JP2017191843A - 静止誘導電器 - Google Patents

Abstract

【課題】静止誘導電器の円板巻線の巻線占有率を上げず，製造工程も複雑化することなく，バリアを設けることにより，絶縁耐圧を上げることで，円板コイル間に発生した高電圧による絶縁破壊を防止する。【解決手段】シールド線２ａ〜２ｃ間に低電圧が発生するコイル間には冷却媒体の流路を設けるとともに、シールド線２ａ〜２ｃ間に高電圧が発生するコイル間にＬ字絶縁バリア５ａ、５ｂを設ける。Ｌ字絶縁バリア５ａ、５ｂの横部分は円板コイル３ａ〜３ｃの上部表面或いは下部表面と密着して設けて，Ｌ字絶縁バリア５ａ、５ｂの軸方向先端部分は絶縁筒７と隣接の円板コイル３ａ〜３ｃの内側の表面と密着して設置する。軸方向先端部分の高さは一コイルの厚さより小さいことを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は変圧器やリアクトル等の円板巻線を有する静止誘導電器に係わり，特に，対雷遮蔽用のシールド線を巻き込んだ円板巻線を有する静止誘導電器に関する。

従来から，内鉄型静止誘導電器の巻線として，機械的強度が大きい円板巻線が広く用いられている。円板巻線は，ターン数が少なく対向面積が比較的小さい円板コイルを積み重ねて構成されていることから，コイル間の直列静電容量が小さく雷サージ等の衝撃電圧に対する特性が悪いという欠点がある。これに対して，離れたコイルに負荷電流を流さないシールド線によって，静電的に結合してコイル間に直列静電容量を付加するＣＣシールド線が発明され，変圧器の高圧巻線等に用いられている。

特開２００１−１９６２３７号公報（以下、特許文献１と呼ぶ）に記載されたＣＣシールド線を使用した円板巻線の構成では，コイル間の直列静電容量が増し，雷サージ等の衝撃電圧に対する電位分布特性が改善される。しかしながら，このような構造では，線路端から衝撃電圧が侵入した場合に，線路端から偶数番目の円板コイル間に大きな電圧が発生して絶縁的に厳しくなる。

特開２００１−１９６２３７号公報

シールド線を使用した円板巻線コイル間発生した高電圧による絶縁破壊を防止する一般的な方法として，コイル間スペーサを厚くして絶縁距離を大きくとること，またシールド線を厚くして電界を下げることが挙げられる。しかし，前者ではコイル間スペーサを厚くするので，円板巻線の積層方向の巻線占有率は上がらない。また，後者では，厚いシールド線を配置しているから，円板巻線の周方向の巻線占有率は上がらない。これらの問題を解決するために特許文献1に記載したシールド線と絶縁被覆の間にシールド線の先端部に空間を設けて，絶縁材料を入れる方法がある，巻線占有率が上がらないが，製造工程が複雑であるという課題がある。

同一平面で周方向に渦巻状に巻回した電線の複数本を配置した円板コイルを絶縁筒の軸方向に複数個積層し，前記円板コイルと円板コイルの間にコイル間スペーサを配置したコイルを有し，前記コイル間スペーサの両側に配置された内周側電線間を接続した内周側渡り線と，内周側渡り線と接続した外周側電線と，各円板コイルの電線と電線との間にシールド線を複数ターン巻回し，軸方向においてある層目のシールド線とこれから数えて４，６…層目のシールド線とをシールド用渡り線で接続し，軸方向に配置される隣接の前記シールド線間高電圧と低電圧が交互発生する円板巻線を有する静止誘導電器において，前記シールド線間に低電圧が発生するコイル間には冷却媒体の流路を設けるとともに、前記シールド線間に高電圧が発生するコイル間にＬ字絶縁バリアを設けて，前記Ｌ字絶縁バリアの横部分は円板コイルの上部表面或いは下部表面と密着して設けて，前記Ｌ字絶縁バリアの軸方向先端部分は絶縁筒と隣接の前記円板コイルの内側の表面と密着して設置し，軸方向先端部分の高さは一コイルの厚さより小さいことを特徴とする円板巻線を有する静止誘導電器。

本発明によれば，円板巻線の巻線占有率を上げず，製造工程も複雑化することなく，バリアを設けることにより，バリアを設けない場合と比べて，絶縁耐圧を上げることで，円板コイル間発生した高電圧による絶縁破壊を防止することができる。

本発明実施例１静止誘導電器の円板巻線結線を示す縦断面図である。 本発明実施例１円板巻線の構造を説明する部分拡大縦断面図である。 本発明の実施例１におけるバリアを設ける方法の説明図である。 本発明実施例２静止誘導電器の円板巻線結線を示す縦断面図である。

以下，図示した実施例に基づいて本発明の巻線構成図を説明する。なお，各実施例において，同一構成部品には同符号を使用する。

図１に，本発明の静止誘導電器の実施例１の円板巻線結線図の縦断面図を示す。

該図に示す如く，本実施例の円板巻線１００は，１は負荷電流を流す電線，２ａは負荷電流を流さないシールド線であり，電線１を６ターン巻き回し，その外周側にシールド線２ａを３ターン巻き込んだ円板コイル３ａ及び３ｂ，３ｃ…を，軸方向に複数個積み重ねた構造の巻線を模式的に示している。ここで，電線１は無接続で巻き上げられている。また，偶数層目の円板コイル２ｂに巻き込まれたシールド線２ｂは線路端に接続されている。シールド線２ａはそれから数えて４層番目のシールド線２ｄにシールド用渡り線４ａによって接続されており，電気的にはフロート電位になっている。

この構成では，コイル間の直列静電容量が増し，雷サージ等の衝撃電圧に対する電位分布特性が改善される。しかしながら，このような結線では，線路端から衝撃電圧が侵入した場合に，線路端から偶数番目の円板コイル３ｂに巻き込まれたシールド線２ｂと円板コイル３ｃに巻き込まれたシールド線２ｃの間に大きな電圧が発生して絶縁的に厳しくなる。

図１において，線路端から衝撃電圧を印加した時の各ノードｎ_０，ｎ_１，ｎ_２，…の間の発生電圧を簡単にするためにすべてＶとすると，その幾何学的配置からシールド用渡り線４ａ，４ｂ，４ｃ，…の電位はノードｎ₁，ｎ_２，ｎ_３，…の電位にほぼ等しいので，円板コイル３ａ，３ｂ，３ｃに巻き込まれたシールド線２ａと２ｂとの間及び２ｂと２ｃの間には電圧Ｖ及び２Ｖが交互に発生することになる。

この高電圧２Ｖによる絶縁破壊を防止するために，図２に示すように偶数層目の円板コイル例えば円板コイル３ｂの下部全面に密着してＬ字絶縁バリア５ａを設ける。また，奇数層目の円板コイル例えば円板コイル３ｃの上部全面にＬ字絶縁バリア５ｂを設ける。Ｌ字絶縁バリア５ａと５ｂは同じ材質と寸法で良い。

一般的に，円板コイル間に間隔をあけてコイル間スペーサ６を設置し，コイル間に冷却媒体を流れる流路を設けている。そこで，図３に示すように，Ｌ字絶縁バリア５ａは円板コイル３ｂとコイル間スペーサ６との間に設置する。Ｌ字絶縁バリア５ａは，曲げないような厚さ，また電圧２Ｖ印加時，絶縁破壊しない程度で良い。

同じように，Ｌ字絶縁バリア５ｂはコイル３ｃとコイル間スペーサ６との間に設ける。

Ｌ字絶縁バリア５ａと５ｂの材質としては耐油性が高く，硬い高絶縁固体材料が望ましい，例えば，プレースボード，樹脂などがある。

上記の円板巻線は一般的に，大型変圧器の高圧（ＨＶ）巻線として使われている。ＨＶ巻線と低圧（ＬＶ）巻線の間に絶縁筒７が設けている。

シールド線２ｂと２ｃ間の高電圧により，絶縁破壊の前駆現象であるストリーマが発生する。このストリーマの進展は軸方向のみではなくて，コイルの表面を沿って，絶縁筒の方向に向かって横軸方向へ進展することがある。さらに，絶縁筒の表面まで進展し，ＨＶ巻線とＬＶ巻線の間の絶縁破壊が発生する。

このようなストリーマが絶縁筒の表面まで進展することを止めるために，Ｌ字絶縁バリア５ａと５ｂを設ける。実施例１と同じように，円板コイル３ｂと３ｃとの間に，Ｌ字絶縁バリア５ａの横部分は円板コイル３ｂの下部表面に密着して設ける。Ｌ字絶縁バリア５ａの軸方向先端部分８ａは，円板コイル３ｂと絶縁筒７と隣接の内側の表面と密着して設ける。円板コイル３ａと３ｂの間は冷却媒体の流路であるため，冷却媒体の流れを防がないように，縦先端部分８ａの高さは一コイルの厚さより小さい。

同じように，Ｌ字絶縁バリア５ｂは円板コイル３ｃと密着して設ける。

このような実施例とすることにより，シールド線間発生する高電圧によるストリーマの進展をＬ字バリア５ａと５ｂの軸方向先端部分８ａと８ｂで止められ，絶縁筒７の表面に至らない。ＨＶ巻線とＬＶ巻線の間の絶縁破壊を防止することができる。

Ｌ字絶縁バリア５ａと５ｂは熱の不良導体のため，Ｌ字絶縁バリア５ａと５ｂを設置すると円板コイル３ｂの下部表面と３ｃの上部表面から発生した熱の発散が悪くなる。そのため，円板コイル３ａと３ｂの間の距離ｄ_２はｄ₁より大きく設ける，すなわち，ｄ_２＞ｄ₁。ｄ₁は円板コイル３ｂと３ｃの間の距離である。ｄ_２の値の設定はこのような構造で静止誘導電器運転時巻線ホットスポートの温度は国際・国内基準値以下になる必要な距離が望ましい。

上記の冷却を確保する手法以外には，例えば，ｄ_２＝ｄ₁に設定し，冷却媒体の流速を上げる方法なども考えられる。

Ｌ字絶縁バリア５ａと５ｂは厚さが１．６ｍｍのプレースボードを設ける場合でも，破壊電圧は約４０％向上する。

ここでは，奇数層目コイル間に流路を設けることと偶数層目コイル間にＬ字絶縁バリアを設けることには限らず，高電圧および低電圧が交互に発生する場合に，シールド線間に高電圧が発生する円板コイル間にＬ字絶縁バリアを設けて，シールド線間に低電圧が発生するコイル間に冷却流路を確保する構造であれば良い。

このような本実施例とすることにより，製造工程を複雑化することなく，Ｌ字絶縁バリアを入れることによる円板巻線の高電圧コイル間の絶縁耐圧を向上することができる。

図４は，本発明の実施例２における円板巻線結線図の縦断面図を示す。なお，本実施例では，実施例１と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略し，異なる部分についてのみ説明する。また，電線１，シールド線２ｈ，２ｉ，２ｊ…，円板コイル３ｈ，３ｉ，３ｊ…は実施例１と同じであるため，説明は省略する。

電線１を８ターン巻き回し，その外周側にシールド線２ｈを４ターン巻き込んだ円板コイル３ｈ及び同じ構造を持つ円板コイル３ｉ，３ｊ…を，軸方向に複数個積み重ねた構造。シールド線２ｈは円板コイル３ｈから数えて６層目の円板コイル３ｍに巻き込まれたシールド線２ｍとシールド用渡り線４ｄによって接続される。

このような構成では，実施例１と同じように良好な雷サージ等の衝撃特性が得られることが知られている。

一方，この構成では，円板コイル３ｈと３ｉに巻き込まれたシールド線２ｈと２ｉ，また円板コイル３ｉと３ｊとの間に巻き込まれたシールド線２ｉと２ｊとの間には電圧２Ｖと３Ｖが交互に発生することになる。

実施例１と実施例２と同じように，シールド線間電圧が３Ｖのコイル間にＬ字絶縁バリアを設ける。また，シールド線間電圧が２Ｖのコイル間に距離を増やして冷却性能を確保する。

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。上記した実施例は本発明を分かりやすく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も可能であり，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・置換をすることも可能である。

１…電線，２ａ，２ｂ，２ｃ…シールド線，３ａ，３ｂ，３ｃ…円板コイル，４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ…シールド用渡り線，５ａ，５ｂ…Ｌ字絶縁バリア，６…コイル間スペーサ，７…絶縁筒，８ａ，８ｂ…Ｌ字絶縁バリア５ａ，５ｂの軸方向先端部分

Claims (1)

1. 同一平面で周方向に渦巻状に巻回した電線の複数本を配置した円板コイルを絶縁筒の軸方向に複数個積層し，前記円板コイルと円板コイルの間にコイル間スペーサを配置したコイルを有し，前記コイル間スペーサの両側に配置された内周側電線間を接続した内周側渡り線と，内周側渡り線と接続した外周側電線と，各円板コイルの電線と電線との間にシールド線を複数ターン巻回し，軸方向においてある層目のシールド線とこれから数えて４，６…層目のシールド線とをシールド用渡り線で接続し，軸方向に配置される隣接の前記シールド線間高電圧と低電圧が交互発生する円板巻線を有する静止誘導電器において，前記シールド線間に低電圧が発生するコイル間には冷却媒体の流路を設けるとともに、前記シールド線間に高電圧が発生するコイル間にＬ字絶縁バリアを設けて，前記Ｌ字絶縁バリアの横部分は円板コイルの上部表面或いは下部表面と密着して設けて，前記Ｌ字絶縁バリアの軸方向先端部分は絶縁筒と隣接の前記円板コイルの内側の表面と密着して設置し，軸方向先端部分の高さは一コイルの厚さより小さいことを特徴とする円板巻線を有する静止誘導電器。

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