JP6407549B2 - 静止誘導電器 - Google Patents

Description

本発明は静止誘導電器に関し、特に静止誘導電器の鉄心締付け金具に設けられた磁気シールドの構造に関する。

鉄心脚部及び鉄心継鉄部からなる鉄心と、その鉄心脚部の回りに巻かれた巻線とで構成される静止誘導電器において、大型の鉄心を用いる場合は、鉄心を積厚方向の両側から、上下の鉄心締付け金具で締付け、鉄心形状をしっかりと保持するとともに、同金具を利用して巻線を保持する。鉄心と巻線等からなる変圧器主要部は、タンク内に固定される。

巻線からの漏れ磁束は、鉄心や鉄心締付け金具やタンク側面および上面に取り込まれる。漏れ磁束発生位置により漏れ磁束が多く取り込まれる部位が異なる。

鉄心締付け金具に垂直な方向での漏れ磁束は、鉄心のほか鉄心締付け金具およびタンクに取り込まれる。主に鉄心締付け金具およびタンクでは、渦電流損失を発生する。鉄心締付け金具間における漏れ磁束は、鉄心とタンクにより取り込まれ、主にタンクでは渦電流損失を発生する。

近時は、製造コスト低減のため、静止誘導電器が小型化し、漏れ磁束密度は高くなる傾向にある。漏れ磁束による損失低減のためには、鉄心締付け金具やタンクでの損失を低減することが望まれる。

鉄心締付け金具およびタンクでの渦電流損失を低減する目的で、非磁性シールドや磁気シールドを用いることも行われる。磁気シールドは珪素鋼板を複数枚重ねて製作されることが多い。

特開平１１−２８３８４８号では、巻線からの漏れ磁束がタンクに侵入するのを低減するため、継鉄部を囲むように電気的に短絡された磁気シールド部材を配置する方法が開示されている。

また、特開昭６１−０９９３１４号では、強磁性体の層間に絶縁物を挿入した環状円形形状の磁気シールドを巻線の上端及び下端と鉄心締付け金具の間に配置する構造が開示されている。

また、特開平０２−１４８８１１号では、環状円形形状の磁気シールドを巻線の上端及び下端と鉄心締付け金具の間に配置し、巻線と対向する面と反対の面に磁気シャントを放射状に配置する構造が開示されている。

特開平１１−２８３８４８号公報 特開昭６１−０９９３１４号公報 特開平０２−１４８８１１号公報

特許文献１の構造では、巻線からの漏れ磁束を打ち消すように電気的に短絡された磁気シールド部材に渦電流が流れる。これにより、タンク上面、底面における損失はある程度低減できるが、上記渦電流のつくる磁場により鉄心締付け金具で発生する損失については、必ずしも低減されていないという問題がある。

特許文献２の構造では、巻線からの漏れ磁束は環状円形形状の磁気シールドに侵入するが、絶縁物を挿入した強磁性体間での磁束の渡りは生じにくく、磁気シールドに侵入した磁束は、鉄心締付け金具を介して鉄心に戻るため、鉄心締付け金具での損失が大きいという問題がある。

特許文献３の構造では、環状円形形状の磁気シールドの巻線と対向する面と反対側の面に高磁性材料より成る磁気シャントを設けることにより、特許文献２の構造より、磁気シールドにおける半径方向の磁束の渡りは容易になっているが、磁束の大半は鉄心締付け金具を介して鉄心に戻るため、鉄心締付け金具での損失が大きいという問題がある。

本発明は以上の問題点を鑑みてなされたもので、特に鉄心締付け金具の間における巻線からの漏れ磁束に起因する、鉄心締付け金具およびタンクの損失を低減することを目的とする。

上記課題を解決するために、鉄心締付け金具の間における巻線からの漏れ磁束に起因する、鉄心締付け金具およびタンクの損失を低減する技術を提供する。

例えば、鉄心脚部及び鉄心継鉄からなる鉄心と、前記鉄心脚部に巻回された巻線と、前記巻線の上下に配置されて前記鉄心を締付け固定する鉄心締付け金具と、高透磁率の材料で形成した磁気シールドとを備えた静止誘導電器において、前記鉄心締付け金具の間に取付け部材を配置し、前記取付け部材により高磁束密度材料で形成した磁気シールドを保持することを特徴とする。

本発明では、鉄心締付け金具の間に取付け部材を配置し、高磁束密度材料で形成した磁気シールドを保持することにより、巻線からの漏れ磁束を磁気シールドに取込み、前記磁気シールドから鉄心に戻すことにより、タンクおよび鉄心締付け金具に発生する損失を低減できる効果がある。

第１の実施例における、変圧器主要部を示す平面図である。 （ａ）は図１のII-II線における縦断面図、（ｂ）は図１の矢印の方向から見た側面図である。 磁気シールドの一例を示す平面図および正面図である。 磁気シールドの他の例を示す平面図および正面図である。 磁気シールドの他の例を示す平面図および正面図である。 取付け部材の一例を示す拡大図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は同図の矢印方向から見た側面図である。 本発明の効果を示すグラフである。 第２の実施例における、変圧器主要部を示す平面図である。 （ａ）は図８のIX-IX線における縦断面図、（ｂ）は図８の矢印の方向から見た側面図である。 第２の実施例における、第２の取付け部材を示す拡大図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は同図の矢印方向から見た側面図である。 第３の実施例における、変圧器主要部を示す平面図である。 磁気シールドの構造を示す平面図および正面図である。

以下、実施例を図面を用いて説明する。

図１〜図２を用いて第１の実施例を説明する。本実施例では３脚３相変圧器を例に挙げて説明するが、本発明は３脚３相変圧器に限るものではない。

図１は変圧器主要部を示す平面図で、図２（ａ）は図１のII-II線における縦断面図、（ｂ）は図１の矢印の方向から見た側面図である。

変圧器主要部は、珪素鋼板を多数積層して形成した鉄心脚部１Ａと鉄心継鉄部１Ｂからなる鉄心１と、鉄心脚部１Ａに巻回された高圧側巻線２と低圧側巻線３とからなる。各巻線の間または外周には絶縁筒が配置されるが、最外周絶縁筒１３以外は図には記載していない。鉄心１は、巻線の上方に配置される上部鉄心締付け金具４と巻線の下方に配置される下部鉄心締付け金具５で固定されている。

鉄心１を固定する２つの上部鉄心締付け金具４の間に取付け部材９が配置され、高透磁率材料で形成した磁気シールド６は、前記取付け部材９と巻線上部に配置された上部絶縁物１１により固定されている。

一方、下部鉄心締付け金具５の間に取付け部材９が配置され、高透磁率材料で形成した磁気シールド６は、前記取付け部材９と下部絶縁物１２により固定されている。

次に、図１の平面図で説明する。高圧側巻線２ａ、２ｂ、２ｃおよび低圧側巻線３ａ、３ｂ、３ｃと鉄心継鉄部１Ｂの間には、上部絶縁物１１が配置されるが、わかり易くするために図では省略している。上部鉄心締付け金具４の間に配置された取付け部材９により、磁気シールド６を固定している。

図３〜図５を用いて磁気シールド６の作成方法について説明する。それらの図の中で、（a）は平面図を、（ｂ）は正面図を示す。図３は、同図（a）のような形状に切断した高透磁率材料である珪素鋼板を複数枚積層し、樹脂で固めて形成した磁気シールドである。

図４は、長方形に切断した珪素鋼板を積層して形成した平積磁気シールドブロック６２を複数配置して、磁気シールド６としたものである。図５は、複数の縦積磁気シールドブロック６３を組合せ、同図（ａ）のように配置したものである。その際、縦積磁気シールドブロック６３に予め設けた穴を利用し、貫通部材６４を用いて磁気シールドブロックを固定している。

これまで、高透磁率材料として珪素鋼板を用いる場合を説明してきたが、例えば、図３のような形状の磁気シールド６を、フェライトで成型することもできる。フェライトの飽和磁束密度は珪素鋼板に較べ低いため、同じ機能を有するためには、フェライトで成型した磁気シールドの体積は珪素鋼板で成型した磁気シールドの体積よりも大きくする必要があるが、フェライトは形状の加工がしやすいため、鉄心１とのギャップを小さくする磁気シールドの形成が可能である。

次に、取付け部材について詳しく説明する。図６に取付け部材９の構造を示す。同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は同図の矢印方向から見た側面図である。取付け部材９は、磁気シールド押え部９１、垂直支持構造物９２、押え支持固定部９３からなる。磁気シールド押え部９１は、押え部材９１１と水平支持構造物９１２からなる。磁気シールド押え部９１は、磁気シールド６の形状によって異なる。垂直支持構造物９２は、図６の例では、紙面に垂直方向に長い棒状の部材である。押え支持固定部９３は、磁気シールド押え支持部９２を上部鉄心締付け金具４に固定するための部材である。垂直支持構造物９２は、非磁性材料（例えば、ステンレス鋼）で作製される。

磁気シールド６は、上部絶縁物１１と磁気シールド押え部９１により挟まれる形で固定される。磁気シールド部９１を構成する押え部材９１１によって磁気シールド６１が水平方向に移動するのを防止している。

このような構造にすることにより、磁気シールド６に取込まれた、巻線からの漏れ磁束の大半は、上部鉄心締付け金具４を経ることなく、鉄心１に流れ込み、上部鉄心締付け金具４での損失発生を防止できる。

上述した構造とすることにより、２つの上部鉄心締付け金具４間の漏れ磁束を磁気シールド６に取込む。磁束シールド中を流れる磁束は、磁気シールド６と鉄心１の距離を、磁気シールド６と上部鉄心締付け金具４の距離より小さくすることにより、鉄心１に直接取込まれる。そのため、磁気シールド６が無い場合、タンクに侵入した磁束により発生していた損失を大幅に低減でき、変圧器内部構造物の損失を低減できる。

図７は、本発明の磁気シールドの有無、磁気シールドの構造の違いによる変圧器内部構造物の損失への影響を示したグラフである。実施例１の磁気シールド（図１、２参照）を用いた場合は、従来の磁気シールドを用いない場合に比較して、変圧器内部構造物の損失を８％ほど低減できる。

なお、損失低減の効果は、磁気シールド６、鉄心１、上部鉄心締付け金具４の互いの位置関係で大きな影響を受ける。図１に示すように、磁気シールド６と鉄心１の距離をＬ１、磁気シールド６と上部鉄心締付け金具４の距離をＬ２として説明する。

Ｌ１＞Ｌ２の場合、すなはち、磁気シールド６から見て、鉄心１より上部鉄心締付け金具４が近い場合は、磁気シールド６に入った磁束が、上部鉄心締付け金具４を経由して、鉄心１に戻るため、上部鉄心締付け金具４で渦電流損失の発生があり、損失低減の効果はほとんどない。

一方、Ｌ１＜Ｌ２の場合、すなはち、磁気シールド６から見て、上部鉄心締付け金具４より鉄心１が近い場合は、磁気シールド６に入った磁束が、上部鉄心締付け金具４を経由することなく、鉄心１に戻るため、損失低減の効果が得られる。図７で説明した磁気シールドの効果は、Ｌ１＜Ｌ２が成立つような配置での結果である。

図８〜図９を用いて第２の実施例を説明する。図８は変圧器主要部を示す平面図で、図９（ａ）は図１のIX-IX線における縦断面図、図９（ｂ）は図８の矢印の方向から見た側面図である。

図９（ａ）の縦断面図で説明すると、鉄心、鉄心締付け金具、巻線、下部に配置した磁気シールドについては、第１の実施例と同じである。本実施例では、上部鉄心締付け金具４の鉄心側に非磁性シールド７が配置されていること、更に、第２の磁気シールド６ｂを第２の取付け部材９ｂを用いて、鉄心継鉄１Ｂの上部にほぼ接する位置に固定している点が異なっている。

すなわち、実施例２の特徴は、実施例１に記載の構成に加え、巻線の上側に配置された上部鉄心締付け金具４の軸方向端部かつ鉄心継鉄部１Ｂに対向する面に非磁性シールド７を設け、上部鉄心締付け金具４の軸方向端部の上端側に高透磁率の材料で形成した他の磁気シールド６ｂを備えた点である。

以下、図８（平面図）を用いて、取付け部材や磁気シールドの配置を説明する。同図の左側の相については、第１、第２の取付け部材および磁気シールドを示しているが、右側の相については、第２の取付け部材および磁気シールド（破線部）を除いて、第１の取付け部材および磁気シールドのみを表示している。

第１の取付け部材９ａおよび磁気シールド６ａについては、第１の実施例と同様である。第２の取付け部材９ｂについては図１０を用いて説明する。同図は第２の取付け部材の構造を示す拡大図である。図１０（ａ）は平面図、図１０（ｂ）は同図の矢印方向から見た側面図である。

第２の取付け部材９ｂは、第２の磁気シールド６ｂを収納する磁気シールド収納部９５と収納支持部９６と収納支持固定部９７からなる。収納支持部９６は非磁性材料で製作される。収納支持部９６は、収納支持固定部９７で上部鉄心締付け金具４に固定されている。

磁気シールド収納部９５は、押え部材９５１と水平支持構造物９５２とからなるが、押え部材９５１は閉路をなす構造になっている。磁気シールド６ｂは、前記押え部材９５１と垂直支持構造物９６で囲まれた空間に保持される。

このような構造とすることにより、巻線からの漏れ磁束のうち上部鉄心締付け金具４及び下部鉄心締付け金具５の間の漏れ磁束は、第１の磁気シールド６ａを経て鉄心１に取込まれる。漏れ磁束の一部は、上部鉄心締付け金具４に侵入するが、非磁性シールド７により反発され、その磁束は第２の磁気シールド６ｂに取込まれるため、タンク等の損失を増やすことはない。従って、変圧器内部構造物における損失を大幅に低減できる。

図７で示したように、実施例２の磁気シールド（図８、９参照）を用いた場合は、従来の磁気シールドを用いない場合に比較して、変圧器内部構造物の損失を２６％ほど低減できた。

図１１を用いて第３の実施例を説明する。図１１は変圧器主要部を示す上面図である。
本実施例の構成は、第１の実施例（図１）とほぼ同じであるが、磁気シールド６の形状が異なっている。

本実施例の磁気シールド６は、図１２（ａ）のように切断した珪素鋼板６５を積層し、樹脂で固めたものである。磁気シールド６の鉄心継鉄部１Ｂに近い側は上部鉄心締付け金具４の間に配置されるが、磁気シールド６の鉄心継鉄部１Ｂから遠い側は上部鉄心締付け金具４の間から外にはみ出すように配置されている。

このような構造を用いることにより、より広い範囲の漏れ磁束を磁気シールド６に取込むことができ、タンク等変圧器内部構造物の損失を低減できる。

１ 鉄心
１Ａ 鉄心脚部
１Ｂ 鉄心継鉄部
２、２ａ、２ｂ、２ｃ 高圧側巻線
３、３ａ、３ｂ、３ｃ 低圧側巻線
４ 上部鉄心締付け金具
５ 下部鉄心締付け金具
６、６ａ、６ｂ 磁気シールド
６１ 珪素鋼板
６２、６３ 磁気シールドブロック
６４ 貫通部材
７ 非磁性シールド
９、９ａ、９ｂ 取付け部材
９１ 磁気シールド押え部
９２ 垂直支持構造物
９３ 押え支持固定部
９５ 磁気シールド収納部
１１ 上部絶縁物
１２ 下部絶縁物
１３ 最外絶縁筒

Claims (4)

1. 鉄心脚及び鉄心継鉄を有する鉄心と、前記鉄心脚に巻回された巻線と、前記巻線の上下に配置されて前記鉄心を締付け固定する鉄心締付け金具とを備えた静止誘導電器において、
   前記鉄心締付け金具の軸方向端部と前記巻線の間に高透磁率の材料で形成した磁気シールドを配置し、
   前記巻線の上側に配置された前記鉄心締付け金具の軸方向端部かつ前記鉄心継鉄に対向する面に非磁性シールドを設け、
   前記鉄心締付け金具の軸方向端部の上端側に高透磁率の材料で形成した他の磁気シールドを有することを特徴とする静止誘導電器。
2. 請求項１に記載の静止誘導電器であって、
   前記磁気シールドは、前記鉄心締付け金具の軸方向端部に挟持された保持部材により保持されることを特徴とする静止誘導電器。
3. 請求項１に記載の静止誘導電器であって、
   前記他の磁気シールドは、前記鉄心締付け金具の軸方向端部の上端側に挟持された保持部材により保持されることを特徴とする静止誘導電器。
4. 請求項１に記載の静止誘導電器であって、
   前記磁気シールドと前記鉄心との距離は、前記磁気シールドと前記鉄心締付け金具との距離よりも小さいことを特徴とする静止誘導電器。