JP2009088084A - 静止誘導電器 - Google Patents

Abstract

【課題】タンクの内壁面に非磁性体シールドを効果的に配置して経済的に製作でき、漏洩磁束に基づく温度上昇を抑制すると共に損失を低減できる静止誘導電器を提供する。
【解決手段】各相の鉄心主脚２１に、それぞれ巻線Ｗを巻装した変圧器器本体１１をタンク１０内に収納し、タンク１０には各巻線に対向する少なくともタンク長手方向の内壁面に、巻線の軸方向寸法よりも大きく形成した非磁性体シールド３０を取付けている。この非磁性体シールド３０は、巻線の軸方向の上端側及び下端側と対向する部分付近に、それぞれ帯状空白部３１を設けている。非磁性体シールド３０は、帯状空白部３１によりタンク１０の水平方向に三分割する横シールド部材３１Ａと、巻線と対向しないタンク１０の内壁面に配置し、各横シールド部材３１Ａ間を結合する連結シールド部材３０Ｂとから構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は静止誘導電器に係り、特にタンクの内面に非磁性体シールドを配置する静止誘導電器に関するものである。

近年製作する静止誘導電器は大容量化される傾向にあり、例えば変圧器の場合には全体構造が大型化している。変圧器の大型化は、運転の時にタンクの内部に収納する巻線や巻線より引き出すリード線からの漏れ磁束も増加することになる。

巻線等からの漏れ磁束は、変圧器の構造物、特に巻線が対向して近接するタンクの内壁面に侵入して渦電流を誘起し、渦電流に基づき局部的な温度上昇を引き起こし、損失を増大させるため、製品の性能や信頼性等の面から問題となる。

このため、変圧器では周知のように巻線と対向するタンクの内壁の全面に、珪素鋼帯の磁性体、或いは銅板やアルミニウム板等の非磁性体によるシールド板を配置して取付け、漏れ磁束がタンク内壁面への侵入するのを抑制して局部過熱を防止し、損失低減を図っている。

タンクの内壁面に、非磁性体シールド板を取付けて使用する構造は、銅板やアルミニウム板等を大量に使用するから、近年の如く非磁性体材料の値段が高騰してくると、結果的に変圧器を経済的に製作できなくなっている。

変圧器タンク内壁面に、低抵抗体の銅板或いはアルミニウムを配置し、タンク内壁で漏れ磁束に基づく発生損失を低減する例としては、特許文献１がある。この特許文献１は、鉄心に巻装した巻線の外周部に低抵抗体導体を周回させて閉回路を構成し、この低抵抗体導体に巻線からの磁束を鎖交させて誘導電流を発生させ、タンク内壁での渦電流の発生を抑制し、損失を低減させたものである。

特開平１０−２２３４５４号公報

従来のように巻線と対向するタンクの内壁の全面に、銅板やアルミニウム板等の非磁性体シールド板を配置して取付ける静止誘導電器は、タンクの内壁に侵入する漏れ磁束を阻止できるが、非磁性体シールド板の使用量が多いため、経済的に製作できないという欠点がある。

本発明の目的は、タンクの内壁面に非磁性体シールドを効果的に配置して経済的に製作でき、漏洩磁束に基づく温度上昇を抑制すると共に損失を低減できる静止誘導電器を提供することにある。

本発明の静止誘導電器は、鉄心に巻線を巻装した電器本体をタンク内に収納し、前記タンクは前記巻線に対向する少なくともタンク長手方向の内壁面に非磁性体シールドを取付けた静止誘導電器において、前記非磁性体シールドは、前記巻線の軸方向寸法よりも大きく形成して取付けると共に、前記巻線の軸方向上端及び下端付近と対向する前記非磁性体シールド部分にそれぞれ帯状空白部を設けて構成したことを特徴とする。

好ましくは、前記非磁性体シールドは、前記帯状空白部により前記タンク水平方向に三分割される横シールド部材と、前記巻線と対向しない内壁面で前記各横シールド部材間を結合する連結シールド部材とにより構成したことを特徴とする。

また好ましくは、前記非磁性体シールドの帯状空白部は、前記巻線の軸方向寸法をＬとしたとき、前記巻線の軸方向の上端及び下端からＬ／３の範囲内に設けて構成したことを特徴とする。

本発明のように静止誘導電器を構成すれば、タンクの内壁面に非磁性体シールドを適正に配置しているので、巻線からの漏れ磁束がタンクの内壁に侵入するのを阻止して温度上昇を抑制すると共に損失を低減できるし、非磁性体シールド材料の使用量を少なくできるから、重量低減できて経済的に製作することができる。

本発明の静止誘導電器は、鉄心に巻線を巻装した電器本体をタンク内に収納している。タンクは、巻線に対向する少なくともタンク長手方向の内壁面に非磁性体シールドを配置して固定する。タンクの内壁面の非磁性体シールドは、巻線の軸方向の上端及び下端付近と対向する部分にそれぞれ帯状空白部を設けている。

以下、本発明を三相変圧器に適用した図１から図４の一実施例を用いて説明する。この三相変圧器は、下部タンクと中央部タンクと上部タンクからなるタンク１０内に、三相３脚鉄心のＵ、Ｖ、Ｗ相の鉄心主脚２１に、それぞれ巻線２２を巻装した変圧器本体１１を収納し、絶縁油（図示せず）を充填して構成している。

タンク１０の内壁面には、図２のように全周面に銅やアルミニウム製の非磁性体シールド３０を配置して溶接等の固定手段によって取付けており、しかもこの非磁性体シールド３０は、巻線２２の軸方向寸法よりも大きく形成して取付けている。
変圧器の運転の際にある時点の位相では、各相の巻線やリード線（図示せず）からの実線矢印で示す漏れ磁束Φが発生する。この漏れ磁束Φに基づいて、非磁性体シールド３０には図１（ａ）に点線の矢印で示す如く渦電流が流れ、渦電流の反抗力で漏れ磁束がタンク１０の内壁に侵入するのを阻止している。

各相の巻線２２で実線矢印に示す漏れ磁束Φが生じているとき、Ｕ相及びＷ相の巻線２２と対向する非磁性体シールド３０部分を流れる渦電流は、他相側にも分流していくため、所謂鞍形形状の閉ループを作るように流れる。また、Ｖ相の巻線２２と対向する非磁性体シールド３０を流れる渦電流は、大部分が上下でそれぞれ別の楕円形状の閉ループ作るように流れることがよく知られている。

そして、この非磁性体シールド３０に流れる渦電流は、各巻線２２の中央部、例えばＵ相の巻線２２の中央部である図１（ａ）のＡ−Ａ線に相当する部分において、渦電流を測定してみると、図１（ｂ）に示す如く渦電流のＺ方向の成分ＩＺは殆どなく、Ｘ方向の成分ＩＸだけとなっている。また各巻線２２間、例えばＶ相とＷ相の巻線２２間である図１（ａ）のＢ−Ｂ線に相当する部分において、渦電流を測定してみると、図１（ｃ）に示す如く渦電流のＸ方向の成分ＩＸ及びＺ方向の成分ＩＺが共に発生している。しかも、渦電流のＸ方向の成分ＩＸ及びＺ方向の成分ＩＺを、図１（ｂ）及び図１（ｃ）の双方を巻線２２の軸方向で対応させてみると、巻線２２の軸方向の上端及び下端付近と対向する部分が、渦電流が大幅に減少する領域を有する分布となる。

このため、本発明の巻線２２の軸方向寸法よりも大きく形成して取付ける非磁性体シールド３０は、上記した渦電流の流れを考慮し、渦電流の流れが少ない巻線２２Ｕ、２２Ｖ、２２Ｗの上端及び下端付近と対向する部分に、それぞれシールドのない帯状空白部３１を設ける特別の工夫をしたものである。このように、タンク１０の内壁面に取付ける非磁性体シールド３０に帯状空白部３１を設けようにすると、漏れ磁束に起因する渦電流の流れを阻害することがなく、使用材料を節約して重量低減が図れ、しかも経済的となる。

図２の例では、非磁性体シールド３０がタンク１０の全周面に設けるため、両側のＵ相及びＷ相の巻線の上端及び下端付近と対向するタンク１０の内壁面部分に合わせ、非磁性体シールド３０の帯状空白部３１も、巻線２２の大部分と対向するように大きく設けられる。この帯状空白部３１の幅及び長さは、例えば事前のシミュレーションによって確認できる渦電流の流れを考慮して設定する。

巻線２２の軸方向寸法よりも大きく形成して取付ける非磁性体シールド３０を、タンク１０の内壁面に取付ける際には、例えば図３に示すように帯状空白部３１によって、タンク１０の水平方向に横シールド部材３０Ａを三つに分割して配置する。しかも、各巻線２２と対向しないタンク１０の内壁面、つまり各相の巻線２２間に相当する部分に連結シールド部材３０Ｂを配置して形成する。

この連結シールド部材３０Ｂによって、各横シールド部材３０Ａ間を溶接等の連結手段により結合し、タンク１０の内壁面に固定することで、巻線２２の軸方向の上端及び下端と対向する部分付近に、それぞれ所定の大きさの帯状空白部３１を設けている。このようにすると、帯状空白部３１を有する非磁性体シールド３０を、タンク１０の内壁面へ容易に設けることができる。しかも、巻線の軸方向に対して三分割した幅寸法の小さな部材を使用できるため、非磁性体シールド３０の製作も容易で費用の低減も図ることができる。

また、非磁性体シールド３０に設ける帯状空白部３１は、巻線の軸方向上端及び下端と対向する部分付近にそれぞれを設けるが、より具体的には図４に示すように各巻線の軸方向寸法をＬとし、これを三分割したときの範囲内に形成、つまり帯状空白部３１、各巻線２２の軸方向の端部からＬ／３の寸法範囲内の位置とすれば、上記した渦電流の流れが小さな範囲に効果的に設けることができる。

なお、図３の例では連結シールド部材３０Ｂの長さを、上下の横シールド部材３０Ａ間での寸法としているが、上下の横シールド部材３０Ａを巻線相間に対向する位置で分割し、この間に連結シールド部材３０Ｂを配置して連結することもできる。横シールド部材３０Ａ及び連結シールド部材３０Ｂは、非磁性体シールド３０を製作し易い寸法に形成して使用できることは明らかである。また、非磁性体シールド３０は、横シールド部材３０Ａと連結シールド部材３０Ｂに同一材料を用いれば、電気抵抗が同一であって渦電流による発生損失の面からも望ましいが、異なる材料であっても同程度の電気抵抗であれば使用することができる。

このように、タンク１０の内壁面に、渦電流の流れを考慮して帯状空白部３１を設ける非磁性体シールド３０を取付けるようにすると、使用材料を節約して軽量化でき、経済的に製作することができる。また、非磁性体シールド３０を渦電流の流れに基づき適正に配置しているため、渦電流の大部分は電気抵抗の小さい非磁性体シールド３０を流れて、漏れ磁束に対するシールド効果を損なうこともなく、タンク１０の内壁で局部的な温度上昇を起こし、損失の増加を抑制することができる。

本発明の他の実施例である図５及び図６に示す三相変圧器は、上記実施例と同一部分に同符号を付しているため、説明を省略する。この三相変圧器では、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の鉄心主脚２１と左右の側脚２３を有する三相５脚鉄心を用いて変圧器本体１１を構成し、タンク１０内に収納したものである。鉄心に左右の側脚２３があるため、Ｕ相及びＷ相の巻線２２からの漏れ磁束は、各側脚２３に吸引されてタンク１０の内壁をシールドする状態となる。このため、各側脚２３と対向するタンク１０の内壁面の非磁性体シールド３０を省略し、タンク１０の長手方向の両内壁面のみに非磁性体シールド３０を設けている。

この三相変圧器においても、非磁性体シールド３０には上記した実施例と同様に、巻線の軸方向の上端及び下端と対向する部分付近に、それぞれ帯状空白部３１を設けて、タンク１０の内壁面に固定したものである。この実施例においても、帯状空白部３１を設けた非磁性体シールド３０で、巻線２２等からの漏れ磁束による影響を少なくし、上記と同様な効果を達成できる。

本発明の他の実施例である図７及び図８に示す単相変圧器でも、上記実施例と同一部分に同符号を付しているため、説明を省略する。この単相変圧器では、鉄心主脚２１と左右の側脚２３を有する単相３脚鉄心を用いて変圧器本体１１を構成し、タンク１０内に収納したものである。この例のタンク１０の内壁面に取付ける非磁性体シールド３０は、図５及び図６に示す配置と同じであり、また非磁性体シールド３０の帯状空白部３１も、上記実施例１と同様に設けている。この単相変圧器においても、上記した各実施例と同様な効果を達成できる。

（ａ）は本発明の一実施例について三相３脚鉄心を用いた三相変圧器で示す概略正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における電流のＸ方向及びＺ方向の成分を示すグラフ、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における渦電流のＸ方向及びＺ方向の成分を示すグラフである。 図１の概略横断面図である。 図１の変圧器に使用する非磁性体シールドの形状を示す概略正面図である。 図１の変圧器の巻線と非磁性体シールドの配置の説明図である。 本発明の他の一実施例について三相５脚鉄心を用いた三相変圧器で示す概略正面図である。 図５の概略横断面図である。 本発明の別の一実施例について単相３脚鉄心を用いた単相変圧器で示す概略正面図である。 図７の概略横断面図である。

符号の説明

１０…タンク、１１…変圧器本体、２１…鉄心主脚、２２…巻線、３０…非磁性体シールド、３０Ａ…横シールド部材、３０Ｂ…連結シールド部材、３１…帯状空白部。

Claims (3)

1. 鉄心に巻線を巻装した電器本体をタンク内に収納し、前記タンクは前記巻線に対向する少なくともタンク長手方向の内壁面に非磁性体シールドを取付けた静止誘導電器において、前記非磁性体シールドは、前記巻線の軸方向寸法よりも大きく形成して取付けると共に、前記巻線の軸方向上端及び下端付近と対向する前記非磁性体シールド部分にそれぞれ帯状空白部を設けて構成したことを特徴とする静止誘導電器。
2. 請求項１において、前記非磁性体シールドは、前記帯状空白部により前記タンク水平方向に三分割される横シールド部材と、前記巻線と対向しない内壁面で前記各横シールド部材間を結合する連結シールド部材とにより構成したことを特徴とする静止誘導電器。
3. 請求項１又は２において、前記非磁性体シールドの帯状空白部は、前記巻線の軸方向寸法をＬとしたとき、前記巻線の軸方向の上端及び下端からＬ／３の範囲内に設けて構成したことを特徴とする静止誘導電器。

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