JP2016062994A - 静止誘導電器 - Google Patents

Abstract

【課題】機器を大型化することなく、また防音タンク等の外部の構造物を必要とせずに、簡易な構造で通電騒音を低減する静止誘導電器を提供する。
【解決手段】静止誘導電器本体１は、電磁鋼板を積層して形成した鉄心３と、鉄心３に絶縁部材を介して円筒状に巻回された巻線２と、鉄心３および巻線２を収納して絶縁媒体５が充填される密閉容器６と、密閉容器６内で巻線２の外周側に配設されて巻線２を径方向に挟圧する巻線締付リング２３と、巻線２と巻線締付リング２３との間に介在して配設されて巻線２および巻線締付リング２３から押されて圧縮変形可能な弾性部材と、を有する。弾性部材は、絶縁性を有する薄板材を積層した積層構造であって、巻線２と巻線締付リング２３とによって押される方向が積層方向になるように配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、静止誘導電器に係り、特に巻線への通電により発生する通電騒音を低減することが可能な静止誘導電器に関する。

近年、変圧器やリアクトルなどの静止誘導電器においては、大容量化、小型・軽量化によって、大きな電界・磁界エネルギーがより小さい空間に閉じ込められる構造になっており、振動・騒音が大きくなる傾向がある。

一般に、静止誘導電器は、巻線や鉄心で構成される静止誘導電器本体と、静止誘導電器本体を収容するための密閉容器で構成されている。また、静止誘導電器本体を収容した密閉容器内には静止誘導電器本体の絶縁および冷却のため、絶縁油等の絶縁性を有する冷却媒体が充填されている。

ここで、静止誘導電器の騒音は、静止誘導電器本体、すなわち巻線への通電により発生する巻線や鉄心の振動が固体伝播径路および絶縁油等の油中伝播径路を介して、主として密閉容器を形成する底板や側板に振動伝播し、密閉容器底板や側板が振動することで騒音となる。

静止誘導電器の騒音を低減する手段として、従来、いくつかの方法が用いられている。一般的な方法として、変圧器を例に挙げ、図７を用いて説明する。図７は変圧器本体（静止誘導電器本体）を収納した密閉容器を防音タンクで覆った変圧器の立断面図である。

静止誘導電器本体１は、鉄心３と、鉄心３に巻かれた巻線２とを含み、密閉容器６内に収容されている。また、密閉容器６の周囲を囲むように、防音タンク２６が設置されている。防音タンク２６には一般に鋼板などの遮音効果の高い材料が用いられ、音の透過を防止し、さらに防音タンク２６の内面にグラスウールなどの吸音材２７を配設して、防音タンク２６内壁の多重反射による騒音の増大を防止するようにしている。

このようにして、静止誘導電器本体１から発生した騒音は、防音タンク２６の遮音効果、また、防音タンク２６の内壁に吸音材２７を配設することによる吸音効果により低減されるので、変圧器から発生する騒音を低減することが可能となる。

また、騒音を発生する機器の一部を覆ってしまうことで騒音を低減する遮音構造が用いられることがある。

この一例として、変圧器を例に挙げ、図８を用いて説明する。図８は変圧器本体（静止誘導電器本体）を収容した密閉容器の側板の一部に遮音板を設けた変圧器の立断面図を示すものである。静止誘導電器本体１は密閉容器６内に収容されている。密閉容器６の側板９には、上部補強ビーム１０、下部補強ビーム１１が設けられている。上部補強ビーム１０には、上部支持部材１２が設けられ、密閉容器６の側板９の下部には下部支持部材１３が設けられている。上部支持部材１２と下部支持部材１３との間には、密閉容器６の側板９を覆う遮音板１４が、弾性部材１５、１６を介して、密閉容器６の側板９に取り付けられている。シール部材１７、１８により、遮音板１４と密閉容器６の側板９との間の隙間が密閉されている。

このような構成にすることで、静止誘導電器本体（変圧器本体）１から発生した騒音は、遮音板１４の遮音効果により低減されるので、変圧器から発生する騒音を低減することが可能となる。

特開２０１３−１８３１５１号公報

以上に示した従来の技術においては、それぞれいくつかの課題があった。

上述した騒音低減手段のうち、図７に示した構成においては、静止誘導電器の外部に防音タンクを設置することで、その遮音効果により、通電騒音が外部に放射されるのを効果的に低減することができ、騒音低減効果に優れる。しかしその反面、防音タンクは静止誘導電器とは別の構造物となるために、防音タンクを含めた機器全体の寸法や重量の増加にとどまらず、追加の基礎や配管なども必要となり、設置スペースや工期等の施工上の制約などから採用できない場合があった。

同様に、図８に示した騒音低減手段においては、遮音板で静止誘導電器本体１を収容した密閉容器６の側板９の一部を覆うことにより、密閉容器６の側板９からの放射音を低減し、騒音の低減を図るようにしたものであり、この手段を用いることで、図７で示したような機器の大型化や大規模な工事は避けられるものの、部分的な遮音では大きな騒音低減効果を得ることは難しく、騒音低減効果が限定的であるという課題があった。

本発明の実施形態は上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、機器を大型化することなく、また防音タンク等の外部の構造物を必要とせずに、簡易な構造で通電騒音を低減することができる静止誘導電器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の実施形態において、静止誘導電器は、電磁鋼板を積層して形成した鉄心と、この鉄心に絶縁部材を介して円筒状に巻回された巻線と、前記鉄心および前記巻線を収納して、絶縁媒体が充填される密閉容器と、前記密閉容器内で前記巻線の外周側に配設されて前記巻線を径方向に挟圧する巻線締付リングと、前記巻線と前記巻線締付リングとの間に介在して配設されて、前記巻線および前記巻線締付リングから押されて圧縮変形可能な弾性部材と、を有することを特徴とする。

本発明の第１の実施形態に係る静止誘導電器の立断面図であって、図２の矢印Ｉ方向から見た図。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う平断面図。 静止誘導電器の通電時に巻線に働く電磁力を模式的に示す図。 図３における電磁力の軸方向分布を示す図であって、（ａ）は巻線軸方向の電磁力を示す図であり、（ｂ）は巻線径方向の電磁力を示す図。 静止誘導電器本体と密閉容器の側板の振動のようすを説明するための平断面図。 図５のＶＩ−ＶＩ線に沿う立断面図。 従来の静止誘導電器の防音構造を示す立断面図。 従来の静止誘導電器の遮音構造を示す立断面図。

本実施形態においては、密閉容器内に静止誘導電器本体が収納された静止誘導電器の構成について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る静止誘導電器の立断面図であって、図２の矢印Ｉ方向から見た図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う平断面図である。

図１において、鉄心３および巻線２で構成された静止誘導電器本体１が密閉容器６内に収納されている。密閉容器６の内部空間には、静止誘導電器本体１の絶縁および冷却のための絶縁媒体５が充填されている。鉄心３は電磁鋼板を積層して構成されており、鉄心締付部材７によって鉄心積層方向（図１の左右方向）に締付支持されている。巻線２は、鉄心３の脚部に円筒状に巻回されており、軸方向（上下方向）両端から巻線締付部材４により軸方向に締付支持されている。絶縁媒体５としては、例えば、絶縁油、空気、ガスなど液体または気体が用いられる。

また、巻線２は、絶縁のために、巻線２の外周に絶縁材からなる薄紙で形成した図示しない絶縁筒が配設されているが、ここではこれらを含めて巻線２と呼ぶことにする。巻線２の外周側には、絶縁性と振動減衰効果を有する弾性部材２１（図２）が巻線２の周方向複数個所に配設されており、弾性部材２１の外周には弾性部材２１を介して巻線２を半径方向内側に狭圧する巻線締付リング２３が配設されている。

巻線締付リング２３は、複数（図示の例では２個）の円弧状部材２２を繋いでリング状に形成した構造をしている。円弧状部材２２の端部には、円弧状部材２２同士を接続するとともに、巻線２を半径方向に狭圧し締付固定するための連結部２４が形成され、ボルト３５とナット３６により締付固定されている。

ここで、図３および図４を用いて、通電時に巻線２に働く電磁力の分布について説明する。

図３は通電時における巻線２の径方向の電磁力分布を示している。図４は図３における電磁力の軸方向分布を示す図であって、図４（ａ）は巻線軸方向の電磁力を示す図であり、図４（ｂ）は巻線径方向の電磁力を示す図である。図４（ａ）によれば、通電時に巻線２の軸方向に働く電磁力は、軸両端部において絶対値が最大で、かつ、互いに反対向きであって、軸方向中央部ではほぼゼロである。また、通電時に巻線の径方向に働く電磁力は、図３に示すように径方向に膨らむ方向に作用する。図４（ｂ）に示すように、径方向に働く電磁力は、軸方向中央部が最大であり、上下端部が最小である。

このため、巻線２は交流通電時において、軸方向と径方向に強制加振される。このとき、同じ周波数で電磁力の加振方向と同相の固有振動モードが存在する場合、共振振動も発生し得る。例えば、巻線２の径方向の楕円モードや三角形モードなどの振動モードの腹となる位置では共振によって振動が増幅する可能性がある。したがって、巻線２の径方向の振動が密閉容器６の側板９の内壁への伝播量を抑制し、低騒音化するためには、静止誘導電器の密閉容器６の側板９に近く、電磁力が大きい場所、かつ共振モードの腹となる位置の振動伝播を抑制することが望ましい。

静止誘導電器の通電により巻線２の径方向に発生した振動は、絶縁媒体５を介して密閉容器６の内壁に伝播され、密閉容器６の側板９が振動して密閉容器６の外側の空気が振動して騒音が放射される。

以下に、静止誘導電器本体１と密閉容器６の側板９の振動の関係について、図５および図６を用いて説明する。図５は、静止誘導電器の平断面図に静止誘導電器本体を構成する巻線と密閉容器６の側板の一つの振動モードを模式的示した図であり、図６は図５のＶＩ−ＶＩ線に沿う立断面図である。

図に示すように、巻線２は半径方向においては楕円形のモードで振動し、軸方向においては中央部付近が膨らむようなモードで振動している。このような巻線２の振動が絶縁媒体５を介して密閉容器６の側板９に伝播し、密閉容器６の側板９が破線のように振動することにより密閉容器外部に騒音として放射される。

本実施形態においては、巻線２は弾性部材２１を介して巻線締付リング２３により半径方向に狭圧されていることから、巻線２の半径方向の振動が抑制され、密閉容器６の側板９に伝播する振動量を低減することができる。これにより、密閉容器６の側板９から放射される騒音を低減することが可能となる。

巻線締付リング２３を、巻線２の軸方向において振動モードの腹となる位置に配置することにより、最大振幅の振動伝播量を効果的に低減することができる。これにより、最も大きな騒音低減効果を得ることが可能である。

弾性部材２１は、巻線２の周方向において振動モードの腹となる位置に配置することにより最大振幅の振動伝播量を効果的に低減することができる。これにより、最も大きな騒音低減効果を得ることが可能である。

図１においては、巻線２の軸方向中央部付近に巻線締付リング２３を配置することにより、大きな騒音低減効果が得られる。図１においては、巻線２は軸方向中央部１か所に巻線締付リング２３が配設されているが、巻線２の軸方向振動モードの腹の数に応じて２か所または３か所以上に配設することで大きな騒音低減効果を得ることが可能である。

また、弾性部材２１は、薄板材を積層して形成した積層構造として、弾性部材２１の積層方向が巻線２の径方向と一致するように配置することにより、弾性効果がさらに向上し、より大きな騒音低減効果が得られる。

また、弾性部材２１は、密閉容器６の側板９に近く、かつ振動モードの腹の位置に配設することにより、巻線２の径方向振動の密閉容器６の側板９への伝播量を減らし、より大きな騒音低減効果が得られる。

図２においては、巻線２の径方向の振動モードの腹となる部分を含む６カ所に弾性部材２１を配置しているが、少なくとも密閉容器６の側板９に近く、振動モードの腹となる部分に配置すれば良く、また、弾性部材２１は巻線２の外周部の少なくとも３カ所以上に配置することにより、巻線締付リング２３を安定して巻線２の外周部に固定することができる。

以上、本発明のいくつかの実施形態について説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組合せを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…静止誘導電器本体、２…巻線、３…鉄心、４…巻線締付部材、５…絶縁媒体、６…密閉容器、７…鉄心締付部材、９…側板、１０…上部補強ビーム、１１…下部補強ビーム、１２…上部支持部材、１３…下部支持部材、１４…遮音板、１５、１６…弾性部材、１７、１８…シール部材、２１…弾性部材、２２…円弧状部材、２３…巻線締付リング、２４…連結部、２６…防音タンク、２７…吸音材、３５…ボルト、３６…ナット

Claims (4)

1. 電磁鋼板を積層して形成した鉄心と、
   この鉄心に絶縁部材を介して円筒状に巻回された巻線と、
   前記鉄心および前記巻線を収納して、絶縁媒体が充填される密閉容器と、
   前記密閉容器内で前記巻線の外周側に配設されて前記巻線を径方向に挟圧する巻線締付リングと、
   前記巻線と前記巻線締付リングとの間に介在して配設されて、前記巻線および前記巻線締付リングから押されて圧縮変形可能な弾性部材と、
   を有することを特徴とする静止誘導電器。
2. 前記弾性部材は、絶縁性を有する薄板材を積層した積層構造であって、前記巻線と前記巻線締付リングとによって押される方向が積層方向になるように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の静止誘導電器。
3. 前記弾性部材は、少なくとも前記巻線の径方向の固有振動モードの腹となる位置に配設されていることを特徴とする請求項１または２に記載の静止誘導電器。
4. 前記巻線締付リングは、少なくとも前記巻線の軸方向の固有振動モードの腹となる位置に配設されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の静止誘導電器。

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