JPH1126250A

JPH1126250A - 変圧器

Info

Publication number: JPH1126250A
Application number: JP9178031A
Authority: JP
Inventors: Yasunori Ono; 康則大野; Kazuyuki Kiyono; 和之清野; Noriyuki Hayashi; 則行林; Yoshio Hamadate; 良夫浜館; Toshimitsu Obata; 俊光小幡; Iwao Umene; 巌梅根
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-07-03
Filing date: 1997-07-03
Publication date: 1999-01-29

Abstract

(57)【要約】【課題】巻線からの漏れ磁束により鉄心締め付け金具に
発生する熱を、液状冷却媒体に比べて冷却能力が低いＳ
Ｆ₆ガスでもって、効果的に除去することにより、鉄心
締め付け金具の温度を低く抑え、信頼性の高い変圧器を
提供することにある。【解決手段】鉄心締め付け金具６に、熱的に連結され
た、熱伝導性のある冷却用構造部材８を設ける、特に、
同構造部材の一部が垂直方向（重力の方向）と概略平行
になるように設けることにより達成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は変圧器鉄心に係わ
り、特にＳＦ₆ガス絶縁変圧器に好適な鉄心締め付け金
具に関する。

【０００２】

【従来の技術】都市に設置する変圧器には、防災上、不
燃化の要請が強く、また、大容量化，小型化の要求も強
い。変圧器の主要構成要素である鉄心は鉄心締め付け金
具で、締め付けることにより、機械的に保持されてい
る。巻線からの漏れ磁束の一部は鉄心締め付け金具に侵
入し、渦電流による熱を発生させる。

【０００３】不燃変圧器のひとつであるＳＦ₆ガス絶縁
変圧器では、冷媒であるＳＦ₆ガスの密度，比熱，熱伝
導率などの冷却に関する物性値が液状冷却媒体に比べて
小さいため冷却性能が低い。特に、鉄心締め付け金具の
大半は、強制循環ガス流路に面しておらず、自然対流の
みによる冷却となるため、鉄心締め付け金具の温度上昇
が大きくなる傾向になる。

【０００４】変圧器が大容量化するのに伴い、また、小
型化するのに伴い締め付け金具に侵入する磁束が増大
し、渦電流損失による発熱も大きくなる問題がある。こ
れまで、ガス絶縁変圧器の鉄心締め付け金具の冷却につ
いては、十分な検討はなされていない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】変圧器の鉄心を機械的
に保持する鉄心締め付け金具では、巻線からの漏れ磁束
により渦電流が発生し、発熱となる。発生した熱の大半
は、ＳＦ₆ガスの自然対流により除去されるが、自然対
流は強制対流などに比較して冷却の効果が低く、鉄心締
め付け金具の温度上昇が大きくなり、鉄心と鉄心締め付
け金具の間に挿入される絶縁物やガスの劣化を生じさせ
る問題がある。

【０００６】本発明は、上記の点を鑑みなされたもの
で、その目的とするところは、巻線からの漏れ磁束によ
り鉄心締め付け金具に発生する熱を、液状冷却媒体に比
べて冷却能力が低いＳＦ₆ガスでもって、効果的に除去
することにより、鉄心締め付け金具の温度を低く抑え、
信頼性の高い変圧器を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的は、変圧器の鉄
心を機械的に保持する鉄心締め付け金具に、熱的に連結
された、熱伝導性のある構造部材を設ける、特に、同構
造部材の一部が垂直方向（重力の方向）と概略平行にな
るように設けることにより達成される。

【０００８】鉄心締め付け金具は、通常鉄心を構成する
平行な方向の縦板部材とけい素鋼板に垂直な方向の横板
部材から成っているが、縦板部材では高さ方向に温度差
が生じ、比較的強い自然対流が発生するため、比較的良
く冷却される。一方、横板部材は高さ方向に温度差を生
じにくいため、弱い自然対流しか起こらず、横板部材に
比べ温度が高くなる。本発明のように、高温部に熱的に
連結された、熱伝導性のある構造部材、同構造部材の長
手方向が概略垂直方向（重力の方向）に一致するように
設けると、鉄心締め付け金具の熱は、熱伝導により前記
構造部材に伝わり、そこで、比較的強い自然対流が発生
するため、熱を効率的に除去できるようになり、鉄心締
め付け金具の温度を低く抑えることができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施例を図１から図
５を参照しながら具体的に説明する。

【００１０】図１は本発明の一実施例で、単相３脚鉄心
を示す断面斜視図であり、鉄心の長手方向の約半分を示
している。図では省略しているが、けい素鋼板を積層し
て形成される鉄心脚１の周囲には、巻線が巻かれてい
る。鉄心脚１と巻線を挟んで対向する鉄心外脚２は、そ
れぞれ上下の継鉄３により磁気的に結合されている。鉄
心脚１と鉄心外脚２はバインドにより一体化されてお
り、鉄心脚１，鉄心外脚２と継鉄３は鉄心を絶縁板５を
挟んで、上下の鉄心締め付け金具６，７をボルト（図で
は省略）で締め付けることにより、鉄心形状を保持し、
起立できる構造にしている。

【００１１】上述した鉄心はタンク（図では省略）内に
設けられた鉄心台４の上に配置される。図では示してい
ないが、タンクには、冷却配管を通して、ブロアおよび
冷却器が連結されている。ブロアから供給されたタンク
に供給されたＳＦ₆ガスは、巻線、鉄心、タンク等を冷
却し、温度が上がったＳＦ₆ガスはタンクから配管に流
れ、冷却器で冷やされた後、ブロアに戻るという循環を
繰り返す。

【００１２】本実施例では、上部鉄心締め付け金具６の
横板の部分に、銅製で断面形状がＴ字型をしている冷却
用構造部材８を、複数のボルト（図では省略）で固定し
ている。

【００１３】次に、本実施例の試験結果について、従来
の構造（図１において、冷却用構造部材８を設けない構
造）の結果と比較して説明する。

【００１４】ＳＦ₆ガス圧力は０.５ＭＰａ、上部鉄心
締め付け金具６での発熱密度は１立方メートルあたり約
４００ｋＷ、下部鉄心締め付け金具７では、約３２０ｋ
Ｗであった。従来構造では、上部鉄心締め付け金具６の
横板部での周囲ガス温度からの温度上昇（平均）は、４
９℃であり、同縦板部での温度上昇は２２℃であった。
下部鉄心締め付け金具７の横板部での温度上昇は２７
℃、同縦板部での温度上昇は９℃であった。

【００１５】本実施例の構造では、上部鉄心締め付け金
具６の横板部での温度上昇は、３１℃に、同縦板部での
温度上昇は１６℃（平均）に低減された。下部鉄心締め
付け金具７については、比較的温度上昇が少ないので、
本実施例では従来構造としたため、温度上昇は従来構造
とほぼ同じであった。

【００１６】このような結果になったメカニズムを説明
する。上部鉄心締め付け金具の温度上昇について、従来
構造では縦板部において自然対流により、強い上昇流を
生じ、熱を除去できるので、締め付け金具縦板部の温度
上昇は比較的小さい。上記上昇流は横板部で方向を変
え、高い流速で横板下部を流れるが、横板の近傍に高温
のガス領域が形成されるため。横板部の熱を、ガスに十
分伝達することはできない。また、横板上部においても
自然対流による流れを生ずるが、その流速は低く、除熱
の効果は小さい。このため、横板部はかなりの高温にな
る。

【００１７】一方、本実施例でも、縦板部の強い上昇
流，横板下部の強い流れが生ずることは同様である。し
かし、横板部の熱は熱伝導により、冷却用構造部材８に
伝わり、冷却用構造部材の周囲に強い上昇流を生じさせ
る。また、周囲から比較的低温のガスが供給されるた
め、冷却用構造部材から熱を効率的に除去できる。温度
が上がったガスは、タンク天井に向かい上昇し、タンク
壁に熱を与える。結果的に、冷却用構造部材８の横板部
の温度上昇を従来構造に比較して低く抑えることができ
る。

【００１８】下部鉄心締め付け金具においても、縦板部
の周囲には強い上昇流が起こり、縦板部の温度上昇は小
さくなる。一方、横板部の自然対流による流れは小さい
が、縦板部の上昇流がつくる流れが横板部上面を流れ、
しかもガス温が比較的低いために、下部鉄心締め付け金
具の横板部での温度上昇は、上部鉄心締め付け金具の横
板部の約５５％にとどまった。下部鉄心締め付け金具の
温度上昇は、従来構造でも問題がないので、本実施例で
は、従来構造を用いた。

【００１９】本実施例によれば、鉄心締め付け金具の熱
を熱伝導により、自然対流により効率的に冷却が可能な
冷却用構造部材に伝え、放熱することにより、鉄心締め
付け金具の温度上昇を従来の約６０％に低減でき、絶縁
板やガスの劣化を防止できるようになった。

【００２０】図２は、本発明のその他の実施例を示す、
断面斜視図であり、上部鉄心締め付け金具とその付近を
あらわしている。上部鉄心締め付け金具６の断面形状が
Ｌ字をしている点を除けば、図１の実施例と同じであ
る。上部鉄心締め付け金具６の横板の温度分布は、比較
的温度が低い上部鉄心締め付け金具縦板への熱伝導によ
り、縦板側の温度が低くなる。そこで、図２の実施例で
は、横板の温度の高い部分に接するように、断面がＬ字
をなす冷却用構造部材８を配置した。これにより、上部
鉄心締め付け金具の温度上昇は、図１の実施例での温度
上昇より若干増加するにとどまり、ほぼ同程度の冷却性
能が得られた。図２の実施例での冷却用構造部材８は、
図１の実施例に比較して、製作コストおよび重量を低減
できる。

【００２１】図１，図２の実施例では、冷却用構造部材
８の材質は銅であるが、軟鉄にすることもできる。冷却
用構造部材８を銅で製作した場合、銅の抵抗は小さいた
め、発生する渦電流損失はかなり小さい。一方、軟鉄の
場合は、透磁率が高いため軟鉄内へ漏れ磁束が侵入し易
く、さらに軟鉄の抵抗率は銅の約１０倍と冷却用構造部
材８で渦電流損失発生が無視できなくなる。上部鉄心締
め付け金具の温度上昇は、図１の実施例での温度上昇よ
り、約５℃増加するが、周囲のガス温度が低い場合、鉄
心締め付け金具での発熱が比較的小さい時には、必要な
冷却性能を確保できる。

【００２２】図３は、本発明の他の実施例を示す断面斜
視図（鉄心外脚付近のみを示している）であり、下部鉄
心締め付け金具とその付近をあらわしている。鉄心外脚
２，継鉄３は絶縁板５を挟んで、下部鉄心締め付け金具
７で締め付けられ、鉄心台４上に固定されている。下部
鉄心締め付け金具７横板に接して、網状冷却用構造部材
９を固定している。他端は図では省略しているが、タン
クの底板に固定している。下部鉄心の下側の空間には、
ガスの流れが存在するため、網状冷却用構造部材の熱伝
導で伝わった熱は、上述のガスの流れにより除去され
る。また、網状構造物はかなり粗いため、流れを妨げる
ことはなく、巻線等の冷却に支障になることはない。な
お、網状冷却用構造部材のかわりに、複数の開口を設け
た平板を用いても、同様の冷却効果が得られる。

【００２３】図４は、本発明の別の実施例を示す、断面
斜視図である。冷却用構造部材９を長手方向に複数個配
置していること以外は、図２の実施例と同様である。特
に、発熱が大きい部分に冷却用構造部材９を設置すれ
ば、効果的な冷却ができる。なお、本実施例では冷却用
構造部材９を上部締め付け金具７に取り付けているが、
冷却用構造部材９と同様の構造をあらかじめ設けた上部
締め付け金具７を用いても、同様の冷却効果がある。

【００２４】図５は、本発明のまた別の実施例を示す、
断面斜視図である。図１から図４の実施例では、鉄心締
め付け金具の断面形状が概略Ｌ字型をしているが、図５
は、断面形状が概略コの字型をしている鉄心締め付け金
具の例である。この場合、上部鉄心締め付け金具６は２
つの横板もっているが、冷却用構造部材８は上の横板に
取り付けられる。この実施例の冷却用構造部材８は、図
１の実施例と同じものを設けているが、図２，図４の実
施例の冷却用構造部材８を用いても、同様の効果があ
る。また、この実施例では、下部鉄心締め付け金具７に
ついては、特別な冷却構造は設けていないが、図３の実
施例と同様な網状冷却用構造部材９を用いても良い。

【００２５】これまでは、ガス絶縁変圧器を例にして説
明してきたが、本発明は、発熱の多い油入変圧器に適用
しても効果がある。

【００２６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、変圧器の
鉄心を機械的に保持する鉄心締め付け金具に、熱的に連
結された、熱伝導性のある構造部材を設ける、特に、同
構造部材の一部が垂直方向（重力の方向）と概略平行に
なるように設けることにより、鉄心締め付け金具で発生
した熱の多くが、熱伝導により冷却用構造部材に伝わ
り、そこで、同構造部材の垂直方向に張り出した部分に
おいて比較的強い自然対流を発生させることにより、熱
を効率的に除去し、鉄心締め付け金具の温度上昇を冷却
用構造部材を設けない場合に比べ、約３５％低減できる
効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す断面斜視図。

【図２】本発明の一実施例を示す断面斜視図。

【図３】本発明の一実施例を示す断面斜視図。

【図４】本発明の一実施例を示す断面斜視図。

【図５】本発明の一実施例を示す断面斜視図。

【符号の説明】

１…鉄心脚、２…鉄心外脚、３…継鉄、４…鉄心台、５
…絶縁板、６…上部鉄心締め付け金具、７…下部鉄心締
め付け金具、８…冷却用構造部材、９…網状冷却用構造
部材。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者浜館良夫茨城県日立市大みか町七丁目２番１号株式会社日立製作所電力・電機開発本部内 (72)発明者小幡俊光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)発明者梅根巌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】継鉄部の鉄心を絶縁板を挟んで鉄心締め付
け金具で締め付けることにより、巻線を周回させる鉄心
脚あるいは周回させない鉄心外脚と上下の継鉄を連結し
てなる変圧器鉄心を、タンク内に配置した変圧器におい
て、前記鉄心締め付け金具のうち水平方向に張り出した
横板の部分に、熱伝導性のある材質からできている構造
部材を熱的に連結して設けたことを特徴とする変圧器。
【請求項２】前記構造部材が少なくとも、前記鉄心締め
付け金具の横板に平行な部分とこれに垂直な部分からな
ることを特徴とする請求項１記載の変圧器。
【請求項３】前記構造部材の断面形状が、概略Ｌ字ある
いはＴ字をしていることを特徴とする請求項１記載の変
圧器。
【請求項４】前記構造部材の材質を、銅あるいはアルミ
ニウムあるいは鉄としたことを特徴とする請求項１記載
の変圧器。
【請求項５】前記構造部材を鉄心締め付け金具の長手方
向に複数配置したことを特徴とする請求項１記載の変圧
器。
【請求項６】前記構造部材を網状の構造物あるいは複数
の開口を設けた平板で形成したことを特徴とする請求項
１記載の変圧器。
【請求項７】継鉄部の鉄心を絶縁板を挟んで鉄心締め付
け金具で締め付けることにより、巻線を周回させる鉄心
脚あるいは周回させない鉄心外脚と上下の継鉄を連結し
てなる変圧器鉄心を、タンク内に配置した変圧器におい
て、水平方向に張り出した横板から概略垂直な方向に、
熱伝導性のある構造物を張り出させた鉄心締め付け金具
を用いたことを特徴とする変圧器。