(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器内に複数のコンデンサ素子を収納してなる本体コンデンサと、容器内に金属蒸着化フィルムを巻回形成したコンデンサ素子を収納してなる付属コンデンサとを備え、前記付属コンデンサのコンデンサ素子に前記本体コンデンサのコンデンサ素子に印加する電圧を印加し、前記付属コンデンサの状態変化の検出により前記本体コンデンサの余寿命の予測を可能としてなることを特徴とする予測保全機能付コンデンサ装置。
【請求項２】
前記付属コンデンサの状態変化が前記付属コンデンサ内の圧力量である請求項１記載の予測保全機能付コンデンサ装置。
【請求項３】
前記付属コンデンサの状態変化が前記付属コンデンサ内の水素ガス量である請求項１記載の予測保全機能付コンデンサ装置。
【請求項４】
前記付属コンデンサの状態変化が前記付属コンデンサのコンデンサ素子の容量である請求項１記載の予測保全機能付コンデンサ装置。
【請求項５】
前記付属コンデンサの状態変化がコンデンサ素子の金属蒸着化フィルムの金属導電面の可視可能の減少量である請求項１記載の予測保全機能付コンデンサ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力用、進相用、交流フィルタ用などの高圧コンデンサの余寿命の予測を可能にする予測保全機能付コンデンサ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電力用、進相用、交流フィルタ用などの高圧コンデンサは、周知のように一般的には、プラスチックフィルムや絶縁紙などの誘電体とアルミニュウムなどの導電箔とを交互に重ね合わせて巻回してコンデンサ素子を形成したもの、プラスチックフィルムに金属蒸着を施した誘電体材料を巻回してコンデンサ素子を形成したものを複数を集合して絶縁油や絶縁性気体を充填したタンクや缶などの容器に収納し、コンデンサ素子に接続した導線を容器外に導出して構成されている。
【０００３】
このように構成されたコンデンサは各現場に設置され、容器外に導出した導線を送・配電線あるいは機器などに接続して使用されるが、使用しているうちに特にコンデンサ素子の誘電体が劣化し、ついにはその劣化が急速に進行しコンデンサとしての所要の機能を果たせなくなる。この所要の機能を果たせなくなる前、つまりコンデンサの寿命到達前に現場に設置したコンデンサを新しいコンデンサと交換する必要があり、その交換は誘電体の平均寿命が数十年と設計された設計時の平均寿命によって行なうようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、各現場で使用している個々のコンデンサの使用状況は様々であり、そのコンデンサの寿命は、使用状況たとえば苛酷使用の場合は短く、使用頻度の少ない場合は長くと設計時の寿命から変動し、設計時の平均寿命による交換では、コンデンサの故障が発生したり、使用可能であるのに交換するという不都合があり、この不都合を解消することが望まれている。
【０００５】
この不都合を解消する方法として、この種高圧コンデンサの寿命は、主に誘電体の部分放電に依存するため、各現場で使用している個々のコンデンサについて部分放電を測定する方法が有力であるが、コンデンサが使用されている状態での計測（部分放電で生じる音波や電磁波の計測）では測定感度が悪く困難であり、また、コンデンサの定期点検時においても部分放電を測定するための高圧電源および測定器を接続することが必要であるため、結局、部分放電の計測による余寿命を現場で判断することが極めて困難であり、上記の不都合を解消する手段は存在していなかった。
【０００６】
本発明は、このような実状に鑑みなされたもので、使用中のコンデンサの更新時期の予測を適正に行なうことを可能にした予測保全機能付コンデンサ装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る本発明は、容器内に複数のコンデンサ素子を収納してなる本体コンデンサと、容器内に金属蒸着化フィルムを巻回形成したコンデンサ素子を収納してなる付属コンデンサとを備え、前記付属コンデンサのコンデンサ素子に前記本体コンデンサのコンデンサ素子に印加する電圧を印加し、前記付属コンデンサの状態変化の検出により前記本体コンデンサの余寿命の予測を可能としてなることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に係る本発明は、請求項１に係る本発明における付属コンデンサの状態変化が付属コンデンサ内の圧力量であること、請求項３に係る本発明は、請求項１に係る本発明における付属コンデンサの状態変化が付属コンデンサ内の水素ガス量であること、請求項４に係る本発明は、請求項１に係る本発明における付属コンデンサの状態変化が付属コンデンサのコンデンサ素子の容量であること、また、請求項５に係る本発明は、請求項１に係る本発明における付属コンデンサの状態変化がコンデンサ素子の金属蒸着化フィルムの金属導電面の可視可能の減少量であることをそれぞれ特徴とする。
【０００９】
本発明では、電気回路上の主たる機能を果たす本体コンデンサに、金属蒸着化フィルムを巻回形成したコンデンサ素子を収納した小規模の付属コンデンサを本体コンデンサの容器内または容器外に装着し、本体コンデンサに印加する電圧、またはその電圧に比例した電圧を付属コンデンサのコンデンサ素子に印加し付属コンデンサを本体コンデンサの使用状況に依存させる。
【００１０】
金属蒸着化フィルムを巻回形成したコンデンサ素子は、交流電圧および温度等の諸条件に比例して部分放電が生じて有機物誘電体フィルムが分解されて水素ガスが発生し、また、金属蒸着化フィルムの導電性金属膜が酸化し金属導電面を減少し容量を減少させるという性質（以下、劣化進行特性という。）を備えている。付属コンデンサはこの劣化進行特性の発生度合いの高いコンデンサ素子としているので、本体コンデンサの使用状況に依存させた小規模の付属コンデンサの圧力量、水素ガス量、容量、金属蒸着化フィルムの金属導電面の減少量のいずれの状態変化も検知しやすく、この検知により本体コンデンサの使用状況を反映した余寿命を予測することができる。なお、本体コンデンサが金属蒸着化フィルムを使用している場合でも、付属コンデンサは本体コンデンサよりも劣化進行特性の発生度合いを高くしているので、この場合においても本体コンデンサの使用状況に依存させた小規模の付属コンデンサの圧力量、水素ガス量、容量、金属蒸着化フィルムの金属導電面の減少量を検知することにより本体コンデンサの使用状況を反映した余寿命を予測することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態に係る予測保全機能付コンデンサ装置について、図を参照して説明する。図１は実施の形態に係る予測保全機能付コンデンサ装置の一例の概略構成を示す外観斜視図、図２は実施の形態に係る予測保全機能付コンデンサ装置の一例の回路構成を示す回路図、図３は本体コンデンサと付属コンデンサの圧力特性による相関特性図である。
【００１２】
図１において、１は本体コンデンサ、２は付属コンデンサ、３，４はブッシングである。本体コンデンサ１は、タンクまたは缶からなる容器内に、プラスチックフィルムの誘電体とアルミニュウムの導電箔とを交互に重ね合わせて巻回したコンデンサ素子の複数を集合したコンデンサ素体を収納し、絶縁油を充填し、コンデンサ素子に接続した導線をブッシング３を介して容器外に導出して構成されている。なお、本体コンデンサ１は、金属蒸着化フィルムを巻回したコンデンサ素子を複数直・並列に集合して絶縁性気体を封入して構成する場合もあり、特に従来から使用されている高圧コンデンサと相違するものではない。
【００１３】
付属コンデンサ２は、缶からなる容器内に、プラスチックフィルムの表面にアルミニュウムを蒸着した金属蒸着化フィルムの２枚をプラスチックフィルムの誘電体を間にして重ね合わせて巻回した劣化進行特性の発生度合いの高い小容量のコンデンサ素子を収納し、コンデンサ素子に接続した導線をブッシング４を介して容器外に導出して構成され、本体コンデンサ１の容器の外壁に固定されている。
【００１４】
そして、図２に示すように、付属コンデンサ２のコンデンサ素子６はヒューズ７を介して本体コンデンサ１のコンデンサ素子５と電気的に接続している。なお、図２に示すコンデンサ素子５のそれぞれは例えば複数のコンデンサ素子が直列に接続された一相分の全体の容量を示しており、必ずしも１つのコンデンサ素子を示すものではない。また、本体コンデンサ１に印加する電圧を、一つのコンデンサ素子に印加される電圧に降圧して、その降圧した電圧を付属コンデンサ２のコンデンサ素子６に印加するようにしても良い。
【００１５】
この実施の形態では、図２に示すように付属コンデンサ２には付属コンデンサ２内の圧力を検出する圧力センサ８が設けられ、付属コンデンサ２内の圧力量をたとえば図示しない保護回路へ適宜出力する。保護回路は付属コンデンサ２内の圧力量を入力し、本体コンデンサ１の余寿命を求め、その余寿命を例えば表示する。
【００１６】
ところで、本体コンデンサ１は図３の曲線Ｐ１に示すように、寿命に到達するまでは圧力の増加に対して故障発生率が低くほぼ一定値を示し、寿命に到達すると急速に故障発生率が高くなる。一方、付属コンデンサ２は図３の曲線Ｑ１に示すように、寿命に到達するまでは圧力の増加に対して比例的に故障発生率が高くなり、寿命に到達すると急速に故障発生率が高くなる。
【００１７】
そこで、付属コンデンサ２の例えば１％の故障発生率の圧力量ｔ１と本体コンデンサ１の寿命到達前の交換時期とを関係付け、付属コンデンサ２の現在の圧力量ｔ２と上記圧力量ｔ１との差により本体コンデンサ１の余寿命を次の各図から求める。図４は付属コンデンサ２における温度をパラメータとした課電時間（対数）と圧力との関係を示し、図５は圧力に関係する課電時間に対する発生分解ガス量と課電電界との関係を示すもので、図４および図５から温度や印加電圧などコンデンサの使用状況に応じた圧力量変化が求められる。そして図３における圧力ｔ１に至までの時間、すなわち余寿命を求める。
【００１８】
以上の実施の形態では、付属コンデンサ２に圧力センサ８を設け、付属コンデンサ２内の圧力量の検出により、本体コンデンサ１の使用状況に応じた余寿命の予測を行なうものであるが、水素ガスの発生量も図４および図５と同様の傾向を示すものである。したがって、付属コンデンサ２に圧力センサ８に代えて水素ガスセンサを設け、発生水素ガス量により本体コンデンサ１の使用状況に応じた余寿命を予測するようにしても良い。この場合、図３に示す横軸および図４に示す縦軸は水素ガス発生量となり、図５に示す発生分解ガス量は水素ガス発生量となる。
【００１９】
また、本体コンデンサ１は図６の曲線Ｐ２に示すように、寿命に到達するまでは容量（コンデンサ容量）の減少に対して故障発生率が低くほぼ一定値を示し、寿命に到達すると急速に故障発生率が高くなる。一方、付属コンデンサ２は図６の曲線Ｑ２に示すように、寿命に到達するまでは容量の減少に対して比例的に故障発生率が高くなり、寿命に到達すると急速に故障発生率が高くなる。
【００２０】
そこで、付属コンデンサ２の例えば１％の故障発生率の容量ｃ１と本体コンデンサ１の寿命到達前の交換時期とを関係付け、付属コンデンサ２の現在の容量ｃ２と上記容量ｃ１との差により本体コンデンサ１の余寿命を次の各図から求める。図７は付属コンデンサ２における温度をパラメータとした課電時間（対数）と容量との関係を示し、図８は容量減少速度と課電電界との関係を示すもので、図７および図８から温度や印加電圧などコンデンサの使用状況に応じた容量変化が得られる。そして、圧力量や水素ガス量の場合と同様に図６における容量ｃ１に至るまでの時間、すなわち余寿命を求める。
【００２１】
この容量の計測に付属コンデンサ２のアルミニュウム蒸着面を利用することが可能である。アルミニュウム蒸着面はコンデンサの使用状況に応じて酸化が進行し、透明の酸化アルミニュウム（Ａｌ3Ｏ3）に変化するので、残存するアルミニュウム蒸着面あるいは減少したアルミニュウム蒸着面を計測することにより容量減少程度を簡単に判断することができる。図９はこの場合の実施の形態例を示すもので、付属コンデンサ２の容器にメモリ９を付した覗き窓１０を形成し、メモリ９に合わせてコンデンサ素子のアルミニュウム蒸着面１１を配置し、酸化アルミニュウム（Ａｌ3Ｏ3）に変化した部分１２あるいは残存するアルミニュウム蒸着面１１をメモリ９で読み取れば良い。
【００２２】
以上の実施の形態では、付属コンデンサ２を本体コンデンサ１の容器外に設けているが、図１０に示すように本体コンデンサ１の容器内に付属コンデンサ２ａ設けるようにしても良い。この場合、付属コンデンサ２ａの容器は缶でなくても良い。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば本体コンデンサに、劣化進行が使用状況に比例して増加する金属蒸着化フィルムを巻回形成したコンデンサ素子を収納した付属コンデンサを設け、付属コンデンサを本体コンデンサとともに運転し、付属コンデンサに発生した圧力量、水素ガス量、容量減少量あるいは付属コンデンサの金属蒸着化フィルムの金属導電面の減少量などの使用状況に応じた状態変化を検出して、本体コンデンサの余寿命を求めるので、使用状況に則した適正な本体コンデンサの交換時期を容易に設定することができ、事故の発生を未然に防止でき、また、使用可能であるのに交換するという不都合を解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る予測保全機能付コンデンサ装置の一例の概略構成を示す外観斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る予測保全機能付コンデンサ装置の一例の回路構成を示す回路図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る本体コンデンサと付属コンデンサの発生圧力量による相関特性図である。
【図４】付属コンデンサの課電時間に対する圧力量の特性を示す特性図である。
【図５】付属コンデンサの発生分解ガス量の特性を示す特性図である。
【図６】本発明の他の実施の形態に係る本体コンデンサの寿命と付属コンデンサの容量減少量による相関特性図である。
【図７】付属コンデンサの課電時間に対する容量減少特性を示す特性図である。
【図８】付属コンデンサの課電電界に対する容量減少速度の特性を示す特性図である。
【図９】金属蒸着化フィルムの金属導電面の減少量を計測する図である。
【図１０】本発明の実施の形態に係る予測保全機能付コンデンサ装置の他の例の概略構成を示す外観斜視図である。
【符号の説明】
１  本体コンデンサ
２，２ａ  付属コンデンサ
３，４  ブッシング
５  コンデンサ素子
６  金属蒸着化フィルムを巻回形成したコンデンサ素子
７  ヒューズ
８  圧力（又は水素ガス）センサー
９  メモリ
１０  覗き窓
１１  導電面
【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】
0003791301.tif 000008
【図８】
0003791301.tif 000009
【図９】
0003791301.tif 000010
【図１０】
0003791301.tif 000011