JP2019503074A

JP2019503074A - 遠隔高電圧装置のための変圧器

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Publication number: JP2019503074A
Application number: JP2018532195A
Authority: JP
Inventors: アルノーアレ; アルバートペレイラ; ミシェルメルメ−ギネ
Original assignee: スーパーグリッドインスティテュート
Priority date: 2015-12-22
Filing date: 2016-12-06
Publication date: 2019-01-31
Also published as: WO2017109317A1; PL3394867T3; FR3045925A1; CN108463861A; ES2773516T3; FR3045925B1; EP3394867B1; KR20180095074A; EP3394867A1

Abstract

本発明は、ケーブル（１１）を備える変圧器（１）に関し、ケーブル（１１）は以下を備える：
中心セクション（２）、中間セクション（３）、及び、外縁セクション（４）；
前記中心セクション（２）は、一次回路の第１の巻線（２１）、二次回路の第１の巻線（２２）、及び、前記一次回路の第１の巻線と前記二次回路の第１の巻線との間の第１の固体ガルバニック絶縁体（２３）を備え；
前記中間セクション（３）は、前記中心セクション（２）を囲み、磁心（３１）を備え；
前記外縁セクション（４）は、前記中間セクション（３）を囲み、一次回路の第２の巻線（４１）、二次回路の第２の巻線（４２）、及び、前記一次回路の第２の巻線と前記二次回路の第２の巻線との間の第２の固体ガルバニック絶縁体（４３）を備え；
前記一次回路の第１の巻線と第２の巻線との間、前記二次回路の第１の巻線と第２の巻線との間の、電気接続（５１、５２）。
【選択図】図３

Description

本発明は、高電圧ネットワークのための装置に関し、具体的には、電気ネットワーク内の遠隔装置の間での電力の転送、これらの遠隔装置のガルバニック絶縁（galvanic insulation）、及び、これらの遠隔装置間の電圧レベルの転送に関する。

Arun Kadaveluguによる文献“High-Frequency Design Considerations of Dual Active Bridge 1200V SiC Mosfet DC-DC converter”（ＩＥＥＥにより２０１１年発行、３１４−３２０ページ）には、ＤＣ／ＤＣコンバータが記載されており、当該ＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、２つのＨ−ブリッジ（H-bridge）が同軸変圧器（coaxial transformer）によってガルバニック絶縁されることが記載されている。当該同軸変圧器は、２本のアームを含み、当該２本のアームは、当該２本のアームの端部で相互接続して、電機子（armature）によって支えられている。それぞれのアームは、内部セクションと外部セクションとを含み、内部セクションは複数の一次回路の巻線（primary circuit winding）を備え、外部セクションは複数の二次回路の巻線（secondary circuit winding）を備えている。当該一次回路の巻線と二次回路の巻線は、相互に絶縁されている。磁心（magnetic core）は、当該一次回路の巻線と二次回路の巻線の周囲に配置される。変圧器を冷却するため、この磁心は、いくつかの離間されたセクションを含む。より一層小型化するため、２本のアームの磁心は、絡み合っている。

２つの遠隔ＤＣネットワーク又は２つの遠隔装置を接続することを所望する場合、電気ケーブルによって、コンバータの入力は第１のネットワークに接続され、コンバータの出力は第２のネットワークに接続される。

独国特許出願公開第４３１８２７０号明細書米国特許出願公開第２０１１／０２９１７９２号明細書英国特許出願公開第２４４７９６３号明細書

Arun Kadavelugu、「High-Frequency Design Considerations of Dual Active Bridge 1200V SiC Mosfet DC-DC converter」、2011 Twenty-Sixth Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition （APEC）、（米国）、２０１１年４月７日、３１４−３２０ページ

実際には、高電圧アプリケーションの場合、２つのネットワークのうちの一方の変圧器によって占領される容量が非常に大きいという点で、このタイプを導入することには不利益がある。具体的には、変圧器の冷却には、無視できない大きさのスペースを必要とする。

このタイプの同軸変圧器は、この場合、不適当である。そのため、一次巻線及び二次巻線に囲まれた磁心を備える、従来の高い変圧器が選ばれる。電気絶縁は、通常、一次巻線及び二次巻線の間で流れる、流体、例えば、ガス又は油、によって提供される。
これらの流体の管理は、安全、環境、メンテナンス、及び、スペースに関して問題がある場合があり、変圧器が、例えば、沖合風力発電所等の厳しい環境に位置する場合、特に問題がある。

このタイプの従来の変圧器の冷却や電気的絶縁も、局所的な転送への適用であっても、問題がある。

独国特許出願公開第４３１８２７０号明細書は、一次回路の巻線、一次回路の巻線によって囲まれた磁心、磁心を囲む二次回路の巻線を備える同軸電気変圧器を開示している。

米国特許出願公開第２０１１／０２９１７９２号明細書は、一次回路の巻線及び二次回路の巻線が磁心内に配置されている、同軸変圧器を開示している。

英国特許出願公開第２４４７９６３号明細書は、一次回路の巻線、一次回路の巻線によって囲まれた磁心、磁心を囲む二次回路の巻線を備える同軸電気変圧器を開示している。

本発明は、これらの不利益の１つ以上を解決することを目的としている。したがって、本発明は、添付の請求項１に規定されるように、電気変圧器に関する。

本発明は、添付の請求項に規定される、変形例にも関する。当業者は、中間的一般化を必要とすることなく、請求項１の特徴に、これらの変形例のそれぞれの特徴を、独立に組み合わせることを、理解することができる。

本発明は、添付の請求項に規定されるように、電気インフラにも関する。

本発明は、例えば、高電圧ネットワークにおいて２つの遠隔装置を接続するため、一次回路と二次回路の巻線が１つのケーブルで設備される変圧器を提案する。そのような変圧器のケーブルは、同心円状に並んだ、中心セクション、中間セクション、及び、外縁セクションを備える。前記中心セクションは、少なくとも１つの一次回路の巻線、少なくとも１つの二次回路の巻線、及び、前記一次回路の巻線と前記二次回路の巻線との間のガルバニック絶縁体（galvanic insulator）を備える。前記中間セクションは、前記中心セクションを囲み、磁心を含む。前記外縁セクションは、前記中間セクションを囲み、一次回路の巻線と二次回路の巻線を備える。また、前記外縁セクションは、前記一次回路の巻線と前記二次回路の巻線の間のガルバニック絶縁体を備える。前記中心セクション及び前記外縁セクションにそれぞれ備えられる、これら２本の一次回路の巻線は、前記ケーブルの１つの軸端に、電気的に接続される。前記中心セクション及び前記外縁セクションにそれぞれ備えられる、これらの２本の二次回路の巻線は、前記ケーブルの１つの軸端に、電気的に接続される。

本発明の更なる特徴及び利点は、限定としてではなく示唆としての、添付の図面を参照する下記の説明によって、明確に示される。
図１は、本発明に係る変圧器の設置の一例を示す模式図である。図２は、発明に係る変圧器の一例におけるケーブルの様々な断面を示す模式的な横断面図である。図３は、本発明に係る変圧器のためのケーブルの第１の実施形態を示す横断面図である。図４は、図３に示すケーブルの長さ方向に沿った断面図である。図５は、本発明に係る変圧器のためのケーブルの第２の実施形態を示す横断面図である。図６は、図５に示すケーブルの長さ方向に沿った断面図である。図７は、ケーブルの軸端の相互接続の一例を示す縦断面図である。図８は、二次回路の巻線間の接続の一例を示す模式図である。図９は、二次回路の巻線間の接続の一例を示す模式図である。図１０は、本発明に係る変圧器のためのケーブルの第１の実施形態の変形例を示す横断面図である。

図１は、本発明に係る変圧器１の設置の一例を示す。変圧器１は、軸端１１１と軸端１１２を有する、細長いケーブル１１を備える。以下詳述されるように、ケーブル１１は、一次移行回路（primary transformer circuit）の巻線、二次移行回路（secondary transformer circuit）の巻線、及び、磁心を含む。ケーブル１１は、軸端１１１において、変圧器１の一次回路の端部（terminal）を構成する、接続端１２１及び接続端１２３を含む。ケーブル１１は、軸端１１２において、変圧器１の二次回路の端部（terminal）を構成する、接続端１２２及び接続端１２４を含む。

この特定の例において、変圧器１は、高電圧ＤＣネットワーク（high-voltage DC network）の上の２つの遠隔装置８２、８４の間の、電気エネルギーの伝達及び電圧レベルの転送のために使用される。一次回路の接続端１２１、１２３は、ＤＣ／ＡＣコンバータ８１のＡＣインターフェースに接続している。装置８２は、ＤＣ／ＡＣコンバータ８１のＤＣインターフェースに接続している。二次回路の接続端１２２、１２４は、ＤＣ／ＡＣコンバータ８３のＡＣインターフェースに接続している。装置８４は、ＤＣ／ＡＣコンバータ８３のＤＣインターフェースに接続している。

図２は、本発明に係る変圧器１の一例におけるケーブル１１の様々な断面の模式的な横断面図である。当該ケーブル１１において、同心を有するセクション２、３、４を区別することができる。外縁セクション４は中間セクション３を囲んでおり、中間セクション３は中心セクション２を囲んでいる。

図３は、本発明に係る変圧器１におけるケーブル１１の第１の実施形態を示す横断面図である。図４は、ケーブル１１の長さ方向に沿った断面図である。

ケーブル１１の中心セクション２は、変圧器１の一次回路の複数の巻線２１、変圧器１の二次回路の複数の巻線２２、固体ガルバニック絶縁体２３を備える。

ガルバニック絶縁体２３は、一次回路の巻線２１を囲む、周囲温度において固体の電気絶縁層で構成される。二次回路の巻線２２は、この絶縁層２３の外面と接触して配置されている。巻線２１は、ケーブル１１の軸のまわりに、放射状に配置されている。様々な巻線２１は、当該巻線２１の間において径方向に延びる、周囲温度において固体の絶縁仕切り２５によって離間されており、絶縁されている。巻線２２は、ケーブル１１の軸のまわりに、放射状に配置されている。様々な巻線２２は、当該巻線２２の間において径方向に延びる、周囲温度において固体の絶縁仕切り２６によって離間されており、絶縁されている。

中間セクション３は、中心セクション２を囲んでいる。中間セクション３は、磁心又は回路３１を備える。本実施形態では、磁心３１は中心セクション２を囲んでいる。ここでは、磁心３１は、中間セクション３の全体を占めている。

ケーブル１１の外縁セクション４は、変圧器１の一次回路の複数の巻線４１、変圧器１の二次回路の複数の巻線４２、及び、固体ガルバニック絶縁体４３を備える。

ガルバニック絶縁体４３は、二次回路の巻線４２を囲む、周囲温度において固体の電気絶縁層で、構成される。巻線４２は、ケーブル１１の軸のまわりに、放射状に配置されている。本実施形態では、巻線４２は磁心３１と接触している。様々な巻線４２は、当該巻線４２の間において径方向に延びる、周囲温度において固体の絶縁仕切り４６によって離間されており、絶縁されている。一次回路の巻線４１は、この絶縁層４３の外面と接触して配置されている。巻線４１は、ケーブル１１の軸のまわりに、放射状に配置されている。様々な巻線４１は、当該巻線４１の間において径方向に延びる、周囲温度において固体の絶縁仕切り４５によって離間されており、絶縁されている。

本実施形態において、変圧器１は、ケーブル１１の全長に亘って、対流によって冷却される。したがって、ケーブル１１の長さによって変圧器１の冷却が促されるため、冷却用の流体の流れに、ケーブル１１を浸漬する必要性を無くすことができる、又は、低減することができる。さらに、この場合、電気絶縁は固体材料によって実現されるため、変圧器１のメンテナンスの制約及び漏出の危険性の双方を低減することができる。さらに、エネルギーの伝達のためにも使用されるケーブル１１の全長に亘って変電（electrical transformation）が達成されるため、当該ケーブル１１によって接続される遠隔装置において、変圧器１に必要なスペースを特に低減することができる。

本実施形態では、一次回路の巻線と二次回路の巻線とを異なる層に配置することによってケーブル１１の製造を容易にすることを意図している。それ自体知られている方法を用いて、押し出し又はラッピング（wrapping）によって、ガルバニック絶縁体２３と４３を容易に形成することができるため、本実施形態のケーブルの製造はさらに容易になる。さらに、本実施形態は、様々な巻線の間にける実質的な厚さを有するガルバニック絶縁体の形成を容易にする。

ケーブル１１の外縁セクション４は、巻線４１を囲む、周囲温度において固体の絶縁仕切り４８をさらに含む。ケーブル１１の外縁セクション４は、電磁スクリーン又はシールドを形成する、例えば、金属層の、導電層４９を含むことが好ましい。スクリーンを形成する層４９は、絶縁仕切り４８を囲んでいる。

本実施形態の一例において、ケーブル１１は機械的強化材２９を含むことが好ましい。機械的強化材２９は、ケーブル１１の全長に亘って延在することが好ましい、又は、ケーブル１１の端部における付属品を許容するためにケーブル１１を越えて突出することが好ましい。機械的強化材２９は、ケーブル１１が曲げられる際の変形を低減するように、中心セクション２の中央に（ケーブル１１の軸に）配置されることが好ましい。機械的強化材２９は、例えば、絶縁体、合成繊維、又は、繊維強化ポリマーによって覆われた金属ケーブルを備えていてもよい。

本実施形態の一例において、絶縁仕切り２５は、機械的強化材２９と絶縁層２３との間で放射状に延びている。本実施形態の典型的な例では、絶縁仕切り２６は、絶縁層２３と磁心３１との間で放射状に延びている。本実施形態の典型的な例では、絶縁仕切り４６は、磁心３１と絶縁層４３との間で延びている。本実施形態の典型的な例では、絶縁仕切り４５は、絶縁層４３と絶縁層４８との間で延びている。

磁心３１は、例えば、押し出し又は同心のラッピングによって形成され得る形状を有する。磁心３１は、例えば、磁性粉が混入されたポリマー樹脂から形成されてもよい。磁心３１は、例えば、絶縁体に囲まれた、圧延されたシート状の金属から形成されてもよい。例えば、その相対的な磁気透過性（relative magnetic permeability）が少なくとも１５０、好ましくは少なくとも２００、さらに好ましくは５００であるような材料が選ばれてもよい。シミュレーションによると、磁心３１の相対的な磁気透過性が少なくとも１５０である場合、磁気カップリング（magnetic coupling）は少なくとも０.９９である。

固体絶縁体２３、２５、２６、４３、４５、４６の１つに用いられる材料は、例えば、絶縁された、架橋ポリエチレン（reticulated polyethylene）、ポリプロピレン、ゴム（ＥＰＲ、ＨＥＰＲ）、又は、シリコーンを備えるグループから、選ばれる。

巻線２１、２２、４１又は４２に用いられる材料は、例えば、銅及び銅合金又はアルミニウム及びアルミニウム合金を備えるグループから、選ばれる。

実施形態の第１の例に係る変圧器１のためのケーブル１１の規模（dimension）の一実施例は、以下の通りであってもよい。以下は規定される：
変圧器１による１０ＭＷの電力の転送；
一次回路の端部（terminal）への１０ｋＶの電圧と二次回路の端部（terminal）への１００ｋＶの電圧；
２０ｋＨｚの周波数において、一次回路における電流１０００Ａ及び二次回路における電流１００Ａ；
１Ａ／ｍｍ^２の電流密度；
０.２Ｔの磁場。

参考として、巻線コイルの端部（terminal）の正弦波電圧Ｖは、以下の（１）式であるBoucherot式（Boucherot formula）によって計算される：

ここで、Ｎは、巻線の巻き数（number of terns）であり、Ｂは、磁気インダクタンスであり、Ｓは、磁気回路の断面積であり、ｆは、動作周波数である。

巻線２１、２２、４１、４２のために選ばれる材料は、銅である。

スクリーン層４９のために選ばれる材料は、アルミニウムである。

固体絶縁体２３、２６、４３、４６に用いられる材料は、架橋ポリエチレンである。

中心セクション２（及び、外縁セクション４の）の一次回路の巻線の数は、１である。中心セクション２（及び、外縁セクション４の）の二次回路の巻線の数は、１０である。

開口されているエア用パス（図３において不図示）が、機械的強化材２９の代替手段として、中心セクション２の中央に配置され、１０ｍｍの半径を有している。巻線２１の厚さは、１０.５ｍｍである。絶縁層２３の厚さは、５ｍｍである。巻線２２の厚さは、５.６ｍｍである。絶縁仕切り２６の幅は、少なくとも１ｍｍ、好ましくは少なくとも２ｍｍである。磁心３１の厚さは、１０ｍｍである。巻線４２の厚さは、３.７ｍｍである。絶縁層４３の厚さは、５ｍｍである。巻線４１の厚さは、３.１ｍｍである。絶縁層４８の厚さは、５ｍｍである。スクリーン層４９の厚さは、２.７５ｍｍである。ケーブル１１は、６２.５ｍの長さを有する。

巻線２１及び巻線４１のピッチ（本実施形態では、巻線２２及び巻線４２と同一のピッチ）は、例えば、ケーブル１１の直径の５倍超過３０倍未満の間で変動する。

上記の実施形態では、接続端１２１、１２３と接続端１２２、１２４とがケーブル１１の反対側の軸端に配置されており、すなわち、ケーブル１１の一方側に接続端１２１、１２３が、他方側に接続端１２２、１２４が配置されている。しかしながら、ローカル・アプリケーションのため、接続端１２１〜１２４がケーブル１１の同じ側の軸端に配置された変圧器１を使用してもよい。このタイプの変圧器１においても、ケーブルの全長に亘って適用される冷却、及び、固体ガルバニック絶縁体の絶縁性能（insulating capacity）において有利な効果を得ることができる。

接続端（terminal）が同じ軸端に配置されたケーブル１１の軸端構造の一例は、図７に示す縦断面図に図示される。この例は、中心セクション２及び外縁セクション４の一次回路の巻線の間の相互接続、又は、中心セクション２及び外縁セクション４の二次回路の巻線の間の相互接続を提示することを目的としている。

末端部５は、ケーブル１１の１つの軸端に、このように付けられる。ここで、図示されないが、末端部５は第１の接続端又は第２の接続端を含んでいてもよい。末端部５は、電気コネクター５２を含み、電気コネクター５２は、外縁セクションの巻線４２を中心セクション２の巻線２２に電気的に接続する。電気コネクター５２は、例えば、溶接によってそれぞれの巻線２２、４２に接続される。

電気コネクター５２は、その周囲を絶縁体５３によって囲まれている。絶縁体５３は絶縁層２３、４３が延出することにより構成され、電気コネクター５２の軸端を覆っている。絶縁体５３は、電気コネクター５２を囲んでいる。

末端部５は、電気コネクター５１も含み、電気コネクター５１は、外縁セクションの巻線４１を中心セクション２の巻線２１に電気的に接続する。電気コネクター５１は、例えば、溶接によってそれぞれの巻線２１、４１に接続される。電気コネクター５１は、その周囲を絶縁体５４によって囲まれている。絶縁体５４は絶縁層４８が延出することにより構成され、電気コネクター５１の軸端を覆っている。

本実施形態では、機械的強化材２９は、末端部５を通って延びており、軸方向に当該末端部５から突出している。

図８及び図９は、様々な絶縁仕切り２６、４６に印加される電界を抑制するため、上記で詳述した数値的なアプリケーション（セクション２、４のそれぞれの二次回路の１０本の巻線）に係る、二次回路の巻線２２と４２の相互接続の一例を図示している。図８及び図９は、ケーブル１１のそれぞれの軸端における相互接続を図示している。ここで図示された相互接続によって、隣り合う巻線２２の間の、又は、隣り合う巻線４２の間の電位差を抑制することができる。本実施形態では、相互接続は、図において点線で示される。図９において、明瞭な図示のため、相互接続の端部のみを示す。巻線２２、２４はインデックスｎ°ｎによって番号が付され、インデックスｎ°ｎが付された巻線２２と巻線４２とは放射方向において互いに反対側に配置されている。インデックスｎ°ｎによって識別される巻線２２（及び、類推によって、巻線４２）は、以下の順序で放射状に配置されている：１−２−４−６−８−１０−９−７−５−３。巻線の間の相互接続は、以下の通りである：
インデックスｎ°１の巻線２２とインデックスｎ°１の巻線４２とは、相互接続５２１によって電気的に接続される；
インデックスｎ°１の巻線２２とインデックスｎ°２の巻線４２とは、相互接続６１２によって電気的に接続される；
インデックスｎ°２の巻線２２とインデックスｎ°２の巻線４２とは、相互接続５２２によって電気的に接続される；
インデックスｎ°２の巻線２２とインデックスｎ°３の巻線４２とは、相互接続６２３によって電気的に接続される；
インデックスｎ°３の巻線２２とインデックスｎ°３の巻線４２とは、相互接続５２３によって電気的に接続される；
インデックスｎ°３の巻線２２とインデックスｎ°４の巻線４２とは、相互接続６３４によって電気的に接続される；
インデックスｎ°４の巻線２２とインデックスｎ°４の巻線４２とは、相互接続５２４によって電気的に接続される；
インデックスｎ°４の巻線２２とインデックスｎ°５の巻線４２とは、相互接続６４５によって電気的に接続される；
インデックスｎ°５の巻線２２とインデックスｎ°５の巻線４２とは、相互接続５２５によって電気的に接続される；
インデックスｎ°５の巻線２２とインデックスｎ°６の巻線４２とは、相互接続６５６によって電気的に接続される；
インデックスｎ°６の巻線２２とインデックスｎ°６の巻線４２とは、相互接続５２６によって電気的に接続される；
インデックスｎ°６の巻線２２とインデックスｎ°７の巻線４２とは、相互接続６６７によって電気的に接続される；
インデックスｎ°７の巻線２２とインデックスｎ°７の巻線４２とは、相互接続５２７によって電気的に接続される；
インデックスｎ°７の巻線２２とインデックスｎ°８の巻線４２とは、相互接続６７８によって電気的に接続される；
インデックスｎ°８の巻線２２とインデックスｎ°８の巻線４２とは、相互接続５２８によって電気的に接続される；
インデックスｎ°８の巻線２２とインデックスｎ°９の巻線４２とは、相互接続６８９によって電気的に接続される；
インデックスｎ°９の巻線２２とインデックスｎ°９の巻線４２とは、相互接続５２９によって電気的に接続される；
インデックスｎ°９の巻線２２とインデックスｎ°１０の巻線４２とは、相互接続６９０によって電気的に接続される；
インデックスｎ°１０の巻線２２とインデックスｎ°１０の巻線４２とは、相互接続５２０によって電気的に接続される。

中心セクション２及び外縁セクション４において、一次回路が複数の巻線を含む場合、絶縁仕切り２５、４５に印加される電界を抑制するため、同様の相互接続の方法が巻線２１、４１に使用されてもよい。

実施形態の第１の例に係る変圧器１のケーブル１１の規模（dimension）のさらなる実施例は、以下の通りであってもよい。以下は規定される：
変圧器１による１ＭＷの電力の転送；
一次回路の端部（terminal）への５ｋＶの電圧と二次回路の端部（terminal）への５ｋＶの電圧；
５ｋＨｚの周波数において、一次回路における電流２００Ａ及び二次回路における電流２００Ａ；
１Ａ／ｍｍ^２の電流密度；
０.２Ｔの磁場。

固体絶縁体２３、４３に用いられる材料は、架橋ポリエチレンである。

中心セクション２（及び、外縁セクション４の）の一次回路の巻線の数は、１である。中心セクション２（及び、外縁セクション４の）の二次回路の巻線の数は、１である。

開口されているエア用パス（図３において不図示）が、機械的強化材２９の代替手段として、中心セクション２の中央に配置され、１０ｍｍの半径を有している。巻線２１の厚さは、２.８ｍｍである。絶縁層２３の厚さは、５ｍｍである。巻線２２の厚さは、１.７ｍｍである。磁心３１の厚さは、１０ｍｍである。巻線４２の厚さは、１.１ｍｍである。絶縁層４３の厚さは、５ｍｍである。巻線４１の厚さは、０.９ｍｍである。絶縁層４８の厚さは、５ｍｍである。スクリーン層４９の厚さは、２.７５ｍｍである。ケーブル１１は、１２５ｍの長さを有する。

図５は、本発明に係る変圧器１のケーブル１１の第２の実施形態を示す横断面図である。図６は、ケーブル１１の長さ方向に沿った断面図である。

ケーブル１１の中心セクション２は、変圧器１の一次回路の複数の巻線２１と、変圧器１の二次回路の複数の巻線２２を備える。本実施形態では、中心セクション２は、ケーブル１１の軸のまわりに配置された巻線の交互の配置を備える。ここで、巻線２２の数は、巻線２１の数の倍である。

ケーブル１１は、周囲温度において固体の絶縁要素２７で構成されるガルバニック絶縁（galvanic insulation）をさらに含む。絶縁要素２７は、ケーブル１１の軸のまわりに、放射状に配置されている。絶縁要素２７は、中心セクション２において２本の隣り合う巻線を離間させる。本実施形態では、絶縁要素２７は、２本の隣り合う巻線２１又は巻線２２の間において径方向に延びており、絶縁仕切りを構成する。

ケーブル１１の外縁セクション４は、変圧器１の一次回路の複数の巻線４１と、変圧器１の二次回路の複数の巻線４２を備える。本実施形態では、外縁セクション４は、ケーブル１１の軸のまわりに配置された巻線の交互の配置を備える。ここで、巻線４２の数は、巻線４１の数の倍である。

ケーブル１１は、周囲温度において固体の絶縁要素４７で構成されるガルバニック絶縁をさらに含む。絶縁要素４７は、ケーブル１１の軸のまわりに、放射状に配置されている。絶縁要素４７は、外縁セクション４において２本の隣り合う巻線を離間させる。本実施形態では、絶縁要素４７は、２本の隣り合う巻線４１又は巻線４２の間において径方向に延びており、絶縁仕切りを構成する。

一次回路の巻線４１及び二次回路の巻線４２は、磁心３１の外面と接触して配置されている。

ケーブル１１の外縁セクション４は、巻線４１及び巻線４２を囲む、周囲温度において固体の絶縁仕切り４８をさらに含む。ケーブル１１の外縁セクション４は、電磁スクリーン又はシールドを形成する、例えば、金属層の、導電層４９をさらに含むことが好ましい。スクリーンを形成する層４９は、絶縁仕切り４８を囲んでいる。

実施形態の一例において、ケーブル１１は機械的強化材２９を含むことが好ましい。
機械的強化材２９は、ケーブル１１の全長に亘って延在することが好ましい、又は、ケーブル１１の端部における付属品を許容するために、ケーブル１１を越えて突出することが好ましい。機械的強化材２９は、ケーブル１１が曲げられる際の変形を低減するように、中心セクション２の中央に（ケーブル１１の軸に）配置されることが好ましい。機械的強化材２９は、実施形態の第１の例と同じ構成であってもよい。

実施形態の一例において、絶縁仕切り２７は、機械的強化材２９と磁心３１との間で放射状に延びている。実施形態の一例において、絶縁仕切り４７は、磁心３１と絶縁層４８との間で延びている。

簡略化のため、本発明に係る変圧器１のケーブル１１の実施形態の様々な例として、直線軸を有するケーブル１１を挙げて説明した。しかし、ほとんどの構成において、このタイプのケーブル１１は、柔軟である。例えば、ケーブル１１がコイルのように巻いたり、又は、ケーブル１１の中間セクション（median section）が曲げ変形による歪んだりするように、ケーブル１１の軸は曲がってもよい。

以上に説明した実施形態の様々な例では、変圧器１の一次回路及び二次回路は、それぞれ、中心セクション２の複数の巻線、外縁セクション４の複数の巻線を含んでいる。しかし、変圧器１の一次回路及び二次回路の少なくとも一方が、中心セクション２において１つの巻線及び外縁セクション４において１つの巻線を備えていることが想定されてもよい。

ケーブル１１の冷却のため、及び、遠隔ネットワークの上の装置間の電力の転送のため、ケーブル１１の長さは、ケーブル１１の外径より少なくとも１００倍大きいことが好ましい。

説明された例において、変圧器１は、遠隔高電圧装置の間における電力の転送のために使用される。高電圧装置の間の距離は、ケーブル１１の長さより長い場合がある。このような場合、当該高電圧装置間の離れた距離に適応するため、電力転送ケーブルは、一次回路の端部（terminal）及び二次回路の端部（terminal）の少なくとも一方に接続していてもよい。

図１０は、本発明に係る変圧器１のケーブル１１の実施形態の第１の例の変形を示す横断面図である。ケーブル１１は、図３に示されたものと以下の点で異なる：
中心セクション２の周囲を囲むガルバニック絶縁体９１を備える点。ガルバニック絶縁体９１は、磁心３１に対して巻線２２を絶縁することができる；
中間セクション３の周囲を囲むガルバニック絶縁体９２を備える点。ガルバニック絶縁体９２は、磁心３１に対して巻線４２を絶縁することができる。

Claims

第１の軸端（１１１）及び第２の軸端（１１２）を備えるケーブル（１１）を備える変圧器（１）であって、
前記ケーブルは、
同心円状に並んだ、中心セクション（２）、中間セクション（３）、外縁セクション（４）；
ここで、前記中心セクション（２）は、少なくとも１つの一次回路の第１の巻線（２１）、少なくとも１つの二次回路の第１の巻線（２２）、及び、前記一次回路の第１の巻線と前記二次回路の第１の巻線との間の少なくとも１つの第１の固体ガルバニック絶縁体（２３）を備え；
ここで、前記中間セクション（３）は、前記中心セクション（２）を囲み、磁心（３１）を含み；
ここで、前記外縁セクション（４）は、前記中間セクション（３）を囲み、少なくとも１つの一次回路の第２の巻線（４１）、少なくとも１つの二次回路の第２の巻線（４２）、及び、前記一次回路の第２の巻線と前記二次回路の第２の巻線との間の少なくとも１つの第２の固体ガルバニック絶縁体（４３）を備え；
前記一次回路の第１の巻線と前記一次回路の第２の巻線との間における、前記ケーブルの前記軸端の一方への電気接続（５１）；
前記二次回路の第１の巻線と前記二次回路の第２の巻線との間における、前記ケーブルの前記軸端の一方への電気接続（５２）；
を備える、変圧器（１）。
前記ケーブル（１１）の前記第１の軸端（１１１）に配列される、前記一次回路への２つの接続端（１２１、１２３）を備え、前記ケーブル（１１）の前記第２の軸端（１１２）に配列される、前記二次回路への２つの接続端（１２２、１２４）を備える、請求項１に記載の変圧器（１）。
前記中心セクション（２）は、前記ケーブル（１１）の全長に亘って延在する機械的強化材（２９）を含み、前記機械的強化材（２９）は、前記中心セクションの中央に配置されている、請求項１又は２に記載された変圧器（１）。
前記中心セクション（２）は、前記一次回路及び前記二次回路の一方の複数の巻線を囲む絶縁層（２３）を含み、前記一次回路及び前記二次回路の他方は、前記絶縁層（２３）の外面と接触する複数の巻線を備える、請求項１乃至３の何れか一項に記載された変圧器（１）。
前記絶縁層（２３）の前記外面と接触する前記巻線（２２）は、少なくとも１ｍｍの幅を有する絶縁仕切り（２６）によって、相互に離されている、請求項４に記載された変圧器（１）。
前記中心セクション（２）は、前記ケーブルの軸のまわりに放射状に配置された、前記一次回路の巻線と前記二次回路の巻線との交互の配置を備え、
第１のガルバニック絶縁体は、前記ケーブルの前記軸のまわりに放射状に配置され、前記一次回路の巻線と前記二次回路の巻線の交互の配置において、前記一次回路の巻線と前記二次回路の巻線とを離間させる絶縁要素（２７）を備える、請求項１乃至３の何れか一項に記載された変圧器（１）。
前記第１のガルバニック絶縁体は、ポリプロピレン、及び、架橋ポリエチレンを含むグループから選ばれる材料から成る、請求項１乃至６の何れか一項に記載された変圧器（１）。
前記磁心（３１）は、ナノ結晶性Ｖｉｔｒｏｐｅｒｍ５００Ｆとして市販される材料、及び、ＭｏｌｙｐｅｒｍａｌｌｏｙＰｏｗｄｅｒＣｏｒｅとして市販される材料を含むグループから選ばれる材料から成る、請求項１乃至７の何れか一項に記載された変圧器（１）。
前記磁心（３１）は、前記ケーブル（１１）の全長に亘って連続的に延在する、請求項８に記載された変圧器（１）。
前記ケーブル（１１）は、少なくとも当該ケーブルの直径より１００倍大きい長さを有する、請求項１乃至９の何れか一項に記載された変圧器（１）。
前記第１のガルバニック絶縁体は、少なくとも２ｍｍの厚さを有する、請求項１乃至１０の何れか一項に記載された変圧器（１）。
前記一次回路の巻線は、前記ケーブルの断面形状である円の直径の５倍超過３０倍未満の軸方向ピッチで巻回されている、請求項１乃至１１の何れか一項に記載された変圧器（１）。
請求項２に記載された変圧器；
前記ケーブル（１１）の前記第１の軸端において、前記一次回路の前記接続端（１２１、１２３）に接続される第１の電気装置（８１）；
前記ケーブル（１１）の前記第２の軸端において、前記二次回路の前記接続端（１２２、１２４）に接続される第２の電気装置（８３）；
を備え、
前記第１の電気装置又は前記第２の電気装置は、当該電気装置が接続される前記接続端間に少なくとも１ｋＶの電圧を印加する、電気インフラ。