(57)【要約】【課題】油中に溶解した成分を抽出することなく、油中に溶解した成分に関する情報を測定することができる油中成分測定方法、及びこの油中成分測定方法による測定に適した油入電気機器を提供する。【解決手段】油に溶解した成分を測定する油中成分測定方法であって、油に対してレーザーラマン分光法のためのレーザー光を照射する照射工程と、前記油により散乱されたラマン光から、当該ラマン光の前記照射されたレーザー光の周波数からのシフト量であるラマンシフトに対する当該ラマン光の強度分布を示すラマンスペクトルを取得するスペクトル検出工程と、前記ラマンスペクトルに基づき、前記油に溶解している成分に関する情報を取得する測定工程とを含む油中成分測定方法である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
油に溶解した成分を測定する油中成分測定方法であって、
油に対してレーザーラマン分光法のためのレーザー光を照射する照射工程と、
前記油により散乱されたラマン光から、当該ラマン光の前記照射されたレーザー光の周波数からのシフト量であるラマンシフトに対する当該ラマン光の強度分布を示すラマンスペクトルを取得するスペクトル検出工程と、
前記ラマンスペクトルに基づき、前記油に溶解している成分に関する情報を取得する測定工程とを含む油中成分測定方法。
【請求項２】
前記成分は、前記成分が溶解していない状態の前記油とは、前記ラマンスペクトルにおいてピークを生じるラマンシフト値が異なる成分である請求項１記載の油中成分測定方法。
【請求項３】
前記油は、鉱物油又は植物油であり、
前記成分は、アセチレンである請求項２記載の油中成分測定方法。
【請求項４】
前記油は、鉱物油であり、
前記成分は、フルフラール、５ヒドロキシメチル−２フルフラール、２−アセチルフラン、２−フロイック塩、５−メチルフルフラール、フルフリルアルコールのうちいずれかである請求項２記載の油中成分測定方法。
【請求項５】
前記レーザー光の波長は、前記ラマン光を検出可能であって、かつ５２０ｎｍ以上である請求項１〜４のいずれか１項に記載の油中成分測定方法。
【請求項６】
前記ラマンスペクトル検出工程では、前記照射工程において前記油に前記レーザー光が照射されてから、前記レーザー光による光励起から前記油に蛍光が生じるまでの遅延時間より短い時間内に、前記ラマン光を検出し、当該検出されたラマン光に基づき前記ラマンスペクトルを取得する請求項１〜４のいずれか１項に記載の油中成分測定方法。
【請求項７】
前記油は、容器内に、発熱体と絶縁油とが収容された油入電気機器における前記絶縁油であり、
前記油入電気機器は、前記レーザー光を、前記容器外から前記容器内の前記絶縁油に照射可能とする透明部材を備え、
前記照射工程では、前記容器外から前記透明部材を介して前記容器内の前記絶縁油に前記レーザー光を照射する請求項１〜６のいずれか１項に記載の油中成分測定方法。
【請求項８】
前記透明部材は、前記容器の側壁において、前記発熱体より上方であり、かつ前記絶縁油の液面より下に配設されている請求項７記載の油中成分測定方法。
【請求項９】
前記容器は、略矩形形状であり、
前記透明部材は、前記側壁の水平方向略中央位置に配設されている請求項８記載の油中成分測定方法。
【請求項１０】
前記容器は、互いに対向する一対の長尺側壁と前記長尺側壁より水平方向の長さが短く互いに対向する一対の短尺側壁とを有し、
前記側壁は、前記一対の長尺側壁のうち少なくとも一方である請求項９記載の油中成分測定方法。
【請求項１１】
前記透明部材は、前記絶縁油の液面位置を目視可能にするための油面計である請求項７記載の油中成分測定方法。
【請求項１２】
容器内に発熱体と絶縁油とが収容された油入電気機器であって、
レーザー光を、前記容器外から前記容器内の前記絶縁油に照射可能とする透明部材を備え、
前記透明部材は、前記容器の側壁において、前記発熱体より上方であり、かつ前記絶縁油の液面より下に配設されている油入電気機器。
【請求項１３】
前記容器は、略矩形形状であり、
前記透明部材は、前記側壁の水平方向略中央位置に配設されている請求項１２記載の油入電気機器。
【請求項１４】
前記容器は、互いに対向する一対の長尺側壁と前記長尺側壁より水平方向の長さが短く互いに対向する一対の短尺側壁とを有し、
前記側壁は、前記一対の長尺側壁のうち少なくとも一方である請求項１３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、油に溶解した成分を測定する油中成分測定方法、及びこの油中成分測定方法による測定に適した油入電気機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、変圧器などの電気機器の異常を早期に察知する方法として、電気機器内部の絶縁油に溶解した成分（例えば油中ガス）を測定する方法が知られている。この方法によれば、例えば変圧器が局部過熱、放電等の異常時に発生して絶縁油中に溶解している特有の分解成分を測定することにより変圧器の異常の有無を判断し、重大な事故を防止することが可能であることから、事故の予防および変圧器の保全のための方法として広く用いられている。また、絶縁紙重合度の低下により、フラン化合物が生成される。中でも、フルフラールが絶縁紙重合度の目安として使われている。
【０００３】
変圧器内の絶縁油中に溶解しているガス成分の分析は、一般に、油中に溶解している複数のガス成分を気相部に抽出し、ガスクロマトグラフやガスセンサー等を用いて、当該抽出ガスの検出およびその濃度を測定することにより行われる（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
油中ガスを気相部に抽出する方法としては、不活性ガスを試料となる絶縁油（試料油）に吹き込み、不活性ガスと油中ガスとを置換して抽出する置換抽出法、抽出容器内に入れられた絶縁油の上部に真空の気相部を設け、油中ガスを気相部に抽出する真空抽出法、気相部を有するように試料油をバイアル瓶等に封入して、振とうし、気液平衡を利用して気相部に油中ガスを抽出する平衡抽出法などがある。
【０００５】
このうち置換抽出法には、ガスクロマトグラフのキャリアガスを試料油に吹き込み、抽出された油中ガスを直接ガスクロマトグラフに導入するストリッピング法、試料油を不活性ガスでバブリングして、抽出した油中ガスをガス溜めに捕集するバブリング法などがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２７５１５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ガスクロマトグラフにより油中に溶解したガスを分析するためには、上述したように、油からガス成分を抽出する必要がある。そのため、ガス成分の抽出工程が必須となり、ガスの分析工程が煩雑になるという不都合があった。また、油中に溶解したガスの抽出効率のばらつきにより、ガスの濃度の分析結果がばらつくため、油中に溶解しているガス濃度の検出精度を向上することが困難であるという、不都合があった。
【０００８】
本発明の目的は、油中に溶解した成分を抽出することなく、油中に溶解した成分に関する情報を測定することができる油中成分測定方法、及びこの油中成分測定方法による測定に適した油入電気機器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る油中成分測定方法は、油に溶解した成分を測定する油中成分測定方法であって、油に対してレーザーラマン分光法のためのレーザー光を照射する照射工程と、前記油により散乱されたラマン光から、当該ラマン光の前記照射されたレーザー光の周波数からのシフト量であるラマンシフトに対する当該ラマン光の強度分布を示すラマンスペクトルを取得するスペクトル検出工程と、前記ラマンスペクトルに基づき、前記油に溶解している成分に関する情報を取得する測定工程とを含む。
【００１０】
この方法によれば、油中に溶解した成分を抽出することなく、溶解成分が溶解したままの油にレーザー光を照射することによって、油に溶解している成分に関する情報を取得することができる。その結果、油中に溶解した成分を抽出することなく、油中に溶解した成分に関する情報を測定することができる。
【００１１】
また、前記成分は、前記成分が溶解していない状態の前記油とは、前記ラマンスペクトルにおいてピークを生じるラマンシフト値が異なる成分であることが好ましい。
【００１２】
この方法によれば、油に由来するラマン光のスペクトルと油中成分に由来するラマン光のスペクトルとが重ならないので、油中成分に由来するラマン光のスペクトルに基づき、油に溶解している成分に関する情報を取得することが容易である。
【００１３】
また、前記油は、鉱物油又は植物油であり、前記成分は、アセチレンであることが好ましい。
【００１４】
この方法によれば、鉱物油又は植物油に由来するラマン光のスペクトルとアセチレンに由来するラマン光のスペクトルとが重ならない。従って、アセチレンに由来するラマン光のスペクトルに基づき、油に溶解している成分に関する情報を取得することが容易である。
【００１５】
また、前記油は、鉱物油であり、前記成分は、フルフラール、５ヒドロキシメチル−２フルフラール、２−アセチルフラン、２−フロイック塩、５−メチルフルフラール、フルフリルアルコールのうちいずれかであることが好ましい。
【００１６】
この方法によれば、鉱物油に由来するラマン光のスペクトルとこれらの成分に由来するラマン光のスペクトルとが重ならない。従って、これらの成分に由来するラマン光のスペクトルに基づき、油に溶解している成分に関する情報を取得することが容易である。
【００１７】
また、前記レーザー光の波長は、前記ラマン光を検出可能であって、かつ５２０ｎｍ以上であることが好ましい。
【００１８】
この波長のレーザー光は、油に照射されても蛍光を生じにくい。その結果、蛍光によりラマン光の検出が阻害されるおそれが低減される。
【００１９】
また、前記ラマンスペクトル検出工程では、前記照射工程において前記油に前記レーザー光が照射されてから、前記レーザー光による光励起から前記油に蛍光が生じるまでの遅延時間より短い時間内に、前記ラマン光を検出し、当該検出されたラマン光に基づき前記ラマンスペクトルを取得するようにしてもよい。
【００２０】
この方法によれば、レーザー光により蛍光が生じる前に、ラマン光が検出されるので、蛍光が生じやすい５２０ｎｍに満たない波長のレーザー光を用いることができる。
【００２１】
また、前記油は、容器内に、発熱体と絶縁油とが収容された油入電気機器における前記絶縁油であり、前記油入電気機器は、前記レーザー光を、前記容器外から前記容器内の前記絶縁油に照射可能とする透明部材を備え、前記照射工程では、前記容器外から前記透明部材を介して前記容器内の前記絶縁油に前記レーザー光を照射することが好ましい。
【００２２】
この構成によれば、油入電気機器内の絶縁油に、容器外から透明部材を介してレーザー光を照射することによって、油入電気機器から絶縁油を採取することなく簡便に、絶縁油に溶解している成分に関する情報を取得することができる。これにより、絶縁油に溶解している成分に関する情報に基づき、油入電気機器の異常の有無を診断することが容易となる。
【００２３】
また、前記透明部材は、前記容器の側壁において、前記発熱体より上方であり、かつ前記絶縁油の液面より下に配設されていることが好ましい。
【００２４】
油入電気機器の容器内には、絶縁油が滞留している箇所がある。滞留している絶縁油には、その滞留箇所とは別の箇所で生じた異常に起因する成分が含まれない。そのため、滞留している絶縁油は、油入電気機器の異常診断には適さない。また、もし仮に絶縁油の液面上方に透明部材があると、レーザー光が、透明部材から気相部を通過して絶縁油に到達する。この場合、ラマンスペクトルには気相部のガス成分に起因するスペクトルが含まれるので、絶縁油中に含まれる成分の測定精度が低下する。一方、この構成によれば、発熱体より上方に透明部材が配設されているので、発熱体の発する熱により絶縁油が対流し易い。その結果、透明部材を介して、容器内で絶縁油がかき混ぜられている位置において絶縁油にレーザー光を照射することができる。従って、油入電気機器の異常診断に適した油中成分の測定を行うことができる。また、絶縁油の液面より下に透明部材が配設されているので、透明部材の内面に絶縁油が接している状態で、気相部を介さずに絶縁油にレーザー光を照射することができる。その結果、絶縁中に含まれる成分の測定精度を向上させることができる。
【００２５】
また、前記容器は、略矩形形状であり、前記透明部材は、前記側壁の水平方向略中央位置に配設されていることが好ましい。
【００２６】
この構成によれば、透明部材が、絶縁油がかき混ぜられやすい位置である側壁の水平方向略中央位置に配設されているので、よりよくかき混ぜられた絶縁油の油中成分を測定可能となる。
【００２７】
また、前記容器は、互いに対向する一対の長尺側壁と前記長尺側壁より水平方向の長さが短く互いに対向する一対の短尺側壁とを有し、前記側壁は、前記一対の長尺側壁のうち少なくとも一方であることが好ましい。
【００２８】
短尺側壁の近傍は、容器全体に対する端部に相当し、絶縁油が対流しにくい。そこでこの構成によれば、絶縁油が対流しやすい位置となる一対の長尺側壁のうち少なくとも一方に透明部材が配設されているので、よりよくかき混ぜられた絶縁油の油中成分を測定可能となる。
【００２９】
また、前記透明部材は、前記絶縁油の液面位置を目視可能にするための油面計であることが好ましい。
【００３０】
この構成によれば、油入電気機器から絶縁油を採取することなく、油面計の透明部分を介して絶縁油にレーザー光を照射することによって、絶縁油の油中成分を測定することができる。
【００３１】
また、本発明に係る油入電気機器は、容器内に発熱体と絶縁油とが収容された油入電気機器であって、レーザー光を、前記容器外から前記容器内の前記絶縁油に照射可能とする透明部材を備え、前記透明部材は、前記容器の側壁において、前記発熱体より上方であり、かつ前記絶縁油の液面より下に配設されている。
【００３２】
この構成によれば、透明部材が容器の側壁に設けられているので、透明部材を介してレーザー光を照射することにより、油入電気機器から絶縁油を採取することなく絶縁油の油中成分を測定することができる。また、よくかき混ぜられた状態の絶縁油に対して気相部を介すことなくレーザー光を照射することができるので、油入電気機器の異常診断に適した油中成分の測定を行うことができると共に、気相部のガス成分による測定精度の低下を防止することができる。従って、この構成に係る油入電気機器は、絶縁油に対してレーザー光を照射することにより油中成分の測定を行う油中成分測定方法の実施に適している。
【００３３】
また、前記容器は、略矩形形状であり、前記透明部材は、前記側壁の水平方向略中央位置に配設されている。
【００３４】
この構成によれば、透明部材が、絶縁油がかき混ぜられやすい位置である側壁の水平方向略中央位置に配設されているので、透明部材を介してレーザー光を照射することにより、よりよくかき混ぜられた絶縁油の油中成分を測定可能となる。従って、この構成に係る油入電気機器は、絶縁油に対してレーザー光を照射することにより油中成分の測定を行う油中成分測定方法の実施に適している。
【００３５】
また、前記容器は、互いに対向する一対の長尺側壁と前記長尺側壁より水平方向の長さが短く互いに対向する一対の短尺側壁とを有し、前記側壁は、前記一対の長尺側壁のうち少なくとも一方であることが好ましい。
【００３６】
この構成によれば、絶縁油が対流しやすい位置となる一対の長尺側壁のうち少なくとも一方に透明部材が配設されているので、透明部材を介してレーザー光を照射することにより、よりよくかき混ぜられた絶縁油の油中成分を測定可能となる。従って、この構成に係る油入電気機器は、絶縁油に対してレーザー光を照射することにより油中成分の測定を行う油中成分測定方法の実施に適している。
【発明の効果】
【００３７】
このような構成の油中成分測定方法は、油中に溶解した成分を抽出することなく、油中に溶解した成分に関する情報を測定することができる。また、このような構成の油入電気機器は、その油中成分測定方法の実施に適している。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施形態に係る油中成分測定方法を実施するための油中成分測定システムの構成の一例を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る油入変圧器の構成の一例を示す構造図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る油中成分測定方法を説明するためのフローチャートである。
【図４】絶縁油に対するレーザー光の透過率を測定したグラフである。
【図５】新油と使用油に対し、波長３５５ｎｍのレーザー光と、波長５３２ｎｍのレーザー光を照射した場合に生じる蛍光のスペクトルを測定したグラフである。
【図６】波長５３２ｎｍのレーザー光を照射することによりガスが溶解していない状態の絶縁油から得られたラマンスペクトルの一例を示すグラフである。
【図７】ラマンシフト１２００〜２８００（ｃｍ-1）の範囲について、鉱物油の新油にアセチレンが１０％溶解している状態で測定されたラマンスペクトルを示すグラフである。
【図８】アセチレン濃度が０％、１．９％、５．７％、及び１０％の場合について、ラマンスペクトルを示したグラフである。
【図９】ラマン強度比とアセチレン濃度との関係を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。
（第１実施形態）
【００４０】
図１は、本発明の一実施形態に係る油中成分測定方法を実施するための油中成分測定システム１の構成の一例を示すブロック図である。
【００４１】
図１に示す油中成分測定システム１は、油中成分測定装置２と、パーソナルコンピュータ３とを含む。油中成分測定装置２は、例えば携帯可能なポータブルタイプのレーザーラマン分光測定装置である。パーソナルコンピュータ３は、例えば液晶表示パネルなどのディスプレイを備えた携帯型のパーソナルコンピュータである。油中成分測定装置２は、測定対象となる絶縁油が封入された油入変圧器１００へレーザーラマン分光法のためのレーザー光を照射する。
【００４２】
油入変圧器１００（油入電気機器）は、大略的に、略矩形形状の容器１０１内に、変圧用巻線１０２（発熱体）と、絶縁油１０３（油）とが収容されて構成されている。容器１０１の側壁には、透明部材により構成された窓１０４が取り付けられている。
【００４３】
油中成分測定装置２は、レーザー発振装置２０１、光ファイバ２０２、レンズ２０３、ダイクロックミラー２０５、対物レンズ２０６、ミラー２０７、ロングパスフィルタ２０８、レンズ２０９、光ファイバ２１０、ラマンノッチフィルタ２１１、分光器２１２、及び光検出器２１３を備える。
【００４４】
レーザー発振装置２０１は、レーザー光を出力する。光ファイバ２０２は、レーザー発振装置２０１から出力されたレーザー光をレンズ２０３へ導く。レンズ２０３は、光ファイバ２０２により導かれたレーザー光を集光し、ダイクロックミラー２０５を透過させる。
【００４５】
ダイクロックミラー２０５を透過したレーザー光は、例えば波長５３２ｎｍの単色光となり、レーザーラマン分光法のためのレーザー光となる。対物レンズ２０６は、このレーザー光を集光し、窓１０４を介して容器１０１内の絶縁油１０３に照射する。
【００４６】
絶縁油１０３で散乱した散乱光は、窓１０４を介して対物レンズ２０６で集光され、ダイクロックミラー２０５に照射される。ダイクロックミラー２０５は、対物レンズ２０６で集光された散乱光のうち、ラマン散乱光（ラマン光）をミラー２０７へ反射させることにより、ラマン光を分離する。ミラー２０７は、ダイクロックミラー２０５の反射光をロングパスフィルタ２０８へ反射する。
【００４７】
ロングパスフィルタ２０８は、ミラー２０７の反射光から不要な短波長成分をカットし、その光をラマンノッチフィルタ２１１へ出力する。ラマンノッチフィルタ２１１は、ロングパスフィルタ２０８の出力光から、レイリー光を除去し、レンズ２０９及び光ファイバ２１０を介して分光器２１２へ送る。なお、ロングパスフィルタ２０８とラマンノッチフィルタ２１１とは、配置が入れ替わっていてもよい。
【００４８】
このようにして、絶縁油１０３で生じたラマン光が分光器２１２に入力される。分光器２１２は、ラマン光を分光して光検出器２１３へ出力する。光検出器２１３は、分光された周波数毎にラマン光の光強度を検出することによって、ラマンスペクトルを測定する。光検出器２１３としては、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）や光電子増倍管などの光検出素子を用いることができる。
【００４９】
光検出器２１３は、例えば通信ケーブル３１を介してパーソナルコンピュータ３とデータ通信可能に構成されている。光検出器２１３は、パーソナルコンピュータ３へラマンスペクトルを表すデータを送信する。これにより、パーソナルコンピュータ３のディスプレイにラマンスペクトルを表示したり、パーソナルコンピュータ３でラマンスペクトルに基づき演算処理を行ったりすることが可能とされている。
【００５０】
図２は、本発明の一実施形態に係る油入変圧器１００の構成の一例を示す構造図である。図２に示す油入変圧器１００は、一の方向に長尺の略矩形形状を有する容器１０１内に、変圧器本体１１０と絶縁油１０３とが収容されて構成されている。絶縁油１０３としては、鉱物油、又は菜種油等の植物油を用いることができる。
【００５１】
また、容器１０１の上部には、高圧端子Ｕ，Ｖ，Ｗと、コンサベータ１０７とが取り付けられている。なお、二次側低圧端子の記載は省略している。
【００５２】
変圧器本体１１０は、鉄心１０５と、鉄心１０５に巻き回された三相の巻線１０２，１０２，１０２と、電圧切替端子１０６とを備えている。電圧切替端子１０６は、巻線１０２，１０２，１０２から電圧を取り出すタップを切り替えることにより、二次側に取り出される電圧を切り替え可能にされている。
【００５３】
コンサベータ１０７は、内部が空洞の油溜め容器であり、コンサベータ１０７と容器１０１との間で絶縁油１０３が流動可能にされている。これにより、容器１０１を常時絶縁油１０３で満たした状態で、熱膨張等により生じた絶縁油１０３の体積変動をコンサベータ１０７で吸収可能にされている。従って、絶縁油１０３の液面は、容器１０１の上端より上のコンサベータ１０７内に位置するようにされている。
【００５４】
容器１０１は、互いに対向する一対の長尺側壁１１１，１１２と、長尺側壁１１１，１１２より水平方向の長さが短く互いに対向する一対の短尺側壁１１３，１１４とを有する。長尺側壁１１１の、巻線１０２，１０２，１０２より上方であり、かつ水平方向略中央位置には、窓１０４が取り付けられている。この場合、窓１０４は、絶縁油１０３の液面となるコンサベータ１０７より下方に配設されている。窓１０４は、例えばガラスや透明樹脂等のレーザー光を透過する透明部材から構成されている。
【００５５】
変圧器本体１１０に電圧が印加されると、巻線１０２，１０２，１０２に電流が流れて発熱する。巻線１０２，１０２，１０２が発熱すると、その熱により絶縁油１０３が対流し、容器１０１内で絶縁油１０３が、かき混ぜられる。従って、巻線１０２，１０２，１０２の上方は、絶縁油１０３の対流が生じやすい箇所である。
【００５６】
また、壁面の端部付近では絶縁油１０３が滞留しやすい。従って、壁面の水平方向略中央位置に窓１０４を取り付けることによって、滞留していない良くかき混ぜられた絶縁油１０３にレーザー光を照射することが可能となる。
【００５７】
さらに、短尺側壁１１３，１１４の近傍は、容器１０１全体に対する端部に相当し、絶縁油１０３が対流しにくい。そこで、長尺側壁１１１の、巻線１０２，１０２，１０２より上方であり、かつ水平方向略中央位置に窓１０４を設けることによって、最もよくかき混ぜられた状態の絶縁油１０３に対してレーザー光を照射することが可能となる。
【００５８】
上述したように、油入変圧器１００等の油入電気機器に封入された油に溶解した油中成分を測定することにより、機器の異常を診断することができる。しかしながら、機器内には、油が充分に循環しなかったり滞留したりする箇所がある。このように油が充分に循環していない箇所の油には、機器内の他の箇所で生じた異常に関わる油中成分が溶解していない。そのため、油が充分に循環していない箇所で、油に溶解した油中成分を測定しても、機器の異常診断を適切に行うことができない。
【００５９】
また、窓１０４が絶縁油１０３の液面より上方にあると、窓１０４からレーザー光を絶縁油１０３に照射する際に、レーザー光及びその反射光が絶縁油１０３上方の気相部を通過する。そのため、反射光には、気相部のガス成分に起因するラマン光が含まれることとなり、絶縁油１０３に溶解した油中成分の測定精度が低下する。
【００６０】
そこで、油入変圧器１００は、長尺側壁１１１の、巻線１０２，１０２，１０２より上方、絶縁油１０３の液面より下であって、かつ水平方向略中央位置に窓１０４を設けることによって、最もよくかき混ぜられた状態の絶縁油１０３に対してレーザー光を照射すると共に気相部のガス成分による測定精度の低下を防止することができる。従って、油入変圧器１００は、油中成分の測定に適している。
【００６１】
なお、窓１０４は、長尺側壁１１２、あるいは長尺側壁１１１，１１２の両方に設けられていてもよい。また、窓１０４は、短尺側壁１１３，１１４のうち少なくとも一方に設けられていてもよい。しかしながら、窓１０４を長尺側壁１１１，１１２のうち少なくとも一方に設けることにより、よりよくかき混ぜられた絶縁油１０３の油中成分を測定可能となる点で、より好ましい。
【００６２】
また、窓１０４は、長尺側壁１１１，１１２又は短尺側壁１１３，１１４の水平方向略中央位置に設けられている例に限らない。しかしながら、窓１０４を、長尺側壁１１１，１１２又は短尺側壁１１３，１１４の水平方向略中央位置に設けることで、よりよくかき混ぜられた絶縁油１０３の油中成分を測定可能となる点で、より好ましい。
【００６３】
また、窓１０４は、絶縁油１０３の液面より上に設けられてもよい。しかしながら、窓１０４を絶縁油１０３の液面より下に設けることが、気相部のガス成分による測定精度の低下を防止することができる点で、より好ましい。
【００６４】
また、窓１０４は、巻線１０２，１０２，１０２の上方に設けられる例に限らない。しかしながら、窓１０４を、巻線１０２，１０２，１０２の上方に設けることによって、よりよくかき混ぜられた絶縁油１０３の油中成分を測定可能となる点で、より好ましい。
【００６５】
なお、絶縁油１０３の液面位置を、ガラス窓やガラス管等の透明部材を通して目視により確認可能な油面計を窓１０４の代わりに用いてもよい。このような油面計として、板状油面計及び棒状油面計が知られている。
【００６６】
また、油入電気機器の一例として油入変圧器を示し、発熱体の一例として巻線を示したが、油入電気機器は容器内に発熱体と絶縁油とが収容されていればよく、油入変圧器に限らない。また、発熱体は巻線に限らない。発熱体としては、例えばモータ、ヒータ、スイッチング素子、電気回路等、種々の発熱体が適用可能である。
【００６７】
図３は、本発明の一実施形態に係る油中成分測定方法を説明するためのフローチャートである。まず、油中成分測定装置２の対物レンズ２０６を、油入変圧器１００の窓１０４に対向配置する。この状態で、作業者が油中成分測定装置２の図略の操作スイッチを操作することによって、レーザー発振装置２０１からレーザー光が出力され、そのレーザー光が光ファイバ２０２、レンズ２０３、ダイクロックミラー２０５、対物レンズ２０６、及び窓１０４を介して油入変圧器１００内の絶縁油１０３へ照射される（ステップＳ１：照射工程）。
【００６８】
図４は、絶縁油１０３に対するレーザー光の透過率を測定したグラフである。横軸は、レーザー光の波長（ｎｍ）、縦軸は、レーザー光の透過率（％）を示している。絶縁油１０３としては、鉱物油の一例であるサンオームＭＵ（株式会社かんでんエンジニアリング社製）を用いた。グラフＧ１は、新品（未使用）の新油の透過率を示し、グラフＧ２は、油入変圧器１００で使用されて劣化した使用油の透過率を示している。
【００６９】
図４において、透過率が低いことは、絶縁油１０３に吸収されるレーザー光のエネルギーが大きいことを意味する。絶縁油１０３に吸収されたエネルギーは、光励起を生じて蛍光として放出されるため、蛍光の波長と重複する領域のラマン光は測定が困難となる。従って、蛍光を減少させるために、レーザー光は、絶縁油１０３に対する透過率が高い波長とすることが好ましい。
【００７０】
図４に示すように、新油（グラフＧ１）よりも使用油（グラフＧ２）の方が、透過率の低下する波長が長くなる。図４によれば、使用油（グラフＧ２）の透過率が低下し始める境界値の波長は５２０ｎｍであり、５２０ｎｍ以上の波長範囲では、ほぼ９０％以上の透過率が得られている。
【００７１】
従って、対物レンズ２０６から出力されるレーザーラマン分光法のためのレーザー光の波長は、５２０ｎｍ以上であることが好ましい。また、レーザー光の波長の上限は、レーザーラマン分光法を実施可能な範囲であればよく、特定の波長に限定されない。レーザーラマン分光法では、測定対象の物質による光の吸収や蛍光を利用しないため利用可能な波長範囲が広い。例えば赤外線領域の１００μｍ以下の波長のレーザー光を利用してもよい。従って、レーザーラマン分光法のためのレーザー光の波長としては、５２０ｎｍ〜１００μｍの範囲を用いることができ、例えば５３２ｎｍが好ましい。
【００７２】
図５は、上記の新油と使用油に対し、５２０ｎｍに満たない波長３５５ｎｍのレーザー光と、５２０ｎｍ以上である波長５３２ｎｍのレーザー光を照射した場合に生じる蛍光のスペクトルを測定したグラフである。横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は絶縁油から測定された光の強度を任意単位（arb.unit）で示している。図５（ａ）は波長３５５ｎｍのレーザー光を照射した場合の例を示し、図５（ｂ）は波長５３２ｎｍのレーザー光を照射した場合の例を示している。
【００７３】
図５（ａ）に示すように、５２０ｎｍに満たない波長３５５ｎｍのレーザー光を用いた場合、新油を用いた場合のグラフＧ１１ではおよそ３７５ｎｍ〜５３０ｎｍの波長範囲で、使用油を用いた場合のグラフＧ１２ではおよそ３８５ｎｍ〜５５０ｎｍの波長範囲で蛍光の発光が認められた。このように、５２０ｎｍに満たない波長のレーザー光は、絶縁油１０３に照射すると蛍光を生じ、ラマン光の測定に適さないことが確認できた。
【００７４】
一方、図５（ｂ）に示すように、５２０ｎｍ以上の波長５３２ｎｍのレーザー光を用いた場合、新油を用いた場合のグラフＧ２１、使用油を用いた場合のグラフＧ２２のいずれでも、蛍光の発光がほとんど生じないことが確認できた。なお、図５（ｂ）の波長５４０ｎｍ〜５６０ｎｍの範囲で生じている光は、励起光源のレーザー光の漏れにより測定されたものであり、蛍光発光による光ではない。
【００７５】
このように、５２０ｎｍ以上の波長のレーザー光は、絶縁油１０３に照射しても僅かな蛍光発光しか生じず、ラマン光の測定に適していることが確認できた。
【００７６】
このようにして絶縁油１０３に照射されたレーザー光は、絶縁油１０３に含まれる物質の分子の振動エネルギー分シフトしたラマン散乱を生じる。このラマン散乱を生じた散乱光は、窓１０４、対物レンズ２０６、ダイクロックミラー２０５、ミラー２０７、ロングパスフィルタ２０８、レンズ２０９、光ファイバ２１０、及びラマンノッチフィルタ２１１を経てラマン光とされ、そのラマン光が分光器２１２で分光され、光検出器２１３でラマンスペクトルが取得される（ステップＳ２：スペクトル検出工程）。
【００７７】
図６は、波長５３２ｎｍのレーザー光を照射することによりガスが溶解していない状態の絶縁油１０３から得られたラマンスペクトルの一例を示すグラフである。横軸はラマンシフト（ｃｍ-1）、縦軸はラマン光の光強度（ｃｏｕｎｔ）を示している。
【００７８】
ラマンシフトは、分光器２１２で分光された各波長λと対物レンズ２０６から出力されたレーザー光の波長λ0とをそれぞれ波数（ｃｍ-1）に換算し、分光された光の波数とレーザー光の波数との差を算出したものである。ラマンシフトは、（１／λ0）−（１／λ）で得られる。ラマン光の光強度の測定方法としては、種々の方法が知られているが、図６に示す例では、ラマン光の測定を複数回実行し、そのうちラマン光が検出された回数（ｃｏｕｎｔ）によって、ラマン光の強度を表している。
【００７９】
図６（ａ）はラマンシフトが１０００〜４０００（ｃｍ-1）の範囲を示し、図６（ｂ）はラマンシフトが２８００〜４２００（ｃｍ-1）の範囲を示している。図６（ａ）の測定回数（積算回数）は３０００回、図６（ｂ）の測定回数（積算回数）は６×１０6回である。
【００８０】
グラフＧ３１は鉱物油（株式会社かんでんエンジニアリング社製サンオームＭＵ）の新油、グラフＧ３２は植物油（株式会社かんでんエンジニアリング社製サンオームＥＣＯ）の新油、グラフＧ３３は鉱物油（株式会社かんでんエンジニアリング社製サンオームＭＵ）の使用油のラマンスペクトルを示している。
【００８１】
グラフＧ３１〜Ｇ３３から、ラマンシフトが１８００〜２５００（ｃｍ-1）の範囲、及びラマンシフトが３１００（ｃｍ-1）以上の範囲では、ラマン光のピークが生じないことが確認できた。
【００８２】
図７は、ラマンシフト１２００〜２８００（ｃｍ-1）の範囲について、鉱物油（株式会社かんでんエンジニアリング社製サンオームＭＵ）の新油にアセチレンが１０％溶解している状態で測定されたラマンスペクトルを示すグラフである。図７において、ラマンシフト１９７２（ｃｍ-1）の位置に、アセチレン（Ｃ2Ｈ2）の微少なピークＰ１が現れている。また、ラマンシフト２１９０（ｃｍ-1）の位置には、絶縁油１０３由来の微少なピークＰ２が現れている。
【００８３】
図８は、アセチレン濃度が０％、１．９％、５．７％、及び１０％の場合について、図７と同様のラマンスペクトルを拡大して示したグラフである。図８の縦軸は任意単位（ａｒｂ．ｕｎｉｔ）で表している。図８は、説明を容易にするためにアセチレン濃度の異なるグラフを縦にずらして光強度が異なっているように表示しているが、実際はピークＰ１以外、各グラフの光強度はほぼ同一である。図８に示す例では、ラマン光の測定を３０００回行ってラマン光の光強度を測定し、さらにその測定値を１０回平均した結果をグラフ化して示している。
【００８４】
図８に示す例では、ラマンシフト１９７２（ｃｍ-1）の位置にアセチレンのピークＰ１が認められ、ラマンシフト２１９０（ｃｍ-1）の位置には絶縁油１０３由来のピークＰ２が現れている。図８に示すように、アセチレンの濃度が高くなるほど、ピークＰ１が大きくなる。
【００８５】
このように、ステップＳ２のスペクトル検出工程によって、図８に示すようなラマンスペクトルが得られる。
【００８６】
次に、このようにして得られたラマンスペクトルに基づき、絶縁油１０３に溶解している油中成分の濃度（例えば、アセチレンのガス濃度）を示す情報を取得する（ステップＳ３：測定工程）。ピークＰ１の大きさは、アセチレンの濃度に対応しているから、ピークＰ１の値からアセチレンの濃度を判断することができる。しかしながら、ラマン光は微弱であり、測定条件の僅かな変化で絶対値が変動するため、ピークＰ１の値から直接アセチレン濃度を算出することは困難である。そこで、図８に示すラマンスペクトルにおいて、絶縁油１０３由来のピークＰ２の光強度は本来一定の値となるべきであることを利用して、ピークＰ２とピークＰ１の値の比を用いて油中成分（アセチレン）の濃度を算出する。
【００８７】
測定工程は、例えば光検出器２１３からパーソナルコンピュータ３へ送信されたラマンスペクトルを表すデータに基づいて、作業者が実行してもよく、あるいはプログラムをパーソナルコンピュータ３に実行させることによって、パーソナルコンピュータ３に測定工程を実行させてもよい。
【００８８】
図９は、ピークＰ２とピークＰ１の値の比であるラマン強度比（Ｐ２／Ｐ１）を縦軸に、アセチレン濃度（％）を横軸にしてラマン強度比とアセチレン濃度との関係を示したグラフである。図９に示すように、ラマン強度比とアセチレン濃度とは、ほぼ比例関係となる。従って、図９に示すラマン強度比とアセチレン濃度との関係を予め測定し、テーブルデータとして予め記憶しておくことによってステップＳ２で得られたラマンスペクトルから、ラマン強度比をアセチレンの濃度を示す情報として取得し、テーブルデータを参照することによって絶縁油１０３に溶解しているアセチレンの濃度を取得することができる。
【００８９】
同様に、アセチレン以外の成分についても、図９と同様のテーブルデータを予め取得しておくことによって、ラマンスペクトルから絶縁油１０３に溶解している成分濃度を取得することが可能となる。
【００９０】
以上説明したように、上述の油中成分測定方法によれば、油中に溶解した成分を抽出することなく、油中に溶解した成分に関する情報を測定することができる。
【００９１】
また、上述の油中成分測定方法によれば、アセチレン以外の成分として、例えば、フルフラール、５ヒドロキシメチル−２フルフラール、２−アセチルフラン、２−フロイック塩、及び５−メチルフルフラールのフラン系微量劣化生成物や、フルフリルアルコール、及び水素について、測定を行うことが可能である。また、主に、アセチレン等のガス成分が油中に溶解している例について説明した。しかしながら、測定対象の成分は、ガスに限らず、例えばフルフラール等のガス以外の成分であってもよい。
【００９２】
アセチレンのラマンシフトのピークは１９７２ｃｍ-1、フラン系微量劣化生成物のラマンシフトのピークは１７０５ｃｍ-1、水素のラマンシフトのピークは４１６０ｃｍ-1である。図６に示すように、アセチレンのラマンシフトのピークＰ１は、グラフＧ３１，Ｇ３２，Ｇ３３のピークと異なっている。そのため、上述の油中成分測定方法によれば、絶縁油１０３として、鉱物油、植物油のいずれを用いた場合であっても、良好にアセチレン濃度を測定することが可能となる。
【００９３】
フラン系微量劣化生成物のラマンシフトのピークＰ３は、グラフＧ３１，Ｇ３３のピークとは異なり、グラフＧ３２のピークと重なっている。そのため、上述の油中成分測定方法によれば、絶縁油１０３として、鉱物油を用いた場合に、フラン系微量劣化生成物の濃度を良好に測定することが可能となる。
【００９４】
また、水素のラマンシフトのピークＰ４は、グラフＧ３１，Ｇ３２のピークと異なっている。そのため、上述の油中成分測定方法によれば、絶縁油１０３として、鉱物油、植物油のいずれを用いた場合であっても、良好に水素濃度を測定することが可能となる。
【００９５】
なお、測定工程は、必ずしも油中成分の濃度に関する情報を測定する工程でなくてもよい。例えば、ラマンスペクトル中に、ピークＰ１とピークＰ４とがあれば、絶縁油１０３にアセチレンと水素とが溶解していると判定することができる。このように、ラマンスペクトルから、絶縁油１０３に溶解している成分の種類を示す情報を、油に溶解している成分に関する情報として取得してもよい。
【００９６】
また、レーザー光の波長は、測定対象の油にラマン光を生じる波長であればよく、必ずしも５２０ｎｍ以上に限定されない。また、測定対象の成分は、その成分が溶解していない状態の絶縁油１０３とは異なるラマンシフト値を有していればよく、必ずしも上述のアセチレン、フルフリルアルコール、及びフラン系微量劣化生成物に限らない。同様に、絶縁油１０３は、測定対象の成分とは異なるラマンシフト値を有する鉱物油又は植物油であればよく、株式会社かんでんエンジニアリング社製のサンオームＭＵ又はサンオームＥＣＯに限らない。
【００９７】
また、窓１０４から油入変圧器１００内の絶縁油１０３にレーザー光を照射する例に限らない。例えば、油入変圧器１００から絶縁油１０３を採取してビーカー等の容器に入れた状態で、その絶縁油１０３にレーザー光を照射するようにしてもよい。
【００９８】
また、測定対象の油は、油入変圧器の絶縁油に限らず、ＯＦ（Ｏｉｌ−Ｆｉｌｌｅｄ）ケーブル内の絶縁油であってもよく、その他の油入電気機器内の油であってもよく、その他の種々の油であってもよい。
（第２実施形態）
【００９９】
次に、本発明の第２実施形態に係る油中成分測定方法について説明する。第２実施形態に係る油中成分測定方法では、図３におけるステップＳ２のラマンスペクトル検出工程において、ステップＳ１の照射工程において絶縁油１０３にレーザー光が照射されてから、予め設定された遅延時間ｔｄより短い時間内に、光検出器２１３がラマン光を検出する。
【０１００】
そして、このようにして検出されたラマン光に基づくラマンスペクトルを表すデータが光検出器２１３からパーソナルコンピュータ３へ送信される。その他の点では上述の第１実施形態と同様であるのでその説明を省略する。
【０１０１】
上述したように、レーザー光を絶縁油１０３に照射すると、５２０ｎｍに満たない波長範囲のレーザー光は、光励起による蛍光が生じ易い。蛍光が生じると、ラマン光の測定が困難になるため、第１実施形態では、蛍光が生じにくい波長５２０ｎｍ以上のレーザー光を用いていた。
【０１０２】
ところで、ラマン光は、絶縁油１０３へのレーザー光の照射と同時に生じるのに対し、蛍光は、レーザー光の照射から１〜１００ｎｓｅｃ程度の時間、遅延して生じる。そこで、上述の遅延時間ｔｄを、レーザー光による光励起から油に蛍光が生じるまでの遅延時間、例えば１ｎｓｅｃとする。これにより、波長が５２０ｎｍに満たないレーザー光を用いた場合であっても、蛍光の影響を抑制することができる。その結果、レーザー光の波長を５２０ｎｍ以下にすることが可能となり、レーザー光の波長を設定する自由度が増大する。
【符号の説明】
【０１０３】
１    油中成分測定システム
２    油中成分測定装置
３    パーソナルコンピュータ
３１  通信ケーブル
１００      油入変圧器（油入電気機器）
１０１      容器
１０２      巻線（発熱体）
１０３      絶縁油（油）
１０４      窓（透明部材）
１０５      鉄心
１０６      電圧切替端子
１０７      コンサベータ
１１０      変圧器本体
１１１，１１２    長尺側壁
１１３，１１４    短尺側壁
２０１      レーザー発振装置
２０２      光ファイバ
２０３，２０９    レンズ
２０５      ダイクロックミラー
２０６      対物レンズ
２０７      ミラー
２０８      ロングパスフィルタ
２１０      光ファイバ
２１１      ラマンノッチフィルタ
２１２      分光器
２１３      光検出器
【図１】
2015052551.tif 000003
【図２】
2015052551.tif 000004
【図３】
2015052551.tif 000005
【図４】
2015052551.tif 000006
【図５】
2015052551.tif 000007
【図６】
2015052551.tif 000008
【図７】
2015052551.tif 000009
【図８】
2015052551.tif 000010
【図９】
2015052551.tif 000011