JP7210375B2

JP7210375B2 - 採油装置

Info

Publication number: JP7210375B2
Application number: JP2019092988A
Authority: JP
Inventors: 雅彦近藤; 成吾廣田; 優士加藤
Original assignee: 新生テクノス株式会社
Priority date: 2019-05-16
Filing date: 2019-05-16
Publication date: 2023-01-23
Anticipated expiration: 2039-05-16
Also published as: JP2020187058A

Description

特許法第３０条第２項適用〔展示会名〕第３２回鉄道電気テクニカルフォーラム〔開催日〕平成３１年２月８日

本発明は、採油装置に関し、詳しくは、電力機器の内部に充填された絶縁油を採油する採油装置に関する。

機器内部のコイルが絶縁油で充填された変圧器などの電力機器において、変圧器の温度変化によって絶縁油の体積が変化する。このため、機器内部の一部に窒素ガス（不活性ガス）を封入することで、絶縁油の体積変化を窒素ガスの圧力変化、すなわち変圧器の内部圧力変化に転化して、絶縁油の体積変化を吸収する変圧器が知られている。このような変圧器において、コイルの異常の有無や絶縁油の劣化を診断するために、機器内部の絶縁油を定期的に採油して分析することが一般に行われている。従来、その採油方法は、下記特許文献１のように、変圧器の下部に設けられた採油口を開いて、採油口に取り付けられたゴム管などを経由して流れ出る絶縁油を、缶やびんなどの容器に採油する方法が使われてきた。

特開昭４８－２８２９５号公報

しかしながら、上述した変圧器において、変圧器の環境状態によっては、変圧器の内部圧力が変圧器の外部圧力（大気圧）よりも低い負圧状態になる場合がある。このような負圧状態のときに、上述した従来の採油方法を用いて採油を行うと、変圧器が外部の空気を吸引して、空気が機器内部に混入する恐れがある。

本発明は、このような課題を解決しようとするもので、その目的は、機器内部への空気混入を防ぎつつ、絶縁油を採油可能な採油装置を提供することである。

本開示の１つの特徴によると、採油装置は、機器内部が絶縁油によって充填されると共に第１不活性ガスによって封入されている電力機器の絶縁油を採油するものである。また、採油装置は、採油した絶縁油を貯留路を介して貯留する回収容器を備えており、絶縁油を採油する前の状態において、貯留路および回収容器の容器内部は、第２不活性ガスで充填させた後に真空引きされた状態となっている。

そのため、第２不活性ガスが充填されることで、容器内部の空気を排出できる。そのため、容器内部の空気が、機器内部に混入することを防ぐことができる。また、真空引きによって、回収装置の内部圧力を低くすることができる。そのため、容器内部が機器内部の絶縁油を吸引することで、絶縁油を採油することができる。

本開示の他の特徴によると、採油装置は、回収容器の内部圧力を測定可能な圧力計を備えている。

そのため、回収容器の内部圧力を確認することができる。また、電力機器の第１不活性ガスの圧力を測定可能な圧力計と比較できる。そのため、回収容器の内部圧力が、電力機器の第１不活性ガスの圧力と比べて、高いか低いかを確認できる。

また、本開示の他の特徴によると、回収容器の容器内部は、電動の真空ポンプによって真空引きされる。

そのため、例えば、真空ポンプが手動である場合と比べて、容器内部の真空引きの度合いのばらつきを無くすことができる。

また、本開示の他の特徴によると、回収容器の容器内部には、絶縁油を貯留する採油容器を備えている。

そのため、例えば、絶縁油の一時保管に用いる一時保管容器を、採油容器として用いることができる。すると、絶縁油が採油されたあとで、一時保管のために絶縁油を移し替えるといった手間を無くすことができる。

また、本開示の他の特徴によると、回収容器は、お椀状の２つの半球体が、それぞれの開口の周縁を重ね合わせるように組み付けられて形成される厚さ均一の中空の球体である。

そのため、例えば、回収容器が球体でない、または、厚さ均一でない場合は、圧力に対する強度が低い部分が生じる。そのため、真空ポンプによって発生する負圧に耐えられない恐れがある。対して、回収容器が厚さ均一の球体であることで、圧力に対する強度が低い部分が生じない。そのため、真空ポンプによって発生する負圧に耐えることができる。

実施形態に係る採油装置が、変圧器に接続された状態を示す概略図である。図１の採油装置のシステム構成を示す図である。図２の回収装置の構成を示す図である。図３から、取付部材にねじ込み部材をねじ込んだ状態を示す図である。図２の状態から採油を始める手順を説明する図である（負圧開放バルブを閉める）。図５の次の手順を説明する図である（第２窒素ガスの充填を開始する）。図６の次の手順を説明する図である（充填が終わりインジケータの玉が浮上する）。図７の次の手順を説明する図である（ガス封入バルブと脱気確認バルブを閉める）。図８の次の手順を説明する図である（真空ポンプを動作させて第２窒素ガスが外部に排出される）。図９の次の手順を説明する図である（圧力計を確認し、回収容器の圧力が変圧器の負圧を下回った事を確認し、真空ポンプを停止させ、この時に併せて第２窒素ガスの排出も完了する）。図１０の次の手順を説明する図である（変圧器バルブを開いて絶縁油が採油され始める。この時に絶縁油の採油量が少なくなった場合は、回収容器の負圧が不足しているため、圧力計を確認し、真空ポンプを動作させる）。図１１の次の手順を説明する図である（採油が完了したら変圧器バルブを閉じる）。

以下、本発明を実施するための形態を、図１～１２を用いて説明する。この発明は、採油装置１０を用いて、変圧器１に充填された絶縁油４を採油するものである。以下に、変圧器１と採油装置１０とを個別に説明する。

まず、変圧器１について説明する（図１参照）。変圧器１は、タンク２と、タンク２のタンク内部２ａに収容されるコイル３と、タンク内部２ａに充填される絶縁油４と、タンク内部２ａに封入される第１窒素ガス５と、第１窒素ガス５の圧力を測定可能にタンク２の上部に取り付けられる第１圧力計６と、タンク内部２ａの絶縁油４を排出可能にタンク２の下部に取り付けられる変圧器バルブ７と、で構成されている。第１窒素ガス５は、例えば、窒素純度が９７％以上の窒素ガスであり、特許請求の範囲に記載の「第１不活性ガス」に相当する。

次に、採油装置１０について説明する（図１～４参照）。採油装置１０は、変圧器バルブ７に取付可能なフランジ２０と、フランジ２０と繋がって絶縁油４を貯留可能な回収装置３０と、で構成されている。

フランジ２０は、変圧器バルブ７の出口７ａに取り付けられる採油口２１と、回収装置３０からの逆流を防止する逆止弁２２と、ガス封入バルブ２３と、で構成されている。このとき、採油口２１は、第１接続部２４を介して逆止弁２２の入口２２ａと、ガス封入バルブ２３の出口２３ｂと、に繋がっている（図２参照）。ガス封入バルブ２３は、その入口２３ａが外部の窒素ガス缶７０と繋がるように大気開放されている。なお、窒素ガス缶７０を用いて、第２窒素ガス７１が採油装置１０に封入できるようになっている。第２窒素ガス７１は、例えば、窒素純度が９５％以上の窒素ガスであり、特許請求の範囲に記載の「第２不活性ガス」に相当する。フランジ２０は、このように構成されている。

回収装置３０は、中空の球体である回収容器３１と、回収容器３１に取り付けられる蓋３２と、逆止弁２２の出口２２ｂから回収容器３１の容器内部３１ａまで延びるホース３３と、採油された絶縁油４を貯留する採油容器３４と、容器内部３１ａの気体を外部に排出可能な真空ポンプ３５と、容器内部３１ａに採油容器３４を設けるための第１スペーサ３６と、容器内部３１ａに真空ポンプ３５を設けるための第２スペーサ３７と、回収容器３１の内部圧力を測定可能な第２圧力計３８と、負圧開放バルブ３９と、脱気確認バルブ４０と、第２窒素ガス７１の封入を検知可能なインジケータ４１と、回収容器３１を嵌め込み可能なケース４２と、で構成されている（図２～４参照）。回収容器３１の第１出口３１ｂは、第２接続部２６を介して第２圧力計３８と、負圧開放バルブ３９の入口３９ａと、脱気確認バルブ４０の入口４０ａと、に繋がっている（図２参照）。このとき、採油口２１からホース３３の出口３３ａまでが、絶縁油４が貯留されるときに流れる流路２５であり、特許請求の範囲に記載の「貯留路」に相当する。また、第２圧力計３８が、特許請求の範囲に記載の「圧力計」に相当する。

回収容器３１は、お椀状の２つの半球体である上半球体５０と下半球体５１と、を組み付けて構成されている（図３参照）。上半球体５０と下半球体５１とは、アクリル樹脂等の剛性を有する合成樹脂材による一体成形品であり、真空ポンプ３５によって発生する負圧に耐えうるように、例えば、数ｍｍの厚さを備えており、さらに射出成形によって、より負圧に耐えうるように厚さが均一になっている。また、上半球体５０と下半球体５１とは、その開口の周縁にフランジ５２、５３を備えており、フランジ５２、５３には、貫通孔５４、５５が等角度間隔に８つ形成されている。上半球体５０の球面には、蓋３２を取付可能な取付穴５９が形成されている。上半球体５０と下半球体５１とを組み付けるときには、フランジ５２、５３を上下に重ね合わせるようにして、貫通孔５４、５５を介して、複数のネジ５６とナット５７とを用いて組み付ける。このとき、フランジ５２、５３の間に、リング状の一液型ＲＴＶゴムであるガスシーラー５８が挟み込まれることで、ガスシーラー５８によってフランジ５２、５３の間が隙詰めされて、外部の空気が容器内部３１ａに混入することを防ぐことができるようになっている。

蓋３２は、取付穴５９に取り付けられる取付部材６０と、取付部材６０にねじ込められるねじ込み部材６１と、で構成されている。取付部材６０は、一端にフランジ６３を有する円筒６２であり、フランジ６３が上になるように、円筒６２を取付穴５９に嵌め込んで取り付けられる（図３参照）。円筒６２の内面６２ａには、めねじが形成されている。また、ねじ込み部材６１は、一端が円板６５によって塞がれた円筒６４である。円筒６４の外面６４ａには、円筒６２の内面６２ａと螺合可能におねじが形成されている。取付部材６０にねじ込み部材６１をねじ込むときには、取付穴５９に取り付けた取付部材６０の上方からねじ込み部材６１の他端を近づけるようにして、取付部材６０の内面６２ａと、ねじ込み部材６１の外面６４ａと、を螺合させる（図３参照）。そして、フランジ６３と円板６５とが重なり合うようにして係止される（図４参照）。このとき、円板６５の中心には、外部と円筒６４の内部空間とを連通するような貫通孔６６が形成されている。このため、上述したホース３３が、取付部材６０にねじ込み部材６１がねじ込められた状態でも、外部から貫通孔６６を通って容器内部３１ａまで延びることができるようになっている。

採油容器３４は、容器内部３１ａに設けられて、採油された絶縁油４を貯留可能に、例えば、びんのような形状になっている。また、採油容器３４は、例えば、絶縁油４の一時保管を行うときに用いられる一時保管容器である。採油容器３４の容積は、例えば、絶縁油４の一時保管に必要な５００ｍｌを上回るように設定されている。

真空ポンプ３５は、容器内部３１ａに設けられて、吸気口３５ａから排気口３５ｂに向かって気体を排出可能になっている。吸気口３５ａは容器内部３１ａと繋がり、排気口３５ｂは第３接続部４３を介して回収容器３１の第２出口３１ｃと繋がっている（図２参照）。なお、回収容器３１の第２出口３１ｃは、外部に繋がって大気開放されている。第３接続部４３には、逆止弁４４が設けられており、外部の空気が容器内部３１ａに逆流しないようになっている。

第１スペーサ３６は、外径が回収容器３１の直径よりも小さい円板であり、容器内部３１ａにおける上下方向の下方部分に設けられる（図３～４参照）。採油容器３４は、容器内部３１ａに設けられるときに、第１スペーサ３６上に設置される。

第２スペーサ３７は、外径が回収容器３１の直径と略同じで、中心に貫通孔３７ａを有するリング状の円板であり、容器内部３１ａにおける上下方向の中央部分に設けられる（図３参照）。真空ポンプ３５は、容器内部３１ａに設けられるときに、第２スペーサ３７上に設置される。また、採油容器３４は、容器内部３１ａに設けられるときに、貫通孔３７ａを貫通する。このため、採油容器３４は、第２スペーサ３７によって、中央部分を支えられて、傾きや転倒を防止できる構成になっている（図３～４参照）。

負圧開放バルブ３９は、その出口３９ｂが外部に繋がって大気開放されている。脱気確認バルブ４０は、その出口４０ｂが、第４接続部４５を介してインジケータ４１の入口４１ａに繋がっている。インジケータ４１は、その出口４１ｂが、外部に繋がって大気開放されている。また、インジケータ４１は、第２窒素ガス７１によって浮上する玉６７を備えている。このため、インジケータ４１は、玉６７によって、第２窒素ガス７１の封入を検知できるようになっている。

ケース４２は、硬質低発泡塩化ビニル樹脂等の剛性を有する合成樹脂材による成形品であり、回収容器３１の４分の１程度を嵌め込み可能な湾曲状の切欠６８を備えている。ケース４２は、回収容器３１を切欠６８に嵌め込んだ状態で、回収容器３１を組み付ける複数のネジ５６の一部によって、ケース４２の上面６９が共締めされることで、回収容器３１と組み付けられる（図３～４参照）。また、ケース４２は、第２圧力計３８と、負圧開放バルブ３９と、脱気確認バルブ４０と、インジケータ４１と、を一体的に収容可能になっている。回収装置３０はこのように構成されている。

続いて、変圧器１のタンク内部２ａに充填された絶縁油４を採油する方法を説明する。この採油方法は、変圧器１の第１窒素ガス５の圧力がタンク２の外部圧力（大気圧）を上回る場合の手順と、変圧器１の第１窒素ガス５の圧力がタンク２の外部圧力（大気圧）を下回る場合の手順と、が存在する。このため、はじめに、変圧器１の第１圧力計６を用いて、変圧器１の第１窒素ガス５の圧力が、タンク２の外部圧力（大気圧）を上回るか、または下回るかを確認する必要がある。これは、第１窒素ガス５の圧力が、季節の変化等によるタンク２の温度変化で生じる絶縁油４の体積変化に伴って、タンク２の外部圧力（大気圧）を上回る場合と下回る場合とがあるためである。以下に、それぞれの場合の手順について説明する。

まず、第１窒素ガス５の圧力が、タンク２の外部圧力（大気圧）を上回る場合について説明する。このとき、タンク内部２ａと外部とが直接繋がっても、タンク内部２ａに外部の空気が吸引されることはない。そのため、変圧器バルブ７の出口７ａが外部と繋がって大気開放された状態で、変圧器バルブ７を開くことで、タンク内部２ａに空気が混入することなく、絶縁油４を採油することができる他、採油装置１０をゴム栓等ではなく、クランプ等を使用することで確実な採油が可能となる。

次に、第１窒素ガス５の圧力が、タンク２の外部圧力（大気圧）を下回る場合について説明する。このとき、タンク内部２ａと外部とが直接繋がると、外部の空気がタンク内部２ａに吸引されてしまう。そのため、上述した採油装置１０を用いて、タンク内部２ａに充填された絶縁油４を採油する。以下に、この採油装置１０を用いた絶縁油４の採油手順について説明する（図２、５～１２参照）。

はじめに、図２に示す状態、すなわち閉じた状態にある変圧器バルブ７の出口７ａに、フランジ２０の採油口２１を取り付けた状態から、負圧開放バルブ３９を閉じる作業を行う（図５参照）。

次に、ガス封入バルブ２３の入口２３ａに、窒素ガス缶７０を繋げて、採油装置１０に第２窒素ガス７１を封入する作業を行う（図６参照）。すると、第２窒素ガス７１は、ガス封入バルブ２３および流路２５を通って回収容器３１の容器内部３１ａに充填され始める。このとき、回収容器３１の容器内部３１ａに元々存在する空気８０は、回収容器３１の第１出口３１ｂから脱気確認バルブ４０およびインジケータ４１を通って、外部へと排出される。

さらに、第２窒素ガス７１は、回収容器３１の容器内部３１ａに完全に充填されたあとで、回収容器３１の第１出口３１ｂから脱気確認バルブ４０を通ってインジケータ４１の中にも充填される。インジケータ４１の中に第２窒素ガス７１が完全に充填されると、第２窒素ガス７１によって玉６７が浮上する（図７参照）。このように、採油装置１０は、回収容器３１の容器内部３１ａに第２窒素ガス７１が完全に充填されたことを、インジケータ４１によって検知できる構成になっている。

次に、第２窒素ガス７１の封入を止めて、ガス封入バルブ２３と脱気確認バルブ４０とを閉じる作業を行う（図８参照）。これにより、採油装置１０は外部からの空気混入を防ぐことができる構成となる。

そして、真空ポンプ３５を動作させて、回収容器３１の容器内部３１ａに充填された第２窒素ガス７１を、外部へと排出させる作業を行う。（図９参照）。すると、回収容器３１の内部圧力が低下して、容器内部３１ａに負圧が生じる。このとき、容器内部３１ａには、真空ポンプ３５によって、大気圧（＝約１００ｋＰａ）に対して、約－６０ｋＰａの負圧が生じる。なお、第１窒素ガス５は、最も圧力が低い状態で、大気圧（＝約１００ｋＰａ）に対して、約－４０ｋＰａの負圧を生じる。このため、真空ポンプ３５によって、第１窒素ガス５の圧力よりも、回収容器３１の内部圧力を低くすることができる。第１圧力計６と第２圧力計３８とを比較して、回収容器３１の内部圧力が、第１窒素ガス５の圧力よりも低くなったら、真空ポンプ３５を停止させる作業を行う（図１０参照）。

次に、変圧器バルブ７を開く作業を行う（図１１参照）。すると、タンク内部２ａの絶縁油４が、より圧力が低い容器内部３１ａに吸引されることで、流路２５を流れて、回収容器３１の採油容器３４に貯留される。最後に、必要量の絶縁油４が貯留されたら、変圧器バルブ７を閉じる作業を行う（図１２参照）。このようにして、採油装置１０を用いて、タンク内部２ａに充填された絶縁油４を採油することができる。

本発明の実施形態に係る採油装置１０は、上述したように構成されている。この構成によれば、採油装置１０は、タンク内部２ａが絶縁油４によって充填されると共に第１窒素ガス５によって封入されている変圧器１の絶縁油４を採油するものである。また、採油装置１０は、採油した絶縁油４を流路２５を介して貯留する回収容器３１を備えており、絶縁油４を採油する前の状態において、流路２５および回収容器３１の容器内部３１ａは、第２窒素ガス７１で充填させた後に真空引きされた状態となっている。そのため、第２窒素ガス７１が充填されることで、容器内部３１ａの空気８０を排出できる。そのため、容器内部３１ａの空気８０が、タンク内部２ａに混入することを防ぐことができる。また、真空引きによって、回収装置３０の内部圧力を低くすることができる。そのため、容器内部３１ａがタンク内部２ａの絶縁油４を吸引することで、絶縁油４を採油することができる。

また、この構成によれば、回収容器３１の内部圧力を測定可能な第２圧力計３８を備えている。そのため、回収容器３１の内部圧力を確認することができる。また、変圧器１の第１圧力計６と比較できる。そのため、回収容器３１の内部圧力が、変圧器１の第１窒素ガス５の圧力と比べて、高いか低いかを確認できる。

また、この構成によれば、回収容器３１の容器内部３１ａは、電動の真空ポンプ３５によって真空引きされる。そのため、例えば、真空ポンプ３５が手動である場合と比べて、容器内部３１ａの真空引きの度合いのばらつきを無くすことができる。

また、この構成によれば、回収容器３１の容器内部３１ａには、絶縁油４を貯留する採油容器３４を備えている。そのため、例えば、絶縁油４の一時保管に用いる一時保管容器を、採油容器３４として用いることができる。すると、絶縁油４が採油されたあとで、一時保管のために絶縁油４を移し替えるといった手間を無くすことができる。

また、この構成によれば、回収容器３１は、お椀状の２つの半球体である上半球体５０と下半球体５１とが、それぞれの開口の周縁のフランジ５２、５３を重ね合わせるように組み付けられて形成される厚さ均一の中空の球体である。そのため、例えば、回収容器３１が球体でない、または、厚さ均一でない場合は、圧力に対する強度が低い部分が生じる。そのため、真空ポンプ３５によって発生する負圧に耐えられない恐れがある。対して、回収容器３１が厚さ均一の球体であることで、圧力に対する強度が低い部分が生じない。そのため、真空ポンプ３５によって発生する負圧に耐えることができる。回収容器３１の容器内部３１ａが真空引きされたとき、外部圧力が回収容器３１の表面に対して均等にかかる。そのため、回収容器３１は、真空ポンプ３５によって発生する負圧に耐えることができる。

上述した内容は、あくまでも本発明の一実施の形態に関するものであって、本発明が上記内容に限定されることを意味するものではない。

本実施形態では、「電力機器」の例として、「変圧器１」を説明した。しかし、これに限定されるものでなく、「シリコン整流器」や「直列リアクトル」等であっても構わない。また、「第１不活性ガス」の例として、「第１窒素ガス５」を説明した。しかし、これに限定されるものでなく、「アルゴン」等であっても構わない。また、「第２不活性ガス」の例として、「第２窒素ガス７１」を説明した。しかし、これに限定されるものでなく、「アルゴン」等であっても構わない。また、「第１不活性ガス」と「第２不活性ガス」とは、異なるガスであるとして説明した。しかし、これに限定されるものでなく、同一のものであっても構わない。

１変圧器（電力機器）
２ａタンク内部（機器内部）
４絶縁油
５第１窒素ガス（第１不活性ガス）
１０採油装置
２５流路（貯留路）
３１回収容器
３１ａ容器内部
３４採油容器
３５真空ポンプ
３８第２圧力計（圧力計）
５０上半球体
５１下半球体
７１第２窒素ガス（第２不活性ガス）

Claims

機器内部が絶縁油によって充填されると共に第１不活性ガスによって封入されている電力機器の絶縁油を採油する採油装置であって、
採油した絶縁油を貯留路を介して貯留する回収容器を備えており、
絶縁油を採油する前の状態において、貯留路および回収容器の容器内部は、第２不活性ガスを充填させた後に真空引きされた状態となっている採油装置。
請求項１に記載の採油装置であって、
回収容器の内部圧力を測定可能な圧力計を備える採油装置。
請求項１～２のいずれかに記載の採油装置であって、
回収容器の容器内部は、電動の真空ポンプによって真空引きされる採油装置。
請求項１～３のいずれかに記載の採油装置であって、
回収容器の容器内部には、絶縁油を貯留する採油容器を備えている採油装置。
請求項１～４のいずれかに記載の採油装置であって、
回収容器は、お椀状の２つの半球体が、それぞれの開口の周縁を重ね合わせるように組み付けられて形成される厚さ均一の中空の球体である採油装置。