JP4852186B1 - 硫化銅生成の抑制方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、油入電気機器内の電気絶縁油中における硫化銅生成の抑制方法であって、前記油入電気機器が開放型油入電気機器である場合は、長鎖アルキル基を有しないベンゾトリアゾール化合物を添加し、前記油入電気機器が密閉型油入電気機器である場合は、長鎖アルキル基を有するベンゾトリアゾール化合物を添加することを特徴とする、硫化銅生成の抑制方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、油入変圧器などの油入電気機器に使用される電気絶縁油における硫化銅生成の抑制方法に関する。

油入変圧器などの油入電気機器では、通電媒体としてコイル銅を使用している。このコイルには絶縁紙が巻きつけられており、電気的な絶縁を確保して、隣り合うターン間でコイルが電気的に短絡しないような構造となっている。

一方、油入変圧器には、鉱油などの電気絶縁油が用いられている。鉱油などには微量の硫黄成分が含まれており、この硫黄成分が電気絶縁油中に配置されたコイル銅と反応して導電性の硫化銅が生成され、コイル絶縁紙表面に生成することが知られている。硫化銅が生成することで、コイル絶縁紙の絶縁性能が低下し、ターン間でコイルが短絡して絶縁破壊に至る場合があることが知られている（例えば、非特許文献１）。

そして、硫化銅生成の主な原因物質は、鉱油に含まれる硫黄成分のジベンジル・ジスルフィドであることが知られている（例えば、非特許文献２）。その生成メカニズムとして、ジベンジル・ジスルフィドがコイル銅と反応して生成した錯体が電気絶縁油中を拡散して絶縁紙に吸着した後、分解して硫化銅として生成することも知られている（例えば、非特許文献３）。

上記の生成メカニズムに基づき、ジベンジル・ジスルフィドとコイル銅との反応を抑制することで、硫化銅生成を抑制する方法が知られており、電気絶縁油に抑制剤を添加する方法が広く用いられている。抑制剤としては、１，２，３−ベンゾトリアゾール（以下、「ＢＴＡ」と略す。）や、Ｉｒｇａｍｅｔ（登録商標）３９〔Ｎ，Ｎ−ビス（２−エチルヘキシル）−（４又は５）−メチル−１Ｈ−ベンゾトリアゾール−１−メチルアミン：ＢＡＳＦジャパン株式会社製〕などのベンゾトリアゾール化合物が知られている（例えば、非特許文献４）。

硫化銅生成の抑制剤を電気絶縁油中に添加すると、抑制剤がコイル銅と反応してコイル銅表面に膜を形成する。この形成された膜により、ジベンジル・ジスルフィドとコイル銅との反応が遮断・抑制されるので、硫化銅生成を抑制することができる（例えば、非特許文献４）。

Ｉｒｇａｍｅｔ３９は、親油性の長鎖アルキル基を有しているため、ＢＴＡに比べて電気絶縁油への溶解度が高く、ＢＴＡの添加工事では必要となる専用の溶解装置を用いずに電気絶縁油に溶解させることができる（例えば、特許文献１、特許文献２）。従って、既設の変圧器にＩｒｇａｍｅｔ３９を添加する場合、現地作業が簡便になり、現地での停電時間を短縮できる効果がある。故に、Ｉｒｇａｍｅｔ３９の適用ニーズが高まっている。

しかし、Ｉｒｇａｍｅｔ３９を変圧器に添加した場合、水素ガスが多量に発生するという問題点があった（例えば、非特許文献４、非特許文献５）。また、水素ガスは変圧器の内部異常診断における放電の指標となるガス成分であるため、Ｉｒｇａｍｅｔ３９の添加により水素ガスが発生すると、変圧器の内部異常が適正に診断できなくなるという問題点があった。

特開２０１０−２８０２２号公報 特開２００２−１５９１９号公報

CIGRE WG A2-32, "Copper sulphide in transformer insulation," Final Report Brochure 378, 2009 F. Scatiggio, V. Tumiatti, R. Maina, M. Tumiatti M. Pompilli and R. Bartnikas, "Corrosive Sulfur in Insulating Oils: Its Detection and Correlated Power Apparatus Failures", IEEE Trans. Power Del., Vol. 23, pp. 508-509, 2008 S. Toyama, J. Tanimura, N. Yamada, E. Nagao and T. Amimoto, "Highly Sensitive Detection Method of Dibenzyl Disulfide and the Elucidation of the Mechanism of Copper Sulfide Generation in Insulating Oil", IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, Vol. 16, No. 2, pp. 509-515, 2009. T. Amimoto, E. Nagao, J. Tanimura, S. Toyama and N. Yamada, "Duration and Mechanism for Suppressive Effect of Triazole-based Passivators on Copper-sulfide Deposition on Insulating Paper", IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, Vol. 16, No. 1, pp. 257-264, 2009. Andre Vita, Paulo R. T. Patrocinio, Sergio A. Godinho, Edilson G. Peres, Joao Baudalf, "The effect of passivator additive used in transformers and reactors’ mineral oil to neutralize the sulphur corrosion, and its influence on low thermal defects", paper A2-215, CIGRE Main Session, 2008, Paris.

本発明は、油入電気機器において、硫化銅生成の抑制剤を電気絶縁油へ添加した後の水素ガスの発生を防止でき、かつ、できるだけ簡便な方法で実施することのできる硫化銅生成の抑制方法を提供することを目的とする。

本発明は、油入電気機器内の電気絶縁油中における硫化銅生成の抑制方法であって、
前記油入電気機器が開放型油入電気機器である場合は、長鎖アルキル基を有しないベンゾトリアゾール化合物を添加し、
前記油入電気機器が密閉型油入電気機器である場合は、長鎖アルキル基を有するベンゾトリアゾール化合物を添加することを特徴とする、硫化銅生成の抑制方法である。

前記長鎖アルキル基を有するベンゾトリアゾール化合物は、Ｎ，Ｎ−ビス（２−エチルヘキシル）−（４又は５）−メチル−１Ｈ−ベンゾトリアゾール−１−メチルアミンであることが好ましい。

前記油入電気機器は大型変圧器であることが好ましい。
また、本発明は、油入電気機器内の電気絶縁油中における硫化銅生成の抑制方法であって、
あらかじめ、前記油入電気機器内の前記電気絶縁油中の酸素濃度を測定し、
酸素濃度の測定値が５０００ｐｐｍより低い場合は、長鎖アルキル基を有するベンゾトリアゾール化合物を添加し、
酸素濃度の測定値が５０００ｐｐｍ以上である場合は、長鎖アルキル基を有しないベンゾトリアゾール化合物を添加することを特徴とする、硫化銅生成の抑制方法にも関する。

本発明によれば、油入電気機器のタイプに応じて硫化銅生成の抑制剤の種類を選定することにより、電気絶縁油へ抑制剤を添加した後の水素ガスの発生を防止することができ、かつ、できるだけ簡便な方法で実施することのできる硫化銅生成の抑制方法が提供される。

試験例１における加熱試験の結果を示すグラフである。

（実施形態１）
本実施形態は、油入電気機器内の電気絶縁油中における硫化銅生成の抑制方法であって、油入電気機器が開放型または密閉型のいずれであるかにより、硫化銅生成の抑制剤の種類を選択して、該抑制剤を電気絶縁油に添加する方法に関するものである。

油入電気機器とは、電気絶縁油等の油を含む電気機器であり、例えば、電気絶縁油が封入されら変圧器が挙げられる。開放型油入電気機器とは、密閉されていない油入電気機器であり、密閉型油入電気機器とは、密閉された油入電気機器である。油入電気機器は、好適には変圧器であり、より好適には大型変圧器である。特に、大型変圧器において水素ガスが発生した場合、解体・点検等にコストがかかり、その間に電力供給が停止してしまう可能性があるため、水素ガスの発生を防止する必要性が高い。

ベンゾトリアゾール化合物とは、ベンゾトリアゾール骨格を有する化合物であり、本発明においては、長鎖アルキル基を有しないベンゾトリアゾール化合物と、長鎖アルキル基を有するベンゾトリアゾール化合物とが、油入電気機器の種類により使い分けられる。ここで、長鎖アルキルとは、炭素数１以上のアルキル基であることが好ましく、炭素数１〜８のアルキル基であることがより好ましい。

長鎖アルキル基を有しないベンゾトリアゾール化合物としては、例えば、１，２，３−ベンゾトリアゾール（ＢＴＡ）が挙げられ、市販品であるキレスト株式会社製のＣ．Ｖ．Ｉ．（登録商標）などを利用できる。

長鎖アルキル基を有するベンゾトリアゾール化合物としては、例えば、Ｎ，Ｎ−ビス（２−エチルヘキシル）−（４又は５）−メチル−１Ｈ−ベンゾトリアゾール−１−メチルアミンが挙げられ、市販品であるＢＳＡＦ株式会社製のＩｒｇａｍｅｔ３９などを利用できる。

（実施形態２）
本実施形態は、油入電気機器内の電気絶縁油中における硫化銅生成の抑制方法であって、油入電気機器内の電気絶縁油中の酸素濃度を測定し、酸素濃度の測定値が所定の基準値未満であるか、基準値以上であるかによって、硫化銅生成の抑制剤の種類を選択して、該抑制剤を電気絶縁油に添加する方法に関するものである。

具体的には、実際に油入電気機器内の電気絶縁油中の酸素濃度を測定し、Ｉｒｇａｍｅｔ３９を使用した場合に、急激に酸素の水素ガスが発生への影響が大きくなる酸素濃度である５０００ｐｐｍを基準値として、酸素濃度がこの基準値より低い場合は、長鎖アルキル基を有するベンゾトリアゾール化合物を優先的に添加し、酸素濃度がこの基準値以上である場合は、長鎖アルキル基を有しないベンゾトリアゾール化合物を添加する。本字氏形態によれば、より確実に水素発生を防止しつつ、簡便な方法で硫化銅生成を抑制することが可能となる。

（試験例１）
電気絶縁油と酸素との接触状態の影響を調査するため、酸素含有濃度が異なる電気絶縁油を用いて、硫化銅生成の抑制剤を電気絶縁油に添加した後の水素ガス発生量を調査した。具体的には、密閉試験容器内に、研磨した銅線、硫化銅生成の抑制剤、および、酸素含有濃度が異なる電気絶縁油を入れて、熱風循環式乾燥炉で加熱試験を行い、加熱試験後の密閉試験容器の水素ガス濃度を測定した。

電気絶縁油としては、油入変圧器に用いるパラフィン系の鉱油（新油）を用い、あらかじめ脱気処理を行い、水素ガスなどの可燃性ガス濃度を十分に低く抑えたものを準備した。この電気絶縁油中の酸素濃度（初期値）は１０００ｐｐｍ以下であった。また、酸素含有濃度（初期値）が５０００ｐｐｍ、１００００ｐｐｍ、１５０００ｐｐｍ、２００００ｐｐｍの電気絶縁油も用意した。各酸素含有濃度の電気絶縁油は、脱気処理後、一定量の空気をバブリングしながら電気絶縁油中の酸素濃度をモニターし、酸素濃度が上記各酸素濃度（５０００ｐｐｍ、１００００ｐｐｍ、１５０００ｐｐｍ、２００００ｐｐｍ）に達したところでバブリングを中止することで調製した。

密閉試験容器としては、外気の流入を遮断でき、加熱による電気絶縁油の膨張を吸収できるベローズタイプのステンレス製容器を用いた。銅線は、変圧器におけるコイル銅を模擬するために共存させた。硫化銅生成の抑制剤としては、Ｉｒｇａｍｅｔ３９（ＢＳＡＦ株式会社製）またはＢＴＡ（Ｃ．Ｖ．Ｉ．（登録商標）：キレスト株式会社製）を用いた。

加熱試験において、加熱温度は１２０℃、加熱時間は２４時間とした。加熱試験後の電気絶縁油中の水素濃度は、ガスクロマトグラフにより測定した。

図１に、電気絶縁油中の酸素濃度（初期値）と加熱試験後の電気絶縁油中の水素濃度との関係を示す。Ｉｒｇａｍｅｔ３９を添加した場合、電気絶縁油中の酸素濃度が５０００〜２００００ｐｐｍの電気絶縁油では多量の水素ガスが発生しているが、電気絶縁油中の酸素濃度が１０００ｐｐｍ以下の電気絶縁油では水素ガスの発生は少ない。すなわち、Ｉｒｇａｍｅｔ３９を電気絶縁油に添加した場合、電気絶縁油中の酸素濃度が水素ガスの発生量に大きく影響することが明らかとなった。一方、ＢＴＡ添加を添加した場合、電気絶縁油中の酸素濃度に依らず、水素ガス発生量は少ないことが分かる。

また、図１に示されるように、Ｉｒｇａｍｅｔ３９を使用した場合に、１０００ｐｐｍと５０００ｐｐｍの間で、急激に酸素の水素ガスが発生への影響が大きくなっていることが分かる。

変圧器の型式は大きく分けて開放形変圧器、密閉形変圧器に区分けでき、それぞれに電気絶縁油の酸化劣化防止を目的としたコンサベータと呼ばれる小タンクが本体タンク内上部に設けられている。密閉式コンサベータには、空気と電気絶縁油の接触を抑制するためのゴム袋が備え付けられているため、電気絶縁油への酸素溶解が抑制できる。一方、開放式コンサベータには、密閉式コンサベータのようなゴム袋が取り付けられておらず、シリカゲルなどの吸湿材入りの吸湿呼吸器を通じた呼吸作用が行われている。このため、密閉形変圧器と比べて酸素が電気絶縁油中に溶解しやすい。

上述のとおり、ＢＴＡを添加した電気絶縁油では、酸素濃度に依らず水素ガス量は少ないため、ＢＴＡを油入電気機器に添加することで、油入電気機器の信頼性は維持できる。ただし、ＢＴＡは電気絶縁油への溶解度が低いため、専用の溶解装置が必要になり、また、現地工事が発生することで停電時間が長引くことが懸念される。したがって、一般に電気絶縁油中の酸素濃度が低い密閉型油入電気機器については、簡便な方法で添加できる長鎖アルキル基を有するベンゾトリアゾール化合物（Ｉｒｇａｍｅｔ３９など）を優先的に添加し、電気絶縁油中の酸素濃度が高い可能性がある開放型油入電気機器については、長鎖アルキル基を有しないベンゾトリアゾール化合物（ＢＴＡなど）を添加することで、確実に水素発生を防止することが望ましい。

なお、密閉式油入電気機器であっても、微量の酸素が電気絶縁油中に浸透する可能性があり、逆に、開放型油入電気機器であっても、周囲の雰囲気や運転条件等によっては、電気絶縁油中にほとんど酸素が溶解していない可能性もある。このため、実際に油入電気機器内の電気絶縁油中の酸素濃度を測定し、Ｉｒｇａｍｅｔ３９を使用した場合に、急激に酸素の水素ガスが発生への影響が大きくなる酸素濃度である５０００ｐｐｍを基準値として、酸素濃度がこの基準値より低い場合は、長鎖アルキル基を有するベンゾトリアゾール化合物（Ｉｒｇａｍｅｔ３９など）を優先的に添加し、酸素濃度がこの基準値以上である場合は、長鎖アルキル基を有しないベンゾトリアゾール化合物（ＢＴＡなど）を添加することで、より確実に水素発生を防止しつつ、簡便な方法で硫化銅生成を抑制することが可能となる。

上記説明では、本発明の用途として油入変圧器に使用する場合を例に説明したが、本発明は、絶縁媒体として電気絶縁油が使用されている他の油入電気機器にも利用できる。

今回開示された実施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請求の範囲によって示され、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。

Claims (4)

1. 油入電気機器内の電気絶縁油中における硫化銅生成の抑制方法であって、
   前記油入電気機器が開放型油入電気機器である場合は、長鎖アルキル基を有しないベンゾトリアゾール化合物を添加し、
   前記油入電気機器が密閉型油入電気機器である場合は、長鎖アルキル基を有するベンゾトリアゾール化合物を添加することを特徴とする、硫化銅生成の抑制方法。
2. 前記長鎖アルキル基を有するベンゾトリアゾール化合物は、Ｎ，Ｎ−ビス（２−エチルヘキシル）−（４又は５）−メチル−１Ｈ−ベンゾトリアゾール−１−メチルアミンである、請求項１に記載の硫化銅生成の抑制方法。
3. 前記油入電気機器は大型変圧器である、請求項１または２に記載の硫化銅生成の抑制方法。
4. 油入電気機器内の電気絶縁油中における硫化銅生成の抑制方法であって、
   あらかじめ、前記油入電気機器内の前記電気絶縁油中の酸素濃度を測定し、
   酸素濃度の測定値が５０００ｐｐｍより低い場合は、長鎖アルキル基を有するベンゾトリアゾール化合物を添加し、
   酸素濃度の測定値が５０００ｐｐｍ以上である場合は、長鎖アルキル基を有しないベンゾトリアゾール化合物を添加することを特徴とする、硫化銅生成の抑制方法。

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