JPH0479306A - 工業用変圧器 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、整流器用変圧器や電気炉用変圧器などの二
次低圧側の電圧が１ｏｏｖレベルの低圧でかつ容量がＩ
ＯＭＶ八レベへの大容量の工業用変圧器に関する。

（従来の技術） 第３図は従来の工業用変圧器の巻線配置を示す巻線配置
図である。この図において、鉄心１はその外径側表面位
置だけを図示しであるが、図の上方向である軸方向に対
称な棒状をしており、通常の比較的大容量の変圧器では
三相変圧器であり鉄心も３本の鉄心脚が両端で継鉄で磁
気的に接続された三相三脚鉄心が使用され、３本の鉄心
脚のそれぞれにこの図に示す巻線群が同軸に配置される
。

また、前述のような容量とこの程度の容量の電源を得る
電力系統の電圧である６６ｋＶ、　７７ｋＶあるいは１
５４ｋＶの高圧巻線の変圧器では絶縁油を冷却と絶縁を
兼用した媒体とする油入変圧器とするのが一般である。

低圧巻線３は多数の円板コイル３１が軸方向に所定の間
隙を隔てて積み重ねられており、これら円板コイル３１
の２つずつが１組となって１つのコイル群３４を構成し
、これらコイル群３４はそれぞれ内径側で直列に接続さ
れ外径側から口出しり−ド３２が引き出されて引き出し
り一ド３３に接続される。

他のコイル群３４も同様に接続されて結局２つの円板コ
イル３１からなる数１０個の側群が並列接続され１つの
低圧巻線３が形成されている。このような低圧巻線３の
巻線構成は多並列円板巻線と呼ばれていて低電圧大電流
に適した特殊な巻線構成として工業用変圧器に多く用い
られている。

引き出しり一ド３３の配置の関係から低圧巻線は図示の
ように最外径側に設けられるのが普通であり、電力用変
圧器が高圧巻線が最外径側、中圧巻線、低圧巻線はその
内径側に設けられるのが一般的な巻線配置であるのに比
較して、このような低圧巻線を最外径側に配置するのも
工業用変圧器の巻線配置の特徴になっている。

この図では高圧巻線２が鉄心１に最も接近した最内径側
に設けられタップ巻線２３が高圧巻線２と低圧巻線３と
の間に設けられている。タップ巻線２３はタップ数から
決まる本数の電線を軸方向に並べて同時に巻回する多並
列円筒巻線からなっており、この図では２本の電線を示
しているに過ぎないが、実際には１０本前後の電線が同
時に巻回されるものである。この多並列円筒巻線では、
図示しない負荷時タップ切換器によるタップの切換えに
よって電流の流れない電線が生じてもこれによるアンペ
アターンの軸方向の分布の非一様性が小さいたことから
、後述の外部短絡のために巻線に流れる短絡電流によっ
て巻線間に発生する軸方向電磁機械力を低減する構成に
なっているという特長がある。

高圧巻線２は本来円板巻線でも円筒巻線でもよいが、タ
ップ巻線２３と一緒に前締めする構成にするためには円
筒巻線の方がよいという技術的な理由のために円筒巻線
が採用される場合があり、この図のタップ巻線の配置は
このような高圧巻線２が円筒巻線であることを想定して
図示したものである。高圧＠１ＩＡ２に円板巻線を採用
した場合には、タップ巻線２３は高圧巻線２と鉄心の間
に設ける巻線配置が採用されることが多い。

これら３つの巻線は図示のように同軸に配置されるとと
もにそれぞれの軸方向寸法である５ｋＩＡ高さを合わせ
しかもその両端の面も合わせるように配置されている。

この構成は工業用変圧器に限らす内鉄形鉄心を採用する
変圧器の基本的巻線配置である。このような巻線配置を
採用するのは定格電流の１０倍以上の短絡電流がそれぞ
れの巻線に流れた場合に発生する強大な軸方向電磁機械
力をなるべく低減することと、発生した軸方向電磁機械
力に充分耐える構成とするためである。それぞれの巻線
の巻線高さが異なると、その差に比例して巻線に対して
軸方向に電磁機械力が働く、また、巻線高さが一致して
いても、位置が軸方向にずれているとそのずれ寸法に比
例した軸方向電磁機械力が働く。そのため、軸方向電ｆ
１１ｓ械力を低減するために前述のように、巻線高さと
その位置が合った巻線配置が採用されるのである。実際
には、製作上の誤差もあっである程度の軸方向電磁機械
力の発生は避けられないので、これを考慮してそれぞれ
の巻線を支持する構成やあらかじめ軸方向に締付は力を
巻線に与える前締めなどの対策が採られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

第３図には前述のように高圧巻線２に円筒巻線を採用し
たものとして図示したものであり、その理由はタップ巻
線２３をこの高圧巻ｖＡ２と一緒に前締めするためであ
る。円板巻線においては、隣合う円板コイル３１間は絶
縁物が挿入されて必要とする間隙が確保されているのに
対して、円筒巻線では、軸方向に電線が接して巻回され
ているので、円板巻線の方が軸方向に占める絶縁物の割
合がはるかに大きいという違いがある。巻線を軸方向に
締付ける前締めにおいて収縮するのは殆どが絶縁物であ
り、電線導体は金属だから絶縁物に比べれば殆ど寸法変
化はないとしてよい、したがって、円板巻線と円筒巻線
とを同時に並列に前締めすると、円筒巻線に偏って前締
め力がかかり、円板巻線には必要な前締め力がかからな
いという問題が生ずる。前締め時には巻線の乾燥処理も
行われ、乾燥によって絶縁物は収縮するので前締め力の
偏りはなおのこと拡大されることになる。そのため、前
述のように多並列円筒巻線からなるタップＳ線２３を高
圧巻線２と一緒に前締め処理を行うためには、高圧巻線
２に円筒巻線を採用することが必要になる。

円板巻線は円筒巻線にくらべて高圧巻線２の電圧程度で
は円板巻線の方が小さな寸法になるという長所があるた
めに高圧巻線２に円板巻線が採用される場合もあるが、
この場合には、前述の理由からタップ巻線２３を単独で
前締めする構成とする必要がある。タップ巻線２３の容
量は小さくしたがって、巻線の半径方向寸法である巻線
幅も小さいために、これを確実に前締めするためには特
別な構成が必要になるので、構造が複雑になり価格上昇
の原因にもなるという問題がある。

この発明の目的は、低圧巻線が多並列円板巻線からなっ
ている特殊性を利用して、タップ巻線を高圧巻線又は低
圧巻線の軸方向端部の空間に配置することによって、高
圧巻線に円板巻線を採用することが可能になり、しかも
軸方向電磁機械力が過大にならない巻線配置を採用した
工業用変圧器を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するためにこの発明によれば、鉄心に挿
入された円筒状の低圧巻線が軸方向に積み重ねられた複
数の円板コイルで構成される多並列円板巻線であり、高
圧巻線、タップ巻線を含む他の巻線がこの低圧巻線に同
軸に配置されてなる工業用変圧器において、前記タップ
巻線と前記高圧巻線とを円板巻線で構成し、このタップ
巻線を前記高圧巻線又は低圧巻線の軸方向端部に配置さ
れてなるものとする。

［作用］ この発明の構成において、低圧巻線が並列接続された複
数のコイル群からなる多並列円板巻線で構成されている
ことから、他の巻線の配置が軸方向に対称でないことよ
って生ずるアンペアターンの分布の非対称性を、低圧巻
線の各コイル群に流れる電流の分担が不均一になること
によって補正されるという性質がある。したがって、タ
ップ巻線に円板巻線を採用して高圧巻線の軸方向の両端
の一方の空間に配置すると、このタップ巻線に流れる電
流によってアンペアターンは軸方向に非対称になるが、
前述のように低圧巻線内の電流分布がこの非対称アンペ
アターン分布を補正することから外部短絡による短絡電
流によって発生する軸方向電磁機械力が抑制されること
になる。タップ巻線を低圧巻線の軸方向の端部の一方に
設けても同じ作用が生じる。これによって高圧巻線に円
筒巻線を採用する理由がなくなるので、円筒巻線に比べ
て巻線寸法が小さくなる円板巻線が何の支障もなく採用
することが可能になる。

〔実施例〕

以下この発明を実施例に基づいて説明する。第１図はこ
の発明の実施例を示す巻線配置図であり、第３図と共通
の構成要素に対しては同一の参照符号を付すことにより
詳細な説明を省略する。この図において、タップ巻線２
１は４つの円板コイルからなる円板巻線で構成されてい
て、円板巻線で構成された高圧巻線２への上端部の空間
に配置されている。高圧巻線２Ａの上端部の位置は低圧
巻線３の上端部の位置より少し下にあり、タップ巻線２
１の上端部は低圧巻線３の上端部よりも少し上になるよ
うに配置されており、タップ巻線２１の中央高さ位置が
低圧巻線３の上端部に一致するようにしである。高圧巻
線２Ａと低圧巻線３のそれぞれの下端部位置は一致させ
である。

タップ巻線２１は図示しない負荷時タップ切換器が選択
するタップ位置によって電流の流れるターンが変わり、
この図ではタップ巻線２１の全てのターンに電流が流れ
る場合と全てのターンに電流が流れない場合との間をタ
ップ位置に応じてアンペアターンが変化する場合のタッ
プ巻線２１の配置を示すもので、タップ巻線２１のアン
ペアターンが最大の場合には、高圧巻線２Ａとタップ巻
線２１を含めた内径側の巻線のアンペアターンの軸方向
分布に対応する磁気的な等価軸方向寸法は低圧巻線３よ
りも長くなり、逆にタップ巻線２１のアンペアターンが
０の場合には、内径側の巻線の軸方向寸法は高圧巻線２
Ａそのものの寸法であるから低圧巻線３よりも短くなる
。このように低圧巻線３に対向する巻線のアンペアター
ン分布が低圧巻ｗＡ３のコイル寸法に一致しないで非対
称になっているときには、低圧巻線３を構成するそれぞ
れのコイル群３４に流れる電流の分担は不均一になる。

その傾向は、高圧巻線２Ａ側が長いときには低圧巻線３
の上部のコイル群３４に寸法の長い分だけの電流が集中
し、短い場合には上部のコイル群３４の電流分担が減少
し、高圧巻線２Ａ側のアンペアターンの非対称分を低圧
巻線３の電流分担の不均一で打ち消し合うことになる。

低圧巻線３のより＠密な電流分担を求めるには、第１図
のそれぞれの巻線のインピーダンスマトリクスを求めて
それぞれのコイル群３４の電流値を未知数にした多元複
素連立方程式を解くことによって求められる。定性的に
は交流電磁界において、反対方向の電流は互いに接近し
ようとして分布し、同方向の電流は互いに離れようとし
て分布するという性質からも説明することができる普遍
的な現象である。

前述のように、高圧巻線２Ａとタップ巻線２１とを含め
た高圧巻線２＾側のアンペアターンが低圧巻線３の巻線
配置に対して非対称となる分布をすると、この非対称性
を打ち消すように低圧巻線３を構成する並列接続された
コイル群３４の電流分担が決まり、その結果、外部短絡
時の軸方向電磁機械力の発生も抑制されることになる。

したがって、第１図に示すようにアンペアターンが非対
称となるようなタップ巻線２１の配置を採用してもこれ
までの一般的な常識はどには軸方向電磁機械力は大きく
ならない結果になる。

前締めにおいては、高圧巻！２Ａとタップ巻線２１とは
同時に前締力がかけられる。前締め力は高圧巻線２Ａと
タップ巻線２１とで同じ力がかかるので巻線種類にかか
わらず共通に前締めすることに支障はない。

第２図はこの発明の別の実施例を示す巻線配置図である
。この図の第１図との違いは、この図はタップ＠腺２２
が低圧ＩＩ線３の上に配置されている点である。タップ
巻線２２が高圧巻線２Ｂの一部であり、高圧巻線２Ｂと
タップ巻線２２とが電気的に接続される構成の場合には
絶縁上の観点から第１図の構成が妥当である。工業用変
圧器の中には低圧側電圧を広い範囲で調整するために低
圧側回路に直列に挿入される直列変圧器を設けこの直列
変圧器の一次電圧をこの発明の対象である主変圧器の三
次巻線で供給し、この三次巻線をタップ巻線として直列
変圧器の誘起電圧をこのタンプ巻線のタップを変化させ
ることによって変化させ、結果的に低圧側電圧を広い範
囲で変化させようとするものである。このような構成を
採ったときのタップ巻線２２は高圧巻線２Ｂとは別口路
になりその電圧は一般に高圧巻線２Ｂよりも低い値にな
るので、タップ巻線２２はむしろこの図のように低圧巻
線３の上端部の空間に配置するのが妥当になる。この図
の構成では高圧巻線２Ｂの上部端子の引き出しが第１図
に比べて容易になるという特長があり、更にはタップ巻
線２２が外径側にあることによってタップ巻線２２のタ
ップリードの引き出しも容易になるという特長がある。

この図においてタップ巻線２２の電流が低圧巻線３のそ
れと同方向の場合には、前述の交流電磁場の定性的な電
流分布の性質から明らかなように、低圧巻線３のタップ
巻線２２に近い側のコイル群３４の電流分担が減少し、
反対方向の場合には、増加することになり、この点は第
１図の場合と定性的に同じである。タップ巻線２２の位
置が異なるので、これに伴う軸方向電磁機械力も少しは
異なるが本質的な違いは生じない、前締めは低圧Ｓ練３
とタップ巻線２２とが一緒に行われる。

前述の２つの実施例におけるタップ巻線２１．２２をい
ずれも４つの円板コイルからなるものとし、そのコイル
群の数も２としたものを図示したが、実際の工業用変圧
器のタップ数は前述のようにもっと多く、また、タップ
巻線２１．２２の接続方式にも種々あるので、この発明
を実施する上でのタップ巻１２１．２２の構成、配置位
置は、この発明の目的に適合する範囲内においてそれぞ
れの条件が総合的に判断された上で決定されるべきもの
である。

〔発明の効果〕

この発明は前述のように、低圧巻線が多並列円板巻線で
構成されていることから、他の巻線の配置が軸方向に対
称でないことよって生ずるアンペアターンの分布の非対
称性は、低圧巻線の並列接続された各コイル群に流れる
電流が不均一になることによって補正される。したがっ
て、タップ巻線に円板巻線を採用して高圧＠線の軸方向
の両端の一方の空間に配置するとこのタップ巻線に流れ
る電流によってアンペアターンは軸方向に非対称の分布
になるが、前述のように低圧巻線内の電流分布がこの非
対称のアンペアターン分布を補正することから、外部短
絡による短絡電流によって発生する軸方向電磁機械力が
抑制されることになる。

タップ巻線を低圧巻線の軸方向の端部の一方に設けても
同し作用が生じる。これによって高圧巻線に円筒巻線を
採用する理由もなくなるので、円筒巻線に比べて巻線寸
法が小さくなる円板巻線を何の支障もなく採用すること
が可能になる。

タップ巻線を配置する高圧巻線や低圧巻線の軸方向端部
の空間は絶縁的に不要な寸法部を利用することができる
ので、低圧巻線を始めタップ巻線よりも外径側に配置さ
れる巻線の半径寸法が、タップ巻線が占めていた半径方
向寸法分だけ縮小されるという効果が得られる。更に、
従来技術では高圧巻線に円筒巻線を採用していたような
場合にも占積率のよい円板巻線を採用してなんら支障が
生じなくなることから、更に半径方向寸法の縮小という
効果が加えられる。このように半径方向の寸法縮小によ
って、巻線に使用される電線重量が低減されることによ
って工業用変圧器の価格低減の効果が得られるとともに
、巻線に発生する負荷損失も低減されることから効率の
向上とこれに伴う運転コストの低減という効果も得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す巻線配置図、第２図は
この発明の別の実施例を示す巻線配置図、第３図は従来
の工業用変圧器の巻線配置を示す巻線配置図である。 １・・・鉄心、２．２Ａ、　２Ｂ・・・高圧巻線、２Ｌ
　２２．２３・・・タップ巻線、３・・・低圧巻線、３
１・・・円板コイル、３２・・・口出しリード、３３・
・・引き出しリード、３４・・・コイル群。 第１５ 躬Ｚ関 Ｂ 第３圀

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）鉄心に挿入された円筒状の低圧巻線が軸方向に積み
   重ねられた複数の円板コイルで構成される多並列円板巻
   線であり、高圧巻線、タップ巻線を含む他の巻線がこの
   低圧巻線に同軸に配置されてなる工業用変圧器において
   、 前記タップ巻線と前記高圧巻線とを円板巻線で構成し、
   このタップ巻線を前記高圧巻線又は低圧巻線の軸方向端
   部に配置されてなることを特徴とする工業用変圧器。