JP2004104031A

JP2004104031A - ガス絶縁静止誘導電気機器

Info

Publication number: JP2004104031A
Application number: JP2002267229A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Aida; 合田　剛; Tsuneji Teranishi; 寺西　常治; Seiji Iwasaki; 岩崎　誠司; Tsuneo Kobayashi; 小林　恒夫
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2002-09-12
Filing date: 2002-09-12
Publication date: 2004-04-02

Abstract

【課題】冷却性能に優れ、信頼性の高いガス絶縁静止誘導電気機器を提供する。
【解決手段】鉄心１の周りに内側巻線２と外側巻線３を巻回し、この内側巻線２と外側巻線３を、同心円上に所定の間隔をおいて配置されたコイル支え６を介して、上下から締付板４で締付ける。この上下締付板４の少なくともいずれか一方に、ガスの取り入れ・取り出し口である開口部５を設ける。また、巻線２、３の外側にはガス仕切り７を設け、下部から導入されたガスを巻線内に封じるように構成する。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、産業用及び電力用ガス絶縁静止誘導電気機器に係り、特に、その電力範囲が、数ｋＶＡから１２００ＭＶＡにわたるものであって、電圧範囲が、１ｋＶから１０００ｋＶあるいはそれ以上の高い変換電圧にわたるものに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
変圧器やリアクトル等の静止誘導電気機器においては、絶縁媒体として絶縁油が広く用いられている。一方、都市部においては、防爆性、防災性に優れた六弗化硫黄ガス（ＳＦ_６ガス）を絶縁媒体として用いたガス絶縁静止誘導電気機器が多く使用されている。このＳＦ_６ガスは、六価の電子対を持つ硫黄イオンに、ハロゲン元素たる弗素のイオンが過不足なく共有結合しているものであり、化学的安定性が極めて高く、電離（イオン化）現象も少ない、いわゆる電気絶縁特性に優れたガスである。そのため、ＳＦ_６ガスは、変圧器やリアクトル等の静止誘導電気機器の絶縁媒体や、遮断器、開閉器等の送変電機器の絶縁冷却媒体として広く用いられている。
【０００３】
しかしながら、ガスを絶縁冷却媒体としたガス絶縁静止誘導電気機器においては、油を絶縁冷却媒体とした油入り静止誘導電気機器と比較して冷却性能が劣るという欠点がある。例えば、油の比熱が０．４５ｃａｌ／ｇ・℃であるのに対し、ＳＦ_６ガス（０．１２５ＭＰａ）の比熱は０．１４５ｃａｌ／ｇ・℃であり、密度は、油が０．８９ｇ／ｃｍ^３であるのに対し、ＳＦ_６ガスでは０．０１４ｇ／ｃｍ^３である。これらの値から求められる相対熱容量（比熱×密度）の比は、油を２００とするとＳＦ_６ガス（０．１２５ＭＰａ）では１となり、油の方がＳＦ_６ガスと比較して大幅に冷却性能が高いことが分かる。このため、一般的には、油入り静止誘導器では主に耐熱種別Ａ種の絶縁物が用いられているのに対し、ガス絶縁静止誘導電気機器ではＥ種以上の絶縁材料が用いられている。
【０００４】
また、従来のガス絶縁静止誘導電気機器では、上記のような耐熱材料の使用に加えて、冷却効率をあげるため、ガス流を合理化するために種々の施策や構造が取り入れられている。これらの施策例としては、特許文献１、特許文献２に示されているものがある。
【０００５】
ここで、一般的な静止誘導電気機器内のガスの流れについて説明する。すなわち、図７に示したように、巻線下部の外側から巻線内に取り込まれたＳＦ_６ガス２１は、巻線毎に設けられた外側共通ガス道２２及び内側共通ガス道２３を通って、それぞれ内側巻線２または外側巻線３に流れ込むように構成されている。また、巻線の外側には、ガスを仕切るための仕切板１９が設けられている。さらに、巻線２、３内に導入されたガスは、巻線内に設けられたガス止め板２０によって、巻線内を交互に流れるように構成されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−３０３０３１号公報
【特許文献２】
特開２００２−３３２１９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような巻線内へのガスの取り込み方法は、巻線の外周からガスを巻線内に導くために、ガスの取り込み構造が複雑となり、ガスの仕切不良による巻線の異常加熱の可能性があった。また、ガスの取入れ構造が複雑なため、構造材の工作上のずれにより、短絡時における機械強度に問題が生じる場合があった。
また、巻線の外周方向からガスを取り込むため、ガスの流れが複雑となり、圧力損失が高くなる傾向があった。このように圧力損失が高くなると、巻線内のガス流量が低下するため、巻線の冷却性能が低くなる可能性があった。
【０００８】
さらに、巻線内へのガス流量は巻線の断面積によって決定されるため、径が小さく断面積の小さい内側巻線へのガスの流量が少なくなる傾向があり、均一な冷却特性を得ることができず、内側巻線の過熱につながる可能性があった。
また、ガスの上下仕切に仕切板１９を用いているが、リード支えがこの仕切板１９を貫通する部分や巻線における仕切板の固定部等で、巻線下部に取り入れられたガスが巻線上部へ漏れる場合があり、その結果、巻線自体に流れ込む流量が低下し、巻線の冷却特性が悪化して、局部過熱につながる可能性があった。
【０００９】
本発明は、上述したような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、その目的は、冷却性能に優れ、信頼性の高いガス絶縁静止誘導電気機器を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、絶縁ガスを封入したタンク内に、鉄心及び巻線を備えて成る静止誘導器本体を収容したガス絶縁静止誘導電気機器において、前記巻線の上下に設けられた上側締付板及び下側締付板の少なくとも一方に、前記巻線へ前記各締付板を介してのガスの通流を可能としたガス流通用の開口部を設けたことを特徴とする。
【００１１】
上記のように構成された請求項１の発明において、下側締付板に開口部を設けた場合には、巻線下部から導入されるガスを巻線内に直接取り込むことができるため、圧力損失を低減し、巻線へ流れ込むガス流量を確保することができ、巻線の冷却性能を向上させることができる。また、上側締付板に開口部を設けた場合には、巻線上部に導出されるガス流方向に対する圧力損失を低減することができるので、ガス絶縁静止誘導電気機器の巻線の冷却性能を向上させることができる。さらに、上側締付板及び下側締付板の両方に開口部を設けた場合には、巻線上下部のガス流方向に対する圧力損失を低減することができるので、巻線へ流れ込むガス流量を確保することができ、巻線の冷却性能を向上させることができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のガス絶縁静止誘導電気機器において、前記締付板に設けられる開口部を、鉄心の周りに配置したことを特徴とする。
上記のように構成された請求項２の発明によれば、外側巻線と比較して断面積が小さく、ガス流量が小さくなる内側巻線へのガス流入量を増加させることができるので、内側巻線の冷却性能を向上させることができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載のガス絶縁静止誘導電気機器において、前記巻線の構造を円筒状としたことを特徴とする。
上記のように構成された請求項３の発明によれば、内側巻線と外側巻線の円筒層間の距離を調整することで、内側巻線と外側巻線のガス流比を容易に制御できるようになる。その結果、巻線の発熱に応じたガス量を各巻線に供給することができるので、巻線全体を均質な温度上昇とすることができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載のガス絶縁静止誘導電気機器において、前記締付板に、その円周方向に等間隔に開口部を設け、隣接する開口部間に前記締付板の支持部を取り付けたことを特徴とする。
上記のように構成された請求項４の発明によれば、開口部を設けたことにより締付け力が低下する内側巻線の締付け力を確保することができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか一に記載のガス絶縁静止誘導電気機器において、前記締付板を、その両端面が前記タンクの内壁と接するように構成したことを特徴とする。
上記のように構成された請求項５の発明によれば、締付板で下部から取り込まれたガスの仕切りを兼用することができるので、ガス止め構造を簡素化することができる。この簡素化により、巻線以外のガスの上部への漏れを防止し、巻線内のガス流量を増加させることができるので、巻線の冷却性能を向上させることができる。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のガス絶縁静止誘導電気機器において、前記静止誘導器から引き出されるリードの支えを、前記締付板上に配設したことを特徴とする。
上記のように構成された請求項６の発明によれば、従来、仕切板を貫通させて配設していたリード支えの仕切板貫通部がなくなり、この部位からのガス漏れが生じなくなることから、巻線内のガス流量を増加させることができるため、巻線の冷却性能を向上させることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るガス絶縁静止誘導電気機器の実施の形態について、図を用いて具体的に説明する。なお、図７に示した従来型と同一の部材には同一の符号を付して、説明は省略する。
【００１８】
（１）第１実施形態
図１は、請求項１に記載の発明を適用したガス絶縁静止誘導電気機器の構成を示したものである。すなわち、鉄心１の周りには内側巻線２と外側巻線３が巻回されている。なお、図１においては、内側巻線２と外側巻線３が巻回されている状態を示したが、電圧が高圧−中圧−低圧と分かれる場合や、ガス絶縁静止誘導電気機器の仕様によって、さらに複数の巻線が巻かれる場合もあることは言うまでもない。
【００１９】
また、前記内側巻線２と外側巻線３は、同心円上に所定の間隔をおいて配置されたコイル支え６を介して、上下から締付板４で締付けられている。この締付板４には、ガスの取り入れ・取り出し口である開口部５が設けられている。なお、この開口部５は、巻線の締付板４の上下またはどちらか一方に設けられている。また、巻線２、３の外側にはガス仕切り７が設けられ、下部から導入されたガスを巻線内に封じる構成となっている。
【００２０】
上記のような構成を有する本実施形態においては、締付板４に開口部５が設けられているため、直接、上下のガス空間と巻線との間でガスのやり取りが可能となる。このため、従来の方法と比較して、巻線の圧損を低減することが可能となる。また、巻線の圧損が少ないことから、巻線内に流れるガス量を増加することが可能となり、その結果、巻線の冷却特性が良いガス絶縁静止誘導電気機器を得ることができる。
【００２１】
（２）第２実施形態
図２は、請求項２に記載の発明を適用したガス絶縁静止誘導電気機器の構成を示したものである。すなわち、本実施形態においては、締付板４に形成される開口部５が、鉄心１の近傍に設けられている。
【００２２】
上記のような構成を有する本実施形態においては、以下のような効果が得られる。すなわち、内側巻線２と外側巻線３では外側巻線３の方が径が大きいため、断面積も大きい。これらの巻線内に流れ込むガス量の比は、巻線の断面積によって決定されるため、断面積の大きい外側巻線３の方に多くのガスが流れる。しかし、本実施形態においては、流れ込むガス量比の小さい内側巻線２側の下部に開口部５を設けることにより、従来ガス量が少なかった内側巻線２へのガス流量を確保することができるので、内側巻線２の過熱を防止することができる。
【００２３】
（３）第３実施形態
図３は、請求項３に記載の発明を適用したガス絶縁静止誘導電気機器の構成を示したものである。すなわち、本実施形態においては、内側巻線２及び外側巻線３を円筒巻線としている。この場合、巻線内に巻線冷却用のガスを流すために、巻線が円筒状に巻かれた各レアの間には、内側巻線レア間距離９及び外側巻線レア間距離１０を有する間隙が設けられ、この間隙を通って下部から上部にガスが流れるように構成されている。
【００２４】
上記のような構成を有する本実施形態においては、内側巻線２及び外側巻線３の両方を円筒化することで、両巻線のレア間距離９、１０を適宜調整することにより、各巻線へ流入するガス流量を正確に制御することが可能となる。このため、冷却特性の把握が容易となり、変圧器の仕様による内側・外側巻線の熱源となる損失の発生量に応じたガス流量の確保が可能となる。
【００２５】
（４）第４実施形態
図４は、請求項４に記載の発明を適用したガス絶縁静止誘導電気機器の構成を示したものである。すなわち、本実施形態においては、締付板４に等間隔に開口部５が設けられ、隣接する開口部５間に締付板４の内側支持部１２が配設されている。また、この締付板４には、内側支持部１２の外周側に外側支持部１３が配設されている。なお、図４は下部締付板の構成を示したものであるが、上部締付板に関しても同様である。
【００２６】
上記のような構成を有する本実施形態においては、以下のような作用効果が得られる。すなわち、開口部５が設けられている部分は、その開口部の影響で巻線の締付け力が弱くなるが、隣接する開口部５間に内側支持部１２を設置することにより、開口部の締付け力を確保することができる。また、締付板４の保持は、内側支持部１２だけでなく、外側支持部１３でも支持されているので、安定したものとなる。
【００２７】
（５）第５実施形態
図５は、請求項５に記載の発明を適用したガス絶縁静止誘導電気機器の構成を示したものである。すなわち、本実施形態においては、鉄心１を保持するクランプ１６に取り付けられた締付板支持部１５上に配設された締付板４の両端面が、タンク１４の内壁と接するように構成され、タンク内における上下のガスの仕切板を兼ねた構成とされている。
【００２８】
上記のような構成を有する本実施形態においては、タンク下部から導入されたガスは、上下のガスの仕切板を兼ねた締付板４により仕切られる。従来は、仕切り板を別途設けていたため、仕切り板上方へのガス漏れ防止手段が複雑となり、ガス漏れが生じる可能性があった。しかし、本実施形態によれば、上下間のガス止めを、タンク１４と締付板４でのみ行うため、ガス止め効果が大きく、巻線内へのガス流量を確実に確保することができる。
【００２９】
（６）第６実施形態
図６は、請求項６に記載の発明を適用したガス絶縁静止誘導電気機器の構成を示したものである。すなわち、本実施形態においては、上記第５実施形態で示した締付板４にリード支え１７を固定し、そのリード支え１７によって、巻線から引き出されたリード１８を支える構成とされている。
【００３０】
上記のような構成を有する本実施形態においては、従来、ガス仕切り板を貫通して配設されていたリード支え１７を、ガス仕切りを兼用した締付板４の上に設置することにより、リード支え１７部分における下部から導入されるガスの上部への漏れ構造を廃止し、ガス流の巻線内への流入量を確保することができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、巻線に直接ガスを導くことで、ガス絶縁静止誘導電気機器の冷却性能を高めることができると共に、上下のガス仕切板の下部から上部へのガス漏れを防止し、冷却性能が良く、信頼性の高いガス絶縁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】
【図１】本発明に係るガス絶縁静止誘導電気機器の第１実施形態の構成を示す図。
【図２】本発明に係るガス絶縁静止誘導電気機器の第２実施形態の構成を示す図。
【図３】本発明に係るガス絶縁静止誘導電気機器の第３実施形態の構成を示す図。
【図４】本発明に係るガス絶縁静止誘導電気機器の第４実施形態の構成を示す図。
【図５】本発明に係るガス絶縁静止誘導電気機器の第５実施形態の構成を示す図。
【図６】本発明に係るガス絶縁静止誘導電気機器の第６実施形態の構成を示す図。
【図７】従来のガス絶縁静止誘導電気機器の構成を示す図。
【符号の説明】
１…鉄心
２…内側巻線
３…外側巻線
４…締付板
５…開口部
６…コイル支え
７…ガス仕切り
８…ガス流
９…内側巻線レア間距離
１０…外側巻線レア間距離
１１…巻線
１２…内側支持部
１３…外側支持部
１４…タンク
１５…締付板支持部
１６…クランプ
１７…リード支え
１８…リード
１９…仕切板
２０…ガス止め板
２１…ＳＦ_６ガス
２２…外側共通ガス道
２３…内側共通ガス道

Claims

絶縁ガスを封入したタンク内に、鉄心及び巻線を備えて成る静止誘導器本体を収容したガス絶縁静止誘導電気機器において、
前記巻線の上下に設けられた上側締付板及び下側締付板の少なくとも一方に、前記巻線へ前記各締付板を介してのガスの通流を可能としたガス流通用の開口部を設けたことを特徴とするガス絶縁静止誘導電気機器。
前記締付板に設けられる開口部を、鉄心の周りに配置したことを特徴とする請求項１に記載のガス絶縁静止誘導電気機器。
前記巻線の構造を円筒状としたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のガス絶縁静止誘導電気機器。
前記締付板に、その円周方向に等間隔に開口部を設け、隣接する開口部間に前記締付板の支持部を取り付けたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載のガス絶縁静止誘導電気機器。
前記締付板を、その両端面が前記タンクの内壁と接するように構成したことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一に記載のガス絶縁静止誘導電気機器。
前記静止誘導器から引き出されるリードの支えを、前記締付板上に配設したことを特徴とする請求項５に記載のガス絶縁静止誘導電気機器。