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油入静止誘導電器および油入静止誘導電器の流動帯電抑制方法
説明

油入静止誘導電器および油入静止誘導電器の流動帯電抑制方法

【課題】油入静止誘導電器において、巻線下部の冷却液循環経路の絶縁物表面における静電気帯電を抑制すること。また、経年劣化による流動帯電の増大を抑制すること。
【解決手段】静止誘導電器本体内の絶縁冷却媒体中に、鉄心と、前記鉄心に装着された絶縁紙が巻回された電線からなるコイルと、コイル絶縁用絶縁体及び前記絶縁冷却媒体の冷却通路を構成する絶縁体を浸漬してなる静止誘導電器において、前記絶縁冷却媒体中のLiイオン、Naイオン、Kイオン、Caイオン、Mgイオン、Feイオンの1種以上を吸着、捕捉するための吸着剤を設置する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、絶縁・冷却媒体として鉱油、植物油、エステル油、合成エステル油、シリコーン油などを用いた、絶縁媒体入りの静止誘導電器及びその流動帯電抑制方法に関する。
【背景技術】
【0002】
一般に、油入変圧器などの静止誘導電器は、タンク内の鉱油などの絶縁冷却媒体中に、鉄心と、前記鉄心に装着され絶縁紙が巻回された電線を含むコイルと、コイル絶縁用及び絶縁媒体の冷却通路構成用の絶縁体を備えた巻線とが浸漬されている。
【0003】
絶縁冷却媒体として鉱油などの絶縁油を用いた、油入静止誘導電器の一例として油入変圧器を説明する。図1は油入変圧器を示す縦断面図である。
【0004】
鉄芯1の下部に取り付けた下部支持金具2の上に絶縁支持台3aを置き、この絶縁支持台3a上にコイル間スペーサ4aと円板コイル5aを交互に積み重ねて低圧巻線6を形成している。低圧巻線6の最上部には静電シールド7aが置かれる。低圧巻線6の外側に直線スペーサ8を当て、その外側に絶縁紙を巻回して絶縁筒9を形成し、更に、その外側に同様の直線スペーサ8と絶縁筒9を配置して主絶縁10を形成している。
【0005】
主絶縁10の最も外側に位置する直線スペーサ8の外側に電線を締め付けながら巻回して円板コイル5bを形成し、この円板コイル5bとコイル間スペーサ4bを交互に積み重ねて高圧巻線11を構成している。高圧巻線11の最上部には静電シールド7bが設けられる。
【0006】
このように形成した低圧及び高圧巻線6、11の上部には絶縁支持台3bを乗せ、更にその上に押しボルト13を装着した上部支持金具12を乗せて鉄芯1に取り付ける。そして、押しボルト13で絶縁支持台3bに荷重を加え、低圧及び高圧巻線6、11を締め付けて巻線本体を構成している。
【0007】
高圧巻線11の上端から高圧リード線14を引き出して高圧ブッシング15に接続するが、その際、上部支持金具12から、高圧リード線14が入るような穴をあけた支持腕木16を出し、この穴に高圧リード線14を納めてリード線14の途中を支持している。また、高圧リード線の周囲との絶縁距離が小さい部分についてはスペーサ17を介して絶縁紙を巻回してリード線バリヤ18を配置している。これらすべては鉱油21を満たした変圧器本体20内に収納して円板巻の変圧器巻線22が構成されている。
【0008】
絶縁部分及び絶縁油の冷却通路構成用絶縁体として用いられるコイル間スペーサ4a、4b、直線スペーサ8の材料としては従来から、クラフトパルプからなるプレスボード等のボード材が広く用いられている。
【0009】
このような油入変圧器の運転時には、油入変圧器の内部において絶縁冷却媒体である、たとえば鉱油が自然対流または加圧により流動することによって、鉱油とコイル間スペーサ4a、4b、直線スペーサ8などのボード材からなる固体絶縁体との界面で電荷の分離が生じ、固体絶縁体では静電気帯電が起こる。絶縁紙や固体絶縁体に蓄積された電荷密度が高くなると、その部分の直流電位が上昇して静電気放電が発生し、静電気放電が進展すると絶縁破壊を起こす可能性がある。この現象は流動帯電として一般に知られている。このため、絶縁物の帯電特性を把握し、帯電度増加を抑制する、油入静止誘導電器の流動帯電抑制方法の開発が求められている。
【0010】
非特許文献1によれば、近年、経年変圧器においてミニ静電テスタで測定した絶縁油の帯電度が管理値以下であっても静電気放電が発生する事例がみられ、絶縁体の高帯電度化についても評価が必要であること、硫黄化合物等の油中微量成分の酸化劣化が経年変圧器における流動帯電現象の一因と考えられることが記載されている。
【0011】
非特許文献2には、一般に巻線下部は電荷発生が大きくなり、流動帯電上注意が必要であることが記載されている。
【0012】
特許文献1には、油循環経路の途中に油中の銅イオンと反応して油に不溶な固体生成物を生じる物質を収納する容器、および該反応によって生じた固体生成物を回収するための手段を上記収納容器の油吐出側に設けることが記載されている。
【0013】
特許文献2には、絶縁油に添加剤を加えること、および絶縁油中の硫黄化合物、窒素化合物を吸着剤で除去することによる油入変圧器の流動帯電抑制方法が記載されている。
【0014】
特許文献3には、イオン交換樹脂またはイオン交換膜を利用して、前記絶縁油の帯電特性に影響を及ぼすイオン成分を前記絶縁油から除去することにより、高帯電度化を抑制することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0015】
【特許文献1】特開昭61−168218号公報
【特許文献2】特許第4494815号
【特許文献3】特開2008−224514号公報
【非特許文献】
【0016】
【非特許文献1】電学論B、128巻3号、2008年
【非特許文献2】電気協同研究、第54巻、第5号(1)「油入変圧器の保守管理」 電力用変圧器保守管理専門委員会著、社団法人電気協同研究会平成11年2月発行
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0017】
特許文献1記載の方法は、絶縁油中の銅イオンを除去するため、ベンゾトリアゾールをセルロース系材料に吸着させたものを、絶縁油の循環経路に設置しているが、他のイオン性物質、特にCaイオンなどのアルカリ土類金属イオン、Naイオンなどのアルカリ金属イオンについては十分に除去することができないという問題があった。
【0018】
特許文献2記載の方法は、絶縁油中の硫黄化合物、窒素化合物を吸着剤で除去するものであり、イオン性物質、特に陽イオンについては十分に除去することができないという問題があった。
【0019】
特許文献3記載の方法は、イオン交換樹脂またはイオン交換膜を利用して、前記絶縁油の帯電特性に影響を及ぼすイオン成分を前記絶縁油から除去するものであるが、イオン交換樹脂またはイオン交換膜の配置に関する記載は無く、しかも油中のイオン性物質を効果的に除去することができないという問題があった。また、本発明者の検討によれば、イオン交換樹脂を絶縁油中又はその循環系統に設置した場合、イオン交換樹脂が捕捉したイオンがイオン交換樹脂から放出され、絶縁紙や絶縁体に蓄積して、かえって高帯電度化を助長することになることを見出した。
【0020】
本発明の目的は、油入静止誘導電器において、巻線の絶縁物表面における静電気帯電を抑制すること、および、経年劣化による流動帯電の増大を抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【0021】
本発明は、静止誘導電器本体内の絶縁冷却媒体中に、鉄心と、前記鉄心に装着された絶縁紙が巻回された電線からなるコイルと、コイル絶縁用絶縁体及び前記絶縁冷却媒体の冷却通路を構成する絶縁体を浸漬してなる油入静止誘導電器において、前記絶縁冷却媒体中のLiイオン、Naイオン、Kイオン、Caイオン、Mgイオン及びFeイオンからなる群から選ばれた少なくとも1種類のイオンを吸着、捕捉するための吸着剤を前記静止誘導電器内の前記絶縁冷却媒体中及び/又は前記絶縁冷却媒体の循環経路中に設置したことを特徴とする油入静止誘導電器に関する。
【0022】
さらに、静止誘導電器本体内の絶縁冷却媒体中に、鉄心と、前記鉄心に装着された絶縁紙が巻回された電線からなるコイルと、コイル絶縁用絶縁体及び前記絶縁冷却媒体の冷却通路を構成する絶縁体を浸漬してなる静止誘導電器において、前記絶縁冷却媒体中のLiイオン、Naイオン、Kイオン、Caイオン、Mgイオン及びFeイオンからなる群から選択された少なくとも1種のイオンを吸着、捕捉する吸着剤を前記静止誘導電器内の前記絶縁冷却媒体中及び/又は前記絶縁冷却媒体の循環経路中に設置し、前記絶縁媒体から前記イオンを除去して静電気帯電を抑制することを特徴とする流動帯電抑制方法に関する。
【0023】
本発明において、絶縁冷却媒体とは、鉱油、植物油、天然エステル油、合成エステル油、シリコーン油などを含むが、本発明は特に鉱油、植物油、天然ンエステル油、合成エステル油に対して有効であり、特に最も広く使用されている鉱油を用いた静止誘導電器において金属イオンの吸着、捕捉の効果が顕著である。なお、植物油、天然エステル油、合成エステル油、シリコーン油についてはその性質、合成法などは当該技術分野でよく知られており、明細書が冗長になるのを避けるため詳細な説明は省略する。
【0024】
イオンを捕捉するとは、絶縁油中に存在する前記イオンを吸着剤が吸着・捕捉して、なるべく絶縁油に再放出させないことであり、吸着剤が飽和吸着量に到達する前あるいは到達と略同時に、絶縁油からイオンを捕捉した吸着剤を取り出して新しい吸着剤と交換することにより、絶縁油から有害なイオンを除去する。また、静止誘導電器としては、各種変圧器、変流器などを含む。
【0025】
本発明において、絶縁紙とはパルプ原料から抄紙技術によって製造されたものであり、コイルの絶縁として使用され、プレスボードは図4に示すように、絶縁紙23を湿分のあるうちに複数枚積層、圧縮、接着したもの、又は厚く抄紙したものを圧縮したもので、主として絶縁性成形体を作るためのものである。
【発明の効果】
【0026】
本発明によれば、油入静止誘導電器において、経年劣化による絶縁物の流動帯電の増大を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【図1】油入変圧器を示す縦断面図。
【図2】経年プレスボード表面のXPS分析結果を示すグラフ。
【図3A】経年プレスボード内部のXPS分析結果を示すグラフ。
【図3B】新品プレスボード内部のXPS分析結果を示すグラフ。
【図4】本発明の実施例1の構成を示す模式図。
【図5】本発明の実施例2の構成を示す概略図。
【図6】図5のブロック図の上面概略図。
【発明を実施するための形態】
【0028】
特許文献1においてはベンゾトリアゾールと絶縁油中の銅イオンとの錯体を形成して銅イオンを除去する技術を開示するが、ベンゾトリアゾールと銅イオンとが配位結合することにより、絶縁油に不溶の化合物を形成して銅イオンを除去するものである。
【0029】
非特許文献1には、経年変圧器から採取したプレスボードの帯電電位が増大すること、経年プレスボード表面に吸着している硫黄化合物のうち、スルフィドの量と帯電電位増加との間に明確な相関は見られないのに対し、スルフォキシドの量と帯電電位増加との間に相関があることが記載されている。
【0030】
一方、静止誘導電器の流動帯電抑制方法を提供するために鋭意検討した結果、新品のプレスボードと比べて、ヘキサンで洗浄して油成分等を除去した後の経年プレスボード表面にはCaが高濃度で存在すること、また、Ca濃度は表面のS(硫黄)の濃度と相関が高いことを初めて見出した。
【0031】
新品のプレスボード、および経年変圧器から採取したプレスボードをヘキサンで洗浄して油成分等を除去した後、表面をXPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy:X線光電子分光分析)で分析した結果を図2に示す。また、経年プレスボード内部のXPS分析結果を図3に示す。
【0032】
図2より、経年プレスボード表面のCa量はS量と良い相関があることがわかる。油成分を除去するためにヘキサンで洗浄していることから、表面に残っているS成分はCaと強く相互作用していると考えられる。すなわち、スルフィド類のような極性の低い成分は、非極性の溶剤であるヘキサンで洗浄することにより油成分とともに溶出すると考えられ、Caなどのイオン成分と相互作用が強いと考えられるスルフォキシド類等がプレスボード表面に残っていると考えられる。しかしながら、XPSではスルフィド類とスルフォキシド類とを明確に識別することはできない。
【0033】
一方、図3A,図3Bより、経年プレスボード内部のS濃度、Ca濃度は、経年プレスボード表面のS濃度と比べて低く、新品のプレスボードとほとんど変わらないことがわかった。経年プレスボード表面のCaが増加する詳細なメカニズムは不明だが、一つの可能性として、絶縁油中に溶解するわずかな金属イオンがプレスボード表面に吸着したことが考えられる。表面にイオン性のCaが蓄積されることで、経年プレスボード表面の帯電電位が増大するものと考えられる。従って、経年プレスボード表面へのCaの蓄積を抑制することにより、経年プレスボード表面の帯電電位を抑制することが可能となる。
【0034】
変圧器に用いられる絶縁紙はクラフトパルプから製造されるが、クラフトパルプ中には水酸基や、ある程度のカルボキシル基が存在する。このため、Caなどの金属イオンは、絶縁紙を製造する過程で、これらの極性基に捕捉されるものと考えられる。
【0035】
絶縁紙中にはCa以外にもLi、Na、K、Mg、Feなどの金属元素成分が含まれている。従ってこれらの成分は油中に溶出する可能性がある。絶縁紙中に含まれている金属元素成分が油中に溶出したものを吸着、捕捉し、経年プレスボード表面への蓄積を抑制することができる。絶縁紙中に多く含まれているCa、Naを吸着、捕捉するのと効率が良いが、絶縁紙中に含まれるCa、Na以外のLi、K、Mg、Feなどの金属元素成分の蓄積を抑制しても良い。
【0036】
前記吸着剤としては、セルロース、シクロデキストリン、クラウンエーテル、ポリアルキレングリコールからなる群から選択された1以上が用いられる。
【0037】
以下に本発明の実施形態について、図面に説明する。
【実施例1】
【0038】
図5は、本発明の実施例1の構成を示したものである。油入り変圧器において、運転時、巻線の上部ほど油の温度は高くなっている。このため、絶縁紙中に含まれる金属元素成分は、油中に溶出し易いと考えられる。この高温部で絶縁紙から油中に溶出した金属成分を吸着、捕捉することで、巻線下部の絶縁物への金属成分の吸着を抑制することができる。
【0039】
油入変圧器の鉄心1を冷却するための絶縁油が変圧器内を対流により循環する。変圧器の上部は下部に比べて高温となりそれだけ絶縁油中に遊離する陽イオン濃度が、下部より高くなる。そこで、油中の金属元素成分を吸着、捕捉するための吸着剤30をタンクの上部に設けることが1つの対策として提案される。なお、変圧器内を循環する絶縁油は温度低下とともに下部に移動するが、その際絶縁油に溶解していた陽イオンを絶縁材たとえば絶縁紙或いは固体絶縁体と接することにより陽イオンを析出しあるいは濃度を高める。その結果、陽イオン濃度が増加して、流動帯電が増加する。従って、変圧器の下方にも吸着剤を設置することは意味のあることである。よって、本実施例において、吸着剤の設置位置は、1か所に限らず複数個所を含む。
【実施例2】
【0040】
図6のように、冷却器を循環させて油を冷却する場合、絶縁油循環経路41における高温部から低温部に向かう途中に吸着剤を含むフィルター40を設置することにより、絶縁紙から油中に溶出した金属成分を吸着、捕捉しても良い。この場合も、吸着剤の設置位置は1カ所に限らず、複数個所でもよい。
【0041】
金属元素イオンを吸着、捕捉するための吸着剤としては、セルロース、シクロデキストリン、クラウンエーテル、ポリアルキレングリコールのうち、少なくとも一つを含む吸着剤などを用いることができる。イオン交換樹脂の場合、金属イオンを補足するとプロトンなどの陽イオンを放出する。このため、鉱油などの絶縁油の電気絶縁性を低下させる可能性があり、好ましくない。図5のように、タンクの上部の高温部に吸着剤を設ける場合、吸着力の強いものが好ましい。一方、図6のように、冷却器を循環させて油を冷却する場合、油が巻線下部に流入する前の低温部に吸着剤を設けることも可能である。この場合、吸着剤としてセルロース系の材料である絶縁紙を用いることもできる。
【0042】
吸着剤の設置位置として、静止誘導電器内または絶縁媒体の循環系統の上部即ち高温部とするときは、絶縁媒体中にCaイオンなどを吸着捕捉して、高帯電度化を抑制することを目的とする。また、静止誘導電器内の底部又は絶縁媒体の循環系統の底部に設置するときは、絶縁媒体中から絶縁紙又は絶縁体に蓄積するCaイオンなどを吸着捕捉することによって、高帯電度化を抑制することを目的とする。上記において、高部又は底部とは、絶縁媒体の温度を基準とするもので、高部とは絶縁媒体の温度が高い部分、底部とは絶縁媒体の温度が低い部分である。
【0043】
また、前記吸着剤は、吸着剤単独で、又はシリカゲルやゼオライトなどに担持させて静止誘導電器内に設置してもよい。
【符号の説明】
【0044】
1…鉄芯、6…低圧巻線、8…直線スペーサ、9…絶縁筒、10…主絶縁、11…高圧巻線、17…スペーサ、20…変圧器本体、21…鉱油、22…変圧器巻線、30…吸着剤、40…フィルター、41…冷却器。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
静止誘導電器内の絶縁冷却媒体中に、鉄心と、前記鉄心に装着された絶縁紙が巻回された電線からなるコイルと、コイル絶縁用絶縁体及び前記絶縁冷却媒体の冷却通路を構成する絶縁体を浸漬してなる静止誘導電器において、前記絶縁冷却媒体中のLiイオン、Naイオン、Kイオン、Caイオン、Mgイオン及びFeイオンからなる群から選択された少なくとも1種のイオンを吸着、捕捉するための吸着剤を前記静止誘導電器内の前記絶縁冷却媒体中及び/又は前記絶縁冷却媒体の循環経路中に設置したことを特徴とする油入静止誘導電器。
【請求項2】
請求項1に記載の油入静止誘導電器において、前記吸着剤は、前記絶縁冷却媒体中のCaイオン及びNaイオンを吸着、捕捉するものであることを特徴とする油入静止誘導電器。
【請求項3】
請求項1に記載の油入静止誘導電器において、前記吸着剤は、前記絶縁冷却媒体中のアルカリ金属イオン及びアルカリ土類金属イオンの少なくとも1種類を吸着、捕捉するものであることを特徴とする油入静止誘導電器。
【請求項4】
請求項1〜3のいずれかに記載の油入静止誘導電器において、前記吸着剤は、セルロース、シクロデキストリン、クラウンエーテル、ポリアルキレングリコールからなる群から選択された1以上であることを特徴とする油入静止誘導電器。
【請求項5】
前記絶縁油は鉱油、植物油、エステル油、合成エステル油及びシリコーン油の1以上であることを特徴とする請求項1記載の油入静止誘導電器。
【請求項6】
前記絶縁油は鉱油であることを特徴とする請求項1記載の油入静止誘導電器。
【請求項7】
変圧器本体内の絶縁冷却媒体中に、鉄心と、前記鉄心に装着された絶縁紙が巻回された電線からなるコイルと、コイル絶縁用絶縁体及び前記絶縁冷却媒体の冷却通路を構成する絶縁体を浸漬してなる変圧器における前記絶縁冷却媒体中のLiイオン、Naイオン、Kイオン、Caイオン、Mgイオン、Feイオンを吸着、捕捉する吸着剤を前記静止誘導電器内の前記絶縁冷却媒体中及び/又は前記絶縁冷却媒体の循環経路中に設置し、前記絶縁冷却媒体から除去することを特徴とする油入静止誘導電器の流動帯電抑制方法。
【請求項8】
請求項7に記載の油入静止誘導電器の流動帯電抑制方法において、前記吸着剤は、前記絶縁冷却媒体中のアルカリ金属イオン及びアルカリ土類金属イオンの少なくとも1種類を吸着、捕捉するものであることを特徴とする油入静止誘導電器の流動帯電抑制方法。
【請求項9】
請求項7に記載の油入静止誘導電器の流動帯電抑制方法において、前記吸着剤は、前記絶縁冷却媒体中のCaイオン及びNaイオンを吸着、捕捉する除去するものであることを特徴とする油入静止誘導電器の流動帯電抑制方法。
【請求項10】
請求項7〜9のいずれかに記載の油入静止誘導電器の流動帯電抑制方法において、前記吸着剤は、セルロース、シクロデキストリン、クラウンエーテル、ポリアルキレングリコールからなる群から選択された1以上であることを特徴とする油入静止誘導電器の流動帯電抑制方法。

【図1】
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【図2】
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【図3A】
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【図3B】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【公開番号】特開2013−21038(P2013−21038A)
【公開日】平成25年1月31日(2013.1.31)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−151415(P2011−151415)
【出願日】平成23年7月8日(2011.7.8)
【出願人】(000005108)株式会社日立製作所 (27,607)
【Fターム(参考)】