(57)【要約】      （修正有）【課題】電界緩和用シールドの軽量化と信頼性の高いガス絶縁計器用変圧器およびその製造方法を提供する。【解決手段】ガス絶縁計器用変圧器は、鉄心１と、鉄心１の周りに巻回された低圧コイル２と、低圧コイル２の周りに巻回された高圧コイル３と、高圧コイル３の周りをほぼ囲むように配置された静電シールド４とを有する。さらに、絶縁ガス９が封入され、鉄心１と、低圧コイル２と、高圧コイル３と、静電シールド４とを収容する密閉容器８を有する。静電シールド４の少なくとも一部は３次元プリンターで製作されたものである。静電シールド４は、導電部と絶縁層（樹脂層）とを含み、導電部と絶縁層の少なくとも一方が３次元プリンターで製作されたものである。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄心と、
前記鉄心の周りに巻回された低圧コイルと、
前記低圧コイルの周りに前記低圧コイルと同軸に巻回された高圧コイルと、
前記高圧コイルの周りをほぼ囲むように配置された静電シールドと、
絶縁ガスが封入され、前記鉄心と、前記低圧コイルと、前記高圧コイルと、前記静電シールドとを収容する密閉容器と、
を有するガス絶縁計器用変圧器であって、
前記静電シールドの少なくとも一部が３次元プリンターで製作されたものであることを特徴とするガス絶縁計器用変圧器。
【請求項２】
前記静電シールドは、導電部と、この導電部に沿って広がる絶縁層とを含み、前記導電部と前記絶縁層の少なくとも一方が３次元プリンターで製作されたものであることを特徴とする請求項１に記載のガス絶縁計器用変圧器。
【請求項３】
前記静電シールドは、
前記高圧コイルに接して前記高圧コイルの周りを囲んで延びる中央帯状部と、
前記中央帯状部の幅方向の両側に前記中央帯状部に隣接して前記中央帯状部に沿って延びて、前記高圧コイルから遠ざかる方向に湾曲する湾曲部と、
を有し、
前記中央帯状部は前記導電部の一部をなす中央帯状導電部から形成され、
前記湾曲部は、当該湾曲部の内面側を構成する内面側導電部と、前記内面側導電部に隣接して当該内面側導電部の外面側を構成する外面側絶縁層と、を備えることを特徴とする請求項２に記載のガス絶縁計器用変圧器。
【請求項４】
前記中央帯状導電部の少なくとも一部が多気泡構造体または結晶構造体であることを特徴とする請求項３に記載のガス絶縁計器用変圧器。
【請求項５】
前記静電シールドは、前記高圧コイルの中心軸を含む平面にて２分割された二つの分割静電シールド部材を含み、これらの分割静電シールド部材が互いに結合されて成ること、を特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のガス絶縁計器用変圧器。
【請求項６】
鉄心の周りに低圧コイルを巻回する低圧コイル巻回工程と、
前記低圧コイルの周りに前記低圧コイルと同軸に高圧コイルを巻回する高圧コイル巻回工程と、
静電シールドの少なくとも一部に３次元プリンター用いて当該静電シールドを製作する静電シールド製作工程と、
前記高圧コイルの周りをほぼ囲むように前記静電シールドを配置する静電シールド配置工程と、
低圧コイル巻回工程、高圧コイル巻回工程、静電シールド製作工程、および、静電シールド配置工程の後に、前記鉄心と、前記低圧コイルと、前記高圧コイルと、前記静電シールドとを密閉容器内に収容する密閉容器内収容工程と、
を有することを特徴とするガス絶縁計器用変圧器製造方法。
【請求項７】
前記高圧コイル巻回工程の後で前記静電シールド製作工程の前に、前記高圧コイルの形状を３次元のスキャナで計測する３次元計測工程をさらに有し、
前記静電シールド製作工程は前記３次元計測工程で得られた前記高圧コイルの形状に基づいて、前記静電シールドが前記高圧コイルの外周に適合するように前記静電シールドを製作すること、を特徴とする請求項６に記載のガス絶縁計器用変圧器製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、静電シールドを備えたガス絶縁計器用変圧器およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
送電線の電圧計測や、送電系統の保護用として、一般に電磁誘導形の計器用変圧器が使用されている。特に近年普及しているガス絶縁密閉形開閉装置に装着される計器用変圧器にもガス絶縁形が使用されている。このような、従来のガス絶縁計器用変圧器の構成を図９および図１０に示す。
【０００３】
図９は、従来のガス絶縁計器用変圧器を示す縦断面図である。図１０は図９のガス絶縁計器用変圧器の横断面図である。
【０００４】
図９に示すように、矩形状の閉磁路を成す鉄心１の１脚に低圧コイル２を巻回し、その外周に高圧コイル３を低圧コイル２と同軸状に巻回して電圧変成部を構成している。高圧コイル３の外周には電界を制御する静電シールド４を装着し、静電シールド４と高圧コイル３の巻終りは接続して同電位とし、端子導体１０を経て、密閉容器８の外部の系統に接続されている。
【０００５】
上述の高圧コイル３、低圧コイル２、静電シールド４などは金属製の密閉容器８内に収納され、密閉容器８内にはＳＦ６等の、電気絶縁性を有する絶縁ガス９を封入、密封してガス絶縁計器用変圧器を構成している。密閉容器８の上部は、座１３と絶縁スペーサ１１によって封止され、端子導体１０は絶縁スペーサ１１を貫通している。密閉容器８内の底部には支え１５が置かれ、支え１５の上に、ベース１４を介して鉄心１が配置されている。
【０００６】
図１１は、従来のガス絶縁計器用変圧器の静電シールド４の一部を示す斜視図である。この静電シールド４は、高圧コイル３の外周を取り囲むようにほぼ環状に形成されている。ただし、静電シールド４は完全な環状ではなく、短絡電流が流れないように１ターンを形成しないように、その一部が電気的に切り離されている。静電シールド４がほぼ環状に延びるその幅方向の両端部は、静電シールド４の外面の電界を緩和するようにほぼＣ字状に湾曲した湾曲部４１が形成されている。静電シールド４は、たとえば、全体が金属板からなる導電部２２で構成されている。
【０００７】
静電シールド４を金属板の絞り加工により形成する場合には、シールド全体を可能な限り小形に構成して、しかも電界の緩和を図るために静電シールド４の各部の曲率を微妙に変化させる必要があり、加工時間が長くなりコストが高くなっていた。しかも、絞り加工は手作業であるため、設計値通りの寸法にするのが困難で、電界解析等で得られた絶縁距離よりも設計で指定する寸法を大きくする必要があった。また、同様な理由で静電シールド４を高圧コイル３に密着させることが難しく、静電シールド４全体が金属で製作されているため重くなるという問題もあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平０６−０６９０４７号公報
【特許文献２】特開平０７−１３０５６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
寸法通りの製作が困難な静電シールドの絶縁耐力を向上させる方法として、絶縁層（樹脂層）を静電シールド構造に成形し、絶縁層の内側に導電層を塗るなどして静電シールドを形成する方法が提案されていた（特許文献１）。しかし、この形成方法に問題があった。すなわち、従来は絶縁を用いて所望の形状を作製する場合には、熱可塑性の樹脂板に熱を加えながら絞り加工を施す方法がある。しかるに、樹脂板を絞り加工で所望の形状に形成する場合には、金属を用いて絞り加工を行う場合と同様に正確な形状の静電シールドを得ることが困難であった。
【００１０】
また、金型を用いて所望の形状を形成する方法も可能であるが、静電シールド全体を包み込む大型の金型を必要とし、複数回の押し出し形成をするため複数の金型を用意する必要があり、非常に高価なものになる問題があった。
【００１１】
また、一方、同じ金型を用いる方法では、樹脂を金型内に流し込んで固化させる注型による方法もある（特許文献２）。しかし、金型を用いて注型して作製する場合には、金型から固化した樹脂を外す場合に、樹脂層（絶縁層）の内部に金型が入り込む構成が必要であるため、静電シールドで必要な導電部を裏側にあとから取り付けられない。このため導電部を予め金型に装着しておく必要があり、また、金型から取り出すことを考えると、導電部２２は、薄板でなく図１２に示すように塊を使用しなければならず、重量を軽くすることが困難である上に、静電シールドを取り付ける際の工作も困難であった。
【００１２】
以上述べたように、極力軽く、かつでき上がりの寸法精度が高い静電シールドを作製することは、ガス絶縁計器用変圧器を小型化するうえで非常に重要であるが、このような静電シールドを作製する有効な方法がなかった。
【００１３】
本発明の実施形態の目的は、電界緩和用シールドの軽量化と信頼性の高いガス絶縁計器用変圧器およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
実施形態に係るガス絶縁計器用変圧器は、鉄心と、前記鉄心の周りに巻回された低圧コイルと、前記低圧コイルの周りに前記低圧コイルと同軸に巻回された高圧コイルと、前記高圧コイルの周りをほぼ囲むように配置された静電シールドと、絶縁ガスが封入され、前記鉄心と、前記低圧コイルと、前記高圧コイルと、前記静電シールドとを収容する密閉容器と、を有するガス絶縁計器用変圧器であって、前記静電シールドの少なくとも一部が３次元プリンターで製作されたものであることを特徴とする。
【００１５】
また、実施形態に係るガス絶縁計器用変圧器製造方法は、鉄心の周りに低圧コイルを巻回する低圧コイル巻回工程と、前記低圧コイルの周りに前記低圧コイルと同軸に高圧コイルを巻回する高圧コイル巻回工程と、静電シールドの少なくとも一部に３次元プリンター用いて当該静電シールドを製作する静電シールド製作工程と、前記高圧コイルの周りをほぼ囲むように前記静電シールドを配置する静電シールド配置工程と、低圧コイル巻回工程、高圧コイル巻回工程、静電シールド製作工程、および、静電シールド配置工程の後に、前記鉄心と、前記低圧コイルと、前記高圧コイルと、前記静電シールドとを密閉容器内に収容する密閉容器内収容工程と、を有することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るガス絶縁計器用変圧器の静電シールドの一部を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るガス絶縁計器用変圧器の静電シールドの導電部の低電界部を構成する結晶構成を示す模式的斜視図である。
【図３】図２の結晶構成における基本結晶構成を示す模式的斜視図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係るガス絶縁計器用変圧器の静電シールドの導電部の低電界部を構成する結晶構成の変形例における基本結晶構成を示す模式的斜視図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るガス絶縁計器用変圧器の静電シールドの一部を示す斜視図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係るガス絶縁計器用変圧器の静電シールドの一部を示す斜視図である。
【図７】本発明の第４の実施形態に係るガス絶縁計器用変圧器の静電シールドの一部を示す斜視図である。
【図８】本発明の第５の実施形態に係るガス絶縁計器用変圧器の製造方法を示すフロー図である。
【図９】従来のガス絶縁計器用変圧器を示す縦断面図である。
【図１０】図９のガス絶縁計器用変圧器の横断面図である。
【図１１】従来のガス絶縁計器用変圧器の静電シールドの一部を示す斜視図である。
【図１２】図１１の例とは異なる従来のガス絶縁計器用変圧器の静電シールドの一部を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。ここで、以下の実施形態は単なる例示であって、本発明の範囲を限定するものではない。また、各実施形態相互間において、また、前述の従来技術との間で同一または類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は省略する。
【００１８】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係るガス絶縁計器用変圧器の静電シールドの一部を示す斜視図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係るガス絶縁計器用変圧器の静電シールドの導電部の低電界部を構成する結晶構成を示す模式的斜視図である。図３は、図２の結晶構成における基本結晶構成を示す模式的斜視図である。
【００１９】
この第１の実施形態のガス絶縁計器用変圧器の構成は、静電シールド４を除いて、従来技術のガス絶縁計器用変圧器と同様であって、従来技術として示した図９および図１０に示す構造はこの実施形態でも共通である。
【００２０】
図９および図１０に示すように、静電シールド４は、ほぼ環状であって、高圧コイル３の外周に沿って配置される。図１に示すように、静電シールド４は、高圧コイル３（図９、図１０参照）の外周に沿って円筒形帯状に広がる中央帯状部４０と、中央帯状部４０の幅方向両側に沿って延びて横断面がＣ字形状に湾曲する湾曲部４１とを有する。湾曲部４１は、高圧コイル３から遠ざかる方向に湾曲していて、湾曲部４１の先端が中央帯状部４０に接触しないように構成されている。静電シールド４の全幅にわたって導電部２２が広がっており、湾曲部４１では、導電部２２すなわち内面側導電部２２ｂの外面に沿って、絶縁層（樹脂層）２１（外面側絶縁層２１ｂ）が形成されている。中央帯状部４０は比較的電界が低い。湾曲部４１は電界が高いが、湾曲部４１によって高圧コイル３の電界が緩和される。
【００２１】
静電シールド４の導電部（導電層）２２は、高圧コイル３の寸法にぴったり密着する内径になるように、設計された図面のデータを３次元プリンターに入力し、当該静電シールド４の絶縁層２１および導電部２２を同時に積層して形成される。
【００２２】
静電シールド４の導電部２２の電位は高圧コイル３の高圧側端子の電位に固定されている。高圧コイル３の高圧側端子は、静電シールド４に穴４ａ（図１０）を開けて貫通させて設けられた接続線６により、絶縁スペーサ１１に設けられた端子導体１０に接続されている。接続線６は、静電シールド４と端子導体１０との間に跨がって設けられた筒状の接続円筒５内に配置されている。この接続円筒５の詳細な構造の図示は省略するが、円筒状の絶縁層と、該絶縁層の内面を覆うように形成された導電部（導電層）とにより構成され、その導電部の電位は高圧コイル３の高圧側端子の電位に固定されている。
【００２３】
上記のように、本実施形態では、導電部２２と、導電部２２のうちの電界が高くなる部分（湾曲部４１）の内面側導電部２２ｂのみの外面を覆うように形成された絶縁層２１とにより静電シールド４を構成する。これにより、静電シールド４全体を金属のみにより形成する場合に比べて、静電シールド４の軽量化を図ることができる。
【００２４】
さらに、電界がほとんど加わらない機械特性のみが重要な部分（中央帯状部４０）は、中央帯状導電部（低電界導電部）２２ａとして、図２に示すような結晶構造を取り入れることで空隙率を高めることができるためさらに軽量化が可能となる。図２に示す結晶構造は、オクテットトラス構造体といい、図３の基本結晶構成３８に示すように、基準となる一つの正方形と、その正方形の各辺それぞれを共通の辺とする４個の３角形とによって５面体を構成し、そのような５面体が互いに面を共有するように構成された構造である。これは、橋などの構造などに用いられるように、力を均等に分散して強い機械力を示す。この５面体の各頂点の格子部には球状の接点部（結晶の核）３０を配置し、その球状の接点部３０間を中央部分の半径が端部の半径よりも小さい円柱の接続部（結晶の格子）３１で接合している。この結果、１つの面は３角形または４角形であるが、隣の５面体と共有する面の開口部（結晶の隙間）３２を通して絶縁媒体が自由に移動できる。また、形状は完全なる対称性を示す構造ではなく、実際の静電シールドに用いられる際の中央帯状導電部２２ａに隙間なく入るように曲率を持った構成も可能である。
【００２５】
このように結晶構造体は上記のトラス構造に限ったものではなく、図４に示すようなダイヤモンドの構造体など、結晶構造を持つ構成の構造のものは適用できる。
【００２６】
以上説明したように、本実施形態によれば、絶縁ガスとともに密閉容器８内に収納した鉄心１に低圧コイル２および高圧コイル３を同心状に巻回したガス絶縁計器用変圧器において、静電シールド４を、３次元プリンターで造形した絶縁層２１と導電部２２を持つ構成にする。これにより、静電シールド４が高い電界緩和効果を示すことができ、絶縁性能の優れた信頼性の高いガス絶縁計器用変圧器を提供することができる。
【００２７】
また、製造図面に対応した正確な形状の導電部２２および絶縁層２１の成形を行うことができる。しかも、機械的な強度を必要としない湾曲部４１の樹脂の厚さを１ｍｍ以下で構成でき、静電シールド４の重量を、金属板を絞り加工した場合に比べて大幅に低減することが可能となる。この結果、従来はクレーンで吊りながら組立作業が必要であったが、人が持てる重量になったことで作業を大幅に短くすることができる。
【００２８】
また、導電部２２の表面の電界が低く機械特性のみが重要な部分（中央帯状部４０）は、中央帯状導電部（低電界導電部）２２ａとして多気泡構造体または結晶構造体を取り入れることで空隙率を高めることができ、それによってさらに軽量化が可能となる。さらに、最小限の機械的な強度を保持するように四角、丸などの形状の穴を設けることにより、さらに軽量化が可能である。
【００２９】
以上の絶縁層（樹脂層）２１、導電部２２ともに、３次元プリンターで使用できるものであればいかなる材質でも構わない。たとえば、絶縁層は、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド樹脂などのプラスチックやエポキシ樹脂などどのような高分子材料でも構成できる。また、導電部２２は、プラスチックや熱硬化性樹脂に炭素粉、炭素ファイバー、銀粉などを混合したものでも構成できるし、また、金属粉そのものを溶融させたものでも構成できる。
【００３０】
［第２の実施形態］
図５は、本発明の第２の実施形態に係るガス絶縁計器用変圧器の静電シールドの一部を示す斜視図である。この実施形態では、静電シールド４の全体形状は第１の実施形態（図１）と同様であって、中央帯状部４０とその幅方向両側に位置する湾曲部４１とからなる。この実施形態では、湾曲部４１のみならず中央帯状部４０も含めた全体で、外面（高圧コイル３に接する側の面）に絶縁層（樹脂層）２１が形成されている。
【００３１】
また３次元プリンターを用いることで絶縁層２１の内面を平滑に形成し、その曲率の精度を高めることは容易である。
【００３２】
［第３の実施形態］
図６は、本発明の第３の実施形態に係るガス絶縁計器用変圧器の静電シールドの一部を示す斜視図である。この実施形態では、静電シールド４の全体形状は第１および第２の実施形態（図１、図５）と同様であるが、絶縁層２１が存在せず、全体が導電部２２のみからできている。この導電部２２からなる静電シールド４は３次元プリンターを用いて製造される。高電界の部分を非常に薄くするとともに滑らかにすることで、軽量化と優れた絶縁特性を発揮できる。中央帯状部４０の部分は湾曲部４１を接合し、形状を保持する最低限の機械力を保持できるように丸、四角などの穴を開けることでさらに軽量化が可能である。
【００３３】
［第４の実施形態］
図７は、本発明の第４の実施形態に係るガス絶縁計器用変圧器の静電シールドの一部を示す斜視図である。この実施形態は第２の実施形態（図５）の変形例である。
【００３４】
この実施形態では、静電シールド４が、たとえば２分割され、はめ込み構造で結合できるようになっている。静電シールド４は、高圧コイル３（図９、図１０）の中心軸を含む平面にて２分割された二つの分割静電シールド部材５１、５２からなる。これらの分割静電シールド部材５１、５２は、はめ込み部２４で互いに結合されて静電シールド４が構成される。
【００３５】
図７に示すはめ込み部２４では、絶縁層２１同士が接触し、導電部２２同士は接触しない。この部分で、静電シールド４のほぼ環状となる部分が電気的に切れている。分割静電シールド部材５１、５２を互いに結合するはめ込み部には、図７に示す構造と類似のものがもう一つある。ただしそのもう一つのはめ込み部では導電部２２同士が接触する。これにより、静電シールド４は高圧コイル３の外周を、完全な環状ではなく、ほぼ環状に囲むことになる。
【００３６】
上記以外の構成は第２の実施形態と同様である。
【００３７】
このような構造とすることにより、静電シールド４を高圧コイル３に取り付ける際、容易に取り付けができ、短時間で信頼性の高いガス絶縁計器用変圧器を得ることができる。しかも、３次元プリンターを用いることにより、このような静電シールド４を簡単に作成することができる。
【００３８】
［第５の実施形態］
図８は、本発明の第５の実施形態に係るガス絶縁計器用変圧器の製造方法を示すフロー図である。
【００３９】
この実施形態では、ガス絶縁計器用変圧器自体の構造は上記第１ないし第４の実施形態のいずれでもよい。
【００４０】
この実施形態では、高圧コイル３と静電シールド４を並行して作製するのではなく、高圧コイル３が作製し終わった後、３次元スキャナで、高圧コイル３の外径形状を測定し、その測定値を用いて静電シールド４を３次元プリンターで製造する。
【００４１】
すなわち、この実施形態におけるガス絶縁計器用変圧器の製造方法を、図８に沿って説明すると次のとおりである。
【００４２】
はじめに、鉄心１の周りに低圧コイル２を巻回する（低圧コイル巻回工程Ｓ１）。つぎに、低圧コイル２の周りに低圧コイル２と同軸に高圧コイル３を巻回する（高圧コイル巻回工程Ｓ２）。
【００４３】
つぎに、高圧コイル巻回工程Ｓ２によってできた高圧コイル３の形状を３次元のスキャナで計測する（３次元計測工程Ｓ３）。
【００４４】
つぎに、３次元計測工程Ｓ３で得られた高圧コイル３の形状に基づいて、静電シールド４が高圧コイル３の外周に適合するように、少なくとも一部に３次元プリンターを用いて、静電シールド４を製作する（静電シールド製作工程Ｓ４）。
【００４５】
つぎに、静電シールド製作工程Ｓ４で得られた静電シールド４を高圧コイル３の外周をほぼ囲むように取り付ける（静電シールド配置工程Ｓ５）。
【００４６】
つぎに、鉄心１と、低圧コイル２と、高圧コイル３と、静電シールド４とを密閉容器８内に収容する（密閉容器内収容工程Ｓ６）。
【００４７】
この実施形態によれば、実際の高圧コイル３を計測して、その高圧コイル３の外周に適合するように３次元プリンター用いて静電シールド４を製作するので、高圧コイル３が設計値通りの寸法になっていなくても、現物に合った静電シールド４を造形できる。そのため、静電シールド４と高圧コイル３との間に隙間ができないようにすることができる。また、静電シールの取り付け時に微調整が不要になり、短時間で静電シールドを取り付けることができる。
【００４８】
［他の実施形態］
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００４９】
１…鉄心
２…低圧コイル
３…高圧コイル
４…静電シールド
４ａ…静電シールドの穴
５…接続円筒
６…接続線
８…密閉容器
９…絶縁ガス
１０…端子導体
１１…絶縁スペーサ
１３…座
１４…ベース
１５…支え
２１…絶縁層（樹脂層）
２１ｂ…外面側絶縁層
２２…導電部
２２ａ…中央帯状導電部（低電界導電部）
２２ｂ…内面側導電部
２４…はめ込み部
３０…接点部（結晶の核）
３１…接続部（結晶の格子）
３２…開口部（結晶の隙間）
３８…基本結晶構成
４０…中央帯状部
４１…湾曲部
５１、５２…分割静電シールド部材
【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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【図１２】
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