JP2015201560A - 油入変圧器 - Google Patents
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Abstract
【課題】ラジエータの巨大化防止による省スペース化、及び内部で発生した熱を効率よく外部に放熱することが可能な油入変圧器を提供する。【解決手段】油入変圧器10は、変圧器タンク11と、前記変圧器タンク内に配設された鉄芯12及び当該鉄芯の外周面に巻回された巻線13と、前記変圧器タンクの外壁面に油管15を介して配設されたラジエータ14と、前記変圧器タンク内に充填された絶縁油とを具える。また、前記油入変圧器の少なくとも一部と熱的に接触するようにして熱電変換素子19が配設されている。【選択図】図1
Description
本発明の実施形態は、油入変圧器に関する。
油入変圧器(以下、「変圧器」という場合がある)のタンク内には鉄芯と巻線とが設置されており、そこには大電流が流れるために常に熱が発生している。そこでこの熱は巻線周囲を流れる絶縁油を媒介してラジエータで変圧器外部に放熱される。大型の変圧器になると発生する熱量も多くなるのでラジエータなどの付随設備もまた大きくなってしまう。
発生した熱を適切に変圧器外部に放出することは変圧器を長期安定して稼働させるという観点から極めて重要な工程である。熱を外部に放出することができなくなった場合、もしくは少量の熱しか放出できなかった場合、最初に、発生した熱によって絶縁油の酸化反応が進行することになり、絶縁油が劣化してしまう。次に絶縁油を通じてスペーサなどの絶縁物である絶縁紙に熱が伝わり、絶縁紙の酸化反応も進行してしまう。酸化反応を起こすことによって紙を構成しているセルロースが分解し、絶縁性能の劣化が生じてしまうことになる。
また、ラジエータが巨大化すると、変圧器全体の必要スペースが大きくなってしまうなどの問題があった。したがって、上述のような問題を回避すべく、新たな構成の変圧器の開発が望まれていた。
本発明は、ラジエータの巨大化防止による省スペース化、及び内部で発生した熱を効率よく外部に放熱することが可能な油入変圧器を提供することを目的とする。
実施形態の油入変圧器は、変圧器タンクと、前記変圧器タンク内に配設された鉄芯及び当該鉄芯の外周面に巻回された巻線と、前記変圧器タンクの外壁面に油管を介して配設されたラジエータと、前記変圧器タンク内に充填された絶縁油とを具える。また、前記油入変圧器の少なくとも一部と熱的に接触するようにして熱電変換素子が配設されている。
(第1の実施形態)
図1は、本実施形態の油入変圧器(以下、「変圧器」という場合がある)の概略構成を示す図であり、図2は、図1に示す変圧器に熱電変換素子の概略構成を示す図である。
図1は、本実施形態の油入変圧器(以下、「変圧器」という場合がある)の概略構成を示す図であり、図2は、図1に示す変圧器に熱電変換素子の概略構成を示す図である。
図1に示すように、本実施形態における油入変圧器10は、変圧器タンク11と、この変圧器タンク11内に配設された鉄芯12及び当該鉄芯12の外周面に巻回された巻線13と、変圧器タンク11の外壁面において油管15を介して配設されたラジエータ14とを有している。ラジエータ14は汎用のものから構成することができ、例えば、複数の撹拌翼が内部に配設されて、変圧器タンク11内で発生した熱をこれら複数の攪拌翼を通じて外部に放熱できるようになっている。
また、変圧器タンク11の上部には巻線12に対して入力側端子あるいは出力側端子として機能するブッシング16,17が配設されており、さらにコンサベータ18が配設されている。さらに、変圧器タンク11内には、図示しない導入管(一般には変圧器タンク11の下側)及び排出管(一般には変圧器タンク11の上側)を介して絶縁油Lが供給及び排出されるようになっており、これによって変圧器タンク11内に絶縁油Lが充填されるようになっている。
コンサベータ18内には同じく絶縁油Lが充填されており、例えば外気温の上下等によって変圧器タンク11内の絶縁油Lの量が変動する場合に、当該変動を抑制するように適宜コンサベータ18から絶縁油Lを供給し、あるいは絶縁油Lを吸入するように機能する。
さらに、変圧器タンク11の、鉄芯12及び巻線13の上方の内壁面には熱電変換素子19が配設されている。
本実施形態の変圧器10における熱電変換素子19は、図2に示すように、互いに対をなすp型熱電半導体191及びn型熱電半導体192が互いに隣接するようにしてマトリックス状に配設されており、隣接するp型熱電半導体191及びn型熱電半導体192の高温側(高温熱源側)が高温側電極193によって電気的に直列に接続されており、隣接するp型熱電半導体191及びn型熱電半導体192の低温側(低温熱源側)が低温側電極194によって電気的に直列に接続されている。また、低温側電極194の末端にはリード線195が接続されている。
p型熱電半導体191及びn型熱電半導体192は熱伝導率が低く、高温側及び低温側で大きな温度差を得、熱電変換(ゼーベック効果)により大きな電位差を生成する材料から構成することが好ましく、例えば、Bi−Te系,Pb−Te系,Si−Ge系,あるいはMg−Si系等の半導体材料から構成する。
高温側電極193及び低温側電極194は、耐熱性及び機械的強度に優れるとともに、比較的高い導電性を示すことが要求され、例えば、Mo,Cu,W,Ti,Niおよびこれらの合金あるいはステンレス鋼などから構成することができる。
リード線195は、電気的良導体、例えばCu,Ag,Auおよびこれらの合金等から構成することができる。リード線195は、低温側電極194の末端に接合材によって固定されている。
本実施形態では、図2に示すような熱電変換素子19を高温側電極193あるいは低温側電極194が変圧器タンク11の内壁面に接触するようにして、鉄芯12及び巻線13上部の内壁面上に配設している。鉄芯12及び巻線13は発熱源であって、その周囲の温度は高くなっており、特にその上部の温度は絶縁油Lの下方から上方への流れ(対流)も手伝って高くなっている。
したがって、当該箇所に熱電変換素子19を配設することにより、高温側電極193及び低温側電極194間に温度差が発生し易くなり、当該温度差に起因した熱電変換(ゼーベック効果)によってp型熱電半導体191及びn型熱電半導体192間に電位差が生じ、当該電位差に起因した電流をリード線195から外部に取り出すことができるようになる。すなわち、変圧器10での発熱を電気エネルギーに変換することができるので、従来、ラジエータ14を介して外部に放熱していた熱エネルギーを電気エネルギーとして有効活用できるようになる。
また、変圧器10で発熱した熱エネルギーを熱電変換素子19において電気エネルギーに変換できるようになるので、ラジエータ14から放熱すべき熱エネルギーの量を低減することができる。したがって、ラジエータ14の大きさを低減することができ、変圧器10全体の必要スペースを狭小化することができる。
なお、本実施形態の変圧器10では、熱電変換素子19を変圧器タンク11の内壁面に接触させる際に、高温側電極193を接触させ、低温側電極194を変圧器タンク11の鉄芯12及び巻線13に近接して配設することが好ましい。上述のように、変圧器タンク11内では、鉄芯12及び巻線13の上部の温度が特に高くなるので、これら鉄芯12及び巻線13に近接させて熱電変換素子19の高温側電極193を配設することにより、高温側電極193及び低温側電極194間でより大きな温度差を生じるようになる。
したがって、熱電変換(ゼーベック効果)によってp型熱電半導体191及びn型熱電半導体192間に大きな電位差が生じ、当該電位差に起因した大電流をリード線195から外部に取り出すことができるようになる。すなわち、変圧器10での発熱を電気エネルギーとして効率的かつ効果的に変換することができるので、従来、ラジエータ14を介して外部に放熱していた熱エネルギーを電気エネルギーとしてより有効活用できるようになる。
(第2の実施形態)
図3は、本実施形態の油入変圧器(以下、「変圧器」という場合がある)の概略構成を示す図である。本実施形態の変圧器20は、第1の実施形態の変圧器10において、熱電変換素子の配設位置が異なる点で相違し、他は第1の実施形態における変圧器10と同様の構成を採っている。したがって、以下では当該相違点について説明する。
図3は、本実施形態の油入変圧器(以下、「変圧器」という場合がある)の概略構成を示す図である。本実施形態の変圧器20は、第1の実施形態の変圧器10において、熱電変換素子の配設位置が異なる点で相違し、他は第1の実施形態における変圧器10と同様の構成を採っている。したがって、以下では当該相違点について説明する。
また、図1及び図2に示す構成要素と類似あるいは同一の構成要素に関しては同一の符号を用いている。
図3に示すように、本実施形態では、熱電変換素子19を変圧器タンク11とラジエータ14との間に位置する油管15の外壁面に配設されている。
変圧器20で発生した熱のラジエータ14からの放熱は、例えば、内部に配設された複数の撹拌翼を通じて外部に放熱できるようになっているが、この際、変圧器タンク11内に充填された絶縁油Lは油管15を通ってラジエータ14に流れ、ラジエータ14に流れ込んだ絶縁油Lが攪拌翼で撹拌された外部に放熱されるものである。
したがって、油管15の外壁面に熱電変換素子19を配設することにより、油管15を流れる絶縁油Lがラジエータ14に達する以前に熱電変換素子19によってその熱エネルギーを電気エネルギーに変換できるようになるので、当該熱エネルギーの有効活用ができる。また、ラジエータ14から放熱すべき熱エネルギーの量を低減することができるので、ラジエータ14の大きさを低減することができ、変圧器20全体の必要スペースを狭小化することができる。
なお、熱電変換素子19における発電原理は第1の実施形態で述べた通りであるので、本実施形態では説明を省略する。
また、本実施形態の変圧器20では、熱電変換素子19を油管15の外壁面に接触させる際に、高温側電極193を接触させることが好ましい。油管15の周囲の温度は高くなるために、熱電変換素子19の配設状態を工夫することにより、高温側電極193及び低温側電極194間で温度差を生じさせることができる。しかしながら、上述のように、熱電変換素子19の高温側電極193を油管15の外壁面に接触させることにより、高温側電極193及び低温側電極194間に大きな温度差を生ぜしめることができる。
したがって、熱電変換(ゼーベック効果)によってp型熱電半導体191及びn型熱電半導体192間に大きな電位差が生じ、当該電位差に起因した大電流をリード線195から外部に取り出すことができるようになる。すなわち、変圧器20での発熱を電気エネルギーにより効率的かつ効果的に変換することができるので、従来、ラジエータ14を介して外部に放熱していた熱エネルギーを電気エネルギーとしてより有効活用できるようになる。
なお、変圧器20及び熱電変換素子19のその他の特徴については第1の実施形態の場合と同様であるので、本実施形態では説明を省略する。
(第3の実施形態)
図4は、本実施形態の油入変圧器(以下、「変圧器」という場合がある)の概略構成を示す図である。本実施形態の変圧器30は、第1の実施形態の変圧器10において、熱電変換素子の配設位置が異なる点で相違し、他は第1の実施形態における変圧器10と同様の構成を採っている。したがって、以下では当該相違点について説明する。
図4は、本実施形態の油入変圧器(以下、「変圧器」という場合がある)の概略構成を示す図である。本実施形態の変圧器30は、第1の実施形態の変圧器10において、熱電変換素子の配設位置が異なる点で相違し、他は第1の実施形態における変圧器10と同様の構成を採っている。したがって、以下では当該相違点について説明する。
また、図1及び図2に示す構成要素と類似あるいは同一の構成要素に関しては同一の符号を用いている。
図4に示すように、本実施形態では、熱電変換素子19を変圧器タンク11の内壁面に配設されている。
変圧器30の変圧器タンク11内では、その内壁面は表面積が最も広く平坦であるので、熱電変換素子19の配設が容易である。したがって、本実施形態によれば、変圧器タンク11の内壁面の広範囲に熱電変換素子19を配設することができるので、変圧器30、すなわち鉄芯12及び巻線13で発生した熱エネルギーを効率的かつ効果的に電気エネルギーに変換できるようになるので、当該熱エネルギーの有効活用ができる。また、ラジエータ14から放熱すべき熱エネルギーの量を低減することができるので、ラジエータ14の大きさを低減することができ、変圧器30全体の必要スペースを狭小化することができる。
なお、熱電変換素子19における発電原理は第1の実施形態で述べた通りであるので、本実施形態では説明を省略する。
また、本実施形態の変圧器30では、熱電変換素子19を変圧器タンク11の内壁面に配設する際に、低温側電極194を接触させ、高温側電極193を変圧器タンク11の鉄芯12及び巻線13に近接して配設することが好ましい。変圧器タンク11内では、鉄芯12及び巻線13の近傍の温度が特に高くなるので、これら鉄芯12及び巻線13に近接させて熱電変換素子19の高温側電極193を配設することにより、高温側電極193及び低温側電極194間でより大きな温度差を生じるようになる。
したがって、熱電変換(ゼーベック効果)によってp型熱電半導体191及びn型熱電半導体192間に大きな電位差が生じ、当該電位差に起因した大電流をリード線195から外部に取り出すことができるようになる。すなわち、変圧器30での発熱を電気エネルギーとして効率的かつ効果的に変換することができるので、従来、ラジエータ14を介して外部に放熱していた熱エネルギーを電気エネルギーとしてより有効活用できるようになる。
なお、変圧器30及び熱電変換素子19のその他の特徴については第1の実施形態の場合と同様であるので、本実施形態では説明を省略する。
また、上述した第1の実施形態から第3の実施形態は、それぞれ単独で用いることもできるが、必要に応じて2以上を組み合わせて用いることもできる。
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として掲示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、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は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、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。
10,20,30 変圧器
11 変圧器タンク
12 鉄芯
13 巻線
14 ラジエータ
15 油管
16,17 ブッシング
18 コンサベータ
19 熱電変換素子
11 変圧器タンク
12 鉄芯
13 巻線
14 ラジエータ
15 油管
16,17 ブッシング
18 コンサベータ
19 熱電変換素子
Claims (7)
- 変圧器タンクと、
前記変圧器タンク内に配設された鉄芯及び当該鉄芯の外周面に巻回された巻線と、
前記変圧器タンクの外壁面に油管を介して配設されたラジエータと、
前記変圧器タンク内に充填された絶縁油とを具えた油入変圧器であって、
前記油入変圧器の少なくとも一部と熱的に接触するようにして熱電変換素子が配設されていることを特徴とする、油入変圧器。 - 前記熱電変換素子は、前記変圧器タンクの、前記鉄芯及び前記巻線の上方に位置する内壁面にその電極面を接触させるようにして配設したことを特徴とする、請求項1に記載の油入変圧器。
- 前記電極面は低温側電極面であることを特徴とする、請求項2に記載の油入変圧器。
- 前記熱電変換素子は、前記油管の側面にその電極面を接触させるようにして配設したことを特徴とする、請求項1に記載の油入変圧器。
- 前記電極面は高温側電極面であることを特徴とする、請求項4に記載の油入変圧器。
- 前記熱電変換素子は、前記変圧器タンクの内側壁面にその電極面を接触させるようにして配設したことを特徴とする、請求項1に記載の油入変圧器。
- 前記電極面は低温側電極面であることを特徴とする、請求項6に記載の油入変圧器。
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---|---|---|---|
JP2014080046A JP2015201560A (ja) | 2014-04-09 | 2014-04-09 | 油入変圧器 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN106098333A (zh) * | 2016-07-30 | 2016-11-09 | 罗杰 | 一种电力变压器 |
CN107768117A (zh) * | 2017-10-12 | 2018-03-06 | 安徽省神虹变压器股份有限公司 | 一种提高变压器散热效率的方法 |
US10069437B2 (en) | 2016-04-05 | 2018-09-04 | Lsis Co., Ltd. | Oil type phase shift transformer for medium voltage inverter system |
WO2021166313A1 (ja) * | 2020-02-18 | 2021-08-26 | 株式会社日立産機システム | 電流センサ、その調整方法、それを取り付けた変圧器、および変圧器の電流センサの出力を分析する測定システム |
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2014
- 2014-04-09 JP JP2014080046A patent/JP2015201560A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN106098333B (zh) * | 2016-07-30 | 2017-11-10 | 嵊州市万智网络科技有限公司 | 一种电力变压器 |
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