JP2019102739A - Stationary induction appliance - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、静止誘導電器に関するものであり、特に絶縁性能を考慮した静止誘導電器に関する。 The present invention relates to a stationary induction battery, and more particularly to a stationary induction battery considering insulation performance.
電力用変圧器の大きさは、低圧巻線と高圧巻線の間の絶縁(主絶縁と呼ぶ)の寸法に大きく支配される。油入変圧器の場合、この主絶縁は絶縁油と固体絶縁物であるプレスボードの繰返し構造となっていることが多い。そして低圧巻線と高圧巻線の間に電圧が印加されると、絶縁油の方がプレスボードより誘電率が小さいために、内部電界が高くなる。一方、絶縁油の方がプレスボードに比べて絶縁耐力(許容電界)は小さいことから、この絶縁油の部分が主絶縁における弱点と成り、全体の必要寸法を支配している。 The size of the power transformer is largely governed by the size of the insulation (referred to as the main insulation) between the low and high voltage windings. In the case of an oil-filled transformer, this main insulation often has a repeating structure of insulating oil and a pressboard which is a solid insulation. When a voltage is applied between the low voltage winding and the high voltage winding, the dielectric constant of the insulating oil is smaller than that of the press board, so the internal electric field becomes high. On the other hand, since the insulating oil has a smaller dielectric strength (permissible electric field) than the press board, the portion of the insulating oil is a weak point in the main insulation and controls the overall required size.
上記に関連し、特開2001−93749号公報(特許文献1)には、対向する電極間におけるそれぞれの電極の近傍に、流体絶縁物が流通する間隔をおいてシールド電極が配置され、シールド電極とその近傍の電極とが互いに電位線で接続され、対向するシールド電極間が固体絶縁物で充たされることにより、高電界強度部が、絶縁破壊強度の高い固体絶縁物内に生じさせられるので、電極間の絶縁寸法を小さくできる旨が開示されている。 In relation to the above, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-93749 (Patent Document 1), shield electrodes are disposed in the vicinity of the respective electrodes between the facing electrodes, at intervals through which the fluid insulator flows, The high electric field strength portion is generated in the solid insulator with high dielectric breakdown strength by connecting the two and the electrodes in the vicinity with potential lines and filling the space between the opposing shield electrodes with the solid insulator. It is disclosed that the insulation dimension between the electrodes can be reduced.
また、特開2011−100904号公報(特許文献2)には、高圧巻線と低圧巻線との間に導電性シールド材が配置され、導電性シールド材を高圧巻線の長手方向全長に亘って対向させて静止誘導電器を構成させている。これによって高圧巻線の等価静電容量を増加して電位振動を抑制するとともに、低圧巻線と高圧巻線との間の絶縁距離増加を抑制することができることが開示されている。 Moreover, in JP-A-2011-100904 (Patent Document 2), a conductive shield material is disposed between a high voltage winding and a low voltage winding, and the conductive shield material is extended over the entire length in the longitudinal direction of the high voltage winding. The stationary induction appliance is configured to face each other. It is disclosed that the equivalent capacitance of the high voltage winding can be increased to thereby suppress the potential oscillation and the increase in insulation distance between the low voltage winding and the high voltage winding can be suppressed.
しかし、特許文献1に記載の手段を低圧巻線と高圧巻線の間の主絶縁に適用しようとする場合、低圧巻線と高圧巻線の間のみならず、巻線の上下端部にて電位差が大きくなる。また、特許文献2に記載の手段の場合、導電性シールド材端部に電界集中が起きる可能性がある。
However, when the means described in Patent Document 1 is applied to main insulation between a low voltage winding and a high voltage winding, not only between the low voltage winding and the high voltage winding but also at the upper and lower ends of the winding. The potential difference increases. Further, in the case of the means described in
そこで本発明の目的は、絶縁性能を考慮した高信頼の静止誘導電器を提供することである。 Therefore, an object of the present invention is to provide a highly reliable stationary induction battery in consideration of the insulation performance.
上記目的を達成するために、本発明の実施形態は、鉄心と、前記鉄心に巻回される低圧巻線と、前記低圧巻線の外周に巻回される高圧巻線と、前記低圧巻線と前記高圧巻線との間に配置されたシールドユニットと、を有する静止誘導電器において、前記シールドユニットは絶縁体とシールド電極で構成されている。 In order to achieve the above object, an embodiment of the present invention comprises an iron core, a low voltage winding wound around the iron core, a high voltage winding wound around the outer periphery of the low voltage winding, and the low voltage winding And a shield unit disposed between the high voltage winding and the high voltage winding, wherein the shield unit comprises an insulator and a shield electrode.
本発明によれば、絶縁性能を考慮した高信頼の静止誘導電器を提供することが可能になる。 According to the present invention, it is possible to provide a highly reliable stationary induction battery in consideration of insulation performance.
以下、図面を用いて本発明の静止誘導電器の好ましい実施形態について詳説する。なお、発明の実施形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the stationary induction battery of the present invention will be described in detail using the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiments of the invention, and the repetitive description thereof will be omitted.
実施例1について図1乃至8を用いて説明する。 The first embodiment will be described with reference to FIGS.
図1乃至4は各々、本実施例における静止誘導電器の正面図、平面断面図、側面断面図、側面断面模式図である。図5はシールドユニット中央部の側面断面模式図、図6はシールドユニットの上面模式図である。図7、図8は各々、本実施例の静止誘導電器における上下方向、径方向の電位分布図である。 1 to 4 are respectively a front view, a plan sectional view, a side sectional view, and a side sectional schematic view of the stationary induction battery in the present embodiment. FIG. 5 is a schematic side view of the shield unit central portion, and FIG. 6 is a schematic top view of the shield unit. 7 and 8 are potential distribution diagrams in the vertical direction and in the radial direction, respectively, of the stationary induction battery of the present embodiment.
図1、図2に示した静止誘導電器500は、電力用三相変圧器であり、巻線ユニット5001、5002、及び5003が、三相三脚の鉄心1の各脚の周囲に巻回されている。鉄心や巻線ユニットを冷却する流体絶縁物として大気以外のもの、例えば絶縁油や六フッ化硫黄ガスを用いる場合、これらは図示していないタンクの内部に収納される。
The
次に、図2乃至4を用いて本実施例における巻線ユニット5001の構成を詳細に説明する。なお、巻線ユニット5002、5003についても巻線ユニット5001と同一の構成である。
Next, the configuration of the
図3に示した通り、本実施例における巻線ユニット5001は、鉄心の周囲に巻回された低圧巻線400、低圧巻線の外周を取り囲む形状に構成されたシールドユニット10、シールドユニットの外周に巻回された高圧巻線2とで構成されている。図4に示した通り、高圧巻線2は、上下方向の中央断面で鏡像となる様に上下パーツ2b、2aに分割されている。各々のパーツは、円板コイルを上下方向に偶数段積み重ねた形状をしており、上側パーツ2bの最上段の円板コイルは、接地された最外周のターン2001bから開始して上方から見て時計回りに、外側から内側に向けて4ターン、即ち、ターン2001b、2002b、2003b、2004bの順に巻回されている。そして、ターン2004bから下段に亘り、今度は上方から見て時計回りに、内側から外側に向けて4ターン巻回されている。そして、下段に亘って、以降同様に巻回すことで円板コイルが偶数段積み重なったものとして上側パーツ2bが構成される。最下段について述べると、上方から見て時計回りに、内側から外側に向けて4ターン、即ち、ターン2397b、2398b、2399b、2400bの順に巻回されて、外部電圧印加端100に電気的に接続されている。そして本実施例においては合計400ターンが巻回されて上側パーツ2bを構成している。下側パーツ2aは前記中央断面で上側パーツ2bと鏡像となる様に構成されている。すなわち下段に亘って、以降同様に巻回すことで円板コイルが偶数段積み重なったものとして下側パーツ2aが構成される。従って最上段の円板コイルは、外部電圧印加端100に電気的に接続された最外周のターン2400aから開始して上方から見て反時計回りに、外側から内側に向けて4ターン、即ち、ターン2400a、2399a、2398a、2397aの順に巻回され、最下段については上方から見て反時計回りに、内側から外側に向けて4ターン、即ち、ターン2004a、2003a、2002a、2001aの順に巻回されて、ターン2001aが接地されている。
As shown in FIG. 3, the
シールドユニット10は、図4に示した通り、低圧巻線400と高圧巻線2の間に配設され、同心円状に巻回され、上下端部を斜めに切り落とした形で配設されている。図5に示した通り、このシールドユニット10の絶縁物1001b、1002b、1319b、1320bとこれに接合されたシールド電極部1001a、1002a、1319a、1320aにより絶縁部とシールド電極部が交互になるように巻き回し、構成されている。そしてシールド電極部1001aの最上端部と最下端部は接地されている。図6に示すように、絶縁物10bにシールド電極10bが接合されており、鉄心と同心円状に巻回した構成となっており、計320ターンが巻回されているが、図では便宜上5ターンとしている。シールドユニット10の高圧巻線側の上下端部を斜めに切断することでシールドユニット端部における電界の集中を抑制することができる。
As shown in FIG. 4, the
次に、図7、図8を用いて本実施例の静止誘導電器の動作を説明する。 Next, the operation of the stationary induction battery of this embodiment will be described with reference to FIGS. 7 and 8.
図4に示した外部電圧印加端100に、商用周波数50Hzまたは60Hzの交流電圧が印加されると、電圧の大きさに応じた交流励磁電流が高圧巻線2a、2bに上下対称に流れるが、各々の巻回しの方向が逆であるために鉄心1には同一方向の交番磁界が励磁される。そしてこの交番磁界により、金属電極10aには誘導起電力が生じる。その大きさは概略、各々のターン数と、高圧巻線のターン数の比を、入力電圧に乗じたものとなる。従って、前述の通り各々が構成されていることにより、低圧巻線と高圧巻線の間の領域に形成される電位分布は図7、図8に示したものとなる。図7に示した通り、上下中央座標位置z=0の水平方向の電位変化を、絶縁物内部(x2とx3の間で)で急峻とすることで絶縁物に高電界を負担させ、その内側や外側の流体絶縁物の領域で電界を小さくしている。この様に流体絶縁物より誘電率が大きく、絶縁耐力が高い固体絶縁物に高電界を負担させられるので、水平方向の絶縁性能を向上できる。
When an AC voltage with a commercial frequency of 50 Hz or 60 Hz is applied to the external
一方、上下方向の電位分布は中央で高く、端へ向かって接地電位まで緩やかに減少する電位部分が実現される。一般的に絶縁物の沿面は絶縁上の弱点となるのであるが、本実施例のように電位勾配(電界)を緩やかとすることで絶縁を保持することが容易となる。そして、上下端が接地電位となり、鉄心との間の絶縁を考慮不要となっている。 On the other hand, the potential distribution in the vertical direction is high at the center, and a potential portion gradually decreasing to the ground potential toward the end is realized. Generally, the creeping surface of the insulator is a weak point on the insulation, but it is easy to maintain the insulation by making the potential gradient (electric field) gentle as in this embodiment. The upper and lower ends are at the ground potential, and the insulation between the core and the core is not necessary.
本発明により誘電体の厚さが薄いほど許容電界が大きくなる特性を活かし、絶縁性能を向上可能な静止誘導電器を提供することができる。また、固体絶縁物に電界を集中させるとともに、巻線の上下端部における電位差を抑制した静止誘導電器を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a stationary induction device capable of improving the insulation performance by utilizing the characteristic that the allowable electric field increases as the thickness of the dielectric decreases. In addition, it is possible to provide a stationary induction battery in which the electric field is concentrated on the solid insulator and the potential difference at the upper and lower ends of the winding is suppressed.
本発明の実施例について図9、図10を用いて説明する。 An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 9 and FIG.
図9は、本実施例における静止誘導電器の側面断面模式図である。図10は、本実施例の静止誘導電器における径方向の電位分布図である。本実施例の形態はほぼ実施例1と同様の構成であるが、図9に示した通り、シールドユニットの内周側中心部をくりぬかれている点が実施例1と異なっている。 FIG. 9 is a side cross-sectional schematic view of the stationary induction battery in the present embodiment. FIG. 10 is a potential distribution chart in the radial direction in the stationary induction battery of this embodiment. The configuration of the present embodiment is substantially the same as that of the first embodiment, but differs from the first embodiment in that the inner peripheral center portion of the shield unit is hollowed out as shown in FIG.
低圧巻線400が十分に低い電圧であり、絶縁距離を要しない場合においては、実施例1の構成で良い。しかし、低圧巻線400の電圧が高い場合、低圧巻線400とシールドユニット10間における絶縁を保つため、径方向に距離を開ける必要がある。
In the case where the low voltage winding 400 has a sufficiently low voltage and the insulation distance is not required, the configuration of the first embodiment may be used. However, when the voltage of the low voltage winding 400 is high, in order to maintain the insulation between the low voltage winding 400 and the
このような問題を解消するため、図9に示すように、シールドユニット10の低圧巻線400側の部分を、望ましい電位となる巻数の部分までくりぬいている。これにより、シールドユニット10を径方向に動かすことなく、低圧巻線400側との間における電位分布の制御と絶縁距離の確保が可能となる。
In order to solve such a problem, as shown in FIG. 9, the portion on the low voltage winding 400 side of the
上記の構成により高圧巻線と低圧巻線間における電位分布は図10に示したものとなり、電位勾配(電界)を緩やかとすることで絶縁を保持することが容易となる。本発明の構成とすることで絶縁距離増加が抑制され、静止誘導電気の小型化が可能となる。 With the above configuration, the potential distribution between the high voltage winding and the low voltage winding is as shown in FIG. 10, and by making the potential gradient (electric field) gentle, it becomes easy to maintain the insulation. By adopting the configuration of the present invention, an increase in insulation distance is suppressed, and miniaturization of stationary induction electricity can be achieved.
本発明の実施例について図11を用いて説明する。 An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図11は、本実施例におけるシールドユニット端部における側面断面模式図である。本実施例の形態はほぼ実施例1と同様の構成であるが、図11に示した通り、シールドユニットのシールド電極部10a端部を丸めた構造としている。
FIG. 11 is a schematic side sectional view of an end portion of the shield unit in the present embodiment. The configuration of this embodiment is substantially the same as that of Embodiment 1, but as shown in FIG. 11, the end of the
シールド電極部10aの先端の角部では局所的に電界が集中し、放電の起点となりえる。そのため、シールドユニット10の層間、つまりシールド電極1001aと1002aなどの隣接するシールド電極間における絶縁を確保するため、絶縁物10bを厚くする必要がある。
At the corner of the tip of the
この問題を解決するため、シールド電極端部を丸めた構造とし、角部を処理することで局所的な電界集中を緩和することができる。 In order to solve this problem, it is possible to reduce the local electric field concentration by forming the shield electrode end in a rounded structure and processing the corner.
上記の構成により、絶縁物10bの厚みを抑制することが可能となり、シールドユニット10の小型化が可能となる。
According to the above configuration, the thickness of the
以上、本実施例によれば、小型な静止誘導電器を提供することができる。 As described above, according to this embodiment, a compact stationary induction battery can be provided.
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。 The present invention is not limited to the embodiments described above, but includes various modifications. For example, the embodiments described above are described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Also, part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. In addition, with respect to a part of the configuration of each embodiment, it is possible to add, delete, and replace other configurations.
1…鉄心
2、2a、2b…高圧巻線
10…シールドユニット
10a、1001a、1002a、1319a、1320a…シールド電極
10b、1001b、1002b、1319b、1320b…絶縁物
100…外部電圧印加端
400…低圧巻線
500…静止誘導電器
5001、5002、5003…巻線ユニット
1 ... iron core
2, 2a, 2b ... high voltage winding
10 ... Shield unit
10a, 1001a, 1002a, 1319a, 1320a ... shield electrode
10b, 1001b, 1002b, 1319b, 1320b ... insulator
100 ... external voltage application terminal
400 ... low voltage winding
500 ... stationary induction device
5001, 5002, 5003 ... Winding unit
Claims (5)
前記鉄心に巻回される低圧巻線と、
前記低圧巻線の外周に巻回される高圧巻線と、
前記低圧巻線と前記高圧巻線との間に配置されたシールドユニットと、を有する静止誘導電器において、
前記シールドユニットは絶縁体とシールド電極で構成されており、前記シールド電極は前記巻線導体の何れかの部位と電気的に接続したことを特徴とする静止誘導電器。 Iron core,
A low voltage winding wound around the iron core;
A high voltage winding wound around an outer periphery of the low voltage winding;
In a stationary induction appliance having a shield unit disposed between the low voltage winding and the high voltage winding,
The said shielding unit is comprised with an insulator and a shielding electrode, The said shielding electrode was electrically connected with any site | part of the said winding conductor, The stationary induction battery characterized by the above-mentioned.
前記シールドユニットは前記絶縁体と前記シールド電極を層状に巻き回し、外周方向へ交互に配置されて構成されていることを特徴とした静止誘導電器。 The stationary induction appliance according to claim 1, wherein
A stationary induction battery characterized in that the shield unit is configured by winding the insulator and the shield electrode in layers and alternately arranging in the outer peripheral direction.
前記シールドユニットの外周端部が斜めに形成されていることを特徴とする静止誘導電器。 The stationary induction battery according to claim 1 or 2, wherein
An outer peripheral end portion of the shield unit is formed obliquely.
前記シールドユニットの前記低圧巻線側の中心部が凹形状であることを特徴とする静止誘導電器。 A stationary induction battery according to any one of claims 1 to 3,
The center portion of the low voltage winding side of the shield unit has a concave shape.
前記シールド電極の端部が丸みを有することを特徴とする静止誘導電器。 The stationary induction battery according to any one of claims 1 to 4,
An end of the shield electrode has a roundness.
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