JP3652792B2 - 油入電気機器診断方法及びこれの携帯用診断器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、油入電気機器の診断方法およびそれに用いる診断器に関するものであって、より詳しくは、油入電気機器の絶縁油に溶解するアセチレンガスの濃度を診断指標とし、一酸化炭素を除去した抽出ガスをアセチレン検知の充填剤をつめた検知器に通し、抽出ガスに含まれるアセチレンガス量と、その充填剤の変色長さとの相関性により、油中アセチレン濃度を測定してその値から機器の異常を診断する油入電気機器診断方法及びこれの携帯用診断器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
変圧器、整流器、コンデンサー、ケーブルなどの油入電気機器内部で局部過熱や放電などの異常現象が発生すると、絶縁油、油浸紙などが熱分解され、絶縁油は、水素、メタン、エタン、エチレン、アセチレンなどの可燃性ガス、油浸紙は、一酸化炭素、二酸化炭素などの熱分解ガスを発生し、これらは絶縁油中に溶解する。また、空気中の酸素、窒素は機器設置時に絶縁油に溶解している。したがって、絶縁油に溶解しているガスの組成分析により、油入電気機器内部の異常診断が可能となり、これを利用した保守管理が広く行われている。
【０００３】
最近、絶縁油に溶存しているガスの組成と異常現象との関係が明確に究明されつつある。例えば、局部加熱による絶縁油の熱分解で発生する可燃性ガスは、２００℃ないし３００℃の比較的低温では、水素、メタンが多く、４００℃ないし６００℃の比較的高温では、それらのガスの他にエチレンが多くなることが判明している。なお、水素、メタン、エタン、エチレン、一酸化炭素、二酸化炭素は、局部過熱による場合以外に絶縁油および油浸紙の長期使用によっても自然的に発生することも知られている。
【０００４】
放電は、高エネルギー放電のアーク放電と、低エネルギー放電の部分放電とがある。アーク放電による絶縁油の熱分解で発生する可燃性ガスは、アセチレン、水素が多く、エチレン、メタンも比較的多い。部分放電は、アーク放電に比較してアセチレン、エチレンが比較的少ない。
【０００５】
したがって、油入電気機器内で放電が発生すれば、絶縁油中にアセチレンが発生し、油中アセチレン濃度が高ければ高エネルギー放電のアーク放電であり、低ければ低エネルギー放電の部分放電であると推定することができる。しかしながら、水素、メタン、エタン、エチレン、一酸化炭素、二酸化炭素は、局部過熱による場合以外に、絶縁油および油浸紙の長期使用によっても発生することが知られているが、アセチレンはほとんど発生しないから、油中アセチレン濃度により油入電気機器が受けた異常現象の種類、規模をも推定することが出来、電気式継電器が作動し運転停止した油入電気機器の運転再開の決め手とすることが出来る。このため、最近油中アセチレン濃度を診断指標とする油入電気機器の診断が特に注目されている。
【０００６】
従来の携帯用油入電気機器診断器としては、油入電気機器から採取した絶縁油からバブリング抽出により油中ガスを抽出し、その抽出ガスをガスクロマトグラフィーを利用して各成分ガスに分離し、定電位電解式センサにより、油中アセチレン濃度を約１５分ほどで測定することが出来るものも知られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
その他従来の携帯用油入電気機器診断器では、アセチレン以外に、水素、メタン、エチレン、一酸化炭素、二酸化炭素などを測定することが出来るものもあるが、それらは油中ガスをガス抽出し、その抽出ガスをガスクロマトグラフィーなどにより各成分ガスに分離する手法を取り入れている装置が多い。しかも操作手順として、標準混合ガスによる校正、標準試料油中のガス抽出、抽出ガスの測定、その値を基にした検量線の作成等があり、一般的に分析対象ガスの種類が多いほど、分析準備、分析に多くの時間を必要とする。また、その操作も習熟を必要とするばかりでなく、緊急時に対応出来ないことがあり、さらに分析対象ガスが多いほど価格も高価となる。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、油中から抽出した抽出ガスを各成分ガスに分離する必要がなく、短時間で測定ができ、その操作も習熟を必要とせず、かつ緊急時に対応が容易な油入電気機器診断方法及びこれの携帯用診断器を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の油入電気機器診断方法及びこれの携帯用診断器は、上記目的を解決するために提案されたものであって、油中アセチレン濃度を測定するにあたり、アセチレンと亜硫酸パラジウムカリウムとの特異的な化学反応を利用する点に重大な技術的特徴があり、下記の構成からなることを特徴とするものである。
【００１０】
すなわち、本発明によれば、油入電気機器から採取した絶縁油に溶解するアセチレン濃度を診断指標とする油入電気機器診断方法であって、前記採取した所定量の絶縁油から油中ガスを抽出し、該抽出ガスに混在する一酸化炭素を除去カラムにて除去した後、亜硫酸パラジウムカリウムを検知試薬とするガス検知管に該抽出ガスを通気することにより抽出ガス中のアセチレンにより検知管を変色させ、変色長さと抽出ガスに含まれるアセチレンガス量との相関性により、油中アセチレン濃度を測定することを特徴とする油入電気機器診断方法が提供される。
【００１１】
この方法によれば、絶縁油からの抽出ガス、すなわち、水素、メタン、エタン、エチレン、アセチレン、一酸化炭素、二酸化炭素等の混合ガスから、まず一酸化炭素除去カラムに通すことにより一酸化炭素を除去し、水素、メタン、エタン、エチレン、アセチレン、二酸化炭素等の混合ガスとし、これを亜硫酸パラジウムカリウムを検知試薬とする検知管に通気する。亜硫酸パラジウムカリウムを検知剤とする検知管は、一酸化炭素、アセチレンには高感度であるが、メタン、エタン、二酸化炭素には着色せず、水素、エチレンには感度が低いため、絶縁油からの抽出ガスに含まれる程度の濃度では着色せず、一酸化炭素除去カラムを通した絶縁油からの抽出ガスからはアセチレンを選択的に検知できる。
したがって、抽出ガスを各成分ごとに分離する必要がなく、測定時間も短くて済み、その操作も習熟を必要としない。
【００１２】
また、本発明によれば、前記除去カラムが、少なくとも酸化マンガンと酸化銅からなる一酸化炭素除去剤を充填することにより構成される上記の油入電気機器診断方法が提供される。
この方法によれば、少なくとも酸化マンガンと酸化銅から成る一酸化炭素除去カラムは、アセチレンの吸着ロスが無視し得るため、高感度でアセチレンを検知できる。
【００１３】
また、本発明によれば、油入電気機器から採取した所定量の絶縁油から油中ガスを抽出するバブリング抽出部と、少なくとも酸化マンガンと酸化銅からなる一酸化炭素除去剤を充填することにより構成される除去カラムと亜硫酸パラジウムカリウムを検知試薬とするガス検知管に通気することにより抽出ガス中のアセチレンにより検知管を変色させ、その変色長さと油中ガスに含まれるアセチレンガス量との相関性により油中アセチレン濃度を測定するアセチレン濃度測定部とを備えたことを特徴とする携帯用油入電気機器診断器が提供される。
この発明によれば、上述の方法を効率良く実施出来、かつ一体に構成することで携帯が容易な診断器を提供できる。
【００１４】
また、本発明によれば、前記バブリング抽出部が、少なくともＨ（高さ）／Ｄ（直径）＝４ないし６の範囲にある内容積が約６０ｍｌの抽出容器と、絶縁油中をバブリングさせる空気の流量が５０ないし１００ｍｌ／ｍｉｎの空気吸引性能を有するポンプとを具備している上記携帯用油入電気機器診断器が提供される。この発明によれば、装置の小型化が図れかつ電源容量もそれほど大きくはならない診断器が提供できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態を示して本発明を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明方法を説明するための携帯用油入電気機器診断器の概略フローシート図である。図において、本発明の携帯用油入電気機器診断器１は、油入電気機器２から採取した所定量の絶縁油３から油中ガスを抽出するバブリング抽出部４と、少なくとも酸化マンガンと酸化銅から成る一酸化炭素除去剤１３を充填することにより構成される一酸化炭素除去カラム５と、亜硫酸パラジウムカリウムの検知試薬を含有する充填剤６をつめた所定長さの管状の検知器７に通し、検知器７内の充填剤６油中ガスにおけるアセチレン通過量と変色長さとの相関性により油中アセチレン濃度を測定するアセチレン濃度測定部８とからなり、これら各部４，５，８を一体に構成したものである。
【００１６】
前記油入電気機器２の下部または上部に設けられているバルブ９を開き配管部の空気および空気を溶解した排油を排油容器１０に排出した後、注入器１１に所定量の絶縁油３を採取する（この実施例では後述のように５０ｍｌを採取する）。この絶縁油３を注入器１１によりバブリング抽出部４の抽出容器１２に入れ、油中ガスを抽出することになる。この診断器１のバブリング抽出部４は、ＤＣ１２Ｖを電源電圧とするベローズポンプにより、抽出容器１２の一端から空気を吸引し、その空気を絶縁油３中に導入したパイプ先端のフィルターから放出させるから、絶縁油３中はバブリング状態になる。このバブリングにより、絶縁油３中に存在していたガスが抽出容器１２の油面上の空間に放出される。
【００１７】
従って、この際のバブリング抽出部４における採取絶縁油３の量、バブラー容器の形状、抽出容器１２の形状、ガス流量及び油温などの設定条件により、本発明の携帯用油入電気機器診断器１が、現場に容易に持ち込むことが出来、しかも短時間で診断をすることが可能であるかどうかが左右されることになる。
【００１８】
そこで、まず採取絶縁油３の量については、後述する図５に示すアセチレンガス量と検知器７における充填剤６の変色長さとの関係から、検知器７の内径が２ないし４ｍｍのものであれば、絶縁油５０ｍｌで油中アセチレン濃度５ないし１００ｐｐｍの測定が可能となる。
【００１９】
バブラーの形状は、発生する泡のサイズ、泡の均一性の度合い、吸引流量の制約等に影響し、その結果として抽出効率に大きく影響する。本発明者らは、ガラスろ過板、インピンジャー、ボールフィルターで試験を行った結果、ガラスろ過板は泡の径が不均一で抽出効率が悪く、インピンジャーでは泡が大きくなり抽出効率が悪いことがわかった。これらの中ではガラス製のボールフィルターが流量の多少に係わらず均一な泡を生じ抽出効率が良く、中でもボールの径が１０ｍｍ程度のものが適当である。
【００２０】
また、抽出容器１２の形状は、Ｈ（高さ）／Ｄ（直径）の値が大きくなればなるほど、気泡が絶縁油３と接触している時間が長くなるから、油中アセチレンの抽出効率が高くなる。ただし、本発明においては携帯用の診断器を目的とする観点から、図３に示すように、Ｈ／Ｄの値が４ないし６の場合で、空気流量６０ｍｌ／ｍｉｎ、抽出時間５分間の条件であれば、油中アセチレンの抽出効率がほぼ９５％の結果が得られたので、抽出容器１２の形状としてＨ／Ｄ＝４ないし６を採用することが可能となり、携帯用とすることが可能となった。
【００２１】
さらに、ガス流量は、多い方が油中アセチレンの抽出効率が高くなるのは当然であるが、上述のベローズポンプの容量、ひいては電池容量、携帯性に影響してくる。ここでは、抽出容器１２の形状をＨ／Ｄ＝６とし、空気流量を５０，５５，６０，７０ｍｌ／ｍｉｎの各場合につき試験をした。その結果、図４に示すように、４．５分後に油中アセチレンの抽出効率が９５％の結果が得られ、６０ｍｌ／ｍｉｎを採用すれば、測定時間５分以内をクリアーすることが出来る。
ここで、バブリング流量が５０ｍｌ／ｍｉｎ以下の場合は測定時間が長くなり、１００ｍｌ／ｍｉｎ以上であれば、検知管の着色が不鮮明になるので適当でない。
【００２２】
また、絶縁油３は油温が下がれば、ほとんどの場合動粘度が上昇し、他の条件が同一であれば、油中アセチレンの抽出効率が低下するのは避けられない。そこで、Ｈ／Ｄ＝６の抽出容器１２を使用し、絶縁油３の量を５０ｍｌ、空気流量を６０ｍｌ／ｍｉｎ、油温を０ないし４０℃に変動させた時の抽出時間と油中アセチレンの抽出効率とをみると、油温は０℃であっても、抽出時間５分で抽出効率が９５％を確保できた。このため、油温は０℃と設定でき、冬場などの寒い時期の現場での測定が容易となった。
【００２３】
したがって、以上の結果からバブリング抽出部４は、上述のように、現場での短時間の診断が可能であるかどうかの決め手である、小型化、短時間の測定、高い抽出効率のいずれをも、クリアーすることが出来た。
【００２４】
そして、バブリング抽出部４により絶縁油３から抽出された抽出ガスは、アセチレン検出を妨害する一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去カラム５を通すことになる。この一酸化炭素除去カラム５には、ガラス管１４に酸化マンガンと酸化銅とを主成分とする金属混合酸化物からなる一酸化炭素除去剤１３が充填されている。
【００２５】
次に、図５に示すように、一酸化炭素除去カラム５に亜硫酸パラジウムカリウムを検知試薬とする検知器７を接続して、試料ガス１００ｍｌを通気した結果、表１に示すように、この除去剤により妨害ガスである一酸化炭素を除去できることが実証された。なお、一酸化炭素除去剤１３は、一例を示したにすぎず、アセチレンを除去せずに一酸化炭素を除去できるものであれば良く、特に制限されるものではない。
【００２６】
【表１】

【００２７】
なお、表１には、妨害ガスとして、一酸化炭素以外に、エチレン、水素が開示されているが、この程度の濃度であれば、エチレン、水素を除去しなくてもアセチレンを正確に測定することができるため、エチレン、水素を除去する必要はない。
【００２８】
アセチレン検出を妨害する一酸化炭素が除去された抽出ガスは、アセチレン濃度測定部８を通すことにより、油中アセチレン濃度を測定されることになるが、アセチレン検出の原理は、亜硫酸パラジウムカリウム溶液にアセチレンを通すと、黒褐色のパラジウム単体が遊離される反応を利用したものである。
【００２９】
そして、アセチレン濃度測定部８には、検知器７が組み込まれ、この検知器７は充填剤６に亜硫酸パラジウムカリウム溶液を均一に含ませてから乾燥したものを内蔵し、この充填剤６を細長い、例えば１００ｍｍのガラス管１５に充填することで構成される。従って、このガラス管１５に一酸化炭素が除去された油中ガスを通過させると、アセチレンガスと亜硫酸パラジウムカリウムとが反応し、黒褐色のパラジウムを遊離して充填剤６を黒褐色に変色させて行くが、油中ガスは自身に含んでいるアセチレンガスを減らして行き、すべてのアセチレンガスが反応し終わると、ガラス管１５内の充填剤６も変色しなくなる。このガラス管１５内の充填剤６の変色長さ（図１のスケール１６により測定する）と抽出ガスにおけるアセチレンガス量との相関性（図６参照）、すなわち、検知器７の変色長さから油中アセチレン濃度を求める検量線を設定することにより、油中アセチレン濃度を極めて容易に測定することが出来るものである。
【００３０】
例えば、電気式継電器により運転停止した前記油入電気機器２の下部または上部から採取した絶縁油３の最高油中アセチレン濃度が、５ないし１０ｐｐｍ程度であれば、他の診断方法を取ることなくこの油入電気機器２の運転再開をすることが出来る。すなわち、本発明の携帯用油入電気機器診断器１によれば、現場に持ち込んでから、約５分間でそのまま運転を再開しても良いかどうかの診断をすることが出来る。
【００３１】
以上、本発明の実施形態を図面に基づき説明したが、具体的な構成はこれに限定されず、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、任意に変更あるいは追加ができることは理解されるべきである。
【００３２】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、絶縁油から抽出した後の油中ガスを除去剤の存在下で除去したあと検知器に通し、検知器中の亜硫酸パラジウムカリウムとアセチレンとを化学反応させて油中アセチレン濃度を測定するだけで、抽出ガスを各成分ガスに分離する必要がないため、現場において短時間で測定することができ、その操作も習熟を必要としないで油入電気機器の異常を診断することができる。
また、本発明の診断器は、小型化が図れかつ電源容量もそれほど大きくはならず携帯用として用いることができるために、現場において、短時間で的確に油入電気機器の異常を診断するのに適している。
したがって、イニシャルコスト及びランニングコストを共に削減できるというメリットがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法を説明するための携帯用油入電気機器診断器の概略フローシート図である。
【図２】本発明のバブリング抽出部のバブラーの球径の違いによる抽出時間と抽出効率との関係を示す特性図である。
【図３】本発明のバブリング抽出部の抽出容器の違いによる抽出時間と抽出効率との関係を示す特性図である。
【図４】本発明のバブリング抽出部における流量の違いによる抽出時間と抽出効率との関係を示す特性図である。
【図５】本発明の一酸化炭素除去部の効果を測定する実験装置の概略フローシート図である。
【図６】本発明のアセチレン濃度測定部によるアセチレンガス量と検知器の変色長さとの関係を示す特性図である。
【符号の説明】
１ 携帯用油入電気機器診断器
２ 油入電気機器
３ 絶縁油
４ バブリング抽出部
５ 一酸化炭素除去カラム
６ 充填剤
７ 検知器
８ アセチレン濃度測定部
９ バルブ
１０ 容器
１１ 注入器
１２ 抽出容器
１３ 一酸化炭素除去剤
１４，１５ ガラス管
１６ スケール

Claims (4)

1. 油入電気機器から採取した絶縁油に溶解するアセチレン濃度を診断指標とする油入電気機器診断方法であって、前記採取した所定量の絶縁油から油中ガスを抽出し、該抽出ガスに混在する一酸化炭素を除去カラムにて除去した後、亜硫酸パラジウムカリウムを検知試薬とするガス検知管に該抽出ガスを通気して抽出ガス中のアセチレンにより検知管を変色させ、変色長さと抽出ガスに含まれるアセチレンガス量との相関性に基づいて油中アセチレン濃度を測定することを特徴とする油入電気機器診断方法。
2. 前記除去カラムが、少なくとも酸化マンガンと酸化銅からなる一酸化炭素除去剤を充填することにより構成される請求項１記載の油入電気機器診断方法。
3. 油入電気機器から採取した所定量の絶縁油から油中ガスを抽出するバブリング抽出部と、少なくとも酸化マンガンと酸化銅からなる一酸化炭素除去剤を充填することにより構成される除去カラムと亜硫酸パラジウムカリウムを検知試薬とするガス検知管に通気することにより抽出ガス中のアセチレンにより検知管を変色させ、その変色長さと油中ガスに含まれるアセチレンガス量との相関性により油中アセチレン濃度を測定するアセチレン濃度測定部とを備えたことを特徴とする携帯用油入電気機器診断器。
4. 前記バブリング抽出部が、少なくともＨ（高さ）／Ｄ（直径）＝４ないし６の範囲にある内容積約６０ｍｌの抽出容器と、絶縁油中をバブリングさせる空気の流量が５０ないし１００ｍｌ／ｍｉｎの空気吸引性能を有するポンプとを具備している請求項３記載の携帯用油入電気機器診断器。

Images