JPH05256747A - パーフルオロカーボン入電気装置の異常診断装置および診断方法 - Google Patents

パーフルオロカーボン入電気装置の異常診断装置および診断方法

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JPH05256747A
JPH05256747A JP4053498A JP5349892A JPH05256747A JP H05256747 A JPH05256747 A JP H05256747A JP 4053498 A JP4053498 A JP 4053498A JP 5349892 A JP5349892 A JP 5349892A JP H05256747 A JPH05256747 A JP H05256747A
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perfluorocarbon
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Etsunori Mori
悦紀 森
Keizaburo Kawashima
啓三郎 川嶋
Akishige Ogawa
明栄 小川
Akihiko Horide
昭彦 堀出
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Abstract

(57)【要約】 【目的】変圧器等のパーフルオロカーボン入電気装置の
異常診断。 【構成】パーフルオロカーボン入電気装置内のパーフル
オロカーボン中のガスを採取するガス採取手段と、該採
取ガスを成分別に分離するガス分離手段と、分離ガスの
うち少なくともC24、C36、COの成分ガスの濃度
を検出する検出手段を備え、前記成分ガスの濃度、成分
比に基づき電気装置内の異常発生の有無、異常の種類お
よびその規模を診断できる診断手段を備えたパーフルオ
ロカーボン入電気装置の異常診断装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はパーフルオロカーボン
(以下、PFCと云う)入電気装置の異常診断装置に係
り、特に該電気装置内の熱的,電気的異常によって発生
する分解ガスを分析し、その分析結果に基づき電気装置
内の異常を診断する異常診断装置および診断方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】変圧器で代表される鉱油入電気装置、あ
るいはSF6ガス絶縁電気装置においては、内部に軽微
な故障あるいは徐々に進行する故障が生じた場合、絶縁
物、絶縁油、SF6ガス等が劣化,分解してガスを発生
する。こうした鉱油中の分解生成ガスや絶縁ガス中の分
解生成ガスを分析することによって、当該電気装置の故
障や異常(以下単に異常と云う)を診断する方法が提案
され(特開平1−227045号、特開昭63−242
125号公報)、実用化されている。
【0003】一方、変圧器、リアクトル、整流器などの
PFC入電気装置は、PFCが不燃性であることから、
都市の変電所等において省スペースを図るために地下に
設置される電気装置に適用されはじめた。こうしたPF
C入電気装置においてもPFCが熱分解してガスを生成
することが知られている(特開平3−59437号公
報)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】前記PFC入電気装置
においても、同様にその異常診断が必要なことが考えら
れる。しかし、PFCが熱分解によって発生するガス
は、CF4、C24、C26、C36、C38、C
48、C410、HFガスなどのフッ素系ガスである。
こうしたフッ素系ガスを高感度で検出するガスセンサ、
特に、こうしたHFガス等の腐食性ガスによっても、そ
の検出感度の低下の少ないガスセンサとして適当なもの
が見出せなかったこと、また、高炭素数のフッ素系分解
生成物によるガス分離部の汚損防止が必要であるなど、
PFC入電気装置の異常診断を行う上で隘路となる点が
多かった。従って、分解ガスも腐食性の成分を含み、そ
の診断も容易でないと考えられていた。しかし、近年、
PFC入電気装置の実用化に伴って、こうしたPFC入
電気装置の異常診断の確立が望まれるようになってき
た。
【0005】本発明の目的は、PFC入電気装置内の異
常診断装置並びに診断方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明者らは、PFC入電気装置内から採取したP
FC中の溶存ガスを分析し、該電気装置の異常の有無、
異常の種類およびその規模を診断する方法について検討
を重ね、本発明に到達した。本発明の要旨は次のとおり
である。
【0007】(1) パーフルオロカーボン入電気装置
内のパーフルオロカーボン中のガスを採取するガス採取
手段と、該採取ガスを成分別に分離するガス分離手段
と、分離ガスのうち少なくともC24、C36、COの
成分ガスの濃度を検出する検出手段を備え、前記成分ガ
スの濃度、成分比に基づき電気装置内の異常発生の有
無、異常の種類およびその規模を診断できる診断手段を
備えたパーフルオロカーボン入電気装置の異常診断装
置。
【0008】(2) パーフルオロカーボン入電気装置
内のパーフルオロカーボンの所定量を採取し該パーフル
オロカーボン中の溶存ガスを採取する工程、該溶存ガス
をガス分離手段により成分別に分離する工程、該分離ガ
スのうちの少なくともC24、C36、COの成分ガス
の濃度を分析する工程、該分析結果に基づき前記成分ガ
スの各濃度を算出する工程を含み、算出された前記成分
ガスの濃度比(C36/C24)をαとしたとき、α≦
Aでは部分放電、A<α≦Bではアーク放電、α>Bで
は局部過熱(但し、Aは0.2〜1.2未満で、A<B
である)と診断するパーフルオロカーボン入電気装置の
異常診断方法。
【0009】本発明は、前記のように少なくともC
24、C36、COの成分ガスを分析し、該ガスの濃
度、濃度比に基づいて異常診断を行う点が特徴である。
また、これらの各成分ガスの濃度比のパターンからも異
常の種類を診断することができる。異常の種類として
は、アーク放電または部分放電、PFCだけの局部過
熱、あるいは固体絶縁材(クラフト紙、プレスボード、
不織布など)の局部過熱、アークまたは部分放電による
分解等がある。
【0010】本発明者らは、PFCあるいはPFC中の
固体絶縁物が局部的な過熱を受けた場合、または、部分
放電,アーク放電にさらされた場合について、絶縁モデ
ルおよびモデル変圧器を用いて一連の模擬実験を行な
い、本診断装置並びに診断方法を発明するに至った。具
体的には、 C36/C24の濃度の比をαとすると、α≦0.
5では部分放電、0.5<α≦1.2ではアーク放電、
α>1.2では局部過熱の発生と診断することができ
る。図1〜図5にガス濃度比(C36またはC24の多
い方のガス量を1として表す)とその異常の種類並びに
過熱温度または放電エネルギーとの関係を示す。
【0011】 C24/C26比とC36/C26
と異常原因とは図6に示す関係がある。これから部分放
電、アーク放電、局部過熱等を診断することができる。
【0012】 C24濃度(volppm:PFC溶存
ガス量/PFC液量)とC36濃度(volppm:上記
と同じ)と異常原因とは図7に示す関係がある。これか
らも部分放電、アーク放電、局部過熱等の診断ができ
る。
【0013】本発明の異常診断システムをまとめた診断
フローチャートの一例を図8に示す。これは、各成分ガ
スの濃度から、C36/C24の濃度比とCO濃度(vo
lppm)を用いた場合である。まず、ガスデータを取
り込んだ後データチェックし、要注意か正常かを診断
し、要注意の場合には演算処理し、ガスの濃度比α(C
36/C24)とCO濃度βが自動演算される。次い
で、α<Aでは部分放電、A<α≦Bではアーク放電、
α>Bでは局部放電と診断される。
【0014】更に、異常が部分放電或いは局部放電と診
断された場合にその異常が絶縁物で発生しているかどう
かをCO濃度βが、β<C(volppm)かβ≧C(vol
ppm)かによって診断される。更にまた、異常が局部
過熱の場合にその過熱の規模(温度)はC36/C24
の値から自動計算される。
【0015】なお、上記において、絶縁モデルおよびモ
デル変圧器の一連の故障模擬試験から、前記Aは0.
5、Bは1.2、そしてCは500〜600volppm
が一般的な値である。
【0016】次に、本発明の異常診断装置について図面
を用いて具体的に説明する。図9に本発明の異常診断装
置の概略構成図の一例を示す。ガス抽出部8に試料PF
Cを2〜50μl注入してPFCを気化することにより
PFC中の溶存ガス(分解ガス)も同時に気化される
(液直接法)。PFCが気化するのは、一般に低沸点
(50〜150℃)のものが使用されているためであ
る。なお、そのほかに溶存ガスの抽出は、鉱油中の溶存
ガスの抽出に一般に用いられているガスバブリング法、
さらにPFCに不溶で、PFCよりも低比重の液体で表
面をシールし加熱抽出する液シール法(特開平3−59
437号公報)なども利用することができる。
【0017】ガス検出部6,6´にはガスクロマトグラ
フ用のTCD(Thermo CondactionDetector)、FID
(Flame Ionization Detector)検出器、あるいは各種
ガスセンサを用いることができるが、簡便さと感度およ
び寿命から熱線型半導体ガスセンサが好ましい。ガス検
出部6,6´で検出された信号は、制御診断部4でデー
タ処理され表示出力部5より出力,表示される。なお、
制御診断部4では予め入力されたデータに基づき演算さ
れる。例えば、前記の各種成分ガスの濃度、あるいは図
1〜図5に示すような種々のガス濃度比と比較演算でき
るよう予め必要データを入力しておき、該入力データと
ガス分析結果を対比することによって異常診断を行な
い、表示出力部5により、異常の有無、異常の種類、そ
の規模(温度、放電エネルギー)等を自動表示できるよ
うにすることによって自動化することができる。
【0018】次にPFC入変圧器の具体的な診断例につ
いて説明する。図10において、PFC試料採取部9と
して自動サンプラーを用い、シーケンスコントローラ2
0により自動採取できるように構成されている。分取カ
ラム16にはガス分離カラム17の長さ(2〜3m)の
約1/3〜1/5の長さのものを用い、CF4、C
26、C24、C38、C36、C410およびCO、
CO2などをまとめて分取し、C512以上の成分は切換
弁15´を切換えることによりニードル19を開放し排
出口14より排出し、C410以上の成分ガスが分離カ
ラム17,ガス検出部6に流入しないようにしてその汚
損を防いだ。
【0019】さらに分取カラム16で採取された前記C
4〜C410、CO、CO2のガスは、ガス分離カラム
17で短時間(10〜15分)に分離することができ、
ガス検出器6(TCD検出器)でそれぞれの成分ガスの
量(濃度)が検出され、該検出信号はデータ処理器21
に送られてその濃度が演算される。なお、成分ガスの濃
度は、標準ガス1(既知濃度のC26、C24、C
36、COの4成分混合ガス)を注入し、切替弁15,
15´を介してガス検出器6に送り検量線を求め、これ
をデータ処理器21に入力しておき測定値を補正する。
【0020】ガス分離カラム17は40℃から90℃ま
で自動制御による昇温式で加熱され、次いで90℃で約
20分保持して空焼き後、次のサンプルが注入される。
【0021】このようにしてPFC入変圧器のPFC試
料の採取からガスの分離、検出、データ処理まで自動的
に操作ができるようになっている。さらにパソコンを内
蔵したデータ処理器21により前記のガス濃度比の演
算、異常の有無、異常の種類、異常の規模を自動表示す
ることができる。なお、TCD検出器6を取外し、空気
ポンプ、ニードル弁を有するガスセンサを使用すればガ
スセンサ型装置として用いることができる。つまり、本
発明によってTCD検出器またはガスセンサの2種のガ
ス検出器を任意に選択することができる。
【0022】
【作用】本発明のPFC入電気装置の異常診断におい
て、図1〜図7で示されるように分解ガスの成分および
濃度比に対して、過熱温度、放電エネルギー量が定量的
な関係を示すのは、PFCおよび固体絶縁材の分解生成
ガスの成分と生成量、分解エネルギーが化学量論的に一
定の関係があるためと考えられる。
【0023】
【実施例】
〔実施例1〜8〕次に本発明を実施例により具体的に説
明する。図10の装置を用い、ガス検出部6にガスクロ
マトグラフ用のTCD検出器を用いてPFC50l入り
の小形変圧器に各種の異常を発生させた場合の各成分ガ
ス量を分析し、データ処理器で異常内容を診断した。そ
の結果を表1に示す。
【0024】
【表1】
【0025】実施例1はPFC中の局部過熱で加熱温度
約550℃、実施例2は絶縁物の過熱で加熱温度約60
0℃、実施例3も同じく絶縁物の過熱であるが加熱温度
520〜530℃によると診断された。また実施例4は
約100JのPFC中の部分放電、実施例5は約290
Jの絶縁物中の部分放電、実施例6は約310Jの絶縁
物中の部分放電、実施例7はPFC中の約100kW・
Sのアーク放電と診断された。なお、実施例8は正常な
場合を示す。
【0026】前記表1の結果と図1〜図7の異常診断図
による診断結果は、実際の異常原因とよく一致してお
り、本発明の異常診断方法が高精度なことが立証され
た。
【0027】さらに発生CO量から、固体絶縁物の過熱
あるいは部分放電の発生の有無が診断することができ
た。
【0028】〔実施例9〕次に、PFC中でクラフト紙
またはノーメックス紙(duPont社のポリアミド紙)嗣物
腐食を400〜700℃で過熱分解した場合のCO発生
量を表2に、また、PFC中でクラフト紙またはノーメ
ックス紙を巻回したコイルを部分放電した場合のCO発
生量を表3に示す。
【0029】CO発生量は、表2から絶縁物の過熱温度
の上昇に伴い増大することが分かる。また、表3からも
部分放電のエネルギーの大きさに伴って増大することが
分かる。
【0030】
【表2】
【0031】
【表3】
【0032】〔実施例10〕次に、PFC中ガスをガス
バブリング法により抽出し、その抽出ガスを図11の装
置に示す装置により診断した場合について説明する。
【0033】試料採取管24から試料PFCを30ml
脱気容器22に採取し、空気ポンプ31により空気を一
定流速で系内に循環させると共に、空気をガスバブル管
23を通じてPFC中にバブリングさせる。一定時間
(約10分)バブリングした後に検量管25によって採
取した一定量(5〜10ml)の抽出ガスをガス分離カ
ラム17で分離し、熱線型半導体ガスセンサ6に導き、
その検出電圧(mV)をアンプ38で増幅し、mV検出
部39、測定部40によりガス量を測定する。上記測定
部40にはパソコンを装備したデータ処理器を用い、前
記図10の場合と同様にガスの濃度比の演算、異常の有
無、異常の種類、異常の規模等を診断した。
【0034】なお、予め標準ガス1として既知濃度のC
4、C26、C24、C38、C36、COの6成分
混合ガスを注入し、ガス分離カラム17で分離し、熱線
型半導体ガスセンサ6でガス濃度を測定した。上記混合
ガスは濃度を変えて注入し、濃度とセンサ出力のピーク
面積との関係を調べた。また、各ガスについての検出限
界濃度を表4に示す。
【0035】
【表4】
【0036】熱線型半導体ガスセンサの検出限界濃度
は、C24、C36、COが2〜5volppmと極めて
小さく非常に高感度で検出できることが分かる。これに
対してCF4では30000〜50000volppmと最
も感度が悪く、次いでC26が5000volppm、C3
8が1000volppmであった。また表4に合わせて
示すTCD検出器の検出感度に比べて熱線型半導体ガス
センサは、C24、C36、COに対する検出感度が特
に高いことが分かる。
【0037】〔実施例11〕図12において、標準ガス
として各成分の濃度が1000volppmのC24、C3
6の混合ガスを注入し、ガス分離カラム17で分離
し、熱線型半導体ガスセンサをガス検出器6として用
い、該検出電圧(mV)を自動記録した。混合ガスの注
入を300回くり返して検出電圧を測定し、その変化率
から熱線型半導体ガスセンサの寿命を評価した。また、
比較のため上記混合ガスを30回注入、検出電圧を測定
毎にH2500volppmの出力電圧を測定し、寿命評価
の基準とした。
【0038】
【表5】
【0039】表5に示すように熱線型半導体ガスセンサ
の300回測定後の出力電圧は初期の60%以上であ
る。なお、測定回数300回とは、1週間に1回測定し
たとすると約5年分に相当する。従って、熱線型半導体
ガスセンサはC24、C36ガスの高感度,長寿命セン
サとして本発明の異常診断装置のガス検出器に極めて適
したものであることが分かった。
【0040】〔実施例12〕図12の装置を用い、熱線
型半導体ガスセンサを用いてPFC50l入りの小形変
圧器で前記実施例2,5,8と同様のテストを行い、各
成分ガスを分析し、データ処理して異常内容の診断を行
った。その結果、表1と同様の診断結果が得られた。
【0041】なお、本実施例においては、キャリヤガス
としてはHeガスを用いた。空気をキャリヤガスとした
場合に比べて、ガス分離カラム17の寿命が3倍以上と
なるので、キャリヤガスとしてはガス分離カラムの寿命
上から、He等の不活性ガスを用いることが望ましい。
【0042】また、本発明が云うPFCとは、C
614、C716、C818、C920、cyclo−C7
14O、cyclo−C816O、(C373N、(C493
N、cyclo−C816OとC818の混合物または(C3
93Nとcyclo−C816の混合物等を指す。これ以外の
PFCを用いている場合でも、分離カラム17とガス検
出器6を選択することにより測定可能である。
【0043】
【発明の効果】本発明は、PFC入電気装置内の局部過
熱、部分放電、アーク放電などの異常により発生する分
解生成ガスのうち、少なくともC24、C36、COに
ついて、ガス濃度、ガス濃度比、成分ガスのパターンに
より、異常の種類、異常の規模(温度、放電エネルギ
ー)を診断することができる。
【0044】さらに、PFC試料のサンプリング、ガス
抽出、ガスの分離、ガス濃度、ガス濃度比などを自動的
に測定,診断できる異常診断装置を提供することができ
る。特に、本異常診断装置のガスセンサとしては熱線型
半導体ガスセンサが高感度、長寿命で優れており、これ
によってポータブル型の異常診断装置を提供することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】C24ガスとC36ガスの濃度比とPFCの局
部過熱温度との関係を示す異常診断図である。
【図2】C24ガスとC36ガスの濃度比と絶縁物/P
FCの局部過熱温度との関係を示す異常診断図である。
【図3】C24ガスとC36ガスの濃度比とPFCのア
ーク放電エネルギーとの関係を示す異常診断図である。
【図4】C24ガスとC36ガスの濃度比とPFCの部
分放電エネルギーとの関係を示す異常診断図である。
【図5】C24ガスとC36ガスの濃度比と絶縁物/P
FCの部分放電エネルギーとの関係を示す異常診断図で
ある。
【図6】C24/C26比とC36/C26比と異常原
因との関係を示す異常診断図である。
【図7】C24濃度(volppm)とC36濃度(volp
pm)と異常原因との関係を示す異常診断図である。
【図8】本発明の異常診断システムをまとめた診断フロ
ーチャート図である。
【図9】本発明の異常診断装置の概略構成を示す構成図
である。
【図10】本発明の実施例1の異常診断装置の概略構成
を示す構成図である。
【図11】本発明の実施例9の異常診断装置の概略構成
を示す構成図である。
【図12】本発明の他の実施例の異常診断装置の概略構
成を示す構成図である。
【符号の説明】
1…標準ガス、2…外部入出力部、3…データ収納部、
4…制御診断部、5…表示出力部、6…ガス検出器、7
…ガス分離部、8…ガス抽出部、9…PFC試料採取
部、10…弁、11…PFC入電気装置、12…キャリ
ヤガス、13…ガス流量調節部、14…排出口、15…
切替弁、16…ガス分取カラム、17…ガス分離カラ
ム、19…ニードル弁、20…シーケンスコントロー
ラ、21…データ処理器、22…脱気容器、23…ガス
バブル管、24…試料採取管、25…検量管、28…フ
ィルタ、31…空気ポンプ、32…乾燥管、33…圧力
計、34…バルブ、38…アンプ、39…mV検出部、
40…測定部、41…アンプ電源、43…指示部、45
…Heガス、46…ガス抽出部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森 悦紀 茨城県日立市国分町一丁目1番1号 株式 会社日立製作所国分工場内 (72)発明者 川嶋 啓三郎 茨城県日立市国分町一丁目1番1号 株式 会社日立製作所国分工場内 (72)発明者 小川 明栄 愛知県名古屋市東区東新町1番地 中部電 力株式会社内 (72)発明者 堀出 昭彦 東京都千代田区内幸町二丁目2番1号 中 部電力株式会社東京支社内

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】パーフルオロカーボン入電気装置内のパー
    フルオロカーボン中のガスを採取するガス採取手段と、
    該採取ガスを成分別に分離するガス分離手段と、分離ガ
    スのうち少なくともC24、C36、COの成分ガスの
    濃度を検出する検出手段を備え、前記成分ガスの濃度、
    成分比に基づき電気装置内の異常発生の有無、異常の種
    類およびその規模を診断できる診断手段を備えたことを
    特徴とするパーフルオロカーボン入電気装置の異常診断
    装置。
  2. 【請求項2】前記診断手段が、C24とC36の濃度比
    によって電気装置内の部分放電、アーク放電または局部
    過熱による異常を診断できるよう構成されていることを
    特徴とする請求項1に記載のパーフルオロカーボン入電
    気装置の異常診断装置。
  3. 【請求項3】前記診断手段が、C24とC36の濃度比
    とCO濃度とによって電気装置内のパーフルオロカーボ
    ンおよび/または固体絶縁材の部分放電、アーク放電ま
    たは局部過熱による異常が診断できるよう構成されてい
    ることを特徴とする請求項1に記載のパーフルオロカー
    ボン入電気装置の異常診断装置。
  4. 【請求項4】前記診断手段が、パーフルオロカーボン量
    に対するC24の濃度(volppm)とC36の濃度(v
    olppm)とによって、電気装置内の部分放電、アーク
    放電または局部過熱による異常を診断できるよう構成さ
    れていることを特徴とする請求項1に記載のパーフルオ
    ロカーボン入電気装置の異常診断装置。
  5. 【請求項5】前記診断手段が、C24/C26の濃度比
    とC36/C26の濃度比とによって、電気装置内の部
    分放電、アーク放電または局部過熱による異常を診断で
    きるよう構成されていることを特徴とする請求項1に記
    載のパーフルオロカーボン入電気装置の異常診断装置。
  6. 【請求項6】前記診断手段が、C36/C24の濃度比
    をαとしたとき、α≦Aでは部分放電、A<α≦Bでは
    アーク放電、α>Bでは局部過熱(但し、Aは0.2〜
    1.2未満で、A<Bである)と診断できるよう構成さ
    れていることを特徴とする請求項1に記載のパーフルオ
    ロカーボン入電気装置の異常診断装置。
  7. 【請求項7】前記診断手段が、C36/C24の濃度比
    をαとしたとき、α≦0.5では部分放電、0.5<α
    ≦1.2ではアーク放電、α>1.2では局部過熱と診
    断できるよう構成されていることを特徴とする請求項1
    に記載のパーフルオロカーボン入電気装置の異常診断装
    置。
  8. 【請求項8】前記検出手段が熱線型半導体ガスセンサで
    あることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の
    パーフルオロカーボン入電気装置の異常診断装置。
  9. 【請求項9】パーフルオロカーボン入電気装置内のパー
    フルオロカーボンの所定量を採取し該パーフルオロカー
    ボン中の溶存ガスを採取する工程、該溶存ガスをガス分
    離手段により成分別に分離する工程、該分離ガスのうち
    の少なくともC24、C36、COの成分ガスの濃度を
    分析する工程、該分析結果に基づき前記成分ガスの各濃
    度を算出する工程を含み、算出された前記成分ガスの濃
    度比(C36/C24)をαとしたとき、α≦0.5で
    は部分放電、0.5<α≦1.2ではアーク放電、α>
    1.2では局部過熱と診断することを特徴とするパーフ
    ルオロカーボン入電気装置の異常診断方法。
  10. 【請求項10】前記採取ガスのキャリアーガスがHeガ
    スであり、かつ、C24、C36、COの成分ガスの濃
    度分析工程におけるガスセンサが熱線型半導体ガスセン
    サであることを特徴とする請求項8に記載のパーフルオ
    ロカーボン入電気装置の異常診断方法。
  11. 【請求項11】前記採取ガスのガス分離工程におけるキ
    ャリアーガスが空気であり、C24、C36、COの成
    分ガスの濃度分析工程におけるキャリアーガスがair
    であり、ガスセンサが熱線型半導体ガスセンサであるこ
    とを特徴とする請求項10に記載のパーフルオロカーボ
    ン入電気装置の異常診断方法。
  12. 【請求項12】前記パーフルオロカーボン入電気装置が
    パーフルオロカーボンを絶縁冷却媒体とする変圧器であ
    ることを特徴とする請求項9,10または11に記載の
    パーフルオロカーボン入電気装置の異常診断方法。
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