(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコーン油またはエステル油である絶縁油が充填された油入電気機器について、発熱部位の温度を推定する温度推定方法であって、
前記絶縁油中の２種の熱分解生成物の濃度を測定する測定工程と、
前記２種の熱分解生成物の濃度比率、および、予め作成した前記発熱部位の温度と前記濃度比率との関係式から、前記油入電気機器内の前記発熱部位の温度を算出する算出工程と、を含み、
前記絶縁油がシリコーン油である場合、前記２種の熱分解生成物のうち少なくとも１種が、直鎖シロキサン、ケイ素を含むアルコール類、または、ベンゼンであり、
前記絶縁油がエステル油である場合、前記２種の熱分解生成物が脂肪酸である、温度推定方法。
【請求項２】
前記直鎖シロキサンは、ヘキサメチルジシロキサンまたはオクタメチルトリシロキサンである、請求項１に記載の温度推定方法。
【請求項３】
前記ケイ素を含むアルコール類は、トリメチルシラノールである、請求項１に記載の温度推定方法。
【請求項４】
前記絶縁油がシリコーン油である場合、前記濃度比率は、ヘキサメチルシクロトリシロキサン／トリメチルシラノール、ベンゼン／ヘキサメチルシクロトリシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン／トリメチルシラノール、ベンゼン／オクタメチルシクロテトラシロキサン、オクタメチルトリシロキサン／ヘキサメチルジシロキサン、または、ベンゼン／トリメチルシラノールの濃度比率である、請求項２または３に記載の温度推定方法。
【請求項５】
前記絶縁油がエステル油である場合、前記濃度比率は、分岐型脂肪酸／直鎖型脂肪酸、直鎖型脂肪酸／分岐型脂肪酸、飽和脂肪酸／不飽和脂肪酸、または、不飽和脂肪酸／飽和脂肪酸の濃度比率である、請求項１に記載の温度推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油入電気機器の発熱部位の温度推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
変圧器等の油入電気機器については、機器を停止させることなく、絶縁油中のガス成分の種類や濃度、複数のガス成分間の濃度比率などを指標として、過熱異常等の異常を診断する方法が知られている（例えば、非特許文献１（Z．Wang，X．Wang，X．Yi  and  S．  Li，“Gas  Generation  in  Natural  Ester  and  Mineral  Oil  Under  Partial  Discharge  and  Sparking  Faults”，IEEE  Electrical  Insulation  Magazine，Vol．29，No．5，pp．62-70，2013年）および非特許文献２（電気協同研究、第54巻、第5号(その１)、油入変圧器の保守管理、電気協同研究会、1999年2月））。このような油中ガス分析による異常診断方法は、鉱油を絶縁油として用いた油入変圧器については、実績が多く、異常診断のガイドラインも国内外で提案されている。【０００３】
一方で、鉄道車両用などの車載用の油入電気機器（変圧器など）においては、安全性を重視して、鉱油より引火点が高く、安全性の高いシリコーン油が絶縁油（冷却媒体を兼ねた絶縁媒体）として用いられる場合がある。さらに、近年は、安全性だけでなく、生分解性に優れ、環境負荷の低いエステル油の適用が進んでいる（例えば、特許文献１（特開２０１３−１３１５１１号公報））。【０００４】
しかし、シリコーン油またはエステル油等の非鉱油は鉱油とは組成が異なり、非鉱油において、放電異常、異常過熱等の異常発生時に生成するガス成分の種類、濃度、複数のガス成分間の濃度比などは、鉱油の場合とは異なる。このため、鉱油を使用した油入電気機器の診断方法を、シリコーン油を使用した油入電気機器の異常診断にそのまま用いることはできない。【０００５】
一方、特許文献２（特開平５−２４９１００号公報）には、シリコーン油などの合成油を使用した油入電気機の劣化度判定方法が開示されている。特許文献２では、油入電気機器から採取された油をガスクロマトグラフ等の分析機器を用いて分析し、シリコーン油特有の熱分解生成物である３量体から６量体の環状シロキサンを検出する。そして、これらの環状シロキサンの油中濃度比から、油入電気機器内部における発熱部位の温度を判定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−１３１５１１号公報
【特許文献２】特開平５−２４９１００号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Z．Wang，X．Wang，X．Yi  and  S．Li，“Gas  Generation  in  Natural  Ester  and  Mineral  Oil  Under  Partial  Discharge  and  Sparking  Faults”，IEEE  Electrical  Insulation  Magazine，Vol．29，No．5，pp．62-70，2013年
【非特許文献２】電気協同研究、第54巻、第5号(その１)、油入変圧器の保守管理、電気協同研究会、1999年2月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、本発明者らの検討により、１００℃〜７００℃の温度領域と７００℃以上の温度領域とでは、シリコーン油の熱分解挙動が異なることが判明した。具体的には、３量体から６量体の環状シロキサンの油中濃度比率は、１００℃から７００℃までは加熱温度が高くなるに従って上昇するが、７００℃を超えた時点で上昇しなくなる傾向がある（比較例１、図３参照）。【０００９】
このため、特許文献２の劣化度判定方法では、７００℃を超える異常過熱が生じた場合に、温度を正確に測定できず、誤診断を招く可能性がある。また、現状では、エステル油入変圧器については、異常過熱温度を推定する技術はないため、エステル油入変圧器の異常診断手法を早急に開発する必要があった。【００１０】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、シリコーン油が充填された油入電気機器またはエステル油が充填された油入電気機器について、発熱部位の温度を高い精度で推定することのできる温度推定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】
本発明の温度推定方法は、シリコーン油またはエステル油である絶縁油が充填された油入電気機器（シリコーン油が充填された油入電気機器またはエステル油が充填された油入電気機器）について、発熱部位の温度を推定する方法である。【００１２】
上記において、シリコーン油が充填された油入電機機器の温度推定方法は、
シリコーン油中の２種の熱分解生成物の濃度を測定する測定工程と、
２種の熱分解生成物の濃度比率、および、予め作成した発熱部位の温度と濃度比率との関係式から、油入電気機器内の発熱部位の温度を算出する算出工程と、を含む。【００１３】
そして、上記２種の熱分解生成物のうち少なくとも１種が、直鎖シロキサン、ケイ素を含むアルコール類、または、ベンゼンであることを特徴とする。【００１４】
また、エステル油が充填された油入電機機器の温度推定方法は、
エステル油中の２種の熱分解生成物の濃度を測定する測定工程と、
前記２種の熱分解生成物の濃度比率、および、予め作成した前記発熱部位の温度と前記濃度比率との関係式から、前記油入電気機器内の前記発熱部位の温度を算出する算出工程と、を含む。【００１５】
そして、上記２種の熱分解生成物が脂肪酸であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、シリコーン油が充填された油入電気機器またはエステル油が充填された油入電気機器について、発熱部位の温度を高い精度で推定することのできる温度推定方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本実施形態の温度推定方法のフロー図である。
【図２】試験例１における熱分解生成物の濃度の測定結果を示すグラフである。
【図３】比較例１における熱分解生成物の濃度比率（Ｄ３／Ｄ５）と加熱温度との関係を示すグラフである。
【図４】実施例７における熱分解生成物の濃度比率（Ｍ３／Ｄ３）と加熱温度との関係を示すグラフである。
【図５】比較例２における熱分解生成物の濃度比率（Ｄ４／Ｄ３）と加熱温度との関係を示すグラフである。
【図６】実施例１における熱分解生成物の濃度比率（Ｄ３／トリメチルシラノール）と加熱温度との関係を示すグラフである。
【図７】実施例２における熱分解生成物の濃度比率（Ｄ３／ベンゼン）と加熱温度との関係を示すグラフである。
【図８】実施例３における熱分解生成物の濃度比率（Ｄ４／トリメチルシラノール）と加熱温度との関係を示すグラフである。
【図９】実施例４における熱分解生成物の濃度比率（ベンゼン／Ｄ４）と加熱温度との関係を示すグラフである。
【図１０】実施例５における熱分解生成物の濃度比率（Ｍ３／Ｍ２）と加熱温度との関係を示すグラフである。
【図１１】実施例６における熱分解生成物の濃度比率（ベンゼン／トリメチルシラノール）と加熱温度との関係を示すグラフである。
【図１２】試験例１において、油入電気機器に異常過熱が発生した状態を模擬した試験系の概略図である。
【図１３】試験例２における熱分解生成物の濃度の測定結果を示すグラフである。
【図１４】実施例８における熱分解生成物の濃度比率（ヘプタン酸／オクタン酸）と加熱温度との関係を示すグラフである。
【図１５】実施例９における熱分解生成物の濃度比率（２−エチルヘキサン酸／オクタン酸）と加熱温度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態について説明する。
＜実施形態１＞
本発明の温度推定方法は、シリコーン油が充填された油入電気機器について、（油入電気機器内の一部での異常過熱の発生等による）発熱部位の温度を推定する方法である。
【００１９】
油入電気機器としては、例えば、コイル絶縁紙が巻きつけられたコイル銅がシリコーン油内に配置された油入電気機器が挙げられ、具体的には変圧器などが挙げられる。なお、車載用（鉄道車両用など）の油入電気機器においては、安全性を重視してシリコーン油が用いられる場合が多いため、本実施形態の温度推定方法は、車載用の油入電気機器に好適に用いることができる。
【００２０】
シリコーン油は、油の性質を示すシリコーン（シロキサン結合による主骨格を有する高分子化合物）である。特に限定されないが、最も代表的なシリコーン油としては、ジメチルポリシロキサンが挙げられる。なお、ジメチルポリシロキサンの測鎖（メチル基）の一部は、水素またはフェニル基で置換されていてもよい。
【００２１】
本実施形態の温度推定方法は、採取工程と、測定工程と、算出工程とを含む。
図１は、本実施形態の温度推定方法のフロー図である。以下、図１を参照して、各工程の詳細について説明する。
【００２２】
（採取工程）
採取工程では、油入電気機器からシリコーン油を採取する。
【００２３】
本実施形態の温度推定方法を実施するためには、まず、油入電気機器の排油弁からガラス容器やポリ容器にシリコーン油を採油する。シリコーン油は電気機器内部を循環しているため、シリコーン油の熱分解生成物は機器内部でほぼ均一濃度で分布している。実際の分析に用いる絶縁油量は０．１ｍＬ程度であるが、外部からの異物混入を想定して、１０ｍＬ〜１００ｍＬ採油するのが好ましい。
【００２４】
（測定工程）
測定工程では、採取工程で採取されたシリコーン油中の２種の熱分解生成物（シリコーン油の成分が熱分解することで生成した化合物）の濃度を測定する。
【００２５】
測定は、例えば、ガスクロマトグラフ質量分析計（ＧＣ／ＭＳ）等の分析機器を用いて行うことができる。なお、分析方法は、シリコーン油の上記熱分解生成物を分析可能であればよく、その他のカラムや分析条件、またはＦＩＤ検出器を搭載したガスクロマトグラフ法等の分析装置を用いても良い。
【００２６】
なお、採取したシリコーン油を分析する前に、あらかじめ、各熱分解生成物が既知の濃度で溶解した標準溶液も測定しておき、その測定値から検量線を作成しておく。その検量線を用いて、採取したシリコーン油中に含まれる熱分解生成物の濃度を算出することができる。
【００２７】
本実施形態において、検出される２種の熱分解生成物のうち少なくとも１種が、直鎖シロキサン、ケイ素を含むアルコール類、または、ベンゼンである。
【００２８】
直鎖シロキサンは、分析感度の観点から、２量体のヘキサメチルジシロキサン（Ｍ２）、または、３量体のオクタメチルトリシロキサン（Ｍ３）であることが好ましいが、４量体以上の直鎖シロキサンであってもよい。
【００２９】
さらに、ケイ素を含むアルコール類は、分析感度の観点から、トリメチルシラノールであることが好ましいが、炭素を含まないシラノール、または、ケイ素を含み炭素を２個以上含むアルコール類であってもよい。
【００３０】
なお、２種の熱分解生成物のうち１種は、上記の化合物（直鎖シロキサン、ケイ素を含むアルコール類、および、ベンゼン）以外の熱分解生成物であってもよい。このような熱分解化合物としては、環状シロキサンが挙げられる。
【００３１】
環状シロキサンとしては、分析感度の観点から、３量体のヘキサメチルシクロトリシロキサン（Ｄ３）、４量体のオクタメチルシクロテトラシロキサン（Ｄ４）、または、５量体のデカメチルシクロペンタシロキサン（Ｄ５）であることが好ましいが、６量体以上の直鎖シロキサンであってもよい。
【００３２】
（算出工程）
算出工程では、２種の熱分解生成物の濃度比率、および、予め作成した発熱部位の温度と濃度比率との関係式から、油入電気機器内の発熱部位の温度を算出する。
【００３３】
まず、算出工程の前に、あらかじめ、後述する試験例１（加熱試験）などを実施し、実施例のようにして、発熱部位の温度と濃度比率との関係式（検量線）を作成しておく。
【００３４】
次に、上記２種の熱分解生成物の濃度測定値から、濃度比率を算出する。この濃度比率から、予め作成した発熱部位の温度と濃度比率との関係式を用いて、油入電気機器内の発熱部位の温度を算出することができる。
【００３５】
上記温度推定の指標となる濃度比率は、好ましくは、
ヘキサメチルシクロトリシロキサン（Ｄ３）／トリメチルシラノール、
ヘキサメチルシクロトリシロキサン（Ｄ３）／ベンゼン、
オクタメチルシクロテトラシロキサン（Ｄ４）／トリメチルシラノール、
ベンゼン／オクタメチルシクロテトラシロキサン（Ｄ４）、
オクタメチルトリシロキサン（Ｍ３）／ヘキサメチルジシロキサン（Ｍ２）、または、
ベンゼン／トリメチルシラノール
である。
【００３６】
また、これら以外に、温度推定の指標となる濃度比率としては、
オクタメチルトリシロキサン（Ｍ３）／ヘキサメチルシクロトリシロキサン（Ｄ３）、
Ｍ３／オクタメチルシクロテトラシロキサン（Ｄ４）、
ヘキサメチルジシロキサン（Ｍ２）／トリメチルシラノール、
Ｍ３／トリメチルシラノール、Ｍ３／トリメチルシラノール
などが挙げられる。
【００３７】
これらの濃度比率は、広い温度範囲（特に高温領域）において発熱部位の温度との相関性が高いことが、本発明者らの検討により確認されている（実施例参照）。これらの濃度比率を用いることで、シリコーン油が充填された油入電気機器の発熱部位の温度を高精度で推定することができる。
【００３８】
なお、上記測定工程においては、これらの濃度比率の組み合わせに相当する２種の熱分解生成物が測定される。
【００３９】
油入電気機器内の異常過熱の発生によって生成する熱分解生成物の濃度は、発熱部位の温度以外に、異常過熱の継続時間、発熱部位の面積（体積）などによって異なり、熱分解生成物の濃度のみを指標として、発熱部位の温度（異常過熱温度）を推定することは困難である。
【００４０】
しかし、シリコーン油中の２種の熱分解生成物の濃度比率は、発熱部位の温度に依存し、異常過熱の継続時間、発熱部位の面積などには依存しない。すなわち、絶縁油（シリコーン油）の量が熱分解生成物の生成量に対して十分に多く、無限供給に近いため、一定の温度においては、熱分解生成物は一定の速度で生成し続け、２種の熱分解生成物の濃度比率は一定である。このため、２種の熱分解生成物の濃度比率は温度のみに依存し、時間や面積には依存しないと考えることができる。なお、油入変圧器の保守管理において、絶縁油中のガス成分の分析に関して同様に考えられている（社団法人  電気協同研究会、「電気協同研究」、第５４巻第５号（その１）、33頁右欄最下段の（イ）の項  参照）。
【００４１】
したがって、本実施形態においては、２種の熱分解生成物の濃度比率を使用することにより、異常過熱温度の推定が可能となる。
【００４２】
なお、本実施形態では、２種の熱分解生成物を指標として用いる方法について説明したが、推定精度を高めること等を目的として、さらに別の指標も追加して発熱部位の温度を推定してもよい。
【００４３】
また、上記の温度推定方法によって得られる温度推定値が、統計的あるいは経験的に予め定められた閾値温度を超えている場合は、油入電気機器の運転を停止する等により、内部異常の発生を防止するための措置を講じることができる。このように、本実施形態の温度推定方法を用いることにより、油入電気機器の内部異常（故障）を予測し、油入電気機器の予防保全を実施することが可能となる。
【００４４】
また、本実施形態においては、定期点検のたびに機器を停止して内部点検を行うことなく、油入電気機器の内部異常を予測し、油入電気機器の予防保全を実施できる。
【００４５】
（試験例１）
試験例１では、シリコーン油が充填された油入電気機器の内部で異常過熱が発生した状態を模擬した試験系（図１２参照）において、各温度における複数の熱分解生成物の濃度を測定した。この測定値を用いて、後述する実施例および比較例において、２種の熱分解生成物の濃度比率と加熱温度との関係を分析した。
【００４６】
測定した熱分解生成物は、
ヘキサメチルシクロトリシロキサン（Ｄ３）、
オクタメチルシクロテトラシロキサン（Ｄ４）、
デカメチルシクロペンタシロキサン（Ｄ５）、
ヘキサメチルジシロキサン（Ｍ２）、
オクタメチルトリシロキサン（Ｍ３）、
トリメチルシラノール、および、
ベンゼン
の７種類である。
【００４７】
図１２を参照して、シリコーン油が充填された油入電気機器の内部で異常過熱が発生した状態を模擬するために、試験容器２１の内部にヒータ３１を設置し、シリコーン油１の加熱を行った。シリコーン油１としては、信越シリコーン製のＫＦ−９６−５０ｃｓを使用した。なお、試験容器２１はコンサベータ２２を備えており、ヒータ３１には交流電源３２から電力が供給される。
【００４８】
ヒータ３１とシリコーン油１の温度を、それぞれ温度計４１と温度計４２で測定した。
温度計４１，４２の測定値を基にヒータ３１の加熱を管理し、ヒータ３１の温度が３００℃、４００℃、５００℃、６００℃、７００℃、８００℃および９００℃となるように維持した。なお、シリコーン油の熱分解生成物を均一に溶解させるために、撹拌子５によってシリコーン油１を撹拌した。各温度で１０分間加熱した後、シリコーン油１を着脱可能な採油用注射器６で採取した。なお、あらかじめ対照として、加熱前のシリコーン油１（新油）も採取しておいた。
【００４９】
採取したシリコーン油について、シリコーン油中に含まれる上記７種の熱分解生成物の濃度をガスクロマトグラフ質量分析計（ＧＣ／ＭＳ）で測定した。なお、測定は、上記のように採取したシリコーン油の各々について、３回ずつ行った。
【００５０】
具体的には、採油したシリコーン油０．１ｍＬを１ｍＬのヘキサンに溶解し、ガスクロマトグラフ質量分析計にスプリット法（スプリット比  １：１０）で直接注入し、Ａｇｉｌｅｎｔ社のＨＰ−５（長さ３０ｍ×内径０．２５ｍｍ×膜厚０．２５μｍ）カラムを用いて分析した。
【００５１】
なお、注入口温度は、「２８０℃で、カラム温度は６０℃（５分保持）」→「昇温（５℃／分）」→「最大温度３００℃（５分保持）」の手順で昇温した。
【００５２】
なお、ここでは、未知の熱分解生成物を同定するためにガスクロマトグラフ質量分析計を用いたが、熱分解生成物が既知となった後には、その化合物を定量分析できる分析装置（例えば、水素炎イオン検出器（ＦＩＤ）を搭載したガスクロマトグラフ装置）などを用いて分析を行うことも可能になる。
【００５３】
また、同時に各種類の熱分解生成物が既知の濃度でシリコーン油に溶解した標準溶液についても測定を行い、検量線を作成しておけば、その検量線を用いて、加熱後のシリコーン油に含まれる熱分解生成物の濃度を算出することができる。
【００５４】
各加熱温度における各々の熱分解生成物の濃度の測定結果を表１および図２に示す。なお、図２では、加熱温度が０のところに、新油の測定結果が示されている。
【００５５】
【表１】
0006632720.tif 000002
【００５６】
表１および図２に示されるように、測定された７種の熱分解生成物（Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｍ２、Ｍ３、トリメチルシラノール、および、ベンゼン）は全て、加熱温度が高くなるにしたがって、油中濃度が増加している。
【００５７】
上述のとおり、シリコーン油が充填された油入電気機器の発熱部位の温度を推定するためには、２種の熱分解生成物の濃度比率を指標として用いることが有効である。次に説明する比較例および実施例においては、表１の測定結果を用いて、種々の組み合わせで、２種の熱分解生成物の濃度比率を算出し、その濃度比率と加熱温度との関係を分析した。
【００５８】
（比較例１）
図３は、比較例１における熱分解生成物の濃度比率（Ｄ３／Ｄ５）と加熱温度との関係を示すグラフである。なお、図３に示される濃度比率は、特許文献２に開示される方法と同様の環状シロキサン（Ｄ３およびＤ５）のみの濃度比率である。
【００５９】
図中では、各加熱温度における濃度比率のプロット、それらのプロットから最小二乗法により求めた回帰直線、および、その関係式（回帰式）を示している。なお、以下の図においても同様である。
【００６０】
ここで、関係式（検量線）は、シリコーン油の温度ではなく、発熱部位を模擬したヒータ３１の温度（温度計４１の測定値）である加熱温度を用いて作成した。これにより、作成された検量線を用いて、油入電気機器内部の発熱部位の温度を推定することができる。
【００６１】
なお、実際の変圧器等の油入電気機器において、その一部（局部）で異常過熱等の発熱が生じたとしても、絶縁油（シリコーン油１）自体の温度は、通常の運転時の温度（１００℃前後）からほとんど上昇しない。
【００６２】
図３から、Ｄ３／Ｄ５は、３００℃から７００℃の温度領域において加熱温度との相関性が高いものの、７００℃を超える温度領域では、加熱温度との相関性がなく、加熱温度が上昇してもＤ３／Ｄ５は上昇しないことが分かる。
【００６３】
また、本発明者らの検討により、Ｄ４／Ｄ５、Ｄ５／トリメチルシラノール、および、Ｄ５／ベンゼンの濃度比率についても、Ｄ３／Ｄ５と同様に、高温領域で加熱温度との相関性がないことが確認されている。
【００６４】
したがって、このような濃度比率を用いて、シリコーン油が充填された油入電気機器の発熱部位の温度を正確に推定することはできない。
【００６５】
（比較例２）
図５は、比較例２における熱分解生成物の濃度比率（Ｄ４／Ｄ３）と加熱温度との関係を示すグラフである。図５に示されるように、オクタメチルシクロテトラシロキサン（Ｄ４）／ヘキサメチルシクロトリシロキサン（Ｄ３）の組み合わせで算出した濃度比率は加熱温度と相関性がほとんどなかった。
【００６６】
また、本発明者らの検討により、ヘキサメチルジシロキサン（Ｍ２）／ヘキサメチルシクロトリシロキサン（Ｄ３）、ヘキサメチルジシロキサン（Ｍ２）／オクタメチルシクロテトラシロキサン（Ｄ４）、ヘキサメチルジシロキサン（Ｍ２）／デカメチルシクロペンタシロキサン（Ｄ５）、オクタメチルトリシロキサン（Ｍ３）／デカメチルシクロペンタシロキサン（Ｄ５）、および、ヘキサメチルジシロキサン（Ｍ２）／ベンゼンについても、Ｄ４／Ｄ３と同様に、加熱温度との相関性が低いことが確認されている。
【００６７】
したがって、このような濃度比率を用いて、シリコーン油が充填された油入電気機器の発熱部位の温度を正確に推定することはできない。
【００６８】
（実施例１〜６）
図６は、実施例１における熱分解生成物の濃度比率（ヘキサメチルシクロトリシロキサン（Ｄ３）／トリメチルシラノール）と加熱温度との関係を示すグラフである。
【００６９】
図７は、実施例２における熱分解生成物の濃度比率（ヘキサメチルシクロトリシロキサン（Ｄ３）／ベンゼン）と加熱温度との関係を示すグラフである。
【００７０】
図８は、実施例３における熱分解生成物の濃度比率（オクタメチルシクロテトラシロキサン（Ｄ４）／トリメチルシラノール）と加熱温度との関係を示すグラフである。
【００７１】
図９は、実施例４における熱分解生成物の濃度比率（ベンゼン／オクタメチルシクロテトラシロキサン（Ｄ４））と加熱温度との関係を示すグラフである。
【００７２】
図１０は、実施例５における熱分解生成物の濃度比率（オクタメチルトリシロキサン（Ｍ３）／ヘキサメチルジシロキサン（Ｍ２））と加熱温度との関係を示すグラフである。
【００７３】
図１１は、実施例６における熱分解生成物の濃度比率（ベンゼン／トリメチルシラノール）と加熱温度との関係を示すグラフである。
【００７４】
図６〜図１１に示されるグラフから、実施例１〜６の組み合わせで算出した濃度比率と加熱温度との相関性は、加熱温度３００℃から９００℃までの範囲で高いことが分かる。したがって、油入電気機器の発熱部位の温度が７００℃を超える場合でも、図６〜図１１に示させる関係式を用いて、上記の実施形態で説明した温度推定方法により発熱部位の温度を推定することができる。
【００７５】
（実施例７）
図４は、実施例７における熱分解生成物の濃度比率（Ｍ３／Ｄ３）と加熱温度との関係を示すグラフである。
【００７６】
図４に示されるように、オクタメチルトリシロキサン（Ｍ３）／ヘキサメチルシクロトリシロキサン（Ｄ３）は、加熱温度５００℃から９００℃までの範囲で、加熱温度との相関性が高い。ただし、加熱温度５００℃まではＭ３／Ｄ３が増加しなかった。
【００７７】
また、本発明者らの検討により、Ｍ３／オクタメチルシクロテトラシロキサン（Ｄ４）、ヘキサメチルジシロキサン（Ｍ２）／トリメチルシラノール、Ｍ３／トリメチルシラノール、および、Ｍ３／トリメチルシラノールについても、Ｍ３／Ｄ３と同様に、高温領域で加熱温度との相関性が高く、低温領域で加熱温度との相関性が低いことが確認されている。
【００７８】
これらの組み合わせの濃度比率を用いた場合、低温領域（５００℃以下）において温度推定を行うことは望ましくないが、一定温度以上（５００℃超）の高温領域において異常過熱が発生すれば温度推定が可能である。
【００７９】
＜実施形態２＞
本実施形態の温度推定方法は、エステル油が充填された油入電気機器について、（油入電気機器内の一部での異常過熱の発生等による）発熱部位の温度を推定する方法である。
【００８０】
油入電気機器としては、例えば、コイル絶縁紙が巻きつけられたコイル銅がエステル油内に配置された油入電気機器が挙げられ、具体的には変圧器などが挙げられる。エステル油とは、エステル結合を有する油を主成分として（例えば、９０質量％以上）含む油である。
【００８１】
エステル油としては、例えば、多価アルコールとカルボン酸とのエステル化反応によって得られるポリオールエステル、脂肪族カルボン酸とモノアルコールとのエステル化反応によって得られる脂肪族エステルなどが挙げられる。
【００８２】
エステル油は、日本国内では３種類（合成エステル油、天然エステル油、植物系エステル油）に分類されており、海外では２種類（合成エステル油、天然エステル油）に分類されている。
【００８３】
本実施形態の温度推定方法は、採取工程と、測定工程と、算出工程とを含む。
図１は、本実施形態の温度推定方法のフロー図である。以下、図１を参照して、各工程の詳細について説明する。
【００８４】
（採取工程）
採取工程では、油入電気機器からエステル油を採取する。
【００８５】
本実施形態の温度推定方法を実施するためには、まず、油入電気機器の排油弁からガラス容器やポリ容器にエステル油を採油する。エステル油は電気機器内部を循環しているため、エステル油の熱分解生成物は機器内部でほぼ均一濃度で分布している。実際の分析に用いる絶縁油量は０．１ｍＬ程度であるが、外部からの異物混入を想定して、１０ｍＬ〜１００ｍＬ採油するのが好ましい。
【００８６】
（測定工程）
測定工程では、採取工程で採取されたエステル油中の２種の熱分解生成物（エステル油の成分が熱分解することで生成した化合物）の濃度を測定する。
【００８７】
測定は、例えば、ガスクロマトグラフ質量分析計（ＧＣ／ＭＳ）等の分析機器を用いて行うことができる。なお、分析方法は、エステル油の上記熱分解生成物を分析可能であればよく、その他のカラムや分析条件、またはＦＩＤ検出器を搭載したガスクロマトグラフ法等の分析装置を用いても良い。
【００８８】
なお、採取したエステル油を分析する前に、あらかじめ、各熱分解生成物が既知の濃度で溶解した標準溶液も測定しておき、その測定値から検量線を作成しておく。その検量線を用いて、採取したエステル油中に含まれる熱分解生成物の濃度を算出することができる。
本実施形態において、検出される２種の熱分解生成物は脂肪酸である。
【００８９】
（算出工程）
算出工程では、２種の熱分解生成物の濃度比率、および、予め作成した発熱部位の温度と濃度比率との関係式から、油入電気機器内の発熱部位の温度を算出する。
【００９０】
まず、算出工程の前に、あらかじめ、後述する試験例２（加熱試験）などを実施し、実施例のようにして、発熱部位の温度と濃度比率との関係式（検量線）を作成しておく。
【００９１】
次に、上記２種の熱分解生成物の濃度測定値から、濃度比率を算出する。この濃度比率から、予め作成した発熱部位の温度と濃度比率との関係式を用いて、油入電気機器内の発熱部位の温度を算出することができる。
【００９２】
上記温度推定の指標となる濃度比率は、好ましくは、分岐型脂肪酸／直鎖型脂肪酸、直鎖型脂肪酸／分岐型脂肪酸、飽和脂肪酸／不飽和脂肪酸、または、不飽和脂肪酸／飽和脂肪酸の濃度比率であり、より好ましくは、直鎖型脂肪酸／分岐型脂肪酸の濃度比率である。
【００９３】
これらの濃度比率は、広い温度範囲（特に高温領域）において発熱部位の温度との相関性が高いことが、本発明者らの検討により確認されている（実施例参照）。これらの濃度比率を用いることで、エステル油が充填された油入電気機器の発熱部位の温度を高精度で推定することができる。
【００９４】
なお、上記測定工程においては、これらの濃度比率の組み合わせに相当する２種の熱分解生成物が測定される。
【００９５】
油入電気機器内の異常過熱の発生によって生成する熱分解生成物の濃度は、発熱部位の温度以外に、異常過熱の継続時間、発熱部位の面積（体積）などによって異なり、熱分解生成物の濃度のみを指標として、発熱部位の温度（異常過熱温度）を推定することは困難である。
【００９６】
しかし、エステル油中の２種の熱分解生成物の濃度比率は、発熱部位の温度に依存し、異常過熱の継続時間、発熱部位の面積などには依存しない。すなわち、絶縁油（エステル油）の量が熱分解生成物の生成量に対して十分に多く、無限供給に近いため、一定の温度においては、熱分解生成物は一定の速度で生成し続け、２種の熱分解生成物の濃度比率は一定である。このため、２種の熱分解生成物の濃度比率は温度のみに依存し、時間や面積には依存しないと考えることができる。なお、油入変圧器の保守管理において、絶縁油中のガス成分の分析に関して同様に考えられている（社団法人  電気協同研究会、「電気協同研究」、第５４巻第５号（その１）、33頁右欄最下段の（イ）の項  参照）。
【００９７】
したがって、本実施形態においては、２種の熱分解生成物の濃度比率を使用することにより、異常過熱温度の推定が可能となる。
【００９８】
なお、本実施形態では、２種の熱分解生成物を指標として用いる方法について説明したが、推定精度を高めること等を目的として、さらに別の指標も追加して発熱部位の温度を推定してもよい。
【００９９】
また、上記の温度推定方法によって得られる温度推定値が、統計的あるいは経験的に予め定められた閾値温度を超えている場合は、油入電気機器の運転を停止する等により、内部異常の発生を防止するための措置を講じることができる。このように、本実施形態の温度推定方法を用いることにより、油入電気機器の内部異常（故障）を予測し、油入電気機器の予防保全を実施することが可能となる。
【０１００】
また、本実施形態においては、定期点検のたびに機器を停止して内部点検を行うことなく、油入電気機器の内部異常を予測し、油入電気機器の予防保全を実施できる。
【０１０１】
（試験例２）
試験例２では、エステル油が充填された油入電気機器の内部で異常過熱が発生した状態を模擬した試験系（図１２参照）において、各温度における複数の熱分解生成物の濃度を測定した。この測定値を用いて、後述する実施例および比較例において、２種の熱分解生成物の濃度比率と加熱温度との関係を分析した。
【０１０２】
測定した熱分解生成物は、
直鎖型脂肪酸であるヘプタン酸、オクタン酸およびデカン酸と、
分岐型脂肪酸である２−エチルヘキサン酸である。
【０１０３】
図１２を参照して、エステル油が充填された油入電気機器の内部で異常過熱が発生した状態を模擬するために、試験容器２１の内部にヒータ３１を設置し、エステル油１の加熱を行った。エステル油１としては、合成エステル油を使用した。なお、試験容器２１はコンサベータ２２を備えており、ヒータ３１には交流電源３２から電力が供給される。
【０１０４】
ヒータ３１とエステル油１の温度を、それぞれ温度計４１と温度計４２で測定した。温度計４１，４２の測定値を基にヒータ３１の加熱を管理し、ヒータ３１の温度が３００℃、４００℃、５００℃、６００℃、７００℃、８００℃および９００℃となるように維持した。なお、エステル油の熱分解生成物を均一に溶解させるために、撹拌子５によってエステル油１を撹拌した。各温度で１０分間加熱した後、エステル油１を着脱可能な採油用注射器６で採取した。なお、あらかじめ対照として、加熱前のエステル油１（新油）も採取しておいた。
【０１０５】
採取したエステル油について、エステル油中に含まれる上記4種の熱分解生成物の濃度をガスクロマトグラフ質量分析計（ＧＣ／ＭＳ）で測定した。なお、測定は、上記のように採取したエステル油の各々について、３回ずつ行った。
【０１０６】
具体的には、採油したエステル油０．１ｍＬを１ｍＬのヘキサンに溶解し、ガスクロマトグラフ質量分析計にスプリット法（スプリット比  １：１０）で直接注入し、Ａｇｉｌｅｎｔ社のＨＰ−５（長さ３０ｍ×内径０．２５ｍｍ×膜厚０．２５μｍ）カラムを用いて分析した。
【０１０７】
なお、注入口温度は、「２８０℃で、カラム温度は６０℃（５分保持）」→「昇温（５℃/分）」→「最大温度３００℃（５分保持）」の手順で昇温した。
【０１０８】
なお、ここでは、未知の熱分解生成物を同定するためにガスクロマトグラフ質量分析計を用いたが、熱分解生成物が既知となった後には、その化合物を定量分析できる分析装置（例えば、水素炎イオン検出器（ＦＩＤ）を搭載したガスクロマトグラフ装置）などを用いて分析を行うことも可能になる。
【０１０９】
また、同時に各種類の熱分解生成物が既知の濃度でエステル油に溶解した標準溶液についても測定を行い、検量線を作成しておけば、その検量線を用いて、加熱後のエステル油に含まれる熱分解生成物の濃度を算出することができる。
【０１１０】
各加熱温度における各々の熱分解生成物の濃度の測定結果を表２および図１３に示す。なお、図１３では、加熱温度が０のところに、新油の測定結果が示されている。
【０１１１】
【表２】
0006632720.tif 000003
【０１１２】
表２および図１３に示されるように、測定された４種の脂肪酸は全て、加熱温度が高くなるにしたがって、油中濃度が増加している。
【０１１３】
上述のとおり、エステル油が充填された油入電気機器の発熱部位の温度を推定するためには、２種の熱分解生成物の濃度比率を指標として用いることが有効である。次に説明する比較例および実施例においては、表１の測定結果を用いて、種々の組み合わせで、２種の熱分解生成物の濃度比率を算出し、その濃度比率と加熱温度との関係を分析した。
【０１１４】
（実施例８）
図１４は、実施例８における熱分解生成物の濃度比率（ヘプタン酸／オクタン酸）と加熱温度との関係を示すグラフである。
【０１１５】
図中では、各加熱温度における濃度比率のプロット、それらのプロットから最小二乗法により求めた回帰直線、および、その関係式（回帰式）を示している。なお、以下の図においても同様である。
【０１１６】
ここで、関係式（検量線）は、エステル油の温度ではなく、発熱部位を模擬したヒータ３１の温度（温度計４１の測定値）である加熱温度を用いて作成した。これにより、作成された検量線を用いて、油入電気機器内部の発熱部位の温度を推定することができる。
【０１１７】
なお、実際の変圧器等の油入電気機器において、その一部（局部）で異常過熱等の発熱が生じたとしても、絶縁油（エステル油１）自体の温度は、通常の運転時の温度（１００℃前後）からほとんど上昇しない。
【０１１８】
図１４から、ヘプタン酸／オクタン酸は、３００℃から９００℃の温度領域において加熱温度との相関性が高かった。
【０１１９】
（実施例９）
図１５は、実施例９における熱分解生成物の濃度比率（２−エチルヘキサン酸／オクタン酸）と加熱温度との関係を示すグラフである。図１５に示されるように、これらの組み合わせで算出した濃度比率においても加熱温度と相関性が確認できた。
【０１２０】
次に図１４と図１５の近似式を比較する。その結果、ヘプタン酸／オクタン酸の濃度比率の近似式（ｙ＝０．２９２３ｅ0.0027ｘ）は、２−エチルヘキサン酸／オクタン酸の濃度比率の近似式（ｙ＝０．０６２１ｅ0.0036ｘ）に比べて、傾きが小さかった。このように、直鎖型脂肪酸／直鎖型脂肪酸の濃度比率で過熱温度を推定するよりも、分岐型脂肪酸／直鎖型脂肪酸の濃度比率で過熱温度を推定する方が推定温度の信頼性が高いと考えられる。このように、構造が異なる脂肪酸を使用して濃度比率を求めることで推定温度の信頼性が高くなると考えられる。したがって、直鎖型脂肪酸／分岐型脂肪酸、不飽和脂肪酸／飽和脂肪酸および飽和脂肪酸／不飽和脂肪酸の濃度比率で加熱温度を推定する場合でも、推定温度の信頼性が高くなると考えられる。
【０１２１】
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１２２】
１  絶縁油（シリコーン油またはエステル油）、２１  試験容器、２２  コンサベータ、３１  ヒータ、３２  交流電源、４１，４２  温度計、５  撹拌子、６  採油用注射器。
【図１】
0006632720.tif 000004
【図２】
0006632720.tif 000005
【図３】
0006632720.tif 000006
【図４】
0006632720.tif 000007
【図５】
0006632720.tif 000008
【図６】
0006632720.tif 000009
【図７】
0006632720.tif 000010
【図８】
0006632720.tif 000011
【図９】
0006632720.tif 000012
【図１０】
0006632720.tif 000013
【図１１】
0006632720.tif 000014
【図１２】
0006632720.tif 000015
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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