(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単相３脚鉄心に、少なくとも分路巻線と直列巻線を巻回して１次及び２次巻線を構成した内鉄形単巻単相変圧器において、
前記鉄心の主脚を挟んで位置する両側のヨークに同一回数巻線を巻回して補償巻線を構成し、これらの補償巻線を環流用のリード線を介して相互に電気的に接続し、前記１次及び２次巻線に接続されるリード線のうち、少なくとも１本のリード線を前記３脚鉄心に対して他のリード線とは反対側に引き出したことを特徴とする内鉄形単巻単相変圧器。
【請求項２】
複数の主脚を有する単相鉄心の各主脚のそれぞれに、少なくとも分路巻線と直列巻線を巻回して１次及び２次巻線を構成し、これらの１次及び２次巻線を並列接続して成る内鉄形単巻単相変圧器において、
前記鉄心の各主脚を挟んで位置する両側のヨークに同一回数巻線を巻回して補償巻線を構成し、これら主脚の両側に巻回された補償巻線を環流用のリード線を介して相互に電気的に接続し、前記各主脚に巻回された１次及び２次巻線に接続されるリード線のうち、少なくとも１本のリード線を前記鉄心に対して他のリード線とは反対側に引き出したことを特徴とする内鉄形単巻単相変圧器。
【請求項３】
複数の主脚を有する単相鉄心の各主脚のそれぞれに、少なくとも分路巻線と直列巻線を巻回して１次及び２次巻線を構成し、これらの１次及び２次巻線を並列接続して成る内鉄形単巻単相変圧器において、
前記鉄心の隣接する２本の主脚を挟んで位置するヨーク、及び隣接する２本の主脚の外側に位置するヨークの３カ所にそれぞれ同一回数巻線を巻回して３本の補償巻線を構成し、これら３本の補償巻線を環流用のリード線を介して相互に電気的に接続し、前記各主脚に巻回された１次及び２次巻線に接続されるリード線のうち、少なくとも１本のリード線を前記鉄心に対して他のリード線とは反対側に引き出したことを特徴とする内鉄形単巻単相変圧器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、５００ｋｖ級変電所用として適した内鉄形単巻単相変圧器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
変電所の機器は、高電圧・大容量化の傾向をたどると共に、機器自体のコンパクト化及び機器配置全体のコンパクト化が強く要求されている。図７に５００ｋｖ級変電所において、５００ｋｖ系統（１次）と２５０ｋｖ系統（２次）を連係する単巻変圧器の巻線結線図を示している。この単巻変圧器において、巻線は、直列巻線３及び分路巻線２から構成され、それぞれが直列に接続され、１次リード線５、２次リード線４及び中性点リード線６が引き出されている。
【０００３】
図８は、前記図７に示した結線を持つ内鉄形変圧器中身の構造を示す平面図である。この変圧器中身は、単相３脚鉄心１の主脚に内側より分路巻線２、直列巻線３が同軸円筒状に巻回されている。ここで、直列巻線３は１次リード線５に繋がる端子を巻線の中央部に位置させ、その上下部側に巻線が２回路並列に配置された、いわゆる上下振分巻の構成となっている。分路巻線２は、巻線の上部端部より２次リード線４に繋がり、この２次リード線４には直列巻線３の巻線上下端子も繋がって、直列巻線３と分路巻線２の接続点を構成している。また、分路巻線２の下部端子は中性点リード線６に繋がっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記のような構成を有する従来の内鉄形単巻変圧器は、以下に述べるような解決すべき課題があった。
【０００５】
すなわち、従来の内鉄形単巻変圧器は、図８のとおり、１次リード線５、２次リード線４及び中性点リード線６を常に鉄心１に対して片側にまとめて配置する必要があった。その理由は、単巻変圧器の場合、１次巻線と２次巻線が中性点リード線で共通となっているため、１次及び２次巻線のリード線を独立して鉄心の両側に位置させることができなかったためである。
【０００６】
そのため、例えば、１次リード線のみを他のリード線に対して、鉄心の反対側へ引き出した場合、１次リード線に繋がる直列巻線のターン数が整数ターンとはならず、単相３脚鉄心１の左右の鉄心窓内を貫通する巻線の巻回数が異なり、磁束のアンバランスを生じさせる原因になっていた。具体的には、左右の鉄心窓内を貫通するターン数が１ターン異なることにより、この１ターンが鉄心を励磁して主磁束と合成され、鉄心が過励磁状態となって損失、騒音の増加をもたらすことになる。従って、現実には１次リード線のみを鉄心の反対側から引き出すことは不可能であり、変電所内の機器配置においてこの制約が自由なレイアウトを阻害する要因となっていた。
【０００７】
本発明は、上述したような従来技術の問題点を解消するために提案されたもので、その目的は、巻線からのリード線の引き出し方向の制約を取り除き、変圧器配置及び他の機器とのレイアウト設計に自由度を広げることを可能とした内鉄形単巻単相変圧器を提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、左右の鉄心窓における巻線のターン数が異なっても、鉄心が過励磁状態となって損失や騒音が発生することがない内鉄形単巻単相変圧器を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、単相３脚鉄心に、少なくとも分路巻線と直列巻線を巻回して１次及び２次巻線を構成した内鉄形単巻単相変圧器において、前記鉄心の主脚を挟んで位置する両側のヨークに同一回数巻線を巻回して補償巻線を構成し、これらの補償巻線を環流用のリード線を介して相互に電気的に接続し、前記１次及び２次巻線に接続されるリード線のうち、少なくとも１本のリード線を前記３脚鉄心に対して他のリード線とは反対側に引き出したことを特徴とする。
【００１０】
このような構成を有する請求項１の発明によれば、例えば１次リード線を鉄心に対して他のリード線の反対側にから引き出しても、鉄心の窓内を貫通する巻線のターン数の差によって生じる磁束分布のアンバランスを補償巻線内を電流が適宜環流して打ち消すことができる。その結果、１次リード線を鉄心の反対側から引き出しても騒音や損失の発生がなくなり、変圧器の配置上の制約がなくなる。
【００１１】
請求項２の発明は、複数の主脚を有する単相鉄心の各主脚のそれぞれに、少なくとも分路巻線と直列巻線を巻回して１次及び２次巻線を構成し、これらの１次及び２次巻線を並列接続して成る内鉄形単巻単相変圧器において、前記鉄心の各主脚を挟んで位置する両側のヨークに同一回数巻線を巻回して補償巻線を構成し、これら主脚の両側に巻回された補償巻線を環流用のリード線を介して相互に電気的に接続し、前記各主脚に巻回された１次及び２次巻線に接続されるリード線のうち、少なくとも１本のリード線を前記鉄心に対して他のリード線とは反対側に引き出したことを特徴とする。
【００１２】
この請求項２の発明によれば、単相４脚鉄心や単相５脚鉄心などの主脚に対して巻線を巻回して、これらの巻線を並列接続した変圧器においても、前記請求項１の発明と同様な作用効果が発揮される。
【００１３】
請求項３の発明は、複数の主脚を有する単相鉄心の各主脚のそれぞれに、少なくとも分路巻線と直列巻線を巻回して１次及び２次巻線を構成し、これらの１次及び２次巻線を並列接続して成る内鉄形単巻単相変圧器において、前記鉄心の隣接する２本の主脚を挟んで位置するヨーク、及び隣接する２本の主脚の外側に位置するヨークの３カ所にそれぞれ同一回数巻線を巻回して３本の補償巻線を構成し、これら３本の補償巻線を環流用のリード線を介して相互に電気的に接続し、前記各主脚に巻回された１次及び２次巻線に接続されるリード線のうち、少なくとも１本のリード線を前記鉄心に対して他のリード線とは反対側に引き出したことを特徴とする。
【００１４】
この請求項３の発明によれば、単相４脚鉄心や単相５脚鉄心などの主脚に対して巻線を巻回して、これらの巻線を並列接続した変圧器において、前記請求項２の発明と同様な作用効果が発揮される。更に、両側の主脚に挟まれたヨークに対しては、１本の補償巻線のみを巻回すればよいので、この補償巻線には他の補償巻線の２倍の通電容量が要求されるものの、変圧器の構造の単純化が可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態の一つを、図１乃至図６を参照して具体的に説明する。
【００１６】
［１］第１の実施形態の構成…図１、図２
第１の実施形態は前記請求項１の発明に相当するものである。第１の実施形態においては、図１に示すとおり、単相３脚鉄心１の右側と左側の窓１０，１１を貫通して鉄心主脚に分路巻線２、直列巻線３が内側より順次巻回されている。これらの巻線の接続は図７及び図８に示す従来技術の構成と同様である。単相３脚鉄心１の下部ヨークには、絶縁被覆された銅線で構成された補償巻線７が主脚を挟んで左右に配置され、これら左右の補償巻線７がリード線８により接続されている。このリード線８のどちらか一方は、電位を固定するために接地点９に接続されている。左右の補償巻線７の巻回方向及びリード線８による相互の接続は、単相３脚鉄心１を通常の励磁状態にて２個の補償巻線７，７の発生電圧の同一極性側同士が接続され、環流電流を生じないようになっている。
【００１７】
また、前記分路巻線２及び直列巻線３を接続する２次リード線４、１次リード線５及び中性点リード線６は、図２の変圧器中身の平面図に示すように各巻線から引き出されている。すなわち、この第１の実施形態においては、１次リード線５のターン数が１ターン弱増加させることで、１次リード線５が単相３脚鉄心１に対して他のリード線と反対側に設けられている。従って、１次リード線５はを引き出した分だけ鉄心の左右の窓内を鎖交する直列巻線のターン数が異なり、一方の窓内のターン数が他方に比較して１ターン多くなっている。
【００１８】
［２］第１の実施形態の作用
このような構成を有する第１の実施形態においては、１次リード線５と、２次リード線４及び中性点リード線６が単相３脚鉄心１を挟んで配置されるので、各リード線間の距離を確保でき、絶縁上の信頼性が向上する。特に、変圧器の同じ短辺側から各リード線を引き出す場合に、前記図８の従来技術では各リード線が近接配置されるため絶縁上のリスクが大きくなるが、第１の実施形態では１次リード線と２次リード線との鉄心の両側に配置することで十分な絶縁距離を確保できる。
【００１９】
また、第１の実施形態では、１次リード線５が１ターン弱多く単相３脚鉄心１に巻回されているが、この１次リード線５の巻回数の増加により生じる起磁力のバランスの不平衡は、２個の補償巻線７，７及びこれらを接続するリード線８の作用で解消される。以下、この点を図３及び図４の模式図により説明する。
【００２０】
図３は鉄心の主脚１に巻回された巻線によって鉄心が励磁された場合の主磁束の流れを示している。主磁束の流れは、図中実線で示すとおり、鉄心主脚から側脚へ環流して、下部の鉄心ヨークに取り付けた補償巻線７，７を鎖交する。このとき、補償巻線７には、鎖交磁束量と補償巻線のターン数で決まる誘起電圧を生じるが、左右の補償巻線のターン数が等しい場合には双方の発生電圧が同一となり、かつ双方の補償巻線７，７の誘起電圧が同一極性側となる端子がリード線８によって接続されているため、通常の鉄心励磁状態では補償巻線７には電流は流れず、他には何ら影響を与えない。
【００２１】
しかし、第１の実施形態のように、１次リード線５を他のリード線と鉄心の反対側から引き出した場合には、一方の鉄心窓内のターン数が他方の窓内に比較して１ターン多くなっている。この１ターンに流れる電流が左右の鉄心窓内を流れる電流、すなわち、鉄心を励磁する起磁力（アンペア・ターン）のバランスを不平衡とするため、この１ターンで鉄心を励磁してしまうことになる。これにより鉄心が過励磁状態となり、鉄損が増加する。
【００２２】
図４はこのアンバランスとなった１ターンのみについて注目し、この１ターンによって単相３脚鉄心１に励起される磁束の流れを示したもので、単相３脚鉄心１の左側の窓内を紙面裏側から表側に向けて貫通している鉄心貫通リード線１３がこの１ターンに相当している。この鉄心貫通リード線１３を流れる電流により、単相３脚鉄心１は励磁されることになる。図４で実線で示した矢印が鉄心貫通リード線１３による磁束の流れである。この場合、鉄心貫通リード線１３による磁束が補償巻線７を鎖交する方向が図３に示した鉄心を励磁する主磁束の向きと異なっている。鉄心主脚の両側に位置する補償巻線７，７には、互いに逆極性となる端子が接続されていることになるため、２個の補償巻線７，７とリード線８を環流する電流を生じさせる。この電流により、貫通リード線１３による磁束１４の流れと反対向きに補償巻線による電流１５（図中点線で示した矢印）が流れ、貫通リード線１３による磁束１４をキャンセルすることができる。
【００２３】
このように第１の実施の形態によれば、１次リード５を鉄心の反対側から引き出した結果、鉄心の左右の窓で巻線のターン数に不平衡が生じても、それによって鉄心に生じる磁束の流れを２個の補償巻線によってキャンセルすることができ、鉄心を励磁する起磁力のバランスを平衡に保つことができる。
【００２４】
［３］第１の実施形態の効果
以上述べたように、第１の実施形態によれば、単相単巻変圧器のリード線の一部を鉄心に対して他のリード線と反対側に引き出すことが可能になる。その結果、鉄心中身が収納される変圧器タンクの同一短辺側へ１次及び２次リードを共に引き出す構造としても、各リード線間の絶縁を十分に確保することができ、変圧器タンク外部のリード線引き回し構造も含めて、変圧器中身からのリード線の引き出し構造が単純化できる。このように１次及び２次リードを変圧器タンクの同一側に引き出せると、変圧器タンク外部で接続されるケーブルも同一側に設置することができ、ケーブルを敷設するピットと呼ばれる溝も共通して使用できるなど、利点も大きい。さらに、変圧器の１次及び２次端子がガス絶縁開閉装置に接続される場合にも、１次及び２次のガス絶縁開閉装置を同一側に配置することが可能になり、変圧器の設置場所とガス絶縁開閉装置の設置場所とを明確に区分することも可能になり、レイアウトの自由度が広がる利点もある。
【００２５】
また、この第１実施形態では、左右の補償巻線７，７を下部ヨークに巻回しているため、相互を接続するリード線８の長さを短く抑えることができ、しかもリード線８が左右の補償巻線７，７に対向しないために絶縁信頼性も高い。
【００２６】
［４］第２の実施形態…図５、図６
この第２実施形態は、２脚の主脚鉄心に巻回された巻線を並列接続してなる変圧器に本発明を適用したもので、本発明の請求項２の発明に相当する。この第２実施形態では、図５に示すように、単相４脚鉄心１６の２個の主脚鉄心にそれぞれ分路巻線２及び直列巻線３が内側から順次配置されている。単相４脚鉄心１６の下部ヨークには、主脚を挟むように左右一対の補償巻線７，７が各巻線ごとに、合計４個取り付けられている。これら各組の補償巻線７，７は、それぞれリード線８によって接続され、このリード線８は接地点９によって接地されている。
【００２７】
また、図６に示すように、各巻線から引き出されるリード線は、前記第１実施形態と同様に、各巻線の２次リード４及び中性点リード６が鉄心の片側から、１次リード５が鉄心の反対側から変圧器タンクの同一短辺側に引き出されている。
【００２８】
このような構成の第２実施形態においても、リード線を鉄心を挟んで反対側から引き出すと共に、ターン数のアンバランスによって生じる起磁力の不平衡を各補償巻線によって解消することにより、前記［２］［３］に述べた第１実施形態と同様な作用効果が発揮される。
【００２９】
［５］他の実施形態
本発明は、前記の単相３脚鉄心のみにだけでなく、単相４脚鉄心、単相５脚鉄心などにも同一の構造で適用することができ、構造の標準化も容易である。また、補償巻線７は、下部ヨーク以外に鉄心の上部ヨークに取り付けることも可能である。
【００３０】
また、前記請求項３の発明のように、前記第２実施形態において、２個の主脚に挟まれた鉄心下部ヨークに取り付けた２個の補償巻線７，７は、その１個を省略することも可能である。その場合には、残る３個の補償巻線は鉄心励磁状態において常に同一極性となる端子を接続し、かつ中央に位置する補償巻線は他の２個の補償巻線に対して２倍の通電容量が必要となる。
【００３１】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、鉄心を挟んでリード線を引き出すと共に、主脚両側のヨークに補償巻線を配置するという簡単な手段により、損失や騒音の発生がなく、絶縁信頼性に優れ、しかも自由なレイアウトでは位置可能な内鉄形単巻単相変圧器を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の内鉄形単巻単相変圧器の第１の実施形態における巻線部分を示す側面図。
【図２】本発明の第１の実施形態における変圧器中身を示す平面図。
【図３】本発明の作用を示す鉄心部分の模式図で、鉄心の左右の窓内を貫通する巻線のターン数が等しい場合を示す。
【図４】本発明の作用を示す鉄心部分の模式図で、鉄心の左右の窓内を貫通する巻線のターン数が異なる場合を示す。
【図５】本発明の第２の実施形態における巻線部分を示す側面図。
【図６】本発明の第２の実施形態における変圧器中身を示す平面図。
【図７】一般的な変圧器の巻線の接続構成を示す結線図。
【図８】従来の内鉄形単巻単相変圧器の一例を示す側面図。
【符号の説明】
１…単相３脚鉄心
２…分路巻線
３…直列巻線
４…２次リード線
５…１次リード線
６…中性点リード線
７…補償巻線
８…リード線
９…接地点
１０…鉄心右側窓
１１…鉄心左側窓
【図１】
0003662067.tif 000002
【図２】
0003662067.tif 000003
【図３】
0003662067.tif 000004
【図４】
0003662067.tif 000005
【図５】
0003662067.tif 000006
【図６】
0003662067.tif 000007
【図７】
0003662067.tif 000008
【図８】
0003662067.tif 000009