JPS6144418Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は特に超々高圧選電系統に用いられる低
圧三次巻線を有する単相変圧器に関するものであ
る。

超々高圧送電系統に使用する変圧器は、その経
済性から大容量化が望まれており、また特にその
輸送上の制約から単相器として複数に分割して構
成されるのが一般的である。

従来この種の変圧器は第１図および第２図にし
めすような巻線構成が採られてきた。第１図は単
相４脚鉄心の２つの主脚５Ａ，５Ｂにそれぞれ鉄
心側から低圧三次巻線単位３Ａ，３Ｂ、中圧巻線
単位２Ａ，２Ｂ、高圧巻線単位１Ａ，１Ｂを巻装
し、また一方の側脚５Ｃには励磁巻線３Ｃ、高圧
タツプ巻線４を巻装し、そして２つの主脚の対応
する巻線同志を並列に接続するとともに、励磁巻
線３Ｃは、低圧三次巻線３Ａ，３Ｂと並列に、ま
た高圧タツプ巻線４は高圧巻線１Ａ，１Ｂに直列
に接続していた。このように構成すれば、例えば
各巻線を１個づつで巻装するよりも、鉄心および
巻線の寸法を小さく出来るので、変圧器の長さは
長くなるもの巾寸法が大巾に縮小され、特に鉄道
輸送におけるトンネルによる寸法制限などを克服
するのに有効である。

しかしながらこの第１図の構成には、次のよう
な欠点があつた。一般に低圧三次巻線は、大容量
器になるほどその適用される回路のしや断容量の
制限から他の高圧巻線および中圧巻線、とりわけ
中圧巻線との間のインピーダンスを増大させるこ
とが望まれているが、第１図の構成ではどうして
もそのインピーダンスが小さくなりがちであつ
た。インピーダンスは巻線間の間隙を拡げれば大
きくできるが、かと云つて第１図の中圧巻線単位
２Ａ或は２Ｂと低圧三次巻線単位３Ａ或は３Ｂと
の間の間隙を拡げると、それは即ち高圧巻線単位
１Ａ或は１Ｂの寸法を増大させてしまうので輸送
制限を超過してしまうことになりがちである。

こうした欠点を解消するために従来考案された
ものを第２図にしめす。

第２図は第１図における低圧三次巻線単位３Ａ
および３Ｂを一括して第２の鉄心主脚だけに集中
して巻装させたものである。このように構成すれ
ば低圧三次巻線と中圧巻線間のインピーダンスは
第２の主脚に巻脚された巻線分だけとなり、第１
図のこれらが２つの主脚に並列して巻装されてい
る場合に比べて、約２倍に増大させることができ
る。低圧三次巻線を第２の主脚に集中することに
より高圧巻線単位１Ｂの寸法が増大するのを防ぐ
ため、第２図では、第１の主脚に巻装する高圧巻
線単位１Ａおよび中圧巻線単位２Ａの容量を第２
の主脚に巻装する各々の巻線容量より大きくし
て、第１、第２の高圧巻線外径寸法がほぼ同じに
なるよう調整している。

しかしこの方法も、各主脚に巻線され並列接続
される高圧巻線単位或は中圧巻線単位の間の分流
が、それぞれ第１および第２の主脚における高圧
巻線と中圧巻線の間のインピーダンスにより決定
されるため、特にその巻線容量を変えて異なる大
きさとする関係上、第１図の構成に比べると、製
作上の誤差などによる分流アンバランスの問題が
生じやすいという欠点があつた。

第３図はこれらの欠点を改良するために考案さ
れた従来例である。

第３図は第１図と同様の単相４主脚鉄心の第１
の主脚５Ａには鉄心側より、中圧巻線単位２Ａ、
次いで線路側高圧巻線単位１１Ａを巻装し、第２
の主脚５Ｂには鉄心側より低圧三次巻線３、中圧
巻線単位２Ｂ、次いで中性点側高圧巻線単位１１
Ｂを巻装し、一方の側脚５Ｃには励磁巻線３Ｃ、
高圧タツプ巻線４を巻装して、各高圧巻線単位１
１Ａ，１１Ｂと高圧タツプ巻線は直列接続し、各
中圧巻線単位２Ａ，２Ｂは並列接続し、低圧三次
巻線３と励磁巻線３Ｃは並列接続して構成したも
のである。

この構成によれば、低圧三次巻線と中圧巻線間
のインピーダンスは第２図の構成と同様に第１図
の場合の約２倍となるし、高圧巻線単位は直列接
続ゆえ、２脚とも同じ電流が流れるので、これと
対向する中圧巻線単位にもそれぞれ高圧巻線単位
と同じアンペアターン相当の電流が流れるため製
作誤差などによる分流アンバランスと云うものが
全くない。また第２の主脚に巻装される中性点側
高圧巻線単位１１Ｂは、高圧巻線の中性点側に結
線され高圧線路端からは離れているので巻線絶縁
が容易となる利点がある。

しかし一方、第３図の構成では、第１図、第２
図に比較すると各高圧巻線単位を流れる電流が約
２倍となり高圧線路電流に等しくなる。従つて高
圧巻線を例えば第１図或は第２図の場合と同一サ
イズの素線（銅線）で巻く場合には、第３図の場
合は並列素線数を約２倍とする必要がある。

一般に超々高圧器巻線としては、雷インパルス
波のように急峻な波頭をもつ侵入電圧に対し、巻
線内初期電位分布を均一にし、巻線絶縁を保護す
るため、巻線内の直列キヤパシタンスを大きくす
る方策が採られているが、こうした巻線の場合、
並列素線数が増加すると巻線作業が非常に複雑に
なり、その工作時間が極端に増加するという不利
な点がある。

このことは、変圧器容量が増大し、高圧線路電
流が大きくなるに従がい益々その傾向が助長され
るので、変圧器製作コストが高くなるという問題
が生ずる。

また第１図乃至第３図の構成には共通して、各
タツプにおける高圧巻線と中圧巻線間のインピー
ダンスの変化幅が大きくなつてしまい、電力系統
運用上の要求と相反するという欠点があつた。こ
れを第３図の構成例により説明する。

大容量変圧器のインピーダンスは、ほぼリアク
タンス分に等しい。すなわちインピーダンスは巻
線内および主間隙中に蓄えられる磁気エネルギー
に比例し次式で表わされる。

Ｚ≒Ｘ＝∝∫B²dv ここでＺ…インピーダンス Ｘ…リアクタンス Ｂ…巻線および主間隙各部の磁束密度 Ｖ…巻線および主間隙各部の体積 上式からわかるようにインピーダンスは磁束密
度Ｂの自乗により変化する。

第４図は第３図の構成に対応する高圧巻線と中
圧巻線の磁束密度分布をしめしており、図中の
MAX，MID，MIN.はそれぞれ最高タツプ、中央
タツプ、最低タツプにおける磁束密度分布であ
る。図からわかるように最高タツプにおいては第
１の主脚５Ａ、第２の主脚５Ｂともに磁束密度分
布は最小で、反対に最低タツプにおいては第１の
主脚５Ａ、第２の主脚５Ｂともに磁束密度分布は
最大となつている。これにより各タツプに対応す
る高圧巻線を中圧巻線間のインピーダンスは第５
図のＡ曲線の如くなり、タツプ位置により大巾に
変化する。

さらに第３図の構成例の欠点として、中圧巻線
と低圧三次巻線間のインピーダンスは第１図に比
べて約２倍に増大されるものの、変圧器容量が大
きくなるに従がい、さらに大きなインピーダンス
とせねばならず、このためには前述の当該巻線間
の主間隙を必要以上に拡げる不経済な構成とせざ
るを得ないということになりがちであつた。

本考案は以上の従来技術のもつ欠点を除去する
ために行つたもので、超々高圧巻線工作の複雑化
を避けるとともに、低圧三次巻線と中圧巻線間の
インピーダンスを大巾に増加させ、加えて、高圧
巻線と中圧巻線間インピーダンスのタツプ位置に
よる変化幅をより少さくするようにした単相変圧
器を提供することを目的とする。

以下本考案の一実施例を第６図を参照して説明
する。

第６図は単相４脚鉄心の第１の主脚５Ａに鉄心
側より中性点側中圧巻線単位１２Ａ、次いで低圧
三次巻線３、高圧巻線単位１Ａを巻装、第２の主
脚５Ｂには鉄心側より線路側中圧巻線単位１２
Ｂ、次いで高圧巻線単位１Ｂを巻装し、また一方
の側脚５Ｃには励磁巻線３Ｃ、高圧タツプ巻線４
を巻装して、各高圧巻線単位１Ａ，１Ｂは並列接
続してから高圧タツプ巻線４と直列に接続し、各
中圧巻線単位１２Ａ，１２Ｂは直列接続し、低圧
三次巻線３と励磁巻線３Ｃは並列接続して構成し
たものである。

この構成によれば高圧巻線１Ａ，１Ｂは２脚並
列ゆえ従来例の第３図にみられたような高圧巻線
の並列素線体数が２倍となるようなことはなく巻
線工作性の複雑化が避けられる。また中圧巻線と
低圧三次巻線間のインピーダンスは中圧巻線が第
１脚と第２脚で直列接続されているので、従来例
の第２図或は第３図のように低圧三次巻線３の巻
装される脚だけで決まることはなく、第６図の第
２の主脚５Ｂに巻装された高圧巻線単位１Ｂと線
路側中圧巻線単位１２Ｂ間のインピーダンスが加
わるので、大巾に増加する。すなわち第１、第２
脚に分割し巻装する中圧巻線単位をそれぞれ約半
分の巻線容量とした場合の試算では、中圧巻線と
低圧三次巻線間インピーダンスは第３図のそれに
比べて略２倍となつた。

一方、高圧巻線と低圧三次巻線間のインピーダ
ンスは、第６図の構成とすることにより、両巻線
間の間隙が小さくなるため、従来例の第２図或は
第３図の場合に比べると小さくなるが、元々十分
大きい値であり、第６図の構成においても、低圧
三次巻線３の高圧巻線単位１Ａに対する主間隙は
絶縁上の理由から、中圧巻線単位１２Ａに対する
それよりもはるかに多く拡げる必要があるため、
問題にならない。

次に上記の構成における高圧巻線と中圧巻線間
のインピーダンスの各タツプによる変化を第７図
により説明する。

第７図は第６図の構成に対応する高圧巻線と中
圧巻線間の磁束密度分布をしめしており、図中の
記号は第４図と同様であ。図から明らかな如く、
第２脚５Ｂ側に於ては、中圧巻線電流が一定のた
めタツプによる磁束密度の変化はなく、従つてイ
ンピーダンスも一定となる。一方、第１脚５Ａ側
では、タツプによる高圧巻線電流の変化をこの脚
だけで分担する関係上、第３図における第２脚分
の変化より若干大きく変化する。しかし低圧三次
巻線３が高圧巻線１Ａと中圧巻線１２Ａとの間に
配置されているので、タツプによる磁束密度分布
の変化率が第３図の例よりはるかに小さくなる。

また第６図の構成では最外側の高圧巻線外径を
ほぼ同じにする関係上、第１脚５Ａ側に比べて第
２脚５Ｂ側の中圧巻線容量を大きくするので、結
局、容量の大きな第２脚５Ｂ側のインピーダンス
が一定となる効果と前述の第１脚５Ａ側の磁束密
度分布の変化率が小さくなる効果とにより全体で
の高圧巻線と中圧巻線間インピーダンスは、第３
図の構成に比べてはるかに小さくなる。この様子
をしめしたのが第５図Ｂ曲線である。

なお、第６図の実施例では、高圧タツプ巻線を
極性切換方式として図示したが、これを第８図の
ような転位切換方式のタツプ巻線としても全く同
様の効果が得られる。特にこの場合、タツプによ
る側脚５Ｃの巻線群の磁束密度分布は第９図にし
めすように変化するので、高圧巻線と中圧巻線間
のインピーダンスは、第６図の構成例よりも、さ
らに、タツプによる変化が少ない傾向となる。

また第６図の構成においては、高圧線格端子Ｕ
と中圧線路端子ｕをそれぞれ別々の鉄心脚から引
き出すための各巻線配置としてあるが、このう
ち、各中圧巻線単位１２Ａ，１２Ｂを互に入れ替
えても何ら本考案の効果を失なわせるものではな
い。

以上説明のように本考案によれば２個の主脚お
よび２個の側脚を有する鉄心と、この鉄心の主脚
にそれぞれ巻装され並列接続する高圧巻線単位
と、前記鉄心の第１の主脚に巻装される第１の中
圧巻線単位と、前記鉄心の第２の主脚に巻装され
前記第１の中圧巻線単位に直列接続する第２の中
圧巻線単位と、前記高圧巻線単位に直列接続さ
れ、前記鉄心の一方の側脚に巻装するタツプ巻線
と、前記鉄心の第１の主脚に巻装された低圧三次
巻線と前記タツプ巻線を巻装する鉄心の側脚に巻
装され前記低圧三次巻線と並列接続する励磁巻線
とにより構成され、前記鉄心の第１の主脚には鉄
心側より中圧巻線単位、低圧三次巻線単位、高圧
巻線単位の順に巻装するようにしたので超々高圧
巻線工作が比較的容易に出来、かつ低圧三次巻線
と中圧巻線間のインピーダンスを大巾に増加さ
せ、加えて高圧巻線と中圧巻線間のインピーダン
スのタツプによる変化幅を大巾に小さくした単相
変圧器を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の単相変圧器の巻線配置および結
線をしめす概略図、第２図および第３図は従来の
他の実施例による単相変圧器の巻線配置および結
線をしめす概略図、第４図は第３図の巻線構成に
対応する高圧巻線と中圧巻線間の磁束密度分布を
しめす概念図、第５図は第３図の巻線構成による
高圧巻線と中圧巻線間のインピーダンスの各タツ
プにおける変化傾向と、本考案によるそれとの差
を説明するための図、第６図は本考案の一実施例
による単相変圧器の巻線配置および結線をしめす
概略図、第７図は第６図の巻線構成に対応する高
圧巻線と中圧巻線間の磁束密度分布をしめす概念
図、第８図は本考案の他の実施例をしめす側脚に
おける巻線配置図、第９図は第８図の巻線配置に
対応する巻線間磁束密度分布をしめす概念図であ
る。 １Ａ，１Ｂ，１１Ａ，１１Ｂ……高圧巻線単
位、２Ａ，２Ｂ，１２Ａ，１２Ｂ……中圧巻線単
位、３，３Ａ，３Ｂ……低圧三次巻線（単位）、
４，４１，４２……高圧タツプ巻線、５Ａ，５Ｂ
……鉄心主脚、５Ｃ……鉄心側脚、MAX，
MID，MIN……最高タツプ、中央タツプ、最低タ
ツプにおける巻線間磁束密度分布、Ｕ……高圧線
路端子、Ｖ……高圧中性点端子、ｕ……中圧線路
端子、ｖ……中圧中性点端子、ａ，ｂ……低圧三
次端子、Ｘ……高圧巻線とタツプ巻線の接続点。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. ２個の主脚および２個の側脚を有する鉄心と、
   この鉄心の主脚にそれぞれ巻装され並列接続する
   高圧巻線単位と、前記鉄心の第１の主脚に巻装さ
   れる第１の中圧巻線単位と、前記鉄心の第２の主
   脚に巻装され前記第１の中圧巻線単位に直列接続
   する第２の中圧巻線単位と、前記高圧巻線単位に
   直列接続され、前記鉄心の一方の側脚に巻装する
   タツプ巻線と、前記鉄心の第１の主脚に巻装され
   た低圧三次巻線と、前記タツプ巻線を巻装する鉄
   心の側脚に巻装され前記低圧三次巻線と並列接続
   する励磁巻線とにより構成され、前記鉄心の第１
   の主脚には鉄心側より中圧巻線単位、低圧三次巻
   線単位、高圧巻線単位の順に巻装したことを特徴
   とする単相変圧器。