WO2010116931A1

WO2010116931A1 - 油入電気機器状態分析装置および油入電気機器状態分析方法

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Publication number: WO2010116931A1
Application number: PCT/JP2010/055813
Authority: WO
Inventors: 登細川
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2009-04-07
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Publication date: 2010-10-14
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Abstract

　油入電気機器状態分析装置は、絶縁紙が巻かれた銅線が絶縁油（５５）に浸されている油入電気機器（１）の状態を模擬する。油入電気機器状態分析装置は、互いに隣接する第１および第２の紙巻銅線（５Ａ，５Ｂ）と、第１および第２の紙巻銅線（５Ａ，５Ｂ）を収容し、かつ油入電気機器（１）から抽出した絶縁油（５５）を収容することにより、第１および第２の紙巻銅線（５Ａ，５Ｂ）を絶縁油（５５）で浸すためのタンク（３）と、第１および第２の紙巻銅線（５Ａ，５Ｂ）間の静電容量を測定する静電容量測定部（８）とを備える。第１および第２の紙巻銅線（５Ａ，５Ｂ）は、銅線と、その銅線に巻きつけられた絶縁紙とを有する。各紙巻銅線の絶縁紙は、油入電気機器（１）が有する絶縁紙の材料と同じ材料からなる。

Description

油入電気機器状態分析装置および油入電気機器状態分析方法

　本発明は、電気機器の状態分析装置および状態分析方法に関し、特に、変圧器およびリアクトル等の油入電気機器の状態分析装置および状態分析方法に関する。

　変圧器およびリアクトル等の油入電気機器において使用される絶縁油には、腐食性を示す微量の元素硫黄および硫黄化合物が含まれる場合がある。これらの腐食性硫黄は、油入電気機器で使用されている硫化されやすい銅線コイル等の金属と反応して導電性の硫化物を生成する。そして、この硫化物が油入電気機器の故障原因となっているという報告が数多くある。しかしながら、硫化物生成のメカニズムは十分解明されておらず、温度および絶縁油種に依存するという程度の知見しか得られていない。

　油入電気機器の硫化物診断方法として、たとえば、特開平４－１７６１０８号公報（特許文献１）には、以下のような構成が開示されている。すなわち、油入電気機器は、表面に金属の粒子が分散された検出部材を油入電気機器の絶縁油に接触させて設け、この検出部材の電気抵抗の変化を知るようにしたものである。この検出部材の表面に分散された金属の粒子は絶縁油中の元素硫黄および硫黄化合物と化合して導電性の硫化物が検出部材の表面に生成される。このため、検出部材の電気抵抗が変化するので、電気抵抗の変化を知ることにより硫化物の生成度合を知ることができる。

　また、特開昭５９－６７２１号公報（特許文献２）には、以下のような構成が開示されている。すなわち、電気機器本体および絶縁油を収納する油入電気機器本体タンクと冷却装置とを送油管で連結して絶縁油を循環するように構成した油入電気機器において、絶縁油循環系中すなわち油入電気機器本体タンク内または冷却装置内または送油管途中に油槽を設ける。この油槽内に絶縁油中の活性硫黄と反応する感応媒体を備え、この感応媒体表面に付着した生成物を発光光電素子と受光装置とからなるセンサにて検知するとともにこのセンサからの出力信号を入力とする表示装置を設けている。

　また、特開平２－１０３９１０号公報（特許文献３）には、以下のような構成が開示されている。すなわち、タンク内に機器本体とともに絶縁油を満たした電気機器において、上記タンク内の絶縁油が循環するようにサンプル収納箱を設け、このサンプル収納箱内に機器本体の導体と同一金属を主成分とする導体サンプルを収納するようにしたものである。このようにすると、サンプル収納箱内の導体サンプルはタンク内の機器本体の導体と硫化腐食に対する条件が同一となり、この導体サンプルを監視することにより機器本体の硫化腐食の進展度合を監視することができる。

　また、特開平４－２５２９４５号公報（特許文献４）には、以下のような構成が開示されている。すなわち、油入電器の油中水分監視装置は、絶縁油で満たされた油タンク内に電気機器本体を収納した油入電器の絶縁油中に含まれる水分を監視する装置であって、誘電特性の測定電極に挟持され絶縁油との水分平衡により誘電特性が変化する絶縁紙よりなる油中水分センサと、上記油タンクの外部に設けられ上記油中水分センサを収納するとともに絶縁油で満たされたセンサ容器と、このセンサ容器と上記油タンクとの間に介装されセンサ容器内と油タンク内との絶縁油が連通するように形成された第１の連通管と、この第１の連通管の端部あるいは途中に設けられ絶縁油連通の開閉を行なう第１の連通弁と、上記油中水分センサの測定電極に接続され上記絶縁紙の誘電特性値を油中水分量に換算し絶縁油中の水分量が基準の値を超えたときに異常と判断して警報信号を出力する誘電特性監視部とにより構成される。

特開平４－１７６１０８号公報特開昭５９－６７２１号公報特開平２－１０３９１０号公報特開平４－２５２９４５号公報

　銅板を絶縁油に浸して銅板の色変化を測定し、絶縁油を選別する硫化腐食試験が規定されたことにより、油入電気機器の絶縁油中での硫化銅生成による問題は収まっていた。しかしながら、近年、硫化腐食試験をパスした絶縁油を使用しているにもかかわらず、銅線コイルに巻かれた絶縁紙上に硫化銅が生成され、油入電気機器の不具合につながる問題が発生している。

　すなわち、油入電気機器における銅線コイルの絶縁紙上に硫化銅が生成されると、銅線コイル間の絶縁耐力が低下する。この絶縁耐力の低下は銅線コイル間における硫化銅生成に起因するものが最も厳しく、銅線コイル間における硫化銅生成を事前に検出することが重要である。

　ここで、特許文献１および２記載の方法は、絶縁油中の活性硫黄と反応して硫化物が生成される部材を設け、この部材の特性変化を検出することにより、油入電気機器における硫化物生成を診断する方法である。このため、実際の油入電気機器における硫化物生成による特性変化を正確に把握することは困難である。

　また、特許文献３には、絶縁油に浸された導体サンプルを目視して硫化物生成を診断するか、あるいは導体サンプルを収納箱から取り出して分析する方法が開示されているが、絶縁紙が巻かれた銅線コイルを用いておらず、また、油入電気機器における硫化物生成を正確に検出する具体的な方法は開示されていない。

　また、特許文献４には、絶縁油中の水分を監視する方法は開示されているが、絶縁油中の硫化物生成を検出する方法は開示されていない。

　この発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、その目的は、絶縁紙が巻かれた銅線が絶縁油に浸されている油入電気機器における硫化物生成を正確に検出することが可能な油入電気機器状態分析装置および油入電気機器状態分析方法を提供することである。

　上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わる油入電気機器状態分析装置は、絶縁紙が巻かれた銅線が絶縁油に浸されている油入電気機器の状態を模擬する油入電気機器状態分析装置であって、第１の紙巻銅線を備える。第１の紙巻銅線は、第１の銅線および第１の銅線に巻きつけられた第１の絶縁紙を含む。第１の絶縁紙は、油入電気機器が有する絶縁紙の材料と同じ材料からなる。油入電気機器状態分析装置は、電極と、第１の紙巻銅線および電極を油入電気機器から抽出された絶縁油に浸すためのタンクと、静電容量測定部とをさらに備える。電極は、第１の紙巻銅線と隣接して配置される。タンクは、第１の紙巻銅線および電極ならびに油入電気機器から抽出された絶縁油を収容する。静電容量測定部は、第１の紙巻銅線および電極間の静電容量を測定する。

　またこの発明の別の局面に係わる油入電気機器状態分析装置は、絶縁紙が巻かれた銅線が絶縁油に浸されている油入電気機器の状態を模擬する油入電気機器状態分析装置であって、第１の紙巻銅線を備える。第１の紙巻銅線は、第１の銅線および第１の銅線に巻きつけられた第１の絶縁紙を含む。第１の絶縁紙は、油入電気機器が有する絶縁紙の材料と同じ材料からなる。油入電気機器状態分析装置は、電極と、第１の紙巻銅線および電極を油入電気機器から抽出された絶縁油に浸すためのタンクと、電源と、電流測定部とをさらに備える。電極は、第１の紙巻銅線と隣接して配置される。タンクは、第１の紙巻銅線および電極ならびに油入電気機器から抽出された絶縁油を収容する。電源は、第１の紙巻銅線および電極間に交流電圧を印加する。電流測定部は、第１の紙巻銅線および電極間を通して流れる電流を測定する。

　上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わる油入電気機器状態分析方法は、絶縁紙が巻かれた銅線が絶縁油に浸されている油入電気機器の状態を模擬する油入電気機器状態分析方法であって、油入電気機器から抽出された絶縁油と、第１の銅線および第１の銅線に巻きつけられた第１の絶縁紙を含む第１の紙巻銅線と、第１の紙巻銅線と隣接して配置された電極とをタンクに収容することにより、第１の紙巻銅線と電極とを絶縁油で浸すステップを備える。第１の絶縁紙は、油入電気機器が有する絶縁紙の材料と同じ材料からなる。油入電気機器状態分析方法は、タンクに収容された前記第１の紙巻銅線および電極間の静電容量を測定するステップをさらに備える。

　またこの発明の別の局面に係わる油入電気機器状態分析方法は、絶縁紙が巻かれた銅線が絶縁油に浸されている油入電気機器の状態を模擬する油入電気機器状態分析方法であって、油入電気機器から抽出された絶縁油と、第１の銅線および第１の銅線に巻きつけられた第１の絶縁紙を含む第１の紙巻銅線と、第１の紙巻銅線と隣接して配置された電極とをタンクに収容することにより、第１の紙巻銅線と電極とを絶縁油で浸すステップを備える。第１の絶縁紙は、油入電気機器が有する絶縁紙の材料と同じ材料からなる。油入電気機器状態分析方法は、タンクに収容された第１の紙巻銅線および電極間に交流電圧を印加することによって、第１の紙巻銅線および電極間を通して流れる電流を測定するステップをさらに備える。

　本発明によれば、絶縁紙が巻かれた銅線が絶縁油に浸されている油入電気機器における硫化物生成を正確に検出することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る油入電気機器状態分析装置の構成を示す図である。油入電気機器の構成を示す断面図である。本発明の第１の実施の形態に係る油入電気機器状態分析装置における紙巻銅線５Ａおよび５Ｂの構成を示す図である。本発明の第１の実施の形態に係る油入電気機器状態分析装置を用いて油入電気機器の診断を行なう際の動作手順を定めたフローチャートである。本発明の第１の実施の形態に係る油入電気機器状態分析装置を用いて油入電気機器の診断を行なった結果を示す図である。絶縁油に浸された絶縁紙の体積抵抗率の温度特性を示す図である。絶縁油に浸された絶縁紙の比誘電率の温度特性を示す図である。本発明の第２の実施の形態に係る油入電気機器状態分析装置の構成を示す図である。本発明の第２の実施の形態に係る油入電気機器状態分析装置を用いて油入電気機器の診断を行なう際の動作手順を定めたフローチャートである。本発明の第３の実施の形態に係る油入電気機器状態分析装置の構成を示す図である。本発明の第３の実施の形態に係る油入電気機器状態分析装置に用いられる電極の構造を示した図である。本発明の第３の実施の形態に係る油入電気機器状態分析装置に用いられる電極の他の構造の例を示した図である。絶縁紙上において硫化銅が析出される場所を説明するための紙巻銅線の断面模式図である。本発明の第３の実施の形態に係る油入電気機器状態分析装置の他の構成を示した図である。

　以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

　＜第１の実施の形態＞
　［構成および基本動作］
　図１は、本発明の第１の実施の形態に係る油入電気機器状態分析装置の構成を示す図である。

　図１を参照して、油入電気機器状態分析装置１０１は、配管２と、タンク３と、紙巻銅線５Ａ，５Ｂと、測定配線７と、静電容量測定器（静電容量測定部）８と、油温度調整器（温度調整部）９とを備える。

　図２は、油入電気機器の構成を示す断面図である。
　図２を参照して、油入電気機器１は、たとえば変圧器であり、鉄心５１，５２と、コイル５３と、冷却器５４と、絶縁油５５と、ポンプ５６とを備える。

　コイル５３は、銅巻線に絶縁紙が巻かれている紙巻銅線である。コイル５３は、鉄心５１，５２に囲まれている。

　油入電気機器１内には、絶縁油５５が満たされており、コイル５３は、絶縁油５５に浸されている。絶縁油５５により、油入電気機器１の絶縁および冷却が行なわれる。冷却器５４により、絶縁油５５が冷却される。

　ポンプ５６は、図中の矢印で示すように絶縁油５５を油入電気機器１内で循環させることにより、コイル５３を冷却する。

　また、油入電気機器１およびタンク３は、配管２によって接続されており、運転中の油入電気機器１内の絶縁油５５を抽出することができる。

　図３は、本発明の第１の実施の形態に係る油入電気機器状態分析装置における紙巻銅線５Ａおよび５Ｂの構成を示す図である。

　図３を参照して、紙巻銅線５Ａ，５Ｂの各々は銅線２１および絶縁紙２２を含む。銅線２１は、コイル５３の絶縁紙の材料と同じ材料からなる絶縁紙２２によって巻かれている。また、銅線２１は、たとえばコイル５３の導体と同じ材料によって形成されている。紙巻銅線５Ａ，５Ｂは互いに密着して設けられている。すなわち、紙巻銅線５Ａの銅線２１および紙巻銅線５Ｂの銅線２１は互いに隣接して設けられている。紙巻銅線５Ａ，５Ｂは、運転中の油入電気機器１内のコイル５３を模擬するためのものである。

　再び図１を参照して、タンク３は、紙巻銅線５Ａ，５Ｂと、配管２を通して抽出した絶縁油５５とを収容する。紙巻銅線５Ａ，５Ｂをタンク３内に収容し、配管２を通して抽出した絶縁油５５を収容することにより、紙巻銅線５Ａ，５Ｂを絶縁油５５で浸すことができる。

　油温度調整器９は、熱を発することにより、タンク３内の絶縁油５５の温度を調整する。たとえば、油温度調整器９は、タンク３内の絶縁油５５の温度が油入電気機器１における絶縁油５５の温度よりも高くなるように、タンク３内の絶縁油５５の温度を制御する。

　紙巻銅線５Ａ，５Ｂの各銅線２１から測定配線７が引き出され、測定配線７は静電容量測定器８に接続されている。静電容量測定器８は、測定配線７を介して紙巻銅線５Ａ，５Ｂ間の静電容量を測定する。

　［動作］
　次に、本発明の第１の実施の形態に係る油入電気機器状態分析装置を用いて油入電気機器の診断を行なう際の動作について説明する。

　図４は、本発明の第１の実施の形態に係る油入電気機器状態分析装置を用いて油入電気機器の診断を行なう際の動作手順を定めたフローチャートである。

　図４を参照して、まず、タンク３内に紙巻銅線５Ａ，５Ｂを配置する（ステップＳ１）。

　次に、配管２を介して油入電気機器１から絶縁油５５を抽出し、タンク３内を絶縁油５５で満たす（ステップＳ２）。これにより、紙巻銅線５Ａ，５Ｂが絶縁油５５に浸される。

　次に、加速劣化試験を行なうために、油温度調整器９によってタンク３内の絶縁油５５を加熱することにより、タンク３内の絶縁油５５の温度を油入電気機器１における絶縁油５５の温度よりも高くする（ステップＳ３）。

　次に、静電容量測定器８によってタンク３内の紙巻銅線５Ａ，５Ｂ間の静電容量を測定する（ステップＳ４）。

　次に、静電容量の測定結果に基づいて、油入電気機器１における硫化物生成状態の確認および分析を行なう（ステップＳ５）。

　図５は、本発明の第１の実施の形態に係る油入電気機器状態分析装置を用いて油入電気機器の診断を行なった結果を示す図である。図５では、紙巻銅線間の絶縁特性に直接影響する絶縁抵抗および紙巻銅線間の静電容量の経時的変化を示している。図６は、絶縁油に浸された絶縁紙の体積抵抗率の温度特性を示す図である。図７は、絶縁油に浸された絶縁紙の比誘電率の温度特性を示す図である。

　ここでは、前述の硫化腐食試験にはパスするが、絶縁紙上に硫化銅を生成させる絶縁油の一種を用いて、１３０℃の高温下で加速劣化試験を行なった。

　図５を参照して、静電容量は加熱開始後９０ｈｒ（時間）あたりからほぼ直線的に増大する傾向が見られた。

　一方、絶縁抵抗は加熱開始後９０ｈｒではほとんど変化せず、加熱開始後１５０ｈｒあたりから若干低下し、３００ｈｒ経過したあたりで大きく低下する傾向が見られた。

　この理由は、以下のように考えられる。すなわち、約９０ｈｒの時点の硫化銅生成初期状態では、紙巻銅線間の絶縁紙上に硫化銅層が形成されても、絶縁紙による絶縁層の抵抗が支配的であるため、紙巻銅線間の絶縁抵抗には殆ど影響が生じない。その一方で、通常ｍｍオーダーである紙巻銅線間の絶縁紙の絶縁距離は、１０μｍのオーダーである硫化銅層の厚さ分短くなるため、静電容量はパーセントオーダーで増大するからである。

　ここで、図６を参照して、絶縁油に浸された絶縁紙の体積抵抗率は、温度によって大きく変化する。したがって、紙巻銅線間の絶縁抵抗は温度によって大きく変化する。たとえば、油入電気機器１が屋外で使用されると、１日の温度変化によって紙巻銅線間の絶縁抵抗は大きく変化する。したがって、この温度特性を考慮すると、図５で示すように絶縁抵抗が加熱後１５０ｈｒあたりで低下したことだけをもって硫化銅が生成されたと判断することは困難である。

　一方、図７を参照して、絶縁油に浸された絶縁紙の比誘電率は、温度によってほとんど変化しない。したがって、紙巻銅線間の静電容量は、温度によってほとんど変化しない。このため、図５で示すように静電容量が加熱後９０ｈｒあたりで増大したこともって硫化銅が生成されたと判断することが可能である。

　したがって、紙巻銅線間の静電容量を測定することにより、硫化銅生成の有無を、硫化銅生成の初期状態においても精度良く検出することができる。すなわち、静電容量が０ｈｒにおける初期値すなわち約１４０ｐＦから約１０％程度増大した約１５０ｈｒの時点で絶縁特性に悪影響が出ているが、本発明の第１の実施の形態では、静電容量の増大を約９０ｈｒの時点で検出することができるため、絶縁特性が悪くなる前に硫化銅生成を検出できることが分かる。

　ところで、特許文献１～４記載の方法では、絶縁油中の硫化物生成を正確に検出することは困難であるという問題点があった。なお、特許文献４の方法では、絶縁油中の水分を測定することにより、絶縁油の抵抗を測定している。しかしながら、絶縁油中の水分が変化することは、硫化銅が生成されることと相関関係がないので、絶縁油中の硫化物生成を正確に検出することは困難である。

　しかしながら、本発明の第１の実施の形態に係る油入電気機器状態分析装置は、紙巻銅線５Ａおよび紙巻銅線５Ｂを絶縁油５５で浸すためのタンク３と、紙巻銅線５Ａおよび紙巻銅線５Ｂ間の静電容量を測定する静電容量測定器８とを備える。タンク３は、紙巻銅線５Ａおよび紙巻銅線５Ｂを収容し、油入電気機器１から抽出した絶縁油５５を収容する。

　このような構成により、油入電気機器１と同じ材料条件を模擬することができるため、運転中の油入電気機器１を停止および分解することなく、油入電気機器１内部の硫化物生成状態を正確に模擬し、診断することができる。これにより、油入電気機器１の長寿命化を図ることが可能になり、また、油入電気機器１の故障による不具合を未然に防ぐことが可能となる。さらに紙巻銅線間の静電容量を測定することにより、絶縁特性が低下する前に、紙巻銅線での硫化銅生成を高感度で検出することができる。

　したがって、本発明の第１の実施の形態に係る油入電気機器状態分析装置および油入電気機器状態分析方法では、絶縁紙が巻かれた銅線が絶縁油に浸されている油入電気機器における硫化物生成を正確に検出することができる。

　また、本発明の第１の実施の形態では、油入電気機器１とタンク３との間を接続する配管２を介して油入電気機器１から絶縁油５５を抽出し、タンク３に導入する。これにより、油入電気機器１における硫化銅生成を常時監視することが可能となる。

　また、本発明の第１の実施の形態では、油温度調整器９を用いて、タンク３に収容された絶縁油５５を加熱することにより、絶縁油５５の温度を油入電気機器１内の温度よりも高くして、加速劣化させることができる。すなわち、油入電気機器１よりも硫化銅生成を促進させることにより、硫化物生成が加速された条件における油入電気機器１の状態の模擬および診断が可能となる。すなわち、油入電気機器１において硫化物が生成される前に油入電気機器状態分析装置１０１において硫化物を生成させることができるため、油入電気機器１の劣化進行をさらに早期に察知することが可能となる。これにより、油入電気機器１の故障による不具合をさらに確実に防ぎ、油入電気機器１の長期信頼性を得ることが可能となる。

　なお、本発明の第１の実施の形態では、タンク３内に紙巻銅線５Ａ，５Ｂを配置した後、タンク３内を絶縁油５５で満たす手順をとったが、これに限定するものではない。油入電気機器１から抽出した絶縁油５５と、紙巻銅線５Ａ，５Ｂとをタンク３内に収容すればよく、たとえば、タンク３内を絶縁油５５で満たした後、タンク３内に紙巻銅線５Ａ，５Ｂを配置してもよい。

　次に、本発明の他の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

　＜第２の実施の形態＞
　本実施の形態は、第１の実施の形態に係る油入電気機器状態分析装置と比べて硫化銅生成の検出方法を変更した油入電気機器状態分析装置に関する。以下で説明する内容以外は第１の実施の形態に係る油入電気機器状態分析装置と同様である。

　図８は、本発明の第２の実施の形態に係る油入電気機器状態分析装置の構成を示す図である。

　図８を参照して、油入電気機器状態分析装置１０２は、配管２と、タンク３と、紙巻銅線５Ａ，５Ｂと、測定配線７と、交流電源１１と、電流計（電流測定部）１２とを備える。すなわち、油入電気機器状態分析装置１０２は、油入電気機器状態分析装置１０１と比べて、静電容量測定器８の代わりに、交流電源１１と、電流計１２とを備える。

　交流電源１１は、紙巻銅線５Ａおよび紙巻銅線５Ｂ間に交流電圧を印加する。電流計１２は、紙巻銅線５Ａおよび紙巻銅線５Ｂ間を通して流れる電流を測定する。

　図９は、本発明の第２の実施の形態に係る油入電気機器状態分析装置を用いて油入電気機器の診断を行なう際の動作手順を定めたフローチャートである。

　図９を参照して、まず、タンク３内に紙巻銅線５Ａ，５Ｂを配置する（ステップＳ１１）。

　次に、配管２を介して油入電気機器１から絶縁油５５を抽出し、タンク３内を絶縁油５５で満たす（ステップＳ１２）。これにより、紙巻銅線５Ａ，５Ｂが絶縁油５５に浸される。

　次に、加速劣化試験を行なうために、油温度調整器９によってタンク３内の絶縁油５５を加熱することにより、タンク３内の絶縁油５５の温度を油入電気機器１における絶縁油５５の温度よりも高くする（ステップＳ１３）。

　次に、交流電源１１によってタンク３内の紙巻銅線５Ａ，５Ｂ間に交流電圧を印加する（ステップＳ１４）。

　次に、電流計１２によってタンク３内の紙巻銅線５Ａ，５Ｂ間を通して流れる電流を測定する（ステップＳ１５）。

　次に、電流の測定結果に基づいて、油入電気機器１における硫化物生成状態の確認および分析を行なう（ステップＳ１６）。

　このように、油入電気機器状態分析装置１０２では、紙巻銅線間に交流電圧を印加して紙巻銅線間に流れる交流電流を常時監視する。紙巻銅線５Ａ，５Ｂ間を通して流れる電流を測定することにより、紙巻銅線５Ａ，５Ｂ間の静電容量に比例した量を計測することができる。このような構成により、本発明の第１の実施の形態に係る油入電気機器状態分析装置と比べて簡易な構成および方法により、紙巻銅線５Ａ，５Ｂ間の静電容量の変化を検出することができる。

　＜第３の実施の形態＞
　本実施の形態は、第１の実施の形態および第２の実施の形態に係る油入電気機器状態分析装置と比べて、電極の構成を変更した油入電気機器状態分析装置に関する。以下で説明する内容以外は第１の実施の形態および第２の実施の形態に係る油入電気機器状態分析装置と同様である。

　図１０は、本発明の第３の実施の形態に係る油入電気機器状態分析装置の構成を示す図である。

　図１０を参照して、油入電気機器状態分析装置１０３は、配管２と、タンク３と、紙巻銅線５Ａと、金属箔２３と、測定配線７と、静電容量測定器（静電容量測定部）８と、油温度調整器（温度調整部）９とを備える。

　図１１は、本発明の第３の実施の形態に係る油入電気機器状態分析装置に用いられる電極の構造を示した図である。図１１および図１０を参照して、紙巻銅線５Ａは、銅線２１および絶縁紙２２を含む。金属箔２３は、絶縁紙２２の表面の一部が絶縁油５５と接触するように、絶縁紙の表面に配置される。したがって紙巻銅線５Ａおよび電極２３は互いに隣接して設けられる。具体的には、金属箔２３は、絶縁紙の２２の表面の一部が露出するように紙巻銅線５Ａに巻きつけられるとともに、絶縁紙２２の表面に密着している。すなわち隙間が生じるように金属箔２３が紙巻銅線５Ａに巻きつけられる。

　第３の実施の形態では、紙巻銅線５Ａが運転中の油入電気機器１内のコイル５３を模擬するとともに、金属箔２３が紙巻銅線５Ａに対向する電極として用いられる。第１の実施の形態および第２の実施の形態では、紙巻銅線５Ｂが紙巻銅線５Ａと対向する電極として用いられる。すなわち第３の実施の形態では、第１の実施の形態および第２の実施の形態で使用される紙巻銅線５Ａをそのまま使用することができる。第３の実施の形態では、紙巻銅線５Ｂに代えて金属箔２３を電極として使用すればよい。

　図１０に示されるように、第３の実施の形態では、紙巻銅線５Ａの銅線２１および金属箔２３の各々から測定配線７が引き出される。静電容量測定器８は、測定配線７を介して紙巻銅線５Ａおよび金属箔２３間の静電容量を測定する。

　なお、絶縁紙２２の表面の一部が絶縁油５５と接触するように絶縁紙の表面に配置される電極は、図１０および図１１に示した金属箔２３に限定されるものではない。たとえば図１２に示されるように、網状に形成された電極２４を金属箔２３に代えて用いることもできる。

　図１０に示された油入電気機器状態分析装置１０３を用いて油入電気機器の診断を行なう際の動作手順は、図４に示された手順と同じである。第３の実施の形態では、図４に示された手順に従って紙巻銅線５Ａと金属箔２３との間の静電容量が測定される。

　次に、第３の実施の形態に係る油入電気機器状態分析装置によって、油入電気機器１の内部における硫化物生成が模擬できることを説明する。硫化物は、次の２段階のプロセスを経て絶縁紙上に生成されるものと考えられる。第１の段階では、絶縁油中の硫黄分を含む特定の成分と銅線２１中の銅とが反応して錯体が形成される。この錯体は絶縁油中に溶出する。第２の段階では、絶縁油中に溶出した硫黄分と、銅成分とを有する錯体が絶縁紙に吸着され、その後に錯体が分解する。錯体が分解されることによって硫化銅が絶縁紙上に析出する。したがって、コイル導体の銅と絶縁油とによる錯体形成反応および、絶縁油中に溶出した錯体が絶縁紙上に吸着されて硫化銅が形成される反応を油入電気機器状態分析装置で模擬できれば、油入電気機器内での硫化銅形成を模擬できる。

　図１１に示されるように、本実施の形態では、絶縁紙２２の表面の一部が露出するように紙巻銅線５Ａに金属箔２３が巻きつけられる。絶縁紙２２の露出部分を広くすることにより、絶縁紙２２を透過した絶縁油と銅線２１とによる錯体形成反応を模擬することができる。

　図１３は、絶縁紙上において硫化銅が析出される場所を説明するための紙巻銅線の断面模式図である。

　図１３を参照して、絶縁油中に溶出した硫黄分と銅成分とを有する錯体は、絶縁紙２２に吸着された後に硫化銅を生成する。このため、一般的には、絶縁紙２２の銅線２１に隣接する表面（図１３に示した領域３１～４０）において、最も早く硫化銅が生成される。したがって絶縁紙２２の表面の一部が露出するように紙巻銅線５Ａに金属箔２３が巻きつけられることで油入電気機器１の内部における硫化銅の生成を模擬することができる。

　本実施の形態によれば、２つの紙巻導体を対向させる場合に比べて、２つの電極間の対向面積を大きくすることができるので、第１の実施の形態および第２の実施の形態に比較して静電容量を大きくすることができる。したがって第３の実施の形態によれば、硫化銅の生成による静電容量の増大を、より高い感度で検出することができる。静電容量の増大を高い感度で検出することによって、絶縁特性が低下する前に、紙巻銅線での硫化銅生成を高感度で検出することができる。

　なお、図１１に示した電極を、本発明の第２の実施の形態に係る油入電気機器状態分析装置に用いてもよい。図１４は、本発明の第３の実施の形態に係る油入電気機器状態分析装置の他の構成を示した図である。

　図１４を参照して、油入電気機器状態分析装置１０４は、配管２と、タンク３と、紙巻銅線５Ａと、金属箔２３と、測定配線７と、交流電源１１と、電流計（電流測定部）１２とを備える。交流電源１１は、紙巻銅線５Ａおよび金属箔２３間に交流電圧を印加する。電流計１２は、紙巻銅線５Ａおよび金属箔２３間を通して流れる電流を測定する。

　図１４に示された油入電気機器状態分析装置１０４を用いて油入電気機器の診断を行なう際の動作手順は図９に示された手順と同じである。油入電気機器状態分析装置１０４では、紙巻銅線５Ａと金属箔２３との間に交流電圧を印加して２つの電極（銅線２１および金属箔２３）の間に流れる交流電流を常時監視する。２つの電極間を通して流れる電流を測定することにより、それら２つの電極間の静電容量に比例した量を計測することができる。図１１に示した構成によれば、２つの電極間の対向面積を大きくすることによって静電容量を大きくすることができるので、紙巻銅線５Ａ，５Ｂ間の静電容量に比例した量を計測することができる。

　なお、図１４に示された油入電気機器状態分析装置１０４において、図１１に示した電極２３に代えて図１２に示した電極２４を適用してもよい。

　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

　１　油入電気機器、２　配管、３　タンク、５Ａ，５Ｂ　紙巻銅線、７　測定配線、８　静電容量測定器（静電容量測定部）、９　油温度調整器（温度調整部）、１１　交流電源、１２　電流計（電流測定部）、２１　銅線、２２　絶縁紙、２３　金属箔、２４　電極、３１～４０　領域、５１，５２　鉄心、５３　コイル、５４　冷却器、５５　絶縁油、５６　ポンプ、１０１，１０２，１０３，１０４　油入電気機器状態分析装置。

Claims

　絶縁紙が巻かれた銅線が絶縁油（５５）に浸されている油入電気機器（１）の状態を模擬する油入電気機器状態分析装置であって、
　第１の銅線（２１）および前記第１の銅線（２１）に巻きつけられた第１の絶縁紙（２２）を含む第１の紙巻銅線（５Ａ）を備え、前記第１の絶縁紙（２２）は、前記油入電気機器（１）が有する絶縁紙の材料と同じ材料からなり、
　前記第１の紙巻銅線（５Ａ）と隣接して配置された電極（５Ｂ，２３，２４）と、
　前記第１の紙巻銅線（５Ａ）および前記電極（５Ｂ，２３，２４）ならびに前記油入電気機器（１）から抽出された前記絶縁油（５５）を収容することにより、前記第１の紙巻銅線（５Ａ）および前記電極（５Ｂ，２３，２４）を前記油入電気機器（１）から抽出された前記絶縁油（５５）に浸すためのタンク（３）と、
　前記第１の紙巻銅線（５Ａ）および前記電極（５Ｂ，２３，２４）間の静電容量を測定する静電容量測定部（８）とをさらに備える油入電気機器状態分析装置。
　前記油入電気機器状態分析装置は、さらに、
　前記油入電気機器（１）と前記タンク（３）との間を接続し、前記油入電気機器（１）から前記絶縁油（５５）を抽出するための配管（２）を備える請求の範囲第１項に記載の油入電気機器状態分析装置。
　前記油入電気機器状態分析装置は、さらに、
　前記タンク（３）に収容された前記絶縁油（５５）を加熱する温度調整部（９）を備える請求の範囲第１項に記載の油入電気機器状態分析装置。
　絶縁紙が巻かれた銅線が絶縁油（５５）に浸されている油入電気機器（１）の状態を模擬する油入電気機器状態分析装置であって、
　第１の銅線（２１）および前記第１の銅線（２１）に巻きつけられた第１の絶縁紙（２２）を含む第１の紙巻銅線（５Ａ）を備え、前記第１の絶縁紙（２２）は、前記油入電気機器（１）が有する絶縁紙の材料と同じ材料からなり、
　前記第１の紙巻銅線（５Ａ）と隣接して配置された電極（５Ｂ，２３，２４）と、
　前記第１の紙巻銅線（５Ａ）および前記電極（５Ｂ，２３，２４）ならびに前記油入電気機器（１）から抽出された前記絶縁油（５５）を収容することにより、前記第１の紙巻銅線（５Ａ）および前記電極（５Ｂ，２３，２４）を前記油入電気機器（１）から抽出された前記絶縁油（５５）に浸すためのタンク（３）と、
　前記第１の紙巻銅線（５Ａ）および前記電極（５Ｂ，２３，２４）間に交流電圧を印加する電源（１１）と、
　前記第１の紙巻銅線（５Ａ）および前記電極（５Ｂ，２３，２４）間を通して流れる電流を測定する電流測定部（１２）とをさらに備える油入電気機器状態分析装置。
　前記油入電気機器状態分析装置は、さらに、
　前記油入電気機器（１）と前記タンク（３）との間を接続し、前記油入電気機器（１）から前記絶縁油（５５）を抽出するための配管（２）を備える請求の範囲第４項に記載の油入電気機器状態分析装置。
　前記油入電気機器状態分析装置は、さらに、
　前記タンク（３）に収容された前記絶縁油（５５）を加熱する温度調整部（９）を備える請求の範囲第４項に記載の油入電気機器状態分析装置。
　前記電極は、第２の銅線および前記第２の銅線に巻きつけられた第２の絶縁紙を含む第２の紙巻銅線（５Ｂ）を含み、
　前記第２の絶縁紙は、前記油入電気機器（１）が有する絶縁紙の材料と同じ材料からなる、請求の範囲第１項または第４項に記載の油入電気機器状態分析装置。
　前記電極（２３，２４）は、前記第１の絶縁紙（２２）の表面の一部が前記絶縁油（５５）と接触するように、前記絶縁紙（２２）の前記表面に配置される、請求の範囲第１項または第４項に記載の油入電気機器状態分析装置。
　絶縁紙が巻かれた銅線が絶縁油（５５）に浸されている油入電気機器（１）の状態を模擬する油入電気機器状態分析方法であって、
　前記油入電気機器（１）から抽出された前記絶縁油（５５）と、第１の銅線（２１）および前記第１の銅線（２１）に巻きつけられた第１の絶縁紙（２２）を含む第１の紙巻銅線（５Ａ）と、前記第１の紙巻銅線（５Ａ）と隣接して配置された電極（５Ｂ，２３，２４）とをタンク（３）に収容することにより、前記第１の紙巻銅線（５Ａ）と前記電極（５Ｂ，２３，２４）とを前記絶縁油（５５）で浸すステップを備え、前記第１の絶縁紙（２２）は、前記油入電気機器（１）が有する絶縁紙の材料と同じ材料からなり、
　前記タンク（３）に収容された前記第１の紙巻銅線（５Ａ）および前記電極（５Ｂ，２３，２４）間の静電容量を測定するステップをさらに備える油入電気機器状態分析方法。
　前記絶縁油（５５）ならびに前記第１の紙巻銅線（５Ａ）および前記電極（５Ｂ，２３，２４）を前記タンク（３）に収容するステップにおいては、前記油入電気機器（１）と前記タンク（３）との間を接続する配管（２）を介して前記油入電気機器（１）から前記絶縁油（５５）を抽出する請求の範囲第９項に記載の油入電気機器状態分析方法。
　前記油入電気機器状態分析方法は、さらに、
　前記タンク（３）に収容された前記絶縁油（５５）を加熱するステップを含み、
　前記静電容量を測定するステップにおいては、
　前記加熱された絶縁油（５５）に浸されている前記第１の紙巻銅線（５Ａ）および前記電極（５Ｂ，２３，２４）間の静電容量を測定する請求の範囲第９項に記載の油入電気機器状態分析方法。
　絶縁紙が巻かれた銅線が絶縁油（５５）に浸されている油入電気機器（１）の状態を模擬する油入電気機器状態分析方法であって、
　前記油入電気機器（１）から抽出された前記絶縁油（５５）と、第１の銅線（２１）および前記第１の銅線（２１）に巻きつけられた第１の絶縁紙（２２）を含む第１の紙巻銅線（５Ａ）と、前記第１の紙巻銅線（５Ａ）と隣接して配置された電極（５Ｂ，２３，２４）とをタンク（３）に収容することにより、前記第１の紙巻銅線（５Ａ）と前記電極（５Ｂ，２３，２４）とを前記絶縁油（５５）で浸すステップを備え、前記第１の絶縁紙（２２）は、前記油入電気機器（１）が有する絶縁紙の材料と同じ材料からなり、
　前記タンク（３）に収容された前記第１の紙巻銅線（５Ａ）および前記電極（５Ｂ，２３，２４）間に交流電圧を印加することによって、前記第１の紙巻銅線（５Ａ）および前記電極（５Ｂ，２３，２４）間を通して流れる電流を測定するステップをさらに備える油入電気機器状態分析方法。
　前記絶縁油（５５）ならびに前記第１の紙巻銅線（５Ａ）および前記電極（５Ｂ，２３，２４）を前記タンク（３）に収容するステップにおいては、前記油入電気機器（１）と前記タンク（３）との間を接続する配管（２）を介して前記油入電気機器（１）から前記絶縁油（５５）を抽出する請求の範囲第１２項に記載の油入電気機器状態分析方法。
　前記油入電気機器状態分析方法は、さらに、
　前記タンク（３）に収容された前記絶縁油（５５）を加熱するステップを含み、
　前記電流を測定するステップにおいては、
　前記加熱された絶縁油（５５）に浸されている前記第１の紙巻銅線（５Ａ）および前記電極（５Ｂ，２３，２４）間に交流電圧を印加することによって、前記電流を測定する請求の範囲第１２項に記載の油入電気機器状態分析方法。
　前記電極は、第２の銅線および前記第２の銅線に巻きつけられた第２の絶縁紙を含む第２の紙巻銅線（５Ｂ）を含み、
　前記第２の絶縁紙は、前記油入電気機器（１）が有する絶縁紙の材料と同じ材料からなる、請求の範囲第９項または第１２項に記載の油入電気機器状態分析方法。
　前記電極（２３，２４）は、前記第１の絶縁紙（２２）の表面の一部が前記絶縁油（５５）と接触するように、前記絶縁紙（２２）の前記表面に配置される、請求の範囲第９項または第１２項に記載の油入電気機器状態分析方法。