(57)【要約】【課題】  油浸紙コンデンサなどの鉱油系絶縁油を含浸した油浸紙を用いた課電機器の経年劣化を診断することのできる診断方法を提供すること。【解決手段】  鉱油系絶縁油に絶縁紙を浸している課電機器において、前記課電機器に発生するワックスの生成度合い、あるいはその度合いに応じて変化する機器の損失特性、絶縁抵抗特性、温度上昇値、部分放電特性、油中ガス量のうちの１つ又は２つ以上の検出により鉱油系絶縁油を含浸した油浸紙を用いた課電機器の経年劣化を診断する。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉱油系絶縁油を含浸してなる油浸紙の課電劣化診断方法であって、損失特性、絶縁抵抗特性、部分放電特性、温度上昇値および油中溶存ガスの５項目のうちのいずれか１つまたは２つ以上の項目の測定により前記油浸紙に発生するワックスの生成度合を検出し、前記ワックスの生成度合の検出により前記油浸紙の課電劣化診断を行うことを特徴とする油浸紙の課電劣化診断方法。
【請求項２】
鉱油系絶縁油を充填してなるタンク内に、絶縁紙とアルミ箔電極を巻回したコンデンサ素子の集合体を収納してなる油浸紙コンデンサの劣化診断方法であって、損失特性、絶縁抵抗特性、部分放電特性、温度上昇値および油中溶存ガスの５項目のうちのいずれか１つまたは２つ以上の項目の測定により前記油浸紙コンデンサ内に発生するワックスの生成度合を検出し、前記ワックスの生成度合の検出により前記油浸紙コンデンサの劣化診断を行うことを特徴とする油浸紙コンデンサの劣化診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉱油系絶縁油を含浸した油浸紙を用いた課電機器の劣化診断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉱油系絶縁油を含浸した油浸紙は、たとえば電力用コンデンサなどにおいて広く用いられている。このようなコンデンサは、絶縁紙とアルミ箔電極とを交互に重ね合わし、これを巻回してコンデンサ素子を形成し、このコンデンサ素子の複数を集合してタンク内に収納し、このタンク内に、乾燥処理を施した後、脱気、脱水処理を行った鉱油系絶縁油を充填し、タンクを完全に密閉して構成されている。このように絶縁紙が鉱油系絶縁油に浸されているいわゆる油浸紙コンデンサなどでは、温度上昇も少なく、しかも可動部がない課電機器であることから長年月使用されても絶縁劣化はしないものとされており、メンテナンスフリーで運転されてきている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、最近、長年月たとえば２０年以上運転されてきている油浸紙コンデンサなどが、電源投入時に絶縁破壊したり、運転中に過温度上昇が認められるなどの不具合が発生し、鉱油系絶縁油を含浸した油浸紙を用いた課電機器が経年により劣化することが判ってきた。そのためにこの劣化を外部診断し、その劣化状況を把握して、効率的な点検や、事故未然防止のための計画的な取り替えが実施できるような診断方法の策定が望まれている。
【０００４】
本発明は、このような実状に鑑みなされたもので、油浸紙コンデンサなどの鉱油系絶縁油を含浸した油浸紙を用いた課電機器の経年劣化を診断することのできる診断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】
【０００５】
請求項１に係る本発明は、鉱油系絶縁油を含浸してなる油浸紙の課電劣化診断方法であって、損失特性、絶縁抵抗特性、部分放電特性、温度上昇値および油中溶存ガスの５項目のうちのいずれか１つまたは２つ以上の項目の測定により前記油浸紙に発生するワックスの生成度合を検出し、前記ワックスの生成度合の検出により前記油浸紙の課電劣化診断を行うことを特徴とする
【０００６】
また、請求項２に係る本発明は、鉱油系絶縁油を充填してなるタンク内に、絶縁紙とアルミ箔電極を巻回したコンデンサ素子の集合体を収納してなる油浸紙コンデンサの劣化診断方法であって、損失特性、絶縁抵抗特性、部分放電特性、温度上昇値および油中溶存ガスの５項目のうちのいずれか１つまたは２つ以上の項目の測定により前記油浸紙コンデンサ内に発生するワックスの生成度合を検出し、前記ワックスの生成度合の検出により前記油浸紙コンデンサの劣化診断を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、コンデンサなどの課電機器の損失特性、絶縁抵抗特性、温度上昇値、部分放電特性、および、コンデンサなどから採油して油中ガス分析を行い、これをワックスの生成度合いに変換して劣化状況を非破壊で評価するので、効率的な点検や事故未然防止のための計画的な取り替えが容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
電源投入時に絶縁破壊したり、運転中に過温度上昇が認められるなどの不具合が発生する原因について油浸紙コンデンサで調べた結果、アルミ箔電極端部等にワックスが生成することによるものであることが判明した。すなわち、油浸紙コンデンサを課電するとアルミ箔電極端部にワックスが生成する。このワックスの生成により、部分放電特性が低下し、更に、生成したワックスが絶縁紙中へ拡散していくことにより、損失ｔａｎδ、絶縁抵抗特性などが悪化して温度上昇が大きくなっていき、最終的には部分放電が増大し、ワックスが更に増加して温度上昇が激しくなったり、絶縁紙の放電損傷が大きくなり、絶縁耐力が低下して絶縁破壊に到る。
【０００９】
したがって、油浸紙コンデンサなどの鉱油系絶縁油を含浸した油浸紙を用いた課電機器においては、このワックスの生成度合いを検出することによって経年劣化の診断を行うことが可能になる。また、ワックスの生成度合いはその機器、たとえばコンデンサの損失特性、絶縁抵抗特性、部分放電特性、温度上昇値および油中溶存ガス、特に水素やアセチレンガスに表れ、これらのうちの１つまたは２つ以上を適宜測定することにより、検出することができる。
【００１０】
以下、本発明について油浸紙コンデンサを例にし図を参照して具体的に説明する。油浸紙コンデンサの劣化現象を明確にするため、モデル油浸紙コンデンサ（以下、コンデンサという。）を製作して課電劣化試験を実施した。コンデンサは５５μｍの絶縁紙を５枚と、８μｍのアルミ箔電極を重ね合わせて巻回し、集合し、モデル容器に収納し、乾燥処理を行った後、南方系鉱油をベースとした絶縁油を脱気、脱水処理を施して真空含浸したものであり、試験時の温度変化に対応させるため油量調整装置を付加させたもので、容量は約１ｎＦのコンデンサである。
【００１１】
このコンデンサを定格電圧の１．８倍（１．８Ｅｎ）、温度０℃で課電試験したところ、ｔａｎδは、図１に示すように当初ほぼ０．１５％であったが５００時間経過後にはほぼ０．３％と増加し、絶縁抵抗は、図２に示すように当初２０００ΩＦであったが、５００時間経過後には６００ΩＦ以下に低下し、部分放電開始電圧は、図３に示すように当初２Ｅｎであったが、５００時間経過後には１．８Ｅｎ以下に低下することが認められる。
【００１２】
また、２２００時間および４１００時間経過したコンデンサの油中ガスについて分析を行ったところ、表１に示すように当初１ｐｐｍ未満であった水素（Ｈ2）、一酸化炭素（ＣＯ）、メタン（ＣＨ4）、エタン（Ｃ2Ｈ6）、エチレン（Ｃ2Ｈ4）、アセチレン（Ｃ2Ｈ2）などの可燃性ガス量が増加し、特に水素（Ｈ2）ガスの発生が２２００時間経過では３０ｐｐｍ、４１００時間経過では５８ｐｐｍと多いことが判明した。
【００１３】
【表１】
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【００１４】
そこで、この課電劣化品を解体して調べたところ、電極端部の絶縁紙にスジ状の劣化痕が確認され、この劣化痕と同様にアルミ電極端部にも劣化生成物が付着していた。この劣化生成物をＦＴ−ＩＲ分析（フーリエ変換赤外分析）を行ったところ、図４に示すように酸化パラフィンや図５に示すように高分子パラフィンであり、いわゆるワックスであることが判った。
【００１５】
つぎに、この特性低下した絶縁紙、アルミ箔電極を溶剤（トルエン）で洗浄し、再度絶縁油を含浸して特性を調べたところ、ｔａｎδは、図６に示すように当初０．３５％以上であったが、洗浄後では０．２５％未満に低下し、絶縁抵抗は、図７に示すように当初２００ΩＦであっが、洗浄後ではほぼ２０００ΩＦと増大し、間欠部分放電特性は、図８に示すように０．８Ｅｎから１．４Ｅｎへ改善され、ほぼ初期値と同等となった。このことから、特性変化はトルエン洗浄により除去されたワックスの影響と判定できた。
【００１６】
これを確認するために、トルエン溶解で回収したワックス分を、モデル素子の電極端部や絶縁紙に塗布してｔａｎδ、絶縁抵抗および部分放電特性への影響を調べた。その結果を図９、図１０および図１１に示す。ｔａｎδ、絶縁抵抗および部分放電特性のいずれも低下している。
【００１７】
さらに課電を継続していくと部分放電が大きくなり、ワックスも増加、最終的には絶縁破壊に至ることになる。なお、ここで云う部分放電は、従来から云われている、図１２（ａ）のＰ１で示すような連続放電パターンのものではなく、図１２（ｂ）、（ｃ）にＰ２で示すような無秩序に発生する間欠的微少放電（数ｐＣレベル）であり、劣化が進行すると数百〜数万ｐＣの間欠性パルス放電が発生し始め、これが徐々に発生頻度が多くなっていくことも確認している。
【００１８】
このワックスの生成は絶縁油の変質により発生することも明らかになっており、課電による重縮合反応が起こって、絶縁油がワックス化することになる。重縮合反応で絶縁油が変質するので、当然、水素、メタンなどの可燃性ガスが同時に発生することになる。
【００１９】
モデル試験で劣化現象を確認した後、実フィールド品（実器）での調査を行った。対象機器を６台（Ａ〜Ｆ）を選定して検討を行った。その結果を表２に示す。
【００２０】
【表２】
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【００２１】
コンデンサの８０℃損失、絶縁抵抗、部分放電特性が低下、温度上昇も増大していることが確認できる。油中ガス量の増加も見られ、絶縁油の分解反応、重縮合反応の進行も見られた。素子中の絶縁油を回収し、液体クロマトグラフィ−による分析を実施した例も第１３図に示す。発生した高分子量のワックスが検知されている。また、温度上昇の傾向を第１４図に示す。劣化が進行している実器Ｅの温度上昇値が高いことが判る。すなわち、実器Ｅ、Ｆは劣化が相当に進んでおり、ほぼ交換時期にきていると診断できる。
【００２２】
この実器コンデンサを解体し、電極端の劣化生成物を分析したところ、ワックスの付着を確認、モデル器と同様な劣化が進行していると判断できた。更に、解体品から絶縁紙を採取して溶剤洗浄を行った結果、油浸紙ｔａｎδが悪化したものが、表３に示すように初期値に改善されることも確認され、ワックスによる劣化が進行していたものと判定できる。
【００２３】
【表３】
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【００２４】
以上から、油浸紙コンデンサでは課電によりワックスが生成され、このワックスの生成度合いに応じて劣化が進行する。したがって、油浸紙コンデンサのワックスの生成度合いを、たとえばコンデンサから採油分析するなどで検出することにより、油浸紙コンデンサの劣化を診断することができる。また、ワックスの生成度合いは、損失ｔａｎδを上昇し、絶縁抵抗および部分放電特性を低下させ、更には温度上昇を高くするとともに油中ガス量を増大させるので、これらの特性項目の１つ以上を検出することによりワックスの生成度合いを評価することができ、これらの特性項目の１または２以上の検出により油浸紙コンデンサの劣化を診断することができる。
【００２５】
なお、以上の例は油浸紙コンデンサであるが、鉱油系絶縁油を含浸した油浸紙を用いた課電機器として、たとえば油浸紙ケーブルなどでも同様の作用効果を享受することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】コンデンサの課電試験による損失ｔａｎδの変化を示す図である。
【図２】コンデンサの課電試験による絶縁抵抗の変化を示す図である。
【図３】コンデンサの課電試験による部分放電の変化を示す図である。
【図４】劣化生成物のＦＴ−ＩＲ分析（フーリエ変換赤外分析）結果示す図である。
【図５】劣化生成物のＦＴ−ＩＲ分析（フーリエ変換赤外分析）結果示す図である。
【図６】洗浄後の損失ｔａｎδの変化を示す図である。
【図７】洗浄後の絶縁抵抗の変化を示す図である。
【図８】洗浄後の間欠部分放電の変化を示す図である。
【図９】ワックスの付着と損失ｔａｎδとの関係を示す図である。
【図１０】ワックスの付着と絶縁抵抗との関係を示す図である。
【図１１】ワックスの付着と部分放電特性との関係を示す図である。
【図１２】部分放電の説明図である。
【図１３】重合生成物（ワックス）の発生を示す分析図である。
【図１４】実器による課電時間と温度上昇値を示す図である。
【符号の説明】
【００２７】
Ｐ１  連続部分放電
Ｐ２  間欠部分放電
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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