JP2021111743A - 静止誘導機器 - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁耐力の低下を抑制しつつ巻線を効果的に冷却する。【解決手段】絶縁チャンネル１７０は、巻線層の外周縁１５０ｅ１および内周縁の少なくとも一方に嵌められている。冷媒は、巻線を冷却する。絶縁チャンネル１７０の内面において巻線層を挟み込んで巻線層と対面する部分には、冷媒の流路となる溝１７１が設けられている。溝１７１は、外周縁１５０ｅ１および内周縁の各々に対して離間している。【選択図】図３

Description

本発明は、静止誘導機器に関する。

変圧器の巻線の構造を開示した先行文献として、実開昭６２−１５７１２０号公報(特許文献１)がある。特許文献１に記載された変圧器の巻線においては、平板部と、間隔片と、平板支持体とを備えている。平板部は、周囲に絶縁物を施した導体素線を巻回してなる。間隔片は、複数段に積み重ねられた各平板部間に配設され、平板部間に冷媒の通路を形成する。平板支持体は、平板部の内周部および外周部にそれぞれ設けられて平板部を支持する。平板部に当接する平板支持体の面に冷媒の通路となる溝が形成されている。溝は、平板部の周方向に沿って複数箇所に形成されるとともに、平板部の半径方向に向けて複数箇所に形成されている。

実開昭６２−１５７１２０号公報

溝が巻線の角部まで到達して巻線の角部の周囲の隙間が大きくなっている場合、巻線の角部の周囲には電界が集中するため、当該隙間に位置する冷媒に電界が集中することにより絶縁耐力が低下する。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、絶縁耐力の低下を抑制しつつ巻線を効果的に冷却することができる、静止誘導機器を提供することを目的とする。

本発明に基づく静止誘導機器は、巻線と、絶縁チャンネルと、冷媒とを備える。巻線は、中心軸方向に並ぶように積層された巻線層から構成されている。絶縁チャンネルは、巻線層の外周縁および内周縁の少なくとも一方に嵌められている。冷媒は、巻線を冷却する。絶縁チャンネルの内面において巻線層を挟み込んで巻線層と対面する部分には、冷媒の流路となる溝が設けられている。溝は、外周縁および内周縁の各々に対して離間している。

本発明によれば、溝が外周縁および内周縁の各々に対して離間しており、巻線の角部の周囲に形成される隙間が溝によって大きくなることを抑制しつつ巻線層に沿う冷媒の流路を確保できるため、絶縁耐力の低下を抑制しつつ巻線を効果的に冷却することができる。

本発明の実施の形態１に係る静止誘導機器の構成を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る静止誘導機器の断面図であって、図１のＩＩ部を拡大して示す図である。 本発明の実施の形態１に係る静止誘導機器の断面図であって、図２のＩＩＩ部を拡大して示す図である。 図３の巻線層および絶縁チャンネルをＩＶ−ＩＶ線矢印方向から見た図である。 本発明の実施の形態２に係る静止誘導機器の一部の断面図である。 本発明の実施の形態３に係る静止誘導機器が備える絶縁チャンネルの外観を示す一部斜視図である。 本発明の実施の形態４に係る静止誘導機器の一部の断面図である。 本発明の実施の形態５に係る静止誘導機器の一部の断面図である。

以下、本発明の各実施の形態に係る静止誘導機器について図面を参照して説明する。以下の実施の形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。なお、以下の実施の形態においては、静止誘導機器として外鉄形の変圧器を例示して説明するが、静止誘導機器には、外鉄形の変圧器に限られず、たとえば、内鉄形の変圧器またはリアクトルなども含まれる。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る静止誘導機器の構成を示す斜視図である。図２は、本発明の実施の形態１に係る静止誘導機器の断面図であって、図１のＩＩ部を拡大して示す図である。図３は、本発明の実施の形態１に係る静止誘導機器の断面図であって、図２のＩＩＩ部を拡大して示す図である。図４は、図３の巻線層および絶縁チャンネルをＩＶ−ＩＶ線矢印方向から見た図である。なお、図１においては、各構成の一部をカットして示している。図２においては、巻線層および絶縁チャンネルの外形を図示している。図４においては、絶縁チャンネルを透視して示すとともに、絶縁チャンネルの周方向の一部をカットして示している。

図１〜図４に示すように、本発明の実施の形態１に係る静止誘導機器１００は、外鉄形の変圧器である。静止誘導機器１００は、鉄心１１０と、鉄心１１０の主脚部を中心軸として同心円状に巻き回された巻線と、絶縁チャンネル１７０と、冷媒とを備えている。巻線は、第１巻線１２０および第２巻線１３０を含む。第１巻線１２０は、第２巻線１３０より高い電圧が印加される巻線である。以下、巻線の軸心方向を中心軸方向と称する。静止誘導機器１００は、タンク１４０をさらに備える。

図１に示すように、鉄心１１０は、積層された複数の磁性鋼板から構成されている。本実施の形態においては、中央部に開口を有する直方体状の鉄心１１０が２つ隣り合うように配置されている。

第１巻線１２０および第２巻線１３０の各々は、２つの鉄心１１０の各々の開口を通るように、２つの鉄心１１０の互いに隣り合った主脚部に巻き回されている。第１巻線１２０は、中心軸方向において、第２巻線１３０同士に挟まれるように配置されている。

図３に示すように、第１巻線１２０および第２巻線１３０の各々は、平角電線１５０を円盤状に巻き回して構成した円盤状巻線である複数の巻線層が、中心軸方向に並ぶように積層されて構成されている。平角電線１５０は、横断面にて略矩形状の電線部１５１および電線部１５１を被覆する絶縁被覆部１５２を含んでいる。図示していないが、第２巻線１３０も第１巻線１２０と同様の構成を有している。

図２に示すように、中心軸方向にて互いに隣接する巻線層同士は、各々の外周端または内周端にて導電体によって接続されることにより、電気的に接続されている。本実施の形態においては、第１巻線１２０において中心軸方向に順に、互いに隣り合う巻線層同士の内周端同士と外周端同士とが交互に接続されている。

図１に示すタンク１４０内には、冷媒として絶縁油が充填されている。鉄心１１０、第１巻線１２０、第２巻線１３０、および、絶縁チャンネル１７０の各々は、タンク１４０内に収容されて、絶縁油に浸漬されている。なお、冷媒は、絶縁ガスであってもよい。冷媒は、鉄心１１０、第１巻線１２０および第２巻線１３０を冷却する。

図２に示すように、静止誘導機器１００は、中心軸方向において第１巻線１２０の中央に配置された静電シールド１６０をさらに備えている。他の静電シールド１６０が、中心軸方向における第１巻線１２０および第２巻線１３０の各々の端部に隣接して配置されていてもよい。

図２〜図３に示すように、絶縁チャンネル１７０は、巻線層の外周縁１５０ｅ１および内周縁１５０ｅ２の少なくとも一方に嵌められている。絶縁チャンネル１７０は、横断面にて略Ｕ字状の形状を有している。ただし、絶縁チャンネル１７０の横断面形状は、Ｕ字状に限られず、巻線層の縁に嵌めることが可能な形状であればよい。

本実施の形態においては、絶縁チャンネル１７０は、巻線層の外周縁１５０ｅ１および内周縁１５０ｅ２の両方に嵌められている。巻線層の外周縁１５０ｅ１の全周が、複数の絶縁チャンネル１７０によって覆われている。巻線層の内周縁１５０ｅ２の全周が、複数の絶縁チャンネル１７０によって覆われている。

図３に示すように、絶縁チャンネル１７０の内面において巻線層を挟み込んで巻線層と対面する部分には、冷媒の流路となる溝１７１が設けられている。本実施の形態においては、絶縁チャンネル１７０の内面において、互いに対向するように１対の溝１７１が設けられているが、いずれか一方の溝１７１のみ設けられていてもよい。

図４に示すように、本実施の形態においては、巻線層の外周縁１５０ｅ１に嵌められた絶縁チャンネル１７０の溝１７１は、外周縁１５０ｅ１とは離間しつつ外周縁１５０ｅ１に沿って位置している。巻線層の内周縁１５０ｅ２に嵌められた絶縁チャンネル１７０の溝１７１は、内周縁１５０ｅ２とは離間しつつ内周縁１５０ｅ２に沿って位置している。

すなわち、溝１７１は、外周縁１５０ｅ１および内周縁１５０ｅ２の各々に対して離間している。具体的には、巻線の外周側に位置する溝１７１の壁面と外周縁１５０ｅ１との最短距離Ｚは、たとえば、１０ｍｍ以上である。同様に、巻線の内周側に位置する溝１７１の壁面と内周縁１５０ｅ２との最短距離Ｚは、たとえば、１０ｍｍ以上である。巻線の径方向における溝１７１の幅Ｓは、たとえば、５０ｍｍである。

本実施の形態においては、絶縁チャンネル１７０は、１枚の絶縁板を折り曲げることにより形成されている。絶縁板は、プレスボードである。なお、絶縁チャンネル１７０は、ポリプロピレンなどの絶縁性樹脂を一体成型することにより形成されていてもよい。

静止誘導機器１００は、巻線層と同様の外形を有し、互いに隣り合う巻線層同士の間に配置された絶縁板１８０をさらに備える。図３および図４に示すように、絶縁板１８０の巻線層と対向する面には、巻線層と接触しつつ巻線層と絶縁板１８０との間に冷媒の流路１８２を形成する柱状部１８１が設けられている。柱状部１８１は、絶縁物で構成されている。柱状部１８１は、絶縁板１８０と一体に形成されていてもよいし、絶縁板１８０と別体で形成されて絶縁板１８０に接着されていてもよい。

図４の実線矢印で示すように、巻線層と絶縁板１８０との間において、柱状部１８１が位置していない所を冷媒が流れる。図４の点線矢印で示すように、巻線層と絶縁チャンネル１７０との間において、溝１７１の内側を冷媒が流れる。これらにより、冷媒が巻線層に沿って通流するため、効果的に巻線を冷却することができる。

本発明の実施の形態１に係る静止誘導機器１００においては、絶縁チャンネル１７０の内面において巻線層を挟み込んで巻線層と対面する部分には、冷媒の流路となる溝１７１が設けられており、溝１７１は、外周縁１５０ｅ１および内周縁１５０ｅ２の各々に対して離間している。これにより、巻線の角部の周囲に形成される隙間が溝１７１によって大きくなることを抑制しつつ巻線層に沿う冷媒の流路を確保できるため、絶縁耐力の低下を抑制しつつ巻線を効果的に冷却することができる。

本発明の実施の形態１に係る静止誘導機器１００においては、絶縁チャンネル１７０は、折り曲げられた１枚のプレスボードからなる。これにより、絶縁チャンネル１７０を簡易に形成することができる。

実施の形態２．
以下、本発明の実施の形態２に係る静止誘導機器について説明する。本発明の実施の形態２に係る静止誘導機器は、中心軸方向から見て、巻線の径方向に並ぶように複数の溝が絶縁チャンネルに設けられている点のみ本発明の実施の形態１に係る静止誘導機器１００と異なるため、本発明の実施の形態１に係る静止誘導機器１００と同様である構成については説明を繰り返さない。

図５は、本発明の実施の形態２に係る静止誘導機器の一部の断面図である。図５においては、図３と同一の断面視にて図示している。図５に示すように、本発明の実施の形態２に係る静止誘導機器は、絶縁チャンネル２７０を備えている。絶縁チャンネル２７０には、中心軸方向から見て、巻線の径方向に並ぶように複数の溝１７１が設けられている。

具体的には、中心軸方向から見て、絶縁チャンネル２７０に、２つの溝１７１が巻線の径方向に並ぶように設けられている。なお、中心軸方向から見て、絶縁チャンネル２７０に、３つ以上の溝１７１が巻線の径方向に並ぶように設けられていてもよい。

図５に示すように、巻線の径方向の最も外周側に位置する溝１７１の壁面と外周縁１５０ｅ１との最短距離Ｚは、たとえば、１０ｍｍ以上である。同様に、巻線の径方向の最も内周側に位置する溝１７１の壁面と内周縁１５０ｅ２との最短距離Ｚは、たとえば、１０ｍｍ以上である。本実施の形態においては、巻線の径方向における溝１７１の幅Ｓは、たとえば、２０ｍｍである。

なお、巻線におけるより高い発熱位置に近い溝１７１の幅が広くなっていてもよい。たとえば、中心軸方向から見て、巻線の径方向に並ぶ複数の溝１７１において、巻線の径方向の端側に位置する溝１７１の幅が、巻線の径方向の中央寄りに位置する溝１７１の幅より広くなっていてもよい。巻線における高い発熱位置に多くの冷媒を接触させることにより、効果的に巻線を冷却することができる。

本発明の実施の形態２に係る静止誘導機器においては、絶縁チャンネル２７０に、中心軸方向から見て、巻線の径方向に並ぶように複数の溝１７１が設けられているため、横断面において絶縁チャンネル２７０は巻線層とブリッジ状に接触する。これにより、静止誘導機器の短絡時に発生する短絡機械力が巻線に対して中心軸方向に作用した際に、巻線層を絶縁チャンネル２７０がブリッジ構造で支持することになるため、短絡機械力の負荷許容値を高めることができる。

実施の形態３．
以下、本発明の実施の形態３に係る静止誘導機器について説明する。本発明の実施の形態３に係る静止誘導機器は、絶縁チャンネルの溝の内部に絶縁スペーサが設けられている点のみ本発明の実施の形態１に係る静止誘導機器１００と異なるため、本発明の実施の形態１に係る静止誘導機器１００と同様である構成については説明を繰り返さない。

図６は、本発明の実施の形態３に係る静止誘導機器が備える絶縁チャンネルの外観を示す一部斜視図である。図６に示すように、本発明の実施の形態３に係る静止誘導機器が備える絶縁チャンネル３７０においては、溝１７１の内面に、中心軸方向に巻線層と接触する絶縁スペーサ３７１が設けられている。絶縁スペーサ３７１は、絶縁物で構成されている。絶縁スペーサ３７１は、絶縁チャンネル３７０と一体に形成されていてもよいし、絶縁チャンネル３７０と別体で形成されて絶縁チャンネル３７０に接着されていてもよい。

絶縁スペーサ３７１を設けることによって絶縁チャンネル３７０が変形しにくくなることにより、静止誘導機器の短絡時に発生する短絡機械力が巻線に対して中心軸方向に作用した際に、絶縁チャンネル３７０が変形して溝１７１内の冷媒の流路が閉塞することを抑制することができる。

実施の形態４．
以下、本発明の実施の形態４に係る静止誘導機器について説明する。本発明の実施の形態４に係る静止誘導機器は、絶縁チャンネルの内面において巻線層の外周縁または内周縁と対面する部分に巻線層と接触する突部が設けられている点のみ本発明の実施の形態１に係る静止誘導機器１００と異なるため、本発明の実施の形態１に係る静止誘導機器１００と同様である構成については説明を繰り返さない。

図７は、本発明の実施の形態４に係る静止誘導機器の一部の断面図である。図７においては、図３と同一の断面視にて図示している。図７に示すように、本発明の実施の形態４に係る静止誘導機器は、絶縁チャンネル４７０を備えている。

巻線層の外周縁１５０ｅ１に嵌められた絶縁チャンネル４７０の内面において巻線層の外周縁１５０ｅ１と対面する部分に巻線層と接触する突部４７１が設けられている。巻線層の内周縁１５０ｅ２に嵌められた絶縁チャンネル４７０の内面において巻線層の内周縁１５０ｅ２と対面する部分に巻線層と接触する突部４７１が設けられている。

突部４７１は、ブロック状絶縁物で構成されている。突部４７１は、絶縁チャンネル４７０と一体に形成されていてもよいし、絶縁チャンネル４７０と別体で形成されて絶縁チャンネル４７０に接着されていてもよい。

図７に示すように、絶縁チャンネル４７０の内面において巻線層の外周縁１５０ｅ１または内周縁１５０ｅ２と対面する部分に巻線層と接触する突部４７１が設けられていることにより、巻線層の外周縁１５０ｅ１または内周縁１５０ｅ２と絶縁チャンネル４７０の内面との間の隙間４７２を突部４７１によって小さくすることができる。その結果、油隙分割効果により絶縁耐力を向上することができる。

実施の形態５．
以下、本発明の実施の形態５に係る静止誘導機器について説明する。本発明の実施の形態５に係る静止誘導機器は、突部の形状のみ本発明の実施の形態４に係る静止誘導機器と異なるため、本発明の実施の形態４に係る静止誘導機器と同様である構成については説明を繰り返さない。

図８は、本発明の実施の形態５に係る静止誘導機器の一部の断面図である。図８においては、図７と同一の断面視にて図示している。図８に示すように、本発明の実施の形態５に係る静止誘導機器は、絶縁チャンネル５７０を備えている。

巻線層の外周縁１５０ｅ１に嵌められた絶縁チャンネル５７０の内面において巻線層の外周縁１５０ｅ１と対面する部分に巻線層と接触する突部５７１が設けられている。巻線層の内周縁１５０ｅ２に嵌められた絶縁チャンネル５７０の内面において巻線層の内周縁１５０ｅ２と対面する部分に巻線層と接触する突部５７１が設けられている。

突部５７１は、波板状絶縁物で構成されている。突部５７１は、絶縁チャンネル５７０と別体で形成されて絶縁チャンネル５７０に接着されている。絶縁チャンネル５７０の内面と突部５７１との間の隙間を冷媒が通流可能なように、突部５７１を構成する波板状絶縁物の溝方向が、溝１７１の溝方向に並行していることが好ましい。

図８に示すように、絶縁チャンネル５７０の内面において巻線層の外周縁１５０ｅ１または内周縁１５０ｅ２と対面する部分に巻線層と接触する突部５７１が設けられていることにより、巻線層の外周縁１５０ｅ１または内周縁１５０ｅ２と絶縁チャンネル５７０の内面との間の隙間５７２を突部５７１によって小さくすることができる。その結果、油隙分割効果により絶縁耐力を向上することができる。さらに、突部５７１は、コルゲート状の形状を有することにより、フレキシブルに変形して効果的に隙間５７２を小さくすることができるとともに、絶縁チャンネル５７０の重量増加も抑制することができる。

上述した実施の形態の説明において、組み合わせ可能な構成を相互に組み合わせてもよい。

なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施の形態のみによって解釈されるものではない。また、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

１００ 静止誘導機器、１１０ 鉄心、１２０ 第１巻線、１３０ 第２巻線、１４０ タンク、１５０ 平角電線、１５０ｅ２ 内周縁、１５０ｅ１ 外周縁、１５１ 電線部、１５２ 絶縁被覆部、１６０ 静電シールド、１７０，２７０，３７０，４７０，５７０ 絶縁チャンネル、１７１ 溝、１８０ 絶縁板、１８１ 柱状部、１８２ 流路、３７１ 絶縁スペーサ、４７１，５７１ 突部、４７２，５７２ 隙間、Ｓ 幅、Ｚ 最短距離。

Claims (4)

1. 中心軸方向に並ぶように積層された巻線層から構成された巻線と、
   前記巻線層の外周縁および内周縁の少なくとも一方に嵌められた絶縁チャンネルと、
   前記巻線を冷却する冷媒とを備え、
   前記絶縁チャンネルの内面において前記巻線層を挟み込んで前記巻線層と対面する部分には、前記冷媒の流路となる溝が設けられており、
   前記溝は、前記外周縁および前記内周縁の各々に対して離間している、静止誘導機器。
2. 前記絶縁チャンネルの前記内面において前記外周縁または前記内周縁と対面する部分に前記巻線層と接触する突部が設けられている、請求項１に記載の静止誘導機器。
3. 前記溝の内面に、前記中心軸方向に前記巻線層と接触する絶縁スペーサが設けられている、請求項１または請求項２に記載の静止誘導機器。
4. 前記絶縁チャンネルは、折り曲げられた１枚のプレスボードからなる、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の静止誘導機器。
   

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