JP3256591B2 - 液冷却式電気機器の異常診断方法及び異常監視装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、不活性絶縁液体中に
溶解した固体絶縁材料の分解生成物を異常指標として用
いる液冷却式電気機器の異常診断方法及び異常監視装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、電気機器の内部異常を早期に検
出することは、事故の拡大を未然に防止するために重要
である。このような異常の検出方法としては、機器に使
用されている絶縁材料からの分解生成物を分析する方法
が実用化されている。

【０００３】ＳＦ₆ガス及び不活性絶縁液体（例えばＣ₈
Ｆ₁₆Ｏのようなパーフルオロカーボン：以下ＰＦＣ液と
称する）を使用した液冷却式ガス絶縁変圧器の内部異常
診断については、文献１『電気学会論文誌Ｂ 大容量液
冷却式ガス絶縁変圧器の異常診断法』（１１１巻７号平
成３年７月）、文献２『平成３年 電気学会 電力・エ
ネルギー部門大会論文集』Ｐ５５５、又は文献３『平成
４年 電気学会 電力・エネルギー部門大会論文集』Ｐ
６６８に示されるように、ＰＦＣ液面上ガス或はＰＦＣ
液中の固体絶縁材料の分解生成物を分析して内部異常を
診断する方法が報告されている。

【０００４】即ち、文献１に示された方法は、ＰＦＣ液
の蒸気を含むＳＦ₆ガスをガスクロマトグラフに注入
し、ＳＦ₆ガス及びＰＦＣ液の分解で生成したＳＦ₄，Ｓ
Ｏ₂，ＣＦ₄などの分解指標ガスを分析するものである。
また、文献２の方法は、固体絶縁材料の分解生成物がＰ
ＦＣ液に溶解することに着目し、ガスクロマトグラフ或
はガスクロマトグラフ質量分析器にＰＦＣ液を注入し、
ＰＦＣ液中の分解生成物を分析するものである。さら
に、文献３の方法は、ガスクロマトグラフにＰＦＣ液を
注入し、ＰＦＣ液中に溶解しているＣＦ₄やＣ₂Ｆ₆な
ど、ＰＦＣ液そのものの分解生成物を分析するものであ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の異
常診断方法のうち、文献１の方法は、ＰＦＣ液面上のガ
スが分析対象となるため、ＳＯ₂，ＣＦ₄などのガス化し
易い異常指標成分の分析には適しているが、固体絶縁材
料からの凝縮し易い分解生成物の分析は難しいという問
題点があった。また、文献２の方法では、ガスクロマト
グラフ或はガスクロマトグラフ質量分析器に直接注入で
きるＰＦＣ液の量が数μリットル程度であるため、分解
生成物の濃度が低い場合は、検出感度以下となり、分析
が難しいという問題点があった。さらに、文献３の方法
は、ＰＦＣ液そのものの分解生成物が分析の対象であ
り、固体絶縁材料の分解生成物を分析できず、かつ文献
２の方法と同様、ＰＦＣ液そのものの分解生成物の濃度
が低い場合は、検出感度以下となり、分析が難しいなど
の問題点があった。

【０００６】この発明は、上記のような問題点を解決す
ることを課題としてなされたものであり、低濃度の異常
指標成分を高感度で検出でき、これにより内部異常をよ
り確実に早期に検出できる液冷却式電気機器の異常診断
方法及び異常監視装置を得ることを目的とする。

【０００７】第１の発明に係る液冷却式電気機器の異常
診断方法は、不活性絶縁液体中に溶解している固体絶縁
材料の微量の分解生成物を濃縮して集め、濃縮された中
から上記分解生成物を抽出して分析し、内部異常を診断
するものである。

【０００８】第２の発明に係る液冷却式電気機器の異常
診断方法は、不活性絶縁液体を吸着剤に通し、上記不活
性絶縁液体中に溶解している固体絶縁材料の微量の分解
生成物を濃縮して集め、濃縮された上記分解生成物を上
記吸着剤から抽出して分析し、内部異常を診断するもの
である。

【０００９】第３の発明に係る液冷却式電気機器の異常
診断方法は、固体絶縁材料の分解生成物を溶解し得る溶
剤を、この溶剤よりも多い量の不活性絶縁液体に混ぜる
とともに、不活性絶縁液の絶対量を多くして、不活性絶
縁液体中に溶解している固体絶縁材料の微量の分解生成
物を濃縮して集めて分析することにより、内部異常を診
断するものである。

【００１０】第４の発明に係る液冷却式電気機器の異常
診断方法は、固体絶縁材料の微量の分解生成物が溶解さ
れている上記不活性絶縁体を蒸発乾固させて、上記分解
生成物を濃縮し、この濃縮して集められた 残渣に上記
分解生成物を溶解しうる溶剤を加え、これを分析して、
内部異常を診断するものである。

【００１１】請求項５の発明に係る液冷却式電気機器の
異常監視装置は、不活性絶縁液体中の分解生成物を吸着
する吸着剤を、不活性絶縁液体の循環路の途中に設けた
ものである。

【００１２】

【作用】請求項１の発明においては、内部異常で生成さ
れた凝縮し易い固体絶縁材料の分解生成物を、不活性絶
縁液体中から濃縮捕集した後に分析することにより、分
解生成物の濃度が低い異常の初期段階でも、異常指標成
分を十分な感度で検出でき、診断の精度が向上する。

【００１３】請求項２の発明においては、不活性絶縁液
体中の固体絶縁材料の分解生成物を吸着剤により選択的
に吸着することにより、分解生成物の濃度が低い場合に
も、分析に必要な絶対量を得ることができる。

【００１４】請求項３の発明においては、溶剤抽出によ
り不活性絶縁液体中の固体絶縁材料の分解生成物を濃縮
捕集するので、分解生成物の濃度が低い場合にも、分析
に必要な絶対量を得ることができる。

【００１５】請求項４の発明においては、不活性絶縁液
体中の固体絶縁材料の分解生成物の沸点が、不活性絶縁
液体よりも高いので、不活性絶縁液体を蒸発乾固させた
後、適量の溶剤で希釈すれば、分解生成物の溶剤中濃度
を分析の最低感度以上の濃度に高めることができる。

【００１６】第５の発明に係る液冷却式電気機器の監視
装置は、不活性絶縁液体中に溶解した固体絶縁材料の分
解生成物を分析することにより内部異常を監視するため
の液冷却式電気機器の異常監視装置において、液冷却式
電気機器内の不活性絶縁液体を循環させるために外部に
設けられた循環路と、この循環路の途中で、分岐され、
再び循環路に戻る経路からなる配管と、この配管の途中
に設けられ、上記不活性絶縁液体中の分解生成物を濃縮
して集める吸着剤とを備え、濃縮して集められた分解生
成物を上記吸着剤から抽出して分析することにより内部
異常を監視することを特徴とする液冷却式電気機器の異
常監視装置。

【００１７】

【実施例】一般に、液冷却式ガス絶縁変圧器でアーク放
電、部分放電、過熱などの異常が起こると、ＳＦ₆ガス
やＰＦＣ液が分解する。また、変圧器内部には種々の固
体絶縁材料が使用されており、異常発生の際にはこれら
の材料も分解する。そして、これら固体絶縁材料の分解
生成物は、微量ながらＰＦＣ液に溶解する。特に、沸点
が高く凝縮し易い分解生成物は、ＳＦ₆ガス中よりもＰ
ＦＣ液中に多く存在するので、固体絶縁材料の分解生成
物に着目した異常診断では、ＰＦＣ液中成分の分析の方
が優れている。

【００１８】以下に導体絶縁用の固体絶縁材料として使
用されているポリエチレンテフタレートフィルム（以下
ＰＥＴフィルムと称する）の分解試験で、ＰＦＣ液中成
分分析の有効性を評価した結果を述べる。ここでは、ガ
スクロマトグラフ質量分析器に直結した熱分解装置を用
い、ＰＥＴフィルムを４００℃で分解させ、アセトアル
デヒド（Ｃ₂Ｈ₄Ｏ）、フラン（Ｃ₄Ｈ₄Ｏ）、ベンゼン
（Ｃ₆Ｈ₆）、１−フェニール１，２−プロパンジオン
（Ｃ₁₀Ｈ₁₂Ｏ）、１−１′ビフェニール（Ｃ₁₂Ｈ₁₀）な
どの生成を確認した。

【００１９】次に、ＰＦＣ液及びＳＦ₆ガスを封入した
ステンレス容器中で、ＰＥＴフィルムを４００℃に加熱
して分解成分を調べた。図１は、ＰＦＣ蒸気が共存する
容器空間のＳＦ₆ガスを、キャピラリーカラムを使用し
た水素炎イオン化検出器形のガスクロマトグラフで分析
した結果を示すものである。クロマトグラムには、比較
的沸点の低いアセトアルデヒド（約２０℃）、フラン
（約３２℃）、ベンゼン（約８０℃）のピークが観測さ
れる。

【００２０】図２は、前記容器から採取したＰＦＣ液
に、ＰＦＣ液と同容積のメタノール水溶液（メタノール
８０％）を加え、十分に振盪した後、上層のメタノール
水溶液を採取し、これを可視紫外検出器形の液体クロマ
トグラフで分析した結果を示すものである。検出波長
は、２７３ｎｍである。クロマトグラムには比較的沸点
の高い１−フェニール１，２−プロパンジオン（約２１
７℃），１−１′ビフェニール（約２５６℃）のピーク
が観測される。

【００２１】ここで、変圧器内部における各固体絶縁材
料の使用場所は分かっているので、材料固有の分解生成
物が分かれば、内部異常の位置を推定できることにな
る。例えば、１−１′ビフェニールは、他材料の分解生
成物と識別できるＰＥＴフィルム固有の分解生成物であ
る。以上の試験結果から、ＰＦＣ液中成分の分析が優れ
ていることが明らかである。

【００２２】実施例１．次に、請求項１及び請求項２の
発明の実施例について説明する。ＰＦＣ液中の微量な固
体絶縁材料の分解成分は、吸着剤を用いて濃縮捕集でき
る。その能力を以下のような方法で調べた。

【００２３】内径約２０ｍｍ、高さ約５００ｍｍのガラ
ス管に約６０ｇの吸着剤を充填し、この上部から、前述
の実施例１で用いたＰＥＴフィルム分解生成物を含むＰ
ＦＣ液約２００ｍリットルを約６０ｍリットル／ｍｉｎ
の流量で流下させ、流下前後のＰＦＣ液について、溶剤
抽出液を可視紫外分光光度計を用いて吸光度を測定し
た。測定波長は２７３ｎｍである。この測定では、２７
３ｎｍの特徴吸収を示す固体絶縁材料の分解生成物の総
量が求まる。用いた吸着剤は活性炭、活性アルミナ及び
モレキュラシーブ５Ａである。

【００２４】この結果、吸着剤によるＰＦＣ液中固体絶
縁材料の分解生成物の回収率は、活性炭：９５％、活性
アルミナ：４７％、モレキュラシーブ５Ａ：３６％であ
った。このように、吸着剤の種類によって捕集能力に差
が見られるものの、吸着剤とＰＦＣ液とを接触させるこ
とにより、ＰＦＣ液中の固体絶縁材料の分解生成物を捕
集できることが明らかである。従って、吸着剤とＰＦＣ
液との接触条件を最適化することによって、固体絶縁材
料の分解生成物を高効率で濃縮捕集できることは言うま
でもない。

【００２５】吸着剤に濃縮捕集した分解生成物の分析方
法としては、吸着剤からＰＦＣ液を蒸発させた後、これ
をガスクロマトグラフのキャリアガス流路に配置し、加
熱により分解生成物を離脱させ、ガスクロマトグラフ検
出部へ導入する方法や、溶剤中に固体絶縁材料の分解生
成物を溶出させ、これをガスクロマトグラフや液体クロ
マトグラフで分析する方法などがある。

【００２６】このように、沸点が高く凝縮し易い固体絶
縁材料の分解生成物を、ＳＦ₆ガス中に比べて多く存在
するＰＦＣ液中から吸着剤に濃縮捕集して分析するよう
にしたので、低濃度の異常指標成分が高感度で検出さ
れ、これにより内部異常がより確実に早期に検出され
る。

【００２７】実施例２．次に、請求項３の発明の実施例
について説明する。ベンゼン、トルエン、アセトン、エ
チルアルコールなど、ほとんどの溶剤はＰＦＣ液と相溶
性がなく、固体絶縁材料の分解生成物を溶解するので、
このことを利用して、ＰＦＣ液に溶剤を加えることによ
り、固体絶縁材料の分解生成物を抽出することができ
る。このとき、溶剤容量に対してＰＦＣ液容量を多くす
るとともに、ＰＦＣ液の絶対量を多くすれば、ＰＦＣ液
中の微量成分を非常に濃縮して採取できるので、内部異
常指標成分を高感度で検出できる。溶剤中に濃縮捕集さ
れた固体絶縁材料の分解生成物は、ガスクロマトグラフ
や液体クロマトグラフなどで分析すればよい。

【００２８】ここで、抽出溶剤容量とＰＦＣ液容量とを
１：１として液体クロマトグラフで分析した例を図３
に、これと同一の抽出溶剤容量とＰＦＣ液容量とを１：
１０として液体クロマトグラフで分析した例を図４に示
す。この結果から、抽出溶剤容量に対しＰＦＣ液容量を
多くした場合は、高感度に検出できることがわかる。

【００２９】なお、それぞれの分析において、抽出溶剤
及び分析対象成分の保持時間との関係を考慮し、複数種
の溶剤を同時に加えて抽出したものを分析してもよい。

【００３０】実施例３．次に、請求項４の発明の実施例
について説明する。Ｃ₈Ｆ₁₆ＯのようなＰＦＣ液は、比
較的沸点が低く（約１００℃）、室温でも容易に蒸発す
る。このことを利用して、ＰＦＣ液中の固体絶縁材料の
分解生成物を蒸発乾固させる。そして、蒸発残渣に適量
（必要最小限でよい）の溶剤を加えて溶解した後、ガス
クロマトグラフや液体クロマトグラフで分析する。この
とき、残渣を直接赤外分析してもよい。

【００３１】実施例４．次に、図５は請求項５の発明の
一実施例による異常監視装置を有する液冷却式ガス絶縁
変圧器を示す構成図である。図において、１は変圧器タ
ンク、２，３はそれぞれ変圧器タンク１内に収容され変
圧器本体を構成するコイル及び鉄心、４は変圧器を冷却
するための不活性絶縁液体であるＰＦＣ液、５は変圧器
タンク１内に封入されたＳＦ₆ ガス、６はＰＦＣ液４を
冷却するための冷却器、７はＰＦＣ液４を変圧器タンク
１と冷却器６とに循環させるための液循環ポンプ、８は
変圧器タンク１内のＰＦＣ液４を冷却器６に導くための
液出口配管、９はＰＦＣ液４を変圧器タンク１内に導く
ための液入口配管である。

【００３２】１０はＰＦＣ液４の循環路に設けられてい
る吸着剤収納容器であり、この吸着剤収納容器１０内に
は、固体絶縁材料の分解生成物を濃縮捕集するための吸
着剤として、ここでは活性炭１１が収納されている。１
２ａ，１２ｂは吸着剤収納容器１０の両端部に取り付け
られている配管接続用のフランジ、１３ａ〜１３ｄは吸
着剤収納容器１０を通るＰＦＣ液４の循環流路上に配置
されたバルブ、１４はＰＦＣ液４の循環流路外への液の
排出口である。

【００３３】次に、動作について説明する。変圧器タン
ク１内のＰＦＣ液４は、液出口配管８、液循環ポンプ
７、冷却器６、液入口配管９の順路で循環している。活
性炭１１を充填した吸着剤収納容器１０には、冷却器６
から変圧器タンク１に循環するＰＦＣ液４が分流して流
入する。

【００３４】変圧器本体内部で異常が発生すると、固体
絶縁材料が分解して分解生成物が発生し、この分解生成
物はＰＦＣ液４中に溶解する。そして、吸着剤収納容器
１０に流入するＰＦＣ液４中の分解生成物が、活性炭１
１に吸着される。吸着剤収納容器１０にはＰＦＣ液４が
常時送り込まれているので、活性炭１１には、ＰＦＣ液
４中の固体絶縁材料の分解生成物が経時的に濃縮捕集さ
れていく。

【００３５】吸着剤収納容器１０は、バルブ１３ａ及び
１３ｄを閉じた後、フランジ１２ａ，１２ｂで縁切する
ことにより、定期的に取り外して、活性炭１１に吸着し
ている成分を実施例２で述べたような方法で分析する。
吸着剤収納容器１０を再度流路に取り付ける場合は、フ
ランジ１２ａ及び１２ｂを結合した後、バルブ１３ｄを
閉じた状態で、バルブ１３ａ，１３ｂ，１３ｃを開い
て、液排出口１４から液を溢流させて、吸着剤収納容器
１０内の空気を排出させてから、バルブ１３ｃを閉じ、
循環流路を復元形成させる。

【００３６】このような装置構成とすることにより、上
記実施例２で述べたような固体絶縁材料の分解生成物の
凝縮捕集、分析が効率良く容易に行える。

【００３７】なお、上記各実施例では液冷却式ガス絶縁
変圧器の例を示したが、ＰＦＣ液などの不活性絶縁液体
により冷却を行うものであれば、他の電気機器にもこの
発明は適用できる。

【００３８】

【発明の効果】第１の発明の液冷却式電気機器の異常診
断方法は、不活性絶縁液体中に溶解している固体絶縁材
料の微量の分解生成物を、濃縮して集め、濃縮された中
から上記分解生成物を抽出して分析することにより、内
部異常を診断するようにしたので、低濃度で溶解してい
る異常を示す固体絶縁材の分解生成物を、高感度に検出
でき、これにより内部異常を早期に検出でき、また異常
を起こした部位の推定が可能となるという効果を奏す
る。

【００３９】また、第２の発明の液冷却式電気機器の異
常監視装置は、不活性絶縁液体を吸着剤に通し、上記不
活性絶縁液体中に溶解している固体絶縁材料の分解生成
物を濃縮して集め、濃縮された上記分解生成物を上記吸
着剤から抽出して分析し、内部異常を診断するようにし
たので、 不活性絶縁液体を吸着剤に通すことで、分解生
成物を効率良く選択し濃縮して集めることができ、さら
に吸着剤から分解生成物を抽出して分析を行なうことで
内部異常診断が可能となるという効果を奏する。

【００４０】第３の発明の液冷却式電気機器の異常診断
方法は、固体絶縁材料の分解生成物を溶解し得る溶剤
を、この溶剤よりも多い量の不活性絶縁液体に混ぜると
ともに、不活性絶縁液の絶対量を多くして、不活性絶縁
液体中に溶解している固体絶縁材料の微量の分解生成物
を濃縮して集めて分析することにより内部異常を診断す
るようにしたので、不活性絶縁液体に溶剤を混ぜること
で、微量の分解生成物を効率良く濃縮して集めることが
でき、それによって内部異常の診断を行うことが可能と
なるという効果を奏する。

【００４１】第４の発明の液冷却式電気機器の異常診断
方法は、固体絶縁材料の微量の分解生成物が溶解されて
いる上記不活性絶縁体を蒸発乾固させて、上記分解生成
物を濃縮し、この濃縮して集められた残渣に上記分解生
成物を溶解しうる溶剤を加え、これを分析して、内部異
常を診断するようにしたので、分解生成物が溶解してい
る不活性絶縁体を蒸発乾固させることで、微量の分解生
成物を効率良く濃縮させて集めることができ、これを分
析することで内部異常の早期検出が可能となるという効
果を奏する。

【００４２】第５の発明の液冷却式電気機器の異常監視
装置は、上記不活性絶縁液体中に溶解した固体絶縁材料
の分解生成物を分析することにより内部異常を監視する
ための液冷却式電気機器の異常監視装置において、液冷
却式電気機器内の不活性絶縁液体を循環させるために外
部に設けられた循環路と、この循環路の途中で、分岐さ
れ、再び循環路に戻る経路からなる配管と、この配管の
途中に設けられ、上記不活性絶縁液体中の分解生成物を
濃縮して集める吸着剤とを備え、濃縮して集められた分
解生成物を上記吸着剤から抽出して分析することにより
内部異常を監視するので、液冷却式電気機器の運転中で
も分解生成物を効率良く濃縮して集めることができ、吸
着剤から濃縮された分解生成物を抽出することで内部異
常の早期検出が可能となるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＰＦＣ液中の固体絶縁材料の分解生成物のガス
クロマトグラフ分析結果のクロマトグラムを示す図であ
る。

【図２】ＰＦＣ液中の固体絶縁材料の分解生成物の液体
クロマトグラフ分析結果のクロマトグラムを示す図であ
る。

【図３】抽出溶剤容量とＰＦＣ液容量とを１：１として
液体クロマトグラフで分析した結果のクロマトグラムを
示す図である。

【図４】抽出溶剤容量とＰＦＣ液容量とを１：１０とし
て液体クロマトグラフで分析した結果のクロマトグラム
を示す図である。

【図５】請求項５の発明の一実施例による異常監視装置
を有する液冷却式ガス絶縁変圧器を示す構成図である。

【符号の説明】

４ ＰＦＣ液（不活性絶縁液体） １１ 活性炭（吸着剤）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大西 修一 大阪市北区中之島三丁目３番22号 関西 電力株式会社内 (72)発明者 牧野 芳弘 赤穂市天和651番地 三菱電機株式会社 赤穂製作所内 (72)発明者 原 隆志 赤穂市天和651番地 三菱電機株式会社 赤穂製作所内 (72)発明者 宮本 晃男 赤穂市天和651番地 三菱電機株式会社 赤穂製作所内 (56)参考文献 特開 平１−110007（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−145607（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−132615（ＪＰ，Ｕ)

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 不活性絶縁液体により冷却を行う液冷却
   式電気機器の異常診断方法において、 上記不活性絶縁液体中に溶解している固体絶縁材料の微
   量の分解生成物を濃縮して集め、 濃縮された中から上記分解生成物を抽出して、 分析し、 内部異常を診断することを特徴とする液冷却式電気機器
   の異常診断方法。
2. 【請求項２】 不活性絶縁液体により冷却を行う液冷却
   式電気機器の異常診断方法において、 上記不活性絶縁液体を吸着剤に通し、 上記不活性絶縁液体中に溶解している固体絶縁材料の微
   量の分解生成物を濃縮して集め、 濃縮された上記分解生成物を上記吸着剤から抽出して 分
   析し、 内部異常を診断することを特徴とする液冷却式電気機器
   の異常診断方法。
3. 【請求項３】 不活性絶縁液体により冷却を行う液冷却
   式電気機器の異常診断方法において、 固体絶縁材料の分解生成物を溶解し得る溶剤を、この溶
   剤よりも多い量の不活性絶縁液体に混ぜるとともに、 不活性絶縁液の絶対量を多くして、 不活性絶縁液体中に溶解している固体絶縁材料の微量の
   分解生成物を濃縮して集めて分析することにより、 内部異常を診断することを特徴とする液冷却式電気機器
   の異常診断方法。
4. 【請求項４】 不活性絶縁液体により冷却を行う液冷却
   式電気機器の異常診断方法において、 固体絶縁材料の微量の分解生成物が溶解されている上記
   不活性絶縁体を蒸発乾固させて、上記分解生成物を濃縮
   し、 この濃縮して集められた残渣に上記分解生成物を溶解し
   うる溶剤を加え、 これを分析して、内部異常を診断することを特徴とする
   液冷却式電気機器の異常診断方法。
5. 【請求項５】 不活性絶縁液体により冷却を行う液冷却
   式電気機器に設けられ、 上記不活性絶縁液体中に溶解した固体絶縁材料の分解生
   成物を分析することにより内部異常を監視するための液
   冷却式電気機器の異常監視装置において、液冷却式電気機器内の不活性絶縁液体を循環させるため
   に外部に設けられた循環路と、 この循環路の途中で、分岐され、再び循環路に戻る経路
   からなる配管と、 この配管の途中に設けられ、上記不活性絶縁液体中の分
   解生成物を濃縮して集める吸着剤とを備え、 濃縮して集められた分解生成物を上記吸着剤から抽出し
   て分析することにより内部異常を監視する ことを特徴と
   する液冷却式電気機器の異常監視装置。