JPH09219327A - 変圧器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、高圧巻線の端部の電界を低減でき
て全体の小形化を図るようにしている。 【解決手段】 鉄心１１の周囲には、低圧巻線１２が配
設され、この低圧巻線１２の周囲には主絶縁部材１３を
介して高圧巻線１４が配設されている。主絶縁部材１３
は、仕切板１７の両面に多数の巻線間用スペーサ１８
ａ，１８ｂを間欠的に取付けて構成されている。仕切板
１７の一方の面における巻線間用スペーサ１８ａと他方
の面における巻線間用スペーサ１８ｂとは、高圧巻線１
４と低圧巻線１２との対向方向においてずれる構成であ
る。巻線間用スペーサ１８ａ間、１８ｂ間には、ＳＦ_６
ガス等の冷却媒体が流されるようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、巻線の絶縁構造を
改善した変圧器に関する。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】従来のガス絶縁変圧器
の構成を図１６および図１７に示している。鉄心１の周
囲には、低圧巻線２が配設されていると共に、この低圧
巻線２の周囲には主絶縁部材３を介して高圧巻線４が配
設されている。上記主絶縁部材３は、仕切板５の両面に
多数の巻線間用スペーサ６を間欠的に取付けてなる。そ
して、巻線間用スペーサ６間には、ＳＦ_６ガス等の冷却
媒体が流されるようになっている。この主絶縁部材３の
役割は、低圧巻線２と高圧巻線４とを絶縁することと、
低圧巻線２および高圧巻線４を冷却することと、二次短
絡時の電磁力等の機械的な力に対して巻線全体が耐える
ように支持することにある。

【０００３】この主絶縁部材３は、電圧が１１ｋＶ以上
のいわゆる特別高圧以上のクラスでは、高圧巻線４と低
圧巻線２とに絶縁距離が数１０ｍｍ以上必要となるため
に、スペーサ６は構造的に１段では無理があり、通常は
２段以上の構成となる。このような事情から、主絶縁部
材３は、図１７に示したように、絶縁板からなる仕切板
５の両面に多数の巻線間用スペーサ６を間欠的に取付け
る構成とされたものである。

【０００４】ところで、ガス絶縁機器の絶縁性能は、あ
る一定電界以上になると部分放電が発生し、ついには、
絶縁破壊が発生するので、絶縁構成の最高電界により決
まるものである。したがって、部分的に高い電界を発生
せず、できる限り均一な低い電界分布にすることが好ま
しい。

【０００５】しかし、高圧巻線４の端部には、図１８お
よび図１９に示すように、素線４ａと端部詰物４ｂ（支
持絶縁物の一種）とスペーサ６とにより、いわゆるガス
の楔ギャップ７が形成されるものであり、この楔ギャッ
プ７は、電界が誘電体界面で大きくなるので絶縁上の弱
点となる。

【０００６】この楔ギャップ対策としては、特開昭５９
−２２２９１３号公報に示されるように、構造的に楔ギ
ャップが形成されないように工夫したものがある。しか
しこれでは、構造が複雑であり且つ耐機械力も弱くなる
欠点があった。すなわち、特に容量の小さいガス絶縁変
圧器では、巻線をコンパクトにする上では、楔ギャップ
を形成しても他の絶縁構成絶縁ギャップの電界を低減す
ることで絶縁性能を向上することが重要となる。

【０００７】これらの観点から、前記楔ギャップ７に加
わる電界について考える。特にスペーサ６が、高圧巻線
４と低圧巻線２との対向方向に重なった場合の影響につ
いて考える。図１８においては、高圧巻線４の端部の電
位を１００％とし、低圧巻線２の電位を０％とすると、
９０％の等電位面は、スペーサ６が電界の加わる方向
（高圧巻線４と低圧巻線２との対向方向）に重なった部
位（図１７のＡ部分）では、図１８に示すように、符号
Ａ′で示すように位置し、スペーサ６が重ならない部位
（図１７のＢ部分）では、図１８に示すように、符号
Ｂ′で示すように位置するところとなる。これは簡単に
は次のように説明される。

【０００８】電界が加わる方向にガスのギャップｄ１、
絶縁物（スペーサ）が厚みがｄ２あるとし、それぞれの
比誘電率をｅ１、ｅ２とするとガスの部分に加わる電圧
は、 １／［（ｄ１／ｅ１）＋（ｄ２／ｅ２）］ に比例する。通常、ｅ２／ｅ１は２〜５程度であるが、
絶縁物の誘電率が高いと、その分だけガスに電圧が余分
に加わることになる。つまり、ｄ１＋ｄ２のトータルギ
ャップを等しくするとき、楔ギャップの電界を低減する
には、ガスのギャップ長をできるだけ長くするようが良
いことが判る。

【０００９】これに対して、従来においては、図１７に
示したように、スペーサ６が電界の加わる方向に重なっ
てしまうことがあったので、高圧巻線４の楔ギャップ７
の電界が高くなり、低い電圧で部分放電を発生させた
り、絶縁破壊することがあった。この対策として、主絶
縁部材の厚さを厚くすると、巻線が大きくなり、総じて
ガス絶縁変圧器が大きくなってしまう。

【００１０】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、高圧巻線の端部の電界、ひいては楔
ギャップ部分の電界を低減でき、絶縁距離を小さくでき
て全体の小形化を図ることができる変圧器を提供するに
ある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】第１の手段は、高圧巻線
と低圧巻線とをほぼ同心巻きとし、その高圧巻線と低圧
巻線との間に、仕切板の両面に多数の巻線間用スペーサ
を間欠的に取付けてなる主絶縁部材を介在させ、各巻線
間用スペーサ間に冷却媒体を通したものにおいて、前記
仕切板の一方の面における巻線間用スペーサと他方の面
における巻線間用スペーサとを、高圧巻線と低圧巻線と
の対向方向においてずらして配設したところに特徴を有
する。

【００１２】この構成においては、主絶縁部材における
仕切板の一方の面における巻線間用スペーサと他方の面
における巻線間用スペーサとが、高圧巻線と低圧巻線と
の対向方向つまり電界のかかる方向に重なることがな
く、主絶縁部材の各部において巻線端部に加わる電界を
低減でき、いわゆる楔ギャップの電界を低減できる。こ
れにより主絶縁部材の絶縁厚さを小さくでき、全体の小
形化を図ることが可能となる。

【００１３】第２の手段は、高圧巻線と低圧巻線とをほ
ぼ同心巻きとし、その高圧巻線と低圧巻線との間に、仕
切板の両面に多数の巻線間用スペーサを間欠的に取付け
てなる主絶縁部材を介在させ、各巻線間用スペーサ間に
冷却媒体を通したものにおいて、前記巻線間用スペーサ
および仕切板の誘電率を冷却媒体の誘電率の２倍以下に
設定したところに特徴を有する。

【００１４】この構成においては、それぞれ絶縁物であ
る巻線間用スペーサおよび仕切板の誘電率が、ガス等の
冷却媒体の誘電率の２倍以下であると、楔ギャップの電
界が低減される。この結果、主絶縁部材の絶縁厚さを小
さくでき、これにより全体の小形化を図ることが可能と
なる。

【００１５】第３の手段は、高圧巻線と低圧巻線とをほ
ぼ同心巻きとし、その高圧巻線と低圧巻線との間に、仕
切板の両面に多数の巻線間用スペーサを間欠的に取付け
てなる主絶縁部材を介在させ、各巻線間用スペーサ間に
冷却媒体を通したものにおいて、前記仕切板の一方の面
における巻線間用スペーサと他方の面における巻線間用
スペーサとを、その端部でのみ、高圧巻線と低圧巻線と
の対向方向においてラップして配設し、且つ、各巻線間
用スペーサにおける前記対向方向と直交する面に凹状の
くぼみを形成したところに特徴を有する。

【００１６】この構成においては、仕切板の一方の面に
おける巻線間用スペーサと他方の面における巻線間用ス
ペーサとが、その端部で僅かながらもラップしているか
ら、電界が加わる方向に対する強度が強く、しかも、各
巻線間用スペーサにおける前記対向方向と直交する面が
凹状にくぼんでいるから、このくぼみ部分のガスに電圧
を分担でき、高圧巻線端部の電界を低減できる。この結
果、主絶縁部材の絶縁厚さを小さくでき、これにより全
体の小形化を図ることが可能となる。

【００１７】第４の手段は、高圧巻線と低圧巻線とをほ
ぼ同心巻きとし、その高圧巻線と低圧巻線との間に、主
絶縁部材を介在させ、且つ、高圧巻線の層間に層間スペ
ーサを多数間欠的に配設し、前記主絶縁部材内および層
間スペーサ間に冷却媒体を通したものにおいて、前記層
間スペーサのうち前記高圧巻線端部に対応する部分を他
の部位よりも幅狭に形成したところに特徴を有する。

【００１８】この構成においては、電界が集中する高圧
巻線の端部部分に対応して、層間スペーサの幅を狭くし
たから、高圧巻線の端部の電界を低減できる。この結
果、主絶縁部材の絶縁厚さを小さくでき、これにより全
体の小形化を図ることが可能となる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施例につ
き図１ないし図９を参照しながら説明する。鉄心１１の
周囲には、低圧巻線１２が配設されていると共に、この
低圧巻線１２の周囲には主絶縁部材１３を介して高圧巻
線１４が配設されている。この高圧巻線１４は、図２お
よび図４にも示すように、素線１４ａをコイル状に巻回
すると共に、各層間に絶縁物からなる層間スペーサ１５
（図８にも示す）を間欠に介在させて構成され、また、
各素線１４ａの上端部には絶縁物からなる端部詰物１６
が配設されている。この端部詰物１６は素線１４ａを軸
方向に固定するものである。

【００２０】一方、前記低圧巻線１２は、図２および図
６に示すように、シート状の素線１２ａを巻回して構成
されており、その上下端部に端部絶縁部材１２ｂを設け
ている。また、上記素線１２ａの各層間にもスペーサ１
２ｃを間欠的に介在させている。

【００２１】上記主絶縁部材１３は、図５にも示すよう
に、絶縁物からなる仕切板１７の両面に、これも絶縁物
からなる多数の巻線間用スペーサ１８ａ，１８ｂを間欠
的に取付けて構成されている。ここで、この主絶縁部材
１３において、前記仕切板１７の一方の面における巻線
間用スペーサ１８ａと他方の面における巻線間用スペー
サ１８ｂとを、高圧巻線１４と低圧巻線１２との対向方
向においてずれるように配設している。

【００２２】そして、巻線間用スペーサ１８ａ間、１８
ｂ間には、ＳＦ_６ガス等の冷却媒体が流されるようにな
っている。この主絶縁部材１３の役割は、低圧巻線１２
と高圧巻線１４とを絶縁することと、低圧巻線１２およ
び高圧巻線１４を冷却することと、二次短絡時の電磁力
等の機械的な力に対して巻線全体が耐えるように支持す
ることにある。なお、上述の絶縁物としては、アラミッ
ド系絶縁物と、一般のプレスボード（紙を押し固めたも
の）等がある。

【００２３】また、これら低圧巻線１２、主絶縁部材１
３および高圧巻線１４の各上下端部と、鉄心１１の上下
の継鉄部１１ａ（図２参照）との間には、支持部材１９
（上方のもののみ図示）が設けられている。この支持部
材１９は、図３に示すように、絶縁物からなるドーナッ
ツ円板状の支持板２０の上下両面に径方向に指向する多
数の支持用スペーサ２１を取着して構成されている。

【００２４】このような構成の本実施例によれば、主絶
縁部材１３における仕切板１７の一方の面における巻線
間用スペーサ１８ａと他方の面における巻線間用スペー
サ１８ｂとが、高圧巻線１４と低圧巻線１２との対向方
向つまり電界のかかる方向に重なることがなく、主絶縁
部材１３の各部において巻線端部に加わる電界を低減で
き、いわゆる楔ギャップ２２（図７参照）の電界を低減
できる。これにより主絶縁部材１３の絶縁厚さを小さく
でき、全体の小形化を図ることができる。

【００２５】ところで、図９には、主絶縁部材の仕切板
および巻線間用スペーサの誘電率と、冷却媒体の誘電率
との比と、楔ギャップの電界の強さとの関係を示してい
る。この図から、主絶縁部材の仕切板および巻線間用ス
ペーサの誘電率が、冷却媒体の誘電率の２倍以下のとき
には、楔ギャップの電界の強さが弱く、２倍を超えると
強くなることが判る。既述したアラミッド系絶縁物を多
孔質板状に成形した絶縁物の誘電率は、ほぼ１．９であ
り、また、一般のプレスボード（紙を押し固めたもの）
の誘電率はほぼ３．４である。ただし前者のものは、高
価で、機械力が弱く、高温に耐えるというものあり、後
者のものは、その逆の特性を有する。冷却媒体たるＳＦ
_６ガスの誘電率は１である。

【００２６】本実施例では、主絶縁部材１３の仕切板１
７および巻線間用スペーサ１８ａ，１８ｂの絶縁材料
を、上述のアラミッド系絶縁物を多孔質に板成形した絶
縁物とし、冷却媒体をＳＦ_６ガスとしており、この結
果、前者の誘電率が後者の誘電率の２倍以下となり、楔
ギャップ２２の電界が低減され、主絶縁部材１３の絶縁
厚さを小さくでき、これによっても全体の小形化を図る
ことが可能となる。なお、このような誘電率の比を採用
すれば、巻線間用スペーサ１８ａ，１８ｂがずれる構成
は必ずにも必要でない。

【００２７】図１０は本発明の第２の実施例を示し、こ
の実施例においては主絶縁部材３１の構成が第１の実施
例と異なる。すなわち、この主絶縁部材３１における仕
切板３２は、例えば、絶縁紙とレジン紙とを積層し加熱
硬化させてなるところの丈夫な絶縁筒を、軸方向に切断
したものであり、この仕切板３２を低圧巻線１２に緊密
に巻き、そして両端部をラップさせ、その上に高圧巻線
１４を巻いている。

【００２８】この実施例によれば、低圧巻線１２、主絶
縁部材３１の仕切板３２および高圧巻線１４を緊密に巻
くことができる構成であるので、全体の強度アップを図
り得る。すなわち、仮に主絶縁部材の仕切板が単なる絶
縁紙から円筒状に形成されていると、巻線間用スペーサ
が相互にずれていることから、変圧器の容量が大きいよ
うな場合において、短絡時等に機械力が加わると、仕切
板がこれに耐え得ずに変形することがある。しかるに、
この実施例では、上述したように、仕切板３２を円筒状
ではなく、周方向に端部が存する筒状として、低圧巻線
１２と、この仕切板３２と、高圧巻線１４とを緊密に巻
くから、三者の締結強度が大きくなり、全体の強度がア
ップする。

【００２９】図１１は本発明の第３の実施例を示してお
り、この実施例においては、主絶縁部材４１の構成が第
１の実施例と異なる。すなわち、この主絶縁部材４１に
おいては、仕切板１７の一方の面における巻線間用スペ
ーサ４２ａと他方の面における巻線間用スペーサ４２ｂ
とを、その端部４２ｃ，４２ｄでのみ、高圧巻線と低圧
巻線との対向方向においてラップするように配設し、且
つ、各巻線間用スペーサ４２ａ，４２ｂにおける前記対
向方向と直交する面を、凹状にくぼむように形成してい
る。

【００３０】この実施例においては、一方の巻線間用ス
ペーサ４２ａと他方の巻線間用スペーサ４２ｂとが、そ
の端部４２ｃ，４２ｄで僅かながらもラップしているか
ら、電界が加わる方向に対する強度強く、しかも、各巻
線間用スペーサ４２ａ，４２ｂにおける前記対向方向と
直交する面が凹状にくぼんでいるから、このくぼみ部分
のガスに電圧を分担でき、高圧巻線１４端部の電界を低
減できる。この結果、この主絶縁部材４１の絶縁厚さを
小さくでき、これにより全体の小形化を図ることができ
る。

【００３１】図１２は本発明の第４の実施例を示し、こ
の実施例においては、支持部材５１の構成が第１の実施
例と異なる。この支持部材５１は、絶縁板５２，５２間
に絶支持用スペーサ５３を介在させて構成されており、
この支持用スペーサ５３は、単位スペーサ５４を複数の
中間板５５に空隙を形成するように取付けて構成されて
いる。なお、支持用スペーサ５３間には冷却媒体を流す
が、単位スペーサ５４相互間の空隙には冷却媒体は流さ
ない。特に、各単位スペーサ５４は重ならないように配
設され、但しその端部のみがラップするようにしてい
る。この実施例によれば、支持部材５１の機械的強度を
高くできると共に、高圧巻線１４端部の電界を低減でき
る。

【００３２】図１３は本発明の第５の実施例を示してお
り、この実施例においては、端部詰物６１の構成が第１
の実施例と異なる。すなわち、この端部詰物６１は、円
弧シート状の絶縁板６２，６２間に波形の絶縁板６３を
取着して構成されている。図１４には、端部詰物に占め
る絶縁物の厚さの割合と電界との関係を示している。す
なわち、絶縁物の厚みの合計を端部詰物の見掛けの厚さ
で除した割合が約２０％までは余り電界は高くならない
が、それ以上になると電界が高くなる。

【００３３】この実施例のように、絶縁板６２，６２間
に波形絶縁板６３を取着する構成とすると、必要な強度
を確保しながら、上述の割合を２０％以下にすることが
容易となり、この結果、変圧器全体の強度を確保しなが
ら、高圧巻線１４端部の電界を低減できる。

【００３４】図１５は本発明の第６の実施例を示してお
り、この実施例においては、高圧巻線１４の層間スペー
サ７１の構成が第１の実施例と異なる。すなわち、この
層間スペーサ７１は、高圧巻線１４端部に対応する部分
を他の部位よりも幅狭に形成している。その幅狭部分に
符号７１ａを付している。この実施例によれば、高圧巻
線１４端部の電界を低減できる。つまり、層間スペーサ
は、従来、その幅より数倍程度の離間距離をおいて並ぶ
ように設けられている。この場合、高圧巻線１４端部の
電界を低減することは困難である。本発明者が実験およ
び調査したところ、層間スペーサの幅より１０倍以上の
離間距離をおいて並ぶように設ければ、高圧巻線１４端
部の電界の低減を図ることが可能である。しかるにこの
実施例によれば、層間スペーサ７１において、高圧巻線
１４端部に対応する部分を他の部位よりも幅狭に形成し
ているから、高圧巻線１４端部の電界を低減でき、この
結果、主絶縁部材１３の絶縁厚さを小さくでき、これに
より全体の小形化を図ることができる。

【００３５】

【発明の効果】本発明は以上の説明から明らかなよう
に、次の効果を得ることができる。請求項１の発明によ
れば、主絶縁部材における仕切板の一方の面における巻
線間用スペーサと他方の面における巻線間用スペーサと
を、高圧巻線と低圧巻線との対向方向つまり電界のかか
る方向にずれるようにしたから、主絶縁部材の各部にお
いて巻線端部に加わる電界を低減でき、いわゆる楔ギャ
ップの電界を低減できる。これにより主絶縁部材の絶縁
厚さを小さくでき、全体の小形化を図ることができる。

【００３６】請求項２の発明によれば、巻線間用スペー
サおよび仕切板の誘電率を冷却媒体の誘電率の２倍以下
に設定したから、楔ギャップの電界を低減でき、この結
果、主絶縁部材の絶縁厚さを小さくでき、これにより全
体の小形化を図ることができる。

【００３７】請求項３の発明によれば、主絶縁部材にお
ける仕切板の一方の面における巻線間用スペーサと他方
の面における巻線間用スペーサとを、その端部でのみ、
高圧巻線と低圧巻線との対向方向においてラップするよ
うに配設し、且つ、各巻線間用スペーサにおける前記対
向方向と直交する面を、凹状にくぼむように形成したか
ら、電界が加わる方向に対する強度が強く、しかも、く
ぼみ部分のガスに電圧を分担できて、高圧巻線端部の電
界を低減できる。この結果、主絶縁部材の絶縁厚さを小
さくでき、これにより全体の小形化を図ることができ
る。

【００３８】請求項４の発明によれば、層間スペーサの
うち高圧巻線端部に対応する部分を他の部位よりも幅狭
に形成したから、高圧巻線端部の電界を低減でき、この
結果、主絶縁部材の絶縁厚さを小さくでき、これにより
全体の小形化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す要部の横断平面図

【図２】要部の縦断側面図

【図３】支持部材の斜視図

【図４】高圧巻線の斜視図

【図５】主絶縁部材の斜視図

【図６】低圧巻線の斜視図

【図７】楔ギャップ部分の縦断側面図

【図８】層間スペーサ部分の斜視図

【図９】絶縁物の誘電率と冷却媒体の誘電率の比と、楔
ギャップの電界との関係を示す図

【図１０】本発明の第２の実施例を示す主絶縁部材の横
断平面図

【図１１】本発明の第３の実施例を示す主絶縁部材の横
断平面図

【図１２】本発明の第４の実施例を示す支持部材の部分
的斜視図

【図１３】本発明の第５の実施例を示す端部詰物部分の
斜視図

【図１４】端部詰物に占める絶縁物の厚さの割合と電界
との関係を示す図

【図１５】本発明の第６の実施例を示す層間スペーサ部
分の斜視図

【図１６】従来例を示す要部の縦断側面図

【図１７】要部の横断平面図

【図１８】高圧巻線端部部分の縦断側面図

【図１９】楔ギャップ部分の縦断側面図

【符号の説明】

１１は鉄心、１２は低圧巻線、１３は主絶縁部材、１４
は高圧巻線、１４ａは素線、１５は層間スペーサ、１６
は端部詰物、１７は仕切いた、１８ａ，１８ｂは巻線間
用スペーサ、１９は支持部材、２０は支持部材、２１は
支持用スペーサ、２２は楔ギャップ、３１は主絶縁部
材、３２は仕切板、４１は主絶縁部材、４２ａ，４２ｂ
は巻線間用スペーサ、５１は支持部材、５２は絶縁板、
５３は絶支持用スペーサ、５４は単位スペーサ、６１は
端部詰物、７１は層間スペーサを示す。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高圧巻線と低圧巻線とをほぼ同心巻きと
   し、その高圧巻線と低圧巻線との間に、仕切板の両面に
   多数の巻線間用スペーサを間欠的に取付けてなる主絶縁
   部材を介在させ、各巻線間用スペーサ間に冷却媒体を通
   したものにおいて、前記仕切板の一方の面における巻線
   間用スペーサと他方の面における巻線間用スペーサと
   を、高圧巻線と低圧巻線との対向方向においてずらして
   配設したことを特徴とする変圧器。
2. 【請求項２】 高圧巻線と低圧巻線とをほぼ同心巻きと
   し、その高圧巻線と低圧巻線との間に、仕切板の両面に
   多数の巻線間用スペーサを間欠的に取付けてなる主絶縁
   部材を介在させ、各巻線間用スペーサ間に冷却媒体を通
   したものにおいて、前記巻線間用スペーサおよび仕切板
   の誘電率を冷却媒体の誘電率の２倍以下に設定したこと
   を特徴とする変圧器。
3. 【請求項３】 高圧巻線と低圧巻線とをほぼ同心巻きと
   し、その高圧巻線と低圧巻線との間に、仕切板の両面に
   多数の巻線間用スペーサを間欠的に取付けてなる主絶縁
   部材を介在させ、各巻線間用スペーサ間に冷却媒体を通
   したものにおいて、前記仕切板の一方の面における巻線
   間用スペーサと他方の面における巻線間用スペーサと
   を、その端部でのみ、高圧巻線と低圧巻線との対向方向
   においてラップして配設し、且つ、各巻線間用スペーサ
   における前記対向方向と直交する面に凹状のくぼみを形
   成したことを特徴とする変圧器。
4. 【請求項４】 高圧巻線と低圧巻線とをほぼ同心巻きと
   し、その高圧巻線と低圧巻線との間に、主絶縁部材を介
   在させ、且つ、高圧巻線の層間に層間スペーサを多数間
   欠的に配設し、前記主絶縁部材内および層間スペーサ間
   に冷却媒体を通したものにおいて、前記層間スペーサの
   うち前記高圧巻線端部に対応する部分を他の部位よりも
   幅狭に形成したことを特徴とする変圧器。