JP2012248735A

JP2012248735A - 油入電気機器の異常診断方法及び異常診断装置

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Publication number: JP2012248735A
Application number: JP2011120209A
Authority: JP
Inventors: Kiwamu Miyajima; 極宮島; Takahiro Sawatsu; 貴弘澤津
Original assignee: Aichi Electric Co Ltd
Current assignee: Aichi Electric Co Ltd
Priority date: 2011-05-30
Filing date: 2011-05-30
Publication date: 2012-12-13

Abstract

【課題】油入変圧器等において、低温異常過熱等、分解ガスの発生量の少ない内部異常の発生を検出することのできる油入電気機器の異常診断方法及び異常診装置を提供する。
【解決手段】油入電気機器Ａの呼吸経路７上に異常診断手段８を取り付ける。異常診断手段８は、異常診断装置を備えており、異常診断装置は多孔質の合金を備えている。内部異常に伴い発生する炭化水素ガスを、油入電気機器Ａの呼吸作用を利用して合金に吸蔵させる。これによって変化する合金の電位又は内部抵抗を測定することにより、吸蔵された水素量を推定し、油入電気機器Ａの内部異常の発生有無を判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、油入電気機器の低温異常過熱の発生有無を判定する方法及び装置に関する。

従来から、油入電気機器の外部診断技術としては油中ガス分析が広く利用されている。油入電気機器の内部異常現象は、絶縁破壊や局部過熱等、発熱を伴うものであり、発熱源に接触した絶縁油や絶縁紙、或いは、プレスボードやベークライト等の絶縁材料は化学分解反応を起こし、一酸化炭素（ＣＯ）や二酸化炭素（ＣＯ₂）、水素（Ｈ₂）やメタン（ＣＨ₄）、エチレン（Ｃ₂Ｈ₄）、アセチレン（Ｃ₂Ｈ₂）等の炭化水素ガスを発生する。

発生する炭化水素ガスは絶縁油に対する溶解度が大きいものが多く、その大部分が絶縁油中に溶解するので、油入電気機器から採取した絶縁油中のガスを抽出・分析して、そのガス量とガスの組成を測定することによって、油入電気機器内部の異常の有無と、異常の程度を判定することが可能となる。

具体的には、下記非特許文献１の第５−１−１図や第５−１−２図に示すように、横軸にガス成分を順に並べ、縦軸に各ガス成分の中で、最大を１とした場合の比をプロットしてパターンを描き、その形状から内部不具合の様相、例えば、加熱や放電等の有無を診断するのである。

電気協同研究第６５巻第１号４９頁

然るに、油入電気機器に低温異常過熱が発生した場合、絶縁油の化学分解反応により発生する前述した炭化水素ガスの量は少なく、また、油入電気機器は正常運転している場合においても炭化水素ガスを発生するので、油入電気機器が正常運転状態にあるのか異常運転状態にあるのかの判別が困難であった。密封形の油入電気機器であれば、発生したガスが長期間に渡って絶縁油中に残留・蓄積するので、油中ガス分析によって低温異常過熱の発見が可能であったとしても、短期間で発見することは非常に難しい。

また、開放型の油入電気機器にあっては、発生したガスが吸湿呼吸器の呼吸作用によって吸湿呼吸器を介して外気に散逸するため、絶縁油中のガス溶存量が減少し、結果、低温異常過熱の発見が、油中ガス分析によっても、事実上、不可能であった。

そこで、本発明は、炭化水素ガスの発生量が少ない低温異常加熱においても、異常を確実に発見することのできる油入電気機器の異常診断方法及び異常診断装置を提供するものである。

請求項１記載の発明は、機器本体を絶縁油とともにタンク中に収容してなる油入電気機器において、吸湿呼吸器を取り付ける呼吸経路上に配置した合金に、絶縁材料の分解ガスを吸蔵させ、このときの合金の電気的特性を測定することにより、吸蔵した分解ガス量を推定して、油入電気機器の低温異常過熱の発生有無を判定することを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記電気的特性は、電位又は内部抵抗であることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２の何れかに記載の発明において、前記電気的特性は、測定器にオンライン接続される外部のコンピュータによって観測することを特徴とする。

請求項４記載の発明は、機器本体を絶縁油とともにタンク中に収容してなる油入電気機器において、吸湿呼吸器を取り付ける呼吸経路上に配置した合金に、絶縁材料の分解ガスを吸蔵させた後、当該合金を加熱或いは電圧を印加することにより放出される分解ガス量から油入電気機器の低温異常過熱の発生有無を判定することを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明において、前記放出される分解ガス量を一定周期毎に測定することにより、分解ガスの発生速度の変化から低温異常過熱の発生有無を判定することを特徴とする。

請求項６記載の発明は、機器本体を絶縁油とともにタンク中に収容してなる油入電気機器の吸湿呼吸器を取り付ける呼吸経路上に、負極板として多孔質の合金と、電解液及び正極板を交互に重畳配置し、これらを収容するケースの互いに絶縁された上下面に吸気口及び排気口を備え、正極板又は負極板に収容ケースの上下面を電気的に接続して構成される異常診断装置を配置して構成したことを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、低温異常過熱時に発生する分解ガスを合金に累積的に吸蔵させるので、低温異常過熱時に発生する分解ガスが少量であっても分解ガスを蓄積させることにより、低温異常過熱の発生を確実に判定することができる。

請求項２記載の発明によれば、合金の電位や内部抵抗等の電気的特性を測定することにより、合金に吸蔵させた分解ガス量を推定することができるので、非常に簡単に油入電気機器の異常診断を行うことができる。

請求項３記載の発明によれば、測定した合金の電気的特性を外部のコンピュータにオンラインで観測できるので、油入電気機器の異常を視覚的に理解しやすくなる。

請求項４記載の発明によれば、一旦合金に吸蔵させた分解ガスを加熱或いは電圧印加することにより放出させ、放出させた分解ガス量を実測することにより異常診断を行なうので、正確な異常診断を行なうことができる。

請求項５記載の発明によれば、合金の電気的特性や、合金の加熱又は電圧印加によって放出される分解ガスを一定周期毎に測定することにより、分解ガスの発生速度の変化を測定することができ、信頼性の高い油入電気機器の診断を実現することができる。

請求項６記載の発明によれば、分解ガスを吸蔵させた合金を負極板と、電解液を介して配置される正極板との間の電位差又は内部抵抗の変化を測定することが可能となり、油入電気機器の低温異常過熱の発生の有無を、異常診断装置の電気特性の変化として把握することができる。

本発明の異常診断手段を取り付けた油入電気機器の正面図である。前記異常診断手段の構成を示す正面図である。前記異常診断手段を構成する異常診断装置の内部構造を示す縦断面図である。本発明に係る油入電気機器の運転年数と分解ガスの発生量との関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態について図１乃至図４を用いて説明する。図１は本発明に係る異常診断方法を採用した油入電気機器（油入変圧器Ａ）の正面図であり、図１において、１は油入変圧器Ａのタンクであり、２はタンク１内に収容・固定される、鉄心やコイル等からなる変圧器本体である。

３は変圧器タンク１内に充填されて、変圧器本体２を冷却および絶縁する絶縁油であり、４は変圧器タンク１の上部に取り付けられたコンサーベーターを示している。

５は変圧器タンク１の下部に設けられて、変圧器タンク１内に充填した絶縁油３を抜き取る排油コックを示している。当該排油コック５には、注射器を接続してピストンを引く操作によって、ほぼ大気に晒すことなく変圧器タンク１内から絶縁油３を抜き取ることができる。

６はコンサーベーター４の上部に一端を連結した呼吸管７の他端に接続される吸湿呼吸器であり、その内部にはシリカゲル等の吸湿剤（図示せず）が収容され、呼吸管７を介して変圧器タンク１内に湿った空気が流入することを防止している。

８は本発明に係る異常診断手段を示している。異常診断手段８は、図２に示すように、収容箱８ａ内に分解ガス（例えば、水素ガス）を吸蔵する合金（水素吸蔵合金等）を備えた異常診断装置８ｂを収容して構成されている。水素吸蔵合金とは、水素を取り込む性質のある金属を合金化することによって最適化し、水素を吸わせることを目的として開発された合金であり、水素貯蔵合金とも言われる。

次に、異常診断装置８ｂの構造について説明する。異常診断装置８ｂは、図３に示すように、上蓋９と、上蓋９との間に絶縁物１０を介在させた収容ケース１１を備え、収容ケース１１内には、電解液（水酸化カリウム等）１２、負極板として使用される多孔質の水素吸蔵合金１３、及び、正極板（水素化ニッケル等）１４が交互に重畳配置されている。

そして、前記負極板としての水素吸蔵合金１３は集電端子１５によって上蓋９と接続されており、一方、正極板１４は集電端子１６によって収容ケース１１に接続されている。なお、上蓋９及び収容ケース１１の底面１１ａには、それぞれ貫通孔１７，１８が形成されている。

以上のごとく構成される油入変圧器Ａは、正常運転時においても、前述した化学分解反応によって炭化水素ガスが発生するが、ガス中の例えば水素の量と、油入変圧器Ａの運転年数の関係は一般的に図４に示す比例関係となる。

つづいて、前述した異常診断手段８によって油入変圧器Ａの低温異常過熱を診断する方法について説明する。油入変圧器Ａの内部に低温異常過熱が発生した場合、発熱源に接触した絶縁油３や絶縁紙等の絶縁材料は化学分解反応を起こす。

この化学分解反応によって、水素等の炭化水素ガスが発生し絶縁油３中に溶解する。炭化水素ガスのうち例えば、水素の発生量は、図４に示すように、正常運転時と比較して増加し、正常運転時の比例関係から逸脱する。

発生量が増加した水素は、図１に示す油入変圧器Ａのコンサーベーター４中の絶縁油３の油面から呼吸管７内へ流入する。呼吸管７には、前述のごとく異常診断手段８が接続されているので、呼吸管７内へ流入した水素は異常診断手段８へと送られる。異常診断手段８へ送られた水素は、図２に示す収容箱８ａ内に流入し、収容されている異常診断装置８ｂの上蓋９に形成した貫通孔１７（図３参照）から収容ケース１１内に流入する。

流入した水素は、収容ケース１１内に収容した多孔質の水素吸蔵合金１３に吸蔵される。これにより、水素吸蔵合金１３の電位は上昇するので、負極板である水素吸蔵合金１３に集電端子１６を介して接続される収容ケース１１の底面１１ａと、正極板１４に集電端子１５を介して接続される上蓋９間の電位差を測定することにより、水素吸蔵合金１３によって吸収された水素量を推定できる。

本発明は、合金１４に吸蔵された水素量を推定することにより、油入電気機器Ａの異常を診断するものであり、水素量の具体的な推定方法は以下に記す何れかの方法によって実現すればよい。

例えば、単純に、図２に示す収容箱８ａから異常診断装置８ｂを取り出し、電圧計を利用して、上蓋９と収容ケース１１の底面１１ａ間の電位差を測定することにより吸蔵された水素量を測定したり、水素を吸蔵することによって変化した異常診断装置８ｂの内部抵抗値を抵抗計を利用して測定することにより、吸収された水素量を推定ことができる。

また、図２に示すように、収容箱８ｂに予め電圧計や抵抗計を接続可能なコネクタ１９ａ及び１９ｂを備えておけば、異常診断装置８ｂを収容箱８ａから取り出すことなく収容箱８ａに収容したまま、上蓋９と収容ケース１１の底面１１ａ間の電位差や内部抵抗を測定することができる。

さらに、別の方法として、収容箱８ｂから異常診断装置８ｂを取り出し、異常診断装置８ｂを構成する水素吸蔵合金１３を加熱するか、或いは、電圧を印加することによって、水素吸蔵合金１３に吸蔵されている水素を外部へ放出させ、放出した水素量を実測することも可能である。

このようにして推定・測定した水素量は、油入変圧器Ａの低温異常過熱に起因して、絶縁油３や絶縁紙等の絶縁材料が化学分解反応を起こして発生したものであるから、推定・測定した水素量から低温異常過熱の有無を判定することが可能となる。

なお、上述した電位差又は抵抗値、或いは、実測値を予め設定した一定周期で測定すれば、水素の発生速度の変化を把握することができるので、油入変圧器Ａの低温異常過熱の発生の有無判定に有効である。

また、測定した電位や内部抵抗の変化をＬＥＤ等の表示手段を点灯させることにより、視覚的に認識しやすい構成としたり、電圧計や抵抗計を外部のコンピュータとオンラインで接続し、コンピュータのソフト上で観測して、低温異常過熱の有無管理を行っても良い。

以上説明したように、本発明の油入電気機器の異常診断方法によれば、油中ガス分析で診断することが不可能な低温異常過熱の発生の有無を、呼吸経路上に配置した異常診断手段に分解ガスを蓄積することにより確実に診断することができる。

そして、異常診断手段の取り扱いは非常に簡単であり、点検作業の負担を軽減することができるとともに、低廉な診断コストで油入電気機器の内部異常を確実に発見できるので、油入電気機器の予防保全に大いに資する。

油入変圧器等の内部異常の診断に利用可能である。

１変圧器タンク
２変圧器本体
３絶縁油
４コンサーベーター
５排油コック
６吸湿呼吸器
７呼吸管（呼吸経路）
８異常診断手段
８ａ収容箱
８ｂ異常診断装置
９上蓋
１０絶縁物
１１収容ケース
１１ａ底面
１２電解液
１３負極板（多孔質の水素吸蔵合金）
１４正極板
１５，１６集電端子
１７，１８貫通孔
１９ａ，１９ｂコネクタ
A 油入変圧器

Claims

機器本体を絶縁油とともにタンク中に収容してなる油入電気機器において、吸湿呼吸器を取り付ける呼吸経路上に配置した合金に絶縁材料の分解ガスを吸蔵させ、この状態における合金の電気的特性を測定することにより、吸蔵した分解ガス量を推定して、油入電気機器の低温異常過熱の発生有無を判定することを特徴とする油入電気機器の異常診断方法。
前記電気的特性は、電位又は内部抵抗であることを特徴とする請求項１記載の油入電気機器の異常診断方法。
前記電気的特性は、測定器にオンライン接続される外部のコンピュータによって観測することを特徴とする請求項１又は請求項２の何れかに記載の油入電気機器の異常診断方法。
機器本体を絶縁油とともにタンク中に収容してなる油入電気機器において、吸湿呼吸器を取り付ける呼吸経路上に配置した合金に絶縁材料の分解ガスを吸蔵させた後、当該合金を加熱或いは電圧を印加することにより放出される分解ガス量から油入電気機器の低温異常過熱の発生有無を判定することを特徴とする油入電気機器の異常診断方法。
前記電気的特性又は放出される水素量を一定周期毎に測定することにより、分解ガスの発生速度の変化から低温異常過熱の発生有無を判定することを特徴とする請求項１乃至請求項４記載の油入電気機器の異常診断方法。
機器本体を絶縁油とともにタンク中に収容してなる油入電気機器の吸湿呼吸器を取り付ける呼吸経路上に、負極板として多孔質の合金と、電解液及び正極板を交互に重畳配置し、これらを収容するケースの互いに絶縁された上下面に吸気口及び排気口を備え、正極板又は負極板に前記収容ケースの上下面を電気的に接続して構成される異常診断装置を配置して構成したことを特徴とする油入電気機器の異常診断装置。