JP2016082073A - 誘導電器巻線装置 - Google Patents

Abstract

【課題】流入口付近の水平冷却路を流れる冷却用流体の流速を改善することにより、流入口付近の円板巻線に対する冷却効果を向上できる誘導電器巻線装置を得る。
【解決手段】誘導電器巻線装置１００は、同軸に配設された内側絶縁筒１および外側絶縁筒２と、２つの絶縁筒の間に積層され、各相互間に水平冷却路５を形成すると共に、内側絶縁筒１および外側絶縁筒２との間に内側垂直冷却路８および外側垂直冷却路９をそれぞれ形成する円板巻線３を備えている。円板巻線３の複数段毎にそれぞれ流入口Ｆ１１〜Ｆ１４および流出口Ｆ２１〜Ｆ２４を有する複数の冷却ブロックＲ１〜Ｒ４を構成する内側閉塞板９１および外側閉塞板９２が内側絶縁筒１および外側絶縁筒２から交互に突設されている。各冷却ブロックにおいては、流入口側にある垂直冷却路の上流側幅を狭める内側狭路部材１１または外側狭路部材１２をそれぞれ設ける。
【選択図】図３

Description

この発明は、冷却用流体を用いて絶縁筒内部に積層された円板巻線を冷却する誘導電器巻線装置に関する。

従来、この種の誘導電器巻線装置においては、同軸に配置された内側絶縁筒および外側絶縁筒の間に複数の円板巻線を軸方向に積み重ね、各円板巻線の相互間に複数の水平冷却路を、絶縁筒との間に垂直冷却路を形成している。そして、複数の円板巻線毎に内側閉塞板および外側閉塞板を交互に配置して、流入口および流出口を有する複数の冷却ブロックを構成している（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−７５７４９号公報

しかしながら、上記のような冷却ブロックでは、流入口付近の水平冷却路における冷却用流体の流速が、流体の慣性の影響を受けて流出口付近の水平冷却路における冷却用流体の流速と比べて小さくなるため、流入口付近の円板巻線に対する冷却が十分に行われないという問題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、流入口付近の円板巻線に対する冷却効果を向上できる誘導電器巻線装置を得るものである。

この発明に係る誘導電器巻線装置は、同軸に配設された内側および外側の絶縁筒と、内側および外側の絶縁筒の間に軸方向に複数段積層され、各相互間に水平冷却路を形成すると共に内側および外側の絶縁筒との間に内側および外側の垂直冷却路をそれぞれ形成する円板巻線と、円板巻線の複数段毎に絶縁筒から交互に突設され、それぞれ流入口および流出口を有する複数の冷却ブロックを構成する閉塞板と、各冷却ブロックにそれぞれ設けられ、流入口側にある垂直冷却路の上流側幅を狭める狭路部材とを備えたものである。

この発明によれば、流入口付近の水平冷却路を流れる冷却用流体の流速を改善することにより、流入口付近の円板巻線に対する冷却効果を向上できる。

この発明の実施の形態１に係る誘導電器巻線装置の概略図である。 この発明の実施の形態１に係る誘導電器巻装置の一部を示す平面図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 円板巻線の拡大断面図である。 この発明の実施の形態１に係る誘導電器巻線装置における円板巻線の温度分布を示すグラフである。 この発明の実施の形態２に係る誘導電器巻装置の一部を示す平面図である。 図６のＢ−Ｂ断面図である。 突出部を有する円板巻線の拡大断面図である。 この発明の実施の形態３に係る誘導電器巻装置の一部を示す平面図である。 図９のＣ−Ｃ断面図である。 分割円板巻線の拡大断面図である。

実施の形態１．
以下に、本発明の実施の形態１を図１乃至図５に基いて説明する。図１は本発明の実施の形態１を表す概略図であり、図示矢印のように、大気圧より高圧で封入されたＳＦ６などの冷却用流体をブロア１０２によって変圧器などの誘導電器巻線装置１００およびラジエータ１０１の間を順次循環させることによって誘導電器巻線装置１００の冷却を行っている。

図２は本発明の実施の形態１を示す誘導電器巻線装置の平面図であり、その一部を示している。図３は図２のＡ−Ａ断面図である。図２、図３に示すように、誘導電器巻線装置１００は、同軸に配設された内側絶縁筒１、外側絶縁筒２を備え、２つの絶縁筒の間には、円板状の円板巻線３が軸方向に複数段積層されている。内側絶縁筒１は、高さ２．５ｍ、直径５００ｍｍ、厚さ３ｍｍであり、外側絶縁筒２は、高さ２．５ｍ直径６５０ｍｍ、厚さ３ｍｍである。円板巻線３は、幅４５ｍｍ、厚さ４ｍｍであり、各円板巻線３の相互間には、複数個の水平スペーサ４が放射状に等間隔で配置されることにより、幅１．５〜３ｍｍの水平冷却路５が径方向に形成されている。また、内側絶縁筒１と円板巻線３の内周側面との間には内側垂直スペーサ６が設けられることにより、幅１５ｍｍの内側垂直冷却路８が形成され、外側絶縁筒２と円板巻線３の外周側面との間には、外側垂直スペーサ７が設けられることにより、幅１５ｍｍの外側垂直冷却路９が形成されている。なお、図４に示すように、円板巻線３は、絶縁紙３ａを用いて銅線３ｂを１０本ほど径方向に巻き回したものである。

図３に示すように、円板巻線３の複数段毎に内側閉塞板９１および外側閉塞板９２が内側絶縁筒１および外側絶縁筒２から交互に突設されている。内側閉塞板９１および外側閉塞板９２は全周にわたって設けられており、隣接する各閉塞板の間に冷却ブロックＲ１〜Ｒ４を構成すると共に、内側閉塞板９１と外側絶縁筒２との間、外側閉塞板９２と内側絶縁筒１との間には流入口Ｆ１１〜Ｆ１４、流出口Ｆ２１〜Ｆ２４を内外側にそれぞれ交互に形成している。また、図３には全ての円板巻線３を図示していないが、各冷却ブロックに含まれる円板巻線３は１０枚である。なお、各冷却ブロックに含まれる円板巻線３の枚数は１０〜２０枚程度であるがこれに限るものではない。

各冷却ブロックにおいては、プレスボード（電気絶縁紙）を切断や積層により加工して形成した厚さ４ｍｍ程度の狭路部材が、それぞれの流入口Ｆ１１〜Ｆ１４側にある絶縁筒に全周にわたって設けられている。すなわち、冷却ブロックＲ１、Ｒ３においては、それぞれの流入口Ｆ１１、Ｆ１３が内側にあるので、内側狭路部材１１が内側絶縁筒１の全周にわたってそれぞれ設けられ、冷却ブロックＲ２、Ｒ４においては、それぞれの流入口Ｆ１２、Ｆ１４が外側にあるので、外側狭路部材１２が外側絶縁筒２の全周にわたってそれぞれ設けられている。また、内側狭路部材１１および外側狭路部材１２は、それぞれの流入口から３番目の円板巻線３と同じ高さに配置され、流入口側にある垂直冷却路の上流側幅を狭めている。なお、内側狭路部材１１および外側狭路部材１２の径方向幅は、それぞれ内側冷却路８および外側冷却路９の径方向幅の１／２以上である。

次に、動作について説明する。誘導電器巻線装置１００の下方から流入した冷却用流体は、冷却ブロックＲ１〜Ｒ４内の円板巻線３を冷却しながらジグザグ状に流れ、誘導電器巻線装置１００の上方から流出する。

また、各冷却ブロックにおいては、冷却ブロックＲ１の流入口Ｆ１１を通って流入した冷却用流体が、内側垂直冷却路８を上方へ流れると共に、分流して水平冷却路５にも流れ込む。そして、外側垂直冷却路９で合流しながら上方へ流れて流出口Ｆ２１から流出し、上隣の冷却ブロックＲ２に流入する。この時、流入口Ｆ１１がある内側垂直冷却路８に設けられた内側狭路部材１１によって、内側狭路部材１１より下流に流れる冷却用流体の流量が減少し、内側狭路部材１１より下流側にある水平冷却路５における冷却用流体の流速が小さくなる。

その結果、内側狭路部材１１より上流側にある水平冷却路５における冷却用流体の流速が大きくなるので、流入口Ｆ１１付近の水平冷却路５における冷却用流体の流速は改善され、冷却ブロック流入口Ｆ１付近の円板巻線３に対する冷却効果が向上する。なお、他の冷却ブロックＲ２〜Ｒ４についても、流入口Ｆ１２〜Ｆ１４が内側か外側かによる違いはあるものの、同様の作用効果を得ることができる。

図５は、各円板巻線の温度上昇について、本実施の形態の誘導電器巻線装置１００と従来の誘導電器巻線装置とを数値シミュレーションにより比較したものである。図５において、縦軸は下方から各円板巻線３に付番したときの円板巻線番号であり、横軸は各円板巻線３の上昇温度である。この数値シミュレーションにおいて、各閉塞板はそれぞれ、円板巻線番号の一の位が０の円板巻線３と１の円板巻線３の間（１０番目と１１番目の間、２０番目と２１番目の間など）に配置されている。また、各狭路部材は円板巻線番号の一の位が３である円板巻線３（３番目、１３番目、２３番目など）と同じ高さに配置されている。図に示すように、本実施の形態は従来技術よりも上昇温度の最大値が低下しており、流入口Ｆ１付近の円板巻線３が際立った温度上昇を示すことを防いでいることが分かる。また、より一様な冷却効果を実現したことで平均温度も低下している。

上記実施の形態１によれば、各冷却ブロックにそれぞれ狭路部材を設けたことにより、流入口付近の水平冷却路における冷却用流体の流速が改善され、流入口付近の円板巻線に対する冷却効果を向上できる。

また、流入口付近の円板巻線に対する冷却効果の向上により、流入口付近の円板巻線の絶縁紙の劣化を防止でき、装置の寿命を延ばすことができる。

また、巻線全体の平均温度も低下するので、装置全体の小型化も図ることができる。

実施の形態２．
以下に、本発明の実施の形態２を図６乃至図８に基いて説明する。図６乃至図８において、図１乃至図４と同一または相当部分については同一符号を付し、実施の形態１と同一部分については説明を省略する。

図６は本発明の実施の形態２を示す誘導電器巻線装置の平面図であり、その一部を示している。図７は図６のＢ−Ｂ断面図である。図６、図７に示すように、誘導電器巻線装置２００は、各冷却ブロックに内側狭路部材１１または外側狭路部材１２をそれぞれ設けたことに加えて、各冷却ブロックにおいて、それぞれの狭路部材の上流側にある円板巻線３の一部または全部に、それぞれの流入口Ｆ１１〜Ｆ１４がある側の垂直冷却路に突出する突出部を設けている。すなわち、冷却ブロックＲ１、Ｒ３においては、それぞれの流入口Ｆ１１、Ｆ１３が内側にあるので、内側狭路部材１１の上流側にある円板巻線３の一部または全部に内側垂直冷却路８に突出する内側突出部２１を設け、冷却ブロックＲ２、Ｒ４においては、それぞれの流入口Ｆ１２、Ｆ１４が外側にあるので、外側狭路部材１２の上流側にある円板巻線３の一部または全部に外側垂直冷却路９に突出する内側突出部２２を設けている。なお、内側突出部２１および外側突出部２２の径方向幅は、それぞれ内側冷却路８および外側冷却路９の径方向幅の１／２以上である。

図８（ａ）は、内側突出部２１を有する円板巻線３の拡大断面図であり、図８（ｂ）は、外側突出部２２を有する円板巻線３の拡大断面図である。内側突出部２１および外側突出部２２は、円板巻線３と同様に絶縁紙３ａに巻かれた銅線３ｂ数本を円板巻線の内側もしくは外側に配置し、固定することで形成される。

上記実施の形態２によれば、各冷却ブロックにおいて、それぞれの狭路部材の上流側にある円板巻線３の一部または全部に、それぞれの流入口がある側の垂直冷却路に突出する突出部を設けたことにより、それぞれの流入口がある側の垂直冷却路を流れる冷却用流体が、突出部を有する円板巻線に直接接触するので、流入口付近の円板巻線に対する冷却効果をさらに向上できる。

実施の形態３．
以下に、本発明の実施の形態３を図９乃至図１１に基いて説明する。図９乃至図１１において、図１乃至図４と同一または相当部分については同一符号を付し、実施の形態１と同一部分については説明を省略する。

図９は本発明の実施の形態３を示す誘導電器巻線装置の平面図であり、その一部を示している。図１０は図９のＣ−Ｃ断面図である。図９、図１０に示すように、誘導電器巻線装置３００は、各冷却ブロックに内側狭路部材１１または外側狭路部材１２を設けたことに加えて、各冷却ブロックにおいて、各狭路部材の上流側にある円板巻線３の一部または全部を径方向に分割し、間にスペーサ３１ａを設置することで分割円板巻線３１としている。このため、分割巻線３１に隣接する水平冷却路５の風路損失が低減している。なお、スペーサ３１ａの幅は４ｍｍ程度であり、分割されるのは周方向一部である。

図１１は、分割円板巻線３１の拡大断面図である。図１１に示すように、分割円板巻線３１は、円板巻線３を構成する銅線３ｂの一部を取り除き、代わりにスペーサ３１ａを設置することで形成される。

上記実施の形態３によれば、各冷却ブロックにおいて、それぞれの狭路部材の上流側にある円板巻線の一部または全部を径方向に分割しているので、分割円板巻線に隣接する水平冷却路に分流した冷却用流体は、風路損失の低減により流速が大きくなり、冷却効果が向上する。また、分割円板巻線に形成されている隙間にも流れるので、冷却効果はさらに高まる。

なお、各冷却ブロックおいて、各狭路部材の上流側にある一部の円板巻線に上記実施の形態２のように流入口がある側の垂直冷却路に突出する突出部を設けると共に、他の円板巻線を径方向に分割しても差し支えない。

１ 内側絶縁筒、２ 外側絶縁筒、３ 円板巻線、５ 水平冷却路、８ 内側垂直冷却路、９ 外側垂直冷却路、１１ 内側狭路部材、１２ 外側狭路部材、２１ 内側突出部、２２ 外側突出部、３１ 分割円板巻線、９１ 内側閉塞板、９２ 外側閉塞板、１００、２００、３００ 誘電電器巻線装置、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４ 冷却ブロック、Ｆ１１、Ｆ１２、Ｆ１３、Ｆ１４ 流入口、Ｆ２１、Ｆ２２、Ｆ２３、Ｆ２４ 流出口。

Claims (4)

1. 同軸に配設された内側および外側の絶縁筒と、
   前記内側および外側の絶縁筒の間に軸方向に複数段積層され、各相互間に水平冷却路を形成すると共に前記絶縁筒との間に内側および外側の垂直冷却路をそれぞれ形成する円板巻線と、
   前記円板巻線の複数段毎に前記絶縁筒から交互に突設され、それぞれ流入口および流出口を有する複数の冷却ブロックを構成する閉塞板と、
   各冷却ブロックにそれぞれ設けられ、前記流入口側にある前記垂直冷却路の上流側幅を狭める狭路部材と
   を備えたことを特徴とする誘導電器巻線装置。
2. 前記狭路部材の径方向幅は、前記垂直冷却路の幅の１／２以上であることを特徴とする請求項１に記載の誘導電器巻線装置。
3. 各狭路部材の上流側にある前記円板巻線は、それぞれ前記流入口側にある前記垂直冷却路に突出する突出部を有することを特徴とする請求項１または２に記載の誘導電器巻線装置。
4. 各狭路部材の上流側にある前記円板巻線が、それぞれ径方向に分割されていることを特徴とする請求項１から３いずれか１項に記載の誘導電器巻線装置。

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