JP7123705B2

JP7123705B2 - 乾式変圧器

Info

Publication number: JP7123705B2
Application number: JP2018165983A
Authority: JP
Inventors: 雅之城条; 新井上; 裕介 ▲陦▼; 哲夫中前; 洋輔高井
Original assignee: Toshiba Industrial Products and Systems Corp; Toshiba Infrastructure Systems and Solutions Corp
Current assignee: Toshiba Industrial Products and Systems Corp; Toshiba Infrastructure Systems and Solutions Corp
Priority date: 2018-09-05
Filing date: 2018-09-05
Publication date: 2022-08-23
Anticipated expiration: 2038-09-05
Also published as: JP2020038926A

Description

本発明の実施形態は、乾式変圧器に関する。

電力系統や受変電に用いられる静止誘導機器である変圧器は、絶縁方式や冷却方式によって、液冷変圧器と、ガス絶縁変圧器と、乾式変圧器と、に大別される。液冷変圧器は、絶縁や冷却に絶縁油や液体シリコーンなどを用いた変圧器である。ガス絶縁変圧器は、絶縁や冷却にＳＦ６などの不活性ガスを用いた変圧器である。そして、乾式変圧器は、鉄心と巻線とが空気中で使用されるものである。更に、変圧器の準拠規格であるＩＥＣ（国際電気標準会議）やＪＥＣ（電気学会の電気規格調査会）などでは、乾式変圧器の一種で巻線の全表面が樹脂または樹脂を含んだ絶縁材で覆われた変圧器を、モールド変圧器と規定している。

変圧器の準拠規格であるＪＥＣ－２２００において、乾式変圧器の雷インパルス耐電圧は、次のように規定されている。（１）雷撃の頻度が少なく、直撃雷や近接雷を考慮する必要がないような場所に設置されるものについては、雷インパルス耐電圧試験（以下、ＬＩ試験と称する）を考慮しなくても良い。（２）ＬＩ試験を実施する場合でも、全波ＬＩ試験電圧値をなるべく低くすることが望ましい。

このため、従来のモールド変圧器を含む乾式変圧器については、特に指定が無い限り、ＬＩ試験値が規定されていなかった。この場合、ＪＥＣ－２２００－１９９５において、液冷変圧器及びガス絶縁変圧器の公称電圧に対するＬＩ試験値は、図３に示すように、６６ｋＶ級で３５０ｋＶ、７７ｋＶ級で４００ｋＶと規定されているのみであった。

一方、図３に示すように、例えばスイッチギヤなどの１次側特別高圧受変電設備の公称電圧に対するＬＩ試験値は、６６ｋＶ級で３５０ｋＶ、７７ｋＶ級で４００ｋＶとなっており、これは液冷変圧器及びガス絶縁変圧器のＬＩ試験値と同等である。つまり、特別高圧受変電設備を備える電力系統などにおいて乾式変圧器を採用する場合、その変圧器のＬＩ試験値は、上位側の特別高圧受変電設備におけるＬＩ試験値と同等の値を要する。

しかしながら、乾式変圧器は、液冷変圧器及びガス絶縁変圧器と同等の絶縁性能を持たせることが難しく、したがって、液冷変圧器及びガス絶縁変圧器と同等のＬＩ試験値を満たすことは困難であった。これは、乾式変圧器は、空気中での使用を前提としているからである。つまり、乾式変圧器において、高圧側巻線と低圧側巻線との間の絶縁や、鉄心など接地された部材と巻線との間の絶縁には空気が関与し、その空気は、大気圧において例えばＳＦ６ガスなどに比べて粘性が高く密度が低いことから、冷却性能上の制約があるためである。

特開２０１１－１９９１４３号公報

そこで、ＬＩ試験値の向上を図ることができる乾式変圧器を提供する。

実施形態の乾式変圧器は、高圧側巻線と低圧側巻線とを有する機器中身と、前記機器中身を収容する容器と、前記容器に設けられ入力線と前記高圧側巻線とを接続する高圧側ブッシングと、前記容器の外部に設けられ前記入力線に接続された避雷器と、前記容器に設けられ前記避雷器が接続される避雷器用接地端子と、前記容器に設けられ前記機器中身が接続される機器中身用接地端子と、を備える。前記避雷器用接地端子及び前記機器中身用接地端子は、共通の接地線及び接地極を介して接地されている。

一実施形態による乾式変圧器の概略構成を示す断面図一実施形態による乾式変圧器について、機器中身の概略構成を示す平面図ＪＥＣ－２２００－２０１４における雷インパルス耐電圧試験値等を示す図

以下、一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１及び図２に示す乾式変圧器１０は、本実施形態の適用例の一例であり、例えば電力系統や受変電設備に用いられるモールド変圧器である。本実施形態の場合、乾式変圧器１０は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の巻線を有する三相の変圧器である。なお、乾式変圧器１０は、モールド形に限られず、また、三相変圧器に限られない。

乾式変圧器１０は、機器中身２０及び容器３０を備えている。機器中身２０は、乾式変圧器１０の各相に対応して設けられている。例えば本実施形態において、乾式変圧器１０は、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相を有する三相変圧器であるため、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相のそれぞれに対応した３つの機器中身２０を備えている。

機器中身２０は、図２にも示すように、鉄心２１、高圧側巻線２２、低圧側巻線２３、及びスペーサ２４を有している。高圧側巻線２２は、乾式変圧器１０を例えば電力系統に適用した際に高圧電力が入力される１次側の巻線として機能する。また、低圧側巻線２３は、乾式変圧器１０を例えば電力系統に適用した際に低圧電力を出力する２次側の巻線として機能する。

高圧側巻線２２及び低圧側巻線２３は、表面全体が樹脂等の絶縁部材によって覆われている。つまり、高圧側巻線２２及び低圧側巻線２３の表面は、電気絶縁性を有する樹脂等の絶縁部材によってモールドされている。高圧側巻線２２及び低圧側巻線２３は、中心部に鉄心２１が通されてコイルを構成している。この場合、高圧側巻線２２は、低圧側巻線２３の外周側に設けられている。また、鉄心２１の下部は、容器３０の底部に支持固定されている。

スペーサ２４は、図２に示すように、高圧側巻線２２と低圧側巻線２３との間に設けられている。つまり、スペーサ２４は、高圧側巻線２２の内周側でかつ低圧側巻線２３の外周側に設けられている。スペーサ２４は、高圧側巻線２２及び低圧側巻線２３の全周に亘って波型に形成されている。このスペーサ２４により、高圧側巻線２２と低圧側巻線２３との間に空隙２５が形成されて、冷却用の気体を流す空間を確保するとともに、高圧側巻線２２と低圧側巻線２３との間における必要な絶縁強度を確保している。なお、スペーサ２４は、高圧側巻線２２と低圧側巻線２３と間の絶縁強度及び冷却用の空間を確保できる形状であれば波型に限られない。

図１に示す容器３０は、乾式変圧器１０の外郭を構成するものであり、例えば鋼板等の金属製の筐体を主体として構成されている。容器３０は、気密性を有した箱状に構成されている。機器中身２０は、容器３０の内部に収納されている。詳細は図示しないが、本実施形態の場合、三相各相に対応した３つの機器中身２０は、容器３０内において等間隔で一列の直線状に配置されている。このため、容器３０は、全体として一方向に長い形状、例えば平面視において長方形となる箱状に形成されている。

この場合、隣接する機器中身２０同士、及び機器中身２０と容器３０の内壁面とは、それぞれ離間している。これにより、隣接する機器中身２０の間、及び機器中身２０と容器３０の内壁面との間には、それぞれ隙間が確保されている。この隙間によって、冷却用の気体を流す空間を確保するとともに、各機器中身２０間、及び機器中身２０と容器３０の内壁との間における必要な絶縁強度を確保している。なお、乾式変圧器１０は、詳細は図示しないが、容器３０内の熱を外部へ放熱するための熱交換器を備えている。

容器３０内は、気密性が維持された密閉空間となっている。この場合、容器３０内には大気圧よりも高い圧力のドライエア等が充填される。空気の絶縁耐力はその絶対圧力にほぼ比例する。このため、容器３０内に大気圧よりも高い圧力のドライエアを充填することで、乾式変圧器１０は、機器中身２０を大気圧中に設置した場合に比べてより高い絶縁耐圧を得ることができる。なお、容器３０内には、高圧のドライエアに限られず、例えばＳＦ６などの不活性ガスを充填しても良い。

また、乾式変圧器１０は、図１に示すように、高圧側ブッシング４１、低圧側ブッシング４２、避雷器用接地端子４３、機器中身用接地端子４４、接地線接続端子４５、避雷器５０、接地線６１、及び接地極６２を備えている。この場合、高圧側ブッシング４１、低圧側ブッシング４２、避雷器用接地端子４３、機器中身用接地端子４４、及び避雷器５０は、それぞれ各相の機器中身２０に対応して設けられている。すなわち、本実施形態の場合、乾式変圧器１０は、三相変圧器であるため、機器中身２０を３つ備えている。そして、乾式変圧器１０は、３つの機器中身２０のそれぞれに対応して、高圧側ブッシング４１、低圧側ブッシング４２２、避雷器用接地端子４３、機器中身用接地端子４４、及び避雷器５０をそれぞれ３つずつ備えている。

高圧側ブッシング４１及び低圧側ブッシング４２は、いずれも容器３０の天井部３１に設けられており、巻線２２、２３と電力系統や受変電設備等の外線９１、９２とを、容器３０に対して絶縁を確保した状態で電気的に接続する機能を有する。この場合、高圧側ブッシング４１は、各機器中身２０の高圧側巻線２２に対応しており、高圧側巻線２２と入力線９１とを中継している。また、低圧側ブッシング４２は、各機器中身２０の低圧側巻線２３に対応しており、低圧側巻線２３と出力線９２とを中継している。

各端子４３、４４、４５は、それぞれ容器３０に設けられている。各端子４３、４４、４５のうち、避雷器用接地端子４３及び機器中身用接地端子４４は、いずれも容器３０の外側にあって天井部３１に設けられている。この場合、避雷器用接地端子４３及び機器中身用接地端子４４は、相互に隣接しており、かつ高圧側ブッシング４１の近傍に設けられている。つまり、避雷器用接地端子４３及び機器中身用接地端子４４は、容器３０のうち高圧側ブッシング４１が設けられている面と同一面、この場合、天井部３１の外側面にあって、かつ低圧側ブッシング４２よりも高圧側ブッシング４１に近い位置に設けられている。

各機器中身２０のうち接地が必要な部材は、機器中身用接地端子４４に接続されている。本実施形態の場合、機器中身２０のうち鉄心２１は、容器３０の外部において機器中身用接地端子４４に接続されている。また、避雷器用接地端子４３は、避雷器５０を取り付けるための座と一体に構成されている。

避雷器５０は、落雷などにより生じる過渡的な異常高電圧から機器中身２０を保護するためのサージ防護機器であり、各機器中身２０のそれぞれに対応して設けられている。すなわち、本実施形態の場合、乾式変圧器１０は、三相各相の機器中身２０に対応して避雷器５０を３つ備えている。避雷器５０は、容器３０の外部に設けられており、１次側の外線９１つまり入力線９１と避雷器用接地端子４３との間に接続されている。すなわち、１次側の外線９１は、避雷器５０を介して避雷器用接地端子４３に接続されている。

また、接地線接続端子４５は、容器３０の外部にあって側壁部３２に設けられている。避雷器用接地端子４３及び機器中身用接地端子４４と、接地線接続端子４５とは、容器３０を介して、又は図示しない接続線によって、電気的に接続されている。本実施形態の場合、接地線接続端子４５は、各相の避雷器用接地端子４３及び機器中身用接地端子４４で共用している。つまり、本実施形態の場合、乾式変圧器１０は、各相３つずつの避雷器用接地端子４３及び機器中身用接地端子４４に対して、１つの接地線接続端子４５を備えている。そして、各避雷器用接地端子４３及び機器中身用接地端子４４は、いずれも１つの接地線接続端子４５に電気的に接続されている。

接地線接続端子４５は、Ａ種接地工事により接地されるものである。すなわち、接地線６１は、抵抗値が１０Ω以下で、引張強さが１．０４ｋＮ以上の金属線または直径２．６ｍｍ以上の軟銅線で構成されている。また、接地極６２は、銅板、銅棒、又は亜鉛メッキした鉄棒などで構成されており、地中に埋没されている。接地線接続端子４５は、接地線６１を介して接地極６２に接続されている。これにより、容器３０は、Ａ種接地により接地されている。すなわち、各避雷器用接地端子４３及び各機器中身用接地端子４４は、共通の接地線６１及び接地極６２を介して、Ａ種接地により接地されている。

この場合、乾式変圧器１０は、避雷器５０を除いた状態のＬＩ試験値が、ＪＥＣ－２２００－２０１４の低減ＬＩ試験値を満足するものである。そして、この場合、避雷器５０を含めた乾式変圧器１０全体のＬＩ試験値は、ＪＥＣ－２２００－２０１４のＬＩ試験値を満足する。すなわち、本実施形態の場合、図３に示すように、避雷器５０を除いた状態の乾式変圧器１０のＬＩ試験値は、６６ｋＶ級で２５０ｋＶ、７７ｋＶで３２５ｋＶを満足する。そして、避雷器５０を含めた状態の乾式変圧器１０全体のＬＩ試験値は、６６ｋＶ級で３５０ｋＶ、７７ｋＶで４００ｋＶを満足する。

以上説明した実施形態によれば、乾式変圧器１０は、機器中身２０と、容器３０と、高圧側ブッシング４１と、避雷器５０と、避雷器用接地端子４３と、機器中身用接地端子４４と、を備える。機器中身２０は、高圧側巻線２２と低圧側巻線２３とを有する。容器３０は、機器中身２０を収容する。高圧側ブッシング４１は、容器３０に設けられており、１次側の入力線９１と高圧側巻線２２とを接続する。避雷器５０は、容器３０の外部に設けられおてり、１次側の入力線９１に接続されている。避雷器用接地端子４３は、容器３０に設けられて避雷器５０が接続されている。機器中身用接地端子４４は、容器３０に設けられて機器中身２０が接続されている。

このように、本実施形態の乾式変圧器１０は、避雷器５０を備えている。この場合、避雷器５０は、乾式変圧器１０の構成要素である。このため、乾式変圧器１０は、避雷器５０を含めた全体のＬＩ試験値がＪＥＣ－２２００－２０１４のＬＩ試験値を満たせば、避雷器５０を除いたＬＩ試験値を、全体のＬＩ試験値よりも低い低減ＬＩ試験値とすることができる。このため、本実施形態によれば、乾式変圧器１０に避雷器５０を一体として組み込むことで、避雷器５０を除く部分のＬＩ試験値自体を向上させなくても、避雷器５０を含む乾式変圧器１０全体のＬＩ試験値が向上したとみなすことができる。

これにより、乾式変圧器１０全体の大型化を抑制しつつＬＩ試験値の向上を図ることができる。その結果、本実施形態による乾式変圧器１０は、小型でありながら上位のスイッチギヤ等と同等のＬＩ試験値を満足することで設置スペースの省面積化が図られ、ひいては乾式変圧器の適用範囲の拡大が見込まれるとともに、受変電設備全体の不燃化・ガスレス化が期待できる。

そして、本実施形態の場合、避雷器用接続端子４３及び機器中身用接続端子４４は、共通の接地線６１及び接地極６２を介して接地されている。すなわち、実施形態の乾式変圧器１０は、避雷器５０を接地させるため専用の接地線及び接地極を備えていない。これによれば、避雷器用接続端子４３及び機器中身用接続端子４４を、それぞれ別個の接地線及び接地極を介して接地する構成に比べて、接地線６１及び接地極６２の数を最小限にすることができる。これにより、乾式変圧器１０全体の大型化を抑制することができるとともに、接地工事の手間も低減することができる。

また、避雷器用接地端子４３及び機器中身用接地端子４４は、容器３０の外部に設けられている。そして、避雷器５０、及び機器中身２０のうち接地が必要な部品この場合鉄心２１は、容器３０の外部においてそれぞれ避雷器用接地端子４３及び機器中身用接地端子４４に接続されている。これによれば、落雷等によって生じたサージ電流は、容器３０の外側面等を流れるため、容器３０内に収容されている機器中身２０に与える影響を更に低減することができる。

また、避雷器用接地端子４３は、容器３０のうち高圧側ブッシング４１が設けられている面と同一面、この場合、天井部３１の外側面に設けられている。これによれば、作業者は、高圧側ブッシング４１に対する入力線９１の接続作業の際に、避雷器５０も同時に取り付け易くなるため、乾式変圧器１０の組立作業性が向上する。

以上、本発明の一実施形態を説明したが、この実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この実施形態は他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれる内容と同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

図面中、１０は乾式変圧器、２０は機器中身、２２は高圧側巻線、２３は低圧側巻線、３０は容器、４１は高圧側ブッシング、４２は低圧側ブッシング、４３は避雷器用接地端子、４４は機器中身用接地端子、５０は避雷器、６１は接地線、６２は接地極、９１は外線（入力線）、を示す。

Claims

高圧側巻線と低圧側巻線とを有する機器中身と、
前記機器中身を収容する容器と、
前記容器に設けられ入力線と前記高圧側巻線とを接続する高圧側ブッシングと、
前記容器の外部に設けられ前記入力線に接続された避雷器と、
前記容器に設けられ前記避雷器が接続される避雷器用接地端子と、
前記容器に設けられ前記機器中身が接続される機器中身用接地端子と、を備え、
前記避雷器用接地端子及び前記機器中身用接地端子は、共通の接地線及び接地極を介して接地されている、
乾式変圧器。
前記避雷器用接地端子及び前記機器中身用接地端子は、前記容器の外部に設けられている、
請求項１に記載の乾式変圧器。
前記避雷器用接地端子は、前記容器のうち前記高圧側ブッシングが設けられている面と同一面に設けられている、
請求項１又は２に記載の乾式変圧器。