JP2011054782A - 密封型電気機器 - Google Patents

Abstract

【課題】内圧の変化を抑制可能な密封型電気機器を提供する。
【解決手段】密封型電気機器となる変圧器１０Ｔは、電気部品を密封ケース１０に収容し、この電気部品を外部と電気的に接続するリード線ｗ１・ｗ２を気密するブッシング１ａ・１ｂを密封ケース１０に有する。密封ケース１０は、密封ケース本体１とベローズ２を備える。ベローズ２は、密封ケース本体１の耐圧強度より低い耐圧強度を有する。ベローズ２は、密封ケース本体１を部分的に密封して、密封ケース本体１の内部圧力の変化を吸収できる。ベローズ２は、基端部２１が密封ケース本体１に固定され、先端部が閉塞されると共に、ベローズ２の内部が密封ケース本体１の内部と連通している。変圧器１０Ｔは、内圧の変化に起因するブッシング１ａ・１ｂの劣化の進行を防止でき、変圧器１０Ｔの気密性を維持することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、密封型電気機器に関する。特に、変圧器などのように、電気部品を密封ケースに収容し、内部の電気部品を外部と電気的に接続するリード線を気密するブッシングを密封ケースに有する密封型電気機器の構造に関する。

例えば、密封型電気機器である変圧器は、変圧コイルと鉄心とで構成される変圧器本体を密封ケースの内部に配置している。又、リード線の端末が変圧コイルに接続している。そして、このリード線は、密封ケースに設けた円環状のブッシングで気密され、外部へと延出している。例えば、密封ケースの内部には、絶縁油を封入している。

ところで、ブッシングの劣化及び侵食が進行すると、変圧器の外部雰囲気中の水分がブッシングの内部に溜まることがある。そして、この水分がリード線を伝わり、変圧コイルに到達すると、変圧器の内部の絶縁強度を低下させるので、絶縁破壊による損傷などを発生させるという不具合がある。

又、通電による変圧器の内部発熱及び外気温の影響により、ブッシングは、内圧の変化に対応した膨張と収縮を繰り返している。そして、この繰り返し応力がブッシングの劣化を進行させ、変圧器の周辺雰囲気中の水分を変圧器の内部に浸水しやすくしていた。

このような不具合を解消するため、水分が密封ケースの内部へ浸水した場合、水分がブッシングを経てリード線を伝わり、電気部品に到達する経路を未然に防ぐ密封型電気機器が発明されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１による密封型電気機器は、電気部品から引き出したリード線と、そのリード線と接続する接続端子と、電気部品を内蔵し、接続端子を貫通させて取り付けるための取り付け孔を有する密封ケースと、接続端子を貫通させ、取り付け孔の周囲のケース内側面に片面を接した環状部材と、接続端子を貫通させ、環状部材に片面を接した環状の内部碍子とを備え、内部碍子は、内周面と外周面を貫通する水抜き用穴部を有している。

特許文献１による密封型電気機器は、内部碍子に水抜き部を設けることにより、電気機器の周辺雰囲気中の水分が機器内部へ浸水した場合でも、その水分が水抜き部を通して放出されるので、この水分が接続端子を経てリード線を伝わり、電気部品に到達する経路を未然に防ぐことができる、としている。

特開２００５−８５８６７号公報

しかし、特許文献１による密封型電気機器は、外部の水分がリード線を伝わり、内部の電気部品に到達する経路を遮断しているものの、密封型電気機器の内部発熱及び外気温の影響による内圧の変化に起因するブッシングの劣化の進行を防止してはいない。

密封型電気機器の内圧の変化を抑制できれば、ブッシングの劣化の進行を防止でき、密封型電気機器の気密性を維持することができる。又、密封型電気機器の内圧が負圧になることを抑制できれば、ブッシングを介して外部の水分（雨水など）が大気圧で内部に浸水することを防止できる。そして、以上のことが本発明の課題といってよい。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、外部の水分が内部に浸水することを防止するために、密封型電気機器の内圧の変化を抑制可能な密封型電気機器を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記目的を達成するため、密封型電気機器の内圧の変化を抑制可能な吸収手段を密封型電気機器に連結することにより、これらの課題が解決可能なことを見出し、これに基づいて、以下のような新たな密封型電気機器を発明するに至った。

（１）本発明による密封型電気機器は、電気部品を密封ケースに収容し、この電気部品を外部と電気的に接続するリード線を気密するブッシングを前記密封ケースに有する密封型電気機器であって、前記密封ケースは、密封ケース本体と、この密封ケース本体の耐圧強度より低い耐圧強度を有する可逆的な変形構造体であって、前記密封ケース本体を部分的に密封して当該密封ケース本体の内部圧力の変化を吸収可能な変形構造体と、を備える。

（２）前記変形構造体は、前記密封ケース本体から部分的に突出するように配置された中空のベローズからなり、このベローズは、基端部が密封ケース本体に固定され、先端部が閉塞されると共に、当該ベローズの内部が前記密封ケース本体の内部と連通していることが好ましい。

（３）前記変形構造体は、ダイヤカット状の凹凸部を連設する金属薄板からなることが好ましい。

（４）本発明による密封型電気機器は、前記変形構造体を外方から囲う防護柵を更に備えることが好ましい。

（５）前記密封ケース本体は、上部が開口され、外周に前記ブッシングを設け、前記電気部品を収納する筒状容器、及びこの筒状容器の上部を密閉する蓋体からなり、この蓋体の上面に前記変形構造体を設けることが好ましい。

（６）前記電気部品は、変圧コイルと鉄心とで構成される変圧器本体を含んでいることが好ましい。

（７）前記電気部品は、電力回路の電路を開閉する開閉器を含んでいることが好ましい。

（８）前記電気部品は、電圧を調整する並列コンデンサを含んでいることが好ましい。

本発明による密封型電気機器は、密封ケース本体の内部圧力の変化を吸収可能な変形構造体を備えているので、内圧の変化に起因するブッシングの劣化の進行を防止でき、密封型電気機器の気密性を維持することができる。

又、本発明による密封型電気機器は、密封型電気機器の内圧が負圧になることを抑制でき、ブッシングを介して外部の水分（雨水など）が大気圧で内部に浸水することを防止できる。

本発明の第１実施形態による密封型電気機器の構成を示す斜視図であり、ベローズ（変形構造体）を備える密封型電気機器を正面側から観ている。 第１実施形態による密封型電気機器の構成を示す斜視図であり、ベローズ（変形構造体）を備える密封型電気機器を右側面側から観ている。 第１実施形態による密封型電気機器の内部構成を示す縦断面図であり、図の左半分は略省略している。 第１実施形態による密封型電気機器に備わるベローズ（変形構造体）の縦断面図である。 第１実施形態による密封型電気機器の構成を示す斜視図であり、ベローズ（変形構造体）を外方から囲う防護柵を備える密封型電気機器を正面側から観ている。 本発明の第２実施形態による密封型電気機器の構成を示す斜視図であり、ダイヤカット状の凹凸部を連設する金属薄板（変形構造体）を備える密封型電気機器を正面側から観ている。 第２実施形態による密封型電気機器の構成を示す斜視図であり、ダイヤカット状の凹凸部を連設する金属薄板（変形構造体）を備える密封型電気機器を右側面側から観ている。 第２実施形態による密封型電気機器の構成を示す平面図であり、ダイヤカット状の凹凸部を連設する金属薄板（変形構造体）を備える密封型電気機器を上面から観ている。 第２実施形態による密封型電気機器の構成を示す平面図であり、ダイヤカット状の凹凸部を連設する金属薄板（変形構造体）を外方から囲う防護柵を備える密封型電気機器を上面から観ている。

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態を説明する。なお、本発明の実施形態による密封型電気機器は、耐塩ブッシングを備える柱上変圧器を一例に挙げ、柱上変圧器の実施形態を以下に説明する。

［第１実施形態］
最初に、本発明の第１実施形態による柱上変圧器の構成を説明する。図１は、本発明の第１実施形態による柱上変圧器の構成を示す斜視図であり、ベローズ（変形構造体）を備える柱上変圧器を正面側から観ている。

図２は、第１実施形態による柱上変圧器の構成を示す斜視図であり、ベローズ（変形構造体）を備える柱上変圧器を右側面側から観ている。図３は、第１実施形態による柱上変圧器の内部構成を示す縦断面図であり、図の左半分は略省略している。

図４は、第１実施形態による柱上変圧器に備わるベローズ（変形構造体）の縦断面図である。図５は、第１実施形態による密封型電気機器の構成を示す斜視図であり、ベローズ（変形構造体）を外方から囲う防護柵を備える密封型電気機器を正面側から観ている。

図１から図５を参照すると、第１実施形態による柱上変圧器（以下、変圧器と略称する）１０Ｔは、密封ケース１０と一対のブッシング１ａ・１ｂを備えている。なお、ブッシング１ａとブッシング１ｂとは、同じものであるが、説明の便宜上、符号を変えて区別している。

図１から図５を参照すると、密封ケース１０は、筒状容器１１と蓋体１２とを有する密封ケース本体１と、可逆的な変形構造体であるベローズ２と、を備えている。筒状容器１１は、上部が開口されている。筒状容器１１に外周には、一対のブッシング１ａ・１ｂを設けている。蓋体１２は、筒状容器１１の上部を密閉している。筒状容器１１は、その上部に複数のクランプ１ｃを配置している。これらのクランプ１ｃは、蓋体１２を筒状容器１１に固定している。

図３を参照すると、筒状容器１１は、電気部品である変圧器本体１００を収納している。変圧器本体１００は、変圧コイル１０１と鉄心１０２で構成されている。変圧コイル１０１の２次側巻線は、端子台１０３でリード線ｗ４に中継されている。リード線ｗ４は、ブッシング１ｂの内部で気密され、外部と電気的に接続するリード線ｗ２に接続している。

一方、変圧コイル１０１の１次側巻線は、端子台１０３でリード線ｗ３に中継されている。リード線ｗ３は、ブッシング１ａの内部で気密され、外部と電気的に接続するリード線ｗ１に接続している。

図３を参照すると、一対のブッシング１ａ・１ｂは、それらの外周及び内部から筒状容器１１に雨水などが容易に浸水しない耐塩ブッシングとなっている。又、筒状容器１１の内部には、絶縁油１０４が封入されている。

図１から図５を参照すると、リード線ｗ１は、高圧の架空線（図示せず）に接続している。一方、リード線ｗ２は、負荷装置（図示せず）に接続している。そして、変圧器１０Ｔは、架空線に印加された高電圧を家庭や事務所などで使用する低電圧に変圧している。

図１から図５を参照すると、第１実施形態による変圧器１０Ｔは、蓋体１２の上面に変形構造体となる金属製の中空のベローズ２を設けている。ベローズ２は、蓋体１２から部分的に突出するように配置されている。

図１又は図３を参照すると、ベローズ２は、基端部２１が蓋体１２に溶接で固定されている。又、ベローズ２は、先端部２２が閉塞されている。そして、ベローズ２の内部は、密封ケース本体１の内部と連通している。

図示されたベローズ２は、密封ケース本体１の耐圧強度より低い耐圧強度を有している。すなわち、密封ケース本体１は、外部又は内部からの力（圧力）に対してその変形が殆ど影響しない剛体となっている。一方、ベローズ２は、密封ケース本体１を部分的に密封して、密封ケース本体１の内部圧力の変化を吸収可能な可逆的な変形構造体となっている。

図５を参照すると、第１実施形態による変圧器１０Ｔは、ベローズ２を外方から囲う防護柵２ｆを更に備えている。防護柵２ｆは、両端部が屈折された一対の丸棒（又はパイプ）からなり、これらの丸棒の基端部が蓋体１２の上面に固定されている。又、これらの丸棒の中央部は十字状に交差している。

次に、第１実施形態による変圧器１０Ｔの作用及び効果を説明する。図１から図４を参照すると、第１実施形態による変圧器１０Ｔは、通電による内部発熱及び外気温の影響により、内部の圧力が上昇すると、その内圧の変化を吸収するように、ベローズ２が膨張する。つまり、ベローズ２の内容積を増大させる。

一方、第１実施形態による変圧器１０Ｔは、外気温の影響により、内部の圧力が下降すると、その内圧の変化を吸収するように、ベローズ２が収縮する。つまり、ベローズ２の内容積を減少させる。

このように、第１実施形態による変圧器１０Ｔは、密封ケース本体１の内部圧力の変化を吸収可能なベローズ２を備えているので、内圧の変化に起因する一対のブッシング１ａ・１ｂの劣化の進行を防止できる。そして、変圧器１０Ｔの気密性を維持することができる。

又、第１実施形態による変圧器１０Ｔは、密封ケース本体１の内圧が負圧になることを抑制でき、一対のブッシング１ａ・１ｂを介して外部の水分（雨水など）が大気圧で内部に浸水することを防止できる。更に、第１実施形態による変圧器１０Ｔは、外気が内部に容易に侵入しないので、絶縁油１０４の吸湿を防止できる。もって、絶縁油１０４の劣化を防止できる。

図５を参照すると、第１実施形態による変圧器１０Ｔは、ベローズ２を外方から囲う防護柵２ｆを更に備えている。これにより、密封ケース本体１の耐圧強度より低い耐圧強度を有するベローズ２を落下物などから防護できる。又、密封ケース本体１の内圧が急上昇して、ベローズ２に亀裂が生じても、ベローズ２が密封ケース本体１から離間することを防護柵２ｆで防止できる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態による柱上変圧器の構成を説明する。なお、図１から図５で用いた符号と同じ符号の構成品は、それらの作用を同じとするので、以下の説明で割愛する場合がある。

図６は、本発明の第２実施形態による柱上変圧器の構成を示す斜視図であり、ダイヤカット状の凹凸部を連設する金属薄板（変形構造体）を備える柱上変圧器を正面側から観ている。図７は、第２実施形態による柱上変圧器の構成を示す斜視図であり、ダイヤカット状の凹凸部を連設する金属薄板（変形構造体）を備える柱上変圧器を右側面側から観ている。

図８は、第２実施形態による柱上変圧器の構成を示す平面図であり、ダイヤカット状の凹凸部を連設する金属薄板（変形構造体）を備える柱上変圧器を上面から観ている。図９は、第２実施形態による柱上変圧器の構成を示す平面図であり、ダイヤカット状の凹凸部を連設する金属薄板（変形構造体）を外方から囲う防護柵を備える柱上変圧器を上面から観ている。

図６から図９を参照すると、第２実施形態による変圧器２０Ｔは、密封ケース２０と一対のブッシング１ａ・１ｂを備えている。密封ケース２０は、筒状容器１１と蓋体１３とを有する密封ケース本体３と、可逆的な変形構造体である金属薄板４と、を備えている。

筒状容器１１は、上部が開口されている。筒状容器１１に外周には、一対のブッシング１ａ・１ｂを設けている。蓋体１３は、筒状容器１１の上部を密閉している。筒状容器１１は、その上部に複数のクランプ１ｃを配置している。これらのクランプ１ｃは、蓋体１３を筒状容器１１に固定している。なお、変圧器２０Ｔの内部構造は、変圧器１０Ｔと同じなので、説明を割愛する。

図６から図９を参照すると、第２実施形態による変圧器２０Ｔは、蓋体１３の上面に変形構造体となるダイヤカット状の凹凸部４０を連設する略円形の金属薄板４を設けている。金属薄板４は、蓋体１３の略中央部に配置されている。

図６から図８を参照すると、蓋体１３の中央部は、円形に開口されている。そして、金属薄板４の周囲が蓋体１３の開口の端縁に溶接で固定されている。つまり、金属薄板４は、密封ケース本体３を部分的に密封している。

図示された金属薄板４は、密封ケース本体３の耐圧強度より低い耐圧強度を有している。すなわち、密封ケース本体３は、外部又は内部からの力（圧力）に対してその変形が殆ど影響しない剛体となっている。一方、金属薄板４は、密封ケース本体３を部分的に密封して、密封ケース本体３の内部圧力の変化を吸収可能な変形構造体となっている。

図８を参照すると、凹凸部４０は、菱形形状の構成単位４ｕを縦横に連設している。そして、凹凸部４０は、構成単位４ｕ同士が互いに境界をなす稜線４ｅを有している。又、凹凸部４０は、稜線４ｅが互いに交差する交点４ｃを有している。

図８を参照すると、稜線４ｅ及び交点４ｃは、構成単位４ｕの平面と比べて相対的に外部に突出している。又、構成単位４ｕの平面は、対向する交点４ｃ・４ｃ間では、内部に窪んだ部分を有している。

このように、凹凸部４０は、隣り合う凹凸部４０が縦横に位相差をなし、縦方向にも横方向にも凹部と凸部が交互に繰り返すようなダイヤカット状の立体模様を配列している。又、凹凸部４０は、菱形形状の構成単位４ｕの対向する交点４ｃ・４ｃを結ぶ直線上に折れ目４ｇを形成して、最小構成単位面の形状を二等辺三角形にしている。

図９を参照すると、第２実施形態による変圧器２０Ｔは、金属薄板４を外方から囲う防護柵４ｆを更に備えている。防護柵４ｆは、両端部が屈折された一対の丸棒（又はパイプ）からなり、これらの丸棒の基端部が蓋体１３の上面に固定されている。又、これらの丸棒の中央部は十字状に交差している。

図９を参照して、図示された防護柵４ｆに換えて、上面が密閉された剛性のある既存の蓋体（図示せず）を用いることもできる。この場合、既存の蓋体の底部を金属薄板４で密閉するように、既存の蓋体を２重構造とすることが好ましく、密封ケース本体３の内部圧力の変化を吸収可能できると共に、金属薄板４を防護できる。

次に、第２実施形態による変圧器２０Ｔの作用及び効果を説明する。図６から図８を参照すると、第２実施形態による変圧器２０Ｔは、通電による内部発熱及び外気温の影響により、内部の圧力が上昇すると、その内圧の変化を吸収するように、ダイヤカット状の凹凸部４０を連設する金属薄板４が膨張する。つまり、金属薄板４は、ダイヤカット状の凹凸部４０が変形して、凹凸のない外側に僅かに膨張した曲面を形成する。これにより、密封ケース本体３の内容積を増大させる。

一方、第２実施形態による変圧器２０Ｔは、外気温の影響により、内部の圧力が下降すると、その内圧の変化を吸収するように、ダイヤカット状の凹凸部４０を連設する金属薄板４が収縮する。つまり、金属薄板４は、ダイヤカット状の凹凸部４０が復元して、密封ケース本体３の内容積を初期の状態に復帰させる。

更に、内部の圧力が下降すると、金属薄板４は、ダイヤカット状の凹凸部４０が変形して、凹凸のない内側に僅かに膨張した曲面を形成する。これにより、密封ケース本体３の内容積を減少させる。

このように、第２実施形態による変圧器２０Ｔは、密封ケース本体３の内部圧力の変化を吸収可能なダイヤカット状の凹凸部４０を連設する金属薄板４を備えているので、内圧の変化に起因する一対のブッシング１ａ・１ｂの劣化の進行を防止できる。そして、変圧器２０Ｔの気密性を維持することができる。

又、第２実施形態による変圧器２０Ｔは、密封ケース本体３の内圧が負圧になることを抑制でき、一対のブッシング１ａ・１ｂを介して外部の水分（雨水など）が大気圧で内部に浸水することを防止できる。更に、第２実施形態による変圧器２０Ｔは、外気が内部に容易に侵入しないので、絶縁油１０４の吸湿を防止できる。もって、絶縁油１０４の劣化を防止できる。

図９を参照すると、第２実施形態による変圧器２０Ｔは、金属薄板４を外方から囲う防護柵４ｆを更に備えている。これにより、密封ケース本体３の耐圧強度より低い耐圧強度を有する金属薄板４を落下物などから防護できる。又、密封ケース本体３の内圧が急上昇して、金属薄板４に亀裂が生じても、金属薄板４が密封ケース本体３から離間することを防護柵４ｆで防止できる。

更に、上面が密閉された剛性のある既存の蓋体を利用して、既存の蓋体の底部を金属薄板４で密閉した場合には、剛性の蓋体で金属薄板４を落下物などから防護できる。又、密封ケース本体３の内圧が急上昇して、金属薄板４に亀裂が生じても、密封ケース本体３の内部に封止しておくことができる。

本発明の実施形態による柱上変圧器は、密封ケース本体の内部圧力の変化を吸収可能な変形構造体を備えているので、内圧の変化に起因するブッシングの劣化の進行を防止でき、柱上変圧器の気密性を維持することができる。

又、本発明の実施形態による柱上変圧器は、柱上変圧器の内圧が負圧になることを抑制でき、ブッシングを介して外部の水分（雨水など）が大気圧で内部に浸水することを防止できる。

更に、本発明の実施形態による柱上変圧器は、変形構造体を設けた改善された蓋体を既存の蓋体と交換するだけでよく、停電を要することなく、工事できるというメリットがある。

本発明による密封型電気機器は、柱上変圧器を例に挙げて説明したが、柱上変圧器に限定されない。例えば、本発明による密封型電気機器には、高圧需要者の電力使用量を計量するために、電圧や電流を変圧・変流する変成器に適用することもできる。変成器は、その構造が柱上変圧器に類似している。

本発明による密封型電気機器には、電気部品として、電力回路の電路を開閉する開閉器を有する真空開閉器を含むことができる。

又、本発明による密封型電気機器には、電気部品として、電圧を調整する並列コンデンサを有する自動電圧調整用並列コンデンサ装置（ＳＳＣ：Ｓｔｅｐ Ｓｗｉｔｃｈｅｄ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ）を含むこともできる。

更に、本発明による密封型電気機器には、柱上変圧器では対応できない高圧配電線の電圧を補償するＳＶＲ（Ｓｔｅｐ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｒｅｇｕｌａｔｏｒ）と呼ばれる設置型変圧器を含むこともできる。

１ 密封ケース本体
１ａ・１ｂ ブッシング
２ ベローズ（変形構造体）
１０ 密封ケース
１０Ｔ 変圧器（密封型電気機器）
１１ 筒状容器
１２ 蓋体
ｗ１〜ｗ４ リード線

Claims (8)

1. 電気部品を密封ケースに収容し、この電気部品を外部と電気的に接続するリード線を気密するブッシングを前記密封ケースに有する密封型電気機器であって、
   前記密封ケースは、密封ケース本体と、この密封ケース本体の耐圧強度より低い耐圧強度を有する可逆的な変形構造体であって、前記密封ケース本体を部分的に密封して当該密封ケース本体の内部圧力の変化を吸収可能な変形構造体と、を備える密封型電気機器。
2. 前記変形構造体は、前記密封ケース本体から部分的に突出するように配置された中空のベローズからなり、
   このベローズは、基端部が密封ケース本体に固定され、先端部が閉塞されると共に、当該ベローズの内部が前記密封ケース本体の内部と連通している請求項１記載の密封型電気機器。
3. 前記変形構造体は、ダイヤカット状の凹凸部を連設する金属薄板からなる請求項１記載の密封型電気機器。
4. 前記変形構造体を外方から囲う防護柵を更に備える請求項１から３のいずれかに記載の密封型電気機器。
5. 前記密封ケース本体は、上部が開口され、外周に前記ブッシングを設け、前記電気部品を収納する筒状容器、及びこの筒状容器の上部を密閉する蓋体からなり、
   この蓋体の上面に前記変形構造体を設ける請求項１から４のいずれかに記載の密封型電気機器。
6. 前記電気部品は、変圧コイルと鉄心とで構成される変圧器本体を含んでいる請求項１から５のいずれかに記載の密封型電気機器。
7. 前記電気部品は、電力回路の電路を開閉する開閉器を含んでいる請求項１から４のいずれかに記載の密封型電気機器。
8. 前記電気部品は、電圧を調整する並列コンデンサを含んでいる請求項１から４のいずれかに記載の密封型電気機器。

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