JPS61204918A - スコツト結線変圧器 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、き重用変圧器として使用されるスコツト結線
変圧器に関するものである。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

高速電気車に電力を供給するための、き重用変圧器には
第７図に示すような変形ウッドブリッジ＃幼シｌｔ２刹
ス１州９姻亦蜘田亦匡訛１Ｌヌ−ｍｍ変圧器２とで構成
されたものが使用されている。

（例えば「鉄道技術研究所速報Ｊ　１９８４年３真、阻
−Ａ　−８４−３９、国鉄発行、Ｐ２，３）３相２相変
換用変圧器１は１次巻線がＹ結線でらシミ圧Ｅ１で受電
し、２次巻線はＶ相を並タリ接続した二重三角結線であ
る。

この２次巻線の１組の出力端子ａｃ間の電圧をＥ！とす
れば、もう１組の出力端子ｂ／ａ／間゛の電圧はＥ２／
、／Ｔ　　となシ、端子ａｃ間と端子５７４２間の電圧
の位相差は９０度になっている。

昇圧用変圧器２は入力端子５７４１間の電圧Ｅ２／、／
Ｔ　を昇圧し出力端子ｂｄ間に電圧Ｅ、を発生する単巻
変圧器である。

この変形ウッドブリッジ結線変′ＦＥ器方式では、１次
側中性点０が直接接地できるので、超高圧線路から直接
受電でき、１次巻線の絶縁が大幅に低減できる利点がら
る。

しかしながら、受電するのけ超高圧線路からだけでなく
、受電電圧Ｅ１が１５４ＫＶ以下になる場合もあり、必
らずし本１次側の中什占′ｆ；ｒ引出１　連地する必要
はない。

そ°ｊ、２で、３相２相変換用変圧器１のほかに昇圧用
変圧器２が必要となるため、大形化し、製造価格が高く
なり、かつ広い設置場所と多額の工事費が必要となる欠
点かめる。

次に２次側の絶縁階級の低減について説明する。

第８図は変形ウッドブリッジ結線変圧器の片座と等価で
らる単相二巻線形のき軍用変圧器３０１次側に電源４を
接続し９，２次側にしゃ断ｉ５５を介り、て圧巻変圧器
６を接続し２、電気車７に給電する従来の単巻変圧器き
電力式（ＡＴ方式）を示している３、この方式ではき重
用変圧器３の２次側は非接地方式となっているため、単
巻変圧器６が接続されていない状態、すなわちしゃ断器
５が開の時に、２次側で地絡が発生することを考慮して
、電気車電圧ＥＴの２倍でらる２次電圧Ｅ、に相当する
絶縁階級としている。

第９図は最近開発された新ＡＴ方式を示したものでらシ
、そのき重用変圧器８は電気車電圧ＥＴに等しい電圧Ｅ
２／２である２次巻線と３次巻線を有する単相三巻線形
でるる。すなわち、１次巻線９にｉｉ：電圧Ｅ１の電源
４が接続され２次巻線］０と３次巻線１１は直列に接続
され、その接続点Ｎは接地され、両端の端子Ｔ、Ｆｔ／
Ｃ１しやｔｌｉ器５を介して単巻変圧器６を接続し、電
気車７に給電する回路図でろる。

実際の使用では、これらの回路を両座分用意しそれらの
出力電圧の位相差を９０度になるように構成し、両座の
負荷が同一でられば１次側の３相電源からの電流は３相
平衡が得られるようにしたものである。

この新ＡＴ方式では、たとえ、しゃ断器５が開の時にも
接続点Ｎは接地されているので２次側と３次側の絶縁階
級は電気車電圧ＥＴすなわち２次、３次の電圧Ｅ２／２
に相当する値でよく、従来方式の半分にすることができ
る。

しかし、接続点Ｎで一端が接続されていても、２次巻線
１０と３次巻線１１は独立しているので両巻線に通電す
る負荷電流には不平衡を生じるし、地絡事故時には異常
電圧が発生する恐れがろる。き重用変圧器８０巻線間の
もれインピーダンスには適正な配分が必要であるので、
次にそれを説明する。

もれインピーダンスは’＋ｊ２組の巻線の一方ｊを短絡
し、他方ｉに電圧を加えその他の巻線は開放としたとき
の’ＭＥ圧電流から計測され基準の容量と電圧に換算し
た値をＺｉｊとして表示する。そし２て各巻線に分離し
たもれインピーダンスＺＩ　ｒ　Ｚ２　＋Ｚ、は（１）
式となる。

このもれインピーダンス２．　、２！、　２３　　の関
係において、Ｚ、とＺ３はほぼ同一値にする必要がある
し、Ｚｌの値についてもその絶体値を小ざくすることが
必要である。すなわち、Ｅｌの値が正の方向に６１りに
大きいと、この新ＡＴ方式の特性として３次巻線に比べ
２次巻線の方により多く流れる電流不平衡の度合が大き
くなり、逆にＺｌの値が負の方向にあ１りに大きいと２
次側が短絡した場合３次側のｔＥＥ上昇が大きくなり、
３次側が短絡した場合には２次側の電圧上昇が大きくな
り好ましくない。

このように、運転上の制約からき重用変圧器８のもれイ
ンピーダンス特性は（２）式の関係を満足させることが
大きな要因でろる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は以上説明したような点に鑑みてき電相変
圧１Ｂ８１ｃ相当するもので受載電圧Ｂ、　　が１５４
ＫＶ以上の場合に適用すれば、大形化にならず製造価格
が低減できるスコツト結線変圧器を得ることである。

〔発明の概要〕 本発明によるき重用変圧器は従来から使用されているス
コツト結線変圧器の２組に相当する鉄心と巻線を１つの
タンクに収納し、２組の１次巻線をタンク内で並列に接
続し、ＵｖＷの３本のブッシングによって１次側線路に
接続するようにし、かつ主座用とＴ座用の１次巻線の接
続点Ｍ、、Ｍ、を非直線抵抗体によシ接続し、その非直
線抵抗体からのリードに避雷器を取付けるように構成し
、２次と３次の絶縁階級を従来の半分にでき、しかもも
れインピーダンス特性の前記（２）式の関係を満足でき
るようにしたものでらる。

〔発明の実施例〕

以下本発明を第１図に示す実施例について説明する。第
１の鉄心８ｉ１１２ｖｃは主座用２次巻線１６とそれに
対応する主座用１次巻線１７を巻装し、第２の鉄心脚１
３には主座用３次巻線１８とそれに対応する主座用１次
巻線１９を巻装する。冑、第１、第２の鉄心脚１２と１
３は同一寸法で６フ、２次巻線１６と３次巻線１８およ
び１次巻線１７と１９は各々同一寸法、同一巻回数とし
ておく。

第３の鉄心脚１４にはＴ座用２次巻線２０とそれに対応
するＴ廃用１次巻線２１を巻装し、第４の鉄心脚１５に
はＴ廃用３次巻線２２とそれに対応するＴ座用１次巻線
２３を巻装する。伺、第３、第４の鉄心脚１４と１５は
同一寸法で６カ、２次巻線２０と３次巻線２２および１
次巻線２１と２３は各々同一寸法、同一巻回数としてお
く。

主座用の２次巻線１６と３次巻線１８は上下振分は巻き
で交差接続で循環回路ができる構成としておく。

主座用の１次巻＠　１７．１９は上下端を線路端子（Ｕ
、Ｗ）としその中央を接続点Ｍ１．Ｍ、とする。

Ｔ座用の２次巻線２０と３次巻線２２は普通の巻き方で
６９．１次巻線２１．２３は上下振分は巻きで、中央を
線路端子（Ｖ）とし、上下端を接続点Ｍ１゜Ｍ２　　と
する。

そして主座用とＴ座用の接続点Ｍ２．　Ｍ、をそれぞれ
接続し、非直線抵抗体２４によって接続点Ｍ１゜Ｍ、を
接続し、非直線抵抗体２４の中間点よシリードを引出し
避雷器２５に接続する。

Ｔ廃用１次巻線２１．２３に発生する電圧は主座用１次
巻線１７．１９に印加される電圧Ｅ１の４カ倍となるよ
うにし、２次巻線・１６．２０および３次巻線１８．２
２に各、々発生する電圧の大きさをＥ、／２　　となる
ようにする。

以上のような構成にし、１次側端子Ｕ、Ｖ、Ｗに３相電
源を印加すれば普通のスコツト結線変圧器と同様に作用
し、主座用の２次巻線１６と３次巻線１８には同一位相
の電圧が、Ｔ座用、の２次巻線２０と３次巻線２２には
主座用の電圧と９０度の位相差をもつ電圧が、それぞれ
得られる。

そして各々の２次巻線と３次巻線に同一負荷を同時に接
続すると１次側から流れ込む３相電流は平衡することも
、普通のスコツト結線変圧器と同様でめる。

２次巻線と３次巻線の絶縁階級については、使用時、そ
の一端Ｎが必らず接地されているので従来の半分でよい
ことは明確でろる。

次にこの構成におけるインピーダンス特性を第２図から
第５図までを使って説明するが、これらの第１図に示す
構成をよルわかシ易く位相差をもわかるように表示した
ものでおるが、鉄心脚と避雷器は省略してるる。

第２図から第５図までは、この変圧器の巻線間のインピ
ーダンス測定を行な５場合の回路図でもｓ、ｈａｌ姻帝
産９５シ昂紹】】−ド０９フｆつｂイ久垣仝を表示し、
渡れる電流を矢印で示している。

第２図は主座用の２次巻線と１次巻線の間のもれインピ
ーダンスＺ□の測定時でめシ、２次巻線１６と１次巻線
１７に電流が流れる。

次に主座用の３次巻線と１次巻線の間のもれインピーダ
ンスＺ８１の測定時は第２図で３次巻線１８に電源２６
を移すだけでらシ、２次巻線１８と１次巻線１９に電流
が流れる。この２回の測定は同一寸法、同一巻回数の巻
線での組合せでらるので（３）式が得られる。

ｚｔｔ　＝　ｚｓｔ　　　・・・・・・（３）Ｍ３図は
主座用の２次巻線と３次巻線間のもれインピーダンスＺ
ｔＳの測定時でラシ、主座用の全巻線に電流が流れ、ｚ
２１とＺＳｌを測定した条件を直列接続としたことに相
当しく４）式が得られる。

Ｚ２ｓ　＝　Ｚｔｔ　＋　Ｚａｔ　　−−（４）（３）
　、　＋４）式の関係を（１）式に代入するとＺ、＝Ｏ
、Ｚ、＝ｚｓ”ｚｔｔの関係が得られ（２）式を満足す
ることがわかる。

第４図はＴ座用の２次巻線と１次巻線の間のもね１／ビ
ーダンスＺ’２１の測定時であり、２次巻線ｚｏ、！−
，：を次巻線２１および主座用の１次巻線１７と２次巻
線１６′／Ｃ？に流が流れる。１次巻線２１の電流は端
子■で分流し短絡リード２７を通って１次巻線１７に流
れ、接続点Ｍ、で合流するように流れる。そして１次巻
線１７に発生したアンペアターンを打消すように２次巻
線１６には循環電流が流れる。

この第４図におけるもれインピーダンスＺ２ＨがＩ′ｌ
ｌｌ述し７’ｎＺｔｔ　と同一値となるように設計され
る。

次にＴ座用の３次巻線と１次巻線の間のもれインピーダ
ンスＺ３Ｉの測定時は第４図で３次巻線２２に電源２６
を移すだけでらり、３次巻線２２と１次巻線２３および
主座用の１次巻線１９と３次巻線１８に電流が流れる。

この２回の測定は同一寸法同一巻回数の巻線での組合せ
であるので（５）式が得られる。

Ｚ！！　”　Ｚｎ２　　・・・・・（５）第５図はＴ座
用の２次巻線と３次巻線の間のもれインピーダンスＺ　
２３の測定時でｉｎ、２次巻線２０に電源２６を接続し
、３次巻線２２が短絡リード２７により短絡されている
。この場合に通電する巻線（・ｊ主座とＴ座の全部と非
直線抵抗体２４となる。

Ｔ部用１次巻線２３１Ｃ流れる電流は接続点Ｍ、で、王
座用１次巻線１９．１７１７？：流れる分と、非直線抵
抗体２４Ｖｃ流れる分に分流し、接続点Ｍｌで合流する
ように流れ、接続点Ｍ、とＭ、の間には電位差Ｅｍが発
生す′る。

第６図は金属酸化物で作られた非直線抵抗体２４の電圧
・電流特性を示す曲線図であるが、套る所定の値より小
さい電圧では、七の抵抗値が大きいが、所定の値より大
きい電圧になると、その抵抗値が非常に小ざくなる特性
を有していることを示している。

第５図で２次巻線２０と３次巻線２２に、その定格電流
を流す場合に発生する電位差Ｅｍけ、定格１次電圧Ｅ！
の数パーセント程度でらシ、非直線抵抗体２４の所定電
圧より充分低くなるように抵抗体２４を設定する。一般
的には前述の電位差Ｅｍに対して、抵抗体２４１Ｃｌれ
る電流は数百マイクロアンペア程度でｂるので、Ｔ座州
１次巻線２３ｖ′ｃ流れる負荷電流の数百アンペアに比
較すると非常に小さく、無視してもよい。

第５図において、非直線抵抗体２４に誇れる電流を無視
すると、前述のもれインピーダンスＺ２１とＺｎ２を測
定した条件を直列接続としたことに相当するので（６）
式が得られる。

Ｚ２３二Ｚ　２１モＺ　３１　　　・・・・（６）（５
）、（６）式の関係を（１）式に代入すると７．＝Ｑ。

Ｚ２−：Ｚ３　”　Ｚ２□　の関係が得らり、　（２１
式を満足するこがわかる。

この変圧器を実運転した場合に隆続点Ｍ、どＭ２の間の
電位差Ｅｍすなわち非直線抵抗体２４１’ｎ７１Ｄわる
電圧は第５図のようにＴ座用２次巻線２０からＴ連用３
次巻線２２ＩＣ？ｄ力が通過する場合が最大でβろ。２
次巻線２０と３次巻線２２が同一負荷で１次側から電力
が通過する場合には、２次３次が同−条件となり電位差
Ｅｒｎは零でちる。

このように実運転時では電位差Ｅｍが小さく、非直線抵
抗体１？、４の枚数も少なくてすみ、抵抗値が欠きいの
で（６）状：を７嘴ｇｉて（ハるこノーに方る一次に本
発明による変圧器の１次側の絶縁について説明する。

スコツト結線でめる１次巻線には中性点がないため接地
は不可能でらる■で、接続点〜１に避雷器を取付けて絶
縁を低減するものでらる。

例えば、１次側線路の絶縁階級が１４０〜２００号でら
れは避雷器２５は８０〜１２０号位を使用する。

このように構成された変圧器の１次側線路ｊｃ雷インパ
ルス電圧が印加され、接続点Ｍ（、Ｍ２の対地電位が上
昇すると、前述の非直線抵抗体２４ＶＣも高い′Ｅル圧
が発生することになる。

もし・その発生電圧が、その抵抗体２４の所定電圧以上
となると抵抗値が非ｔｉｃ小さくなシ大きな電流が流れ
、雷インパルス電圧のエネルギーを避雷器で放電するこ
とになる。このように接続点Ｍ！。

へ１．の対地電位がめる限度以上に上昇することがなく
なり、１次巻線は規定された絶縁レベル以下シて保護さ
れる。

鉄心構造は一般ＶＣは鉄心脚１２と１３を、鉄心脚１＝
１と１５を各々一体とする２鉄心力式で４）るが、各脚
を別々にらるいは４脚を一体とする方式であってもかま
わないので、条件に見合う最適な方法を採用すればよい
。

以上の説明かられかるように本発明によれば、もれイン
ピーダンス特性を満足すると共に次の特長がある。

（１）ｌタンク方式なので小形・軽食化ができる。

（２）２次と３次の絶縁階級を従来の半分にできる。

そして２次と３次の回路に使用されるしゃ断器、断路器
、および避雷４などについても同様に、低い絶縁階級の
機器でよいことになる。

（３）　　接続点Ｍｌ　＋　Ｍ２を別々に引出し２台の
避雷器で保護する方法に比べ、非直線抵抗体を使い、接
続点Ｍだけを引出す本方式では引出し用ブッシング１本
、避雷器１台でよいので半減になる。

（４）高電圧である１次巻線を外側配置としているので
、１次巻線のタップ引出しが容易であること、段絶縁が
採用できることなど絶縁構造上有利となシ、寸法の縮少
化が可能でるる。

（５）鉄心脚１２と１３の各巻線、鉄心脚１４と１５の
各巻線は各々同一寸法、同一巻回数でめるので種類が少
なく工作が容易でめる。

以上の説明では、三巻線スコツト結線のめる特別の巻線
配置についてでｂったが、接続点Ｍ、　、　Ｍ。

のように直接接続するとその電流分布が変化し必要なも
れインピーダンス特性が得られなくなる場合に、非直線
抵抗体で接続し、それからリードを１本引出し避雷器で
保護する方法は、他の巻線配置のスコツト結線変圧５６
るいはスコツト結線変圧器以外の変圧器にもその要旨を
変更しない範囲で適宜変形し実施し得ることは勿論でお
る。

又、容量が大きく、わるいは輸送条件が小さく、輸送が
困難となる場合には主座用変圧器とＴ座用変圧器を別々
のタンクに収納し、油中ダクトで接続し一体とする方法
を採用してもよい。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、１次巻線がスコツト
結線でう夛、電圧位相差９０度でらる２つの２次巻線を
有するスコツト結線変圧器２組を同一タンクに収納した
ものにおいて、前記２組ノ１次線路端子を並列に接続し
、かつ前述の２組の１次側の主座巻線とＴ座巻線との接
続点を非直線抵抗体によシ接続し、その非直線抵抗体か
らリードを引出し、避雷器を取付けるようにしたので、
もれインピーダンス特性を満足し運転上の不具合いをな
くし、２次および３次の巻線および回路の絶縁階級が半
減にでき、しかも１台の避雷器取付けによフ１次巻線が
段絶縁とすることができるので小形・軽量化が可能で製
造価格が低減できるスコツト結線変圧器を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるスコツト結線変圧器の一実施例を
示す結線図、第２図から第５図までは本発明による巻線
の接続と各巻線間のもれインピーダンス測定を示す結線
図、第６図は本発明に使用する非直線抵抗体の特性を示
す特性図、第７図は従来の変形ウッドブリッジ結線のき
電相変圧器の結線図、第８図は従来の変形ウッドブリッ
ジ結線におけるＡＴ方式の回路構成図、第９図は新しい
三巻線き電相変圧器によるＡＴ方式の回路構成図でらる
。 １・・・３相２相変換用変圧器 ２・・・昇圧用変圧器３，８・・・き電相変圧器５・・
・しゃ断器　　　　６・・・単巻変圧器７・・・電気車
　　　　　１２，１３，１４．１５・・・鉄心脚９．１
７．１９，２１．２３・・・１次巻線１０．１６．２０
・・・２次巻線　１１，１８．２２・・・３次巻線２４
・・・非直線抵抗体　　２５・・・避雷器代理人　弁理
士　則　近　憲　佑　（ほか１名）第１図 第４図 第５図 ｌ θ　　＠戊− 第６図 第７図 第　９　凶

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １次巻線がスコット結線であり、電圧位相差９０度であ
   る２つの２次巻線を有するスコット結線変圧器２組を同
   一タンクに収納したものにおいて、前記２組の１次線路
   端子を並列に接続し、かつ前記２組の１次側の主座巻線
   とＴ座巻線との接続点を非直線抵抗体により接続し、そ
   の非直線抵抗体からリードを引出し、避雷器を取付けた
   ことを特徴とするスコット結線変圧器。