JPS6410923B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一般に電気リアクトルに関するもので
あり、特に液体あるいは気体冷却剤を用いてフオ
イル型巻線を有する鉄心分路リアクトルに関する
ものである。

電力は、ワツトで表わす消費電力とVARで表
わす無効電力の２つの成分からなると考えること
ができる。VARはVolt―Amperes Reactiveの
略である。送電線では無効電力要求は電圧の２乗
で増大する。無効電力要求はまた送電線容量およ
び送電線長さの増大と共に増大する。長い高圧
（HV：100kV乃至229kV）送電線あるいは超高
圧（EHV：230kV以上）送電線を用いると、送
電線端に接続された系統に対する無効電力要求が
更に増大する。更に、超高圧送電線に普通に用い
られる束ねた導体の容量が増えると、高圧送電線
に普通に用いられる導体に比較して、無効電力要
求が大幅に増大する。

無効電力要求は、送電線端の系統が発生した無
効電力を吸収できないと、端子電圧が接続された
機器を損傷する程の大きさとなるので重要なもの
である。従つて、軽負荷の期間のある長い高圧あ
るいは超高圧送電線、あるいは給電すべき系統の
発達初期には軽負荷であつた送電線を補償するの
が一般的になつている。この補償は、系統の受電
端で高圧あるいは超高圧送電線に分路リアクトル
を接続することにより行なわれる。分路リアクト
ルは、送電線に沿つた電圧分布および送電線長さ
に応じて適当な１つ以上の中間点で送電線に接続
することもできる。

分路リアクトルには空心リアクトルと鉄心リア
クトルの２つの主な型式がある。空心リアクトル
の一例は米国特許第3902147に記載されており、
このリアクトルは同心に径方向に離間して配置さ
れた２つ以上の組の剛性の円筒コイル組立体から
なる空心二重リアクトルである。米国特許第
3621427号に記載されている別の空心リアクトル
の例は、鉱油等の液体絶縁冷却誘電体中に浸けた
直列の平型巻線を用いるものである。これにより
リアクトルが高電圧で動作できるようになる。こ
こで注意すべきは、このリアクトルでは空気が液
体冷却剤で置換されているので空心を持つていな
いことである。しかしながら、このリアクトルは
磁界を成形できる鉄心を備えていないので産業界
では空心リアクトルと考えられている。

米国特許第3504321号には鉄心リアクトルの例
が記載されている。この例は、シートあるいはフ
オイル（箔）状導体を数回巻きした２つの長いコ
イルを用いた二重リアクトルである。リアクトル
にフオイル導体巻線を用いることは、巻回間容量
特性が優れていて衝撃電圧分布が優れているため
に望ましいことである。フオイル巻線に於ては巻
回間容量が大きいので、さもなければ必要な絶縁
補強が不要であり、経済性が相当に高い。フオイ
ル巻線を有する鉄心リアクトルはまた、液体の絶
縁冷却誘電体と組合わせても用いられて高電圧で
動作できるようにされている。しかしながら、フ
オイル巻線は、フオイル層間に留まつた気泡が動
作前に移動除去されない場合には高電圧動作時に
問題を起こす。フオイル巻線のフオイル間に閉じ
込められた気泡が発生しないようにすることが理
想的である。

本発明は少なくとも１つの直線状の脚部を有
し、絶縁性誘電冷却剤を収容したタンク内に設け
られた鉄心と、同心的に離間して堆積され、上記
脚部を電磁的に結合する複数のフオイル巻線と、
上記脚部に対して略々径方向に上記複数のフオイ
ル巻線に近接して配置され、上記誘電冷却剤を流
す複数の冷却剤流路と、上記複数のフオイル巻線
を並列に接続して線端子および中性端子を形成す
る接続装置とを備え、上記堆積体の線側端に設け
られてそこに接続された少なくとも１つのフオイ
ル巻線が、巻線が径方向外側に進むにつれて次第
に減少するフオイル幅を有し、上記線端子に接続
された少なくとも１つのフオイル巻線がコロナ作
用を最少限にするように丸められた１つの外周縁
を有するようにしてなる、耐熱性、誘電耐力およ
び衝撃耐電圧特性の改善された電力リアクトルに
在る。

望ましい実施例によれば、フオイル巻線を有す
る改良された鉄心分路リアクトルが得られ、鉄心
は、特定の低透磁率となるのに必要な密度でモー
ルドに圧縮された被覆電気鋼の小片で構成され
る。透磁率が小さいと高磁気抵抗回路が得られ、
空隙の数および漏れ磁束の量が減る。複数のフオ
イル巻線が鉄心に沿つて同軸状に互いに離間して
設けられている。線端のフオイル巻線はエポキシ
中に封じ込めると有利である。鉄心とフオイル巻
線とは六弗化硫黄（SF₆）で加圧された金属ケー
シング内に収容される。フオイル巻線をこのよう
に配置することにより、SF₆ガスが鉄心に沿つて
軸方向にまたフオイル巻線間で径方向外方に循環
できるようになり、本発明のリアクトルに改善さ
れた熱特性を与える。

各フオイル巻線は導電性フオイルの細い帯状体
により構成される。この導電性フオイル上には絶
縁体層が設けられる。導電性フオイルを次にマン
ドレル上で巻いてフオイル巻線を形成する。巻線
の形状のために、極めて高い巻回間容量が得られ
また巻線の対地容量が極めて小さくなる。この形
状により衝撃電圧分布特性が改善され、従来のも
のに対して巻回間絶縁が少なくて済む。必要な絶
縁が少ないので平均巻回長さが小さくなり、分路
リアクトルの大きさ、重量および損失が小さくな
る。

分路リアクトルの発生する雑音は隣接コイルに
対してコイルが移動することにより発生するもの
である。コイルの移動は電流が流れているときコ
イルが発生する吸引力によるものである。本発明
は、フオイル巻線を全て並列に接続して各コイル
に流れる電流を減少させ、吸引力を減少させるも
のである。フオイル巻線間の力は電流の２乗で変
化するので、コイルの移動および発生する雑音は
最少限となる。

フオイル巻線を用いる別の利点は、フオイル巻
線を、製造および取扱いの容易な小型の巻線区分
として予じめ作つて置き、適当な処理の後に堆積
して最終組立体にすることにより製造できること
である。

また、鉱油等の液体誘電体の代りにSF₆を用い
ることにより従来のものに対して有利となる。特
に、本発明のリアクトルは圧縮ガス絶縁変電所に
用いることができる。巻線と大地および巻線と鉄
心との間の間隙を小さくでき、大きさを更に小さ
くできる。圧縮ガスは鉱油程には音を伝えないの
で雑音が更に小さくなる。

SF₆を用いる別の利点はリアクトルの重量が小
さくなることであり、オイル注入および処理が不
要であるので火災の危険が少ない。これらのまた
他の利点は後にも説明する。

次に添附図面に示す本発明の実施例に沿つて本
発明を説明する。

第１図に本発明のフオイル巻線１０を示す。フ
オイル巻線１０は絶縁被覆された導電性フオイル
（箔）１２の細い帯状体の同心状の複数の巻回で
構成されている。導電性フオイル１２はアルミニ
ウムあるいは銅の市販のフオイルで良く、絶縁体
の薄い層が設けられており、マンドレル等に巻い
てフオイル巻線１０に中心開口１４ができるよう
にする。フオイル巻線１０は第１端１６即ち巻き
始め端と外側の第２端１８即ち巻き終り端とを有
している。フオイル巻線１０の第１端１６と第２
端１８との間には巻回間容量の大きな導電路が形
成されている。

第２図には、鉄心分路リアクトルに用いる本発
明による10個のフオイル巻線２４乃至３３からな
る群が示されている。８個のフオイル巻線２５乃
至３２は各々、第１図の説明による如く構成さ
れ、従つて同一構造である。端部のフオイル巻線
２４および３３も、フオイル巻線の径方向に導電
性フオイルの幅が小さくなることを除いて、第１
図のものと同じである。従つてフオイル巻線２４
および３３の外縁は丸くなつている。フオイル巻
線２４および３３の外縁を丸めるのは電気的破壊
およびコロナ効果を防ぐために必要である。代り
にフオイル巻線１０をそのまま変形せずに用いる
こともできるが、この場合端部に均圧用トロイド
を設ける。望ましくはエンドコイルは適当なエポ
キシ樹脂中に封入する。更に、各フオイル巻線の
フオイル層間の空気澱み部を無くすために、巻き
工程中にフオイル間に適当な液体樹脂を施こすこ
ともできる。このような巻線はコロナ開始電圧が
比較的高く、フオイルの縁が良く覆われている点
で高品質である。

絶縁体の管状の巻線胴３５が10個のフオイル巻
線２４乃至３３の中心開口を通つている。巻線胴
３５は円筒形であり、その上にフオイル巻線がし
つかりと嵌るようにフオイル巻線２４乃至３３の
中心開口に対応した外径を有している。巻線胴３
５は磁気鉄心３６を受け入れてしつかりと係止す
るために貫通した開口を備えている。フオイル巻
線２４乃至３３はこのように鉄心３６に沿つて同
軸に配置されている。鉄心３６は、成形型内で所
要の密度に圧密された絶縁被覆された極めて小さ
い鋼片で形成されている。このため、高磁気抵抗
磁界を形成する低透磁率が得られ、空隙の数およ
び漏れ磁束の量を制御できる。別の実施例として
は鉄心３６は米国特許第4158582号に記載の如く
微小積層体で形成できる。

組立られた10個のフオイル巻線の各々は隣接の
フオイル巻線から微少距離だけ離間して配置され
ている。この間隔のために冷却剤が矢印３８乃至
４６で示す如くフオイル巻線間を径方向外向に循
環できる。冷却剤の循環については第３図に関連
してより詳細に説明する。

第２図に示すフオイル巻線２４乃至３３の構造
および配置による利点は多い。第１に各フオイル
巻線の露出表面積が最大となる。第２にフオイル
に沿つて縁に至る熱伝達が、フオイル巻回および
間の絶縁を横切る径方向の熱伝達よりもより効率
良く行なわれる。第３に、矢印３８乃至４６で示
す径方向冷却剤流路が、各フオイル巻線の全露出
表面に接触するために移動しなければならない距
離であることである。最大露出表面と最短冷却剤
流路との組合わせにより優れた熱特性が得られ
る。第４に、フオイル巻線２４乃至３３が並列接
続されているので、いずれのフオイル巻線２５乃
至３２上のどの点でもその隣りのフオイル巻線上
の対応する点と同電位である。ここに説明する構
造に於ては対地漏れ容量が極めて小さい。更に、
コイルの構成自体が大きな直列容量あるいは巻回
間容量および巻線間で一様な電圧分布をもたら
す。電圧分布が一様であると巻線の衝撃電圧分布
が良くなる。これらの要因、即ち小さな漏れ容
量、大きな直列容量および一様な電圧分布のため
に巻線の巻回間の絶縁を最小限とすることができ
る。このため空間利用率が改善され、巻回長さが
小さく脚部体積当りの巻回数が大きくなる。従つ
て分路リアクトルの大きさおよび重量が相当に節
約できる。最後に、フオイル巻線を予じめ作つて
置き、適当な数を最終的に組立てて所要の定格の
分路リアクトルを得ることもできる。

第３図に於て二重分路リアクトル５０が斜視図
で示されている。第１鉄心部分即ち脚部５２と第
２鉄心部分即ち脚部５４とが継鉄５６および５８
により連結されている。継鉄５８は内部の詳細を
示すために全部は図示していない。脚部５２は微
小積層体で形成され、第１の巻線胴６０に囲まれ
ている。第１の巻線胴６０は第１の巻線群６４を
支持している。第１の巻線群６４は径方向支持体
６８により互いに分離された10個の別個のフオイ
ル巻線で構成されている。端部支持体６６および
６７は、径方向支持体６８と共にフオイル巻線が
移動するのを防ぎ、巻線間に微少な間隔を保持し
ている。

第１の巻線胴６０は複数の鉄心冷却ダクト７４
を持つている。鉄心冷却ダクト７４は第１の脚部
５２に平行で接触している。鉄心冷却ダクト７４
は冷却剤を矢印７６乃至８１で示す如く脚部５２
に沿つて軸方向に流し、こうして脚部５２が冷却
される。第１の巻線胴は脚部５２に平行な複数の
巻線冷却ダクト８３を備えている。巻線冷却ダク
ト８３は第１の巻線胴６０の外周の複数の周方向
溝１０３と連通している。周方向１０３は個々の
巻線間の微少間隙と同じ位置にある。従つて冷却
剤は、矢印８５乃至９０で示す如く巻線冷却ダク
ト８３を通つて軸方向に流れ、また矢印９１乃至
１０１で示す如く各フオイル巻線間を径方向外向
に流れる。

第１の巻線群６４を構成する10個のフオイル巻
線の各々は、その一端で図示してない中性導体に
接続され、他端で図示してない高圧導体に接続さ
れている。このように、第１の巻線群６４の10個
のフオイル巻線は並列接続されている。このフオ
イル巻線の並列接続関係は、第４図に概略的に示
してある。第４図に於て、電源１０８が長い高電
圧送電線１１２により負荷１１０に接続されてい
る。送電線１１２には送電線１１２に所望の電圧
分布を与えるように選んだ位置で導体１１４によ
り分路リアクトル５０が接続されている。導体１
１４は、送電線１１２を金属ケース１０５上のブ
ツシング１１６を介して並列のフオイル巻線から
なる巻線群６４に接続している。フオイル巻線を
並列に接続することにより各巻線に流れる電流が
最少となる。従つて巻線間の吸引力が最少とな
り、フオイル巻線の運動により発生する雑音が減
少する。

第３図に示す第２の鉄心部分即ち脚部５４は微
小積層体により形成され第２の巻線胴６２に囲ま
れている。第２の巻線胴６２は第２の巻線群７０
を支持している。第２の巻線胴６２と第２の巻線
群７０とは構成および動作がそれぞれ第１の巻線
胴６０と第１の巻線群７０と同一である。

限定的な意味でなく例を示せば、167MVARの
電気分路リアクトルは、２つの巻線群で構成され
る。各巻線群は互いに0.375in（9.5mm）離間した10
個のフオイル巻線を有している。各フオイル巻線
は、幅3in（76.2mm）、厚さ5.5×10^-3in（0.14mm）の
導電性フオイルで形成されている。フオイルには
両面に１×10^-3in（0.025mm）の絶縁層が設けてあ
る。絶縁されたフオイルはマンドレル等上で、外
径84.5in（2146.3mm）、内径48.5in（76.2mm）のフオ
イル巻線巻線に巻かれる。

第３図に示す二重分路リアクトル５０は金属ケ
ース１０５内に収容され、六弗化硫黄（SF₆）等
の冷却剤で加圧されている。SF₆は他の冷却剤に
対して多くの利点を持つている。巻線と大地との
間および巻線と鉄心との間の間隔が小さくなり、
分路リアクトルの大きさが小さくなる。SF₆を用
いた分路リアクトルは圧縮ガス絶縁変電所と共に
用い得る。更に、SF₆は圧縮性で、難燃性、非爆
発性で軽量である。SF₆はまた経時変化無く、毒
性が無く、絶縁破壊後に生成物が少なく回復時間
が短かい。更に、SF₆は液体程には音を伝えない
ので分路リアクトルの雑音特性が改善される。

或る場合にはリアクトルを強制冷却するために
SF₆冷却剤を循環させる装置を設けることが有利
であろう。又、SF₆冷却剤の循環を改善するため
に第５図に示す如くフオイル巻線を皿状にすると
更に有利である。第５図に於て鉄心１２０が巻線
胴１２２に囲まれ、巻線胴１２２は10個のフオイ
ル巻線からなる巻線群１２４を支持している。鉄
心１２０と巻線胴１２２とは、フオイル巻線１２
４が煙突状となるように縦に配置されている。各
フオイル巻線は上向の皿状にされて各フオイル巻
線が巻線胴１２２に対して90゜より小さい角度φ
を形成している。このようにして各フオイル巻線
間の冷却剤の流れ（矢印１２６乃至１３４で示
す）が改善される。

簡単に要約すると、複数のフオイル巻線で構成
された鉄心分路リアクトルが得られる。フオイル
巻線は互いに微少距離離れて鉄心上に同軸に配置
されている。従つて冷却剤が鉄心に沿つて軸方向
に流れまた各フオイル巻線間を径方向外向きに流
れることができる。フオイル巻線の形状および鉄
心上の巻線の配置により、熱特性、絶縁特性、衝
撃耐電圧特性および雑音特性の優れたリアクトル
が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のフオイル巻線を示す図、第２
図は本発明の電力リアクトルのフオイル巻線の側
面図、第３図は本発明の電力リアクトルおよび巻
線構造の部分破断斜視図、第４図は配電系統に接
続された分路リアクトルのフオイル巻線の並列接
続を示す概略図、第５図は改善された冷却剤循環
特性を有する皿形フオイル巻線の側面図である。 ２４〜３３…フオイル巻線、３５…巻線胴、３
６…鉄心、７４…鉄心冷却ダクト、８３…巻線冷
却ダクト。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 少なくとも１つの直線状の脚部を有し、絶縁
   性誘電冷却剤を収容したタンク内に設けられた鉄
   心と、 同心的に離間して堆積され、上記脚部を電磁的
   に結合する複数のフオイル巻線と、 上記脚部に対して略々径方向に上記複数のフオ
   イル巻線に近接して配置され、上記誘電冷却剤を
   流す複数の冷却剤流路と、 上記複数のフオイル巻線を並列に接続して線端
   子および中性端子を形成する接続装置とを備え、 上記堆積体の線側端に設けられてそこに接続さ
   れた少なくとも１つのフオイル巻線が、巻線が径
   方向外側に進むにつれて次第に減少するフオイル
   幅を有し、上記線端子に接続された少なくとも１
   つのフオイル巻線がコロナ作用を最少限にするよ
   うに丸められた１つの外周縁を有するようにして
   なる、耐熱性、誘電耐力および衝撃耐電圧特性の
   改善された電力リアクトル。 ２ 各フオイル巻線が、巻付中にフオイルに施し
   た液体エポキシ樹脂を含む特許請求の範囲第１項
   記載の電力リアクトル。 ３ 上記線端子に接続された上記少なくとも１つ
   のフオイル巻線が、絶縁性組成物中に囲まれた特
   許請求の範囲第１項記載の電力リアクトル。 ４ 上記絶縁性組成物がエポキシ樹脂である特許
   請求の範囲第３項記載の電力リアクトル。 ５ 各フオイル巻線が略々皿形であつて、上記堆
   積体に組立てるとき、上記複数の冷却剤流路が斜
   め上方に組立てられたフオイル巻線の軸心から離
   れるような向きとなり、上記誘電冷却剤の対流を
   容易にするようにした特許請求の範囲第１項記載
   の電力リアクトル。 ６ 上記誘電冷却剤が六弗化硫黄である特許請求
   の範囲第１項記載の電力リアクトル。