JP2023037465A - 変流器 - Google Patents

Abstract

【課題】１次側導体を流れる電流を大きくした場合でも、当該１次側導体が重くなるのを抑えて全体重量の増加を抑制することができる変流器を提供する。【解決手段】変流器（１）は、環状鉄心（９）と、環状鉄心（９）に巻回された２次側導体（８）と、環状鉄心（９）の中央穴を貫通する１次側導体（６）と、を備える。１次側導体（６）は、パイプ状導体からなる。【選択図】図１

Description

本開示は、変流器に関する。

ガス絶縁開閉装置（ＧＩＳ）などの電力設備には、当該電力設備を流れる交流の電流値を計測するために、計測用変成器の一種である、変流器が付帯されることがある。このような変流器では、１次側導体として、大電流を流すために棒状部材が用いられることがある。

特開２０１６－５８６３４号公報

大電流が流れる変流器を構成する場合、通電時での１次側導体における温度上昇を抑えるために、流れる電流に応じて、１次側導体である棒状部材の直径を大きくする必要があった。しかしながら、棒状部材の直径を大きくした場合、棒状部材の重量が大きくなって、当該棒状部材、ひいては変流器の全体重量が重くなるという問題点を生じることがあった。

本開示は上記の問題点を鑑みてなされたものであり、１次側導体を流れる電流を大きくした場合でも、１次側導体が重くなるのを抑えて全体重量の増加を抑制することができる変流器を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本開示の一側面に係る変流器は、環状鉄心と、前記環状鉄心に巻回された２次側導体と、前記環状鉄心の中央穴を貫通する１次側導体と、を備え、前記１次側導体は、パイプ状導体からなる。

本開示の一態様によれば、１次側導体を流れる電流を大きくした場合でも、当該１次側導体が重くなるのを抑えて全体重量の増加を抑制することができる変流器を提供することができる。

本開示の一実施形態に係る変流器の容器の内部を示すようにした模式図である。 変流器の容器の内部を示すようにした正面図である。 変流器の１次側導体を示す上面図である。 １次側導体を示す正面図である。

〔実施形態〕
以下、本開示の一実施形態について図面を参照しつつ具体的に説明する。なお、以下の説明では、ガス絶縁開閉装置（ＧＩＳ）等の電力設備に連結される変流器に適用した場合について説明する。しかしながら、本開示の変流器は、他の電力設備に直接連結されずに使用される変流器にも適用することができる。

＜変流器１＞
図１～図４を参照して、本実施形態の変流器について具体的に説明する。図１は、本開示の一実施形態に係る変流器１の容器の内部を示すようにした模式図である。図１は、変流器１を側面方向から見た図である。図２は、変流器の容器の内部を示すようにした正面図である。図３は、変流器１の１次側導体６を示す上面図である。図４は、１次側導体６を示す正面図である。尚、図面の名称での正面、側面、上面等の名称は便宜的なものであって、本実施形態の変流器１は様々な方向に設置され得る。

図１及び図２に示すように、本実施形態の変流器１は、当該変流器１の要部を収容する容器２と、容器２に絶縁スペーサ５を介して接続されるとともに、変流器１を不図示の他の電力設備に接続するための接続部４とを備える。

絶縁スペーサ５は、例えば、エポキシ樹脂などの合成樹脂を含んでおり、容器２と接続部４との間に設けられている。絶縁スペーサ５は、図１の左右方向の端部において、不図示のボルト等の固定部材が挿通するようになっており、当該固定部材によって容器２と接続部４とが絶縁スペーサ５を介して互いに接続される。また、絶縁スペーサ５は、容器２の内部に設けられた後述の１次側導体６を容器２と接続部４から絶縁された状態で支持するようになっている。

容器２は、例えば、金属製の筐体である。容器２の内部には、１次側導体６、２次側導体８、及び環状鉄心９が収容されている。また、容器２の内部には、例えば、ＳＦ₆ガスなどの絶縁性ガス３が封入されており、容器２の内部での絶縁耐力が高められている。

なお、この説明以外に、絶縁性ガス３に代えて、例えば、絶縁油を容器２の内部に封入する構成でもよい。また、図１では、２次側導体８及び環状鉄心９を示すために、２次側導体８、環状鉄心９について、その断面を示している。

環状鉄心９は、リング状の鉄心を用いて構成されており、容器２の所定位置に固定されている。２次側導体８は、例えば、銅線などの金属線を用いて構成されており、当該変流器１での変流比に対応した巻回数で環状鉄心９に巻回されている。

２次側導体８の一端部８ａ及び他端部８ｂは、それぞれ引出し端子１１ａ及び１１ｂに接続されている。これらの引出し端子１１ａ及び１１ｂには、配線を介して電流検出器が接続されおり（図示せず）、１次側導体６に１次電流（例えば、１５００～３０００アンペア）が流れた場合に２次側導体８に生じた２次電流（例えば、１～５アンペア）が電流検出器に出力される。

図３及び図４も参照して、１次側導体６は、略Ｕ字状の形状に構成されており、環状鉄心９の中央穴を貫通して容器２の内部に配置されている。つまり、１次側導体６は、環状鉄心９の中央穴に挿通される円弧状部分とこの円弧状部分の一端側及び他端側に続いてそれぞれ設けられた一対の直線状部分とを一体化した形状を備えている。一対の直線状部分は互いに平行である。

１次側導体６の電流通路としての両端部のそれぞれには、フランジ６ａ、６ｂが設けられている。フランジ６ａ及び６ｂには、例えば、６個の固定ボルト用の貫通穴６ａ１及び６ｂ１と、後述の中空部６ｃに連通する中央開口６ａ２及び６ｂ２がそれぞれ設けられている。

１次側導体６では、不図示の固定ボルトが貫通穴６ａ１及び６ｂ１に挿通されることにより、フランジ６ａ及び６ｂがそれぞれ絶縁スペーサ５に固定された絶縁スペーサ埋め込み導体７ａ及び７ｂに接続される。これにより、１次側導体６は、絶縁スペーサ埋め込み導体７ａ及び７ｂを介して絶縁スペーサ５に支持される。フランジ６ａ及び６ｂのそれぞれの絶縁スペーサ埋め込み導体７ａ及び７ｂへの接続面は同一の平面上にある。以上により、変流器１全体のコンパクト化を図ることができる。

絶縁スペーサ埋め込み導体７ａ及び７ｂは、例えば、銅やアルミニウムなどを用いて構成され、フランジ６ａ及び６ｂにそれぞれ電気的に接続されている。絶縁スペーサ埋め込み導体７ａ及び７ｂでは、各導体部の一端側が１次側導体６に電気的に接続され、各導体部の他端側が上記ガス絶縁開閉装置の電路に電気的に接続される。

また、１次側導体６は、図４の斜線部にて示す中空部６ｃと、円板状の上記フランジ６ａ及び６ｂの間で中空部６ｃの周囲に設けられた円筒部６ｄとを備えたパイプ状導体である。

具体的には、１次側導体６は、例えば、銀、銅、アルミニウムなどの金属材の鋳物として一体的に構成されている。パイプ状の円筒部６ｄの内部には、例えば、断面形状が円形状の開口された上記中空部６ｃが設けられている。

このように、１次側導体６が鋳物で断面形状が一重の輪状に構成されているので、パイプ状導体からなる１次側導体６を容易に製作することができる。尚、図４では、中空部６ｃの周りの円筒部６ｄの内周面を点線で示している。また、中空部６ｃは、上述したように、図３に示した中央開口６ａ２及び６ｂ２に連通しており、１次側導体６では、中央開口６ａ２から中央開口６ｂ２まで通じる内部空間が形成されている。

なお、上記の説明では、１次側導体（パイプ状導体）６を鋳物で構成した場合について説明した。しかしながら、本実施形態の１次側導体６はこれに限定されるものではなく、例えば、折り曲げ加工されたパイプで１次側導体６を構成してもよい。すなわち、直線状のパイプに対して、折り曲げ加工を施すことにより、図２に例示したように、略Ｕ字状の形状に形成された１次側導体６を用いてもよい。

また、図４に示すように、１次側導体６では、上記直線状部分のフランジ６ａ及び６ｂ側が上記円弧状部分側よりも小さい直径に絞られている。これにより、フランジ６ａ及び６ｂの固定ボルト用の貫通穴６ａ１及び６ｂ１へのボルトの挿入を行うことができるように構成されている。

１次側導体６では、円筒部６ｄの肉厚は、当該１次側導体６を流れる交流電流の表皮効果により定まるスキンデプス（skin depth）以上とされている。スキンデプスｄは、１次側導体６の抵抗率ρ及び透磁率μ、１次側導体６を流れる交流電流の角周波数ω（ω＝２πｆ：ｆは周波数）から、ｄ＝√（２ρ／ωμ）の式で求められる。これにより、１次側導体６をパイプ状の構造としても、中実の棒状構造と同様の通電容量を確保することができる。

１次側導体が大電流に対応する中実の棒状構造であると、１次側導体に交流電流を流す場合に表皮効果によって１次側導体の中心部にはほとんど交流電流が流れず、１次側導体の表面側に流れることとなる。本実施形態の１次側導体６では、このような電流が流れない領域を削ったパイプ状の１次側導体６としているので、通電容量を確保しつつ、１次側導体６が重くなるのを抑えることが可能となる。例えば、１５００アンペア以上の交流電流とした場合でも、１次側導体６が重くなるのを抑えることが可能となり、その結果、変流器１の全体重量の増加を抑制することができる。

以下に、１次側導体６を銅で構成する場合の、具体的な数値例を示す。周波数５０Ｈｚまたは６０Ｈｚで３０００アンペアの通電容量を確保する場合、上記式に基づき、１次側導体６の円筒部６ｄ主要部の肉厚を、例えば、８～１０ｍｍに設定することができる。

つまり、本実施形態では、１次側導体６として、肉厚１０ｍｍを確保したパイプ外径φ２０ｍｍ以上のものであれば通電容量を確保したまま、その中空化を図ることができる。この結果、本実施形態では、１次側導体６を流れる電流を大きくした場合でも、当該１次側導体６が重くなるのを抑えて変流器１の全体重量の増加を抑制することができる。

また、本実施形態では、１次側導体６の重量を抑えることができるので、１次側導体６を流れる電流を大きくした場合でも、当該１次側導体６を支持する絶縁スペーサ５での荷重を抑えることができる。この結果、絶縁スペーサ５の構造を簡略化することができるとともに、当該絶縁スペーサ５の重量が増加するのも抑えることができる。

また、本実施形態では、１次側導体６の材料費を抑えることができるので、１次側導体６を流れる電流を大きくした場合でも、変流器１のコストダウンを容易に図ることができる。

また、本実施形態では、変流器１の全体重量の増加を抑制しているので、電力設備において、変流器１を連結するために必要となる強度を軽減することが可能となる。また、電力設備に対する変流器１の設置の自由度を確保し易くなり、様々な電力設備に容易に変流器１を適用することができる。

〔まとめ〕
上記の課題を解決するために、本開示の一側面に係る変流器は、環状鉄心と、前記環状鉄心に巻回された２次側導体と、前記環状鉄心の中央穴を貫通する１次側導体と、を備え、前記１次側導体は、パイプ状導体からなる。

上記構成によれば、１次側導体を流れる電流を大きくした場合でも、当該１次側導体が重くなるのを抑えて全体重量の増加を抑制することができる。

上記一側面に係る変流器において、前記パイプ状導体は、鋳物、または折り曲げ加工されたパイプで構成されてもよい。

上記構成によれば、パイプ状導体を簡単に製作することができる。

上記一側面に係る変流器において、前記パイプ状導体の肉厚は、前記１次側導体を流れる交流電流の表皮効果により定まるスキンデプス以上であってもよい。

上記構成によれば、１次側導体での通電容量を確保しつつ、当該１次側導体が重くなるのを抑えて全体重量の増加を確実に抑制することができる。

上記一側面に係る変流器において、前記１次側導体、前記２次側導体、及び前記環状鉄心を収容する容器を、さらに備え、前記容器の内部には、絶縁性ガスまたは絶縁油が封入されてもよい。

上記構成によれば、コンパクトで絶縁耐力に優れた変流器を容易に構成することができる。

本開示は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、実施形態に開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本開示の技術的範囲に含まれる。

１ 変流器
２ 容器
３ 絶縁性ガス
６ １次側導体
８ ２次側導体
９ 環状鉄心

Claims (4)

1. 環状鉄心と、
   前記環状鉄心に巻回された２次側導体と、
   前記環状鉄心の中央穴を貫通する１次側導体と、を備え、
   前記１次側導体は、パイプ状導体からなる、変流器。
2. 前記パイプ状導体は、鋳物、または折り曲げ加工されたパイプで構成されている、請求項１に記載の変流器。
3. 前記パイプ状導体の肉厚は、前記１次側導体を流れる交流電流の表皮効果により定まるスキンデプス以上である、請求項１または２に記載の変流器。
4. 前記１次側導体、前記２次側導体、及び前記環状鉄心を収容する容器を、さらに備え、
   前記容器の内部には、絶縁性ガスまたは絶縁油が封入されている、請求項１から３のいずれか１項に記載の変流器。

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