JP2009283583A - Static superconducting device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、超電導変圧器,超電導リアクトルなどを対象とした屋外設置の静止形超電導機器に関し、詳しくは超電導機器の格納容器に係わる。 The present invention relates to a stationary superconducting device installed outdoors for superconducting transformers, superconducting reactors, and the like, and more particularly to a containment container for superconducting devices.
近年になり、超電導技術を応用した超電導変圧器などの静止形超電導機器の研究,開発が進められている。特に、イットリウム系(Y系),ホルミウム系(Ho系)の酸化物高温超電導線材は冷却用冷媒に液体窒素が使用できることから、従来の課題であった冷却コストなどの問題が解決できる目途が立つようになってきている。 In recent years, research and development of stationary superconducting equipment such as superconducting transformers using superconducting technology has been underway. In particular, yttrium-based (Y-based) and holmium-based (Ho-based) oxide high-temperature superconducting wires can use liquid nitrogen as a cooling refrigerant. It has become like this.
次に、超電導変圧器を例に、開発が進められている従来の基本構造を図3に示す(例えば、特許文献1参照)。図3において、1は鉄心、2,3は前記の酸化物高温超電導線材を素線として鉄心1の中央脚の周囲に巻装配置した一次巻線,二次巻線、4は鉄心1と隔離して前記巻線2,3と巻線を冷却する液体冷媒(液体窒素)5とを収容した密閉形の断熱容器(クライオスタット)、6はブッシング、7は巻線2から引出してブッシング6に接続した電流リードである。また、前記の断熱容器4は、鉄心1の脚を通すために内筒4a,外筒4b,天板4c,底板4bからなる中空容器で、その材質は電磁気的に影響のない繊維補強化プラスチック(GFRP)で作られた真空容器で構成されている(例えば、非特許文献1参照)。なお、図示には断熱容器4に収容した液体冷媒5を補給する冷却装置は省略されている。
Next, FIG. 3 shows a conventional basic structure that is being developed by taking a superconducting transformer as an example (see, for example, Patent Document 1). In FIG. 3, 1 is an iron core, 2 and 3 are primary windings and secondary windings wound around the central leg of the
上記の超電導変圧器は屋内用として開発された小容量の超電導機器で、通常は屋内に設置して使用しており、鉄損に伴う鉄心1の発熱量は巻線の発熱量に比べて遥かに小さいことから、鉄心は自冷方式のままでも支障なく運転が可能である。
The above-mentioned superconducting transformer is a small-capacity superconducting device developed for indoor use, and is usually installed indoors. The heating value of the
一方、前記構成になる超電導変圧器の本体を密閉形のタンク(金属容器)に収容して該タンク内の空間に窒素ガスを封入するとともに、鉄心(珪素鋼板の積層体)の層内に冷却パネルを設け、この冷却パネルにタンク外方より不活性の液体冷媒を送流して鉄心を冷却するようにした二重構造容器の超電導変圧器も知られている(例えば、特許文献2参照)。
最近になり、大容量の電力用変圧器についても超電導化の研究,開発が進められており、この場合に電力用の超電導変圧器は大型となることから、計画では屋外設置を想定している。 Recently, research and development of superconductivity has also been promoted for large-capacity power transformers. In this case, superconducting transformers for power are large, so the plan assumes installation outdoors. .
この場合に、図3に示した構成の超電導変圧器をそのまま屋外に設置して大気中に長期間暴露した状態に放置すると、GFRP製の断熱容器に対する直射日光などの影響により材質が劣化して容器の強度が低下するおそれがある。したがって、巻線,冷媒を収容した断熱容器の劣化を防護するには、先記の特許文献2に開示されている構成と同様に鉄心を含めて変圧器全体を耐候性の金属容器に格納する必要がある。
In this case, if the superconducting transformer having the configuration shown in FIG. 3 is installed outdoors and left exposed to the atmosphere for a long time, the material deteriorates due to the influence of direct sunlight on the GFRP heat insulating container. The strength of the container may be reduced. Accordingly, in order to protect the deterioration of the insulated container containing the windings and the refrigerant, the entire transformer including the iron core is stored in a weather-resistant metal container in the same manner as the configuration disclosed in
ところで、特許文献2の開示構造では、外側のタンクを密閉形としてその内部に窒素ガスを封入するために、鉄心専用の冷却装置が必要となるなど、この方式では設備費が高くなるほか、タンクを気密貫通して外部から鉄心内部の冷却パネルに冷媒を送流する冷媒配管、およびとタンク外部に設置した冷凍機から断熱容器に冷媒を送流する冷媒配管についても、屋外設置の使用条件により次記のような対策が必要となる。
By the way, in the structure disclosed in
すなわち、屋外の外気温,日照などの影響を直接受ける外側のタンク(金属)とタンクの内方に配置した断熱容器(クライオスタット)との間には温度差が生じ、さらに材質の物性面でも金属と断熱材とでは熱膨張係数も異なるために、周囲の外気温変化に起因してタンクと断熱容器との間に相対的な変位が生じる。したがって、前記の各冷媒配管がタンクを貫通する箇所の気密性を確保するには、熱的影響による相対変位を逃がす手段が必要であり、このために配管,シール構造が複雑化する。また、密閉形のタンク内に窒素ガスを封入していることから、タンク内に作業員が入って変圧器を点検作業を行う場合のメンテナンス性にも問題がある。 In other words, there is a temperature difference between the outer tank (metal) that is directly affected by the outside air temperature, sunlight, etc., and the heat insulating container (cryostat) placed inside the tank. Since the thermal expansion coefficient differs between the heat insulating material and the heat insulating material, a relative displacement occurs between the tank and the heat insulating container due to a change in the ambient outside air temperature. Therefore, in order to ensure the airtightness of the location where each of the refrigerant pipes penetrates the tank, a means for escaping the relative displacement due to the thermal influence is necessary, and this complicates the pipe and seal structure. In addition, since nitrogen gas is sealed in a sealed tank, there is a problem in maintainability when an operator enters the tank to inspect the transformer.
この発明は上記の点に鑑みなされたものであり、その目的は前記課題を解消して設備費の低減化,機器のメンテナンス性改善が図れるように機器の格納容器を改良した屋外設置の静止形超電導機器を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above points, and its purpose is to solve the above-mentioned problems, reduce the equipment cost, and improve the maintainability of the equipment. To provide superconducting equipment.
上記目的を達成するために、この発明によれば、鉄心に超電導線材の巻線を巻装した構成の静止形超電導機器において、前記鉄心と隔離して巻線と該巻線を極低温に冷却する液体冷媒を収容した密閉形の絶縁断熱容器と、該断熱容器および前記鉄心を格納する耐候性の金属容器とを備え、前記金属容器には導風用の換気口を開口し、該換気口を通じて金属容器内の空間を大気側に開放する(請求項1)。 In order to achieve the above-mentioned object, according to the present invention, in a static superconducting device having a structure in which a winding of a superconducting wire is wound around an iron core, the winding and the winding are cooled to a cryogenic temperature in isolation from the iron core. And a weather-resistant metal container for storing the heat insulation container and the iron core. The metal container is provided with a ventilation opening for air conduction, and the ventilation opening. The space in the metal container is opened to the atmosphere side through (Claim 1).
また、前記換気口に送風用ブロアを接続し、該ブロアを通じて金属容器内の空間に外気を強制通風する(請求項2)。 In addition, a blower blower is connected to the ventilation port, and the outside air is forcibly ventilated into the space in the metal container through the blower.
さらに、前記の金属容器に貫通ブッシングを設け、かつ該ブッシングと巻線を収容した断熱容器との間に気密性の配線ダクトを配置し、該配線ダクトを通じてブッシングと巻線との間を常電導材の電流リードで接続する(請求項3)。 Further, a through bushing is provided in the metal container, and an airtight wiring duct is disposed between the bushing and the heat insulating container containing the winding, and normal conduction is provided between the bushing and the winding through the wiring duct. They are connected by current leads of the material (claim 3).
上記構成の超電導変圧器よれば、屋外設置の環境条件の下でも、超電導巻線,液体冷媒を収容した断熱容器を直射日光の暴露から防護して該容器の劣化を防ぐ一方、金属容器は密閉形とせずに大気側に開放することにより、換気口,ブロアを通じて導入する外気で鉄心を冷却することができる。また、金属容器を貫通して外部に引き出す各種配管類,およびブッシングについてもその貫通箇所の気密性確保が必要なく、これにより屋外設置形の超電導機器を安価な設備費で製作できる。 According to the superconducting transformer having the above configuration, the insulation container containing the superconducting winding and the liquid refrigerant is protected from direct sunlight exposure, and the metal container is hermetically sealed, even under outdoor conditions. By opening to the atmosphere side without taking the shape, the iron core can be cooled by the outside air introduced through the ventilation port and blower. Moreover, it is not necessary to secure the airtightness of the various pipes and bushings that penetrate the metal container to the outside, and it is possible to manufacture outdoor-installed superconducting equipment at low cost.
なお、金属容器に設けた貫通ブッシングと巻線を収容した断熱容器との間を気密性の配線ダクトで連結し、該配線ダクトを通じてブッシングと巻線との間を常電導リードで接続することにより、断熱容器内に収容した冷媒ガスの系外漏出を防止して電流リードの配線が行える。 By connecting the through bushing provided in the metal container and the heat insulating container containing the winding with an airtight wiring duct and connecting the bushing and the winding with a normal conductive lead through the wiring duct. The current leads can be wired by preventing leakage of the refrigerant gas contained in the heat insulating container.
また、金属容器は大気側に開放してその内部空間には窒素ガスなどを封入していないので、機器の保守,点検時には保守員がそのまま金属容器の内部に入って作業を行うことができてメンテナンス性が向上する。 In addition, since the metal container is open to the atmosphere and nitrogen gas is not sealed in the internal space, maintenance personnel can enter the metal container as it is during maintenance and inspection of equipment. Maintainability is improved.
以下、この発明の実施の形態を図1,図2に示す実施例に基づいて説明する。なお、各図において図3に対応する部材には同じ符号を付している。 Embodiments of the present invention will be described below based on the examples shown in FIGS. In addition, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected to the member corresponding to FIG.
図1において、この実施例では鉄心1、巻線2,3および液体冷媒5を収容した断熱容器4を含めて超電導変圧器の組立体全体を金属容器8に格納して屋外に設置されている。ここで、金属容器8には換気口として外気取入口8a,排気口8bを開口し、この換気口を通じて容器内の空間を大気側に開放している。また金属容器8の天井板には貫通ブッシング6を設置するとともに、該ブッシング6と前記断熱容器4との間を気密性の配線ダクト9で連結し、該配線ダクト9を通じて巻線2,3とブッシング6との間を銅などの常電導導体の電流リードで相互接続している。
In FIG. 1, in this embodiment, the entire superconducting transformer assembly including the
なお、図示してないが、鉄心1はベース枠体を介して金属容器8の内部に据付け、断熱容器4は防止ゴムなどを介して鉄心1のベース枠体に支持するようにしている。また、ブッシング6が金属容器8を貫通する箇所は、雨水などが容器内部に浸入しない程度のシール構造で充分である。さらに、図示例の金属容器8には外気取入口8aに防塵用のフィルタ10を付設して塵埃の侵入を防ぐようにしている。そのほか、金属容器8には必要に応じて保守員が出入りできる扉を備えるものとする。
Although not shown, the
上記の構成により、断熱容器4は格納容器である金属容器8に包囲されていて直射日光などに直接暴露されることがなく、これにより断熱容器4の材質劣化が防げる。また、金属容器8の内部空間には外気取入口8a,排気口8bを通じて外気が自然対流し、この外気対流により鉄心1が冷却される。
With the above configuration, the
また、金属容器8は大気側に開放されており、超電導変圧器の保守点検時には保守員が金属容器8の中に直接入ってメンテナンス作業を行うことができる。
Further, the
次に、この発明の請求項2に対応する実施例を図2に示す。すなわち、鉄心1の発熱量は変圧器の容量などにより異なり、大容量の機器では先記実施例1の外気の自然対流方式では充分な冷却能力が確保できない場合がある。そこで、この実施例2では空気取入口にブロア11を接続し、このブロア11を通じて金属容器8の内部に多量の外気を強制通風して鉄心1を冷却するようにしている。
Next, an embodiment corresponding to
なお、図示実施例には描かれてないが、必要に応じてブロア11を通じて導入した冷却空気を鉄心1の全域に流すように整流板を設けるものとする。また、ブロア11は図示のように金属容器8の外側に設置するほか、容器の内側に設置してもよく、さらに換気口の位置,数およびブロア11の設置台数も自由に選定できる。
Although not illustrated in the illustrated embodiment, a rectifying plate is provided so that cooling air introduced through the blower 11 flows through the entire area of the
1 鉄心
2,3 超電導巻線
4 断熱容器
5 液体冷媒(液体窒素)
6 ブッシング
7 電流リード
8 金属容器
8a 外気取入口
8b 排気口
9 配線ダクト
11 ブロア
1
6 Bushing 7
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