JP2795971B2 - 静止誘導電気機器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、特に変圧器等の静止誘導電気機器巻線端部
の電界緩和及び損失低減技術の改良に関するものであ
る。

（従来の技術） 静止誘導機器においては、より高電圧・大容量器への
適用にあたり、最大の技術的問題はいかに高い絶縁耐力
を機器にもたせ、また損失を低減できるかにかかってい
る。

第４図に、静止誘導電気機器において箔巻変圧器の巻
線構成図を示した。即ち、鉄心１に金属シート２と絶縁
シート３を重ねて巻回して低圧巻線４と高圧巻線５とが
形成され、これらの巻線4,5は絶縁筒６によってヨーク
鉄心７等の接地物に対し絶縁状態で支持され、絶縁媒体
８が封入されたタンク９内に収納されている。

（発明が解決しようとする課題） ところで、上記の様な箔巻変圧器は、薄い金属シート
２と絶縁シート３を重ねて巻回することにより、低圧巻
線４や高圧巻線５が形成される為、鉄心窓内の巻線占積
率が高くなる反面、次の様な問題点がある。

即ち、高圧巻線５の端部には、一般に電界緩和用の静
電シールド12,13が配設されている。これらの静電シー
ルド12,13は巻線端部の電界を緩和するためには、でき
るだけ巻線に近づけて密着させるように形成しなければ
ならない。またシールド自身の電界を緩和するために
も、かつ、巻線端部の電界も充分に緩和するためには、
シールドの大きさを極力大型化しなければならなかっ
た。特に外側の静電シールド12は巻線外径とシールドの
内径を一致させ密着させるのは寸法精度を出す上での工
作性さらには取りつける際の作業性の面から難しかっ
た。

そのために、シールドの形状を複雑に工夫したり、あ
るいはまた、例えば型を作って静電シールドリング芯を
絶縁物内に注型したり、絶縁破壊を施して信頼性を上げ
るなどの方策をとっていた。しかし、これらの方法によ
ると型代が高価となり変圧器の価格が高くなり、さらに
は、巻線の定格に合わせて静電シールドの形状や大きさ
を変える必要があるため、その都度高価の型を作成しな
ければならず、効率の面からもまた価格の面からも問題
があった。

また、第４図の様に構成されている箔巻変圧器におい
て、高電圧大容量化をはかる場合、高圧巻線５の端部の
磁束のフリンジングによる渦電流損が増大することが考
えられるのでこれを防止する必要もある。このため、シ
ールドとなる絶縁物芯に薄いテープ状金属を１ターンを
形成しない様に巻きつけて、その上から絶縁を施した高
圧シールドを取りつけ、電界緩和及び渦電流損失の低減
をはかるが、このシールド製作には、製作に手間がかか
ること、また、それ自体の重量も大きくなるため箔巻々
線に適用するに当ってはシールドの支え構造を強固にす
る必要がある。

さらに、テープ状金属を巻回するためにテープのエッ
ジの影響を少なくするためには絶縁厚さはある程度厚く
しておかなければならないため箔巻々線からシールド金
属面が離れることになり、電界緩和効果がそこなわれる
恐れがあり、電界緩和効果を出すためには、シールド自
体を大きくしておく必要があり、ひいては、機器として
の寸法の増大になるなどの欠点を有していた。

以上の様な問題点は第５図に示すような絶縁被覆され
た平角導体からなる素線14を鉄心１の回りに円板状に巻
回した変圧器においても同様である。第５図において素
線14は一定の間隔で巻回され、これらが軸方向に複数段
積み重ね、所定の接線が行われて低圧巻線４′、高圧巻
線５′が構成されている。巻線４′,5′の端部には静電
シールド15,16が各々配設されている。

この様な構成においても巻線端部の電界を緩和するた
めには静電シールドを巻線に極力近づけることが必要で
あり、またシールドと巻線あるいは支持絶縁物との間に
生じる間隙への電界集中をさけ、かつ静電シールド自身
への電界を緩和するために、シールドの形状を工夫しな
ければならず、型を作り成型した静電シールドを取りつ
けるなど箔巻変圧器と同様高価で、工数のかかる欠点を
有していた。

本発明の目的は、静電シールド及び巻線の絶縁信頼性
を高め、静電シールドの製作及び取りつけ作業を簡略化
するとともに、渦電流損失も低減できる信頼性の高い安
価な静止誘導電気機器を安価に提供することにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明の静止誘電電気機器は、巻線の端部にゴム、エ
ラストマー等の弾性体から成る導電性あるいは半導電性
を有する静電シールドリング芯を用い、その端部に弾性
体から成る成型絶縁物を取りつけ、さらにそれらの外側
から収縮性の絶縁物により覆った静電シールドを取りつ
けたことを特徴とするものである。

（作用） 本発明においては、静電シールド全体が可とう性を有
し、静電シールドのリング芯とつめものおよび絶縁被覆
が完全に一体となり、静電シールドの形状が小さくても
巻線端部の電界を充分緩和できるように信頼性の高い形
状に容易に製作でき、巻線端部および静電シールド自身
の絶縁信頼性が高くなるとともに、渦電流損失を低減で
き、さらに、静電シールドの取りつけを容易とし、機械
的強度を高めることができる。

（実施例） 以下、本発明を第１図に示す一実施例に基づいて説明
する。なお、説明は主に箔巻変圧器に基づいて説明する
が、平角線からなる変圧器など他の静止誘導電気機器に
全て適用できるものである。また、第４図以降に示した
従来型と同一部分には同一符号を付し説明を省略する。

本実施例においては、第１図に示すように、巻線の端
部に電界緩和用の静電シールドを取りつけるが、この時
静電シールドリンク芯21,22,23はゴムあるいは熱可塑性
エラストマーなどの弾性体により構成する。この弾性体
は表面あるいは全体が導電性あるいは半導電性を有して
いる。

さらに、静電シールドリンク芯21,22,23の軸方向端部
の片側あるいは両側に、ゴムあるいは熱可塑性エラスト
マーなどの弾性体からなる成型絶縁物24,25,26を取りつ
ける。この成型絶縁物は特に静電リング芯に接する側を
静電シールドリング芯の形状に密着するような形に予め
成型する。静電シールドと接触しない側は、適当な曲率
を設けてもあるいはまた静電シールドや巻線を支持する
支持部材（図示せず）の形状に密着するような形状にし
てもよい。

なお、成型絶縁物は静電シールドの両端部にとりつけ
てもあるいはまた静電シールド端部の電界が高くなる側
だけにとりつけてもよい。

そして静電シールドリンク芯と成型絶縁物の外側から
収縮性の絶縁物27,28,29により被覆する。ここで収縮性
の絶縁物は例えば熱収縮性テフロンチューブのような熱
収縮性のものを静電シールドリング芯と成型絶縁物の上
からかぶせ、熱を加えて収縮させることによりリング芯
と成型絶縁物さらには収縮性絶縁物を完全に密着させた
一体の静電シールドを得ることができる。

また、収縮作業を真空中で行なうことにより静電シー
ルド内に空気、ガス等を残さず密着させた静電シールド
を得ることもできる。特に巻線外側にとりつける静電シ
ールド21,23の内径は取りつける前は低圧巻線４あるい
は高圧巻線５の外径よりやや小さく、取りつける時には
引きのばして巻線の外側から挿入し、取りつけ後は巻線
の端部を圧縮して締めつけるように構成することも可能
である。

この様な構成を有する本実施例の箔巻変圧器において
は、静電シールドリング芯端部に弾性体である成型絶縁
物がぴったりと密着して取りつき、電界の高くなるリン
グ芯端部を絶縁物で覆い、さらに絶縁物で被覆するた
め、成型絶縁物とリング芯のずれも防止でき、静電シー
ルド自身の絶縁信頼性が大幅に向上する。

さらに、静電シールド全体が弾性を有するため、電界
の高い巻線端部にぴったりと密着してとりつき、巻線端
部の電界を効率よく緩和し、絶縁信頼性を向上させる。
特に静電シールド全体が弾性を有しているため、巻線と
静電シールドの間に小さなギャップ等が生じることなく
密着できるので、特に絶縁性の気体により絶縁する方式
の機器においては、微小な気体部分のギャップへの電界
集中から生じる絶縁破壊を防止でき絶縁耐力の大幅な向
上がはかられる。

また、特に静電シールドをエラストマーのような可塑
性樹脂により構成する場合においては、成型が容易で、
誘電率等の電気的諸特性あるいは硬度などの機械的特性
を機器の定格に応じ、最適なものに調整したりまたは最
適なものを選択することにより信頼性の高いものにする
ことができる。

また、この静電シールドは弾性体でできているため、
振動や機械的衝撃を吸収する力にすぐれるため運転時あ
るいは輸送時においてもずれ等が生じず、機械的・電気
的特性を損ねることはなく、また通電時の振動も吸収す
ることからひいては騒音低減の効果も得られる。特に成
型絶縁物の端部位置を巻線高さと一致させ、巻線と静電
シールドを一体として支えるなど支え構造を簡素化する
ことも可能である。さらに、静電シールドが巻線を弾性
を持ってしめつけることから、シールド自身の固定が容
易になるうえ、巻線のターン間のずれ止めにもなり、巻
線の変形も防止できる。

また、例えば、カーボン入りの弾性体のような半導電
材料によりリング芯を構成することによりシールド自身
の磁束による渦電流をなくし、また、巻線端部の渦電流
損失も低減できる。

上記は全て巻線に取りつけるシールドはスタック方向
の端部に２個つけて説明しているが、シールド形状を例
えばだ円形にして巻線外側のシールドは巻線を外側から
１体にして締めつける構造としても同様の効果が得られ
る。また、シールドの断面は電界を緩和できる構造であ
れば特に形状は問わない。

また、シールド自体は円環状でなくても良く例えばデ
ッドエンド形で、そのすきま部分から口出しリードを出
す様な構成であったとしてもシールド全体が伸縮性、弾
性を有するため同様な効果が得られる。

上記説明においてはいずれも成型絶縁物を静電シール
ドリング芯の両端部に設けたが、これはどちらか一方の
みでもよく、また両端部に設ける成型絶縁物の形状や大
きさを変更してもよい。

さらに本発明における静電シールドリング芯は弾性体
により構成されれば上記実施例に限るものではなく例え
ば第２図に示すように弾性体からなる静電シールドリン
グ芯30の表面に導電性あるいは半導電性を有する物質31
を塗布あるいは接着または巻回するなどの手段によって
取りつけ、端部に弾性体からなる成型絶縁物32を取りつ
け、さらにその外側から伸縮性の絶縁物33により覆うよ
うに構成したものでもよい。

上記本発明の実施例は箔巻変圧器について述べたが、
本発明はこれに限るものではなく、第３図に示すように
絶縁被覆された平角導体からなる素線による変圧器にも
適用できる。第３図においては第５図に示した従来例と
同一部分には同一符号を付し説明を省略する。高・低圧
巻線の端部に設けられた導電性または半導電性を有する
ゴムあるいは熱可塑性エラストマーからなる弾性を有す
る静電シールドリング芯34,34′の端部に同じくゴムあ
るいは熱可塑性エラストマーなどの弾性体からなる成型
絶縁物35,35′を取りつけたのち、収縮性の絶縁物36,3
6′により被覆する。

このように構成すると、先の箔巻変圧器の場合と同
様、リング芯の形状は巻線端部の電界を効率よく緩和す
る上で最適かつ最小の形状とした上で、シールドリング
芯の端部は成型絶縁物と収縮性絶縁物により密着された
保護され、シールド全体が弾性を有するため、静電シー
ルドの絶縁信頼性が大幅に向上するとともに巻線端部に
も密着して取りつけることができ、巻線端部の電界を大
幅に緩和することができる。

また、従来のようにシールドリング芯端部に絶縁物を
注型するなどの工程が削減できるため、大幅に作業効率
が向上する。さらに、巻線を静電シールドとともに上下
方向から支持絶縁物37を介してしめつけ固定することが
でき、シールドリング芯及び成型絶縁物を締め付け力に
より受ける圧縮力に耐え、かつ弾性を有する材料により
構成しておくことにより、静電シールドは巻線と支持絶
縁材料との間で振動や衝撃を吸収するかん衝材の役目を
果たし、さらに締め付けにより巻線と静電シールド及び
支持絶縁物の間に間隙が生じることなく密着して固定す
ることができるため、電気的・機械的信頼性が向上す
る。

さらに、以上示したような本発明の実施例において
は、成型絶縁物の材質は巻線の定格や形状から特に静電
率や絶縁強度等の電気的特性さらには、弾性率や圧縮強
度・ヤング率等の機械的特性の最適なものを選択するこ
とができ、あるいはまた調整することが容易であるた
め、機器の信頼性の大幅な向上がはかられる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、弾性体からなる
静電シールドリング芯の端部に弾性体からなる成型絶縁
物をとりつけたのち、収縮の絶縁物で覆った静電シール
ドを巻線端部に取りつけるように構成したので、成型絶
縁物が静電シールドリング芯に密着してとりつき、しか
も静電シールドが弾性を有するので静電シールドが巻線
に密着してとりつき、静電シールド及び巻線の絶縁信頼
性が高く、静電シールドの製作及び取りつき作業が簡略
化し、機械的強度を高めるとともに損失低減も得られる
静止誘導電気機器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の静止誘導電気機器の一実施例を示す断
面図、第２図は本発明に使用する静電シールドを示す要
部拡大断面図、第３図は本発明の他の実施例を示す断面
図、第４図および第５図はそれぞれ異なる従来の変圧器
の構成を示す断面図である。 １……鉄心、２……導体（金属シート） 4,4′……低圧巻線、5,5′……高圧巻線 14……平角導体からなる素線 21,22,23,30,34……弾性体からなる静電シールドリング
芯 24,25,26,32,35……成型絶縁物 27,28,29,33,36……収縮性の絶縁物 31……導電性あるいは半導電性を有する層

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】鉄心に導体を巻回して形成した巻線を巻装
   し、その巻線の端部に静電シールドを配設してなる静止
   誘導電気機器において、前記静電シールドは弾性を有し
   かつ導電性あるいは半導電性材料からなる静電シールド
   リング芯の両端部に弾性体からなる成型絶縁物を取りつ
   け、さらにそれらの外側から収縮性の絶縁物にて覆って
   形成したことを特徴とする静止誘導電気機器。