JPS60241205A

JPS60241205A - 箔巻変圧器

Info

Publication number: JPS60241205A
Application number: JP9656684A
Authority: JP
Inventors: Yasunobu Togawa; 戸川　安信
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1984-05-16
Filing date: 1984-05-16
Publication date: 1985-11-30

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、金属シートと絶縁シートを単ねて巻回した巻
線内に、冷却ダクトを内蔵した箔巻変圧器に関する。

［発明の技術的背景］箔巻変圧器は、巻線の占積が良く小形、軽量化ができる
特徴がある。既に数ＫＶ、数１００Ｋ　Ｖへ程度の比較
的電圧の低い小容量の変圧器では実用化されている。近
年、その優れた長所に鑑み、より高電圧、大容量の例え
ば２７５Ｋ　Ｖ　、３００Ｍ　ＶＡ級変圧器への適用拡
大が研究されているが、最大の技術的課題はいかに冷却
能力を向上させ、高い絶縁能力を巻線に持たせられるか
ということと、短路事故時の半径方向機械力に対して耐
えさせ得るかにかかっている。まだ、この様な高電圧大
容量変圧器は実用化に到ってないが、第１図の如く、巻
線内に冷却ダクトを内蔵させ、この冷却ダクトに絶縁特
性の優れた冷媒を送り込み、巻線損失から発生する熱を
冷媒の蒸発潜熱を利用して冷却する、いわばヒートパイ
プ方式の箔巻変圧器が有力である。　即ち、この箔巻変
圧器は、鉄心の脚部１に、金属シート２と絶縁シート３
を重ねて巻いて成る低圧巻線４と高圧巻線５が巻装され
、それらの巻線内には中空状の冷却ダクト６が内蔵され
ている。冷却ダクト６の中空部の薄い間隙内には、フロ
ンＲ−１１３や７０リナ−１−Ｆ　Ｃ７５等の冷媒が封
入されており、ポンプ７により循環され巻線内の発熱を
冷媒の蒸発潜熱で奪い、その蒸気を凝縮器８内において
冷却水管９で冷Ｗざぜ凝縮させる様になっている。液化
した冷媒は、冷媒タンク１０に貯められ、更にポンプ７
で巻線内に送り込まれるという冷却系が構成されている
。

冷却系を構成する導液管１１はステンレス等の金属で作
られており、この導液管１１と冷却ダクト６とはテフロ
ン樹脂等の絶縁パイプ１２を介して接続されている。ま
た、この導液管１１は、タンク１３等のアース電位にも
接続されている。一方、冷却ダクト６は、巻線内に組み
込まれている関係上、近接する巻線と同電位に電気的に
接続されている。更に、巻線各部の絶縁は、タンク１３
内に封入されたＳＦ６ガス等の絶縁ガスにより確保され
ている。

また、前記冷却ダクト６は、第２図及び第４図に示した
様に、液化した冷媒１４が導入される導入ノズル１５、
冷却ダグ１〜６内の両側部に形成された冷媒の流排出路
１６ａ、１６ｂ、及び温められた冷！＃！１４が流出覆
る導入ノズル１７によって構成されている。そして、前
記入排出路１６ａ。

１６ｂの間には、第３図に示した様に、中空の冷却ダク
ト６の２枚の構成板１８を所定間隔に保持する為に、ス
ペーサとして細いリブ１９が多数配置されている。故に
リブ１９を設けることにより形成された細長く狭い隙間
２０内に、フロンＲ−１１３やフロリナートＦＣ−７５
等の冷媒１４をポンプ７で常時流し込み、この冷媒１４
により箔状巻線内で発生した熱を奪い取らせることで巻
線を冷却させている。この熱を吸収することにより温度
上昇した冷媒１１′Ｉは、導入ノズル１７を介して巻線
外部へ送り出され、タンク１３外部に設（プだ冷却器８
内において冷却水９によって冷却され、再度冷却パネル
６内に）スリ込まれる。

以上説明した箔巻変圧器は、冷却の為の冷！ＩＩ＋￥１
４が流れるｔｔ環四回路絶縁ガスとが完全に分離されて
いることからしバレート式箔巻変圧器と呼ばれており、
従来の線状の導体を用いた変圧器に比較し、大幅な小型
・軽量化が可能で、絶縁信頼性が高い等の利点を有して
いる。

［費用技術の問題点］しかしながら、この種のセパレート式箔巻変圧器におい
では、冷却ダクト内の狭い間隙２０に高速で冷媒１４を
流すことにより冷加効果を高めているので、冷却ダクト
６内での圧損が大きくなり、その圧損を補うために高揚
程のポンプが必要となるといった欠点があった。

この点を明確にするため、冷却ダクト６内の圧力損失の
一例を第４図に基いて説明する。即ち、冷却ダクト６内
における細いリブ１９の配置は、冷却ダクト内で冷媒１
４が均一に流れる様に、冷ｔｓ１４の導入ノズル１５が
ら上部に向かう程、各リブ１９の左端部が冷却ダクト６
の左側端部に近づく様に配設され、一方、冷（Ａ！１４
の導入ノズル１７７’ＪＳ　ｒら下部に向かう程、各リ
ブ１９の右端部が冷却ダクト６の右側端部に近づく様に
配設されて、冷媒の人排出路１６ａ、１６１１が形成さ
れている。

この場合、冷却ダクト６の高さは巻線の軸方向の高さ、
つまり箔状巻線の巾と（Ｊぼ同じであり、大容量変圧器
においてば１，５ｏｏ〜２．Ｏｏｏｍｍとなる。

また、出入口部の長さ又１は広い程、圧力損失は減少す
るが、この部分は、冷却ダク１−６を巻込んで巻回され
た巻線の上下端部から突さ出した形で配置され、冷却ダ
ク１−〇が近傍の金属シート２と同電位に接続されてい
ることがら、絶縁上できるだけ短い方が望ましい。一方
、冷却ダクト６内の流路の隙間２０は大ぎい程圧力損失
が少なくなるが、巻線の占積率を高め小さい巻線とする
ためにはこの隙間２０が小さいことが望ましい。

次に、上述の箔巻変圧器の冷却ダクト６内における圧力
損失の数値をめてみる。各リブ１９の間隔を３Ｑｍｍ、
冷却ダクト６の高さを１，６゜０ｍｍ、リブ１９の１〕
愛２を１ｍｍ、リブ１９の数を３２本、出入口部の長さ
交１を１５０ｍｍ。

冷却ダクト６を構成する２枚の構成板１８の隙間を１１
ηｍとし、各リブ間における冷媒１４の流速を０１４ｍ
／ｓとする。

各リブ間の流速は、冷媒と冷却ダクト６との温度差を小
さくづるため、第５図に示すように冷媒を乱流域で流し
て熱伝達率を高めるには、レイノルズ数を２０００以上
にする必要があり、この制限から決まる。

第４図の例τは、管路の水力直径ｄは、ｄ−（２ＸＩＸ
３０）／（１＋３０＞＝２ｍｍとなり、流速Ｖ＝０．４ｍ／ｓｅｃ、冷媒をフロンＲ１
１３とした時の動粘性係数が０．３１３Ｘ１０−６ｍ”
／ｓであるため、レイノルズ数Ｒｅは、Ｒｅ＝　（２ｘ
ｌ　０−３ｘ０，４）／（０，３１３ｘ１０−６）＝２５５６となり、Ｒｅ＞２０００を十分溝たしている。

さて、この様な冷却ダクトでは、出入［」部の中Ｑ、１
が冷却ダク１〜６の高さの、１５０／　（１，６００−３２ｘ１．０）−１／１０．
４５であるため、出入口部におりる冷媒の流速はリブ間より
早くなり、Ｖｏ　＝０．４ｘ１０．４５＝４．２ｍ／ｓｅｃとなる。

圧力損失は一般に流）末の２乗に比例づるため、冷却タ
クト６内の圧損△１つは、はとんどこの出入口部、及び
冷却ダクト６で冷媒が上下方向に流れる入排出路１６ａ
、１６ｂ部でその大部分を占め、本構成の冷却ダクｌ−
６では、 ΔＰ　＝Ｃｆ　Ｘ、（ｒ’ＸＶｏ　２）　／　２で表わ
される。

ここで圧損係数Ｃｆは実験的にめられ、本構成の冷却ダ
ク１−では３９．５となる。またｒは冷媒フロンＲ１１
３の比重であり、１４８０Ｋｑ／ｍａ（ａｔ６０℃）で
ある。以上の数値を代入すると、△Ｐは５．２ＫＱ／ｃ
ｍ２となり、水柱で表わせば △Ｐ＝５２ｍＡｑとなる。

実際には、この他に、導入ノズル１５及び導出ノズル１
７内、絶縁バイブ１２、導液管１１、凝縮器８及び配管
内の圧損が加わるので、ポンプ７の大型化を計らねばな
らず、また、補機損の増大を招くどいつ１ｃ欠陥があっ
た。

［発明の目的］本発明ｔま、上記の点に鑑みなされたもので、その目的
は、冷ｆｉｒｌダクト内の圧力損失を減少させ、ポンプ
の小型化を可能にし、補機損を低減できる様にした箔巻
変圧器を提供することにある。

［発明の概要］本発明の箔巻変圧器は、冷却ダクト内に形成される多数
のリブの巾を広くすることにより、冷媒の出入口部にお
ける流速を低下させ、冷却ダクト内の圧力損失を減少さ
せる様にしたものである。

Ｅ発明の実施例］以下、本発明の一実施例を第６図及び第７図を参照して
説明づ−る。なお、第１図乃至第４図の従来型と同一部
分は、同一符号を付し説明は省略する。

本実施例におい−Ｃも、冷却ダクト６内で冷媒１４が均
一に流れる様に、冷媒１４の導入ノズル１５から上部に
向かう程、各リブ２１の左端部が冷却ダクト６の左側端
部に近付く様に配設され、一方、冷！ｌ！！１４の導出
ノズル１７から下部に向かう程各リブ２１の右端部が冷
却ダクト６の右側端部に近イ（１く様に配設され、冷媒
の入排出路１６ａ１１６ｂが形成されている。そして、
各リブ２１の１］Ｌ２を従来のものと比べ大ぎくし、且
つ２枚の冷却ダクト構成板１８の間にリブ２１を配設し
た後、外側から圧力を加えて圧接部２２を形成すること
により、リブ２１を固定している。

この様に構成された本実施例においては、リブ２１の巾
１２を２０ｍｍとすると、流路２３の巾は、１６００−２０Ｘ３２＝９６０どなり、出入口部のｒｉｌｌ＋　（１５０ｍｍ＞との比
は、１５０／９６０＝　１／６．４どなるため、出入口部の流速は、Ｖｏ　＝０．４Ｘ６．４：２．６ｍ／ｓｅｃとなり、リ
ブ２１の巾がｉｍｍの場合に比ベロ２％となる。前）ホ
したように冷ムロダクト６内の圧損△Ｐは流速の２乗に
比例するため、冷却ダクト６での圧損は３８％に低減さ
れる。

一方リブ２１の巾を広くするため、巻線から熱を奪う冷
却ダクト６の冷却面積は減少する。リブ２１の巾が１ｍ
ｍの場合と比較すると、その比は、（１６００−２０ｘ
３２）／　（１６００−１ｘ３２）＝０．　６１となり、冷媒と巻線との温度差はこの比に反比例して大
きくなる。

しかしながら、セパレート式箔巻変圧器においては、冷
１１４と冷却ダクト６に接する巻線との温度差が小さい
ことが特徴である。これは、冷却ダクト６内の冷媒１４
の流速が人さく、熱伝導率が高いためである。

例えば、リブ２１間の流路２３での冷媒１４の流速を０
．４ｍ／Ｓとすると、熱伝達率はα−０，７７Ｗ／ｃｍ
２°Ｃとなる。巻線の単位面積当たりの光熱ｆａ　ｌは一般に
高圧巻線５の方が低圧巻線４より少なく、例え＆ま′高
圧巻ＦＡ５では、Ｑ　Ｈ＝　Ｏ、’２　Ｗ　／　ｃ　ｍ　２低圧巻線４で
は、ｑＬ＝−０，４ｗ／ｃｍ２とすると、冷却ダクト６に接する巻線と冷媒との湿度差
は、高圧巻線５では、 △ｔｌ−１＝Ｑｌ−１／α−２，９℃ となる。この様に温度差が、たかだか前述したように１
１０．６１となっても、その温度ＪＪＪｆ分＆は、△１
：＝２．９℃Ｘ（１１０，６１−１＞＝１　、９°Ｃ程度と、全体の温度上昇に比較して非常に小さいため、
実用上問題とならない。

一方、低圧巻線４では、 △１：　Ｌ、　＝　ｑｌ−／α−５．７°０となり、本
発明の冷却ダク１−〇を使うことによる湿度上臂分は、 △１１＝５．７℃Ｘ　（１１０，８１６−１）−３，６
℃ と、単位面積当Ｉこりの発熱Ｍが高圧巻線５より大きく
なる分高くなるが、低圧巻線４の場合は、絶縁上の制約
が高圧巻線５より少ないので、冷却ダクト６内の圧損を
下げるためには、従来の細いリブ１９を用いた冷却ダク
ト６において、冷媒１４の導出入口部の長さｌ＋を広く
することで解決できる。

また、本丈施例においては、リブ２１を圧接法により冷
却ダクｌ−６の２枚の構成板１已に確実に固着している
ので、リブ２１と冷却ダクト構成板１８の隙間から隣接
する流路２３へ冷媒１４が漏れ、その結果各流路２３へ
冷媒流速が設計値と異なってしまうといったＪＪｉ！象
を防止することができる。

なお、この様な方法でリブ２１と冷ｆｄｌタクト６とを
固着する場合、リブのＩＩＪＬ　２が小さいと最初の位
置決めが困難な上、圧接の際の圧力を強くするどリブ２
１が横方向へずれやすくなり、確実な固着が不可能にな
る。これらを考處するとリブの巾は５ｍｍ以上必要であ
る。。

さらに、冷却ダクト６内に配設するリブ２１のピッチは
変えずに、リブの巾を広くするので、変圧器に短絡時の
電磁機械力が加わった際の強度か増加−づるといった効
果もある。

［発明の効果コ以上の通り、本発明によれば、冷却ダクト内に形成され
るリブの巾を冷媒の出入口部の１〕から児て広いものと
するという簡単な構成にＪ−り、冷媒循環に当たっての
圧力損失を減少させ、ポンプの小型化を可能にした箔巻
変圧器を提供できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の箔巻変圧器の椙造を示す断面図、第２図
は冷却ダクトの斜視図、第３図は従来の娼巻変圧器に用
いられる冷却ダクＩ〜の内部構３もを示す斜視図、第４
図は従来の箔巻変圧器に用いられる冷却ダクト内のりブ
の配置を示′ｉｌ展間図、第５図は冷却ダクト内の冷媒
の流速と熱伝達率との関係を示ｊ′図、第６１図は本発
明の箔巻変圧器に用いられる冷却ダク→〜内のりブの配
置を示す展開図、第７図は冷却ダク１〜の内部構造を示
づ°斜視図である。１・・・鉄心の脚部、２・・・金属シート、３・・・絶
縁シート、４・・・低圧巻線、５・・・高圧巻線、６・
・・冷却ダクト、７・・・ポンプ、８・・・凝Ｍｉｉ器
、９・・・冷却水管、１０・・・冷媒タンク、１１・・
・導液管、１２・・・絶縁パイプ、１３・・・タンク、
１４・・・冷媒、１５・・・尋人ノズル、１６・・・流
路部、１７・・・導出ノズル、１８・・・冷却ダウ１−
構成板、１゛９・・・リブ、２０・・・隙間、２１・・
・リブ、２２・・・圧接部、２３・・・流路。（７３１７）代理人　弁理士　前週点体（外１名）第１
ＩＩ第２図１３図第４図第５図冷媒平均速度　＆ｍ／。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）鉄心の脚部に金属シートと絶縁シートとを重ね合
せて巻回して成る箔状巻線を巻回し、この巻線内に冷却
ダクトを配設し、この冷却ダクト内に冷媒を循環させて
箔状巻線を冷却する箔巻変圧器において、前記冷却ダクト内の両側部を冷媒の入排出路とし、この
、入排出路の端部にはそれぞれ冷媒の出入口部を冷却ダ
クトの対角線上に位置する様に配置し、入排出路の間に
は冷媒の入排出方向と所定の角度を持って多数本のりブ
間隔を保って形成し、且つこれらのリブの１］を広くし
て出入口部における冷媒の流速を低減したことを特徴と
づる箔巻変圧器。
（２）リブの中が５ｍｍ以上である特許請求の範囲第１
項記載の箔巻変圧器。