JP3077958B2

JP3077958B2 - 静止誘導電器

Info

Publication number: JP3077958B2
Application number: JP05231183A
Authority: JP
Inventors: 馨遠藤; 尚伊賀; 善人上野; 清登平石
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-09-17
Filing date: 1993-09-17
Publication date: 2000-08-21
Anticipated expiration: 2015-08-21
Also published as: JPH0786049A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は静止誘導電器の改良に係
り、特に不燃性液体を充填した静止誘導電器の改良に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、変圧器などの静止誘導電器にお
いては、その内部に、高電圧部位の絶縁を保持するため
と発熱部の冷却を行う目的で鉱油などの絶縁性液体が充
填されている。特に最近では、防災の観点から機器の不
燃化が要求され、不燃性の液体が絶縁および冷却媒体と
して用いられるようになってきている。

【０００３】不燃性の液体を充填した静止誘導電器とし
ては、例えば、特開平２−１６２７０７号公報にも開示
されているように、その容器を二重に形成し、内側の容
器に静止誘導電器本体を収納するとともに不燃性の冷媒
液を充填し、外側の容器となるタンク内には絶縁ガスを
封入するようにしたもの、また特開平３−１２０７０６
号公報のように一重の容器内に静止誘導電器本体を配置
し、かつその周囲に絶縁および冷却媒体としての役目を
なす不燃性の液を充填したものなどがある。

【０００４】これらに用いられる不燃性の液体として
は、パークロルエチレン、フロン１１２、フロン１１３
を混合して引火点および燃焼点をなくした液体や流動性
の良好なパーフロロカーボン液、また、特開昭６２−２
５６３０６号公報に記載されているように、パークロル
エチレン系絶縁油に特定容積比の鉱油系絶縁油を混合さ
せた混合絶縁油など種々あるが、一般には、動粘度が小
さく、すなわち流動性が良好で冷却性能の良いパーフロ
ロカーボン液が用いられている。

【０００５】パーフロロカーボン液は、動粘度が鉱油の
約１／１０と小さく、循環冷却する冷却媒体として優れ
た特性を有しており高性能冷却が可能である。特に、寒
冷地に設置されるこの種静止誘導電器には流動性の点で
適した冷却媒体と云える。

【０００６】現在、市販されているパーフロロカーボン
液の一つに、例えば、Ｃ₈Ｆ₁₆Ｏの分子構造の液体があ
り、分子構造から液体の沸点は自ずと決まり、このもの
の沸点は大気圧で約１００℃である。この他製造上の関
係から例えば、大気圧で沸点が１３０℃、１５５℃、１
７４℃、２１５℃などの液体がある。

【０００７】実用に際しては、このように沸点が段階的
に異なる液体の中からその機種に最適なものを選定しし
ようするようにしている。

【０００８】液の沸点はその物性で決まるが、沸騰状態
では絶縁強度が大幅に低下するため、沸騰しないように
して絶縁強度を保持する必要がある。従来は液体が沸騰
しないようにするために、液面に柔軟性のあるセパレー
タを設け、かつガスを封入し、ガスでこの液体を加圧状
態にしている。

【０００９】例えば、沸点が大気圧で約１００℃である
パーフロロカーボン液は、ガス封入圧力０．２ＭＰａで
は沸点が１１９℃になり、運転温度は沸騰しない１１９
℃以下にするようにしている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】このようにパーフロロ
カーボン液が用いられた静止誘導電器であると、不燃性
の点は勿論、冷却性能の点でも非常に有効であるが、パ
ーフロロカーボン液の選定に対し、ガス空間部の絶縁強
度の面で最小必要封入圧力が０．２ＭＰａである場合、
すなわちタンクの強度がその圧力まで許容できるもので
ある場合、変圧器運転温度を１２０℃まで上げようとす
ると、勿論大気圧の沸点が１００℃の液では満足できず
大気圧の沸点が１３０℃の液を選ばざるを得ない。

【００１１】この大気圧の沸点が１３０℃の液を用いた
場合、ガス封入圧力０．２ＭＰａにおける沸点は１５０
℃にもなり、極めて不経済な設計をしたことになる。す
なわち、沸点の高い液は、沸点の低い液に比較して高価
であり、かつ動粘度が大きい、すなわち流動点が高く変
圧器の絶縁・冷却媒体として不利になる。

【００１２】勿論この場合、沸点の低い液を使用し、タ
ンク内に封入するガス圧を高くすれば、沸点は蒸気圧特
性にしたがって上昇し絶縁上は好ましいが、タンク自体
の機械的強度を強くする必要があり、タンクの形状が変
ったり、また重量・寸法などが大きくなる嫌いがある。

【００１３】本発明はこれに鑑みなされたもので、その
目的とするところは、特に、特殊な液体を用いることな
く、すなわち現存する液体を用いても静止誘導電器の容
器形状や容器体格を増大させることなく、かつ冷却性能
が良好なこの種静止誘導電器を提供するにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、容器
内に充填される液体を、沸点の異なる少なくとも２つの
パーフロロカーボン液の混合液体で形成するとともに、
両液の混合割合を調合し、所定の沸点を有する冷却媒体
となし所期の目的を達成するようにしたものである。

【００１５】

【作用】すなわちこのように混合された液体であると、
両液の混合割合によって沸点が変わり、すなわち、高沸
点液の割合が少なければ沸点は低くなり、多ければ高く
なって、容易に静止誘導電器の運転温度に合致させるこ
とができ、したがって、ガス圧を増大させることなく、
すなわち静止誘導電器の容器形状や容器体格を増大させ
る必要はなくなる。

【００１６】さらに混合された液は、特定の分子構造の
パーフロロカーボン液と別の分子構造を持つパーフロロ
カーボン液とを混合すると流動点はそれぞれの単体液の
流動点より低くなる特性があり、流動点が低くなること
から、冷却媒体として有効なものとなり、電気機器の冷
却性能の向上を図ることができる。

【００１７】

【実施例】以下図示した実施例に基づいて本発明を詳細
に説明する。図１にはその静止誘導電器の一つである変
圧器の例が示されている。

【００１８】変圧器は、主として変圧器本体５０と外側
容器（タンク）１、それに熱交換器９とから構成されて
いる。

【００１９】タンク１の中には、内側容器（絶縁容器）
２が収納され、そしてこの絶縁容器２の中に変圧器本体
５０、すなわち鉄心３、巻線４が配置されている。

【００２０】また絶縁容器２の内部で、変圧器本体５０
が配置されているその周囲の空間には、絶縁および冷却
媒体としての液体（冷却媒体）６が充填されている。変
圧器本体５０は、この液体６中に浸されている。

【００２１】液体６は配管８によってタンク１の外側に
引出され、熱交換器９、ポンプ１０の循環系によって循
環され、液体の冷却が行われる。

【００２２】一方、絶縁容器２とタンク１との間の空間
には、液体６に所定の圧力を加えるための絶縁ガス５が
封入され、また絶縁容器２の上方部には液体６と絶縁ガ
ス５を分離する伸縮性の分離膜７が配置され、この分離
膜７を介して絶縁ガス５の封入圧力が液体６の液面に伝
えられる。

【００２３】変圧器本体５０の周囲空間に充填されてい
る液体６としては、パーフロロカーボン液が用いられる
わけであるが、特に次のように形成されているパーフロ
ロカーボン液が用いられるのである。すなわちパーフロ
ロカーボン液の中でも高沸点のパーフロロカーボン液と
低沸点のパーフロロカーボン液とを混合した液体（以下
混合液と呼ぶ）６が用いられるのである。

【００２４】このように形成された液体が用いられる
と、図２にパーフロロカーボン液の蒸気圧特性が示され
ているように、高沸点のパーフロロカーボン液の蒸気圧
特性は、曲線Ａとなり、低沸点のパーフロロカーボン液
の蒸気圧特性は、曲線Ｂとなることから、混合液の蒸気
圧特性は、両者の中間である曲線Ｃのようになる。

【００２５】低沸点のパーフロロカーボン液単体の場
合、変圧器運転時に液が沸騰しない温度Ｔでは、蒸気圧
特性曲線Ｂから圧力ＰＢが必要であるが、高沸点パーフ
ロロカーボン液を混入させた混合液ではそれより低い圧
力ＰＣの加圧で沸騰をなくすことができる。

【００２６】すなわち、前述した絶縁ガス５の封入圧力
が低い圧力でよいと云うことであり、封入した絶縁ガス
圧が低ければタンクの強度もその分低減できるので、変
圧器の軽量化が図れると云うことである。

【００２７】また、高沸点のパーフロロカーボン液の混
合割合を多くすれば図２のＣ特性はＡ特性に近づき、低
沸点パーフロロカーボン液の割合が多ければＢ特性に近
づくことになり、混合割合を変えることによって温度Ｔ
での封入ガス圧を変えることができ、変圧器の運転条件
にあわせて自由な圧力設定ができる。

【００２８】混合した液の沸点は図３のようであり、混
合割合によって沸点を変えることができる。すなわち、
高沸点液の割合が少なければ沸点はＴ１に近づき、多け
ればＴ２に近づく。したがって、混合割合を調整するこ
とによって任意の沸点の液にすることが可能である。

【００２９】また、混合液の流動点は、図４に示すよう
に混合割合によって変化する。特定の分子構造のパーフ
ロロカーボン液と別の分子構造を持つパーフロロカーボ
ン液とを混合すると流動点はそれぞれの単体液の流動点
より低くなるという特性がある。

【００３０】すなわち、低沸点のパーフロロカーボン液
単体の流動点Ｔ４は、この低沸点のパーフロロカーボン
液に高沸点のパーフロロカーボン液を混入し、その割合
をＭ％にすると、流動点の最低値Ｔ５になり、さらに混
合割合を増加させると流動点は上昇し、混合割合１００
％では高沸点のパーフロロカーボン液単体の流動点Ｔ３
になるという性質がある。

【００３１】このことからこの混合液であると流動点が
低下し、冷却媒体としてパーフロロカーボン液単体より
冷却性能上非常に有効であると云うことである。

【００３２】特に、高沸点のパーフロロカーボン液の混
合割合を、図中０％からＲ％の範囲で混合した液体は、
夫々のパーフロロカーボン液単体では得ることができな
い低い流動範囲の液体とすることができ、寒冷地に設置
する変圧器として非常に適している。

【００３３】たとえば、市販されている沸点１０１℃の
高沸点のパーフロロカーボン液の流動点は−６５℃であ
り、沸点が１６０℃の低沸点のパーフロロカーボン液の
流動点は−５５℃であり、これらを混合したときの混合
液の流動点は実験の結果、図５に示すような特性にな
る。

【００３４】すなわち、低沸点のパーフロロカーボン液
の混合割合が２５〜３５％程度で流動点がほぼ最低の−
７５℃程度となり、混合割合が約７０％程度まで高沸点
のパーフロロカーボン液単体の流動点−６５℃より低い
流動点になる。

【００３５】したがって、それぞれの単体液の流動点よ
り低くなるような混合割合にすることにより、寒冷地に
設置される変圧器の運転開始時に良好な液循環、つまり
電器本体の冷却を行うことができる。

【００３６】さらに、一般に低沸点液より高沸点液の方
が高価であり、したがって、図７に示すように価格の高
い高沸点の混合割合を少なくすることにより、価格の低
減を図ることができるので、変圧器の運転条件を満足す
るような最適な混合液として用いた方が経済的である。

【００３７】また、高沸点パーフロロカーボン液の動粘
度は低沸点パーフロロカーボン液より大きく、混合割合
によって図６に示すような特性となり、高沸点パーフロ
ロカーボン液の動粘度に近づいたり、低沸点パーフロロ
カーボン液側に近づいたりして変化する。したがって、
沸点の優位性だけで単一の高沸点液を選定すると冷却効
率を低下させることになるので、冷却効率を低下させな
いような混合液にする必要があり、循環ポンプ、熱交換
器の容量など合理的な設計をすることができる。

【００３８】尚、本発明を説明するに当たり、変圧器本
体を二重の容器内に配置した場合について説明してきた
が、常にこのように形成された変圧器（静止誘導電器）
でなければならないわけではなく、一重の容器を有する
ものであっても、本発明の採用は可能である。

【００３９】図８にはその一つの例が示されている。鉄
心３に巻線４を巻回した変圧器本体をタンク１に収納
し、タンク内にパーフロロカーボン液の混合液６を充填
している。タンク上部には液の膨張収縮を吸収するコン
サベータ１５を設け、液面には伸縮自在の液・気体を分
離するセパレータ１６が取り付けられている。この液面
はほぼ大気圧状態にし、加圧しない状態にして運転す
る。

【００４０】また、タンク１の外部には冷却器９を設
け、液の自然循環によって冷却をするようにしている。
この場合この高沸点パーフロロカーボン液と低沸点パー
フロロカーボン液との混合液６は、比重の比率が大きく
違わず、かつ一度混合撹拌すると容易には分離しない特
性がありこの点でも有利である。

【００４１】すなわち、自然循環によって撹拌混合が十
分に行なわれるような混合液にしている。例えば、比重
の比率（（Ａ液の比重）／（Ｂ液の比重））が１．０５
以下であれば前述のように沸点を自由に変えた混合液に
することができ、運転条件に最適な沸点をもつ液の変圧
器とすることができる。

【００４２】比重の比率が１．０５以上のものを重量比
５０：５０で混合した液の場合、沸点のばらつきが大き
くなり、最適な混合液を得るのが難しくなる。しかしな
がら、運転中の変圧器において、負荷電流が増大して温
度が高くなるほど冷却器の入口と出口の温度差が大きく
なることに相俟って動粘度が小さくなり、混合撹拌がよ
り活発に行なわれる。

【００４３】その結果、均一な混合液となり、液の分離
状態にはなりにくい。また、混合液の沸点の最低値を目
安に混合割合を決定すれば中間の沸点をもつ液として変
圧器の最適化ができる。

【００４４】以上種々述べてきたように本発明は、沸点
の異なる液を混合して中間的な沸点をもつ液とし、静止
誘導電器の絶縁・冷却媒体とすることにより、ガスの封
入圧力を小さくして静止誘導電器タンクの強度を低減す
ることができる。

【００４５】また、液の混合割合を調整することによっ
て静止誘導電器の運転条件に見合った沸点の液にするこ
とができるので、冷却効率の良い経済的な静止誘導電器
を提供することができる。

【００４６】さらに、混合液とすることにより、単体液
の流動点よりさらに低い流動点の液にすることができ、
寒冷地に設置するのに好適な静止誘導電器を提供するこ
とができる。

【００４７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、特に、特
殊な液体を用いることなく、すなわち現存する液体を用
いても静止誘導電器の容器形状や容器体格を増大させる
ことなく、かつ冷却性能が良好なこの種静止誘導電器を
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の静止誘導電器の一実施例を示す縦断側
面図である。

【図２】容器内に充填された液体の蒸気圧と温度との関
係を示す特性図である。

【図３】容器内に充填された液体の混合割合と沸点との
関係を示す特性図である。

【図４】容器内に充填された液体の混合割合と流動点と
の関係を示す特性図である。

【図５】容器内に充填された液体の混合割合における流
動点の変化を示す特性図である。

【図６】容器内に充填された液体の混合割合と動粘度と
の関係を示す特性図である。

【図７】容器内に充填された液体の混合割合と価格の関
係を示す特性図である。

【図８】本発明の静止誘導電器の他の実施例を示す縦断
側面図である。

【符号の説明】

１…タンク、２…絶縁容器、３…鉄心、４…巻線、５…
絶縁ガス、６…混合液、７…液・ガス分離膜、８…配
管、９…冷却器、１０…ポンプ、１…タンク、１２…鉄
心、１３…巻線、１４…混合液、１５…コンサベータ、
１６…セパレータ、９…冷却器、５０…変圧器本体。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者平石清登茨城県日立市国分町一丁目１番１号株式会社日立製作所国分工場内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01F 27/10

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】容器内に鉄心および巻線が収納されると
ともに、容器内の空間に不燃性の液体が充填され、この
液体にて前記鉄心および巻線の冷却が行われるように形
成されている静止誘導電器において、前記容器内に充填される液体に、沸点の異なる２以上の
パーフロロカーボン液を混合した混合液体を用いたこと
を特徴とする静止誘導電器。
【請求項２】容器内に鉄心および巻線が収納されると
ともに、容器内の空間に不燃性の液体が充填され、この
液体にて鉄心および巻線の冷却が行われるように形成さ
れている静止誘導電器において、前記容器内に充填される液体に、分子構造の異なる少な
くとも２つのパーフロロカーボン液を混合させた混合液
体を用いたことを特徴とする静止誘導電器。
【請求項３】容器内に誘導電器本体が収納され、かつ
該誘導電器本体周囲の容器内空間に、不燃性で、かつ絶
縁性の冷却媒体が充填された静止誘導電器において、前記冷却媒体を、沸点の異なる少なくとも２つのパーフ
ロロカーボン液の混合液体で形成したことを特徴とする
静止誘導電器。
【請求項４】容器内に誘導電器本体が収納され、かつ
該誘導電器本体の周囲の空間に、不燃性で絶縁性の冷却
媒体が充填された静止誘導電器において、前記冷却媒体に、運転温度より沸点の高い分子構造を有
するパーフロロカーボン液と運転温度より沸点の低い分
子構造を有するパーフロロカーボン液との混合液体を用
いたことを特徴とする静止誘導電器。
【請求項５】容器内に誘導電器本体が収納され、かつ
該誘導電器本体周囲の容器内空間に、不燃性で、かつ絶
縁性の冷却媒体が充填された静止誘導電器において、前記冷却媒体を、沸点の異なる少なくとも２つのパーフ
ロロカーボン液の混合液体で形成するとともに、両液の
混合割合を調合し運転温度近傍で、かつ運転温度より高
い沸点を有する冷却媒体としたことを特徴とする静止誘
導電器。
【請求項６】容器内に誘導電器本体が収納され、かつ
その周囲の容器内空間に、不燃性で絶縁性の冷却媒体が
充填された静止誘導電器において、前記冷却媒体に、前記電器運転温度より高い沸点温度を
有するパーフロロカーボン液と電器運転温度より低い沸
点温度を有するパーフロロカーボン液とを混合させて電
器運転温度より僅かに高い沸点を有するように調合した
液体を用いるようにしたことを特徴とする静止誘導電
器。
【請求項７】容器内に誘導電器本体が収納され、かつ
その周囲の容器内空間に、不燃性で絶縁性の冷却媒体が
充填されるとともに、該冷却媒体が圧縮状態で密封され
ている静止誘導電器において、前記冷却媒体として、運転温度より高い沸点温度を有するパーフロロカーボン
液と運転温度より低い沸点温度を有するパーフロロカー
ボン液とを混合して両者の中間の沸点温度を有するよう
に形成したパーフロロカーボン液を用いるとともに、この中間の沸点温度を、加圧状態の冷却媒体が運転温度
で蒸発しない沸点温度としたことを特徴とする静止誘導
電器。
【請求項８】容器内に誘導電器本体が収納され、かつ
該誘導電器本体周囲の容器内空間に、不燃性で絶縁性の
冷却媒体が加圧状態で充填された静止誘導電器におい
て、前記冷却媒体として、運転温度より沸点の低いパーフロ
ロカーボン液と運転温度より沸点の高いパーフロロカー
ボン液とを混合させた液体を用いるとともに、その混合
割合を、冷却媒体の加圧状態で運転時における液温にお
いて沸騰しない割合に調整したことを特徴とする静止誘
導電器。