JP2011130581A

JP2011130581A - ガス圧監視装置ならびにガス絶縁電気機器

Info

Publication number: JP2011130581A
Application number: JP2009286452A
Authority: JP
Inventors: Takashi Ito; 隆史伊藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-12-17
Filing date: 2009-12-17
Publication date: 2011-06-30
Also published as: CN102104236A; US20110153232A1

Abstract

【課題】密閉容器外に取付けた温度センサで測定される温度値を用いて、密閉容器内のガス漏れを検知する既存のガス圧監視装置では、実際の密閉容器内の温度値と測定される温度値に不確定な温度差が存在し、測定される密閉容器内の圧力値から所定温度に換算した換算圧力を求めることが困難であり、ガス漏れの早期検知ができなかった。
【解決手段】２４時間周期で定義される所定の時間帯で測定される圧力値と温度値の時系列的な推移からなる特性曲線の傾きから、密閉容器内外の不確定な温度差の影響を無くすことで、密閉容器内の換算圧力を高精度に求め、ガス漏れの早期検知を可能にした。
【選択図】図１

Description

本発明は、たとえばガス絶縁開閉装置等のガス絶縁電気機器に封入されたガスの漏れを監視するガス圧監視装置ならびにそれを取付けたガス絶縁電気機器に関する。

従来のガス圧監視装置は、ガス絶縁電気機器の密閉容器にガス圧力センサと温度センサを設置し、それらによって測定される圧力値と温度値とを用いて、予め定めた所定の温度に対応する換算圧力を気体の状態方程式やＢｅａｔｔｉｅ−Ｂｒｉｄｇｅｍａｎの式等を用いて算出し、その換算圧力の変化を監視することから、前記ガス絶縁電気機器のガス漏れを把握しようとしていた（例えば、特許文献１参照）。

ガス絶縁電気機器に備えられた密閉容器内の温度は外部環境の変化に依存し、また、密閉容器の壁のもつ熱伝導性やその容器内のガス対流の影響を受け、外部環境の変化からずれて変動する。そのため、密閉容器内の実際の温度は温度センサを取付けた部位に大きく依存し、例えば密閉容器の外あるいは密閉容器内に取付けた場合、外部環境の変化に対するその温度センサの追従性は大きく異なる。従って、ガス圧監視装置の任意の箇所に取付けた温度センサの温度値と圧力センサの圧力値から算出される換算圧力は共に変動し、その変動の補正も困難なため、ガス漏れ等の把握は容易でなかった。

そのような外部環境の変化の影響を減らすため、比較的温度変化の少ない所定の時刻である早朝の定時（例えば５時）においてのみ、密閉容器に設置された温度センサと圧力センサから温度値と圧力値を測定し、その密閉容器内の換算圧力を求める手段が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開昭６１−２２７３２７号公報特開平３−２２２６１３号公報

しかしながら、上記のような所定の時刻の温度値と圧力値から求める換算圧力の日間変動は大きいため、その測定の再現精度に問題があった。また、換算圧力のトレンド傾向から精度の改善をはかろうとしても、例えば１００点分の換算圧力を蓄積するには、３ヶ月の期間を必要とするため、ガス漏れの早期把握ができなかった。

本発明は上記の課題を解決し、温度センサを取付ける部位に依存することなく、ガス絶縁電気機器のガス漏れの早期把握ができるガス圧監視装置を得ることを目的とする。

本発明のガス圧監視装置は、密閉容器内の圧力値を測定する圧力センサと、前記密閉容器の温度値を測定する温度センサと、前記圧力センサならびに前記温度センサで測定された圧力値ならびに温度値を時系列的に記憶する記憶装置と、この記憶装置に記憶された所定の時間帯ごとの圧力値と温度値からなる特性曲線の傾きを演算する演算部とを備えた点を特徴とするものである。

上記のように構成されたガス圧監視装置によれば、所定の時間帯ごとの圧力値と温度値からなる特性曲線の傾きを演算するようにしたので、温度センサを取付ける部位に依存することなく、密閉容器内の封止圧力の変化を高精度に確認でき、ガス絶縁電気機器のガス漏れの早期把握が可能になる。

実施の形態１のガス絶縁電気機器の構成図である。実施の形態１のガス圧監視装置に備わった演算処理装置の模式図である。実施の形態１の封止圧力に対する特性曲線の一覧図である。実施の形態１の封止圧力と特性曲線の傾きの相関図ある。実施の形態１の各温度センサの温度値の時間推移を示す図である。実施の形態１の第１温度センサに基づく特性曲線を示す図である。実施の形態１の第２温度センサに基づく特性曲線を示す図である。実施の形態１の第１、第２温度値の差分の時間推移を示す図である。実施の形態１の第１温度センサに基づく特性曲線を示す図である。実施の形態１の第２温度センサに基づく特性曲線を示す図である。

実施の形態１．
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態１について詳細に説明する。図１はこの発明の実施の形態１のガス圧監視装置を取付けたガス絶縁電気機器の構成図、図２はガス圧監視装置に備わった演算処理装置の模式図、図３はガス圧監視装置に充填するＳＦ６ガスの封止圧力（容器内の所定の温度における圧力）に対する特性曲線の一覧図、図４はＳＦ６ガスの２０℃での封止圧力と上記特性曲線の傾きの相関図、図５はガス圧監視装置の各温度センサの温度値の時間推移を示す図、図６は第１温度センサに基づく特性曲線を示す図、図７は第２温度センサに基づく特性曲線を示す図、図８は第１、第２温度値の差分の時間推移を示す図、図９は第１温度センサに基づく特性曲線を示す図、図１０は第２温度センサに基づく特性曲線を示す図である。なお、各図中の同一符号は、同一または相当部分を示している。

図１に示すようにガス絶縁電気機器１００の密閉容器１には、絶縁性に優れた図示しないＳＦ６ガスが封止され、そのＳＦ６ガスの状態を監視するための圧力センサ２と第１温度センサ３aと第２温度センサ３ｂを備えたガス圧監視装置２００が取付けられている。密閉容器１の内部には、圧力センサ２と第１温度センサ３aが配置されている。なお、圧力センサ２の取付けられる箇所は、必ずしも密閉容器１の内部である必要性はなく、例えば密閉容器内と連通に通ずる図示しない配管等であっても良い。要するに密閉容器１内の圧力値が測定できるものであれば良い。密閉容器１の外側には、第２温度センサ３ｂが配置されている。これらの圧力センサ２、第１、第２温度センサ３a、３ｂによって、前記密閉容器内の圧力値Ｐと容器内外の温度値Ｃ１、Ｃ２が測定される。測定された圧力値Ｐと各温度値Ｃ１、Ｃ２は、演算処理装置４に送信され、後述詳細に説明する演算処理が実施される。なお、図１では密閉容器１は固定台５上に支持されている。

図２に示すように演算処理装置４は、圧力センサ２から送信された密閉容器１内の圧力値Ｐを随時時系列的に記録する圧力記憶装置１１と、第１、第２温度センサ３a、３ｂから送信された密閉容器内外の各温度値Ｃ１、Ｃ２を随時時系列的に記録する温度記憶装置１２を備えている。随時記録された圧力値Ｐと各温度値Ｃ１、Ｃ２は、演算部１３に送られ、後述詳細に記する所定の手段に則って、密閉容器１内または外の温度変化に伴う密閉容器１内の圧力変化を示す特性曲線の示す傾きを算出し、それらの時間推移が表示装置１４に表示される。以下、実施の形態１のガス圧監視装置に封入したＳＦ６ガスの特性曲線について説明する。

一般に密閉容器内に封入されるＳＦ６ガスの温度に対する圧力状態は、ボイルシャルルの法則に基づく気体の状態方程式や、さらに高精度に取り扱った例えば下記の１式によって表現されるＢｅａｔｔｉｅ−Ｂｒｉｄｇｅｍａｎの式等を用いて取り扱われる。

Ｐ＝Ｒ・Ｔ・（Ｖ＋Ｂ）／Ｖ^２ − Ａ／Ｖ^２１式

ここで、Ｐは圧力（ａｔｍ．ａｂｓ．）、Ｖはモル容積（ｌｉｔｅｒ／ｍｏｌ）、Ｔは温度（Ｋ）、Ｒは気体定数０．０８２０７（ｌｉｔｅｒａｔｍ．ａｂｓ／ｍｏｌＫ）であり、ＡおよびＢは、下記の２式および３式で表現される。

Ａ＝１５．７８・（１ − ０．１０６２／Ｖ）２式

Ｂ＝０．３６６・（１ − ０．１２３６／Ｖ）３式

図３は密閉容器内の温度を２０℃均一としＳＦ６ガスを種々の封止圧力で封入したときに得られる、各封止圧力ごとの密閉容器内の温度変化に対する圧力変化を示すＳＦ６ガスの特性曲線の一覧（前記１式に則って算出した結果）である。各特性曲線は共に、温度上昇に伴って線形に圧力増加している。ところがそれぞれの特性曲線の傾きは、密閉容器内にＳＦ６ガスを封入したときの封止圧力によって異なり、その封止圧力が大きくなるにつれ大きくなっている。

このことから、ＳＦ６ガスの特性曲線の傾きを求めることによって密閉容器内の温度２０℃におけるＳＦ６ガスの封止圧力が求まることがわかる。言い換えれば、換算圧力を求めることなく、特性曲線の傾きから密閉容器内に封入されたＳＦ６ガスの減少や増加を知ることができる。例えば経年変化に伴って密閉容器内からＳＦ６ガスが徐々に漏れる場合、その特性曲線の傾きは時間の経過と共に単調に減少する。従って、特性曲線の傾きの変化を測定することから密閉容器内のガス漏れの状態を把握することが理論上可能となる。

図４は前記１式に則って算出した２０℃の特性曲線の傾きに対するＳＦ６ガスの２０℃における封止圧力を示す図である。測定された特性曲線の傾きをこの図４に当てはめ、その時系列的な封止圧力の推移を観測することで、密閉容器内の封止圧力の変化を推定できるため、容易にガス漏れ状態を把握することが理論上できる。従って、封止圧力の時系列的な変化を見守るのに必ずしも上記１式ないし３式を用いた計算をする必要性はない。以下、演算処理装置４の演算部１３に採用する特性曲線の傾きを求める手段について説明する。

図５は本発明の実施の形態１のガス漏れのないガス絶縁電気機器１００を雨ざらしの外部環境に設置し、その密閉容器１の内外に設けられた第１、第２温度センサ３ａ、３ｂで測定される第１、第２温度値Ｃ１、Ｃ２の２日間（晴れ時々曇りの２日間）の時間推移ならびに第１、第２温度値Ｃ１、Ｃ２の差分Ｄ１の時系列的な推移の一例を示す。

図６、７は密閉容器１の内外に設けられた第１、第２温度センサ３ａ、３ｂで測定される第１、第２温度値Ｃ１、Ｃ２と密閉容器１内の圧力値Ｐの関係を示す特性曲線である。密閉容器１の内外の特性曲線は、共にヒステリシスを有している。密閉容器１に設置したセンサ３の示す各温度値Ｃに対応する圧力値Ｐは、測定するタイミングの影響を受けた形で複数存在する（ばらついている）ことがわかる。言い換えると、特定のタイミングで測定された温度値Ｃと圧力値Ｐを用いて求める既存の換算圧力の測定法は、正確な封止圧力を求めていないことになる。一方、特性曲線の傾きＳを求める手段は、特性曲線そのものにはヒステリシスが存在するものの数多くの温度値Ｃに対する圧力値Ｐを用いて求められるから（平均化処理が成されている）、比較的正確な値になる。従って、密閉容器１内の封止圧力を求める場合、従来の換算圧力から求める方法に比べて、特性曲線の傾きＳから求める方が高精度になる。

密閉容器１の内側の第１温度センサ３ａの示す特性曲線のヒステリシスの面積は、第２温度センサ３ｂの特性曲線のヒステリシスの面積より狭くなっている。このことから密閉容器１の内側の第１温度センサ３ａの示す特性曲線の方が、温度値に対する圧力値Ｐのばらつきが小さく、より精度の高い特性曲線の傾きＳが求まり、その結果、より精度の高い密閉容器１内の封止圧力になることがわかる。ただし、上記特性曲線にはヒステリシスが依然として存在するため、特性曲線の傾きＳを求めても（各温度値Ｃ１、Ｃ２に対する圧力値Ｐ用いた平均化処理に対応）、不確定な誤差が含まれている。

上記特性曲線にヒステリシスが存在する理由について説明する。図８は図５に示した第１、第２温度値Ｃ１、Ｃ２の差分Ｄ１の時間推移と、その差分Ｄ１の温度軸を拡大した拡大差分Ｄ２を重ねて示した結果である。朝の６時ごろから夕方の１９時ごろの時間帯で、密閉容器１の内側の温度が外側の温度より数度高くなっている。一方、それ以外の１９時ごろから翌朝の６時ごろの時間帯で、密閉容器１の内外の温度差がほぼ一定になっている。他の多くの結果（図示しない）から、このような２４時間周期の変化は、雨天等の悪天候の日を除いて毎日繰り返される。要するに、明るい時には密閉容器１の内外の温度差が大きくなり、暗くなるとその温度差は一定の値に収束する。このような密閉容器１の内外の温度差が原因となって、特性曲線にヒステリシスを与えているのである。

図９、１０は、１９時ごろから翌朝の６時ごろの時間滞における密閉容器１の内外に設けられた第１、第２温度センサ３ａ、３ｂで測定される第１、第２温度値Ｃ１、Ｃ２と密閉容器１内の圧力値Ｐの関係を示す特性曲線である。それぞれの特性曲線の傾きＳ３、Ｓ４は、ほぼ一致する。また、特性曲線にヒステリシスは殆どない。従って、密閉容器１の内外に設けられた第１、第２温度センサ３ａ、３ｂで測定される第１、第２温度値Ｃ１、Ｃ２の温度差の変動が所定の低い値の範囲内になった低変動の時間帯（例えば、午後２１時ごろから午前３時ごろの夜中）で測定される圧力値Ｐと、第１温度値Ｃ１または第２温度値Ｃ２の何れかの温度値の組合せから得られる特性曲線を用いることで、きわめて再現性の高い特性曲線の傾きＳを求めることが可能であることがわかる。

なお、実施の形態１のガス圧監視装置の第１温度センサは密閉容器内に取付けられたが、第２温度センサと同様に密閉容器外に取付けても良い。すなわち第１、第２温度センサを共に密閉容器外に取付けても第１、第２温度値の温度差を求めることができるので、低変動の時間帯が求まるからである。その場合、例えば第１温度センサの設置位置を日向とし、第２温度センサを日陰にするなどして、設置箇所を異ならせておけばよい。

また、例えば夜中の低変動の時間帯での特性曲線の傾きＳが、上記の通り密閉容器１の内外に設けられた第１、第２温度センサ３ａ、３ｂに依存せずにほぼ一致する点から、温度センサ３の設置位置を考慮することなく、密閉容器１内の封止圧力を求めることができるという特筆すべきことがわかる。言い換えると、第１、第２温度値Ｃ１、Ｃ２の温度差の変動が、所定の値の範囲内になる低変動の時間帯ないし低変動の時間帯と見なせる所定の時間帯で測定された圧力値Ｐと温度値Ｃを用いることで、特性曲線に不確定な誤差が含まれ難くなるため、より精度の高い密閉容器１内の封止圧力を、任意の位置に設置した一個の温度センサ３の温度値から求められることがわかる。

上記の理由から、低変動の時間帯ないし所定の時間帯の測定により、気体の状態方程式等によって換算圧力を求める従来の方法においても再現性の高い封止圧力を求めるように改良できることがわかる。具体的には、上記低変動の時間帯ないし所定の時間帯の圧力値Ｐと温度値Ｃから時系列的に換算圧力を求めておき、その時系列的に求めた各換算圧力の平均値を封止圧力とすることで、再現性の高い封止圧力が求まるようになる。

ただし、密閉容器１の内外に設けられた第１、第２温度センサ３ａ、３ｂが測定する温度値Ｃ１、Ｃ２には、一定の値の温度差が存在する点から、換算圧力を求める方法では、用いたセンサの配置位置によって求まる換算圧力の値が異なる。従って、換算圧力から正確な封止圧力は求め難いと判断される。とはいえ、個々の温度センサ３を用いて求められる換算圧力には、高い再現性があるため、密閉容器１内の封止圧力と連動する換算圧力の増減は、極めて高精度に測定できる。以上説明した特性曲線の傾きＳないし換算圧力を求める手段が、適宜、演算部１３に採用される。

演算処理装置４の演算部１３は、圧力記憶装置１１と温度記憶装置１２に時系列的に記録された低変動の時間帯ないし所定の時間帯で測定された圧力値Ｐと温度値Ｃを用いて、高精度に特性曲線の傾きＳや換算圧力を求めるものである。特性曲線の傾きＳまたは換算圧力を求めるのに用いる圧力値Ｐと温度値Ｃのサンプリング間隔を、例えば２４時間間隔とすることで、２４時間周期の低変動の時間帯ないし所定の時間帯で測定された圧力値Ｐと温度値Ｃを用いて特性曲線の傾きＳまたは換算圧力をそれぞれ求めておき、その求めた２４時間周期の特性曲線の傾きＳまたは換算圧力の時系列推移を表示装置１４に表示させている。

表示装置１４に表示された特性曲線の傾きＳまたは換算圧力の時間推移を確認することから、ガス絶縁電気機器１００の密閉容器１内の封止圧力の日間の変化を確認することができる。その結果、特性曲線の傾きＳまたは換算圧力の日々の時間推移が減少傾向にあれば、ガス漏れの存在が確認できる。従って、所定の時間帯ごとに演算部で時系列的に求められた特性曲線の各傾きまたは各換算圧力の時系列的な増減を比較する図示しない判断部を表示装置１４に備えておいて、所定以上のガス漏れの進行があったときに、警報を発するようにしておいても良い。また、演算部１３に特性曲線の傾きＳから現時点での封止圧力を求めさせることも可能である。

以上説明したとおり、本発明の実施の形態１の発明は、温度センサを取付ける部位に依存しない低変動の時間帯ないし所定の時間帯で測定された圧力値Ｐと温度値Ｃを用いて、再現性の高い特性曲線を得るものであるから、密閉容器内の封止圧力の時系列的な変化を高精度に確認したり、高精度に封止圧力を測定したりすることができ、ガス漏れの早期把握を高精度に実現できるという効果を有する。

１密閉容器、２圧力センサ、
３a 第１温度センサ、３ｂ第１温度センサ、
４演算処理装置、
１１圧力記憶装置、１２温度記憶装置、
１３演算部、１４表示装置、
１００ガス絶縁電気機器

Claims

密閉容器内の圧力値を測定する圧力センサと、前記密閉容器の温度値を測定する温度センサと、前記圧力センサならびに前記温度センサで測定された圧力値ならびに温度値を時系列的に記憶する記憶装置と、この記憶装置に記憶された所定の時間帯ごとの圧力値と温度値からなる特性曲線の傾きを演算する演算部とを備えたガス圧監視装置。
密閉容器内の圧力値を測定する圧力センサと、前記密閉容器の温度値を測定する温度センサと、前記圧力センサならびに前記温度センサで測定された圧力値ならびに温度値を時系列的に記憶する記憶装置と、この記憶装置に記憶された所定の時間帯ごとの圧力値と温度値から各換算圧力を演算し、その演算した各換算圧力の平均値を演算する演算部とを備えたガス圧監視装置。
請求項１または請求項２に記載のガス圧監視装置であって、演算に用いる記憶装置に記憶された所定の時間帯ごとの圧力値と温度値が、夜中の圧力値と温度値であることを特徴とするガス圧監視装置。
密閉容器内の圧力値を測定する圧力センサと、前記密閉容器の異なる部位の温度値を測定する第１、第２温度センサと、
前記圧力センサで測定された圧力値ならびに前記第１、第２温度センサで測定された第１、第２温度値を時系列的に記憶する記憶装置と、この記憶装置に記憶された第１、第２温度値の温度差が、所定の値の範囲内である低変動の時間帯ごとで測定された圧力値と第１温度値または前記圧力値と第２温度値からなる特性曲線の傾きを演算する演算部とを備えたガス圧監視装置。
密閉容器内の圧力値を測定する圧力センサと、前記密閉容器の異なる部位の温度値を測定する第１、第２温度センサと、
前記圧力センサで測定された圧力値ならびに前記第１、第２温度センサで測定された第１、第２温度値を時系列的に記憶する記憶装置と、この記憶装置に記憶された第１、第２温度値の温度差が、所定の値の範囲内である低変動の時間帯ごとで測定された圧力値と第１温度値または前記圧力値と第２温度値から各換算圧力を演算し、その演算した各換算圧力の平均値を演算する演算部とを備えたガス圧監視装置。
請求項４または請求項５に記載のガス圧監視装置であって、密閉容器の内側に第１温度センサが、密閉容器の外側に第２温度センサが設置されていることを特徴とするガス圧監視装置。
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のガス圧監視装置を備えたことを特徴とするガス絶縁電気機器。