JP5854919B2 - 静電板 - Google Patents

Description

本発明は、静電板に関し、特に、変圧器の巻線の電位振動抑制のために用いられる静電板に関する。

変圧器には、雷サージ侵入時に変圧器の巻線の電位振動および局部的な高電界部が発生することを抑制するために、電界を均一化する目的で、巻線と同じ平面形状を有する平板電極である静電板が巻線群内に設置されている。

静電板と類似した構成を有する混触防止用のシールド板を備えた高圧トランスを開示した先行文献として、実開昭６１−１５１３１８号公報(特許文献１)がある。特許文献１に記載された高圧トランスにおいては、シールド板は、間隙を有する環状板材と、環状板材に一体に張り出し形成され、折り曲げられることにより間隙を覆うシールド片と、間隙とシールド片との間に介在する絶縁部材とを備えている。

実開昭６１−１５１３１８号公報

巻線に電流が流れると、巻線に対向して位置する静電板には巻線の周囲に発生した磁束が侵入する。上記のシールド板のように、シールド片を折り曲げて間隙を覆った場合、シールド片に侵入した磁束により、渦電流がシールド片の面内全体を周回するように発生する。この場合、渦電流損が大きくなって変圧器の効率が低下する。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、渦電流損を低減して変圧器の効率を向上できる静電板を提供することを目的とする。

本発明に基づく静電板は、変圧器の巻線に隣接して対向するように配置される静電板である。静電板は、巻線の対向する面の形状と同等の環状の形状を有する絶縁性基板と、絶縁性基板の表面に設けられた導電部と、絶縁性基板の周方向に循環電流が流れないようにするために、絶縁性基板の表面で導電部を周方向において不連続とする絶縁部とを備えている。また、静電板は、導電部上に配置された短絡板と、絶縁部を覆うように導電部の上から絶縁性基板に巻かれた第１絶縁紙とを備えている。さらに、静電板は、第１絶縁紙の上から絶縁性基板に巻き回されて一端が短絡板に接続された帯状の金属箔と、金属箔と金属箔の幅方向においてずれて重ね合うように第１絶縁紙の上から絶縁性基板に巻き回され、巻き回された金属箔同士を絶縁性基板の周方向において不連続とする帯状の第２絶縁紙とを備えている。

本発明によれば、渦電流損を低減して変圧器の効率を向上できる。

本発明の一実施形態に係る静電板の構成を示す平面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線矢印方向から見た断面図である。 第１絶縁紙が巻かれる前の静電板の構成を示す平面図である。 第１絶縁紙が巻かれた状態の静電板の構成を示す平面図である。 第１絶縁紙の上から金属箔と第２絶縁紙とを重ねて絶縁性基板に巻き回している状態を示す平面図である。 第３絶縁紙に挟み込まれた金属箔を示す断面図である。

以下、本発明の一実施形態に係る静電板について図面を参照して説明する。以下の実施形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。

図１は、本発明の一実施形態に係る静電板の構成を示す平面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線矢印方向から見た断面図である。図３は、第１絶縁紙が巻かれる前の静電板の構成を示す平面図である。図４は、第１絶縁紙が巻かれた状態の静電板の構成を示す平面図である。図５は、第１絶縁紙の上から金属箔と第２絶縁紙とを重ねて絶縁性基板に巻き回している状態を示す平面図である。

本実施形態に係る静電板は、変圧器の巻線に隣接して対向するように配置される静電板である。具体的には、静電板は、変圧器内の巻線群において、端部に位置する巻線、または、電流引き出し用タップと接続された巻線に隣接して対向するように配置される。

図１〜５に示すように、静電板１００は、巻線の対向する面の形状と同等の環状の形状を有する絶縁性基板１１０を有している。本実施形態においては、絶縁性基板１１０の材料としてプレスボードを用いている。ただし、絶縁性基板１１０の材料はプレスボードに限られず、たとえばポリプロピレンなどの絶縁性を有する樹脂でもよい。

絶縁性基板１１０の表面に導電性塗料が塗布されて導電部１２０が設けられている。本実施形態においては、絶縁性基板１１０の表と裏の両方の表面に導電部１２０が設けられている。ただし、導電性塗料は、絶縁性基板１１０の一部には塗布されておらず、それにより導電部１２０は絶縁性基板１１０の周方向において連続していない。この導電性塗料が塗布されていない一部が絶縁部１０である。

絶縁部１０は、絶縁性基板１１０の表面で導電部１２０を周方向において不連続とし、絶縁性基板１１０の周方向に循環電流が流れないようにする機能を有している。

静電板１００によって、雷サージが進入した際の巻線に生ずる電位振動を抑制するためには、雷サージの侵入時における静電板１００の電位と静電板１００に隣接する巻線の電位とが同電位となる必要がある。

導電部１２０の電気抵抗率が高くなるに従って、静電板１００の電位追従性が低くなる。静電板１００の電位追従性が低いと、電位振動を抑制する静電板１００の機能が十分に発揮されない場合がある。

そのため、導電部１２０の表面抵抗率は、１０Ω／□以上１０００Ω／□以下の範囲であることが好ましい。より好ましくは、導電部１２０の表面抵抗率が１０Ω／□以上５０Ω／□以下の範囲である。なお、表面抵抗率(Ω／□)は測定方法によらない固有値であり、上記の表面抵抗率は導電性塗料の乾燥後の値である。

導電性塗料としては、上記の表面抵抗率が得られるものであって、かつ、絶縁性基板１１０に均一に塗布できるように粘度が低い塗料が好ましい。導電性塗料の粘度は、室温において１Ｐａ・ｓ以上１００Ｐａ・ｓ以下の範囲であることが好ましい。

導電性塗料においては、材料として球晶状カーボンと樹脂ワニスと硬化剤とを含むことが好ましい。さらに、導電性塗料が公知の添加物を含んでいてもよい。

球晶状カーボンの平均粒径は、５μｍ以上５０μｍ以下の範囲であることが好ましい。この平均粒径を有する球晶状カーボンを導電性塗料に含有させることにより、カーボンなどの導電性物質の添加による導電性塗料の粘度上昇を抑制しつつ、導電部１２０の表面抵抗率を低くすることができる。なお、上記の平均粒径は、光散乱測定装置を用いて直交ニコル法により測定した散乱像における散乱角の極大値から求められた値である。

導電性塗料における球晶状カーボンの含有率は、５０質量％以上７０質量％以下の範囲であることが好ましい。導電性塗料における球晶状カーボンの含有率を上記の範囲とすることにより、導電性塗料の粘度および導電部１２０の表面抵抗率をバランスよく向上させることができる。

具体的には、たとえば、導電性塗料の主剤として、６０質量％以上６５質量％以下の球晶状のカーボンと、２０質量％以上２５質量％以下のポリエステル樹脂ワニスと、５質量％以上１０質量％以下のキシレンと、５質量％以上１０質量％以下のエチルベンゼンと、１質量％以上５質量％以下の酢酸−ｎ−ブチルとを、合計で１００質量％となるように調整する。これらの主剤に硬化剤として１００質量％のポリイソシアネート溶液を体積比が４：１となるように混合することにより、導電性塗料が作製できる。

上記の導電性塗料は、塗布する際にシンナーなどの有機溶剤により希釈して用いることができる。希釈して用いる場合、希釈された導電性塗料におけるカーボン含有量は、１２質量％以上１３質量％以下の範囲であることが好ましい。希釈された導電性塗料の粘度は、室温において０．４Ｐａ・ｓ以上４０Ｐａ・ｓ以下の範囲であることが好ましい。

具体的には、たとえば、希釈剤として、２０質量％以上３０質量％以下の酢酸イソブチルと、５質量％以上１０質量％以下の芳香族炭化水素系混合溶剤と、４０質量％以上５０質量％以下のキシレンと、１０質量％以上２０質量％以下のプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートとを、合計で１００質量％となるように調整する。希釈率としては、２５％程度にする。

上記のように希釈されて塗布された導電性塗料が乾燥されて形成された導電部１２０における球晶状カーボンの含有率は、６０質量％以上７０質量％以下の範囲であることが好ましい。より好ましくは、球晶状カーボンの含有率が６５質量％程度である。この場合、導電部１２０において良好な表面抵抗率を得ることができる。

上記のように形成された導電部１２０上に、短絡板１３０が配置されている。短絡板１３０は、静電板１００の縁に沿って設けられ、線路端部１４０に接続されている。その結果、導電部１２０および短絡板１３０の電位が線路端部１４０の電位に固定されている。短絡板１３０は、金属箔などからなり導電部１２０に接触した状態で、締め付けて固定されている。短絡板１３０の電気抵抗率は、導電部１２０の電気抵抗率と比較してかなり低い。

図３に示すように、本実施形態に係る静電板１００においては、絶縁部１０は、線路端部１４０とは絶縁性基板１１０の周方向において略反対側の位置に形成されている。

本実施形態においては、短絡板１３０の一部は、線路端部１４０から絶縁部１０まで絶縁性基板１１０の周方向における一方向に向けて連続して配置されている。短絡板１３０の残部は、線路端部１４０から絶縁部１０まで上記一方向とは反対向きの他方向に向けて連続して配置されている。かつ、短絡板１３０の一部と残部とが略対称配置されている。

上記の構成によれば、線路端部１４０と絶縁部１０との間における部分の短絡板１３０の一部と短絡板１３０の残部とにおいてサージインピーダンスがほぼ等しくなるため、線路端部１４０に急峻なサージが侵入した場合においても絶縁部１０の両端に発生する電圧を低減することができる。

なお、静電板１００は、変圧器内において絶縁油に浸漬されて使用される。図２に示す絶縁部１０を互いの間に挟む導電部１２０の端部の角部には電界が集中しやすい。

そこで、本実施形態の静電板１００においては、導電部１２０の端部の角部に電界が集中することを抑制するために、図４に示すように、絶縁部１０を覆うように導電部１２０の上から絶縁性基板１１０に第１絶縁紙１５０を巻いている。

本実施形態においては、第１絶縁紙１５０に、第１絶縁紙１５０が短絡板１３０に乗り上げないようにするための切り込み部１５１を設けている。また、第１絶縁紙１５０はクラフト紙である。ただし、第１絶縁紙１５０の材料はクラフト紙に限られず、他の絶縁紙でもよい。

静電板１００においては、図５に示すように、第１絶縁紙１５０の上から絶縁性基板１１０に帯状の金属箔１６０を螺旋状に巻き回している。図２に示すように、金属箔１６０の一端は、半田１８０により短絡板１３０の端部に接続されている。金属箔１６０は、短絡板１３０に接続されることにより、電位が線路端部１４０の電位に固定されている。

金属箔１６０と第２絶縁紙１７０とは、それぞれの幅方向において互いに僅かにずらして重ねた状態で一緒に絶縁性基板１１０に巻き付けている。なお、金属箔１６０と短絡板１３０との半田１８０による接続は、短絡板１３０を導電部１２０上に設ける前および設けた後のいずれのタイミングで行なってもよい。

本実施形態においては、金属箔１６０がニッケルシルバーを含んでいる。ニッケルシルバーは、柔軟性、屈曲加工性および耐食性に富み、半田１８０との接着性もよいため、絶縁性基板１１０に巻き付けやすく短絡板１３０と容易に接続でき、金属箔１６０の材料として好適である。ただし、金属箔１６０の主材料はニッケルシルバーに限られず、他の金属でもよい。

さらに、金属箔１６０と金属箔１６０の幅方向においてずれて重ね合うように第１絶縁紙１５０の上から絶縁性基板１１０に帯状の第２絶縁紙１７０を螺旋状に巻き回している。第２絶縁紙１７０は、巻き回された金属箔１６０同士を絶縁性基板１１０の周方向において不連続としている。

本実施形態においては、第２絶縁紙１７０がクレープ紙である。クレープ紙は伸縮性を有するため、絶縁性基板１１０に巻き付けやすく、第２絶縁紙１７０の材料として好適である。ただし、第２絶縁紙１７０の材料はクレープ紙に限られず、他の絶縁紙でもよい。

このように、第１絶縁紙１５０、金属箔１６０および第２絶縁紙１７０を絶縁性基板１１０に巻くことにより、導電部１２０の端部の角部に発生する電界を第１絶縁紙１５０の厚み方向に作用させることができる。第１絶縁紙１５０は、厚み方向に作用する電界に対して高い絶縁性能を示すため、静電板１００の絶縁部１０の絶縁性能を著しく向上することができる。

また、巻き回された金属箔１６０同士が絶縁性基板１１０の周方向において不連続となっていることにより、巻線の周囲に発生した磁束が金属箔１６０に侵入して生ずる渦電流の周回軌道を小さくして渦電流損を低減できる。その結果、静電板１００を備える変圧器の効率を向上できる。

なお、本実施形態においては、静電板１００は、巻き回された金属箔１６０のうち絶縁性基板１１０の周方向において最も外側に位置する金属箔１６０の端部を挟み込む第３絶縁紙１９０をさらに備えている。

図６は、第３絶縁紙に挟み込まれた金属箔を示す断面図である。図６においては、金属箔１６０、第２絶縁紙１７０および第３絶縁紙１９０のみを図示している。

第２絶縁紙１７０同士に挟まれていない最も外側に位置する金属箔１６０の端部はエッジ部となり電界が集中しやすいため、図６に示すように、この最も外側に位置する金属箔１６０の端部を第３絶縁紙１９０で挟み込むことにより電界の集中を緩和することができる。その結果、静電板１００の絶縁部１０近傍の絶縁性能をさらに向上できる。本実施形態においては、第３絶縁紙１９０は、Ｖ字状に折り曲げられたクラフト紙である。ただし、第３絶縁紙１９０の材料はクラフト紙に限られず、他の絶縁紙でもよい。

なお、今回開示した上記実施形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

１０ 絶縁部、１００ 静電板、１１０ 絶縁性基板、１２０ 導電部、１３０ 短絡板、１４０ 線路端部、１５０ 第１絶縁紙、１５１ 切り込み部、１６０ 金属箔、１７０ 第２絶縁紙、１８０ 半田、１９０ 第３絶縁紙。

Claims (3)

1. 変圧器の巻線に隣接して対向するように配置される静電板であって、
   前記巻線の対向する面の形状と同等の環状の形状を有する絶縁性基板と、
   前記絶縁性基板の表面に設けられた導電部と、
   前記絶縁性基板の周方向に循環電流が流れないようにするために、前記絶縁性基板の表面で前記導電部を前記周方向において不連続とする絶縁部と、
   前記導電部上に配置された短絡板と、
   前記絶縁部を覆うように前記導電部の上から前記絶縁性基板に巻かれた第１絶縁紙と、
   前記第１絶縁紙の上から前記絶縁性基板に巻き回されて一端が前記短絡板に接続された帯状の金属箔と、
   前記金属箔と前記金属箔の幅方向においてずれて重ね合うように前記第１絶縁紙の上から前記絶縁性基板に巻き回され、巻き回された前記金属箔同士を前記絶縁性基板の周方向において不連続とする帯状の第２絶縁紙と、
   巻き回された前記金属箔のうち前記絶縁性基板の周方向において最も外側に位置する金属箔の端部を挟み込む第３絶縁紙と
   を備えた、静電板。
2. 前記金属箔がニッケルシルバーを含む、請求項１に記載の静電板。
3. 前記第２絶縁紙がクレープ紙である、請求項１または２に記載の静電板。

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