JP2014179471A - 静止誘導電器 - Google Patents

Abstract

【課題】静止誘導電器本体の傾斜や液面の揺れの影響がなく，液体冷媒の漏れを良好な感度で検知出来る静止誘導電器を提供する。
【解決手段】本体タンク６内に電器本体を収納し，本体タンク６の上にガス空間７を有するガス室２を設置し，本体タンク６とガス室２を連結管４によって連結する。本体タンク６を液体冷媒３で満たし，ガス空間７と液体冷媒３の接触面である液面がガス室２または連結管４に位置する様に液体冷媒３とガスを充填し，連結管４内に液面計の液面検出部８を設置する。
【選択図】図２

Description

本発明は変圧器やリアクトルなどの静止誘導電器に係り，特に，洋上のように動揺する環境で使用する静止誘導電器に関する。

変圧器やリアクトル等の静止誘導電器は，大容量化，又は小形化の技術進展に伴い損失による発熱密度が高くなる傾向にあり，これを冷却するために絶縁性の液体を冷媒として静止誘導電器のタンク内に充填する方法が広く採用されている。

液体冷媒は，静止誘導電器自身の発熱や周辺温度によって体積が変動するため，一般的に静止誘導電器にはその体積変動を吸収する機能が付加される。また，液体冷媒の漏洩に対する保守の目的で液体冷媒の液面を監視する機能も付加される。

例えば変圧器の場合，変圧器中身本体をタンクに収納し，鉱油，シリコーン液，植物油，合成エステル油といった絶縁性の液体冷媒をタンク内に充填して液浸し，ラジエータやリブといった冷却設備もしくはタンク壁面と，変圧器本体との間を，液体冷媒が循環することで，変圧器本体が冷却される。従って，液体冷媒は変圧器本体からの加熱と周辺温度によって温度が変動するため，体積が変動する。

液体冷媒の体積変動を吸収する技術としては，１つは液体冷媒よりもガスの圧縮性が大きいことを利用して，密封されたガス空間により上記体積変動を吸収するものがあり，主に本体タンク上部にガス空間を持つガス室を設けて，本体タンクと連結する方法が取られる。

他には，本体タンク上部にゴム袋を介して液体冷媒とガス空間が接触するコンサベータを設け，コンサベータのガス空間は除湿器を介して外気と繋がっており，ガス空間と外気で気体の出し入れをすることで上記体積変動を吸収するものがある。

上記体積変動が起こると，ガスを密封する方法ではガス室内を液面が上下に変動し，コンサベータを用いる方法ではゴム袋が液面とともに上下に変動する。そのため，ガスを密封する方法ではガス室内の液面を監視し，コンサベータを用いる方法ではコンサベータ内のゴム袋下面を液面として監視し，液面がガス室内又はコンサベータ内のある高さより低くなったことを液体冷媒漏れと判断することで，液体冷媒漏れの監視機能としている。

ところで，近年の再生可能エネルギーの利用技術の進歩に伴い，従来と異なる環境下で変圧器が使用される事例が増えつつある。例えば，日本国内でも風力発電機を洋上浮体群に設置した，洋上発電所・変電所の開発が計画されており，変圧器も洋上浮体中で使用される。

洋上浮体中で使用される変圧器は常時動揺される環境にあり，コンサベータを用いるとゴム袋が常時変形し続けるため，ゴム袋の劣化が早まる懸念がある。一方ガス室を用いると上記懸念は解消されるが，変圧器本体の傾斜や液面の揺れにより液面が変動するため一時的，部分的な液面低下が生じ，従来構造では液体冷媒漏れとして誤検出してしまう問題がある。

これは，船舶中で使用される変圧器においても同様である。ガス室を高さ方向に大きくし，液体冷媒の充填量を増やすことで液面を高くして，動揺時の液面を液体冷媒漏れ検出器の検知範囲外とする方法もあるが，経済性，設置体積，漏れへの感度の問題で合理的でない。

上記の様な問題に対し特許文献１のように，タンクの傾斜角を補正して液面高さを計算する方法がある。また，特許文献２のように，液面が波打つ環境において液面センサ周囲を円筒状の液面揺れ抑え部材で囲う方法がある。

特開２０００−３１３２４０号公報 特開２００２−１２２４６３号公報

洋上浮体上のように，常時動揺する環境で使用される静止誘導電器における液体冷媒の漏れ検出は，静止誘導電器本体の傾斜や液面の揺れによる誤検出がなく，漏れに対する感度が良好で，ガス室の大きさを小さく抑えながら合理的に実施されることが望ましい。

特許文献１に記載された技術は，静止誘導電器本体の傾斜を補正して液面高さを求める際には有効であるが，液面揺れが静止状態とみなせる程度以下に抑えられる必要があり，静止誘導電器のガス室で想定される大きな揺れの下では正確な液面は把握できない。

特許文献２に記載された技術は，液面センサ周辺の液面揺れを抑えることができるが，静止誘導電器本体が傾斜する場合の液面変動や，洋上浮体で想定される比較的長い周期の液面揺れの影響を除くことは出来ない。また，機能の高いセンサを用いる必要があり，高価となる。

そこで，本発明では上記静止誘導電器本体の傾斜やガス室液面の揺れの影響がなく，液体冷媒の漏れを良好な感度で検知出来る静止誘導電器を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために，本発明に係る静止誘導電器は，本体タンク内に少なくとも２つの鉄心脚を有する鉄心と，該鉄心脚の周囲に巻回された巻線とを備えた静止誘導電器本体を収納し，前記本体タンク内に液体冷媒を封入し前記静止誘導電器本体が前記液体冷媒によって液浸され，前記本体タンクの上にガス空間を有するガス室が設置され，前記本体タンクと前記ガス室が連結管によって連結され，水平面に設置した場合に前記ガス空間と前記液体冷媒の接触面である液面が前記ガス室または前記連結管内に位置する様に前記液体冷媒と前記ガス室のガスが充填され，前記連結管に液面計の液面検出部を有する。

本発明によれば，洋上浮体上のように常時動揺する環境で使用される静止誘導電器における液体冷媒の漏れ検出を，静止誘導電器本体の傾斜や液面の揺れによる誤検出がなく，漏れに対する感度が良好で，ガス室の大きさを小さく抑えながら合理的に実施することができる。

本発明を適用した変圧器の構成概要を示したものである。 図１のII−II断面図である。本発明を適用した変圧器の要部拡大図である。 図２のIII−III断面図である。本発明に係る液面計の液面検出部の構成を示したものである。 本発明に係る液面計が液漏れと判断する液漏れ判断位置を示したものである。 液面計の落下防止部材の一例を示したものである。 液面計の落下防止部材の別の例を示したものである。 液面計の落下防止部材の別の例を示したものである。

本発明では，静止誘導電器の本体タンクとガス室を連結する連結管に，液面計の液面検出部を設けた。この液面検出部によって前記連結管内の液面を検出することで，前記連結管内まで低下した液面高さを読み取って，液体冷媒の漏れを判断することが出来る。前記連結管は前記ガス室よりも断面積が小さいため，前記静止誘導電器本体の傾斜や液面の揺れによる液面高さ変動が小さくなって検出する液面高さの誤差が小さくなる。また液体冷媒の漏れ量に対する液面高さの変動が大きくなることから，液体冷媒の漏れの判断が感度良く行える。

以下では，本発明を実施する上で好適な実施例について図面を用いて説明する。下記はあくまでも実施の例に過ぎず，発明の実施態様を限定する趣旨ではない。

図１乃至９により本発明の実施例を説明する。図１に示すように，本体タンク６内に３つの鉄心脚１Ｃを有する鉄心１Ｂと，該鉄心脚１Ｃの周囲に巻回された巻線１Ａとを備えた電器本体１とが収納され，前記本体タンク６内に液体冷媒３が存在し前記電器本体１が前記液体冷媒３によって液浸される。図１の電器本体１の構成は例として三相３脚を示しているが，実施形態はこれに限定されない。

本体タンク６上側にはガス空間７を有するガス室２が設置され，本体タンク６とガス室２は連結管４によって連結される。ガス室２は概直方体であるが，円柱形でもよい。連結管４は円管であるが，矩形管でもよい。

本体タンク６と連結管４，連結管４とガス室２の連結手段は，それぞれ連結管４にフランジを設け，フランジ面にガスケットを配してボルト締めしてもよいし，溶接してもよい。本体タンク６には液体冷媒３が満たされ，液体冷媒３とガス空間７の境界面である液面がガス室２又は連結管４内にあるよう，液体冷媒３とガス空間７のガスが充填される。

図２に示すように，連結管４内には液面計５の液面検出部８が配される。液面計５と連結管４の連結は，連結管４に取り付け座を設け，接触面にガスケットを配してボルト締めしてもよいし，液面計５にねじ込み継手を持つものを用いて連結管４にも対応するねじ込み継ぎ手を設けて接続してもよい。

前記液面計５の液面検出部８は図３に示すように，フロート８Ａがフロートアーム８Ｂを介して液面計５本体と接続され，フロート８Ａが液体冷媒３の液面高さに合わせて上下するもので，フロート８Ａは液体冷媒３より密度が小さく，ガスより密度が大きい。

液面計５はフロートアーム８Ｂを介してフロート８Ａの位置を検出し，フロート８Ａ位置を液面高さとして数値や指示盤（図示せず）の表示を出力する。液面計５は，液面が液漏れ判断高さ９よりも低下しフロート８Ａが下がると，アーム８Ｂがストッパー１０を押し下げ，その力でストッパー１０の根元のスイッチ（図示せず）が押されることで液漏れと判断する。

また，液面計５は液漏れを検出する機能を持ち，液漏れを検出すると視覚的／聴覚的な出力を行う。例えば、液面計５が液漏れを検出した際，液面計５は液漏れを通知するための表示をする（「液漏れ」の文字，液漏れを示す図記号等を表示する），警告灯を点灯する，アラーム音（音声）を鳴らす，またはそれらを組み合わせた出力を行う。これらの出力は，液面計５から電波または電気信号を発せられた結果，前記電波または電気信号の受信端で実施される形態のものも含まれる。

図３の液面計５の構成は一般的によく用いられるものの例であり，本実施例で用いる液面計を限定するものではなく，例えばフロートがマグネットで磁界の変動から液面を測定するもの，超音波の連結管４内伝搬速度から液面位置を測定するもの，超音波を液面で反射させて液面位置を測定するもの，連結管４内部の静電容量から液面位置を測定するもの，連結管４内部の電気抵抗率から液面位置を測定するもの，を用いてもよい。

これらの液面計と連結管４の連結は，図３の液面計５の連結方法と同じでもよいし，連結管４外面に液面計を接触させてボルトやネジ，又はバンドで固定したり，連結管４に枝管を設けて枝管にフランジを設けガスケットを介してボルト締め，又はねじ込み継手の機構で接続したり，管状の液面計を連結管４そのものとして利用してもよく，液面計によってこれらの手段が最適に選択される。

液面計５が液漏れを判断する液漏れ判断高さ９は，図４に示すように電器が１１．８°傾斜した場合の液面よりも低い位置になるように設定する。傾斜角１１．８°は，日本近海の洋上浮体上で使用される電器の最大傾斜角であり，正常時最も液面が低下する条件である。 本実施例の構造によって，電器が洋上浮体に設置された条件においても，液漏れ検出誤差がなく，かつ液漏れに対して高感度に，液面計５が液漏れを検出できる。

本実施例において，連結管４内の液面検出部８が故障して金属部品が外れた場合，金属部品が電器本体１近傍に落下すると絶縁破壊を起こす危険性がある。そこで金属部品の本体タンク６内への落下を防ぐ，落下防止部材（図５乃至９中の１１Ａ乃至１１Ｃ）を設けることが好ましい。

落下防止部材は，例えば，連結管内４部に本体タンク６から立ち上る配管を設け，前記配管を介して本体タンク６と連結管４を接続し，前記配管は９０°エルボ１１Ａの構造（図５）またはＵ字管１１Ｂの構造（図６）で実現される。または第一の実施例における本体タンク６と連結管４の内部接続面に，網状，格子状又はパンチングメタル状の板状落下防止部材１１Ｃ（図７）を設けてもよい。

図５，６に示す９０°エルボ１１ＡやＵ字管１１Ｂの連結管４側開口部は，液面検出部８より低い位置とする。図５，６のように連結管４内部の配管を落下防止部材とする場合，本体タンク６から連結管４へ向かう配管の管軸方向が少なくとも１箇所で水平面以下となる構造であればよく，実施形態は図５，６の９０°エルボ及びＵ字管の構造に限定されない。

図５乃至図７の落下防止部材１１Ａ乃至１１Ｃの固定手段は，落下防止部材にフランジを設けて本体タンク６にボルト締めで固定してもよいし，落下防止部材と連結管４に同寸法のフランジを設け，フランジ面にガスケットを配し落下防止部材と連結管４のフランジ穴を同じボルト連通させて本体タンク６に固定してもよいし，落下防止部材をタンク本体６または連結管４に溶接してもよい。

本実施例においては，連結管４はガス室２よりも断面積が小さいため，電器本体１の傾斜や液面の動揺による液面高さ変動が小さくなり，検出する液面高さの誤差が小さくなる。また液体冷媒３の漏れ量に対する液面高さの変動が大きくなることから，液体冷媒３の漏れの判断が感度良く行える。さらに，落下防止部材により液面計５の故障に対する電器本体１の信頼性が保たれる。

１・・・電器本体
１Ａ・・・巻線
１Ｂ・・・鉄心
１Ｃ・・・鉄心脚
２・・・ガス室
３・・・液体冷媒
４・・・連結管
５・・・液面計
６・・・本体タンク
７・・・ガス空間
８・・・液面検出部
８Ａ・・・フロート
８Ｂ・・・フロートアーム
９・・・液漏れ判断高さ
１０・・・ストッパー
１１Ａ・・・９０°エルボ管形落下防止部材
１１Ｂ・・・Ｕ字管形落下防止部材
１１Ｃ・・・板状落下防止部材

Claims (9)

1. 本体タンク内に少なくとも２つの鉄心脚を有する鉄心と，該鉄心脚の周囲に巻回された巻線とを備えた静止誘導電器本体を収納し，
   前記本体タンク内に液体冷媒を封入し前記静止誘導電器本体が前記液体冷媒によって液浸され，
   前記本体タンクの上にガス空間を有するガス室が設置され，
   前記本体タンクと前記ガス室が連結管によって連結され，
   水平面に設置した場合に前記ガス室のガス空間と前記液体冷媒の接触面である液面が前記ガス室又は前記連結管内に位置するよう前記液体冷媒と前記ガス室内のガスが充填され，
   前記連結管に液面計の液面検出部を有する静止誘導電器。
2. 請求項１に記載の静止誘導電器であって，
   前記液面計は，前記液体冷媒と前記ガス空間の境界である液面の位置が特定の高さに達しないことを前記液体冷媒の液漏れとして判断し，
   前記液面計が液漏れと判断する特定の高さが前記連結管内に設定されることを特徴とする静止誘導電器。
3. 請求項２に記載の静止誘導電器であって，
   前記液面計が液漏れと判断する特定の高さが，前記静止誘導電器の洋上での使用環境において傾斜角１１．８°傾斜した場合の液面位置よりも低い位置であることを特徴とする静止誘導電器。
4. 請求項１に記載の静止誘導電器であって，
   前記液面計は液漏れを検出すると視覚的及び／又は聴覚的出力を行う出力部を有すること特徴とする静止誘導電器。
5. 請求項２に記載の静止誘導電器であって，
   前記液面計は液漏れを検出すると視覚的及び／又は聴覚的出力を行う出力部を有すること特徴とする静止誘導電器。
6. 請求項３に記載の静止誘導電器であって，
   前記液面計は液漏れを検出すると視覚的及び／又は聴覚的出力を行う出力部を有すること特徴とする静止誘導電器。
7. 請求項１に記載の静止誘導電器であって，
   前記本体タンクと前記連結管の内部空間接続面に，前記液面計の落下防止部材を有する静止誘導電器。
8. 請求項２に記載の静止誘導電器であって，
   前記本体タンクと前記連結管の内部空間接続面に，前記液面計の落下防止部材を有する静止誘導電器。
9. 請求項３に記載の静止誘導電器であって，
   前記本体タンクと前記連結管の内部空間接続面に，前記液面計の落下防止部材を有する静止誘導電器。