JPH02162707A - 液冷ガス絶縁変圧器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、液状冷媒と絶縁ガスをタンク内で隔壁により
隔離した構造の液冷ガス絶縁変圧器に係り、特に、隔壁
の損傷を検知する装置を備えだ液冷ガス絶縁変圧器に関
する。

〔従来の技術〕

過密都市に設置する変圧器は超高圧大容量化するととも
に、防災上不燃化の要望が強まり、変圧器油に代えて不
燃性の絶縁冷媒を用いた不燃変圧器の開発が進められて
いる。

大容量変圧器では冷却性能上、液状冷媒が必要であり、
絶縁性、安定性、安全性等を考慮し、パーフルオロカー
ボン液が有力候補である。しかし、この種の絶縁冷媒は
一般に高価であり、経済性を考えその使用量を極力少く
するため、絶縁空間にはＳＦｅガスを用い、発熱密度の
高い構造物の冷却にパーフルオロカーボン液を用いる。

ここで、パーフルオロカーボン液はＳＦｅガスを多量に
溶解させる性質をもち、また、液温の変化に対してはそ
の溶解量が大きく変化する特性がある。このため、液状
冷媒であるパーフルオロカーボン液とＳＦｅガスは隔壁
や配管等で隔離した構造とすることが望ましい。

液状冷媒と絶縁ガスを隔離した構造の液冷ガス絶縁変圧
器において、タンク内で液がガス側に漏れたり、液状冷
媒側に絶縁ガスが浸入溶解した場合の検知方法として。

１）絶縁ガス中に光を透過させ、ある種の波長の減衰量
により液漏れを検知する（特開昭５８−１３９４１３号
）方法、 ２）ガス側、及び、液側に成分センサを取りつけ、分析
器により分析し液漏れ、あるいは、絶縁ガスの浸入を検
知する（特開昭５８−１５４２１３号）方法、 ３）タンク内配管接続部サーミスタから構成される液漏
れ検知器を取り付け、液漏れを検知する（特開昭５８−
１７６９１１号）方法 などがある。

〔発明が解決しようとする課題〕

液漏れを検知する上記従来技術のうち、１）の光量の減
衰による方法では、光源や受光器等の装置が高価であり
、また、光を通すための空間はタンクの上部に限られる
がタンク上部には比重量の小さい絶縁ガスが密で比重量
の大きい液状冷媒の蒸気は存在しにくく、検知能力が十
分得られない可能性がある。また、絶縁ガスの液状冷媒
への浸入溶解は検知できない。

また、２）の液状冷媒、及び、絶縁ガス中の成分を検知
する方法は、それぞれの媒体をサンプリングし、分析器
により成分を分析することになるがこの方法の場合も、
装置が高価になること、また、長期間はぼ連続的に各媒
体をサンプリングすると媒体量が減少するという問題が
ある。さらに。

絶縁ガス中の液状冷媒の蒸気量は温度に対して飽和量が
存在し、変圧器として運転可能であっても。

飽和する程度以上の液漏れ量に対して液漏れ量を検知で
きないという問題がある。

さらに３）のサーミスタから構成される液漏れ検知器を
用いる方法は、タンク内の配管接続部の場所が多い場合
や、距離の長い接続部（液とガスのシール部）がある場
合は、液漏れ検出器の数が多く必要であり、高電界下で
、しかも、サーミスタからのリード線の数の多さを考慮
すると実用的でない。また、との方法のみでは、絶縁ガ
スの液状冷媒への溶解があった場合に検知できない。

本発明の目的は、液状冷媒と絶縁ガスを隔離する隔壁が
損傷し、液状冷媒が絶縁ガス側へ漏れた場合や、逆に、
絶縁ガスが液状冷媒へ溶解した場合に簡単で安価な、し
かも、実用上確実な手段で検知する方法を提供すること
にある。さらに、液状冷媒の漏れ量、あるいは、絶縁ガ
スの液への溶解量とその変化状況を示し、また、運転可
能な余寿命を推定する方法を提供する。また、他の目的
は、絶縁ガスのタンク外への漏れ検知を可能とする方法
も提供する。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、タンク内絶縁ガス側の圧力、及び、液状冷
媒の温度を検出し、液状冷媒の温度に対する液漏れやタ
ンク外へのガス漏れのない場合の、予め求められた予想
ガス圧と検知されたガス圧とを記録し、その圧力差が所
定の値以上のとき警報を出すとともに、上記圧力差を液
漏れ量に換算して表示することにより達成される。

すなわち、タンク内の絶縁ガスの圧力を検知する圧力検
出器をタンク壁に、また、液状冷媒用の温度検出器をタ
ンクと冷却器を接続する配管に取り付け、圧力検出器、
及び、温度検出器からの信号を演算器に導く、演算器は
、温度検出器からの信号を基に予め計測、あるいは、計
算により求めた液漏れ、ガス漏れや絶縁ガスの液状冷媒
への溶解のない場合の予想ガス圧力を求めるとともに、
圧力検出器からの信号による圧力と予想ガス圧力を記録
する一方、その圧力差が所定値以上になれば、警報を発
する機能を持つものとする。さらに、演算器は、圧力差
に対して予め計算等により求めた液状冷媒の隔壁からの
漏れ量に換算し漏れ量として表示するようにする。

なお、本来、タンク内のガス圧に関係するのは絶縁ガス
の温度であるため温度検出器はガス温度を検出するのが
望ましいが、タンク内の絶縁ガスのように流動の少い状
態では、タンク壁や隔壁からの放射の影響のため真のガ
ス温度を検出することが廻しいため、温度検出器はタン
クと冷却器を接続する液供給側、及び、排出側の各配管
に取りつけ、これらからの信号により平均温度を演算器
により求めて絶縁ガスの温度に代用する。

演算器で求める正常時、すなわち、隔壁の損傷がなく液
漏れやガス漏れ、あるいは、絶縁ガスの液状冷媒の溶解
のない場合のガス圧Ｐは、温度Ｔ（絶対温度）、絶縁ガ
スの占める体積Ｖ、充填した絶縁ガスのモル数ｎ、絶縁
ガスのガス定数ＲとしてＰ＝−ＲＴより求められる。な
お、温度変化■ によりＶが変る場合は、■の変化も考慮する。また、正
常時の圧力と検知した圧力との差から液漏れ量に換算す
る方法は、漏れた液状冷媒にＳＦｅガス等の絶縁ガスが
飽和溶解したとし、絶縁ガスの占める体積中のガスのモ
ル数が減じたｎ′になした時の圧力が求められる。従っ
て、逆にこの圧力と正常時の圧力との差から液の漏れ量
が求められる。なお、液状冷媒への絶縁ガスの飽和溶解
量は、実測により求めることができるが実測された例を
記すと以下のような式で表現できる。例としてパーフル
オロカーボン液（ＣａＦ１８Ｇ）にＳＦｅガスが溶解す
る場合を記す。液中のＳＦｅガスモル濃度をＸ（モル）
、液の温度Ｔ　（Ｋ）、ＳＦｅガスの分圧ｐｓ　　（圃
Ｈｇ）とすると、Ｘ＝Ｐｓ／　　（１，４１ｘｌＯ″″
１２　Ｔ６　、番３）（Ｈ，Ｊａｓｔｅｒ　：５ｏｌｕ
ｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　５ａｌｆｅｒ　）ｌｅｘａｆｌｕ
ｏｖｉｄｅｉｎ　　Ｆｌｕｏｒｏｃａｒｂｏｎ　　Ｌｉ
ｑｕｉｄｓ：Ｊ、ｏｆ　Ｃｈｅｗｉｃａｌ　　＆　　Ｅ
ｎｇ。

Ｄａｔａ、Ｖｏｌ、２１．Ｎｏ、１．ＰＰ６６−７１．
１９７６）と表わせる。

また、隔壁の損傷により液の漏れ量の増大や液状冷媒へ
の絶縁ガスの溶解の進み具合を、前日及び当日の同時刻
に於ける換算された液漏れ量を演算器に記憶させておき
、両日の液漏れ量の差より１日当りの液漏れ量を求め、
許容液漏れ量に至る日数を計算し、これを演算器により
表示する。

一方、タンクからの絶縁ガスの漏れを検知するには、タ
ンク下部に液面計を配設するとともに、液状冷媒配管中
に溶解絶縁ガス検知器を取りつけ、換算液漏れ量が所定
値以上あり、液面計の液面及び溶解絶縁ガス検知器での
ガス検知量がない場合に、絶縁ガスの漏れがあると判断
される。

〔作用〕

変圧器タンクのように密閉された容器の中で液状冷媒の
パーフルオロカーボンと絶縁ガスであるＳＦａが接触す
るとＳＦｅガスはパーフルオロカーボンに多量に溶解し
、容器内の気体の体積が減るためタンク内圧力は低下す
る。一方、両媒体が完全に隔離された状態で温度が下が
るとこによっても圧力が低下するので、液とガスが接触
したことを検知するには、隔壁に損傷ない場合の温度変
化に対する圧力変化を予め求めておくことが必要である
。

本発明では、温度検出器により、タンク内の温度を求め
、初期の媒体封入条件をもとにした温度に対する正常時
の圧力が演算器により求められ、この圧力と検知した圧
力とを記録することにより、その圧力差から異常の程度
やその変化状況が生新てきる。また、この圧力差が予め
設定された危険状態を示す所定値以上になると演算器に
より警報器へ警報のための信号を送る。

さらに、タンク内で絶縁ガス側に液状冷媒が漏れたり、
絶縁ガスがタンク外へ漏れたり液状冷媒に溶解した場合
は、液や絶縁ガスの漏れ量や溶解ガス量に比例してガス
状の絶縁ガスの量が減少し、従って、正常時の圧力から
圧力が低下することになる。このことから正常時の圧力
と検知した圧力との差を求めることにより５液や絶縁ガ
スの漏れ量や液への溶解ガス量が求められ、この量を、
液の漏れ量に換算することができる。変圧器の構造上、
最も起こり易い異状現象である液の漏れに置き換え、液
の漏れ量、とじて表示すれば、その時点での異常の程度
が判断でき、また、予め設定された許容液漏れ量と比較
することにより、危険性の余裕度が判別できる。

また、液漏れ、絶縁ガスの漏れや液への溶解が進行して
いる場合には、時間の経過と共に正常時の圧力と検知し
た圧力との差は増加するが、その単位時間当りの増加量
より許容値に至るまでの時間が推定できる。この単位時
間当りの増加量としては、温度、あるいは、変圧器の負
荷の変化を考え、負荷パターンが一日周期でほぼ同じで
あることから、前記と当日の同時刻における圧力差、あ
るいは、液漏れ量に換算された差をとる。

一方、換算された液漏れ量が認められてもタンク下部に
配設した液面計と液状冷媒配管に取り付けた溶解ガス検
知器でそれぞれ液の漏れ、及び、溶解ガスが検知されな
い場合は、タンクからの絶縁ガスの漏れであることが判
断でき、異常現象の原因、及び、補修方法・手段の判別
が可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。タン
ク１の中には鉄心２、低圧巻線３、高圧巻線４が収納さ
れ、これらはパーフルオロカーボン等の不燃性である液
状冷媒５に浸されている。

液状冷媒５は、隔壁８、支持部材９．９’　、及び可撓
性のセパレータ７で構成される液槽２０内に納められ、
絶縁ガス６と隔離されている。

液槽２０はタンク１の外部に設置された冷却器１１に配
管１０．１０’により連通され、配管１０′には液状冷
媒５用の循環ポンプ１２が配設されている。また、タン
ク１にはタンク１内の圧力を検知する圧力検出器１３が
取り付けられ、その信号は信号、［１８により演算器１
５に送られる。

さらに、配管１０．１０’　にはそれぞれ液状冷媒の温
度を検知する温度検出器１４．１４’　が取り付けられ
、これら温度検出器１４．１４’からの信号は、それぞ
れ信号線１，９．１９’　により演算器１５に送られる
。また、演算器１５からは処理された信号が記録計１６
へ、また、警報器１７へ送られる。

このような構成において、ポンプ１２より送られた液状
冷媒５は配管１０′を通ってタンク内にある液槽２０の
下部へ送られ、鉄心２、低圧巻線３、高圧巻線４を冷却
しながら、上昇して液槽２゜の上部に至り液槽２０の上
部より配管１０を経由して冷却器１１に入る。冷却器１
１内で冷却されて、再び、ポンプ１２へ戻る。

このような変圧器では、運転中の液状冷媒５と絶縁ガス
６の圧力は１両媒体が可撓性のセパレータ７をはさんで
分離されているので、セパレータ７の周辺でほぼ等しい
値になっている。

絶縁ガス６の圧力は圧力検知器１３で検出されるが、一
方、液槽２０に欠陥がなく、内部の液状冷媒の漏れや、
セパレータ７の破損もない状態では、絶縁ガス６や液状
冷媒５の温度によって、はぼ、その圧力は予測できる。

すなわち、液状冷媒、及び、絶縁ガスを封入したときの
温度と圧力、及び、両媒体の充填量をもとに、変圧器運
転中の温度における液状冷媒の体積が、また、従ってタ
ンク内の絶縁ガスの占める体積が求められこの絶縁ガス
の体積と絶縁ガスの温度から絶縁ガスの圧力が求まる。

第２図に、液状冷媒と絶縁ガスの封入時の体積比が例え
ば、１：１．６３　の比率で、２５℃のとき、圧力０．
４５ＭＰａで封入した場合の、タンク内温度に対するタ
ンク内圧力の予測値を示す。温度が高くなるほど液状冷
媒も絶縁ガスも膨張するため圧力は上昇する。なお、こ
の予測では、液状冷媒５と絶縁ガス６の温度は等しいと
しである。一方、変圧器の運転中は、液状冷媒が発熱体
である鉄心２や巻線３，４中を流動しているため、液状
冷媒の温度には分布があるが、その平均温度は配管１０
゜１０′に取り付けられた温度検出器１４．１４’で求
められる。また、絶縁ガス６の温度は、図示していない
がタンクに絶縁ガス用の温度検出器を別に設けて検知し
てもよく、あるいは、液状冷媒用の温度検出器１４．１
４’の値で代用しても大差ない。また、第２図に示した
圧力の予測値は、初期の試験（あるいは、工場内での試
験）で予め計測して求めることができる。

この圧力の予測値は演算器１５により温度をもとに求め
られ、圧力検出器１３により検知された圧力と比較し、
その差が所定値以上になれば警報器１７より警報を出す
。また、圧力の予測値と、圧力検出器１３からの検出値
を記録計１６により、常時、記録することにより、異常
の程度やその変化が判定できる。

液槽２０から液状冷媒５が絶縁ガス側へ漏れたり、液槽
２０の上方にある可撓性のセパレータ７の損傷等により
、絶縁ガス６と液状冷媒５が接触するようなことになる
と、絶縁ガス６が液状冷媒へ多量に溶解し、タンク内の
圧力は低下する。その状態をそれぞれ第３図、及び、第
４図に概念的に示す。

第３図で横軸は液槽２０からの液状冷媒の漏れ割合を、
縦軸にはタンク内圧力を、タンク内温度をパラメータと
して示しである。なお、封入条件は第２図に示した場合
と同一である。

一方、第４図、第２図に示した封入条件のもとに、セパ
レータ７の損傷により絶縁ガス６が液状冷媒５に溶解し
た場合の関係を示し、横軸には液状冷媒へ溶解した絶縁
ガス（ＳＦａ）のモル濃度、縦軸はタンク内圧力で、第
３図と同様タンク内温度をパラメータとして示しである
。

これらより、液槽２０の損傷により液漏れや絶縁ガスの
溶解を十分な精度で、しかも、定量的に判別することが
できる。

これらの図に示した関係より、液漏れやガスの溶解のな
い場合の予想圧力と検知した圧力の差。

及び、タンク内の温度から容易に液漏れ量への換算が可
能となり、液漏れ量として表示することができ、異常の
程度が具体的に把握できる。

また、前日の定められた時刻における圧力差。

あるいは、液漏れ量を演算器に記憶しておき、この値と
当日の同時刻における圧力差、あるいは、液漏れ量との
差より許容値に至る時間が求められ、合わせてこれを演
算器により表示することにより現状のままで運転可能な
時間が判断できる。

つぎに、タンクからの絶縁ガスの漏れを検知できる実施
例を第５図により説明する。本実施例では第１図に示し
た実施例に、液状冷媒の配管１０に絶縁ガス検知器２１
を設け、また、タンク１の下部に液面計２２を配設する
。さらに、絶縁ガス補充タンク２３をバルブ２４、及び
、配管２５によりタンク１と接続する。このような構成
で、第１図で示した実施例で説明したように、液漏れ量
として所定量が検知された場合１本実施例による液面計
２２及び絶縁ガス検知器２１で液面、及び、液状冷媒中
のガスの有無を調査する。この調査により液面もガスも
検知されなければ、タンクからの絶縁ガスの漏洩がある
と判断できる。このことにより、タンク外部の損傷箇所
を他の適当な手段により探査すればよく、タンク内部に
損傷箇所を求める必要がなくなる。また、タンク１から
の絶縁ガスの漏洩のみであることが判明し、補修が容易
に可能となれば、絶縁ガスタンク２３よりバルブ２４を
開いて絶縁ガスを配管２５により必要量だけ補充するこ
とができる。

このように１本実施例によれば、タンク内での液槽２０
の損傷か、タンク外への絶縁ガスの漏洩かの判別が可能
となり、また、応急処置が可能となり、変圧器の運転可
能な時間を延長できる。

さらに、現状のまま今後の運転可能時間をも把握でき、
損傷部を補修すべき計画が立てられる。

また、タンクからの絶縁ガスの漏洩の場合は、応急処置
により、運転可能時間の延長が図れる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、タンク内における隔壁の損傷が検知で
き、タンク外への絶縁ガスの漏れの区別ができ、隔壁の
損傷による異常の程度、すなわち液漏れ量、あるいは、
絶縁ガスの液状冷媒への溶解量が定量的に把握できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の液冷ガス絶縁変圧器の系統
図、第２図は第１図の変圧器の液漏れ等の異常のない場
合の運転温度に対するタンク内予測圧力図、第３図は、
タンク内隔壁からの液状冷媒漏れ量に対するタンク内圧
力の関係を示す図。 第４図は、液状冷媒へのＳＦｅガス溶解量とタンク内圧
力の関係を示す図、第５図は本発明の他の実施例の系統
図である。 １・・・タンク、２・・・鉄心、３・・・低圧巻線、４
・・・高圧巻線、７・・・セパレータ、８・・・内筒、
１０．１０’・・・配管、１１・・・冷却器、１２・・
・ポンプ、１３・・・圧力検出器、１４．１４’・・・
温度検出器、１５・・・演率　１　　目 第　２　目 クンク肉温オ°Ｃ 慕 目 失漏我量の割き 不 劉 ペシ角！　ＳＦ６乞１しｔｌ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. １．タンク内で液状冷媒と絶縁ガスとを隔離した構造の
   液冷ガス絶縁変圧器において、 前記タンク内の圧力を検出する圧力検出器と、前記液状
   冷媒の温度を検出する温度検出器とを備え、前記温度検
   出器からの信号により正常時の前記タンク内の予想圧力
   を求め、前記予想圧力と検知した圧力との差を前記液状
   冷媒の前記絶縁ガス側への液漏れ量に換算し、これを表
   示する演算器と、前記タンク内の前記予想圧力値と前記
   検知した圧力膜とを記録する記録計と、前記タンク内の
   前記予想圧力と前記検知した圧力との差が所定値以上の
   ときに警報を出す警報器とを備えたことを特徴とする液
   冷ガス絶縁変圧器。
2. ２．タンク内で液状冷媒と絶縁ガスとを隔離した構造の
   液冷ガス絶縁変圧器において、 隔離材の損傷を結果として現われる正常時の前記タンク
   内の予想圧力と圧力検出器による圧力との差を検知する
   ことにより検出し、前記正常時の予想圧力は前記液状冷
   媒の温度を検出する温度検出器からの信号を基に演算す
   るようにした液冷ガス絶縁変圧器。
3. ３．特許請求の範囲第１項において、 前記液状冷媒の温度の代りに絶縁ガスの温度を検出する
   ようにした液冷ガス絶縁変圧器。
4. ４．特許請求の範囲第１項において、 前記タンク下部に液面計を、また前記液状冷媒の流通す
   る配管に絶縁ガス検知器を設けたことを特徴とする液冷
   ガス絶縁変圧器。
5. ５．特許請求の範囲第４項において、 絶縁ガス補充タンクを設け、前記絶縁ガス補充タンクと
   前記タンクをバルブを介して配管で接続したことを特徴
   とする液冷ガス絶縁変圧器。
6. ６．タンク内で液状冷媒と絶縁ガスを隔離した構造の液
   冷ガス絶縁変圧器の隔離材の損傷を検知する演算器にお
   いて、 複数の温度検出器からの信号により平均温度を求め、こ
   の温度を基に正常時の前記タンク内の予想圧力を求め、
   圧力検出器からの圧力と前記予想圧力との圧力差が所定
   値以上のとき警報器へ信号を出し、前記平均温度と前記
   圧力差により、液漏れ量を算出し、前記圧力差を液漏れ
   量に換算して表示することを特徴とする演算器。