(57)【要約】【課題】巻線を巻回している絶縁紙が絶縁油と接触している油入電気機器内の該絶縁紙の水分含有量の推定方法および装置ならびに該方法に用いられる推定用線図を提供する。【解決手段】巻線が絶縁紙で巻回され、該絶縁紙と充填された絶縁油とが接触している油入電気機器内部から絶縁油試料を採取し、採取時の該絶縁油試料の温度および水分含有量を測定し、該温度および水分含有量の測定データを用いて次の式（５）：【式１】2004061384.tif 000016（ただし式（５）において、Ｓは単分子水分吸着量、Ｍは絶縁油の水分含有量、ＡおよびＢはそれぞれ係数、Ｔは絶対温度、Ｒは気体定数である。）により油入電気機器内絶縁紙の水分含有量を算出することを特徴とする油入電気機器内絶縁紙の水分含有量の推定方法および装置ならびに該推定方法において用いられる紙中含有水分量の推定用線図。【選択図】　　図１
2004061384.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻線が絶縁紙で巻回され、該絶縁紙と充填された絶縁油とが接触している油入電気機器内部から絶縁油試料を採取し、採取時の該絶縁油試料の温度および水分含有量を測定し、該温度および水分含有量の測定データを用いて次の式（５）：
【式１】
2004061384.tif 000013
（ただし式（５）において、Ｓは単分子水分吸着量、Ｍは絶縁油の水分含有量、ＡおよびＢはそれぞれ係数、Ｔは絶対温度、Ｒは気体定数である。）
により油入電気機器内の絶縁紙の水分含有量を算出することを特徴とする油入電気機器内絶縁紙の水分含有量の推定方法。
【請求項２】
前記絶縁紙の主成分が、セルロース化合物である請求項１に記載の油入電気機器内絶縁紙の水分含有量の推定方法。
【請求項３】
前記絶縁油が、鉱油および／またはアルキルベンゼンである請求項１または２に記載の油入電気機器内絶縁紙の水分含有量の推定方法。
【請求項４】
巻線が絶縁紙で巻回され、該絶縁紙と充填された絶縁油とが接触している油入電気機器内の該絶縁紙の水分含有量の推定方法において用いられる絶縁紙の水分含有量の推定用線図であって、
図１、２または３に示す横軸または縦軸のいずれかの座標軸の一つを絶縁油の温度の表示軸とし、他の座標軸を該絶縁油の水分含有量の表示軸として形成される領域に該絶縁油の温度と水分含有量とから式（５）：
【式２】
2004061384.tif 000014
（ただし式（５）において、Ｓは単分子水分吸着量、Ｍは絶縁油の水分含有量、ＡおよびＢはそれぞれ係数、Ｔは絶対温度、Ｒは気体定数である。）
により求められる絶縁紙の水分含有量の表示曲線を設けてなること
を特徴とする油入電気機器内絶縁紙の水分含有量推定用線図。
【請求項５】
前記絶縁紙の主成分が、セルロース化合物である請求項４に記載の油入電気機器内絶縁紙の水分含有量推定用線図。
【請求項６】
前記絶縁油が、鉱油および／またはアルキルベンゼンである請求項４または５に記載の油入電気機器内絶縁紙の水分含有量推定用線図。
【請求項７】
巻線が絶縁紙で巻回され、該絶縁紙と充填された絶縁油とが接触している油入電気機器から絶縁油試料を採取する採油部と、該採油部で採取した該絶縁油試料の温度を測定する油温測定部と、油中含有水分量測定部と、油温および油中含有水分量の測定データを用い、次の式（５）：
【式３】
2004061384.tif 000015
（ただし式（５）において、Ｓは単分子水分吸着量、Ｍは絶縁油の水分含有量、ＡおよびＢはそれぞれ係数、Ｔは絶対温度、Ｒは気体定数である。）
により紙中含有水分量を算出する演算部および該演算部に絶縁油水分溶解度係数データを入力する絶縁油水分溶解度係数導入部とからなることを特徴とする油入電気機器内絶縁紙の水分含有量推定用装置。
【請求項８】
前記絶縁紙の主成分が、セルロース化合物である請求項７に記載の油入電気機器内絶縁紙の水分含有量推定用装置。
【請求項９】
前記絶縁油が、鉱油および／またはアルキルベンゼンである請求項７または８に記載の油入電気機器内絶縁紙の水分含有量推定用装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力設備の油入電気機器の劣化度を診断することを目的として該油入電気機器内の絶縁紙の水分含有量（以下「紙中含有水分量」ということがある。）の推定方法および推定用線図ならびに推定用装置に関するものであり、さらに詳しくは、油入電気機器の巻線に巻回された絶縁紙の紙中含有水分量を該絶縁紙と接触している絶縁油の温度およびその水分含有量（以下「油中含有水分量」ということがある。）とから迅速かつ容易に推定する方法および推定用線図ならびに推定用装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
油入変圧器、油入りリアクトル等の油入電気機器の絶縁材料には、主として絶縁紙と絶縁油が用いられている。絶縁紙はセルロース系化合物を主成分とし、油入電気機器の巻線の絶縁に使用されているが、電気機器の温度上昇等により分解してアルコール、アルデヒド、さらには有機酸が生成し、有機酸が熱分解することにより一酸化炭素、二酸化炭素、水が生成すると共に、絶縁耐力、機械的強度等の低下が惹き起こされる。このようにして絶縁紙は劣化するが、絶縁紙の劣化は、油入電気機器の耐久性を低減させるので油入電気機器の保守管理においては絶縁紙の劣化の進行状況について継続的に監視を続ける必要がある。油入電気機器内で生成し存在する水分、特に絶縁紙中の水分は、油入電気機器の劣化に影響を与えると共に絶縁性にも関係する因子の一つであり、稼働中の油入電気機器絶縁紙中の含有水分量を把握することは該油入電気機器の劣化度を診断する上で極めて重要である。
【０００３】
しかしながら、稼働中の油入電気機器の紙中含有水分量は、運転を中断し、電気機器を分解して絶縁紙を取り出す以外は直接測定することができない。
【０００４】
従って、絶縁紙と接触している絶縁油試料を採取し、該絶縁油試料中の水分含有量を測定し、その測定値から紙中含有水分量を推定する方法が考えられるが、紙中含有水分量は、絶縁油の油温を考慮した蒸気圧と油中含有水分量との関係、水蒸気と紙中含有水分量との関係から複雑な数式を用いて求められなければならず、その手順は煩雑であり、多数の油入電気機器の劣化度診断を一時期に行なう場合に実質的には紙中水分量の推定作業を進めることができなかった
このような状況下において紙中含有水分量を迅速かつ容易に推定する手段および経時的変化を迅速に把握できる手段の開発が切望されてきた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の課題は、前記の如き事情に鑑み、巻線が絶縁紙で巻回され、該絶縁紙が、絶縁油と接触している稼働中の油入電気機器の劣化度を診断するために、該絶縁紙の紙中含有水分量を迅速かつ容易に推定することが可能な方法、推定用線図および推定用装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者らは、油入電気機器の劣化度を診断するにあたり、前記の本発明の課題を解決するため、鋭意検討を重ねた結果、紙中含有水分量は、油中含有水分量と油温の測定データから推定できることに想到し、具体的には油中含有水分量と油温の測定データを用いて式（５）により紙中含有水分量が求められることに着目し、さらには、該式（５）に従い油中含有水分量、油温および紙中含有水分量の関係を表示した線図を用いることにより、前記課題を解決できることに到達し、これらの知見に基づいて本発明を完成した。
【０００７】
すなわち、本発明は、
巻線が絶縁紙で巻回され、該絶縁紙と充填された絶縁油とが接触している油入電気機器内水分含有量の推定方法であって、
絶縁油試料を採取し、採取時の該絶縁油試料の温度および水分含有量を測定し、該温度および水分含有量の測定データを用いて次の式（５）
【０００８】
【式４】
2004061384.tif 000003
（ただし式（５）において、Ｓは単分子水分吸着量、Ｍは絶縁油の水分含有量、ＡおよびＢはそれぞれ係数、Ｔは絶対温度、Ｒは気体定数である。）
により油入電気機器内の絶縁紙の水分含有量を算出することを特徴とする油入電気機器内絶縁紙の水分含有量の推定方法
に関するものである。
【０００９】
また、本発明によれば、
巻線が絶縁紙で巻回され、該絶縁紙が充填された絶縁油と接触している油入電気機器内において該絶縁紙の水分含有量の推定方法において用いられる紙中含有水分量推定用線図であって、
図１、２または３に示す横軸または縦軸のいずれかの座標軸の一つを絶縁油の温度の表示軸とし、他の座標軸を該絶縁油の水分含有量の表示軸として形成される領域に該絶縁油の温度と水分含有量とから式（５）：
【００１０】
【式５】
2004061384.tif 000004
（ただし式（５）において、Ｓは単分子水分吸着量、Ｍは絶縁油の水分含有量、ＡおよびＢはそれぞれ係数、Ｔは絶対温度、Ｒは気体定数である。）
により求められる絶縁紙の水分含有量の表示曲線を設けてなること
を特徴とする油入電気機器内絶縁紙の水分含有量推定用線図
が提供される。
【００１１】
また、さらに本発明によれば、
巻線が絶縁紙で巻回され、該絶縁紙と充填された絶縁油とが接触している油入電気機器から絶縁油試料を採取する採油部と、該採油部で採取した該絶縁油試料の温度を測定する油温測定部と、油中含有水分量測定部と、油温および油中含有水分量の測定データを用い、次の式（５）：
【００１２】
【式６】
2004061384.tif 000005
（ただし式（５）において、Ｓは単分子水分吸着量、Ｍは絶縁油の水分含有量、ＡおよびＢはそれぞれ係数、Ｔは絶対温度、Ｒは気体定数である。）
により紙中含有水分量を算出する演算部および該演算部に絶縁油水分溶解度係数データを入力する絶縁油水分溶解度係数導入部とからなる油入電気機器内絶縁紙の水分含有量推定用装置
が提供される。
【００１３】
本発明は、前記のように油温と油中含有水分量の測定データを用いて前記式（５）により紙中含有水分量を推定する方法ならびに該推定方法に用いられる油温、油中含有水分量および紙中含有水分量との関係を表示してなる線図、さらには紙中含有水分量推定用装置を提供するものであるが、さらに具体的には、次の（１）〜（３）に挙げる実施の形態を包含する。
（１）巻線が絶縁紙で巻回され、該絶縁紙と絶縁油とが接触している油入電気機器内の絶縁紙の水分含有量の推定方法であって、
（ａ）前記油入電気機器内より絶縁油試料を採取する工程、
（ｂ）前記工程（ａ）において採取した絶縁油試料の油温を測定する工程、
（ｃ）前記工程（ａ）において採取した絶縁油試料の水分含有量を測定する工程　　および
（ｄ）前記工程（ｂ）で得られた油温および前記工程（ｃ）で得られた油中含有水分量とから前記式（５）または前記線図１〜３のいずれを用いて紙中含有水分量を算出する工程
を含む紙中含有水分量の推定方法。
（２）前記絶縁油が、鉱油または合成油またはこれらの混合油であり、絶縁紙の主成分がセルロース化合物である紙中含有水分量の推定方法、装置または
推定用線図。
（３）紙中含有水分量０．１〜５％の範囲の算出に適した前記紙中含有水分量の
推定用線図。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
【００１５】
本発明に係る紙中含有水分量の推定方法および装置に適用できる絶縁油は、鉱油系絶縁油、合成系絶縁油またはこれらの混合物のいずれでもよく、特に限定されるものではないが、鉱油系絶縁油としては、沸点約２５０℃〜４００℃の炭化水素油を挙げることができる。例えば具体的にはナフテン系炭化水素、パラフィン系炭化水素および芳香族炭化水素等から構成されたものである。炭化水素油としては、通常、水素化精製等の石油精製工程により硫黄化合物、窒素化合物、酸素化合物および不飽和成分等を除去したものが用いられるが、電気的性質および熱・酸化安定性が保持されるように前記各種の構成成分の含有量が制御されている。
【００１６】
合成系絶縁油としてはアルキルベンゼン、シリコーン油等が挙げられる。　　さらに、これらの鉱油系および合成系絶縁油の混合物ならびにこれらを基油としベンゾトリアゾール等の添加剤のほか酸化防止剤等を配合したものも使用することができる。具体例としては市販品のＪＩＳ２種絶縁油が用いられる。　　　次に、本発明に係る紙中含有水分量の推定方法および装置の対象とされる絶縁紙は、特に限定されるものではないが、下記の式［Ｉ］
【００１７】
【式７】
2004061384.tif 000006
で表されるセルロース系化合物を主要構成成分とするものが好適であり、さらに、該セルロース系化合物に化学処理を加えたもの、例えば、アミン添加紙等、また、芳香族ポリアミドを構成材料とする合成繊維紙等も用いることができる。アミン添加紙は、セルロース系絶縁紙に例えばジシアンジアミド等のアミン系化合物を添加して得られるものであり、耐熱性を改良したものである。セルロース系絶縁紙の平均重合度としては使用初期において通常、１，０００前後のものであり、具体的には８００〜１，０００のもの、すなわち、前記式［Ｉ］のセルロース系化合物において構成成分の繰り返し単位ｎが８００〜１，０００のものである。絶縁紙の具体例としてＪＩＳコイル絶縁紙２種を用いることができる。
【００１８】
本発明に係る紙中含有水分量の推定方法は、新たに案出した下記の式（５）を用いるものである。
【００１９】
【式８】
2004061384.tif 000007
かかる式（５）は、平衝状態における紙中含有水分量と油中含有水分量との関係を求めたものであり、以下に示す着想に基づき誘導したものである。
【００２０】
すなわち、
絶縁油および他の炭化水素中の溶解水分の含有量は、空気の各温度における相対湿度によって決まり、両者の間には一般に次に示すヘンリーの法則が成立することが知られている。
【００２１】
【式９】
2004061384.tif 000008
ここで、式（１）において、Ｍは油中含有水分量であり、Ｍｏは
最大溶解水分量であり、Ｒ．Ｈ．は相対湿度（％）である。　　　　　　　　絶縁油中の水分溶解度は、近似的に白濁温度における油中含有水分量で置き換えられることから、白濁温度と油中含有水分量との間に次の実験式が成立することが電気学会論文誌等で報告されている。
【００２２】
【式１０】
2004061384.tif 000009
ここで、式（２）において、Ｍｏは最大溶解水分量であり、
ＡおよびＢはそれぞれ係数であり、Ｔは白濁温度の絶対温度である。　　前記式（２）に前記ヘンリーの法則を適用して、これを相対湿度も考慮した式に書き直すと次式のようになる。
【００２３】
【式１１】
2004061384.tif 000010
式（３）において、Ｍは油中含有水分量であり、ＡおよびＢ
は係数であり、Ｔは絶対温度であり、Ｒ．Ｈ．は相対湿度である。　　　　　一方、プレスボードに単分子層的に吸着される水分については、次のような式（４）で示す実験式が報告されている。
【００２４】
【式１２】
2004061384.tif 000011
式（４）において、Ｓは単分子層水分吸着量であり、Ｒは気体定数
であり、Ｔは絶対温度であり、Ｒ．Ｈ．は相対湿度である。　　　　　　　　ここで、前記式（３）および式（４）から、Ｒ．Ｈ．を消去すれば、平衡状態における紙中含有水分量と油中含有水分量との関係式として式（５）を誘導することができる。
【００２５】
式（５）においてＳは単分子層水分吸着量、Ｍは油中含有水分量であり、ＡおよびＢはそれぞれ絶縁油の組成から定まる係数であり、Ｔは絶対温度、Ｒは気体定数を示すものである。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　従って、式（５）で表わされる関係式を用いることにより油中含有水分量から紙中含有水分量を直接推定することが可能である。　　　　　　　　　　　　　油入電気機器に使用されている絶縁油の水分溶解度の係数は、鉱油系絶縁油およびアルキルベンゼンについては電気学会論文誌　Ｖｏｌ９２−Ａ、Ｎｏ．３、ｐ１５４（１９７２）に報告されており、混合油については本発明者が算出したものである。
【００２６】
【表１】
2004061384.tif 000012
従って、係数ＡおよびＢのそれぞれの値、油中含有水分量および油温を前記式（５）に代入することにより、油中含有水分量を算出することが可能である。また、その他の絶縁油を用いた場合においても、白濁温度と油中含有水分量との関係から係数ＡおよびＢの値を求めることにより紙中含有水分量を算出することが可能となる。
【００２７】
本発明に係る紙中含有水分量の推定方法によれば、油温および油中含有水分量をそれぞれ測定して得られた測定データを式（５）に代入して算出することができるが、多数の油入電気機器について現場で短期間の間に算出するには絶縁油の種類に応じて係数ＡおよびＢを決定し、あらかじめ作製した紙中含有水分量の推定用線図を用いることが好ましい。
【００２８】
本発明に係る紙中含有水分量の推定用線図は、横軸または縦軸を油温の表示軸とし、他の軸を油中含有水分量の表示軸とし、両軸により挟まれた領域に前記式（５）から求めた紙中含有水分量の表示曲線を記入してなるものである。前記油温の表示軸においては温度０℃〜１００℃の範囲を、また油中含有水分量の表示軸には０ｐｐｍ〜６０ｐｐｍの範囲を包含したものであり、０．１％〜５％の範囲にわたる紙中含有水分量の算出を可能としたものを提供することができる。
【００２９】
紙中含有水分量の推定線図の具体例は、図１、図２および図３に示すように、横軸に油温を縦軸には油中含有水分量を、そして該横軸と縦軸の間に形成される領域に紙中含有水分量を表示したものである。図１は、鉱油系絶縁油を、図２は合成系絶縁油を、そして図３は、鉱油と合成油との混合油を用いたケースにおける油温、油中含有水分量および紙中含有水分量の関係を示した線図である。
【００３０】
紙中含有水分量の推定方法においてかかる線図を用いることにより油温および油中含有水分量をプロットすれば、紙中含有水分量を迅速かつ容易に算出することが可能となる。
【００３１】
次に、紙中含有水分量の推定用装置について説明する。
本発明に係る紙中含有水分量の推定用装置の具体例は、図５に示すように稼働中の油入電気機器１から採油部２に供給される絶縁油から絶縁油試料を採取し、油温測定部３で油温を測定した後、油中含有水分量測定部４でカールフィッシャー法、その他の分析方法により油中含有水分量を測定する。ここで得られた油温および油中含有水分量の測定データを紙中含有水分量演算部５に供給する。油温が油入電気機器にて直接測定可能であれば油温測定部５での検温を省略し、該油入電気機器からの測定データを紙中含有水分量演算部に供給してもよい。
【００３２】
また、絶縁油水分溶解度係数入力部６から該演算部５に絶縁油の種類により定められている前記係数を別途入力し、前記演算部５においては前記式（５）による演算が実行されて紙中含有水分量が算出される。演算処理の結果は表示部７に伝達される。なお、前記演算部、各測定部、表示部等は任意の手段を採用して構成することができる。
【００３３】
【実施例】
以下、本発明について実施例によりさらに具体的に説明する。もっとも本発明は、実施例等により限定されるものではない。
なお、水分含有量の測定方法としては下記の方法を採用した。
【００３４】
水分含有量の測定方法
実施例等における絶縁油および絶縁紙の水分含有量は、カールフィッシャー法（ＪＩＳ　Ｃ　２１０１　またはＩＥＣ６０８１４）により測定する。
絶縁紙中の水分含有量の測定に際しては、すり合わせ栓つきのよく乾燥したガラスびんに無水メタノール５０ｍｌを入れておき、このなかへ絶縁紙を０．５〜１ｇ採り密栓する。２時間振盪後、メタノール中に抽出された水分をカールフィッシャー試薬を用い電量滴定により測定する。測定精度は０．３％である。
【００３５】
また、絶縁油試料の温度は、油入電気機器の採油部で絶縁油試料の採取時に測定することができるが、この場合、採油部の温度測定装置を利用してもよく、また、油入電気機器に備えられている温度測定装置を利用してもよい。
絶縁油温度の測定は採取時に直ちに行ない、稼働中の油入電気機器の絶縁油の温度と乖離しないようにすることが重要である。
【００３６】
実施例１
稼働中の油入変圧器の採油部から鉱油系絶縁油試料を採取し、採取時の油温を測定したところ３６．０℃であった。次に採取した絶縁油中の水分含有量を前記方法で測定したところ２０．９ｐｐｍであった。
ここで得られた絶縁油の油温および水分含有量のデータを前記式（５）に導入し算出したところ絶縁中の水分含有量３．３％であった。
【００３７】
実施例２
稼働中の油入変圧器の採油部より鉱油系絶縁油試料を抜きとり、採取時の油温を測定したところ３６．０℃であった。次に、採取した絶縁油中の水分含有量を前記方法により測定し、２０．９ｐｐｍの結果を得た。
ここで得られた絶縁油の油温および水分含有量を図１の線図にプロットしたところ、図４に示すように絶縁紙中の水分含有量３．３％であった。
【００３８】
実施例３
鉱油系絶縁油の代わりにアルキルベンゼンを使用したこと以外すべて実施例２の操作と同一の操作により図２の推定用線図を用いて紙中含有水分量を算出した。油温３０．０℃および油中含有水分量１４．４ｐｐｍであり、紙中含有水分量が２．５％であった。
【００３９】
実施例４
鉱油系絶縁油の代わりに鉱油系絶縁油とアルキルベンゼン合成系絶縁油との混合物（１：１）を使用したこと以外すべて実施例２の操作と同一の操作により図３の推定用線図を用いて紙中含有水分量を算出した。油温４４．０℃および油中含有水分量１６．５ｐｐｍであり、紙中含有水分量２．２％の結果を得た。
【００４０】
【発明の効果】
本発明に係る紙中含有水分量の推定方法は、油温と油中含有水分量とから式（５）により容易に算出し得る方法を提供するものであり、特に前記式（５）により得られる紙中含有水分量の表示曲線を座標領域に設定してなる推定用線図を用いることにより、該機器内の絶縁紙の紙中含有水分量を迅速かつ容易に推定することが可能であり、油入電気機器の劣化度の診断に資する点が極めて大きい。さらに、紙中含有水分量の推定用装置によれば、各データの測定を自動化することができ、効率よく紙中含有水分量を算出することができる。また、小型、携帯用とすれば、遠隔地にある変電所での測定にも有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る鉱油系絶縁油における油温、油中含有水分量および紙中含有水分量との関係を表示した紙中含有水分量推定用線図である。
【図２】本発明に係るアルキルベンゼンにおける油温、油中含有水分量および紙中含有水分量との関係を表示した紙中含有水分量推定用線図である。
【図３】本発明に係る鉱油系絶縁油と合成系アルキルベンゼンの混合油（１：１）における油温、油中含有水分量および紙中含有水分量との関係を表示した紙中含有水分量推定用線図である。
【図４】図１の紙中含有水分量推定用線図に実施例２の油温および油中含有水分量の測定データを記入し紙中含有水分量の算出結果を示す図である。
【図５】本発明に係る紙中含有水分量の推定用装置のブロック図である。
【符号の説明】
１．油入電気機器
２．採油部
３．油温測定部
４．油中含有水分量測定部
５．紙中含有水分量演算部
６．絶縁油水分溶解度係数入力部
７．表示部
【図１】
2004061384.tif 000017
【図２】
2004061384.tif 000018
【図３】
2004061384.tif 000019
【図４】
2004061384.tif 000020
【図５】
2004061384.tif 000021