特許 7481954 液体シリコーン変圧器及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-05-01

(45)【発行日】2024-05-13

(54)【発明の名称】液体シリコーン変圧器及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01F 27/12 20060101AFI20240502BHJP

   H01F 41/00 20060101ALI20240502BHJP

【ＦＩ】

H01F27/12 Z

H01F27/12 A

H01F41/00 B

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020140128

(22)【出願日】2020-08-21

(65)【公開番号】P2022035652

(43)【公開日】2022-03-04

【審査請求日】2023-07-06

(73)【特許権者】

【識別番号】513296958

【氏名又は名称】東芝産業機器システム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000567

【氏名又は名称】弁理士法人サトー

(72)【発明者】

【氏名】内田 正人

【審査官】井上 健一

(56)【参考文献】

【文献】特開平０１－１６６５１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－３１７９３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１２３６８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１８５７３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１４４８４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１８２１６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２６１２８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５５－０２５２４０（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｆ ２７／１０

Ｈ０１Ｆ ２７／１２

Ｈ０１Ｆ ４１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

タンク内の液体シリコーン中に変圧器本体が浸漬されていると共に、タンク内に窒素ガスが密封されている液体シリコーン変圧器において、
前記液体シリコーンと前記窒素ガスとの間に、当該液体シリコーンよりも比重が小さい油からなる油層が設けられている液体シリコーン変圧器。

【請求項2】

前記油層は、エステル油を含む請求項１に記載した液体シリコーン変圧器。

【請求項3】

前記油槽内に、前記液体シリコーンの液面方向に平面形状の絶縁物が設けられている請求項１又は２に記載した液体シリコーン変圧器。

【請求項4】

前記絶縁物は、穴が形成されている請求項３に記載した液体シリコーン変圧器。

【請求項5】

前記絶縁物は、液体シリコーンの液面が上下方向に変動しても前記油槽内に留まる位置に設けられている請求項３又は４に記載した液体シリコーン変圧器。

【請求項6】

前記タンク外に設けられ、前記タンクから流れてきた液体シリコーンを冷却する放熱器と、
前記タンクの内部と前記放熱器の内部とを連通する配管と、を備え、
前記油層は、前記配管の高さよりも高い位置に設けられている請求項１から５の何れか一項に記載した液体シリコーン変圧器。

【請求項7】

前記液体シリコーンは、第１注入弁を介して前記タンク外から前記タンク内に注入され、
前記油は、前記第１注入弁よりも高い位置に設けられている前記第２注入弁を介して前記タンク外から前記タンク内に注入される請求項１から６の何れか一項に記載した液体シリコーン変圧器。

【請求項8】

タンク内の液体シリコーン中に変圧器本体が浸漬されると共に、タンク内に窒素ガスが密封される液体シリコーン変圧器を製造する方法において、
前記タンク内に前記液体シリコーンを注入した後に、前記液体シリコーンの液面よりも高い位置から前記タンク内に前記液体シリコーンよりも比重が小さい油を注入し、前記液体シリコーンと前記窒素ガスとの間に前記油からなる油層を設ける液体シリコーン変圧器の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、液体シリコーン変圧器及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、タンク内の液体シリコーン中に変圧器本体が浸漬されていると共に、タンク内に窒素ガスが密封されている液体シリコーン変圧器が供されている（例えば特許文献１、２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００６－２６１２８９号公報

【文献】特開２００８－１８２１６１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

液体シリコーンは、引火点が高く、引火時にシリカの膜を形成し、酸素供給を断って消化する自己消化性を有する特徴がある。そのため、液体シリコーン変圧器のメリットとして、変圧器の耐熱クラスを従来の鉱油よりも高めることができる。一方、液体シリコーン変圧器のデメリットとして、窒素ガスが液体シリコーン中に溶解し易く、液体シリコーン中に溶解した窒素ガスが急激な温度上昇時に気化すると、絶縁性能が低下する問題がある。従来では、この対策として、構成の複雑な油劣化防止方式を無圧密封式にしたり、絶縁距離を大きくして電界を下げたりすることで対応してきた。

【0005】

しかしながら、油劣化防止方式を無圧密封式にする場合には、コンサベータがタンク上部に設けられることになるので、部品点数の増加によるコスト増となる問題がある。又、窒素密封式の変圧器に対して輸送制限範囲内に収めることが困難となり、全装備輸送容量が低くなり、輸送制限範囲内に収まらない場合は現地組み立てが必要となり、更なるコスト増となる問題がある。絶縁距離を大きくして電界を下げる場合には、コイル内部の絶縁距離、コイル同士の絶縁距離、コイルとタンクとの間の絶縁距離を大きくすると、変圧器が大型化してしまい、使用材料増によるコスト増となる問題や、質量増加による全装備輸送容量が低くなる問題がある。

【0006】

そこで、コスト増や大型化を回避しつつ、窒素ガスの液体シリコーン中への溶解を未然に回避し、製品の信頼性を高めることができる液体シリコーン変圧器及びその製造方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

実施形態に係る液体シリコーン変圧器は、タンク内の液体シリコーン中に変圧器本体が浸漬されていると共に、タンク内に窒素ガスが密封されている液体シリコーン変圧器において、前記液体シリコーンと前記窒素ガスとの間に、当該液体シリコーンよりも比重が小さい油からなる油層が設けられている。

【0008】

実施形態に係る液体シリコーン変圧器の製造方法は、タンク内の液体シリコーン中に変圧器本体が浸漬されると共に、タンク内に窒素ガスが密封される液体シリコーン変圧器を製造する方法において、前記タンク内に前記液体シリコーンを注入した後に、前記液体シリコーンの液面よりも高い位置から前記タンク内に前記液体シリコーンよりも比重が小さい油を注入し、前記液体シリコーンと前記窒素ガスとの間に前記油からなる油層を設ける。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】一実施形態に係る液体シリコーン変圧器の縦断側面図

【図2】絶縁物の斜視図

【図3】液体シリコーンの液面と絶縁物との関係を示す図

【図4】液体シリコーンの液面と絶縁物との関係を示す図

【発明を実施するための形態】

【0010】

一実施形態について図面を参照して説明する。図１に示すように、液体シリコーン変圧器１において、金属製のタンク２は、上面に開口部３ａを有する箱部材３と、平板形状の蓋部材４とが組み合わされ、箱部材３の開口部３ａが蓋部材４により閉鎖されることで内部を密封可能に構成されている。タンク２内には、変圧器本体５が収容されると共に、絶縁冷却媒体としての液体シリコーン６が注入されている。即ち、タンク２内において、液体シリコーン６中に変圧器本体５が浸漬されている。

【0011】

変圧器本体５は、コイル７が鉄心８に巻回されて構成されている。コイル７は、例えば電力系統に適用された場合に、高圧電力を入力する高圧側コイル７ａと、低圧電力を出力する低圧側コイル７ｂにより構成され、高圧側コイル７ａが低圧側コイル７ｂの外周側に設けられている。高圧側コイル７ａ及び低圧側コイル７ｂは、それぞれ表面全体が樹脂等の絶縁部材により覆われて絶縁されている。尚、高圧側は一次側と称され、低圧側は二次側と称される場合がある。変圧器本体５は、図示しない絶縁支え上に載置される形態でタンク２内に収容されている。

【0012】

液体シリコーン６は、有機珪素化合物の重合体であり、シリコーン液又はシリコーン油と称される場合がある。液体シリコーン６の比重は、約０．９６［ｇ／ｃｍ^３］である。液体シリコーン６は、引火点が高く、引火時にシリカの膜を形成し、酸素供給を断って消化する自己消化性を有する。タンク２の外部下方には第１注入弁９が第１配管１０を介して接続されており、液体シリコーン６は、第１注入弁９の開放状態で第１配管１０を介してタンク２外からタンク２内に注入される。

【0013】

タンク２の外部には放熱器１１が上側配管１２及び下側配管１３を介して接続されており、タンク２内と放熱器１１内とが上側配管１２及び下側配管１３により連通されている。液体シリコーン６の液面は、上側配管１２よりも高い位置になっている。即ち、液体シリコーン変圧器１を製造する工程において、液体シリコーン６は、その液面が上側配管１２よりも高い位置になるまで第１注入弁９を介してタンク２外からタンク２内に注入される。

【0014】

タンク２内において液体シリコーン６の上側には、液体シリコーン６よりも比重が小さいエステル油が注入されており、エステル油からなる油層１４が設けられている。エステル油とは、エステル結合を有する重合体を意味する。エステル油の比重は、上記した液体シリコーン６の比重よりも小さく、約０．９１５～０．９２５［ｇ／ｃｍ^３］である。又、エステル油は、液体シリコーン６と同等の引火点である。タンク２の外部上方には第２注入弁１５が第２配管１６を介して接続されており、エステル油は、タンク２内に液体シリコーン６が所定高さまで注入された後に、第２注入弁１５の開放状態で第２配管１６を介してタンク２外からタンク２内に注入される。このとき、エステル油の比重が液体シリコーン６の比重よりも小さいので、先に注入された液体シリコーン６と後から注入されたエステル油とが混ざることはなく分離される。

【0015】

タンク２内において液体シリコーン６の上側には、窒素ガス１７が密封されている。即ち、タンク２内において、液体シリコーン６の上側にエステル油からなる油層１４が設けられていることで、液体シリコーン６と窒素ガス１７とが油層１４により非接触状態で分離されている。このように液体シリコーン６と窒素ガス１７とが油層１４により非接触状態で分離され、液体シリコーン６と窒素ガス１７とが接しないことで、窒素ガス１７の液体シリコーン６中への溶解を未然に回避している。

【0016】

油層１４内には、窒素ガス１７の液体シリコーン６への溶解をより確実に回避することを目的とし、液体シリコーン６の液面方向に平面形状の絶縁物１８が設けられている。絶縁物１８は、耐熱性が高い材料から構成されており、その端部がタンク２の内壁部に固着されている上側固定部１９と下側固定部２０とにより挟まれて固定されており、上下方向に移動不能に設けられている。絶縁物１８には、図２に示すように、上下方向に貫通する複数の穴２１が形成されている

【0017】

変圧器本体５の通常運転時では、変圧器本体５が発熱することで、変圧器本体５の周囲の液体シリコーン６の温度が上昇する。温度が上昇した液体シリコーン６は、タンク２内において膨張し、相対的に温度が高い部分がタンク２内の上方へ移動し、タンク２内から上側配管１２を通って放熱器１１内へ流れる。放熱器１１内に流れてきた液体シリコーン６は、冷却されて温度が下降する。温度が下降した液体シリコーン６は、放熱器１１内において収縮し、相対的に温度が低い部分が放熱器１１内の下方へ移動し、放熱器１１内から下側配管１３を通ってタンク２内へ流れる。

【0018】

このように液体シリコーン６がタンク２内と放熱器１１内との間で自然対流することで、変圧器本体５から発生するジュール熱が奪われ、変圧器本体５が冷却される。又、液体シリコーン６が膨張したり収縮したりすることで液体シリコーン６の液面が上下方向に変動し、液体シリコーン６の液面が上下方向に変動することに追従して油層１４も上下方向に移動する。この場合、図３及び図４に示すように、絶縁物１８は、液体シリコーン６の液面が最低位置及び最高位置の何れであっても油層１４内に留まる位置に設けられている。

【0019】

又、絶縁物１８に複数の穴２１が形成されているので、エステル油が複数の穴２１を通って移動可能となる。即ち、絶縁物１８に複数の穴２１が形成されていないと、液体シリコーン６が完全に密封される態様になり、液体シリコーン６が膨張する際の圧力で絶縁物１８が破壊されてしまう虞があるが、絶縁物１８に複数の穴２１が形成されていることで、液体シリコーン６が膨張する際の圧力を逃がし、絶縁物１８の破壊を未然に回避している。

【0020】

以上は、エステル油を用いる構成を例示したが、鉱油同等の耐熱クラスとする場合は、エステル油に代えて鉱油を用いる構成でも良い。又、必要に応じて絶縁物１８が設けられる構成でも良く、絶縁物１８が省かれている構成でも良い。即ち、窒素ガス１７の液体シリコーン６中への溶解の虞が比較的小さく、窒素ガス１７の液体シリコーン６中への溶解の虞を油層１４のみで十分に回避し得る場合には、絶縁物１８が省かれている構成でも良い。更に、絶縁物１８が設けられる構成において、液体シリコーン６が膨張する際の圧力に対して絶縁物１８が十分な耐性を有すれば、穴２１が形成されていない構成でも良い。

【0021】

以上に説明した実施形態によれば、以下の作用効果を得ることができる。
液体シリコーン変圧器１において、液体シリコーン６と窒素ガス１７との間に、液体シリコーン６よりも比重が小さいエステル油からなる油層１４が設けられる構成とした。液体シリコーン６と窒素ガス１７とを非接触の状態で分離させることで、窒素ガス１７の液体シリコーン６中への溶解を未然に回避することができる。このように液体シリコーン６と窒素ガス１７との間にエステル油からなる油層１４が設けられる簡易な方法で窒素密封化が可能となり、無圧密封式と同等の電界で製造することが可能となるので、コスト増や大型化を回避しつつ、窒素ガス１７の液体シリコーン６中への溶解を未然に回避することができる。更には将来的に電気規格調査会（ＪＥＣ）で耐熱クラスを高くできるようになった場合に、鉱油変圧器よりも軽量コンパクトな変圧器を提供することができる。

【0022】

液体シリコーン６の液面方向に平面形状の絶縁物１８が設けられている構成としたので、窒素ガス１７の液体シリコーン６中への溶解をより確実に回避することができる。絶縁物１８に穴２１が形成されている構成としたので、液体シリコーン６が膨張する際の圧力による絶縁物１８の破壊を未然に回避することができる。

【0023】

液体シリコーン６の液面が上下方向に変動しても絶縁物１８が油槽１４内に留まる位置に設けられている構成としたので、液体シリコーン６の膨張や収縮により液体シリコーン６の液面が上下方向に変動しても窒素ガス１７の液体シリコーン６中への溶解をより確実に回避することができる。

【0024】

油層１４が上側配管１２の高さよりも高い位置に設けられる構成としたので、液体シリコーン６がタンク２内と放熱器１１内との間を自然対流する際に、エステル油が液体シリコーン６中に混ざることがない。

【0025】

液体シリコーン６が第１注入弁９を介してタンク２外からタンク２内に注入され、エステル油が第２注入弁１５を介してタンク２外からタンク２内に注入される構成としたので、タンク２内に液体シリコーン６を注入した後に、液体シリコーン６の液面よりも高い位置からタンク２内にエステル油を注入することができる。

【0026】

本発明の実施形態は一例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。以上に説明した実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0027】

図面中、１は液体シリコーン変圧器、２はタンク、５は変圧器本体、６は液体シリコーン、９は第１注入弁、１１は放熱器、１２は上側配管、１３は下側配管、１４は油層、１４は第２注入弁、１７は窒素ガス、１８は絶縁物、２１は穴である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】