JPH065435A - 静止誘導電気機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高い絶縁信頼性を巻線に持たせながらしかも
冷却能力を大きく向上可能であり、さらに、振動・騒音
を抑制可能で、電気的・機械的信頼性が高く、高電圧・
大容量機器として好適な、優れた静止誘導電気機器を提
供する。 【構成】 鉄心の脚部１に導体を巻回してなる巻線４，
５を密閉容器９内に収納する。密閉容器１内の一部また
は全部に絶縁性の優れたフォーム材料１０を充填し、こ
のフォーム材料１０中に巻線４，５を収納する。この場
合、フォーム材料１０としては、シリコン系、ウレタン
系、あるいはアクリル系などの絶縁性の優れたフォーム
材料を使用することが可能である。一般的には、巻線
４，５内に、冷却ダクト６またはヒートパイプを内蔵さ
せる。あるいはまた、導体として、ヒートパイプを使用
することも可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鉄心の脚部に導体を巻
回してなる巻線を密閉容器内に収納した静止誘導電気機
器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、静止誘導電気機器の絶縁
方式を大別すれば、乾式と湿式に分けられる。このよう
な静止誘導電気機器のうち、変圧器における湿式の代表
は油入変圧器であるが、この油入変圧器には、万一の油
漏れと火災に対する爆発などの危険性があるため、ビル
の地下変電所などでの油入変圧器の使用は減少してい
る。一方、変圧器における乾式の代表としては、ワニス
処理変圧器とモールド変圧器が挙げられるが、このう
ち、ワニス処理変圧器には、塵埃や汚損により絶縁特性
が低下するという欠点があるため、現在の乾式の主流と
してはモールド変圧器が使用されている。

【０００３】ここで、モールド変圧器とは、変圧器の巻
線を金型の中に入れ、減圧下で合成樹脂を含浸して巻線
を絶縁する方式の変圧器である。そのため、外観には非
常に優れており、外部からの塵埃や汚損に対しても、極
端な場合には水洗浄さえも可能であるなど、メンテナン
スが容易であるという利点を有している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、特に
変圧器の高電圧・大容量化、さらには不燃化への要求が
高まるにつれ、高い絶縁耐力を巻線に持たせながら、し
かも、冷却能力を大きく向上することが重要な課題にな
っている。すなわち、変圧器が高電圧・大容量化するに
つれ、変圧器運転時の巻線損失による発熱量も大きくな
り、絶縁材料の耐熱許容温度を越えてしまう可能性があ
り、この場合には、絶縁劣化を生じてその信頼性を低下
させることになる。従って、このような不都合を回避
し、十分な冷却を行うことが必要である。

【０００５】しかしながら、モールド変圧器は、巻線の
全てが含浸樹脂に包み込まれているというその構造か
ら、一般にその冷却効率は、絶縁油方式に比べて数分の
一と低い。すなわち、油入変圧器の絶縁媒体である絶縁
油は、循環によって冷媒として作用するのに対し、モー
ルド変圧器の含浸樹脂には、このような循環による冷却
機能はない。その上、モールド変圧器において、巻線内
部に冷媒を強制的に循環させようとしても、巻線を包み
込んでいる含浸樹脂が障害となるため、巻線内部に冷媒
を循環させることはできない。そして、このような冷却
上の限界から、従来、モールド変圧器を、高電圧・大容
量の変圧器として使用することは困難であった。さらに
また、モールド変圧器の製造に際しては、前述のよう
に、変圧器の巻線を金型の中に入れて、減圧下で合成樹
脂を含浸するという特別な工程が必要であるため、作業
効率が悪く、また、使用される金型は高価であり、製造
コストが高くなるという問題もあった。

【０００６】一方、絶縁媒体として気体や液体を使用し
て絶縁する方式の機器においては、巻線とこれを支持す
る固体絶縁物との間に挟まれたくさび状のギャップや微
小なギャップが生じ、このギャップ部における固体絶縁
物と気体または液体の絶縁媒体との誘電率の差によって
局部的な電界集中が生じる問題もあった。また、変圧器
においては、前述のような巻線の含浸樹脂や、巻線を支
持する支持絶縁物などの各種の絶縁物が使用されている
が、運転によるヒートサイクルが繰り返し行われること
により、熱膨脹の差によって各部の絶縁物にクラックが
発生し、その結果、絶縁信頼性や機械的信頼性が低下す
る問題もあった。さらに、運転時には巻線の振動やそれ
に伴なう騒音などが発生し、機械的信頼性が低下すると
共に、環境面でも問題となっていた。

【０００７】本発明は、以上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
い絶縁信頼性を巻線に持たせながらしかも冷却能力を大
きく向上可能であり、さらに、振動・騒音を抑制可能
で、電気的・機械的信頼性が高く、高電圧・大容量機器
として好適な、優れた静止誘導電気機器を提供すること
である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による静止誘導電
気機器は、鉄心の脚部に導体を巻回してなる巻線を密閉
容器内に収納した静止誘導電気機器において、前記密閉
容器内の一部または全部に絶縁性の優れたフォーム材料
を充填し、このフォーム材料中に前記巻線を収納したこ
とを特徴としている。この場合、フォーム材料として
は、シリコン系、ウレタン系、あるいはアクリル系など
の絶縁性の優れたフォーム材料を使用することが可能で
ある。一般的には、巻線内に、冷却ダクトまたはヒート
パイプを内蔵させる。あるいはまた、導体として、ヒー
トパイプを使用することも可能である。なお、巻線とし
ては、典型的には、箔状導体からなる箔状巻線を使用す
る。

【０００９】一方、本発明においては、密閉容器内の全
体にフォーム材料を充填することも可能であるが、巻線
の収納部分を区分して、この部分のみにフォーム材料を
充填することも可能である。この場合、例えば、巻線を
絶縁容器内に収納し、この絶縁容器内にフォーム材料を
充填した後、この絶縁容器を絶縁媒体と共に密閉容器内
に収納する構成が可能である。

【００１０】

【作用】以上のように構成された本発明の静止誘導電気
機器においては、巻線に内蔵された冷却ダクトまたはヒ
ートパイプに冷媒を循環させることにより、冷却ダクト
またはヒートパイプと巻線との間の熱伝達により、巻線
内部を強制的に冷却することができる。また、巻線全体
を絶縁性の優れたフォーム材料で包み込む形で絶縁でき
る。さらに、本発明では、巻線の周囲にフォーム材料を
密着させることができるため、絶縁媒体として気体や液
体を使用して絶縁する方式の機器においても、巻線の周
囲にくさび状のギャップや微小なギャップを生じること
がなく、電界集中を生じることがない。

【００１１】一方、本発明の構成によれば、運転による
ヒートサイクルが繰り返し行われ、材料の熱膨脹率の差
による伸縮が生じても、このような伸縮をフォーム材料
によって吸収することができるため、絶縁物におけるク
ラックの発生を生じることがない。また、運転時に巻線
の振動が発生しても、この振動をフォーム材料で吸収す
ることができるという利点もある。さらに、本発明の静
止誘導電気機器の製造に際しては、特別の型や容器を別
途用意する必要もなく、密閉容器内にフォーム材料を充
填して発泡させ、あるいは発泡させたフォーム材料を充
填するという簡略な工程を行うだけで容易に巻線を絶縁
できる。

【００１２】

【実施例】以下には、本発明による静止誘導電気機器を
箔巻変圧器に適用してなる２つの実施例について、図１
及び図２を参照して具体的に説明する。

【００１３】まず、図１は、本発明による箔巻変圧器の
第１実施例を示す断面図である。すなわち、この図１に
示すように、主脚鉄心１の周囲には、金属シート２と絶
縁シート３とを重ねて巻回してなる低圧巻線４と高圧巻
線５が巻装され、これらの巻線４，５内には、中空状の
冷却ダクト６が巻き込まれる形で内蔵されている。この
冷却ダクト６は、その両端部で、絶縁パイプ７を介して
集液管８に接続されると共に、冷却ダクト６の中空部の
狭い間隙内には、凝縮性あるいは非凝縮性の冷媒が封入
されている。そして、図示していない外部のポンプによ
り、絶縁パイプ７と集液管８を介し、冷却ダクト６と図
示していない外部冷却系との間で冷媒の循環が繰り返さ
れるように構成されている。また、このような冷却ダク
ト６を内蔵した巻線４，５は、タンク（密閉容器）９内
に収納されている。このタンク９内には、シリコン系、
ウレタン系、あるいはアクリル系などの絶縁性の優れた
フォーム材料１０が充填されている。

【００１４】以上のような構成を有する本実施例におい
ては、巻線４，５に内蔵させた冷却ダクト６内に冷媒を
循環させることにより、フォーム材料１０には関係な
く、冷却ダクト６と巻線４，５との間の熱伝達により、
巻線４，５内部を強制的に冷却することができる。従っ
て、前述したモールド変圧器などに比べて冷却効率を格
段に向上することができる。

【００１５】また、巻線４，５全体を、絶縁性の優れた
フォーム材料１０によって包み込む形で絶縁することが
できる。この場合、巻線４，５の冷却が、フォーム材料
１０に関係なく行われ、従って、絶縁機能と冷却機能が
フォーム材料１０と冷却ダクト６とに完全に分離されて
いるため、フォーム材料１０の絶縁性能を十分に発揮さ
せることができ、絶縁信頼性を向上することができる。
さらに、巻線４，５の周囲にフォーム材料１０を密着さ
せることができるため、巻線４，５の周囲にくさび状の
ギャップや微小なギャップを生じることがない。従っ
て、ギャップに起因する電界集中を生じることがないた
め、この点からも絶縁信頼性を向上することができる。

【００１６】一方、変圧器の運転によるヒートサイクル
が繰り返し行われ、材料の熱膨脹率の差による伸縮が生
じても、このような伸縮をフォーム材料１０によって吸
収することができるため、絶縁物におけるクラックの発
生を生じることがなく、絶縁信頼性や機械的信頼性を向
上できる。また、運転時に巻線４，５の振動が発生して
も、この振動をフォーム材料１０で吸収することができ
るため、振動やそれに伴なう騒音を大きく抑制すること
ができ、機械的信頼性を向上できると共に、環境面でも
好都合である。

【００１７】さらにまた、モールド変圧器の製造に際し
ては、前述のように、変圧器の巻線を金型の中に入れ
て、減圧下で合成樹脂を含浸するという特別な工程が必
要であったが、本実施例の箔巻変圧器においては、特別
の型や容器を別途用意する必要もなく、タンク９内にフ
ォーム材料１０を充填して発泡させるという簡略な工程
を行うだけで容易に巻線４，５を絶縁できる。従って、
作業効率が良好であり、また、製造コストも低く抑えら
れる。

【００１８】次に、図２は、本発明による箔巻変圧器の
第２実施例を示す断面図である。すなわち、この図２に
示す第２実施例においては、巻線４，５が上部開口型の
絶縁容器１１内に収納され、この絶縁容器１１内にフォ
ーム材料１０が充填されている。そして、このように巻
線４，５及びフォーム材料１０が収納された絶縁容器１
１が、絶縁媒体１２と共にタンク９内に収納されてい
る。この場合、絶縁媒体１２としては、絶縁油、シリコ
ン油のような絶縁性を有する液体、または、ＳＦ₆ ガス
などの絶縁性ガスなどを使用可能であり、さらにまた、
エポキシなどの固体絶縁物を注型することも可能であ
る。なお、他の部分の構成については、前記第１実施例
と同様とされている。

【００１９】このように構成した本実施例においては、
前記第１実施例と同様に、冷却ダクト６によって、冷却
効率を向上することができると共に、フォーム材料１０
によって巻線４，５全体を包み込む形で絶縁することが
できる。特に、本実施例においては、巻線４，５を上部
開口型の絶縁容器１１内に一旦収納してこの絶縁容器１
１内にフォーム材料１０を充填しているため、フォーム
材料１０を充填し、発泡させる作業が容易になり、さら
に作業効率が向上している。

【００２０】また、以上のような構成において、具体的
には、フォーム材料１０の気泡を連泡とするか、あるい
はまた、絶縁媒体１２として液体または気体を使用し、
この絶縁媒体１２の透過性の優れたフォーム材料、例え
ば、シリコンフォーム材料を使用することが望ましい。
このように構成した場合には、フォーム材料１０の気泡
内に絶縁性媒体が充填され、絶縁媒体１２とフォーム材
料１０との間における誘電率の差が低減されるため、絶
縁信頼性を大幅に向上することができる。

【００２１】さらに、フォーム材料１０を発泡させる
際、絶縁性ガスにより発泡させるか、あるいは、絶縁性
ガスが内部に封入されるかまたは内部で発生するように
して発泡させることにより、フォーム材料１０の絶縁耐
力を大幅に向上させることができる。また、フォーム材
料１０内に形成される気泡の寸法は、フォーム材料１０
の種類により異なるが、径が１〜２ｍｍ以下の大きさと
なるようにすることにより、気泡内部の気体または液体
の絶縁媒体の絶縁耐力が最も高くなり、絶縁信頼性をさ
らに向上させることができる。

【００２２】なお、本発明は、前記各実施例に限定され
るものではなく、箔巻変圧器以外の、例えば、平角導体
を巻回して構成した変圧器などの各種の変圧器に対して
も同様に適用可能である。また、巻線内にヒートパイプ
を内蔵した方式の変圧器や導体自身をヒートパイプで構
成した変圧器に対しても同様に適用可能である。さら
に、前記実施例では、フォーム材料を容器内に充填して
からこれを発泡させたが、フォーム材料を予め必要な形
状となるように発泡させて成型した後に、このフォーム
材料を容器内に充填することも可能である。

【００２３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明においては、
密閉容器内の一部または全部に絶縁性の優れたフォーム
材料を充填し、このフォーム材料中に巻線を収納するこ
とにより、高い絶縁信頼性を巻線に持たせながらしかも
冷却能力を大きく向上可能であり、さらに、振動・騒音
を抑制可能で、電気的・機械的信頼性が高く、高電圧・
大容量機器として好適な、優れた静止誘導電気機器を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による静止誘導電気機器を箔巻変圧器に
適用してなる第１実施例を示す断面図。

【図２】本発明による静止誘導電気機器を箔巻変圧器に
適用してなる第２実施例を示す断面図。

【符号の説明】

１…主脚鉄心 ２…金属シート ３…絶縁シート ４…低圧巻線 ５…高圧巻線 ６…冷却ダクト ７…絶縁パイプ ８…集液管 ９…タンク（密閉容器） １０…フォーム材料 １１…絶縁容器 １２…絶縁媒体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鉄心の脚部に導体を巻回してなる巻線を
   密閉容器内に収納した静止誘導電気機器において、 前記密閉容器内の一部または全部に絶縁性の優れたフォ
   ーム材料を充填し、このフォーム材料中に前記巻線を収
   納したことを特徴とする静止誘導電気機器。