JP2017055042A - Transformer - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、電力設備において高電圧を測定可能なレベルの電圧に変成する計器用変圧器などに用いられる変圧器に関する。 The present invention relates to a transformer used for an instrument transformer or the like that transforms a high voltage into a voltage that can be measured in a power facility.
電力設備において、高電圧を測定可能なレベルの低電圧に変成するために計器用変圧器が備えられている。この計器用変圧器に用いられる変圧器は、鉄心と、この鉄心に二次巻形を介して巻回された低電圧の二次コイルと、この二次コイルの周囲に一次巻形を介して巻回された高電圧の一次コイルと、この高電圧の一次コイルと低電圧の二次コイルとを電気的に絶縁するために設けられた主絶縁とから構成されている。このように構成された変圧器は、主絶縁を担う絶縁媒体によって分類され、ＳＦ６などの絶縁ガスによって一次コイルと二次コイルと間の絶縁を行うガス絶縁変圧器や、エポキシなどの絶縁性樹脂を用いて絶縁を行う樹脂モールド形変圧器がある。計器用変圧器は、電力設備の高電圧が印加される機器であるため、絶縁性能に不良が存在する場合、部分放電が発生し機器の信頼性を損なう可能性がある。 In power installations, instrument transformers are provided to transform high voltages into measurable low voltages. The transformer used in this instrument transformer includes an iron core, a low-voltage secondary coil wound around the iron core via a secondary winding, and a primary winding around the secondary coil. The high-voltage primary coil wound and a main insulation provided to electrically insulate the high-voltage primary coil from the low-voltage secondary coil. Transformers configured in this way are classified according to the insulating medium responsible for the main insulation, gas-insulated transformers that insulate between the primary coil and the secondary coil with an insulating gas such as SF 6 , and insulating properties such as epoxy There is a resin mold type transformer which performs insulation using resin. An instrument transformer is a device to which a high voltage of a power facility is applied. Therefore, if there is a defect in insulation performance, partial discharge may occur and the reliability of the device may be impaired.
変圧器の絶縁性能を向上させるために、一次コイルと二次コイルとの間に導電層を設置する手法が公開されている。例えば、ガス絶縁変圧器において、一次コイルと二次コイルとの間に接地電位に電位が固定された電位固定板を設け、高周波サージに対する絶縁性能を向上させた技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。また、樹脂モールド形変圧器において、一次コイルと二次コイルとの間の主絶縁層に導電層を設け、この導電層の電位を高電圧側コイルの電位と等しいかまたはそれに近い電位、あるいは低電圧側コイルの電位と等しいかまたはそれに近い電位とすることにより部分放電を低減した技術が開示されている（例えば、特許文献２参照） In order to improve the insulation performance of the transformer, a method of installing a conductive layer between the primary coil and the secondary coil is disclosed. For example, in a gas-insulated transformer, a technique has been disclosed in which a potential fixing plate in which a potential is fixed to a ground potential is provided between a primary coil and a secondary coil to improve insulation performance against high-frequency surges (for example, Patent Document 1). Further, in a resin mold type transformer, a conductive layer is provided in the main insulating layer between the primary coil and the secondary coil, and the potential of the conductive layer is equal to or close to the potential of the high voltage side coil, or low. A technique is disclosed in which partial discharge is reduced by setting the potential to be equal to or close to the potential of the voltage side coil (see, for example, Patent Document 2).
樹脂モールド形の計器用変圧器において、一次コイルと二次コイルとの間を絶縁する主絶縁は、フィルム状の絶縁材料を多層に積層したものもしくは多数回巻回したものにエポキシ樹脂などの熱硬化性絶縁樹脂を含浸させた後に、この熱硬化性絶縁樹脂を加熱硬化させて作製されている。一次コイルと二次コイルとの間の主絶縁層に導電層を設ける場合、導電層となるフィルム状の導電材料をフィルム状の絶縁材料の層間に挿入することになる。熱硬化性絶縁樹脂を含浸させた後に加熱硬化する場合、絶縁性樹脂の硬化収縮時に絶縁性樹脂の線膨張係数とフィルム状の絶縁材料あるいは導電材料の線膨張係数との違いにより残留応力が生じる。この残留応力によって、主絶縁層を構成する異なる材料間に剥離が生じ、空隙が形成される場合がある。主絶縁層にこのような空隙が形成されると、この空隙に高い電圧が印加され部分放電が発生し、変圧器の絶縁性能が低下する。 In resin-molded instrument transformers, the main insulation that insulates between the primary coil and the secondary coil is the heat insulation such as epoxy resin that is made by laminating multiple layers of film-like insulating materials or winding them many times. After impregnating the curable insulating resin, the thermosetting insulating resin is cured by heating. When a conductive layer is provided in the main insulating layer between the primary coil and the secondary coil, a film-like conductive material to be a conductive layer is inserted between the layers of the film-like insulating material. When heat curing is performed after impregnating the thermosetting insulating resin, residual stress occurs due to the difference between the linear expansion coefficient of the insulating resin and the linear expansion coefficient of the film-like insulating material or conductive material when the insulating resin cures and shrinks. . Due to this residual stress, separation may occur between different materials constituting the main insulating layer, and voids may be formed. When such a gap is formed in the main insulating layer, a high voltage is applied to the gap and a partial discharge is generated, so that the insulation performance of the transformer is lowered.
主絶縁層の内部に設けられた導電層の電位が接地電位、あるいは高電圧側コイルの電位と等しいかまたはそれに近い電位などに固定された従来の変圧器においては、主絶縁層の内部に形成された空隙に生じる電位差は、導電層が設けられていない場合の電位差に比べて高くなり、さらに部分放電が発生しやすくなるという問題があった。 In a conventional transformer in which the potential of the conductive layer provided inside the main insulating layer is fixed to the ground potential, or a potential equal to or close to the potential of the high voltage side coil, it is formed inside the main insulating layer. The potential difference generated in the formed gap is higher than the potential difference when no conductive layer is provided, and there is a problem that partial discharge tends to occur.
とくに、導電層を設けられた主絶縁層において、導電層に隣接して空隙が形成された場合、導電層の表面からは部分放電の発生に必要となる電子の放出が容易なため、絶縁材料だけで覆われた空隙と比較して部分放電が発生するための条件が整いやすい。 In particular, in the main insulating layer provided with a conductive layer, when a gap is formed adjacent to the conductive layer, it is easy to emit electrons necessary for generating a partial discharge from the surface of the conductive layer. The condition for generating the partial discharge is easier than the gap covered with only.
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、導電層が設けられた主絶縁層を備えた変圧器において、主絶縁層に形成された空隙に生じる電位差を低減して部分放電特性を向上させることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and in a transformer including a main insulating layer provided with a conductive layer, the potential difference generated in the gap formed in the main insulating layer is reduced. The object is to improve the partial discharge characteristics.
この発明に係る変圧器は、鉄心と、この鉄心に巻き回された二次コイルと、この二次コイルの外周側に巻き回された一次コイルと、この一次コイルと二次コイルとの間に設けられた主絶縁層とを備えており、主絶縁層は、当該主絶縁層の内部に浮遊電位に設定された導電層を備えたものである。 The transformer according to the present invention includes an iron core, a secondary coil wound around the iron core, a primary coil wound around the outer periphery of the secondary coil, and the primary coil and the secondary coil. The main insulating layer is provided with a conductive layer set at a floating potential inside the main insulating layer.
この発明は、主絶縁層が当該主絶縁層の内部に浮遊電位に設定された導電層を備えているので、主絶縁層に形成された空隙に生じる電位差を低減して部分放電特性を向上させることができる。 In the present invention, since the main insulating layer includes a conductive layer set at a floating potential inside the main insulating layer, the potential difference generated in the air gap formed in the main insulating layer is reduced to improve the partial discharge characteristics. be able to.
実施の形態１．
図１は、この発明を実施するための実施の形態１に係る変圧器の模式図である。図１に示すように、本実施の形態の変圧器１は、鉄心２と、この鉄心２に二次巻形（図示せず）を介して巻回された低電圧の二次コイル３と、この二次コイル３の周囲に一次巻形（図示せず）を介して巻回された高電圧の一次コイル４と、この高電圧の一次コイル４と低電圧の二次コイル３とを電気的に絶縁するために設けられた主絶縁層５とで構成されている。主絶縁層５は、一次コイル４と二次コイル３との間に挿入されている。
FIG. 1 is a schematic diagram of a transformer according to
図２は、図１に示した変圧器において、コイルの中央に挿入された鉄心２の挿入方向に平行な方向おける主絶縁層５の断面図である。また、図３は、図１に示した変圧器において、コイルの中央に挿入された鉄心２の挿入方向に垂直な方向における主絶縁層５の断面図である。図２および図３に示すように、主絶縁層５は、フィルム状の絶縁材料６を多層に積層もしくは多数回巻回した上で、エポキシ樹脂などの熱硬化性絶縁樹脂を含浸させた後熱硬化させることで作製されている。また、主絶縁層５の内部には、金属製の薄膜の導電材料もしくは導電性を有するフィルム状の導電材料を用いた導電層７が備えられている。フィルム状の絶縁材料としては、例えば厚さが数十μｍのポリエチレンテレフタレートを用いることができる。また、フィルム状の導電材料としては、例えば厚さが数十μｍのアルミニウム箔や銅箔、あるいは低抵抗のカーボン紙などを用いることができる。本実施の形態における導電層７は、一次コイル４や二次コイル３あるいは接地のいずれとも電気的に接続されない。つまり導電層７の電位は、電気的に浮遊した浮遊電位に設定されている。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the main
次に、主絶縁層５の製造プロセスを説明する。例えば長尺状のフィルム状の絶縁材料を巻き回して主絶縁層の本体を作製する。このとき、主絶縁層の中間位置に相当する部分にフィルム状の導電材料を一層分挿入して巻く。この主絶縁層を常温で液体状の熱硬化性絶縁樹脂液中に浸漬して真空脱泡を行うことで液体状の熱硬化性絶縁樹脂をフィルム状の絶縁材料の層間に含浸させる。熱硬化性絶縁樹脂が含浸された主絶縁層を乾燥後熱硬化させて主絶縁層５を完成させる。
Next, a manufacturing process of the main insulating
低電圧の二次コイル３、主絶縁層５および高電圧の一次コイル４は、相似形状である。図４は、本実施の形態における主絶縁層の等電位線を示した説明図である。変圧器１に電圧を印加すると、一次コイルと二次コイルの電位差により主絶縁に電界が生じ、図４に示すように等電位線８が形成される。導電層７は、一次コイル４あるいは二次コイル３とは電気的に導通されていないため、導電層７の電位はいわゆる浮遊電位となり、一次コイル４と二次コイル３の間の電位差を一次コイル４と導電層７との間の静電容量と、導電層７と二次コイル３の間の静電容量とで分圧した電圧が誘起されることになる。さらに、導電層７は、主絶縁層５構成するフィルム状の絶縁材料に沿って巻回されているため、図４に示す主絶縁層５における等電位線８に沿って形成されている。すなわち、主絶縁層５の電位分布は、導電層７の有無によらず、一定である。
The low-voltage
モールド絶縁された機器においては、絶縁性樹脂の硬化収縮や絶縁性樹脂の線膨張係数とフィルム状の絶縁材料あるいは導電材料の線膨張係数との違いにより主絶縁層に残留応力が生じる。この残留応力によって主絶縁層を構成する異なる材料間に剥離が生じ、フィルム状の絶縁材料の積層方向につぶれた偏平形状の空隙が形成されることがある。本来、このような残留応力を分散させて緩和するためにフィルム状の薄い絶縁材料を積層させた構造が採用されているが、積層したフィルム状の絶縁材料の間には熱硬化性絶縁樹脂が含浸しにくく、樹脂の含浸不良によって偏平形状の空隙が形成されることもある。 In a mold-insulated device, residual stress is generated in the main insulating layer due to the curing shrinkage of the insulating resin or the difference between the linear expansion coefficient of the insulating resin and the linear expansion coefficient of the film-like insulating material or conductive material. Due to this residual stress, separation may occur between different materials constituting the main insulating layer, and flat air gaps that are crushed in the stacking direction of the film-like insulating material may be formed. Originally, in order to disperse and relieve such residual stress, a structure in which thin film-like insulating materials are laminated is adopted, but there is a thermosetting insulating resin between the laminated film-like insulating materials. It is difficult to impregnate, and flat voids may be formed due to poor impregnation of the resin.
このような等電位線に垂直な方向につぶれた偏平形状の空隙は、他の形状、例えば球状の空隙と比較して内部の電界が高くなるため、絶縁上最も厳しい欠陥である。高電圧の一次コイル４と低電圧の二次コイル３と間の主絶縁層５の高い電界が印加される箇所に偏平形状の空隙が存在すると、この絶縁耐力の低い偏平形状の空隙が分担する電圧が増大し、空隙内部の電界が増大することで部分放電が発生して絶縁性能が低下する。
Such a flat gap collapsed in a direction perpendicular to the equipotential line is the most severe defect in insulation because an internal electric field is higher than other shapes, for example, a spherical gap. If a flat gap exists at a location where a high electric field is applied to the main insulating
空隙が分担する電圧は、空隙が有する静電容量と、空隙を除いたその他の主絶縁層の静電容量との分圧比によって決定される。本実施の形態のように、主絶縁層の内部に浮遊電位に設定された導電層を設けたことで、偏平形状の空隙が分担する電圧、すなわち空隙内部の電界を低減することができる。したがって、計器用変圧器の絶縁性能を向上させることが可能である。 The voltage shared by the air gap is determined by the partial pressure ratio between the electrostatic capacity of the air gap and the electrostatic capacity of the other main insulating layer excluding the air gap. By providing a conductive layer set to a floating potential inside the main insulating layer as in this embodiment, the voltage shared by the flat gap, that is, the electric field inside the gap can be reduced. Therefore, it is possible to improve the insulation performance of the instrument transformer.
以下、浮遊電位に設定された導電層が主絶縁層内に設置された構造において、主絶縁層に偏平形状の空隙が生じた場合の空隙の分担電圧の低減効果について定量的に説明する。図５は、主絶縁層５の内部に導電層７が設置された場合の模式図である。図５は、空隙がない状態を示している。前述のように、導電層７の電位は、一次コイル２と導電層７との間の静電容量Ｃ１と、導電層７と二次コイル２との間の静電容量Ｃ２の分圧比によって決定される。ここで、一次コイルから導電層７までの距離をＤ１、導電層７から二次コイルまでの距離をＤ２とし、一次コイルに印加される電圧をＶ、二次コイルは接地されているとする。また、導電層７の厚みは主絶縁層５の厚みに対して無視できるほど薄いとし、主絶縁層５の厚みは、Ｄ１＋Ｄ２とする。このとき、導電層７に誘起される電位Ｖ１は、次の（１）式で表すことができる。
Hereinafter, in the structure in which the conductive layer set at the floating potential is installed in the main insulating layer, the effect of reducing the shared voltage of the air gap when a flat air gap is generated in the main insulating layer will be described quantitatively. FIG. 5 is a schematic diagram when the conductive layer 7 is installed inside the main insulating
主絶縁層の主構造部分の比誘電率εを、フィルム状絶縁材料としてよく用いられるポリエチレンテレフタレートの比誘電率である３．２とする。また、主絶縁層の厚みＤ１＋Ｄ２として５ｍｍとする。さらに、主絶縁層の内部の導電層の位置を表わすＤ１として、導電層を中央部に設置した場合としてＤ１＝２．５ｍｍ、一次コイルから見て１：２の位置に設置した場合として、Ｄ１＝１．６７ｍｍ、また比較のため導電層を設置しない場合としてＤ１＝５ｍｍ（Ｄ２＝０ｍｍ）として空隙が分担する電圧Ｖ０を計算した。さらに、比較のために導電層を中央部に設置して接地電位に設定した場合の空隙が分担する電圧Ｖ０も計算した。なお、偏平形状の空隙の厚みｔは、３００μｍとした。 The relative dielectric constant ε of the main structure portion of the main insulating layer is set to 3.2, which is the relative dielectric constant of polyethylene terephthalate often used as a film-like insulating material. The thickness D 1 + D 2 of the main insulating layer is 5 mm. Furthermore, as D 1 representing the position of the conductive layer inside the main insulating layer, D 1 = 2.5 mm when the conductive layer is installed at the center, and when it is installed at the position 1: 2 as viewed from the primary coil , D 1 = 1.67 mm, and for comparison, the voltage V 0 shared by the air gap was calculated assuming that D 1 = 5 mm (D 2 = 0 mm) when no conductive layer was provided. For comparison, the voltage V 0 shared by the air gap when the conductive layer is installed at the center and set to the ground potential was also calculated. Note that the thickness t of the flat gap was 300 μm.
図７は、本実施の形態における、主絶縁層に導電層を配置した場合の空隙の分担電圧を示した特性図である。図７において、（Ａ）は導電層を設置しない場合（Ｄ１＝５ｍｍ）、（Ｂ）は導電層を中央に配置した場合（Ｄ１＝２．５ｍｍ）、（Ｃ）は導電層を１：２の位置に配置した場合（Ｄ１＝１．６７ｍｍ）、（Ｄ）は導電層を中央に配置した場合で接地電位に設定された場合である。ここで、図７は導電層を設置しない場合の空隙の分担電圧を１００％として規格化した値で示している。図７において、主絶縁層の中央部に浮遊電位に設定された導電層を設置した場合の空隙の分担電圧は９０％であり、１０％の低減が期待できる。また、一次コイルから見て１：２の位置に導電層を設けた場合の空隙の分担電圧は８１％であり、１９％の低減が期待できる。一方、主絶縁層の中央部に導電層を設置した場合でも導電層の電位が接地電位に設定された場合の空隙の分担電圧は１７９％に上昇する。 FIG. 7 is a characteristic diagram showing the shared voltage of the air gap when a conductive layer is arranged in the main insulating layer in the present embodiment. 7A shows a case where a conductive layer is not provided (D 1 = 5 mm), FIG. 7B shows a case where a conductive layer is arranged at the center (D 1 = 2.5 mm), and FIG. : When arranged at the position of 2 (D 1 = 1.67 mm), (D) shows the case where the conductive layer is arranged at the center and is set to the ground potential. Here, FIG. 7 shows a normalized value with the shared voltage of the gap when the conductive layer is not provided being 100%. In FIG. 7, when a conductive layer set at a floating potential is installed at the center of the main insulating layer, the shared voltage of the air gap is 90%, and a reduction of 10% can be expected. In addition, when the conductive layer is provided at a position of 1: 2 when viewed from the primary coil, the shared voltage of the air gap is 81%, and a reduction of 19% can be expected. On the other hand, even when a conductive layer is provided in the center of the main insulating layer, the shared voltage of the gap increases to 179% when the potential of the conductive layer is set to the ground potential.
上述のとおり、本実施の形態のように構成された変圧器においては、主絶縁層が当該主絶縁層の内部に浮遊電位に設定された導電層を備えているので、主絶縁層に形成された空隙に生じる電位差を低減して部分放電特性を向上させることができる。 As described above, in the transformer configured as in the present embodiment, the main insulating layer includes a conductive layer set at a floating potential inside the main insulating layer, and thus is formed in the main insulating layer. The partial discharge characteristics can be improved by reducing the potential difference generated in the gap.
次に、内部に浮遊電位に設定された導電層を備えた主絶縁層を適用した結果、変圧器の放電開始電圧が向上する効果について説明する。空隙内部の気圧を便宜上１気圧と仮定すると、偏平形状の空隙における放電開始電圧Ｖ３はパッシェンの法則によって表わすことができる。パッシェンの法則の近似式としては、例えば以下の（３）式が知られている。 Next, the effect of improving the discharge start voltage of the transformer as a result of applying the main insulating layer including the conductive layer set to the floating potential inside will be described. Assuming that the air pressure inside the air gap is 1 atm for convenience, the discharge start voltage V 3 in the flat air gap can be expressed by Paschen's law. As an approximate expression of Paschen's law, for example, the following expression (3) is known.
（３）式で求めることができる放電開始電圧Ｖ３まで空隙が分担する電圧を上げることができると仮定し、（２）式においてＶ０をＶ３としてＶについて解くと（４）式が得られる。 Assuming that the voltage shared by the air gap can be increased up to the discharge start voltage V 3 that can be obtained by equation (3), and solving for V with V 0 as V 3 in equation (2), equation (4) is obtained. It is done.
（３）式および（４）式を用いることで、導電層を備えた主絶縁層用いた変圧器の放電開始電圧Ｖを定量的に評価することができる。主絶縁層の主構造部分の比誘電率εを、フィルム状絶縁材料としてよく用いられるポリエチレンテレフタレートの比誘電率である３．２とする。また、主絶縁層の厚みＤ１＋Ｄ２として５ｍｍとする。さらに、主絶縁層の内部の導電層の位置を表わすＤ１として、導電層を中央部に設置した場合としてＤ１＝２．５ｍｍ、一次コイルから見て１：２の位置に設置した場合として、Ｄ１＝１．６７ｍｍ、また比較のため導電層を設置しない場合としてＤ１＝５ｍｍ（Ｄ２＝０ｍｍ）とし、偏平形状の空隙の厚みｔをパラメータとして変圧器の放電開始電圧Ｖを計算した。 By using the equations (3) and (4), the discharge start voltage V of the transformer using the main insulating layer provided with the conductive layer can be quantitatively evaluated. The relative dielectric constant ε of the main structure portion of the main insulating layer is set to 3.2, which is the relative dielectric constant of polyethylene terephthalate often used as a film-like insulating material. The thickness D 1 + D 2 of the main insulating layer is 5 mm. Furthermore, as D 1 representing the position of the conductive layer inside the main insulating layer, D 1 = 2.5 mm when the conductive layer is installed at the center, and when it is installed at the position 1: 2 as viewed from the primary coil , D 1 = 1.67 mm, and D 1 = 5 mm (D 2 = 0 mm) when no conductive layer is provided for comparison, and the transformer discharge start voltage V is calculated using the thickness t of the flat air gap as a parameter. did.
図８は、主絶縁層に導電層を配置した主絶縁層を備えた変圧器の放電開始電圧Ｖ（ｋＶ）と空隙の厚みｔ（ｍｍ）との関係を示した特性図である。図８において、（Ａ）は導電層を設置しない場合（Ｄ１＝５ｍｍ）、（Ｂ）は導電層を中央に配置した場合（Ｄ１＝２．５ｍｍ）、（Ｃ）は導電層を１：２の位置に配置した場合（Ｄ１＝１．６７ｍｍ）、（Ｄ）はパッシェンカーブである。各特性曲線の極小値が、理論的に求まる最小の放電開始電圧である。 FIG. 8 is a characteristic diagram showing the relationship between the discharge start voltage V (kV) and the gap thickness t (mm) of a transformer having a main insulating layer in which a conductive layer is disposed on the main insulating layer. In FIG. 8, (A) shows no conductive layer (D 1 = 5 mm), (B) shows a case where the conductive layer is arranged in the center (D 1 = 2.5 mm), (C) shows 1 conductive layer. : When arranged at position 2 (D 1 = 1.67 mm), (D) is a Paschen curve. The minimum value of each characteristic curve is the minimum discharge start voltage obtained theoretically.
図８において、主絶縁層内部に導電層を設置しない場合の放電開始電圧は７．５ｋＶである。一方、主絶縁層の中央部に導電層を設置した場合の放電開始電圧は８．８ｋＶであり、放電開始電圧は１７％上昇する。また、一次コイルから見て１：２の位置に導電層を設けた場合の放電開始電圧は９．８ｋVであり、放電開始電圧は３０％の上昇が期待できる。 In FIG. 8, the discharge start voltage when the conductive layer is not provided inside the main insulating layer is 7.5 kV. On the other hand, when the conductive layer is provided at the center of the main insulating layer, the discharge start voltage is 8.8 kV, and the discharge start voltage increases by 17%. Further, when the conductive layer is provided at a position of 1: 2 as viewed from the primary coil, the discharge start voltage is 9.8 kV, and the discharge start voltage can be expected to increase by 30%.
上述のように、本実施の形態のように構成された変圧器においては、主絶縁層が当該主絶縁層の内部に浮遊電位に設定された導電層を備えているので、主絶縁層に形成された空隙に生じる分担電圧を低減して放電開始電圧を向上させることができる。 As described above, in the transformer configured as in the present embodiment, the main insulating layer includes a conductive layer set at a floating potential inside the main insulating layer, and thus formed in the main insulating layer. It is possible to improve the discharge start voltage by reducing the shared voltage generated in the generated gap.
また、導電層７は所定の電圧が印加されるのではなく、他の部分と電気的な導通が行われない浮遊電位としているので、外部の電源などに接続するための通電用の端子が不要である。そのため、導電層７は主絶縁層５の基本構成であるフィルム状の絶縁材料と絶縁性樹脂とにほぼ完全に覆われている。その結果、電界分布の乱れや、局所的な電界集中を引き起こす原因となりかねない端子がないため、絶縁性能にとって弱点となる部位を増加させることがなく、機器の信頼性が向上する。
In addition, the conductive layer 7 is not applied with a predetermined voltage, but has a floating potential that is not electrically connected to other portions, so that a terminal for energization for connection to an external power source or the like is unnecessary. It is. Therefore, the conductive layer 7 is almost completely covered with a film-like insulating material and an insulating resin, which are the basic configuration of the main insulating
なお、本実施の形態において、主絶縁層をフィルム状の絶縁材料およびフィルム状の導電材料を積層または巻き回して構成したが、これに限るものではない。例えば、板状の導電材料を板状の絶縁性樹脂で挟み込んで一体化した構成などであってもよい。 In this embodiment, the main insulating layer is formed by laminating or winding a film-like insulating material and a film-like conductive material, but the present invention is not limited to this. For example, a configuration in which a plate-shaped conductive material is sandwiched and integrated with a plate-shaped insulating resin may be used.
また、導電層を構成する導電材料は、必ずしも金属のような導電性の高い材料である必要はなく、低抵抗の半導電材料であってもよい。導電層を構成する導電材料に求められる導電率σ（Ｓ／ｍ）は、その材料の時定数を考慮した以下の（５）式で算出することができる。 In addition, the conductive material forming the conductive layer is not necessarily a highly conductive material such as a metal, and may be a low-resistance semiconductive material. The electrical conductivity σ (S / m) required for the conductive material constituting the conductive layer can be calculated by the following equation (5) considering the time constant of the material.
ここで、τは印加電圧の周波数によって決定される導電材料の時定数である。また、εは導電材料の比誘電率であり、ε０は真空の誘電率である。５０Ｈｚの正弦波の電圧が印加される場合には、電圧周期は２０ｍｓとなり、印加電圧が０からピークになる時間は５ｍｓである。導電層を構成する導電材料の時定数として、電圧周期の２０ｍｓの１／４である５ｍｓをτとする。また、εは半導電性材料の代表的な値として１０を用いる。ε０は真空の誘電率である８．８×１０−１２Ｆ／ｍである。これらの値を（５）式に代入すると、σ＝１．７６×１０−８（Ｓ／ｍ）となる。これら材料の時定数と誘電率と算出される導電率よりも大きい誘電率を持つ材料であれば、導電材料とみなすことができる。 Here, τ is a time constant of the conductive material determined by the frequency of the applied voltage. Further, ε is a relative dielectric constant of the conductive material, and ε 0 is a vacuum dielectric constant. When a 50 Hz sine wave voltage is applied, the voltage period is 20 ms, and the time for the applied voltage to peak from 0 is 5 ms. As a time constant of the conductive material constituting the conductive layer, 5 ms that is 1/4 of 20 ms of the voltage period is τ. Further, ε is 10 as a representative value of the semiconductive material. ε 0 is 8.8 × 10 −12 F / m, which is the dielectric constant of vacuum. Substituting these values into equation (5) yields σ = 1.76 × 10 −8 (S / m). Any material having a dielectric constant larger than the calculated time constant and dielectric constant of these materials can be regarded as a conductive material.
以上の条件を満たす値として、通常の商用周波数の入力に対して、導電層を構成する導電材料の導電率は、１．０×１０−８Ｓ／ｍ以上であることが好ましい。 As a value satisfying the above conditions, the conductivity of the conductive material constituting the conductive layer is preferably 1.0 × 10 −8 S / m or more with respect to an input of a normal commercial frequency.
実施の形態２．
実施の形態１で説明したように、主絶縁層の内部に浮遊電位に設定された導電層を設けることで、偏平形状の空隙が存在した場合にその空隙内部の電界を低減することができる。しかしながら、導電層となるフィルム状の導電材料に対する絶縁性樹脂の濡れ性に起因する樹脂含浸時の含浸不良や、絶縁性樹脂の線膨張係数とフィルム状の導電材料の線膨張係数との違いにより、導電層に隣接して偏平形状の空隙が発生しやすくなる。導電層に隣接して偏平形状の空隙が形成された場合、導電層の表面は部分放電の発生に必要となる電子の放出が容易なため、絶縁材料だけで覆われた空隙と比較して部分放電が発生するための条件が整いやすい。すなわち、導電層を設けたことでその導電層に隣接して形成された偏平形状の空隙が新たな絶縁弱点（部分放電発生部）となることが懸念される。実施の形態２においては、主絶縁層において、導電層に隣接した偏平形状の空隙の発生を抑制したものである。
As described in
図９は、本実施の形態に係る変圧器において、コイルの中央に挿入された鉄心の挿入方向に垂直な方向における主絶縁層の断面図である。本実施の形態においは、主絶縁層５は、内部に設けられた浮遊電位に設定された導電層７の二次コイル側に隣接した位置に多孔性の絶縁材料９が設けられており、この多孔性の絶縁材料９の孔内は絶縁性樹脂で充填されているものである。多孔性の絶縁材料９としては、例えばスリットを設けたフィルム状のポリエチレンテレフタレートを用いることができる。
FIG. 9 is a cross-sectional view of the main insulating layer in a direction perpendicular to the insertion direction of the iron core inserted in the center of the coil in the transformer according to the present embodiment. In the present embodiment, the main insulating
本実施の形態における主絶縁層５は、フィルム状の絶縁材料６を多層積層もしくは多数回巻回するときにフィルム状の導電材料である導電層７と一緒に多孔性の絶縁材料９をフィルム状の絶縁材料６の層間に挿入し、これに絶縁樹脂を含浸させることで作製できる。
In the present embodiment, the main insulating
通常の主絶縁層の製造プロセスにおいて、液体状の熱硬化性絶縁樹脂をフィルム状の絶縁材料の層間に含浸させる際に、フィルム状の導電材料に隣接して多孔性の絶縁材料９が挿入されていると、この多孔性の絶縁材料の孔が液体状の熱硬化性絶縁樹脂のフィルム状の導電材料表面への含浸経路として確保されることになる。その結果、主絶縁層において、導電層に隣接して偏平形状の空隙の発生を抑制することができる。 In a normal main insulating layer manufacturing process, when a liquid thermosetting insulating resin is impregnated between layers of a film-like insulating material, a porous insulating material 9 is inserted adjacent to the film-like conductive material. In this case, the holes of the porous insulating material are secured as an impregnation path to the surface of the film-like conductive material of the liquid thermosetting insulating resin. As a result, in the main insulating layer, it is possible to suppress the generation of flat air gaps adjacent to the conductive layer.
このように構成された主絶縁層を備えた変圧器においては、主絶縁層が当該主絶縁層の内部に浮遊電位に設定された導電層を備えているので、主絶縁層に形成された空隙に生じる電位差を低減して部分放電特性を向上させることができる。 In the transformer having the main insulating layer configured as described above, since the main insulating layer includes a conductive layer set at a floating potential inside the main insulating layer, a gap formed in the main insulating layer. The partial discharge characteristics can be improved by reducing the potential difference generated in
また、導電層に隣接して多孔性の絶縁材料が設けられており、この多孔性の絶縁材料の孔内が絶縁性樹脂で充填されているので、導電層に隣接した偏平形状の空隙の発生を抑制することができる。その結果、絶縁性能に優れた変圧器を得ることができる。 In addition, a porous insulating material is provided adjacent to the conductive layer, and the pores of this porous insulating material are filled with an insulating resin, so that a flat void adjacent to the conductive layer is generated. Can be suppressed. As a result, a transformer having excellent insulation performance can be obtained.
なお、本実施の形態においては、導電層の二次コイル側に隣接した位置に多孔性の絶縁材料を設ける例を示したが、導電層の一次コイル側に隣接した位置に多孔性の絶縁材料を設けてもよいし、その両方の位置に多孔性の絶縁材料を設けてもよい。 In this embodiment, an example in which a porous insulating material is provided at a position adjacent to the secondary coil side of the conductive layer has been described. However, a porous insulating material is provided at a position adjacent to the primary coil side of the conductive layer. Alternatively, a porous insulating material may be provided at both positions.
実施の形態３．
図１０は、実施の形態３に係る変圧器において、コイルの中央に挿入された鉄心の挿入方向に垂直な方向における主絶縁層の断面図である。本実施の形態においては、主絶縁層の内部に浮遊電位に設定された導電層を２層以上配置したものである。図１０に示すように、本実施の形態においては、主絶縁層５の内部に電気的に浮遊した導電層７を２層設けたものである。これらの導電層７の電位は、一次コイルや二次コイルあるいは接地のいずれとも電気的に接続されておらず、電気的に浮遊した浮遊電位に設定されている。また、２つの導電層７同士も電気的には接続されていない。
FIG. 10 is a cross-sectional view of the main insulating layer in a direction perpendicular to the insertion direction of the iron core inserted in the center of the coil in the transformer according to the third embodiment. In the present embodiment, two or more conductive layers set at a floating potential are arranged inside the main insulating layer. As shown in FIG. 10, in the present embodiment, two conductive layers 7 that are electrically floating are provided inside the main insulating
このように構成された主絶縁層を備えた変圧器においては、主絶縁層が当該主絶縁層の内部に浮遊電位に設定された導電層を備えているので、主絶縁層に形成された空隙に生じる電位差を低減して部分放電特性を向上させることができる。 In the transformer having the main insulating layer configured as described above, since the main insulating layer includes a conductive layer set at a floating potential inside the main insulating layer, a gap formed in the main insulating layer. The partial discharge characteristics can be improved by reducing the potential difference generated in
また、実施の形態１で説明したように、導電層を一次コイル側に近い位置に設置したときに二次コイル側で偏平状の空隙が形成された場合には、導電層を設置したことによる空隙の分担する電圧低減効果は低減される。本実施の形態のように、導電層７を複数層設けることで、主絶縁層の厚みに対して、内周部や外周部を問わず、どの部位で剥離が生じ偏平形状の空隙が形成された場合であっても効果的に空隙の分担電圧を低減させることができる。 Further, as described in the first embodiment, when a flat gap is formed on the secondary coil side when the conductive layer is installed at a position close to the primary coil side, the conductive layer is provided. The voltage reduction effect shared by the air gap is reduced. As in the present embodiment, by providing a plurality of conductive layers 7, peeling occurs at any location regardless of the inner peripheral portion or the outer peripheral portion with respect to the thickness of the main insulating layer, and a flat gap is formed. Even in this case, the shared voltage of the air gap can be effectively reduced.
１ 変圧器１、 ２ 鉄心、 ３ 二次コイル、 ４ 一次コイル
５ 主絶縁層、 ６ 絶縁材料、 ７ 導電層、 ８ 等電位線、 ９ 絶縁材料
DESCRIPTION OF
Claims (5)
この鉄心に巻き回された二次コイルと、
この二次コイルの外周側に巻き回された一次コイルと、
この一次コイルと前記二次コイルとの間に設けられた主絶縁層と
を備えた変圧器であって、
前記主絶縁層は、当該主絶縁層の内部に浮遊電位に設定された導電層を備えた
ことを特徴とする変圧器。 Iron core,
A secondary coil wound around this iron core,
A primary coil wound around the outer periphery of the secondary coil;
A transformer comprising a main insulating layer provided between the primary coil and the secondary coil,
The main insulating layer includes a conductive layer set at a floating potential inside the main insulating layer.
前記導電層は、積層された前記フィルム状絶縁材料の層間に挿入されたフィルム状導電材料で構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の変圧器。 The main insulating layer is configured by laminating film-like insulating materials,
The transformer according to claim 1, wherein the conductive layer is made of a film-like conductive material inserted between layers of the laminated film-like insulating material.
前記多孔状のフィルム状絶縁材料の孔は絶縁性の樹脂材料で充填されている
ことを特徴とする請求項２に記載の変圧器。 In the main insulating layer, at least one film-like insulating material adjacent to the outer peripheral side or inner peripheral side of the film-like conductive material is a porous film-like insulating material,
The transformer according to claim 2, wherein the hole of the porous film-like insulating material is filled with an insulating resin material.
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の変圧器。 The transformer according to claim 1, wherein the main insulating layer includes two or more conductive layers.
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の変圧器。 The electrical conductivity of the said conductive layer is 1.0 * 10 < -8 > S / m or more, The transformer of any one of Claim 1 to 4 characterized by the above-mentioned.
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|---|---|---|---|---|
| JP2017147366A (en) * | 2016-02-18 | 2017-08-24 | 三菱電機株式会社 | Instrument transformer |
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- 2015-09-11 JP JP2015179469A patent/JP2017055042A/en active Pending
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