(57)【要約】  本発明は、内部容積内に電気コンポーネントを保持するように構成されたハウジングを含む電気システムに関する。一態様において、この電気システムは、電力変圧器である。ハウジングにはセンサが取り付けられており、このセンサは、電気システムの動作中に１つ以上の電気コンポーネントに対応するパラメータを検出するように構成されている。通信ユニットおよびデータ処理ユニットを含む制御システムは、検出したパラメータを分析し、検出したパラメータと、あらかじめ定めた最小または最大の閾値とを比較するように動作可能である。
2020503689.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部容積を画定する１つ以上の壁部を有するタンクと、
前記タンクの前記内部容積内に配置された少なくとも１つの電気コイル、コアおよび絶縁媒体と、
前記内部容積へのアクセスを可能にする、前記壁部のうちの１つ以上に結合された出入り口と、
前記出入り口の近傍で前記タンクに結合され、前記少なくとも１つの電気コイルが給電されている間に、前記内部容積内の少なくとも１つの前記コンポーネントの特性値を取得するように動作可能である少なくとも１つのセンサと
を有する、変圧器。
【請求項２】
さらにカバーを有しており、前記カバーは、少なくとも１つの前記センサが、前記カバーを通して、検出されるパラメータを受信できるように構成された材料から形成されている、請求項１記載の変圧器。
【請求項３】
前記カバーは、少なくとも部分的に透明である、請求項２記載の変圧器。
【請求項４】
少なくとも１つの前記センサは、前記カバーの外側部分に取り付けられており、前記タンクの前記内部容積に物理的に接触することなく動作する、請求項２記載の変圧器。
【請求項５】
少なくとも１つの前記センサは、光センサ、温度センサ、ガスメータ、導電率計、光ファイバガスメータおよび／またはＴＤＳセンサのうちの１つである、請求項１記載の変圧器。
【請求項６】
前記センサは、前記カバーの内側部分に取り付けられており、前記タンクの前記内部容積と物理的に接触して動作する、請求項２記載の変圧器。
【請求項７】
前記カバーは、少なくとも１つの前記センサに対して凹形をしている、請求項２記載の変圧器。
【請求項８】
さらに少なくとも１つの前記センサと電気的に通信する制御システムを有する、請求項１記載の変圧器。
【請求項９】
前記制御システムは、少なくとも１つの前記センサによって取得した測定パラメータの検出した値を分析するように構成されている、請求項８記載の変圧器。
【請求項１０】
前記測定パラメータには、温度、圧力、振動、材料組成および光画像のうち１つ以上が含まれる、請求項９記載の変圧器。
【請求項１１】
前記制御システムは、検出した前記値が、最大のあらかじめ定めた閾値を上回った場合、または最小のあらかじめ定めた閾値を下回った場合に警報信号を伝送し、かつ／または前記変圧器への電力を遮断するように構成されている、請求項９記載の変圧器。
【請求項１２】
内部容積内に電気コンポーネントを保持するように構成されたハウジングと、
前記ハウジングに取り付けられ、動作中に１つ以上の電気コンポーネントに対応するパラメータを検出するように構成されたセンサと、
通信ユニットおよびデータ処理ユニットを含む制御システムと
を有し、
前記データ処理ユニットは、検出した前記パラメータを分析し、検出した前記パラメータと、あらかじめ定められた最小または最大の閾値とを比較するように動作可能である、
電気システム。
【請求項１３】
さらに、前記ハウジングに結合されている少なくとも１つのアクセス出入り口と、前記アクセス出入り口に脱着可能に取り付けられた容器とを有する、請求項１２記載のシステム。
【請求項１４】
前記容器は、さらに、前記アクセス出入り口と隣り合って配置された少なくとも１つの端部壁を有し、前記端部壁は、前記内部容積にセンサがアクセスできるように構成されている、請求項１３記載のシステム。
【請求項１５】
前記センサ、前記通信ユニットおよび前記データ処理ユニットは、前記容器内に配置されている、請求項１３記載のシステム。
【請求項１６】
前記制御システムは、検出したパラメータが、あらかじめ定めた最大値を上回った場合、またはあらかじめ定めた最小値を下回った場合に警報信号を送信し、かつ／または前記電気システムへの電力を遮断するように動作可能である、請求項１２記載のシステム。
【請求項１７】
前記センサにより、絶縁媒体内の電気コンポーネントの熱画像が形成される、請求項１２記載のシステム。
【請求項１８】
少なくとも１つの前記端部壁は、前記センサの位置に対して凹形をしている、請求項１４記載のシステム。
【請求項１９】
前記センサは、前記ハウジングの前記内部容積内に延在している、請求項１２記載のシステム。
【請求項２０】
前記センサは、温度測定、音響測定および／または光測定のうちの少なくとも１つを含む、請求項１２記載のシステム。
【請求項２１】
タンクの内部容積内で電気装置を動作させ、
前記内部容積内に配置されたコンポーネントに対応付けられている物理パラメータを検出し、
前記電気装置の前記動作中に前記物理パラメータの値と、あらかじめ定めた閾値とを比較し、
前記物理パラメータの前記値が、あらかじめ定めた最大の閾値を上回る場合、またはあらかじめ定めた最小の閾値を下回る場合を特定する、
方法。
【請求項２２】
前記検出には、前記ハウジングの外部の出入り口の近傍に配置されたセンサが含まれる、請求項２１記載の方法。
【請求項２３】
前記検出には、光信号、温度信号および音響信号のうちの１つ以上をプロセッサに伝送することが含まれる、請求項２１記載の方法。
【請求項２４】
さらに、前記物理パラメータが、あらかじめ定めた前記最大の閾値を上回るか、またはあらかじめ定めた前記最小の閾値を下回ることを特定した後、警報信号を伝送し、かつ／または前記電気装置の電源を遮断することが含まれる、請求項２１記載の方法。
【請求項２５】
タンクの内部容積内に配置された絶縁媒体、コア、給電される少なくとも１つのコイルを含むコンポーネント、および出入り口を有するタンクと、
前記タンクの前記絶縁媒体と物理的に接触しない、前記出入り口の近傍の少なくとも１つのセンサと
を有し、
前記センサは、少なくとも１つの前記コイルが給電される間に前記内部容積内の少なくとも１つの前記コンポーネントの特性値を取得するように動作可能である、
変圧器。
【請求項２６】
前記タンクは、上部壁、底部壁および側部壁を有し、前記出入り口は、透明なカバーを有し、少なくとも１つの前記センサが、前記カバーの外部に取り付けられている、請求項２５記載の変圧器。
【請求項２７】
前記センサは、光センサおよび温度センサから成るグループから選択されている、請求項２６記載の変圧器。
【請求項２８】
前記センサは、ガスメータおよび導電率計から成るグループから選択されている、請求項２６記載の変圧器。
【請求項２９】
前記センサは、光ファイバガスメータおよびＴＤＳセンサから成るグループから選択されている、請求項２６記載の変圧器。
【請求項３０】
前記カバーは、前記光センサのレンズに対して凹形をしている、請求項２６記載の変圧器。
【請求項３１】
出入り口と、少なくとも１つのコイルアセンブリとを備えたタンクを有する変圧器であって、コアと絶縁媒体がその内部容積に配置された、変圧器と、
前記タンクの外部に取り付けられたセンサと、
を有し、
前記センサは、前記出入り口を介し、前記タンクの前記内部容積に延在することなく、前記タンクの前記内部容積におけるコンポーネントを監視する、
変圧器システム。
【請求項３２】
前記内部容積への少なくとも１つのアクセス出入り口が、前記タンクの壁部に設けられており、チューブ状の本体および対向する端部壁を有する容器が、前記アクセス出入り口に取り付けられており、少なくとも１つの前記端部壁が、前記アクセス出入り口と連通しており、前記内部容積を見るためのウィンドウを形成し、前記容器は、脱着可能に前記アクセス出入り口に接続されており、前記アクセス出入り口を通して、前記タンク内部容積を検査するための、前記容器に収容されたセンサを有する、請求項３１記載のシステム。
【請求項３３】
前記センサ、通信ユニットおよびデータ処理ユニットが、前記タンクに形成された出入り口に脱着可能に取り付けられた容器内に収容されている、請求項３２記載のシステム。
【請求項３４】
前記データ処理ユニットは、変圧器動作中に、少なくとも１つの前記センサによって生成される特性値と、前記特性値に対してあらかじめ定められた閾値とを比較する、請求項３３記載のシステム。
【請求項３５】
前記センサにより、前記絶縁媒体内の電気コンポーネントの熱画像が形成される、請求項３１記載のシステム。
【請求項３６】
変換された電力を供給するために、コイル、コアおよび絶縁流体を含む内部容積を備えたタンクを有する変圧器を動作させ、
前記変圧器の動作中に、前記内部容積と物理的に接触することなく外部に配置されたセンサにより、特性値を得るために前記内部容積内の物理コンポーネントを精査し、
前記精査から得られた前記特性値と、あらかじめ定めた特性値とを比較する、
方法。
【請求項３７】
さらに、前記精査の結果が、あらかじめ定めた前記特性値を上回っている場合に前記変圧器の電源を遮断することが含まれる、請求項１８記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、変圧器のような電気ハウジングを対象としており、特に、動作中に、電気ハウジングの内部容積内にあるコンポーネントを監視および制御するシステムを対象としているが、これに限定されるものではない。
【０００２】
背景
発電、電力制御、送電および電力変圧器等用の電気ハウジングは、修理、搬送および／または交換が困難である。従来技術のシステムは、コイル、ケーブル、支持台およびコネクタのような、内部の機械的および電気的なコンポーネントの動作中の監視についてなんらかの欠陥を有している。一般に、検査および／またはメンテナンスが必要な場合には、電気ハウジングをオフラインにし、かつ電源を遮断しなければならない。検査および／またはメンテナンスには、検査員が内部コンポーネントを検査または修理するためにハウジング内に入ることができるようになる前に、電力変圧器の電気ハウジングのような特定の電気ハウジング用の絶縁流体を排出する必要がある。いくつかの既存システムは、特定の応用についてさまざまな短所、欠点およびデメリットを有する。したがってこの技術分野においては、さらなる貢献がいまなお必要なのである。
【０００３】
要約
本発明の一実施形態には、動作中に内部コンポーネントを監視する手段を備えた変圧器が含まれている。別の実施形態には、電力分配および送電システムの電気装置内の内部コンポーネントをリアルタイムに監視および制御する方法のための装置、システム、デバイス、ハードウェア、方法および組み合わせが含まれている。本発明の別の実施形態、形態、特徴、様相、利益および利点は、ここに示されている説明および図から明らかになろう。
【０００４】
添付の図面において、構造についての実施形態は、以下に示した詳細な説明と共に、変圧器の内部容積内のコンポーネントを検査するための出入り口を有する変圧器の例示的な実施形態を説明するために示されている。さらに、以下の添付の図面および説明において、図面および文章で示された説明全体を通して、同様の部分は、それぞれ同じ参照符号で示されている。図面は、逆に規定しない限り、縮尺通りに図示されておらず、特定の部分の比率は、図示の便宜のために誇張されている。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】電力変圧器の一実施形態の斜視図である。
【図２】図１の電力変圧器の側面断面図である。
【図３】センサ容器および制御処理ユニットを備えた、図１の変圧器の斜視図である。
【図４】凹形カバーに接続されているセンサ容器の斜視図である。
【図５】平坦なカバーに接続されている容器の斜視図である。
【図６】図１の電力変圧器に対応付けることが可能な例示的なセンサを示す図である。
【図７ａ】温度センサによって測定される、空中の熱源の例示的な熱画像である。
【図７ｂ】標準温度範囲を有する、変圧器絶縁媒体内の熱源の例示的な熱画像である。
【図７ｃ】調整した温度範囲を有する、変圧器絶縁媒体内の熱源の例示的な熱画像である。
【０００６】
実施形態の詳細な説明
図１を参照すると、電力変圧器１０の形態で例示的な電気ハウジングが示されている。本発明の実施形態には別のタイプの電気装置も使用できることを理解すべきである。変圧器１０には、内部容積を画定する上部壁１１、側部壁１３および底部壁１５によって定められるタンク１２が含まれている。タンク１２は、絶縁流体のような絶縁媒体３２と、コアと、コアに取り付けられる高圧および低圧コイル巻線を成す少なくとも１つのコイルアセンブリとを含んでいてよい。変圧器１０は、上部壁１１、側部壁１３および底部壁１５のうちの少なくとも１つに形成される出入り口２０を含んでいてよい。それぞれの出入り口２０は、これに結合される脱着可能なカバー３０を含んでいてよい。カバー３０は、動作中に、内部容積に配置されたコンポーネントに視覚的に、かつ／またはセンサにより、アクセスできるように構成可能であり、ここでは、少なくとも１つのコイルに通電されかつ変換された電気出力が形成される。本発明では、同様の、または異なる構成の１つ以上の出入り口２０を考察する。
【０００７】
出入り口２０は、変圧器１０の電源が遮断されかつすべての絶縁媒体３２が排出または取り除かれた場合に、検査員またはメンテナンス作業員が、変圧器１０の内部容積への立ち入り／内部容積からの退出のアクセスができるように構成することが可能である。出入り口２０は、さらに、変圧器１０の動作中に、変圧器内部コンポーネントと、対応するカバー３０とに検査のためにアクセスできるように構成されている。それぞれの出入り口２０には、内部容積へのセンサによるアクセスを容易にするのに適したカバー３０が設けられている。形態によっては、カメラのような光センサに適合させるため、カバーが透明または透光性であってもよい。別の形態では、カバー３０は、別のタイプのセンサに適合する材料を含んでいてよい。例えば、温度または赤外線センサは、特定の望ましい波長また周波数範囲が通過できるようにする材料を必要とし得る。さらに別の形態では、音響センサにより、特定の材料剛性または別の望ましい材料特性を有するカバーが必要とされることがある。形態によっては、赤外線センサを、少なくとも部分的にガラス繊維強化ポリマから成るカバー３０の近傍に配置でき、かつ／またはこれに結合でき、カメラを、少なくとも部分的にガラス等のような非晶体から形成されるカバー３０の近傍に配置でき、かつ／またはこれに結合できる。
【０００８】
ここで説明している方法およびシステムは、電力変圧器には限定されず、それどころか動作中に流体が充填され得るまたは充填され得ない、任意の電気装置に使用可能であることを理解すべきである。例示的な変圧器１０は、電力変圧器、分路リアクトル、または変電所配電変圧器であってよく、用途に応じて単相または多相、例えば三相であってよい。変圧器１０は、電力グリッドまたは負荷に至る、変圧器１０の出力側に、変換した電力を供給する。変圧器１０は、昇圧または降圧変圧器１０であってよく、対応する電圧および電流は、用途に応じて増大または減少される。いくつかの実施形態において、変圧器１０は、内部容積に供給される絶縁流体を保持するコンサベータ２２と、動作中に変圧器１０を冷却するラジエータ１８と、高電圧ブッシング１４および低電圧ブッシング１６とを有していてよい。別の実施形態において変圧器１０が、コンサベータ２２、または絶縁媒体３２の最高レベルと、タンク１２の上部壁との間のガス空間を有しなくてよいことを理解すべきである。
【０００９】
図２を参照すると、タンク１２の側部壁に配置されている例示的な出入り口２０は、変圧器１０に物理的にかつセンサによってアクセスできるようにすることが可能である。脱着可能なカバー３０は、変圧器１０の１つ以上の内部コンポーネント３４にセンサがアクセスできるようにするために、出入り口２０に結合可能である。例示として、かつ制限としてではなく、内部コンポーネント３４は、コイル巻線と、ケーブルと、タップ切換器と、支持構造体と、タップボード接続部と、対応するコイル巻線への高電圧および低電圧リード接続部と、ジャンパケーブル接続部と、圧着またはろう付けされた電気接続部とを含んでいてよい。
【００１０】
変圧器１０は、タンク１２内またはタンク１２に取り付けられた「負荷時」または「負荷」タップ切換器（図示せず）を装備している場合、センサが容易にアクセスできるようにするため、タップ切換器の近傍に配置される出入り口２０と、対応するカバー３０とを有していてよい。負荷時タップ切換器は、絶縁媒体３２を収容するタンクを有していてよい。本発明の一実施形態では、タップ切換器の動作を監視するために、ここで説明する音響センサ５１、光センサ５２、温度センサ５３（図６を参照されたい）のいずれかを使用することができる。当業者には、１次巻線が電圧源に接続されておりかつ２次巻線が負荷に接続されていれば、出力電圧を制御するために、負荷時タップ切換器により、タップ間で接続が切り換えられることが理解されよう。
【００１１】
図３を参照すると、変圧器１０は、カバー３０または出入り口２０に取り付けるように構成された容器１００を有していてよい。一形態において、容器１００は、チューブ状の本体と、対向する２つの端部壁とを含んでいてよい。実施形態によっては、対向する２つの端部壁のうちの１つがカバー３０であってよい。容器１００は、出入り口２０に接触する端部壁３０が、出入り口２０から取り外しできるのであれば、任意の形状で形成されていてよい。脱着可能なカバー３０および容器１００は、少なくとも部分的に、出入り口２０および／またはカバー３０を通して内部コンポーネントの特性を測定する、光センサ５２およびサーマルイメージングセンサ５３のようなさまざまなタイプのセンサが、十分に容易に測定できるかまたは検出のためにアクセスできるようにするため、透明な材料、透光性の材料またはその他の材料から構成されていてよい。変圧器の内部コンポーネントに影響を与えるホットスポット、部分放電およびその他の問題は、変圧器１０が動作しているときには容易に検出することができるが、変圧器の電源が遮断された後にはこのような問題を検出することはできない。制御システム１０１は、センサによって収集されるデータのリアルタイム収集および分析が行えるようにするために１つ以上のセンサに作動的に接続可能である。制御システム１０１は、測定または検出したパラメータが、あらかじめ定めた最大の閾値を上回るかまたはあらかじめ定めた最小の閾値を下回る場合の警報信号または電気装置の一部分の遮断動作操作を備えていてよい。
【００１２】
図４に示したように、出入り口２０の近傍の脱着可能なカバー３０または容器１００の端部壁は、取り付けられるセンサに対して凹形をしていてよい。凹形のカバー３０は、より広い視野角を容易にし、これにより、内部容積の付加的な部分を見ることができるかそうでなければセンサによって検出することができる。カバー３０は、凹形に形成される場合、カバー３０の近傍に取り付けられる１つまたは複数のセンサのためのビューイング外囲器(viewing envelope)４０を形成する。実施形態によっては、凹形カバー３０の一部分は、ガス空間および絶縁媒体３２内に延在することが可能であるが、ビューイング外囲器４０内に配置されているセンサは、絶縁媒体３２から離隔されたままである。一実施形態において、凹形カバー３０は、１８０°までの視野角を実現する魚眼レンズである。変圧器１０の内部容積は、部分的に、カバー３０の内壁によって画定されていてよい。凹形カバー３０を備えたタンクの場合、カバー３０の、反対側の凸形の表面および絶縁媒体３２側を向いているタンク１２の内壁は、内部タンク容積の境界を形成する。
【００１３】
光センサ５２および温度センサ５３が、カバー３０の凹形面の近傍に配置される場合、センサ５２、５３は、変圧器の内部容積内の絶縁媒体３２と接触しない。カバー３０は、凹形に実施される場合、絶縁媒体３２内に延在し、カバー３０の凹側の底部に形成される半球内に配置されるレンズを有する光センサまたは温度センサに対し、より広い視野角を形成する。
【００１４】
光センサ５２および温度センサ５３を含む任意のセンサは、パン・アンド・ティルト機構（図示せず）でカバー３０の凹形面に取り付けることが可能である。パン・アンド・ティルト形の取付装置により、それぞれのセンサの視野角が拡張される。付加的には、光センサ５２は、センサの視能力を強化する魚眼レンズを備え付けていてよい。
【００１５】
図５および図６を参照すると、容器１００によって収容されるセンサは、カメラのような光視覚センサ５２、赤外線センサのような温度センサ５３、および音響センサ５１、および／またはＴＤＳセンサ(Total Dissolved Solid Sensor)５４ならびに圧力および温度センサのような別のセンサを含んでいてよい。前に説明したように図５の、変圧器の内部容積は、絶縁媒体３２側を向いているカバー３０の内側面と、タンク１２の内壁とによって画定されている。音響センサ、光センサ５２および温度センサ５３は、変圧器１２の内部容積または絶縁媒体３２に接触しない。
【００１６】
特定のセンサが、タンクの内部容積と物理的に接触するように構成されていないのに対し、別のセンサは、脱着可能なカバー３０の内側面に配置することができ、これにより、内部容積の部分と物理的に接触することができる。光ファイバガラスメータおよびＴＤＳメータのような特定のセンサは、カバー３０の内壁に結合して、絶縁媒体３２内に延在することが可能である。光ファイバガラスガスメータは、水素ガス（Ｈ２）や、酸素（Ｏ２）、窒素（Ｎ２）、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、メタン（ＣＨ４）、エタン（Ｃ２Ｈ６）、エチレン（Ｃ２Ｈ４）、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）、プロパン（Ｃ３Ｈ８）およびプロピレン（Ｃ３Ｈ６）のような他のガス含有物を測定するために使用可能である。
【００１７】
ＴＤＳメータ５４は、カバー３０の内側に取り付けることができ、変圧器１０の絶縁媒体内に延在するために、対応するプローブを有していてよい。ＴＤＳメータ５４は、溶解したまたは懸濁した固体粒子を有する媒体の導電率を測定する。内部容積と接触するセンサは、変圧器の電源が遮断されておりかつ空であるかまたは絶縁流体の少なくとも一部が排出されている場合に取り付けることが可能であることを理解すべきである。
【００１８】
１つ以上の音響センサ５１は、容器１００および／または脱着可能なカバー３０に結合することが可能である。音響センサ５１は、変圧器１０の内部容積のコンポーネントにおける振動を検出するために使用可能である。音響センサ５１は、ケーブルまたは巻線のような、変圧器１０のコンポーネントにおける振動を検出するために使用可能である。センサ５１は、単一ヘッドまたはマルチヘッドの音響検出装置であってよい。検出した振動により、コイル巻線、またはコイル巻線から延びているリード線に取り付けられるケーブルにおけるたるみを示すことができる。コイル巻線またはケーブルにおけるたるみは、センサ５１によって受信される振動波形出力によって検出可能である。変圧器の動作中に、音響波形の任意の値についての閾値が、この音響波形についての特性値に対してあらかじめ定められた閾値を上回る場合、この変圧器は、作動範囲外で動作していると特定され、メンテナンス作業が指示される。
【００１９】
赤外線センサのような温度センサ５３は、巻線、ケーブルおよび支持台、または熱を発生する別のコンポーネントからの放射として放出される熱を検出する。赤外線センサによって時間と共に捕捉される熱画像は、ホットスポット位置を特定し、巻線、ケーブルまたは別のコンポーネントへの、時間に伴う経年変化損傷を予想するために使用可能である。熱画像は、特定の期間にわたって生成した画像を比較することにより、ケーブルまたは巻線におけるたるみを検出するために使用可能である。変圧器の動作中に変圧器内部コンポーネントを温度監視することにより、変圧器１０の電源が遮断されている場合には検出できない、発生し得るホットスポットについての情報が得られる。温度センサ５３は、他のいくつかのタイプの光センサとは異なり、変圧器１０の動作中に生じるホットスポットを検出するために透明な絶縁媒体３２を必要としないことに注意されたい。
【００２０】
温度センサ５３によって生成される例示的な熱画像は、図７ａ〜図７ｃに描画されている。特に図７ａを参照すると、空中の熱源の熱画像が示されている。これと比較して、約１フィートの深さにある変圧器絶縁油内の熱源の画像が、図７ｂに示されている。図７ａの熱源が、摂氏８４度の測定温度を示したのに対し、同じ熱源が、変圧器絶縁油内で測定され、図７ｂに描画したように、最も高温の点は、約摂氏３０度であった。さらに、図７ｃでは、約１フィートの深さにある変圧器絶縁流体内の熱源の熱画像が示されている。図７ｂは、標準温度範囲目盛りで示されているのに対し、図７ｃは、調整した温度範囲目盛りで示されている。サーマルカメラの調整した温度範囲目盛りにより、高い精度で熱源の位置および形状を測定することができる。
【００２１】
一連の熱画像における熱源の強度および位置のような特性は、他のセンサから取得したデータによって分析することができ、これにより、コンポーネントへの損傷、接続のゆるみおよび内部容積内のコンポーネントの、発生し得る別の欠陥箇所が追跡される。動作中に変圧器に影響を及ぼす実際の損傷についての情報を提供するのに加え、画像およびデータは、故障状態が生じる前にそれを予測するためにも使用可能である。熱データまたは他の任意のセンサデータについての特性値が、その特性値についてあらかじめ定めた閾値を上回る場合、変圧器をオフラインにすることができる。
【００２２】
ホットスポット、たるんだケーブル、および限界温度閾値の近傍またはそれを上回って動作する、変圧器のコンポーネントの検出に加え、温度センサ５３は、コイルアセンブリの巻線、ケーブルまたはリード線に使用されている導体における絶縁体の腐食を検出するためにも使用される。したがってサーマルイメージングカメラのようなセンサにより、温度が測定され、内部容積内の任意のコンポーネントについて温度閾値を上回った場合には、システムに切迫した故障が存在する。変圧器コンポーネントにおける故障の少し前には、部分放電が発生するため、絶縁体の腐食の最初の徴候を検出して、検出に基づいて直ちに変圧器１０を保全することは重要である。
【００２３】
カバー３０および／または容器１００は、変圧器の電源が遮断されかつ絶縁流体が部分的に排出されるかまたは完全に排出された後に、対応する１つまたは複数の出入り口に取り付けられる。変圧器１０の排出を部分的に行うかまたは完全に行うかは、センサが取り付けられる出入り口の位置に依存する。変圧器１０の底部面の出入り口へのセンサの取り付けには、絶縁媒体３２の完全な排出が必要であるのに対し、変圧器の上部面または側面の出入り口へのセンサの取り付けには、変圧器絶縁流体の部分的な排出でよい。択一的にはカバー３０および／または容器１００には、変圧器を動作させる前に、新たに製造された変圧器１０を装備することが可能である。さらに対応するセンサ５１、５２、５３、５４を有するカバー３０および／または容器１００は、互換性のある出入り口２０を有する、別の変圧器に移動および再取り付けすることが可能である。
【００２４】
センサ５１、５２、５３、５４からの信号および画像は、通信媒体により、図３に示した、データ取得ユニットを含む制御システム１０１に伝送することが可能である。対応する信号を調整しかつ処理する装置、または監視制御およびデータ取得（ＳＣＡＤＡ  supervisory control and data acquisition）システムは、制御システム１０１に作動的に接続可能である。データ取得ユニットによって処理されるデータは、さらに、ＳＣＡＤＡシステムを介して、資産管理システムに伝送されてよい。計算データ処理ユニットを含む制御システム１０１は、プロセッサによって実行される場合、プロセッサに以下の操作を実行させる、すなわち、少なくとも１つのセンサから伝送された信号を処理させ、調整されたデータと、監視される変圧器内部コンポーネントの特性についてのあらかじめ定めた閾値とを比較させるプログラム命令が格納されている非一時的なコンピュータ読出可能媒体を含んでいてよい。測定した特性値が、あらかじめ定めた閾値を上回っている場合、データ取得ユニットは、警報またはアラームの指示を出し、コンポーネントの内部容積内の精査すべき位置を指示する。警報またはアラームに対し、直ちにアクションを取ることができ、変圧器は、直ちにオフラインにすることが可能である。
【００２５】
本発明の一態様では、内部容積を画定する１つ以上の壁部を有するタンクと、タンクの内部容積内に配置された少なくとも１つの電気コイル、コアおよび絶縁媒体と、内部容積へのアクセスを可能にする、壁部のうちの１つ以上に結合された出入り口と、出入り口の近傍でタンクに結合され、少なくとも１つの電気コイルが給電されている間に、内部容積内の少なくとも１つのコンポーネントの特性値を取得するように動作可能である少なくとも１つのセンサとを有する変圧器が含まれている。
【００２６】
より詳細な態様において、本発明は、さらにカバーを有しており、このカバーは少なくとも１つのセンサが、このカバーを通して、検出したパラメータを受信できるように構成された材料から形成されており、このカバーは、少なくとも部分的に透明であり、少なくとも１つのセンサは、カバーの外側部分に取り付けられており、タンクの内部容積と物理的に接触することなく動作し、少なくとも１つのセンサは、光センサ、温度センサ、ガスメータ、導電率計、光ファイバガスメータおよび／またはＴＤＳセンサのうちの１つであり、センサは、カバーの内側部分に取り付けられており、タンクの内部容積と物理的に接触して動作し、カバーは、少なくとも１つのセンサに対して凹形をしており、少なくとも１つのセンサと電気的に通信する制御システムを有し、制御システムは、少なくとも１つのセンサによって取得した測定パラメータの検出した値を分析するように構成されており、測定パラメータには、温度、圧力、振動、材料組成および光画像のうち１つ以上が含まれ、制御システムは、検出した値が、最大のあらかじめ定めた閾値を上回った場合、または最小のあらかじめ定めた閾値を下回った場合に警報信号を伝送し、かつ／または変圧器への電力を遮断するように構成されている。
【００２７】
別の態様において、電気システムは、内部容積内に電気コンポーネントを保持するように構成されたハウジングと、ハウジングに取り付けられ、動作中に１つ以上の電気コンポーネントに対応するパラメータを検出するように構成されたセンサと、通信ユニットおよびデータ処理ユニットを含む制御システムとを有し、データ処理ユニットは、検出したパラメータを分析し、検出したパラメータと、あらかじめ定められた最小または最大の閾値とを比較するように動作可能である。
【００２８】
詳細な態様において、本発明は、さらに、ハウジングに結合されている少なくとも１つのアクセス出入り口と、アクセス出入り口に脱着可能に取り付けられた容器とを有し、容器は、さらに、アクセス出入り口と隣り合って配置された少なくとも１つの端部壁を有し、端部壁は、内部容積にセンサがアクセスできるように構成されており、センサ、通信ユニットおよびデータ処理ユニットは、容器内に配置されており、制御システムは、検出したパラメータが、あらかじめ定めた最大値を上回った場合、またはあらかじめ定めた最小値を下回った場合に警報信号を送信し、かつ／または電気システムへの電力を遮断するように動作可能であり、センサにより、絶縁媒体内の電気コンポーネントの熱画像が形成され、少なくとも１つの端部壁は、センサの位置に対して凹形をしており、センサは、ハウジングの内部容積内に延在しており、センサは、温度測定、音響測定および／または光測定のうちの少なくとも１つを含む。
【００２９】
本発明の別の態様には、タンクの内部容積内で電気装置を動作させ、内部容積内に配置されたコンポーネントに対応付けられている物理パラメータを検出し、電気装置の動作中に物理パラメータの値と、あらかじめ定めた閾値とを比較し、物理パラメータの値が、あらかじめ定めた最大の閾値を上回る場合、またはあらかじめ定めた最小の閾値を下回る場合を特定する、方法が含まれている。
【００３０】
詳細な態様において、検出には、ハウジングの外部の出入り口の近傍に配置されたセンサが含まれ、検出には、光信号、温度信号および音響信号のうちの１つ以上をプロセッサに伝送することが含まれ、物理パラメータが、あらかじめ定めた最大の閾値を上回るか、またはあらかじめ定めた最小の閾値を下回ることを特定した後、警報信号を伝送し、かつ／または電気装置の電源を遮断する。
【００３１】
別の態様には、タンクの内部容積内に配置された絶縁媒体、コア、給電される少なくとも１つのコイルを含むコンポーネント、および出入り口を有するタンクと、タンクの絶縁媒体と物理的に接触しない、出入り口の近傍の少なくとも１つのセンサとを有する変圧器が含まれ、センサは、少なくとも１つのコイルが給電される間に内部容積内の少なくとも１つのコンポーネントの特性値を取得するように動作可能であり、タンクは、上部壁、底部壁および側部壁を有し、出入り口は、透明なカバーを有し、少なくとも１つのセンサが、カバーの外部に取り付けられており、センサは、光センサおよび温度センサから成るグループから選択されており、センサは、出入り口に対してカバーの内側に取り付けられており、センサは、ガスメータおよび導電率計から成るグループから選択されており、センサは、光ファイバガスメータおよびＴＤＳセンサから成るグループから選択されており、カバーは、光センサのレンズに対して凹形をしており、さらに、少なくとも１つのセンサから、測定した値を受信するデータ処理ユニットを有する。
【００３２】
別の態様には、出入り口と、少なくとも１つのコイルアセンブリとを有するタンクを有する変圧器であって、コアと絶縁媒体がその内部容積に配置されている、変圧器と、タンクの外部に取り付けられたセンサとを有する変圧器システムが含まれ、センサは、出入り口を介し、タンクの内部容積内に延在することなく、タンクの内部容積におけるコンポーネントを監視し、内部容積への少なくとも１つのアクセス出入り口が、タンクの壁部に設けられており、チューブ状の本体および対向する端部壁を有する容器が、アクセス出入り口に取り付けられており、少なくとも１つの端部壁が、アクセス出入り口と連通しており、内部容積を見るためのウィンドウを形成し、容器は、脱着可能にアクセス出入り口に接続されており、アクセス出入り口を通して、タンク内部容積を検査するための、容器に収容されたセンサを有し、センサ、通信ユニットおよびデータ処理ユニットが、タンクに形成された出入り口に脱着可能に取り付けられた容器内に収容されており、データ処理ユニットは、変圧器動作中に、少なくとも１つのセンサによって生成される特性値と、特性値に対してあらかじめ定められた閾値とを比較し、センサにより、絶縁媒体内の電気コンポーネントの熱画像が形成され、センサは、出入り口の近傍の、容器の端部壁に取り付けられており、少なくとも１つの端部壁は、センサの視野角に対して、凹形をしており、センサは、絶縁媒体内に延在しており、さらに、コンピュータ読出可能媒体と、実行される場合に温度、音響および光測定値のうちの少なくとも１つに対する測定値と、あらかじめ定めた閾値とを比較する、コンピュータ読出可能媒体に格納された命令とを有する。
【００３３】
別の態様には、変換された電気出力を供給するために、コイル、コアおよび絶縁流体を含む内部容積を備えたタンクを有する変圧器を動作させ、変圧器の動作中に、内部容積と物理的に接触することなく外部に配置されたセンサにより、特性値を得るために前記内部容積内の物理コンポーネントを精査し、精査から得られた特性値と、あらかじめ定めた特性値とを比較する、方法が含まれており、センサは、変圧器タンクの出入り口に取り付けられており、この出入り口により、内部容積内の物理コンポーネントが見えるようにされており、精査は、光センサ、温度センサおよび音響センサから成るグループから選択されたセンサによって実行され、さらに、精査の結果が、あらかじめ定めた特性値を上回っている場合に変圧器の電源を遮断する。
【００３４】
図面および上記の説明において、本発明を詳細に例証して説明したが、これは、その性質上、例証的なものとみなすべきであり、制限的なものと見なすべきでない。ここでは、好ましい実施形態だけが示されかつ説明されており、本発明の精神の範囲内にあるすべての変更および改善は、保護されることが望まれているということが理解されるべきである。上の説明において利用されている、好ましい、好ましくは、好んで、より好んでなどの語の使用は、このように記載した特徴が、より望ましいことを示しているが、それにもかかわらず、この特徴は、必要でないこともあり、この特徴を有しない実施形態が、添付の特許請求の範囲によって定められる、本発明の範囲内にあると考えることが可能であるということが理解されるべきである。請求項を読むに当たって意図したのは、「１つの」、「少なくとも１つの」または「少なくとも一部分の」のような語が使用される場合、この請求項において逆のことを特に示さないかぎり、この請求項をただ１つの項目だけに限定する意図はないことである。「少なくとも一部分」および／または「一部分」という言い回しが使用される場合、この項目は、逆のことを特に示さない限り、一部分および／または全体を含み得る。
【００３５】
異なる指示または限定が行われない限り、用語「取り付けられている」、「接続されている」、「支持されている」および「結合されている」ならびにその変化形態は、広い意味で使用されており、直接の取り付け、接続、支持および結合も、間接的なそれも共に包含する。さらに「接続されている」および「結合されている」は、物理的または機械的な接続または結合に限定されない。
【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７ａ】
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【図７ｂ】
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【図７ｃ】
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【国際調査報告】
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