2024-66216 変圧器

(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】P2024066216

(43)【公開日】2024-05-15

(54)【発明の名称】変圧器

(51)【国際特許分類】

   H01F 29/02 20060101AFI20240508BHJP

   H01F 30/10 20060101ALI20240508BHJP

   H01F 27/32 20060101ALI20240508BHJP

【ＦＩ】

H01F29/02 R

H01F29/02 N

H01F29/02 W

H01F30/10 C

H01F30/10 H

H01F27/32 140

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022175645

(22)【出願日】2022-11-01

(71)【出願人】

【識別番号】513296958

【氏名又は名称】東芝産業機器システム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000567

【氏名又は名称】弁理士法人サトー

(72)【発明者】

【氏名】藤井 浩平

【テーマコード（参考）】

5E044

【Ｆターム（参考）】

5E044CA08

5E044CB10

(57)【要約】

【課題】２種類の受電電圧の切換えを可能としたものであって、切換える受電電圧の比率に関しての自由度を高め、しかも比較的簡単な構成で済ませる。
【解決手段】実施形態の変圧器は、鉄心に巻装された一次巻線と二次巻線とを備え、前記一次巻線の受電電圧の切換えを可能としたものであって、前記一次巻線は、第１のコイルと、第２のコイルと、タップコイルからなる第３のコイルとを含んで構成され、前記第１のコイル、第２のコイル、第３のコイルの巻数比は、１：１：ｎとされていると共に、前記第１のコイル及び第２のコイルは、軸方向に並べて配置され、前記第３のコイルは、前記第１及び第２のコイルの外周側に配置されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

鉄心に巻装された一次巻線と二次巻線とを備え、前記一次巻線の受電電圧の切換えを可能とした変圧器であって、
前記一次巻線は、第１のコイルと、第２のコイルと、タップコイルからなる第３のコイルとを含んで構成され、
前記第１のコイル、第２のコイル、第３のコイルの巻数比は、１：１：ｎとされていると共に、
前記第１のコイル及び第２のコイルは、軸方向に並べて配置され、前記第３のコイルは、前記第１及び第２のコイルの外周側に配置されている変圧器。

【請求項2】

前記一次巻線においては、前記第１のコイル、第２のコイル、第３のコイルを直列に接続した第１の電圧に対応した第１接続状態と、
前記第１のコイルと第２のコイルを並列接続しそれに前記第３のコイルを直列接続した第２の電圧に対応した第２接続状態との切換がなされる請求項１記載の変圧器。

【請求項3】

前記第１のコイル、第２のコイル、第３のコイルの巻数比は、１：１：１とされ、前記第１の電圧と第２の電圧との比が、３：２とされている請求項２記載の変圧器。

【請求項4】

前記第３のコイルの外層部には、タップ切換用のタップ端子が設けられている請求項１から３のいずれか一項に記載の変圧器。

【請求項5】

前記一次巻線においては、前記第１のコイル及び第２のコイルの外周部と、前記第３のコイルの内周部との間に、絶縁流体が流れるダクトが設けられている請求項１記載の変圧器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、一次巻線の受電電圧の切換えを可能とした変圧器に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、例えば高電圧受変電設備に設けられる変圧器には、所定の二次電圧を得られるものであって、一次巻線の受電電圧を、２：１に切換える、例えば６ｋＶと３ｋＶとの間で切換えることを可能としたものが供されている。この種の変圧器は、鉄心に、低圧側の二次巻線を巻装し、その二次巻線の外周側に高圧側の一次巻線を巻装して構成されている。このとき、一次巻線は、同等の巻数とされた第１のコイルと、第２のコイルとを、軸方向に並べて配置し、それらの直列接続と並列接続との切換えにより、受電電圧を選択することができるようになっていた。

【0003】

これに対し、近年、受電電圧を３：２に切換える、例えば３ｋＶと２ｋＶとの間での切換えを可能とする変圧器が要望されてきており、それに対応する構成が考えられている（例えば、特許文献１参照）。この変圧器では、高圧側巻線において、巻線本体１、巻線本体２、タップ巻線の３個の巻線が軸方向に並んで配置されている。そして、巻線本体１、巻線本体２、タップ巻線を直列接続した場合と、巻線本体１、巻線本体２を並列接続し、それにタップ巻線を直列接続した場合との間で、受電電圧を３：２の切換えが可能となるように構成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開昭５８－７７２１３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上記特許文献１のように、３つの巻線を軸方向に並べて配置するものでは、軸方向の寸法を長くする必要があり、径方向に対して軸方向の寸法が伸びたバランスの悪い巻線構成となってしまう。また、軸方向にしか巻線を増やせないことから、各巻線の巻数を増やすことが難しく、３：２の比率以外の任意の受電電圧比を得ることは難しかった。

【0006】

そこで、２種類の受電電圧の切換えを可能としたものであって、切換える受電電圧の比率に関しての自由度を高めることができ、しかも比較的簡単な構成で済ませることができる変圧器を提供する

【課題を解決するための手段】

【0007】

実施形態の変圧器は、鉄心に巻装された一次巻線と二次巻線とを備え、前記一次巻線の受電電圧の切換えを可能としたものであって、前記一次巻線は、第１のコイルと、第２のコイルと、タップコイルからなる第３のコイルとを含んで構成され、前記第１のコイル、第２のコイル、第３のコイルの巻数比は、１：１：ｎとされていると共に、前記第１のコイル及び第２のコイルは、軸方向に並べて配置され、前記第３のコイルは、前記第１及び第２のコイルの外周側に配置されている。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】第１の実施形態を示すもので、変圧器の一相分の巻線の構成を概略的に示す図

【図2】一相分の一次巻線の構成を模式的に示す図

【図3】第１接続状態における接続状態を示す図

【図4】第２接続状態における接続状態を示す図

【図5】三相のコイルの接続構造を模式的に示す図

【図6】一次電圧切替台及びタップ切換器の接続状態の一覧を示す図

【図7】第２の実施形態を示すもので、一相分の一次巻線の構成を模式的に示す図

【発明を実施するための形態】

【0009】

（１）第１の実施形態
以下、例えば高圧受変電設備に設けられる三相の油入変圧器に適用した第１の実施形態について、図１から図６を参照しながら説明する。尚、本実施形態では、例えば公称電圧３．３ｋＶ／２．２ｋＶの間での切換えを可能とした場合を具体例としている。まず、本実施形態に係る変圧器の全体構成について簡単に述べる。

【0010】

詳しく図示はしないが、前記変圧器は、矩形箱状をなすタンクの内部に、変圧器本体を収容して構成されている。前記変圧器本体は、例えば上下の継鉄部間に３本の脚部４（一部のみ図示）を有する鉄心に、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相の巻線５を前記各脚部４に巻装して構成されている。前記巻線５の詳細については後述する。また、これも後述するように、この変圧器には、受電電圧を選択するための一次電圧切換装置、一次側の受電電圧変動を調整するためのタップ切換器等も設けられている。尚、図示はしないが、前記タンク２内には、絶縁及び冷却用の絶縁流体としての絶縁油が収容されるようになっている。

【0011】

ここで、前記巻線５について、図１～図４等も参照して述べる。尚、３個の巻線５は、同等の構成を備えるので、図１～図４等では、例えばＵ相の巻線５を代表させて図示している。また、図１～図４等では、上下方向を巻線５の軸方向として図示している。図１等に示すように、前記巻線５は、内周側に位置する低圧側の二次巻線８と、外周側に位置する高圧側の一次巻線９とを有し、全体として筒状に構成されている。このとき、二次巻線８と一次巻線９との間には、一次巻線～二次巻線間の主絶縁間隙部ダクト１０が軸方向に設けられている。

【0012】

本実施形態では、前記一次巻線９は、以下のように構成されている。即ち、図１に示すように、一次巻線９は、第１のコイル１１と、第２のコイル１２と、タップコイルからなる第３のコイル１３とを含んで構成される。このとき、第１のコイル１１、第２のコイル１２、第３のコイル１３の巻数比は、１：１：ｎとされるのであるが、本実施形態では、同等の巻数、即ち、１：１：１とされている。

【0013】

そして、前記第１のコイル１１及び第２のコイル１２は、巻線５の軸方向に並べて配置し、前記第３のコイル１３は、それら第１及び第２のコイル１１及び１２の外周側に配置されている。このとき、第１のコイル１１と、第２のコイル１２との間には、絶縁物１４が配置されている。また、第１のコイル１１及び第２のコイル１２と、第３のコイル１３との間には、絶縁油が流通するダクト１５が軸方向に延びて設けられている。

【0014】

より詳細には、図２等に示すように、前記第１のコイル１１は、最内層上部の巻始め端子から、４層に巻回され、上部の巻終り端子につながっている。図５では、巻始め端子の端子番号が１、巻終り端子の端子番号が２とされている。同様に、前記第２のコイル１２は、最内層下部の巻始め端子から、４層に巻回され、下部の巻終り端子につながっている。図５では、巻始め端子の端子番号が３、巻終り端子の端子番号が４とされている。図５に示すように、第２のコイル１２の端子番号４の巻終り端子は、第３のコイル１３の巻始め端子に接続される。

【0015】

図２等に示すように、前記第３のコイル１３は、最内層上部の巻始め端子から、３層に巻回され、、第３層の外側に、絶縁物１６を介して、最外巻回層１３ａを有している。最外巻回層１３ａの上部が第３のコイル１３の巻終り端子とされている。

【0016】

この第３のコイル１３においては、前記第３層の途中部から、端子番号５のタップ端子及び端子番号６のタップ端子が順に引出されており、第３層の巻終り端部が端子番号７のタップ端子とされている。最外巻回層１３ａの巻始めが端子番号８のタップ端子とされ、最外巻回層１３ａの途中部からは、端子番号９のタップ端子及び端子番号１０のタップ端子が順に引出されている。以上により、第３のコイル１３の外層部には、タップ電圧切換用のタップ端子が設けられ、これらタップ端子が、前記タップ切換器の各端子に接続されるようになっている。

【0017】

このとき、図５に示すように、Ｖ相及びＷ相の一次巻線９についても、Ｕ相の一次巻線９と同等の構成を備え、Ｕ相において端子番号１～１０とされた端子が、Ｖ相の一次巻線９においては、端子番号が夫々１１～２０とされ、Ｗ相においては、端子番号が夫々２１～３０とされている。Ｕ、Ｖ、Ｗ相の３相の巻線５においては、一次巻線９同士が例えばΔ結線されている。また、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の３相の巻線５においては、二次巻線８同士が例えばＹ結線されている。

【0018】

これにて、図５に示すように、Ｕ相の一次巻線９の第３のコイル１３の巻終り端子が、Ｖ相の一次巻線９の端子番号１１の巻始め端子に接続され、Ｖ相の一次巻線９の第３のコイル１３の巻終り端子が、Ｗ相の一次巻線９の端子番号２１の巻始め端子に接続され、Ｗ相の一次巻線９の第３のコイル１３の巻終り端子が、Ｕ相の一次巻線９の端子番号１の巻始め端子に接続されている。尚、前記端子番号１～４、１１～１４、２１～２４の端子は、前記一次電圧切換装置の各端子にも接続されている。

【0019】

さて、本実施形態では、前記一次電圧切換装置により、前記一次巻線９における、第１の電圧に対応した第１接続状態（図３参照）と、第２の電圧に対応した第２接続状態（図４参照）との切換がなされる。第１接続状態では、図３に示すように、前記第１のコイル１１、第２のコイル１２、第３のコイル１３が直列に接続される。第２接続状態では、図４に示すように、前記第１のコイル１１と第２のコイル１２が並列接続され、それに前記第３のコイル１３が直列接続される。前記第１の電圧と第２の電圧との比は、３：２とされ、具体的には、受電電圧が３．３ｋＶと２．２ｋＶとの間での切換えがなされる。

【0020】

このとき、図示はしないが、前記一次電圧切換装置は、端子台に、端子と、各端子に設けられたナット、切換片などを備え、各端子は、前記端子番号１～４、１１～１４、２１～２４の端子に接続されている。そして、前記切換片の接続位置を切換えることにより、上記第１接続状態と第２接続状態との切換えを行うように構成されている。この場合、図６に接続状態の一覧を示すように、受電電圧が３．３ｋＶの場合には、端子番号２?３間、１２?１３間、２２?２３間での端子間の接続がなされる。受電電圧が２．２ｋＶの場合には、端子番号１?３間、２?４間、１１?１３間、１２?１４間、２１?２３間、２２?２４間での端子間の接続がなされる。

【0021】

また、前記タップ切換器により、一次側の受電電圧の変動があっても、電圧調整この場合５段階のタップ電圧の切換えが可能に構成されている。詳しく図示はしないが、このタップ切換器は、Ｕ、Ｖ、Ｗの各相に対応して６個ずつの端子が設けられている端子板、各端子の接続状態を切換えるための切換片、前記切換片を変位させるための前記タンク２の外壁部に設けられた操作部等の周知構成を備えている。

【0022】

前記端子板の各端子には、Ｕ相の一次巻線９の第３のコイル１３の端子番号５～１０のタップ端子、Ｖ相の一次巻線９の第３のコイル１３の端子番号１５～２０のタップ端子、Ｗ相の一次巻線９の第３のコイル１３の端子番号２５～３０のタップ端子が夫々接続されている。そして、前記操作部の操作により、切換片の位置つまり各端子の接続状態を５段階に切換え可能に構成されている。図示はしないが、操作部には、例えば回転操作可能なハンドルが設けられ、１～５の指示番号のいずれかハンドルを移動させることで、タップ切換えが行われるように構成されている。

【0023】

具体的には、図６に示すように、受電電圧が３．３ｋＶの場合には、指示番号１にハンドルが操作されると、端子番号７?８間、１７?１８間、２７?２８間において各端子１８ａが接続されて、タップ電圧がＦ３３７５Ｖとなる。指示番号２にハンドルが操作されると、端子番号６?８間、１６?１８間、２６?２８間において各端子１８が接続されて、タップ電圧がＲ３３００Ｖとなる。

【0024】

以下、指示番号３、４、５においても、図示のように端子間の接続が切換えられ、タップ電圧が、夫々Ｆ３２２５Ｖ、Ｆ３１５０Ｖ、３０７５Ｖに切換えられる。受電電圧が２．２ｋＶの場合にも、同様に、指示番号１、２、３、４、５にハンドルが操作されると、タップ電圧が、夫々Ｆ２２７５Ｖ、Ｒ２２００Ｖ、Ｆ２１２５Ｖ、Ｆ２０５０Ｖ、１９７５Ｖに切換えられる。

【0025】

次に、上記構成の変圧器１の作用について、図３及び図４も参照しながら述べる。上記構成の変圧器１においては、一次巻線９は、第１のコイル１１と、第２のコイル１２と、タップコイルからなる第３のコイル１３とを含んで構成されている。前記第１のコイル１１及び第２のコイル１２は、軸方向に並べて配置され、前記第３のコイル１３は、前記第１及び第２のコイル１１及び１２の外周側に配置されている。そして、前記第１のコイル１１、第２のコイル１２、第３のコイル１３の巻数比は、１：１：ｎ、本実施形態では、ｎの値は約１とされている。

【0026】

これにより、巻数が同等（巻数比が１：１）とされた第１のコイル１１及び第２のコイル１２が、軸方向に並べて配置され、それらの外周側に巻数がｎ倍の第３のコイル１３が配置されるので、３つのコイルを軸方向に並べて配置する場合と異なり、一次巻線９全体としての機械的な強度を確保することができる。第３のコイル１３の巻数を比較的大きくすることも可能となる。このとき、巻数比が１：１：ｎとされた第１～第３の３つのコイル１１～１３の接続の態様の切替えにより、一次巻線９の受電電圧の切換えが、２：１の切換え以外にも可能となる。

【0027】

このとき、一次巻線９の全体の巻数が変更されることにより、二次巻線８の出力電圧を所定値例えば２００Ｖとしながら、受電電圧の変更に対応することが可能となる。上記構成の一次巻線９の第１接続状態では、全体の巻数が（１＋１＋ｎ）となり、第２接続状態では、一次巻線９の全体の巻数が（１＋ｎ）となる。ｎの値により、切換える受電電圧の比率の変更が可能となる。本実施形態では、ｎを１にしたので、受電電圧の３：２の切換えが可能となった。

【0028】

即ち、本実施形態の変圧器１においては、受電電圧即ち一次巻線９に供給される電圧が、例えば３．３ｋＶと２．２ｋＶとの間で切換え可能とされる。この場合、上記したように、一次電圧切換装置の操作により、受電電圧が３．３ｋＶの場合には、第１のコイル１１、第２のコイル１２、第３のコイル１３を直列に接続した第１接続状態とされ、受電電圧が２．２ＫＶの場合には、第１のコイル１１と第２のコイル１２を並列接続しそれに第３のコイル１３を直列接続した第２接続状態とされる。

【0029】

このように、第１～第３の３つのコイル１１～１３を備える一次巻線９の新規な構成を採用し、一次電圧切換装置によりそれらコイル１１～１３の接続の態様を切換えることにより、一次巻線９の受電電圧の切換えが可能となる。このとき、第１のコイル１１、第２のコイル１２、第３のコイル１３の巻数比を、１：１：１としたことにより、受電電圧の３：２の比、この場合３．３ｋＶと２．２ｋＶとの間での切換えが可能となった。受電電圧の３：２の切換えの態様としては、例えば６ｋＶと４ｋＶとの間での切換え等も可能である。

【0030】

以上のように、本実施形態の変圧器１によれば、一次巻線９を、第１のコイル１１と、第２のコイル１２と、タップコイルからなる第３のコイル１３とを含んで構成し、前記第１のコイル１１、第２のコイル１２、第３のコイル１３の巻数比を、１：１：ｎとすると共に、第１のコイル１１及び第２のコイル１２を、軸方向に並べて配置し、前記第３のコイル１３を、第１及び第２のコイル１１及び１２の外周側に配置した。

【0031】

また本実施形態では、第１のコイル１１、第２のコイル１２、第３のコイル１３を直列に接続した第１の電圧に対応した第１接続状態と、第１のコイル１１と第２のコイル１２を並列接続しそれに第３のコイル１３を直列接続した第２の電圧に対応した第２接続状態との切換がなされるように構成した。これにより、上記ｎの値を１にすると、受電電圧の３：２の切換えが可能となり、ｎの値を２にすると、受電電圧の４：３の切換えが可能となる。更には、ｎの値を０．５にすると、２．５：１．５＝５：３にすることができる等、切換える受電電圧の比率に関しての自由度を高めることができる。

【0032】

更に本実施形態では、一次巻線９においては、第１のコイル１１及び第２のコイル１２の外周部と、第３のコイル１３の内周部との間に、絶縁油が流れるダクト１５を設ける構成とした。これにより、一次巻線９の各コイル１１～１３間での、特に巻始め部分における絶縁性を高くする必要があるが、第１のコイル１１及び第２のコイル１２の外周部と、第３のコイル１３の内周部との間に設けられたダクト１５によって、より良好な絶縁性を確保することができる。

【0033】

（２）第２の実施形態、その他の実施形態
図７は、第２の実施形態に係る変圧器の巻線における、一相分即ちＵ相の一次巻線３０の構成を模式的に示している。この第２の実施形態が、上記第１の実施形態と異なる点は、一次巻線３０の受電電圧を、４：３に切換える、例えば公称電圧４．４ｋＶ／３．３ｋＶの切換えを可能とした構成にある。

【0034】

一次巻線３０は、第１のコイル３１と、第２のコイル３２と、タップコイルからなる第３のコイル３３とを含んで構成される。前記第１のコイル３１及び第２のコイル３２は、巻線の軸方向つまり鉄心４の脚部の延びる方向に対し、並べて配置され、前記第３のコイル３３は、それら第１及び第２のコイル３１及び３２の外周側に配置されている。このとき、第１のコイル３１、第２のコイル３２、第３のコイル３３の巻数比は、１：１：２とされている。

【0035】

尚、上記２つの実施形態では、受電電圧を、３：２及び４：３に切換える場合を例示したが、例えば、ｎを３にすると５：４にすることができ、また、ｎを０．５にすると、２．５：１．５＝５：３にすることができる等、受電電圧の切換えの比率を自在に設定することが可能となる。さらに、上記した各実施形態における、各コイルの巻数、電圧やタップ電圧などの具体的数値についても、一例を挙げたに過ぎず、さまざまな変更が可能である。その他、上記各実施形態では、油入変圧器に適用したが、ガス絶縁変圧器やモールド変圧器等に適用することも可能である。単相の変圧器にも適用することができる。

【0036】

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】

【0037】

図面中、４は鉄心、５は巻線、８は二次巻線、９、３０は一次巻線、１１、３１は第１のコイル、１２、３２は第２のコイル、１３、３３は第３のコイル、１４は絶縁物、１５はダクトを示す。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】