JPH06267767A - 変圧器 - Google Patents

変圧器

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Publication number
JPH06267767A
JPH06267767A JP5531093A JP5531093A JPH06267767A JP H06267767 A JPH06267767 A JP H06267767A JP 5531093 A JP5531093 A JP 5531093A JP 5531093 A JP5531093 A JP 5531093A JP H06267767 A JPH06267767 A JP H06267767A
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JP
Japan
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windings
winding
gap
transformer
facing surface
Prior art date
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Pending
Application number
JP5531093A
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English (en)
Inventor
Tsuneji Teranishi
常治 寺西
Akifumi Inui
昭文 乾
Tamotsu Inoue
保 井上
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP5531093A priority Critical patent/JPH06267767A/ja
Publication of JPH06267767A publication Critical patent/JPH06267767A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 鉄心のまわりに複数個の巻線を巻装し、鉄心
と巻線との間、あるいは巻線相互間の間隙を固体絶縁材
料からなる間隔片で保つようにした変圧器において、絶
縁性能の優れた巻線間の絶縁構造を得る。 【構成】 間隔片が、巻線の対向面に垂直なシ―ト状の
部材と巻線の対向面に平行なシ―ト状の部材とを組み合
わせて構成され、かつ巻線対向面に垂直なシ―ト状の部
材の厚みが巻線間の間隙長の3%以下の薄い材料で構成
されたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は変圧器の高低圧巻線間の
間隙を保つために用いる絶縁部材の材料、構造を改良
し、巻線間の絶縁強度を向上させた変圧器に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、変圧器の高低圧巻線間の絶縁構造
は、巻線間のギャップを絶縁筒で分割し、そのギャップ
寸法を保つために絶縁筒の間に間隔片を全周に等配に分
布させて配置するのが一般的であった。
【0003】図5に内鉄形変圧器の円板巻線の例につい
て、巻線間絶縁構造の水平断面の一部拡大図を示す。低
圧巻線1の外側に絶縁筒3が、高圧巻線2の内側に絶縁
筒4が置かれ、この絶縁筒と巻線内外周面との間の空間
は、絶縁媒体であるとともに冷却媒体となる変圧器油あ
るいはSF6 ガスが流れる。円板巻線は円板状に巻かれ
た導体を重ねて構成されるが、円板と円板との間にはス
ペ―サ5が円周に等配に置かれて円板間に冷却媒体が流
れるための流路が確保される。スペ―サ5は巻線の内側
絶縁筒の上に並べられたレ―ル6に嵌合され、このレ―
ル6の上に巻線の導体が巻かれる。そして、低圧巻線1
の外側の絶縁筒3と高圧巻線2の絶縁筒4との間に、こ
の間隙を保ち、高低圧巻線間の半径方向の力を受けるよ
うに間隔片7が置かれる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】高低圧巻線間の絶縁媒
体に加わる電界Eは、巻線間に加わる電圧をV、巻線間
の間隙長をG、巻線間の絶縁筒の合計厚さをD、絶縁媒
体の比誘電率をε1 、絶縁筒の比誘電率をε2 とすれば
次式で与えられる。
【0005】
【数1】 DがGに比べて十分大きければ、 と見なしてもよい。しかし、これは間隔片のない一般部
の絶縁媒体の電界である。間隔片が置かれる部分では、
仮に高低圧巻線の導体間が完全に絶縁筒と間隔片で詰ま
っているとすれば、油あるいはガスという絶縁媒体が存
在しないわけで、これらに加わる電界を考える必要はな
い。しかし一般に、間隔片の端面が直線になっており巻
線や絶縁筒が円形になっているため、絶縁筒と間隔片と
の間には微小なギャップが生じるのを避けるのは難し
い。この微小ギャップに入った絶縁媒体に加わる電界
E′は、絶縁筒と間隔片の比誘電率が等しくともにε2
とすると、絶縁筒と間隔片の合計厚さをDと考えれば、
(1)式をそのまま適用できて、
【0006】
【数2】 で得られる。しかしこの場合、巻線と絶縁筒との間の寸
法を絶縁筒間の寸法に比べて小さいと仮定すればG=D
となっているので結局E′は次式で表される。
【0007】
【数3】 絶縁筒および間隔片の材料として広く使用されるのはプ
レスボ―ドと呼ばれるセルロ―ス系繊維をプレスして固
めたものである。プレスボ―ドの比誘電率は油浸状態で
約 4.4、未油浸状態で約 3.0である。また、変圧器油の
比誘電率は約 2.2、SF6 ガスの比誘電率は 1.0であ
る。これらの値を用いると、油入変圧器の場合 ガス絶縁変圧器の場合 となる。したがって、(2)式と(4)式との比較か
ら、間隔片の置かれた部分にできる微小ギャップ中の絶
縁媒体に加わる電界は、油入変圧器およびガス絶縁変圧
器においてそれぞれ一般部の2倍および3倍と高くな
る。
【0008】一方、絶縁強度を比較すると、変圧器油や
SF6 ガスは固体絶縁材料であるプレスボ―ドよりも低
い。したがって、間隔片の置かれた部分にできる微小ギ
ャップが絶縁上の弱点となって巻線間全体の絶縁強度を
決めてしまう。
【0009】このような固体絶縁材料と油あるいはガス
という絶縁媒体とを組み合わせた絶縁構成における絶縁
上の課題は、ガス絶縁を採用した場合の方が、固体絶縁
材料との誘電率比が大きいために厳しい。油入絶縁の場
合は固体絶縁材料の比誘電率を油の比誘電率に近づけて
いけば、ε2 /ε1 を2以下にすることも可能である
が、ガス絶縁の場合は無垢の材料を使う限り、プラスチ
ック材料まで範囲を広げても、比誘電率が2以下の材料
はほとんど見つからないので、ε2 /ε1 を2以下にす
ることは難しい。また、ガス絶縁の場合、特に、低ガス
圧で使用する場合、ガスの絶縁強度が固体絶縁材料に比
べて一層低くなり、上記の弱点が顕著になる。本発明は
上記従来技術の問題点を解決するためになされたもの
で、その目的は絶縁性能の優れた巻線間の絶縁構造をも
つ変圧器を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】巻線間の間隙を保つため
の間隔片を巻線対向面に垂直なシ―ト状の部材と、対向
面に平行なシ―ト状の部材とを組み合わせて構成し、対
向面に垂直な部材の厚みを巻線間の間隙長に比べて十分
薄くする。例えば、ハニカム構造材をセル柱の高さ方向
が巻線対向面に垂直となるように配置しておけば、ハニ
カム構造材のセルは一般に薄いシ―ト材料で形成される
ので、上記要求を満たす。また、比誘電率が2以下のプ
ラスチックフォ―ム材を間隔片として使用してもよい。
【0011】
【作用】間隔片を構成する部材のうち巻線対向面に垂直
な部材の厚みを薄くすると間隔片が置かれる部分に生じ
る微小なギャップへの電界集中が小さくなる。また、間
隔片に比誘電率が2以下のプラスチックフォ―ム材を使
用すれば、微小ギャップへの電界集中はガス絶縁を使用
した場合でも一般部の2倍以下に抑えられる。このよう
に、微小ギャップ部分の電界が低減されるので巻線間の
絶縁強度の向上を図ることができる。
【0012】
【実施例】図1は本発明の1実施例の巻線間絶縁構造を
示すもので、内鉄形円板巻線の水平断面の一部拡大図で
ある。以下、従来と同一部分は同一符号を記しその説明
を省略する。図1において7は本発明の1実施例におけ
る間隔片である。この間隔片7は、巻線対向面に垂直な
シ―ト状の部材71を、巻線対向面に平行なシ―ト状の部
材72に貼り付けて構成されている。そして、巻線対向面
に垂直なシ―ト状の部材71の厚みは巻線間のギャップ長
の3%以下とされている。
【0013】間隔片7は、低圧巻線1の外側絶縁筒3と
高圧巻線2の内側絶縁筒4との間に全周に亘って等配に
置かれ、高低圧巻線間に働く半径方向の力を受けるとと
もに高低圧巻線間の間隙長を一定に保つ。
【0014】以下、本発明が特に効果を発揮するガス絶
縁方式(ε1 =1)の変圧器を例にとって、本実施例の
作用効果を説明する。従来技術で述べたように、巻線間
の間隔片に無垢の固体絶縁材料を用いた場合、間隔片の
置かれた部分に微小なガスギャップができると、そこに
一般部よりも高い電界すなわち固体絶縁材料の比誘電率
をε2 とすればε2 倍の電界が加わる。しかし、間隔片
の幅が薄くなると、間隔片の部分に生じるガスギャップ
中の電界上昇もε2 倍よりは低くなる。図2は、ガス空
間にある電極間に幅Tをもち、長さDが電極間距離Gよ
りわずかに短い板材を電極対向面に垂直に置いた場合の
電界計算例で、等電位分布を示す。一方の電極近くにで
きた微小ガスキャップに等電位線が集まり、電界集中が
生じていることがわかる。しかし、図2の等電位線の分
布の様子からもわかるように、この部分の電界集中の割
合は板材の厚さTが薄くなればなるほど小さくなる。電
極間距離Gに対する板材の幅Tの比率T/Gと微小ガス
ギャップの最大電界と一般部の電界との比率すなわち電
界増倍率との関係をグラフ化したものを図3に示す。図
3は、微小ガスギャップが電極間距離の1%の場合で、
なおかつ板材の比誘電率はプレスボ―ドを想定し 3.0の
場合を示した。T/Gが 0.1以上では微小ガスギャップ
の電界は一般部の電界の比誘電率倍に近い電界を示す
が、T/Gが 0.05 以下で微小ガスギャップ部の電界増
倍率は急激に減少し、T/Gが 0.03 以下で電界増倍率
は2以下となる。
【0015】以上のことから、巻線間の間隔片を巻線対
向面に垂直なシ―ト状の部材と対向面に平行なシ―ト状
の部材とを組み合わせて構成し、対向面に垂直なシ―ト
状の部材の厚みの巻線間距離の3%以下にすれば、間隔
片の置かれる部分に生じる微小なガスギャップの電界集
中を2/3以下にでき、したがって、巻線間の絶縁強度
を 1.5倍以上向上させることができる。
【0016】変圧器の絶縁材料として広く使用されてい
る比誘電率が気中で約3のプレスボ―ドを用いた場合に
比べ電界集中を2/3以下にできるということは、比誘
電率が2以下の絶縁材料を間隔片として使用することに
相当する。比誘電率が低い絶縁材料としてはフッソ樹脂
の一種に 2.1のものがあるが、無垢の固体絶縁材料で比
誘電率が2以下のものはほとんど見あたらない。すなわ
ち、本実施例によれば、使用材料の選択だけては得られ
ない絶縁性能向上の効果が得られる。
【0017】図4に本発明の他の実施例として用いたハ
ニカム構造の間隔片の構造図を示す。ハニカム構造材
は、箔状材料で六角形セル81を形成し、この六角形セル
柱の高さ方向の両面に板状材料82を接着して必要な高さ
のパネルとするものである。本発明の実施例において
は、低圧巻線の外側絶縁筒と高圧巻線の内側絶縁筒との
間の間隙長に等しいパネル高さのものを用い、セル柱の
高さ方向が巻線対向面に垂直になるようにしてある。こ
のときセル柱を形成する箔状材料の厚さは、巻線間の間
隙長の3%以下のものを用いる。
【0018】ハニカム構造材をこのように用いれば、巻
線対向面に垂直な部材となる箔状材料の厚さが薄いた
め、前実施例で説明したように、間隔片の置かれる部分
に生じる微小ガスギャップに加わる電界は一般部の電界
の2以下に抑えられる。また、ハニカム構造材を用いた
場合には、ハニカムの特徴として無垢の板材に比べ軽量
な割りに圧縮強さが大きく、高低圧巻線間の半径方向の
力の伝達の面でも有利となる。
【0019】さらに、他の実施例は比誘電率が2以下の
プラスチックフォ―ム材を長方形断面の棒状材に加工し
て間隔片として用いるものである。フォ―ムとして例え
ば硬質ポリウレタンフォ―ム材を用いると、低発泡で一
定の圧縮強さをもつ材料でも比誘電率を 1.5以下にする
ことが可能である。フォ―ム材の気泡の発生方法には種
々あるが、例えば高圧力下で不活性ガスを材料に吸着さ
せ、圧力を下げて発泡させる方法がある。この方法によ
れば、独立気泡構造でかつ、気泡内のガスをSF6 ガス
とすることも可能である。
【0020】このようなフォ―ム材を用いれば、間隔片
部分の微小ガスギャップの電界は(2)式においてε2
≦2として得られ、一般部の2倍以下に抑えられる。さ
らに、フォ―ム材は圧縮強さの犠牲にして高発泡の材料
とすれば比誘電率を 1.1程度にすることも可能で、この
場合、間隔片部分の電界を一般部の 1.1倍程度の電界ま
で低減することができる。巻線間の半径方向の力がそれ
ほど大きくなく、間隔片が間隙長を保つのを主な役割と
する場合にこのような低誘電率のフォ―ム材を用いると
効果が大きい。
【0021】ただし、一般のフォ―ム材を用いると気泡
内の気体の絶縁性能が高くなく、気泡内でボイド性の放
電が生じ、間隔片自身に高い絶縁性能を期待することが
難しい。この点本実施例のように、気泡内のガス絶縁性
能の高いSF6 ガスとすれば、間隔片自身の絶縁強度も
高いものが得られる。
【0022】以上のように、比誘電率が2以下のフォ―
ム材を用いた場合も巻線間の絶縁性能の向上を図ること
ができる。なお以上の説明においては、間隔片を巻線間
に使用する場合を主に述べたが、巻線と主脚鉄心間ある
いは巻線とヨ―ク鉄心間の絶縁構造として間隔片を用い
る場合に適用しても同様な効果があることは言うまでも
ない。
【0023】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように、巻線間
の絶縁構造材として用いられる間隔片として、巻線対向
面に垂直な部材を薄くした間隔片を用いるかあるいはプ
ラスチックフォ―ム材の間隔片を用いることにより、巻
線間の絶縁構造上の弱点が改善された、絶縁性能の高い
変圧器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による巻線間の絶縁構造の水平断面一部
拡大図。
【図2】本発明の効果を説明するための微小キャップの
ある電極系の電界計算例。
【図3】本発明の効果を説明するための微小キャップの
電界の強さと間隔片の板厚との関係を表す図。
【図4】本発明の他の実施例の間隔片の構造図。
【図5】従来の巻線間の絶縁構造の水平断面一部拡大
図。
【符号の説明】
1…低圧巻線、 2…高圧巻線、3,4…絶縁
筒、 5…スペ―サ、6…レ―ル、 7…
間隔片。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 鉄心のまわりに複数個の巻線を巻装し、
    鉄心と巻線との間、あるいは巻線相互間の間隙を固体絶
    縁材料からなる間隔片で保つようにした変圧器におい
    て、その間隔片が、巻線の対向面に垂直なシ―ト状の部
    材と巻線の対向面に平行なシ―ト状の部材とを組み合わ
    せて構成され、かつ巻線対向面に垂直なシ―ト状の部材
    の厚みが巻線間の間隙長の3%以下の薄い材料で構成さ
    れたことを特徴とする変圧器。
  2. 【請求項2】 間隔片がハニカム構造をもち、ハニカム
    のセル柱の高さ方向が巻線対向面に垂直になるよう配置
    された請求項1記載の変圧器。
  3. 【請求項3】 鉄心のまわりに複数個の巻線を巻装し、
    鉄心と巻線との間、あるいは巻線相互間の間隙を固体絶
    縁材料からなる間隔片で保つようにした変圧器におい
    て、鉄心と巻線間、あるいは巻線相互間の間隙を保つ間
    隔片が、比誘電率が 2.0以下のプラスチックフォ―ム材
    で構成されたことを特徴とする変圧器。
  4. 【請求項4】 プラスチックフォ―ム材が独立気泡構造
    をもち、気泡内に絶縁性ガスが充填された請求項3記載
    の変圧器。
JP5531093A 1993-03-16 1993-03-16 変圧器 Pending JPH06267767A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104021923A (zh) * 2014-06-03 2014-09-03 上海沪工焊接集团股份有限公司 线圈结构和电源变压器
JP2016033987A (ja) * 2014-07-31 2016-03-10 株式会社東芝 変圧器
CN113903572A (zh) * 2021-10-13 2022-01-07 广东电网有限责任公司 一种适用于干式变压器的线圈结构

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CN104021923A (zh) * 2014-06-03 2014-09-03 上海沪工焊接集团股份有限公司 线圈结构和电源变压器
JP2016033987A (ja) * 2014-07-31 2016-03-10 株式会社東芝 変圧器
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