(57)【要約】【課題】絶縁性能を考慮した高信頼の静止誘導電器を提供することが可能になる。【解決手段】鉄心１と、鉄心１に巻回される低圧巻線４００と、低圧巻線４００の外周に巻回される高圧巻線２と、低圧巻線４００と高圧巻線２との間に配置されたシールドユニット１０と、を有する静止誘導電器５００において、シールドユニット１０は誘電体１０ａ及び絶縁体１０ｂで構成されている静止誘導電器５００。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄心と、
前記鉄心に巻回される低圧巻線と、
前記低圧巻線の外周に巻回される高圧巻線と、
前記低圧巻線と前記高圧巻線との間に配置されたシールドユニットと、を有する静止誘導電器において、
前記シールドユニットは絶縁体とシールド電極で構成されており、前記シールド電極は前記巻線導体の何れかの部位と電気的に接続したことを特徴とする静止誘導電器。
【請求項２】
請求項１に記載の静止誘導電器であって、
前記シールドユニットは前記絶縁体と前記シールド電極を層状に巻き回し、外周方向へ交互に配置されて構成されていることを特徴とした静止誘導電器。
【請求項３】
請求項１または２に記載の静止誘導電器であって、
前記シールドユニットの外周端部が斜めに形成されていることを特徴とする静止誘導電器。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の静止誘導電器にあって、
前記シールドユニットの前記低圧巻線側の中心部が凹形状であることを特徴とする静止誘導電器。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の静止誘導電器において、
前記シールド電極の端部が丸みを有することを特徴とする静止誘導電器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静止誘導電器に関するものであり、特に絶縁性能を考慮した静止誘導電器に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力用変圧器の大きさは、低圧巻線と高圧巻線の間の絶縁(主絶縁と呼ぶ)の寸法に大きく支配される。油入変圧器の場合、この主絶縁は絶縁油と固体絶縁物であるプレスボードの繰返し構造となっていることが多い。そして低圧巻線と高圧巻線の間に電圧が印加されると、絶縁油の方がプレスボードより誘電率が小さいために、内部電界が高くなる。一方、絶縁油の方がプレスボードに比べて絶縁耐力(許容電界)は小さいことから、この絶縁油の部分が主絶縁における弱点と成り、全体の必要寸法を支配している。
【０００３】
上記に関連し、特開２００１−９３７４９号公報（特許文献１）には、対向する電極間におけるそれぞれの電極の近傍に、流体絶縁物が流通する間隔をおいてシールド電極が配置され、シールド電極とその近傍の電極とが互いに電位線で接続され、対向するシールド電極間が固体絶縁物で充たされることにより、高電界強度部が、絶縁破壊強度の高い固体絶縁物内に生じさせられるので、電極間の絶縁寸法を小さくできる旨が開示されている。
【０００４】
また、特開２０１１−１００９０４号公報（特許文献２）には、高圧巻線と低圧巻線との間に導電性シールド材が配置され、導電性シールド材を高圧巻線の長手方向全長に亘って対向させて静止誘導電器を構成させている。これによって高圧巻線の等価静電容量を増加して電位振動を抑制するとともに、低圧巻線と高圧巻線との間の絶縁距離増加を抑制することができることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−９３７４９号公報
【特許文献２】特開２０１１−１００９０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に記載の手段を低圧巻線と高圧巻線の間の主絶縁に適用しようとする場合、低圧巻線と高圧巻線の間のみならず、巻線の上下端部にて電位差が大きくなる。また、特許文献２に記載の手段の場合、導電性シールド材端部に電界集中が起きる可能性がある。
【０００７】
そこで本発明の目的は、絶縁性能を考慮した高信頼の静止誘導電器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の実施形態は、鉄心と、前記鉄心に巻回される低圧巻線と、前記低圧巻線の外周に巻回される高圧巻線と、前記低圧巻線と前記高圧巻線との間に配置されたシールドユニットと、を有する静止誘導電器において、前記シールドユニットは絶縁体とシールド電極で構成されている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、絶縁性能を考慮した高信頼の静止誘導電器を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１における静止誘導電器の正面図
【図２】実施例１における静止誘導電器の平面断面図
【図３】実施例１における静止誘導電器の側面断面図
【図４】実施例１における静止誘導電器の側面断面模式図
【図５】実施例１におけるシールドユニットの側面断面図
【図６】実施例１におけるシールドユニットの平面図
【図７】実施例１における上下方向の電位分布図
【図８】実施例１における径方向の電位分布図
【図９】実施例２における静止誘導電器の側面断面模式図
【図１０】実施例２における径方向の電位分布図
【図１１】実施例３のシールドユニットの側面断面模式図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を用いて本発明の静止誘導電器の好ましい実施形態について詳説する。なお、発明の実施形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【実施例１】
【００１２】
実施例１について図１乃至８を用いて説明する。
【００１３】
図１乃至４は各々、本実施例における静止誘導電器の正面図、平面断面図、側面断面図、側面断面模式図である。図５はシールドユニット中央部の側面断面模式図、図６はシールドユニットの上面模式図である。図７、図８は各々、本実施例の静止誘導電器における上下方向、径方向の電位分布図である。
【００１４】
図１、図２に示した静止誘導電器500は、電力用三相変圧器であり、巻線ユニット5001、5002、及び5003が、三相三脚の鉄心1の各脚の周囲に巻回されている。鉄心や巻線ユニットを冷却する流体絶縁物として大気以外のもの、例えば絶縁油や六フッ化硫黄ガスを用いる場合、これらは図示していないタンクの内部に収納される。
【００１５】
次に、図２乃至４を用いて本実施例における巻線ユニット5001の構成を詳細に説明する。なお、巻線ユニット5002、5003についても巻線ユニット5001と同一の構成である。
【００１６】
図３に示した通り、本実施例における巻線ユニット5001は、鉄心の周囲に巻回された低圧巻線400、低圧巻線の外周を取り囲む形状に構成されたシールドユニット10、シールドユニットの外周に巻回された高圧巻線2とで構成されている。図４に示した通り、高圧巻線2は、上下方向の中央断面で鏡像となる様に上下パーツ2b、2aに分割されている。各々のパーツは、円板コイルを上下方向に偶数段積み重ねた形状をしており、上側パーツ2bの最上段の円板コイルは、接地された最外周のターン2001bから開始して上方から見て時計回りに、外側から内側に向けて４ターン、即ち、ターン2001b、2002b、2003b、2004bの順に巻回されている。そして、ターン2004bから下段に亘り、今度は上方から見て時計回りに、内側から外側に向けて４ターン巻回されている。そして、下段に亘って、以降同様に巻回すことで円板コイルが偶数段積み重なったものとして上側パーツ2bが構成される。最下段について述べると、上方から見て時計回りに、内側から外側に向けて４ターン、即ち、ターン2397b、2398b、2399b、2400bの順に巻回されて、外部電圧印加端100に電気的に接続されている。そして本実施例においては合計400ターンが巻回されて上側パーツ2bを構成している。下側パーツ2aは前記中央断面で上側パーツ2bと鏡像となる様に構成されている。すなわち下段に亘って、以降同様に巻回すことで円板コイルが偶数段積み重なったものとして下側パーツ2aが構成される。従って最上段の円板コイルは、外部電圧印加端100に電気的に接続された最外周のターン2400aから開始して上方から見て反時計回りに、外側から内側に向けて４ターン、即ち、ターン2400a、2399a、2398a、2397aの順に巻回され、最下段については上方から見て反時計回りに、内側から外側に向けて４ターン、即ち、ターン2004a、2003a、2002a、2001aの順に巻回されて、ターン2001aが接地されている。
【００１７】
シールドユニット10は、図４に示した通り、低圧巻線400と高圧巻線2の間に配設され、同心円状に巻回され、上下端部を斜めに切り落とした形で配設されている。図５に示した通り、このシールドユニット10の絶縁物1001b、1002b、1319b、1320bとこれに接合されたシールド電極部1001a、1002a、1319a、1320aにより絶縁部とシールド電極部が交互になるように巻き回し、構成されている。そしてシールド電極部1001aの最上端部と最下端部は接地されている。図６に示すように、絶縁物10bにシールド電極10bが接合されており、鉄心と同心円状に巻回した構成となっており、計320ターンが巻回されているが、図では便宜上５ターンとしている。シールドユニット１０の高圧巻線側の上下端部を斜めに切断することでシールドユニット端部における電界の集中を抑制することができる。
【００１８】
次に、図７、図８を用いて本実施例の静止誘導電器の動作を説明する。
【００１９】
図４に示した外部電圧印加端100に、商用周波数50Hzまたは60Hzの交流電圧が印加されると、電圧の大きさに応じた交流励磁電流が高圧巻線2a、2bに上下対称に流れるが、各々の巻回しの方向が逆であるために鉄心1には同一方向の交番磁界が励磁される。そしてこの交番磁界により、金属電極10aには誘導起電力が生じる。その大きさは概略、各々のターン数と、高圧巻線のターン数の比を、入力電圧に乗じたものとなる。従って、前述の通り各々が構成されていることにより、低圧巻線と高圧巻線の間の領域に形成される電位分布は図７、図８に示したものとなる。図７に示した通り、上下中央座標位置z=0の水平方向の電位変化を、絶縁物内部(x2とx3の間で)で急峻とすることで絶縁物に高電界を負担させ、その内側や外側の流体絶縁物の領域で電界を小さくしている。この様に流体絶縁物より誘電率が大きく、絶縁耐力が高い固体絶縁物に高電界を負担させられるので、水平方向の絶縁性能を向上できる。
【００２０】
一方、上下方向の電位分布は中央で高く、端へ向かって接地電位まで緩やかに減少する電位部分が実現される。一般的に絶縁物の沿面は絶縁上の弱点となるのであるが、本実施例のように電位勾配(電界)を緩やかとすることで絶縁を保持することが容易となる。そして、上下端が接地電位となり、鉄心との間の絶縁を考慮不要となっている。
【００２１】
本発明により誘電体の厚さが薄いほど許容電界が大きくなる特性を活かし、絶縁性能を向上可能な静止誘導電器を提供することができる。また、固体絶縁物に電界を集中させるとともに、巻線の上下端部における電位差を抑制した静止誘導電器を提供することができる。
【実施例２】
【００２２】
本発明の実施例について図９、図１０を用いて説明する。
【００２３】
図９は、本実施例における静止誘導電器の側面断面模式図である。図１０は、本実施例の静止誘導電器における径方向の電位分布図である。本実施例の形態はほぼ実施例１と同様の構成であるが、図９に示した通り、シールドユニットの内周側中心部をくりぬかれている点が実施例１と異なっている。
【００２４】
低圧巻線400が十分に低い電圧であり、絶縁距離を要しない場合においては、実施例１の構成で良い。しかし、低圧巻線400の電圧が高い場合、低圧巻線400とシールドユニット10間における絶縁を保つため、径方向に距離を開ける必要がある。
【００２５】
このような問題を解消するため、図９に示すように、シールドユニット10の低圧巻線400側の部分を、望ましい電位となる巻数の部分までくりぬいている。これにより、シールドユニット10を径方向に動かすことなく、低圧巻線400側との間における電位分布の制御と絶縁距離の確保が可能となる。
【００２６】
上記の構成により高圧巻線と低圧巻線間における電位分布は図１０に示したものとなり、電位勾配(電界)を緩やかとすることで絶縁を保持することが容易となる。本発明の構成とすることで絶縁距離増加が抑制され、静止誘導電気の小型化が可能となる。
【実施例３】
【００２７】
本発明の実施例について図１１を用いて説明する。
【００２８】
図１１は、本実施例におけるシールドユニット端部における側面断面模式図である。本実施例の形態はほぼ実施例１と同様の構成であるが、図１１に示した通り、シールドユニットのシールド電極部10a端部を丸めた構造としている。
【００２９】
シールド電極部10aの先端の角部では局所的に電界が集中し、放電の起点となりえる。そのため、シールドユニット10の層間、つまりシールド電極1001aと1002aなどの隣接するシールド電極間における絶縁を確保するため、絶縁物10bを厚くする必要がある。
【００３０】
この問題を解決するため、シールド電極端部を丸めた構造とし、角部を処理することで局所的な電界集中を緩和することができる。
【００３１】
上記の構成により、絶縁物10bの厚みを抑制することが可能となり、シールドユニット10の小型化が可能となる。
【００３２】
以上、本実施例によれば、小型な静止誘導電器を提供することができる。
【００３３】
なお、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、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。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００３４】
1…鉄心
2、2a、2b…高圧巻線
10…シールドユニット
10a、1001a、1002a、1319a、1320a…シールド電極
10b、1001b、1002b、1319b、1320b…絶縁物
100…外部電圧印加端
400…低圧巻線
500…静止誘導電器
5001、5002、5003…巻線ユニット
【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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【図１０】
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【図１１】
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