(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
変換器および電圧源に接続される直流巻線と、電力系統の線路に接続される交流巻線を備えた自励式変換器用変圧器において、
鉄心脚の周囲に、直流巻線、静電シールド、交流巻線を巻装してなる単位変圧器が３Ｎ台（Ｎ≧２、Ｎは整数）設けられ、
前記３Ｎ台の単位変圧器の直流巻線は、Ｎ群の三角結線とされ、
前記３Ｎ台の単位変圧器の静電シールドは、単位変圧器毎に１点接地され、
前記３Ｎ台の単位変圧器の交流巻線は、Ｎ個を直列接続した３組の相巻線で１群の星形結線とされる
ことを特徴とする自励式変換器用変圧器。
【請求項２】
前記一群の星形結線とされた交流巻線の中性点が接地されることを特徴とする請求項１記載の自励式変換器用変圧器。
【請求項３】
前記一群の星形結線とされた交流巻線のうち、線路に接続される側の３Ｍ個（Ｎ−１≧Ｍ≧１、Ｍは整数）の交流巻線の初期電位分布係数α（＝（対地静電容量／直列静電容量）１／２  ）は、他の３（Ｎ−Ｍ）個の交流巻線の初期電位分布係数αより小さいことを特徴とする請求項１または請求項２記載の自励式変換器用変圧器。
【請求項４】
前記一群の星形結線とされた交流巻線の前記初期電位分布係数αは、線路に接続される側から中性点側に向かって漸次増大することを特徴とする請求項３記載の自励式変換器用変圧器。
【請求項５】
前記一群の星形結線とされた交流巻線のうちの一部は、１個の交流巻線が複数種類の巻線で構成されることを特徴とする請求項３または請求項４記載の自励式変換器用変圧器。
【請求項６】
前記一群の星形結線とされた交流巻線は、ハイセル入組巻線と連続円板巻線を組み合わせて構成されることを特徴とする請求項３、請求項４、または請求項５記載の自励式変換器用変圧器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力系統において直流送電システムまたは静止形無効電力補償装置に適用される自励式変換器用変圧器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電力系統に適用される電圧型の自励式変換装置としては、図６に示すようなシステム構成のものがある。図６に示すように、この自励式変換装置は、自励式変換器用変圧器１０と変換器２０を使用して電力系統３０の系統電圧Ｅａを制御するものである。また、図中４０は、直流電圧を蓄える直流コンデンサである。
【０００３】
まず、この自励式変換装置の基本構成は次の通りである。すなわち、図６に示すように、自励式変換器用変圧器１０の直流巻線は、三角結線を構成しており、変換器２０および直流コンデンサ４０に接続されている。また、自励式変換器用変圧器１０の交流巻線は、特殊結線による直列多重接続とされ、電力系統３０に接続されている。変換器２０は、自己消弧機能を持つゲートターンオフサイリスタ（ＧＴＯ）とダイオードから構成されており、直流コンデンサ４０は電圧源として使用される。
【０００４】
次に、この自励式変換装置の基本動作は次の通りである。すなわち、図６に示すように、直流電圧を蓄える直流コンデンサ４０を電圧源としてその直流電圧Ｅｄから、自励式変換器用変圧器１０と変換器２０により、系統電圧Ｅａと同期した電圧を発生させ、この電圧の大きさと位相を調整する。その結果、電力系統３０に対し、進相並びに遅相の電力を、高速かつ連続的に調整し、系統電圧Ｅａを制御・調整するものである。
【０００５】
ここで、自励式変換器用変圧器１０の詳細な構成についてさらに説明する。まず、自励式変換器用変圧器１０の直流巻線は、１２個のコイル５から４群の三角結線を構成しており、この４群の三角結線の各々が、４台の変換器２０にそれぞれ接続されている。また、自励式変換器用変圧器１０の交流巻線は、６個のコイル６と６個のコイル７から構成されている。ここで、６個のコイル６は、各相２個ずつ直列に接続され、３組の直列接続によって三角結線を構成している。そして、この６個のコイル６からなる三角結線の３箇所の各接続部に、６個のコイル７が各相２個ずつ直列に接続されており、この３方の直列接続の各々が、線路端子Ｕ、Ｖ、Ｗにそれぞれ接続されている。
【０００６】
なお、図示していないが、この自励式変換器用変圧器１０において、同一鉄心脚に巻装される直流巻線と交流巻線のコイルの組は、Ｕ相については、コイル５の１ｕとコイル７の１Ｕ、コイル５の２ｕとコイル７の２Ｕ、コイル５の３ｕとコイル６の３Ｕ、コイル５の４ｕとコイル６の４Ｕである。Ｖ相とＷ相についても同様である。
【０００７】
一方、以上のような図６の自励式変換装置を、高電圧で大容量の電力系統に連係する場合には、電力系統との間に降圧変換器を介在させたり、また、電力系統の電力用変圧器の三次回路に接続することなどが行われている。図７は、前者の場合を示す図であり、この図７に示すように、自励式変換器用変圧器１０は、高電圧・大容量の電力系統５０に対して、降圧変換器６０を介して接続されている。すなわち、この図７においては、高電圧・大容量の電力系統５０の電圧が、降圧変圧器６０を介して６６ｋＶ程度に降圧されるという２段階方式が採用されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来、図６に示すような自励式変換装置においては、必要とされる自励式変換器用変圧器１０の容量は数十ＭＶＡ程度であり、また、高電圧・大容量の電力系統５０との接続に当たっては、前述したように、降圧変圧器６０を介して６６ｋＶ程度に降圧するという２段階方式が採用されている。
【０００９】
これに対し、最近では、将来の高電圧・大容量自励式直流送電システムの実現を目指し、数百ＭＶＡ級の自励式変換装置の開発が検討されている。このような装置は、容量が大きくなるばかりでなく、電圧が１８７ｋＶ以上の直接接地系の電力系統に接続されることになるため、そのような過酷な条件に耐え得る変圧器が必要となる。
【００１０】
しかしながら、図６に示す従来の自励式変換器用変圧器１０は、その交流巻線が三角結線と星形結線で構成された特殊な結線であり、通常の星形結線の中性点端子がないので、図７に示すように、高電圧・大容量の電力系統５０との接続に当たっては、降圧変圧器６０の介在が必要である。すなわち、仮に、図６の自励式変換器用変圧器１０を、降圧変圧器６０を介さずに高電圧・大容量の電力系統５０と直接接続した状態で、その交流巻線に雷インパルス電圧が印加された場合には、交流巻線に中性点端子がないので、この交流巻線の電位振動が大きくなる。特に、雷インパルス電圧の非接地試験時には、交流巻線の対地電位が大幅に上昇する。そして、このように、自励式変換器用変圧器１０の交流巻線の対地電位が上昇すると、それに耐えるように絶縁を強化する必要があるため、交流巻線の絶縁距離が大きくなる。その結果、変圧器が大型化して、重量も大きくなってしまい、製造コストも高くなる。
【００１１】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、その目的は、降圧変圧器を省略して、自励式変換器用変圧器を高電圧・大容量の系統に直接接続できるようにすることである。より具体的な目的は、交流巻線に中性点端子を持たせ、段絶縁方式の採用を可能として絶縁構成を合理化し、全体を小型・軽量化し、製造コストを低減できる自励式変換器用変圧器を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る自励式変換器用変圧器は、変換器および電圧源に接続される直流巻線と、電力系統の線路に接続される交流巻線を備えた自励式変換器用変圧器において、次のように構成されたことを特徴としている。すなわち、鉄心脚の周囲に、直流巻線、静電シールド、交流巻線を巻装してなる単位変圧器が３Ｎ台（Ｎ≧２、Ｎは整数）設けられる。そして前記３Ｎ台の単位変圧器の直流巻線は、Ｎ群の三角結線とされ、前記３Ｎ台の単位変圧器の静電シールドは、単位変圧器毎に１点接地される。さらに、前記３Ｎ台の単位変圧器の交流巻線は、Ｎ個を直列接続した３組の相巻線で１群の星形結線とされる。
以上のような構成を有する請求項１の発明によれば、交流巻線が、中性点端子を有する星形結線となるため、中性点端子側の絶縁階級を線路端子側の絶縁階級よりも低くすることができる。すなわち、交流巻線に段絶縁方式が採用できるため、絶縁構成を合理化し、変圧器を小型・軽量化することが可能となる。
【００１３】
請求項２に係る自励式変換器用変圧器は、請求項１記載の発明において、さらに、前記一群の星形結線とされた交流巻線の中性点が接地されることを特徴としている。
以上のような構成を有する請求項２の発明によれば、中性点端子を接地しているため、電力系統電圧が１８７ｋＶ以上の直接接地系にも適用でき、将来の高電圧・大容量自励式直流送電システムの実現に貢献できる。
【００１４】
請求項３に係る自励式変換器用変圧器は、請求項１または請求項２記載の発明において、さらに次のような特徴を有するものである。すなわち、前記一群の星形結線とされた交流巻線のうち、線路に接続される側の３Ｍ個（Ｎ−１≧Ｍ≧１、Ｍは整数）の交流巻線の初期電位分布係数α（＝（対地静電容量／直列静電容量）１／２  ）は、他の３（Ｎ−Ｍ）個の交流巻線の初期電位分布係数αより小さい。
請求項４に係る自励式変換器用変圧器は、請求項３記載の発明において、さらに次のような特徴を有するものである。すなわち、前記一群の星形結線とされた交流巻線の前記初期電位分布係数αは、線路に接続される側から中性点側に向かって漸次増大する。
【００１５】
以上のような構成を有する請求項３および請求項４の発明によれば、交流巻線全体の初期電位分布係数αを適切に設定できるため、直列にＮ個接続した交流巻線の電位分布を改善できる。すなわち、雷インパルス電圧が直接印加される部分であるところの、線路に接続される側の交流巻線の初期電位分布係数αを小さくすることにより、直列にＮ個接続した交流巻線の電位分布を直線的分布に近付けて、交流巻線間の接続点の対地電圧の最大値を小さくすることができるため、印加電圧のピーク値より小さくすることができる。また、このような対地電圧の最大値がより小さくなると、絶縁寸法が短縮できるため、段絶縁方式による利点との相乗効果により、変圧器をより小型・軽量化できる。
【００１６】
その一方で、雷インパルス電圧が直接には印加されない中性点側の他の交流巻線に発生する雷インパルス電圧の波形は、線路に接続される交流巻線内を通過した後の波形であるため、その波頭峻度は小さくなる。したがって、この中性点側の交流巻線の初期電位分布係数αが線路に接続される側に比べて大きくても、直列にＮ個接続した交流巻線の電位分布は前述したように、ほぼ均一化され、絶縁上の不都合は生じない。そしてまた、初期電位分布係数αの大きい巻線は、単純な構造で構成できるため、その製造が容易である。
【００１７】
請求項５に係る自励式変換器用変圧器は、請求項３または請求項４記載の発明において、さらに次のような特徴を有するものである。すなわち、前記一群の星形結線とされた交流巻線のうちの一部は、１個の交流巻線が複数種類の巻線で構成される。
以上のような構成を有する請求項５の発明によれば、１個の交流巻線を複数種類の巻線で構成することにより、交流巻線の初期電位分布係数αをより詳細に設定することができるため、直列にＮ個接続した交流巻線の電位分布をより均一化することができる。
【００１８】
請求項６に係る自励式変換器用変圧器は、請求項３、請求項４、または請求項５記載の発明において、さらに次のような特徴を有するものである。すなわち、前記一群の星形結線とされた交流巻線は、ハイセル入組巻線と連続円板巻線を組み合わせて構成される。
以上のような構成を有する請求項６の発明によれば、初期電位分布係数αを小さくする部分にハイセル入組巻線を使用することにより、１つのコイルの巻回数が少ない場合にも、初期電位分布係数αを十分に小さくすることができ、コイル導体の被覆を必要最小限に止め、かつ、コイルのセクション間寸法も小さくできるため、変圧器を小型・軽量化できる。そして、初期電位分布係数αを比較的大きくする部分には、構成が単純な連続円板巻線を使用することにより、全ての交流巻線にハイセル入組巻線を採用した場合に比べて、変圧器全体の構成が格段に単純であり、変圧器の製造が格段に容易である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下には本発明による自励式変換器用変圧器を、Ｎを４として実施する場合の一つの形態について、図１および図２を参照して具体的に説明する。
【００２０】
［１］構成
図１に示すように、本発明による自励式変換器用変圧器１０は、４群の三角結線とされた直流巻線１１と、４個のコイルを直列接続した３組の相巻線で１群の星形結線とされた交流巻線１２を備えている。そして、直流巻線１１には、４群の変換器２０と直流コンデンサ４０が接続され、交流巻線１２の線路端子Ｕ、Ｖ、Ｗは、高電圧・大容量の電力系統５０に接続され、交流巻線１２の中性点端子Ｏは接地されている。
【００２１】
図２は、図１の自励式変換器用変圧器１０をより詳細に説明するための構成図である。自励式変換器用変圧器１０は、Ｉ群用としてＵ、Ｖ、Ｗ相の３台と、ＩＩ群用としてＵ、Ｖ、Ｗ相の３台と、  ＩＩＩ群用としてＵ、Ｖ、Ｗ相の３台と、ＩＶ群用としてＵ、Ｖ、Ｗ相の３台の、計１２台の単位変圧器で構成されている。
単位変圧器は、鉄心脚１３に、内側から順に、直流巻線１１、静電シールド１４、交流巻線１２が同軸状に巻装されて構成されている。
【００２２】
直流巻線１１は、Ｉ群のコイル１ｕ、１ｖ、１ｗ、ＩＩ群のコイル２ｕ、２ｖ、２ｗ、  ＩＩＩ群のコイル３ｕ、３ｖ、３ｗ、およびＩＶ群のコイル４ｕ、４ｖ、４ｗの各々で三角結線を構成している。便宜上、端子記号としては、Ｉ群の各端子にｕ１、ｖ１、ｗ１、ＩＩ群の各端子にｕ２、ｖ２、ｗ２、  ＩＩＩ群の各端子にｕ３、ｖ３、ｗ３、ＩＶ群の各端子にｕ４、ｖ４、ｗ４という記号がそれぞれ付けられている。
【００２３】
静電シールド１４は、単位変圧器毎に１点接地されている。この静電シールド１４の役割は、直流巻線１１と交流巻線１２との混触防止と、交流巻線１２から直流巻線１１への静電的移行電圧を低減し、過電圧に弱い変換器２を保護し、かつ変換器２で発生するラジオノイズが交流巻線１２側に流出しないようにすることである。このように静電シールド１４を使用する技術は周知である。
【００２４】
交流巻線１２は、Ｕ相の４個のコイル１Ｕ、２Ｕ、３Ｕ、４Ｕを直列接続し、Ｖ相の４個のコイル１Ｖ、２Ｖ、３Ｖ、４Ｖを直列接続し、Ｗ相の４個のコイル１Ｗ、２Ｗ、３Ｗ、４Ｗを直列接続して、３組の相巻線を構成している。そして、Ｕ相のコイル１Ｕの巻始めをＵ相の線路端子Ｕに接続し、Ｖ相のコイル１Ｖの巻始めをＶ相の線路端子Ｖに接続し、Ｗ相のコイル１Ｗの巻始めをＷ相の線路端子Ｗに接続するとともに、コイル４Ｕ、４Ｖ、４Ｗの各巻終わりを一緒にして中性点端子Ｏとし、１群の星形結線を構成している。
各コイルを直列に接続した接続点には、便宜上、Ｕ相分についてはＵＡ、ＵＢ、ＵＣ、Ｖ相分についてはＶＡ、ＶＢ、ＶＣ、Ｗ相分についてはＷＡ、ＷＢ、ＷＣという記号がそれぞれ付けられている。
【００２５】
さらに、交流巻線１２のうち、図２に示すように、線路端子Ｕ、Ｖ、Ｗに接続されたＩ群の３個のコイル１Ｕ、１Ｖ、１Ｗは、ハイセル入組巻線によって構成され、他のＩＩ〜ＩＶ群のコイルは、連続円板巻線を組み合わせて構成されており、これによって、Ｉ群の３個のコイル１Ｕ、１Ｖ、１Ｗの初期電位分布係数α（対地静電容量／直列静電容量）１／２  は、他のコイルの初期電位分布係数αよりも小さくされている。
【００２６】
［２］作用および効果
［２−１］基本的な作用および効果
本変圧器においては、上述したような交流巻線構成とすることにより、中性点端子Ｏを有する星形結線となるので、交流巻線１２には段絶縁方式が使用でき、絶縁構成を合理化し、変圧器を小型・軽量化することが可能となる。しかも、中性点端子Ｏを接地できるので、電力系統電圧が１８７ｋＶ以上の直接接地系にも適用でき、将来の高電圧・大容量自励式直流送電システムの実現に貢献できる。
【００２７】
［２−２］交流巻線の作用および効果
［２−２−１］一般的な直列接続の交流巻線の電位分布特性
上述したような、異なるコイルを直列接続した本変圧器の交流巻線の作用および効果を説明するために、まず、４個の同じコイルを使用して本変圧器と同様に直列接続した一般的な交流巻線を仮定し、その電位分布特性について説明する。図１からもわかるように、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相は互いに同じ構成であり、電位分布特性は各相とも同じなので、以下にはＵ相についてのみ説明する。
【００２８】
図１の変圧器において、Ｕ相の４個のコイル１Ｕ、２Ｕ、３Ｕ、４Ｕが同じコイルであると仮定すると、中性点端子Ｏが接地された状態で、Ｕ相の線路端子Ｕに雷インパルス電圧Ｅｏを印加した場合に、この交流巻線の電位分布特性は、図３に示すようになる。すなわち、図１において、コイル１Ｕの巻始めに印加された雷インパルス電圧Ｅｏは、コイル１Ｕを通って接続点ＵＡに到達し、さらに、コイル２Ｕ、接続点ＵＢ、コイル３Ｕ、接続点ＵＣ、コイル４Ｕ、および中性点端子Ｏをこの順で通って接地Ｅに到達する。図３は、Ｕ相の４個のコイル１Ｕ、２Ｕ、３Ｕ、４Ｕが同じコイルであると仮定した場合の、印加電圧波形Ｅｏと、各接続点ＵＡ、ＵＢ、ＵＣにおける発生電圧波形を示している。すなわち、（ａ）は印加電圧波形Ｅｏ、（ｂ）は接続点ＵＡの発生電圧波形ＥＡ、（ｃ）は接続点ＵＢの発生電圧波形ＥＢ、（ｄ）は接続点ＵＣの発生電圧波形ＥＣをそれぞれ示している。
【００２９】
図３の（ａ）に示すように、印加電圧波形Ｅｏは、標準波（１．２／５０μｓ）であるため、その波頭長は１．２μｓと短く、波頭峻度は非常に大きい。これに対して、図３の（ｂ）〜（ｄ）に示すように、接続点ＵＡ、ＵＢ、ＵＣに発生する電圧ＥＡ、ＥＢ、ＥＣの波頭長は、コイル１Ｕなどを通過した後なので、２０μｓと長く、その波頭峻度はかなり小さくなっている。
【００３０】
この場合、コイル１Ｕ自身に発生する電圧は（Ｅｏ−ＥＡ）であり、その波頭峻度は大きい波形である。これに対して、コイル２Ｕ自身に発生する電圧は（ＥＡ−ＥＢ）、コイル３自身に発生する電圧は（ＥＢ−ＥＣ）、コイル４Ｕ自身に発生する電圧はＥＣであり、いずれも、その波頭峻度は小さい波形である。このような電位分布特性は、交流巻線間の接続点の対地電圧の最大値を大きくするため、絶縁寸法の増大にもつながり、好ましくない。
【００３１】
［２−２−２］本変圧器の交流巻線の電位分布特性
これに対して、前述したような本発明の交流巻線の構成によれば、異なるコイルを使用して、直列接続における初期電位分布係数αを適切に設定しているため、前述したように、電位分布を改善することができる。この点について以下に説明する。
【００３２】
図１に示すように、交流巻線１２の各コイル（１Ｕ、２Ｕ、３Ｕ、４Ｕ）の定格電圧は、線間電圧Ｅａの０．１４４３（＝１／（４×３１／２  ））倍と小さいため、それらのコイルの巻回数は、分割なしの一般用変圧器のコイルに比べ少なくなる。その一方で、それらのコイルに印加される雷インパルス電圧は、分割なしの一般用変圧器と同じ大きさであるので、１つのコイルに発生する雷インパルス電圧の割合は大きくなる。
【００３３】
このように１つのコイルに発生する雷インパルス電圧の割合が大きくなる場合、そのコイルの構成については次の２通りの対応が考えられる。すなわち、１つは、発生する割合が大きくなっても、その大きな発生電圧に耐えられるようにコイル導体の被覆を厚くし、コイルのセクション間寸法を大きくすることである。他の１つは、そのコイルの初期電位分布係数αの値を小さくできるような巻線構成を採用することである。
【００３４】
この場合、前者の構成を採用することは、この自励式変換器用変圧器が接続される電力系統の電圧が１８７ｋＶ以上と高いので、そのコイル寸法が大形化する度合いが大きくなり、しかも図３に示す接続点ＵＡに発生する対地電圧の最大値ＥＡＭが印加電圧Ｅｏのピーク値より大きくなり、得策でない。したがって、本発明の変圧器においては、後者の構成を採用している。この場合、初期電位分布係数αは次式で求められる。
【数１】
α  ＝（対地静電容量ＣＧ  ／直列静電容量ＣＫ  ）１／２  
…（１）
この（１）式から、初期電位分布係数αの値を小さくするためには、対地静電容量ＣＧ  を小さくするか、あるいは、直列静電容量ＣＫ  を大きくすることが必要であることがわかる。
【００３５】
この場合、対地静電容量ＣＧ  は、交流巻線１２と大地との間の静電容量である。この対地静電容量ＣＧ  は、図１および図２の自励式変換器用変圧器においては、交流巻線１２と静電シールド１４の間の静電容量にほぼ等しいが、この値を意図的に小さくすることは、交流巻線１２と静電シールド１４の間の寸法を大きくすることになり、変圧器が大形化するので好ましくない。
【００３６】
これに対して、直列静電容量ＣＫ  は、前述したように、交流巻線１２の構造を工夫することにより、大きな値にすることができる。すなわち、前述したように、本変圧器では、交流巻線１２の構造の一例として、線路端子Ｕ、Ｖ、Ｗに接続されたＩ群の３個のコイル１Ｕ、１Ｖ、１Ｗは、ハイセル入組巻線によって構成され、他のＩＩ〜ＩＶ群のコイルは、連続円板巻線を組み合わせて構成されており、この構成により、Ｉ群の３個のコイル１Ｕ、１Ｖ、１Ｗの直列静電容量ＣＫ  が大きな値とされ、これらのコイルの初期電位分布係数αが他のコイルよりも小さくされている。その結果、本変圧器の交流巻線１２全体の電位分布が、前述した比較例に比べて改善されている。詳細については、次の欄で説明する。
【００３７】
［２−２−３］ハイセル入組巻線の使用による作用および効果
図４は、ハイセル入組巻線の具体的な構成を示している。図４のハイセル入組巻線における直列静電容量ＣＫ  は次式で求められる。
【数２】
ＣＫ  ＝（ＣＲ  ／ｍ）×（ｎｐ−１）
…（２）
ＣＲ  ：素線間静電容量
ｍ  ：セクション数
ｎ  ：１セクション当たりの巻回数
（図４では６回）
ｐ  ：ハイセル入組される並列導体数
（図４では２本）
図４では、その上部と下部とは対称であり、上下ともに巻回数はｍとｎの積であり、上下は並列に接続されている。
【００３８】
このハイセル入組巻線は、高直列静電容量巻線とも呼ばれ、その直列静電容量ＣＫ  を大きくすることが可能であるため、たとえ１つのコイルの巻回数が少ない４分割の交流巻線１２においても、その初期電位分布係数αを小さくできる。その結果、このハイセル入組巻線を、線路に接続されたコイル１Ｕ、１Ｖ、１Ｗに使用することにより、図３の（ａ）に示すような印加電圧波形Ｅｏで、その波頭峻度が非常に大きい場合であっても、その電位分布はさほど悪くならない。したがって、このハイセル入組巻線の使用により、コイル導体の被覆を必要最小限に止め、かつコイルのセクション間寸法も小さくできるため、変圧器を小型・軽量化できる。
【００３９】
［２−２−４］連続円板巻線の使用による作用および効果
ところで、以上のようなハイセル入組巻線は、図４でもわかるように、導体が入組になった複雑な構成を有するものである。特に、導体６Ａから７Ａへの渡り部と、導体６Ｂから７Ｂへの渡り部においては、一旦導体を切断し、巻線成形後、再びロウ付けで接続する必要がある。そのため、巻線の製造に多くの労力および時間を要するとともに、巻線のゆるみを生じ易くする。さらに、このハイセル入組巻線は、上下振分で構成されるため、巻回数は２倍となる。したがって、このようなハイセル入組巻線の製造は決して容易なものではない。
【００４０】
このような製造上の理由から、本変圧器においては、前述したように、このハイセル入組巻線を、図２でのＩ群の交流巻線１２のコイル１Ｕ、１Ｖ、１Ｗ、すなわち線路に直接接続されるコイルのみに使用しており、他のＩＩ〜ＩＶ群用の交流巻線には、上下振分なしで構成された連続円板巻線を使用している。
【００４１】
図５は、連続円板巻線の具体的な構成を示している。図５の連続円板巻線における初期電位分布係数αも、前記（１）式で求められる。この場合、連続円板巻線の対地静電容量ＣＧ  は、前述のハイセル入組巻線と同様に、巻線と大地との間の静電容量であるが、連続円板巻線の直列静電容量ＣＫ  については、前記（２）式でなく、別の式によって求められるが、ハイセル入組巻線の場合に比べ、約４〜８％程度とかなり小さくなる。したがって、図５の連続円板巻線における初期電位分布係数αは、図４のハイセル入組巻線における値の３．５〜５．０倍と大きくなる。
【００４２】
このように、図５の連続円板巻線の初期電位分布係数αが大きくなっても、図３で説明したように、ＩＩ群のコイル２Ｕの巻始めである接続点ＵＡに発生する対地電位ＥＡと、  ＩＩＩ群のコイル３Ｕの巻始めである接続点ＵＢに発生する対地電位ＥＢと、ＩＶ群のコイル４Ｕの巻始めである接続点ＵＣに発生する対地電位ＥＣは、波頭峻度の小さい、すなわち波頭長の長い波形の電圧であるので、連続円板巻線内の電位分布は直線的分布に近くなり、コイル導体の被覆は必要最小限でよく、かつコイルのセクション間寸法も小さくできる。
【００４３】
この連続円板巻線は、図５でもわかるように、導体は入組になっておらず、単純構成である。その結果、ハイセル入組巻線におけるような、導体の渡り部での切断とロウ付けは必要でなく、巻線のゆるみも生じ難く、かつ、上下振分もないため、巻回数を２倍とする必要もない。したがって、このような連続円板巻線の製造は、前述のハイセル入組巻線の製造に比べて格段に容易である。
【００４４】
さらに、前述のハイセル入組巻線では、入組させる関係から、図４に示すように導体を４本としなければならないため、導体１本当たりの断面積を小さくする必要があるが、連続円板巻線では図５に示すように導体を２本とするか、場合によっては導体を１本にすることが可能である。このように導体本数を少なくできることは、導体１本当たりの断面積を大きくできることであり、電気的・機械的に優れ、かつ工作性も良い転位ケーブルを使用できる。
【００４５】
このように、連続円板巻線は、その製造が容易であり、そのことからまた、製造コストについても、ハイセル入組巻線に比べるとはるかに安価である。したがって、本変圧器のように、ハイセル入組巻線と連続円板巻線を組み合わせて交流巻線を構成することにより、全ての交流巻線にハイセル入組巻線を使用した場合に比べて、変圧器全体の構成を格段に単純化でき、製造が格段に容易である上、価格的にも有利である。
【００４６】
［２−２−５］交流巻線全体の作用および効果
以上のように、本変圧器においては、交流巻線１２のうち、線路端子Ｕ、Ｖ、Ｗに接続されたＩ群の３個のコイル１Ｕ、１Ｖ、１Ｗのコイルの初期電位分布係数αを、他のＩＩ〜ＩＶ群のコイルより小さくしていることにより、各相の直列接続された４つのコイルを含む電位分布が、より直線的分布に近くなる。そのため、図３に示す接続点ＵＡ、ＵＢ、ＵＣの対地電圧の最大値ＥＡＭ、ＥＢＭ、ＥＣＭを、印加電圧Ｅｏのピーク値より小さくすることができる。
【００４７】
そして、このように、対地電圧の最大値ＥＡＭなどがより小さくなれば、そこの絶縁寸法が短縮できるので、前述したような段絶縁方式による利点との相乗効果により、変圧器をより小型・軽量化できる。
【００４８】
［３］他の実施の形態
本発明の実施の形態は、前記の形態に限定されるものではなく、他にも多種多様な形態を実施可能である。例えば、前記の形態に関する説明では、４分割の巻線について記述したが、本発明は、２以上の任意の分割数に対して適用可能である。
【００４９】
また、初期電位分布係数αの小さい交流巻線の数は、１相当たり１個に限定されるものではない。例えば、初期電位分布係数αの小さい交流巻線を２個以上とし、かつ、中性点側に、少なくとも１個以上の初期電位分布係数αの比較的大きい交流巻線を直列に接続する構成なども考えられる。
【００５０】
同様に、具体的に使用する巻線の種類についても、初期電位分布係数αの小さい交流巻線をハイセル入組巻線とし、初期電位分布係数αを小さくしない交流巻線を連続円板巻線とする組み合わせに限定されるものではない。すなわち、本発明による初期電位分布係数αの大小関係を満足するものであれば、それらの巻線の種類や構成の組み合わせは自由に選択可能である。
【００５１】
そしてまた、交流巻線の初期電位分布係数αの値についても、２種類に限定されるものではなく、３種類以上にすることも可能である。すなわち、線路側に接続される交流巻線の初期電位分布係数αを最も小さくし、中性点側に向かって、それらの交流巻線の初期電位分布係数αを漸次増大させるように構成することが可能である。
【００５２】
さらに、１個の交流巻線の構成についても、１個の交流巻線の全体を同じ種類の巻線で構成することに限定されるものではなく、２種類以上の巻線で構成することも可能である。すなわち、１個の交流巻線において、線路側に接続される部分にはハイセル入組巻線を使用し、他の部分には連続円板巻線を使用する構成などが考えられる。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、鉄心脚に直流巻線、静電シールド、交流巻線を巻装した単位変圧器３Ｎ台（Ｎ≧２、Ｎは整数）を設け、直流巻線をＮ群の三角結線とし、静電シールドを各々で１点接地し、交流巻線については、Ｎ個を直列接続した３組の相巻線で１群の星形結線とし、さらに、線路に接続される側の交流巻線の初期電位分布係数を小さくすることにより、交流巻線に中性点端子を持たせ、段絶縁方式の採用を可能として絶縁構成を合理化できるため、高電圧・大容量の系統に直接接続可能であり、しかも、全体を小型・軽量化し、製造コストを低減できる自励式変換器用変圧器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による自励式変換器用変圧器を実施する場合の一形態の構成と、それに接続される装置との関係を示す説明図。
【図２】図１の自励式変換器用変圧器の構成をより詳細に示す構成図。
【図３】図１の自励式変換器用変圧器の交流巻線の作用および効果を説明するための比較例として、Ｕ相の４個のコイル１Ｕ、２Ｕ、３Ｕ、４Ｕが同じコイルであると仮定した場合の、電位分布特性の関係を説明するための図であり、（ａ）は線路端子Ｕへの印加電圧波形、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は接続点ＵＡ、ＵＢ、ＵＣの各々に発生する電圧波形をそれぞれ示す。
【図４】図２のＩ群の交流巻線に使用するハイセル入組巻線の構成図。
【図５】図２のＩＩ〜ＩＶ群の交流巻線に使用する連続円板巻線の構成図。
【図６】従来の自励式変換器用変圧器の構成と、それに接続される装置との関係を示す説明図。
【図７】図６の自励式変換器用変圧器を、高圧変圧器を介して高電圧・大容量の電力系統に接続した状態を示す結線図。
【符号の説明】
１ｕ、１ｖ、１ｗ：直流巻線のＩ群のコイル
２ｕ、２ｖ、２ｗ：直流巻線のＩＩ群のコイル
３ｕ、３ｖ、３ｗ：直流巻線の  ＩＩＩ群のコイル
４ｕ、４ｖ、４ｗ：直流巻線のＩＶ群のコイル
１Ｕ、１Ｖ、１Ｗ：交流巻線のＩ群のコイル
２Ｕ、２Ｖ、２Ｗ：交流巻線のＩＩ群のコイル
３Ｕ、３Ｖ、３Ｗ：交流巻線の  ＩＩＩ群のコイル
４Ｕ、４Ｖ、４Ｗ：交流巻線のＩＶ群のコイル
ＵＡ、ＵＢ、ＵＣ：交流巻線のＵ相分の接続点
ＶＡ、ＶＢ、ＶＣ：交流巻線のＶ相分の接続点
ＷＡ、ＷＢ、ＷＣ：交流巻線のＷ相分の接続点
Ｕ、Ｖ、Ｗ：線路端子
Ｏ：中性点端子
１０：自励式変換器用変圧器
１１：直流巻線
１２：交流巻線
１３：鉄心脚
１４：静電シールド
２０：変換器
４０：直流コンデンサ
５０：高電圧・大容量の電力系統
【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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