(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導線に絶縁塗料が焼き付けられてなる素線が複数本並列に束ねられ，この素線の相互位置が長さ方向の途中で順次転移する転移導体が巻かれてなる巻線と鉄心とを備えた変圧器の加熱方法であって、前記転移導体の素線表面に熱硬化性の接着剤を予め塗布しておき、前記転移導体が前記巻線に巻かれた状態でこの巻線を加熱処理することにより、前記巻線を乾燥させながら、前記転移導体の接着剤を硬化させ素線同士を互いに接着させる自己融着を行う変圧器の加熱方法において、前記加熱処理が、前記巻線が収納された真空容器を真空に引いた状態で加熱する真空加熱と前記真空容器に空気を入れた状態で加熱し前記真空容器内に温風を発生させる温風加熱とを交互に繰り返して行うものであるとともに、この加熱処理用の熱源としてヒータからの輻射熱および前記素線の導線の通電によって生ずるジュール熱の双方を用いることを特徴とする変圧器の加熱方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、加熱処理工程で転移導体の外表面と素線の導線との温度が、同じになるようにヒータおよび通電電流を制御することを特徴とする変圧器の加熱方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、大容量の変圧器巻線に用いられている転移導体の素線同士を互いに接着させ、機械的に強い転移導体を形成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
転移導体とは、導体部が複数本の素線に分割され、その素線が並列に束ねられた電線であり、変圧器巻線内に生ずるうず電流損を低減させるために用いられるものである。
図３は、転移導体の構成を示す断面図であり、それぞれ（Ａ）は全体の断面図、（Ｂ）は素線の断面図である。図３（Ａ）において、導体部が９本の素線１に分割され、絶縁シート２で束ねられてある。各素線１は、二列に配列され中央が絶縁性のセパレータ３で区画されている。後述されるように、素線１は、その相互位置が長さ方向（図の奥行き方向）の途中で順次転移している。図３（Ｂ）において、素線１は、断面が矩形状の導線（以下、平角導線と称す）４に絶縁塗料５が焼き付けられ、さらにその周囲に熱硬化性の接着剤６が塗布されている。素線１は、いわゆるエナメル線とよばれ、平角導線４が銅材またはアルミニウム材よりなる。一方、絶縁塗料５は耐熱性の優れたエナメル材、例えば、ポリビニルフルオライド（ＰＶＦ）などである。接着剤６は熱硬化性のものであり、エポキシ系の接着剤が用いられる。図３（Ａ）の絶縁シート２やセパレータ３は、絶縁紙やプラスチックフイルムが用いられる。図３（Ｂ）の素線１を図３（Ａ）のように配列し束ねた後、全体を加熱すると接着剤６が硬化し、素線１同士が互いに接着（自己融着）するようになる。一般に、転移導体を各素線１に分割したままにしておくと、機械的に耐える力がどうしても劣ってくる。各素線１を互いに接着剤６で固めることによって、転移導体が機械的に丈夫になり、巻線に大きな電磁機械力が発生しても充分に耐えるようになる。
【０００３】
図４は、転移導体の素線転移の状態を示す斜視図である。ただし、図４では、絶縁シートやセパレータは除かれ、素線１の配列構成だけが示されている。素線１の相互位置が長さ方向の途中の位置１Ａ，１Ｂで順次転移している。上部の素線１が右列の最上段へ移り、次に、順次右列の下段へと転移する。右列の最下段へ来た素線１は左列の最下段へ移り、その後、順次左列の上段へと転移する。左列の最上段へ来た素線１は、再び右列の最上段へ移り、以下同様に素線１が転移を繰り返す。
【０００４】
巻線内では、漏れ磁束に対して直角方向の導体厚さが大きいと、一本の導体の両側で鎖交磁束が異なる。これによって、渦電流が流れて導体の電流分布が不均一になり、交流抵抗損が増大する。巻線に大電流を流す場合、この抵抗損を低減するには、磁束と直角方向の導体厚さを小さくし、多数の互いに絶縁された素線１を並列に束ねることによって対処することができる。その際に、素線１を図３のように途中で転移させ、全長に亙る磁束鎖交数を各素線１とも平均化させれば、抵抗損をさらに低減することができる。
【０００５】
図５は、従来の変圧器の加熱装置の構成を示す一部破砕断面図であり、真空容器２６の一部を破砕して内部を見た図である。真空容器２６に巻線７と鉄心８とを備えた変圧器２５が収納されている。真空容器２６には、配管１０を介して真空ポンプ９が接続され、一方、真空容器２６の外壁には制御電源１２より給電されるヒータ１１が装着されている。巻線７の表面には温度センサ１３が取り付けられ、この温度センサ１３の出力信号は気密端子１５を通る測定線１４を介して制御電源１２に入力されている。
【０００６】
図５の装置は、組み上がった変圧器の乾燥装置である。転移導体の自己融着は、乾燥工程で加えられる熱で行われる。すなわち、自己融着工程と乾燥工程とが同時に実施される。変圧器の乾燥工程では、加熱によって水分を蒸発し、その水分を真空排気するので、必ず加熱処理が行われる。自己融着工程と乾燥工程における加熱温度を同一にすることによって、変圧器を乾燥しながら、転移導体を自己融着させることができる。制御電源１２が、温度センサ１３の出力信号を受けることによって、ヒータ１１への給電を制御し変圧器の温度を一定に保っている。転移導体は、変圧器２５の巻線７に巻かれた状態で自己融着し、機械的に丈夫な巻線７となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、転移導体を機械的にさらに丈夫なものにしたいという要望がだされていた。
すなわち、転移導体が使用される変圧器は、前述のように大容量なので、変圧器の短絡時に発生する電磁機械力に対して、より高い値に耐えるように巻線を構成しておく必要がある。一方、従来の自己融着方法では、転移導体を外側表面からのみ加熱するので、どうしても転移導体内部の温度上昇が外部のそれより遅くなる。そのために、転移導体外側の接着材が先に硬化し、転移導体内部に残留応力が発生しがちであった。したがって、従来は、転移導体自体の機械的強度に限界があったので、転移導体として太いものが用いられ、変圧器全体も大きくなっていた。転移導体の太さを変えないでその機械的強度を高める方法が従来から強く要望されていた。
【０００８】
この発明の目的は、転移導体の自己融着時の加熱方法を工夫することにより転移導体の機械的強度を高めることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明の方法によれば、導線に絶縁塗料が焼き付けられてなる素線が複数本並列に束ねられ，この素線の相互位置が長さ方向の途中で順次転移する転移導体が巻かれてなる巻線と鉄心とを備えた変圧器の加熱方法であって、前記転移導体の素線表面に熱硬化性の接着剤を予め塗布しておき、前記転移導体が前記巻線に巻かれた状態でこの巻線を加熱処理することにより、前記巻線を乾燥させながら、前記転移導体の接着剤を硬化させ素線同士を互いに接着させる自己融着を行う変圧器の加熱方法において、前記加熱処理が、前記巻線が収納された真空容器を真空に引いた状態で加熱する真空加熱と前記真空容器に空気を入れた状態で加熱し前記真空容器内に温風を発生させる温風加熱とを交互に繰り返して行うものであるとともに、この加熱処理用の熱源としてヒータからの輻射熱および前記素線の導線の通電によって生ずるジュール熱の双方を用いることとするとよい。この方法によって自己融着された転移導体の機械的強度が、従来のものより高くなることを発明者らが発見した。転移導体が外部と内部の双方から加熱されるので、転移導体が内部に残留歪みを残すことなく硬化したためである。
【００１１】
かかる方法において、加熱処理工程で転移導体の外表面と素線の導線との温度が、同じになるようにヒータおよび通電電流を制御することとしてもよい。この方法によって、転移導体内部の残留歪みを最小にすることができ、転移導体の機械的強度を大きく向上させることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
この発明による転移導体の自己融着方法は、加熱処理用の熱源として転移導体の外側から供給される熱および導線の通電によって生ずるジュール熱の双方が用いられる。以下、この発明を実施例に基づいて説明する。
図１は、この発明の実施例にかかる変圧器の加熱装置の構成を示す一部破砕断面図である。巻線７の端子７Ａ，７Ｂに電流リード１８が接続され、気密端子１７を介して真空容器２６の外部へ引き出されている。電流リード１８は、さらに抵抗検出器２０を介して制御電源１９に接続されている。その他は、図５の従来の構成と同じである。従来と同じ部分には同一参照符号を付け、詳細な説明をここで繰り返すことは省略する。
【００１３】
図１において、抵抗検出器２０は、電流リード１８に流れている電流と、電流リード１８間の電圧を検出して、巻線７の導体抵抗を算出する。さらに、抵抗検出器２０は、その導体抵抗を出力信号２１として制御電源１９へ送っている。金属の抵抗は、その温度によって決まった値を示し温度上昇とともに大きくなる。したがって、巻線７の導体抵抗から転移導体内の平角導線の温度を知ることができる。転移導体内の平角導線の温度を一定に保つために、制御電源１９は、巻線７の導体抵抗がある値以上になったら、巻線７への給電を止め、巻線７の導体抵抗がある値以下になったらまた給電を始めるようになっている。この制御電源１９によって、転移導体内の平角導線の温度が一定に保たれる。一方、転移導体の外表面温度は、図５の従来の装置で述べたように、制御電源１２が、巻線７の表面に設けられた温度センサ１３の出力信号を受けることによってヒータ１１への給電を制御し、巻線７の表面温度を一定に保っている。
【００１４】
なお、ヒータ１１による転移導体の外部からの加熱は下記のように行う。
（１）加熱対象となる巻線７が小形でその熱容量が小さい場合：
真空加熱、すなわち、真空容器２６を真空にしておいて真空容器２６の外部よりヒータ１１で加熱することだけで、加熱が可能である。真空容器２６内は真空加熱中は真空となるため、巻線７への熱伝達は輻射のみによるものとなり、加熱効率は低いが、巻線７へ熱容量が小さいので、巻線７の表面温度を維持するのに十分な加熱ができる。巻線７から蒸発した水分は、真空ポンプ９により真空排気される。
（２）加熱対象となる巻線７が大形でその熱容量が大きい場合：
真空加熱と温風加熱とを次のように交互に繰り返して行う。
【００１５】
▲１▼温風加熱、すなわち、真空容器２６に空気を入れておいて、真空容器２６の外部よりヒータ１１で加熱して真空容器２６内に温風を発生させることにより、巻線７の表面温度を上昇させる。
▲２▼次に、真空加熱、すなわち、真空容器２６を真空に引き、真空容器２６の外部よりヒータ１１で加熱しながら、巻線７から蒸発した水分を真空排気する。
【００１６】
▲３▼真空加熱を続けていると、真空加熱ではその加熱効率が低いので、巻線７の熱容量が大きい場合、加熱効率が不十分であるため、巻線７の表面温度が低下して行く。
▲４▼そこで、再度、真空加熱よりも加熱効率の高い▲１▼項の温風加熱を行う。
▲５▼以降、上記と同様にして、真空加熱と温風加熱とを交互に繰り返す。
【００１７】
また、転移導体の外側から供給される熱は、上記のような転移導体の外側に配されたヒータ１１ではなく、例えば、変圧器２５が収納された真空容器２６に外部から加熱された空気のような温風を送り込むことによっても供給することができる。
上述のように、双方の制御電源１２，１９によって、転移導体の温度制御が行われので、転移導体の自己融着時は、転移導体の内外の温度差を小さくする、あるいは、温度差を無くすることができる。従来の自己融着方法では、転移導体を外側表面からのみ加熱するので、どうしても転移導体内部の温度上昇が外部のそれより遅くなる。そのために、転移導体の外側の接着材が先に硬化し、転移導体内部に残留応力が発生がちであった。発明者らは、この発明の方法を実施し、転移導体の機械的強度が高まることを確認することができた。以下に、その実施例を紹介する。
【００１８】
【実施例】
本発明の方法によって自己融着された転移導体および従来の方法によって自己融着された転移導体をそれぞれ製作した。供試転移導体は、いずれも平角導体を銅材、絶縁塗料をポリビニルフルオライド、絶縁シートとセパレータとをプラスチックフイルムとし、素線総数を１３、各素線の厚さを２ｍｍ、各素線の幅を５．５ｍｍ、絶縁シートの厚さを１．１ｍｍとした。
【００１９】
図２は、転移導体が歪むときの荷重を調べるための装置の斜視図である。上記の供試転移導体は、この図２の装置でもって機械的強度が調べられた。供試転移導体２２を距離Ｌだけ離れた二台の支持台２３の上に載置し、この二台の支持台２３の中央において、供試転移導体２２の上から加重装置２４で荷重Ｆを下方にかける。この荷重Ｆによって供試転移導体２２が点線のように歪み、その歪み寸法Ｄが所定の値になったときの荷重Ｆを知ることによって転移導体の機械的強度を評価することができる。表１に転移導体の機械試験結果を示す。
【００２０】
【表１】
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表１において、実施例１，２は、ともに図１の装置により、この発明に基づいて双方の制御電源１２，１９が用いられ、各制御電源１２，１９の設定温度をいずれも１３０℃とした。だだし、その加熱時間は、実施例１を１２ｈ、実施例２を２４ｈとした。一方、従来例は、図５の装置により制御電源１２だけが用いられ、制御電源１２の設定温度を１３０℃とした。その加熱時間は、１８ないし２４ｈとした。表１における荷重Ｆは、いずれも図２における支持台２３の離隔距離Ｌを１００ｍｍとし、転移導体の歪み寸法Ｄが２ｍｍのときの値（平均）である。従来例に対して、実施例１，２は、ともに荷重Ｆが５割以上も増大し、当然のことながら加熱時間の長い方が荷重Ｆは大きい。実施例１，２の荷重Ｆが、従来例のそれより大きくなった理由は、前述されたように転移導体内部の残留応力が緩和されたためである。この理由は、図２による機械試験以外に、転移導体間の部分放電開始電圧を調べることによっても分かる。すなわち、転移導体が自己融着するときに、歪みが大きいと素線間に微小なクラックは生じやすくなる。実験によれば、従来例の場合より、実施例１，２の方が転移導体間の部分放電開始電圧が１．５倍も高いことが分かった。
【００２１】
なお、表１における実施例１，２は、転移導体の内外の設定温度を同じにした場合のものであるが、内外の設定温度は必ずしも同一でなくてもよい。いずれは平衡するのであるから、内外の設定温度が十℃前後であるならば残留応力の緩和が起こる。
変圧器の乾燥処理だけを考えると、巻線の通電加熱方法は従来から公知である。しかし、その場合は、真空容器は単に保温容器として利用されていた。また、変圧器の据え付け現地で巻線を乾燥処理したい場合に加熱容器が現地にないので、この通電加熱方法を用いることができるということも知られている。しかし、転移導体の外側からの加熱と導体自体の通電加熱とを組み合わせて、転移導体を自己融着させるという発明は今回が始めてである。
【００２２】
なお、上記の実施例では、転移導体の素線の導体が平角導線、すなわち、断面が矩形状の場合について記載したが、本発明は、断面が矩形状以外の形状、例えば、円形の導体にも適用することができる。
【００２３】
【発明の効果】
この発明の方法は前述のように、加熱処理用の熱源として転移導体の外側から供給される熱および素線の導線の通電によって生ずるジュール熱の双方が用いられる。そのために、転移導体内部の残留応力が緩和され、転移導体の機械的強度が増大する。それによって、巻線が短絡機械力に強くなり変圧器を縮小することができる。
【００２４】
かかる方法において、加熱処理工程で転移導体の外表面と素線の導線との温度が、同じになるようにヒータおよび通電電流を制御する。これによって、転移導体の機械的強度が従来の方法のものより５割以上も増大する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例にかかる変圧器の加熱装置の構成を示す一部破砕断面図
【図２】転移導体が歪むときの荷重を調べるための装置の斜視図
【図３】転移導体の構成を示す断面図であり、それぞれ（Ａ）は全体の断面図、（Ｂ）は素線の断面図
【図４】転移導体の素線転移の状態を示す斜視図
【図５】従来の変圧器の加熱装置の構成を示す一部破砕断面図
【符号の説明】
１：素線、２：絶縁シート、３：セパレータ、４：平角導体、５：絶縁塗料、６：接着剤、７：巻線、７Ａ，７Ｂ：端子、８：鉄心、９：真空ポンプ、１０：配管、１１：ヒータ、１２，１９：制御電源、１３：温度センサ、１４：測定線、１５，１７：気密端子、１８：電流リード、２０：抵抗検出器、２１：出力信号、２２：供試転移導体、２３：支持台、２４：加圧装置、２５：変圧器、２６：真空容器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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