(57)【要約】  本発明は、絶縁油としてエステル油を用いた油入電気機器の過熱温度の推定方法である。エステル油中に含まれる２種類のガス成分の濃度比率である第１の濃度比率と、別の２種類のガス成分の濃度比率である第２の濃度比率とに基づいて、過熱温度を推定する。第１の濃度比率および第２の濃度比率は、アセチレンとエタンとの濃度比率、アセチレンと水素との濃度比率、アセチレンとメタンとの濃度比率、および、アセチレンとエチレンとの濃度比率から選択される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁油としてエステル油を用いた油入電気機器の過熱温度の推定方法であって、
前記エステル油中に含まれる２種類のガス成分の濃度比率である第１の濃度比率と、別の２種類のガス成分の濃度比率である第２の濃度比率とに基づいて、前記過熱温度を推定し、
前記第１の濃度比率および前記第２の濃度比率は、アセチレンとエタンとの濃度比率、アセチレンと水素との濃度比率、アセチレンとメタンとの濃度比率、および、アセチレンとエチレンとの濃度比率から選択されることを特徴とする、推定方法。
【請求項２】
前記第１の濃度比率および前記第２の濃度比率のいずれかは、前記アセチレンとエタンとの濃度比率である、請求項１に記載の推定方法。
【請求項３】
前記第１の濃度比率および前記第２の濃度比率は、前記アセチレンとエタンとの濃度比率、前記アセチレンとメタンとの濃度比率、および、前記アセチレンとエチレンとの濃度比率から選択される、請求項２に記載の推定方法。
【請求項４】
前記アセチレンとエタンとの濃度比率は、エタンに対するアセチレンの濃度比率であり、
前記アセチレンと水素との濃度比率は、水素に対するアセチレンの濃度比率であり、
前記アセチレンとメタンとの濃度比率は、メタンに対するアセチレンの濃度比率であり、
前記アセチレンとエチレンとの濃度比率は、エチレンに対するアセチレンの濃度比率である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の推定方法。
【請求項５】
絶縁油としてエステル油を用いた油入電気機器の過熱温度の推定方法であって、
前記エステル油中に含まれる２種類のガス成分の濃度比率である第１の濃度比率と、別の２種類のガス成分の濃度比率である第２の濃度比率とに基づいて、前記過熱温度を推定し、
前記エステル油中にアセチレンが含まれている場合は、前記第１の濃度比率および前記第２の濃度比率は、アセチレンとエタンとの濃度比率、アセチレンと水素との濃度比率、アセチレンとメタンとの濃度比率、および、アセチレンとエチレンとの濃度比率から選択され、
前記エステル油中にアセチレンが含まれていない場合は、前記第１の濃度比率および前記第２の濃度比率は、エチレンと水素との濃度比率、エタンと水素との濃度比率、エチレンとメタンとの濃度比率、および、メタンとエタンとの濃度比率から選択されることを特徴とする、推定方法。
【請求項６】
前記エステル油中にアセチレンが含まれている場合は、前記第１の濃度比率および前記第２の濃度比率のいずれかは、前記アセチレンとエタンとの濃度比率であり、
前記エステル油中にアセチレンが含まれていない場合は、前記第１の濃度比率および前記第２の濃度比率のいずれかは、前記エチレンと水素との濃度比率、または、前記エタンと水素との濃度比率である、
請求項５に記載の推定方法。
【請求項７】
前記エステル油中にアセチレンが含まれている場合は、前記第１の濃度比率および前記第２の濃度比率は、前記アセチレンとエタンとの濃度比率、および、前記アセチレンとメタンとの濃度比率であり、
前記エステル油中にアセチレンが含まれていない場合は、前記第１の濃度比率および前記第２の濃度比率は、前記エチレンと水素との濃度比率、および、前記エタンと水素との濃度比率である、請求項６に記載の推定方法。
【請求項８】
前記アセチレンとエタンとの濃度比率は、エタンに対するアセチレンの濃度比率であり、
前記アセチレンと水素との濃度比率は、水素に対するアセチレンの濃度比率であり、
前記アセチレンとメタンとの濃度比率は、メタンに対するアセチレンの濃度比率であり、
前記アセチレンとエチレンとの濃度比率は、エチレンに対するアセチレンの濃度比率であり、
前記エチレンと水素との濃度比率は、水素に対するエチレンの濃度比率であり、
前記エタンと水素との濃度比率は、水素に対するエタンの濃度比率であり、
前記エチレンとメタンとの濃度比率は、メタンに対するエチレンの濃度比率であり、
前記メタンとエタンとの濃度比率は、エタンに対するメタンの濃度比率である、
請求項５〜７のいずれか１項に記載の推定方法。
【請求項９】
前記第１の濃度比率を横軸とし、前記第２の濃度比率を縦軸とする過熱温度評価図において、エリア分けを行い、第１の濃度比率および第２の濃度比率の測定値に対応するプロットが過熱温度評価図のどのエリアに入るかで過熱温度推定を行う、請求項１〜８のいずれか１項に記載の推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁油としてエステル油を用いた油入電気機器の過熱温度の推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
変圧器等の油入電気機器については、機器を停止させることなく、絶縁油中のガス成分の種類や濃度、複数のガス成分間の濃度比率などを指標として、過熱異常等の異常を診断する方法が知られている（例えば、非特許文献１（Z．Wang，X．Wang，X．Yi  and  S．  Li，“Gas  Generation  in  Natural  Ester  and  Mineral  Oil  Under  Partial  Discharge  and  Sparking  Faults”，IEEE  Electrical  Insulation  Magazine，Vol．29，No．5，pp．62-70，2013年）および非特許文献２（電気協同研究、第54巻、第5号(その１)、油入変圧器の保守管理、電気協同研究会、1999年2月））。【０００３】
このような油中ガス分析による異常診断方法は、鉱油を絶縁油として用いた油入変圧器については、実績が多く、異常診断のガイドラインも国内外で提案されている。【０００４】
一方で、例えば、車載用（鉄道車両用など）の油入電気機器（変圧器など）においては、安全性を重視して、鉱油より引火点が高く、安全性の高い非鉱油系絶縁油（例えば、シリコーン油）が用いられる場合がある。さらに、近年は、安全性だけでなく、生分解性に優れ、環境負荷の低いエステル油の適用が進んでいる（例えば、特許文献１（特開２０１３−１３１５１１号公報））。【０００５】
しかし、シリコーン油、エステル油などの非鉱油系絶縁油は、鉱油と組成が異なるため、放電、過熱等の異常時に生成するガス成分の種類、ガス成分間の濃度比などが鉱油とは異なる。【０００６】
特許文献２（特許第５８７２１２７号公報）には、シリコーン油を絶縁油として用いた油入電気機器について、シリコーン油中のガス成分の濃度比率に基づいて異常診断（過熱温度推定）を行う方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３−１３１５１１号公報
【特許文献２】特許第５８７２１２７号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Z．Wang，X．Wang，X．Yi  and  S．  Li，“Gas  Generation  in  Natural  Ester  and  Mineral  Oil  Under  Partial  Discharge  and  Sparking  Faults”，IEEE  Electrical  Insulation  Magazine，Vol．29，No．5，pp．62-70，2013年
【非特許文献２】電気協同研究、第54巻、第5号(その１)、油入変圧器の保守管理、電気協同研究会、1999年2月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、エステル油を使用した油入電気機器の過熱温度推定を行う方法は確立されていない。【００１０】
また、エステル油は鉱油およびシリコーン油と組成が異なるため、エステル油において、放電異常、過熱異常等の異常発生時に生成するガス成分の種類、濃度、複数のガス成分間の濃度比などは、鉱油およびシリコーン油の場合とは異なる。このため、鉱油およびシリコーン油を使用した油入電気機器の過熱温度推定方法を、エステル油を使用した油入電気機器の過熱温度推定にそのまま用いることは適切でない。【００１１】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、エステル油を絶縁油として用いた油入電気機器について、エステル油中のガス成分を指標として加熱温度を高い精度で推定することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、絶縁油としてエステル油を用いた油入電気機器の過熱温度の推定方法である。エステル油中に含まれる２種類のガス成分の濃度比率である第１の濃度比率と、別の２種類のガス成分の濃度比率である第２の濃度比率とに基づいて、過熱温度を推定する。第１の濃度比率および第２の濃度比率は、アセチレンとエタンとの濃度比率、アセチレンと水素との濃度比率、アセチレンとメタンとの濃度比率、および、アセチレンとエチレンとの濃度比率から選択される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、エステル油を絶縁油として用いた油入電気機器について、エステル油中のガス成分を指標として過熱温度を高い精度で推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】合成エステル油について、表３に示すガス成分濃度比と加熱温度（７００℃以下）との関係を示すグラフである。
【図２】合成エステル油について、表３に示すガス成分濃度比と加熱温度（７００℃以下）との関係を示すグラフである。
【図３】合成エステル油について、表３に示すガス成分濃度比と加熱温度（７００℃以下）との関係を示すグラフである。
【図４】合成エステル油について、表３に示すガス成分濃度比と加熱温度（７００℃以下）との関係を示すグラフである。
【図５】合成エステル油について、表３に示すガス成分濃度比と加熱温度（７００℃以下）との関係を示すグラフである。
【図６】合成エステル油について、表３に示すガス成分濃度比と加熱温度（７００℃以下）との関係を示すグラフである。
【図７】合成エステル油について、表３に示すガス成分濃度比と加熱温度（７００℃以下）との関係を示すグラフである。
【図８】合成エステル油について、表３に示すガス成分濃度比と加熱温度（７００℃以下）との関係を示すグラフである。
【図９】合成エステル油について、表３に示すガス成分濃度比と加熱温度（７００℃以下）との関係を示すグラフである。
【図１０】合成エステル油について、表３に示すガス成分濃度比と加熱温度（７００℃以下）との関係を示すグラフである。
【図１１】合成エステル油について、表３に示すガス成分濃度比と加熱温度（９００℃以下）との関係を示すグラフである。
【図１２】合成エステル油について、表３に示すガス成分濃度比と加熱温度（９００℃以下）との関係を示すグラフである。
【図１３】合成エステル油について、表３に示すガス成分濃度比と加熱温度（９００℃以下）との関係を示すグラフである。
【図１４】合成エステル油について、表３に示すガス成分濃度比と加熱温度（９００℃以下）との関係を示すグラフである。
【図１５】合成エステル油について、表３に示すガス成分濃度比と加熱温度（９００℃以下）との関係を示すグラフである。
【図１６】合成エステル油について、表３に示すガス成分濃度比と加熱温度（９００℃以下）との関係を示すグラフである。
【図１７】合成エステル油について、表３に示すガス成分濃度比と加熱温度（９００℃以下）との関係を示すグラフである。
【図１８】合成エステル油について、表３に示すガス成分濃度比と加熱温度（９００℃以下）との関係を示すグラフである。
【図１９】合成エステル油について、表３に示すガス成分濃度比と加熱温度（９００℃以下）との関係を示すグラフである。
【図２０】合成エステル油について、表３に示すガス成分濃度比と加熱温度（９００℃以下）との関係を示すグラフである。
【図２１】天然エステル油について、表３に示すガス成分濃度比と加熱温度（７００℃以下）との関係を示すグラフである。
【図２２】天然エステル油について、表３に示すガス成分濃度比と加熱温度（７００℃以下）との関係を示すグラフである。
【図２３】天然エステル油について、表３に示すガス成分濃度比と加熱温度（７００℃以下）との関係を示すグラフである。
【図２４】天然エステル油について、表３に示すガス成分濃度比と加熱温度（７００℃以下）との関係を示すグラフである。
【図２５】天然エステル油について、表３に示すガス成分濃度比と加熱温度（７００℃以下）との関係を示すグラフである。
【図２６】天然エステル油について、表３に示すガス成分濃度比と加熱温度（７００℃以下）との関係を示すグラフである。
【図２７】天然エステル油について、表３に示すガス成分濃度比と加熱温度（７００℃以下）との関係を示すグラフである。
【図２８】天然エステル油について、表３に示すガス成分濃度比と加熱温度（７００℃以下）との関係を示すグラフである。
【図２９】天然エステル油について、表３に示すガス成分濃度比と加熱温度（７００℃以下）との関係を示すグラフである。
【図３０】天然エステル油について、表３に示すガス成分濃度比と加熱温度（７００℃以下）との関係を示すグラフである。
【図３１】天然エステル油について、表３に示すガス成分濃度比と加熱温度（９００℃以下）との関係を示すグラフである。
【図３２】天然エステル油について、表３に示すガス成分濃度比と加熱温度（９００℃以下）との関係を示すグラフである。
【図３３】天然エステル油について、表３に示すガス成分濃度比と加熱温度（９００℃以下）との関係を示すグラフである。
【図３４】天然エステル油について、表３に示すガス成分濃度比と加熱温度（９００℃以下）との関係を示すグラフである。
【図３５】天然エステル油について、表３に示すガス成分濃度比と加熱温度（９００℃以下）との関係を示すグラフである。
【図３６】天然エステル油について、表３に示すガス成分濃度比と加熱温度（９００℃以下）との関係を示すグラフである。
【図３７】天然エステル油について、表３に示すガス成分濃度比と加熱温度（９００℃以下）との関係を示すグラフである。
【図３８】天然エステル油について、表３に示すガス成分濃度比と加熱温度（９００℃以下）との関係を示すグラフである。
【図３９】天然エステル油について、表３に示すガス成分濃度比と加熱温度（９００℃以下）との関係を示すグラフである。
【図４０】天然エステル油について、表３に示すガス成分濃度比と加熱温度（９００℃以下）との関係を示すグラフである。
【図４１】合成エステル油についての過熱温度評価図の一例である。
【図４２】合成エステル油についての過熱温度評価図の一例である。
【図４３】合成エステル油についての過熱温度評価図の一例である。
【図４４】合成エステル油についての過熱温度評価図の一例である。
【図４５】天然エステル油についての過熱温度評価図の一例である。
【図４６】天然エステル油についての過熱温度評価図の一例である。
【図４７】天然エステル油についての過熱温度評価図の一例である。
【図４８】天然エステル油についての過熱温度評価図の一例である。
【図４９】実施形態２の過熱温度推定方法を示すフロー図である。
【図５０】試験例１において、エステル油を使用した油入電気機器の過熱異常を模擬した試験系の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について説明する。
（実施形態１）
本実施形態の推定方法は、絶縁油としてエステル油を用いた油入電気機器について、過熱温度の推定方法である。過熱温度とは、油入電気機器において過熱異常等の温度上昇が発生したときにおける油入電気機器の温度上昇部の温度である。
【００１６】
油入電気機器としては、例えば、コイル絶縁紙が巻きつけられたコイル銅がエステル油内に配置された油入電気機器が挙げられ、具体的には変圧器などが挙げられる。なお、車載用（鉄道車両用など）の油入電気機器においては、安全性を重視してエステル油が用いられる場合が多いため、本実施形態の診断方法は、車載用の油入電気機器に好適に用いることができる。
【００１７】
エステル油とは、エステル結合を有する油を主成分として（例えば、９０質量％以上）含む油である。
【００１８】
エステル油としては、例えば、多価アルコールとカルボン酸とのエステル化反応によって得られるポリオールエステル、脂肪族カルボン酸とモノアルコールとのエステル化反応によって得られる脂肪族エステルなどが挙げられる。
【００１９】
エステル油は、日本国内では３種類（合成エステル油、天然エステル油、植物系エステル油）に分類されており、海外では２種類（合成エステル油、天然エステル油）に分類されている。
【００２０】
なお、国際電気標準会議（ＩＥＣ）の定義によれば、合成エステル油(ポリオールエステル)は、炭素、水素および酸素のみを含み、単価もしくは多価アルコールと単塩基、または、多塩基脂肪酸、芳香族酸などから合成されるものであり、エステル結合が一つまたは複数のエステルの混合物で構成されているもの（ＩＥＣ６１０９９）である。また、天然エステル油（植物油）は、種子から得られる植物油、および、その他の適切な生体物質から得られる油であって、トリグリセリドで構成されているもの（ＩＥＣ６２７７０）である。
【００２１】
表１に、絶縁油の一例についての種類と比較を示す。表１において、Ａ〜Ｃの表記は、「Ａ：鉱油より優れる、Ｂ：鉱油と同等である、Ｃ：鉱油に劣る」ことを意味する。
【００２２】
【表１】
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本実施形態の推定方法では、エステル油中に含まれる２種類のガス成分の濃度比率である第１の濃度比率と、別の２種類のガス成分の濃度比率である第２の濃度比率とに基づいて、過熱温度を推定する。ここで、第１の濃度比率および第２の濃度比率は、アセチレンとエタンとの濃度比率、アセチレンと水素との濃度比率、アセチレンとメタンとの濃度比率、および、アセチレンとエチレンとの濃度比率から選択される。
【００２３】
これらのアセチレンに関する濃度比率は、エステル油の加熱温度との相関性が極めて高いため、アセチレンを指標とすることで高精度に過熱温度の推定を行うことが出来る。また、アセチレンに関する濃度比率は、高温条件（例えば７００℃超）においても温度との相関性が高いため、高温の過熱異常が発生したときでも、高精度に過熱温度の推定を行うことが出来る。
【００２４】
さらに、これらの濃度比率は、本発明者らの検討によって、エステル油が天然エステル油である場合に、エステル油の温度上昇に伴う変化量が特に大きいことが判明した２種のガス成分の濃度比率の組み合わせである。これらの濃度比率に基づいて過熱温度推定を行うことで、診断誤差を低減でき、高精度に過熱温度の推定を行うことが出来る。
【００２５】
第１の濃度比率および第２の濃度比率のいずれかは、アセチレンとエタンとの濃度比率であることが好ましい。この場合、アセチレンとエタンとの濃度比率が、上記の３つの濃度比率のうちでエステル油の温度上昇に伴う変化量が最も大きいため、より高精度に過熱温度の推定を行うことが出来る。
【００２６】
なお、シリコーン油では、エステル油よりもアセチレンが発生し難く、過熱異常が発生しても８００℃程度まではアセチレンは発生しないため、絶縁油としてシリコーン油を用いた油入電気機器についての過熱温度推定の指標としては、アセチレンを用いることはできなかった。これに対し、本発明者らは、絶縁油としてエステル油を用いた油入電気機器の場合は、アセチレンを過熱温度推定の指標として用いることが可能であることを見出した。
【００２７】
第１の濃度比率および第２の濃度比率は、アセチレンとエタンとの濃度比率、および、アセチレンとメタンとの濃度比率、および、アセチレンとエチレンとの濃度比率から選択されることが好ましい。この場合、水素を指標としていないため後述するStray  Gassingによる影響がなく、より高精度に過熱温度の推定を行うことが出来る。
【００２８】
なお、アセチレンとエタンとの濃度比率は、エタンに対するアセチレンの濃度比率（アセチレン／エタン）であることが好ましい。アセチレンと水素との濃度比率は、水素に対するアセチレンの濃度比率（アセチレン／水素）であることが好ましい。アセチレンとメタンとの濃度比率は、メタンに対するアセチレンの濃度比率（アセチレン／メタン）であることが好ましい。アセチレンとエチレンとの濃度比率は、エチレンに対するアセチレンの濃度比率（アセチレン／エチレン）であることが好ましい。
【００２９】
これらの比率の分子と分母を逆にした比率を過熱温度推定の指標とすることもできるが、エステル油の温度と反比例の関係になり、過熱温度評価図の目盛りが見づらくなったり、見やすくするためには過熱温度評価図の目盛りの順序を逆にしたりする必要がある。このため、上記の濃度比率を指標とすることが便利である。
【００３０】
具体的な診断方法としては、第１の濃度比率を横軸とし、第２の濃度比率を縦軸とする過熱温度評価図において、エリア分けを行い（後述する図４３、４４、４７および４８参照）、第１の濃度比率および第２の濃度比率の測定値に対応するプロットが過熱温度評価図のどのエリアに入るかで過熱温度推定を行う。
【００３１】
なお、過熱温度評価図を作成するに際は、例えば、エステル油を用いた油入電気機器の過熱異常を模擬した試験系を構築し（後述する図５０参照）、エステル油を加熱して、エステル油中に溶解したガスの成分を分析する。その分析結果に基づいて、過熱温度評価図を作成することができる（後述する図４１〜図４８参照）。
【００３２】
そして、油入電気機器のエステル油中のガス成分の濃度比率を測定し、測定結果を過熱温度評価図に適用することで、エステル油入電気機器の過熱温度を推定することができる。例えば、過熱温度が予め定めた閾値温度を超えているかどうかを推定することができる。
【００３３】
そして、本実施形態の過熱温度推定方法によって推定された過熱温度に応じて、過熱温度が特定の閾値より高い場合は、対策の緊急性が高いなどの判断を行い、過熱異常発生時の適切な対処を実施することができる。
【００３４】
油入電気機器の内部異常で生成するガス成分の油中濃度は、異常部の温度以外に、異常継続時間、異常部位面積で異なり、ガス成分の濃度のみで、異常の様相（過熱温度）を推定することは困難である。しかし、油中の複数のガス成分の濃度比率は、異常部温度に依存し、異常継続時間、異常部位面積には依存しない。このため、過熱温度（異常部温度）の推定には、ガス成分の濃度比率を使用することが有効である。
【００３５】
本実施形態の診断方法を実施するためには、まず、油入電気機器内の絶縁油中の溶存ガスを含むガス（試料ガス）を抽出する必要がある。絶縁油から試料ガスを抽出する方法としては、例えば、密閉容器（あるいは密閉型の油入電気機器）内の油を攪拌し、密閉容器の上部空間（ヘッドスペース）に揮発した試料ガスを採取する方法、密閉容器内に収容した油の上部空間に真空空間を生成させて、油を真空空間に噴射させる方法、または、油に対してアルゴンガス等の不活性ガスによるバブリングを行うことで試料ガスを抽出する方法が挙げられる。
【００３６】
なお、油中ガス分析にあわせて、内部共存材料やエステル油の経年劣化の影響を把握するため、油入電気機器の内部に使用される材料の調査、エステル油の特性測定などを事前調査として行ってもよい。
【００３７】
また、本実施形態では、２つの指標を用いる場合について説明したが、上記の２つの指標に加えてさらに別の指標を追加して診断を行うことも本実施形態の診断方法に包含される。例えば、合計３つの指標を用いる場合、３次元的な過熱温度評価図を作成し、その過熱温度評価図から過熱温度推定を行うことが考えられる。
【００３８】
（ガス分析装置）
以下、本発明の過熱温度推定方法において、ガス成分の分析に用いることのできるガス分析装置の一例について説明する。
【００３９】
ガス分析装置は、主に、試料ガスを流すガス流路と、被測定成分の吸収帯のいずれかの波長を含む波長範囲の光を検出する光学検出システムとを備える。
【００４０】
光学検出システムは、基本的構成として、流路と接続されたガスセル、ガスセル内の分析ガスに光を照射する光源、および、分析ガスを透過した光を検出する光学検出器を含む。ただし、光学検出器は、分析ガスを透過した光だけでなく、分析ガスで反射された光などを検出するものであってもよい。なお、光学検出器の代わりに、ＴＣＤ（熱伝導度型検出器）、ＦＩＤ（水素炎イオン化型検出器）などを用いてもよい。
【００４１】
光学検出器で検出された光の強度等を基に、ガス成分の有無による光透過率の変化量等を求めることで、予め作成した検量線等を用いて各ガス成分の濃度を測定することができる。
【００４２】
光学検出システムは、ガス流路の途中に設けられたガスセルに導入されたガスに対して、光学的分析を行う。ガス流路へ導入されるガスは、通常は、絶縁油から採取された試料ガスと、該試料ガスをガスセル等へ導入するためのキャリアガスとを含む混合ガスである。キャリアガスとしては、特に限定されないが、特別のガスの供給を必要とせずに容易に供給できる点で、大気中の空気を用いることが好ましい。ただし、キャリアガスを用いずに、試料ガスのみをガス流路に導入してもよい。
【００４３】
なお、絶縁油（エステル油）中に含まれる複数種のガス成分を個別に測定するためには、例えば、ガス分離カラムを用いることができる。すなわち、試料ガス（油入電気機器内に充填された絶縁油を少量採取し、採取された絶縁油（試料油）中に含まれる溶存ガスなど）を、先にガス分離カラム等に流し、物理的または化学的に各々のガス成分に分離した状態でガスセル等に導入することで、各々のガス成分の濃度を測定することができる。
【００４４】
ガス分離カラムは、試料ガスを通過させることで、被測定成分毎の通過時間の違いを利用して、各々の被測定成分を分離するための器具である。ガス分離カラムとしては、ガスクロマトグラフ法に用いられる種々公知の分離カラム等を使用することができ、分析対象となる被測定成分の種類に応じて適宜選択される。
【００４５】
光源は、被測定成分の吸収帯を含む光を放射できるものであれば特に限定されないが、被測定成分の吸収帯に対応した光が赤外光である場合は、赤外光源であることが好ましい。赤外光源から放射される赤外光は、中赤外光（波長：約３〜５μｍ）であることがより好ましい。
【００４６】
例えば、試料ガス中に複数の被測定成分が含まれ、被測定成分の吸収帯が互いに近接しているような場合において、個々の被測定成分を測定するためには、他の被測定成分の吸収帯と重ならない波長の光のみを検出する必要がある。このために、光源と光学検出器との間に、所望の波長範囲の光だけを透過し、それ以外の光を透過しない光学フィルタを設けてもよい。また、光源として、所望の波長範囲の光だけを放射し、それ以外の光を放射しない光源（狭帯域光源）を用いてもよい。狭帯域光源としては、例えば、ＬＥＤ光源が挙げられる。なお、検出感度を上げるために、検出する光の波長が被測定成分の最大吸収波長を含んでいることが好ましい。
【００４７】
なお、絶縁油中のガスの分析方法としては、上記のように（１）油入電気機器（変圧器）に搭載された分析装置で測定する方法（オンライン）だけでなく、（２）油入電気機器の下部から絶縁油を採取して、別の場所に設置された分析装置で測定を行う方法（オフライン）を用いることもできる（例えば、電協研、第65巻第１号、「電力用変圧器改修ガイドライン」、第II編  第２章  ２−２〜２−５参照）。上記（１）の分析方法では、オンラインで遂次、測定結果を監視できるため、過熱異常を早期に診断できる利点がある。ただし、一般的には、上記（２）の分析方法が多く用いられており、より感度および精度の高い分析を行うことが可能である。
【００４８】
（実施形態２）
本実施形態の油入電気機器の過熱温度推定方法は、エステル油中にアセチレンが含まれていない場合は、第１の濃度比率および第２の濃度比率は、エチレンと水素との濃度比率、エタンと水素との濃度比率、エチレンとメタンとの濃度比率、および、メタンとエタンとの濃度比率から選択される点で、実施形態１とは異なる。
【００４９】
一方、エステル油中にアセチレンが含まれている場合は、実施形態１と同様に、第１の濃度比率および第２の濃度比率は、アセチレンとエタンとの濃度比率、アセチレンと水素との濃度比率、および、アセチレンとメタンとの濃度比率から選択される。
【００５０】
それ以外の点は、基本的に実施形態１と同じであるため、実施形態１と重複する説明は省略する。
【００５１】
油入電気機器における内部異常は放電と過熱が考えられ、特に重大な内部異常に進展する可能性がある放電で生成するアセチレンは、油中ガス分析による内部異常判定で重要な指標ガスとなっている。
【００５２】
しかし、油入電気機器における過熱温度が６００℃未満の場合は、アセチレンが生成しにくいため、アセチレンによるエステル油を用いた油入電気機器の内部異常の診断は困難である。したがって、このような場合は、アセチレン以外のガス成分の濃度比率に基づいて過熱温度を推定することが好ましい。
【００５３】
そして、上記のエチレンと水素との濃度比率、エタンと水素との濃度比率、エチレンとメタンとの濃度比率、および、エタンとメタンとの濃度比率は、アセチレン以外のガス成分の濃度比率のうち、本発明者らの検討によって、エステル油の温度上昇に伴う変化量が特に大きいことが判明した２種のガス成分の濃度比率の組み合わせである。これらの濃度比率に基づいて過熱温度推定を行うことで、診断誤差を低減でき、高精度に過熱温度の推定を行うことが出来る。
【００５４】
第１の濃度比率および第２の濃度比率のいずれかは、エチレンと水素との濃度比率、または、エタンと水素との濃度比率であることが好ましい。第１の濃度比率および第２の濃度比率が、エチレンと水素との濃度比率、および、エタンと水素との濃度比率であることがより好ましい。この場合、エチレンと水素との濃度比率、および、エタンと水素との濃度比率は、Ａ〜Ｆ（エタンとエチレン、エチレンとメタン、エタンとメタン、メタンと水素、エタンと水素、および、エチレンと水素）の濃度比率のうち、エステル油の温度上昇に伴う変化量が特に大きいため、より高精度に過熱温度の推定を行うことが出来る。
【００５５】
なお、エチレンと水素との濃度比率は、水素に対するエチレンの濃度比率（エチレン／水素）であることが好ましい。エタンと水素との濃度比率は、水素に対するエタンの濃度比率（エタン／水素）であることが好ましい。エチレンとメタンとの濃度比率は、メタンに対するエチレンの濃度比率（エチレン／メタン）であることが好ましい。メタンとエタンとの濃度比率は、エタンに対するメタンの濃度比率（メタン／エタン）であることが好ましい。
【００５６】
これらの比率の分子と分母を逆にした比率を過熱温度推定の指標とすることもできるが、エステル油の温度と反比例の関係になり、過熱温度評価図の目盛りが見づらくなったり、見やすくするためには過熱温度評価図の目盛りの順序を逆にしたりする必要がある。このため、上記の濃度比率を指標とすることが便利である。
【００５７】
なお、本実施形態においても、実施形態１と同様に、第１の濃度比率を横軸とし、第２の濃度比率を縦軸とする過熱温度評価図において、エリア分けを行い、第１の濃度比率および第２の濃度比率の測定値に対応するプロットが過熱温度評価図のどのエリアに入るかで過熱温度推定を行う。
【００５８】
ただし、本実施形態においては、図４９に示されるように、実際の油入電気機器のエステル油中に含まれるガス成分の分析結果（アセチレン検出の有無、および、Stray  Gassingの可能性の有無）に応じて、推定に用いる過熱温度評価図を図４１〜図４８の中から選択する。
【００５９】
なお、Stray  Gassingの可能性の有無は、例えば、「ＣＩＧＲＥ，２９６，Joint  Task  Force  D1.01/A2.11，Recent  developments  in  DGA  interpretation，２００６年６月」のｐ．１５（表１８）に記載される鉱油でのStray  Gassingの判断基準を参考に、水素、メタン、エタン等の生成の有無、および、メタンと水素との比率等を指標として判断することができる。
【実施例】
【００６０】
（試験例１）
エステル油を絶縁油として用いた油入電気機器の内部で発生する（局部）過熱状態を模擬するために、試験容器２１の内部にヒータ３１を設置し、エステル油１の加熱を行った（図５０参照）。なお、試験容器２１はコンサベータ２２を備えており、ヒータ３１には交流電源３２から電力が供給される。【００６１】
本試験例では、エステル油として、合成エステル油と天然エステル油について、分析を行った。【００６２】
ヒータ３１とエステル油１の温度を、それぞれ温度計４１と温度計４２で測定した。温度計４１，４２の測定を基にヒータ３１の加熱を管理し、ヒータ３１の温度が１００℃、２００℃、３００℃、４００℃、５００℃、６００℃、７００℃、８００℃および９００℃となるように維持した。なお、エステル油の熱分解によって生成したガス成分を均一に溶解させるために、撹拌子５によってエステル油１を撹拌した。各温度で１０分間加熱した後、エステル油１を着脱可能な採油用注射器６で採取した。【００６３】
採取したエステル油について、エステル油中に溶解したガス成分を不活性ガスのバブリングにより抽出し、抽出したガス成分を検出器（ＴＣＤとＦＩＤ）を搭載したガスクロマトグラフで測定することで、エステル油中に含まれる４種類のガス成分（水素、メタン、エタン、エチレンおよびアセチレン、）の濃度測定を行った。測定結果を表２に示す。【００６４】
【表２】
2017216890.tif 000004
表２に示すエステル油中の各ガス成分の濃度測定値から、表３に示すＡ〜Ｊのガス成分の濃度比率について、各温度における濃度比を算出した結果を表３に示す。【００６５】
【表３】
2017216890.tif 000005
また、図１〜図４０は、表３に示すガス成分の濃度比率と加熱温度との関係を示すグラフである。グラフは、表３に示す各濃度比率に基づいて、最小二乗法により求めた回帰直線であり、図中にはその回帰式（近似式）と相関係数（Ｒ２）が記載されている。【００６６】
なお、図１〜図１０は、合成エステル油についての加熱温度１００〜７００℃の範囲におけるガス成分濃度比と加熱温度との関係を示す。図１１〜図２０は、同じ合成エステル油の加熱温度１００〜９００℃の範囲におけるガス成分濃度比と加熱温度との関係を示す。【００６７】
また、図２１〜図３０は、天然エステル油についての加熱温度１００〜７００℃の範囲におけるガス成分濃度比と加熱温度との関係を示す。図３１〜図４０は、同じ天然エステル油についての加熱温度１００〜９００℃の範囲におけるガス成分濃度比と加熱温度との関係を示す。【００６８】
さらに、図１〜図４０に示す近似式（ｙ＝ａｅｋｘ）のまとめを表４に示す。なお、表４のｋは、上記回帰式をｙ＝ａｅｋｘ（ｅは自然対数の底であり、ａおよびｋは定数である）と表したときの定数ｋを意味し、図１〜図４０に示すグラフのようにｙ軸を対数表示したときの傾きに相当する。【００６９】
【表４】
2017216890.tif 000006
（過熱温度推定用指標の選定）
表４（図１〜図４０）に示される加熱温度とガス成分の濃度比率との関係を示す近似式の傾きが大きく、相関性（相関係数）が高いほど、その濃度比率を用いて高い精度で油入電気機器の過熱温度を推定できると考えられる。【００７０】
一方、実際に油入電気機器のエステル油中のガス成分を分析した結果の内、一部のガス成分の濃度比率は過熱温度推定の指標に適当でない場合がある。例えば、絶縁油としてエステル油を使用した変圧器などでは、アセチレンが検出されない場合（過熱温度が低い場合）が確認される。このような場合は、アセチレン以外のガス成分を指標とする過熱温度推定が必要である。【００７１】
また、Ｓｔｒａｙ  Ｇａｓｓｉｎｇ（過熱異常よりも比較的低温領域での過熱で可燃性ガスを多量に生成する現象で、主に水素が多量に生成する現象）も確認される。水素は、過熱異常などの異常発生とは関係なく、例えば、過熱異常よりも比較的低温領域で加熱された絶縁油、絶縁油に酸化防止剤として添加されるトリアゾール誘導体（Ｉｒｇａｍｅｔ：登録商標）、油入電気機器の内部共存材料などからも経時的に発生することがある。このような場合は、水素以外の指標ガスによる過熱温度推定が必要である。【００７２】
このため、アセチレンの有無、および、Ｓｔｒａｙ  Ｇａｓｓｉｎｇの可能性の有無で場合分けをして、それぞれの場合について、表４の油中濃度比の組合せの内、加熱温度とガス成分の濃度比率との関係を示す近似式の相関性が高く、傾きが大きかった濃度比率を過熱温度推定用指標として選定した。【００７３】
なお、表４において、１００℃〜７００℃の加熱試験結果のうち、アセチレンを含む濃度比率（図７〜図１０および図２７〜図３０に相当）は、指標から除外した。データが２点（６００℃と７００℃）しかないためである。なお、表４において、相関係数が１．０００となっているが、データが２点しかないため、相関性が高いと言うことはできない。【００７４】
また、１００℃〜９００℃の加熱試験結果のうち、アセチレン以外の組合せの濃度比率（図１１〜図１６および図３１〜図３６に相当）は、指標から除外した。これらの濃度比率は、加熱温度が８００℃以上となると頭打ちになる傾向があり、近似式の相関係数が低いためである。【００７５】
したがって、表４に示す１００℃〜７００℃の加熱試験結果のうち、アセチレン以外の組合せの濃度比率（図１〜図６および図２１〜図２６に相当）（表５参照）と、表４に示す１００℃〜９００℃の加熱試験結果のうち、アセチレンを含む濃度比率（図１７〜図２０および図３７〜図４０に相当）（表６参照）とから、過熱温度推定用指標となるガス成分の濃度比率を選定した。選定された過熱温度推定用指標となるガス成分の濃度比率を表７に示す。【００７６】
【表５】
2017216890.tif 000007
【００７７】
【表６】
2017216890.tif 000008
【００７８】
【表７】
2017216890.tif 000009
（過熱温度評価図作成）
表７に記載された濃度比率は、絶縁油の加熱温度と高い相関があり、温度変化に伴う変動が大きい（グラフの傾きが大きい）ため、油入電気機器の過熱温度推定の好適な指標となる。【００７９】
図４１〜図４４に、合成エステル油について、表７に示される４つの場合に過熱温度推定用指標として適切なガス成分の濃度比率に基づいて作成した過熱温度評価図を示す。同様に、図４５〜図４８に、天然エステル油について、表７に示される４つの場合に過熱温度推定用指標として適切なガス成分の濃度比率に基づいて作成した過熱温度評価図を示す。【００８０】
図４１〜図４８において、領域Ｉ（Ａ）は、エステル油の温度が３００℃以下の場合に発生するガス成分の濃度比に相当する領域である。また、領域II（Ｂ〜Ｄ）は、エステル油の温度が３００℃超７００℃以下の場合に発生するガス成分の濃度比に相当する領域である。また、図４３、４４、４７および４８において、領域III（Ｅ〜Ｇ）は、エステル油の温度が７００℃超９００℃以下の場合に発生するガス成分の濃度比に相当する領域である。【００８１】
図４１〜図４８において、各ガス成分の濃度比が、この領域IIのうち「領域Ｄ」に入っている場合に、３００℃超７００℃以下の過熱異常が発生していると推定することができる。これにより、領域II（領域Ｂ〜Ｄのいずれか）に入っている場合に異常が発生していると判断するよりも、より確実に、３００℃超７００℃以下の過熱異常が発生していると判断できる。【００８２】
同様に、図４３、４４、４７および４８について、各ガス成分の濃度比が、領域IIIのうち「領域Ｇ」に入っている場合に、７００℃超９００℃以下の過熱異常が発生していると推定することができる。これにより、領域III（領域Ｅ〜Ｇのいずれか）に入っている場合に異常が発生していると判断するよりも、より確実に、７００℃超９００℃以下の過熱異常が発生していると判断できる。【００８３】
また、領域Ａ、ＤおよびＧの面積の大きさは、表２の近似式の傾きを反映しており、傾きが大きい組合せほど各領域の面積が大きいため、高い精度で過熱温度評価ができると考えられる。【００８４】
なお、過熱温度を推定する際は、実際に油入電気機器のエステル油中に含まれるガス成分を分析した結果に応じて、図４１〜図４８に示される過熱温度評価図から適切な過熱温度評価図を選択すること望ましいと考えられる（上記実施形態２、図４９参照）。【００８５】
今回開示された実施形態および実施例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。
【符号の説明】
【００８６】
１  エステル油、２１  試験容器、２２  コンサベータ、３１  ヒータ、３２  交流電源、４１，４２  温度計、５  撹拌子、６  採油用注射器。
【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】
2017216890.tif 000017
【図９】
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【図１０】
2017216890.tif 000019
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
2017216890.tif 000027
【図１９】
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【図２０】
2017216890.tif 000029
【図２１】
2017216890.tif 000030
【図２２】
2017216890.tif 000031
【図２３】
2017216890.tif 000032
【図２４】
2017216890.tif 000033
【図２５】
2017216890.tif 000034
【図２６】
2017216890.tif 000035
【図２７】
2017216890.tif 000036
【図２８】
2017216890.tif 000037
【図２９】
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【図３０】
2017216890.tif 000039
【図３１】
2017216890.tif 000040
【図３２】
2017216890.tif 000041
【図３３】
2017216890.tif 000042
【図３４】
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【図３５】
2017216890.tif 000044
【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
2017216890.tif 000048
【図４０】
2017216890.tif 000049
【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【国際調査報告】
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