JPWO2018029922A1 - 変圧器 - Google Patents

Abstract

本発明の目的は、上下段の変圧器が同等の容量の油入変圧器において、下段の第一のコイルを保持しつつ、絶縁油の上段と下段の流路を確保する構造を有する変圧器を提供することである。本発明の変圧器は、第一の鉄心と、第一の鉄心の上に配置される第二の鉄心と、第一の鉄心に巻き回された第一のコイルと、第二の鉄心に巻き回された第二のコイルと、を有する変圧器であって、第一の鉄心の第一の面と第一の面と対向する第二の面とを挟み込む第一の鉄心押さえ部材と、第二の鉄心の第三の面と第三の面と対向する第四の面とを挟み込む第二の鉄心押さえ部材と、前記第一のコイルと第二のコイルの外側には、第一のコイルの高さと、第一のコイルの下面から第一の鉄心の下面までと、第二のコイルの高さと、第一の鉄心押さえ部材の高さと、第二の鉄心押さえ部材の高さの和よりも長い柱と、が備えられ、柱には、第一の鉄心押さえ部材と、第二の鉄心押さえ部材とが接続されたことを特徴とする。

Description

本発明は、コイルを複数段に段積みする油入変圧器に関する。

変圧器の分野において、段積みコイル構造とは複数回路におけるコイルの配置方法であり、第一のコイルの上に第一のコイルとは異なる回路の第二のコイルを配置する構造のことをいう。また、変圧器はコイルの巻線温度上昇限度が定められており、上下段のコイルそれぞれが当該巻線温度上昇限度内に抑える必要がある。

特許文献１には、「所定圧力の絶縁ガスを充填した容器と、上記容器に収納され下側鉄心締付金物を介して上記容器の底板に固定された変圧器と、上記容器の相対する長手方向の側板の上下方向の中央付近に設けた補強金物に両端を固定され上記変圧器の上部鉄心締付金物を保持する固定金物とを具備することを特徴とするガス絶縁変圧器。（特許請求の範囲参照）」が開示されている。

特開平１−２９３５０６号公報

下段の第一のコイルと上段の第二のコイルを絶縁油が収納された容器（タンク）に収納する油入変圧器において、下段の第一のコイルを有する変圧器と上段の第二のコイルを有する変圧器が同等の容量の場合には、上段のコイル側の温度が上昇しやすい。

また、絶縁油はガスよりも対流が生じにくいため、ガス絶縁変圧器に比べて、油入変圧器の場合は、下段と上段との流路を設ける必要がある。

特許文献１（特開平１−２９３５０６号公報）ではガス絶縁変圧器について開示され、下段の大容量変圧器２に上段の小容量変圧器４が搭載されている。また、小容量変圧器４は固定金物３に搭載され、固定金物３と接続された補強金物１ｅが側板１ｄに溶接により接合されているため、第２図及び第３図に示されるように容器１の側板１ｄの流路が設けられていない。

これは、特許文献１の構造は、下段が大容量変圧器２であるのに対し、上段に小容量変圧器４を配置しているため、上段側が下段側よりも温度が上昇することが考慮されていない、または、ガスで絶縁しているので対流が生じやすいため第１図の側面部だけで十分とされているからであると考えられる。すなわち、上下段が同等容量の変圧器であり、絶縁油を用いる場合の構造は考慮されていない。

本発明の目的は、上下段の変圧器が同等の容量の油入変圧器において、下段の第一のコイルを保持しつつ、絶縁油の上段と下段の流路を確保する構造を有する変圧器を提供することである。

本発明の一例として、複数の鉄心ブロックを有する第一の鉄心と、第一の鉄心の上に配置される第二の鉄心と、第一の鉄心に巻き回された第一のコイルと、第二の鉄心に巻き回された第二のコイルと、を有する変圧器であって、第一の鉄心の第一の面と第一の面と対向する第二の面とを挟み込む第一の鉄心押さえ部材と、第二の鉄心の第三の面と第三の面と対向する第四の面とを挟み込む第二の鉄心押さえ部材と、前記第一のコイルと第二のコイルの外側には、第一のコイルの高さと、第一のコイルの下面から第一の鉄心の下面までと、第二のコイルの高さと、第一の鉄心押さえ部材の高さと、第二の鉄心押さえ部材の高さの和よりも長い柱と、が備えられ、柱には、第一の鉄心押さえ部材と、第二の鉄心押さえ部材とが接続されたことを特徴とする。

本発明の一例として、複数の鉄心を有する第一の鉄心と、第一の鉄心の上に配置される第二の鉄心と、第一の鉄心に巻き回された第一のコイルと、第二の鉄心に巻き回された第二のコイルと、を有する変圧器であって、第一の鉄心の第一の面の上部側に接触する第一の鉄心締金具と、第一の面と対向する第二の面の上部側に接触する第二の鉄心締金具と、第二の鉄心の第三の面の下部側に接触する第三の鉄心締金具と、第三の面と対向する第四の面の下部側に接触する第四の鉄心締金具と、を備え、第一の鉄心と第二の鉄心との間には空間が設けられたことを特徴とする。

本発明によれば、上下段の変圧器が同等の容量の油入変圧器において、下段の第一のコイルを保持しつつ、絶縁油の上段と下段の流路を確保する構造を有する変圧器を提供することができる。

本発明の変圧器の実施例の一例である斜視図である。 本発明の変圧器の実施例の一例である上面図である。 本発明の変圧器の実施例の一例である正面図である。 本発明の変圧器の実施例の一例である側面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

さらに、以下の実施の形態では便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明などの関係にある。

また、以下の実施の形態において、要素の数など（個数、数値、量、範囲などを含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合などを除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良いものとする。

また、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。

また、以下の実施の形態において、構成要素等について、「Ａからなる」、「Ａよりなる」、「Ａを有する」、「Ａを含む」と言うときは、特にその要素のみである旨明示した場合等を除き、それ以外の要素を排除するものでないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲等についても同様である。

上記の段積みコイル構造の変圧器のうち、上下段のコイルを並列運転する際は、運転バランスが崩れる為、それぞれの変圧器のインピーダンス値を近似させる必要がある。なお、インピーダンスは一般的にコイル寸法や巻回数など構成や構造が変わると変化するため、コイル周辺の構造は上下段のコイルは類似構造であることが望ましい。

また、タンク内の絶縁油は上段側のコイル周辺が下段側のコイル周辺よりも温度が高くなるため、タンク内で絶縁油を対流させることにより、上下段の温度ができるだけ近づく方がよい。すなわち、段積コイル構造変圧器においては、タンク内で絶縁油の対流を生じさせるスペースが必要となる。なお、本明細書において、タンクは単に容器とも呼ぶ。

図１は、本発明の変圧器の実施例の一例である斜視図でタンクを示さない図である。いわゆる三相三脚構造である。また、図２は、本発明の変圧器の実施例の一例である上面図でタンクを示す図である。図２から４はタンク１０８とタンク１０８に収容される絶縁油１０９を示すが、図１では便宜上省略する。

特段の説明がない限りは、ケイ素鋼板またはアモルファス金属をブロック上にし、積み上げる方式、すなわち積鉄心構造の鉄心を有する変圧器について説明する。ただし、本発明は、積鉄心構造の鉄心にのみに用いられるものではなく、巻鉄心方式の鉄心を有する変圧器でも用いることができる。

下段側の第一のコイル１０４と上段側の第二のコイル１０１が示され、上段側の第二のコイル１０１は上段鉄心１０２に巻き回されている。いわゆる外鉄心が図１には示されているが、外鉄心の内部には、内鉄心が配置されている。

また、図１は斜視図のため図示されていないが下段鉄心１０５にはコイル１０４が巻き回されている。コイル１０４が下段鉄心１０５に巻き回されている様子は、図３及び図４に示される。

上段鉄心１０２は、一対の上段締金具１０３に挟み込まれている。上段締金具１０３は、柱１０７に取り付けられている。上段締金具１０３等の締金具とは鉄心抑え金具または単に抑え金具とも呼び、柱１０７は抑え金具とも呼ぶ。これらの取り付け方法は、ボルトや溶接によって接続される。柱１０７はコ字形状に限られず角材でもよく、本明細書においては、柱と呼ぶが、鉛直方向に延在する部材であればよい。

また、締金具は図示するように、コ字形状である。例えば、後述の第三の中段締金具２０４は、コ字中央面が柱１０７に接続され、コ字上面がコイル１０１、コ字下面がコイル１０４と対向する。コ字形状に限らず４面の角材でもよいが、部材としての剛性が十分得られれば、軽量化及び他の部材の取り付け作業の作業性を考慮すると、コ字形状が望ましい。

下段鉄心１０５は、一対の下段締金具２０１に挟み込まれている。下段締金具２０１は柱１０７に取り付けられている。下段の第一のコイル１０４の底面は絶縁部材を介して下段締金具２０１に載せるとよい。

下段鉄心１０５をアモルファス巻鉄心とした場合には、コイル１０４が下段鉄心１０５に自重を与えにくくなり、下段鉄心１０５の特性を向上させることができる。なお、絶縁部材は、コイル１０４または下段締金具２０１との間に配置されていればよく、樹脂部材をいずれか一方に塗布する等により実施してもよい。

コイル１０１とコイル１０４との間には、中段締金具１０６が取り付けられている。この中段締金具１０６は４つの部材を有する。

第一の中段締金具２０２は、下段鉄心１０５の第一の面側に取り付けられ、第二の中段締金具２０３は下段鉄心１０５の第一の面と対向する第二の面側に取り付けられる。これらの中段締金具２０２と２０３は下段鉄心１０５を挟み込んでおり、柱１０７に取り付けられている。

第三の中段締金具２０４は、上段鉄心１０２の第三の面側に取り付けられ、第四の中段締金具２０５は上段鉄心１０２の第三の面と対向する第四の面側に取り付けられる。これらの中段締金具２０４と２０５は上段鉄心１０２を挟み込んでおり、柱１０７に取り付けられている。なお、第一の面と第三の面は略同一平面である。または、第二の面と第四の面も略同一平面である。

ここで、第一の中段締金具２０２及び第二の中段締金具２０３を総称して一対の第一の鉄心押さえ部材１０６と、第三の中段締金具２０４及び第四の中段締金具２０５を総称して一対の第二の鉄心押さえ部材１０６とも呼ぶ。つまり、一対の第一の鉄心抑え部材１０６は、下段鉄心１０５を挟み込み、一対の第二の鉄心押さえ部材１０６は、上段鉄心１０２を挟み込むように配置されている。

第一の中段締金具２０２と第三の中段締金具２０４は一体とすることもできるが独立して配置することが望ましい。別体とすることで、第一の中段締金具２０２は下段鉄心１０５を、第三の中段締金具２０４は上段鉄心１０２をそれぞれ独立して締め付けることができるからである。

上段鉄心１０２及び下段鉄心１０５の製造上のばらつきや周辺構造によって第一の面と第三の面とがずれる場合があるが、このばらつきを気にせずにそれぞれ独立して挟みこむことができるからである。

第三の中段締金具２０４及び第四の中段締金具２０５は、第一の中段締金具２０２及び第二の中段締金具２０３の上に載置されるとよい。第三及び第四の中段締金具２０４、２０５は柱１０７に取り付けられ、さらに、第一及び第二の中段締金具２０２、２０３に載置されることによって、安定して支えることができるからである。

すなわち、第三の中段締金具２０４の上面と第四の中段締金具２０５の上面がコイル１０１及び上段鉄心１０２の保持面の役割となる。

つまり、柱１０７によって中段締金具１０６が保持され、中段締金具１０６の上面に第二のコイル１０１が搭載されることから、コイル１０１の自重は直接コイル１０４に影響を与えない。

そのため、下段の第一のコイル周辺の構造は簡略化できる。また、側面部に絶縁油を対流させるスペースが確保できる。さらに、コイル１０１の自重がコイル１０４に影響しないため、コイル１０４周辺の構造はコイル１０１とほぼ同様の構造とすることで、部品の共通化をすることができるため、品質の向上を図ることができる。ひいては、上下段全体として構造を簡略化できるため、変圧器全体として軽量化に寄与する。

上記構造により、タンク１０８に固定する部分を極力減らすことができるため、絶縁油１０９が対流しやすくなる。また、対流が必要な上下段の流路、すなわち中段締金具１０６周辺の流路を確保できる。さらに、柱１０７とタンク１０８を接続する場合であっても、中段締金具１０６周辺を避けられ、上段締金具１０３や下段締金具２０１周辺を固定できる。

上段締金具１０３周辺を固定する場合には、鉛直方向に大きくなる段積変圧器の構造において安定させることができる。また、上段締金具１０３側を免震、耐衝撃を考慮したダンパ等の緩衝部材を配置することにより、耐震性を向上させられる。なお、タンク１０８上部の蓋に柱１０７や上段締金具１０３を固定することもでき、この場合も耐震性を向上させることができる。

また、第一の中段締金具２０２及び第二の中段締金具２０３の底面は下段コイル１０４の上面と接触しないように空間を設けるとよい。これにより、中段締金具２０２及び２０３がコイル１０４に負荷を与えないこととなる。また変圧器の運転時にコイル１０４が振動や変形する際に、中段締金具２０２及び２０３に触れないこととなる。ケイ素鋼板の積鉄心構造であれば、アモルファス巻鉄心に比べて鉄心の歪の影響が少ないため有効である。

言い換えると、第三の中段締金具２０４の上面と第二のコイル１０１の下面には空間を設けるということである。なお、タンク１０８内には絶縁油が収容されるため、当該空間には絶縁油で満たされる。

ここで、図２において柱１０７と上段締金具１０３との間に空間があるように示しているが、柱１０７と上段締金具１０３との間には、図示しない固定部材が設けられる。固定部材とは、ボルトや溶接部でもよいが、弾性部材や幅（図２における上下方向、図４における左右方向）調整部材を配置することで、上段締金具１０３が鉄心１０２の締め付け量を調整することができる。また、中段締金具１０６や下段締金具２０１も同様の構造とすることができる。

図３は、本発明の変圧器の実施例の一例である正面図でタンクを示す図である。下段鉄心１０５の第一の面及び上段鉄心１０２の第三の面から見た状態である。

タンク１０８に絶縁油１０９が収容されている。また、先に説明した上段鉄心１０２及び下段鉄心１０５、上段コイル１０１及び下段コイル１０４等が示される。図１では示されなかった下段鉄心１０５が示されている。

中段締金具１０６の上面とコイル１０１下面と、中段締金具１０６の下面とコイル１０４上面との間に空間を設けた例を示す。この場合は、変圧器の稼働中にコイル１０１とコイル１０４が変形等したとしても、中段締金具１０６に接触しない点でメリットがある構造である。

図４は、本発明の変圧器の実施例の一例である側面図でタンクを示す図である。図３と同様に中段締金具１０６の上下に空間を設けた構成を示す。

また、上段鉄心１０２と下段鉄心１０５との間には空間が設けられている。また、上段鉄心１０２の第三の面に第三の中段締金具２０４、上段鉄心１０２の第四の面に第四の中段締金具２０５、下段鉄心１０５の第一の面に第一の中段締金具２０２、下段鉄心１０５の第二の面に第二の中段締金具２０３がそれぞれ接触するように配置されている。

第三の中段締金具２０４の下面と第一の中段締金具２０２の上面が接触し、第四の中段締金具２０５の下面と第二の面に第二の中段締金具２０３の上面が接触している。上述したように、柱１０７だけでなく、これらが接触することによって機械的安定性が向上する。

また、図１で説明した例のように、第三の中段締金具２０４の鉛直方向の長さを、コイル１０１の下面から上段鉄心１０５まで長さよりも長くする場合には、コイル１０１下面が中段締金具１０６上に置かれる形になるため安定する。

すなわち、下段鉄心１０５及び上段鉄心１０２が接触しないようにできる。特に、下段鉄心１０５がアモルファス巻鉄心である場合には、アモルファス巻鉄心の歪を低減することができ、鉄心特性を向上させることができる。

下段締金具２０１も上述の中段締金具１０６と同様の構成とすることができる。特に、アモルファス巻鉄心を採用する場合には有効である。

柱１０７は、下段コイル１０４、下段コイル１０４の下面から下段鉄心１０５の下面まで、第一の中段締金具２０２、第三の中段締金具２０４、上段鉄心１０５の鉛直方向の長さの和よりも長ければ実施できる。

上段締金具１０３は一部でも柱１０７に接続されていれば実施できるが、柱１０７は、さらに、上段締金具１０３の鉛直方向の長さを足したものよりも長いと、安定して上段締金具１０３を取り付けることができる。これにより、上段締金具１０３により上段鉄心１０２の上方の第三の面と第四の面とを安定して締め付けることができる。

ここで、上下段で異なる容量の変圧器とする場合であっても、上中下段で共通の締金具を用いることができ、上段側の自重が影響しやすい下段側に影響を小さくすることができる。さらに、共通の締金具を用いることができ、上述のように中段締金具１０６や下段締金具２０１を柱１０７に取り付ける位置を変更することによって、鉄心の構造または材料によって異なる効果を実現することができる。

また、変形例として、上下段で同等の容量の変圧器を用いる場合には、タンク内の油の温度が上段の第二のコイル側が高く、下段の第一のコイル側が低くなりやすいが、上記した構造を採用することで、タンク内の絶縁油が下段と上段とを対流する流路を確保できる。

絶縁油が下段と上段とで対流し、上段コイル周辺温度と下段コイル周辺温度が、対流が生じない場合に比べて平均化されやすくなる。つまり、コイル周辺の温度差によるインピーダンス変化が小さくすることができる。ひいては、変圧器全体の特性が向上する。また、上下段で流路を確保しない場合に比べて、上段コイル側の温度が下がるため、変圧器全体の寿命を向上させることに寄与する。

また、第三の中段締金具２０４にコイル１０１の底面が載置されることによって、コイル１０４に負荷を与えないこととなるため、コイル特性を向上させることができる。また、コイル１０１が第二の中段締金具２０４に載置されるため、コイル１０１が巻き回された鉄心にコイル１０１の自重の影響がなく、鉄心特性を向上させることができる。

上記した実施例により、上下段の変圧器が同等の容量の油入変圧器において、下段の第一のコイルを保持しつつ、絶縁油の上段と下段の流路を確保する構造を有する変圧器を提供することができる。また、上記した構造は変圧器に限られず他の静止誘導機器でも実施することができる。

また、上記の実施例は上下段２段のコイル構造について説明したが、本実施例の構造は中段締金具１０６と柱１０７の関係を有することにより複数段積み上げることが可能であり、３段以上の段積構造の変圧器を実施することができる。

以上、本発明者らによってなされた発明を発明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記発明の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。

なお、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

また、ある実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることが可能である。なお、図面に記載した各部材や相対的なサイズは、本発明を分かりやすく説明するため簡素化・理想化しており、実装上はより複雑な形状となる場合がある。

１０１：上段コイル
１０２：上段鉄心
１０３：上段締金具
２０１：下段締金具
２０２：第一の中段締金具
２０３：第二の中段締金具
２０４：第三の中段締金具
２０５：第四の中段締金具
１０４：下段コイル
１０５：下段鉄心
１０６：中段締金具
１０７：柱（抑え金具）
１０８：タンク（容器）
１０９：絶縁油

Claims (8)

1. 第一の鉄心と、前記第一の鉄心の上に配置される第二の鉄心と、前記第一の鉄心に巻き回された第一のコイルと、前記第二の鉄心に巻き回された第二のコイルと、を有する変圧器であって、
   前記第一の鉄心の第一の面と前記第一の面と対向する第二の面とを挟み込む第一の鉄心押さえ部材と、
   前記第二の鉄心の第三の面と前記第三の面と対向する第四の面とを挟み込む第二の鉄心押さえ部材と、
   前記第一のコイルと第二のコイルの外側には、前記第一のコイルの高さと、前記第一のコイルの下面から前記第一の鉄心の下面までと、前記第二のコイルの高さと、前記第一の鉄心押さえ部材の高さと、前記第二の鉄心押さえ部材の高さの和よりも長い柱と、が備えられ、
   前記柱には、前記第一の鉄心押さえ部材と、前記第二の鉄心押さえ部材とが接続されたこと
   を特徴とする変圧器。
2. 請求項１に記載の変圧器であって、
   前記第二の鉄心押さえ部材は前記第二のコイルが載置されるコイル保持面を有すること
   を特徴とする変圧器。
3. 請求項２に記載の変圧器であって、
   前記第二の鉄心押さえ部材の上面に前記第二のコイル底面が載置されること
   を特徴とする変圧器。
4. 請求項３に記載の変圧器であって、
   前記第二の鉄心押さえ部材の上面に前記第二のコイル底面が接触していること
   を特徴とする変圧器。
5. 請求項１に記載の変圧器であって、
   前記第二の鉄心押さえ部材の上面と前記第二のコイルの下面との間には空間が設けられたこと
   を特徴とする変圧器。
6. 第一の鉄心と、前記第一の鉄心の上に配置される第二の鉄心と、前記第一の鉄心に巻き回された第一のコイルと、前記第二の鉄心に巻き回された第二のコイルと、を有する変圧器であって、
   前記第一の鉄心の第一の面の上部側に接触する第一の鉄心締金具と、
   前記第一の面と対向する第二の面の上部側に接触する第二の鉄心締金具と、
   前記第二の鉄心の第三の面の下部側に接触する第三の鉄心締金具と、
   前記第三の面と対向する第四の面の下部側に接触する第四の鉄心締金具と、
   を備え、
   前記第一の鉄心と前記第二の鉄心との間には空間が設けられたこと
   を特徴とする変圧器。
7. 請求項６に記載の変圧器であって、
   前記第三の鉄心締金具の鉛直方向は、前記第二のコイルの下面から突き出た前記第二の鉄心の長さよりも長いこと
   を特徴とする変圧器。
8. 請求項７に記載の変圧器であって、
   前記第三の鉄心締金具の上面は、前記第二のコイルの下面と接触していること
   を特徴とする変圧器。

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