JP7298199B2 - 静止誘導電器 - Google Patents

Description

本発明は、静止誘導電器に関し、特に、容器内に絶縁性の液体を収容する静止誘導電器に関する。

変圧器（静止誘導電器）は、電磁誘導を利用して交流電力の電圧を変換する機器であり、磁気回路を構成する鉄心と、電気回路を構成する巻線とがタンク内に収容されて構成される。このような変圧器としては、特許文献１に開示されるように、鉄心及び巻線をタンクに収容し、タンクに絶縁油を充填したものが知られている。

特許文献１の変圧器は、タンクの外部に熱交換器が設けられ、自然対流によってタンク内と熱交換器とで絶縁油が循環している。特許文献１では、タンク及び熱交換器の上部間及び下部間が連通管によって接続されている。このような変圧器としては、上部の配管によってタンク内の絶縁油を冷却器に送出し、下部の配管によって熱交換器で冷却された絶縁油をタンクに送出して循環するものが知られている。また、特許文献１の変圧器では、タンクの側壁における配管の接続部分に開口が形成され、開口より高い位置に絶縁油の液面が設定され、液面より上方にはガスが充填されている。このような構成において、絶縁油の液面高さを低くすれば、タンクの高さを小さくでき、変圧器全体としての省スペース化を図ることが考えられる。

特開２０００－６８２１７号公報

しかしながら、上記のように絶縁油の液面高さを低くし、上部の配管が接続される開口と液面とが接近すると、かかる開口での絶縁油の吸込みと同時に絶縁油にガスが巻き込まれ易くなる、という問題がある。更に、冷却効率の向上を目的として送油ポンプを用いて絶縁油を強制的に循環させた場合、ガスがより巻き込まれ易くなる。このようにガスを巻き込むと、絶縁油中に気泡が混ざって絶縁耐力が低下する、という問題が発生する。かかる問題は、絶縁油の液面を高くすれば解消し得るが、そうするとタンクの高さが高くなって変圧器全体が大型化する、という問題がある。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、絶縁液体に気体が混入することを抑制でき、省スペース化を図ることができる静止誘導電器を提供することを目的の一つとする。

本発明における一態様の静止誘導電器は、巻線、磁心及び絶縁液体を収容する容器と、前記容器の外部に設けられて前記絶縁液体を冷却する冷却装置と、前記容器と前記冷却装置とに接続されて前記絶縁液体が流れる配管と、前記配管に設けられて前記容器と前記冷却装置とで前記絶縁液体を循環させる循環装置とを備え、前記容器の側壁には、該容器内の前記絶縁液体を前記配管に送出するための開口が前記絶縁液体の液面寄りに設けられ、前記側壁内面であって前記開口と前記絶縁液体の液面との間に、該開口に流れる前記絶縁液体に気体が混入することを抑制する抑制部を配設し、前記配管は、上方から見て、前記側壁内面と平行な方向にて前記容器の中心位置から所定方向にずれた位置に接続され、前記抑制部は、上方から見て、前記側壁内面と平行な方向における前記開口の中心位置から前記抑制部の両端部への寸法にて、前記所定方向と反対方向の端部に対する寸法の方が大きく形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、開口と絶縁液体の液面との間に抑制部を設けたので、抑制部が開口への気体の流れを遮るようになり、開口に流れ込む絶縁液体に気体が混入することを抑制することができる。これにより、気体の混入に起因する絶縁液体の絶縁耐力の低下を防止することができる。しかも、絶縁液体の液面を開口に接近可能として低くすることができ、容器の高さ寸法を小さくして機器全体の省スペース化を図ることができる。

本発明の静止誘導電器によれば、抑制部を設けたことで、絶縁液体に気体が混入することを抑制でき、省スペース化を図ることができる。

本実施の形態に係る油入変圧器を模式的に示した縦断面図である。 比較例にかかる不具合の説明図である。 本実施の形態に係る抑制部周りの説明図である。 図４Ａ～図４Ｃは、第２の実施の形態に係る抑制部周りの説明図である。 図５Ａは、第３の実施の形態に係る抑制部周りの説明図であり、図５Ｂは、容器に対する配管のレイアウトの一例を示す説明図である。

以下、本発明の一実施の形態に係る静止誘導電器について、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下においては、本発明に係る静止誘導電器を油入変圧器とした場合について説明する。しかしながら、本発明に係る静止誘導電器は、油入変圧器に限定されるものではなく、絶縁液体を冷媒として利用する他の変圧器やリアクトル等にも適宜変更が可能である。

［第１の実施の形態］
図１は、第１の実施の形態に係る油入変圧器を模式的に示した縦断面図である。図１に示すように、油入変圧器１は、磁気回路を構成する磁心２と、磁心２に巻回されて電気回路を構成する巻線３とを備え、商用交流電源等から所定周波数の交流電力が供給される。また、油入変圧器１は、磁心２及び巻線３を収容する容器１０を備えている。

容器１０は、底壁１１、頂壁１２、左側壁１３、右側壁１４、後側壁１５及び前側壁（不図示）を備えた内部を密閉する箱状に形成されている。底壁１１上には、フレーム等の支持部材（不図示）を介して磁心２及び巻線３が設置されている。なお、本実施の形態では、底壁１１及び頂壁１２を方形状として、上記の４体の側壁１３～１５を形成したが、それらの形状やレイアウト等は適宜変更可能である。

容器１０内には、磁心２及び巻線３の冷却効果や絶縁強度を高めるため、絶縁液体として絶縁油Ｌが収容（充填）されている。絶縁油Ｌの液面Ｌ１は、磁心２及び巻線３の最上端位置より高い位置に設定され、磁心２及び巻線３の全てが絶縁油Ｌに浸漬した状態となっている。容器１０内における液面Ｌ１の上方空間には、ガスＧが充填され、本実施の形態では窒素ガスが充填されている。

油入変圧器１にあっては、容器１０の外部において、上部配管２１、下部配管２２、冷却装置２３及び循環装置２４を備えている。本実施の形態では、上部配管２１の一端部は、容器１０の右側壁１４の上方であって絶縁油Ｌの液面Ｌ１より下方位置に接続され、下部配管２２の一端部は、右側壁１４の下方に接続されている。上部配管２１及び下部配管２２の他端部は冷却装置２３にそれぞれ接続され、上部配管２１の中途に循環装置２４が設けられている。なお、冷却装置２３は容器１０より小さい高さ寸法に形成されており、液面Ｌ１より下方に配置されている。

循環装置２４は、送油ポンプ等によって構成され、上部配管２１を介して容器１０内から絶縁油Ｌを吸い込み、吸い込んだ絶縁油Ｌを冷却装置２３及び下部配管２２を経て容器１０に戻している。言い換えると、循環装置２４の駆動によって絶縁油Ｌが容器１０、上部配管２１、循環装置２４、冷却装置２３、下部配管２２、容器１０の順に送出されて、装置内で循環される（図１中の矢印参照）。この循環にて、磁心２及び巻線３からの発熱によって加熱された絶縁油Ｌが冷却装置２３で冷却されるようになる。

右側壁１４にあっては、上部配管２１及び下部配管２２の接続位置に上部開口１７及び下部開口１８が形成されている。上部開口１７は、容器１０内の絶縁油Ｌを上部配管２１に送出するために形成され、絶縁油Ｌの液面Ｌ１寄り（液面Ｌ１の下方近傍位置）に設けられる。巻線３及び磁心２の熱を奪い温められた絶縁油Ｌは上方に向かうので、上部開口１７は可能な限り上方に設けられることが望ましい。上部開口１７及び下部開口１８は、特に限定されるものでないが、本実施の形態では円形に形成される。

ここで、本実施の形態の油入変圧器１における容器１０の高さ寸法について検討する。

かかる検討あたり、前提として、磁心２及び巻線３の高さ寸法を一定とし、容器１０内のガスＧを充填する空間の高さ寸法も一定とする。この前提にて、容器１０の高さ寸法を小さくするにあたり、絶縁油Ｌの液面Ｌ１の位置を上部開口１７より上方としつつ上部開口１７の上端にできるだけ接近する構成を検討した。この構成では、上部開口１７より上方の容器１０における高さ寸法を小さくすることができる。

ところが、この構成では、絶縁油Ｌを循環すべく上部開口１７から絶縁油Ｌを吸い込んだときに、上部開口１７から上方に向かって渦流Ｌ２（図２Ａの点線にて図示）が発生する場合がある。また、右側壁１４の内面に沿って液面Ｌ１が上部開口１７に向かって凹む現象（図２Ｂの点線にて図示）が発生する場合もある。このような現象によって、絶縁油ＬにガスＧが巻き込まれてしまい、絶縁油Ｌ中に気泡が混ざって絶縁性能、絶縁耐力が低下する、という問題が発生した。

かかる問題は、絶縁油Ｌの液面Ｌ１の位置を高くし、上部開口１７の上端より相当高い位置に液面Ｌ１があれば、渦流Ｌ２や液面Ｌ１の凹みを抑制して解消することができる。ところが、この場合には、絶縁油Ｌの液面Ｌ１を高くした分、容器１０の高さ寸法が大きくなり省スペース化を達成できなくなる。このように、絶縁油Ｌへの気体の混入抑制と、容器１０の高さ寸法の削減とはトレードオフの関係となっていた。

そこで、本実施の形態にあっては、図１に示すように、上部開口１７と絶縁油Ｌの液面Ｌ１との間に抑制部２６を配設している。

抑制部２６は、平坦な板状体或いは片状体によって形成され、上部開口１７の真上における右側壁１４の内面に装着されている。抑制部２６は、右側壁１４の内面から突出して絶縁油Ｌの液面Ｌ１と略平行に向けられ、上部開口１７（上部開口１７の上部領域１７ａ）を上方から覆うように設けられている。抑制部２６の前後方向（図３Ａの紙面で左右方向）の幅は、上部開口１７における同方向の幅（直径寸法）より大きく形成される。なお、抑制部２６は、平坦な形状に限定されず、図３Ｂに示すように、上部開口１７の上端縁に沿う円弧状に形成されていてもよい。

上記のように抑制部２６を設けることで、上述した渦流Ｌ２や液面Ｌ１の凹みが発生する位置に板状或いは片状となる抑制部２６が配置され、渦流Ｌ２や液面Ｌ１の凹みの発生を回避することができる。これにより、抑制部２６が上部開口１７への気体の流れを遮るようになり、上部開口１７に流れる絶縁油Ｌにガス（気体）が混入することを抑制することができる。この結果、絶縁油Ｌに気泡が混ざって絶縁耐力、絶縁性能が低下することを防止できる。また、循環装置２４のプロペラ等に負荷が加わることを抑制することもできる。

また、抑制部２６にあっては、上部開口１７の上部に接近する程、絶縁油Ｌの液面Ｌ１を低くすることができ、本実施の形態では、上部開口１７の上部領域１７ａを含む位置であって、上部開口１７の上部における近傍位置もしくは隣接位置に配設されている。このように絶縁油Ｌの液面Ｌ１を低くすることで、その分、容器１０における上部開口１７より上方の高さ寸法を小さくでき、容器１０全体の高さ寸法も小さくして省スペース化を図ることができる。これにより、油入変圧器１の設置場所の自由度を高めたり、車両での輸送による輸送制限に対応し易くすることができる。

このように、本実施の形態では、抑制部２６を設けることで、トレードオフの関係となっていた絶縁油Ｌへの気体の混入抑制と、容器１０の高さ寸法の削減との両方を実現することができる。

また、抑制部２６にあっては、少なくとも巻線３もしくは磁心２からの距離が近い部位が絶縁物によって構成される。絶縁物としては、プレスボード（クラフトパルプ）、絶縁強化木、ＮＢＲ、セラミック、絶縁コーティング等を例示することができる。抑制部２６を絶縁物とすることで、巻線３からの漏れ磁束により抑制部２６で渦電流が発生し、誘導加熱による損失を低減することができる。また、抑制部２６を絶縁物とすることで、抑制部２６周りに絶縁構造を設けることを省略でき、構造の簡略化を図ることができる。

次に、本発明の前記以外の実施の形態について説明する。なお、以下の説明において、説明する実施の形態より前に記載された実施の形態と同一若しくは同等の構成部分については同一符号を用いる場合があり、説明を省略若しくは簡略にする場合がある。

［第２の実施の形態］
本発明の第２の実施の形態について図４を参照して説明する。図４Ａ～図４Ｃは、第２の実施の形態に係る抑制部周りの説明図であり、図４Ａは上方から見た図、図４Ｂは容器の内方から見た図、図４Ｃは縦断面図である。図４Ａ～図４Ｃに示すように、第２の実施の形態では、第１の実施の形態に対し、抑制部２６の形状及び右側壁１４に対する装着構造を変更している。

第２の実施の形態において、抑制部２６は長方形の板状に形成されている。抑制部２６は、上方から見て、右側壁１４の内面から突出する方向（以下、「突出方向」とする）の突出寸法ｄに比べ、右側壁１４の内面と平行な方向（以下、「幅方向」とする）の幅寸法ｗ１の方が大きく形成されている（ｄ＜ｗ１）。抑制部２６の突出寸法ｄは、上部開口１７の開口径（直径）より大きく形成されている。

第２の実施の形態では、幅方向において、抑制部２６の中心位置と、上部開口１７の中心位置とが一致するように配置されている。抑制部２６は、突出寸法ｄに比べ、幅方向における上部配管２１の上部開口１７の端部と、抑制部２６の端部との間の寸法ｗ２の方が大きく形成されている（ｄ＜ｗ２）。上記のように抑制部２６を設けることで、絶縁油Ｌの液面Ｌ１を低くしつつ、絶縁油Ｌへの気体の混入を抑制することができる。

第２の実施の形態では、右側壁１４の内面から突出する一対の支持部材３０が設けられている。支持部材３０は、鉄等の金属製の片部材によって形成され、右側壁１４の内面に溶接等によって固定される。支持部材３０は、上部開口１７の上方であって、幅方向にて上部開口１７の両側に配設されている。支持部材３０は、突出方向の寸法が抑制部２６の突出寸法ｄより小さく形成されている。

抑制部２６は、支持部材３０の上面に載置された状態で締結部材となるボルト３１及びナット３２を介して装着されている。抑制部２６及び支持部材３０には、ボルト３１を挿通する穴が形成されている。なお、図４においては、上方のボルト３１、下方にナット３２を配置したが、それらの上下の位置が逆になってもよい。

［第３の実施の形態］
本発明の第３の実施の形態について図５を参照して説明する。図５Ａは、第３の実施の形態に係る抑制部周りの説明図である。図５Ａに示すように、第３の実施の形態では、第２の実施の形態に対し、抑制部２６の幅方向の位置や大きさを変更している。

第３の実施の形態では、幅方向において、抑制部２６の中心位置と、上部開口１７の中心位置とが不一致となるように配置されている。具体的には、上部開口１７の中心位置に対し、抑制部２６の中心位置が図５Ａにて前方にずれた位置に配置される。従って、抑制部２６は、幅方向にて、上部開口１７の中心位置と抑制部２６の後端（一端部）との間の後方寸法ｗ３に比べ、該中心位置と抑制部２６の前端（他端部）との間の前方寸法ｗ４の方が大きくなるよう各寸法ｗ３、ｗ４が異なって形成される（ｗ３＜ｗ４）。

図５Ｂは、容器に対する配管のレイアウトの一例を示す説明図である。上記のように抑制部２６をずれた位置に配置する場合、特に、図５Ｂに示すような容器１０及び上部配管２１を備えた構成にて有用である。かかる容器１０では、幅方向にて、容器１０の中心位置から上部配管２１が後方（所定方向）にずれた位置に接続される。このように上部配管２１が接続されると、絶縁油Ｌの流量によって変化するが、一例として、図５Ｂの太線矢印で示すように絶縁油Ｌが上部開口１７に向かって流れ込む。

具体的には、容器１０における上部配管２１を挟む図５Ｂの前側と後側とでは、後側の方が狭くなり、この後側領域にて上部開口１７に流れ込む絶縁油Ｌは、右側壁１４の内面に沿って直線的に進行する傾向がある。一方、広くなる前側領域にて上部開口１７に流れ込む絶縁油Ｌは、回り込むようにカーブしながら進行する傾向がある。このため、相対的に前側領域の方が絶縁油Ｌにおける渦流や液面の凹みが発生し易い状態となる。

このような状態にて、第３の実施の形態における抑制部２６は、後方寸法ｗ３及び前方寸法ｗ４の比較にて、前方寸法ｗ４の方が大きく形成されている。言い換えると、容器１０の中心位置に対し上部配管２１の接続位置は後方にずれるが、上部開口１７の中心位置に対し抑制部２６の中心位置は前方（後方とは反対方向）にずれて配置される。従って、絶縁油Ｌがカーブしながら進行し易い上部開口１７より前方領域で、抑制部２６が広範囲に上部開口１７を覆うようなり、絶縁油Ｌにおける渦流や液面の凹みの発生を効果的に防止することができる。

また、本発明の実施の形態は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の趣旨を逸脱しない範囲において様々に変更、置換、変形されてもよい。さらには、技術の進歩又は派生する別技術によって、本発明の技術的思想を別の仕方で実現することができれば、その方法を用いて実施されてもよい。したがって、特許請求の範囲は、本発明の技術的思想の範囲内に含まれ得る全ての実施態様をカバーしている。

また、本実施の形態では、本発明を油入変圧器に適用した構成について説明したが、上述した作用効果が得られるのであれば、他の静止誘導電器に適用することも可能である。

なお、上記実施の形態にて図示した内容は、説明用に模式的に表したものであり、上述した作用効果を発揮できれば、磁心２や巻線３、容器１０、抑制部２６の形状等について変更してもよい。

また、図１では、抑制部２６の高さ方向（厚み方向）全体が絶縁油Ｌに浸漬した状態を図示したが、抑制部２６が液面Ｌ１を跨ぐように位置して抑制部２６の上部が液面Ｌ１から上方に突出するようにしてもよい。

また、上部開口１７及び下部開口１８における図１中紙面直交方向の位置は、一致してもよいし、ずらして配設してもよい。それらをずらした場合には、仮に下部開口１８から気泡が発生した場合でも、絶縁油Ｌ中で上方に移動する気泡を上部開口１７から離れた位置に通過させることができ、かかる気泡が抑制部２６に達することを防止することができる。

１ 油入変圧器（静止誘導電器）
２ 磁心
３ 巻線
１０ 容器
１４ 右側壁（側壁）
１７ 上部開口（開口）
２１ 上部配管（配管）
２２ 下部配管（配管）
２３ 冷却装置
２４ 循環装置
２６ 抑制部
Ｌ 絶縁油（絶縁液体）

Claims (6)

1. 巻線、磁心及び絶縁液体を収容する容器と、
   前記容器の外部に設けられて前記絶縁液体を冷却する冷却装置と、
   前記容器と前記冷却装置とに接続されて前記絶縁液体が流れる配管と、
   前記配管に設けられて前記容器と前記冷却装置とで前記絶縁液体を循環させる循環装置とを備え、
   前記容器の側壁には、該容器内の前記絶縁液体を前記配管に送出するための開口が前記絶縁液体の液面寄りに設けられ、
   前記側壁内面であって前記開口と前記絶縁液体の液面との間に、該開口に流れる前記絶縁液体に気体が混入することを抑制する抑制部を配設し、
   前記配管は、上方から見て、前記側壁内面と平行な方向にて前記容器の中心位置から所定方向にずれた位置に接続され、
   前記抑制部は、上方から見て、前記側壁内面と平行な方向における前記開口の中心位置から前記抑制部の両端部への寸法にて、前記所定方向と反対方向の端部に対する寸法の方が大きく形成されていることを特徴とする静止誘導電器。
2. 前記抑制部のうち、最も前記巻線もしくは前記磁心からの距離が近い部位は、絶縁物からなることを特徴とする請求項１に記載の静止誘導電器。
3. 前記抑制部は絶縁物からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の静止誘導電器。
4. 前記抑制部は前記側壁内面において、前記開口の上部領域を覆うように設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の静止誘導電器。
5. 前記抑制部は、上方から見て、前記側壁内面から突出する方向の突出寸法に比べ、該側壁内面と平行な方向の幅寸法の方が大きく形成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の静止誘導電器。
6. 前記抑制部は、上方から見て、前記突出寸法に比べ、前記側壁内面と平行な方向における前記開口の端部と前記抑制部の端部との間の寸法の方が大きく形成されていることを特徴とする請求項５に記載の静止誘導電器。

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