JP2018194516A - 試験方法および試験装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】油入電気機器における絶縁油、絶縁物等の経年劣化への酸素の影響を正確に評価することのできる試験方法を提供すること。
【解決手段】本発明の試験方法は、油入電気機器を構成する対象材料の酸素に起因する劣化の度合いを調べるための試験方法である。油入電気機器は、絶縁油、絶縁物および導体を備え、絶縁油が大気に接した状態で収容されている開放型の油入電気機器である。対象材料は、絶縁油、絶縁物および導体の少なくともいずれかである。試験タンク内に絶縁油と対象材料とを収容し、試験タンク内の上部空間に乾燥空気が連続的に供給される状態で保持した後に、対象材料の酸素に起因する劣化指標について測定を実施する。
【選択図】図１
【解決手段】本発明の試験方法は、油入電気機器を構成する対象材料の酸素に起因する劣化の度合いを調べるための試験方法である。油入電気機器は、絶縁油、絶縁物および導体を備え、絶縁油が大気に接した状態で収容されている開放型の油入電気機器である。対象材料は、絶縁油、絶縁物および導体の少なくともいずれかである。試験タンク内に絶縁油と対象材料とを収容し、試験タンク内の上部空間に乾燥空気が連続的に供給される状態で保持した後に、対象材料の酸素に起因する劣化指標について測定を実施する。
【選択図】図１
Description
本発明は、試験方法および試験装置に関する。
油入変圧器等の油入電気機器を構成する絶縁油、絶縁物等は、経年的に劣化するため油入電気機器の寿命の要因になることが知られている。また、絶縁油、絶縁物等は、運転中の熱ストレス、外部から絶縁油へ供給される酸素、絶縁物中の水分等の影響を受けて経年劣化することが知られている（例えば、非特許文献１（ML. Coulibaly, C. Perrier, M. Marugan, “Assessment of Methanol as cellulose aging marker in mineral and ester oils”, CIGRE Conference, Paris, A2-112, 2016.））。
特に酸素は、絶縁油、絶縁物等の経年劣化への影響が大きい因子である。このため、絶縁油、絶縁物等の寿命を正確に評価するには、酸素の影響を実器（実際の油入電気機器）と同等な試験系で検証することが望ましい。
油入電気機器としては、絶縁油への酸素透過が少ない密閉式と、絶縁油への酸素透過が多い開放式と、が知られている（例えば、特許文献１（特開２０１０−２７６３４号公報））。開放式の油入電気機器における絶縁油への酸素透過を模擬した試験系として、絶縁油へ初期に空気を溶解させて密閉して試験を行う方法、絶縁油中に空気を連続してバブリングする方法などが知られている。
ML. Coulibaly, C. Perrier, M. Marugan, "Assessment of Methanol as cellulose aging marker in mineral and ester oils", CIGRE Conference, Paris, A2-112, 2016.
しかしながら、従来の試験方法では、実器における酸素の影響を十分に模擬できていないため、油入電気機器における絶縁油、絶縁物等の経年劣化への酸素の影響を正確に評価することができなかった。
したがって、本発明は、油入電気機器における絶縁油、絶縁物等の経年劣化への酸素の影響を正確に評価することのできる試験方法を提供することを目的とする。
本発明の試験方法は、油入電気機器を構成する対象材料の酸素に起因する劣化の度合いを調べるための試験方法である。
油入電気機器は、絶縁油、絶縁物および導体を備え、絶縁油が大気に接した状態で収容されている開放型の油入電気機器である。
対象材料は、絶縁油、絶縁物および導体の少なくともいずれかである。
試験タンク内に絶縁油と対象材料とを収容し、試験タンク内の上部空間に乾燥空気が連続的に供給される状態で保持した後に、対象材料の酸素に起因する劣化指標について測定を実施する。
試験タンク内に絶縁油と対象材料とを収容し、試験タンク内の上部空間に乾燥空気が連続的に供給される状態で保持した後に、対象材料の酸素に起因する劣化指標について測定を実施する。
本発明によれば、油入電気機器における絶縁油、絶縁物等の経年劣化への酸素の影響を正確に評価することのできる試験方法を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表す。
実施の形態１．
本実施の形態の試験方法は、油入電気機器を構成する対象材料の劣化の度合いを調べるための試験方法である。油入電気機器は、絶縁油、絶縁物および導体を備え、絶縁油が大気に接した状態で収容されている開放型の油入電気機器である。
本実施の形態の試験方法は、油入電気機器を構成する対象材料の劣化の度合いを調べるための試験方法である。油入電気機器は、絶縁油、絶縁物および導体を備え、絶縁油が大気に接した状態で収容されている開放型の油入電気機器である。
油入電気機器は、絶縁油、絶縁体および導体を備える電気機器であれば特に限定されない。油入電気機器において、絶縁体および導体は、絶縁油中に浸漬されていることが好ましい。油入電気機器は、好ましくは変圧器である。
対象材料は、油入電気機器に用いられる絶縁油、絶縁物および導体の少なくともいずれかである。
絶縁油としては、油入電気機器に用いられる絶縁油であれば特に限定されないが、例えば、鉱油、シリコーン油、エステル油などが挙げられる。
絶縁物としては、油入電気機器に用いられる絶縁物（絶縁体）であれば特に限定されないが、例えば、プレスボード（ＰＢ）、クラフト紙、耐熱処理紙などの絶縁紙が挙げられる。
導体としては、油入電気機器に用いられる導体であれば特に限定されないが、例えば、銅が挙げられる。なお、導体は、例えば、変圧器（油入電気機器）のコイルなどに用いられている。
本実施の形態の試験方法においては、試験タンク内に絶縁油と対象材料とを収容し、試験タンク内の上部空間に乾燥空気が連続的に供給される状態で保持した後に、対象材料の酸素に起因する劣化指標について測定を実施する。
図１を参照して、試験タンク１内に絶縁油と対象材料とを収容するとは、対象材料が絶縁油のみである場合に、試験タンク１内に絶縁油２のみを収容することを含んでいる。対象材料が絶縁油以外を含んでいる場合は、試験タンク内に絶縁油２と絶縁油以外の対象材料（絶縁物２１および導体２２の少なくともいずれか）が収容される。したがって、試験タンク１内には、必ず絶縁油２が収容され、対象材料に応じて絶縁油以外の材料が収容される（図１において、絶縁物２１および導体２２は収容されなくてもよい）。
試験タンク内の上部空間に乾燥空気を連続的に供給する方法としては、例えば、ポンプ等により乾燥空気を流入口１２から上部空間１１に供給し、排出口１３から乾燥空気を排出する方法が挙げられる。
なお、乾燥空気を用いる理由は、開放式の変圧器等の実器でも空気の取り込み口に水分除去剤（シリカゲル等）が設置されており、絶縁油に触れる空気は乾燥空気となっているためである。
試験タンク内の上部空間に乾燥空気が連続的に供給される状態で保持する保持時間は、特に限定されないが、劣化指標の測定限界等に応じて適宜設定すればよい。なお、本実施の形態において、試験タンク内の上部空間に乾燥空気が連続的に供給される状態で、絶縁油を加熱してもよい。この場合、対象材料の劣化が加速されるため、上記保持時間が短縮され、短時間で試験を終了することが可能になる。
対象材料が絶縁油である場合、絶縁油の酸素に起因する劣化指標としては、例えば、絶縁油の帯電度、絶縁油中の溶存ガス（一酸化炭素、二酸化炭素）の濃度などが挙げられる。また、対象材料が絶縁紙（絶縁物）である場合、対象材料の酸素に起因する劣化指標としては、例えば、絶縁紙（絶縁紙を構成するセルロース分子）の平均重合度、酸素の存在によって生じる絶縁紙の分解物であるフルフラールの絶縁油中の含有量などが挙げられる。また、対象材料が絶縁紙（絶縁物）および導体である場合、対象材料の酸素に起因する劣化指標としては、例えば、絶縁油中に、導体が巻き付けられた絶縁紙（絶縁紙および導体）を浸漬させたときの、絶縁紙および導体の腐食状態（硫化銅などの生成量）が挙げられる。
また、本実施の形態は、上記の試験方法に用いられる試験装置にも関する。図１を参照して、試験装置は、絶縁油を収容するための試験タンク１を備える。試験タンク１は、例えば、試験タンク１の上部空間１１（試験タンク１内の絶縁油２の油面より上部の空間）に乾燥空気を連続的に供給するための流入口１２および排出口１３を有する。
従来のように、絶縁油へ初期に空気を溶解させて密閉して試験を行う方法では、溶解した初期の空気中の酸素が消費された後は、実器とは異なる状態となるため、絶縁油、絶縁物等の経年劣化への酸素の影響を正確に評価することはできなかった。また、絶縁油中に空気を連続してバブリングする方法においても、実器よりも絶縁油中への酸素の溶解量が多くなり、絶縁油、絶縁物等の経年劣化への酸素の影響を過大評価してしまい、正確な評価を行うことができなかった。
これに対して、本実施の形態によれば、従来法よりも、より実器に近い状態で試験が実施されるため、開放型の油入電気機器における絶縁油、絶縁物等の経年劣化への酸素の影響を正確に評価することが可能となる。
（実施例１）
本実施例は、実器と同様に絶縁油が空気に曝される試験系を用いた試験例である。上記実施の形態１で図１を用いて説明した試験装置を用いて、絶縁物の劣化試験を行った。
本実施例は、実器と同様に絶縁油が空気に曝される試験系を用いた試験例である。上記実施の形態１で図１を用いて説明した試験装置を用いて、絶縁物の劣化試験を行った。
試験タンク内に絶縁油を収容し、該絶縁油中に、絶縁物として、プレスボード（ＰＢ）、クラフト紙または耐熱処理紙を浸漬させた。なお、図１とは異なり、本実施例では、導体２２は絶縁油２中に浸漬されていない。
試験タンク内の上部空間（絶縁油の油面より上部の空間）に、乾燥空気（８０体積％の窒素と、２０体積％酸素と、の混合気体）あるいは窒素を連続的に吹き流しながら加熱による絶縁物の加速劣化試験を行い、絶縁物の平均重合度を測定（モニタリング）した。なお、ＰＢについては、保持時間が０、３、１５および３０日の時点で測定を実施し、クラフト紙および耐熱処理紙については、保持時間が０、１０、２０および３０日の時点で測定を実施した。平均重合度の経時変化を図４（ａ）に示す。
（参考例１）
参考例は、絶縁油が酸素に曝されない試験系を用いた試験例である。本参考例では、図２に示されるように、乾燥空気の代わりに窒素を用いた以外は、実施例１と同様にして、絶縁物の平均重合度を測定した。平均重合度の経時変化を図４（ｂ）に示す。
参考例は、絶縁油が酸素に曝されない試験系を用いた試験例である。本参考例では、図２に示されるように、乾燥空気の代わりに窒素を用いた以外は、実施例１と同様にして、絶縁物の平均重合度を測定した。平均重合度の経時変化を図４（ｂ）に示す。
なお、絶縁油が酸素に曝されない試験系としては、例えば、図３に示されるように、上部空間１１にゴム袋３を収容し、その中に乾燥空気を供給する試験系（試験装置）を用いてもよい。
（実施例２）
絶縁物の平均重合度の代わりに絶縁油中のフルフラール量（濃度）を測定（モニタリングした）した。それ以外の点は、実施例１と同様である。フルフラール量の経時変化を図５（ａ）に示す。
絶縁物の平均重合度の代わりに絶縁油中のフルフラール量（濃度）を測定（モニタリングした）した。それ以外の点は、実施例１と同様である。フルフラール量の経時変化を図５（ａ）に示す。
（参考例２）
本参考例では、図２に示されるように、乾燥空気の代わりに窒素を用いた以外は、実施例２と同様にして、フルフラール量を測定した。フルフラール量の経時変化を図５（ｂ）に示す。
本参考例では、図２に示されるように、乾燥空気の代わりに窒素を用いた以外は、実施例２と同様にして、フルフラール量を測定した。フルフラール量の経時変化を図５（ｂ）に示す。
図４および図５に示される結果から、保持時間（加熱日数）が３０日の時点で比較すると、ＰＢおよびクラフト紙については、酸素の存在により、平均重合度の低下速度は約２．０倍（酸素ありでは、平均重合度は加熱０日から６３９低下（ＰＢとクラフト紙の平均値）。酸素なしでは３２１低下。酸素の存在により平均重合度の低下速度は６３９／３２１＝２．０倍速くなる）になり、フルフラール量は約２．１倍（酸素ありでは、０．０９４ｍｇ／ｇ（ＰＢとクラフト紙の平均値）。酸素なしでは、０．０４５ｍｇ／ｇ。酸素の存在によりフルフラール量の発生速度は０．０９４／０．０４５＝２．１倍速くなる）になることが分かった。一方、耐熱処理紙については、酸素の存在により、平均重合度の低下速度は約１．４倍（酸素ありでは、平均重合度は加熱０日から２３４低下。酸素なしでは１６７低下。酸素の存在により平均重合度の低下速度は２３４／１６７=１．４倍速くなる）になり、フルフラール量は約１．３倍（酸素ありでは、０．０１２ｍｇ／ｇ。酸素なしでは、０．００９ｍｇ／ｇ。酸素の存在によりフルフラール量の発生速度は０．０１２／０．００９＝１．３倍速くなる）になることが分かった。
これらの結果から、ＰＢおよびクラフト紙は耐熱処理紙よりも酸素の存在によって劣化し易いことが分かる。このようにして、絶縁物の劣化特性への酸素の影響を評価することが可能である。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
１ 試験タンク、１１ 上部空間、１２ 流入口、１３ 排出口、２ 絶縁油、２１ 絶縁物、２２ 導体、３ ゴム袋。
Claims (4)
- 油入電気機器を構成する対象材料の酸素に起因する劣化の度合いを調べるための試験方法であって、
前記油入電気機器は、絶縁油、絶縁物および導体を備え、前記絶縁油が大気に接した状態で収容されている開放型の油入電気機器であり、
前記対象材料は、前記絶縁油、前記絶縁物および前記導体の少なくともいずれかであり、
試験タンク内に前記絶縁油と前記対象材料とを収容し、前記試験タンク内の上部空間に乾燥空気が連続的に供給される状態で保持した後に、前記対象材料の酸素に起因する劣化指標について測定を実施する、試験方法。 - 前記試験タンク内の上部空間に乾燥空気が連続的に供給される状態で、前記絶縁油を加熱する、請求項１に記載の試験方法。
- 前記油入電気機器は変圧器である、請求項１または２に記載の試験方法。
- 請求項１に記載の試験方法に用いられる試験装置であって、
前記絶縁油を収容するための前記試験タンクを備え、
前記試験タンクは、前記試験タンクの上部空間に前記乾燥空気を連続的に供給するための流入口および排出口を有する、試験装置。
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| Lundgaard et al. | Ageing of mineral oil impregnated cellulose by acid catalysis | |
| Jadav et al. | Understanding the impact of moisture and ageing of transformer insulation on frequency domain spectroscopy | |
| Garcia et al. | Studying the loss of life of natural-ester-filled transformer insulation: Impact of moisture on the aging rate of paper | |
| Yang et al. | Assessment of oil-paper insulation aging using frequency domain spectroscopy and moisture equilibrium curves | |
| Martin et al. | An updated model to determine the life remaining of transformer insulation | |
| Linhjell et al. | Dielectric response of mineral oil impregnated cellulose and the impact of aging | |
| Sun et al. | Influence of thermal aging on the breakdown characteristics of transformer oil impregnated paper | |
| Vasovic et al. | Aging of transformer insulation—Experimental transformers and laboratory models with different moisture contents: Part I—DP and furans aging profiles | |
| Jalbert et al. | Cellulose chemical markers in transformer oil insulation Part 1: Temperature correction factors | |
| Mandlik et al. | Moisture aided degradation of oil impregnated paper insulation in power transformers | |
| Fofana et al. | Aging of transformer insulating materials under selective conditions | |
| Wang et al. | Effects of thermal aging on moisture diffusion in insulation paper immersed with mineral oil | |
| Loiselle et al. | Comparative studies of the stability of various fluids under electrical discharge and thermal stresses | |
| CN107957436A (zh) | 一种评估油浸纸绝缘组件的不均匀受潮程度的方法 | |
| CN105738454A (zh) | 一种基于绝缘油老化补偿的绝缘纸中水含量计算方法 | |
| Jalbert et al. | Methanol in oil interpretation model based on transformer post-mortem paper analysis | |
| Koch | Reliable moisture determination in power transformers | |
| Martin et al. | Water uptake rates of transformer paper insulation impregnated with vegetable oil | |
| Mudiyanselage et al. | Condition monitoring of biodegradable oil filled transformer | |
| Ten et al. | Dielectric properties measurements of transformer oil, paper and pressboard with the effect of moisture and ageing | |
| JP2018194516A (ja) | 試験方法および試験装置 | |
| Kuang et al. | Recovery voltage measurement on oil-paper insulation with simple geometry and controlled environment | |
| Arroyo et al. | Relationship between some chemical markers and the mechanical properties of the solid insulation used in power transformers | |
| Wada et al. | Method to evaluate the degradation condition of transformer insulating oil-experimental study on the hydrophilic and dissociative properties of degradation products | |
| Lu et al. | Gelling behaviour of natural ester transformer liquid under thermal ageing |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A80 | Written request to apply exceptions to lack of novelty of invention |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A80 Effective date: 20170601 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20190702 |
|
| A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20190827 |