JP7328883B2

JP7328883B2 - 静止誘導機器

Info

Publication number: JP7328883B2
Application number: JP2019231515A
Authority: JP
Inventors: 裕介 ▲陦▼
Original assignee: Toshiba Industrial Products and Systems Corp
Current assignee: Toshiba Industrial Products and Systems Corp
Priority date: 2019-12-23
Filing date: 2019-12-23
Publication date: 2023-08-17
Anticipated expiration: 2039-12-23
Also published as: JP2021100059A

Description

本発明の実施形態は、静止誘導機器に関する。

例えば高電圧受配電設備に用いられる静止誘導機器である変圧器は、絶縁油や液体シリコーン等を用いる液冷変圧器、絶縁や冷却をＳＦ_６（六フッ化硫黄）ガス等の不活性ガスに依拠するガス絶縁変圧器、鉄心と巻線が加圧空気中で使用される乾式変圧器に大別される。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）等では、乾式変圧器の一種で巻線の全表面が樹脂又は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。

近年、変圧器においては、環境適合性や不燃・難燃性という要求が高まっている。そのため、地球温暖化ガスの一種であるＳＦ_６ガス等の不活性ガスを使用するガス絶縁変圧器や現地での処理に手間を要する液冷変圧器に代えて、乾式変圧器の需要が高まっている。中でもモールド変圧器は絶縁機能を巻線に施した樹脂層にも依存させることで他の乾式変圧器よりも絶縁性能を高めることができ、特別高圧以上の分野でも使用が広まっている。

変圧器は、導電性の密閉タンク内に、誘導機器本体である変圧器本体を収容すると共に、絶縁性の冷却媒体を封入して構成される。この場合、密閉タンクの外壁部を貫通するようにブッシングと称される接続端子部が設けられ、その接続端子部の内側端子と、変圧器本体から導出されるリード線とが密閉タンク内において電気的に接続される。接続端子部の内側端子とリード線との接続部分は、高電圧がかかる充電露出部とされているので、その充電露出部と、接地電位とされる密閉タンクとの間で必要な沿面絶縁距離を確保する必要がある。沿面絶縁距離を確保するためには密閉タンクを大型化させる必要があるが、この点に関し、例えば特許文献１には、充電露出部を熱硬化性樹脂で覆うことで、密閉タンクの大型化を抑制しながら絶縁耐力を高める構成が開示されている。

特開２０１９－５４２０４号公報

しかしながら、密閉タンク内に冷却媒体として加圧空気が封入される構成では、加圧空気の絶縁性がＳＦ_６ガスに比べて劣ることから、特許文献１に開示されている充電露出部を熱硬化性樹脂で覆う構成を採用したとしても、絶縁耐力を高めるには不十分である。
そこで、密閉タンクの大型化を抑制しながら、充電露出部と密閉タンクとの間の絶縁耐力を適切に高めることが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、誘導機器本体を収容すると共に、加圧空気を封入する導電性の密閉タンクと、外部と接続するために前記密閉タンクに設けられ、内側端子を有する接続端子部と、前記誘導機器本体から導出され、前記接続端子部の前記内側端子と電気的に接続されるリード線と、前記接続端子部の前記内側端子と前記リード線との接続部分である充電露出部の全体を球形状に覆い、前記充電露出部と同電位に設けられる電界緩和部材と、を備える。

第１実施形態を示し、変圧器の全体構成を概略的に示す縦断側面図電界緩和部材及び周辺構成の縦断側面図電界緩和部材の上方からの斜視図電界緩和部材の下方からの斜視図電界強度の解析地点を示す図電界強度の解析結果を示す図第２実施形態を示し、変圧器の全体構成を概略的に示す縦断側面図

以下、例えば高電圧受配電設備に用いられる変圧器に適用した複数の実施形態について図面を参照して説明する。複数の実施形態で共通する部分には同一符号を付して繰り返しの説明を省略することとする。

（１）第１実施形態
第１実施形態について図１から図６を参照して説明する。図１に示すように静止誘導機器としての変圧器１は、絶縁性の冷却媒体として加圧空気を用いる加圧空気用の変圧器であり、金属製の密閉タンク２内に、誘導機器本体としての変圧器本体３を収容すると共に冷却媒体として加圧空気を封入して構成されている。密閉タンク２は、接地電位とされている。変圧器本体３は、例えば巻線の全表面が樹脂又は絶縁材で覆われたモールド変圧器本体であり、その側面部３ａからリード線４が導出されている。リード線４は、容易に屈曲可能なフレキシブルな特性を有し、図２に示すように、絶縁被覆４ａを有するケーブルの先端から導体芯線５が露出され、その導体芯線５に接続端子６が接続されている。接続端子６には後述するボルトが挿通される挿通穴６ａが形成されている。変圧器本体３は、絶縁支え７上に載置された形態で密閉タンク２内に設置されている。

密閉タンク２の上壁部２ａには、外部と接続される接続端子部としてのブッシング８が取付けられている。ブッシング８は、ＳＦ_６ガス用のＴ型ブッシングであり、密閉タンク２の外部に配置される外側本体部９と、密閉タンク２の内部に配置される内側本体部１０とを有する。外側本体部９にはケーブルが接続される外側端子１１が設けられている。図２に示すように、内側本体部１０の先端（図２では下端）には内側端子１２が設けられており、内側端子１２の先端には後述するボルトが挿通される挿通穴１２ａが形成されている。ブッシング８の内側端子１２とリード線４の接続端子６とが電気的に接続されることで、ブッシング８と変圧器本体３とが電気的に接続される。ブッシング８の内側端子１２とリード線４の接続端子６との接続部分は、高電圧がかかる充電露出部１３とされている。本実施形態では、充電露出部１３の周囲に、金属を材料とする電界緩和部材１４が装着されている。以下、電界緩和部材１４及び周辺構成について説明する。

電界緩和部材１４は、図３及び図４に示すように、横断平面が円形をなし、縦断側面が左右方向を長軸とすると共に上下方向を短軸とする楕円形をなす球面形状である。電界緩和部材１４は、中空を有するように球面を構成する球面部材１５と、電界緩和部材１４をブッシング８に装着するための２個の同一形状の装着部材１６とを有する。

球面部材１５は、例えば板厚が３ｍｍのアルミ板をヘラ絞りすることで加工成形されている。球面部材１５の上部には円形の上側開口部１７が形成されており、球面部材１５の下部には円形の下側開口部１８が形成されている。下側開口部１８の円は上側開口部１７の円よりも径大である。装着部材１６は、それぞれ球面部材１５と接合する接合部１９と、ブッシング８の内側端子１２と接触する上下方向に延びる接触面部２０とを有するように加工成形されている。球面部材１５の内部において接合部１９が例えば溶接により接合されていることで、球面部材１５と装着部材１６とが電気的に一体化されている。尚、球面部材１５と装着部材１６とは、溶接に限らず、ろう付け、ねじ止め、かしめ等により一体化されていても良い。接触面部２０の先端（図４では下端）には後述するボルトが挿通される挿通穴２０ａが形成されている。

電界緩和部材１４は、以下に示す手順により密閉タンク２内においてブッシング８に装着され、充電露出部１３の全体を覆うように設けられる。ブッシング８の内側端子１２にリード線４の接続端子６が接続されていない状態で、ブッシング８の内側端子１２を電界緩和部材１４の上側開口部１７に挿通して２個の接触面部２０で挟みこむ。この状態から、リード線４の接続端子６の挿通穴６ａと、接触面部２０の挿通穴２０ａと、内側端子１２の挿通穴１２ａとを位置決めし、これらの挿通穴６ａ、挿通穴２０ａ、挿通穴１２ａにボルト２１を挿通してナット２２を用いてボルト締めすることで、リード線４の接続端子６と、電界緩和部材１４の接触面部２０と、ブッシング８の内側端子１２とを電気的に接続すると共に物理的に固定する。このようにして電界緩和部材１４が密閉タンク２内においてブッシング８に装着された状態では、電界緩和部材１４はブッシング８の内側端子１２と同電位となり、充電露出部１３と同電位となる。

ここで、充電露出部１３の周辺の電界強度について説明すると、電界強度は尖った部分や凸部で強くなる性質があることから、上記した構成では、充電露出部１３においてボルト２１やナット２２の尖った部分で放電が集中する。この点に関し、本実施形態では、充電露出部１３が電界緩和部材１４により球面状に覆われており、その電界緩和部材１４が充電露出部１３と同電位となっているので、充電露出部１３の形状が球面形状と等価となる。即ち、充電露出部１３の形状が球面形状と等価となることで、充電露出部１３の周辺の電界強度が緩和される。

図５及び図６は、電界緩和部材１４を装着した場合と装着しない場合とにおける電界強度の解析結果を示す。解析地点の電界について、電界緩和部材１４を装着しない場合と比較し、電界緩和部材１４を装着することで充電露出部１３の周辺の電界強度が緩和される解析結果が得られている。

以上に説明したように第１実施形態によれば、以下の作用効果を得ることができる。
変圧器１において、ブッシング８の内側端子１２とリード線４との接続部分である充電露出部１３の全体を球形状に覆い、内側端子１２と同電位に設けられる電界緩和部材１４を備える構成とした。充電露出部１３が電界緩和部材１４により球面状に覆われ、その電界緩和部材１４が充電露出部１３と同電位となっていることで、充電露出部１３の形状が球面形状と等価となり、充電露出部１３の周辺の電界強度が緩和することができる。これにより、充電露出部１３と密閉タンク２との間で沿面絶縁距離を抑えることができ、密閉タンク２の大型化を抑制しながら、充電露出部１３と密閉タンク２との間の絶縁耐力を適切に高めることができる。

又、電界緩和部材１４を球面部材１５と装着部材１６とが接合されている構成とした。充電露出部１３の全体を球形状に覆う球面部材１５と、内側端子１２に装着される装着部材１６とを別々の部材とすることで、例えば要求される絶縁耐力を満たすように球面形状やサイズが異なる複数の球面部材１５を用意する場合でも、要求される絶縁耐力に応じて球面部材１５を選択すれば良く、複数の球面部材１５に対して１つの装着部材１６を共有することができる。又、ブッシング８としてＳＦ６ガス用のブッシングを採用したことで、ＳＦ６ガス用のブッシングを加圧空気用の変圧器に流用することができる。

又、充電露出部１３を熱硬化性樹脂で覆う従来構成とは異なり、充電露出部１３を熱硬化性樹脂で覆わない構成としたので、例えば変圧器１を輸送等により移動させる際に充電露出部１３に負荷がかかる事態を未然に回避することができる。即ち、充電露出部１３を熱硬化性樹脂で覆う従来構成では、充電露出部１３が熱硬化性樹脂により固着されているので、変圧器１を移動させる際に変圧器１が振動すると、その振動を吸収することができず、充電露出部１３に負荷がかかる。これに対し、充電露出部１３を熱硬化性樹脂で覆わない本実施形態の構成では、変圧器１を移動させる際に変圧器１が振動しても、その振動を吸収することができ、充電露出部１３に負荷がかかる事態を未然に回避することができる。

（２）第２実施形態
第２実施形態について図７を参照して説明する。第２実施形態は、上記した第１実施形態に対し、ブッシングの形状が異なる。即ち、変圧器３１において、密閉タンク２の上壁部２ａには、ブッシング３２が取付けられている。ブッシング３２は、ＳＦ_６ガス用のダイレクトモールドブッシングであり、密閉タンク２の外部に配置される外側本体部３３の先端に外側端子３４が設けられ、密閉タンク２の内部に配置される内側本体部３５の先端に内側端子３６が設けられている。ブッシング３２の内側端子３６とリード線４の接続端子６とが接続される態様は第１実施形態と同様であり、ブッシング３２の内側端子３６とリード線４の接続端子６との接続部分である充電露出部３７の周囲に電界緩和部材１４が装着されている構成も第１実施形態と同様である。第２実施形態によれば、第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

（その他の実施形態）
静止誘導機器としては、変圧器に限らず、例えばリアクトルに適用することもできる。
ブッシングの種類は、例示したＴ型ブッシングやダイレクトモールドブッシング以外でも良い。又、ブッシングの個数は、複数であっても良い。
以上に説明した複数の実施形態は、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。これらの実施形態は、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共に、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。

図面中、１，３１は変圧器（静止誘導機器）、２は密閉タンク、３は変圧器本体（誘導機器本体）、４はリード線、８，３２はブッシング（接続端子部）、１２，３６は内側端子、１３，３７は充電露出部、１４は電界緩和部材、１５は球面部材、１６は装着部材である。

Claims

誘導機器本体を収容すると共に、加圧空気を封入する導電性の密閉タンクと、
外部と接続するために前記密閉タンクに設けられ、内側端子を有する接続端子部と、
前記誘導機器本体から導出され、前記接続端子部の前記内側端子と電気的に接続されるリード線と、
前記接続端子部の前記内側端子と前記リード線との接続部分である充電露出部の全体を球形状に覆い、前記充電露出部と同電位に設けられる電界緩和部材と、を備える静止誘導機器。
前記電界緩和部材は、前記充電露出部の全体を球形状に覆う球面部材と、前記内側端子に装着される装着部材とが接合されて構成されている請求項１に記載した静止誘導機器。
前記電界緩和部材は、下方から前記内側端子に装着される請求項２に記載した静止誘導機器。
前記接続端子部は、六フッ化硫黄ガス用の接続端子部である請求項１から３の何れか一項に記載した静止誘導機器。