JP7169738B2 - 静止誘導機器 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、静止誘導機器に関する。

近年、静止誘導機器として、高電圧に用いられる変圧器の小型軽量化を進める際に、精密な三次元解析により各部位の局部電界を求め、その局部電界を許容値以下とすることで最適な絶縁となるように設計する設計手法が採用されている。

この電界を最適化するためには変圧器の鉄心やその締め付け金具の形状あるいはコイルの形状など、様々な部位で工夫する必要がある。

特開平９－３１２２２２号公報 特開２０１２－０２８６４２号公報

特に、大地電位となる鉄心やその締め付け金具は形状が複雑なことから、個々の設計において各部位の絶縁を最適設計するには多大な手間と時間を要していた。
実施形態は、各部位の絶縁の最適設計を容易化できる静止誘導機器を提供する。

実施形態に係る静止誘導機器は、鉄心と、前記鉄心の外周に装着されたコイルと、前記コイルの軸方向両端を位置決め状態で固定するコイル押えと、前記コイルの軸方向両端に前記コイル押えが介在した態様で前記コイルに対向して配設された導電性若しくは半導電性の平板リング形状のシールドと、一体構成された前記鉄心、前記コイル、前記コイル押え、及び前記シールドが収納されたタンクと、を備える。前記コイルは電源電位に接続され、少なくとも前記鉄心及び前記シールドは大地電位に接続され、前記シールドは、導電性材料により構成された基体と、前記基体の表面に塗布又は巻回された絶縁性材料からなる表層部と、を備え、前記コイルの口出し線との絶縁距離を確保する径方向に沿った切り欠け部を有した平板リング形状に構成される。

実施形態に係る変圧器の概略構成例を示す上面図 実施形態に係る変圧器の概略構成例を示す正面図 実施形態に係る変圧器の概略構成例を示す側面図 シールドの構成を模式的に示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ－Ａ線における縦断面図 コイルの上端部を拡大して示す斜視図

以下、実施形態について図面に基づいて説明する。実施形態の説明において実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
図１から図３は、実施形態に係る静止誘導機器の一例として変圧器１の概略構成例を示す図である。図１は上面図、図２は正面図、図３は側面図を示している。図４はシールド１０の構成を模式的に示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ－Ａ線における縦断面図である。図５は、コイル１８の上端部を拡大して示す斜視図である。

図に示すように、変圧器１は、鉄心１２と、鉄心１２の外周に巻回されて装着されるコイル１８とを備えている。鉄心１２は上部に上ヨーク１２ａ、下部に下ヨーク１２ｂを備えており、上ヨーク１２ａ及び下ヨーク１２ｂ部においてクランプ１４によって挟持固定されている。クランプ１４は、例えば珪素鋼板を材料とした複数の金属薄板を積層してなる鉄心１２を締付固定する締付金具として機能する。

コイル１８は上下からコイル押え１６により固定されている。コイル１８の上端部にはコイル１８に接続する口出し線１８ａが設けられている。コイル押え１６は絶縁物により構成されている。下方のクランプ１４は台座２０に螺設固定され、これにより変圧器１が台座２０に固定される。鉄心１２は大地電位に接続されている。また、クランプ１４も大地電位に接続されている。このように構成された変圧器１は、絶縁油や絶縁ガスなどの絶縁冷却媒体が充填された図示しないタンク内に収納されている。

コイル１８は電源電位に接続されている。そのため、大地電位に接続された鉄心１２とコイル１８との間で高電界が構成されている。また、シールド１０は大地電位に接続されたクランプ１４に電気的に接続されているため大地電位に接続されており、電源電位に接続された鉄心１２とシールド１０との間で高電界を構成している。

シールド１０は、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、平板リング形状に切り欠け部１０ｃを設けた薄板により構成されており、全体として略円盤形状又は馬蹄形を呈している。切り欠け部１０ｃは、シールド１０と口出し線１８ａとの絶縁距離を確保するために設けられている。シールド１０は、例えばエポキシ樹脂からなる絶縁物を基体１０ａとし、当該基体１０ａの表面に、導電性塗料、又は半導電性塗料を塗布してなる表層部１０ｂにより表面をコーティングされた構成を備えている。導電性塗料としては、例えば導電性カーボンペーストなどを用いることができる。表層部１０ｂが導電性を備えることによりシールド１０は全体として導電性又は半導電性となっている。

表層部１０ｂは導電性塗料、又は半導電性塗料を塗布して形成されているため、膜厚が薄く形成されている。変圧器１の運転時にシールド１０には渦電流が誘起されるが、渦電流損は導電物厚さの２乗に比例するため、上述のように膜厚が薄く形成された導電部すなわち表層部１０ｂによって、渦電流損を低減することができる。また、渦電流損は導電物の抵抗率に反比例するため、表層部１０ｂの抵抗率を高く調整することによっても渦電流を低減できる。

また、表層部１０ｂは、端部１０ｄにおいて、導電性塗料の塗布時に塗布液の表面張力によって丸く曲率を呈する形状となる。これが硬化すると、シールド１０の端部１０ｄは丸い曲率部１０ｅを備えるように構成され、角部が形成されないように構成される。また、シールド１０はその表面が所定の平坦度となるような平面となるように構成されており、凹凸が形成されていない。所定の平坦度は、コイル１８との間で許容される電界強度に応じて適宜調整される。

コイル１８の軸方向の両端、すなわち図においてコイル１８の上下方向の両端にシールド１０が配置されている。シールド１０はクランプ１４に固定されており、これにより電気的にクランプ１４に接続されている。シールド１０はクランプ１４に電気的に接続されているため、シールド１０も大地電位に接続されている。

シールド１０はコイル１８に対向するように配設されている。これにより、シールド１０はコイル１８が変圧器１の他の部位に対向しないように遮蔽する。シールド１０の外径をコイル１８の外径よりも更に大きく構成すれば、シールド１０によりコイル１８を遮蔽する範囲を更に大きくすることができる。但し、変圧器１の他の部位がコイル１８から十分離れていたり、角を丸くしたりするなどの処理が施されて、シールド１０表面のどの部位よりも局所電位が低くなるように配設されていれば、コイル１８に対向する部位が存在していてもよい。シールド１０とコイル１８との距離は、シールド１０－コイル１８間に生じる電界強度に応じて調整される。このようにして、シールド１０は、シールド１０－コイル１８間に生じる電界強度が、シールド１０以外の部位よりも大きく、かつ、許容値以下となるように調整が施される。

次に、以上のように構成された変圧器１の作用効果について説明する。
上述のように、変圧器１のコイル１８は高電位である電源電位に接続されている。一方、鉄心１２、クランプ１４、シールド１０は大地電位に接続されている。従って、コイル１８と、鉄心１２、クランプ１４及びシールド１０との間には高電圧が印加された状態となっており、高電界が発生している。ここで、シールド１０は、コイル１８に対向するように配置されており、コイル１８がその他の部位に実質的に対向しないように遮蔽している。シールド１０の外径を更に大きくすれば、この遮蔽効果を更に大きくすることができる。

この構成によれば、コイル１８と、コイル１８以外の部位の間で高電界を構成する部材はシールド１０のみとなる。このように構成すれば、変圧器１において、コイル１８と局部電界が最大となる箇所は少なくともシールド１０に存在することになるため、コイル１８と他の部材との電界緩和は、シールド１０についてのみ考慮すればよいことになる。これによって、変圧器１において、コイル１８と他の部位との間の最適な絶縁の設計を容易化できる。

また、上述のように、シールド１０は、端部１０ｄにおいて表層部１０ｂが丸い曲率部１０ｅを備えるように構成され、角部が形成されないようにされている。これによって、端部１０ｄにおける電界集中が緩和される。また、シールド１０はその表面が所定の平坦度以下となるような平面に構成されており、凹凸が許容値以下となっているため、局所的な電界集中が回避される。このように、シールド１０において局部的に強電界となる箇所がなく、電界集中の緩和が施されており、変圧器１全体で、コイル１８とこれに対向する部位との間の電界強度が許容値以下となっている。このような構成では、シールド１０に必要な電界緩和の処置を施せば、変圧器１全体としての電界緩和対策が施されたことになる。従って、シールド１０に関してのみ電界緩和を考慮すれば良いため変圧器１の設計が容易になる。以上に説明したように、実施形態によれば、最適な絶縁の設計を容易化でき、これにより静止誘導機器の長期信頼性を確保することが可能となる。

その他の変形例として、図４に示すシールド１０の基体１０ａを導電性材料により構成し、当該基体１０ａの表面に、絶縁性材料を塗布してなる表層部１０ｂ、若しくは、絶縁性材料により構成された例えば絶縁性テープを巻回してなる表層部１０ｂを設けた構成にしても良い。基体１０ａが導電性を備えることにより、シールド１０は全体として導電性となっている。その他の構成は上述した実施形態と同様である。変形例の静止誘導機器１によれば実施形態と同様の効果を奏する。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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。これら新規な実施形態は、その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。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、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。

例えば、上記実施形態は三相変圧器を例示して説明したがこれに限られない。例えば、単相変圧器であってもよい。また、静止誘導機器として、変圧器を例示して説明したがこれに限られず、例えばリアクトルに適用しても良い。

図面中、１は変圧器、１０はシールド、１０ａは基体、１０ｂは表層部、１０ｄは端部、１０ｃは切り欠け部、１２は鉄心、１４はクランプ、１８はコイルを示す。

Claims (3)

1. 鉄心と、
   前記鉄心の外周に装着されたコイルと、
   前記コイルの軸方向両端を位置決め状態で固定するコイル押えと、
   前記コイルの軸方向両端に前記コイル押えが介在した態様で前記コイルに対向して配設された導電性若しくは半導電性の平板リング形状のシールドと、
   一体構成された前記鉄心、前記コイル、前記コイル押え、及び前記シールドが収納されたタンクと、を備え、
   前記コイルは電源電位に接続され、少なくとも前記鉄心及び前記シールドは大地電位に接続され、
   前記シールドは、導電性材料により構成された基体と、前記基体の表面に塗布又は巻回された絶縁性材料からなる表層部と、を備え、前記コイルの口出し線との絶縁距離を確保する径方向に沿った切り欠け部を有した平板リング形状に構成される静止誘導機器。
2. 前記コイルと、前記コイル以外の部位との間の局部電界が最大となる箇所は、前記シールドに存在するように構成された請求項１に記載の静止誘導機器。
3. 更に前記鉄心を締付固定する締付金具を備えており、
   前記締付金具は大地電位に接続され、前記シールドは、前記締付金具に電気的に接続される請求項１または２に記載の静止誘導機器。

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