JPH03120804A

JPH03120804A - ガス絶縁変圧器

Info

Publication number: JPH03120804A
Application number: JP25776189A
Authority: JP
Inventors: Yoshito Ebisawa; 海老沢　義人
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-10-04
Filing date: 1989-10-04
Publication date: 1991-05-23
Anticipated expiration: 2009-11-24
Also published as: JPH0695489B2

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】［発明の目的コ（産業上の利用分野）本発明は、変圧器タンク内に、鉄心の外周に巻線を巻回
してなる変圧器中身を収納すると共に、所定圧力で絶縁
ガスを封入してなるガス絶縁変圧器に係り、特に冷却お
よび絶縁構造を改良したガス絶縁変圧器に関する。

（従来の技術）近年、変電所は、その設置用地の制約から都市の近郊或
いは地下に設置される場合が多くなってきている。従っ
て、このような場所の変電所に設置される変圧器に対し
ては、難燃性の要求がさらに高くなっている。

そこで、最近では、従来の油入変圧器に代えて、絶縁冷
却媒体として絶縁特性の優れたＳＦ６ガスなどの絶縁ガ
スを用いることによって変圧器の絶縁および冷却を行う
ガス絶縁変圧器が実用化されている。

しかし、このガス絶縁変圧器は、従来の油入変圧器に比
べて冷却特性に劣る欠点がある。すなわち、絶縁ガスの
比熱および熱交換効率は、絶縁油に比べ特性的に大きく
下回っているため、この絶縁ガスを使用したガス絶縁変
圧器の冷却効率は油大変圧器に比べてかなり低くなって
しまう。

−殻内に、巻線内で発生する損失Ｌ（ｋＷ）と、巻線を
冷却するため巻線内を流れる単位時間あたりの冷却媒体
ｆｆ１Ｑ　（１／分）、そして、巻線への入口と出口に
おける冷却媒体の温度差、すなわち巻線の上下温度差Δ
Ｔの間には、八Ｔ＝１／（ｋ−Ｃｐ−ｒ）×（Ｌ／Ｑ）・・・■ に：定数（ｋＷ／ｋｃａｌ／分）Ｃｐ：冷却媒体の比熱（ｋｃａｌ／ｋｇ・℃）ｒ：冷却媒体の比重（ｋｇ／ｉ）という関係がある。

この０式に、具体的に物理定数を代入すると、冷却媒体
としてＳＦ６ガスを用いた場合において、（１／　（ｋ
−Ｃｐ−ｒ））の値は約６５００乃至７０００程度とな
る。一方、絶縁媒体として絶縁油を用いた場合には、こ
の値が約３５程度となり、ＳＦ６ガスを用いた場合に比
べ、約２００分の１の値となる。

すなわち、ガス絶縁変圧器の場合、巻線において、油入
変圧器と同一の損失を発生し、冷却媒体の循環量も同一
であるならば、巻線の」二下の温度差は、油入変圧器の
２００倍にも達してしまうことになる。

このように冷却効率に劣るガス絶縁変圧器において、巻
線を効率良く冷却するためには、冷却媒体であるＳＦ６
ガスを巻線の中によどみなく多量に送り込むことが要求
される。この要求に応える技術としては、巻線内に多く
の垂直ガス流路を形成可能であり、巻線内に多量のＳＦ
６ガスを循環可能な多重円筒巻線が存在している。

第３図は、従来の内鉄形ガス絶縁変圧器の巻線構造（多
重円筒巻線構造）を示す図である。この第３図において
は、鉄心１の外周に、低圧巻線２および高圧巻線７が巻
回されており、これらの巻線２，７は、低圧巻線２を内
側、高圧巻線７を外側として同軸上に配設されている。

低圧巻線２は、中性点側口出し３サイドから線路側口出
し４サイドに至るまでの多重層の円筒巻線５によって構
成されている。この多重円筒巻線は、以下のような工程
によって製造されている。

すなわち、中性点側口出し３サイドにおいて、絶縁シリ
ンダ（図示せず）の外周に、第１層目の円筒巻線５を形
成し、その外周に複数片の絶縁スペーサ６を分散配置し
、さらにその外周に第２層目の円筒巻線５を形成し、以
下、同様に絶縁スペーサ６を介して円筒巻線５を順次形
成するという工程により製造されている。また、各円筒
巻線５は、絶縁を施された銅線を巻回することによって
形成されている。

高圧巻線７も、低圧巻線２と同様に、中性点側口出し８
サイドから線路側口出し９サイドに至るまでの多重層の
円筒巻線１０によって構成されており、各円筒巻線１０
は、絶縁を施された銅線を巻回することによって形成さ
れ、また、隣接する円筒巻線１０の間には、絶縁スペー
サ１１が挿入されている。なお、高圧巻線７に特有の構
成として、その最外側円筒巻線１０の外周に、雷サージ
に対する電位分布特性を改善するための導電性の円筒静
電シールド１２が設けられており、この円筒静電シール
ド１２は、線路側口出し９と同電位とされている。

さらに、以上のように構成された低圧巻線２および高圧
巻線７の、隣接する円筒巻線５，１０の間には、前記絶
縁スペーサ６．１１によりガス流路１３が確保されてお
り、このガス流路１３を流れるＳＦ６ガスなどの絶縁ガ
ス（ガス流１４）により、各巻線２．７の冷却が行われ
るようになっている。

（発明が解決しようとする課題）以上のような構成を有する第３図のガス絶縁変圧器にお
いては、円筒巻線５，１０間に十分な断面積を有するガ
ス流路１３が形成されるため、冷却特性に優れているが
、絶縁特性、特にガス絶縁における対雷サージ特性に問
題がある。この点について以下に説明する。

すなわち、第３図のガス絶縁変圧器において、高圧巻線
７の中性点側口出し８を接地し、線路側口出し９に雷サ
ージを加えた場合、巻線内部で電位振動を生じ、隣接円
筒巻線１０間（レヤー間）に非常に高い電圧が発生ずる
。第３図の構成の場合、経験的に、レヤー間電圧は、円
筒巻線１０の巻回数（ターン数）の比によって分担され
る電圧の、約１．５倍程度の電圧になる。仮に、第３図
の高圧巻線７が、絶縁階級６０５−夛（雷インパルス試
験電圧３５０ｋＶ）であり、ターン数の等しい４層の円
筒巻線１０にて構成されているとすると、レヤー間の端
部に分担される電圧は、３５０Ｘ　（２／４）Ｘｉ、５−約２６３　ｋ　Ｖとな
り、印加電圧の７０〜８０％もの高電圧がレヤー間に加
わることになるため、円筒巻線１０の端部角部で非常に
高い電界部分を生じる。

巻線の端部角部でこのような高電界部分を生じた場合、
油絶縁であれば、必しも絶縁耐力の低下にはつながらな
いが、ガス絶縁においては、絶縁耐力が著しく低下して
しまう欠点がある。

すなわち、油絶縁の場合には、高電界部分の存在自体に
よって絶縁耐力が低下するのではなく、その高電界部分
にさらされる絶縁油の量が多い程、絶縁油の絶縁耐力が
低下し、さらされる量が少ない程、絶縁油の絶縁耐力が
高くなるという特徴がある。従って、油絶縁の場合には
、巻線角部が非常に高い電界となっても、同部の破壊電
界は、レヤー而の一般部分よりもかなり高くなり、それ
だけ耐圧が向１−されるため、絶縁耐力が低下する問題
はない。

これに対し、ガス絶縁の場合には、高電界部分の存在自
体によって同部の破壊電圧が低下してしまうため、第３
図に示すように、高圧巻線７に局部的な電界集中を生じ
る構造とすると、絶縁耐力が著しく低下してしまう。こ
のような欠点に対処するために、従来、高圧巻線７にお
ける円筒巻線１０のレヤー間の寸法を大きくしたり、円
筒巻線１０の層数を増やして分担電圧を下げることによ
り、高圧巻線７の円筒巻線１０の端部の電界集りを緩和
している。しかしながら、いずれの方法も、高圧巻線７
の半径方向寸法を大きくすることになり、ガス絶縁変圧
器を大型化させてしまう欠点がある。

また、第３図のガス絶縁変圧器において、その高圧巻線
７を構成する円筒巻線１０のレヤー間寸法を大きくした
場合、低圧巻線２との間の循環ガス量のバランスが悪く
なり、冷却特性を低下させる欠点を生じる。すなわち、
ガス絶縁変圧器においては、前述したようなＳＦ６ガス
などの絶縁ガスを、送風機（ブロワ）により、巻線内に
強制循環させて冷却能力の向−にを図る技術が存在して
（Ａる。この場合に、高圧巻線７のレヤー間寸法、すな
わち、ガス流路１３の断面積が低圧巻線７のガス流路１
３の断面積よりも大きいと、絶縁ガスのｌン量が、高圧
巻線７側に大きく偏り、その結果、低圧巻線２のガス流
量が不足して同部の冷却能力が悪化し、巻線全体として
の冷却特性が低下してしまう恐れがある。

本発明は、」二記のような従来技術の課題を解決するた
めに提案されたものであり、その目的は、高圧巻線の絶
縁特性を向」ニさせると共に、高圧巻線と低圧巻線との
間の絶縁ガス循環量の）くランスを良好にし、巻線全体
の冷却特性を向１−させることが可能で、しかもコンバ
ク（・なガス絶、縁変圧器を提供することである。

し発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明のガス絶縁変圧器は、低圧巻線として、絶縁を施
された銅線にて形成された多重円筒巻線を使用し、高圧
巻線として、導体シートと絶縁フィルムを重ねて巻回し
てなるシート巻線を使用し、且つこのシート巻線に、任
意の間隔で垂直ガスダクトを形成したことを特徴として
いる。

（作用）以−にのような構成を有する本発明のガス絶縁変圧器に
おいては、高圧巻線としてシート巻線を使用しているた
め、高圧巻線に、対雷サージ特性に優れた絶縁特性を持
たせられる。

また、高圧巻線の垂直ガスダクトの寸法および数を適宜
選択することにより、低圧巻線と高圧巻線との間の冷却
ガスの循環量を最適なバランスにできるため、巻線全体
の冷却特性を向上できる利点もある。

さらに、垂直ガスダクトの半径方向寸法を、絶縁上の理
由で大きくする必要がなく、冷却上で必要な最小限の寸
法にできるため、この結果、巻線の寸法を小さくできる
利点もある。

（実施例）以下に、本発明によるガス絶縁変圧器の一実施例を、第
１図および第２図を参照して具体的に説明する。なお、
第３図に示した従来技術と同一部分には同一符号を付し
て説明を省略し、従来技術と異なる本実施例の特徴のみ
を述べる。

まず、本実施例においては、第１図に示すように、鉄心
１の外周に、従来と同様の、円筒巻線５および絶縁スペ
ーサ６からなる多重円筒巻線（低圧巻線２）が配置され
ている。そして、この低圧巻線２の外側に、本発明のシ
ート巻線１５、すなわちアルミなどの導体シートとポリ
エステルフィルムなどの絶縁フィルムを重ねて巻回して
形成されたシート巻線１５（高圧巻線７）が配置されて
いる。このシート巻線１５０巻回開始端部（内周端部）
と巻回終了端部（外周端部）には、銅線とされた中性点
側口出し８と線路側口出し９とが、シート巻線１５の導
体シートに接合されている。

また、シート巻線１５の最外側の上下端部には、端部の
電界を緩和するための静電リング１６が配置されており
、この電位は、線路側口出し９と同一とされている。さ
らに、シート巻線１５の半径方向には、適当な間隔毎に
、垂直ガスダクト１７が設けられている。

第２図は、この垂直ガスダクト１７の形成方法を示す図
である。すなわち、導体シート１８と絶縁フィルム１９
とを重ねて任意の所定回数巻回したのち、ダクトシート
２０を挾み込むようにして巻込み、垂直ガスダクト１７
を形成している。この場合、ダクトシート２０は、絶縁
シート２０ａの片面に、多数本の角棒状の絶縁スペーサ
２０ｂが、巻回方向に向かって一定間隔毎に順次張付け
られてなるものである。また、各絶縁スペーサ２０ｂの
方向は、巻回方向と直交する幅方向とされている。なお
、この第２図は、シート巻線１５の内周側から２本目の
垂直ガスダクト１７を形成する工程を例示している。

以上のような構成を有する本実施例の作用は次の通りで
ある。

まず、高圧巻線７に、必要なだけの垂直ガスダクト１７
を容易に構成することができる。即ち、従来の多重円筒
巻線構成の高圧巻線とは異なり、本実施例の高圧巻線７
は、シート巻線１５′を使用しているため、雷サージ侵
入時、垂直ガスダクト１７に分担される電圧は、１タ一
ン分の電圧にすぎず、シート巻線１５が対雷サージ特性
に優れ、内部電位振動も小さいことから、垂直ガスダク
ト１７に分担される電圧は非常に小さくなる。従って、
垂直ガスダクト１７の断面積を絶縁上の理由で大きくす
る必要はなく、垂直ガスダクト１７の半径方向寸法は、
冷却性能のみを考慮して最小限に小さくすることができ
るため、巻線を小型化でき、従って変圧器全体の小型化
に貢献できる。

また、構成された垂直ガスダクト１７は、シート巻線１
５内に垂直に構成されるため、冷却媒体である絶縁ガス
を多量に流すのに極めて好都合である。そして、多重円
筒巻線で構成されている低圧巻線２との循環ガス流量の
バランスを考慮する上でも、高圧巻線７の垂直ガスダク
ト１７の寸法および数を自由に選択することにより、容
易にバランスを最適にできるため、冷却特性を向上でき
る。

ところで、本実施例において、低圧巻線２としては、従
来と同様導線を用いた多重円筒巻線を使用しているが、
低圧巻線２は、絶縁階級が低く、侵入する雷サージ電圧
も小さいことから、絶縁的な問題はなく、冷却に必要な
ガス流路の寸法と絶縁に必要な絶縁寸法とのバランスが
とれている。

また、経済性を考慮しても、多重円筒巻線の方が安価で
あるため本実施例の構成は極めて実用性に優れている。

なお、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく
、垂直ガスダクトの具体的な構成は適宜選択可能である
。

「発明の効果コ以」二説明したように、本発明においては、高圧巻線と
して、シート巻線を使用し、且つこのシート巻線に垂直
ガスダクトを設けるという簡単な構成の改良により、従
来に比べて、高圧巻線の絶縁特性を格段に向りできると
同時に、高圧巻線と低圧巻線との間の絶縁ガス循環量の
バランスを良好にし、巻線全体の冷却特性を向上させる
ことが可能で、しかもコンパクトなガス絶縁変圧器を提
供することかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるガス絶縁変圧器の一実施例の概略
を示す断面図、第２図は同実施例における垂直ガスダク
トの形成工程を示す斜視図、第３図は従来のガス絶縁変
圧器の概略を示す断面図である。１・・・鉄心、２・・・低圧巻線、３・・・中性点側口
出し、４・・・線路側口出し、５・・・円筒巻線、６・
・・絶縁スペーサ、７・・・高圧巻線、８・・・中性点
側口出し、９・・・線路側口出し、１０・・・円筒巻線
、１．１・・・絶縁スペーサ、１２・・・円筒静電シー
ルド、１３・・・ガス流路、１４・・・ガス流、１５・
・・シート巻線、１６・・・静電リング、１７・・・垂
直ガスダクト、１８・・・導体シート、１９・・・絶縁
フィルム、２０・・・ダクトシート、２０ａ・・・絶縁
シーＩ・、２０ｂ・・・絶縁スペーサ。

Claims

【特許請求の範囲】　変圧器タンク内に、鉄心の外周に巻線を巻回してなる
変圧器中身を収納すると共に、所定圧力で絶縁ガスを封
入し、且つ、前記変圧器中身を構成する巻線として、低
圧巻線の外周に高圧巻線を同軸上に配置してなる巻線を
使用したガス絶縁変圧器において、前記低圧巻線としては、絶縁を施された銅線にて形成さ
れた多重円筒巻線を使用し、高圧巻線としては、導体シ
ートと絶縁フィルムを重ねて巻回してなるシート巻線を
使用し、且つこのシート巻線には、任意の間隔で垂直ガ
スダクトを形成したことを特徴とするガス絶縁変圧器。