JPH09320856A - 静止誘導機器の冷却システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】冷却水の高温化を図り、排熱の有効利用に適用
すると同時に、冷却設備のコンパクト化を行い、総合的
な冷却システムの合理化につなげる。 【解決手段】鉄心９，銅線１２に被覆材１３を巻回した
巻線１０、それらの間に位置する水平スペーサ１４、及
び垂直スペーサ１５をタンク１１の中に冷媒８により浸
した変圧器、熱交換器、冷却塔並びにそれらと接続する
配管と冷媒及び冷却水を循環させるポンプとから構成さ
れ、変圧器内の絶縁物である被覆材１３，水平スペーサ
１４，垂直スペーサ１５に耐熱材料を適用し、熱交換器
及び冷却塔においても耐熱対応の仕様とした構成により
形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は静止誘導機器の冷却
システムに係り、特に、静止誘導機器とそれを冷却する
一連の冷却システムの合理化を図った静止誘導機器の冷
却システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の静止誘導機器とそれを冷却する冷
却システムについて、図１を用い、以下に説明する。

【０００３】変圧器は鉄心と、鉄心を巻回する巻線と巻
線の間に配置した絶縁物と、それらを収納したタンク
と、タンク内に鉄心と巻線を冷却するために用いられた
冷却媒体によって構成される。このタンク内の巻線及び
鉄心等により発せられた熱は、冷却媒体へ移行する。

【０００４】図１で（１）は変圧器に用いられた絶縁物
の種別によって異なる耐熱温度と変圧器の巻線最高温度
との差（裕度）、（２）は巻線最高温度と、巻線平均温
度との差、（３）は巻線平均温度と冷却媒体の平均温度
との差、（４）は冷却媒体が変圧器へ入る温度と、出る
時の温度との差を示す。

【０００５】熱交換器は、変圧器との間で冷媒循環器を
用いて冷却媒体を循環させ、変圧器からは温度高い冷却
媒体を取り込み、温度の低い冷却媒体を供給している。
これは冷却媒体の熱は冷却水へと移行させる働きをも
つ、その冷却水は冷却塔との間で循環水ポンプを用いて
循環させ、冷却塔へ、温度の高い冷却水を供給し、温度
の低い冷却水を取り込んでいる。ここで、（５）は冷却
媒体の平均温度と冷却水平均温度の差である。

【０００６】冷却塔は、熱交換器との間で循環されてい
る冷却水と外気との間で熱の交換を行い、外気に熱の放
出を行っている。その手段としては水の散布及びファン
を用いて行っている。ここで外気温度は湿球温度によっ
て示される。また、（６）は冷却水の出入口温度差（レ
ンジ）、（７）は湿球温度と冷却水最低温度との差（ア
プローチ）である。

【０００７】この一連のシステム中で、冷却水の循環経
路の途中でケーブルの冷却や、排熱利用に用いるケース
が多分に考えられる様になってきた。

【０００８】従来、都市型の地下変電所等に用いられる
この冷却システムはレンジは１０℃、アプローチは１７
（１８）℃が一般的に適用されてきた。これは冷却媒体
をして用いられてきた油及び、巻線の絶縁被覆材料の耐
熱温度上限から、必然的に採用されてきたものである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来、適用されてきた
レンジ１０℃及びアプローチ１７（１８）℃は油入変圧
器をベースに適用されてきた経緯があり、地下変電所の
不燃化により採用されてきた。

【００１０】ＳＦ₆ ガス変圧器及びＰＦＣ変圧器にあた
っては、その使用材料において耐熱性の強いものが採用
されつつあり、必ずしも現状のレンジ及びアプローチの
温度が最適とは言えなくなってきた。また、排熱利用と
して冷却水を有効利用する考え方もあり、冷却水の温度
を上げることで、温水から熱水へと利用価値が上昇する
ことは言うまでもない。同時に、冷却水温度を上げるこ
とで冷却塔をコンパクトにできるというメリットも生ま
れる。

【００１１】本発明の目的は、耐熱使用の材料及び冷媒
を用いることで、レンジ及びアプローチ温度を上げ、高
温となった冷却水を有効利用することと同時に、冷却塔
をコンパクト化することで、冷却システム全体の合理化
を図ることのできる静止誘導機器の冷却システムを提供
するにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、静止誘導機器
の絶縁物を耐熱仕様材料にすること及び冷却媒体も耐熱
使用のものを採用し、熱交換器及び冷却塔においても高
温使用に耐え得る仕様を適用することで、レンジ及びア
プローチ温度が上がり、高温の冷却水が使用可能となる
ことで上記目的が達成される。

【００１３】本発明では、静止誘導機器内の巻線被覆材
料及び巻線間絶縁物を耐熱材料とすることで、巻線の設
計温度を上げることができ、したがって媒体の温度を同
様に上げることが可能となる。さらに、それに平行して
冷却水の温度つまりアプローチ又はレンジを上昇するこ
とが可能となる。

【００１４】同様にして、冷媒についても耐熱仕様の材
質に変更することで、冷却水温度を上げる意味で、有為
に設計することが可能となる。

【００１５】また、冷却塔において冷却水の高温化に供
い、アプローチ及びレンジの温度を上昇できるというこ
とで、前者は外気と温度差が大きくなることから放熱面
積をアプローチの上昇にほぼ比例して小さくすることが
でき、コンパクト化が可能である。又後者は、冷却水の
上下温度差が大きくなるに従い、循環水温を少なくする
ことができることから、循環水ポンプ装置を縮小するこ
とができ、これも同様に冷却塔のコンパクト化につなが
る。

【００１６】さらに、冷却水の温度を上げることで、そ
の温水又は熱水を排熱利用として、各種設備に有効利用
できることは言うまでもない。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例を図２〜図
６を用いて説明する。

【００１８】まず、静止誘導機器の構成について図２を
用いて説明する。図２は一般的な静止誘導機器の断面を
表しており、タンク１１の中に鉄心９と、鉄心９を巻回
する巻線１０を収納し、冷媒８によってこれらの内容物
は浸漬されている。

【００１９】また、巻線１０は銅線１２と、銅線１２の
周りを被覆している被覆材１３とからなり、巻線１０の
上下方向は絶縁物１４（水平スペーサ）により、また左
右方向は絶縁物１５（垂直スペーサ）で機械的に固定さ
れている。

【００２０】次に、図３〜図４に冷却水温度を上げた場
合の各種異なった冷却媒体を用いた静止誘導機器（変圧
器）の、設計温度試算例を示す。

【００２１】図３は、油入変圧器に関して、温度設計を
試算した例である。ここでは、巻線の絶縁材料はＡ種の
クラフト紙及びプレスボードを用いており、ＪＥＣ−２
０４に従い、連続で巻線の最高温度は９５℃に抑える必
要がある。そこから、油の熱容量及び循環油量から、油
と巻線の上下温度差は５deg となり、油の熱伝達率より
巻線と油との温度差は１５deg となる。これから、熱交
換の可能となる熱交換器の仕様を満足する様な冷却水温
度を選定すると、４０〜５０℃となる。よって、レンジ
を１０deg とすると、アプローチは２２deg となり、従
来の１７deg より、若干上げることができる。

【００２２】図４は、冷却媒体にＳＦ₆ ガスを用いたも
ので、ここでガスの封入圧力は0.5Mpa として、ガスの
熱容量を上げた変圧器について、冷却温度を試算したも
のである。

【００２３】巻線の被覆材料としてＦ種の材料（ＰＰＳ
及びＰＥＮ）を用いたとすると、最高点温度としては１
５５℃となるが、材料の水分による劣化を考慮して、Ｂ
種相当１３０℃として扱う。さらに、ＳＦ₆ ガスの熱容
量及び循環流量から、ＳＦ₆ガス及び巻線の上下温度差
は２０deg 見当となり、ＳＦ₆ ガスの熱伝達率から巻線
とＳＦ₆ ガスとの温度差は２５deg と試算できる。これ
から、熱交換の可能な熱交換器の仕様を満足する冷却水
温度を選定すると、５４〜６４℃となる。よって、レン
ジを１０deg とすると、アプローチは２６deg となり、
従来より９deg上げることができる。

【００２４】図５は、冷却媒体にＰＦＣ液を用いたもの
で、巻線の絶縁材料としてはアラミド紙を用いている。
アラミド紙はＨ種相当であり、耐熱温度としては、１８
０℃あるが、冷媒として用いているＰＦＣ液は沸点が１
００℃相当であり、液温を１００℃以下に抑える必要が
生じる。この点で、ＰＦＣ液としては高沸点の液１３０
℃を適用することは、冷却水の高温度化に対して、大き
な威力を発揮する。

【００２５】上記の液の沸点問題を考慮した上で、温度
設計を試算した例が、図５である。液の熱容量及び循環
流量を検討した上で、巻線及び液の上下温度差は１０de
g 、液の熱伝達率から巻線と液の温度差は１５〜２０de
g となる。これから熱交換器の可能な仕様を考慮して、
冷却水温度を選定すると、７０〜８０℃まで上げること
が可能である。ここでは、レンジ１０deg ，アプローチ
４２deg とすることができ、従来の１７deg に比べ２.
５倍 もアプローチを上げることが可能である。つまり
単純計算でも、従来に比べ、冷却塔の放熱面積は１／
２.５ に削減することができる。

【００２６】さらに、図６では、図５の巻線，冷媒の温
度試算で、レンジを２０deg ，アプローチを３２deg と
したものである。これは、レンジを２倍としたことで、
冷却水の循環流量を１／２とし、循環水ポンプ装置関係
の削減をねらったものである。このように、実際の設計
においては、レンジ及びアプローチをパラメータとして
ふることで、最適な設計を見い出すことが肝要となろ
う。

【００２７】

【発明の効果】以上記述した如く本発明では、絶縁物及
び冷却媒体を耐熱性の高いものに変えること、又、熱交
換器及び冷却塔を高温仕様にすることにより、冷却水の
外気からの温度並びに上下温度差を大きくすることで、
高温となった冷却水を有効利用することと同時に、冷却
塔をコンパクト化することで、冷却システム全体を合理
化することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】冷却システム全体の熱量の流れ図。

【図２】静止誘導電器の内部構造断面図。

【図３】油入変圧器における冷却システム合理化の試算
例。

【図４】ＳＦ₆ ガス変圧器における冷却システム合理化
の試算例。

【図５】ＰＦＣ変圧器における冷却システム合理化の試
算例（１）。

【図６】ＰＦＣ変圧器における冷却システム合理化の試
算例（２）。

【符号の説明】

１…裕度、２…巻線最高温度と平均温度との差、３…巻
線の温度上昇、４…冷媒出入り口の温度差、５…冷媒と
冷却水の温度差、６…レンジ、７…アプローチ、８…冷
媒、９…鉄心、１０…巻線、１１…タンク、１２…銅
線、１３…被覆材、１４…水平スペーサ、１５…垂直ス
ペーサ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】鉄心と、該鉄心を巻回する巻線と、該巻線
   の間に配置した絶縁物と、これらを収納したタンクと、
   該タンク内に満たされた冷却媒体と、該冷却媒体と冷却
   水の間で熱の交換を行う熱交換器と、前記タンクと熱交
   換器の間で冷却媒体を循環させる冷却循環器と、冷却水
   と外気の間で熱の交換を行う冷却塔と、熱交換器と冷却
   塔の間で冷却水を循環させる循環水ポンプとを備えた静
   止誘導機器の冷却システムにおいて、 前記絶縁物及び冷却媒体を耐熱性の高いものに変えると
   共に、前記熱交換器及び冷却塔を高温仕様にし、前記冷
   却水の外気からの温度、及び上下温度差を大きくしたこ
   とを特徴とする静止誘導機器の冷却システム。