WO2015004738A1 - 浮体式洋上発電装置搭載用モールド変圧器 - Google Patents

浮体式洋上発電装置搭載用モールド変圧器 Download PDF

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義嗣 伴田
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株式会社日立産機システム
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    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/32—Insulating of coils, windings, or parts thereof
    • H01F27/327—Encapsulating or impregnating

Definitions

  • the present invention relates to an improvement of a mold transformer mounted on a floating offshore power generator.
  • Patent Document 1 describes an earthquake-resistant dry transformer having an upper and lower end frames for fastening an iron core and a connecting metal fitting for integrally connecting them with respect to improving the earthquake resistance of the molded transformer.
  • gyro-type wave power generators which are one type of floating offshore power generators, also require a structure that takes into account vibrations and vibrations at sea. The structure was not considered.
  • a transformer structure has reinforcing members on the top, bottom, front, back, left and right of the transformer, the iron core is fixed by the reinforcing members, and the coils are independently supported by the reinforcing members.
  • the present invention it is possible to provide a transformer that can be erected vertically during installation, even if it is in landscape orientation before transportation or installation. This shortens the installation and installation period.
  • floating offshore wind power generator which is a premise of the present invention, will be described.
  • floating offshore wind power generators there is a need for boosting the generated voltage to transmit power generated by a generator for the purpose of safety and reducing losses during transmission. Is required to be installed in an offshore wind power generator.
  • FIG. 7 is a diagram showing an installation process of the floating offshore wind power generator.
  • 1 is a floating offshore wind power generator
  • 2 is a transformer
  • 3 is a carrier ship
  • 4 is a reinforcing bracket for transportation
  • 5 is a sea surface.
  • the floating offshore wind power generator has a vertically long structure. Therefore, as shown in FIG. 7A, the components are assembled in advance and transported in a horizontal state as shown in FIG. Next, raise this vertically at the offshore location. And as shown to (C), the vertical mounting reinforcement metal fitting 4 is removed and installation is completed. At this time, the transformer 2 provided in the floating offshore wind power generator is transported in a horizontal state during transportation and used in a vertical direction during installation. A corresponding structure is required.
  • FIG. 8 is a diagram schematically showing the swing of a floating body of a gyro wave power generation device which is one of floating offshore power generation devices.
  • the generator In the gyro wave power generation, the generator is driven by the gyro moment to generate electric power when the rotation speed and phase of the generator are synchronized with the shaking of the floating body due to the shaking of the wave.
  • 6 is a gyro wave power generator
  • 2 is a transformer
  • 5 is the sea surface
  • FIGS. 8A, 8B, and 8C schematically show the swing of the floating body due to the swing of the wave. It is.
  • the transformer 2 provided in the gyro-type wave power generation device requires a structure in consideration of vibrations and vibrations at sea.
  • a molded transformer having a structure in which an iron core is connected to a reinforcing metal fitting and a coil is also individually supported by the reinforcing metal fitting will be described.
  • FIG. 1 shows a mold transformer mounted on the floating offshore power generator of this embodiment, (A) is a front view, (B) is a plan view, and (C) is a side view.
  • 101 is a resin molded coil (hereinafter referred to as a coil for simplicity)
  • 102 is an iron core
  • 107 is a front / rear reinforcing bracket
  • 108 is an upper reinforcing bracket
  • 109 is a lower reinforcing bracket
  • 110 is a left and right reinforcing bracket
  • 111 is a support bolt
  • 112 is an upper clamp
  • 113 is a lower clamp.
  • 103 is an upper coil support
  • 104 is a lower coil support
  • 105 is a front and rear coil support
  • 106 is a left and right coil support.
  • a description will be given by taking as an example a molded transformer having three cores and three coils arranged so as to be enclosed. Further, the coil axis direction of the coil will be described as the vertical direction, the arrangement direction of the three coils as the horizontal direction, and the direction orthogonal to the coil axis direction as the front-rear direction.
  • FIG. 2 shows a side view of the iron core and coil support structure.
  • FIG. 2A is a side view showing a structure in which only the iron core is extracted and the iron core is fixed to the reinforcing metal fitting.
  • the iron core 102 is fixed to the upper reinforcing bracket 108 by the support bolt 111 via the upper clamp 112, and is fixed to the lower reinforcing bracket 109 by the support bolt 111 via the lower clamp 113. .
  • FIG. 2 (B) is a side view showing a structure in which the coils are individually supported by the reinforcing metal fittings.
  • the coil 101 is fixed to the upper reinforcing bracket 108 by the support bolt 111 and the upper clamp 112 via the upper coil support 103, and the lower coil support 104 and the lower clamp 113 are connected to each other. It is being fixed to the lower reinforcement metal fitting 109. Further, it is fixed to the front / rear reinforcing metal fitting 107 via the front / rear coil support 105.
  • the coil 101 is fixed to the left and right reinforcing metal fittings 110 via the left and right coil supports 106.
  • the coils are fixed to the upper and lower reinforcing brackets 108 and 109 via the upper and lower coil supports 103 and 104 and the upper and lower clamps 112 and 113. You may make it fix to the lower reinforcement metal fittings 108 and 109.
  • FIG. 1 A diagrammatic representation of the coils.
  • FIGS. 1B and 1C there are a plurality of coils, and the coils at the left and right ends are adjacent to the left and right reinforcing metal fittings 110 and can be fixed to the left and right reinforcing metal fittings 110. Since it is not adjacent to the left and right reinforcing metal fittings 110, it cannot be fixed to the left and right reinforcing metal fittings 110. In that case, although not shown, for example, a coil support may be provided so as to support the coils adjacent to the left and right. Further, the left and right reinforcing metal fittings may be arranged at the central portion, and even the coil at the central portion may be fixed to the left and right reinforcing metal fittings.
  • the iron core 102 is fixed by upper and lower reinforcing metal fittings 108 and 109, and the coil 101 is separated from the iron core by the upper and lower metal fittings 108 and 109, respectively.
  • the front and rear or left and right are also tightened and supported by the coil support.
  • the iron core is fixed to the reinforcing metal fitting.
  • the transformer according to the present embodiment has a structure that can be used in both the horizontal and vertical directions, so that it can be transported in the horizontal direction and used at the time of installation, thereby shortening the installation period.
  • a molded transformer for mounting a floating offshore power generator can be provided.
  • FIG. 4 is a diagram showing a state where the coil is removed from the iron core.
  • (A) is a front view and (B) is a side view.
  • the components denoted by the respective reference numerals have the same functions as the components denoted by the same reference numerals shown in the already described drawings, and thus description thereof is omitted.
  • the coil 101 is made into an iron core. Can be pulled out from.
  • the coil to be replaced can be removed and the coil can be replaced.
  • the non-replaceable coils are supported by the reinforcing metal fittings via the coil support for each coil, so even if it is swaying, the coil cannot be moved by the coil support and can be fixed as it is. Replacement work is possible.
  • FIG. 5 is a diagram in which a cover is attached to a reinforcing metal fitting to form a protective case and a member is arranged at the top.
  • 5A is a front view
  • FIG. 5B is a plan view
  • FIG. 5C is a side view.
  • reference numeral 114 denotes a cover
  • 115 denotes a member.
  • the other components having the same reference numerals have the same functions as the components having the same reference numerals shown in the already described drawings. Omitted.
  • a case can be obtained by attaching a cover 114 to the reinforcing metal fitting, and a new protective case can be omitted. Further, a support member such as an insulator or a cable support can be easily attached to the reinforcing metal fitting. Further, as shown in FIGS. 5A, 5B, and 5C, another member 115 can be placed on the reinforcing metal fitting.
  • FIG. 6 is a view showing a modification of the front and rear coil supports of the coil. 6 (A) and 6 (B) both show plan views of the molded transformer.
  • 116 is a sudat bolt
  • 117 is a coil fastener.
  • the front and rear coil supports of the coil in the first embodiment, the front and rear coil supports 105 are fixed to the front and rear reinforcing metal fittings 107, but in FIG. 6A, the front and rear coil supports 105, the coil fasteners 117, and the sudat bolts 116 are used. The method of fixing all the coils is shown.
  • reference numeral 118 denotes a front and rear coil support, which has a structure in which a plurality of front and rear coil supports 105 in the first embodiment are integrated, thereby showing a method of fixing all the coils. Yes.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications.
  • the case where there are three coils has been described.
  • the present invention is not limited to the embodiment, and the same effect can be obtained with one, two, or four or more coils.
  • the reinforcing metal fitting is used, but a reinforcing member such as a resin material that secures strength instead of metal may be used.
  • the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Coils Of Transformers For General Uses (AREA)

Abstract

　浮体式洋上発電装置への搭載用としてモールド変圧器のニーズがある。浮体式洋上発電装置の据付、設置工期の短縮化のために、例えば、事前に構成部材を組み立て、横向きの状態で運搬輸送し、洋上でこれを立てて据付けを完了する方法が考えられる。しかし、従来のモールド変圧器は、横向きで運搬され設置時立てて使用することを考慮した構造となっていなかった。　上記課題を解決するために、変圧器の上下、前後、左右に補強金具を有し、鉄心が上下補強金具で固定され、コイルが独立してそれらの補強金具に支持されている構造とする。　これにより、運搬時や据付前は横向きでも、据付時に垂直に立てることができる変圧器を提供でき、据付、設置の工期の短縮化が図られる。また、揺れ、傾きを考慮した浮体式洋上発電装置に対応可能な変圧器を提供できる。

Description

浮体式洋上発電装置搭載用モールド変圧器
本発明は、浮体式洋上発電装置に搭載するモールド変圧器の改良に関するものである。
　本技術分野の背景技術として、特開昭５８－１６４２０５号公報（特許文献１）がある。特許文献１には、モールド変圧器の耐震強度の向上に関し、鉄心を締付ける上側及び下側エンドフレームとそれらを一体に連結する連結金具を備えた耐震形乾式変圧器が記載されている。
特開昭５８－１６４２０５号公報
　浮体式洋上発電装置への搭載用としてモールド変圧器のニーズがある。従来の浮体式洋上発電装置は、構成部材を洋上で組み立てて据付、設置していたため、その工期の短縮化が望まれる。その解決策として、例えば、浮体式洋上風力発電装置の場合は、縦に長い構造となるので、事前に構成部材を組み立てて、横向きの状態で運搬輸送し、洋上でこれを縦に起こすことで据付けを完了する方法が考えられる。
しかし、特許文献１の従来のモールド変圧器は、耐震強度の向上に関するものであるが、横向きで運搬され設置時立てて使用することを考慮した構造となっていなかった。
　また、浮体式洋上発電装置の一つであるジャイロ式波力発電装置なども、海上での振動や揺れを考慮した構造を必要とするが、従来のモールド変圧器は、海上の揺れ、傾きを考慮した構造となっていなかった。
　上記課題を解決するために、変圧器の上下、前後、左右に補強部材を有し、鉄心がそれらの補強部材で固定され、コイルが独立してそれらの補強部材に支持されている変圧器構造とする。
　本発明により、運搬時や据付前は横向きでも、据付時に垂直に立てることができる変圧器を提供できる。これにより据付、設置の工期の短縮化が図られる。
浮体式洋上発電装置搭載用モールド変圧器の正面図、平面図及び側面図である。 鉄心およびコイルの支持構造の側面図である。 変圧器が傾いた場合と、横になった場合を示す変圧器の側面図である。 コイルを鉄心から抜いた状態を示す図である。 補強金具にカバーを取付け保護ケースとし上部に部材を配置した図である。 コイルの前後コイル支えに関する変形例を示した平面図である。 浮体式洋上風力発電装置の据付け工程を示す図である。 ジャイロ式波力発電装置の浮体の揺れを模式的に示した図である。
　以下、実施例により図面を用いて説明する。まず、本発明の前提となる、浮体式洋上風力発電装置について説明する。浮体式洋上風力発電装置では、発電機で発電された電力の送電に際して、安全性や送電時のロスを抑える目的で、発電された電圧を昇圧して送電するニーズがあり、そのために、変圧器を洋上風力発電装置内に設置する要求がある。
　図７は、浮体式洋上風力発電装置の据付け工程を示す図である。図７において、１は浮体式洋上風力発電装置、２は変圧器、３は運搬用船、４は運搬用補強金具、５は海面である。図７において、浮体式洋上風力発電装置は、縦に長い構造となるので、事前に構成部材を組み立てて、（Ａ）に示すように、横向きの状態で運搬輸送し、（Ｂ）に示すように、洋上の設置場所でこれを縦に起こす。そして（Ｃ）に示すように、垂直に立て運搬用補強金具４を取り外して据付けが完了する。この際、浮体式洋上風力発電装置に設けられた変圧器２は、運搬輸送時は横向きの状態で輸送され、据付け時には縦向きで使用されることになるので、横向き、縦向きのいずれにも対応した構造が求められる。
　図８に、浮体式洋上発電装置の一つであるジャイロ式波力発電装置の浮体の揺れを模式的に示した図を示す。ジャイロ式波力発電は、発電機の回転数と位相を波の揺れによる浮体の揺れに同期させると、ジャイロモーメントにより発電機が駆動され電力を発生するものである。図８において、６はジャイロ式波力発電装置、２は変圧器、５は海面であり、図８（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は波の揺れによる浮体の揺れを模式的に示したものである。このように、ジャイロ式波力発電装置においても、それに設けられる変圧器２は、海上での振動や揺れを考慮した構造を必要とする。
　本実施例では、鉄心が補強金具と連結された構造とし、コイルも補強金具に個々に支持された構造であるモールド変圧器を説明する。
　図１は、本実施例の浮体式洋上発電装置に搭載用のモールド変圧器を示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は平面図、（Ｃ）は側面図を示す。図１（Ａ）、（Ｃ）において、１０１は樹脂モールドコイル（以降、簡単のためにコイルと称す）、１０２は鉄心、１０７は前後補強金具、１０８は上部補強金具、１０９は下部補強金具、１１０は左右補強金具、１１１は支持ボルト、１１２は上締金具、１１３は下締金具である。また、図１（Ｂ）、（Ｃ）において１０３は上部コイル支え、１０４は下部コイル支え、１０５は前後コイル支え、１０６は左右コイル支えである。ここで、本実施例では、鉄心とこれを内包して配置したコイルを３つ有するモールド変圧器を例に説明する。また、コイルのコイル軸方向を上下方向、３つのコイルの並び方向を左右方向、コイル軸方向と並び方向に直交する方向を前後方向として説明する。
　また、図２に、鉄心およびコイルの支持構造の側面図を示す。図２（Ａ）は、鉄心のみを抜き出し、鉄心が補強金具と固定されている構造を示す側面図を示している。図２（Ａ）において、鉄心１０２は、上締金具１１２を介して支持ボルト１１１により上部補強金具１０８に固定され、下締金具１１３を介して支持ボルト１１１により下部補強金具１０９に固定されている。なお、鉄心にかかる負担を軽減するために、上下補強金具と前後補強金具、左右補強金具をボルト等で連結する必要がある。
　図２（Ｂ）は、コイルが補強金具に個々に支持されている構造を示す側面図を示している。図２（Ｂ）に示すように、コイル１０１は、上部コイル支え１０３を介して支持ボルト１１１、上締金具１１２により上部補強金具１０８に固定されており、下部コイル支え１０４、下締金具１１３を介して下部補強金具１０９に固定されている。また、前後コイル支え１０５を介して前後補強金具１０７に固定されている。また、図１（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、コイル１０１は、左右コイル支え１０６を介して左右補強金具１１０に固定されている。
　なお、コイルは、上部下部コイル支え１０３、１０４、上下締金具１１２、１１３を介して上部下部補強金具１０８、１０９に固定されているとしたが、上下締金具１１２、１１３を介さずに直接上部下部補強金具１０８、１０９に固定するようにしても良い。
　また、図１（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、コイルが複数個あり、左右両端のコイルは左右補強金具１１０に隣接しているので左右補強金具１１０に固定できるが、中央部のコイルについては、左右補強金具１１０に隣接していないので、左右補強金具１１０に固定できない。その場合には、図示しないが、例えば、コイル支えを設け、左右に隣接するコイルと支持するように構成してもよい。また、左右補強金具を中央部分にも配置し、中央部のコイルであっても左右補強金具に固定するようにしてもよい。
　すなわち、鉄心１０２は、上下の補強金具である、１０８、１０９によって固定されており、また、コイル１０１は、コイルそれぞれが、鉄心とは別に、コイルの上下は上下補強金具１０８、１０９と、前後は前後補強金具１０７に固定され、コイルの左右については、コイル支えを介して左右補強金具１１０、または隣接するコイルと支持するように構成されている。
　このように、コイルを上下からの締付けに加え、前後または左右もコイル支えにて締め付け支持する。更に、鉄心は補強金具に固定される構造になっている。これにより、コイルが独立して支持されているので、横向きの状態になっても鉄心にコイルの自重が掛からない構造となっている。
　図３は、本実施例に示す構造の変圧器が傾いた場合と、横になった場合を示す変圧器の側面図である。図３（Ａ）が正常時、（Ｂ）が右に傾いた場合、（Ｃ）が右側に横になった場合を示している。図３（Ｃ）に示すように、横になった状態でも、コイル１０１は、前後コイル支え１０５を介して前後補強金具１０７に固定されているので、自重による変形、位置ずれを防止できる。また、鉄心１０２は、上下補強金具である、１０８、１０９により固定されているので、同様に変形、位置ずれを防止できる。
　以上のように、本実施例の変圧器であれば、横向き、縦向きの両方に対応できる構造のため、横向きで運搬し、設置時立てて使用することが可能となり、据付工期の短縮化が図れる浮体式洋上発電装置搭載用のモールド変圧器を提供できる。
　また、振動や揺れに対し強い構造となっているためジャイロ式波力発電などにも対応できるモールド変圧器を提供できる。
　また、横でも縦に立てた状態でも搬入、搬出ができるため、取り扱いが容易になるという効果もある。
　図４は、コイルを鉄心から抜いた状態を示す図である。（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図を示す。図４において、各符号を付された構成は、既に説明した図に示された同一の符号を付された構成と同一の機能を有するので、説明は省略する。図４に示すように、上部補強金具１０８、上締金具１１２、上部コイル支え１０３、及び、図示していない、前後コイル支え、及び必要に応じて左右コイル支えを外すことで、コイル１０１を鉄心から引き抜くことが出来る。
　よって、海上で揺れている状態でも、替えたいコイルのみコイル支えを外し、コイルを入替えることができる。替えないコイルは、コイルごとにコイル支えを介して補強金具に支持されているので、揺れている状態でも、コイル支えによりコイルは動かないのでそのまま固定しておくことができ、所望のコイルのみの入替え作業ができる。
　以上説明したように、本実施例によれば、海上で揺れている状態でもコイルの入替え作業が可能でありメンテナンスも対応できるという効果がある。
　図５は、補強金具にカバーを取付け保護ケースとし上部に部材を配置した図である。図５において、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は平面図、（Ｃ）は側面図を示す。図５において、１１４はカバー、１１５は部材であり、その他の符号を付された構成は、既に説明した図に示された同一の符号を付された構成と同一の機能を有するので、説明は省略する。
　図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、補強金具にカバー１１４を取付ければケースとすることができ、新たな保護ケースを省略できる。また、補強金具に、碍子やケーブルサポート等の支持部材などを容易に取付けることができる。また、図５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、補強金具の上に別の部材１１５を置くことができる。
　よって、本実施例によれば、浮体式洋上発電装置の内部の少スペース化を図ることができるという効果がある。
　図６は、コイルの前後コイル支えに関する変形例を示した図である。図６（Ａ）、（Ｂ）は、ともにモールド変圧器の平面図を示している。
　図６（Ａ）において、１１６はスダットボルト、１１７はコイル締金具である。コイルの前後コイル支えに関して、実施例１では、前後コイル支え１０５を介して前後補強金具１０７に固定されていたが、図６（Ａ）では、前後コイル支え１０５とコイル締金具１１７、スダットボルト１１６で全てのコイルを固定する方法を示している。
　また、図６（Ｂ）において、１１８は前後コイル支えであって、実施例１での複数の前後コイル支え１０５を一体化した構造であり、それにより、全てのコイルを固定する方法を示している。
　本実施例によれば、全てのコイルを同時に固定することが出来るので、均一な力で固定することが出来る効果がある。
　以上実施例について説明したが、本発明は上記した実施例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、実施例では、コイルが３個ある場合について説明したが、実施例に限定されるものではなく、１個でも、２個でも、４個以上でも、同様の効果が得られる。また、実施例では、補強金具としたが、金属ではなく強度を確保した樹脂材等の補強部材でもよい。また、上記した実施例は、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。
１　浮体式洋上風力発電装置
６　波力発電装置
１００　モールド変圧器
１０１　コイル
１０２　鉄心
１０３　上部コイル支え
１０４　下部コイル支え
１０５，１１８　前後コイル支え
１０６　左右コイル支え
１０７　前後補強金具
１０８　上部補強金具
１０９　下部補強金具
１１０　左右補強金具
１１４　カバー
１１５　部材

Claims (6)

  1. 鉄心とこれを内包して配置した樹脂モールドコイルを複数有するモールド変圧器であって、
    前記変圧器において、前記樹脂モールドコイルのコイル軸方向を上下、前記複数の樹脂モールドコイルの並び方向を左右、前記コイル軸方向と前記並び方向に直交する方向を前後としたときに、該変圧器の上下、前後、左右にそれぞれ補強金具を有し、かつ、該上下、前後、左右補強金具はそれぞれ連結されており、
    前記鉄心はその上下部分を前記上下補強金具により固定され、
    前記複数の樹脂モールドコイルは、それぞれ独立して、その上下、前後、左右部分を前記上下、前後、左右の補強金具により支持されていることを特徴とするモールド変圧器。
  2. 請求項１に記載のモールド変圧器であって、
    前記鉄心は締め金具を介して前記上下補強金具に固定され、
    前記樹脂モールドコイルは、コイル支えを介して前記上下、前後、左右の補強金具により締付け支持されていることを特徴とするモールド変圧器。
  3. 請求項１に記載のモールド変圧器であって、
    前記複数の樹脂モールドコイルは、それぞれ独立して、その上下、前後部分を前記上下、前後の補強金具により固定され、該樹脂モールドコイルの左右部分については、コイル支えを介して前記左右補強金具または隣接する樹脂モールドコイルで支持するように構成されていることを特徴とするモールド変圧器。
  4. 請求項１～３のいずれか１項に記載のモールド変圧器であって、
    前記複数の樹脂モールドコイルのうち前記変圧器の左右端部に配置されている樹脂モールドコイルに隣接する樹脂モールドコイルは、コイル支えを介して隣接する樹脂モールドコイルと締付け支持するように構成したことを特徴とするモールド変圧器。
  5. 請求項１～４のいずれか１項に記載のモールド変圧器であって、
    前記上下、前後、左右の補強金具にカバーまたは支持部材を取付け可能にしたことを特徴とするモールド変圧器。
  6. 鉄心とこれを内包して配置した樹脂モールドコイルを複数有するモールド変圧器の樹脂モールドコイルの入替え方法であって、
    前記変圧器は、前記樹脂モールドコイルのコイル軸方向を上下方向、前記複数の樹脂モールドコイルの並び方向を左右方向、前記コイル軸方向と前記並び方向に直交する方向を前後方向としたときに、該変圧器の上下、前後、左右にそれぞれ補強金具を有し、かつ、該上下、前後、左右補強金具はそれぞれ連結されており、
    前記鉄心はその上下部分を前記上下補強金具により固定され、
    前記複数の樹脂モールドコイルは、それぞれ独立して、その上下、前後、左右部分をコイル支えを介して前記上下、前後、左右の補強金具により支持されており、
    前記複数の樹脂モールドコイルのうち入替えたい樹脂モールドコイルのコイル支えを外し、他の樹脂モールドコイルは前記上下、前後、左右の補強金具により支持されたままとすることを特徴とするモールド変圧器の樹脂モールドコイルの入替え方法。
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