JP5701120B2 - 変圧器用磁気遮蔽装置 - Google Patents

Description

本発明は、変圧器用磁気遮蔽装置に関し、特に、変圧器本体がタンク内に収納された変圧器用磁気遮蔽装置に関する。

変圧器またはリアクトルなどの静止誘導電器においては、巻線から発生する漏れ磁束がタンクに浸入すると漂遊損が発生する。タンクに浸入する漏れ磁束を低減するための磁気シールドを開示した先行文献として特許文献１がある。

特許文献１に記載された静止誘導電器用磁気シールドにおいては、鉄心に巻線を巻き回して構成した静止誘導電器本体を収納するタンクが屈曲部をもち、その屈曲部を構成するタンクの直線部と斜め部にタンクの内壁と平行に積層した磁気シールドを組み合わせて配置している。

特開昭６２−３７９１９号公報

タンクの内壁と平行に配置した延在方向の異なる複数の磁気シールドを組み合わせて磁気シールドを構成した場合、磁気シールドの配置できるスペースが限られているため、漏れ磁束による漂遊損の低減に限度がある。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、漏れ磁束による漂遊損をさらに低減できる変圧器用磁気遮蔽装置を提供することを目的とする。

本発明に基づく変圧器用磁気遮蔽装置は、積層された複数の第１磁性鋼板から構成されて巻線が巻き回された鉄心と、鉄心を収納するタンクの相対向する一対の内壁の各々に設けられ、複数の第１磁性鋼板の積層方向に延在して上記積層方向と直交する方向に積層された複数の第２磁性鋼板から構成される複数の第１磁気シールドと、タンクの相対向する他の一対の内壁の各々に設けられ、上記積層方向と直交する方向に延在して上記積層方向に積層された複数の第３磁性鋼板から構成される複数の第２磁気シールドとを備える。複数の第１磁気シールドにおいては、鉄心と面する側の一端が鉄心に近接している。複数の第２磁気シールドにおいては、両端の各々が複数の第１磁気シールドのいずれかに近接している。鉄心が、巻線から発生して複数の第１磁気シールドを通過した漏れ磁束を通す磁路となる。

本発明によれば、漏れ磁束による漂遊損をさらに低減できる。

本発明の実施形態１に係る変圧器用磁気遮蔽装置の構成を示す一部断面図である。 図１の矢印ＩＩ方向から見た一部断面図である。 比較例の変圧器用磁気遮蔽装置における漏れ磁束の流れを示す一部断面図である。 同実施形態に係る変圧器用磁気遮蔽装置における漏れ磁束の流れを示す一部断面図である。 本発明の実施形態２に係る変圧器用磁気遮蔽装置の構成を示す一部断面図である。

以下、本発明の実施形態１に係る変圧器用磁気遮蔽装置について図面を参照して説明する。以下の実施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。

(実施形態１)
図１は、本発明の実施形態１に係る変圧器用磁気遮蔽装置の構成を示す一部断面図である。図２は、図１の矢印ＩＩ方向から見た一部断面図である。図１および図２においては、タンク１３０のみ断面にして示している。なお、以下の説明においては、外鉄型変圧器について説明するが、本発明は内鉄型変圧器にも適用できる。

図１，２に示すように、本実施形態に係る変圧器１００においては、積層された複数の第１磁性鋼板１１１から構成されて巻線１２０が巻き回された鉄心１１０と、鉄心１１０および巻線１２０を収納するタンク１３０と、タンク１３０の内壁に設けられた、複数の第１磁気シールド１４０、複数の第２磁気シールド１５０および複数の第３磁気シールド１７０とを含む。

巻線１２０は、低電圧用巻線１２０ａと高電圧用巻線１２０ｂとを含む。低電圧用巻線１２０ａと高電圧用巻線１２０ｂとは、２つの鉄心１１０の隣接した脚部に、鉄心１１０の長手方向において交互に巻き回されている。

本実施形態においては、タンク１３０は略直方体の形状を有している。タンク１３０の内部は、図示しない冷却油で満たされている。タンク１３０の一対の側壁の内側に、第１磁気シールド１４０が設けられている。タンク１３０の他の一対の側壁の内側に、第２磁気シールド１５０が設けられている。タンク１３０の底壁の内側に、第３磁気シールド１７０が設けられている。複数の第１磁気シールド１４０、複数の第２磁気シールド１５０および複数の第３磁気シールド１７０は、タンク１３０の内壁に貼り付けられている。

具体的には、第１磁気シールド１４０は、タンク１３０の相対向する一対の内壁の各々に設けられている。また、第１磁気シールド１４０は、鉄心１１０を構成する複数の第１磁性鋼板１１１の積層方向に延在してこの積層方向と直交する方向に積層された複数の第２磁性鋼板１４１から構成されている。

第２磁気シールド１５０は、タンク１３０の相対向する他の一対の内壁の各々に設けられている。また、第２磁気シールド１５０は、鉄心１１０を構成する複数の第１磁性鋼板１１１の積層方向と直交する方向に延在してこの積層方向に積層された複数の第３磁性鋼板１５１から構成されている。

第３磁気シールド１７０は、鉄心１１０を構成する複数の第１磁性鋼板１１１の積層方向と直交する方向に延在して、第１磁気シールド１４０を構成する第２磁性鋼板１４１の積層方向と同一方向に積層された複数の磁性鋼板から構成されている。

複数の第１磁気シールド１４０においては、鉄心１１０と面する側の一端が鉄心１１０に近接している。鉄心１１０の下方に配置された複数の第１磁気シールド１４０においては、鉄心１１０とは反対側の他端が第３磁気シールド１７０と近接している。

複数の第２磁気シールド１５０においては、両端の各々が複数の第１磁気シールド１４０のいずれかに近接している。具体的には、複数の第１磁気シールド１４０が並ぶ方向において最も端に位置する第１磁気シールド１４０のいずれかに、複数の第２磁気シールド１５０の両端の各々が近接している。

本実施形態の変圧器用磁気遮蔽装置は、鉄心１１０と、第１磁気シールド１４０と、第２磁気シールド１５０とを含む。

以下、本実施形態の変圧器用磁気遮蔽装置において、巻線１２０に電圧が印加されて電流が流された際に発生する漏れ磁束の流れについて説明する。

図３は、比較例の変圧器用磁気遮蔽装置における漏れ磁束の流れを示す一部断面図である。図４は、本実施形態に係る変圧器用磁気遮蔽装置における漏れ磁束の流れを示す一部断面図である。

図３に示すように、比較例においては、タンク１３０の内壁に設けられた磁気シールド２４０と他の磁気シールド２８０とが離間して配置されている。磁性鋼板は、長手方向の一方向にのみ、他と比較して高い透磁率を有しており、この高透磁率方向へ漏れ磁束を誘導する機能を有している。

比較例のように磁気シールド同士を離間して配置した場合、磁気シールド２４０に浸入した漏れ磁束は、矢印２６０で示すようにタンク１３０を通過して磁気シールド２８０に到達する。この場合、漏れ磁束の浸入によりタンク１３０内において局所的な発熱が起こり大きな漂遊損が発生する。

図４に示すように、本実施形態の変圧器用磁気遮蔽装置においては、複数の第１磁気シールド１４０の鉄心１１０と面する側の一端が鉄心１１０に近接しているため、第２磁性鋼板１４１の鉄心１１０側の端部まで到達した漏れ磁束のほとんどは、矢印１６１で示すように鉄心１１０を構成する第１磁性鋼板１１１内に直接浸入する。複数の第１磁気シールド１４０の鉄心１１０と面する側の一端と鉄心１１０の主面との距離Ｌは、たとえば、２０ｍｍ以下である。

第１磁気シールド１４０と鉄心１１０の主面との間に存在する冷却油は、鉄心１１０、、タンク１３０および第１磁気シールド１４０と比較して、１０００倍以上磁束を通しにくい。巻線１２０から発生する漏れ磁束は同心円状に発生するが、第１磁気シールド１４０と鉄心１１０とが近接して配置されることにより、漏れ磁束は第１磁気シールド１４０に沿って流れてタンク１３０内にほとんど浸入しないため、タンク１３０における局所的な発熱の発生を抑制して漂遊損を低減できる。

図１に示す低電圧用巻線１２０ａに右回りに電流が流れるように低電圧が印加された場合、鉄心１１０の上方および下方に配置された複数の第１磁気シールド１４０においては、巻線１２０の水平部分からの漏れ磁束が、矢印１６１に示すように第２磁性鋼板１４１の延在方向に沿って通過する。

第１磁性鋼板１１１内に浸入した漏れ磁束は、巻線１２０の垂直部分からの磁界の影響を受けて、図中の矢印１６２で示す向きに進行した後、向きを変えて矢印１６３で示す向きに進行する。このように、鉄心１１０の上方および下方に配置された第１磁気シールド１４０に浸入した漏れ磁束は、鉄心１１０内を通過して巻線１２０に誘導される。鉄心１１０は、巻線１２０から発生して複数の第１磁気シールド１４０を通過した漏れ磁束を通す磁路となっている。

第２磁気シールド１５０においては、低電圧用巻線１２０ａの周囲において矢印１６４で示す向きに漏れ磁束が通過し、高電圧用巻線１２０ｂの周囲において矢印１６５で示す向きに漏れ磁束が通過する。第３磁気シールド１７０においても同様である。

上記の構成により、巻線１２０から発生する漏れ磁束がタンク１３０に浸入することを比較例の変圧器用磁気遮蔽装置より低減することができる。また、鉄心１１０の第１磁性鋼板１１１は、第１磁気シールド１４０の第２磁性鋼板１４１および第２磁気シールド１５０の第３磁性鋼板１５１に比較して大きな面積を有しているため、漏れ磁束を通過させる際の抵抗が小さい。そのため、変圧器用磁気遮蔽装置が鉄心１１０を含むことにより漂遊損をさらに低減することができる。

本実施形態においては、複数の第１磁気シールド１４０の延在長さが全て同一であるため、全ての第２磁性鋼板１４１の寸法を統一することができる。その結果、用意する磁性鋼板の種類を削減することができるため、変圧器１００のコストの削減を図れる。

以下、本発明の実施形態２に係る変圧器用磁気遮蔽装置について図面を参照して説明する。なお、実施形態２に係る変圧器用磁気遮蔽装置は、実施形態１の変圧器用磁気遮蔽装置とは、複数の第１磁気シールドの一部の寸法のみ異なるため、他の構成については説明を繰り返さない。

(実施形態２)
図５は、本発明の実施形態２に係る変圧器用磁気遮蔽装置の構成を示す一部断面図である。図５に示すように、本実施形態に係る変圧器３００においては、積層された複数の第１磁性鋼板１１１から構成されて巻線１２０が巻き回された鉄心１１０と、鉄心１１０および巻線１２０を収納するタンク１３０と、タンク１３０の内壁に設けられた、複数の第１磁気シールド１４０，３４０、複数の第２磁気シールド１５０および複数の第３磁気シールド１７０とを含む。

本実施形態の変圧器用磁気遮蔽装置は、鉄心１１０と、第１磁気シールド１４０，３４０と、第２磁気シールド１５０とを含む。第１磁気シールド３４０は、複数の第２磁性鋼板３４１が積層されて構成されている。複数の第２磁性鋼板３４１は、複数の第２磁性鋼板１４１に比較して、延在方向の長さが短い。

巻線１２０から発生する漏れ磁束は、巻線１２０の水平部分と垂直部分との間に位置する湾曲部分において、巻線１２０の外側の磁束密度が巻線１２０の水平部分に比較して低い。本実施形態においては、巻線１２０の湾曲部分には第１磁気シールド３４０を配置し、巻線１２０の水平部分には第１磁気シールド１４０を配置している。

言い換えると、巻線１２０から発生する漏れ磁束の強さに対応して複数の第１磁気シールド１４０，３４０の各々の延在長さが異なる。本実施形態においては、２種類の第１磁気シールド１４０，３４０を用いたが、延在長さの異なる３種類以上の第１磁気シールドを用いてもよい。

上記の構成により、漏れ磁束の磁束密度の高い部分に磁気シールドを配置しつつ、漏れ磁束の磁束密度の低い部分には磁気シールドを配置しないことにより、タンク１３０に浸入する漏れ磁束を低減しつつ、磁気シールドに用いる磁性鋼板の量を低減して変圧器３００のコストの低減を図ることができる。

なお、今回開示した上記実施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、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許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。

１００，３００ 変圧器、１１０ 鉄心、１１１ 第１磁性鋼板、１２０ 巻線、１２０ａ 低電圧用巻線、１２０ｂ 高電圧用巻線、１３０ タンク、１４０，３４０ 第１磁気シールド、１４１，３４１ 第２磁性鋼板、１５０ 第２磁気シールド、１５１ 第３磁性鋼板、１７０ 第３磁気シールド、２４０，２８０ 磁気シールド。

Claims (3)

1. 積層された複数の第１磁性鋼板から構成されて巻線が巻き回された鉄心と、
   前記鉄心を収納するタンクの相対向する一対の内壁の各々に設けられ、前記複数の第１磁性鋼板の積層方向に延在して前記積層方向と直交する方向に積層された複数の第２磁性鋼板から構成される複数の第１磁気シールドと、
   前記タンクの相対向する他の一対の内壁の各々に設けられ、前記積層方向と直交する方向に延在して前記積層方向に積層された複数の第３磁性鋼板から構成される複数の第２磁気シールドと
   を備え、
   前記複数の第１磁気シールドにおいては、前記鉄心と面する側の一端が前記鉄心に近接して、前記巻線の水平部分からの漏れ磁束が前記第２磁性鋼板の延在方向に沿って通過し、
   前記複数の第２磁気シールドにおいては、両端の各々が前記複数の第１磁気シールドのいずれかに近接して、前記巻線の垂直部分からの漏れ磁束が前記第３磁性鋼板の延在方向に沿って通過し、
   前記鉄心が、前記巻線から発生して前記複数の第１磁気シールドを通過した漏れ磁束を通す磁路となる、変圧器用磁気遮蔽装置。
2. 前記複数の第１磁気シールドの延在長さが全て同一である、請求項１に記載の変圧器用磁気遮蔽装置。
3. 前記巻線から発生する漏れ磁束の強さに対応して前記複数の第１磁気シールドの各々の延在長さが異なる、請求項１に記載の変圧器用磁気遮蔽装置。

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