JP2009117714A - 変圧器 - Google Patents

Abstract

【課題】変圧器本体として巻線と巻鉄心とを備えた変圧器において、変圧器本体内部で発生した熱を巻線や巻鉄心から容器へ直接に効率よく輸送する経路を形成することで、変圧器の冷却効率を改善する。
【解決手段】巻線１から巻鉄心２、絶縁物３・下側の締付け金具５、及び容器８へと、この順で熱を伝達する経路において、締付け金具５の形状を巻鉄心２のＲ部２ａ、２ａにまで延ばす。締付け金具５が巻鉄心２から直接受熱する受熱面積が従来よりも増加するので、冷却媒体を介することなく締付け金具５を通じて容器８の底部８ａに伝達される熱量を増やすことができ、変圧器の冷却効率を向上させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、密封容器に巻線と巻鉄心が収納されている変圧器に関する。

図５〜８は従来の変圧器の内部構造の説明図である。図５は従来の変圧器の一例を示す説明図、図６は図５の変圧器を側面方向から見た説明図、図７は図５に示す変圧器を巻線端面から見た断面図、図８は図６に示す従来の変圧器の巻鉄心の下縁部コーナーであるＡ部を拡大して、鉄心、絶縁物及び締付け金具を示す詳細図である。

変圧器本体は、巻鉄心２と当該巻鉄心に装着された励磁用の巻線１とから成り、変圧器本体を収容するタンクとしての容器８は鋼板製の密封容器である。巻鉄心２は外周四隅がＲ部２ａに形成されていて且つ全体が横置きに置かれた四角環状の鉄心である。容器８の上部には変圧器本体固定金具６が備わっており、変圧器本体固定金具６には巻鉄心２を厚み方向に締め付ける上側締付け金具４が備わっている。また、容器８の底部には、巻鉄心２を厚み方向に締め付ける下側締付け金具５が備わっている。

締付け金具５は、巻鉄心２の環状周方向で見て、平面状の底面の範囲内の広さを有しており、容器８の底部に当接している。巻鉄心２と下側締付け金具５との間には、通常、巻線１で使用するような絶縁物３が介在し、巻鉄心２と下側締付け金具５が電気的に接触しないよう絶縁保護している。なお、容器８内には、絶縁油、空気、Ｎ_２，ＳＦ_６等の絶縁性の冷却媒体７が封入されている。

巻線１と巻鉄心２からなる変圧器においては、巻線１の抵抗及び巻鉄心２等から発生した損失により発熱するが、内部での熱の輸送経路としては、温度試験を行った結果から、大まかに、（１）巻線１→冷却媒体７→容器８の経路と、（２）巻線１→巻鉄心２→冷却媒体７→容器８の経路と、（３）巻線１→巻鉄心２→絶縁物３・金具５→容器８の経路との、三つの経路によることが判明している。

図４には、数機種の実際の変圧器を使用して行った温度試験から得られた放熱割合の分析結果がグラフとして示されている。各変圧器の放熱量を１００として、前出の経路（１）〜（３）での割合が示されている。図２に示す試験結果からすれば、（１）の経路では約５〜６割、（２）の経路では約１〜２割、（３）の経路では約３〜４割の割合で、内部の発熱が外部へと放熱されていることが理解される。

変圧器における従来の放熱対策は、放熱経路をいかに効率よくするか、即ち、巻線から発生した熱が最終的に容器に伝導される際に、冷却媒体を介した経路での熱伝達率が焦点となっており、例えば、油入り変圧器の一種であるシリコーン液入変圧器として、粘度の低いシリコーン液を使うことが提案されている（特許文献１参照）。

また、冷却媒体として、低温での低粘性を特徴とした生分解性油が提案されている（特許文献２参照）。粘度を低くすることで冷却媒体の容器内での循環をより良くするという傾向が見られ、冷却媒体での冷却に占める影響が大きいことが分かる。

また、冷却媒体が気体の場合は冷却効率が極端に低くなるため、液体の場合と比べ機器の冷却が非常に悪化する。従って、冷却媒体に左右されない冷却構造が必要となる。
特開２００６− １２８５３９号公報 特開２００５−２７６７１４号公報

そこで、巻鉄心と当該巻鉄心に装着された巻線とから成る変圧器本体、及び当該変圧器本体を収容する容器を備えた変圧器において、冷却媒体を介さない上記（３）の巻線→巻鉄心→絶縁物・金具→容器という経路に注目し、変圧器本体に発生した熱がより効率的に絶縁物・金具を介して容器へ流れるようにすること、及び巻線から容器への新たな熱伝達経路を構成する点で解決すべき課題がある。

本発明の目的は、絶縁物・金具を介した熱伝達経路における熱伝達率を向上することができる変圧器を提供することである。また、巻線から直接容器へと熱を伝える新しい経路を設けることで放熱の経路を増やすことができる変圧器を提供することである。

上記の課題を達成するため、この発明による変圧器は、前記巻鉄心を締め付ける締付け金具が前記容器の底部に当接支持されており、前記締付け金具は前記容器の底部に対向する前記巻鉄心の下面の実質的に全面に倣う形状に形成されていることを特徴としている。また、前記巻線の側面に当てられた当て板を前記容器の底部や側部に当接していることを特徴としている。

この発明による変圧器によれば、締付け金具の形状を巻鉄心の下面の実質的に全面に倣う形状に形成した場合には、締付け金具の巻鉄心に対する受熱面積が増やされているので、変圧器本体に発生した熱が締付け金具を介して容器へ放熱されやすくなる。また、巻線の側面に当て板を当てた場合には、巻線に発生した熱は、当て板を介して容器に放熱されやすくなる。したがって、変圧器の外観構造を変えず内部の構造変更のみで機器の冷却効率を上げることができる。

以下に本発明による変圧器の最良の実施形態につき、図面を参照して説明する。
図１は本発明による変圧器の一実施例を示す説明図である。図１（ａ）には、変圧器の全体が概略図として示されている。締付け金具５は、巻鉄心２の両側のＲ部２ａ，２ａまで延長されており、巻鉄心２のＲ部２ａ，２ａまでを含む下面に対して、その実質的に全面に倣う形状に形成されている。シート状の絶縁物３も、締付け金具５の形状に相応する広さを有する。

上記の構造によれば、締付け金具５は巻鉄心２の底部を可及的に広い領域で支持しており、締付け金具５の巻鉄心２に対する受熱面積は、図５〜図８に示される従来構造よりも増大している。したがって、変圧器本体で発生した熱は、巻鉄心２から広い範囲で締付け金具５に受け取られ、締付け金具５に受け取られた熱は、接触する容器８の底部８ａに伝えられるので、変圧器の冷却効率が向上する。

また、絶縁物３に着目することで、巻鉄心２から締付け金具５に伝達される熱量を増やすことができる。即ち、巻鉄心２と締付け金具５との間に入れられている絶縁物３については、厚さは、通常、約２ｍｍであるが、この厚さを薄くすることにより、締付け金具５から容器８への熱伝導を向上させることができる。また、絶縁物３の材料として、熱伝導率の高い絶縁物を採用することができる。更に、締付け金具５の締め付け力を強くし、絶縁物３の巻鉄心２に対する押さえつける圧力を従来よりも高くすることで、接触熱抵抗を下げることもできる。

図１（ｂ）には、締付け金具５の斜視図が示されている。締付け金具５は、金属板を曲げ加工して形成されており、巻鉄心２の平坦な底面に倣って形成された平坦板部５ａと、その両側（巻鉄心２の環状周方向両側）で巻鉄心２のＲ部２ａ，２ａにまで湾曲上昇した湾曲板部５ｂ，５ｂと、湾曲面部５ｂ，５ｂの各端縁から容器８の底部８ａにまで延びる脚板部５ｃ，５ｃとを有する。平坦板部５ａは、容器８の底部８ａに接触する部分である。湾曲面部５ｂ，５ｂの下側面と脚板部５ｃ，５ｃの内側との間には、複数のリブ板部５ｄが並べて取り付けられており、それらのリブ板部５ｄの底端縁は容器８の底部８ａに接する形状とされている。リブ板部５ｄは、容器８の底部８ａに対して変圧器本体の荷重を支えると共に、巻鉄心２から湾曲面部５ｂ，５ｂに伝達された熱を容器８の底部８ａに伝達することができる。なお、５ｅ，５ｅは巻鉄心２を締め付ける締付け部である。

図２は、本発明による変圧器の別の実施例を示す説明図である。図２に示す実施例では、鋼板や銅またはアルミ等の金属板や樹脂にて構成された当て板９が１次側及び２次側の巻線１の周囲に部分的又は包絡的に取り囲むように設けられている。当て板９は、容器８の側壁８ｂには接しておらず、その下端部９ａが変圧器容器８の底面に接触する態様で立設されている。巻線１で発生した熱は、当て板９を通じて下端部９ａから容器８の底部８ａへと伝えられる。当て板９は、変圧器において、変圧器本体に生じた熱を容器８に直接に放熱する新しい熱伝達経路を与えている。なお、当て板９は、変圧器本体の荷重を支える支持部材として用いることもできる。

図３は、本発明による変圧器の更に別の実施例の説明図である。図３に示す実施例では、鋼板や銅またはアルミ等の金属板や樹脂にて構成された当て板１０が１次側及び２次側の巻線１の周囲に部分的又は包絡的に取り囲むように設けられており、且つその外側が容器８の側壁８ｂの内面に接触する態様で配置されている。巻線１で発生した熱は、当て板１０を介して容器８の側壁８ｂへと伝えられる。当て板１０は、変圧器において、変圧器本体に生じた熱を容器８に直接に放熱する新しい熱伝達経路を与えている。

以上の各実施例に示された放熱対策については、単独で採用してもよいが、組み合わせて採用することができる。複数の対策を組み合わせることで、変圧器の冷却効率を一層向上させることができる。

以上のように、この発明による変圧器では、変圧器の外観構造を変えることなく、内部構造の変更のみで、機器の冷却効率を向上することが可能であり、本発明の利用可能性は非常に高い。なお、これらの施策は単相・三相の変圧器に限らず、変圧器中身（変圧器本体）を二段・三段と多段に重ねた、または横に並べたＶ結線変圧器等にも応用でき、それぞれ、巻線・巻鉄心での発熱を効率よく容器外部へと逃がす構造の実現が可能である。

本発明による変圧器の一実施例の説明図である。 本発明による変圧器の別の実施例を示す説明図である。 本発明による変圧器の別の実施例を示す説明図である。 数機種の変圧器の温度試験の分析結果を示すグラフである。 従来の変圧器の一例を示す説明図である。 図５に示す従来の変圧器を側面方向から見た説明図である。 図５に示す従来の変圧器を巻線端面から見た断面図である。 図６に示す従来の変圧器の巻鉄心の下縁部コーナーであるＡ部を拡大して、鉄心、絶縁物及び締付け金具を示す詳細図である。

符号の説明

１ 巻線
２ 巻鉄心 ２ａ Ｒ部
３ 絶縁物 ４ 上側締付け金具
５ 下側締付け金具 ５ａ 平坦板部
５ｂ 湾曲板部 ５ｃ 脚板部
５ｄ リブ板部 ５ｄ 締付け部
６ 変圧器本体固定金具 ７ 冷却媒体
８ 容器
８ａ 底部 ８ｂ 側壁
９ 当て板 ９ａ 下端部
１０ 当て板

Claims (7)

1. 巻鉄心と当該巻鉄心に装着された巻線とから成る変圧器本体、及び当該変圧器本体を収容する容器を備え、前記巻鉄心を締め付ける締付け金具が前記容器の底部に当接支持されている変圧器において、
   前記締付け金具は、前記容器の底部に対向する前記巻鉄心の下面の実質的に全面に倣う形状に形成されていることを特徴とする変圧器。
2. 前記巻鉄心は外周四隅がＲ部に形成されていて且つ全体が横置きに置かれた四角環状の鉄心であり、前記締付け金具は、前記容器の底部に当接支持される中央部分と当該中央部分から前記巻鉄心の下方両側の前記Ｒ部にまで前記巻鉄心は外周に倣って延びるＲ状湾曲部分とから成ることを特徴とする請求項１記載の変圧器。
3. 前記締付け金具と前記容器の底部との隙間のある部分には、前記締付け金具と前記容器の底部とに接触する熱伝導用の複数のリブ材が配設されていることを特徴とする請求項２記載の変圧器。
4. 巻鉄心と当該巻鉄心に装着された巻線とから成る変圧器本体、及び当該変圧器本体を収容する容器を備えた変圧器において、
   前記巻線の側面に当てられた当て板が前記容器の底部に当接していることを特徴とする変圧器。
5. 巻鉄心と当該巻鉄心に装着された巻線とから成る変圧器本体、及び当該変圧器本体を収容する容器を備えた変圧器において、
   前記巻線の側面に当てられた当て板が前記容器の側部に当接していることを特徴とする変圧器。
6. 巻鉄心と当該巻鉄心に装着された巻線とから成る変圧器本体、及び当該変圧器本体を収容する容器を備えた変圧器において、
   前記巻線の側面に当てられた当て板が前記容器の底部及び側部に当接していることを特徴とする変圧器。
7. 前記巻鉄心を締め付ける締付け金具が前記容器の底部に当接支持されており、前記締付け金具は、前記容器の底部に対向する前記巻鉄心の下面の実質的に全面に倣う形状に形成されていることを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項記載の変圧器。

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