JP2011082414A - Gas-insulated transformer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、冷却媒体の流路構成に改善を加えたガス絶縁変圧器に関するものである。 The present invention relates to a gas-insulated transformer having an improved flow path configuration of a cooling medium.
ガス絶縁変圧器は、変圧器本体を収納したタンクの内部に、冷却及び絶縁の媒体として不燃性の絶縁ガスを封入したものであり、安全性やコンパクト性に優れている。そのため、近年、都市部の地下変電所などでは、絶縁油を封入した油入変圧器に代わり、ガス絶縁変圧器が増加している。 The gas-insulated transformer is a tank in which a transformer main body is housed, in which a nonflammable insulating gas is sealed as a cooling and insulating medium, and is excellent in safety and compactness. Therefore, in recent years, gas-insulated transformers are increasing in substations and the like in urban areas in place of oil-filled transformers filled with insulating oil.
ガス絶縁変圧器は、絶縁性能に関しては油入変圧器と比較して遜色ないものの、冷却性能については、媒体の物質特性の違いから、油入変圧器よりも低くなることは否めない。冷却媒体となる絶縁ガスが、絶縁油より劣る冷却特性を有するため、この絶縁ガスで変圧器を冷却するには、変圧器から発生する熱量を減らす必要が生じる。しかし、発生熱量を減らせば、変圧器の大型化を招くことになるので、好ましくない。 Although the gas insulated transformer is inferior to the oil-filled transformer in terms of insulation performance, it cannot be denied that the cooling performance is lower than that of the oil-filled transformer due to the difference in the material properties of the medium. Since the insulating gas serving as the cooling medium has cooling characteristics inferior to the insulating oil, it is necessary to reduce the amount of heat generated from the transformer in order to cool the transformer with this insulating gas. However, if the amount of generated heat is reduced, the transformer is increased in size, which is not preferable.
変圧器の熱の発生源は、鉄心や巻線等で構成される変圧器本体であり、変圧器本体を効率良く冷却することが、冷却性能の向上につながる。そこで従来、冷却器を用いて絶縁ガスを冷却すると共に、ブロア(送風機)を使うことで冷却した絶縁ガスを変圧器のタンク内に強制対流させるガス絶縁変圧器が提案されている。 The heat source of the transformer is a transformer body composed of an iron core, windings, and the like, and efficiently cooling the transformer body leads to an improvement in cooling performance. Therefore, conventionally, a gas-insulated transformer that cools the insulating gas using a cooler and forcibly convects the insulating gas cooled by using a blower (blower) into the tank of the transformer has been proposed.
このような冷却器およびブロアを備えたガス絶縁変圧器の従来例について、図7、図8を参照して具体的に説明する。図7は従来のガス絶縁変圧器の断面図、図8は同じく平面図である。図7に示すように、ガス絶縁変圧器には断面が円形状となるタンク1が設けられている。タンク1内部の中央には鉄心2および鉄心2に巻回した巻線3からなる変圧器本体が収納されている。また、タンク1内部には冷却および絶縁媒体である絶縁ガス6が封入されている。
A conventional example of a gas-insulated transformer including such a cooler and a blower will be specifically described with reference to FIGS. FIG. 7 is a sectional view of a conventional gas-insulated transformer, and FIG. 8 is a plan view of the same. As shown in FIG. 7, the gas insulated transformer is provided with a
さらに、タンク1側面の上部および下部にはガス流出口7およびガス流入口部8が形成されており、これらガス流出口7およびガス流入口8に絶縁ガス6を流す配管9が接合されている。配管9には絶縁ガス6のガス流量が十分に確保できる断面積を持つものが用いられている。
Further, a
配管9の途中には、絶縁ガス6をタンク1内に強制対流させるブロア4と、絶縁ガス6を冷却するための冷却器5が配置されている。また、タンク1内部において、巻線3の下面部付近にはタンク1を上下方向に仕切る仕切り板10が水平に取り付けられている。
A
上記の構成を有するガス絶縁変圧器において、タンク1内の絶縁ガス6は、鉄心2および巻線3の熱を奪いつつ、タンク1内を上昇する。タンク1内の上部に達した絶縁ガス6は、ガス流出口7を経て、配管9に通り、配管9を下降して冷却器5に入る。
In the gas-insulated transformer having the above configuration, the
冷却器5内の絶縁ガス6は、空気や水等に熱交換されて温度が低下する。低温となった絶縁ガス6は、冷却器5から出て、ブロア4によって再びガス流入口8からタンク1内に流れ込み、鉄心2および巻線3の下部から流入する。このとき、絶縁ガス6はタンク1内の仕切り板10によって遮断されながら、鉄心2および巻線3の下部に至る。
The
したがって、ガス流入口8側とガス流出口7側との間に差圧が生じることになり、鉄心2および巻線3に対して流れる絶縁ガス6のガス流速を確保することが可能となる。所定の流速を確保した絶縁ガス6は鉄心2および巻線3から熱を奪いながら上昇し、再びガス流出口7および配管9に通って冷却器5に入る。
Therefore, a differential pressure is generated between the
以上のようにしてタンク1の内部を循環する絶縁ガス6の閉ループが構成され、低温の絶縁ガス6をタンク1内に強制対流させることができる。この結果、絶縁ガス6が絶縁油と同等相当の冷却特性を持つことが可能となり、ガス絶縁変圧器は高い冷却性能を確保することができる。
As described above, a closed loop of the insulating
しかし、上述したガス絶縁変圧器では、タンク1の外部に配管9を設けているため、配管9の設置用スペースが必要となる。したがって、変電所でのガス絶縁変圧器の占有容積が大きくなり、変電所の設置面積を大きくする要因となっていた。
However, in the gas-insulated transformer described above, since the pipe 9 is provided outside the
しかも、配管9はタンク1の上部から下部にわたって延びており、配管9の長さ寸法は全体としてかなり長い。このため、配管9の取付け作業は面倒であり、ガス絶縁変圧器の組立作業に多くの時間を要してしまい、製造コストの増大を招いた。これらの問題点を解消すべく、配管9として機能するガス流通路を、タンク1の内部に形成したガス絶縁変圧器が提案されている。
Moreover, the pipe 9 extends from the upper part to the lower part of the
例えば、特許文献1記載のガス絶縁変圧器では、図9に示すように、タンク1の内壁面に近接する仕切り板11が、タンク1上面部より垂直に設置されている。この仕切り板11とタンク1の内壁面とで挟まれた空間によりガス流通路14が形成される。また、仕切り板11の下端部とタンク1底面部との間には下側の隙間12が形成されている。
For example, in the gas-insulated transformer described in
さらに、タンク1上面部において左縁部にはガス流出口7が、右縁部にはガス流入口8が、それぞれ開口されている。このうち、ガス流出口7の下方に、前記ガス流通路14が連通されることになる。なお、特許文献1記載のガス絶縁変圧器では、冷却器4はタンク1の上面部の上方に配置されている。
Further, on the upper surface of the
以上のようなガス絶縁変圧器では、冷却器4にて冷却された絶縁ガス6は、ガス流入口8を通ってガス流通路14を下降していき、タンク1底面部に達すると下側の隙間12を通り抜けて、鉄心2および巻線3の下部へと流入する。つまり、タンク1内部のガス流通路14が、図7、図8にて示した配管9の役割を果たすことになる。このため、タンク1外部に設置する配管9を省略することができ、製造コストの低減化ならびに変圧器のコンパクト化を実現することができる。
In the gas-insulated transformer as described above, the
しかしながら、従来のガス絶縁変圧器には次のような課題が指摘されていた。すなわち、前記特許文献1記載のガス絶縁変圧器や、図7および図8にて示した従来のガス絶縁変圧器では、絶縁ガス6は鉄心2及び巻線3の上部からタンク1上面部のガス流出口7に向かって流れるが、絶縁油と異なり絶縁ガス6は比重が小さく粘性が低い。
However, the following problems have been pointed out for conventional gas-insulated transformers. That is, in the gas-insulated transformer described in
このため、鉄心2及び巻線3から熱を奪うことで高温となった絶縁ガス6が、ガス流出口7に集中して配管9に対し直線的に流れ込むことになる。その結果、ガス流出口7近辺に多量の高温ガスが集中的に当たり、ガス流出口7付近(図8、図9にて一点鎖線にて示した部分)の温度がタンク1の他の部分よりも局部的に高くなった。このような局部的な温度上昇がタンク1内に発生すると、変圧器の性能が不安定になるおそれがあり、早急な改善が待たれていた。
For this reason, the
本発明は、前記の課題を解決するために提案されたものであって、その目的は、絶縁ガスの流通路をタンク内部に形成することでコストダウンとコンパクト化を図ったガス絶縁変圧器において、タンク内部のガス流通路に対し高温の絶縁ガスを均一に導入することによりタンクの局部的な温度上昇を防いで信頼性の向上に寄与するガス絶縁変圧器を提供することにある。 The present invention has been proposed in order to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a gas-insulated transformer that achieves cost reduction and compactness by forming an insulating gas flow passage inside the tank. Another object of the present invention is to provide a gas-insulated transformer that contributes to the improvement of reliability by preventing a local temperature rise of the tank by uniformly introducing a high-temperature insulating gas into the gas flow passage inside the tank.
上記目的を達成するために、本発明は、タンク内には、鉄心および鉄心に巻回した巻線からなる変圧器本体を収納すると共に冷却および絶縁媒体である絶縁ガスを封入し、前記タンク壁面には前記絶縁ガスを前記タンクの外部へ流出させるガス流出口と、前記絶縁ガスを前記タンクの内部へ流入させるガス流入口とを開口し、これらガス流出口およびガス流入口には前記絶縁ガスを流す配管を接合して、前記配管により前記絶縁ガスを取り込んで冷却する冷却器ならびに前記冷却器にて冷やした前記絶縁ガスを前記タンク内に送り込むブロアを備えたガス絶縁変圧器において、前記タンクの内壁面と前記変圧器本体との間には仕切り板を垂直に設置し、前記仕切り板の上部と前記タンク内壁面との間には前記絶縁ガスが通過する隙間を設け、前記タンクの内壁面と前記仕切り板とで挟まれた空間により前記絶縁ガスの流れるガス流通路を形成し、当該ガス流通路は前記変圧器本体から出た前記絶縁ガスを前記隙間から前記ガス流出口を経て前記配管に導入するように構成したことを特徴とするものである。 To achieve the above object, according to the present invention, a tank body contains a transformer body composed of an iron core and a winding wound around the iron core, and encloses an insulating gas which is a cooling and insulating medium. Has a gas outlet through which the insulating gas flows out of the tank and a gas inlet through which the insulating gas flows into the tank, and the insulating gas is provided at the gas outlet and the gas inlet. A gas-insulated transformer comprising: a cooler that joins a pipe through which the gas flows; and a cooler that takes in and cools the insulating gas through the pipe and a blower that feeds the insulating gas cooled by the cooler into the tank. A partition plate is installed vertically between the inner wall surface and the transformer body, and a gap through which the insulating gas passes is provided between the upper portion of the partition plate and the tank inner wall surface, A gas flow path through which the insulating gas flows is formed by a space sandwiched between the inner wall surface of the tank and the partition plate, and the gas flow path allows the insulating gas from the transformer body to flow from the gap to the gas flow path. It is configured to be introduced into the pipe through an outlet.
本発明のガス絶縁変圧器によれば、変圧器本体から流出した絶縁ガスが仕切り板上部とタンク内壁面との間の隙間を流れる際、ガス流に圧力損失が発生するので、絶縁ガスはガス流通路に均一に流れ込むことができ、これにより高温の絶縁ガスの集中に伴う局部的な温度上昇を回避することが可能となり、信頼性の向上が図れる。 According to the gas-insulated transformer of the present invention, when the insulating gas flowing out from the transformer body flows through the gap between the upper part of the partition plate and the inner wall surface of the tank, pressure loss occurs in the gas flow. It is possible to flow uniformly into the flow path, and thereby it is possible to avoid a local temperature rise due to the concentration of the high-temperature insulating gas, thereby improving the reliability.
以下、本発明の実施形態の一例について、図面を参照して説明する。下記の実施形態において、図7〜図9に示した従来例と同一の部材に関しては同一符号を付して説明は省略する。下記の実施形態はいずれも、タンク1内に、鉄心2および巻線3で構成される変圧器本体を収納すると共に、冷却および絶縁媒体である絶縁ガス6を封入し、この絶縁ガス6をタンク1に強制対流させるブロア4と、絶縁ガス6を冷却する冷却器4とを備えたガス絶縁変圧器に適用したものである。
Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiment, the same members as those in the conventional example shown in FIGS. In any of the following embodiments, a transformer body composed of an
(1)第1の実施形態
[構成]
本発明に係る第1の実施形態について、図1および図2を用いて説明する。第1の実施形態では、タンク1の内壁面と巻線3の側面部との間に、垂直な仕切り板11が設けられている。仕切り板11は、タンク1内の全ての巻線3に対向するように、タンク1の長手方向にわたって横長に設けられている(図2参照)。仕切り板11の下端部は水平な仕切り板10上に固定されている。
(1) First embodiment
[Constitution]
A first embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. In the first embodiment, a
仕切り板11の上端部とタンク1の内壁面との間には、絶縁ガス6が通過するように隙間13が設けられている。ここでは、図9に示した仕切り板11の下側の隙間12と区別するために上側の隙間13と呼ぶ。タンク1の内壁面と仕切り板11とで挟まれた空間により、絶縁ガス6の流れるガス流通路15が形成される。ガス流通路15は、鉄心2及び巻線3から出た絶縁ガス6を、上側の隙間13からガス流出口7を経て配管9に導入するように構成されている。
A
なお、図7に示した従来例ではガス流出口7はタンク1の上部に設けたが、第1の実施形態におけるガス流出口7は、仕切り板11の下端部近傍と向かい合うタンク1の内壁面に位置している。一方、ガス流入口部8は、図7に示した従来例と同じく、タンク1側面の下部に開口されている。したがって、ガス流出口7およびガス流入口部8は上下方向の距離は接近しており、両者を接合する配管9の長さ寸法は、短いものを使用可能である。
In the conventional example shown in FIG. 7, the
[絶縁ガスの流れ]
以上の構成を有する第1の実施形態では、次のようにして絶縁ガス6がタンク1および配管9を循環する。すなわち、鉄心2及び巻線3の熱を奪って高温になった絶縁ガス6は、鉄心2及び巻線3を上昇して各々の上部から流れ出る。鉄心2及び巻線3から流出した絶縁ガス6は、タンク1の内壁面と仕切り板11上部との間の隙間13に向かって水平方向に流れ、隙間13を通り抜ける。
[Insulating gas flow]
In 1st Embodiment which has the above structure, the insulating
さらに、絶縁ガス6は隙間13からガス流通路15に流れ込み、ここを下降してガス流出口7を抜け、配管9へと入る。配管9に入った絶縁ガス6は、冷却器5にて冷やされ、ブロア4によって再びガス流入口8からタンク1内に流れ込み、鉄心2および巻線3の下部から流入する。
Further, the insulating
[作用効果]
第1の実施形態の作用効果は次の通りである。すなわち、鉄心2及び巻線3から流出した絶縁ガス6は、仕切り板11上方の隙間13に向かって流れるが、隙間13はタンク1長手方向に延びているので、広く分布した状態で隙間13へと流入する(図2参照)。
[Effect]
The operational effects of the first embodiment are as follows. That is, the insulating
このとき、隙間13を流れる絶縁ガス6には圧力損失が発生する。したがって、絶縁ガス6は配管9に向かって直線的には流れにくくなり、ガス流通路15を均一に流れていく。そのため、高温の絶縁ガス6がタンク1内壁面に集中して当たることがなく、タンク1の温度上昇は均一化される。これにより、タンク1の局部的な温度上昇の発生を防ぐことができる。
At this time, pressure loss occurs in the insulating
また、第1の実施形態においては、絶縁ガス6を下降させるガス流通路15を、タンク1内部に設けたので、ガス流出口7の位置を従来と比べて下方にずらすことができる。このため、ガス流出口7とガス流入口8とを互いに接近した位置に設けることが可能となる。
In the first embodiment, since the gas flow passage 15 for lowering the insulating
したがって、ガス流出口7およびガス流入口8を接合する配管9の長さ寸法を大幅に短縮化することができる。その結果、配管9の所要資材量の削減や、変圧器の組立時間の短縮化を実現することができ、製造コストが低減化する。また、配管9の占有スペースも小さくて済むので、変圧器のコンパクト化を進めて変電所設置面積の縮小化に寄与することができる。
Accordingly, the length of the pipe 9 that joins the
ところで、絶縁ガス6の流通路をタンク1内に設けた点で、前記特許文献1と本実施形態と同様であるが、流通路を流れる絶縁ガス6の温度は大きく異なる。すなわち、前記特許文献1では、冷却器4を出て低温となった絶縁ガスが、ガス流通路14を下降していくため、ガス流通路14を下降していく過程でタンク1内の温度によってせっかく冷やした絶縁ガス6が温まってしまう。したがって、下側の隙間12を抜けて鉄心2及び巻線3の下部に流れ込む時点では、絶縁ガス6の温度が上がってしまい、絶縁ガス6の冷却特性が低下した。
By the way, although the flow path of the insulating
これに対して、第1の実施形態では、冷却器5を出て低温となった絶縁ガス6がタンク1内部に即座に戻るので、鉄心2及び巻線3を冷やす前に絶縁ガス6の温度が高くならず、優れた冷却特性を維持することができる。そのため、変圧器本体を効率よく冷やすことができ、優れた冷却性能を得ることができる。
On the other hand, in the first embodiment, since the insulating
(2)第2の実施形態
[構成]
続いて、本発明に係る第2の実施形態について、図3および図4を用いて説明する。なお、第2の実施形態の基本的な構成は上記第1の実施形態と同一である。
(2) Second embodiment
[Constitution]
Next, a second embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS. The basic configuration of the second embodiment is the same as that of the first embodiment.
第2の実施形態は仕切り板11上方の隙間13の形状に特徴がある。すなわち、図3および図4に示すように、仕切り板11には上面部11aが設けられている。上面部11aにはタンク1の長手方向に並んで、3つのガス通過口16a〜16cが開口されている(図4参照)。
The second embodiment is characterized by the shape of the
ガス通過口16a〜16cのうち、中央に位置するガス通過口16bは開口面積が小さく設定されている。また、図4では上下となる両端のガス通過口16a、16cは開口面積が大きく設定されている。これらのガス通過口16a〜16cにより、仕切り板11とタンク1内壁面との間に設けた隙間13が構成されている。
Among the
[作用効果]
以上のような第2の実施形態では、配管9の真上に位置する中央のガス通過口16bの開口面積が小さく、配管9から離れた両端のガス通過口16a、16cの開口面積が大きくなっている。このため、配管9とガス通過口16a〜16cとの距離に応じてガス通過口16a〜16cにおける圧力損失を調整することができる。
[Effect]
In the second embodiment as described above, the opening area of the
したがって、隙間13を通過する絶縁ガス6のガス流量は、タンク1の長手方向にわたって均一化される。その結果、タンク1長手方向に配置した上側の隙間部分にほぼ均一に絶縁ガス6が分布、流入することが可能となる。これにより、タンク1内面に高温の絶縁ガス6があたることによるタンク1の局部的な温度上昇を、より確実に防ぐことができる。
Therefore, the gas flow rate of the insulating
(3)他の実施形態
本発明は以上の実施形態に限定されるものではなく、各構成部材の材料や寸法、形状などは適宜選択可能である。例えば、仕切り板11の材料としては、その材質の特性が変圧器の内部で高温のガスを流すために必要な機械的強度、温度特性、電気特性を保持しているものであれば、絶縁材料であっても、金属材料であってもその材質は問わない。
(3) Other Embodiments The present invention is not limited to the above embodiment, and materials, dimensions, shapes, and the like of the respective constituent members can be appropriately selected. For example, the material of the
また、図5に示すように、仕切り板11および仕切り板11の上側の隙間13は、タンク1内において鉄心2及び巻線3の両側に設けてもよい。さらに、変圧器の構成は3相構成でもよいし、単相構成でもよく、適用する変圧器の相数は限定しない。
Further, as shown in FIG. 5, the
また、構成部材の配置場所に関しても適宜変更可能であり、具体的には、図6に示すようにガス流通路15内部に冷却器5が配置されても構わない。このような実施形態によれば、冷却器5をタンク1内部に配置したことで、変圧器の据付面積が縮小することができる。また、変電所でのタンク1と冷却器5の接続作業を省略することが可能であり、変圧器全体の組立に要する時間を短縮してコストの低減化を図ることができる。
Moreover, it can change suitably also about the arrangement | positioning location of a structural member, and specifically, as shown in FIG. 6, the
さらに、ガス流通路15に巻線3間の接続リードを配置し、ガス流通路15に流れる絶縁ガス6によって接続リードを積極的に冷却するようにした実施形態も包含する。変圧器運転中は接続リードに電流が流れるが、絶縁耐力を向上させるために接続リードに絶縁被覆を施すと、接続リードの温度上昇が大きくなり、絶縁被覆の過熱等の不具合が生じる。
Further, an embodiment in which a connection lead between the
そこで、接続リードをガス流通路15内に配置し、ここを流れる絶縁ガス6により接続リードを積極的に冷却することで、接続リードの温度上昇を低く抑えることができる。しかも、接続リードの冷却効率が向上することから、接続リードの絶縁被覆を従来よりも厚くすることができ、絶縁寸法の短縮により変圧器のコンパクト化を図るといった効果も得られる。
Therefore, by arranging the connection lead in the gas flow passage 15 and actively cooling the connection lead with the insulating
1…タンク
2…鉄心
3…巻線
4…ブロア
5…冷却器
6…絶縁ガス
7…ガス流出口
8…ガス流入口
9…配管
10、11…仕切り板
12…下側の隙間
13…上側の隙間
14、15…ガス流通路
16a〜16c…ガス通過口
20…絶縁ガスの流れ
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記タンクの内壁面と前記変圧器本体との間には仕切り板を垂直に設置し、
前記仕切り板の上部と前記タンク内壁面との間には前記絶縁ガスが通過する隙間を設け、
前記タンクの内壁面と前記仕切り板とで挟まれた空間により前記絶縁ガスの流れるガス流通路を形成し、
当該ガス流通路は前記変圧器本体から出た前記絶縁ガスを前記隙間から前記ガス流出口を経て前記配管に導入するように構成したことを特徴とするガス絶縁変圧器。 In the tank, a transformer body comprising an iron core and a winding wound around the iron core is housed, and an insulating gas which is a cooling and insulating medium is sealed, and the insulating gas flows out of the tank on the tank wall surface. A gas outlet for allowing the insulating gas to flow into the tank, and a pipe for flowing the insulating gas connected to the gas outlet and the gas inlet. In a gas insulation transformer having a cooler that takes in and cools an insulating gas, and a blower that sends the insulating gas cooled by the cooler into the tank,
A partition plate is installed vertically between the inner wall surface of the tank and the transformer body,
A gap through which the insulating gas passes is provided between the upper portion of the partition plate and the inner wall surface of the tank,
A gas flow path through which the insulating gas flows is formed by a space sandwiched between the inner wall surface of the tank and the partition plate,
The gas flow passage is configured to introduce the insulating gas from the transformer main body into the pipe through the gas outlet through the gap.
前記複数のガス通過口のうち、前記配管近傍の前記ガス通過口は開口面積を小さくし、前記配管から遠い前記ガス通過口の開口面積を大きくしたことを特徴とする請求項3に記載のガス絶縁変圧器。 As the gap between the upper part of the partition plate and the inner wall surface of the tank, a plurality of gas passage ports through which the insulating gas passes are provided in the longitudinal direction of the tank,
4. The gas according to claim 3, wherein among the plurality of gas passage openings, the gas passage opening in the vicinity of the pipe has a reduced opening area, and the opening area of the gas passage opening far from the pipe is increased. Isolation transformer.
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