JPS6213802B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、特に金属ベローズを具えたコンサベ
ータにおいて、ベローズ天板とコンサベータ底板
の軽量化を計るようにした車輌用変圧器に関す
る。

第１図に車輌用変圧器の一例を示す。

変圧器本体は、タンク１内にコイル２及び鉄心
３を収納した構成となつている。タンク１内に充
填する絶縁油４としては、近年シリコーン油が採
用されている。本体タンク１外の上方にはコンサ
ベータ５が配設され、このコンサベータ５の内部
には薄い鋼板で形成された金属ベローズ６が収納
されている。即ち、コンサベータ５は、底板８、
側板１４、天井板１３及び金属ベローズ６から形
成される。そして、金属ベローズ６は、例えば円
筒形をしており、その上縁部には円板状の天板７
が溶接され、底部はコンサベータ５の底板８に溶
接されている。金属ベローズ６の外部には絶縁油
４ａが封入され、これは接続管９を介して本体タ
ンク１内に接続されている。一方、金属ベローズ
の内側１０は通気管１１及び油つぼ１２を介して
外気と連通している。

この従来形において、変圧器の運転時に温度上
昇すると、本体タンク１内部の絶縁油４は体積膨
張する。その膨張した絶縁油は、本体タンク１と
コンサベータ５とを連通する接続管９を通つてコ
ンサベータ５内に流入し、その膨張量の金属ベロ
ーズ６が応動してベローズ天板７は押し下げられ
る。この時、ベローズ内側１０の空気は通気管１
１及び油つぼ１２を介して外部に排出される。一
方、油温が低下する場合は前記の逆の作用をする
ことになる。従つて、金属ベローズ６としては、
絶縁油４の膨張・収縮を吸収し得る伸縮量（第２
図中Ｌで示す）が必要である。即ち、第２図の如
く、変圧器に前もつて注油するときはコンサベー
タ５内にはベローズ天板７がＡ面となるまで絶縁
油が封入され、また、変圧器が最高温度に達した
とき天板７がＢ面まで低下し、最低温度に達した
とき天板７がＣ面まで上昇するように設定され
る。ここで、変圧器本体及びコンサベータ５は正
規運転中においては内部が無圧状態となり内圧は
作用しない。しかし変圧器本体は本体タンク１内
に鉄心３及びコイル２を収納するためそれに耐え
る機械的強度が必要であり、又車輌走行中の振動
にも耐える強度を有していなければならない。そ
の上、本体タンク１内に絶縁油４を注入する場合
には本体タンク１内を真空状態とするので負圧が
加わる。従つて、本体タンク１はその外面に補強
１ａ，１ｂを設けて強度設計上±１Kg／cm²の内圧
に耐える設計としている。

これに対し、接続管９で本体タンク１と接続さ
れているコンサベータ５内に作用する圧力は、次
の３通りがある。

(1) 真空引き時の負圧 (2) 急激な正圧 (3) 緩まんな正圧 コンサベータ５は、これらの圧力に対して変圧
器本体と強度上協調できる構造としなければなら
ない。以下、これらの圧力作用時におけるコンサ
ベータ内の内圧作用について説明する。

(1) 真空引き時の場合 変圧器本体内を真空引きすると、コンサベー
タ５内も同時に負圧となる。この時、金属ベロ
ーズ６の天板７は第２図に示すように上昇し、
コンサベータ５の天井板１３と重なる。即ち、
第３図はコンサベータ５内負圧（Kg／cm²）とベ
ローズ天板７の変位量（mm）の関係を実測した
グラフを示しており、このグラフから明らかな
通り、コンサベータ５内に負圧が作用した瞬間
ベローズ天板７は変形を生ずるが、瞬時にコン
サベータ天井板１３と重なり両者の合成された
剛性の結果変形は進行せず、逆に若干減少す
る。これはベローズ天板７とコンサベータ天井
板１３が密接しあい、その隙間には内圧が作用
しないからである。一方、コンサベータ５の底
板８は、金属ベローズ６の外周とコンサベータ
側板１４とに挟まれた部分だけが内圧を受ける
ことになるが、この部分は面積も少なくコンサ
ベータ側板１４に近いため強度的に不安はな
い。

(2) 急激な圧力作用の場合 変圧器内部の電気的な短絡事故等により本体
タンク１内に急激に圧力上昇が生ずると、コン
サベータ５内圧力としては、この圧力値と圧力
上昇速度及び圧力伝幡通路抵抗により定まる内
圧が作用する。

車輌用変圧器の場合、短絡事故等によるアー
クエネルギの持続時間は継電器等の保護手段に
より極めて短時間（第４図グラフ中t1sec）に
おさえられる。また、第１図に示した如く、本
体タンク１とコンサベータ５とは比較的直径の
小さい接続管９により接続されているため、そ
の管路抵抗によりかなりの圧力損失が生じる。
第４図に本体タンク１内圧力の持続時間
（sec）とコンサベータ５内発生圧力（Kg／cm²）
との関係を実測した一例を示す。この図から明
らかな通り、本体タンク１内圧力が１Kg／cm²で
t1sec時間（アークエネルギの接続時間）作用
した時、コンサベータ５内圧力P1は、この例
の場合、P1≪１Kg／cm²の圧力上昇値となる。
仮にこの作用時間が長くなりt2sec＞t1secとな
ると、コンサベータ内圧力はP2となりt1sec時
の圧力P1よりも大きくなつてP2＞P1となるが
この状態でもP2は本体タンク１内圧力１Kg／
cm²よりはるかに小さな値にしか成り得ない。こ
の実測値からもわかるように、内部の電気的短
絡事故等により急激な圧力上昇が変圧器内部に
生じても、保護継電器類の動作と接続管９部で
の圧力損失により、コンサベータ５内圧力は本
体タンク１内圧力よりも低くなる。従つて、こ
の急激な圧力作用に対しては、コンサベータ５
並びに金属ベローズ６の剛性を本体タンク１よ
り低くしても問題ないものとすることができ
る。

(3) 緩まんな圧力上昇の場合 変圧器内部に例えばコロナ放電によつて絶縁
油４のガス分が生ずると、徐々に絶縁油の体積
膨張が生じコンサベータ５内に絶縁油４が流入
するので金属ベローズ６が応動する。そして、
第２図の如く、金属ベローズ６が収縮してその
天板７がコンサベータ底板８に完全に密着し許
容伸縮量を越えた絶縁油の流入があると、コン
サベータ５内圧力は徐々に上昇することにな
る。従つて、この例のようにコンサベータ５内
圧力が緩まんに上昇する場合には、コンサベー
タ５の構造は本体タンクと協調された剛性を有
していなければならない。

以上のように、コンサベータを設計するに当つ
て、強度的に本体タンクと協調させる必要のある
場合は変圧器内部に緩慢な圧力上昇が生じた場合
であり、他の二例については本体タンクより剛性
を低くすることができる。このため従来のコンサ
ベータは第２図に示す構造を採用しているのが通
例である。

すなわち、正圧１Kg／cm²に耐える事が要求され
る部品として、コンサベータの底板８、天井板１
３、側板１４、金属ベローズ６、及びベローズ天
板７がある。このうち、金属ベローズ６は、例え
ばステンレス等の薄板から成る溶接構成がとられ
十分に正圧に耐えるようになつている。コンサベ
ータ天井板１３は重量軽減のため薄板で構成し、
その外面には正圧に耐えるように補強材１３ａ，
１３ｂが十字状に取付けてある。一方、コンサベ
ータ底板８は、ベローズ天板７が下降した時底板
８に接してベローズ天板７の変形を抑制するよう
に、ベローズ天板７の大きさとベローズ６の密着
長さに対応させた絞り部８ａを設け、これより底
板８の補強をも兼ねた構成となつている。

しかしながら、以上に述べた従来型コンサベー
タの構成は、次に示す通り重量増加を招くという
欠点を有している。

車輌用変圧器は、従来に増して軽量化への追及
と同時に変圧器部品のメンテナンスフリー化が要
求されている。従つて、従前ならば２個のコンサ
ベータを使用する場合でも２個のコンサベータの
もつ構成の複雑化やメンテナンスの多様化を避け
て、近年では必要応動量を満足させるため従来の
金属ベローズ口径より大きな口径のベローズを使
用することにより、コンサベータを１個とする方
向にある。このように大口径の金属ベローズを使
用すると、それを収納するコンサベータも大きく
なる。それに伴つて、ベローズ天板及びコンサベ
ータ底板の受圧面積も増加するので、これらを内
圧に耐え得る構成とする必要がある。この場合、
第２図の従来型コンサベータにあつては、これら
の部品の板厚を１Kg／cm²の正圧に耐えるまで増加
させることになるが、これはコンサベータの重量
増加の要因となるものであつた。また、板厚を増
加させる代りにコンサベータ天井板１３に設けた
補強材１３ａ，１３ｂのように底板８の外面に別
途用意した補強材を設けることも考えられるが、
この手段も補強材の分だけの重量増加は避けられ
ず好ましい手段ではなかつた。

本発明は、上述の如き従来型コンサベータの欠
点を解消せんとして提案されたもので、板厚の増
加や専用の補強材を不要として軽量化を計つた車
輌用変圧器を提供することを目的とする。

本発明の車輌用変圧器の一実施例を第１図及び
第２図と同一部品に同符号を記した第５図を参照
して説明する。

図中１は変圧器の本体タンク、５はコンサベー
タである。この本体タンク１とコンサベータ５と
は従来型と同様に接続管によつて結ばれている。
また、コンサベータ５は側板１４、天井板１３、
その補強材１３ａ，１３ｂ及び底板８から成り、
その内部には上縁部に天板７を具えた金属ベロー
ズ６が設けられている。コンサベータ底板８には
金属ベローズ６の収縮時に天板７が密着する絞り
部８ａも設けられている。

一方、本体タンク１の上面には、本体タンク１
の補強材２０，２１，２２が設けられている。こ
の補強材２０，２１，２２は本体タンク１の剛性
を±１Kg／cm²の内圧に耐えるものとするため設け
られるが、本発明の実施例においては、この補強
材２０，２１，２２がコンサベータ底板８の外面
に近接した位置となるように配設される。例え
ば、中央の補強材２０はその上面がコンサベータ
底板８の絞り部８ａ部分に対応し、左右の補強材
２１，２２の上面がコンサベータ底板８における
絞り部８ａの外側の部分に対応するように設けら
れる。これら補強材２０，２１，２２とコンサベ
ータ底板８（絞り部８ａを含む）とは常時接触状
態となるように近接させても良いが、好ましくは
若干の隙間を保つようにする。この隙間の大きさ
は、通常の内圧が加わつた場合に生ずるコンサベ
ータ底板８の変形量（設定変形量）以下とする。

コンサベータ５内に作用する内圧には、前記し
たように３通りがある。このうち、コンサベータ
５が本体タンク１と協調して＋１Kg／cm²の内圧に
耐えるに必要な場合は、コンサベータ５内圧力が
徐々に増加する場合である。上記実施例におい
て、本体タンク１内の絶縁油が膨張し徐々にコン
サベータ５内に流入すると、ベローズ天板７は押
し下げられる。更に、膨張が続くと、金属ベロー
ズ６が完全に密着し、ベローズ天板７とコンサベ
ータ底板８の絞り部８ａが重なる。この絞り部８
ａは補強としてベローズ天板７を支承している
が、更に圧力上昇が続くとこれらの両者は下方に
変形を生じ、設定変形量に達すると本体タンク１
の補強材２０，２１，２２に当り、これら補強材
２０，２１，２２に助けられてそれ以降の変形が
生じなくなる。これら補強材２０，２１，２２は
±Kg／cm²の内圧に耐える本体タンク１に必要な剛
性を有しており、コンサベータ５内の圧力上昇に
対しても十分に耐えることが可能であるから、コ
ンサベータ底板８の設定量以上の変形は確実に阻
止される。

以上説明したように変圧器の本体タンクは内圧
及び車輌走行時に受ける振動の耐えるため、本体
タンクには補強材が多く設けられているが、本発
明においては、この補強材の一部をコンサベータ
底板、特に補強用の絞り部の位置に対応させるよ
うにしたので、本体タンクの補強がコンサベータ
底板の補強をも兼ねることになり、別途専用の補
強材を用意することなく、ベローズ天板とコンサ
ベータ底板の変形量を適切な範囲に抑制すること
ができる。

特に、本発明のような構成とすることにより、
ベローズ天板とコンサベータ底板は、コンサベー
タの大容量化に伴う受圧面積の増加にもかかわら
ず、変形量を適切に選択することにより板厚を増
加させる必要がない。従つて、コンサベータは必
要限度の薄い板厚にすることができ、ベローズ天
板とコンサベータ底板の重量軽減化が図れ、大容
量コンサベータの軽量化も達成できる。

なお、前記の説明はコンサベータ１個の場合に
ついて述べたが、コンサベータを２個使用する場
合でも、個々のコンサベータに対し同様に適用で
き、それぞれの軽量化に寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はコンサベータを設置した車輌用変圧器
の概略を示す縦面図、第２図は従来のコンサベー
タの構成を示す縦面図、第３図はコンサベータ内
圧力とコンサベータ天井板の変形量の関係を示す
図、第４図は急激な圧力上昇時における本体タン
ク内圧力の持続時間とコンサベータ内発生応力の
関係を示す図、第５図は本発明の車輌用変圧器の
一実施例を示す断面図である。 １…本体タンク、２…コイル、３…鉄心、４…
絶縁油、４ａ…コンサベータ内絶縁油、５…コン
サベータ、６…金属ベローズ、７…ベローズ天
板、８…コンサベータ底板、８ａ…コンサベータ
底板の補強用絞り部、９…接続管、１０…ベロー
ズ内側、１１…通気管、１２…油つぼ、１３…コ
ンサベータ天井板、１３ａ，１３ｂ…天井板の補
強材、１４…コンサベータ側板、２０，２１，２
２…本体タンクとコンサベータ底板の補強材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 鉄心、コイル及び絶縁油を収納した本体タン
   クの上部に、上縁部に天板を具えた金属ベローズ
   を内蔵し、天井板、側板及び底板から構成された
   コンサベータを設け、このコンサベータ内の前記
   金属ベローズ外側と前記本体タンク内とを連通し
   た車輌用変圧器において、前記コンサベータ底板
   には前記金属ベローズの収縮密着時に前記ベロー
   ズ天板と重なり合う補強用の絞り部を形成し、前
   記本体タンクの上面には前記コンサベータ底板の
   下面に近接して位置されるように前記本体タンク
   の補強材を配置したことを特徴とする車輌用変圧
   器。