(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アラミド系絶縁材料によって絶縁された少なくとも一つの絶縁部分を有する電気機器の前記絶縁部分の異常を診断する方法であって、
ジメチルアセトアミドを検出する手段を用いて、前記絶縁部分から発生するジメチルアセトアミドを検出する工程を有し、さらに、
前記ジメチルアセトアミドが検出された場合、前記絶縁部分に異常が生じたと判断し、前記ジメチルアセトアミドが検出されなかった場合、前記絶縁部分に異常は生じていないと判断することを特徴とするアラミド系絶縁材料使用電気機器の異常診断法。
【請求項２】
アラミド系絶縁材料によって絶縁された少なくとも一つの絶縁部分を有する電気機器の前記絶縁部分の異常を診断する装置であって、
前記絶縁部分から発生するジメチルアセトアミドを検出する手段と、
前記ジメチルアセトアミドが検出された場合、前記絶縁部分に異常が生じたと判断し、前記ジメチルアセトアミドが検出されなかった場合、前記絶縁部分に異常は生じていないと判断する手段とを、少なくとも備えることを特徴とするアラミド系絶縁材料使用電気機器の異常診断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
アラミド系絶縁材料使用電気機器、例えばガス絶縁変圧器内部の絶縁状態の監視または診断を行う方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から電気機器内で発生する過熱による異常を容易に検出することが可能な電気機器の開発が行われている。例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等の絶縁材料を使用した変圧器については、各メーカーで研究開発が進んでおり、そのような変圧器で生ずる内部異常を診断する技術が報告されている。その一例として、特公平７−１１８２２０号公報に開示された電気機器はセルロース系の絶縁材料が使用されている機器内に、過熱されると硫黄あるいは窒素元素を含む化合物を生成する絶縁材料で被覆された導体を収納するとともに、上記機器内から採取した絶縁流体中に上記硫黄あるいは窒素元素を含む化合物が存在するか否かを分析して内部異常診断を行うように構成されている。具体的には、この電気機器は銅線に必要回数巻かれたＰＰＳを絶縁材料として用いる。そして、過熱によってこの絶縁材料を構成するＰＰＳの分子構成が分解され、それによって生ずるＳ元素を含んだ分解ガス成分が生成される。このガス成分をガスクロマトグラフィで検知する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ガス絶縁変圧器内部の絶縁状態の監視や診断を内部ガス分析によって行う方法については報告されていない。もし、内部ガス分析によりそのような監視または診断が可能となれば、絶縁事故の未然防止や計画的な保守業務の支援も可能となる。変圧器内部の絶縁物劣化の形態には、過励磁や過負荷等により高温となる局部過熱劣化、接続不良等による部分放電劣化等が挙げられる。
【０００４】
そこで、従来から過熱あるいは部分放電によるガス絶縁変圧器内部の絶縁状態の監視や診断を行う方法を提供するという解決すべき課題がある。
【０００５】
したがって、本発明は上記課題を解決し、特にアラミド系絶縁材料を使用したガス絶縁変圧器内部の絶縁状態の監視や診断を内部ガス分析によって行う方法および装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明にもとづくアラミド系絶縁材料使用電気機器の異常診断法は、アラミド系絶縁材料によって絶縁された少なくとも一つの絶縁部分を有する電気機器の前記絶縁部分の異常を診断する方法であって、ジメチルアセトアミドを検出する手段を用いて、前記絶縁部分から発生するジメチルアセトアミドを検出する工程を有し、さらに、前記ジメチルアセトアミドが検出された場合、前記絶縁部分に異常が生じたと判断し、前記ジメチルアセトアミドが検出されなかった場合、前記絶縁部分に異常は生じていないと判断することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明にもとづくアラミド系絶縁材料使用電気機器の異常診断装置は、アラミド系絶縁材料によって絶縁された少なくとも一つの絶縁部分を有する電気機器の前記絶縁部分の異常を診断する装置であって、前記絶縁部分から発生するジメチルアセトアミドを検出する手段と、前記ジメチルアセトアミドが検出された場合、前記絶縁部分に異常が生じたと判断し、前記ジメチルアセトアミドが検出されなかった場合、前記絶縁部分に異常は生じていないと判断する手段とを、少なくとも備えることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、ガス絶縁変圧器に収納される巻線の絶縁構成を示す断面図である。図中、参照符号１は銅線、２は銅線のまわりに絶縁のために必要回数巻かれたアラミド紙である。このような構成からなるガス絶縁変圧器の内部に発生する異常としては、例えば巻線に係わる放電や過熱による異常がある。このような異常はガス絶縁変圧器の機能停止にかかわるような重大事故を引き起こす。そこで、異常現象で生成される分解ガスに着目して異常を検出する方法が有効である。放電や過熱による異常では、導体である銅線１に巻かれたアラミド紙が熱分解する。そこで、このアラミド紙からの分解ガスの有無を調べれば放電や過熱による異常の発生を検知することが可能となる。したがって、本発明ではアラミド紙固有の分解ガス成分を特定し、この成分の有無による異常の診断方法を確立する。
【０００９】
そこで、まずはじめに変圧器内部異常を模擬した加熱試験と部分放電試験とを行い、アラミド紙の熱分解産物であるジメチルアセトアミド（ＤＭＡＡ）がアラミド系絶縁材料使用電気機器の異常診断法のプローブとして好適であることを検討する。
【００１０】
＜加熱試験＞
加熱試験では絶縁物の熱劣化形態のうち、過励磁や過負荷による長期過熱劣化から接続不良による局部過熱劣化までを想定し、加熱温度を運転温度に近い比較的低温領域である１００℃から局部過熱の高温領域である３００℃まで、そして加熱時間は劣化データが十分把握できる観点から１０〜１，０００時間とした。供試物にはアラミド系ガス変圧器の代表的な絶縁材料であるアラミド絶縁物を用いた。
【００１１】
加熱試験は、予め洗浄、ベーキング処理を施したステンレス試験容器に真空、加熱処理した所定量の供試物を各々セットし、ＳＦ６  ガスを０．１３ＭＰａ・Ｇ封入した。ガス分析は試験開始後、所定時間経過した時点で試験容器から直接ガスを採集し、ガスクロマトグラフィおよびイオンクロマトグラフィを用いて実施した。
【００１２】
アラミド絶縁物の分解生成物を表１に示す。
【００１３】
【表１】
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【００１４】
表１から明らかなように、ガス分析対象の分解生成物を事前に把握するため、３００℃での短時間加熱試験により分析されたガス成分はＣＯ、ＣＯ２  、ＣＨ４  、Ｃ２  Ｆ６  、ジメチルアセトアミド（ＤＭＡＡ）等であり、アラミド絶縁物特有の成分としてＤＭＡＡが検出された。
【００１５】
また、図２にＤＭＡＡガスの発生量と加熱時間および加熱温度との関係を示す。この図から明らかなように、定格運転時（１４５℃）ではＤＭＡＡガスは発生しない。さらに、図３および図４にＣＯ２  発生特性としてＣＯ２  発生量と加熱時間および加熱温度との関係をそれぞれ示す。
【００１６】
（１）アラミド絶縁物特有のＤＭＡＡは１８０℃、１０時間で発生を確認した。
【００１７】
（２）ＣＯ２  発生量は加熱温度、加熱時間に対して顕著な増加傾向を示した。また、ＣＯ、ＣＨ４  、Ｃ２  Ｆ６  発生量もＣＯ２  ほどではないが増加傾向を示した。
【００１８】
（３）ガス発生濃度は以下の関係を示した。
【００１９】
１４５〜１８０℃：    ＣＯ２  ＞ＣＨ４
２００〜２２０℃：    Ｃ２  ＞ＣＨ４  ＞ＣＯ＞Ｃ２  Ｆ６
（４）ＳＦ４  、ＳＯ２  などのＳ系ガスは２２０℃、１，０００時間まで発生しなかった。
【００２０】
（５）Ｆ−  イオンおよびＳＯ３２−  ＋ＳＯ４２−  イオンは２２０℃、１，０００時間で発生した。
【００２１】
＜部分放電試験＞
絶縁異常の観点から変圧器の内部異常の形態には、絶縁物の局所的異常による部分放電と絶縁事故時に発生する絶縁物沿面を介したアーク放電などがある。ここでは絶縁異常の前兆現象である部分放電としてガス放電とアラミド紙を介在させた沿面放電を対象とした。
【００２２】
ＳＦ６  ガス放電モデルは直径１ｍｍ、先端半径０．５ｍｍの鉄針−平板（直径３０ｍｍのアルミニウム）、ギャップ長１０ｍｍの電極構成とした。沿面放電モデルは０．５ｍｍ厚のアラミド紙を銅電極（２５ｍｍ幅、６ｍｍ厚）に１２ターン巻いた正極電極に直径１ｍｍの銅線をアラミド紙表面に巻き付けた陰極電極とする構成とした。これらのモデルを試験タンクに各々セットし、真空引き後にＳＦ６  ガスを０．０２ＭＰａ・Ｇ封入した。実験パラメータは両モデルとも部分放電電荷量、極間電圧、および接続時間から積算される部分放電エネルギーとした。なお、ガス分析は各放電試験ごとに実施し、その方法は加熱試験と同様とした。
【００２３】
ＳＦ６  ガス放電では部分放電電荷量２，０００ｐＣ、累積エネルギー１ｋＪ程度まで、アラミド紙沿面放電では２０，０００ｐＣ、１０ｋＪ程度までの試験をそれぞれ５回繰り返し、以下の結果を得た。図５に結果の一例として、Ｆ−  イオンとＳＯ３２−  ＋ＳＯ４２−  の陰イオンの総生成量と部分放電エネルギーとの関係を示す。
【００２４】
（１）両者に顕著な発生ガスはＳＦ４  、ＳＯ２  Ｆ２  であった。
【００２５】
（２）アラミド紙沿面放電では上記以外にＣＦ４  、ＣＯ２  、ＣＯのガスを検出した。
【００２６】
（３）両者による陰イオン総発生量は部分放電エネルギーの０．７乗に比例した。
【００２７】
以上の加熱試験および部分放電試験から明らかなように、アラミド紙の分解成分としていくつかの分解生成ガスおよびイオン種が含まれる。そのなかでもＤＭＡＡはアラミド紙特有の分解成分である。また、定格運転時（１４５℃）ではＤＭＡＡが発生しないことから、このＤＭＡＡの発生特性を把握することにより、アラミド系絶縁材料使用電気機器の異常診断を行うことができる。また、その際、他の成分の濃度変化にも着目することによって診断の精度をよりいっそう高めることができる。したがって、ガス変圧器運転中に定期的にガス分析を行い、ＤＭＡＡの発生量のトレンドデータをとり、通常運転においてＤＭＡＡの発生増加が認められるときは、アラミド紙が過熱されている可能性が高いので、異常の判定指標とすることが可能となる。なお、上記実施形態例ではアラミド紙を変圧器の巻線に適用した場合について述べたが、その他、変流器、リアクトル等の電気機器に適用しても同様の効果を発揮し得ることは言うまでもない。
【００２８】
したがって、アラミド系絶縁材料によって絶縁された少なくとも一つの絶縁部分を有する電気機器の前記絶縁部分の異常を診断する方法は、ＤＭＡＡを検出する手段として、ガスクロマトグラフィ、イオンクロマトグラフィ等の既知の化学分析手段を用い、変圧器等の電気機器運転中に定期的にガスを採取してガス分析を行い、ＤＭＡＡの有無を検査する。また、ＤＭＡＡを検出する手段にパーソナル・コンピュータを接続し、該コンピュータによって得られたデータの処理等をおこなったり、検出量の経時的変化を追跡してもよい。ＤＭＡＡが検出された場合、電気機器内部に異常が生じたと判断し、一方ＤＭＡＡが検出されなかった場合、電気機器内部に異常は生じていないと判断する。また、他の成分の発生量も検出することによって異常の度合いを推測することが可能である。
【００２９】
また、本発明にもとづくアラミド系絶縁材料使用電気機器の異常診断装置は、アラミド系絶縁材料によって絶縁された少なくとも一つの絶縁部分を有する電気機器の絶縁部分の異常を診断する装置であって、図６に示すように、電気機器１０の絶縁部分１０ａから発生し、かつ該電気機器内部に存在するガスを外部に導出する手段１１と、絶縁部分から発生するＤＭＡＡを検出する手段１２として、ガスクロマトグラフィ、イオンクロマトグラフィ等の既知の化学分析手段を用いる。それによって、変圧器等の電気機器運転中に定期的にガスを採取してガス分析を行い、パーソナル・コンピュータと該コンピュータにインストールされたデータ処理ソフトとを、少なくとも備えるデータ処理手段１３によって、ＤＭＡＡが検出された場合、絶縁部分に異常が生じたと判断し、ＤＭＡＡが検出されなかった場合、絶縁部分に異常は生じていないと判断するとともに、検出量の経時的変化を追跡したりする。好ましくは、ＤＭＡＡの検出量にもとづいてその異常事態に対する対処方法をデータ処理手段１３に接続されたモニター１４を介して、作業者に指示するようにしてもよい。また、作業者はデータ入力手段（例えば，キーボード）１５を介してデータ処理手段１３や検知手段１２の制御を行う構成としてもよい。
【００３０】
データ処理の方法についてはコンピュータのハードおよびソフトに係わる当業者ならば市販のものを使用したり、あるいは市販のものを変更使用することによって容易にできよう。
【００３１】
よって、アラミド絶縁材料を使用した電気機器の異常検出精度を向上を図ることができ、重大事故を未然に防止でき、信頼性の高い電気機器を提供することが可能となる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にもとづくアラミド系絶縁材料使用電気機器の異常診断法および装置は、ジメチルアセトアミドを検出する手段を用いて、絶縁部分内のジメチルアセトアミドの有無を検出する工程を有し、さらに、ジメチルアセトアミドが検出された場合、絶縁部分に異常が生じたと判断し、ジメチルアセトアミドが検出されなかった場合、絶縁部分に異常は生じていないと判断することを特徴とするものなので、過励磁や過負荷等により高温となる局部過熱劣化、接続不良等による部分放電劣化等を容易に検知することが可能となり、絶縁事故の未然防止や計画的な保守業務の支援も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に適用されるアラミド系絶縁材料使用電気機器の巻線の絶縁構成を示す断面図である。
【図２】アラミド絶縁物の熱分解によるＤＭＡＡ発生量と加熱時間および加熱温度との関係を示すグラフである。
【図３】アラミド絶縁物のＣＯ２  発生量の時間経過特性を示すグラフである。
【図４】アラミド絶縁物のＣＯ２  発生量の温度特性を示すグラフである。
【図５】陰イオン生成量と部分放電エネルギーとの関係を示すグラフである。
【図６】本発明にもとづくアラミド系絶縁材料使用電気機器の異常診断装置の概略的構成の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１  銅線
２  アラミド紙
１０  電気機器
１１  電気機器内部に存在するガスを外部に導出する手段
１２  ＤＭＡＡを検出する手段
１３  データ処理手段
１４  モニター
１５  データ入力手段
【図１】
0003569421.tif 000003
【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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