JPH0350706A

JPH0350706A - 変圧器のブッシングターミナルにおける電場制御用のコンデンサー型式の障壁

Info

Publication number: JPH0350706A
Application number: JP15556290A
Authority: JP
Inventors: Lars Holmstroem; ラルス　ホルムストローム; Lennart Strandberg; レンナート　ストランドベルグ
Original assignee: Asea Brown Boveri AB
Current assignee: ABB AB
Priority date: 1989-06-19
Filing date: 1990-06-15
Publication date: 1991-03-05
Also published as: DK0413103T3; SE8902218L; EP0413103A1; EP0413103B1; BR9002894A; DE69012258D1; CA2019182A1; SE8902218D0; SE463951B; DE69012258T2; CA2019182C

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】星！よＬ丑里止耽本発明は変圧器の巻線の導電体に対する変圧器ブッシン
グの接続部の電場制御用（ｆｉｅｌｄ　ｃｏｎｔｒｏｌ
）のコンデンサー型式の障壁（以下において「コンデン
サー障壁」と称する）に関する。このコンデンサー障壁
は特にＨＶコンバーターに接続される変圧器に関連して
応用されるように設計されている。

従来　術、および　明が解決しようとする課題変圧器油
を有する容器内には２つの附勢された電極が互いに成る
距離を隔てて配置されていて、成る電圧にてこれらの電
極の間にフラッシュオーバーが生じる。このようなフラ
ッシュオーバーを生じる傾向は電極の間に障壁として作
用する絶縁体を挿入することによって最少限になすこと
ができる。

変圧器ブッシングは電気用磁器（ｅｌｅｃｔｒｉｃｐｏ
ｒｃｅｌａｉｎ）の上部絶縁体および下部絶縁体を含ん
でいる。これらのものの間の接合部には変圧器のケーシ
ングに連結されるフランジがある。ブッシングの中心に
は管があって、この管にコンデンサー本体が巻回されて
、好都合な電場の分布を得られるようになっている。電
流はこの管またはこの管を通して張、られる可撓性導電
体を通して流されるのである。

コンバーター設備に使用されるパワー変圧器は絶縁の点
で特別な問題を有し、この問題は満足な機能を保証する
ために若干でも克服されなければならないのである。

高電圧の直流（ＨＶＤＣ）設備においては、極およヒス
チージョン当り少なくとも１つのコンバーターが屡使用
されている。また通常若干数のブリッジが直列に接続さ
れている。１つのブリッジの極の１つは通常接地され、
他の極が次のブリッジに接続されて、直列接続を得られ
るようになっている。

このようにして接地に対するそれぞれのブリッジの直流
電位（ｄｉｒｅｃｔ　ｖｏｌｔａｇｅ　ｐｏｔｅｎｔｉ
ａｌ）は直列に接続されるブリッジの数に従って増大さ
れるのである。

直列接続内のそれぞれのブリッジは別個の変圧器から交
流を供給される。接地に対するブリッジの直流電位の増
加とともにブリッジに接続される変圧器のブッシングお
よび巻線の絶縁は重畳される交流電圧によって益々増大
される高い直流電位を受けるのである。従ってこれらの
ものの絶縁は、その時に受ける益々増大する高い絶縁応
力に耐え得るように寸法を決められるのである。

増大する直流電位は純粋に交流の変圧にのみ使用される
変圧器には存在しない特別な問題を生じさせる。

コンバーター変圧器に対しては、下部絶縁体および変圧
器の巻線の導電体およびブッシングの間の遷移点は絶縁
技術の点から問題を生じる部分を与える。このことは、
なかんずくニー、ウールマンによる１９７５年のシュプ
リンガー・フエルラークからの出版物の第３２７−３２
８頁「直流によるパワー伝達」に記載されている。

直流電圧の電場は交流電圧の電場とは異なる分布を有す
る。直流電圧の分布は主として種々の絶縁媒体の抵抗値
によって決定される。変圧器油、またはセルロースおよ
び電気用磁器の両者が良好な絶縁体であることは事実で
あるが、若干量の電流がこれらの材料を導通されるので
ある。セルロース材料および変圧器油の抵抗値の間の関
係は約１００である。このことは変圧器油と直列のセル
ロースが油よりも著しく高い電場を受け、従ってこのこ
とがまた電気的耐久強度を超過しないように固体の絶縁
材料の充分な量に対する損傷を与えるのである。このよ
うにして電場の分布および電場の方向は交流電圧による
場合とは異なるのである。電流の伝達もまた使用される
絶縁媒体に電荷の再分布を生じさせる。

湿気の含有量、電場の強度、温度等に対する抵抗値の犬
なる関係のために直流分布は予見することが困難である
。さらに、直流電圧の物理的性質、すなわち電荷の移送
、電荷、時間関連特性（ｔｉｍｅ　−ｄｅｐｅｎｄｅｎ
ｔ　ｂｅｈａｖｉｏｕｒ　）およびその他のものが甚だ
複雑で解釈の困難なＨＶＤＣ設備に関連して生じる絶縁
の問題の態様を与えるのである。大きい高電圧電気装置
に関するシグル国際会議の１９８６年の会議１２−０４
におけるウー・ゲーフヴエルトおよびニー・シュピカー
の［直流応力状態における変圧器の空間電荷および電磁
場の分布」（“ＳｐａｃｅＣｈａｒｇｅ　ａｎｄ　Ｆｉ
ｅｌｄ　Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｔｒａｎｓ
ｆｏｒｍｅｒｕｎｄｅｒ　ＤＣ−８ｔｒｅｓｓ　”　ｂ
ｙ　Ｕ　　Ｃｔａｆｖｅｒｔ　ａｎｄ　　ＥＳｐｉｃａ
ｒ、　ＣＩＧＲＥ　Ｉｎｔ、　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　
ｏｎ　Ｌａｒｇｅ　ＨｉｇｈＶｏｌｔａｇｅ　Ｅｌｅｃ
ｔｒｉｃ　Ｓｙｓｔｅｍｓ、　１９８６５ｅｓｓｉｏｎ
、　１２−０４）において、直流電圧の分布の複雑性が
示されている。既述の・ように、変圧器ブッシングおよ
び変圧器巻線の導電体の間の接続部に問題が生じるので
ある。このことは高い電圧レベルにおけるＨＶＤＣター
ミナルの応力を制御するために電気用磁器の低い絶縁物
が除去されなければならないようになす。

上述の現像の簡単な説明は今までなかった。しかし、高
い電圧のブッシングに関連して生じる長い表面がこのよ
うな長い表面に沿う電場の方向と組合されると、この点
で重用であると考えられる理由がある。明らかに、交流
電圧の電場もまた下部磁器の表面に沿って指向されるが
、その物理的な性質は異なるのである。１つの仮説は直
流電圧の電場が充分に長い表面に沿って不安定および不
均一に分布されるようになる危険を有することである。

他の興味ある仮説はジャーナル、オブ・エレクトロスタ
ティックス、１９８２年第１２号第４４１−４４７頁の
アール、イー・ジェイムズ、エフ・イー・トリック、ア
ール・ウィラビーによる［液体ｌ固体誘電体界面におけ
る油の活性に関するダクト形状の効果」と題する論文に
記載されている。この論文において、電荷に対する撹乱
および接近によって生じる表面における増大された電荷
の移送が低い電気的抵抗強度に対する理由であると述べ
られている。

この技術分野の現在の状態の例として、なかんずくスウ
ェーデン国特許明細書第２１４０１５号およびＡＳＥＡ
ジャーナル１９６３年第３６巻第１−２号、第２３頁に
記載されているような変圧器に対する油ケーブルの直接
接続用マフ（ｍｕｆｆ　）のコンデンサー本体が述べら
れ得る。変圧器内に伸長するマフの部分は実質的には通
常の変圧器のブッシングの下部として、すなわち電気用
磁器の下部絶縁体を有するようにして形成されている。

このマフのコンデンサー本体はここでは外側から来るケ
ーブル端部に沿って内方に向い、また磁器の絶縁体に沿
って外方に向く容量的電圧制御を与えるように設計され
ている。

上述のように、本発明は変圧器のブッシングにおける電
場制御用コンデンサー障壁およびＨＶＤＣ設備に使用さ
れる変圧器用の変圧器巻線のコンデンサーに対するこの
障壁の接続に関するものである。このコンデンサー障壁
の目的は変圧器ブッシングおよび変圧器の導電体の間の
遷移点に生じることが証明されているフランシュオーバ
ーを克服することである。コンデンサー障壁は電場の容
量的および抵抗的制御の両方を有する障壁として機能す
るように設計され、コンデンサー障壁がこの領域に生じ
る電圧および電場に耐えるように寸法を決められている
のである。

変圧器ブッシングはフランジから見て円錐形にテーパー
する下部絶縁体を設けられているものと仮定する。

さらに、変圧器の巻線から導かれ、ブッシングの導電体
に接続される導電体が絶縁材料の外側の巻回シールドを
有する導電性管によって方位されていると仮定する。こ
のシールドは円錐形を有し、これが同様に下部絶縁体に
向ってテーパーして下部絶縁体と極めて同様の円錐角度
を有する。

コンデンサー障壁はコンデンサー本体として構成され、
すなわち絶縁材料およびこの絶縁材料に同心的に配置さ
れる型式のフォイルのコンデンサー層より成っている。

本発明によるコンデンサー障壁の特徴は実質的には直流
電圧および交流電圧の両方に対して障壁として機能する
ようになすためのコンデンサー障壁の幾何学的形状にあ
る。

コンデンサー障壁は巻回体（ｓｏｌｉｄ　ｏｆ　ｒｅｖ
ｏｌｕｔｉｏｎ）として形成され、通常の実施形態にお
いては直線的な丸い円筒形の外形を有する。しかし、こ
のコンデンサー障壁は「腰部」または「腹部」を形成さ
れることができ、これが直流の電場の分布に影響を与え
るのである。

コンデンサー障壁はその一端部から内方に向く第１の直
線的な截頭円錐体として形成され、これが丁度下部絶縁
体を取巻くようになされていて、すなわちコンデンサー
障壁の端部にて最大の基部面積を有するようになされて
いる。コンデンサー障壁および下部絶縁体の両者は油充
填空間内にあるから、下部絶縁体および第１の直線的截
頭円錐体の間の間隙は油を充填されている。しかし、こ
の第１の截頭円錐体の円錐角度は下部絶縁体の円錐角度
から若干外れている。この若干異なる円錐度の理由は以
下に説明される。

このコンデンサー障壁は、第１の直線的截頭円錐体の最
小の基部面積から続くようにしてコンデンサー障壁の内
部が同心的に円筒形に開放した空間として形成されてい
る。

コンデンサー障壁の第２の端部から、この障壁は内方に
向く第２の直線的截頭円錐体として形成され、これが同
心的な円筒形の第１の空間に対面するようになっている
。この第２の截頭円錐体は変圧器から伸長する導電体の
廻りの導電性管上のシールドを取巻くようになっている
。また、若干の油充填間隙を有して第２の截頭円錐体が
シールドを取巻くようになっている。この第２の截頭円
錐体の円錐角度もまたシールドの円錐角度から若干外れ
ている。

上述のように、コンデンサー障壁は交流電場の所望の容
量的制御を行うように交互に巻かれたコンデンサー層を
有する絶縁材料によって作られている。導電体と同心的
な最内方のコンデンサー層は内側の円心的な円錐形空間
の軸線方向長さに大体対応する軸線方向長さを有する。

これの外側には半径方向に同心的に交互になされて軸線
方向にテーパーする短い層が配置されている。これらの
層は、第１の最内方の層から見てコンデンサー障壁の半
径の増大とともにこれらの層の外縁がコンデンサー障壁
の直線的截頭円錐体に対面するように軸線方向に配置さ
れるようになっている。

既述のように、直流電圧の電場は若干の因子によって制
御される。このようにして、例えば最も小さい抵抗を有
する媒体が電場の制御を行うのである。下部絶縁体およ
びこれを取巻く本体°（障壁）の間には既述のように油
間隙が形成される。油は抵抗が最も小さいから、殆どの
電流はこの油間隙内を伝達され、従ってこの油間隙は取
巻く表面に平行な電場を制御するのである。従って、こ
れらの表面に沿う電場の均一な分布を得るために、油間
隙の幅が半径の減少とともに増加することが重要である
。さもなければ、電場は半径が最小の部分、すなわち軸
線方向の断面積が最小の部分に向って集中するのである
。従ってコンデンサー障壁の截頭円錐体の円錐角度は、
油間隙の軸線方向断面積が総ての直線的截頭円錐体に沿
って大体同じになるように適当に選択されるのである。

他の電場制御部分は高電圧が与えられる最内方の層の廻
りのコンデンサー障壁内の電場の半径方向の分布である
。油間隙およびコンデンサー障壁の中央部分の間で、こ
れらの層は直流電圧の場合における等電位線として働き
、これが下部絶縁体の底部に近く電場の集中するのを阻
止するのである。コンデンサー障壁の層がブッシングの
層に対して直線的に対向するように指向されて、等電位
線が正しく形成された油間隙の助けによってブッシング
およびコンデンサー障壁の間に所望の状態に案内される
ようになすことが重要である。

課題を月決するための　段上述の目的は、特許請求の範囲に記載されているコンデ
ンサー障壁を提供することによって解決されるのである
。

叉施皿さて添付図面は本発明によるコンデンサー障壁の望まし
い実施例の形状を示している。コンデンサー障壁１はこ
れの軸線を通る断面図にて示されている。内方に指向さ
れる直線的な截頭円錐体２および３によって、この断面
図は平行な台形の形状を示している。これらの直線的な
截頭円錐体の間のコンデンサー障壁の内方部分４は円筒
形に形成されている。コンデンサー障壁に若干の機械的
剛性を与えるために、内方の円筒形部分は円筒形の管５
上に巻かれている。それ自体の担持容量を有する他の絶
縁材料があれば、この管は必要がない。コンデンサー障
壁の内方の円錐体は、別の方法、例えば幅が増大する斜
めに切断された絶縁材料を１巻き毎に重ねて巻回するこ
とによって得られる。内側のコンデンサー層６は既述の
同心的な円筒形空間と大体同じ軸線方向の長さを有する
。絶縁材料が巻回される際に若干の巻回部の間に容量的
電圧分布を与えるために必要なコンデンサー層７が配置
される。これらの層は最内側の層よりも短い軸線長さを
有し、その外縁がコンデンサー障壁の巻回されて増大す
る半径とともに両方の直線的な截頭円錐体の面に対面す
るようになされている。

本発明を正しく示すために、下部絶縁体も８で示されて
いる。ブッシングの緊締フランジは９にて示されている
。図面に示された例によれば、下部絶縁体を有するコン
デンサー障壁は油充填中間フランジ１０内に配置され、
このフランジ１０は変圧器ケーシング１１に連結されて
いる。１２にて示されている変圧器巻線の導電体は公知
の方法でブッシングの導電体に接続されるのである。上
述のように、変圧器巻線の導電体は導電性材料の管１３
によって包囲されている。この管は絶縁材料の若干層を
巻回され、これがシールド１４を形成しているが、これ
らの層は直線的截頭円錐体１５の形状に管の端部に向っ
てテーパーしている。管１３は変圧器巻線の導電体およ
び内側のコンデンサー層の両者に電気的に接続されてい
る。外側コンデンサー層の１つが接地されている。

既述のように、直流電圧の電場分布のためにはコンデン
サー障壁の直線的截頭円錐体および下部絶縁体およびシ
ールドの間の油間隙が全体の円錐体に沿って殆ど同じ軸
線方向の断面を有することが重要である。従って、半径
の差は最も小さい基部の間で最大である。

若干の設計においては、緊締フランジに対面する下部絶
縁体が１６で示されるように純粋に円筒形に形成されて
いる。これらの場合には、またコンデンサー障壁が円筒
形部分１７に終端して下部絶縁体のこの部分を包囲する
のが適当である。成る場合にはまた対応する円筒形の延
長部がシールド１４の上にあるようになし得る。

コンデンサー障壁の直線的截頭円錐体の軸線方向長さｌ
高さはそれぞれ下部絶縁体の円錐形およびシールドの軸
線方向長さになされ、従って図面から明らかなように長
さが変化する。

既述のように成る場合には、コンデンサー障壁が「腰部
」または「腹部」を形成されて電場分布技術の点で特別
の利点を得られるようになすのが適当である。

コンデンサー障壁は下部絶縁体および管を有する変圧器
巻線の導電体およびシールドの廻りにブッシングの緊締
フランジに対し、または中間フランジに対して適当な方
法で（図示せず）固定されるのである。

及肌り勉！本発明は上述のように構成されているから、コンデンサ
ー障壁が電場の容量的および抵抗的制御の両方を有する
障壁として機能するように設計宅れ、この領域に生じる
電圧および電場に耐えるように寸法を決められているこ
とによって、変圧器ブッシングおよび変圧器の導電体の
間の遷移点に生じるフラッシュオーバーを克服すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による下部絶縁体、コンデンサー障壁を
通る断面図であって、絶縁体を有する取巻く管を有する
変圧器巻線の導電体とともに示す図面である。１・・・コンデンサー障壁２．３・・・直線的截頭円錐体４・・・コンデンサー障壁の内方部分５・・・管６．７・・・コンデンサー層計・下部絶縁体９・・・緊締フランジ１０・・・中間フランジ１１・・・変圧器ケーシング１２・・・変圧器巻線１３・・・導電性材料の管１４・・・シールド１５・・・直線的截頭円錐体１６・・・下部絶縁体８の円筒形部分１７・・・コンデンサー障壁１の円筒形部分。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）コンデンサー障壁（１）がこれに同心的に配置さ
れるフオイル型式のコンデンサー層（７）を有する絶縁
材料より成るコンデンサー本体として配置されている、
コンバーター変圧器における変圧器巻線の導電体に対す
る変圧器ブッシングの接続部の電場制御用のコンデンサ
ー型式の障壁において、前記コンデンサー障壁が外側の
丸い円筒形を有する巻回体として配置され、また前記コ
ンデンサー障壁が、一端部から第１の、内方に向く直線
的な截頭円錐体（２）を有し、その最大の基部面積が前
記コンデンサー障壁の前記一端部にあるように配置され
ていて、また前記コンデンサー障壁が他端部から第２の
、内方に向く直線的な截頭円錐体（３）を有し、その最
大基部面積が前記コンデンサー障壁の前記他端部にある
ように配置されており、また前記コンデンサー障壁の前
記両方の截頭円錐体の間の空間が前記截頭円錐体の最も
小さい基部に等しい断面積を有する開放された内側の直
線形の丸い円筒体（４）内に同心的に配置されているこ
とを特徴とするコンデンサー型式の障壁。
（２）前記変圧器ブッシングが直線的な円錐状にテーパ
ーする形状を有する下部絶縁体（８）を有し、また前記
変圧器の巻線の導電体（１２）が直線的に円錐状にテー
パーする形状を有するシールド（１４）を有する管（１
３）によって包囲されている請求項１に記載された電場
制御用のコンデンサー型式の障壁において、前記第１の
内方に向く直線的な截頭円錐体の円錐角度が、前記下部
絶縁体および前記第１の截頭円錐体の間に形成される間
隙の断面積が前記第１の截頭円錐体の全長に沿って一定
で、前記第２の内方に向く直線的な截頭円錐体の円錐角
度が、前記シールドおよび前記第２の截頭円錐体の間に
形成される間隙の断面積が前記第２の截頭円錐体の全長
に沿って一定であるように定められていることを特徴と
する電場制御用のコンデンサー型式の障壁。
（３）第１の内側コンデンサー層（６）が開放された内
側の直線的な丸い円筒形の軸線方向の長さに対応する軸
線方向長さを有し、また前記第１のコンデンサー層の外
側に同心的に配置されるコンデンサー層（７）が軸線方
向に長さが短く、また前記内側層から見てコンデンサー
障壁の半径が増大するにつれてその外縁が前記コンデン
サー障壁の直線的な截頭円錐体に対面するように軸線方
向に置かれるように配置された層より成っていることを
特徴とする請求項１に記載された電場制御用のコンデン
サー型式の障壁。
（４）前記第１の内側のコンデンサー層（６）が前記変
圧器の巻線の導電体（１２）に電気的に接続され、また
外側のコンデンサー層が接地電位に接続されていること
を特徴とする請求項１および２に記載された電場制御用
のコンデンサー型式の障壁。
（５）前記コンデンサー障壁は、前記第１の内方に向く
截頭円錐体（２）において管状の延長部（１７）を設け
られていることを特徴とする請求項１に記載された電場
制御用のコンデンサー型式の障壁。
（６）前記巻回体の外側形状が腰部を形成されているこ
とを特徴とする請求項１に記載された電場制御用のコン
デンサー型式の障壁。
（７）前記巻回体の外側形状が腹部を形成されているこ
とを特徴とする請求項１に記載された電場制御用のコン
デンサー型式の障壁。