JP5453675B2 - 絶縁バリアおよびそれを備えた油中シールド装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、高電圧油入電気機器におけるリード線とブッシングとの接続部に用いられる絶縁バリアおよびそれを備えた油中シールド装置の製造方法に関する。

高電圧油入電気機器においては、高電圧リード線とブッシングとの接続部に電界を緩和するための油中シールドが取付けられている。油中シールドは、両端を内側に絞り込み加工された概略円筒状の導電性芯金が絶縁被覆されて形成されている。特に電圧が高い場合、油中シールドの周囲を絶縁バリアで包囲することにより油中シールド装置の絶縁性を向上させている。絶縁バリアを備えた油中シールド装置を開示した先行文献として、特許文献１から３がある。

特許文献１に記載された変圧器においては、油中シールドを絶縁バリアの内側に配置したスペーサを介して支持している。特許文献２に記載されたブッシングシールド装置においては、ブッシング側とブッシング側とは反対側の２つに分割された絶縁バリアを油中シールドの周囲に配置している。特許文献３に記載の油中リード用バリア装置においては、半径方向に分割され嵌合構造を有するスペーサの外側に絶縁バリアが配置されている。

特公昭５９−２３４５２号公報 特開平６−６９０４７号公報 特開昭５８−２８８１３号公報

一般的に油中シールド装置は、以下の工程を経て製造される。まず、ブッシングの下部において、油中シールドの導電性芯金とブッシング下部導体とが接続されるように、油中シールドが組立てられる。その後、リード線が油中シールドの導電性芯金に接続される。次に、油中シールドの周囲に絶縁バリアが組立てられる。具体的には、２つ以上に分割した絶縁バリアを油中シールドの周囲を取り巻くように配置した後、分割された絶縁バリア同士を接着する、または、分割された絶縁バリアの外側にテープを巻き回して一体に組立てる。

このように絶縁バリアを組立てる際、分割された絶縁バリアは、接着またはテープを巻き回されるまで一定の形状を保持することができない。よって、分割された絶縁バリアを所望の形状に仮組立した状態を維持しつつ、分割された絶縁バリア同士を接着またはテープを巻き回して固定しなければならないため、油中シールド装置の製造作業が煩雑になっていた。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、油中シールド装置の製造を簡易にすることができる、絶縁バリアおよびそれを備えた油中シールド装置の製造方法を提供することを目的とする。

本発明に基づく絶縁バリアは、巻線から導出されたリード線とブッシングとの接続部の周囲に油中シールドが設けられた油入電気機器に用いられる絶縁バリアである。絶縁バリアは、同一形状を有する２つのバリア部材を含む。バリア部材は、横断面において中心軸に関して１８０°より大きな中心角を有する円弧形状を成す。絶縁バリアは、一方のバリア部材の円周方向における両端部の外周面が他方のバリア部材の円周方向における両端部の内周面に、上記中心軸の軸方向の互いに対応する位置において接するように組合されることにより、油中シールドを包囲するように筒状に配置されている。

本発明によれば、絶縁バリアの組立が容易になるため油中シールド装置の製造を簡易にすることができる。

本発明の実施形態１に係る油中シールド装置の構成を示す断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線矢印方向から見た断面図である。 同実施形態に係る絶縁バリアを構成するバリア部材の外観を示す斜視図である。 同実施形態に係る絶縁バリアを組立てた際のラップ部における作用力を模式的に示す断面図である。 本発明の実施形態２に係る油中シールド装置の構成を示す断面図である。 同実施形態に係る絶縁バリアを構成するバリア部材の外観を示す斜視図である。 同実施形態に係る絶縁バリアを組立てた際の円周方向のラップ部における作用力を模式的に示す上面図である。 同実施形態に係る絶縁バリアを組立た際の軸方向のラップ部における作用力を模式的に示す断面図である。 同実施形態に係るバリア部材およびスペーサの構成を示す断面図である。

以下、本発明に基づいた実施形態１における絶縁バリアおよびそれを備えた油中シールド装置の製造方法について図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、その説明は繰返さない。

実施形態１
図１は、本発明の実施形態１に係る油中シールド装置の構成を示す断面図である。図１に示すように、本発明の実施形態１に係る油中シールド装置１０においては、巻線から導出されたリード線３とブッシング２とが接続されている。ブッシング２は、セラミックなどの絶縁体から構成されている。ブッシング２内に中空部が形成されており、その中空部に銅などから構成される導体７が配置されている。導体７とリード線３とが電気的に接続されている。

リード線３とブッシング２との接続部の周囲に油中シールド４が配置されている。油中シールド４は、両端部が内側に湾曲した円筒形状を有している。油中シールド４は、両端を内側に絞り込み加工された概略円筒状の導電性芯金４ａが絶縁材４ｂで被覆されて形成されている。導電性芯金４ａは、たとえば、アルミニウムなどの金属から形成されている。

油中シールド４の周囲を包囲するように円筒形状を有する絶縁バリア５が配置されている。絶縁バリア５の油中シールド４に対向する内周側側面に直方体形状を有する複数のスペーサ６が配置されている。スペーサ６の互いに対向する主面のうち、一方の主面は油中シールド４と接触し、他方の主面は絶縁バリア５と接触している。絶縁バリア５およびスペーサ６は、プレスボードから形成されている。

上記のリード線３、ブッシング２、油中シールド４、スペーサ６および絶縁バリア５などは、ブッシングケース１内に収容されている。ブッシングケース１内は、絶縁油８に浸漬されている。

図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線矢印方向から見た断面図である。図２においては、簡単のため、絶縁バリア、スペーサおよび油中シールドのみ示している。図３は、本実施形態に係る絶縁バリアを構成するバリア部材の外観を示す斜視図である。

図２，３に示すように、本実施形態に係る絶縁バリア５は、同一形状を有する２つのバリア部材５Ａを含む。バリア部材５Ａは、横断面において中心軸１３に関して１８０°より大きな中心角１４を有する円弧形状を成し、中心軸１３の軸方向に延在している。

絶縁バリア５は、２つのバリア部材５Ａのうち、一方のバリア部材５Ａの円周方向における両端部１５Ａ，１５Ｂの外周面が他方のバリア部材５Ａの円周方向における両端部１５Ｂ，１５Ａの内周面に、中心軸１３の軸方向の互いに対応する位置において接するように組合されることにより、油中シールド４を包囲するように略円筒状に配置されている。

一方のバリア部材５Ａの円周方向における端部１５Ｂの外周面が、他方のバリア部材５Ａの円周方向における端部１５Ａの内周面に接している部分をラップ部９Ａとする。一方のバリア部材５Ａの円周方向における端部１５Ａの外周面が、他方のバリア部材５Ａの円周方向における端部１５Ｂの内周面に接している部分をラップ部９Ｂとする。

図４は、本実施形態に係る絶縁バリアを組立てた際のラップ部における作用力を模式的に示す断面図である。図４に示すように２つのバリア部材５Ａを組合わせた際、ラップ部９Ａ，９Ｂにおいて、内側に配置された一方のバリア部材５Ａを構成するプレスボードの弾性力により外側に広がろうとする復元力１１が作用する。また、ラップ部９Ａ，９Ｂにおいて、外側に配置された他方のバリア部材５Ａを構成するプレスボードの弾性力により内側に収縮しようとする復元力１２が作用する。

このように、ラップ部９Ａ，９Ｂにおいて復元力１１と復元力１２とが作用するが、組合わされた２つのバリア部材５Ａは、それぞれ同一の材料により同一形状に形成されているため、復元力１１と復元力１２とは略等しくなる。そのため、組立てられた２つのバリア部材５Ａは、ラップ部９Ａ，９Ｂにおいて互いに固定されて円筒形状を維持する。

本実施形態においては、組立後の絶縁バリア５により形成される円筒の直径を約５００ｍｍとし、ラップ部９Ａ，９Ｂの円周方向の長さを約５０ｍｍとした。ラップ部９Ａ，９Ｂの円周方向の長さの目安としては、絶縁バリア５により形成される円筒の直径の５％以上１０％以下であることが好ましい。

ラップ部９Ａ，９Ｂの円周方向の長さが、絶縁バリア５により形成される円筒の直径の５％以下の場合、ラップ部９Ａ，９Ｂにおけるバリア部材５Ａ同士の固定が不十分となり、組立てられた絶縁バリア５が分解しやすくなる。

ラップ部９Ａ，９Ｂの円周方向の長さが、絶縁バリア５により形成される円筒の直径の１０％以上の場合、内側に配置された一方のバリア部材５Ａの円周方向における端部１５Ａ，１５Ｂの先端が、他方のバリア部材５Ａの円周方向における端部１５Ｂ，１５Ａから離れて油中シールド４側に近づくようになる。この場合、組立てられた絶縁バリア５の横断面形状が楕円形のようないびつな形状となり、絶縁バリア５の絶縁性能上好ましくない。

上記の構成を有する絶縁バリア５を設けることにより、スペーサ６により絶縁距離を確保して、油中シールド４の円周方向の絶縁耐力を向上させることができる。この結果、油中シールド装置１０をコンパクトにすることができる。

以下、本実施形態に係る油中シールド装置１０の製造方法について説明する。まず、ブッシング２の下部において、油中シールド４の導電性芯金４ａとブッシング下部導体とが接続されるように、油中シールド４が組立てられる。その後、リード線３が油中シールド４の導電性芯金４ａに接続される。ブッシング２の内部には、導体７が配置され、導体７とリード線３とが電気的に接続される。次に、リード線３とブッシング２との接続部の周囲に油中シールド４を配置する。

その後、複数のスペーサ６が内周側側面上に取付けられたバリア部材５Ａを２つ用意し、互いに組合わせる。具体的な組合わせ方法としては、内側に配置される一方のバリア部材５Ａを構成するプレスボードを円周方向において僅かに閉じた形状にする。また、外側に配置される他方のバリア部材５Ａを構成するプレスボードを円周方向において僅かに開いた形状にする。プレスボードは弾性を有するため、力を負荷することによりバリア部材５Ａを弾性変形させることができる。

一方のバリア部材５Ａを他方のバリア部材５Ａの内周側に組合わせた後、負荷していた力を除去する。プレスボードの弾性力によって両方のバリア部材５Ａは、元の形状に戻ろうとする。その結果、バリア部材５Ａ同士が互いに組合わされて、絶縁バリア５が組立てられる。組立てられた絶縁バリア５は、油中シールド４を包囲するように筒状に配置される。

最後に、ブッシングケース１が配置され、ブッシングケース１内に絶縁油８が浸漬されることにより、油中シールド装置１０が組立てられる。なお、筒状に組立てられた絶縁バリア５が分解しないように、接着剤またはテープなどを用いて組立後のバリア部材５Ａ同士を固定してもよい。

上記の製造方法により油中シールド装置１０を製造することにより、油中シールド４の周囲に容易に絶縁バリア５を組立てることができる。具体的には、２つのバリア部材５Ａ同士を組合わせるだけで、特に接着剤またはテープなどを用いることなく、絶縁バリア５を円筒形状に維持することができる。その結果、絶縁バリア５の組立が容易になるため、油中シールド装置１０の製造を簡易にすることができる。また、本実施形態においては、絶縁バリア５を同一のバリア部材５Ａを２つ用いて構成しているため、管理する部品点数の削減を図ることができる。

以下、本発明に基づいた実施形態２における絶縁バリアおよびそれを備えた油中シールド装置の製造方法について図を参照して説明する。

実施形態２
図５は、本発明の実施形態２に係る油中シールド装置の構成を示す断面図である。図５に示すように、本発明の実施形態２に係る油中シールド装置２０においては、絶縁バリア２５は、両端が狭窄した筒状に配置されている。他の構成については実施形態１と同様であるため説明を繰返さない。

図６は、本実施形態に係る絶縁バリアを構成するバリア部材の外観を示す斜視図である。図７は、本実施形態に係る絶縁バリアを組立てた際の円周方向のラップ部における作用力を模式的に示す上面図である。図８は、本実施形態に係る絶縁バリアを組立た際の軸方向のラップ部における作用力を模式的に示す断面図である。

図６〜８に示すように、本実施形態に係る絶縁バリア２５は、同一形状を有する２つのバリア部材２５Ａを含む。バリア部材２５Ａは、横断面において中心軸３３に関して１８０°より大きな中心角３４を有する円弧形状を成し、中心軸３３の軸方向に延在している。バリア部材２５Ａは、中心軸３３の軸方向において両端部２２が内周側に湾曲している。

絶縁バリア２５は、２つのバリア部材２５Ａのうち、一方のバリア部材２５Ａの円周方向における両端部３５Ａ，３５Ｂの外周面が他方のバリア部材２５Ａの円周方向における両端部３５Ｂ，３５Ａの内周面に、中心軸３３の軸方向の互いに対応する位置において接するように組合されている。

一方のバリア部材２５Ａの円周方向における端部３５Ｂの外周面が、他方のバリア部材２５Ａの円周方向における端部３５Ａの内周面に接している部分をラップ部２９Ａとする。一方のバリア部材２５Ａの円周方向における端部３５Ａの外周面が、他方のバリア部材２５Ａの円周方向における端部３５Ｂの内周面に接している部分をラップ部２９Ｂとする。

また、絶縁バリア２５は、２つのバリア部材２５Ａのうち、一方のバリア部材２５Ａの軸方向における両端部３６Ａ，３６Ｂの外周面が他方のバリア部材２５Ａの軸方向における両端部３６Ｂ，３６Ａの内周面に接するように組合されることにより、油中シールド４を包囲するように両端が狭窄した略円筒状に配置されている。

一方のバリア部材２５Ａの中心軸３３の軸方向における端部３６Ｂの外周面が、他方のバリア部材２５Ａの中心軸３３の軸方向における端部３６Ａの内周面に接している部分をラップ部３９Ａとする。一方のバリア部材２５Ａの中心軸３３の軸方向における端部３６Ａの外周面が、他方のバリア部材２５Ａの中心軸３３の軸方向における端部３６Ｂの内周面に接している部分をラップ部３９Ｂとする。

図７に示すように、２つのバリア部材２５Ａを組合わせた際、ラップ部２９Ａ，２９Ｂにおいて、内側に配置された一方のバリア部材２５Ａを構成するプレスボードの弾性力により外側に広がろうとする復元力３１が作用する。また、ラップ部２９Ａ，２９Ｂにおいて、外側に配置された他方のバリア部材２５Ａを構成するプレスボードの弾性力により内側に収縮しようとする復元力３２が作用する。

このように、ラップ部２９Ａ，２９Ｂにおいて復元力３１と復元力３２とが作用するが、組合わされた２つのバリア部材２５Ａは、それぞれ同一の材料により同一形状に形成されているため、復元力３１と復元力３２とは略等しくなる。そのため、組立てられた２つのバリア部材２５Ａは、ラップ部２９Ａ，２９Ｂにおいて互いに固定されて円筒形状を維持する。

図８に示すように、２つのバリア部材２５Ａを組合わせた際、ラップ部３９Ａ，３９Ｂにおいて、内側に配置された一方のバリア部材２５Ａを構成するプレスボードの弾性力により外側に広がろうとする復元力４１が作用する。また、ラップ部３９Ａ，３９Ｂにおいて、外側に配置された他方のバリア部材２５Ａを構成するプレスボードの弾性力により内側に収縮しようとする復元力４２が作用する。

このように、ラップ部３９Ａ，３９Ｂにおいて復元力４１と復元力４２とが作用するが、組合わされた２つのバリア部材２５Ａは、それぞれ同一の材料により同一形状に形成されているため、復元力４１と復元力４２とは略等しくなる。そのため、組立てられた２つのバリア部材２５Ａは、ラップ部３９Ａ，３９Ｂにおいて互いに固定されて両端が狭窄した形状を維持する。

上記の構成を有する絶縁バリア２５を設けることにより、スペーサ２６により絶縁距離を確保して、油中シールド４の円周方向の絶縁耐力を向上させることができる。さらに、絶縁バリア２５の軸方向の両端が狭窄しているため、図５，７に示す絶縁バリア２５の開口部２１の大きさを小さくすることができる。その結果、実施形態１の油中シールド装置１０に比較して、本実施形態の油中シールド装置２０においては、油中シールド４の軸方向に発生する高電界部分を絶縁バリア２５で包囲することにより、絶縁耐力を高めることができる。

以下、本実施形態に係る油中シールド装置２０の製造方法について説明する。まず、ブッシング２の下部において、油中シールド４の導電性芯金４ａとブッシング下部導体とが接続されるように、油中シールド４が組立てられる。その後、リード線３が油中シールド４の導電性芯金４ａに接続される。ブッシング２の内部には、導体７が配置され、導体７とリード線３とが電気的に接続される。次に、リード線３とブッシング２との接続部の周囲に油中シールド４を配置する。

その後、複数のスペーサ６が内周側側面上に取付けられたバリア部材２５Ａを２つ用意し、互いに組合わせる。具体的な組合わせ方法としては、内側に配置される一方のバリア部材２５Ａを構成するプレスボードを円周方向および軸方向において僅かに閉じた形状にする。また、外側に配置される他方のバリア部材２５Ａを構成するプレスボードを円周方向および軸方向において僅かに開いた形状にする。プレスボードは弾性を有するため、力を負荷することによりバリア部材２５Ａを弾性変形させることができる。

一方のバリア部材２５Ａを他方のバリア部材２５Ａの内周側に組合わせた後、負荷していた力を除去する。プレスボードの弾性力によって両方のバリア部材２５Ａは、元の形状に戻ろうとする。その結果、バリア部材２５Ａ同士が互いに組合わされて、絶縁バリア２５が組立てられる。組立てられた絶縁バリア２５は、油中シールド４を包囲するように両端が狭窄した円筒状に配置されている。

最後に、ブッシングケース１が配置され、ブッシングケース１内に絶縁油８が浸漬されることにより、油中シールド装置２０が組立てられる。なお、組立てられた絶縁バリア２５が分解しないように、接着剤またはテープなどを用いて組立後のバリア部材２５Ａ同士を固定してもよい。

上記の製造方法により油中シールド装置２０を製造することにより、油中シールド４の周囲に容易に絶縁バリア２５を組立てることができる。具体的には、２つのバリア部材２５Ａ同士を組合わせるだけで、特に接着剤またはテープなどを用いることなく、絶縁バリア２５を両端が狭窄した円筒形状に維持することができる。その結果、絶縁バリア２５の組立が容易になることにより油中シールド装置２０の製造を簡易にすることができる。また、本実施形態においては、絶縁バリア２５を同一のバリア部材２５Ａを２つ用いて構成しているため、管理する部品点数の削減を図ることができる。

図９は、本実施形態に係るバリア部材およびスペーサの構成を示す断面図である。図９に示すように、本実施形態のバリア部材２５Ａは、油中シールド４と対向する内周側側面上に複数のスペーサ２６が取付けられている。スペーサ２６の互いに対向する主面のうち、一方の主面は油中シールド４と接触し、他方の主面は絶縁バリア２５と接触している。絶縁バリア２５およびスペーサ２６は、プレスボードから形成されている。

バリア部材２５Ａの中心軸３３の軸方向における両端部２２は内周側に湾曲しているため、スペーサ２６の上記軸方向における両端部２３も内周側に湾曲している。図５に示すように、絶縁バリア２５を組立てた際に、スペーサ２６の両端部２３は、油中シールド４を抱くように配置される。そのため、組立てられた絶縁バリア２５は、スペーサ２６によって上記軸方向における位置が固定される。よって、絶縁バリア２５の組立がさらに容易になる。

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。

１ ブッシングケース、２ ブッシング、３ リード線、４ 油中シールド、４ａ 導電性芯金、４ｂ 絶縁材、５，２５ 絶縁バリア、５Ａ，２５Ａ バリア部材、６，２６ スペーサ、７ 導体、８ 絶縁油、９Ａ，９Ｂ，２９Ａ，２９Ｂ，３９Ａ，３９Ｂ ラップ部、１０，２０ 油中シールド装置、１１，１２，３１，３２，４１，４２ 復元力、１３，３３ 中心軸、１４，３４ 中心角、１５Ａ，１５Ｂ，３５Ａ，３５Ｂ，３６Ａ，３６Ｂ 端部、２１ 開口部。

Claims (3)

1. 巻線から導出されたリード線とブッシングとの接続部の周囲に油中シールドが設けられた油入電気機器に用いられる絶縁バリアであって、
   横断面において中心軸に関して１８０°より大きな中心角を有する円弧形状を成して該中心軸の軸方向において両端部が内周側に湾曲した同一形状を有するプレスボードからなる２つのバリア部材を含み、
   ２つの前記バリア部材を弾性変形させて、一方の前記バリア部材の円周方向における両端部の外周面が他方の前記バリア部材の円周方向における両端部の内周面に、前記軸方向の互いに対応する位置において接し、かつ、一方の前記バリア部材の前記軸方向における両端部の外周面が他方の前記バリア部材の前記軸方向における両端部の内周面にそれぞれ接するように組合せることにより、両端が狭窄した円筒形状に維持されて前記油中シールドを包囲するように配置された、絶縁バリア。
2. 前記バリア部材の前記油中シールドと対向する内周側側面上に絶縁距離を確保するスペーサが配置された、請求項１に記載の絶縁バリア。
3. 巻線から導出されたリード線とブッシングとを接続する工程と、
   前記リード線と前記ブッシングとの接続部の周囲に油中シールドを配置する工程と、
   横断面において中心軸に関して１８０°より大きな中心角を有する円弧形状を成して該中心軸の軸方向において両端部が内周側に湾曲した同一形状を有するプレスボードからなる２つのバリア部材を弾性変形させて、一方の前記バリア部材の円周方向における両端部の外周面が他方の前記バリア部材の円周方向における両端部の内周面に、前記軸方向の互いに対応する位置において接し、かつ、一方の前記バリア部材の前記軸方向における両端部の外周面が他方の前記バリア部材の前記軸方向における両端部の内周面にそれぞれ接するように組合せることにより、両端が狭窄した円筒形状に維持された絶縁バリアを、前記油中シールドを包囲するように配置する工程と
   を備える、油中シールド装置の製造方法。

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