JP5682892B2 - 静止誘導電器 - Google Patents

Description

本発明は変圧器やリアクトル等の静止誘導電器に係り、特に鉄心の下部締付金具に非磁性の磁気シールドを設けた静止誘導電器に関する。

通常、静止誘導電器例えば変圧器は、図１２に示す如く鉄心脚部及び鉄心継鉄部からなる鉄心２は、上下の鉄心継鉄部の両側に上部締付金具３及び下部締付金具５を配置して鉄心形状を保持して締め付け固定している。鉄心２の鉄心脚部に、同心状に配置されて絶縁筒７で離隔された高圧側巻線４ａ、低圧側巻線４ｂを巻装しており、各巻線４ａ、４ｂの上下に巻線支持用の上部支持絶縁物６と下部支持絶縁物８を配置し、上部締付金具３及び下部締付金具５間で各巻線４ａ、４ｂを支持させて変圧器本体を構成している。

変圧器本体は、タンク１内に配置して絶縁油９を満たしており、また鉄心２の下部締付金具５は、その内部に絶縁油流路１０が形成されており、絶縁油９を油導穴１１から各巻線４ａ、４ｂに導入させて冷却するようにしている。

上部締付金具３及び下部締付金具５は、十分な強度を有する鉄鋼やステンレス鋼等の金属材料を用いている。そして、各締付金具３、５は、高圧側巻線４ａと低圧側巻線４ｂの両端付近に配置されるので、巻線からの漏れ磁束によって渦電流が流れて損失が増大し、局部加熱を引き起す恐れがある。最近の如く変圧器を小型化すると、漏れ磁束は高くなる傾向があるから、渦電流損失も大きくなり、局部過熱の問題が生ずる場合もある。

このため、従来では例えば特許文献１及び２に記載されている如く、各巻線４ａ、４ｂの上下端部に、磁気シールドとして珪素鋼板等の磁性体シールドを配置している。この磁性体シールドにより、巻線からの漏れ磁束を吸収して、局部的な渦電流損失の集中や温度上昇を低減することが行われている。

また、従来における別の漏れ磁束の対策として、例えば特許文献３及び４に記載されている如く下部締付金具５に銅板シールドの如き非磁性体シールドを取り付けることも行われている。一般に下部締付金具５は、図１３（ｂ）及び図１４に示すように、下部継鉄部側に位置する奥面部材５ａと、奥面部材５ａに固定するタンク１底面側の底面部材５ｂと、底面部材５ｂに固定する前面部材５ｃ、奥面部材５ａと前面部材５ｃに固定する上面部材５ｄとによって箱状に構成し、絶縁油流路１０を有するようにしている。しかも、下部締付金具５の上面部材５ｄは、油導穴１１に対向する部分に通油孔１２を形成し、油導穴１１に対向しない破線で示す部分は除去されて奥面部材５ａと底面部材５ｂの面がタンク１内に開口した完全開口部５ｅを形成している。

このため、上記のように構成した下部締付金具５には、従来では図１３（ａ）に示すように通油孔１２を有する上面部材５ｄの形状面に合わせて作った幅Ｗの銅板の如き平板形の非磁性体シールド２０を取り付けている。この非磁性体シールド２０で、漏れ磁束を非磁性体シールド２０及び下部締付金具底面部５３等を還流する渦電流により減少することにより、集中的に発生する渦電流損失も低減することも行われている。

特開昭５８−１３９４１５号公報 特開平４−６５８０９号公報 特開２００８−４１９２９号公報 特開２００９−７６５３４号公報

上記した特許文献１、２で記載されている磁性体の磁気シールドを配置する構造では、局部的な渦電流損失の集中及び温度上昇の防止に有効である。しかし、磁気シールドは
漏れ磁束を還流させるためにある程度の体積にして設ける必要があるため、巻線上下端の構造物の高さが、磁気シールドを設けない場合よりも大きくなるから、鉄心寸法が高くなってしまい、タンクも大型になるという問題がある。

これに対し、特許文献３、４で記載されている銅板の如き非磁性体シールド２０を配置する構造にすると、非磁性体シールド２０を流れる渦電流により、下部締付金具の一部に磁束が集中するのを避け、局部温度上昇を防止できる。しかし、下部締付金具５の上面部材５ｄには、通油孔１２や完全開口部５ｅの形状に合わせて作った平板形の非磁性体シールド２０を取り付けているため、非磁性体シールドの一部に狭窄部が生じているから、狭窄部に渦電流が集中してしまって渦電流損失の集中が起こり、これに伴って局部的な温度上昇を生じるという問題を生ずる恐れがあった。

本発明の目的は、非磁性体シールドを用いて大型化することなく下部締付金具の局部過熱を防止できる静止誘導電器を提供することにある。

本発明は、鉄心脚部及び上下の鉄心継鉄部からなる鉄心と、前記各鉄心継鉄部に配置した上部締付金具と下部締付金具と、前記鉄心の鉄心脚部に巻装された高圧側巻線と低圧側巻線と、前記各巻線と前記上部締付金具及び前記下部締付金具の間に配置される支持絶縁物と、タンクを有し、前記下部締付金具は奥面部材と底面部材と前面部材と上面部材とにより絶縁油流路を有する箱状に構成すると共に、前記上面部材には通油孔を形成し、前記下部締付金具と前記下部支持絶縁物の間に非磁性体シールドを配置した静止誘導電器において、前記非磁性体シールドは、前記下部締付金具の上面部材の上面、下面及び通油孔側の側面に沿って配置して構成したことを特徴としている。

好ましくは、前記非磁性体シールドは、前記下部締付金具の上面部材に配置するシールド主板材とシールド副板材で分割して形成し、かつその一部が重なるように構成したことを特徴としている。

また好ましくは、前記非磁性体シールドは、前記シールド副板材の先端をＬ型に折り曲げ、前記下部締付金具の絶縁油流路内に突出させて構成したことを特徴としている。

本発明の静止誘導電器のように、下部締付金具と前記下部支持絶縁物の間に配置する非磁性体シールドを配置するとき、この非磁性体シールドは、下部締付金具の上面部材の上面、下面及び通油孔側の側面に沿って配置して構成すると、非磁性体シールド中の実効的な断面積を増加させることにより渦電流密度を低減できから、局部的な温度上昇を回避して発生する渦電靡損失も従来に比べて大幅に低減させることができる。また、非磁性体シールドで発生した熱は、熱伝導率の良好な非磁性体シールドを伝導して広い面積で絶縁油に接して効率的に冷却ができる。更に、非磁性体シールドは、下部締付金具の上面部材に配置するシールド主板材とシールド副板材で分割して形成し、かつその一部が重なるように構成したり、シールド副板材の先端をＬ型に折り曲げ、下部締付金具の絶縁油流路内に突出させて構成いるので、下部締付金具の上部材板に形成した通油孔を塞ぐことがないから、巻線側の冷却にも支障がないし、非磁性体シールドのために静止誘導電器が大型化することもなくなる。

本発明を適用した変圧器の一実施例を示す概略縦断面図である。 図１の変圧器に使用する非磁性体シールドの詳細を示す斜視図である。 図１の変圧器の下部締付金具における非磁性体シールドの取り付け状態を示す縦断面図である。 図３の非磁性体シールドの展開図である。 図３の変形例である非磁性体シールドの取り付け状態を示す縦断面図である。 本発明の他の実施例である下部締付金具における非磁性体シールドの取り付け状態を示す縦断面図である。 図６の変形例である非磁性体シールドの取り付け状態を示す縦断面図である。 本発明の別の実施例である下部締付金具における非磁性体シールドの取り付け状態を示す縦断面図である。 非磁性体シールドの渦電電流密度分布図である。 非磁性体シールドの渦電流損失分布図である。 各構造別のおける非磁性体シールドの最高温度を、絶縁油温からの上昇値で表した説明図である。 従来の変圧器の概略縦断面図である。 （ａ）は図１２に適用する非磁性体シールドを示す斜視図、（ｂ）は下部締付金具を示す斜視図である。 図１２に適用した下部締付金具における非磁性体シールドの取り付け状態を示す縦断面図である。

以下、図１から図１１に示す本発明の静止誘導電器を、変圧器に適用して従来と同一部分に同符号を付した各実施例を用いて順に説明する。

本発明を適用した変圧器は、図１に示すように従来と同様に構成されており、しかも下部支持絶縁物８と下部締付金具５の間に、非磁性体シールド２０が設けられている。非磁性体シールド２０は、図１から図１１の本発明の実施例では、全て銅板シールドを用いた例で示している。

下部締付金具５は、従来と同様に図３に示した鉄心２側の奥面部材５ａと、容器１の底面側の底面部材５ｂと、容器１の側面側の前面部材５ｃと、巻線４ａ、４ｂ下部に位置する上面部材５ｄにより絶縁油流路１０を有する箱状に形成している。下部締付金具５の上面部材５ｄには通油孔１２を形成しており、絶縁油９を下部支持絶縁物８の油導穴１１を通って各巻線４ａ、４ｂ下部に導くようにしている。

下部締付金具５の上面部材５ｄ上には、上面部材５ｄ面と同じ形の平板状にした非磁性体シールド２０を取り付けている。非磁性体シールド２０は、通油孔１２に相当する部分と上面部材５ｄ面が除去された完全開口部に相当する部分の寸法を、広げた特別な形状にしている。即ち、非磁性体シールド２０は、広幅に形成した通油孔１２に相当する部分及び完全開口部に相当する部分に、図４に示すように切込み２１を入れ、上面部材５ｄ上に位置する幅Ｗ１のシールド主板材２０ａと幅Ｗ２のシールド副板材２０ｂ及び幅Ｗ３のシールド副板材２０ｃとなるように形成し、折り曲げ可能にしている。

そして、このように形成した非磁性体シールド２０は、図２及び図３に示すように下部締付金具の上面部材５ｄ面上に配置してから、広幅に形成した通油孔１２に相当する部分及び完全開口部に相当する部分では、シールド副板材２０ｂを上面部材５ｄ面と交差する方向である通油孔１２や完全開口部側に折り曲げて伸張させ、上面部材５ｄの全面に沿って配置している。しかも、図３の例ではシールド副板材２０ｃを、更に折り曲げて絶縁油流路１０内の上面部材５ｄの上面、下面及び通油孔１２側の側面を覆うように取り付けている。

上記の如く図３に示す通油孔１２を有する上面部材５ｄの部分は、シールド主板材２０ａの幅Ｗ１とシールド副板材２０ｂの幅Ｗ２及びシールド副板材２０ｃの幅Ｗ３からなる非磁性体シールド２０を取り付けている。このため、図３に示す非磁性体シールド２０の取り付け構造を、図９に示す渦電流密度分布及び図１０に示す渦電流損失分布で検討してみると、次のようになっている。なお、図３の非磁性体シールド２０を取り付け構造の特性を、図９及び図１０中に示した白丸を結ぶ「側面厚小」と表示している分布線で示している。

従来の図１４示す非磁性体シールド２０の場合は、図９及び図１０に示すように一点鎖線で示す幅Ｗまでの原点側に渦電流と損失が集中する。これに対して、本発明の図３に示す非磁性体シールド２０の取り付け構造は、鉄心側である原点から離れるにつれて徐々に減少し、幅Ｗ１のシールド主板材２０ａの領域に比べて、幅Ｗ２のシールド副板材２０ｂや幅Ｗ３のシールド副板材２０ｃの領域になると大幅に低下する。このため、本発明の図３に示した非磁性体シールド２０の取り付け構造の場合は、渦電流と渦電流損失とも広い範囲に分布することになり、渦電流密度と渦電流損失のピーク値は大幅に低下する。

その上、本発明の非磁性体シールド２０では、従来の取り付け構造に比較して、最高温度上昇を低減することができる。即ち、図１１の各構造別のおける非磁性体シールドの絶縁油温からの最高温度上昇値で示すように、従来のシールド構造Ａの最高温度に比べて、本発明の図３に示した非磁性体シールド２０のシールド構造Ｂの最高温度上昇は、５８％程度に低減される。

図３に示す非磁性体シールド２０の取り付け構造は、図５に示す変形した構造にして取り付けることができる。この構造は、非磁性体シールド２０のシールド副板材２０ｃを長くし、その先端部Ｌ形に折り曲げて奥面部材５ａの内面に配置している。このようにすると、絶縁油９と接する非磁性体シールド２０の面積を広くとることができる。このため、非磁性体シールド２０の上面での渦電流損失が大きい場合でも、熱損失の多くを熱伝導により移動させて広い面積から放熱できるため、効率的な冷却が可能になる。この図５の非磁性体シールド２０の取り付け構造では図１１でシールド構造Ｃに示した如く、従来のシールド構造Ａの最高温度上昇に比べて、５８％程度に低減される。

本発明のように変圧器を構成すれば、容器１や鉄心２を大型化することなく、非磁性体シールド２０の狭窄部の温度上昇を低減でき、非磁性体シールド２０の効果により下部締付金具５における局部温度上昇を防止できる。

非磁性体シールド２０の他の取り付け構造を図６に示している。この例では、非磁性体シールド２０を、シールド主板材２０ａと、シールド副板材２０ｂとシールド副板材２０ｃの二つに分割したものである。シールド主板材２０ａは、下部締付金具５の上面部材５ｄ部分にＬ形に折り曲げて配置し、シールド主板材２０ａに一部重ならせてシールド副板材２０ｂを取り付けて厚みを増加させ、シールド副板材２０ｃは上面部材５ｄの絶縁油流路１０側の面に折り曲げて取り付けている。なお、二つに分割するシールド主板材２０ａとシールド副板材２０ｂ１及びシールド副板材２０ｃ１は、厚さをもの或いは異なる厚さのものを組み合わせても使用することができる。

この図６に示す非磁性体シールド２０の取り付ける構造では、二つに分割したシールド主板材２０ａとシールド副板材２０ｂ１を、一部が重なるように配置して厚みを増加させているため、次に述べる二つの効果ある。

まず、非磁性体シールド２０に流れる渦電流をより広い範囲に分散させることにより、渦電流及び渦電流損失のピークを下げることができる。これは、図６の非磁性体シールド２０を取り付け構造の特性が、図９及び図１０中に示した白角を結ぶ「側面厚大」と表示した分布線で示した如く、幅Ｗ２の領域で図３の「側面厚小」で渦電流密度及び損失が急に低下するものよりも、低下が緩和されることからも明白である。また、非磁性体シールド２０のシールド主板材２０ａから、シールド副板材２０ｂ１及びシールド副板材２０ｃ１へ熱伝導が促進されるから、より一層効率的な冷却を行うことができる。上記した二つの効果の結果、図６のように非磁性体シールド２０を取り付けると図１１にシールド構造Ｄで示した如く、従来のシールド構造Ａの最高温度上昇に比べて、５２％程度に低減される。したがって、この例においても実施例１と同様な効果が達成できる。

非磁性体シールド２０は、図６を変形した図７に示す構造にして取り付けることができる。この非磁性体シールド２０の取り付け構造は、図６の例と同様に二つに分割したシールド主板材２０ａとシールド副板材２０ｂ１及びシールド副板材２０ｃ１を組み合せたものであるが、図５の例と同様にシールド副板材２０ｃ１の先端部を長くし、その先端部Ｌ形に折り曲げて奥面部材５ａの内面に配置したものである。

この図７の場合も、絶縁油９と接する非磁性体シールド２０の面積を広くできるため、同様に効率的な冷却が可能になる。この例の非磁性体シールド２０の取り付け構造では、図１１にシールド構造Ｅで示した如く、従来のシールド構造Ａの最高温度上昇に比べると、４７％程度に低減される。

非磁性体シールド２０の別の取り付け構造例を図８に示している。この非磁性体シールド２０は、下部締付金具５の上面部材５ｄ面に配置したシールド主板材２０ａから、シールド副板材２０ｂ及びシールド副板材２０ｃを、上面部材５ｄ面と交差する方向である直角に折り曲げ、シールド副板材２０ｃ部分を絶縁油流路１０内に突出させている。

このようにすると、非磁性体シールド２０のシールド副板材２０ｃの両面が、絶縁油９に接する放熱面となるため、簡単な構造で非磁性体シールドの効率良い冷却が可能になる。その結果、図８の非磁性体シールド２０の取り付け構造は、図１１にシールド構造Ｆで示した如く、従来のシールド構造Ａの最高温度上昇に比べて、４７％程度に低減される。このため、この例においても実施例１と同様な効果が達成できる。

１…容器、２…鉄心、３…上部締付金具、４ａ…高圧側巻線、４ｂ…低圧側巻線、５…下部締付金具、５ａ…奥面部材、５ｂ…底面部材、５ｃ…前面部材、５ｄ…上面部材、８…下部支持絶縁物、９…絶縁油、１０…絶縁油流路、１２…通油孔、２０…非磁性体シールド、２０ａ…シールド主板材、２０ｂ、２０ｃ…シールド副板材。

Claims (3)

1. 鉄心脚部及び上下の鉄心継鉄部からなる鉄心と、前記各鉄心継鉄部に配置した上部締付金具と下部締付金具と、前記鉄心の鉄心脚部に巻装された高圧側巻線と低圧側巻線と、前記各巻線と前記上部締付金具及び前記下部締付金具の間に配置される支持絶縁物と、タンクを有し、前記下部締付金具は奥面部材と底面部材と前面部材と上面部材とにより絶縁油流路を有する箱状に構成すると共に、前記上面部材には通油孔を形成し、前記下部締付金具と前記下部支持絶縁物の間に非磁性体シールドを配置した静止誘導電器において、前記非磁性体シールドは、前記下部締付金具の上面部材の上面、下面及び通油孔側の側面に沿って配置して構成したことを特徴とする静止誘導電器。
2. 請求項１において、前記非磁性体シールドは、前記下部締付金具の上面部材に配置するシールド主板材とシールド副板材で分割して形成し、かつその一部が重なるように構成したことを特徴とする静止誘導電器。
3. 請求項２において、前記非磁性体シールドは、前記シールド副板材の先端をＬ型に折り曲げ、前記下部締付金具の絶縁油流路内に突出させて構成したことを特徴とする静止誘導電器。

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