JP2018117052A - 静止誘導電器 - Google Patents

Abstract

【課題】静止誘導電器の巻線軸方向電磁力を低減することで電線断面積を低減してコストを削減し、かつ損失を低減した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、静電シールドリング３を巻線２の上下端部に配置する。静電シールドリング３は、磁性体リング４及びそれを上下から固定する絶縁物リング５をリング状の心材とし、磁性体リング４及び絶縁物リング５を巻軸として、内側に絶縁性テープ７、外側に導電性テープ６を重ねたものを巻きまわし、その外側に外巻絶縁性テープ８を巻きまわして構成する。絶縁性テープ７の幅は、導電性テープ６の幅以上とする。導電性テープ６は、巻線２端部及び磁性体リング４に接続する。磁性体リング４は、円周方向の少なくとも一か所に間隙を設ける。導電性テープ６の巻き回し方向は、少なくとも一か所で反転する。【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関する。

変圧器やリアクトル等の静止誘導電器は、接続されている回路が短絡を起こした際、電器本体を構成する巻線に大きな短絡電流が流れ、それによって発生する漏れ磁束が巻線短絡電流に鎖交することより巻線に大きな電磁力が印加される。そのため巻線が電磁力に耐えるように設計される。電器の大容量化に伴い耐えるべき電磁力が大きくなると、転位線による細線化が難しくなるため電線が太くなりコストが増加する、巻線渦電流損が増加するなどの問題が生じる。そこで、電線材に一般的な軟銅線に換えて半硬銅線を用いる、転位線に熱硬化性の樹脂を塗布したものを用い巻線後加熱して固着する、といった手段で電線の物量を低減する方法が広く採用されている。これらの手段は電線材や樹脂の物性によって電線強度を強化する方法を取っているが、要求強度そのものを低減させることは出来ない。

そこで、例えば特許文献１では、巻線端部やタップセンター周辺に磁性体で構成された磁性リングを配置し、漏れ磁束の向きを巻線半径方向から巻線軸方向に変えることで、巻線にかかる電磁力の向きを巻線軸方向から巻線半径方向に変えることができ、巻線軸方向の電磁力より巻線半径方向の電磁力の方が支持し易いことから電線断面積を小さくできる方法が開示されている。さらに、磁性リングにより磁束の向きが変わった箇所では、巻線で発生する渦電流損が低減される。また、シールドリング内に磁性リングを配置することで、絶縁距離に起因する寸法増加を抑えている。

特開平８−２８８１５３号公報

静止誘導器は、要求仕様の上で合理的に設計されながら、寸法が小さく、低損失であることが望ましい。

特許文献１に記載された発明は、巻線端部に磁性リングを配置することで、巻線端部の漏れ磁束の向きを巻線軸方向とすることで、電線断面積を小さくすることができ、巻線端部での渦電流損を低減することができ、また巻線端部の磁性リングをシールドリング内に収めることで巻線と鉄心ヨーク間の絶縁距離増加を抑える効果があるが、シールドリング内の磁性リングに収束した磁束が、同じくシールドリングを構成する静電シールド導体リングを錯交するため、静電シールド導体リングでの渦電流損失が生じるため、静止誘導電器全体としての損失低減効果は限定的であり、また静電シールド導電リングにおいて局所温度上昇する可能性がある。

そこで、本発明では巻線に生じる巻線軸方向機械力が低減され、電線断面積が低減され、巻線端部での渦電流損が低減され、巻線と鉄心ヨーク間の寸法が増加せず、かつ静電シールドリング内の渦電流損が低減さる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、前記巻線の上下端部の少なくとも一方に静電シールドリングを設け、前記巻線と静電シールドリングは前記鉄心締付金具と前記巻線支持部により固定され、前記静電シールドリング内部に磁性体で構成される磁性体リングを設け、前記磁性体リングを覆う様に導電性層を設けて前記静電シールドリングを構成し、前記導電性層は導電性テープを巻き回すことで構成し、前記導電性テープを巻き回す際にその内側に前記導電性テープと同幅以上の絶縁性テープを重ねて共に巻き込むことを特徴とする。

本発明によれば、静止誘導電器に短絡電流が流れる際に巻線に生じる電磁力に対し、要求される巻線強度を低減することができ、電器本体の寸法が低減でき、かつ巻線と静電シールドリング内の損失を低減することができ、コストが低減され損失が低減される。

実施例における変圧器の断面構成を示したものである。 図１の巻線上部の静電シールドリング構成を示したものであり、変圧器の要部拡大断面図である。 実施例での変圧器の漏れ磁束の流れの概略を示したものである。 従来の変圧器の漏れ磁束の流れの概略を示したものである。 図２の導電性テープの巻き回し方の例を示した模式図である。 図２の磁性体リングの円周上に設ける間隙の例示したものである。

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、前記巻線の上下端部の少なくとも一方に静電シールドリングを設け、前記巻線と静電シールドリングは前記鉄心締付金具と前記巻線支持部により固定され、前記静電シールドリング内部に磁性体で構成される磁性体リングを設け、前記磁性体リングを覆う様に導電性層を設けて前記静電シールドリングを構成し、前記導電性層は導電性テープを巻き回すことで構成し、前記導電性テープを巻き回す際に少なくともその内側に導電性テープと同幅以上の絶縁性テープを共に巻き込むことで、前記導電性テープ巻ターン間の絶縁を取って磁束錯交面積の小さい導電性層を実現して渦電流損を低減し、導電性テープを巻き回す過程で巻方向を変えることで、導電性テープに誘導される誘導起電力を抑制し、かつ想定しない電気的導通が生じた場合に前記誘導起電力に起因して生じる導電性テープ内電流を抑制することで、巻線に生じる軸方向機械力が低減され、電線物量が低減され、巻線端部での渦電流損が低減され、静電シールドリング内の渦電流損が低減され、巻線と鉄心ヨーク間の寸法が増加しない静止誘導電器を実現するものである。

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に静止誘導電器の全体的な構造を示す。静止誘導電器は、本体タンク１３内に鉄心脚１ａを有する鉄心と、鉄心脚１ａ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１３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１ａ、その鉄心脚に巻き回された巻線２、上鉄心締付金具９、下鉄心締付金具１０、巻線上下の巻線上支持部１１および巻線下支持部１２を、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。

鉄心はその上下を上鉄心締付金具９、下鉄心締付金具１０によって締付固定される。巻線２上部に巻線上支持部１１が、設置され、巻線２下部に巻線下支持部１２が設置され、巻線２と巻線上支持部１１乃至と巻線下支持部１２との間に静電シールドリング３が配置され、巻線２と静電シールドリング３は巻線上支持部１１および巻線下支持部１２により上下から固定される。

本実施例は特に図１で示した静電シールドリング３の構造に適用される。図２に示すように、静電シールドリング３は巻線２の上部に配置され、磁性体リング４及びそれを上下から固定する絶縁物リング５をリング状の芯材とし、磁性体リング４及び絶縁物リング５を巻軸として、内側に絶縁性テープ７、外側に導電性テープ６を重ねたものを巻きまわし、その外側に外巻絶縁性テープ８を巻きまわして構成される。絶縁性テープ７の幅は導電性テープ６の幅以上とする。導電性テープ６は、任意の１箇所で巻線２端部及び磁性体リング４に接続し(図示しない)、それぞれを同電位にして静電シールドとしての機能を持たせている。導電性テープ６の巻端部で何にも接続しない非接続端は絶縁している。磁性体リング４は図６に示すように、少なくとも円周方向の一か所に間隙を設けて、鉄心脚１ａに磁束が流れる際に磁性体リング４に電流が流れるのを防いでいる。図２では巻線２の上部に配置した静電シールドリング３を示したが巻線２の下部に配置した場合も同様である。

本実施例の効果について図２、図３、図４により説明する。従来の静止誘導電気の構成例として、図４に示すように静電シールドリングが磁性体を持たない非磁性シールドリングである場合、漏れ磁束１４は巻線２の端部を巻線系方向に横切って概放射状に広がって鉄心脚１ａ、鉄心ヨーク１ｂ乃至空間に流れる。本実施例では、図３に示すように漏れ磁束１４の主要な流れが巻線２端部をほぼ巻線軸方向に通過して静電シールドリング３に入り、静電シールドリング３の内部を巻線周方向に流れて鉄心脚１ａ乃至鉄心ヨーク１ｂに流れる。本実施例により巻線２の端部を通過する漏れ磁束１４が主に巻線軸方向を向くことで、電流と磁束の外積で決まる電磁力の向きが主に巻線径方向を向き、巻線２全体に影響の及ぶ巻線軸方向の電磁力に比して支持しやすくなるため、電線断面積を小さくすることができる。また、一般に電線断面は該長方形で、巻線軸方向長さの方が巻線径方向長さより長いため、本実施例により巻線端部を通過する漏れ磁束１４が主に巻線軸方向を向くことで、巻線２の端部での渦電流損を低減できる。

図３に示すように本実施例では、漏れ磁束１４が静電シールドリング３の幅広面を通過して静電シールドリング３内に集まり、静電シールドリング３の幅広面を通過して鉄心脚１ａ乃至鉄心ヨーク１ｂに向かう。そのため従来の非磁性静電シールドリング１５よりも、静電シールドリング外層にある導電性層部で生じる渦電流損が増加する恐れがあるが、本発明のように導電性層を導電性テープ６で構成し、導電性テープ６の内側に絶縁性テープ７を重ねて磁性体リング４及び絶縁物リング５に巻き回すことで導電性テープ６巻ターン間の絶縁がとれ、漏れ磁束１４が静電シールドリング３に出入りするときの錯交面積が小さくなるため、静電シールドリング３で生じる渦電流損を低減することができる。

また、本実施例においては、漏れ磁束１４の流れに対し、磁性体リング４及び絶縁物リング５に巻き回された導電性テープ６が巻線、磁性体リング４が鉄心となるような構成となっている。そのため漏れ磁束１４により導電性テープ６のターン間に誘導起電力が生じ、導電性テープ６の巻数が多いと導電性テープ６の非接続端の電位が高くなる。たとえば巻数が数百ターンであると、非接地端の電位がｋｖオーダになる場合も想定される。

本実施例においてこのような電位が問題になる場合は、図５に示すように導電性テープ６の巻き回し方向を途中で反転させることで、漏れ磁束による誘導起電力を低減する。なお、反転した前記導電性テープを巻き回す際には、その内側に前記導電性テープと同幅以上の絶縁性テープを重ねて共に巻き込むようにする。反転は１ターンごとに行ってもよい。図５の構成によれば、導電性テープ６の複数ターン間で、磁性体リング４を介した意図しない導通が生じた場合に流れる電流を低減し、損失を低減することもできる。

以上、本実施例によれば、静止誘導電器に短絡電流が流れる際に巻線に生じる電磁力に対し、要求される巻線強度を低減することができ、電器本体の寸法が低減でき、かつ巻線と静電シールドリング内の損失を低減することができ、コストが低減され損失が低減される。

なお、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。

１ａ：鉄心脚
１ｂ：鉄心ヨーク
２：巻線
３：静電シールドリング
４：磁性体リング
５：絶縁物リング
６：導電性テープ
７：絶縁性テープ
８：外巻絶縁性テープ
９：上鉄心締付金具
１０：下鉄心締付金具
１１：巻線上支持部
１２：巻線下支持部
１３：本体タンク
１４：磁束
１５：非磁性静電シールドリング

Claims (5)

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、
   前記巻線の上下端部の少なくとも一方に静電シールドリングを設け、
   前記巻線と静電シールドリングは前記鉄心締付金具と前記巻線支持部により固定され、
   前記静電シールドリング内部に磁性体で構成される磁性体リングを設け、
   前記磁性体リングを覆う様に導電性層を設けて前記静電シールドリングを構成し、
   前記導電性層は導電性テープを巻き回すことで構成し、
   前記導電性テープを巻き回す際にその内側に前記導電性テープと同幅以上の絶縁性テープを重ねて共に巻き込む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、
   前記磁性体リングにリング周方向の少なくとも一か所に間隙を設けた、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、
   前記導電性テープが前記巻線の端部と前記磁性体リングに電気的に接続される、静止誘導電器。
4. 請求項３に記載の静止誘導電器であって、
   前記静電シールドリングの内部に、前記磁性体リングを上下から固定する絶縁物リングを備えた、静止誘導電器。
5. 請求項２乃至４いずれか一項に記載の静止誘導電器であって、
   前記導電性テープの巻き回し方向を、少なくとも一か所で反転させ、
   反転した前記導電性テープを巻き回す際に、その内側に前記導電性テープと同幅以上の絶縁性テープを重ねて共に巻き込む、静止誘導電器。

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