JPH0992557A - 計器用変圧器の一次巻線 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】巻線の内側部分でレヤーボルトが高くなって層
間絶縁層が厚くなるのを防ぐことができる計器用変圧器
の一次巻線を提供する。 【解決手段】巻枠Ｂの外周に、巻線層群Ｗ1 〜Ｗn を、
層間に絶縁層Ｌ1 〜Ｌn-1 を介在させた状態で巻回し、
巻線全体の半部の断面形状を台形状にする。巻線層群を
巻枠に近い側に位置する第１の巻線層群Ｗ1 〜Ｗm と、
第１の巻線層群の外側に位置する第２の巻線層群Ｗm+1
〜Ｗn とに分ける。第１の巻線層群Ｗ1 〜Ｗm は２本の
並列導体Ｃ1 及びＣ2 を巻回することにより形成し、第
２の巻線層群Ｗm+1 〜Ｗn は１本の導体Ｃを巻回するこ
とにより形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、変電所等の電気所
の母線または線路に接続されて、電圧を変成し、計器類
や継電器に電圧を供給する目的で使用される計器用変圧
器の一次巻線に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】計器用変圧器は、一次巻線（高圧巻線）
と二次巻線（低圧巻線）とを、二次巻線を内側に位置さ
せた状態で同心配置して鉄心に巻装した構造を有する変
圧器本体と、該変圧器本体を絶縁ガス（通常はＳＦ₆ ガ
ス）または絶縁油からなる絶縁媒体とともに収容する部
分とにより構成される。変圧器本体の鉄心としては、通
常矩形状の鉄心が用いられ、該鉄心の水平方向に延びる
脚部に、一次巻線及び二次巻線が、それぞれの巻回軸線
を水平方向に向けた状態で巻装される。

【０００３】一般に計器用変圧器の一次巻線としては、
円筒状の巻枠の外周に、複数の円筒状の巻線層を、層間
に絶縁層を介在させて同心的に巻回した構造を有するレ
ヤー巻線が用いられる。

【０００４】従来のこの種の一次巻線としては、複数の
巻線層の巻回軸線方向寸法を等しく設定して、巻回軸線
を含む平面に沿う半部の縦断面がほぼ矩形状を呈するよ
うにしたものと、巻枠に最も近い位置にある最内周の巻
線層の巻回軸線方向寸法を最大とし、巻枠から最も離れ
た位置にある最外周の巻線層の巻回軸線方向寸法を最小
とするように、内周側から外周側に向って順次巻回軸線
方向寸法を小さくして巻回して、巻回軸線を含む平面に
沿う半部の縦断面が台形状を呈するようにしたもの（以
下台形状巻線という。）とがある。

【０００５】これらの巻線の内、台形状巻線は、電位が
低い巻線の始端部（巻き始め側の端末部）が鉄心の窓部
に近い位置に配置され、電位が高い巻線の終端部（巻き
終り側の端末部）が鉄心の窓部からより離れた位置に配
置されることになるため、電界分布が緩やかになり、電
気的な絶縁の面で有利である。また台形状巻線は、その
縦断面が台形状を呈していて、荷重が大きな部分の面積
が大きくなっているため、機械的に安定した構造を有し
ている。

【０００６】図４は従来の計器用変圧器の一次巻線とし
て用いられていた台形状巻線の構造を示した半部縦断面
図で、この巻線は、円筒状に形成された巻枠Ｂと、該巻
枠Ｂの外周に同心的に巻回された多数の巻線層Ｗ1 ，Ｗ
2 ，…Ｗn （ｎは２以上の整数）と、巻線層Ｗ1 ，Ｗ2
，…Ｗn 相互間に介在するように形成された層間絶縁
層Ｌ1 ，Ｌ2 ，…Ｌn-1 と、最外周の巻線層Ｗn の外周
を覆うように形成された外周側絶縁層Ｌn と、外周側絶
縁層Ｌn の外周を取り囲むように配置された環状の電界
緩和用シールドＳとを備えている。

【０００７】図示の一次巻線において、巻枠Ｂは、絶縁
媒体が油の場合には、プレスボードやフェノールレジン
により形成され、絶縁媒体がＳＦ₆ ガス等の絶縁ガスで
ある場合には、フェーノールレジンや、エポキシ樹脂等
により形成される。

【０００８】各巻線層は、エナメル線（マグネットワイ
ヤ）を巻回軸線に沿って円筒状に巻回したものからな
り、一連の巻線層Ｗ1 ，Ｗ2 ，…は、巻枠Ｂに最も近い
位置にある巻線層Ｗ1 の巻回軸線方向寸法を最大とし、
最外周の巻線層Ｗn の巻回軸線方向寸法を最小とするよ
うに、内周側から外周側に向かって、順次巻回軸線方向
寸法を短くして巻回されている。

【０００９】また層間絶縁層Ｌ1 ，Ｌ2 ，…Ｌn は、絶
縁紙または絶縁フィルムを所定の厚さが得られるように
巻回することにより形成されている。

【００１０】電界緩和用シールドＳは、アルミニウムや
銅等の良導電性の金属により、１ターンを形成しないよ
うに構成されていて、最外周の巻線層Ｗn の終端部（巻
き終り側の端末部）がシールドＳに接続され、これによ
り、シールドＳの電位が一次巻線の終端部の電位に固定
されている。

【００１１】図示してないが、電界緩和用シールドＳに
は一次端子が設けられ、該一次端子が電気所の母線や線
路に接続されるようになっている。

【００１２】図４に示した一次巻線は、その巻枠Ｂの内
側に同心的に配置された図示しない二次巻線とともに、
その巻回軸線を水平方向に向けた状態で配置されて、図
示しない矩形状鉄心の水平方向に伸びる脚部に巻装され
る。図４に示した一次巻線と図示しない二次巻線と鉄心
とにより計器用変圧器の本体が構成され、該本体が絶縁
油またはＳＦ₆ ガス等の絶縁ガスからなる絶縁媒体とと
もにタンク内に収納されて、計器用変圧器が構成され
る。

【００１３】上記のように、複数の巻線層を層間絶縁層
を介して積層した構造を有する巻線においては、隣接す
る巻線層間にかかる電圧（レヤーボルト）に耐えるよう
に層間絶縁層の厚さを設定する必要がある。

【００１４】一次巻線全体に印加される電圧をＶ1 、一
次巻線の全巻数をＮ1 、一次巻線の１ターン当りに印加
される電圧（ターンボルト）をＶt とすると、ターンボ
ルトＶt は、 Ｖt ＝Ｖ1 ／Ｎ1 …（１） で与えられる。１巻線層の巻数をＮL とすると、レヤー
ボルトＶL は、 ＶL ＝Ｖt ×ＮL ×２ …（２） で与えられる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】図４に示した従来の台
形状の一次巻線では、全ての巻線層が、単一の導体を巻
回軸線方向に沿って一様に巻回することにより形成され
ていたため、一連の巻線層Ｗ1 ，Ｗ2 ，…の巻数が相違
し、巻枠に最も近い位置にある最内周の巻線層Ｗ1 の巻
数が最大になる。従って巻枠に近い巻線の内周側では、
レヤーボルトＶLが高くなり、この高いレヤーボルトに
耐えるために層間絶縁層の厚さを厚くする必要がある
が、絶縁物の耐電圧はおよそ厚さの０．５乗に比例し、
層間絶縁層の厚さはレヤーボルトＶL の２乗に比例して
増大することになるため、巻線の内周側で層間絶縁層の
厚さが大幅に増大する。そのため、従来の巻線では、巻
枠に近い内側部分で層間絶縁層を構成する絶縁物の量が
多くなって不経済なだけでなく、巻線の径方向寸法が増
大して一次巻線が大形化するという問題があった。

【００１６】本発明の目的は、巻線の内側部分でレヤー
ボルトが高くなるのを防いで、層間絶縁層の厚さを従来
よりも薄くし、層間絶縁層を形成する絶縁物の量を少な
くして、コストの低減を図るとともに、巻線の径方向寸
法の縮小を図ることができるようにした計器用変圧器の
一次巻線を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は、円筒状の巻枠
と、層間に絶縁層を介在させて巻枠の外周に同心的に巻
回された巻線層群を備えて、巻線層群を構成する一連の
巻線層が、巻枠に最も近い位置にある巻き始め側の巻線
層の巻回軸線方向寸法を最大とし、巻枠から最も離れた
位置にある巻き終り側の巻線層の巻回軸線方向寸法を最
小とするように、内周側から外周側に向って順次巻回軸
線方向寸法を小さくして巻回されている計器用変圧器の
一次巻線に係わるものである。

【００１８】本発明においては、上記巻線層群が、巻枠
に近い側に配置された第１の巻線層群と、該第１の巻線
層群の外側に配置された第２の巻線層群とからなってい
て、第１の巻線層群を構成する各巻線層は、２本の導体
（エナメル線等の絶縁被覆電線）を並列させて巻回した
ものからなり、第１の巻線層群の始端部側及び終端部側
で該２本の導体によりそれぞれ形成された２つの巻線の
始端部どうし及び終端部どうしが互いに接続されてい
る。また第２の巻線層群を構成する各巻線層は、１本の
導体を巻回したものからなっている。

【００１９】なお２本の導体を並列させて巻回すると
は、２本の導体を巻回軸線方向に並べた状態で同時に巻
回することを意味する。第１の巻線層群の始端部側及び
終端部側でそれぞれ２本の導体によりそれぞれ形成され
た巻線の始端部どうし及び終端部どうしが互いに接続さ
れるため、両巻線は互いに並列に接続されることにな
る。従って、第１の巻線層群の全体の巻数は、該第１の
巻線層群を１本の導体により巻回した場合の巻数の１／
２になる。しかもこの場合、第１の巻線層群の各巻線層
の巻回軸線方向の寸法は、一次巻線全体の半部の断面形
状を台形状にするために必要な大きさを維持しているの
で、台形状の巻線が有する特徴が失われることは全くな
い。

【００２０】なお本明細書において、「始端部」とは巻
線の巻き始め側の端末部を意味し、「終端部」とは巻線
の巻き終り側の端末部を意味する。各巻線層及び巻線層
群のそれぞれに対して、それぞれの巻き始め側及び巻き
終り側の端末部を意味する語として始端部及び終端部を
用いる。

【００２１】上記第１の巻線層群の終端部と第２の巻線
層群の始端部との間を接続するため、上記第１の巻線層
群と第２の巻線層群との間に介在するように導電性を有
する板からなる中継板を配置して、第１の巻線層群の最
外周の巻線層の終端部及び第２の巻線層群の最内周の巻
線層の始端部を中継板に接続するようにするのが好まし
い。

【００２２】上記のように、巻線層群を巻枠に近い位置
に配置される第１の巻線層群と、該第１の巻線層群の外
側に配置される第２の巻線層群とに分けて、第１の巻線
層群を構成する各巻線層を２本の並列導体により巻回す
るようにすると、第１の巻線層群の各巻線層の巻数は従
来のほぼ１／２となるため、該第１の巻線層群でのレヤ
ーボルトは従来の一次巻線の該当部分のレヤーボルトの
ほぼ１／２となる。

【００２３】このように、本発明によれば、台形状の巻
線が有する特徴を何等損なうことなく、巻枠に近い巻線
の内側部分でのレヤーボルトの上昇を抑制して巻線の内
側部分で層間絶縁層が厚くなるのを防ぐことができ、台
形状の一次巻線の径方向寸法を従来よりも縮小すること
ができる。また巻線の内側部分で層間絶縁層の厚さを薄
くすることができるため、層間絶縁層を形成する絶縁材
料の量を少なくして、コストの低減を図ることができ
る。

【００２４】更に、第１の巻線層群を構成する巻線層
は、２本の導体を並列に巻回したものからなるため、そ
の抵抗値が低くなる。従って、第１の巻線層群での発熱
を少なくすることができ、巻線の内側部分で局部的に温
度が上昇して絶縁物が劣化するのを防ぐことができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】図１ないし図３は本発明の実施の
一形態を示したもので、図１は全体的な構成を示す半部
の縦断面図、図２は巻線の巻回構造を説明するための半
部縦断面図、図３は第１及び第２の巻線層群の境界部付
近の構造を示した斜視図である。図１及び図２において
Ｂは円筒状に形成された巻枠、Ｗ1 ，Ｗ2 ，…，Ｗm ，
Ｗm+1，…，Ｗn-1 ，Ｗn （２＜ｍ＜ｎ）は、巻枠Ｂの
外周に同心的に巻回された多数の巻線層である。巻線層
Ｗ1 ，Ｗ2 ，…，Ｗm ，Ｗm+1 ，…，Ｗn-1 ，Ｗn 相互
間に介在するように絶縁紙または絶縁フィルムの巻回体
からなる層間絶縁層Ｌ1，Ｌ2 ，…，Ｌm ，Ｌm+1 ，
…，Ｌn-1 が形成され、最外周の巻線層Ｗn の外周を覆
うように外周側絶縁層Ｌn が形成されている。外周側絶
縁層Ｌn の外周を取り囲むように環状の電界緩和用シー
ルドＳが配置されている。このシールドＳは１ターンを
形成しないように構成されている。

【００２６】本発明においては、巻線層群Ｗ1 ，Ｗ2 ，
…，Ｗm ，Ｗm+1 ，…，Ｗn-1 ，Ｗn を、例えば径方向
のほぼ中間位置で、巻枠Ｂに近い側に配置される第１の
巻線層群Ｗ1 ，Ｗ2 ，…，Ｗm と、該第１の巻線層群の
外側に配置される第２の巻線層群Ｗm+1 ，…，Ｗn-1 ，
Ｗn とに分ける。そして、第１の巻線層群を構成する巻
線層Ｗ1 ，Ｗ2 ，…，Ｗm ，Ｗm+1 ，…，Ｗn-1 ，Ｗn
のそれぞれは、図２に示したように、マグネットワイヤ
（エナメル線）からなる２本の導体Ｃ1 及びＣ2 を並列
させて巻回する（２本の導体Ｃ1 及びＣ2 を巻回軸線方
向に並べて同時に巻回する）ことにより形成し、第１の
巻線層群の始端部（巻線層Ｗ1 の始端部）を構成する２
本の導体Ｃ1 及びＣ2 の端部Ｃ1a，Ｃ2aどうし、及び第
１の巻線層群の終端部（巻線層Ｗm の終端部）を構成す
る導体の端部Ｃ1b，Ｃ2bどうしを互いに接続して、両導
体Ｃ1 及びＣ2 によりそれぞれ形成された巻線を並列に
接続する。また第２の巻線層群を構成する巻線層Ｗm+1
，…，Ｗn-1 ，Ｗn のそれぞれは、従来のものと同様
に、１本の導体Ｃを巻回することにより形成する。

【００２７】第１の巻線層群の終端部と第２の巻線層群
の始端部とを接続するため、図３に示したように、第１
の巻線層群の最外周側の巻線層Ｗm の外周に絶縁層Ｌma
が形成され、該絶縁層Ｌmaの外周に銅板などの両導電性
材料の板からなる中継板Ｐが巻き付けられている。中継
板Ｐは、絶縁層Ｌmaよりも狭い幅寸法と、絶縁層Ｌmaの
円周長よりも僅かに長い長さとを有するように形成され
ていて、両端が一部ラップした状態で設けられ、中継板
Ｐの両端のラップした部分の間には絶縁フィルムＦが挿
入されている。該絶縁フィルムＦにより中継板Ｐの両端
が絶縁されて、該中継板により１ターンの短絡回路が形
成されるのが防止されている。中継板Ｐの幅方向の一端
側には、第１の巻線層群の終端部（巻線層Ｗm の終端
部）を構成する導体の端末部Ｃ1b及びＣ2bが半田付けさ
れ、該導体の端末部Ｃ1b及びＣ2b付近が接着テープＴ1
により中継板Ｐに固定されている。また中継板Ｐの幅方
向の他端側には第２の巻線層群の始端部（巻線層Ｗm+1
の始端部）を構成する１本の導体Ｃの端部Ｃa が半田付
けされ、該導体Ｃの端部Ｃa 付近が接着テープＴ2 によ
り中継板Ｐに固定されている。中継板Ｐと該中継板に半
田付けされた導体とを覆うように絶縁層Ｌmbが形成さ
れ、絶縁層Ｌma及びＬmbにより、巻線層Ｗm とＷm+1 と
の間を絶縁する層間絶縁層Ｌm が構成されている。中継
導体Ｐに半田付けされた導体Ｃが絶縁層Ｌmbの外周に移
行させられて、該導体Ｃにより巻線層Ｗm+1 以降の第２
の巻線層群の各巻線層が巻回されている。

【００２８】上記のように、第１の巻線層群を２本の並
列導体により巻回すると、第１の巻線層群の各巻線層の
巻数は従来のほぼ１／２となるため、該第１の巻線層群
の各部のレヤーボルトは従来の一次巻線の該当箇所での
レヤーボルトのほぼ１／２となる。しかもこの場合、第
１の巻線層群の各巻線層の巻回軸線方向の寸法は、一次
巻線全体の半部の断面形状を台形状にするために必要な
大きさを維持しているので、台形状の巻線が有する特徴
が失われることは全くない。

【００２９】このように、本発明によれば、台形状の巻
線が有する特徴を何等損なうことなく、巻枠に近い巻線
の内側部分でのレヤーボルトの上昇を抑制して、巻線の
内側部分で層間絶縁層が厚くなるのを防ぐことができ、
台形状の一次巻線の径方向寸法を従来よりも縮小するこ
とができる。また巻線の内側部分で層間絶縁層の厚さを
薄くすることができるため、層間絶縁層を形成する絶縁
材料の量を少なくして、コストの低減を図ることができ
る。

【００３０】更に、第１の巻線層群を構成する巻線層
は、２本の導体を並列に巻回したものからなるため、そ
の抵抗値を低くすることができ、第１の巻線層群での発
熱を少なくして、巻線の内側部分で局部的に温度が上昇
するのを防ぐことができる。

【００３１】上記の例では、巻線層群をその径方向の中
間位置で第１の巻線層群と第２の巻線層群とに分けるよ
うにしたが、本発明においては、従来レヤーボルトが高
くなっていた、巻線の内側部分（巻枠に近い部分）を２
本の並列導体により巻回して、該巻線の内側部分を構成
する各巻線層の巻数を従来の１／２とすることにより、
レヤーボルトの低減を図って、巻線の内側部分で層間絶
縁層の厚さを従来よりも薄くすることを目的としている
ので、必ずしも、巻線層群をその径方向の中央部で第１
の巻線層群と第２の巻線層群とに分ける（第１の巻線層
群を構成する巻線層の数と第２の巻線層群を構成する巻
線層の数とを同じにする）必要はなく、巻線の内側部分
でのレヤーボルトの低減を図ることによる効果（特に層
間絶縁層の厚さの低減による巻線の径方向寸法の縮小効
果）が有効に得られるように、第１の巻線層群及び第２
の巻線層群をそれぞれ構成する巻線層の数の配分を決定
すればよい。

【００３２】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、巻枠に
近い巻線の内側部分でのレヤーボルトの上昇を抑制する
ことができるため、巻線の内側部分で層間絶縁層が厚く
なるのを防ぐことができ、台形状の一次巻線の径方向寸
法を従来よりも縮小することができる利点がある。

【００３３】また本発明によれば、巻線の内側部分で層
間絶縁層の厚さを薄くすることができるため、層間絶縁
層を形成する絶縁材料の量を少なくして、コストの低減
を図ることができる。

【００３４】更に本発明によれば、第１の巻線層群を構
成する巻線層は、２本の導体を並列に巻回したものから
なるため、その抵抗値を低くして第１の巻線層群での発
熱を少なくすることができ、巻線の内側部分で局部的に
温度が上昇して、絶縁物が劣化するのを防ぐことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態を示した半部縦断面図で
ある。

【図２】図１の実施の形態で採用されている巻線構造を
説明するために導体の寸法を誇張して示した半部縦断面
図である。

【図３】第１の巻線層群の終端部と第２の巻線層群の始
端部との接続構造の一例を説明するための斜視図であ
る。

【図４】従来の巻線を示した半部縦断面図である。

【符号の説明】

Ｂ 巻枠 Ｗ1 〜Ｗm 第１の巻線層群 Ｗm+1 〜Ｗn 第２の巻線層群 Ｌ1 〜Ｌn-1 層間絶縁層 Ｃ1 ，Ｃ2 ，Ｃ 導体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円筒状の巻枠と、層間に絶縁層を介在さ
   せて前記巻枠の外周に同心的に巻回された巻線層群を備
   えてなり、前記巻線層群を構成する一連の巻線層は、前
   記巻枠に最も近い位置にある巻き始め側の巻線層の巻回
   軸線方向寸法を最大とし、巻枠から最も離れた位置にあ
   る巻き終り側の巻線層の巻回軸線方向寸法を最小とする
   ように、内周側から外周側に向って順次巻回軸線方向寸
   法を小さくして巻回されている計器用変圧器の一次巻線
   において、 前記巻線層群は、前記巻枠に近い側に配置された第１の
   巻線層群と、該第１の巻線層群の外側に配置された第２
   の巻線層群とからなり、 前記第１の巻線層群を構成する各巻線層は、２本の導体
   を並列させて巻回したものからなっていて、該第１の巻
   線層群の始端部側及び終端部側で２本の導体によりそれ
   ぞれ形成された巻線の始端部どうし及び終端部どうしが
   互いに接続され、 前記第２の巻線層群を構成する各巻線層は、１本の導体
   を巻回したものからなっていることを特徴とする計器用
   変圧器の一次巻線。
2. 【請求項２】 円筒状の巻枠と、層間に絶縁層を介在さ
   せて前記巻枠の外周に同心的に巻回された巻線層群を備
   えてなり、前記巻線層群を構成する一連の巻線層は、前
   記巻枠に最も近い位置にある巻き始め側の巻線層の巻回
   軸線方向寸法を最大とし、巻枠から最も離れた位置にあ
   る巻き終り側の巻線層の巻回軸線方向寸法を最小とする
   ように、内周側から外周側に向って順次巻回軸線方向寸
   法を小さくして巻回されている計器用変圧器の一次巻線
   において、 前記巻線層群は、前記巻枠に近い側に配置された第１の
   巻線層群と、該第１の巻線層群の外側に配置された第２
   の巻線層群とからなり、 前記第１の巻線層群を構成する各巻線層は、２本の導体
   を並列させて巻回したものからなっていて、該２本の導
   体によりそれぞれ形成された巻線の始端部どうしが互い
   に接続され、 前記第２の巻線層群を構成する各巻線層は、１本の導体
   を巻回したものからなり、 前記第１の巻線層群と第２の巻線層群との間に介在する
   ように導電性を有する板からなる中継板が配置され、 前記第１の巻線層群の最外周の巻線層の終端部及び前記
   第２の巻線層群の最内周の巻線層の始端部が前記中継板
   に接続されていることを特徴とする計器用変圧器の一次
   巻線。