JPH1092660A - 変換用変圧器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 絶縁距離の短縮化を図り得る変換用変圧器を
提供すること。 【解決手段】 鉄心脚１ａ及び直流巻線２間に配置され
た第一の絶縁筒４の内部に絶縁体１３が設けられ、直流
巻線２及び交流巻線３間に配置された第二の絶縁筒４０
の内部に絶縁体１３０が設けられ、これら絶縁体１３，
１３０が巻線２，３の電線９を形成する絶縁被覆８とシ
ールドリングの絶縁被覆１１と絶縁筒４ａ・４ｂ・４１
ａ・４１ｂとに比べ導電率が小さく、体積固有抵抗の大
きい材質で形成されるので、絶縁体１３，１３０に作用
する直流電界１６が増大する反面、体積固有抵抗の小さ
い絶縁被覆８及び１１，絶縁筒４ａ〜４ｄの夫々によっ
て分担される電圧が小さくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は変換用変圧器に係
り、特に、直流巻線及び交流巻線を有する油入の変換用
誘導電器において、鉄心と直流巻線と交流巻線との間の
絶縁構造を改良したものに関する

【０００２】

【従来の技術】従来の交流電圧用の油入誘導電器として
は、特開昭６３−６６９１０号公報，同じく６２−１４
４３０７号公報に記載されており、主絶縁や端部絶縁に
配置された絶縁物を低誘電率の絶縁材料で形成し、絶縁
上の弱点である油隙に加わる電界を緩和することによ
り、絶縁距離の短縮を図るようにしたものがある。な
お、主絶縁とは、鉄心及び巻線間の径方向の絶縁、ある
いは各巻線間の径方向の絶縁のことである。また、端部
絶縁とは、鉄心及び巻線の軸方向の両端部間の絶縁のこ
とである。

【０００３】ところで近年、大電力の周波数変換装置や
交流直流変換装置などの電力システムが出現してきてお
り、そこで使われる誘導電器にあっては交流電圧ばかり
でなく、直流の非常に高い電圧が加わることとなる。こ
のように直流電圧が加わった場合、油隙ではなく、巻線
の絶縁被覆が弱点となるので、ここに加わる電界を緩和
するため、例えば平成７年３月２８日開催された「電気
学会全国大会講演 Ｎｏ．１１００論文」（以下、第一
の従来技術という）において論じられているように、厚
物の絶縁物を配置するなど、主絶縁や端部絶縁に多量の
油浸紙を配置することが提案されている。

【０００４】また、特開昭５５−１２３１１１号公報
（以下、第二の従来技術という）に示されるように、絶
縁フランジの固有抵抗を高くし、その高い部分で電界を
負担することにより、巻線に加わる電界を緩和すること
なども提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】一般に油入誘導電器で
は、巻線の絶縁被覆や主絶縁の絶縁筒バリヤ，端部絶縁
のＬバリア（絶縁フランジ），絶縁支持台などとして、
クラフト紙やプレスボードに鉱油を含浸した油浸紙が用
いられている。そして、冷却及び絶縁の媒体として鉱油
が用いられている。

【０００６】このように、複数の異なる絶縁材からなる
絶縁系に直流電圧が加わった場合、その電界は、各絶縁
材料の導電率に依存した分布となる。その場合、鉱油の
導電率が油浸紙のそれぞれも十倍以上大きい。そのた
め、大半の電圧が油浸紙に分担され、油隙の電界に比べ
て十倍以上高い電界が油浸紙に加わり、油浸紙から破壊
が始まることが多い。例えば、巻線端（巻線の軸方向の
両端部）では、シールドリングの絶縁被覆に加わる電界
が、三方を交流巻線及び鉄心で囲まれているという幾何
学的要因が加わって最も高くなり、そこから破壊が始ま
ることが多い。

【０００７】また、主絶縁では、巻線を構成する電線が
角張っているという幾何学的要因が加わってその絶縁被
覆に加わる電界が高くなり、そこから破壊が始まること
もある。

【０００８】このような直流電圧による破壊を避けるた
め、上記第一の従来技術のように、主絶縁の位置や端部
絶縁の位置に多量の絶縁紙を配置することにより、シー
ルドリングの絶縁被覆に加わる電界を緩和している。し
かし、直流巻線といっても、耐電圧試験などのとき、絶
縁的にみてほぼ同レベルの交流電圧や雷インパルス電圧
が加わる場合がある。

【０００９】その場合、第一の従来技術では、油よりも
誘電率の大きい油浸紙の占める割合が大きくなるため、
油隙の電界が高くなる結果、今度は油隙から破壊が生じ
るおそれがある。

【００１０】それを避けるため、絶縁距離を大きくする
必要があるが、そのようにすると、同じ電圧レベルとな
る交流の誘導電器に比べ、絶縁距離が２０％程度大きく
なってしまうので、それだけ大型化を招くという問題が
あった。

【００１１】一方、絶縁フランジの固有抵抗を高くし、
絶縁被覆に加わる電界を緩和する第二の従来技術では、
絶縁フランジとして高い固有抵抗をなす材質が具体的に
開示されていないものの、プラスチックを使用すること
が容易に考えられる。しかしながら、プラスチックでは
絶縁耐力が油浸紙よりも高いものの、部分放電によって
発生したストリーマが突き当たったときの貫通絶縁耐力
が一般の油浸紙よりも低い。従って、第二の従来技術で
は、ストリーマが絶縁フランジに直接突き当たる構造で
あるので、プラスチックを使用したときの絶縁フランジ
が破壊されるおそれがあり、絶縁性能が低下するという
問題がある。これに加え、プラスチック製の絶縁フラン
ジを用いた実績がなく、高い信頼性が要求される電力機
器では信頼性の点で不安が残るという問題もある。

【００１２】なお、冒頭に記載の特開昭６３−６６９１
０号公報，同６２−１４４３０７号公報のような低誘電
率の絶縁材料を用いるものは、直流電圧を加えた場合、
誘電率を変えても電界分布が変わらないので、効果がな
いのはいうまでもない。

【００１３】本発明の目的は、上記従来技術の問題点に
鑑み、油隙に加わる交流電界を上げることなく、巻線や
シールドリングの絶縁被覆に加わる直流電界を緩和する
ことができ、また巻線から発生するストリーマに対して
も絶縁性能が低下するのを防止することができ、以て絶
縁距離の短縮化を図り得る変換用変圧器を提供すること
にある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明では、鉄心の周囲
に適宜の距離を隔て直流巻線と交流巻線とを同心上に配
置し、その鉄心及び直流巻線間に第一の絶縁筒を、かつ
直流巻線及び交流巻線間に第二の絶縁筒を夫々軸方向に
沿って配設すると共に、直流巻線，交流巻線の軸方向の
両端部と鉄心の上下端部との間に端部絶縁板を巻線の半
径方向に沿って設けた変換用変圧器において、少なくと
も第一の絶縁筒と第二の絶縁筒とは、その内部に絶縁
筒，直流巻線及び交流巻線の絶縁被覆，端部絶縁板の夫
々の材質より導電率の小さい材質からなり、かつ軸方向
に沿って形成された筒状の絶縁体を有していることを特
徴とするものである。

【００１５】また、本発明では、第一の絶縁筒と第二の
絶縁筒が内部に絶縁筒，直流巻線及び交流巻線の絶縁被
覆，端部絶縁板の夫々の材質より導電率の小さい材質か
らなり、かつ軸方向に沿って形成された筒状の絶縁体を
有するのみならず、端部絶縁板も、その内部に前記筒状
の絶縁体と同材質からなる絶縁体を有していることを特
徴とするものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図１乃至
図７により説明する。図１は本発明による変換用変圧器
の第一の実施例を示す要部の断面図、図２は要部に作用
する直流電位分布を示す説明図である。

【００１７】実施例の変換用変圧器は、鉄心１の周囲に
直流巻線２と交流巻線３とが同心上に配置されている。

【００１８】直流巻線２は、導体７の表面に絶縁被覆８
を施して電線９が形成されると共に、その電線９が鉄心
１の鉄心脚１ａの外周に適宜の距離をもちながら、所望
回数巻回して形成され、しかも軸方向の両端部（上下
部）には、導体１０に絶縁被覆１１を施して形成された
シールドリング１２を有している。交流巻線３は、直流
巻線２の外周にこれと距離を隔てて配置されている。こ
の交流巻線３は直流巻線２と基本的に同様の構成であ
り、軸方向の両端部に設けたシールドリング１２′以外
は、図示省略している。これら電線９の絶縁被覆８，シ
ールドリング１２・１２′の絶縁被覆１１はクラフト紙
に油を含浸した油浸紙で形成されている。

【００１９】一方、鉄心１及び直流巻線２間には第一の
絶縁筒４が軸方向に沿って配置されている。該第一の絶
縁筒４は、鉄心１の鉄心脚１ａと直流巻線２との間で適
宜の距離を隔てて配置され、鉄心脚１ａ寄りの位置に配
置された内側絶縁筒４ａ，直流巻線２寄りの位置に配置
された外側絶縁筒４ｂを有している。また、直流巻線２
及び交流巻線３間にも適宜の距離を隔てて配置された第
二の絶縁筒４０が設けられている。第二の絶縁筒４０
は、直流巻線２寄りの位置に配置された内側絶縁筒４０
ａ，交流巻線３寄りの位置に配置された外側絶縁筒４０
ｂを有している。これら、第一，第二の絶縁筒４，４０
は、プレスボードに油を含浸した油浸紙で形成されてい
る。従って、鉄心１，直流巻線２，交流巻線３の相互間
には巻線の径方向に沿い複数層の絶縁筒が夫々設けられ
ている。

【００２０】さらに、直流巻線２及び交流巻線３の軸方
向の両端部と、鉄心１の上下部との間にも端部絶縁板６
が設けられている。端部絶縁板６は、前記絶縁筒４，４
０と同様にプレスボードに油を含浸した油浸紙により、
半径方向において鉄心脚１ａの部分から直流巻線２，交
流巻線３と対向する位置まで延長された特定の幅をもつ
環状に形成され、鉄心１の上下部に軸方向に沿う所望の
厚みをなす絶縁板６ａ，６ｂを有し、該絶縁板６ｂが直
流巻線２及び交流巻線３の軸方向の両端部と適宜の距離
を隔てて取付けられている。なお、絶縁板６ａと６ｂと
の間には本発明に係わる絶縁体１４が設けられている
が、これについては後述する。

【００２１】そして、これら鉄心１，直流巻線２，交流
巻線３，絶縁筒４・４０，絶縁板６は図示しないタンク
内に封入された鉱油中に浸漬されることにより、変換用
変圧器が構成される。なお、直流巻線２のシールドリン
グ１２は、鉄心１の上下部に取付けられた絶縁板６に絶
縁支持台５を介し支持され、直流巻線２及び交流巻線３
の軸方向の両端部に配置されている。絶縁支持台５はシ
ールドリング１２，１２′の周囲において適宜の距離を
もって間欠的に複数設けられている。

【００２２】本実施例においては、第一，第二の絶縁筒
４，４０の内部に、これより導電率の小さい材質で形成
された絶縁体１３，１３０を有している。

【００２３】具体的に述べると図１に示すように、絶縁
体１３は、第一の絶縁筒４の内側絶縁筒４ａ，外側絶縁
筒４ｂ間において、内側絶縁筒４ａの外周面に貼着され
ている。絶縁体１３０は、第二の絶縁筒４０の内側絶縁
筒４０ａ，外側絶縁筒４０ｂ間において外側絶縁筒４０
ｂの内周面に貼着されている。これら絶縁体１３，１３
０は、絶縁筒４，絶縁板６，絶縁支持台５，電線９の絶
縁被覆８，及びシールドリング１２・１２′の絶縁被覆
１１を夫々形成する油浸紙より導電率の小さい材質、即
ち、体積固有抵抗の大きな絶縁材質からなっている。

【００２４】従って、鉄心脚１ａと直流巻線２と交流巻
線３との径方向の絶縁となる主絶縁の位置においては、
電線９及びシールドリング１２，１２′の絶縁被覆８及
び１１と、油隙１５と、絶縁体１３，１３０を有する第
一，第二の絶縁筒４，４０とが直列に配置された形態と
なるので、直流巻線２に直流電圧が加わった場合、夫々
が直流電圧を分担することとなるが、その際、図２に示
すように、体積固有抵抗の大きい絶縁体１３による分担
電圧が増加すると共に、体積固有抵抗の小さい絶縁被覆
８や絶縁筒４による分担電圧を小さくさせるようにして
いる。

【００２５】また、端部絶縁板６の内部にも絶縁筒４の
場合と同様、導電率の小さい材質で形成された絶縁体１
４を有している。この絶縁体１４も、絶縁体１３，１３
０と同様の材質であって、予め二層に形成された絶縁板
６ａと６ｂとの間に挟み付けられている。そして、直流
巻線２，交流巻線３の軸方向の両端部と鉄心１の上下部
間の絶縁となる端部絶縁の位置においては、シールドリ
ング１２，１２′の絶縁被覆１１と、絶縁支持台５と、
絶縁体１４を有する端部絶縁板６とが直列に配置された
こととなるので、直流巻線２に加わった直流電圧が、体
積固有抵抗の大きい絶縁体１４によって大きく分担され
ると共に、体積固有抵抗の小さい絶縁被覆１１，絶縁支
持台５，端部絶縁板６の絶縁板６ａ，６ｂによる分担電
圧を小さくさせるようにしている。

【００２６】ここで、前記絶縁体１３，１３０及び１４
としては、クラフト紙やプレスボードなどの油浸紙の体
積固有抵抗が１０¹⁵〜１０¹⁶Ω・ｃｍ程度であることか
ら、それよりも体積固有抵抗値が十倍以上の高い絶縁性
の合成樹脂からなっており、本例ではＰＴＦＥ（ポリ四
フッ化エチレン）で形成されている。但し、それ以外と
して例えばＰＥＴ（ポリエチレンフレフタート），ＰＰ
Ｏ（ポリフェニレンオキサイド），ＰＰＳ（ポリフェニ
レンサルファイド），ＰＭＰ（ポリメチルペンテン），
ＰＥ（ポリエチレン），ＰＰ（ポリプロピレン）などの
エンジジニアリングプラスチックであってもよく、これ
らは比誘電率が何れも２〜３の値で油浸紙よりも低い。

【００２７】実施例の変換用変圧器は、上記の如き構成
よりなるので、次にその作用効果について述べる。直流
巻線２に直流電圧が印加されると、そのときの電界は各
絶縁材料の導電率に依存した分布となり、しかも鉱油の
導電率が油浸紙のそれよりも十倍以上大きいことから、
大部分の電圧が第一，第二の絶縁筒４，４０と端部絶縁
板６と各巻線の絶縁被覆８及び１１とを夫々形成する油
浸紙に分担され、油隙１５の電界に比べ十倍以上高い電
界が油浸紙に作用しようとする。

【００２８】しかし、実施例では上述の如く、鉄心１の
鉄心脚１ａ及び直流巻線２間に配置された第一の絶縁筒
４の内部に絶縁体１３が設けられると共に、直流巻線２
及び交流巻線３間に配置された第二の絶縁筒４０の内部
に絶縁体１３０が設けられ、しかも、これら絶縁体１
３，１３０が、直流巻線２及び交流巻線３の電線９を形
成する絶縁被覆８とシールドリング１２，１２′を形成
する絶縁被覆１１と絶縁筒４ａ，４ｂ，４０ａ，４０ｂ
とに比較し、体積固有抵抗の大きい材質で形成されてい
るので、図２に示すように、該体積固有抵抗の大きい絶
縁体１３，１３０によって分担される電圧が大きくな
り、絶縁体１３，１３０に作用する直流電界１６が増大
する反面、体積固有抵抗の小さい絶縁被覆８及び１１，
絶縁筒４ａ・４ｂ・４０ａ・４０ｂの夫々によって分担
される電圧が小さくなる。

【００２９】従って、鉄心１，直流巻線２，交流巻線３
の相互間の径方向の絶縁である主絶縁においては、体積
固有抵抗の小さい絶縁物（８，１１，４ａ，４ｂ，４０
ａ，４０ｂ）に作用する直流電界を緩和できるので、そ
れだけ鉄心脚１ａ，直流巻線２，交流巻線３相互間の径
方向の絶縁距離を短縮させることができる。

【００３０】また、絶縁板６ａと６ｂとの間に絶縁体１
４が挟み付けられ、しかも該絶縁体１４も絶縁板６ａ・
６ｂと絶縁被覆８・１１と絶縁支持台５とに比較し体積
固有抵抗の大きい材質で形成されているので、直流巻線
２，交流巻線３の軸方向の両端部と鉄心１の上下部間の
端部絶縁において、体積固有抵抗の大きい絶縁体１４に
よって分担される電圧が大きくなり、絶縁体１４に作用
する直流電界が増大する反面、体積固有抵抗の小さい絶
縁被覆１１，絶縁板６ａ・６ｂ，絶縁支持台５によって
分担させる電圧が小さくなる。

【００３１】従って、端部絶縁においても、体積固有抵
抗の小さい絶縁物（５，６ａ，６ｂ，１１）に作用する
直流電界を緩和できるので、それだけ直流巻線２，交流
巻線３の軸方向の両端部と鉄心１の上下部間の絶縁距離
を短縮させることができる。

【００３２】一方、絶縁体１３，１３０及び１４による
電圧分担が増大すると、それだけ高い電界が作用するこ
とになるが、これらの絶縁体が合成樹脂で形成されてい
るので、絶縁耐力の面では問題となることがない。

【００３３】これに加え、絶縁体１３が上述の如く、鉄
心１の鉄心脚１ａ及び直流巻線２間に配置された第一の
絶縁筒４の内側絶縁筒４ａ，外側絶縁筒４ｂのうち、内
側絶縁筒４ａの外周に絶縁体１３が貼着されると共に、
直流巻線２及び交流巻線３間に配置された第二の絶縁筒
４０の内側絶縁筒４０ａ，外側絶縁筒４０ｂのうち、外
側絶縁筒４０ｂの内周に絶縁体１３０が貼着されている
ので、絶縁体１３，１３０と直流巻線２との間に第一絶
縁筒の外側絶縁筒４ｂ，第二絶縁筒の内側絶縁筒４０ａ
が夫々介在した位置形態となり、そのため、直流巻線２
からストリーマが発生しても、該ストリーマが絶縁体１
３，１３０に直接衝突するのを防止することができる。
従って、第二の従来技術に比較し、絶縁体１３，１３０
が破壊されることがないので、合成樹脂を用いても主絶
縁の信頼性を確実に高めることができる。

【００３４】このことは絶縁体１４についても同様のこ
とがいえる。即ち、絶縁体１４が絶縁板６ａと６ｂとの
間に挟み付けられているので、直流巻線２からのストリ
ーマが絶縁体１４に直接衝突するのを防止でき、従っ
て、絶縁体１４が破壊されることがないので、端部絶縁
の信頼性を高めることができる。

【００３５】またさらに、絶縁体１３，１３０，１４は
比誘電率が２〜３の値であり、油浸紙よりも低く、その
ため、交流電圧が加わった場合、油隙１５の電界集中を
ほとんど引き起こすことがないので、その点からも信頼
性を高められる。

【００３６】ここで、一例として、実施例のような絶縁
体１３，１３０，１４の材質として、ＰＴＦＥを用いた
場合と、従来のように油浸紙だけを用いた場合とで、電
圧分担による相違について試算してみることにする。ま
ず、従来のように油浸紙だけの構成の場合、主絶縁及び
端部絶縁において油浸紙の占める割合は、それぞれ５０
％前後であり、単純に構成比率から計算すれば、油浸紙
が約９０％の電圧を分担していることとなる。

【００３７】一方、実施例の如く、ＰＴＦＥからなる絶
縁体１３，１３０，１４を、夫々従来の主絶縁及び端部
絶縁の油浸紙の合計厚さの１／４の厚さとして形成す
る。また、主絶縁においては第一，第二の絶縁筒４，４
０の各筒４ａ，４ｂ，４０ａ，４０ｂの厚さを減らすこ
とにより、これらを形成する油浸紙自体の厚さも従来の
１／４程度に低減し、第一，第二の絶縁筒４，４０の実
質的厚さと絶縁体１３，１３０，１４の厚さとを合わせ
た結果として、従来の油浸紙のみの１／２とする。この
厚さは、交流電圧や雷インパルス電圧に対する絶縁を考
慮した最低限の厚さ寸法である。

【００３８】このような本実施例のように、絶縁体１３
を有する第一の絶縁筒４と、絶縁体１３０を有する第二
の絶縁筒４０と、絶縁体１４を有する端部絶縁板６を形
成すると、直流電圧に関してはＰＴＦＥの体積固有抵抗
が油浸紙よりも十倍前後大きいので、絶縁体１３，１３
０，１４が約８０％、かつ油浸紙が約１０％の電圧分担
することとなり、油浸紙に作用する直流電界を従来の約
１／３に低下させることができる結果となった。

【００３９】また、交流電圧に関しては油浸紙と絶縁体
１３，１３０，１４の合計厚さが従来の１／２の厚さに
した場合、ＰＴＦＥの誘電率が鉱油の誘電率と同程度で
あり、所定位置に配置されても油隙１５の電界上昇を招
くおそれがないばかりでなく、油隙１５に作用する交流
電界を２０％程度させることができる。従って、従来に
比較し、主絶縁距離や端部絶縁距離を２０％程度確実に
短縮できる結果となった。

【００４０】因みに、図２に示す実施例と従来技術とを
比較するため、従来技術として、鉄心脚１ａ及び直流巻
線２間と、直流巻線２及び交流巻線間とに、内側絶縁
筒，外側絶縁筒，中間絶縁筒の三層からなる絶縁筒４０
１，４０２を夫々設け、また直流巻線２，交流巻線３の
軸方向の両端部と鉄心１の上下部に厚みのある端部絶縁
板４０３を設けたものについて図３より述べる。なお、
図２及び図３は、電子計算機を用いた数値電界計算によ
った得られた直流電位分布であり、図において等電位線
１６は、印加電圧を１００％とすることにより１０％間
隔で表している。

【００４１】図３に示す従来技術では、三層の絶縁筒４
０１，４０２及び端部絶縁板４０３の夫々に等電位線１
６がほぼ等間隔にかかり、しかも直流巻線３のシールド
リング１２の絶縁被覆１１に三本の等電位線１６がかか
っていることから、絶縁被覆１１にはおよそ印加電圧の
３０％の電圧が分担されていることが理解できよう。こ
れに対し、図２に示す実施例では、体積固有抵抗の大き
い絶縁体１３，１３０及び絶縁体１４に等電位線１６が
集中してかかることから、これらによる電圧の分担が大
きく、またシールドリング１２の絶縁被覆１１には一本
の等電位線１６しかかかっていないことから、絶縁被覆
１１にはおよそ印加電圧の１０数％しか電圧分担してい
ないことがわかる。従って、本実施例によれば、絶縁被
覆１１に作用する直流電界を上記従来技術に比較し、大
幅に緩和でき、それだけ主絶縁と端部絶縁との双方を短
縮できることが理解できよう。

【００４２】図４は本発明による変換用変圧器の第二の
実施例を示している。前述した第一の実施例では、主絶
縁として、第一絶縁筒の内側絶縁筒４ａの外周に貼着し
た絶縁体１３と、第二絶縁筒の外側絶縁筒４０ｂの内周
に貼着した絶縁体１３０とが大きな電圧を分担するよう
にしたので、変圧器の使用電圧が特に高い場合、それら
絶縁体１３，１３０の軸方向の両端面に大きな電界が作
用し、その両端面で部分放電が発生するおそれがある。

【００４３】そこで、この実施例では、第一の絶縁筒４
に設けられた絶縁体１３と、第二の絶縁筒４０に設けら
れた絶縁体１３０との双方とも、軸方向の両端部が段階
的に厚みを変えた形状に形成されたものである。

【００４４】詳しく述べると、第一の絶縁筒４は、鉄心
脚１ａ寄りにある内側絶縁筒４ａと、直流巻線２寄りに
ある外側絶縁筒４ｂのほか、両者４ａ，４ｂ間に絶縁筒
４ｃ，４ｄが設けられる。そして、内側絶縁筒４ａの外
周に絶縁体１３ａが貼着されると共に、その絶縁体１３
ａの外周の両端部にこれと同材質の絶縁体１３ｂが貼着
される。また、その絶縁体１３ｂと距離を隔てしかも絶
縁体１３ｂより短い長さをもつ絶縁体１３ｃが、絶縁筒
４ｃの外周端部に貼着され、さらに絶縁体１３ｃと距離
を隔てしかも絶縁体１３ｃより短い長さをもつ絶縁体１
３ｄが、外側絶縁筒４ｂの内周の両端部に貼着されてい
る。即ち、この絶縁体１３は、絶縁筒４と軸方向に同じ
長さをもつ絶縁体１３ａと、それより軸方向に順次短く
形成された絶縁体１３ｂ，１３ｃ，１３ｄとを有して構
成され、しかも軸方向の両端部が内周側から外周側に至
るに従い階段状に厚くなるようにしている。

【００４５】従って、第一の絶縁筒４は、内側絶縁筒４
ａ，絶縁体１３ａ，絶縁体１３ｂ，絶縁筒４ｃ，絶縁体
１３ｃ，絶縁筒４ｄ，絶縁体１３ｄ，外側絶縁筒４ｂに
より構成される。

【００４６】なお、第二の絶縁筒４０に設けられた絶縁
体１３０は、図４において直流巻線２を挟み絶縁体１３
と対称配置となるので、構成部品については各絶縁体１
３ａ〜１３ｄに対応させて符号１３０ａ〜１３０ｄを付
け、その説明を省略する。また図１と同一符号のもの
は、夫々同じものを表している。

【００４７】この実施例によれば、第一の絶縁筒４に設
けられた絶縁体１３と、第二の絶縁筒４０に設けられた
絶縁体１３０とが、共に軸方向の両端部の厚みを変え、
しかも直流巻線２側に近くなるほど、見かけ上の全体的
な厚みが増加するように構成したので、その両端部の厚
み部分により電界集中を緩和することができ、そのた
め、変圧器の使用電圧が高くとも、両端面で部分放電が
発生するのを防止することができる。

【００４８】図５は本発明による変換用変圧器の第三の
実施例を示している。この場合は、第一の絶縁筒４に設
けた絶縁体４と、第二の絶縁筒４０に設けられた絶縁体
４０との双方とも、軸方向の両端部が中央側より厚く形
成されたものである。即ち、第一の絶縁筒４において、
内側絶縁筒４ａの外周に貼付けられた絶縁体４には、軸
方向の両端部に外側絶縁筒４ｂ側に向かって突出する厚
肉部１３Ａが設けられる。一方、第二の絶縁筒４０にお
いて、外側絶縁筒４０ｂの内周に貼付けられた絶縁体４
０には、内側絶縁筒４０ａ側に向かって突出する厚肉部
１３０Ａが両端部に設けられる。

【００４９】このように、絶縁体１３，１３０の両端部
に厚肉部１３Ａ，１３０Ａが突設されると、その厚み分
だけ電界集中を緩和することができるので、基本的には
前述した第二の実施例とほぼ同様の作用効果を得ること
ができる。これに加え、第二の実施例に比較し、絶縁体
１３，１３０には厚肉部１３Ａ，１３０Ａを夫々一体的
に形成するだけでよく、また第一，第二の絶縁筒４，４
０として多数の絶縁筒４ａ〜４ｄ，４０ａ〜４０ｄを設
けることも不要になるので、それだけ製作も容易とな
る。

【００５０】図６は本発明による変換用変圧器の第四の
実施例を示している。この実施例において前述したこれ
までの実施例と異なるのは、第一，第二の絶縁筒４，４
０の代わりに、絶縁体１３，１３０と、油浸紙層とを組
み合わせて用いたことにある。

【００５１】即ち、この場合は、鉄心１の鉄心脚１ａ及
び直流巻線２間に絶縁体１３が、また直流巻線２及び交
流巻線３間に絶縁体１３０が夫々配置される。絶縁体１
３は、鉄心脚１ａ寄りの位置に配置された内側絶縁体１
３−１と、該内側絶縁体１３−１と適宜の距離を隔てる
と共に、直流巻線２寄りの位置に配置された外側絶縁体
１３−２とからなっている。そして、内側絶縁体１３−
１の内周に、油浸紙層として薄い厚みからなる層１８ａ
が、また外側絶縁体１３−２の外周に同様に薄い厚みか
らなる層１８ｂが夫々貼付けられる。従って、絶縁体１
３の内・外周に油浸紙層１８ａ，１８ｂが貼付けられて
いる。

【００５２】また、直流巻線２及び交流巻線３間にも、
直流巻線２寄りの位置に配置された内側絶縁体１３０−
１と、これと距離を隔てると共に、交流巻線３寄りの位
置に配置された外側絶縁体１３０−２とからなる絶縁体
１３０が設けられる。これら内側絶縁体１３０−１の内
周及び外側絶縁体１３０−２の外周にも、油浸紙層とし
ての薄い層１８０ａ及び１８０ｂが夫々貼付けられる。
従って、絶縁体１３０の内・外周にも油浸紙層１８０が
貼付けられている。なお、絶縁体１３，１３０の材質は
第一〜第三の実施例と同様の材質である。

【００５３】この実施例によれば、鉄心脚１ａ及び直流
巻線２間に設けられた絶縁体１３の外周に油浸紙層１８
ｂが貼付けられると共に、直流巻線２及び交流巻線３間
に設けられた絶縁体１３０の内周に油浸紙層１８０ａが
貼付けられているので、直流巻線２と絶縁体１３，１３
０間には油浸紙層１８，１８０が介在している位置形態
となり、そのため、直流巻線２からのストリーマが絶縁
体１３，１３０に直接衝突するのを防ぐので、絶縁体が
破損することがなく、絶縁機能が低下しない。

【００５４】しかも、絶縁体１３，１３０の双方ともそ
の内・外周に油浸紙層が設けられているので、即ち、絶
縁体１３−１の内周と絶縁体１３−２の外周に油浸紙層
１８ａと１８ｂとが設けられると共に、絶縁体１３０ａ
の内周と絶縁体１３０ｂの外周に油浸紙層１８０ａと１
８０ｂとが設けられているので、主絶縁として、体積固
有抵抗の小さいものの間に体積固有抵抗の大きなものが
位置する形態となる。そのため、直流電圧に対する絶縁
体１３，１３０と油浸紙層との関係が前述した第一の実
施例と場合とほぼ同様にすることができるので、直流巻
線２の絶縁被覆８，１１に作用する直流電界を緩和する
ことができ、絶縁距離の短縮化を図ることができる。

【００５５】なおこれまで述べた第一〜第四の各実施例
では、絶縁筒１３，１３０と絶縁筒１４とを用いること
により、主絶縁のみならず端部絶縁での絶縁距離の短縮
化を図り得た例を示したが、絶縁筒１３，１３０と絶縁
筒１４との何れか一方を用いても、絶縁距離の短縮化を
図れるのは勿論である。

【００５６】また、これまで述べた図示実施例におい
て、絶縁体１３，１３０，１４は、体積固有抵抗の大き
い材質からなる板材を筒状や平板状に形成した例を示し
たが、シート状のものあるいはフィルム状のものを多数
回巻回して筒状にしたり、多数枚積層して平板状に形成
してもよいのは勿論である。また、シート状やフィルム
状のものを多数巻回したり積層して形成する場合には、
それらとクラフト紙などの繊維性の薄い絶縁紙を重ねて
形成すれば、油含浸性の面で良好な結果を得ることがで
きる。さらに、主絶縁として用いる筒状の絶縁体１３，
１３０においては、絶縁筒４ａの外周及び絶縁筒４０ｂ
の内周に巻付けて形成すれば、型くずれがおきにくく、
製作しやいすいと云う利点もある。

【００５７】図７は本発明による他の実施例を示してい
る。この場合は、絶縁筒，端部絶縁板，直流巻線２及び
交流巻線３の電線を構成する絶縁被覆，シールドリング
の絶縁被覆の夫々が、従来技術のように油浸紙で形成さ
れると、その油浸紙に対し油隙の電界に比べて十倍以上
高い電界が作用することに鑑み、電線の絶縁被覆８′と
シールドリングの絶縁被覆１１′の夫々が、油浸紙より
導電率の大きい絶縁材で、換言すれば、体積固有抵抗の
小さい絶縁材で形成されたものである。

【００５８】即ち、これら電線９の絶縁被覆８′とシー
ルドリング１２，１２′の絶縁被覆１１′は、油浸紙の
体積固有抵抗値に比べ、その値が一桁以上小さいもの、
例えば１０¹²Ω・ｃｍ程度の体積固有抵抗をもつアセチ
ルセルロースやポリアミドなどのテープからなってい
る。

【００５９】このように、油浸紙の体積固有抵抗より低
い値の体積固有抵抗をもつ絶縁材により、電線９の絶縁
被覆８′及びシールドリング１２，１２′の絶縁被覆１
１′を形成した場合、体積固有抵抗の大きさの比率で電
圧が分担されるので、即ち、第一絶縁筒４，第二絶縁筒
４０，端部絶縁板６の体積固有抵抗が絶縁被覆８′，１
１′のそれより大きいので、その大きい方による電圧分
担の割合を増大させることができる。その電圧分担の増
大は、主絶縁及び端部絶縁においても同様である。その
結果、絶縁被覆８′，１１′に作用する直流電界を緩和
することができ、前述した各実施例とほぼ同様の効果を
得ることができる。

【００６０】従って、この実施例によれば、電線９の絶
縁被覆８′とシールドリング１２，１２′の絶縁被覆１
１′の材質を変更するだけで、主絶縁と端部絶縁との双
方における電界緩和を実現できるので、第一〜第四の実
施例に比較し、それだけ容易にかつ確実に絶縁距離の短
縮化を図り得る。しかも、第一〜第四の実施例のように
合成樹脂からなる絶縁体１３，１３０，１４を有するこ
とがないので、直流巻線２から発生するストリーマに対
する配慮が不要となり、その点からも製作上のいっそう
の簡便化を図ることもできる。

【００６１】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の請求項１〜
４によれば、第一の絶縁筒と第二の絶縁筒とが、その内
部に絶縁筒，直流巻線及び交流巻線の絶縁被覆，端部絶
縁板の夫々の材質より導電率の小さい材質からなる筒状
の絶縁体を有し、該絶縁体による直流電界の分担割合
が、体積固有抵抗の小さい絶縁筒の部分や巻線の絶縁被
覆より大きくなり、体積固有抵抗の小さい絶縁物に作用
する直流電界を緩和できるように構成したので、鉄心，
直流巻線，交流巻線相互間の径方向の絶縁距離を短縮で
き、しかも直流巻線から発生したストリーマにより絶縁
体が破壊されることがない結果、主絶縁における絶縁距
離の短縮化を図り得、また絶縁体として合成樹脂を用い
ても、主絶縁の信頼性を確実に高めることができる効果
がある。

【００６２】そして、特に、請求項２においては、第一
の絶縁筒の前記絶縁体と、第二の絶縁筒の前記第二の絶
縁体とは、軸方向の両端部の厚さが中央側より厚みをも
ち、絶縁体の軸方向の両端部に電界集中が起こるのを緩
和し、両端部で部分放電が発生するのを防止できるよう
に構成したので、上記請求項１の効果に加え、変圧器の
使用電圧が高くとも、放電防止上の信頼性をも得ること
ができる効果がある。

【００６３】また、請求項３及び４においては、鉄心，
直流巻線，交流巻線相互間の径方向の絶縁距離を短縮で
きるのみならず、軸方向の絶縁距離をも短縮し得るよう
に構成したので、変圧器の小型化を実現し得る効果があ
る。しかも請求項４においては、請求項２と同様に放電
防止上の信頼性をも得ることができる。

【００６４】さらに、請求項５及び６によれば、第一の
絶縁筒と第二の絶縁筒とが、直流巻線及び交流巻線の絶
縁被覆，端部絶縁板の夫々の材質より導電率の小さい材
質からなり、かつ軸方向に沿って形成された筒状の絶縁
体と、該絶縁体の内周及び外周に直流巻線，交流巻線の
絶縁被覆の材質と同材質からなる油浸紙層とで形成した
ので、鉄心，直流巻線，交流巻線相互間の径方向の絶縁
距離を短縮でき、しかも直流巻線から発生したストリー
マにより絶縁体が破壊されることがない結果、請求項１
の場合と同様、主絶縁における絶縁距離の短縮化を図り
得ると共に、主絶縁の信頼性を確実に高めることができ
る効果があり、特に請求項６においては、鉄心，直流巻
線，交流巻線相互間の軸方向の絶縁距離をも短縮し得る
ように構成したので、変圧器の小型化を実現し得る効果
がある。また請求項７においては、絶縁体の誘電率が油
浸紙の誘電率よりも小さくしているので、交流電圧が加
わった場合、油隙の電解集中をほとんど引き起こすこと
がなく、信頼性を高め得る効果がある。

【００６５】そして、請求項８によれば、直流巻線，交
流巻線を構成する電線の絶縁被覆とシールドリングの絶
縁被覆とを、第一の絶縁筒，第二の絶縁筒，端部絶縁板
を構成する油浸紙の体積固有抵抗より低い絶縁材で形成
したので、主絶縁のみならず端部絶縁においても、容易
にかつ確実に絶縁距離の短縮化を図ることができる効果
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による変換用変圧器の第一の実施例を示
す説明用断面図。

【図２】変換用変圧器の直流巻線に電圧を印加したとき
の直流電位分布を示す説明図。

【図３】従来技術の変換用変圧器に電圧を印加したとき
の直流電位分布を示す説明図。

【図４】本発明による変換用変圧器の第二の実施例を示
す要部の説明用断面図。

【図５】本発明による変換用変圧器の第三の実施例を示
す要部の説明用断面図。

【図６】本発明による変換用変圧器の第四の実施例を示
す要部の説明用断面図。

【図７】本発明による変換用変圧器の他の実施例を示す
要部の説明用断面図。

【符号の説明】

１…鉄心、２…直流巻線、３…交流巻線、４…第一の絶
縁筒、４ａ…内側絶縁筒、４ｂ…外側絶縁筒、４０…第
二の絶縁筒、４０ａ…内側絶縁筒、４０ｂ…外側絶縁
筒、６…絶縁板、８…電線の絶縁被覆、９…電線、１１
…シールドリングの絶縁被覆、１２，１２′…シールド
リング、１３，１３０，１４…絶縁体、１３Ａ，１３０
Ａ…厚肉部、１３ａ，１３−１，１３０ａ…内側絶縁
体、１３ｂ，１３−２，１３０ｂ…外側絶縁体、８′…
電線において体積固有抵抗の小さい値の絶縁材で形成さ
れた絶縁被覆、１１′…シールドリングにおいて体積固
有抵抗の小さい値の絶縁材で形成された絶縁被覆。

フロントページの続き (72)発明者 古川 貞夫 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所電力・電機開発本部内 (72)発明者 小島 啓明 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所電力・電機開発本部内 (72)発明者 宮尾 博 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所電力・電機開発本部内 (72)発明者 門脇 慎 茨城県日立市国分町一丁目１番１号 株式 会社日立製作所国分工場内 (72)発明者 小幡 俊光 茨城県日立市国分町一丁目１番１号 株式 会社日立製作所国分工場内 (72)発明者 田中 誠 大阪府大阪市北区中之島３丁目３番22号 関西電力株式会社内 (72)発明者 杉原 洋 香川県高松市丸の内２番５号 四国電力株 式会社内 (72)発明者 牧野 芳範 東京都中央区銀座六丁目15番１号 電源開 発株式会社内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鉄心の周囲に適宜の距離を隔て直流巻線
   と交流巻線とを同心上に配置し、その鉄心及び直流巻線
   間に第一の絶縁筒を、かつ直流巻線及び交流巻線間に第
   二の絶縁筒を夫々軸方向に沿って配設すると共に、直流
   巻線，交流巻線の軸方向の両端部と鉄心の上下端部との
   間に端部絶縁板を巻線の半径方向に沿って設けた変換用
   変圧器において、少なくとも第一の絶縁筒と第二の絶縁
   筒とは、その内部に絶縁筒，直流巻線及び交流巻線の絶
   縁被覆，端部絶縁板の夫々の材質より導電率の小さい材
   質からなり、かつ軸方向に沿って形成された筒状の絶縁
   体を有していることを特徴とする変換用変圧器。
2. 【請求項２】 鉄心の周囲に適宜の距離を隔て直流巻線
   と交流巻線とを同心上に配置し、その鉄心及び直流巻線
   間に第一の絶縁筒を、かつ直流巻線及び交流巻線間に第
   二の絶縁筒を夫々軸方向に沿って配設すると共に、直流
   巻線，交流巻線の軸方向の両端部と鉄心の上下端部との
   間に端部絶縁板を巻線の半径方向に沿って設けた変換用
   変圧器において、少なくとも第一の絶縁筒と第二の絶縁
   筒とは、その内部に絶縁筒，直流巻線及び交流巻線の絶
   縁被覆，端部絶縁板の夫々の材質より導電率の小さい材
   質からなり、かつ軸方向に沿って形成された筒状の絶縁
   体を有し、第一の絶縁筒の前記絶縁体と、第二の絶縁筒
   の前記第二の絶縁体とは、軸方向の両端部の厚さが中央
   側より厚みをもっていることを特徴とする変換用変圧
   器。
3. 【請求項３】 鉄心の周囲に適宜の距離を隔て直流巻線
   と交流巻線とを同心上に配置し、その鉄心及び直流巻線
   間に第一の絶縁筒を、かつ直流巻線及び交流巻線間に第
   二の絶縁筒を夫々軸方向に沿って配設すると共に、直流
   巻線，交流巻線の軸方向の両端部と鉄心の上下端部との
   間に端部絶縁板を巻線の半径方向に沿って設けた変換用
   変圧器において、第一の絶縁筒と第二の絶縁筒とは、そ
   の内部に絶縁筒，直流巻線及び交流巻線の絶縁被覆，端
   部絶縁板の夫々の材質より導電率の小さい材質からな
   り、かつ軸方向に沿って形成された筒状の絶縁体を有
   し、前記端部絶縁板は、その内部に前記筒状の絶縁体と
   同材質からなる絶縁体を有していることを特徴する変換
   用変圧器。
4. 【請求項４】 鉄心の周囲に適宜の距離を隔て直流巻線
   と交流巻線とを同心上に配置し、その鉄心及び直流巻線
   間に第一の絶縁筒を、かつ直流巻線及び交流巻線間に第
   二の絶縁筒を夫々軸方向に沿って配設すると共に、直流
   巻線，交流巻線の軸方向の両端部と鉄心の上下端部との
   間に端部絶縁板を巻線の半径方向に沿って設けた変換用
   変圧器において、第一の絶縁筒と第二の絶縁筒とは、そ
   の内部に絶縁筒，直流巻線及び交流巻線の絶縁被覆，端
   部絶縁板の夫々の材質より導電率の小さい材質からな
   り、かつ軸方向に沿って形成された筒状の絶縁体を有
   し、前記端部絶縁板は、その内部に前記筒状の絶縁体と
   同材質からなる絶縁体を有し、第一の絶縁筒の前記絶縁
   体と第二の絶縁筒の前記第二の絶縁体とは、軸方向の両
   端部の厚さが中央側より厚みをもっていることを特徴と
   する変換用変圧器。
5. 【請求項５】 鉄心の周囲に適宜の距離を隔て直流巻線
   と交流巻線とを同心上に配置し、その鉄心及び直流巻線
   間に第一の絶縁筒を、かつ直流巻線及び交流巻線間に第
   二の絶縁筒を夫々軸方向に沿って配設すると共に、直流
   巻線，交流巻線の軸方向の両端部と鉄心の上下端部との
   間に端部絶縁板を巻線の半径方向に沿って設けた変換用
   変圧器において、第一の絶縁筒と第二の絶縁筒とは、直
   流巻線及び交流巻線の絶縁被覆，端部絶縁板の夫々の材
   質より導電率の小さい材質からなり、かつ軸方向に沿っ
   て形成された筒状の絶縁体と、該絶縁体の内周及び外周
   に直流巻線，交流巻線の絶縁被覆の材質と同材質からな
   る油浸紙層とからなることを特徴とする変換用変圧器。
6. 【請求項６】 鉄心の周囲に適宜の距離を隔て直流巻線
   と交流巻線とを同心上に配置し、その鉄心及び直流巻線
   間に第一の絶縁筒を、かつ直流巻線及び交流巻線間に第
   二の絶縁筒を夫々軸方向に沿って配設すると共に、直流
   巻線，交流巻線の軸方向の両端部と鉄心の上下端部との
   間に端部絶縁板を巻線の半径方向に沿って設けた変換用
   変圧器において、第一の絶縁筒と第二の絶縁筒とは、直
   流巻線及び交流巻線の絶縁被覆，端部絶縁板の夫々の材
   質より導電率の小さい材質からなり、かつ軸方向に沿っ
   て形成された筒状の絶縁体と、該絶縁体の内，外周に直
   流巻線及び交流巻線の絶縁被覆の材質と同材質からなる
   油浸紙層とからなり、前記端部絶縁板は、その内部に前
   記筒状の絶縁体と同材質からなる絶縁体を有しているこ
   とを特徴とする変換用変圧器。
7. 【請求項７】 前記絶縁体の誘電率を油浸紙の誘電率よ
   り小さいものとしたことを特徴とする請求項１〜６の一
   項に記載の変換用変圧器。
8. 【請求項８】 鉄心の周囲に適宜の距離を隔て直流巻線
   と交流巻線とを同心上に配置し、その鉄心及び直流巻線
   間に第一の絶縁筒を、かつ直流巻線及び交流巻線間に第
   二の絶縁筒を夫々軸方向に沿って配設すると共に、直流
   巻線，交流巻線の軸方向の両端部と鉄心の上下端部との
   間に端部絶縁板を巻線の半径方向に沿って設けた変換用
   変圧器において、直流巻線及び交流巻線を構成する電線
   の絶縁被覆とシールドリングの絶縁被覆とを、第一の絶
   縁筒，第二の絶縁筒，端部絶縁板を構成する油浸紙の体
   積固有抵抗より小さい値の絶縁材で形成したことを特徴
   とする変換用変圧器。