JPH05315149A - 自冷式変圧器 - Google Patents
自冷式変圧器Info
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- JPH05315149A JPH05315149A JP11876592A JP11876592A JPH05315149A JP H05315149 A JPH05315149 A JP H05315149A JP 11876592 A JP11876592 A JP 11876592A JP 11876592 A JP11876592 A JP 11876592A JP H05315149 A JPH05315149 A JP H05315149A
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- JP
- Japan
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- winding
- flow rate
- transformer
- calculating
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Abstract
(57)【要約】
【目的】本発明の目的は、ＰＦＣ液を冷媒とする自冷式
変圧器を良好に作動させるため、（１）循環流量を確保
するに好適な巻線と冷却器の中心間高さ、（２）間隙が
狭くかつ均一に冷却される巻線構造、（３）自然循環流
量および巻線温度上昇の予測計算方法、を提供すること
にある。 【構成】水平スペーサ厚さＨ0 を０.８mm 以上とし、垂
直スペーサ厚さＶ0 を２mm以上とした巻線構造を備え、
変圧器の巻線５と冷却器２の中心間高さΔＨを０.４ｍ
以上としたことを特徴とするパーフルオロカーボン（Ｃ
8Ｆ16ＯとＣ8Ｆ18の混合体）液を冷却媒体とした自冷式
変圧器。
変圧器を良好に作動させるため、（１）循環流量を確保
するに好適な巻線と冷却器の中心間高さ、（２）間隙が
狭くかつ均一に冷却される巻線構造、（３）自然循環流
量および巻線温度上昇の予測計算方法、を提供すること
にある。 【構成】水平スペーサ厚さＨ0 を０.８mm 以上とし、垂
直スペーサ厚さＶ0 を２mm以上とした巻線構造を備え、
変圧器の巻線５と冷却器２の中心間高さΔＨを０.４ｍ
以上としたことを特徴とするパーフルオロカーボン（Ｃ
8Ｆ16ＯとＣ8Ｆ18の混合体）液を冷却媒体とした自冷式
変圧器。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は自冷式変圧器に係り、特
に、不燃性のパーフルオロカーボン液を冷媒とした自冷
式変圧器に関する。
に、不燃性のパーフルオロカーボン液を冷媒とした自冷
式変圧器に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、都市に設置する変圧器に対して、
防災の面から不燃化が、また、省動力および低騒音のた
め自然循環冷却（以下、自冷と略す）化が強く望まれて
いる。そこで、不燃性冷媒を用いた中小容量の自冷式変
圧器が普及している。従来の装置は特開昭62−81013 号
に記載したように、ＳＦ6 ガスを冷却媒体とし、これを
自然循環させて変圧器巻線を冷却していた。しかし、Ｓ
Ｆ6 ガスは冷却性能が低いため、容量が小さい割に寸法
が大きくなる問題があった。そこで、小形化のため、不
燃でかつ冷却性能に優れたパーフルオロカーボン（Ｃ8
Ｆ16ＯとＣ8Ｆ18の混合体：以下、ＰＦＣと略す）液に
着目し、これを冷媒とする自冷式変圧器を考案したが、
上記従来技術の変圧器の冷媒をＰＦＣ液に替えるだけで
は小形にならないで、また、良好に作動しなかった。
防災の面から不燃化が、また、省動力および低騒音のた
め自然循環冷却（以下、自冷と略す）化が強く望まれて
いる。そこで、不燃性冷媒を用いた中小容量の自冷式変
圧器が普及している。従来の装置は特開昭62−81013 号
に記載したように、ＳＦ6 ガスを冷却媒体とし、これを
自然循環させて変圧器巻線を冷却していた。しかし、Ｓ
Ｆ6 ガスは冷却性能が低いため、容量が小さい割に寸法
が大きくなる問題があった。そこで、小形化のため、不
燃でかつ冷却性能に優れたパーフルオロカーボン（Ｃ8
Ｆ16ＯとＣ8Ｆ18の混合体：以下、ＰＦＣと略す）液に
着目し、これを冷媒とする自冷式変圧器を考案したが、
上記従来技術の変圧器の冷媒をＰＦＣ液に替えるだけで
は小形にならないで、また、良好に作動しなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ＰＦＣ（６０℃）液は
ＳＦ6 ガス（６０℃，２.５kg／cm2 ）に比べ、密度が
約１２０倍，比熱が１.５ 倍，動粘性係数が１／２，熱
伝導率が４倍，体膨張係数が１／２と物性値が大きく異
なる。また、ＰＦＣ液は沸点が１００℃と低いため、巻
線の局部過熱を防止し、巻線の絶縁破壊の原因となる発
泡を抑えることが重要である。さらに、ＰＦＣ液は高価
格であり、冷媒使用量を低減するため巻線間隙の狭隘化
が望まれ、狭隘化のために生じる巻線内の圧力損失増大
を考慮すると循環流量の確保が重要である。したがっ
て、冷媒をＰＦＣ液に替えることによって新たに次のよ
うな課題が生じた。（１）間隙が狭くかつ均一に冷却さ
れる巻線構造の開発およびＰＦＣ液の循環流量と巻線温
度上昇の関係把握。（２）巻線と冷却器の中心間高さが
ＰＦＣ液の自然循環流量に及ぼす影響の把握。
ＳＦ6 ガス（６０℃，２.５kg／cm2 ）に比べ、密度が
約１２０倍，比熱が１.５ 倍，動粘性係数が１／２，熱
伝導率が４倍，体膨張係数が１／２と物性値が大きく異
なる。また、ＰＦＣ液は沸点が１００℃と低いため、巻
線の局部過熱を防止し、巻線の絶縁破壊の原因となる発
泡を抑えることが重要である。さらに、ＰＦＣ液は高価
格であり、冷媒使用量を低減するため巻線間隙の狭隘化
が望まれ、狭隘化のために生じる巻線内の圧力損失増大
を考慮すると循環流量の確保が重要である。したがっ
て、冷媒をＰＦＣ液に替えることによって新たに次のよ
うな課題が生じた。（１）間隙が狭くかつ均一に冷却さ
れる巻線構造の開発およびＰＦＣ液の循環流量と巻線温
度上昇の関係把握。（２）巻線と冷却器の中心間高さが
ＰＦＣ液の自然循環流量に及ぼす影響の把握。
【０００４】上記課題を解決し、ＰＦＣ液を冷媒とする
自冷式変圧器を良好に作動させるため、（１）循環流量
を確保するには好適な巻線と冷却器の中心間高さ、
（２）間隙が狭くかつ均一に冷却される巻線構造、
（３）自然循環流量および巻線温度上昇の予測計算方
法、を提供することを本発明の目的とする。
自冷式変圧器を良好に作動させるため、（１）循環流量
を確保するには好適な巻線と冷却器の中心間高さ、
（２）間隙が狭くかつ均一に冷却される巻線構造、
（３）自然循環流量および巻線温度上昇の予測計算方
法、を提供することを本発明の目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的（１）循環流量
の確保を達成するために、巻線と冷却器の中心間高さを
０.４ｍ 以上とした。（２）間隙が狭くかつ均一に冷却
される巻線構造を提供するために、水平スペーサ厚さを
０.８mm 以上、垂直スペーサ厚さを２mm以上とした。
（３）自然循環流量を予測するために、巻線，冷却器，
配管系の寸法，形状、および、巻線と冷却器の中心間高
さ、巻線発熱量を入力するプロセスと、循環流量の初期
値を仮定するプロセスと、各部における冷媒の温度，物
性値を算出するプロセスＡと、これを基に循環系に作用
する循環力と巻線，冷却器，配管系の圧力損失とを計算
するプロセスと、両者の和の絶対値が一定値ε以下にな
ったら、これを循環流量とするプロセスと、ε以上にな
ったら流量を修正してプロセスＡに送るプロセスとから
構成される循環流量計算プログラムを提供する。また、
巻線温度上昇を予測するために１折流区の巻線に着目し
て、折流区番号ｉ，巻線の寸法や形状，巻線発熱量およ
び折流区入口の冷媒温度，流量等を入力するプロセスＢ
と、分配流量の初期値を仮定するプロセスと、発熱量，
分配流量，冷媒の比熱から各水平ダクトの入口，出口の
冷媒温度を計算し、これを基に各点の密度，動粘性係
数，熱伝導率等の物性値を計算するプロセスＣと、各
（ｊ番目の）経路の摩擦損失，分岐損失，合流損失から
なる流動抵抗ΔＰjおよび循環力ΔＦjを計算するプロセ
スと、各（ｊ番目の）水平ダクトを通る折流区入口から
出口までの圧力損失（Ｐi−Ｐo)j＝ΔＰj＋ΔＦjとそれ
らの平均値との差の絶対値が一定値ε以上になったら、
分配流量を修正して再びプロセスＣに送るプロセスと、
ε以下になったら、これらを各水平ダクトへの分配流量
とし、折流区の圧力損失とするプロセスと、水平ダクト
内の平均流速から絶縁紙表面における平均熱伝達率を算
出し、絶縁紙層の熱伝導率と厚さ、およびコイル表面の
平均熱流束より、コイル平均温度上昇を計算するプロセ
スと、折流区出口の冷媒温度、および折流区内冷媒の平
均密度を求めるプロセスと、これらを次の折流区の入口
の値として用い、プロセスＡにｍ回送り、順次ｍ番目の
折流区まで計算するプロセスとから構成される巻線温度
上昇計算プログラムを提供する。
の確保を達成するために、巻線と冷却器の中心間高さを
０.４ｍ 以上とした。（２）間隙が狭くかつ均一に冷却
される巻線構造を提供するために、水平スペーサ厚さを
０.８mm 以上、垂直スペーサ厚さを２mm以上とした。
（３）自然循環流量を予測するために、巻線，冷却器，
配管系の寸法，形状、および、巻線と冷却器の中心間高
さ、巻線発熱量を入力するプロセスと、循環流量の初期
値を仮定するプロセスと、各部における冷媒の温度，物
性値を算出するプロセスＡと、これを基に循環系に作用
する循環力と巻線，冷却器，配管系の圧力損失とを計算
するプロセスと、両者の和の絶対値が一定値ε以下にな
ったら、これを循環流量とするプロセスと、ε以上にな
ったら流量を修正してプロセスＡに送るプロセスとから
構成される循環流量計算プログラムを提供する。また、
巻線温度上昇を予測するために１折流区の巻線に着目し
て、折流区番号ｉ，巻線の寸法や形状，巻線発熱量およ
び折流区入口の冷媒温度，流量等を入力するプロセスＢ
と、分配流量の初期値を仮定するプロセスと、発熱量，
分配流量，冷媒の比熱から各水平ダクトの入口，出口の
冷媒温度を計算し、これを基に各点の密度，動粘性係
数，熱伝導率等の物性値を計算するプロセスＣと、各
（ｊ番目の）経路の摩擦損失，分岐損失，合流損失から
なる流動抵抗ΔＰjおよび循環力ΔＦjを計算するプロセ
スと、各（ｊ番目の）水平ダクトを通る折流区入口から
出口までの圧力損失（Ｐi−Ｐo)j＝ΔＰj＋ΔＦjとそれ
らの平均値との差の絶対値が一定値ε以上になったら、
分配流量を修正して再びプロセスＣに送るプロセスと、
ε以下になったら、これらを各水平ダクトへの分配流量
とし、折流区の圧力損失とするプロセスと、水平ダクト
内の平均流速から絶縁紙表面における平均熱伝達率を算
出し、絶縁紙層の熱伝導率と厚さ、およびコイル表面の
平均熱流束より、コイル平均温度上昇を計算するプロセ
スと、折流区出口の冷媒温度、および折流区内冷媒の平
均密度を求めるプロセスと、これらを次の折流区の入口
の値として用い、プロセスＡにｍ回送り、順次ｍ番目の
折流区まで計算するプロセスとから構成される巻線温度
上昇計算プログラムを提供する。
【０００６】
【作用】巻線と冷却器の中心間高さを０.４ｍ 以上とす
ることにより、巻線温度上昇を許容範囲内に抑える自然
循環流量を確保することができる。自然循環系の循環流
量は循環力に支配され、循環力は巻線下部から冷却器上
部までの系内の冷媒密度と、冷却器上部から巻線下部ま
での系内の冷媒密度との差に、巻線下部から冷却器上部
までの高さを乗ずることにより得られる。したがって、
巻線と冷却器の中心間高さが大きいほど循環力が大きく
なる。巻線と冷却器の中心間高さが０.４ｍ以下では折
流区内の上方の水平ダクトに冷媒が分配されず、上方の
コイルが過熱する。
ることにより、巻線温度上昇を許容範囲内に抑える自然
循環流量を確保することができる。自然循環系の循環流
量は循環力に支配され、循環力は巻線下部から冷却器上
部までの系内の冷媒密度と、冷却器上部から巻線下部ま
での系内の冷媒密度との差に、巻線下部から冷却器上部
までの高さを乗ずることにより得られる。したがって、
巻線と冷却器の中心間高さが大きいほど循環力が大きく
なる。巻線と冷却器の中心間高さが０.４ｍ以下では折
流区内の上方の水平ダクトに冷媒が分配されず、上方の
コイルが過熱する。
【０００７】水平スペーサはコイル間に冷媒を流すた
め、水平方向に間隙を設ける部材であり、水平ダクトは
冷媒を流すダクトである。水平スペーサ厚さを０.８mm
以上にすることにより、水平ダクト間隙が閉塞しない。
しかるに、導体の周りに絶縁紙が被覆されているので、
絶縁紙層間の隙間や絶縁紙自然の弾性のため、絶縁紙は
水平スペーサによってもとの厚さの約６０±２０％につ
ぶされることを計測した。通常の絶縁紙層の厚さは０.
６mm 程度であるので、実際の水平ダクト間隙は水平ス
ペーサ厚さより２・（０.４±０.１mm）小さくなる。そ
こで、水平スペーサ厚さが０.８mm 以上でないと水平ダ
クト間隙が０、即ち閉塞してしまう。
め、水平方向に間隙を設ける部材であり、水平ダクトは
冷媒を流すダクトである。水平スペーサ厚さを０.８mm
以上にすることにより、水平ダクト間隙が閉塞しない。
しかるに、導体の周りに絶縁紙が被覆されているので、
絶縁紙層間の隙間や絶縁紙自然の弾性のため、絶縁紙は
水平スペーサによってもとの厚さの約６０±２０％につ
ぶされることを計測した。通常の絶縁紙層の厚さは０.
６mm 程度であるので、実際の水平ダクト間隙は水平ス
ペーサ厚さより２・（０.４±０.１mm）小さくなる。そ
こで、水平スペーサ厚さが０.８mm 以上でないと水平ダ
クト間隙が０、即ち閉塞してしまう。
【０００８】垂直スペーサはコイル側面に冷媒を流すた
め、垂直方向の間隙を設ける部材であり、垂直スペーサ
厚さを２mm以上にすることにより自然循環流量が確保さ
れ、巻線が均一に冷却され、許容温度上昇以下になる。
なお、２mm以下にすると巻線内の圧力損失が増大し、自
然循環流量が確保されず、折流区内の上方の水平ダクト
に冷媒が分配されず、上方のコイルが過熱する。
め、垂直方向の間隙を設ける部材であり、垂直スペーサ
厚さを２mm以上にすることにより自然循環流量が確保さ
れ、巻線が均一に冷却され、許容温度上昇以下になる。
なお、２mm以下にすると巻線内の圧力損失が増大し、自
然循環流量が確保されず、折流区内の上方の水平ダクト
に冷媒が分配されず、上方のコイルが過熱する。
【０００９】巻線温度上昇計算プログラムはｍ個の折流
区について、各水平ダクトへの分配流量，折流区の圧力
損失，絶縁紙表面における平均熱伝達率およびコイル平
均温度上昇を計算するプログラムである。また、循環流
量計算プログラムは前記巻線温度上昇計算プログラムを
サブプログラムとして備えたプログラムであり、各部に
おける冷媒の温度，物性値，循環系に作用する循環力、
また、巻線，冷却器，配管系の圧力損失、および自然循
環流量を計算するプログラムである。
区について、各水平ダクトへの分配流量，折流区の圧力
損失，絶縁紙表面における平均熱伝達率およびコイル平
均温度上昇を計算するプログラムである。また、循環流
量計算プログラムは前記巻線温度上昇計算プログラムを
サブプログラムとして備えたプログラムであり、各部に
おける冷媒の温度，物性値，循環系に作用する循環力、
また、巻線，冷却器，配管系の圧力損失、および自然循
環流量を計算するプログラムである。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図１により説明す
る。主要構成要素は変圧器１，冷却器２，上昇管３，下
降管４であり、変圧器１は巻線５，鉄心６，間隙材７か
ら構成され、巻線５を鉄心６の周りに円板を重ねた様に
巻き、その周りに間隙剤７を配置してＰＦＣ液１０１の
使用量を減らした。冷却器２からのＰＦＣ液１０１を巻
線５下部へ導入し、巻線５を冷却した後、巻線上部から
排出させ、再び、冷却器２へ戻す。ＰＦＣ液１０１の自
然循環は巻線５入口から冷却器２入口までの冷媒密度ρ
u と冷却器２入口から巻線５入口までの冷媒密度ρd と
の密度差によって生じ、循環力は密度差と高さに比例し
て大きくなる。高さを高くするには冷却器２を高くすれ
ば良い。ここでは冷却器２の高さを表すために、巻線５
と冷却器２との中心間高さΔＨを用いる。ΔＨをどの程
度にしたら循環流量および巻線温度上昇がどうなるか、
また、巻線構成をどのようにしたら均一に冷却されるか
を調べるため、図２〜図５に示す実験装置を用いた。
る。主要構成要素は変圧器１，冷却器２，上昇管３，下
降管４であり、変圧器１は巻線５，鉄心６，間隙材７か
ら構成され、巻線５を鉄心６の周りに円板を重ねた様に
巻き、その周りに間隙剤７を配置してＰＦＣ液１０１の
使用量を減らした。冷却器２からのＰＦＣ液１０１を巻
線５下部へ導入し、巻線５を冷却した後、巻線上部から
排出させ、再び、冷却器２へ戻す。ＰＦＣ液１０１の自
然循環は巻線５入口から冷却器２入口までの冷媒密度ρ
u と冷却器２入口から巻線５入口までの冷媒密度ρd と
の密度差によって生じ、循環力は密度差と高さに比例し
て大きくなる。高さを高くするには冷却器２を高くすれ
ば良い。ここでは冷却器２の高さを表すために、巻線５
と冷却器２との中心間高さΔＨを用いる。ΔＨをどの程
度にしたら循環流量および巻線温度上昇がどうなるか、
また、巻線構成をどのようにしたら均一に冷却されるか
を調べるため、図２〜図５に示す実験装置を用いた。
【００１１】図２に実験装置の系統図を示した。装置は
巻線モデル８および冷却器２から構成され、循環系統は
流量計１１，ポンプ１２を備えた強制循環系１０３と自
然循環系１０４とから成る。模擬巻線９は折流板１０に
よって複数の折流区に分割される。
巻線モデル８および冷却器２から構成され、循環系統は
流量計１１，ポンプ１２を備えた強制循環系１０３と自
然循環系１０４とから成る。模擬巻線９は折流板１０に
よって複数の折流区に分割される。
【００１２】図３に巻線モデル構造図を示す。図４に示
す模擬素線１５を水平方向に複数個重ねて模擬コイル１
６を構成し、模擬コイル１６と水平スペーサ１３を交互
に積み重ねて巻線モデル８を構成した。模擬素線１５は
ヒータ１８と熱電対１９を埋め込んだ導体１７の周りに
絶縁紙を巻き付けたものである。図５に１折流区の縦断
面図を示した。水平スペーサ厚さＨ0 ，垂直スペーサ厚
さＶ0 ，１折流区のコイル数ｎをパラメータとするＡ，
Ｂ，Ｃ型と三種類の巻線構成について実験検討した。
す模擬素線１５を水平方向に複数個重ねて模擬コイル１
６を構成し、模擬コイル１６と水平スペーサ１３を交互
に積み重ねて巻線モデル８を構成した。模擬素線１５は
ヒータ１８と熱電対１９を埋め込んだ導体１７の周りに
絶縁紙を巻き付けたものである。図５に１折流区の縦断
面図を示した。水平スペーサ厚さＨ0 ，垂直スペーサ厚
さＶ0 ，１折流区のコイル数ｎをパラメータとするＡ，
Ｂ，Ｃ型と三種類の巻線構成について実験検討した。
【００１３】水平スペーサ厚さＨ0 をどの程度にしたら
良いかを調べるため、図６，図７に水平スペーサ１３を
挾んだ素線１５の絶縁紙歪δを示した。絶縁紙層間の隙
間や絶縁紙自然の弾性のため、絶縁紙２０は水平スペー
サによってもとの厚さ（層間の隙間やたるみが無いとし
た計算値）の約６０±２０％につぶされることを隙間ゲ
ージで計測した。通常の絶縁紙層の厚さは０.６mm 程度
であるので、実際の水平ダクト間隙Ｈ（＝Ｈ0−２δ）
は水平スペーサ厚さＨ0 より２・(０.４±０.１mm）小
さくなる。そこで、水平スペーサ厚さを０.８mm 以上に
しないと水平ダクト間隙が閉塞してしまう。
良いかを調べるため、図６，図７に水平スペーサ１３を
挾んだ素線１５の絶縁紙歪δを示した。絶縁紙層間の隙
間や絶縁紙自然の弾性のため、絶縁紙２０は水平スペー
サによってもとの厚さ（層間の隙間やたるみが無いとし
た計算値）の約６０±２０％につぶされることを隙間ゲ
ージで計測した。通常の絶縁紙層の厚さは０.６mm 程度
であるので、実際の水平ダクト間隙Ｈ（＝Ｈ0−２δ）
は水平スペーサ厚さＨ0 より２・(０.４±０.１mm）小
さくなる。そこで、水平スペーサ厚さを０.８mm 以上に
しないと水平ダクト間隙が閉塞してしまう。
【００１４】本実施例では水平スペーサ厚さを０.８mm
以上にするので、水平ダクト間隙が閉塞することは無
い。
以上にするので、水平ダクト間隙が閉塞することは無
い。
【００１５】図５における導体番号およびコイル番号に
対応する導体の温度上昇分布を図８，図９に示した。図
８は各水平ダクトに均等に冷媒が分配され、各コイルも
均一に冷却された例であり、図９は流量が極端に小さい
例であり、上方の水平ダクトに冷媒が分配されず、上方
におけるコイルの温度上昇が大きくなった（異常温度上
昇の発生）例である。これをわかりやすいように、各コ
イルの温度上昇ΔＴjmに着目し、両者を比較して図１０
に示した。ここで、温度上昇は折流区入口の冷媒温度と
各導体の温度差であり、ΔＴm は１折流区内の全導体の
平均温度上昇である。
対応する導体の温度上昇分布を図８，図９に示した。図
８は各水平ダクトに均等に冷媒が分配され、各コイルも
均一に冷却された例であり、図９は流量が極端に小さい
例であり、上方の水平ダクトに冷媒が分配されず、上方
におけるコイルの温度上昇が大きくなった（異常温度上
昇の発生）例である。これをわかりやすいように、各コ
イルの温度上昇ΔＴjmに着目し、両者を比較して図１０
に示した。ここで、温度上昇は折流区入口の冷媒温度と
各導体の温度差であり、ΔＴm は１折流区内の全導体の
平均温度上昇である。
【００１６】上方におけるコイルの温度上昇が大きくな
るとコイルの温度上昇の最大値ΔＴmaxが大きくなるの
で、最大値ΔＴmaxと最小値ΔＴminの差を平均値ΔＴm
で除したσで、上方におけるコイルの異常温度上昇の発
生を判断することにする。図１１に水平ダクトのレイノ
ルズ数Ｒｅ〔＝｛Ｇｖｄe／{(ｎ＋１)ＨＷνi}〕とσと
の関係を示した。ここで、Ｇｖは流量、ｄe は水平ダク
トの相当直径、Ｗは流路幅、νi は動粘性係数である。
Ｒｅ＜４０でσが急激に増大しており、Ｒｅ＜４０にす
ると異常温度上昇が発生することが分かった。
るとコイルの温度上昇の最大値ΔＴmaxが大きくなるの
で、最大値ΔＴmaxと最小値ΔＴminの差を平均値ΔＴm
で除したσで、上方におけるコイルの異常温度上昇の発
生を判断することにする。図１１に水平ダクトのレイノ
ルズ数Ｒｅ〔＝｛Ｇｖｄe／{(ｎ＋１)ＨＷνi}〕とσと
の関係を示した。ここで、Ｇｖは流量、ｄe は水平ダク
トの相当直径、Ｗは流路幅、νi は動粘性係数である。
Ｒｅ＜４０でσが急激に増大しており、Ｒｅ＜４０にす
ると異常温度上昇が発生することが分かった。
【００１７】模擬巻線９と冷却器２の中心間距離ΔＨと
自然循環流量を表すＲｅとの関係を図１２に示した。Δ
Ｈ＜０.４ｍ であるとＲｅ＜４０になり、異常温度上昇
が発生するので、ΔＨを０.４ｍ 以上にする必要があ
る。なお、図１２中Ａ，ＢおよびＣ型とも循環系の全圧
力損失に占める巻線モデム，冷却器，配管の圧力損失の
割合はそれぞれ約５５％，３５％，１０％程度と従来の
油入自冷変圧器と同程度の割合であった。
自然循環流量を表すＲｅとの関係を図１２に示した。Δ
Ｈ＜０.４ｍ であるとＲｅ＜４０になり、異常温度上昇
が発生するので、ΔＨを０.４ｍ 以上にする必要があ
る。なお、図１２中Ａ，ＢおよびＣ型とも循環系の全圧
力損失に占める巻線モデム，冷却器，配管の圧力損失の
割合はそれぞれ約５５％，３５％，１０％程度と従来の
油入自冷変圧器と同程度の割合であった。
【００１８】本実施例によれば、ΔＨを０.４ｍ 以上と
するので異常温度上昇の発生を防止できる。
するので異常温度上昇の発生を防止できる。
【００１９】垂直ダクト間隙Ｖが巻線圧力損失に及ぼす
影響を図１３に示す。ζは１折流区の圧力損失ΔＰと水
平ダクト内の摩擦損失ΔＰh の比ΔＰ／ΔＰh であり、
（ｎ＋１）Ｈ／Ｖは１折流区における（ｎ＋１）個の水
平ダクトと垂直ダクトの流路断面比であり、（ｎ＋１）
Ｈ／Ｖが大きくなるとζが大きくなる。即ち、Ｖが小さ
くなると圧力損失ΔＰが大きくなる。また、ΔＰが大き
くなると自然循環流量が減少し、巻線の異常温度上昇発
生が予想される。そこで、図１４に（ｎ＋１）Ｈ／Ｖと
Ｒｅの関係を示す。ΔＨの大小によってＲｅは異なる
が、垂直スペーサ厚さがＶ0 ＜２mmになるとＲｅ＜４０
になり、異常温度上昇が発生するので、Ｖ0 を２mm以上
にする必要がある。
影響を図１３に示す。ζは１折流区の圧力損失ΔＰと水
平ダクト内の摩擦損失ΔＰh の比ΔＰ／ΔＰh であり、
（ｎ＋１）Ｈ／Ｖは１折流区における（ｎ＋１）個の水
平ダクトと垂直ダクトの流路断面比であり、（ｎ＋１）
Ｈ／Ｖが大きくなるとζが大きくなる。即ち、Ｖが小さ
くなると圧力損失ΔＰが大きくなる。また、ΔＰが大き
くなると自然循環流量が減少し、巻線の異常温度上昇発
生が予想される。そこで、図１４に（ｎ＋１）Ｈ／Ｖと
Ｒｅの関係を示す。ΔＨの大小によってＲｅは異なる
が、垂直スペーサ厚さがＶ0 ＜２mmになるとＲｅ＜４０
になり、異常温度上昇が発生するので、Ｖ0 を２mm以上
にする必要がある。
【００２０】本実施例によれば、垂直スペーサ厚さＶ0
を２mm以上とするので異常温度上昇の発生を防止でき
る。
を２mm以上とするので異常温度上昇の発生を防止でき
る。
【００２１】自然循環流量を予測するため、図１５に自
然循環流量計算フロー図を示した。循環流量計算プログ
ラムは巻線，冷却器，配管等の寸法，形状、および、巻
線と冷却器の中心間高さ、巻線発熱量を入力するプロセ
スと、循環流量の初期値を仮定するプロセスと、各部に
おける冷媒の温度，物性値を算出するプロセスＡと、こ
れを基に循環系に作用する循環力と巻線，冷却器，配管
系の圧力損失とを計算するプロセスと、両者の和の絶対
値が一定値ε以下になったら、これを循環流量とするプ
ロセスと、ε以上になったら流量を修正してこれをプロ
セスＡに送るプロセスとから構成される。
然循環流量計算フロー図を示した。循環流量計算プログ
ラムは巻線，冷却器，配管等の寸法，形状、および、巻
線と冷却器の中心間高さ、巻線発熱量を入力するプロセ
スと、循環流量の初期値を仮定するプロセスと、各部に
おける冷媒の温度，物性値を算出するプロセスＡと、こ
れを基に循環系に作用する循環力と巻線，冷却器，配管
系の圧力損失とを計算するプロセスと、両者の和の絶対
値が一定値ε以下になったら、これを循環流量とするプ
ロセスと、ε以上になったら流量を修正してこれをプロ
セスＡに送るプロセスとから構成される。
【００２２】また、前記、循環流量計算プログラムのサ
ブプログラムとして巻線温度上昇，圧力損失，冷媒の物
性値等を予測するための巻線温度上昇計算フローを図１
６に示す。巻線温度上昇計算プログラムは１折流区の巻
線に着目して、折流区番号ｉ，巻線の寸法や形状，巻線
発熱量および折流区入口の冷媒温度，流量等を入力する
プロセスＢと、分配流量の初期値を仮定するプロセス
と、発熱量，分配流量，冷媒の比熱から各水平ダクトの
入口，出口の冷媒温度を計算し、これを基に各点の密
度，動粘性係数，熱伝導率等の物性値を計算するプロセ
スＣと、各（ｊ番目の）経路の摩擦損失，分岐損失，合
流損失からなる流動抵抗ΔＰj および循環力ΔＦj を計
算するプロセスと、各（ｊ番目の）水平ダクトを通る折
流区入口から出口までの圧力損失（Ｐi−Ｐo)j＝ΔＰj
＋ΔＦjとそれらの平均値との差の絶対値が一定値ε以
上になったら、分配流量を修正してこれを再びプロセス
Ｃに送るプロセスと、ε以下になったら、これらを各水
平ダクトへの分配流量とし、折流区の圧力損失とするプ
ロセスと、水平ダクト内の平均流速から絶縁紙表面にお
ける平均熱伝達率を算出し、絶縁紙層の熱伝導率と厚
さ、およびコイル表面の平均熱流束より、コイル平均温
度上昇を計算するプロセスと、折流区出口の冷媒温度、
および折流区内冷媒の平均密度を求めるプロセスと、こ
れらを次の折流区の入口の値として用い、プロセスＢに
ｍ回送り、順次ｍ番目の折流区まで計算するプロセスと
から構成される。
ブプログラムとして巻線温度上昇，圧力損失，冷媒の物
性値等を予測するための巻線温度上昇計算フローを図１
６に示す。巻線温度上昇計算プログラムは１折流区の巻
線に着目して、折流区番号ｉ，巻線の寸法や形状，巻線
発熱量および折流区入口の冷媒温度，流量等を入力する
プロセスＢと、分配流量の初期値を仮定するプロセス
と、発熱量，分配流量，冷媒の比熱から各水平ダクトの
入口，出口の冷媒温度を計算し、これを基に各点の密
度，動粘性係数，熱伝導率等の物性値を計算するプロセ
スＣと、各（ｊ番目の）経路の摩擦損失，分岐損失，合
流損失からなる流動抵抗ΔＰj および循環力ΔＦj を計
算するプロセスと、各（ｊ番目の）水平ダクトを通る折
流区入口から出口までの圧力損失（Ｐi−Ｐo)j＝ΔＰj
＋ΔＦjとそれらの平均値との差の絶対値が一定値ε以
上になったら、分配流量を修正してこれを再びプロセス
Ｃに送るプロセスと、ε以下になったら、これらを各水
平ダクトへの分配流量とし、折流区の圧力損失とするプ
ロセスと、水平ダクト内の平均流速から絶縁紙表面にお
ける平均熱伝達率を算出し、絶縁紙層の熱伝導率と厚
さ、およびコイル表面の平均熱流束より、コイル平均温
度上昇を計算するプロセスと、折流区出口の冷媒温度、
および折流区内冷媒の平均密度を求めるプロセスと、こ
れらを次の折流区の入口の値として用い、プロセスＢに
ｍ回送り、順次ｍ番目の折流区まで計算するプロセスと
から構成される。
【００２３】本実施例の計算プログラムによれば、自然
循環流量，巻線温度上昇，圧力損失および冷媒の物性値
等を予測できる。
循環流量，巻線温度上昇，圧力損失および冷媒の物性値
等を予測できる。
【００２４】
【発明の効果】本発明によれば、（１）循環流量を確保
するに好適な巻線と冷却器の中心間高さ、（２）間隙が
狭くかつ均一に冷却される巻線構造、（３）自然循環流
量および巻線温度上昇の予測計算方法、を提供すること
ができる。
するに好適な巻線と冷却器の中心間高さ、（２）間隙が
狭くかつ均一に冷却される巻線構造、（３）自然循環流
量および巻線温度上昇の予測計算方法、を提供すること
ができる。
【図１】本発明の一実施例の概略構成図。
【図２】実験装置説明図。
【図３】実験装置説明図。
【図４】実験装置説明図。
【図５】実験装置説明図。
【図６】絶縁紙歪の説明図。
【図７】絶縁紙歪の説明図。
【図８】実験データ例。
【図９】実験データ例。
【図１０】実験データ例。
【図１１】巻線異常温度上昇が発生するレイノルズ数下
限値の説明図。
限値の説明図。
【図１２】ΔＨが自然循環流量に及ぼす影響の説明図。
【図１３】垂直ダクト間隙が循環流量に及ぼす影響の説
明図。
明図。
【図１４】垂直ダクト間隙が循環流量に及ぼす影響の説
明図。
明図。
【図１５】自然循環流量計算フロー図。
【図１６】巻線温度上昇計算フロー図。
１…変圧器、２…冷却器、３…上昇管、４…下降管、５
…巻線、６…鉄心、７…間隙材、８…巻線モデル、９…
模擬巻線、１０…折流板、１１…流量計、１２…ポン
プ、１３…水平スペーサ、１４…垂直スペーサ、１５…
模擬素線、１６…模擬コイル、１７…導体、１８…ヒー
タ、１９…熱電対、２０…絶縁紙、１０１…ＰＦＣ液、
１０２…冷却流体、１０３…強制循環系統、１０４…自
然循環系統、Ｈ0 …水平スペーサ厚さ、Ｈ…水平ダクト
間隙、Ｖ0 …垂直スペーサ厚さ、Ｖ…垂直ダクト間隙、
ｎ…１折流区のコイル数、δ…絶縁紙の歪、ΔＨ…巻線
と冷却器の中心間高さ。
…巻線、６…鉄心、７…間隙材、８…巻線モデル、９…
模擬巻線、１０…折流板、１１…流量計、１２…ポン
プ、１３…水平スペーサ、１４…垂直スペーサ、１５…
模擬素線、１６…模擬コイル、１７…導体、１８…ヒー
タ、１９…熱電対、２０…絶縁紙、１０１…ＰＦＣ液、
１０２…冷却流体、１０３…強制循環系統、１０４…自
然循環系統、Ｈ0 …水平スペーサ厚さ、Ｈ…水平ダクト
間隙、Ｖ0 …垂直スペーサ厚さ、Ｖ…垂直ダクト間隙、
ｎ…１折流区のコイル数、δ…絶縁紙の歪、ΔＨ…巻線
と冷却器の中心間高さ。
Claims (11)
- 【請求項１】変圧器，冷却器および両者を連絡する配管
から構成される変圧器において、パーフルオロカーボン
（Ｃ8Ｆ16ＯとＣ8Ｆ18の混合体）液を冷却媒体とし、こ
れを自然循環させて変圧器巻線を冷却させたことを特徴
とする自冷式変圧器。 - 【請求項２】請求項１において、前記変圧器の巻線と冷
却器の中心間高さを０.４ｍ 以上としたことを特徴とす
るパーフルオロカーボン（Ｃ8Ｆ16ＯとＣ8Ｆ18の混合
体）液を冷却媒体とした自冷式変圧器。 - 【請求項３】請求項１において、水平スペーサ厚さを
０.８mm 以上としたことを特徴とするパーフルオロカー
ボン（Ｃ8Ｆ16ＯとＣ8Ｆ18の混合体）液を冷却媒体とし
た自冷式変圧器巻線構造。 - 【請求項４】請求項１において、垂直スペーサ厚さを２
mm以上としたことを特徴とするパーフルオロカーボン
（Ｃ8Ｆ16ＯとＣ8Ｆ18の混合体）液を冷却媒体とした自
冷式変圧器巻線構造。 - 【請求項５】請求項１において、水平スペーサ厚さを
０.８mm 以上とし、垂直スペーサ厚さを２mm以上とした
ことを特徴とするパーフルオロカーボン（Ｃ8Ｆ16Ｏと
Ｃ8Ｆ18の混合体）液を冷却媒体とした自冷式変圧器巻
線構造。 - 【請求項６】請求項１において、水平スペーサ厚さを
０.８mm 以上とし、垂直スペーサ厚さを２mm以上とした
巻線構造を備え、変圧器の巻線と冷却器の中心間高さを
０.４ｍ以上としたことを特徴とするパーフルオロカー
ボン（Ｃ8Ｆ16ＯとＣ8Ｆ18の混合体）液を冷却媒体とし
た自冷式変圧器。 - 【請求項７】水平スペーサとそれを挾む上下のコイルが
形成する水平ダクト間隙をＨ，垂直スペーサとコイル側
面が形成する垂直ダクト間隙をＶ，１折流区内のコイル
数をｎ，流路幅をＷ，折流区入口の冷媒循環流量をＧ
ｖ，動粘性係数をνi ，水平ダクトの相当直径ｄe 〔＝
２ＨＷ／（Ｈ＋Ｗ）〕，水平ダクト内を流れるレイノル
ズ数をＲｅとして、循環流量がＲｅ＞４０となるように
Ｈ，Ｖ，ｎ等の巻線構造を決定する方法。 - 【請求項８】水平スペーサとそれを挾む上下のコイルが
形成する水平ダクト間隙をＨ，垂直スペーサとコイル側
面が形成する垂直ダクト間隙をＶ，流路幅をＷ，折流区
入口の冷媒循環流量をＧｖ，動粘性係数をνi，水平ダ
クトの相当直径ｄe〔＝２ＨＷ／（Ｈ＋Ｗ）〕，水平ダ
クト内を流れるレイノルズ数をＲｅとして、循環流量が
Ｒｅ＞４０となるように巻線と冷却器との中心間高さΔ
Ｈを決定する方法。 - 【請求項９】巻線，冷却器，配管系の寸法，形状、およ
び、巻線と冷却器の中心間高さ、巻線発熱量を入力する
プロセスと、循環流量の初期値を仮定するプロセスと、
各部における冷媒の温度、物性値を算出するプロセスＡ
と、これを基に循環系に作用する循環力と巻線，冷却
器，配管系の圧力損失とを計算するプロセスと、両者の
和の絶対値が一定値ε以下になったら、これを循環流量
とするプロセスと、ε以上となったら流量を修正してプ
ロセスＡに送るプロセスとから構成したことを特徴とす
る自冷式変圧器の循環流量計算方法。 - 【請求項１０】折流区番号ｉ、巻線の寸法や形状，巻線
発熱量および折流区入口の冷媒温度，流量等を入力する
プロセスＢと、分配流量の初期値を仮定するプロセス
と、発熱量，分配流量，冷媒の比熱から各水平ダクトの
入口，出口の冷媒温度を計算し、これを基に各点の密
度，動粘性係数，熱伝導率等の物性値を計算するプロセ
スＣと、各(ｊ番目の)経路の摩擦損失，分岐損失，合流
損失からなる流動抵抗ΔＰjおよび循環力ΔＦj を計算
するプロセスと、各（ｊ番目の）水平ダクトを通る折流
区入口から出口までの圧力損失（Ｐi−Ｐo)j＝ΔＰj＋
ΔＦjとそれらの平均値との差の絶対値が一定値ε以上
になったら、分配流量を修正して再びプロセスＣに送る
プロセスと、ε以下になったら、これらを各水平ダクト
への分配流量とし、折流区の圧力損失とするプロセス
と、水平ダクト内の平均流速から絶縁紙表面における平
均熱伝達率を算出し、絶縁紙層の熱伝導率と厚さ、およ
びコイル表面の平均熱流束より、コイル平均温度上昇を
計算するプロセスと、折流区出口の冷媒温度、および折
流区内冷媒の平均密度を求めるプロセスと、これらを次
の折流区の入口の値として用い、プロセスＡにｍ回送
り、順次ｍ番目の折流区まで計算するプロセスから構成
したことを特徴とする変圧器の巻線温度上昇計算方法。 - 【請求項１１】折流区番号ｉ、巻線の寸法や形状，巻線
発熱量および折流区入口の冷媒温度，流量等を入力する
プロセスＢと、分配流量の初期値を仮定するプロセス
と、発熱量，分配流量，冷媒の比熱から各水平ダクトの
入口，出口の冷媒温度を計算し、これを基に各点の密
度，動粘性係数，熱伝導率等の物性値を計算するプロセ
スＣと、各(ｊ番目の)経路の摩擦損失，分岐損失，合流
損失からなる流動抵抗ΔＰjおよび循環力ΔＦj を計算
するプロセスと、各（ｊ番目の）水平ダクトを通る折流
区入口から出口までの圧力損失（Ｐi−Ｐo)j＝ΔＰj＋
ΔＦjとそれらの平均値との差の絶対値が一定値ε以上
になったら、分配流量を修正して再びプロセスＣに送る
プロセスと、ε以下になったら、これらを各水平ダクト
への分配流量とし、折流区の圧力損失とするプロセス
と、水平ダクト内の平均流速から絶縁紙表面における平
均熱伝達率を算出し、絶縁紙層の熱伝導率と厚さ、およ
びコイル表面の平均熱流束より、コイル平均温度上昇を
計算するプロセスと、折流区出口の冷媒温度、および折
流区内冷媒の平均密度を求めるプロセスと、これらを次
の折流区の入口の値として用い、プロセスＡにｍ回送
り、順次ｍ番目の折流区まで計算するプロセスから構成
した変圧器の巻線温度上昇計算方法と、巻線，冷却器，
配管系の寸法・形状、および、巻線と冷却器の中心間高
さ、巻線発熱量を入力するプロセスと、循環流量の初期
値を仮定するプロセスと、各部における冷媒の温度，物
性値を算出するプロセスＡと、これを基に循環系に作用
する循環力と巻線，冷却器，配管系の圧力損失とを計算
するプロセスと、両者の和の絶対値が一定値ε以下にな
ったら、これを循環流量とするプロセスと、ε以上にな
ったら流量を修正してプロセスＡに送るプロセスとから
構成した自冷式変圧器の循環流量計算方法とを組み合わ
せたことを特徴とする自冷式変圧器の特性予測計算方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11876592A JPH05315149A (ja) | 1992-05-12 | 1992-05-12 | 自冷式変圧器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11876592A JPH05315149A (ja) | 1992-05-12 | 1992-05-12 | 自冷式変圧器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05315149A true JPH05315149A (ja) | 1993-11-26 |
Family
ID=14744514
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11876592A Pending JPH05315149A (ja) | 1992-05-12 | 1992-05-12 | 自冷式変圧器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05315149A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017137703A (ja) * | 2016-02-04 | 2017-08-10 | ケミカルグラウト株式会社 | 地盤凍結工法 |
-
1992
- 1992-05-12 JP JP11876592A patent/JPH05315149A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017137703A (ja) * | 2016-02-04 | 2017-08-10 | ケミカルグラウト株式会社 | 地盤凍結工法 |
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