JP6685247B2

JP6685247B2 - ガス監視装置付き油入変圧器

Info

Publication number: JP6685247B2
Application number: JP2017023124A
Authority: JP
Inventors: 八木　哲也; 哲也八木; 秀勇松原; 健次木下
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-02-10
Filing date: 2017-02-10
Publication date: 2020-04-22
Anticipated expiration: 2037-02-10
Also published as: JP2018129468A

Description

本発明は、容器内に絶縁油が入れられる、ガス監視装置付き油入変圧器に関する。

油入変圧器において、たとえば絶縁油中の巻線間で放電が発生すると、放電が発生している巻線間の絶縁油が分解することによって、水素およびアセチレンといったガス（以下、「可燃性ガス」と称する。）が発生する。従来から油入変圧器の異常を診断するために、油入変圧器において発生した可燃性ガスの検出が行われ、または可燃性ガスの濃度が測定されている。

たとえば、特許文献１では、変圧器のケース内に充填された絶縁油からガス透過材を用いて可燃性ガスが分離され、分離された可燃性ガスがガス溜め室に溜る。可燃性ガスを検出する場合は、電磁弁を開けてガス溜め室から可燃性ガスの自然拡散によってガス検知室に可燃性ガスが導入される。ガス検知室では、ガスセンサが可燃性ガスを検出する。

たとえば、特許文献２では、絶縁油が導入される油室に形成されたガス室と、センサ室とを複数の電磁弁で区切り、ポンプを用いた容積の小さい循環路を設ける。循環路の容積を小さくすることによりガス室内の可燃性ガスである溶存ガスの濃度が平衡に達するまでの時間を短縮させる。ガス室の溶存ガスの濃度が平衡した際に、ポンプを用いてセンサ室へ溶存ガスが導入され、ガスセンサを用いて溶存ガスの濃度が測定される。

特開昭６１−９９３０９号公報特開平２−１４０６４９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術は、ガス溜め室からガス検知室に可燃性ガスを導入するために、可燃性ガスの自然拡散を利用している。このため、ガス検知室の可燃性ガスの濃度とガス溜め室の可燃性ガスの濃度とを同じにするためには多くの時間が必要となる。電磁弁を開けるためには電磁弁の電磁コイルに通電する必要があるため、電磁弁の開放時間が長くなると、多くの電力が消費されることになり好ましくない。電磁弁の電力源がバッテリである場合には、電源容量の大きなバッテリが必要となり好ましくない。

特許文献２に記載の技術は、可燃性ガスである溶存ガスを循環および導入させるためにポンプを使用している。ポンプを動作させるためには多くの電力が必要となり好ましくない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、電力消費を少なくすることができるガス監視装置付き油入変圧器を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる、容器内に絶縁油が入れられる、ガス監視装置付き油入変圧器は、容器内の上部の空間に、加圧ガスと検知ガスとが充填される。ガス監視装置は、内部に検知ガスを検知するセンサが設けられる検知室を備える。ガス監視装置は、容器と検知室とを接続する第１の配管を備える。ガス監視装置は、第１の配管に設けられ、電力により開閉する弁を備える。

本発明にかかるガス監視装置付き油入変圧器は、電力消費を少なくすることができるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１にかかるガス監視装置付き油入変圧器の構成を概略的に示す断面図本発明の実施の形態１にかかるガス監視装置付き油入変圧器において実行される可燃性ガス検知処理を説明するための図本発明の実施の形態１にかかるガス監視装置の構成を概略的に示す拡大断面図本発明の実施の形態２におけるガス監視装置の構成を概略的に示す拡大断面図本発明の実施の形態３におけるガス監視装置の構成を概略的に示す拡大断面図

以下に、本発明の実施の形態にかかるガス監視装置付き油入変圧器を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
まず、本発明の実施の形態１にかかるガス監視装置付き油入変圧器について説明する。図１は、本発明の実施の形態１にかかるガス監視装置付き油入変圧器の構成を概略的に示す断面図である。

図１に示すように、油入変圧器１０は、円筒状の容器１１と、容器１１の上部に係合する上蓋１２とを備える。容器１１は上蓋１２により密閉されている。

油入変圧器１０は、容器１１内に入れられる絶縁油１３と、絶縁油１３中に収容される鉄心１４と、鉄心１４に巻かれた巻線１５とを備える。容器１１内の上部の空間１６にはあらかじめ、空気および窒素といったガスが大気圧より高い圧力に加圧されて充填されている。以下、空間１６に充填されている大気圧より高い圧力に加圧された空気および窒素といったガスを加圧ガスと称する。絶縁油１３中から発生する可燃性ガスは空間１６へ排出される。可燃性ガスは、検知ガスの一例であり、ガス監視装置により検知されるガスである。空間１６内では加圧ガスと可燃性ガスとが混合される。以下、空間１６内で加圧ガスと可燃性ガスとが混合されたガスを混合ガスと称する。

ガス監視装置２０は、箱状の検知室２１を備える。検知室２１は後述する配管２５を介して大気に開放されている。検知室２１では絶縁油１３中から発生する可燃性ガスの検知が行われる。検知室２１内には可燃性ガスを検知するセンサ２２が設けられている。

ガス監視装置２０は、配管２３を備える。配管２３は、一端が油入変圧器１０の上蓋１２に接続され、他端が検知室２１に接続される。配管２３は、容器１１内の加圧ガスまたは混合ガスを検知室２１内へ導入する。配管２３は、第１の配管の一例である。配管２３には容器１１内と検知室２１内とを連通し、または遮断する電磁弁２４が設けられている。電磁弁２４の電磁コイルが通電されると電磁弁２４が開き、油入変圧器１０の容器１１内と検知室２１内との圧力差によって、容器１１内の加圧ガスまたは混合ガスが検知室２１内へ導入される。電磁弁２４の電力源は、たとえば図示しないバッテリである。電磁弁２４は、電力により開閉する弁の一例である。

ガス監視装置２０は、配管２５を備える。配管２５は、一端が検知室２１に接続され、他端が大気に開放される。配管２５は、検知室２１内に導入された加圧ガスまたは混合ガスを検知室２１内から排出し、および検知室２１内へ大気を導入する。配管２５は、第２の配管の一例である。

次に、本実施の形態にかかるガス監視装置付き油入変圧器において実行される可燃性ガス検知処理について説明する。図２は、本実施の形態にかかるガス監視装置付き油入変圧器において実行される可燃性ガス検知処理を説明するための図である。

油入変圧器１０において、たとえば絶縁油１３中の巻線１５間で放電が発生すると、放電が発生している巻線間の絶縁油が分解することによって、可燃性ガスが発生する。絶縁油１３中で発生した可燃性ガスは、絶縁油１３中に溶け込むが、一部の溶け込まれなかった可燃性ガスが絶縁油１３から抜け出して、空間１６へ排出される。本実施の形態では、空間１６には加圧ガスが存在する。空間１６では、加圧ガスと可燃性ガスとが時間の経過とともに、均一に混合する。本実施の形態では、空間１６の混合ガスが油入変圧器１０の容器１１内と検知室２１内との圧力差によって検知室２１内に導入される。検知室２１では、センサ２２を用いて可燃性ガスの濃度が測定され、油入変圧器１０の異常が診断される。本実施の形態では、センサ２２は検知室２１内の配管２３側、すなわち配管２５よりも配管２３の近くに設けられる。

まず、電磁弁２４の電磁コイルが通電されると電磁弁２４が開き、図２（Ａ）に示すように、油入変圧器１０の容器１１内と検知室２１内との圧力差によって、容器１１内の混合ガス３０が配管２３を介して検知室２１内へ導入される。電磁弁２４の電磁コイルの通電は図示しない制御装置によって制御される。検知室２１内に導入された混合ガス３０は配管２５の方向へ流れる。このとき、検知室２１内の配管２３側に設けられたセンサ２２は導入された混合ガス３０に曝される。センサ２２は混合ガス３０中の可燃性ガスの濃度に応じたセンサ出力を図示しない制御装置へ出力する。

図２（Ｂ）に示すように、検知室２１内が混合ガス３０で満たされると、電磁弁２４の電磁コイルの通電を停止して電磁弁２４を閉じ、検知室２１内への混合ガス３０の導入を停止する。検知室２１内からは配管２５を介して継続的に混合ガス３０が排出され、検知室２１内の圧力が低下して大気圧と同等となる。電磁弁２４を開けると、空間１６内の混合ガス３０、すなわち加圧ガスの圧力が低下するが、電磁弁２４を閉じ、空間１６内に加圧ガスを導入することによって、空間１６内の加圧ガスの圧力を再度上昇させることができる。加圧ガスは、配管２３とは別の配管から空間１６内へ導入する。

図２（Ｃ）に示すように、検知室２１内の圧力が大気圧と同等となると、自然拡散によって検知室２１内に大気３１が流入し、混合ガス３０が排出される。

上述した図２で示す処理によれば、油入変圧器１０の容器１１内と検知室２１内との圧力差によって、容器１１内の混合ガス３０が配管２３を介して検知室２１内へ導入される。これにより、検知室２１内へ混合ガス３０を、自然拡散を利用して導入する場合と比較して混合ガス３０の移動時間、すなわち電磁弁２４の開放時間を短くすることができる。その結果、電力消費の多い電磁弁２４の動作時間を短くすることができるため、電力消費を少なくすることができる。電磁弁２４の電力源がバッテリである場合には、バッテリの電源容量を小さくすることができる。

上述した本実施の形態にかかるガス監視装置によれば、ポンプを使用せずに検知室２１内への混合ガス３０の導入および排出を行うことができるため、ポンプを使用して検知室２１内への混合ガス３０の導入および排出を行う場合と比較して、電力消費を少なくすることができる。

また、本実施の形態で説明したように検知室２１へのガス導入部である配管２３において電磁弁２４を１つだけ使用して可燃性ガスの濃度の測定を行った場合、複数の電磁弁を使用して可燃性ガスの濃度を測定する場合と比較して、電力消費を少なくすることができる。上述した特許文献２に記載の技術は、ガス室とセンサ室とを区切るために、複数の電磁弁を使用している。電磁弁を開けるためには電磁弁の電磁コイルに通電する必要があるため、電磁弁の数が多くなると、多くの電力が消費されることになり好ましくない。

本実施の形態にかかるガス監視装置によれば、図２（Ａ）に示すように、センサ２２が検知室２１内の配管２３側に設けられているため、センサ２２が検知室２１内の配管２５側に設けられている場合と比較してセンサ２２が混合ガス３０に曝されるまでの時間が短くなる。すなわち、センサ２２が検知室２１内の配管２５側に設けられている場合と比較してセンサ２２が混合ガス３０に曝されている時間を長くすることができる。

これにより、検知室２１内に導入される混合ガス３０の量が少ない場合でもセンサ２２が混合ガス３０に曝されている時間を確保することができるため、検知室２１内に導入する混合ガス３０の量を増加させる、すなわち電磁弁２４の開放時間を長くする必要がなく、電力消費を少なくすることができる。

図２（Ｃ）に示すように、自然拡散によって検知室２１内に大気３１が流入するが、センサ２２は検知室２１内の配管２３側に設けられているため、センサ２２が検知室２１内の配管２５側に設けられている場合と比較してセンサ２２が混合ガス３０に曝されなくなるまで、すなわちセンサ２２が混合ガス３０に反応している時間が長くなる。すなわち、センサ２２が検知室２１内の配管２５側に設けられている場合と比較してセンサ２２が混合ガス３０に曝されている時間を長くすることができる。

センサ２２の応答速度が遅い場合においても、センサ２２が検知室２１内の配管２５側に設けられている場合と比較してセンサ２２が混合ガス３０に曝されている時間を長くすることができるため、混合ガス３０中の可燃性ガスの濃度を正確に測定することが可能となる。

図３は、本発明の実施の形態１にかかるガス監視装置の構成を概略的に示す拡大断面図である。本実施の形態では、図３に示すように、センサ２２を、検知室２１内における配管２５の接続部２５ａから距離Ｌ１だけ離れた位置に設けるのがよい。距離Ｌ１の値は、センサ２２の可燃性ガスの検知にかかる時間と、自然拡散によって検知室２１内に大気が流入してくる時間、すなわち検知室２１内が大気で充満されるまでの時間とによって算出される。本実施の形態では、センサ２２が検知室２１内の配管２３側に設けられているが、検知室２１の形状および大きさと距離Ｌ１の値とによってはセンサ２２が検知室２１内の配管２５側に設けられることになる場合もある。この場合においてもセンサ２２が混合ガス３０に曝されている時間を確保することができる。

たとえば、センサ２２の可燃性ガスの検知にかかる時間を６分間とし、電磁弁２４の開放時間を１分間とすると、自然拡散によって検知室２１内に大気が流入してくる時間は５分間となり、フィックの法則による下記式（１）〜（３）によって距離Ｌ１の値は８ｃｍ以上の値と算出される。尚、式（１）における時間ｔは、自然拡散によって検知室２１内が大気で充満されるまでの時間である。８ｃｍ以上の値は、距離Ｌ１の一例である。この値は、可燃性ガスの典型例として空気中の酸素を考慮して、拡散係数Ｄを２×１０^−５ｍ^２／ｓとして算出したが、アセチレンといった多くの可燃性ガスの拡散係数Ｄも同様の値となることが知られている。

実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２にかかるガス監視装置付き油入変圧器について説明する。図４は、本発明の実施の形態２におけるガス監視装置の構成を概略的に示す拡大断面図である。本発明の実施の形態２におけるガス監視装置２０Ａは、配管２５に抵抗体２６が設けられている点が、上述した実施の形態１と異なる。実施の形態１と重複した構成および作用については説明を省略し、以下に異なる構成および作用についての説明を行う。

図４に示すように、配管２５には接続部２５ａに気体の流れを妨げる抵抗体２６が設けられている。抵抗体２６は、たとえば多孔質体である。多孔質体の一例としては活性炭が挙げられる。本実施の形態では、抵抗体２６が接続部２５ａに設けられたが、抵抗体２６の設置場所はこれに限られない。配管２５内を通過する気体の流れを妨げることができれば、配管２５内の抵抗体２６の設置場所はどのような場所であってもよい。本実施の形態では、抵抗体２６を配管２５内に設けたが、検知室２１内の配管２５側の空間に設けて検知室２１内を通過する気体の流れを妨げるようにしてもよい。

本実施の形態によれば、配管２５に気体の流れを妨げる抵抗体２６が設けられる。抵抗体２６は混合ガス３０および大気３１の配管２５内の通過の妨げとなる。これにより、検知室２１内に混合ガス３０が留まる時間をさらに長くすることができる。電磁弁２４の開放時間をさらに短くすることができるため、上述した実施の形態１と比較してさらに電力消費を少なくすることができる。

本実施の形態では、配管２５内に抵抗体２６を設けて、配管２５内の混合ガス３０および大気３１の通過を妨げたが、配管２５の内径を配管２３の内径と比較して小さくすることにより、配管２５内の混合ガス３０および大気３１の通過を妨げてもよい。

実施の形態３．
次に、本発明の実施の形態３にかかるガス監視装置付き油入変圧器について説明する。図５は、本発明の実施の形態３におけるガス監視装置の構成を概略的に示す拡大断面図である。

図５に示すように、ガス監視装置２０Ｂは、図５中の下方向に開口する検知室２１Ａを備える。検知室２１Ａの一部が配管２５Ａとして構成されており、検知室２１Ａは配管２５Ａを介して大気に開放されている。検知室２１Ａでは絶縁油１３中から発生する可燃性ガスの検知が行われる。検知室２１Ａ内には可燃性ガスを検知するセンサ２２Ａが設けられている。検知室２１Ａと配管２５Ａとは一体成形されていてもよい。

ガス監視装置２０Ｂは、配管２３Ａを備える。配管２３Ａは、一端が油入変圧器１０の上蓋１２に接続され、他端が検知室２１Ａに接続される。配管２３Ａは、容器１１内の加圧ガスまたは混合ガスを検知室２１Ａ内へ導入する。配管２３Ａは、第１の配管の一例である。配管２３Ａには容器１１内と検知室２１Ａ内とを連通し、または遮断する電磁弁２４と同様の図示しない電磁弁が設けられている。電磁弁の電磁コイルが通電されると電磁弁が開き、油入変圧器１０の容器１１内と検知室２１Ａ内との圧力差によって、容器１１内の加圧ガスまたは混合ガスが検知室２１Ａ内へ導入される。

本実施の形態では、配管２５Ａは配管２３Ａを囲うように設けられている。配管２５Ａは、検知室２１Ａ内に導入された加圧ガスまたは混合ガスを検知室２１Ａ内から排出し、および検知室２１Ａ内へ大気を導入する。配管２５Ａは、第２の配管の一例である。

本実施の形態では、図５に示すように、センサ２２Ａが検知室２１Ａの図５中の上側の壁部、すなわち天井壁２１Ｂに設けられる。検知室２１Ａでは、配管２３Ａを介して導入される加圧ガスまたは混合ガスは検知室２１Ａの天井壁２１Ｂで折り返して配管２５Ａを介して排出される。配管２３Ａから天井壁２１Ｂへ進み天井壁２１Ｂで折り返して配管２５Ａへ進むガス流路Ｆが形成される。センサ２２Ａは検知室２１Ａの天井壁２１Ｂ、すなわちガス流路Ｆの折り返し部Ｒに設けられているため、センサ２２Ａが混合ガスに曝されている時間は長くなる。検知室２１Ａ内の上側の空間において混合ガスが検知室２１Ａ内に留まる時間が、検知室２１Ａ内の配管２５Ａ側の空間において混合ガスが検知室２１Ａ内に留まる時間と比較して長くなるからである。これにより、上述した実施の形態１と同様の効果を奏することができる。

本実施の形態によれば、配管２５Ａが配管２３Ａを囲うように設けられている。これにより、ガス監視装置２０Ｂを上述した実施の形態１および２のガス監視装置２０および２０Ａと比較して小型化することができる。また、図５に示すように、ガス監視装置２０Ｂを配管２５Ａの形状と同様の形状とすることができ、上述した実施の形態１および２のガス監視装置２０および２０Ａと比較して小型化することができる。

尚、本実施の形態では検知室２１Ａの一部を配管２５Ａとしてガス流路の折り返し部を設けたが、検知室２１Ａをコの字型に形成することによって折り返し部を設け、当該折り返し部にセンサ２２Ａを設けても良い。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略および変更することも可能である。

１０油入変圧器、１１容器、１２上蓋、１３絶縁油、１４鉄心、１５巻線、１６空間、２０，２０Ａ，２０Ｂガス監視装置、２１，２１Ａ検知室、２１Ｂ天井壁、２２，２２Ａセンサ、２３，２３Ａ，２５，２５Ａ配管、２５ａ接続部、２４電磁弁、２６抵抗体、３０混合ガス、３１大気。

Claims

容器内に絶縁油が入れられる、ガス監視装置付き油入変圧器であって、
前記油入変圧器は、
前記容器内の上部の空間に、加圧ガスと検知ガスとが充填され、
前記ガス監視装置は、
内部に前記検知ガスを検知するセンサが設けられる検知室と、
前記容器と前記検知室とを接続する第１の配管と、
前記第１の配管に設けられ、電力により開閉する弁とを備える
ことを特徴とするガス監視装置付き油入変圧器。
前記ガス監視装置は、前記検知室内に導入された前記加圧ガスおよび前記検知ガスを前記検知室内から排出し、および前記検知室内へ大気を導入する第２の配管を備えることを特徴とする請求項１に記載のガス監視装置付き油入変圧器。
前記センサは、前記検知室内において、前記第２の配管よりも前記第１の配管の近くに設けられることを特徴とする請求項２に記載のガス監視装置付き油入変圧器。
前記第２の配管に気体の流れを妨げる抵抗体を設けたことを特徴とする請求項２又は３に記載のガス監視装置付き油入変圧器。
前記検知室は、前記加圧ガス及び前記検知ガスの流路の折り返し部を有し、
前記センサは前記折り返し部に設けられることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のガス監視装置付き油入変圧器。