TWI689952B - 靜態感應電器 - Google Patents

Abstract

可提供一種考量了絕緣性能之高可靠性的靜態感應電器。 　　一種靜態感應電器(500)，係具有：鐵心(1)；及低壓線圈(400)，被捲繞於鐵心(1)；及高壓線圈(2)，被捲繞於低壓線圈(400)的外周；及屏蔽單元(10)，配置於低壓線圈(400)與高壓線圈(2)之間；之靜態感應電器(500)，其中，屏蔽單元(10)由介電體(10a)及絕緣體(10b)所構成。

Description

靜態感應電器

本發明有關靜態感應電器，特別有關考量了絕緣性能之靜態感應電器。

電力用變壓器的大小，會大幅受到低壓線圈與高壓線圈之間的絕緣(稱為主絕緣)的尺寸所左右。油浸變壓器的情形下，此主絕緣多為絕緣油與固體絕緣物亦即壓製紙板(pressboard)的反覆構造。而若低壓線圈與高壓線圈之間被施加電壓，則絕緣油的介電率會比壓製紙板還小，因此內部電場會變高。另一方面，絕緣油比起壓製紙板其絕緣安全限應力(容許電場)小，因此此絕緣油的部分成為主絕緣中的弱點，而左右全體的必要尺寸。

有關上述，日本特開2001-93749號公報(專利文獻1)中，揭示了在相向的電極間之各自的電極的鄰近，相距供流體絕緣物流通的間隔而配置屏蔽電極，屏蔽電極與其鄰近的電極相互以電位線連接，相向的屏蔽電極間藉由固體絕緣物被填充，藉此，可令絕緣破壞強度高的固體絕緣物內產生高電場強度部，故能夠將電極間的絕緣尺寸減小。

此外，日本特開2011-100904號公報(專利文獻2)中，揭示了在高壓線圈與低壓線圈之間配置導電性屏蔽材，令導電性屏蔽材橫跨高壓線圈的長邊方向全長而相向，來構成靜態感應電器。藉此，能夠增加高壓線圈的等價靜電容量而抑制電位振動，並且抑制低壓線圈與高壓線圈之間的絕緣距離增加。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1] 日本特開2001-93749號公報 　　[專利文獻2] 日本特開2011-100904號公報

[發明所欲解決之問題]

但，當欲將專利文獻1中記載的手段適用於低壓線圈與高壓線圈之間的主絕緣的情形下，不僅低壓線圈與高壓線圈之間，在線圈的上下端部，電位差亦會變大。此外，專利文獻2中記載的手段的情形下，會有在導電性屏蔽材端部引起電場集中的可能性。

鑑此，本發明之目的在於提供一種考量了絕緣性能之高可靠性的靜態感應電器。 [解決問題之技術手段]

為達成上述目的，本發明之實施形態，為一種靜態感應電器，係具有：鐵心；及低壓線圈，被捲繞於前述鐵心；及高壓線圈，被捲繞於前述低壓線圈的外周；及屏蔽單元，配置於前述低壓線圈與前述高壓線圈之間；之靜態感應電器，其中，前述屏蔽單元由絕緣體及屏蔽電極所構成。 [發明之功效]

按照本發明，可提供一種考量了絕緣性能之高可靠性的靜態感應電器。

以下，利用圖面詳述本發明之靜態感應電器的較佳實施形態。另，用來說明發明之實施形態的全圖中，具有同一機能者標記同一符號，省略其重覆說明。 [實施例1]

針對實施例1利用圖1至8說明之。

圖1至4各自為本實施例中的靜態感應電器的正面圖、平面截面圖、側面截面圖、側面截面模型圖。圖5為屏蔽單元中央部的側面截面模式圖，圖6的屏蔽單元的俯視模型圖。圖7、圖8各自為本實施例之靜態感應電器中的上下方向、徑方向的電位分布圖。

圖1、圖2所示之靜態感應電器500，為電力用三相變壓器，其線圈單元5001、5002、及5003被捲繞於三相三腳的鐵心1的各腳的周圍。作為將鐵心或線圈單元冷卻之流體絕緣物，當使用大氣以外之物例如絕緣油或六氟化硫氣體的情形下，它們被收納於未圖示之槽的內部。

接下來，利用圖2至4詳細說明本實施例中的線圈單元5001的構成。另，針對線圈單元5002、5003亦和線圈單元5001為同一構成。

如圖3所示般，本實施例中的線圈單元5001，係由被捲繞於鐵心的周圍之低壓線圈400、構成為包圍低壓線圈的外周之形狀之屏蔽單元10、及被捲繞於屏蔽單元的外周之高壓線圈2所構成。如圖4所示般，高壓線圈2，以藉由上下方向的中央截面而成為鏡像之方式被分割成上下部件2b、2a。各自的部件，呈將圓板線圈於上下方向層積偶數段而成之形狀，上側部件2b的最上段的圓板線圈，從被接地之最外周的匝2001b開始自上方觀看以順時針從外側朝向內側捲繞4匝，亦即以匝2001b、2002b、2003b、2004b的順序捲繞。然後，從匝2004b跨越至下段，這次從上方觀看以順時針從內側朝向外側捲繞4匝。然後，遍布下段，以後同樣地捲繞，藉此圓板線圈成為偶數段層積之物而構成上側部件2b。針對最下段詳述，係從上方觀看以順時針從內側朝向外側捲繞4匝，亦即以匝2397b、2398b、2399b、2400b的順序捲繞，而電性連接至外部電壓施加端100。而本實施例中合計捲繞400匝來構成上側部件2b。下側部件2a藉由前述中央截面而和上側部件2b成為鏡像之方式構成。亦即遍布下段，以後同樣地捲繞，藉此圓板線圈成為偶數段層積之物而構成下側部件2a。是故最上段的圓板線圈，從電性連接至外部電壓施加端100之最外周的匝2400a開始從上方觀看以逆時針從外側朝向內側捲繞4匝，亦即以匝2400a、2399a、2398a、2397a的順序捲繞，針對最下段是從上方觀看以逆時針從內側朝向外側捲繞4匝，亦即以匝2004a、2003a、2002a、2001a的順序捲繞，匝2001a被接地。

屏蔽單元10，如圖4所示般，配設於低壓線圈400與高壓線圈2之間，被捲繞成同心圓狀，以將上下端部斜向地切斷之形狀配設。如圖5所示般，藉由此屏蔽單元10的絕緣物1001b、1002b、1319b、1320b與接合於其的屏蔽電極部1001a、1002a、1319a、1320a，絕緣部與屏蔽電極部以成為交互之方式捲繞而構成。又，屏蔽電極部1001a的最上端部與最下端部被接地。如圖6所示，在絕緣物10b接合有屏蔽電極10a，成為和鐵心同心圓狀地捲繞之構成，共計捲繞320匝，惟圖中為求簡便畫成5匝。藉由將屏蔽單元10的高壓線圈側的上下端部斜向地切斷，能夠抑制屏蔽單元端部中的電場集中。

接下來，利用圖7、圖8說明本實施例之靜態感應電器的動作。

一旦在圖4所示之外部電壓施加端100，施加商用頻率50Hz或60Hz的交流電壓，則和電壓大小相應之交流激磁電流會在高壓線圈2a、2b上下對稱地流通，惟各自的捲繞的方向相反因此在鐵心1會被激磁同一方向的交變磁場。然後藉由此交變磁場，在金屬電極10a會發生感應電動勢。其大小概略會成為將各自的匝數與高壓線圈的匝數之比乘上輸入電壓而得者。是故，藉由各自如前述般構成，形成於低壓線圈與高壓線圈之間的區域之電位分布會成為圖7、圖8所示者。如圖7所示般，將上下中央座標位置z=0的水平方向的電位變化，在絕緣物內部(x2與x3之間)做成陡峭，藉此令絕緣物負擔高電場，而在內側或外 側的流體絕緣物的區域將電場減小。像這樣令介電率比流體絕緣物還大而絕緣安全限應力高的固體絕緣物來負擔高電場，故能夠提升水平方向的絕緣性能。

另一方面，上下方向的電位分布係實現在中央高，往邊端則平緩地減少至接地電位之電位部分。一般而言絕緣物的沿面會成為絕緣上的弱點，但如本實施例般將電位梯度(電場)做成平緩，藉此便容易保持絕緣。又，上下端成為接地電位，不需考量與鐵心之間的絕緣。

藉由本發明，活用介電體的厚度愈薄則容許電場愈變大之特性，便能提供可提升絕緣性能之靜態感應電器。此外，能夠提供令電場集中於固體絕緣物，並且抑制線圈的上下端部的電位差之靜態感應電器。

[實施例2]

針對本發明之實施例2利用圖9、圖10說明之。

圖9為本實施例中的靜態感應電器的側面截面模型圖。圖10為本實施例之靜態感應電器中的徑方向的電位分布圖。本實施例之形態和實施例1為近乎同樣的構成，惟如圖9所示般，將屏蔽單元的內周側中心部挖空，這點和實施例1相異。

當低壓線圈400為足夠低的電壓，而不需要絕緣距離的情形下，實施例1的構成即可。但，當低壓線圈400的電壓高的情形下，為了保持低壓線圈400與屏蔽單 元10間的絕緣，必須於徑方向拉開距離。

為了消弭這樣的問題，如圖9所示，將屏蔽單元10的低壓線圈400側的部分，予以挖空至成為所需的電位之匝數的部分。藉此，便無需將屏蔽單元10朝徑方向移動，而可達成控制與低壓線圈400側之間的電位分布及確保絕緣距離。

藉由上述構成，高壓線圈與低壓線圈間之電位分布成為圖10所示者，藉由將電位梯度(電場)做成平緩便容易保持絕緣。藉由做成本發明之構成，會抑制絕緣距離增加，可達成靜態感應電器的小型化。

[實施例3]

針對本發明之實施例利用圖11說明之。

圖11為本實施例中的屏蔽單元端部之側面截面模型圖。本實施例之形態和實施例1為近乎同樣的構成，惟如圖11所示般，是做成將屏蔽單元的屏蔽電極部10a端部捲曲之構造。

在屏蔽電極部的先端的角部會有局部性地電場集中，可能成為放電的起點。因此，為了確保屏蔽單元10的層間，亦即屏蔽電極1001a與1002a等的鄰接的屏蔽電極間之絕緣，必需將絕緣物增厚。

為解決此問題，將屏蔽電極端部做成捲曲之構造來處理角部，藉此便能緩和局部的電場集中。

藉由上述構成，可抑制絕緣物的厚度，可達成屏蔽單元10的小型化。

以上，按照本實施例，能夠提供小型的靜態感應電器。

另，本發明並非限定於上述實施例，還包含各式各樣的變形例。例如，上述實施例是以易於理解本發明的方式來詳細說明，未必限定於具備所說明的全部構成之物。此外，亦可將某一實施例的構成的一部分置換成其他實施例的構成，此外亦可在某一實施例的構成中加入其他實施例的構成。此外，針對各實施例的構成的一部分，可追加、刪除、置換其他構成。

1‧‧‧鐵心2、2a、2b‧‧‧高壓線圈10‧‧‧屏蔽單元10a、1001a、1002a、1319a、1320a‧‧‧屏蔽電極10b、1001b、1002b、1319b、1320b‧‧‧絕緣物100‧‧‧外部電壓施加端400‧‧‧低壓線圈500‧‧‧靜態感應電器5001、5002、5003‧‧‧線圈單元

[圖1] 實施例1中的靜態感應電器的正面圖。 　　[圖2] 實施例1中的靜態感應電器的平面截面圖。 　　[圖3] 實施例1中的靜態感應電器的側面截面圖。 　　[圖4] 實施例1中的靜態感應電器的側面截面模型圖。 　　[圖5] 實施例1中的屏蔽單元的側面截面圖。 　　[圖6] 實施例1中的屏蔽單元的平面圖。 　　[圖7] 實施例1中的上下方向的電位分布圖。 　　[圖8] 實施例1中的徑方向的電位分布圖。 　　[圖9] 實施例2中的靜態感應電器的側面截面模型圖。 　　[圖10] 實施例2中的徑方向的電位分布圖。 　　[圖11] 實施例3的屏蔽單元的側面截面模型圖。

1‧‧‧鐵心

2‧‧‧高壓線圈

10‧‧‧屏蔽單元

100‧‧‧外部電壓施加端

400‧‧‧低壓線圈

2001b、2002b、2003b、2004b‧‧‧匝

2004a、2003a、2002a、2001a‧‧‧匝

2397b、2398b、2399b、2400b‧‧‧匝

2400a、2399a、2398a、2397a‧‧‧匝

Claims (4)

1. 一種靜態感應電器，係具有：鐵心；及低壓線圈，被捲繞於前述鐵心；及高壓線圈，被捲繞於前述低壓線圈的外周；及屏蔽單元，配置於前述低壓線圈與前述高壓線圈之間；前述靜態感應電器，其特徵為：前述屏蔽單元由絕緣體與屏蔽電極所構成，前述屏蔽電極與前述高壓線圈的其中一個部位電性連接，前述屏蔽單元的外周端部斜向地形成。
2. 如申請專利範圍第1項所述之靜態感應電器，其中，前述屏蔽單元是將前述絕緣體與前述屏蔽電極層狀地捲繞，往外周方向交互地配置而構成。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之靜態感應電器，其中，前述屏蔽單元的前述低壓線圈側的中心部為凹形狀。
4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之靜態感應電器，其中，前述屏蔽電極的端部具有捲曲。

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