JPS6037110A - 絶縁変圧器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は変圧器に関するものであシそして特に高圧絶
縁変圧器に関する。

絶縁変圧器の主要な機能の一つは、巻線の一方に大きな
電圧が加わったとき巻線間の一定の電位差の応力に耐え
ながら一次＠線に加えられた交流からの電力を不動に交
換するため一次巻線と二次巻線との間の十分な誘導結合
を行なうことにある。

典型的には、これは、−次巻線と二次巻線との間に空隙
を選択的に配列することおよび巻線間に種々の形状の電
気絶縁および静電シールド層を設けることによって行な
われてきた。しか叫ながら、これらの技術は、巻線の一
つにおける一定電位か変圧器コイルとそれの鉄心との間
に単位ミリメートル当ｐｉｏｏボルト台の電界応力を発
生する場合には不適当であることが証明された。この大
きさの電界応力は空腹を横切ってアークを発生させそし
てシールドのまわシにコ日す放電を生じさせる。きらに
、このような電界応力は、隣接巻回間、巻線と絶縁体と
の間および絶縁体と鉄心との間に形成されたエアポケッ
トを横切って火花を発生させる。このような大きさの電
界応力時に変圧器を連続して動作させると、そのような
エアポケット内における空気の電離および隣接変圧器表
面の付随した加熱が生じる。この加熱によって変圧器の
導電性表面に穴があきまたその絶縁体に微小のひびが生
じることになる。この微小のひびによって絶縁体が部分
的にしゃ断されると、絶縁体を通して徐々に抵抗の減少
していく通路が形成され、この通路は時間の経過につれ
て長さおよび幅が大きくなシ、そして最後には短絡を生
じることになル、その結果変圧器は破滅的に損傷するこ
とになる。

コロナ放電および火花を避けるために従来弾性絶縁材料
の層で分離され同心状に巻かれた平らなリボン状導体が
用いられてきた。このような方法はエアポケットの生じ
るのを避けることで火花の発生を大きく除去できるが、
巻線の巻回数が制限されることになる。別の方法は密封
容器内に変圧器全体を真空状態で収容することにある。

はとんどの場合、この方法は、導線を通すことのできる
真空密封容器の製造が変圧器自体の構造よル一層複雑と
なるので実際的ではなく、また真空漏れによル変圧器が
突然故障することになるので信頼性がない。

従って、この発明の一つの目的は、改良型の絶縁変圧器
を提供することにある。

この発明の別の目的は、巻線間に一定電位の加えられて
いる間、一方の巻線に力ｌえられた非常に高い電圧を絶
縁できる変圧器を提供することにある。

この発明のさらに別の目的は、電界応力の発生による低
下なしに高電圧で信頼して作動できる絶縁変圧器を提供
することにある。

この発明の別の目的は、１ｉＯＫｖ台の電圧で信頼して
作動できる絶舷変圧器を提供することにある。

またこの発明の目的は、小形の高圧絶縁変圧器を提供す
ることにある。

簡単に言えば、これらの目的およびその他の目的は、別
個の巻枠＃！絶縁体１わシに巻かれそして巻枠の表面に
固着した導電性被包の中に収容された一次および二次巻
線を備えた絶縁変圧器によつ内入を通る磁心の対向脚部
に取付けられる。

この発明による高圧絶縁変圧器ＩＯはかｌ、コ図に示さ
れ、−次および二次固体巻枠／コ、／４を備えておシ、
これらの巻枠／、ｌ、／グはそれぞれポリカーボネート
、熱可塑性重合体のような高誘電体強度をもつ絶縁材料
から成っている。二つの巻枠は、閉じた磁束路を形成す
るマンガン亜鉛セラミックフェライトのような材料から
成る一対の低損失部分で構成した四辺膨強磁性鉄心／６
に装着されている。鉄心１６の対向した平行な脚部１ｇ
、λＯはそれぞれ一次および二次巻枠１．２゜ｌダの軸
方向穴、２．２．コ弘を通っている。二つの巻枠はそれ
ぞれ環状に巻かれた一次および二次巻線、３０．、？コ
を受ける周囲みぞ２４’、、２ｇを備えている。

巻枠には周囲リング３ダと凹部３６とが交互に設けられ
、巻線と変圧器鉄心との間に長いアーク路を形成してい
る。各巻枠におけるリングおよび凹部は他の巻枠の隣接
した凹部お・よびリング収容するため軸方向に離間され
ておシ、そしてそれによシ巻枠は相互に前部と後部とを
対向させて平行脚部ｔｇ、、１．ｏのまわシに近接して
位置決めでき、従って、−次巻線３０と二次巻糾ｊ３コ
とを最大に熱した小形の変圧器形状が得られる。

第３．４図はそれぞれ一次巻線３ｏおよび二次軸方向穴
ココ２．２ダの全表面３９．ダ０および周囲みぞ−ｔ、
、２ｇの全表面ｌＩ／、グコは巻枠に固着する非導電性
化合物で被包され、それぞれ粘着層ダ３．ダダ、ダ５．
９７を形成し、被包した表面に対して導電性層を保持で
きる。適当な非導電性化合物としては、”　Ｂｐｏｘｙ
　Ｒｅ５ｉｎ　ｇ　／　３　’　（反応性希釈剤を含ん
だ低活性゛エピクロロヒドリン・ビスフェノールＡ型エ
ポキシ樹脂）のようなエポキシ樹脂５０重量部と、”　
Ｖｅｒｓａｍｉｄ　／ＩＩＱ　（ポリアミド樹脂反応剤
）のようなエポキシ樹脂反応剤５ＱＭｎ部と、エチルア
ルコールのような希釈剤はぼ、２００重量部との化合物
がある。“Ｅｐｏｘｙ　Ｒｅ５ｉｎＥｌｓ　”は５ｈｅ
ｌｌ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｃｏｍｐａｎｙから商業的に
入手でき、また’　Ｖｅｒｓａｍｉｄ　／ダ０１はＧｅ
ｎｅｒａｌＭｉｌｌｓ　Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ　、■ｎｃ
、から入手できる。希釈剤は化合物を薄くて水のような
濃度に［７て巻枠表面にブラシを用いて塗布し、接尤一
層ダ３．ｌ／、ダ。

ダ５，１６を形成さぜるようにし、これらの層は乾くと
厚さほぼ０．００／〜０．０θλインチである。これら
の層は非常に高い破壊電圧をもつ電気絶縁体として作用
する。

接着層を乾燥さ（た後、巻枠ｌコ、ｌダと鉄心脚部／＝
、ｇ　、コ０とを分離する別個の静電シールドが導電性
材料の層ダ７．ｌＩざで軸方向穴内の接着層の表面全体
を被覆することによって形成される。

−次および二次巻線を収容する対の静電シールドの最内
方部分は、同じ導電性材料の層ケ９．５０を、みぞコア
、−ｇの下方凹部をカバーしている接着層ダＳ　、ｌＩ
ｔの部分の表面に設けることによって形成される。適当
な導電性化合物としては”　Ｏｈｅｍｇｌａｚｅ　Ｚ　
−０θＩＩ　’　（Ｈｕｇｈｓｏｎ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ
ｏ　０ｍｐａｎ７から開業的に入手できる良電気抵抗を
もつ綿棒なポリウレタン）のような湿分硬化性重合体−
重量部と、カーボンブラック（ｃａｂｏｔ　Ｃ！ｏｒ　
−ｐｏｒａｔｉｏｎからＸＯ−７２Ｒとして入手できる
）のような導電性材料のシ′重量部と、ポリウレタンＯ 中に導電性材料を一様に分散させるトルエンのようなポ
リウレタンの希釈剤および粘着性溶剤＃丘ハ／　’Ｈｉ
量部との什合物づＳあふ一溶翻Ｈ週雷株叔−愁［か薄く
て水のような濃度にし、ブラシで接着層に塗布できるよ
うにする。乾燥すると、導電性材料から成る層１１７．
ｌＩｇ、’１９．ｓＯははホｏ、　ｏｏｉ　〜０．０ｏ
コインチの厚ざとなシ、そして銅よシ相当低い等定率を
示す、、接着層によつ−Ｃ形成された導電性層と巻枠と
の間の乾燥および接合前の導電性材料の粘着性はエアポ
ケットを介在させることなしに巻枠の穴およびみそに形
成されそして粘ル強く接着する。

二つの巻枠の軸方向穴内およびみその下方部分における
導電性被覆を乾燥した後、それぞれの−次および二次巻
枠のみぞコ＆、２ｆに一次巻線３０および二次巻線３．
２が巻かれる。各巻線は、絶縁性材料の薄い被覆で恨わ
れた商業的に利用できる銅線５．２のような導体の一つ
ｉたはそれ以上の角度巻回によって形成される。巻線を
巻いた後、銅の導線ｓｓ、ｓｔの端部の裸の短かい長き
部分ｓ３．ｓ４ｔが一次および二次巻線の外方巻回中に
位置され、そしてこれらの導線の残シの部分は巻線から
離れてみそを越えてのばされる。

巻線を巻いた後、−次および二次巻線のまわシには、導
電性旧材をさらに被覆して厚さ＃１ば０−００１〜０．
００２インチの層５９．乙０を形成し一次および二次巻
給および導ｍ　Ｓ　３　、５　Ｑの裸の端部を完全に包
むことによって静電シールドが形成される。被覆は毛細
管現象作用の利点を利用してブラシで施され４０　％そ
れによ多巻線の巻回量に被覆か入シ込み、こうして巻線
の外方巻回と導電性層との間にエアポケットの形成され
るのを避ける。

導電性層ｌ／、９．５０．５？　、　ｌｓＯは一度設け
られると、−次および二次巻線を完全に包むことになる
。

導電性層を乾燥した後、鉄心／４の部分は第１．２図に
示すように前部と後部とを合わせて一次および二次巻枠
／２．／’ｌを保持するように組立てらｎる。脚部のよ
うな端子６ａに取付けられた導線ＡＩはねじのような固
定具６グを介して変圧器鉄心に電気的に接続され、固定
具６弘は鉄心を通シ、鉄心部分を互いに結合している。

電気導線７０．クコの裸の端部は鉄心１６とそれぞれ一
次および二次巻枠／Ｊ、／ダの軸方向穴との間に挿入さ
れる。その後、少量の導電性部材７ｑ・７６が鉄心に設
けられ、電気導線７ｏ、ワーと鉄心１６と巻枠の軸方向
穴をライニングしている導電性被覆とを電気的に接続す
る。

第Ｓ図に概略的に示すように、−次および二次巻線、３
０、．７．２を包んでいる導電性被円ダタ。

５θ、Ｓり、ｔθは二つの別個の静電シールドを有効に
形成し、そして＠線と変圧器の他の構成要素とを電気的
に分離している。Ｈ純ｓｓ、ｓｔ、の自由端は相応した
一次および二次巻ｆｆＪＪ　３（７＋　Ｊ　−２の帰線
ｇ、：ｚ、ｇｔｉ−にそれぞれ個々に結合される。

これによシ、導電性被覆ダ７，５ワと一次巻線の帰線ｇ
、２との間或いは導電性被覆ｓｏ　、　Ａｏと二次巻線
の帰線ｇｌ／、との間には電位差は生ぜず、それによシ
静電シールドと巻線との間に火花の生じるのを防止して
いる。導電性被覆を形成している導電性材料の低導電率
によって、被惨が相応した巻線を横切っての短絡巻回と
して作用するのを阻止する。導線ＡＩ、りθ、クコは互
いに結合されて変圧器鉄心およびそれぞれの軸方向穴に
おける静電シールド間にいかなる電位差（または火花）
も生じないことを保証する。

動作状態時には、−次巻線の導線ｇコ、９０間に交流電
圧が印加され、そして変圧器作用によって、Ｘ縮管の電
極をある交流電圧に維持するような目的のために二次巻
線の導線ｇＱ、９．２間に交流電圧が誘導される。絶縁
巻枠を横切っての電気応力をル小にするために、導線６
ノ、７０．クコは導線ｇｑに加わる電位のほぼ半分８ろ
に等しい大きさの浮遊電圧に接紛され、それにより被覆
ａｇ、ｓｏ、Ａθで形成された静電シールド間の電位差
（および電界強度）を半減する。

説明してきた変圧器は、巻線と鉄心との間の電界応力の
発生による低下なしに高電圧で信頼をもって作動され得
る。この信頼性に寄与す゛る一つのファクタは、−次お
よび二次巻線の有効半径が巻線の個々の部分の非常に小
感な半径によってよシむり、ろ導電性被仇ダワ、３０．
５？　、　１，０　（巻糺左宇仝ｆ石１ｔｐ密り週π１
拍二層を刑膚しイいス１σ）曲率半径によって決まるこ
とにある。巻線の外方巻回・と導電性被蝋との近接およ
び導電性被覆と周囲みその表面との間の密の粘着接触に
よシ、巻線の巻回量および他の巻回とみそ６０表面との
間に形成されるエアポケットにおける電界の局部集中が
生じるのを防ぐ。従って、巻線の内方巻回間にエアポケ
ットがあっても、例えば帰線ｇｐに印加された数十ＫＶ
の定電圧によって生じる１−Ｅ＋、界が二次巻線３２の
個々の巻回よシはむしろ二次巻線のまわ）の導電性被覆
ｓ　ｏ　ｔ　Ａ　ｏによって形成された静電被覆から発
散されるので巻線の低下は生じない。

ざらに、第３＃グ図に示す力線Ｅの間隔で示されるよう
に、巻線を包む尋電性破りから発散する電界はこれらの
被覆の相応した対と、１１１＋方向穴をライニングして
いる導電性層４．；Ｉａｔ、＜ｔ−ざとの間に広く分布
され、それによシ巻約、巻枠またはエアギャップの任意
の部分を横切っての電界の密な集中および上記部分の結
果としての低下（劣下〕を防止する。説明してきたこの
発明の一実施例の一つの応用においては、導電性層（ｆ
ＬＳＯ，ＡＯおよび二次巻線の帰線ｇ弘には−ｇＫＶの
定電圧が印加され、一方鉄心と一次および二次絶縁巻枠
のそれぞれの軸方向穴における導電性被栓ダク、ダｇと
に−Ｑ　Ｏ’　ＫＶの定電圧が印加された。この実施例
では、周囲みぞ２ｇ　、、３０の底部と軸方向穴ココ。

、２４Ｚの表面との間隔は約２００ｔｒｕｎである。従
って、二次巻線のまわりの導電性被ｙｓｏ、、ｔ、θと
二次絶縁巻枠の軸方向穴における導電性被Ｈｔｉｇとの
間の電位こう配はは？工、２ｏθＶ−である。同様に一
次絶縁巻枠の…（１方向穴内の導電性被【ダ７と一次巻
腺のまわシの導電性被核ダ９．３９（−次巻線の帰ｆ゛
τに結合される）との間の電位こう配もほぼ、２　ｏ　
ｏ　Ｖ７４ｔ＋ｍである。−次巻線には低い交流電圧（
９〜／ｇＶ）が印加された。この実施例は火花やコロナ
放電なしに実施され、そして−次巻線から二次巻線に印
加された定電圧を完全に絶紅した。

この発明の原理から離れることなしに図示実施例におい
て多くの変更がなされ得る。−次および二次巻線の巻回
数の比は例えば−次巻線に印加される交流′電圧を逓昇
かまたは逓降するように変更され得る。きらに、−次巻
枠かまたは二次巻枠は一つ以上の巻線を支持するのに用
いられ得る。また変圧器を非常に高り電圧回路網に結合
したときの表面アーク発生の危険を最少にするために高
電圧回路網全体を高誘電体ボッティング化合物で包むの
が望ましい。この発明は、巻線を完全に包囲しかつ軸方
向穴をライニングする導電性被榎によってエアポケット
の形成を防ぎ、その結果巻線とそれらの巻枠との間かま
たは軸方向穴内の巻枠表面と変圧器鉄心との間の局部的
な高電気こう配を防ぐので上述のような包囲のために特
に適している。

【図面の簡単な説明】

第７図はこの発明の一実施例の部分切断正面図、第２図
は第１図に示す実施例の１１１１面図、第３図は第１図
の線■−■に沿った拡大切断断面図、第ｑ図は第１図の
ＩＶ−ＩＶに沿った拡大切断断面図、第５図はこの発明
の実施例の概略線図である。 図中、／、２．／ダニ電気絶縁装置、１６：鉄心装置、
１ｇ、１０：脚部、３θ、３．２ニ一次および二次導電
装置、ダク、グｇ：被核装置、ダタ。 ＳＯ、Ｓワ、乙０：別の被榎装置。 ＦＩＧ　５ 手続、補正舎（方式） ％式％ ■、事件の表示 昭和５９年　特許願　第　１２６５８２号２、発明の名
称 絶　縁　変　圧　器 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住所　アメリカ合衆国、ワシントン、ブイストリフト・
オプ・コロンビア、２０５４５ 名称　ナショナル・エアロノーティックス愉ア／ドース
ペース・アトミニストレイジョン ４、代理人 〒１０５住所　東京都港区西新橋１丁目１番１５号物産
ビル別館　電話（５９１）　０２６１６、補正の内容 明Ｍｌ＋古の浄書内容に変更なビ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｌ　一対の脚部（ｔｇ、コＯ）を備え、強磁性通路内に
   磁束線を集中させる鉄心装置（１６）と、上記脚部のそ
   れぞれを包囲する一対の電気絶縁装置（／　−２１ｉ弘
   ）と、上記電気絶縁装置（ｌコ。 ／４ｔ）を上記鉄心装置（／Ｊ　）から分離するため上
   記電気絶縁装置ｃｔ２，１ｔｔ）に接着する第１電導率
   をもつ被覆装置（弘り、ダｇ）と、上記脚部（１ｇ、コ
   ０）に磁束を発生するため上記電気絶縁装置（１，２，
   ｌグ）のそれぞれのまわシに巻かれた大きな第コ電導率
   をもつ一次および二次導電装置（３０，、？Ｌ）と、上
   記−次および二次導電装置（３０，３λ）のそれぞれを
   包んで上記−次および二次導電装置（３θ、３２）を上
   記電気絶縁装置（ｌコ、ｌダ）から分離する上記第１電
   導率をもつ別の被覆装置（ゲタ、５り、５θ。 ６０）とから成る絶縁変圧器。 λ、・別の被覆装置の鎖ｌのもの（弘’１．３９）が−
   次導電装置（３０）の一端子（ｇコ）に電気的に接続さ
   れ、また上記側の被籾装信の第２のもの（５θ、ｔｏ）
   が二次導電装置（３１）の一端子（ｇダ）′に電気的に
   接続される特許請求の範囲第１項に記載の絶縁変圧器。 ３　被覆装置（４Ｉ７．４！、？）が鉄心装置（１６）
   に電気的に結合される特許請求のＱめｊ＃−項に記載の
   絶縁変圧器。 ｔ　別の被覆装置（ダ？　、５９．３０　、ＡＤ）が−
   次および二次導電装置（３０，３２）のそれぞれに固着
   し、そして上記−次および二次導電装置（３０，，３コ
   ）のそれぞれに瞬接した電気絶縁装置（／、２．／４ｔ
   ）の表面に固着した特許請求の範囲第１項に記載の絶縁
   変圧器。 ｓ　別の被覆装置（ダ９．Ｓ９．ＳＯ，ｌ、０）が−次
   および二次導電製Ｍ　（、？　０　、　Ｊ　２　）のそ
   れぞれを完全に包囲し、そして上記−次および二次導電
   装置（３０，３，２）のそれぞれに瞬接した電気絶縁装
   置（ｌコ、ｌダ）の表面に固着した特許請求の範囲第１
   項に記載の絶縁変圧器。 ム　液位装置（ダ７．ｊｉｇ）が、脚部に隣接した電気
   絶縁製［（／Ｕ、／グ）の表ｍ１に固着した導電性被保
   の別個の層から成る特許請求の範囲第５項に記載の絶縁
   変圧器。 ７　導電性破缶が重合体と、それの溶剤と上記重合体中
   に分散した漏電性材料との化合物から成る特許請求の範
   囲第６項に記載の絶縁変圧器。 ざ　導電性液位が導電装置よシ低い電導率をもつ特許請
   求の範囲第７項に記載の絶縁変圧器。 ２　導電性材料がカーボンブラックから成る特許請求の
   範囲第３項に記載の絶縁変圧器。