(57)【要約】【課題】巻線又はこれに取り付けられた絶縁物の劣化を抑制することができる静止誘導機器を提供する。【解決手段】静止誘導機器１０は、導体が一平面内で渦巻状に巻かれた平板状巻線４２，４４が隙間４６を空けて積み重ねられて構成された積層巻線４０と、積層巻線４０を覆うタンク２０と、タンク２０の一方側から進入し他方側に排出される冷却媒体７０と、隙間４６に位置し、一方側から他方側へ向かう流動方向と直行する直行方向に間隔を空けて配置された複数のスペーサ６０とを備えている。直行方向においてスペーサ６０によって挟まれた空間６２のうち最も他方側に位置する空間６２は、流動方向から見ると、直行方向においてスペーサ６０によって挟まれた空間６２のうち最も一方側に位置する空間に対して小さい。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体が一平面上で渦巻状に巻かれた平板状巻線が、隙間を空けて積み重ねられて構成された積層巻線と、
前記積層巻線を覆うタンクと、
前記タンクの一方側から進入し他方側に排出される冷却媒体と、
前記隙間に位置し、前記一方側から他方側へ向かう流動方向と直行する直行方向に間隔を空けて配置された複数のスペーサと、
を備え、
前記直行方向において前記スペーサによって挟まれた空間のうち最も前記他方側に位置する空間は、前記流動方向から見ると、前記直行方向において前記スペーサによって挟まれた空間のうち最も前記一方側に位置する空間に対して小さいこと、
を特徴とする静止誘導機器。
【請求項２】
前記一方側は、鉛直方向下側であり、
前記他方側は、鉛直方向上側であること、
を特徴とする請求項１に記載の静止誘導機器。
【請求項３】
前記直行方向において前記スペーサによって挟まれた空間は、前記一方側から前記他方側に向かうにしたがって小さくなること、
を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の静止誘導機器。
【請求項４】
前記隙間に位置する２枚の平板を備え、
前記２枚の平板は、前記直行方向から見たときに、前記他方側を開口部とするＶ字を成していること、
を特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の静止誘導機器。
【請求項５】
前記直行方向において前記スペーサによって挟まれた空間には、前記スペーサによって挟まれた空間の一部を埋める堰を備え、
最も他方側に位置するする前記堰は、最も一方側に位置する前記堰よりも大きいこと、
を特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の静止誘導機器。
【請求項６】
前記隙間に位置する平板を備え、
前記堰は、前記平板に取り付けられていること、
を特徴とする請求項５に記載の静止誘導機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静止誘導機器、特に、冷却媒体を有する静止誘導機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
変電所等に設置される変圧器などの静止誘導機器は、導体が一平面内で渦巻状に巻かれた平板状巻線が積み重ねられて構成された積層巻線とこれを覆うタンクを有している。また、この種の静止誘導機器では、特許文献１に記載の静止誘導機器のように、各平板状巻線の間にスペーサを配置することで、各平板状巻線の間に隙間を形成して、この隙間に冷却油が流れる流路を形成している。そして、タンクの外部に設けられたポンプ等で、冷却油を循環させて、タンク内に収められた巻線を冷却している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−４７６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
静止誘導機器に用いられる冷却油は、冷却対象である巻線に取り付けられた絶縁物と接触することで、その温度が上昇する。従って、冷却油がタンクの下部から流入し上部から排出される場合には、上部の冷却油の温度は、下部の冷却油の温度よりも高くなる。このとき、タンクの上部に位置する巻線の温度を十分に下げることが困難となり、上部の巻線又はこれに取り付けられた絶縁物の急速な劣化を招く。その結果、静止誘導機器の寿命が短くなるという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一形態に係る静止誘導機器は、
導体が一平面上で渦巻状に巻かれた平板状巻線が、隙間を空けて積み重ねられて構成された積層巻線と、
前記積層巻線を覆うタンクと、
前記タンクの一方側から進入し他方側に排出される冷却媒体と、
前記隙間に位置し、前記一方側から他方側へ向かう流動方向と直行する直行方向に間隔を空けて配置された複数のスペーサと、
を備え、
前記直行方向において前記スペーサによって挟まれた空間のうち最も他方側に位置する空間は、前記流動方向から見ると、前記直行方向において前記スペーサによって挟まれた空間のうち最も一方側に位置する空間に対して小さいこと、
を特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
上記のように構成された静止誘導機器では、巻線又はこれに取り付けられた絶縁物の劣化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】静止誘導機器の内部を概略的に表す斜視図である。
【図２】静止誘導機器内部の冷却油の流れを表す断面図である。
【図３】静止誘導機器に含まれる積層巻線の一部を表す斜視図である。
【図４】実施の形態１である静止誘導機器に含まれるスペーサ等を、巻線が巻き回されている平面と平行な方向から見た断面図である。
【図５】実施の形態１である静止誘導機器に含まれるスペーサ等を、巻線が巻き回されている平面と直行する方向から見た図である。
【図６】実施の形態１である静止誘導機器に含まれる積層巻線等の、図３に示される断面Ａにおける断面図である。
【図７】実施の形態１である静止誘導機器に含まれる積層巻線等の、図３に示される断面Ｂにおける断面図である。
【図８】実施の形態２である静止誘導機器に含まれる平板上に設けられたスペーサ及び堰を表した斜視図である。
【図９】実施の形態２である静止誘導機器に含まれる積層巻線等の、図３に示される断面Ａにおける断面図である。
【図１０】実施の形態２である静止誘導機器に含まれる積層巻線等の、図３に示される断面Ｂにおける断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下で、一実施形態である静止誘導機器について、添付した図面を参照しながら説明する。各図において、水平方向をｘ軸で、鉛直方向をｙ軸で、奥行き方向をｚ軸で表す。また、ｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向はそれぞれ直行している。なお、各実施の形態において同一の構成については、同一の符号を付す。
【０００９】
実施の形態１．
静止誘導機器１０は、いわゆる外鉄形変圧器であり、タンク２０と、鉄心３０，３２、積層巻線４０、平板５０，５２と、スペーサ６０と、積層巻線４０を冷却するための冷却油７０とを備えている。
【００１０】
タンク２０内は、冷却油７０で満たされ、図１に示すように、鉄心３０，３２及び積層巻線４０がそれぞれ３つ納められている。また、図２に示すように、タンク２０の鉛直方向下側（ｙ軸方向の負方向側）には、冷却媒体であるシリコーン油や鉱油などの冷却油７０をタンク２０内に導くための油入口２２が設けられ、タンクの鉛直方向上側（ｙ軸方向の正方向側）には、冷却油７０をタンク２０から排出する油出口２４が設けられている。従って、鉛直方向の下側から上側に向かう方向が、静止誘導機器１０における冷却油７０の流動方向である。なお、図１では、静止誘導機器１０の内部構造を見やすくするために、静止誘導機器１０が備えるブッシングや冷却器等の記載を省略した。
【００１１】
積層巻線４０は、アルミニウムや銅などの線状の導体が一平面内で渦巻状に巻かれた平板状巻線４２、４４が、図３に示すように、交互に積み重ねられることにより構成されている。具体的には、隙間４６を空けて、複数の平板状巻線４２、４４が、奥行き方向（ｚ軸方向）に積み重ねられて構成されている。そして、平板状巻線４２、４４が交互に積層されることにより構成された積層巻線４０の中心軸は、奥行き方向（ｚ軸方向）と平行である。さらに、各平板状巻線４２，４４における奥行き方向（ｚ軸方向）の両面には、図４に示すように、絶縁板４８が張り付けられ、各平板状巻線４２，４４間の絶縁を保っている。なお、平板状巻線４２は静止誘導機器１０における一次コイルであり、平板状巻線４４は静止誘導機器１０における二次コイルである。
【００１２】
各隙間４６には、奥行き方向（ｚ軸方向）から見ると積層巻線４０と同じ形状の平板５０，５２が設けられている。また、平板５０，５２は、クラフトパルプやポリイミドなどを材料とするプレスボードである。さらに、平板５０，５２の主面における鉛直方向下側（ｙ軸方向の負方向側）の部分には、テーパー加工が施されている。そして、平板５０，５２は、その主面における鉛直方向下側の部分で接合されている。これにより、平板５０，５２を水平方向（ｘ軸方向）から見ると、平板５０，５２は、鉛直方向上側（ｙ軸方向の正方向側）を開口部とするＶ字を成している。なお、平板５０と平板５２とが成すＶ字の開口部には、該開口部を埋める絶縁性の部材５４が収まっている。
【００１３】
スペーサ６０は、四角柱や六角柱などの角柱状の部材である。また、スペーサ６０は、クラフトパルプやポリイミドなどの絶縁性を有する部材を材料とし、平板５０と平板状巻線４２との間、及び平板５２と平板状巻線４４との間それぞれに複数設けられている。そして、スペーサ６０があることにより、隙間４６が形成されて、隙間４６を冷却油７０が通過することができる。さらに、各スペーサ６０は、図５に示すように、水平方向（ｘ軸方向）及び鉛直方向（ｙ軸方向）に間隔を空けて配置されている。ここで、前述のとおり、静止誘導機器１０における冷却油７０の流動方向は、鉛直方向（ｙ軸方向）である。従って、スペーサ６０は、これと直行する方向（ｘ軸方向）に間隔を空けている。
【００１４】
鉄心３０，３２は、複数枚のケイ素鋼板が積層された部材である。また、鉄心３０は、直方体状に積層されたケイ素鋼板の中心部が鉛直方向（ｙ軸方向）にくり抜かれることにより、鉛直方向（ｙ軸方向）から見たときに、ロの字型を成している。鉄心３２も同様の形状を成している。そして、図１に示すように、鉄心３０と鉄心３２とが水平方向（ｘ軸方向）に隣り合うように配置されたことにより、鉛直方向（ｙ軸方向）から見たときに、鉄心３０，３２は全体として略８の字型の形状を成している。そして、この８の字の交差する部分を中心軸とするように、積層巻線４０が配置されている。
【００１５】
以上のように構成された静止誘導機器１０では、図２に示すように、油入口２２からタンク２０内に流入した冷却油７０が、隙間４６を通過して、タンク２０の鉛直方向の下側から上側（ｙ軸方向の負方向側から正方向側）に向かって流れる。その後、冷却油７０は、油出口２４からタンク２０外へ排出される。さらに、冷却油７０は、タンク２０の外部に位置する冷却器８０にて冷却され、再び油入口２２からタンク２０に流入する。つまり、冷却油７０は、タンク２０と冷却器８０との間を循環している。この冷却油７０の循環により、タンク２０内に納められた積層巻線４０などが冷却される。なお、冷却油７０がタンク２０と冷却器８０との間を循環する流れは、図示しないポンプにより作り出されている。
【００１６】
ところで、静止誘導機器１０では、図４に示すように、平板５０，５２が鉛直方向の上側（ｙ軸方向の正方向側）を開口部とするＶ字を成している。そうすると、図６及び図７に示される、水平方向（ｘ軸方向）においてスペーサ６０に挟まれた空間６２は、鉛直方向の下側（ｙ軸方向の負方向側）から、鉛直方向の上側（ｙ軸方向の正方向側）に向かうに従って徐々に小さくなる。つまり、鉛直方向の最も上側に位置する空間６２は、冷却油７０の流動方向から見ると、最も下側に位置する空間６２よりも小さい。当然、図６に示される鉛直方向の上側（ｙ軸方向の正方向側）に位置する空間６２の方が、図７に示される鉛直方向の下側に位置する空間６２よりも小さい。これにより、冷却油７０が、隙間４６を通過する際、冷却油７０の流速は、タンク２０の鉛直方向下側よりも鉛直方向上側の方が速くなる。その結果、鉛直方向上側に位置する各平板状巻線４２，４４の表面に形成される境界層、より具体的には、絶縁板４８の表面に形成される境界層が、鉛直方向下側に位置する絶縁板４８の表面に形成される境界層よりも薄くなる。
【００１７】
ここで、前述のとおり、冷却油がタンクの下部から流入し上部から排出される場合には、上部の冷却油７０の温度は、下部の冷却油の温度よりも高くなる。しかし、静止誘導機器１０では、鉛直方向上側に位置する絶縁板４８の表面に形成される境界層が、鉛直方向の下側に位置する絶縁板４８の表面に形成される境界層よりも薄くなるため、冷却油７０による冷却効果はタンクの上部で大きくなる。従って、静止誘導機器１０では、タンクの上部に位置する積層巻線４０の温度を十分に下げることができる。
【００１８】
また、水平方向（ｘ軸方向）においてスペーサ６０に挟まれた空間６２は、鉛直方向下側（ｙ軸方向の負方向側）から鉛直方向の上側（ｙ軸方向の正方向側）に向かうに従って徐々に小さくなっている。これは、ｘ軸方向においてスペーサ６０に挟まれた空間６２が、急激に小さくなる場合と比較して、タンク２０内を通過する冷却油７０の圧力損失を低く抑えることができる。
【００１９】
実施の形態２．
実施の形態２である静止誘導機器１０Ａと実施の形態１である静止誘導機器１０との主たる相違点は、図８に示すように、スペーサ６０に挟まれた空間６２に、堰６４が設けられている点である。以下で、より具体的に説明する。
【００２０】
静止誘導機器１０Ａでは、図９及び図１０に示すように、積層巻線４０の各隙間４６には平板５０だけが、水平方向（ｘ軸方向）及び鉛直方向（ｙ軸方向）と平行となるように設けられている。そして、平板５０の両面にスペーサ６０及び堰６４が設けられている。
【００２１】
堰６４は、空間６２の一部を埋めるように設けられた直方体の部材である。そして、堰６４の大きさは、鉛直方向の下側（ｙ軸方向の負方向側）から鉛直方向の上側（ｙ軸方向の正方向側）に向かうに従って、大きくなっている。これにより、水平方向（ｘ軸方向）においてスペーサ６０に挟まれた空間６２は、鉛直方向の下側（ｙ軸方向の負方向側）から、鉛直方向の上側（ｙ軸方向の正方向側）に向かうに従って徐々に小さくなる。つまり、鉛直方向の最も上側に位置する空間６２は、冷却油７０の流動方向から見ると、最も下側に位置する空間６２よりも小さい。当然、図９に示される鉛直方向の上側（ｙ軸方向の正方向側）に位置する空間６２の方が、図１０に示される鉛直方向の下側に位置する空間６２よりも小さい。その結果、冷却油７０が隙間４６を通過する際、冷却油７０の流速は、タンク２０の鉛直方向下側よりも鉛直方向上側の方が速くなる。
【００２２】
以上のように構成された静止誘導機器１０Ａでは、タンク２０内を流れる冷却油７０の流速により、鉛直方向上側に位置する絶縁板４８の表面に形成される境界層が、鉛直方向下側に位置する絶縁板４８の表面に形成される境界層よりも薄くなるため、冷却油７０による冷却効果はタンクの上部で大きくなる。従って、静止誘導機器１０Ａでは、タンク２０の上部に位置する積層巻線４０の温度を十分に下げることができる。
【００２３】
また、堰６４は、平板５０の両面に設けられている。この場合、堰６４が絶縁板４８の表面に設けられた場合と比較して、冷却油７０が絶縁板４８と接触する面積が増加する。従って、堰６４を平板５０の両面に設けたことで、堰６４が絶縁板４８の表面に設けられた場合と比較して、より高い冷却効果を得ることができる。静止誘導機器１０Ａにおける他の構成は、静止誘導機器１０と同様である。従って、堰６４及び平板５０に関する説明以外の説明は、静止誘導機器１０での説明のとおりである。
【００２４】
他の実施形態．
本発明に係る静止誘導機器は、前記実施形態に係る静止誘導機器に限らずその要旨の範囲内において変更可能である。例えば、巻線等を冷却する冷却媒体は、冷却油７０に限らず絶縁性を有するガスでもよい。本発明に係る静止誘導機器の種類、例えば、内鉄型、外鉄型、リアクトルといった種類や詳細な形状は任意である。また、本発明における流動方向は、静止誘導機器のタンクにおいて冷却媒体が進入する側から排出される側へ向かう方向であり、鉛直方向に限らず、水平方向であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
以上のように、本発明は、静止誘導機器に有用であり、特に、巻線又はこれに取り付けられた絶縁物の劣化を抑制することができる点において優れている。
【符号の説明】
【００２６】
１０，１０Ａ  静止誘導機器、  ２０  タンク、  ３２，３４  鉄心、  ４０  積層巻線、４２，４４  平板状巻線、  ４６  隙間、  ５０，５２  平板、  ６０  スペーサ、          ６２  スペーサによって挟まれる空間、  ６４  堰、  ７０  冷却油（冷却媒体）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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