JPS5984509A - 静止誘導電気機器 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は電気機器本体を冷却する凝縮性冷却媒体と電気
絶縁性の優れた不凝縮性の気体を容器内部に充てんした
静止誘導電気機器に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

電力需要が増加する一方用地費の高騰及び用地取得の困
難などによって変圧器やりアクドルのよう外静止誘導電
気機器の小形、＠量化あるいは機器の不燃化また低騒音
化といった諸種の要求があった。

例えば変圧器については、低温下における起動時の絶縁
性を維持するためにＳＦ、ガスのような絶縁ガスを容器
内部に封入し、また変圧器の巻線部をフロロカーボンあ
るいはフロン（商品名）ノヨうな凝縮性冷却媒体（以下
凝縮性冷媒とする）に浸し、この巻線部などから発生す
る熱を糾縮性冷媒の気化時の潜熱として奪う蒸発冷却式
のセミプール式ガス絶縁変圧器が提案されている。

しかして、ＳＦ、ガスのような絶縁ガスはフロロカーボ
ンなどの凝縮性冷媒より比重が軽いため凝縮性冷媒の蒸
気と絶縁ガスとは完全には混合せず分離して存在する傾
向にある。また絶縁ガスが不凝縮性の気体である場合に
は凝縮性冷媒の蒸気とは熱交換は微小なため熱交換を行
なわないといえる。

さらに、ＳＦ６ガスのよう外絶縁ガスを多く封入すると
、容器容積の大半を絶縁ガスが占めるようになシ、凝縮
性冷媒の蒸気と混合状態で存在し、絶縁ガスが不凝縮性
の気体である場合には、凝縮性冷媒の蒸気とは熱交換を
行わないで存在する。

そして容器内の凝縮性冷媒を冷却する熱交換器又は凝縮
器が機器の上部もしくは外部側面に配置され、巻線など
で蒸発した凝縮性冷媒を凝縮させて機器内部の温度上昇
及び圧力上昇を制御している。

ところで、容器内部に封入される絶縁ガスは不凝縮性の
気体であるため、不凝縮性の気体と凝縮性冷媒間、また
け不凝縮性の気体と熱交換器間などで熱交換は行なわれ
々い。しかもかかる絶縁ガスが容器内部の体積の半分以
上占めるように封入されると、容器内部で凝縮性冷媒の
占める体積は極度に減少し、凝縮性冷媒の蒸気は絶縁ガ
スと混合状態とな９、効率よく熱交換器に到達せずに容
器内部に滞シ、容器内部の温度上昇と容器内部の圧力上
昇が大きくなる。

このため熱交換器を大形化する安どによって、％ＹＣ＠
縮性能を維持する必要がある。このように熱交換器が大
形化すると機器も大形となシ、これに伴って用地問題が
生じ、さらに例えばファンなどによる熱交換器の配管か
ら騒音も発生しやすくなるなどのおそれがあった０ 〔発明の目的〕 本発明は上記の点を考慮してなされたもので、その目的
とするところは、冷却性能の優れた縮小化された静止誘
導電気機器を提供することにある。

〔発明の概要〕

かかる目的を達成するために本発明は、静止誘導電気機
器の容器内部に絶縁ガスのような不凝縮性の気体を充て
んするとともに、この容器内部の中間部には巻線を巻装
した鉄心と不凝縮性冷媒の液体とを収納した液体槽を配
設し、凝縮性冷媒の液体が溜った容器底部と液体槽との
間にボンダを有する導液系統を設け、容器内部に少なく
とも１台の熱交換器を配設することにより、冷却性能が
優れるととも縮小化できることをその特徴とする。

〔発明の実施例〕

以下本発明の一実施例の静止誘導電気機器を図面を参照
して説明する。第１図において靜止訪導電気機器例えば
変圧器（１０）の容器（１１１内部に鉄心（１２１に巻
線（１３１を巻装して形成される変圧器本体α滲をこの
巻線（１３）が浸ηｔされるように凝縮性冷媒の液体（
１５）とともに液体槽ＣＬＧＩ内に収納する。なお、凝
縮性冷媒はフロロカーボンあるいはフロン（商品名）で
ある０ また容器〔Ｄ内部の底部（１１ａ）には凝縮性冷葬の液
体０９の液溜め部（１７１を形成する。そして液体槽（
１６）と液溜め部αＤとを連結するように、ポンプＱＰ
＋を有する導液系統ａ９を設ける。さらに、容器ａＢ内
部にはＳＦ、ガスのような高絶縁性を有する絶縁ガス、
すなわち不凝縮性の気体ｃ２αが封入される。また、容
器（Ｉｌｌ内部の容器（Ｉ１１内壁と液体槽（１６１と
の間に熱交換器（２Ｂを配設する。この熱交換器（２１
）は管もしくはプレス板などから形成され、上下方向ま
たは半径方向ともに単層もしくは多層で形成され、容器
ａｌｌ外側よシ例えば水あるいは冷媒などの二次冷却媒
体＋２２を配管（ハ）を経て熱交換器（２１１へ供給す
る。

次に本発明の作用効果について説明する。変圧器の容器
（ｌ］）内部には低温時での変圧器（１０１の起動に際
して、凝縮性冷媒の蒸気（２９が殆んど存在しないため
、容器（ｉｌｌ内部の圧力が低下し絶縁性が劣るが、Ｓ
Ｆ６ガスのような不凝縮性の気体（２υが封入されてい
るため、電気絶縁性は保持される。変圧器００）の運転
時には、液体槽（１６）内部の巻線時の発熱は凝縮性冷
媒の液体Ｑ５１が吸収し、この液体（１５１は蒸気（２
５１となシ、容器（１１１内部中に気化する。しかし、
容器（１１１内部の液溜め部αηと液体槽（ｌ［、ｌと
はボング側を有する導液系統ａ９によって連結されてい
るため、液体槽０］、ｌの液体ａ５１の減少分を液溜め
部０′７１の液体（１５１を導液系統（ｔｇのポンプ（
１８１によって供給する。

ところが、絶縁ガスは不凝縮性の気体＠）であるため、
凝縮性冷媒の蒸気（２５）によって加熱されても熱交換
は行わないので、容器（ｉｌｌ内部で液体（１５ｊの蒸
気（２５）が絶縁ガスすなわち不凝縮性の気体（２０）
を容器０１）内部の上部へ押し込む状態となシ、容器（
１１ｊ内部の下部に凝縮性冷媒の蒸気０９が多く存在す
る状態となる。なお、ＳＦ６ガスとフロン（商品名）の
場合はＳＦ、ガスの比重はフロンの比重よシ小さい。

変圧器の容器（１１１内部の中央と容器（１１１内壁と
の間で内壁よシの高さ方向に沿った温度分布を第２図に
示す。第２図において、縦軸に容器（１１）内部の高さ
、すなわち上下方向の位置、上部ａ１中央部ｂ１下部Ｃ
をとり、横軸に温度上昇値をとる。熱交換器（２１）を
配設しない、あるいは動作させない状態においては、容
器Ｉ上部ａは温度上昇が小さく、容゛　　器０１Ｊの下
部Ｃは温度上昇が大きく、温度分布曲線ｎのようにたる
。これは絶縁ガスが不凝縮性の気体である場合には、凝
縮性冷媒の蒸気内が不凝縮性の気体ＱＯと混合しながら
、不凝縮性の気体節を容器（【υ内部の−Ｅ部ａへ押し
上げる状態となシ、容器圓上部ａ１４凝縮性冷媒の蒸気
ｆ２５１（７）＃度が薄くなる。逆に不凝縮性の気体（
７１１の濃度が濃くなるため、上部ａから中央部すにか
けて冷凍層が形成され、凝縮性冷媒の蒸気能の濃度の濃
い中央部すから下部Ｃにかけては温度上昇値は最大部分
となる。

しかし力から、一本発明ではこの温度上昇値の最大部分
、すなわち巻線（１″３Ｉを収納した液体容器ａｅと容
２（卸の内壁との間に熱交換器Ｑ９が配設されているの
で、凝縮性冷媒の蒸気Ｑ５をこの熱交換器（′ｌ！１）
を動作させて凝縮させて、容器０１）の底部（１１ａ）
の液溜め部α７）に凝縮性冷媒の液体０５１を溜める。

このようにして、凝縮性冷媒の蒸気（２５１は効率よく
液体（１’）ｌと々シ、第２図の温度分布面、ｌＪｍに
示すような温度上昇値に減少するとともに、容器内圧力
は圧力容器の規準である２　ｋｇｌａｌ　Ｇ以下に抑え
ることができる。

次に本発明の他の実旋例を第３図ないし第１２図を参照
して説明するっ第１図と同−又は同一機能を有する部分
は同符号を付しである。第３図において、容器αＢ内部
の熱交換器Ｑ１）は容器ｅｌｆ）内部の下部から′−ヒ
部まで達するように配設する。容器Ｑｌｌ内部において
は不凝縮性の気体（廊と凝縮性冷媒の蒸気（ハ）とは混
合状態と−なっておシ、容器（Ｉｌｌ内部に上述のよう
に熱交換器（２１）を配設することによシ、蒸気Ｑ１は
熱交換器（２１１の面に接触する面積が拡大されるため
、混合状態で滞っていた蒸気ｃ２５１′が効率よく液化
される。

第４図において、容器αＤ内部の上部水平面に熱交換器
（２１−１）を配設することによシ、液体槽αｅから上
昇した蒸気（２５１は直接的に熱交換器（２１−１）に
接触し、さらに効率よく液化される。この熱交換器（２
１−１）は熱交換器ｆ２１３と同一でもよいが、組立性
などを考慮して別途配設されていて、容器ａυ外部より
例えば水などの二次冷却媒体（２′２を配管（至）を経
て熱交換器（２１−１）に供給する。＠５図ないし第７
図は第２図において説明したように温度上昇値の大きな
部分であって、特に最大となっている容器０１）の底部
（１１ａ）の凝縮性冷媒の液体０５１の液面上部の構成
配置についての実施例である。

第５図において、液体’？ＪＪＩ　（１６１の底部（１
６ａ）との対向位１ｊに熱交換器（９Ｉ）の底部（２１
ａ）を配置し、容器（１１１の液？ｉｌり部（１′／ｌ
の液面（１５ａ　）を、これらの底部（１６ａχ２１ａ
）とわずかなすき間をも／こせるか、もしくは底１部（
１６ａ）、（２１ａ）を液面（１５ａ）に接触させるよ
うに配設する。

第６図において、液体槽Ｑ［ｉ）の底部（１６ａ）と、
容器ＯＤの液溜め部ａ力の液面（１５ａ）との間に、熱
交換器０１１の一端を折り曲げたように形成した折シ曲
げ部（２１−２）を液面（１５ａ）と平行に配置し、液
面（１５ａ）とわずかなすき間をもたせるか、もしくは
液面Ｑｓａ）と折り曲げｔ’５ｌｓ（２＋　　２）とが
接触するように配置する。この熱交換器の折り曲げ部（
２］−２）は熱交換器（２１）と別途に配置されてもよ
い。

第７図において、熱交換器（２１）は厚さを厚く、すな
わち容器を太きく形成し、熱交換器０１）の底部（２１
ａ）は液面（Ｊ、５ａ）より上方に配置し、底部（２１
ａ）と液面Ｑｓａ）との間にわずかなすき間をもたせる
か、もしくは接触するように配置する。第５図ないし第
７１４は何れも、温度上昇値の大きい部分に配置される
プこめ、液体（１勺の蒸気四が熱交換器（２１）、（２
１−１，）、折り曲げ部（２］−２）と接触するため効
率よく液化される。

２４ｆ、１図、第３図ないし第７図に示す何れの実施例
においても、液溜め部０ηの凝縮性冷媒の液体（１５１
と液体槽（１６１の液体（１５１とを導液系統（Ｌｌの
ポンプ（国によって送子量を増大させると、容器０υ内
部の温度上昇値は低下し、第２図の温度分布曲線ｍから
温度分布曲線Ｓのようになる。これは液体槽Ｏｅ内部の
液体が飽和に近い状態から、容器ａＤの液溜め部（１７
）の液体（１５）の温度が低いため、液体槽（＋ＦＤ内
部の液体（１５）の未飽和度が大きくなり、巻線（＋３
１がよく冷却されて、凝縮性冷媒の蒸気（ハ）が減少し
、容器（ＩＤの温度」二昇値が抑制され、同時に容器（
１１）内部の圧力上昇も低下する。

そして、さらに未飽和度を高める実施例を第８図ないし
第１１図に示す。

＃ｉ′、８図において、容器（１１）の底部（１１ａ）
の液市１め部０η中の凝縮性冷媒の液体ａ９中に熱交換
器（２１−３）を配設する。この熱交換器（２１−３）
に例えば水などの二次冷却媒体（２ａを配管翰を経て供
給し、液溜り部０゛ｎの液体（１５１を冷却する。この
熱交換器（２１−３）は熱交換器（２１）と同一構造で
も同じ効果をあげることができる。

第９図において、液体槽（１６１の側壁を熱交換器（２
＋−４）によって形成する。容器＋＋ｎ　（図示しない
）外より例えば水などの二次冷却媒体０′７Ｊを配管（
至）を経て熱交換器（２１−４）へ供給し、直接的に液
体槽（１６）中の凝縮性冷媒の液体α９を冷却し、この
液体ａ５中に浸漬された巻線θ〜を冷却する。この熱交
換器（２１−４）は液体槽（１６１の内壁もしくは外壁
、又は内外共に配設しても同様な冷却効果が得られる。

第１０図において、液体相（１６１に収納される巻線（
１３１の上下側を開放状態にする。すなわち、例えば巻
線を多重円筒形に形成して、各巻線層間に抽選に相当す
る間隙ｃ！■を形成する。そして液体槽（１６）の底部
（１６ａ）に、鉄心ｕカを中心として管群もしくは帯状
形状で配置した環状の液体通路Ｏ■を形成し、この液通
路（７）を導液系統α特の配管（１９ａ）と連絡する。

このように構成することにより、液体槽（１＋；ｌ中の
液体（１５１は巻ｆｆＪｉｌ　（１３］内部に間隙Ｃ２
９］を介して流れるため、冷却効果が向上する。また液
溜め部αＤの液体（１ｍは導液系統（川から液体通路（
至）を通り、巻線（Ｊ３１の下側から液体晒は供給され
て間隙（ハ）に流れ込むため巻線（１３１の冷却効果は
さらに向上する。

第１１図において、液体槽αｅに収納された巻線θＪが
鉄心ａｚと直角に配設される巻線板、すなわち円板巻線
に形成され、夫々の円板巻線間には抽選に相当する間隙
ＯＤが水平に半径方向に形成される。

液体槽（ｌｂ’）の側壁には高さ方向に清って複数個の
液体流路Ｇつを形成し、この液体流路ｔ３渇を導液系統
（１１の配管（１９ａ）に接続する。このように構成す
ることにより、液体槽α０の液体叫に浸漬された巻線ｏ
９の間隙Ｃ３１）には液体（１５）が流れ込み冷却効果
がます。また、導液系統Ｈのポンプαａによって、液溜
め部αηの液体（１５１を液体槽（１Ｇ＋の側面から巻
線（１３１の間隙（３１）に向って供給するので、液体
槽αυ中の液体（１５１の未飽和度が高まりさらに効率
のよい冷却ができる。

第１２図において、容器ａυの液溜め部αηの液体（１
５１を液体槽Ｏｅへ導液系統α９のポンプ（１１３＋と
配管（１９ａ）、（１９ｂ）を介して供給するが、この
ポンプａ８の前段の配管（１９ａ）もしくは後段の配管
（１９ｂ）に液体（柵を冷却する熱交換器（２１−５）
を配置し、例えば水のような二次冷却媒体（２２１を配
管（至）から供給し、液体ａ９の未飽和度を高め、効率
のよい冷却ができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明の静止誘導電気機器によれば
、容器内部に少なくとも１台の熱交換器、　を備えてい
るため、機器本体の冷却効果が著しく向上し、機器の小
形化かつ軽量化を図ることができる。したがってこのよ
うな機器を据付ける用地問題や、騒音問題を解決するこ
とができる。

また静止誘導電気機器に万一事故が発生しても、絶縁ガ
ス及び凝縮性冷媒は不燃性であるだめ、火災などを起す
ことなく、防爆性にも優れている。

しかも凝縮性冷媒は直接的に、あるいは凝縮性冷媒の蒸
気が熱交換器により効率よく液化されるため、その冷却
特性が優れ、かつ容器内部の圧力上昇を圧力容器の規制
範囲内で使用できという安全性の高い、高電圧、大容量
の静止誘導電気機器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の静止誘導電気機器の断面図
、第２図は、第１図の静止誘導電気機器の冷却特性を示
す線図、第３図匁いし第１２図は夫々本発明の他の実施
例を示し、第３図及び第４図は夫々断面図、第５図ない
し第１２図は夫々主要部の断面図である。 （１［１１・−・変圧器、（１１１・・・容器、０２・
・・鉄心、（１３１・・・巻線、ａ４・・・変圧器本体
、（１５１−・凝縮性冷媒の液体、ｒｔｅ・・・液体槽
、（１？）−・・液溜め部、ａト・・ポンプ、（ｌｌ・
・・導液系統、（２１・・・不凝縮性の気体、（２１＋
、　（２１−ｔ）、（２１−３）、（２１−４）、（２
１−５）・・・熱交換器、（２１−２）・・・折り曲げ
部、（２′１ＪＬ−：次冷却媒体、（２３）１（２７）
、　＠、Ｃ３３−・・配管、（社）・・・凝縮性冷媒の
蒸気。 代理人　弁理士　　井　上　−男 第　　１　　図 ｎ 第　２　Ｎ Ｕ 温ｋＪ：、ｌＦ促　　＝ 第　　３　　図 第　　４　　図 辺 第５図 第　　６　　図 第　　７　　図 第　　８　　図 第９図 第　　１０　　図 第　１１　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）容器内部に不凝縮性の気体と凝縮性冷媒とを討入
   するとともに、鉄心に巻線を巻装した静止誘導電気機器
   本体を収納してなるものにおいて、前記容器内下部に前
   記凝縮性冷媒の液体の液溜め部を設け、また前記容器内
   部に前記静止誘導電気機器本体を前記凝縮性冷媒の液体
   とともに収めた液体槽を設け１．この液体槽と前記液溜
   め部との間にポンプを有する導液系統を配設し、前記容
   器内部に少なくとも１台の熱交換器を配設したことを特
   徴とする静止誘導電気機器。 （２）　　熱交換器を液体槽を中心にして対向して配設
   した特許請求の範囲第１項記載の静止誘導電気機器。 （３）熱交換器が液溜め部上端から容器内部上端にわた
   って配設した特許請求の範囲第１項記載の静止誘導電気
   機器。 （４）熱交換器が液溜め部上端から容器内部の上端に配
   設し、さらに容器内部上端面に前記熱交換器と同一もし
   くは別個に熱交換器を配設した特許請求範囲第１項記載
   の静止誘導電気機器。 （５）熱交換器の底部を液体槽の底部とほぼ同一水準に
   配設した特許請求の範囲第１項記載の静止誘導電気機器
   。 （６）熱交換器の折曲シ部が液体槽の底部と液溜め部の
   液面との間に配設された特許請求の範囲第１項記載の静
   止誘導電気機器。 （７）熱交換器の底部が液体槽の底部より上方に　　　
   　□配設された特許請求の範囲第１項記載の静止誘導電
   気機器。 （８１液溜め部に熱交換器を配設した特許請求の範囲第
   １項記載の静止誘導電気機器。 （９）液体槽に熱交換器を一体に形成した特許請求の範
   囲第１項一記載の静止誘導電気機器。 ａα　液体槽の内壁もしくは外壁に熱交換器を配設した
   特許請求の範囲第１項記載の静止誘導電気機器。 （１１１液体槽に収納される巻線内部に上下両端部を開
   放し、鉄心を中心とし、前記液体槽底部に液体流路を前
   記巻線の一方の端部に対向させて形成し、この液体流路
   を導流系統に連結した特許請求の範囲第１項記載の静止
   誘導電気機器。 鰻　液体槽に収納した巻線を円板巻線とし、この円板巻
   線間に水平に半径方向に間隙を形成し、前記液槽の側面
   に液体流路を形成し、との液体流路を導液系統に連結し
   た特許請求の範囲第１項記載の静止誘導電気機器。 叫　導液系統、の配管に熱交換器を配設した特許請求の
   範囲第１項記載の静止誘導電気機器。