JPS632126B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は金属シートと絶縁シートを重ねて巻回
してなる箔巻巻線を備え、この巻線内に冷却ダク
トを設けた変圧器に関する。

一般に箔巻巻線を備えた変圧器は、占積率が良
く小形・軽量であるために低電圧小容量の変圧器
だけでなく、近時は高低圧大電流にも適用するこ
とが考えられており、この場合の重要な問題点は
冷却能力の向上と絶縁耐力の向上にある。

第１図は従来の大容量の変圧器の一例を示して
いる。タンク１内に設けた鉄心２の主脚にアルミ
ニウムシートなどからなる金属シート３と樹脂フ
イルムなどからなる絶縁シート４を重ね合せて巻
くことにより、公知の箔巻巻線方式の低圧巻線５
と高圧巻線６を内外に分けて巻装し、これら各巻
線５，６の内部には円筒状をなす厚さが小さな冷
却ダクトを設ける。例えば低圧巻線５には１個
の、高圧巻線６には複数個の冷却ダクト７を夫々
内蔵する。そして、冷却ダクト７内にはフロン１
１３やFC７５などの冷媒をポンプ８により流し、
各巻線５，６内の発熱を冷媒の蒸発潜熱で奪い、
その冷媒の蒸気を凝縮器９で液体にしこれをタン
ク１０に貯め、さらにポンプ８で冷却ダクト７に
送り込むという循環冷却回路が構成されている。
また巻線５，６の上下端側に設けられたステンレ
ス鋼からなる導液管１１は絶縁パイプ１２を介し
て冷却ダクト７に接続され、巻線５，６内でそれ
と略々同じ電位に電気的に結合されている冷却ダ
クト７と導液管１１とは絶縁されている。また、
タンク１内には絶縁油やSF₆ガスなどの絶縁媒体
が封入され、巻線５，６が絶縁されている。な
お、低圧巻線５は絶縁パイプ１５を介して鉄心１
の主脚の外周に巻付けられ、高圧巻線６は絶縁バ
リヤ１６を介して低圧巻線５の外周に巻付けられ
ている。また、第１図においては本発明と直接関
りのない巻線のリード線やこれらをタンク１外部
に引出すブツシングなどは省略されている。

このような冷却方式の変圧器は、冷却の蒸発潜
熱を利用しているので、優れた冷却特性を有して
おり大容量変圧器には有望であるが、しかしなが
ら従来構造の変圧器ではまだいくつかの問題点が
あり、これが特に大容量変圧器に適用する上で障
害となつている。

その問題点の一つは高圧巻線６と各巻線５，６
の上下側に設けた金属シールド板１３との間の絶
縁に問題がある。第１図で示す高圧巻線６は内側
端ば接続の中性点側であり、金属シート３を巻き
上げる外周側ほど電位が高くなり最外側がライン
端子となる段絶縁がとられるのが一般である。そ
の点この変圧器の絶縁は原理的には合理的である
が、高圧巻線６と金属シールド板１３との間の第
１図の上下垂直方向の電界制御がなされない欠点
がある。これを電界分布図で表わしたのが第２図
である。この図は巻線の上部のみを表わしてい
る。第２図において点線で示した等電位面は、高
圧巻線６から出てライン端に設けた静電シールド
材１４をつつむ形になつて高圧巻線６の上下端や
静電シールド材１４の縁の電位傾度を高める形と
なつている。また、高圧巻線６の間に内蔵された
金属製の冷却ダクト７の端部はダクト中央部と同
様に薄いものであり、しかもこのダクト端部は巻
線６の金属シート３より突出し（但し絶縁シート
４は金属シート３より幅寸法が大であり、ダクト
端部は絶縁シート４の端部より外方には突出して
いない。）ているので、電界が著しく集中し非常
に低い部分放電開始電圧となる。さらに、冷却ダ
クト７とつながる絶縁パイプ１２の沿面が弱点と
なる。これらの点が原因となつて巻線端部と金属
シールド板１３との間の絶縁がどうしても弱くな
り、そのために絶縁距離が大きくとつたり、ある
いはタンク１内に封入するSF６ガスの封入圧力
を高めて絶縁強度を高めるなどの方策がなされて
いる。このため、変圧器の外形寸法が大きくなる
とともに重量が増大し、またタンクを高耐圧構造
とする必要があつて、ひいては変圧器コストを高
める欠点があつた。

また他の問題点は、冷却ダクト７の端部はダク
ト中央部と同様に厚さが小さく断面積が小さいた
めに、ダクト端部における絶縁パイプ１２と接続
する接続口の周辺の冷媒の流束が、冷却ダクト７
を流れる冷媒の流速に比して数10倍にも増大し、
接続口周辺でキヤビテーシヨンが生じ、また冷媒
の静電量が高まり冷媒中で放電を引き起す欠点を
有することである。このため、キヤビテーシヨン
や静電気放電の発生により、冷却ダクトを形成す
る数ミリ程度の板厚の金属板が侵食され、長時間
たつて孔が明いてダクト内部の冷媒が外部に漏洩
する事故が生じている。

本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、箔
巻巻線を備え且巻線内に冷却ダクトを内蔵したも
のにおいて、絶縁耐力が高く、冷却ダクトにおけ
るキヤビテイシヨンや静電気放電が生じることが
なく大容量変圧器に適した変圧器を提供するもの
である。

すなわち、本発明の変圧器は冷却ダクトの両端
部を箔巻巻線の絶縁シートの両端より突出させ、
この突出した両端部にダクト円周方向に沿う管状
部を膨張形成したものである。

以下本発明を図面で示す実施例について説明す
る。

第３図ないし第８図は本発明の変圧器の一実施
例を示しており、第１図と同じものは同一符号を
付してある。

第３図で示すように、低圧巻線５と高圧巻線６
の夫々の内部に設けた各冷却ダクト７は、夫々の
軸方向の両端部が各巻線５，６における絶縁シー
ト４の両端から外方に突出しており、絶縁シート
４の両端から突出した各冷却ダクト７の両端部に
はダクト円周方向に沿う管状部１７が膨張形成し
てある。冷却ダクト７の構造を第４図について述
べると、冷却ダクト７はステンレス鋼あるいは銅
などの金属板により軸方向に沿う空隙１８を残し
て円筒状に形成したもので、その周壁部には数ミ
リ程度の幅寸法をもつ平担な液道部１９が形成さ
れ、両端部には円周方向に断面円形をなす管状部
１７が集液管として形成されている。第５図は第
４図Ｖ―Ｖ線に沿う拡大断面図であり、液道部１
９はダクト軸方向に沿い平担に形成した金属平担
壁２０を数ミリの間隙を存して対向させることに
より形成され、管状部１７は金属平担壁２０の両
端部を断面正円あるいは楕円をなすように膨張さ
せて液道部の幅寸法より大なる直径寸法をもつて
形成されている。なお、冷却ダクト７の両端部に
形成した管状部１７には、絶縁パイプ１２と接続
する接続口２１を有している。また、冷却ダクト
７の液道部１７の内部には、第６図および第７図
で示すようにダクト軸方向に沿う直線をなす複数
のスペーサ２２が円周方向に間隔を存して並べて
設けてある。このスペーサ２２は冷却ダクト７の
液道部１９を形成する金属板平担壁２０の間に挾
持され、その両端は液道部１９の両端に位置して
いる。このため、液道部１９はスペーサ２２によ
りダクト円周方向にわたつてダクト軸方向に延び
る複数の通路に仕切られる。なお、スペーサ２２
は液道部１９内にダクト軸方向に対して平行に配
置しても、あるいは傾けて配置しても良い。

さらに、第３図で示すように高圧巻線６の内部
には冷却ダクト７として複数の冷却ダクト７₁〜
７₃が設けられているが、これらの冷却ダクト７₁
〜７₃における高圧巻線６の絶縁シート４から突
出する両端部の突出長さは夫々異なつている。す
なわち、最も外周側に位置する冷却ダクト７₁に
おける両端部の突出長さが最も小さく、中間に位
置する冷却ダクト７₂における両端部の突出長さ
が冷却ダクト７₁に次いで大きく、最も内周側に
位置する冷却ダクト７₃における両端部の突出長
さが最も大である。言換えれば最外周側の冷却ダ
クト７₁から内周側に位置する冷却ダクト７₂，７
_３に向けて順次両端部の突出長きが大となるよう
に設定してあり、このため各冷却ダクト７₁〜７₃
における両端部に形成した各管状部１７の位置も
両端部の突出長さに応じ異なる。なお、各冷却ダ
クト７₁〜７₃の軸方向長さは、夫々の高圧巻線６
から突出する両端部の突出長さに応じて設定す
る。

しかして、このように構成された変圧器におい
ては、低圧巻線５と高圧巻線６における絶縁シー
ト４の両端から突出する冷却ダクト７の両端部が
上下方向の電界制御の役目を果し、巻線５，６の
端部周辺における過度の電界集中を緩和すること
ができる。特に高圧巻線６の内部に設けた各冷却
ダクト７は、最外周側の冷却ダクト７₁から内周
側の冷却ダクト７₂，７₃に向けて両端部の突出長
さが順次大となるように設定すれば、高圧巻線６
と金属シールド材１３との間の絶縁空間の電界を
第８図で示すように平等化してより一層過度の電
界集中を防止できる。また、巻線５，６から突出
した冷却ダクト７の両端部は、液道部１９の幅寸
法より大なる直径を有する管状部１７を膨張形成
してあるので、従来に比して冷却ダクト７の端部
の電界集中を緩和ででき、部分放電開始電圧や破
壊電圧を著しく向上させることができる。この結
果巻線端部と金属シールド材１３との絶縁距離を
小さくし、またタンク１内に封入する絶縁媒体で
あるSF₆ガスの封入ガス圧を低下させ、変圧器全
体を小型・軽量としてコストを低減することがで
きる。

さらに、冷却ダクト７の両端部に円周方向に沿
う断面積が大なる管状部１７を膨張形成してある
ので、冷却ダクト７の液道部１９の全周から流れ
てきた冷媒が断面が大なるダクト上端部の管状部
１７に集合し、接続口２１を各して絶縁パイプ１
２に流れ出る。このように管状部１７の断面積を
大きくしているので、従来に比して接続口２１周
辺の冷媒の流速は低く抑えることができる。この
ため、冷媒の流速が増大することにより生じてい
たキヤビテイシヨンや静電気放電の発生を防止で
き、冷却ダクトの侵食を防ぐことができる。

また、この実施例においては、冷却ダクト７の
内部にスペーサ２２を設けてあるので、冷却ダク
ト７の内部を流れる冷媒はスペーサ２２に案内さ
れることにより、ダクト下端部の管状部１７から
液道部１９の円周方向全体に平均的に分散されて
液道部１９内を良好に流れるので、冷媒による巻
線５，６に対する冷却効果を向上できる。また、
低圧巻線５および高圧巻線６を強い張力で鉄心２
あるいは絶縁バリヤ１７に巻付ける時に、巻線
５，６内に設けられる冷却ダクト７はスペーサ２
２が補強骨材の役目を有するものとなつて巻線
５，６の張力を受け止めるので冷却ダクト７の液
道部１９が張力により押し潰されることを防止で
きる。

なお、冷却ダクトの内部を設けるスペーサは必
ずしも必要しない。

本発明の変圧器は以上説明したように箔巻巻線
における絶縁特性を向上して小形・軽量を図りコ
ストを低減できるとともに、箔巻巻線の内部に設
けた冷却ダクトにおけるキヤビテーシヨンや静電
気放電の発生を防止して信頼性を高めることがで
き、大容量変圧器に効果的に用いることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の変圧器を示す断面図、第２図は
従来の変圧器における巻線端部の電界分布を示す
説明図、第３図は本発明の変圧器の一実施例を示
す断面図、第４図は本発明の変圧器における冷却
ダクトを示す斜視図、第５図は第４図―線に
沿う断面図、第６図は第４図―線に沿う断面
図、第７図は第４図―線に沿う断面図、第８
図は本発明の変圧器における巻線端部の電界分布
を示す説明図である。 １…タンク、２…鉄心、３…金属シート、４…
絶縁シート、５…低圧巻線、６…高圧巻線、７…
冷却ダクト、１１…導液管、１２…絶縁パイプ、
１７…管状部、１９…液道部、２２…スペーサ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 金属シートと絶縁シートとを重ね合せて巻回
   した箔巻巻線を備え、この巻線の内部に巻線冷却
   用の冷媒を流す円筒状の冷却ダクトを設けたもの
   において、前記冷却ダクトの軸方向両端部を前記
   箔巻巻線の絶縁シートの両端より外方に突出さ
   せ、且つこの突出した前記冷却ダクトの両端部に
   この端部を膨張させてダクト円周方向に沿う管状
   部を形成してなる変圧器。 ２ 箔巻巻線の内部に設けられた複数の冷却ダク
   トにおける前記箔巻巻線の両端から突出する両端
   部の突出長さを、最外側に位置する冷却ダクトか
   ら最内側に位置する冷却ダクトにかけて順次大き
   くなるように設定してなる特許請求の範囲第１項
   記載の変圧器。