JPH08124751A - 油入電気機器の寿命及び異常診断方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 油入電気機器の絶縁紙の平均重合度を求めて
残余寿命の診断する寿命診断方法の診断精度を高くし、
絶縁油中の絶縁紙劣化生成物の変化状況から異常を診断
する方法を得ることを目的とする。 【構成】 油入電気機器の巻線の温度を非接触で直接測
定できる赤外線温度計により測定し、この測定値により
寿命診断するようにした。また、油入電気機器の絶縁油
中の絶縁紙の劣化生成物のフルフラールを一定期間毎に
測定し、その変化状態から異常状態も診断する。 【効果】 赤外線温度計によって巻線の温度を直接測定
し、その温度により寿命診断するので、精度の高い寿命
診断ができる。また、絶縁油中の絶縁紙の劣化生成物の
フルフラールを一定期間毎に測定することにより異常状
態も診断できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、絶縁紙が使用された
油入電気機器の絶縁紙の劣化状況から余寿命及び異常状
況を診断する診断方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】油入の変圧器、リアクトルなどの油入電
気機器の巻線絶縁は絶縁紙で構成されており、機器の温
度上昇があると絶縁紙が分解して絶縁耐力、機械的強度
が低下してくるものであり、油入電気機器の劣化は、絶
縁紙の絶縁耐力、機械的強度の低下状況によって評価す
ることができる。絶縁紙の構成体であるセルロース分子
は下記する化学式１で表される。その分子鎖が切れるこ
とによって重合度が低下して劣化する。

【０００３】

【化１】

【０００４】重合度は単位構成体の繰り返し数ｎで表さ
れる。重合度ｎはある範囲でばらついておりその平均値
で表示した平均重合度で取扱かわれている。絶縁紙の平
均重合度と抗張力との関係または平均重合度残率と抗張
力残率との関係は図７のとうりである。

【０００５】絶縁紙の劣化の指標となる平均重合度は初
期状態では１０００前後の値であり、平均重合度が半分
程度になると、折り曲げた時折り目に亀裂が発生する状
態となる。一方、油入電気機器内の絶縁紙に加わる最大
応力は短絡事故時の電磁機械力であり、通常の油入電気
機器では、この電磁機械力による絶縁紙の応力が劣化し
たときにも耐える応力に設計されている。絶縁紙の紙破
れが生じる重合度はＪＥＭ規格（日本電機工業会規格）
で４５０と推奨されており、油入電気機器の寿命は、そ
の最高温度点部分の絶縁紙の平均重合度が４５０程度ま
で低下したときが寿命といえる。

【０００６】通常の運転中の油入電気機器において、絶
縁紙の抗張力や重合度を調べるには機器の内部から絶縁
紙の試料を採取して評価することが必要であり、絶縁油
を抜き、容器を開口して行う内部点検時でなければ採取
できない。

【０００７】そこで機器の運転中においても絶縁紙の劣
化状況を知る方法として絶縁紙が劣化したときに生成す
る劣化生成物が絶縁油に溶解していることに着目して、
定期的に機器本体から試料油を採取してその溶解成分を
調査し、油入電気機器の劣化状況を知る方法が確立され
てきている。

【０００８】その方法として、例えば、特開平５−２２
６１５９号公報に、絶縁油温度と巻線温度とを測定し、
運転年数に基づき絶縁油温度の周囲絶縁物と巻線温度の
巻線絶縁紙との平均重合度の差を求めて寿命診断する方
法が提案されている。この方法は運転年数に基づいて計
算するものであり、実際の機器における運転温度は負荷
の状況、気温の変化等により絶縁油温度、最高点温度は
変化するものであり、その変化する温度を把握して計算
することが必要である。

【０００９】また、特開平４−２４１４０７号公報に開
示されているように、絶縁紙が劣化したときに生成し絶
縁油中に溶解するフルフラールを測定し、寿命推定する
寿命診断方法も提案されている。この方法は、絶縁紙が
分解して生成するフルフラールは、絶縁油中には１５％
溶解し、絶縁紙中に吸着する量が８５％であることより
生成した全フルフラール量を知ることができるものであ
り、油入電気機器内の絶縁油量及び絶縁紙量から絶縁紙
の劣化状況を知ることができるものである。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】特開平５−２２６１５
９号公報に開示された方法は、絶縁油温度と巻線温度が
一定の条件であれば寿命推定は容易であるが、実際の機
器における運転温度は負荷の状況、気温の変化等により
油温度、巻線の温度はともに変化するものであり、その
変化する温度に追随して寿命推定することは困難であ
る。また、高電圧が加わっている巻線の温度は、通常は
容器壁に温度検出素子を設け、この温度検出素子にヒー
トコイルを設けて絶縁油温度に巻線の温度上昇値と等価
な上昇値となるようにしたヒートコイル式巻線温度計に
よって間接的に測定されている。したがって、間接的に
測定した温度は、実際の巻線温度の変化に追随している
ものではなく、また真の巻線温度との差異も考えられる
ので正確に寿命を推定することは困難であるという問題
点があった。

【００１１】特開平４−２４１４０７号公報に開示され
た方法では、 絶縁紙の劣化は、温度が高いほど早く進
行し、温度が低いと緩やかに進行する。油入電気機器の
内部温度は巻線部分が最高となり、周囲の絶縁紙は絶縁
油の温度とほぼ同じ温度となっている。したがって、絶
縁油中のフルフラール量を知り、絶縁油量及び絶縁紙量
から絶縁紙の劣化状況を知ったとしても平均的なもので
あり、機器の寿命を決定する最高温度点の劣化状況を知
ることはできないという問題点があった。

【００１２】この発明は、上記問題点を解消するために
なされたもので、巻線の温度を非接触で直接測定し、そ
の温度によって寿命を推定する寿命診断方法を提供する
ものであり、さらに絶縁油中の絶縁紙の劣化生成物であ
るフルフラールを一定期間毎に実測し、測定間隔ごとの
実測値と計算値とを対比して油入電気機器の内部異常を
も知る異常診断方法を提供するものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
る発明は、容器内に絶縁紙が巻回された巻線が収容さ
れ、絶縁油が充填された油入電気機器の絶縁油温度と巻
線温度及び運転履歴から巻線絶縁紙の平均重合度を求め
て余寿命を推定する寿命診断方法において、容器内壁に
設けられた赤外線温度計によって非接触で巻線の温度を
測定し、この巻線温度を用いて平均重合度を求めて余寿
命を推定するものである。

【００１４】この発明の請求項２に係る発明は、容器内
に絶縁紙が巻回された巻線が収容され、絶縁油が充填さ
れた油入電気機器の絶縁紙の絶縁油中に溶解している分
解生成物のフルフラール量を測定し、絶縁油温度と巻線
温度及び運転履歴から巻線絶縁紙から生成したフルフラ
ール量を推定し、巻線部分の平均重合度を求めて余寿命
を推定する寿命診断方法において、容器内壁に設けられ
た赤外線温度計によって非接触で巻線の温度を測定し、
この巻線温度を用いて巻線絶縁紙からのフルフラール量
を推定し、巻線部分の平均重合度を求めて余寿命を推定
するものである。

【００１５】この発明の請求項３に係る発明は、請求項
１または請求項２の容器内壁に設けられた赤外線温度計
の測定点を移動するように構成したものである。

【００１６】この発明の請求項４に係る発明は、容器内
に絶縁紙が巻回された巻線が収容され、絶縁油が充填さ
れた油入電気機器の絶縁紙の分解生成物であるフルフラ
ール量を一定期間毎に測定し、各測定期間の絶縁油温度
と巻線温度の履歴から測定期間に変化したフルフラール
量を巻線絶縁紙からのフルフラール量に分離し、その変
化状態と測定期間中の温度の状況から計算で求めたフル
フラール変化量の理論値とを比較して実測したフルフラ
ール量が多い場合に巻線部分の異常と診断するものであ
る。

【００１７】この発明の請求項５に係る発明は、請求項
４の異常診断方法の巻線温度は容器内壁に設けられた赤
外線温度計により測定した温度を用いて異常診断するも
のである。

【００１８】

【作用】この発明の請求項１においては、容器内壁に設
けられた赤外線温度計によって非接触で巻線の温度を測
定し、この巻線温度を用いて平均重合度を求めて余寿命
を推定するようにしたので、精度よく余寿命を推定する
ことができる。

【００１９】この発明の請求項２においては、容器内壁
に設けられた赤外線温度計によって非接触で巻線の温度
を測定し、この巻線温度を用いて巻線絶縁紙からのフル
フラール量を推定して巻線部分の平均重合度を求め、余
寿命を推定するので、精度よく余寿命を推定することが
できる。

【００２０】この発明の請求項３においては、請求項１
または請求項２の容器内壁に設けられた赤外線温度計の
測定点を移動するように構成したもので、少ない温度計
素子で多数箇所の温度を測定することができる。

【００２１】この発明の請求項４においては、油入電気
機器の絶縁紙の分解生成物であるフルフラール量を一定
期間毎に測定し、各測定期間の絶縁油温度と巻線温度の
履歴から計測期間中に変化したフルフラール量を巻線絶
縁紙からのフルフラール量に分離し、その変化状態と測
定期間中の温度の状況から推定したフルフラールとを比
較して実測したフルフラール量が多い場合には巻線部分
にの異常があると診断することができる。

【００２２】この発明の請求項５においては、請求項４
の異常診断方法の巻線温度は容器内壁に設けられた赤外
線温度計により測定した温度を用いて異常診断するの
で、正確に異常診断ができる。

【００２３】

【実施例】

実施例１．この発明の実施例が適用される油入電気機器
の代表的な構造を図１に示す。図１において、１は絶縁
紙が巻回された巻線、２は鉄心、３は巻線１及び鉄心２
を収容し絶縁油が充填されたタンク、４はタンク３の内
壁に設けられた巻線表面の温度を非接触で測定する赤外
線温度計検出素子である。

【００２４】こように構成された油入電気機器が送電線
に接続されて負荷に電力を供給すると巻線に負荷電流が
流れる。巻線には電気抵抗があるから負荷電流に応じて
温度が上昇し、周囲の絶縁油によって冷却される。した
がって、定常状態における巻線部分の温度は、その周囲
の絶縁油の温度よりも負荷電流による温度上昇分だけ高
くなる。

【００２５】図２に絶縁紙の温度とフルフラール生成速
度との関係、図３に絶縁紙の平均重合度とフルフラール
生成量との関係を示す。絶縁紙の劣化は高温にさらされ
ることによりセルロース分子の分子鎖が切れ、フルフラ
ールを放出して重合度が低下する現象であり、絶縁紙か
ら生成するフルフラールの量と平均重合度との関係は図
２に示すとうりのデータがあり明確になっているので、
巻線部分の絶縁紙量と周囲の絶縁紙量が把握され、周囲
の気温、負荷の状況が一定の条件であれば、絶縁油温
度、巻線部分の温度の実測値により巻線部分及びその周
囲部分それぞれの絶縁紙から発生するフルフラール量が
求められ、絶縁紙の単位重量当たりのフルフラール量か
ら図３により巻線部分及びその周囲部分それぞれの絶縁
紙の平均重合度を求めることができる。

【００２６】このようにして求めた平均重合度の巻線部
分の平均重合度及びその後に想定される運転温度から絶
縁紙の限界重合度（約４５０）になるまでの期間を余寿
命と推定できる。絶縁紙の劣化は温度に対して非常に敏
感であるので、巻線部分の温度を正確に測定することが
推定する余寿命の正確さにつながるものである。

【００２７】この実施例１では、巻線部分の温度を油入
電気機器の容器内壁に設けた赤外線温度計によって巻線
温度を測定して余寿命を推定するものである。赤外線温
度計検出素子４は測定点から放射する赤外線によって温
度が測定できるものであり非接触で正確に測定すること
ができるものであり、測定点毎に図１に示すとうり必要
数容器内壁に配置している。この赤外線温度計によって
測定した巻線温度によってフルフラールを計算すると、
余寿命が正確に推定できる。

【００２８】実施例２．実施例２は、実施例１は巻線温
度の測定点毎に設けた赤外線温度計検出素子４を測定箇
所に沿って移動するように構成したものである。図４に
実際の油入電気機器に赤外線温度計検出素子４を配置し
た状態を示す。このようにすると一つの検出素子で広い
範囲の測定ができるので少ない検出素子で広範囲の測定
が可能となる。

【００２９】実施例３．実施例３は、油入電気機器にお
いて一定期間毎に実施例１のように絶縁油中のフフラー
ル濃度を測定し、各測定期間毎の絶縁油温度、巻線温度
の履歴から絶縁油中のフルフラール変化量の理論値を求
め、実測したフルフラール変化量との差異により、機器
内部の異常の有無を検知する異常診断方法である。

【００３０】実際の油入電気機器は、負荷の状況、周囲
温度の変化等によって絶縁油の温度、巻線部分の温度は
時事刻々変化するものであり、そのような状態の油入電
気機器の絶縁紙からのフルフラール変化量を求めること
は難しく、現実的には測定された絶縁油温度、巻線温度
の一定の時間間隔に区切りその間隔の平均値によりフル
フラール量を求め、算定期間の総和を求めることにより
比較的正確に把握できる。 このようにして求めた絶縁
油中のフルフラール変化量の理論値と実測したフルフラ
ール変化量とを比較し差異がある場合に機器内部に異常
があると診断し、内部点検によって確認するものであ
る。図５は通常の油入電気機器のフルフラール量の変化
を示し、図６はある時点で異常が発生した場合の例であ
る。

【００３１】

【発明の効果】この発明の請求項１に係る発明は、油入
電気機器の絶縁油温度と巻線温度及び運転履歴から巻線
絶縁紙の平均重合度を求めて余寿命を推定する場合の巻
線の温度を非接触で直接測定できる赤外線温度計で測定
した温度で推定するようにしたので真の巻線温度で寿命
診断ができ、精度の高い診断結果が得られる効果を奏す
る。

【００３２】この発明の請求項２に係る発明は、油入電
気機器の絶縁油中の絶縁紙の分解生成物であるフルフラ
ール量を測定し、絶縁油温度と巻線温度及び運転履歴か
ら巻線絶縁紙からのフルフラール量を推定し、巻線部分
の平均重合度を求めて余寿命を推定する場合の巻線の温
度を非接触で直接測定できる赤外線温度計による測定値
により余寿命を推定するようにしたので、精度の高い診
断結果が得られる効果を奏する。

【００３３】この発明の請求項３に係る発明は、請求項
１請求項２の寿命推定方法の巻線の温度を測定する赤外
線温度計検出素子の測定点が移動可能に構成したので一
つの検出素子で広い範囲の温度が測定できるようにな
り、少ない検出素子で巻線の温度が測定できる効果を奏
する。

【００３４】この発明の請求項４に係る発明は、油入電
気機器の絶縁油中の絶縁紙の分解生成物であるフルフラ
ール量を一定期間毎に測定し、各測定期間の絶縁油温度
と巻線温度の履歴から測定期間中に変化したフルフラー
ル変化量を周囲絶縁物からのフルフラール変化量と巻線
絶縁紙からのフルフラール変化量に分離し、その巻線絶
縁紙からのフルフラール変化量と測定期間中の温度の状
況から求めた巻線部分からのフルフラール変化量の理論
値とを比較して異常を診断するようにしたので巻線部分
の劣化状況と機器内部の異常について同時に診断するこ
とができる効果を奏する。

【００３５】この発明の請求項５に係る発明は、請求項
４の異常を診断する場合の巻線温度を非接触で直接測定
できる赤外線温度計により測定した温度を用いて診断す
るようにしたので精度の高い診断ができる効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の寿命及び異常診断の対象となる油
入電気機器に赤外線温度計を装着した状態を示す図であ
る。

【図２】 絶縁紙の温度とフルフラール生成速度との関
係の特性図である。

【図３】 絶縁紙の平均重合度とフルフラール生成量と
の関係を示す特性図である。

【図４】 油入電気機器に検出素子の測定点が移動可能
な赤外線温度計を装着した例を示す図である。

【図５】 油入電気機器の経過年数と絶縁油中のフルフ
ラール濃度の関係を示す図である。

【図６】 油入電気機器の内部に異常がある場合の経過
年数と絶縁油中のフルフラール濃度の関係を図である。

【図７】 絶縁紙の平均重合度または平均重合度残率と
抗張力または抗張力残率との関係を示す特性図である。

【符号の説明】

１ 巻線 ２ 鉄心 ３ タンク ４ 赤外線温度計検出素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 林 哲 赤穂市天和651番地 三菱電機株式会社赤 穂製作所内 (72)発明者 吉川 徹 赤穂市天和651番地 三菱電機株式会社赤 穂製作所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 容器内に絶縁紙が巻回された巻線が収容
   され、絶縁油が充填された油入電気機器の絶縁油温度と
   巻線温度及び運転履歴から絶縁紙の平均重合度を求めて
   余寿命を推定する寿命診断方法において、容器内壁に設
   けられた赤外線温度計により測定した巻線温度を用いて
   平均重合度を求めて余寿命を推定することを特徴とする
   油入電気機器の寿命診断方法。
2. 【請求項２】 容器内に絶縁紙が巻回された巻線が収容
   され、絶縁油が充填された油入電気機器の絶縁油中に溶
   解している絶縁紙の分解生成物であるフルフラール量を
   測定し、絶縁油温度と巻線温度及び運転履歴から巻線絶
   縁紙からのフルフラール量を分離し巻線部分の平均重合
   度を求めて余寿命を推定する寿命診断方法において、容
   器内壁に設けられた赤外線温度計により測定した巻線温
   度を用いて余寿命を推定することを特徴とする油入電気
   機器の寿命診断方法。
3. 【請求項３】 容器内に設けられた赤外線温度計の測定
   点が移動可能に構成されたことを特徴とする請求項１ま
   たは請求項２に記載の油入電気機器の寿命診断方法。
4. 【請求項４】 容器内に絶縁紙が巻回された巻線が収容
   され、絶縁油が充填された油入電気機器の絶縁油中に溶
   解している絶縁紙の分解生成物であるフルフラール量を
   一定期間毎に測定し、各測定期間の絶縁油温度と巻線温
   度の履歴から測定期間中のフルフラール変化量を周囲絶
   縁物からのフルフラール変化量と巻線絶縁紙からのフル
   フラール変化量とに分離し、そのそれぞれの変化量と測
   定期間中の温度の状況から計算で求めたフルフラール変
   化量の理論値とを比較して実測したフルフラール変化量
   が多い場合に異常と診断することを特徴とする油入電気
   機器の異常診断方法。
5. 【請求項５】 巻線温度は容器内壁に設けられた赤外線
   温度計により測定した温度を用いて診断することを特徴
   とする請求項４に記載の油入電気機器の異常診断方法。