JP6463985B2 - 静止誘導電器 - Google Patents

Description

本発明は、変圧器、鉄心リアクトル等の静止誘導電器に関し、特に巻線の冷却構造に関する。

鉄心とその鉄心脚部の回りに巻かれた巻線と複数の円筒状の絶縁筒で構成される静止誘導電器において、通電により巻線で生じた熱は、循環する周囲の冷却媒体に伝達され、放熱器等から外気等に放出される。すなはち、巻線の冷却が行われる。冷却媒体をポンプ等で強制的に循環させる場合（以下、強制対流と呼ぶ）と、巻線の周囲の冷却媒体が温度上昇を起すことにより、冷却媒体が循環する場合（以下、自然対流と呼ぶ）がある。

多数回電線を巻回して巻線を構成する場合は、電線を半径方向に隣接して配置し、円板状の巻線要素（以下、コイルと呼ぶ）を作製し、軸方向に複数配置する構造が用いられる。このような巻線を冷却する場合、コイルを構成する電線の位置によって、冷却媒体の流速が異なるため、電線から冷却媒体への熱の伝達が場所によって異なることがある。

主としてコイルの周方向での熱伝達を均一化するため、巻線とその両側に配置された絶縁筒の間に形成される垂直ダクト（流路）の流れを封止し、巻線の内側から外側あるいは外側から内側におよそジグザグの流れを形成する方法が行われる。

しかし、上記のような巻線を自然対流で冷却する場合、強制対流の場合に比較して、循環する冷却媒体の流速が小さいため、巻線各部で近傍の冷却媒体の流速にばらつきが生じ易いという問題がある。効率的な巻線の冷却を行うためには、巻線各部で冷却媒体の流速を均一化することが望まれる。

本技術分野の背景技術としては、特開平０７−０１４７２３号公報（特許文献１）がある。この公報には、垂直流路の流れを封止し、ジグザグの流れを作る間隔スペーサ板を設けた巻線において、巻線上部の間隔スペーサ板の間隔が狭く、下部では間隔を広くする構造が記載されている。また、特開２０１２−１１９６３９号公報（特許文献２）がある。この公報には、変圧器巻線を２分割し、内側および外側垂直路を閉塞し中央垂直冷却路を開放する閉塞板と中央垂直冷却路を閉塞する閉塞板を軸方向に交互に配置する構造が記載されている。更に、特開昭０９−１９９３４５号公報（特許文献３）がある。この公報には、折流板の開口部の下流側と同一方向に流路を狭める分流板を設け、その分流板の下流側で開口部と反対側の垂直ダクト側に復流板を設けた構造が記載されている。

特開平０７−０１４７２３号公報 特開２０１２−１１９６３９号公報 特開昭０９−１９９３４５号公報

特許文献１の構造では、ガスを冷却媒体とする場合のように冷却媒体の上下温度差が大きい場合は、間隔スペーサ間の距離を下から上に向って大きく変えることができ、良好な冷却が可能である。しかし、油を冷却媒体とする場合のように冷却媒体の上下温度差が小さい場合は、間隔スペーサ間の距離を巻線全体で狭く設定する必要があり、その効果を出し難くなる。

特許文献２の構造では、巻線の内径側と外径側にそれぞれジグザグな流れが形成され、より均一な冷却が行われるが、巻線を径方向に２分割する中央垂直冷却路を設ける必要があり、巻線が大型化するという問題がある。

特許文献３の構造では、ガスを冷却媒体とする場合は、分流板および復流板の効果により、その特有の流れを均一化し、良好な冷却を得ることができるが、油などその他の冷却媒体を用いる場合は、その流れがガスと異なるため、十分な効果が得られないという問題がある。

本発明は以上の問題点を鑑みてなされたもので、自然対流により巻線の冷却を行う静止誘導電器において、巻線各部近傍の冷却媒体の流速を均一化し、巻線の冷却を効率的に行うことを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の静止誘導電器は、鉄心脚と鉄心継鉄を有する鉄心と、前記鉄心脚に巻回された巻線（１）と、巻線（１）を冷却する冷却媒体と、巻線（１）の周囲に前記冷却媒体の流れを形成する絶縁筒（２a、２ｂ）と、絶縁筒（２a、２ｂ）の内壁側及び外壁側に交互に設けられた折流部材（６ａ、６ｂ、６ｃ）を有し、折流部材（６ａ、６ｂ、６ｃ）のそれぞれと同じ側でかつ、その上側に前記冷却媒体の流れを狭窄する調整部材（８ａ、８ｂ）を有することを特徴とする。

１つの折流区に含まれる水平ダクトの冷却媒体の流速を均一化することにより、巻線各部の温度上昇が均一化でき、効率的な冷却可能になるという効果がある。

変圧器の概略構造を示す縦断面図である。 第１の実施例における、巻線の冷却構造を示す縦断面図である。 巻線の水平断面図である。 第１の実施例における、電線３０を含む断面の水平断面図である。 第１の実施例における、内側調整部材８ａを含む断面の水平断面図である。 第１の実施例における、外側調整部材８ｂを含む断面の水平断面図である。 第１の実施例における、外側調整部材の斜視図である。 第１の実施例の効果を示す流束分布のグラフである。 第２の実施例における、巻線の冷却構造を示す縦断面図である。 第２の実施例における、閉塞部材９ａを含む断面の水平断面図である。 第３の実施例における、巻線の冷却構造を示す縦断面図である。 第３の実施例における、第２の内側調整部材１０ａを含む断面の水平断面図である。 第３の実施例における、第２の外側調整部材１０ｂを含む断面の水平断面図である。 第３の実施例における、第２の外側調整部材の斜視図である。

以下、実施例を図面を用いて説明する。

本実施例では、自冷式油入単相変圧器の例を説明する。

図１は同変圧器の概略構造を示す縦断面図である。鉄心主脚１００、鉄心継鉄１０１、鉄心側脚１０２により鉄心が構成される。鉄心主脚１００には、低圧巻線２００と高圧巻線３００が巻回されており、それらの巻線は、絶縁物筒４００の間に配置され、下部絶縁物５００および上部絶縁物６００により固定されている。

鉄心および巻線は、タンク７００内に納められ、充填された鉱油８００により、絶縁および冷却がおこなわれる。また、タンク７００には放熱器（図では省略している）が連結されており、変圧器内で発生した熱は、鉱油の循環により放熱器に運ばれ、そこで外気に放出される。

図２は巻線の冷却構造（例えば、高圧巻線３００）を示す縦断面図である。巻線１は、複数の電線の集まりであるコイル３で構成されている。なお、コイル３は電線３０を巻き回して構成される（図４参照）。

巻線１は、絶縁筒（図１の４００に相当）の間に配置される。巻線１の所々に折流板６ａ、６ｂ、６ｃを設けることにより、例えば、外側垂直ダクト４ｂを流れる鉱油は、水平ダクト５を流れ、内側垂直ダクト４ａに流入し、更に、内側垂直ダクト４ａを流れる鉱油は、水平ダクト５を流れ、外側垂直ダクト４ｂに流入するというように、上方に向ってジグザグの流れを生ずる。すなわち、図２の下側の折流区１１Ａでは概略右から左に鉱油が流れ、上側の折流区１１Ｂでは、左から右に流れる。このジグザグの流れによって、効率的にコイル３を冷却できる。

本発明では、各水平ダクト５における鉱油の流速を均一化するため、折流区１１Ａについては、開口部７ａが位置する外側垂直ダクト４ｂと反対側の垂直ダクト、すなはち、内側垂直ダクト４ａに、内側調整部材８ａを配置している。一方、折流区１１Ｂについては、開口部７ｂが位置する内側垂直ダクト４ａと反対側の外側垂直ダクト４ｂに、外側調整部材８ｂが配置されている。本実施例では調整部材は内側、外側とも２個設けられているが、折流区に含まれるコイルの数を考慮して、その個数を増減しても良い。

図２の縦断面図において、隣接するコイル３は、所定の間隔に保持されている。この保持方法につき図３を用いて説明する。

図３は電線の水平断面図である。電線３０を、半径方向に隣接するよう複数回巻きまわすことにより、下段のコイル３が形成される。そのコイル３の上に、円周方向に等間隔になるよう水平スペーサ２０を配置した後、その上に同様な方法で電線３０を巻きまわすことで、上段のコイル３が形成される。これを繰り返すことで、巻線１が形成される。

水平スペーサ２０の厚さを調整することにより、上下方向に積層されるコイル３の間隔を所定の値に設定できる。コイル３は、内側絶縁筒２ａと外側絶縁筒２ｂの間に冷却流路を形成する。

次に、図４〜図７を用いて、内側調整部材８ａおよび外側調整部材８ｂの固定方法を説明する。

図４は、電線３０を含む断面の水平断面図（図２のIV−IV面を上から見た図）である。なお、内側絶縁筒２ａ、外側絶縁筒２ｂとも、実際は円弧状であるが、簡単のため直線で表示してある。他の水平断面図についても同様である。

内側絶縁筒２ａには、所定の間隔を置いて内側垂直スペーサ２１が配置されている。水平スペーサ２０の端部は、内側垂直スペーサ２１に嵌め込めるような形状に加工されており、半径方向に電線を配置した後、水平スペーサ２０を差込み、上方に配置する電線との距離を所定の距離に保ち、水平ダクト５を形成する。内側垂直スペーサ２１と水平スペーサ２０を利用して、電線３０を巻き付け、コイル３を形成する。外側垂直スペーサ２２により外側から電線３０（及びそれで構成されたコイル３）を押える構造になっている。

図５は、内側調整部材８ａを含む断面の水平断面図（図２のV−V断面を上から見た図）である。内側調整部材８ａは、内側調整部材ベース４０にギャップ保持材４１を接着して作製される。両者は、例えば、プレスボードで作製する。内側調整部材ベース４０の高さは、電線の高さとほぼ等しく設定する。ギャップ保持材４１の厚さ（例えば３ｍｍ）によって、内側絶縁筒２ａとのギャップ寸法を所定の値に設定できる。隣り合う内側垂直スペーサ２１の間に内側調整部材８ａを挿入し、径方向に配置された電線３０と外側垂直スペーサ２２により固定される。水平スペーサ２０で内側調整部材８ａの上下を挟みこむことにより、その上下方向位置を固定することができる。

図６は外側調整部材８ｂを含む断面の水平断面図（図２のVI−VI断面を上から見た図）である。外側調整部材８ｂは、ギャップ保持材４３を接着した外側調整部材ベース４２を、ベース連結部材４４に接着することにより形成する。これらは、例えば、プレスボードおよび絶縁紙を用いて作製される。

図７は、図６に示す外側調整部材８ｂの斜視図である。ギャップ保持材４３の厚さ（例えば３ｍｍ）によって、外側絶縁筒２ｂとのギャップ寸法を所定の値に設定できる。

電線３０を所定の回数巻いた後、その外周に外側調整部材８ｂを取り付ける。
外側調整部材８ｂは、外側垂直スペーサ２２により、内径側に向って押付けられ、固定される。水平スペーサ２０で外側調整部材８ｂの上下を挟みこむことにより、その上下方向位置を固定することができる。

次に本実施例の作用について図２および図８を参照して説明する。

コイル３の冷却は、水平ダクト５（図１参照）を流れる鉱油によって行われるが、鉱油の流速が大きい程、冷却効果が高くなる。図８は、一折流区の各水平ダクトにおける流速の分布である。図８は、調整部材（図２参照）がある場合とない場合について流速をプロットしたものである。水平ダクト番号は、下から上に向って順番に付けている。

自冷式変圧器巻線の冷却において、調整部材がない場合は、折流板６ａ等の上方に位置する数個の水平ダクトにおける鉱油の流速は大きいが、更に上方の水平ダクトでは流速が大幅に低下することがわかる。

一方、調整部材ありの場合は、調整部材なしの場合の最大流速を１とした場合、各部流速は、０．２〜０．６になっており、流速の分布が均一化されている。その結果、調整部材ありの場合の最高巻線温度上昇（周囲油温に対する）を、調整部材なしの場合の約４０％に低減できる。

次に、上述の結果になる理由を、図２を参照して説明する。

開口部７ａから流入した鉱油は、内側調整部材なしの場合は、下から1〜４番目までの水平ダクト５に多く流れるため、それより上方の水平ダクトに流れる流量はかなり小さくなる。

これに対して、内側調整部材８ａを設けることにより、内側調整部材８ａの形成するギャップ部で、圧力損失が増えるため、内側調整部材８ａの下流側水平ダクト５における流速は内側調整部材なしの場合より低減される。これに伴い、外側垂直ダクトを上方に流れる鉱油の量が増加するため、内側調整部材８ａより上方の水平ダクト５における流速も増加する。第２番目の内側調整部材８ａについても、同様の効果がある。以上のようにして、折流区内の各水平ダクト５の鉱油の流速の均一化が可能となる。

本実施例では、折流板に代えて閉塞部材を用いた場合について説明する。

図９は本実施例における巻線の冷却構造を示す縦断面図である。本実施例の巻線冷却構造は、図２の巻線冷却構造とほぼ同じであるが、折流板６a、６ｂ、６ｃの代わりに、閉塞部材９a、９ｂ、９ｃを設けている。閉塞部材９a、９ｂ、９ｃにより、内側垂直ダクト４ａおよび外側垂直ダクト４ｂを上方に流れる鉱油の流れをほぼ閉塞する効果がある。

次に、閉塞部材の取り付け方法を説明する。

図１０は閉塞部材を含む断面の水平断面図である（図９のX−X断面を上から見た図）。図２に示された同一の符号を付された構成と、同一の機能を有する部分については、説明を省略する。

本実施例では、閉塞部材９aは、隣り合う内側垂直スペーサ２１の間に嵌めあうことができ、内側垂直ダクト４a全体を覆う単位閉塞部材５０を、円周方向に配置することにより、構成する。単位閉塞部材５０は水平スペーサ２０で挟むことで、しっかり固定できる。従って、折流板９aと同様の効果がある。単位閉塞部材５０の組み立て方法は、内側調整部材８ａや外側調整部材８ｂの組み立て方法とほとんど同じであり、折流板を用いる場合より組み立て作業が容易になるという効果がある。

本実施例では、内側調整部材および外側調整部材が形成するギャップを、電線３０側に形成する場合について説明する。

図１１は本実施例における巻線の冷却構造を示す縦断面図である。本実施例の巻線冷却構造は、図２とほぼ同じであるが、図２の実施例において、内側調整部材８ａおよび外側調整部材８ｂでのギャップが、内側絶縁筒２ａあるいは外側絶縁筒２ｂ側に形成されているのに対し、本実施例では第２の内側調整部材１０ａおよび第２の外側調整部材１０ｂのギャップがコイル３側に形成される点が異なっている。

次に図１２〜図１４を用いて、第２の内側調整部材１０ａおよび第２の外側調整部材１０ｂの固定方法を説明する。

図１２は、第２の内側調整部材１０ａを含む断面の水平断面図（図１１のXII−XII断面を上から見た図）である。第２の内側調整部材１０ａは、第２の内側調整部材ベース４５にギャップ保持材４６を接着して作製される。両者は、例えば、プレスボードで作製する。第２の内側調整部材ベース４５は電線３０とほぼ同じ高さに配置する。ギャップ保持材４６の厚さ（例えば３ｍｍ）によって、内径側の電線３０とのギャップ寸法を所定の値に設定できる。隣り合う内側垂直スペーサ２１の間に第２の内側調整部材１０ａを挿入し、径方向に配置された電線３０と外側垂直スペーサ２２により固定される。水平スペーサ２０で内側調整部材１０ａの上下を挟みこむことにより、その上下方向位置を固定することができる。

図１３は第２の外側調整部材１０ｂを含む断面の水平断面図（図１１のXIII−XIII断面を上から見た図）である。

第２の外側調整部材１０ｂは、ギャップ保持材４８を接着した第２の外側調整部材ベース４７を、ベース連結部材４９に接着することにより形成する。これらは、例えば、プレスボードおよび絶縁紙を用いて作製される。図１４は外側調整部材１０ｂの斜視図である。ギャップ保持材４８の厚さ（例えば３ｍｍ）によって、最外周の電線３０とのギャップ寸法を所定の値に設定できる。第２の外側調整部材１０ｂは、最外周の電線の周囲に配置され、外側垂直スペーサ２２により固定される。水平スペーサ２０で外側調整部材１０ｂの上下を挟みこむことにより、その上下方向位置を固定することができる。

図１１の巻線冷却構造とすることで、図２の実施例と同様に、折流区内の各水平ダクト５の鉱油の流速を均一化でき、巻線最高温度上昇を低減できる。本実施例では、第２の内側調整部材１０ａおよび第２の外側調整部材１０ｂに隣接する電線の温度上昇を低く抑えることができる利点がある。

本発明は前記した実施形態に限定されるものではない。例えば、前記した実施形態は本発明を分かり易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ない。また、実施形態のある構成の一部を他の実施形態に置き換えることも可能であり、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。なお、以上では変圧器を実施例として説明したが、鉄心リアクトル？等の静止誘導電器についても本発明を適用することが可能である。

１・・・巻線、２ａ・・・内側絶縁筒、２ｂ・・・外側絶縁筒、３・・・コイル、４ａ・・・内側垂直ダクト、４ｂ・・・外側垂直ダクト、５・・・水平ダクト、６ａ、６ｂ、６ｃ・・・折流板、７ａ、７ｂ、７ｃ・・・開口部、８ａ・・・内側調整部材、８ｂ・・・外側調整部材、９ａ、９ｂ、９ｃ・・・閉塞部材、１０ａ・・・第２の内側調整部材、１０ｂ・・・第２の外側調整部材、１１Ａ、１１Ｂ・・・折流区、２０・・・水平スペーサ、２１・・・内側垂直スペーサ、２２・・・外側垂直スペーサ、３０・・・電線、４０・・・内側調整部材ベース、４１、４３、４６、４８・・・ギャップ保持材、４２・・・外側調整部材ベース、４４、４９・・・ベース連結部材、４５・・・第２の内側調整部材ベース、４７・・・第２の外側調整部材ベース、５０・・・単位閉塞部材、１００・・・鉄心主脚、１０１・・・鉄心継鉄、１０２・・・鉄心側脚、２００・・・低圧巻線、３００・・・高圧巻線、４００・・・絶縁筒、７００・・・タンク、８００・・・鉱油

Claims (2)

1. 鉄心脚と鉄心継鉄を有する鉄心と、前記鉄心脚に巻回された巻線と、前記巻線を冷却する冷却媒体と、前記巻線の周囲に前記冷却媒体の流れを形成する絶縁筒と、前記絶縁筒の内壁側及び外壁側に交互に設けられた折流部材を有する静止誘導電器であって、
   前記折流部材のそれぞれと同じ側でかつ、その上側に前記冷却媒体の流れを狭窄する調整部材を有し、
   前記調整部材は、前記絶縁筒と前記巻線の間に配される調整部材ベースと、前記調整部材ベースと前記巻線の間のギャップを調整するギャップ保持材を有することを特徴とする、
   静止誘導電器。
2. 鉄心脚と鉄心継鉄を有する鉄心と、前記鉄心脚に巻回された巻線と、前記巻線を冷却する冷却媒体と、前記巻線の周囲に前記冷却媒体の流れを形成する絶縁筒と、前記絶縁筒の内壁側及び外壁側に交互に設けられた折流部材を有する静止誘導電器であって、
   前記折流部材のそれぞれと同じ側でかつ、その上側に前記冷却媒体の流れを狭窄する調整部材を有し、
   前記調整部材は、前記絶縁筒と前記巻線の間に配される調整部材ベースと、前記調整部材ベースと前記絶縁筒の間のギャップを調整するギャップ保持材を有することを特徴とする、
   静止誘導電器。

Images