JPH11111539A - 静止誘導電気機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 巻線端部及び巻線間における絶縁距離を、絶
縁信頼性を落とすことなく縮小し、全体として小型化可
能な静止誘導電気機器を提供する。 【解決手段】 鉄心３に同軸に巻回された巻線１，２と
の間に、絶縁筒１０，８を同軸に配置する。巻線１，２
端部のアングルリング７の高さ方向の端部と絶縁筒１
０，８の端部とが、重なり合うように密着して取り付け
る。絶縁筒１０と絶縁筒８との間におけるアングルリン
グ７と絶縁筒１０，８とが重なる部分に対応する位置
に、間隔片１１を挿入し、他の位置にダクトピース９を
挿入する。間隔片１１を、アングルリング７と絶縁筒１
０，８とが重なる部分の長さｌよりも長く形成する。間
隔片１１として、絶縁筒１０，８、アングルリング７な
どの他の絶縁物よりも誘電率の小さいものを用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄心の周囲に複数
の巻線が設けられた静止誘導電気機器に係り、特に、巻
線端部及び巻線間における絶縁構造に改良を施した静止
誘導電気機器に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近の電力需要の高まりによって、変電
所等に設置される変圧器などの静止誘導電気機器は、ま
すます大容量化している。一方、土地の高騰等による変
電所用地取得の困難性から、大都市近くにおける変電所
は、地下に建設される場合が増加している。しかし、地
下変電所はスペース的な制約が大きいため、設置される
変圧器は、その絶縁信頼性を落とすことなく小型化して
製作する必要があり、これが今日の技術課題となってい
る。

【０００３】このような小型化を図った変圧器の巻線端
部の絶縁構成の一例を、図５に示す。すなわち、ヨーク
鉄心５によって連絡された鉄心（鉄心脚）３の周りに
は、同軸上に巻線１，２が巻回されている。この巻線
１，２は、複数のコイル４が縦方向に積み重ねられるこ
とによって構成されている。そして、巻線１，２の間に
は、巻線２を巻回する絶縁筒８が二重に設けられてい
る。さらに、巻線１，２端部のコイル４近傍には、ヨー
ク鉄心５と対向する側に、静電シールド６が取り付けら
れている。この静電シールド６は、巻線１，２の端部の
電界緩和を図り、絶縁強度を高めるものである。

【０００４】また、静電シールド６とヨーク鉄心５との
間及び巻線１，２の間には、断面が概略Ｌ形をした絶縁
物であるアングルリング７が取り付けられている。この
アングルリング７の高さ方向の端部は、絶縁筒８の端部
と重なり合っている。そして、巻線１側の絶縁筒８と、
巻線２側の絶縁筒８との間には、アングルリング７、絶
縁筒８を巻線間に固定するとともに、その間隔を保つよ
うに、断面が概略長方形の絶縁物であるダクトピース９
が挿入されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ように、絶縁信頼性などを落とすことなく、機器の小型
化を実現するためには、上記のような構成の従来の静止
誘導電気機器には、次のような技術的な課題がある。す
なわち、変圧器の高さ方向の小型化を図る場合には、巻
線１，２等の各部材の高さ及びその間隔を縮小すること
が考えられる。特に、図５に示すように、静電シールド
６には電流は流れず、巻線の役目を果たしていないの
で、静電シールド６を省略することによって、巻線１，
２端部からヨーク鉄心５までの間の絶縁距離を縮小する
ことが有効である。しかし、静電シールド６を省略する
と、巻線１，２の端部に電界が集中し、その部分の絶縁
強度が低下することになる。

【０００６】これに対処するために、絶縁物をコイル４
に厚く巻き付けると、巻線１，２からの熱の放出が悪く
なるという問題がある。さらに、巻線１，２からの発熱
を防止するため、端部の導体を太くすることが考えられ
るが、この場合においては、巻線の製作途中で、他の部
分の一般の導体と太い導体とを接続しなければならず、
製作工数が多く必要となる。

【０００７】次に、巻線１，２の径方向の小型化を図る
場合について考える。ここで、巻線１，２の径方向で電
界が集中する部分は、ヨーク鉄心５と他方の巻線によっ
て囲まれた巻線１，２の端部周辺である。特に、絶縁筒
８とアングルリング７とが重なり合った部分は、高誘電
率のダクトピース９が挿入されている割合が他の部分に
比べて大きくなっている。このため、電界集中が他の部
分より大きく、小型化、縮小化は困難である。

【０００８】本発明は、上記のような従来技術の問題点
を解決するために提案されたものであり、その目的は、
巻線端部及び巻線間における絶縁距離を、絶縁信頼性を
落とすことなく縮小し、全体として小型化可能な静止誘
導電気機器を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記のような目的を達成
するため、請求項１記載の発明は、鉄心の周りに、絶縁
された銅線を同軸上に巻回してなる少なくとも２個の巻
線を有する静止誘導電気機器において、対向する前記２
個の巻線間に２個の絶縁筒が同軸に設けられ、前記巻線
端部近傍における前記絶縁筒の端部には、概略断面がＬ
字形の絶縁リングの端部が重なり合うように取り付けら
れ、前記２個の絶縁筒の間には、前記絶縁リングと重な
り合う位置に対応する部分に、前記絶縁筒及び前記絶縁
リングよりも誘導率の小さい絶縁性の間隔片が挿入され
ていることを特徴とする。

【００１０】以上のような請求項１記載の発明では、巻
線端部近傍における絶縁筒と絶縁リングとが重なり合う
部分は電界集中しやすい部分であるが、当該部分に挿入
された間隔片は、電界集中に影響する誘電率が絶縁筒及
び絶縁リングよりも小さい。従って、当該部分の電界を
緩和することができ、耐圧向上を望めるので小型化が容
易となる。

【００１１】請求項２記載の発明は、請求項１記載の静
止誘導電気機器において、前記間隔片は、断面が概略波
形であることを特徴とする。以上のような請求項２記載
の発明では、間隔片が概略波形であるために誘電率が小
さく、電界を緩和できる。

【００１２】請求項３記載の発明は、請求項１記載の静
止誘導電気機器において、前記間隔片は、ハニカム構造
材からなることを特徴とする。以上のような請求項３記
載の発明では、間隔片がハニカム構造材であるために誘
電率が小さく、電界を緩和できる。

【００１３】請求項４記載の発明は、ヨーク鉄心によっ
て連結された鉄心脚の周りに、絶縁された銅線を同軸上
に巻回してなる少なくとも２個の巻線を有し、前記巻線
はそれぞれ複数のコイルによって構成されている静止誘
導電気機器において、前記巻線における少なくとも一方
の端部のコイルには、前記ヨーク鉄心に対向する側に、
絶縁性の詰め物が取り付けられ、前記端部のコイル及び
前記詰め物の周囲は、絶縁紙によって一括して絶縁され
ていることを特徴とする。

【００１４】以上のような請求項４記載の発明では、ヨ
ーク鉄心と巻線端部との間の電界緩和のための静電シー
ルドを省略しても、詰め物とともに絶縁紙で一括して絶
縁された巻線端部のコイルは、ヨーク鉄心側が詰め物の
ために絶縁被覆厚が厚くなり、反対側が絶縁紙のみで絶
縁被覆厚が薄くなっているので、電界集中を緩和しつ
つ、放熱を確保できる。

【００１５】請求項５記載の発明は、請求項４記載の静
止誘導電気機器において、前記詰め物は、ゴム弾性体か
らなることを特徴とする。以上のような請求項５記載の
発明では、絶縁性の詰め物としてゴム弾性体を用いてい
るので、コイルとの間のギャップがなくなり、安定した
絶縁特性が得られる。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面を参照
して以下に説明する。なお、請求項に記載の絶縁リング
はアングルリング７とし、図５に示した従来技術と同様
の部材は同一の符号を付して説明を省略する。

【００１７】（１）第１の実施の形態 （構成）請求項１記載の発明に対応する実施の形態を、
図１を参照して説明する。なお、本実施の形態は、絶縁
のために絶縁紙及びＳＦ6 ガスなどの絶縁性ガスを使用
した複合絶縁構成の変圧器として構成されたものとす
る。すなわち、巻線１，２との間には絶縁筒１０，８が
同軸に配置され、アングルリング７の高さ方向の端部と
絶縁筒１０，８の端部とは、重なり合い、密着して取り
付けられている。

【００１８】そして、絶縁筒１０と絶縁筒８との間に
は、アングルリング７と絶縁筒１０，８とが重なる部分
に対応する位置に間隔片１１が挿入され、他の位置に従
来技術と同様のダクトピース９が挿入されている。この
間隔片１１は、アングルリング７と絶縁筒１０，８とが
重なる部分の長さｌよりも長い。さらに、間隔片１１
は、その誘電率が絶縁筒１０，８、アングルリング７な
どの他の絶縁物よりも小さいものが用いられている。

【００１９】（作用効果）以上のような本実施の形態の
作用効果を説明する。本実施の形態は、絶縁物として絶
縁紙及びＳＦ6 などの絶縁性ガスを使用しているが、こ
のような複合絶縁構成をとる場合においては、一般に、
絶縁紙に比べてガスギャップの方が絶縁強度が低いの
で、ガスギャップ部の電界で検討することにする。

【００２０】すなわち、従来のダクトピース９の誘電率
をε１とし、本実施の形態における間隔片１１の誘電率
をε２とすると、絶縁物で囲まれた楔状のガスギャップ
には、それと接する絶縁物の誘電率倍の電界が加わるこ
とになるので、本実施の形態の間隔片１１における絶縁
物に囲まれた楔状のガスギャップには、従来のε２／ε
１倍の電界が加わることになる。

【００２１】ここで、上記のように、ε１＞ε２の関係
があるので、本実施の形態においては、電界を従来技術
以下に緩和することができ、その分耐圧向上が望める。
従って、従来と同じ電界値を採用する場合においても絶
縁距離の縮小が図れ、変圧器全体を小型化することが可
能となる。

【００２２】（２）第２の実施の形態 （構成）請求項２記載の発明に対応する実施の形態を、
図２、図３を参照して説明する。すなわち、本実施の形
態においては、アングルリング７と絶縁筒１０，８とが
重なる部分に対応する位置に、厚さが薄く断面が概略波
形をした絶縁物である間隔片１２が挿入されている。

【００２３】（作用効果）以上のような本実施の形態の
作用効果を、図３を参照して説明する。なお、図３
（ｂ）は、図２のＡ−Ａ断面の概略図であり、図３
（ａ）は、図５に示した従来技術におけるＢ−Ｂ断面の
概略図である。すなわち、図３において、電極（巻線）
に電圧Ｕが加わった場合、絶縁物の誘電率をεＰとする
と、従来の断面が概略長方形のダクトピース９がある部
分のガスギャップに換算した電界Ｅｇは、次の式１とし
て与えられる。

【００２４】

【数１】 Ｅｇ＝εＰ・Ｕ／（ｔ１＋ｔ２＋ｔ３＋ｔ４） …式１ 一方、本実施の形態の場合の電界Ｅｏは式２のようにな
り、Ｅｇ／Ｅｏは式３のようになる。

【００２５】

【数２】 Ｅｏ＝εＰ・Ｕ／（ｔ１＋ｔ２＋ｔ３＋εＰ・ｔ４） …式２

【数３】 Ｅｇ／Ｅｏ＝１＋｛ｔ４・（εＰ−１）／（ｔ１＋ｔ２＋ｔ３＋ｔ４）｝ …式３ 一般に、絶縁物を絶縁紙で使用する場合εＰは約３．５
であるので、Ｅｇ／Ｅｏ＞１．０となり、本実施の形態
においては、従来技術よりもガスギャップに加わる電界
が低下することになる。

【００２６】以上のことから、本実施の形態において
は、従来と同じ電界値を採用する場合においても絶縁距
離の縮小が図れ、変圧器の小型化が可能となる。また、
変圧器の巻線１，２間には機械力が加わるが、断面が波
形の間隔片１２は、機械力が働かない巻線１，２の端部
付近、特に、絶縁筒１０，８とアングルリング７とが重
なる部分のみに設けられ、他の機械力が働く部分は従来
と同様のダクトピース９が設けられているので、機械的
強度を確保することができる。

【００２７】（３）第３の実施の形態 （構成）請求項４及び請求項５記載の発明に対応する実
施の形態を、図４を参照して説明する。すなわち、巻線
１，２の端部のコイル４には、ヨーク鉄心５に向かい合
う側に、絶縁物であるエラストマなどのゴム弾性体によ
って形成された詰め物５１が取り付けられている。この
詰め物５１は、ヨーク鉄心５に対向する側の端部は極率
が小さく（曲率半径が大きく）、コイル４と対向する側
の端部は極率が大きく（曲率半径が小さく）なるように
形成されている。そして、詰め物５１及びコイル４の周
囲は、一括して絶縁紙５２によって絶縁されている。

【００２８】（作用効果）以上のような本実施の形態の
作用効果を説明する。すなわち、巻線１，２の端部のコ
イル４には、絶縁物である詰め物５１が取り付けられて
いるので、ガスギャップ部分の電界は、詰め物５１の先
端に集中する。しかし、その端部の曲率半径が大きく形
成されているので、絶縁物を取り付けない場合よりも電
界集中が緩和され、その分耐圧が向上する。

【００２９】また、コイル４の上部側に詰め物５１を取
り付けた上に、絶縁紙５２によって一括に絶縁するの
で、詰め物５１は薄くてもよい。そして、コイル４から
の熱の放出は、詰め物５１が無く絶縁紙５２のみの下部
側より実施できるので、絶縁物をコイル４全体に厚く巻
き付け、コイル４の導体を太くすることによって発熱を
防ぐ必要は無く、製作が容易となる。

【００３０】そして、詰め物５１は、ゴム弾性体で製作
されているため、コイル４との間のガスギャップがなく
なり、安定した絶縁構成が得られる。さらに、上記のよ
うにコイル４全体を厚くせず、巻線１，２端部の電界を
緩和できるので、従来必要であった静電シールド６を省
略することができ、変圧器の高さを低くして小型化を図
ることができる。

【００３１】（４）他の実施の形態 本発明は上記のような実施の形態に限定されるものでは
ない。例えば、上記の第１の実施の形態において、絶縁
筒１０，８及びアングルリング７として絶縁紙を用いた
場合、間隔片１１として絶縁物の存在率の少ないハニカ
ム構造材を用いれば、誘電率が小さくなり、ε１＞ε２
の関係が成立するので、第１の実施の形態と同様の作用
効果が得られる。また、第３の実施の形態における詰め
物５１は、絶縁性のものであればよく、ゴム弾性体に限
定するものではない。さらに、上記の実施の形態は、ガ
ス絶縁変圧器の例であるが、油入変圧器においても同様
に適用可能であり、リアクトル等の他の静止誘導電気機
器にも適用可能である。

【００３２】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、巻
線端部及び巻線間における絶縁距離を、絶縁信頼性を落
とすことなく縮小し、全体として小型化可能な静止誘導
電気機器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示す縦断面図であ
る。

【図２】本発明の第２の実施の形態を示す縦断面図であ
る。

【図３】図５のＢ−Ｂ断面図（ａ）、図２のＡ−Ａ断面
図（ｂ）である。

【図４】本発明の第３の実施の形態を示す縦断面図であ
る。

【図５】従来の変圧器の巻線端部の一例を示す縦断面図
である。

【符号の説明】

１，２…巻線 ３…鉄心 ４…コイル ５…ヨーク鉄心 ６…静電シールド ７…アングルリング ８，１０…絶縁筒 ９…ダクトピース １１，１２…間隔片 ５１…詰め物 ５２…絶縁紙

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鉄心の周りに、絶縁された銅線を同軸上
   に巻回してなる少なくとも２個の巻線を有する静止誘導
   電気機器において、 対向する前記２個の巻線間に２個の絶縁筒が同軸に設け
   られ、 前記巻線端部近傍における前記絶縁筒の端部には、概略
   断面がＬ字形の絶縁リングの端部が重なり合うように取
   り付けられ、 前記２個の絶縁筒の間には、前記絶縁リングと重なり合
   う位置に対応する部分に、前記絶縁筒及び前記絶縁リン
   グよりも誘導率の小さい絶縁性の間隔片が挿入されてい
   ることを特徴とする静止誘導電気機器。
2. 【請求項２】 前記間隔片は、断面が概略波形であるこ
   とを特徴とする請求項１記載の静止誘導電気機器。
3. 【請求項３】 前記間隔片は、ハニカム構造材からなる
   ことを特徴とする請求項１記載の静止誘導電気機器。
4. 【請求項４】 ヨーク鉄心によって連結された鉄心脚の
   周りに、絶縁された銅線を同軸上に巻回してなる少なく
   とも２個の巻線を有し、前記巻線はそれぞれ複数のコイ
   ルによって構成されている静止誘導電気機器において、 前記巻線における少なくとも一方の端部のコイルには、
   前記ヨーク鉄心に対向する側に、絶縁性の詰め物が取り
   付けられ、 前記端部のコイル及び前記詰め物の周囲は、絶縁紙によ
   って一括して絶縁されていることを特徴とする静止誘導
   電気機器。
5. 【請求項５】 前記詰め物は、ゴム弾性体からなること
   を特徴とする請求項４記載の静止誘導電気機器。