JPH0415904A - 液体入機器 - 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〕 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
は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ノ＼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
度にょるＩｆｊ張収線収縮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かないがどうがを判断す
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０図において、（１）は機器本体である変
圧器本体、Ｕ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−とは上部
配管（３）とＦ部配管（社）で互いにつながっていて、
共に絶縁油か充填されている。

（９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（９との間で絶縁油
を循環させる送油ボン１、口は冷却器（５（に風を送る
冷却ファンであり、（５）〜（７１で冷却装置（」を構
成している。（９）は変圧器本体（１１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００１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（１１）が入っており、（１２）はその油面である。

（＋３）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、（＋４）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）の断面図てあり、（１６）は
外壁であるタンク、（１７）、（１８声はタンク（１６
）内に設けられたコイルと鉄心で、両者は互いに鎮交す
るよつに配置されている。

第３図に戻り、（２０）は油面検出部（１３）からの信
号を変換する曲面信号変換器、（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か設定された演
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（１１）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
号の示す油面位置か低くてその差か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＜１１１で冷却する。絶縁油（１１）はそのため
温度が上昇するが、冷却装置口で冷却されて変圧器本体
（１）へ戻される。変圧器の負荷か大きいときは送油ボ
ン７　ｆｔ）ｌか運転されて絶縁油１ｌｌ）か強制循環
され、第４図の矢印で示すよつに、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
昇しなから上方へ流れ、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−へ送られて、冷却ファンｍ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（イ）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（＋７）や鉄心（＋
８）を冷却する０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
熱かあまりなく、殆んどの発熱は中部（２７）で生じる
の′ζ、絶縁油＜ｌｌ＋の上ト方向の温度分布は、１・
部ｔ２６１において油温度か最低てあり、中部（２７Ｊ
においてこグ）最低油温から位置か上昇するにしたかつ
て温度か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、油温度か異常に高くないか
どうかを監視するのにも用いられている。

変圧器本体ｆｌｌからの発熱量は負荷に応して変化し、
また、冷却装置ａからの放熱量か冷却器ＷＩ２Ｊの運転
、停止によって変わり、更に、周囲温度も変動するので
、これらにより油温度か変化する。

この油温度の変化により絶縁油（１１）がｍ張、収縮し
、その体積が変動するか、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（９１の形状などによって変わるか、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たけト方ノ＼移動させたものであり、もし、検
出された実際の油面位置か曲線Ｂよりも下方の領域Ｃに
あれば、漏油なとの異常か発生したものと判断される。

ΔＨ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ＨＮ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０
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、）（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を超過して低下しておｉｔば、
つまり、第５図の領域Ｃに人っておれは異常、そつでな
けれは正常と判断される。異常であれは警報出力部（２
４）ノ＼信号を送り、ここから警報か発せられる。

〔発明か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
循環量か多いので、変圧器本体の上部と下部の油温度差
はせいぜい２〜３　ｄｅｇＣ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、はぼ正しい値
か得られる。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２０　ｄｅｇＣ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、−例を示すと、平均油温か最高油温より約１０　
ｄｅｇＣ低くなり、正常油面位１の計算誤差か大きくな
る。また、送油ポンプ停止時は、鼓高油ｚ易か同じ値で
あっても周囲温度か高０ときは低−ときに比へて平均油
温か高く、そのため上記誤差力）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しすると、上記誤差か
あるために油漏れなとの異常かな１＋）４こもかかわら
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す、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１１だ状態
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０図において
、（１）〜（１３）、　＜１６）、　（２０）（２３Ｌ
　（２４１は第３図の場合と同様であるので説明を省略
する。（３目、　（，３２１はそれぞれ上部配管（３）
、Ｆ部配管Ｉ４＋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＜３１Ｌ　（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ンで最高油温になり、上部配管Ｂ
）を経由して冷却袋！■へと流れる。冷却装置Ｕで冷却
された絶縁油（１１）は最低油温になって下部配管（イ
）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、Ｆ部油温度検出部（３
２）は下部配管（２）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、ｖｂ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（イ）内の絶縁油の量を
ｖｂとする。変圧器本体（１１の中部（２７）と冷却装
置（２）内ではｖｂ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十θｂ　）　／　２　　　　　　　　（１
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θ０における絶縁油量からの膨
張収縮量△■は △■＝βｔＶａ　（θａ−００） 十ｖｂ　（θｂ−θｏ）十Ｖｃ（θＣ−θｏ）１となる
。ただし、βは絶縁油の膨張係数である。

第’ＵＡは絶縁油の膨張収縮濾対油面位置の関係を示す
グラフであり、絶縁油か膨張（図では士で表わす）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−て表わす）したと
きはＨ，に向って下降する。

演算部（３３ｔでは、（１）式、−式および第２図分数
式化した演算式か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　＜３１１゜〈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ＨＮと
して判断部（２３）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（２ｏ）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、ＨＮ−Ｈ）△Ｈならば異常と判断し、警報出
力部（２４）がら警報を発する。

上記動作は送油ポンプｆ６１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−が正し
く計算されるので、許容差△Ｈを大きく設定するゼ・要
はない。

なお、上記実施例では上部、下部油温検出部Ｘ３１１．
　（３２１を上部、下部配管（３］、（４１に設けたか
、最高、最低油温部分なら他の位置でもよく、例えばタ
ンク１１６＋の天板と底部近辺に設けてもよい。

また、絶縁油量の変圧器の例を示したが、合成油を用い
た電気機器なと、他の機器にも適用できる。

Ｉ発明の効果〕 以上のように、この発明によれは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ｆ５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、がっ、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、口は冷却装
置、（１３）は油面検出部、（３１）、　（３２）はそ
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。 代理人　　弁理士　　大　岩　増　雄 第１図 第２図 ＩＪ張収縮量

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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。