JPH11176651A - 静止誘導電器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】送風機によって変圧器タンク内と冷却器を循環
する絶縁ガスで巻線からの漏れ磁束により鉄心締付金具
に発生する熱を効果的に奪い、温度上昇を低減する。 【解決手段】鉄心の窓内にわたって巻線の全面を覆う上
部あるいは下部の巻線支持絶縁リングに、鉄心締付金具
と巻線支持絶縁物の間の隙間と巻線の上側あるいは下側
の流路とを連通する流路を設ける構成にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は静止誘導電器に係
り、特に、ＳＦ₆ ガスのような絶縁性ガスを絶縁および
冷却媒体として用いたガス絶縁変圧器に好適な鉄心締付
金具の冷却構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、変圧器のような静止誘導電器は、
主として絶縁油を用いて絶縁および冷却を行う油絶縁式
のものが主流を占めている。しかし、油入電気機器の場
合、万一の事故発生に際し、油による火災等の生じるお
それがある。特に、近年は、都市において設置場所の制
約からビル等の地下や市街地に変圧器等の変電設備を設
置することが多くなり、防災上の対策が重要課題となっ
ている。そこで、絶縁油の代わりに火災発生のおそれが
なく、安全性の高い不燃性ガスを絶縁および冷却媒体と
して用いるガス絶縁変圧器が採用される傾向にあり、さ
らに、大容量化や小型化の要求が強まっている。

【０００３】変圧器の主要構成要素である鉄心は、鉄心
締付金具で締め付けることにより、機械的に保持されて
いる。鉄心締付金具は巻線からの漏れ磁束が侵入する
と、渦電流による熱が発生する。変圧器の大容量化や小
型化は、鉄心締付金具に侵入する漏れ磁束の増大を招
き、その結果、渦電流による発熱量も大きくなる。

【０００４】ところが、絶縁ガスは、密度，比熱，熱伝
導率などの冷却に関する物性値が絶縁油に比べて小さい
ため、冷却性能が劣っている。さらに、鉄心締付金具の
大半は、絶縁ガスの強制的な流れに接しておらず、自然
対流のみによる冷却となるため、鉄心締付金具の温度上
昇が大きくなる問題がある。これまで、ガス絶縁変圧器
の鉄心締付金具の冷却については、十分な検討はなされ
ていない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】変圧器の鉄心を機械的
に保持する鉄心締付金具では、巻線からの漏れ磁束によ
り渦電流が生じ、熱が発生する。発生した熱の大半は、
ＳＦ₆ ガスの自然対流により除去される。しかし、自然
対流は強制対流に比較して熱伝達率が小さいため、冷却
性能が悪く、鉄心締付金具の温度上昇が大きくなり、鉄
心と鉄心締付金具の間に挿入される絶縁物や絶縁ガスに
劣化が生じる問題がある。

【０００６】本発明は、上記の点を鑑みなされたもの
で、その目的とするところは、液状冷却媒体に比べて冷
却能力が低い絶縁ガスを用いて、巻線からの漏れ磁束に
より鉄心締付金具に発生する熱を効果的に奪い、その温
度上昇を小さく抑え、信頼性の高い変圧器を提供するこ
とにある。また、大容量化や小型化に対しても十分な冷
却性能の得られる静止誘導電器、例えば変圧器を提供す
ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的は、変圧器の鉄
心を機械的に保持する下部鉄心締付金具と鉄心の窓外で
下から巻線を支持する下部巻線支持絶縁物の間に隙間を
設けるとともに、この下部巻線支持絶縁物の上にあっ
て、鉄心の窓内にわたって巻線の下側全面を覆う下部巻
線支持絶縁リングに、下部鉄心締付金具と下部巻線支持
絶縁物の間の隙間と巻線下側流路とを連通する流路を設
け、かつ、あるいは、または、上部鉄心締付金具と鉄心
の窓外で上から巻線を固定する上部巻線支持絶縁物の間
に隙間を設けるとともに、この上部巻線支持絶縁物の下
にあって、鉄心の窓内にわたって巻線の上側全面を覆う
上部巻線支持絶縁リングに、上部鉄心締付金具と上部巻
線支持絶縁物の間の隙間と巻線上側流路とを連通する流
路を設けることにより達成される。

【０００８】即ち、このような構造では、送風機によっ
て巻線下側流路から強制的に巻線内に送り込まれ、巻線
を冷却する絶縁ガスの一部が、下部鉄心締付金具と下部
巻線支持絶縁物の間の隙間から下部巻線支持絶縁リング
に設けられた流路を通って巻線下側流路に流入する。こ
のとき、絶縁ガスは下部鉄心締付金具に沿って流れるの
で、下部鉄心締付金具は強制対流によって冷却される。
あるいは、巻線を冷却した絶縁ガスの一部は、巻線上側
流路から上部巻線支持絶縁リングの流路を経て、上部鉄
心締付金具と上部巻線支持絶縁物の間の隙間を流れ、タ
ンク内に至る間に上部鉄心締付金具を強制対流冷却す
る。

【０００９】一般に、強制対流熱伝達率は自然対流熱伝
達率に比べて一桁程度大きな値になるので、冷却性能が
向上する。このため、巻線からの漏れ磁束により鉄心締
付金具に発生する熱を効果的に奪い、その温度上昇を低
減することができるので、変圧器の信頼性を高めること
が可能になる。また、変圧器の大容量化や小型化に対し
ても十分な冷却性能が得られる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を単相のセ
ンタコアタイプの変圧器を例にとり、図１，図２により
説明する。図１は本発明の一実施例の縦断面図であり、
図２は図１のＡＡ断面である。

【００１１】１は変圧器タンクで、このタンク１内に鉄
心２およびこの鉄心２に巻回された巻線３から成る変圧
器中身を収納し、さらに、このタンク１内には絶縁ガス
４が規定の圧力で封入してある。また、タンク１内部に
は、できるだけ多量の絶縁ガス４が鉄心２および巻線３
内を流れるように仕切板５が設置されており、タンク１
内部の上部空間６と下部空間７が連通しないように区切
られている。

【００１２】８および９はそれぞれ上部，下部鉄心締付
金具であり、鉄心２をその両側から積層方向に締め付
け、鉄心２が起立できるように保持している。

【００１３】巻線３は、鉄心２の窓外にある上部，下部
巻線支持絶縁物１０，１１とその巻線３側にあって鉄心
２の窓内にわたって巻線３の上側と下側の全面をそれぞ
れ覆う上部と下部の巻線支持絶縁リング１２，１３に挟
み込まれて支持されている。下部巻線支持絶縁リング１
３と巻線３の間には、絶縁ガス４がタンク下部空間７か
ら内周側に向かって流入する巻線下側流路１５が設けて
あり、巻線３内の冷却流路３Ｙと通じている。

【００１４】また、上部巻線支持絶縁リング１２と巻線
３の間には、巻線３内の冷却流路３Ｙと連通し、絶縁ガ
ス４が内周側からタンク上部空間６に流れ出す巻線上側
流路１４が設けてある。

【００１５】下部鉄心締付金具９と下部巻線支持絶縁物
１１の間には隙間があいており、下部巻線支持絶縁リン
グ１３には、この隙間と巻線下側流路１５とを連通する
流路１７が設けてある。流路１７の断面形状は、図２に
示すように下部鉄心締付金具９の長手方向に細長い形状
であり、複数の流路１７が下部鉄心締付金具９に沿って
並んでいる。同様に、上部鉄心締付金具８と上部巻線支
持絶縁物１０の間にも隙間があいており、上部巻線支持
絶縁リング１２には、この隙間と巻線上側流路１４とを
連通する流路１６が設けてある。

【００１６】１８は冷却器で、タンク１の外部に設けら
れており、タンク上部空間６と配管で接続されている。
また、タンク下部空間７とはタンク１の外部に設置され
た送風機１９を経由して配管で接続されている。

【００１７】次に、本実施例の冷却作用について説明す
る。

【００１８】絶縁ガス４の流れについてみると、送風機
１９によって送り出された絶縁ガス４はタンク下部空間
７に広がった後、方向を上向きに変え、鉄心２内に作ら
れた冷却流路２Ｙを通ってタンク上部空間６に至る流れ
と巻線下側流路１５から巻線３内に形成された冷却流路
３Ｙを通過し、巻線上側流路１４を経てタンク上部空間
６に到達する流れに分かれる。

【００１９】タンクの下部空間７と上部空間６は仕切板
５によって連通していないので、絶縁ガス４が巻線３の
外側を流れることはない。このため、鉄心２や巻線３の
冷却は効率よく行われる。

【００２０】巻線下側流路１５から巻線３内の冷却流路
３Ｙに流入する絶縁ガス４の一部は、タンク下部空間７
から下部鉄心締付金具９と下部巻線支持絶縁物１１の間
の隙間を経た後、下部巻線支持絶縁リング１３に設けら
れた流路１７を通過して巻線下側流路１５に流れ込む。
下部巻線支持絶縁リング１３の流路１７は下部鉄心締付
金具９の長手方向（端部側面）に沿ってあけられている
ので、絶縁ガス４は下部鉄心締付金具９の表面を覆うよ
うに流れ、下部鉄心締付金具９に発生する熱を強制対流
によって奪い、冷却する。

【００２１】さらに、巻線３を冷却した絶縁ガス４は巻
線上側流路１５からタンク上部空間６へ流れ出すが、そ
の一部は、巻線上側流路１４から上部巻線支持絶縁リン
グ１２の流路１６を通って、上部鉄心締付金具８と上部
巻線支持絶縁物１０の間の隙間を流れ、タンク上部空間
６に至る。このときにも、絶縁ガス４は上部鉄心締付金
具８に沿って流れ、巻線３からの漏れ磁束によって発熱
した上部鉄心締付金具８を強制対流冷却する。

【００２２】鉄心２，巻線３および上部，下部鉄心締付
金具８，９を冷却し、温度上昇した絶縁ガス４は冷却器
１８で冷却された後、送風機１９に吸い込まれる。そし
て、前記と同様に送風機１９によって再び送り出される
という循環を繰り返す。

【００２３】これにより、上部，下部鉄心締付金具８，
９は、巻線３を冷却する絶縁ガス４の一部を用いて、自
然対流より熱伝達率が一桁程度大きい強制対流により冷
却されるので、鉄心２と巻線３が効率よく冷却されるの
は勿論のこと、巻線３からの漏れ磁束により上部，下部
鉄心締付金具８，９に発生する熱が効果的に奪われるこ
とになり、その温度上昇を小さく抑えることができるた
め、信頼性の高い変圧器の製作が可能になる。また、変
圧器の大容量化や小型化に伴い、上部，下部鉄心締付金
具８，９に生じる渦電流による発熱量が増大しても、十
分な冷却性能が得られることになる。

【００２４】ところで、巻線３からの漏れ磁束で鉄心締
付金具８，９に引き起こされる渦電流による発熱量は、
巻線３との位置関係や、形状，寸法などによって異なる
ため、上部鉄心締付金具８の発熱量と下部鉄心締付金具
９の発熱量は当然違ってくる。どちらか一方の鉄心締付
金具の冷却性能が従来の構造、即ち、鉄心締付金具の大
半が自然対流だけで冷却されることで達成できる場合に
は、他方の鉄心締付金具にだけ本発明の構造を適用すれ
ばよいことは言うまでもない。

【００２５】また、鉄心締付金具の発熱量の大きい領域
が局所的な場合には、巻線支持絶縁リングに設けられる
流路はその領域に対応した場所だけでよい。

【００２６】図３は本発明の他の実施例を示す図１のＡ
Ａ断面である。上部も下部も同じ構成にできるので、下
部についてのみ説明する。ただし、絶縁ガス４の流れ方
向は上部と下部とでは逆になる。

【００２７】この実施例は、下部巻線支持絶縁リング１
３に設けた流路１７を下部鉄心締付金具９の長手方向
（端部側面）全長にわたる隙間にし構造である。即ち、
下部巻線支持絶縁リング１３は流路１７によって分割さ
れる構造になる。

【００２８】絶縁ガス４は、下部鉄心締付金具９の表面
をより均一に覆って流れることになり、下部鉄心締付金
具９全体を均等に強制対流冷却することが可能になる。
この結果、局部加熱が生じない分だけ絶縁ガス４の温度
による劣化が遅れるので、絶縁ガス４の寿命を従来より
長くできる。また、下部鉄心締付金具９付近の部品は熱
による劣化を受けにくくなる。

【００２９】以上の説明では単相のセンタコアタイプの
変圧器を例にとり説明したが、三層三脚，三層五脚，単
相二脚など他の構造の変圧器，リアクトルにも同様に本
発明が適用できる。また、ガス絶縁変圧器について説明
してきたが、本発明は、鉄心締付金具の発熱量の多い油
入変圧器など液体の絶縁冷却媒体を用いた変圧器に適用
しても効果がある。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
鉄心を締め付ける上部あるいは下部の鉄心締付金具と鉄
心の窓外で巻線を支持する上部あるいは下部の巻線支持
絶縁物の間に隙間を設けるとともに、この巻線支持絶縁
物の巻線側にあって、鉄心の窓内にわたって巻線の全面
を覆う上部あるいは下部の巻線支持絶縁リングに、鉄心
締付金具と巻線支持絶縁物の間の隙間と巻線の上側ある
いは下側の流路とを連通する流路を設ける構成とし、送
風機によって変圧器タンク内と冷却器を循環する絶縁ガ
スの一部が、上部あるいは下部の鉄心締付金具を覆うよ
うに流れるようにしたので、鉄心締付金具は絶縁ガスに
より強制対流冷却される。

【００３１】その結果、鉄心締付金具の冷却性能が向上
し、温度上昇を低減することができるので、信頼性の高
い変圧器の製作が可能になる。また、変圧器の大容量化
や小型化に対しても十分な冷却性能を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例として示した変圧器の縦断面
図。

【図２】図１のＡ−Ａ線からの断面図。

【図３】他の実施例として示した図１のＡ−Ａ線からの
断面図。

【符号の説明】

１…タンク、２…鉄心、３…巻線、４…絶縁ガス、５…
仕切板、６…タンク上部空間、７…タンク下部空間、８
…上部鉄心締付金具、９…下部鉄心締付金具、１０…上
部巻線支持絶縁物、１１…下部巻線支持絶縁物、１２…
上部巻線支持絶縁リング、１３…下部巻線支持絶縁リン
グ、１４…巻線上側流路、１５…巻線下側流路、１６，
１７…流路、１８…冷却器、１９…送風機。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 梅根 巖 茨城県日立市国分町一丁目１番１号 株式 会社日立製作所国分工場内 (72)発明者 小幡 俊光 茨城県日立市国分町一丁目１番１号 株式 会社日立製作所国分工場内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】巻線を装着した鉄心の端部側面を締付金具
   で締め付けた電器中身を絶縁冷媒とともにタンクに収納
   し、タンクと巻線の間にタンク内部を上部空間と下部空
   間に区画する仕切板を備え、タンク外側に配置された冷
   却器とタンクとの間を配管で連通し、冷却器とタンクと
   の間に絶縁冷媒を循環させる静止誘導電器において、下
   部鉄心締付金具と鉄心の窓外で下から巻線を支持する下
   部巻線支持絶縁物の間に隙間を設けるとともに、この下
   部巻線支持絶縁物の上にあって、鉄心の窓内にわたって
   巻線の下側全面を覆う下部巻線支持絶縁リングに、下部
   鉄心締付金具と下部巻線支持絶縁物の間の隙間と巻線内
   の冷却流路に通じる巻線下側の流路とを連通する流路を
   設け、かつ、上部鉄心締付金具と鉄心の窓外で上から巻
   線を固定する上部巻線支持絶縁物の間に隙間を設けると
   ともに、この上部巻線支持絶縁物の下にあって、鉄心の
   窓内にわたって巻線の上側全面を覆う上部巻線支持絶縁
   リングに、上部鉄心締付金具と上部巻線支持絶縁物の間
   の隙間と巻線内の冷却流路に通じる巻線上側の流路とを
   連通する流路を設けることを特徴とする静止誘導電器。
2. 【請求項２】前記巻線支持絶縁リングに設けた流路を鉄
   心締付金具の長手方向（端部側面）に沿って複数個並べ
   たことを特徴とする請求項１記載の静止誘導電器。
3. 【請求項３】前記巻線支持絶縁リングに設けた流路を鉄
   心締付金具の長手方向（端部側面）全長にわたる隙間に
   したことを特徴とする請求項１記載の静止誘導電器。
4. 【請求項４】前記絶縁冷媒を絶縁ガスにしたことを特徴
   とする請求項１記載の静止誘導電器。