JP5277151B2 - 静止誘導電器 - Google Patents

Description

本発明は変圧器やリアクトル等の静止誘導電器に係り、特に、巻鉄心を用いた静止誘導電器に関する。

静止誘導電器として巻鉄心を用いた変圧器は、例えば特許文献１に開示されているように、既に提案されている。

その構成は、帯状の磁性薄鋼板を重ね巻きして四隅が円弧状に形成された四角環状の巻鉄心であり、この巻鉄心に巻線を装着し、さらに、巻鉄心の上部と下部とを上部締付け金具と下部締付け金具とによって支持し、下部締付け金具は容器の底部に固定し、上部締付け金具は固定金具を介して前記容器の側壁に固定されている。そして容器内に鉱油等の絶縁性の冷却媒体を充填し、蓋で容器を密封している。

特開２００９- １１７７１４号公報

上記構成の変圧器は、運転時に巻鉄心と巻線とからなる変圧器本体から発熱し、これを冷却するのに、主に、次の３つの経路を経由して放熱している。
（１）巻線→冷却媒体→容器→外気
（２）巻線→巻鉄心→冷却媒体→容器→外気
（３）巻線→巻鉄心→下部締付け金具→容器底部→外気
そして、変圧器の全放熱量を１００とすると、経路（１）からは全放熱量の４〜６割、経路（２）からは全放熱量の１〜２割、経路（３）からは全放熱量の３〜４割の熱量が外部へ放熱されることは既に周知である。

したがって、変圧器における放熱対策は、冷却媒体を介した経路(１)，(２)の伝熱性能を如何に向上させるかが焦点となっていた。しかしながら、上記経路(１)，(２)の伝熱性能の向上には限界があり、更なる伝熱性能の向上は期待できなかった。

本発明の目的は、簡単な構成によって発熱量の低減を図ると共に、新たな放熱経路を形成して伝熱性能を向上させることができる静止誘導電器を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、巻鉄心を支持する上部締付け金具の変形を抑制する変形防止部材を設け、静止誘導電器本体を収納する容器にこの変形防止部材を連結したのである。

上記構成とすることで、上部締付け金具は変形防止部材によって変形防止されているので巻鉄心を強固に支持することができ、その結果、輸送時はもとより短絡や励磁突入による巻鉄心が変形することを防止できる。そのため、巻鉄心の変形による無負荷損失を低減でき、無負荷損失により発生する巻鉄心の発熱量を減少できる。加えて、変形防止部材が容器の側壁に連結されているので、巻線→巻鉄心→上部締付け金具に伝わる熱を変形防止部材を介して容器の側壁に伝え、そこから外気に放出できる。

その結果、静止誘導電器本体からの発熱量を低減できるとともに、静止誘導電器本体からの発熱を新たな放熱経路を形成して放熱できるので、伝熱性能を向上させることができる。

以上説明したように本発明によれば、簡単な構成によって発熱量の低減を図るとともに、新たな放熱経路を形成して伝熱性能を向上させることができる静止誘導電器を得ることができる。

本発明による静止誘導電器の第１の実施の形態を示す変圧器の縦断概略側面図。 図１の平面図。 本発明による静止誘導電器の第２の実施の形態を示す変圧器の縦断概略側面図。 図３の平面図。 本発明による静止誘導電器の第３の実施の形態を示す変圧器の縦断概略側面図。 図５の平面図。 本発明による静止誘導電器の第４の実施の形態を示す変圧器の図２相当図。 本発明による静止誘導電器の第５の実施の形態を示す変圧器の図２相当図。

以下、本発明による静止誘導電器の第１の実施の形態を図１及び図２に示す変圧器に基づいて説明する。

本実施の形態による変圧器１は、帯状の磁性薄鋼板を重ね巻きして四隅が円弧状に形成された四角環状の巻鉄心２と、この巻鉄心２に装着された巻線３とで構成された変圧器本体４を備え、この変圧器本体４を収納し鉱油等の絶縁冷却媒体を充填する容器５と、この容器５を密閉するカバー６とを有している。

前記巻鉄心２は、外周に締付けバンド７が巻付けられて磁性薄鋼板の重ね方向に隙間が生じないように締付けられている。そして巻鉄心２は、下部の平坦部を絶縁材８を介して下部締付け金具９上に乗置しており、上部の平坦部は図示しない絶縁材を介して上部締付け金具１０に支持されている。

上部締付け金具１０は、前記巻鉄心２の上部の平坦部の幅方向寸法とほぼ同じ幅寸法の平坦部を有し、この平坦部の幅方向両端部から夫々下方に折り曲げた脚部を有し、かつ、開口部が下向きで巻鉄心２の幅と同等の開口幅を有する断面コ字状に鋼板を形成したものであり、巻鉄心２の上部の平坦部に上部締付け金具１０の平坦部が圧着されている。そして、巻鉄心２の上部の平坦部に位置する締付けバンド７及びその止め具７Ｓで巻鉄心２と一緒に締付けられるように上部締付け金具１０の平坦部に２つの開口１０Ａ，１０Ｂが形成されている。

この上部締付け金具１０の上には、変形防止部材１１がボルト１２等の周知の締結手段によって一体に取付けられている。

この変形防止部材１１は、前記上部締付け金具１０の平坦部とほぼ同じ寸法の平坦部を有し、両者は締結手段によって密着されている。勿論、締付けバンド７及びその止め具７Ｓと干渉することがないように、上部締付け金具１０と同位置の平端部には開口１１Ｍが形成されている。このほか、変形防止部材１１には、巻鉄心２の巻回方向に沿う平坦部の長手方向両端に、夫々上方に折り曲げられた折り曲げ部１３Ａ，１３Ｂが形成されており、この折り曲げ部１３Ａ，１３Ｂをボルト１４等の周知の締結手段によって固定部材１５Ａ，１５Ｂに連結固定されている。尚、折り曲げ部１３Ａ，１３Ｂの折り曲げ方向は、上方に折り曲げるものに限定されるものではなく、変圧器の種類や構造によっては下方に折り曲げるようにしてもよい。

固定部材１５Ａ，１５Ｂは、折り曲げ部１３Ａ，１３Ｂの延在方向の全面と接触する垂直面を有する鋼板により形成され、この鋼板の容器５の側壁に接する部分は、溶接などにより固着されている。

本実施の形態によれば、上部締付け金具１０と変形防止部材１１とが、上部締付け金具１０のほぼ全幅に亘って密着して固定されているので、強度的には一枚の板として扱うことができ、上部締付け金具１０が容易に変形するのを防止することができる。即ち、上部締付け金具１０は、下方に折り曲げられた左右の脚辺が補強リブ機能を有すると共に前記変形防止部材１１の板厚の追加で剛性が増加するので、長手方向に作用する曲げ応力に対する変形を抑制することができる。また、幅方向の曲げ応力に対しては、変形防止部材１１の板厚の追加と共に変形防止部材１１の折り曲げ部１３Ａ，１３Ｂの補強リブ機能によって変形を抑制することができる。その結果、巻鉄心２がこれら上部締付け金具１０と変形防止部材１１とによって強固に容器５内に支持されることになるので、輸送時はもとより短絡や励磁突入によって巻鉄心２の外力を受けて変形したりずれたりすることが防止できる。したがって、巻鉄心２の変形による無負荷損失を低減でき、無負荷損失により発生する巻鉄心２の発熱量を減少できる。

さらに、伝熱の観点からは、（１）巻線３→冷却媒体→容器５→外気、（２）巻線３→巻鉄心２→冷却媒体→容器５→外気、（３）巻線３→巻鉄心２→下部締付け金具９→容器５の底部→外気の放熱経路のほかに、新たな放熱経路が形成される。即ち、巻鉄心２の上部の平坦部にほぼ全面が密着している上部締付け金具１０と、この上部締付け金具１０の平坦部にほぼ全面が密着している平坦部を有する変形防止部材１１とが存在し、これら両平坦部の接触面積に比例した巻鉄心２の熱量を伝えることができるので、これらから固定部材１５Ａ，１５Ｂを経由して容器５に熱を伝えて外気に放熱するという新たな放熱経路が形成される。

このように、変圧器本体４（巻鉄心２と巻線３）からの発熱量を減少させるとともに、新たな放熱経路の追加により伝熱性能を向上させることができる。

尚、必要に応じて、巻鉄心２の上部の平坦部と上部締付け金具１０との間に介在させた絶縁材の厚さや熱伝導率の高い絶縁材料を選択することで、更に伝熱性能を向上させることができる。

次に、本発明による静止誘導電器の第２の実施の形態を図３及び図４に示す変圧器に基づいて説明する。尚、図１及び図２と同一符号は同一構成部材を示すので、再度の詳細な説明は省略する。

本実施の形態において、第１の実施の形態（図１，図２）と異なる構成は、上部締付け金具１０と変形防止部材１１との夫々に、２つの開口１１Ａ，１１Ｂを開口させ、この開口１１Ａ，１１Ｂに締付けバンド７を貫通させて上部締付け金具１０と変形防止部材１１ごと巻鉄心２を締付け、止め具７Ｓで固定した点である。

上記構成によれば、第１の実施の形態と同様な効果を奏するほか、上部締付け金具１０と変形防止部材１１とが巻鉄心２に共締めされているので、巻鉄心２はより強固に固定されることになり、その結果、無負荷損による巻鉄心２の発熱をさらに抑制することができる。勿論、上部締付け金具１０と変形防止部材１１とが巻鉄心２へ共締めされることで、変形防止部材１１−上部締付け金具１０−巻鉄心２間は、より密着度が向上し、変形防止部材１１を経由する放熱経路の伝熱性能をさらに向上させることができる。

図５及び図６は、本発明による静止誘導電器の第３の実施の形態を示す変圧器である。図３及び図４と同様に、図１及び図２と同符号は同一構成部材を示すので、再度の詳細な説明は省略する。

本実施の形態において、第２の実施の形態と異なる構成は、上部締付け金具１０を変形防止部材１６で兼用した点である。

即ち、本実施の形態による変形防止部材１６は、巻鉄心２の上部の平坦部の幅方向寸法とほぼ同じ寸法を有する平坦部を有し、この平坦部の幅方向両端部から夫々下方に折り曲げられた脚部１７Ａ，１７Ｂを有し、前記平坦部の長手方向両端部を夫々上方に折り曲げられた折り曲げ部１８Ａ，１８Ｂを有している。

このように構成することで、変形防止部材１６は、長手方向に対する曲げ応力に対しては脚部１７Ａ，１７Ｂが補強リブ機能を発揮し、幅方向に対する曲げ応力に対しては折り曲げ部１８Ａ，１８Ｂが補強リブ機能を発揮するので、巻鉄心２が外力を受けたりずれたりすることを防止することができる。したがって、巻鉄心２の変形による無負荷損失を低減でき、無負荷損失により発生する巻鉄心２の発熱量を減少できる。

したがって、本実施の形態においては前記各実施の形態と同等の効果を奏することができる。

さらに、変形防止部材１６が上部締付け金具１０を兼用することで、部品数を低減することができ、また、巻鉄心２の熱を直接変形防止部材１６に伝えられるので、変形防止部材１６を経由する放熱経路の伝熱性能をさらに向上させることができる。

図７は、本発明による静止誘導電器の第４の実施の形態を示す変圧器である。図５及び図６と同様に、図１及び図２と同符号は同一構成部材を示すので、再度の詳細な説明は省略する。

本実施の形態において、第１の実施の形態と異なる構成は、第１の実施の形態において容器５と固定部材１５Ａ，１５Ｂとによって形成される空間を中実の固定部材１９Ａ，１９Ｂとした点である。この固定部材１９Ａ，１９Ｂは、たとえば溶接などの周知の固定手段によって容器５の内周壁に固定されるものである。

このように構成することで、第１の実施の形態と同等の効果を奏する外、巻鉄心２から上部締付け金具１０と変形防止部材１１を経由して伝わってきた熱の容器５への伝熱面積を増加できるので、より伝熱性能を向上させることができる。

図８は、本発明による静止誘導電器の第５の実施の形態を示す変圧器である。図７と同様に、図１及び図２と同符号は同一構成部材を示すので、再度の詳細な説明は省略する。

本実施の形態において、第１の実施の形態と異なる構成は、第１の実施の形態において変形防止部材１１の折り曲げ部１３Ａ，１３Ｂの全面を容器５に全面接触させた状態で固定した点である。そのために、容器５は上部締付け金具１０と変形防止部材１１の長手方向に対向する位置に平坦壁５Ａ，５Ｂを形成しており、この平坦壁５Ａ，５Ｂに溶接などの周知の固定手段で変形防止部材１１の折り曲げ部１３Ａ，１３Ｂを固定している。

尚、周知の固定手段として図８に示すように、ボルト１４を用いて平坦壁５Ａ，５Ｂに折り曲げ部１３Ａ，１３Ｂを固定する際、平坦壁５Ａ，５Ｂにボルト貫通穴を形成しなければならない。しかしながら、ボルト貫通穴を形成した場合、容器５内に充填した鉱油等の絶縁冷却媒体がボルト貫通穴から漏洩することが考えられる。そのような場合には、容器５の外側に袋ナット２０を溶接で固定することで、絶縁冷却媒体の漏洩を防止することができる。

このように構成することで、第４の実施の形態と同じ効果を奏することができる。

ところで、以上の各実施の形態に例示された放熱対策については、単独で採用してもよいが、組み合わせて採用することができる。複数の対策を組み合わせることで、静止誘導電器の冷却効率を一層向上させることができる。

また、各実施の形態における容器５は円筒形であるが、必ずしも円筒形である必要はなく、直方体等の容器でも同様の効果を得ることができる。

以上のように、本発明による静止誘導電器では、変圧器の外観構造をほとんど変えることなく、内部構造の簡単な変更のみで、冷却効率を向上することが可能であり、本発明の利用可能性は高い。尚、これらの施策は変圧器のみならずリアクトルにも適用できるのはいうまでもなく、さらに、単相に限らず三相の静止誘導電器等にも応用できる。

ところで、変圧器１の場合、前記巻鉄心２と、この巻鉄心２に装着された巻線３とで変圧器本体４が構成されるが、静止誘導電器の場合にも基本構成は同じであり、巻鉄心と、この巻鉄心に装着された巻線とで静止誘導電器本体が構成されることとなる。

１…変圧器、２…巻鉄心、３…巻線、４…変圧器本体、５…容器、５Ａ，５Ｂ…平坦壁、６…カバー、７…締付けバンド、７Ｓ…止め具、８…絶縁材、９…下部締付け金具、１０…上部締付け金具、１１，１６…変形防止部材、１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｍ…開口、１２，１４…ボルト、１３Ａ，１３ｂ，１８Ａ，１８Ｂ…折り曲げ部、１５Ａ，１５Ｂ，１９Ａ，１９Ｂ…固定部材、１７Ａ，１７Ｂ…脚部、２０…袋ナット。

Claims (1)

1. 帯状の磁性薄鋼板を重ね巻きして形成された四角環状の巻鉄心と、この巻鉄心に装着された巻線とで構成された静止誘導電器本体を備え、この静止誘導電器本体を収納し絶縁冷却媒体を充填した容器と、前記巻鉄心の上部の平坦部に当接して支持する上部締付け金具を有し、前記上部締付け金具の変形を抑制する変形防止部材を設け、この変形防止部材を前記容器に連結した静止誘導電器において、前記変形防止部材は、前記容器に固定された中実の固定部材に連結されていることを特徴とする静止誘導電器。

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