JP2013219220A - 油入変圧器 - Google Patents

Abstract

【課題】最近、特高変圧器などは高温でも使用可能な耐熱クラスのＨ種変圧器を製造し、電気絶縁油として耐熱性のシリコーンオイルを採用している。しかし、このＨ種変圧器において、変圧器タンク容器に接続されたブッシングの耐熱温度がシリコーンオイルなどに比べ低いため、ブッシングの温度上昇を抑制すべく工夫されてきた。変圧器タンク容器の熱がブッシングを備えたブッシング収納部へ伝わり難い構成にする。
【解決手段】変圧器タンク容器とブッシング収納部の間に密閉空間の室を形成し、この密閉空間の室内を真空ポンプなどで真空状態とし、タンク容器からの熱をブッシング収納部に伝わらないように断熱する。また、タンク容器の材料をブッシング収納部の材料より熱電導率に小さい材料にし、熱が伝わり難くする。
【選択図】図１

Description

本発明は、油入変圧器に係り、特に特別高圧用（特高用）油入変圧器のケースに関する。

最近、特高変圧器など高温でも使用可能な耐熱クラスのＨ種変圧器を製造し、電気絶縁油として耐熱性のシリコーンオイルを採用している。
また、この耐熱性の変圧器において、変圧器のタンクに接続されたブッシングの耐熱温度がシリコーンオイルなどに比べ低いため、特許文献1（特開２００７−２６６０６５号公報）に記載されているように、変圧器タンクとブッシングタンクの間に空間部を設けたり、ブッシングタンクの上部を連通路を介して変圧器タンクの側壁に連通させて、連通路に大きな開口部を形成したりして、ブッシングの温度上昇を抑制する対策を施している。

特開２００７−２６６０６５号公報

特許文献１は、ブッシングタンクの連通路に大きな開口部を設けることで外気を導入し、一次ブッシング及び二次ブッシングが外気にさらされずとも冷却を行える構造をとっている。しかし、この構造は外気の導入がない場合には冷却効果が低くなることや、補強のために取り付けられている部分から熱が伝わり、ブッシング収納部の温度が上昇する。この上昇した温度により問題になるのがブッシング本体の耐熱温度である。

市販されているブッシングの耐熱温度は、Ｈ種変圧器等で使用されている絶縁媒体の耐熱温度よりも低いものが大半であり、同じ耐熱温度のブッシングを製造しようとすると大幅なコストアップとなってしまう。このため、コストを抑えるために絶縁媒体の温度帯域を合わせることができず、小型化を実施する上で重要な課題となっている。
さらに、上記の連通路の開口部を大きく取るほうが冷却性能の向上につながるが、機器の小型化のためにはこの部分を小さくすることが望ましい。しかし、この構成で小さくすると空気の通り道が狭くなってしまい、温度制御効果が低下してしまうことになる。

本発明の目的は、上記の問題を解消するために、ブッシング収納部と変圧器タンク容器の間に断熱部を設置し、また、ブッシング収納部の金属板を熱伝導率の低い材料に変更することで変圧器タンク容器の高温部からの熱伝導を抑制できる油入変圧器を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために、鉄心とコイルとを組み合わせたコイル組立体を設置し、絶縁油を充填したタンク容器と、該タンク容器に接続され、一次ブッシングと二次ブッシングを収納したブッシング収納部とを備えた油入変圧器において、前記タンク容器と前記ブッシング収納部の間に密閉空間の室を形成し、該密閉空間の室を真空にしたことを特徴とする。
また、上記の油入変圧器において、前記密閉空間の室は、前記ブッシング収納部の側面及び上面の金属板を延長して形成したことを特徴とする。
また、上記の油入変圧器において、前記密閉空間の室には、空気、窒素ガス、または二酸化炭素ガスを封入することを特徴とする。
また、上記の油入変圧器において、前記密閉空間の室を形成するブッシング収納部側の壁面に白塗料を塗装することを特徴とする。

さらに、鉄心とコイルとを組み合わせたコイル組立体を設置し、絶縁油を充填したタンク容器と、該タンク容器に接続され、一次ブッシングと二次ブッシングを収納したブッシング収納部とを備えた油入変圧器において、前記タンク容器と前記ブッシング収納部を構成する各々の材料の熱伝導率を異ならせ、該ブッシング収納部の材料が該タンク容器の材料より熱伝導率が低いことを特徴とする。
また、鉄心とコイルとを組み合わせたコイル組立体を設置し、絶縁油を充填したタンク容器と、該タンク容器に接続され、一次ブッシングと二次ブッシングを収納したブッシング収納部とを備えた油入変圧器において、前記ブッシング収納部はＬ型形状とし、該Ｌ型形状の下側の突出し部は前記タンク容器の下側に接合して開口し、前記絶縁油を取り込めるようにしたことを特徴とする。

また、鉄心とコイルとを組み合わせたコイル組立体を設置し、絶縁油を充填したタンク容器と、該タンク容器に接続され、一次ブッシングと二次ブッシングを収納したブッシング収納部とを備えた油入変圧器において、前記タンク容器と前記ブッシング収納部の間に箱型形状の容器を設置し、該箱型形状の容器は、着脱可能とし、かつ真空にしたことを特徴とする。
また、上記の油入変圧器において、前記箱型形状の容器内に、空気、窒素ガス、または二酸化炭素ガスを封入したことを特徴とする。

本発明は、ブッシング収納部と変圧器タンク容器の間に絶縁部を設置し、ブッシングの温度上昇の抑制により変圧器を小型化でき、ブッシングの選定範囲を拡大でき利便性が向上する。さらに、ブッシング収納部を白塗装をすることにより変圧器タンク容器からの輻射熱を反射して熱の伝達を抑制し、防錆化の効果も有する。

本発明の油入変圧器の外観斜視図を示す。 図１の油入変圧器の断面図を示す。 図２に示したＡ部拡大断面図を示す。 本発明の別の実施例を示す油入変圧器の外観斜視図を示す。 図４に示した断熱部の斜視図を示す。 本発明の別の断熱部を示す図である。 本発明のさらに別の断熱部を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
（実施例１）
図１は、本発明の断熱部を備えた油入変圧器の外観斜視図である。
図１において、油入変圧器１は、タンク容器２の周囲に波リブ３を配置し、鉄心やコイルなどから発生する熱を電気絶縁油を介して冷却する。また、４は波リブ３の上下に溶接して固定した溶接線で、波リブ３に強度を持たせ変形するのを防止している。５はブッシング収納部で、一次ブッシング６、二次ブッシング７を収納している。８は変圧器タンク容器２とブッシング収納部５とを断熱する断熱部を示し、９は開口部を示している。
また、ブッシング収納部５は変圧器タンク容器２に接続してサイドに設置する。

次に、図１に示した油入変圧器の縦断面図を図２に示す。
図２の油入変圧器の縦断面図において、１０はアモルファスや珪素鋼板などの材料よりなる鉄心、１１は低圧側コイル、１２は高圧側コイル、１３はタンク容器内に充填された電気絶縁油で、Ａ種変圧器は鉱油、耐熱クラスのＨ種変圧器はシリコーンオイルなどを使用している。

図２において、変圧器タンク容器２からブッシング収納部５へ伝わる熱について説明すると、（１）絶縁油を介して伝わる熱、（２）タンク容器２の壁面からブッシング収納部５の壁面に伝わる熱、（３）タンク容器２の壁面からブッシング収納部５への輻射熱がある。
先ず、（１）の絶縁油１３により伝わる熱の対策について説明する。
油入変圧器１のタンク２内には、鉄心１０及びコイル１１、１２が設置されており、変圧器が動作すると鉄心１０及びコイル１１，１２より熱が発生する。この熱を冷却するために絶縁油１３をタンク内に充填し、波リブ３などを用い放熱面積を増加して、冷却効率を向上させている。また、ブッシング収納部５内には絶縁、冷却のためタンク２内の絶縁油を取り込んでおり、絶縁油によりブッシング収納部の温度は上昇する。この絶縁油による温度上昇を抑制するため、変圧器タンク容器２の下側に図３に示すような開口部３０を設け、ブッシング収納部５に絶縁油を取り込む構成にしている。
変圧器タンク容器２内の絶縁油１３は、鉄心やコイルから発生した熱で温度が上昇して対流を生じ、温度が低い絶縁油は比重が重いため下降する。従って、変圧器タンク容器２の下側からブッシング収納部５へ絶縁油１３を取り込む構成にすることによって、ブッシング収納部への熱の伝達は減少する。

（実施例２）
次に、上記（２）変圧器タンク容器２の壁面よりブッシング収納部５の壁面に伝達する熱の対策について説明する。
図１の油入変圧器の外観斜視図に示すように、ブッシング収納部５は、箱型形状を有し変圧器タンク容器２の側面壁に接続し固定しているため、タンク容器の金属板よりブッシング収納部の金属板に直接熱が伝わる構成となっている。
また、従来は、変圧器タンク容器とブッシング収納部の材料は同じ材料を用い、炭素鋼（１％Ｃ）（熱伝導率４３Ｗ／ｍＫ、０℃）などを採用しているため、熱は容易にブッシング収納部へ伝わっていた。

本発明は、変圧器タンク容器２の金属板よりブッシング収納部５の金属板への熱伝導が容易に行われ難いように、ブッシング収納部５の金属板の材質を変圧器タンク容器２の金属板と異ならせる。
すなわち、変圧器タンク容器２の金属板は、例えば、炭素鋼（１％Ｃ）とし、ブッシング収納部５の金属板は、炭素鋼より熱伝導率の小さい、例えばニッケルクロム鋼（１８％Ｃｒ、８％Ｎｉ）（熱伝導率１６．３Ｗ／ｍＫ、０℃）やステンレス鋼（ＳＵＳ３０４；熱伝導率１６．７Ｗ／ｍＫ）などを採用する。
このような構成により、変圧器タンク容器２の金属板よりブッシング収納部５の金属板への熱伝導は低下する。従って、変圧器タンク容器２の熱がブッシング収納部５へ伝わり難くなり、ブッシング収納部の温度は上昇し難くなる。

次に、上記（３）変圧器タンク容器２の壁面からブッシング収納部５の壁面への輻射熱の対策について説明する。
変圧器タンク容器２の壁面からブッシング収納部５の壁面への輻射熱は、図１に示す外観斜視図において、従来は断熱部８がない状態であったため、直接ブッシング収納部の壁面に輻射され、その輻射熱によってブッシング収納部の温度が上昇するという問題があった。
ここで、輻射熱とは、高温の固体表面から低温の固体表面に、その間にある空気又は空気以外のガスの存在に無関係に、直接電磁波として伝わる伝わり方で、これを輻射といい、その熱を輻射熱と一般にいっている。

図１及び図２に示す断熱部８は、変圧器タンク容器２からの輻射熱を断熱するもので、図３に断熱部８の拡大断面図を示す。
図３は、ブッシング収納部５の側面の金属板及び上面の金属板を延長して、すなわちそれぞれ一枚ものの金属板を使用して変圧器タンク容器２と接合して空間部８を形成する。この変圧器タンク容器２とブッシング収納部５の間に形成した空間部８を密閉空間の室として、さらに真空状態にして断熱部８とする。
密閉空間の室内を真空状態にするには、開口部９を真空ポンプなどに接続して密閉空間８内の空気を排出して行なう。

また、上記は密閉空間の室内の空気を排出し真空状態にしたが、窒素ガス（熱伝導率０．０２５７６Ｗ／ｍＫ）（２５℃、１ａｔｍ）、二酸化炭素（熱伝導率０．０１４６Ｗ／ｍＫ）（０℃、１ａｔｍ）などを封入することもできる。また、これらのガスを封入し減圧して真空状態にして、熱伝導率を下げて使用してもよい。
さらに、空気より熱伝導率の小さいガスであるキセノン（熱伝導率０．００５５Ｗ／ｍＫ）（２５℃、１ａｔｍ）、臭化メチル（熱伝導率０．００７６Ｗ／ｍＫ）（２５℃、１ａｔｍ）、塩素（熱伝導率０．００８９Ｗ／ｍＫ）（２５℃、１ａｔｍ）、三塩化ホウ素（熱伝導率０．００８９５Ｗ／ｍＫ）（２５℃、１ａｔｍ）、クリプトン（熱伝導率０．００９３５Ｗ／ｍＫ）（２５℃、１ａｔｍ）
などを封入することも可能である。

また、密閉空間８の室内のブッシング収納５側の内側の壁面には、白の塗料で塗装する。このようにブッシング収納部５側の密閉空間８の室内の内側の壁面を白の塗料で塗装することにより、変圧器タンク容器２からの輻射熱を反射させ、ブッシング収納部５の温度上昇を抑制することができる。
また、上記の密閉空間の室内のブッシング側の壁面に白の塗料を塗装する構成としたため、乾燥させた熱伝導率の低い気体を密閉した空間に封入することで酸化の原因となる水分と酸素を遮断でき、防錆化が増加する効果を有する。

（実施例３）
次に、変圧器タンク容器２とブッシング収納部５との間に断熱機能を有する部材を設置した場合について説明する。
先ず、図４は断熱機能を有する容器１４を設置した本発明の油入変圧器の外観斜視図を示している。図４に示した変圧器の各部の説明は図１で行っているため省略する。また、図４に示した断熱機能を有する容器１４を図５に示す。
図５は、変圧器タンク容器２とブッシング収納部５との間に設置した断熱機能を有する容器１４を示し、この容器１４は、箱型形状を有し、その材料は変圧器タンク容器２の材料より熱伝導率の小さい材料を用いる。また、実施例１と同じように、変圧器タンク容器２の金属板を炭素鋼（１％Ｃ）とすると、容器１４は、ニッケルクロム鋼（１８％Ｃｒ、８％Ｎｉ）やステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）などの金属板の材料を採用する。
また、この容器１４は、変圧器タンク容器２とブッシング収納部５との間に着脱可能で取り付けることができ、交換することを容易にする。
さらに、容器１４は、開口部１５を真空ポンプなどに接続し、容器内を減圧して真空状態にして熱伝導率を低くして断熱効果を持たせて使用する。
また、容器１４には、空気以外に窒素ガスや二酸化炭素ガスなどを封入して使用してもよく、減圧して使用してもよい。
さらに、空気より熱伝導率の小さいガスであるキセノン、臭化メチル、塩素、三塩化ホウ素、またはクリプトンなどを封入して断熱効果を得ることも可能である。

（実施例４）
次に、変圧器タンク容器２とブッシング収納部５との間に断熱材を設置した場合について説明する。
図６は、断熱材１６の斜視図を示し、断熱材としてグラスウールや硬質ウレタンフォームを用いる。グラスウールはガラスを繊維状にしたもので、繊維状にすることにより空気やガスを動き難くして断熱するものである。
また、硬質ウレタンフォームは、プラスチック発泡体でその断熱性能は独立した微細な気泡の中に熱伝導率の極めて小さいガスを閉じ込めているため断熱することができる。
これらグラスウールや硬質ウレタンフォームを単体で断熱材として使用し、熱伝達を抑制する。

（実施例５）
次に、断熱材１６として真空断熱材を使用した場合について説明する。
一般に真空断熱材は、断熱材の周囲を真空状態にし、ガスによる熱伝導を限りなくゼロに近づけることにより断熱性能を高めた断熱材である。
真空断熱材としては、グラスウールを芯材に用い、グラスウールをプラスチックや金属箔のラミネートフィルムでパッキングして、内部圧力を真空度１〜１０Ｐａに減圧してガスの熱伝導率を０．００１２Ｗ／ｍＫ以下に低減した断熱材である。
このような真空断熱材は、グラスウールの約３８倍、硬質ウレタンフォームの約２０倍の断熱性能を有している。

（実施例６）
次に、断熱材を積層して構成し、変圧器タンク容器２とブッシング収納部５の間に設置する場合について説明する。
図７は、積層した断熱材１７の斜視図を示し、５層積層した場合を示している。
図７において、断熱材１７は、例えば１７−１をグラスウールの断熱材に、１７−２を硬質ウレタンフォームに、１７−３を玄武岩などを繊維状にしたロックウールの断熱材に、１７−４をガラスウールに、１７−５を硬質ウレタンフォームとし、積層して構成するものである。

また、グラスウール、硬質ウレタンフォーム、ロックウールなどのほかに上記の真空断熱材を積層して構成することも可能である。
また、図示していないが、変圧器タンク容器２と断熱材との間に金属の仕切板挿入して、輻射熱を断熱する方法もある。

１‥油入変圧器 ２‥変圧器タンク容器
３‥波リブ ５‥ブッシング収納部
６‥一次ブッシング ７‥二次ブッシング
８‥断熱部 ９‥開口部
１０‥鉄心 １１‥低圧側コイル
１２‥高圧側コイル １３‥電気絶縁油
１４、１６、１７‥断熱材 ３０‥開口部

Claims (8)

1. 鉄心とコイルとを組み合わせたコイル組立体を設置し、絶縁油を充填したタンク容器と、
   該タンク容器に接続され、一次ブッシングと二次ブッシングを収納したブッシング収納部とを備えた油入変圧器において、
   前記タンク容器と前記ブッシング収納部の間に密閉空間の室を形成し、
   該密閉空間の室を真空にしたことを特徴とする油入変圧器。
2. 請求項１記載の油入変圧器において、
   前記密閉空間の室は、前記ブッシング収納部の側面及び上面の金属板を延長して形成したことを特徴とする油入変圧器。
3. 請求項１記載の油入変圧器において、
   前記密閉空間の室には、空気、窒素ガス、または二酸化炭素ガスを封入することを特徴とする油入変圧器。
4. 請求項１記載の油入変圧器において、
   前記密閉空間の室を形成するブッシング収納部側の壁面に白塗料を塗装することを特徴とする油入変圧器。
5. 鉄心とコイルとを組み合わせたコイル組立体を設置し、絶縁油を充填したタンク容器と、
   該タンク容器に接続され、一次ブッシングと二次ブッシングを収納したブッシング収納部とを備えた油入変圧器において、
   前記タンク容器と前記ブッシング収納部を構成する各々の材料の熱伝導率を異ならせ、
   該ブッシング収納部の材料が該タンク容器の材料より熱伝導率が低いことを特徴とする油入変圧器。
6. 鉄心とコイルとを組み合わせたコイル組立体を設置し、絶縁油を充填したタンク容器と、
   該タンク容器に接続され、一次ブッシングと二次ブッシングを収納したブッシング収納部とを備えた油入変圧器において、
   前記ブッシング収納部はＬ型形状とし、該Ｌ型形状の下側の突出し部は前記タンク容器の下側に接合して開口し、前記絶縁油を取り込めるようにしたことを特徴とする油入変圧器。
7. 鉄心とコイルとを組み合わせたコイル組立体を設置し、絶縁油を充填したタンク容器と、
   該タンク容器に接続され、一次ブッシングと二次ブッシングを収納したブッシング収納部とを備えた油入変圧器において、
   前記タンク容器と前記ブッシング収納部の間に箱型形状の容器を設置し、
   該箱型形状の容器は、着脱可能とし、かつ真空にしたことを特徴とする油入変圧器。
8. 請求項８記載の油入変圧器において、
   前記箱型形状の容器内に、空気、窒素ガス、または二酸化炭素ガスを封入したことを特徴とする油入変圧器。

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