JPS61234014A - トロイダル変圧器用過渡電圧保護装置 - Google Patents

トロイダル変圧器用過渡電圧保護装置

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JPS61234014A
JPS61234014A JP61024912A JP2491286A JPS61234014A JP S61234014 A JPS61234014 A JP S61234014A JP 61024912 A JP61024912 A JP 61024912A JP 2491286 A JP2491286 A JP 2491286A JP S61234014 A JPS61234014 A JP S61234014A
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conductive shield
toroidal transformer
transformer
insulated
shield
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JP61024912A
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ランドール・エル・シユライク
ジヨン・エル・フイツシヤー
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Kuhlman Corp
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    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
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    • HELECTRICITY
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  • Regulation Of General Use Transformers (AREA)
  • Transformers For Measuring Instruments (AREA)
  • Protection Of Transformers (AREA)

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】
(産業上の利用分野) 本発明は1982年1月2日出願の「トロイダル変圧器
ならびに同変圧器を製造するための方法」(連続番号筒
337.356号)および1984年10月17日出願
の「トロイダル変圧器用低圧巻線を製造するための装置
ならびに方法」(連続番号筒662,312号)、およ
び1984年10月17日出願の「トロイダル変圧器用
高圧巻線を製造するための装置ならびに方法」(連続番
号筒662.467号)、および1984年10月17
日出願の「トロイダル変圧器用磁気鉄芯を巻くための装
置ならびに方法」(連続番号筒662,330号)と題
する本出願人の特許出願中に開示された発明の改良り付
加的発明を構成するものである。 上記出願の開示事項の全部は本文中に言及することによ
って参照されている。 本出願と上記出願は全体として新規なトロイダル変圧器
の設計と構造による装置と方法で変圧器の効率を改善し
たものを対象としている。本発明は一連の重要な点チ捨
願の発明と異なっている。 殊に、本発明は例えば変圧器やその接続電線を襲う稲妻
によって発生する過渡電圧の印加によって惹き起こされ
る電圧変動と誘電応力による損傷からトロイダル変圧器
を保護するだめの装置ならびに方法を提供するものであ
る。 本文中に開示した特別の実施態様のばあい、本発明は導
電シールドであってトロイダル変圧器のリード線に電気
的に接続されトロイダル変圧器の周囲に絶縁隔壁によっ
て包装され該変圧器周囲から絶縁されたものを提供する
。トロイダル変圧器が一次巻線の二つの半円形セグメン
トを備えていてそれらが直列に接続され二次巻線とトロ
イダル変圧器の鉄芯を包囲しているばあいには、本発明
は二つの導電シールドを構成しその各々がその関連した
一次巻線の半円形セグメントのリード線に電気的
【接続
され一次巻線の半円形セグメント周囲に配置され該周囲
から絶縁され該−次巻線には導電シールドが接続される
。 (従来技術、発明が解決しようとする問題点)印加され
た過渡電圧は絶縁隔壁を破壊し大地にアーク放電するこ
とKよって巻線を損傷する虞れがある。本発明の代替手
段として一次巻線の配線に対する絶縁体の厚さを増して
過渡電圧に対する保護を向上させることもできるが、そ
のような保護手段はその結果−次巻線内の導線充填密度
が低下するために変圧器の性能を低下させることになる
。 (問題点を解決するための手段) 本発明はトロイダル変圧器の過渡電圧耐力を妥協したシ
せずにまた変圧器の大きさを大きくして電線に対する絶
縁体の厚さの増分を格納(それは変圧効率を下げること
になる)したりする必要もなく、過渡電圧のエネルギー
の代替的通路を提供することによって過渡電圧に対する
保護手段を提供するものである。 本明細書に記述した製品、方法ならびに機械の特長と利
点は包括的なものではなく、図面、明細書、請求範囲に
鑑みたばあいには多くの追加的特長ならびに利点が当業
者にとって明らかとなるはずである。更に、本明細書中
に使用した用語は主として読み易さと教育上の目的から
選んだもので本発明の主題を正確に規定した9限定する
趣旨ではなくかかる主題を判断するについては特許請求
の範囲の記載を参照すべきである旨注意されたい。 (実施例の説明) 第1図、第2図ならびに第3図は鉄芯絶縁管14内に配
置されたトロイダル形の磁気鉄芯12を内蔵するトロイ
ダル変圧器】0を描いたものである3二次コイルもしく
は巻線18が鉄芯絶縁管】4を包囲し、−次/二次絶縁
隔壁20によシ格納されそれは今度は一次コイルもしく
は巻線22により包囲される。トロイダル変圧器10は
二個のほぼ半円形部分24.26により構成されその各
々が鉄芯絶縁管のほぼ半円形セグメントを二次巻線18
と一次/二次絶縁隔檄20と一次巻線22を内蔵し、そ
れぞれがほぼ165°の弧を形成しトロイダル磁気鉄芯
12が組合せ半円形部分24.26内側に巻かれている
。−次巻線22は逓降変圧器の高圧巻線であって二次巻
線18はかかる変圧器の低圧巻線であることが望ましい
。 −次巻線22の各半円形セグメントは複数のパイ形もし
くは楔形の束もしくはコイルを備えておシ、該束もしく
はコイルは被絶縁線から連続的に巻き該被絶縁線のルー
プによって接続される。−次巻線22の二つの半円形セ
グメントの一端で各半円形セグメントはリードi1J!
52に電気接続され、他端部で二つの半円形セグメント
は直列に電気接続される。リードIIj!52に近接す
るコイルは例えば稲妻によって発生する高圧インパルス
中に経験するような一次巻線22が蒙る非線形電圧分布
によるインパルス応力に抵抗する目的で絶縁インサート
もしくはカラー30によって隔離することが望ましい。 更に、−次導線絶縁体の絶縁耐力よりも大きな過渡電圧
応力をコイル束間に有するトロイダル変圧器設計のばあ
いには、残るコイル28間にインサート30を使用して
これらのコイル28が同一もしくはそれより大きな厚さ
のインサート30もしくは多数インサート30で絶縁し
たリード線52に近接して位置することもできる。 インサート30は一次巻線22の隣接コイルどうしを隔
離する放射形7ランジを備えており、k ヤrKAPT
ONI7)如き成形可能な板紙、クラフト紙や合成絶縁
材から構成されることが望ましい。同様にして二次巻線
も二つのほぼ半円形のセグメントから構成されることが
望ましい、同様にして鉄芯絶縁管14と接続7ランジ3
1を備えた一次/二次絶縁隔壁20カ一二つの半円形セ
グメント内成形されその各々がほぼ165°の弧を貫い
て円周形に延びるようになっていることが望ましい。楔
形支持ブロック32.34がその間に取付けられ半円形
部分24.26を支え、アンカーストラップ36によシ
取付けられる。 本発明の過渡電圧保護装置はトロイダル変圧器外部に取
付けられ、二個の導電シールドを備えその各々が配線5
1を経由して一次巻線22のIJ +ド線52に電気的
【連結され、それが連結される一次巻線の半円形セグメ
ントの周囲に配置され該周囲から絶縁される。シールド
50が一次巻線22のリード線に電気的に接続され、そ
の結果、そこに印加される電圧に帯電されるために、シ
ールドはコイル表面の絶縁隔壁によって一次巻線22の
周囲から内部を絶縁されシールド表面の絶縁隔壁56に
よって外側を絶縁される。シールド50に絶縁隔壁54
.56を予めあてがうことによってシールド50と絶縁
隔壁54.56を一単位として取付けることができるよ
うにすることが望ましい。絶縁隔壁54.56はそれぞ
れシールド50の円周を超えて延びるようにして絶縁隔
壁の周囲の沿面漏れKよる破損を避けるようにし。 クラフト紙やその他の絶縁材から構成されるようにする
ことが望ましい。同様にして、シールド50は辺縁部5
7と隅で折シ返すか折畳んで電圧集中度を少なくし、ま
た、薄い金属板例えば0.0254〜0.127mm(
0,001〜0.005インチ)の厚さの銅もしくはア
ルミ箔から構成されるようにすることが望ましい。 各シールド50は一次巻線22の一つの半円形セグメン
トの放射方向に外周をほぼおおうことが望ましいが、そ
の代シに頂面と底面と放射方向に内側の面を含む半円形
セグメントのほぼ全周にわたって延びるようにすること
もできる。シールド50と絶縁隔壁54.56は接地板
58によって一次巻線22の各半円形セグメントに対し
て所定位置に保持し、該接地板58は今度は金属製の帯
締めストラップによって取つけるようKする。上記帯締
めストラップは接地板58をアンカーストラップ36に
効果的に接地させ、また変圧器タンクを経てトロイダル
変圧器10の接地端子に接地させる。接地板5Bは更に
シールド50と絶縁隔壁54.56を取扱中の損傷から
保護し、帯締めストラップ60と相俟って取扱中ならび
に過渡的な故障状態による機械的負荷に抵抗するうえで
のトロイダル変圧器10の機械的安定度を向上させる。 本発明の利点は、本発明により得ることのできる利点の
基礎にある理論を完全に理解しなくとも得ることができ
るけれども、以上の利点を得ることができる根拠となる
理論を以下に説明する。しかしながら、以下の論述は本
出願人が現在量もよく理解する理論を提示するものでは
あるけれども、それと異なるもつと巧妙な説明もまた理
論を説明することができる可能性もあるという旨、理解
されたい。従って、本出願人はその発明を発明の利益の
基礎にある理論のこの説明もしくはその他の説明に制限
したりそれらに依存させたりすることを希望するもので
はない。 第4図は、配電変圧器の理想化された回路モデルを示す
。上記回路モデルは一次巻線22から見た時に一次巻線
22と二次巻線】8の両方の磁気結合を模する直列イン
ダクタンス内に接続したコイル28を備えている。各コ
イル28はまたその他のコイル28と変圧器内の電気接
地した構造に静電結合される。理論上はこの静電結合は
分布直列キャパシタンスと分布接地キャパシタンスによ
って設計することができる。そのため、第4図に示した
分布キャパシタンス網と分布インダクタンス網によって
巻線全体を理論的に設計することができる。 回路網のインダクタンスとキャパシタンス部分は過渡的
条件の間同じ電圧分布を確立する傾向はない。またそれ
らは全瞬間において等しく有効であるとも限らない。も
し印加電圧が階段波や方形波であるばあいには最初の電
圧分布は非線形の容量性のものとなろう。最終的にはイ
ンダクタンス網が支配的になり巻線全体を通じて線形電
圧分布が得られることになろう。一方から他方への移行
は一連の方形波を伴う減衰撮動によって生ずる。 これらの発振は定在波と認められ、この理論は定在波理
論として知られている。 巻線全体にわたる電圧分布は調波発振の減衰によって調
節される。各コイル28内の隣接する巻線間と隣接コイ
ル28間の電圧差は変圧器巻線の絶縁体組成体を厳しく
圧迫するおそれがある。一般的にいって最初の非線形の
容量性電圧分布が最終的な線形インダクタンズ分布に近
ずくにつれて調波定在波の大きさは小さくなりより厳し
くない電圧差が得られることになる。もし線形キャパシ
タンス分布が得られると、過渡電圧の振動は除去するこ
とができる。 第5図はリード1#52に電気接続されリード線の電圧
に維持される導電シールド50を含む変圧器の理想化し
た理論的回路モデルを示す。これは容量性電流がシール
ド50から一次巻線に流れ、更にそこから効果的に接地
された二次巻線】8に流れる通路を提供する。そのため
、最初の非線形11′。 電圧分布は一次巻線の大部分にわたって均一化される。 これは殆んど最終的移行期の線形分布に接近することに
よって定在波振動の大きさを小さくする。 実際には、最初の過渡電圧の容撤性分布部分間に巻線コ
イル28間の最高の電圧差が観察された。 シールドを追加すると最初の過渡電圧を一次巻線22内
に更に分配することによってこれらの電位差を大きく低
下させることができる。コイル対大地間の最大電圧は、
最大線間端子電圧よシはぼ25チ高い大きさを有するも
のが過渡期中に観察され−次巻ffM22のほぼ中心コ
イル28に位置する。シールド50を追加するとコイル
対大地間の最大電圧を小さくすることができる。巻線全
体にわたる分布をほとんど線形にするとリード線でも最
大電圧が生ずる。 第6図は、二個の別々のシールド50を使用するトロイ
ダル変圧器10の理想化した理論的回路モデルを示す。 各シールドは配線51を経由してその隣接半円形セグメ
ントのリード線52へ電気的に接続される。 (発明の効果) 上記説明より本文中に開示した発明はトロイダル変圧器
のために過渡電圧に対する保護を提供するための新規で
有利な装置を提供するものであることが明らかであろう
。当業者には理解できると思われるが、本発明はその精
神もしくは本質的特徴から逸脱せずにその他の特殊な態
様に具体化できるのである。従って本発明の開示事項は
例解的なものであって本発明の範囲を限定するものでは
なく、その範囲は特許請求の範囲に規定するものである
【図面の簡単な説明】
第1図はトロイダル変圧器を部分的に破断した斜視図で
、本発明による望ましい過渡電圧保護装置を取付けたも
の、 第2図はトロイダル変圧器と過渡電圧保護装置を部分的
に破断した上部平面図、 第3図はトロイダル変圧器と過渡電圧保護装置の側部断
面図、 第4図は配電変圧器の理想化した回路モデルの概路線図
、 第5図は過渡電圧保護手段にシールドを取付けた配電変
圧器の理想化した回路モデルの概路線図、第6図は過渡
電圧保護手段にシールドを取付けた二本の直列巻線を有
するトロイダル変圧器の理想化した回路モデルの概路線
図である。 手続補正書(方式) 昭和61年r月7日

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)その外表面を構成する外側巻線を備えたトロイダ
    ル変圧器を過渡電圧の印加による誘電応力から保護する
    ための装置において、 トロイダル変圧器の外表面に隣接して配置 された導電シールドと、 該導電シールドをトロイダル変圧器の外表面から電気的
    に絶縁するための絶縁手段と、該導電シールドをトロイ
    ダル変圧器の外側巻線のリード線に電気的に接続するた
    めの手段、 とから成ることを特徴とする上記装置。
  2. (2)該絶縁手段が電気絶縁隔壁であつて該導電シール
    ドの周囲を超えて延びることを特徴とする特許請求の範
    囲第1項に記載の装置。
  3. (3)該導電シールドが第一と第二の導電シールドから
    構成されそのそれぞれが外側巻線のリード線に電気的に
    接続され、それぞれが外側巻線のセグメントの周囲に配
    置され絶縁されていることを特徴とする特許請求の範囲
    第1項に記載の直列に接続された外側巻線の二個の半円
    形セグメントを有するトロイダル変圧器の外側巻線を保
    護するための装置。
  4. (4)第一と第二の接地板を含み、そのそれぞれが該第
    一と第二の導電シールドの一つに隣接して配置され絶縁
    され、それぞれがその隣接導電シールドとほぼ同一範囲
    で占めていることを特徴とする特許請求の範囲第3項に
    記載の装置。
  5. (5)該導電シールドの周囲に配置され該シールドから
    絶縁された接地板を含む特許請求の範囲第1項に記載の
    装置。
  6. (6)該導電シールドが該導電シールドの周囲を超えて
    延びる電気絶縁手段によつて該接地板から絶縁されるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第5項に記載の装置。
  7. (7)トロイダル変圧器上に過渡電圧からの保護装置を
    取付けるための方法が、 導電シールドを該トロイダル変圧器周囲に該変圧器周囲
    から絶縁して取付け、 該導電シールドをトロイダル変圧器のリード線に電気的
    に接続する段階から成ることを特徴とする上記方法。
  8. (8)トロイダル変圧器へ過渡電圧からの保護装置を取
    付けてトロイダル変圧器の外側巻線を過渡電圧の印加に
    よる損傷から保護するための方法において、 上記電気的接続の段階が該導電シールドをトロイダル変
    圧器の外側巻線のリード線に電気的に接続する段階を含
    むことを特徴とする特許請求の範囲第7項に記載の方法
  9. (9)導電シールドを取付ける上記段階に先立つて電気
    絶縁隔壁をトロイダル変圧器の周囲にそれと接触するよ
    うに取付ける段階を含むことを特徴とする特許請求の範
    囲第7項に記載の方法。
  10. (10)導電シールドを取付ける上記段階が絶縁層をそ
    の内表面に取付けた金属箔シールドを取付ける段階を含
    むことを特徴とする特許請求の範囲第7項に記載の方法
JP61024912A 1985-02-06 1986-02-06 トロイダル変圧器用過渡電圧保護装置 Pending JPS61234014A (ja)

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JP (1) JPS61234014A (ja)
KR (1) KR860006852A (ja)
CN (1) CN86100489A (ja)
AU (1) AU5299986A (ja)
BR (1) BR8600466A (ja)
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DK55286A (da) 1986-08-07
EP0190930A3 (en) 1987-07-29
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CN86100489A (zh) 1986-10-08
BR8600466A (pt) 1986-10-21
AU5299986A (en) 1986-08-14
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