JP2018160644A - 静止誘導電器 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、機器の高電圧化及び小型化を実現することが可能な静止誘導電器を提供することを目的とする。【解決手段】絶縁性媒体を入れたタンク４と、前記タンク内に収納される鉄心１と、低圧巻線２と、高圧巻線３と、前記低圧巻線と前記高圧巻線間に設けられた絶縁筒６と、前記鉄心軸方向に延びた複数の直線スペーサ１０と、前記高圧巻線の一部のセクション間に配置されたコイル間スペーサ１１と、前記高圧巻線の一部のセクション間以外であって他のセクション間に設けられた前記高圧巻線全面に被る折流板１２ａと、を備えた静止誘導電器において、前記高圧巻線であって電圧印加部セクションの最内側コイル導体は、他のセクションの最内側のコイル導体と比べて、前記鉄心中心軸から遠い位置に配置され、前記電圧印加部セクションの最内側コイル導体の内側に設けられた部分絶縁筒９と、を備えたことを特徴とする。【選択図】 図４

Description

本発明は、変圧器、リアクトル等の静止誘導電器に関する。

近年、電力用機器の大容量化、高電圧化が求められ、これに伴って機器の大型化が進んでいる。一方で、発電所や変電所の立地面積の制限を考えると同時に小型化についても要求される。

静止誘導電器の一つである変圧器は絶縁性媒体を入れたタンクと、このタンク内に収納された鉄心と、被覆絶縁された平角導体を巻回して構成された低圧巻線と、被覆絶縁された平角導体を巻回して構成された高圧巻線と、これら巻線間の絶縁を確保するための絶縁筒と、巻線間の絶縁用および絶縁媒体の冷却通路構成用の絶縁物となるコイル間スペーサとを備えている。

雷サージが侵入した場合には、図２に示すように、サージ電圧の印加部である高電圧巻線３のコイルセクションＳ１、Ｓ１’に最も高いサージ電圧が掛かり、コイルセクションＳ２、Ｓ３およびＳ２’、Ｓ３’の順に次第に分担電圧が低下する。従って、低圧巻線との絶縁距離ＬはコイルセクションＳ１、Ｓ１’の最内側のコイル導体８に発生する電界によって絶縁破壊しないよう決定される。そのため、高電圧印加部周辺以外の低電圧領域では、絶縁距離が余剰となり、機器の高電圧化の際の小型化に影響を与える。

特開２０１０−２１９３３８号公報（以下、特許文献１と呼ぶ）に記載された静止誘導電器では、サージ電圧の印加部である最も高いサージ電圧が掛かるコイルセクションＳ１、Ｓ１’の次のコイルセクションＳ２、Ｓ２’において、最内側のコイル導体を一ターン分除去し、代わりに電界緩和装置を巻き込んで配置している。

特開２０１０−２１９３３８号公報

特許文献１に記載のように、コイル導体を一ターン分除去することによっても上下の最内側のコイル導体間の距離が大きくなって、コイル導体端部の微小ギャップ電界を緩和することができ、さらに、電界緩和装置の電界緩和効果を合わせることでコイル導体端部の微小ギャップ部の電界緩和をさらに向上させることが可能である。このような構造を使えば、巻線の中心軸方向の寸法の減少は期待されるが、しかし、巻線径方向の寸法の減少は限定的である。

機器の高電圧化及び小型化を実現するために、最も高いサージ電圧が掛かるコイルセクションＳ１、Ｓ１’と絶縁筒間の絶縁距離を大きくすることも考えられるが、この間の油ギャップが長くなると破壊電界が低下するという問題もある。さらに、軸方向機械力の維持と冷却通路の確保も重要となる。

そこで、本発明は、機器の高電圧化及び小型化を実現することが可能な静止誘導電器を提供することを目的とする。

本発明は、絶縁性媒体を入れたタンクと、前記タンク内に収納される鉄心と、前記鉄心を中心に被覆絶縁された平角導体を巻回して構成された低圧巻線と、前記低圧巻線の外側であって、前記鉄心を中心に被覆絶縁された平角導体を巻回して構成された高圧巻線と、前記低圧巻線と前記高圧巻線間に設けられた絶縁筒と、前記絶縁筒上に取り付けられた周方向に間隔を置いて前記鉄心軸方向に延びた複数の直線スペーサと、前記直線スペーサ上であって軸方向に間隔を置いて放射状に径方向に延びた前記高圧巻線の一部のセクション間に配置されたコイル間スペーサと、前記高圧巻線の一部のセクション間以外であって他のセクション間に設けられた前記高圧巻線全面に被る折流板と、を備えた静止誘導電器において、前記高圧巻線であって電圧印加部セクションの最内側コイル導体は、他のセクションの最内側のコイル導体と比べて、前記鉄心中心軸から遠い位置に配置され、前記電圧印加部セクションの最内側コイル導体の内側に設けられた部分絶縁筒と、を備えたことを特徴とする。

本発明の静止誘導電器によれば、機器の高電圧化、小型化を実現することができる。

静止誘導電器のうち変圧器の構成を説明する縦断面図である。 静止誘導電器のうち変圧器の巻線構造の縦断面図である。 実施例１の巻線構造の上視図である。 図３の断面Ａの縦断面図である。 図３の断面Ｂの縦断面図である。 実施例２の巻線構造の上視図である。 図６の断面Ｃの縦断面図である。 実施例３の巻線構造の縦断面図である。 実施例３のハニカム構造を有する部分絶縁筒の上視図である。

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。なお、各実施例において、同一構成部品には同符号を使用する。

図１に、静止誘導電器のうち変圧器の構成を説明する縦断面図を示す。変圧器は、絶縁性媒体５（例えば油）を入れたタンク４と、このタンク４内に鉄心１と、鉄心１の周囲に巻回された低圧巻線２と高圧巻線３とが収納されて構成されている。このような構成の変圧器において、低圧巻線２と高圧巻線３の間に挟まれた絶縁部材と絶縁性媒体５（絶縁性媒体５は冷却媒体も兼ねている）は、電界が最も高くなる部位である。

図２に、図１における低圧巻線２と高圧巻線３とその間の直線スペーサとコイル間スペーサが配置され、周方向位置の断面を拡大した変圧器の巻線構造の縦断面図を示す。図２に示すように変圧器では低圧巻線２、高圧巻線３、その間に配置された絶縁筒６、巻線を複数個に分割した円板状のコイルセクションとして、その間に配置されたコイル間スペーサ１１、コイル間スペーサ１１を支持及び固定する直線スペーサ１０から構成されている。また、コイル間スペーサ１１のようにコイルセクション間に配置されるが、巻線の全面に被る折流板１２ａ、１２ｂ、１２ｃが配置され、絶縁性媒体５の通路が形成される。なお、絶縁性媒体５は巻線を冷却する機能も備えている。折流板１２ａと１２ｂは内側で直線スペーサ１０と接触して配置され、外側は高圧巻線３の外側と整列されるように配置される。

折流板１２ｃは外側絶縁筒１６と接触して配置され、内側は高圧巻線３の内側と整列されるように配置されている。折流板１２ａ、１２ｂ、１２ｃはこのようなジグザグの構成によって、絶縁性媒体５を強制的に、コイルセクションＳ１、Ｓ２、…ＳｎおよびＳ１’、Ｓ２’、…Ｓｎ'間に流れるようになっている。

直線スペーサ１０は周方向に間隔を置いて鉄心軸方向に延びて複数配置されている。コイル間スペーサ１１は周方向に間隔を置いて放射状に配置されて径方向に延びて配置されている。コイル間スペーサ１１の間には、高直列容量巻線構造により配置された円板状のコイルセクションＳ１、Ｓ２、…ＳｎおよびＳ１’、Ｓ２’、…Ｓｎ'が設けられていて、各コイルａ、ｂ、…、ａ’、ｂ’、…、が配置される。

複数個の円板状のコイルセクションＳ１〜ＳｎおよびＳ１’〜Ｓｎ’は、それぞれ絶縁被覆した平角導体（コイル）により構成されていて、互いに軸方向に重ねられ、直列接続されて高圧巻線３を構成している。図示はしないが上下端であるコイルセクションＳｎ、Ｓｎ’は接地されている。絶縁筒６の内側には絶縁距離Ｌだけ離れて低圧巻線２が設けられ、高圧巻線３とともに巻線を構成している。

雷サージが侵入した場合には、サージ電圧の印加部であるコイルセクションＳ１、Ｓ１’に最も高いサージ電圧が掛かり、コイルセクションＳ２、Ｓ３およびＳ２’、Ｓ３’の順に次第に分担電圧が低下する。従って、絶縁筒６との絶縁距離ＬはコイルセクションＳ１、Ｓ１’の最内側のコイル導体８に発生する電界によって絶縁破壊しないよう決定され、高電圧印加部周辺以外の低電圧領域では、絶縁距離が余剰となり、機器の高電圧化及び小型化に影響を与える。

一般的に、上記コイルセクションＳ１、Ｓ２、…Ｓｎ、Ｓ１’、Ｓ２’、…Ｓｎ'の最内側コイル導体８は中心軸ＣＬ（この場合は鉄心軸と同じ軸）から同じ半径の距離で配置するが、上述したように、最も高いサージ電圧が掛かったコイルセクションＳ１とＳ１’及びその周辺部の最内側コイル導体８（コイルａ、ｂ、ａ’、ｂ’）の絶縁距離により決められる。

本実施例では、図４に示すようにコイル導体８のうちコイルａ、ｂ、ａ’、ｂ’は中心軸ＣＬからより遠い距離に配置する。すなわち、側面図を見ると、凹むような構造が一般的に考えられ、このような構造によって、変圧器の耐圧を向上させ、小型化を実現する。

しかし、単にこのような凹む構造をすると、コイルセクションＳ１、Ｓ２、Ｓ１’、Ｓ２’の最内側コイル導体８（コイルａ、ｂ、ａ’、ｂ’）と絶縁筒６との間に長い油ギャップが生成される。油絶縁系において、電極の対向する面積もしくは距離が増加するにつれ、その絶縁破壊電界の値が低下していく現象が知られている。これは面積或いは距離が増加すると、電極間の弱点が多くなり、そのため、破壊確率が高くなって、破壊電界の値が低下するためである。従って、前記生成された長い油ギャップにより、絶縁破壊電界の値が低下してしまう。

そのため、最も高いサージ電圧が掛かる最内側のコイルセクションＳ１、Ｓ１’のコイル導体８及びその周辺部最内側コイル導体８（コイルａ、ｂ、ａ’、ｂ’）と一定の距離をあけて、部分絶縁筒９を配置する。これにより長い油ギャップが分割される。部分絶縁筒９は絶縁筒６と同じ材質、厚さで構成すれば良い。

また、変圧器が外部短絡を受けると巻線に大電流が流れ、この短絡電流と漏れ磁束密度によって大きい電磁力が発生する。部分絶縁筒９は薄いため、上記発生した大きい電磁力によって部分絶縁筒９の上部の巻線の座屈を発生する恐れがある。そのため、前記部分絶縁筒９の内側に、部分絶縁筒９と接触して、複数の水平絶縁板７を軸方向に沿って、重ねて配置すると、軸方向の機械力による座屈を緩和することができる。部分絶縁筒９は絶縁筒６と同じ材質、厚さで構成すれば良い。

部分絶縁筒９と複数の水平絶縁板７を半径方向に固定するために、部分絶縁筒９と最内側のコイル導体８（コイルａ、ｂ、ａ’、ｂ’）の間に周方向に間隔を置いて軸方向に延びた部分直線スペーサ１３を配置する。部分直線スペーサ１３は部分絶縁筒９と折流板１２ｃに挟まれている。また折流板１２ｃと外側絶縁筒１６とは接触している。複数の水平絶縁板７はコイル間スペーサ１１と同じ材質、厚さで構成すれば良い。

複数の水平絶縁板７と部分絶縁筒９と部分直線スペーサ１３を軸方向に固定するために、折流板１２ａと１２ｂと密着して複数の水平絶縁板７と部分絶縁筒９と部分直線スペーサ１３を配置する。

図３は図４の巻線構造の上視図である。複数の水平絶縁板７と部分直線スペーサ１３の円周方向の配置は図３に示すように構成されている。複数の水平絶縁板７と部分直線スペーサ１３は直線スペーサ１０とコイル間スペーサ１１と同じ径方向であって、周方向に間隔を置いて放射状に延びて配置されるようにすればよい。

図４は周方向に複数の水平絶縁板７と部分直線スペーサ１３と直線スペーサ１０とコイル間スペーサ１１が配置される場所である図３の断面Ａの縦断面図を示す。図５は周方向に複数の水平絶縁板７と部分直線スペーサ１３と直線スペーサ１０とコイル間スペーサ１１が配置されない場所である図３の断面Ｂの縦断面図を示す。

部分直線スペーサ１３とコイルセクションＳ１、Ｓ２、Ｓ１’、Ｓ２’の最内側のコイル導体８（コイルａ、ｂ、ａ’、ｂ’）との間には間隔が設けられて、絶縁性媒体５が流れる通路が作られている。絶縁性媒体５の流路は矢印で示す。なお、絶縁性媒体５は冷却機能も兼ねている。コイルセクションＳ１、Ｓ２、Ｓ１’、Ｓ２’内の各コイル導体に電流が流れる時に発生した熱は絶縁性媒体５を通じて、このような経路構造で散熱することができる。上記の間隔は絶縁破壊電界への影響及び絶縁性媒体５による冷却効果に支障が無い程度の通路であればよい。

また、この実施例では、部分絶縁筒９と複数の水平絶縁板７を軸方向に固定するために、折流板１２ａと１２ｂではなく、普通のコイル間スペーサを利用し、その代わりに他のコイル間スペーサを折流板と入れ替えても問題が無い。

実施例１とすることにより、静止誘導電器のうち変圧器に一般的に使用されている絶縁物を利用して、簡単に絶縁耐力向上を図り、小型化をすることができる。

図６は、実施例２における変圧器内部の巻線構造の上視図である。なお、本実施例では、実施例１と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。

実施例２では、部分絶縁筒９の内側に、部分絶縁筒９と接触して、複数に分割されたドーナツ状水平絶縁板１４を軸方向に沿って、重ねて配置する。複数のドーナツ状水平絶縁板１４は半径方向には部分絶縁筒９と直線スペーサ１０と密着して配置する。軸方向は折流板１２ａと１２ｂと密着して配置する。

図７は周方向に部分直線スペーサ１３と直線スペーサ１０とコイル間スペーサ１１が配置されない場所の図６の断面Ｃの縦断面図を示す。このような断面図を見ると複数のドーナツ状水平絶縁板１４を配置していることが分かる。

実施例２とすることにより、実施例１の多数箇所に複数の水平絶縁板７を配置することより製造工程を簡略化できる。

図８に、実施例３における変圧器内部の巻線構造の縦断面図を示す。なお、本実施例では、実施例１と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。

最も高いサージ電圧が掛かった最内側コイル導体８（コイルａ、ｂ、ａ’、ｂ’）と密着してハニカム構造を有する部分絶縁筒１５を配置する。ハニカム構造を有する部分絶縁筒１５の内側は直線スペーサ１０と密着して配置する。

図９は、ハニカム構造を有する部分絶縁筒１５の上視図である。このようなハニカム構造を利用すれば、機械強度を保ちながら大幅に軽量化できる。さらに、冷却媒体を兼ねた絶縁性媒体５を、ハニカム構造を通して流れることで冷却効率向上が期待できる。

ハニカム構造を有する部分絶縁筒１５を軸方向に固定するために、コイル間スペーサ１１ａと１１ｂと密着して配置する。その代わりに、例えば、コイルセクションＳ３とＳ４およびＳ３’とＳ４’との間に折流板１２ｄと１２ｅを配置する。この折流板の配置場所は特に限定されない。巻線全体の散熱に対して支障が無ければよい。このような構造であれば、ハニカム構造を有する部分絶縁筒１５の内部に流れた油はコイル間スペーサ１１ａと１１ｂが配置されない場所を通して流れることができるため、冷却に支障はない。ハニカム構造を有する部分絶縁筒１５の内側は直線スペーサ１０と密着して配置する。

実施例３では、機械強度を保ちながら大幅に軽量化、また、冷却媒体を兼ねた絶縁性媒体５が流れる冷却通路を簡単に作成でき、製造工程を簡略化できる。

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。上記した実施例は本発明を分かりやすく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も可能であり、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・置換をすることも可能である。

１…鉄心
２…低圧巻線
３…高圧巻線
４…タンク
５…絶縁性媒体
６…絶縁筒
７…水平絶縁板
８…コイル導体
９…部分絶縁筒
１０…直線スペーサ
１１、１１ａ、１１ｂ…コイル間スペーサ
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ…折流板
１３…部分直線スペーサ
１４…ドーナツ状水平絶縁板
１５…ハニカム構造を有する部分絶縁筒
１６…外側絶縁筒

Claims (7)

1. 絶縁性媒体を入れたタンクと、
   前記タンク内に収納される鉄心と、
   前記鉄心を中心に被覆絶縁された平角導体を巻回して構成された低圧巻線と、
   前記低圧巻線の外側であって、前記鉄心を中心に被覆絶縁された平角導体を巻回して構成された高圧巻線と、
   前記低圧巻線と前記高圧巻線間に設けられた絶縁筒と、
   前記絶縁筒上に取り付けられた周方向に間隔を置いて前記鉄心軸方向に延びた複数の直線スペーサと、
   前記直線スペーサ上であって軸方向に間隔を置いて放射状に径方向に延びた前記高圧巻線の一部のセクション間に配置されたコイル間スペーサと、
   前記高圧巻線の一部のセクション間以外であって他のセクション間に設けられた前記高圧巻線全面に被る折流板と、
   を備えた静止誘導電器において、
   前記高圧巻線であって電圧印加部セクションの最内側コイル導体は、他のセクションの最内側のコイル導体と比べて、前記鉄心中心軸から遠い位置に配置され、
   前記電圧印加部セクションの最内側コイル導体の内側に設けられた部分絶縁筒と、を備えたことを特徴とする静止誘導電器。
2. 請求項１の静止誘導電器において、
   前記部分絶縁筒と前記直線スペーサ間に設けられた水平絶縁板と、
   前記部分絶縁筒と前記電圧印加部セクションの最内側コイル導体の間に設けられた部分直線スペーサと、を備えたことを特徴とする静止誘導電器。
3. 請求項２の静止誘導電器において、
   前記水平絶縁板は、複数の板を軸方向に沿って重ねて配置したことを特徴とする静止誘導電器。
4. 請求項２の静止誘導電器において、
   前記水平絶縁板は、複数のドーナツ状水平絶縁板を軸方向に沿って重ねて配置したことを特徴とする静止誘導電器。
5. 請求項３又は４の静止誘導電器において、
   前記水平絶縁板は、前記鉄心軸方向に対して上下にて前記折流板で挟まれていることを特徴とする静止誘導電器。
6. 請求項１の静止誘導電器において、
   前記部分絶縁筒は、ハニカム構造を有することを特徴とする静止誘導電器。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項における静止誘導電器において、
   前記電圧印加部セクションは、高圧巻線のうち中心から軸方向上下に２ターン分のセクションであることを特徴とする静止誘導電器。

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