JPH09162040A

JPH09162040A - 変圧器巻線

Info

Publication number: JPH09162040A
Application number: JP7315564A
Authority: JP
Inventors: Yasunori Ono; 康則大野; Takeshi Sakamoto; 健坂元; Kazuyuki Kiyono; 和之清野; Hiroyuki Fujita; 裕幸藤田; Kiyoto Hiraishi; 清登平石
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-12-04
Filing date: 1995-12-04
Publication date: 1997-06-20

Abstract

(57)【要約】【課題】巻線の温度上昇を確実に低減でき、巻線全体
を小型化すること。【解決手段】内側垂直ダクト４においては流れ制御突
起１０と変圧器巻線１間の空間部分が他の部分より狭小
化することにより、ＳＦ₆ガスの流量及び流速を低下さ
せ、しかも流れ制御突起１０により、これと向かい合う
単位巻線３側の水平ダクト５にＳＦ₆ガスを分散させ、
変圧器巻線１の各単位巻線３にほぼ一様にＳＦ₆ガスを
流通できるので、各単位巻線３を均等に冷却することが
でき、従って、第一の従来技術のように一部のみにガス
が多く流れると云うのを防止することができ、変圧器巻
線１全体をむらなく効率的に冷却することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は変圧器において、円
板状をなす単位巻線を筒状に形成した巻線もしくは螺旋
状に形成された巻線の冷却性能を向上させる構造に係
り、特にＳＦ₆ガスを用いて巻線を冷却するのに好適な
変圧器巻線に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】都市に設置される変圧器にあっては防災
上、不燃化の要望が強く、また、大容量化，小型化の要
求も強い。変圧器内部には不燃性の冷却媒体を用いてい
るが、近年では、ＳＦ₆ガスを用いたものが多くなって
いる。このＳＦ₆ガスは、密度，比熱，熱伝導度などの
冷却性能に関する物性値が、液状絶縁冷却媒体に比べて
小さいために冷却性能が劣り、また絶縁耐力も小さい。
このため、冷却媒体であるＳＦ₆ガスの体積流量を多く
流す一方、変圧器巻線内の絶縁距離を大きくしている。

【０００３】ところで、一般の変圧器巻線の構造とし
て、鉄心の周りに対し、素線を円板状にして単位巻線を
形成すると共に、その単位巻線を筒状に形成した巻線、
あるいは螺旋状に形成したヘリカリ巻線がある。このよ
うな筒状巻線，ヘリカリ巻線の場合、巻線の半径方向の
内周側，外周側に絶縁筒を設けると共に、絶縁筒に沿っ
て垂直スペーサを夫々配置し、該垂直スペーサと巻線と
の間に垂直ダクトが設けられている。

【０００４】また、筒状巻線の場合、巻線の軸方向には
巻線の各段毎に水平スペーサを挿入し、該水平スペーサ
と各段毎の巻線との間に水平ダクトが形成される一方、
複数枚の折流板を巻線の軸方向に沿って互い違いに挿入
して折流区が形成され、冷却媒体は、軸方向に流れに従
い巻線内における半径方向の流れが各折流区毎に交互に
変わるように構成されたものがある。

【０００５】このような変圧器では、冷却媒体の体積流
量が多く、また冷却媒体の流れる水平ダクトの断面積が
大きいと、折流区内の上方の水平ダクトに冷却媒体が多
く流れる一方、下方部の水平ダクトには少なく流れる。
このため、巻線の温度上昇分布に大きな差が生じ、巻線
の平均温度上昇率に比べて巻線の最高温度上昇率が高く
なる傾向がある。このような傾向となることから、巻線
内の冷却媒体の流れを改善するための従来技術が種々提
案され、実用に供されている。

【０００６】例えば、特開平４−１６８７０７号公報
（以下、第一の従来技術と云う）のものは、内周側及び
外周側からなる垂直ダクトのうち、絶縁筒に沿った内周
側の垂直ダクトの幅を特定の大きさにするように構成さ
れている。また、特開昭５２−４３９３７号公報，同５
３−４０８２０号公報，同５４−３４０２５号公報（以
下、第二の従来技術と云う）のものは、垂直ダクトを設
け、しかも巻線の半径方向における内周側と外周側との
間の中央付近にそれより上下段の巻線部分より大きい孔
が設けられ、垂直ダクト全体として軸方向に沿い幅広の
ダクトを一段おきに設けて構成され、また垂直ダクトの
半径方向の寸法や位置を巻線の各段毎に異ならせ、垂直
ダクト全体として軸方向に沿いジクザグ形状に形成され
ている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし上記に示す従来
技術のものは、何れも下記の点について配慮されていな
い。

【０００８】即ち、垂直ダクトの半径方向の幅を大きく
した第一の従来技術では、垂直ダクトのうち、絶縁筒に
沿った内周側の垂直ダクト内を冷却媒体が多く流れる反
面、巻線間の水平ダクト内を流れる冷却媒体の流量が相
対的に少なくなり、そのため、冷却媒体の流量が不均一
になるので、巻線の温度上昇を低減させる効率が小さい
問題がある。

【０００９】第二の従来技術では、巻線の半径における
中央付近の垂直ダクトがジクザグに形成されているの
で、そのジグザグの垂直ダクトを設けた分だけ、巻線全
体としての半径方向の寸法を大きくしなければならず、
そのため、変圧器全体としての体積が大きくなる問題が
ある。この問題は、特に、大都市に設置される変圧器で
は前述の如く、小型化が強く要求されていることから重
要である。また、ジグザグの垂直ダクトを設けた場合、
冷却媒体の流れに分岐合流箇所が多くなるので、それだ
け冷却媒体の圧力損失が増大し、冷却媒体の流量が少な
くなるので、冷却効率が好ましくなかったり、あるいは
冷却媒体を流通させる手段に容量の大きいものが必要と
なる等の問題がある。

【００１０】本発明の目的は、前記従来技術の問題点に
鑑み、冷却媒体としてＳＦ₆ガスを用いても、（各ダク
ト内を流れるガスの流量分布を均一化し、巻線が局部的
に過熱するのを確実に防止することができると共に、巻
線の温度上昇分布を均一化することができ、以て）巻線
の温度上昇を確実に低減することができると共に、巻線
全体を確実に小型化することができる変圧器巻線を提供
することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明では、内周側の絶
縁筒と外周側の絶縁筒との間に軸方向に沿って配置さ
れ、かつ内周側の絶縁筒との間に画成された内側垂直ダ
クトと、外周側の絶縁筒との間に画成された外側垂直ダ
クトと、各段の単位巻線間に画成されると共に、内，外
側垂直ダクトを連絡する水平ダクトと、内，外周側の絶
縁筒に対し、所望段数の単位巻線を隔ててかつ軸方向に
沿って互い違いに取付けられて折流区域を各々形成する
と共に、先端と内，外周側の絶縁筒との間で冷却媒体の
流入出部を軸方向に互い違いに形成する複数の折流板と
を有し、各々の折流区域内で軸方向に沿い冷却媒体をジ
グザグ状に流通させる変圧器用巻線において、各折流区
域の内，外周側の絶縁筒の何れか一方に、冷却媒体が流
入するための流入出部と同一側に配置された流れ制御突
起を取付け、該流れ制御突起により、各折流区域に流入
した冷却媒体が内，外側垂直ダクトに沿って流れる流量
を絞ると共に、冷却媒体の一部を、所望の単位巻線方向
に向かうよう流量制御する構成としたことを特徴とする
ものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図１乃至
図１１により説明する。図１乃至図５は本発明による変
圧器巻線の第一の実施例を示している。図１に示す実施
例の変圧器巻線１は、内周側の絶縁筒２と外周側の絶縁
筒２′との間に軸方向に沿って形成されている。この変
圧器巻線１は、本例では素線を円板状に巻線して単位巻
線３が形成されると共に、その単位巻線３が軸方向に沿
って複数形成されることにより筒形巻線をなしている
が、螺旋状に形成されたヘリカル巻線を構成しても良
い。そして、内周側の絶縁筒２と変圧器巻線１の内周と
図２に示す垂直スペーサ９との間の空間が、内側垂直ダ
クト４を画成すると共に、変圧器巻線１の外周と外周側
の絶縁筒２′と図示しない垂直スペーサとの間の空間
が、外側垂直ダクト４′を画成し、かつ各単位巻線３間
に図示しない水平スペーサが挿入されることにより、各
単位巻線３間に水平ダクト５を画成している。なお、内
側垂直ダクト４を画成する前記垂直スペーサ９は、図２
に示すように、内周側の絶縁筒２の外周部に互いに適宜
の間隔を隔てて、かつ軸方向に沿って複数配設されてい
るが、外側垂直ダクト４′を画成する図示しない前記垂
直スペーサは、外周側の絶縁筒２′の内周部に垂直スペ
ーサ９と同様、適宜の間隔を隔ててかつ軸方向に沿って
複数配設されている。

【００１３】また、内周側の絶縁筒２と外周側の絶縁筒
２′には、折流板６が軸方向に沿って互い違いに複数取
付けられている。複数の折流板６は環状に形成された薄
い板であって、例えば内周側の絶縁筒２に取付けられた
とき、その先端と外周側の絶縁筒２′との間で流入出部
７ｂ，７ｄを形成し、また外周側の絶縁筒２′に取付け
られたとき、その先端と内周側の絶縁筒２との間で流入
出部７ａ，７ｃを形成するようにしている。

【００１４】具体的に述べると、図１において、例えば
外周側の絶縁筒２′の下部に一枚目の折流板６ａが水平
方向に取付けられると、該折流板６ａの先端と内周側の
絶縁筒２との間で流入出部７ａが形成される。また、内
周側の絶縁筒２には一枚目の折流板６ａから上方に向か
って１０段の単位巻線３を越えた位置に二枚目の折流板
６ｂが取付けられることにより、該折流板６ｂと外周側
の絶縁筒２′との間で流入出部７ｂが形成される。そし
て、その二枚目の折流板６ｂからまた上方に１０段の単
位巻線３を越えた位置では三枚目の折流板６ｃが外周側
の絶縁筒２′に取付けられることにより、折流板６ｃと
内周側の絶縁筒２との間で流入出部７ｃが形成され、さ
らに三枚目の折流板６ｃから１０段の単位巻線３を越え
た内周側の絶縁筒２に四枚目の折流板６ｄが取付けられ
ることにより、折流板６ｄの先端と外周側の絶縁筒２′
との間で流入出部７ｄが形成される。各折流区域８ａ〜
８ｃの下部に設けられている流入出部７ａ〜７ｄは、各
折流区域８ａにＳＦ₆ガスが流入するためのものであ
る。

【００１５】従って、各折流板６ａ〜６ｄが内周側の絶
縁筒２と外周側の絶縁筒２′とに軸方向に沿って互い違
いに設けられた場合、下方から上方に向かい冷却媒体と
してＳＦ₆ガスが供給されると、そのＳＦ₆ガスが、一枚
目の折流板６ａ側の流入出部７ａを通り、該折流板６ａ
と二枚目の折流板６ｂとの区域である折流区域８ａに入
り込み、該折流区域８ａ内で内側垂直ダクト４，水平ダ
クト５，外側垂直ダクト４′を通過して上方に進み、次
いで二枚目の折流板６ｂ側の流入出部７ｂを通り、該折
流板６ｂと三枚目の折流板６ｃとの区域である折流区域
８ｂに入り込み、該折流区域８ｂ内で外側垂直ダクト
４′，水平ダクト５，内側垂直ダクト４を通過してさら
に上方に進み、同様にして上方の折流区域８ｃをも通過
することにより、ＳＦ₆ガスが各々折流区域８ａ〜８ｃ
を軸方向にジクザグ状に流通し、かくして単位巻線３の
表面を冷却することにより、変圧器巻線１全体を冷却す
るようにしている。

【００１６】即ち、この変圧器巻線は、内周側の絶縁筒
２と外周側の絶縁筒２′との間に軸方向に沿って配置さ
れ、しかも内周側の絶縁筒２との間に画成された内側垂
直ダクト４と、外周側の絶縁筒２′との間に画成された
外側垂直ダクト４′と、各段の単位巻線３間に画成され
ると共に、内，外側垂直ダクト４，４′と連絡する水平
ダクト５と、内，外周側の絶縁筒２，２′に対し、所望
段数の単位巻線を隔ててかつ軸方向に沿って互い違いに
取付けられると共に、内，外周側の絶縁筒２，２′との
間でＳＦ₆ガスの流入出部７ａ〜７ｄを軸方向に互い違
いに形成する複数の折流板６ａ〜６ｄとを有し、該複数
の折流板６ａ〜６ｄは、互いに隣接する折流板との間で
折流区域を形成すると共に、各々の折流区域内で軸方向
に沿ってＳＦ₆ガスをジグザグ状に流通させるように構
成されている。

【００１７】なお、この変圧器巻線１に対し、下方から
ＳＦ₆ガスを上方に供給して流通させる手段の記載は省
略している。

【００１８】しかして、各折流区８ａ〜８ｃにおける
内，外周側の絶縁筒２，２′には、ＳＦ₆ガスが流入す
るための下部の流入出部と同一側であって、かつ特定の
単位巻線３と対向する位置に配置された流れ制御突起１
０が取付けられている。

【００１９】詳しく述べると、この流れ制御突起１０
は、図１及び図２に示すように、頂部が単位巻線３と対
向するように配置された三角形状をなしている。そし
て、流れ制御突起１０としては、巻線によって発生する
磁力線及び電流に影響を与えず、かつ冷却媒体としての
ＳＦ₆ガスによって劣化することがないような材質のも
の、例えばテトラフルオロエチレン／ヘキサフルオロプ
ロピレン共重合体（ＦＥＰ）で構成されている。

【００２０】さらに、各流れ制御突起１０は、内，外周
側の絶縁筒２，２′のうち、各折流区域８ａ〜８ｃ内に
おいてＳＦ₆ガスが流入しようとする流入出部７ａ〜７
ｃと同一側の位置であって、例えば各折流区域８ａ〜８
ｃ内で４段目の単位巻線３と対向する位置に配置されて
いる。その場合、流れ制御突起１０は、図３に示すよう
に、両端部が垂直スペーサ９，９間に架装されると共
に、底辺部１０ａが内，外周側の絶縁筒２，２′に密着
され、しかもその頂部が４段目の単位巻線３と対向して
いる。

【００２１】これら流れ制御突起１０ａ〜１０ｃの各々
は、ＳＦ₆ガスが各折流区域８ａ〜８ｃの流入出部７
ａ，７ｂ，７ｃより各折流区域８ａ〜８ｃ内に流入した
場合、そのＳＦ₆ガスが、流入した位置の内，外側垂直
ダクト４，４′に沿って流れるが、流れ制御突起１０の
頂部とこれと対向する単位巻線３との間で内，外側垂直
ダクト４，４′の一部が狭小化されていることにより、
ＳＦ₆ガスの流量を絞り込むと共に、ＳＦ₆ガスが流れ制
御突起１０の流入側斜面部１０ｂに沿って流れることに
より、ＳＦ₆ガスが４段目の単位巻線３より一段下の単
位巻線３の上下にある水平ダクト５ａ方向に向くよう分
散制御させるようにしている。

【００２２】このため、各流れ制御突起１０は、その頂
部と単位巻線３とで内，外側垂直ダクト４，４′の一部
を狭小化させると共に、その流入側斜面部１０ｂに沿い
ＳＦ₆ガスの流れ方向を分散制御し得るよう三角形状を
なしており、その寸法はＳＦ₆ガスの流通量及び変圧器
巻線１の構成部品の大きさ等により若干異なるが、本例
では、内，外側垂直ダクト４，４′の水平方向の幅寸法
が２０ｍｍのとき、底辺部１０ａと流入側斜面部１０ｂ
とのなす角度を４５度，底辺部１０ａと流出側斜面部１
０ｃとのなす角度を３０度，高さを前記ダクト４，４′
の幅寸法のほぼ１／３の大きさとしている。

【００２３】実施例の変圧器巻線１は、上記の如き構成
よりなるので、次にその作用について述べる。

【００２４】今、図１に示す如く、下方からＳＦ₆ガス
を供給することによってＳＦ₆ガスが下部の流入出部７
ａから第一段目の折流区域８ａに入ると、そのＳＦ₆ガ
スは、内周側の絶縁筒２に沿い内側垂直ダクト４を上昇
する一方、その一部が各単位巻線３間の水平ダクト５を
通って外側の絶縁筒２′に至ることにより、各単位巻線
３を冷却する。また、第一段目の折流区域８ａからのＳ
Ｆ₆ガスは、上部の流入出部７ｂから第二段目の折流区
域８ｂに入ると、外周側の絶縁筒２′に沿い外側垂直ダ
クト４′を上昇する一方、その一部が各単位巻線３間の
水平ダクト５を通って内側の絶縁筒２に至ることにより
各単位巻線３を冷却する。この冷却作用は、ＳＦ₆ガス
が各折流区域８ａ〜８ｃに流入するたびに行われる。

【００２５】上記冷却時、流れ制御突起１０を設けてい
ない従来技術では、図４に示すように、折流区域８ａに
流れ込んだＳＦ₆ガスは、内周側の絶縁筒に沿い内側垂
直ダクト４を上昇するが、その上昇するＳＦ₆ガスは、
内側垂直ダクト４の幅方向において、内周側の絶縁筒に
最も近い部分では流速が大きく、かつ該絶縁筒から距離
が離れるに従い流速が著しく低下してしまう。そのた
め、折流区域８ａ内において折流板６ａから３段目の単
位巻線３の上下位置にある水平ダクト５に流れ込むＳＦ
₆ガスの流速は、流入出部６ａでの流速に比較し、１／
１０以下となり、ほとんど停滞してしまうので、３段
目，４段目，２段目の単位巻線３では温度上昇が著しく
なり、従って局部的に巻線が過熱する問題があった。

【００２６】また、従来技術では、図４に示すように、
２〜４段目の単位巻線より上方に存在する６段目，９段
目の単位巻線側では、内周側の絶縁筒２から距離が隔て
るに従いＳＦ₆ガスの流速が低下するものの、３段目の
単位巻線３の上下位置にある水平ダクト５側の流速に比
較して大きいので、各折流区域８ａ〜８ｃ内における上
方部分ほど、多くのＳＦ₆ガスが水平ダクトに流れるこ
ととなる。そのため、従来技術では図５に白抜き丸にて
示すように、各折流区域８ａ〜８ｃ内の上方部分ほど冷
却効果があった。

【００２７】しかしながら、実施例では、内側垂直ダク
ト４に流れ制御突起１０が配置されているので、上記冷
却時、内側垂直ダクト４を上昇したＳＦ₆ガスは、内側
垂直ダクト４に配置されている流れ制御突起１０に至る
と、該流れ制御突起１０と変圧器巻線１間の内側垂直ダ
クト４の空間部分が他の部分より狭小化していることに
より、絞り込まれて流量及び流速が低下する。このとき
同時に、ＳＦ₆ガスは、流れ制御突起１０の流入側斜面
部１０ｂに沿って流れることにより、流れ制御突起１０
と対向する単位巻線３側に分流して流れ、該分流したＳ
Ｆ₆ガスが、流れ制御突起１０と対向する単位巻線３よ
り一段低い単位巻線３の上下方向、即ち、３段目の単位
巻線３の上下位置にある水平ダクト５ａ，５ｂ側に、図
１において左から右へ流れ込み、しかもその流れが流れ
制御突起１０の流入側斜面部１０ｂに沿い比較的速い流
れとなって水平ダクト５に流れ込むので、その速い流れ
により、折流区流入口７ａ近傍にある複数の単位巻線３
を均等に冷却することができる。即ち、３段目の単位巻
線３の上下にある水平ダクト５ａ，５ｂ側をＳＦ₆ガス
が速く流れるので、図５に黒丸にて示すように、４〜２
段目の単位巻線３を有効に冷却することができ、各折流
区域８ａ〜８ｃ内における各々の単位巻線３をほぼ均等
に冷却することができる。

【００２８】その結果、内側垂直ダクト４においては上
述の如く、流れ制御突起１０と変圧器巻線１間の空間部
分が他の部分より狭小化することにより、ＳＦ₆ガスの
流量及び流速を低下させ、しかも流れ制御突起１０によ
り、これと向かい合う単位巻線３側の水平ダクト５にＳ
Ｆ₆ガスを分散させ、変圧器巻線１の各単位巻線３にほ
ぼ一様にＳＦ₆ガスを流通できるので、各単位巻線３を
均等に冷却することができ、従って、第一の従来技術の
ように一部のみにガスが多く流れると云うのを防止する
ことができ、変圧器巻線１全体をむらなく効率的に冷却
することができる。

【００２９】また、第二の従来技術のように垂直ダクト
の幅を大きくしたり、単位巻線の半径方向の途中位置に
各段毎に幅の異なるガスダクトをいちいち設けたりする
ことがないので、変圧器巻線１の寸法が大きくなること
がなく、変圧器全体の体積の増大を防げ、従って、小型
化の要求に対処することが可能となる。しかも、内側，
外側垂直ダクト４，４′と水平ダクト５以外のダクトが
不要になることにより、ＳＦ₆ガスの流れに分岐合流箇
所がなく、そのため、ＳＦ₆ガスの圧力損失の増大を回
避することができ、ＳＦ₆ガスの供給手段として大型の
ものを用いる必要もない。

【００３０】さらに、流れ制御突起１０を設けた場合、
上述の如く、流れ制御突起１０と巻線変圧器巻線１間の
内側垂直ダクト４の空間部分が他の部分より狭小化して
いることにより、絞り込まれて流速が低下するが、この
流速は単位巻線の冷却には充分なものであるから問題と
なることがない。

【００３１】なお、図５は折流区域における各単位巻線
と温度上昇との関係を試験装置により得られたデータを
示している。この場合の試験装置は、図１に示す変圧器
を収納した容器，ＳＦ₆ガス用の冷却器及びその供給手
段としてのブロワ，各種計測器，配管等からなり、ＳＦ
₆ガスが循環するように構成されている。変圧器巻線１
として、幅６ｍｍ及び高さ１５ｍｍの銅線内にヒータと
熱電対を埋め込み、これに絶縁フィルムを巻いて模擬導
体とし、さらにこれを複数本並べて単位巻線３とし、該
単位巻線３を一つの折流区域につき１０段ずつ設けるこ
とにより構成した。また、巻線の流路長（水平方向）が
８０ｍｍ，水平ダクトの高さが４ｍｍ，内・外周垂直ダ
クトの幅が２０ｍｍである。

【００３２】そして、このような変圧器巻線として、上
述した大きさの流れ制御突起１０を有する実施例のもの
と、流れ制御突起１０を有しない従来技術のものとを夫
々製作した。試験方法は、模擬導体に埋め込まれたヒー
タに所定の電流を流して発熱させ、ＳＦ₆ガスをブロワ
により循環させ、模擬導体の温度を測定することで行っ
た。但し、ＳＦ₆ガスの圧力は０．２ＭＰａ，巻線の発
熱密度１０７ｋＷ／ｍ³である。

【００３３】図５において、横軸は下段の折流区域の流
入出のガス温度からの各模擬単位巻線の平均温度上昇を
示し、横軸は最も下の折流板上に順次配置された単位巻
線の位置を表している。同図に示す白抜き丸は流れ制御
突起のない従来技術を、黒丸は流れ制御突起を設けた実
施例であり、実施例では従来技術に比較し、巻線の最高
温度上昇を約２５％低減でき、しかも各単位巻線での温
度上昇のばらつきを約６０％低減できた。また、この試
験に際し、流れ制御突起１０を比誘電率２．２のＦＥＰ
で製作したとき、巻線に高電圧がかかる場合でも、絶縁
破壊に結び付く電界集中が発生しないことを確認するこ
とができた。

【００３４】図６及び図７は本発明による変圧器巻線の
第二の実施例を示している。この実施例は、内側垂直ダ
クト４，外側垂直ダクト４′の幅寸法が前記第一の実施
例の二倍となる大きさのものに適用している。

【００３５】即ち、内，外側垂直ダクト４，４′の幅が
大きい場合、冷却媒体としてのＳＦ₆ガスの流れが第一
の実施例と異なり、折流板６ａに最も近い単位巻線３を
囲む上下位置の水平ダクト５において流入出部７ａでの
流速の１／１０以下となり、殆ど停滞してしまう一方、
最も近い単位巻線３側の水平ダクト５より上方位置の水
平ダクト５では流速が大きくなり、図６においての左側
から右側に流れてしまうと云う不均一な状態になる。従
って、図７に白抜き丸で示しように、流入出部７ａに近
い単位巻線３では温度が上昇する問題があった。

【００３６】そこで、この実施例では、折流区域８ａの
流入出部７ａ側の単位巻線３と対向する位置、例えば内
側垂直ダクト４において２段目の単位巻線３と対向する
位置に流れ制御突起１０が配置されている。この場合の
流れ制御突起１０は、第一の実施例のものと同材質であ
ってかつ相似形であるが、高さを内，外側垂直ダクト
４，４′の幅の１／２としている。そして、折流区域８
ａにおいて、ＳＦ₆ガスが内側垂直ダクト４内を流通す
るとき、流れ制御突起１０とこれと対向する単位巻線３
間でＳＦ₆ガスの流量を絞る込むことにより、それより
上方に流れるＳＦ₆ガスの流量及び流速を低下すると共
に、流れ制御突起１０の流入側斜面部１０ｂにより２段
目の単位巻線３の上下位置にある水平ダクト５は勿論の
こと、１段目の単位巻線３と折流板６ａとの間の水平ダ
クト５にもＳＦ₆ガスを積極的に分流させることによ
り、ＳＦ₆ガスが各単位巻線３間をほぼ一様に流通し、
均一な冷却効果を得るようにしている。

【００３７】その効果は図７に示すとおりである。即
ち、図７は図５に対応するものであって、最下段の折流
区域における各単位巻線と温度上昇との関係の試験結果
を示している。この場合の試験条件は、ＳＦ₆ガスの圧
力が０．６ＭＰａ，単位巻線の発熱密度が４９６ｋＷ／
ｍ³で、単位巻線３の流路長（水平方向）が１４７ｍ
ｍ，水平ダクトの高さが４．５ｍｍ，内・外側垂直ダク
トが上述の如く４０ｍｍである。図７において、白抜き
丸は流れ制御突起のない従来技術のものを、かつ黒丸は
流れ制御突起を有する実施例のものを夫々表しており、
実施例のものは従来技術に比較し、単位巻線３の最高温
度上昇を約２３％に低減でき、また各単位巻線での温度
上昇のばらつきを約６９％に低減することができた。

【００３８】なお図示実施例では、内側垂直ダクト４に
流れ制御突起１０を有する最下段の折流区域８ａのみを
図示したが、この流れ制御突起１０は、他の折流区域８
ｂ，８ｃにも設けてもよいし、所望の折流区のみに設け
てもよく、要は必要な個所に設ければよい。

【００３９】また、以降の図８〜図１０の実施例では、
内側垂直ダクト４に流れ突起１０が配置された最下段の
折流区域８ａのみを表しているが、他の折流区域８ｂ，
８ｃも同様の構成であるとする。

【００４０】図８は第三の実施例であって、この場合
は、内側垂直ダクト４に配置される流れ制御突起１０
が、内周側の絶縁筒２と狭い流路１１を隔てて取付けら
れたものである。即ち、この流れ制御突起１０は詳細に
図示していないものの、その両端が、内周側の絶縁筒２
に固着された垂直スペーサ９とこれに隣列する垂直スペ
ーサ９とに架装され、底辺部１０ａが内周側の絶縁筒２
と狭い流路１１を隔てている。そして、流れ制御突起１
０の頂部とこれに対向する単位巻線３とでＳＦ₆ガスの
流量を絞り込む一方、狭い流路１１よりＳＦ₆ガスを流
通させ、流れ制御突起１０より上方にガス流量を増加さ
せることにより、上方に位置する単位巻線の冷却を増進
させるようにしている。

【００４１】単位巻線３が複数段に設けられた場合、下
段側の単位巻線３の発熱により、上段側の単位巻線の温
度が下段側のものより上昇するおそれがある。しかしな
がら、実施例の如く、流れ制御突起１０より上方に対
し、ＳＦ₆ガスの流量を増加すれば、その上方位置の単
位巻線３が、それより下方の単位巻線の発熱で温度上昇
するのを防止することができ、各単位巻線３をいっそう
均一に冷却できる効果がある。

【００４２】図９は第四の実施例を示している。即ち、
この場合は、流れ制御突起として図６の実施例とほぼ同
様に形成された流れ制御突起１０を有する他、それより
上流側にも流れ制御突起１２を有している。

【００４３】この上流側の流れ制御突起１２は、内周側
の絶縁筒２において本来の流れ制御突起１０より上流側
にあって、しかも折流板６ａより一段下方の単位巻線３
と対向するように取付けられ、その高さが内側垂直ダク
ト４の１／４程度としている。そして、内側垂直ダクト
４にＳＦ₆が流れた場合、該ＳＦ₆ガスは、流れ制御突起
１２の流入側斜面部１２ｂに沿って流れることにより、
折流板６ａとその上に配置されている１段目の単位巻線
３との間の水平ダクト５内に流れ込み、１段目の単位巻
線３を積極的に冷却するようにしている。

【００４４】従って、この実施例は、流れ制御突起１０
のみならず、もう一つの流れ制御突起１２を設けると、
折流板６ａに最も近い１段目の単位巻線３を積極的に冷
却することができ、しかも１段目の単位巻線３と折流板
６ａ間の水平ダクト５に対するＳＦ₆ガスの流量が増大
すると、内側垂直ダクト４と反対側にある外側垂直ダク
ト４′へのガス流量も増えるので、２段目，３段目の単
位巻線３の冷却効果をさらに上げることができる。その
ため、図７に示した試験結果では１段目〜３段目の単位
巻線の温度上昇率が他の単位巻線より若干上がっていた
が、それら１段目〜３段目の単位巻線３の温度上昇をい
っそう低減することができ、一つの折流区域における各
単位巻線３の温度をよりいっそう均等にかつ効率的に下
げることができる。

【００４５】なお、試験結果では、巻線の最高温度上昇
を約２８％に低減でき、また各単位巻線の温度上昇のば
らつきを約７８％に低減することができた。この値は一
つの流れ制御突起１０しか設けていない図６の実施例よ
りいっそう効果があることが明白である。

【００４６】図１０は第五の実施例を示している。この
実施例は、第一の実施例の変形例であって、折流区域８
ａにおいて４段目の単位巻線３と対向する位置に設けた
流れ制御突起１０の他、４段目の単位巻線３とその上に
ある５段目の単位巻線３との間の水平ダクト５ａ内に、
分流板１３が設けられている。該分流板１３は、適宜の
板幅をもつものであって、図示していない水平スペーサ
に取付けられ、幅方向の一端が内側垂直ダクト４に突出
するように配置されている。この場合、分流板１３の一
端が突出する寸法は、内側垂直ダクト４の幅の１／５と
している。

【００４７】流れ制御突起１０を設けた場合、それと対
向する４段目の単位巻線３のすぐ上の水平ダクト５ｃに
流れ込むＳＦ₆ガスの流量が、他の水平ダクトを通るガ
スに比較し、若干下がるおそれがある。しかし、上述の
如く分流板１３を設けると、流れ制御突起１０を通過し
たＳＦ₆ガスが分流板１３と４段目の単位巻線３との間
に流れ込み、その水平ダクト５ｃを通るＳＦ₆ガスの流
量を増加することができる。従って、流れ制御突起１０
よりすぐ上の水平ダクト５ｃに対するＳＦ₆ガスの流量
を増加できるので、それだけ各単位巻線３をより均一に
冷却することができる。

【００４８】なお試験結果では、従来技術に比較し、巻
線の最高温度上昇で約３０％低減でき、各単位巻線３で
の温度上昇のばらつきを約７０％に低減でき、従って、
第一の実施例よりいっそう効果的であることが確認され
た。

【００４９】図１１は他の実施例を示し、この場合は、
流れ制御突起１０の形状を改良したものである。即ち、
これまでの前述した各実施例では流れ制御突起１０の流
入側斜面部１０ｂ及び流出側斜面部１０ｃが真直に形成
された例を示したが、本実施例では、各斜面部がＳＦ₆
ガスの流通が円滑となるように形成される。具体的に述
べると、この流れ制御突起１０は、流入側斜面部１０ｂ
が図１１に示すように、底辺部１０ａから頂部にかけて
緩慢に彎曲して凹む形状をなし、また頂部においては丸
味を帯びた形状をなし、さらに流出側斜面部１０ｃでは
頂部から底辺部１０ａにかけて流入側斜面部１０ｂより
さらに緩やかに凹むような形状をなしている。

【００５０】このように、流入側斜面部１０ｂ，流出側
斜面部１０ｃの双方が緩やかな彎曲形状に形成される
と、ＳＦ₆ガスが流れ制御突起１０を流通した場合、該
流れ制御突起１０の流入側斜面部１０ｂ，流出側斜面部
１０ｃに沿ってＳＦ₆ガスが流れるので、ＳＦ₆ガスの圧
力損失を低減することができる。この場合、流入側斜面
部１０ｂ，流出側斜面部１０ｃの彎曲度合いにもよる
が、第一の実施例と同様の大きさにしたとき、試験結果
では第一の実施例とほぼ同様の冷却効果を得ることがで
きた。

【００５１】なお、これまで述べた各実施例では、流れ
制御突起１０の三角形状として、底辺部１０ａと流入側
斜面部１０ｂとが４５度，底辺部１０ａと流出側斜面部
１０ｃとが３０度となるように形成した例を示したが、
本発明はこれに限定されるものではなく、ＳＦ₆ガスの
圧力，垂直ダクト４，４′，単位巻線３の大きさ等によ
って多少異なるものの、ＳＦガスの流れる向きに応じ適
宜の角度に選定することができ、例えば底辺部１０ａと
流入側斜面部１０ｂとが３０度以上でかつ鋭角であれ
ば、また底辺部１０ａと流出側斜面部１０ｃとが１５度
以上でかつ鋭角であれば、同様の作用効果を得ることが
できる。また、流れ制御突起１０の高さとして、内，外
側垂直ダクト４，４′の１／３及び１／２とした例を示
したが、およそ１／４〜３／４程度の大きさに選定すれ
ば、同様の効果を得ることができる。

【００５２】そして、流れ制御突起１０の材質として、
各実施例では比誘電率２．２のＦＥＰを用いた例を示し
たが、比誘電率が３以下のものであれば、巻線に高電圧
がかかる場合でも、電界集中がないことを確認した。但
し、材質としては、ＦＥＰに限定されるものではなく、
例えば架橋ポリエチレン等のような低誘電率のもので形
成しても良い。さらには、流れ制御突起１０の構造物に
低誘電率のテープ等を巻き込んで形成することにより、
安価でかつ容易な製作を実施し得る効果もある。

【００５３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の請求項１〜
３によれば、流れ制御突起と変圧器巻線間の空間部分が
他の部分より狭小化することにより、冷却媒体の流量及
び流速を低下させ、しかも流れ制御突起により、これと
向かい合う単位巻線側の水平ダクトに冷却媒体を分散さ
せて流し込み、変圧器巻線の各単位巻線にほぼ一様に冷
却媒体を流通できるように構成したので、各単位巻線を
均等に冷却し、変圧器巻線全体をむらなく効率的に冷却
することができる効果があり、また変圧器巻線の寸法が
大きくなることがなく、変圧器全体の体積の増大を防
げ、従って、小型化の要求に対処することが可能とな
り、しかも、冷却媒体の圧力損失の増大を回避できるこ
とにより、冷却媒体の供給手段として大型のものを用い
る必要もない効果がある。

【００５４】また請求項４，５によれば、流れ制御突起
が三角形状をなしているので、簡単かつ容易に冷却媒体
を所望方向に流通させることができ、所望段の単位巻線
を確実に冷却することができる効果があり、特に、請求
項５によれば、流れ制御突起より上方に位置する単位巻
線の冷却を増進させることができるので、各単位巻線を
いっそう均一に冷却できる効果がある。

【００５５】そして、請求項６によれば、流れ制御突起
の流入側斜面部と流出側斜面部とが彎曲形状をなすと共
に、その流入側斜面部と流出側斜面部間の頂部が円弧形
状をなしているので、冷却媒体の流れを円滑にでき、冷
却媒体の圧力損失をいっそう低減できる効果がある。請
求項７によれば、流れ制御突起の材質を選定することに
より、巻線に高電圧がかかる場合でも、絶縁破壊に結び
つく電界集中が発生するのを確実に防止でき、安全性の
面でもそれだけ信頼性がある。請求項８によれば、低誘
電率のテープを巻き付けるので、それだけ安価にかつ容
易に製作できると云う効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による変圧器巻線の第一の実施例を示す
説明用断面図。

【図２】同じく変圧器巻線の要部を示す説明用斜視図。

【図３】流れ制御突起の取付け状態を示す説明用斜視
図。

【図４】従来技術の変圧器巻線の各折流区域における単
位巻線でのＳＦ₆ガスの流速と垂直ダクト幅方向の位置
との関係を示す説明図。

【図５】折流区域における各単位巻線と流れ制御突起と
の位置関係を示す説明図（ａ），及び各単位巻線とその
温度との関係を示す試験結果の説明図（ｂ）。

【図６】本発明による変圧器巻線の第二の実施例を示す
説明用断面図。

【図７】折流区域における各単位巻線と流れ制御突起と
の位置関係を示す説明図（ａ），及び各単位巻線とその
温度との関係を示す試験結果の説明図（ｂ）。

【図８】本発明による変圧器巻線の第三の実施例を示す
説明用断面図。

【図９】本発明による変圧器巻線の第四の実施例を示す
説明用断面図。

【図１０】本発明による変圧器巻線の第五の実施例を示
す説明用断面図。

【図１１】本発明による変圧器巻線の他の実施例を示す
流れ制御突起の側面図（ａ），及び斜視図（ｂ）。

【符号の説明】

１…変圧器巻線、２…内周側の絶縁筒、２′…外周側の
絶縁筒、３…単位巻線、４…内側垂直ダクト、４′…外
側垂直ダクト、５，５ａ〜５ｃ…水平ダクト、６ａ〜６
ｄ…折流板、７ａ〜７ｄ…流入出部、８ａ〜８ｃ…折流
区域、１０，１０′…流れ制御突起、１０ａ…底辺部、
１０ｂ…流入側斜面部、１０ｃ…流出側斜面部、１３…
分流板。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者藤田裕幸茨城県日立市国分町一丁目１番１号株式会社日立製作所国分工場内 (72)発明者平石清登茨城県日立市国分町一丁目１番１号株式会社日立製作所国分工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内周側の絶縁筒と外周側の絶縁筒との間
に軸方向に沿って配置され、かつ内周側の絶縁筒との間
に画成された内側垂直ダクトと、外周側の絶縁筒との間
に画成された外側垂直ダクトと、各段の単位巻線間に画
成されると共に、内，外側垂直ダクトを連絡する水平ダ
クトと、内，外周側の絶縁筒に対し、所望段数の単位巻
線を隔ててかつ軸方向に沿って互い違いに取付けられて
折流区域を各々形成すると共に、先端と内，外周側の絶
縁筒との間で冷却媒体の流入出部を軸方向に互い違いに
形成する複数の折流板とを有し、各々の折流区域内で軸
方向に沿い冷却媒体をジグザグ状に流通させる変圧器用
巻線において、各折流区域の内，外周側の絶縁筒の何れ
か一方に、冷却媒体が流入するための流入出部と同一側
に配置された流れ制御突起を取付け、該流れ制御突起に
より、各折流区域に流入した冷却媒体が内，外側垂直ダ
クトに沿って流れる流量を絞ると共に、冷却媒体の一部
を、所望の単位巻線方向に向かうよう流量制御する構成
としたことを特徴とする変圧器巻線。
【請求項２】内周側の絶縁筒と外周側の絶縁筒との間
に軸方向に沿って配置され、かつ内周側の絶縁筒との間
に画成された内側垂直ダクトと、外周側の絶縁筒との間
に画成された外側垂直ダクトと、各段の単位巻線間に画
成されると共に、内，外側垂直ダクトを連絡する水平ダ
クトと、内，外周側の絶縁筒に対し、所望段数の単位巻
線を隔ててかつ軸方向に沿って互い違いに取付けられて
折流区域を各々形成すると共に、先端と内，外周側の絶
縁筒との間で冷却媒体の流入出部を軸方向に互い違いに
形成する複数の折流板とを有し、各々の折流区域内で軸
方向に沿い冷却媒体をジグザグ状に流通させる変圧器用
巻線において、各折流区域の内，外周側の絶縁筒の何れ
か一方に、冷却媒体が流入するための流入出部と同一側
であって、かつ特定の単位巻線と対向する位置に配置さ
れた流れ制御突起を取付け、該流れ制御突起により、各
折流区域に流入した冷却媒体が内，外側垂直ダクトに沿
って流れる流量を絞ると共に、冷却媒体の一部を、特定
の単位巻線の近傍位置の水平ダクトに流通させるよう流
量制御する構成としたことを特徴とする変圧器巻線。
【請求項３】内周側の絶縁筒と外周側の絶縁筒との間
に軸方向に沿って配置され、かつ内周側の絶縁筒との間
に画成された内側垂直ダクトと、外周側の絶縁筒との間
に画成された外側垂直ダクトと、各段の単位巻線間に画
成されると共に、内，外側垂直ダクトを連絡する水平ダ
クトと、内，外周側の絶縁筒に対し、所望段数の単位巻
線を隔ててかつ軸方向に沿って互い違いに取付けられて
折流区域を各々形成すると共に、先端と内，外周側の絶
縁筒との間で冷却媒体の流入出部を軸方向に互い違いに
形成する複数の折流板とを有し、各々の折流区域内で軸
方向に沿い冷却媒体をジグザグ状に流通させる変圧器用
巻線において、各折流区域の内，外周側の絶縁筒の何れ
か一方に、冷却媒体が流入するための流入出部と同一側
であって、かつ特定の単位巻線と対向する位置に配置さ
れた流れ制御突起を取付け、該流れ制御突起と対向する
単位巻線の上部の水平ダクト内に、一端が前記流れ制御
突起を有する垂直ダクトに突出して配置された分流板を
取付け、前記流れ制御突起により、各折流区域に流入し
た冷却媒体が内，外側垂直ダクトに沿って流れる流量を
絞ると共に、冷却媒体の一部を、特定の単位巻線の近傍
位置の水平ダクトに流通させるよう流量制御すると共
に、前記分流板により、流れ制御突起を通過した冷却媒
体が、特定の単位巻線より下流側の水平ダクト内に流入
する流量を増加させることを特徴とする変圧器巻線。
【請求項４】前記流れ制御突起は、内，外側の絶縁筒
に対し底辺部が密着して取付けられ、かつ頂部が特定の
単位巻線と対向して配置された三角形状をなしているこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１〜３の何れか一項に
記載の変圧器巻線。
【請求項５】前記流れ制御突起は、内，外側の絶縁筒
に対し、底辺部が狭い流路を隔てて取付けられ、かつ頂
部が特定の単位巻線と対向して配置された三角形状をな
していることを特徴とする特許請求の範囲第１〜３の何
れか一項に記載の変圧器巻線。
【請求項６】前記流れ制御突起は、底辺部が真直に形
成されると共に、流入側斜面部と流出側斜面部とが彎曲
形状をなすと共に、その流入側斜面部と流出側斜面部間
の頂部が円弧形状をなしていることを特徴とする特許請
求の範囲第４項，第５項の何れか一項に記載の変圧器巻
線。
【請求項７】前記流れ制御突起は、比誘電率が３以下
の材質からなることを特徴とする特許請求範囲第１項〜
第３項の何れか一項に記載の変圧器巻線。
【請求項８】前記流れ制御突起は、周囲に低誘電率の
材質からなるテープを巻き付けていることを特徴とする
特許請求の範囲第１項〜第３項の何れか一項に記載の変
圧器巻線。