JP2779272B2 - 絶縁油劣化検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、変圧器や遮断器などに
封入されている絶縁油の劣化の程度を検査するのに適し
た装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】絶縁電圧を高めるために絶縁油を封入し
た変圧器や遮断器等は、長期間の使用中に発生した部分
放電や局部的過熱により絶縁油が劣化して事故を招くた
め、絶縁油の検査が行なわれている。この検査は、通常
電気機器からサンプリングした絶縁油から気体成分を分
離し、この気体をガスクロマトグラフ用分析カラムによ
り水素、一酸化炭素、二酸化炭素、メタン、エタン、エ
チレン、アセチレン等の成分に分離し、水素炎イオン化
検出器等のガスクロマトグラフ用検出器により各成分の
濃度を測定することにより行なわれている。

【０００３】しかしながら、このような装置は、ガスク
ロマトグラフと同様な構成と操作を必要として、装置が
大型、複雑化して野外での取扱に不便であるという問題
がある。このような問題を解消するために、アーク放電
や部分放電等の致命的な故障が生じた場合には、絶縁油
が高温熱分解を受けてアセチレンを特異的に生成するの
で、少なくともアセチレンを選択的に検出できるように
構造を簡素化して野外で使用可能とした装置も提案され
ているが、本質的にはガスクロマトグラフと同等の原理
を用いているので、依然として構造が複雑で、サイズが
大きくなるという問題を抱えている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような問
題に鑑みてなされたものであって、その目的とするとこ
ろは気体分離手段を特には必要とすることなく、絶縁油
中に含まれているアセチレンの有無を選択的に検出する
ことができる新規な絶縁油劣化検出装置を提供すること
である。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このような問題を解消す
るために本発明においては、容器の壁面に設けた窓に、
多孔性電気絶縁膜に金層を形成した作用極と対極物質を
形成した対極とを設けて電解液を収容するとともに、前
記作用極と対極との間にアセチレンの酸化電位よりも大
きく、かつエチレンの酸化電位よりも小さい電位を印加
するようにした。

【０００６】

【作用】多孔性電気絶縁膜を通過したアセチレンは、作
用極と対極とに印加されている電位により酸化を受けて
両電極間に酸化電流を生じさせる。多孔性電気絶縁膜を
通過したエチレンは、作用極と対極との間にエチレンを
酸化させるよりも低い電位しか印加されていないので、
酸化されることがなく、酸化電流が極めて小さく、さら
にエチレンよりも酸化電位が高い一酸化炭素や水素等な
どの流入による酸化電流も小さい。この結果、絶縁油に
含まれるガス成分の内、アセチレンだけを高い選択性で
もって検出することができる。

【０００７】

【実施例】そこで以下に本発明の詳細を図示した実施例
に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施例を示す
ものであって、図中符号１は、定電位電解式ガス検出器
で、容器２の側壁に穿設された窓３に作用極４を、また
他方側の側壁に穿設された窓５に対極６と参照極７を配
置し、電解液８として希硫酸が収容されている。

【０００８】前述の作用極４は、ガス透過性と発水性と
を有する合成樹脂膜、例えば多孔質フッ素樹脂膜を隔膜
４ａとして使用し、これの表面に金（Ａｕ）を蒸着して
金層４ｂを形成して構成され、金層４ｂが電解液８に浸
漬されるように容器２の窓３に取り付けられている。ま
た対極６と参照極７は、同じくガス透過性樹脂膜に白金
黒を厚膜印刷し、これを焼成して構成され、作用極４と
同様に白金黒層を電解液８に接しさせて窓５に取り付け
られている。これら作用極４と対極６には負荷抵抗９を
介して定電圧回路１０が接続されている。

【０００９】定電圧回路１０は、アセチレンが酸化され
る電位よりも高く、かつエチレンが酸化される電位より
も低い電位、例えばマイナス０．３ボルト以上プラス
０．１ボルト以下の電位を発生するように構成されてい
る。また負荷抵抗９の両端には測定回路１１が接続され
ていて、作用極４と対極６に流れる電解電流を検出する
ようになっている。なお、図中符号１２、１３は、膜固
定部材を示す。

【００１０】先ず、水素を３００ＰＰＭ、一酸化炭素を
２００ＰＰＭ、エチレンを５０ＰＰＭ、及びアセチレン
を２０ＰＰＭの濃度となるようにそれぞれ空気で希釈し
て標準ガスを調製しておく。キャリアガスとなる空気を
供給した状態で電解電圧を変化させ、各電圧での電解電
流、いわゆる暗電流を測定する（図２のI）。また、エ
チレンを空気により希釈した標準ガスを流した状態で作
用極の電位を徐々に低下させて、空気を供給したときと
同一の電流、つまり暗電流（図２のI）と一致する最高
の電位、換言すればエチレンに起因する電解電流が消滅
する電位Ｖｅ（図２に示した実施例ではプラス０．１ボ
ルト）を測定する（図２のII）。さらに、アセチレンを
空気により希釈した標準ガスを流し、作用極４に印加す
る電位を徐々に上昇させて上記暗電流（図２のI）以上
の電解電流が発生する最低電位Ｖａ（図２に示した実施
例ではマイナス０．３ボルト）を測定する（図２のII
I）。このようにして得られた２つの電位Ｖａと電位Ｖ
ｂとの間（マイナス０．３〜プラス０．１ボルト）の任
意の値、例えばマイナス０．１ボルトが作用極４に印加
されるように定電圧回路１０の電位を設定する。

【００１１】このような準備を終了した段階でアセチレ
ンを空気により希釈した標準ガスを検出器１に供給する
と、アセチレンは、空気とともに作用極４の隔膜４ａを
透過して電解液８に溶け込み、作用極４の金層４ｂと対
極６との間に印加されている電位により酸化を受ける。
これによりアセチレンの濃度に比例した電解電流が発生
して負荷抵抗９に測定信号が発生する。また同様にエチ
レンを空気により希釈した標準ガスを検出器１に供給す
ると、エチレンは空気とともに作用極４の隔膜４ａを透
過して電解液８に溶け込むが、作用極４の金層４ｂと対
極６との間に印加されている電位がエチレンを酸化させ
る電位よりも低いため、電解が起こらず、測定信号が発
生しない。

【００１２】さらに、絶縁油に含まれるエタンや、メタ
ン、水素、一酸化炭素、二酸化炭素についても同様な測
定を行なったが、作用極を構成している金属の種類に関
わりなく定電位電解式ガス検出器は、一般に飽和炭素を
酸化還元することができないないので、エタン、メタン
には感度を示さず、また二酸化炭素には全く感度を示さ
ず、さらには一酸化炭素に対する感度も極めて低い（図
２におけるIV）。さらに水素に対しても感度を有さず、
ほとんど空気と同等レベルの信号が出力される（同図
V）。いうまでもなく、これらエタンや、メタン、二酸
化炭素、一酸化炭素、水素は、劣化した絶縁油に含まれ
るているものの、絶縁油の劣化検査に重要なファクター
とはならないので、これらの成分に感度を有しないこと
が、絶縁油の劣化検査の障害にはならない。ちなみに、
本実施例の定電位電解式ガス検出器１においては、前述
の設定電位の範囲（Ｖａ〜Ｖｅ）ではアセチレンの測定
感度を基準にした場合、エチレンの測定感度比は１．４
×１０のマイナス３乗となり（図３のI）、また水素の
測定感度比は４×１０のマイナス３乗であり（同図のI
I）、さらに一酸化炭素の測定感度比は１．６×１０の
マイナス４乗となった（同図のIII）。特に熱伝導検出
器や水素炎イオン化検出器等の他の形式の検出器ではア
セチレンとほぼ同等の感度で検出されてしまうエチレン
は、上記定電位電解式ガス検出器１では測定感度がほぼ
１／１０００以下と極めて低くなり、アセチレンを選択
的に検出することができる。そして、これらの設定電位
を逸脱すると、設定電位の上昇につれてエチレンの測定
感度が急激に大きくなる。

【００１３】次に、アーク放電や部分放電を起こさず、
単に経年劣化した絶縁油に含まれるガス成分と同一組成
比となるように、水素１５０ＰＭ、一酸化炭素１００Ｐ
ＰＭ、エチレン２５ＰＰＭを空気に混入して調製した第
１試料ガスをサンプルとし、上記定電位電解式ガス検出
器１によりこのサンプルを測定したところ、相対出力”
１”の信号を得た。次に第１試料ガスに放電により特異
的に発生するアセチレンを濃度２ＰＰＭとなるように混
入して調製した第２試料ガスをサンプルとして測定した
ところ、相対出力”２．５”の信号を得た。この結果、
アセチレン濃度が他の成分に比較してほぼ２７５分の１
と極めて低いのにも関わらず、アセチレンの有無による
両者間の信号レベルにはほぼ２倍半もの開きがあり、絶
縁油に含まれるアセチレンを特異的に検出できることが
明らかとなった。

【００１４】このことから、長期間使用されてはいる
が、アーク放電や局部放電を起こしていない変圧器の絶
縁油から採取したガス、例えば上述の第１試料ガスの出
力をしきい値として設定しておくことにより、変圧器か
ら採取した絶縁油のガスの測定値が設定されているしき
い値を超えか、否かを判定し、測定値がしきい値を超え
る場合にはアセチレンを含む可能性が大きい、つまり絶
縁油を採取した電気機器がアーク放電や局部放電を起こ
している可能性が極めて高いと判断することができる。

【００１５】図４は、前述の定電位電解式ガス検出装置
を用いた絶縁油劣化判定装置の一実施例を示すものであ
っって、図中符号２０は、絶縁油Ａを収容する密栓可能
なサンプル容器で、一端が絶縁油中に浸漬される第１の
管２１と、一端が容器２０の空間Ｂに位置する第２の管
２２が挿入されている。これら各管２１，２２の他端
は、切換弁２３を介して空気ポンプ２５、計量管２６に
接続されていて、サンプリング時には流路内の空気をサ
ンプリング容器２０、空気ポンプ２５、計量管２６を循
環させるように第１流路（図中、実線により示す流路）
を形成している。切換弁２３には空気取入れ口２７、及
び油除去用フィルタ２８を介して前述の検出装置２９が
接続されていて、測定時には空気取入れ口２７からポン
プ２５により取入れた外部空気を計量管２６に送り込
み、計量管２６に蓄えられているサンプルガスを検出装
置２９に排出させるように第２流路（図中、点線により
示す流路）を形成している。

【００１６】この実施例において、変圧器から採取した
絶縁油Ａを容器２０に収容して切換弁２３を第１流路に
切換えて、空気ポンプ２５を作動させると、流路内の空
気が管２１から絶縁油Ａに送り込まれて、絶縁油Ａに溶
け込んでいるガス成分を遊離させて容器２０の空間Ｂに
排出させる。空間Ｂの空気は他方の管２２を介してポン
プ２５により吸出され、計量管２６を経て再び管２１か
ら絶縁油中に排出される。以下、このような経路で空気
が循環して絶縁油Ａに溶け込んでいるガス成分を流路内
の空気に排出させる。このようにして所定時間のバブリ
ングを行なった後、切換弁２３を第２の流路に切換える
と（図中、点線により示す流路）、計量管２６に収容さ
れている空気がフィルタ２８を介して検出装置２９に排
出される。この結果、前述したように検出装置２９は、
計量管２６の空気に含まれているガス成分に対応した測
定信号を出力することになる。

【００１７】［実施例］アセチレン、エチレン、水素、
一酸化炭素が混合された場合のアセチレンに対する検出
感度を調べるためにこれらをそれぞれ１００ＰＰＭの濃
度となるに空気に混合したガスと、このガスからアセチ
レンを除去したガスをそれぞれ５ミリリットルを用いて
測定したところ、それぞれ図５においてＰ₁、Ｐ₂で示し
たような検出ピ−クを得た。この結果、全てのガスが同
じ濃度であるにも関わらず、アセチレンを含まない場合
にはピークハイトが約１／１７となった。次に、エチレ
ン、水素、一酸化炭素の存在下でのアセチレンの検出限
界を調べるために、水素１５０ＰＭ、一酸化炭素１００
ＰＰＭ、エチレン２５ＰＰＭを空気に混入した前述の第
１試料ガスと、これに５ＰＰＭのアセチレンを混入した
ガスをそれぞれ５ミリリットル計量管に収容し、乾燥空
気によって時間間隔をおいてガス検出装置２９に送り込
むと、図６に示したように単峰性ピ−ク出力Ｐ₃、Ｐ₄を
得た。図からも明らかなごとく、アセチレンを５ＰＰＭ
含むガスに起因するピ−クＰ₄は、アセチレンを他の成
分の約５／２７５しか含まないのにも関わらず、第１試
料ガスのピ−クＰ₃の３．２倍のピ−クハイトとなっ
た。さらに上記第１試料ガスにどの程度の濃度でアセチ
レンが含まれている場合に、他のガスとの共存下でも識
別が可能となるかを調べるために、第１試料ガスに２．
５ＰＰＭ、及び１ＰＰＭのアセチレンを混合した試料ガ
スを測定したところ、同図のＰ₅、Ｐ₆に示したような測
定結果を得た。このことからアセチレンが他のガスに対
してほぼ２７５分の１含まれていれば、アセチレンを含
まないガスのほぼ２倍の信号が出力されるので、単に経
年変化により劣化した絶縁油の出力レベルＬを警報レベ
ルに設定しておくことにより、単なる経年変化を起こし
た絶縁油か、経年変化に加えてアーク放電や局部放電を
も起こした絶縁油かの区別を現場で簡単かつ確実に行な
得ることが判明した。

【００１８】［比較例］上述した金層を形成した作用極
に代えて、定電位電界式ガスセンサーにおいて多用され
ている蒸着により白金黒を多孔性合成樹脂膜に形成した
作用極を使用して、作用極と対極間との設定電位を変化
させながらアセチレン、エチレン、水素、一酸化炭素に
対するについての測定を行なったところ、図７に示した
ように本質的、つまり実用的に電位が設定可能な範囲で
はアセチレンに対する測定感度よりもエチレンの測定感
度が高くなることが判明した。 ＄ なお、この実施例においては絶縁油から分離した気体成
分を直接測定する場合について説明したが、従来のガス
クロマトグラフィ法、つまり絶縁油に含まれるガスの成
分を分離カラムにより成分毎に分離し、分離後のガスを
水素炎イオン化検出器や熱伝導検出器により検出する方
式におけるガスクロマトグラフ用検出器として、上記実
施例に示した定電位電解式ガス検出器を使用することに
より極めて低濃度のアセチレンを高い感度で検出できる
ガスクロマトグラフを実現できることは明らかである。

【００１９】さらに、この実施例においては作用極の金
層を蒸着により形成した場合について説明したが、金ブ
ラックを粘結剤に混ぜて多孔質合成樹脂膜に厚膜印刷
し、これを焼成する手法や、金（Ａｕ）を多孔質合成樹
脂膜にスパッタリングする手法を適用しても同様の作用
を奏することは明らかである。もとより、作用極に形成
する金層や対極に形成する白金層の形成方法によってそ
の活性度が若干変化して測定対象ガスの酸化還元電位が
変化するから、前述したようエチレンとアセチレンの酸
化電位を測定して、作用極の金層や対極の白金層の形成
方法に対応した最適な電位に適宜変更しなければならな
いことは明らかである。

【００２０】さらに、上述の実施例においてはキャリア
ガスとして空気を使用する場合を例に採って説明した
が、窒素やアルゴン等の定電位電解式ガス検出器が不感
応なガスを使用しても同様の作用を奏することは明らか
である。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように本発明においては、
容器の壁面に設けた窓に、多孔性電気絶縁膜に金層を形
成した作用極と対極物質を形成した対極とを設けて電解
液を収容するとともに、前記作用極と対極との間にアセ
チレンの酸化電位よりも大きく、かつエチレンの酸化電
位よりも小さい電位を印加するようにしたので、絶縁油
に含まれているアセチレンを他のガスに比較して１００
以上という高い感度で検出することができて、カラム等
のガス分離手段を特に必要とすることなく、通常の電気
化学式ガス測定装置と同じような構成と取扱で絶縁油の
劣化を簡便に判定することができる。また、分析用カラ
ムを用いてサンプルガスを成分に分離するガスクロマト
グラフ方式のガス検出手段として使用した場合には、微
量なアセチレンをも検出することができるばかりでな
く、分析用カラムから排出される特定成分のリテンショ
ンタイムに合せて作用極の電位設定を変更することによ
り、各成分の濃度測定を可能ならしめる装置を実現する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す装置の構成図である。

【図２】同上装置における作用極の電位と測定感度の関
係を示す線図である。

【図３】同上装置におけるアセチレンの測定感度を基準
として他のガスの測定感度との比を表す線図である。

【図４】図１に示す検出装置を用いた劣化検査装置の一
実施例を示す構成図である。

【図５】アセチレン、エチレン、一酸化炭素、及び水素
がそれぞれ１００ＰＰＭとなるように調整したサンプル
と、アセチレンを含まないサンプルを測定した結果を示
す線図である。

【図６】エチレン、一酸化炭素、及び水素が混合された
ガスに対するアセチレンの濃度を極端に低くした場合の
測定結果を示す線図である。

【図７】作用極に白金を使用した場合の作用極の設定と
各ガスの測定感度を示す線図である。

【符号の説明】

１ 定電位電界式ガス検出器 ２ 容器 ３ 窓 ４ 作用極 ４ａ 隔膜 ４ｂ 金層 ５ 窓 ６ 対極 ７ 参照極 ８ 電解液 ９ 負荷抵抗 １０ 定電圧回路 １１ 測定回路 ２０ サンプリング容器 ２１、２２ 管 ２３ 切換弁 ２５ 空気ポンプ ２６ 計量管 ２８ 油除去用フィルタ ２９ 定電位電界式ガス検出器

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 容器の壁面に設けた窓に、多孔性電気絶
   縁膜に金層を形成した作用極と、対極物質を形成した対
   極と参照極を設けて電解液を収容するとともに、前記作
   用極と参照極との間にアセチレンの酸化電位よりも大き
   く、かつエチレンの酸化電位よりも小さい電位を印加し
   てなる絶縁油劣化検出装置。