JP5292919B2

JP5292919B2 - 静止形超電導機器

Info

Publication number: JP5292919B2
Application number: JP2008132665A
Authority: JP
Inventors: 章富岡
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2008-05-21
Filing date: 2008-05-21
Publication date: 2013-09-18
Anticipated expiration: 2028-05-21
Also published as: JP2009283583A

Description

この発明は、超電導変圧器，超電導リアクトルなどを対象とした屋外設置の静止形超電導機器に関し、詳しくは超電導機器の格納容器に係わる。

近年になり、超電導技術を応用した超電導変圧器などの静止形超電導機器の研究，開発が進められている。特に、イットリウム系（Ｙ系），ホルミウム系（Ｈｏ系）の酸化物高温超電導線材は冷却用冷媒に液体窒素が使用できることから、従来の課題であった冷却コストなどの問題が解決できる目途が立つようになってきている。

次に、超電導変圧器を例に、開発が進められている従来の基本構造を図３に示す（例えば、特許文献１参照）。図３において、１は鉄心、２，３は前記の酸化物高温超電導線材を素線として鉄心１の中央脚の周囲に巻装配置した一次巻線，二次巻線、４は鉄心１と隔離して前記巻線２，３と巻線を冷却する液体冷媒（液体窒素）５とを収容した密閉形の断熱容器（クライオスタット）、６はブッシング、７は巻線２から引出してブッシング６に接続した電流リードである。また、前記の断熱容器４は、鉄心１の脚を通すために内筒４ａ，外筒４ｂ，天板４ｃ，底板４ｂからなる中空容器で、その材質は電磁気的に影響のない繊維補強化プラスチック（ＧＦＲＰ）で作られた真空容器で構成されている（例えば、非特許文献１参照）。なお、図示には断熱容器４に収容した液体冷媒５を補給する冷却装置は省略されている。

上記の超電導変圧器は屋内用として開発された小容量の超電導機器で、通常は屋内に設置して使用しており、鉄損に伴う鉄心１の発熱量は巻線の発熱量に比べて遥かに小さいことから、鉄心は自冷方式のままでも支障なく運転が可能である。

一方、前記構成になる超電導変圧器の本体を密閉形のタンク（金属容器）に収容して該タンク内の空間に窒素ガスを封入するとともに、鉄心（珪素鋼板の積層体）の層内に冷却パネルを設け、この冷却パネルにタンク外方より不活性の液体冷媒を送流して鉄心を冷却するようにした二重構造容器の超電導変圧器も知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００２−２１７０２２号公報上篠弘貴、秦広、"鉄道車両用超電導主変圧器の開発"、［online］、［平成２０年４月２０日検索］、インターネット＜ＵＲＬ： HYPERLINK "http://www.rtri.or.jp/infoce/rrr/2007/12/200712#06.pdf" http://www.rtri.or.jp/infoce/rrr/2007/12/200712#06.pdf＞特開平２−２９６３０９号公報

最近になり、大容量の電力用変圧器についても超電導化の研究，開発が進められており、この場合に電力用の超電導変圧器は大型となることから、計画では屋外設置を想定している。

この場合に、図３に示した構成の超電導変圧器をそのまま屋外に設置して大気中に長期間暴露した状態に放置すると、ＧＦＲＰ製の断熱容器に対する直射日光などの影響により材質が劣化して容器の強度が低下するおそれがある。したがって、巻線，冷媒を収容した断熱容器の劣化を防護するには、先記の特許文献２に開示されている構成と同様に鉄心を含めて変圧器全体を耐候性の金属容器に格納する必要がある。

ところで、特許文献２の開示構造では、外側のタンクを密閉形としてその内部に窒素ガスを封入するために、鉄心専用の冷却装置が必要となるなど、この方式では設備費が高くなるほか、タンクを気密貫通して外部から鉄心内部の冷却パネルに冷媒を送流する冷媒配管、およびとタンク外部に設置した冷凍機から断熱容器に冷媒を送流する冷媒配管についても、屋外設置の使用条件により次記のような対策が必要となる。

すなわち、屋外の外気温，日照などの影響を直接受ける外側のタンク（金属）とタンクの内方に配置した断熱容器（クライオスタット）との間には温度差が生じ、さらに材質の物性面でも金属と断熱材とでは熱膨張係数も異なるために、周囲の外気温変化に起因してタンクと断熱容器との間に相対的な変位が生じる。したがって、前記の各冷媒配管がタンクを貫通する箇所の気密性を確保するには、熱的影響による相対変位を逃がす手段が必要であり、このために配管，シール構造が複雑化する。また、密閉形のタンク内に窒素ガスを封入していることから、タンク内に作業員が入って変圧器を点検作業を行う場合のメンテナンス性にも問題がある。

この発明は上記の点に鑑みなされたものであり、その目的は前記課題を解消して設備費の低減化，機器のメンテナンス性改善が図れるように機器の格納容器を改良した屋外設置の静止形超電導機器を提供することにある。

上記目的を達成するために、この発明によれば、鉄心に超電導線材の巻線を巻装した構成の静止形超電導機器において、前記鉄心と隔離して巻線と該巻線を極低温に冷却する液体冷媒を収容した密閉形の絶縁断熱容器と、該断熱容器および前記鉄心を格納する耐候性の金属容器とを備え、前記金属容器には導風用の換気口を開口し、該換気口を通じて金属容器内の空間を大気側に開放する。

また、前記の金属容器に貫通ブッシングを設け、かつ該ブッシングと巻線を収容した断熱容器との間に気密性の配線ダクトを配置し、該配線ダクトを通じてブッシングと巻線との間を常電導材の電流リードで接続する。

さらに、上記発明において、前記換気口に送風用ブロアを接続し、該ブロアを通じて金属容器内の空間に外気を強制通風する。

上記構成の超電導変圧器よれば、屋外設置の環境条件の下でも、超電導巻線，液体冷媒を収容した断熱容器を直射日光の暴露から防護して該容器の劣化を防ぐ一方、金属容器は密閉形とせずに大気側に開放することにより、換気口，ブロアを通じて導入する外気で鉄心を冷却することができる。また、金属容器を貫通して外部に引き出す各種配管類，およびブッシングについてもその貫通箇所の気密性確保が必要なく、これにより屋外設置形の超電導機器を安価な設備費で製作できる。

なお、金属容器に設けた貫通ブッシングと巻線を収容した断熱容器との間を気密性の配線ダクトで連結し、該配線ダクトを通じてブッシングと巻線との間を常電導リードで接続することにより、断熱容器内に収容した冷媒ガスの系外漏出を防止して電流リードの配線が行える。

また、金属容器は大気側に開放してその内部空間には窒素ガスなどを封入していないので、機器の保守，点検時には保守員がそのまま金属容器の内部に入って作業を行うことができてメンテナンス性が向上する。

以下、この発明の実施の形態を図１,図２に示す実施例に基づいて説明する。なお、各図において図３に対応する部材には同じ符号を付している。

図１において、この実施例では鉄心１、巻線２，３および液体冷媒５を収容した断熱容器４を含めて超電導変圧器の組立体全体を金属容器８に格納して屋外に設置されている。ここで、金属容器８には換気口として外気取入口８ａ，排気口８ｂを開口し、この換気口を通じて容器内の空間を大気側に開放している。また金属容器８の天井板には貫通ブッシング６を設置するとともに、該ブッシング６と前記断熱容器４との間を気密性の配線ダクト９で連結し、該配線ダクト９を通じて巻線２，３とブッシング６との間を銅などの常電導導体の電流リードで相互接続している。

なお、図示してないが、鉄心１はベース枠体を介して金属容器８の内部に据付け、断熱容器４は防止ゴムなどを介して鉄心１のベース枠体に支持するようにしている。また、ブッシング６が金属容器８を貫通する箇所は、雨水などが容器内部に浸入しない程度のシール構造で充分である。さらに、図示例の金属容器８には外気取入口８ａに防塵用のフィルタ１０を付設して塵埃の侵入を防ぐようにしている。そのほか、金属容器８には必要に応じて保守員が出入りできる扉を備えるものとする。

上記の構成により、断熱容器４は格納容器である金属容器８に包囲されていて直射日光などに直接暴露されることがなく、これにより断熱容器４の材質劣化が防げる。また、金属容器８の内部空間には外気取入口８ａ，排気口８ｂを通じて外気が自然対流し、この外気対流により鉄心１が冷却される。

また、金属容器８は大気側に開放されており、超電導変圧器の保守点検時には保守員が金属容器８の中に直接入ってメンテナンス作業を行うことができる。

次に、この発明の請求項２に対応する実施例を図２に示す。すなわち、鉄心１の発熱量は変圧器の容量などにより異なり、大容量の機器では先記実施例１の外気の自然対流方式では充分な冷却能力が確保できない場合がある。そこで、この実施例２では空気取入口にブロア１１を接続し、このブロア１１を通じて金属容器８の内部に多量の外気を強制通風して鉄心１を冷却するようにしている。

なお、図示実施例には描かれてないが、必要に応じてブロア１１を通じて導入した冷却空気を鉄心１の全域に流すように整流板を設けるものとする。また、ブロア１１は図示のように金属容器８の外側に設置するほか、容器の内側に設置してもよく、さらに換気口の位置，数およびブロア１１の設置台数も自由に選定できる。

この発明の実施例１に対応する超電導変圧器の略示構成図この発明の実施例２に対応する超電導変圧器の略示構成図従来における超電導変圧器の基本的な略示構成図

符号の説明

１鉄心
２，３超電導巻線
４断熱容器
５液体冷媒（液体窒素）
６ブッシング
７電流リード
８金属容器
８ａ外気取入口
８ｂ排気口
９配線ダクト
１１ブロア

Claims

鉄心に超電導線材の巻線を巻装した構成になる静止形超電導機器であって、前記鉄心と隔離して巻線と該巻線を極低温に冷却する液体冷媒を収容した密閉形の絶縁断熱容器と、該断熱容器および前記鉄心を格納する耐候性の金属容器とを備え、前記金属容器には導風用の換気口を開口し、該換気口を通じて金属容器内の空間を大気側に開放し、前記金属容器に貫通ブッシングを設け、かつ該ブッシングと巻線を収容した断熱容器との間に気密性の配線ダクトを配置し、該配線ダクトを通じてブッシングと巻線との間を常電導材の電流リードで接続したことを特徴とする静止形超電導機器。
請求項１に記載の静止形超電導機器において、換気口に送風用ブロアを接続し、該ブロアを通じて金属容器内の空間に外気を強制通風することを特徴とする静止形超電導機器。