JPH0249408A - 自冷式静止電磁誘導器 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、巻線の新規な冷却構造を有する自冷式変圧
器などの自冷式静止誘導器に関するものである。

〔従来の技術〕

第７図〜第１０図は従来の油入自冷式変圧器の一例を示
すもので、第７図は内部構造を示す断面図１第８図は二
次巻線の構成を示す断面図、第９図は同じく二次巻線の
一部を示す平面断面部分図、第１０図は二次巻線の冷媒
である絶縁油（以下部という）の流れを示す断面図であ
る。これらの図において、（１）は鉄心、（２）は巻線
、本例では平角銅帯を用いて平巻として放射状に巻重ね
られた板状コイルの一種である円板コイル（３）が垂直
方向に複数個積み重ねられた低圧側の二次巻線、（４）
は二次巻線（２）の外周に円筒状に巻かれた高圧側の一
次巻線、（５）は巻線（２）　Ｉ　（４）の巻かれた鉄
心（１）を収容するタンク、（６）は油である。なお、
タンク（５）には放熱器が設けられているが図示を省略
している。次に第８図、第９図により二次巻線の構成の
詳細を説明する。（７）は二次巻線（２）と鉄心（１）
との間に設けられ両者間の絶縁を行うための内側絶縁筒
、（８）は二次巻線（２）と−次巻線（４）（第８図で
は図示を省略、第７図参照）との絶縁を行うための外側
絶縁筒であり、円板コイル（３）は、内側絶縁筒（７）
上に縦スペーサ（９ａ）を介して水平に配設され、この
円板コイル（３）が軸方向すなわち円板の平面と垂直な
方向に横スペーサαＱをはさんで複数個、本例では９個
積み重ねられて二次巻線（２）を構成するとともに、二
次巻線（２）の外周には縦スペーサ（９ｂ）を介して外
側絶縁筒（８）が設けられている。縦スペーサ（９ａ）
　、　（９ｂ）、横スペーサ００は第８図ＩＸ　−ＩＸ
線における断面図である第９図に示されるように二次巻
線（２）の径方向に放射状に間隔を置いて配設されてお
り、縦スペーサ（９ａ）による内側絶縁筒（７）と二次
巻線（２）との間の間隙（６）、縦スペーサ（９ｂ）に
よる外側絶縁筒（８）と二次巻線（２）との間の間隙＠
及び横スペーサＱＯによる円板コイル（３）相互の間隙
０が油の通路を形成している。なお、第７図において図
示されている一次巻線（４）は第８図では図示を省略し
ているが、第８図における外側絶縁筒（８）の外側に配
設されている。

次に動作について説明する。第１０図において、二次巻
線（２）を冷却する油は間隙（１１）　、　Ｕ　、　Ｑ
３を満しており、二次巻線（２）、すなわち円板コイル
（３）に流れる電流により発生する損失により加熱され
温度上昇して比重差が発生するので二次巻線（２）の下
部から上方へ上昇し、上昇した油は放熱器（図示せず）
により冷却されて二次巻線（２）の下部へ戻される。と
ころが、円板コイル（３）は垂直方向に積み重ねられて
いるので、円板コイルの間隙（至）の油は一方向の流れ
とはならず、例えば図に矢印で示すような不規則で局部
的な流れの自然対流となり冷却能力が下り円板コイル（
３）に局所的な過熱部が生じるなどの問題点があった。

上記のような課題を解決するためになされた他の従来例
である油入自冷式変圧器を第１１図〜第１５図に示す。

第Ｈ図は二次巻線の油の流れを示す断面図、第丘図、第
１３図は油の一方の流れを遮断して流れを一方向に誘導
する油ガイドの平面図、第１４図、第１５図は円板コイ
ル間に配設された油ガイドの配設状況を示す二次巻線の
平面断面部分図である。図において、（３）〜（至）は
上記従来例と同様であるので説明を省略する。これらの
図において、０１）　、　＠は二次巻線（２）と内側、
外側絶縁筒（７）　ｊ　（８）との間に縦スペーサ（９
ａ）　、　（９ｂ）により作られた間隙、（至）、αＱ
は円板コイル（３）と横スペーサαＱとの間に挾み込ま
れ間隙？の、（イ）中の油の上下方向の流れを遮断して
流れを水平方向に誘導する油ガイドである。

油ガイド（至）は第丘図、第１４図にその平面図を示す
ように、環状の絶縁板でありその内周部に縦スペーサ（
９ａ）との干渉を避けるための切り欠き（１５ａ）を有
しており、内径は内側絶縁筒（７）の外径より若干大き
く、外径は円板コイル（３）の外径とほぼ同じ寸法に製
作されており、間隙２１）を上下方向に間隙（２１ａ）
〜（２１ｆ）に区分して油の流れを遮断し、間隙（イ）
に対しては寸法的齋こ干渉せず油の流通を妨げないよう
にされている。油ガイドＭも同様に円環状の絶縁板であ
り箇月図、第す図に平面図を示すように外周部に縦スペ
ーサ（９ｂ）との干渉を避けるための切り欠き（Ｉ６ａ
）が設けてあり、その外径は外側絶縁筒（８）の内径よ
り若干小さく、内径は円板コイル（３）の内径とほぼ同
じ寸法に製作されており、間隙（イ）を上下方向に間隙
（２２ａ）〜（２２ｅ）に区分して油の流れを遮断する
ようにされている。なお、油ガイドＱｆ９　、α・の配
設状況を示す二次巻線の平面断面部分図である第１４図
、第１５図は内側、外側絶縁筒（７）　、　（８）及び
縦、横スペーサ（９ａ）　＊　（９ｂ）−α０との位置
関係を模式的に表したものであり、例えば内側絶縁筒（
７）と油ガイドαυとの間に第１４図のような大きな隙
間があるわけではなく、必要な箇所については油の漏洩
流が問題とならないような寸法に製作されている。つま
り、第１１図に示されるように、縦方向の間隙？◇、翰
を油ガイドαυ、αＱにより区分されて作られた間隙（
２１ａ）　〜（２１ｆ）　ｐ　（２２ａ）〜（２２ｅ）
と円板コイル（３）間の間隙α葎とにより、二次巻線の
下部に設けられた開口部器と上部をこ設けられた開口部
（ハ）を連通する一個の冷媒通路（イ）が形成されてい
ること番こなる。

他の従来例である油入自冷式変圧器では上記のように構
成され、間隙（２１ａ）　〜（２１ｆ）　ｐ　（２２ａ
）　〜（２２ｅ）　、　（１３を満たしている油は、二
次巻線（２）すなわち円板コイル（３）に流れる電流に
より発生する損失により加熱されて自然対流により二次
巻線（２）の下部から上部へ上昇するが、間１９１　（
２１ａ）　（２１ｆ）。

（２２ａ）〜（２２ｅ）　、（至）は上記のように全体
で一個の冷媒通路（２５）を形成しているので、油は第
ｎ図の矢印に示されるように二次巻線の下部に設けられ
た開口部（２）から流入し、円板コイル（３）により加
熱されながら上昇し、上部に設けられた開口部（ハ）か
ら上方へ抜ける。つまり下部に設けられた開口部（２）
が油入口、上部に設けられた開口部（財）が油出口とな
っている。従って、この従来例では、円板コイル間の間
隙（至）中の油は一定方向に流れ、最初に示した従来例
の如（不規則で局部的な流れが発生しない。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のような他の従来例である油入自冷式変圧器におい
ては、巻線の冷却は円板コイル（３）間の間隙（至）が
全て直列になるように構成された一個の冷媒通路を流れ
る油により行なわれる。従って冷媒回路が長いために巻
線に流れる電流による損失により加熱され温度上昇する
油の比重差による自然対流だけでは、油の流量が少ない
ために冷却能力が低く、二次巻線の電流密度を小さい値
に制限しなければならず使用導体量が増加して不経済に
なるなどの問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、冷却能力が高く巻線の電流密度を大きくとる
ことが可能で経済的な自冷式静止電磁誘導器を得ること
を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る自冷式静止電磁誘導器は、板状コイルが
間隙を介して垂直方向に複数個積み重ねられた巻線又は
螺旋状コイルのターン間に間隙を設けて垂直方向に巻回
された巻線を備え、上記各間隙を独立した複数個の冷媒
通路の一部として利用し、上記各冷媒通路が上記各巻線
の下部に設けられた冷媒入口及び上記各巻線の上部に設
けられた冷媒出口の少なくとも一方を有するようにした
ものである。

〔作用〕

この発明における巻線の下部に設けられた冷媒入口又は
上部に設けられた冷媒出口を有する独立した複数個の冷
媒通路を設けたので巻線を冷却する冷媒の総流量が増加
し、冷却能力が向上する。

〔発明の実施例〕

第１図〜第３図はこの発明の一実施例を示すも間隙α力
を設けるために上記従来例の縦スペーサ度上昇の比較を
示す温度分布図であり、図中、（３）〜（至）は上記各
従来例と同様であるので説明を省略する。曽は内側絶縁
シリンダであり従来例の内側絶縁筒（７）（第ｎ図）罠
相当するものであるが、円板コイル（３）との間隔を上
記従来例の２倍とし、中間に内側仕切筒０◇を設けて二
次巻線（２）の下部に開口部（４０ａ）、（４１ａ）を
有する二つの縦方向の間隙に）。

０］）を形成している。内側仕切筒０めは第２図に示さ
れるように、その中央部に油を通すための多数の穴（３
１ａ）を有している。（２）は外側絶縁シリンダであり
従来例の外側絶縁筒（８）（第１１図）に相当するが、
円板コイル（３）との間隔を上記従来例の２倍とし、中
間に冷媒を通すための多数の穴（３３ａ）を有する外筒
仕切筒■を設けて、二次巻線（２）の上部に開口部（４
２ａ）、（４ａａ）を有する二つの縦方向の間隙（６）
、（財）を形成している。なお、図示していないが、の
縦スペーサ（９ｂ）（第Ｕ図、第迅図）と同様の縦スペ
ーサが挿入されている。円板コイル（３）の相互間にも
、図示していないが、上記従来例の横スペーサＱＯが挿
入されることにより、円板コイル（３）間の間隙（至）
が設けられている。に）、（ト）はそれぞれ上記他の従
来例の油ガイド（至）、αＱと同様の油ガイド、α力は
二次巻線（２）の中間部に設けられた仕切板であり、第
認図、第１４図に示される油ガイド（ト）と第邦図、第
す図に示される油ガイドαＱとを合せた形状、すなわち
その内径は内側仕切筒０ηの外径より若干太き（、その
内周部に縦スペーサ（図示せず）その干渉を避けるため
に上記他の従来例の油ガイド（ト）の切り欠き（ｌｓａ
）　（第ｎ図）と同様の切り欠きを有し、その外径は外
側仕切筒（至）の内径より若干小さく、その外周部に縦
スペーサ（図示せず）との干渉を避けるために上記従来
例の油ガイドαＱの切り欠き（１６ａ）　（第ｎ図）と
同様の切り欠きを有しており、穴（３Ｘａ）の下部で間
隙（ロ）を、穴（３３ａ）の上部で間隙（６）を閉塞し
ている。（ロ）は穴（３１ａ）の上方に設けられ間隙■
を閉塞する閉塞板、（２）は穴（３３ａ）の下方に設け
られ間隙（財）を閉塞する閉塞板である。上記のように
各間隙■、　ｈ］）、（６）、（至）、（至）が構成さ
れることにより、下部の開口部（４０ａ）→間隙■→二
次巻線（２）の上半分の円板コイルの間隙０で構成され
る直列回路→上部の開口部（４Ｚａ）に至る冷媒通路■
及び下部の開口部（４１ａ）→二次巻線（２）の下半分
の円板コイルの間隙（至）で構成される直列回路→間隙
（財）→上部の開口部（４３ａ）に至る冷媒通路（ハ）
、すなわち二つの独立した冷媒通路（ロ）。

（ハ）が形成されている。

上記のように構成された油入自冷式変圧器において、油
は間隙（ト）、（財）、（６）、（ト）、（至）を満た
しており、二次巻線（２）、すなわち板状コイル（３）
を流れる電流により発生する損失により暖められて自然
対流を発生するが、油は、第１図の矢印に示されるよう
に下部の開口部（４０ａ）から流入し、間隙−を経て板
状コイル（３）の間を通過しながら二次巻線（２）の上
半分の板状コイル（３）を冷却しく油は暖められて）、
上部の開口部（４２ａ）から流出する冷媒通路■及び下
部の開口部（４１ａ）から二次巻線（２）の下半分の板
状コイル（３）の間を通過しながら板状コイル（３）を
冷却し間隙−を経て上部の開口部（４３ａ）から流出す
る冷媒通路に）、すなわち、下部の開口部（４０ａ）、
（４１ａ）を油入口、上部の開口部（４２ａ）、（４３
ａ）を油出口とする冷媒通路■、（ハ）を油が流れる。

なお、上部の開口部（４２ａ）　、　（４３ａ）から流
出した油はさらに上昇し＼図示していないが、タンク（
５）（第７図）の外部に設けられた放熱器により放熱、
冷却されて再びタンク下部へ戻される。つまり、他の従
来例（第１１図）においては、円板コイル（３）の間隙
α撞が全て直列に接続された一個の冷媒通路（イ）で構
成されていたのに対し、この発明の一実施例においては
二つの独立した冷媒通路■、（ハ）を設けたので、つま
り二つの並列通路に油が流れるようにしたので、上記他
の従来例に比し二次巻線（２）を冷却する油の総流量が
増加している。

第Ｕ図あるいは第１図において矢印で示されるような円
板コイル（３）の間隙（至）を流れる油の流量は、円板
コイルの寸法、冷媒通路に発生する損失（これは冷媒通
路中に存在する円板コイルの損失の和に相当する）など
により変化するが、この発明における一実施例の場合、
実験的に次の近似式が得られている。すなわち、 Ｑ　＝　ＶＸＳ　：　ｋ泊−−−−−−−・−（ｇココ
で、Ｑ：円板コイルの間隙を通過する油の流量〔ｒｒＬ
３／Ｓ〕 ■：円板コイルの間隙を通過する油の流速（−／偏〕 Ｓ：円板コイルの間隙の油の通過断面積Ｃｍ”３ に：定数 Ｗ：冷媒通路に発生する損失〔Ｗ〕 従って、上記他の従来例（第１１図）において、冷媒通
路は一個（全ての間隙α１が直列接続）であるから二次
巻線（２）に発生する損失をＷｌとすると、冷媒通路に
発生する損失はｗ　：　Ｗ、となり冷媒通路を流れる油
の流ｆｆ１Ｑ、は上記（１）式によりＱｔ＝に１　　　
　・・曲・曲間（２）次に、この発明の一実施例におい
ては、二次巻線（２）を二つの並列の冷媒通路に油を流
すことにより冷却するのであるから、上記（１）式にお
ける冷媒通路に発生する損失（１通路に発生する損失）
は半分になるので、冷媒通路■、（ハ）におのおの流れ
る油の流量Ｑ！は上記（１）式にＷ＝Ｗｌ／２を代入し
て（他の条件は上記他の従来例と同じであるから）Ｑｔ
＝ｋＶ盟乃＝ｏ、ｓＱ、　＋＋＋＋＋＋＋曲曲＜３）冷
曲間路は独立して二個あるので全体の油の流量Ｑ２ｔは Ｑ、ｔ　”　２　Ｑｔ〜１．６Ｑ、　　　・・・・・・
・・・・・・・・・（４）となり、二次巻線（２）に発
生する損失が同一のときに、全体の油の流量は上記（４
）式に示されるように１．６倍となる。従って油の流量
の増加に対応して二次巻線（２）（円板コイル（３））
を冷却する冷却能力は増加して二次巻線の温度上昇は小
さくなるが、この関係を上記他の従来例と対比して示し
たのが第３図である。この図において、ｔｏは巻線の下
部の温度、ｔｌは他の従来例における巻線の上部の温度
、ｔｔはこの一実施例における巻線の中間及び上部（冷
媒出口部）の温度であり、二次巻線゛（２）に発生する
損失、すなわち二次巻線（２）の電流密度を同じ値にし
た場合、二次巻線の最高温度が低くなる。逆に言えば、
二次巻線の最高温度を従来例と同じとするなら冷却能力
が増加した分だけ二次巻線の電流密度を高くすることが
できる。

第４図はこの発明の他の実施例の油の流れを示す断面図
であり、輔は外側仕切筒（至）との間に縦スペーサ（図
示せず）を介して設けられた外筒であり、外側仕切筒（
至）との間の間隙（へ）及び巻線の上部に冷媒出口（５
３ａ）を構成している。（財）は二次巻線（２）の中央
部近傍に設けられた冷媒入口（５０ａ）及び二次巻線（
２）の上部に設けられた冷媒出口（５２ａ）を有する図
示の如き冷媒通路、（至）は二次巻線（２）の下部に冷
媒入口（５１ａ）を有するとともに上部に冷媒出口（５
３ａ）を有し冷媒通路（ロ）とは独立した図示の如きも
う一個の冷媒通路である。二次巻線（２）により暖めら
れ温度上昇した油は冷媒出口＠ａ）、■ａ）から流出し
て上昇するので、二次巻線（２）の中央部に設けられた
冷媒入口（５０ａ）付近の油の温度はあまりその影普を
受けず、他方の冷媒入口（５１ａ）の油の温度と同様の
油が冷媒通路員にも流入することになる。

第５図はさらに他の実施例の油の流れを示す断面図であ
り、１はその下部、中央部、上部に冷媒を通すための多
数の穴（６１ａ）＊（６１ｂ）、（６１Ｃ）を有する内
側仕切板、綱は外側絶縁シリンダ、−は冷媒を通すため
の多数の穴（６３ａ）　、　（６３ｂ）を有する第一仕
切板、（１６３）は同じく多数の穴（１６３ａ）を有す
る第二仕切板であり、これらと油ガイドα０．αＱ、仕
切板αカ、閉塞板（ロ）、＠、ｇａ及び円板コイル（３
）によって形成された間隙により、三つの独立した冷媒
通路υθ、σｅ、ｎが構成されている。冷媒通路−。

（ハ）、（ハ）はおのおの二次巻線（２）の下部に設け
られた冷媒入口（７２ａ）　、　（７３ａ）　、　（７
４ａ）及び共通の冷媒出口（７０ａ）を有している。冷
媒通路における油の流れは図の矢印に示されるようにな
り、二次巻線（２）の下部に設けられた冷媒入口（７２
ａ）　、　（７３ａ）　、　（７４ａ）を有する三つの
独立した冷媒通路ｅ７ｆｉ　、　閥＃　ｆｆηを設けた
ので、各通路の冷媒入口（７２ａ）〜（７４ａ）には常
に冷たい油が流入するとともに、油の総流量（循環量）
も二つの冷媒通路の場合よりも増加する〇第６図はさら
に他の実施例の油の流れを示す断面図であり、二次巻線
（１０２）の円板コイル（１０３）の間隙（１１３）を
二個並列とし、これをさらに３個直列に接続した冷媒通
路を独立して二つ設けたものである。図において、−は
内側絶縁シリンダ、いりは油を通すための多数の穴（８
１ａ）を有する内側仕切筒、■は冷媒出口である穴（８
３ａ）、（８３ｂ）を設けた外側仕切筒、−は内側絶縁
シリンダーと内側仕切筒ｔａｎとの間の間隙−を閉塞す
る閉塞板であり、これらの部材と円板コイル（１０３）
と（スペーサは図示していない）で図示のような独立し
た二つの冷媒通路ａ１４１．−を構成しており、図の矢
印の如く油が流れる。なお、二つの独立した冷媒通路−
２図は二次巻線（１０２）の下部に設けられた冷媒入口
（９０ａ）、（９１ａ）及び外側仕切筒に設けられた冷
媒出口（９２ａ）、（９３ａ）をおのおの有している。

以上の各実施例では、二次巻線が円板コイルである場合
について示したが、他の巻線が円板コイルであっても良
く、また、例えば−次巻線、二次巻線とも円板コイルで
構成されたものが軸方向に交互に配設されたもの、ある
いは放射方向に多数の導体を並列に重ねて平巻きしなが
らターン間に間隙を設けて垂直方向に螺旋状に巻回され
た螺旋状コイル等であっても、この発明の主旨に沿うよ
うに冷媒通路を構成することができる。板状コイルは、
円板コイルでなくとも、方形板状コイルや丸線を巻いて
構成された円板形コイル等であっても同様の効果を奏す
る。

なお、冷媒通路の数、冷媒通路の構成法、冷媒通路の冷
媒入口及び冷媒出口の設は方についていくつかの例を示
したが、これらのものについてはこの発明の目的を損な
わない範囲で適宜設計すれば良い。

また、油入自冷式変圧器について示したが、リアクトル
、誘導電圧調整器など、他の自冷式静止電磁誘導器であ
っても良（、冷媒はフロン、六弗化硫黄、空気その他の
ものであっても同様の効果を奏する０但し、上記（１）
式は冷媒が油である場合についてのものであるので、他
の冷媒の場合は冷媒の総流量の増加の程度は上記（１）
式とはそれぞれ〔発明の効果〕 この発明は以上説明した通り、巻線の下部に設けられた
冷媒入口及び巻線の上部に設けられた冷媒出口の少なく
とも一方を有する独立した冷媒通路を複数個設けたので
、巻線を冷却する冷媒の総流量が増加し、巻線の冷却能
力が向上するので、巻線の電流密度を大きくすることが
可能となり、使用導体の量を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図はこの発明の一実施例を示すも図、第４
図はこの発明の他の実施例の油の流れを示す断面図、第
５図はさらにこの発明の他の実施例の油の流れを示す断
面図、第６図はさらに他の実施例の油の流れを示す断面
図１第７図〜第１０図は従来の油入変圧器の一例を示す
もので、第７図は内部構造を示す断面図、第８図は二次
巻線の構成を示す断面図、第９図は二次巻線の平面断面
部分図、第１０図は油の流れを示す断面図、第１図〜第
３図は他の従来例を示すもので、第１１図は二次巻線の
油の流れを示す断面図、第り図、第１３図は油ガイドの
平面図、第１４図、第す図は円板コイル間に配設された
油ガイドの配設状況を示す二次巻線の平面断面部分図で
ある。 図において、（２）　）　（１０２）は二次巻線、（３
）　ｐ　（１０３）は円板コイル、（６）は油、（至）
、　（１１３）は間隙、ｔ４ｏａ）ｔ（４１ａ）、（５
０ａ）、（５１ａ）＊（７２ａ）　〜（７４ａ）、（９
０ａ）、（９１ａ）は冷媒入口、（４２ａ）、（４３ａ
）、（ｓｚａ）、（ｓ３ａ）、（７０ａ）　＊（９２ａ
）　、　（９３ａ）は冷媒出口、■、（ハ）、（財）、
開ｐ　（７Ｇ　−四、（７η、（財）、−は冷媒通路で
ある。 なお、各図中同一符号は同−又は相当部分を示すＯ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　板状コイルが間隙を介して垂直方向に複数個積み重ね
   られた巻線又は螺旋状コイルのターン間に間隙を設けて
   垂直方向に巻回された巻線を備え上記各間隙を独立した
   複数個の冷媒通路の一部として利用する自冷式静止電磁
   誘導器において、上記各冷媒通路は上記各巻線の下部に
   設けられた冷媒入口及び上記各巻線の上部に設けられた
   冷媒出口の少なくとも一方を有することを特徴とする自
   冷式静止電磁誘導器