JPS6218014A - 蒸発冷却誘導電器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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
閉絶縁容器によっ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
まシ、従来の油入電器に代って不燃性、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、ＳＦ、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
シ、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
冒ンコイル４およびセクション間ダクト７からなる円板
巻線６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１５ｔ−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１
０Ｂ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、巻線温度が冷却媒体の
沸点温度に大幅に左右されるという問題があシ、誘導電
器の電気的負荷の増大に伴なって絶縁槽５中に多量の気
泡が発生し、巻線６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２
２．２３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２５、熱交換器２６等の閉鎖循
環系統内に巻線６が浸漬されるよう包蔵された凝縮液１
０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１００顕熱
および潜熱の両方を利用して巻ｆ１１３を冷却するよう
構成されている。したがっ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
できるととＫよル、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っているので、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が沸」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シ、こ
れが原因で高電圧化が阻害されるという欠点がある。

４に 第７図は上述の性態を示す要部の側断面図であり、複ａ
のセクシ冒ンコイル４およびセクション間ダクト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５ｔ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
線に電圧を印加すると、セクシ雪ンコイル間の電位差や
＊ｐシ、ンコイルの対地電位により、セクションコイル
４０角部に局部的に電界が集中し、角部近傍の凝縮液１
００部分に高電界部が発生する。いま、巻線に流れる電
流によってセクシ冒ンコイルの温度が上昇し、凝縮液１
０の沸点温度を超えると、セクシ目ンコイル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
なってセクシ冒ンコイルの下面や側面を伝わって浮上す
るため軸方向ダクト８に気泡が集ｔ、ｂ、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
位置するセクションコイルの角部根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はかシか、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
となってセクショ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シ、この徨誘導電器の高電圧
化を阻害する重大な弱点になっている。

また第５図に示す散布形のように絶縁槽５中の凝縮液１
０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
それの二重の一程度に止まシ、蒸気気泡の影響を排除で
きないという問題があシ、よシ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
沸騰に伴なっ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、したがっ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ずるよう形成され
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ずるよう分布して形
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＠線近傍の凝縮液
が沸騰することによっ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、セクショ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
クションコイル近傍に気泡が集積するのを防止でき、し
たがっ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、ＳＦ、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６は、７０ロ
カーボン、フロン等の凝縮性の冷却媒体の凝縮液ｉｏ１
＆：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６５の内側に配され密閉絶縁容器
６５および巻線３との間にそれぞれ凝縮液１０の軸方向
通路３８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６６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３５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５２
Ａには流量調整弁３１Ａが設けられ、内側絶縁容器６６
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６９に連通ずるとともに、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４３が設けられ
ている。したがって凝縮液１０は密閉絶縁容器６６、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、巻線乙の電気的絶縁は巻
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
１０によって、また巻線６から離れた部分は絶縁ガス９
によって保持されている。

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シ低い状態
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３
６内の巻線に接した軸方向通路３８を通って循環し、巻
線を顕熱冷却することができるとと４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
よっ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５２Ａ側の流量
調整弁５１Ａ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６７を介して軸方向
通路３９０１１１に導く径方向の分力を与えることがで
きるので、巻線６の各セフシラ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
がって、内側絶縁容器３６の側板に蒸気気泡が通シ得る
大きさの流通孔！＋７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、セクシ璽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
明図であシ、セフシランコイル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に流入するので、これら多数の分流
によって生じた径方向の流れの分力により蒸気気泡１０
Ｄ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５９を通って熱
交換器に導かれる。軸方向通路３９は高電界部１ＱＣか
ら離れているために気散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ょシ、巻線の耐電圧性能を大幅に向
上するととができる。

また各セフシラ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
軸方向上位のセフシラ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３
９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、蒸気気泡をよシ効釆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、耐電圧性能をよル
一層高めることができる。また、流量調整弁３１Ａ、３
１Ｂ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５図は本発明の異なる実施例を示す要部の側断面図で
あシ、内側絶縁容器４６と巻線３との間の軸方向通路３
８を複数のセクシｌ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のセクシ曹ン間ダクト７内に凝縮液１０をジグ・ザ
グ状に流すとともに、セクタ１フ間ダクト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
と異なっている。

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、凝縮液なセクション間ダクト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６９側に排出することが
できるので、セクションコイル４の下面に付着した蒸気
気泡はもとよシ、高電界部１０Ｇ近傍の蒸気気泡も生長
したシ集合したシ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シ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ず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ずる流通
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ず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って巻線近傍の
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、巻線の各セクションコイル
表面で凝縮液が沸騰することによっ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、セフシランコイル角部
近傍の高電界部に蒸気気泡が多く存在することによって
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。

また流通孔によって互いに連通した巻線側１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っ
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、したがって軸方向の上位
に位置するセクションコイル近傍はど蒸気気泡がたまシ
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、巻線のセクション間
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シ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５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、６・・・巻線、４・・
・セクションコイル、５・・・絶縁容器、７・・・上２
２１２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、２
５．３５・・・密閉絶縁容器、２６・・・熱交換器、３
６．４６・・・内側絶縁容器、５７．４７・・・流通孔
、３８・・・軸方向通路（巻線側）、３９・・・軸方向
通路（反巻線側）、３１Ａ　、　５１　Ｂ−ｆｆｌｔ！
Ｊ４整弁、２２．２３．５２Ａ。 ３２Ｂ・・・循環通路、３５・・・連通管、４９・・・
液止４第２図 １３図 第４図 第５図 第６図 第７図

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ョンコイルとセクション間ダクト
   の層状組立体からなり、複数のセクションコイル毎にセ
   クションコイルの内径側外径側交互に液止めを備え、セ
   クション間ダクトをジグ・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。