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技術 油浸紙コンデンサブッシング

出願人 日本碍子株式会社
発明者 田中直樹青山慎勝川裕幸
出願日 2013年3月14日 (8年2ヶ月経過) 出願番号 2013-051223
公開日 2014年9月25日 (6年8ヶ月経過) 公開番号 2014-179398
状態 特許登録済
技術分野 一般用変成器の容器,取付け
主要キーワード ヒートラン ステップアップ変圧器 電力供給口 昇圧用変圧器 過飽和量 試験順序 頭部空間 ブッシング内
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2014年9月25日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (3)

課題

ヒートラン試験後の窒素過飽和状態において商用周波耐電圧試験を行っても、絶縁低下を起こすことがない油浸紙コンデンサブッシングを提供する。

解決手段

頭部空間10内に、窒素ガス封入した油浸紙コンデンサブッシングである。中心導体4の油中部分を所定範囲にわたり気中部分よりも細径化し、この細径化された部分に従来よりも厚肉化したコンデンサコア12を取付けることにより、油中部分の電位傾度を低減したことを特徴とする。

概要

背景

電力用変圧器への電力供給口及び電力取出口には、従来から油浸紙コンデンサブッシングが主に使用されている(特許文献1)。発電所などに使用されている昇圧用変圧器ステップアップ変圧器)の1次側発電機側)は低電圧大電流であるため、使用されるブッシング中心導体全長が短く、直径が太い大電流用油浸紙コンデンサブッシングが使用されている。なお、油浸紙コンデンサブッシングの頭部には絶縁油の熱膨脹を吸収するための膨張室が形成されており、その内部には窒素ガス封入されているのが一般的である。

変圧器メーカーはこのような大電流用油浸紙コンデンサブッシングを変圧器に組み込んだうえ、型式試験など顧客要求に応じてヒートラン試験を行なう。このヒートラン試験は大電流を通電して実施するのでジュール熱によりブッシングの中心導体が発熱し、それとともにブッシング内部の絶縁油が高温に加熱されて膨張する。その結果、ブッシング頭部の膨張室内充填されている窒素ガス圧力も徐々に高まり、温度上昇前の絶縁油への窒素ガス溶け込み量が更に促進される。

ヒートラン試験の終了後、放熱により徐々に絶縁油の温度が低下して行くが、それに連れ絶縁油中の窒素ガスの溶解度が低下して行くため、絶縁油中は窒素過飽和の状態となる。ブッシングの形やサイズによって異なるが、ヒートラン試験の終了後、実用上では起こる可能性が無い速度で冷却が行なわれると窒素過飽和量は徐々に大きくなり、その後放置すれば平衡状態に戻る。このため単にヒートラン試験を行なうだけや実際のフィールドにおいて問題は無い。

しかし、この窒素過飽和の状態において実運用上では有り得ない商用周波耐圧試験等を行なうと、その高電界ストレスによりそれまで絶縁油中に溶け込んでいた窒素が細かな気泡となり、中心導体やその外周に巻かれたコンデンサコア近傍に多数浮遊する。その結果、気泡内部の放電が発生し、絶縁油の絶縁性能が低下する場合がある。

そこで出願人は膨張室内への封入窒素圧力を高めることにより、泡化電位傾度の向上や泡内放電電位傾度の向上等を試みてきた。またヒートラン試験順序の変更やヒートラン試験時には窒素溶け込みが進まない様封止栓を外して試験を行なうなど工夫をしてきたが、手数が掛かるなどの問題があった。

概要

ヒートラン試験後の窒素過飽和状態において商用周波耐電圧試験を行っても、絶縁低下を起こすことがない油浸紙コンデンサブッシングを提供する。頭部空間10内に、窒素ガスを封入した油浸紙コンデンサブッシングである。中心導体4の油中部分を所定範囲にわたり気中部分よりも細径化し、この細径化された部分に従来よりも厚肉化したコンデンサコア12を取付けることにより、油中部分の電位傾度を低減したことを特徴とする。

目的

本発明の目的は上記した従来の問題点を解決し、ヒートラン試験後の窒素過飽和状態において商用周波耐電圧試験を行っても、絶縁低下となることのない油浸紙コンデンサブッシングを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

頭部空間内に窒素ガス封入した油浸紙コンデンサブッシングであって、中心導体油中部分を所定範囲にわたり細径化し、この細径化された部分に厚肉化したコンデンサコアを形成することにより、油中部分の電位傾度を低減したことを特徴とする油浸紙コンデンサブッシング。

請求項2

油中部分の電位傾度を、5kV/mm以下としたことを特徴とする請求項1記載の油浸紙コンデンサブッシング。

請求項3

コンデンサコアのコンデンサ箔枚数を増加させることにより、油中部分の電位傾度を、5kV/mm以下としたことを特徴とする請求項1記載の油浸紙コンデンサブッシング。

技術分野

0001

本発明は、大電流用油浸紙コンデンサブッシングの改良に関するものである。

背景技術

0002

電力用変圧器への電力供給口及び電力取出口には、従来から油浸紙コンデンサブッシングが主に使用されている(特許文献1)。発電所などに使用されている昇圧用変圧器ステップアップ変圧器)の1次側発電機側)は低電圧大電流であるため、使用されるブッシング中心導体全長が短く、直径が太い大電流用油浸紙コンデンサブッシングが使用されている。なお、油浸紙コンデンサブッシングの頭部には絶縁油の熱膨脹を吸収するための膨張室が形成されており、その内部には窒素ガス封入されているのが一般的である。

0003

変圧器メーカーはこのような大電流用油浸紙コンデンサブッシングを変圧器に組み込んだうえ、型式試験など顧客要求に応じてヒートラン試験を行なう。このヒートラン試験は大電流を通電して実施するのでジュール熱によりブッシングの中心導体が発熱し、それとともにブッシング内部の絶縁油が高温に加熱されて膨張する。その結果、ブッシング頭部の膨張室内充填されている窒素ガス圧力も徐々に高まり、温度上昇前の絶縁油への窒素ガス溶け込み量が更に促進される。

0004

ヒートラン試験の終了後、放熱により徐々に絶縁油の温度が低下して行くが、それに連れ絶縁油中の窒素ガスの溶解度が低下して行くため、絶縁油中は窒素過飽和の状態となる。ブッシングの形やサイズによって異なるが、ヒートラン試験の終了後、実用上では起こる可能性が無い速度で冷却が行なわれると窒素過飽和量は徐々に大きくなり、その後放置すれば平衡状態に戻る。このため単にヒートラン試験を行なうだけや実際のフィールドにおいて問題は無い。

0005

しかし、この窒素過飽和の状態において実運用上では有り得ない商用周波耐圧試験等を行なうと、その高電界ストレスによりそれまで絶縁油中に溶け込んでいた窒素が細かな気泡となり、中心導体やその外周に巻かれたコンデンサコア近傍に多数浮遊する。その結果、気泡内部の放電が発生し、絶縁油の絶縁性能が低下する場合がある。

0006

そこで出願人は膨張室内への封入窒素圧力を高めることにより、泡化電位傾度の向上や泡内放電電位傾度の向上等を試みてきた。またヒートラン試験順序の変更やヒートラン試験時には窒素溶け込みが進まない様封止栓を外して試験を行なうなど工夫をしてきたが、手数が掛かるなどの問題があった。

先行技術

0007

特開2003−272928号公報

発明が解決しようとする課題

0008

従って本発明の目的は上記した従来の問題点を解決し、ヒートラン試験後の窒素過飽和状態において商用周波耐電圧試験を行っても、絶縁低下となることのない油浸紙コンデンサブッシングを提供することである。

課題を解決するための手段

0009

上記の課題を解決するためになされた本発明は、頭部空間内に窒素ガスを封入した油浸紙コンデンサブッシングであって、中心導体の油中部分を所定範囲にわたり気中部分よりも細径化し、この細径化された部分に厚肉化したコンデンサコアを形成することにより、油中部分の電位傾度を低減したことを特徴とするものである。

0010

なお、油中部分の電位傾度を、窒素過飽和状態の絶縁油においても気泡化しない5kV/mm以下とすることが好ましく、コンデンサコア電位傾度設計を見直し、例えば、コンデンサ箔枚数を増加させることにより、油中部分の電位傾度を、5kV/mm以下とすることが好ましい。

発明の効果

0011

本発明の油浸紙コンデンサブッシングは、中心導体の油中部分を所定範囲にわたり細径化し、この細径化された部分のコンデンサコアを厚肉化することにより、油中部分の電位傾度を低減したものである。ヒートラン試験後の窒素過飽和状態において絶縁試験を行っても、油中部分の電位傾度が低ければ絶縁油に溶け込んでいる窒素ガスは泡化しないため、気泡化することもなく、絶縁低下を防止することができる。なお電位傾度は5kV/mm以下とすることが好ましい。

図面の簡単な説明

0012

本発明の実施形態を示す断面図である。
従来型の油浸紙コンデンサブッシングを示す断面図である。

実施例

0013

以下に本発明の実施形態を説明する。この実施形態の油浸紙コンデンサブッシングは、昇圧用変圧器の入口側に用いられる低電圧大電流用途のものである。

0014

図1は本発明の油浸紙コンデンサブッシングを示す図であり、1はフランジ、2はその上側の気中碍管、3はその下側の油中碍管である。4はアルミニウム合金または銅のような導電性に優れた金属材料からなる中心導体であり、その上端部は外部接続用の上部金具5に接続されている。下側の油中碍管3の下面板6と中心導体4の下部に固定されたベース板7との間には多数の圧縮スプリング8が配置されており、従来と同様のセンタークランプ構造のブッシングを構成している。

0015

従来と同様、ブッシングの内部には絶縁油9が充填されている。絶縁油9の液面よりも上方部分は頭部空間10となっており、窒素ガスが封入されている。この頭部空間10は絶縁油の熱膨脹を吸収する役割を有するものである。

0016

中心導体4は大電流を通電するためのものであるから、その直径は従来構造を示す図2のように一定であるのが普通である。しかし本発明では図1に示すように、中心導体4の油中部分を所定範囲にわたり細径化し、この細径化された部分のコンデンサコア12を厚肉化してある。

0017

中心導体4の細径部13はフランジ1を挟んで上下両側に延びており、従来からコンデンサコア12が巻き付けられていた部分である。細径部13の上端は絶縁油9の液面以下である。本実施形態では直径が350mmの中心導体の一部を318mmまで細径化し、この直径で32mm、片側16mm分だけコンデンサコア12を厚肉化した。このように中心導体4を細径化した寸法と、コンデンサコア12を厚肉化した寸法を一致させることにより、コンデンサコア12の外周面の位置は変わらないようにした。

0018

なお、中心導体4の細径化は当然に中心導体4の通電抵抗の上昇を招く。このため細径化のためには中心導体の導電率現行より高い材質を使用し、導電率改善分を細径化しも導体の全体抵抗が増加しないようすることが望ましい。今回の事例では中心導体4の元の直径の1/10以下としている。

0019

このようにコンデンサコア12を厚肉化することにより、従来はコンデンサ箔の枚数が11枚(箔間隔1mmのため片側11mm)であったのに対して、本実施形態では27枚(箔間隔1mmのため片側27mm)にまで増加させることができ、その結果、95kV耐圧試験時における油中部分の電位傾度を従来の12.5kV/mmから5kV/mm以下にまで低下させることが可能となった。このように油中部分の電位傾度を低下させることにより、窒素過飽和状態において、商用周波耐電圧試験を行っても絶縁油に溶け込んでいる窒素ガスは気泡化せず、絶縁性能を低下させることが無い。

0020

なお、このように中心導体4の細径化は表皮抵抗の増大により大電流通電時温度上昇特性が悪化する。このため中心導体4に導電率が従来よりも高い材料を使用することが好ましい。また、導電率が従来よりも高い材料を使用することによって強度低下の傾向となるが、中心導体4の高強度必要部を冷間加工したり熱処理したりすることにより、強度低下を補うことができる。

0021

1フランジ
2 気中碍管
3油中碍管
4中心導体
5 上部金具
6 下面板
7ベース板
8圧縮スプリング
9絶縁油
10頭部空間
12コンデンサコア
13細径部

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