JP2009219244A - 既設ケーブル油槽用油量センサとその取付構造 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構造により遠隔監視用のデータが得られ、既設のＯＦケーブル油槽に簡単に設けることのできる既設ケーブル油槽用油量センサとその取付構造を提供する。
【解決手段】油槽の外部に設けられる油面計２には、接続配管２５Ａ，２５Ｂを介して接続された円筒状の収納ケース３１、収納ケース３１内に配設されたプローブ３３、昇降自在にプローブ３３に外嵌されるとともに永久磁石３４１を内蔵するフロート３４、プローブ３３に取り付けられた検出部３２を備える磁歪式油量センサ３が設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、既設ケーブル油槽用油量センサとその取付構造に関し、特に、簡単な構造により遠隔監視用のデータが得られ、既設のＯＦケーブル油槽に簡単に設けることのできる既設ケーブル油槽用油量センサとその取付構造に関するものである。

ＯＦケーブル（Oil Filled Cable）は、導体に流れる電流の変化によってシースや油が含浸している絶縁紙の絶縁体が膨張、収縮し、ケーブルが破壊するのを防止するため、油槽から一定の油圧の油をケーブルの内部に供給することが行われている。

このような油槽として、例えば、油槽内の油量を確認するための管式油面計が設けられるとともに、漏油等によるケーブル絶縁破壊事故を未然に防止するため、油量の上限と下限に対して警報を発する警報発信器を設けたものがある。

漏油は、ＯＦケーブルの絶縁破壊事故を引き起こすだけでなく、環境破壊につながるため、漏油の早期発見及びその補修は社会的責務となっている。また、ＯＦケーブルは、設置後３０年以上を経過しているものも多く、延命化のために油量、油圧を監視するニーズが高まっている。

このような要求に対しては、既設の油槽を改造して油量を監視するセンサ（超音波式、静電容量式等）を取り付けることで対処できる。しかし、給油を一時的に停止する必要があるとともに、油槽の大がかりな改造を要することから、採用例は少ない。

なお、油面計として金属管式レベル計（マグゲージ）を用いた場合、油面センサとしての分解能は約１０ｍｍであるが、この性能は油量監視には不十分である。また、ホール素子や光センサ等の高い分解能を有するセンサを用いた場合、コストアップは避けられない。

このような問題を解決するものとして、例えば、油槽内の油量を外部から目視可能な油面計を設けるとともに、油面計に静電容量型のレベルメータを設置し、このレベルメータから出力される電気信号により遠隔監視を行うようにしたケーブル給油用油面計がある（例えば、特許文献１参照。）。
実開平４−７９２２６号公報

しかし、従来の油面計によると、構造が複雑になるとともに、油面計を正常に精度良く動作させるにあたって微調整が必要になるため、取付け及び調整の作業が煩雑になるという問題がある。

従って、本発明の目的は、簡単な構造により遠隔監視用のデータが得られ、既設のＯＦケーブル油槽に簡単に設けることのできる既設ケーブル油槽用油量センサとその取付構造を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するため、ＯＦケーブルに供給する油を導入する円筒状の収納ケースと、前記収納ケースに収容されて前記油の油面高さに応じて昇降し、磁力源を備えたフロートと、前記フロートを前記収納ケース内で昇降自在に支持するとともに前記フロートの移動に応じて変化する前記磁力源からの磁場と通電により生じる磁場とに基づいて生じる超音波を伝播させるプローブと、前記プローブの一端に設けられ、前記プローブに生じた前記超音波を検出する検出部とを備えたことを特徴とする既設ケーブル油槽用油量センサを提供する。

上記既設ケーブル油槽用油量センサにおいて、前記検出部は、前記プローブに生じた前記超音波に基づく検出信号をアナログ信号として出力することが好ましい。

また、本発明は、ＯＦケーブルに供給する油を導入する円筒状の収納ケースと、前記収納ケースに収容されて前記油の油面高さに応じて昇降し、磁力源を備えたフロートと、前記フロートを前記収納ケース内で昇降自在に支持するとともに前記フロートの移動に応じて変化する前記磁力源からの磁場と通電により生じる磁場とに基づいて生じる超音波を伝播させるプローブと、前記プローブの一端に設けられ、前記プローブに生じた前記超音波を検出する検出部とを備えた既設ケーブル油槽用油量センサと、前記油を貯蔵する油槽に貯蔵された前記油の量を外部から目視可能な油面計と、前記油面計を前記油槽の外部に接続する第１の配管と、前記油槽の外部で前記第１の配管から分岐されて前記既設ケーブル油槽用油量センサの前記収納ケースに接続される第２の配管とを有し、前記既設ケーブル油槽用油量センサの前記収納ケースと前記油面計とが並列に配設されていることを特徴とする既設ケーブル油槽用油量センサの取付構造を提供する。

本発明によれば、簡単な構造により遠隔監視用のデータが得られ、既設のＯＦケーブル油槽にセンサを簡単に設けることができる。

図１は、本発明の実施の形態に係る油量測定システムの一例を示す図である。

（油量測定システムの構成）
この油量測定システム１００は、地中送電用ＯＦケーブル（図示せず）に供給する油を貯留するとともに管式の油面計２を側壁に有する油槽１と、油面計２に並列接続する状態に設けられる磁歪式油量センサ３と、磁歪式油量センサ３と信号線８Ａを介して接続される端子箱６と、端子箱６と信号線８Ｂを介して接続されるとともに警報受信盤７に設置される測定装置１０と、を有する。なお、端子箱６は必ずしも必要ではなく、必要に応じて設置すればよい。

ここで油槽１は、既設の油槽であり、工場出荷時に油面計２は取り付けられているが、本実施の形態の磁歪式油量センサ３に相当するものは設けられておらず、磁歪式油量センサ３は後日取り付けられたものである。

警報受信盤７は、油槽１から離れた管理所等に設置されており、ＯＦケーブルや油槽１の状態を監視する機能を備えた設備である。

図２は、油面計及び磁歪式油量センサの構成の一例を示す図である。また、図３は、磁歪式油量センサにおける主要部の構成の一例を示す図である。

（油面計２の構成）
油面計２は、図１に示す油槽１の側壁に既設されたレベル計であり、金属管（チャンバ）２１の内部に油槽１内の油２０が導入される。油面計２の正面には、ガラス等の透明な材料で形成されて油槽１内の油面１ａが識別可能な窓２２を有する。この窓２２には、油面１ａのレベルを示す図示しない目盛（例えば、１ｃｍ単位）が付されている。

油面計２は、両端に保持具２３Ａ，２３Ｂが取り付けられており、この保持具２３Ａ，２３Ｂは油槽（図示せず）の側壁面にねじ止め固定されている。この保持具２３Ａ，２３Ｂは、中心部に金属管２１に連通する図示しない第１の配管としての空洞を有しており、この空洞を介して油槽１から油２０が導入される。

保持具２３Ａ，２３Ｂには、保持具２３Ａ，２３Ｂの上記空洞に連通する中空部を有したコネクタ２４Ａ，２４Ｂが結合されており、このコネクタ２４Ａ，２４Ｂに３／８ＡのＳＵＳ管からなる接続配管２５Ａ，２５Ｂの一端が接続されている。接続配管２５Ａ，２５Ｂの他端は磁歪式油量センサ３に接続されている。接続配管２５Ａ，２５Ｂの途中には、磁歪式油量センサ３に対する油２０の導入・遮断を行うためのバルブ２６Ａ，２６Ｂが設けられている。

（磁歪式油量センサ３の構成）
磁歪式油量センサ３は、接続配管２５Ａ，２５Ｂの他端に連結されたＳＵＳ管からなる円筒状の収納ケース３１と、この収納ケース３１の上端に取り付けられて収納ケース３１内の油面１ａを電気的に検出する検出部３２と、検出部３２の内部に設けられる図示しない電流パルス発生器から電流パルスＰが印加されるプローブ３３と、永久磁石を内蔵しプローブ３３に貫通支持されてプローブ３３の上下方向に移動可能に設けられるフロート３４と、検出部３２の端部に設けられた端子部３５とを備えて構成されており、前述した既設の油面計２と併設されている。また、磁歪式油量センサ３は、油面計２の配管の一部であるコネクタ２４Ａ，２４Ｂから分岐された第２の配管としての接続配管２５Ａ，２５Ｂを介して油面計２と並列に接続されており、収納ケース３１内に導入された油２０の油面１ａは、油面計２の金属管２１内の油面１ａと同じ高さになるように位置を調整し構成される。

この磁歪式油量センサ３は、フロート３４に内蔵される磁力源としての永久磁石により生じる磁界と、検出部３２の内部に設けられる電流パルス発生器から印加される電流パルスＰに基づいてプローブ３３に生じる捻り歪みに伴う超音波の伝播速度を測定することにより、収納ケース３１内に導入された油２０の油面高さを測定することができる。本実施の形態の磁歪式油量センサ３の使用温度範囲は−２０〜８０℃、耐圧特性は３５ＭＰａ、非線形性は±０．０２５ＦＳ、分解能は０．０１％ＦＳ以下である。

検出部３２は、例えば、プローブ３３に巻回されたコイル、電流パルス発生器、信号処理器から構成され、プローブ３３に電流パルス発生器から電流パルスＰが印加されたときに発生する超音波を信号処理器で電気的に検出する。

プローブ３３は、導電性、耐腐食性及び感磁性を有する材料、例えば、ステンレス（ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６等）材をロッド状に加工して形成されている。

フロート３４は、例えば、ＳＵＳ材を折り曲げ加工することによって形成されるケース部３４Ｂを有し、ケース部３４Ｂの中央にプローブ３３を挿通可能な貫通孔を有するように形成され、ＳＵＳ材の隙間部分にベース材３４Ａと永久磁石３４１を固定し、収納ケース３１内で油面上に浮くように設けられている。図３に示すフロート３４は、プローブ３３を中心に対称的に矩形状の２つの永久磁石３４１が設けられたものである。またフロート３４は、ポリアセタールの様な耐油性のエンジニアリングプラスチックに永久磁石３４１を内蔵させたものであっても良い。本実施の形態において、フロート３４は、比重が０．５３で直径が２８ｍｍで形成されており、収納ケース３１は直径３２ｍｍで形成されている。

端子部３５は、測定装置１０に接続する信号線８Ａが接続されるものである。

（測定装置１０の構成）
図４は、測定装置の構成を示すブロック図である。

測定装置１０は、磁歪式油量センサ３の検出部３２から出力される検出信号を演算処理する演算部１１と、演算部１１に演算処理を実行させるためのプログラム及びテーブル１２ａを格納した記憶部１２と、演算部１１による演算結果を油面高さとして液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）等の表示パネルに表示する表示部１３を備えている。演算部１１は、予め設定したプログラムに従って演算処理を実行させる制御部を有する。

検出部３２は、電流パルスＰを発生させる電流パルス発生器４Ａと、電流パルスＰの印加に基づいてプローブ３３に発生した超音波を検出する信号処理器４Ｂとを有する。この検出部３２は、図示しない電源から電圧を供給すると、電流パルス発生器４Ａから自動的に一定の周期で電流パルスＰを発生させるように構成されており、電流パルスＰの印加に基づいてプローブ３３に発生したフロート３４の位置情報をアナログ信号として連続的に出力する。

記憶部１２は、例えば、不揮発性半導体メモリによって構成されており、上記したテーブル１２ａのデータのほかに演算結果や、外気温度及び油温等の温度データも時系列で記録するデータロガーを有する。なお、テーブル１２ａは、既設の油面計２の単位長さ当たりの油量と磁歪式油量センサ３の特性値（測定長さ、出力値）を有している。

（磁歪式油量センサ３の取り付け方法）
例えば、変電所等に既設の油槽１に本実施の形態の磁歪式油量センサ３を取り付ける場合、まず、油が漏れないように処置した状態で、図２に示すように、油面計２のコネクタ２４Ａ，２４Ｂにバルブ２６Ａ，２６Ｂが装着済の接続配管２５Ａ，２５Ｂの一端を接続し、接続配管２５Ａ，２５Ｂの他端に磁歪式油量センサ３の収納ケース３１を接続する。磁歪式油量センサ３を油面計２に取り付ける際、その状態は、磁歪式油量センサ３を完成させた状態であってもよいし、収納ケース３１とその他の部材とを分割した状態であってもよい。分割した状態の場合は収納ケース３１を取り付けた後、収納ケース３１に検出部３２、プローブ３３、及びフロート３４を順次取り付ける。

（油量測定システムの動作）
図５は、磁歪式油量センサの動作原理を示す図である。なお、図５については説明を簡単にするため、プローブ３３と１個の永久磁石３４１に基づいて説明する。以下に、図１から図５を参照しつつ、本実施の形態の油量測定システムの動作を説明する。

検出部３２に設けられる電流パルス発生器４は、電圧の印加に基づいて矩形波による電流パルスＰを発生し、この電流パルスＰをプローブ３３に印加する。これにより、電流パルスＰによる電流は、プローブ３３に円周方向磁場Ｃを発生させる。

プローブ３３には、図５に示すように、フロート３４の内部に設けられる永久磁石３４１から軸方向磁場Ｄが付与されている。この軸方向磁場Ｄに対し、電流パルスＰによってプローブ３３に生じた円周方向磁場Ｃは、斜め方向の合成磁場Ｅを発生させる。

合成磁場Ｅは、プローブ３３にＷｉｅｄｅｍａｎｎ効果と呼ばれる局部的な捻り歪みを発生させる。この捻り歪みは超音波Ｓｂとなってプローブ３３上を音速でプローブ３３の両端に向かって伝播する。

図６は、磁歪式油量センサの動作を模式的に示した図である。プローブ３３に発生し、プローブ３３の上端に到達した超音波Ｓｂは、検出部３２の内部にある信号処理器４Ｂでアナログの検出信号として検出される。電流パルス発生器４で電流パルスＰをさせ、この電流パルスＰが永久磁石３４１まで到達する時間をｔ１、その速度をＶ１とし、永久磁石３４１が発生させる磁界と電流パルスＰに基づく磁界によってプローブ３３に超音波Ｓｂが発生し、信号処理器４Ｂに到達するまでの時間をｔ２、その速度をＶ２とすると、検出部３２の端面から永久磁石３４１までの距離Ｌは、Ｌ＝Ｖ１×ｔ１＝Ｖ２×ｔ２（ｍ）となる。

一方、電流パルス発生器４で発生させた電流パルスＰをプローブ３３に印加し、超音波Ｓｂが信号処理器４Ｂで検出されるまでの時間ｔは、ｔ＝ｔ１＋ｔ２である。また、ｔ１＝Ｌ/Ｖ１、ｔ２＝Ｌ/Ｖ２であることから、ｔ＝Ｌ／Ｖ１＋Ｌ／Ｖ２となる。更に、電流パルスＰと超音波Ｓｂの速度はＶ１≫Ｖ２であるので、ｔ≒Ｌ／Ｖ２となる。よって、永久磁石３４１までの距離Ｌは、Ｌ≒Ｖ２×ｔで得ることができる。

検出部３２は、この距離Ｌの値を磁歪式センサ３の種類に応じたアナログ信号として信号処理器４Ｂで検出し、信号線８Ａ、端子箱６、及び信号線８Ｂを介して測定装置１０の演算部１１へ出力する。この検出信号は、例えば、電圧値で１〜５Ｖ、電流値で４〜２０ｍＡである。

演算部１１は、テーブル１２ａの変換データを参照し、永久磁石３４１までの距離Ｌを演算して油量に換算する。なお、この換算は、既設の油面計２の油量表示値とその単位長さ当たりの油量と磁歪式油量センサ３の特性値（測定長さ、出力値）で行うことができる。

図７は、油面計の読み値に対する磁歪式油量センサの出力特性を示す図である。磁歪式油量センサ３の出力はプローブ３３に発生した超音波Ｓｂに基づいて測定装置１０で求めた油面高さである。本実施の形態の磁歪式油量センサ３は、併設されている油面計２の読み値に対して全域に亘って誤差無く測定可能であることがわかる。

図８は、油槽の油量変化に対する磁歪式油量センサの追従性を示す図である。油量変化に対する応答性については１分あたり５０リットルの油２０を投入することに基づく油量変化について測定した。本実施の形態の磁歪式油量センサ３は、油２０の投入開始から油面が安定するまでの時間ｔ１が約１分３０秒であり、実用上問題のない追従性を有することが確認された。

また、記録部１２のデータロガーに記録された油面高さのデータについて、月毎に油面計２の読み値と比較したところ、±１リットルの誤差範囲でほぼ一致しており、また、外気温度及び油温の温度変化に対しても油量の検出性に変動は見られなかった。このことから、長期的性能についても安定した検出性を有することが確認された。

（実施の形態の効果）
本実施の形態によれば、下記の効果を奏する。
（１）既設の油槽１の外部に設けられる油面計２に磁歪式油量センサ３をボルトオンで併設し、油面計２に接続される配管から分岐させた接続配管を介して収納ケース３１内に油２０を導入するので、油槽１自体を改造することなく、簡易かつ低コストで油量データを遠隔地へ伝送することが可能になる。
（２）既設の油槽１の油量データをアナログ値として油槽１から離れた場所で容易に取得できるので、ＯＦケーブルの監視をきめ細かく行えるとともに、保守の効率化を図ることができる。
（３）磁歪式油量センサ３を設けるにあたり、油面１ａの高さが油面計２の油面１ａと同じ高さとなるように設ければ良いので、面倒な調整作業が不要であり、油槽１への追加工事による油漏れが生じにくい。

上記した磁歪式油量センサ３では、収納ケース３１の体積と接続配管２５Ａ，２５Ｂの油流抵抗によって油量の変化に対する追従性に差異が生じることが本発明者らによって確認されている。本実施の形態では、このことに基づいて収納ケース３１を直径３２ｍｍのＳＵＳ管、接続配管２５Ａ，２５Ｂを３／８ＡのＳＵＳ管で形成したところ、油量の変化に対する良好な追従性が得られた。

なお、本発明は、電力ケーブル用油槽だけではなく、ガラス管などの外部油面計が設けられている一般のタンクなどへの適用も可能である。また、磁歪式油量センサ３の油面１ａの高さと油面計２の油面１ａの高さが同一となれば、磁歪式油量センサ３と油面計２とを近接させて設けなくとも良い。

図１は、本発明の実施の形態に係る油量測定システムの一例を示す図である。 図２は、油面計及び磁歪式油量センサの構成の一例を示す図である。 図３は、磁歪式油量センサにおける主要部の構成の一例を示す図である。 図４は、測定装置の構成を示すブロック図である。 図５は、磁歪式油量センサの原理動作を示す図である。 図６は、磁歪式油量センサの動作を模式的に示した図である。 図７は、油面計の読み値に対する磁歪式油量センサの出力特性を示す図である。 図８は、油槽の油量変化に対する磁歪式油量センサの追従性を示す図である。

符号の説明

１…油槽、１ａ…油面、２…油面計、３…磁歪式油量センサ、４Ａ…電流パルス発生器、４Ｂ…信号処理器、６…端子箱、７…警報受信盤、８Ａ，８Ｂ…信号線、１０…測定装置、１１…演算部、１２…記憶部、１２ａ…テーブル、１３…表示部、２１…金属管、２２…窓、２３Ａ，２３Ｂ…保持具、２４Ａ，２４Ｂ…コネクタ、２５Ａ，２５Ｂ…接続配管、２６Ａ，２６Ｂ…バルブ、３０…設置後、３１…収納ケース、３２…検出部、３３…プローブ、３４…フロート、３５…端子部、１００…油量測定システム、３４１…永久磁石

Claims (3)

1. ＯＦケーブルに供給する油を導入する円筒状の収納ケースと、
   前記収納ケースに収容されて前記油の油面高さに応じて昇降し、磁力源を備えたフロートと、
   前記フロートを前記収納ケース内で昇降自在に支持するとともに前記フロートの移動に応じて変化する前記磁力源からの磁場と通電により生じる磁場とに基づいて生じる超音波を伝播させるプローブと、
   前記プローブの一端に設けられ、前記プローブに生じた前記超音波を検出する検出部とを備えたことを特徴とする既設ケーブル油槽用油量センサ。
2. 前記検出部は、前記プローブに生じた前記超音波に基づく検出信号をアナログ信号として出力することを特徴とする請求項１に記載の既設ケーブル油槽用油量センサ。
3. ＯＦケーブルに供給する油を導入する円筒状の収納ケースと、前記収納ケースに収容されて前記油の油面高さに応じて昇降し、磁力源を備えたフロートと、前記フロートを前記収納ケース内で昇降自在に支持するとともに前記フロートの移動に応じて変化する前記磁力源からの磁場と通電により生じる磁場とに基づいて生じる超音波を伝播させるプローブと、前記プローブの一端に設けられ、前記プローブに生じた前記超音波を検出する検出部とを備えた既設ケーブル油槽用油量センサと、
   前記油を貯蔵する油槽に貯蔵された前記油の量を外部から目視可能な油面計と、
   前記油面計を前記油槽の外部に接続する第１の配管と、
   前記油槽の外部で前記第１の配管から分岐されて前記既設ケーブル油槽用油量センサの前記収納ケースに接続される第２の配管とを有し、前記既設ケーブル油槽用油量センサの前記収納ケースと前記油面計とが並列に配設されていることを特徴とする既設ケーブル油槽用油量センサの取付構造。

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