(57)【要約】  コイル絶縁紙上に析出する硫化銅を検出できる油入変圧器などの油入電気機器を提供する。絶縁油が充填された容器内に表面が絶縁紙で覆われたコイルが配置された油入変圧器において、絶縁紙と同じ素材のセルロースから成る板状のプレスボードの表面に２つの電極を設けたものを検出部材とし、この検出部材を絶縁油に接触させて設け、電極間の表面抵抗の低下から硫化銅の生成を検知する。また、硫化銅がコイル部よりも早く生成するように検出部材の温度をコイル温度よりも高く設定するようにした。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁油が充填された容器内に電気機器本体が配置され、前記電気機器本体には表面が絶縁部材で覆われた通電媒体が含まれている油入電気機器において、
前記絶縁部材と同じ素材からなり且つその表面に２つの電極を有する固体絶縁物を検出部材として、この検出部材を前記絶縁油に接触させて設け、前記電極間の絶縁抵抗の変化を検知するようにしたことを特徴とする油入電気機器。
【請求項２】
前記固体絶縁物は板状であり、前記２つの電極は前記固体絶縁物の一方の表面に設けられ、前記固体絶縁物の他方の表面にヒーターを設けたことを特徴とする請求項１に記載の油入電気機器。
【請求項３】
前記ヒーターにより、前記検出部材の温度を前記通電媒体の温度よりも高く設定することを特徴とする請求項２に記載の油入電気機器。
【請求項４】
前記ヒーターの加熱範囲が、前記電極間の距離よりも長いことを特徴とする請求項２又は３に記載の油入電気機器。
【請求項５】
前記通電媒体はコイルであり、前記絶縁部材は前記コイルに巻きつけられた絶縁紙であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の油入電気機器。
【請求項６】
前記コイルは、銅コイルであることを特徴とする請求項５に記載の油入電気機器。
【請求項７】
前記固体絶縁物がセルロースから構成されていることを特徴とする請求項５又は６に記載の油入電気機器。
【請求項８】
前記固体絶縁物がプレスボードで構成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の油入電気機器。
【請求項９】
前記検出部材を前記容器内の上部に設けることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の油入電気機器。
【請求項１０】
前記検出部材は複数の前記固体絶縁物を有することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の油入電気機器。
【請求項１１】
前記検出部材は、対向配置された１対の板状の固体絶縁物と前記１対の固体絶縁物間に挟まれるようにして配置された前記２つの電極とを備えることを特徴とする請求項１０に記載の油入電気機器。
【請求項１２】
前記検出部材は複数の前記固体絶縁物を有し、各々の前記固体絶縁物の温度を前記通電媒体の温度よりも高く、且つ、異なる温度に設定することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の油入電気機器。
【請求項１３】
前記検出部材は、対向配置された１対の板状の固体絶縁物と、前記各固体絶縁物の対向面上にそれぞれ設けられた前記電極と、一方の前記固体絶縁物に設けられた前記電極と他方の前記固体絶縁物に設けられた前記電極との間の設けられた絶縁部材と、を有することを特徴とする請求項１２に記載の油入電気機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば油入変圧器などの油入電気機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
油入変圧器などの油入電気機器では、絶縁性の油中に通電媒体であるコイルが配置される。このコイルは例えば銅から形成された銅コイルであり、この銅コイルには絶縁紙が巻きつけられており、隣り合うターン間で銅コイルが短絡しないような構造となっている。【０００３】
一方、油入変圧器に用いられる鉱油（前記絶縁性の油）には硫黄成分が含まれており、この硫黄成分は油入変圧器で使用されている銅や銀等の硫化されやすい金属と反応して、導電性の硫化物を生成する。例えば、硫黄成分は油中に配置された銅部品と反応し導電性の硫化銅が絶縁紙表面に析出して、銅コイルの隣り合うターン間で導電路が形成され、絶縁破壊を生じるなどの問題があることが知られている（例えば、非特許文献１参照）。【０００４】
一方、上述の絶縁紙表面への硫化銅析出とは異なる現象として、金属表面に析出する硫化銅が古くから知られている。この場合、硫化銅の生成量が増えると、硫化銅が金属表面から剥離して、絶縁油中に浮遊して機器の絶縁性能を低下させることがある。この現象を予防保全する方法として、金属表面への硫化銅の生成を検出する検出部材を機器内に設置する方法がある（例えば、特許文献１参照）。この方法では、エポキシ樹脂製の絶縁板の表面に銅粉を吹きつけて分散固着させたものを検出部材とし、この検出部材の表面抵抗の低下により硫化銅の生成を検知して、機器の異常を診断することができる。【０００５】
【特許文献１】特開平０４−１７６１０８号公報
【非特許文献１】CIGRE TF A２.３１, “Copper Sulphide in transformer insulation",ELECTRA, No. ２２４, pp. ２０-２３, ２００６.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記特許文献１に示された診断方法は、古くから知られている金属表面に析出する硫化銅に関するもので、絶縁紙表面への硫化銅析出とは異なる現象を対象としている。また、この診断方法では、セルロースから成るコイル絶縁紙とは素材の異なるエポキシ樹脂製の絶縁板を用いており、コイル絶縁紙への硫化銅の析出を正しく検知できない可能性が高い。【０００７】
また、特許文献１では、エポキシ樹脂製の絶縁板は銅粉を吹き付けて分散固着させる複雑な方法で製造しなければならない。そして、固着した銅粉がエポキシ樹脂製の絶縁板から剥離した場合、金属異物となって絶縁油中を漂い、変圧器内の絶縁性能を低下させる懸念がある。【０００８】
更に、検出部よりも早く他の部位で硫化銅が析出した場合に機器異常を検出できないとの問題点があった。【０００９】
この発明は、このような問題点を解消するためになされたもので、機器本体に含まれる通電媒体（例えばコイル）を覆う絶縁部材（例えばコイル絶縁紙）上での硫黄化合物の析出度合いを検知し、コイルターン間の絶縁破壊など通電媒体間の絶縁破壊を未然に防止することが可能な油入電気機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】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る油入電気機器は、絶縁油が充填された容器内に電気機器本体が配置され、前記電気機器本体には表面が絶縁部材で覆われた通電媒体が含まれている油入電気機器において、前記絶縁部材と同じ素材からなり且つその表面に２つの電極を有する固体絶縁物を検出部材として、この検出部材を前記絶縁油に接触させて設け、前記電極間の絶縁抵抗の変化を検知するようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、検出部材により電極間の絶縁抵抗の変化を検知することで、固体絶縁物と同じ素材からなる絶縁部材上での硫黄化合物の析出度合いを検知することが可能となる。そのため、電気機器内で生ずる通電媒体間の絶縁劣化を未然に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、実施の形態１の油入変圧器の構成図である。
【図２】図２は、実施の形態１における検出部材の詳細構成図である。
【図３】図３は、検出部材の動作を示すグラフである。
【図４】図４は、実施の形態１におけるヒーターの長さを規定するための説明図である。
【図５】図５は、実施の形態２における検出部材の詳細構成図である。
【図６】図６は、実施の形態３における検出部材の詳細構成図である。
【符号の説明】
【００１３】
１  油入変圧器
２  タンク
３  絶縁油
４  検出部材
５  リード線
６  密封端子
７  絶縁抵抗計
８  ヒーター制御装置
１１  プレスボード
１２  電極
１３  表面抵抗測定リード
１４，１８  ヒーター
１５，１９  ヒーター用リード
１６  硫化銅
１７  絶縁物
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明に係る油入電気機器の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。【００１５】
実施の形態１．
以下、変圧器を例として、本実施の形態に係る油入電気機器を詳細に説明する。図１は、本実施の形態の油入変圧器の構成図である。図１に示すように、油入変圧器１は、タンク２、絶縁油３、検出部材４、リード線５、密封端子６、絶縁抵抗計７、及びヒーター制御装置８を備えている。【００１６】
油入変圧器１はタンク２内に図示しない電気機器本体である鉄心及び鉄心に巻かれたコイルが収納された構成であり、タンク２の内部には絶縁油３が充填されている。図示しないコイルは例えば銅から形成された銅コイルであり、この銅コイルには隣り合うターン間で短絡しないように絶縁紙が巻きつけられている。また、硫化物の生成を検出する検出部材４も絶縁油３に浸漬されている。検出部材４はリード線５に接続されている。このリード線５は密封端子６を経由してタンク２外に引き出され、更にタンク２外に設置された絶縁抵抗計７及びヒーター制御装置８に接続されている。【００１７】
次に、検出部材４の詳細構成を第２図により説明する。図２は、実施の形態１における検出部材４の詳細構成図である。図２に示すように、検出部材４は、プレスボード１１、電極１２、及び表面抵抗測定リード１３を備えている。検出部材４は、ヒーター１４によって加熱可能な構造であり、ヒーター１４にはヒーター用リード１５が接続されている。また、固体絶縁物１１上には、硫化銅１６が析出している。【００１８】
検出部材４は、固体絶縁物から成る例えば板状のプレスボード１１の一方の表面に２個の電極１２を設けて構成されている。プレスボード１１を構成する固体絶縁物の素材は、通電媒体であるコイルを覆う絶縁部材であるコイル絶縁紙と同じセルロースから成る。また、２個の電極１２は例えば銅電極である。２個の電極は、プレスボード１１の両端に設けられている。プレスボード１１の少なくともこの一方の表面は絶縁油３と接触している。【００１９】
プレスボード１１の他方の表面側にはヒーター１４が配置され、プレスボード１１の他方の表面とヒーター１４とが接触して検出部材４がヒーター１４によって加熱可能な構造となっている。２個の電極１２は表面抵抗測定リード１３に接続され、この表面抵抗測定リード１３を介して図１に示す絶縁抵抗計７に接続されている。また、ヒーター１４はヒーター用リード１５に接続され、このヒーター用リード１５を介して図１に示すヒーター制御装置８に接続されている。絶縁抵抗計７は、２個の電極間の表面抵抗を検出する。また、ヒーター制御装置８は、ヒーター１４の発熱を制御する。図１に示すリード線５は、図２に示す表面抵抗測定リード１３及びヒーター用リード１５を総括して示したものである。【００２０】
油入変圧器１に用いられる鉱油には硫黄成分が含まれており、この硫黄成分が油中の例えば銅部品と反応して導電性の硫化銅が図示しないコイルを覆う絶縁紙表面に析出することが知られている。図２に示す通り、プレスボード１１の表面に析出した硫化銅１６は、徐々に２個の電極１２の間に導電性の電路を形成し、最終的には電極間の抵抗（プレスボード１１の表面抵抗）が低下する。【００２１】
本実施の形態では、プレスボード１１は、コイル絶縁紙と同じセルロースからなる固体絶縁物で構成されているため、コイル絶縁紙への硫化銅析出をプレスボード１１上で再現することができる。【００２２】
硫化銅１６は鉱油中の硫黄成分と銅部品との化学反応により析出する。一般に化学反応は温度が高いほど、その反応速度が大きくなるが、硫化銅の析出反応も同様であり、温度が高い部位で析出が顕著となる。【００２３】
次に検出部材４の動作を第３図により説明する。図３は、検出部材４の動作を示すグラフである。横軸は油入変圧器の運転時間、縦軸は沿面（又は表面）抵抗を表す。図３において表面抵抗の閾値は、コイル絶縁紙の表面抵抗がこの値以下となると、絶縁不良となる値で、１×１０７Ω／□〜１×１０９Ω／□である。一方、硫化銅１６が未析出のコイル絶縁紙の表面抵抗は１×１０１４Ω／□以上であり、表面抵抗が数桁低下する。従って、表面抵抗の変化を容易に捉えることができる。【００２４】
検出部材４はヒーター１４により加熱され、機器本体の通電媒体であるコイル部よりも高い温度に設定されている。硫化銅１６はその析出反応の温度依存性から、機器内の温度が高い部位で優先的に析出する。検出部材４の温度をコイル部よりも高くすることで、コイル部に硫化銅１６が析出する前に検出部材４に硫化銅１６を析出させることができる。従って、硫化銅１６の析出によりコイル部の絶縁性能が低下する以前に検出部材４の表面抵抗が低下するため、機器の異常を未然に防止することができる。図３では、検出部材４の表面抵抗の変化と機器本体（コイル絶縁紙）の表面抵抗の変化とが示されているが、検出部材４の表面抵抗が機器本体（コイル絶縁紙）の表面抵抗よりも早く閾値以下に低下するのは、検出部材４をヒーター１４により加熱しているからである。【００２５】
絶縁油３はコイルの冷却媒体としても機能し、コイル間を流れるにつれて油温が上昇し、変圧器上面の油温は底面の油温よりも高い。従って、検出部材４をタンク２内の上部に配置することで、コイル部に硫化銅１６が析出する前に検出部材４に硫化銅１６を析出させることができるので、ヒーター１４による加熱の必要が減少し、その消費電力を軽減できる効果がある。【００２６】
図４はヒーター１４の長さに関する説明図であり、この図ではヒーター１４の長さは２つの電極１２間の距離よりも短い。この場合、２つの電極１２の中央部のみが加熱されることになり、硫化銅１６はプレスボード１１の中央部には析出されるが、２個の電極１２の間に導電性の電路を形成することができない、あるいは電路が形成されるまでの時間が長くなり、コイル部の絶縁破壊を事前に検知することができない可能性がある。従って、コイル部の絶縁低下を未然に防止するためには、ヒーター１４の長さ（加熱範囲）は２つの電極１２間の距離よりも長くすることが好ましい。【００２７】
本実施の形態によれば、検出部材４を構成するプレスボード１１の素材をコイル絶縁紙の素材と同じもの（セルロース）とし、電極１２間の表面抵抗（絶縁抵抗）を検出するようにしたので、コイル絶縁紙への硫化銅析出をプレスボード１１上で再現することが可能となる。そして、電極１２間の表面抵抗の低下を検知することで、コイルターン間の絶縁劣化を未然に防止することができる。即ち、電極１２間の表面抵抗が閾値より低下する前の段階で、コイル部の絶縁劣化を検知することができる。【００２８】
また、検出部材４をヒーター１４で加熱することで、プレスボード１１をコイル部よりも高い温度に設定することができ、コイル部に硫化銅１６が析出する前に検出部材４に硫化銅１６を析出させることができる。従って、検出部材４の表面抵抗の低下を検知することを通じて、機器の異常をより確実に未然に防止することができる。【００２９】
また、絶縁油３はコイルの冷却媒体としても機能していることから、変圧器上面の油温は底面の油温よりも高い。従って検出部材４をタンク２内の上部に配置することで、検出部材４の温度をコイル部の温度よりも高くしやすく、ヒーター１４の消費電力を軽減できる効果がある。【００３０】
また、ヒーター１４の長さ（加熱範囲）を２つの電極１２を含み且つ２つの電極１２間の距離よりも長くすることで、コイル部の絶縁破壊の事前検知をより確実に行うことができる。【００３１】
また、板状のプレスボード１１の一方の表面に電極１２を設けて硫化銅１６の析出面とし、他方の表面にヒーター１４を接触させることで、構成が簡素化される。【００３２】
なお、本実施の形態では、検出部材４は、板状のプレスボード１１上に電極１２を設ける構成としたが、他の形状の固体絶縁物上に電極１２を設ける構成とすることもできる。【００３３】
また、本実施の形態では、油入変圧器を例とし、コイルの絶縁紙上に析出する硫化銅を検知する場合を例として説明したが、これに限らず、油入電気機器内に配置された通電媒体を覆う絶縁部材上への硫化物の析出を、絶縁部材と同じ素材からなる固体絶縁物を利用した検出部材を用いることで検知できることはいうまでもない。【００３４】
実施の形態２．
図５は実施の形態２における検出部材の詳細構成図である。なお、図１と同一の構成要素には同一の符号を付している。この実施の形態では、電極１２を２枚の例えばプレスボード１１で挟み込むように構成しており、より信頼性の高い検出部材４を提供することができる。即ち、図５では、２枚の板状のプレスボード１１を相互に平行に且つ対向するようにして配置し、これらの２枚のプレスボード１１間に２つの電極１２が挟みこまれるように構成している。また、各プレスボード１１の対向面と反対の表面には、それぞれ、ヒーター１４がプレスボード１１と接するようにして配置されている。２枚のプレスボード１１の温度はヒーター１４により同じ温度に設定される。この温度は、コイル部の温度よりも高い温度に設定する。検出部材４では、電極１２は２枚のプレスボード１１で共有されている。なお、固体絶縁物としてのプレスボード１１の特性は実施の形態１と同様である。【００３５】
例えば、絶縁油３中に漂う絶縁体の異物がプレスボード１１上に吸着した場合、あるいはプレスボード１１の表面が皮脂などで汚れていた場合、硫化銅１６の析出が妨げられる可能性がある。このような場合、本実施の形態のように、表面抵抗の検出面を複数個（図示例では２個）有することで、信頼性の向上を図ることができる。【００３６】
なお、本実施の形態では、２枚のプレスボード１１を対向配置して、各対向面を表面抵抗の検出面とした。しなしながらが、これ以外の形態であってもよく、また、検出面の個数も２個に限定されない。ただし、本実施の形態のように構成することで、検出部材４がコンパクトに構成できる。【００３７】
実施の形態３．
図６は実施の形態３における検出部材の詳細構成図である。なお、図１，２と同一の構成要素には同一の符号を付している。この実施の形態では、２枚の板状のプレスボード１１を相互に平行に且つ対向するように配置し、各プレスボードの対向面上の両端部に２つの電極１２を配置し、一方のプレスボード１１に設けられた電極１２と他方のプレスボード１１に設けられた電極１２との間に絶縁部材１７を挟むようにして検出部材１４を構成している。つまり、図５では、２枚のプレスボード１１は電極１２を共有していたが、本実施の形態では２枚のプレスボード１１にそれぞれ１対の電極１２が設けられ、各１対の電極１２間の表面抵抗を独立に検出できるように、絶縁部材１７を介在させて上下のプレスボード１１間を絶縁している。プレスボード１１に設けられた電極１２に表面抵抗測定リード１３が接続されているのは実施の形態１と同様である。なお、図を簡略化するため、下側のプレスボード１１に設けられた電極１２に接続された表面抵抗測定リード１３を省略している。【００３８】
一方のプレスボード１１の対向面と反対の表面には、ヒーター１４が当該プレスボード１１と接するようにして配置されている。また、他方のプレスボード１１の対向面と反対の表面には、ヒーター１８が当該プレスボード１１と接するようにして配置されている。ヒーター１４にはヒーター用リード１５が接続され、ヒーター１８にはヒーター用リード１９が接続され、ヒーター１４及びヒーター１８の加熱度合はヒーター制御部８によって独立に制御できるため、２枚のプレスボード１１を異なる温度に設定することができる。これらの異なる温度は共に、コイル部の温度よりも高い温度に設定する。この例では、下側のプレスボード１１の温度を上側よりも低くしているため、下側のプレスボード１１上に析出した硫化銅２０の量は上側のプレスボード１１上に析出した硫化銅２０の量よりも少ない。【００３９】
電力の基幹系統に設置された変圧器では異常が見つかった場合でも、容易に保守工事ができないものがある。このような機器の場合、できるだけ早く機器の異常を検知する必要がある反面、異常の進行状態も監視する必要がある。【００４０】
図６に示す実施の形態は、このような変圧器に適用することができる検出部材４であり、図２に示す検出部材４の表面抵抗よりも更に早く表面抵抗が低下する検出部材４を兼ね備えたものである。この実施の形態では、温度を高く設定した上側のプレスボード１１では表面抵抗を低下させるだけの硫化銅が析出されているが、下側のプレスボード１１は温度が低いため、プレスボード１１上に硫化銅は析出されているが、電路を形成するに至っていない。従って、上側のプレスボード１１で機器の異常を検出してから、機器が不具合を起こすまで比較的長い時間があり、この間に保守工事の準備を行うことができる。下側のプレスボード１１でも表面抵抗の低下が認められるまでは機器の健全性は保たれており、計画的な保守に適している。【００４１】
なお、上記の構成に限定されず、複数の固体絶縁物を用いて複数の検出面を用意し、各々の固体絶縁物の温度を異なる温度に設定することで、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。ただし、本実施の形態のように構成することで、検出部材４がコンパクトに構成できる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、絶縁紙が巻きつけられた銅コイルが絶縁油中に配置された例えば変圧器などの油入電気機器に好適に適用することができる。
【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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【国際調査報告】
2010035336.tif 000009
2010035336.tif 000010
2010035336.tif 000011
2010035336.tif 000012