JP2017183556A - 変圧器 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のアモルファス磁性薄帯巻鉄心からなるアモルファス変圧器鉄心において、効率的な冷却が可能な鉄心を提供する。【解決手段】アモルファス磁性薄帯で形成される鉄心ケース６を通過させて形成した複数の巻鉄心と巻線とで構成されるアモルファス変圧器において、隣接する巻鉄心の間隔を一定に保つとともに、少なくとも垂直方向に冷却媒体の流れを生ずるように溝を設けた鉄心間挿入部材３０及びその保持部材を設ける。【選択図】図１

Description

本発明はアモルファス磁性薄帯で構成される変圧器鉄心およびそれを用いた変圧器に関する。

近年の地球温暖化問題への意識の高まり、一部地域における急速な経済発展による電力需要の急増に伴い、変圧器においては、損失の低減、特に鉄損（無負荷損）の低減に対する関心が高まっている。

アモルファス磁性薄帯の無負荷損が、方向性珪素鋼板の１／３〜１／４であることを利用して、配電用の変圧器として実用化されている。アモルファス磁性薄帯を用いた変圧器（以下，アモルファス変圧器と呼ぶ。）では、通常、磁性薄帯を巻回して形成した巻鉄心と呼ばれている鉄心が用いられる。

更なる省エネルギーを実現するため，アモルファス変圧器の大容量化が望まれている。これに伴い，鉄心が大形化するため、鉄心を支持する構造部材もより強固なものとなる。それらの構造部材が鉄心の周囲に近接して配置されるため、鉱油等冷却媒体の自然対流による冷却が阻害され、鉄心の温度上昇が大きくなるという問題がある。

これまで、複数のアモルファス磁性薄帯の巻鉄心と巻線で構成される変圧器において、巻線を支持する構造部材や巻線の冷却につき、種々の提案がなされている。

本技術分野の背景技術として、特開２００３−１９７４４０号公報（特許文献１）には、巻線の変形を防ぐ変形防止板と巻線との間に凹凸のあるスペーサを挿入し，垂直方向に油道を形成した構造が記載されている。また、特開２００２−０５７０５７号公報（特許文献２）には、棒状絶縁物を多数平行に配置して構成した冷却ダクトにより巻線を冷却する構造が記載されている。

特開２００３−１９７４４０号公報 特開２００２−０５７０５７号公報

特許文献１の構造では、巻線で発生した熱を凹凸のあるスペーサの垂直方向に形成された油道を流れる鉱油に伝達することで、巻線の温度上昇を低く抑えることができる。しかし，複数のアモルファス磁性薄帯の巻鉄心の冷却については、特段の構造は開示されていない。

特許文献２の構造では、棒状絶縁物を多数平行に配置して構成した冷却ダクトにより、巻線で発生した熱を、冷却ダクトを流れる鉱油に伝達することができ、温度が上昇した鉱油の一部を、切欠部から水平方向へも流出されることにより、巻線の温度上昇を低く抑えることができる。しかし，複数のアモルファス磁性薄帯の巻鉄心の冷却については、特段の構造は開示されていない。

本発明は以上の問題点を鑑みてなされたもので、複数のアモルファス磁性薄帯巻鉄心からなるアモルファス変圧器鉄心において、効率的な冷却が可能な鉄心を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の変圧器は、アモルファス磁性薄帯で形成される鉄心ケースを通過させて形成した複数の巻鉄心と巻線とで構成されるアモルファス変圧器において、隣接する前記巻鉄心間に前記巻鉄心の間隔を一定に保つとともに、少なくとも垂直方向に冷却媒体の流れを生ずるように溝を設けた鉄心間挿入部材及びその保持部材を設けることを特徴とする。

隣接する巻鉄心の間隔を一定に保ち、巻鉄心で発生した熱を鉄心間挿入部材の溝を流れる冷却媒体に伝達することができ、鉄心の温度上昇を低く抑えられる効果がある。

第１の実施例における、変圧器の概略構造を示す正面図である。 第１の実施例における、変圧器の概略構造を示す水平断面図である。 第１の実施例における、巻鉄心の支持構造示す縦断面図である。 第１の実施例における、巻鉄心の保持構造を示す縦断面図である。 第１の実施例における、巻鉄心間挿入部材の構造を示す（ａ）平面図、（ｂ）正面図である。 巻鉄心間挿入部材のその他の構造を示す（ａ）平面図、（ｂ）正面図である。 巻鉄心間挿入部材の別の構造を示す（ａ）平面図、（ｂ）正面図である。 第１の実施例における、巻鉄心間挿入部材の保持構造を示す水平断面図である。 第２の実施例における、変圧器の概略構造を示す正面図である。 第２の実施例における、巻鉄心間挿入部材の構造を示す（ａ）平面図、（ｂ）正面図である。

以下、実施例を図面を用いて説明する。

本実施例では、油入単相変圧器の例を説明する。

図１は、同変圧器の概略構造を示す正面図である。図２は、図１のII‐II断面における水平断面図である。同変圧器の主要部は、アモルファス磁性薄帯を巻回して形成した巻鉄心で構成し、同心状に配置した外鉄心（７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ）及び内鉄心（８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄ）と、同心状に配置した高圧巻線１及び低圧巻線２からなり、タンク１８内に設置され、タンク内には冷却媒体として鉱油１９が注入される。

次に巻鉄心及び巻線の支持構造物について説明する。支持構造物は、下部ベース１１、支柱１２、下部構造材１３、上部構造材１４、連結部材１５、支柱固定部材１６からなり、それぞれの重量に耐えられるだけでなく、各部に働く機械力にも耐えられるようになっている。

高圧巻線１及び低圧巻線２は、下部絶縁物３の上に配置され、巻線の上端部には上部絶縁物４が配置される。それら全ては、下部構造材１３で支持される。

外鉄心（７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ）は外鉄心支え９で懸垂され、内鉄心（８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄ）は内鉄心支え１０で懸垂されている。図３は、巻鉄心の支持構造示す縦断面図である。外鉄心支え９と内鉄心支え１０は、位置を調整するための調整部材２１を挟んで、上部構造材１４に、鉄心支え固定部材２２で固定される。

次に、鉄心を保持する構造について説明する。

図４は、巻鉄心の保持構造を示す縦断面図である。同図の外鉄心（７Ａ、７Ｂ）と内鉄心（８Ａ、８Ｂ）は、接合部を閉じる前の状態を示している。外鉄心７Ａと内鉄心８Ａは、鉄心ケース６を通して懸垂される。鉄心ケース６は、ケース保持部材１７を介して、下部構造材１３に固定されている。低圧巻線２と鉄心ケース６の間には、巻線保持部材５が配置される。

外鉄心７Ａ、内鉄心８Ａの間には、鉄心間挿入部材３０を配置され、鉄心ケース６の下端部に設けられた、保持部材６２で所定の位置に保持される。また、隣り合う外鉄心間７Ａ、７Ｂ間にも、鉄心間挿入部材３０が配置される。なお、最終的には、磁性薄帯をラップすることにより、閉磁路を形成する。

次に、鉄心間挿入部材の構造を説明する。

図５は、巻鉄心間挿入部材の構造を示している。同図（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。巻鉄心間挿入部材３０は、ベース絶縁物（材質：プレスボード）３０１、所定の寸法に成形した短冊状絶縁物（材質：プレスボード）３０２を貼り合わせて作製する。巻鉄心間挿入部材３０は、外鉄心７Ａと内鉄心７Ｂの間に配置されるが、垂直方向溝３１９が形成され、鉄心を冷却するための鉱油を流すことができる。両鉄心の間隔は、ベース絶縁物３０１と短冊状絶縁物３０２によって一定に保つことができる。また、作製時、稼働時において、２つの巻鉄心が直接接触することを防ぎ、鉄心の破損を防ぐことができる。

巻鉄心間挿入部材としては、図５とは別な構造としても良い。

図６の巻鉄心間挿入部材は、外側絶縁物（材質：プレスボード）３０３、３０４及び内側絶縁物（材質：プレスボード）３０５を一定距離重ねて、貼り合わせて作製したものである。本構造でも溝が形成され、鉱油を流すことができる。本構造の方が、図５の巻鉄心間挿入部材より、薄型の挿入部材となる。

図７の巻鉄心間挿入部材は、図５とほぼ同じであるが、短冊状絶縁物３０２として、異なる寸法のもので構成し、水平方向流路３２０を形成している点が異なっている。本構造では、鉄心を冷却して温度が高くなった鉱油を、水平方向へも流す効果がある。

最後に、巻鉄心間挿入部材を保持する方法を説明する。

図８は、巻鉄心間挿入部材の保持構造を示す、水平断面図（図１のVIII−VIII断面）である。見易くするため、右半分の外鉄心、内鉄心及び巻鉄心間挿入部材は省略し、図では破線で示している。また、高圧巻線１、低圧巻線２、支柱１２も省略している。

鉄心ケース６下端部には、仕切り部材６１、巻鉄心間挿入部材を保持するための、保持部材６２が設けられている。保持部材６２には、開口部６３が設けられており、そこから鉱油が取り込まれ、巻鉄心間挿入部材３０の垂直方向溝３１９を流れ、巻鉄心を冷却する。

実施例１において、本発明の巻鉄心間挿入部材を用いた場合、油温からの巻鉄心の最高温度上昇は、巻鉄心間挿入部材３０のかわりにほぼ同寸法の平板絶縁物（材質：プレスボード）を使用した時の最高温度上昇の３２％に低減されるという効果がある。

さらに、巻鉄心間挿入部材３０を巻鉄心間に挟むことにより、巻鉄心どうしの衝突などを防止し、アモルファス磁性薄帯の破片の飛散を防止できる。

本実施例は、単相変圧器について説明してきたが、三相変圧器についても適用できる。

図１の実施例において、外鉄心（７Ａ，７Ｂ）及び内鉄心（８Ａ，８Ｂ）下部は、アモルファス磁性薄帯を交互に重ねた接合部となるため、磁性薄帯の破片を生ずる可能性がある。その破片の飛散を防ぐため、袋状の部材（図では省略している。）で覆っている。

図９は、第２の実施例における変圧器の概略構造を示す正面図である。図９の実施例は図1の実施例とほとんど同じであるが、外鉄心（７Ａ，７Ｂ）及び内鉄心（８Ａ，８Ｂ）の接合部からの破片の飛散を防止するための、保護ケース７１を有しており、鉄心ケース６に冷却媒体取込み口６５を設けている点が異なっている。保護ケース７１は、鉄心ケース６に隙間なく装着され、下部構造材１３に固定されている。

また、図１０は、第２の実施例における、巻鉄心間挿入部材の構造を示す（ａ）平面図、（ｂ）正面図である。本実施例の巻鉄心間挿入部材３０は、図５の巻鉄心間挿入部材３０とほぼ同じであるが、短冊状絶縁物３０２の高さ方向の長さがやや短く、水平方向溝３２０を形成している点が異なる。

本実施例によれば、鉄心を冷却するための鉱油は、冷却媒体取込み口６５から流入し、巻鉄心間挿入部材３０下部の水平方向溝３２０を経て、垂直方向溝３１９を流れ、外鉄心及び内鉄心を冷却できる。また、巻鉄心間挿入部材３０を巻鉄心間に挟むことにより、巻鉄心どうしの衝突などを防止し、アモルファス磁性薄帯の破片の飛散を防止できるのも、実施例１と同様である。

１・・・高圧巻線、２・・・低圧巻線、３・・・下部絶縁物、４・・・下部絶縁物、５・・・巻線保持部材、６・・・鉄心ケース、７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ・・・外鉄心、８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄ・・・内鉄心、９・・・外鉄心支え、１０・・・内鉄心支え、１１・・・下部ベース、１２・・・支柱、１３・・・下部構造材、１４・・・上部構造材、１５・・・連結部材、１６・・・支柱固定部材、１７・・・ケース保持部材、１８・・・タンク、１９・・・鉱油、２１・・・調整部材、２２・・・鉄心支え固定部材、３０・・・鉄心間挿入部材、６１・・・仕切り部材、６２・・・保持部材、６３・・・開口部、６５・・・冷却媒体取込み口、３０１・・・ベース絶縁物、３０２・・・短冊状絶縁物、３０３、３０４・・・外側絶縁物、３０５・・・内側絶縁物、３１９・・・垂直方向溝、３２０・・・水平方向溝

Claims (5)

1. アモルファス磁性薄帯で形成される鉄心ケースを通過させて形成した複数の巻鉄心と巻線とで構成されるアモルファス変圧器において、隣接する前記巻鉄心間に前記巻鉄心の間隔を一定に保つとともに、少なくとも垂直方向に冷却媒体の流れを生ずるように溝を設けた鉄心間挿入部材及びその保持部材を設けることを特徴とする変圧器。
2. 前記鉄心間挿入部材は、ベース絶縁物に短冊状絶縁物を貼り合わせたことを特徴とする、請求項１に記載の変圧器。
3. 前記鉄心間挿入部材は、外側絶縁物及び内側絶縁物を一定距離重ねて貼り合わせたことを特徴とする、請求項１に記載の変圧器。
4. 前記鉄心ケースに開口部を設けたことを特徴とする、請求項１に記載の変圧器。
5. 前記冷却媒体が鉱油であることを特徴とする、請求項１に記載の変圧器。

Images