JPH10510105A - 変圧器の爆発及び発火を防止するための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 可燃性冷却剤７を充填した格納装置２を備えた変圧器１の爆発と発火を防止する方法であって、圧力センサー手段１１を用いて、変圧器１の電気絶縁の破損を検知する段階と、弁１５を用いて、格納装置２内に含まれた冷却剤７を部分的に排出する段階２３と、冷却剤７を撹拌し、その近くに存在する酸素を放散させるために、格納装置２の底部に加圧不活性ガス１６を噴射することによって、冷却剤７の高温部分を冷却する段階２４とによって構成されることを特徴とする方法。

Description

【発明の詳細な説明】 変圧器の爆発及び発火を防止するための方法及び装置 本発明は、可燃性流体によって冷却されている変圧器の爆発及び発火の防止に 関する。 変圧器は、巻線や鉄芯（コア）で損失が生じるため、発生する熱を放散させる 必要がある。したがって、高出力変圧器は一般に油を用いて冷却する。使用され る油は絶縁油［誘電性油］であり、約１４０度以上の温度で点火する。変圧器は きわめて高価であるため、その保護には特に注意を払わなくてはならない。 絶縁油によって絶縁される電力変圧器における発火は、一般に内部電気絶縁の 破損のために起こり、激しく燃え上がることが多い。このために変圧器の格納装 置（エンクロージャ）が広範囲にわたって破損し、油の燃焼によって、さらに大 量の可燃性物質を収納している他の装置類に火災が広がる危険がある。 過負荷、電圧サージ、徐々に進行する絶縁の劣化、不適切な油面、水分や成形 材料の出現、又は絶縁部材の破損によって、爆発が起こることがある。 変圧器の格納装置内が超過圧力となった場合に作動する安全弁が、先行技術で 知られている。しかし、この弁は変圧器の内部絶縁故障の結果、発生する事態に は適していない。 また、温度検出器によって作動する変圧器用の発火予防装置も知られている。 しかし、この装置は変圧器の油がすでに燃えているときに、かなり遅れて作動す る。そこで、燃焼をその装置だけに限定し、隣接する装置に火が広がらないよう にする対策がとられる。 したがって、本発明の目的は、内部絶縁が破損したときに燃え上がり、 そのため変圧器内に生じる超過圧力に対して、またこのような絶縁の破損によっ て発生する火災に対して保護するための方法を提供することである。 本発明のもう一つの目的は、電気絶縁の破損を迅速に検知して、爆発と発火を 防止する装置を提供することである。 本発明によれば、可燃性冷却剤を充填した格納装置を備えた変圧器内の爆発と 発火を防止する方法は、 圧力センサー手段を用いて変圧器の電気絶縁の破損を検知する段階と 、 弁を用いて格納装置内の冷却剤を部分的に排出する段階と、 冷却剤を撹拌し、その近くに存在する酸素を放散させるために、格納 装置の底部に加圧不活性ガスを噴射することによって、冷却剤の高温部分を冷却 する段階とによって構成される。 また、本発明によれば、可燃性冷却剤を充填した格納装置を備えた変圧器内の 爆発と発火を防止する装置は、格納装置内の圧力を感知する手段と、格納装置内 に含まれる冷却剤を部分的に排出する手段とによって構成される。 絶縁障害が起こると、まず強力な電気アークが発生し、これにより電気保護装 置が作動して変圧器の電源をトリガーする（遮断器）。電気アークは、またエネ ルギーの散逸を起こし、これによって変圧器の内部圧力が増大して格納装置を破 壊する。 爆発と発火を防止するための装置は、できれば変圧器の電源のトリガーを検知 する装置と、変圧器のセンサー手段により発せられる信号を受けて、制御信号を 発する制御装置を備えていることが好ましい。 爆発と発火を防止するための装置は、できれば、制御装置からの制御信号によ って制御され、格納装置の底部に不活性ガスを噴射することに よって流体の高温部分を冷却するための手段を含むことが望ましい。この理由は 、冷却剤の一部が熱を受けて着火することがあるからである。不活性ガスを格納 装置の下部に噴射すると、冷却剤が撹拌され、その温度が平衡化され、流体の近 くに存在する酸素を放散させることができる。 本発明は、非限定的な例として挙げ、付属図面により示した実施例の詳細な説 明によって、いっそう明確に理解できる。 図１は、本発明による予防装置の全体図である。 図２は、本発明による装置の作動原理を示す概略図である。 図に示されているように、変圧器１は、脚部４によって床３上に設置された格 納装置（エンクロージャ）２によって構成され、絶縁体６によって囲まれたワイ ヤ５を通じて電流が供給されている。 格納装置２には冷却剤７（たとえば絶縁油）が充填されている。格納装置２内 での冷却剤７のレベルを一定にするために、変圧器１は導管９によって格納装置 ２と連通した補給タンク８を備えている。 導管９には自動逆止弁１０が設けられ、流体７の動きが速くなると、すぐに導 管９を閉じる。したがって、格納装置２内で爆発が起こると導管９内の圧力が急 激に低下し、これによって流体７が流れ始め、この流れは自動逆止弁１０が閉じ ることによって急に止まる。その結果、補給タンク８に入った流体７の流れは止 まり、変圧器１内の発火に対する(油の)供給をやめる。 格納装置２は圧力センサー１１を備えていて、このセンサーは変圧器１の電気 絶縁の破損によって発生する燃焼による圧力の変動をただちに検知する。圧力セ ンサー１１は特に、電気接点を備えた安全弁によって構成され、検知された圧力 変動に関する情報を伝えることができる。格納装置２は、また流体７の温度を確 認するために格納装置２内の数カ所に配置された温度センサー１２を備えている 。しかし、熱の伝播は圧力 の伝播よりも遅いので、これらの温度センサー１２は圧力センサー１１に比べて 、２０〜３０秒遅延する。 格納装置２は、またブッフホルツ（継電器）とも呼ばれる、冷却蒸気の存在を 検知するセンサー１３を、格納装置２の上、通常は導管９上に備えている。電気 絶縁の破損によって燃え上がると、格納装置２内の流体７から蒸気が急激に放出 される。したがって、蒸気センサー１３は、電気絶縁の破損を検知するのには、 きわめて便利である。 変圧器１は、電源セル（図示せず）から給電され、これは遮断器（サーキット ブレーカー）などの給電を遮断する手段と、トリガーセンサー２１を備えている 。 格納装置２には、排出手段が設けられ、これは所望の排出レベルの高さに接続 された導管１４を備えている。導管１４は、直径の大きい（たとえば、１００〜 １５０ｍｍ）の弁１５によって閉じられる。格納装置２は、格納装置２の底部へ 不活性ガス１６（たとえば、窒素）を噴射することによって、流体７を冷却する 手段を備えている。不活性ガスは、弁１８、圧力調整弁１９及び管２０を備えた 加圧タンク１７内に貯蔵され、ガス１６は管２０を通って格納装置２へ送られる 。 圧力センサー１１、温度センサー１２、蒸気センサー１３、トリガーセンサー ２１、導管１４の弁１５、及び管２０の弁１８は、装置の作動を制御するための 制御装置２２に接続されている。制御装置２２はデータ処理手段を備えていて、 これが各種センサーからの信号を受け、弁１５及び１８のための制御信号を発す る。 装置は、爆発及び発火を防止するために、変圧器１の電源セルのトリガーセン サー２１からのトリガー信号と一致する圧力センサー１１からの高圧信号によっ て作動する。装置はまた、消火を開始するために、蒸気センサー１３からの蒸気 存在信号が温度センサー１２のうちの一つか らくる高温度信号と一致すると作動する。したがって、トリガーが早く起こりす ぎないよう、二つのセンサーは一致した情報を提供しなくてはならない。 通常の条件では、装置は電源のトリガーに関する情報と一致した高圧情報によ ってトリガーされ、これによって、排出弁１５を開く段階２３がただちに開始さ れ、変圧器１の格納装置２の圧力が低下する。したがって、絶縁障害によって発 生する電気アークのすぐ近くにある部品を除いて変圧器のほとんどの構成部品は 影響を受けない。弁１５が開くことによって、おそらく損傷を受けていると思わ れる格納装置２内に不活性ガスが噴射されるときに、点火した流体７が溢出する のを防止できる。最後に、弁１５が開くことによって、導管９内の圧力が下がり 、これによって自動逆止弁１０が閉じる。こうして、補給タンク８は隔離され、 そこに満たされている流体は供給されず、火災が大きくなることはない。弁１５ が開くと爆発の危険は急速に低下し、変圧器１の格納装置２が影響を受けない確 率が増大する。 したがって、火災の危険は低下するが、格納装置２で部分的排出が行われたあ と、格納装置２の底部へ不活性ガス１６を噴射する段階２４が、一定の遅延時間 、たとえば２０秒後に系統的に開始され、流体７が攪拌されて、その温度が平衡 に達し、また酸素を急激に放散させることによって流体７の表面の火焔を止める 。この理由は、流体（通常は油）はその引火点、つまり約１４０度を超える温度 になって、初めて着火するからである。しかも、変圧器１における発火の場合に は、平均温度がせいぜい８０度であっても電気アークによって流体７の表面だけ がこの値に達する。したがって、流体７を撹拌することによって、最も高温の部 分の温度を下げることができる。安全上の理由から、不活性ガス１６を充填した タンク１７は、約４５分間にわたって不活性ガス１６を噴射でき るようになっており、これは消火のための予想時間よりもはるかに長い。 変圧器１には、１個又はそれ以上の負荷時タップ切換装置２５が設けられてい て、これは、変圧器１と、それが接続されている回路網の間のインタフェースと して用いられ、回路網に供給される電流に変動があっても電圧が一定に保たれる ようになっている。負荷時タップ切換装置２５は、導管２６を経て排出導管１４ に接続されている。また、負荷時タップ切換装置２５は実際には可燃性冷却剤に よって冷却されている。負荷時タップ切換装置２５は体積が小さいために、その 爆発はきわめて激しく、着火した冷却剤が噴射される。導管２６には、校正済み 隔膜２７が設けられていて、これは短絡が起こると、つまり、負荷時タップ切換 装置２５内が超過圧力になると破断する。これによって、負荷時タップ切換装置 ２５の格納装置の爆発が防止される。この負荷時タップ切換装置は、また圧力セ ンサー２８を備えていて、これは一方で、変圧器１の電源セルをトリガーするた めにこれに接続され、また一方で、制御装置２２に接続されて、負荷時タップ切 換装置２５に短絡が起こったときには防止装置を作動する。 本発明は、変圧器内の爆発及び発火を防止する方法と装置を提供するものであ り、変圧器の既存の部品をほとんど変更する必要はなく、絶縁の破損をきわめて 迅速に検知し、またほとんど同時に、そのあと発生する事故（結果）を限定する 。これによって、変圧器と負荷時タップ切換装置に損失が起こらないように保護 することができ、短絡による損害を最少限に抑えることができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 可燃性冷却剤（７）を充填した格納装置（２）を備えた変圧器（１）の 爆発と発火を防止する方法であって、 圧力センサー手段（１１）を用いて、変圧器（１）の電気絶縁の破損を 検知する段階と、 弁（１５）を用いて、格納装置（２）内に含まれた冷却剤（７）を部分 的に排出する段階（２３）と、 冷却剤（７）を撹拌し、その近くに存在する酸素を放散させるために、 格納装置（２）の底部に加圧不活性ガス（１６）を噴射することによって、冷却 剤（７）の高温部分を冷却する段階（２４）とによって構成されることを特徴と する方法。 ２． 冷却剤（７）の急激な動きが検知されるとすぐに逆止弁（１０）を閉じ て冷却剤（７）の広がりを防止するために、逆止弁（１０）を用いて冷却剤（７ ）の補給タンク（８）を分離する段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の 防止方法。 ３． 冷却剤（７）を部分的に排出することができ、不活性ガス（１６）を噴 射することができ、蒸気センサー（１３）を用いて、変圧器（１）の格納装置（ ２）内における冷却蒸気（７）の存在を検知する段階を含むことを特徴とする、 前記請求項のいずれかに記載の防止方法。 ４． 冷却剤（７）を部分的に排出することができ、不活性ガス（１６）を噴 射することができ、温度センサー（１２）を用いて、冷却剤（７）の温度を検知 する手段を含むことを特徴とする、前記請求項のいずれかに記載の防止方法。 ５． 冷却剤（７）を部分的に排出することができ、不活性ガス（１６）を噴 射することができ、トリガーセンサー（２１）を用いて、変圧器の電源セルのト リガーを検知する手段を含むことを特徴とする、前記 請求項のいずれかに記載の防止方法。 ６． 流体（７）を部分的に排出する段階（２３）の開始を、２個のセンサー が同時に指示する場合にのみ、流体（７）を部分的に排出する段階（２３）が開 始されることを特徴とする、請求項３から５のいずれかに記載の防止方法。 ７． 可燃性冷却剤（７）を充填した格納装置（２）を備えた変圧器（１）の 爆発と発火を防止するための装置であって、前記格納装置（２）内の圧力を感知 する手段（１１）と、格納装置（２）内の冷却剤（７）を部分的に排出する手段 とによって構成されることを特徴とする防止装置。 ８． 格納装置（２）内の冷却剤（７）の蒸気を感知する手段（１３）と、格 納装置（２）内の冷却剤（７）の温度を感知する手段（１２）と、変圧器（１） の電源セルのトリガーを感知する手段（２１）とによって構成されることを特徴 とする、請求項７に記載の防止装置。 ９． 圧力センサー手段が、電気接点を備えた安全弁を含むことを特徴とする 、請求項７又は８に記載の防止装置。 10． 変圧器（１）のセンサー手段によって発せられる信号を受け、制御信号 を発することのできる制御装置（２２）を含むことを特徴とする、請求項７から ９のいずれかに記載の防止装置。 11． 格納装置（２）［内の流体］を排出する手段が弁（１５）を含み、制御 装置（２２）からの制御信号によって弁の開放が開始されることを特徴とする、 請求項１０に記載の防止装置。 12． 格納装置（２）の底部に不活性ガス（１６）を噴射することによって、 冷却剤（７）の高温部分を冷却する手段を含むことを特徴とする、請求項１０及 び１１のいずれかに記載の防止装置。 13． 不活性ガス（１６）を噴射する手段が、加圧ガスタンク（１７） と、圧力調整弁（１９）と、弁（１８）を含み、制御装置（２２）からの制御信 号によって弁の開放が開始されることを特徴とする、請求項１２に記載の防止装 置。 14． 変圧器の負荷時タップ切換装置（２５）内の圧力を感知するための手段 （２８）と、爆発を防止するために前記負荷時タップ切換装置を大気圧に設定す る手段とによって構成されることを特徴とする、請求項７から１３のいずれかに 記載の防止装置。