JPH02296309A

JPH02296309A - 超電導変圧器

Info

Publication number: JPH02296309A
Application number: JP11602089A
Authority: JP
Inventors: Tsuneji Teranishi; 常治寺西; Hitoshi Okubo; 仁大久保
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-05-11
Filing date: 1989-05-11
Publication date: 1990-12-06

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】〔発明の目的〕（産業−にの利用分野）本発明は超電導導体を利用した超電導変圧器に関する。

（従来の技術）超電導体の電力機器への応用に関しては比較的古くから
検討されており、最近では、交流用超電導線の開発と相
俟って、変圧器など交流電気機器への応用研究も進んで
いる。しかし、実用化には様々な技術的問題がある。

これは、従来のＮｂＴｉやＮ、　ｂ　３　Ｓ　ｎのよう
な液体ヘリウムによる冷却を前提とした超電導制料を用
いた機器か極低温での冷凍という極限技術を必要とする
ことが、経済性、信頼性の面で実用化の妨げとなってい
たことが大きな要因の一つである。　ところが、最近酸
化物系高温超電導導体開発か急速に進み、ＹＢａ２Ｃｕ
３０７−ｘなど液体窒素温度以上で電気抵抗零、完全反
磁性という超電導体としての特性を示す物質の発見が各
所で報告されている。このような高温超電導材を利用し
た場合、液体窒素を冷媒として使うことができるので、
冷媒自身のコスト低減は勿論、冷凍技術か格段に容易に
なり、経済性のみならず、信頼性の高い機器が得られる
ことになり、電力機器への応用も急速に進むことが期待
される。

超電導導体を変圧器に応用した場合、特に巻線の損失が
無くなるため非常に効率の良い変圧器が得られる。

第３図に従来の超電導変圧器の概略図を示す。

第３図において、１は鉄心でありこの鉄心１に同心的に
巻回された高圧巻線２と低圧巻線３は断熱容器４内に収
納されている。断熱容器４内には液体窒素または液体ヘ
リウムなどの冷媒５が封入され、断熱容器４外部のタン
ク７内には前記鉄心１、巻線２，３より成る機器本体が
収納されると共に絶縁油６か満たされている。そして、
巻線導体は断熱容器４内の冷媒５によって超電導状態が
保たれる。断熱容器４外の絶縁油６は常温空間にあって
鉄心１からの発熱を外部に取出す役目と、巻線２．３と
鉄心１やタンク７などの接地物との間の絶縁の役目も果
たしている。

巻線２，３のみを断熱容器４に収納し鉄心１を常温空間
に置くのは、鉄心１も含めて液体窒素や液体ヘリウムな
どの冷媒５中に浸して鉄心１も冷媒５で冷却すると、冷
凍機動力に多くの電力を要し、超電導変圧器の低損失化
のメリットを損なうためである。これは冷凍機が低温空
間での発熱を冷却するのに當温に換算して、液体窒素温
度では約１０倍、液体ヘリウム温度では約５００倍の動
力を要することによる。しかも、断熱容器４外を絶縁油
６で満たせば、巻線２，３と鉄心１やタンク７などの接
地物との間の絶縁も良好な状態に保たれ、断熱容器４は
絶縁物であっても構わない。

（発明が解決しようとする課題）しかし、このような従来の超電導変圧器には次のような
問題点がある。すなわち、超電導導体が何らかの原因で
クエンチしたり、巻線内部で絶縁破壊事故が生じたりし
た場合導体の発熱や絶縁破壊によって生じるアークによ
って多大のエネルギが断熱容器４内で消費され、冷媒５
の瞬間的蒸発によって断熱容器４内の圧力が上昇し、最
悪の場合、断熱容器４の破損、更には絶縁油６への着火
による変圧器の火災などの重大な災害が想定され、この
ような事故に対する対策に万全を期する必要があった。

本発明は、このような課題を解決するためになされたも
のであり、巻線内部の事故の拡大を最小限に抑え、信頼
性を高めるとともに、冷却効率の高い超電導変圧器を得
ることを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）上記の課題を解決するため、本発明においては、巻線を
収納する断熱容器の壁面内部に導電層を設け、この導電
層を接地電位に接続し、断熱容器内には液体窒素などの
冷媒を封入し、かつ断熱容器には放圧弁を設ける。そし
て、断熱容器外の変圧器タンクには窒素ガスを封入し、
鉄心内に挿入した冷却パネルによって鉄心の冷却を行う
ようにする。

（作　用）このような構成の超電導変圧器においては、巻線内部の
事故によって液体窒素が急激に蒸発し、断熱容器内の圧
力か上昇しても、放圧弁から液体窒素かタンク内に放出
されタンクは気体で満たされているため圧力上昇がこの
空間で吸収され、タンクの爆発には至らない。また、絶
縁油を使用していないので、火災などの重大災害に至る
こともない。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図において、従来と同一部分は同一記号で示し、そ
の説明は省略する。第１図において、酸化物超電導体で
構成された高低圧巻線２，３か断熱容器４内に収納され
る。巻線導体の交流損失によって発生する熱は液体窒素
５＠の冷媒の蒸発潜熱によって奪われ、気化した窒素は
断熱容器４−に部からタンク７外に導かれ、窒素液化機
などで構成された冷凍装置１１によって再びｌｆｋ化さ
れ、断熱容器４下部から巻線内に送り込まれる。なお、
断熱容器４の上部には、事故時の内部圧力上昇のときに
動作する放圧弁１２が取付けられる。更に、断熱容器４
外の変圧器タンク７内部の空気には窒素ガスなどの気体
８が封入される。また、鉄心１内には冷却パネル９が鉄
心抜板層間に挟み込まれ、その冷却パネル９内には、冷
却器１０で冷却されたフロリナートなどの冷媒が送られ
ている。

断熱容器４の壁面は、第２図に構造を示すように、ＦＲ
Ｐの二重容器４１．、４２で構成され、二重の壁の間は
真空が保たれるとともに、スーパーインシュレーション
と呼ばれるアルミニューム蒸着されたプラスチックフィ
ルムを重ねて形成した断熱材４３が挿入され、更に、断
熱容器の内側の壁を構成するＦＲＰ壁の真空層側の面に
は金属蒸着などにより形成された導電層４４が設けられ
、この導電層４４は接地電位に接続される。

このように構成された本実施例においては、次のような
作用効果が生じる。

（１）巻線２，３などの高電圧部分は、接地電位に接続
された断熱容器４の導電層４４に囲まれ、この間の絶縁
は液体窒素５によって保たれるので、断熱容器４とタン
ク７との間の空間には電界が加わらず、大気圧の窒素ガ
ス８を満たしておいても絶縁−にの支障がなく、絶縁油
を使用する必要がない。なお、液体窒素５の絶縁強度は
絶縁油の約１４倍あるので巻線内の絶縁は良好に保たれ
る。

（２）ｖ、心１は冷却パネル９によって冷却されるので
、鉄心１の冷却という意味でも絶縁油を必要としない。

（３）断熱容器４内で液体窒素５の急激な蒸発かあり、
容器内の圧力が」１昇した場合は断熱容器４に取付けた
放圧弁１２が動作し、液体窒素や窒素ガスがタンク７内
に放出され、タンク７内の窒素ガスの空気の圧力上昇に
よって蒸発窒素ガスが吸収されるのでタンク７内の圧力
上昇はゆるやかになり、タンク７に放圧装置を設けてお
けばタンク７内体の爆発に至る前に放圧することができ
る。この際、タンク７内に放出された窒素ガスは別の配
管系統によって冷却装置１１の液化機に導いてやれば消
費することなく液体窒素として再生できる。

（４）断熱容器４外に気体を用いるので、絶縁油を用い
た場合に比べ変圧器か軽量になる。

（５）絶縁油を使用する必要がないので、万一の事故に
際しても火災などの重大災害に至ることがない。

また鉄心の冷却には、鉄心内にヒートパイプを挿入して
おく方法もある。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、断熱容器外に窒素
ガスなどの気体を用い、鉄心の冷却を別系統にすること
によって、防災」二信頼性か高くかつ、軽量で絶縁性能
も優れた超電導変圧器を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示す超電導変圧器の断面
図、第２図は第１図の変圧器に用いる断熱容器の壁の一
部拡大図、第３図は従来の超電導変圧器の断面図である
。１・・・鉄心　　　　　　２・・・高圧巻線３・・・低
圧巻線　　　　４・・・断熱容器５・・・液体窒素　　
　　６・・・絶縁油７・・・タンク　　　　　８・・・
窒素ガス９・・・冷却パネル　　　１０・・冷却器１１
・・・冷凍機　　　　　１２・・・放圧弁４１、４２・
・・ＦＲＰ容器４３・断熱材４４・・導電層代理人　弁理士　則　近　憲　佑同第子丸健

Claims

【特許請求の範囲】

鉄心に巻回された巻線のみを断熱容器に収納し、鉄心と
巻線からなる中身をタンクに収納した超電導変圧器にお
いて、断熱容器の壁面内部に導電層を設け、この導電層
を接地電位に接続し、断熱容器内部には液体窒素などの
冷媒を満たし巻線を冷却するとともに、断熱容器外部の
タンク内には窒素ガスなど常温の気体を満たし、鉄心の
冷却は鉄心内に挿入した冷却パネルなど別系統の冷却シ
ステムで行うことを特徴とする超電導変圧器。