(57)【要約】【課題】プレスボードの毛羽立った繊維が油隙に接触することを低減しつつ、油隙全体にかかる電界を緩和して、絶縁破壊を抑制する。【解決手段】鉄心と、鉄心に巻き回された巻線からなる複数のコイルと、鉄心およびコイルを収容するタンクと、タンク内に充填されて鉄心およびコイルが浸漬された絶縁油と、コイル同士の間に配置されたプレスボード３１と、プレスボード３１の絶縁油と接する面の少なくとも一部に接着されて絶縁油を含浸し、電気絶縁性を有する繊維からなり表裏に貫通した複数の微細孔を有する不織布５０とを備える。不織布５０の微細孔の平均直径は、プレスボード３１の表面で毛羽立った繊維３１ｃの径以下である。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄心と、
前記鉄心に巻き回された巻線からなる複数のコイルと、
前記鉄心および前記コイルを収容するタンクと、
前記タンク内に充填されて前記鉄心および前記コイルが浸漬された絶縁油と、
前記コイル同士の間に配置されたプレスボードと、
前記プレスボードの前記絶縁油と接する面の少なくとも一部に接着されて前記絶縁油を含浸し、電気絶縁性を有する繊維からなり表裏に貫通した複数の微細孔を有する不織布と
を備え、
前記不織布の前記微細孔の平均直径は、前記プレスボードの表面で毛羽立った繊維の径以下である、静止誘導機器。
【請求項２】
前記不織布の厚さが、前記毛羽立った繊維の前記プレスボードの前記表面からの高さより大きい、請求項１に記載の静止誘導機器。
【請求項３】
前記絶縁油を含浸した状態の前記不織布の比誘電率が４．０以下である、請求項１または２に記載の静止誘導機器。
【請求項４】
前記不織布が、前記コイル同士の間に形成される油隙に生じる最大電界の９０％以上の電界が生じている油隙領域と接する前記プレスボードの側面部にのみ接着されている、請求項１から３のいずれか１項に記載の静止誘導機器。
【請求項５】
前記不織布の前記繊維の材料が、ポリエチレン、ポリエステルまたはナイロンである、請求項１から４のいずれか１項に記載の静止誘導機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静止誘導機器に関し、特に、油入静止誘導機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
微小油隙における絶縁破壊の抑制を図った変圧器巻線を開示した先行文献として、特開平３−２０５８１１号公報(特許文献１)がある。特許文献１に記載された変圧器巻線においては、直線スペーサおよびコイル間スペーサの円板コイルに対応する面に、誘電率が鉱油の誘電率の１．３倍以下の低誘電率のプラスチック製で、かつ、多孔質の弾性絶縁シートを設置している。
【０００３】
また、高電界となる巻線端部の絶縁耐力の向上を図った油入誘導電器を開示した先行文献として、特開昭６３−１８７６０８号公報(特許文献２)がある。特許文献２に記載された油入誘導電器においては、絶縁物、油道に面するＬ形バリヤ、絶縁筒、直線スペーサおよびシールドリング上絶縁台を、パルプ繊維層で被覆している。
【０００４】
固体絶縁物であるプレスボードの表面に繊維状の毛羽立ちが存在すると、その繊維は電界の方向に起立し、局部的に高電界部をつくる。この局部的な高電界部は、破壊電圧の低下をもたらす。そのため、特許文献２に記載の油入誘導電器では、パルプ繊維を被覆することにより、プレスボードの毛羽立ちを抑えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平３−２０５８１１号公報
【特許文献２】特開昭６３−１８７６０８号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】ＩＥＥＪ  Ｔｒａｎｓ．ＰＥ，Ｖｏｌ．１２４，Ｎｏ．４，２００４，ｐ．５８２−５８７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
プレスボードの毛羽立った繊維に発生する局部的な高電界部の発生を低減して絶縁破壊を抑制するためには、プレスボードの毛羽立った繊維が油隙に接触することを低減しつつ、油隙全体にかかる電界を緩和することが必要である。
【０００８】
特許文献２に記載された油入誘導電器では、パルプ繊維層自体の比誘電率が、絶縁油の比誘電率およびプレスボードの比誘電率より高く、油隙全体にかかる電界緩和の面で改善の余地がある。
【０００９】
特許文献１に記載された変圧器巻線では、プレスボードの毛羽立った繊維について考慮されておらず、プレスボードの毛羽立った繊維に発生する局部的高電界部の発生低減の面で改善の余地がある。
【００１０】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、プレスボードの毛羽立った繊維が油隙に接触することを低減しつつ、油隙全体にかかる電界を緩和して、絶縁破壊を抑制できる静止誘導機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に基づく静止誘導機器は、鉄心と、鉄心に巻き回された巻線からなる複数のコイルと、鉄心およびコイルを収容するタンクと、タンク内に充填されて鉄心およびコイルが浸漬された絶縁油と、コイル同士の間に配置されたプレスボードと、プレスボードの絶縁油と接する面の少なくとも一部に接着されて絶縁油を含浸し、電気絶縁性を有する繊維からなり表裏に貫通した複数の微細孔を有する不織布とを備える。不織布の微細孔の平均直径は、プレスボードの表面で毛羽立った繊維の径以下である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、プレスボードの毛羽立った繊維が油隙に接触することを低減しつつ、油隙全体にかかる電界を緩和して、絶縁破壊を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態１に係る静止誘導機器である外鉄型変圧器の構成を示す斜視図である。
【図２】同実施形態に係る外鉄型変圧器のコイルの一部を示す縦断面図である。
【図３】図２で示す部分を詳細に示す縦断面図である。
【図４】プレスボードの毛羽立った繊維が油隙に接触した状態を示す断面図である。
【図５】同実施形態において、プレスボードに不織布を接着した状態を示す断面図である。
【図６】図５に示す不織布を矢印ＶＩ方向から見た拡大平面図である。
【図７】比較例に係る不織布においてボイドができている状態を、図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線矢印方向から見た断面図である。
【図８】本発明の実施形態２に係る外鉄型変圧器において、プレスボードに不織布を接着した状態を示す断面図である。
【図９】本発明の実施形態３に係る外鉄型変圧器において、プレスボードに不織布を接着した状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態１に係る静止誘導機器について図面を参照して説明する。以下の実施形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。なお、以下の実施形態においては、静止誘導機器として外鉄型変圧器を例示して説明するが、静止誘導機器は、外鉄型変圧器に限られず、たとえば、内鉄型変圧器またはリアクトルなども含む。
【００１５】
(実施形態１)
図１は、本発明の実施形態１に係る静止誘導機器である外鉄型変圧器の構成を示す斜視図である。図１においては、各構成の一部をカットして示している。
【００１６】
図１に示すように、本発明の実施形態１に係る外鉄型変圧器１００は、鉄心１２０と、鉄心１２０に巻き回された巻線からなるコイル１３０と、鉄心１２０およびコイル１３０を収容するタンク１１０と、タンク１１０内に充填されて鉄心１２０およびコイル１３０が浸漬された図示しない絶縁油とを備える。
【００１７】
鉄心１２０は、積層された複数の磁性鋼板から構成されている。本実施形態においては、中央部に開口を有する直方体状の鉄心１２０が２つ隣り合うように配置されている。
【００１８】
コイル１３０は、各鉄心１２０の開口を貫通するように、２つの鉄心１２０の互いに隣り合った脚に巻き回されている。コイル１３０は、コイル１３０の軸方向において、高圧側コイルを低圧側コイル同士で挟むように構成されている。
【００１９】
絶縁油は、絶縁媒体と冷却媒体とを兼ねている。絶縁油は、タンク１１０内において鉄心１２０およびコイル１３０の周囲を流動している。本実施形態においては、絶縁油として鉱油を用いているが、絶縁油としてエステル油などを用いてもよい。
【００２０】
図２は、本実施形態に係る外鉄型変圧器のコイルの一部を示す縦断面図である。図３は、図２で示す部分を詳細に示す縦断面図である。
【００２１】
図２に示すように、コイル１３０においては、高圧側コイル１０と低圧側コイル２０とが隣り合って配置されている。高圧側コイル１０と低圧側コイル２０との間には、所定の隙間が形成されている。
【００２２】
高圧側コイル１０と低圧側コイル２０との間には、電位差が生じる。そのため、高圧側コイル１０と低圧側コイル２０との間の隙間に電界が生じる。この隙間に、プレスボード３０が配置されている。
【００２３】
図３に示すように、高圧側コイル１０および低圧側コイル２０に含まれる巻線は、銅線１１の周囲をクラフト紙などの絶縁紙１２で覆った構造を有している。
【００２４】
本実施形態においては、高圧側コイル１０における低圧側コイル２０側の面を覆うようにプレスボード３１を配置している。また、低圧側コイル２０における高圧側コイル１０側の面を覆うように他のプレスボード３１を配置している。さらに、この２つのプレスボード３１同士の間の中間の位置に、他のプレスボード３１を配置している。
【００２５】
高圧側コイル１０の端部、および、低圧側コイル２０の端部には、電界が集中する。そのため、高圧側コイル１０の側面を覆うプレスボード３１は、端部において曲折した曲折部３１ａを有し、曲折部３１ａによって高圧側コイル１０の端面を覆っている。同様に、低圧側コイル２０の側面を覆うプレスボード３１は、端部において曲折した曲折部３１ｂを有し、曲折部３１ｂによって低圧側コイル２０の端面を覆っている。これにより、高圧側コイル１０の端部、および、低圧側コイル２０の端部における電界を緩和している。
【００２６】
プレスボード３１同士の間には、プレスボード３２が配置されている。プレスボード３２は、絶縁油が流れる流路となる油隙４０を確保するスペーサとして機能する。このように、高圧側コイル１０と低圧側コイル２０との間には、プレスボード３１と油隙４０とが交互に配置された絶縁構造が形成されている。
【００２７】
この絶縁構造においては、絶縁油である鉱油の比誘電率が２．２であるのに対して、絶縁油を含浸したプレスボード３１の比誘電率が４．０〜４．５程度であるため、より高い電界が絶縁油に加わる。特に、高圧側コイル１０の端部の近傍、および、低圧側コイル２０の端部の近傍の油隙４０に、電界が集中する。
【００２８】
このように高い電界が加わる部分の油隙４０に、プレスボード３１の毛羽立った繊維が接触した場合、その繊維の先端に電界が集中してさらに電界が高くなる。図４は、プレスボードの毛羽立った繊維が油隙に接触した状態を示す断面図である。図４に示すように、プレスボード３１には、セルロースからなる最大長さが１００μｍ程度の毛羽立った繊維３１ｃが無数に存在している。
【００２９】
本実施形態に係る外鉄型変圧器１００においては、毛羽立った繊維３１ｃの先端近傍の油隙４０において絶縁破壊が起きることを抑制するために、プレスボード３１の絶縁油と接する面の全体に不織布を接着している。ただし、不織布は、プレスボード３１の絶縁油と接する面の少なくとも一部に接着されていればよい。
【００３０】
図５は、本実施形態において、プレスボードに不織布を接着した状態を示す断面図である。図６は、図５に示す不織布を矢印ＶＩ方向から見た拡大平面図である。
【００３１】
図５，６に示すように、不織布５０は、電気絶縁性を有する繊維５１からなり表裏に貫通した複数の微細孔５２を有する。不織布５０の微細孔５２の平均直径は、プレスボード３１の表面で毛羽立った繊維３１ｃの径以下である。
【００３２】
プレスボード３１の表面で毛羽立った繊維３１ｃの径は、たとえば３０μｍであり、ばらつきはほとんどない。本実施形態においては、不織布５０の微細孔５２の平均直径は、３０μｍである。ただし、不織布５０の微細孔５２の平均直径は、これに限られず、プレスボード３１の表面で毛羽立った繊維３１ｃの径以下であればよい。
【００３３】
具体的には、不織布５０として、デュポン社製のタイベック(登録商標)、または、スープレル(登録商標)などを用いることができる。
【００３４】
このように、平均直径が繊維３１ｃの径以下である微細孔５２を有する不織布５０をプレスボード３１の表面に接着することにより、図５に示すように、プレスボード３１の表面で毛羽立った繊維３１ｃを寝かすことができる。その結果、プレスボード３１の毛羽立った繊維３１ｃが油隙４０に接触することを抑制することができる。
【００３５】
図６に示すように、不織布５０は表裏に貫通した複数の微細孔５２を有しているため、不織布５０に絶縁油を含浸することができる。たとえば、真空含浸を１０時間程度行なうことにより、不織布５０内に含まれていた空気を絶縁油に置換することで、不織布５０に絶縁油を含浸させることができる。
【００３６】
このように、不織布５０に絶縁油を含浸させることにより、ボイド放電が起こることを抑制できる。図７は、比較例に係る不織布においてボイドができている状態を、図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線矢印方向から見た断面図である。
【００３７】
図７に示すように、比較例に係る不織布５０ａにおいては、繊維５１ａ同士の間に独立したボイド５３が形成されている。このようなボイド５３内には、絶縁油が浸透できないため、絶縁油を含浸した不織布５０ａ内に微小空隙が存在することになる。この微小空隙に電界が集中するとボイド放電が発生して、絶縁破壊が起きる可能性がある。
【００３８】
本実施形態に係る不織布５０には、上記のような独立したボイド５３は存在しない。また、不織布５０をプレスボード３１に接着する際に、接着剤を不織布５０のプレスボード３１との接触面の全体に塗るのではなく、不織布５０の縁部のみに接着剤を塗布している。
【００３９】
このようにすることにより、不織布５０とプレスボード３１との間が接着剤の層により遮断されることによって絶縁油の不織布５０を通じたプレスボード３１への浸透が阻害されることを抑制し、独立したボイドを形成されにくくすることができる。
【００４０】
さらに、接着剤の内部に気泡が残留することを抑制するために、たとえば、粘度が２００ｃＰ以下の低粘度の接着剤を使用する。なお、接着剤の種類は、硬化した状態で絶縁油に溶けないものであれば特に限定されない。
【００４１】
上記のように不織布５０をプレスボード３１に接着することにより、ボイド放電の発生を抑制して、外鉄型変圧器１００の絶縁信頼性を向上することができる。また、不織布５０の表裏に貫通した複数の微細孔５２を通じて絶縁油を含浸させることにより、不織布５０が接着されたプレスボード３１への絶縁油の浸透が妨げられることもない。
【００４２】
上記のように不織布５０に絶縁油を含浸させることにより、不織布５０の実質的な比誘電率を低下させることができる。本実施形態においては、絶縁油を含浸した状態の不織布５０の比誘電率は４．０以下である。
【００４３】
本実施形態においては、不織布５０を構成する繊維５１の材料をポリエチレンにしている。ただし、繊維５１の材料はこれに限られず、ポリエステル、ナイロン、ポリビニルアルコールまたはポリアクリル酸などでもよい。
【００４４】
これらの材料自体の比誘電率は、約７．０である。これらの材料からなる不織布５０に、比誘電率が２．２である絶縁油を含浸させることにより、絶縁油を含浸した不織布５０全体の比誘電率を４．０以下にすることができる。
【００４５】
不織布５０の実質的な比誘電率を低減することにより、電界が集中している部分の油隙４０にかかる電界を小さくすることができる。その結果、プレスボード３１の毛羽立った繊維３１ｃの近傍のみならず、油隙４０全体にかかる電界を緩和して、外鉄型変圧器１００の絶縁破壊を抑制できる。
【００４６】
さらに、本実施形態に係る外鉄型変圧器１００においては、流動帯電現象による絶縁破壊を抑制することができる。
【００４７】
外鉄型変圧器において流動帯電現象が起きた場合、流動している絶縁油と、絶縁油と接触しているプレスボードとの間において静電気が発生し、絶縁油が正の電荷を帯び、プレスボードが負の電荷を帯びる。
【００４８】
このような帯電電荷が局所的に集中した場合、帯電電荷による電界の影響が顕在化し、この電界があるレベルを超えると静電気放電が発生する。静電気放電が発生すると、外鉄型変圧器の絶縁破壊につながる恐れがある。
【００４９】
上記の流動帯電現象において、帯電電荷の大きさに影響する要素として、プレスボードおよび絶縁油の電気的特性の他に、絶縁油の流速がある。
【００５０】
本実施形態に係る外鉄型変圧器１００においては、プレスボード３１の表面に不織布５０を配置している。そのため、プレスボード３１の表面を絶縁油が流動する際に、不織布５０の繊維５１との流動抵抗によって、絶縁油の流動速度が低下する。その結果、流動帯電現象によるプレスボード３１の帯電電荷の大きさを低減して静電気放電の発生を抑制でき、外鉄型変圧器１００の絶縁信頼性を向上できる。
【００５１】
なお、不織布５０の繊維５１の材料を、ポリエチレン、ポリエステルまたはナイロンとすることにより、プレスボード３１と絶縁油との仕事関数の差に比較して、不織布５０と絶縁油との仕事関数の差を相対的に小さくすることができる。
【００５２】
その結果、プレスボード３１の表面を絶縁油が流動する際に、プレスボード３１と絶縁油との間での電子の授受を抑制できるため、流動帯電現象によるプレスボード３１の帯電電荷の大きさをさらに低減できる。
【００５３】
絶縁油を含浸した不織布５０は上記のように絶縁油との比誘電率の差が小さいため、プレスボード３１に比較して不織布５０に電界は集中しない。よって、電界の集中しやすいプレスボード３１の帯電電荷の大きさを低減することにより、プレスボード３１の表面での絶縁破壊を抑制して、外鉄型変圧器１００の絶縁信頼性を向上できる。
【００５４】
上記のように、本実施形態に係る静止誘導機器は、プレスボードの毛羽立った繊維が油隙に接触することを低減しつつ、油隙全体にかかる電界を緩和して、絶縁破壊を抑制できる。
【００５５】
以下、本発明の実施形態２に係る静止誘導機器について説明する。なお、本実施形態に係る静止誘導機器である外鉄型変圧器は、不織布の厚さを特定している点のみ実施形態１に係る外鉄型変圧器１００と異なるため、他の構成については説明を繰り返さない。
【００５６】
(実施形態２)
図８は、本発明の実施形態２に係る外鉄型変圧器において、プレスボードに不織布を接着した状態を示す断面図である。
【００５７】
図８に示すように、本発明の実施形態２に係る外鉄型変圧器においては、不織布６０の厚さＴが、プレスボード３１の表面で毛羽立った繊維３１ｃのプレスボード３１の表面からの高さｈより大きい。
【００５８】
実施形態１に係る不織布５０においては、微細孔５２の平均直径がプレスボード３１の表面で毛羽立った繊維３１ｃの径以下であるため、一部の繊維３１ｃは微細孔５２を貫通する可能性がある。
【００５９】
そこで、本実施形態に係る不織布６０は上記の厚さＴを有しているため、仮に一部の繊維３１ｃが微細孔５２内に挿通した場合においても、繊維３１ｃが不織布６０を貫通して油隙４０に接触することを抑制できる。
【００６０】
その結果、プレスボード３１の表面で毛羽立った繊維３１ｃの先端に電界が集中することを抑制できる。よって、プレスボード３１の毛羽立った繊維３１ｃの先端近傍の油隙４０において絶縁破壊が起きることを抑制して、外鉄型変圧器の絶縁信頼性を向上できる。
【００６１】
なお、プレスボード３１の表面で毛羽立った繊維３１ｃのプレスボード３１の表面からの高さｈは、ばらつきが小さい。そのため、たとえば、プレスボード３１の表面の２０ｍｍ×２０ｍｍの範囲において毛羽立った繊維３１ｃの高さｈを実測し、その実測値の中の最大値より不織布６０の厚さＴを大きくするようにしてもよい。
【００６２】
本実施形態に係る外鉄型変圧器においても、プレスボードの毛羽立った繊維が油隙に接触することを低減しつつ、油隙全体にかかる電界を緩和して、絶縁破壊を抑制できる。
【００６３】
以下、本発明の実施形態３に係る静止誘導機器について説明する。なお、本実施形態に係る静止誘導機器である外鉄型変圧器は、不織布の接着範囲を特定している点のみ実施形態１に係る外鉄型変圧器１００および実施形態２に係る外鉄型変圧器と異なるため、他の構成については説明を繰り返さない。
【００６４】
(実施形態３)
図９は、本発明の実施形態３に係る外鉄型変圧器において、プレスボードに不織布を接着した状態を示す断面図である。
【００６５】
ＩＥＥＪ  Ｔｒａｎｓ．ＰＥ，Ｖｏｌ．１２４，Ｎｏ．４，２００４，ｐ．５８２−５８７(非特許文献１)には、破壊電界強度とＳＯＶ(stressed oil volume)との関係が記載さている。ＳＯＶは、高電圧電極表面の最大電界強度の９０％以上が加わる油隙の体積であり、このＳＯＶから絶縁破壊強度を算出できることが記載されている。
【００６６】
すなわち、油隙にかかる最大電界の９０％以上の電界が生じている油隙領域の絶縁耐力を向上させることにより、絶縁構造全体の耐電圧を増加させることが期待できる。
【００６７】
そこで、本実施形態に係る外鉄型変圧器においては、図９に示すように、不織布５０が、高圧側コイル１０と低圧側コイル２０との間に形成される油隙４０に生じる最大電界の９０％以上の電界が生じている油隙領域と接するプレスボード３１の側面部にのみ接着されている。
【００６８】
これにより、不織布５０の接着範囲を削減しつつ、効果的に絶縁耐力の向上を図ることができる。また、不織布５０の接着範囲を削減することにより、外鉄型変圧器の製作作業を容易にして外鉄型変圧器の製造コストを低減することができる。さらに、プレスボード３１における不織布５０の接着面積を低減することにより、プレスボード３１と絶縁油との接触面積を広く確保することができるため、不織布５０の接着に起因する絶縁油による冷却性能の低下を抑制できる。
【００６９】
本実施形態に係る外鉄型変圧器においても、プレスボードの毛羽立った繊維が油隙に接触することを低減しつつ、油隙全体にかかる電界を緩和して、絶縁破壊を抑制できる。
【００７０】
なお、今回開示した上記実施形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【符号の説明】
【００７１】
１０  高圧側コイル、１１  銅線、１２  絶縁紙、２０  低圧側コイル、３０，３１，３２  プレスボード、３１ａ，３１ｂ  曲折部、３１ｃ，５１，５１ａ  繊維、４０  油隙、５０，５０ａ，６０  不織布、５２  微細孔、５３  ボイド、１００  外鉄型変圧器、１１０  タンク、１２０  鉄心、１３０  コイル。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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