(57)【要約】      （修正有）【課題】絶縁油に添加された粒子の凝集を検出し、絶縁油の絶縁性能を適切に管理することが可能な静止誘導電器を提供する。【解決手段】静止誘導電器１０ａは、鉄心２と、鉄心２に装着された巻線１と、鉄心２および巻線１を収容するタンク４と、タンク４に充填され、添加粒子を含む絶縁油３と、絶縁油３に含まれる粒子の粒度分布を測定する粒度分布測定装置６と、粒度分布測定装置６の測定値を解析する解析装置７と、解析装置７の解析結果を出力する出力装置８と、を備える。解析装置７は、粒度分布測定装置６の測定結果から、添加粒子の粒径よりも小さい粒径を有する粒子の有無を判定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄心と、前記鉄心に装着された巻線と、前記鉄心および前記巻線を収容するタンクと、前記タンクに充填され、添加粒子を含む絶縁油と、前記絶縁油に含まれる粒子の粒度分布を測定する粒度分布測定装置と、前記粒度分布測定装置の測定値を解析する解析装置と、前記解析装置の解析結果を出力する出力装置と、を備え、
前記解析装置は、前記粒度分布測定装置の測定結果から、前記添加粒子の粒径よりも小さい粒径を有する粒子の有無を判定することを特徴とする静止誘導電器。
【請求項２】
前記絶縁油は、前記添加粒子を分散させるための分散剤を含み、
前記分散剤は、前記絶縁油中で前記添加粒子よりも粒径が小さい凝集体を形成し、
前記解析装置は、前記分散剤の前記凝集体の有無を判定することを特徴とする請求項１に記載の静止誘導電器。
【請求項３】
前記出力装置は、前記解析装置によって前記添加粒子よりも小さい粒径を有する粒子が検出された場合、警告を発生することを特徴とする請求項１に記載の静止誘導電器。
【請求項４】
前記解析装置は、前記粒度分布測定装置で測定された前記絶縁油中の粒子の粒径の経時変化を調べることを特徴とする請求項１に記載の静止誘導電器。
【請求項５】
前記出力装置は、前記粒子の粒径が時間の経過とともに大きくなる傾向が認められた場合、所定の粒径を超える前に警告を発生することを特徴とする請求項４に記載の静止誘導電器。
【請求項６】
前記粒度分布測定装置は、前記添加粒子の個数を測定し、
前記解析装置は、前記個数の経時変化を調べることを特徴とする請求項１に記載の静止誘導電器。
【請求項７】
前記出力装置は、前記添加粒子の個数が時間の経過とともに小さくなる傾向が認められた場合、所定の値を下回る前に警告を発生することを特徴とする請求項６に記載の静止誘導電器。
【請求項８】
前記粒度分布測定装置は、前記タンクに設けられていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の静止誘導電器。
【請求項９】
前記絶縁油を冷却するラジエータと、前記タンクと前記ラジエータとを接続する配管とを備え、
前記粒度分布測定装置は、前記配管に設けられていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の静止誘導電器。
【請求項１０】
前記配管から分岐するバイパス配管を備え、
前記粒度分布測定装置は、前記バイパス配管に設けられていることを特徴とする請求項９に記載の静止誘導電器。
【請求項１１】
前記タンクに前記絶縁油が循環する循環配管が設けられ、
前記粒度分布測定装置は、前記循環配管に設けられていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の静止誘導電器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静止誘導電器に関する。
【背景技術】
【０００２】
静止誘導電器（電力用変圧器等）の絶縁性能は、信頼性に関わる重要な特性である。変圧器には、交流や直流電圧、雷などのサージが印可される。変圧器の絶縁性能が不十分な場合、機器が破壊に至ることもあるため、絶縁材料を用いて様々な電圧に対して保護するように構成されている。
【０００３】
例えば、油入変圧器は、鉄心と、鉄心に装着された巻線と、鉄心および巻線を収容するタンクと、タンクに充填された絶縁油とを含む。一般的な油入変圧器において、絶縁油はタンクの中を循環しており、巻線の発熱により加熱された絶縁油が、配管を経由してタンクからラジエータに流入し、ラジエータにて放熱されることで、タンク内を冷却するように構成されている。絶縁油は、変圧器の絶縁と冷却の両方を担う重要な構成要素であり、変圧器の信頼性を向上するためには、絶縁油の冷却性能および絶縁性能を向上することが重要である。
【０００４】
特許文献１には、（ａ）約９９．９９体積％〜約９８体積％のキャリヤー液と、（ｂ）約０．０１体積％〜約２体積％の非金属粒子とから成る安定なコロイド流体であって、コロイド流体は、約５０ガウス未満の飽和磁化を有することを特徴とするコロイド流体が開示されている。特許文献１によれば、絶縁油の絶縁性能または冷却性能あるいはその両方を向上できるとされている。
【０００５】
特許文献２には、絶縁油の循環路を有する油入電気機器において、上記絶縁油中の粒子を検知する検知装置と、この検知装置の出力に応動する警報装置を備えたことを特徴とする油入電気機器が開示されている。特許文献２は、油入変圧器の稼働中に、固体絶縁物として使用される絶縁紙などのセルロース繊維などを主とする塵埃を検知する手法である。特許文献２によれば、油中のじんあい量を一定値以下に管理できると共に異常を容易に知ることができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００１−５０９６３５号公報
【特許文献２】特開昭６３−２２９７０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
絶縁油の絶縁性能を維持するためには、添加した粒子の凝集を検出し、管理することが重要である。上述した特許文献１には、分散相の凝集を低減または防止するために絶縁油に添加物質を添加することが提案されているが、分散相の凝集を検出することについては、具体的な言及が無い。
【０００８】
特許文献２に記載の技術は、粒子カウンタによって絶縁油中のじんあいの量を検出し、所定の量に管理することが記載されているが、やはり粒子の凝集を検出することについては具体的な言及がない。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑み、絶縁油に添加された粒子の凝集を検出し、絶縁油の絶縁性能を適切に管理することが可能な静止誘導電器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するための本発明の静止誘導電器の一態様は、鉄心と、鉄心に装着された巻線と、鉄心および巻線を収容するタンクと、タンクに充填され、添加粒子を含む絶縁油と、絶縁油に含まれる粒子の粒度分布を測定する粒度分布測定装置と、粒度分布測定装置の測定値を解析する解析装置と、解析装置の解析結果を出力する出力装置と、を備え、解析装置は、粒度分布測定装置の測定結果から、添加粒子の粒径よりも小さい粒径を有する粒子の有無を判定することを特徴とする。
【００１１】
本発明のより具体的な構成は、特許請求の範囲に記載される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、絶縁油に添加された粒子の凝集を検出し、絶縁油の絶縁性能を適切に管理することが可能な静止誘導電器を提供することができる。
【００１３】
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例１の静止誘導電器の模式図
【図２】絶縁油中の第２の粒子が凝集体を形成していない場合の粒度分布の出力結果を示すグラフ
【図３】絶縁油中の第２の粒子が凝集体を形成した場合の粒度分布の出力結果を示すグラフ
【図４】第１の粒子の粒度分布の経時変化を示すグラフ
【図５】粒径の時間変化を示すグラフ
【図６】第１の粒子の粒径とカウント数との関係を示すグラフ
【図７】実施例２の静止誘導電器の模式図
【図８】実施例３の静止誘導電器の模式図
【図９】実施例４の静止誘導電器の模式図
【図１０】実施例５の静止誘導電器の模式図
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１５】
図１は実施例１の静止誘導電器の模式図である。図１に示すように、実施例１の静止誘導電器１０ａは、鉄心２と、鉄心２に装着された巻線１と、鉄心２および巻線１を収容するタンク４と、タンク４に充填され、粒径の異なる複数種の粒子を含む電気絶縁油（以下、単に「絶縁油」と称する。）３と、絶縁油３中の粒子の粒径を測定する粒度分布測定装置６と、粒度分布測定装置６の測定値を解析する解析装置７と、解析装置７の解析結果を出力する出力装置８とを備える。
【００１６】
粒度分布測定装置６に特に限定は無く、絶縁油に含まれる粒子の粒度分布を測定できるものであれば良い。例えば、光学的な動的光散乱または静的光散乱等を利用する光散乱方式で粒径を測定する装置であっても良い。また、光遮蔽方式により粒度分布を測定する装置であっても良く、そのような装置の場合、半導体レーザ等の発光部、受光部およびレンズ等から構成される素子を備える。
【００１７】
図１では、解析装置７および出力装置８を別の装置として描いているが、これら２つは、出力結果を備えるコンピューターで構成されていても良い。タンク４は、配管９を通してラジエータ５と接続されている。
【００１８】
絶縁油は、炭化水素を主成分とするパラフィン系およびナフテン系の鉱油、シリコーン油や、生分解性の高い絶縁油として天然エステル系絶縁油、合成エステル系絶縁油などが用いられる。絶縁油には、絶縁性能や冷却性能を高めるために添加粒子（第１の粒子）が添加され、さらに添加粒子の分散性を向上するために、界面活性剤や分散剤等の粒子（第２の粒子）が添加される。第１の粒子は、例えば金属酸化物等の無機粒子および有機粒子の中から１種以上を組み合わせて使用する。
【００１９】
第１の粒子の粒径は、例えば数十ｎｍであり、第２の粒子の粒径は、例えば数ｎｍである。第２の粒子は、通常は第１の粒子の表面に結合し、第１の粒子と絶縁油との親和性を高めて第１の粒子同士の凝集を防ぐが、何らかの原因で第２の粒子が第１の粒子の表面から離れ、第２の粒子のみが凝集して凝集体を形成することがある。例えば、分散剤として界面活性剤を用いた場合、界面活性剤は第１の粒子の表面に吸着されるものと、第１の粒子の表面から離れ、凝集したミセルを形成することがある。
【００２０】
第２の粒子の凝集体が発生すると、第１の粒子の表面の第２の粒子が減少し、第１の粒子の凝集を防止する効果が得られなくなる。したがって、この第２の粒子の凝集体の発生を検出することが、絶縁油の絶縁性能や冷却性能を適切なレベルに管理する上で重要である。
【００２１】
第２の粒子の凝集体のサイズは、第２の粒子の粒径よりも大きいが、第１の粒子の粒径よりは小さい。したがって、例えば第１の粒子の凝集を検知することを目的として、第１の粒子の粒径よりも大きな粒径の粒子を検出する設定では、第１の粒子よりも粒径が小さい第２の粒子のミセルを発見することはできない。
【００２２】
そこで、本発明は、この第２の粒子の凝集体の生成を発見すべく、絶縁油中の粒子の粒度分布を広範囲で測定する構成を有している。すなわち、第１の粒子よりも小さい粒径を有する第２の粒子を検出可能な構成を有している。
【００２３】
図２は絶縁油中の第２の粒子が凝集体を形成していない場合の粒度分布の出力結果を示すグラフであり、図３は絶縁油中の第２の粒子が凝集体を形成した場合の粒度分布の出力結果を示すグラフである。図２および図３中、横軸は粒径であり、縦軸は頻度、散乱強度、カウント数等、粒度分布測定装置６の装置の原理による出力値である。
【００２４】
図２の粒度分布では、第１の粒子および第２の粒子のピークのみが検出されるのに対し、図３では第１の粒子および第２の粒子の間の粒径を有するピークが検出される。これが第２の粒子の凝集体であると認められる。静止誘導電器１０ａの稼働初期には図２のような出力結果が得られるが、稼働後、時間が経過すると図３のような出力結果となる。このように、過去の測定データ（図２）と現在の測定データ（図３）とを照らし合わせ、過去とは異なる分布を検出することで粒子の凝集を現出することができる。
【００２５】
出力装置８に図３に示すような結果が出力された場合、出力装置８が警報を発生する構成を有していることが好ましい。警報は、モニターに表示されてもよいし、警告音が鳴らされるようにしていても良い。この警報によって、管理者は、第２の粒子の凝集体が生成し、絶縁油が十分な絶縁性能または冷却性能を満たさなくなる恐れがあるため、静止誘導電器１０ａのメンテナンスを行う必要があることを知ることができる。
【００２６】
図４は第１の粒子の粒度分布の経時変化を示すグラフである。図４において、実線は静止誘導電器１０ａの稼働初期の粒度分布で、点線は静止誘導電器１０ａの稼働から所定の時間経過後の粒度分布である。図４に示すように、絶縁油３中の第１の粒子は、第２の粒子が凝集体を形成していなくても、タンク４内でトラップや滞留などにより第１の粒子が一か所に集まり凝集した場合も同様に、絶縁油の絶縁性能や冷却性能が低下する恐れがある。そこで、この粒度分布の経時変化を出力装置８に出力し、管理者に知らせる構成とすることが好ましい。
【００２７】
図５は粒径の時間変化を示すグラフである。縦軸は粒径、横軸は時間とし、黒丸は取得データから蓄積した粒径（平均粒径や最大粒径等）であり、白丸は黒丸のデータを基に処理した予測点を表す。解析装置７は、得られたデータ（黒丸）から将来の粒径（白丸）を予測し、許容される粒径Ｄｍａｘを超える可能性がある場合には、警報と時間を出すことが可能となる。これらの予測はデータの蓄積に従って能動的に予測を変化していくことも可能であり、これによって絶縁性能を維持できる期間を把握し、信頼性を向上できる。
【００２８】
また、第１の粒子の凝集は、粒子カウンタ等により粒径とその個数（カウント数）や、密度を測定または算出可能なデータを出力する手段を有するセンサを用いることで検知することも可能である。
【００２９】
図６は第１の粒子の粒径とカウント数との関係を示すグラフである。図６において、実線は静止誘導電器１０ａの稼働初期の測定結果、点線は稼働後、所定の時間が経過した後の測定結果を表す。図６に示すように、初期の結果と比較して流路に流れる絶縁油中の第１の粒子自体が減少することが考えられる。この減少量が許容レベルを超えた場合に、出力装置８が警報を発することで、静止誘導電器１０ａのメンテナンスを行う必要があることを管理者に知らせることができる。
【００３０】
出力装置８は、図４〜図６のグラフを出力する際に発する警報の種類を変えたり、出力画面に異なる種類のアラートを発生し、絶縁油中の粒子の状態とメンテナンスの必要性を管理者に知らせることも可能である。
【実施例２】
【００３１】
図７は実施例２の静止誘導電器の模式図である。本実施例の静止誘導電器１０ｂは、タンク４に粒度分布測定装置６を設けるのではなく、タンク４から絶縁油を採取する観察用のタンク４１を設け、この観察用のタンク４１に粒度分布測定装置６を設けている点が実施例１の静止誘導電器１０ａと異なる。このような構成にすることにより、タンク４内での絶縁油３の流れに影響されることなく、より高精度な粒径測定が可能となる。
【実施例３】
【００３２】
図８は実施例３の静止誘導電器の模式図である。本実施例の静止誘導電器１０ｃは、タンク４に粒度分布測定装置６を設けるのではなく、タンク４とラジエータ５とをつなぐ配管９に粒度分布測定装置６を設けている点が実施例１の静止誘導電器１０ａと異なる。粒度分布測定装置６として、例えば粒子カウンタを用いる場合は、測定対象が一定の方向に流れていることを必要とする場合がある。この場合は、図８に示すように、ラジエータ５に接続される配管９に粒度分布測定装置６を設置することで、一定方向への流れの中での計測が可能となる。
【実施例４】
【００３３】
図９は実施例４の静止誘導電器の模式図である。本実施例の静止誘導電器１０ｄは、タンク４に粒度分布測定装置６を設けるのではなく、タンク４とラジエータ５とをつなぐ配管９に設けたバイパス配管１１に粒度分布測定装置６および流速制御装置６１を設けている点が実施例１の静止誘導電器１０ａと異なる。このように、絶縁油の流速を制御可能な環境にすることで、より高精度な粒径測定が可能となる。
【実施例５】
【００３４】
図１０は実施例５の静止誘導電器の模式図である。本実施例の静止誘導電器１０ｅは、タンク４に粒度分布測定装置６を設けるのではなく、タンク４に設けた循環配管１２に粒度分布測定装置６を設けている点が実施例１の静止誘導電器１０ａと異なる。このような構成とすることで、ラジエータ５を有しない自冷式の油入変圧器の場合でも、絶縁油の流れの方向に沿って配管を取り付けることで、一定方向への流れの中での計測が可能となる。
【００３５】
以上、説明したように、本発明によれば、絶縁油に添加された粒子の凝集を検出し、絶縁油の絶縁性能を適切に管理することが可能な静止誘導電器を提供できることが示された。
【００３６】
上述した実施形態や実験例は、本発明の理解を助けるために説明したものであり、本発明は、記載した具体的な構成のみに限定されるものではない。例えば、実施形態の構成の一部を当業者の技術常識の構成に置き換えることが可能であり、また、実施形態の構成に当業者の技術常識の構成を加えることも可能である。すなわち、本発明は、本明細書の実施形態や実験例の構成の一部について、発明の技術的思想を逸脱しない範囲で、削除・他の構成に置換・他の構成の追加をすることが可能である。
【００３７】
本発明は、静止誘導電器（特に電力用変圧器）を例にして説明したが、電気絶縁油を使用するすべての装置に適用できる。
【符号の説明】
【００３８】
１…巻線、２…鉄心、３…絶縁油、４…タンク、４１…観察用タンク、５…ラジエータ、６…粒度分布測定装置、７…解析装置、８…出力装置、９…配管、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ…静止誘導電器、１１…バイパス配管、１２…循環配管、６１…流速制御装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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