JP3465373B2 - ガス絶縁機器の捲線冷却構造 - Google Patents

ガス絶縁機器の捲線冷却構造

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JP3465373B2 JP23397794A JP23397794A JP3465373B2 JP 3465373 B2 JP3465373 B2 JP 3465373B2 JP 23397794 A JP23397794 A JP 23397794A JP 23397794 A JP23397794 A JP 23397794A JP 3465373 B2 JP3465373 B2 JP 3465373B2
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克夫 松原
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は、ガス強制循環方式の電
力用変圧器、リアクトル等電気機器の捲線の冷却構造に
関する。 【0002】 【従来の技術】従来のディスク捲線を用いた電力用変圧
器やリアクトルの捲線の冷却構造を図7、図8に示し簡
単に説明する。図7の(a)は縦断面図、同(b)は横
断面図、図8は図7で示すガス絶縁機器の展開図であ
る。図7に示すように、内側絶縁筒1と外側絶縁筒2に
囲まれた領域内に所定の間隔で配置した外側縦スペーサ
6及び内側縦スペーサ6′と同様に所定の間隔で配置し
た横スペーサ8を介してコイルセクション4を複数段
(機器の定格により異なるが、大容量のものでは数百十
段)設置し、このコイルセクション4の適宜数段(通常
5〜10コイルセクション)毎に外側バリア3および内
側バリア3′のそれぞれを順次配置し、下部から流入し
たSFガスを送り込み、送り込んだガスが縦グクト
7、7′およびコイルセクション間の横ダクト9を図中
矢印5で示すようにジグザグに流れて巻線を冷却する構
造としている。 【0003】 【発明が解決しようとする課題】このような構造におい
ては、捲線内でSFガスを循環させるために生じる圧
力損失は、主に捲線内をジグザグに流すことによって生
じ、外側バリア3と内側バリア3′および縦スペーサ
6、6′とで囲まれたブロック(図8で縦横の線で囲ま
れた空白の部分)の縦方向の数にほぼ比例する。ブロッ
ク内のコイルセクションの数は、各コイルセクション間
の横ダクトでのSFガスの流速をブロック内で極力均
一化できる数とするため、通常5〜10とする必要があ
る。したがって、大容量器になるとブロック数が多くな
り、捲線内の圧力損失が増加するため標準のブロワ(S
ガスを強制的に循環させるためのポンプ)では、能
力的に無理となり、高価な非標準のブロアを使用すると
いった問題がある。 【0004】この問題を解消する手段として、ブロック
数を少なくして捲線内の圧力損失を小さくするすること
も考えられるが、ブロック数を少なくする、すなわち、
1ブロック内のセクション数を多くすると、ブロック内
の各セクション間のSFガスの流速のアンバランスが
大きくなり、これにしたがって、捲線内の温度分布も不
均一になり、極めて不経済な捲線となってしまうといっ
た問題が生じる。 【0005】また、小容量器においても、標準的なブロ
ワの種類が少ないため、捲線内の圧力損失を考えた最適
なものを選択することは困難であり、通常は余裕のある
大きめのものが選択され、不経済となっている。 【0006】本願発明は、上記の問題に鑑みてなされた
もので、捲線内の圧力損失を小さくし、標準的なブロワ
も使用し得るガス絶縁機器の捲線冷却構造を提供するこ
とを目的とする。 【0007】 【課題を解決するための手段】この目的は、ディスク巻
き捲線を積層し、該積層したコイルセクション間の横ダ
クトの一部にガス流封鎖手段を施すことにより達成され
る。 【0008】 【作用】冷却ガス通路を縦スペーサとジグザグバリアと
で複数のブロックに分け、適宜位置のブロックにガス流
封鎖手段を施して横方向ガス流が流れないようにして、
捲線の温度上昇を制限しつつ、かつ、ガス流のジグザグ
の数を減少し、捲線全体の圧力損失を最適に小さくする
ことができる。 【0009】 【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。なお、全図を通じて同一部分並びに同一部分に対
応する部分には同一符号を付している。 【0010】図1の(b)は本発明の実施例の横断面図
で(a)は同(b)で示す縦スペーサNo.6および7
間の縦断面図であり、図2は図1の展開図である。図1
において、1は内側絶縁筒、2は外側絶縁筒、3はジグ
ザグバリア、4はコイルセクション、5はガスの流れ、
6および6′は縦スペーサ、7および7′は縦スペーサ
6および6′で周方向に仕切られて形成された縦ダク
ト、8は横スペーサ、9はジグザグバリア3で軸方向に
仕切られて形成された横ダクト、10は封鎖バリヤ、1
1は封鎖バリヤ10を固定する固定用の縦スペーサを示
す。 【0011】本発明において、ブロックとは、軸方向で
は、二つのジグザグバリア3−3′間に挟まれたコイル
セクション4を指し、周方向では、縦スペーサ6、6′
によって等分割された一つの縦ダクト7、7′を持つも
のを指す。 【0012】したがって、この実施例の捲線では、図2
で示すように軸方向にNo.1からNo.10で示す
(図2の横線)10個のジグザグバリアを有し、周方向
にNo.1からNo.8で示す(図2の縦線)縦スペー
サ8本で構成されているので、ブロックの数は72とな
る。 【0013】図2において、斜線を施したブロックは封
鎖バリヤ10を配置したブロックを示している。封鎖バ
リヤ10は、ガス流の横ダクト9への流れを封鎖するも
ので、ガス流入口近傍のブロックで周方向に2ブロック
の間隔を空け、軸方向には周方向に位置をずらせて下か
ら、すなわち、冷却ガス入り口から3段目のブロックま
でに配置している。 【0014】封鎖するブロックをガス流入口近傍に選ぶ
理由は、冷却ガスが捲線中を通過する間に各コイルセク
ションの発熱量を奪いガス温度が上昇するため、通常ガ
ス流入口近傍は捲線温度上昇的に余裕があるためであ
り、また、周方向に2ブロックの間隔を空けて封鎖する
ブロックを設けた理由は、封鎖したブロックで発生した
熱量を電線の熱伝導を利用して両隣の封鎖されていない
ブロックからガス中に放熱させるためである。 【0015】捲線下部から流入したガス流は周方向に対
しては縦スペーサ6、6′で封鎖されており、周方向に
独立した縦ダクト7、7′および横ダクト9を流れ、基
本的にはジグザグバリア3によって軸方向のブロックを
ジグザグに流れるが、封鎖バリヤ10を配置しているブ
ロックでは横ダクト9には流れず縦ダクト7または7′
をそのまま流れることになる。 【0016】この実施例では、ガス流封鎖手段として封
鎖バリヤ10を用い、この封鎖バリヤ10を軸方向に1
ブロックづつ配置し、周方向に独立で、かつ、圧力損失
に対し並列回路となった縦ダクトの一本ごとに軸方向の
ジグザグバリアにより生じるジグザグの流れを少なくし
て圧力損失を封鎖しない従来のものに比べて約8/9に
低減し、かつ、封鎖バリア10を周方向に点在させるこ
とによって、封鎖により生じる温度の上昇を低減させ、
捲線の圧力損失と温度上昇の最適化を図っている。 【0017】なお、図示では封鎖バリア10は、固定用
の縦スペーサ11を用いているが、この固定用の縦スペ
ーサ11の代わりに縦スペーサ6または6′で固定する
こと、更には、コイルセクション4に接着して固定する
こともできる。また、図示では封鎖バリア10をコイル
セクション4の外側に設けているが、コイルセクション
4の内側に設けるようにしてもよい。 【0018】図1の実施例では、封鎖手段に封鎖バリア
を用いているが、封鎖手段の他の例を図3に示す。図3
は封鎖スペーサ12をコイルセクション間に挿入してガ
ス流の横方向への流れを封鎖するようにした一つの封鎖
手段を示している。同図の(a)封鎖スペーサ12を挿
入したブロックの縦断面図を示し、同(b)は挿入部の
拡大図を示し、同(c)は横断面図を示す。図から明ら
かなように横方向へ流れようとするガスは封鎖スペーサ
12に遮られて流れることができない。なお、図3で
は、封鎖スペーサ12の両端部を横スペーサ8に挟み込
み固定しているが、コイルセクション4に接着して固定
することもできる。 【0019】図1および図3で示す実施例では、ガス流
の横方向への流れを封鎖する封鎖手段として封鎖バリア
10や封鎖スペーサ12を用いている。このように封鎖
手段として封鎖バリア10や封鎖スぺーサ12を用いた
場合には、封鎖バリア10や封鎖スペーサ12を配置し
たブロックとその上のブロックとの間のジグザグバリア
を省略することができる。 【0020】一方、ガス流の横方向への流れを封鎖する
封鎖手段として封鎖バリア10や封鎖スペーサ12等の
新たな部品を用いずに、ジグザグバリアを用いることも
できる。この場合、封鎖するブロックの両側のジグザグ
バリアとして同一側に封鎖部を有するジグザグバリアを
用いると、そのブロックに流れるガスは横ダクトには流
れず縦ダクトを流れて次のブロックに流れ込む、このこ
とは、図1に示す封鎖バリア10を取り除くことによっ
て理解できる。 【0021】本願発明では、ブロック毎に封鎖手段を施
すことからジグザグのパターンが周方向位置によって任
意のパターンとなるので、このパターンに従ってジグザ
グバリアのガス流封鎖部を内側か外側のどちらに設ける
かを周方向で自由に設定できる必要がある。 【0022】そこでジグザグバリアの例を図4に示す。
図4の(a)で示すジグザグバリアは、ブロックごとに
分割した扇形のジグザグバリアで封鎖部13を外側に設
けたものと内側に設けたもので、ガス流の封鎖を周方向
で自由に設定できる。また、扇形のジグザグバリアは合
わせて一体としたリング状にすることもでき、図4
(b)に封鎖部13を周方向に一つおきに内側と外側に
設けたリング状のジグザグバリアの例を示す。 【0023】本願発明では、捲線の圧力損失と温度上昇
のバランスを考慮して封鎖するブロックを任意に設定で
きる。その例を展開図により図5および図6に示す。各
図の斜線部分が封鎖されたブロックであり、縦線は縦ス
ペーサを横線はジグザグバリアである。 【0024】図5は軸方向ジグザグ通路に封鎖ブロック
があるものとないものが混在する例である。この例にお
ける捲線の入口、出口間の圧力損失は各軸方向ジグザグ
通路(Q〜Qの8通路)で等しくなる。各通路のガ
ス流量Q〜Qとし、一相分に流れるガス流量Q
捲線内の圧力損失ΔP、従来型の圧力損失ΔPとする
と式(1)〜(5)によって概略の圧力損失を算定でき
る。 【0025】 【数1】 【0026】(4)式の(9/10)Kは軸方向10ブ
ロックの内1ブロックを封鎖することによって、圧力損
失の係数Kを約(9/10)Kに低減できることを示
す。ブロックを封鎖したところでは圧力損失係数が封鎖
しない所に比べて小さくなるため、そこを流れる流量Q
はQ/8より大きくなり、逆に封鎖しない所の流量
はQ/8より小さくなる。したがって、圧力損失
は軸方向ブロックを一か所づつ封鎖したときの圧力損失
9/10より若干大きくなるが図の例では従来型との比
ΔP/ΔP=0.9235であり効果大である。 【0027】また、図6は周方向に16等分割、軸方向
に10ブロックで図中斜線で示すような封鎖ブロックと
した。この場合の温度上昇および圧力損失についての実
験データを従来例と比較して表1に示す。 【0028】 【表1】【0029】捲線内のガス流量は6m/分(1相分)
で捲線の損失は34KW/相である。なお、温度上昇値
はガス平均温度からの上昇値を示し、また、値は軸方向
の各ブロックごとで周方向も含めた最高点温度の値を示
す。 【0030】表1に示すように、この例では捲線の最高
点温度は従来と同一の値で捲線内の圧力損失のみ小さく
でき(軸方向10ブロック中1ブロックのみ封鎖してお
り約9/10に低減できている)ブロワの定格を考慮し
た合理的な設計ができている。なお、この例に示した周
方向分割数、軸方向分割数より大きな分割数になった場
合には、さらに詳細な温度分布を加味した最適化が可能
であり、その効果は大きい。 【0031】 【発明の効果】以上説明したように本願発明のガス絶縁
機器の捲線冷却構造は、コイルセクション間の横ダクト
の一部にガスが流れないようにしているため、巻線の温
度上昇を制限しつつ、捲線内の圧力損失を小さくするこ
とができ、標準的なブロワの定格を考慮した合理的な設
計ができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】 【図1】本願発明を具備するガス絶縁機器の断面図であ
る。 【図2】図1に示すガス絶縁機器の展開図である。 【図3】封鎖スペーサを挿入したブロックの断面図であ
る。 【図4】本願発明で使用するジグザグバリアの平面図で
ある。 【図5】封鎖ブロックの配置の一例を示す展開図であ
る。 【図6】封鎖ブロックの配置の一例を示す展開図であ
る。 【図7】従来のガス絶縁機器の断面図である。 【図8】図7のガス絶縁機器の展開図 【符号の説明】 1 内側絶縁筒 2 外側絶縁筒 3 ジグザグバリア 4 コイルセクション 6、6′縦スペーサ 7、7′縦ダクト 8 横スペーサ 9 横ダクト 10 封鎖バリヤ 12 封鎖スペーサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01F 27/20 F25D 9/00 F28D 7/10 H01F 30/00

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 ディスク巻き捲線を積層し、該積層した
    コイルセクション間の横ダクトに冷却ガスを通流して捲
    線を冷却するガス絶縁機器の捲線冷却構造において、コ
    イルセクション間の横ダクトの一部にガス流封鎖手段を
    施したことを特徴とするガス絶縁機器の捲線冷却構造。
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