JPH06105649B2

JPH06105649B2 - 液体入機器

Info

Publication number: JPH06105649B2
Application number: JP2120741A
Authority: JP
Inventors: 秀雄篠原
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1990-05-09
Filing date: 1990-05-09
Publication date: 1994-12-21
Anticipated expiration: 2009-12-21
Also published as: JPH0415904A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、例えば油入変圧器のような液体入機器、特
に、その液面の監視に関するものである。

〔従来の技術〕近年、諸設備の省力化、無人化が進められており、例え
ば変電所の主要機器である変圧器においても、従来の人
による監視から自動監視へ移行している。この自動監視
の一項目として、油入変圧器の油漏れの早期発見のため
に油面位置の監視が考えられている。これは後述するよ
うに、正常な油面位置を算出するために、絶縁油の温度
による膨張収縮を考慮して油温度の関数の形で予め演算
式を設定しておき、そして、実際の油温度と油面位置と
を検出し、この油温度を用いて上記演算式により正常油
面位置を算出するとともに、この正常油面位置と上記の
検出された実際の油面位置とを比較することにより、こ
の実際の油面位置に異常がないかどうかを判断するもの
である。このようにして、もし異常があれば警報を出
し、油漏れが進行して絶縁破壊などの重大な事故に至る
のを未然に防止する。

第３図は従来の液体入機器の説明図であり、液体として
絶縁油が用いられている送油風冷／油入風冷式の変圧器
の場合を示す。図において、（１）は機器本体である変
圧器本体、（２）は変圧器本体（１）内で生じた熱を放
散する冷却装置で、変圧器本体（１）と冷却装置（２）
とは上部配管（３）と下部配管（４）で互いにつながっ
ていて、共に絶縁油が充填されている。（５）は図示し
ない冷却フィンなどが設けられた冷却器、（６）は変圧
器本体（１）と冷却器（５）との間で絶縁油を循環させ
る送油ポンプ、（７）は冷却器（５）に風を送る冷却フ
ァンであり、（５）〜（７）で冷却装置（２）を構成し
ている。（９）は変圧器本体（１）の上方に設けられた
コンサベータで、変圧器全油量の８〜10％程度の容積を
有し、変圧器本体（１）とは接続管（10）でつながって
いる。コンサベータ（９）は第３図で断面が示されてい
て、その内部には変圧器本体（１）と共通の絶縁油（1
1）が入っており、（12）はその油面である。（13）は
コンサベータ（９）に取付けられて液面位置である油面
位置を検出する油面検出部、（14）は変圧器本体（１）
の上部に取付けられてその内部の絶縁油の温度（以下、
油温度と称す）を検出する油温検出部である。

第４図は変圧器本体（１）の断面図であり、（16）は外
壁であるタンク、（17）、（18）はタンク（16）内に設
けられたコイルと鉄心で、両者は互いに鎖交するように
配置されている。

第３図に戻り、（20）は油面検出部（13）からの信号を
変換する油面信号変換器、（21）は油温検出部（14）か
らの信号を変換する油温信号変換器、（22）は正常油面
位置を算出するための演算式が設定された演算部であ
り、検出された油温度から上記演算式により絶縁油（1
1）の膨張収縮量を計算してその体積を求め、更に、こ
の体積から油面位置を計算するものである。（23）は油
面信号変換器（20）と演算部（22）の両出力信号を比較
する判断部で、後者よりも前者の出力信号の示す油面位
置が低くてその差が所定値を越えたときに信号を出す。
（24）は判断部（23）からの信号により警報を発する警
報出力部である。

次に動作について説明する。変圧器の運転時にはコイル
（17）や鉄心（18）などで熱が発生するのでこれを絶縁
油（11）で冷却する。絶縁油（11）はそのため温度が上
昇するが、冷却装置（２）で冷却されて変圧器本体
（１）へ戻される。変圧器の負荷が大きいときは送油ポ
ンプ（６）が運転されて絶縁油（11）が強制循環され、
第４図の矢印で示すように、変圧器本体（１）の下部
（26）から中部（27）へ流れ、ここでコイル（17）や鉄
心（18）などから熱を奪って自らは温度上昇しながら上
方へ流れ、変圧器本体（１）の上部（28）に達する。上
部（28）から絶縁油（11）は上部配管（３）を経て冷却
装置（２）へ送られて、冷却ファン（７）の風により大
気中へ放熱し、冷却された絶縁油（11）が下部配管
（４）を経て変圧器本体（１）の下部（26）へ戻され
る。

変圧器の負荷が小さいときは、補機損軽減のために送油
ポンプ（６）の運転を停止する。送油ポンプ（６）の停
止時でも絶縁油（11）の通路を確保する構造になってい
て、自然対流により上記と同様の経路で絶縁油（11）を
循環させることにより、コイル（17）や鉄心（18）を冷
却する。強制循環の場合に比べて冷却能力が低いが、負
荷が小さいのでコイル（17）の発熱量も小さく、支障な
い。

変圧器本体（１）の下部（26）と上部（28）では発熱が
あまりなく、殆んどの発熱は中部（27）で生じるので、
絶縁油（11）の上下方向の温度分布は、下部（26）にお
いて油温度が最低であり、中部（27）においてこの最低
油温から位置が上昇するにしたがって温度が上昇して最
高油温に至る。上部（28）では最高油温になっている。
従って、油温検出部（14）は最高油温部分で測定してお
り、油温度が異常に高くないかどうかを監視するのにも
用いられている。

変圧器本体（１）からの発熱量は負荷に応じて変化し、
また、冷却装置（２）からの放熱量が冷却装置（２）の
運転、停止によって代わり、更に、周囲温度も変動する
ので、これらにより油温度が変化する。この油温度の変
化により絶縁油（11）が膨張、収縮し、その体積が変動
するが、コンサベータ（９）内の絶縁油（11）の量が変
動してこれを吸収する。つまり、油温度の変化によりコ
ンサベータ（９）内の油面（12）の位置が変動する。

第５図は油温度対油面位置の関係を示すグラフであり、
コンサベータ（９）の形状などによって変わるが、正常
な場合の曲線が、例えばＡであるとする。曲線Ｂは曲線
Ａを△Ｈだけ下方へ移動させたものであり、もし、検出
された実際の油面位置が曲線Ｂよりも下方の領域Ｃにあ
れば、漏油などの異常が発生したものと判断される。△
Ｈは油温度、油面位置の検出誤差などを勘案して設定さ
れた許容差である。

第３図において、油温検出部（14）により油温度が検出
されると、その信号が油温信号変換器（21）で変換され
て、演算部（22）へ入力するのに適した信号（例えば電
圧信号）となる。演算部（14）では予め設定されている
演算式により、入力信号の示す油温度に対応する正常油
面位置H_Nを計算し、信号を判断部（23）へ送る。

一方、油面検出部（13）により実際の油面位置Ｈが検出
され、その信号が油面信号変換器（20）で変換されて、
判断部（23）へ入力するのに適した信号となる。判断部
（23）へは油面信号変換器（20）と演算部（22）から信
号が入力され、両者が比較される。もし、H_N−Ｈ＞△Ｈ
となって、検出された実際の油面位置Ｈが許容差△Ｈを
経過して低下しておれば、つまり、第５図の領域Ｃに入
っておれば異常、そうでなければ正常と判断される。異
常であれば警報出力部（24）へ信号を送り、ここから警
報が発せられる。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の液体入機器は以上のように構成されているので、
空間的分布を持った液体温度のうちの代表値、例えば最
高液体温度をもとに正常液面位置を算出する。

例えば変圧器の場合、送油ポンプの運転時には絶縁油の
循環量が多いので、変圧器本体の上部と下部の油温度差
はせいぜい２〜3degC程度であり、最高油温から正常油
面位置を計算しても誤差は小さく、ほぼ正しい値が得ら
れる。ところが、送油ポンプ停止時は自然対流により絶
縁油を循環させるので循環量が少なく、変圧器本体の上
部と下部の油温度差が20degC以上になることがある。最
高油温を用いて正常油面位置を計算した場合、一例を示
すと、平均油温が最高油温より約10degC低くなり、正常
油面位置の計算誤差が大きくなる。また、送油ポンプ停
止時は、最高油温が同じ値であっても周囲温度が高いと
きは低いときに比べて平均油温が高く、そのため上記誤
差が大きく変動する。

液面位置の異常の有無を判断するとき、正常液面位置と
の間の許容差が小さく設定されていると、上記誤差があ
るために油漏れなどの異常がないにもかかわらず警報を
発したり、あるいは、このような誤報を防止するため
に、逆に許容差が大きく設定されていると油漏れが生じ
てもこれがかなり進行するまで警報が出ず、異常の検知
が遅れたりするなどの問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、液体の温度が位置により大きく異なるような
温度分布を有している場合でも、正常液面位置を正しく
計算することにより、実際の液面位置の異常の有無を誤
りなく、かつ早期に検知できる液体入機器を得ることを
目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る液体入機器は、機器本体で加熱された状
態における液体の温度と、冷却装置で冷却された状態に
おける液体の温度とを検出し、これらの両温度から正常
液面位置を算出して、実際の液面位置と比較することに
より異常の有無を判断するようにしたものである。

〔作用〕

この発明における液体入機器は、機器本体で加熱された
液体の最高温度部分と、冷却装置で冷却された液体の最
低温度部分との両温度を検出するようになっているの
で、液体の膨張収縮を正しく求めて正常液面位置の計算
誤差を小さくすることができる。また、そのため異常の
有無の判断における許容差を小さくでき、異常を早期に
検知できる。

〔発明の実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図は、この発明の一実施例による液体入機器の説明図で
あり、第３図と同様の変圧器の場合を示す。図におい
て、（１）〜（13），（16），（20），（23），（24）
は第３図の場合と同様であるので説明を省略する。（3
1），（32）はそれぞれ上部配管（３），下部配管
（４）に取付けられて内部の絶縁油の温度を検出する上
部油温検出部と下部油温検出部、（21）は上部および下
部油温検出部（31），（32）からの信号を変換する２つ
の油温信号変換器、（33）は正常油面位置を算出するた
めの演算式が設定された演算部であり、上記演算式によ
り、検出された２つの油温度から絶縁油の膨張収縮量を
計算してその体積を求め、更に、この体積から油面位置
を計算するものである。なお、変圧器本体（１）の内部
は従来例と同様に第４図のようになっている。

次に動作について説明する。従来例と同様に、変圧器本
体（１）内では絶縁油（11）が第４図の矢印で示すよう
に、下から上へ流れてコイル（17）や鉄心（18）を冷却
して上部（28）で最高油温になり、上部配管（３）を経
由して冷却装置（２）へと流れる。冷却装置（２）で冷
却された絶縁油（11）は最低油温になって下部配管
（４）を経由して変圧器本体（１）の下部へ戻される。
上部油温検出部（31）は上部配管（３）に取付けられて
いるので、変圧器本体（１）で加熱された絶縁油の温
度、つまり最高油温を検出し、また、下部油温検出部
（32）は下部配下（４）に取付けられているので、冷却
装置で冷却された絶縁油の温度、つまり最低油温を検出
する。

変圧器本体（１）の上部（28）と上部配管（３）内の絶
縁油の温度は最高油温（以下、θａと表わす）になって
おり、この部分の絶縁油の量をVaとし、また、最低油温
（以下、θｂと表わす）になっている変圧器本体（１）
の下部（26）と下部配管（４）内の絶縁油の量をVbとす
る。変圧器本体（１）の中部（27）と冷却装置（２）内
ではθｂからθａまで傾斜した温度分布になっていてそ
の平均値θｃは θｃ＝（θａ＋θｂ）/2 …………（１）とみなすことができ、この部分の絶縁油の量をVcとする
と、ある基準油温度θｏにおける絶縁油量からの膨張収
縮量△Ｖは △Ｖ＝β｛Va（θａ−θｏ）＋Vb（θｂ−θｏ）＋Vc（θｃ−θｏ）｝ …………
（２）となる。ただし、βは絶縁油の膨張係数である。

第２図は絶縁油の膨張収縮量対油面位置の関係を示すグ
ラフであり、絶縁油が膨張（図では＋で表わす）したと
きは基準油温度に対応する基準油面位置H₀からH₂に向っ
て上昇し、逆に収縮（図では−で表わす）したときはH₁
に向って下降する。

演算部（33）では、（１）式、（２）式および第２図を
数式化した演算式が予め設定されている。θa,θｂを検
出した上部および下部油温検出部（31），（32）からの
信号が、油温信号変換器（21）によって演算部（33）へ
入力するに適した信号（例えば、電圧信号）に変換さ
れ、演算部（33）で２つの温度θa,θｂをもとに計算が
行なわれ、その結果が正常油面位置H_Nとして判断部（2
3）へその信号が送られる。一方、油面検出部（13）で
検出された実際の油面位置Ｈを示す信号が油面信号変換
器（20）を経由して判断部（23）へ送られ、ここで両者
が比較される。許容差を△Ｈとして、もし、H_N−Ｈ＞△
Ｈならば異常と判断し、警報出力部（24）から警報を発
する。

上記動作は送油ポンプ（６）の運転、停止のいかんにか
かわらず同様に行なわれる。絶縁油の膨張収縮量が正し
く計算されるので、許容差△Ｈを大きく設定する必要は
ない。

なお、上記実施例では上部、下部油温検出部（31），
（32）を上部、下部配管（３），（４）に設けたが、最
高、最低油温部分なら他の位置でもよく、例えばタンク
（16）の天板と底部近辺に設けてもよい。また、絶縁油
入の変圧器の例を示したが、合成油を用いた電気機器な
ど、他の機器にも適用できる。

〔発明の効果〕以上のように、この発明によれば機器本体で加熱された
液体の温度と、冷却装置で冷却された液体の温度とを検
出して、これらの両温度から液体の膨張収縮量を正しく
計算するので、正常液面位置の計算誤差が小さくなっ
て、異常の有無の判断における許容差を小さく設定する
ことができ、異常の有無を誤りなく、かつ、早期に検知
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による液体入機器の説明
図、第２図は第１図の液体入機器における絶縁油の膨張
収縮量対油面位置の関係を示すグラフ、第３図は従来の
液体入機器の説明図、第４図は第１図および第３図の液
体入機器における変圧器本体の断面図、第５図は第３図
の液体入機器における油温度対油面位置の関係を示すグ
ラフである。これらの図において、（１）は変圧器本体、（２）は冷
却装置、（13）は油面検出部、（31），（32）はぞれぞ
れ上部および下部油温検出部である。なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発熱する機器本体を液体で冷却し、この液
体を冷却装置へ循環させて冷却するものにおいて、上記
機器本体で加熱された状態における液体の温度と、上記
冷却装置で冷却された状態における液体の温度とを検出
し、これらの両温度から上記液体の正常液面位置を算出
すると共に、上記液体の実際の液面位置を検出して上記
正常液面位置と比較することにより、上記実際の液面位
置に異常がないかどうかを判断するようにしたことを特
徴とする液体入機器。