JP2015004572A - 変圧器内部の温度検出装置及び温度検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】変圧器の内部温度を光ファイバ温度センサで測定する際に、当該温度センサ設置によって生じる絶縁媒体の漏洩を防止する。【解決手段】実施形態の変圧器内部の温度検出装置は、一端側に感温部を有し、他端側から光を入射させて感温部で反射させることにより、変圧器内部の温度に依存した波長を有する反射光を得、当該反射光を一端側から他端側にまで伝送し、反射光に基づく光信号を得るための、変圧器タンク内に配設された光ファイバ温度検知手段と、前記光信号を電気信号に変換させるための、変圧器タンク内に配設された信号処理手段とを具える。また、電気信号を電磁波に変換して、当該電磁波を変圧器タンクの外部に送信するための、変圧器タンク内に配設された送信手段と、送信手段から送信された電磁波を受信するための、変圧器タンク外に配設された受信手段と、信号処理手段及び送信手段を駆動させるための、変圧器タンク内に配設された電源とを具える。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、変圧器内部の温度検出装置及び温度検出方法に関する。

変圧器の寿命は絶縁物の経年劣化によって決まる。特に、巻線最高温度は絶縁物の経年劣化に大きな影響を与えるため、正確に局所的な巻線温度を把握することが求められている。

変圧器の巻線温度測定を行う技術としてサーマルイメージ法がある。この方法では、変圧器内部の巻線と接続されたブッシングに取り付けられた変流器によって、負荷電流に比例した電流を検出し、この検出電流を変圧器内部に配設したヒータに移送し、当該ヒータの温度上昇を計測する。次いで、この温度上昇と変圧器上部に配設された感温部で測定した絶縁性の油又はガスの温度とを合算し、この合算値を巻線の最高点温度として模擬するというものである。なお、ヒータに流れる電流は変圧器の温度上昇試験結果をもとに、巻線の最高点温度が得られるよう予め抵抗調整を行っておく。しかしながら、この方法は巻線温度を間接的に求めるものであるため、測定値の信頼性に欠けるといった問題点がある。

一方、巻線温度を直接測定することが出来る手法として光ファイバ温度センサを用いる手法がある。光ファイバ温度センサは先端に感温部が取り付けられており、この感温部を測定したい箇所に設置して用いる。この方法では、光ファイバの感温部が付いていない側からパルス光を入射し、感温部からの反射光を検出し、反射光の波長変化から温度測定を行う。

また、巻線温度を直接測定することが出来る手法として、ラマン散乱光を利用した分布型温度センサを用いる手法がある。この方法では、光ファイバにパルス光を入射させることにより、当該光ファイバの各所から散乱光を生成し、この際に生じる後方散乱光の遅延時間から当該後方散乱光の発生位置を知るとともに、後方散乱光の強度から発生位置における温度を求めるものである（特許文献１）。この方法によれば、一本の光ファイバで変圧器の巻線における複数箇所の温度測定を行うことができる。

しかしながら、上述のような光ファイバを用いた変圧器の巻線の温度測定おいては、感温部を変圧器タンク内、検出部を変圧器タンク外に配置していたため、変圧器タンク壁面に光ファイバの貫通穴を空ける必要があった。そのため、機器の長期使用等により貫通穴部から絶縁媒体が漏洩する危険性があった。特にガス絶縁変圧器においては、絶縁媒体として主に用いられているＳＦ_６ガスの地球温暖化係数がＣＯ_２の約２３，９００倍であり大気中での寿命も長いため、大気中に排出しないよう管理しなければならない。そのため、ガス絶縁変圧器への光ファイバを用いた温度センサの適用は困難とされてきた。

特開平３−１６１９１１号

本発明は、変圧器の巻線等の内部温度を光ファイバ温度センサで測定する際に、当該温度センサ設置によって生じる絶縁媒体の漏洩を防止することである。

実施形態の変圧器内部の温度検出装置は、一端側に感温部を有し、他端側から光を入射させて前記感温部で反射させることにより、変圧器内部の温度に依存した波長を有する反射光を得、当該反射光を前記一端側から前記他端側にまで伝送し、前記反射光に基づく光信号を得るための、変圧器タンク内に配設された光ファイバ温度検知手段と、前記光信号を電気信号に変換させるための、前記変圧器タンク内に配設された信号処理手段とを具える。また、前記電気信号を電磁波に変換して、当該電磁波を前記変圧器タンクの外部に送信するための、前記変圧器タンク内に配設された送信手段と、前記送信手段から送信された前記電磁波を受信するための、前記変圧器タンク外に配設された受信手段と、前記信号処理手段及び前記送信手段を駆動させるための、前記変圧器タンク内に配設された電源と、を具える。

実施形態における変圧器の概略構成図である。 第１の実施形態における変圧器内部の温度検出装置の概略構成図である。 第２の実施形態における変圧器内部の温度検出装置の概略構成図である。 第３の実施形態における変圧器内部の温度検出装置の概略構成図である。

（第１の実施形態）
図１は、本実施形態の内部温度の検出に供する変圧器の概略構成を示す図であり、図２は、図１に示す変圧器内部の温度検出装置の概略構成を示す図である。なお、図２では、本実施形態の変圧器内部の温度検出装置の特徴を明確にすべく、図１に示す変圧器における変圧器本体のＩ−ｉ線に沿って切った場合の右側部分を拡大して示している。

また、本実施形態では、変圧器本体の巻線の温度を検出する場合について詳述するが、本実施形態は巻線の温度検出のみではなく、変圧器内部の任意の場所の温度検出に対しても用いることができる。

図１に示すように、本実施形態で使用する変圧器１０は、変圧器タンク１１内に、鉄心１２１及び鉄心１２１の外周面に巻回された巻線１２２からなる変圧器本体１２と、変圧器タンク１１の上壁面に配設された、入出力端子としてのブッシング１３とを有している。ブッシング１３は、変圧器本体１２の巻線１２２の端部１２２Ａと接続されており、変圧器本体１２、すなわち変圧器１０に対して所定の電力を供給し、さらには変圧を受けた後の電力を外部に取り出せるようになっている。また、変圧器タンク１１の内部は絶縁油又はＳＦ_６などの絶縁ガスが充填されている。

図２に示すように、本実施形態の変圧器内部の温度検出装置２０は、一端２１Ａ側に感温部を有する光ファイバ温度センサ２１と、この光ファイバ温度センサ２１の他端２１Ｂ側に配設された光源２２とを有している。光ファイバ温度センサ２１の一端２１Ａ側の感温部は変圧器本体１２の巻線１２２に接触するようにして配設されており、他端２１Ｂ側は光源２２に近接して配置されている。なお、光ファイバ温度センサ２１及び光源２２は、本実施形態における光ファイバ温度検知手段を構成する。

感温部はガリウムヒ素などの蛍光物質から構成されており、当該蛍光物質は、感温部で検出した温度に依存して励起される波長が変化するようになっている。具体的には、感温部で検出する温度が上昇するにつれて、上記励起波長が長波長側にシフトするように構成されている。このような光ファイバ温度センサ２１としては、例えばアステック株式会社製の光ファイバ温度計を用いることができる。

さらに、変圧器内部の温度検出装置２０は、光ファイバ温度センサ２１の他端２１Ｂ側に近接して配置された、光ファイバ温度センサ２１で得た温度データに関連した光信号としての反射光を受光し、当該光信号を電気信号に変換するための信号処理手段としてのフォトダイオードや光電子増倍管等の検出器２３を有している。

また、変圧器内部の温度検出装置２０は、光電変換素子及び光源２２の後段側において、Ａ／Ｄ変換器２４を有するともに、このＡ／Ｄ変換器２４の後段側において、トランジスタ等のスイッチング素子２５を介して送信手段としての赤外線ＬＥＤ２６を有している。なお、本実施形態における“赤外線”とは、約０．７μｍ〜１ｍｍの波長の電磁波を意味し、“赤外線ＬＥＤ”とは、上記“赤外線”を生成及び放射する性質を有するＬＥＤを意味し、現在市販されている任意のものを採用することができる。

さらに、変圧器タンク１１の壁面に設けられた赤外線透過窓１１Ａを介した変圧器タンク１１の外方には、赤外線ＬＥＤ２６から発せられた赤外線を受光するための赤外線フォトダイオード２７が配設されている。

なお、Ａ／Ｄ変換器２４及びスイッチング素子２５は変圧器内部の温度検出装置２０の必須の構成要素ではなく、適宜省略することもできる。しかしながら、Ａ／Ｄ変換器２４及びスイッチング素子２５を配設することにより、以下に説明するような作用効果を得ることができる。

例えば、Ａ／Ｄ変換器２４を配設することにより、検出器２３から伝送されてきた電気信号をデジタル信号に変換することができるので、送信手段である赤外線ＬＥＤ２６にノイズ成分の少ない電気信号、すなわち温度データを伝送することができ、赤外線ＬＥＤ２６を介して、より正確な温度データを変圧器タンク１１の外方に配設した赤外線フォトダイオード２７に送信することができる。

また、スイッチング素子２５を配設しているので、赤外線ＬＥＤ２６に流れる電流を増幅させることができ、赤外線ＬＥＤ２６より温度データに関連した赤外線を高強度の状態で赤外線フォトダイオード２７に向けて送信することができる。したがって、赤外線フォトダイオード２７において、温度データをより正確に検出することができるようになる。

さらに、本実施形態の変圧器内部の温度検出装置２０は、変圧器タンク１１内において、Ａ／Ｄ変換器２４及び赤外線ＬＥＤ２６を駆動させるための電源２８を有している。図２に示すように、電源２８は、変圧器１０、具体的には変圧器本体１２からの漏れ磁束によよって電力を発生させるための巻線２８１及び巻線２８１で発生した電力を蓄電するための蓄電池２８２を含む電気回路を有している。

したがって、電源２８は、変圧器１０内部で自立発電が可能となるので、変圧器１０の外部から充電や電力供給を行う必要がない。したがって、以下に説明するように、変圧器１０に充電や電力供給のための貫通孔を設ける必要がないので、以下に説明する本実施形態の作用効果を何ら阻害することなく、Ａ／Ｄ変換器２４及び赤外線ＬＥＤ２６の駆動を行うことができる。

なお、図２では示していないが、蓄電池２８２における過充電及び過放電等を防止するための保護用ＩＣ等が内蔵された保護回路を巻線２８１及び蓄電池２８２間に配設することもできる。

図２から明らかなように、電源２８は蓄電池２８２に対して充電を行う際は、上記電気回路のスイッチ２８３をオンとし、スイッチ２８４をオフとする。また、Ａ／Ｄ変換器２４及び赤外線ＬＥＤ２６の駆動を行う際には、スイッチ２８３をオフとし、スイッチ２８４をオンとする。

なお、必要に応じて、巻線２８１の中心部において鉄心などの軟磁性材料から心材等を配設することもできる。

次に、図２に示す変圧器内部の温度検出装置２０を用いた温度検出方法について説明する。

最初に、光ファイバ温度センサ２１の一端２１Ａ側に配設した感温部を変圧器本体１２に接触させた状態で、光ファイバ温度センサ２１の他端２１Ｂ側に近接して配設した光源２２より、所定の波長及び振動数の光を入射させ、光ファイバ温度センサ２１内を伝送させた後、感温部で反射させることにより、変圧器本体１２の温度に依存した波長を有する反射光を得、当該反射光を一端２１Ａ側から他端２１Ｂ側にまで伝送し、反射光に基づく光信号を得る。なお、反射光の波長は変圧器本体１２の温度が高くなるにつれて大きくなる。

次いで、光ファイバ温度センサ２１で得た光信号としての反射光を、光ファイバ温度センサ２１の他端２１Ｂ側に近接して配設した信号処理手段である検出器２３によって電気信号に変換した後、この電気信号をＡ／Ｄ変換器２４に向けて伝送する。このとき、Ａ／Ｄ変換器２４には、電源２８の電気回路におけるスイッチ２８３をオフとし、スイッチ２８４をオンとすることにより、電源２８より所定の電力が供給されており、当該電力供給を受けて伝送されてきた電気信号に対してＡ／Ｄ変換し、デジタル信号を得る。

なお、電源２８よりＡ／Ｄ変換器２４に対して電力供給を行うに際しては、予め電源２８内の電気回路の巻線において、変圧器本体１２からの漏れ磁束を利用して電力生成を行い、得られた電力を蓄電地２８２内に蓄電しておく必要がある。

次いで、上述のようにして得たデジタル信号をスイッチング素子２５に供給し、例えばスイッチング素子２５を構成するトランジスタのベースに対して電圧負荷を行うことにより、スイッチング素子２５をオンとした状態で、上記デジタル信号を、スイッチング素子２５を介して赤外線ＬＥＤ２６に伝送する。一方、赤外線ＬＥＤ２６の他端側には電源２８から所定の電力が供給されている（電圧負荷がなされている）。したがって、赤外線ＬＥＤ２６は、デジタル信号に関連した電圧と電源２８からの負荷電圧との差分に基づいた電圧で駆動されることにより、当該差分電圧に基づいた駆動電圧による強度の赤外線を発生するようになる。

上述のようにして発生した赤外線は、変圧器タンク１１の壁面にモールド等によって予め配設されていた赤外線透過性の材料からなる赤外線透過窓１１Ａを介して、変圧器１０の外部に送信され、変圧器１０の外部に配設された赤外線フォトダイオード２７で受信される。

このように、本実施形態では、変圧器１０の内部に光ファイバ温度センサ２１等を含む光ファイバ温度検知手段を配設するとともに、この光ファイバ温度検知手段で検知した温度データに関連した信号を変圧器１０の外部に送信するための送信手段を内蔵しているので、変圧器１０の外部に上記信号を受信するための受信手段を配設することにより、変圧器１０の壁面、具体的には変圧器タンク１１の壁面に貫通孔等を形成することなく、変圧器本体１２の温度を検出することができる。したがって、上記貫通孔等を形成したことによる変圧器１０内部の絶縁油又はＳＦ_６などの絶縁性ガスが変圧器１０から外部に漏れるのを抑制することができる。

換言すれば、変圧器１０の内部に光ファイバ温度検出手段を配設した場合においても、変圧器１０内の絶縁油等を外部に漏洩させることなく、変圧器本体１２の温度を検出することができる。

また、本実施形態では、赤外線ＬＥＤ２６等を駆動させるための電源２８は、変圧器本体１２からの漏れ磁束を利用して自立発電可能となるように構成しているので、変圧器１０の外部から充電や電力供給を行う必要がない。したがって、変圧器１０、具体的には変圧器タンク１１に充電や電力供給のための貫通孔を設ける必要がないので、上述のように、変圧器１０の内部に光ファイバ温度検知手段及び送信手段を配設し、変圧器１０の壁面に貫通孔を設けないことによる絶縁油又はＳＦ_６などの絶縁性ガス等の外部漏洩の問題を担保することができる。

さらに、上述したように、本実施形態では、Ａ／Ｄ変換器２４によって光ファイバ温度検知手段によって得た温度データに関連した電気信号をデジタル信号に変換しているので、送信手段である赤外線ＬＥＤ２６にノイズ成分の少ない電気信号、すなわち温度データを伝送することができ、赤外線ＬＥＤ２６を介して、より正確な温度データを変圧器タンク１１の外方に配設した赤外線フォトダイオード２７に送信することができる。

また、スイッチング素子２５を配設しているので、赤外線ＬＥＤ２６に流れる電流を増幅させることができ、赤外線ＬＥＤ２６より温度データに関連した赤外線を高強度の状態で赤外線フォトダイオード２７に向けて送信することができる。したがって、赤外線フォトダイオード２７において、温度データをより正確に検出することができるようになる。

なお、本実施形態では、送信手段として赤外線ＬＥＤ２６を用いており、光ファイバ温度検知手段で得た温度データに関連した信号を赤外線として変圧器１０の外部に送信するようにしている。赤外線は比較的波長が長く、障害物等の影響を受けにくいので、変圧器１０内に配設した上記光ファイバ温度検出手段で得た温度データを変圧器１０外に配設した受信手段でより確実に受信することができる。但し、このような作用効果を奏することができれば、送信手段として用いるＬＥＤ等は任意の波長の電磁波を生成し、発することが可能なＬＥＤ等から構成することができる。

また、上述のように、本実施形態では、変圧器本体１２の温度を検出する場合について説明したが、例えば変圧器１０内の絶縁油等の温度を検出する場合は、光ファイバ温度センサ２１の一端２１Ａ側に配設した感温部を変圧器タンク１１の壁面と変圧器本体１２とのほぼ中心に配設し、その後上述のような操作を行うことにより、上記同様に、変圧器１０、具体的には変圧器タンク１１の壁面に貫通孔を形成することなく、上記絶縁油等の温度検出を行うことができる。

（第２の実施形態）
図３は、本実施形態における変圧器内部の温度検出装置の概略構成を示す図である。なお、図３は、第１の実施形態における図２に相当するものであり、図１に示す変圧器における変圧器本体のＩ−Ｉ線に沿って切った場合の右側部分を拡大して示している。図１及び図２に示す構成要素と同一あるいは類似の構成要素については、同一の参照数字を用いている。

また、本実施形態では、変圧器本体の巻線の温度を検出する場合について詳述するが、本実施形態は巻線の温度検出のみではなく、変圧器内部の任意の場所の温度検出に対しても用いることができる。

図３に示す本実施形態の変圧器内部の温度検出装置３０は、図２に示す第１の実施形態の変圧器内部の温度検出装置２０と比較して、送信手段として赤外線ＬＥＤ２６の代わりに電波発生機３６が配設され、受信手段として赤外線フォトダイオード２７の代わりにアンテナ３７が配設されている点で相違する。したがって、以下では、これらの相違点を中心に説明する。

なお、電波発生機３６は、コンデンサ３６１及びコイル３６２が並列に接続されており、コンデンサ３６１に蓄えられた電気エネルギーがコイル３６２に供給されて磁気エネルギーに変換された後、この磁気エネルギーが再度コンデンサ３６１に供給されることにより、電波発生機３６内には交流電流が生じるようになる。したがって、このようにして生成した交流電流をアンテナ３６３に供給することにより、アンテナ３６３からは電波が発せられるようになる。

本実施形態における“電波”とは、波長１ｋｍ〜１０ｋｍの長波、波長１００ｍ〜１ｋｍの中波、波長１０ｍ〜１００ｍの短波、波長１ｍ〜１０ｍの超短波、波長１０ｃｍ〜１ｍの極超短波、波長１ｃｍ〜１０ｃｍのセンチ波、波長１ｍｍ〜１ｃｍのミリ波、波長０．１ｍｍ〜１ｍｍのサブミリ波を含む一般的な電波と同義である。したがって、本実施形態の電波発生機３６は、必要に応じて上記波長域の電波を生成できるように、コンデンサ３６１のキャパシタンス及びコイル３６２のインダクタンスを決定する必要がある。

次に、図３に示す変圧器内部の温度検出装置３０を用いた温度検出方法について説明する。

最初に、光ファイバ温度センサ２１の一端２１Ａ側に配設した感温部を変圧器本体１２に接触させた状態で、光ファイバ温度センサ２１の他端２１Ｂ側に近接して配設した光源２２より、所定の波長及び振動数の光を入射させ、光ファイバ温度センサ２１内を伝送させた後、感温部で反射させることにより、変圧器本体１２の温度に依存した波長を有する反射光を得、当該反射光を一端２１Ａ側から他端２１Ｂ側にまで伝送し、反射光に基づく光信号を得る。なお、反射光の波長は変圧器本体１２の温度が高くなるにつれて大きくなる。

次いで、光ファイバ温度センサ２１で得た光信号としての反射光を、光ファイバ温度センサ２１の他端２１Ｂ側に近接して配設した信号処理手段である検出器２３によって電気信号に変換した後、この電気信号をＡ／Ｄ変換器２４に向けて伝送する。このとき、Ａ／Ｄ変換器２４には、電源２８の電気回路におけるスイッチ２８３をオフとし、スイッチ２８４をオンとすることにより、電源２８より所定の電力が供給されており、当該電力供給を受けて伝送されてきた電気信号に対してＡ／Ｄ変換し、デジタル信号を得る。

なお、電源２８よりＡ／Ｄ変換器２４に対して電力供給を行うに際しては、予め電源２８内の電気回路の巻線において、変圧器本体１２からの漏れ磁束を利用して電力生成を行い、得られた電力を蓄電地２８２内に蓄電しておく必要がある。

次いで、上述のようにして得たデジタル信号をスイッチング素子２５に供給し、例えばスイッチング素子２５を構成するトランジスタのベースに対して電圧負荷を行うことにより、スイッチング素子２５をオンとした状態で、上記デジタル信号を、スイッチング素子２５を介して電波発生機３６に伝送する。一方、電波発生機３６には電源２８から所定の電力が供給されている。したがって、電波発生機３６からは、上述したようにして電波が生成されるようになり、当該電波には上記デジタル信号が重畳されるようになる。

上記電波は、変圧器タンク１１の壁面にモールド等によって予め配設されていた電波透過性の材料からなる電波透過窓１１Ｂを介して、変圧器１０の外部に送信され、変圧器１０の外部に配設されたアンテナ３７で受信される。

このように、本実施形態でも、変圧器１０の内部に光ファイバ温度センサ２１等を含む光ファイバ温度検知手段を配設するとともに、この光ファイバ温度検知手段で検知した温度データに関連した信号を変圧器１０の外部に送信するための送信手段を内蔵しているので、変圧器１０の外部に上記信号を受信するための受信手段を配設することにより、変圧器１０の壁面、具体的には変圧器タンク１１の壁面に貫通孔等を形成することなく、変圧器本体１２の温度を検出することができる。したがって、上記貫通孔等を形成したことによる変圧器１０内部の絶縁油又はＳＦ_６などの絶縁性ガスが変圧器１０から外部に漏れるのを抑制することができる。

換言すれば、変圧器１０の内部に光ファイバ温度検出手段を配設した場合においても、変圧器１０内の絶縁油等を外部に漏洩させることなく、変圧器本体１２の温度を検出することができる。

また、本実施形態では、電波発生機３６から電波を発生させるための電力供給を、変圧器本体１２からの漏れ磁束を利用して自立発電可能とした変圧器１０内部に配設した電源２８から行っているので、変圧器１０の外部から充電や電力供給を行う必要がない。したがって、変圧器１０、具体的には変圧器タンク１１に充電や電力供給のための貫通孔を設ける必要がないので、上述のように、変圧器１０の内部に光ファイバ温度検知手段及び送信手段を配設し、変圧器１０の壁面に貫通孔を設けないことによる絶縁油又はＳＦ_６などの絶縁性ガス等の外部漏洩の問題を担保することができる。

さらに、本実施形態では、送信手段として電波発生機３６を用いており、光ファイバ温度検知手段で得た温度データに関連した信号を電波に重畳させて変圧器１０の外部に送信するようにしている。電波は波長が長く、障害物等の影響を受けにくいので、変圧器１０内に配設した上記光ファイバ温度検出手段で得た温度データを変圧器１０外の、特に遠方に配設した受信手段においてもより確実に受信することができる。

なお、Ａ／Ｄ変換器２４等を用いたことによる作用効果は第１の実施形態と同様であるので、本実施形態では説明を省略する。

また、上述のように、本実施形態では、変圧器本体１２の温度を検出する場合について説明したが、第１の実施形態の場合と同様に、例えば変圧器１０内の絶縁油等の温度を検出することもできる。この場合の検出方法は、第１の実施形態の場合と同等であるので説明を省略する。

（第３の実施形態）
図４は、本実施形態における変圧器内部の温度検出装置の概略構成を示す図である。なお、図４は、第１の実施形態における図２に相当するものであり、図１に示す変圧器における変圧器本体のＩ−Ｉ線に沿って切った場合の右側部分を拡大して示している。図１及び図２に示す構成要素と同一あるいは類似の構成要素については、同一の参照数字を用いている。

また、本実施形態では、変圧器本体の巻線の温度を検出する場合について詳述するが、本実施形態は巻線の温度検出のみではなく、変圧器内部の任意の場所の温度検出に対しても用いることができる。

図４に示す本実施形態の変圧器内部の温度検出装置４０は、図２に示す第１の実施形態の変圧器内部の温度検出装置２０と比較して、送信手段として赤外線ＬＥＤ２６の代わりに超音波発振回路４６１及び超音波発振素子４６２を含む超音波発生装置４６が配設され、受信手段として赤外線フォトダイオード２７の代わりに超音波受信素子４７が配設されている点で相違する。したがって、以下では、これらの相違点を中心に説明する。

なお、超音波発振回路４６１及び超音波発振素子４６２の種類等は特に限定されず、例えば超音波発振回路４６１として汎用の発振回路を用い、超音波発振素子４６２として汎用の超音波振動素子（圧電素子）等を用いることができる。また、超音波受信素子４７の種類も特に限定されず、例えば超音波センサや超音波マイク等を用いることができる。

本実施形態における“超音波”とは、狭義には現在汎用されている２ＭＨｚ〜２０ＭＨｚの弾性波を意味するが、広義には２０ｋＨｚ以上の可視聴域の周波数レンジにおける弾性波を意味するものである。

次に、図４に示す変圧器内部の温度検出装置３０を用いた温度検出方法について説明する。

最初に、光ファイバ温度センサ２１の一端２１Ａ側に配設した感温部を変圧器本体１２に接触させた状態で、光ファイバ温度センサ２１の他端２１Ｂ側に近接して配設した光源２２より、所定の波長及び振動数の光を入射させ、光ファイバ温度センサ２１内を伝送させた後、感温部で反射させることにより、変圧器本体１２の温度に依存した波長を有する反射光を得、当該反射光を一端２１Ａ側から他端２１Ｂ側にまで伝送し、反射光に基づく光信号を得る。なお、反射光の波長は変圧器本体１２の温度が高くなるにつれて大きくなる。

次いで、光ファイバ温度センサ２１で得た光信号としての反射光を、光ファイバ温度センサ２１の他端２１Ｂ側に近接して配設した信号処理手段である検出器２３によって電気信号に変換した後、この電気信号をＡ／Ｄ変換器２４に向けて伝送する。このとき、Ａ／Ｄ変換器２４には、電源２８の電気回路におけるスイッチ２８３をオフとし、スイッチ２８４をオンとすることにより、電源２８より所定の電力が供給されており、当該電力供給を受けて伝送されてきた電気信号に対してＡ／Ｄ変換し、デジタル信号を得る。

次いで、上述のようにして得たデジタル信号をスイッチング素子２５に供給し、例えばスイッチング素子２５を構成するトランジスタのベースに対して電圧負荷を行うことにより、スイッチング素子２５をオンとした状態で、上記デジタル信号を、スイッチング素子２５を介して超音波発生装置４６に伝送する。超音波発生装置４６において、超音波発振回路４６１には電源２８から所定の電力が供給されている。したがって、例えば超音波発振回路４６１から発振された信号を超音波発振素子４６２に供給し、当該超音波発振素子４６２から超音波を発生させる。

なお、超音波発生装置４６には上記デジタル信号も入力されるので、当該デジタル信号は上記超音波に重畳するようになる。超音波発振素子４６２から発振された超音波は、変圧器１０の外部に配設された超音波受信素子４７で受信する。

このように、本実施形態でも、変圧器１０の内部に光ファイバ温度センサ２１等を含む光ファイバ温度検知手段を配設するとともに、この光ファイバ温度検知手段で検知した温度データに関連した信号を変圧器１０の外部に送信するための送信手段を内蔵しているので、変圧器１０の外部に上記信号を受信するための受信手段を配設することにより、変圧器１０の壁面、具体的には変圧器タンク１１の壁面に貫通孔等を形成することなく、変圧器本体１２の温度を検出することができる。したがって、上記貫通孔等を形成したことによる変圧器１０内部の絶縁油又はＳＦ_６などの絶縁性ガスが変圧器１０から外部に漏れるのを抑制することができる。

換言すれば、変圧器１０の内部に光ファイバ温度検出手段を配設した場合においても、変圧器１０内の絶縁油等を外部に漏洩させることなく、変圧器本体１２の温度を検出することができる。

また、本実施形態では、超音波発生装置４６から超音波を発生させるための電力供給を、変圧器本体１２からの漏れ磁束を利用して自立発電可能とした変圧器１０内部に配設した電源２８から行っているので、変圧器１０の外部から充電や電力供給を行う必要がない。したがって、変圧器１０、具体的には変圧器タンク１１に充電や電力供給のための貫通孔を設ける必要がないので、上述のように、変圧器１０の内部に光ファイバ温度検知手段及び送信手段を配設し、変圧器１０の壁面に貫通孔を設けないことによる絶縁油又はＳＦ_６などの絶縁性ガス等の外部漏洩の問題を担保することができる。

なお、本実施形態では、送信手段として超音波発生装置４６を用いており、超音波を用いて光ファイバ温度検知手段で検知した温度データを変圧器１０の外部に送信するようにしているので、特に変圧器１０内に充填した絶縁物が絶縁油等の場合において特に高い作用効果を奏するようになる。

Ａ／Ｄ変換器２４等を用いたことによる作用効果は第１の実施形態と同様であるので、本実施形態では説明を省略する。

また、上述のように、本実施形態では、変圧器本体１２の温度を検出する場合について説明したが、第１の実施形態の場合と同様に、例えば変圧器１０内の絶縁油等の温度を検出することもできる。この場合の検出方法は、第１の実施形態の場合と同等であるので説明を省略する。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として掲示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０ 変圧器
１１ 変圧器タンク
１２ 変圧器本体
１２１ 鉄心
１２２ 巻線
１３ ブッシング
２０，３０，４０ 変圧器内部の温度検出装置
２１ 光ファイバ温度センサ
２２ 光源
２３ 検出器
２４ Ａ／Ｄ変換器
２５ スイッチング素子
２６ 赤外線ＬＥＤ
２７ 赤外線フォトダイオード
２８ 電源
２８１ 巻線
２８２ 蓄電池
３６ 電波発生機
３７ アンテナ
４６ 超音波発生装置
４６１ 超音波発生回路
４６２ 超音波発振素子
４７ 超音波受信素子

Claims (8)

1. 一端側に感温部を有し、他端側から光を入射させて前記感温部で反射させることにより、変圧器内部の温度に依存した波長を有する反射光を得、当該反射光を前記一端側から前記他端側にまで伝送し、前記反射光に基づく光信号を得るための、変圧器タンク内に配設された光ファイバ温度検知手段と、
   前記光信号を電気信号に変換させるための、前記変圧器タンク内に配設された信号処理手段と、
   前記電気信号を電磁波に変換して、当該電磁波を前記変圧器タンクの外部に送信するための、前記変圧器タンク内に配設された送信手段と、
   前記送信手段から送信された前記電磁波を受信するための、前記変圧器タンク外に配設された受信手段と、
   少なくとも前記送信手段を駆動させるための、前記変圧器タンク内に配設された電源と、
   を具えることを特徴とする、変圧器内部の温度測定装置。
2. 一端側に感温部を有し、他端側から光を入射させて前記感温部で反射させることにより、変圧器内部の温度に依存した波長を有する反射光を得、当該反射光を前記一端側から前記他端側にまで伝送し、前記反射光に基づく光信号を得るための、変圧器タンク内に配設された光ファイバ温度検知手段と、
   前記光信号を電気信号に変換させるための、前記変圧器タンク内に配設された信号処理手段と、
   前記電気信号を超音波に変換して、当該超音波を前記変圧器タンクの外部に送信するための、前記変圧器タンク内に配設された送信手段と、
   前記送信手段から送信された前記超音波を受信するための、前記変圧器タンク外に配設された受信手段と、
   少なくとも前記送信手段を駆動させるための、前記変圧器タンク内に配設された電源と、
   を具えることを特徴とする、変圧器内部の温度測定装置。
3. 前記電源は、前記変圧器の漏れ磁束を利用して電力を発生するための巻線及び前記電力を蓄電するための蓄電池を含む電気回路を有することを特徴とする、請求項１及び２に記載の変圧器内部の温度測定装置。
4. 前記変圧器内部は、鉄心及びこの鉄心に巻回された巻線を含む変圧器本体であり、前記光ファイバ温度検知手段の前記感温部を前記変圧器本体に接触させることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に気さの変圧器内部の温度測定装置。
5. 変圧器タンク内に配設され、一端側に感温部を有する光ファイバ温度検知手段の他端側から光を入射させて前記感温部で反射させることにより、変圧器内部の温度に依存した波長を有する反射光を得、当該反射光を前記一端側から前記他端側にまで伝送し、前記反射光に基づく光信号を得るステップと、
   前記変圧器タンク内に配設された信号処理手段により前記光信号を電気信号に変換させるステップと、
   前記変圧器タンク内に配設された電源により、前記変圧器タンク内に配設された送信手段を駆動させ、当該送信手段により前記電気信号を電磁波に変換して、当該電磁波を前記変圧器タンクの外部に送信するステップと、
   前記変圧器タンク外に配設された受信手段により、前記送信手段から送信された前記電磁波を受信するステップと、
   を具えることを特徴とする、変圧器内部の温度測定方法。
6. 変圧器タンク内に配設され、一端側に感温部を有する光ファイバ温度検知手段の他端側から光を入射させて前記感温部で反射させることにより、変圧器内部の温度に依存した波長を有する反射光を得、当該反射光を前記一端側から前記他端側にまで伝送し、前記反射光に基づく光信号を得るステップと、
   前記変圧器タンク内に配設された信号処理手段により前記光信号を電気信号に変換させるステップと、
   前記変圧器タンク内に配設された電源により、前記変圧器タンク内に配設された送信手段を駆動させ、当該送信手段により前記電気信号を超音波に変換して、当該超音波を前記変圧器タンクの外部に送信するステップと、
   前記変圧器タンク外に配設された受信手段により、前記送信手段から送信された前記超音波を受信するステップと、
   を具えることを特徴とする、変圧器内部の温度測定方法。
7. 前記電源は、前記変圧器の漏れ磁束を利用して起電力を発生するための巻線及び蓄電池を含む電気回路を有することを特徴とする、請求項５及び６に記載の変圧器内部の温度測定方法。
8. 前記変圧器内部は、鉄心及びこの鉄心に巻回された巻線を含む変圧器本体であり、前記光ファイバ温度検知手段の前記感温部を前記変圧器本体に接触させることを特徴とする、請求項５〜７のいずれか一に記載の変圧器内部の温度測定装置。

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