JPH07320954A

JPH07320954A - 静止誘導電器

Info

Publication number: JPH07320954A
Application number: JP6116230A
Authority: JP
Inventors: Kaoru Endo; 馨遠藤; Takashi Iga; 尚伊賀; Takashi Shirane; 隆志白根; Kiyosumi Hiraishi; 清澄平石; Hiroyuki Fujita; 裕幸藤田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-05-30
Filing date: 1994-05-30
Publication date: 1995-12-08

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明の目的は、巻線のコイル間絶縁耐力を向
上させることを可能とする静止誘導電器を提供するにあ
る。【構成】本発明では、静止誘導電器の絶縁用および絶縁
媒体の冷却通路構成用の絶縁物となるコイル間スペーサ
１２および直線スペーサ１３を芳香族ポリアミド繊維と
芳香族ポリアミドパルプから成る混抄合成紙と全芳香族
ポリアミドパルプ合成紙とを抄き合わせ抄造して熱カレ
ンダーした第１の層と、芳香族ポリアミド繊維と芳香族
ポリアミドパルプから成る混抄合成紙を熱カレンダーし
ない第２の層と、芳香族ポリアミド繊維と芳香族ポリア
ミドパルプから成る混抄合成紙を熱カレンダーした第３
の層で積層構成し、且つ、高電界となる巻線部分のコイ
ル間電界比の０.７５〜１.０の範囲に適用して静止誘導
電器巻線を形成することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は静止誘導電器に係り、特
に、被覆電線でコイルを構成し、絶縁物でコイル冷却用
通路を構成して冷却媒体を循環する構造に好適な大容量
の静止誘導電器に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、油入内鉄型変圧器は鉄心脚周囲
に低圧巻線、その周囲に主絶縁距離をとって高圧巻線が
同心状に配置される。それぞれの巻線が円板コイルで構
成される場合には、コイル間スペーサを介在させて絶縁
を保持するとともに、変圧器油循環用の巻線水平冷却通
路を確保する。また、主絶縁間には絶縁筒バリヤと直線
スペーサが巻線に沿って配置され、絶縁保持と巻線冷却
のための垂直の冷却通路が構成される。

【０００３】ガス絶縁変圧器においても、円板コイルで
構成される場合には、冷却通路を確保するためにコイル
間スペーサ，直線スペーサが同様に配置される。

【０００４】コイル間スペーサと円板コイルとの間、あ
るいは直線スペーサと円板コイルとの間にはくさび状の
ギャップが形成され、比誘電率の小さいこの部分に電界
が集中する。また、このような高電界のガスギャップ部
分では、スペーサ表面からの繊維毛羽があるとさらに電
界が集中する。一般に、固体絶縁物より絶縁・冷却媒体
となる液体、またはガスの絶縁強度が低いため、この部
分が破壊の出発点になる。

【０００５】したがって、静止誘導電器巻線の高耐電圧
化は、この部分の弱点を如何にしてなくすかにある。

【０００６】その手段の一つとして、特開昭62−147710
号公報（以下、公知例１とする）では、コイル間スペー
サにフッ素樹脂，ポリメチルペンテン，ポリプロピレ
ン，ポリエチレンなどを、また、導体の被覆絶縁にプラ
スチックフィルムとクラフト紙をラミネートした合成紙
を使用して低誘電率化を図り、油ギャップに加わる電界
を低下させた構成のものが記載されている。

【０００７】また、特開平4−262317 号公報（以下、公
知例２とする）では、木材パルプとメタ系芳香族ポリア
ミド繊維パルプとを混抄して、低誘電率でガス含浸性の
良いプレスボードとしたものが記載されている。

【０００８】もう一つの別の手段として、特開平3−159
215号公報（以下、公知例３とする)に記載されているよ
うに、硬い芯材と軟らかいクッション絶縁材とを積層し
てコイル間スペーサとし、くさび状ギャップをクッショ
ン絶縁材で充填することによって電気的な弱点部をなく
すようにしたものがある。

【０００９】また、特開平4−306812 号公報（以下、公
知例４とする）では、高ヤング率部材、例えば、エポキ
シ樹脂やポリエステル樹脂に絶縁性弾性部材、例えば、
ゴムやエラストマーを張り合わせてコイル間スペーサと
したものが記載されている。また、プレスボード表面か
らの毛羽立ちや発塵を抑える方法として、プレスボード
表面と下面にポリアミド，芳香族ポリアミド，ポリビニ
ルアルコール，ポリビニルアセタール等の熱可塑性高分
子繊維を漉き込み、熱プレスしたものが特開平4−35762
1 号公報（以下、公知例５とする）に記載されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、都市
部の電力需要の増大と防災の観点から、都市部の地下変
電所に設置する変圧器は、超高電圧で大容量，不燃化が
要求され、且つ省スペースの観点からコンパクト化が要
求される。

【００１１】通常、円板巻線変圧器の線路端に過渡電
圧、例えば雷インパルス電圧が侵入すると巻線内では電
位振動が起こり、円板コイル間には巻回数に比例しない
過大な電圧が加わる。

【００１２】ところが、不燃化を図ったガス絶縁変圧器
では、被覆電線から成るコイルとコイル間スペーサとの
間にくさび状のガスギャップが形成され、ガスの比誘電
率より固体絶縁物の比誘電率が大きいために生ずる電界
集中と不平等な電極形状によって生ずる電界集中とが相
俟ってこの部分は高電界部となり、絶縁の弱点になる。
また、絶縁物は巻線の温度上昇にも耐える必要があり、
耐熱性も要求される。したがって、（１）コイル被覆絶
縁材、コイル間スペーサなどを低誘電率絶縁材にして楔
状ガスギャップの電界集中を緩和すること、（２）楔状
ギャップをできるだけ作らないようにすること、また、
（３）高電界の楔状ギャップ部に毛羽立ちを起こさせな
いようにすること、などが変圧器巻線絶縁の高耐電圧化
につながるものであり、耐熱性のあるコンパクトな高電
圧大容量ガス絶縁変圧器を実現できるキーポイントは上
記３項目全てを解決することである。

【００１３】上記のことから、公知例１では、コイル間
スペーサ材の低誘電率化と表面平滑にして毛羽立ちをな
くす効果はあっても、楔状ギャップを小さくする工夫が
なされていない。また、公知例２では、低誘電率，耐熱
性はある程度達せられても、耐圧縮性絶縁物にしている
ため、くさび状ギャップを小さくすることはできない。
また、公知例３では、低密度の絶縁物でクッション性を
持たせることはできても、表面の毛羽をなくす工夫がな
されていない。

【００１４】公知例４では、ガス透過性のないゴムやエ
ラストマー，エポキシ樹脂やポリエステル樹脂を用いて
いるため、その張り合わせ面にボイドが残留して絶縁強
度が低下することに対しての考慮がなされていない。

【００１５】公知例５では、プレスボード表面からの発
塵は抑制できても、コイル間スペーサ材としてクッショ
ン性がないため、コイルとの間の微小ギャップを小さく
することはできない。そのため、その微小ギャップに電
界が集中し、絶縁耐力が低下する。

【００１６】本発明は上述の点に鑑みなされたもので、
その目的とするところは、コイル被覆絶縁材、コイル間
スペーサなどを耐熱性のある低誘電率絶縁材にして、く
さび状ガスギャップの電界集中を緩和すると共に、くさ
び状ギャップをできるだけ作らないようにして電界集中
部をなくすし、且つ、高電界部となる微小ギャップ部に
毛羽立ちのないようにすることによって、変圧器巻線絶
縁の絶縁耐力を向上させ小形，軽量で高電圧，大容量の
ガス絶縁変圧器を提供するにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明では上記目的を達
成するために、コイル間スペーサ材としてコイルに接す
る面から毛羽立ちをなくした薄い絶縁紙の第１の層，低
密度でクッション性のある絶縁紙の第２の層，高密度で
クッション性のない絶縁紙の第３の層、さらに第２の
層，第１の層を順次積層してコイル間スペーサとし、垂
直の冷却ダクトを確保するための直線スペーサ材とし
て、同様に第１の層，第２の層，第３の層を積層して直
線スペーサとし、巻線絶縁を構成するようにしたもので
ある。

【００１８】

【作用】上記の積層構造の絶縁ボードは、表面の第１層
で毛羽のない状態とし、クッション性のある第２の層は
コイルの圧縮力によって圧縮され、第３の層は硬い高密
度絶縁紙であるため、コイル間の冷却ダクト寸法を確保
する。第２の層が圧縮されることによって、第１の層の
表面はコイル面の形状に沿って変化し、くさび状のギャ
ップが小さくなり、より低電界側に形成されるように作
用する。また、第２の低密度絶縁紙層は低誘電率である
ため、微小ガスギャップの電界緩和作用もある。

【００１９】したがって、コイル間スペーサ，直線スペ
ーサは表面に毛羽立ちのない状態にでき、且つくさび状
のギャップを絶縁紙で埋め込んだ状態にして、絶縁物の
低誘電率化を図ることができる。

【００２０】

【実施例】以下、図示した実施例に基づいて本発明を詳
細に説明する。

【００２１】図１は本発明の実施例となる変圧器巻線の
構成を示すもので、該図の如く、鉄心１に第１の巻線４
と、その外側に第２の巻線３を同心状に巻回し、第１の
巻線４は上下から端子９１，９２を導出するとともに、
巻線の高さ位置ＳからＲまでを、絶縁材料の異なるコイ
ル間スペーサを用いて第３の巻線４０１を構成してい
る。

【００２２】また、第２の巻線３は、上下から中性点側
となる端子２１，２２をそれぞれ導出するとともに中央
部より線路端子３１を導出し、上下並列巻線を構成す
る。上部巻線の巻線高さ位置Ｐから線路端子３１までの
第４の巻線３０１、および下部巻線の巻線高さ位置Ｑか
ら線路端子３１までの第５の巻線３０２は、絶縁材料の
異なるコイル間スペーサを用いて巻線を構成している。
また、第３の巻線４０１と第４，第５の巻線３０１，３
０２との間の主絶縁間の巻線表面に配置される直線ダク
トは、中央部に配置するスペーサと絶縁材料が異なって
いる。

【００２３】図２は本発明の第４の巻線３０１の一部を
拡大して示したものである。該図の如く、絶縁筒（図示
しない）の外周面に所定の間隔をおいて固着された直線
スペーサ１３の外側にコイルを巻回して円板コイル１１
を構成し、コイル間スペーサ１２で水平冷却ダクトを保
つように円板コイル１１を積み重ね、直列に電線導体を
接続して巻線を構成している。

【００２４】コイル間スペーサ１２は図３に示すような
構造である。該図の如く、芳香族ポリアミドパルプ１０
０％からなる第１の合成紙と芳香族ポリアミド繊維と芳
香族ポリアミドパルプとを混抄した第２の合成紙とを抄
き合わせ抄紙して片面を芳香族ポリアミドパルプ１００
％として毛羽なしにしたアラミド紙１２１と、芳香族ポ
リアミドパルプと芳香族ポリアミド繊維から成る混抄合
成紙を熱カレンダーしないで低密度にし、クッション性
を持たせたアラミド紙１２２と、芳香族ポリアミドパル
プと芳香族ポリアミド繊維から成る混抄合成紙を熱カレ
ンダーして高密度にしたアラミド紙１２３と、さらに、
前記アラミド紙１２２、さらに前記アラミド紙１２１を
積層して５層構造にしたものである。

【００２５】また、直線スペーサ１３は図４に示すよう
な構造である。該図の如く、芳香族ポリアミドパルプと
芳香族ポリアミド繊維から成る混抄合成紙を熱カレンダ
ーして高密度にして断面を凸形状に成形したアラミド紙
１３３と、芳香族ポリアミドパルプと芳香族ポリアミド
繊維から成る混抄合成紙を熱カレンダーしないで低密度
にし、クッション性を持たせたアラミド紙１３２と、芳
香族ポリアミドパルプ１００％からなる第１の合成紙と
芳香族ポリアミド繊維と芳香族ポリアミドパルプとを混
抄した第２の合成紙とを抄き合わせ抄紙して片面を芳香
族ポリアミドパルプ１００％として毛羽なしにしたアラ
ミド紙１３１を積層して３層構造にしたものであり、ア
ラミド紙１３３の片面は絶縁筒５に密着して取り付けら
れる。

【００２６】この直線スペーサ１３は、絶縁筒５と巻線
間の垂直方向の冷却通路を保持するのと、コイル間スペ
ーサの横ずれをなくすためのガイドの役目を果たすもの
である。

【００２７】図５は前記コイル間スペーサ１２と直線ス
ペーサ１３を円板巻線に配置し、コイル１１によって圧
縮された状態の断面形状の変化を示したものである。コ
イル間スペーサ１２の高密度アラミド紙層１２３は圧縮
しても厚さは変わらないが、低密度でクッション性のあ
るアラミド紙層１２２は、コイルの下面、あるいは上面
の凹凸の形状に応じて変化し、コイル１１とコイル間ス
ペーサ１２との間に形成されるくさび状のギャップ１４
を埋め込むように作用する。

【００２８】薄い高密度アラミド紙層１２１は、厚さは
変わらずに低密度アラミド紙層122の形状変化に対応し
て変化する。低密度アラミド紙１２２は、熱圧プレスを
していないので表面に毛羽が起立しやすいものである
が、表面層に毛羽のない薄い高密度アラミド紙１２１を
配置することによりガスギャップ側に毛羽立ちがない状
態にしている。

【００２９】直線スペーサ１３は、コイル１１の側面で
圧縮されてクッション性の低密度アラミド紙層１３２が
側面の形状に応じて変化する。同様に直線スペーサ１３
とコイル１１との間に形成されるくさび状のギャップが
埋め込まれるように作用する。

【００３０】図６に低密度アラミド紙層を積層しない高
密度アラミド紙だけのスペーサの場合のコイル間の電界
分布を、図７に本発明の低密度アラミド紙層を中間に積
層した場合のスペーサについての電界分布を示す。

【００３１】図６において、コイル１１の絶縁被覆層２
０と高密度アラミド紙スペーサ５０との間に形成される
くさび状のガスギャップ１５は、等電位線２５の間隔が
狭くなり電界が高くなる。すなわち、ガス側の比誘電率
が１.０であるのに対し、コイルの絶縁被覆層２０やス
ペーサ５０は固体絶縁物であるため、比誘電率はそれよ
り大きく、例えば、プラスチックフィルムやアラミドボ
ードの場合３.０〜3.5であり、固体絶縁物の内部より電
界が集中する。一般にガス側の絶縁破壊強度は固体絶縁
物より弱いので、コイル間絶縁系の絶縁破壊はこのくさ
び状のガスギャップが発端になる。

【００３２】図７では低密度のアラミド絶縁紙層１２２
をコイル間スペーサの一部に積層しているため、コイル
１１で圧縮された部分は厚さが薄くなり、くさび状のガ
スギャップを埋め込むように形状が変化する。この結
果、くさび状のガスギャップ１４は電界集中が小さい部
分に形成されることになり、また、低密度のアラミド紙
１２２は比誘電率が小さいためにさらに電界集中は小さ
くなり、毛羽のない状態にできるため、絶縁破壊強度は
向上する。

【００３３】同様に、直線スペーサ１３においてもコイ
ル１１の絶縁被覆層の側面と直線スペーサ１３によって
形成されるくさび状のガスギャップは、低密度アラミド
紙１３２のクッション作用により埋め込むように形状が
変化し、新たに形成されるくさび状ガスギャップの電界
集中は小さくなり、絶縁破壊強度は向上する。

【００３４】ところで、図１に示した変圧器巻線の線路
端子３１から雷インパルス電圧が侵入した場合、巻線内
で電位振動が起こり、巻線のコイル間やターン間には巻
き回数に比例しない過大な電圧が加わる。

【００３５】すなわち、図８に巻線の高さと電位の関係
を示したように、周波数の低い交流電圧ではＢで示す特
性のような直線分布になるが、雷インパルス電圧のよう
な過渡周波数領域ではＡで示す特性のような分布にな
る。Ａ特性は線路端に近いほどコイル間やターン間に発
生する電圧が大きくなり、コイル間の電界の大きさと巻
線高さの関係は図９のようになる。

【００３６】該図に示すごとく、電界Ｅｃは巻線高さ位
置Ｐのコイル間の電界であり、この位置より線路端子３
１までが高電界となる巻線部分であり、絶縁強化をしな
ければならない部分である。

【００３７】なお、本発明のコイル間スペーサおよび直
線スペーサを適用したモデルでの実験では雷インパルス
破壊電圧が約１.３〜１.４倍向上することが確認でき
た。

【００３８】したがって、コイル間電界比が０.７５〜
１.０の範囲の巻線部分に本発明のコイル間スペーサ１
２および直線スペーサ１３を適用すれば経済的により効
果的である。なお、直線スペーサ１３は部分的に適用す
るよりも巻線の上下を一体物として適用した方が組立て
作業上容易な場合があり、電界比が０.７５以下の部分
に適用しても絶縁性能が変わるものではない。

【００３９】本発明の他の実施例として、第２の低密度
アラミド紙と、第３の厚手の高密度アラミド紙と、さら
に第２の低密度アラミド紙を積層し、これを一括して第
１の薄手の高密度アラミド紙で袋巻きしてコイル間スペ
ーサを構成してもクッション性は保持できる。

【００４０】本実施例では側面からの毛羽発生を防止で
きるので上記と同等以上の耐電圧向上の効果を得ること
が可能である。

【００４１】本発明はガス絶縁の静止誘導電器だけでな
く、液体を絶縁・冷却媒体とした静止誘導電器にも適用
可能であり、絶縁耐力の高い静止誘導電器にすることが
できる。

【００４２】

【発明の効果】以上説明した本発明の静止誘導電器によ
れば、高電界となる巻線部分のコイル間スペーサおよび
直線スペーサに、表面の第１の層に薄い高密度アラミド
紙を、第２の層に低密度でクッション性のあるアラミド
紙を、さらに第３の層に厚手の高密度アラミド紙を積層
したスペーサ材を適用することにより、くさび状のガス
ギャップ部分を毛羽のない状態にでき、高電界部分を低
密度アラミド紙で埋め込む構造にでき、且つ、スペーサ
の低誘電率化を図ることができるので、高い絶縁耐力で
小形軽量化を可能とした静止誘導電器を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の静止誘導電器の一実施例の電器構成を
示す説明図である。

【図２】同じく一実施例の巻線の絶縁構成を示す部分斜
視図である。

【図３】同じく一実施例のコイル間スペーサの構成を示
す斜視図である。

【図４】同じく一実施例の直線スペーサの構成を示す斜
視図である。

【図５】同じく一実施例の巻線要部の断面図である。

【図６】静止誘導電器巻線のコイル間の電界分布状態を
示す図である。

【図７】本発明の静止誘導電器の一実施例のコイル間の
電界分布状態を示す図である。

【図８】静止誘導電器の巻線高さと電位の関係を示す特
性図である。

【図９】静止誘導電器の巻線高さと電界の関係を示す特
性図である。

【符号の説明】

１…鉄心、３…第２の巻線、４…第１の巻線、５…絶縁
筒、１１…コイル、１２…コイル間スペーサ、１３…直
線スペーサ、１４…くさび状ガスギャップ、１５…くさ
び状ガスギャップ、２０…絶縁被覆層、２１，２２…中
性点端子、２５…等電位線、３１…線路端子、５０…高
密度アラミド紙コイル間スペーサ、９１，９２…端子、
１１１…コイル導体、１２１…薄い高密度アラミド紙、
122…低密度アラミド紙、１２３…高密度アラミド紙、
１３１…薄い高密度アラミド紙、１３２…低密度アラミ
ド紙、１３３…高密度アラミド紙、３０１…第４の巻
線、３０２…第５の巻線、４０１…第３の巻線。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者平石清澄茨城県日立市国分町一丁目１番１号株式会社日立製作所国分工場内 (72)発明者藤田裕幸茨城県日立市国分町一丁目１番１号株式会社日立製作所国分工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁紙を巻回した電線から成るコイルと、
絶縁用および絶縁媒体の冷却通路構成用の絶縁物とを備
えた静止誘導電器において、前記絶縁物は、芳香族ポリアミド繊維と芳香族ポリアミ
ドパルプとから成る混抄合成紙と全芳香族ポリアミドパ
ルプ合成紙を抄合わせ抄造して表面を毛羽なしにした第
１の層と、芳香族ポリアミド繊維と芳香族ポリアミドパ
ルプから成る混抄合成紙を熱カレンダーしない第２の層
と、芳香族ポリアミド繊維と芳香族ポリアミドパルプか
ら成る混抄合成紙を熱カレンダーした第３の層で積層構
成されることを特徴とする静止誘導電器。
【請求項２】前記絶縁物は、高電界となる巻線部分のコ
イル間電界比の０.７５〜１.０の範囲に適用されて巻線
が構成されることを特徴とする請求項１記載の静止誘導
電器。
【請求項３】前記コイルに接する面から順に第１の層，
第２の層，第３の層になるように配置する円板巻線のコ
イル間スペーサであることを特徴とする請求項１、又は
２記載の静止誘導電器。
【請求項４】前記絶縁物は、巻線の垂直の冷却ダクトを
構成する直線スペーサであることを特徴とする請求項
１、又は２記載の静止誘導電器。
【請求項５】前記絶縁物の第１の層は前記コイルとの間
に形成される楔状のギャップの毛羽の発生を抑制するた
めに熱カレンダーした薄い絶縁紙、第２の層はクッショ
ン性を持たせたやや厚手の低密度絶縁紙、第３の層はク
ッション性のない厚手の高密度絶縁紙であることを特徴
とする請求項１、又は２記載の静止誘導電器。
【請求項６】前記第２の層と第３の層と第２の層を積層
し、その周囲を前記第１の層で包囲したコイル間スペー
サであることを特徴とする請求項１、又は２記載の静止
誘導電器。
【請求項７】前記絶縁物は、少なくとも０.３ＭＰａ以
上の絶縁ガスを封入した静止誘導電器巻線の絶縁物であ
ることを特徴とする請求項１、又は２記載の静止誘導電
器。