電磁誘導機器

【課題】電磁誘導機器で、磁性体鋼板がステップラップジョイントされて構成された脚鉄心と鉄心ヨークの、接合角部の近傍にある高圧リードとの電界緩和を、少量の部品構成で実現する。また、前記ステップラップジョイントして構成された磁性体鋼板間の確実な接地も実現する。
【解決手段】電磁誘導機器において、磁性体鋼板をステップラップジョイントして構成した脚鉄心及び鉄心ヨークの接合角部で、特に巻線から引き出された高圧リードに近接した接合角部を包絡するように、棒状の電界緩和シールドを前記鉄心に取付けた。また前記電界緩和シールドの径は、前記鉄心接合角部の接合代以上である。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電磁誘導機器の鉄心の接合角部に装着する電界緩和シールドに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に電力用の変圧器またはリアクトル等の電磁誘導機器は、脚鉄心、脚鉄心同士を磁気的につなぐ鉄心ヨーク及び巻線が主要素として構成されている。その変圧器に使用される脚鉄心や鉄心ヨークは、表面に電気絶縁皮膜が施された、薄い磁性体鋼板を複数枚積層して構成されているものが多い。
【０００３】
普通これらの磁性体鋼板は、けい素鋼板をその長手方向に対して４５°に切断して使用する。そして切断した磁性体鋼板を複数枚積層して鉄心を構成し、４５°になっている切断面を突合せて接合する鉄心構成法がある。
【０００４】
しかしこの方法は、接合部での磁束移行時に、鉄損や励磁電流などが大きくなる欠点がある。よって、この接合部における特性改善を図るために、突合せを交互にずらせて磁性体鋼板を積み重ねて鉄心を接合する、ステップラップジョイントが広く採用されている。
【０００５】
例えば、図１１および図１２にステップラップジョイントした鉄心の一例、およびステップラップジョイントした鉄心を構成するための鉄心層を示した。図１１に示されている、脚鉄心１００、脚鉄心２００および鉄心ヨーク３００から構成される内鉄形３相３脚変圧器鉄心は、図１２に示した５種類の鉄心層ａからｅを順次積み重ねて構成される。
【０００６】
すなわち鉄心層ａからｅは両端部が互に４５°に切断され、かつ中央部がＶ字状に切込まれた鉄心ヨーク３００（３００ａ〜３００ｅ）、両端部が４５°に切断された外側の脚鉄心１００（１００ａ〜１００ｅ）、および両端が山形に切断された中央の脚鉄心２００（２００ａ〜２００ｅ）から夫々構成されている。
【０００７】
この中央脚鉄心２００は、両端山形の二辺の長さが異なる４種類の鋼板２００ａ、鋼板２００ｂ、鋼板２００ｄ、鋼板２００ｅと、両端山形の二辺の長さが等しく切断された鋼板２００ｃとの５種類からなっている。鋼板２００ａと鋼板２００ｅおよび鋼板２００ｂと鋼板２００ｄは、夫々同一寸法で両端を反転させた構造となっている。
【０００８】
なお両端山形が不等辺となっている中央脚鉄心の鋼板２００ａ、鋼板２００ｅと鋼板２００ｂ、鋼板２００ｄとの違いは、この不等辺の程度にあり、例えば鉄心層ａと鉄心層ｂとを積層した場合に所定の重なり代が確保できるように、鉄心層ａの中央脚鉄心２００ａの方が、鉄心層ｂの中央脚鉄心２００ｂに比べて、不平等辺の程度が大きくしてある。
【０００９】
すなわち図１１に示した５段のステップラップジョイントを有する変圧器鉄心を構成するには、図１２の５種の鉄心層ａから鉄心層ｅを図中矢印表示のように、例えば鉄心層ａ、鉄心層ｂ、鉄心層ｃ、鉄心層ｄ、鉄心層ｅの順にサイクリックに積層する。
【００１０】
しかし、このステップラップジョイント鉄心において、図１１のＣ部すなわち鉄心ヨーク３００と脚鉄心１００と接合部に、図１３、図１４に示したような、鋭利な接合角部１２が形成される。例えば、図１１のように、この接合角部１２の近傍に高圧リード７が配置された場合、接合角部１２に著しく電界が集中して絶縁耐力が低下し、接合角部１２側から絶縁破壊が生じる可能性がある。
【００１１】
そこで、電界が集中する箇所の電界緩和には、電界緩和シールドを近傍に取り付けることが有効なので、例えば特許文献１のように、脚鉄心の外周部に対して電界緩和シールドを備えて、電界緩和を図ることがある。また、高圧リードと上記のような接合角部の絶縁距離を離したり、高圧リードの絶縁被覆を厚くしたりする対策が一般的に実施されている。
【００１２】
一方、電力用の変圧器またはリアクトル等の電磁誘導機器の絶縁媒体には、一般的に鉱油が用いられるが、防災性や環境性が求められるような場合には、シリコーン液が用いられることがある。しかし、絶縁油の種類によって電界緩和の方法は検討されておらず、現状では上記特許文献のような電界緩和対策が広く実施されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開平９-７４０２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかし、特許文献１に示されたような電界緩和対策シールドでは、脚鉄心部の電界緩和は可能であるが、高圧リード７とステップラップジョイントされた接合角部１２との間の電界緩和には適さない。また絶縁耐圧を向上させるために、高圧リード７と接合角部１２の絶縁距離を広げたり、高圧リード７の絶縁被覆を厚くしたりすると、機器そのものが大型化し、作業工数も増えコストアップにつながってしまう。
【００１５】
図９にＪＩＳＣ２１０１‐２２絶縁破壊電圧試験に準拠した、ジメチルシリコーンオイル中で球体と針を用いた耐圧試験結果を示した。動粘度が５ｃｓ、５０ｃｓ、１００ｃｓの３種類のシリコーン液で、針側の電極をマイナス、プラスの両極で耐圧試験を実施した。不平等電界場において、シリコーン液は印加される電圧の極性によって絶縁耐力が大きく異なる特性を持っている。
【００１６】
例えば動粘性１００ｃｓの場合を見てみると、針側が正極性で球体側とのギャップが１２．７ｍｍの場合、インパルス絶縁破壊電圧は、およそ４ｋＶ／ｍｍである。これに対して針側が負極性の場合は、球体側とのギャップが６．１ｍｍと狭くなっているにも係わらず、インパルス絶縁破壊電圧は、１５ｋＶ／ｍｍ以上と、著しく耐圧が上昇する。一方、鉱油については、負極性に対する絶縁耐力は正極性に比べ若干高いものの、上記のような著しい耐圧の差はない。
【００１７】
通常、ＪＥＣ‐２２００の雷インパルス耐電圧試験においては、実際に機器に侵入する雷サージを考慮して、負極性の雷インパルスを印加する。このとき、例えば図１１では、接合角部１２は正極性、対向する高圧リード７は負極性となる。ここで絶縁媒体が鉱油の場合、負極性に対する耐圧が正極性と同程度であるため、正極性側となる接合角部１２の電界緩和と共に、負極性となる高圧リード７の絶縁も必要とし、高圧リードの絶縁被覆を厚くしたり、絶縁距離をとったりする必要がある。このため、ある程度までしか縮小化や作業工数低減が図れない。
【００１８】
本発明はこのようなことから、電磁誘導機器の特に近傍に高圧リードが設けられた脚鉄心と鉄心ヨークがステップラップジョイントされた接合角部の電界緩和シールドを提供することにある。そしてまた積層された磁性体鋼板間の確実な接地も同時に実現できる、電界緩和シールドの取付け構成も提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
磁性体鋼板を積層した脚鉄心及び鉄心ヨークと、前記脚鉄心に巻装した巻線と、前記巻線に接続された高圧リードをタンク内に配置し、前記タンク内を絶縁媒体で満たした電磁誘導機器において、前記脚鉄心及び鉄心ヨークは前記磁性体鋼板をステップラップジョイントして構成し、前記高圧リードに近接した前記脚鉄心と前記鉄心ヨークの接合角部の先端を包絡するように棒状の電界緩和シールドを前記鉄心に取付け、前記電界緩和シールドの径は、前記鉄心の接合角部の接合代以上であることを特徴とする。
【００２０】
更に本発明の電界緩和シールドを、磁性体鋼板鉄心の積層方向両端に取付けたことを特徴とする。
【００２１】
また更にタンク内の絶縁媒体としてシリコーン液を使用したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
この事により電磁誘導機器の、磁性体鋼板がステップラップジョイントして構成された脚鉄心と鉄心ヨークの接合角部の、特に近傍の高圧リードと対向する接合角部に集中する電界緩和が実現できる。また、高圧リードと接合角部の絶縁距離を短くしたり、高圧リードの絶縁被覆を薄くしたりすることができるので、機器そのものの大型化が避けられる。そして、少量の部品で構成できるので、部品代や作業工数も低減し、コストアップを避けることができる。
【００２３】
更に、本発明を適用した電界緩和シールドを磁性体鋼板鉄心の積層方向両端に電気的に接続すると、前記鉄心の明確な接地をとることができる。つまり、磁性体鋼板の積層間に発生する大きな電位差も軽減することができ、磁性体鋼板の相互間で発生する部分放電や絶縁破壊も防ぐことが可能となる。
【００２４】
また更に、本発明を絶縁媒体としてシリコーン液を使用した電磁誘導機器に適用すれば、シリコーン液は負極性に対する絶縁耐圧が高いので、高圧リードの被覆を更に薄くしたり、絶縁距離を更に短くしたりすることができるので、機器の更なる小型化、工数低減が実現できる。このことにより、上記効果に加えシリコーン液の本来持っている、防災性、環境性も兼ね備えることも可能となるのである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明を実施した三相三脚鉄心の正面図である。
【図２】図１Ａ部の拡大正面図である。
【図３】図１Ａ部の拡大側面図である。
【図４】図３のＢ部の拡大図である。
【図５】本発明を適用した電界緩和シールドの素材を示す図である。
【図６】本発明を適用した電界緩和シールドの加工第一段階の図である。
【図７】本発明を適用した電界緩和シールドの加工第二段階の図である。
【図８】本発明を適用した電界緩和シールドの完成図である。
【図９】インパルス絶縁破壊電圧の極性効果を示す図である。
【図１０】本発明のシールド効果示す図である。
【図１１】ステップラップ積層方式の三相三脚鉄心の正面図である。
【図１２】ステップラップ鉄心層の平面図である
【図１３】図１１のＣ部の拡大正面図である。
【図１４】図１１のＣ部の拡大側面図である。
【実施例】
【００２６】
本発明の電界緩和シールド６の材料及び概略寸法を説明する。まず、図５に示したような、アルミ製のパイプ５０を準備する。このパイプ５０は、外表面に絶縁被膜２としてＦＢＣ（エポキシ被膜）処理を施してあり、絶縁被覆２の被膜の厚みは概ね１〜２ｍｍ程度である。
【００２７】
パイプ５０の肉厚は、自重で折れ曲がらない程度の強度があれば十分であって、数ミリで良い。また、この実施例においてパイプ５０長さは５００ｍｍ〜８００ｍｍとする。つまり接合角部１２に沿ってなだらかに包絡することができる程度の長さがあれば良い。製品によっては接合角部の長さが違うので、この長さは、適宜調節する。
【００２８】
またパイプ５０の径ΦＤは、図１３の接合角部１２の寸法Ｌを覆うことができる径があれば良い。例えば、Ｌ＝１０ｍｍであれば、Ｄ≧１０ｍｍであるが、実用的な範囲は、Ｄ＝（１〜３倍）ｘＬである。製品によって接合角部１２の寸法Ｌが変わるため、パイプ５０の径は適宜調節する。なお、この寸法Ｌは、接合角部の最鋭利部間の距離をいうが、名称としては接合代と呼ぶ。
【００２９】
次に、具体的な製作方法を説明する。最初にパイプ５０を接合角部１２に沿ってなだらかに包絡した際、どの部位をどの程度曲げるか決定し、パイプ５０を曲げ加工する。図６では２箇所を曲げ加工した例を示したが、接合角部１２に沿ってなだらかに包絡することができれば、曲げる箇所は必ずしも２箇所でなくても構わない。
【００３０】
次にこのパイプ５０の両端の加工を、図７を使って説明する。まず、パイプ５０の両端を図７（ｆ）の手順１によって点線部を切断する。切断後、パイプ５０の断面は、図７（ｇ）ような形状となる。更にその切断部分を、図７（ｈ）の手順２によって、プレスなどで押しつぶし、平板な板状にする。
【００３１】
この板上になった部分は、アルミの導体１の部分とＦＢＣの絶縁被覆２が施された部分の２面があり、絶縁被覆２はこの後の鉄心への取付けの際に不要になるので、図７（ｉ）の手順３のように剥がしておく。なお、絶縁被覆２は少なくとも一端は剥がしておく。より好ましくは、両端とも剥がしておく。
【００３２】
次に、磁性体鋼板鉄心への取付け部の加工である。まず、磁性体鋼板鉄心に取付けた際の形状を計算して、図７の（ｊ）の手順４によって、アルミの導体１を曲げ加工する。曲げ終わった状態が、接続部６ｂである。
【００３３】
図７に示した加工作業は、パイプの片側だけであるが、図８に示したように中心線Ｐに対してほぼ左右対称にパイプを加工する。この様にすると、少量の部材で電界緩和と積層された磁性体鋼板間の接地が同時に実現できるのである。
【００３４】
本実施例では、絶縁被覆の施されたアルミ製パイプ部材を使用したが、このパイプに限定されるものではない。棒状のもので、例えば半パイプ形状、円柱形状や半円柱状のようなものでも、接合角部１２を磁性体鋼板の積層方向になだらかに包絡することが可能であればそれでも構わない。勿論、絶縁被膜の代わりに絶縁紙を巻いて被覆しても構わない。
【００３５】
また、表面に絶縁被覆が施されていなくても、実用上の絶縁耐圧が満足できればそれでもかまわない。なお半パイプ形状や半円柱状のものでも本発明では、径を持つものとして取り扱う。
【００３６】
次に図１、図２、図３、図４を使って、本発明品を接合角部１２への取付けた例を説明する。この実施例は、三相三脚鉄心の脚鉄心１００と鉄心ヨーク３００の接合角部に適用した場合である。図１のように三相三脚鉄心は、三つの脚鉄心にそれぞれ巻線４００が装着され、三脚の上下端を鉄心ヨークにより磁気的に接続された構造になっている。また脚鉄心、鉄心ヨークと巻線４００は、鉄心締付金具４及び巻線押さえ５００で押さえつけ、鉄心締め付けロッド５で締め付けられている。
【００３７】
ここで、本発明を適用した電界緩和シールド６の配置であるが、図１のように、高圧リード７に対向する接合角部１２に配置する。図１のＡ部拡大正面図を図２に、同じく側面図を図３に示した。図２、図３からわかるように、磁性体鋼板の積層方向に、接合角部１２をなだらかに包絡して取付けるのである。取付けの際、この電界緩和シールド６と接合角部１２は、接触させても良い。またこの例では、高圧リード７に対向している接合角部は一箇所であるが、もし同様の部位が複数ある場合は、それぞれに配置しても良い。
【００３８】
次に電界緩和シールド６の磁性体鋼板鉄心への固定方法を図４で説明する。電界緩和シールド６の製作方法でも記したように、接続部６ｂはパイプの両端を板状に加工してある。よってこの接続部６ｂの両端を、鉄心締め付け金具４と磁性体鋼板１３との間に挟み、締め付けて固定する。
【００３９】
この際、電界緩和シールド６の接続部６ｂと磁性体鋼板１３の電気的接続を確実に行うために、磁性体鋼板１３の絶縁皮膜１４は少なくとも一端、好ましくは積層された反対側の両端とも、あらかじめ剥がしておく必要がある。接続部６ｂの絶縁被覆はすでに剥がしてあるので、鉄心締め付け金具４と磁性体鋼板１３との間に挟まれて締め付けられることにより、磁性体鋼板１３と電界緩和シールド６は電気的に接続し同電位となる。
【００４０】
もちろんこれは電気的な接続なので、圧着端子、コネクタ等を用いて構成しても構わない。また電界緩和シールド６の材質や強度により、締付のみで固定不可能の場合は、別途支持絶縁物等を使用してもよい。
【００４１】
以上の様な構成にすると電界緩和シールド６は、高圧リード７と対向する側に、接合角部１２より大きな曲率を持つことになる。すなわち接合角部１２に対してシールド効果が生まれ、接合角部１２と高圧リード７との電界を緩和するのである。つまり電界緩和シールド６を、接合角部１２になだらかに包括させて配置すると、鋭利な接合角部１２があたかも大きな曲率半径を有するようにふるまうのである。
【００４２】
そして、絶縁耐圧が向上することで、高圧リード７と接合角部１２の絶縁間隔を短くすることが可能となり、また高圧リード７側の絶縁被覆も厚くする必要がなくなる。結果として機器の大型化を回避することが可能となる。
【００４３】
図１０にその効果を示した。横軸は、電界緩和シールド６の径で、縦軸は接合角部１２付近の電界強度である。図からわかるように、実用的範囲では、シールドがない場合に比べて、例えば電界緩和シールド６の径が１０ｍｍの時は、約３０％、３０ｍｍの時は、約４０％も電界を緩和できる。また、電界緩和シールドの径が１０ｍｍ以下の時はシールドの効果があまりなく、また径を３０ｍｍ以上大きくしても、その効果は飽和してしまい意味を持たない事も分かる。
【００４４】
更に、磁性体鋼板１３の積層方向両端で電界緩和シールド６の接続部６ｂと接続した場合、電界緩和シールド６と磁性体鋼板端部間はゼロ電位となり、また積層された磁性体鋼板両端間もゼロ電位となる。もちろん磁性体鋼板で構成された鉄心は、アースに接続されていることが前提である。つまり、巻線４００が課電された際、積層された磁性体鋼板間の積層方向両端に発生する電位は下がり、磁性体鋼板間で絶縁破壊や部分放電が発生しにくくなる。つまり、磁性体鋼板鉄心の明確な接地も少量の部品構成で可能となる。
【００４５】
そして更に図１に示したように、タンク９に防災性を高めるために絶縁媒体としてシリコーン液８を使用した場合でも、接合角部１２の絶縁耐力は、本発明によるシールド効果により向上する。加えて、シリコーン液の持つ極性効果により、負極性側となる高圧リードの被覆を更に薄くしたり、絶縁距離を短くしたりすることができる。すなわちコンパクトでかつ防災性及び環境性を備えた、電磁誘導機器を構成することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１パイプ
２絶縁被覆（ＦＢＣ）
３導体（アルミ）
４鉄心締め付け金具
５鉄心締め付けロッド
６電界緩和シールド
６ｂ接続部
８シリコーン液
９タンク
１３磁性体鋼板

【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性体鋼板を積層した脚鉄心及び鉄心ヨークと、前記脚鉄心に巻装した巻線と、前記巻線に接続された高圧リードをタンク内に配置し、前記タンク内を絶縁媒体で満たした電磁誘導機器において、前記脚鉄心及び鉄心ヨークは前記磁性体鋼板をステップラップジョイントして構成し、前記高圧リードに近接した前記脚鉄心と前記鉄心ヨークの接合角部の先端を包絡するように棒状の電界緩和シールドを前記鉄心に取付け、前記電界緩和シールドの径は、前記鉄心の接合角部の接合代以上である電磁誘導機器。
【請求項２】
請求項１で、電界緩和シールドを鉄心の積層方向両端に電気的に取付けた電磁誘導機器。
【請求項３】
絶縁媒体としてシリコーン液を有した請求項１または請求項２の電磁誘導機器。

【図１】