JP2003142318A - ガス絶縁変圧器 - Google Patents
ガス絶縁変圧器Info
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
- H01F27/08—Cooling; Ventilating
- H01F27/20—Cooling by special gases or non-ambient air
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Transformer Cooling (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 地球環境に与える負荷が小さい不活性ガスを
用いたガス絶縁変圧器を提供する。 【解決手段】 鉄心と巻線を含む機器をタンク内に収納
し、絶縁及び冷却媒体としてガスを充填したガス絶縁変
圧器において、上記鉄心と巻線を高効率変圧器と同等の
損失特性を持たせ、絶縁及び冷却媒体として地球温暖化
係数が１以下の不活性ガスをタンク内に充填する。
用いたガス絶縁変圧器を提供する。 【解決手段】 鉄心と巻線を含む機器をタンク内に収納
し、絶縁及び冷却媒体としてガスを充填したガス絶縁変
圧器において、上記鉄心と巻線を高効率変圧器と同等の
損失特性を持たせ、絶縁及び冷却媒体として地球温暖化
係数が１以下の不活性ガスをタンク内に充填する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はガス絶縁変圧器に関
する。
する。
【０００２】
【従来の技術】ビル内、地下変電所等に設置する変圧器
としては、難燃及び不燃性が要求されることが多々あ
る。不燃変圧器の一つとして不燃性のガスを利用したガ
ス絶縁変圧器があり、大半は六弗化硫黄（以下ＳＦ6ガ
スと言う）を用いている。その理由としては次が挙げら
れる。電気的性質として絶縁耐力が大気圧で空気の約
２.６倍と大きいこと。また熱的、化学的性質はきわめ
て安定しており、無触媒では５００℃でも安定である。
としては、難燃及び不燃性が要求されることが多々あ
る。不燃変圧器の一つとして不燃性のガスを利用したガ
ス絶縁変圧器があり、大半は六弗化硫黄（以下ＳＦ6ガ
スと言う）を用いている。その理由としては次が挙げら
れる。電気的性質として絶縁耐力が大気圧で空気の約
２.６倍と大きいこと。また熱的、化学的性質はきわめ
て安定しており、無触媒では５００℃でも安定である。
【０００３】以下、図４を用いて従来構造の一例を説明
する。図４は従来のガス絶縁変圧器の一部断面側面図で
ある。ガス絶縁変圧器には冷却用に波形をしたリブ５を
有するタンク３内部にＳＦ6ガス１９が封入されてい
る。ＳＦ6ガス１９は冷却性能及び絶縁性能を上げるた
めに加圧されてタンク３内部に封入される。タンク３は
ＳＦ6ガス１９を加圧封入しているため、それに耐えう
るよう強固に設計されている。
する。図４は従来のガス絶縁変圧器の一部断面側面図で
ある。ガス絶縁変圧器には冷却用に波形をしたリブ５を
有するタンク３内部にＳＦ6ガス１９が封入されてい
る。ＳＦ6ガス１９は冷却性能及び絶縁性能を上げるた
めに加圧されてタンク３内部に封入される。タンク３は
ＳＦ6ガス１９を加圧封入しているため、それに耐えう
るよう強固に設計されている。
【０００４】タンク３内には鉄心１と巻線２が収納され
ている。例えば、鉄心１の材料にケイ素鋼板が用いられ
る場合、直接ＳＦ6ガスと触れないよう切断面である積
層面をコーティングしている。これは以下の対策のため
である。ＳＦ6ガス中に金属材料が共存するとその種類
によっては２００℃以上で分解を起こし、更に、水分が
共存すると分解が促進される。特に電気学会技術報告第
４５９号に明記されているように、水分が共存し、ケイ
素鋼板がある場合、Ｓｉが触媒となり、１５０〜２００
℃の間で加水分解が始まる。その化学式を（１）に示
す。 ２ＳＦ6+６Ｈ2Ｏ→２ＳＯ2+１２ＨＦ+Ｏ2 （１） 加水分解すると式（１）のように二酸化硫黄ガスＳ
Ｏ2、弗化水素ガスＨＦが発生する。この対策としてＳ
Ｆ6ガス１９を用いたガス絶縁変圧器の鉄心１は皮膜の
ない積層面をコーティングが必要となる。
ている。例えば、鉄心１の材料にケイ素鋼板が用いられ
る場合、直接ＳＦ6ガスと触れないよう切断面である積
層面をコーティングしている。これは以下の対策のため
である。ＳＦ6ガス中に金属材料が共存するとその種類
によっては２００℃以上で分解を起こし、更に、水分が
共存すると分解が促進される。特に電気学会技術報告第
４５９号に明記されているように、水分が共存し、ケイ
素鋼板がある場合、Ｓｉが触媒となり、１５０〜２００
℃の間で加水分解が始まる。その化学式を（１）に示
す。 ２ＳＦ6+６Ｈ2Ｏ→２ＳＯ2+１２ＨＦ+Ｏ2 （１） 加水分解すると式（１）のように二酸化硫黄ガスＳ
Ｏ2、弗化水素ガスＨＦが発生する。この対策としてＳ
Ｆ6ガス１９を用いたガス絶縁変圧器の鉄心１は皮膜の
ない積層面をコーティングが必要となる。
【０００５】さらに、ＳＦ6ガス１９はアーク放電や部
分放電によって、弗化水素ガスＨＦ、四弗化硫黄ＳＯＦ
4、二酸化硫黄ガスＳＯ2等の分解ガスを発生する。弗化
水素ガスＨＦは窒息性で刺激臭が強く、これに触れると
皮膚、目などが冒され、呼吸すれば呼吸器が冒される。
また、二酸化硫黄ガスＳＯ2も強い刺激臭があり、大量
に浴びると肺が冒され危険である。これらのガスを外気
に放出することは安全衛生上望ましくない。
分放電によって、弗化水素ガスＨＦ、四弗化硫黄ＳＯＦ
4、二酸化硫黄ガスＳＯ2等の分解ガスを発生する。弗化
水素ガスＨＦは窒息性で刺激臭が強く、これに触れると
皮膚、目などが冒され、呼吸すれば呼吸器が冒される。
また、二酸化硫黄ガスＳＯ2も強い刺激臭があり、大量
に浴びると肺が冒され危険である。これらのガスを外気
に放出することは安全衛生上望ましくない。
【０００６】この対策としてＳＦ6ガス１９を用いるガ
ス絶縁変圧器はコロナフリーの絶縁構造とし、分解ガス
吸着剤を装備することが多い。さらに、内部故障時に有
害ガスが外気へ噴出しないことが必要である。タンク３
はＳＦ6ガス１９の封入圧力に加え故障時の内圧上昇を
考慮し、強度的に十分耐えうるよう設計されている。或
いは放圧弁９を設け、噴出した有害ガスを外気に漏らさ
ないよう避圧タンク２０を備えることもある。
ス絶縁変圧器はコロナフリーの絶縁構造とし、分解ガス
吸着剤を装備することが多い。さらに、内部故障時に有
害ガスが外気へ噴出しないことが必要である。タンク３
はＳＦ6ガス１９の封入圧力に加え故障時の内圧上昇を
考慮し、強度的に十分耐えうるよう設計されている。或
いは放圧弁９を設け、噴出した有害ガスを外気に漏らさ
ないよう避圧タンク２０を備えることもある。
【０００７】特開２０００-６９６３１号公報に記載さ
れているように、ガス放圧弁に窒素ガスを充填したガス
封入袋を連結し、これをタンク内に設けることにより、
故障時の内圧上昇により放圧弁が動作しても窒素ガスの
みが外気中に放出される機構をもつタンクも発明されて
いる。なお、図４において、６は正又は負の圧力を測定
する連成計、７は１次端子、８は２次端子である。
れているように、ガス放圧弁に窒素ガスを充填したガス
封入袋を連結し、これをタンク内に設けることにより、
故障時の内圧上昇により放圧弁が動作しても窒素ガスの
みが外気中に放出される機構をもつタンクも発明されて
いる。なお、図４において、６は正又は負の圧力を測定
する連成計、７は１次端子、８は２次端子である。
【０００８】特開２０００−１５０２５３号公報には、
不燃性で地球温暖化係数の小さいＦ 3Ｉ、あるいはこれ
を含む混合物を絶縁冷却媒体とする変圧器が示されてい
る。
不燃性で地球温暖化係数の小さいＦ 3Ｉ、あるいはこれ
を含む混合物を絶縁冷却媒体とする変圧器が示されてい
る。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかし、１９９７年１
２月の京都における第３回気候変動に関する国際連合枠
組み条約締結国会議（ＣＯＰ３）において、温室効果ガ
スに係わる排出削減目標が定められ、その対象ガスの一
つとして、ＣＯ2、ＣＨ4、Ｎ2Ｏ、ＨＦＣ、ＰＦＣに加
え、ＳＦ6ガスを含めることが決定され排出抑制が求め
られるようになった。先に述べたようにＳＦ6ガスは化
学的に安定であり、大気中寿命が３２００年と永く、赤
外線吸収量も大きいことから、地球温暖化係数はＣＯ2
の２３,９００倍となる。電気協会雑誌１０年１１月号
ではガス絶縁機器はＳＦ6ガスの排出として点検時排出
量年間５０トン程度、撤去時排出量年間１０トン程度、
自然漏洩量年間数トン程度と記している。当然、ＳＦ6
を用いたガス絶縁変圧器においても点検時及び撤去時の
排出は発生する。これらよりＳＦ6ガスを用いることは
地球環境に与える負荷が大きく問題である。
２月の京都における第３回気候変動に関する国際連合枠
組み条約締結国会議（ＣＯＰ３）において、温室効果ガ
スに係わる排出削減目標が定められ、その対象ガスの一
つとして、ＣＯ2、ＣＨ4、Ｎ2Ｏ、ＨＦＣ、ＰＦＣに加
え、ＳＦ6ガスを含めることが決定され排出抑制が求め
られるようになった。先に述べたようにＳＦ6ガスは化
学的に安定であり、大気中寿命が３２００年と永く、赤
外線吸収量も大きいことから、地球温暖化係数はＣＯ2
の２３,９００倍となる。電気協会雑誌１０年１１月号
ではガス絶縁機器はＳＦ6ガスの排出として点検時排出
量年間５０トン程度、撤去時排出量年間１０トン程度、
自然漏洩量年間数トン程度と記している。当然、ＳＦ6
を用いたガス絶縁変圧器においても点検時及び撤去時の
排出は発生する。これらよりＳＦ6ガスを用いることは
地球環境に与える負荷が大きく問題である。
【００１０】また、ＳＦ6ガス１９を用いたガス絶縁変
圧器は鉄心１が加水分解の触媒金属として作用しないよ
うコーティングする必要があり、作業工数が増加する問
題点がある。また、タンク３内部に封入したＳＦ6ガス
１９は加圧されているため、この内圧に耐えうるように
強固なタンク構造とする必要がある。また、アーク放電
や部分放電による内部故障時の有害ガスを外気へ噴出さ
せないため、故障時の圧力上昇を考慮したさらに強固な
タンク構造とする必要がある。或いは、放圧弁９を設
け、噴出した有害ガスを外気に漏らさないよう避圧タン
ク１９を備えた構造とする。これによりガス絶縁変圧器
の質量及び製造コストが増加するという問題点が発生す
る。
圧器は鉄心１が加水分解の触媒金属として作用しないよ
うコーティングする必要があり、作業工数が増加する問
題点がある。また、タンク３内部に封入したＳＦ6ガス
１９は加圧されているため、この内圧に耐えうるように
強固なタンク構造とする必要がある。また、アーク放電
や部分放電による内部故障時の有害ガスを外気へ噴出さ
せないため、故障時の圧力上昇を考慮したさらに強固な
タンク構造とする必要がある。或いは、放圧弁９を設
け、噴出した有害ガスを外気に漏らさないよう避圧タン
ク１９を備えた構造とする。これによりガス絶縁変圧器
の質量及び製造コストが増加するという問題点が発生す
る。
【００１１】特開２０００−１５０２５３号公報記載の
変圧器は外部の冷却器によってガスを強制的に循環し、
冷却する導ガス風冷式であり、冷却器が必要となる。
変圧器は外部の冷却器によってガスを強制的に循環し、
冷却する導ガス風冷式であり、冷却器が必要となる。
【００１２】本発明の目的は地球環境に与える負荷が小
さく、質量、製造コストの低減ができるガス絶縁変圧器
を提供することにある。
さく、質量、製造コストの低減ができるガス絶縁変圧器
を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は鉄心と巻線を含
む機器をタンク内に収納し、絶縁及び冷却用媒体として
ガスを充填したガス絶縁変圧器において、絶縁ガスとし
て地球温暖化係数が１以下の不活性ガスを用いる。
む機器をタンク内に収納し、絶縁及び冷却用媒体として
ガスを充填したガス絶縁変圧器において、絶縁ガスとし
て地球温暖化係数が１以下の不活性ガスを用いる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、実施例を用い、図を参照して説明する。図１は本発
明によるガス絶縁変圧器の一実施例を示す一部断面側面
図である。図は配電用６ｋＶガス絶縁変圧器において絶
縁、冷却ガスとして窒素ガス（以下Ｎ2ガスと言う）を
用いた場合を例として説明する。図において、変圧器は
タンク３内部にＮ2ガス４が充填されている。Ｎ2ガス４
は外気の侵入を防ぐために第二種圧力容器にならない
０．２９７５ＭＰａ（２ｋｇ／ｃｍ2Ｇ）未満、好まし
くは１５０．３５８ｋＰａ以下で加圧封入される。タン
ク３内には高効率変圧器の損失特性を有する鉄心１と巻
線２が収納されている。タンク３は油入り変圧器と同様
に冷却用の波形をしたリブ５を設けている。タンク３上
部には連成計６、一次端子７、二次端子８、放圧弁９が
設けられる。なお、一次端子７、二次端子８はタンク３
の側面に設けてもよい。
て、実施例を用い、図を参照して説明する。図１は本発
明によるガス絶縁変圧器の一実施例を示す一部断面側面
図である。図は配電用６ｋＶガス絶縁変圧器において絶
縁、冷却ガスとして窒素ガス（以下Ｎ2ガスと言う）を
用いた場合を例として説明する。図において、変圧器は
タンク３内部にＮ2ガス４が充填されている。Ｎ2ガス４
は外気の侵入を防ぐために第二種圧力容器にならない
０．２９７５ＭＰａ（２ｋｇ／ｃｍ2Ｇ）未満、好まし
くは１５０．３５８ｋＰａ以下で加圧封入される。タン
ク３内には高効率変圧器の損失特性を有する鉄心１と巻
線２が収納されている。タンク３は油入り変圧器と同様
に冷却用の波形をしたリブ５を設けている。タンク３上
部には連成計６、一次端子７、二次端子８、放圧弁９が
設けられる。なお、一次端子７、二次端子８はタンク３
の側面に設けてもよい。
【００１５】以上のように構成されている本実施例のガ
ス絶縁変圧器の作用について説明する。鉄心１および巻
線２の冷却は、発熱体である鉄心１と巻線２からＮ2ガ
ス４に熱が伝えられ、Ｎ2ガス４の温度が上昇し、軽く
なったＮ2ガス４は自然対流によりタンク３下部からタ
ンク３上部に向かい、タンク３上部に至ったＮ2ガス４
はタンク３の表面から低温の外気に放熱されることによ
り行われる。通常、タンク３の放熱効率を上げるため波
形をしたリブ５によりタンク３表面積を増している。Ｎ
2ガス４は外気に熱を放出することで温度が下がり、重
くなってタンク３の下部に向かう。このようにＮ2ガス
４の対流により、鉄心１及び巻線２で発生した熱は外気
に放出される。冷却性能は、鉄心１と巻線２からＮ2ガ
ス４への熱の伝わりやすさである熱伝達率の影響と、Ｎ
2ガス４が鉄心１や巻線２から熱を奪ったときに単位体
積のＮ2ガス４が１℃上昇するのに必要な熱量を表す比
熱と密度との積の影響を大きく受ける。熱伝達率、比熱
と密度の積とも大きいほど冷却性能は良くなる。このた
め、従来のＳＦ6ガスを封入したガス絶縁変圧器では、
動粘性係数を小さくし、かつ、密度を大きくして冷却性
能を向上するために、ＳＦ6ガスの圧力を高くしてい
る。
ス絶縁変圧器の作用について説明する。鉄心１および巻
線２の冷却は、発熱体である鉄心１と巻線２からＮ2ガ
ス４に熱が伝えられ、Ｎ2ガス４の温度が上昇し、軽く
なったＮ2ガス４は自然対流によりタンク３下部からタ
ンク３上部に向かい、タンク３上部に至ったＮ2ガス４
はタンク３の表面から低温の外気に放熱されることによ
り行われる。通常、タンク３の放熱効率を上げるため波
形をしたリブ５によりタンク３表面積を増している。Ｎ
2ガス４は外気に熱を放出することで温度が下がり、重
くなってタンク３の下部に向かう。このようにＮ2ガス
４の対流により、鉄心１及び巻線２で発生した熱は外気
に放出される。冷却性能は、鉄心１と巻線２からＮ2ガ
ス４への熱の伝わりやすさである熱伝達率の影響と、Ｎ
2ガス４が鉄心１や巻線２から熱を奪ったときに単位体
積のＮ2ガス４が１℃上昇するのに必要な熱量を表す比
熱と密度との積の影響を大きく受ける。熱伝達率、比熱
と密度の積とも大きいほど冷却性能は良くなる。このた
め、従来のＳＦ6ガスを封入したガス絶縁変圧器では、
動粘性係数を小さくし、かつ、密度を大きくして冷却性
能を向上するために、ＳＦ6ガスの圧力を高くしてい
る。
【００１６】所が、鉄心の低損失材料の開発と設計、製
造技術の進歩により、変圧器の損失特性は、従来のもの
に比べて格段に低損失化が進んできた。例えば低損失材
料である非晶質金属薄帯を用いた鉄心は鉄損が約１/５
となることが知られている。ＪＥＭ１４７４（２００
０）では高効率変圧器として以下を制定した。高効率変
圧器とは、鉄心材料として低損失材料である磁区制御ケ
イ素鋼帯、高配向性ケイ素鋼帯及び非晶質合金（アモル
ファス磁性合金）のいずれか１種類を使用し、さらに鉄
心の改善による無負荷損の低減図り、巻線の材質変更や
低損失構造設計化によって負荷損の低減を図ったもの
で、全損失をＪＩＳ Ｃ４３０４(１９９９)より２５％
低減した変圧器である。上記の損失特性を有する鉄心及
び巻線をガス絶縁変圧器に採用することにより発生損失
が約２５％低減でき、冷却にかかる負荷が軽減する。本
実施例のガス絶縁変圧器によれば、高効率変圧器の損失
特性を有する鉄心及び巻線を採用することで上記問題点
を解決したものである。
造技術の進歩により、変圧器の損失特性は、従来のもの
に比べて格段に低損失化が進んできた。例えば低損失材
料である非晶質金属薄帯を用いた鉄心は鉄損が約１/５
となることが知られている。ＪＥＭ１４７４（２００
０）では高効率変圧器として以下を制定した。高効率変
圧器とは、鉄心材料として低損失材料である磁区制御ケ
イ素鋼帯、高配向性ケイ素鋼帯及び非晶質合金（アモル
ファス磁性合金）のいずれか１種類を使用し、さらに鉄
心の改善による無負荷損の低減図り、巻線の材質変更や
低損失構造設計化によって負荷損の低減を図ったもの
で、全損失をＪＩＳ Ｃ４３０４(１９９９)より２５％
低減した変圧器である。上記の損失特性を有する鉄心及
び巻線をガス絶縁変圧器に採用することにより発生損失
が約２５％低減でき、冷却にかかる負荷が軽減する。本
実施例のガス絶縁変圧器によれば、高効率変圧器の損失
特性を有する鉄心及び巻線を採用することで上記問題点
を解決したものである。
【００１７】以下に、変圧器の詳細な冷却構造と作用に
ついて述べる。図２は図１に示すガス絶縁変圧器に用い
られる巻線の一実施例を示す斜視図である。図におい
て、巻線は、平角導体或いは丸線導体１０が捲回され、
層間にダクト１１が挿入されガス流路１２が形成されて
いる。１３は層間及び１次巻線１４と２次巻線１５間の
絶縁を目的として捲回された絶縁紙である。１６は鉄心
１が挿入される開口部である。
ついて述べる。図２は図１に示すガス絶縁変圧器に用い
られる巻線の一実施例を示す斜視図である。図におい
て、巻線は、平角導体或いは丸線導体１０が捲回され、
層間にダクト１１が挿入されガス流路１２が形成されて
いる。１３は層間及び１次巻線１４と２次巻線１５間の
絶縁を目的として捲回された絶縁紙である。１６は鉄心
１が挿入される開口部である。
【００１８】図３は図１に示すガス絶縁変圧器に用いら
れる鉄心の一実施例を示す斜視図である。図において、
鉄心材として非晶質金属箔帯が用いられる。鉄心の平面
部１７及び積層面１８のいずれもコーティングは施され
ていない。鉄心１は巻線２の開口部１６に挿入される。
挿入後の鉄心１と巻線２は図１に示す構造となる。
れる鉄心の一実施例を示す斜視図である。図において、
鉄心材として非晶質金属箔帯が用いられる。鉄心の平面
部１７及び積層面１８のいずれもコーティングは施され
ていない。鉄心１は巻線２の開口部１６に挿入される。
挿入後の鉄心１と巻線２は図１に示す構造となる。
【００１９】タンク３内部に充填されたＮ2ガス４は発
熱体である鉄心１と巻線２の加熱及びタンク３からの放
熱により自然対流を起こす。鉄心１の熱は巻線２に覆わ
れていない表面からＮ2ガス４に伝達される。巻線２の
熱は巻線外側表面と巻線内部のガス流路１２に面した領
域からＮ2ガス４に伝達される。鉄心１の表面及びガス
流路１２を流れるＮ2ガス４は巻線２の下部から上部に
対流を起こし、タンク３内を上部に向かう。温度が上昇
したＮ2ガス４はタンク３の表面から外気に放熱され
る。通常、タンク３の放熱効率を上げるため波形をした
リブ５によりタンク３表面積を増している。外気に放熱
することでＮ2ガス４は温度を下げ、タンク３の下部に
向かう。このようなＮ2ガス４の対流により、鉄心１及
び巻線２は冷却される。
熱体である鉄心１と巻線２の加熱及びタンク３からの放
熱により自然対流を起こす。鉄心１の熱は巻線２に覆わ
れていない表面からＮ2ガス４に伝達される。巻線２の
熱は巻線外側表面と巻線内部のガス流路１２に面した領
域からＮ2ガス４に伝達される。鉄心１の表面及びガス
流路１２を流れるＮ2ガス４は巻線２の下部から上部に
対流を起こし、タンク３内を上部に向かう。温度が上昇
したＮ2ガス４はタンク３の表面から外気に放熱され
る。通常、タンク３の放熱効率を上げるため波形をした
リブ５によりタンク３表面積を増している。外気に放熱
することでＮ2ガス４は温度を下げ、タンク３の下部に
向かう。このようなＮ2ガス４の対流により、鉄心１及
び巻線２は冷却される。
【００２０】発熱体である鉄心１及び巻線２に高効率変
圧器と同等の損失特性を有するものを採用することによ
って、冷却にかかる負担を軽減できる。このため、ＳＦ
6ガス１９より密度と比熱の積が約１／３であるＮ2ガス
４を用いても、ガスの圧力を、第二種圧力容器の規制を
受けない０．２９７５ＭＰａ（２ｋｇ／ｃｍ2Ｇ）未満
にすることが可能になる。さらに、巻線２に配置したダ
クト１１の幅を調整しガス流路１２を流れるガス量やタ
ンク３の波形をしたリブ５の枚数等を適切に設計するこ
とによって、封入ガスの加圧を上げることによる冷却効
率の向上を期待することなく、温度変化に起因したタン
ク３内負圧による外気侵入が無い程度、例えば１５０．
３５８ｋＰａ以下に加圧したガスを封入することによっ
て冷却性能を満足させることが出来る。
圧器と同等の損失特性を有するものを採用することによ
って、冷却にかかる負担を軽減できる。このため、ＳＦ
6ガス１９より密度と比熱の積が約１／３であるＮ2ガス
４を用いても、ガスの圧力を、第二種圧力容器の規制を
受けない０．２９７５ＭＰａ（２ｋｇ／ｃｍ2Ｇ）未満
にすることが可能になる。さらに、巻線２に配置したダ
クト１１の幅を調整しガス流路１２を流れるガス量やタ
ンク３の波形をしたリブ５の枚数等を適切に設計するこ
とによって、封入ガスの加圧を上げることによる冷却効
率の向上を期待することなく、温度変化に起因したタン
ク３内負圧による外気侵入が無い程度、例えば１５０．
３５８ｋＰａ以下に加圧したガスを封入することによっ
て冷却性能を満足させることが出来る。
【００２１】絶縁性能については例えば文献放電研究会
資料ＥＤ−９８−１７５で報告されている。図５にその
結果をしめす。図５は六弗化硫黄ガスと窒素ガスの混合
比に対する部分放電開始電圧を示す特性図であり、横軸
はＳＦ6ガスとＮ2ガスの混合比を示し、縦軸は部分放電
開始電圧（ｋＶ）を示す。なお、混合比がゼロは、Ｎ2
ガスが１００％であり、ＳＦ6が混合されていないこと
を示す。また、混合比１とは、ＳＦ6が１００％であ
り、Ｎ2は混合されていないことを示す。部分放電開始
電圧（ｋＶ）の測定は、高圧電極の周りに絶縁紙、例え
ばクラフト紙を捲回し、高圧電極とクラフト紙を介して
対向する位置に接地電極を配置してくさびギャップを構
成したものをガスが封入されたタンクに設置し、高圧電
極の端子と接地電極の端子をタンク外に設け、これら高
圧端子と接地端子の間に電圧を印加して部分放電開始電
圧、即ちコロナが出始める電圧を測定している。測定は
ＳＦ6ガスとＮ2ガスの混合比（ＳＦ6／Ｎ2）をパラメー
タとして実施している。曲線５１はガス圧が０．５ＭＰ
ａを、曲線５２はガス圧が０．３５ＭＰａを、曲線５３
はガス圧が０．２ＭＰａを、曲線５４はガス圧が０．１
ＭＰａを示す。
資料ＥＤ−９８−１７５で報告されている。図５にその
結果をしめす。図５は六弗化硫黄ガスと窒素ガスの混合
比に対する部分放電開始電圧を示す特性図であり、横軸
はＳＦ6ガスとＮ2ガスの混合比を示し、縦軸は部分放電
開始電圧（ｋＶ）を示す。なお、混合比がゼロは、Ｎ2
ガスが１００％であり、ＳＦ6が混合されていないこと
を示す。また、混合比１とは、ＳＦ6が１００％であ
り、Ｎ2は混合されていないことを示す。部分放電開始
電圧（ｋＶ）の測定は、高圧電極の周りに絶縁紙、例え
ばクラフト紙を捲回し、高圧電極とクラフト紙を介して
対向する位置に接地電極を配置してくさびギャップを構
成したものをガスが封入されたタンクに設置し、高圧電
極の端子と接地電極の端子をタンク外に設け、これら高
圧端子と接地端子の間に電圧を印加して部分放電開始電
圧、即ちコロナが出始める電圧を測定している。測定は
ＳＦ6ガスとＮ2ガスの混合比（ＳＦ6／Ｎ2）をパラメー
タとして実施している。曲線５１はガス圧が０．５ＭＰ
ａを、曲線５２はガス圧が０．３５ＭＰａを、曲線５３
はガス圧が０．２ＭＰａを、曲線５４はガス圧が０．１
ＭＰａを示す。
【００２２】図５の特性図によると、Ｎ2ガスとＳＦ6ガ
ス中のクラフト紙の部分放電開始電圧は曲線５４の場合
（ガス圧が０．１ＭＰａ）に、ＳＦ6ガスで約１６ｋ
Ｖ、Ｎ2ガスで約１０ｋＶであることが分かる。よっ
て、Ｎ2ガスを用いると絶縁耐力はＳＦ6の場合の０．６
３倍になることを示している。ＳＦ6ガスを用いたガス
絶縁変圧器は万が一、ガスが漏洩してタンク内のガス圧
が外気圧と同等になった場合も絶縁破壊を起こさないよ
う十分な安全率を見込んで設計されている。従って、Ｎ
2を使うことによる０．６３倍程度の絶縁耐力の低下
は、Ｎ2ガス４を外気の侵入が無い程度に加圧封入した
場合でも、ダクト１１の高さを調整することにより絶縁
破壊が生じないように設計することが可能である。
ス中のクラフト紙の部分放電開始電圧は曲線５４の場合
（ガス圧が０．１ＭＰａ）に、ＳＦ6ガスで約１６ｋ
Ｖ、Ｎ2ガスで約１０ｋＶであることが分かる。よっ
て、Ｎ2ガスを用いると絶縁耐力はＳＦ6の場合の０．６
３倍になることを示している。ＳＦ6ガスを用いたガス
絶縁変圧器は万が一、ガスが漏洩してタンク内のガス圧
が外気圧と同等になった場合も絶縁破壊を起こさないよ
う十分な安全率を見込んで設計されている。従って、Ｎ
2を使うことによる０．６３倍程度の絶縁耐力の低下
は、Ｎ2ガス４を外気の侵入が無い程度に加圧封入した
場合でも、ダクト１１の高さを調整することにより絶縁
破壊が生じないように設計することが可能である。
【００２３】以上の作用は絶縁及び冷却媒体として、二
酸化炭素ガス、乾燥空気のいずれか、或いはこれらのガ
スと窒素ガスの混合ガス、又は、窒素ガスを含めたこれ
らの混合ガスを用いた場合も同様である。なお、Ｎ2の
分子量は２８．０１、ＣＯ2の分子量は４４．０１であ
る。また、本発明では、鉄心による無負荷損を低減し、
巻線による負荷損を低減した高効率変圧器とすることに
よって、地球温暖化計数が１以下の不活性ガスを利用す
ることができる。これらのガスは地球温暖化係数が１以
下なので、タンクから外気に漏洩しても地球環境に与え
る負荷は小さい。
酸化炭素ガス、乾燥空気のいずれか、或いはこれらのガ
スと窒素ガスの混合ガス、又は、窒素ガスを含めたこれ
らの混合ガスを用いた場合も同様である。なお、Ｎ2の
分子量は２８．０１、ＣＯ2の分子量は４４．０１であ
る。また、本発明では、鉄心による無負荷損を低減し、
巻線による負荷損を低減した高効率変圧器とすることに
よって、地球温暖化計数が１以下の不活性ガスを利用す
ることができる。これらのガスは地球温暖化係数が１以
下なので、タンクから外気に漏洩しても地球環境に与え
る負荷は小さい。
【００２４】以上述べたように、本発明によるガス絶縁
変圧器によれば、タンク３内部にＮ 2ガス４を充填して
いるので、点検及び撤去時に大気中にＮ2ガス４を排出
しても、温室効果ガスとして抑制対象外であるため地球
環境に与える負荷はない。また、有害な分解ガスの発生
はなく、分解ガス吸着剤の装備は不要である。内部事故
等による急激な内部圧力上昇を想定したガス漏れ対策と
してタンクを強固に設計したり、避圧タンク２０を設け
たりする必要もない。また、Ｎ2ガス４を外気の侵入が
無い程度に加圧して、タンク３に封入にすると、タンク
３の強度は絶縁及び冷却性能向上を目的とした加圧分を
考慮する必要がなく、ＪＥＣ等の規格に定められたガス
温上昇による内圧変化のみに耐え得る範囲で十分であ
る。これらのことから、本発明のガス絶縁変圧器のタン
クは、ＳＦ6ガス１９を用いるタンクより、肉厚が薄い
鉄板で製造することが出来る。また、鉄心１について
は、ＳＦ6ガス１９を封入した場合のように、ガス分解
の触媒金属として作用することはなく、コーティングは
不要である。
変圧器によれば、タンク３内部にＮ 2ガス４を充填して
いるので、点検及び撤去時に大気中にＮ2ガス４を排出
しても、温室効果ガスとして抑制対象外であるため地球
環境に与える負荷はない。また、有害な分解ガスの発生
はなく、分解ガス吸着剤の装備は不要である。内部事故
等による急激な内部圧力上昇を想定したガス漏れ対策と
してタンクを強固に設計したり、避圧タンク２０を設け
たりする必要もない。また、Ｎ2ガス４を外気の侵入が
無い程度に加圧して、タンク３に封入にすると、タンク
３の強度は絶縁及び冷却性能向上を目的とした加圧分を
考慮する必要がなく、ＪＥＣ等の規格に定められたガス
温上昇による内圧変化のみに耐え得る範囲で十分であ
る。これらのことから、本発明のガス絶縁変圧器のタン
クは、ＳＦ6ガス１９を用いるタンクより、肉厚が薄い
鉄板で製造することが出来る。また、鉄心１について
は、ＳＦ6ガス１９を封入した場合のように、ガス分解
の触媒金属として作用することはなく、コーティングは
不要である。
【００２５】また、本発明によれば、ガス絶縁変圧器は
タンク３内部に絶縁及び冷却用の媒体として地球温暖化
係数が１以下の不活性ガスを充填しているので、地球環
境に与える負荷は小さい。また、絶縁ガスを温度変化に
よるタンク内圧力が負圧とならない程度に加圧して封入
することにより、タンクを強固に設計する必要がなく、
質量及び製造コストの低減ができる。
タンク３内部に絶縁及び冷却用の媒体として地球温暖化
係数が１以下の不活性ガスを充填しているので、地球環
境に与える負荷は小さい。また、絶縁ガスを温度変化に
よるタンク内圧力が負圧とならない程度に加圧して封入
することにより、タンクを強固に設計する必要がなく、
質量及び製造コストの低減ができる。
【００２６】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、変
圧器のガスが外気に漏洩しても、封入ガスは地球温暖化
計数が１以下であるので、地球環境に与える負荷は小さ
い。また、絶縁ガスを温度変化によるタンク内圧力が負
圧とならない程度の加圧封入にすることができるので、
タンクを強固に設計する必要がなく、質量及び製造コス
トの低減ができる。また、Ｎ2ガスを用いたガス絶縁変
圧器は鉄心をコーティングする必要がなく作業工数が減
少する。また、有害ガスが発生しないので、避圧タンク
を備える必要はない。これによりガス絶縁変圧器の質量
及び製造コストが低減できる。
圧器のガスが外気に漏洩しても、封入ガスは地球温暖化
計数が１以下であるので、地球環境に与える負荷は小さ
い。また、絶縁ガスを温度変化によるタンク内圧力が負
圧とならない程度の加圧封入にすることができるので、
タンクを強固に設計する必要がなく、質量及び製造コス
トの低減ができる。また、Ｎ2ガスを用いたガス絶縁変
圧器は鉄心をコーティングする必要がなく作業工数が減
少する。また、有害ガスが発生しないので、避圧タンク
を備える必要はない。これによりガス絶縁変圧器の質量
及び製造コストが低減できる。
【図１】本発明によるガス絶縁変圧器の一実施例を示す
一部断面側面図である。
一部断面側面図である。
【図２】図１に示すガス絶縁変圧器に用いられる巻線の
一実施例を示す斜視図である。
一実施例を示す斜視図である。
【図３】図１に示すガス絶縁変圧器に用いられる鉄心の
一実施例を示す斜視図である。
一実施例を示す斜視図である。
【図４】従来のガス絶縁変圧器の一部断面側面図であ
る。
る。
【図５】六弗化硫黄ガスと窒素ガスの混合比に対する部
分放電開始電圧を示す特性図である。
分放電開始電圧を示す特性図である。
１…鉄心、２…巻線、３…タンク、４…Ｎ2ガス、９…
放圧弁、１０…導体、１１…冷却用のガス流路を構成す
るダクト、１２…ガス流路、１９…ＳＦ6ガス、２０…
放圧弁から噴出した有害ガスを大気中に漏洩させないた
めの避圧タンク。
放圧弁、１０…導体、１１…冷却用のガス流路を構成す
るダクト、１２…ガス流路、１９…ＳＦ6ガス、２０…
放圧弁から噴出した有害ガスを大気中に漏洩させないた
めの避圧タンク。
フロントページの続き
(72)発明者 松尾 尚英
茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株
式会社日立製作所電力・電機開発研究所内
(72)発明者 林 則行
茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株
式会社日立製作所電力・電機開発研究所内
(72)発明者 白根 隆志
茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株
式会社日立製作所電力・電機開発研究所内
Ｆターム(参考） 5E050 HA06
Claims (10)
- 【請求項１】鉄心と該鉄心に捲回された巻線を含む機器
と、該機器を収納するタンクと、絶縁及び冷却用媒体と
して該タンク内に充填される地球温暖化係数が１以下の
不活性ガスとを備えることを特徴とする自冷式のガス絶
縁変圧器。 - 【請求項２】鉄心と該鉄心に捲回された巻線を含む機器
と、該機器を収納するタンクと、絶縁及び冷却用媒体と
して該タンク内に充填される分子量が１４６未満の不活
性ガスとを備えることを特徴とするガス絶縁変圧器。 - 【請求項３】鉄心と該鉄心に捲回された巻線を含む機器
と、該機器を収納するタンクと、絶縁及び冷却用媒体と
して該タンク内に充填されるガスとを備え、該絶縁及び
冷却用媒体は、窒素ガス、二酸化炭素ガス、乾燥空気の
いずれか、或いはそれらの混合ガスであることを特徴と
するガス絶縁変圧器。 - 【請求項４】鉄心と該鉄心に捲回された巻線を含む機器
と、該機器を収納するタンクと、絶縁及び冷却用媒体と
して該タンク内に充填されるガスとを備え、該鉄心及び
巻線は高効率変圧器の損失特性を有し、該ガスは地球温
暖化係数が１以下の不活性ガスであることを特徴とする
ガス絶縁変圧器。 - 【請求項５】請求項４記載のガス絶縁変圧器において、
該鉄心は非晶質金属薄帯を用いて形成されることを特徴
とするガス絶縁変圧器。 - 【請求項６】鉄心と該鉄心に捲回された巻線を含む機器
と、該機器を収納するタンクと、絶縁及び冷却用媒体と
して該タンク内に充填されるガスとを備え、該絶縁及び
冷却用媒体は、窒素ガス、二酸化炭素ガス、乾燥空気の
いずれか、或いはそれらの混合ガスであり、該鉄心は磁
区制御ケイ素鋼、高配向性のケイ素鋼及び非晶質合金の
何れかで形成されることを特徴とするガス絶縁変圧器。 - 【請求項７】請求項1乃至６のいずれかに記載の変圧器
において、該ガスの封入圧力を、第二種圧力容器の規制
を受けない０．２９７５ＭＰａ（２ｋｇ／ｃｍ2Ｇ）未
満にすることを特徴とするガス絶縁変圧器。 - 【請求項８】請求項１乃至６のいずれかに記載の変圧器
において、該ガスの封入圧力を１５０．３５８ｋＰａ以
下にしたことを特徴とするガス絶縁変圧器。 - 【請求項９】非晶質合金で形成された鉄心に巻線を捲回
した機器と、該機器を収納するタンクと、絶縁及び冷却
用媒体として該タンク内に封入された窒素ガスとを備え
ることを特徴とするガス絶縁変圧器。 - 【請求項１０】請求項１記載のガス絶縁変圧器におい
て、該窒素ガスは１５０．３５８ｋＰａ以下であること
を特徴とするガス絶縁変圧器。
Priority Applications (5)
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|---|---|---|---|
| JP2001336181A JP2003142318A (ja) | 2001-11-01 | 2001-11-01 | ガス絶縁変圧器 |
| SG200200506A SG103335A1 (en) | 2001-11-01 | 2002-01-28 | Gas insulation transformer |
| TW091101402A TW564440B (en) | 2001-11-01 | 2002-01-28 | Gas insulation transformer |
| US10/066,458 US6859124B2 (en) | 2001-11-01 | 2002-01-31 | Gas insulation transformer |
| CN02103455.9A CN1197097C (zh) | 2001-11-01 | 2002-01-31 | 一种气体绝缘变压器 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001336181A JP2003142318A (ja) | 2001-11-01 | 2001-11-01 | ガス絶縁変圧器 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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ID=19151047
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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|---|---|
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| JP (1) | JP2003142318A (ja) |
| CN (1) | CN1197097C (ja) |
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| KR100668877B1 (ko) | 2005-08-18 | 2007-01-12 | 동미전기공업(주) | Ｓｆ6 ｇａｓ 절연 주상 변압기 |
| US7675398B2 (en) | 2005-07-08 | 2010-03-09 | Hitachi Industrial Equipment Systems Co., Ltd. | Iron core for stationary apparatus and stationary apparatus |
| JP2010087536A (ja) * | 2005-07-08 | 2010-04-15 | Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd | 三相三脚巻鉄心 |
| WO2013076892A1 (ja) | 2011-11-22 | 2013-05-30 | 株式会社 東芝 | 電力用ガス絶縁機器 |
| WO2018109843A1 (ja) * | 2016-12-13 | 2018-06-21 | 株式会社 東芝 | ガス絶縁静止誘導電器 |
| US10026541B2 (en) | 2014-05-26 | 2018-07-17 | Toshiba Industrial Products And Systems Corporation | Molded stationary induction apparatus and method for manufacturing molded stationary induction apparatus |
| CN111834938A (zh) * | 2019-04-23 | 2020-10-27 | 宁波奥克斯高科技有限公司 | 一种箱式变压器及其制造方法 |
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| CN102136311A (zh) * | 2010-11-10 | 2011-07-27 | 中国科学院电工研究所 | 一种混合气体绝缘介质 |
| JP5284386B2 (ja) * | 2011-02-21 | 2013-09-11 | 株式会社日立産機システム | 風力発電設備 |
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| JP6490787B2 (ja) * | 2014-07-10 | 2019-03-27 | アーベーベー・シュバイツ・アーゲー | ガス絶縁された器具を備える電気装置、特にガス絶縁されたトランスまたはリアクタ |
| WO2016091273A1 (en) | 2014-12-12 | 2016-06-16 | Abb Technology Ag | Gas-insulated electrical apparatus, in particular gas-insulated transformer or reactor |
| CN108831790A (zh) * | 2018-06-21 | 2018-11-16 | 浙江城电电气有限公司 | 隔离开关 |
| CN108766807A (zh) * | 2018-06-21 | 2018-11-06 | 浙江城电电气有限公司 | 电子式塑壳断路器 |
| CN108831775A (zh) * | 2018-06-21 | 2018-11-16 | 浙江城电电气有限公司 | 一种高压开关设备 |
| CN114242418A (zh) * | 2021-10-21 | 2022-03-25 | 广东电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种环保型气体绝缘变压器及铜材表面镀锡以提高与环保气体相容性的方法 |
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| US5736915A (en) * | 1995-12-21 | 1998-04-07 | Cooper Industries, Inc. | Hermetically sealed, non-venting electrical apparatus with dielectric fluid having defined chemical composition |
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2001
- 2001-11-01 JP JP2001336181A patent/JP2003142318A/ja active Pending
-
2002
- 2002-01-28 TW TW091101402A patent/TW564440B/zh not_active IP Right Cessation
- 2002-01-28 SG SG200200506A patent/SG103335A1/en unknown
- 2002-01-31 CN CN02103455.9A patent/CN1197097C/zh not_active Expired - Fee Related
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| JPS6227488B2 (ja) |
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