《電力》〈変電〉[H18:問5]ガス絶縁変圧器の冷却方式，適用の効果に関する空欄穴埋問題

1 【問題】
2 【ワンポイント解説】
3 【解答】

【問題】

【難易度】★★★☆☆（普通）

次の文章は，ガス絶縁変圧器の冷却方式，適用の効果などに関する記述である。文中の$ \ \fbox{$\hskip3em\Rule{0pt}{0.8em}{0em}$} \ $に当てはまる語句を記述用紙の解答網に記入しなさい。

現在のガス絶縁変圧器では，巻線や鉄心を冷却する媒体として$ \ \mathrm {SF}_{6} \ $ガスを用いている。$ \ \mathrm {SF}_{6} \ $ガスは絶縁油と比べて$ \ \fbox {　（１）　} \ $が小さいことから，容量が大きな変圧器では，冷却性能を向上させるために$ \ \mathrm {SF}_{6} \ $ガスの$ \ \fbox {　（２）　} \ $を高めたもの，パーフロロカーボン$ \ \left( \mathrm {PFC}\right) \ $液を冷媒として用いるものが実用化されている。

ガス絶縁変圧器の適用効果の主なものとして，次のようなものがある。

①　絶縁，冷媒媒体が不燃性であり，消火設備や防火設備が簡素化できる。

②　集油槽，放圧管が不要となるとともに，温度変化による内圧変化が小さいため$ \ \fbox {　（３）　} \ $が不要となり，建物階高の低減が図れる。

③　ガス絶縁開閉装置と直結することにより，建物面積の縮小化が図れる。

このほか，$ \ \mathrm {SF}_{6} \ $ガス，$ \ \mathrm {PFC} \ $液は酸化劣化の心配がないこと，吸湿呼吸器がなく，シリカゲルの交換が不要であること，負荷時タップ切換装置にはアークによるガスの分解を防止するために$ \ \fbox {　（４）　} \ $を用いたものが適用され，$ \ \fbox {　（５）　} \ $が不要となるほどの特徴があり，保守性の向上も期待できる。

【ワンポイント解説】

ガス絶縁変圧器と使用されている$ \ \mathrm {SF}_{6} \ $ガスに関する問題です。
都市部の地下変電所や大規模ビルなどで広く採用されているガス絶縁変圧器ついて，油入変圧器との比較により違いや保守上のメリットを問う問題です。二次試験でも出題される可能性があるので，内容をしっかりと理解しておくようにして下さい。

1.ガス絶縁変圧器の特徴
ガス絶縁変圧器は気体絶縁材料である$ \ \mathrm {SF}_{6} \ $ガスを用いて絶縁する変圧器で，高い絶縁耐力，無色・無臭・無毒，化学的・熱的に安定，等の利点から都市部の屋内・地下変電所等で多く採用されています。従来の油入変圧器と比較すると，以下のような特徴があります。
・不燃性であるため，防火対策が簡略化できる
・気体であるため，漏油による環境汚染の心配がない
・温度変化による内圧変化が小さいため，コンサベータが不要となり高さを低減できる
・絶縁油のような吸湿による劣化がないため，シリカゲル交換等の保守の省力化が図れる
・$ \ \mathrm {GIS} \ $などのガス絶縁開閉装置と組み合わせが容易
・コイル絶縁にポリエステル系フィルム$ \ \left( \mathrm {PET} \right) \ $が使用される
・絶縁油に比べ比熱が低く，冷却能力が劣る
　→$ \ 60 \ \mathrm {MV\cdot A} \ $程度までの小容量器では循環冷却，$ \ 300 \ \mathrm {MV\cdot A} \ $程度の大容量器では，ガスの圧力を高める，ガスブロワにより大量のガスを流す等の方法が取られます。
・$ \ \mathrm {SF}_{6} \ $ガスが温室効果ガスであるため，圧力管理に注意が必要

2.$ \ \mathrm {SF}_{6} \ $ガスの冷却性能と大容量化への対策
$ \ \mathrm {SF}_{6} \ $ガスは空気の数倍という優れた絶縁耐力を持つ反面，絶縁油に比べて熱容量（比熱）が小さいという弱点があります。そのため，変圧器における冷却性能を確保するために，以下の対策が取られます。

①ガスの高圧化
　ガスの封入圧力を高めて密度を上げることで，熱容量を大きくし，ガスブロワを利用したガス強制循環等により冷却性能を向上させます。

②不燃性冷媒$ \ \left( \mathrm {PFC}\right) \ $の活用
　より熱容量の大きいパーフロロカーボン$ \ \left( \mathrm {PFC}\right) \ $液を冷媒として用いる方式を採用します。

3.ガス絶縁負荷時タップ切換装置の特徴
負荷時タップ切換装置$ \ \left( \mathrm {LTC}\right) \ $は，運転中に変圧器の巻数比を変更できる装置で，線路の電圧を調整することができます。
しかしながら，タップを切り替える際にアーク（火花）が発生し，その際油入変圧器では，油が炭化・劣化し，スラッジが発生します。そのため，油を常に濾過して綺麗に保つための活線浄油機が必要不可欠となります。
一方，ガス絶縁負荷時タップ切換装置では，アークによる$ \ \mathrm {SF}_{6} \ $ガスの分解を防ぐため，密閉された真空バルブ（真空スイッチ）内部でアークを消弧する方式が採用されています。ガス自体が汚れる原因がなくなるため，活線浄油機のような機器が不要となり，メンテナンスの省力化が実現できます。

【解答】

(1)解答：熱容量
ワンポイント解説「2. $ \ \mathrm {SF}_{6} \ $ガスの冷却性能と大容量化への対策」の通り，$ \ \mathrm {SF}_{6} \ $ガスは絶縁油に比べて熱容量が小さいという特徴があります。比熱でも正答となるかと思います。

(2)解答：圧力
ワンポイント解説「2. $ \ \mathrm {SF}_{6} \ $ガスの冷却性能と大容量化への対策」の通り，ガス絶縁変圧器では，$ \ \mathrm {SF}_{6} \ $ガスの圧力を高めて密度を上げることで冷却性能を補います。

(3)解答：コンサベータ
ワンポイント解説「1.ガス絶縁変圧器の特徴」の通り，ガス絶縁変圧器は温度変化による内圧変化が小さいためコンサベータが不要となります。

(4)解答：真空スイッチ
ワンポイント解説「3.ガス絶縁負荷時タップ切換装置$ \ \left( \mathrm {LTC}\right) \ $の特徴」の通り，ガス絶縁負荷時タップ切換装置では，ガスの分解を防ぐため，アーク消弧を真空スイッチ内で行います。真空バルブでも正答になるかと思います。

(5)解答：活線浄油機
ワンポイント解説「3.ガス絶縁負荷時タップ切換装置$ \ \left( \mathrm {LTC}\right) \ $の特徴」の通り，ガス絶縁負荷時タップ切換装置では活線浄油機が不要となります。