JP6200710B2

JP6200710B2 - 変圧器

Info

Publication number: JP6200710B2
Application number: JP2013146353A
Authority: JP
Inventors: 篠原　誠; 誠篠原; 辰則佐藤; 高橋　俊明; 俊明高橋
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2013-07-12
Filing date: 2013-07-12
Publication date: 2017-09-20
Anticipated expiration: 2033-07-12
Also published as: JP2015018995A

Description

本発明は、変圧器、特に油入変圧器の耐震性を向上する技術に関する。

本発明の背景技術として、従来、大容量の変圧器では床に設置、固定する変圧器のベース部材の板厚を単純に厚くするか、または板材に剛性の高い型鋼を使用するなどして変圧器の強度を向上させている。また、変圧器の耐震性を向上した技術として、特許文献１（特許第４３２７５２１号公報）及び特許文献２（特開２００８−１０３５７８号公報）がある。特許文献１には、変圧器本体とは別に三角形形状の耐震用補強部材を変圧器本体の両側に設置し、接続して固定して耐震性を向上させている。また、特許文献２には、変圧器の振動が盤側に伝達するのを防止するため、上締金具に上部固定用金具を設け、これと盤フレーム側の取付座の間に防振ゴムを配置し固定する構成としたことが記載されている。

特許第４３２７５２１号公報特開２００８−１０３５７８号公報

上記の特許文献１の防振技術は、発電所などに設置される変圧器など大型の変圧器を対象としており、変圧器本体では耐震できないので変圧器本体とは別に耐震用補強部材を配置している。従って、耐震性は向上しているが、設置面積の確保や補強工事などが必要であるためコストアップにつながっている。また、この方法は設計段階から耐震設計専用の工事が必要となり、設置されている変圧器に対して補強工事を行おうとしても追加で行うことは困難であった。また、特許文献２の防振ゴムを用いる方法は、変圧器の容積が大きくなると、防振効果が下がるという可能性があった。本発明の目的は、変圧器本体のみでより高いレベルの耐震性を得、追加補強構造を標準仕様として搭載する変圧器を提供することにある。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲の構成を採用する。本発明は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、本発明は、鉄心とコイルとを収納したタンクと、該タンクの周囲に配置した波形フィンと、前記タンクの上部のタンク天板と下部のタンク底板と、を具備した変圧器において、前記タンクの天板、両側壁、底板を一周するように帯状の金属材の補強部材で巻いた構成とし、前記タンクの底板に配置、固定した前記補強部材の横側、または該補強部材と一体化したＵ字形状のアンカーボルト用ベースを配置した構成にすることを特徴とする。

本発明によれば、変圧器自体の耐震性を向上でき、変圧器の設置後においても追加工事により耐震補強ができる構成としているため使い勝手が向上した。

本発明の実施例１の油入変圧器の全体の外観斜視図を示す。図１ＡにおけるＡ−Ａ断面図を示す。耐震用補強部材の断面が矩形である金属板の斜視図を示す。耐震用補強部材の断面が四角形で、中が中空の筒体部材の斜視図を示す。本発明の変圧器のタンク下部に配置したベースの部分拡大図を示す。本発明の変圧器のタンク下部に配置した実施例２のベースの部分拡大図を示す。本発明の実施例３の油入変圧器の全体の外観斜視図を示す。実施例３の油入変圧器の正面図を示す。実施例３の油入変圧器の側面図を示す。実施例３の油入変圧器の上面図を示す。実施例３の油入変圧器の下部のベース部の拡大斜視図を示す。実施例３の油入変圧器の底部の平面図を示す。実施例３の油入変圧器のベース部の斜視図を示す。実施例３の油入変圧器のステーの斜視図を示す。地震発生時の変圧器に発生する力を示す模式図を示す。実施例４の油入変圧器の底部の平面図を示す。実施例４の油入変圧器のベース部の斜視図を示す。

以下、本発明の油入変圧器の実施の形態を図面を用いて説明する。

（実施例１）
図１Ａは、耐震構造を有した油入変圧器の全体の外観を示す斜視図である。図１Ａにおいて、１０は油入変圧器、２０はタンク、２３は冷却用波形フィン、２４は波形フィン２３の上下に溶接した溶接線で、波形フィン２３に強度を持たせ変形し難いようにしている。２８はタンク２０の奥行方向（Ｙ軸方向）の周囲全体を巻いて溶接などで固定した帯状の耐震用補強部材である。ここで、座標軸を設け、変圧器の長手方向をＸ軸方向、奥行方向をＹ軸方向、高さ方向をＺ軸方向とする。油入変圧器１０は、珪素鋼板やアモルファス薄帯の鉄心１にコイル２を巻回して組み立て、この鉄心１とコイル２の組立体をタンク２０に収納し、タンク２０内に絶縁油３を充填し、鉄心１やコイル２から発生する熱を冷却するためにタンク２０の周囲に波形フィン２３を形成し、波形フィン２３内に絶縁油３を循環するように構成して冷却するようにしている。また、図１Ａに示しているように、耐震用補強部材２８は、油入変圧器のＸ軸方向に対し直角方向（Ｙ軸方向）に２ヶ所配置しているが、２ヶ所以上配置してもよく、増やした方が耐震効果はある。

次に、図１Ａに示す補強部材２８の箇所のＡ−Ａ断面図を図１Ｂに示す。図１Ｂは、タンク２０の周囲を固定した補強部材２８の部分の変圧器の断面図を示し、タンク２０内には鉄心１とコイル２を組み立てたコイル鉄心組立体を収納し、絶縁油３を充填している。絶縁油３の油面の位置は波形フィン２３の位置より高くする。また、タンク２０とタンク天板２７のコーナ部Ｂの拡大断面図をＢ部拡大図に示す。タンク２０の上部は、タンク２０の上部の先端を外側に折り曲げ、タンク２０とタンク天板２７との間に全周に渡って気密用ガスケット２９を配置してタンク内の気密性を保持している。また、タンク２０の周囲には、冷却用波形フィン２３を配置する。

タンク２０の奥行方向（Ｙ軸方向）で全周を一周して巻いた耐震用補強部材２８は、タンクの天板２７、両側壁、底板とを巻いて、タンク２０と当接する部分は溶接などにより固定し、変圧器全体を四角形の耐震補強部材のフレームで囲う構成とし、タンク全体の剛性を向上させている。

また、耐震補強部材２８は、図１Ａに示しているように、変圧器の中央より所定の距離離れた２ヶ所に配置し、タンク２０の外側壁面の波形フィン２３の箇所は波形フィンを配置しないで、補強部材２８をタンク側壁面に配置し、溶接などで固定し、変圧器の底板にはタンクの側壁面より補強部材２８を連続して配置し、溶接などにより固定する。また、タンク天板２７とタンク２０の接する部分は、上記のように気密用ガスケット２９を全周に配置しているので、この部分は補強部材２８を折り曲げ、立ち上がらせて囲う構成にしている。そして、タンク天板２７の上部には、連続した耐震用補強部材２８を溶接などで固定して、変圧器一周を連続して補強部材２８のフレームで固定する構成にする。このようにタンク２０及びタンク天板２７の周囲を中央より所定の距離離れた２ヶ所で、Ｙ軸方向に剛性の金属板である耐震用補強部材２８で巻いて固定する構成にすることにより、変圧器本体の耐震性が向上する。

また、耐震用補強部材２８は、図１Ｃに示すように断面が矩形で厚みのある金属板２８１を用いたり、図１Ｄに示すように断面形状が四角形で、中央が中空の筒体２８２の部材を用いると、その強度は増加する。また、四角形は横寸法が大きく、高さ寸法が小さい形状とし、補強部材の容積が大きくならないようにする。また、図示していないが、断面が三角形状で、中央が中空の筒体を用いたり、半円形の筒体を耐震用補強部材とすることも可能である。また、型鋼といわれるコ字形状、Ｌ字形状、Ｈ字形状の鋼材を用いても強度の向上した変圧器を提供できる。さらに、図示していないが、Ｙ軸方向に垂直なＸ軸方向すなわち変圧器の長手方向に対して、耐震用補強部材２８を用い変圧器全体を一周巻いて固定してもよく、Ｘ軸方向とＹ軸方向に変圧器全体を巻いて固定してもよい。

次に、図２Ａ及び図２Ｂを用いて図１Ａに示した変圧器１０を床に固定する変圧器のベースについて説明する。図２Ａ及び図２Ｂは、変圧器のタンク下部の部分拡大図を示す。図２Ａにおいて、耐震用補強部材２８は波形フィン２３を配置しないタンク２０の側壁面に配置されて、タンク２０の底板で折り曲げられて連続して配置され、溶接などでタンク底板に固定される。また、耐震用補強部材２８の横側にアンカーボルト用の孔６１を有したベース６０をタンク２０の底板に配置し、溶接などにより底板に固定している。また、ベース６０の形状はＵ字形状とし、ベースの強度を増加している。

ベース６０の長さは、Ｙ軸方向のタンクの底板の長さよりも長く取ることもでき、タンク途中までの長さにしてもよく、アンカーボルト用の孔６１の部分がタンク底板より出て、アンカーボルトを取り付けることが可能であればよい。また、ベースの形状は、図２ＡではＵ字形状としているが、四角形の筒形状でも、三角形の筒形状でも良い。

（実施例２）
次に、ベースの別の実施例を図２Ｂに示し、この構成について説明する。図２Ｂは、実施例２のベースの構造で、耐震用補強部材２８とアンカーボルト用のベース６０を溶接などにより一体化した構造を示す斜視図である。補強部材２８は、タンク２０の側壁面の波形フィン２３のない部分に配置され、タンク２０の底板で折り曲げられて底板に配置され、溶接などにより固定されている。また、ベース６０は断面がＵ字形状での金属板で形成し、Ｕ字形の溝の中に補強部材２８が収まる構成とし、Ｕ字形状の辺の高さを底板部より高くする場合は図のように切欠きを設けてタンク下部に当接して配置し、溶接などで固定する。そして、Ｕ字形状のベースの溝のＹ軸方向の外側には、アンカーボルト用孔６１を配置している。ベース６０のタンク側壁面からの長さは、波形フィン２３の高さよりも短くし、変圧器の設置面積をできるだけ小さくなるようにする。

また、ベース６０のＵ字形状の金属材は厚さが厚いほど強度が増すが、変圧器の重量や外部の力などからベース６０の厚みを求めることが可能である。また、図示していないが、ベース６０のＵ字形状の２辺の上に耐震用補強部材２８を載せて一体化する構成もある。この構成においては、Ｕ字形状のベースと補強部材２８との間に空間を生じるため、この空間を塞ぐように金属板を当て固定し、外から雨などの水滴がベース６０内に入らないようにする。

（実施例３）
図３Ａは、本発明の耐震構造を有した油入変圧器の全体の外観を示す斜視図で、図３Ａにおいて、図１Ａと同じ名称のものは省略し、異なる点を挙げると、３０が変圧器のＸ軸方向に２ヶ所配置したステーで、３２は中央部に配置したステーを示す。
次に、実施例３の変圧器の第三角法の図を用いて説明する。図３Ｂは本発明の油入変圧器の正面図を示し、図３Ｃは側面図を示し、図３Ｄは上面図を示す。図３Ｂにおいて、タンク２０の両側には波形フィン２３が配置され、３１はタンク下部２１の底板に設置、固定されるベースで、３０はベース３１に接続されるステーである。ベース３１及びステー３０は、変圧器の長手方向をＸ軸、高さ方向をＺ軸、奥行方向をＹ軸とすると、変圧器のＸ軸方向において、中央より両側で等距離の位置に配置する。また、ベース３１及びステー３０の構造については、後で説明する。タンク２０の中央部には、ステー３２をタンク下部２１からタンク上部２２まで通しで配置している。

次に、図３Ｃの油入変圧器の側面図において、タンク２０の前後に波形フィン２３が配置され、タンク下部２１に設置固定されたベース３１は、波形フィン２３の下側でタンク下部２１の前側から後側まで連続した構成となっている。また、ベース３１の前面のＧ部分の拡大断面図を下図に示す。タンク２０の下部は下側に凸部形状としており、タンク下部２１の前面側は、その断面をみると階段状となり、段差の部分にベース３１の折り曲げたコーナ部を当接して設置し溶接などによりベース３１とタンク下部２１を固定する構成とする。この構成は前後同じ構成である。また、ベース３１に接続したステー３０は、タンク下部２１からタンク上部２２に細長い矩形の板材を伸ばしタンク上部２２に当接し、溶接などにより固定する。

次に、図３Ｄに本発明の油入変圧器の上面図を示す。図３Ｄにおいて、タンク２０の周囲には、波形フィン２３を配置している。ベース３１は、Ｘ軸方向において中心より所定の距離離れた箇所にそれぞれ配置している。Ｘ軸方向の中心に配置したステー３２はタンク２０の側壁面に設けている。また、ベース３１の両端は、波形フィン２３の先端より出ないように構成している。

次に、図３Ｅを用いて変圧器下部のベース３１の構成について説明する。図３Ｅは、油入変圧器の下側の右のベース３１の部分の拡大斜視図である。図３Ｅにおいて、ベース３１の構造は、断面でＵ字形状を有し、このＵ字形状をタンク下部の底板にＹ軸方向に当接するように配置する。当接する部分は溶接などにより固定する。またこのＵ字形状で、内側のＺ軸方向の辺３１１の高さは高くして、外側のＺ軸方向の高さは低くしている。そして、ベース３１のＵ字形状の内側の辺３１１において、形状は矩形で、外側の上のコーナ部をカットし傾斜部を有し、内側のコーナ部はタンク下部２１の階段状の段差部分に当接させ、溶接などにより固定する。

また、ベース３１のＵ字形状の外側の辺３１２において、ステー３０をＺ軸方向に形成する。ステー３０は、所定の幅を有した矩形の金属板で、長さはタンク下部２１からタンク上部２２までの長さを有し、波形フィン２３の間に配置し、タンク２０の外壁に当接するように配置している。ステー３０とＵ字形状のベース３１とは金属の板材を折り曲げて形成してもよく、それぞれの金属板を溶接などで接続して形成してもよい。

次に、油入変圧器の底部について、図３Ｆを用いて説明する。図３Ｆにおいて、図３Ｆ（ａ）は変圧器の底部の平面図、図３Ｆ（ｂ）はベース部のＣ−Ｃ断面図、図３Ｆ（ｃ）はベース部のＤ−Ｄ断面図、図３Ｆ（ｄ）はベース部の中央部のＥ−Ｅ断面図を示す。図３Ｆ（ａ）において、タンク２０の周囲には波形フィン２３を配置し、ベース３１はＸ軸方向に中心より離れた位置にそれぞれ２ヶ所配置している。ベース３１の両端には孔３１３を配置し、この孔３１３はベース３１を床に固定するためのアンカーボルト用孔である。さらに、ベース３１のＵ字形状において、内側の辺３１１の外側のコーナ部をカットし傾斜部を設けたのは、アンカーボルトを取り付けるとき作業し易くするためである。

また、タンク下部２１の中央のＹ軸方向の上下には、ステー３２を配置している。
図３Ｆ（ｂ）は、図３Ｆ（ａ）のベース部３１のＣ−Ｃ断面図を示し、ベース部３１のＹ軸方向の両端にはタンク下部２１と溶接などで固定するための台形辺３１１を形成している。ベース部３１の中央部は、タンク下部２１の底板と当接する部分で、溶接等で固定する。図３Ｆ（ｃ）は、図３Ｆ（ａ）のベース部３１のＤ−Ｄ断面図で、ベース部３１のＵ字形状の外側の辺３１２の高さをｔとし、対面の台形の辺３１１の高さをＴとすると、長さ（Ｔ−ｔ）がタンク下部２１の高さとなる。ベース部３１のＵ字形状の幅Ｍは、狭くするより幅広にした方が強度は増加する。図３Ｆ（ｄ）は、図３Ｆ（ａ）のベース部３１の中央付近の断面図を示し、Ｕ字形状の高さｔを等しくしており、タンク２０の底板に両辺を当設させ、溶接により固定する。

次に、ベース部３１の構造の斜視図を図３Ｇに示す。図３Ｇにおいて、断面がＵ字形状のベース部３１の両端のそれぞれの辺の一方には、タンク下部２１と固定する台形辺３１１が形成され、対向する他方の辺３１２にはステー３０が接続されている。ステー３０は、ベース部３１と一体で折り曲げ囲うで製造してもよく、別物を溶接などで製造してもよい。

次に、図３Ｈに変圧器の中央部に配置するステー３２の斜視図を示す。中央部に配置するステー３２は、細長い矩形の金属板で形成され、その幅は２個のベース部３１に配置しているステー３０と同じ幅とする。また、ステー３２の長さは、変圧器のタンク下部２１からタンク上部２２までの長さとし、ステー３２をタンク下部２１とタンク上部２２に垂直に当接して溶接などにより固定する。

次に、図４を用いて地震などが発生した場合、変圧器に生じる力について説明する。図４において、４０は変圧器の重心、Ｗ_Ｈ水平方向の力、Ｗ_Ｖは垂直方向の力、４１はベース部、４２はアンカーボルト、４３は床面を示し、アンカーボルト４２は、床面４３に埋め込まれる。地震などが発生した場合、水平方向の力ＷＨにより生じるアンカーボルト部４２の回転力は、ベースを固定する孔３１３から変圧器の重心までの距離とその力に比例し、回転力 ∝ Ｗ_H／０．５Ｌの関係がある。ここで、Ｌはアンカーボルト間の距離を表す。また、鉛直方向においては、逆回りの回転力が生じ、同じように、回転力 ∝ Ｗ_Ｖ／Ｈの関係となる。ここで、Ｈは変圧器の重臣４０の床面からの高さである。

これら鉛直方向及び水平方向の回転力の差分がアンカーボルト４２に加わる。従って、水平方向においては、アンカーボルト４２間の距離Ｌが長いほど回転力は小さくなり、また転倒し難い。鉛直方向においては、同じように重心高さＨを小さくする程耐震性は向上する。

一般的に、変圧器１０のタンク２０の寸法は三相の場合Ｘ軸方向に長く、Ｙ軸方向に短い構造となっている。これはタンク２０内に収納されているコイルをＸ軸方向に並べて構成しているためである。この構成によって、Ｘ軸方向の回転力は小さく、安定性は高くなっており、耐震性を強化するにはＸ軸方向のせん断に対する強度を確保しながらＹ軸方向の回転力、せん断に対する強度を強化することが変圧器の転倒防止、耐震性の向上の重要課題となる。

（実施例４）
次に、本発明の実施例４について、図５Ａ及び図５Ｂを用いて説明する。図５Ａは、本発明の実施例４の油入変圧器の底部の平面図を示す。図５Ａにおいて、２１はタンク２０の底部、５０は追加ベース、５１は追加ベース５１にスライド可能に取り付けられたベースを示す。ベース５０は中心線より所定距離離れた位置の２ヶ所に配置して、溶接などにより固定している。また、ベース５１の端部Ｆ部の部分拡大図を下図に示し、Ｆ部の部分の斜視図を図５Ｂに示す。

図５Ｂにおいて、実施例４の追加ベースの構造は、断面が四角形の筒状体を示し、タンク底部２１に配置し、固定する部分は断面がＵ字形状とし、タンク底部２１より外側においては四角形の筒状体としている。そして、内側の四角形の筒状体５０の外側に二重構造の四角形の筒状体５１を取り付け、スライドできる構成としている。また、スライド可能な外側のベース５１は、変圧器に耐震性を向上させるとき内側のベース５０よりスライドして延長し、アンカーボルトで止める位置の間隔を大きくすることができる。図においては、延長可能なベース５１にアンカーボルト用の取り付け孔５３、５４を複数配置している。また、内側のベース５０の取り付け孔５２は、図３Ｆの孔３１３と同じ位置に配置している。さらに、図５Ｂの取り付け孔５５，５６は、図３Ｆのベース３１に接続し固定するための取り付け孔を示す。

上記の追加ベースにおいて、その構成を四角形の筒状体としているため、延長するベースはねじれの変形がし難く、また回転力に対しても防止でき、耐震性のための強度向上のため床に固定する寸法を大きくでき、剛性を上げることができる。図５Ａ及び図５Ｂに示したベースは追加ベースとして説明しているが、追加ではなく、図３Ｆなどに示したベースとして使用してもよい。

１０‥油入変圧器、
２０‥タンク、
２１‥タンク下部、
２２‥タンク上部、
２３‥冷却用波形フィン、
２４‥溶接線、
３０‥ステー、
３１‥ベース、
３１１‥ベース３１のＵ字形状の内側の辺、
３１２‥ベース３１のＵ字形状の外側の辺（台形形状）、
４０‥変圧器重心、
４１‥ベース部、
４２‥アンカーボルト、
４３‥床面、
５０‥追加ベース、
５１‥追加ベース５１に取り付けられたベース

Claims

鉄心とコイルとを収納したタンクと、
該タンクの周囲に配置した波形フィンと、
前記タンクの上部のタンク天板と下部の底板とを具備した変圧器において、
前記タンクの底板に配置したベースは、断面がＵ字形状とし、
該ベースの両端部は、前記タンクの底板より突出して、一方の辺は四角形状とし、他方の辺にはタンク補強ステーを接続し、
前記タンクの底部は下側に凸部形状とし、
前記ベースの四角形状の辺が該タンクの底部の凸部と当接し、
前記ベースに配置したタンク補強ステーは、前記タンクの側壁面に沿ってタンク上部まで配置して固定することを特徴とする変圧器。
請求項１記載の変圧器において、
前記タンクの底板に配置する前記ベースで、前記タンクに当接する箇所は溶接して固定することを特徴とする変圧器。
請求項１記載の変圧器において、
前記ベースの両端に形成した四角形状の辺は、外側の上コーナ部をカットし、傾斜部を有することを特徴とする変圧器。
請求項１記載の変圧器において、
前記ベースは、前記タンクの底板に少なくとも２ヶ所以上配置することを特徴とする変圧器。
請求項１記載の変圧器において、
前記ベースに配置するタンク補強ステーは、細長い断面が四角形の金属板、断面が四角形の筒状体、または断面が三角形の筒状体であることを特徴とする変圧器。