JP2017135300A - モールド変圧器 - Google Patents

Abstract

【課題】
信頼性の高い変圧器が求められている。
【解決手段】
第一のコイルと第一のコイルの内側に配置される第二のコイルを有し、第一のコイルを支持する第一のコイル支持部材と、第二のコイルを支持する第二のコイル支持部材と、を有しており、第一のコイル支持部材は第一の保持手段により台座に保持され、第二のコイル支持部材は第二の保持手段により台座に保持されていることを特徴とする変圧器を提供する。
【選択図】 図３

Description

本発明はモールド変圧器に関する。

モールド変圧器は外気が直接入り込まないよう整備された電気室内に設置され運転されていることが多い。

特許文献１（特開2000-252138号公報）には、「垂直な鉄心脚を巻回する高圧巻線１と低圧巻線２とがいずれも筒形に樹脂モールドされるとともに空気間隙５を介して半径方向に同軸に配置され、上下のフレーム３が高圧巻線１と低圧巻線２との上下端部にそれぞれ配された絶縁スペーサ８を介して高圧巻線１と低圧巻線２とを挟持してなる樹脂モールド変圧器において、絶縁スペーサ８の一方端は接着剤６を介して高圧巻線１と低圧巻線２との上下端部に固着され、絶縁スペーサ８の他方端には突起部８Ｃが形成され、この突起部８Ｃに嵌合する嵌合穴３Ａが上下のフレーム３にそれぞれ形成される。」こと（要約参照）が開示されている。

特開2000-252138号公報

塵、湿気、塩分の多い環境下ではモールド変圧器の信頼性を維持する必要がありトラッキング現象による腐食現象を防止させる必要がある。

特許文献１は、絶縁スペーサ８が高圧巻線１と低圧巻き線２を一体となって支持しているが、絶縁スペーサ８は一体となって構成されているため、高圧巻線１から絶縁スペーサ８の表面に付着した塵、湿気、塩分、海水等が絶縁性を保てなった場合に、低圧巻線２とのパスを形成し、短絡してしまうことがあるが、この点は考慮されていない。

つまり、上記の環境下においては、付着したそれらの不純物により電界集中が大きくなることで電路が成形されトラッキング現象が進行することがある。また、高圧巻線１は、低圧巻線２よりも高圧であるため、塵等が低圧巻線２よりも付着しやすく、絶縁部材が腐食し、絶縁破壊が生じることがある。すなわち、絶縁スペーサのうち低圧巻線２側よりも高圧巻線１側の方が腐食等が起こりやすいがこの点も考慮されていない。

本願発明は、このような課題に鑑みて、信頼性が高い変圧器を提供することを目的とする。

第一のコイルと第一のコイルの内側に配置される第二のコイルを有し、第一のコイルを支持する第一のコイル支持部材と、第二のコイルを支持する第二のコイル支持部材と、を有しており、第一のコイル支持部材は第一の保持手段により台座に保持され、第二のコイル支持部材は第二の保持手段により台座に保持されていることを特徴とする変圧器を提供する。

信頼性が高い変圧器を提供することができる。

モールド変圧器の正面図の一例である。 モールド変圧器の側面図の一例である。 モールド変圧器のコイル断面コイル支持部材の断面図の一例である。 支持部材と台座の外観図の一例である。 変圧器のコイル断面とコイルを支持する支持部材と支持部材に位置決め部材の断面図の一例である。 支持部材と台座の外観図の一例である。 支持部材の交換方法を説明する図である。 支持部材の位置部材の構造の一例であるボルト構造を示す図である。 モールド変圧器のコイル断面コイル支持部材の断面図の一例である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る変圧器について説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。また、各図に記載される符号が他の図で使用される場合には同様の構成であるため、説明を省略する。

以下、第１の実施例を図面を用いて説明する。特段実施例と設けなくとも、適宜その変形例等について説明する。
図１は実施例１に係るモールド変圧器１００の正面図であり、図２はこのモールド変圧器１００の側面図である。

実施例１に係るモールド変圧器１００では、筒形、例えば円筒形状の一次コイル１と二次コイル２が、複数の絶縁物ブロック５と台座７を介して金属製のフレーム２０に支持されている。一次コイル１は二次コイル２よりも高い電圧を用いる。

なお、フレーム２０には、モールド変圧器１００の下部に位置するフレーム２０ａと、モールド変圧器１００の上部に位置するフレーム２０ｂがある。以下でフレーム２０ａとフレーム２０ｂを区別せずに呼ぶ場合には、「フレーム２０」と表記する。また、本明細書では、絶縁物ブロック５、台座７及びフレーム２０のことを、支持構造部と呼ぶ。

この絶縁物ブロック５は、支持部材とも呼ぶ。絶縁物ブロック５は、第一のコイルである一次コイル１と第二のコイル２を支持する。この絶縁物ブロック５は、図１においては、破線を付しており、分離していることを示すが、詳細は、後述する。

図３と４を用いて図１と２で示した絶縁物ブロック５について説明する。

図３はモールド変圧器１００とコイルとこれを支える支持部材である絶縁物ブロック５の詳細を示した断面図である。図１、２において、簡略化した絶縁物ブロック５を示したが、ここでは詳細な図を用いてその構造を説明する。

高圧側である一次コイル１、低圧側であるコイル２は、それぞれ樹脂部材３で覆われている。この一次コイル１を第一のコイル支持部材５ａが支持し、また、二次コイル２を第二のコイル支持部材６ａが支持している。

一次コイル１は、第一の支持部材５ａの支持面である緩衝部材４ａの上に配置され、第一の支持面に支持されている。また、二次コイル２は、第二の支持部材６ａの支持面である緩衝部材４ｂの上に配置され、第二の支持面に支持されている。

支持面である緩衝剤４ａ、４ｂは、シリコーンゴム等を用いるとよい。他の部材であってもよい。
第一の支持部材５ａと第二の支持部材５ｂはガラス積層板やベークライト等
の絶縁物で構成するとよい。

第一の支持部材５ａと第二の支持部材６ａは、台座７に配置されている。

一次コイル支持部材５ａの外周側においては、第一の支持面４ａよりも高い部分を有している。これは、一次コイル１は高圧であり振動が起こりやすいため、高い部分を有していることが振動を抑えることができる。

また、一次コイル１と二次コイル２は固定されているため、振動が生じやすい一次コイル１を固定することで、二次コイル２の振動も低減させることが可能となる。

図面上では、高い部分を外周側に設けているが、一次コイル１の内周側に設けてもよい。ただし、外周側に設けた方が第一の支持部材５ａを交換する際に、一次コイルを持ち上げる位置を低くすることができるため、有効である。

高い部分を一次コイル１の内周側と外周側の両方に設けるといずれか一方にだけ設けた場合よりも振動がより起こりにくく有効である。また、これらの高い部分を配置することで、コイル自身の振動だけでなく、地震等の振動に対しても有効である。

上記した塵、湿気、塩分等の多い特殊環境下での適用例について説明する。例えば、シリコーンゴムで構成された第一の支持面４ａと第二の支持面４ｂに付着した塵、湿気、塩分等の影響により電界が増加し部分放電によりシリコーンゴム表面の耐腐食性が低下することがある。ここでは、高圧である一次コイル１側の方が二次コイル２側よりも耐腐食性が低下しやすい。

この場合に、これらの支持面４ａと４ｂに発生した放電腐食は徐々に第一の支持部材５ａと第二の支持部材５ｂへ進行する。

モールド変圧器の場合、同心円状に配置されたコイルは外側に高圧の一次コイル１、内側に低圧の二次コイル２が配置される。電位が高い外側の高圧コイルは塵、湿気、塩分等の多い特殊環境下でモールド変圧器を使用した場合、電界増加により放電腐食が進行する。

そのため、部分放電、トラッキング現象による放電腐食、絶縁破壊までに至る時間を長くするため、低圧コイル２側の絶縁物ブロック６ａに比べ第一の支持部材５ａは寸法を大きくし台座７との絶縁距離を増加させている。

つまり、第二の支持面４ｂよりも、第一の支持面４ａの方が台座７の平面から高い位置にあるということである。

ここで、第一の支持部材５ａと第二の支持部材６ａの関係について説明する。第一の支持面４ａから第一の支持部材５ａに、第二の支持面４ｂから第二の支持部材６ａに腐食が広がった場合に、第一の支持部材５ａと第二の支持部材６ａを、離して配置することで、これらの腐食が接触しにくくなるため、絶縁性を向上させることができる。

さらに、絶縁性を向上させるため、第一の支持部材５ａは第一の支持面４ａから台座７に向かって断面積が大きくなっている。同様に、第二の支持部材６ａは第二の支持面４ｂから台座７に向かって断面積が大きくなっている。

これによって、腐食が進行しても拡散しやすくそれぞれの支持部材の寿命が向上する。また、電気回路のパスが構成されにくくなるため、有効である。

第一の支持部材５ａと第二の支持部材６ａの高さ寸法は同一となる場合もあるが、上記の構成によって、第一の支持部材５ａと第二の支持部材６ａとが分離しているため、パスが形成されにくく、信頼性の向上に寄与する。

また、第一の支持部材５ａに腐食が生じた場合の部材の交換方法について説明する。
まず、台座７と第一のコイル１との間に第一のコイル支持部材５ａとは異なる位置に、第一のコイル保持部材を配置する。
次に、配置された第一のコイル保持部材の保持面を、第一のコイル支持部材５ａの支持面よりも高くする。
さらに、第一のコイル支持部材５ａを取り外し、第一のコイル支持部材とは異なる他の第一のコイル支持部材５ａを、台座７と第一のコイルとの間に配置する。
次に、コイル保持部材の保持面を他の第一のコイル支持部材の支持面よりも低くする。

上記工程によって、第一の支持部材５ａを容易に交換することが可能となる。また、腐食等が起こりやすい第一の支持部材５ａを交換することで、変圧器のメンテナンス回数を少なくすることに寄与する。一次コイル１を持ち上げるだけで第一の支持部材５ａを交換することが可能となる。

以下、本発明の第２の実施例を図５から図７を用いて説明する。
図５に示される第一の支持部材５ｂと台座８は、位置固定ピン１０、バネ座１１、平座１２によって保持されている。また第二の支持部材６ｂは台座８との間に位置固定ピン９によって保持されている。位置固定ピン１０、バネ座１１、平座１２を第一の保持手段といい、位置固定ピン９を第二の保持手段と呼ぶ。

この構造は変圧器１００本体に対して、振動や地震等の外力が加わる環境下においての構造となり、第一の支持部材５ｂ、第二の支持部材６ｂとを台座８に固定することでコイルずれが防止され信頼性が向上する。

一次コイル１側の第一の支持部材５ｂを交換する場合、図６と７に示すように第一の支持部材５ｂの小型ジャッキである高さ保持部材１３と木片等の緩衝部材１４を配置し、一次コイル１を第一の支持面である４ａよりも1〜2mm程度持ち上げて第一の支持部材５ｂ、第一の支持面４ａを取り外してこれらを新しい他の第一の支持部材５ｂと第一の支持面４ａとに交換を実施する。

実施例１で説明した内周側または内周側と外周側の両方に高い部分を有している場合には、第一の支持面４ａの高さだけでなく、高い部分よりも小型ジャッキで保持部材１３を高い位置まで上げる必要がある。高い部分が第一のコイル１にひっかかるためである。

また、外周部に高い部分を設けた場合には、保持部材１３を第一の支持面より第一のコイル１をわずかに持ち上げるだけで交換可能となる。ひっかかる部分がないため、交換作業が特に容易にできる。

図６の構造では第一の支持部材５ｂ下部であって、台座８に設けられた穴部に配置された位置固定ピン１０を台座８から取り外すことで第一の支持部材５ｂ等の部品交換が可能となる。

高圧側である一次コイル１側に塵等が付着しやすいことを考慮し、第二の保持部材である位置固定ピン９は図６の構造のなかでは第二の支持部材６ｂ、第二の支持部材４ｂ台座８側から取り外せる構造としないことも可能である。

なお、この第二の支持部材６ｂ下部の台座８の構造を第一の保持部材と同様の構成とすることで、第二の支持部材６ｂを交換する構造とすることができる。この場合は、第二の支持部材６ｂも容易に交換ができる。

また、図７に示されるように、位置固定ピン１０を配置する位置決め用ピン貫通用穴１７は、一次コイル１の中心から放射線状に配置せずに、異なる放射線状に配置されるとよい。ことなる放射線状に配置することで、第一の支持部材５ｂの安定性が増すからである。

図８は位置固定ピン１０の詳細な構造を示す図である。位置固定ピン１０の材質はメッキ処理された鉄又はステンレス材等の鋼材として台座８にねじ込み、固定用のネジ部15と第一の支持部材５ｂの位置を決める位置決め用のピン部分１６からなる部品で、六角ボルトに追加加工して製作することができる。または、鋼材から加工して製作することができる。

また、ボルト頭は六角に限定するものではなく、工具等を使用して締付、固定できる構造であればよい。第一の支持部材５ａ，５ｂと第二の支持部材６ａ，６ｂに対する位置固定ピン９、１０の個数は1ないし2以上とするとよい。
また、ブロックの長辺方向に対し、直角又は水平、斜め、十字に配置することで、樹脂ブロックの位置ずれ、転倒を防止することが可能となる。

図９を用いて、実施例３について説明する。
第一の支持部材５ｃと第二の支持部材６ｃの構造が実施例１、２とは異なる点について説明する。

まず、第二の支持部材６ｃは、台座８よりも二次コイル２の中心側に配置された部分を有する点にある。これによって、二次コイル２から台座８までの距離を大きくすることができ、絶縁性能が向上する。また、この距離が大きくなることで、塵等による腐食等が生じても長寿命化に寄与する。

また、第二の支持部材６ｃは第二の支持面４ｂから台座８側に向かってテーパ部１９ａを有している。これによって、第二の支持部材６ｃを二次コイル２の中心側に配置することが可能となり、絶縁性が向上する。

また、位置決めピン９も台座８に安定して配置することができる。なお、テーパ部１９ａがない場合には、位置決めピン９を台座８の第二のコイル２の中心側に配置できる場所が物理的に制約を受けることとなるが、この構成であれば、設計自由度が増すこととなる。

次に、第一の支持部材５ｃについて説明する。第一の支持部材５ｃは先に説明した第二の支持部材６ｃに設けられたテーパ部１９ａに対応する逆テーパ部１９ｂを有している。

テーパ部１９ａと逆テーパ部１９ｂとを合わせることで、第一の支持部材５ｃを交換する際の位置合わせが容易にできることとなる。また、交換の際において、第二の支持部材６ｃは、第二の支持面４ｂの面積が少ないため、第二のコイル２の自重によって、浮き上がることがあるが、支持部材を２箇所以上配置しておけば、このテーパ部１９ａが逆テーパ部１９ｂに押さえつけられることによって、浮き上がることを防止することができる。

また、このテーパ部１９ａと逆テーパ部１９ｂとの間に絶縁性の高い部材を配置することで、電気的パスの形成を抑えることができる。

さらに、テーパ部１９ａと逆テーパ部１９ｂとの断面積よりも大きな面積を有する絶縁性の高い部材をこれらの間に挟み込むことで、電気的パスを延長させることができ、絶縁性能をさらに向上させることができる。

上記した各構成はそれぞれ組み合わせることも可能であり、それぞれ単独で用いることも可能である。本願明細書においてモールド変圧器として説明したが、これに限定されることはなく、一次コイルや二次コイルが保持される構成の変圧器であれば適用可能である。また、変圧器に限らず、二種類の中空の円柱部材を保持する構造体にも適用可能である。

上記説明した本願発明の各実施例を実施することで、信頼性の高い変圧器を提供することが可能となる。

１：一次コイル ２：二次コイル ３：樹脂部 ４ａ，４ｂ：支持面
５ａ，５ｂ，５ｃ：第一の支持部材 ６ａ，６ｂ，６ｃ：第二の支持部材
７，８：台座 ９：位置固定ピン
１０：位置固定ピン １１：バネ座 １２：平座 １３：保持部材
１４：木片等の緩衝材 １５：ネジ部
１６：位置決め用ピン １７：位置決め用ピン貫通用穴
１９ａ：テーパ部 １９ｂ：逆テーパ部

Claims (12)

1. 第一のコイルと前記第一のコイルの内側に配置される第二のコイルを有する変圧器であって、
   前記第一のコイルを支持する第一のコイル支持部材と、前記第二のコイルを支持する第二のコイル支持部材と、を有しており、
   前記第一のコイル支持部材は第一の保持手段により前記台座に保持され、前記第二のコイル支持部材は第二の保持手段により前記台座に保持されていること
   を特徴とする変圧器。
2. 請求項１に記載の変圧器であって、
   前記第一のコイル支持部が前記第一のコイルを支持する第一の支持面の内周または外周側が前記第一の支持面よりも高い部分を有すること
   を特徴とする変圧器。
3. 請求項２に記載の変圧器であって、
   前記第一の支持面の外周側が前記支持面よりも高い部分を有すること
   を特徴とする変圧器。
4. 請求項１に記載の変圧器であって、
   前記第二のコイル支持部が前記第二のコイルを支持する第二の支持面は、前記台座の端面よりも前記第二のコイルの中心側に配置された部分を有すること
   を特徴とする変圧器。
5. 請求項１に記載の変圧器であって、
   前記第二のコイル支持部材の断面積は、前記第二のコイル支持部が前記第二のコイルを支持する第二の支持面の断面積よりも前記台座側の方が断面積が広いこと
   を特徴とする変圧器。
6. 請求項５に記載の変圧器であって、
   前記第二のコイル支持部材の側面部は、前記第一のコイル支持部材側に向かってテーパ部が設けられていること
   を特徴とする変圧器。
7. 請求項１に記載の変圧器であって
   前記第一のコイル支持部材の断面積は、前記第一のコイルを支持する第一の支持面の断面積よりも前記台座側の方が断面積が広いこと
   を特徴とする変圧器。
8. 請求項７に記載の変圧器であって、
   前記第一のコイル支持部材の側面部は、前記第一のコイル支持部材側に向かってテーパ部が設けられていること
   を特徴とする変圧器。
9. 請求項６に記載の変圧器であって、
   前記第一のコイル支持部材の側面部は、前記テーパ部に対応する逆テーパ部が設けられていること
   を特徴とする変圧器。
10. 請求項９に記載の変圧器であって、
    前記テーパ部と前記逆テーパ部との間には、前記台座よりも絶縁性が高い部材が配置されたことを
    を特徴とする変圧器。
11. 請求項１０に記載の変圧器であって、
    前記絶縁性が高い部材は、前記テーパ部と前記逆テーパ部の断面積も大きな面積を有すること
    を特徴とする変圧器。
12. 第一のコイルと前記第一のコイルの内側に配置される第二のコイルを有する変圧器の部材交換方法であって、
    前記変圧器は、前記第一のコイルを支持する第一のコイル支持部材と、前記第二のコイルを支持する第二のコイル支持部材と、が保持された台座を有しており、
    前記台座と前記第一のコイルとの間であって、前記第一のコイル支持部材とは異なる位置に、第一のコイル保持部材を配置する工程と、
    配置された前記第一のコイル保持部材の保持面を、前記第一のコイル支持部材の支持面よりも高くする工程と、
    前記第一のコイル支持部材を取り外し、前記第一のコイル支持部材とは異なる他の第一のコイル支持部材を、前記台座と前記第一のコイルとの間に配置する工程と、
    前記保持面を前記他の第一のコイル支持部材の支持面よりも低くする工程と、を有すること
    を特徴とする変圧器の部材交換方法。

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