JPS593843B2 - 単相変圧器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は低圧三次巻線を有する新規な単相変圧器に関す
るものである。

超高圧送電系統に使用する変圧器は大容量大形化のため
、主として輸送上の問題より単得変圧器３台を組合せて
構成する所謂特別三相変圧器とす５ ることが多くなつ
て来ている。

一方、送電系統の変圧器で、例えば変電所の所内電源用
の低圧三次巻線を内蔵させる際には、低圧回路の遮断器
の容量を小さくしたり短絡時の機械力等を考慮し、送電
系統の運用を良好にするた１０め、低圧三次巻線と高圧
巻線および中圧巻線（特に中圧巻線）との間のインピー
ダンスを増大させることが望まれている。

変圧器の低圧三次巻線と他の各巻線との間のインピーダ
ンスを増大させ、三次巻線の端子間にお１５ける短絡電
流を、回路の遮断容量以下に抑制するための手段として
は、一般の内鉄形変圧器のように鉄心主脚に近い内側か
ら順次低圧三次、中圧、高圧の各巻線を配置する際に、
低圧三次巻線と中圧巻線との間の絶縁距離を著しく大き
くする構成ｎ としたり、または鉄心主脚に内側から中
圧巻線、高圧巻線、低圧三次巻線の順に配置して構成し
たり、或いは外部にリアクトルを別設置して構成したり
、更には巻線を配置する複数個の鉄心主脚のうち、いく
つかの鉄心主脚のみの最内側に低圧三２５次巻線を配置
して構成するなど提案されている。

ところが、第１の構成の変圧器にあつては高圧および中
圧巻線の直径が大きくなつて経済的に製作できないため
、インピーダンスを極端に大きくできないばかりか変圧
器の輸送上問題を生ずる欠３０点があるし、また第２の
構成の変圧器にあつては巻線全体寸法を小さくできる利
点はあるが、高圧巻線が５００ＫＶなどの超高電圧であ
る場合には、高圧および低圧三次巻線間の絶縁寸法が大
となるし、高圧端子へのリード線の引出しおよびこの結
石 縁が困難となり、大事故を引起す欠点がある。また
更に第３の構成の変圧器では変圧器とは別個のリアクト
ルを必要とするので製作する上で経〜１【−済的でない
などの問題があり、第４の構成の変圧器では最近のよう
に小形化のために鉄心主脚および側脚がそれぞれ２つの
いわゆる４脚鉄心を用いる構造においては、中圧巻線と
低圧三次巻線間のインビーダンスを十分に大きくするこ
とができない欠点がある。

既に提案されている単相変圧器の具体例を第１図および
第２図に示しており、第１図のものでは高圧および中圧
の各巻線を、それぞれ二個の巻線単位Ｈｌ，Ｈ２および
Ｍｌ，Ｍ２に分割し、これらを鉄心（例えば前述の４脚
鉄心）の２つの鉄心主脚Ｃｌ，Ｃ２にそれぞれ区分して
低電圧のものより順次配置し、各巻線単位Ｍ１とＭ２お
よびＨ１とＨ２とを並列接続すると共に、１つの低圧三
次巻線Ｌを一方の鉄心主脚Ｃ２の最内側に配置して構成
し、巻線間のインピーダンスを増大させている。

また、第２図のものでは更に巻線間インビーダンスを増
加させるため、３つの鉄心主脚Ｃ，，Ｃ２，Ｃ３を有す
る鉄心（例えば５脚鉄心）を用いこのそれぞれに中圧お
よび高圧の各巻線単位Ｍｌ，Ｍ２，Ｍ３およびＨｌ，Ｈ
２，Ｈ３を順次配置して並列接続すると共に１つの低圧
三次巻線Ｌをいずれかの鉄心主脚Ｃ３の最内側に配置し
て構成したものである。Ｕ，Ｏは高圧端子、Ｕ，Ｏは中
圧端子、Ａ，ｂは低圧端子である。（特願昭４７−１１
９８８７号参照）前記した第１図や第２図の単相変圧器
では、低圧三次巻線が特定の鉄心主脚だけに配置される
ため、三次回路で負荷をとるときに生ずる漏れ磁束が、
近辺の購成部材に悪影響を与えるのを防止する対策上、
普通側脚を有する例えば４脚鉄心を使用する。

低圧三次巻線と他巻線間のインビーダンスを大きくする
には、従来構造の如く各鉄心主脚にそれぞれ低圧三次巻
線単位を配置するものに比べて、低圧三次巻線と中圧巻
線間のインピーダンスが約３倍、また低圧三次と高圧巻
線間のインピーダンスが倍以上にできる第２図の単相変
圧器が好ましいものである。

しかし、この構成では容量の増加に伴つて大形化し輸送
制限を越える問題がある。したがつて、最近のようにバ
ンク構成をとる単相変圧器の小形化が要求され４脚鉄心
を用いるときには、第１図の方式となるがこの小形化の
反面、所定の％インビーダンスが得られないことが多い
。すなわち、この場合には前述した如く低圧三次巻線単
位を各鉄心主脚に配置する従来のものに比べ低圧三次と
中圧巻線のインビーダンスが約２倍、また低圧三次と高
圧巻線間のインピーダンスが倍以上となるが、例えば単
相変圧器の各電圧が５００／１５４／２２Ｋでバンク容
量が７５０／−１５０／１５０ＭＶＡの変圧器では、１
５０ＭＶＡベースで各巻線間とも％インピーダンスを６
％以上要求されるのに対して、試算によれば約４％にし
かならない欠点がある。更に、上記のような単相変圧器
では、低圧三次巻線を最内側に配置するため、各鉄心主
脚に配置する中圧および高圧の各巻線単位の寸法が異な
つて不平衡となり、これらの製作や各種の試験も個個に
行わなければならず、経済的に製作できないなど種々の
欠点を有している。

各巻線間のインピーダンスを大きくする方式には、図示
の他に前記した従来の他の方式があるが、４脚鉄心を用
いた場合いずれも変圧器の小形化や経済的な製作の点の
難点がある。

しかも、上記した従来の各単相変圧器では、低圧三次巻
線が最内側となるように鉄心主脚に配置し、これと中圧
巻線単位とを直接対向させているため、線路側の中圧端
子より衝撃電圧が印加される場合には、中圧巻線単位か
ら低圧三次巻線に移行する移行電圧が高くなるため、低
圧三次巻線の絶縁階級を士げて移行電圧に対処する絶縁
を施さねばならない問題がある。

本発明の目的は、４脚鉄心を使用しても各巻線間のイン
ピーダンスの大きくできる単相変圧器を、中圧および高
圧の各巻線単位の製作を複雑化したり、低圧三次巻線の
絶縁階級を高めて大形化することなく、容易に且経済的
に構成できるようにし、またタップ巻線の配置を適切に
して、巻線間の絶縁を簡単にすると共に最大タツプ或い
は最小タツプの使用時にも、総インビーダンスの変動が
平坦となるようにすることにある。

本発明の単相変圧器の特徴は、２つの鉄心主脚と側脚を
有する鉄心、特に４脚鉄心を用い、この各鉄心主脚に分
割配置する巻線単位を並列接続した中圧巻線と、直列接
続した高圧巻線と、中性点側の高圧巻線単位にタツプ巻
線を直列接続すると共に、中性点側の高圧巻線単位を有
する鉄心主脚に低圧三次巻線を配置する際、各鉄心主脚
に内側から中圧巻線単位と高圧巻線布位の順に配置する
と共に、低圧三次巻線を中性点側の高圧巻線単位を備え
る鉄心主脚の最外側に配置し、タツプ巻線は低圧三次巻
線の内側或いは外側に配置することにより、前述の目的
を達成するようにしたもので ！ある。

以下、本発明の単相変圧器の具体例を第３図の実施例を
用いて説明する。

本発明の単相変圧器では、２個の鉄心主脚と側脚を有す
る周知の例えば４脚鉄心が用いられ、第３図には鉄心主
脚をＣｌ，Ｃ２で示している。

これら鉄心主脚Ｃｌ，Ｃ２には、順次それぞれ２つに分
割した中圧巻線単位と高圧巻線単位Ｍ，，ＨｌとＭ２，
Ｈ２の如く配置される。各中圧巻線単位Ｍｌ，Ｍ２は、
並列接続を行い中圧線路側および中圧中性点側端子Ｕ，
Ｏに至る。

また、各高圧巻線単位Ｈｌ，Ｈ２は、≦方の巻線単位Ｈ
１から高圧線路側端子Ｕが導入され、この他端Ｘが他方
の巻線単位Ｈ２の一端Ｘ′と直列接続されて最終端が高
圧中性点端子０に至るようになされている。図において
は、線路側の高圧巻線単位Ｈ１が上下並列接続によつて
その中央より、高圧端子Ｕに至るようにしたものを示し
ているが、周知の如くこれを行わずに他巻線単位Ｈ２と
直列接続して使用することも可能である。中性点側の高
圧巻線単位Ｈ２の外側には、本発明によつて端子Ａ，ｂ
に至る低圧三次巻線Ｌが配置され、この構成によつて後
述の如く各巻線間の％インビーダンスを既に提案されて
いる第１図のものより、より増加させることが可能とな
る。

中性点側の高圧巻線単位Ｈ２に直列接続し、且タツプ切
換器Ｔを介して中性点端子０に至るタツプ巻線Ｈ，は、
低圧三次巻線Ｌの外側或いは内側に配置されている。こ
のように構成すれば、低圧三次巻線Ｌに対向するのが中
性点側に至るタツブ巻線Ｈｔとなるので、この絶縁階級
を上げることなく容易に製作することができる。

しかも、この構成の単相変圧器では、タツブ巻線Ｈｔの
最大タツプを使用した負荷電流が最小となる状態におい
ては、鉄心主脚Ｃ１側のインビーダンスが小さく、鉄心
主脚Ｃ２側のインビーダンスは大きくなり、これに対し
てタツプ巻線Ｈ，の最小タツブを使用した負荷電流が最
大となる状態においては、逆に鉄心主脚Ｃ１側のインピ
ーダンスが大きく、鉄心主脚Ｃ２側のインビーダンスが
小さくなるから、いずれの場合でも単相変圧器の総イン
ビーダンスの変動は平坦となるため、変圧器の製作は一
層容易になる。次に、低圧三次巻線Ｌと他巻間の％イン
ピーダンスを増加できる点について、第４図イに示す等
価回路および第４図口に示す一方の鉄心主脚における各
巻線の関係寸法図を用いて以下に説明する。

すなわち、Ａ，Ｂ，Ｃをそれぞれ高圧、中圧、低圧端子
、Ｘ，，Ｘ２を２巻線である主脚Ｃ１側の高圧、中圧巻
線単位Ｈｌ，Ｍｌのオームインピーダンス、Ｘｌ，Ｘ２
，Ｘ３を３巻線である主脚Ｃ２側の高圧、中圧、低圧三
次巻線Ｈ２，Ｍ２，Ｌのオームインピーダンス、Ｘｌ２
を高圧、中圧巻線単位Ｈｌ，Ｍｌ間のオームインピーダ
ンスとすると、中圧および低圧三次巻線端子Ｂ，Ｃ間イ
ンビーダンスＸＢＣは、●●● １？ １Ｖ１Ｖ） ． Ｖ但しＸ１−一
０，Ｘ２÷Ｘｌ２である。

また、中圧巻線単位Ｍ２と低圧三次巻線Ｌ間のオームイ
ンピーダンスＸ２３は、透磁率と補正係数の積である定
数をＫ、巻回数をｎ、両巻線間における磁束の占める空
間の等価的な量をΔ２３とすると、下式によつて求めら
れる。

１１ＬＺ５》−晶１ら晶晶−，，８ 但し、磁束の占める空間の等価的な量Δ２３は、第４図
口に示すように高圧、中圧、低圧三次巻線ノ の幅をそ
れぞれδＨ，δＭ，δＬ、高圧と中圧、高圧と低圧、中
圧と低圧三次巻線間の距離をそれぞれδＨＭ，δＨＬ，
，へ牝、中圧、低圧、中圧と低圧三次巻線間の平均直径
をそれぞれＭφ，Ｌφ，ＭＬφとし、これら平均直径と
円周率πの積である中圧、； 低圧、中圧と低圧三次巻
線間の平均周長をそれぞれＴＭ，ｔＬ，ｔＭ［．と、次
の式で求められる。

ノここにおいて巻回数ｎは、構造土ほぼ一定であるが、
本発明では中圧巻線単位Ｍ２と低圧三次巻線Ｌ間の距離
δ．が、第１図の配置に比べて著しく大きく電磁結合が
疎になるから、当然磁束の占める空間の等価的な量Δ２
３は２倍以上の値となり、したがつて中圧、低圧三次巻
線間の％インヒータンスも第１図に比して２倍以上とな
る。

一方、本発明においては高圧巻線単位Ｈ２と低圧巻線間
の距離δ即が小さくなるので、高圧および低圧巻線間の
％インピーダンスが小さくなる如く見えるが、しかし、
この問題は高圧巻線が巻線単位Ｈｌ，Ｈ２の直列接続か
ら成つていることによつて解決されている。

本発明の単相変圧器の高圧および低圧三次巻線間の電流
分布を第５図に示している。

低圧三次巻線Ｌの短絡電流１３ｓに対する高圧巻線の短
絡電流１１Ｓは、二つの巻線単位Ｈｌ，Ｈ２を直列に流
れる。

しかるに、鉄心主脚Ｃ１の一次電流に対する電磁力の平
衡は、中圧巻線単位Ｍ１を流れる逆アンペアターン（以
下ＡＴと略す）の電流１２８によつて保たれる。この電
流は、並列接続されている他方の巻線単位Ｍ２から供給
されており、しかもこの電流ＡＴ分は、低圧三次巻線Ｌ
ｆ）ＡＴから供給されることになる。

すなわち、低圧三次巻線Ｌから見た％インビーダンスは
、鉄心主脚Ｃ２側の高圧、中圧、低圧三次巻線のＡＴで
定まるインピーダンスと、鉄心主脚Ｃ１側の高圧、中圧
巻線間のインピーダンスの和で決まることになる。

したがつて、本発明の単相変圧器では、中圧および低圧
三次巻線間の電磁結合が疎になることにより 既に提案
されているものに比べ、各巻線間特に中圧、低圧三次巻
線間のインビーダンスの著しい増加が図れる。

前述したバンク容量７５０／７５０／１５０ＭＶＡ変圧
器において、高圧、中圧巻線間の％インビーダンスを、
２２％としたときの第１図の方式と本発明の第３図の方
式について、その％インビーダンスの試算比較を下表に
示している。

上記のように、本発明では簡単な巻線配置で、低圧三次
巻線に対してより大きなインビーダンスが得られる。本
発明の単相変圧器では、各鉄心主脚Ｃｌ，Ｃ２にそれぞ
れ内側より順次中圧、高圧巻線単位Ｍｌ，ＨｌおよびＭ
２，Ｈ２と低圧三次巻線Ｌを配置するので、この状態の
ままでは中圧および高圧の各巻線単位同志は同一仕様で
製作できる反面、次のような問題も生ずる。

つまり、一方の鉄心主脚Ｃ２にだけ低圧三次巻線Ｌが配
置されるので、各鉄心主脚の巻線外形寸法が異なるから
、不用空間を接続場所として利用できる代り、油槽は最
大外形寸法を基に形成せねばならず不経済となり、また
輸送時の対策も考慮せねばならない場合も生ずる。した
がつて、この問題に対処するためには、巻線外形に合せ
た節油形油槽の使用や、透起電圧や接続方式による絶縁
距離を考え、各鉄心主脚の巻線外形寸法を略等しく、例
えば高圧の各巻線単位Ｈｌ，Ｈ２は直列接続されるので
、その分担電圧比率をそれぞれ線路側で６０％また中性
点側で４０％の如くなして、一方側のみ低圧三次巻線Ｌ
を配置する寸法分を確保して外形寸法を一致させ、巻線
のバランスを良好にして製作を容易にすることができる
。また、本発明の単相変圧器では、低圧三次巻線Ｌが中
性点側の高圧巻線単位Ｈ２の外側に位置しており、中圧
巻線単位Ｍ２とは直接対向してない構成である。

したがつて、線路側の高圧端子Ｕから衝撃電圧が印加し
た場合でも、中性点側の高圧巻線単位Ｈ２から低圧三次
巻線に移行する移行電圧も低くなるばかりか、線路側の
中圧端子ｕから衝撃電圧が印加しても、中圧巻線単位Ｍ
２と低圧三次巻線Ｌとの間には、中性点側の高圧巻線単
位が存在するので、この場合にも低圧三次巻線Ｌへの移
行電圧は低くなるため、低圧三次巻線Ｌの絶縁は中性点
側の高圧巻線単位Ｈ２との間で必要とする絶縁階級を低
くでき、この製作も容易に行える。本発明のように単相
変圧器を構成すれば、巻線単位を並列接続の中圧巻線お
よび直列接続の高圧巻線を備える際、中性点側の高圧巻
線単位の外側に低圧三次巻線を配置し、タップ巻線は低
圧三次巻線の内側或いは外側に配置する構造で、既に提
案されたものに比べて各巻線間のインピーダンスの大き
な単相変圧器を複雑且大形化することなく、容易にまた
経済的に製作できその信頼度も大幅に向土できる。

しかも、各中圧巻線単位は同一寸法で構成できるから、
この製作や試験が極めて簡単になる。更に低圧三次巻線
屯電圧の低い中性点側の高圧巻線単位と対向するので両
者間の絶縁距離も小さくできる。その上、線路側の高圧
端子からの衝撃波の侵入に対しては線路側の高圧巻線単
位で、その７０％位の電圧を分担するので、他巻線特に
低圧三次巻線に対する移行電圧も大きくならず、また同
様に線路側の中圧端子からの侵入に対しても、中間に中
性点側の高圧巻線単位が存在するので、低圧三次巻線へ
の移行電圧は小さくなるから、この絶縁階級を下げて絶
縁を簡略化できる。また更に、中性点側の高圧巻線単位
に直列接続するタツプ巻線を低圧三次巻線の内側或いは
外側に配置しているので、巻線間の絶縁をより簡単にす
ることが可能になる土、タツプ巻線の最大成いは最小タ
ツプなどのいずれのタツプ使用の際にも、総インビーダ
ンスの大幅変動をなくすることができるなどの効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はそれぞれ既に提案された単相変圧
器の巻線配置図、第３図は本発明の単相変圧器の一実施
例を示す巻線配置図、第４図イは第３図の等価回路図、
第４図口は第３図の一方の鉄心主脚における各巻線の関
係寸法図、第５図は第３図の電流分布図である。 Ｃｌ，Ｃ２・−・・・・鉄心主脚、Ｓ・・・・・・側脚
、Ｈｌ，Ｈ２・・−・・高圧巻線の巻線単位、Ｍｌ，Ｍ
２・・・・・・中圧巻線の巻線単位、Ｌ・・・・・・低
圧三次巻線、Ｈｔ・・・・・・タツプ巻線、Ｌ１・・・
・・励磁巻線、Ｕ，Ｏ・・・・・・高圧端子、Ｕ，Ｏ・
・・・・・中圧端子、Ａ，ｂ・・・・・・低圧端子、Ｔ
・・・・・・タツプ切換器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ２つの鉄心主脚と側脚を有する鉄心と、前記各鉄心
   主脚に分割配置する巻線単位を並列接続した中圧巻線と
   、前記各中圧巻線単位に対応して分割配置する巻線単位
   を直列接続した高圧巻線と、中性点側の高圧巻線単位を
   有する鉄心主脚に配置する低圧三次巻線と、前記中性点
   側の高圧巻線単位と直列接続するタップ巻線とを備える
   ものにおいて、前記鉄心主脚に内側から中圧巻線単位と
   高圧巻線単位の順に配置すると共に、前記低圧三次巻線
   は中性点側の高圧巻線単位を配置する鉄心主脚の最外側
   に配置し、前記タップ巻線は低圧三次巻線の内側或いは
   外側に配置して構成したことを特徴とする単相変圧器。