JPS6284505A - 三巻線スコツト結線変圧器 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、き筒用変圧器として使用されるスコツト結線
変圧器に関するものである。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

高速′４気車に電力を供給するための、き筒用変圧器に
は第４図に示すような変形クツドブリッジ結線と呼ばれ
る３相２相変換用変圧器ｌと昇圧用変圧器２とで構成さ
れたものが使用されている。

（例、ｔば「鉄道技術研究所速報Ｊ　１９８４年３月。

陽ム−８４−３９、国鉄発行　Ｐ２．３参照）３相２相
変換用変圧器ｌは１次巻線がＹ結線であり電圧Ｂ、で受
電し、２次巻線はＶ相を並列接続した二重三角結線で、
らる。

この２次巻線の１ｆｆｉの出力端子ａｃ間の電圧なＥ、
とすれば、もう１組の出力端子６１６１間の電圧はＢＩ
３となり、端子ａｃ間と端子６２６２間の電圧の位相差
は９０度になっている。

昇圧用変圧器２は入力端子ｂ’ｄ’間の電圧Ｂｖ’Ｖ’
ｓを昇圧し、出力端子ｂｄ間１；竜圧りを発生する単巻
変圧器である１゜ この変形ウッドブリッジ結線変圧器方式では、１次側中
性点０が直接接地できるので、超高圧線路から直接受電
でき、１次巻線の絶縁が大−に低減できる利点が、ちる
。

しかしながら、受電するのは超高圧線路からだけでなく
、受電電圧もが１５４　ＫＶ以下になる場合もあり、こ
の場合は必らずしも１次側の中性点を引出し、接地する
必要はない１゜ そして、３相２相変換用変圧器ｌのほかに、昇圧用変圧
器２が必要となるため、大形化し、製造価格が高くなり
、かつ広い設置場所と多額の工事費が必要となる欠点が
ある。

次に２次側の絶縁階級の低減について説明する、第５図
は変形クツドブリッジ結線変圧器の片座と等価である単
相二巻線形のき瑠用変圧器３の１次側に電源４を接続し
、２次側にしゃ断器５を介して単巻変圧器６を接続し、
′４気車７に給電する従来の単巻変圧器き電力式（入Ｔ
方式）を示している１、この方式ではき電量変圧器３の
２次側は非接地方式となっているため、単巻変圧器６が
接続されていない状態、すなわち、し中断器５が開の時
に、２次側で地絡が発生することを考慮して、電気車電
圧ｇＴの２倍である２次橿圧Ｅ、に相当する絶縁階級と
している。

第６図は最近開発された新入Ｔ方式を示したものであり
、そのき電量変圧器８は電気車電圧Ｂｔに等しい電圧ｇ
、／２である２次巻線ＩＯと３次巻線１１を有する単相
三巻線形である。

すなわち、１次巻線９には電圧Ｅ１の電源４が接続され
、２次巻線ｔＯと３次巻線１１は直列に接続され、その
接続点Ｎは接地され、両端の端子Ｔ。

Ｆにしゃ断器５を介して単巻変圧器６を接続し、電気車
７に＃亀する回路である。

実際の使用では、これらの回路を両座分用意し、それら
の出力電圧の位相差を９０度になるように構成し１両座
の負荷が同一であれば１次側の３相亀源からの電流は３
相平衡が得られるよ５にしたものである。

この新入Ｔ方式では、たと光、しゃ断器５が開の時にも
接続点Ｎが接地されているので２次側と３次側の絶縁階
級は電気単基Ｉ＋：ｌ１Ｘｒすなわち２次。

３次の電圧Ｅ、／２に相当する値でよく、従来方式の半
分にすることができる。。

しかし、接続点Ｎで一端が接続されていても。

２次巻線１０と３次巻線１１は独立しているので両巻線
に通電する負荷電流には不平衡を生じるし、地絡事故時
には異常電圧が発生する恐れがあるので。

き電量変圧器８の巻線間のもれインピーダンスには、適
正な配分が必要である。

次にそれを説明する、 一般にもれインピーダンスはｌ、３２組の巻線の一方ｊ
を短絡し、他方■二電圧を加えその他の巻線は開放とし
たときの電圧、ｉｌ流から計算され、基準の容量と電圧
に換算した値をｚ−１として表示する。

そして、第６図の場合端子Ｔ、Ｎ、Ｐに分離された等価
なもれインピーダンスｚ？　＊　ｚＮ　＊　ｚＦは下記
＋１）式により定義される。

この、もれインピーダンスｚＴ＠　ＺＮ　＠　ｚＦにつ
いては、ｚＴ、とＺＦをほぼ同一値にする必要があり、
ＺＮは正の方向で、できるだけ小さくすることが必要で
ある。すなわちＺＮの値が正の方向にあまりに大きいと
２次側が短絡した場合３次側の電圧上昇が大きくなり、
３次側が短絡した場合には、２次側の電圧上昇が大きく
なり好ましくなく、逆に。

Ｚ、の値が貞の方向に大きくなると、こ−の新ＡＴ方式
の特性として３次巻線に比べ２次巻線の力に、より多く
流れる磁流不平衡の度合が大きくなり、やはり好ましく
ない。

このように、運転上の制約からき電量変圧器８のもれイ
ンピーダンス特性は下記（２）式の関係を満足させるこ
とが必要で大きな要因で７らる。

〔発明の目的〕 本発明の目的は以上説明したよ５な点に鑑みて受電電圧
Ｅ、が１５４ＫＶＪ２を下の場合に適用すれば。

小形で製造価格が低減できる三巻線スコツト結線変圧器
を得ることである。

〔発明の概要〕

本発明によるき両用変圧器は従来から使用されている２
巻線形のスコツト結線変圧器に３次巻線を追加し、１次
巻線を２次巻線と３次巻線の間に配置するようにし、そ
して２次巻線と３次巻線の絶縁階級を従来の半分にでき
、しかももれインピーダンス特性のが１記（２）式の関
係を満足できるようにしたものである。

〔発明の実施例〕

以下本発明を第１因に示す実施例について説明する１、
主座変圧器は主座用鉄心脚１２に、内側より順に、主座
用２次巻線１４，１次Ｕ端子側巻線１５゜１次Ｗ端子側
巻線１６　Ｊよび主座用３次巻線１７を同心状に巻装す
る。Ｔ座変圧器はＴ座屈鉄心脚１３に内側より順に、Ｔ
部用２次巻線１８．１次Ｖ端子側巻線１９．鰭よびＴ廃
用３次巻線２０を同心状に巻装する。

１次巻線１５．１６．１９は接続点Ｍによって接続され
、発生電圧は１次巻線１５と１６は電源電圧Ｂ、の半分
に、１次巻線１９は１源亀圧Ｂ１の４／２倍となるよう
にし、２次巻線１４．１８．、鎗よび３次巻線１７゜２
０に各々発生する電圧の大きさをＥ、／２となるよ５に
する。第２図は、よりわかり易く位相差をもわかるよう
に表示したものであり、鉄心脚は省略しである。

以上のよ５な構成にし、１次側端子Ｕ、Ｖ、Ｗに３相電
源を印加すれば普通のスコツト結線変圧器と同様に作用
し、主座用の２次巻線１４と３次巻線１７には同一位相
の電圧が、ＴＮ！！、用の２次巻線１８と３次巻（Ｊ！
　２０には主座用の電圧と９０度の位相差をもつ電圧が
それぞれ得られる。

そして各々の２次巻線と３次巻線に同一負荷を同時に接
続すると１次側から流込む３相罎流は平衡することも、
普通のスコツト結線変圧器と同様である。

２次巻線と３次巻線の絶縁階級については、使用時その
一端（Ｎ　　＠　ＮｕｌＩ　Ｎｖｌ　ｅ　Ｎａ３　）が
必ら、　　　ｕｌ ず接地されているので従来の半分でよいことは明確であ
る。

次にこの構成にぼける。もれインピーダンス特性を説明
する。

１ず主座変圧器に調いては下記（３）式の関係が得られ
る。

ｚｕ　””（Ｚｌ４−１１　＋Ｚｔ４−１゜）／２−　
（Ｚｔｉ−ｔａ）／４１　、：３１但しＺｌ、、は巻線
ｉと巻線１間のもれインピーダンスであり、巻線間の寸
法（第１図に示すＧｌなど）とその直径の積にほぼ比例
する。

（２）式の条件を満足させるためには＋１）式の関係よ
りＺｔｌキＺｌｌとする必要がある。、そのために、巻
線１４と巻線１５の間の寸法Ｇｌを（その直径が内側で
小さいから）、巻線１６と巻線１７の間の寸法Ｇ３より
大きくする。このような配置では、ｚｌｓは（Ｚｓｔ　
＋　Ｚｓｔ　）の約、１倍程度すなわち２１１の約２．
２倍程度となるので（１）式よりＺＴ中ＺＦ中０．９×
ｚ！ｉ　ｓ　ｚＮ　中０．Ｉ　Ｘ　Ｚｌ１　＊　０．１
１　Ｘ　Ｚ？の関係が得られ、（２）式の関係を満足す
ることができる。

次にＴ座変圧器に、結いては、下記（１３式の関係が得
られる。

但し１、Ｚ、、、は（３）式の場合と同峰である。第３
図はＴ座変圧器に、はけるＴ部用２次巻線１８と１次巻
線間のもれインピータンスＺ′８．を測定する場合の接
続を示したものである。すなわちＴ部用２次巻線１８に
測定用単相電源２１を接続し、１次巻線側端子Ｕ、Ｖ、
Ｗを短絡リード２２で短絡し、流れる電流を矢印で表示
しである。

Ｔ廃用３次巻線２０と１次巻線間のもれインピーダンス
ＺＷｌを測定する場合は第３図に、結いて測定用単相電
源２１をＴ廃用３次巻線２０に接続して行なわれる。

（２）式の条件を満足させるためには＋１３式の関係よ
り２′□中ｚ′３□とする必要がある。そのために、第
１図に示すように巻線１８と巻線１９の間の寸法Ｇ４を
（その直径が内側で小さいから）巻線１９と巻線２０ノ
間の寸法Ｇ５より太きくし、Ｚｌａ−１１中Ｚ！Ｇ−Ｈ
となるよ５にする。

このような配置ではＺ　１８．１Ｇは（Ｚｌ８．ＩＯ＋
　２１０−１１１）の約、１倍程度すなわちｚｏ、１゜
の約２．２倍程度であり、又主座変圧器の１次巻線間の
もれインピーダンス２□、、６はＺｔａ、ｓ。の約０．
６倍以下にすることができる。

故に（１）式、（幻式、鰭よび前述のｚ１８＠ｌｌｌ　
”：”　ｚｔｏ−ｔｏ　５ｚ１８−１Ｏ中２．２　Ｘ　
Ｚｔｓ、ｓ＊　、Ｚｔｓ−ｔｓ中０．６　Ｘｚｔｓ−ｔ
ｏよりＺ　Ｔ　＊　Ｚ　ｙ中０−９５　ＸＺ’ｔｔ　、
　ＺＮ　＊　Ｏ，Ｑ　４８　ｘｚ’、１中０．０５１Ｘ
Ｚ？の関係が得られ、（２）式の関係を満足することが
できる。

鉄心構成は、主座用鉄心脚１２とＴ座州鉄心脚１３をそ
れぞれ別個の鉄心として同一タンクに収納する２鉄心形
と、２個の鉄心脚１２．１３を継鉄で共通にして側脚な
つけて１個にまとめたｌ鉄心形とがあり、設置場所まで
の輸送や設置場所の条件などで最適となる方を採用すれ
ばよい。

尚、１次側の中性点接地による１次側の低減絶縁と段絶
縁は本発明では不可能であるが、１次側の絶縁階級が１
４０号以下への適用を考；しれば接続点Ｍをリードで引
出し避雷器を項付ける方式でも絶縁低減という観点から
はさほど問題にならない。

以上の説明かられかるように本発明によれば。

もれインピーダンス特性を満足すると共に次の特長があ
る。

（１）ｌタンフカ式なので小形・軽暖化ができる。

（２）２次と３次の絶縁階級を従来の手分にできる。そ
して２次と３次の回路に１！ｉ！用される、しゃ断器、
断路器、鰭よび避雷器などについても同様に低い絶縁階
級の機器でよいことになる、（３）　　主座、Ｔ座とも
鉄心脚が各１脚ですみ、１次２次調よび３次の各巻線も
各１組づつであり。

必要最小限の部品数で構成できるので安価に製造でき、
特性も良（できる。

（１３主座変圧器の２次と３次巻線を各２組づつ用意し
、交差接続として循環電流を流すため、それらの巻線容
量を２／／３倍している別鉄心脚方式などに比べ本発明
によれば、そのような循ｍｉｉ流を流す必要がないため
、巻線容量の増加は不要である。

（５）１次巻線が２次巻線と３次巻線の間に配置される
ため短絡時に１次巻線に発生する電磁機械力はその向き
が２次巻線と３次巻線との間で逆になるため機械力的に
は有利な構造であり、もれインピーダンスが小さく、機
械力が問題になる場合でも１次巻線の導体断面積を耐礪
械力のために太くする必要はない１、 （６）　　この新ＡＴ方式では、第６図でもわかるよう
に単巻変圧器６と電気車７との位置関係から２次側と３
次側の電流の゛流れ方向が同一でなく、３次側より２次
側の方により大きな電流が流れるが、本発明によれば２
次側巻線が３次側巻線より内側であるので３次巻線に比
べ巻線導体の長さが短かく、巻線抵抗が小さくなり発生
する損失が少なくできる。

又、大きな電流に対し、その巻線導体の温度上昇が高く
ならないように導体断面積を大きくするが、内側巻線ゆ
、えにその導体長さが短かいので、必要とする導体の重
量は外側配置に比べ少なくできる利点がある。。

変圧器容量が非常に大きく、あるいは輸送条件が小さく
、輸送が困難となる場合には主座用変圧器とＴ座用変圧
器を別々のタンクに収納し、油中ダクトで接続し、一体
とする方法を採用してもよい１１ 〔発明の効果〕 以上のように本発明によれば、もれインピーダンス特性
を満足し、運転上の不具合をなくし、２次６６よび３次
の巻線鑓よび回路の絶縁階級が半減でき、しかも小形・
軽暖化が可能で製造価格が低減できる三巻線スコツト結
線変圧器を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による三巻線スコツト結線変圧器の一実
施例を示す結線図、第２図は本発明による巻線の接続と
発生電圧を示す結線図、第３因はもれインピーダンス測
定を示す結線図、第４図は従来の変形クツドブリッジ結
線のき電相変圧器の結線図、第５図は従来の変形ウッド
ブリッジ結線に、に（するＡＴ方式の回路構成図、第６
図は新しい三巻線き竜用変圧器によるＡＴ方式の回路構
成図で、Ｆ）るウ ド・・３相２相変挨用変圧器 ２・・・外圧用変圧器 ３．８・・・き電相変圧器 ５・・・しゃ断器　　６・・・単巻変圧器　７・・・電
気車９　、１５．１６．１９・・・１次巻線１０．１４
．１８・・・２次巻線 １、１７．２０・・・３次巻線１ ２．１３・・・鉄心脚 代理人　弁理士　　則　近　憲　佑 同　　三俣弘文 第１図 第３ＷＩ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 主座変圧器とＴ座変圧器が各々１次、２次および３次の
   巻線から構成される三巻線スコツト結線変圧器において
   、主座変圧器用鉄心脚に内側より順に主座用の２次巻線
   、１次Ｕ端子側巻線、１次Ｗ端子側巻線および主座用３
   次巻線を巻装し、Ｔ座変圧器用鉄心脚に内側より順にＴ
   座用の２次巻線、１次Ｖ端子側巻線およびＴ座用３次巻
   線を巻装したことを特徴とする三巻線スコツト結線変圧
   器。