外側から内側に巻き進め，次の段では最初と同様に巻線幅方向に内側から外側に巻き進める構造を繰り返すディスク巻，が知られている。シリンドリカル巻，ディスク巻は，ともに複数の導線を並列巻して構成したり，電界緩和を目的としたシールド材などと共に構成することもある。リアクトルにおいても上記のシリンドリカル巻，ディスク巻で巻線を構成することが出来る。

ディスク巻は，特に巻数が多い場合に巻線寸法を小さく出来る利点を持つが，巻工程が難しい欠点がある。一方シリンドリカル巻は，巻工程を簡便にすることが出来る利点を持つが，特に巻数が多い場合は巻線幅方向にシリンドリカル巻を多層巻して構成するため，層間や上下方向端部の絶縁距離の関係で巻線幅寸法が大きくなる欠点がある。

シリンドリカル巻においては，例えば特許文献１に見られるように，巻線の低電位側では巻線上下の端部絶縁距離が短くてよいため，巻数が多く上下方向寸法の大きな層を形成し，高電位側では巻線上下の端部絶縁距離を長く取る必要があるため，巻数が少なく上下方向寸法の小さな層を形成することで，合理的な寸法となるように各層での巻数を決定している。また特許文献１では内側の層の終わりから外側の層を巻始めた箇所では内側層との電位差が小さいため絶縁寸法を小さくし，当該の外側の層の巻き終わりでは内側層との電位差が大きいため絶縁寸法を大きくすることで，平均的な層間絶縁寸法を小さくしている。

静止誘導電器の巻線を多層シリンドリカル巻で構成するにあたり，電器本体の寸法と製造工程が合理的になるように巻数や巻線寸法，絶縁構造，機械的強度を決めるのが望ましい。

特許文献１に記載された技術は，多層シリンドリカル巻の巻線寸法を抑える構造としては一般的な手法をとりながら，絶縁テープを巻き回すことでテーパ状に層間絶縁を構成し，特に層間絶縁寸法の調節性の向上，巻線機による巻き回し工程の短縮を実現している。

特開平６−１２００２４号公報

巻線表面に冷却流路を設けるなどの理由で，一定の層間距離が設けられる様な場合，その距離により層間に一定の絶縁耐力が確保されることから，層間絶縁に絶縁テープを用いてテーパを設けることが，巻線寸法と工程上必ずしも優位にならない場合がある。

この様な場合は層間絶縁距離を一定とする構成が工程上優位になるが，一般的な構成では層間距離により一層あたりの巻数が決まり，それにより巻線寸法が決まってしまう。そこでさらに，巻線を上下方向に非対称に構成することで，絶縁仕様を満たしながら一層あたりの巻数を多く取って，巻線幅方向寸法を小さくするよう設計できる。この場合，発生する漏れ磁束が上下方向に非対称になることから，巻線に短絡電流が流れる際，巻線に上下方向の大きな電磁力がかかり，巻線が変形する恐れがある。

本発明の目的は，上記静止誘導電器の多層シリンドリカル巻で構成される巻線を，上下方向に非対称に構成することで幅寸法を低減する際に，巻線にかかる上下方向電磁力による変位を抑制できる静止誘導電器を供給することである。

上記課題を解決するため，本発明の静止誘導電器は，本体タンク（３）内に鉄心（１）と，鉄心（１）の周囲に巻回された巻線（２１，２２）と，鉄心（１）を巻線（２１，２２）の上下で挟持する締め金（１２）とを備え，巻線（２１，２２）は隣り合う層が上下方向に逆向きに巻き進められ，巻線（２１，２２）の端部が突出している層と窪んでいる層で構成する。締め金（１２）と巻線（２１，２２）の間に巻線保持部材（１０）を有することを特徴とする。

本発明によれば，静止誘導電器で巻線を多層シリンドリカル巻で構成する場合に，巻線幅寸法を小さくすることができ，かつ短絡電流により生じる電磁力で巻線が変形しにくくできる。

本発明を適用する変圧器の内部構成を示す図である。 変圧器の巻線構造例である。 本発明の実施例１及び２における巻線層間の支持構造として，柱状絶縁物を用いた構造図である。 本発明の実施例１及び２における巻線層間の支持構造として，シート状・板状絶縁物を用いた構造図である。 本発明の実施例１の構成図である 本発明の実施例２の構成図である。

以下，図面に基づいて本発明を説明する。なお，以下の実施例は本発明を限定するものではなく，発明自体は特許請求の範囲を満たす範囲で種々の態様に変形することが可能である。

図１に本発明を適用する静止誘導電器の全体的な構成を示す。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一次巻線２１，二次巻線２２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内には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２１，２２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。

図２に本発明を適用する巻線構造の巻軸方向断面図を示す。巻線２は巻線２Ａ乃至２Ｄにより構成される。巻線２Ａ乃至２Ｄは巻線上下方向中心位置１４周りに，ひと巻ごとに上下方向に巻き進められ，巻軸１３方向に巻かれるシリンドリカル巻で構成されている。

巻線２は絶縁距離を考慮した上下非対称構造であり，巻線２Ａ乃至２Ｄが巻線２全体としての上下方向中心に対し上または下方向にずれて巻かれる。

巻線２は上下非対称であることから，漏れ磁束が巻線に錯交することで生じる電磁力が上方向，または下方向に大きくなり，特に短絡電流のような大電流が流れると大きな電磁力が生じ，巻線の各層が上下方向に歪みを生じるおそれがある。本実施例は以下の構成とすることで，このような巻線の歪みを防止することを目的とする。

本構成において，層間の支持のために，図３の様に柱状絶縁物６で支持したり，図４の様にシート状・板状絶縁物７で支持する。柱状絶縁物６は矩形だけでなく，円柱，台形注でもよい。シート状・板状絶縁物７はコルゲード状のものでもよい。図３，図４の絶縁物は紙，プレスボード，樹脂などで構成される。

図５に示すように，本発明は巻線保持部材１０を，巻線２とその上下に設けられた締め金１２の間に配して固定する。巻線保持部材１０と締め金１２の間の隙間には隙間調整部材１１を配置してもよい。隙間調整部材１１は，適度な弾性を有し絶縁性を有するものであれば特に限定されない。

巻線保持部材１０は凸部１０ａと平面部１０ｂとを有する。平面部１０ｂは，例えば，鉄心が中央を貫通する円盤状であり，凸部１０ａは平面部１０ｂの一方の面に同心円状に固定される。凸部１０ａは，巻線２上下の窪んだ端部及びその層間を支持する絶縁物の窪んだ端部に当接し，平面部１０ｂは，巻線２上下の突出した端部及びその層間を支持する絶縁物の突出した端部に当接し，巻線の変位を抑制することが可能である。

平面部１０ｂには磁束制御部材５を配置することが可能である。磁束制御部材５を配置することで漏れ磁束の分布を制御し，巻線上下方向に生じる電磁力を低減することができる。これにより，巻線２の上下方向の変位を抑制することが可能である。なお，磁気制御部材５は，電磁鋼板のような磁性材で構成することができる。

以下，図６を参照して本発明の実施例２の構成を説明する。実施例１と同様の部分については同じ符号を付して説明を省略する。

実施例２では，実施例１の凸部１０ａに代えて凸部１０ｃとする。巻線２の窪んだ端部を構成する巻線２Ｃ及び２Ｄの間に配された絶縁物の先端を巻線２Ｃ及び２Ｄの間に突出させ，その突出した部分を平面部１０ａに当接させるよう構成する。

さらに，巻線２の窪んだ端部に凸部１０ｃを当接させる。こうすることで，巻線２の上下方向の変位により巻線保持部材１０にかかる力を凸部１０ｃで受けることで，巻線２の変位を抑制することが可能である。

なお，実施例では一本の導線を巻き回して巻線を構成する場合について示しているが，導線は複数本の並列導体や寄り線，転位線を用いてもよい。また，巻線の巻き方はシリンドリカル巻としているが，巻き方が同じであれば巻き筒の形状は円形でなくてもよく，例えば矩形，楕円形，レーストラック形でもよい。

１・・・鉄心，２Ａ・・・巻線，２Ｂ・・・巻線，２Ｃ・・・巻線，２Ｄ・・・巻線，２・・・巻線，３・・・タンク，５・・・磁束制御部材，６・・・柱状絶縁物，７・・・シート状・板状絶縁物，８・・・モールド絶縁物，９・・・空間支持絶縁物，
１０・・・巻線保持部材，１０ａ・・・嵌合部，１０ｂ・・・保持部，１０ｃ・・・嵌合部，１１・・・隙間調整部材，１２・・・締め金，１３・・・巻軸，１４・・・巻線上下方向中心位置，２１・・・一次巻線，２２・・・二次巻線

Claims (6)

1. 本体タンク内に複数の鉄心脚を有する鉄心と，前記鉄心の周囲に巻回された巻線と，前記鉄心を前記巻線の上下で挟持する締め金とを備え，
   前記巻線は隣り合う層が上下方向に逆向きに巻き進められ，前記巻線の端部が突出している層と窪んでいる層を有する静止誘導電器であって，
   前記締め金と前記巻線の間に巻線保持部材を有することを特徴とする，
   静止誘導電器。
2. 請求項１において，
   前記巻線保持部材は，前記鉄心の周囲に配された平面部と前記平面部の前記巻線の側に固定された凸部を有し，
   前記平面部は前記巻線の突出した端部と当接し，
   前記凸部は前記巻線の窪んだ端部と当接することを特徴とする，
   静止誘導電器。
3. 請求項１において，
   前記巻線の各層の間に絶縁部材が配され，
   前記巻線の窪んだ端部が複数隣接し，
   前記複数の窪んだ端部の間に，前記絶縁部材の端部が突出し，
   前記巻線保持部材は，前記鉄心の周囲に配された平面部と前記平面部の前記巻線の側に固定された凸部を有し，
   前記平面部は前記巻線の突出した端部及び前記絶縁部材の端部と当接し，
   前記凸部は前記巻線の窪んだ端部と当接することを特徴とする，
   静止誘導電器。
4. 請求項１において，
   前記巻線保持部材に磁束制御部材を有することを特徴とする，
   静止誘導電器。
5. 請求項２において，
   前記平面部材に磁束制御部材を有することを特徴とする，
   静止誘導電器。
6. 請求項３において，
   前記平面部材に磁束制御部材を有することを特徴とする，
   静止誘導電器。

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