JP2716716B2 - 高電圧機器の保護装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、ポリマー絶縁物を絶縁材料として使用した
高電圧機器の故障に至る異常現象の発生を自動的に監視
・検出する機能を持った高電圧機器の保護装置に関す
る。

（従来の技術） 変圧器などの高電圧機器においては、アークや局部加
熱部分放電などの故障に至る異常現象が発生した場合、
その異常現象を初期の段階で発見し運転停止や保護手段
を講じて機器本体の事故を未然に防ぐことが非常に重要
である。特に、近年、変電所の無人化、自動保全化が進
み、そのために、変圧器などについても、外部より自動
的に運転状況を監視したり、異常現象を検出する機能を
持った保護装置が種々考えられている。

（発明が解決しようとする課題） ところで、以上のような保護装置においては、事故の
発生を防ぐためにも、一般的には常時監視を続けること
が必要であり、このことからも保護装置の信頼性、寿命
の確保が機器本体の性能にも増して重要な課題の一つと
なってきている。

例えば、変圧器ではその寿命が数十年にも及ぶため、
その間、保護装置は、万一の事故に備えて一時も休むこ
となく変圧器の監視動作を続け、それと同時に誤動作や
故障なく働き続け、その性能を維持することが要求され
る。

また、部分放電に対する保護装置として、電流パルス
と音響信号の両方の検出によって部分放電を検出する方
式をとる装置が存在する。この保護装置においては、電
流パルスと音響信号の両方を発生する他の要因、例えば
負荷時タップ切換器の動作によるノイズ信号によって誤
動作、誤検出する恐れが問題となっている。このような
誤動作、誤検出の恐れは１日数十回から多くは数百回に
も及び、保護装置として性能面での信頼性が低いという
欠点を有していた。加えて、保護装置にて常時監視を続
けるため、保護装置自体の寿命が短くなる欠点も有して
いた。

このような信頼性の低い保護装置に対し、信頼性の高
い異常検出方法の一例として、高電圧機器の容器内の絶
縁媒体を採取し分析する方法が存在する。この方法は、
高電圧機器で異常を発生した際、高電圧機器に用いられ
ている有機絶縁材料からなる絶縁物やSF₆ガスなどが熱
分解して分解ガスが生じ、絶縁媒体中に拡散するという
現象に基づき、採取した絶縁媒体中に分解ガスが混入し
ているか否かを分析し、混入していた場合に異常と判断
する方法である。しかし、この方法では、採取した絶縁
媒体を、一旦研究所または実験所に持ち帰った後にこれ
を分析せねばならず、異常を検知するまでに著しく時間
を要する、連続監視をすることが不可能である、また、
測定に当たって特殊な分析技術が必要であり、作業が複
雑である、などの欠点を有していた。加えて、ガス絶縁
電気機器においては、絶縁媒体を採取して持ち帰る方法
の場合、機器のガス圧に影響するため、一旦機器の運転
を停止しなければならず、これも問題であった。

本発明は、上記のような従来技術の課題を解決するた
めに提案されたものであり、その目的は、高電圧機器の
異常を、誤動作や誤検出することなく迅速且つ確実に検
出でき、しかも連続監視が可能で寿命の長い高電圧機器
の保護装置を提供することである。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明の高電圧機器の保護装置は、一般に高電圧機器
の絶縁材料として、ポリマー絶縁物が使用されているこ
とに着目したものである。

即ち、本発明は、アークや局部加熱、部分放電などの
異常現象の発生要因である過電圧、過電流、過負荷など
を検出する発生要因検出手段と、ポリマー絶縁物の熱分
解生成物と定量的に反応変色する生成物検知手段とを備
え、発生要因検出手段にて異常現象の発生要因を検出し
た際に、生成物検知手段に当該高電圧機器の絶縁媒体を
導入する絶縁媒体導入手段を有することを特徴としてい
る。

（作用） 以上のような構成を有する本発明の高電圧機器の保護
装置の作用は次の通りである。

即ち、当該高電圧機器において、加熱または放電など
の熱的異常が発生した場合、その発生要因であるサージ
波などの侵入、或いは部分放電に伴う過電圧、サージ電
圧、過電流、過負荷、音響信号などを発生要因検出手段
にて検出する一方、これと同時或いは一定期間経過後
に、当該高電圧機器の絶縁媒体を絶縁媒体導入手段によ
って生成物検知手段に導入し、この生成物検知手段の変
色反応を電気信号に変換する変換手段によってポリマー
絶縁物の熱分解生成物を検知することにより、異常発生
の初期段階にて確実に機器の異常を検出することができ
る。

また、本発明では、発生要因検出手段を常に検出可能
な待機状態とすることで連続的な監視を行える一方、絶
縁媒体導入手段や生成物検知手段については、発生要因
を検出した際のみに動作させれば充分であるため、通常
時にこれらを停止させておくことにより、保護装置全体
の寿命を長くすることができる。

なお、本発明において、生成物検知手段の対象となる
ポリマー絶縁物の熱分解生成物としては、具体的にはア
セトアルデヒドが考えられる。即ち、第２図に示すよう
に、ポリマー絶縁物の熱分解の際、180℃前後からアセ
トアルデヒドの生成が見られ、その生成量は、240℃前
後から急増するため、高電圧機器の加熱、放電などの熱
的異常が発生した場合、製正されたアセトアルデヒドの
生成量を定量的に検知することにより、異常の判断を、
初期段階において正確に行うことができる。

（実施例） 進んで、本発明による高電圧機器の保護装置を変圧器
の保護装置として適用した一実施例を以下に説明する。

第１図に示すように、変圧器のタンク１内には、鉄心
２と、ポリマー絶縁物を有する巻線３とから成る機器本
体が配置され、巻線３の端子はブッシング４に接続され
てる。タンク１内には、SF₆ガスなどの絶縁媒体５が封
入されている。

そして、まず、発生要因検出手段としては、ブッシン
グ４のブッシングタップ６及びタンク１の接地端子７
に、ロゴスキーコイル8,8がそれぞれ取付けられると共
に、タンク１に、タンク１内で発生した異常音響を検出
するコロナマイク９が取付けられており、ロゴスキーコ
イル8,8で発生した電流パルス及びコロナマイク９で検
出された音響信号が、それぞれ検出部10に送られるよう
になっている。

次に、生成物検知手段としては、アセトアルデヒド検
知装置11が設けられ、絶縁媒体導入手段としては、タン
ク１とアセトアルデヒド検知装置11との間に導入配管12
及びポンプ13が設けられている。そして、前記検出部10
にて、異常現象の発生要因、即ち過電圧、サージ電圧、
過電流、過負荷、音響信号などが検出された際には、検
出部10からポンプ13に動作指令がなされ、タンク１内の
絶縁媒体５が、50〜500ml/minの一定流量でアセトアル
デヒド検知装置11内に送り込まれるように設定されてい
る。

ここで、アセトアルデヒド検知装置11には、多数個の
検知素子14が収納されている。検知素子14としては、ア
セトアルデヒドと反応して変色反応を呈する試薬を粒状
の吸着剤に含浸させてなるもの、例えばリン酸ヒドロキ
シアミンをシリカゲルに含浸させてなるものが使用され
ている。

さらに、アセトアルデヒド検知装置11には、同装置11
における検知素子14の変色反応を電気信号に変換する変
換器15、及びこの変換器15からの電気信号を入力した
際、異常発生を表示し警報を発する監視装置16が順次接
続されている。

なお、検出部10は、一旦ポンプ13に動作指令を送った
後、一定時間以上検出されないと、停止指令を送り、ポ
ンプ13の動作を停止させるように設定されている。

以上のような構成を有する本実施例の作用は次の通り
である。

まず、検出部10にて、異常現象の発生要因、即ち過電
圧、サージ電圧、過電流、過負荷、音響信号などが検出
された際には、検出部10からポンプ13に動作指令がなさ
れ、タンク１内の絶縁媒体５が、導入配管12を介し、ア
セトアルデヒド検知装置11内に送り込まれる。

そして、絶縁媒体５中にアセトアルデヒドが存在して
いれば、アセトアルデヒド検知装置11内の検知素子14と
反応して、検知素子14が変色する。この変色反応は変換
器15にて電気信号に変換され、この電気信号が監視装置
16に入力される結果、監視装置16にて異常発生が表示さ
れ警報が発せられる。

従って、本実施例においては、発生要因を検出した
後、自動的に絶縁媒体５を分析できるため、単に電流パ
ルスと音響信号のみによって異常を検出していた従来技
術に比べ、誤検出、誤動作が少なく、正確な検出及び動
作が可能となっている。この場合、絶縁媒体を採取し、
一旦研究所または実験所に持ち帰った後にこれを分析す
るなどの複雑な手間も不要であるため、迅速に異常を検
出できる。また、検出部10にて発生要因を常に検出可能
であり、発生要因を検出した際には、常にアセトアルデ
ヒド検知装置11を動作させられるため、連続監視が可能
となっている。さらに、変色反応を利用してアセトアル
デヒドを自動的に検知でき、異常を検知した際には、監
視装置16にて異常を表示し、警報を発するため、特殊な
分析技術を要することなく、誰でも正確に異常発生を確
認できる。加えて、ガス絶縁電気機器においては、絶縁
媒体を採取して持ち帰る方法の場合、機器のガス圧に影
響するため、一旦機器の運転を停止しなければならない
という問題があったが、本実施例においては、タンク１
内とアセトアルデヒド検知装置11間に絶縁媒体５を循環
させる構成であるため、ガス圧変動の問題がなく、従っ
て運転を停止する必要もなく、実用面に優れている。

ところで、検出部10にてサージ波などの異常を検出し
た直後においては、絶縁媒体中にポリマー絶縁物の分解
ガスが拡散、溶解していない場合があるため、このよう
な熱分解、拡散、溶解に要する時間を考慮してポンプ13
の動作時間を設定しておけば、一定時間を経過した後に
は、異常現象を確実且つ迅速に検出することができる。
この場合、異常を検出した時間を起点として、アセトア
ルデヒドを検知した時間を測定すれば、異常の度合など
のより詳細な検出が可能となる。

一方、前記のような絶縁媒体５の循環を一定時間続け
た後、アセトアルデヒドが検知されないと、変圧器内部
の故障に至る異常現象でないと判断され、検出部10から
ポンプ11に停止信号が送られ、ポンプ13及びアセトアル
デヒド検知装置11が動作を停止する。従って、常時運転
し、誤動作などが多く、寿命が短かった従来技術に比べ
て、本実施例では、誤動作もなく、通常時においてほぼ
非動作状態としておけるため、装置寿命を格段に長くで
きる利点もある。

なお、本発明は前記実施例に限定されるものではな
く、例えば、ポンプ及びアセトアルデヒド検知装置の動
作は、検出部による異常検出後、一定の時間を単位とす
る断続的な動作とすることも可能である。また、前記実
施例ではサージ波などの異常現象発生要因を検出する構
成であったが、サージ波侵入以外でも、なんらかの原因
で発生する過電圧を全て検出して動作するように構成す
ることも考えられる。さらに、本発明は、変圧器に限定
されるものではなく、絶縁材料としてポリマー絶縁物を
使用した高電圧機器全般に適用可能である。同様に、絶
縁媒体を絶縁油とする機器にも適用可能である。加え
て、発生要因検出手段や、生成物検知手段、絶縁媒体導
入手段などの詳細な構成は適宜変更可能である。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、通常時は保護
装置本体の動作を停止させ、異常現象の発生要因を検出
した際にのみ一定の期間だけポリマー絶縁物の熱分解生
成物を検知する生成物検知手段を動作させ、異常を検出
するという構成としたため、迅速且つ確実で、信頼性が
高く、しかも寿命の長い、優れた高電圧機器の保護装置
を提供できる。特に、ポリマー絶縁物を絶縁材料とし、
このポリマー絶縁物の熱分解生成物と定量的に反応変色
する生成物検知手段を備えることによって、感度良く異
常を検出することができる。また、この生成物検知手段
と発生要因検出手段とを組み合わせ、発生要因検出手段
にて異常現象の発生要因を検出した場合のみ生成物検知
手段に当該高電圧機器の絶縁媒体を導入する絶縁媒体導
入手段を備えることにより、誤動作やその装置自体の寿
命の短命化等を防止し、装置の効率的使用が可能とな
る。そして、生成物検知手段の変色反応を電気信号に変
換する変換手段を有することにより正確且つ簡便な監視
が可能となる。さらに、この変換手段を発生要因検出手
段による特定の検出条件下で作動された生成物検知手段
と組み合わせることにより、本発明特有の効率性や簡便
性という効果を奏することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による高電圧機器の保護装置の一実施例
の構成を示す正面図、第２図はポリマー絶縁物の熱分解
によるアセトアルデヒドの生成量と温度の関係を示す特
性線図である。 １……タンク、２……鉄心、３……巻線、４……ブッシ
ング、５……絶縁媒体、６……ブッシングタップ、７…
…接地端子、８……ロゴスキーコイル、９……コロナマ
イク、10……検出部、11……アセトアルデヒド検知装
置、12……導入配管、13……ポンプ、14……検知素子、
15……変換器、16……監視装置。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ポリマー絶縁物を絶縁材料として使用した
   高電圧機器の保護装置において、 異常現象の発生要因を検出する発生要因検出手段と、ポ
   リマー絶縁物の熱分解生成物と定量的に反応変色する生
   成物検知手段とを備え、 前記発生要因検出手段にて異常現象の発生要因を検出し
   た際に、前記生成物検知手段に前記高電圧機器の絶縁媒
   体を導入する絶縁媒体導入手段を有し、 前記生成物検知手段の変色反応を電気信号に変換する変
   換手段を有すること、 を特徴とする高電圧機器の保護装置。