JP2011071190A

JP2011071190A - 多重変圧器装置

Info

Publication number: JP2011071190A
Application number: JP2009218991A
Authority: JP
Inventors: Kuniaki Nagasaka; 邦昭長坂
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2009-09-24
Filing date: 2009-09-24
Publication date: 2011-04-07

Abstract

【課題】多重変圧器の巻線等を効率よく冷却する。
【解決手段】多重変圧器装置は、鉄心１５と、鉄心１５の軸方向周りに巻き回された１次巻線１６と、２次巻線群１１と、整風板７１と、を有する。２次巻線群１１は、１次巻線１６の径方向外側に巻き回されて形成される複数の２次巻線が、軸方向に互いに軸方向間隙５１を保ちながら配列されている。整風板７１の径方向内側端部が各２次巻線群１１の外側面に、所定の径方向間隙５５を保ちながら対向する。２次巻線群１１を軸方向に沿って冷却用気体が流れるときに、冷却用気体の一部が径方向間隙５５を流通する。
【選択図】図１

Description

本発明は、巻線が冷却用気体で冷却される多重変圧器装置に関する。

多重変圧器は、軸方向に延びる鉄心と、この鉄心を囲うように配置された巻線と、を有する。この巻線は、鉄心に絶縁片を介して巻かれる１次巻線と、この１次巻線に絶縁片を介して巻かれた複数の２次巻線が含まれる。これらの２次巻線は互いに軸方向間隙を保ちながら軸方向に配列されている。この多重変圧器は、１次巻線に入力される３相の交流電力を、各２次巻線それぞれに分配するように構成された変圧器である。

高電圧が作用する変圧器はサイズが大きく、鉄心や巻線の温度は高温になる。このため、空気等により巻線等を冷却するための冷却装置が必要となる。このような変圧器の冷却装置は、例えば特許文献１に開示されているように、巻線の外側に風洞を配置して冷却用の空気を流通させる方法等が知られている。

特開２０００−２３２０２２号公報

ところが、上記のように構成された多重変圧器では、２次巻線同士の間に形成される軸方向間隙から冷却空気が流れてしまうため、冷却用空気が巻線を一様に流れないことがある。

冷却空気が一様に流れないと、巻線の温度、例えば表面温度に偏重し、表面温度が部分的に高くなることがある。このような温度上昇は、絶縁材等を劣化させるため、高温な箇所ほど絶縁性能が低下する場合がある。

一方、上記のような冷却装置の場合、風洞によって変圧器全面が覆われるため変圧器の外観等を容易に確認できないことが多い。

本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、多重変圧器の巻線等を効率よく冷却することである。

上記目的を達成するための本発明に係る多重変圧器装置は、軸方向に延びる鉄心と、この鉄心の軸方向周りに巻き回されて形成される１次巻線と、前記１次巻線の径方向外側に巻き回されて形成される複数の２次巻線が軸方向に互いに軸方向間隙を保ちながら配列されて構成される複数の２次巻線群と、径方向内側端部が、少なくとも１つの前記２次巻線群の径方向外側面の少なくとも一部に、所定の径方向間隙を保ちながら対向するように配置された整風板と、を有し、前記各２次巻線群を軸方向に沿って冷却用気体が流れるときに、前記冷却用気体の一部が前記径方向間隙を流通するように構成されていること、を特徴とする。

本発明によれば、多重変圧器の巻線等を効率よく冷却することが可能になる。

本発明に係る多重変圧器装置の第１の実施形態の構成を示す概略正面図である。図１のII-II矢視概略平断面図である。図１のＵ相鉄心、Ｕ相１次巻線、およびＵ相２次巻線等の拡大平断面図である。図１の第１Ｕ相２次巻線群および第２Ｕ相２次巻線群の概略立断面図である。本発明に係る多重変圧器装置の第２の実施形態の構成を示す概略部分正面図である。

以下、本発明に係る多重変圧器装置の実施形態について、図面を参照して説明する。

［第１の実施形態］
本発明の多重変圧器装置に係る第１の実施形態について、図１〜図４を用いて説明する。図１は、本実施形態の多重変圧器装置の第１の実施形態の構成を示す概略正面図である。なお、図１では、多重変圧器１００が設置される架台等の図示は省略している。

図２は、図１のII-II矢視概略平断面図である。図３は、図１のＵ相鉄心１５、Ｕ相１次巻線１６、およびＵ相２次巻線１７等の拡大平断面図である。図４は、図１の第１Ｕ相２次巻線群２１等の概略立断面図である。

先ず、本実施形態の多重変圧器装置の構成について説明する。

本実施形態の多重変圧器装置は、図１に示すように、設置台９の上に設置された筐体１と、この筐体１内に配置された多重変圧器（３相３重変圧器）１００と、この筐体１の天井板２の外側に設けられたファン４と、筐体１の側板３に取り付けられた３つの整風板（第１整風板７１、第２整風板７２、第３整風板７３）と、を有する。

筐体１は、側板３および天井板２等によって、多重変圧器がある空間と、外部とを仕切るように構成されている。この筐体１の側板３の下方には、外気を吸い込むための吸気口６が設けられている。図１の例では、図中の左右に側板３それぞれに吸気口６が設けられている。

ファン４の回転によって、吸気口６から外気を吸い込んで、当該外気が仕切り板７等によって筐体１の下方を流れて、この後に下方から上方に向かう流れを形成する。当該空気は、ファン４の上方に設けられた排気口５から排気される。すなわち、ファン４、吸気口６および排気口５等によって、吸気口６から吸い込まれた外気がファン４を通り抜けて排気口５から外部に排出されるように空気流路が形成されている。

次に、筐体１内に収容された多重変圧器の構成について説明する。本実施形態の多重変圧器は、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）で、３重の３相３重変圧器１００である。

多重変圧器は、図２および図３に示すように、横断面が４隅にＲが形成された略正方形で鉛直に延びる３つの鉄心、すなわちＵ相鉄心１５、Ｖ相鉄心２５、およびＷ相鉄心３５を有する。以下のＵ相鉄心１５に配置された巻線の構成について説明する。

Ｕ相鉄心１５の外周面には、鉛直に延びる内側絶縁片８２が周方向に互いに間隔をあけて複数（例えば４つ）取り付けられている。具体的には、図３に示すように、これらの内側絶縁片８２は、Ｕ相鉄心１５の横断面の４隅付近にそれぞれ取り付けられている。これらの内側絶縁片８２の外周にＵ相１次巻線１６が巻き回されている。このＵ相１次巻線１６は、Ｕ相鉄心１５の外周のほぼ全域を覆うように巻き回されている。また、隣り合う内側絶縁片８２、Ｕ相鉄心１５の外周面およびＵ相１次巻線１６の内周面によって、内側通風路８６が形成されている。この内側通風路８６は、吸気口６から取り込んだ外気が流通可能に構成されている。

Ｕ相１次巻線１６の外周面には、鉛直に延びる外側絶縁片８１が周方向に互いに間隔をあけて４つ取り付けられている。これらの外側絶縁片８１の外周面に、３つの２次巻線群、すなわち、第１Ｕ相２次巻線群１１、第２Ｕ相２次巻線群１２、および第３Ｕ相２次巻線群１３が互いに鉛直方向に第１間隙５１をあけて、配置される。

第１Ｕ相２次巻線群１１は、図４に示すように、複数のＵ相２次巻線１７によって構成されている。これらのＵ相２次巻線１７それぞれは、鉛直方向に互いに第２間隙５２をあけた状態で、各外側絶縁片８１それぞれの外周面に巻き回されて取り付けられている。

また、隣り合う外側絶縁片８１、Ｕ相１次巻線１６の外周面および第１Ｕ相２次巻線１７郡の内周面によって、外側通風路８５が形成されている。この外側通風路８５は、吸気口６から取り込んだ外気が流通可能に構成されている。

第２Ｕ相２次巻線群１２および第３Ｕ相２次巻線群１３も、第１Ｕ相２次巻線群１１と同様に構成されている。

上記のように、Ｕ相鉄心１５に、Ｕ相１次巻線１６と、第１〜第３Ｕ相２次巻線群１１、１２、１３が配置されて、３相のうちのＵ相に相当するＵ相３重変圧器１０を構成している。

Ｖ相鉄心２５は、Ｕ相鉄心１５と同様に、内側絶縁片８２が取り付けられて、内側絶縁片８２の外側面にＶ相１次巻線２６が巻き回されて取り付けられている。このＶ相１次巻線２６の外側面に外側絶縁片８１が取り付けられている。この外側絶縁片８１の外周面には、３つのＶ相２次巻線群、すなわち、第１Ｖ相２次巻線群２１、第２Ｖ相２次巻線群２２、および第３Ｖ相２次巻線群２３が互いに第１間隙５１をあけて配置されている。これにより、３相のうちのＶ相に相当する３重変圧器を構成している。当該３重変圧器も、Ｕ相３重変圧器１０と同様に、内部の内側通風路８６および外側通風路８５が形成されている。

また、Ｗ相鉄心３５についても、Ｕ相およびＶ相と同様に、内側絶縁片８２が取り付けられて、内側絶縁片８２の外側面にＷ相１次巻線３６が巻き回されて取り付けられている。このＷ相１次巻線３６の外側面には、外側絶縁片８１が取り付けられている。この外側絶縁片８１の外周面には、３つのＷ相２次巻線３７群、すなわち、第１Ｗ相２次巻線群３１、第２Ｗ相２次巻線群３２、および第３Ｗ相２次巻線群３３が互いに第１間隙５１をあけて配置されている。これにより、３相のうちのＷ相に相当する３重変圧器を構成している。当該Ｗ相３重変圧器３０も、Ｕ相３重変圧器１０およびＶ相３重変圧器２０と同様に、内部の内側通風路８６および外側通風路８５が形成されている。

上記のようにＵ相鉄心１５、Ｖ相鉄心２５、およびＷ相鉄心３５それぞれに巻線が配置されることによって、３相３重変圧器１００が構成されている。

次に、整風板の構成について説明する。本実施形態では、上記の３重変圧器に対応するように第１整風板７１、第２整風板７２、および第３整風板７３を有する。

第１整風板７１は、筐体１の側板３それぞれに固定されて面が水平になるように配置された長方形状の板材で、第１Ｕ相２次巻線群１１、第１Ｖ相２次巻線群２１、および第１Ｗ相２次巻線群３１が鉛直方向に同時に通り抜けることができる貫通孔７８が形成されている。この貫通孔７８は、第１整風板７１が筐体１に固定されているときに、鉛直方向に開口し、水平方向が長手側になる略長方形状である。

この貫通孔７８の内側面と、第１Ｕ相２次巻線群１１、第１Ｖ相２次巻線群２１および第１Ｗ相２次巻線群３１それぞれの外側面との間には、図２に示すように、所定の水平方向間隙５５が形成されている。この水平方向間隙５５は、下方から上方に空気が流通可能である。

また、第１整風板７１の貫通孔７８の内側面は、第１Ｕ相２次巻線群１１、第１Ｖ相２次巻線群２１および第１Ｗ相２次巻線群３１それぞれの上端よりも下方で且つ鉛直方向中央よりも上方で、対向するように配置されている。

第２整風板７２は、第１整風板７１と同じ形状で、第１整風板７１の下方に互い平行に配置されている。第２Ｕ相２次巻線群１２、第２Ｖ相２次巻線群２２、および第２Ｗ相２次巻線群３２それぞれと、第２整風板７２との位置関係等は、第１整風板７１および第１Ｕ相２次巻線群１１等の位置関係と同じである。

第３整風板７３は、第１整風板７１と同じ形状で、第２整風板７２の下方に互い平行に配置されている。第３Ｕ相２次巻線群１３、第３Ｖ相２次巻線群２３、および第３Ｗ相２次巻線群３３それぞれと、第２整風板７２との位置関係等は、第２整風板７２および第２Ｕ相２次巻線群１２等の位置関係と同じである。

続いて、本実施形態の冷却用空気の流れについて説明する。

ファン４が回転することによって、筐体１下方に形成された吸気口６から外気を吸い込む。吸気口６から吸い込まれた外気（冷却空気）は、先ず仕切り板７等に沿って流れて筐体１下方に流れ込む。筐体１下方を流れる冷却空気は、Ｕ相３重変圧器１０、Ｖ相３重変圧器２０、およびＷ相３重変圧器３０それぞれに形成された内側通風路８６および外側通風路８５の内部を、上方に向かって流通する。

ここで、Ｕ相３重変圧器１０に形成された内側通風路８６および外側通風路８５内を冷却空気が流れる状態について説明する。

Ｕ相鉄心１５およびＵ相１次巻線１６等によって形成される内側通風路８６の流通する冷却空気は、Ｕ相鉄心１５の下方から上方に沿ってほぼ直線的に流れて、Ｕ相鉄心１５の上端からファン４に向かい、筐体１の外に流れ出る。このとき、当該冷却空気は、Ｕ相鉄心１５やＵ相１次巻線１６等を冷却しながら流通する。

第３Ｕ相２次巻線群１３内に形成された外側通風路８５に流入した冷却空気は、当該外側通風路８５内を下方から上方に向かう流れと、上下に隣接するＵ相２次巻線１７の間に形成される第２間隙５２から第３Ｕ相２次巻線群１３の外側に向かう流れが形成される。また、筐体１下方を流れる冷却空気は、第３Ｕ相２次巻線群１３の外側を、下方から上方に向かう流れが形成される。

第３Ｕ相２次巻線群１３の外側に流れ出た冷却空気は、ファン４による吸引によって、上方へ向かおうとする。この上方に向かう冷却空気は、第３整風板７３および第３Ｕ相２次巻線群１３によって形成される水平方向間隙５５に流入する。これにより、第３Ｕ相巻線群の外側を流れる冷却空気は、絞れれて流速を速めて第３Ｕ相２次巻線群１３の外周面に沿って流通する。

第３整風板７３は、第３Ｕ相巻線群の外側面の比較的温度が高くなる部位と対向する位置に配置されているため、水平方向間隙５５を冷却空気が流入することで、当該高温部が効率よく冷却される。

第３Ｕ相２次巻線１７内に形成された外側通風路８５を下方から上方に向かって流れる冷却空気は、第３Ｕ相２次巻線群１３の上端および第２Ｕ相２次巻線群１２の下端の間に形成される第１間隙５１に流れ出る。当該第１間隙５１に流れ出た冷却空気は、第２Ｕ相２次巻線群１２内に形成される外側通風路８５内に向かう流れと、第２Ｕ相２次巻線群１２の外側に向かう流れが形成される。

このとき、圧力損失等から、当該第１間隙５１に流れ出た冷却空気は、第２Ｕ相２次巻線群１２の外側へ流れやすい。ここで、第２Ｕ相２次巻線群１２の外側に流れ出た冷却空気は、第２整風板７２および第２Ｕ相２次巻線群１２によって形成される水平方向間隙５５に流入する。

第２Ｕ相２次巻線１７内に形成された外側通風路８５内に流入して下方から上方に向かって流れる冷却空気は、第２Ｕ相２次巻線群１２の上端および第１Ｕ相２次巻線群１１の下端の間に形成される第１間隙５１に流れ出る。この第１間隙５１に流れ出た冷却空気は、第１Ｕ相２次巻線群１１内に形成される外側通風路８５内に向かう流れと、第１Ｕ相２次巻線群１１の外側に向かう流れが形成される。

このときも、圧力損失等から、当該第１間隙５１に流れ出た冷却空気は、第１Ｕ相２次巻線群１１の外側へ流れやすい。ここで、第１Ｕ相２次巻線群１１の外側に流れ出た冷却空気は、第１整風板７１および第１Ｕ相２次巻線群１１によって形成される水平方向間隙５５に流入する。この水平方向間隙５５を流通した冷却空気は、ファン４に向かって流れて筐体１の外へ排出される。

第２Ｕ相２次巻線群１２内の外側通風路８５内を流通して第１間隙５１に流れ出た冷却空気は温度が上昇している。当該冷却空気は、第２整風板７２および第１整風板７１の間の空間で第１Ｕ相２次巻線群１１の外側を流れている冷却空気と混ざり合って温度が低くなる。

当該空間で温度が低くなった当該冷却空気は、第１整風板７１および第１Ｕ相２次巻線群１１で形成される水平方向間隙５５を流入することで、第１Ｕ相２次巻線群１１の外側面の温度上昇を効率よく低減できる。

Ｖ相３重変圧器２０およびＷ相３重変圧器３０を流れる冷却空気は、上記のＵ相３重変圧器１０における冷却空気の流れと同じである。

ここで、各整風板等によって形成される水平方向間隙５５は、上記の通り、各２次巻線群の上端部よりも下方で、外側面の鉛直方向中央ようも上方の位置に配置されている。当該位置は、各２次巻線群の外側面の温度が比較的高い位置である。第１〜第３整風板７１、７２、７３を取り付けることによって、各２次巻線群の高温部位に冷却空気を局所的に流すことができる。これにより、各２次巻線群の外側面の温度が平均化されて、局所的な温度上昇を抑制することが可能になる。

また、予め２次巻線群の外側面の表面温度を測定して、最も高温になる部位を把握して、当該部位に対向するように各整風板を配置してよい。各２次巻線群の外側面の温度がより均一化されて、冷却効率が向上する。

以上の説明からわかるように、本実施形態によれば、３相多重変圧器の巻線外側面の温度の偏重を抑制し、効率よく冷却することが可能になる。これにより、温度の偏りによる高温部の絶縁樹脂の劣化も抑制可能になる。

また、各２次巻線群の外側面を筐体１内から目視確認できるため、保守作業を効率よく行うことができる。

［第２の実施形態］
本発明の多重変圧器装置に係る第２の実施形態について、図５を用いて説明する。図５は、本発明に係る多重変圧器装置の第２の実施形態の構成を示す概略部分正面図である。なお、本実施形態は、第１の実施形態の変形例であって、第１の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。

各２次巻線群それぞれは、下方よりも上方の温度が上昇する。一方、２次巻線群の上端付近では、第１間隙５１や天井板２に近いため、比較的空気中に放熱しやすくなる。このため、本実施形態では、各整風板を、２次巻線群の上端から２次巻線群の鉛直方向長さＬの１／３から１／４の間に設けている。図５では、第１整風板７１の鉛直方向（厚み方向）の中央部と、第１Ｕ相２次巻線群１１の上端部の鉛直方向長さを上記のように規定している。

これにより、第１の実施形態と同様の効果を得ることが可能になり、各２次巻線郡の温度の均一化を図ることができる。

［その他の実施形態］
上記実施形態の説明は、本発明を説明するための例示であって、特許請求の範囲に記載の発明を限定するものではない。また、本発明の各部構成は上記実施形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。

例えば、第１および第２の実施形態では、第１〜第３整風板７１、７２、７３を配置しているが、これに限らない。例えば、第３Ｕ相２次巻線群１３、第３Ｖ相２次巻線群２３、および第３Ｗ相２次巻線群３３それぞれの周囲を流れる冷却空気の温度は比較的低いこともある。この場合、局所的な温度上昇の程度が低いため、第３整風板７３を配置しなくてもよい。

また、局所的な温度上昇が最も発生しすい第１Ｕ相２次巻線群１１、第１Ｖ相２次巻線群２１、および第１Ｗ相２次巻線群３１に対応する第１整風板７１のみを設けてもよい。

また、上記実施形態の第１〜第３整風板７１、７２、７３は、それぞれ１枚の板で構成されているが、複数に分割してもよい。これにより、図示は省略しているが、変圧器の配線等との干渉しないように構成することができる。

また、各整風板７１、７２、７３は、水平に取り付けられているがこれに限らない。例えば、冷却空気を上向きに流しやすいように、若干外側が下がるような傾斜にしてもよい。

１…筐体、２…天井板、３…側板、４…ファン、５…排気口、６…吸気口、７…仕切り板、９…設置台、１０…Ｕ相３重変圧器、１１…第１Ｕ相２次巻線群、１２…第２Ｕ相２次巻線群、１３…第３Ｕ相２次巻線群、１５…Ｕ相鉄心、１６…Ｕ相１次巻線、１７…Ｕ相２次巻線、２０…Ｖ相３重変圧器、２１…第１Ｖ相２次巻線群、２２…第２Ｖ相２次巻線群、２３…第３Ｖ相２次巻線群、２５…Ｖ相鉄心、２６…Ｖ相１次巻線、２７…Ｖ相２次巻線、３０…Ｗ相３重変圧器、３１…第１Ｗ相２次巻線群、３２…第２Ｗ相２次巻線群、３３…第３Ｗ相２次巻線群、３５…Ｗ相鉄心、３６…Ｗ相１次巻線、３７…Ｗ相２次巻線、４１…外側通風路、４２…内側通風路、５１…第１間隙５１、５２…第２間隙、５５…水平方向間隙、７１…第１整風板、７２…第２整風板、７３…第３整風板、７８…貫通孔、８１…外側絶縁片、８２…内側絶縁片、８５…外側通風路、８６…内側通風路、１００…多重変圧器（３相３重変圧器）

Claims

軸方向に延びる鉄心と、
この鉄心の軸方向周りに巻き回されて形成される１次巻線と、
前記１次巻線の径方向外側に巻き回されて形成される複数の２次巻線が軸方向に互いに軸方向間隙を保ちながら配列されて構成される複数の２次巻線群と、
径方向内側端部が、少なくとも１つの前記２次巻線群の径方向外側面の少なくとも一部に、所定の径方向間隙を保ちながら対向するように配置された整風板と、
を有し、
前記各２次巻線群を軸方向に沿って冷却用気体が流れるときに、前記冷却用気体の一部が前記径方向間隙を流通するように構成されていること、
を特徴とする多重変圧器装置。
前記整風板は、前記２次巻線群の径方向外側面の周方向全域を、前記径方向間隙を保ちながら覆うように配置されていること、
を特徴とする請求項１に記載の多重変圧器装置。
前記整風板は、前記２次巻線群の外周側面の軸方向中央よりも前記冷却用気体の下流側で、前記冷却用気体の下流側の端部よりも上流側に配置されていること、
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の多重変圧器装置。
前記鉄心は鉛直方向に延びるように配置されて、前記整風板は水平に配置されていること、を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の多重変圧器装置。
前記整風板を径方向外側から覆いながら前記整風板を固定可能に構成された筐体と、
前記筐体に配置されて、前記冷却用気体を送風させるためのファンと、
を有することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の多重変圧器装置。
前記鉄心は、鉛直方向に延びて、互いに間隔をあけて３つ配置されて、
前記各鉄心それぞれに、前記１次巻線および複数の前記２次巻線郡が配置されて、
前記３つの鉄心それぞれがＵ相、Ｖ相およびＷ相に対応するように構成されていること、
を特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の多重変圧器装置。