JPH09283343A - 電磁誘導機器巻線 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】絶縁性能を向上し、コンパクトで製作しやすい
電磁誘導機器巻線を提供する。 【解決手段】導体３に絶縁被覆４を施した素線７を巻回
して連続円板巻線１１を構成する。この巻線１１の電圧
印加端部分の素線７を他の部分の素線２に対して導体３
の断面を偏平に構成するとともに絶縁被覆４を厚く構成
する。また耐サージ巻線からなる電磁誘導機器巻線にお
いて、隣り合う巻線セクションの相対する面に絶縁補強
を施して構成することもできる。さらに連続円板巻線に
おいては、巻線セクション内を素線数が４本以下になる
ようにブロックに分け、各ブロックごとに絶縁を施すこ
とができる。

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性能を向
上した電磁誘導機器巻線に関する。

【０００２】

【従来の技術】変圧器をはじめとして広く使用されてい
る電磁誘導機器は冷却媒体の種類等に応じて数種類に分
類される。中でもガス絶縁変圧器は特に不燃性と高信頼
性を特徴とし適応が拡大してきている。以下にSF6 ガス
絶縁変圧器の場合を例にとり説明する。

【０００３】図８は従来のガス絶縁変圧器に使用される
連続円盤巻線１である。巻線１は素線２を巻回して製作
されるが、巻線１としてはターン間と巻線セクション間
の絶縁を考慮する必要がある。また巻線１は他の巻線と
対向しており、さらに鉄心やタンクなどのアース面と対
向しているので、他の巻線間の絶縁と対アース間の絶縁
を考慮しなければならない。

【０００４】素線２は導体３に絶縁被覆４を巻回して製
作されるが、この絶縁被覆厚さでは大きな電圧がターン
間及びセクション間に加わると、冷却媒体とともに絶縁
破壊する。特にガス絶縁変圧器ではガス絶縁の性能はあ
る一定電界以上になると、部分放電が発生し、ついには
全路の絶縁破壊が発生することがある。SF6 ガスの破壊
電界は素線２の絶縁被覆４の破壊電界より大幅に低いの
で、絶縁破壊が発生する電圧より低い電圧でSF6 ガスが
部分放電を発生する。この場合、印加電圧が大きいと、
ＳＦ6 ガスの放電が進展し、絶縁被覆４の弱点を探し
て、その部分で絶縁破壊する。

【０００５】またＳＦ6 ガスの絶縁破壊のＶ−ｔ特性は
１μｓ以上ではほぼフラットなために、ガス絶縁変圧器
では交流の電圧印加より雷サージや開閉サージなどのサ
ージの印加が絶縁的に弱点となり易い。

【０００６】このようなガス絶縁変圧器の連続円板巻線
１にサージが進入すると、各セクションの端部におい
て、電位は図９の（ａ）のようになり、印加端から少し
離れるだけで電位ｖが大幅に低下するので、印加端付近
の巻線セクション間に大きな分担電圧が加わることにな
る。巻線セクション間に大きな分担電圧が加わることに
より、巻線セクション間の絶縁距離を長く確保して、絶
縁性能を確保しなければならなくなり、巻線全体が大き
くなってしまう欠点があった。

【０００７】この欠点を解決するために従来から耐サー
ジ巻線が使用されてきた。図１０はその一例であるハイ
セルキャップ巻線５の一部を示す。ハイセルキャップ巻
線５ではセクション間に素線２を２度巻回し、１回目の
巻回素線の隣りに２回目の素線を巻回するように素線２
の渡り６を施すことにより、巻線セクション内の直列静
電容量を大幅に増加させている。このため図９（ｂ）の
ように電圧印加端付近の電圧分担を連続円盤巻線１と比
べて、大幅に低減できる。

【０００８】しかし耐サージ巻線は上述のように巻線構
造が複雑であるために、連続円盤巻線１のような簡単な
構造の巻線に比べて製作しにくい欠点があった。また耐
サージ巻線は異常電圧が発生することがある。すなわち
図１１のようにハイセルキャップ巻線５のａ〜ｉの各部
分の電位を調べてみる。印加される可能性がある周波数
のサージを、ハイセルキャップ巻線５に印加した場合、
電位の分布は図１２に示す如くなる。ハイセルキャップ
巻線５の固有振動数と離れた周波数成分のみが印加され
ると、図１２の直線の電位分布となるが、固有振動数の
偶数調波成分については隣接セクションとの磁気的結合
によって共振を生む。そうして図１２のようにハイセル
キャップ巻線５のセクション端部ａ，ｃ，ｅ，ｇ，ｉを
節として電位が振動する。このためセクションの中央部
ｂ，ｄ，ｆ，ｈの電位が大きく振られて中央部間に過大
な電圧が発生することがある。

【０００９】進入サージの周波数は単一ではなく多くの
周波数成分で構成されている。このために実際の使用状
態に於いては、上述のような大きな共振現象が発生する
ことは希であった。

【００１０】さて近年、ガス開閉器や真空開閉器の技術
の進歩が著しく広く使用されるようになってきている。
これらの開閉器の発生するサージは100kHzから数MHz で
あり、ハイセルキャップ巻線５の固有振動数と同じ周波
数レベルであり、数は少ないがこれらの開閉サージに対
する巻線の共振現象から異常電圧が発生し、絶縁破壊に
結びつく可能性が出現してきた。このために巻線セクシ
ョン間の絶縁距離を広げて絶縁性能を高める工夫はされ
ているが、巻線が大きくなってしまう欠点があった。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】従来の電磁誘導機器巻
線においては、特にガス絶縁変圧器では、以上のように
サージに対して弱いので、絶縁距離を多く確保するな
ど、巻線が大きくなったり、複雑な巻線を巻回する必要
がある欠点を有していた。そこで、本発明においては、
絶縁性能を向上し、コンパクトで製作しやすい電磁誘導
機器巻線を提供すること目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、導体に絶縁被
覆を施した素線を巻回した連続円板巻線からなる電磁誘
導機器巻線において、電圧印加端部分の素線を他の部分
の素線に対して導体の断面を偏平に構成するとともに絶
縁被覆を厚くしたことを特徴とする。（［請求項１］） この場合、電圧印加端部分の素線のコーナ部分を弾性体
で覆うこともできる。（［請求項２］） また、電圧印加端部分の素線のコーナ部分を覆う弾性体
を巻線セクション間に配置し、この弾性体または弾性体
の近傍の巻線セクションに冷却ダクトを設けることがで
きる。（［請求項３］） また本発明は、導体に絶縁被覆を施した素線を巻回した
耐サージ巻線からなる電磁誘導機器巻線において、隣り
合う巻線セクションの相対する面に絶縁補強を施したこ
とを特徴とする。（［請求項４］） さらに本発明は、導体に絶縁被覆を施した素線を巻回し
た連続円板巻線からなる電磁誘導機器巻線において、巻
線セクション内を素線数が４本以下になるようにブロッ
クに分け、各ブロックごとに絶縁を施したことを特徴と
する。（［請求項５］） これらの手段は定格、使用、場所などの条件に応じてそ
れぞれ最適に適応される。これらの手段により、以下の
作用が生じる。

【００１３】請求項１記載の発明によれば、電圧印加端
部分の素線を他の部分の素線に対して平べったく、絶縁
被覆を厚くすることにより、連続円盤巻線に於いて、一
層の電位分担の上昇を生むことなく素線被覆の絶縁耐圧
を向上する。

【００１４】請求項２記載の発明によれば、端部の素線
のコーナ部分を弾性体で覆うことにより、素線端部の角
部分の冷却媒体を排除し、絶縁体力の弱い冷却媒体の放
電をなくすることができる。

【００１５】請求項３記載の発明によれば、端部の素線
のコーナ部分を弾性体で覆い、弾性体または弾性体近傍
の巻線セクションのターン間に冷却ダクトを設けること
により、巻線の冷却性能を向上することができる。

【００１６】請求項４記載の発明によれば、隣り合う巻
線セクションの相対する面に絶縁補強を施すことによ
り、耐サージ巻線に巻線セクション間の振動周波数とほ
ぼ等しい周波数のサージが進入しても巻線セクション間
の絶縁破壊を防止することができる。

【００１７】請求項５記載の発明によれば、巻線セクシ
ョン内に於いて、巻線セクション内を素線本数４本以下
になるようにブロックに分け、ブロックごとに絶縁を施
すことにより、ブロック内では絶縁破壊は生じず、ブロ
ック間は絶縁補強されているので、巻線セクション内の
ターンをまたぐ絶縁破壊を防止することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面を引用しながら本発明
の実施例を説明する。図１は本発明の電磁誘導機器巻線
の断面図を示す。導体に絶縁被覆を施した素線７を巻回
した連続円板巻線１１において、電圧印加端部分の素線
７の導体３を他の一般部分の素線２の導体に対して偏平
にする。これに伴い絶縁被覆４を厚く構成する。連続円
板巻線１１に於いて、絶縁被覆４は厚くなったが、ター
ン間で隣り合う素線の面積は広くなったので、ターン間
の静電容量は変わらない。ターン間の静電容量が減少す
ると、その分、分担電圧が増加するが、ターン間の静電
容量は変わらないので、一般部分の素線２で巻いた場合
と分担電圧をほぼ等しくできる。しかも絶縁被覆４の厚
さが厚くなるので、巻線セクション間の絶縁耐力を向上
できる。

【００１９】本発明によれば、サージ進入時に分担電圧
が多く加わる巻線の電圧印加端部分の巻線セクションに
おいて、分担電圧の上昇を生むことなく素線被覆の絶縁
性能を向上でき、コンパクトで製作しやすい電磁誘導機
器巻線が得られる。

【００２０】図２は他の本発明の電磁誘導機器巻線の断
面図を示す。この巻線において端部の素線のコーナ部分
を弾性体８で覆う構造を採用する。弾性体８は例えば図
３のような構造であり、ゴム系の材料でできており、幅
方向両端部分を素線２の角部に当てて使用される。弾性
体８の中央部には冷却媒体を通す冷却ダクト８ａが設け
られている。

【００２１】弾性体８を巻線の内側に施す場合は図示し
ていない巻線のシリンダー上の冷却ダクトピ−ス上に弾
性体を巻き、その上に巻線を巻く。弾性体８を巻線の外
側に施す場合は巻線を巻いた上に弾性体８を巻き、その
上を冷却ダクトピ−スなどで固定する。

【００２２】この弾性体８は素線２の角部に隙間無く密
着するので、素線の角部の冷却媒体を排除する。渡り６
がない側の巻線セクション端部はセクション間自身の分
担電圧、また他巻線間の電圧、鉄心などのアースとの間
の電圧が加わり、冷却媒体が放電しやすい構造となって
おり、この冷却媒体の放電が進展すると、絶縁被覆４の
絶縁破壊を伴い、巻線セクション間、他の巻線間、アー
ス間に全路破壊を発生させることがあるが、上述のよう
に構成した巻線においては、このような絶縁耐力の弱い
冷却媒体の放電をなくすことができるので、絶縁性能を
向上でき、製作性の良い連続円板巻線を採用でき、コン
パクトな電磁誘導機器巻線が得られる。

【００２３】図４は他の本発明の電磁誘導機器巻線の一
部の断面図を示す。巻線セクション端部の素線のコーナ
部分を弾性体９で覆った連続円板巻線１１において、弾
性体９近傍の巻線セクションのターン間に冷却媒体用の
冷却ダクト１０を設けたものである。冷却ダクト１０は
図示しないが一般に冷却ダクトとして使用されている構
造と同じく、素線幅と同じ幅のシート上に数mmの素線幅
と同じ長さのプレスボード棒などを数10mmピッチで張り
合わせて製作される。冷却ダクト１０は内側のターンを
巻いた後巻かれ、外側のターンにより固定される。弾性
体９は孔のある弾性体の他に、孔のない弾性体も使用で
きる。冷却媒体は弾性体の孔だけでなく、冷却ダクト１
０を通っても流れる。このために巻線１１の冷却性能を
向上でき、コンパクトな電磁誘導機器巻線が得られる。

【００２４】なお余り発熱が多くない機器には孔のない
弾性体９を使用でき、弾性体９の構造を簡単にでき、製
作性を向上できる。図５は他の本発明の電磁誘導機器巻
線の一部の断面図を示す。導体に絶縁被覆を施した素線
を巻回したハイセルキャップ巻線２１からなる耐サージ
巻線において、例えば耐サージ巻線の隣り合う巻線セク
ションの相対する面の中央部に絶縁物１２を敷いたもの
である。これにより、巻線セクション間の中央部におい
て、隣り合うセクションに対する絶縁を補強することが
できる。

【００２５】耐サージ巻線にセクション間の振動周波数
とほぼ等しい周波数のサージが進入しても、巻線セクシ
ョン中央部の共振現象による電圧のはね上がりに対し
て、巻線セクション間の放電の発生を抑制でき、セクシ
ョン間の絶縁破壊を防止でき、コンパクトで、信頼性の
ある電磁誘導機器巻線が得られる。

【００２６】図６は他の本発明の電磁誘導機器巻線の一
部の断面図を示す。巻線セクション内に於いて、セクシ
ョン内を素線本数４本以下になるようにブロックに分
け、ブロックごとに絶縁物１３を施す。絶縁物１３は例
えば予め成形されたコの字形のフィルムや絶縁紙であ
り、素線２を巻回するときに同時に巻き込まれる。

【００２７】発明者の研究ではターン間にサージ電圧を
加えるとターン間の端の楔部分で部分放電が検出され
る。この放電は一般にはインパルスコロナと呼ばれる。
さらにサージ電圧をあげるとついには絶縁被覆４も絶縁
破壊し、全路破壊となる。このインパルスコロナの開始
電圧と絶縁破壊電圧の関係は図７（ａ）に示すように、
通常、後者は前者の５倍以上ある。インパルスコロナと
は冷却媒体が放電している状態であり、これらの部分放
電しているターン間が何段か重なると冷却媒体の放電が
多重ターンに於いてつながることになる。部分放電がつ
ながると図７（ｂ）に示すように、ターンの段数分の電
圧が放電の両端の素線の被覆に加わるので、放電の両端
の素線間で絶縁破壊することがある。

【００２８】さて前述のようにターン間の放電開始電圧
より破壊電圧は５倍以上の高いことが確認されている。
そこで放電が伸びる範囲を４ターン分の電圧に抑制すれ
ばこのような絶縁破壊は生じない。

【００２９】本発明によると、ブロック内では絶縁破壊
は生じず、ブロック間は絶縁補強されているので、巻線
セクション内のターンをまたぐ絶縁破壊を防止できる。
このように本発明によれば、絶縁性能を向上できるの
で、コンパクトな電磁誘導機器巻線が得られる。以上は
ＳＦ6 ガス絶縁変圧器について述べてきたが、他の冷却
媒体の電磁誘導機器についても本発明を採用することに
より、同種の効果が期待できる。

【００３０】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、巻線
が製作しやすく、コンパクトで信頼性があり、特にサー
ジに対して絶縁性能を向上できる電磁誘導機器巻線が得
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電磁誘導機器巻線の断面図

【図２】本発明による電磁誘導機器巻線の断面図

【図３】本発明で使用する弾性体の詳細図

【図４】本発明の他の実施例による電磁誘導機器巻線の
断面図

【図５】本発明のさらに他の実施例による電磁誘導機器
巻線の断面図

【図６】本発明の他の実施例によるによる電磁誘導機器
巻線の断面図

【図７】（ａ）および（ｂ）はそれぞれ本発明の原理を
説明するための図

【図８】従来の電磁誘導機器巻線の断面図

【図９】従来の電磁誘導機器巻線の作用を説明する図

【図１０】従来の他の電磁誘導機器巻線の断面図

【図１１】従来の他の電磁誘導機器巻線の作用を説明す
る図

【図１２】従来の他の電磁誘導機器巻線の作用を説明す
る図

【符号の説明】１ ，１１は連続円板巻線、５，２１はハイセルキャップ
巻線、２，７は素線、３は導体、４は絶縁被覆、６は渡
り、８，９は弾性体、１２，１３は絶縁物を示す。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導体に絶縁被覆を施した素線を巻回した
   連続円板巻線からなる電磁誘導機器巻線において、電圧
   印加端部分の素線を他の部分の素線に対して導体の断面
   を偏平に構成するとともに絶縁被覆を厚くしたことを特
   徴とする電磁誘導機器巻線。
2. 【請求項２】 電圧印加端部分の素線のコーナ部分を弾
   性体で覆うことを特徴とする請求項１記載の電磁誘導機
   器巻線。
3. 【請求項３】 電圧印加端部分の素線のコーナ部分を覆
   う弾性体を巻線セクション間に配置し、この弾性体また
   は弾性体の近傍の巻線セクションに冷却ダクトを設けた
   ことを特徴とする請求項１記載の電磁誘導機器巻線。
4. 【請求項４】 導体に絶縁被覆を施した素線を巻回した
   連続円板巻線からなる電磁誘導機器巻線において、隣り
   合う巻線セクションの相対する面に絶縁補強を施したこ
   とを特徴とする電磁誘導機器巻線。
5. 【請求項５】 導体に絶縁被覆を施した素線を巻回した
   連続円板巻線からなる電磁誘導機器巻線において、巻線
   セクション内を素線数が４本以下になるようにブロック
   に分け、各ブロックごとに絶縁を施したことを特徴とす
   る電磁誘導機器巻線。