JPH0226773B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明は、冷却装置の熱交換部に損傷が生じた
場合においても、冷却水が機器内に浸入しない構
造とした水冷式油入電気機器に関する。

［発明の技術的背景］ 絶縁油が通る配管を冷却水と接触させて冷却す
る様にした水冷式油入電気機器は、自然空冷式の
電気機器に比較して外形寸法が小さくなること、
また、周囲に放熱しないこと等から、屋内に設置
する場合や設置面積に制限を受ける場合等に採用
されている。その構造としては、機器タンクの側
壁内面に水冷管を取付けた水冷管内蔵式のもの
と、油配管と冷却水とが接する熱交換部を有する
ユニツト化した冷却装置を機器タンクの外部に取
付け、送油ポンプにより機器タンクの絶縁油を、
冷却装置内の熱交換部の油配管に循環させて冷却
する送油水冷式のものとがあるが、現在では後者
が多く採用されている。

ところで、この送油水冷式における問題点は、
万一、冷却装置の熱交換部に損傷を生じた時、機
器内に冷却水が浸入する虞れがあることで、冷却
水の浸入により絶縁機能が損われて危険な上に、
絶縁物が吸湿してしまうので、事故の復旧もかな
り面倒なこととなる。この為、熱交換部に損傷が
生じた場合においても、冷却水が機器内に浸入す
ることのない様に次の様な手段が従来から提案さ
れている。

その一つは、冷却装置の熱交換部を二重管と
し、一方の管に損傷を生じただけでは、冷却水の
浸入問題は生じない様にしたもので、一方の管の
損傷による漏水または漏油は、漏れ検出リレーに
よつて直ちに検出するものである。この二重管構
造による送油冷却式は、信頼性はあるが、熱交換
部を二重管とした為冷却効果が悪く、装置も大形
化し高価となる欠点がある。

他の一つの冷却水浸入防止構造は、絶縁油側の
圧力を冷却水側より、何らかの手段によつて常に
高くしておき、万一冷却装置の熱交換部に損傷が
生じても、絶縁油が水側に流出するだけで、冷却
水が機器内には浸入することのない様にしたもの
である。この場合、油が流出することにより生ず
る双方の圧力異常は、絶縁油側と冷却水側との間
に設けた差圧リレーにより検出する構造としてい
る。この圧力差方式の装置は、冷却効率が低下せ
ず、しかも、大形の機器では、機器と冷却装置の
高低差をそのまま利用して、絶縁油側の圧力を冷
却水側の圧力より容易に高くすることができる為
広く実施されている。しかし、中形以下の機器で
は、機器の高さが低く、従つて機器と冷却装置の
高低差を利用した油頭圧力が小さく、必要な油側
圧力とならない場合が多く、この為従来、次の様
な手段により油側圧力を高くしている。

第１の手段は、コンサベータの取付位置を高く
して必要な油頭圧力を得るものである。しかし、
機器のカバー上部に取付ける架台の構造上、その
高さには限度があり、また、通常の高さであれば
コンサベータを取付けた状態の全装備で輸送でき
るものが、コンサベータの取付位置を高くした為
全装備の輸送ができなくなること、更には屋内機
器として利用されることが多い為、建屋の設計に
も悪影響を与える等の諸問題があり、好ましいも
のではない。

この問題を解決する為に、オリフイスを用いて
絶縁油側の圧力を高める様にした第１図及び第２
図に示す如き装置が従来から実施されている。

即ち、この従来型において、変圧器中身等の機
器は、タンク１内に絶縁油と共に収納されてお
り、この油は、機器タンク１とパイプによつて接
続され、タンク１の上部カバー２上に設けられた
コンサベータ３にまで満たされている。タンク１
上部には送油接続管４が設けられ、この送油接続
管４は送油ポンプ５を介して、冷却装置６上部の
油入口接手７に接続されている。一方、冷却装置
６下部に設けられた油出口接手８は、第１及び第
２接続管９，１０を介して、タンク１下部の受油
接続管１１に接続されている。この場合、第１接
続管９と第２接続管１０と間には、接続管９，１
０の内径よりも小径の孔が開いた円板であるオリ
フイス１２が挿入されている。

冷却装置６は、絶縁油が通る配管を冷却水で冷
却する熱交換器を有し、冷却装置６の下部には、
冷却媒体である水が入る導入管１３と水を回収す
る排水管１４が接続されている。なお、前記油出
口接手８と導水管１３との間には、漏水または漏
油を知る為の差圧リレー１５が設けられている。

この従来型によれば、送油ポンプ５によつて冷
却装置６内の油側の圧力を高め、同時にオリフイ
スによつて生ずる油頭損失によつてタンク１内の
油の圧力を低くすることにより、コンサベータの
位置を低くしたまま冷却装置内の絶縁油側の圧力
を高くすることができる。

［背景技術の問題点］ しかし乍ら、この従来型は、オリフイスに生じ
る油頭損失分だけ、送油ポンプの揚程を通常のも
のに比較して大きくしておく必要があつた。ま
た、オリフイスにおける油頭損失は、油の温度を
高めることになるので、冷却装置の必要容量が増
加することもあつた。これらのことから、第１図
の従来型にあつては、冷却装置全体の大形化及び
それに伴う運転費、即ち電力費が増加する欠点が
あつた。

［発明の目的］ 本発明は上記の点に鑑みて提案されたもので、
機器の高さ及びコンサベータの高さを大きくする
ことなく油側の圧力を高め、しかも、冷却装置の
運転費の少ない水冷式油入電気機器を提供するこ
とを目的とする。

［発明の概要］ 本発明の水冷式油入電気機器は、コンサベータ
とタンクとを接続するパイプの先端を、冷却装置
とタンクを循環する油の流速の速い部分に開口さ
せることにより、速い流速によつて生じる背圧を
利用し、コンサベータ自体の高さは同じであつて
も、流れのない油の部分にパイプ先端を開口させ
た場合に比較して、油側全体の圧力を上昇させた
ものである。

即ち、第３図に示す如く、オリフイス１２がな
く、しかもコンサベータ３の位置が第１図の従来
型と同位置にある水冷式油入電気機器において、
タンク１から送油ポンプ５、冷却装置６を通つて
再びタンク１に戻る油循環路における各部分の流
速は、コンサベータのパイプが開口しているタン
ク１の上部ではほぼ０に等しく、送油ポンプ５の
前後においては、流速が極めて速いものとなつて
いる。しかるに、これら循環路の各部分に例えば
透明管を開口させた場合には、流速の殆んどない
部分の透明管２６については、その油面はコンサ
ベータ３内の油面とほぼ同一となるが、流速の速
い送油ポンプ５の手前の部分、即ち送油接続管４
の部分においては、この流速によつて透明管２７
には背圧が作用し、その背圧分だけ油力油頭が低
くなり、油面はコンサベータ３内の油面よりも下
がつた位置となる。また、送油ポンプ５の後段の
部分については、送油ポンプ５の作用により速い
流速によつて生ずる背圧以上の圧力が加わる為、
その部分は圧力油頭が高く透明管２８内の油面は
コンサベータ３の油面よりも遥かに高いものとな
つている。

ここで、本発明においては、コンサベータ３と
変圧器タンク１とを接続するパイプを流速が速
く、しかも圧力油頭が低い部分に開口させ、その
部分の背圧を利用することにより、あたかもコン
サベータ側からタンク内に前記背圧相当分の圧力
が加わる様にして、変圧器タンク１内及び油の循
環路全体の圧力を向上させ、冷却装置内の冷却水
の圧力よりも油側の圧力を上昇させる様にしたも
のである。

［発明の実施例］ 以下、本発明の第１実施例を第３図乃至第５図
によつて説明する。なお、第１図と同一部分につ
いては、同一の番号を付して説明を省略する。

コンサベータ３とタンク１とを接続するパイプ
２１は、カバー２の上を延長させて、送油接続管
４付近のカバー２を貫通している貫通接手管２２
の上端に接続されている。この貫通接手管２２の
下端、即ち、タンク１内側の端部には圧力油頭増
加管２３が接続されている。この圧力油頭増加管
２３の先端は、送油接続管４の入口部分であつて
油の流速が増加する箇所に、その開口部を流れの
下流に向けて挿入されている。なお、本実施例で
は、タンク１と冷却装置６との接続管２４にオリ
フイスは設けられていない。

この様な構成を有する本実施例の冷却機能を説
明すると、以下の通りである。

即ち、送油ポンプ５の運転によりタンク１上部
の高温の油は、送油接続管４を経て送油ポンプ５
に吸込まれ、この送油ポンプ５の作用により油入
口接手７を経て冷却装置６へ送られる。冷却装置
６内で配管を介し冷却水と接触して冷却された油
は、冷却装置の油出口接手８を経て接続管２４を
通り、タンク１の受油接続管１１を経てタンク１
に入る。この様に油は循環し、冷却装置６で冷却
された油は、タンク１内の電気機器の温度上昇を
防止する本来の機能を果す。

次に、本発明において、油側の圧力を冷却水側
より上昇させる作用について説明する。

送油ポンプ５の運転により、送油接続管４には
第５図矢印で示す如く、タンク１から冷却装置６
への油の流れが生ずる。これにより圧力油頭増加
管２３の開口部は、コンサベータ３内の油をタン
ク１内に吸込む様な背圧を受ける。即ち、このパ
イプ２１が開口している送油接続管４の部分に、
第３図に示す如く透明管２７を開口させたとすれ
ば、透明管２７に表れる油面高ｈは、背圧に該当
する速度水頭を除いた圧力油頭を表わすことにな
り、コンサベータ３の油面高より低いものとな
る。よつて、第４図の如く、コンサベータ３から
のパイプ２１を送油接続管４の部分に開口させれ
ば、送油接続管４内の圧力油頭を増加することが
でき、結局油の全油頭を増加することができる。
このことは、タンク１及び冷却装置６内の油の圧
力を全体的に高めることになる。

これを確かめる為に、第４図に想像線で示す様
に、従来のコンサベータのパイプの先端と同様の
位置に油ろ過弁２５を介して透明管２６を取付け
油ろ過弁２５を開くならば、この透明管２６内の
油面は、コンサベータ内の油面より前記背圧に該
当する油頭Ｈ分だけ高い位置となる。これは従来
の水冷式油入電気機器の構造において、コンサベ
ータの位置を想像線で示した位置まで上げたもの
と等価となり、タンク及び油の循環路内の圧力を
全体的に高めたものとなる。

なお、本実施例において、送油接続管４内の流
速が小さく、背圧が必要な値にならない時は、第
６図の様に、管路損失がなるべく増やさない様に
考慮して送油接続管４ａを絞つた形状とすること
により、流速を大きくすればよい。

この場合、背圧の値はピトー管の動圧の値と同
様で、次式により計算できる。

Ｈ＝v²／2g 但し、Ｈ…圧力油頭（ｍ）、ｖ…
流速（ｍ／秒）、ｇ…重力の加速度 今、流速ｖが3.5ｍ／秒の場合に生じる背圧油
頭はＨ＝3.5²／２×9.8＝0.625即ち62.5cmとなる。

以上の値の圧力油頭が加わるならば、冷却装置
の油側圧力は大形機器のそれと同程度となり、冷
却水側の圧力に比較して充分高いものとなる。ま
た、流速もこの程度であれば管路内に空胴現象が
生ずる必配もない。以上のことから、本実施例に
は施工上の問題点もない。

また、圧力油頭増加管２３を送油接続管４内に
導くことによつて送油接続管４の流路が狭くなつ
た結果生ずる損失水頭は、圧力油頭増加管２３の
管径を可能な限り小さくすることによつて、充分
小さくできる。

本実施例は、コンサベータとタンクを接続する
圧力油頭増加管２３をタンクの上部の送油接続管
４内に導いたものであるが、圧力油頭増加管２３
を導入する位置は、第７図に示す第２実施例の如
く、冷却装置６からタンク１へ油を受ける受油接
続管１１内であつても良い。即ち、この第２実施
例では、コンサベータ３から延びたパイプ２１
は、タンク１の受油接続管１１の内部に設けられ
た圧力油頭増加管２３に接続されている。この圧
力油頭増加管２３も前記実施例と同様に、油の流
れの下流に向かつて先端が開口している。また、
この第２実施例における受油接続管１１は、流速
を大きくする為、一部を絞つた形状となつてい
る。

この第２実施例においては、第１実施例におい
て既に述べた効果の外、受油接続管１１を絞るこ
とによる油頭損失や、受油接続管１１内に圧力油
頭増加管２３を挿入することによつて生じる油頭
損失が、冷却装置６内の油側圧力を高くする様に
作用するので、第１実施例に比して圧力油頭増加
管２３の開口に生じる背圧がそれだけ小さくても
良いという利点がある。また、受油接続管１１を
流れる油は冷却されたものであり、これと接する
コンサベータ３内の油も冷却された温度の低いも
のとなるので、コンサベータ３の油の劣化防止効
果も生ずる。

また、圧力油頭増加管２３を導き入れる位置
は、第１及び第２実施例に限らず、油の流速の速
いところであれば可能である。しかし、第３図及
び第４図に示すＡ部、即ち、送油ポンプ５の出口
付近には導入することができない。これは送油ポ
ンプ５により油に加えられた油頭が、冷却装置６
内部での摩擦等により未だ消費されておらず、油
の有する全油頭そのものが高い値を有しており、
背圧による油頭の低下を差し引いても、なおコン
サベータの油面は高くなつてしまうからである。
即ち、第３図想像線の如く、仮にＡ部に圧力油頭
増加管２３を開口させた場合に、圧力油頭増加管
２３に接続した透明管２８に表れる油面は、送油
ポンプ５の作用により流速のない箇所に開口させ
た透明管２６の油面よりも格段に高い位置とな
る。

［発明の効果］ 以上の通り、本発明によれば、低位置のコンサ
ベータを使用するにも拘わらず循環する油の圧力
が高められるので、冷却装置の熱交換部に損傷を
生じた場合にも水が機器内に浸入することを防止
できる。しかも、圧力を高める為にコンサベータ
の高さを大きくする必要がないので、機器全体の
小形化が可能となり、また、コンサベータを取付
けた全装備の状態で輸送できる効果もある。その
上、機器内の圧力及び冷却装置内の圧力を一様に
高める為、従来型のオリフイスを使用したものの
様な冷却装置内の圧力のみを増加する為に生ずる
ポンプの余分な揚程が不要となり、ポンプが能力
の低い小形のもので済む。更に、オリフイスを使
用したものは、オリフイスによる油頭損失が油温
を高めるエネルギに代り冷却装置の必要容量を増
加させるものであつたが、本発明ではその様な余
分な油頭損失はない利点もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来型のオリフイスを設けた送油水冷
式油入電気機器の側面図、第２図は第１図の要部
拡大断面図、第３図は従来型の送油水冷式油入電
気機器の各部分の圧力油頭を示す側面図、第４図
は本発明の水冷式油入電気機器の第１実施例を示
す側面図、第５図乃至第６図は、第４図の要部拡
大断面図、第７図は本発明の第２実施例を示す側
面図である。 １……タンク、２……カバー、３……コンサベ
ータ、４……送油接続管、５……送油ポンプ、６
……冷却装置、７……油入口接手、８……油出口
接手、９……第１接続管、１０……第２接続管、
１１……受油接続管、１２……オリフイス、１３
……導水管、１４……排水管、１５……差圧リレ
ー、２１……パイプ、２２……貫通接手管、２３
……圧力油頭増加管、２４……接続管、２５……
油ろ過弁、２６，２７，２８……透明管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 水冷式の冷却装置と送油ポンプを具え、電気
   機器中身の収納されたタンク内部の油を、送油ポ
   ンプにより冷却装置を介して循環させて、電気機
   器中身を冷却する油入電気機器において、コンサ
   ベータとタンクを接続するパイプのタンク側の先
   端に圧力油頭増加管を設け、この圧力油頭増加管
   を前記の油の循環路のうち、送油ポンプの出口付
   近以外の油の流速の速い箇所に開口させ、この油
   の流速によつてコンサベータ内部に背圧を生じさ
   せる様にしたことを特徴とする水冷式油入電気機
   器。 ２ 圧力油頭増加管が、油の循環路のうち、タン
   ク上部と送油ポンプを接続する管路内に導入さ
   れ、油の流れの下流に向かつて開口されている特
   許請求の範囲第１項記載の水冷式油入電気機器。 ３ 圧力油頭増加管が、油の循環路のうち、冷却
   装置とタンク下部とを接続する管路内に導入さ
   れ、油の流れの下流に向かつて開口されている特
   許請求の範囲第１項記載の水冷式油入電気機器。