JPS60246610A - 液冷形ガス絶縁静止誘導電器 - 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】 本発明は，巻線部分が絶縁性の冷却液によって強制循環
冷却されるとともに液体絶縁される液冷形ガス絶縁靜止
訪導電器の冷却構造ｔこ関する。

〔発明の属する技術分野〕 ＳＦ６ガス等の非凝縮性の絶縁ガスを絶縁および冷却媒
体とするガス絶縁変圧器は、低騒音，軽量。

不燃性などすぐれた環境調和性を有する。しかしその反
面、冷却媒体が気体であるため１こ熱容量が小さく、シ
たがって冷却性能の面では従来の油入変圧器等に比べて
劣り，かつ絶縁破壊電圧が最大電界に依存するために局
部的電界集中部の多い高圧変圧器やリアクトルなどの静
止誘導電器（以下変圧器と略称する）においては不利な
面を持っている、そこで発熱量が多くかつ高電界になる
巻線部分のみを凝縮性の絶縁性液体（以下凝縮液とよぶ
）の蒸発潜熱（気化熱）を利用して冷却するとともに、
高電界部分を凝縮液によって絶縁することにより、ガス
絶縁変圧器の弱点を補なったいわゆる蒸発冷却ガス絶縁
変圧器が知られている（たとえば特開昭５８−６０５１
２号公報ン。

第６図は従来の蒸発冷却ガス絶縁変圧器の一例をボす概
略断面図である。図において、鉄心１。

巻線２等からなる変圧器本体は絶縁ガス４を包蔵した本
体タンク５に収納されており、比較的発熱量の少ない鉄
心ｌは絶縁ガス４を外部冷却器６を介して循環すえ）こ
とによりガス冷却される。一方発熱鎚の多い巻ｌｒ！２
は巻線部分を気密に包囲するよう形成されたｅ経１７に
収納され、絶縁槽７にはたとえばフロン１１３等の凝縮
液８が封入され、絶縁槽７の上部は接続管９Ａ，９Ｂを
介して本体タンク上に配設された凝縮器１０にｉ＃．通
し、絶縁槽７および凝縮器１ｔ１を含む閉鎖された蒸発
冷却系統部１１が形成されている。上述のようにカス絶
縁空間部と蒸発冷却系統部とを気密に区画することによ
り、絶縁ガス４０封入圧力（一般ｌこケージ圧Ｉ　Ｋｆ
／ｃｎＩ程度）によって凝縮液の相変化（ｆｉ相から気
相または気相から液相〕が抑制ぐれないので、フロ７１
１３等の沸点温度の低い凝縮液（約４７℃）を用いた場
合には巻線２の表面で凝縮液が沸騰し、気化熱を利用し
たすぐれた熱伝達特性の蒸発冷却性能を実現することが
できる。また巻線絶縁の面においては、巻線が冷えた状
態においては高い耐電圧性能を４４するＱ５６縮液に巻
線が浸漬されているために篩い絶縁性能を得ることがで
き、Ａ株〜Ｈ種といった４＋□□□絶縁の最高ＩＴ′ｆ
谷温度過温度近傍ては蒸気圧が絶縁ガス４０掴人圧力を
超える程に高まり、蒸気気泡の耐電圧も＾まもので、巻
線の絶縁強度を高く保つことができる。しかし、巻線２
および凝縮液８の温度が低温から高温または高温から低
温に移る過程、ことに凝縮液の沸点より幾分高い温度で
、巻線近傍には比軟的蒸気圧の低い蒸気気泡が発生し、
この状態では蒸気気泡の耐電圧も低く、かつ蒸気気泡の
誘電率が凝縮液のそれに比べて小さいためｔこ、蒸気気
泡ｌこ電界が集中１″る。

したがって変圧器の設計製作にあたっては，この点を考
慮して巻線近傍の電界強度を押さえる必要があり、特に
高電圧の変圧器等への適用と小形化とが制約されるとい
う問題がある。さらに、絶縁槽７には図示しない油中リ
ード線や支持構造物が貫通しており、蒸発冷却系統部ｌ
１と絶縁ガス９間との差圧が大きいと、絶縁槽７の気密
保持に高度な技術を必要とし、経済的不利益を生ずるな
どの問題がある。

第７図は凝縮液の沸騰冷却熱伝達特性線図の一例、第８
図は凝縮液の強制対流熱伝達特性線図の−例であり、い
ずれもすでに公知のものである。

１１Ｅ７図の場合、巻線表面の熱流密度ｑ　（Ｗ／ｌｒ
？）が増加すると、それに比例して曲線の直線部分Ａで
示す核沸騰熱伝達が起り、さらに熱流密度ｑが増加する
と飽和領域Ｂで示す遷移沸騰熱伝達領域に移り、熱伝達
率ｃｌ　（Ｗ／ｍ゛・”ｃ　）　ハ約１０１Ｊ／　ｍ’
　・’Ｃ程度で飽和する傾向を示す。一方第８図の曲線
りのように絶縁油等に比べて粘度の低い凝縮液を流速ｖ
（ｍ／ｓ）で巻線表面に強制対流した場合においても、
前記核沸騰熱伝達に近い顕熱による熱伝達率αを得るこ
とがで令る。このようにに％縞数を強制対流する方法で
沸騰冷却に匹敵する冷却性能が得られるにもかかわらす
、この方法を積極的に活用したガス絶縁変圧器およびそ
の冷却構造は未だに提案されていないのが実情である。

〔発明の目的〕

本発明は前述の状況に鎌ろでなされたもので、冷却液中
の蒸気気泡が排除されて巻線の絶縁信頼性が高く高電赤
化が可能であり、かつ絶縁槽を簡素化できる液冷形カス
絶縁変圧器７ｉ−提供することを目的とする。

〔発明の要点〕

本発明の誘導電器は、強制対流冷却方式によっても蒸発
冷却方式に匹敵する冷却性能が得られることに着目し、
ガス絶縁変圧器の巻線部分を収納する絶縁槽と、外部冷
却器と、両者に連通した上下一対の送油管ならびに循環
ポンプとからなる強制循環系に冷却液を封入するととも
に、前記強制循環系と絶縁ガス空間とに連通ずる均圧手
段を設けて冷却液の沸騰の抑制ならび１こ絶縁槽と絶縁
ガス空間との差圧を低減し、本体タンク底部に形成され
た冷却液の滞溜部と、この滞溜部と上部送油管とに連通
する冷却液の収集管ならびに冷却液の移送および制御手
段により、本体タンクの絶縁ガス空間側に漏れ出した冷
却液を冷却器側に収集し、冷却器上部に空間部を設けて
冷却液の熱膨張を吸収するようにしたものであるー 〔発明の実施例〕 以下本発明を実施例に基づいて説明する。

第１図は本発明の実施例を示す液冷形ガス絶縁変圧器の
概略断面図である。図において、７は巻線２を収納する
絶縁槽で、たとえば耐熱性の強化プラスチ、クスなどカ
＼らなる上下一対の絶縁リング７八および内外周一対の
絶Ｒ節７　ｋ３とを図示しないパッキング、絶縁ボルト
等によって気密に組み豆でることによ、りて形成され、
図示しない支持構造相により鉄心ｌに絶縁支持される。

２１は外部冷却器で、循環ポンプ５および上下一対の送
液管２３および２４により絶縁Ｆ３７　Ｊこ連通して強
制循環系を形成し、強制循環系にはたどえば注入弁３３
を介して冷却液麓が封入されろ。また２６は強制循環系
の分岐部で、発熱量の多い大容量器に対して特に設けら
れるものである。図の場合鉄心１の積層面に介装され上
下一対の送液管３．２４に連通した冷却管２６Ａならび
にその接続Ｉｆ２６Ｂ、２６Ｃ等によって構成されてお
り、冷却液２２の一部が分岐部２６を介して冷却器２１
＠に環流することにより鉄心１が間接的に液体冷却され
る。３６は均圧手段で、図の場合、本体タンクの絶縁ガ
ス空間部と冷却器２１の上部空間部あとに述通し、絶縁
ガス４の封入圧力が冷却器２１の冷却液乙の液面に加わ
ることにより、強制循環系の内圧と本体タンク５の内圧
とが平衡するよう構成されており、冷却＃乙に沸点温度
の低いぶつ化炭素凝線数、塩化炭素＃縞数等を用いた場
合においても凝縮液の沸騰を抑制し、巻線２を蒸気気泡
を含まない冷却液により絶縁することができる。また冷
却器２１の上部空間部あは、冷却液乙の熱膨張を吸収す
る機能を持つが、強制循環系の容積が油入変圧器等に比
べて小さいため１こ空間部あの容積も小さくすることが
でき、したがって冷却器２１と空間部あとを一体化−「
ることにより装置を安価に構成できる。都は本体タンク
５の底部に設はられた冷却液の滞溜部（凹所を設けず、
本体タンクを滞溜部に利用してもよい）、アは滞溜部υ
と上部送液管乙とに連通した冷却液の収集管である。図
の場合、移送手段として収集管別と送液管るとの接合部
に連成管内Ｉこノズル訪を有するアスヒレータ四を設け
て滞溜部の冷却液を吸い上げるととも１こ、側視手段と
して滞溜部υ側に設けられたたとえはフロートスイッチ
等の液面センサ３２によりオンオフ制御される電動弁３
１を設け、収集管を介して本体タンク内の絶縁ガス４が
吸い上げられることを防止するとともに、冷却液の逆流
を防止している。

上述のように構成された変圧器において、使用する冷却
液ηとし°ては、冷却液の顕熱を利用した強制対流冷却
であるために特に沸点温度の低い凝縮液を用いる必要は
なく、たとえばぶつ化炭素系。

塩化炭素系の凝縮液はもとより、絶縁油または絶縁油と
凝縮液の混合液を用いてもよい。また巻線の最高許容温
度に比べて沸点温度の低い凝縮液を用いる場合において
も、絶縁ガスの封入圧力により凝縮液の沸点温度が高ま
るとともに、冷却器２１によって冷却された凝縮液が巻
線表面を所定の流速で強制対流するために、凝縮液の沸
騰は抑制され、たとえば流速数１０ｃＶ′ｓ１１度の強
制対流により第８図に例示したような高い熱伝達率の顕
熱熱伝達高を得ることができる。また、巻線２を蒸気気
泡を含まない冷却液中に浸漬した状態とすることができ
るので、高電界になる巻線の絶縁を強化することができ
、さらに絶縁槽の外側は比較的平等な電界分布において
高い耐電圧性能を発揮する絶縁ガスにより絶縁が保持さ
れるため、絶縁材それぞれの特長を生かした複合絶縁構
成を実現することができ、すぐれた冷却性能と絶縁性能
とを備えたガス絶縁変圧器を得ることができる。なお、
第１図の変圧器においては巻線および鉄心の冷却が絶縁
ガス空間とは別系統で構成されており、滞溜部にたまる
冷却液は連通管あを介して絶縁ガス空間に侵入した凝縮
液の蒸気が本体タンク５０器壁で凝縮して滞溜部に流入
するのみ１その量は僅か・であるが、滞溜部および収集
管を設けておくことにより、絶縁槽に万−液もれが生じ
た場廊ｃこおいても、この漏液を直ちに強制循環系に戻
すことができ、したがって絶縁槽７の液面が低下して巻
線２が絶縁ガス中に露出するという不測のφ故を防止す
ることができる。また、連通ｖ３６を設けて絶縁槽７と
絶縁ガス空間あの圧力を平衡させたことにより、絶縁槽
は冷却液の容器才たは流路としての機能だけとなり、従
来構造に比べて絶縁槽の機械強度、シール構造等を大幅
に簡素化することができる。

第２図は本発明の異なる実施例を示すガス絶縁変圧器の
概略断面図で、第１図の実施例と異なる点は、均圧手段
を上部送液管ると絶縁ガス空間あとに連通した均圧槽４
１によって構成したことである。このように構成するこ
とにより、絶縁槽７と絶縁ガス空間あとの圧力を平衡さ
せることができ、かつ均圧槽により冷却液ηの熱膨張の
一部を吸収できるので、冷却器２１の上部空間部あを縮
小することができる。なお均圧手段として、連通管謁と
均圧槽４１を併用するよう構成してもよい。

第３図は本発明のさらに異なる実施例を示すガス絶縁変
圧器の概略断面図で、前述の実施例と異なる点は、鉄心
１側に冷却液ｎを導く分岐部として、鉄心１の上方に送
液管から分岐した冷却液の流出ノズル５１を設け、鉄心
の冷却ダクト１人を伝わって冷却液を流下させることに
より鉄心１を直接冷却させるようにしたことである。鉄
心を冷却した冷却液の一部は直接滞溜部に集まり、蒸発
した蒸気は本体タンク５の器壁で凝縮して滞溜部に集ま
るので、収集管羽、アスピレータ酋を介して冷却液を冷
却器２１に戻すことにより、鉄心を直接循環冷却するこ
とができる。冷却液の流出ノズルは上部送液管乙に連結
してもよいが、下部送液管冴に連結することにより鉄心
を効果的に冷却することができる。なお、図においては
均圧手段に連通管Ｉを用いた例を示したが、均圧槽４１
を用いてもよい。

第４図は本発明の他の実施例を示す概略断面図で、前述
の実施例と異なる点は、収集管側の冷却液移送手段をレ
ベルスイ、す等の液面センサ３２によりオンオフ制御さ
れる送液ポンプ６１で構成したことである。流出ノズル
５１から鉄心側に分流する冷却液が多い場合、ならびに
収集管部両端部の高低差が大きい場合には、送液ボン１
◇１を設けるこ、とにより冷却液をより確実に収集する
ことができる。

ｗｉ５図は本発明のさらに他の実施例を示す制御手段の
構造図で、冷却液の滞溜部ｎにボール状の浮子７１を設
け、滞溜部ごの液面が低下したとき、収集管列との連通
口Ｚ７Ａを浮子７１がふさぐことにより、収集Ｗ側への
冷却液または絶縁ガスの流れを阻止するようにしたもの
で、ｂ２は必要に応じて設けられる逆止弁である。収集
管４と上部送液管るとの接合部にアスピレータ四を設け
る場合、制御手段として第５図の構造を用いれば、電動
弁３１や送液ポンプ６１を用いる方法に比べて冷却液の
移送および制御手段を大幅に簡素化することができる。

以上ｊｌＥ１図から第５図の実施例の説明において、均
圧手段として連通管３６および均圧槽４１を、分岐部ｒ
ｈして冷却管２６Ａ＊よひ流出ノズル５１を、移送手段
としてアスピレータ２９および送液ポンプ６１を、制御
手段としてフロートスイッチ諺、電動弁３１、浮子７１
をそれぞれ択一的に組み合わせた例を幾つか例示したが
、各手段の組み合わせは前述の実施例に限定されず、必
要に応じて組み合わせを変えて液冷形ガス絶縁変圧器を
構成することをさまたげない。

〔発明の効果〕

本発明は前述のように、ガス絶縁静止誘導電器の巻線部
分を収納する絶縁槽と外部冷却器と両者に連通する送液
管および循環ポンプからなる強制循環系に絶縁ガス空間
に連通ずる均圧手段を設け、強制循環系に包蔵された非
凝縮性または凝縮性の冷却液を強制対流することにより
、冷却液の顕熱を利用して巻線を直接冷却するよう構成
した。その結果、沸点温度の低い凝縮液を用いた場合に
おいても絶縁ガスの封入圧力ならびｌこ対流速度とによ
って凝縮液の沸騰が抑制され、粘度の低い凝縮液の強制
対流によって高い冷却性能が得られるとともに、巻線が
蒸気気泡を含まない凝縮液に浸漬されて高い絶縁性が得
られ、さらに絶縁槽と絶縁ガス空間との差圧が排除され
て絶縁槽の構造が簡素化されるなど、従来技術の問題点
を排除して高い冷却性能ならびに絶縁性能を備えた液冷
形のガス絶縁静止誘導電器を提供できる。

また大容量器の場合、鉄心側に冷却液を導く分岐部を設
けて鉄心を液冷するよう構成したことｊどより、鉄心を
ガス冷却する従来構造に比べて絶縁ガス用冷却器および
送風機などが不要になり、電器の構造を簡素化ならびに
小形化することに貢献できる。

さらに本体タンク底部に設けられた冷却液の滞溜部と滞
溜部と上部送液管とを結ぶ収集管と送液手段ならびにそ
の制御手段とを設けたことにより、絶縁槽に液もれが生
じた場合においても絶縁槽に液切れが生ずるのを防止で
き、したがって小量の冷却液により高い冷却性能と絶縁
信頼性を備え１、かつ小形、軽量、安価で、高電圧化、
大容量化可能な液冷形ガス絶縁静止誘導電器を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す液冷形ガス絶縁変圧器の
概略断面図、第２図は異なる均圧手段の実施例を示す概
略断面図、第３図は異なる分岐部の実施例を示す概略断
面図、第４図は異なる送液手段の実施例を示す概略断面
図、第５図は異なる送液制御手段の実施例、を示すＪ＆
部の構成図、第６図は従来の蒸発冷却ガス絶縁変圧器の
一例を示す概略断面図、＠７図は沸騰冷却熱伝達特性線
図、第８図は強制対流液冷熱伝達特性線図である。 １・・・鉄心、２・・・巻線、３・・・誘導電器本体、
４・・・絶縁ガス、５・・・本体タンク、６・・・絶縁
ガス冷却器、７・・・絶縁槽、８・・・凝縮液、】０・
・・凝縮器、２】・・・冷却器、ｎ・・・冷却液、２３
・・・上部送Ｆｉ、管、２４・・・上部送液管、δ・・
・循環ポンプ、２７・・・滞溜部、３１・・・′ｔ１．
動弁、３２・・・液面センサ、羽・・・収集管、酋・・
・アスピレータ、Ｉ・・・連通管、加・・・分岐部、あ
・・・冷却管、４】・・・均圧槽、５１・・・流出ノズ
ル、６１・・・送液ボンダ、６２・・・逆止弁、７１・
・・浮子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｌ）絶縁ガスを包蔵する本体タンクに収納された誘導電
   器本体の巻線部分を収納する絶縁槽とこの絶縁槽と外部
   冷却器とに連通する上下一対の送液管および循環ポンプ
   とからなる強制循環系に封入された絶縁性の冷却液によ
   り前記巻桧が顕熱冷却されるものにおいて、前記強制循
   環系と前記本体タンクのガス全開とに連通する均圧手段
   と、前記本体タンク底部に形成された冷却液の滞溜部と
   、この滞溜部と前記上部送液管とに連通し移送および制
   御手段を備えた冷却液の収集管とを備えたことを特徴と
   する液冷形ガス絶縁静止誘導電器。 ２、特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、均圧手
   段が本体タンクと冷却器上部とに連通する均圧管であり
   、前記冷却器がガス費間部を備えたことを特徴とする液
   冷形ガス絶縁静止誘導電器。 ３）％許楕求の範囲第１項記載のものにおいて、均圧手
   段が上部送液管から上方に本体タンクのガス空間に向け
   て突設された上部に開口部を有する均圧槽であることを
   特徴とする液冷形ガス絶縁静止誘導電器。 ４）特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、収集管
   の冷却液移送手段が、滞溜部憫に設けられた液面センサ
   の出力信号により開閉制御される送液ポンプであること
   を特徴とする液冷形ガス絶縁静止誘導電器。 ５）特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、収集管
   の冷却液移送手段が、収集管と上部送液管との接合部に
   形成されたアスピレータであることを特徴とする液冷形
   ガス絶縁静止誘導電器。 ６）特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、強制循
   環系が、誘導電器本体の鉄心部分く介装された冷却管を
   含む冷却液の分岐部を備え、冷却液の一部分が前記分岐
   部を介して冷却器側に環流するよう形成されたことを特
   徴とする液冷形ガス絶縁静止誘導電器。 ７）特許請求の範囲第６項記載のものにおいて、分岐部
   が上部送液管側に設けられ鉄心上部に開口部を有する冷
   却液ノズルであることを特徴とする液冷形ガス絶縁靜止
   紡導電器。 ８）特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、冷却液
   移送制御手段が、冷却液滞溜部側に設けられた液面セン
   サの出力信号によりオン・オフ制御さｎる電動弁である
   ことを特徴とする液冷形ガス絶縁静止誘導電器。 ９）特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、冷却液
   移送制御手段が、冷却液滞溜部の冷却液面の変動を感知
   して浮き沈ろする浮子であり、液面低下時に収集管とσ
   ）連通口を閉塞するよう形成されたことを特徴とする液
   冷形ガス絶縁静止誘導電器。