JP6253963B2 - 静止機器 - Google Patents

Description

本発明は、巻線と磁心を絶縁油を充填した金属製ケースに収めた静止機器に関する。

従来、屋外の電柱等に設置する変圧器のような静止機器では、絶縁と冷却を目的として絶縁油を充填した金属製のケースに巻線と磁心を入れる構造が一般的である。また、放熱のための冷却フィンをケースに取付ける構造が用いられている。一般的にケース、冷却フィンの材料には普通鋼板が用いられている。

本技術分野の背景技術として、特開平９−２９８１２０号公報（特許文献１）がある。この公報では、磁気遮蔽構成を備えた静止誘導機器において、タンクにおける過電流損を低減させて、タンクの局部温度上昇を防止するために、遮蔽板受け座、および、遮蔽板受け座と対抗するタンク内壁面の一部を非磁鋼材で形成することが記載されている。

特開平９−２９８１２０号公報

ケースを有し、絶縁油による冷却、絶縁を行う変圧器やリアクトル等の静止機器においては、磁心とケースの距離が近い場合、漏れ磁束による漂遊損が過大になる。その中でも運転時に直流成分の影響を受ける機器では、磁気飽和による漏れ磁束の影響が非常に大きくなるため、漂遊損が深刻な問題となる。漂遊損が非常に大きくなると、絶縁油の温度上昇を抑えるため、冷却面積を増やす必要があり、機器の油量や質量が増える他、コストも大きくなる。

解決方法の一つとして、例えば、磁心とケースの物理的な距離をとることで漏れ磁束の影響を軽減できるが、機器の大型化につながるという問題がある。また、特許文献１のように、珪素鋼板などの高透磁率材料による磁気遮蔽を用いる方法や、ケースの材質を普通鋼から非磁性体であるステンレスにすることで漂遊損を低減できるが、コストが高くなるといった問題がある。

本発明における課題は、絶縁と冷却を目的として絶縁油を充填したケースに巻線と磁心を格納する構造を有する静止機器において、コストを最小限に抑え、漂遊損を効果的に低減することである。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、巻線と磁心を絶縁油を充填した金属製ケースに収めた静止機器において、前記ケースを構成する部材であって、前記磁心からの距離が他の部材に比べて相対的に近い部材の材料を非磁性体のステンレスとした。

本発明によれば、製造コストの増加も最小限に留めて、漏れ磁束の影響を緩和し、機器損失の軽減を可能とできる。

絶縁油を充填したケースに巻線と磁心を収納した静止機器の構成図である。 実施例における静止機器の外観模式図である。 実施例における側板と漏れ磁束によるうず電流との概念図である。 実施例における冷却フィンと漏れ磁束によるうず電流との概念図である。 実施例における発明を適用した機器における損失評価結果である。

以下、実施例について図面を用いて説明する。
図１に、巻線と磁心を絶縁油を充填した金属製ケースに収めた静止機器の構成図を示す。図１において、ケース1の中に、巻線2と磁心3から構成された構造物が収納されており、端子4がケースに設けられている。ケース内は絶縁油5で充填されており、ケースの上部はカバー6によって密閉されている。

巻線と磁心からなる静止機器では、磁心で生じる鉄損や無負荷電流による抵抗損、絶縁体中の誘電損の他、巻線に電流が流れた際に消費される抵抗損や金属部分における漏れ磁束による漂遊損といった負荷損が発生する。これらの発生する損失による絶縁油の温度上昇値を規格値以下に保つために、発熱量に見合った冷却面積を確保する必要がある。一般的に冷却面積を増やすための手段としては、冷却フィン7をケース1に取付ける構造が用いられている。また、一般的に、ケース、カバー、冷却フィンの材料には普通鋼板が用いられており、継ぎ目は溶接によって接続されている。また、ケースの防錆性能を高め、仕上がりの外観を向上させるため、ケース全体を耐候性に優れた塗料で塗装が施されている。

図２に、本実施例での円柱状のケースに巻線と磁心からなるリアクトルを収納した静止機器の外観模式図を示す。ここで、図２は巻線と磁心が２段積みになっている場合の構成を示している。図２に示すように、本実施例では、巻線と磁心からなるリアクトルを収納したケース１において、漏れ磁束の影響が軽微と考えられる冷却フィン７、磁心からの距離が他の部材に比べて相対的に離れている取付座８や吊耳９には普通鋼板を用いる。また、磁心からの距離が他の部材に比べて相対的に近く、漏れ磁束の影響が大きい、上部側板１０、側面側板１１、下部側板１２、底板１３（斜線でハッチングした箇所）には非磁性体のステンレス（例えばSUS304）を用いる。

このように、漏れ磁束の影響は磁心からの距離に依存するので、磁心からの距離が相対的に近く、漏れ磁束の影響が大きい部材には非磁性体のステンレスを用い、磁心からの距離が相対的に遠く、漏れ磁束の影響が軽微と考えられる部材には普通鋼板を用いることで、材料として高価なステンレスを使用する部位を限定することができ、製造コストの増加も最小限に留めて、漏れ磁束の影響を緩和し、機器損失の軽減を可能とし、機器全体の小型化が可能となる。

また、見方を変えれば、漏れ磁束が通過する面積が大きければその影響が大きいので、漏れ磁束の影響は磁心に対向する面積の大きさに依存するので、例えば、上部側板１０、側面側板１１、下部側板１２は磁心に対向する面積が他の部材に比べて相対的に大きいので漏れ磁束の影響が大きいと判断し、その部位の材料を非磁性体のステンレスで構成することもできる。

また、同様に、磁心と隣接する面は漏れ磁束の影響が大きいので、例えば、磁心と隣接している、上部側板１０、側面側板１１、下部側板１２、底板１３は、漏れ磁束の影響が大きいとして、非磁性体のステンレスで構成することもできる。

ここで、冷却フィン７において、漏れ磁束の影響が軽微である概念を以下説明する。図３に側板部に対する漏れ磁束の概念図を示すが、漏れ磁束１４により側板面にはうず電流１５が発生する。これに対して、図４に示すように、冷却フィン部においては、漏れ磁束１６により発生するうず電流１７は回転半径が小さいと考えられるためである。

このように、漏れ磁束の影響が大きい部材には非磁性体のステンレスを用い、漏れ磁束の影響が軽微と考えられる部材には普通鋼板を用いることで、材料として高価なステンレスを使用する部位を限定することで、製造コストの増加も最小限に留めて、漏れ磁束の影響を緩和し、機器損失の軽減を可能とし、機器全体の小型化が可能となる。

図５に本実施例を用いた静止機器における評価結果を示す。横軸は機器の出力、縦軸は機器の損失を示している。実線は普通鋼板で出来たケースに収納したもの、点線は側板、底板部にステンレスを用いたケースに収納したものを示している。図５に示す通り、機器の出力が大きくなり漏れ磁束が大きくなると、ケースの一部にステンレスを用いている方が機器の損失が低くなることを確認した。

以上のように、本実施例によれば、巻線と磁心を絶縁油を充填した金属製ケースに収めた静止機器において、ケースを構成する部材のうち、磁心からの距離が他の部材に比べて相対的に近い部材（例えば、上部側板１０、側面側板１１、下部側板１２、底板１３など）、または、漏れ磁束が透過する面積が他の部材に比べて相対的に大きい部材（例えば、上部側板１０、側面側板１１、下部側板１２、底板１３など）の材料を非磁性体のステンレスとし、その他の部材である、距離が遠い、または、面積の小さい部材（例えば、取付座８や吊耳９など）や漏れ磁束の影響が軽微と考えられる冷却フィン７の材料を普通鋼板として異ならせることで、製造コストの増加も最小限に留めて、漏れ磁束の影響を緩和し、機器損失の軽減を可能とし、機器全体の小型化が可能となるという効果がある。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

１ ケース
２ 巻線
３ 磁心
６ カバー
７ 冷却フィン
１０ 上部側板
１１ 側面側板
１２ 下部側板
１３ 底板
１４、１６ 漏れ磁束
１５、１７ うず電流

Claims (1)

1. 巻線と磁心を絶縁油を充填した金属製ケースに収めた静止機器において、
   前記金属製ケースを構成する部材のうち、前記磁心からの距離が他の部材に比べて相対的に近い部材である、上部側板、側面側板、下部側板、底板の材料を非磁性体のステンレスとし、
   前記金属製ケースを構成する部材のうち、前記磁心からの距離が他の部材に比べて相対的に遠い部材である、取付座、吊耳の材料を普通鋼板とすることを特徴とする静止機器。

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