JPH08128980A - 絶縁油劣化測定方法及びその測定装置 - Google Patents
絶縁油劣化測定方法及びその測定装置Info
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Abstract
源を印加させて絶縁油中に設けられたセンサーの漏洩電
流を測定することにより絶縁油劣化程度を知ることがで
きる。 【構成】 電力用機器に用いられる絶縁油は長期的運転
される際絶縁油が過熱又は空気及び水分浸透によってそ
の特性が分解され、通常フリーカーボン又は不溶性導電
物質が発生されるが、このような導電性不純物粒子等は
変圧器タンク内において温度の変化で敏感に移動される
ので、絶縁油劣化測定センサー1はこのような周囲の導
電性不純物を吸着させることにより導電性回路を構成
し、また本絶縁油劣化測定はこのような現象を電気的な
変化状態とみなして劣化センサーの漏洩電流を測定する
ものである。
Description
る絶縁油の経年変化、及び絶縁油が使用される電力用変
圧器の内部異常状態をまえもって診断できるもので、電
力用機器の劣化によって生成される導電性不純物で初期
に劣化状態が把握できるようにセンサーを絶縁油の油量
に含浸させることにより、センサーの電気的な伝導現象
の原理を利用して現場又はオンライン状態でその導電率
を測定し、絶縁油の劣化状態を検出する方法であり、検
出対象は微小粒子の導電性不純物である。測定方式は電
気的信号を入力させマイクロアンペア単位の微小電流を
測定して絶縁油の劣化程度を測定することができる絶縁
油劣化測定方法及びその測定装置に関するものである。
経年変化を起こす際に、その劣化程度を測定する方式が
現場で即座測定してその状態を把握する方式ではなく通
常長い時間が経過した後サンプリングされた試料を実験
室で酸化分析及び耐電圧印加、ガス分析試験を行いその
結果を分析するので現場性が劣り測定値の正確度に問題
点があった。
化するとき、主に発生する物質はガスと微小粒子の不純
物に大別することができる。従って、現在開発されたガ
ス分析試験と水素ガス検出は上記のようにガスの生成量
を測定する方式がある。電力用機器の絶縁油から発生す
るガスを分析する方法としてはガス膜を通じたガス粒子
が気孔電極(porous electrodes)に
接触したとき、両極の間に発生する抵抗値の変化量でガ
ス成分が分析される。
方法において問題点となるのは、ガスが活性体であるた
め周囲環境条件によってその測定値の変化が大きく測定
結果の信頼性が低い。そして、その分析装置が非常に高
価な化学的設備を備えなければならないため大容量以外
は汎用として使用することができない欠点がある。
圧試験はその試料を現場で採取する方式であるので採取
の際に外部の空気又は湿気が浸透するおそれがあり、こ
れによって測定値の誤差を誘発することは勿論大気に露
出された状態で測定するので測定結果に対する信頼性が
低くなるのみならず測定することのできる対象機器が制
限される等多くの問題点がある。
消するために発明されたもので、絶縁油劣化センサーの
二個の電極にDC電源を印加させ、絶縁油内に設けられ
たセンサーの漏洩電流を測定することにより絶縁油劣化
程度を知ることができるもので電力用機器に使用される
絶縁油は長期的に運転されるとき、絶縁油が過熱又は空
気及び水分浸透によってその特性が分解され通常フリー
カーボン(FreeCarbon)又は不溶性導電物質
(Nonsolute Conductive Par
ticles)が発生される。
olute Impurity Particles)
等は変圧器のタンク内において温度の変化で敏感に移動
される。絶縁油劣化測定センサーはこのような周囲の導
電性不純物を吸着することにより導電性回路(Cond
uctive Circuit)を構成させる。
な現象を電気的な変化状態とみなして劣化センサーの漏
洩電流を測定するのにその目的がある。
般に酸化がよくできないが酸素とか湿気、いずれかの周
辺環境により接触すればはじめは酸化反応が活発でない
が一定時間が過ぎた後、酸化速度が大きくなる。
触媒に似たものが生成されるためでありこれを自動酸化
(Auto Oxidation)と称し、その反応式
は次のようになる。 但し、こゝでRHは炭化水素、RO は遊離基である。
たように炭化水素は水素原子一個が取除けられ、1価で
あるRO 遊離基が生成される。この遊離基は式の反応
につながる。即ち式反応において酸素が添加されると
式の反応によりRO が生成されその後又式の反応を
繰り返す。式と式は連鎖反応停止を示し式に示し
たROOH(Hydraperoxide:ハイドロパ
オキサイド)は式の反応をおこす。 式において炭化水素化合物の酸化反応から生成
される劣化物質は油溶性と油不溶性の二種類に分類され
る。
lute Impurity Particle)とは
R−OOR(過酸化物)、ROH(アルコール)、RO
HO(アルデヒド)、RCO−R(ケトン)、 R−COOR’(エステル)、(RCOO)nM(金属
石けん)等があり(但しMは金属原子)、油不溶性劣化
生成物(Nonsolute ImpurityPar
ticle)にはアスフィルト性スラッジ(Sludg
e)、石けん性スラッジ、炭素性スラッジ等がある。
加熱源部分に析出沈殿して絶縁油の冷却作用を阻害す
る。石けん性スラッジは絶縁油の酸化で生成され有機酸
と絶縁ワニスから油中に油溶する変圧器の構成材料であ
る金属と化合して生成された物質で多量の水分が含まれ
ている。
際、次のような炭素性スラッジとガス状物質が発生す
る。 C2 H6 ─── CH4 +C+H2 C3 H6 ─── C2 H4 +C+H2 式のC2 H6 はパラピン系炭化水素のエタンで過熱さ
れるときCH4 (メタン)とH2 が発生すると遊離炭素
であるCが残る。式のC3 H6 はナプタ系炭化水素の
サイクロプロピン(Cyclopropine)で電弧
時C2 H4 (エチレン)とH2 が発生した後遊離炭素で
あるCが残る。
子半径0.16[Å]抵抗率0.0019[Ω−cm]
電流密度[A/cm2 ]で導電性物質である。
法で導電性不純物が発生する初期に劣化された状態を把
握することができるようにセンサーを絶縁油油中に位置
させることによりセンサーの電気的伝導現象原理を利用
する。
測定センサーの斜視図であり、1は劣化測定センサー
で、このセンサー(1)はセンサー支持基板(2)と2
個の円形電極(3),(3a)及び多孔性材質部(4)
(Porous Materials)、及び円形電極
(3),(3a)を支持することができる絶縁ボルト
(9)で構成される。
(Base Ring)(2)は中央に支持孔(5)が
穿孔されてリング(Ring)形状されていると共に、
電気的絶縁耐力及び機械的強度が良好でなければならな
い。
ial Part)(4)は多孔性セラミック(Por
ous ceramic)又は多孔性ガラス(Poro
usGlass)の二種類があり、一定寸法(70−3
00μm)の気孔(6)を有し、経年変化の際に発生さ
れる各種不純物の導電性粒子を吸着できるようにしたも
のである。
esh)の大きさは約1m/m×1m/mであり、材質
としてステンレス鋼(Stainless Stee
l)を使用するが絶縁油の長期的な耐久性に耐えるよう
にエッチング鍍金されたものが望ましい。
極(3),(3a)の接着は絶縁ボルト(9)を用いて
固定するようにする。
化により発生された特定物質を吸着することができ、
又、絶縁油中で長期間耐えると共に絶縁油酸化にも耐え
ることができる電極材料が望ましい。吸着物質の機械的
固着及び物理的吸着により2個の円形電極(3),(3
a)間の電気伝導性を利用して図3(A),(B)のよ
うに電極回路を形成され一定電圧(V)を印加した状態
で極間抵抗の累積値が漏洩電流の変化量として表わされ
る。
が生成されるがこのような不純物粒子中の導電成分をも
つ導電粒子が絶縁油劣化測定センサー(1)の多孔性材
質部(4)の吸着された後多孔性材質部(4)の気孔
(6)に浸透すれば機械的固着状態にかわる。絶縁油劣
化測定センサー(1)の電気的導電現象を表わす際に、
これを導電成分要素とみて絶縁油劣化測定センサー
(1)の2個の円形電極(3),(3a)間に一定電圧
(V)を掛けると電流計(A)の電流値が変化する。
(1)の外観を示すもので一定電圧(V)が絶縁油劣化
測定センサー(1)の2個の円形電極(3),(3a)
に印加されると極間抵抗の変化による電流変化量を測定
することができる。
路で吸着層から発生される導電率を求めるためのもので
あり、隣接した二個の層を平行断面LとM間にGを導電
率とした断面現象を示したものである。
して直、並列接続として構成され、直列として1/2r
個並列として1/(2r)2 個が接続されるので導電率
σ1は次のようになる。 ここで、導電率Gは粒子漏洩抵抗RfとLとMの間の粒
子自体抵抗Rcの並列接続となる。
触抵抗と接触面に存在する酸化物被膜抵抗の和で示すこ
とができる。
[Ω-1/cm]、rc’は接触面の有効半径(rc’=
rc+Δrc)になる。
吸着分子層の抵抗は、 となる。
なる。 但し、こゝでrc’は湿度が低い湿度が低い接触部にお
いて、水分子毛細管凝縮(Capillary Con
densation)を無視する場合であり、湿度が高
い高分子吸着の場合はΔrcだけ増加する。
電率をσf として次のように計算される。
rbtion Layer)の導電率(Conduct
ivity)fは次のように示される。 但し構成されたパラメーター(Parameter)は
r,rc’,σs,rf,σbであるとわかることがで
きる。
(1)に適用した際充填率がrが大きくなるほど導電率
σ1が小さくなることを知ることができる。言い換えれ
ば気孔の大きさが小さいほど導電率σ1が小さくなるこ
とを知ることができる。
化測定センサー(1)の多孔質材質部(4)、気孔
(6)内に浸透した不純物粒子が大きくその量が多くな
るほど導電率σ1が大きくなることを知ることができ
る。
た吸着部(気孔)に不純物粒子が固着した際に二個の電
極(3),(3a)間の導電率の大きさが定められる。
が不規則な多孔質又は多孔性材質部(4)中多孔質(P
orous Material)を用いる場合、その特
性は吸着材料においても補正値を導入することにより補
正が可能である。
支持基板(2)は電気的に絶縁耐力が高いだけでなく機
械的にも相当な強度を有し次のような特性を持つ。
ク(Porous Ceramic)を用いる場合その
材質特性は次のようである。 −材質 :80%以上 Al2 O3 −熱膨張係数 :6.5−8.5×10-6/℃ −比重(Secific Gravity) :0.7
5−0.85 −気孔率 :75−85% 気孔率=V3 /V1 +V2 +V3 ×100(%) V1 : セラミックの体積(Volume of c
eramic materials) V2 : 気孔部分の体積(Volume of po
re port) V3 : 開放気孔(Open pore) 多孔性材質部(4)中75%以上のSiO2 多孔性ガラ
ス(Porous Glass)を使用するのが望まし
い。
ステンレス鋼、又はエッチング鍍金されたステンレス鋼
であって、1m/m×1m/mのメッシュ(Mesh)
を有する。
(Eteching)し表面は非常に滑らかでなければ
ならずリード線(7)と円形電極(3),(3a)との
間の接着は絶縁ボルト(9)で堅固に固定させる。
FRP又は合成樹脂の材質を用い使用中にゆるみ作用や
絶縁油成分による分解作用がないようにする。
圧器又は配電用変圧器製造の際、センサー(1)を内蔵
して製造した後、リード線(7)を変圧器(10)外壁の
適当な位置に設けたターミナル端子(11)に連結する。
洩電流を測定するための計測装置は別に携帯用として製
作するか、遠隔監視システムを利用した計測システムを
製作して変圧器の劣化程度を測定できるようにする。
れる絶縁油センサー(1)は絶縁油の油中に設けられる
ため耐酸性及び耐久性が良くなければならない。
支持基板(2)の支持孔(5)に一定寸法の気孔(6)
を有する多孔性材質部(4)を挿入し、その両端に円形
電極(3),(3a)を上記センサー支持基板(2)の
ネジ孔(8)に絶縁ボルト(9)で固定し、円形電極
(3),(3a)の両側にリード線(7)を半田づけし
て変圧器(10)の外部に設けたターミナル端子(11)に
連結する。
サー(1)の多孔質材質部(4)に吸着した不純物導電
粒子は電気回路を構成する。即ち、絶縁油劣化測定セン
サー(1)の両側円形電極(3),(3a)に一定な直
流電圧(V)を加えた際、電流計(A)の電流変化値を
測定するので不純物導電粒子の付着量を知ることがで
き、この付着量の電気的量で絶縁油のこの付着量の電気
量による絶縁油の経年変化を知ることができる。
(10)に設置した状態図でコア支持物(12)に設けた支
持具(13)に簡単に付着させている。この付着方法は絶
縁油劣化測定センサー(1)の多孔性材質部(4)が絶
縁油に全部侵すことができるようにオープンされていな
ければならずセンサー支持基板(2)だけ支持具(13)
に付着されるようにする。
0)自体の耐電圧絶縁距離に適合した距離を保持させな
ければならずリード線(7)も耐電圧絶縁距離を保持し
リード線(7)を絶縁棒に封入させて固定されるように
する。
定を兼ねて用いることができるようにし、できるだけ絶
縁油劣化測定センサー(1)の多孔質材質部(4)に近
づくように設けて耐電圧絶縁距離を保持させなければな
らない。
(1)端子と一個の補償用温度センサー(14)端子を変
圧器(10)外壁に設けて変圧器(10)壁面の内部におい
て連結されたセンサーリード線(7),(7a)が変圧
器壁面の外側で測定できるように密封された端子を用い
絶縁油が流れ出さないように完全に密封する。
(1)及び補償用温度センサー(14)の出力信号を測定
できる計測装置としては図6のような検出回路を用い
る。
流電圧を印加して漏洩電流を測定することができるDC
高圧発生部(20)と、このDC高圧発生部(20)の出力
信号と、変圧器(10)内の補償用温度センサー(14)の
出力信号を増幅器(Amplifier)(21),(2
2)で増幅した後、この増幅信号がマイクロプロセッサ
部(40)に入力されると、マイクロプロセッサ部(40)
において温度特性に合う基準値と比較して演算した後、
メモリー(Memory)に貯蔵するかディスプレイ
(Display)するようにする。
イクロプロセッサ部(40)は増幅された電流値と増幅さ
れた温度値がマイクロプロセッサ部(40)に入力される
と図7の絶縁油劣化センサーの温度特性曲線に合う基準
値と比較する。
内に内蔵されたラム(RAM)に予めプログラム化して
貯蔵されているので基準値と上記測定値を比較して温度
特性に合う基準値を削減した残りの計算値がディスプレ
イ部(44)にデジタル方式で表示される。キー(Ke
y)操作部(60)は上記測定値を貯え、伝送させること
ができる機能を有する。PC用ポート(Port)部
(45)は現場で測定されたデータを一般分析処理できる
伝送装置であり、外観上端子だけ設けられている。
部(20)と温度補償回路部(50)からなっている。DC
高圧発生部(20)はディスプレイ(Display)部
の数字表示をデジタル(Digital)方式で行い、
温度補償回路部はマイクロプロセッサ(Micro−p
rocessor)と温度増幅器(Amplifie
r)及び電流増幅器(Current Amp)を用い
て構成した。
ep)可変スイッチ(Switch)を用いて0−10
KVのDC電圧が発生できるようにした。漏洩電流信号
と温度信号を受けて各特性に合う増幅器(Amplif
ier)を介して増幅した後CPUのA/Dコンバータ
ー(Converter)に入力し、この信号を受けた
CPUは基準のデータ(Data)をシリアルポート
(Sirial Port)を介してP/C(46)に伝
送しグラフィック(Graphic)処理もできるよう
にした。
8のように、計測装置側にターミナル端子だけ取出すと
いつでも携帯用としてセンサーの漏洩電流を測定でき
る。
り新油で測定された絶縁油劣化センサー温度特性曲線
(図7)によりプログラム(Program)上にデー
タ(Data)を入力させる。
(Type)として温度による絶縁油劣化測定センサー
の測定と同時に漏洩電流値が測定される。
r)を介してA/D変換されて入力され、マイクロプロ
セッサ(μ−processor)では二個の値を比較
して現在の絶縁油劣化程度を測定する。
際、各温度に該当する漏洩電流の入力を受け入れ、マイ
クロプロセッサ(μ−processor)で夫々の温
度に対する漏洩電流差の値を計測器に表示する。
圧発生装置とマイクロプロセッサ(μ−process
or)間の接地(Ground)共通による問題点を解
決するため絶縁増幅器(Isolation Amp)
を使用する。
p)における増幅度は次の如く計算される。
は基本的にデータ(Data)を一時的に貯蔵するRA
Mと永久的にソフトウェアを貯蔵するROM機能、デー
タ(Data)伝送のため通信P/Cを使用した。
ド(Key Board)機能を有するキーパッド(K
ey Pad)機能によりなされる。
rocessor)回路構成と測定値分析及び貯蔵、伝
送処理できるプログラム(Program)が貯蔵され
ているがこのプログラム(Program)はマイクロ
プロセッサ(μ−processor)のROM機能に
貯えた温度補償値と比較した後計測装置に表わしたり、
データを伝送できるようにした。
ステムは変圧器外箱に伝送用モデム(Modem)を設
けて一般配電線路の伝送(Carrier)回路又は通
信回路を介して配電線路監視盤に連結されると、遠距離
の柱上変圧器又は電力用変圧器の絶縁油劣化測定が可能
である。
即ち本計測装置はいろいろな特徴を有しているので温度
補償回路が付着され温度に敏感な反応をみせるセンサー
類測定に使用できるという事項と又コンピューター機能
を添付してデータ貯蔵は勿論伝送(Transmiss
on)端子を介して遠隔監視システムで測定が可能であ
るという事項がその特徴である。
である。
明するモデル回路図である。
である。
る。
Claims (4)
- 【請求項1】 センサー支持基板(2)の中央に支持孔
(5)を穿孔させリング形状に形成され、上記支持孔
(5)に気孔(6)を有する多孔性材質部(4)を挿入
し、その両側にリード線(7)が連結された円形電極
(3),(3a)を密着させ、前記センサー支持基板
(2)のネジ孔(8)に絶縁ボルト(9)で支持させて
絶縁油油中に含浸し、上記多孔質材質部(4)の気孔
(6)に不純物導電粒子が吸着するようにすると共に上
記リード線(7)を変圧器(10)のターミナル端子(1
1)に連結して構成した絶縁油劣化センサー(1)と;
上記絶縁油劣化センサー(1)の近くに設けてリード線
(7a)でターミナル端子(11)に連結させ、変圧器
(10)内の温度を測定する補償用温度センサー(14)
と;上記絶縁油劣化センサー(1)の円形電極(3),
(3a)に一定の電流電圧(V)を印加して電流変換値
を検出する検出部(21)からなるDC高圧発生部(20)
と;上記DC高圧発生部(20)の検出部(21)における
出力信号と、上記補償用温度センサー(14)の出力信号
をそれぞれの電流増幅器(31)及び温度増幅器(32)で
増幅しこの増幅させた電流値と温度値をマイクロプロセ
ッサ部(40)のA/Dコンバータ(41)に入力させ、こ
の入力信号を受けたCPU(42)は既存のデータで演算
した後その測定値をメモリー(43)に貯蔵し、ディスプ
レイ部(44)に表示及びシリアルポート(45)を介して
P/C(46)に伝送する温度補償回路(50)で、夫々構
成されていることを特徴とする絶縁油劣化測定方法。 - 【請求項2】 上記温度補償回路部(50)のシリアルポ
ト(45)で絶縁油劣化の遠隔測定が可能となるように構
成したことを特徴とする請求項1の絶縁油劣化測定方
法。 - 【請求項3】 センサー支持基板(2)の中央に支持項
(5)を穿孔させリング形状に形成され、上記支持孔
(5)に気孔(6)を有する多孔性材質部(4)を挿入
し、その両側にリード線(7)がはんだづけされた円形
電極(3),(3a)を密着させ、センサー支持基板
(2)のネジ孔(8)に絶縁ボルト(9)で支持させて
絶縁油油中に含浸し、上記多孔性材質部(4)の気孔
(6)に不純物導電粒子が吸着するようにすると共に上
記リード線(7)を変圧器(10)のターミナル端子(1
1)に連結して構成した絶縁油劣化センサー(1)と;
上記絶縁油劣化センサー(1)に近く設けリード線(7
a)でターミナル端子(11)に連結させ、変圧器(10)
内の温度を測定する補償用温度センサー(14)と;上記
絶縁油劣化センサー(1)の円形電極(3),(3a)
に一定の直流電圧(V)を印加して電流変換値を検出す
る検出部(21)からなるDC高圧発生部(20)と;この
DC高圧発生部(20)の検出部(21)における出力信号
と、上記補償用温度センサー(14)の出力信号を夫々の
電流増幅器(31)及び温度増幅器(32)で増幅し、この
増幅させた電流値と温度値をマイクロプロセッサ部(4
0)のA/Dコンバータ(41)に入力させ、この入力信
号を受けたCPU(42)は既存のデータで演算した後そ
の測定値をメモリー(43)に貯蔵し、ディスプレイ部
(44)に表示及びシリアルポート(45)を介してP/C
(46)に伝送する温度補償回路(50)とで、夫々構成さ
れていることを特徴とする絶縁油劣化測定装置。 - 【請求項4】 上記温度補償回路部(50)のシリアルポ
ート(45)で絶縁油劣化の遠隔測定が可能となるように
構成したことを特徴とする請求項3の絶縁油劣化測定装
置。
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