JP2021034425A - Transformer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、変圧器に関し、特に、巻線にて発生する部分放電を検出することができる変圧器に関する。 The present invention relates to a transformer, and more particularly to a transformer capable of detecting a partial discharge generated in a winding.
変圧器にあっては、金属製の筐体内部に高電圧となる巻線が配置され、この巻線を被覆する絶縁材や、筐体内に充填される絶縁流体によって絶縁されている。かかる絶縁材等に対し、何らかの理由によって劣化等が生じると絶縁性能が低下し、絶縁破壊に至るおそれがある。そこで、このような絶縁破壊を未然に防ぐため、絶縁破壊の予兆である部分放電を検出する方法が知られている。 In a transformer, a winding having a high voltage is arranged inside a metal housing, and is insulated by an insulating material covering the winding and an insulating fluid filled in the housing. If the insulating material or the like is deteriorated for some reason, the insulating performance may be deteriorated, resulting in dielectric breakdown. Therefore, in order to prevent such dielectric breakdown, a method of detecting partial discharge, which is a sign of dielectric breakdown, is known.
部分放電を検出する技術としては、特許文献1に開示されている。特許文献1は、部分放電の発生により、巻線の導体に励起されて伝播する電流を電流検出器によって検出している。 A technique for detecting a partial discharge is disclosed in Patent Document 1. In Patent Document 1, a current detector detects a current that is excited and propagated by a conductor of a winding due to the occurrence of a partial discharge.
特許文献1にあっては、巻線の導体にて巻回された部分の端部や該端部及び巻回された部分から離れて電流検出器が設置されることとなる。このため、巻線において電流検出器の設置箇所から離れた位置で部分放電が発生した場合、部分放電による信号(電流の変化)が伝播する過程で減衰し、検出感度が低下する、という問題がある。 In Patent Document 1, the current detector is installed at the end of the portion wound by the conductor of the winding, and away from the end and the wound portion. For this reason, if a partial discharge occurs in the winding at a position away from the installation location of the current detector, there is a problem that the signal (change in current) due to the partial discharge is attenuated in the process of propagation and the detection sensitivity is lowered. is there.
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、巻線における部分放電の発生位置によって検出感度が変わることを抑制することができる変圧器を提供することを目的の一つとする。 The present invention has been made in view of this point, and one of the objects of the present invention is to provide a transformer capable of suppressing a change in detection sensitivity depending on a position where a partial discharge occurs in a winding.
本発明における一態様の変圧器は、鉄心と、該鉄心の周りに巻回された巻線と、該巻線からの放電を検出するための検出部とを備え、前記検出部の少なくとも一部は、前記鉄心と一体に設けられ、且つ、前記巻線で囲われる位置に配置されることを特徴とする。 The transformer of one aspect of the present invention includes an iron core, a winding wound around the iron core, and a detection unit for detecting a discharge from the winding, and at least a part of the detection unit. Is provided integrally with the iron core and is arranged at a position surrounded by the winding.
本発明によれば、鉄心における巻線で囲われる位置に検出部を設けたので、巻線に部分放電が発生した場合、その発生位置が巻線の軸方向に広範囲に亘っても、部分放電の発生位置と検出部とを接近させることができる。これにより、巻線での部分放電の発生位置が変わっても、電流の伝搬による減衰を抑制して検出部における検出感度の均一化を図ることができ、巻線での部分放電を安定して精度良く検出することができる。 According to the present invention, since the detection unit is provided at a position surrounded by the winding in the iron core, when a partial discharge occurs in the winding, even if the generation position extends over a wide range in the axial direction of the winding, the partial discharge occurs. The position where the is generated can be brought close to the detection unit. As a result, even if the position where the partial discharge occurs in the winding changes, the attenuation due to the propagation of the current can be suppressed to make the detection sensitivity uniform in the detection unit, and the partial discharge in the winding can be stabilized. It can be detected with high accuracy.
以下、本発明の一実施の形態に係る変圧器について、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下においては、本発明を油入変圧器に適用する場合について説明する。しかしながら、本発明の適用対象は、油入変圧器に限定されるものではなく適宜変更が可能である。例えば、乾式変圧器(例えば、モールド変圧器、H種乾式変圧器等)や、ガス絶縁変圧器に適用することもできる。 Hereinafter, the transformer according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following, a case where the present invention is applied to an oil-immersed transformer will be described. However, the application target of the present invention is not limited to the oil-immersed transformer, and can be changed as appropriate. For example, it can be applied to a dry transformer (for example, a molded transformer, a class H dry transformer, etc.) and a gas-insulated transformer.
図1は、実施の形態に係る変圧器を模式的に表す部分正面断面図である。図1に示す変圧器1は、磁気回路を構成する鉄心10と、電気回路を構成する巻線(コイル)20と、鉄心10及び巻線20を支持するフレーム部30(二点鎖線で図示)とを備えて構成されている。鉄心10、巻線20及びフレーム部30は、タンク(不図示)に収容される。図1においては、同図中左右方向に並んで配置された3体の巻線20に挿入した鉄心10の一部を、上下一対のフレーム部30に固定した3相3脚構造の変圧器1を示している。なお、本発明の適用対象となる変圧器の構造については、これに限定されるものではなく、3相5脚構造等の任意の構造を有する変圧器に適用可能である。
FIG. 1 is a partial front sectional view schematically showing a transformer according to an embodiment. The transformer 1 shown in FIG. 1 has an
鉄心10は、相互に離間して位置する複数(本実施の形態では3本)の脚部11と、脚部11の上下位置(両端部)に接合(接続)される上ヨーク部(ヨーク部)12及び下ヨーク部(ヨーク部)13とを備えている。鉄心10は、複数の電磁鋼板(鋼板)を図1の紙面直交方向に積層して形成されている。鉄心10には、積層方向中間部に複数のスペーサ15を介して隙間16が設けられている。図1で示したスペーサ15の位置及び大きさ、設置数は、模式的に表したものであり、鉄心10の形態等に応じて適宜変更される。鉄心10には、電磁鋼板の積層方向に貫通する一対の開口部17、18が複数の脚部11及び各ヨーク部12、13によって形成されている。これらの開口部17、18は、鉄心10の窓部と呼ばれることもある。なお、鉄心10は、適宜な配線等を介して接地電位に設定される。
The
3本の脚部11の周りに巻線20がそれぞれ巻回されて配置され、3体の巻線20がU相、V相、W相の巻線とされる。巻線20は、外側巻線21及び内側巻線22が同心に配置されている。外側巻線21及び内側巻線22は、銅やアルミニウム等の導体を絶縁物で被覆してから、コイル状に複数ループ巻回されて形成される。ここで、巻線20の軸方向とは、円筒状となる巻線20の中心軸が延在する方向であり、図1における上下方向となる。巻線20は、不図示のスペーサ部材を介してフレーム部30との間で位置決めされている。
The
本実施の形態の変圧器1は、2体の検出部40を更に備えている。検出部40は、鉄心10の隙間16内に配設され、鉄心10を構成する複数の電磁鋼板に挟まれるように配置されて脚部11と一体に設けられている。検出部40は、各開口部17、18の形成縁に沿う方形のループ状に配設(形成)されている。よって、検出部40は、上下方向に延びる部分で筒型をなす巻線20の内周と対向して巻線20に囲われる位置に配置され、隣り合う2体の巻線20に跨って配設されるようになる。ここで、2体の検出部40は、同様の構成が採用され、以下において、図2を参照して一方の検出部40の構成について説明する。
The transformer 1 of the present embodiment further includes two
図2は、検出部の概略正面図である。図2に示すように、検出部40は、コア部41、絶縁板42及びコイル部43を備えている。
FIG. 2 is a schematic front view of the detection unit. As shown in FIG. 2, the
コア部41は、図2の紙面直交方向を厚み方向とするシート状に形成されている。図2にて、コア部41は、網点で表した領域に形成され、縦長な長方形状(ロ字状)に沿う閉ループ状に形成されている。コア部41は、上下方向に延びる一対の縦部分41aと、各縦部分41aの上端間及び下端間を接続して横方向に延びる横部分41bとを有する。なお、コア部41については、図1においても網点で表したが、該網点は他の構成と区別して視認し易くすべく便宜上施したものであり、外観が特に限定されるものでない。
The
コア部41は、閉ループ状としてロ字状に形成されるが、少なくとも一つ以上のギャップ(樹脂コーティング・油などで電気的に絶縁される隙間)を設けることが好ましく、上下の向きが反対となる2体のU字状の部材を接合して形成することが例示できる。コア部41は、鉄心10に対し、任意の距離を離すこと等によって電気的に絶縁されることが好ましい。コア部41の材質は、鉄心10とは異なる素材によって構成され、例えば、フェライトコアによって構成され、その特性等については後述する。
The
コア部41における上下方向中間より下方のU字状となる領域(少なくとも一部領域)に絶縁板42が設けられる。絶縁板42は、プリント基板等の適宜な樹脂材等によって構成される。絶縁板42は、コア部41を厚さ方向(図中紙面直交方向)両側から挟む位置に設けられる。なお、図2において、絶縁板42と重なる部分のコア部41について、絶縁板42と重ならないコア部41と同様に視認できるように表したが、実際には絶縁板42で遮蔽された状態となる。
The
コア部41の各縦部分41aにおいて絶縁板42と重なる領域にはコイル部43が設けられる。コイル部43は、コア部41の縦部分41aの周りに巻回された状態となるよう、該縦部分41aを挟む絶縁板42に銅等を配線されて形成される。各コイル部43の一端(図2中下端)は、第1配線45によって電気的に接続される。各コイル部43の他端(図2中上端)には、第2配線46がそれぞれ電気的に接続され、各第2配線46には検出インピーダンス47が接続される。また、各第2配線46は、検出インピーダンス47の近傍に端子(不図示)が設けられ、かかる端子を介して外部装置(不図示)に接続される。これにより、該外部装置にコイル部43に流れる電流(電気信号)が出力される。
A
図1に戻り、検出部40において、コア部41の各縦部分41a及び該縦部分41aに巻回されるコイル部43は、巻線20の内部に挿入された状態で配設される。また、単一の検出部40が図1中左右に隣り合う2体の巻線20に跨って配設されることで、検出部40の一方の縦部分41a及びコイル部43と、他方の縦部分41a及びコイル部43とが異なる2体の巻線20に挿入される。
Returning to FIG. 1, in the
検出部40においては、変圧器1の稼働中に巻線20からの部分放電が生じると、コア部41での高周波帯域における磁束が変化する。このとき、かかる磁束の変化を妨げるようにコイル部43に誘導電流が生じ、該誘導電流が外部装置(不図示)に出力されて部分放電が検出される。
In the
ここで、本実施の形態では、巻線20は3体、検出部40は2体であるが、3体の巻線20の何れで部分放電が発生しているかを2体の検出部40の検出結果から検出することができる。
Here, in the present embodiment, there are three
具体的には、3体の巻線20のうち、図1にて中央の巻線20から部分放電が発生する場合、中央の巻線20には2体の検出部40が貫通しているので、2体の検出部40から略同一の出力が得られるようになる。また、左側又は右側の巻線20から部分放電が発生する場合、それら巻線20には2体の検出部40のうちの1体だけが貫通しているので、挿入された方の検出部40だけから出力が得られ、貫通していない方の検出部40からは対応する出力は得られない。このように、2体の検出部40での出力を対比したり差分を求めることで、3体の巻線20にて部分放電が発生した巻線20を特定することができる。
Specifically, when a partial discharge is generated from the central winding 20 in FIG. 1 among the three
また、本実施の形態では、巻線20の軸方向における部分放電の発生位置を検出することができる。具体的には、部分放電が発生した場合にコイル部43に誘導電流が流れるが、該誘導電流の出力時間が部分放電の発生位置に応じて変化する。例えば、コイル部43の高圧端側で部分放電によって電流が発生すると、コイル部43全体に電流が流れるために、部分放電による出力時間が相対的に長くなる。一方、コイル部43の低圧端側で部分放電が発生すると、コイル部43のごく一部に電流が流れるために、部分放電による出力時間が相対的に短くなる。このように、検出部40からの出力時間を検出することで、巻線20の軸方向における部分放電の発生位置を特定することができる。
Further, in the present embodiment, the position where the partial discharge occurs in the axial direction of the winding 20 can be detected. Specifically, when a partial discharge occurs, an induced current flows through the
ところで、従来においては、変圧器における巻線の部分放電を検出すべく変流器を用いた構成が知られている。変流器の設置箇所は、漏電や放電等を回避するために高電圧となる箇所から離れた箇所、例えば、巻線に接続される導線であって変圧器のタンクから離れた箇所とされる。この場合、部分放電の発生位置から変流器まで電気的に遠くなり、励起されて伝播する電流が減衰するために検出感度が低下する、という問題がある。 By the way, conventionally, a configuration using a current transformer is known to detect a partial discharge of a winding in a transformer. The current transformer is installed at a location away from high voltage locations to avoid electric leakage, discharge, etc., for example, a lead wire connected to the winding and away from the transformer tank. .. In this case, there is a problem that the detection sensitivity is lowered because the current that is excited and propagates is attenuated because the current is electrically far from the position where the partial discharge is generated to the current transformer.
この点、上記実施の形態によれば、検出部40が鉄心10に設けられて巻線20を貫通するので、部分放電の発生位置となる巻線20に電気的に近い位置で検出できるようになり、減衰を抑制して部分放電の検出感度を向上することができる。ここで、検出部40が接地電位とされる鉄心10に設けられ、低電位より検出部40の端子を取り出し可能となるので、検出部40での放電を回避して検出部40を巻線20に接近して配置可能となっている。
In this regard, according to the above embodiment, since the
図3は、鉄心及びコア部における周波数特性を示すグラフである。図3にグラフにおいて、横軸は周波数、縦軸は透磁率を示す。鉄心においては、稼働条件によって変わるが、比較的に低い周波数となる変圧器の運転周波数(例えば、商用周波数50Hz、60Hz)で透磁率が略一定且つ高くなり、それより高いカットオフ周波数より高い周波数になると、透磁率が急激に低くなる。一方、検出器のコア部にあっては、略一定となる透磁率が鉄心に比べて小さくなるが、周波数が略一定となる範囲が高周波に広くなり、カットオフ周波数より高い周波数になると、透磁率が急激に低くなる。言い換えると、コア部は、鉄心と異なる素材であり、上記のような周波数特性を有する素材によって構成される。そして、コア部は、運転周波数で鉄心より透磁率が低く、部分放電を検出する周波数領域において鉄心より透磁率が高い磁気特性を有するものが好ましくは採用される。 FIG. 3 is a graph showing the frequency characteristics of the iron core and the core portion. In the graph of FIG. 3, the horizontal axis represents frequency and the vertical axis represents magnetic permeability. In the iron core, the magnetic permeability becomes substantially constant and high at the operating frequency of the transformer (for example, commercial frequencies 50 Hz and 60 Hz), which is a relatively low frequency, although it varies depending on the operating conditions, and the frequency is higher than the higher cutoff frequency. Then, the magnetic permeability drops sharply. On the other hand, in the core part of the detector, the magnetic permeability that is substantially constant is smaller than that of the iron core, but the range in which the frequency is substantially constant is widened to high frequencies, and when the frequency is higher than the cutoff frequency, the permeability is increased. Permeability drops sharply. In other words, the core portion is made of a material different from the iron core and has the above-mentioned frequency characteristics. A core portion having a magnetic permeability lower than that of the iron core at the operating frequency and having a magnetic characteristic higher than that of the iron core in the frequency region where partial discharge is detected is preferably adopted.
上記実施の形態においては、巻線20を貫通して検出部40を設けたので、部分放電の発生位置が巻線20の軸方向に広範囲になっても、巻線20における部分放電の発生位置と検出部40とが近い位置関係となる。これにより、巻線20での部分放電の発生位置に拘らず、電流の伝搬による減衰を抑制して検出部40での検出感度を均一化することができ、巻線20での部分放電を安定して精度良く検出することができる。
In the above embodiment, since the
また、鋼板を積層して形成される鉄心10にあっては、絶縁油等の冷媒を通過させるための流路として隙間16が形成されたものがある。つまり、既存の隙間16を利用して検出部40を設置でき、鉄心10を含む変圧器1の各構成を変更不要或いは若干の変更だけとして、検出部40を容易に設置することができる。但し、本発明においては、検出部40設置専用の隙間16を鉄心10に形成することを妨げるものでない。
Further, in the
なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状、向きなどについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。 The present invention is not limited to the above embodiment, and can be modified in various ways. In the above embodiment, the size, shape, orientation, etc. shown in the accompanying drawings are not limited to this, and can be appropriately changed within the range in which the effects of the present invention are exhibited. In addition, it can be appropriately modified and implemented as long as it does not deviate from the scope of the object of the present invention.
上記実施の形態では、本発明を変圧器に適用した構成について説明したが、上述した作用効果が得られるのであれば、他の電力用静止器や電力変換装置に適用することも可能である。 In the above embodiment, the configuration in which the present invention is applied to a transformer has been described, but it can also be applied to other power stationary devices and power conversion devices as long as the above-mentioned effects can be obtained.
また、上記実施の形態にて図示した内容は、説明用に模式的に表したものであり、上述した作用効果を発揮できれば、鉄心10や巻線20、フレーム部30の形状等について変更してもよい。
Further, the contents illustrated in the above embodiment are schematically shown for explanation, and if the above-mentioned effects can be exhibited, the shapes of the
また、検出部40におけるコイル部43は、コア部41を少なくとも1回巻回している限りにおいて、種々の変更が可能である。例えば、図1に示す形成位置に対し、コイル部43の形成領域を上下方向に伸縮或いは位置変更したり、コア部41の横部分41bにコイル部43を設けてもよい。
Further, the
また、検出部40の少なくとも一部が鉄心10に一体に設けられる限りにおいて、隙間16の内側とは異なる位置、例えば、鉄心10の積層方向両面側等に設けてもよい。また、検出部40の少なくとも一部が鉄心10を構成する複数の鋼板に挟まれて配置されていれるとよく、言い換えると、検出部40が部分的に複数の鋼板で挟まれずに配置される構成としてもよい。
Further, as long as at least a part of the
また、検出部40において、異なる2体の巻線20に挿入されるコイル部43それぞれの上下方向の長さ及び形成位置は、図2に示すように同一であってもよいし、異なっていてもよい。
Further, in the
1 変圧器
10 鉄心
11 脚部
16 隙間
20 巻線
40 検出部
41 コア部
42 絶縁板
43 コイル部
1
Claims (7)
前記検出部の少なくとも一部は、前記鉄心と一体に設けられ、且つ、前記巻線で囲われる位置に配置されることを特徴とする変圧器。 It is provided with an iron core, a winding wound around the iron core, and a detection unit for detecting a discharge from the winding.
A transformer characterized in that at least a part of the detection unit is provided integrally with the iron core and is arranged at a position surrounded by the winding.
前記検出部の少なくとも一部は、前記複数の鋼板に挟まれるように配置されることを特徴とする請求項1に記載の変圧器。 The iron core is formed by laminating a plurality of steel plates.
The transformer according to claim 1, wherein at least a part of the detection unit is arranged so as to be sandwiched between the plurality of steel plates.
前記鉄心は、複数の脚部と、該複数の脚部の両端部に接続されるヨーク部とを備え、
前記巻線は、前記複数の脚部の周りそれぞれに巻回され、
前記検出部の少なくとも一部は、前記複数の脚部それぞれと一体に設けられ、且つ、前記巻線で囲われる位置に配置されることを特徴とする変圧器。 It is provided with an iron core, a winding, and a detection unit for detecting a discharge from the winding.
The iron core includes a plurality of legs and yoke portions connected to both ends of the plurality of legs.
The winding is wound around each of the plurality of legs.
A transformer characterized in that at least a part of the detection unit is provided integrally with each of the plurality of leg portions and is arranged at a position surrounded by the winding.
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