JPH0217811A

JPH0217811A - ガス封入機器の異常監視方法および異常監視装置を含むガス封入機器

Info

Publication number: JPH0217811A
Application number: JP1059714A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Oitate; 俊朗追立; Yasuo Kaneshiro; 金城　保男; Masami Ikeda; 池田　正己
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-03-29
Filing date: 1989-03-14
Publication date: 1990-01-22

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等のように、電気機器
等の被監視機器が収納されるとともにガスが封入される
ガス封入機器において発生する可能性のある局部加熱や
部分放電等の異常徴候状態を監視するガス封入機器の異
常監視方法、および前記異常の徴候状態を監視し得る異
常監視装置を含むガス封入機器に関する。

（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、ｗＡ縁または冷却のため
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、タンク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こしたり、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、それにともなってこれら電
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、市街値周辺やビル地下等に変圧器が設置される
場合が多くなってきている。そこで、こうした設置環境
の変化の観点からも２．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、しかもより小型、軽量で信顛性に優れ
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わって絶縁
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ＳＦ、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
済的他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おいては、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
器の信顛性が更に高まり、電力の安定した供給が達成さ
れるわけである。

従来の油入変圧器では、異常監視は以下のようにして行
われている。すなわち、事故につながる前兆段階として
軽微な局部加熱が発生すると、その部位に接触するに＠
縁油が加熱され、その温度が１５０〜２００″Ｃ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または定期的に検
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
た絶縁ガスを常時または定期的に分析することによって
異常監視を行うことが試みられている。しかしながら、
絶縁ガスととして用いられているＳＦ、ガスが示す■〜
■の性質のうち、■の熱的に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こさない
ということを意味し、異常監視の観点から不利な要因と
なっている。このため、絶縁ガス自体の分析では軽微な
事故前兆段階を検知することが極めて困難である。

また、異常監視を行う場合、予め局部加熱が予想される
箇所のみの異常だけでなく、予想し得ない箇所において
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、予測し得ない箇所における故障発生も無視するこ
とができないものであるから、このような予測し得ない
故障発生を予防することが信軌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課題）本発明の目的は、以上の点に漏みて、絶縁性能、冷却性
能等の本来有している性能には何ら影響を与えずに、局
部加熱や本来発生してはならない部分放電の軽微な異常
を検知し、事故発生を未然に防ぐことができるガス封入
機器の異常監視方法および異常監視装置を含むガス封入
機器を提供することにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段および作用）本発明にかか
るガス封入機器の異常監視方法は、被監視ａ！Ｓが収納
されるタンク内に、ガスを封入するとともに、次の一般
式（１）、（ｎ）Ｃ−Ｘｚ−・・・（１）ｃ、ｘｚ、、ｔ−（ｎ）（式中ＸはＨ，Ｆ、　ＣＩ、　Ｂｒ、　　Ｉを表し、ｎ
は２．３，４．５の正の整数）で表される化合物の少な
くとも１つから成るモニターガスを混入し、前記被監視
機器の異常に起因して発生する前記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。

また、本発明にかかる異常監視装置を含むガス封入機器
は、被監視機器が収納されるとともに、次の一般式（１
）、（ｎ）Ｃ，Ｘ、、　　・・・（１）Ｃ＠　Ｘｚａ＊ｔ　　・・・（ＩＩ）（式中ＸはＨ，Ｆ、ＣＩ、Ｂｒ、Ｉを表し、ｎは２．３
，４．５の正の整数）で表される化合物およびこれらの
混合物の少なくとも１つから成るモニターガスが混入さ
れたガスが封入されるタンクと、前記被監視機器の異常
に起因して発生する前記モニターガスの反応生成物を検
出する手段と、を具備したことを特徴とするものである
。

以下、本発明のガス封入機器の異常監視方法および異常
監視装置を含むガス封入機器を第１図ないし第４図に基
づいて説明する。

この第１図は、本発明の異常監視装置を含むガス封入機
器の基本構成の一例を示す図である。

この異常監視装置を含むガス封入機器において、タンク
ｌ内には、被監視機器２が配設されている。

この被監視機器２としては特に限定されるものではなく
、ガス絶縁変圧器、ガス絶縁開閉器、ガス絶縁母線等の
電気機器が挙げられるとともに、タービン等の電気機器
以外の機器装置も挙げることができる。

そして、この被監視機器２を冷却ないし絶縁するために
ガス（以下、このガスを封入ガスという）３が封入され
ている。この封入ガス３としては、特に限定するもので
ないが、具体例としてはＳＦ、ガス、Ｈ，、空気等の不
活性、不燃性のガスが挙げられる。

また、タンクｌ内には、封入ガスとともに、モニターガ
ス４が封入されている。このモニターガス４には、前記
一般式（１）、（ｎ）で表される化合物、具体例として
は、Ｃ，Ｆ、（テトラフロロエテン：ｎ＝２）、Ｃ２Ｆ
＠　　（オクタフロロプロパン：　ｎ＝３）、Ｃｍ　Ｆ
＆　　（ヘキサフロロプロペン＝ｎ＝３）、Ｃａ　Ｆ＋
。（デカフロロブタン：ｎ＝４）等が挙げられ、これら
のうちの少なくとも１つからなるものが使用される。

これらのモニターガスのタンク内における濃度は、０．
１ｗｔ％〜３０ｗｔ％であることが望ましい。

すなわち、０．１ｗｔ％未満ではモニターガス４の反応
生成物の検出が極めて困難であり、一方、３０ｗｔ％を
越えると封入ガス３が本来有する冷却ないし絶縁機能を
阻害するおそれがあるためである。

また、モニターガス４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。

これら封入ガス３およびモニターガス４は、封入ガス３
が絶縁に用いられる際には、１！Ａ縁耐力を高めるため
に４〜５気圧の高圧で封入され、そのためタンクｌは圧
力容器として構成される。

また、タンクｌの側壁にはダク）５ａ、５ｂを介して冷
却装置６およびポンプ７が取り付けられており、タンク
ｌ内で加熱されたガスをポンプ７によって循環している
。これにより平常運転時には、封入ガス３により被監視
機器２およびその他のタンクｌ内の構造物の冷却および
絶縁が行われる。

また、タンク１の上部には、被監視機器２から延ばされ
被監視機器２へ給電し得るリードを外部へ引き出す口出
しブッシング８ａ、８ｂが取り付けられている。さらに
、タンクｌの側壁にはバイブ９が取り付けられており、
このバイブ９はバルブ１０を介して前記モニターガス４
の分解生成物を検出する手段としてのガス検知装置１１
に接続されている。

このガス検知装置１１としては、ガスクロマトグラフや
各種ガスセンサを用いることができる。

このうち、ガスクロマトグラフでモニターガス４の反応
生成物を検出する際には、タンク１から管等によりタン
ク１内ガスを取り出してこれを検出する。一方、センサ
を用いた場合は常時監視することが可能である。こうし
た検出手段による分析は、必要に応じて、常時あるいは
定期的に行われる。

なお、前記バルブ１０は、所定のプログラムにしたがっ
て常時開閉を繰り返すか、または定期的な検査時にのみ
開かれる。また、ガス検知装置ｌｌ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設置するように
してもよい。

このようなガス検知装置１１を含むガス封入機器におい
て、モニターガスとしてＣ，Ｈ，を用いた場合について
述べる。まず、故障前兆段階として被監視機器２に局部
的な発熱が生じると、その熱の程度によってモニターガ
ス（Ｃｚ　Ｈａ　）４が反応してＣ，Ｆ、が生成する。

すなわち、加熱２Ｃ，Ｈ，−Ｃ，Ｈｌ二重化の反応が生じる。

また、故障前兆段階として被監視機器２にコロナ、アー
ク等の部分放電が生じると、モニターガス４が分解して
ＣＦ、が生成する。すなわち、Ｃ！Ｆ４においては、Ｃ２Ｆ、→Ｃ＋ＣＦ４の反応が生じ、Ｃ２ＦＩにおいては、２ＣｓＦｍ→２ＣＦａ＋Ｃ４Ｆｍ →２　ＣＦａ　　＋　２　Ｃｚ　　Ｆａの反応が生じる
。

したがって、これら分解生成物ＣａＦｓあるいはＣＦ、
をガス検知機器１１によって検出することにより、故障
前兆段階で被監視機器２の異常を知ることができる。し
かも、その異常が局部加熱によるものであるか部分放電
によるものであるかも、識別できることになる。また、
モニターガス４は封入ガス３とともにタンクｌ内のすみ
ずみまで循環するため、予め予測し得ない箇所で異常が
発生してもその徴候を確実に知ることができる。

そして、この異常の感知ができることにより、被監視機
器が電気機器であればこの電気機器への電気の供給を停
止するなどの処置をとることで、事故発生を未然に防ぐ
ことができる。

なお、上記基本構成の一例においては、被監視機器２に
対する冷却機能あるいは絶縁機能を封入ガス３に所持さ
せていたが、第２図に示すように、ガス検知装置１１を
含むガス封入機器において、冷却機能および絶縁機能を
それぞれ別々のガスに所持させたセパレート方式をとっ
てもよい。すなわち、冷却袋Ｎ２１に連通されるダク）
２２ａ。

２２ｂをタンクｌ側壁に貫通し、この貫通端部と連通さ
れる冷却手段２３を備えた被監視機器２４をタンク１内
に配設し、この冷却手段２３内にフロンガス等の冷却ガ
スをポンプ２５により循環させることにより、被監視機
器２４を直接冷却する。

このセパレート方式によれば、被監視機器を効率良く冷
却できる。なお、この第２図ないし後出する第３図、第
４図において、第１図に示した構成要素と同一または同
等のものについては、同一符合を付す。

第３図は、本発明にかかるガス封入機器を、ガス絶縁変
圧器に適用した例であり、第１図に示したガス封入機器
における被監視機器２に、変圧器本体３１が相当する。

この変圧器本体３１は、鉄心３２．この鉄心３２に巻回
された巻線３３．前記鉄心３２の上部および下部それぞ
れを締め付けるクランプ３４ａ、３４ｂ等から構成され
る。そしてこのタンク１内には、上述のモニターガス４
とともに、変圧器本体３１を絶縁または冷却するために
不活性、不燃性のＳＦ、ガス３５が封入されている。な
お、このガス絶縁変圧器においても、前記セパレート方
式を採用することができる。

また、第４図は、ミニクラッドに本発明にかかるガス封
入機器を適用した例を示すものであり、第１図に示した
ガス封入機器における被監視機器２として、遮断器４１
．断路器４２．導体４３．。

母線・断路器４４ａ、４４ｂ等が、前記タンクｌに相当
する金属ケース４５内に、三相−括して収納されている
。そして、この金属ケース４５においては、内部に前記
ＳＦ、ガス３５およびモニターガス４が封入されるとと
もに、側壁の適宜設定される箇所に、ガス検知装置１１
がバルブｌＯを介してパイプ９により金属ケース４５に
取り付けられるものである。

なお、上記適用例においては、被監視機器２０例として
電気ａｆＳを示しているが、被監視機器および他の構成
部材等は上記の適用例に限定されるものではない。

（実施例）上述した部分放電による反応および局部加熱による反応
それぞれに対応する試験であるコロナ放電試験および熱
反応試験を行った結果について、以下説明する。

コロナ放電試験第５図に示すようなコロナ放電発生装置を用いてコロナ
放電試験を行った。先ず、内容積２００１の絶縁密閉容
器５１の内部に、コロナ発生用の電極、すなわち直径５
論組先端２Ｒ平面電極である印加電極５２ａ、および直
径１０ｍ５．エツジ部２Ｒ平面電極である接地電極５２
ｂを設置し、その電極間にに厚さ２５０ｐｍ、外径４０
１の絶縁フィルム５３をはさみ込み、Ｃ□Ｆ４あるいは
Ｃｚ　Ｆａ　＋Ｃ３Ｆｌのモニターガス５４をサンプリ
ング口５から３ｋｇ／ｄ（Ｇ）の圧力でガス封入した。

なお、符合５６は、絶縁密封容器５１内のガス人出調整
等を行うためのガス人出口である。

次いで、微小コロナ放電の発生を前提に、電源５７およ
び試験用変圧器５８により５００　Ｖ／ｓｅＣの昇電圧
を行い、コロナの発生を行った。コロナの検出は、結合
コンデンサ検出法を用い、コロナパルスを部分放電測定
器５９を介してシンクロスコープ６０で計測し、コロナ
の最大放電電荷を求めた。この際の最大放電電荷は、そ
れぞれ１０００ｐＣ（ピコクーロン）、１５００　ｐＣ
，２０００ｐＣ，１００００ｐＣに調整可能とし、これ
らの与えられた条件それぞれで任意の放電時間毎に、前
記絶縁密封容器５１内のガス分析を行った。

このガス分析はコロナ放電試験前および試験後、ガスク
ロマトグラフ（ガスクロ工業Ｍｏｄｅ１３８０　）と質
量分析計（日本電子社製造ＭＡＳ　ＳＰＥＣＴＲＯＭＥ
ＴＥＲ）を併用して成分を同定した。

この成分同定の一例としてＣｔ　Ｆａ単体（１００％）
のモニターガスの２０００ｐＣにおける２５分後、８０
分後、１６５分後、２８５分後のガスクロマトグラムの
結果を第６図〜第９図に示した。第６図のガスクロマト
グラムで示した試験前でではＣヨＦ４だけであるのに対
し、コロナ放電試験後には、分解生成物としてＣＦ、が
生じている。つまりＣ，Ｆ、においては、コロナ放電時
Ｃ，Ｆ、→Ｃ＋ＣＦ４・・・（１）の反応が生じるものである。このＣＦ、の発生量と放電
時間との関係をコロナ放電の最大放電電荷毎に第１０図
にまとめて示した。

また、ＣｚＦａの混合系、例えばＣ，Ｆ、とＣ３ｐｓが
それぞれ５０％を占める混合ガスをモニターガスとして
用いた場合について同様の試験を実施し、その関係を第
１１図に示した。この第１１図に示した各最大放電電荷
毎の傾きは、前出の第１Ｏ図に示した各最大放電電荷毎
の傾きと比べて大きい、これは、Ｃ，Ｆ、が前記（１）
式で反応する′とともに、Ｃ，Ｆ、がコロナ放電時２Ｃ
，Ｆ、→２ＣＦａ　＋Ｃａ　Ｆｍ →２ＣＦ４　＋２Ｃｘ　Ｆａ・・・（２）の反応を生じ
るためである。

したがって、電気的原因による異常が発生した場合には
、ＣＦ、の検出によりそれを知ることができる。また、
その異常の程度は、分解生成物であるＣＦ、の発生量か
ら推定することもできる。

さらにこのモニターガスは、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、予め予測し得ない箇所
で異常が発生してもそれを確実に知ることができる。

熱反応試験内容積７５１のステンレス製ボンベ密閉容器（米国ＷＨ
ＩＴＥＹ社製）中にモニターガスとなるＣ、Ｆ、を３　
ｋｇ／ｃｊの圧力でガス封入した０次いで、１３０℃、
１５０℃、１８０℃の温度で熱反応を行うことを前提に
各温度に制御された電気恒温槽中に反応容器を設置し、
熱反応試験を開始した０反応時間は、１３０℃で、８時
間口、１７時間目、４２時間目、６４時間目、８０時間
目、次に１５０℃に昇温し、９６時間目、１１３時間目
、１３１時間目、１４０時間目、１６０時間目。

次に１８０℃に昇温し、１６５時間目、１７５時間目、
１８４時間目、１９４時間目毎にガス分析を行った。

ガス分析は、熱反応試験前および試験後、前記コロナ放
電試験の分析と同様にガスクロマトグラフと質量分析計
とを併用し、生成した成分を同定した。これらの結果を
第１２図〜第１５図に示す。

第１２図に示した試験前では、Ｃ，Ｆ、たけであるのに
対し、反応試験後には反応生成物として０４　Ｆｌが生
じている。つまりＣ，Ｆ、においては、加熱されて２Ｃ，Ｆ、→Ｃ，Ｆ、・・・（３）の反応が生じるものである。なお、第１３図は１３０″
Ｃ１８０時間目、第１４図は１５０℃、１６０時間目、
第１５図は１８０℃、１９４時間目のガスクロマトグラ
ムである。その発生率と加熱時間の関係を試験温度別に
まとめて第１６図に示した。

したがって熱的原因による異常が発生した場合には、Ｃ
，Ｆ、の検出によりそれを知ることができる。また、そ
の異常の程度は反応生成物であるＣ４Ｆ＠の発生量から
推定することができる。また、あらかじめ第１６図に示
したような検量図を作成しておきこれを利用してそのグ
ラフの傾きを比べれば、発生温度を推定でき、さらにこ
の推定した発生温度を温度発生箇所の推定に利用するこ
ともできる。さらに、この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
得ない箇所で異常が発生してもそれを確実に知ることが
できる。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように、本発明にかかるガス封入機
器の異常監視方法および異常監視装置を含むガス封入機
器によれば、冷却性能や絶縁性能等のガス封入機器が具
備する性能に何ら影響を与えず、部分放電や局部加熱等
の軽微な異常をこの異常が被監視機器のいずれの箇所で
発生しても確実に検知できるため、事故発生防止が可能
となる。

さらに、前記異常が部分放電と局部加熱とのいずれかに
起因するかを識別できるとともに、異常の程度の推定も
可能となるため、その工業的価値は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかるガス封入機器の概略構成説明図
、第２図は第１図と別と構成を有するガス封入機器の概
略構成説明図、第３図はガス絶縁変圧器に本発明にかか
るガス封入機器を適用した例を示す図、第４図はミニク
ラフトに本発明にかかるガス封入機器を適用した例を示
す図、第５図はコロ°す放電試験に用いられる装置の概
要説明図、第６図ないし第９図は本発明にかかるモニタ
ーガスのコロナ放電による分解特性の一例を示した特性
図、第１０図および第１１図はそれぞれモニターガスに
Ｃ，Ｆ、（１００％）およびＣ，Ｆ。（５０％）、Ｃ３Ｆｍ　　（５０％）を用いてコロナ放
電試験を行った際の結果を示す図、第１２図ないし第１
５図は本発明にかかるモニターガスの局部加熱による反
応特性の一例を示した特性図、第１６図はモニターガス
にＣ，Ｆ、（１００％）を用いて熱反応試験を行った際
の結果を示す図である。ｌ・・・タンク　　　　　２，２４・・・被監視機器３
・・・封入ガス　　　　４．５４・・・モニターガス６
．２１・・・冷却装置　　１！・・・ガス検知装置３１
・−・変圧器本体　　　３５・・・ＳＦ、ガス４５・・
・金属ケース

Claims

【特許請求の範囲】

（１）被監視機器が収納されるタンク内に、ガスを封入
するとともに、次の一般式（ I ）、（II）Ｃ＿ｎＸ＿
２＿ｎ…（ I ）Ｃ＿ｎＸ＿２＿ｎ＿＋＿２…（II）（式中ＸはＨ、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉを表し、ｎは２、３
、４、５の正の整数）で表される化合物の少なくとも１
つから成るモニターガスを混入し、前記被監視機器の異
常に起因して発生する前記モニターガスの反応生成物を
検出することを特徴とするガス封入機器の異常監視方法
。
（２）被監視機器が収納されるとともに、次の一般式（
I ）、（II）Ｃ＿ｎＸ＿２＿ｎ…（ I ）Ｃ＿ｎＸ＿２＿ｎ＿＋＿２…（II）（式中ＸはＨ、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉを表し、ｎは２、３
、４、５の正の整数）で表される化合物の少なくとも１
つから成るモニターガスが混入されたガスが封入される
タンクと、前記被監視機器の異常に起因して発生する前
記モニターガスの反応生成物を検出する手段と、を具備
したことを特徴とする異常監視装置を含むガス封入機器
。