JP6830419B2 - 静止誘導電器 - Google Patents

Description

本発明は、静止誘導電器に係り、特に、絶縁性能を改良し小型化に適した静止誘導電器に関する。

電力用変圧器の大きさは、低圧巻線と高圧巻線の間の絶縁（主絶縁と呼ぶ）の寸法に大きく支配される。油入変圧器の場合、この主絶縁は絶縁油と固体絶縁物であるプレスボードの繰返し構造となっていることが多い。そして低圧巻線と高圧巻線の間に電圧が印加されると、絶縁油の方がプレスボードより誘電率が小さいために、内部電界が高くなる。一方、絶縁油の方がプレスボードに比べて絶縁耐力（許容電界）は小さいことから、この絶縁油の部分が主絶縁における弱点と成り、全体の必要寸法を支配している。

上記に関連し、特開２００１−９３７４９号公報（特許文献１）には、対向する電極間におけるそれぞれの電極の近傍に、流体絶縁物が流通する間隔をおいてシールド電極が配置され、前記シールド電極とその近傍の電極とが互いに電位線で接続され、対向する前記シールド電極間が固体絶縁物で充たされることにより、高電界強度部が、絶縁破壊強度の高い固体絶縁物内に生じさせられるので、電極間の絶縁寸法を小さくできる旨が記載されている。

特開２００１−９３７４９号公報

しかし、特許文献１に記載の手段を低圧巻線と高圧巻線の間の主絶縁に適用しようとする場合、低圧巻線と高圧巻線の間のみならず、巻線の上下端に隣接する鉄心との間にもシールド電極を配置する必要があり、付加構造物が多くなるという課題がある。

そこで、本発明の目的は、少ない付加構造物で絶縁性能を向上可能な静止誘導電器を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明は、鉄心と、前記鉄心に巻回される低圧巻線導体と、前記低圧巻線導体を取り囲む絶縁物と、前記絶縁物に巻回される、外部から電圧が印加される高圧巻線導体と、を有する静止誘導電器において、前記絶縁物の内周面に隣接して巻回された第１シールド導体及び外周面に隣接して巻回された第２シールド導体と、前記第１シールド導体及び前記第２シールド導体の一端を前記高圧巻線導体の何れかの部位と電気的に接続したことを特徴とする。

本発明によれば、少ない付加構造物で絶縁性能を向上可能な静止誘導電器を提供することができる。

実施例１における静止誘導電器の正面図 実施例１における静止誘導電器の平面断面図 実施例１における静止誘導電器の側面断面図 実施例１における静止誘導電器の側面断面模式図 実施例２における静止誘導電器の正面図 実施例２における静止誘導電器の平面断面図 実施例２における静止誘導電器の側面断面図 実施例２における静止誘導電器の側面断面模式図 実施例１における上下方向の電位分布図 実施例１における径方向の電位分布図 実施例２における上下方向の電位分布図 巻線巻回し方向を示す平面模式図 巻線巻回し方向を示す側面模式図 巻線巻回し方向を示す他の側面模式図

以下、図面を用いて本発明の静止誘導電器の好ましい実施形態について詳説する。なお、発明の実施形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。

実施例１について図１乃至図４、図９、図１０、図１２乃至図１４を用いて説明する。

図１乃至図４は各々、本実施例における静止誘導電器の正面図、平面断面図、側面断面図、側面断面模式図である。図９、図１０は各々、本実施例の静止誘導電器における上下方向、径方向の電位分布図である。図１２乃至１４は各々、本明細書における巻線巻回し方向を示す平面模式図、側面模式図、他の側面模式図である。

図１、図２に示した静止誘導電器500は、電力用三相変圧器であり、巻線ユニット5001、5002、及び5003が、三相三脚の鉄心1の各脚の周囲に巻回されている。鉄心や巻線ユニットを冷却する流体絶縁物として大気以外のもの、例えば絶縁油や六フッ化硫黄ガスを用いる場合、これらは図示していないタンクの内部に収納される。

次に、図２乃至４を用いて本実施例における巻線ユニット5001の構成を詳細に説明する。なお、巻線ユニット5002、5003についても巻線ユニット5001と同一の構成である。

図３に示した通り、本実施例における巻線ユニット5001は、鉄心の周囲に巻回された低圧巻線400、低圧巻線の外周を取り囲む形状に構成されたシールドユニット10、シールドユニットの外周に巻回された高圧巻線2とで構成されている。図４に示した通り、高圧巻線2は、上下方向の中央断面で鏡像となる様に上下パーツ2b、2aに分割されている。各々のパーツは、円板コイルを上下方向に偶数段積み重ねた形状をしており、上側パーツ2bの最上段の円板コイルは、接地された最外周のターン2001bから開始して上方から見て時計回りに、外側から内側に向けて４ターン、即ち、ターン2001b、2002b、2003b、2004bの順に巻回されている。そして、ターン2004bから下段に亘り、今度は上方から見て時計回りに、内側から外側に向けて４ターン巻回されている。そして、下段に亘って、以降同様に巻回すことで円板コイルが偶数段積み重なったものとして上側パーツ2bが構成される。

最下段について述べると、上方から見て時計回りに、内側から外側に向けて４ターン、即ち、ターン2397b、2398b、2399b、2400bの順に巻回されて、外部電圧印加端100に電気的に接続されている。そして本実施例においては合計400ターンが巻回されて上側パーツ2bを構成している。下側パーツ2aは前記中央断面で上側パーツ2bと鏡像となる様に構成されている。従って最上段の円板コイルは、外部電圧印加端100に電気的に接続された最外周のターン2400aから開始して上方から見て反時計回りに、外側から内側に向けて４ターン、即ち、ターン2400a、2399a、2398a、2397aの順に巻回され、最下段については上方から見て反時計回りに、内側から外側に向けて４ターン、即ち、ターン2004a、2003a、2002a、2001aの順に巻回されて、ターン2001aが接地されている。

シールドユニット10は、図４に示した通り、低圧巻線400と高圧巻線2の間に配設され、鉄心1を取り囲む絶縁物3と、絶縁物の外周に隣接して巻回されたシールド導体4a、4bと、絶縁物の内周に隣接して巻回されたシールド導体5a、5bとで構成されている。

シールド導体4aは上から見て時計回りに、最上ターン4001bから最下ターン4320bまで上から下に向かって計320ターンが巻回されている。そして最上ターン4001bが接地され、最下ターン4320bは開放されている。シールド導体4aは上下方向の中央断面でシールド導体4b鏡像となる様に構成され、最上ターン4320aは開放、最下ターン4001aが接地されている。同様に、シールド導体5a、5bは各々計80ターンが巻回されており、上下方向の中央断面で鏡像となっている。なお、シールド導体5a、5bの周囲は半導電性材料6が配置されており、比較的離れているターン間の電位分布を緩やかにする機能を有している。

図１２乃至図１４には上述した巻線の巻き回しを第１巻き回し方向801と第２巻き回し方向802とともに示した図である。

次に、図９、図１０を用いて本実施例の静止誘導電器の動作を説明する。

図４に示した外部電圧印加端100に、商用周波数50Hzまたは60Hzの交流電圧が印加されると、電圧の大きさに応じた交流励磁電流が高圧巻線2a、2bに上下対称に流れるが、各々の巻回しの方向が逆であるために鉄心1には同一方向の交番磁界が励磁される。そしてこの交番磁界により、シールド導体4a、4b、シールド導体5a、5bの両端には誘導起電力が生じる。その大きさは概略、各々のターン数と、高圧巻線のターン数の比を、入力電圧に乗じたものとなる。従って、前述の通り各々の巻線が構成されていることにより、低圧巻線と高圧巻線の間の領域に形成される電位分布は図９、図１０に示したものとなる。

図１０に示した通り、上下中央座標位置z=0の水平方向の電位変化を、絶縁物内部(x2とx3の間で)で急峻とすることで絶縁物に高電界を負担させ、その内側や外側の流体絶縁物の領域で電界を小さくしている。この様に流体絶縁物より誘電率が大きく、絶縁耐力が高い固体絶縁物に高電界を負担させられるので、水平方向の絶縁性能を向上できる。

一方、上下方向の電位分布は中央で高く、端へ向かって接地電位まで緩やかに減少する電位部分が実現される。一般的に絶縁物の沿面は絶縁上の弱点となるのであるが、本実施例のように電位勾配（電界）を緩やかとすることで絶縁を保持することが容易となる。そして、上下端が接地電位となり、鉄心との間の絶縁を考慮不要となっている。

本実施例によれば、少ない付加構造物で絶縁性能を向上可能な静止誘導電器を提供することができる。

実施例２について図５乃至図８、図１１を用いて説明する。

図５乃至図８は各々、本実施例における静止誘導電器の正面図、平面断面図、側面断面図、側面断面模式図である。図１１は、本実施例の静止誘導電器における上下方向の電位分布図である。本実施例においては、図６乃至８に示した通り、高圧巻線2の外周にシールドユニット20が配設されている点、高圧巻線2とシールドユニット20の間にケーブル50が配設されている点、シールドユニット10を構成するシールド導体4a、4b、5a、5bの接続方法が変更されている点が、実施例１の構成と異なっている。

本実施例においては、シールドユニット20は絶縁物7、その内周側に隣接して巻回されたシールド導体8a、8b、絶縁物7の外周側に隣接して配設された静電シールド9で構成されている。静電シールド9は交流電圧印加時の渦電流を抑制するため周方向に分割されている。シールド導体8a、8bの総ターン数は各々高圧巻線2a、2bと同じ400ターンとしている。

上記の構成により高圧巻線とシールドユニット20近傍の上下方向電位分布は図１１に示したものとなる。本実施例の構成とすることで巻線ユニット5001、5002、5003の最外周電位をいずれも接地電位とすることができるので、図５、図６に示した様に各巻線ユニット間の寸法を短縮することが可能となる。

また、高圧巻線2とシールドユニット20の間を通したケーブル50で外部電圧を高圧巻線に印加する構成としているので、ケーブル50の最外周を被覆しているシールド32を剥がし、絶縁物33を残したものを上から下へ挿入した場合、絶縁物沿面の電界を小さくすることが可能で、特段の絶縁強化処理を施す必要がないという効果がある。

シールドユニット10を構成するシールド導体4a、4b、5a、5bの接続方法が変更されているが、電位分布は図９、図１０に示したものと大きな差は生じない。

本実施例では実施例1の効果に加えて、巻線ユニット5001、5002、5003の最外周電位をいずれも接地電位とすることができ、各巻線ユニット間の寸法を短縮することが可能となる。

本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

1：鉄心
2：高圧巻線
3、7、33：絶縁物
4a、4b、5a、5b、8a、8b：シールド導体、
6：半導電性材料
9：静電シールド
10、20：シールドユニット
32：シールド
50：ケーブル
100：外部電圧印加端
400：低圧巻線
500：静止誘導電器
5001、5002、5003：巻線ユニット

Claims (9)

1. 鉄心と、
   前記鉄心に巻回される低圧巻線導体と、
   前記低圧巻線導体を取り囲む絶縁物と、
   前記絶縁物に巻回される、外部から電圧が印加される高圧巻線導体と、
   を有する静止誘導電器において、
   前記絶縁物の内周面に隣接して巻回された第１シールド導体及び外周面に隣接して巻回された第２シールド導体と、前記第１シールド導体及び前記第２シールド導体の一端を前記高圧巻線導体の何れかの部位と電気的に接続したことを特徴とする静止誘導電器。
2. 前記第１シールド導体のターン数より前記第２シールド導体のターン数の方が多いことを特徴とする請求項１に記載の静止誘導電器。
3. 前記第１シールド導体の周囲に半導電性材料が配置されていることを特徴とする請求項２に記載の静止誘導電器。
4. 前記第１シールド導体及び前記第２シールド導体は上下方向の中央であって鉄心軸方向に対して垂直な断面で鏡像となっていることを特徴とする請求項３に記載の静止誘導電器。
5. 前記高圧巻線導体に巻回される第３シールド導体と、
   前記第３シールド導体を取り囲む第２絶縁物と、
   前記第２絶縁物を取り囲む静電シールドを備えたことを特徴とする請求項４に記載の静止誘導電器。
6. 前記高圧巻線導体と前記第３シールド導体の間を通したケーブルによって外部から電圧が印加されることを特徴とする請求項５に記載の静止誘導電器。
7. 前記高圧巻線導体と前記第３シールド導体に挟まれた空間に配置されている前記ケーブルは、最外周を被覆しているシールドが剥がされていることを特徴とする請求項６に記載の静止誘導電器。
8. 前記第３シールド導体の他端を前記高圧巻線導体の何れかの部位と電気的に接続したことを特徴とする請求項７に記載の静止誘導電器。
9. 前記第３シールド導体のターン数は前記高圧巻線導体のターン数と等しいことを特徴とする請求項８に記載の静止誘導電器。

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