(57)【要約】【課題】絶縁ガスによる巻線冷却性能の均一化および向上を図り、冷却能力を最大限にできるガス絶縁変圧器を提供する。【解決手段】本発明のガス絶縁変圧器は、内側巻線３とスペーサ９ａとの間、外側巻線４の下部とスペーサ９ｂとの間に、それぞれ薄板状の流量調整板１４ａ，１５ａが設置されており、外側巻線下部の流量調整板１５ａのガスの流れ方向に対する幅は、内側巻線下部の流量調整板１４ａにおけるガスの流れ方向に対する幅よりも広く形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
けい素鋼板を積層した鉄心と、前記鉄心の主脚部分に銅線を円筒状に巻回してなる低圧の内側巻線と高圧の外側巻線をそれぞれ複数同心円状に配置した多重円筒巻線と、各円筒巻線間に垂直スペーサを円周方向に等間隔に配置してなる垂直冷却ダクトと、前記円筒巻線の上下に水平スペーサを放射状かつ等間隔に配置してなる水平ダクトと、を備えたガス絶縁変圧器において、
前記内側巻線および外側巻線の上下端部の少なくとも一方と、前記水平スペーサとの間に、前記水平スペーサの位置に対応して、板状の流量調整部を設けたことを特徴とするガス絶縁変圧器。
【請求項２】
前記流量調整部は、前記内側巻線および外側巻線の上下端部のいずれにも設けられたことを特徴とする請求項１記載のガス絶縁変圧器。
【請求項３】
前記垂直冷却ダクトと前記水平ダクトとにより、ガス流路が巻線の外周側から流入し内周側から流出されるように形成され、
前記流量調整部は、前記２つのダクトを流れるガスの上流側においてガスの流れ方向に対する板幅が広く形成され、ガス流の下流側においてガスの流れ方向に対する板幅が狭く形成されたことを特徴とする請求項１又は２記載のガス絶縁変圧器。
【請求項４】
前記流量調整部の板幅は、前記２つのダクトを流れるガスの上流側から下流側に向けて、除々に狭く構成されたことを特徴とする請求項３記載のガス絶縁変圧器。
【請求項５】
前記流量調整部は、前記各円筒巻線と、同心円状に配置されかつ内径及び外径が略同一なドーナツ形状からなり、
前記ドーナツ形状の流量調整部は、表面に複数の穴を備え、
前記複数の穴は、前記２つのダクトを流れるガスの上流側は大きく密に設けられ、下流側に向けて小さく粗に設けられていることを特徴とする請求項１記載のガス絶縁変圧器。
【請求項６】
前記流量調整部は、前記各円筒巻線と、同心円状に配置されかつ内径及び外径が略同一な扇形状を、複数配置してなり、
前記扇形状の流量調整部は、表面に複数の穴を備え、
前記複数の穴は、前記２つのダクトを流れるガスの上流側は大きく密に設けられ、下流側に向けて小さく粗に設けられていることを特徴とする請求項１記載のガス絶縁変圧器。
【請求項７】
前記流量調整部と前記水平スペーサとは、接着固定されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のガス絶縁変圧器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳＦ6 ガス、窒素ガス、炭酸ガス、空気などの絶縁ガスにより冷却を行うガス絶縁変圧器に係り、特に冷却性能を向上させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス絶縁変圧器の従来例を図５を用いて説明する。すなわち、タンク１内にけい素鋼板を積層した鉄心２と、この鉄心２の主脚に巻回された内側（低圧）巻線３および外側（高圧）巻線４からなる機器本体がＳＦ6 ガス、窒素ガスなどの絶縁ガス５とともに収納されている。
【０００３】
また、内側巻線３および外側巻線４はそれぞれ絶縁被覆された銅線を円筒状に巻回し、これを４層分形成した多重円筒巻線であり、内周側および外周側に設置された絶縁筒６により巻線間の絶縁や鉄心２との絶縁を保っている。各円筒巻線間および円筒巻線と絶縁筒との間には垂直ダクト用のスペーサ７により垂直ダクト８が形成され、さらに、円筒巻線の上下部には水平ダクト用のスペーサ９ａ、９ｂにより水平ダクト１０が形成されている。
【０００４】
そして、タンク外部に前記絶縁ガスを冷却するための複数の冷却器１１が設置され、前記タンク１と前記複数の冷却器１１の間にガスを循環させるための配管１２および送風機１３が設けられている。
【０００５】
冷却器で冷やされた絶縁ガスは温度が上昇しながら鉄心および巻線を冷却し、冷却器に戻り循環する。特に巻線内では図中矢印で示すように絶縁ガスが外側下部から流入し、垂直ダクト内を下から上に流れて巻線の冷却を行っている。このように、鉄心と巻線からなる機器本体は絶縁ガスにより冷却されると共に絶縁されている。
【０００６】
ここで、変圧器の容量が小さい場合は送風機がない自然循環冷却方式となるが、ガスの流れは全く同様である。
【特許文献１】特開２００３−１０９８２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、近年、環境問題の観点からガス絶縁機器のＳＦ6 ガス使用量の削減が提案されており、ＳＦ6 ガスのガス圧力を下げることや窒素ガス、炭酸ガス、空気、あるいはこれらの混合ガスなどを用いた機器の開発・研究も行われている。
【０００８】
ここで、上記従来のようなガス絶縁変圧器において、ＳＦ6 ガスのガス圧力を下げた場合や上記のような他の絶縁ガスを用いた場合には、ガスの熱容量がＳＦ6 ガスに比べて大幅に減少するため、冷却能力も大幅に低減することになる。特に、送風機を持たないガス自然循環方式のガス絶縁変圧器では冷却能力の低下が顕著であり、課題となっていた。
【０００９】
このような問題に対処する手段としては、本体タンク内の巻線を大型化して発熱量を小さくする、あるいは冷却器の台数あるいは１台当たりのパネル枚数を増やすといった冷却設計を行うことが考えられる。しかし、これらの対策では機器の大型化を招くという欠点がある。
【００１０】
また、ガスが流れやすい円筒巻線を採用すればガス循環流量が増加するため、冷却性能が向上する。しかし、この場合もガスが流れやすい巻線と流れにくい巻線の差が顕著になり、局所的に巻線温度が上昇してしまうという欠点がある。特に、図５に示す従来例においては、外周側から流入したガスが入口から近い垂直ダクトに多く流れてしまい、入口から遠い垂直ダクトにあまり流れない場合がある。この場合は、内側の円筒巻線の温度が上昇することになってしまう。
【００１１】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、その目的は、絶縁ガスによる巻線冷却性能の均一化および向上を図り、冷却能力を最大限にできるガス絶縁変圧器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明のガス絶縁変圧器は、けい素鋼板を積層した鉄心と、前記鉄心の主脚部分に銅線を円筒状に巻回してなる低圧の内側巻線と高圧の外側巻線をそれぞれ複数同心円状に配置した多重円筒巻線と、各円筒巻線間に垂直スペーサを円周方向に等間隔に配置してなる垂直冷却ダクトと、前記円筒巻線の上下に水平スペーサを放射状かつ等間隔に配置してなる水平ダクトと、を備えたガス絶縁変圧器において、前記内側巻線および外側巻線の上下端部の少なくとも一方と、前記水平スペーサとの間に、前記水平スペーサの位置に対応して、板状の流量調整部を設けたことを特徴とする。
【００１３】
以上のような本発明によれば、内側巻線および外側巻線の上下端部の少なくとも一方と、前記水平スペーサとの間に、水平スペーサの位置に対応して設けた、板状の流量調整板により流路の断面積が狭められて圧力損失が発生するため、各垂直ダクト内のガスの流れが均一になる。このため、巻線の冷却効率が均一化し向上し、巻線温度の局所的な上昇を抑えることができる。これにより、ガス絶縁変圧器の巻線冷却性能を最大限に高めることができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上のような本発明によれば、絶縁ガスによる巻線冷却性能の均一化および向上を図り、冷却能力を最大限にできるガス絶縁変圧器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係る代表的な実施形態について、図１〜図３を参照して具体的に説明する。
【００１６】
（１）第１の実施の形態
［構成］
本発明の第１の実施形態のガス絶縁変圧器は、図１に示すように、低圧側の内側巻線３と高圧側の外側巻線４とが、それぞれ絶縁被覆された銅線を円筒状に巻回され、これを４層分形成した多重円筒巻線であり、内周側および外周側に設置された絶縁筒６により巻線間の絶縁や鉄心との絶縁を保っている。
【００１７】
各円筒巻線間および円筒巻線と絶縁筒との間には垂直ダクト用のスペーサ７により垂直ダクト８が形成されている。また、内側巻線および外側巻線の上下部にはそれぞれ水平ダクト用のスペーサ９ａ，９ｂが設置され、これにより水平ダクト１０が形成されている。この水平ダクト１０の存在により、冷却用の絶縁ガスが水平ダクト１０の外周側から流入する構造になっている。
【００１８】
本実施形態では、さらに、内側巻線３とスペーサ９ａとの間、外側巻線４の下部とスペーサ９ｂとの間に、それぞれ薄板状の流量調整板１４ａ，１５ａが設置されており、外側巻線下部の流量調整板１５ａのガスの流れ方向に対する幅は、内側巻線下部の流量調整板１４ａにおけるガスの流れ方向に対する幅よりも広く形成されている。
【００１９】
［作用効果］
以上のような構成の本実施形態において、巻線内では図１中矢印で示すように、絶縁ガスは巻線下部の水平ダクト外周側から流入し、外周側の垂直ダクトから内周側の垂直ダクトまで順に分流していき、それぞれの垂直ダクト内を下から上に流れて巻線の冷却を行う。
【００２０】
ここで、従来は、入口から近い外周側の垂直ダクトにガスが流れやすく、入口から遠い内周側の垂直ダクトにガスが流れにくいガスの分流特性があった。
【００２１】
これに対し、本実施形態では、流れやすい外周側に幅の広い流量調整板１５ａを設置することにより、垂直ダクト入口の流路断面積が絞られ、流れの急縮小及び急拡大が起こり、比較的大きな圧力損失が発生することになる。また、流れにくい内周側に設置される流量調整板１４ａは幅が狭いため、大きな圧力損失は発生せず、流れの抵抗はほとんど変わらない。
【００２２】
したがって、従来流れやすかった外側巻線の垂直ダクトにおいてはガスが流れにくくなり、内側巻線の垂直ダクトでは従来と変わらないため、両巻線のガスの流れは均一になる。特に、流量調整板１４ａ，１５ａの幅を調整することにより、巻線の発熱量に応じてガス流量を制御することが可能になる。これにより、巻線の冷却効率が平均化され、巻線温度の上昇を抑えることができ、ガス絶縁変圧器の巻線冷却性能を最大限に高めることができる。
【００２３】
（２）第２の実施の形態
［構成］
本発明の第２の実施形態について、図２を用いて説明する。図２は、図１と同様な巻線部の詳細図であり、内側巻線および外側巻線の上下部にはそれぞれ水平ダクト用のスペーサ９ａ，９ｂが設置され、水平ダクト１０が形成されている。本実施形態では、水平ダクトの外周側が絶縁筒６ａにより塞ぎ、その代替的な役割を担うものとして、内周側のスペーサ間に開口部１６を設けたものである。すなわち、冷却用の絶縁ガスは開口部１６から流入し、巻線の内周側から外周側に向かって水平ダクトを進み、巻線内に流入する構造になっている。
【００２４】
また、内側巻線３とスペーサ９ａの間と、外側巻線４の下部とスペーサ９ｂとの間に、それぞれ薄板状の流量調整板１４ｃ，１５ｃを設置され、内側巻線下部の流量調整板１４ｃの幅は、外側巻線下部の流量調整板１５ｃよりも広く構成されている。
【００２５】
［作用効果］
以上のような構成の本実施形態において、巻線内では図中矢印で示すように、絶縁ガスは巻線下部の水平ダクト内周側から流入し、内周側の垂直ダクト８から外周側の垂直ダクト８まで順に分流していき、それぞれの垂直ダクト８内を下から上に流れて巻線の冷却を行うことになる。
【００２６】
ここで、入口から近い垂直ダクト８にガスが流れやすく、入口から遠い垂直ダクト８にガスが流れにくいガスの分流特性は本実施形態でも同様である。流れやすい内周側に幅の広い流量調整板１４ｃを設置することにより、垂直ダクト８入口の流路断面積が絞られ、比較的大きな圧力損失が発生する。また、流れにくい外周側に設置される、流量調整板１５ｃは幅が狭いため、大きな圧力損失は発生しない。
【００２７】
したがって、流れやすかった内側巻線の垂直ダクト８でガスが流れにくくなり、外側巻線の垂直ダクト８ではガスの流れにくさは変わらないため、両巻線のガスの流れは均一に近づく。特に、流量調整板１４ｃ，１５ｃの幅を調整することにより、巻線の発熱量に応じてガス流量を制御することが可能になる。これにより、巻線の冷却効率が平均化され、巻線温度の上昇を抑えることができ、ガス絶縁変圧器の巻線冷却性能を最大限に高めることができる。
【００２８】
（３）第３の実施の形態
［構成］
本発明の第３の実施形態について、図３を用いて説明する。図３は、本実施形態における流量調整板１４ｄ，１５ｄの概略図である。内側巻線３用の流量調整板１４ｄおよび外側巻線４用の流量調整板１５ｄは共に巻線断面形状に概略一致したドーナツ板形状をしており、各巻線ごとに異なる大きさの穴１７ａ，１７ｂが、一定の間隔並びにピッチで設けられている。
【００２９】
図３では、内側巻線３における穴１７ａが大きくかつ密に設けられ、外側巻線４における穴１７ｂが小さく粗に設けられていることがわかる。これは、水平ダクトの外周側から絶縁ガスが流入する場合の実施形態を表すものである。反対に、水平ダクトの内周側から絶縁ガスが流入する場合は、図３の態様と逆であり、内側巻線３における穴１７ａを小さくかつ粗に設け、外側巻線４における穴１７ｂを大きく密に設ける。
【００３０】
［作用効果］
以上のような構成の本実施形態において、水平ダクトの外周側から絶縁ガスが流入する場合は、内側巻線用の流量調整板１４ｄに大きい穴１７ａを密に開け、外側巻線用の流量調整板１５ｄに小さい穴１７ｂを粗く設けていることにより、流路断面積を簡単に精度よく設定でき、巻線間のガス流量を精度よく制御できる。
【００３１】
一方、逆に水平ダクトの内周側から絶縁ガスが流入する場合は穴の関係を逆に設定することにより、流路断面積の調整およびガス流量の制御が容易になる。なお、本実施形態では、工作性を考慮して扇形状の流量調整板を数枚組み合わせてドーナツ板状に加工するのが好ましい。
【００３２】
（４）他の実施形態
本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような態様も含むものである。例えば、第１の実施形態における薄板状の流量調整板１４ａ，１５ａは、巻線の下部だけでなく、巻線上部に設置することや巻線上下部の両方に設けることも可能である。上下に設けた場合、半分の圧力損失を２ヶ所で発生させることになるが、寸法誤差や組立誤差などによる圧力損失の見積り誤差は小さくなる。
【００３３】
また、入口から遠い内側の流量調整板１４ａを省略することや、同幅を水平ダクトのスペーサ９ａよりも小さくすることも可能である。後者の場合、垂直ダクト入口部の流路断面積を拡大することになり、結果的にガスを流れやすくする効果が得られる。さらに、流量調整板１４ａをスペーサ９ａと接着することにより、位置決めや組立精度が高まるとともに工作性も向上する。これにより、巻線組立時に発生する前記流量調整板の位置ずれなどをなくすことができ、寸法誤差や性能見積り誤差を小さくすることができる。
【００３４】
さらに、図４に示すように、内周巻線下部の流量調整板１４ｂおよび外周巻線下部の流量調整板１５ｂを内周側から外周側に向かって徐々に幅が広くなるように構成することも可能である。この場合、隣り合う流量調整板間の流路断面積は内周側から外周側に向かって徐々に狭くなる。すなわち、流れにくい内周側の垂直ダクトでは入口の流路断面積が広く、流れやすい外周側の垂直ダクトでは入口の流路断面積が狭くなるため、外周側に向かうほど大きな圧力損失が発生することになる。
【００３５】
したがって、内周側と外周側の垂直ダクトでガスを均一に流すことができ、巻線毎のガス流量制御ではなく、垂直ダクト毎のガス流量制御が可能となる。さらに、この流量調整板は各垂直ダクト毎に異なる幅を持たせて構成することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の第１の実施形態における巻線部の概略図。
【図２】本発明の第２の実施形態における巻線部の概略図。
【図３】本発明の第３の実施形態における流量調整板の平面図。
【図４】本発明の他の実施形態における流量調整板の形状および配置例を示す平面図。
【図５】従来のガス絶縁変圧器の正面図と巻線部の詳細図。
【符号の説明】
【００３７】
１…タンク
２…鉄心
３…内側巻線
４…外側巻線
５…絶縁ガス
６，６ａ…絶縁筒
７…垂直スペーサ
８…垂直ダクト
９…水平スペーサ
１０…水平ダクト
１１…冷却器
１２…配管
１３…送風機
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ…内側流量調整板
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ…外側流量調整板
１６…開口部
１７ａ，１７ｂ…穴
【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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