JP2610064B2

JP2610064B2 - ガス漏れ検出装置を備えた絶縁油封入電気機器

Info

Publication number: JP2610064B2
Application number: JP31921690A
Authority: JP
Inventors: 幸輝深見
Original assignee: NGK Insulators Ltd; Tokyo Electric Power Co Inc
Current assignee: NGK Insulators Ltd; Tokyo Electric Power Co Inc
Priority date: 1990-11-22
Filing date: 1990-11-22
Publication date: 1997-05-14
Anticipated expiration: 2012-05-14
Also published as: JPH04188807A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は絶縁油と封入ガスとを封入した圧力容器を
備えた電気機器、たとえば、ブッシング、計器用変成器
などの絶縁油封入電気機器に関する。

〔従来の技術〕

ブッシング、計器用変成器などの電気機器において
は、気密構造とした圧力容器内に絶縁油と加圧した封入
ガスを封入している。そして、封入される絶縁油は絶縁
性を高めるため水分や酸素その他の有害な気体を取り除
いたものが用いられている。又、封入ガスは大気圧より
高圧とすることにより、圧力容器内に湿った空気が混入
することを防いでいる。しかし、圧力容器を気密構造と
するために圧力容器を構成する各構成部の連結部にゴム
等の弾性体からなるガスケットを介在させている。この
ガスケットが他の構成部よりも最も早く劣化し易い部位
であり、このガスケットが劣化すると封入ガスが大気中
に逃げ、加圧状態を維持できなくなる。すると、大気圧
の変動や温度変化に伴い、圧力容器内の封入ガスの圧力
が大気より低くなると、圧力容器内に空気が侵入し、絶
縁油中に水分や酸素などの有害な気体が溶解してくる。
このため、絶縁油の絶縁性が劣化し、時には絶縁破壊に
よる火災を生じる虞れがある。このような事故を防止す
るため、封入した絶縁油の油面を油面計により検出した
り、ブルドン管式の圧力計による封入ガスの圧力を検出
してガス漏れを検出するガス漏れ検出装置を備えた電気
機器がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、油面計により油面を検出する装置では、検出
できるのは絶縁油漏れのみであり、封入ガスのガス漏れ
については検出することができないという技術的課題を
有していた。

又、封入ガスの圧力を検出するガス圧測定用の圧力計
では、高圧側（圧力容器の上部）のガス封入位置に取付
ける必要があり、測定作業が危険であったり、電磁誘導
によるノイズのため精度よく策定できないという技術的
課題を有していた。

この発明は、封入ガスのガス漏れを安全にかつ精度よ
く検出できるガス漏れ検出装置を備えた絶縁油封入電気
機器を提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、この発明では圧力容器の接
地側に前記封入ガスのガス圧と絶縁油のヘッド圧との合
成圧力を検出するセンサを設け、該圧力センサを取り外
し可能な保護カバーで覆うとともに同保護カバーを接地
させ、さらに前記センサを表示器を接続する状態あるい
は接地の状態のいずれかに切り換え可能にしたものであ
る。

〔作用〕

この発明では、圧力容器内の絶縁油に加わる圧力を測
定するものであるため、圧力センサにより検出される圧
力は封入ガス圧と絶縁油のヘッド圧の合成圧力となって
いる。この合成圧力は、圧力容器内の温度変化により変
動するが、圧力容器内に封入した絶縁油と封入ガス量を
予め知っておくことにより、ボイル−シャルルの法則及
びヘンリーの法則より封入ガスの量を知ることができ
る。このため、封入ガスがガス漏れを生じた際には、検
出される圧力はこの上記した値と異なる値を示し、ガス
漏れを検出できる。

又、電気機器の接地側で圧力を測定するため、測定作
業が安全であり、又、電磁誘導によるノイズの影響を受
けること無く測定でき、更に保護カバーを接地させてい
るので、圧力センサは雷や開閉サージなどの異常電圧が
流れても劣化や故障を起すことがなく、風雨や外部衝撃
からも保護されている。

〔実施例１〕以下、この発明をコンデンサブッシングに適用した実
施例１を第１〜４図に基づいて詳細に説明する。

圧力容器１は、下部碍管２、フランジ金具３、上部碍
管本体４、膨張室５が連結固定され、この下部碍管２と
フランジ金具３との間、フランジ金具３と上部碍管本体
４との間、上部碍管本体４と膨張室５との間にはそれぞ
れゴム材等の弾性体からなる非金属製のガスケット６を
介在して気密構造とされている。又、膨張室５の上部に
はゴム材等の弾性体からなる非金属製のガスケット７を
介在して蓋８がねじ９により締付固定されている。この
圧力容器１は、フランジ金具３によって取付台10の上面
にボルト11により取付固定されている。又、圧力容器１
の内部にはコンデンサコア12が収納固定されているとと
もに、真空乾燥されて、水分や酸素その他の有害な気体
を取り除いて、絶縁性を高めた絶縁油13が膨張室５まで
封入されている。又、膨張室５の上部には、常に大気圧
以上の圧力となるよう加圧された乾燥状態の封入ガス14
が封入されている。そして、第２図に示すように、フラ
ンジ金具３の側面には、小透孔15が圧力容器１内部に連
通して形成され、この小透孔15の外側に形成された雌ね
じ部16に圧力センサ17が取付られている。

圧力センサ17は、前記雌ねじ部16に螺合する雄ねじ部
18を一端部に形成した略円筒形状とされ、他端部には通
常は雄ねじ部19に着脱可能に螺合した導電性の金属カバ
ー20が取付られている。金属カバー20の内端には圧力セ
ンサ17の他端部に設けた端子T,U,V,Wにそれぞれ接続す
る接続端子が設けられており、それらの接地端子は金属
カバー20を介して接地線29に電気的に接続されている。
なお、雄ねじ部18の先端は銅又はアルミニウムの柔らか
い金属によりなり、フランジ金具３と面接触してガス漏
れを生じないようにされている。圧力センサ17には小透
孔15に連通したダイヤフラム21が設けられ、抵抗線歪み
ケージ22が接着されている。抵抗線歪みゲージ22は、第
３図に示すように４枚の歪みゲージP,Q,R,Sがブリッジ
接続され、ガス漏れ検出作業を行う際には、端子T,Uを
通して外部電源23に接続されている。又、外部電源23に
より駆動される増幅器24により、抵抗線歪みゲージ22の
インピーダンス変化が増幅され、さらに増幅されたイン
ピーダンスの変化は、端子V,Wを介して表示器25内に設
けられた演算変換回路（図示しない。）により圧力情報
に変換され表示器25に表示される。

なお、容器１のガスケット７の劣化によるガス漏れ
は、圧力変化が非常にゆっくりしたものであり、１日に
１回（数分）程度の検出頻度で十分なため、外部電源23
及び表示器25は通常は端子T,U,V,Wから取外されてい
て、端子T,U,V,Wは金属カバー20に連結され、後述する
ように接地されている。そして、検出する際のみ外部電
源23及び表示器25と接続するようにされている。

ガス漏れ検出作業を行わない際の圧力センサ17には、
該圧力センサ17を覆う保護カバー26がガスケット27を介
装してねじ28によりフランジ金具３に気密に取付けら
れ、風雨や外部衝撃から圧力センサ17を保護している。
この保護カバー26には、金属カバー20との間に接地線29
が接続されるとともに、フランジ金具３との間に接地線
30が接続されている。そして、フランジ金具３が大地に
接地され、雷サージや開閉サージなどの異常電圧が圧力
容器１に侵入しても圧力センサ17は影響を受けない構成
とされている。

さて、第１図は膨張室５の中間部まで絶縁油13が入れ
られている。この絶縁油13には体積膨張係数が７×10^-4
〜7.5×10^-4〔℃^-1〕と小さい鉱油が使用され、温度変
化に伴う体積の変動をほとんど生じない配慮がされてい
る。この絶縁油13は真空脱気され、水分や酸素等の有害
なガスが取り除かれた絶縁性の高い油とされているる。
又、膨張室５に封入される封入ガス14には、絶縁油13と
化学反応を起こすことなく、又、溶解しても分子状態が
変化しない不活性な気体でヘンリーの法則に従って絶縁
油13中に溶解する窒素ガスが使用されている。なお、こ
の実施例では、封入ガス14を窒素ガスとしたが、アルゴ
ンガスやヘリウムガスなどの希ガス等であってもよい。
又、封入量は、この実施例のコンデンサブッシングの使
用最低温度の−20℃においても1.1気圧程度となるよう
に封入され、常に容器１内の圧力を大気圧より高く維持
するようにしている。

なお、ダイヤフラム21に加わる圧力は、封入ガス14の
ガス圧と絶縁油13のヘッド圧の合成圧力であり、これら
圧力は測定時の温度により変動する。しかし、この実施
例では、熱膨張係数が小さい鉱油を絶縁油13としている
ので、ヘッド圧の変動を無視することができる。又、温
度変化に伴うガス圧の変動は、封入ガス14の熱膨張と絶
縁油13への溶解の双方を考慮する必要がある。これらを
考慮してボイル−シャルルの法則及びヘンリーの法則に
より、検出時の温度t₂におけるガス圧P₂は次のとおりに
表される。

P₂＝｛A/（Ｂ＋Ｃ）｝Ｄ・P₁…… （１）ここで、Ａ＝Ｙ−（t₁−t₀）β Ｂ＝Ｙ−（t₂−t₀）β Ｃ＝C_t2｛１＋（t₂−t₀）β｝Ｄ＝（t₂＋273）／（t₁＋273） P₁：封入圧力（絶対圧）〔atom〕 P₂：最低使用温度における大気圧より高い平衡圧力（絶
対圧）〔atom〕 t₀：基準温度〔℃〕 t₁：封入するときの温度〔℃〕 t₂：最低使用温度〔℃〕 β：基準温度における油の熱膨張係数〔℃^-1〕 Y:基準温度における封入ガス容積と絶縁油の容積の比 C_t2：最低使用温度における封入ガスの溶解度である。

封入ガス（窒素ガス）14の絶縁油（鉱油）13に対する
飽和溶解度は、例えば第４図に示される温度［℃］−飽
和溶解度〔vol.％〕曲線が知られおり、これにより求め
ることができる。

又、封入ガス容積と絶縁油の容積の比（Ｙ）を少なく
すると、停電した場合など圧力容器１内の温度が急激に
低下した場合には、絶縁油13中に溶解しているガスが過
飽和となり、ボイドが発生することがある。この状態で
再送電されると部分放電を生じる虞れがあり、封入ガス
容積と絶縁油の容積の比Ｙを余りに小さくすることがで
きない。一方、この比Ｙを大きくすると膨張室５が大き
くなるため、20℃において約0.15としている。

次に、前記のように構成した実施例１の電気機器の作
用について説明する。

この実施例１の電気機器の圧力容器１が気密状態にあ
る場合には、封入ガス14は絶縁油13に飽和溶解して気相
−液相間で平衡状態を示す所定の圧力となっている。そ
して、フランジ金具３の側面に形成された小透孔15の取
付け位置に応じてガス圧とヘッド圧が圧力センサ17のダ
イヤフラム21に作用する。ダイヤフラム21に作用する圧
力に対応した抵抗線歪みゲージ22により検出された信号
は、増幅器24により増幅され、端子V,Wに接続された表
示器25に圧力が表示される。これにより、圧力容器内の
圧力を検出することができる。

又、常時は圧力センサ17の端子T,U,V,Wは外部電源23
及び表示器24が接続されることなく、金属カバー20に接
続され、接地されているため、雷や開閉サージなどの異
常電圧が電気機器に流れても劣化したり故障するなどの
影響を受けることがなく、検出装置の耐久性を高めるこ
とができる。

又、保護カバー26はフランジ金具３に密着固定され、
圧力センサ17を密封しているので、万一圧力センサ17の
取付部分で密封不十分となり、絶縁油13の油漏れを生じ
ても金属カバー20により絶縁油13が阻止され、油漏れに
よる電気機器の絶縁破壊事故を防止する。

さて、ガスケット７の気密性が失われると、圧力容器
１内は大気圧より高いガス圧となっているため、圧力容
器１内から封入ガス14が外部に流出し、圧力センサ17に
加わる圧力が減少する。この圧力変化が表示器25に表示
される。

なお、ガスケット７の劣化によるガス漏れは、非常に
ゆっくりした現象であり、相当長期間（例えば１月間）
を要してガス圧が大気圧まで低下するケースが多い。こ
のため、ガス圧が大気圧より高い間では、外部空気が圧
力容器１内に侵入することがなく、内部圧力の低下速度
を測定して、コンデンサコア12が絶縁破壊しない許容限
界に達するまでの日数を推定できる。このため、すぐに
交換することができない電気機器に対しても、対策を先
延ばしするなど、送電に支障を生じること無く有効に対
応することができる。

この実施例では、圧力センサ17を覆う保護カバー26が
フランジ金具３に気密に取付られているため、圧力セン
サ17を風雨や外部衝撃から保護することができる。

又、この実施例では、圧力センサ17を歪みゲージ式圧
力センサとしたので小型化でき、高圧側から離して取付
けることができるため、絶縁距離を十分にとることがで
きる。

なお、ダイヤフラム21のインピーダンス変化特性を、
増幅器24を調節して、一つの圧力に対して同じ出力信号
を出力するようにしておけば、ガス漏れ検出作業を一台
の表示器25により検出できる。

〔実施例２〕次に、実施例２を第５図に基づいて説明する。

実施例２が実施例１と相違するところは、取付台10の
下方にまで端子T,U,V,Wを延長して、検出作業を容易に
したことである。

実施例１と同様に、取付台10の上面に固定されたフラ
ンジ金具３には、小透孔15が圧力容器１内部に連通して
形成され、この小透孔15に圧力センサ17が外方に向けて
取付されている。この圧力センサ17を覆って保護カバー
26がフランジ金具３に気密に取付されている。又、取付
台10の低部には、ボックス31がビス32により取付されて
いる。このボックス31の上部には、保護カバー26との間
に金属製の可撓筒40が連結され、リード線39を雨水から
保護している。そして圧力センサ17内から延長したリー
ド線39が可撓筒40を挿通してボックス31内に延長され、
端子T,U,V,Wが固定されている。なお、保護カバー26と
ボックス31との間のリード線39には、図示しないシール
ドコードが被覆され、リード線39に発生するノイズを遮
断している。又、各リード線39には、それぞれ開閉可能
な開閉スイッチ34が接続され、接地線35に接続されてい
る。ボックス31には、開口36が形成され、この開口36を
密封して覆う開閉蓋37が設けられている。この開閉蓋37
を開いた際に各端子T,U,V,Wに外部電源23と表示器25を
接続可能とされている。

この実施例２においては、接地線35に接続された開閉
スイッチ34を各リード線39に接続しているので、常時は
接地しておくことができ、圧力センサ17を作動すること
による経年変化を少なくして耐用年数を長くすることが
できる。

又、圧力センサ17を取付けた部位よりも低い部位で外
部電源23と表示器25接続可能としたため、高電圧部から
離れて検出作業を行うことができ、作業者が感電する危
険を防止することができる。

又、圧力センサ17とボックス31の間を金属製の可撓筒
40により接続したため、リード線39を雨水から保護でき
るとともに、高電圧部からの静電誘導を受けることが防
止される。

〔実施例３〕次に、実施例３を第６図に基づいて説明する。

実施例３が実施例２と相違するところは、電気機器に
圧力センサ17の他に温度センサを併設し、温度センサに
より検出された温度情報により、ガス漏れの検出作業を
さらに容易かつ高精度なものとしたことである。

実施例２と同様に、フランジ金具３には圧力センサ17
が取付されるとともに、熱電対を挿入した温度センサ38
が取付られている。この温度センサ38もリード線39によ
り金属カバー20,可撓筒40を挿通してボックス31内に接
続され、温度センサ用増幅器41に接続されている。そし
て、前記式（１）に基づいて、電気機器の正規の状態に
おける温度−圧力特性を記憶する記憶回路42を接続し、
温度センサ38及び圧力センサ17からの情報と正規のガス
量とを比較演算してガス量を演算する比較演算回路43と
が設けられている。そしてこの値を表示器25に表示し
て、ガス漏れを検出する。

この実施例３においては、圧力センサ17と共に温度セ
ンサ38を併設し、温度センサ38及び圧力センサ17からの
情報と正規のガス量とを比較演算してガス量を比較する
ガス量演算回路43を設けたことにより、実施例２と比較
してさらに容易にかつ精度よくガス漏れを検出すること
ができる。

なお、この実施例３では、熱電対を用いた温度センサ
38の例を示したが、サーミスタなど他の温度センサとし
てもよい。

以上の実施例１〜実施例３の他、この発明は次のよう
に具体化することもできる。

（１）この実施例１〜３においては、コンデンサブッシ
ングに適用した例を示したが、この発明はコンデンサブ
ッシングに限られること無く、内部に絶縁油と封入ガス
とを封入した計器用変成器等の圧力容器を備えた電気機
器に適用できる。

（２）この実施例１〜３においては、フランジ金具３に
圧力センサ17を取付けた例を示したが、この取付部位は
フランジ金具３に限られず、上部碍管本体４の絶縁油13
が貯溜されている部位や下部碍管２に取付けてもよい。

（３）この実施例１〜３においては、圧力センサ17とし
て、歪みケージ式の例を示したが、他の圧力センサであ
ってもよい。

〔発明の効果〕

この発明は前記の構成を採用したことにより、圧力容
器のガス漏れを接地側で安全かつ精度よく検出でき、雷
や開閉サージなどの異常電圧が流れても圧力センサの劣
化や故障を起すことがなく検出精度を維持し、風雨や外
部衝撃からも保護されるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図から第４図はこの発明の実施例１を示し、第１図
は一部を切欠して示した概略図、第２図はガス漏れ検出
装置の断面図、第３図は同概略配線図、第４図は封入ガ
スの絶縁油に対する飽和溶解度を示すグラフ、第５図は
第２実施例を示す要部の概略図、第６図は第３実施例を
示す要部の概略図である。１……圧力容器、13……絶縁油、14……封入ガス、17…
…圧力センサ、25……表示器、38……温度センサ、43…
…比較演算回路。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁油（13）と該絶縁油と不活性な封入ガ
ス（14）とを加圧封入した圧力容器（１）を有し、該圧
力容器（１）の上部を高電圧側とし下部を接地側とした
絶縁油封入電気機器において、前記圧力容器（１）の接地側に前記封入ガス（14）のガ
ス圧と絶縁油（13）のヘッド圧との合成圧力を検出する
センサ（17）を設け、該圧力センサ（17）を保護カバー
（26）で覆うとともに同保護カバーを接地させ、さらに
前記圧力センサ（17）を表示器（25）を接続する状態あ
るいは接地の状態のいずれかに切り換え可能にしたこと
を特徴とするガス漏れ検出装置を備えた絶縁油封入電気
機器。
【請求項２】絶縁油（13）と該絶縁油と不活性な封入ガ
ス（14）とを加圧封入した圧力容器（１）を有し、該圧
力容器（１）の上部を高電圧側とし下部を接地側とした
絶縁油封入電気機器において、圧力容器（１）内の温度を検出する温度センサ（38）を
圧力容器（１）の接地側に設け、前記圧力容器（１）の
接地側に設けられ封入ガス（13）のガス圧と絶縁油（1
3）のヘッド圧との合成圧力を検出する圧力センサ（1
7）により得られた圧力情報と、前記温度センサ（38）
により得られた温度情報とにより圧力容器（１）内に封
入したガス量と比較演算する比較演算回路（43）を設
け、前記表示器（25）は、比較演算回路（43）により演
算されたガス量を表示するものである請求項１記載のガ
ス漏れ検出装置を備えた絶縁油封入電気機器。