(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄心脚と上部及び下部継鉄を有する鉄心及び前記鉄心脚に巻回する巻線からなる電器中身と、前記電器中身を収納すると共に絶縁媒体を充填するタンクと、前記タンクの長手方向と幅方向の側壁内面の巻線と最も近接し、かつ前記巻線の上端部及び下端部に対向する位置にそれぞれ取り付ける漏れ磁束測定センサーと、前記タンクの幅方向或いは長手方向の側壁内面の対応する関係にある対となる前記漏れ磁束測定センサーの漏れ磁束測定信号を検出する漏れ磁束検出手段と、前記漏れ磁束検出手段からの漏れ磁束測定信号を基にして前記タンク内に収納した前記電器中身の変位状況を判定する演算ユニットとを備えて構成したことを特徴とする静止誘導電器の中身変位検出装置。
【請求項２】
請求項１において、前記漏れ磁束検出手段は、前記タンクの幅方向或いは長手方向の各側壁内面に取り付けられて対応する関係にある各漏れ磁束測定センサーと接続して漏れ磁束に基づく信号を出力するマルチプレクサと、前記漏れ磁束に基づく信号を増幅する増幅器と、前記増幅器に連なるピークホールド回路と、前記ピークホールド回路からのアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換器とを有することを特徴とする静止誘導電器の中身変位検出装置。
【請求項３】
請求項１又は２のいずれかにおいて、前記漏れ磁束測定センサーはサーチコイルであることを特徴とする静止誘導電器の中身変位検出装置。
【請求項４】
請求項１又は２のいずれかにおいて、前記漏れ磁束測定センサーはホール素子であることを特徴とする静止誘導電器の中身変位検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は変圧器やリアクトル等の静止誘導電器の中身変位検出装置に係り、特に地震によって引き起こされるタンク内に収納した電器中身の変位を検出できる静止誘導電器の中身変位検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
送配電系統の高電圧大容量化に伴い、最近の送変電所に設置される変圧器やリアクトル等の静止誘導電器は、大容量大型化される傾向にある。これに伴い、静止誘導電器は地震に対する耐震性の向上も求められてきている。
【０００３】
例えば変圧器の場合、鉄心脚と上部及び下部継鉄からなる鉄心、及び鉄心脚に巻回する巻線で構成する変圧器中身を、タンク内に収納する際に、変圧器中身の耐震構造を例えば特許文献１に記載の如く鉄心部分を活用して行うことが提案されている。
【０００４】
特許文献１の耐震構造は、上部継鉄の両側に配置する一対の上部鉄心締付金具の両側端端面間、及び下部継鉄の両側に配置する一対の下部鉄心締付金具の両側端端面間を橋絡する受け金具を設けており、上部及び下部の各受け金具とタンクの側壁面とを、非磁性材の支持金具によって連結したものである。これにより、変圧器鉄心の幅および長手方向への変位を防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−９３１０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記した特許文献１に記載の耐震構造を変圧器に適用した場合でも、大きな地震により非磁性材の支持金具の破損し、タンク内に収納した変圧器中身が変位する恐れがある。変圧器中身の変位の状況は、変圧器を絶縁上支障なくそのまま継続して使用できるかどうかの判断材料になる。
【０００７】
ところが、変圧器はタンク内に絶縁油の如く絶縁媒体を充填しているから、地震後に変圧器中身の変位の有無を外部から簡単に確認できない問題があるため、変圧器中身の変位の確認は、変圧器を工場に持ち帰って内部点検する必要がある。そして、変圧器の内部点検で、変圧器中身の変位状況を確認して使用可能或いは修理かどうかを判定し、修理要の時には補修してから再度現地に搬入し据え付けことになるため、多くの作業時間を要し経済的でない欠点がある。
【０００８】
本発明の目的は、静止誘導電器を地震後に解体せずにタンクに収納した電器中身の変位状況を精度良く推定でき、使用可能性を判定できる静止誘導電器の中身変位検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の静止誘導電器の変位検出装置は、鉄心脚と上部及び下部継鉄を有する鉄心及び前記鉄心脚に巻回する巻線からなる電器中身と、前記電器中身を収納すると共に絶縁媒体を充填するタンクにて静止誘導電器を構成するとき、前記タンクの長手方向と幅方向の側壁内面の巻線と最も近接し、かつ前記巻線の上端部及び下端部に対向する位置にそれぞれ取り付ける漏れ磁束測定センサーと、前記タンクの幅方向或いは長手方向の側壁内面の対応する関係にある対となる前記漏れ磁束測定センサーの漏れ磁束測定信号を検出する漏れ磁束検出手段と、前記漏れ磁束検出手段からの漏れ磁束測定信号を基にして前記タンク内に収納した前記電器中身の変位状況を判定する演算ユニットとを備えて構成したことを特徴としている。
【００１０】
好ましくは、前記漏れ磁束検出手段は、前記タンクの幅方向或いは長手方向の各側壁内面に取り付けられて対応する関係にある各漏れ磁束測定センサーと接続して漏れ磁束に基づく信号を出力するマルチプレクサと、前記漏れ磁束に基づく信号を増幅する増幅器と、前記増幅器に連なるピークホールド回路と、前記ピークホールド回路からのアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換器とを有することを特徴としている。
【００１１】
好ましくは、前記漏れ磁束測定センサーはホール素子であること、或いは前記漏れ磁束測定センサーはサーチコイルであることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の静止誘導電器の中身変位検出装置によれば、電器中身のタンクの側壁内面内に取付けられた漏れ磁束測定用センサーヘ垂直に侵入する漏れ磁束密度を測定して活用することにより、タンク内に収納した電器中身の変位状況を推定することができる。このため、静止誘導電器を工場に持ち帰えることなく使用可能性を容易に判定することができるから、静止誘導電器の解体や再組立更には再据付等による作業時間を大幅に低減できて極めて経済的である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施例である静止誘導電器の中身変位検出装置を適用した三相３脚変圧器を示す概略構成図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線における概略構成図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ線における漏れ磁束密度分布図である。
【図４】図１のＢ−Ｂ線において変圧器中身がタンク右方向へ変位したときにタンクの側壁内面に垂直に侵入する状態の漏れ磁束密度分布図である。
【図５】図１のＢ−Ｂ線において変圧器中身がタンク高さ上方向へ変位したときにタンク側壁内面に垂直に侵入する状態の漏れ磁束密度分布図である。
【図６】図１のＡ−Ａ線において変圧器中身がタンク長手方向の右側へ変位したときにタンク側壁内面に垂直に侵入する状態の漏れ磁束密度分布図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の静止誘導電器の中身変位検出装置は、鉄心脚と上部及び下部継鉄を有する鉄心及び前記鉄心脚に巻回する巻線からなる電器中身と、前記電器中身を収納すると共に絶縁媒体を充填するタンクとならなる静止誘導電器に適用する。この装置は、前記タンクの長手方向と幅方向の側壁内面の巻線と最も近接し、かつ前記巻線の上端部及び下端部に対向する位置にそれぞれ取り付ける漏れ磁束測定センサーと、前記タンクの幅方向或いは長手方向の側壁内面の対応する関係にある対となる前記漏れ磁束測定センサーの漏れ磁束測定信号を検出する漏れ磁束検出手段と、前記漏れ磁束検出手段からの漏れ磁束測定信号を基にして前記タンク内に収納した前記電器中身の変位状況を判定する演算ユニットとを備えている。
【実施例１】
【００１５】
以下、本発明の静止誘導電器の中身変位検出装置を、図１から図６に示した三相３脚変圧器に適用した例を使用して説明する。三相３脚変圧器は、図１及び図２に示すようにタンク１内に変圧器中身１０を収納し、絶縁油や絶縁ガス等の絶縁媒体を充填して構成している。
【００１６】
変圧器中身１０は、３つの鉄心脚１１ａ、１１ｂ、１１ｃと、上部継鉄１２及び下部継鉄１３と、上部継鉄１２部分に配置する上部鉄心締付金具１４及び下部継鉄１３部分に配置する下部鉄心締付金具１５により形成する三相３脚鉄心、及び各鉄心脚１１ａ、１１ｂ、１１ｃに巻回した巻線１６ａ、１６ｂ、１６ｃからなっている。
【００１７】
本発明では、タンク１の長手方向及び幅方向の側壁内面１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ部分の後述する漏れ磁束が最大となる位置に、それぞれ漏れ磁束測定用センサー２を設けている。即ち、図２の三相３脚変圧器では、巻線１６ａ、１６ｂ、１６ｃからの漏れ磁束は矢印で示す如く流れ、そして漏れ磁束密度は巻線１６ａ、１６ｂ、１６ｃがタンク１の幅方向及び長手方向の側壁内面１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄに最も近接する位置、即ち巻線中心位置に相当部分で最大となる。しかも、タンク１の高さ方向でみると、巻線１６ａ、１６ｂ、１６ｃの上端部及び下端部に対向する側壁内面１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄの位置で漏れ磁束密度が最大となる。
【００１８】
タンク１内に変圧器中身１０を収納した正常な構成の場合は、図３に示す磁界解析により計算したタンク１の側壁内面１ａ、１ｂ内へ侵入する漏れ磁束密度分布の如く、漏れ磁束は矢印のように巻線１６ｂからタンク１の側壁内面１ａ、１ｂ内と鉄心脚１１ｂを経由して、再び巻線１６ｂへ戻る流れとなっている。そして、タンク１の側壁内面１ａ、１ｂに対して垂直に侵入する漏れ磁束密度分布は、巻線１６ｂの上下端部付近で各々最大となり、側壁内面１ａ、１ｂで上下の漏れ磁束の極性が反対となっている。なお、変圧器中身の変位がなくて正常な場合の磁界解析の計算結果は、タンク１の側壁内面１ａ、１ｂに垂直に侵入する漏れ磁束密度分布を比較する基準値となる。
【００１９】
このため、本発明の装置に用いる漏れ磁束測定用センサー２は、変圧器設計時に実施する磁界解析結果を考慮して決定する。つまり、漏れ磁束測定用センサー２は、タンク１の側壁内面１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄに巻線１６ａ、１６ｂ、１６ｃが最も近接し、かつ巻線１６ａ、１６ｂ、１６ｃの上端部及び下端部に対向している漏れ磁束密度が最大の位置を選んでそれぞれ設けている。しかも、タンク１の側壁内面１ａと１ｂ及び１ｃと１ｄに設ける各漏れ磁束測定用センサー２は、変圧器中身１０の巻線１６ａ、１６ｂ、１６ｃの中心を挟んで対応する関係、つまり対称位置にあって一対をなすように設けている。
【００２０】
漏れ磁束測定用センサー２としては、タンク１の側壁内面１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄに設けるのに支障のない小さな寸法のものを使用し、例えば巻回数が多くて検出感度の良好なサーチコイル、或いは磁界を検出する半導体であるホール素子を使用する。
【００２１】
検討によると、タンク７１に変圧器中身１０が１０〜1４０ｍｍ程度近づいて変位した場合を想定し計算した結果では、タンク１の側壁内面へ侵入する漏れ磁束は０．１４〜１０ｍＴ程度である。一方、漏れ磁束測定用センサー２の測定精度は、最低で０．１４ｍＴ（１４ガウス）であるから、変圧器中身１０の変位が１０〜５０ｍｍ程度でも十分に測定することができる。
【００２２】
図４から図６に、タンク１の側壁内面１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄに侵入する漏れ磁束を、実線で示す変圧器中身１０の変位前と、破線で示す変圧器中身１０の変位後について、磁界解析により計算した垂直漏れ磁束密度分布を比較して示している。変圧器中身１０が、側壁内面１ａ側（紙面右側）に近づく変位方向に変位した場合、図４の如く垂直漏れ磁束密度分布は、側壁内面１ａ側では破線の変位後は実線の変位前より大きくなり、逆に側壁内面１ｂ側では破線の変位後は実線の変位前より小さくなる。また、変圧器中身１０がタンク１の上方に近づく変位方向に変位した場合、図５の如く側壁内面１ａ、１ｂ側のいずれでも垂直漏れ磁束密度分布は、破線の変位後は実線の変位前より上方に変化して現れる。
更に、変圧器中身１０がタンク１の長手方向である側壁内面１ｃ側（紙面右側）に近づく変位方向に変位した場合、図６の如く垂直漏れ磁束密度分布は図４と同様に側壁内面１ｃ側では破線の変位後は実線の変位前より大きくなり、逆に側壁内面１ｄ側では破線の変位後は実線の変位前より小さくなる。本発明では、上記のような漏れ磁束密度の変化を捉えて、変圧器中身１０の変位を検出している。
【００２３】
変圧器中身１０を挟んで対応する関係にあり対となる漏れ磁束測定用センサー２は、接続線２ａ１と２ａ２、２ｂ１と２ｂ２、２ｃ１と２ｃ２、２ｄ１と２ｄ２によって、漏れ磁束検出手段３側と接続している。図１の例の漏れ磁束検出手段３は、２つの入力信号を一つの信号として出力するマルチプレクサ４と、マルチプレクサ４からの出力信号を増幅する増幅器５と、増幅された交流分の出力信号のピーク値を保持するピークホールド回路６及びアナロクデジタル（Ａ／Ｄ）変換器７を備えている。
【００２４】
そして、漏れ磁束検出手段３で得られた検出信号は、演算ユニット８で演算して判定され、この結果を表示装置９に表示するようにしている。演算ユニット８は、例えば記憶部８ａと、演算部８ｂおよび判断部８ｃとを有している。記憶部８ａには、予めタンク１の側壁内面１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄにおける磁界解析による漏れ磁束密度を記憶しており、演算部８ｂにおいて検出信号を演算し、記憶部８ａに保存されている対応する部分の磁界解析記録に基づいて判断部８ｃで変圧器中身１０の変位状況を判定する。
【００２５】
本発明の装置を用いて三相３脚変圧器の中身の変位検出を行うときには、まずタンク１の幅方向或いは長手方向の側壁内面１ａと１ｂ、１ｃと１ｄで、巻線１６ａ、１６ｂ、１６ｃを挟んで上端部或いは下端部において対応する関係にあって一対となる漏れ磁束測定センサー２を選択する。
【００２６】
図１の例では漏れ磁束検出手段３にマルチプレクサ４を使用しているから、演算ユニット８からの選択信号でマルチプレクサ４は、例えば一対の漏れ磁束測定センサー２の接続線２ａ１と２ａ２を選択し、漏れ磁束の測定信号を増幅器５とピークホールド回路６及びＡ／Ｄ変換器７を経た検出信号を、演算ユニット８に取り込んで演算する。そして、演算ユニット８の演算部８ａにおいて取り込んだ検出信号の差の絶対値を演算し、絶対値は許容範囲内かどうかを判断部８ｃで判定し、許容範囲内であれば変圧器中身１０の変位状況を正常と判定する。この判定結果が表示装置９に表示される。
【００２７】
上記と同様の信号の検出及び演算処理は、漏れ磁束測定センサー２の接続線２ｂ１と２ｂ２、２ｃ１と２ｃ２、２ｄ１と２ｄ２の選択で順次実施し、実施した一組の漏れ磁束測定センサー２でも異常があれば、変圧器中身に異常変位があると判断する。
【００２８】
なお、上記演算ユニット８の演算では、検出信号の絶対値を演算した例であるが、検出信号の比を演算することによっても同様に判定することができる。演算ユニット８で比を判定する場合、変圧器中身に変位がなく、正常なときは比が１になるので、例えば許容範囲を１±α（αは、０．１程度）の如く設定して判定する。
【００２９】
また、外部引出端子を設けるためタンク１の平面形状が、巻線１６ａ、１６ｂ、１６ｃの中心に関して対称でない場合は、検出信号の絶対値で演算するときは、タンク１内の変圧器中身１０の位置が正常な時の差Ｋを基準にし、許容範囲をＫ±αのように決めておけば同様に判定することができ、検出信号の比のときも同様である。
【００３０】
上記した本発明によると、タンク１の側壁内面１ａ、１ｂ、１ｃ，１ｄの所定位置に取り付けた漏れ磁束測定用センサー２と漏れ磁束検出手段３と演算ユニット８を使用し、漏れ磁束密度の状態からタンク１内に収納した変圧器中身１０が、タンク１の幅方向や長手方向或いは高さ方向への変位を推定して据付現地において使用可能かどうかを容易に判定することができる。このため、従来のように変圧器を工場に持ち帰ってタンク１内の変圧器中身１０の状況を判断する必要がなくなるから、工場における各種の作業時間が少なくなって経済的な点がある。
【００３１】
なお、上記した例では本発明の中身変位検出装置を三相３脚変圧器に適用したもので説明したが、本発明の装置は三相３脚変圧器や各種の単相変圧器やリアクトルにも適用でき、これらのいずれの場合も同様な効果を達成することができる。
【符号の説明】
【００３２】
１…タンク、１ａ、１ｂ、１ｃ，１ｄ…側壁内面、２…漏れ磁束測定用センサー、３…漏れ磁束検出手段、４…マルチプレクサ、５…増幅器、６…ピークホールド回路、７…アナログデジタル変換器、８…演算ユニット、１０…変圧器中身、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ…鉄心脚、１２…上部継鉄、１３…下部継鉄、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ…巻線。
【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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