JP2013254881A - 電気機器 - Google Patents

Abstract

【課題】機器のコンパクト化に寄与しつつ低騒音化を図ることができる共鳴型消音装置を備えた電気機器を提供する。
【解決手段】実施形態によれば、冷却媒体５が封入された密閉容器４内に電気機器本体１が収容されてなる電気機器において、密閉容器４外側に共鳴型消音装置１０を密閉容器４に非接触にて配置する。共鳴型消音装置１０は、通電時における予め計測した密閉容器４の外壁の騒音レベルの最大位置を覆う位置に共鳴型消音装置１０の開口部１１を対向させて配置する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、変圧器やリアクトルに代表される静止誘導電器等の電気機器に係り、特に、電気機器の周囲に設置される防音囲壁等の消音構造物からの放射音を抑制するための共鳴型の消音装置を備えた電気機器に関する。

近年、環境保護の観点から騒音規制が厳しくなっており、変圧器など市街地に設置される電気機器の低騒音化が強く望まれている。

電気機器の構造物から放射される騒音は、電気機器本体を構成する鉄心や巻線の振動が電気機器を収容する密閉容器に伝播し、密閉容器の側面が振動することにより周囲に放射するために発生する。

この放射音の拡散を防止するための手段として、電気機器の消音装置を鉄板などでできた防音建屋に収納する方法が考えられるが、据付面積が増大するという問題がある。

また、密閉容器の周囲に遮音板を設ける対策が従来から広く実施されている。

しかし、密閉容器側面の振動を受けて遮音板自身が振動するため、騒音を発生しないような構成上の配慮が必要となる。

騒音の放射はタンク側面の振動によって引き起こされることから、電気機器の構造を複雑にせずに騒音低減を図る方法として、密閉容器側面の振動量を低減するなどの対策もされている。

例えば、密閉容器側面に補強材を取り付け、密閉容器側面に振動の節を設ける方法や振動の主要周波数成分で固有振動数を持たないような構造に設計する方法などが挙げられる。

ここで、密閉容器側面の振動を低減するための構造を持つ変圧器を例にあげ、具体的に説明する。変圧器本体は絶縁油や絶縁ガス等の冷却媒体が充填された密閉容器内に収容され密封されている。密閉容器の側面には複数個の主補強材が取り付けられ、密閉容器の側面に振動の節を設けることで振動の振幅を低減させるようにしている。

また、主補強材の取り付け位置を調整することで、密閉容器が振動の主要周波数成分付近で固有振動数を持たないような構造とし、共振による振動増幅を避ける方法もある。

また、変圧器の消音装置の例として、密閉容器の内壁の一部に、開口部を形成し、且つ内部に空洞部を有する共鳴型消音装置を形成するように構成し、共鳴型消音装置が、密閉容器内に発生する騒音の周波数と共鳴するよう設定する方法もある。

さらに、密閉容器の内壁面にて繰り返し反射されて特定のパターンを持つ定在波が発生するときは、この定在波のパターンの中で騒音値の高い部分に相当する密閉容器の位置に共鳴型消音装置が形成されるように構成することもある。

このように密閉容器内に共鳴型消音装置を形成するようにすれば、低騒音化を図ることができ、騒音に対する厳しい仕様要求に応えることが可能となる。

特開２０１０−２１２３５０号公報 特開平１０−１０６８５４号公報

近年、電力需要の増大に伴って、電気機器の鉄心や巻線はさらに大容量化する傾向にある。

一方、変電所建設用地の確保が困難となっており、しかも周囲への環境調和が重視される現状にあっては、機器のコンパクト化が強く望まれており、機器の据え付け面積の拡大は深刻な問題となっている。

コンパクト化に加えて鉄心や巻線が大容量化すれば、騒音の発生要因である鉄心や巻線の単位体積当たりの振動量が増大することになる。

そのため、密閉容器内で発生する騒音値は大きくなり、密閉容器外部へ放射される騒音値も増大する。

したがって、鉄心や巻線が大容量化となり、さらにコンパクト化が要求される電気機器に対しては、さらなる低騒音化対策が必要となる。

ところが、従来の共鳴型消音装置においては、以下のような課題があった。

（１）取り付け箇所は密閉容器の内壁あるいは外壁であるが、密閉容器からの騒音放射の大きい箇所に設置したものではなく、消音作用の効果が小さい。

（２）取り付け方法は、密閉容器壁面に直接に取り付けるため、密閉容器壁面から消音装置への振動伝播があるため、消音装置そのものが振動する。また、消音装置が拡大音スピーカとなり、騒音の低減効果が小さい場合がある。

（３）消音装置の構成材料などによって、消音効果が期待できない場合がある。

本発明の実施形態は、上記のような従来構成が持つ課題を解決するために提案されたものであり、その目的は、機器のコンパクト化に寄与しつつ低騒音化を図ることができる消音装置を備えた電気機器を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の実施形態に係る電気機器は、冷却媒体が封入された密閉容器と、前記密閉容器内に収容された電気機器本体と、前記電気機器本体の通電時に前記密閉容器の外側で発生する騒音のレベルが最大の位置を覆って前記密閉容器の外壁に対向する開口部を備えた共鳴型消音装置と、を有することを特徴とする。

本発明の電気機器の第１の実施形態に係る変圧器の立断面図。 本発明の電気機器の第１の実施形態の変形例である変圧器の立断面図。 本発明の電気機器の第２の実施形態に係る変圧器の立断面図。 本発明の電気機器の第２の実施形態の変形例である変圧器の立断面図。 第１の実施形態における音響インテンシティを説明する斜視図（１００Ｈｚの場合）。 第２の実施形態における音響インテンシティを説明する図（１００Ｈｚの場合）。 第１の実施形態における音響インテンシティを説明する図（２００Ｈｚの場合）。 第１の実施形態における音響インテンシティを説明する図（３００Ｈｚの場合）。 本発明の電気機器の第１の実施形態に係る変圧器に適用する共鳴型消音装置の斜視図。 図９に示した共鳴型消音装置の縦断面図。 本発明の電気機器の第１の実施形態の変形例である共鳴型消音装置の斜視図。 本発明の電気機器の第１の実施形態の変形例である共鳴型消音装置の斜視図。 本発明の電気機器の第２の実施形態の変形例である共鳴型消音装置の斜視図。

以下、本発明の電気機器の実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。

（第１の実施形態）
本発明に係る電気機器の第１の実施形態について、変圧器を例に挙げ、図１、図５、および図７〜図１０を参照して説明する。

図１は、本実施形態に係る変圧器の要部構成を示す立断面図であり、密閉容器４内には、巻線３が巻回された鉄心２が収容され、冷却用の絶縁媒質である冷却媒体５が封入されている。密閉容器４は密閉容器脚６を介して基礎７の上に載置されて固定されている。密閉容器底部８と基礎７の間には間隙２０が形成されている。

一般に、変圧器の騒音は、巻線３に交流電源を通電することにより、巻線３や鉄心２が振動することで発生し、この騒音が密閉容器４に伝播して密閉容器４を振動させ、騒音となって密閉容器４外部に放射される。

ここで、変圧器においては、特定の周波数成分からなる騒音が問題となる。この特定の周波数成分の騒音を低減するために、円形の開口部１１を有する共鳴型消音装置１０が密閉容器４の外壁近傍に設けられている。共鳴型消音装置１０は密閉容器４と非接触とし、密閉容器４の振動が固体壁を通して共鳴型消音装置１０の壁に伝わるのを阻止する。

本実施形態においては、共鳴型消音装置１０の構成材料は、ゴム材料（硬度は４０〜８０）を使用した。これにより、共鳴型消音装置１０の固体壁の振動を抑制することができる。

共鳴型消音装置１０は、図５に示すように、あらかじめ測定された騒音インテンシティの密閉容器４外壁の騒音レベルＳｍａｘの最大位置に対して、騒音分布の（Ｓｍａｘを０ｄＢとしたときの０ｄＢ〜−６ｄＢ）の範囲に、共鳴型消音装置１０の開口部１１が位置するように密閉容器４壁面と非接触でスタンド１３に設置されている。

一般に、共鳴型消音装置１０の共鳴周波数は、開口部１１の形状が円孔である場合、（１）式で表される。

図９と図１０は、それぞれ、図１に示す共鳴型消音装置１０の斜視図およびその立断面図を示している。ここで、共鳴型消音装置１０の空洞部１２の深さをＬ、空洞部１２の直径をＤ、開口部１１の長さをＨ、開口部１１の直径をｄ、開口率をｐ、音速をｃとすると、ヘルムホルツ共鳴原理により、共鳴型消音装置１０は、周波数ｆで共鳴し、密閉容器４から発生した騒音を低減することができる。

ただし、 ｐ＝（ｄ／Ｄ）^２

この式から明らかなように、共鳴型消音装置１０の共鳴周波数は、空洞部１２の深さＬ、開口部１１の開口率ｐ、長さＨ、直径ｄによって決定することができる。

つまり、空洞部１２の容積や開口部１１の開口率を決めることによって、所望の共鳴周波数に設定した共鳴型消音装置１０を簡単に得ることができる。

ところで、変圧器の消音装置の対象となる騒音の周波数は、電源周波数の２倍を基本周波数として、その倍調波となることが多い。つまり、電源周波数が５０Ｈｚの場合、騒音発生の周波数は、１００Ｈｚ、２００Ｈｚ、３００Ｈｚ、・・・などとなる。電源周波数が６０Ｈｚであれば、騒音の周波数は、１２０Ｈｚ、２４０Ｈｚ、３６０Ｈｚ、・・・などとなる。

そして、これらの周波数は、時間、環境温度、湿度によっても変化することはない。したがって、共鳴型消音装置１０の共鳴周波数をこれらの値と一致させて設定することにより、確実な騒音低減効果を実現することができる。

以下に、実際に適用した寸法を以下に示す。開口部１１の直径ｄはいずれも３０ｃｍ、空洞部の直径Ｄは６０ｃｍとした。

ここで、図５、図７、図８に密閉容器４壁面から３ｃｍの距離で計測した音響インテンシィティの騒音分布測定結果を示す。図５に示すように、１００Ｈｚ成分の音圧分布の最大騒音レベルＳｍａｘは、密閉容器４壁面の中央部に集中している。音圧レベルの最大値を０ｄＢとしたとき、直径で１０ｃｍ離れた範囲では−３ｄＢ、また、直径で３０ｃｍ離れた範囲では−６ｄＢを観測した。ただし、騒音レベルは相対レベルで示している。

密閉容器４壁面ではこの中央部を除いては、−７ｄＢから−１５ｄＢ程度である。

騒音レベルを評価するのは，ＪＩＳ規格においては、密閉容器から３０ｃｍと１ｍの距離である。この騒音レベルを決定するのは、上記の最大騒音レベルＳｍａｘであることから、Ｓｍａｘを低減すれば効果的に全体の騒音レベルを低減できる。

このことから、密閉容器近接の音圧分布０ｄＢ〜−６ｄＢの騒音レベル大きい箇所に共鳴型消音装置１０の開口部１１が位置するように共鳴型消音装置１０を設置すれば、放射音の広がりが小さくなることから全体の騒音レベルを低減できる。

図７に示すものは２００Ｈｚ成分の場合であり、密閉容器４の壁面に２カ所の最大騒音レベルＳｍａｘが存在する。

したがって、騒音の２００Ｈｚ成分が大きい場合は、共鳴型消音装置１０をその開口部１１がそれぞれ密閉容器４近接の音圧分布０ｄＢ〜−６ｄＢの騒音レベル大きい箇所に位置するように２箇所に設置すれば良い。

図８に示すものは３００Ｈｚ成分の場合であり、密閉容器４の壁面に４カ所の最大騒音レベルＳｍａｘが存在する。

したがって、騒音の３００Ｈｚ成分が大きい場合は、共鳴型消音装置１０をその開口部１１がそれぞれ密閉容器４近接の音圧分布０ｄＢ〜−６ｄＢの騒音レベルの大きい箇所に位置するように４箇所に設置すれば良い。

以上のような第１の実施形態においては、共鳴型消音装置１０に設定された共鳴周波数が密閉容器４内に発生した騒音の周波数と共鳴する。すなわち、共鳴型消音装置１０は密閉容器４外部の騒音エネルギーを共鳴型消音装置１０における共鳴振動エネルギーとして吸収し、騒音を消音することができる。そのため、最大騒音Ｓｍａｘを抑制すれば、密閉容器４外への全体の騒音を低減することが可能となる。

このように共鳴型消音器１０の開口部１１の取り付け位置を騒音の最大レベルとする適正位置に配置にすることによって、密閉容器４から放射される騒音を効果的に共鳴振動エネルギーとして吸収し消音することができ、密閉容器４外部へ放射される騒音を効果的に低減することができる。

しかも、第１の実施形態によれば、密閉容器の周囲に従来のような防音建屋を設置する必要がないため、変圧器の消音装置全体の据え付け面積を縮小化することが可能であり、機器のコンパクト化に寄与することができる。

本実施形態では、共鳴型消音装置１０の構成材料としてゴム材料（硬度は４０〜８０）を使用することで、共鳴型消音装置１０を密閉容器４壁面に直接に取り付けなければならない設置環境にあっても、共鳴型消音装置１０自身に振動減衰が大きいため、共鳴型消音装置１０自身が拡大音スピーカとはならず、騒音の低減効果が大きい。

なお、本実施形態においては、共鳴型消音装置１０の構成材料としてゴム材料を用いたが、制振鋼板を用いるようにしても同様の効果を得ることができる。

なお、本実施形態では、共鳴型消音装置１０は基礎７上に設置されたスタンド１３により支持するようにしたが、図２に示すように、共鳴型消音装置１０を例えば建屋９の天井や図示しない支持柱などから吊り下げワイヤー等で吊るようにしても同様の効果を得ることができる。

また、開口部１１の直径ｄを１．５倍と大きくすることにより、共鳴効果に加えて密閉容器４側面からの遮音効果も期待できる。

また、共鳴型消音装置１０の内壁面や外壁面に図１０に示すように吸音材１５を貼り付けることによりさらに吸音効果が期待できる。

なお、本実施形態においては、図９および図１０に示すように共鳴型消音装置１０の開口部１１が空洞部から円筒状に突き出た構造になっているが、図１１のように、開口部１１の円筒部分をなくして開口部１１を有する空洞部１２のみからなる構造にしても良い。このように構成することにより、共鳴型消音装置を薄型化でき、機器のコンパクト化に寄与しつつ低騒音化を図ることができる。

また、共鳴型消音装置１０の形状は、図９や図１１のように円筒形状ではなく、図１２に示すような直方体箱型形状であっても上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第２の実施形態）
本発明の電気機器に係る第２の実施形態について、図３および図６を用いて説明する。図３は第２の実施形態に係る変圧器の要部立断面図である。図６は、密閉容器４壁面から３ｃｍの距離で計測した上記実施形態とは異なる変圧器において計測した音響インテンシィティの騒音分布測定結果を示す。このように、場合によっては、密閉容器底部８からの騒音放射が大きい場合もある。

図６においては、１００Ｈｚ成分の音圧分布の最大騒音レベルＳｍａｘが密閉容器４側面下部に集中しており、共鳴型消音装置１０は、密閉容器４近接の音圧分布０ｄＢ〜−６ｄＢの騒音レベルの大きい箇所に開口部１１が位置するように密閉容器４の外壁下部の側面部に配置されている。

以上のような第２の実施形態においては、密閉容器４外の共鳴型消音装置１０が密閉容器４から発生した騒音と共鳴して、騒音を消音することができ、これにより密閉容器４外部へ放射される騒音を低減することができる。

本実施形態においては、共鳴型消音装置の開口部を密閉容器４外壁から概略３ｃｍ離し配置させた。これにより、密閉容器壁面に直接接触することがないため、共鳴型消音装置１０自身に振動伝達がないため、共鳴型消音装置１０自身が拡大音スピーカとはならず、騒音の低減効果が大きい。

なお、本実施形態では、共鳴型消音装置１０の密閉容器４側面下部と密閉容器４側面と基礎７との隙間にかけて、開口部１１が位置するように共鳴型消音装置１０を設置したが、密閉容器４近接の音圧分布０ｄＢ〜−６ｄＢの騒音レベルの大きい箇所が密閉容器４側面と密閉容器４底部との隙間に発生している場合は、図４に示すように、共鳴型消音装置１０の底部を密閉容器底部８の内側に突き出した形状として、底形状をフラットにして直接床に設置することで、上記実施形態と同様の騒音低減効果を得ることができる。

（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。例えば、変圧器以外でも、その他の電力用機器・装置において騒音低減効果を向上させるために適用してもよい。また、各実施形態の特徴を組み合わせてもよい。さらに、これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形には、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…電気機器本体（変圧器本体）
２…鉄心
３…巻線
４…密閉容器
５…冷却媒体
６…密閉容器脚
７…基礎
８…密閉容器底部
９…建屋
１０…共鳴型消音装置
１１…開口部
１２…空洞部
１３…スタンド
１４…吊り下げワイヤー
１５…吸音材
２０…間隙

Claims (9)

1. 冷却媒体が封入された密閉容器と、
   前記密閉容器内に収容された電気機器本体と、
   前記電気機器本体の通電時に前記密閉容器の外側で発生する騒音のレベルが最大の位置を覆って前記密閉容器の外壁に対向する開口部を備えた共鳴型消音装置と、
   を有することを特徴とする電気機器。
2. 前記共鳴型消音装置の構成材料としてゴム材料を使用したことを特徴とする請求項１に記載の電気機器。
3. 前記共鳴型消音装置の構成材料として制振鋼板を使用したことを特徴とする請求項１または２に記載の電気電器。
4. 前記共鳴型消音装置の表面に吸音材を貼り付けたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電気機器。
5. 前記共鳴型消音装置は、電気機器基礎上に設置した支持脚に取り付けたことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の電気機器。
6. 前記共鳴型消音装置は、上方から吊り下げて設置したことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の電気機器。
7. 冷却媒体が封入された密閉容器と、
   前記密閉容器内に収容された電気機器本体と、
   基礎上に設置されて前記基礎と前記密閉容器の底部との間に間隙が形成されるように前記密閉容器の底部を支持する支持脚と、
   前記基礎と前記密閉容器の底部との間に形成された間隙に向かって開口する開口部を備えた共鳴型消音装置と、
   を有することを特徴とする電気機器。
8. 前記共鳴型消音装置の底形状はフラット形状であり、前記密閉容器の底部を前記基礎上に直接固定したことを特徴とする請求項７に記載の電気機器。
9. 前記共鳴型消音装置の開口部の一部を前記密閉容器の底部と前記基礎との間の前記間隙の内部まで伸ばして前記密閉容器の底部に挿入配置したことを特徴とする請求項７または８に記載の電気機器。

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