JP2018037597A

JP2018037597A - 静止誘導電器

Info

Publication number: JP2018037597A
Application number: JP2016171376A
Authority: JP
Inventors: 陽一郎山田; Yoichiro Yamada; 亮西水; Akira Nishimizu; 良夫浜館; Yoshio Hamadate; 明山岸; Akira Yamagishi
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2016-09-02
Filing date: 2016-09-02
Publication date: 2018-03-08
Also published as: TWI666665B; US10658106B2; TW201812808A; US20180068785A1

Abstract

【課題】静止誘導電器の鉄心脚部に巻回される磁気シールドについて、振動により磁気シールドからはく脱した破片が静止誘導電器を収納するタンク内に放出されるのを防止し、絶縁破壊等の事故を防止する安全な静止誘導電器を提供する。また、磁気シールドを設置することによる絶縁距離の確保のための鉄心寸法変更が不要で、巻線に発生する圧縮力を低減可能な静止誘導電器を提供する。【解決手段】静止誘導電器の鉄心脚部に巻回された巻線の上下端部近傍に設けた、内部が空洞の絶縁部材の内部に磁性材料を設けることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は静止誘導電器の構造に関する。

従来、変圧器やリアクトル等の、脚部とヨーク部からなる鉄心とこの鉄心の脚部を巻回し上下ヨーク部間に絶縁距離をとって同心状に配置される１つ以上の巻線によってなる静止誘導電器において、この巻線を通る漏れ磁束による悪影響を軽減する対策が取られている。

例えば、特許文献１には、ケイ素鋼板帯を円板状に巻回し、巻線の半径方向に積層された環状円板形状の磁気シールドを備えた静止誘導電器において、前記磁気シールドの巻線と対抗する面と反対側の面に漏れ磁束の一部を巻線の半径方向に誘導するような高透磁率材料より成る磁気シャントを設けることを特徴とした静止誘導電器が開示されている。

特開平２−１４８８１１号公報

静止誘導電器において、巻線を通る漏れ磁束は、巻線端部で巻線の半径方向に広がるため、巻線には上下方向に圧縮させる力が発生する。この際、巻線の強度が十分でないと、巻線に発生した圧縮力によって巻線部が破壊される。

上下方向への圧縮力による巻線の破壊を防止するためには、巻線端部で巻線の半径方向に広がる漏れ磁束の向きを上下方向に制御して、巻線に発生する圧縮力を低減させることが有効な手段である。

特許文献１には漏れ磁束の対策として磁気シールドが記載されているが、磁気シールドを構成するケイ素鋼板帯のような磁性材料は、磁束が流れることで磁歪現象により振動する。静止誘導電器は長期運用されることから、磁気シールドは長期間振動し続けることになる。このため、ケイ素鋼板帯の経年劣化に伴って振動によりケイ素鋼板帯からはく脱した破片が静止誘導電器を収納するタンク内に放出される可能性がある。

静止誘導電器のタンク内に放出された破片は絶縁破壊等の事故の要因となるため、前記破片の放出を防止する必要がある。また、磁気シールドを特許文献１に記載されている位置に設置する場合、磁気シャントと鉄心の絶縁距離を取る必要があるため、鉄心の寸法を大きくする必要がある。

本発明では、上記課題を解決するため、磁気シャントを構成する磁性板帯からはく脱した破片が静止誘導電器を収納するタンク内に放出するのを防止するとともに、鉄心寸法の変更が不要で、巻線に発生する圧縮力を低減可能な静止誘導電器を提供することを目的とする。

本発明では、静止誘導電器の鉄心脚部に巻回された巻線の上下端部近傍に設けた、磁性材料で形成される磁気シャントの表面を、絶縁部材で覆うことを特徴とする。

本発明により、磁気シャントを構成する磁性材料からはく脱した破片が、磁気シャントを覆う絶縁部材によって静止誘導電器を収納するタンク内に放出されるのを防止し、前記破片に起因する絶縁破壊等の事故を防止することができる。また、磁気シャントが絶縁部材で覆われているため、鉄心と磁気シャントの絶縁が確保され、磁気シャントを設けることによる鉄心寸法の変更が不要になる。また、磁気シャントにより巻線端部で巻線の半径方向に広がる漏れ磁束の向きを上下方向に制御できるため、巻線に発生する圧縮力を低減させることが可能となる。

実施例１における、磁気シャントの基本構成模式図の一例である。図１の磁気シャントおよび絶縁部材の断面Ａ−Ａ‘を示した図である。実施例１における、磁気シャントの設置場所を示した静止誘導電器を側面から見た構造模式図である。実施例１における、静止誘導電器を上面から見た構造模式図である。実施例２における、静止誘導電器を上面から見た構造模式図である。実施例３における、静止誘導電器を上面から見た構造模式図である。実施例４における、静止誘導電器を上面から見た構造模式図である。実施例５における、静止誘導電器を上面から見た構造模式図である。実施例５における、ラインＢ−Ｂ‘上の磁気シャントの上下方向の厚さを示した図である。実施例６における、磁気シャントの断面Ａ−Ａ‘を示した図である。

本発明は、金属等の磁性材料からなる鋼板を積層してなる鉄心脚および鉄心ヨークと、この鉄心ヨークと鉄心脚との鉄心接合部分を、絶縁材料を介して締付金具により積層方向に締め付けて形成した鉄心と、鉄心脚周囲に絶縁距離をとって1つ以上の巻線、絶縁筒、直線スペーサーが配置され、上記鉄心、巻線、絶縁筒、直線スペーサーが冷却絶縁媒体で満たされたタンク内に収納されている静止誘導電器の、巻線端部の漏れ磁束の向きを制御して、巻線に発生する上下方向の圧縮力を低減するための磁気シャントに関するものである。

本発明を実施する上で好適な実施例について、以下に、図面を用いて説明する。尚、下記はあくまでも実施例に過ぎず、発明の内容は下記態様に限定されるものでないことは言うまでもない。

図１に実施例１における磁気シャント１００の基本構成模式図を示す。磁気シャント１００は図１に示す様にケイ素鋼板のような磁性体の薄帯を積層することで構成する。この際、磁性体は薄帯を積層して構成しても良いしバルクとして構成しても良い。薄帯を積層した場合には、渦電流の発生を抑える効果が得られる。

この磁気シャント１００の表面を絶縁部材２００で覆うことで、磁気シャント１００の絶縁を確保するとともに、磁気シャント１００からはく脱した破片が、静止誘導電器を収納するタンク内に放出されることを防止する。磁気シャント１００および絶縁部材２００の断面Ａ−Ａ‘を図２に示す。

図３は静止誘導電器を側面から見た構造模式図で、磁気シャントの設置場所を示したものである。図３では、３つの鉄心脚部を有する静止誘導電器を例に示す。鉄心７００の脚部に巻回された巻線４００、４１０、４２０は、同心上に少なくとも２つ以上配置される巻線で構成されている。この巻線４００、４１０、４２０の上下端部に、図１で示したような、絶縁部材２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、２６０に覆われた磁気シャント１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０を、巻線４００、４１０、４２０を覆う様に設置する。

図４は図３の静止誘導電器を上面から見た構造模式図で、磁気シャント１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０の形状の一例を示したものである。３つの脚部のうち両端の脚部に巻回す磁気シャント５００および磁気シャント５０３は、鉄心７００の外側に位置する部分の１カ所に空隙を設ける。また、３つの脚部のうち中央の脚部に巻回す磁気シャントは鉄心７００の外側に位置する２カ所に空隙を設け、磁気シャント５０１と５０２に分割する。これにより、巻線４００、４１０、４２０から流れてくる漏れ磁束が磁気シャント５００、５０１、５０２、５０３を通り鉄心７００に効率よく流れ、巻線４００、４１０、４２０の上下端部近傍の漏れ磁束の向きを効果的に制御できる。

ところで、磁気シャントのような磁性材料を鉄心に巻回して設置する場合、磁気シャントの一部を切断して空隙を設け、磁気シャントによる１ターンの磁路が形成されないようにする必要がある。この時形成されるケイ素鋼板帯の切断面は、ケイ素鋼板帯の他の部位と比較して磁歪現象による振動の影響を受け易いため、この切断面から破片が静止誘導電器のタンク内に放出される可能性はより高くなるため、本実施例のように磁気シャントを覆う絶縁部材によって、破片が静止誘導電器を収納するタンク内に放出されるのを防止することは特に有効である。

なお、本実施例では巻線４００、４１０、４２０の上端部に設置する磁気シャントについて説明したが、巻線４００、４１０、４２０の下端部に設置する磁気シャントについても、本実施例と同様の方法で構成できる。

以上、本実施例によれば、磁気シャントを構成する磁性材料からはく脱した破片が、磁気シャントを覆う絶縁部材によって静止誘導電器を収納するタンク内に放出されるのを防止し、前記破片に起因する絶縁破壊等の事故を防止することができる。また、磁気シャントが絶縁部材で覆われているため、鉄心と磁気シャントの絶縁が確保され、磁気シャントを設けることによる鉄心寸法の変更が不要になる。また、磁気シャントにより巻線端部で巻線の半径方向に広がる漏れ磁束の向きを上下方向に制御できるため、巻線に発生する圧縮力を低減させることが可能となる。

図５は実施例２における静止誘導電器を上面から見た構造模式図で、磁気シャント５０１、５０２、５０４、５０５、５０６、５０７の形状の一例を示したものである。基本構成は実施例１と同様のため、実施例１と異なる部分のみ説明する。

本実施例では、鉄心７００の両端の脚部に巻回す磁気シャントの２カ所に空隙を設け、磁気シャント５０４と５０５、および磁気シャント５０６と５０７に分割する。これにより、磁気シャント５０１、５０２、５０４、５０５、５０６、５０７の形状が同一になるため、製作コストを低減できる。

図６は実施例３における静止誘導電器を上面から見た構造模式図で、磁気シャント５０４、５０５，５０６，５０７，５０８、５０９，５１０，５１１の形状の一例を示したものである。基本構成は実施例１と同様のため、実施例１と異なる部分のみ説明する。

本実施例では、鉄心７００の中央の脚部に巻回す磁気シャントを鉄心７００の外側の位置と、鉄心７００のヨーク部の下に位置する４カ所に空隙を設ける。これにより、鉄心７００の中央の脚部を巻回す磁気シャント５０８、５０９、５１０、５１１のサイズを小さくできるため、磁気シャントの物量削減により製造コストが低減できる。

図７は実施例４における静止誘導電器を上面から見た構造模式図で、磁気シャント５１２、５１３，５１４，５１５，５１６，５１７，５１８，５１９の形状の一例を示したものである。基本構成は実施例１と同様のため、実施例１と異なる部分のみ説明する。

本実施例では、巻線４００、４１０、４２０の各々が同心上に２つの巻線を配置することで構成される静止誘導電器を例に示す。なお、前記２つの巻線を便宜上、外側巻線、内側巻線と称すことにする。実施例１〜３では、鉄心７００の各脚部に巻回された巻線４００，４１０、４２０の各々を構成する外側、内側巻線を、前記巻線の半径方向に対しては同一の磁気シャントで覆っていたが、本実施例では、前記外側、内側巻線を別々の磁気シャントで覆う構成である。

実施例１の磁気シャントの形状を例に詳細を説明する。巻線４００を構成する外側巻線を磁気シャント５１２で覆い、内側巻線を磁気シャント５１３で覆う。巻線４１０を構成する外側巻線は磁気シャント５１４と５１５で、内側巻線は磁気シャント５１６と５１７で覆う。巻線４２０の外側巻線は磁気シャント５１８で覆い、内側巻線は磁気シャント５１９で覆う。これにより、巻線部分だけを磁気シャントで覆うため、磁気シャントの物量削減により、製造コスト低減できる。

また、実施例２、３に記載した磁気シャントの形状でも、本実施例と同様の方法で、巻線４００、１０、４２０各々の外側、内側巻線を覆っても良い。

図８は実施例５における、静止誘導電器を上面から見た構造模式図で、磁気シャント５２０、５２１，５２２，５２３の形状の一例を示したものである。磁気シャント内を円周方向に流れる磁束は一様ではなく、場所によっては磁束が集中し、磁気シャントが磁気飽和してしまい、巻線４００、４１０、４２０の上下端部の漏れ磁束の向きを制御する機能が十分に発揮できない可能性もある。そこで、磁束が集中する部分について、磁気シャントの上下方向の厚さを増やし、断面積を増やすことで磁気飽和を回避し、前記漏れ磁束の向きを制御する機能を維持させる方法もある。実施例１の磁気シャント形状を例に、詳細を説明する。

磁気シャント５２０、５２１，５２２，５２３について、例えば実線で囲まれた領域の上下方向の厚さを増やす。ラインＢ−Ｂ‘上の磁気シャントの上下方向の厚さを示したのが図９である。磁気シャントの前記実線で囲まれた領域以外の上下方向の厚さをｃ１としたとき、前記実線で囲まれた領域内で徐々に上下方向の厚さをｃ２（ｃ１＜ｃ２）にする。

また、実施例１〜４についても、本実施例を適用しても良い。

図１０は実施例１での磁気シャント１００を変形した実施例６における磁気シャント５２４の断面Ａ−Ａ‘を示す図である。磁気シャント１００は円周方向に対して１カ所以上の空隙を設けることで１ターンの磁路の形成を回避している。ただし、磁気シャントの上下方向の厚さ、あるいは場所によっては、図１０に示すような断面で１ターンの磁路が形成される可能性もある。そこで、前記断面Ａ−Ａ‘に磁気シャント内絶縁部材６００を設け、上下方向に２分割して１ターンの磁路形成を回避する方法もある。本実施例は、実施例１〜５に適用しても良い。

実施例１〜４は、巻線４００，４１０、４２０各々の上下端部に設ける磁気シャントの形状は同一であるとしたが、例えば、巻線４００，４１０、４２０の上端部に設ける磁気シャント形状は実施例１の形状、巻線４００，４１０、４２０の上端部に設ける磁気シャント形状は実施例２のように、異なる形状としても良い。これにより、巻線４００，４１０、４２０の上下にある構造物に干渉しない磁気シャント形状を選択可能で、静止誘導電器を収納するタンク内のレイアウトの自由度が上がる。

本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０、５００、５０１、５０２、５０３、５０４，５０５，５０６、５０７、５０８、５０９、５１０、５１１、５１２，５１３、５１４、５１５、５１６、５１７，５１８、５１９、５２０、５２１、５２２、５２３、５２４：磁気シャント
２００、２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、２６０、２７０、２８０、２９０、、３００、３１０、３２０：絶縁部材
４００、４１０、４２０：巻線
６００：磁気シャント内絶縁部材
７００：鉄心

Claims

磁性材料からなる鋼板を積層してなる少なくとも１以上の脚部およびこれらを磁気的に結ぶヨーク部からなる鉄心と、前記鉄心の前記脚部に巻回される少なくとも１つ以上の巻線で構成される静止誘導電器において、
前記巻線の上下端部近傍に前記巻線を覆う様に設けた、内部が空洞の絶縁部材の内部に磁性材料を設け、前記磁性材料が前記絶縁部材で覆われることを特徴とする静止誘導電器。
請求項１における静止誘導電器において、
前記磁性材料の円周方向に少なくとも１カ所以上の空隙を設けることを特徴とする静止誘導電器。
請求項２における静止誘導電器において、
前記脚部が複数設けられ、前記空隙の場所が、設置する前記脚部で異なることを特徴とする静止誘導電器。
請求項１乃至請求項３のいずれか一項における静止誘導電器において、
前記磁性材料の半径方向に空隙を設けることを特徴とする静止誘導電器。
請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の静止誘導電器において、
前記磁性材料は上下方向の厚さが一部異なることを特徴とする静止誘導電器。
請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の静止誘導電器において、
前記磁性材料の円周方向に設ける少なくとも１つ以上の空隙の距離が１．０ｍｍ〜２．０ｍｍであることを特徴とする静止誘導電器