JPH0213445B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は変圧器に関するものでありそして特
に高圧絶縁変圧器に関する。

絶縁変圧器の主要な機能の一つは、巻線の一方
に大きな電圧が加わつたとき巻線間の一定の電位
差の応力に耐えながら一次巻線に加えられた交流
からの電力を有効に交換するため一次巻線と二次
巻線との間の十分な誘導結合を行なうことにあ
る。典型的には、これは、一次巻線と二次巻線と
の間に空隙を選択的に配列することおよび巻線間
に種々の形状の電気絶縁および静電シールド層を
設けることによつて行なわれてきた。しかしなが
ら、これらの技術は、巻線の一つにおける一定電
位が変圧器コイルとそれの鉄心との間に単位ミリ
メートル当り100ボルト台の電界応力を発生する
場合には不適当であることが証明された。この大
きさの電界応力は空隙を横切つてアークを発生さ
せそしてシールドのまわりにコロナ放電を生じさ
せる。さらに、このような電界応力は、隣接巻回
間、巻線と絶縁体との間および絶縁体と鉄心との
間に形成されたエアポケツトを横切つて火花を発
生させる。このような大きさの電界応力時に変圧
器を連続して作動させると、そのようなエアポケ
ツト内における空気の電離および隣接変圧器表面
の付随した加熱が生じる。この加熱によつて変圧
器の導電性表面に穴があきまたその絶縁体に微小
のひびが生じることになる。この微小のひびによ
つて絶縁体が部分的にしや断されると、絶縁体を
通して徐々に抵抗の減少していく通路が形成さ
れ、この通路は時間の経過につれて長さおよび幅
が大きくなり、そして最後には短絡を生じること
になり、その結果変圧器は破滅的に損傷すること
になる。

コロナ放電および火花を避けるために従来弾性
絶縁材料の層で分離され同心状に巻かれた平らな
リボン状導体が用いられてきた。このような方法
はエアポケツトの生じるのを避けることで火花の
発生を大きく除去できるが、巻線の巻回数が制限
されることになる。別の方法は密封容器内に変圧
器全体を真空状態で収容することにある。ほとん
どの場合、この方法は、導線を通すことのできる
真空密封容器の製造が変圧器自体の構造より一層
複雑となるので実際的ではなく、また真空漏れに
より変圧器が突然故障することになるので信頼性
がない。

従つて、この発明の一つの目的は、改良型の絶
縁変圧器を提供することにある。

この発明の別の目的は、巻線間に一定電位の加
えられている間、一方の巻線に加えられた非常に
高い電圧を絶縁できる変圧器を提供することにあ
る。

この発明のさらに別の目的は、電界応力と発生
による低下なしに高電圧で信頼して作動できる絶
縁変圧器を提供することにある。

この発明の別の目的は、80KV台の電圧で信頼
して作動できる絶縁変圧器を提供することにあ
る。

またこの発明の目的は、小形の高圧絶縁変圧器
を提供することにある。

簡単に言えば、これらの目的およびその他の目
的は、別個の巻枠絶縁体のまわりに巻かれそして
巻枠の表面に固着した導電性被覆の中に収容され
た一次および二次巻線を備えた絶縁変圧器によつ
て達成される。巻枠は表面に固着した導電性被覆
と整列した軸方向穴を備え、そしてそれらの軸方
向穴を通る磁心の対向脚部に取付けられる。

この発明による高圧絶縁変圧器１０は第１，２
図に示され、一次および二次固体巻枠１２，１４
を備えており、これらの巻枠１２，１４はそれぞ
れポリカーボネート、熱可塑性重合体のような高
誘電体強度をもつ絶縁材料から成つている。二つ
の巻枠は、閉じた磁束路を形成するマンガン亜鉛
セラミツクフエライトのような材料から成る一対
の低損失部分で構成した四辺形強磁性鉄心１６に
装着されている。鉄心１６の対向した平行な脚部
１８，２０はそれぞれ一次および二次巻枠１２，
１４の軸方向穴２２，２４を通つている。二つの
巻枠はそれぞれ環状に巻かれた一次および二次巻
線３０，３２を受ける周囲みぞ２６，２８を備え
ている。

巻枠には周囲リング３４と凹部３６とが交互に
設けられ、巻線と変圧器鉄心との間に長いアーク
路を形成している。各巻枠におけるリングおよび
凹部は他の巻枠の隣接した凹部およびリング収容
するため軸方向に離間されており、そしてそれに
より巻枠は相互に前部と後部とを対向させて平行
脚部１８，２０のまわりに近接して位置決めで
き、従つて、一次巻線３０と二次巻線３２とを最
大に離した小形の変圧器形状が得られる。

第３，４図はそれぞれ一次巻線３０および二次
巻線３２と組合さつた変圧器１０の部分を示す。
軸方向穴２２，２４の全表面３９，４０および周
囲みぞ２６，２８の全表面４１，４２は巻枠に固
着する非導電性化合物で被覆され、それぞれ粘着
層４３，４４，４５，４６を形成し、被覆した表
面に対して導電性層を保持できる。適当な非導電
性化合物としては、“Epoxy Resin815”（反応性
希釈剤を含んだ低粘性エピクロロヒドリン・ビス
フエノールＡ型エポキシ樹脂）のようなエポキシ
樹脂50重量部と、“Versamid140（ポリアミド樹
脂反応剤）のようなエポキシ樹脂反応剤50重量部
と、エチルアルコールのような希釈剤ほぼ200重
量部との化合物がある。“Epoxy Resin815”は
Shell Chemical Companyから商業的に入手で
き、また“Versamid140”はGeneral Mills
Chemicals、Inc.から入手できる。希釈剤は化合
物を薄くて水のような濃度にして巻枠表面にブラ
シを用いて塗布し、接着層４３，４４，４５，４
６を形成させるようにし、これらの層は乾くと厚
さほぼ0.001〜0.002インチである。これらの層は
非常に高い破壊電圧をもつ電気絶縁体として作用
する。

接着層を乾燥させた後、巻枠１２，１４と鉄心
脚部１８，２０とを分離する別個の静電シールド
が導電性材料の層４７，４８で軸方向穴内の接着
層の表面全体を被覆することによつて形成され
る。一次および二次巻線を収容する対の静電シー
ルドの最内方部分は、同じ導電性材料の層４９，
５０を、みぞ２７，２８の下方凹部をカバーして
いる接着層４５，４６の部分の表面に設けること
によつて形成される。適当な導電性化合物として
は“Chemglaze Ｚ−004”（Hughson Chemical
Companyから商業的に入手できる良電気抵抗を
もつ純粋なポリウレタン）のような湿分硬化性重
合体２重量部と、カーボンブラツク（Cabot
CorporationからXC−72Rとして入手できる）の
ような導電性材料の3/10重量部と、ポリウレタン
中に導電性材料を一様に分散させるトルエンのよ
うなポリウレタンの希釈剤および粘着性溶剤ほぼ
１重量部との化合物がある。溶剤は導電性材料を
薄くて水のような濃度にし、ブラシで接着層に塗
布できるようにする。乾燥すると、導電性材料か
ら成る層４７，４８，４９，５０はほぼ0.001〜
0.002インチの厚さとなり、そして銅より相当低
い導電率を示す。接着層によつて形成された導電
性層と巻枠との間の乾燥および接合前の導電性材
料の粘着性はエアポケツトを介在させることなし
に巻枠の穴およびみぞに形成されそして粘り強く
接着する。

二つの巻枠の軸方向穴内およびみぞの下方部分
における導電性被覆を乾燥した後、それぞれの一
次および二次巻枠のみぞ２６，２８に一次巻線３
０および二次巻線３２が巻かれる。各巻線は、絶
縁性材料の薄い被覆で覆われた商業的に利用でき
る銅線５２のような導体の一つまたはそれ以上の
角度巻回によつて形成される。巻線を巻いた後、
銅の導線５５，５６の端部の裸の短かい長さ部分
５３，５４が一次および二次巻線の外方巻回中に
位置され、そしてこれらの導線の残りの部分は巻
線から離れてみぞを越えてのばされる。

巻線を巻いた後、一次および二次巻線のまわり
には、導電性材料をさらに被覆して厚さほぼ
0.001〜0.002インチの層５９，６０を形成し一次
および二次巻線および導線５３，５４の裸の端部
を完全に包むことによつて静電シールドが形成さ
れる。被覆は毛細管現象作用の利点を利用してブ
ラシで施され得、それにより巻線の巻回間に被覆
が入り込み、こうして巻線の外方巻回と導電性層
との間にエアポケツトの形成されるのを避ける。
導電性層４９，５０，５９，６０は一度設けられ
ると、一次および二次巻線を完全に包むことにな
る。

導電性層を乾燥した後、鉄心１６の部分は第
１，２図に示すように前部と後部とを合わせて一
次および二次巻枠１２，１４を保持するように組
立てられる。脚部のような端子６２に取付けられ
た導線６１はねじのような固定具６４を介して変
圧器鉄心に電気的に接続され、固定具６４は鉄心
を通り、鉄心部分を互いに結合している。電気導
線７０，７２の裸の端部は鉄心１６とそれぞれ一
次および二次巻枠１２，１４の軸方向穴との間に
挿入される。その後、少量の導電性部材７４，７
６が鉄心に設けられ、電気導線７０，７２と鉄心
１６と巻枠の軸方向穴をライニングしている導電
性被覆とを電気的に接続する。

第５図に概略的に示すように、一次および二次
巻線３０，３２を包んでいる導電性被覆４９，５
０，５９，６０は二つの別個の静電シールドを有
効に形成し、そして巻線と変圧器の他の構成要素
とを電気的に分離している。導線５５，５６の自
由端は相応した一次および二次巻線３０，３２の
帰線８２，８４にそれぞれ個々に結合される。こ
れにより、導電性被覆４９，５９と一次巻線の帰
線８２との間或いは導電性被覆５０，６０と二次
巻線の帰線８４との間には電位差は生ぜず、それ
により静電シールドと巻線との間に火花が生じる
のを防止している。導電性被覆を形成している導
電性材料の低導電率によつて、被覆が相応した巻
線を横切つての短絡巻回として作用するのを阻止
する。導線６１，７０，７２は互いに結合されて
変圧器鉄心およびそれぞれの軸方向穴における静
電シールド間にいかなる電位差（または火花）も
生じないことを保証する。

動作状態時には、一次巻線の導線８２，９０間
に交流電流が印加され、そして変圧器作用によつ
て、Ｘ線管の電極をある交流電圧に維持するよう
な目的のために二次巻線の導線８４，９２間に交
流電圧が誘導される。絶縁巻枠を横切つての電気
応力を最小にするために、導線６１，７０，７２
は導線８４に加わる電位のほぼ半分x/2に等しい
大きさの浮遊電圧に接続され、それにより被覆４
８，５０，６０で形成された静電シールド間の電
位差（および電界強度）を半減する。

説明してきた変圧器は、巻線と鉄心との間の電
界応力の発生による低下なしに高電圧で信頼をも
つて作動され得る。この信頼性に寄与する一つの
フアクタは、一次および二次巻線の有効半径が巻
線の個々の部分の非常に小さな半径によつてより
むしろ導電性被覆４９，５０，５９，６０（巻線
を完全に包む密な導電性層を形成している）の曲
率半径によつて決まることにある。巻線の外方巻
回と導電性被覆との近接および導電性被覆と周囲
みぞの表面との間の密の粘着接触により、巻線の
巻回間および他の巻回とみぞの表面との間に形成
されるエアポケツトにおける電界の局部集中が生
じるのを防ぐ。従つて、巻線の内方巻回間にエア
ポケツトがあつても、例えば帰線８４に印加され
た数十KVの定電圧によつて生じる電界が二次巻
線３２の個々の巻回よりはむしろ二次巻線のまわ
りの導電性被覆５０，６０によつて形成された静
電被覆から発散されるので巻線の低下は生じな
い。さらに、第３，４図に示す力線Ｅの間隔で示
されるように、巻線を包む導電性被覆から発散す
る電界はこれらの被覆の相応した対と、軸方向穴
をライニングしている導電性被覆４７，４８との
間に広く分布され、それにより巻線、巻枠または
エアギヤツプの任意の部分を横切つての電界の密
な集中および上記部分の結果としての低下（劣
下）を防止する。説明してきたこの発明の一実施
例の一つの応用においては、導電性被覆５０，６
０および二次巻線の帰線８４には−8KVの定電
圧が印加され、一方鉄心と一次および二次絶縁巻
枠のそれぞれの軸方向穴における導電性被覆４
７，４８とに−40KVの定電圧が印加された。こ
の実施例では、周囲みぞ２８，３０の底部と軸方
向穴２２，２４の表面との間隔は約200mmである。
従つて、二次巻線のまわりの導電性被覆５０，６
０と二次絶縁巻枠の軸方向穴における導電性被覆
４８との間の電位こう配はほぼ200V／mmである。
同様に一次絶縁巻枠の軸方向穴内の導電性被覆４
７と一次巻線のまわりの導電性被覆４９，５９
（一次巻線の帰線に結合される）との間の電位こ
う配もほぼ200V／mmである。一次巻線には低い
交流電圧（９〜18V）が印加された。この実施例
は火花やコロナ放電なしに実施され、そして一次
巻線から二次巻線に印加された定電圧を完全に絶
縁した。

この発明の原理から離れることなしに図示実施
例において多くの変更がなされ得る。一次および
二次巻線の巻回数の比は例えば一次巻線に印加さ
れる交流電圧を逓昇かまたは逓降するように変更
され得る。さらに、一次巻枠かまたは二次巻枠は
一つ以上の巻線を支持するのに用いられ得る。ま
た変圧器を非常に高い電圧回路網に結合したとき
の表面アーク発生の危険を最小にするために高電
圧回路網全体を高誘電体ポツテイング化合物で包
むのが望ましい。この発明は、巻線を完全に包囲
しかつ軸方向穴をライニングする導電性被覆によ
つてエアポケツトの発生を防ぎ、その結果巻線と
それらの巻枠との間かまたは軸方向穴内の巻枠表
面と変圧器鉄心との間の局部的な高電気こう配を
防ぐので上述のような包囲のために特に適してい
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の部分切断正面
図、第２図は第１図に示す実施例の側面図、第３
図は第１図の線−に沿つた拡大切断断面図、
第４図は第１図の−に沿つた拡大切断断面
図、第５図はこの発明の実施例の概略線図であ
る。 図中、１２，１４：電気絶縁装置、１６：鉄心
装置、１８，２０：脚部、３０，３２：一次およ
び二次導電装置、４７，４８：被覆装置、４９，
５０，５９，６０：別の被覆装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一対の脚部１８，２０を備え、強磁性通路内
   に磁束線を集中させる鉄心装置１６と、上記脚部
   １８，２０のそれぞれを包囲する一対の電気絶縁
   装置１２，１４と、上記電気絶縁装置１２，１４
   を上記鉄心装置１６から分離するため上記電気絶
   縁装置１２，１４と上記鉄心装置１６との間に挿
   置された第１導電率をもつ被覆装置４７，４８
   と、上記脚部１８，２０に磁束を発生するため上
   記電気絶縁装置１２，１４のそれぞれのまわりに
   巻かれた大きな第２導電率をもつ一次及び二次導
   電装置３０，３２と、上記一次及び二次導電装置
   ３０，３２のそれぞれを包んで上記一次及び二次
   導電装置３０，３２を上記電気絶縁装置１２，１
   ４から分離する上記第１導電率をもつ別の被覆装
   置４９，５９，５０，６０とから成る絶縁変圧
   器。 ２ 別の被覆装置の第１のもの４９，５９が一次
   導電装置３０の一端子８２に電気的に接続され、
   また上記別の被覆装置の第２のもの５０，６０が
   二次導電装置３２の一端子８４に電気的に接続さ
   れる特許請求の範囲第１項に記載の絶縁変圧器。 ３ 被覆装置４７，４８が鉄心装置１６に電気的
   に結合される特許請求の範囲第１項に記載の絶縁
   変圧器。 ４ 別の被覆装置４９，５９，５０，６０が一次
   及び二次導電装置３０，３２のそれぞれに固着
   し、そして上記一次及び二次導電装置３０，３２
   のそれぞれに隣接した電気絶縁装置１２，１４の
   表面固着した特許請求の範囲第１項に記載の絶縁
   変圧器。 ５ 別の被覆装置４９，５９，５０，６０が一次
   及び二次導電装置３０，３２のそれぞれを完全に
   包囲し、そして上記一次及び二次導電装置３０，
   ３２のそれぞれに隣接した電気絶縁装置１２，１
   ４の表面固着した特許請求の範囲第１項に記載の
   絶縁変圧器。 ６ 被覆装置４７，４８が、脚部に隣接した電気
   絶縁装置１２，１４の表面に固着した導電性被覆
   の別個の層から成る特許請求の範囲第５項に記載
   の絶縁変圧器。 ７ 導電性被覆が重合体とそれの溶剤と上記重合
   体中に分散した導電性材料との化合物から成る特
   許請求の範囲第６項に記載の絶縁変圧器。 ８ 導電性被覆が導電装置より低い導電率をもつ
   特許請求の範囲第７項に記載の絶縁変圧器。 ９ 導電性被覆がカーボンブラツクから成る特許
   請求の範囲第８項に記載の絶縁変圧器。