JPS62259411A - 静止型誘導機器 - 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】 この発明は、静止型誘導機器のための冷却装置に関する
しのである。

静止型の誘導機器には、通常、磁気コアおよび巻線が含
まれており、その動作中のエネルギ・ロスは熱として現
れるものである。普通に行なわれていることは、該機器
を収納用タンク内に封止して、冷却用の液体を循環させ
るとともに、絶縁強度をも与えるようにすることである
。このタイプの機器には変成器が含まれているが、これ
は静止型の機器であって、２個以上のコイルの間で、電
磁誘導による交流電圧および電流を変成するものである
。これは同一の周波数で行なわれるものであるが、通常
、電圧や電流の値は相違している。

−ｍ的に使用されている変成器は油浸漬型のものであっ
て、雰囲気に対してハーメチック・シールされていたり
、または、換気できるようにされている。この油によれ
ば、絶縁性の強度を与えること、および、コアと巻線と
によって発生される熱を冷却することの二重の目的が果
たされることになる。この種の液体浸漬型の変成器にお
ける重要な間厘は、それに収納されている大量の液体の
ために、その漏洩の危険性があることによる環境の劣化
の恐れがあることである。

これに対して、乾式の変成器は液状の冷却剤を排除する
ものではあるが、次のような幾つかの技術的な不利益点
がある。即ち、熱容量が小さいこと、電気的および熱的
な理由のために、より大きい空間を必要とすること、お
よび、環境的な汚染を生じやすいことである。更に、そ
れらのコストは相当に高いものである。

例えばＳＦ、、Ｃ２Ｆ　ｍまたはＣ，Ｆ、のように、絶
縁性の強度が与えられる非凝縮性の気体を含んだ変成器
が設計され、試験されたが、これには少量の液体が付加
されていて、これがポンプ動作を受けて霧状にされ、コ
アおよび巻線の上を勢い良く流れて、それらを冷却する
ようにされる。このような配列によれば、非凝縮性の気
体と蒸気との不所望の混合による重大な問題が生じる。

このような混合の問題に対する解決を提案するために、
幾つかの特許が許可されているけれども、いずれの提案
も商業的な適用には至っていない、変成器のタンク内の
高い動作圧力および液体を上昇させるための可動部を有
する装置が付加的な不利益点にされる。比較的少量の絶
縁性の冷却用液体だけを使用する変成器に対しては、コ
アおよび巻線の動作によって発生された熱を除去するこ
とができるように、液体を上昇させるための手段を設け
ることが必要とされる。電動モータによって駆動される
ポンプは、可動部および封止部の、ために、その信頼度
が相当に低いものにされてしまう、これに加えて、少量
の液体を使用する変成器においては、全域の巻線が確実
に湿潤されるべく噴霧動作を与えるために、充分な容量
のポンプが必要とされるものであり、さもなければ、′
焼き切れ”が生じることになる。このような要求におい
て示唆されることは、先行技術の蒸気上昇用ポンプは、
巻線の導体表面に対して充分な液体を供給するのには不
適当であるということである。

この発明によれば、特に電気的な変成器であるような、
静止型の誘導機器が提供される。これに含まれているも
のは、電気的な複数個の巻線によって包囲されているコ
アであって、タンク内に収納されており、巻線毎に収納
体が設けられていて、これらの収納体の少なくとも部分
的に開放された頂部は絶縁性の冷却用液体を収納するよ
うにされているものと、液体上昇用ポンプであって、該
タンクの底部から各収納体に向けて液体を上昇させるよ
うにされているものとであり、また、該タンクは、該巻
線の上部に配置された外部コンデンサに対して接続され
て、蒸気状の冷却剤が該タンクから該コンデンサに向け
て通過するようにされ、該コンデンサにおいて凝縮され
て、その重力により、該巻線を包囲している収納体に戻
るようにされているものである。

ここで使用されている液体上昇用ポンプなる用語は、静
止型の液体上昇用機器を意味するものであって、１本ま
たは複数本のパイプが含まれており、この中での液体は
、その部分的な沸騰により上昇されるものであって、蒸
気化されたものが、蒸気化されずに残っている液体を上
昇させることになる、このようなポンプ（蒸気上昇用ポ
ンプとも記述される）は、可動部、バルブまたはダイア
フラムを備えてはいない。

その動作中には、冷却用の液体は各収納体内に存在して
おり、巻線はこの冷却用の液体内に充分に浸漬するよう
にされている。この冷却用の液体は凝縮性のものである
べきである。即ち、周囲温度に対して液体であるように
されている。誘導機器（以降は、簡単に、変成器と表さ
れる）の動作の過程において、巻線内で発生された熱に
より、冷却用の液体が蒸発するようにされる。これに接
続されているコンデンサ内の蒸気化された冷却用の液体
は、適当に配列された導管により、重力の下で、収納体
に向けて再循環される。タンクの内部側壁上でａ縮して
いる蒸気状の冷却用液体は、液体上昇用ポンプにより、
収納体に向けて再循環される。このような凝縮量はタン
クの側壁を熱的に絶縁することにより減少される。

この発明の機器において使用される絶縁性の冷却用液体
の量は、液体が充分に浸漬されるように設計された従来
の機器のそれの３０％までであるが、典型的には１０％
以下であり、より好適には５％を下回るものである。無
負荷状層の下での変成器内の液体の量は、実質的には、
収納体内の液体とタンクおよび液体上昇用ポンプの底部
における残留液体との和である。例えば、この発明によ
るＩＭＶＡ分散型変成器においては、約１５リツトルの
液体を必要とするだけであり、これに比べて、従来から
の設計によるものにおいては６００リツトルもの液体を
必要とするものである。

その動作状態の下では、変成器（封止体を形成するタン
クおよびコンデンサ）内の圧力は、実質的に、絶縁性の
冷却用液体の蒸気圧に相当するものであって、より好適
には、内部温度が０〜１００°Ｃであるときに、正常負
荷状態および過剰負荷状態の下で、１００〜１０００ミ
リバール（ｍｂａｒ）である、意図された非Ｗ縮性のも
のまたは漏洩されるものは、コンデンサを含む変成器内
の自由空間の容積の約２５％を超えるべきではなく、よ
り好適には、１０％を上回るものではない、特に好適で
あることは、タンクおよびコンデンサ内の実質的に全て
の自由空間が冷却用液体または蒸気によって充たされて
いることである。ただし、後述されるように、少Ｘ（例
えば容積の３％まで）の非凝縮性の気体の存在は利点を
生じるものである。

この発明の機器において使用される好適な冷却用液体は
、周囲温度に対して液体であって、適当な沸点を有して
おり、分解することなく変成器状態の下で動作をし、ま
た、より好適には、変成器内での圧力を上述された範囲
内で与えることができるものである。液体および蒸気の
いずれにおいても、良好な電気的特性および熱的特性を
有しており、また、毒性が低いものである。それらは、
より好適には、不燃性のものであり、その特別な例とし
ては、フルオロカーボン、クロロフルオロカーボン、ク
ロロカーボンまたはそれらの混合物がある。

変成器の巻線周囲の少量の液体の封止体と可動部を有し
ない液体上昇用ポンプとの組み合わせにより、前述され
た問題点は克服される０巻線の周囲には常に充分な液体
が存在しており、“焼き切れ゛の危険性は排除される。

可動部を有しないことから、この発明は本質的に簡単な
ものであり、また、その変成器の設計は比較的低コスト
のものである。

液体上昇用ポンプは間欠的な動作をするものであるが、
タンク内で凝縮された液体を封止体内の巻線に供給する
ためには、これで充分である。それらからの液体の損失
は蒸気化による熱の排除に起因するものである。かくし
て、ポンプの実行能力は比較的低いものでよい。

巻線周囲の収納体を構成する材料は、非ｇｉ性であり、
高度の追跡抵抗（ｔｒａｃｋｉｎｇ　　ｒｅｓｉｓｔａ
ｎｃｅ）を含む良好な電気絶縁特性を有し、吸湿性が低
く、電気的強度が高く、また、変成器の動作温度に合致
した熱的特性を有しているものである。Ｘ当な材料とし
て挙げられるものは、紙と樹脂、ガラスとポリエステル
、そしてフルオロプラスチックである。収納体として好
適に形成されるものは、巻線周囲のケーシングであって
、内側および外側円筒体の形式のもので完全な底部を有
するものである６巻線は底部上に配置されるものであり
、前記底部は液体が自由に流れることを許容するような
断面にされている。収納体は各コアの縁部の周囲に適合
されており、また、その頂部は開放され、または、半分
だけ封止されて、その中の蒸気圧が変成器のタンクおよ
びコンデンサ内のそれと等しいようにされている。

この発明の機器において使用される液体上昇用ポンプは
、好適には、変成器の底部の下方に適合された、単一の
“Ｕ”字型のチューブから形成されており、該“Ｕ”宇
部の一方側は高さ方向に伸長して、巻線を包囲する収納
体内に液体を放出するようにされている。伝達側での“
Ｕ′字部の基部においてヒータが適合されており、液体
上昇用ポンプ内の液体の蒸気化をするようにされる。蒸
気が形成されることにより、ポンプの伝達パイプを液体
が上昇するようにされる。液体上昇用ポンプのヒータは
外部に設けられ、“Ｕ″字形状部の伝達側の断面部周囲
に適合されて、最下端の曲線部分の近傍に近接するよう
にされている。このヒータによって与えられる熱密度は
、典型的には、約１０Ｗ／ｃｔａ’を超えるべきもので
はなく、また、分解を生じさせるような液体の温度上昇
をさせるべきものではない、この熱密度は、好適には、
０．５〜９Ｗ−ｃｍ”であり、特にいえば、約３Ｗ−ｃ
ｍ”’である。

液体上昇用ポンプを形成する“Ｕ”宇部の各々は熱源を
必要とするものである。

この発明の好適な実施例においては、一連の液体上昇用
ポンプは互いに接続されて、より大型の変成器に対して
増大された液体の上昇を達成できるようにされており、
この場合、連続的なポンプは、好適には、下部ポンプの
伝達点またはその近傍に配置された中間的な貯溜部を介
して接続されている。単一の液体上昇用ポンプは、“Ｕ
”字形状部の縦方向の長さに関して、その高さの約３回
分位の上昇を達成させることができる。液体上昇用ポン
プの“Ｕ″字状断面部は変成器のタンクの基部下方に配
置されており、かくして、適用される“Ｕ”宇部の長さ
について実際的な制限が加えられることになる。この制
限を克服するために、液体上昇用ポンプの伝達側の頂部
は更に“Ｕ°°字型にされて、伝達パイプが伸長するよ
うにされている。

加熱要素は該“Ｕ”宇部の基部における伝達側上に適合
されている。どのようなときにも、ポンプの加熱要素お
よび関連部は、より好適には、変成器のタンクの容器の
外部に配置される。

更に好適なことは、いずれの液体用上昇ポンプの伝達パ
イプも熱的に絶縁されていることであるが、その理由は
、このようにすることにより、特に起動のときに、より
良好で信頼性の高いポンプ動作がなされるからである。

この発明の更に別異の実施例においては、各相での巻線
の収納体内の絶縁性の冷却用液体、および、変成器のタ
ンクの基部内の残留液体の沸騰を防止するために、比較
的少量の実質的に非凝縮性の気体が変成器の容器内に存
在するようにされる。

一般的には、この非凝縮性の気体は、充分な絶縁強度の
ために必要とされるよりは大きくない付加的な圧力を与
えるようにされるものであり、典型的には、２０°Ｃに
おいて約５０〜１５０ＩＩＩＩ１１程度のものにされる
。このような気体としては、Ｈｅ。

Ｎ２、Ｃｏ２、ＣＦ、、Ｃ２Ｆ　ｓ、Ｃ，Ｆ、、ＳＦ６
、または、それらの組み合わせが挙げられる。これらの
気体は、変成器の内部において、絶縁性の冷却用液体の
蒸気と混合されるが、これにより、それらの絶縁強度の
向上が促進される。この不活性気体の主要な目的は、巻
線周囲の液体が蒸気圧まで沸騰することを防止して、そ
の結果としての絶縁強度が充分に完全なものであるよう
にすることである。

この発明の更に別異の実施例においては、正常には絶縁
性の冷却用液体に浸漬されていない熱発生要素が確実に
湿潤されるように心材が使用されて、蒸気化による熱の
排除が生起するようにされる。このような領域に含まれ
るものは、結果的に熱を発生させるコアの表面および電
流を流す接続点である。好適な心材は、織成されたガラ
ス布である。一般的に、このガラス布は導体の周囲を包
囲するようにされており、また、この導体は巻線からブ
ッシングに向けて出されるとともに、コアの表面上に配
置されている０毛細管作用を確実なものにするために、
充分な断面の心材が、常に、収納体内の液体に浸漬され
ていなければならない。

更に別異の実施例においては、変成器に対する１個また
は複数個の液体上昇用ポンプの動作を制御するためのセ
ンサが設けられている。その選択のために変成器の評価
がなされるとき、ユーザは、資本上の損失を生じること
を主要な考察事項とする。この種の評価は鉄損失に基づ
くものであるが、これは、典型的には、巻線内の負荷電
流に基づく損失の値の５〜１０倍になるものである。か
くして、多くの状況において重要なことは、液体上昇用
ポンプが変成器負荷に依存する装置として動作するとい
うことである。変成器の電気的な負荷を使用するのと同
様に、蒸気圧や温度のような、センサの基準に対する絶
対値または差動値のいずれかが用意されている。場合に
よっては、センサに対する基準として、１個または複数
個の位相の収納体内の液体のレベルを使用することによ
り、液体上昇用ポンプを動作させることが有利である。

次に、添付図面を参照しながら、この発明の詳細な説明
する。

第１図を参照すると、タンク１０を備えた変成器が示さ
れている。このタンク１０にはコア１１および巻線１２
が含まれている。この巻線１２は収納体１３によって包
囲されており、また、この収納体１３には絶縁性の冷却
用液体１４が充たされている。この液体１４の残りは、
変成器用タンク１０の基部および液体上昇用ポンプの“
Ｕ”字部１５に収納されている。伝達側における“Ｕ”
字部１５の周囲には加熱要素１６が適合されている。

この加熱要素１６は、センサ１７を介する変成器の動作
条件の下に、“Ｕ”字部１５内の液体１４を部分的に蒸
気化させる。前記センサ１７は、温度、圧力、または、
収納体１３内の液体のレベルをモニタすることができる
ものであり、“Ｕ”字部１５および加熱要素１６を含む
１個または複数個の液体上昇用ポンプの動作を制御する
ための基準を生成するようにされる。変成器に電気的な
負荷が加えられているときには、コア１１および巻１１
１２は熱を発生する。そして、この熱はタンク１３に収
納されている液体の蒸気化によって消散される。

その蒸気は入口部１つを通してコンデンサ１８に入り、
凝縮物として、出口部２０を通して収納体１３に戻る。

変成器が動作している間は、液体上昇用ポンプは連続的
に動作することができるか、または、センサ１７によっ
て制御されることができる。上部のコンデンサ１８によ
り、凝縮物は収納体１３に戻るようにされており、かく
して、このような配列にすることで、ポンプ動作に対す
る要求は大幅に減少され、変成器のタンク表面での凝縮
物の損失のときにのみ、収納体１３への補充のために必
要とされるだけである。また、液体上昇用ポンプからの
液体１４は、コア上に向けることもできる。

第２図に示されている断面図は、コア１１、巻線１２、
液体１４、および、変成器のタンク１０の下部に含まれ
ているヒータ１６を備えた液体上昇用ポンプ１５からな
る配列の例示図である０巻線１２には２個のコイルが含
まれており、双方ともに液体１４に充分に浸漬されてい
る。この液体１４は絶縁強度を与えるとともに、蒸気化
によってコイルの表面から熱を排除するものである。ヒ
ータ１６は、“Ｕ”字部１５の伝３！！側に配置されて
いる。この熱のために、液体の一部が蒸気化され、残り
の液体１４が収納体１３に伝達されることになる。

第３図の配列例示図は、２個の液体上昇用ポンプを図示
のように接続して、液体１４を付加的に上昇させるもの
であり、より大容量の変成器のために使用することがで
きるものである。

これらの第１図、第２図および第３図においては、液体
上昇用ポンプは、加熱要素が適当に配置されている簡単
なＵ字状のチューブを含むものとして概略的に示されて
いる。第４図には、より好適な形式のポンプが概略的に
示されている。ここで、下降チューブ１４がタンク１０
の底部に接続され、また、熱的に絶縁された伝達チュー
ブ１５の下端部に接続されている。そして、この伝達チ
ュ−ブ１５の下端部の井戸状部４２にはカートリッジ式
にヒータ４６が挿入されており、ポンプに対する熱は、
このヒータ４６によって供給される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明による変成器の側断面図、第２図は
、この発明による液体上昇用ポンプと収納巻線との組み
合わせの詳細図、第３図は、変形された液体上昇用ポン
プの例示図、第４図は、好適な形式のポンプの例示図で
ある。 １０はタンク、１１はコア、１２は巻線、１３は収納体
、１４は冷却用液体、１５はＵ字部、１６は加熱要素（
ヒータ）、１７はセンサ、１８はコンデンサ、１９は入
口部、２０は出口部。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分をへ 手続補正書 昭和６２年　５月２２日

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）電気的巻線により包囲されたコアを含み、タンク
   内に収納されている静止型誘導機器であって、該巻線は
   、絶縁性の冷却用液体を収納するために、その少なくと
   も頂面が開いている収納体内に設けられ、 液体上昇用ポンプが、該タンクの底部から該収納体に対
   して液体を上昇させるために設けられており、 該タンクは、該巻線の上部に配置された外部コンデンサ
   に対して接続されていて、蒸気状にされた冷却用液体が
   、該タンクから該コンデンサに向けて通過するようにさ
   れ、該コンデンサにおいて凝縮されて、その重力により
   、該巻線を包囲している収納体に戻るようにされている
   ことを特徴とする静止型誘導機器。
2. （２）該機器は電気的変成器であることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の静止型誘導機器。
3. （３）該タンクの底部から収納体に向けて液体を上昇さ
   せるために、２個以上の液体上昇用ポンプが直列にされ
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項または第
   ２項記載の静止型誘導機器。
4. （４）いずれの液体上昇用ポンプの上昇伝達パイプも熱
   的に絶縁されていることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項ないし第３項のいずれか１項に記載の静止型誘導機
   器。
5. （５）該タンクおよびコンデンサには、凝縮可能な絶縁
   性の冷却用液体またはその蒸気が充満された封止体が形
   成されており、該巻線は該冷却用液体内に浸漬されてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第４項
   のいずれか１項に記載の静止型誘導機器。
6. （６）該タンクとコンデンサとの組立体における自由空
   間の３％までは非凝縮性の気体によって占有されている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の静止型誘
   導機器。