(57)【要約】  絶縁体と前記絶縁体を挟んで配置される銅部品とが電気絶縁油中に浸漬された油入電気機器において、硫化銅による絶縁不良を生じる電気絶縁油であるかどうかを精度よく診断する方法を提供する。  電気絶縁油に絶縁体のみを浸漬して前記絶縁体に銅成分を析出させるステップと、浸漬後の絶縁体に析出した銅を定量してその定量結果をもとに電気絶縁油の診断するステップとを有する油入電気機器の電気絶縁油診断方法とした。銅部品と直接接触していない絶縁体に析出する銅量を定量するので、その結果から硫化銅による絶縁不良を生じる電気絶縁油であるかどうかを精度よく診断することができる。
2009054156.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁体と前記絶縁体を挟んで配置される銅部品とが硫黄化合物を含有する電気絶縁油中に浸漬された油入電気機器の絶縁油診断方法であって、前記電気絶縁油に絶縁体のみを浸漬して前記絶縁体に銅成分を析出させるステップと、前記絶縁体に析出した銅を定量してその定量結果をもとに電気絶縁油の診断するステップとを有する油入電気機器の電気絶縁油診断方法。
【請求項２】
絶縁体と前記絶縁体を挟んで配置される銅部品とが硫黄化合物を含有する電気絶縁油中に浸漬された油入電気機器の絶縁油診断方法であって、前記電気絶縁油に絶縁体と銅とを隔離して浸漬して前記絶縁体に銅成分を析出させるステップと、前記絶縁体に析出した銅を定量してその定量結果をもとに電気絶縁油の診断するステップとを有する油入電気機器の電気絶縁油診断方法。
【請求項３】
銅成分を析出させるステップは、不活性ガスの雰囲気下で前記絶縁体を浸漬した電気絶縁油を加熱することを含む請求項１または２に記載の油入電気機器の電気絶縁油診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変圧器など、複数の銅部品とその間に挟まれた絶縁体が電気絶縁油中に浸漬された油入電気機器の電気絶縁油の良否を診断する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
変圧器など、銅製の巻き線の間や複数の銅部品の間に挟まれた絶縁体が電気絶縁油中に浸漬された油入電気機器において、機器中の銅部品と電気絶縁油中の硫黄成分が反応し、絶縁体表面に硫化銅が析出して絶縁体の絶縁性能が損なわれる現象が知られている。しかしながら、硫化銅の生成メカニズムの詳細はわかっていない。このため、現状では硫化腐食が発生しにくい電気絶縁油の選定や硫黄化合物の除去技術の開発がなされている。【０００３】
このような電気絶縁油に対して、たとえば、下記の日本特許文献１では一定量の電気絶縁油と所定の表面積を有する銅板とを容器に封入して、所定の温度で所定の時間加熱した後、電気絶縁油中に含まれる油中溶解銅及び硫酸イオンの含有率を測定し、それぞれの含有率の和により電気絶縁油の硫化腐食性を診断している。【０００４】
また、下記の日本特許文献２では、電気絶縁油中の硫黄化合物の除去するために、電気機器に注入する電気絶縁油を注入前に収容する容器と、この容器内に収容され電気絶縁油と接触して電気絶縁油中に含まれる硫黄化合物と反応し、硫黄化合物を表面に捕捉して除去する銅または銅化合物あるいは銅合金とを備えた構成とする。【０００５】
また、下記の非特許文献１では、絶縁紙に絶縁低下を引き起こす硫化銅の析出が生じるか否かを診断する試験方法として、絶縁紙を巻いた銅と電気絶縁油を入れたガラス容器を高温保存した後、絶縁紙への硫化銅の析出量を評価している。【０００６】
【特許文献１】特開平７−３３５４４６号公報
【特許文献２】特開２００１−３１１０８３号公報
【非特許文献１】CLAES  BENGTSSON, MATS DAHLUND, JAN HAJEK, LARS F PETTERSSON, KARIN GUSTAFASSON, ROBERT LEANDERSSON, ARNE HJORTSBERG, "OIL CORROSION AND CONDUCTING Cu2S DEPOSITION IN POWER TRANSFORMER WINDINGS",CIGRE SC A2 (Transformers), France, CIGRE (International Council on Large Electric Systems), 2006, A2-111.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
硫化銅による絶縁不良は、絶縁体上に析出する硫化銅によって絶縁体を挟んで配置された銅部品間の電気抵抗が低下することにより生じると考えられる。つまり、銅部品と直接接触していない絶縁体上に析出した硫化銅により絶縁低下が生じる。絶縁体上に析出する硫化銅が多いほど絶縁不良は生じやすい。この硫化銅は電気絶縁油中に溶解した銅（以下、油中銅）が絶縁油中の硫黄とともに絶縁紙上に硫化銅として析出したものと考えられる。電気絶縁油の硫黄化合物、油中に溶出した銅が多いほど硫化銅の生成が多いと考えられるが、硫化銅の析出の実験を進めていくうちに、油中溶解銅や硫黄化合物の量と絶縁体上に析出する硫化銅の量との関係に相関がない場合があることがわかってきた。【０００８】
引用文献１では、銅部材の硫化の進行状況を診断する方法である。電気絶縁油の溶解銅量は銅部材の硫化の進行状況を診断するのに有効な指標の１つと考えられるが、絶縁体表面の硫化銅析出を診断する方法では無い。【０００９】
そこで、絶縁体上に析出した硫化銅の量を検出する方法が望ましいが、非特許文献１のように絶縁紙が銅板に巻かれていると、銅板が硫化した場合、銅板と直接接触している絶縁紙上には、銅板表面に生成した硫化銅が析出する可能性が高い。前述のように絶縁低下を引き起こすのは、銅部品と直接接触していない絶縁体に析出する硫化銅であるため、非特許文献１の方法によれば、銅板表面に析出する硫化銅の量の影響を受けてしまう。【００１０】
そこで、本発明は、絶縁体と前記絶縁体を挟んで配置される銅部品とが電気絶縁油中に浸漬された油入電気機器において、硫化銅による絶縁不良を生じる電気絶縁油であるかどうかを精度よく診断する方法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】
【００１１】
本発明の油入電気機器の電気絶縁油診断方法は、絶縁体と絶縁体を挟んで配置される銅部品とが硫黄化合物を含有する電気絶縁油中に浸漬された油入電気機器の絶縁油診断方法であって、電気絶縁油に絶縁体のみを浸漬して前記絶縁体に銅成分を析出させるステップと、絶縁体に析出した銅を定量してその定量結果をもとに電気絶縁油の診断するステップとを有する油入電気機器の電気絶縁油診断方法とした。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の油入電気機器の電気絶縁油診断方法によれば、電気絶縁油に絶縁体のみを浸漬して前記絶縁体に銅成分を析出させるステップと絶縁体に析出した銅を定量してその定量結果をもとに電気絶縁油の診断するステップとを有し、銅部品と接触していない絶縁体に析出する銅量を定量するので、その結果から硫化銅による絶縁不良を生じる電気絶縁油であるかどうかを精度よく診断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施の形態１の油入電気機器の電気絶縁油診断方法に用いる器具断面の概略図である。
【図２】本実施の形態１の油入電気機器の電気絶縁油診断方法の測定結果を示す表である。
【図３】本実施の形態１の油入電気機器の電気絶縁油診断方法に用いる器具断面の概略図である。
【図４】本実施の形態１の油入電気機器の電気絶縁油診断方法に用いる器具断面の概略図である。
【図５】本実施の形態２の油入電気機器の電気絶縁油診断方法に用いる器具断面の概略図である。
【図６】本実施の形態２の油入電気機器の電気絶縁油診断方法に用いる器具断面の概略図である。
【符号の説明】
【００１４】
１  容器、２  蓋、３  電気絶縁油、４  絶縁紙、５  気相空間、６  不活性ガス、７  流量コントローラ、８  ガス流入口、９  ガス流出口、１１  バルブ、１２  銅板
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
＜実施の形態１．＞
本実施の形態１の電気絶縁油診断方法は、絶縁体と絶縁体を挟んで配置される銅部品とが硫黄化合物を含有する電気絶縁油中に浸漬された油入電気機器の絶縁油診断方法に関するものである。【００１６】
図１は本実施の形態１の油入電気機器の電気絶縁油診断方法に用いた器具断面の概略図である。電気絶縁油と反応しない容器１は蓋２により密閉される。蓋２の２か所の貫通穴にはガス流入口８およびガス流出口９となるガス管が差し込まれている。【００１７】
まず、この容器１内には電気絶縁油３が入れられ、さらにその電気絶縁油３に絶縁紙４が浸漬される。ここで電気絶縁油３は、既存の油入電気機器中の電気絶縁油の診断を行う場合、その油入電気機器から抜き取ったものを用いるとよい。絶縁紙４は、銅が存在していない絶縁体で、たとえばクラフト紙などを用いる。絶縁体として絶縁紙を用いる油入電気機器中の電気絶縁油の診断を行うためには、できればその油入電気機器で用いられる絶縁紙と同等の絶縁紙で未使用のものを用いるとよい。【００１８】
次に、容器１は蓋２により密閉され、不活性ガス６がガス流入口８から容器１内に導入され、ガス流出口９より排出される。これにより蓋２と電気絶縁油３の上面との間の容器内の気相空間５は不活性ガスで満たされる。さらに、この容器１を８０℃〜１７０℃の温度範囲で所定の時間加熱する。不活性ガス６の導入と排出は加熱中も行うとよい。不活性ガスとしては窒素ガスやアルゴンガスを用いるとよい。つまり電気絶縁油３は不活性ガス６の雰囲気下で加熱する。【００１９】
所定の時間の加熱後に、容器１より絶縁紙４を取り出す。この絶縁紙４を適量の希硝酸に浸し加熱して絶縁紙４に析出した硫化銅を溶解する。放冷後にこの酸溶液を誘導結合プラズマ発光分析法により分析して溶液中の銅の濃度を算出する。さらにこの濃度から絶縁紙４に析出した銅の単位面積当たりの質量を算出する。この銅の質量は硫化銅の質量に比例するので、単位面積当たり析出した銅の質量が一定以上である場合に電気絶縁油は硫化銅が析出しやすいので異常と診断する。なお、絶縁紙４に析出した銅の定量方法は、原子吸光分析法など他の方法を用いてもよい。【００２０】
上記のように、本実施の形態１の電気絶縁油診断方法は、電気絶縁油に銅が存在していない絶縁体を浸漬してその絶縁体に銅成分を析出させるステップと浸漬後の絶縁体に析出した銅を定量してその定量結果をもとに電気絶縁油の診断するステップとを有し、銅部品と直接接触していない絶縁体に析出する銅量を測定するので、その結果から硫化銅による絶縁不良を生じる電気絶縁油であるかどうかを精度よく診断することができる。【００２１】
なお、上記の手順では、銅成分を析出させるステップは、不活性ガスの雰囲気下で絶縁体を浸漬した電気絶縁油を加熱することを有している。容器１中への不活性ガスの導入は、電気絶縁油３中に溶け込んだ酸素ガスを追い出す効果がある。電気絶縁油３は酸素ガスの存在によってスラッジ化しやすく、このスラッジに硫化銅が析出してしまうと絶縁紙４に析出する銅の量が不正確になる。従って加熱処理を不活性ガスの雰囲気下で行うことで絶縁紙に析出した銅の定量がより正確となる。【００２２】
また、容器１を加熱するステップは、温度が高いほど絶縁紙への硫化銅の析出が速くなる傾向が見られたことに基づき、絶縁紙への硫化銅の析出を促進するために行われる。これにより診断を短時間で行うことができる。ただし、温度を上げすぎると電気絶縁油中の揮発成分が抜けるなど、油の成分が変化する問題が生じるので上限を１７０℃とするとよい。【００２３】
以下では、さらに具体的な実験例を説明する。まず、硫黄と銅とを含有するＡ〜Ｄの４種類の電気絶縁油を用意した。これらの電気絶縁油に関して硫黄と銅の含有量をあらかじめ実験開始前に分析した。電気絶縁油中の硫黄含有量は、燃焼装置を用いて電気絶縁油を燃焼させた後に燃焼ガスを捕集液（過酸化水素水）に吹き込んで硫酸イオンとし、硫酸イオンを定量して硫黄量を求めた。また、油中銅量は、電気絶縁油に有機溶媒を加えて希釈した後、プラズマ発光分光分析装置を用いて定量した。【００２４】
図１で示した器具を４個用意して、ガラス製の容器１のそれぞれに各電気絶縁油を５０立方ｃｍずつ入れ、さらに各油中に縦１０ｍｍ横２０ｍｍのサイズの絶縁紙４であるクラフト紙を浸漬した。次いで、流量コントローラ７を介して窒素ガスを毎分１００立方ｃｍの流量で容器１の気相空間５に流しながら、容器１を１２０℃で２４時間保持した。その後、各電気絶縁油に浸漬したクラフト紙を取り出し、絶縁紙４に析出した硫化銅を希硝酸に溶解して、絶縁紙４に析出した銅の量をプラズマ発光分光分析装置を用いて定量した。【００２５】
図２は本実施の形態１の油入電気機器の電気絶縁油診断方法の測定結果を示す表である。なお、図の表では油中の硫黄含有量と銅含有量は油の質量に対する硫黄の質量で質量ｐｐｍ、絶縁紙４に析出した銅量は絶縁紙４の面積１平方ｃｍあたりに析出した銅の質量μｇで示した。電気絶縁油Ａは硫黄含有量１６０質量ｐｐｍ、油中銅含有量２．３ｐｐｍに対して絶縁紙４に析出した銅量は１．７μｇ／平方ｃｍであった。電気絶縁油Ｂは硫黄含有量２７０質量ｐｐｍ、油中銅含有量２．１ｐｐｍに対して絶縁紙４に析出した銅量は１．４μｇ／平方ｃｍであった。電気絶縁油Ｃは硫黄含有量１２０質量ｐｐｍ、油中銅含有量０．７ｐｐｍに対して絶縁紙４に析出した銅量は測定方法の検出限界の０．１５μｇ／平方ｃｍ以下であった。電気絶縁油Ｄは硫黄含有量２４０質量ｐｐｍ、油中銅含有量１．９ｐｐｍに対して絶縁紙４に析出した銅量は測定方法の検出限界の０．１５μｇ／平方ｃｍ以下であった。なお、これらの電気絶縁油に浸漬させた後の絶縁紙４をＸ線光電子分光法を用いて銅の存在状態を調べ、絶縁紙４上に析出した銅が硫化銅によるものであることを確認している。【００２６】
以上の結果から、油中硫黄含有量、油中銅含有量ともに他の電気絶縁油に比べて大幅に少ない電気絶縁油Ｃでは絶縁紙４に析出した銅量が少ないことは妥当な結果と考えられる。油中硫黄含有量が最も多い電気絶縁油Ｂ、油中銅含有量が最も多い電気絶縁油Ａは絶縁紙４に析出した銅量がそれぞれ１．４μｇ／平方ｃｍ、１．７μｇ／平方ｃｍと銅が検出されなかった電気絶縁油Ｃに比べ、多量の銅が析出していたことも妥当な結果と考えられる。しかしながら、電気絶縁油Ｄは油中硫黄含有量や油中銅含有量が電気絶縁油Ｂと同程度に多いにもかかわらず、絶縁紙４に析出した銅量は検出限界以下であり、このことは油中硫黄含有量や油中銅含有量と絶縁紙上の硫化銅析出量とは相関が低いことを示している。【００２７】
以上の結果から、油中硫黄含有量や油中銅含有量を測定するだけでその電気絶縁油が絶縁紙上に硫化銅を析出しやすいかどうかを診断することは正確でない場合があることがわかった。本実施の形態１では絶縁紙に析出する銅量を直接定量するので精度の高い診断が可能となる。また、絶縁紙は銅に接しない状態で電気絶縁油に浸漬されるので、銅表面に析出する硫化銅が絶縁紙に付着することがなく、絶縁紙に析出する銅量をより正確に定量でき、結果として精度の高い診断が可能となる。【００２８】
なお、本実施の形態１では絶縁体としてクラフト紙のような絶縁紙を用いたが、絶縁紙以外の絶縁材料、例えばアルミナやマイカなどのセラミックス、エポキシ樹脂などの耐熱樹脂を用いても良い。特に油中電気機器がこれらの絶縁体を用いている場合には、同等の材料の絶縁体であって、銅が存在していない絶縁体を用いて、上記と同様な手順で絶縁体に析出する銅量を定量し、その量から電気絶縁油の診断を行えばよい。【００２９】
また、図３および図４は本実施の形態１の油入電気機器の電気絶縁油診断方法に用いる器具断面の概略図であり、図１の器具を変形したものである。図３ではガス流出口９のガス管の先端が電気絶縁油３まで導入され、その先端からガスの泡１０が出るようにしている。このように不活性ガスを電気絶縁油に吹き込みながら高温保持のステップを実施する。電気絶縁油に含まれた酸素ガスなどを効率よく油中から追い出せるので、酸素ガスの影響が減り診断精度が高くなる。また、図４の器具はガス流入口８とガス流出口９とのそれぞれにバルブ１１を設けたものである。バルブ１１を開けた状態で不活性ガスを通じ、気相空間５は不活性ガスで置換後に両バルブ１１を閉じて高温保持のステップを実施する。高温保持中にガスを流す必要がなく、簡略な診断方法となる。【００３０】
＜実施の形態２．＞
上記の実施の形態１の電気絶縁油診断方法は、銅を油中に含有する電気絶縁油に関する診断方法であったが、本実施の形態２の電気絶縁油診断方法は、未使用の電気絶縁油に関しても診断可能な方法である。実施の形態１ではまず、電気絶縁油に絶縁体を浸漬してその絶縁体に銅成分を析出させるステップとしたが、本実施の形態２ではそのステップを電気絶縁油中に銅と絶縁体とを隔離して浸漬してその絶縁体に銅成分を析出させるステップとした点で異なる。【００３１】
図５は本実施の形態２の油入電気機器の電気絶縁油診断方法に用いる器具断面の概略図である。上記の実施の形態１の図４と同様な器具である。図のように電気絶縁油中３に銅１２と銅が付着していない絶縁体４とを隔離して浸漬される。この電気絶縁油中３を加熱するステップ、その後に浸漬後の絶縁体に析出した銅を定量するステップは同様である。【００３２】
以下では、その電気絶縁油診断方法を用いた具体的な実験例について説明する。ガラス製の容器１に５０立方ｃｍの診断対象の電気絶縁油３と短辺１０長辺２０ｍｍサイズのクラフト紙である絶縁紙４および表面積１２０００平方ｍｍの銅板１２を浸漬させた。電気絶縁油３に中に浸漬する際に絶縁紙４と銅板１２とは離した状態で設置した。実験で使用した電気絶縁油３は、実施の形態１と同じ電気絶縁油ＢとＤとであり、それぞれ未使用の銅を含有しないものを用いた。電気絶縁油Ｂと電気絶縁油Ｄおよびそれぞれの試験油に絶縁紙４を浸漬させた容器１を準備し、流量コントローラ７を介して窒素ガス６を毎分１００立方ｃｍの流量で容器の気相部に流しながら、容器１を高温保存（１２０℃で２４時間保持）した。その後、絶縁紙４を取り出し、絶縁紙４に析出した銅の量を定量した。その結果、電気絶縁油Ｂに浸漬させた絶縁紙４に析出した銅量は１．４μｇ／ｃｍ２、電気絶縁油Ｄに浸漬させた絶縁紙４に析出した銅量は≦０．１５μｇ／ｃｍ２（検出限界以下）であった。これより、絶縁油Ｂは絶縁紙４に硫化銅を析出させやすい油であり、絶縁油Ｄは絶縁紙４に硫化銅を析出させる可能性の低い油であることが判断できる。【００３３】
上記のように電気絶縁油を診断するので、未使用の電気絶縁油であっても硫化銅を析出させやすい油であるかどうかを診断することができる。また、銅板と絶縁体とを隔離した状態で電気絶縁油に浸漬後に、その絶縁体に析出した銅量を定量し、その値から電気絶縁油を診断するので絶縁体に銅板表面に析出した硫化銅が付着せず、精度の高い診断が可能となる。【００３４】
また、上記では銅を含有しない未使用の電気絶縁油を診断したが、上記の方法を既存の油中電気機器から抽出した銅を含有する電気絶縁油の診断に用いてもよい。【００３５】
また、絶縁体として絶縁紙以外に、例えばアルミナやマイカなどのセラミックス、エポキシ樹脂などの他の絶縁材料を用いてもよい。また、電気絶縁油に絶縁体と銅とを浸漬させる器具として、例えば、実施の形態１の図４と同様の器具を用いてもよい。図６は本実施の形態１の油入電気機器の電気絶縁油診断方法に用いる器具断面の概略図であり、図５の器具を変形したものである。バルブ１１によって容器内の気相空間５に不活性ガスを閉じ込めできるので、高温保持中にガスを流す必要がなく簡略な診断方法が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
以上のように、本発明の油入電気機器の電気絶縁油診断方法は、変圧器など、銅部品とその間に挟まれた絶縁体が電気絶縁油中に浸漬された油入電気機器の電気絶縁油の良否を診断する方法として有用である。
【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】
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