JPH09120918A

JPH09120918A - 変圧装置

Info

Publication number: JPH09120918A
Application number: JP30214495A
Authority: JP
Inventors: Tomomasa Haraguchi; 奉昌原口; Yoshiji Kagohara; 義二篭原; Koichi Hirakawa; 功一平川
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1995-10-25
Filing date: 1995-10-25
Publication date: 1997-05-06
Anticipated expiration: 2015-10-25
Also published as: JP3138852B2

Abstract

(57)【要約】【課題】発生する熱を効率よく放散させて変圧器本体
の温度上昇を少なくする。【解決手段】ヒートパイプ５と、通気孔を設けた複数
枚の平板６を平行に並べて構成した放熱体７と、板状の
集熱体４とを有する冷却ユニット８を、変圧器本体２お
よび変圧器絶縁油３を収納した変圧器ケース１に取り付
け、この集熱体４は変圧器絶縁油３内で変圧器本体２の
上方に配置し、放熱体７の空気吹き出し側に冷却ファン
９を位置させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、絶縁油入変圧器、
ガス絶縁変圧器などのように流体により電気絶縁する変
圧装置においてコイル巻線部より発生する損失熱を放出
する技術分野に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】変圧装置においては、平衡時の温度上昇
値θと全損失Ｗおよび放熱面積Ｓとの間には数１に示す
ような関係がある。そこで、従来の変圧装置、例えば油
入変圧器において、容量が小さい機種の場合は、全負荷
損の絶対値が小さいので、変圧器のコイル巻線部の平均
温度およびコイル巻線部により加温される絶縁油の温度
を所定の範囲に維持するのに特別の対策は必要としない
が、容量が大きい機種の場合は、変圧器における全損失
Ｗが大きくなるので、平衡時の温度上昇値θを所定の範
囲に維持するには、放熱面積Ｓを増大させることが必要
となる。

【０００３】

【数１】

【０００４】なお、数１において、θは平衡時の温度上
昇値、ｋは放熱係数、Ｗは全損失、Ｓは放熱面積を表し
ている。

【０００５】そこで、従来の変圧装置においては、温度
上昇を所定の範囲に維持するために、変圧器本体のケー
ス表面に放熱用のリブを設けて放熱面積、すなわち表面
積を増大させるか、あるいは放熱パネルを設けるかする
対策をとっていた。

【０００６】従来の変圧装置について、構成模式図を示
す図７を参照して説明する。図７において、１０１はコ
イル巻線部を有する変圧器本体、１０２は変圧器本体１
０１を収納する変圧器ケース、１０３は変圧器ケース１
０２内に変圧器本体１０１とともに収納した変圧器絶縁
油、１０４は変圧器ケース１０２の表面積を増大させる
ために、その表面に形成した放熱リブで、このリブ１０
４の大きさ、すなわち高さおよび長さは数１の関係式を
満足するように設計している。

【０００７】この場合、変圧器本体１０１のコイル巻線
部で発生した熱は、変圧器絶縁油１０３により変圧器ケ
ース１０２内の上部に移動し、ついで変圧器ケース１０
２の側壁部に移動して変圧器ケース１０２の壁面および
放熱リブ１０４の壁面により放熱冷却される。放熱冷却
された変圧器絶縁油１０３は変圧器ケース１０２内の下
部に移動し、再びコイル巻線部で発生した熱を変圧器ケ
ース１０２内の上部に搬送する。

【０００８】また、ヒートパイプをコイル巻線部の間に
配設することにより、コイル巻線部で発生する熱を、ヒ
ートパイプを介して外部に放散するようにした変圧装置
（例えば、実公昭６２−４２５１３号公報、実公昭６３
−１４４１０号公報など参照）、あるいは変圧器ケース
の内部に油対流用のガイド板を設けた変圧装置（例え
ば、実開昭５５−９６６２６号公報参照）が提案されて
いる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来の変圧装置にあっ
ては、変圧器本体のコイル巻線部より発生する熱は、変
圧器絶縁油の自然対流によって放散させており、その場
合に数１に示す関係式が成立するので、放熱面積Ｓすな
わち変圧器ケース１０２の表面積が放熱の律則となって
いる。

【００１０】したがって、変圧装置の容量が一定以上に
大きくなって全損失Ｗが増大して放熱する場合、放熱面
積Ｓを増大させるために放熱リブ１０４を大きくするこ
とが必要となり、その結果、変圧器本体１０１を収納す
る変圧器ケース１０２の外形が大きくなって設置面積が
増大し、製作コストが上昇するという問題点があった。

【００１１】また、ヒートパイプを用いた場合は、冷却
効果が充分に得られない上にコスト的にも高くなり、さ
らに、対流用のガイド板を設けた場合は、経済性の割に
冷却効果が期待できないという問題点があった。

【００１２】本発明は、変圧器本体のコイル巻線部より
発生した熱を効率よく放散して変圧器本体を冷却し、そ
の温度上昇を少なくして性能が劣化することを阻止し、
また、装置自体が大型化することなく小型軽量で低コス
ト化が図れる変圧装置を提供することを課題としてい
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の変圧装置におい
ては、ヒートパイプと、通気孔を設けた複数の平板から
なる放熱体と、集熱体とを有する冷却ユニットを備える
ことを上記課題を解決するための手段としている。

【００１４】また、網状の平板により通気孔を設けた放
熱体を形成することもでき、また、放熱体に設ける通気
孔の開口面積は、放熱体面積の３〜３０％を占めるよう
にすることが好ましい。

【００１５】また、冷却ユニットと対向させた冷却ファ
ン、特に空気吹き出し側に対向させて冷却ファンを設け
ると効率よく放熱することができ、また、冷却ユニット
の空気吹き出し側に、吹き出した空気が変圧器ケースの
外表面に直接接触するように通気ダクトを設けると効果
的である。

【００１６】また、この通気ダクトに冷却ファンを配設
したり、空気が導入される変圧器ケースの外表面に放熱
フィンを形成したり、あるいは板状ヒートパイプを配設
したりすることもできる。

【００１７】また、集熱体を電気絶縁流体内に浸漬した
冷却ユニットを、変圧器本体および電気絶縁流体を収納
した変圧器ケースに取り付け、集熱体は変圧器本体の上
方もしくは並列に位置させることもできる。

【００１８】さらに、変圧器ケースの上面に一段低い段
部を形成し、この段部に冷却ユニットを取り付け、この
冷却ユニットの集熱体は変圧器本体と並列に位置させる
と効果的である。

【００１９】

【発明の実施の形態】上記のようにした手段は、例えば
受配電設備に装着することができ、その手段は、ヒート
パイプと、通気孔を設けた平板をフィン状に構成した放
熱体と、集熱体とを有する冷却ユニットを、変圧器本体
および電気絶縁油を収納した変圧器ケースに取り付け、
この集熱体は電気絶縁油内で変圧器本体の上方もしくは
並列に位置させた状態で浸漬し、冷却ユニットの空気吹
き出し側には冷却ファンを配設した通気ダクトを設け、
吹き出した空気が、放熱フィンもしくは板状ヒートパイ
プを設けた変圧器ケース外表面に直接接触するようにし
たものである。

【００２０】そして、その手段により、変圧器本体のコ
イル巻線部で発生した熱は、集熱体からヒートパイプを
介して放熱体に搬送され、この放熱体より放熱する際、
冷却ファンにより吸い込まれた空気により強制的に放散
され、この空気は通気ダクトにより変圧器ケース外表面
と接触して冷却されるという循環経路を形成するように
作用する。

【００２１】また、冷却ファンにより吸い込まれる空気
は、通気孔の存在により放熱体の部分で圧力損失を生ず
ることなく均一かつスムーズに流れ、効率よく放熱でき
る。

【００２２】つぎに、その具体的な実施の形態について
以下説明する。以下に、絶縁油入変圧装置の場合につい
ての実施の形態を図１ないし図６を参照して詳述する。

【００２３】（実施の形態１）絶縁油入変圧装置の構成
模式図を示す図１およびこの絶縁油入変圧装置が備えて
いる冷却ユニットの上面図を示す図２において、１はコ
イル巻線部を有する変圧器本体２および変圧器絶縁油３
を収納した変圧器ケース、４は変圧器絶縁油３内に浸漬
した板状の集熱体で変圧器本体２の上部に位置してい
る。５は下端に集熱体４を取り付け、上部に複数枚の平
板６を平行に並べて構成した放熱体７を取り付けたヒー
トパイプ、８は集熱体４、放熱体７およびヒートパイプ
５を備えた冷却ユニット、９は冷却ユニット８に対向さ
せて空気吹き出し側に配置した冷却ファン、１０は放熱
体７を構成する平板６に形成した風圧調整用の通気孔で
ある。

【００２４】通気孔１０を有する放熱体７は、ヒートパ
イプ５の中心部より上部に、通気孔１０を設けた複数枚
の平板６を取り付けてフィン状に構成しており、この放
熱体７とヒートパイプ５とが、吸い込み空気によって強
制的に冷却させるように冷却ファン９が配置されてい
る。また、集熱体４はヒートパイプ５の中心部より下部
に取り付けている。集熱体４と変圧器本体２とは、変圧
器ケース１内に収納されている変圧器絶縁油３の中に浸
漬されるように配置されている。

【００２５】つぎに、その動作について説明する。変圧
器本体２により発生した熱エネルギーは、変圧器絶縁油
３を介して集熱体４に集熱され、ついでヒートパイプ５
により放熱体７に伝導されて放熱体７から放散される。
このとき、冷却ファン９が吸い込んで放熱体７を構成す
る平板６の間を流れる空気によって熱の放散が促進され
る。

【００２６】この場合、放熱体７に通気孔１０が存在し
ないと、それぞれの平板６の間を流れる吸い込み空気の
速度が、冷却ファン９の特性、取付位置などの影響で場
所により異なり、その結果、空気流によって生ずる圧力
にも場所によって差が生じ、放熱体７には空気が均一か
つスムーズに流れなくなるので、放熱効率が低下する。

【００２７】しかし、放熱体７に通気孔１０が存在する
と、平板６の間に形成される吸い込み空気の流路が連通
されることになるので、空気流の速度差がなくなり、圧
力差も発生することがなくなり、空気は、放熱体７に均
一かつスムーズに流れ、その空気流の速度は一定となっ
て放熱効率が良好となる。例えば、冷却ファン９により
吸い込まれる空気流の速度が、１．５ｍ／ｓ以上でも効
率の高い放熱が可能となる。

【００２８】なお、通気孔１０の開口面積は、余り多い
と放熱体７の面積が減少して放熱効果が低下し、また少
なすぎると、各平板６の間が連通し難く、スムーズな空
気流が期待できなくなって好ましくないので、放熱体７
の面積に対して３〜３０％程度が好ましい。

【００２９】また、冷却ファン９は、放熱体７の空気吹
き出し側に配置して吸い込み空気により放熱体７を冷却
するようにすると、冷却ファン９の風流特性の影響が受
け難くなって平板６の間を流れる空気流がスムーズとな
り、放熱体７の空気吸い込み側に配置した場合と比べて
冷却ユニット８の放熱能力が約５％向上する。

【００３０】以上のように、変圧器本体２より発生する
熱エネルギーは、変圧器絶縁油３を介して集熱体４で集
熱し、ヒートパイプ５を通じて放熱体７に搬送され、こ
の放熱体７において、冷却ファン９が吸い込む空気によ
って放散されるが、その際、放熱体７に通気孔１０を形
成していることにより、複数枚の平板６の間を流れる吸
い込み空気に速度差が発生するのが解消され、放熱効率
を高めることができる。なお、冷却ファン９を取り付け
ずに放熱体７に設けた通気孔１０のみを介する空気の自
然対流によっても十分に放熱することができる。

【００３１】（実施の形態２）絶縁油入変圧装置の構成
模式図を示す図３において、１１は複数枚の網板１２を
平行に並べて構成した放熱体、１３は集熱体４、ヒート
パイプ５および放熱体１１を備えた冷却ユニットであ
る。

【００３２】放熱体１１は、ヒートパイプ５の中心部よ
りも上部に複数枚の網板１２を取り付けて構成し、集熱
体４はヒートパイプ５の中心部よりも下部に取り付け、
この集熱体４と変圧器本体２とは、変圧器ケース１内の
変圧器絶縁油３の中に浸漬することにより、変圧器本体
２より発生した熱エネルギーは、変圧器絶縁油３を介し
て集熱体４で集熱し、ヒートパイプ５を通じて放熱体１
１に搬送され、放熱体１１において自然放散される。

【００３３】つぎに、その動作について説明する。変圧
器本体２により発生した熱エネルギーは、変圧器絶縁油
３を介して集熱体４に集熱され、ついでヒートパイプ５
により放熱体１１に伝導され、この放熱体１１から熱エ
ネルギーを奪った空気は、放熱体１１を構成する網板１
２の網目によって効率よく自然対流を惹起し、高い放熱
能力で放熱することができる。

【００３４】変圧器負荷電流が定格７０％以下である場
合に変圧器本体２より発生する熱エネルギーは、網板１
２の網目における空気の自然対流により充分放散するこ
とができるが、変圧器負荷電流が定格７０％以上である
場合には、実施の形態１の場合のように冷却ユニット１
３と対向する冷却ファンを空気吹き出し側に配置し、変
圧器本体２より発生する熱エネルギーは、冷却ファンの
吸い込み空気による強制冷却と放熱体１１による自然対
流とにより放熱体１１から放散するのが効果的である。
冷却ファンによる吸い込み空気は、網板１２の網目によ
り連通された流路を流れるので、その流れは均一でスム
ーズなものとなる。

【００３５】以上のように、放熱体１１に搬送された熱
エネルギーは、この放熱体１１で放熱されるが、その
際、放熱体１１を構成する網板１２の網目により空気は
効率よく自然対流するので放熱効率が良好となる。

【００３６】（実施の形態３）絶縁油入変圧装置の構成
模式図を示す図４および図５において、１４は冷却ユニ
ット８より吹き出した空気を変圧器ケース１の外表面に
導入する通気ダクト、１５は変圧器ケース１の外表面に
形成した放熱フィンである。

【００３７】変圧器本体２により発生した熱エネルギー
は、変圧器絶縁油３を介して集熱体４に集熱され、つい
でヒートパイプ５により放熱体７に伝導されて放熱体７
から放散される。このとき、冷却ファン９が吸い込んで
放熱体７を構成する平板６の間を流れる空気によって熱
の放散が促進される。この熱の放散を促進した空気は、
通気ダクト１４により変圧器ケース１の外表面に導入さ
れ、変圧器ケース１の外表面を強制的に冷却する（図４
参照）。

【００３８】このように、通気ダクト１４を取り付け、
冷却ファン９の吹き出し空気により、変圧器ケース１の
外表面を強制冷却するようにすると、より冷却効率が高
い放熱効果を期待することができる。

【００３９】また、通気ダクト１４により空気が導入さ
れる変圧器ケース１の外表面に、放熱フィン１５を形成
することにより、さらに高い冷却効率で放熱することが
できる（図５参照）。

【００４０】なお、放熱体７としては、実施の形態２で
説明した放熱体１１を用いることもでき、また、放熱フ
ィン１５の代わりに板状のヒートパイプを用いると変圧
器ケース１の外表面における冷却をより均一に行うこと
ができる。

【００４１】上記の構成において、通気ダクト１４、放
熱フィン１５および板状ヒートパイプによる冷却効果
を、コイル巻線部を有する変圧器本体２における温度上
昇の度合として評価すると表１に示す通りである。

【００４２】

【表１】

【００４３】表１で明かなように、通気ダクト１４、お
よび放熱フィン１５あるいは板状ヒートパイプを取り付
けた場合は、変圧器本体２の温度上昇が少なく、冷却効
果が発揮される。

【００４４】以上のように、変圧器本体２において発生
した熱エネルギーは放熱体７で放散され、放熱体７より
吹きだした空気は、冷却ファン９によって通気ダクト１
４を介して変圧器ケース１の外表面に導入されてこれを
冷却するので、高い効率で冷却できる。また、空気が導
入される変圧器ケース１の外表面に放熱フィン１５ある
いは板状ヒートパイプを取り付けるとより冷却効果が向
上する。

【００４５】（実施の形態４）絶縁油入変圧装置の構成
模式図を示す図６において、１６は上面に一段低い段部
１７を形成した変圧器ケース、１８は集熱体４、ヒート
パイプ５および放熱体７ならびにこの放熱体７に対向さ
せた冷却ファン９を備えた冷却ユニットで、変圧器ケー
ス１の外側に突出して位置する放熱体７および冷却ファ
ン９の部分が段部１７に位置するように取り付けてい
る。

【００４６】この場合、冷却ユニット１８の変圧器ケー
ス１６の内側に位置する集熱体４と変圧器本体２とは並
列に配置されるので、集熱体４と変圧器絶縁油３との接
触面積が増大して冷却効果がより向上する。特に、変圧
器の高さが規定されている場合、変圧器ケース１６の外
側に位置する冷却ユニット１８が変圧器全体より突出す
ることがなく効果的である。

【００４７】例えば、高さが３００ｍｍ、表面積が０．
５４ｍ²の板状の集熱体４を用い、段部１７を形成した
変圧器ケース１６を用い、集熱体４と変圧器本体２とを
並列に配置した場合（Ａ）と、同じ大きさの集熱体４を
用い、高さが変圧器ケース１６と同じ変圧器ケース１を
用い、変圧器本体２の上部に集熱体４を配置した場合
（Ｂ）との冷却ユニット１８の放熱特性を比較すると表
２に示す通りである。なお、集熱体４と変圧器絶縁油３
との接触高さは、前者の場合（Ａ）が２７０ｍｍ、後者
の場合（Ｂ）が１８０ｍｍであった。

【００４８】

【表２】

【００４９】表２から明かなように、集熱体４と変圧器
絶縁油３との接触面積を増大させることにより、冷却ユ
ニット１８の放熱効率が向上して優れた冷却効果を発揮
する。

【００５０】また、段部１７の高さは、変圧器絶縁油３
の油面から５０ｍｍ以下が効果的であることも確認され
た。

【００５１】なお、放熱体７としては、実施の形態２で
説明した放熱体１１を用いることもできる。

【００５２】以上の実施の形態で説明した変圧装置は、
受配電設備に装着すると効果的であり、また、変圧装置
については、絶縁油入変圧装置の場合について説明した
が、ガス絶縁変圧装置のように流体により電気絶縁をす
る変圧装置には適用することができる。

【００５３】

【発明の効果】本発明は、以上説明したような手段によ
り、電気絶縁流体に浸漬した集熱体により集熱した変圧
器本体より発生する熱を、ヒートパイプを介して通気孔
を形成した平板からなる放熱体により放散するので、放
熱体に流れる空気の流れを均一にし、その速度を一定に
して放熱効果を高め、温度上昇が少ない変圧装置を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１における絶縁油入変圧装
置の構成模式図

【図２】同絶縁油入変圧装置が備えている冷却ユニット
の上面図

【図３】本発明の実施の形態２における絶縁油入変圧装
置の構成模式図

【図４】本発明の実施の形態３における絶縁油入変圧装
置の構成模式図

【図５】本発明の実施の形態３における絶縁油入変圧装
置の他の変形例を示す構成模式図

【図６】本発明の実施の形態４における絶縁油入変圧装
置の構成模式図

【図７】従来における絶縁油入変圧装置の構成模式図

【符号の説明】

１，１６変圧器ケース２変圧器本体３変圧器絶縁油４集熱体５ヒートパイプ６平板７，１１放熱体８，１３，１８冷却ユニット９冷却ファン１０通気孔１２網板１４通気ダクト１５放熱フィン１７段部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ヒートパイプと、通気孔を設けた平板か
らなる放熱体と、集熱体とを有する冷却ユニットを備え
る変圧装置。
【請求項２】通気孔を設けた放熱体が網状の平板であ
る請求項１記載の変圧装置。
【請求項３】通気孔の開口面積が放熱体面積の３〜３
０％である請求項１もしくは２記載の変圧装置。
【請求項４】冷却ユニットに対向する冷却ファンを設
けた請求項１もしくは２記載の変圧装置。
【請求項５】冷却ユニットの空気吹き出し側に冷却フ
ァンを設けた請求項１記載の変圧装置。
【請求項６】ヒートパイプと、通気孔を設けた放熱体
と、集熱体とを有する冷却ユニットを備え、この冷却ユ
ニットの空気吹き出し側に、空気を変圧器ケースの外表
面に導入する通気ダクトを設けた変圧装置。
【請求項７】通気ダクトに冷却ファンを配設した請求
項６記載の変圧装置。
【請求項８】空気が導入される変圧器ケースの外表面
に、放熱フィンを形成した請求項６記載の変圧装置。
【請求項９】空気が導入される変圧器ケースの外表面
に、板状ヒートパイプを配設した請求項６記載の変圧装
置。
【請求項１０】ヒートパイプと、通気孔を設けた放熱
体と、集熱体とを有する冷却ユニットを、変圧器本体お
よび電気絶縁流体を収納した変圧器ケースに取り付け、
前記集熱体は電気絶縁流体内に浸漬した変圧装置。
【請求項１１】集熱体を変圧器本体の上方に位置させ
た請求項１０記載の変圧装置。
【請求項１２】集熱体を変圧器本体と並列に位置させ
た請求項１０記載の変圧装置。
【請求項１３】変圧器ケースの上面に段部を形成し、
この段部に冷却ユニットを取り付け、この冷却ユニット
の集熱体は変圧器本体と並列に位置させた請求項１０記
載の変圧装置。