JP2022070768A - モ－ルド変圧器 - Google Patents

Abstract

【課題】１次巻線の巻線構造を改良することにより、簡易な巻線方式で耐インパルス特性を向上したモールド変圧器を提供する。【解決手段】鉄心と、前記鉄心の脚部に配置されたモ－ルド樹脂に覆われた２次巻線と、前記２次巻線の外側に配置されたモ－ルド樹脂に覆われた１次巻線を有するモ－ルド変圧器であって、前記１次巻線は、上下両端側の巻線の径方向の巻き回し数を、中央部の巻線の径方向の巻き回し数よりも少なく巻き回し、上下両端側の巻線の外側を覆ったモールド樹脂の厚さを、中央部の巻線の外側を覆ったモールド樹脂の厚さよりも厚くしたものである。【選択図】 図４

Description

本発明は、耐インパルス特性を向上させたモ－ルド変圧器に関する。

変圧器の１種として、変圧器内部の巻線に樹脂を含浸モールドし、巻線の外側を樹脂で覆ったモールド変圧器がある。モールド変圧器は、冷却に絶縁油を使用せずに、難燃性の樹脂で覆っているため、火災の危険性が少なく、また、絶縁油を入れるタンクが不要のため、小型で軽量な変圧器とすることができる。

変圧器においては、電力系統からの雷サージへの対策が必要であり、耐インパルス特性を向上させる必要がある。

変圧器の高圧巻線の耐インパルス特性を向上させる技術として、特許文献１には、「侵入雷サージに対する巻線内電位分布を向上させ、線路端近傍セクションの分担電圧を低減させ、局部的な電界強度を下げて絶縁特性に優れ、巻線の高占積率を達成し、しかも使用材料も高価とならず、作業性に優れた静止誘導電器の巻線を得る。最も電界強度が集中し、巻線の弱点部分となる線路端近傍の巻線内周側の電界緩和の目的を達成するため、セクション間の最大電位差を生じる素線を内側から２番目に配置したハイセルキャップ巻線において、最内側素線と内側から２番目の素線間にほぼ素線形状に当たった形に形成された高弾性プラスチック間隔片を挿入する。」（要約参照）と、記載されている。

なお、変圧器の雷インパルス耐電圧試験の方法は、ＪＥＣ－０３０１（静止誘導機器インパルス耐電圧試験）に定められており、例えば６万Ｖの雷インパルス電圧に似た波形の電圧を高圧巻線に加えて、絶縁破壊しないかを観測する。

特開平５－１５９９４３号公報

例えば三相三脚型のモールド変圧器においては、２つの内側鉄心を並置し、２つの内側鉄心を囲むように外側鉄心を配置して三脚の鉄心を構成し、３つの鉄心脚部それぞれに、モールド樹脂で覆われた２次巻線（低圧巻線）を配置し、その外側にモールド樹脂で覆われた１次巻線（高圧巻線）を配置して変圧器を構成している。このようなモールド変圧器においては、１次巻線の外側端部と鉄心のヨーク部或いは鉄心に設けた金属製の締金具との距離が近いため、この部分で絶縁破壊を生じる恐れがある。

特許文献１記載の発明は、線路端近傍の巻線内周側の電界緩和を達成するため、ハイセルキャップ巻線において、最内側素線と内側から２番目の素線間にほぼ素線形状に当たった形に形成された高弾性プラスチック間隔片を挿入するもので、１次巻線の外側端部における絶縁破壊を防止することは考慮されておらず、また、巻線方式が複雑であり作業性について考慮されていない。

本発明は、１次巻線の巻線構造を改良することにより、簡易な巻線方式で耐インパルス特性を向上したモールド変圧器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための、本願発明の「モールド変圧器」の一例を挙げるならば、
鉄心と、前記鉄心の脚部に配置されたモ－ルド樹脂に覆われた２次巻線と、前記２次巻線の外側に配置されたモ－ルド樹脂に覆われた１次巻線を有するモ－ルド変圧器であって、前記１次巻線は、上下両端側の巻線の径方向の巻き回し数を、中央部の巻線の径方向の巻き回し数よりも少なく巻き回し、上下両端側の巻線の外側を覆ったモールド樹脂の厚さを、中央部の巻線の外側を覆ったモールド樹脂の厚さよりも厚くしたものである。

本願発明によれば、簡易な巻線方式で耐インパルス特性を向上したモールド変圧器を提供することができる。

上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

一般的な三相三脚型モ－ルド変圧器の外観を示す斜視図である。 図１の三相三脚型モ－ルド変圧器の、鉄心および巻線部分の正面から見た断面図である。 一般的なモ－ルド変圧器の、シリンドリカル巻線方式の１次巻線を示す図である。 実施例１のモ－ルド変圧器の、シリンドリカル巻線方式の１次巻線を示す図である。 実施例２のモ－ルド変圧器の、ディスク巻線方式の１次巻線を示す図である。 一般的な単相型モ－ルド変圧器の断面図である。

以下、本願発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

さらに以下の実施の形態では便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細補足説明などの関係にある。

本発明の実施例の説明に先立って、一般的なモールド変圧器を説明する。

図１に、一般的な三相三脚型のモ－ルド変圧器１００の斜視図を示す。また、図２に、三相三脚型のモ－ルド変圧器の、鉄心および巻線部分の正面から見た断面図を示す。

三相三脚型のモールド変圧器１００は、２つの内側鉄心３０ｂを並置し、２つの内側鉄心３０ｂを囲むように外側鉄心３０ａを配置して三脚の鉄心を構成する。そして、３つの鉄心脚部のそれぞれに、絶縁性のモールド樹脂で覆われた２次巻線（低圧巻線）２０ｕ，２０ｖ，２０ｗを配置し、その外側に絶縁性のモールド樹脂で覆われた１次巻線（高圧巻線）１０ｕ，１０ｖ，１０ｗを配置して変圧器を構成している。図１において、４０ａ，４０ｂは金属製の上部締金具および下部締金具であり、５０は２次側端子板である。なお、１次巻線の端子は、図示されていないが、１次巻線の正面側から引き出されている。

図２に示すように、１次巻線１０ｕ，１０ｖ，１０ｗと鉄心（内側鉄心３０ｂ）のヨーク部とは、２つの１次巻線が隣り合う部分で距離ｄ１が短くなり、雷サージが侵入した場合には、絶縁破壊を生じやすくなる。

図３に、一般的なモ－ルド変圧器の、シリンドリカル巻線方式の１次巻線を示す。図３（ａ）は、モールド樹脂で覆った１次巻線組立体の斜視図を、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ－Ｂ部分の断面図を示す。シリンドリカル巻線方式では、第１層目の巻線導体１３を、１次巻線１０の軸方向に上から下へ順次ずらして巻き回し、次に第１層の外側に第２層目の巻線導体１３を下から上へ順次ずらして巻き回し、これを繰り返して巻線１１を形成する。なお、巻線導体１３には、素線絶縁１４を施している。そして、この巻線１１を絶縁性のモールド樹脂１６で覆って、１次巻線１０を構成する。図において、１１Ｓは巻線の巻き始め端を、１１Ｅは巻線の巻き終わり端を示す。

図３（ｂ）に示すように、巻線１１の巻き終わり端１１Ｅに対応する４００番目の導体と、モールド樹脂１６の上端部との距離はＬ０となり、また、４００番目の導体と、モールド樹脂で覆った１次巻線の外側表面との距離、すなわち、１次巻線の外側のモールド樹脂の厚さはＴ０と薄くなっている。巻線１１の上方および下方には内側鉄心３０ｂが配置されている。そして、空気の絶縁耐力はモールド樹脂の絶縁耐力よりも低いため、１次巻線（高圧巻線）１０に雷サージが侵入した場合には、１次巻線の外側端部の巻線導体と鉄心との間で、空気層を介して放電が発生する恐れがある（気体放電）。また、モールド樹脂１６の沿面に沿って放電が発生する恐れもある（沿面放電）。そして、これらの放電により、絶縁破壊を生じる。

本発明は、１次巻線の巻線構造を改良することにより、簡易な巻線方式で耐インパルス特性を向上するものである

本発明の実施例１のモールド変圧器を、図４を用いて説明する。図４（ａ）には、図１に示されるモ－ルド変圧器１００が有する１次巻線１０だけを取り出した斜視図を示す。また、図４（ｂ）は、図４（ａ）の線Ａ－Ｂの断面図を示し、シリンドリカル巻線方式の巻線の構成を示す。

シリンドリカル巻線方式は、巻線を巻線の軸方向(図の高さ方向)に巻き進めていく方式である。図に示すように、第１層目の巻線導体１３を巻き始め端１１Ｓから巻き回し始め、巻線の軸方向に上から下へ順次ずらして巻き回し、次に第１層の外側に第２層目の巻線導体１３を下から上へ順次ずらして巻き回す。そして、これを繰り返して巻線１１を形成する。本実施例では、巻線１１の巻き終わり端１１Ｅに近い外側の１つまたは複数層の巻線を、上下の両端側には巻き回すこと無く、１次巻線１０の中央部に巻き回すことを特徴としている。図の例では、１次巻線の外側の２つの層の巻線を、中央部にのみ巻き回している。そして、巻線１１の上下両端側および内外側を覆うようにモールド樹脂１６を形成する。

巻線１１の最外層で上端部に対応する３５１番目の導体と、モールド樹脂１６の上端部との距離はＬ１となり、巻線１１の内周側の層の上端の導体（１番目、２００番目、２０１番目の導体）と、モールド樹脂の上下端との距離Ｌ０に比べて、距離が大きくなる。同様に、下端部に対応する４００番目の導体とモールド樹脂１６の下端部との距離Ｌ１も、大きくなる。また、巻線１１を上端部まで設けた最外層に対応する２０１番目の導体（外側から第３層の上端の導体）と、モールド樹脂１６の外側表面までの距離、すなわち１次巻線の外側上端部のモールド樹脂の厚さはＴ１と、厚くなる。
結果的に、巻線１１の外側の上下端部の巻線導体と内側鉄心との距離が遠くなり、１次巻線１０の外側の上下端側のモ－ルド樹脂１６が厚くなるため、１次巻線１０の外側の絶縁性能が向上する。

本実施例によれば、シリンドリカル巻線方式のモールド変圧器において、簡易な巻線方式で耐インパルス特性を向上することができる。

本発明の実施例２のモールド変圧器を、図５を用いて説明する。実施例１と異なる点は、１次巻線の巻線方式がディスク巻線方式になっていることである。

ディスク巻線方式は、巻線導体１３を１次巻線の径方向に巻き進めていく方式である。図５（ｂ）に示すように、上端側の第１層を巻線１１の巻き始め端１１Ｓから径方向に内側に向かって巻き回し、次に第１層の下側において第２層を径方向に外側に向かって巻き回す。そして、これを繰り返して巻線１１を形成する。本実施例では、巻線１１の巻き始め端１１Ｓおよび巻き終わり端１１Ｅに近い上下の数層の巻線の巻き回し数を、１次巻線１０の中央部の巻き回し数よりも少なくすることを特徴としている。図の例では、１次巻線の上下両端側の３つの層の巻線を、中央部の層の巻線よりも２つ減らしている。そして、巻線１１の上下両端側および内外側を覆うようにモールド樹脂１６を形成する。

実施例１と同様に、巻線１１の中央部の最外層で上端部に対応する１４番目の導体と、モールド樹脂１６の上端部との距離はＬ１となり、巻線１１の内周側の上端の導体（１番目、２番目、３番目の導体）と、モールド樹脂の上端との距離Ｌ０に比べて、距離が大きくなる。同様に、下端部に対応する３８７番目の導体とモールド樹脂１６の下端部との距離Ｌ１も、大きくなる。また、巻線１１を上端部まで設けた最外層に対応する１番目の導体（巻き始め端１１Ｓの導体）と、モールド樹脂１６の外側表面までの距離、すなわち１次巻線の外側上端部のモールド樹脂の厚さは、Ｔ１と厚くなる。
結果的に、巻線１１の外側の上下端部の巻線導体と内側鉄心との距離が遠くなり、１次巻線１０の外側の上下端側のモ－ルド樹脂１６が厚くなるため、１次巻線１０の外側の絶縁性能が向上する。

本実施例によれば、ディスク巻線方式のモールド変圧器において、簡易な巻線方式で耐インパルス特性を向上することができる。

本発明の実施例３のモールド変圧器を、図６を用いて説明する。実施例１と異なる点は、単相型のモールド変圧器であることである。

単相型モールド変圧器２００は、矩形状鉄心の２つの鉄心脚部それぞれに、絶縁性のモールド樹脂で覆われた２次巻線（低圧巻線）２０ａ，２０ｂを配置し、その外側に絶縁性のモールド樹脂で覆われた１次巻線（高圧巻線）１０ａ，１０ｂを配置して変圧器を構成している。

実施例１或いは実施例２と同様に、１次巻線１０ａ，１０ｂを図４或いは図５のように構成することにより、簡易な巻線方式で耐インパルス特性を向上することができる。

なお、実施例としては記載していないが、本発明は、三相五脚型のモールド変圧器など、その他のモールド変圧器にも適用することができる。

なお、本発明は上記した実施の形態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、上記した実施の形態は本発明をわかりやすく説明するために詳細に説明したものであり、巻線１１は４００回巻き回すことを想定して巻き回す回数を記載しているが、４００回に限定されるものではない。また、実施例１のシリンドリカル巻線方式の上下端側の巻き回し層数は３層、中央部は５層巻き回すことを想定して記載しているがこの限りではない。また、実施例２のディスク巻線方式の巻き初め端側および巻き終わり端側の巻き回す回数は径方向に３回、中央部は径方向に５回巻き回すことを想定して記載しているが、この限りではない。

１０…１次巻線（高圧巻線）
１１…巻線
１１Ｓ…巻き始め端
１１Ｅ…巻き終わり端
１３…巻線導体
１４…素線絶縁
１６…モールド樹脂
２０…２次巻線（低圧巻線）
３０ａ…外側鉄心
３０ｂ…内側鉄心
４０ａ…上部締金具
４０ｂ…下部締金具
５０…２次側端子板
１００…三相三脚型モールド変圧器
２００…単相型モールド変圧器

Claims (8)

1. 鉄心と、前記鉄心の脚部に配置されたモ－ルド樹脂に覆われた２次巻線と、前記２次巻線の外側に配置されたモ－ルド樹脂に覆われた１次巻線を有するモ－ルド変圧器であって、
   前記１次巻線は、上下両端側の巻線の径方向の巻き回し数を、中央部の巻線の径方向の巻き回し数よりも少なく巻き回し、
   上下両端側の巻線の外側を覆ったモールド樹脂の厚さを、中央部の巻線の外側を覆ったモールド樹脂の厚さよりも厚くした
   ことを特徴とするモ－ルド変圧器。
2. 請求項１に記載のモールド変圧器において、
   前記１次巻線の中央部の外側上下端の巻線と、モールド樹脂の上下端との距離Ｌ１は、内周側の上下端の巻線と、モールド樹脂の上下端との距離Ｌ０よりも長いことを特徴とするモールド変圧器。
3. 請求項１に記載のモールド変圧器において、
   前記１次巻線の巻線方式が、巻線導体を１次巻線の軸方向に巻き回すシリンドリカル巻線方式であることを特徴とするモールド変圧器。
4. 請求項１に記載のモールド変圧器において、
   前記１次巻線の巻線方式が、巻線導体を１次巻線の径方向に巻き回すディスク巻線方式であることを特徴とするモールド変圧器。
5. 請求項１に記載のモールド変圧器において、
   前記鉄心が、２つの内側鉄心を並置し、その外側に外側鉄心を配置した三相三脚型であり、鉄心の３つの脚部に前記２次巻線と前記１次巻線を配置したことを特徴とする三相三脚型のモールド変圧器。
6. 請求項１に記載のモールド変圧器において、
   矩形状の鉄心の２つの脚部に、前記２次巻線と前記１次巻線を配置したことを特徴とする単相型のモールド変圧器。
7. 鉄心と、前記鉄心の脚部に配置されたモ－ルド樹脂に覆われた２次巻線と、前記２次巻線の外側に配置されたモ－ルド樹脂に覆われた１次巻線を有するモ－ルド変圧器であって、
   前記１次巻線は、軸方向に順次位置をずらして巻線を巻き回して円筒状の巻線の１層を構成し、複数層を径方向に積み重ねて巻線を構成し、外側の１層または複数層は、上下両端側に巻線を巻き回すこと無く、中央部にのみ巻線を巻き回し、
   上下両端側の巻線の外側を覆ったモールド樹脂の厚さを、中央部の巻線の外側を覆ったモールド樹脂の厚さよりも厚くした
   ことを特徴とするモ－ルド変圧器。
8. 鉄心と、前記鉄心の脚部に配置されたモ－ルド樹脂に覆われた２次巻線と、前記２次巻線の外側に配置されたモ－ルド樹脂に覆われた１次巻線を有するモ－ルド変圧器であって、
   前記１次巻線は、径方向に順次位置をずらして巻線を巻き回してディスク状の巻線の１層を構成し、複数層を軸方向に積み重ねて巻線を構成し、中央部の層は、上下両端側の層に比べてより多くの巻線を巻き回し、
   上下両端側の巻線の外側を覆ったモールド樹脂の厚さを、中央部の外側を覆ったモールド樹脂の厚さよりも厚くした
   ことを特徴とするモ－ルド変圧器。

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