JPH0727619Y2 - 計器用変圧器 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、軸線方向の長さが異なる複数の筒状巻線層を
同心状に段積みしてなる高圧巻線を備えた計器用変圧器
に関するものである。

［従来の技術］ 第２図には、ガス絶縁計器用変圧器の概略構成を示して
ある。同図において１は環状の積層鉄心であり、２は積
層鉄心１の継鉄部を囲むように設けられた低圧巻線であ
る。低圧巻線２は、図示しないボビンに絶縁巻線導体を
巻回して構成される。なお巻回した絶縁巻線導体の上に
は、プラスチックフィルム層を介して接地電極が１ター
ンを形成しないようにして設けられ、この接地電極は鉄
心１に電位固定されている。３は、軸線方向の長さが異
なる２つの筒状巻線層４及び５が段積みされて構成され
た高圧巻線（一次巻線）である。この高圧巻線３は、絶
縁層又は空間を介して低圧巻線２の外側に低圧巻線２と
同心状になるように配置されている。内側の筒状巻線層
４の上には、銅板又はアルミ板等からなる中間シールド
板６が１ターンを形成しないようにして巻付けられ、外
側の筒状巻線層５の外周には導電性支持部材７を介して
銅板又はアルミ板等からなる高圧シールド板８が１ター
ンを形成しないようにして設けられている。

複数の筒状巻線層を段積みすることにより、すなわち断
面形状で見た場合に軸線方向の両側に段部が形成され且
つ径方向外側に行くに従って幅が狭くなるように複数の
筒状巻線層を同心状に重ねて配置することによって、高
圧巻線３を構成する技術は、電界を緩和するために従前
より行なわれている。計器用変圧器では、一般的に電界
の関係で各筒状巻線層の巻線のターン数及び各筒状巻線
層の径方向の厚み寸法が実質的に同じになるようにし
て、複数の筒状巻線層を段積みしている。各筒状巻線層
を形成する場合に、同じ絶縁巻線導体を径寸法と軸線方
向の長さ寸法とが異なるボビンに同じターン数だけ巻回
すると、内側の筒状巻線層になるほどその厚み寸法が小
さくなってしまう。そのため単純に巻線導体を巻回した
だけでは、各筒状巻線層の厚み寸法を実質的に同じ寸法
にすることができない。そこで従来から、筒状巻線層の
厚みを略一定にするために次のような工夫がなされてい
る。

絶縁巻線導体の導体の径寸法を大きくする。

径寸法が同じ巻線導体を用いる場合には、複数本の絶
縁巻線導体を並列接続してボビンに巻回する。

［考案が解決しようとする課題］ 上記の方法を用いれば、各筒状巻線層の厚みを略一定に
することができるが、内側の筒状巻線層になるに従って
巻線層全体の抵抗値が小さくなり、巻線層全体の巻線重
量が重くなる。このような状態は、計器用変圧器の通常
の運転状態においては特に問題にはならない。しかしな
がら、第３図に概略単線結線図を示したように、計器用
変圧器９を交流電源10側の線路遮断器11よりも線路側に
配置すると次のような問題が生じる。遮断器11が開放さ
れると、一般的な条件下では対地静電容量Ｃに充電され
た系統電荷は、計器用変圧器９の高圧巻線３を通して放
電されることになる。系統電荷放電試験を行って各筒状
巻線層の温度上昇を測定したところ、最外層の筒状巻線
層の温度が他の層の温度と比べて数倍も高くなることが
判った。このことは、従来の計器用変圧器の電荷放電能
力が、実質的に最外層の筒状巻線層の電荷放電能力によ
って決まることを意味している。そのため従来は、対地
静電容量が大きい場所で用いられる計器用変圧器として
は、系統電荷の放電を考慮してかなり定格の大きな変圧
器を用いる必要があった。

本考案の目的は、軸線方向の長さが異なる複数の筒状巻
線層が同心状に段積みされてなる高圧巻線を備えた計器
用変圧器において、簡単な構成で電荷放電能力を大きく
することができる計器用変圧器を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本考案においては、上記問題点を解決するために、複数
の筒状巻線層のそれぞれの抵抗値が、各筒状巻線層の巻
線重量に応じて大きくなるように各筒状巻線層を構成す
る。

尚「複数の筒状巻線層のそれぞれの抵抗値が、各筒状巻
線層の巻線重量に応じて大きくなる」とは、各筒状巻線
層の巻線重量の増加に応じて各筒状巻線層の抵抗値が完
全な比例関係を持って大きくなる場合のみを意味するも
のではなく、巻線重量に対する抵抗値の増加の割合は、
使用する巻線導体の許容温度に応じてある程度の範囲内
でバラツキを持っていてもよい。また、各筒状巻線層の
発熱を略均等に行なわせるためには、複数の筒状巻線層
のそれぞれの抵抗値と巻線重量との比を略等しくするよ
うに各筒状巻線層を構成する。

［作用］ 複数個の筒状巻線層で線路に充電されるエネルギＷが消
費される場合の、各筒状巻線層の温度上昇は次の式から
ある程度計算によって求めることができる。

但し、上記式においてR1〜Rnは各筒状巻線層の抵抗値で
あり、RxはＸ層の抵抗値である。またCwは巻線導体の比
熱であり、GxはＸ層の巻線導体の重量すなわち巻線重量
である。

この式から、各筒状巻線層の系統電荷放電時の温度上昇
は抵抗値Rxに比例し、巻線重量Gxに反比例するというこ
とが判る。系統電荷放電時の各筒状巻線層の温度上昇を
等しくするためには、各筒状巻線層の抵抗値と巻線重量
との比［Rx/Gx］を同じにすればよい。各筒状巻線層の
温度上昇を略等しくしないまでも、最外層の筒状巻線層
に発熱を集中させないようにするためには、複数の筒状
巻線層のそれぞれの抵抗値を、各筒状巻線層の巻線重量
に応じて大きくなるように各筒状巻線層を構成すればよ
い。筒状巻線層の巻線重量に応じて各層の抵抗値を大き
くすれば、系統電荷放電時の発熱が一つの筒状巻線層に
集中しなくなり、各筒状巻線層で放電エネルギＷを分担
して消費することができる。

［実施例］ 以下図面を参照して、本考案の計器用変圧器の実施例を
詳細に説明する。

第２図に示した従来の計器用変圧器と同様に、高圧巻線
を２段積みした場合の実施例について説明する。基本構
成は、第２図の従来の変圧器と同じである。本実施例の
変圧器では、内側の巻線層４の厚みを外側の巻線層５と
略等しくし、また軸線方向の長さを所定寸法まで長くす
るために、巻線層４を構成する巻線導体として径寸法の
大きな導体を用いている。そして内側の巻線層４を構成
する巻線導体として、巻線層５を構成する巻線導体より
も導電率の小さい即ち抵抗率の大きな導体を用いてい
る。本実施例では、巻線層４の全体の抵抗値R2及び巻線
層５の全体の抵抗値R1とそれぞれの巻線重量G2及びG1と
が、下記（１）式の関係になるように、巻線層４を構成
する巻線導体を選択している。

R1/G1＝R2/G2 …（１） R2＝R1×（G2/G1） …（２） 一般的に、複数（ｎ層）の筒状巻線層を段積みして高圧
巻線を構成した場合に、各筒状巻線層で線路に充電され
たエネルギＷ（1/2・CV²）を消費する場合の、各筒状巻
線層のそれぞれの温度上昇は次の（３）式からある程度
計算によって求めることができる。

但し、上記式においてR1〜Rnは各筒状巻線層の抵抗値
［ＫΩ］であり、RxはＸ層の抵抗値［ＫΩ］である。ま
たCwは巻線導体の比熱［J/kg・℃］であり、GxはＸ層の
巻線導体の重量すなわち巻線重量［kg］である。

この式から、各筒状巻線層の系統電荷放電時の温度上昇
は抵抗値に比例し、巻線重量に反比例するということが
判る。また上記式から系統電荷放電時の各筒状巻線層の
温度上昇を等しくするためには、各筒状巻線層の抵抗値
と巻線重量との比Rx/Gxを同じにすればよいことが判
る。上記（１）式の関係は、（３）式より導かれたもの
である。

そこで、具体的に各筒状巻線層4,5の温度上昇がどのよ
うになるかを計算によって以下に例示する。なお条件を
次の通り仮定する。

対地静電容量Ｃ＝10μＦ 巻線導体の比熱（銅線）＝386［J/kg・℃］ エネルギＷ＝（1/2）CV² ＝（1/2）×10×10^-6×（337×10³）^２ ＝568×10³［Ｊ］ まず比較のために従来の変圧器について計算する。従来
の変圧器が、巻線層４の巻線導体として抵抗率が巻線層
５の導体と等しく且つ径寸法が大きいものを用いている
ものとする。そして、第１図（Ｂ）に示すように下層の
巻線層４の巻線重量が30kgで抵抗値が10KΩ、上層の巻
線層５の巻線重量が20kgで抵抗値が30KΩとする。これ
らの数値と上記条件を（３）式に挿入して、系統電荷放
電時の巻線層４の温度上昇θ２及び巻線層５の温度上昇
θ１を求めると次の通りになる。

この結果から判るように、従来の変圧器では、外側の巻
線層５の温度上昇θ１が内側の巻線層４の温度上昇θ２
の４倍以上になる。

これに対して、本実施例では巻線層４を構成する巻線導
体として径の大きな導体を用いる場合、または並列巻線
を用いる場合のいずれの場合においても、上記（２）式
の関係を満たすように巻線層４を構成した。第１図
（Ａ）に示すように内側の巻線層４の巻線重量が30kgの
場合には、巻線層４の抵抗値R2が45KΩになるようにし
た。このようにすると、下記の通り理論的には巻線層４
の温度上昇θ２及び巻線層５の温度上昇θ１は等しくな
る。

実際の測定値は、導体材料の比熱の相違や巻線層の構造
の相違によって計算値と若干異なるが、計算値に略近い
値になることを確認した。上記実施例のように、各巻線
層の放熱温度を等しくして外側の巻線層５の温度上昇θ
１を約1/2にすることができれば、高圧巻線全体の電荷
放電能力を約２倍にすることができる。したがって従来
よりも定格の小さい変圧器を用いて、系統電荷の放電を
行わせることができる。

上記実施例のように、巻線重量を変えずに、各巻線層の
抵抗値と巻線重量との比を等しくすれば、電荷放電能力
を従来の約２倍まで高めることができる。巻線重量を大
きくすれば更に電荷放電能力を高めることも可能であ
る。しかしながら、本実施例のように、各巻線層の抵抗
値と巻線重量との比を完全に等しくさせなくても、巻線
重量の増加に応じて適宜の割合で巻線層の抵抗値を大き
くすれば、従来よりも電荷放電能力を高めることができ
る。したがって、本考案を実施する場合には、変圧器の
設置場所に応じて、使用する巻線導体の許容温度を考慮
した範囲内で各巻線層の抵抗値を適宜に選択する。

上記実施例においては、巻線層４の巻線重量G2従来と同
じにして、抵抗値R2を変えているが、巻線重量G2を従来
と同じにする必要はなく、巻線層４の巻線重量及び抵抗
値の両方を適宜に変えることもできる。例えば抵抗値を
変えずに、巻線重量を更に重くすれば温度は下がり、巻
線重量を軽くすると温度は上がる。したがって、この点
を考慮して抵抗値と巻線重量を適宜に選択すればよい。

また上記実施例は、２層の段積み高圧巻線を用いた場合
の実施例であるが、高圧巻線が３層以上の多段積み高圧
巻線にも本考案を適用できるのは勿論である。

また上記実施例では径寸法の大きな巻線導体を用いて巻
線層４を構成したが、複数本の巻線導体を並列にボビン
に巻回する場合にも、本考案を適用できる。複数本の巻
線導体を並列に巻回して巻線層４を構成する場合には、
同じ抵抗率の巻線導体を用いて上記（２）式を満足させ
てもよいが、抵抗率の異なる巻線導体を用いて上記
（２）式を満足させることもできる。また並列接続され
る巻線導体の数を減らすことにより抵抗値を変えること
もできるが、この場合には従来と同様の本数の巻線導体
を並列に巻回して、必要な本数の導体だけを電気的に並
列接続する。このようにすれば、巻線層４の厚みを変え
ることなく抵抗値を変えることができる。

［考案の効果］ 本考案によれば、複数の筒状巻線層のそれぞれの抵抗値
が、各筒状巻線層の巻線重量に応じて大きくなるように
各筒状巻線層を構成したので、最外層の筒状巻線層に発
熱を集中させることなく、各筒状巻線層の巻線重量に応
じて系統電荷放電時の放電エネルギＷを各筒状巻線層で
分担して消費することができる。したがって簡単な構成
で、計器用変圧器の電荷放電能力を従来よりも高めるこ
とができる利点がある。特に、各筒状巻線層の抵抗値と
巻線重量との比が略等しくなるように各筒状巻線層を構
成すれば、各筒状巻線層の温度上昇を略等しくすること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）は本考案の実施例の高圧巻線の抵抗値と巻
線重量の関係を示す図、第１図（Ｂ）は従来の変圧器の
高圧巻線の抵抗値と巻線重量の関係を示す図、第２図は
計器用変圧器の概略構成の一例を示す図、第３図は計器
用変圧器が用いられる系統の単線結線図である。 １…鉄心、２…低圧巻線、３…高圧巻線、4,5…筒状巻
線層、６…中間シールド板、８…高圧シールド板、９…
計器用変圧器、10…交流電源、11…線路遮断器、Ｃ…対
地静電容量。

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】軸線方向の長さが異なる複数の筒状巻線層
   が同心状に段積みされてなる高圧巻線を備えた計器用変
   圧器において、 前記複数の筒状巻線層のそれぞれの抵抗値が、各筒状巻
   線層の巻線重量に応じて大きくなるように前記各筒状巻
   線層が構成されていることを特徴とする計器用変圧器。
2. 【請求項２】前記複数の筒状巻線層のそれぞれの抵抗値
   と巻線重量との比が略等しくなるように前記各筒状巻線
   層が構成されている請求項１に記載の計器用変圧器。