JPS6320368B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は自冷式静止誘導電器巻線に係り、特に
自冷式の変圧器やリアクトルにおける円板巻線ま
たはヘリカル巻線の冷却油道の構成に関する。

従来の自冷式変圧器において電圧が高い場合
は、第１図に示すように、円板巻線１の外側に外
側絶縁筒１１を設けた構造（外筒あり円板巻線構
造と略称する）が用いられ、電圧が低い場合は、
第３図に示すように、円板巻線１と油自由空間１
３が直接接触する構造（外筒なし円板巻線構造と
略称する）が用いられていた。以下、この２種類
の巻線構造について第１図〜第４図を用いて説明
する。

第１図に示す外筒あり円板巻線構造は、鉄心の
外周に板状に巻回されたコイル２を、それぞれ所
定の高さの水平スペーサを介して水平油道３を形
成するように、高さ方向に積重ねて構成すると共
に、これを内側絶縁筒４の外側に内側垂直スペー
サを介して内側垂直油道５を形成するように配置
し、更に巻線１の外側にも外側垂直スペーサを介
して外側絶縁筒１１を配置して外側垂直油道６を
形成すると共に、内側垂直油道５を閉塞する内側
油流案内板７と外側垂直油道１１を閉塞する外側
油流案内板１２を配置していた。（以下、垂直油
道を閉塞する部材によつて区分される巻線１の高
さ方向の区間を折流区と称する。）又、巻線１の
円周方向においてはほぼ同一の構造となつてい
た。

このような巻線構造では、第１図の矢印の如く
油を流動させてコイル２を冷却しているが、折流
区内の油流量分布は、第２図に曲線Q₀で示すよ
うに、折流区の下部（例えばａ、ｂ）で多く、上
部に行くにつれ少なくなる分布となり、その結
果、コイル２の温度上昇は、曲線T₀で示すよう
に、不均一となり、特に水平油道３の油流量の少
ない折流区上部（例えば、ｙ、ｚ）では局部的に
高温となる傾向があつた。

又、第３図に示す外筒なし円板巻線構造は、巻
線１の外側には外側垂直スペーサや外側絶縁筒１
１を設けず、コイル２の外周端が直接油自由空間
１３と接触するようにし、所定のコイル数毎に内
側垂直油道５を閉塞する内側油流案内板７を配置
したものである。

このような巻線構造では、第３図の矢印の如く
油を流動させてコイル２を冷却しているが、折流
区内の油流分布は、第４図の曲線Q′₀に示すよう
に、折流区の下部（例えばａ、ｂ）及び上部（例
えばｙ、ｚ）で多く、折流区の中央部で少ない分
布となり、その結果、コイル２の温度上昇は曲線
T′₀で示すようになり、水平油道３の油流量の少
ない折流区の中央部では局部的に高温となる傾向
があつた。

このような巻線の温度上昇の不均一を是正する
１つの方法として、特開昭51−73216号に記載さ
れているように、高さ方向の折流区を所定の円周
方向のブロツク毎にずらし、巻線を円周方向に展
開した場合千鳥状となる様に折流区を配置する方
法が考えられている。我々の変圧器巻線を用いた
実験によると、自冷式変圧器においては、折流区
の油流速は油流量に比例し、最大でも数cm／sec
程度であり、自冷領域ではコイルの熱放散係数は
油流速に対し約0.3乗で比例することがわかつた。
このため、上述の方法を用いて局部的に高温とな
るコイルを円周方向の熱伝導を利用して巻線各部
が均等になる様に冷却するには、油流速値が小さ
く充分な効果を得にくいという欠点があることが
明らかになつてきた。又、これを避けるには折流
区内のコイル数を減少させて上記の千鳥状の配置
を構成し折流区の油流速を高める方法が考えられ
るが、例えば油流速を約２倍に増加させるには巻
線の全折流区数を約２倍にしなければならず、そ
の結果、巻線部の圧力損失が増加し油流量が減少
するので、変圧器の最高油温が高くなるという欠
点が付随することも分つてきた。

本発明の目的は、巻線部での圧力損失をそれ程
増大させることなく温度上昇の不均一を矯正し、
温度上昇のほぼ均等な自冷式静止誘導電器巻線を
提供するにある。

この目的を達成するため、本発明は、円周方向
および高さ方向において所定のコイル数の第１の
折流区と、この第１の折流区を分割して形成され
る第２の折流区とを交互に配置し、第１の折流区
で局部的に高温となるコイルを、これに隣接する
第２の折流区を流れる油流速の速い油流による熱
伝導を利用して効果的に冷却すると共に、コイル
数が多い第１の折流区とコイル数の少ない折流区
を高さ方向に交互に配置することによつて、巻線
部での圧力損失を円周方向で均等にし、かつ著し
く増大しないようにしたことを特徴とする。

以下、本発明を図示の実施例に基づいて詳細に
説明する。

第５図〜第９図は本発明を外側絶縁筒１１を設
けた構造（外筒あり円板巻線）に適用した実施例
である。この実施例では第６図に斜視図を示すよ
うに、巻線１の外側に外側垂直スペーサ１０を介
して外側絶縁筒１１を配置すると共に、従来の内
側及び外側油流案内板７，１２（内側及び外側油
流案内板を以下、第１の油流案内部材と呼ぶ）の
他に、第７図ａ〜ｆに示すような、円周方向に所
定のブロツク毎に内周部又は外周部或は内外周部
に切り欠きを設けたリング状絶縁板からなる第２
の油流案内部材１４ａ〜１４ｃを巻線１の水平ス
ペーサ８間に配置したものである。

第８図ａは第５図の−′断面を示したもの
であるが、内側、外側油流案内板７，１２間に内
側油流案内板７から遠ざかる方向に第７図ａ〜ｃ
に示す形状を持つ第２の油流案内部材を１４ａ，
１４ｂ，１４ｃの順に、次の外側、外側油流案内
板１２，７間では外側油流案内板１２から遠ざか
る方向に第７図ｄ〜ｆに示す形状を持つ第２の油
流案内部材を１４c′，１４b′，１４a′の順に配置
する。ここで第２の油流案内部材１４a′〜１４
c′は１４ａ〜１４ｃを円周方向に所定のブロツク
だけずらしたものである。そして第１の油流案内
部材（内側油流案内板）７と第２の油流案内部材
１４ｂで構成される折流区および第１の油流案内
部材（外側油流案内板）１２と第２の油流案内部
材１４ｂで構成される折流区を第１の折流区Ａ、
第２の油流案内部材１４ｂと１４ｃ、および１４
ｃと１２、および１４b′と１４a′、および１４
a′と７とで構成される折流区を第２の折流区Ｂと
呼ぶことにする。すなわち、第８図ａでは高さ方
向に第１の折流区Ａと、折流区内のコイル数が第
１の折流区Ａの約半分の折流区Ｂとが下方から
Ａ，Ｂ，Ｂ，Ａ…の順に構成される。

第５図の−′線で示す円周方向のブロツク
Ｘと隣接するブロツクＹ（Ｙ−Y′線で示す）で
は、第８図ｂに示すように第１および第２の折流
区Ａ，Ｂの配置が下方からＢ，Ｂ，Ａ，Ｂ，Ｂ…
の順に構成されるようにする。その結果、巻線の
高さ方向では第１の折流区Ａと第２の折流区Ｂが
所定の長さ毎に交互に配置され、円周方向でも第
１の折流区Ａと第２の折流区Ｂとが隣接するよう
に配置される。

次に、コイルの温度上昇特性について説明す
る。第９図のQ_a及びQ_bはそれぞれ第１の折流区
Ａ、第２の折流区Ｂにおける油流量分布曲線、
T_a、T_bはそれぞれ巻線の全周が第１の折流区Ａ、
第２の折流区Ｂで構成される場合の温度上昇分布
曲線、Ｔは本実施例の変圧器巻線の温度上昇分布
曲線である。

いま、第５図に示すように、円周方向に隣接し
た２つの巻線ブロツクを考え、ある高さ方向の巻
線区間において第１の折流区Ａ、第２の折流区Ｂ
がそれぞれブロツクＸ、ブロツクＹに属している
ものとすると、ブロツクＸ、ブロツクＹでは、第
９図に示すように、それぞれ油流量分布曲線Q_a、
Q_bに対応した油流によつて冷却されることにな
る。従つて、ブロツクＸとブロツクＹとの間で熱
の移動がないとするならば、それぞれの油流に対
応したコイルの温度上昇分布はT_a、T_bとなるが、
本実施例では２つのブロツク、すなわち、局部高
温部の生じる傾向のある第１の折流区Ａと折流区
の平均油流速が第１の折流区Ａの約２倍の第２の
折流区Ｂとが円周方向に隣接しているので、コイ
ル２の円周方向に温度勾配が生じた場合は、コイ
ル導体の熱伝導により円周方向に熱が移動して各
部の温度は平均化され、温度上昇曲線Ｔで示すよ
うに、T_a、T_bの中間の温度となる。その結果、
変圧器巻線のコイル２の温度上昇の最高と最低と
の温度差ΔTは従来構造の場合と比べて大幅に小
さくなり、巻線全体をほぼ均一に冷却することが
できる。

第１０図、第１１図は本発明を円板巻線１と油
自由空間１３が直接接触する構造（外筒なし円板
巻線）に適用した他の実施例である。この実施例
では、従来構造において用いられる外側油流案内
板７の他に、第７図ｃ，ｄに示すような、第２の
油流案内部材１４ｃ、及びそれを円周方向に所定
のブロツクだけずらした１４c′を巻線１の水平ス
ペーサ８間に配置したものである。すなわち、第
１０図ａ，ｂに示すように、巻線１の高さ方向で
第１の油流案内板７をはさんで第２の油流案内部
材１４ｃと１４c′とが交互になるように配置す
る。例えば、ある円周方向のブロツク（ブロツク
Ｘ）では第１０図ａに示すように、折流区の構成
を下方からＢ，Ｂ，Ａ，Ｂ…となるようにし、ブ
ロツクＸと隣接する円周方向のブロツクＹでは第
１０図ｂに示すように、折流区の構成を下方から
Ａ，Ｂ，Ｂ，Ａ…となるようにしたものである。
その結果、巻線の高さ方向では第１の折流区Ａと
第２の折流区Ｂが所定の長さ毎に配置され、円周
方向でも第１の折流区Ａと第２の折流区Ｂとが隣
接するように配置される。従つて、本実施例にお
いても、第８図ａ，ｂに示した実施例の場合と同
様な効果を得ることができる。

第１１図は本実施例の水平油道の油流量分布及
びコイルの温度上昇分布図である。ブロツクＸと
ブロツクＹとの間で熱の移動がない場合は、それ
ぞれの油流Q′_a、Q′_bに対応したコイルの温度上昇
分布T′_a、T′_bとなるが、上述したようにブロツク
ＸとブロツクＹとは円周方向で隣接しているの
で、温度勾配が生じた場合はコイル導体の熱伝導
により円周方向に熱が移動し、その結果、各部の
温度を温度上昇分布曲線T′で示すように平均化
することができる。又、コイル２の温度上昇の最
高と最低との温度差ΔT′を従来構造の場合と比べ
て大幅に小さくすることができる。

第１２図は、外筒あり巻線を対象に、本発明の
構造（曲線T₁）と他の従来構造である折流区を
千鳥状に配置する特開昭51−73216号による構造
（曲線T₂）の効果を比較したものである。前述し
たように、本発明によれば、第１の折流区Ａにお
いて局部的に高温となるコイルと円周方向に隣接
する第２の折流区Ｂの油流速を従来構造に比べて
約２倍以上にすることができるので、第１２図に
示すように巻線全体にわたつてコイルの温度を低
下させることができる。図中、T₃は油温を示す。

尚、第８図及び第１０図の実施例では第１の折
流区Ａと円周方向に隣接する第２の折流区Ｂは第
１の折流区Ａを高さ方向に２分割して構成した
が、本発明は２分割と限定されず、所望数に分割
し第２の折流区Ｂの平均油流速をさらに高めても
良い。しかし、分割数を多くするにつれて巻線部
の圧力損失が増加するという欠点が付随する。
又、第８図及び第１０図では、第２の折流区Ｂを
均等な長さの区間となる様に構成したが、本発明
は均等な場合に限定されず、第１の折流区Ａの温
度及び油流量分布特性に応じて冷却効果が最良と
なるように、不均等に分割する場合も含まれるこ
とはもちろんである。

更に本発明の他の各実施例を第１３図及び第１
４図を用いて説明する。第１３図は第１の折流区
Ａと第２の折流区Ｂを複数の円周方向のブロツク
を含む所定の区間Z₁、Z₂毎に隣接させたものであ
る。本実施例は巻線１の円周方向のブロツク数が
多くなる場合に、前記した第６図で示す実施例の
ように、円周方向の１ブロツク毎に第１の折流区
Ａと第２の折流区Ｂとを隣接させる場合に比べ
て、第２の油流案内部材１４の製作において切り
欠き部の数が減少するので、その分だけ製作が容
易となる利点がある。

第１４図は本発明を巻線１のH₁で示す上部の
区間に適用した例である。本実施例では油温の上
昇により巻線上部の区間において巻線の温度上昇
が所定の限界値を越えると予想される場合に、そ
の部分を比較的容易に限界値内に下げることがで
きるという利点がある。又、本実施例では、高低
圧巻線間のアンペアターンの調整等により巻線の
一部が高温になることが予想される場合、その部
分に限つて適用すれば同様な効果を得ることがで
きる。

上記したように、本発明によれば、巻線全体に
わたつてコイルの温度をほぼ均等にし、局部的な
高温部を除去することができるので、絶縁物の劣
化を防ぎ、静止誘導電器の絶縁耐力を向上させる
ことができる。又、巻線の最高温度上昇が低下す
るため、同一仕様の自冷式静止誘導電器巻線の使
用温度を上げることが可能となり、その分だけ電
流密度を増し静止誘導電器の容量を増大させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第３図は従来の自冷式変圧器巻線の縦
断面図、第２図、第４図はそれぞれ第１図、第３
図の巻線構造の水平油道の油流量分布及びコイル
の温度上昇分布図、第５図は本発明の一実施例に
係る自冷式変圧器巻線の円周方向の構成を説明す
るための横断面図、第６図は同自冷式変圧器巻線
の斜視図、第７図ａ〜ｆは同自冷式変圧器巻線に
使用される第２の油流案内部材の平面図、第８図
ａ，ｂはそれぞれ第５図のＸ−X′線、Ｙ−Y′線
断面図、第９図は同自冷式変圧器巻線の水平油道
の油流量分布及びコイルの温度上昇分布図、第１
０図ａ，ｂは本発明の他の実施例に係る自冷式変
圧器巻線各部の縦断面図、第１１図は同自冷式変
圧器巻線の水平油道の油流量分布及びコイルの温
度上昇分布図、第１２図は本発明の構造及び他の
従来構造のコイルの温度上昇分布図、第１３図及
び第１４図は本発明の更に他の各実施例に係る自
冷式変圧器巻線の折流区の配置を説明するための
円周方向の展開図である。 １……円板巻線、２……コイル、３……水平油
道、４……内側絶縁筒、５……内側垂直油道、６
……外側垂直油道、７……内側油流案内板（第１
の油流案内部材）、８……水平スペーサ、９……
内側垂直スペーサ、１０……外側垂直スペーサ、
１１……外側絶縁筒、１２……外側油流案内板
（第１の油流案内部材）、１３……油自由空間、１
４ａ〜１４ｃ，１４a′〜１４c′……リング状絶縁
板（第２の油流案内部材）、Ａ……第１の折流区、
Ｂ……第２の折流区。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数のコイルをそれぞれの間に水平油道を形
   成するように水平スペーサを介して高さ方向に積
   み重ねて円板状巻線を形成し、この円板状巻線を
   内側絶縁筒の外側に内側垂直油道を形成するよう
   に内側垂直スペーサを介して配置し、前記水平ス
   ペーサおよび内側垂直スペーサにより前記円板状
   巻線を円周方向に区分して円周方向の複数の巻線
   ブロツクを形成すると共に、少なくとも前記内側
   垂直油道を全周で閉塞する複数の第１の油流案内
   部材を高さ方向に間隔をあけて配置して高さ方向
   に折流区を形成した自冷式静止誘導電器巻線にお
   いて、前記第１の油流案内部材間に、円周方向の
   複数の巻線ブロツクの垂直油道を交互に閉塞する
   第２の油流案内部材を高さ方向の折流区間内で円
   周方向の巻線ブロツクの垂直油道を閉塞する位置
   をずらして配置し、円周方向および高さ方向にお
   いて所定のコイル数の第１の折流区とこの第１の
   折流区を分割して形成される第２の折流区とが交
   互に配置されるように構成したことを特徴とする
   自冷式静止誘導電器巻線。 ２ 特許請求の範囲第１項において、円板状巻線
   の外側に外側垂直油道を形成するように外側垂直
   スペーサを介して外側絶縁筒を配置すると共に、
   前記第２の油流案内部材は、内周部に円周方向の
   所定巻線ブロツク単位で切り欠きが設けられかつ
   内側垂直油道を交互に閉塞するリング状絶縁板
   と、外周部に円周方向の所定巻線ブロツク単位で
   切り欠きが設けられかつ外側垂直油道を交互に閉
   塞するリング状絶縁板と、内周部および外周部に
   円周方向の所定巻線ブロツク単位で切り欠きが設
   けられかつ内側および外側垂直油道を交互に閉塞
   するリング状絶縁板とを用いて構成したことを特
   徴とする自冷式静止誘導電器巻線。 ３ 特許請求の範囲第１項において、前記円板状
   巻線の外側には外側絶縁筒を配置せずに油自由空
   間とし、前記第２の油流案内部材は、内周部に円
   周方向の所定巻線ブロツク単位で切り欠きが設け
   られかつ内側垂直油道を交互に閉塞するリング状
   絶縁板を用いて構成したことを特徴とする自冷式
   静止誘導電器巻線。