《電力》〈変電〉[H28:問4] 変圧器構成材料の劣化診断に関する空欄穴埋問題

【問題】

【難易度】★★☆☆☆(やや易しい)

次の文章は,変圧器構成材料の劣化診断に関する記述である。文中の\(\fbox{$\hskip3em\Rule{0pt}{0.8em}{0em}$}\)に当てはまる最も適切なものを解答群の中から選べ。

変圧器の寿命は,絶縁材料の劣化の程度に左右される。\(\fbox {  (1)  }\)は劣化しても洗浄や交換などが可能であるが,紙材料は,一般に修理や交換は不可能である。
紙材料の中では,巻線に巻かれている絶縁紙が最も高温になるので,変圧器の寿命は巻線に巻かれている絶縁紙の最高温度部の劣化程度に左右される。このため,運転時間とともに絶縁紙の機械的性能である引張強度が低下し,初期の引張強度の\(\fbox {  (2)  }\)%が寿命とされている。絶縁紙の主要構成物質は\(\fbox {  (3)  }\)分子であり,この分子の長さの目安として\(\fbox {  (4)  }\)が用いられ,絶縁紙が熱的に劣化すると,絶縁紙の\(\fbox {  (3)  }\)分子間の連鎖が切断され,\(\fbox {  (4)  }\)が低下し,引張強度は低下する。つまり,絶縁紙の引張強度は,\(\fbox {  (4)  }\)という物差しで決めることができる。
しかし,運転中に変圧器内の絶縁紙を採取することは困難であるため,変圧器の絶縁紙が劣化すると絶縁油中に溶解する\(\fbox {  (3)  }\)の分解生成物である\(\fbox {  (5)  }\)等を量を用いて,\(\fbox {  (4)  }\)との相関から絶縁紙の経年劣化度を診断する方法が実用化されている。

〔問4の解答群〕
\[
\begin{eqnarray}
&(イ)& 電気陰性度   &(ロ)& セルロース   &(ハ)& 約70 \\[ 5pt ] &(ニ)& 接触子   &(ホ)& ガラス繊維   &(ヘ)& プラスチック \\[ 5pt ] &(ト)& 50~60   &(チ)& 内部温度   &(リ)& ガスケット \\[ 5pt ] &(ヌ)& 絶縁油   &(ル)& 窒 素   &(ヲ)& フルフラール \\[ 5pt ] &(ワ)& 平均重合度   &(カ)& アセチレン   &(ヨ)& 80~90
\end{eqnarray}
\]

【ワンポイント解説】

変圧器の寿命診断は二種でも何度も出題されていたと思います。変圧器では劣化しにくいもの,劣化しても交換できるもの,劣化しても交換できないものがあり,劣化しても交換できないものが変圧器の寿命を決めます。

1.変圧器を構成する部材
①非劣化部材
 鉄心,コイル
②劣化しても交換できる部材
 保護機器,冷却ファン,絶縁油
③徐々に劣化するが交換できない部材
 巻線部の絶縁に用いられる絶縁紙 ← 変圧器の寿命に影響

2.絶縁紙の劣化診断
絶縁紙は熱によりセルロース分子が切断し,絶縁耐力と機械的強度が減少します。通常使用にて30年程度使用すると以下の値になり,これが限界とされています。
  絶縁耐力   :約90%
  機械的引張強度:50~60%
  平均重合度残率:40~50%
また,絶縁紙の劣化指標としては,絶縁油中の\(\mathrm {CO}\),\(\mathrm {CO_{2}}\)の生成量やフルフラール生成量も確立されています。

【用語の解説】

(イ)電気陰性度
 原子が電子を引き寄せる強さで周期表でいう希ガスを除いた右上の物質程強いです。最も強いのはF(フッ素)です。
(ロ)セルロース
 変圧器に使用される絶縁紙を構成する物質です。
(ニ)接触子
 変圧器でいうとタップ切替器等に使用されていると思います。
(リ)ガスケット
 配管等の接続部の気密のために使用する部材です。
(ヌ)絶縁油
 変圧器の絶縁と冷却に使用します。
(ヲ)フルフラール
 絶縁紙が劣化すると生成し,絶縁油に溶解する物質で,\(0.002\mathrm {mg/g}\)以上で要注意,\(0.034\mathrm {mg/g}\)より多いと異常と診断されます。
(ワ)平均重合度
 絶縁紙に使用されるセルロースのくっつき具合で,重合度が下がるとしなやかさがなくなりもろくなります。
(カ)アセチレン
 変圧器の部分放電等の異常により発生するもので,微量でも検出されたら,追跡調査を行う必要があります。

【解答】

(1)解答:ヌ
解答候補は(ニ)接触子,(リ)ガスケット,(ヌ)絶縁油になると思いますが,洗浄交換が可能な変圧器の部材は絶縁油となります。

(2)解答:ト
解答候補は(ハ)約70,(ト)50~60,(ヨ)80~90になると思います。ワンポイント解説「2.絶縁紙の劣化診断」の通り,引張強度は50~60%が寿命とされています。

(3)解答:ロ
解答候補は(ロ)セルロース,(ホ)ガラス繊維,(ヘ)プラスチックになると思いますが,絶縁紙に主要構成物質はセルロース分子となります。

(4)解答:ワ
解答候補は(イ)電気陰性度,(チ)内部温度,(ワ)平均重合度になると思いますが,劣化の指標となるのはセルロースの平均重合度です。

(5)解答:ヲ
解答候補は(ル)窒素,(ヲ)フルフラール,(カ)アセチレンになると思いますが,絶縁紙が劣化すると生成されるのは,フルフラールです。



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