JP2001155930A - 変圧器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】コイルを冷却する絶縁液体の使用量を少なく
し、冷却効率を上げて変圧器容量を大きくする。 【解決手段】コイルを包囲する導電性接地ケースに絶縁
性液体例えばシリコーンオイルを封入し、鉄心を露出さ
せて、コイル及び鉄心を冷却した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は液体絶縁を使用した
変圧器に関し、特に使用する液体絶縁物の量を少なくす
ることができる変圧器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の静止電気機器にはガス絶縁型と液
体絶縁型およびモールド絶縁型がある。ガス絶縁型は密
封タンク内に電気機器本体を収納し、このタンクに絶縁
ガスを封入した物である。液体絶縁型は容器内に冷却と
絶縁を行う液体たとえば、パーフルオロカーボン，シリ
コーンオイル，鉱油などを入れ、この液体に電気機器本
体を浸漬する。また、モールド絶縁型はコイルなどを熱
硬化性樹脂組成物でモールド成型した物である。

【０００３】これら各種の型は、高絶縁性能向上だけで
なく、コイルなどの発生する熱の冷却性能向上，小形軽
量化などを考慮している。たとえばモールド絶縁型は固
体絶縁であるから電気絶縁性がよく燃焼しにくい。しか
し、樹脂組成物には冷却性と絶縁性および耐熱性を確保
するため多量の無機材添加物を添加するので、かなりの
重量になる。しかし、モールド絶縁材の冷却性を向上さ
せても液体の対流冷却性ほどに向上しないので、コイル
内部で発生した熱が十分に除去しきれずコイルなど全体
に大型化する。冷却性をよくした例として、特開昭62−
18014 号公報にガス絶縁と液体冷媒とを組み合わせた変
圧器が記載されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、絶縁と冷却
を１つの液体絶縁媒体で行い、しかも使用する液体媒体
の量をできるだけ少なくして、変圧器の小型化と低コス
ト化を図ることを課題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の変圧器は、多量
の熱を発するコイルを収容する非磁性の密閉ケースに、
鉄心を挿入する貫通孔を設け、該密閉ケースに非易揮発
性の絶縁性液体媒体を封入し、かつ該非磁性密閉ケース
を接地した。この液体媒体は変圧器の通常の運転温度で
沸騰したり、気化したりしない低蒸気圧温度の絶縁性液
体である。従って、従来浸漬型変圧器に用いられていた
パーフルオロカーボンのような揮発性の絶縁性媒体は本
発明には不適当である。揮発性の液体媒体は気化すると
絶縁性が低下し、また気化した媒体の処理に別の設備が
必要となるからである。該鉄心はコイルに比べ少量の熱
を発生するだけなので空気雰囲気に置かれ、鉄心から直
接放熱が可能なようにした。

【０００６】変圧器は、小型で安価であることが要求さ
れる。従って、冷却のための設備や部品をなるべく設け
ないか、設けるにしてもなるべく簡単なものとすること
が好ましい。本発明において、少量の熱を発生する鉄心
は冷媒で冷却せず、自然冷却又は雰囲気気体の攪拌程度
の冷却方式とすることにより簡略化する。又、多量の熱
を発するコイルの冷却は、冷却効率のよい液体絶縁媒体
の流体および熱伝導による冷却を基本とし、その使用量
を最少化している。

【０００７】絶縁性液体媒体はシリコーンオイルなどの
非易揮発性液体であり、これによって、コイルの発熱に
よって媒体が加熱されても気化，沸騰しない温度を維持
させる。従って、絶縁性は低下しない。但し、加熱され
たシリコーンオイルが膨張するので、これを吸収するよ
うに、ケース内に気体空間を設けたり、あるいはケース
の一部に他の部分よりも剛性が低い変形部を設ける。上
記空間には絶縁ガスを封入することができる。

【０００８】ケースはステンレススチールなどの非磁性
材料で作る。ケースの一部に、他の部分よりも剛性の低
い部分を作り、液体冷媒が加熱されて膨張した分を吸収
することが好ましい。

【０００９】液体媒体をより冷却するために、ケースに
液体媒体の出口と入り口を設け、ケース外に熱交換器又
は放熱手段を設け、これを通過，循環させることによ
り、液体媒体の熱を放出するケース外壁フィンなどの放
熱手段を設けることもできる。変圧器の容量によって
は、単に放熱フィンを設けるだけでよい。

【００１０】ケースは絶縁媒体からの熱放散をよくする
ため、ＦＲＰなどの熱伝導性が悪い絶縁物ではなく、そ
れよりも熱伝導性の良いステンレススチールで構成する
のがよい。そして、このケースを接地することにより、
変圧器の点検，修理などの際に、作業員が安全に作業す
ることができる。また、ケース自体に電流が流れるのを
防ぐため、ケースの一部を絶縁物で構成し、電流路を遮
断する。

【００１１】コイルからの発熱は液体媒体によって放熱
するが、鉄心からの発熱は、空気中への放散あるいは雰
囲気中への放散を行う。

【００１２】変圧器容量が小容量の場合、液体媒体の外
部強制冷却は必要でないが、必要によりケースの外壁へ
の放熱フィンの設置により熱放散を行う。更にはヒート
パイプをケース内の冷却媒体と接触して媒体の熱を外部
に引き出し放散させてもよい。また、鉄心からの放熱も
単に空気中への放散で十分であるが、外部の空気又はガ
ス雰囲気を攪拌あるいは移動させてもよい。

【００１３】コイルケースに封入する液体はコイルの冷
却と絶縁を兼ねる物で、シリコーンオイル，鉱油，アル
キルベンゼンなどがある。鉱油，アルキルベンゼンは、
安価で、使いやすいが、可燃性であるため、使用場所，
環境の選択が必要である。シリコーンオイルは非易揮発
性で、一般に難燃性で、耐熱性があるので、変圧器の絶
縁冷却媒体として最適である。

【００１４】本発明の変圧器はモールドトランスに比較
して熱冷却性が優れているので、コイルの小型化が図
れ、コイルの接地ケース間の絶縁が不要になるのでコイ
ル間が小さくなる。さらにコイルを縮小し、コイル間の
距離を取ることが不要になるため、これらの間を接続し
ている鉄心も小型化できる。以上により変圧器容量を大
きくすることができ、また損失が小さくなる。容量を大
きくしても変圧器寸法は大きくならないので、狭隘な場
所に設置するのに都合がよい。

【００１５】シリコーンオイルを絶縁媒体として使用す
ると、変圧器の定格運転時温度を２４０℃にすることが
でき、非常時上昇可能温度を２７０℃と、モールド変圧
器よりもかなり高く設定できるので、その効果は更に大
きくなる。

【００１６】ブッシングはコイルを収納したケースに取
り付けるため、熱が導体を通じ直接伝達するので、ブッ
シングは高温になる。このため、通常温度用の絶縁材料
で被覆した電線を直接ブッシングに接続すると、接続し
た電線が絶縁劣化する問題が生じていた。従来はこの対
策として高温用電線かまたは冷却用導体で一旦接続し離
れた部分で電線に接続するなどが行われていたが、高価
でスペースを必要としていた。本発明ではケースの温度
が上下で大幅に異なることに着目し、下面または下方向
にブッシングを配置することにより、ブッシングの温度
を下げ、安価な通常温度用の絶縁材料で被覆した電線を
直接ブッシングに接続することを可能にする。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１及び図２において、ケース２
はＳＵＳ３０４などのステンレススチールで構成され
る。図において、コイルケースはＵＶＷの３相分が結合
され、コイルに結合されたリード導体１８及びブッシン
グ絶縁２０を備えた１次ブッシング４，２次ブッシング
６が各ケースに取り付けられる。ケース２は１次コイル
及び２次コイル２２を密閉収容し、ケース天板２４には
２次ブッシング端子２６が、底板２８には１次ブッシン
グ端子３０が取り付けられる。ケース外板３２には、液
体媒体の膨張を吸収するため、他の部分よりも剛性が低
いあるいは変形し易い部分たとえば、屈曲部３４を設け
てもよい。また、液体媒体の熱を放散するため、外板３
２の一部又は全面に放熱フィン（図示せず）を形成して
もよい。

【００１８】コイルはケースと電気的に接触しないよう
に、かつ液体絶縁と接触するように、ケースの下部及び
両側面に絶縁棒（下部絶縁棒３８，内側絶縁棒４２，外
側絶縁棒４０）などの絶縁材を介してケースに封入され
る。絶縁棒の材質はエポキシ，プリミックスなどの熱硬
化性絶縁樹脂で作られ、絶縁棒の寸法は、変圧器の電圧
や容量によって設計する。

【００１９】液体媒体の熱を引き出すために、ケース内
の液体と接するヒートパイプ（図示せず）を取り付け、
ケース外に熱を放出することができる。

【００２０】ケースに封入する媒体は、非易揮発性で耐
熱性，難燃性のシリコーンオイルが最適である。また、
鉱油、アルキルベンゼンなどの非凝縮性媒体でもよい。
シリコーンオイルは油入変圧器において使用されてい
る。従来は特に車両用変圧器として用いられ、これらは
コイル及び鉄心を共にシリコーンオイルに浸漬している
が、本発明においてはコイルのみがシリコーンオイルな
どの非凝縮性液体絶縁冷却媒体に浸漬される。

【００２１】ケースの斜視図を図３に示した。図におい
て、ケースは中心に鉄心用の空間８が形成される。ケー
スの一部に磁界強さが変わるために発生する電流を防ぐ
ために、上下絶縁部１０を形成する。これによって、ケ
ースに環状電流が流れて変圧器コイルに電圧が誘起でき
なくなるのを抑制する。また、液体絶縁媒体の膨張分を
吸収するため、変形可能な部分３２を設けることができ
る。

【００２２】図１においては分離された３個のケースを
並べて内側鉄心１２及び外側鉄心１４を装着する。外側
鉄心を鉄心バンド１６により固定する。図４においては
３相分のケースを１つに纏めたもので、コイル間には相
間仕切り板３６が設置される。ケースはケース床板３８
によって１つに繋がっている。図３に示したと同様、環
状電流を防ぐため、上下絶縁１０を設ける。この実施例
の場合も、ケース側板に変形可能な部分を設けてもよ
い。また、放熱フィンをケース外板の一部又は全面に設
けてもよい。ヒートパイプなどの放熱手段を設けてもよ
いことは、他の実施例で説明した通りである。

【００２３】シリコーンオイルは耐熱性が優れているの
で、鉱油やアルキルベンゼンよりも運転温度を高く設定
できる。たとえば、従来の紙絶縁に変えて、ポリアミド
絶縁コイルを使用することにより、２４０℃程度の運転
を可能にする。このことは、変圧器容量を向上できるこ
とを意味する。具体的には同一寸法の油変圧器の約２倍
の容量が可能である。

【００２４】本実施例によれば、変圧器の運転温度を高
温にできるので、コイルの断面積を縮小し小型化でき
る。モールドコイルの固体絶縁が油絶縁に置き換わり流
体により冷却が促進されることに加え、コイル寸法が１
／１０程度になる。またコイルとコイル間絶縁の縮小に
加え、鉄心の磁路長短縮が図られるので、変圧器を更に
縮小，軽量化できる。同容量のモールドトランスと比較
すると、体積が約１／５，重量が約１／３にすることが
できる。また、従来のコイルと鉄心を絶縁油に浸漬する
方式に比較し、絶縁油を約４０％減らすことができる。
重量の減少は材料費の削減にもなり、コスト削減に貢献
する。

【００２５】１次ブッシング４はコイルを収納したケー
ス２下部に取り付けたことにより、ケース２の下部の低
い温度の液体媒体に接するので、１次ブッシング４は低
温になる。また、２次ブッシング６はコイルを収納した
ケース２上部に取り付けたことにより、熱がリード導体
１８を通じ直接伝達し、さらに高温に熱された液体媒体
に接するので、２次ブッシング６は高温になる。このた
め２次ブッシング６の温度は液体媒体の上部温度とほぼ
同等の温度、たとえばシリコーンオイルならば２４０℃
にも達し、冷却用導体で一旦冷却接続し、離れた部分で
他の電線に接続する必要がある。一方、１次ブッシング
４の温度は液体媒体の下部温度とほぼ同等の温度、同じ
くシリコーンオイルならば５０℃程度に低くできるの
で、安価な通常温度用の絶縁材料で被覆した電線を直接
ブッシングに接続することが可能となる。本発明では１
次ブッシング４だけをケース２の下部に配置したが、当
然、２次ブッシング６をも下部に配置すれば、同等の効
果を得ることができる。また、本発明の下部設置だけで
なく、温度の低いケース２の下方に位置してブッシング
を設けても同等の効果を得ることができる。本発明にお
いては、ブッシングをコイルケースの上部と下部に分離
して接地することができるので、従来の変圧器に比べて
両者の絶縁を取ることが極めて容易である。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、コイル絶縁のための容
積を小さくでき、また熱放散性がよいので、変圧器の容
積を大きくしないで変圧器容量を大きくすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による３相一括変圧器の構造
を示す側面図である。

【図２】図１のII−II断面図である。

【図３】図１におけるケースの１つを示す斜視図であ
る。

【図４】他の実施例による３相一括変圧器の斜視図であ
る。

【符号の説明】

２…コイルケース、４…１次ブッシング、６…２次ブッ
シング、１０…上下絶縁、１２…内側鉄心、１４…外側
鉄心、１６…鉄心バンド、２０…ブッシング絶縁、２２
…２次コイル、３４…屈曲部、３８…ケース底板。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】非磁性体で構成した接地ケースに、コイル
   とコイルを支持する固体絶縁物及び非易揮発性の液体絶
   縁油を入れたことを特徴とする変圧器。
2. 【請求項２】請求項１の絶縁油がシリコーン油である変
   圧器。
3. 【請求項３】請求項１の非磁性体接地ケースの一部が該
   接地ケースに発生する電流を遮断する絶縁材である変圧
   器。
4. 【請求項４】ブッシングを該接地ケースの一端から引き
   出した請求項１の変圧器。
5. 【請求項５】該接地ケースの中心部よりも下方に位置す
   るブッシングを有する請求項１の変圧器。
6. 【請求項６】請求項１の接地ケースの一部が他の部分よ
   りも剛性が低く変形容易な材質で構成されている変圧
   器。
7. 【請求項７】非磁性体で構成した接地ケースにコイルと
   コイルを支持する固体絶縁物及び絶縁油を入れ、コイル
   絶縁部にのみ絶縁油を使用した変圧器を複数相分統合
   し、各接地ケース毎に分離した変圧器。
8. 【請求項８】非磁性体で構成した接地ケースにコイルと
   コイルを支持する固体絶縁物及び絶縁油を入れ、コイル
   絶縁部にのみ絶縁油を使用した変圧器の接地ケースを共
   通にした変圧器。