JPH0354846B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は非凝縮性の絶縁ガスと凝縮性の冷却媒
体とを密閉絶縁容器によつて分離したセパレート
形の蒸発冷却誘導電器に関する。

〔従来技術とその問題点〕

近年、主として防災上の見地から高電圧大容量
の変圧器、リアクトル等の誘導電器の不燃化、難
燃化の要求が高まり、従来の油入電器に代つて不
燃性、絶縁性、凝縮性を有するフロロカーボン、
フロン等の凝縮液を冷却媒体とし、SF₆ガス等の
絶縁ガスを絶縁媒体とした蒸発冷却誘導電器が注
目されており、絶縁油に比べて格段に高価な冷却
媒体の使用量が少く冷却性能が優れるとともに、
高電圧化が可能な誘導電器が求められている。

第５図は散布形、第６図はセパレート形の蒸発
冷却誘導電器のそれぞれ一例を示す概略側断面図
である。凝縮液散布形の場合、冷却媒体１０およ
び絶縁ガス９を包蔵したタンク１に収納され鉄心
２に巻装された複数のセクシヨンコイル４および
セクシヨン間ダクト７からなる円板巻線３は巻線
を包囲するよう形成された絶縁容器５に収納され
るとともに、凝縮液の移送手段１１ないし１３を
介して鉄心２の上方に配された散布装置１４に移
送され小孔１５を介して散布される凝縮液１０の
液流１０Ａを受けて鉄心２が蒸発冷却されるとと
もに、絶縁容器５に貯留された凝縮液１０中に浸
漬された円板巻線が凝縮液の蒸発潜熱により冷却
され、気化した凝縮液の蒸気１０Ｂは凝縮器６で
再び凝縮されてタンク１の底部に復帰するよう構
成されている。

上述のように構成された散布形の蒸発冷却誘導
電器においては鉄心と巻線を同時にかつ液枯れを
生ずることなく効率よく蒸発冷却できる反面、凝
縮液１０の貯留部が３個所にわたるために高価な
凝縮液の使用量が多く経済的不利益をもたらすと
ともに、巻線の冷却を凝縮液の蒸発潜熱のみに依
存しているために、巻線温度が冷欺媒体の沸点温
度に大幅に左右されるという問題があり、誘導電
器の電気的負荷の増大に伴なつて絶縁槽５中に多
量の気泡が発生し、巻線３の耐電圧性能が低下す
るという問題がある。

一方第６図に示すセパレート形においては、円
板巻線３が密閉絶縁容器２５に収納され、上下一
対の循環通路２２，２３を介して循環ポンプ２１
および熱交換器２６に連結され、密閉絶縁容器２
５、熱交換器２６等の閉鎖循環系統内に巻線３が
浸漬されるよう包蔵された凝縮液１０とタンク１
内に包蔵された絶縁ガス９とを分離するよう形成
されるとともに、ポンプ２１により密閉絶縁容器
２５および熱交換器２６間を循環する凝縮液１０
の顕熱および潜熱の両方を利用して巻線３を冷却
するよう構成されている。したがつて凝縮液の使
用量を低減できるとともに、巻線の冷却に凝縮液
の顕熱と潜熱とを利用できることにより、冷却媒
体の沸点温度の制約が少く、冷却性能と価格とを
総合的に評価して有利な冷却媒体を選択できる利
点がある。

ところで一般に、凝縮性の冷却媒体の耐電圧性
能は液相で高く、気相で低い性質を持つているの
で、散布形、セパレート形のいずれにおいても局
部的電界集中部の多い巻線を凝縮液に浸漬して液
相絶縁するとともに、局部的電界集中部の少い巻
線から離れた空間部をガス絶縁することにより、
耐電圧性能にすぐれた誘導電器、いいかえれば高
電圧化が可能な誘導電器が得られる利点を有す
る。ところが、巻線が浸漬された凝縮液を沸騰す
ることにより巻線近傍は気液混合絶縁になるため
に冷却性能の向上に逆行して耐電圧性能が低下す
るという問題があり、これが原因で高電圧化が阻
害されるという欠点がある。

第７図は上述の状態を示す要部の側断面図であ
り、複数のセクシヨンコイル４およびセクシヨン
間ダクト７からなる円板巻線の内、外周側は軸方
向ダクト８を保持するよう絶縁容器５または１５
内に収納され、容器内には凝縮液１０が、容器の
外側の空間部には絶縁ガス９が充填されているも
のと仮定する。このような状態において巻線容易
に電圧を印加すると、セクシヨンコイル間の電位
差やセクシヨンコイルの対地電位により、セクシ
ヨンコイル４の角部に局部的に電界が集中し、角
部近傍の凝縮液１０Ｃ部分に高電界部が発生す
る。いま、巻線に流れる電流によつてセクシヨン
コイルの温度が上昇し、凝縮液１０の沸点温度を
超えると、セクシヨンコイル４の表面に接触した
凝縮液が沸騰しはじめ、気化した蒸気が気泡とな
つてセクシヨンコイルの下面や側面を伝わつて浮
上するため軸方向ダクト８に気泡が集まり、軸方
向ダクト中を浮上する過程で気泡１０Ｄが生長
し、軸方向上位に位置するセクシヨンコイルの角
部程気泡密度が高い図のような状態が出現する。
このような状態においては、気泡１０Ｄは高電界
にさらされるばかりか、凝縮液に比べて誘電率が
小さいために静電容量分圧の原理に基づいて気泡
にさらに電界が集中するために、液相に比べて耐
電圧強度の低い気泡中で火花放電が発生し、これ
が引き金となつてセクシヨンコイル間が絶縁破壊
するなどの絶縁事故に発展する危険性があり、こ
の種誘導電器の高電圧化を阻害する重大な弱点に
なつている。

また第５図に示す散布形のように絶縁層５中の
凝縮液１０の液面に絶縁ガス９の圧力を加えるこ
とにより、蒸気気泡１０が押しづぶされて耐電圧
強度が上昇することが期待されるが、ゲージ圧
0.5〜１気圧程度のガス圧を加えることにより到
達し得る気相の耐電圧強度は液相のそれの二分の
一程度に止まり、蒸気気泡の影響を排除できない
という問題があり、より一層の改善が求められて
いる。

〔発明の目的〕

本発明は前述の状況に鑑みてなされたもので、
凝縮液の沸騰に伴なつて生ずる蒸気気泡が巻線の
耐電圧性能に及ぼす影響が排除され、したがつて
耐電圧性能の優れたセパレート形の蒸発冷却誘導
電器を提供することを目的とする。

〔発明の要点〕

本発明は、巻線を包囲収納し上下一対の循環通
路を介してタンクに外設された熱交換器に連通す
るように形成され前記巻線を浸漬するに足る冷却
媒体の凝縮液を貯えた密閉絶縁容器、ならびにこ
の密閉絶縁容器の内側にこの容器および前記巻線
との間にそれぞれ凝縮液の軸方向通路となるべき
離隔距離を保持するようほぼ同軸状に配設され連
通管を介して前記熱交換器に連通するよう形成さ
れた内側絶縁容器からなる二重の絶縁容器、およ
び内側絶縁容器の側板に両軸方向通路に連通する
よう分布して形成された前記凝縮液の流通孔と、
循環通路および連通管の少なくとも出口側に配設
された流量調整弁とを備え、誘導電器が軽負荷状
態には内側絶縁容器中の巻線内に凝縮液を循環さ
せて顕熱冷却を行い、重負荷時には流量調整弁を
調整することにより内側絶縁容器に流入した凝縮
液を流通孔を介して外側の密閉絶縁容器の軸方向
通路内に導き連通管を介して熱交換器側に循環さ
せるよう構成したことにより、誘導電器の重負荷
時に巻線近傍の凝縮液が沸騰することによつて生
成した蒸気気泡は凝縮液とともに気泡生成部に近
接した流通孔を介して直ちに外側の密閉絶縁容器
の軸方向通路に導かれ巻線近傍から離れるため
に、セクシヨンコイル角部の高電界部に介在する
蒸気気泡を排除できるとともに、軸方向上位に位
置するセクシヨンコイル近傍に気泡が集積するの
を防止でき、したがつて蒸気気泡による耐電圧性
能の低下を阻止できるようにしたものである。

〔発明の実施例〕

以下本発明を実施例に基づいて説明する。

第１図は本発明の実施例を示す概略側断面図で
ある。図において、SF₆ガス等の絶縁ガス９を包
蔵したタンク１内に収納された鉄心２に巻装され
た巻線３は、フロロカーボン、フロン等の凝縮性
の冷却媒体の凝縮液１０を包蔵しうるよう気密に
形成された密閉絶縁容器３５と、この密閉絶縁容
器３５の内側に配され密閉絶縁容器３５および巻
線３との間にそれぞれ凝縮液１０の軸方向通路３
８および３９となるべき離隔距離を保持するよう
形成された内側絶縁容器３６とからなる二重の絶
縁容器中に収納されている。また密閉絶縁容器３
５は上下一対の循環通路３２Ａ，３２Ｂを介して
タンク１に外設された熱交換器２６に連結される
とともに上部循環通路３２Ａには流量調整弁３１
Ａが設けられ、内側絶縁容器３６は側板に分布し
て形成された複数の流通孔３７を介して反巻線側
の軸方向通路３９に連通するととももに、その上
端部は連通管３３および流量調整弁３１Ｂを介し
て熱交換器２６に連通し、下端部には給排液弁４
３が設けられている。したがつて凝縮液１０は密
閉絶縁容器３６、熱交換器２６、循環ポンプ２１
および循環通路、連通管からなる閉回路内を閉鎖
循環し、タンク１内の絶縁ガス９を包蔵した空間
部と区画され、巻線３の電気的絶縁は巻線近傍は
二重の絶縁容器とその内部に収納された凝縮液１
０によつて、また巻線３から離れた部分は絶縁ガ
ス９によつて保持されている。

上述のように構成された蒸発冷却誘導電器にお
いて、電気的な負荷が軽く巻線温度が凝縮液の沸
点より低い状態においては、流量調整弁３１Ｂを
閉じ、循環通路側の弁３１Ａを開くことにより、
凝縮液１０は内側絶縁容器３６内の巻線に接した
軸方向通路３８を通つて循環し、巻線を顕熱冷却
することができるとともに、巻線近傍の絶縁は蒸
気気泡を含まない耐電圧強度の高い凝縮液１０に
よつて保持され高い耐電圧性能を得ることができ
る。

つぎに誘導電器の電気的負荷が増大し、巻線温
度が凝縮液の沸点温度を超える状態では循環通路
３２Ａ側の流量調整弁３１Ａをほとんど閉状態と
し、連通管３３側の流量調整弁３１Ｂをほとんど
全開状態とすることにより、下部循環通路３２Ｂ
から内側絶縁容器３６の軸方向通路３８に流入し
た凝縮液１０に流通孔３７を介して軸方向通路３
９側に導く径方向の分力を与えることができるの
で、巻線３の各セクシヨンコイルで生成された蒸
気気泡を径方向の分力を利用して凝縮液とともに
反巻線側の軸方向通路３９側に排出させることが
できる。したがつて、内側絶縁容器３６の側板に
蒸気気泡が通り得る大きさの流通孔３７を軸方向
および径方向に分布して形成しておくことによ
り、セクシヨンコイル角部に接した巻線側の軸方
向通路３８内の蒸気気泡を速かに排除することが
できるので、蒸気気泡による耐電圧性能の低下を
阻止することができる。

第２図は前述の実施例における蒸気気泡の状態
を示す説明図であり、セクシヨンコイル４の下方
から軸方向通路３８に流入した凝縮液１０は流通
孔３７を介して反巻線側の軸方向通路３９を流入
するので、これら多数の分流によつて生じた径方
向の流れの分力により蒸気気泡１０Ｄは流通孔か
ら軸方向通路３９側に流れ出し、蒸気気泡を含ん
だ凝縮液の液流２０は軸方向通路３９を通つて熱
交換器に導かれる。軸方向通路３９は高電界部１
０Ｃから離れているために気放中で火花放電が発
生する危険性はなく、高電界部１０Ｃの気泡の量
および大きさが大幅に低減されることにより、巻
線の耐電圧性能を大幅に向上することができる。
また各セクシヨンコイルで生成された気泡は側方
に分布して形成された流通孔から排出されて軸方
向通路３８の軸方向上位のセクシヨンコイルの角
部に集積滞留するのを阻止できるとともに、軸方
向通路３８内の凝縮液の流速は下流側で遅くなる
のに対して軸方向通路３９側では逆に速くなるの
で、下流側では蒸気気泡を軸方向通路３９側に引
き出す吸い出し作用を自動的に発生させることが
できるので、蒸気気泡をより効果的に排除するこ
とができる。

なお、第１図において循環通路あるいは連通管
に絶縁ガス空間側に突出したベローズ等の可変容
積部を設け、凝縮液１０に絶縁ガス９の圧力が加
わるよう構成すれば、蒸気気泡の内圧を高めるこ
とができ、耐電圧性能をより一層高めることがで
きる。また、流量調整弁３１Ａ，３１Ｂを誘導電
器の負荷状態を検知する検知器たとえば変流器か
らの出力信号に基づいて制御するよう構成するこ
とにより、切換作業を省力化できるとともに、顕
熱冷却および沸騰冷却を効率よく行うことができ
る。

第３図は本発明の異なる実施例を示す要部の側
断面図であり、内側絶縁容器４６と巻線３との間
の軸方向通路３８を複数のセクシヨンコイル４毎
に閉鎖する液止め４９を巻線３の軸方向に内径側
および外径側交互に設けて巻線３のセクシヨン間
ダクト７内に凝縮液１０をジグ・ザグ状に流すと
ともに、セクシヨン間ダクト７の流れの下流に対
向する側の内側絶縁容器３６の側板部分に流通孔
４７を分布して形成するよう構成した点が前述の
実施例と異なつている。

第４図は上述の実施例における蒸気気泡の状態
を示す説明図であり、凝縮液をセクシヨン間ダク
ト７にジグ・ザグ状に流すことにより、凝縮液の
流れに径方向の分力を強制的に発生させ、この流
れの分力を直接受ける下流側の側板に分布して形
成された流通孔４７を介して蒸気気泡１０Ｄを速
やかに軸方向通路３９側に排出することができる
ので、セクシヨンコイル４の下面に付着した蒸気
気泡はもとより、高電界部１０Ｃ近傍の蒸気気泡
も生長したり集合したりする間もなく排除され、
蒸気気泡による耐電圧性能の低下をより一層効果
的に阻止することができる。

〔発明の効果〕

本発明は前述のように、巻線および凝縮液を絶
縁ガス空間と分離して収納し上下一対の循環通路
および流量調整弁を介して熱交換器に連通するよ
う形成された密閉絶縁容器と、この容器の内側に
この容器および巻線それぞれとの間に凝縮液の軸
方向通路となるべき離間距離を保持するよう配さ
れ、側板部に両軸方向通路に連通する流通孔が分
布形成されるとともに、上端部が連通管および流
量調整弁を介して熱交換器に連通するよう形成さ
れた内側絶縁容器とからなる二重の絶縁容器を設
け、誘導電器が軽負荷時には循環通路側の流量調
整弁を主に開いて凝縮液が内側絶縁容器内を軸方
向に環流して顕熱冷却が行われ、重負荷時には連
通管側の流量調整弁を主に開いて凝縮液が流通孔
を介して内側絶縁容器側から外側絶縁容器側に分
布して流れるよう構成した。その結果、顕熱冷却
時には耐電圧強度の高い凝縮液によつて巻線近傍
の高電界部が絶縁されるとともに、重負荷時には
流通孔を介して凝縮液が径方向に移動することに
より凝縮液の流れに径方向の分力が発生し、巻線
の各セクシヨンコイル表面で凝縮液が沸騰するこ
とによつて生じた蒸気気泡を流通孔を介して局部
的電界集中の少い密閉絶縁容器側の軸方向通路側
に排出できるので、セクシヨンコイル角部近傍の
高電界部に蒸気気泡が多く存在することによつて
生ずる巻線の耐電圧性能の低下を阻止することが
でき、絶縁信頼性が高く高電圧化が可能な蒸発冷
却誘導電器を提供することができる。

また流通孔によつて互いに連通した巻線側、反
巻線側の軸方向通路内の凝縮液の流速は下流側に
ゆくにしたがつて巻線側で低く、反巻線側で高く
なるので流通孔を介して蒸気気泡を反巻線側の軸
方向通路側に吸い出す作用を自然に発生させるこ
とができ、したがつて軸方向の上位に位置するセ
クシヨンコイル近傍ほど蒸気気泡がたまり易く耐
電圧性能の低下が大きいという従来の問題点を排
除できる利点が得られる。さらに、巻線のセクシ
ヨン間ダクト内に凝縮液をジグ・ザグ状に流すと
ともに、その下流側に対向して流通孔を設けるよ
う構成した場合には、凝縮液の流れの径方向の分
力を増大させることができるので、蒸気気泡の排
出をより積極的に行うことができ、蒸気気泡によ
る耐電圧性能の低下をより一層効果的に阻止でき
る利点が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す側断面図、第２
図は蒸気気泡の状態を示す説明図、第３図は異な
る実施例を示す要部の側断面図、第４図は蒸気気
泡の状態を示す説明図、第５図は従来の散布形蒸
発冷却誘導電器の一例を示す側断面図、第６図は
セパレート形の一例を示す側断面図、第７図は従
来技術における蒸気気泡の状態を示す説明図であ
る。 １…タンク、２…鉄心、３…巻線、４…セクシ
ヨンコイル、５…絶縁容器、７…セクシヨン間ダ
クト、９…絶縁ガス、１０…凝縮液、１０Ｃ…高
電界部、１０Ｄ…蒸気気泡、２０…気泡を含んだ
凝縮液、２１…循環ポンプ、２５，３５…密閉絶
縁容器、２６…熱交換器、３６，４６…内側絶縁
容器、３７，４７…流通孔、３８…軸方向通路
（巻線側）、３９…軸方向通路（反巻線側）、３１
Ａ，３１Ｂ…流量調整弁、２２，２３，３２Ａ，
３２Ｂ…循環通路、３３…連通管、４９…液止
め。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 外部に熱交換器を備え内部に絶縁ガスを包蔵
   したタンク内に収納され鉄心に巻装された巻線、
   ならびにこの巻線を包囲収納するとともに循環通
   路を介して前記熱交換器に連通した密閉絶縁容器
   を備え、この密閉絶縁容器および熱交換器を循環
   する絶縁媒体の凝縮液により前記巻線を冷却する
   ものにおいて、前記密閉絶縁容器の内側に密閉絶
   縁容器および前記巻線との間にそれぞれ軸方向通
   路を保持するよう配設され連通管を介して前記熱
   交換器に連通するよう形成された内側絶縁容器、
   ならびにこの内側絶縁容器の側板に前記密閉絶縁
   容器に連通するよう分布して形成された複数の導
   液孔と、前記循環通路および連通管に設けられた
   流量調整弁とを備えたことを特徴とする蒸発冷却
   誘導電器。 ２ 特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、
   巻線が平板リング状のセクシヨンコイルとセクシ
   ヨン間ダクトの層状組立体からなり、複数のセク
   シヨンコイル毎にセクシヨンコイルの内径側外径
   側交互に液止めを備え、セクシヨン間ダクトをジ
   グ・ザグ状に流れる凝縮液の下流側に対向する部
   分の内側密閉容器の側板に分布して連通孔が設け
   られたことを特徴とする蒸発冷却誘導電器。 ３ 特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、
   循環通路および連通管それぞれに設けられた流量
   調整弁が誘導電器の負荷情報検知手段の出力信号
   により制御されることを特徴とする蒸発冷却誘導
   電器。