JPH03246912A - 変圧器の巻線構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は変圧器における巻線構造に関する。

〔従来の技術〕

従来の装置は、特開昭５６−２６１１号公報に記載のよ
うに、絶縁筒の外部に案内筒を設け、案内筒より絶縁筒
に設けた貫通孔へ冷媒を分配し、巻線水平ダクトへ冷媒
を流入させていた。また、案内筒と絶縁筒とで形成する
テーパ状のダクトの流路断面は下方で大きく、上方で小
さくなっていた。さらに、排出側の垂直ダクトは平行で
あり、ダクト間隙が大きくなっていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は冷媒の充填量低減の点について考慮がさ
れておらず、コスト高になる問題があった。

また、上記従来技術は、冷媒の温度上昇による循環力の
発生の点について考慮されていなかった。

循環力は流入側の垂直ダクト（絶縁筒と案内筒の間のダ
クト）内の冷媒と排出側の垂直ダクト（平行なダクト）
内の冷媒の比重差Δγと、巻線上端から下方への垂直方
向距離（ヘッド）Ｈとの積ΔγＸＨで表わせ、循環力は
ヘッドＨの大きな下方で大きく、上方で小さくなる。そ
こで、循環力の大きな下方の水平ダクト（巻線スペーサ
の間）に流れが集中し易く、循環力の小さな上方の水平
ダクトへは流入しづらい傾向にある。

従来例では、循環力の大きな（流れ易い）下方はど流入
側の垂直ダクト流路面積が大きく、循環力の小さな（流
れづらい）上方はど流路面積が小さくなっているので、
ますます、下方の水平ダクトに流れが集中し、上方の水
平ダクトは流れなくなり、上部巻線に局部温度上昇が生
ずる問題があった。特に、自冷変圧器では、冷媒の循環
流量が小さいので、流入側の垂直ダクト内の冷媒と排出
側の冷媒の比重差が大きく、この循環力の影響が顕著に
なる。

本発明の目的は、各水平ダクトに均一に流量を分配し、
巻線温度上昇を均一にする巻線構造を提供することであ
る。

本発明の他の目的は、冷媒充填量を低減する巻線構造を
提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、巻線の内側及び外側の垂直
スペーサを、巻線半径方向の厚さが、軸下方につれて減
少するようにしたものである。

また、巻線を垂直に積み重ねられるよう、巻線に接する
垂直スペーサの面を垂直にするために、巻線の内側に配
置する絶縁筒外径を軸下方につれて増大させ、巻線外側
に配置する絶縁筒内径を軸下方につれて減少させたもの
である。

さらに、垂直スペーサの半径方向のたわみを無くすため
に、垂直スペーサと絶縁筒の接触部に間隙ができないよ
う組み合わせたものである。

また、各水平ダクトへの流量分配をより均一にするため
に、流量が小さくなる水平ダクトの下流側の垂直ダクト
流路面積を絞り、流量が大き過ぎると予想される水平ダ
クトの上流側の垂直ダクト流路面積を絞ぼるようにした
ものである。この流路面積を変化させるために、垂直ス
ペーサの半径方向の厚さ及び絶縁筒の外径あるいは内径
を曲線状に変化させたものである。

〔作用〕

巻線の内側及び外側に配置する垂直スペーサは、巻線半
径方向の厚さが、軸下方につれて減少している。また、
巻線内側に配置する絶縁筒外径は軸下方につれて増大し
、巻線外側に配置する絶縁筒内径は軸下方につれて減少
している。これらの絶縁筒、垂直スペーサ、巻線で構成
される垂直ダクトの流路面積は上方で大きく、下方につ
れて減少している。それによって、循環力が大きく、流
量が大きくなり易い下方の水平ダクトへの流入を抑制し
、循環力が小さく流入しづらい上方の水平ダクトへの流
入が促進される。したがって、各水平ダクトへの流量分
配が均一に行われる。

また、流量が小さくなる垂直ダクト下方の流路面積が小
さいので、垂直ダクトに内容する冷媒充填量を大＠（約
半分）に減少できる。

さらに、巻線に接する垂直スペーサの面は垂直に配置さ
れる。それによって、巻線を垂直に積み重ねることがで
きる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。主な
構成要素は高圧巻線１ｈ、低圧巻線１Ω。

垂直ダクト２．絶縁筒３．水平ダクト４．鉄心５゜流入
管６．排出管７．タンク８等である。冷媒１０１の系統
は、冷却器で冷却された冷媒１０１を流入管６より流入
し、低圧巻線ＩＱ、高圧巻線１ｈの各垂直ダクト２へ分
配し、更に、夫々、水平ダクト４へ分岐し、他方の垂直
ダクト２で合流し、上方より排出させる系統である。垂
直ダクト２の間隙は上方で大きく、下方につれて小さく
し、流量が大きくなり易い下方の水平ダクト４への流入
を抑制し、流入しづらい上方の水平ダクト４への流入を
促進した。これによって、軸方向の各水平ダクト４への
流量分配が均一にできた。

第２図に垂直ダクト２の構成を、周方向の一部を取り出
して示した。外径が下方につれて角度α、で増加する巻
線内側の絶縁筒３１と、半径方向の厚さｔ、が下方につ
れて角度α１で減少する垂直スペーサ９１と、巻線１の
内周とで巻線内側の垂直ダクト２１が形成される。また
、内径が下方につれて角度α０で減少する外側の絶縁筒
３０と、半径方向の厚さｔｏが下方につれて角度α０で
減少する垂直スペーサ９０と、巻線１外周とで外側の垂
直ダクト２ｏが形成される。この様に配置することによ
って、第１図の鉄心５と接触する内側Ｍ縁部３ｊの内面
と、巻線１と接触する垂直スペーサ９の面、及び外側絶
縁筒３０の外面を垂直にすることができる。また、巻線
１へ内外の垂直ダクト２の流路面積を等しくするには巻
線１内側の垂直スペーサ９１の厚さみｔｌを、外側の垂
直スペーサ９ｏの厚みｔ。より太きくｔｌ＞ｔｏとし、
勾配もα、〉α０とする。第３図（ａ）にその水平断面
図、（ｂ）に垂直断面図を示した。

第４図は第１図に示した内側絶縁筒３１．中間絶縁筒３
　ｍ　、外側絶縁筒３ｏの部品図である。内側絶縁筒３
１の内径は一定で、外径は下方につれて大きくなってい
る。中間絶縁筒３ｍは内径が下方につれて小さくなり、
外径は下方につれて大きくなっている。また、外側絶縁
筒３０は内径が下方につれて小さくなり、外径は軸方向
に一定である。

次に、第５図に示した計算モデルにより、各水平ダクト
４への流速分布ＵＪ、各巻線の温度上昇分布ΔＴＪ　を
計算し、第６図（ａ）に示した。

ＵＪｍｅａｎはＵＪの、ΔＴＪｍｅａ。はΔＴの平均値
である。水平ダクトの流速分布Ｕ　Ｊ　／　Ｕ　Ｊ　Ｉ
Ｉ　ｅ　ａ　ｎ、温度」二昇分布ΔＴＪ／ΔＴａｍｅａ
ｎはかなり均一になる。

わずかに、下方のＵ　Ｊ　／　Ｕ　Ｊ−ｅａイが若干大
きく、ΔＴＪ／ΔＴ１゜□が小さくなった。これと対比
するため、内側の間隙が６．８ｍｎ、外側の間隙が５．
５ｍの平行な垂直ダクトについて、同様に計算し、（ｂ
）に示した。この場合は、下から１／４付近（巻線番号
２０番付近）でＵ　Ｊ／　Ｕａ　１１ｅ＠　ｙｌが小さ
く、下方で大きくなっている。逆に、ΔＴＪ／ΔＴＪ、
ｅａｎは１／４付近で大きく、下方で小さくなっている
。

本実施例によれば、各水平ダクトへの流速分布及び垂直
温度上昇分布を均一にする効果がある。

また、流量が小さくなる垂直ダクト下方の間隙が小さく
なるので、垂直ダクトに内容する冷媒充填量を半減でき
る効果がある。

第７図は水平ダクト４へより均一に流量分配するための
改良案である。第６図（ａ）で下方の水平ダクト４の流
量が大きくなったので、流入を抑制するため、その上部
の垂直ダクト２の流路面積を絞った。その方法を説明す
るため、第８図にモデル化して示した。（ａ）に示す様
にある水平ダクト４で流れ過ぎが予想された場合は、そ
の上流の垂直ダクト２を絞り１、ｂ）に示す様に流量小
が予想される場合はその下流の垂直ダクト２を絞るよう
にした。この様に垂直ダクト軸方向の流路面積を変えて
、軸方向の流速あるいは圧力を制御し、各水平ダクトへ
の流量分配を均一にできる。

本実施例によれば２各水平ダクトへの流量分配をさらに
均一にする効果がある。

第９図に本発明の他の実施例を示した。垂直ダクト軸方
向の流路面積を変える手段として、下方につれて、巻線
周方向の幅が増加する垂直スペーサ９を用いたことを特
徴とする。

垂直スペーサの厚さはｔ　ｓ　＞　ｔ　ｏ、また、勾配
の角度はβ１〈β０とした方が好適である。なお、角度
β生、β０は一定とせず、曲線状に変化させた方が良い
巻線構造もある。

本実施例によれば、巻線１内外の絶縁筒３１゜３０は従
来通りの構造であり、作業が簡単である。

第１０図は本発明の他の実施例であり、垂直ダクトを階
段状にした。本実施例によれば、従来の平行な絶縁筒に
筒状のスペーサをはりつけて構成することができる。

第１１図は本発明の他の実施例であり、垂直ダクトの軸
方向の流路面積を変える手段として、巻線１半径方向の
距離を下方につれて増加させた。

〔発明の効果〕 本発明によれば、巻線間の各水平ダクトに均一に流量分
配できるので、巻線温度上昇を均一にすることができる
。

また、流量が小さくなる垂直ダクト下方の流路面積を小
さくしたので、垂直ダクトに内容する冷媒充填量を約半
減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の断面図、第２図は垂直ダク
トの構成説明図、第３図（ａ）はその水平断面図、第３
図（ｂ）は垂直断面図、第４図は絶縁筒の斜視図、第５
図は計算モデル説明図、第６図は水平ダクト流速分布２
巻線温度上昇分布図、第７図は他の実施例の断面案、第
８図はその説明図、第９図ないし第１１図は他の実施例
の説明図である。 １・・・巻線、１ｈ・・・高圧巻線、ＩＱ・・・低圧巻
線、２・・・垂直ダクト、２１・・内側の垂直ダクト、
２０・・・外側の垂直ダクト、３・・・絶縁筒、３ｊ・
・・内側絶縁筒、３ｍ・・・中間Ｍ縁部、３０・・・外
側＃＠縁縁部４・・・水平ダクト、５・・・鉄心、６・
・・流入管、７・・・排出管、８・・・タンク、９・・
垂直スペーサ、１０１・・・冷媒、１０２・・・絶縁ガ
ス。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. １．巻線と垂直ダクトと水平ダクトより成る変圧器にお
   いて、前記垂直ダクトの軸方向の流路面積を変え、垂直
   ダクト軸方向の冷媒流速、あるいは、圧力を変化させて
   、各水平ダクトへ流量分配させたことを特徴とする変圧
   器の巻線構造。
2. ２．請求項１において、前記垂直ダクトの軸方向の前記
   流路面積を変える手段として、絶縁筒と前記巻線の間に
   前記巻線の半径方向の厚さを変化させた垂直スペーサを
   設けた変圧器の巻線構造。
3. ３．請求項１において、前記垂直ダクトの軸方向の前記
   流路面積を変える手段として、巻線周方向の幅を変化さ
   せた垂直スペーサを設けた変圧器の巻線構造。
4. ４．請求項１において、前記垂直ダクトの軸方向の流路
   面積を変える手段として、巻線半径方向の長さを変化さ
   せた変圧器の巻線構造。
5. ５．請求項１において、前記垂直ダクトの軸方向の流路
   面積を変える手段として、巻線半径方向の厚さ及び周方
   向の幅を変化させた垂直スペーサを設けた変圧器の巻線
   構造。
6. ６．請求項２において、前記絶縁筒の内径あるいは外径
   を軸方向に変化させた変圧器の巻線構造。
7. ７．請求項６において、軸方向に内径あるいは外径が変
   化する前記絶縁筒と、軸方向に厚みが変化する前記垂直
   スペーサとを、前記巻線と接触する前記垂直スペーサの
   面が垂直になる様に、また、前記絶縁筒と前記垂直スペ
   ーサの接触面に間隙ができない様に組み合わせて配置し
   た変圧器の巻線構造。
8. ８．請求項７において、前記垂直ダクトの前記流路面積
   が上方で大きく、下方につれて減少する様に前記垂直ス
   ペーサ、前記絶縁筒、前記巻線を配置した変圧器の巻線
   構造。
9. ９．流れ過ぎが予想される水平ダクトの上流の垂直ダク
   ト流路面積を絞り、流量小が予想される水平ダクトの下
   流の垂直ダクト流路面積を絞る構造の垂直ダクトを備え
   たことを特徴とする変圧器の巻線構造。