JPH0415551A - 絶縁材料劣化診断装置 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、絶縁材料劣化診断装置に係り、特には静止器
等、例えば計器用変成器又は変圧器のブッシング等に収
納されている絶縁材料中の含有成分を検知し、当該絶縁
材料の劣化度を表示する絶縁材料劣化診断装置に関する
。

〔従来の技術〕

静止器等、各種の電気機器には、気体、液体、固体等の
種々の絶縁材料が使用されている。これらの絶縁材料の
劣化は、絶縁性能の低下を招き、事故を誘発する危険が
あるため、絶縁材料の保守点検はこれらの電気機器の性
能を維持、向上を図る上で不可欠のものとなっている。

特に、電力供給用の変圧器、避雷器、計器用変成器、コ
ンデンサ等の各種静止器については、電力供給の信顧性
を図るために定期的に絶縁材料等の保守点検が行われ、
事故の発生の未然防止がなされている。

ところで、絶縁材料の劣化は、大気中からの水分の浸入
や、落雷その他による熱劣化や経年劣化等により生じ、
このため、この浸入した水分量や特定の劣化生成物の量
を測定することによって劣化度を判定することができる
。一方、電気機器、特に電力供給用の静止器においては
、機器本体の電気的絶縁性能を保持する必要上から、高
電位部分に設置されるセンサを電源や表示部等の大地に
置かれる測定機器部との間でリード線を介しなければな
らないような分析装置では、当該電気機器を活線状態に
して、取り付けておくことはできない。

従って、従来は、この劣化度を判定するため、当該電気
機器の運転を停止し、収納されている絶縁材料の一部を
採取し、この採取した絶縁材料を持ち帰って、水分量や
特定成分の量を分析或いは測定し、これらが、規定の限
界値を超えた場合、絶縁材料が劣化したものと判定して
いた。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記方法のように、作業者が定期的に絶縁材料を採取し
て、絶縁油の劣化を点検する方式では、作業性能が悪く
点検効率が極めて悪い欠点があった。すなわち、点検毎
に電気機器の運転を止め、送電を停止しなければならず
、電力の安定供給に支障きたす。さらに、特に、計器用
変成器等においては絶縁材料の採取位置が地上より極め
て高い位置に設置されているため、作業者が高所まで登
って採取しなければならず、作業性に著しい難点がある
ばかりでなく、点検作業自体、安全上好ましくない作業
であった。また、採取時に湿度や外気が侵入しないよう
に十分注意を払う必要があり、採取作業が著しく煩雑で
あるという問題もあった。

本発明の目的は上述した欠点を解消し、電気機器中に収
納されている絶縁材料を採取することなく、当該絶縁材
料中の含有成分を自動的に検出し絶縁材料の劣化度を自
動的に表示できるとともに、当該電気機器の大地との絶
縁性を低下させることのない絶縁材料劣化診断装置を提
供するものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の絶縁材料劣化診断装置は、絶縁材料を収納する
電気機器中の当該絶縁材料の含有成分を検出するセンサ
と、 当該センサからの出力信号に基づき絶縁材料の劣化度を
判定する処理回路と、 処理回路で求めた劣化度を表示する表示装置と、処理回
路及び表示装置を駆動するための電源装置とを具え、 前記センサ、処理回路、表示装置及び電源装置並びにこ
れらの間を結ぶ配線とを一体の収納容器に収納し、少な
くとも前記処理回路を磁気シールドしたことを特徴とす
るものである。

本発明は、絶縁材料が収納されている電気機器であれば
全てに適用できるが、特には、電力供給用の設備として
用いられている静止器、例えば変圧器、避雷器、計器用
変成器、コンデンサ等に好適に用いることができる。特
には、計器用変成器である計器用変圧器や変流器、或い
は変圧器等に適用することが好ましい。

また、絶縁材料が気体、液体、固体のいずれのものの場
合でも適用でき、特には、六フッ化硫黄等の絶縁ガスや
シリコン油や鉱油からなる絶縁油等の気体、液体の場合
が好適である。

一方、Ｊ１記本発明に云う検出対象物である絶縁材料の
含有成分とは、絶縁材料の劣化度の判定の指標となる成
分をいい、例えば、水分、酸素、水素、−酸化炭素、二
酸化炭素、メタン、エタン等、外部から浸入して、絶縁
性に影響を与える成分や絶縁材料の熱劣化、経年劣化等
により生成した成分等である。

この絶縁材料中の含有成分を検出するセンサとしては、
水分を検出する場合はアルミニウム陽極酸化膜式水分セ
ンサ等を、酸素を検出する場合は、チタニアやジルコニ
ア等を用いた酸化物半導体酸素センサ等を、水素、−酸
化炭素、二酸化炭素。

メタン、エタン等の場合は酸化スズを主成分とする焼結
型のｎ型半導体センサ等を例示できる。この成分の検出
は絶縁材料中の成分を直接測定することでも、当該絶縁
材料を密封している媒体中の成分を検出するようにして
も良い。例えば、絶縁油を収納した計器用変成器におい
て、その成分を検出する場合、当該絶縁油中に水分セン
サを浸漬して絶縁油中の水分を直接に検出する方法でも
、当該絶縁油上部の空間に封入された密封ガス層に水分
センサを挿入し、この水分を検出する方法でも良い。こ
れは絶縁材料中に含有する成分が密封媒体中の当該成分
と相関性を有するためである。

劣化度を判定する処理回路とは、上記センサからの出力
信号を既知のアナログ方式、位相差検出方式或いはデジ
タルＣＲ発振方式（例えば、特開昭６３−７５５４６号
公報参照）等により処理し、マイクロコンピュータ等の
演算処理装置により、絶縁材料中の特定の含有成分量の
変化に応じた表示出力信号として変換、出力される。尚
、この表示出力信号は出力される前に前記演算処理装置
内で、あらかじめ設定した規定値と比較し、この規定値
以下か、以上かで劣化の有無を判定し、この信号を出力
するようにしても良い。勿論、この場合、設定値を二水
準設け、例えば危険、注意、異常と三段階の判定ができ
るようにすることも可能である。

表示装置は表示出力信号に基づき、上記判定の結果を表
示するもので、デイスプレィ、ランプ、１、、　Ｅ　Ｄ
等からなる表示装置が用いられる。特には、この表示装
置としてコンバータが内蔵されたＩＣを有するＬ　Ｅ　
Ｄレベルメータを用い、この入力信号として前記成分量
の変化に基づいた表示出力信号を用いると回路がコンパ
クトになり、また表示も明確になり、特に好ましい。

一方、処理回路及び表示装置を駆動するための電源とし
ては太陽電池を用いることが寿命が長く、軽量で好まし
い。この場合、充電可能なバッテリイーをバックアップ
電源として持つことにより、上記太陽電池は発電容量の
より小さいものを選定することができる。

ところで、絶縁材料を収納する電気機器、特に電力供給
用設備に用いられる静止器においては、その高電圧側は
大地と完全に絶縁されており、この電気機器の絶縁性を
低下させることなく、上記センサ、処理回路、表示装置
及び電源装置を設けなければならない。また、これら電
気機器周辺においては、その電流に応じた磁界が発生し
ている。

このため、上記センサ、処理回路、表示装置及び電源装
置並びにこれらの各装置間を結ぶための配線等を通常の
方法を用いて設置すると当該電気機器の絶縁性を低下さ
せ、また磁界のため前記処理回路がノイズを拾って誤作
動することになる。例えば、計器用変成器にあっては、
その高さが３〜１５ｍもあり、センサを機器頂部に取り
付け、表示装置及び電源装置を下方の作業者が地上から
操作できる位置に設けると、その間を配線しなければな
らず、絶縁性が損なわれる。このため、本発明では上記
センサ、処理回路、表示装置及び電源装置及びこれらの
各装置間を結ぶための配線を−・体の収納容器に収納し
、少なくとも前記処理回路を磁気シールドしたものであ
る。ずなわち、上記センサはその検出端が絶縁材料或い
は密封媒体に曝されるように収納容器内に納められる。

また、表示装置もその表示部、すなわち例えばＬＥＤの
発光部のみが収納容器の外側から見えるように収納容器
内に収納する。また、電源装置にあっても、太陽電池の
受光部が光線を受光できるような状態で収納容器内に収
納する。さらに処理回路も収納容器に収納する。またこ
れらの間の結線も全て収納容器に収納する。そして、少
なくとも前記処理回路には磁気シールドが施される。こ
れにより、本発明の劣化診断装置は、当該電気磁気の絶
縁性を低下させることなく、しかも磁界の影響を受ける
ことなく、絶縁材料の劣化の判定を正しく行うことが可
能となる。

尚、上記磁気シールドは、ケイ素鋼板、ステンレス鋼板
、ブリキ鉄板、銅板或いはパーマロイ調板等の材料を用
いることにより行うことができる。

尚、上記成分の検出及び表示を常時行うと、電源を非常
に大きいものとする必要があり、さらに絶縁材料の劣化
が極めて緩やかに進むことから、スイッチング手段を設
け、必要なときにスイッチを入れ、検出できるようにす
ることが好ましい。

このスイッチング装置は当該診断装置が遠隔の場合を考
慮して、旧述したような理由により、すなわち、機器の
絶縁性の低下及び磁界の影響の観点からリモートコント
ロール型のスイッチング手段を設けることが好ましい。

このリモートコントロール型のスイッチング手段は赤外
線方式のものが好ましく、これらは、市販のシステムを
組み込むことにより簡便に設置できる。このリモートコ
ントロール型のスイッチング手段も収納容器内に一体と
して収納するが、受光用素子が送信光を受光できるよう
に収納する。

〔作　用〕

電気機器内に収納されている絶縁材料の劣化は、当該機
器の外部から侵入する水分の蓄積或いは同様に外部から
侵入する酸素による酸化作用での変質、さらにはこれら
の相乗作用によるもの等に基づく絶縁低下と経年劣化や
雷サージによるものなどがある。前者による劣化は、水
分量や酸素量を測定することによりその劣化度を測定で
きる。

方、後者は、絶縁材料の分解を伴うため、分解ガス、例
えば、絶縁油からの水素或いはメタン、エタン等の軽質
炭化水素さらには絶縁紙からの一酸化炭素や二酸化炭素
の量を測定することにより、その劣化度を判定できる。

この劣化の判定は、絶縁材料中に存在する量を直接測定
することにより得られるが、電気機器の上部空間等に存
在する密封媒体中の水分、酸素、分解ガス等を測定する
ことでも判定できる。なぜなら、このような媒体中の成
分は、絶縁材料中の成分と平衡関係に有り、特に絶縁材
料が液体で、密封媒体が気体の場合はヘンリーの法則が
成立する。

一方、電気機器は、大地との間の絶縁を確実に維持でき
ることが前提となる。このため、本発明では、絶縁材料
中の含有成分の量を検出するセンサ、劣化度を判定する
処理回路、劣化度を表示する表示装置、及び処理回路等
に駆動電力を供給する電源装置を一体的に結合し、一体
の収納容器に収納し、少なくとも前記処理回路に磁気シ
ールドを施す。これを電気機器の大地に対して絶縁状態
を維持できる位置に取り付ける。そして、当該機器中の
絶縁材料中に含有されている成分の量を検出するセンサ
からの出力信号に基いて劣化度を判定し、求めた劣化度
を表示する。この結果、絶縁材料の劣化度が自動的に表
示され、作業者は地上から表示装置を看視するだけで、
絶縁材料の劣化度を点検でき、保守点検作業が一層容易
になる。

しかも、計器用変成器等の運転を停止することなく点検
でき、電力の供給を停止する必要もない。

また、磁界の影響を受けず、これに伴うノイズが乗らず
、誤作動がほとんどなく、正確に絶縁材料の劣化度を判
定できる。さらに、電源と処理回路及び表示装置との間
にリモートコントロール型のスイッチング回路を配置す
れば、定期的な点検作業の時だけ装置を起動でき、装置
の駆動電力が節約され、より小さい電源装置を設Ｌ−Ｊ
ることですみ、装置のコンパクト化が図れる。また、こ
れに太陽電池を組み会わせることにより、絶縁材料の劣
化度の表示を半永久的に行うことが可能になる。

〔実施例〕

本発明の絶縁材料劣化診断装置の一実施例として、絶縁
材料中の含有成分を検出するセンサとして水分センサを
用い、これを計器用変成器に適用した場合の例について
説明する。

第１図は、上記診断装置を計器用変成器に設置した構成
を示す図である。計器用変成器本体１は架台２を介して
地上に設置されている。計器用変成器本体１は一ト部タ
ンク３、碍管４及び下部タンク５を具えている。上部タ
ンク３に１次側端子６が装着されている。下部タンク５
内に鉄芯（図示せず）が収納され、この鉄芯に１次コイ
ル及び２次コイル（図示せず）が巻装され、２次コイル
の端部が下部タンク５に取り付けた２次端子７に接続さ
れている。上部タンク３、碍管４及び下部りンク５の内
部には絶縁油が収納され、各部位が油密状態に維持され
ている。さらに、上部タンク３の上側空間内に密封媒体
として窒素ガスが封入されている。上部タンク３の上側
カバーに封じ切り口８が取り付けられており、この封じ
切り口を介して絶縁材料劣化診断装置１０を取り付ける
。この劣化診断装置１０は、作業者１１から投射される
赤外線リモートコントロール信号によって起動し、上部
タンク内に収納されている窒素ガス中の水分を検出し、
基本的にはヘンリーの法則にしたがって間接的に求めら
れる絶縁油中の水分量に基づいて、絶縁油の劣化度を判
定し、その劣化度を表示装置に表示する。尚、この劣化
診断装置は、大地との間の電気的絶縁が十分に維持でき
る位置であれば任意の位置に装着でき、例えば既設の計
器用変成器に装着する場合には既設の封じ切り口のキャ
ップを取りはずして装着することができ、或いは新たに
製造する変成器については下部タンク５の側壁部に取り
イ」けることもできる。尚、変圧器のブッシング部につ
いても、全く同様な方式が適用できる。

第２図は劣化診断装置の一例の構成を示すものであり、
第２図ａは回路構成の一例を示すブロック図、第２図す
はその構造を示す断面図、第２図Ｃは第２図すの表示パ
ネル部を示す正面図である。

絶縁油中又は窒素ガス中の水分量を検出する水分検出セ
ンサ１２及び絶縁油又は窒素ガスの温度を検出する温度
検出センサ１３を処理回路を含む処理装置１４に接続す
る。第２図すに示すように、これらセンサ１２及び１３
は磁気シールド性を有する支持管１５内に収納する。支
持管１５は多数の孔を有し、これら孔を介してセンサ１
２及び１３を計器用変成器の窒素ガス雰囲気と連通させ
る。すなわち、収納容器２０に一体的に取り付けられた
センサ収納容器２０ａのフランジ部２０ｂがガスケット
やＯリング等を介して計器用変成器本体ｌの封じ切り口
８と密封装着され、支持管１５の下側端部は計器用変成
器の絶縁材料収納部と連通ずることになる。処理装置１
４は、水分検出センサ１２及び温度検出センサ１３から
の出力信号から、絶縁油中の水分量及び温度を求め、求
めた水分量を規定値と比較し、絶縁油の劣化度を判定す
る。劣化度の判定に際し、例えば第３図に示す油温度に
対する許容水分量のデータフォーマットをメモリ１６に
予め記憶しておき、このデータフォーマットに従って劣
化度を判定することができる。本例では、劣化度を正常
、要注意、異常の３段階で表示する。そして、処理装置
１４は、判定結果を表示信号として表示装置１７に出力
する。この処理装置１４の一例としてデジタルＣＲ発振
方式を用いた場合の処理回路を第４図に示す。この回路
は水分センサ回路部３１、温度センサ調整機能用発振回
路部３２、マイコン３３、マイコン駆動用周辺回路部３
４及び水分レベル表示回路部３５から構成されている。

表示装置１７ば、本例では３個の色違いのＬ　Ｅ　Ｄ素
子を用いて劣化度を表示する。すなわち、正常、要注意
及び異常の３個の状態に応じて各色のＬ　ＥＤ素子を発
光させ、地上の作業者に向けて劣化度を表示する。さら
に、本例では、処理回路１４及び表示装置１７に、スイ
ッチング回路１８を介して電源装置１９を接続して駆動
電力を供給する。スイッチング回路１８は、作業者から
投射される赤外線リモートコントロール信号に応答して
回路を導通させ又は非導通とするスイッチング回路とす
る。また、電源装置１９はバックアップ電池１９ａ付太
陽電池１９ｂを用い、長時間に亘って電力供給可能なも
のとする。

第２図すに示すように、透明のポリカーボネート樹脂等
で形成された収納容器２０に磁気シールド２１を設け、
この磁気シールド２１内に処理回路、メモリ、電源回路
等を装着した回路基板２２、表示回路やスイッチング回
路等を装着した表示回路基板２３及びバックアップ電池
１９ａを収納し、発生する磁界の影響を低減して誤作動
の発生を防止する。

尚、磁気シールド２１と収納容器２０との間の磁気シー
ルド２１内には防湿材及び防熱材を装着して湿度及び温
度による悪影響を防止することもできる。

磁気シールド２１の一方の面に、発光部が外部から見え
るよ・うに３個のＬＥＤ素子１７ａ　、　１７ｂ　、　
１７ｃを取り付ける。さらに、この部分にリモーＩ・コ
ントロール型のスイッチング回路１８用の受光素子１８
ａを取り付け、この受光素子１８ａをスイッチング回路
１８に接続する。このＬＥＤ素子１７ａ　、　１７ｂ　
。

１７ｃやリモートコントロールスイッチング用の受光素
子１８ａは、地上にいる作業者と対面するように地面の
法線に対して傾斜配置する。このように表示パネルを傾
斜配置することにより、作業者は表示パネルに向けて赤
外線リモートコントロール信号を投射することにより装
置を起動でき、わずかな時間経過後に表示パネルに劣化
度が表示されるから、点検作業が極めて容易になる。さ
らに、磁気シールド２１の反対上側の面に太陽電池１９
ｂが装着され、日照時には太陽光を受光して充電できる
ようになっている。

この様な本発明の実施例によれば、センサ、処理回路、
表示装置及び電源装置及びこれらの間の配線を一体の収
納容器に収納したため電気機器の絶縁性能の低下を起こ
すことがなく、また前記処理回路に磁気シールドをほど
こしたので磁界の影響を受けず、これに伴うノイズが乗
らず、誤作動がほとんどなく正確に絶縁材料の劣化度を
判定できる。また、電源と処理回路及び表示装置との間
にリモートコントロール型のスイッチング回路を配置し
たので、機器の絶縁性を損なうことなく定期的な点検作
業の時だけ装置を起動でき、装置の駆動電力が節約され
、より小さい電源装置を設けることですみ、装置のコン
パクト化が図れ、太陽電池と組み合わせることにより、
絶縁材料の劣化度の表示を半永久的に行うことが可能に
なる。

尚、本発明の実施例では絶縁油を絶縁材料とした場合に
ついて説明したが、絶縁材料が六フッ化イオウ等の気体
の場合でも全く同様に適用でき、この気体中の水分を検
出することによりその劣化度を正確に判定できる。

〔発明の効果〕

以上説明した本発明は、機器内に収納されている絶縁材
料の劣化度を自動的に検出し、検出した劣化度を表示パ
ネル上に自動的に表示するよう構成したから、絶縁材料
の点検に際し、これを採取することなく外部から絶縁材
料の劣化度を看視でき、保守点検作業が一層容易になる
。しかも、当該機器の運転を停止することなく点検作業
を行うことができるという格別の効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の絶縁材料劣化診断装置の一例を変成器
に設置した構成を示す図、 第２図ａは、この劣化診断装置の回路構成を示すブロッ
ク図、 第２図すは劣化診断装置の構造を示す断面図、第２図Ｃ
は表示パネルの構成を示す正面図、第３図は油温度と許
容油中水分との関係を示すグラフ、 第４図は処理回路の一例を示した回路図である。 １・・・計器用変成器本体　１０・・・劣化診断装置１
１・・・作業者　　　　　　１２・・・水分検出センサ
１３・・・温度検出センサ　　１４・・・処理装置１７
・・・表示装置　　　　　１８・・・スイッチング回路
１９・・・電源装置　　　　　２０・・・収納容器２１
・・・磁気シールド （Ｃ） 一−ｒ− ０ｂ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、絶縁材料を収納する電気機器中の当該絶縁材料中の
   含有成分を検出するセンサと、 当該センサからの出力信号に基づき絶縁材 料の劣化度を判定する処理回路と、 処理回路で求めた劣化度を表示する表示装 置と、 処理回路及び表示装置を駆動するための電 源装置とを具え、 前記センサ、処理回路、表示装置及び電源 装置並びにこれらの間の配線を一体の収納容器に収納し
   、少なくとも前記処理回路を磁気シールドしたことを特
   徴とする絶縁材料劣化診断装置。 ２、前記電源装置にリモートコントロール型のスイッチ
   ング手段を設けて、外部信号により処理回路及び表示装
   置を駆動できる構成にしたことを特徴とする請求項１に
   記載の絶縁材料劣化診断装置。 ３、前記絶縁材料を収納する電気機器が計器用変成器又
   は変圧器のブッシングであることを特徴とする請求項１
   に記載の絶縁材料劣化診断装置。 ４、前記絶縁材料劣化診断装置が絶縁材料を収納する電
   気機器に大地と絶縁状態で接地されるものであることを
   特徴とする絶縁材料劣化診断装置。