JPS5923455B2 - ３巻線変圧器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は３巻線変圧器に係り、特に中圧主巻線に連らな
る２つのタップ巻線をそれぞれ異なる切換開閉器を用い
て負荷時タップ切換を行う大容量の３巻線変圧器に関す
る。

一般に、中圧で負荷時タップ切換を行なう大容量の３巻
線変圧器では、例えば第１図或いは第３図に示すように
鉄心１に低圧巻線２、中圧巻線３、高圧巻線４、中圧巻
線３に直列接続する２つのタップ巻線５ａ、５ｂまたは
１つのタップ巻線５を巻装し、各タップ巻線５ａ、５ｂ
または５を負荷時タップ切換器６ａ、６ｂまたは６でタ
ップ切換するように構成している。

この第１図の例は鉄心１に各巻線を低圧側から順に巻装
する際、２つのタップ巻線５ａ、５ｂを同軸上でかつ所
定距離を隔てて配置し、高圧巻線４の外側、すなわち最
外側に配置したものであり、また第３図の例は１つのタ
ップ巻線５を低圧巻線２と中圧巻線３との間に巻装した
ものである。

Ｌｉ、Ｌ２は低圧端子、Ｍ１、Ｍｏは中圧の線路および
中性点端子、Ｈｌ、Ｈｏは高圧の線路および中性ウ端子
である。このような巻線配置で大容量化し、かつ中圧巻
線３の電流容量が大きくなると、第２図ａ、ｂに示すよ
うに分けた２並列に使用する中圧巻線３ａ、３ｂで構成
され、このそれぞれをタップ巻線５ａ、５ｂと直列に接
続し、タップ切換器６ａ、６ｂおよび切換開閉器７ａ，
７ｂなどからなる負荷時タツプ切換装置を経て中圧巻線
全体が２並列回路を構成するようになる。

このような２並列回路において、各タツプ巻線５ａ，５
ｂのタツプ切換を行なう場合には、２台の負荷時タツプ
切換装置の切換開閉器７ａ，７ｂの瞬時のずれにより１
タツプ分の電位差が、並列回路内に発生することがある
。

この電位差をＥ，とすると、これと並列回路のインピー
ダンスＺにより決定される循環電流１ｃが流れるが、第
２図で示すような中圧巻線の２並列巻線の構造は、循環
電流１ｃに対するインダクタンスＬは、各々の自己イン
ダクタンスをＬ３ａ，Ｌ３ｂ、２並列に使用する中圧巻
線３ａと３ｂ間の相互インダクタンスをＭ３ａｂとすれ
ば、Ｌ＝Ｌ３ａ＋Ｌ３ｂ＋２Ｍ３ａｂと表わされる。と
ころが、循環電流１ｃに対し２並列に使用する中圧巻線
３ａ，３ｂの２つの回路の磁束は、相反する向きにでき
るので、相互インダクタンスＭ３ａｂは負となる。ここ
で．） ＵＵ−１ ▼ ＆−ＰＯａ▲４５Ｕ〜Ｕ′ただ
し、μは磁気回路の透磁率、Ｓは磁気回路の断面積、Ｎ
３ａは中圧巻線３ａの巻回数、Ｎ３ｂは中圧巻線３ｂの
巻回数、ｊは磁気回路の長さ、ｋは結合係数である。

これら中圧巻線３ａと３ｂは、その磁気的カツプリング
が良くｋ＝１となるためインダクタンスＬは零となり、
インピーダンスＺは巻線抵抗Ｒのみとなる。

ところが、巻線抵抗Ｒは大容量変圧器になると０．１〜
０．３オーム程度である。

実際は、中圧巻線に直列にタツプ巻線５ａ，５ｂのイン
ピーダンスが接続され、タツプ巻線部は循環電流１ｃに
対し、２つの回路の磁気的結合が悪く、ほぼｋ＋Ｏとな
る。したがつて、インダクタンスＬは零とならないが、
タツプ巻線の巻回数Ｎ５は、２並列に使用する中圧巻線
３ａ，３ｂ０）１０％程度であるため、数＋オーム程度
である。

つまり、第２図で示す並列回路の循環電流１ｃに対する
インピーダンスＺは数＋オーム程度であるため、１タツ
プ間の電位差ｅ１は数千ボルトあることから、その循環
電流Ｉｃは数百アンペア程度の電流が流れることになり
、この電流が負荷電流と重畳しタツプ切換器６ａ，６ｂ
の遮断電流を超えてしまい、遮断不能となる欠点がある
。また、この多大な循環電流Ｉｃを考慮した大容量のタ
ツプ切換器を設置することは不経済となる。ところで、
タツプ切換によるインピーダンスの変動は、第１図の構
造のものより最大および最小タツプ時の磁束密度分布の
変化の小さい第３図で示すタツプ巻線５を中圧巻線３の
内側に配置した構造の方が、第５図の特性図に示すよう
な特性曲線Ｂとなり、他方の第１図の構造の特性曲線Ａ
に比べて小さくなる。このように第１図に示す巻線配置
に比べ第３図の巻線配置にすれば、高圧一中圧巻線間の
インピーダンス変動を小さくでき、また、低圧巻線２と
中圧巻線間の漏洩磁束面積が大きくなるため、中圧およ
び低圧巻線間のイツピーダンズは大きくなるなどの利点
を有する。ところが第３図の巻線配置で大容量化し、中
圧巻線３の電流容量が大きくなり、負荷時タツプ切換装
置の遮断電流容量を超える場合には、タツプ巻線５を第
４図Ａ，ｂに示す如く同心配置する２並列巻線５ａ，５
ｂをタツプ切換器６ａ，６ｂや切換開閉器７ａ・，７ｂ
などからなる２台の負荷時タツプ切換装置を設けて並列
回路を構成することになる。そのため、タツプ巻線５ａ
が差交する磁束量Φａとタツプ巻線５ｂが差交する磁束
量Φｂは、巻線の平均周長の差を無視して周知の漏れ磁
束密度分布図にて幾可学的にみれば、Φｂ＋４Φａであ
り、差交磁束による誘起電圧は打消されないし、巻回数
をＮ、周波数をｆとすれば、各タツプ巻線での誘起電圧
Ｅａ，ｅｂおよび両者の差の誘起電圧ｅ＆まＥａ＝４．
４４πＦＮ（Ｄａ・・・・・・・・・（４）Ｅｂ：４．
４４πＦＮｆ）ｂ ・・・・・・・・・（５）
．゜５ｅ＝Ｅｂ−Ｅａ＝４．４４πＦＮ３Φａ・・・（
６）となる。

この誘起電圧ｅが２並列回路間に発生することになり、
並列回路のインピーダンスＺにより決定される循環電流
１ｃが流れることになる。ところが、循環電流１ｃに対
するインダクタンスＬは、各々のタツプ巻線５ａ，５ｂ
の自己インダクタンスをＬ５ａ，Ｌ，ｂまた両巻線５ａ
と５ｂ間の相互インダクタンスをＭ，ａｂとし、各巻回
数をＮ５ａ，Ｎ，ｂとすれば、Ｌ＝Ｌ５ａ＋Ｌ５ｂ＋２
Ｍ，ａｂ・・・・・・・・・ （７）となる。

この場合でも、前述と同様に相互インダクタンスＭ５ａ
ｂは負となり、またインピーダンスＺはほぼ巻線抵抗の
みとなるから、切換えタツプによつては、循環電流１ｃ
と巻線負荷電流１２との合成電流が巻線負荷電流の１３
０から１５０％程度になることがある。

したがつて、第４図の巻線構成でも切換開閉器７ａ，７
ｂのずれによつて、第２図のものと同様の問題が生ずる
ことになる。本発明の３巻線変圧器の目的は、並列巻線
回路の循環電流に対するインピーダンスを大きくし、負
荷時タツプ切換時の切換開閉器のずれによる循環電流を
抑制できるようにすることにある。この目的を達成する
ため、並列巻線回路の磁気的結合が悪くなるように配置
して相互インダクタンスを零とすれば、インダクタンス
は漏洩インダクタンスとして存在することを利用するた
め、中圧巻線を、中圧主巻線とこれに直列接続する２つ
の中圧部分巻線から形成するようにし、これら中圧部分
巻線を同軸上に所定距離を隔てて配置し、かつ高圧巻線
の外側に巻装し、各中圧部分巻線にそれぞれタツプ巻線
を直列接続するようにしたことを特徴とするものである
。以下、本発明の３巻線変圧器を、第６図から第１０図
に従来と同一部分を同符号で示す各実施例を用いて順に
説明する。

本発明の一実施例である第６図の変圧器は、鉄心１に順
次低圧巻線２，２並列回路の中圧主巻線１３ａ，１３ｂ
、高圧巻線４、タツプ巻線５ａ，５ｂが巻装され、かつ
中圧部分巻線の一部２３ａ，２３ｂが内側となるように
タツプ巻線５ａ，５ｂと同軸上に所定距離を隔てて配置
されている。

中圧主巻線１３ａ，１３ｂの中性点側には、中圧部分巻
線２３ａ，２３ｂがそれぞれ直列接続され、更にタツブ
巻線５ａ，５ｂを接続し、タツプ切換器７ａ，７ｂによ
つて電圧が低くタツプリード線や負荷時タツプ切換装置
の絶縁構成などが容易に行える中性点側で各タツプを切
換えるようにしている。このような巻線配置によれば、
負荷時タツプ切換装置の２台の切換開閉器間での時間的
なずれにノいるので磁気的結合が悪いためｋ＋Ｏとなつ
てインダクタンスＬ２３５は漏洩インダクタンスとして
存在する。

このインピーダンスは、商用周波数に｝いて、巻回数Ｎ
２３ａ，Ｎ２３ｂを適切に選ぶことにより数百オーム程
度にすることが可能である。したがつて、１タツプの電
位差が数千ボルトであつても、これによる循環電流１ｃ
は、数十アンペアに押えることが出来、タツプの切換時
に、万一切換開閉器での時間的ずれが生じても負荷時タ
ツプ切換装置の遮断電流容量を起えることもなく、遮断
不能をさけることが出来る効果がある。また、初めから
多大な循環電流分を考慮した大容量の負荷時タツプ切換
装置を設置する必要もなく、経済的に大容量の変圧器を
製作できる効果ががる。しかも、中圧部分巻線２３ａ，
２３ｂは最外側に配置しているので、第８図に示すよう
に磁束密度分布が、第１図や第３図に示す巻線配置のも
のよりも大きくなるから、中圧｝よび低圧巻線間のイン
ピーダンスを大きくでき、したがつて低圧側での短絡容
量もより小さくすることができる。この第６図に示す実
施例では、各中圧部分巻線２３ａ，２３ｂが並列構成の
中圧主巻線１３ａ，１３ｂの中性点側に接続するもので
あるため、電圧の低いリード線の引廻しとなるので接続
が容易となるし、また中圧主巻線と中圧部分巻線のいず
れもが２つであるため、両者間の接続はより容易に行え
る。

しかも、中圧部分巻線２３ａ，２３ｂが中央、すなわち
高圧線路端子Ｈ１の引出側に所定距離を隔てて対向する
ように同軸上に配置して｝り、かつこの端部、すなわち
中性点電位側の同軸上にタツプ巻線５ａ，５ｂを配置し
ているので、巻線占積率の向上が図れるばかりか、タツ
プの引出しも容易に行うことができる。この第６図の例
では、２つの中圧主巻線１３ａ，１３ｂで並列構成とし
ているが、１つの中圧主巻線に形成しても何んら支障な
く変圧器を構成することができる。本発明の他の実施例
である第９図の変圧器は、鉄心１に順次低圧巻線２，２
並列回路の同心配置タツプ巻線５ａ，５ｂ、中圧主巻線
１３、高圧巻線４が巻装され、かつ最外側に２つの中圧
部分巻線２３ａ，２３ｂが、同軸上に所定距離を隔てて
上下並列に使用するように巻装したものである。このよ
うな変圧器では、中圧主巻線１３に中圧部分巻線２３ａ
，２３ｂを直列接続し、更にそれぞれ内側のタツプ巻線
５ａ，５ｂと直列接続して使用する。この変圧器に｝い
ても中圧部分巻線２３ａ，２３ｂが最外側に巻装されて
いるので、第１０図の原理図に示しかつ前述したように
、同軸上に所定距離を隔てて配置され磁気的結合が悪い
のでインダクタンスは大きくなり、タツプ巻線５ａ，５
ｂ間の差交磁束量の差に基づく循環電流を抑制でき、か
つ切換時のタツプずれによる循環電流も、負荷時タツプ
切換装置の遮断容量を越えぬように 二することもでき
る。また、この例では低圧巻線２と中圧主巻線１３との
間に同心配置のタツプ巻線５ａ，５ｂを巻装し、かつ最
外側に中圧部分巻線２３ａ，２３ｂを巻装するようにし
たため、中圧｝よび低圧巻線間のインピーダンスを一層
大きく ５できるので低圧側の遮断容量を更に小さくで
きるものである。本発明のように３巻線変圧器を構成す
れば、高圧巻線の外側に、同軸上に所定距離を隔てて配
置する２つの中圧部分巻線を巻装して、別置した中圧主
巻線と共に中圧巻線を形成するようにし、この中圧部分
巻線の活用によつて、並列巻線回路の循環電流に対する
インピーダンスを大きくできるから、負荷時タツプ切換
時のタツプずれによる循環電流を大幅に抑制できるので
、大容量のタツプ切換器を使用することなく変圧器を経
済的に製作することができる効果がある。

また、中圧および低圧巻線間のインピーダンスは大きい
ので、低圧側短絡容量も小さくできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の３巻線変圧器の巻線配置図、第２図ａは
負荷時タツプ切換器を並列に設置した中圧巻線回路図、
第２図ｂは第２図ａの中圧巻線の構成図、第３図は従来
の３巻線変圧器の他の例の巻線配置図、第４図ａは負荷
時タツプ切換器を並列に設置した他の中圧巻線回路図、
第４図ｂは第４図ａの巻線構成図、第５図は第１図およ
び第２図の巻線配置に｝ける高圧および中圧巻線間のイ
イピーダンス変化の特性図、第６図は本発明の３巻線変
圧器の一実施例を示す巻線配置図、第７図は第６図の変
圧器の中圧巻線の一部とタツプ巻線での循環電流と磁束
の説明図、第８図は第６図の変圧器の低圧卦よび中圧巻
線間の磁束密度分布図、第９図は本発明の３巻線変圧器
の他の例を示す巻線配置図、第１０図は第９図の変圧器
の中圧巻線の一部とタツブ巻線での循環電流と磁束の関
係図である。 １・・・・・・鉄心、２・・・・・・低圧巻線、３，３
ａ，３ｂ・・・・・・中圧巻線、４・・・・・・高圧巻
線、５，５ａ，５ｂ・・・・・・タツプ巻線、６，６ａ
，６ｂ・・・・・・タツプ切換器、７ａ，７ｂ・・・・
・・切換開閉器、１３，１３ａ，１３ａ・・・・・・中
圧主巻線、２３ａ，２３ｂ・・・・・・中圧部分巻線。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 鉄心に、両端より低圧端子を引出す低圧巻線と、一
   端より線路端子を引出すと共に他端が中性点端子に至る
   中圧主巻線と、軸方向中央部より線路端子を引出すと共
   に両端より中性点端子を引出す高圧巻線とをそれぞれ巻
   装し、かつ前記中圧主巻線の中性点側に直列接続してタ
   ップ切換を行ない並列に使用する２つのタップ巻線とを
   備えてなり、前記高圧巻線の外側に、同軸上に所定距離
   を隔てて配置する２つの中圧部分巻線を巻装し、前記各
   中圧部分巻線は中圧主巻線の中性点側に直列接続して中
   圧巻線を構成し、前記各中圧部分巻線にはそれぞれ前記
   タップ巻線を直列接続して並列回路を形成したことを特
   徴とする３巻線変圧器。 ２ 前記中圧主巻線は２並列に形成して各中圧主巻線と
   独立して直列接続したことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の３巻線変圧器。 ３ 前記各タップ巻線はそれぞれ中圧部分巻線と同軸上
   で、かつ高圧巻線の線路端子と対向する側に中圧部分巻
   線が位置するように配置し、所定の距離を隔てて対向す
   るように巻装したことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項又は第２項記載の３巻線変圧器。 ４ 前記各タップ巻線は同心状の２並列に形成して低圧
   巻線と中圧巻線間に巻装したことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項又は第２項記載の３巻線変圧器。