特開 2024-175758 静止誘導電器の接続構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024175758

(43)【公開日】2024-12-19

(54)【発明の名称】静止誘導電器の接続構造

(51)【国際特許分類】

   H01F 27/02 20060101AFI20241212BHJP

   H01F 27/04 20060101ALI20241212BHJP

   H01F 27/32 20060101ALI20241212BHJP

   H01F 27/36 20060101ALI20241212BHJP

   H01F 30/10 20060101ALI20241212BHJP

   H01F 30/12 20060101ALI20241212BHJP

【ＦＩ】

H01F27/02 150

H01F27/04 B

H01F27/32 140

H01F27/36 152

H01F30/10 S

H01F30/12 P

H01F30/12 G

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023093731

(22)【出願日】2023-06-07

(71)【出願人】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(71)【出願人】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001092

【氏名又は名称】弁理士法人サクラ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】横川 俊輔

(72)【発明者】

【氏名】寺倉 拓馬

(72)【発明者】

【氏名】井坂 進

(72)【発明者】

【氏名】諏訪 信一郎

(72)【発明者】

【氏名】片山 洋子

(72)【発明者】

【氏名】高野 啓

【テーマコード（参考）】

5E044

5E058

5E059

【Ｆターム（参考）】

5E044CA10

5E058CC25

5E059BB03

5E059BB06

5E059JM01

(57)【要約】

【課題】機器の大型化を招くことなく発熱を抑制することのできる静止誘導電器の接続構造を提供する。
【解決手段】３相の静止誘導電器が収納された本体タンクと、一端側が前記本体タンクに取り付けられ、前記静止誘導電器から引き出された３相のリードを夫々個別に格納する、３本の各相ダクトと、３本の前記各相ダクトの他端側に、３本の前記各相ダクトを繋ぐように接続された１本の共通ダクトと、前記共通ダクトに取り付けられ、前記リードと他の機器を接続するための取り合い装置と、前記静止誘導電器の冷却装置と前記共通ダクトとを接続する冷却配管を有し、冷却媒体が、３本の前記各相ダクト及び１本の前記共通ダクトを介して、前記本体タンクと前記冷却装置の間で循環する冷却機構と、を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

３相の静止誘導電器が収納された本体タンクと、
一端側が前記本体タンクに取り付けられ、前記静止誘導電器から引き出された３相のリードを夫々個別に格納する、３本の各相ダクトと、
３本の前記各相ダクトの他端側に、３本の前記各相ダクトを繋ぐように接続された１本の共通ダクトと、
前記共通ダクトに取り付けられ、前記リードと他の機器を接続するための取り合い装置と、
前記静止誘導電器の冷却装置と前記共通ダクトとを接続する冷却配管を有し、冷却媒体が、３本の前記各相ダクト及び１本の前記共通ダクトを介して、前記本体タンクと前記冷却装置の間で循環する冷却機構と、
を有することを特徴とする静止誘導電器の接続構造。

【請求項2】

前記静止誘導電器は、相あたり１つ合計３つの巻線を有し、３つの前記巻線の両端から引き出された前記巻線１つあたり２本、計６本の前記リードを備え、
各相の１つの前記巻線から引き出された逆方向の電流の流れる２本のリードが、同一の前記各相ダクトに収容され、
３本の前記各相ダクトで引き出された６本の前記リードが、前記共通ダクト内で位置調整され、６つの前記取り合い装置から引き出されている
ことを特徴とする請求項１に記載の静止誘導電器の接続構造。

【請求項3】

前記静止誘導電器は、相あたり１つ合計３つの巻線を有し、３つの前記巻線の両端から引き出された前記巻線１つあたり２本、計６本の前記リードを備え、
各相の１つの前記巻線から引き出された逆方向の電流の流れる２本のリードが、同一の前記各相ダクトに収容され、
３本の前記各相ダクトで引き出された６本の前記リードが、前記共通ダクト内でデルタ結線を構成し、３つの前記取り合い装置から引き出されている
ことを特徴とする請求項１に記載の静止誘導電器の接続構造

【請求項4】

前記各相ダクト、前記共通ダクトのいずれか一方、または両方が、前記本体タンクより透磁率の低い金属で製作されている
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の静止誘導電器の接続構造。

【請求項5】

前記各相ダクト、前記共通ダクトのいずれか一方、または両方の内面に、前記本体タンクより透磁率が低い金属で製作された電磁シールドが取り付けられている
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の静止誘導電器の接続構造。

【請求項6】

前記本体タンクと前記各相ダクトとの間に、絶縁材料で構成されたスペーサが設けられ、前記本体タンクと前記各相ダクトとの間が電気的に導通していない
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の静止誘導電器の接続構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、静止誘導電器の接続構造に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、経年した静止誘導電器を更新するケースが増加している。その際、既設器を製作、輸送、現地組立した際から環境条件が変化し、現在の状況では既設器と同等の工程、作業が困難となり、発生費用が増大する場合も多い。製作においては、特に既設器が発電所向け昇圧変圧器として外鉄形静止誘導電器を適用しており、その更新で内鉄形静止誘導電器を適用する場合には、変圧器内部構造の違いから、発電機の低圧側接続部の位置が大きく異なる場合がある。

【0003】

また、新設発電所においても、その低圧端子配置の構成により、昇圧変圧器の低圧端子との接続部分に距離が生じ、静止誘導電器本体タンクと低圧端子接続点との間に距離が生じる場合があった。更に、事故に対する高い安全性が求められる場所として代表的な据付場所には、環境規制が厳しい水力発電所や大都市の地下変電所があり、静止誘導電器を更新する際、漏油事故や火災事故のリスクが無いガス絶縁静止誘導電器を適用、もしくは新設するケースが近年増えている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第７１０４５５０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

静止誘導電器の低圧端子と、発電所や変電所の低圧接続部分との間に距離が生じている場合、低圧端子から低圧接続部分までを、一体ダクトまたは相毎にわかれたダクト（各相ダクト）で接続する。大容量の昇圧用変圧器では、低圧側は発電機に接続されており、数千アンペアという非常に大きな定格電流が流れ、この大電流により生じる磁束が一体ダクト、各相ダクト、本体タンク、外部機器への接続点との間の種々の構造物の金属壁に入り込み、渦電流が発生することで過熱に寄与してしまうという問題があり、過熱防止のためダクト直径を大きくし、断面を広くする必要がある。

【0006】

また、ダクト長が大きい場合、その端子部の位置を固定しダクトの重量を支持するための付属部品、架台が必要となる。更に、静止誘導電器として、ガス絶縁の静止誘導電器を適用し、大気圧よりも高い圧力でガスを挿入している場合、その圧力に応じた圧力容器規格に準拠して製作した静止誘導電器本体筐体の外装周りには構造上の制約が多く、更に冷却媒体であるＳＦ_６ガスは油に対して熱容量が約１／３と小さく、絶縁油等の液体冷却媒体と比較して冷却能力が低いという問題点を有している。

【0007】

構造物に入り込む磁束を減らす対策として、ダクトの断面を大きくする場合、ダクトが本体タンクに接続される開口部を大きく製作する必要があるが、三相分の端子を同一ダクトで引き出しを行う場合には、この開口部に必要な強度を確保するために、本体タンクを大型化することや、開口部に補強部品を設けることが必要となる。これにより静止誘導電器の機器全体で高コスト化及び重量増加、現地据付スペース圧迫等が発生し、接合部からのガスリークが発生する懸念がある。

【0008】

本発明は、上述した従来の事情に対処してなされたものであり、その目的は、機器の大型化を招くことなく発熱を抑制することのできる静止誘導電器の接続構造を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

実施形態の静止誘導電器の接続構造は、３相の静止誘導電器が収納された本体タンクと、一端側が前記本体タンクに取り付けられ、前記静止誘導電器から引き出された３相のリードを夫々個別に格納する、３本の各相ダクトと、３本の前記各相ダクトの他端側に、３本の前記各相ダクトを繋ぐように接続された１本の共通ダクトと、前記共通ダクトに取り付けられ、前記リードと他の機器を接続するための取り合い装置と、前記静止誘導電器の冷却装置と前記共通ダクトとを接続する冷却配管を有し、冷却媒体が、３本の前記各相ダクト及び１本の前記共通ダクトを介して、前記本体タンクと前記冷却装置の間で循環する冷却機構と、を有することを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明の実施形態によれば、機器の大型化を招くことなく発熱を抑制することのできる静止誘導電器の接続構造を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】第１実施形態に係る静止誘導電器の接続構造の構成を示す模式図。

【図2】第２実施形態に係る静止誘導電器の接続構造の低圧側主回路の結線の例を示す模式図。

【図3】第２実施形態に係る静止誘導電器の接続構造の低圧側主回路の結線の他の例を示す模式図。

【図4】第３実施形態に係る静止誘導電器の接続構造の要部構成を示す模式図。

【発明を実施するための形態】

【0012】

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係わる静止誘導電器の接続構造を示した図であり、三相一括の中身を収容した本体タンクからリード線を引き出した以降に必要な一連の構造物配置の一例を示した模式図である。

【0013】

図示していない三相分の静止誘導電器の中身構造（鉄心、巻線等）を収容した静止誘導電器の本体タンク１から、低圧巻線のリード線１０（図１中点線で示している。）を相ごとに内包した、３本の各相ダクト２が引き出されている。すなわち、本体タンク１に、３本の各相ダクト２の一端（図１中下側の端部）が接続されている。リード線１０は、必要に応じて、より線のほか、棒状、板状、パイプ状等の導体になることもあり、その形状は問わない。

【0014】

３本の各相ダクト２の他端（図１中上側の端部）は、１本の共通ダクト３に接続され、リード線１０は、共通ダクト３内で位置調整や必要な接続をされた後、発電機や送電線といった外部機器に繋がる取り合い装置５に繋げられている。必要に応じて各相ダクト２、共通ダクト３を総称して接続ダクト４と称する。接続ダクト４は本体タンク１と空間的には連続した状態であり、本体タンク１と同じ冷却媒体（油、ガス等）を共有している。

【0015】

共通ダクト３からは、冷却器７へと繋がる上部冷却器配管６が引き出され、冷却器７に接続されている。冷却器７の下部からは、下部冷却器配管８が、本体タンク１の下部に接続され、冷却媒体の循環経路に各相ダクト２、共通ダクト３を含ませる構造としている。なお、本例は接続ダクト４をタンク上面から引き出しているが、上面以外の方向（側面等）から接続ダクト４を引き出す静止誘導電器においても、同様に適用が可能である。また、図１では、左右に２つの冷却器７、上部冷却器配管６、下部冷却器配管８を設けた場合について示しているが、これらは１つずつ設けても良く、３つ以上設けても良く、その数は限定されない。

【0016】

上記構成の第１実施形態では、各相ダクト２が取り合い点と共通ダクト３の支持鋼材を兼ねることで共通ダクト３を支持する架台を削減又は簡素化することができるので、接続構造を小型軽量化できる。また、接続のために本体タンク１に大きな開口部を設ける必要が無いため、本体タンク１の強度維持が容易で、かつ静止誘導電器の冷却媒体の漏出リスクを低減することができる。また、本体タンク１上部の冷却媒体の流路を、接続ダクト４と共用することにより、冷却配管を削減することができる。さらに、接続ダクト４を冷却媒体の流路とすることで、大電流を通電する必要のある低圧巻線のリード線１０及びこれを内包する接続ダクト４を効率よく冷却することができ、発熱による温度の上昇を抑制することができる。

【0017】

（第２実施形態）
図２は、第２実施形態に係わる静止誘導電器の接続構造の要部構成を示した図であり、第１実施形態の静止誘導電器における、低圧側の結線の例を示した模式図である。低圧巻線９の両端子（ｕ１、ｕ２、ｖ１、ｖ２、ｗ１、ｗ２）に、それぞれリード線１０が接続されている。リード線１０は本体タンク１の内部で結線せず、同じ低圧巻線９から引き出されたリード線１０、すなわちｕ１とｕ２、ｖ１とｖ２、ｗ１とｗ２端子に接続された２本のリード線１０が、それぞれ１つの各相ダクト２の中を通り共通ダクト３に繋がっている。

【0018】

低圧巻線の結線はデルタ結線とし、共通ダクト３内で結線のための接続を行い、３つの取り合い装置５にて三相交流の各相端子（ｕ、ｖ、ｗ）として外に引き出した構成となっている。また、例えば、図３に示すように、共通ダクト３内では結線のための接続を行わず、６つの取り合い装置５によってそれぞれ引き出し、外で結線のための接続が行えるように三相交流の各端子として外に引き出す構成としても良い。なお、図３に示した共通ダクト３内のリード線１０の這い回しは、取り合い装置５を出てからの結線を組ませやすい状態とするための一例であり、リード線１０の這い回しは図３に示したもの以外でも可能である。

【0019】

また、磁束による発熱を抑制するためには、共通ダクト３および各相ダクト２のいずれか一方またはその両方を、本体タンク１を構成する金属（例えば、鉄系金属等）より低透磁率の金属（例えば、アルミニウム等）で構成すること、或いは、共通ダクト３および各相ダクト２のいずれか一方またはその両方の内面に、低透磁率の金属（例えば、アルミニウム等）で作られたシールドを設置することもできる。

【0020】

各相ダクト２の内部に内包された２本のリード線１０は、絶縁素材で作られた支持物により、絶縁および構造上必要な最小距離をもって対向している。なお、この構造は１台の静止誘導電器に三相の低圧回路が複数同時に組み込まれている静止誘導電器においても、同様に適用が可能である。

【0021】

上記構成の第２実施形態によれば、各相ダクト２内に隣接し設置された２本のリード線１０には常に逆方向の電流が流れる。よって、２本のリード線１０の一方からは右回りに発生する磁束、もう一方からは左回りに発生する磁束が同じ大きさで常に存在する。これにより、リード線１０に挟まれた領域以外では、２本のリード線１０によって発生した磁束が相殺される。

【0022】

さらに、１本当たりのリード線１０に流れる電流も、デルタ結線に接続される前のものであるから、それぞれのリード線１０から発生する磁束も１／√３倍になる。これらの作用によって、リード線１０から発生した磁束が入射することで発生する渦電流による、各相ダクト２の発熱を抑制することができ、各相ダクト２を小形化することができる。また、上記したように、各相ダクト２および共通ダクト３については、必要に応じて低透磁率の金属（例えば、アルミニウム等）で構成し、また、低透磁率の金属（例えば、アルミニウム等）で作られた電磁シールドを設置することで、磁束の入射を防ぐことができ、さらなる過熱抑制措置が可能となる。

【0023】

（第３実施形態）
図４は、第３実施形態に係わる静止誘導電器の接続構造を示した図であり、静止誘導電器全体の循環電流発生防止のために必要な絶縁物の挿入箇所について示した模式図である。なお、図４において、図１に示した静止誘導電器の接続構造と対応する部分には、同一の符号が付してある。

【0024】

本第３実施形態では、図４に示すように、本体タンク１と共通ダクト３との間に共通ダクト架台１１を設け、この共通ダクト架台１１によって、本体タンク１上に共通ダクト３を支持する構成となっている。なお、図４において図示は省略しているが、第３実施形態においても、第１実施形態と同様に、冷却器７、上部冷却器配管６、下部冷却器配管８等から構成され、本体タンク１、各相ダクト２、共通ダクト３内に冷媒を循環させる冷却機構が設けられている。

【0025】

本第３実施形態において、本体タンク１に対して共通ダクト３を支持する構造物である共通ダクト架台１１と本体タンク１が接する面の部分に絶縁板１２が挿入されており、本体タンク１と各相ダクト２との間の境界部分となるフランジ面に絶縁スペーサ１３が挿入されている。

【0026】

図４に示すような静止誘導電器の接続構造では、リード線１０で発生した漏れ磁束が、共通ダクト３および各相ダクト２に入射すると電流が発生する。発生した電流は、例えば、本体タンク１－各相ダクト２－共通ダクト３－共通ダクト架台１１－本体タンク１のように金属構造物の閉回路にそって循環電流を形成し、ダクトおよび本体タンクの過熱の原因となる。本第３実施形態では、この循環流路中に、絶縁板１２、絶縁スペーサ１３等の絶縁物を挿入することにより、閉回路の形成を阻止し、循環電流による構造物の過熱が生じる危険性を抑制することができる。

【0027】

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、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。これら新規な実施形態は、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、組み合わ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ともに、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。

【符号の説明】

【0028】

１……本体タンク、２……各相ダクト、３……共通ダクト、４……接続ダクト、５……取り合い装置、６……上部冷却器配管、７……冷却器、８……下部冷却器配管、９……巻線、１０……リード線、１１……共通ダクト架台、１２……絶縁板、１３……絶縁スペーサ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】