JPS63160217A - 自冷式ガス絶縁変圧器 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は冷却効果の向上を図った自冷式ガス絶縁変圧器
に関する。

（従来の技術） 近年、ビルや地下変電所等に設置される変圧器に対して
は、防災面から難燃性の要求が高まっており、それに呼
応して、一般絶縁油に比し絶縁特性の優れたＳＦ、ガス
を絶縁及び冷却媒体とするガス絶縁変圧器が実用化され
ている。

然しながら、ＳＦ６ガスは絶縁油に比して冷却特性が劣
るものであり、従って大容量器では冷却効果を上げるた
め、送風機を用いたガス強制循環冷却方式を採用せざる
を得ない場合があり、この場合には作業者によるその送
風機の保守１点検の必要を生じる。これに対して一方、
変電所等では保守人員削減の観点から無保守、無点検の
要求が高まっており、上記人吉口器の完全自冷化が強く
望まれている。

第４図はこうした自冷式ガス絶縁変圧器の従来構造を示
したもので、変圧器タンク１の内部に、鉄心２及びこれ
に巻装した巻線３等から成る変圧器中身４が収納され、
同時に前述のＳＦ６ガスと１１った絶縁ガス５が所定の
圧力で封入されている。

又、変圧器タンクｌの外部には、冷却器６が、その下部
を接続管７により変圧器タンク１の下部に接続し、上部
を接続管８により変圧器タンク１の上部に接続して設け
られている。

斯様な構造にて、変圧器中身４の運転に伴い温められた
絶縁ガス５が自然対流により変圧器タンク１の上部から
接続管７を通じて冷却器６に至り、この冷却器６でその
表面から放熱し冷却されてから、接続管８を通じ下部か
ら受圧器タンク１に戻り、循環される。従って冷却器６
ではその上部でガス４玖が最大θＷａＸとなり、下部で
最低θ１ｎとなって、その間にはΔＴ　［”Ｃ］の温度
差が生じる。このとき、その温度差ΔＴ　［’Ｃ］と冷
却器６から放出される変圧器タンク１内発生損失Ｌ　［
ｋｖｌとの間には、下記の関係がある。

Ｌ−Ｋ　−Ｑ争ｃｐ−γやΔＴ　　・・・・・・（１）
Ｋ　：　定数［ｋｖ／ｋｃａｌ／ｈ］ Ｑ　：　冷却器を流れるガス流量 （１１３／＋１１ Ｃｐ：　ガスの比熱［ｋｃａｌ／ｋｇ／　・”Ｃ］γ　
：　ガスの比重［ｋｇ／ｍ３］ 又、絶縁ガス５を循環させる循環力Ｐ　［ｋｇ／ｍ’　
］と、変圧器中身５及び冷却器６の高さ方向中心位置間
・ｊ法である熱中心差Ｄ［ｉ］、絶縁ガス５の前記最高
１ｇ度θＷａＸと最低温度θ１ｎとの差ΔＴ［’Ｃ］と
の間には下記の関係があることが知られている。

Ｐ−γ・β・ΔＴ−Ｄ　　　　　　・・・・・・（２）
β　：　ガスの体積膨張串［１／”Ｃコγ　：　ガスの
比重［ｋｇ／ｓ３］ ここで、冷却媒体である絶縁ガス５の上下温度差ΔＴが
大きくなると、巻線３の最高温度も大きくなるので、変
圧器の寿命を決定すると考えられる巻線３の最高温度を
規定値以内に納めるためには、ΔＴを小さくすることが
肝要となる。而してΔＴを小さくするためには（１）式
から分かるようにガス循環量Ｑを増せば良く、ガス循環
ｍＱを増すためには（２）式から分かるように熱中心差
りを大きくすれば良くて、更にそのためには冷却器６の
取付位置を高くすれば良いと考えられる。

第５図はに記説明を実験的に検証するために、冷却器６
の取付位置を実線で示す低い位置Ａと破線で示す高い位
置Ｂとの２段階に変えて、熱中心差りをＤＡ及びＤＩ）
と変化させたときの構成を示している。尚、この第５図
中矢印は絶縁ガス５の流れを示している。この実験から
、冷却器６を高い位置Ｂに取付けた場合、絶縁ガス５の
上ド温度差ΔＴは、低い位置Ａに取付けた場合に比して
小さくなっていることが確認された。然しなから、巻線
３の平均温度及び最高点温度は、逆に高い位ＩＩ￥Ｂに
取付けた場合の方が高くなりでしまうことが分かった。

これにより、一般に熱中心差りを大きくした場合、絶縁
ガス５の循環ｍは確かに増加するものの、巻線３内の流
体に対する抵抗は巻線３外のそれに比して大きく、従っ
て増加した絶縁ガス５の大部分が巻線３内を通らず巻線
３外の変圧器タンク１内側面との間を通って循環し、こ
の結果、巻線３内を通る絶縁ガス５の量は増加せずして
、上述のように巻線３の平均温度及び最高温度が高くな
ってしまうのではないかとの推定ができる。

第６図はこの推定を説明すべく上述の実験で測定した巻
線３及び冷却′ｒｉ６内の温度の分布状態を示したもの
で、縦軸に高さ方向の各位置、横軸に各部の温度を示し
ている。又この場合、温度分布は説明をス昌にするため
に近似した直線で示しており、そして冷却器６を低い位
置Ａに取付けたときの温度分布を実線、高い位置Ｂに取
付けたときの温度分布を破線で示している。この第６図
で明らかなように、冷却器６内については、Ａ、Ｂ何れ
の取付位置に於いても冷却器６の表面積が同一であるた
め、冷却器の冷却能力にほとんど変化がなく、冷却器６
内の・［均ガス温度θＣＯは略不変である。然し、熱中
心差りを大きくした高い取付位置Ｂの力が前述のように
絶縁ガス５の循環はが多くなるから、冷却器６のにド温
度差は小さくなる。

従って第６図に示すように冷却器６下部のガス塩　　、
度θＩは高い取付位置Ｂのｈ゛が高くなっている（θｔ
ｎ＞θｌ＾）。

一方、巻１１３には冷却器６下部の温度θ１と等しい温
度の絶縁ガス５が下部から流れ込む。ここで、その流れ
込む絶縁ガス５の岳は、Ａ、Ｂ何れの取付位置に於いて
も略同−であるため、この絶縁ガス５の温度による巻線
３の温度上昇は略同−となり、結果的に第６図に示すと
おりＡ、Ｂ何れの取付位置にあっても温度分布の傾きは
略同−となる。但しこの場合、巻線３下部の温度θ３は
、先の冷却器６下部のガス温度θ１が０１８＞θＩ＾と
なっていて、それに伴い巻線３の下部でも０３［−０３
Ａとなることから、その差（θ３Ｂ−θ３＾陶θＩＢ〉
θＩＡ）があり、その分だけ温度分布の傾きは平行移動
したようになっている。従って、巻線３の平均温度θＶ
はθｙｎ＞θＶＡ、最高点温度θ４はθ４［３〉θ４Ａ
となり、何れも高い取付位置Ｂの方が高くなっていた。

（発明が解決しようとする問題点） 」二連のように、巻線の最高温度を下げるべく冷却器６
の取付位置を高め、熱中心差を拡大して絶縁ガス５の循
環量を増加させても、従来構造では、その絶縁ガス５の
大部分が巻線３内でなく巻線３外の変圧器タンク１内側
面との間を通って循環してしまい、しかも絶縁ガス５の
上下温度差が減少した分だけ巻線３への流入ガス温度が
高くなるため、結果として逆に巻線３の平均温度、最高
点温度ともに高くなってしまうという問題点を呈してい
た。

本発明はに述の問題点を解決すべくなされたものであり
、従ってその目的は、冷却特性を向上させて巻線の・］
４均温度、最高点温度をともに低減させ得、しかも、そ
れを変圧器中身の外側面部分の局部過熱や対地絶縁強度
の低下といった問題を惹起することなく実現できる優れ
た自冷式ガス絶縁変圧器を提供するにある。

［発明の構成〕 （問題点を解決するための手段） 本発明の自冷式ガス絶縁変圧器は、変圧器タンクの内部
に鉄心９巻線等から成る変圧器中身を収′納すると共に
絶縁ガスを封入し、外部に前記絶縁ガスを循環させる冷
却器を設けたものにあって、前記変圧器中身の外側面と
変圧器タンクの内側面との間を、変圧器中身の外側面上
部から変圧器タンクの内側面上部にかけて傾斜状を成す
ように取付けた絶縁物から成る仕切仮により閉塞したと
ころに特徴を有する。

（作用） 上記手段によれば、変圧器中身の外側面と変圧器タンク
の内側面との間が仕切板により閉塞されることによって
、そこを絶縁ガスが通り抜けることがなくなり、その分
、変圧器中身の巻線内を通る絶縁ガスの量が増す。又こ
の場合、巻線の熱を奪って温まった絶縁ガスは、はとん
ど変圧器タンク壁により冷却されることなく冷却器へ導
かれる。そして、変圧器中身の外側面には上述の温まっ
た絶縁ガスが触れず、冷却器で冷却された絶縁ガスが触
れる。更に、変圧器中身の外側面から変圧器タンクの内
側面までの仕切板に沿った沿面距離も、この仕切板の傾
斜により大きくすることが確保できる。

（実施例） 以下本発明の一実施例につき第１図及び第２図を参照し
て説明する。

先ず第１図に於いては先の第４図と同一の部分に同一の
７１号を付して示しており、従って同図中、１は変圧器
タンク、２は巻線３と共に変圧器中身４を構成し変圧器
タンクｌの内部に収納された鉄心、５は変圧器タンク１
の内部に所定の圧力で１・１人されたＳＦ、ガス等の絶
縁ガス、６は変圧器タンク１の外部にあって下部を接続
管７により変圧器タンク１の下部に接続し−に部を接続
管８により変圧器タンク１の上部に接続して設けられた
冷却器である。

而して９は変圧器中身４の外側面と変圧器タンク１の内
側面との間に設けた仕切板で、詳細には変圧器中身４特
にこの場合巻線３の外側面上部から変圧器タンク１の内
側面上部にかけて傾斜状を成すように取付けられ、それ
によって同時に変圧器中身４の外側面と変圧器タンク１
の内側面との間を閉塞している。この場合、変圧器中身
４の外側面としては、すべての界線３（ＩＩＪ変圧器の
ときには３脚とも）の外側面がそれであり、又、巻線３
がき装されていない側脚等の鉄心脚が存する場合にはこ
の鉄心脚の外側面がそれであるが、上記仕切板９はそれ
らすべての外側面の上部に対して設けられている。そし
て更に仕切板９の材質は絶縁物である。

さて、上述の如く構成したものの場合、変圧器中身４の
外側面と変圧器タンク１の内側面との間が仕切板９によ
り閉塞されたため、そこを絶縁ガス５が通り抜けること
がなくなり、その分、変圧器中身４の在線３内を通る絶
縁ガス５の＝が増す。

これによって、冷却器６の取付位置を高め熱中心差を拡
大して絶縁ガス５の循環量を増加させた場合の巻線３内
を通る絶縁ガス５の瓜も確実に増加させ得、その冷却特
性を向、にさせることができる。

第２図は、に述の効果を説明すべく実験して測定した巻
線３及び冷却器６内の温度の分布状態を先の第６図と同
様に示したものである。この第２図で明らかなように、
冷却器６の上下温度差は若干小さくなり、巻線３にその
下部から流れ込む絶縁ガス５の温度θ１１３−も若干と
はいえどθＩＡより１５いままである。然し、前述のよ
うに巻線３に流入する絶縁ガス５の量が大幅に増加する
ために、巻線３の温度上昇は従来よりも抑制され、しか
も巻線３内に於ける絶縁ガス５の」−下温度差が小さく
なるため、巻線３内の温度分布に於いてもその上下温度
差は減少する。この結果、巻線３の平均温度θＶはθｖ
Ｂ″くθＶ＾、巻線最高点温度θ４はθ４Ｂ′＜０４人
となり、何れも従来とは逆になってその温度を低減させ
ることができる。

ここで、第３図は本発明とは異なる形態の自冷式ガス絶
縁受圧器の構成を示したもので、先の第４図及び第１図
と同一の部分には同一の符号を付しており、従って異な
る部分についてのみ述べれば、それは仕切板１０を変圧
器中身４の外側面下部と変圧器タンク１の内側面下部と
の間に水ｉβ状（と設けて、それら変圧器中身゛４の外
側面下部と変圧器タンク１の内側面下部との間を閉塞し
たところにある。このようにしたものの場合、巻線３の
熱を奪って温まった結社ガス５は冷却器６に導かれる前
の段階で変圧器タンク１内を図中矢印Ｘの如く広く流動
し、それにより変圧器タンク１壁と多く接触して冷える
から、その上下温度差ΔＴが小さくなり、従って前述の
（２）式により絶縁ガス５の循環力Ｐが小さくなる。こ
れに対して本発明のものに於いては、巻線３の熱を奪っ
て温まった絶縁ガス５は、第１図中矢印２で示すように
仕切板９により変圧器タンク１内での流動が最小限に抑
えられて直ちに冷却器６へと導かれるから、変圧器タン
ク１壁との接触が極めて少なくて温度の降下も少なく、
よってその上下温度差ΔＴも大きいままで、循環力Ｐを
大きく確保し得、前記巻線３の平均温度及び最高点温度
の低減を確実に果たすことができる。

又、第３図に示した構成のものに於いては、変圧器中身
４の外側面部分は変圧器タンクｌ内の仕切［９上方の部
分を前述（矢印Ｘ）のように流動する比較的高温の絶縁
ガス５が触れることによって充分な冷却がなされず、よ
って局部的な温度上昇を生じる虞れがある。これに対し
て本発明のものに於いては、変圧器中身４の外側面部分
は変圧器タンク１内の仕切板９下方の部分を第１図中矢
印２で示すようにのように流動する冷却器６下部からの
低温の絶縁ガス５が触れることによって充分に冷却され
、よって局部的な温ｔＸ上昇の問題を惹起することもな
い。

史に、仕切板９自体が絶縁物から成っていることに加え
て、この仕切板９が傾斜状に設けられていることにより
、変圧器中身４の外側面から変圧器タンク１の内側面ま
での仕切板９に沿った沿面距離も大きく確保でき、よっ
てその変圧器中身４の対地（対変圧器タンク１）絶縁強
度もより太きく確保することができる。

［発明の効果］ 以１−の記述にて明らかなように本発明は、変圧器タン
クの内部に鉄心９巻線等から成る変圧器中身を収納する
と共に絶縁ガスを封入し、外部に前記絶縁ガスを循環さ
せる冷却器を設けた自冷式ガス絶縁受圧器にあって、前
記変圧器中身の外側面と変圧器タンクの内側面との間を
、変圧器中身の外側面上部から変圧器タンクの内側面上
部にかけて傾斜状を成すように取付けた絶縁物から成る
仕切板により閉塞したところに特徴を有するもので、そ
れにより冷却器の取付位置を高くしたときの冷却特性を
確実に向上させ得て、巻線の平均温度、最高点温度をと
もに確実に低減させ得、しかも、それを変圧器中身の外
側面部分の局部過熱や対地絶縁強度の低下といった問題
を惹起することなく実現できるという優れた効果を奏す
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成を示した概略縦断面図
、第２図は同実施例の温度分布を示した特性図、第３図
は本発明とは異なる自冷式ガス絶縁変圧器の構成を示し
た第１図相当図、第４図は従来のものの構成を示した第
１図相当図、第５図は従来のものにあって冷却器の取付
位置を変化させるときの第１図＋ｎ当図、第６図は従来
のものの温度分布を示した第２図相当図である。 図面中、１は変圧器タンク、２は鉄心、３は巻線、４は
変圧器中身、５は絶縁ガス、６は冷却器、９は仕切板を
示す。 男３図 第４　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、変圧器タンクの内部に鉄心、巻線等から成る変圧器
   中身を収納すると共に絶縁ガスを封入し、外部に前記絶
   縁ガスを循環させる冷却器を設けたものに於いて、前記
   変圧器中身の外側面と変圧器タンクの内側面との間を、
   変圧器中身の外側面上部から変圧器タンクの内側面上部
   にかけて傾斜状を成すように取付けた絶縁物から成る仕
   切板により閉塞して成ることを特徴とする自冷式ガス絶
   縁変圧器。