JP2000260629A - 静止誘導電器巻線 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ガス絶縁変圧器の巻線内のガス温度上昇を低減
すると共に、巻線の温度上昇を低減する。 【解決手段】セパレータと隣接する冷却ブロック側の内
側絶縁筒に冷却媒体の入口用開口部を設け、入口用開口
部と連通し、且つ内側絶縁筒の一方側に絶縁筒を配置し
てダクトを形成し、ダクトと垂直ダクトとに連通する冷
却媒体の流入口部を絶縁支持板に設け、巻線内の各々の
冷却ブロックを流れるガス流量を増加させ、冷却ブロッ
ク当りの巻線の発熱量を低減できることから、巻線内の
ガス温度上昇を低減し、巻線の温度上昇を低減すること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【発明の属する技術分野】本発明は円板巻線あるいはヘ
リカル巻線からなる静止誘導電器巻線の冷却性能を向上
させる構造に関係し、特にガス絶縁変圧器の巻線内のガ
ス温度上昇を低減すると共に、巻線の最高温度上昇の低
減を狙った構造に関する。

【従来の技術】都市に設置する変圧器には防災上、不燃
化の要望が強く、また大容量化、小形化の要求も強い。
不燃性の絶縁冷却媒体を用いた変圧器として、ＳＦ６ガ
ス絶縁変圧器があるが、ＳＦ６ガスは密度、比熱、熱伝
導率などの冷却性能に関する物性値が液状絶縁冷却媒体
に比べて小さいために、冷却性能が悪く、また絶縁耐力
も小さい。このため冷却媒体であるＳＦ６ガスの体積流
量を多く流す一方、変圧器巻線内の絶縁距離である水平
ダクトや垂直ダクトなどの、絶縁冷却媒体を流す寸法を
大きくしている。変圧器巻線の構造として、鉄心の周り
に素線を円板状に巻いた円板巻線、或いは螺旋状に巻い
たヘリカル巻線の場合には、巻線の半径方向の内側及び
外側に、絶縁筒に沿って垂直スペーサを配置して垂直ダ
クトを設け、また円板巻線或いはヘリカル巻線の軸方向
には巻線各段間に水平スペーサを挿入して水平ダクトを
形成すると共に、折流板を巻線の軸方向に複数枚挿入し
て折流区域を形成し、折流板の開口部が巻線の半径方向
の内外に交互に設けられ、冷却媒体は軸方向に流れるに
従い巻線内の半径方向の流れの向きが折流区域毎に交互
に変わるようになっている。図８は従来のガス絶縁変圧
器の巻線の一例を示す断面概略図である。図８に示すよ
うに巻線１が内側絶縁筒２と外側絶縁筒２´の間に配置
され、水平ダクトを隔てて軸方向に積層されている。折
流板６ａ，６ｂが巻線１の軸方向に複数個配置され折流
区８ａ〜８ｆを形成している。この折流板６ａ、６ｂは
巻線１の半径方向の内外に交互に開口部が設けられてい
る。このような構成において、巻線１の下部流入部１７
ａからガスが送り込まれると、ガスは各々の折流区で巻
線１から熱を吸収して次第に温度を上げながら、巻線内
を軸方向にジグザグ状に上昇する。図９は図８の巻線構
造における巻線１の軸方向（高さ方向）に沿った温度の
分布を模式的に示すグラフで、実線はガス温度、点線は
巻線温度を示している。巻線下部のガス入口温度をθＧ
１とすると、ガスは各々の折流区で巻線１から熱を吸収
して次第に温度を上げ、巻線上部のガス出口温度はθＧ
２となる。ガスの温度上昇（θＧ２−θＧ１）は巻線全
体の発熱量とガスの熱容量及び流量で決まるが、ガスの
熱容量が小さいため、ガスの温度上昇は相当大きく、従
って、θＧ２も高い温度となる。ガス温度からの巻線温
度上昇をΔθｗとすると、巻線上端部の巻線最高温度θ
ｗ２は相当高い温度になる傾向があった。これに対し
て、巻線内の各折流区内のガスの流れを改善して、巻線
温度上昇を低減する方法として、巻線の半径方向に複数
のターン間ダクトを、巻線一段毎にその半径方向の位置
を変えて設けると共に、巻線全体を案内部材により複数
の領域に分割し、冷却媒体を各領域に並列に流す方法が
ある（特開平７−１６１５４１号公報）。しかし、この
構造のようにターン間ダクトの半径方向の位置を巻線の
各段毎に異ならせると、冷却媒体の分岐合流個所が多く
なり、冷却媒体の圧力損失が増大し冷却媒体の流量が少
なくなる。また複数領域から出た冷却媒体は同一の流出
用ダクトを通るので、下部領域から出た冷却媒体が上部
領域の巻線内に逆流する恐れもある。更に複数のターン
間ダクトを設けると巻線の半径方向の寸法が増大し、全
体として変圧器の体積が大きくなる。

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ガス
絶縁変圧器の巻線内を流れるガスの温度上昇を低減する
と共に、巻線の温度上昇を低減する静止誘導電器巻線を
提供することにある。

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明の請求項１に記載された静止誘導電器巻線
は、絶縁支持板に支持された内側絶縁筒と外側絶縁筒と
の間に複数の巻線を配置し、各巻線間に水平ダクトを形
成し、内側絶縁筒及び外側絶縁筒と巻線との間に内側及
び外側垂直ダクトを形成し、この内側及び外側垂直ダク
トとを交互に閉塞する折流板を両絶縁筒の一方側に設
け、冷却媒体の流れを各折流板毎にジグザグ状に流通す
る静止誘導電器巻線において、巻線を軸方向に複数個の
独立した冷却ブロックＡと冷却ブロックＢに区分するセ
パレータを内側絶縁筒と外側絶縁筒との間に設け、各冷
却ブロックＡ，Ｂに対応する外側絶縁筒側に冷却媒体の
出口用開口部を複数設け、セパレータと隣接する冷却ブ
ロックＢ側の内側絶縁筒に冷却媒体の入口用開口部を設
け、入口用開口部と連通し、且つ内側絶縁筒の一方側に
絶縁筒を配置してダクトを形成し、ダクトと垂直ダクト
とに連通する冷却媒体の流入口部を絶縁支持板に設ける
ことを特徴とする。本発明の請求項２に記載された静止
誘導電器巻線は、巻線を軸方向に複数個の独立した冷却
ブロックＡと冷却ブロックＢに区分するセパレータを内
側絶縁筒と外側絶縁筒との間に設け、各冷却ブロック
Ａ，Ｂに対応する外側絶縁筒側に冷却媒体の出口用開口
部を複数設け、セパレータと隣接する冷却ブロックＢ側
の外側絶縁筒に冷却媒体の入口用開口部を設け、入口用
開口部と連通し、且つ外側絶縁筒の一方側に絶縁筒を配
置してダクトを形成し、ダクトと垂直ダクトとに連通す
る冷却媒体の流入口部を絶縁支持板に設けることを特徴
とする。本発明の請求項３に記載された静止誘導電器巻
線は、冷却ブロックＡの軸方向の長さを冷却ブロックＢ
の軸方向の長さより長くすることを特徴とする。本発明
の請求項４に記載された静止誘導電器巻線は、絶縁筒
と、この絶縁筒の半径方向に遠くなるに従い順次絶縁筒
の径を大きくした絶縁筒を互いに重合わせるように複数
配置し、絶縁筒と絶縁筒との間に巻線を配置し、巻線を
軸方向に複数個の独立した冷却ブロックＡと冷却ブロッ
クＢに区分するセパレータを絶縁筒内に設け、各絶縁筒
下端側と連通する流入口部を有する冷却媒体の流通路を
設け、一端側がセパレータより上側に伸びて各絶縁筒の
内周側又は外周側に接続し、他端側が流通路に連通する
流入口部を有する第１絶縁筒を各絶縁筒の内周側又は外
周側に配置し、冷却ブロックＢ側の絶縁筒に入口用開口
部を設け、セパレータと流通路との間の寸法が冷却媒体
供給側から半径方向に遠くなるに従い順次狭くることを
特徴とする。

【発明の実施の形態】本発明の実施形態を図１乃至図３
に基づいて説明する。図１は本発明による変圧器巻線の
実施形態を示す断面概略図である。図１において、１は
巻線、２は内側絶縁筒、２’は外側絶縁筒である。３は
単位巻線で内側絶縁筒２と外側絶縁筒２’の間に円板状
に巻かれている。巻線１の半径方向の内側及び外側絶縁
筒２，２’の軸方向に沿って垂直スペーサ２Ａ，２Ｂを
配置して垂直ダクト１２，１２’を設け、また巻線各段
間の垂直スペーサ２Ａと垂直スペーサ２Ｂとの間に水平
スペーサ２Ｃを挿入して水平ダクト６Ｘを形成する。巻
線１は絶縁物からなるセパレータ４で、冷却ブロックＡ
と冷却ブロックＢになるように、巻線１を軸方向に２分
割されている。６ａ，６ｂ及び７ａ，７ｂは折流板で、
単位巻線３の軸方向に複数個配置され、折流区８ａ〜８
ｃ及び９ａ〜９ｃを形成する。この折流板６ａ，６ｂ及
び７ａ，７ｂは半径方向に交互に流入出部１０ａ、１０
ｂ及び１１ａ、１１ｂを有している。ガスＧはこの入口
より当該折流区に入る。巻線１の内外両面には内側垂直
ダクト１２と外側垂直ダクト１２’がある。内側絶縁筒
２の内側にはもう１つの絶縁筒５が配置されている。冷
却ブロックＢのガス入口に相当する内側絶縁筒２にはガ
ス入口用開口部１３が設けられており、更に内側絶縁筒
２と絶縁筒５で構成されるガスダクト１４にはガス止め
１５が設けられていて、ガスダクト１４に導かれたガス
Ｇが冷却ブロックＢ以外に流れることを防いでいる。更
に冷却ブロックＡのガス出口に相当する外側絶縁筒２’
にはガス出口用開口部１６，１６Ａが設けられている。
ガス出口用開口部１６，１６Ａは外側絶縁筒２’に沿っ
て複数個設けられている。下部流入口部１７ａ、１７ｂ
は馬蹄形状の絶縁支持板１７Ｘに下部流入口部１７ａ、
１７ｂを貫通している。絶縁支持板１７Ｘには外側絶縁
筒２’と内側絶縁筒２及び絶縁筒５を配置し、内側絶縁
筒２を下部流入口部１７ａと下部流入口部１７ｂとの間
に配置しているが、２個所の下部流入口部１７ａ、１７
ｂは一体に形成されている。このような構成の巻線３に
おいて、ガスＧは下部流入口部１７ａ、１７ｂから巻線
１の各々の冷却ブロックＡに入る。下部流入口部１７ａ
から入ったガスは冷却ブロックＡの第１段目の折流区８
ａに入り、内側垂直ダクト１２を上昇し、折流板６ａの
ところで折流区８ａ内の水平ダクト６Ｘを流れ、外側垂
直ダクト１２’を上昇して第２段目の折流区８ｂの流入
出部１０ａに至る。折流区８ｂではガスＧは折流区８ａ
と同様の流れで第３段目の折流区８ｃに至る。冷却ブロ
ックＡの最上段の折流区８ｃではセパレータ４によって
外側垂直ダクト１２’が閉塞されているので、ガスＧは
外側絶縁筒２’に設けられたガス出口用開口部１６より
巻線外に出る。下部流入穴７ｂから入ったガスＧは内側
絶縁筒２と絶縁筒５で構成されるガスダクト１４の中を
上昇し、内側絶縁筒２に設けられたガス入口用開口部１
３より冷却ブロックＢに入る。冷却ブロックＢに入った
ガスＧは冷却ブロックＡにおける流れと同様に折流区９
ａ，９ｂ，９ｃを上昇し、最上段の折流区９ｃの外側垂
直ダクト１２’のガス出口用開口部１６より巻線外に出
る。図４は巻線内の圧力損失とガス流量の関係（圧力損
失特性）を示すグラフである。曲線Ｆは図１の実施形態
における各冷却ブロックの圧力損失特性を示し、曲線Ｇ
は単一冷却ブロックで構成される従来の巻線構造におけ
る圧力損失特性を示している。また、曲線Ｈはガスを循
環するブロアの圧力損失特性を示している。図１の実施
形態による巻線１は、２つの冷却ブロックＡ，Ｂに分割
されているので、各冷却ブロックのガスの流路長は、単
一冷却ブロックで構成される従来の巻線構造におけるガ
スの流路長の１／２になる。従って、図１の実施形態に
よる巻線の各冷却ブロックＡ，Ｂの圧力損失（曲線Ｆ）
は、従来構造の単一冷却ブロックの場合（曲線Ｇ）に比
べ、同一ガス流量に対して１／２になる。実際に巻線内
に流れるガス流量は曲線Ｆまたは曲線Ｇとガスを循環す
るブロアの圧力損失特性（曲線Ｈ）との交点であるか
ら、図１の実施形態による各々の冷却ブロックＡ，Ｂに
流れるガス流量はＱ２となり、単一冷却ブロックで構成
される従来の巻線構造におけるガス流量Ｑ１よりも多く
の流量を流すことができ、巻線内のガスの温度上昇を低
減することができる。図５は図１に示す実施形態におけ
る巻線の軸方向（高さ方向）に沿った温度の分布を模式
的に示すグラフで、実線はガス温度、点線は巻線温度を
示している。冷却ブロックＡのガス入口である下部流入
口部１７ａと、冷却ブロックＢのガス入口である内側絶
縁筒２のガス入口用開口部１３には、同じ温度θＧ１の
ガスＧが流入し、それぞれの冷却ブロックＡ，Ｂの中を
流れて行く間に、ガスＧは巻線１から熱を吸収して次第
に温度を上げる。図１の実施形態では巻線が２つの冷却
ブロックに分割されているので、各々の冷却ブロックに
おける巻線の発熱量は、単一冷却ブロックで構成される
従来の巻線での発熱量の１／２になる。また、前述した
ように各冷却ブロックに流れるガス量は従来の単一冷却
ブロックの場合のガス量より多く流せることと共に、図
１の実施形態における各冷却ブロックＡ，Ｂ内でのガス
の温度上昇は、従来構造の単一冷却ブロック内でのガス
の温度上昇の１／２以下に低減することができる。従っ
て、各冷却ブロックのガス出口温度θＧ２は、単一冷却
ブロックで構成される従来の巻線におけるガス出口温度
θＧ２より大幅に低減される。また、ガス温度からの巻
線温度上昇をΔθｗとすると、巻線温度は図３の点線の
ようになり、冷却ブロックＢにおける巻線温度θｗ２
は、従来の巻線構造における巻線温度θｗ２より大幅に
低減することができる。上記の実施形態ではガスの下部
流入口部１７ａ、１７ｂを巻線１の内側に設けた場合に
ついて説明したが、下部流入口部１７ａ、１７ｂは巻線
１の外側に設けた場合は、巻線を絶縁物からなるセパレ
ータ４で、冷却ブロックＡと冷却ブロックＢに、軸方向
に２分割し、外側絶縁筒２’の外側に別の絶縁筒５を配
置して、この絶縁筒５と外側絶縁筒２’の間にガスダク
トを形成し、外側絶縁筒２’の高さ方向に冷却ブロック
Ｂに対応させてガス入口用開口部１３を設けると共に、
冷却ブロックＡの上端部の位置に相当する内側絶縁筒２
にガス出口用開口部１６を設けることによって、前記の
実施形態と同様の構造を実現できる。この構成によれ
ば、ガスダクトは上述の実施例に比べて冷却面積が広
く、且つ外周側に鉄心などの熱発生物がなく冷却が良く
なり、冷却ブロックＢと冷却ブロックＡの温度をより均
等に出来るので、巻線をより小型に出来る。またガスダ
クトの温度が低く出来ることは、本発明者達の実験によ
れば、特に絶縁ガス例えばＳＦ₆は温度が低いほうが、
絶縁ガスの流量抵抗が小さく供給が容易となる。その理
由は、絶縁ガスの流量抵抗が小さくなるのは、絶縁ガス
の膨張がすくなく、体積が大きくならないと推測され
る。この結果、小型の供給ポンプを使用できるので、電
気消費量が少なくなり、省エネルギー効果により電気料
金を安く出来ばかりか、また安価な供給ポンプを使用出
来る。また上述のことは、図６の実施例は冷却ブロック
Ｂの軸方向の長さを冷却ブロックＡの軸方向の長さより
短くした場合であり、この場合でも上述と同様の効果を
達成することが出来る。更に、図７は上述と同様に絶縁
筒２１と、この絶縁筒２１の半径方向が大きくなるに従
い順次絶縁筒の径を大きくした絶縁筒２２，２３，２
４，２５，２６を互いに重合わせるように複数配置し、
例えば絶縁筒２１と絶縁筒２２との間に低圧巻線３Ａを
配置し、更に絶縁筒２２と絶縁筒２３との間に中圧巻線
３Ｂを、絶縁筒２４と絶縁筒２５との間に高圧巻線３Ｃ
を配置している。これらの中圧巻線３Ｂと高圧巻線３Ｃ
との軸方向に複数個の独立した冷却ブロックＡと冷却ブ
ロックＢに区分するセパレータ４を絶縁筒内に設け、各
絶縁筒下端側と連通する流入口部１７ａ（１７ａ´）を
有する冷却媒体Ｇの流通路２７を設け、一端側がセパレ
ータ４より上側に伸びて各絶縁筒２５，２３に接続し、
他端側が流通路２７に連通する流入口部１７ｂ（１７ｂ
´）を有する第１絶縁筒２６を絶縁筒２５の外周側に配
置し、冷却ブロックＢ側の絶縁筒２３，２５に入口用開
口部１３Ａ，１３Ｂを設け、セパレータ４と流通路２７
との間の寸法Ｈが冷却媒体供給側から遠くなる半径方向
に行くに従い順次狭くつまり低くなる。この結果、流入
口部１７ｂから入口用開口部１３Ａまでと、流入口部１
７ｂ´から入口用開口部１３Ｂまで流通路は寸法Ｈを同
じ高さにした物にくらべて、本発明では寸法Ｈを冷却媒
体供給側から遠くなる半径方向に行くに従い順次狭くる
つまり低くした分、等しいくなり、絶縁ガスの流量抵抗
が小さくなり、小型の供給ポンプを使用できる。また、
以上は冷却媒体が気体であるガス絶縁変圧器の場合につ
いて述べたが、冷却媒体が液体である油入変圧器につい
ても同じ実施形態を適用することができる。

【発明の効果】本発明によれば、絶縁ガス例えばＳＦ₆
は温度が低いほうが、絶縁ガスの流量抵抗が小さく供給
が容易となる。その理由は、絶縁ガスの流量抵抗が小さ
くなるのは、絶縁ガスの膨張が少なく、体積が大きくな
らない巻線からなるガス絶縁変圧器の巻線内の冷却ブロ
ックを流れるガス流量の冷却が良くなり、絶縁ガスの膨
張がすくなくなった分だけ、絶縁ガスを増加させると共
に、冷却ブロック当りの巻線の発熱量を低減できること
から、巻線内のガス温度上昇を低減し、巻線の温度上昇
を低減することができる。特に巻線上端部における巻線
最高温度を大幅に低減できるので、高価な高耐熱絶縁物
の使用が不必要となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による実施形態である巻線構造を示す概
略断面図である。

【図２】図１の巻線構造を示す部分断面図である。

【図３】図１及び図２の巻線構造を示す部分断面図であ
る。

【図４】本発明の冷却効果を説明するためのグラフであ
る。

【図５】本発明の実施形態における温度分布を示すグラ
フである。

【図６】本発明による他の実施形態である巻線構造を示
す概略断面図である。

【図７】本発明による他の実施形態である巻線構造を示
す概略断面図である。

【図８】従来の巻線構造の断面概略図である。

【図９】従来の巻線構造における温度分布を示すグラフ
である。

【符号の説明】

１…巻線、２…内側絶縁筒、２’…外側絶縁筒、３…単
位巻線、４…セパレータ、５…絶縁筒、６ａ，６ｂ，６
ｃ，６ｄ，６ｅ，６ｆ…折流板、７ａ，７ｂ…折流板、
８ａ，８ｂ，８ｃ…折流区、９ａ，９ｂ，９ｃ…折流
区、１０ａ，１０ｂ…流乳出部、１１ａ，１１ｂ…流乳
出部、１２…内側垂直ダクト、１２’…外側垂直ダク
ト、１３…ガス入口用開口部、１４…ガスダクト、１５
…ガス止め、１６…ガス出口用開口部、１７ａ，１７ｂ
…下部流入部。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁支持板に支持された内側絶縁筒と外
   側絶縁筒との間に複数の巻線を配置し、各巻線間に水平
   ダクトを形成し、内側絶縁筒及び外側絶縁筒と巻線との
   間に内側及び外側垂直ダクトを形成し、この内側及び外
   側垂直ダクトとを交互に閉塞する折流板を両絶縁筒の一
   方側に設け、冷却媒体の流れを各折流板毎にジグザグ状
   に流通する静止誘導電器巻線において、巻線を軸方向に
   複数個の独立した冷却ブロックＡと冷却ブロックＢに区
   分するセパレータを内側絶縁筒と外側絶縁筒との間に設
   け、各冷却ブロックＡ，Ｂに対応する外側絶縁筒側に冷
   却媒体の出口用開口部を複数設け、セパレータと隣接す
   る冷却ブロックＢ側の内側絶縁筒に冷却媒体の入口用開
   口部を設け、入口用開口部と連通し、且つ内側絶縁筒の
   一方側に絶縁筒を配置してダクトを形成し、ダクトと垂
   直ダクトとに連通する冷却媒体の流入口部を絶縁支持板
   に設けることを特徴とする静止誘導電器巻線。
2. 【請求項２】 絶縁支持板に支持された内側絶縁筒と外
   側絶縁筒との間に複数の巻線を配置し、各巻線間に水平
   ダクトを形成し、内側絶縁筒及び外側絶縁筒と巻線との
   間に内側及び外側垂直ダクトを形成し、この内側及び外
   側垂直ダクトとを交互に閉塞する折流板を両絶縁筒の一
   方側に設け、冷却媒体の流れを各折流板毎にジグザグ状
   に流通する静止誘導電器巻線において、巻線を軸方向に
   複数個の独立した冷却ブロックＡと冷却ブロックＢに区
   分するセパレータを内側絶縁筒と外側絶縁筒との間に設
   け、各冷却ブロックＡ，Ｂに対応する外側絶縁筒側に冷
   却媒体の出口用開口部を複数設け、セパレータと隣接す
   る冷却ブロックＢ側の外側絶縁筒に冷却媒体の入口用開
   口部を設け、入口用開口部と連通し、且つ外側絶縁筒の
   一方側に絶縁筒を配置してダクトを形成し、ダクトと垂
   直ダクトとに連通する冷却媒体の流入口部を絶縁支持板
   に設けることを特徴とする静止誘導電器巻線。
3. 【請求項３】 冷却ブロックＡの軸方向の長さを冷却ブ
   ロックＢの軸方向の長さより長くすることを特徴とする
   請求項１又は２記載の静止誘導電器巻線。
4. 【請求項４】 絶縁筒と、この絶縁筒から半径方向に遠
   くなる従い順次絶縁筒の径を大きくした絶縁筒を互いに
   重合わせるように複数配置し、絶縁筒と絶縁筒との間に
   巻線を配置し、巻線を軸方向に複数個の独立した冷却ブ
   ロックＡと冷却ブロックＢに区分するセパレータを絶縁
   筒内に設け、各絶縁筒下端側と連通する流入口部を有す
   る冷却媒体の流通路を設け、一端側がセパレータより上
   側に伸びて各絶縁筒の内周側又は外周側に接続し、他端
   側が流通路に連通する流入口部を有する第１絶縁筒を各
   絶縁筒の内周側又は外周側に配置し、冷却ブロックＢ側
   の絶縁筒に入口用開口部を設け、セパレータと流通路と
   の間の寸法が冷却媒体供給側から半径方向に遠くなるに
   従い順次狭くることを特徴とする静止誘導電器巻線。