JPS627503B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はタンク内の絶縁性流体の流動による
流動帯電を検知する装置、特に系統併入時におけ
る送油冷却式電力用変圧器の変圧器タンク内の冷
却用絶縁油の流動による流動帯電の検知に好適す
る流動帯電監視装置に関するものである。

最近、送油冷却式の電力用変圧器においては、
その高電圧化、大容量化と共に、使用される絶縁
物の乾燥処理、絶縁油の脱気、脱水処理が高度に
行われ、また冷却油流量も高くなつてきた結果、
変圧器絶縁の信頼性確保のため流動帯電による静
電気の発生を監視する必要が出てきた。

第１図は上記送油冷却式電力用変圧器における
流動帯電についての説明図で、図中１は上部タン
ク１ａおよび下部タンク１ｂを備えた変圧器タン
ク、２は冷却ダクト、３はコイル、４は鉄心、５
は上部配管、６は冷却器、７は送油油ンプ、８は
下部配管、９はコンサベータである。また、１
０，１１，１２および１３は、順に高圧、中圧、
低圧および中性点の各ブツシングである。

すなわち、絶縁油は下部タンク１ｂより図中矢
印方向にコイル３および鉄心４等からなる内部構
成要素中に配設された冷却ダスト２を通過し、上
部タンク１ａに至る。この場合、上記冷却ダクト
２の表面は、通常、油浸紙で形成されているた
め、この界面で絶縁油が流動するとき油中の負電
荷の一部が上記油浸紙面に吸着され、従つて流動
する上記絶縁油（流動油）は正に帯電する。この
油中正電荷は冷却ダクト２内で油流方向に沿つて
成長するので、冷却ダクト２出口部の油スペース
近傍で最も高い電荷密度を呈する。一方、上記油
浸紙面に吸着された負電荷は冷却ダクト２入口部
で最も高い密度を示し、油流方向に沿つて減衰す
る分布を呈する。これは、上記冷却ダクト２内、
油中正電荷の油浸紙面への電荷緩和作用によつて
吸着負電荷が中和される現象が起こるからであ
る。

ところで、変圧器の上部タンク１ａへ流出した
正帯電絶縁油は、上部油スペース内で通常その電
荷緩和時間（絶縁油の誘導率εと体積抵抗率ρの
積で表わされ、例えばρ＝10⁴Ω・cmの絶縁油で
は約20秒である）以上滞留するので、殆んどの油
中正電荷は接地されたタンク１壁に向つて緩和消
失する。従つて、上部配管５、冷却器６、送油ポ
ンプ７および下部配管８を経て下部タンク１ｂに
戻る絶縁油の油中の正電荷密度は極めて低いレベ
ルになつており、事実上ほぼ無帯電の状態とみな
すことができる。

しかし、本願発明の発明者等のモデル変圧器に
よる実測によれば、油流量の極めて高い領域で
は、上記冷却ダクト２出口部近傍での高密度の油
中正電荷によりトリガされる油中静電気放電およ
び冷却ダクト２入口部近傍での油浸紙面での高密
度の負電荷によりトリガされる沿面放電が観測さ
れている。また、この静電気放電は油流量に顕著
に依存する他、油温や交流励磁の影響を受けるこ
とも明らかにされた（例えば三菱電機技報
vol52、No.12、PP915〜919、1978参照）。

上述したように、送油冷却式の変圧器において
は静電気放電が観測され、従つてやはり流動帯電
を監視する必要がある。この静電気放電の特性は
静電気の発生特性と相関が強いので、この観点か
ら静電気発生の指標となるコイル３から大地へ漏
洩する静電気によるコイル漏洩電流を測定するこ
とにより、静電気放電に対する裕度の診断（流動
帯電の監視）を行うことが可能である。

このような診断（監視）を第１図に例示する単
相単巻の送油冷却式電力用変圧器について行う場
合には、その中性点ブツシング１３と大地間に微
小電流計を接続して高圧側コイルの漏洩電流を計
測することにより可能である。

しかしながらこのようなコイル漏洩電流の測定
は、工場試験や据付時等における現地での確認試
験等に適しているが、上記変圧器が系統に併入さ
れている実際的な条件では不適切で、従来、この
ような条件にあつても流動帯電を検知し、監視す
ることができるような装置が要望されていた。

この発明は上記のような要望に鑑みてなされた
もので、タンク内の絶縁性流体の流動による流動
帯電の検知、特に系統併入時における送油冷却式
電力用変圧器の流動帯電の検知、延いてはこの流
動帯電に起因した静電気放電の裕度の診断を可能
にした流動帯電監視装置を提供することを目的と
する。

以下第２図および第３図を参照してこの発明の
実施例を説明する。第２図はこの発明による流動
帯電監視装置が適用された送油冷却式電力用変圧
器の一例の要部を示す断面図で、図中１ａは変圧
器上部タンク、１４はこの上部タンク１ａに形成
されたこの発明装置取付用のフランジ（第１図参
照）、１５はこの発明装置を上記フランジ１４を
介して変圧器に取り付けるためのフランジ、１６
はシール材である。１７は上部タンク１ａ内壁面
と同一面上に設けられた測定電極で、先端をこの
測定電極１７と同一面上に位置させたガード電極
１８が隣接配置されている。この場合、図示する
ようにこの実施例では、測定電極１７は絶縁ボル
ト１９および取付座２０，２１を介して上記フラ
ンジ１５に取付固定され、またガード電極１８は
フランジ１５に直結されている。２２は上記測定
電極１７の端子で、測定電極１７はこの端子２
２、リード２３、油密端子２４、測定用同軸ケー
ブル（心線）２５および微小電流計２６を介して
接地される。この場合、上記同軸ケーブル２５の
シースは接地リード２７を介して接地端子２８に
接続されている。２９はAC変位電流をバイパス
するために上記微小電流計２６に並列接続された
フイルタである。

次に動作について説明する。すなわち、冷却用
の絶縁油は変圧器タンク、ここでは上部タンク１
ａ内を流動する際に測定電極１７に接する。この
際、測定電極１７には油中正電荷による電流i₊が
漏洩する。この測定電極１７に漏洩する油中正電
荷による電流i₊は次の(1)式により求められる。

i₊＝κ・Ｓ・α／ε・∫q₊dV …………(1) ここで、κは絶縁油の導電率（体積抵抗率ρの
逆数）、Ｓは測定電極１７の有効表面積、q₊は油
中正電荷密度、αはタンク形状に依存する定数、
εは絶縁油の誘電率、Ｖは体積要素である。

すなわち、この場合の漏洩電流i₊は上部タンク
１ａ内油スペース中の全正電荷に比例することに
なる。従つて、測定電極１７の端子２２から、図
示するようにリード２３、油密端子２４を経て外
部の同軸ケーブル２５の心線と接地間に接続され
た微小電流計２６によつて変圧器上部タンク１ａ
内に蓄積した全正電荷量の相対値を知ることがで
きる。なお、この場合、上述したように微小電流
計２６と並列にフイルタ２９が接続されており、
ACの変位電流はこのフイルタ２９によつてバイ
パスされる。また、同軸ケーブル２５のシースは
接地リード２７により接地端子２８に接続されて
いるので、外部からの誘導を受けずに微小電流の
測定ができる。

第３図はこの発明装置が適用された送油冷却式
電力用変圧器の他の例の要部を示す断面図で、図
中１ｂは変圧器下部タンク、２は冷却ダクト、３
はコイル、３０は上記冷却ダクト２入口部に対向
する上記下部タンク１ｂの底面内壁に、例えばプ
レスボードの様な薄い絶縁物からなる基材３１上
にアルミ蒸着形成等により設けられた測定電極、
３２はこの測定電極３０に隣接する基材３１上の
所定位置に測定電極３０と同様にアルミ蒸着形成
等で設けられたガード電極である。この場合、図
示省略してあるが、第２図の場合と同様に上記測
定電極３０は微小電流計を介して接地され、また
ガード電極３２は直接に接地されている。従つ
て、この発明装置の設置による電界の変歪は殆ん
ど無視することができる。

すなわち、第３図に例示の場合には、測定電極
３０に漏洩する電流i_-は下部タンク１ｂ内の油中
正電荷が殆んど０であるので次の(2)式で求められ
る。

i_-＝κ・Ｓ・β／ε・∫σ_-dS …………(2) ここで、βは定数、σ₋は冷却ダクト２入口部
表面の負電荷密度、Ｓは面積要素、その他は上記
(1)式と同じである。

すなわち、この場合の漏洩電流i_-は冷却ダクト
２入口部表面の全負電荷に比例し、換言すれば冷
却ダクト２入口部の帯電電位の相対値であり、こ
れが図示しない微小電流計で示されるものであ
る。

以上第２図あるいは第３図に示すように測定電
極１７，３０を設けたので、この測定電極１７，
３０からの漏洩電流、すなわち流動帯電の計測を
変圧器が系統に併入された状態であつても容易に
行うことができ、上記電流の測定結果があらかじ
め設定された許容レベル以下にあるか否かを監視
することができる。従つて、流動帯電による油中
正電荷に起因する上部タンク１ａ側の油中静電気
放電あるいは油浸紙面の負電荷に起因する下部タ
ンク１ｂ側の沿面放電等が生ずるような状態を明
確に予知することができるものである。

なお、上述２つの実施例では、共に測定電極１
７，３０から大地へ漏洩する電流を計測するよう
な構成について説明したが、測定電極１７，３０
とガード電極１８，３２間のインピーダンスを管
理された値に設定しておくことにより、上述両実
施例と同様の効果を測定電極１７，３０の電位測
定によつて達成することが可能である。

またこの発明装置は、上述実施例以外にも、絶
縁性流体を流動させる他の電気機器、例えばリア
クトルあるいは整流装置等、さらには石油工業に
おける貯蔵タンク等にも適用できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は送油冷却式電力用変圧器における流動
帯電についての説明図、第２図はこの発明による
流動帯電監視装置が適用された送油冷却式電力用
変圧器の一例の要部を示す断面図、第３図は同じ
く他の例の要部を示す断面図である。 １……変圧器タンク、１ａ……上部タンク、１
ｂ……下部タンク、２……冷却ダクト、１７，３
０……測定電極、１８，３２……ガード電極、２
６……微小電流計。なお、図中同一符号は同一ま
たは相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内部に流動する絶縁性流体を有するタンクの
   内面と同一面上あるいはその近傍面上にガード電
   極を隣接配置して測定電極を設け、この測定電極
   と接地間の電流または測定電極の電位を計測する
   ことにより、上記タンク内の絶縁性流体の流動に
   よる流動帯電を検知するようにしたことを特徴と
   する流動帯電監視装置。 ２ タンクが送油冷却式電力用変圧器の変圧器タ
   ンクで、その冷却用流路出口側の油スペースにお
   いて、タンク内壁面とほぼ同一面上に測定電極を
   設け、この測定電極と接地間に微小電流計を接続
   して上記油スペース内油中電荷総量に比例した静
   電気漏洩電流を計測する特許請求の範囲第１項記
   載の流動帯電監視装置。 ３ タンクが送油冷却式電力用変圧器の変圧器タ
   ンクで、その冷却用流路入口側の油スペースにお
   いて、流路入口部に対向したタンク内壁面上に測
   定電極を設け、この測定電極と接地間に微小電流
   計を接続して上記流路入口部の帯電電位に比例し
   た静電気漏洩電流を計測する特許請求の範囲第１
   項記載の流動帯電監視装置。 ４ タンクがリアクトルあるいは整流装置の納入
   タンクである特許請求の範囲第１項記載の流動帯
   電監視装置。 ５ タンクが石油貯蔵タンクである特許請求の範
   囲第１項記載の流動帯電監視装置。