JPH0695489B2

JPH0695489B2 - ガス絶縁変圧器

Info

Publication number: JPH0695489B2
Application number: JP25776189A
Authority: JP
Inventors: 義人海老沢
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-10-04
Filing date: 1989-10-04
Publication date: 1994-11-24
Anticipated expiration: 2009-11-24
Also published as: JPH03120804A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、変圧器タンク内に、鉄心の外周に巻線を巻回
してなる変圧器中身を収納すると共に、所定圧力で絶縁
ガスを封入してなるガス絶縁変圧器に係り、特に冷却お
よび絶縁構造を改良したガス絶縁変圧器に関する。

（従来の技術）近年、変電所は、その設置用地の制約から都市の近郊或
いは地下に設置される場合が多くなってきている。従っ
て、このような場所の変電所に設置される変圧器に対し
ては、難燃性の要求がさらに高くなっている。

そこで、最近では、従来の油入変圧器に代えて、絶縁冷
却媒体として絶縁特性の優れたSF₆ガスなどの絶縁ガス
を用いることによって変圧器の絶縁および冷却を行うガ
ス絶縁変圧器が実用化されている。

しかし、このガス絶縁変圧器は、従来の油入変圧器に比
べて冷却特性に劣る欠点がある。すなわち、絶縁ガスの
比熱および熱交換効率は、絶縁油に比べ特性的に大きく
下回っているため、この絶縁ガスを使用したガス絶縁変
圧器の冷却効率は油入変圧器に比べてかなり低くなって
しまう。

一般的に、巻線内で発生する損失Ｌ（kW）と、巻線を冷
却するため巻線内を流れる単位時間あたりの冷却媒体量
Ｑ（l/分）、そして、巻線への入口と出口における冷却
媒体の温度差、すなわち巻線の上下温度差ΔＴの間に
は、 ΔＴ＝1/（ｋ・Cp・ｒ）×（L/Q） … k:定数（kW/kcal/分） Cp:冷却媒体の比熱（kcal/kg・℃） r:冷却媒体の比重（kg/l）という関係がある。

この式に、具体的に物理定数を代入すると、冷却媒体
としてSF₆ガスを用いた場合において、｛1/（ｋ・Cp・
ｒ）｝の値は約6500乃至7000程度となる。一方、絶縁媒
体として絶縁油を用いた場合には、この値が約35程度と
なり、SF₆ガスを用いた場合に比べ、約200分の１の値と
なる。

すなわち、ガス絶縁変圧器の場合、巻線において、油入
変圧器と同一の損失を発生し、冷却媒体の循環量も同一
であるならば、巻線の上下の温度差は、油入変圧器の20
0倍にも達してしまうことになる。

このように冷却効率に劣るガス絶縁変圧器において、巻
線を効率良く冷却するためには、冷却媒体であるSF₆ガ
スを巻線の中によどみなく多量に送り込むことが要求さ
れる。この要求に応える技術としては、巻線内に多くの
垂直ガス流路を形成可能であり、巻線内に多量のSF₆ガ
スを循環可能な多重円筒巻線が存在している。

第３図は、従来の内鉄形ガス絶縁変圧器の巻線構造（多
重円筒巻線構造）を示す図である。この第３図において
は、鉄心１の外周に、低圧巻線２および高圧巻線７が巻
回されており、これらの巻線2,7は、低圧巻線２を内
側、高圧巻線７を外側として同軸上に配設されている。

低圧巻線２は、中性点側口出し３サイドから線路側口出
し４サイドに至るまでの多重層の円筒巻線５によって構
成されている。この多重円筒巻線は、以上のような工程
によって製造されている。すなわち、中性点側口出し３
サイドにおいて、絶縁シリンダ（図示せず）の外周に、
第１層目の円筒巻線５を形成し、その外周に複数片の絶
縁スペーサ６を分散配置し、さらにその外周に第２層目
の円筒巻線５を形成し、以下、同様に絶縁スペーサ６を
介して円筒巻線５を順次形成するという工程により製造
されている。また、各円筒巻線５は、絶縁を施された銅
線を巻回することによって形成されている。

高圧巻線７も、低圧巻線２と同様に、中性点側口出し８
サイドから線路側口出し９サイドに至るまでの多重層の
円筒巻線10によって構成されており、各円筒巻線10は、
絶縁を施された銅線を巻回することによって形成され、
また、隣接する円筒巻線10の間には、絶縁スペーサ11が
挿入されている。なお、高圧巻線７に特有の構成とし
て、その最外側円筒巻線10の外周に、雷サージに対する
電位分布特性を改善するための導電性の円筒静電シール
ド12が設けられており、この円筒静電シールド12は、線
路側口出し９と同電位とされている。

さらに、以上のように構成された低圧巻線２および高圧
巻線７の、隣接する円筒巻線5,10の間には、前記絶縁ス
ペーサ6,11によりガス流路13が確保されており、このガ
ス流路13を流れるSF₆ガスなどの絶縁ガス（ガス流14）
により、各巻線2,7の冷却が行われるようになってい
る。

（発明が解決しようとする課題）以上のような構成を有する第３図のガス絶縁変圧器にお
いては、円筒巻線5,10間に十分な断面積を有するガス流
路13が形成されるため、冷却特性に優れているが、絶縁
特性、特にガス絶縁における対雷サージ特性に問題があ
る。この点について以下に説明する。

すなわち、第３図のガス絶縁変圧器において、高圧巻線
７の中性点側口出し８を接地し、線路側口出し９に雷サ
ージを加えた場合、巻線内部で電位振動を生じ、隣接円
筒巻線10間（レヤー間）に非常に高い電圧が発生する。
第３図の構成の場合、経験的に、レヤー間電圧は、円筒
巻線10の巻回数（ターン数）の比によって分担される電
圧の、約1.5倍程度の電圧になる。仮に、第３図の高圧
巻線７が、絶縁階級60号（雷インパルス試験電圧350k
V）であり、ターン数の等しい４層の円筒巻線10にて構
成されているとすると、レヤー間の端部に分担される電
圧は、 350×（2/4）×1.5＝約263kV となり、印加電圧の70〜80％もの高電圧がレヤー間に加
わることになるため、円筒巻線10の端部角部で非常に高
い電界部分を生じる。

巻線の端部角部でこのような高電界部分を生じた場合、
油絶縁であれば、必しも絶縁耐力の低下にはつながらな
いが、ガス絶縁においては、絶縁耐力が著しく低下して
しまう欠点がある。

すなわち、油絶縁の場合には、高電界部分の存在自体に
よって絶縁耐力が低下するのではなく、その高電界部分
にさらされる絶縁油の量が多い程、絶縁油の絶縁耐力が
低下し、さらされる量が少ない程、絶縁油の絶縁耐力が
高くなるという特徴がある。従って、油絶縁の場合に
は、巻線角部が非常に高い電界となっても、同部の破壊
電界は、レヤー面の一般部分よりもかなり高くなり、そ
れだけ耐圧が向上されるため、絶縁耐力が低下する問題
はない。

これに対し、ガス絶縁の場合には、高電界部分の存在自
体によって同部の破壊電圧が低下してしまうため、第３
図に示すように、高圧巻線７に局部的な電界集中を生じ
る構造とすると、絶縁耐力が著しく低下してしまう。こ
のような欠点に対処するために、従来、高圧巻線７にお
ける円筒巻線10のレヤー間の寸法を大きくしたり、円筒
巻線10の層数を増やして分担電圧を下げることにより、
高圧巻線７の円筒巻線10の端部の電界集中を緩和してい
る。しかしながら、いずれの方法も、高圧巻線７の半径
方向寸法を大きくすることになり、ガス絶縁変圧器を大
型化させてしまう欠点がある。

また、第３図のガス絶縁変圧器において、その高圧巻線
７を構成する円筒巻線10のレヤー間寸法を大きくした場
合、低圧巻線２との間の循環ガス量のバランスが悪くな
り、冷却特性を低下させる欠点を生じる。すなわち、ガ
ス絶縁変圧器においては、前述したようなSF₆ガスなど
の絶縁ガスを、送風機（ブロワ）により、巻線内に強制
循環させて冷却能力の向上を図る技術が存在している。
この場合に、高圧巻線７のレヤー間寸法、すなわち、ガ
ス流路13の断面積が低圧巻線７のガス流路13の断面積よ
りも大きいと、絶縁ガスの流量が、高圧巻線７側に大き
く偏り、その結果、低圧巻線２のガス流量が不足して同
部の冷却能力が悪化し、巻線全体としての冷却特性が低
下してしまう恐れがある。

本発明は、上記のような従来技術の課題を解決するため
に提案されたものであり、その目的は、高圧巻線の絶縁
特性を向上させると共に、高圧巻線と低圧巻線との間の
絶縁ガス循環量のバランスを良好にし、巻線全体の冷却
特性を向上させることが可能で、しかもコンパクトなガ
ス絶縁変圧器を提供することである。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明のガス絶縁変圧器は、低圧巻線として、絶縁を施
された銅線にて形成された多重円筒巻線を使用し、高圧
巻線として、導体シートと絶縁フィルムを重ねて巻回し
てなるシート巻線を使用し、且つこのシート巻線に、任
意の間隔で垂直ガスダクトを形成したことを特徴として
いる。

（作用）以上のような構成を有する本発明のガス絶縁変圧器にお
いては、高圧巻線としてシート巻線を使用しているた
め、高圧巻線に、対雷サージ特性に優れた絶縁特性を持
たせられる。

また、高圧巻線の垂直ガスダクトの寸法および数を適宜
選択することにより、低圧巻線と高圧巻線との間の冷却
ガスの循環量を最適なバランスにできるため、巻線全体
の冷却特性を向上できる利点もある。

さらに、垂直ガスダクトの半径方向寸法を、絶縁上の理
由で大きくする必要がなく、冷却上で必要な最小限の寸
法にできるため、この結果、巻線の寸法を小さくできる
利点もある。

（実施例）以下に、本発明によるガス絶縁変圧器の一実施例を、第
１図および第２図を参照して具体的に説明する。なお、
第３図に示した従来技術と同一部分には同一符号を付し
て説明を省略し、従来技術と異なる本実施例の特徴のみ
を述べる。

まず、本実施例においては、第１図に示すように、鉄心
１の外周に、従来と同様の、円筒巻線５および絶縁スペ
ーサ６からなる多重円筒巻線（低圧巻線２）が配置され
ている。そして、この低圧巻線２の外側に、本発明のシ
ート巻線15、すなわちアルミなどの導体シートとポリエ
ステルフィルムなどの絶縁フィルムを重ねて巻回して形
成されたシート巻線15（高圧巻線７）が配置されてい
る。このシート巻線15の巻回開始端部（内周端部）と巻
回終了端部（外周端部）には、銅線とされた中性点側口
出し８と線路側口出し９とが、シート巻線15の導体シー
トに接合されている。また、シート巻線15の最外側の上
下端部には、端部の電界を緩和するための静電リング16
が配置されており、この電位は、線路側口出し９と同一
とされている。さらに、シート巻線15の半径方向には、
適当な間隔毎に、垂直ガスダクト17が設けられている。

第２図は、この垂直ガスダクト17の形成方法を示す図で
ある。すなわち、導体シート18と絶縁フィルム19とを重
ねて任意の所定回数巻回したのち、ダクトシート20を挟
み込むようにして巻込み、垂直ガスダクト17を形成して
いる。この場合、ダクトシート20は、絶縁シート20aの
片面に、多数本の角棒状の絶縁スペーサ20bが、巻回方
向に向かって一定間隔毎に順次張付けられてなるもので
ある。また、各絶縁スペーサ20bの方向は、巻回方向と
直交する幅方向とされている。なお、この第２図は、シ
ート巻線15の内周側から２本目の垂直ガスダクト17を形
成する工程を例示している。

以上のような構成を有する本実施例の作用は次の通りで
ある。

まず、高圧巻線７に、必要なだけの垂直ガスダクト17を
容易に構成することができる。即ち、従来の多重円筒巻
線構成の高圧巻線とは異なり、本実施例の高圧巻線７
は、シート巻線15を使用しているため、雷サージ侵入
時、垂直ガスダクト17に分担される電圧は、１ターン分
の電圧にすぎず、シート巻線15が対雷サージ特性に優
れ、内部電位振動も小さいことから、垂直ガスダクト17
に分担される電圧は非常に小さくなる。従って、垂直ガ
スダクト17の断面積を絶縁上の理由で大きくする必要は
なく、垂直ガスダクト17の半径方向寸法は、冷却性能の
みを考慮して最小限に小さくすることができるため、巻
線を小型化でき、従って変圧器全体の小型化に貢献でき
る。

また、構成された垂直ガスダクト17は、シート巻線15内
に垂直に構成されるため、冷却媒体である絶縁ガスを多
量に流すのに極めて好都合である。そして、多重円筒巻
線で構成されている低圧巻線２との循環ガス流量のバラ
ンスを考慮する上でも、高圧巻線７の垂直ガスダクト17
の寸法および数を自由に選択することにより、容易にバ
ランスを最適にできるため、冷却特性を向上できる。

ところで、本実施例において、低圧巻線２としては、従
来と同様導線を用いた多重円筒巻線を使用しているが、
低圧巻線２は、絶縁階級が低く、侵入する雷サージ電圧
も小さいことから、絶縁的な問題はなく、冷却に必要な
ガス流路の寸法と絶縁に必要な絶縁寸法とのバランスが
とれている。また、経済性を考慮しても、多重円筒巻線
の方が安価であるため本実施例の構成は極めて実用性に
優れている。

なお、本発明は、前記実施例に限定されるものではな
く、垂直ガスダクトの具体的な構成は適宜選択可能であ
る。

［発明の効果］以上説明したように、本発明においては、高圧巻線とし
て、シート巻線を使用し、且つこのシート巻線に垂直ガ
スダクトを設けるという簡単な構成の改良により、従来
に比べて、高圧巻線の絶縁特性を格段に向上できると同
時に、高圧巻線と低圧巻線との間の絶縁ガス循環量のバ
ランスを良好にし、巻線全体の冷却特性を向上させるこ
とが可能で、しかもコンパクトなガス絶縁変圧器を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるガス絶縁変圧器の一実施例の概略
を示す断面図、第２図は同実施例における垂直ガスダク
トの形成工程を示す斜視図、第３図は従来のガス絶縁変
圧器の概略を示す断面図である。１…鉄心、２…低圧巻線、３…中性点側口出し、４…線
路側口出し、５…円筒巻線、６…絶縁スペーサ、７…高
圧巻線、８…中性点側口出し、９…線路側口出し、10…
円筒巻線、11…絶縁スペーサ、12…円筒静電シールド、
13…ガス流路、14…ガス流、15…シート巻線、16…静電
リング、17…垂直ガスダクト、18…導体シート、19…絶
縁フィルム、20…ダクトシート、20a…絶縁シート、20b
…絶縁スペーサ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】変圧器タンク内に、鉄心の外周に巻線を巻
回してなる変圧器中身を収納すると共に、所定圧力で絶
縁ガスを封入し、且つ、前記変圧器中身を構成する巻線
として、低圧巻線の外周に高圧巻線を同軸上に配置して
なる巻線を使用したガス絶縁変圧器において、前記低圧巻線としては、絶縁を施された銅線にて形成さ
れた多重円筒巻線を使用し、高圧巻線としては、導体シ
ートと絶縁フィルムを重ねて巻回してなるシート巻線を
使用し、且つこのシート巻線には、任意の間隔で垂直ガ
スダクトを形成したことを特徴とするガス絶縁変圧器。