JPH01110007A

JPH01110007A - ガス封入電気機器の異常監視方法

Info

Publication number: JPH01110007A
Application number: JP62266956A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Oitate; 俊朗追立; Yasuo Kaneshiro; 金城　保男; Masami Ikeda; 池田　正己; Tsuneo Kobayashi; 恒夫小林
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-10-22
Filing date: 1987-10-22
Publication date: 1989-04-26
Anticipated expiration: 2011-11-27
Also published as: JP2557417B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は例えばガス絶縁変圧器のようにタンク内に電気
機器本体を収納し絶縁又は冷却のために絶縁ガスを封入
したガス封入電気機器の異常状態を監視する方法に関す
る。

（従来の技・術）従来、例えば変圧器のような電気機器においては、タン
ク内に電気機器本体を収納し、絶縁又は冷却のために絶
縁油を封入した油入変圧器が主流をなしている。こうし
た油入変圧器では、タンり内において異常加熱を伴う故
障やコロナ・アークによる部分放電等の異常が発生する
と、絶縁油に印加して爆発を起したり、著しい場合には
絶縁油の外部飛散により周囲建造物の火災発生等の二次
的大災害の発生するおそれがある。しかも、近年は電力
需要が大幅に増大し、それに伴ってこれら電気機器の設
置場所を確保することが困難になってきているため、市
街地周辺やビル地下等に変圧器が設置される場合が多く
なっている。そこで、こうした設置環境の変化の観点か
らも、変圧器には火災発生あるいは環境破壊等のおそれ
のない、より安全性の高いものが要求されてきて−いる
。

これらの要望に応じるため、最近では油入変圧器に比べ
て防災性に優れ、しかもより小形、軽量で信頼性に優れ
たガス絶縁変圧器が採用されるようになってきている。

このガス絶縁変圧器は、タンク内に電気機器本体を収納
し、絶縁、冷却媒体として従来の絶縁油に代って絶縁ガ
スを封入したものである。こうした絶縁ガスには、■絶
縁耐力が高いこと、■熱的に安定で不活性であること、
■不燃性であること、０人体に無害であること、■熱の
良導体であること、等の性質が要求され、これらの性質
を満たすものとして例えばＳＦ６ガスが用いられている
。したがって、ガス絶縁変圧器では、故障発生によりタ
ンク内が異常高温となっても、火災発生のおそれがなく
、周囲環境へも悪影響を与えないため、市街地やビル地
下等の設置に適している。

ところで、これら変圧器等の電気機器では、電力の安定
供給の点から考えて事故発生による運転停止は絶対に避
けなければならない問題である。

事故による電力供給の停止、すなわち停電は社会的、経
済的等多方面に多大の悪影響を及ぼすことは現在の電力
エネルギーの重要性から考えて当然理解し得るものであ
る。変圧器の場合、漏れ磁束によりタンクや機器本体を
構成する構造部材に渦電流が発生し、局部的に異常加熱
が生じたり、導体接続部の不完全接触による発熱、ある
いは部分放電によって生じる絶縁劣化による発熱等数多
くの異常発生要因を有しており、これらの異常が拡大進
展すると大事故につながり電力供給の停止をもたらす。

したがって、これらの電気機器には常に異常の発生を監
視し、軽微な故障前兆段階においてそれを検知し、適切
な処理を講じることによって事故発生を未然に防ぐ異常
監視技術の導入が不可欠である。これによって電気機器
の信頼性が更に高まり、電力の安定した供給が達成され
るわ１すである。

従来の油入変圧器では、異常監視は以下のようにして行
なわれている。すなわち、事故につながる前兆段階とし
ての軽微な局部加熱が発生すると、その部位に接触する
絶縁油が加熱され、その温度が１５０〜２００℃に達す
ると絶縁油が熱分解して特定の分解ガスが発生する。し
たがって、この分解ガスの発生を常時又は定期的に検知
することによって油入変圧器の異常監視を行なうことが
できる。

一方、ガス絶縁変圧器においても、タンク内に封入され
た絶縁ガスを常時又は定期的に分析することによって異
常監視を行なうことが試みられている。しかしながら、
絶縁ガスとして用いられているＳＦ６ガスが示す■〜■
の性質のうち、■の熱的な安定で不活性であるというこ
とは、軽微な局部加熱の発生では熱分解を起さないとい
うことを意味し、異常監視の観点からは不利な要因とな
っている。このため、絶縁ガス自体の分析では軽微な故
障前兆段階を検知することが極めて困難である。

また、異常監視を行なう場合、予め局部加熱が予想され
る個所のみの異常だけでなく、予想し得ない個所におい
て局部加熱等の異常が発生したことをも監視できること
が必要である。ガス絶縁変圧器のような電気機器は予め
充分な熱的強度、絶縁強度を設計して製作されるもので
あるが、予測し得ない個所における故障発生も無視する
ことができないばかりか、むしろこのような予測し得な
い故障発生を予防することが信頼性向上に大きく貢献す
るものである。

（発明が解決しようとする開運点）本発明は以上の点に鑑みて、絶縁性能、冷却性能等の本
来有している性能に何等影響を与えず、局部加熱等の軽
微な異常を検知し、確実に事故発生を未然に防ぐことが
できるガス封入電気機器の異常監視方法を提供すること
を目的とする。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段）本発明のガス封入電気機器の異常監視方法は、タンク内
に電気機器本体を収納し、絶縁ガスを封入したガス封入
電気機器の異常を監視するにあたり、上記絶縁ガスに次
式ＣａＦｚａ＋ＩＳＦラ　（ｎは整数）で表わされるモ
ニターガスを混入し、上記電気機器本体の異常に起因し
て発生するモニターガスの分解生成物を検出することを
特徴とするものである。

本発明の対象となるガス封入電気機器としては、ガス絶
縁変圧器、ガス絶縁開閉器、ガス絶縁母線等種々の電気
機器が挙げられ、封入される絶縁ガスとしてはＳＦ６ガ
ス等が用いられる。

本発明において、Ｃｍ　Ｆ２ａ＋５ＳＦ５　　（ｎは整
数）で表わされるモニターガスとしては、ＣＦ３８Ｆ５　　（）リフロロメチルペンタフロロサル
ファ）やＣ２Ｆ５　ＳＦｓ　　（ペンタフロロエチルペ
ンタフロロサルファ）が用いられる。これらのモニター
ガスのタンク中における濃度は０．１〜３０％であるこ
とが望ましい。

本発明において、モニターガスの分解生成物を検出する
手段としては、電気機器本体の熱的異常によるモニター
ガスの分解生成物と、電気的異常によるモニターガスの
分解生成物とを判別し得るものが望ましい。こうした検
出手段としてはガスクロマトグラフや各種ガスセンサが
考えられるが、現状では最も精度のよいガスクロマトグ
ラフが望ましい。なお、こうした検出手段による分析は
、常時行なってもよいし、定期的に行なってもよい。

（作用）本発明において用いられるモニターガスは、タンク内に
収納された機器本体に局部加熱や部分放電等の故障前兆
現象が生じると分解反応を起す。

こうした分解反応について、以下の実験に基づいてより
詳細に説明する。

（イ）熱分解実験内容積的１０ｍの硬質ガラスアンプル（外径１２Ｂ１内
径８ｕ）にＣＦ３５Ｆ、を圧縮液体として約２００μノ
減圧封入して封管した。その後、２００〜３８０℃の範
囲で熱分解を行なった。

（ロ）電気分解実験内容積的２００ｇの絶縁密閉容器の内部に球状電極（１
２インチ径）を設置し、ＣＦ３５Ｆ、を３ｋｇ／ｎ２の
圧力でガス封入し、漏れ電流５ｍＡ。

昇電圧速度５００Ｖ　／　ｓｅｅの条件で気中での交流
破壊を繰返し２０回行なった。

実験前、熱分解実験後及び電気分解実験後に、ガスクロ
マトグラフと質量分析計を併用して成分を同定した結果
を第２図〜第４図に示す。実験前（第２図）ではＣＦ、
ＳＦ、だけであるのに対し、熱分解実験後（第３図）に
は分解生成物としてＣＦ４及びＳＦ６が、電気分解実験
後（第４図）には分解生成物としてＣＦ４、ＳＦ６のほ
かに、更にＣ２Ｆ６及びＣ３Ｆ８が生じている。これら
の結果から、ＣＦ３５Ｆ、の分解反応は次のようになる
と考えられる。

ＣＦ、　ＳＦ、　−ｍｃＦｓＦ４＠十・Ｆ　・・・■Ｃ
Ｆ、ＳＦ、　　→ＣＦ３・＋・ｓｐｓ　　　　・・・■
ＣＦ３・＋・Ｆ　−ＣＦ４　　　　　・・・■拳ＳＦラ
　＋・Ｆ　　−８Ｆ６　　　　　　　　　　　・・・■
ＣＦ３−＋　Ｃ１３ｍ−４（２Ｆ６　　　　　　　・・
・■Ｃ２Ｆ６　−ｅＣ２Ｆう・＋・Ｆ　　　　　　　　
　・・・■Ｃ２Ｆ、・十ＣＦ３・−Ｃ３Ｆｇ　　　・・
・■ここで、熱分解時の反応は０〜０式に示されるよう
にＣＦ４の発生が主である。なお、絶縁ガスとして用い
られるＳＦ６のみではこのような反応は起らない。また
、電気分解時の反応は■〜■を含め、０〜０式に示す反
応が考えられる。特に、コロナφアーク放電等にさらさ
れると、ＣＦ３８Ｆ、の場合には大部分がＳとＦとＣの
単原子状態となり、アーク等の消滅後、非常に短時間の
うちに急速、に再結合し、大部分は元の安定なＣＦ、Ｓ
Ｆ、に戻るが、０〜０式に示したようなラジカル反応を
起して異種成分を生成する。なお、絶縁ガスとして用い
られるＳＦ６のみでは上述したように反応しても再結合
により元のＳＦ６に戻るだけである。

したがって、熱的原因による異常が発生した場合にはＣ
Ｆ４の検出によりそれを知ることができ、電気的原因に
よる異常が発生した場合にはＣＦ４、Ｃ２Ｆｂ　、Ｃ３
ＦＢの検出によりそれを知ることができる。また、モニ
ターガスは絶縁ガスとともにタンク内のすみずみまで循
環するので、予め予測し得ない個所で異常が発生しても
それを確実に知ることができる。

なお、本発明において、タンク内のモニターガスの濃度
は００１〜３０％が望ましいとしたのは、０．１％未満
ではヤニターガスの分解生成物の検出が極めて困難であ
り、一方３０％を超えると絶縁ガスが本来有する絶縁や
冷却の機能を阻害するおそれがあるためである。また、
モニターガスの濃度を変化させたり、複数のモニターガ
スを混入させれば、異常と判断すべき局部加熱温度をあ
る程度任意に設定することができる。

（実施例）以下、本発明方法をガス絶縁変圧器に適用した場合につ
いて第１図を参照して説明する。

第１図において、タンク１内には鉄心２、この鉄心２に
巻回された巻線３、上記鉄心２の上、下を締付けるクラ
ンプ４ａ、４ｂ等からなる変圧器本体５が収納されてい
る。このタンク１内には、変圧器本体５を絶縁又は冷却
するためのＳＦ６ガス等の不活性、不燃性の絶縁ガス６
とともに、例えばＣＦ、ＳＦ、等のモニターガス７が封
入されている。これらのガスは、絶縁ガス６の絶縁耐力
を高めるため、例えば４〜５気圧の高圧で封入され、そ
のためタンク１は圧力容器として構成される。また、タ
ンク１の側壁にはダクト８　ａ　ｓ　８　ｂを介して冷
却装置９及びポンプＩＯが取付けられており、タンク１
内で加熱されたガスをポンプ１０によって循環している
。これにより、平常運転時には絶縁ガス６により変圧器
本体５及びその他タンクｌ内の構造物の絶縁を行なうと
ともに、必要な冷却を行なっている。また、タンク１の
上部には、上記巻線３からのリードを外部へ引出す口出
しブッシング１ｌａＳｌｌｂが取付けられている。更に
、タンク１の側壁にはバイブ１２が取付けられており、
このバイブ１２はバルブ１３を介して監視装置（例えば
ガスクロマトグラフ）　１４に接続されている。上記バ
ルブ１３は所定のプログラムに従って常時開閉を繰返す
か、又は定期的な検査時にのみ開かれる。

また、監視装置１４は必ずしも常設しておく必要はなく
、定期的な検査時にのみ運搬するようにしてもよい。

このようなガス絶縁変圧器において、故障前兆段階には
鉄心３からの漏れ磁束によりタンク１や機器本体５を構
成する構造部材に渦電流が発生したり、導体接続部の不
完全接触による発熱、あるいは絶縁劣化による発熱等に
より局部加熱が生じる。その温度が例えば１５０〜２０
０℃程度に達すると、絶縁ガス６自体は熱分解反応を起
さないが、・モニターガス７は熱分解してＣＦ４が生成
する。

また、コイル間、端部等の層間絶縁劣化によりコロナ・
アーク等の部分放電が生じると、モニターガス７が分解
してＣＦ４　％　Ｃ２Ｆｂ　、Ｃｓ　Ｆａが生成する。

したがって、これらの分解生成物を監視装置１４によっ
て検出することにより故障前兆段階で変圧器本体５の異
常を知ることができる。また、モニターガス７は絶縁ガ
ス６とともにタンク１内のすみずみまで循環するので、
予め予測し得ない個所で異常が発生してもそれを確実に
知ることができる。

なお、上記実施例では、１種の絶縁ガス（ＳＦ６）に絶
縁、冷却の両機能を持たせた一般的な方式のガス絶縁変
圧器に本発明方法を適用した場合について述べたが、絶
縁と冷却の機能をそれぞれ別々のガスに持たせたセパレ
ート方式のガス絶縁変圧器にも本発明方法を適用するこ
とができる。また、ＳＦ６ガスに絶縁機能を持たせ、フ
ロンガスに蒸発潜熱を奪うことによる冷却機能を持たせ
るようにした蒸発冷却方式のガス絶縁変圧器にも同様に
本発明方法を適用することができる。

なお、上記実施例においてはガス封入電気機器としてガ
ス絶縁変圧器に本発明方法を適用した場合について説明
したが、本発明方法はガス絶縁開閉装置、ガス絶縁母線
等地のガス絶縁電気機器にも同様に適用できることはも
ちろんである。また、絶縁以外の目的、例えば冷却を主
たる目的として絶縁ガスをタンク内に封入するようにし
た形式のガス封入電気機器にも本発明方法を適用するこ
とができる。

［発明の効果］以上詳述したように本発明によれば、絶縁性能、冷却性
能等の本来有している性能に同等影響を与えず、局部加
熱等の軽微な異常を検知することができ、事故発生を未
然に防止することができるガス封入電気機器の異常監視
方法を提供できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例における異常監視方法を適用す
るガス絶縁変圧器の構成図、第２図はＣＦ３８Ｆ、ガス
のガスクロマトゲレム図、第３図はＣＦ３５Ｆ、ガスを
熱分解した後のガスクロマトグラム図、第４図はＣＦ、
ＳＦ、ガスを電気分解した後のガスクロマトグラム図で
ある。１・・・タンク、２・・・鉄心、３・・・巻線、５・・
・変圧器本体、６・・・絶縁ガス、７・・・モニターガ
ス、１２・・・バイブ、１３・・・バルブ、１４・・・
監視装置。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦

Claims

【特許請求の範囲】

（１）タンク内に電気機器本体を収納し、絶縁ガスを封
入したガス封入電気機器の異常を監視するにあたり、上
記絶縁ガスに次式Ｃ＿ｎＦ＿２＿ｎ＿＋＿１ＳＦ＿５（ｎは整数）で表わされるモニターガスを混入し、上記
電気機器本体の異常に起因して発生するモニターガスの
分解生成物を検出することを特徴とするガス封入電気機
器の異常監視方法。
（２）タンク内に封入されるモニターガスの濃度が０．
１〜３０％であることを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載のガス封入機器の異常監視方法。
（３）モニターガスの分解生成物を検出する手段が、電
気機器本体の熱的異常によるモニターガスの分解生成物
と、電気的異常によるモニターガスの分解生成物とを判
別し得るものであることを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載のガス封入電気機器の異常監視方法。
（４）モニターガスの分解生成物を検出する手段が、ガ
スクロマトグラフであることを特徴とする特許請求の範
囲第３項記載のガス封入電気機器の異常監視方法。
（５）ガス封入電気機器がガス絶縁変圧器であることを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載のガス封入機器の
異常監視方法。