JP7032555B2 - 液体充填シェルトランスフォーマまたはシェルリアクトルのためのタンク - Google Patents

Description

本出願は、２０１８年３月７日に出願されたＥＰ１８３８２１４２の利益および優先権を主張する。

本開示は、油などの絶縁液が充填されるシェルトランスフォーマまたはシェルリアクトルのためのタンクに関する。

背景技術
パワートランスフォーマまたはリアクトルは、内部の破損の場合に内部アークエネルギーに晒され得る。次いで、トランスフォーマまたはリアクトルのアクティブ部分を取り囲む絶縁流体は気化し得、膨張するガスバブルを作り出し得、トランスフォーマまたはリアクトルタンクを破壊し得る過剰圧力を引き起こす。

そのようなアーク障害は、トランスフォーマ／リアクトルのアクティブ部分の周りに機械的に嵌合する形状嵌合タンクを有し、コア型技術のタンクよりも剛性であるシェル型トランスフォーマまたはシェル型リアクトルにおいてより重大である。したがって、シェルトランスフォーマまたはリアクトルのタンクは、可撓性がより低く、高い引張応力に晒される際に破壊することなく変形することがあまりできない。内部アークの場合、結果として生じる過剰圧力は、タンクの少なくともある領域または部分の極限引張強度を超え得る機械的応力をタンク内に作り出すことになる。したがって、タンクは、内部アークについて低レベルのエネルギーであっても、許容できない歪みおよび破壊を被り得る。タンクの破裂は、油の流出および火災の発生のリスクを引き起こし得る。

内部アーク障害の場合におけるタンクの破裂の問題に対処するために、特にコア型トランスフォーマについていくつかのソリューションが開発されている。既知のソリューションはたとえば、圧力緩和デバイスと、（シェル技術のための）タンクの異なる部分同士の間の溶着された接合部を補強するとともにそれらが破壊するのを防止するよう別個の位置に設けられるＣ形状のクランプ、または、タンクの側壁上の補強リブと、タンク寸法の修正とを伴う。

しかしながら、既知のソリューションは、内部アーク障害の場合にシェルタイプトランスフォーマまたはリアクトルのタンクの破裂を防止するのに十分ではない場合があるので、より安全であるとともに破裂のリスクが低減されるタンクを提供することが望ましい。

開示の概要
第１の局面に従うと、液体充填シェルトランスフォーマまたはシェルリアクトルのためのタンクが提供される。当該タンクは、底板および下側側壁を有する下側タンク部と、上側側壁を有する上側タンク部とを含み、下側タンク部および上側タンク部は、実質的に水平な周方向接合線に沿って一緒に接合されており、かつ、シェルトランスフォーマまたはシェルリアクトルのアクティブ部分および絶縁液を収容するための内部空間を規定している。タンクはさらに、補強取囲部を含み、補強取囲部は、下側タンク部の下側側壁および上側タンク部の上側側壁を取り囲むとともに下側タンク部の下側側壁および上側タンク部の上側側壁に接合されており、かつ、下側タンク部と上側タンク部との間の周方向接合線を囲む密閉チャンバを形成する。

トランスフォーマまたはリアクトルにおいて内部アークによって引き起こされる過剰圧力の場合、補強取囲部は、タンクの２つの部分（下側部分および上側部分）の間の接合部の保護を提供する。既知のタンクでは、この接合部は、その位置および可撓性の欠如により脆弱かつ重要な領域である。この接合部は、通常、内部アークの場合においてタンクが破壊することなく変形して過剰圧力に対処することを可能にしない単に溶着された接合部であるからである。溶着部に適用されるいくつかの別個のＣ形状のクランプの使用のような既知の方策は、そのような場合では十分ではない。補強取囲部は、接合部の領域においてタンクにより高い極限引張強度を提供し、タンクの上側領域といった、過剰圧力と、結果として生じるタンク壁上の応力とがより容易に対処され得るタンクの他の領域に最も脆弱な点を移動させる。

さらに、補強取囲部がタンクの下側部と上側部との間の接合部を取り囲む密閉チャンバを形成するように構成されることは、一次溶着メール（mail）が、非常に高い過剰圧力および応力によって１つ以上の点において破損または破壊しても、たとえば油のような絶縁液がチャンバ内に制限され、当該付加的な保護によりタンクから流出しないことを意味する。したがって、補強取囲部は、油の流出と、そのような油の流出に関連付けられる火災のリスクとから環境を保護するという付加的な利点を有する。

本開示はさらに、本明細書に開示されるタンクを有する液体充填シェルトランスフォーマまたはシェルリアクトルを提供する。

本開示において提示されるタンクの実施形態は、単相シェルトランスフォーマおよびリアクトルに好適であるが、三相トランスフォーマおよびリアクトルなどの多相シェルシステムにおいても適用されてもよい。

第２の局面に従うと、本開示は、液体充填シェルトランスフォーマまたはシェルリアクトルを組み立てるための方法を提供する。当該方法は、
実質的に水平な周方向接合線に沿って互いに接合されるように構成される下側タンク部と上側タンク部とを設けることと、
下側タンク部の側壁に下側補強取囲部分を接合し、上側タンク部の側壁に上側補強取囲部分を接合することと、
シェルトランスフォーマまたはシェルリアクトルのアクティブ部分を下側タンク部内にマウントすることと、
上側タンク部を下側タンク部上にマウントし、周方向接合線に沿ってそれらを一緒に溶着することと、
下側タンク部と上側タンク部との間の周方向接合線を囲む密閉チャンバを形成するよう、下側補強取囲部分および上側補強取囲部分を一緒に接合することとを含む。

本デバイスの特定の実施形態を、添付の図面を参照して、非限定的な例により以下に記載する。

本開示の例に従ったタンクの上側タンク部および下側タンク部の概略断面図である。 本開示の例に従ったタンクの上側タンク部および下側タンク部の概略断面図である。 図１および図２のタンク部を有するように構築されたタンクの上側タンク部と下側タンク部との間の接合部の領域を示す、部分的に切断された概略斜視図である。 断面における図３Ａの詳細の拡大図である。 ２つのタンク部同士の間の接合部に部分的に適用される補強取囲部を示す、実施形態に従ったタンクの下側部分の部分斜視図である。 液体充填シェルトランスフォーマまたはシェルリアクトルを組み立てるための方法の例を示すフロー図である。

詳細な説明
本明細書に開示される実施形態に従ったタンクは、パワートランスフォーマまたはリアクトルのアクティブ部分を収容するのに好適であり、当該アクティブ部分を収容するよう意図されている。より詳細には、シェル型ソリューションに好適であり、シェル型ソリューションのために意図されている。シェル技術のためのタンクは典型的に、直列に位置決めおよび接続される複数のパンケーキによって形成される巻線パッケージが内部に配置される下側タンク部を含む。トランスフォーマコアは、タンクの底板上において、巻線パッケージの周りに積み重ねられ、上側タンク部は、コアを取り囲むよう下側タンク部上にセットされ、下側タンク部に溶着される。最後に、上側タンク部の上部にタンクカバーが溶着され、タンク内の空間の残部が油などの絶縁液で充填される。

したがって、下側タンク部および上側タンク部は、シェル型のアクティブ部分（巻線、コアなど）および絶縁液のための内部空間をそれらの間に規定する。タンク、したがって上側タンク部および下側タンク部は、角柱状であってもよい。典型的には、四角柱であってもよい。

本開示において、上、下、垂直、水平などの表現は、使用時のトランスフォーマおよびタンクの意図された位置を参照して与えられる。

本開示において、「トランスフォーマ」という表現はさらに、オートトランスフォーマを包含することを意味する。

図１は、たとえば角柱状のタンクの上側タンク部１０の詳細を断面で示す。上側タンク部１０は、実質的に垂直であり、その下端において水平フランジ１２にて終端し、上側タンク部１０の周の周り全体に延在する側壁１１を含み得る。フランジ１２は、示されるように溶着継ぎ目１３によって側壁１１の垂直部分に溶着されてもよく、または、側壁１１の端部を折り曲げることにより形成されてもよい。

側壁１１には上側補強リング１１０が接合されるのが示されている。上側補強リング１１０は、中空であってもよく、たとえば、示されるようにＵ形状の断面を有し得るが、矩形である断面または任意の他の形状および寸法を有する断面を有してもよい。上側補強リング１１０は、垂直側壁１１から水平にフランジ１２よりも突出し得る。

上側補強リング１１０は、連続片を形成するよう、上側タンク部１０のすべてを取り囲んでもよく、たとえば、２つの連続するフィレット溶着部１１１および１１２をその周り全体に形成することによって、溶着により上側タンク部１０の側壁１１に接合され得る。

同様に、図２は、下側タンク部２０の詳細を断面で示す。下側タンク部２０は、たとえばシェルトランスフォーマまたはシェルリアクトル（図示せず）のアクティブ部分を収容するためのタンクを形成するよう両方の部分が接合され得るように、図１の上側タンク部１０の形状に合致する。

下側タンク部２０は、底部板と、実質的に垂直であり、その上端において水平フランジ２２にて終端し、下側タンク部２０の周の周り全体に延在する側壁２１とを含み得る。下側タンク部２０は、上側タンク部１０に対してより小さい内部水平寸法および内部垂直寸法を有してもよいが、上側タンク部１０のフランジ１２の寸法および下側タンク部２０のフランジ２２の寸法は、合致するように構成されるとともに、上側タンク部１０と下側タンク部２０との間の水平な周方向接合線をそれらの間に形成するように構成されてもよい。

側壁２１のフランジ２２には下側補強リング１２０が接合されるのが示されている。下側補強リング１２０は、中空であってもよく、たとえば、示されるようにＧ形状の断面を有し得るが、矩形である断面または任意の他の形状および寸法を有する断面を有してもよい。下側補強リング１２０は、垂直側壁２１から水平に水平フランジ２２よりも突出し得る。

下側補強リング１２０は、連続片を形成するよう、下側タンク部２０のすべてを取り囲んでもよく、たとえば、２つの連続するフィレット溶着部１２１および１２２を形成することによって、溶着により下側タンク部２０のフランジ２２に接合されてもよい。

図３Ａは、タンクを形成するよう一緒に組み立てられる図１の上側タンク部１０と図２の下側タンク部２０とを、部分的に切断された斜視図で示す。水平フランジ１２は、水平フランジ２２と重畳し得、当該２つのフランジは、実質的に水平な周方向接合線全体の周りでタンクの２つの部分１０および２０を接合および密閉する溶着継ぎ目３０により一緒に溶着され得る。

図３Ａに示されるように、閉鎖板またはベルト１３０が、上側補強リング１１０および下側補強リング１２０に対して適用され得、両方に接合され得る。たとえば、ビーム１１０および１２０に溶着され得る。

上側補強リング１１０、下側補強リング１２０およびベルト１３０のアセンブリは、上側タンク部１０および下側タンク部２０の側壁１１および２１を、それらの間の周方向接合線のレベルで取り囲む補強取囲部１００を形成する。補強取囲部１００は、側壁１１の垂直部分および側壁２１のフランジ２２に接合、たとえば溶着される。上側補強リング１１０は、上側補強取囲部分の実施形態であり、下側補強リング１２０は、この場合、閉鎖板またはベルト１３０を通じて一緒に接合され得る下側補強取囲部分の実施形態である。

図３Ｂは、図３Ａの詳細の拡大断面図であり、たとえば、２つの連続的なフィレット溶着部１３１および１３２によって、ベルト１３０がどのように上側補強リング１１０および１２０にそれぞれ接合され得るかを示す。

ベルト１３０は、連続的かつ密封する態様でタンクのすべてを取り囲むように適用され得る。

図３Ａおよび図３Ｂにおいて、補強取囲部１００は、上側タンク部１１０と下側タンク部１２０との間の周方向接合線のすべてを囲むよう、溶着継ぎ目３０の周りに密閉チャンバ１４０を形成し得ることが理解されるであろう。

チャンバ１４０は、タンクの周の周り全体にわたる単一の実質的にトロイダル状のチャンバであってもよく、または、たとえば垂直板（図示せず）によって複数の別個のコンパートメントに分割されてもよい。

他の実施形態では、補強取囲部１００は、上述したものとは異なる補強要素によって形成されてもよい。たとえば、補強取囲部１００は、異なる形状を有するか、または、タンクの周に沿って変動する形状寸法および／もしくは構成を有する補強リングを含んでもよい。たとえば、下側タンク部の対向する２つの側上において短絡ビームを有するシェルトランスフォーマのためのタンクにおいて、下側補強リングは、下側タンク部の異なる側上において異なる形状を有してもよく、下側タンク部の異なる部分に接合されてもよく、異なる態様で接合されてもよい。他の例では、補強リングは、Ｉビーム、Ｔビームまたはその他のビームといった非中空ビームを有するように形成されてもよい。上側および下側補強リングは、異なる長さで突出してもよく、および／または、ベルトまたは閉鎖板１３０とは異なる閉鎖要素によって接合されてもよい。あるいは、上側および下側補強リングは、上側および下側補強リングが密閉チャンバを形成することを可能にするとともに、閉鎖板またはベルトを必要とすることなく互いに溶着されることを可能にする形状を有してもよい。

他の実施形態では、接合部のうちの少なくともいくつか、たとえば、ベルト１３０と補強リング１１０および１２０との間の接合部の一方または両方が、溶着の代わりにボルト締めによって形成されてもよい。

図４は、図１、図２および図３を参照して詳細に記載されたような補強取囲部１００とともに、上側タンク部１０および下側タンク部２０の部分を斜視図で示す。補強取囲部１００のベルト１３０は、その後ろの密閉チャンバ１４０の内部を示すように部分的に切断されている。

補強取囲部１００が、２つのタンク部１１０および１２０を互いに接合する溶着継ぎ目３０を強化および保護することが図３Ｂおよび図４から理解される。

トランスフォーマ巻線における短絡または同様の障害は、たとえば２０ＭＪのエネルギーを生成する内部アークを引き起こし得る。タンクの上側部と下側部との間の溶着継ぎ目３０が、脆弱な点であり、結果として生じる過剰圧力に耐えることができず、破壊する傾向がある。しかしながら、補強取囲部１００は、より高い極限引張強度を溶着継ぎ目領域に提供するので、溶着継ぎ目は、破損および破壊なく、はるかに高い過剰圧力に耐え得る。

さらに、溶着継ぎ目３０がタンクの周の１つ以上の点で破損して絶縁油が流れ出る場合において、強化された密閉チャンバ１４０は、この油を制限するので、環境への流出および火災のリスクなどの重大な危険を防止する。

実際には、補強取囲部１００は、溶着継ぎ目３０から、破裂に至ることなくエネルギーを吸収し変形するようにより容易に構成されるタンク壁の他の領域にタンクの最も脆弱な点を移動させる。

本明細書に開示されるタンクの実施形態には、上側タンク部１０の側壁１１上に垂直リブがさらに設けられてもよい。そのため、当該リブを有する側壁は、破裂に至ることなく、アークエネルギーを吸収し変形するのに十分な可撓性を有するように構築され得る。強度と可撓性との間の適切な妥協を提供するためのリブの数、位置および構成は、各特定の場合に依存する。

上側タンク部１１０の２つの側壁１１同士間の縁部および／または下側タンク部１２０の２つの側壁２１同士間の縁部は、過剰圧力に対してより良好に抵抗するために円形状にされてもよい。

液体充填シェルトランスフォーマまたはシェルリアクトルの実施形態には、上で開示され、そのようなシェルトランスフォーマまたはシェルリアクトルの下側部分が示される図４に示されるような補強取囲部１００を有するタンクが設けられてもよい。

本開示に従ったタンクを有するトランスフォーマまたはリアクトルは、図５に示されるように、方法の実施形態によって組み立てられ得る。当該方法は、
ブロック２００において、下側タンク部２０と上側タンク部１０とを設けることと、
ブロック２１０において、下側タンク部２０の側壁２１，２２に下側補強取囲部分１２０を接合し、上側タンク部１０の側壁１１，１２に上側補強取囲部分１１０を接合することと、
ブロック２２０において、シェル型アクティブ部分を下側タンク部２０内にマウントすることと、
ブロック２３０において、上側タンク部１０を下側タンク部２０上にマウントし、フランジ１２および２２を溶着継ぎ目３０により周方向接合線に沿って溶着することによって、それらを一緒に接合することと、
ブロック２４０において、たとえばベルト１３０を適用および溶着することによって、周方向接合線および溶着継ぎ目３０を囲む密閉チャンバ１４０を形成するよう、下側補強取囲部分１２０および上側補強取囲部分１１０を一緒に接合することとを含む。

多くの特定の実施形態および例のみが本明細書に開示されているが、当業者は、開示されたイノベーションならびにその明白な修正例および均等例の他の代替的な実施形態および／または使用が可能であることを理解するであろう。さらに、本開示は、記載された特定の実施形態のすべての可能な組み合わせをカバーする。本開示の範囲は、特定の実施形態によって限定されるべきではなく、添付の請求の範囲の公平な解釈によってのみ決定されるべきである。

Claims (13)

1. 液体充填シェルトランスフォーマまたはシェルリアクトルのためのタンクであって、
   底板および下側側壁（２１，２２）を有する下側タンク部（２０）と、上側側壁（１１，１２）を有する上側タンク部（１０）とを含み、
   前記下側タンク部（２０）および上側タンク部（１０）は、実質的に水平な周方向接合線に沿って一緒に接合されており、かつ、前記シェルトランスフォーマまたはシェルリアクトルのアクティブ部分および絶縁液を収容するための内部空間を規定しており、前記周方向接合線は、前記下側タンク部（２０）の前記下側側壁（２１，２２）の水平フランジ（２２）の上面にあり、
   前記タンクは、補強取囲部（１００）を含み、前記補強取囲部（１００）は、前記下側タンク部（２０）の前記下側側壁（２１，２２）に接合された下側補強リング（１２０）と、前記上側タンク部（１０）の前記上側側壁（１１，１２）に接合された上側補強リング（１１０）とを含み、前記補強取囲部（１００）はさらに、前記下側補強リングと前記上側補強リングとに接合されたベルトまたは閉鎖プレート（１３０）をさらに含み、
   前記下側補強リングは、前記下側タンク部（２０）の前記下側側壁（２１，２２）の前記水平フランジ（２２）に接合され、
   前記下側補強リングは、前記水平フランジ（２２）よりも外側に突出し、
   前記下側補強リングの前記突出した部分と前記上側補強リングとの間が前記ベルトまたは閉鎖プレートによって閉鎖されることにより、前記下側タンク部と前記上側タンク部の間にある前記周方向接合線を囲んだ密閉チャンバ（１４０）が形成される、タンク。
2. 前記下側タンク部（２０）および前記上側タンク部（１０）は、溶着継ぎ目（３０）によって前記周方向接合線に沿って一緒に接合される、請求項１に記載のタンク。
3. 前記補強取囲部は、前記下側タンク部（２０）と前記上側タンク部（１０）との間に補強取囲部がなかった場合に周方向の前記溶着継ぎ目（３０）が有する極限引張強度に対して、より高い極限引張強度を有する、請求項２に記載のタンク。
4. 前記補強取囲部（１００）は、前記下側タンク部（２０）の前記下側側壁（２１，２２）の前記水平フランジ（２２）に溶着され、前記上側タンク部（１０）の前記上側側壁（１１）に溶着によって接合される、請求項１～３のいずれか１項に記載のタンク。
5. 前記上側タンク部（１０）の前記上側側壁（１１，１２）は、水平フランジ（１２）を備え、前記上側タンク部（１０）の前記上側側壁（１１，１２）の前記水平フランジ（１２）は、前記下側タンク部（２０）の前記下側側壁（２１，２１）の前記水平フランジ（２２）の上面に重畳し、２つの前記水平フランジ（１２，１２）は、前記上側タンク部（１０）と前記下側タンク部（２０）とを接合する溶着継ぎ目（３０）によって、前記実質的に水平な周方向接合線の周全体で一緒に溶着される、請求項１に記載のタンク。
6. 前記下側タンク部（２０）の前記水平フランジ（２２）上に前記周方向接合線と実質的に平行な２つの連続したフィレット溶着部（１２１，１２２）を形成することにより、前記下側補強リング（１２０）は前記下側タンク部（２０）の前記水平フランジ（２２）に接合され、前記２つの連続するフィレット溶着部のうち一方のフィレット溶着部（１２２）は、前記周方向接合線よりも内側に形成され、前記２つの連続するフィレット溶着部のうち他方のフィレット溶着部（１２１）は、前記周方向接合線よりも外側に形成される、請求項１～５のいずれか１項に記載のタンク。
7. 前記下側補強リング（１２０）は、溶着によって前記下側タンク部（２０）に接合される、請求項１～６のいずれか１項に記載のタンク。
8. 前記上側補強リング（１１０）は、前記上側タンク部（１０）に溶着によって接合される、請求項１～７のいずれか１項に記載のタンク。
9. 前記ベルトまたは閉鎖板（１３０）は、前記下側補強リング（１２０）および前記上側補強リング（１１０）に溶着によって接合される、請求項１～８のいずれか１項記載のタンク。
10. 前記下側補強リング（１２０）および前記上側補強リング（１１０）は、前記ベルト又は閉鎖プレート（１３０）に形成された連続的なフィレット溶着部（１３１，１３２）によって接合される、請求項１～９のいずれか１項に記載のタンク。
11. 前記上側タンク部（１０）および前記下側タンク部（２０）は角柱状である、請求項１～１０のいずれか１項に記載のタンク。
12. 請求項１～１１のいずれか１項に記載のタンクを含む、液体充填シェルトランスフォーマまたはシェルリアクトル。
13. 液体充填シェルトランスフォーマまたはシェルリアクトルを組み立てるための方法であって、
    実質的に水平な周方向接合線に沿って互いに接合されるように構成される下側タンク部（２０）と上側タンク部（１０）とを設けることと、
    前記下側タンク部（２０）の下側側壁（２１，２２）に下側補強リング（１２０）を接合し、前記上側タンク部（１０）の上側側壁（１１，１２）に上側補強リング（１１０）を接合することと、
    前記シェルトランスフォーマまたはシェルリアクトルのアクティブ部分を前記下側タンク部（２０）内にマウントすることと、
    前記上側タンク部（１０）を前記下側タンク部（２０）上にマウントし、前記周方向接合線に沿ってそれらを一緒に溶着することとを含み、前記周方向接合線は前記下側タンク部（２０）の前記下側側壁（２１，２２）の水平フランジ（２２）の上面にあり、前記方法はさらに、
    前記下側補強リングおよび前記上側補強リングの両方をベルトまたは閉鎖プレート（１３０）に接合することであって、前記ベルトまたは閉鎖プレートが前記下側補強リングに接合され、前記ベルトまたは閉鎖プレートが前記上側補強リングに接合されることを含み、
    前記下側補強リングは、前記下側タンク部（２０）の前記下側側壁（２１，２２）の前記水平フランジ（２２）に接合され、
    前記下側補強リングは、前記水平フランジ（２２）よりも外側に突出し、
    前記下側補強リングの前記突出した部分と前記上側補強リングとの間が前記ベルトまたは閉鎖プレートによって閉鎖されることにより、前記下側タンク部と前記上側タンク部の間にある前記周方向接合線を囲んだ密閉チャンバ（１４０）が形成される、方法。

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