JPH04215403A - 電力機器の負荷用水抵抗器 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、水車発電機等の電力機
器の負荷用に用いる水抵抗器に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、電力機器には負荷をかけた状態
で各種試験を行わねばならない場合がある。例えば水車
発電機では、水車効率，特性，又は温度試験といった長
時間運転保証確認に必要な負荷試験を行わねばならない
。さらに負荷電力系統との接続を遮断した時に水車が高
速で回転をすることになるが、このときの強度等に対す
る性能保証確認に必要な負荷遮断試験を行わねばならな
い。また、水車の急速停止時に水車に水を導くための水
圧鉄管に衝撃力が働くが、これに対する水圧鉄管の機械
強度を試験するため負荷遮断試験を行わねばならない。

【０００３】このような負荷試験は、大きな電力系統に
並列接続して試験を行うこともできる。しかし、このよ
うな系統並列によって試験することが不可能な場合、発
電機の負荷を消費させる負荷用水抵抗器を用いるのが普
通である。

【０００４】従来の負荷用水抵抗器には、図３に例示す
る如き中性点接地形平行板方式のものがある。これは一
つの水槽１に一つの水抵抗器２を水底３に固定して設置
したものである。この水抵抗器２は水没させた状態で使
用するものである。水抵抗器２は、矩形枠状に組んだ枠
体の左右側板部２ａと、その内部の２つの仕切板２ｂと
の部分が中性点の電極となり、他の前後及び上面部は開
放するように構成してある。これら左右側板部２ａ、及
び仕切板２ｂは、図示しないアース線で水底３部分に接
地してある。

【０００５】左右の側板部２ａと仕切板２ｂとで仕切ら
れた３つの部室部分の中には、それぞれ電極板４，５，
６を設置する。各電極板４，５，６は、矩形板に形成し
、その両側面部に配した複数の碍子等で構成した絶縁支
持体７を介して、図示するように左右の側板部２ａ，仕
切板２ｂとに固定支持させて構成する。

【０００６】これら各電極板４，５，６には、それぞれ
発電機で発電した３相交流のＵ相，Ｖ相，Ｗ相の電線を
接続する。これにより、各電極板４，５，６と、中性点
の電極となる左右の側板部２ａ及び仕切板２ｂとの間の
距離が等間隔となり、この間を満たす抵抗体としての水
との関係で、いわゆるスター結線回路を構成する。

【０００７】上述のような負荷用水抵抗器は、その通電
使用中に、電極となる部分が発熱する。この発熱を放置
すると、電極部分の表面に水蒸気の気泡ができる。そし
て、水面近くの温度が約６０℃近くになると、熱だまり
となる水面近くの電界集中の起こる部分でスパークや線
間短絡等を生じやすい。そこで、従来の水抵抗器では、
水槽１内に水を流通させて強制対流するとともに、自然
対流をさせて電極部分を冷却するようにしていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述の如き従来の負荷
用水抵抗器では、一組の電極板で構成した単体の水抵抗
器本体を、一つの水槽に設置して構成していた。または
、大きな水槽の中を複数の小水槽に仕切り、各小水槽に
それぞれ水抵抗器を設置していたが、このような設備の
構成では、その性能上、水抵抗器の単機容量が５０００
ＫＷ以下のものしか対応できない。このため、水力発電
機の負荷用水抵抗器の如く単機容量が１０，０００ＫＷ
級以上となると、水力発電所の水を分水して各水槽に給
水し、水抵抗器の電極を冷却せねばならなかった。この
ように、水力発電所の水を各水槽に分水するには、コン
クリート製の導水路を築かねばならず、設備費が膨大に
なるという問題があった。

【０００９】本発明は上述の点に鑑み、全体の構成を簡
素化し、水抵抗器の表面温度を低くし、スパークや線間
短絡を生じないようにし、設備費も大幅に削減できるよ
うにした電力機器の負荷用水抵抗器を新たに提供するこ
とを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の電力機器の負荷
用水抵抗器は、水槽の冷却水入口に下り勾配の導水路を
接続し、導水路の出口部分から水槽入口にかけて末広が
りとなる接続部分を構成し、水槽の流水方向に沿って複
数の水没式水抵抗器本体を並べて設置したことを特徴と
する。

【００１１】

【作用】上述のように構成することにより、導水路から
導入する冷却水を水槽内に静流に近い状態で流すととも
に、その水の一部を水槽の底面に当てて水面方向に向け
て流し、各水抵抗器本体部分を流れて電極板を冷却する
水流より、水面近くを流れる水流を速くし、水面近くの
速い水流で上昇してくる暖められた水を巻き込みながら
流し、水槽出口から排水する。これにより、水槽の水面
近くによどみが生ずるのを防止し、熱だまりの発生を防
止し、水槽から効率良く熱エネルギを排出して水面近く
で短絡やスパークが発生するのを防止する。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の電力機器の負荷用水抵抗器の
一実施例を図１及び図２によって説明する。なお、この
図１及び図２において、前述した図３に対応する部分に
は同一符号を付すこととし、その詳細な説明を省略する
。

【００１３】図１、及び図２に例示する水抵抗器は、水
力発電所から分水した水を利用するものである。水力発
電所では、水車を回すのに用いた水を放水庭（テイルレ
イス）８から放出するようになっている。放水庭８の一
部には、導水路９を設け、水槽１０の入口に水を送るよ
う接続する。水槽１０の出口には、所定高さの堰１１を
設け、水槽１０内の水位を一定に保って排水するように
構成する。水槽１０は、全体略長方形の流路状に構成す
る。水槽１０内には、複数（本例では４機）の水抵抗器
本体１２を配置する。すなわち、一つの水槽１０内に複
数の電極を翼列状に配置（カスケード配置）して設置す
るものである。

【００１４】図１に示すように４つの水抵抗器本体１２
は、水槽１０の水平な底面上に等間隔を置いて固定設置
し、水没させた状態で使用するものである。水槽１０に
接続する導水路９は、傾角約１０度の下り傾斜に構成し
、導水路９内一杯に水を流すようにする。導水路９と水
槽１０との接続部分１５は、約３０度程度の角度で末広
がりになる構造とする。また、導水路９の末広がりの接
続部分１５の上側面端口部位１３が水槽１０内に満たし
た冷却水の水面位置と一致するような構造とし、水槽１
０内に流入する冷却水が整流となるようにする。

【００１５】水槽１０の堰１１を設けた出口部分は、そ
の底面角部及び側面角部を湾曲させた曲面構造１４とし
、角部でうず流や乱流を生じないようにする。

【００１６】次に上述のように構成した本例の水抵抗器
の作動を説明する。

【００１７】まず、本例の負荷用水抵抗器を用いて電力
機器の試験を行うには、導水路９から水槽１０内に水を
導入しながら、各水抵抗器本体１２のそれぞれの電極板
４，５，６に電力を負荷して行うものである。このとき
、導水路９から流入した水は末広がりの接続部分１５で
流速を弱め静流に近い状態にされ、水槽１０の入口に送
られる。このとき水の一部は、導水路９の下り傾斜底面
から水槽１０の水平底面に流れるときの底面の角度の相
異によって、水面方向に向けて流れることになる。

【００１８】このようにして水槽１０内の水抵抗器本体
１２の設置部位を流れる水は、流れと平行に向けた電極
板４，５，６の間を流れながら、これらを冷却し水槽１
０の出口に流れる。これとともに各電極板４，５，６で
暖められた水は水面側に向けて流れるよう自然対流する
。

【００１９】また、水槽１０の水面近くを流れる水は電
極板４，５，６等の抵抗がないので速い流速で流れ、自
然対流で上昇してきた暖まった水を巻き込みながら水槽
１０の出口側に流れる。そして水槽１０の出口にある堰
１１を越えて外部放水路１６に放出される。すなわち、
この水槽１０においては、水流は水槽１０の底部より水
面近くで速く流れる。そして、各電極板４，５，６で暖
められ水面側に上昇した水を水面近くの速く流れる水で
巻き込んで混ぜて冷やしながら押し流し、すみやかに堰
１１をのり越えて排水する。従って、水槽１０の水面近
くに水のよどみを生ずることなく、熱だまりを生ずるこ
ともなく、各電極板４，５，６から水に熱交換された熱
エネルギを効率よく水槽１０の外へ排出するものである
。

【００２０】また、本実施例は、実際にプラントとして
建設されたものであり、その定格は次の通りである。電
圧１１ＫＶ、容量１５７５０ＫＷ×４台（６３，０００
ＫＷ）、水の固有抵抗ρ＝１２０００Ω・ｃｍから１５
０００Ω・ｃｍである。

【００２１】負荷試験の結果は、１１ＫＶ、６３０００
ＫＷのとき水槽１０での冷却水入口温度は２８℃であり
、冷却水表面温度は水抵抗器本体１２の第１番目の所で
２８℃、第２番目で２９℃、第３及び第４番目の所で３
０℃であり、冷却水出口温度は３０℃であった。このと
きの冷却水量は４．５ｔｏｎ／ｓｅｃである。水槽１０
の横幅は約４ｍ、水深は約３．７ｍである。さらに、水
槽１０の水面温度が６０℃を越えることもなく十分に冷
却できたので、スパークや線間短絡もなく、良好に負荷
運転を実行できた。

【００２２】なお、水抵抗器の設計のため１／１０モデ
ルで実験した。これは初め水槽に水を導入する導水路を
水槽の水底と平行とし、末広がりの接続部分を設けるこ
となく、直管で接続した構造とし他は同様に構成した。 このときは、水が水槽の底部を主に流れてしまい、水面
近くによどみを生じ、熱だまりとなって水面温度が６０
℃を越え短絡やスパークを生じ易い状況となった。この
ため本実施例の如き構造に構成したものであり、水面温
度を大幅に下げることができた。

【００２３】

【発明の効果】以上詳述したように本発明の電力機器の
負荷用水抵抗器によれば、水槽の冷却水入口に下り勾配
の導水路を接続し、導水路の出口部分から水槽にかけて
末広がりとなる接続部分を構成し、水槽の流水方向に沿
って複数の水没式水抵抗器本体を並べて設置する。これ
により導水路から導入する冷却水を水槽内に静流に近い
状態で流すとともに、その水の一部を水槽の底面に当て
て水面方向に向けて流し、各水抵抗器本体部分を流れて
電極板を冷却する水流より、水面近くを流れる水流を速
くし、水面近くの速い水流で上昇してくる暖められた水
を巻き込みながら流し、水槽出口から排水する。このた
め、水槽の水面近くによどみが生ずるのを防止し、熱だ
まりの発生を防止し、水槽から効率良く熱エネルギを排
出して水面近くで短絡やスパークが発生するのを防止で
きるという効果がある。

【００２４】また、一つの水槽に複数の水抵抗器本体を
設置できるので、従来のように各単体の水抵抗器本体ご
とに専用の水槽を設けていたのに比し、設備構成を簡略
化し、建設費を大幅に低減できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電力機器の負荷用水抵抗器の一実施例
を示す概略縦断面図。

【図２】上記実施例の全体概略平面図。

【図３】従来の負荷用水抵抗器を例示する要部縦断面図
。

【符号の説明】

４，５，６…電極板 ９…導水路 １０…水槽 １１…堰 １２…水抵抗器本体 １５…接続部分

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　水槽の冷却水入口に、下り勾配の導水
   路を接続し、当該導水路の出口部分から上記水槽入口に
   かけて末広がりにし、静流を送るようにする接続部分を
   構成し、上記水槽の流水方向に沿って複数の水没式水抵
   抗器本体を並べて設置したことを特徴とする電力機器の
   負荷用水抵抗器。