JP2010141019A - 隔膜式コンサベータを有する油入変圧器 - Google Patents

Abstract

【課題】油入変圧器に設置される隔膜式コンサベータの絶縁油を変圧器の運転を妨げることなく脱ガス処理し、変圧器本体側への空気ガスの侵入を抑制して絶縁油の劣化を防ぎ、長期信頼性の高い油入変圧器を実現する。
【解決手段】隔膜式コンサベータを有する油入変圧器において、絶縁油の脱ガスを行う脱ガス処理装置を備えている。脱ガス処理装置は、チューブ状の中空糸膜モジュール１０を有し、中空糸膜モジュール１０内外の一方の側に接した絶縁油から他方の側の真空中に透過したガスを排出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、絶縁油が外気に暴露されることを防ぐために隔膜式コンサベータを取り付けた油入変圧器に関するものである。

油入変圧器内の絶縁油は、外気温の変動や負荷損による発熱のため、絶えず油温が変化する。油温が変化すると絶縁油の体積も変化する。変圧器内の油温が上昇すると絶縁油の体積が増加するが、変圧器タンクが完全に密封されていると油体積の増加によるタンク内圧力の上昇によって、タンク容器を破損する危険がある。このため油入変圧器では、変圧器タンクに開口部を設けて外気の圧力（大気圧）とタンク内圧を平衡させている。しかしながら、空気中に含まれる酸素や水分が変圧器の絶縁油に触れるとスラッジ等の劣化生成物が発生し、絶縁油の絶縁性能や冷却性能を低下させる。大型の油入変圧器では、絶縁油が外気に暴露されること防ぎ、変動する変圧器内の絶縁油体積変化を緩和するため、コンサベータと呼ばれる容器が変圧器タンクの上部に取り付けられる。

電力用の大容量油入変圧器においては、コンサベータ内に絶縁油と空気を遮断する耐油ゴム膜を設置する隔膜式コンサベータが保守の容易さから広く用いられている（非特許文献１）。

図４は、従来の隔膜式コンサベータを有する油入変圧器を示す図である。
巻線１と鉄心２を内部に設置した変圧器本体タンク３とその上部に設置されたコンサベータ４は配管５によって接続され、内部は絶縁油が満たされた状態となっている。コンサベータ４内にはニトリルゴム等の耐油性ゴムを使用したゴム袋６がフランジ７で固定設置されている。ゴム袋６の内部は空気が入っており、外部の絶縁油とは遮断され、このゴム袋６のゴム膜が隔膜の役割を果たしている。ゴム袋６内の空気は、フランジ７、配管８、ブリーザ９を介して外気に接続し、ゴム袋６内のガス圧力は大気圧となっている。ブリーザ９内には、外気中の湿気がゴム袋６内に侵入することを防ぐため、シリカゲル等の乾燥剤が装填されている。

ここで、コンサベータ４の機能について説明する。外気温や負荷損の為の発熱によって、変圧器本体タンク３内の絶縁油の温度が変化すると、油温が上昇した場合には絶縁油の体積が膨張、油温が低下した場合には逆に収縮する。コンサベータ４内の絶縁油は、変圧器本体タンク３内の絶縁油と導通しているので、絶縁油の体積が変化するとゴム袋６内の空気が外気と出入りしてゴム袋６の体積が変化する。すなわち、コンサベータ４は変圧器の絶縁油の体積変化をゴム袋６の体積変化に変換することによって、絶縁油が空気に暴露されることなく変圧器本体タンク３内の圧力を一定に保って変圧器のタンク容器を保護し、また、絶縁油がタンク容器から外部に溢れ出ることを防いでいる。

コンサベータ４内の油量は、変圧器本体側の油温変化による絶縁油の体積変動を吸収できる量であれば良いことから、変圧器本体タンク３の油量に対して約1/100程度の少量である。

しかしながら、前述のゴム材を使用した隔膜であっても、外部からのガス透過を完全に遮断できるわけではない。コンサベータのゴム袋に穴等の欠陥部位がなくても、外気側の気体分子はゴム材に溶解して内部に拡散し、拡散した気体分子が絶縁油側に到達して放出されて空気中のガスが絶縁油中に侵入する。一般的に、コンサベータに使用されるニトリルゴムの耐油性ゴム膜の空気透過率は、ASTM D1434に記載される方法で測定を行うと10^-6cm³/cm²・min・atmオーダの値である。この空気の侵入に対して、例えば特許文献１，２のようにゴム膜のガス遮断性能を向上させて、空気の侵入を抑制して、絶縁油の劣化を防ぐ発明がある。
電気学会編「電気工学ハンドブック」pp.823-824,電気学会(1978) 特開２００６−２３７５３１号公報 特開２００８−２２７２６８号公報

ところで、電力用の油入変圧器には、20年以上の機器としての寿命が期待される。このような長期間の使用においては、ゴム膜の空気透過率が微少であっても、その運転期間中の侵入量を積算するとその量は無視できる量ではない。加えてゴム膜の経年劣化によるガス遮断性能の低下を考慮すると、コンサベータを介して油入変圧器に侵入する空気ガス中の酸素や水蒸気は、絶縁油特性を低下させ、更に変圧器の寿命に大きく影響を及ぼすため、これを防ぐ必要がある。

いったん変圧器本体タンク内に空気ガスが侵入すると、コンサベータ油量に比べて膨大な量の変圧器本体タンクの絶縁油の中に拡散してしまうため、これを除去するには大型の脱ガス設備が必要となり、その除去は容易に行うことができない。

本発明は、油入変圧器に設置される隔膜式コンサベータの絶縁油を変圧器の運転を妨げることなく脱ガス処理し、変圧器本体側への空気ガスの侵入を抑制して絶縁油の劣化を防ぎ、長期信頼性の高い油入変圧器を実現することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の隔膜式コンサベータを有する油入変圧器は、隔膜式コンサベータを有する油入変圧器において、絶縁油の脱ガスを行う脱ガス処理装置を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、脱ガス処理装置により、隔膜式コンサベータを経由して変圧器本体内に侵入しようとする絶縁油の溶解空気ガスを、変圧器本体へ侵入する前に変圧器の運転に影響を及ぼすことなく除去できる。このため、絶縁油の劣化を防ぎ、長期信頼性の高い油入変圧器が実現できる。

また、上記絶縁油を脱ガスするための装置は、変圧器全体の絶縁油量を取り扱うのではなく、コンサベータ内の油量を処理する小規模のもので済むため、経済的で容易に実現可能である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。本発明の隔膜式コンサベータを有する油入変圧器は、隔膜式コンサベータ内の絶縁油の脱ガスを行う脱ガス処理装置を有しており、この脱ガス処理装置は、各実施形態において設置個所が異なっている。

（実施形態１）
図１は、本発明に係る実施形態１の隔膜式コンサベータを有する油入変圧器を示す図である。なお、図４の従来技術と同一部位については同一符号を付しており、説明は省略する。

本実施形態は、従来の隔膜式コンサベータ（図４）において、コンサベータ４内の絶縁油中に中空糸膜モジュール１０を浸漬させたものである。中空糸膜モジュール１０は、チューブ状の中空糸膜を多数纏められて一体化されたものであり、そのチューブの外側はコンサベータ４内の絶縁油に接している。チューブの内側は、真空配管１１を介して真空ポンプ１２によって真空状態になっている。真空配管１１と真空ポンプ１２間にはバッファタンク１３があり、バッファタンク１３と真空配管１１の接続部にはバルブ１４、バッファタンク１３と真空ポンプ１２の接続部にはバルブ１５が設置されており、バッファタンク１３の真空度は真空計１６で計測されている。

上記構成により、次のような作用効果を生じる。
中空糸膜モジュール１０の中空糸膜の内側を真空状態にすることによって、中空糸膜モジュール１０周囲の絶縁油中の溶解ガスが、膜内外のガス分圧差によって膜を透過して中空糸膜内側に入り、これを真空ポンプ１２で排出することによって絶縁油の脱ガスが行われる。ゴム袋６を透過して侵入する空気ガスの絶縁油中の濃度は、コンサベータ４中では変圧器本体タンク３の絶縁油で拡散する前であるので高い状態にあり、前述のガス分圧差を大きくできる。また、コンサベータ４の油量は変圧器本体タンク３の油量に比べて少量であるので、絶縁油の脱ガス処理を効率的に行うことができる。

中空糸膜を用いた絶縁油の脱ガスにおいては、膜周囲の絶縁油が流動して入れ替わることが望ましい。コンサベータ４は、変圧器本体タンク３との間で配管５を通じて絶縁油の移動があり、その際コンサベータ４内で絶縁油の流動があるので問題はない。特に、コンサベータ４内においては、配管５の接続口付近で絶縁油の流れが大きくなり易いので、この部位に中空糸膜モジュール１０を設置するのが適当である。本実施形態では、絶縁油を流動させるための送油ポンプを設置する必要がないのでコンパクトで経済的であり、変圧器本体の運転に影響を及ぼすことも無い。

中空糸膜内部の真空度はバッファタンク１３の取り付けられた真空計１６で監視し、通常状態では、バルブ１４は開、バルブ１５は閉としている。絶縁油の脱ガス処理によって、バッファタンク１３の真空度が悪くなった場合、バルブ１５を開として真空ポンプ１２で真空引きを行うことにより常時真空ポンプを運転する必要が無くなり、長期間に渡って経済的に脱ガス処理を行うことができる。中空糸膜の材質には耐油性が求められるが、４フッ化エチレン樹脂等の耐油性のある中空糸膜が市販されており、これを利用すれば良い。

（実施形態２）
図２は、本発明に係る実施形態２の隔膜式コンサベータを有する油入変圧器を示す図である。なお、図４の従来技術と同一部位については同一符号を付しており、説明は省略する。

本実施形態は、従来の隔膜式コンサベータ（図４）において、コンサベータ４と変圧器本体タンク３を接続する配管５の途中に、絶縁油の脱ガス処理を行う中空糸膜モジュール２１を設置したものである。中空糸膜モジュール２１は、真空容器２２内に収められており、真空ポンプ２３で真空引きされている。真空容器２２と真空ポンプ２３間には、バルブ２４が設置されており、真空容器２２の真空度は、真空計２５で監視されている。中空糸膜モジュール２１の中空糸膜の内側は絶縁油となっており、配管５とバルブ２６、２７を介して配管５と通じている。一方、中空糸膜の外側は真空容器２２内に通じ真空となっている。

配管５には、中空糸膜モジュール２１をバイパスするバイパス配管２８とバイパスバルブ２９が取り付けられている。通常状態では、バイパスバルブ２９は閉、バルブ２６とバルブ２７を開とし、コンサベータ４と変圧器本体タンク３間を移動する絶縁油は、中空糸膜モジュール２１を通過するようになっている。
また、バルブ２６と中空糸膜モジュール２１間は、バルブ３０を介して配管３１で真空ポンプ２３と接続しているが、通常時バルブ３０は閉となっている。

上記構成により、次のような作用効果を生じる。
中空糸膜モジュール２１の中空糸膜のガス分圧差によって、中空糸膜内の絶縁油の溶解ガスは膜内側から外側に透過し、絶縁油の脱ガスが行われる。コンサベータ４と変圧器本体タンク３間を移動する絶縁油は、全て中空糸膜モジュール２１を通過する。そのため、コンサベータ４で絶縁油に溶解した空気ガスを、変圧器の運転に影響を及ぼすことなく変圧器本体タンク３に侵入する前に効率的に除去することが可能となる。

本実施形態では、実施形態１と同様に脱ガス処理において中空糸膜内の絶縁油を流動させるための送油ポンプを設置する必要がない。また、真空容器２２の真空度を実施形態１で述べた方法と同様の監視を行うことによって、常時真空ポンプを運転し続けなくても、長期間に渡って経済的に脱ガス処理を行うことができる。

中空糸膜モジュール２１を交換する場合、バルブ２６とバルブ２７を閉、バイパスバルブ２９を開とすることによって、変圧器の運転に影響を及ぼすことなく中空糸膜モジュール２１を取り外すことができる。中空糸膜モジュール２１を取り付ける場合、バルブ３０を開として中空糸膜内を真空ポンプ２３で真空状態にし、再びバルブ３０を閉じ、バルブ２６を開にして中空糸膜内側に注油することによって、中空糸膜モジュール２１の交換時に空気ガスが絶縁油中に侵入することが防ぐことができる。そのため、中空糸膜モジュール２１の保守交換を容易に行うことができる。

本実施形態では、中空糸膜モジュール２１の中空膜の内側を絶縁油、外側を真空としたが、これを逆にしても良い。その場合、実施形態１の中空糸膜モジュール１０の設置構成を配管５内で実現したものと同じである。

（実施形態３）
図３は、本発明に係る実施形態３の隔膜式コンサベータを有する油入変圧器を示す図である。なお、図４の従来技術と同一部位については同一符号を付しており、説明は省略する。

本実施形態は、従来の隔膜式コンサベータ（図４）において、コンサベータ４に送油ポンプ４１と脱ガス処理ユニット４２に通じる絶縁油の外部循環配管４３を、バルブ４４、４５を介して取り付けたものである。脱ガス処理ユニット４２の構成は、実施形態２の図２におけるバルブ２６とバルブ２７の間の構成と同様のものであり、図２中の配管５が外部循環配管４３に置き換えられたものである。

上記構成により、次のような作用効果を生じる。
送油ポンプ４１でコンサベータ４内の絶縁油を脱ガス処理ユニット４２で循環処理するによって、絶縁油の脱ガスが行われる。そのため、コンサベータ４内の絶縁油に溶解した空気ガスを変圧器本体タンク３内に侵入することが防ぐことができる。また、この処理は変圧器の運転に影響を及ぼすことなく実現できる。

脱ガス処理ユニット４２を通過する絶縁油流量は、送油ポンプ４１で設定できる。一方、実施形態１，２では、中空糸膜で絶縁油を脱ガス処理は、変圧器絶縁油の体積変化によるコンサベータ４と変圧器本体タンク３間の絶縁油の移動に伴う油流を利用しており、この油流量は変圧器本体の絶縁油量と温度の時間変化率に依存するため常に変動している。本実施形態では、送油ポンプ４１の送油量を適切に選択することによって、実施形態１，２に比べてコンサベータ４内の絶縁油を短時間で脱ガス処理することができる。送油ポンプ４１や脱ガス処理ユニット４２は、コンサベータ４内の絶縁油量を処理する能力があれば良く、変圧器本体タンク４の絶縁油を処理する場合に比べて、小規模の機器で構成でき経済的である。

本発明に係る実施形態１の隔膜式コンサベータを有する油入変圧器を示す図。 本発明に係る実施形態２の隔膜式コンサベータを有する油入変圧器を示す図。 本発明に係る実施形態３の隔膜式コンサベータを有する油入変圧器を示す図。 従来の隔膜式コンサベータを有する油入変圧器を示す図。

符号の説明

１…変圧器巻線、２…鉄心、３…油入変圧器本体タンク、４…コンサベータ、５…本体タンク接続配管、６…ゴム袋、８…配管、９…ブリーザ、１０…中空糸膜モジュール、１２…真空ポンプ、１３…バッファタンク、１６…真空計、２１…中空糸膜モジュール、２２…真空容器、２３…真空ポンプ、２５…真空計、２８…バイパス配管、４１…送油ポンプ、４２…脱ガス処理ユニット、４３…外部循環配管。

Claims (7)

1. 隔膜式コンサベータを有する油入変圧器において、絶縁油の脱ガスを行う脱ガス処理装置を備えたことを特徴とする隔膜式コンサベータを有する油入変圧器。
2. 前記脱ガス処理装置は、チューブ状の中空糸膜モジュールを有し、前記中空糸膜モジュール内外の一方の側に接した絶縁油から他方の側の真空中に透過したガスを排出することを特徴とする請求項１に記載の隔膜式コンサベータを有する油入変圧器。
3. 前記中空糸膜モジュールを、隔膜式コンサベータ内の絶縁油中に浸漬したことを特徴とする請求項２に記載の隔膜式コンサベータを有する油入変圧器。
4. 前記中空糸膜モジュールを、隔膜式コンサベータと本体タンクとの接続配管に取り付けたことを特徴とする請求項２に記載の隔膜式コンサベータを有する油入変圧器。
5. 前記接続配管に、前記中空糸膜モジュールの交換時に絶縁油がバイパスする配管を取り付けたことを特徴とする請求項４に記載の隔膜式コンサベータを有する油入変圧器。
6. 前記中空糸膜モジュールを、隔膜式コンサベータに接続した絶縁油の外部循環配管に取り付けたことを特徴とする請求項２に記載の隔膜式コンサベータを有する油入変圧器。
7. 真空中のガス圧力を計測し、前記ガス圧力が所定値を超えた場合にガスの排出動作を行うことを特徴とする請求項２ないし６のいずれかに記載の隔膜式コンサベータを有する油入変圧器。

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